KR20180053668A

KR20180053668A - 화소 빔을 나타내는 데이터를 생성하기 위한 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20180053668A
Application number: KR1020187007688A
Authority: KR
Inventors: 로랑 블롱데; 발테르 드라지치; 모즈데 세이피
Original assignee: 톰슨 라이센싱
Priority date: 2015-09-17
Filing date: 2016-09-16
Publication date: 2018-05-23
Also published as: RU2734115C2; TW201723637A; US20210329217A1; WO2017046395A2; WO2017046395A3; RU2018113727A3; CN108352060A; TWI713582B; CA2998672A1; EP3144887A1; EP3350771A2; MX2018003264A; JP2018538709A; RU2018113727A; BR112018005352A2

Abstract

시장에서 이용가능한 카메라 어레이들 및 플렌옵틱 디바이스들의 몇몇 타입들이 있으며, 모든 이러한 광 필드 포착 디바이스들은 그들의 독점적인 파일 포맷을 갖는다. 하지만, 다차원 정보의 포착 및 송신을 지원하는 표준은 없다. 광학 포착 시스템의 센서의 화소들과 상기 광학 포착 시스템의 오브젝트 공간 간 대응에 관련된 정보를 획득하는 것이 관심이다. 실제로, 광학 포착 시스템의 오브젝트 공간의 어느 부분을 상기 광학 포착 시스템의 센서에 속하는 화소가 센싱하고 있는지를 알면, 신호 프로세싱 동작들의 개선을 가능하게 한다. 따라서, 그러한 정보를 저장하기 위한 컴팩트한 포맷과 함께 카메라의 광학 시스템의 오브젝트 공간에서 광의 광선들의 세트에 의해 점유된 볼륨을 나타내는, 화소 빔의 개념이 도입된다.

Description

화소 빔을 나타내는 데이터를 생성하기 위한 방법 및 장치

본 발명은 광 필드를 나타내는 데이터의 생성에 관한 것이다.

4D 광 필드 (light field) 의 샘플링, 즉 광 광선들의 기록으로서 보여질 수 있고, ECCV 2008 의 컨퍼런스 진행에서 공개된 Anat Levin 등에 의한, "Understanding camera trade-offs through a Bayesian analysis of light field projections" 논문에 설명되어 있는, 4 차원 또는 4D 광 필드 데이터의 포착 (acqusition) 은 열띤 연구 주제이다.

카메라로부터 획득된 전형적인 2 차원 또는 2D 이미지들과 비교하여, 4D 광 필드 데이터는 사용자와의 상호작용 및 이미지들의 렌더링을 강화하는 하나 이상의 포스트 프로세싱 피처들에 대한 액세스를 사용자가 갖도록 하는 것을 가능하게 한다. 예를 들어, 4D 광 필드 데이터에 의하면, 이미지의 장면에서 뷰 포인트를 약간 변경할 뿐만 아니라, 초점 평면의 위치가 귀납적으로 특정/선택될 수 있는 것을 의미하는 초점화 (focalization) 의 자유롭게 선택된 거리들로 이미지들의 재포커싱을 수행하는 것이 가능하다. 4D 광 필드 데이터를 포착하기 위해 몇몇 기법들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 플렌옵틱 카메라는 4D 광 필드 데이터를 포착하는 것이 가능하다. 플렌옵틱 (plenoptic) 카메라의 아키텍처의 상세들은 도 1a 에서 제공된다. 도 1a 는 플렌옵틱 카메라 (100) 를 개략적으로 나타내는 다이어그램이다. 플렌옵틱 카메라 (100) 는 메인 렌즈 (101), 2 차원 어레이로 배열된 복수의 마이크로 렌즈 (103) 를 포함하는 마이크로렌즈 어레이 (102), 및 이미지 센서 (104) 를 포함한다.

4D 광 필드 데이터를 포착하는 또 다른 방식은 도 1b 에 도시된 바와 같이 카메라 어레이를 사용하는 것이다. 도 1b 는 멀티 어레이 카메라 (110) 를 나타낸다. 멀티 어레이 카메라 (110) 는 렌즈 어레이 (112) 및 이미지 센서 (114) 를 포함한다.

도 1a 에 나타낸 바와 같은 플렌옵틱 카메라 (100) 의 예에서, 메인 렌즈 (101) 는 메인 렌즈 (102) 의 오브젝트 필드에서 오브젝트 (도면 상에는 나타내지 않음) 로부터 광을 수신하고 그 광을 메인 렌즈 (101) 의 이미지 필드를 통과시킨다.

마지막으로, 4D 광 필드를 포착하는 또 다른 방법은 상이한 초점 평면들에서 동일한 장면의 2D 이미지들의 시퀀스를 캡처하도록 구성되는 종래 카메라를 사용하는 것이다. 예를 들어, PTICS EXPRESS, Vol. 22, No. 21, 2014 년 10 월에 공개된, J.-H. Park 등에 의한 "Light ray field capture using focal plane sweeping and its optical reconstruction using 3D displays" 문헌에 기재된 기법들이 종래 카메라에 의한 4D 광 필드 데이터의 포착을 달성하는데 사용될 수도 있다.

4D 광 필드 데이터를 나타내는 몇몇 방식들이 있다. 실제로, 2006 년 7 월에 공개된 Ren Ng 에 의한 "Digital Light Field Photography" 라는 제목의 Ph.D 학위 논문의 3.3 장에서, 4D 광 필드 데이터를 나타내는 3 가지 상이한 방법들이 기재되어 있다. 첫째로, 4D 광 필드 데이터는 마이크로 렌즈 이미지들의 집합 (collection) 에 의해 플렌옵틱 카메라에 의해 기록될 때, 나타낼 수 있다. 이러한 표현에서의 4D 광 필드 데이터는 원시 이미지들 또는 원시 4D 광 필드 데이터로 명명된다. 둘째로, 4D 광 필드 데이터는, 서브 애퍼처 이미지들에 의해, 플렌옵틱 카메라에 의해 또는 카메라 어레이에 의해 기록될 때, 나타낼 수 있다. 서브 애퍼처 이미지는 뷰 포인트로부터의 장면의 캡처된 이미지에 대응하고, 뷰 포인트는 2 개의 서브 애퍼처 이미지들 사이에서 약간 상이하다. 이들 서브 애퍼처 이미지들은 이미징된 장면의 시차 및 깊이에 관한 정보를 부여한다. 세째로, 4D 광 필드 데이터는 에피폴라 (epipolar) 이미지들의 세트로 나타낼 수 있다. 예를 들어 ISVC 2011 의 컨퍼런스 진행에서 공개된, S. Wanner 등에 의한 "Generating EPI Representation of a 4D Light Fields with a Single Lens Focused Plenoptic Camera" 라는 제목의 논문을 참조한다. 광 필드 데이터는 스토리지를 번잡하게 하고 프로세싱을 덜 효율적이게 할 수 있는 많은 양의 저장 공간을 차지할 수 있다. 부가적으로, 광 필드 포착 디바이스들은 극단적으로 이종 (heterogeneous) 이다. 광 필드 카메라들은 예를 들어 플렌옵틱 또는 카메라 어레이들의 상이한 타입들이다. 각각의 타입 내에는, 상이한 광학 배열들, 또는 상이한 초점 길이의 마이크로 렌즈와 같은 많은 차이들이 있다. 각각의 카메라는 그 자신의 독점적인 파일 포맷을 갖는다. 현재 광 필드가 의존하는 상이한 파라미터들의 철저한 개관에 대한 다차원 정보의 포착 및 송신을 지원하는 표준이 없다. 이로써, 상이한 카메라들에 대해 포착된 광 필드 데이터는 여러 가지 포맷들을 갖는다. 본 발명은 상술한 점을 감안하여 창안되었다.

발명의 제 1 양태에 따라, 생성 광선들로 칭하는, 광의 광선들의 집합을 선별 (sort) 하기 위한 컴퓨터 구현 방법이 제공되고, 상기 집합의 각각의 생성 광선은, 광학 포착 시스템의 오브젝트 공간에서, 상기 광학 포착 시스템의 센서의 적어도 하나의 화소의 콘주게이트 및 상기 광학 포착 시스템의 퓨필 (pupil) 을 통과하는 광의 광선들의 세트에 의해 점유된 볼륨의 표면을, 상기 볼륨의 회전축을 중심으로 회전하는 것에 의해 생성하고, 상기 광의 광선들의 세트에 의해 점유된 상기 볼륨은 화소 빔으로 칭하며, 방법은,

- 적어도 하나의 화소 빔에 대해, 기준 직선을 횡단하는 상기 화소 빔의 표면을 생성하는 생성 광선을 선택하는 단계,

- 선택된 상기 생성 광선을 포함하는 선별된 생성 광선들의 집합을 생성하는 단계를 포함한다.

발명의 일 실시형태에 따라, 광의 광선들의 집합을 선별하기 위한 방법에서, 생성 광선에 의해 생성된 화소 빔의 표면은 일엽 쌍곡면 (hyperboloid of one sheet) 이다.

발명의 일 실시형태에 따라, 광의 광선들의 집합을 선별하기 위한 방법에서, 기준 직선은 광학 포착 시스템의 메인 렌즈의 광축에 평행하다.

발명의 일 실시형태에 따라, 광의 광선들의 집합을 선별하기 위한 방법에서, 기준 직선은 광학 포착 시스템의 렌즈 어레이의 중심축에 평행하다.

발명의 일 실시형태에 따라, 광의 광선들의 집합을 선별하기 위한 방법에서, 생성 광선을 선택하는 단계는,

- 회전 매트릭스로, 생성 광선들의 집합에 속하는, 상기 화소 빔의 또 다른 생성 광선을 정의하는 벡터를 승산하는 것에 의해 선택된 생성 광선을 정의하는 벡터의 좌표들을 계산하는 단계,

- 상기 선택된 생성 광선 및 상기 기준 직선은 서로 횡단하기 때문에 선택된 생성 광선과 기준 직선 사이의 거리가 0 과 동일하며, 상기 기준 직선 및 상기 선택된 생성 광선을 정의하는 벡터들 및 포인트들에 기초하여 회전 매트릭스의 회전 각의 값을 계산하는 단계로 이루어진다.

발명의 또 다른 목적은, 광학 포착 시스템의 오브젝트 공간에서, 상기 광학 포착 시스템의 센서의 적어도 하나의 화소의 콘주게이트 및 상기 광학 포착 시스템의 퓨필을 통과하는 광의 광선들의 세트에 의해 점유된 볼륨을 나타내는 데이터를 생성하기 위한 방법이며, 상기 광의 광선들의 세트에 의해 점유된 상기 볼륨은 화소 빔으로 칭하며, 방법은,

- 생성 광선들로 칭하는, 광의 광선들의 제 1 집합 및 광의 광선들의 제 2 집합을 포착하는 단계로서, 상기 생성 광선들의 집합의 각각의 생성 광선은, 상기 화소 빔의 회전축을 중심으로 회전하는 것에 의해 화소 빔의 표면을 생성하고, 상기 화소 빔의 회전축은 광의 광선들의 제 1 집합에 속하는 광의 광선인, 상기 제 1 집합 및 제 2 집합을 포착하는 단계;

- 복수의 주어진 기준 평면들과 주어진 화소 빔의 회전축 및 생성 광선의 교차를 정의하는 교차 데이터를 계산하는 단계로서, 상기 기준 평면들은 서로 평행하고 오브젝트 공간에서 상이한 깊이들에 대응하는, 상기 교차 데이터를 계산하는 단계;

- 상기 화소 빔을 나타내는 데이터를 제공하기 위해 2D 광선 다이어그램에서 교차 데이터의 그래픽 표현을 정의하는 광선 다이어그램 파라미터들을 획득하는 단계를 포함한다.

발명의 일 실시형태에 따라, 화소 빔을 나타내는 데이터를 생성하기 위한 방법에서, 회전축 및 생성 광선에 대응하는 교차 데이터는 광선 다이어그램에서 데이터 라인들로서 그래픽으로 표현되고, 광선 다이어그램 파라미터들은,

- 데이터 라인의 기울기; 및

- 광선 다이어그램의 축과 데이터 라인의 교차

중 적어도 하나를 나타내는 데이터를 포함한다.

발명의 일 실시형태에 따라, 화소 빔을 나타내는 데이터를 생성하기 위한 방법에서, 화소 빔을 나타내는 데이터는, 대응하는 제 2 생성 광선 및 회전축의 컬러를 나타내는 컬러 데이터를 더 포함한다.

발명의 일 실시형태에 따라, 화소 빔을 나타내는 데이터를 생성하기 위한 방법에서, 생성 광선들의 포착된 집합은, 화소 빔을 나타내는 데이터를 생성하기 위한 방법에 따라 획득된다.

발명의 또 다른 목적은, 생성 광선들로 칭하는, 광의 광선들의 집합을 선별하기 위한 장치와 관련되며, 상기 집합의 각각의 생성 광선은, 광학 포착 시스템의 오브젝트 공간에서, 상기 광학 포착 시스템의 센서의 적어도 하나의 화소의 콘주게이트 및 상기 광학 포착 시스템의 퓨필을 통과하는 광의 광선들의 세트에 의해 점유된 볼륨의 표면을, 상기 볼륨의 회전축을 중심으로 회전하는 것에 의해 생성하고, 상기 광의 광선들의 세트에 의해 점유된 상기 볼륨은 화소 빔으로 칭하며, 상기 장치는,

- 적어도 하나의 화소 빔에 대해, 기준 직선을 횡단하는 상기 화소 빔의 표면을 생성하는 생성 광선을 선택하고,

- 선택된 생성 광선을 포함하는 선별된 생성 광선들의 집합을 생성하도록 구성된 프로세서를 포함한다.

발명의 일 실시형태에 따라, 광의 광선들의 집합을 선별하기 위한 장치의 프로세서는,

- 회전 매트릭스로, 생성 광선들의 집합에 속하는, 상기 화소 빔의 또 다른 생성 광선을 정의하는 벡터를 승산하는 것에 의해 선택된 생성 광선을 정의하는 벡터의 좌표들을 계산하고,

- 상기 선택된 생성 광선 및 상기 기준 직선은 서로 횡단하기 때문에 상기 선택된 생성 광선과 상기 기준 직선 사이의 거리가 0 과 동일하며, 상기 기준 직선 및 상기 선택된 생성 광선을 정의하는 벡터들 및 포인트들에 기초하여 회전 매트릭스의 회전 각의 값을 계산하는 것에 의해, 상기 생성 광선을 선택하도록 구성된다.

발명의 또 다른 목적은, 광학 포착 시스템의 오브젝트 공간에서, 상기 광학 포착 시스템의 센서의 적어도 하나의 화소의 콘주게이트 및 상기 광학 포착 시스템의 퓨필을 통과하는 광의 광선들의 세트에 의해 점유된 볼륨을 나타내는 데이터를 생성하기 위한 장치에 관련되며, 상기 광의 광선들의 세트에 의해 점유된 상기 볼륨은 화소 빔으로 칭하며, 상기 장치는,

- 생성 광선들로 칭하는, 광의 광선들의 제 1 집합 및 광의 광선들의 제 2 집합을 포착하는 것으로서, 상기 생성 광선들의 집합의 각각의 생성 광선은, 상기 화소 빔의 회전축을 중심으로 회전하는 것에 의해 화소 빔의 표면을 생성하고, 상기 화소 빔의 회전축은 상기 광의 광선들의 제 1 집합에 속하는 광의 광선인, 상기 제 1 집합 및 제 2 집합을 포착하고;

- 복수의 주어진 기준 평면들과 주어진 화소 빔의 회전축 및 생성 광선의 교차를 정의하는 교차 데이터를 계산하는 것으로서, 상기 기준 평면들은 서로 평행하고 오브젝트 공간에서 상이한 깊이들에 대응하는, 상기 교차 데이터를 계산하고;

- 상기 화소 빔을 나타내는 데이터를 제공하기 위해 2D 광선 다이어그램에서 교차 데이터의 그래픽 표현을 정의하는 광선 다이어그램 파라미터들을 획득하도록 구성된 프로세서를 포함한다.

발명의 일 실시형태에 따라, 화소 빔을 나타내는 데이터를 생성하기 위한 장치의 프로세서는, 생성 광선들의 포착된 집합은 제 1 항 내제 지 5 항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 따라 획득된다.

발명의 또 다른 목적은, 광 필드 이미징 디바이스에 관련되며, 광 필드 이미징 디바이스는,

- 규칙적인 격자 구조로 배열된 마이크로 렌즈들의 어레이;

- 마이크로 렌즈들의 어레이로부터 광 센서 상에 투영된 광을 캡처하도록 구성된 광 센서로서, 광 센서는 화소들의 세트들을 포함하고, 각각의 화소들의 세트는 상기 마이크로 렌즈들의 어레이의 개개의 마이크로 렌즈와 광학적으로 연관되는, 상기 광 센서; 및

- 제 8 항에 따른 메타데이터를 제공하기 위한 디바이스를 포함한다.

발명의 또 다른 목적은, 광학 포착 시스템의 오브젝트 공간에서, 상기 광학 포착 시스템의 센서의 적어도 하나의 화소의 콘주게이트 및 상기 광학 포착 시스템의 퓨필을 통과하는 광의 광선들의 세트에 의해 점유된 볼륨을 나타내는 데이터를 포함하는 디지털 파일이며, 상기 광의 광선들의 세트에 의해 점유된 상기 볼륨은 화소 빔으로 칭하며, 상기 데이터는,

- 생성 광선으로 칭하는, 광의 제 1 광선, 및 광의 제 2 광선의 교차 데이터의 2D 다이어그램에서 그래픽 표현을 정의하는 광선 다이어그램 파라미터들로서, 상기 생성 광선은 광의 다른 광선을 중심으로 회전하는 것에 의해 화소 빔의 표면을 생성하고, 상기 광의 다른 광선은 상기 화소 빔의 회전축이며, 상기 교차 데이터는 복수의 주어진 기준 평면들과 상기 화소 빔의 상기 회전축 및 상기 생성 광선의 교차들을 정의하며, 상기 기준 평면은 서로 평행하고 상기 오브젝트 공간에서 상이한 깊이들에 대응하는, 상기 광선 다이어그램 파라미터들;

- 상기 화소 빔의 상기 회전축 및 상기 생성 광선의 컬러들을 정의하는 컬러 데이터를 포함한다. 발명의 엘리먼트들에 의해 구현되는 일부 프로세스들은 컴퓨터 구현될 수도 있다. 따라서, 그러한 엘리먼트들은, 본 명세서에서 일반적으로 "회로", "모듈" 또는 "시스템" 으로서 모두 지칭될 수도 있는, 전부 하드웨어 실시형태, 전부 소프트웨어 실시형태 (펌웨어, 상주 소프트웨어, 마이크로 코드 등을 포함) 또는 소프트웨어 및 하드웨어 양태들을 결합한 실시형태의 형태를 취할 수도 있다. 게다가, 그러한 엘리먼트들은 매체에서 구현되는 컴퓨터 사용가능 프로그램 코드를 갖는 표현의 임의의 유형의 매체에서 구현되는 컴퓨터 프로그램 제품의 형태를 취할 수도 있다.

본 발명의 엘리먼트들은 소프트웨어에서 구현될 수 있기 때문에, 본 발명은 임의의 적합한 캐리어 매체 상의 프로그램 가능한 장치에 제공하기 위한 컴퓨터 판독 가능 코드로서 구현될 수 있다. 유형의 캐리어 매체는 플로피 디스크, CD-ROM, 하드 디스크 드라이브, 자기 테이프 디바이스 또는 고체 상태 메모리 디바이스 등과 같은 저장 매체를 포함할 수도 있다. 일시적인 캐리어 매체는 전기 신호, 전자 신호, 광 신호, 음향 신호, 자기 신호 또는 전자기 신호, 예를 들어 마이크로파 또는 RF 신호와 같은 신호를 포함할 수도 있다.

이제 발명의 실시형태들이 단지 예시로서만 그리고 다음의 도면들을 참조하여 기재될 것이다.
도 1a 는 플렌옵틱 카메라를 개략적으로 나타내는 다이어그램이다.
도 1b 는 멀티 어레이 카메라를 나타낸다.
도 2a 는 발명의 일 실시형태에 따른 광 필드 카메라의 기능적 다이어그램이다.
도 2b 는 발명의 일 실시형태에 따른 광 필드 데이터 포매터의 기능적 다이어그램이다.
도 3 은 광 센서 어레이 상에 형성된 원시 (raw) 광 필드 이미지의 일 예이다.
도 4 는 광학 포착 시스템 또는 카메라의 광학 시스템의 오브젝트 공간에서 광의 광선들의 세트에 의해 점유된 볼륨을 나타낸다.
도 5 는 일엽 쌍곡면을 나타낸다.
도 6a 는 발명의 하나 이상의 실시형태들에 따른 화소 빔의 생성 광선들을 선별하기 위한 디바이스의 모듈들을 도시하는 기능적 블록 다이어그램이다.
도 6b 는 발명의 하나 이상의 실시형태들에 따른 화소 빔의 생성 광선들을 선별하기 위한 방법의 단계들을 도시하는 플로우 챠트이다.
도 7a 및 도 7b 는 발명의 하나 이상의 실시형태들에 따른 광 필드 데이터의 파라미터화를 위한 기준 평면들의 사용을 그래픽으로 도시한다.
도 8 은 발명의 실시형태들에 따른 기준 평면들에 대한 광 필드 광선들의 표현을 개략적으로 도시한다.
도 9a 는 발명의 하나 이상의 실시형태들에 따른 방법의 단계들을 도시하는 플로우 챠트이다.
도 9b 는 발명의 하나 이상의 실시형태들에 따른 광 데이터 포맷을 제공하기 위한 디바이스의 모듈을 도시하는 기능적 블록 다이어그램이다.
도 10 은 발명의 실시형태들에 따른 광 필드 광선들의 표현을 위한 파라미터들을 개략적으로 도시한다.
도 11 은 발명의 실시형태들에 따른 교차 데이터를 그래픽으로 도시하는 2D 광선 다이어그램이다.
도 12 는 발명의 실시형태들에 따라 생성된 디지털 라인을 그래픽으로 도시한다.
도 13 은 발명의 실시형태들에 따라 생성된 디지털 라인을 그래픽으로 도시한다.
도 14a 내지 도 14c 는 발명의 실시형태들에 따른 디지털 라인에 적용된 라돈 변환들을 그래픽으로 도시한다.
도 15 는 발명의 실시형태들에 따른 복수의 카메라들에 대한 교차 데이터를 그래픽으로 도시하는 2D 광선 다이어그램이다.
도 16 은 가우시안 빔의 기하학적 형상을 나타낸다.

당업자에 의해 인식될 바와 같이, 본 원리들의 양태들은 시스템, 방법, 또는 컴퓨터 판독가능 매체로서 구현될 수 있다. 따라서, 본 원리들의 양태들은, 본 명세서에서 일반적으로 "회로", "모듈" 또는 "시스템" 으로서 모두 지칭될 수도 있는, 전부 하드웨어 실시형태, 전부 소프트웨어 실시형태 (펌웨어, 상주 소프트웨어, 마이크로 코드 등을 포함) 또는 소프트웨어 및 하드웨어 양태들을 결합한 실시형태의 형태를 취할 수도 있다. 또한, 본 원리들의 양태들은 컴퓨터 판독가능 저장 매체의 형태를 취할 수 있다. 하나 이상의 컴퓨터 판독가능 저장 매체(들)의 임의의 조합이 활용될 수도 있다.

발명의 실시형태들은 포맷 변환, 포커싱, 뷰포인트 변경 및 3D 이미지 생성과 같은 추가 프로세싱 어플리케이션들에 대해 광 필드 데이터의 포맷팅을 제공한다.

도 2a는 본 발명의 일 실시형태에 따른 광 필드 카메라 디바이스의 블록 다이어그램이다. 광 필드 카메라는 도 1a 의 광 필드 카메라에 따라 애퍼처/셔터 (202), 메인 (대물) 렌즈 (201), 마이크로 렌즈 어레이 (210) 및 광 센서 어레이 (220) 를 포함한다. 일부 실시형태들에서, 광 필드 카메라는 대상 또는 장면의 광 필드 이미지를 캡처하도록 작동되는 셔터 릴리즈를 포함한다. 기능적 피처들이 또한 도 1b 의 광 필드 카메라에 적용될 수도 있는 것이 인식될 것이다.

광 센서 어레이 (220) 는 광 필드 데이터 포매팅 모듈 (250) 에 의한 광 필드 데이터 포맷의 생성 및/또는 광 필드 데이터 프로세서 (255) 에 의한 프로세싱을 위해 LF 데이터 포착 모듈 (240) 에 의해 포착된 광 필드 이미지 데이터를 제공한다. 광 필드 데이터는 포착 후에 그리고 프로세싱 후에, 본 발명의 실시형태들에 따라 원시 데이터 포맷으로, 서브 애퍼처 이미지들 또는 초점 스택들로서, 또는 광 필드 데이터 포맷으로 메모리 (290) 에 저장될 수도 있다.

도시된 예에서, 광 필드 데이터 포매팅 모듈 (150) 및 광 필드 데이터 프로세서 (255) 는 광 필드 카메라 (200) 에 배치되거나 또는 통합된다. 본 발명의 다른 실시형태들에서, 광 필드 데이터 포매팅 모듈 (250) 및/또는 광 필드 데이터 프로세서 (255) 는 광 필드 캡처 카메라의 외부의 별도의 컴포넌트에 제공될 수도 있다. 별도의 컴포넌트는 광 필드 이미지 캡처 디바이스에 대해 로컬이거나 떨어져 있을 수도 있다. 임의의 적합한 유선 또는 무선 프로토콜이 포매팅 모듈 (250) 또는 광 필드 데이터 프로세서 (255) 에 광 필드 이미지 데이터를 송신하기 위해 사용될 수도 있고; 예를 들어, 광 필드 데이터 프로세서는 인터넷, 셀룰러 데이터 네트워크, 와이파이 네트워크, 블루투스 통신 프로토콜, 및/또는 임의의 다른 적절한 수단을 통해 캡처된 광 필드 이미지 데이터 및/또는 다른 데이터를 전송할 수도 있음이 인식될 것이다.

광 필드 데이터 포매팅 모듈 (250) 은 본 발명의 실시형태들에 따라, 포착된 광 필드를 나타내는 데이터를 생성하도록 구성된다. 광 필드 데이터 포매팅 모듈 (250) 은 소프트웨어, 하드웨어 또는 그 조합에서 구현될 수도 있다.

광 필드 데이터 프로세서 (255) 는 예컨대, 본 발명의 실시형태들에 따라 초점 스택들 또는 뷰들의 매트릭스를 생성하기 위해 LF 데이터 포착 모듈 (240) 로부터 직접 수신된 원시 광 필드 이미지 데이터 상에 동작하도록 구성된다. 예를 들어, 캡처된 장면의 스틸 이미지들, 2D 비디오 스트림들, 등과 같은 출력 데이터가 생성될 수도 있다. 광 필드 데이터 프로세서는 소프트웨어, 하드웨어 또는 그 조합에서 구현될 수도 있다.

적어도 하나의 실시형태에서, 광 필드 카메라 (200) 는 또한, 사용자가 제어기 (270) 에 의한 카메라 (100) 의 제어 동작에 사용자 입력을 제공할 수 있게 하는 사용자 인터페이스 (260) 를 포함할 수도 있다. 카메라의 제어는 셔터 속도와 같은 카메라의 광학 파라미터들의 제어, 또는 조절가능한 광 필드 카메라의 경우, 마이크로렌즈 어레이와 광 센서 사이의 상대 거리 또는 대물 렌즈와 마이크로렌즈 어레이 사이의 상대 거리의 제어 중 하나 이상을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 광 필드 카메라의 광학 엘리먼트들 간의 상대 거리들은 수동으로 조절될 수도 있다. 카메라의 제어는 또한, 카메라의 다른 광 필드 데이터 포착 파라미터들, 광 필드 데이터 포매팅 파라미터들, 또는 광 필드 프로세싱 파라미터들의 제어를 포함할 수도 있다. 사용자 인터페이스 (260) 는 터치스크린, 버튼들, 키보드, 포인팅 디바이스, 등등과 같은 임의의 적합한 사용자 입력 디바이스(들)을 포함할 수도 있다. 이러한 방식으로, 사용자 인터페이스에 의해 수신된 입력은 데이터 포매팅을 제어하기 위한 LF 데이터 포매팅 모듈 (250), 포착된 광 필드 데이터의 프로세싱을 제어하기 위한 LF 데이터 프로세서 (255) 및 광 필드 카메라 (200) 를 제어하기 위한 제어기 (270) 를 제어 및/또는 구성하는데 사용될 수 있다.

광 필드 카메라는 하나 이상의 교체가능한 또는 재충전가능한 배터리들과 같은 전원 (280) 을 포함한다. 광 필드 카메라는 본 발명의 실시형태들의 방법들을 구현하기 위한 소프트웨어와 같은, 캡처된 광 필드 데이터 및/또는 렌더링된 최종 이미지들 또는 다른 데이터를 저장하기 위한 메모리 (290) 를 포함한다. 메모리는 외부 및/또는 내부 메모리를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 실시형태에서, 메모리는 별도의 디바이스에서 및/또는 카메라 (200) 로부터의 위치에서 제공될 수 있다. 일 실시형태에서, 메모리는 메모리 스틱과 같은 탈착가능/스왑가능 저장 디바이스를 포함한다.

광 필드 카메라는 또한, 캡처 이전에 카메라 앞에 있는 장면들을 뷰잉하기 위해 및/또는 이전에 캡처된 및/또는 렌더링된 이미지들을 뷰잉하기 위해 디스플레이 유닛 (265) (예를 들면, LCD 스크린) 을 포함할 수도 있다. 스크린 (265) 은 또한, 하나 이상의 메뉴들 또는 다른 정보를 사용자에게 디스플레이하는데 사용될 수도 있다. 광 필드 카메라는 추가로, 파이어 와이어 또는 범용 직렬 버스 (USB) 인터페이스들과 같은 하나 이상의 I/O 인터페이스들 (295), 또는 인터넷, 셀룰러 데이터 네트워크, WiFi 네트워크, 블루투스 통신 프로토콜 및/또는 임의의 다른 적절한 수단들을 통한 데이터 통신을 위한 유선 또는 무선 통신 인터페이스들을 포함할 수도 있다. I/O 인터페이스 (295) 는 데이터, 예컨대 본 발명의 실시형태들에 따라 LF 데이터 포매팅 모듈에 의해 생성된 광 필드 표현 데이터 및 원시 광 필드 데이터 또는 LF 데이터 프로세서 (255) 에 의해 프로세싱된 데이터와 같은 광 필드 데이터를, 어플리케이션들을 렌더링하기 위해 컴퓨터 시스템들 또는 디스플레이 유닛들과 같은 외부 디바이스들로/부터 전송하는데 사용될 수도 있다.

도 2b 는 광 필드 데이터 포매팅 모듈 (250) 및 광 필드 데이터 프로세서 (253) 의 잠재적인 구현의 특정 실시형태를 예시하는 블록 다이어그램이다.

회로 (2000) 는 메모리 (2090), 메모리 제어기 (2045), 및 하나 이상의 프로세싱 유닛들 (CPU(들)) 을 포함하는 프로세싱 회로 (2040) 를 포함한다. 하나 이상의 프로세싱 유닛들 (2040) 은 메모리 (2090) 에 저장된 다양한 소프트웨어 프로그램들 및/또는 명령들의 세트들을 실행하여 광 필드 데이터 포매팅 및 광 필드 데이터 프로세싱을 포함하는 다양한 기능들을 수행하도록 구성된다. 메모리에 저장된 소프트웨어 컴포넌트들은 본 발명의 실시형태들에 따라 포착된 광 데이터를 표현하는 데이터를 생성하기 위한 데이터 포매팅 모듈 (또는 명령들의 세트) (2050) 및 본 발명의 실시형태들에 따라 광 필드 데이터를 프로세싱하기 위한 광 필드 데이터 프로세싱 모듈 (또는 명령들의 세트) (2055) 을 포함한다. 다른 모듈들은 일반적인 시스템 작업들 (예를 들어, 전력 관리, 메모리 관리) 을 제어하기 위한 그리고 디바이스 (2000) 의 다양한 하드웨어 및 소프트웨어 컴포넌트들 간의 통신을 용이하게 하기 위한 오퍼레이팅 시스템 모듈 (2051), 및 I/O 인터페이스 포트들을 통해 다른 디바이스들과의 통신을 제어하고 및 관리하기 위한 인터페이스 모듈 (2052) 과 같은 광 필드 카메라 디바이스의 어플리케이션들을 위해 메모리에 포함될 수도 있다.

도 3 은 도 1a의 광 센서 어레이 (104) 또는 도 1b 의 광 센서 어레이 (114) 상에 형성된 2D 이미지의 일 예를 도시한다. 종종 4D 광 필드를 나타내는 원시 이미지로 지칭되는 2D 이미지는 마이크로 이미지들 (MI) 의 어레이로 구성되며, 각각의 마이크로 이미지는 마이크로렌즈 어레이 (102, 112) 의 개개의 마이크로 렌즈 (i, j) 에 의해 생성된다. 마이크로 이미지들은 축들 i 및 j 에 의해 정의된 직사각형 격자 구조의 어레이에 배열된다. 마이크로 렌즈 이미지는 개별 마이크로 렌즈 좌표들 (i, j) 에 의해 참조될 수도 있다. 광 센서 (104, 113) 의 화소 (PI) 는 그 공간 좌표들 (x, y) 에 의해 참조될 수도 있다. 소정 화소와 연관된 4D 광 필드 데이터는 (x, y, i, j) 로 참조될 수도 있다.

4D 광 필드 이미지를 나타내는 (또는 정의하는) 몇가지 방식들이 존재한다. 예를 들어, 4D 광 필드 이미지는 도 3 을 참조하여 이전에 설명된 것과 같은 마이크로-렌즈 이미지들의 집합에 의해 표현될 수 있다. 4D 광 필드 이미지는 또한, 플렌옵틱 카메라에 의해 기록될 때, 서브-애퍼처 이미지들의 세트에 의해 표현될 수도 있다. 각각의 마이크로렌즈 이미지로부터 선택된 동일한 위치의 화소들로 구성된 각각의 서브-애퍼처 이미지. 또한, 4D 광 필드 이미지는 화소 빔의 경우가 아닌 에피폴라 (epipolar) 이미지들의 세트에 의해 표현될 수도 있다.

본 발명의 실시형태들은 화소 빔의 개념에 기초하여 광 필드 데이터의 표현을 제공한다. 이러한 방식으로, 포맷들 및 광 필드 디바이스들에서의 다양성이 고려될 수도 있다. 사실, 광선 기반 포맷들의 한 가지 단점은, 파라미터화 평면들이 화소 포맷들 및 사이트들을 반영하도록 샘플링되어야만 한다는 것이다. 그러므로, 샘플링은 물리적인 유의 정보를 복원하기 위해 다른 데이터를 따라 정의되어야만 한다.

도 4 에 도시된 것과 같은 화소 빔 (40) 은 카메라의 광학 시스템 (41) 의 오브젝트 공간에서 광의 광선들의 세트에 의해 점유된 볼륨을 나타낸다. 광의 광선들의 세트는 상기 광학 시스템 (41) 의 퓨필 (pupil) (33) 을 통해 카메라의 센서 (43) 의 화소 (42) 에 의해 감지된다. 광선들과 대조적으로, 화소 빔들 (40) 은 그들이 물리적인 광 광선들의 섹션들에 걸친 에너지의 보존에 대응하는 "에탕듀 (etendue)" 를 자체적으로 전달하기 때문에, 마음대로 샘플링될 수도 있다.

광학 시스템의 퓨필은 상기 광학 시스템의 부분, 즉 애퍼처 스톱 (aperture stop) 을 선행하는 카메라의 렌즈들을 통해 보여지는 것과 같이, 애퍼처 스톱의 이미지로서 정의된다. 애퍼처 스톱은 카메라의 광학 시스템을 통과하는 광의 양을 제한하는 개구이다. 예를 들어, 카메라 렌즈 내부에 위치된 조절가능한 다이어프램 (diaphragm) 은 렌즈에 대한 애퍼처 스톱이다. 다이어프램을 통해 허용되는 광의 양은, 카메라의 사용자가 허용하기를 원하는 광의 양, 또는 그 사용자가 원하는 필드의 깊이에 의존하여 적응될 수도 있는 다이어프램 개구의 직경에 의해 제어된다. 예를 들어, 애퍼처를 더 작게 만드는 것은 다이어프램을 통해 허용되는 광의 양을 감소시키지만, 필드의 깊이를 증가시킨다. 스톱 (stop) 의 겉보기 크기 (apparent size) 는 렌즈의 굴절 동작 때문에, 그 물리적인 크기보다 더 크거나 더 작을 수도 있다. 형식상, 퓨필은 카메라의 광학 시스템을 통한 애퍼처 스톱의 이미지이다.

화소 빔 (40) 은 입사 퓨필 (44) 을 경유하여 광학 시스템 (41) 을 통해 전파할 때, 소정 화소 (42) 에 도달하는 광의 광선들의 펜슬로서 정의된다. 광이 자유 공간에서의 직선들 상에서 이동할 때, 그러한 화소 빔 (40) 의 형상은 2 개의 섹션들에 의해 정의될 수 있고, 하나의 섹션은 화소 (42) 의 콘주게이트 (conjugate) (45) 이고 다른 섹션은 입사 퓨필 (44) 이다. 화소 (42) 은 널이 아닌 (non-null) 표면 및 그 감도 맵에 의해 정의된다.

따라서, 화소 빔은 2 개의 엘리먼트들: 카메라의 오브젝트 공간에서 화소 (42) 의 콘주게이트 (55) 및 퓨필 (54) 에 의해 지원되는, 도 5 상에 도시된 것과 같은 일엽 쌍곡면 (50) 에 의해 표현될 수도 있다.

일엽 쌍곡면은 광의 광선들의 펜슬의 개념을 지원할 수 있는 줄 쳐진 표면이고, 물리적인 광 빔들의 "에탕듀" 의 개념과 양립가능하다.

일엽 쌍곡면은 가우시안 빔의 기하학적 구조에 대응한다. 사실, 광학에서, 가우시안 빔은 그 횡단하는 자계 및 전계 진폭 프로파일들이 가우시안 함수에 의해 제공되는 단색 전자기 방사의 빔이며; 이는 또한 가우시안 강도 프로파일을 암시한다. 이러한 기본적인 횡단 가우시안 모드는, 이러한 광의 빔이 가장 집중된 지점으로 포커싱될 수 있기 때문에, 대부분의 레이저들의 의도된 출력을 나타낸다.

아래 방정식들은 z 의 모든 값들에서 원형 단면을 갖는 빔을 가정하며; 이것은 단일 횡단면 치수, r 가 나타난다는 것에 주목함으로써 보여질 수 있다.

(초점으로부터 측정된) 빔을 따른 위치 z 에서, 스폿 사이즈 파라미터 w 는

에 의해 제공되고, 여기서 w₀ 는 웨이스트 사이즈 (waist size) 이다.

도 16 에 표현된 것과 같이, z_R 과 동일한 웨이스트로부터의 거리에서, 빔의 폭 w 은

와 동일하다.

그러나 가우시안 함수의 테일들은 결코 실제로 0 에 도달하지 않는다. 이는 웨이스트로부터 멀어져서, 빔 "에지" 가 원뿔형인 것을 의미한다. (그 r = w(z) 인) 원뿔을 따르는 라인들과 빔의 줌심축 (r = 0) 간의 각도는 빔의 발산으로 불린다.

웨이스트로부터 멀어지는 빔의 총 확산 각도는 그 후, Θ=2θ 로 주어진다.

일엽 쌍곡면이 줄쳐진 표면이기 때문에, 쌍곡면의 주 광선 (chied ray) 이라 불리는 회전축을 중심으로 회전하는 생성 광선 (generating ray) 들로 불리는 직선들의 하나의 계열 (family) 은 그러한 표면을 설명한다. 쌍곡면의 주 광선 및 그 표면을 설명하는 생성 광선들은 서로 평행하지 않고, 이들은 결코 서로 차단하지 않는다. 쌍곡면의 생성 라인들의 계열에 속하는 임의의 생성 광선과 주 광선을 정의하는 파라미터들의 지식은 화소 빔 (40, 50) 을 정의하는데 충분하다.

화소 빔 (40, 50) 을 표현하는 일엽 쌍곡면의 일반 방정식은:

이고, 여기서

는 퓨필의 중심을 중심으로 하는 (x, y, z) 좌표 시스템에서 화소 빔의 웨이스트의 중심의 좌표들이고, a, b, c 는 각각 0x, 0y, 0z 를 따른 반축 (semi-axis) 들의 길이와 상동이며, 여기서 a 는 0x 를 따르는 웨이스트의 반경을 나타내고; b 는 0y 를 따르는 웨이스트의 반경을 나타내고; c 는 화소 빔의 애퍼처 각을 정의하고, 그리고 θ_x, θ_y 는 퓨필 (44) 중심의 입사에 대한 주 광선 방향들을 정의한다. 이들은 센서들 (43) 상의 화소 (42) 위치 및 광학 시스템 (41) 의 광학 엘리먼트들에 의존한다. 더 정확하게, 파라미터들 (θ_x, θ_y) 은 퓨필 (44) 의 중심으로부터 화소 (42) 의 콘주게이트 (45) 의 방향을 정의하는 시어 각 (shear angle) 들을 나타낸다. 본 발명의 일부 실시형태들에서, a 와 b 는 동일한 값들을 가지며, 이들 경우들에서, 웨이스트는 원형을 갖는다.

파라미터 c 는 화소 빔 (40, 50) 의 애퍼처 각 (α) 을 정의하고, 공식

에 의해, 또는 다음 방정식:

에 의해 주어지는 표현에 의해 제공되며, 여기서 r 은 퓨필 반경을 나타내고, z_P 는 퓨필 앞의 화소 빔의 웨이스트의 위치를 나타낸다.

그러나, 화소 빔 (40, 50) 의 그러한 표현은 대량의 저장 공간을 차지하는데, 이는 광선들을 저장하기 위한 종래의 파일 포맷이 3D 공간에서의 위치 및 방향을 저장하는 것으로 이루어지기 때문이다. 화소 빔의 표현을 저장하는데 필요한 저장 공간의 양을 감소시키기 위한 솔루션은, 도 9b 를 참조하여 하기에 설명된다.

본질적으로, 주 광선들이 카메라의 마이크로렌즈 어레이의 마이크로렌즈 중심들을 평활하게 통과할 것인 반면, 생성 광선들은 마이크로렌즈의 경계들에서 더 강한 편차들을 경험한다. 따라서, 생성 광선들은 더 큰 애퍼처 각들로 카메라의 메인 렌즈를 히트하는 경향이 있다. 따라서, 왜곡과 같은 수차 (aberration) 들은 생성 광선들을 방해할 것이지만, 주 광선들은 이러한 수차들의 영향을 덜 받는다. 생성 광선들의 이러한 방해는 도 9b 를 참조하여 기술된 방법을 실행하는 것을 어렵게 하는데, 그 이유는 상기 방법이 광선들의 정렬된 집합들과 함께 작동하기 때문이다. 이를 위해, 본 발명의 발명자들은 도 6b 에 따른 방법에 이러한 생성 광선들의 선별된 집합을 공급하기 위해 카메라의 화소 빔들의 집합의 생성 광선들을 선별하는 방법을 제안한다.

도 6a 는 본 발명의 하나 이상의 실시형태들에 따른 카메라의 화소 빔들의 집합의 생성 광선들을 선별하기 위한 장치의 메인 모듈들을 개략적으로 예시하는 블록 다이어그램이다. 본 발명의 실시형태에서, 그러한 장치는 광 필드 데이터 포매팅 모듈 (250) 에 내장될 수도 있다.

장치 (600) 는 프로세서 (601), 저장 유닛 (602), 입력 디바이스 (603), 디스플레이 디바이스 (604), 및 인터페이스 유닛 (605) 을 포함하며, 이들은 버스 (606) 에 의해 접속된다. 물론, 컴퓨터 장치 (600) 의 구성 엘리먼트들은 버스 접속 이외의 접속에 의해 접속될 수도 있다.

프로세서 (601) 는 장치 (600) 의 동작들을 제어한다. 저장 유닛 (602) 은 프로세서 (601) 에 의해 실행될 카메라의 화소 빔들의 집합의 생성 광선들을 선별하는 것이 가능한 적어도 하나의 프로그램, 및 광학 포착 시스템의 광학 시스템 (21) 에 관련된 파라미터들, 프로세서 (601) 에 의해 수행된 계산들에 의해 사용된 파라미터들, 프로세서 (601) 에 의해 수행된 계산들의 중간 데이터 등을 포함하는 다양한 데이터를 저장한다. 프로세서 (601) 는 임의의 공지되고 적합한 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합에 의해 형성될 수도 있다. 예를 들면, 프로세서 (601) 는 프로세싱 회로와 같은 전용 하드웨어에 의해, 또는 메모리에 저장된 프로그램을 실행하는 중앙 프로세싱 유닛 (CPU) 과 같은 프로그래밍가능 프로세싱 유닛에 의해 형성될 수도 있다.

저장 유닛 (602) 은 프로그램, 데이터 등을 컴퓨터 판독가능 방식으로 저장할 수 있는 임의의 적절한 스토리지 또는 수단에 의해 형성될 수도 있다. 저장 유닛 (602) 의 예들은 반도체 메모리 디바이스들과 같은 비-일시적인 컴퓨터 판독가능 저장 매체, 및 판독 및 기록 유닛에 로딩된 자기, 광학 또는 광자기 기록 매체를 포함한다. 프로그램은 프로세서 (601) 로 하여금, 도 9b 를 참조하여 이하에 기술되는 바와 같은 본 개시물의 실시형태에 따라, 광학 시스템의 오브젝트 공간에서 광의 광선들의 세트에 의해 점유된 볼륨을 표현하는 파라미터들을 계산하고, 이들 파라미터들을 광학 포착 시스템에 의해 캡처된 이미지로 인코딩하는 프로세스를 수행하게 한다.

입력 디바이스 (603) 는 광학 시스템의 오브젝트 공간에서 광의 광선들의 세트에 의해 점유된 볼륨의 파라메트릭 표현을 생성하기 위해 파라미터의 사용자 선택을 실행하기 위해, 사용자가 커맨드들을 입력하는데 사용하기 위한 키보드, 마우스와 같은 포인팅 장치, 등에 의해 형성될 수도 있다. 출력 디바이스 (604) 는 본 개시물의 실시형태에 따라 생성된 이미지들을 디스플레이하기 위한 디스플레이 디바이스, 예를 들어 그래픽 사용자 인터페이스 (GUI) 에 의해 형성될 수도 있다. 입력 디바이스 (603) 및 출력 디바이스 (604) 는 예를 들어, 터치스크린 패널에 의해 일체형으로 형성될 수도 있다.

인터페이스 유닛 (605) 은 장치 (600) 와 외부 장치 간의 인터페이스를 제공한다. 인터페이스 유닛 (605) 은 케이블 또는 무선 통신을 통해 외부 장치와 통신가능할 수도 있다. 실시형태에서, 외부 장치는 카메라일 수도 있고, 또는 휴대폰, 태블릿 등과 같은 그러한 카메라를 내장하는 휴대용 디바이스일 수도 있다.

도 6b 는 본 발명의 하나 이상의 실시형태들에 따라 카메라의 화소 빔들의 집합의 생성 광선들을 선별하기 위한 방법의 단계들을 예시하는 흐름도이다.

예비 단계 (S601) 에서, 카메라의 센서의 화소들에 연관된 상이한 화소 빔들을 정의하는 파라미터들

, a, b, c 및 θ_x, θ_y 는 카메라에 접속된 플래시 디스크 또는 카메라의 메모리 (290) 와 같은 로컬 저장 유닛 상에 또는 원격 서버에 저장된 데이터 파일로부터 그러한 파라미터들을 취출하는 것에 의해 카메라를 캘리브레이션함으로써 포착된다. 이러한 포착 또는 캘리브레이션은 장치 (600) 의 프로세서 (601) 에 의해 실행될 수도 있다.

파라미터들

, a, b, c 및 θ_x, θ_y 의 값들의 계산은 예컨대, 카메라의 광학 시스템을 통해 광의 광선들의 전파를 모델링하는 것이 가능한 프로그램을 실행함으로써 실현된다. 그러한 프로그램은 예컨대, Zemax ⓒ, ASAP ⓒ 또는 Code V ⓒ 와 같은 광학 설계 프로그램이다. 광학 설계 프로그램은 광학 시스템을 통한 광의 광선들의 전파를 모델링하고; 간단한 렌즈들, 비구면 렌즈들, 그래디언트 인덱스 렌즈들, 거울들 및 회절 광학 엘리먼트들 등과 같은 광학 엘리먼트들의 효과를 모델링할 수 있다. 광학 설계 프로그램은 장치 (600) 의 프로세서 (601) 에 의해 실행될 수도 있다.

프로세서 (601) 에 의해 실행되는 단계 (S602) 에서, 화소 빔의 주 광선의 시어 (shear) 가 제거된다. 주 광선을 시어링하지 않는 것은:

을 기입하는 것으로 이루어지며, 이는 주 광선이 Oz 축과 평행하는 일엽 쌍곡면:

을 제공하고, 여기서

는 쌍곡면의 표면에 속하는 점의 좌표들이고,

는 고려되는 화소 빔의 웨이스트의 중심의 좌표들이다.

단계 (S603) 에서, 프로세서 (601) 는 좌표들

의 포인트 상의 쌍곡면의 센터링을 계산하고, 그 후에:

을 제공하는 쌍곡면의 정규화를 계산한다.

따라서, 방정식 (1) 은 지금부터 다음과 같다

화소 빔을 시어링하지 않고 그 후에 센터링 및 정규화하는 것은, (x, y, z) 좌표들을 (X, Y, Z) 좌표들로 변환하는 함수

를 사용하는 것으로 복귀한다.

쌍곡면의 중심축이 Oz 축이기 때문에, 상기 축에 속하는 2 개의 포인트들은 (XYZ) 좌표계에서 좌표들 (0,0,0) 및 (0,0,1) 의 다음 세트를 갖는다. 원래의 좌표계 (x, y, z) 에서 다시 변환된 쌍곡면의 이러한 중심축은 화소 빔의 주 광선

이다.

방정식 (4) 에 의해 정의된 쌍곡면은 생성 광선들의 2 개의 계열들을 갖는다:

● 생성 광선들의 제 1 계열은 좌표들 (1, 0, 0) 의 제 1 포인트와 임의의

에 대한 좌표들 (1,ζ,ζ) 의 제 2 포인트를 연결하는 직선의 OZ 축을 중심으로 하는 회전에 의해 제공되고, 예컨대, ζ= 1 이며,

● 생성 광선들의 제 2 계열은 좌표들 (1, 0, 0) 의 포인트와 임의의

에 대한 좌표들 (1,-ζ,ζ) 의 제 3 포인트를 연결하는 직선의 OZ 축을 중심으로 하는 회전에 의해 제공된다.

원래의 좌표계에서 다시 변환된 이들 생성 광선들 중 임의의 광선은 화소 빔의 생성 광선

로서 선택될 수 있다.

본 발명의 실시형태에 따른 방법의 하기 설명에서, (XYZ) 좌표계에서 초기 생성 광선

을 정의할 때, 2 개의 포인트들은 (XYZ) 좌표계에서 좌표들이 (1,0,0) 인 G₀ 및 좌표들이 (1,1,1) 인 I₀ 이다.

단계 (S604) 에서, 프로세서 (601) 는 앞서 정의된 것과 같은 함수 T 를 카메라의 오브젝트 공간에서 기준 직선 △ 에 적용한다. 본 발명의 실시형태에서, 기준 직선 △ 은 카메라의 메인 렝즈의 광학 축이다. 본 발명의 다른 실시형태에서, 기준 직선 △ 은 카메라의 렌즈-어레이의 중심축이고, 제 3 실시형태에서 기준 직선 △ 은 카메라의 메인 렌즈의 광학 축과

이하의 각도를 형성하는 방향을 갖는 라인이다.

기준 직선 △ 은 (x, y, z) 좌표계에서 좌표들의 2 개의 포인트들

및

에 의해 정의된다.

함수 T 를

및

의 좌표들에 적용하는 것은 (XYZ) 좌표계에서:

를 제공한다.

화소 빔의 주 광선

은 (XYZ) 좌표계에서 Oz 축이기 때문에, 주 광선

을 중심으로 하는 각도

의 회전은 회전 매트릭스:

에 의해 제공된다.

주 광선

을 중심으로 하는 각도

의 회전에 의한 생성 광선

의 이미지를

로 명명하면, 포인트들

및

의 좌표들은:

에 의해 제공된다.

단계 (S605) 동안, 프로세서 (601) 는 회전 각

의 값을 계산한다.

회전 각

의 값은 생성 광선

이 기준 직선 △ 을 횡단할 때, 즉 기준 직선 △ 과 생성 광선

간의 거리가 0 과 동일할 때 획득된다.

방정식들

을 갖는 2 개의 스큐 (skew) 라인들 간의 거리는 (Gellert 등, 1989, P. 538) 에 의해 제공된다.

이는

을 정의함으로써 간결한 형태:

로 기록될 수 있다.

현재 경우에,

에 대하여

및

이고,

및

이다.

0 과 동일한 2 개의 직선들 간의 거리는:

를 계산하는 것으로 복귀한다.

기준 직선 △ 과 생성 광선

의 경우에:

로

를 기입한다.

D = 0 일 때

에 대한 2 가지 솔루션들은:

에 의해 발견될 수 있다.

판별식:

이는 2 가지 솔루션들:

을 유도한다.

따라서, 2 개의 각도들

및

은 생성 광선

이 기준 직선 △ 을 횡단하기 위해 식별된다.

동일한 쌍곡면에 대하여 생성 광선들의 2 개의 계열들이 존재하기 때문에, 화소 빔을 생성하는 4 개의 상이한 광선들은 생성 광선들의 2 개의 계열들의 각각에 대하여 2 개씩 기준 직선 △ 을 횡단한다. 하나의 생성 광선은 기준 직선을 횡단하는 4 개의 생성 광선들 중에서 선택된다. 그 후에, 선택된 생성 광선은 단계 (S606) 에서 원래의 좌표계에서 다시 변환된다.

상기 방법은 카메라의 상이한 화소 빔들에서 실행된다. 따라서, 광선들의 2 개의 집합들이 획득된다: 카메라의 화소 빔들의 주 광선들을 포함하는 광선들의 제 1 집합 및 카메라의 상이한 화소 광빔들에 대해 기준 직선을 횡단하는 생성 광선들을 포함하는 광선들의 제 2 집합. 광선들의 이들 2 개의 집합들은 화소 빔들을 표현하기 위한 컴팩트한 포맷을 제공하기 위해 이후에 기술되는 방법에서 사용된다.

적은 저장 공간을 필요로 하는 광선들을 저장하기 위한 파일 포맷을 제안하기 위해, 4 차원의 광 필드 방사를 파라미터화하기 위한 방법이 도 7a 에 도시 된 정육면체를 참조할 수도 있다. 정육면체의 6 개 면들 모두가 광 필드를 파라미터화하는데 사용될 수도 있다. 방향을 파라미터화하기 위해 정육면체 면들에 평행하는 평면들의 제 2 세트가 추가될 수도 있다. 이러한 방식으로 광 필드는:

와 같은 축 방향들을 따르는 법선들을 갖는 평면들의 6 개 쌍들에 대하여 정의될 수도 있다.

도 7b 는 서로 평행하여 위치되고 각각 알려진 깊이들 z₁ 및 z₂ 에 위치된 파라미터화를 위해 사용된 2 개의 기준 면들 P1 및 P2 를 통과하는 화소 빔을 정의하는 주 광선 또는 생성 광선과 같은 광 필드 광선을 도시한다. 광 필드 광선은 교차점 (x₁, y₁) 에서 깊이 z₁에서 제 1 기준 면 P₁ 을 교차하고, 교차점 (x₂, y₂) 에서 깊이 z₂ 에서 제 2 기준 면 P₂ 을 교차한다. 이러한 방식으로 광 필드 광선은 4 개 좌표들 (x₁, y₁, x₂, y₂) 에 의해 식별될 수도 있다. 따라서, 광 필드는 각각의 광 필드가 4D 광선 공간에서 포인트

로서 표현될 때, 또한 본원에서 파라미터화 평면들로 지칭되는 파라미터화를 위한 한 쌍의 기준 면들 P₁, P₂ 에 의해 파라미터화될 수 있다. 따라서, 이는 카메라의 화소 빔의 집합의 각각의 주 광선 및 각각의 생성 광선에 대하여 실행된다.

예를 들어, 기준 좌표계의 원점은 좌표 축 시스템의 기본 벡터들

에 의해 생성된 평면 P₁ 의 중심에 위치될 수도 있다.

축은 생성된 평면 P₁ 에 직교하고, 제 2 평면 P₂ 이 간단함을 위해,

축을 따라 평면 P₁ 으로부터의 거리 z=△ 에 배치될 수 있다. 6 개의 상이한 전파 방향들을 고려하기 위해, 전체 광 필드는 그러한 평면들의 6 개 쌍들을 특징으로 할 수도 있다. 종종 광 슬래브 (light slab) 로 지칭되는 한 쌍의 평면들은 전파 방향을 따라 광 필드 카메라의 센서 또는 센서 어레이와 상호작용하는 광 필드를 특징으로 한다.

파라미터화를 위한 기준 면의 위치는:

로서 제공될 수 있고, 여기서

은 법선이고, d 는 법선의 방향을 따르는 3D 좌표계의 원점으로부터의 오프셋이다.

파라미터화를 위한 기준 면의 데카르트 방정식은:

로서 제공될 수 있다.

광 필드 광선이 알려진 위치:

및 정규화된 전파 벡터:

를 갖는다면, 3D 에서 광선의 일반적인 파라메트릭 방정식은:

로서 제공될 수도 있다.

광 필드 광선과 기준 면 간의 교차

의 좌표들은:

로서 제공된다.

이하 조건:

이 만족되지 않는다면, 광 필드 광선들과 기준 파라미터화 간에 어떤 교차도 없다.

광 필드를 파라미터화하는데 사용된 기준 면들의 쌍의 시스템의 축들 중 하나와의 수직으로 인해, 광선 교차의 컴포넌트들 중 하나는 항상 각각의 평면에 대하여 일정하다. 따라서, 광 필드 광선

과 제 1 기준 면과의 교차 및 상기 광 필드와 제 2 기준 면의 교차

가 존재한다면, 4 개의 좌표들은 가변하고, 방정식 A 은 광 필드 광선의 4 개의 파라미터들을 계산하는데 사용될 수 있다. 이들 4 개의 파라미터들은 광 필드의 4D 광선 다이어그램을 구축하는데 사용될 수 있다.

2 개의 파라미터화 기준 면들을 참조하여 광 필드의 파라미터화를 가정하면, 광 필드를 표현하는 데이터가 다음과 같이 획득될 수도 있다. 만약 기준 시스템이 도 8 에 도시된 것과 같이 세팅된다면, 제 1 파라미터화 평면 P1 은 z = z1 에서 z 축과 수직하고, 제 2 파라미터화 평면 P2 은 z = z2 에서 z 축과 수직하여 배열되며, 그 광 필드 파라미터들이 L(x1; y1; x2; y2) 인 광선은 위치 z = z3 에서 렌더링될 것이며, 여기에 광 필드 카메라의 광 센서 어레이가 위치된다. 방정식 (A) 으로부터:

으로

앞의 식을 전개하면:

을 제공한다.

양자의 방정식 세트들은 새로운 위치에서 렌더링된 광 필드 광선으로서 동일한 포인트

를 전달해야만 한다. u_x; u_y; u_z 를

및

의 함수들로서 그들의 대응하는 식으로 교체함으로써, 이전의 블록으로부터 방정식의 제 2 세트가 사용되고, x3 및 y3 은 함께 가산되어:

식:

을 유도한다.

첨자₃ 를 갖는 좌표들은 광 필드가 렌더링되는 공지된 포인트 (x₃, y₃, z₃) 에 관련된다. 모든 깊이 좌표들 z₁ 은 공지되어 있다. 파라미터화 평면들은 전파 또는 렌더링 방향에 있다. 광 필드 데이터 파라미터들 L 은 (x₁, y₁, x₂, y₂) 이다.

포인트 (x₃, y₃, z₃) 에서 이미지를 형성하는 광 필드 광선들은

에서 하이퍼 평면을 정의하는 식 (B) 에 의해 링크된다.

이는 이미지들이 2-평면 파라미터화된 광 필드로부터 렌더링될 경우, 오직 하이퍼 평면들 부근의 광선들만이 렌더링될 필요가 있고, 이들을 추적해야할 필요는 없음을 의미한다. 도 9a 는 본 발명의 하나 이상의 실시형태들에 따라 광 필드를 나타내는 데이터를 생성하기 위한 방법의 단계들을 예시하는 플로우 차트이다. 도 9b 는 본 발명의 하나 이상의 실시형태들에 따라 광 필드를 나타내는 데이터를 생성하기 위한 시스템의 메인 모듈들을 개략적으로 도시하는 블록 다이어그램이다.

방법의 예비 단계 (S801) 에서, 카메라의 센서의 화소들에 연관된 상이한 화소 빔들의 주 광선들 및 생성 광선들을 정의하는 파라미터들이 포착된다. 이들 파라미터들은 앞서 설명된 생성 광선들을 선별하기 위한 방법의 결과로서 획득된다.

그러한 파라미터들은 상이한 화소의 기준 직선을 횡단하는 생성 광선 및 주 광선들의 좌표들이다.

다른 예비 단계 (S802) 에서, 원시 광 필드 데이터는 광 필드 카메라 (801) 에 의해 포착된다. 원시 광 필드 데이터는 예컨대, 도 3 을 참조하여 설명된 것과 같은 마이크로 이미지들의 형태일 수도 있다. 광 필드 카메라는 도 1a 또는 도 1b 및 도 2a 및 도 2b 에 도시된 것과 같은 광 필드 카메라 디바이스일 수도 있다.

단계 (S803) 에서, 포착된 광 필드 데이터는 각각의 깊이들 z₁, z₂ 에서 파라미터화를 위한 한 쌍의 기준 면들 P₁, P₂ 로 화소 빔들 (40, 50) 의 기준 직선을 횡단하는 주 광선들과 생성 광선들에 대응하는 캡처된 광 필드 광선들의 교점을 정의하는 교점 데이터 (x₁, y₁, x₂, y₂) 를 제공하기 위해 광선 파라미터 모듈 (802) 에 의해 프로세싱된다.

카메라의 캘리브레이션으로부터, 하기의 파라미터들이 결정될 수 있다: 투영의 중심 (x₃, y₃, z₃), 카메라의 광학 축의 배향 및 카메라의 핀홀로부터 광 센서의 평면까지의 거리 f. 광 필드 카메라 파라미터들은 도 10 에 도시된다. 광 센서 평면은 깊이 z_p 에 위치된다. 광 센서의 화소 출력은 광 필드 광선들의 기하학 표현으로 변환된다. 2 개의 기준 면들 P₁ 및 P₂ 을 포함하는 광-슬래브는 카메라의 광 센서로의 투영의 중심의 타측에서 z₃ 를 넘어서 각각 깊이들 z₁ 및 z₂ 에 위치된다. 광 광선들에 삼각형 원리를 적용함으로써, 마이크로렌즈들의 어레이로부터 투영된 광을 기록하는 화소 좌표들 (x_p, y_p, z_p) 은 이하 식:

을 적용함으로써 광선 파라미터들, 즉 기준 면 교차점들 (x₁, y₁, x₂, y₂) 로 매핑될 수 있다.

상기 계산은 상이한 트리플릿 쌍들 (x_p, y_p, z_p) (x₃, y₃, z₃) 을 갖는 다수의 카메라들로 확장될 수도 있다.

플렌옵틱 카메라의 경우에, 애퍼처를 갖는 카메라 모델이 사용되고, 광 필드 광선은 상 공간에서 원점 (x_p, y_p, z_p) 및 방향 (x'₃, y'₃, 1) 을 갖는 것으로 설명된다. 깊이 z₃ 에서 평면 (x₃, y₃) 까지의 전파는 매트릭스 변환으로 설명될 수 있다. 렌즈는 광선을 굴절시키기 위한 ABCD 매트릭스로서 작용할 것이고, 다른 ABCD 전파 매트릭스는 광선을 광-슬래브 기준 면들 P₁ 및 P₂ 로 가져갈 것이다.

상기 단계로부터, 기준 면들 P₁ 및 P₂ 을 갖는 기준 직선을 횡단하는 주 광선들과 생성 광선의 교차를 기하학적으로 정의하는 교차 데이터 (x₁, y₁, x₂, y₂) 가 획득된다.

단계 (S804) 에서, 교차 데이터 (x₁, y₁, x₂, y₂) 를 그래픽으로 표현하는 2 D 광선 다이어그램이 광선 다이어그램 생성기 모듈 (803) 로부터 획득된다.

도 11 은 애퍼처

로 위치 x₃=2 및 깊이 z₃=2 에서 카메라에 의해 캡처된 광 필드 광선들의 교차 데이터 (x₁, x₂) 를 그래픽으로 표현하는 2D 광선 다이어그램이다. 파라미터화하는데 사용된 광선 다이어그램의 데이터 라인들은 256×256 화소들의 이미지를 제공하는 256 셀들에 의해 샘플링된다.

도 11 에 예시된 광선 다이어그램이 매트릭스로 해석된다면, 이는 희박하게 채워진 것으로 보여질 수 있다. 만약 광선들이 4D 평면 공간 매트릭스 대신 파일에 개별적으로 저장되었다면, 이는 각각의 광선에 대하여, 각각의 포지션 x_i 또는 x₃ 에 대한 적어도 2 바이트들 (int16), 더하기 컬러에 대한 3 바이트들, 즉 2D 슬라이스 광 필드에 대한 광선당 7 바이트들, 및 전체 4D 표현에 대한 광선당 11 바이트들을 저장하는 것을 요구할 것이다. 그렇더라도, 광선들은 그 표현을 조작하는 것을 필요로 하는 어플리케이션들에 대하여 부적합할 수도 있는 파일에서 랜덤하게 저장될 것이다. 본 발명의 발명자들은 어떻게 광선 다이어그램 매트릭스로부터 오직 표현 데이터만을 추출하고 그 데이터를 구조화된 방식으로 파일에 저장할 것인지를 결정하였다.

광 필드 광선들은 2D 광선 다이어그램의 데이터 라인들을 따라 매핑되기 때문에, 라인 값들 자체보다 데이터 라인을 정의하는 파라미터들을 저장하는 것이 더 효율적이다. 예컨대, 기울기 정의 파라미터 s 및 축 절편 d 와 같은, 데이터 라인을 정의하는 파라미터들이 그 데이터 라인에 속하는 광 필드 광선들의 세트와 함께 저장될 수도 있다.

이는 예컨대 기울기 파라미터 s 에 대하여 최소한 2 바이트들, 절편 파라미터 d 에 대하여 2 바이트들, 및 그 후 광선당 오직 3 바이트들을 요구할 수 있고, 추가로, 광선들은 파일에서 라인들을 따라 정렬될 수도 있다. 매트릭스 셀들을 통해 라인들을 세팅하기 위해, 소위 디지털 라인들이 생성되며, 최소 에러를 갖는 광선 라인들을 근사화한다.

단계 (S805) 에서 데이터 라인들을 위치시키고 기울기 파라미터 s 및 절편 파라미터 d 를 획득하기 위해, 라돈 변환 (Radon transform) 이 단계 (S804) 에서 생성된 광선 다이어그램 상에 라인 검출 모듈 (804) 에 의해 수행된다.

획득된 기울기 파라미터 s 및 절편 파라미터 d 로부터, 대표적인 디지털 라인은 단계 (S806) 에서 디지털 라인 생성 모듈 (805) 에 의해 생성된다. 이 단계에서 디지털 라인들은 예컨대, 브레젠험 알고리즘 (Bresenham's algorithm) 을 적용함으로써, 분석선을 그 최인접 격자점으로 근사화함으로써 생성된다. 실제로, 브레젠험 알고리즘은 최소 동작으로 디지털 라인을 제공하는 방식을 제공한다. 다른 방법들은 고속 이산 라돈 변환 계산을 적용할 수도 있다. 브레젠험 어플리케이션의 일 예는 다음 참조:

http://www.cs.helsinki.fi/group/goa/mallinnus/lines/bresenh.html.

로부터 적응되는 일 예이다.

디지털 포맷은 그리드 (0, d) 및 (N-1, s) 의 2 포인트들에 의해 데이터 라인을 정의하며, d 는 x₁ = 0 일 때 x₂ 의 값에 대응하는 교차점이고, s 는 x1 = N-1 일 때 x₂ 의 값에 대응하는 기울기 파라미터이다. 각각의 개별 라인의 기울기 a 로부터 생성된 디지털 포맷은 다음과 같이 d, N 및 s 의 함수로 표현될 수도 있다.

식 중:

s∈{0,1,….N-1} 및 d∈{0,1,….N-1}

도 12 는 브레젠험 알고리즘의 적용에 의해 생성된 디지털 라인의 일 예를 도시한다.

도 13 은 기울기 (a)(또는 s-d) 는 동일하지만 절편 (d) 는 상이한 디지털 라인의 그룹을 도시하며, 데이터 라인들의 그룹은 연속적이다. 데이터 라인들의 그룹은 본 명세서에서 라인들의 번들로 지칭되고 카메라가 이상적으로는 핀홀 카메라가 아니기 때문에 발생하는 빔에 대응한다. 각각의 라인은 상이한 화소들을 어드레싱한다. 즉, 하나의 화소는 기울기는 동일하지만 절편들은 상이한 번들의 고유 라인에만 속한다. 축 교차점 (d) 의 상부 및 하부 경계들은 각각 d_max 및 d_min 으로 주어진다.

샘플링된 라인들의 쌍 (2D 에서) 에 의해 파라미터화되고 하나의 카메라에 속하는 광선 데이터는 그 데이터를 나타내기 위해 사용된 위상 공간에서 디지털 라인들 (빔) 의 계열에 속한다. 빔의 헤더는 단순히 축 교차점들의 상부 및 하부 경계들 (d_max - d_min) 에 의해 정의된 빔의 기울기 및 두께를 포함할 수 있다. 광선 값들은 헤더가 d 및 s 일 수 있는 디지털 라인들을 따라 RGB 컬러들로 저장될 수 것이다. 샘플링된 공간에서 광선 다이어그램의 보이드 셀들은 저장될 필요가 없다. 광선의 좌표들 (x1; x2) 은 파라미터들 (d, s) 로부터 그리고 디지털 라인을 따라 셀의 위치로부터 추론될 수 있다.

광 필드로부터 또는 카메라의 기하학적 구조로부터 추정될 파라미터들은 기울기 (a), 디지털 라인 절편들의 하한 및 상한 경계들 (d_min, d_max), 및 디지털 라인 파라미터들 (d_i, s_i) 이다. 이산 라돈 변환은 광선 다이어그램에서 광 필드의 지원 위치를 측정하기 위한 툴로서 이미 논의되었다.

도 14b 는 도 14a 의 디지털 라인 파라미터 공간 (d, s) 에서의 이산 라돈 변환을 나타낸다. 도 14c 는 도 14b 에 포함된 관심 영역의 줌이다. 디지털 라인들의 빔은 최대값 파라미터들에 대한 탐색에 의해 위치된다. 이미지 콘텐츠에 기인한 최대의 실제 위치 및 DRT 의 대칭의 기하학적 중심 사이에 약간의 오프셋이 있을 수 있어서, 나중에 알고리즘이 최대 대신 대칭의 중심을 정확히 찾아내는데 사용된다. 그러면, 도 13c 에 나타낸 바와 같이 빔 변환의 웨이스트가 값들 (d_min, d_max) 을 부여하기 위해 찾기 쉽다. 포인트 (d_min = 74, s = 201) 은 도 12a 로부터 디지털 라인들의 빔의 하부 엔벨로프이고, 포인트 (d_max = 81, s = 208) 는 디지털 라인들의 빔의 상부 엔벨로프이다.

방정식 B 로부터 2 개의 직교 2D 슬라이스된 공간들의 방정식들이 다음과 같이 주어진다.

x_i 좌표에 대해 2D 슬라이스가 취해지는 경우, (x₃, y₃, z₃) 에서 사이즈 A 의 애퍼처를 통해 광선 데이터가 주어진 바와 같이 매핑될 라인들의 빔의 방정식은 다음과 같이 주어진다.

유사하게, 2D 슬라이스가 y_i 좌표들에 대해 취해지는 경우:

이전에 기재된 바와 같이, m 및

은 이산 도메인에서 평가될 수도 있다. 이전에 논의된 포맷에 의해 정의된 바와 같이 광 필드의 특성을 국부화하기 위해, 4D 이산 라돈 변환 (DRT) 을 수행할 필요가 없다. 2 개의 직교 2D DRT 가 획득되는 경우, 모든 데이터가 4D 광선 다이어그램에 집중되는 디지털 하이퍼 평면들의 빔폭 및 하이퍼 평면의 기울기 (m) 의 측정들이 수행될 수 있다.

위치들의 이러한 간단한 절차는 원형 입사 퓨필 A 를 상정하여서,

가 모든 하이퍼 평면 절편들을 포괄할 것이고, 포맷에 기입된 일부 값들은 어떤 값도 포함하지 않을 것이다.

2D 경우에 대해 제안되었던 것과 유사한 4D 경우 에 대한 포맷을 획득하는 것이 관심있게 된다. 이렇게 하기 위해서,

, 평면 상에서 발견된 2D 라인들을

평면 상에서 발견된 라인들, 즉

및

의 2 개의 직교 슬라이스들과 대응 하이퍼 평면의 교차점의 결과들인 라인들과 연관시키는데 관심있게 된다. 식 D 및 E 로부터, 대응 라인들은 동일한 기울기 (m) 을 갖는 것이 알려져 있다. 이것은 소정의 깊이에서 카메라에 대해,

에서의 각각의 라인을

에서의 라인에 연관시키는 제 1 파라미터이다. 동일한 깊이로 다수의 카메라들이 있는 경우 (즉, 도 14a 의 경우), m 의 동일한 추정 기울기를 갖는

에서의 3 개의 라인들 및

에서의 3 개의 라인들이 있다. 이들 2 개의 평면들에서의 라인들 사이의 라인 오프셋들의 대응들이 그 후 결정된다. 이를 행하기 위해서, 식 D 및 E 에서 라인들의 공식이 활용된다. 특히, 다음을 나타낸다.

오프셋들은 다음과 같다:

및

방정식들의 세트는 k, x₃ 및 y₃ 에 대해 풀 수도 있다. (k, x₃ 및 y₃) 는 카메라의 좌표들, 또는 환언하면, 광의 대응 번들이 반경 (A) 의 원으로 포커싱되는 보셀 (voxel) 에 대응한다. z₃ 에 위치된 평면 상의 애퍼처가 원형이라고 가정했으므로,

, 그리고 방정식들의 이전 세트를 풀어서:

디지털 라인들은 브레젠험 디지털 라인들을 사용하여

상에서 이전과 같이 스캐닝될 수도 있다: 각각의 개별

값에 대하여, 광 필드에서 캡처된 대응

값들이 저장된다. 이러한 값들을 구하기 위해, 식 C 가 이용된다. 다음은 모두 식들 F 및 G x3; y3; z3; z1; z2 로부터 알려지거나 추정된다.

각각의

에 대해,

의 각각의 라인 상에서 이동하면,

에서 다음의 관계가 획득된다:

또는

에서의 각각의 포인트에 대해,

에서의 라인들의 집합이 저장된다.

는

에 대해 스캐닝되고 저장된 라인들의 오프셋에 대응한다.

도 12 를 참조하면, 각각의 스퀘어는

포인트이고, 이들 포인트들 중 각각의 포인트에 대해, 다음의 식에 의해 정의된 디지털 라인을 따라 도면의 평면으로부터 떨어지고,

도시된 데이터 라인들에 수직이지만, 4D 공간에 있는, 브레젠험 디지털 라인들의 세트가 있다.

카메라 당 데이터 라인들의 번들에 대한 예시적인 데이터 포맷은 표 1 에 예시되어 있다.

먼저, 4D 공간의 일반 메타 데이터가 제공된다: 4 축들 (x₁, x₂, y₁, y₂) 경계와 그들의 대응 샘플링을 포함한다. 카메라들의 수 (번들) 가 또한 제공된다. 각각의 카메라 (j) 에 대해, 다음의 파라미터들이 저장된다.

애퍼처의 크기 : Aj 는 화소 빔의 퓨필의 직경에 대응함

카메라

의 초점 : focusPoint = (u3, u3, w3)

에서의 최저 d 절편 =

첨도 (steepness) =

에서의 디지털 라인들의 수 =

각각의 카메라 상에서, 각각의

에 대해, 브레젠험 디지털 라인을 사용한 식 (K) 에 대해

상에서 스캐닝을 시작하고, 각각의 광 필드 광선들의 RGB 값들이 저장된다. 특히

대

및 대응

는 식 (K) 에 따라 계산된다.

동일한 계산들이 저장된 메타데이터를 사용하여 디코딩 단계에서 수행된다. 특히, k 는 식 (H) 를 사용하여 구한다. 이로써 포맷은 컴팩트한 상태를 유지한다. 시스템에서의 각각의 광선에 대해 4 개의 인덱스들을 저장할 필요가 없다. 위의 하이퍼 평면의 샘플링은 4D 광선 공간의 샘플링이고, 이에 따라 단일 x1; y1; x2; y2 위치는 놓치지 않는다. 이것은 모든 데이터를 매우 컴팩트한 형태로 저장하기 위한 4D 광선 공간의 체계적 스캐닝의 일 예일 뿐이다. 물론 다른 프로세스들이 적용될 수도 있다. 파라메트릭 형태는 인터리브된 공간 탐사를 허용하기 때문에 하이퍼 평면을 탐사하기 위해 채택되는 것으로 여겨진다. 하이퍼 평면의 몇몇 번들을 포함하는 데이터 상에서 작동하기 위한 다수의 카메라들의 경우 (다수의 카메라들로 인한 라돈 변환에서의 몇몇 최대들), 더 복잡한 알고리즘이 사용될 수도 있다. 프리 프로세싱 단계로서, 파라미터들

이

의 라돈 변환에서의 모든 피크들에 대해 발견되고, 하나의 세트에 삽입된다. 이제 그리디 알고리즘 (greedy algorithm) 의 각각의 반복에서, 최대 피크 강도가

의 2D 라돈 변환에서 발견되고

에서의 대응 피크는 이전에 발견된 파라미터들

과 매칭하는 것에 의해 발견된다. 마지막 섹션에서 언급된 바와 같이 데이터를 저장한 후, 이러한 피크들은 라돈 변환에서 제거되고, 광 필드에 어떠한 의미있는 것이 남지 않을 때까지 다음 반복이 시작된다.

본 발명은 특정 실시형태들을 참조하여 위에 기재되지만, 본 발명은 특정 실시형태들에 제한되지 않고, 본 발명의 범위 내에 있는 수정들이 당업자에게 자명할 것이다.

상술한 예시적인 실시형태들을 참조하면 많은 추가의 수정들 및 변형들이 당법자에게 제안될 것이며, 이들은 예시로서만 주어지고, 첨부된 청구항들에 의해 결정되는 발명의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다. 특히, 상이한 실시형태들로부터의 상이한 특징들은 적절한 경우 상호 교환될 수도 있다.

Claims

생성 광선들로 칭하는, 광의 광선들의 집합을 선별 (sorting) 하기 위한 컴퓨터 구현 방법으로서,
상기 집합의 각각의 생성 광선은, 광학 포착 시스템의 오브젝트 공간에서, 상기 광학 포착 시스템의 센서의 적어도 하나의 화소의 콘주게이트 및 상기 광학 포착 시스템의 퓨필 (pupil) 을 통과하는 광의 광선들의 세트에 의해 점유된 볼륨의 표면을, 상기 볼륨의 회전축을 중심으로 회전하는 것에 의해 생성하고, 상기 광의 광선들의 세트에 의해 점유된 상기 볼륨은 화소 빔으로 칭하며,
상기 방법은,
- 적어도 하나의 화소 빔에 대해, 기준 직선을 횡단하는 상기 화소 빔의 표면을 생성하는 생성 광선을 선택하는 단계,
- 선택된 상기 생성 광선을 포함하는 선별된 생성 광선들의 집합을 생성하는 단계를 포함하는, 광선들의 집합을 선별하기 위한 컴퓨터 구현 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 생성 광선에 의해 생성된 상기 화소 빔의 표면은 일엽 쌍곡면인, 광선들의 집합을 선별하기 위한 컴퓨터 구현 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 기준 직선은 상기 광학 포착 시스템의 메인 렌즈의 광축에 평행한, 광선들의 집합을 선별하기 위한 컴퓨터 구현 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 기준 직선은 상기 광학 포착 시스템의 렌즈 어레이의 중심축에 평행한, 광선들의 집합을 선별하기 위한 컴퓨터 구현 방법.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 생성 광선을 선택하는 단계는,
- 회전 매트릭스로, 상기 생성 광선들의 집합에 속하는, 상기 화소 빔의 또 다른 생성 광선을 정의하는 벡터를 승산하는 것에 의해 상기 선택된 생성 광선을 정의하는 벡터의 좌표들을 계산하는 단계,
- 상기 기준 직선 및 상기 선택된 생성 광선을 정의하는 벡터들 및 포인트들에 기초하여 상기 회전 매트릭스의 회전 각의 값을 계산하는 단계로서, 상기 선택된 생성 광선 및 상기 기준 직선은 서로 횡단하기 때문에 상기 선택된 생성 광선과 상기 기준 직선 사이의 거리가 0 과 동일한, 상기 회전 각의 값을 계산하는 단계로 이루어지는, 광선들의 집합을 선별하기 위한 컴퓨터 구현 방법.
광학 포착 시스템의 오브젝트 공간에서, 상기 광학 포착 시스템의 센서의 적어도 하나의 화소의 콘주게이트 및 상기 광학 포착 시스템의 퓨필을 통과하는 광의 광선들의 세트에 의해 점유된 볼륨을 나타내는 데이터를 생성하기 위한 방법으로서,
상기 광의 광선들의 세트에 의해 점유된 상기 볼륨은 화소 빔으로 칭하며,
상기 방법은,
- 생성 광선들로 칭하는, 광의 광선들의 제 1 집합 및 광의 광선들의 제 2 집합을 포착하는 단계로서, 상기 생성 광선들의 집합의 각각의 생성 광선은, 상기 화소 빔의 회전축을 중심으로 회전하는 것에 의해 화소 빔의 표면을 생성하고, 상기 화소 빔의 회전축은 상기 광의 광선들의 제 1 집합에 속하는 광의 광선인, 상기 제 1 집합 및 제 2 집합을 포착하는 단계;
- 복수의 주어진 기준 평면들과 주어진 화소 빔의 상기 회전축 및 생성 광선의 교차를 정의하는 교차 데이터를 계산하는 단계로서, 상기 기준 평면들은 서로 평행하고 상기 오브젝트 공간에서 상이한 깊이들에 대응하는, 상기 교차 데이터를 계산하는 단계;
- 상기 화소 빔을 나타내는 데이터를 제공하기 위해 2D 광선 다이어그램에서 상기 교차 데이터의 그래픽 표현을 정의하는 광선 다이어그램 파라미터들을 획득하는 단계를 포함하는, 데이터를 생성하기 위한 방법.
제 6 항에 있어서,
상기 회전축 및 상기 생성 광선에 대응하는 상기 교차 데이터는 상기 광선 다이어그램에서 데이터 라인들로서 그래픽으로 표현되고, 상기 광선 다이어그램 파라미터들은,
- 데이터 라인의 기울기; 및
- 상기 광선 다이어그램의 축과 데이터 라인의 교차
중 적어도 하나를 나타내는 데이터를 포함하는, 데이터를 생성하기 위한 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 화소 빔을 나타내는 데이터는, 대응하는 제 2 생성 광선 및 회전축의 컬러를 나타내는 컬러 데이터를 더 포함하는, 데이터를 생성하기 위한 방법.
제 6 항에 있어서,
상기 생성 광선들의 포착된 집합은, 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 따라 획득되는, 데이터를 생성하기 위한 방법.
생성 광선들로 칭하는, 광의 광선들의 집합을 선별하기 위한 장치로서,
상기 집합의 각각의 생성 광선은, 광학 포착 시스템의 오브젝트 공간에서, 상기 광학 포착 시스템의 센서의 적어도 하나의 화소의 콘주게이트 및 상기 광학 포착 시스템의 퓨필을 통과하는 광의 광선들의 세트에 의해 점유된 볼륨의 표면을, 상기 볼륨의 회전축을 중심으로 회전하는 것에 의해 생성하고, 상기 광의 광선들의 세트에 의해 점유된 상기 볼륨은 화소 빔으로 칭하며,
상기 장치는,
- 적어도 하나의 화소 빔에 대해, 기준 직선을 횡단하는 상기 화소 빔의 표면을 생성하는 생성 광선을 선택하고,
- 선택된 상기 생성 광선을 포함하는 선별된 생성 광선들의 집합을 생성하도록 구성된
프로세서를 포함하는, 광선들의 집합을 선별하기 위한 장치.
제 10 항에 있어서,
상기 프로세서는,
- 회전 매트릭스로, 상기 생성 광선들의 집합에 속하는, 상기 화소 빔의 또 다른 생성 광선을 정의하는 벡터를 승산하는 것에 의해 상기 선택된 생성 광선을 정의하는 벡터의 좌표들을 계산하고,
- 상기 기준 직선 및 상기 선택된 생성 광선을 정의하는 벡터들 및 포인트들에 기초하여 상기 회전 매트릭스의 회전 각의 값을 계산하는 것으로서, 상기 선택된 생성 광선 및 상기 기준 직선은 서로 횡단하기 때문에 상기 선택된 생성 광선과 상기 기준 직선 사이의 거리가 0 과 동일한, 상기 회전 각의 값을 계산하는 것에 의해,
상기 생성 광선을 선택하도록 구성되는, 광선들의 집합을 선별하기 위한 장치.
광학 포착 시스템의 오브젝트 공간에서, 상기 광학 포착 시스템의 센서의 적어도 하나의 화소의 콘주게이트 및 상기 광학 포착 시스템의 퓨필을 통과하는 광의 광선들의 세트에 의해 점유된 볼륨을 나타내는 데이터를 생성하기 위한 장치로서,
상기 광의 광선들의 세트에 의해 점유된 상기 볼륨은 화소 빔으로 칭하며,
상기 장치는,
- 생성 광선들로 칭하는, 광의 광선들의 제 1 집합 및 광의 광선들의 제 2 집합을 포착하는 것으로서, 상기 생성 광선들의 집합의 각각의 생성 광선은, 상기 화소 빔의 회전축을 중심으로 회전하는 것에 의해 화소 빔의 표면을 생성하고, 상기 화소 빔의 회전축은 상기 광의 광선들의 제 1 집합에 속하는 광의 광선인, 상기 제 1 집합 및 제 2 집합을 포착하고;
- 복수의 주어진 기준 평면들과 주어진 화소 빔의 상기 회전축 및 생성 광선의 교차를 정의하는 교차 데이터를 계산하는 것으로서, 상기 기준 평면들은 서로 평행하고 상기 오브젝트 공간에서 상이한 깊이들에 대응하는, 상기 교차 데이터를 계산하고;
- 상기 화소 빔을 나타내는 데이터를 제공하기 위해 2D 광선 다이어그램에서 상기 교차 데이터의 그래픽 표현을 정의하는 광선 다이어그램 파라미터들을 획득하도록 구성된
프로세서를 포함하는, 데이터를 생성하기 위한 장치.
제 12 항에 있어서,
상기 생성 광선들의 포착된 집합은 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 따라 획득되는, 데이터를 생성하기 위한 장치.
광 필드 이미징 디바이스로서,
- 규칙적인 격자 구조로 배열된 마이크로 렌즈들의 어레이;
- 상기 마이크로 렌즈들의 어레이로부터 광 센서 상에 투영된 광을 캡처하도록 구성된 상기 광 센서로서, 상기 광 센서는 화소들의 세트들을 포함하고, 각각의 화소들의 세트는 상기 마이크로 렌즈들의 어레이의 개개의 마이크로 렌즈와 광학적으로 연관되는, 상기 광 센서; 및
- 제 8 항에 따른 메타데이터를 제공하기 위한 디바이스를 포함하는, 광 필드 이미징 디바이스.
제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 따라 획득된 광 필드 데이터로부터 이미지를 렌더링하기 위한 디바이스.
광학 포착 시스템의 오브젝트 공간에서, 상기 광학 포착 시스템의 센서의 적어도 하나의 화소의 콘주게이트 및 상기 광학 포착 시스템의 퓨필을 통과하는 광의 광선들의 세트에 의해 점유된 볼륨을 나타내는 데이터를 포함하는 디지털 파일로서,
상기 광의 광선들의 세트에 의해 점유된 상기 볼륨은 화소 빔으로 칭하며,
상기 데이터는,
- 생성 광선으로 칭하는, 광의 제 1 광선, 및 광의 제 2 광선의 교차 데이터의 2D 다이어그램에서 그래픽 표현을 정의하는 광선 다이어그램 파라미터들로서, 상기 생성 광선은 광의 다른 광선을 중심으로 회전하는 것에 의해 화소 빔의 표면을 생성하고, 상기 광의 다른 광선은 상기 화소 빔의 회전축이며, 상기 교차 데이터는 복수의 주어진 기준 평면들과 상기 화소 빔의 상기 회전축 및 상기 생성 광선의 교차를 정의하며, 상기 기준 평면은 서로 평행하고 상기 오브젝트 공간에서 상이한 깊이들에 대응하는, 상기 광선 다이어그램 파라미터들;
- 상기 화소 빔의 상기 회전축 및 상기 생성 광선의 컬러들을 정의하는 컬러 데이터를 포함하는, 디지털 파일.
제 16 항에 있어서,
제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 의해 획득되는, 디지털 파일.
프로그램가능 장치를 위한 컴퓨터 프로그램 제품으로서,
상기 컴퓨터 프로그램 제품은, 상기 프로그램가능 장치로 로딩되고 상기 프로그램가능 장치에 의해 실행될 때 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 구현하기 위한 명령들의 시퀀스를 포함하는, 프로그램 가능 장치를 위한 컴퓨터 프로그램 제품.
프로그램가능 장치를 위한 컴퓨터 프로그램 제품으로서,
상기 컴퓨터 프로그램 제품은, 상기 프로그램가능 장치로 로딩되고 상기 프로그램가능 장치에 의해 실행될 때 제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 구현하기 위한 명령들의 시퀀스를 포함하는, 프로그램가능 장치를 위한 컴퓨터 프로그램 제품.