KR20180121100A - 영상 투사 기기 정렬 장치 및 방법 - Google Patents

영상 투사 기기 정렬 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 영상 투사 기기 정렬 장치는, 영상 투사 기기가 스크린 상에 투사한 영상을 촬영한 이미지를 획득하는 입력부, 상기 획득된 이미지를 이용하여, 상기 영상의 왜곡의 정도를 산출하는 영상 분석부 및 상기 왜곡의 정도에 기초하여, 상기 영상 투사 기기의 광축 정렬 상태를 조절하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

영상 투사 기기 정렬 장치 및 방법 {APPARATUS AND METHOD FOR ALIGNING IMAGE PROJECTION DEVICE}
본 발명은 빔 프로젝터(beam projector)와 같은, 스크린에 영상을 형성하기 위한 영상 투사 기기의 광축 정렬 및 초점 조절을 수행함으로써, 상기 영상의 출력 상태를 최적화하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
빔 프로젝터(beam projector)는 자신으로부터 일정 거리 떨어져 있는 스크린 상에 영상을 투영해서 표시하는 장치이다. 빔 프로젝터는 영상을 이루는 광선을 생성하는 광원(光源), 광원에 의해 생성된 광선에 영상 정보를 부여하는 패널(panel), 영상 정보를 공간 상으로 투영하는 하나 이상의 렌즈로 이루어진 광학계 등을 포함할 수 있다.
빔 프로젝터에 의해 스크린에 형성되는 영상이 의도된 대로 표시되도록 하기 위해서는, 빔 프로젝터의 정렬 상태를 올바르게 유지한 상태로 빔 프로젝터를 동작시킬 필요가 있으며, 정렬 상태가 올바르지 않으면 영상의 왜곡이 발생한다. 특히, 스크린과 가까운 거리에서도 큰 크기의 영상을 투사할 수 있어 최근 각광받고 있는 초단초점(ultra-short throw, UST) 빔 프로젝터의 경우, 정렬 상태가 약간만 어긋나도 왜곡의 정도가 매우 커지게 된다.
전술한 빔 프로젝터의 정렬을 수행하기 위한 구체적인 방법으로서, 우선 수동 정렬 방법을 들 수 있다. 하지만 수동 정렬 방법은 번거롭고 정확도에도 한계가 있으며, 초단초점 빔 프로젝터와 같이 정렬 상태가 정밀하게 조절되어야 하는 경우에는 더욱 적합하지 않다. 다른 방법으로, 빔 프로젝터 내에 장착된 자이로(gyro) 센서를 이용하는 방법이 있으나, 이 방법에 의하면 빔 프로젝터의 틀어짐 발생을 쉽게 인지할 수 있지만, 회전 틀어짐을 비롯한 최적의 정렬 상태를 찾는 데에는 여전히 어려움이 있다. 다른 방법으로, 빔 프로젝터에 별도의 영상 획득 장치를 추가하여 스크린 상에서의 왜곡을 직접 인지하는 방법이 있지만, 통상의 초단초점 빔 프로젝터는 화각이 매우 크므로 통상의 영상 획득 장치로는 스크린 전체를 촬영하지 못하여 발생 왜곡을 정확히 알지 못하는 어려움이 있다.
또한, 빔 프로젝터의 초점이 맞지 않을 경우에는, 스크린에 표시되는 영상의 선명도가 저하되는 문제가 발생하며, 이 역시 영상의 품질 저하의 한 원인이 될 수 있다.
한국공개특허공보, 제 10-2014-0137445호 (2014.12.02. 공개)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 정확하면서도 간편한 방법으로 영상 투사 기기의 정렬 상태를 조정함으로써, 상기 기기가 스크린에 투사하는 영상의 출력 상태를 최적화하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
다만, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 해결하고자 하는 과제는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 영상 투사 기기 정렬 장치는, 영상 투사 기기가 스크린 상에 투사한 영상을 촬영한 이미지를 획득하는 입력부, 상기 획득된 이미지를 이용하여, 상기 영상의 왜곡의 정도를 산출하는 영상 분석부 및 상기 왜곡의 정도에 기초하여, 상기 영상 투사 기기의 광축 정렬 상태를 조절하는 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 영상 투사 기기 정렬 장치는, 영상 투사 기기가 스크린 상에 투사한 영상을 촬영한 이미지를 획득하는 입력부, 상기 획득된 이미지를 이용하여, 상기 영상의 선명도를 산출하는 영상 분석부 및 상기 선명도에 기초하여, 상기 영상 투사 기기의 초점을 조절하는 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 영상 투사 기기 정렬 방법은, 영상 투사 기기가 스크린 상에 투사한 영상을 촬영한 이미지를 획득하는 단계, 상기 획득된 이미지를 이용하여, 상기 영상의 왜곡의 정도를 산출하는 단계 및 상기 왜곡의 정도에 기초하여, 상기 영상 투사 기기의 광축 정렬 상태를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 영상 투사 기기 정렬 방법은, 영상 투사 기기가 스크린 상에 투사한 영상을 촬영한 이미지를 획득하는 단계, 상기 획득된 이미지를 이용하여, 상기 영상의 선명도를 산출하는 단계 및 상기 선명도에 기초하여, 상기 영상 투사 기기의 초점을 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 영상 투사 기기가 스크린 상에 형성한 영상을 촬영하고, 촬영된 이미지로부터 영상 입력부가 가지는 고유의 왜곡량을 바탕으로 산출된 실제의 영상 왜곡 정도에 기초하여 영상 투사 기기의 광축 정렬 상태를 조절함으로써 간편하고 정확하게 영상의 출력 상태를 최적화할 수 있다. 특히, 초단초점 빔 프로젝터의 경우 화각이 매우 크기 때문에 통상의 영상 입력 장치로는 전체 영상의 왜곡을 알기 어렵거나, 초단초점 빔 프로젝터와 동일한 화각을 구현하면서 왜곡이 매우 적은 영상 입력 장치는 통상 렌즈 매수가 증가하며 사이즈가 커지는 경우가 많다. 따라서 어안 렌즈와 같은 자체 왜곡을 갖고 있지만, 시야각이 180도에 이르는 초광각(超廣角)의 렌즈를 촬영에 이용하여 하나의 이미지에 전체 영상을 담아내고, 상기 이미지로부터 초광각 렌즈의 자체 왜곡량을 감안하여 영상의 전체적인 형상을 알아냄으로써, 전체 영상의 왜곡 정도를 쉽고 정확하게 알 수 있다. 또한, 영상을 촬영한 이미지를 이용하여 영상의 선명도 역시 아울러 조절함으로써, 더욱 높은 품질의 영상을 스크린에 출력할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 투사 시스템의 전반적인 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 투사 시스템에 포함된 영상 투사 기기 정렬 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 투사 기기 정렬 방법의 각 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 투사 기기에 의해 출력될 수 있는 기준 영상에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 투사 기기 광축 정렬 장치에 적용될 수 있는 어안 렌즈의 유형에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 투사 기기 정렬 방법의 왜곡 보정 과정에 대해 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 투사 시스템의 전반적인 구성을 도시한 도면이다. 도 1의 영상 투사 시스템(10)은 작은 크기의 패널(panel)로부터 출력되는 영상을 크게 확대하여 사람들에게 보여주기 위한 시스템으로, 영상 투사 기기(200)와 스크린(300)을 포함할 수 있다. 단, 이러한 도 1의 영상 투사 시스템(10)는 본 발명의 일 실시예에 불과하므로, 도 1을 통해 본 발명의 사상이 한정 해석되는 것은 아니며, 도시된 것 외의 다른 구성 요소를 추가로 포함할 수 있다.
영상 투사 기기(200)는 스크린(300)에 크게 확대되어 투사될 최초 영상을 출력할 수 있다. 상기 최초 영상의 출력은, 영상 투사 기기(200)가 최초 영상의 각 부분을 표현하기 위한 광선(210)을 스크린(300)을 향해 방사함으로써 수행될 수 있다. 그러면 스크린(300) 상의 서로 다른 위치에 투사된 여러 다발의 광선(210)에 의해, 최초 영상의 확대된 영상(310)이 스크린(300) 상에 형성된다. 스크린(300)은 그 위에 영상을 형성하기 위해 따로 제작될 수도 있지만, 건물의 내벽 등을 스크린(300)으로서 사용하는 것도 가능할 것이다.
다만, 앞서 언급한 바와 같이, 영상 투사 기기(200) 내에 포함된 광학계(光學系, optical system)의 초점이 맞지 않으면 영상(310)의 선명도가 저하될 수 있으며, 영상 투사 기기(200)의 정렬 상태가 틀어지면, 영상(310)의 형상이 왜곡될 수 있다. 영상의 왜곡은 크게 광학계가 가지는 고유한 광학 왜곡과 광학계와 스크린의 배치에서 비롯되는 평행 왜곡으로 분류할 수 있다. 여기서 광학 왜곡이란, 이상적인 광학계를 통과할 경우 스크린에 투사될 영상과, 실제로 스크린에 투사된 영상 간의 차이를 가리키는 개념으로, 광학 기술 분야의 통상의 기술자에게 익숙한 개념이다. 평행 왜곡은 원근에서 기초한 키스톤(keystone) 왜곡이 대표적이다.
영상(310)의 왜곡에 대해서는 이하에서 도 1을 참조하여 부연 설명을 하도록 한다. 도 1에는, 영상 투사 기기(200)가 직사각형의 영상을 스크린(300)에 표시하고자 했으나, 영상 투사 기기(200)의 정렬이 잘못되어 스크린(300)에 직사각형이 아닌 사다리꼴의 영상(310)이 형성된 상황이 표현되어 있다. 이러한 종류의 왜곡을 키스톤(keystone) 왜곡이라 하며, 영상 투사 기기(200)의 광학계의 광축(光軸, optical axis)이 스크린(300)에 수직하지 않을 때 발생할 수 있다. 따라서 이와 같은 왜곡을 제거하려면, 상기 광축과 스크린(300)이 직교하도록 하기 위해, 영상 투사 기기(200)의 오리엔테이션(orientation)을 조정하는 등의 방식으로 영상 투사 기기(200)의 정렬 상태를 조절할 필요가 있다. 도 1에서는 상하 방향으로의 광축 틀어짐이 발생하였으나, 좌우 방향으로의 회전 틀어짐은 단순히 자이로(gyro) 센서의 동작으로 알아내기 어렵다.
이에 이와 같은 왜곡 보정 및 영상(310)의 선명도 향상을 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 투사 시스템(10)은 영상 투사 기기(200)의 초점 혹은 정렬 상태를 조절할 수 있는 영상 투사 기기 정렬 장치(100)를 더 포함할 수 있다. 영상 투사 기기 정렬 장치(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 영상 투사 기기(200)와 물리적으로 분리된 별도의 장치로서 구현될 수 있겠지만, 영상 투사 기기 정렬 장치(100)에 일체화되어 구현될 수도 있을 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 투사 시스템에 포함된 영상 투사 기기 정렬 장치의 구성을 도시한 도면이다. 도 2의 영상 투사 기기 정렬 장치(100)는 입력부(110), 영상 분석부(120) 및 제어부(130)를 포함할 수 있다. 다만, 이러한 도 2의 영상 투사 기기 광축 장치(100)는 본 발명의 일 실시예에 불과하므로, 도 2를 통해 본 발명의 사상이 한정 해석되는 것은 아니며, 도시된 것 외의 다른 구성 요소를 추가로 포함할 수 있다.
입력부(110)는 영상 투사 기기(200)가 방사한 광선(210)에 의해 스크린(300) 상에 형성되는 영상(310)을 촬영한 이미지를 획득할 수 있다. 이를 위해, 입력부(110)는 카메라(camera) 등의 촬상 장치를 포함하고, 상기 촬상 장치를 이용하여 직접 스크린(300)의 영상(310)을 촬영함으로써 이미지를 얻을 수 있다. 이와 달리, 입력부(110)는 직접 이미지를 촬영하는 대신 별도의 외부 장치가 촬영한 영상(310)의 이미지를 상기 외부 장치로부터 전달받을 수도 있다. 이 경우, 입력부(110)는 데이터 전송을 위한 데이터 버스 혹은 통신 모듈 등의 하드웨어 구성을 포함하여 구현될 수 있다.
한편, 영상(310)의 이미지는 영상 투사 기기(200)와 거의 같은 위치에서 촬영되는 것이 바람직한데, 영상 투사 기기(200)가 초단초점 빔 프로젝터인 경우 스크린(300)의 크기에 비해 영상 투사 기기(200)와 스크린(300) 간의 거리가 지나치게 가까워, 일반적인 촬상 장치로는 스크린(300) 상의 영상(310) 전체를 하나의 이미지로 담아내기가 어려울 수 있다.
이에 본 발명의 일 실시예에서는, 입력부(110)가 직접 촬상 장치를 포함할 경우, 초단초점 빔 프로젝터의 화각이 매우 크기 때문에 통상의 촬상 장치로는 전체 영상의 왜곡을 알기 어렵거나, 초단초점 빔 프로젝터와 동일한 화각을 구현하면서 왜곡이 매우 적은 영상 입력 장치는 통상 렌즈 매수가 증가하며 사이즈가 커지는 경우가 많다. 따라서 상기 촬상 장치가 어안 렌즈(fisheye lens)와 같이 넓은 화각(畵角)을 갖는 초광각(超廣角) 렌즈를 구비하도록 함으로써, 영상(310) 전체의 이미지를 용이하게 얻을 수 있다. 다만, 어안 렌즈를 이용하여 얻어진 이미지는 실제의 영상(310)과는 그 형상에 차이가 있다. 따라서, 이미지로부터 실제의 영상(310)을 복원하기 위해서는 적절한 변환 과정을 거칠 필요가 있으며, 이에 대해서는 뒤에서 구체적으로 설명하도록 한다.
영상 분석부(120)는 입력부(110)에 의해 획득된 이미지를 이용하여, 영상(310)의 왜곡에 관한 정보를 얻을 수 있다. 보다 구체적으로, 영상 분석부(120)는 상기 획득된 이미지로부터 실제의 영상(310)을 복원함으로써 상기 왜곡에 관한 정보를 얻을 수 있으며, 상기 정보는 후술할 제어부(130)에 의해 수행될 영상 투사 기기(200)의 정렬 상태 조절을 위한 자료가 될 수 있다.
또한, 영상 분석부(120)는 상기 획득된 이미지로부터 영상(310)의 선명도에 관한 정보 역시 함께 얻을 수 있으며, 이는 제어부(130)에 의해 수행될 영상 투사 기기(200)의 초점 조절을 위한 자료가 될 수 있다. 한편, 초단초점 빔 프로젝터에서는 초점 변동에 따라 영상(310)의 왜곡의 정도도 함께 크게 변할 가능성이 높으므로, 우선 영상 투사 기기(200)의 초점을 정확히 맞춘 후 영상(310)의 왜곡에 대해 분석하는 것이 좋다. 즉, 초점 조절은 영상(310)의 선명도 확보를 위한 것이기도 하지만, 더 나아가 영상(310)의 왜곡 보정을 위한 선행 작업으로서의 의미도 가질 수 있다.
지금까지 설명한 바와 같이 초점 조절 및 왜곡 보정 기능을 수행할 수 있는 영상 분석부(120)는 마이크로프로세서(microprocessor)를 포함하는 연산 장치에 의해 구현될 수 있으며, 영상 분석부(120)가 상기 이미지로부터 정보를 얻는 구체적인 방법에 대해서는 뒤에서 자세히 설명하도록 한다.
제어부(130)는 영상 분석부(120)가 상기 이미지로부터 얻은 정보에 기초하여, 영상 투사 기기(200)의 정렬 상태 혹은 초점의 조절을 수행할 수 있다. 이러한 조절 동작을 위해서는 영상 투사 기기(200)에 물리적인 힘을 가해야 할 필요가 있으므로, 제어부(130)는 예컨대 스텝 모터(step motor)와 같은 동력 공급 장치를 포함할 수 있다.
또한, 제어부(130)는 기 정해진 기준 영상이 스크린(300) 상에 투사되도록 영상 투사 기기(200)를 제어할 수 있다. 상기 기준 영상은 영상 분석부(120)의 정보 획득을 용이하게 할 목적으로 정해진 영상이며, 자세한 사항에 대해서는 후술한다. 이와 같은 제어 동작을 위해, 제어부(130)는 영상 분석부(120)와 마찬가지로 마이크로프로세서(microprocessor)를 포함하는 연산 장치를 구비할 수 있으며, 상기 연산 장치는 영상 분석부(120)와 제어부(130)에 의해 공유되도록 구현될 수도 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 투사 기기 정렬 방법의 각 단계를 설명하기 위한 도면이다. 도 3의 영상 복원 방법은 도 1 및 2를 참조하여 설명한 영상 투사 기기 정렬 장치(100)에 의해 수행될 수 있다. 단, 도 3에 도시된 방법은 본 발명의 일 실시예에 불과하므로 도 3에 의해 본 발명의 사상이 한정 해석되는 것은 아니며, 도 3에 도시된 방법의 각 단계는 경우에 따라 도면에 도시된 바와 그 순서를 달리하여 수행될 수 있음은 물론이다.
우선, 제어부(130)는 영상 투사 기기(200)를 제어함으로써 스크린(300)에 영상(310)이 출력되도록 할 수 있다(S110). 이러한 영상(310)은 바람직하게는 기 정해진 기준 영상이 될 수 있음은 전술한 바와 같다.
다음으로, 입력부(110)가 스크린(300)을 촬영함으로써 영상(310)의 이미지를 획득할 수 있으며(S120), 영상 분석부(120)는 상기 획득된 이미지를 이용하여 영상(310)의 선명도를 분석할 수 있다(S130). 이러한 이미지는 어안 렌즈를 이용하여 획득될 수 있으며, 이 경우 획득된 이미지로부터 어안 렌즈에 의한 왜곡을 고려하여 실제의 영상(310)을 복원할 필요가 있음은 앞서 설명한 바 있다. 상기 복원 과정은 후술할 단계 S160에서 수행될 영상(310)의 왜곡 정도 산출을 위해서는 반드시 필요하지만, 단계 S130의 선명도 분석에는 복원 과정이 수반되지 않을 수도 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 투사 기기에 의해 출력될 수 있는 기준 영상에 대해 설명하기 위한 도면이다. 제어부(130)의 제어에 의해 스크린(300)에 출력된 기준 영상(320)은, 도 4에 도시된 바와 같이 복수의 영역으로 분할될 수 있으며, 상기 복수의 영역 각각은 기 정해진 기준 명도차 이상의 차이를 갖는 두 가지의 명도 중 하나를 가질 수 있다. 예컨대, 각 영역은 검은색과 흰색 중 하나의 색을 띨 수 있으며, 인접한 영역끼리는 같은 색을 띠지 않도록 할 수 있다.
이하에서는 도 4를 참조하여, 영상 분석부(120)에 의한 선명도 분석 과정에 대해 설명하도록 한다. 영상 분석부(120)는, 전술한 기준 영상(320)을 촬영한 이미지로부터, 흰색 영역(323)의 일부와 검은색 영역(324)의 일부를 함께 포함하는 기 정해진 크기의 기준 영역(321)을 추출할 수 있다. 이 때, 흰색 영역(323)과 검은색 영역(324)은 서로 인접한 영역으로 추출할 수 있으며, 이에 따라 흰색 영역(323)과 검은색 영역(324) 사이의 경계선(325)이 상기 기준 영역(321)에 함께 포함될 수 있다.
이 때, 상기 경계선(325)의 선명도를 이용하여 기준 영상(320)의 선명도를 판별할 수 있다. 기준 영상(320)이 선명할 경우, 기준 영상(320)을 촬영한 이미지 내의 경계선(325) 역시 선명하게 표현될 것이나, 영상 투사 기기(200)의 초점이 맞지 않아 기준 영상(320)의 선명도가 낮을 경우, 이미지 내에서의 경계선(325) 역시 흐릿하게 표현될 것이다. 여기서 경계선(325)이 흐릿하다는 것은, 경계선(325)이 선명할 때에 비해 경계선(325)에서의 명도 변화가 급격하지 않게, 즉 완만하게 일어난다는 것을 의미한다.
이러한 점을 이용하여, 영상 분석부(120)는 상기 기준 영역(321)에 대해 주파수 분석을 수행함으로써 기준 영상(320)의 선명도를 알아낼 수 있다. 기준 영상(320)의 선명도가 높다면, 경계선(325)에서의 급격한 명도 변화로 인해 기준 영역(321)의 주파수 스펙트럼에서 고주파 성분의 비중이 높게 나타날 것이다. 이에 반해 기준 영상(320)의 선명도가 낮다면, 상대적으로 완만한 명도 변화로 인해 고주파 성분의 비중이 비교적 낮게 나타날 것이다.
이에 따라, 기준 영역(321)의 주파수 스펙트럼에서 고주파 성분이 차지하는 비중에 기초하여 기준 영상(320)의 선명도를 산출할 수 있다. 보다 구체적으로는, 기준 영역(321)의 주파수 스펙트럼에서 기 정해진 기준 주파수 이상의 성분이 차지하는 비율을 고주파 성분비라 정의하고, 기준 영상(320)의 선명도를 상기 고주파 성분비에 비례하는 값으로 결정할 수 있다.
여기에서, 기준 영역(321)의 주파수 스펙트럼은 푸리에 변환(Fourier transform)을 통해 얻어질 수 있으며, 연산 시간의 단축을 위해 고속 푸리에 변환(fast Fourier transform, FFT)을 이용할 수도 있다. 혹은, 통상 광학계의 해상력 성능 지표로 널리 쓰이는 변조 전달 함수(modulation transfer function, MTF)가 이용될 수도 있다.
한편, 같은 기준 영상(320) 내에서도 선명도는 위치에 따라 다를 수 있다. 예컨대, 일반적으로 광축에 가까운 위치가 광축으로부터 먼 위치보다 높은 선명도를 가질 가능성이 높다. 이는 광학계의 비점수차 특성으로 인해 발생하는 상면만곡에 기인하는 것으로, 한 위치에서의 주파수 분석 결과만으로 선명도를 결정하면 다소 부정확한 결과가 나올 수 있다. 이와 같은 문제를 해결하기 위해, 영상 분석부(120)는 기준 영역(321)을 이미지 내의 서로 다른 위치로부터 복수 개 추출하고, 각 기준 영역(321)에 대해 산출된 고주파 성분비의 평균에 기초하여 기준 영상(320)의 선명도를 결정할 수 있다.
이하에서는 영상 투사 기기(200)의 오프셋(offset)이 100%인 경우를 예로 들어 설명하도록 한다. 이 때, 영상 투사 기기(200)의 광축은 기준 영상(320)의 밑변을 지나가게 되며, 이에 따라 기준 영상(320)의 하단부가 기준 영상(320)의 다른 위치에 비해 높은 선명도를 갖게 될 것이다. 그러면 위에서 설명한 원칙에 따라, 선명도가 높은 기준 영상(320) 하단부와, 상대적으로 선명도가 낮은 기준 영상(320) 중앙부의 두 곳에서 각각 기준 영역(322, 321)을 추출할 수 있으며, 두 기준 영역(322, 321) 각각에 대해 산출된 고주파 성분비의 평균에 비례하는 값으로 기준 영상(320)의 선명도를 결정할 수 있다. 전술한 바와 같이, 고속 푸리에 변환을 이용하여 고주파 성분비를 산출할 수 있겠지만, 각 기준 영역(322, 321)의 MTF 값의 평균에 기초하여 기준 영상(320)의 선명도를 결정할 수도 있을 것이다.
전술한 바와 같은 과정에 따라 기준 영상(320)의 선명도가 산출되면, 제어부(130)는 상기 산출된 선명도에 기초하여 영상 투사 기기(200)의 초점을 조절할 수 있다. 보다 구체적으로, 제어부(130)는 상기 산출된 선명도가 기 정해진 기준 선명도 이상인지를 판단하고, 기준 선명도 이상일 경우 초점이 맞았다고 판단하고, 그렇지 않을 경우 초점이 맞지 않았다고 판단할 수 있다(S140).
초점이 맞지 않았다고 판단될 경우, 제어부(130)는 영상 투사 기기(200)에 포함되어 광선(210)을 통과시키는 하나 이상의 렌즈(이하에서는 "구동군"이라 칭함)의 위치를 조절함으로써 영상 투사 기기(200)의 초점을 조절할 수 있다(S150). 초점 조절을 위해, 제어부(130)는 상기 구동군을 영상 투사 기기(200)의 광축에 평행한 경로를 따라 이동시킬 수 있다.
보다 구체적으로, 제어부(130)는 초점이 맞지 않았다고 판단될 경우, 구동군을 광축에 평행한 경로 상에서 특정 방향으로 임의의 거리만큼 이동시킬 수 있으며, 이동이 완료됨에 따른 새로운 조건에서 상기 선명도 산출을 위한 과정을 수행하도록 입력부(110)와 영상 분석부(120)를 제어할 수 있다. 만일 상기 이동으로 인해 선명도가 오히려 감소했다면, 제어부(130)는 구동군의 이동 방향을 반대 방향으로 전환할 수 있다. 반대로, 상기 이동에 의해 선명도가 증가했다면, 제어부(130)는 이동 방향을 전환하지 않은 채로, 선명도가 상기 기준 선명도 이상이 될 때까지 이미지 획득, 획득된 이미지의 선명도 산출 및 임의의 거리만큼의 구동군 이동을 반복할 수 있다. 즉, 상기 반복 과정 중에 획득된 새로운 이미지의 선명도가 기준 선명도 이상이면, 제어부(130)는 영상 투사 기기(200)의 초점이 맞았다고 판단할 수 있다.
지금까지 설명한 바와 같은 과정을 거쳐 영상 투사 기기(200)의 초점 조절이 완료되면, 다음으로는 초점 조절이 완료되었다고 판단된 상태에서 획득된 이미지를 이용하여 왜곡 보정을 수행할 수 있다. 이를 위해 우선, 영상 분석부(120)는 상기 획득된 이미지를 이용하여 영상(310)의 왜곡 정도를 산출할 수 있는데(S160), 전술한 바와 같이 어안 렌즈와 같은 광각 렌즈를 이용하여 이미지를 촬영할 경우 영상(310) 자체의 왜곡뿐 아니라 렌즈 특성에 따른 왜곡도 발생하므로, 이미지 내에서 렌즈 특성에 따른 왜곡을 우선적으로 제거함으로써 영상(310)의 실제 형상을 복원할 필요가 있다.
이에 따라 영상 분석부(120)는, 입력부(110)의 광학적 특성(보다 정확히는, 입력부(110)의 촬상 장치에 포함되어 이미지 촬영에 이용된 렌즈의 광학적 특성), 영상 투사 기기(200)과 스크린(300) 간의 거리 등의 인자에 기초하여, 스크린(300) 상에 투사된 영상(310)의 정확한 형상을 상기 이미지로부터 복원할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 투사 기기 정렬 장치에 적용될 수 있는 어안 렌즈의 유형에 대해 설명하기 위한 도면이다. 도 5에서 보는 바와 같이, 설사 스크린(300) 상에 형성된 영상(310)에 왜곡이 없다 해도, 어안 렌즈로 영상(310)을 촬영한 이미지에는 렌즈의 광학적 특성에 의한 왜곡이 발생하기 때문에, 실제 영상(310)의 형상과 이미지에 담긴 형상 간에는 차이가 생기게 된다. 이러한 렌즈 자체의 왜곡은 어안 렌즈의 광학적 특성에 따라 저마다 다를 수 있다.
예컨대, 도 5의 (A), (B), (C), (D)는 같은 대상을 각각 stereographic, equidistant, equisolid angel, orthographic 타입을 갖는 4개의 어안 렌즈를 이용하여 촬영함으로써 얻어진 이미지이다. 도 5를 통해, 어안 렌즈의 타입이 달라짐에 따라 같은 대상을 촬영해도 획득되는 이미지가 달라짐을 볼 수 있다. 참고로, 상기 어안 렌즈의 타입 중 stereographic 타입의 렌즈는 주변부의 영상 정보를 많이 취득할 수 있어 왜곡 보정에 유리하므로, 입력부(110)의 촬상 장치를 위해 바람직하게 채택될 수 있다.
전술한 바에 따라, 영상(310)의 완벽한 복원을 위해서는 입력부(110)의 촬상 장치에 사용된 렌즈의 광학적 특성을 알 필요가 있으며, 영상 분석부(120)는 상기 렌즈의 광학적 특성에 관한 정보가 고려된 매핑 함수(mapping function)를 이용하여 영상(310)의 복원을 수행할 수 있다. 즉, 상기 매핑 함수는 실제 영상(310)과 상기 실제 영상(310)을 렌즈를 이용하여 촬영한 이미지 사이의 관계를 나타내는 것이라 볼 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 투사 기기 정렬 방법의 왜곡 보정 과정에 대해 설명하기 위한 도면이다. 도 6의 (A)는 스크린(300)의 영상(310)을 어안 렌즈가 장착된 입력부(110)의 촬상 장치로 촬영한 이미지로, 어안 렌즈의 광학적 특성에 의한 왜곡으로 인해 영상(310)에 해당하는 부분의 경계가 곡선으로 이루어져 있음을 볼 수 있다.
이에, 영상 분석부(120)는 상기 어안 렌즈를 위한 매핑 함수를 이용하여, 도 6의 (A)의 이미지로부터 본래의 영상(310)을 도 6의 (B)와 같이 복원해낼 수 있다. 즉, 이와 같은 복원 과정은 이미지로부터 어안 렌즈의 광학적 특성에 의한 왜곡을 제외하는 과정이라 할 수 있다. 도 6의 (B)을 보면, 본래의 형상으로 복원되어 영상(310) 자체가 본래 갖는 왜곡만이 남은 영상(310)의 모습을 확인할 수 있다.
이어서, 영상 분석부(120)는 복원된 영상(310)의 형상을 이용하여, 영상(310) 자체가 본래 갖는 왜곡의 정도를 산출할 수 있다. 여기서 왜곡은 통상 평행 왜곡이며, 왜곡의 정도는, 복원된 영상(310)을 복수의 부분으로 분할하고, 상기 복수의 부분 각각에 대해 측정된 왜곡의 값의 크기를 모두 더한 값이 될 수 있다. 또한, 영상(310)의 각 부분에서의 왜곡의 값은 실제로 스크린(300)에 투사된 영상(310)에서 해당 부분의 위치와 영상 투사 기기(200)의 광축 사이의 거리에서, 투사가 이상적으로 되었을 경우의 영상에서 해당 부분의 위치와 상기 광축 사이의 거리를 뺀 값으로 정의될 수 있다.
전술한 바와 같이 영상 분석부(120)가 영상(310)의 왜곡의 정도를 산출하면, 제어부(130)는 왜곡의 보정을 위해 영상 투사 기기(200)의 광축 정렬 상태를 조절할 수 있다(S170). 이 때, 제어부(130)는 영상 투사 기기(200)의 오리엔테이션을 변화시켜 영상 투사 기기(200)의 광축과 스크린(300) 사이의 각도를 조절하는 방법으로 영상 투사 기기(200)의 광축 정렬 상태 조절을 수행할 수 있다.
보다 구체적으로, 제어부(130)는 영상 분석부(120)에 의해 산출된 영상(310)의 왜곡의 정도, 영상 투사 기기(200)와 스크린(300) 사이의 거리 등의 정보에 기초하여, 영상 투사 기기(200)의 광축과 스크린(300) 사이의 각도를 알아낼 수 있으며, 상기 알아낸 각도에 기초하여 영상 투사 기기(200)의 광축 정렬 상태 조절을 수행할 수 있다.
혹은, 제어부(130)는 영상 투사 기기(200)의 오리엔테이션을 조금씩 변화시켜 가면서 영상(310)의 왜곡의 정도를 조금씩 줄여나갈 수 있다. 이와 같이 왜곡의 정도를 줄여나가는 과정은, 영상(310)의 왜곡의 정도가 기 정해진 임계값 미만이 될 때까지 수행될 수 있다.
지금까지 도 3 내지 6을 참조하여 설명한 영상 투사 기기 정렬 방법에 의하면, 스크린(300) 상에 투사된 영상(310)의 선명도 확보 및 왜곡 보정을 수행하여 높은 품질의 영상(310)을 얻는 것이 가능하다.
본 발명에 첨부된 블록도의 각 블록과 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수도 있다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 인코딩 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 인코딩 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 블록도의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방법으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 또는 흐름도 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 및 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 블록 또는 각 단계는 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실시예들에서는 블록들 또는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들 또는 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들 또는 단계들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 품질에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 스크린에 형성된 전체 영상을 어안 렌즈와 같은 초광각(超廣角)의 렌즈를 이용하여 촬영한 이미지를 이용하여, 간편하면서도 정확하게 영상의 왜곡 보정 및 선명도 개선을 수행할 수 있다.
10: 영상 투사 시스템
100: 영상 투사 기기 정렬 장치
110: 입력부
120: 영상 분석부
130: 제어부
200: 영상 투사 기기
300: 스크린

Claims (22)

  1. 영상 투사 기기가 스크린 상에 투사한 영상을 촬영한 이미지를 획득하는 입력부;
    상기 획득된 이미지를 이용하여, 상기 영상의 왜곡의 정도를 산출하는 영상 분석부; 및
    상기 왜곡의 정도에 기초하여, 상기 영상 투사 기기의 광축 정렬 상태를 조절하는 제어부를 포함하는
    영상 투사 기기 광축 정렬 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 영상의 왜곡의 정도가 기 정해진 임계값 미만이 되도록, 상기 영상 투사 기기의 광축과 상기 스크린 사이의 각도를 조절함으로써, 상기 영상 투사 기기의 광축 정렬 상태를 조절하는
    영상 투사 기기 광축 정렬 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 영상 분석부는, 상기 입력부의 광학적 특성 및 상기 스크린과 상기 영상 투사 기기 사이의 거리에 기초하여, 상기 스크린 상에 형성된 영상을 상기 획득된 이미지로부터 복원하고, 상기 복원된 영상의 왜곡의 정도를 상기 영상의 왜곡의 정도로서 산출하는
    영상 투사 기기 광축 정렬 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 복원된 영상의 왜곡의 정도는, 상기 복원된 영상을 복수의 부분으로 분할하고, 상기 복수의 부분 각각에 대해 측정된 왜곡의 값의 크기를 모두 더한 값인
    영상 투사 기기 광축 정렬 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 입력부는, 광학 왜곡이 존재하는 초광각 렌즈를 구비한 촬상 장치를 포함하고,
    상기 이미지는, 상기 초광각 렌즈에 의해 상기 스크린 전체를 촬영하여 획득되는
    영상 투사 기기 광축 정렬 장치.
  6. 영상 투사 기기가 스크린 상에 투사한 영상을 촬영한 이미지를 획득하는 입력부;
    상기 획득된 이미지를 이용하여, 상기 영상의 선명도를 산출하는 영상 분석부; 및
    상기 선명도에 기초하여, 상기 영상 투사 기기의 초점을 조절하는 제어부를 포함하는
    영상 투사 기기 초점 조절 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 스크린 상에, 서로 간의 명도의 차이가 기 정해진 기준 명도차 이상인 두 영역에 의해 형성되는 경계선을 포함하는 기준 영상이 투사되도록, 상기 영상 투사 기기를 제어하며,
    상기 영상 분석부는, 상기 기준 영상을 촬영한 이미지에서, 상기 경계선이 촬영된 부분을 포함하는 기 정해진 크기의 영역을 추출하여, 상기 추출된 영역에 대한 주파수 스펙트럼을 산출하고, 상기 산출된 주파수 스펙트럼에서 기 정해진 기준 주파수 이상의 성분이 차지하는 비율인 고주파 성분비에 기초하여 상기 선명도를 산출하는
    영상 투사 기기 초점 조절 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 영상 분석부는, 상기 경계선이 촬영된 부분을 포함하는 기 정해진 크기의 영역을, 상기 기준 영상을 촬영한 이미지의 서로 다른 부분에서 두 개 이상 추출하고, 상기 추출된 두 개 이상의 기 정해진 크기의 영역에 대해 각각 산출된 상기 고주파 성분비의 평균에 기초하여 상기 선명도를 산출하는
    영상 투사 기기 초점 조절 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 선명도가 기 정해진 기준 선명도 이상이 될 때까지, 상기 영상 투사 기기에 포함되어 상기 광선을 통과시키는 하나 이상의 렌즈의 위치를 조절함으로써, 상기 영상 투사 기기의 초점을 조절하는
    영상 투사 기기 초점 조절 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 하나 이상의 렌즈를 광축에 평행한 경로를 따라 이동시킴으로써 상기 하나 이상의 렌즈의 위치를 조절하되, 상기 이동에 의해 상기 선명도가 감소할 경우, 상기 이동의 방향을 전환하는
    영상 투사 기기 초점 조절 장치.
  11. 영상 투사 기기가 스크린 상에 투사한 영상을 촬영한 이미지를 획득하는 단계;
    상기 획득된 이미지를 이용하여, 상기 영상의 왜곡의 정도를 산출하는 단계; 및
    상기 왜곡의 정도에 기초하여, 상기 영상 투사 기기의 광축 정렬 상태를 조절하는 단계를 포함하는
    영상 투사 기기 광축 정렬 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 조절하는 단계는, 상기 영상의 왜곡의 정도가 기 정해진 임계값 미만이 되도록, 상기 영상 투사 기기의 광축과 상기 스크린 사이의 각도를 조절함으로써, 상기 영상 투사 기기의 광축 정렬 상태를 조절하는 단계를 포함하는
    영상 투사 기기 광축 정렬 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 산출하는 단계는, 상기 입력부의 광학적 특성 및 상기 스크린과 상기 영상 투사 기기 사이의 거리에 기초하여, 상기 스크린 상에 형성된 영상을 상기 획득된 이미지로부터 복원하고, 상기 복원된 영상의 왜곡의 정도를 상기 영상의 왜곡의 정도로서 산출하는 단계를 포함하는
    영상 투사 기기 광축 정렬 방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 복원된 영상의 왜곡의 정도는, 상기 복원된 영상을 복수의 부분으로 분할하고, 상기 복수의 부분 각각에 대해 측정된 왜곡의 값의 크기를 모두 더한 값인
    영상 투사 기기 광축 정렬 방법.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 이미지는, 상기 어안 렌즈에 의해 상기 스크린 전체를 촬영하여 획득되는
    영상 투사 기기 광축 정렬 방법.
  16. 영상 투사 기기가 스크린 상에 투사한 영상을 촬영한 이미지를 획득하는 단계;
    상기 획득된 이미지를 이용하여, 상기 영상의 선명도를 산출하는 단계; 및
    상기 선명도에 기초하여, 상기 영상 투사 기기의 초점을 조절하는 단계를 포함하는
    영상 투사 기기 초점 조절 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 획득하는 단계는, 상기 스크린 상에, 서로 간의 명도의 차이가 기 정해진 기준 명도차 이상인 두 영역에 의해 형성되는 경계선을 포함하는 기준 영상이 투사되도록, 상기 영상 투사 기기를 제어하는 단계를 포함하고,
    상기 산출하는 단계는, 상기 기준 영상을 촬영한 이미지에서, 상기 경계선이 촬영된 부분을 포함하는 기 정해진 크기의 영역을 추출하여, 상기 추출된 영역에 대한 주파수 스펙트럼을 산출하고, 상기 산출된 주파수 스펙트럼에서 기 정해진 기준 주파수 이상의 성분이 차지하는 비율인 고주파 성분비에 기초하여 상기 선명도를 산출하는 단계를 포함하는
    영상 투사 기기 초점 조절 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 산출하는 단계는, 상기 경계선이 촬영된 부분을 포함하는 기 정해진 크기의 영역을, 상기 기준 영상을 촬영한 이미지의 서로 다른 부분에서 두 개 이상 추출하고, 상기 추출된 두 개 이상의 기 정해진 크기의 영역에 대해 각각 산출된 상기 고주파 성분비의 평균에 기초하여 상기 선명도를 산출하는 단계를 포함하는
    영상 투사 기기 초점 조절 방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 초점을 조절하는 단계는, 상기 선명도가 기 정해진 기준 선명도 이상이 될 때까지, 상기 영상 투사 기기에 포함되어 상기 광선을 통과시키는 하나 이상의 렌즈의 위치를 조절함으로써, 상기 영상 투사 기기의 초점을 조절하는 단계를 포함하는
    영상 투사 기기 초점 조절 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 초점을 조절하는 단계는, 상기 하나 이상의 렌즈를 광축에 평행한 경로를 따라 이동시킴으로써 상기 하나 이상의 렌즈의 위치를 조절하되, 상기 이동에 의해 상기 선명도가 감소할 경우, 상기 이동의 방향을 전환하는 단계를 포함하는
    영상 투사 기기 초점 조절 방법.
  21. 제 11 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 따른 각각의 단계를 수행하는, 컴퓨터 판독 가능 기록매체에 저장된 애플리케이션 프로그램.
  22. 제 11 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 따른 각각의 단계를 수행하는 명령어를 포함하는 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능 기록매체.
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