WO2015126056A1 - 단색 스캐닝 카메라에서의 컬러 영상 획득 시스템 및 방법 - Google Patents

단색 스캐닝 카메라에서의 컬러 영상 획득 시스템 및 방법 Download PDF

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이철희
김종성
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안동대학교 산학협력단
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Abstract

단색 스캐닝 카메라에서의 컬러 영상 획득 시스템 및 방법에 관한 것으로, RGB 유색 광원을 투사하는 프로젝터, 상기 RGB 유색 광원이 투사된 대상 물체를 촬영하는 카메라 및 상기 RGB 유색 광원의 광량을 정규화하고 상기 카메라의 삼자극치를 계산해서 생성된 게인조절계수를 이용해서 RGB 채널별 게인을 조절하여 컬러 영상을 획득하는 색재현부를 포함하는 구성을 마련하여, 프로젝터의 RGB 유색 광원을 투사하여 동일한 장면에서 복수 개의 영상을 얻고, 이로부터 카메라에 입력된 물체의 색정보를 찾아내어 물체의 3D 정보 및 색정보를 재현할 수 있다는 효과가 얻어진다.

Description

단색 스캐닝 카메라에서의 컬러 영상 획득 시스템 및 방법
본 발명은 단색 스캐닝 카메라에서의 컬러 영상 획득 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 단색 스캐닝 카메라에서 RGB 채널을 갖는 컬러 영상을 재현하는 컬러 영상 획득 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 3D 스캐닝과 같이 물체의 정밀한 형태 정보가 필요한 분야에서는 제작 비용을 낮추면서 영상의 해상도를 높이기 위하여 단색 CCD 카메라를 주로 이용한다.
이와 같이, 단색 CCD 카메라를 이용하는 경우, 출력값이 컬러 CCD 카메라처럼 화소당 3채널이 아니고 1차원이므로, 컬러 영상이 아니라 흑백 영상을 얻게 된다.
그러나 1차원 데이터인 흑백 영상으로부터 다차원인 컬러 영상을 바로 얻을 수 있는 방법은 없다.
따라서 1차원 데이터인 흑백 영상으로부터 다차원인 컬러 영상을 얻기 위해서는 백색광원 아래에서 필터 등을 이용하여 각 R,G,B 채널별로 값을 얻고, 이를 조합하여 영상을 만들어 낸다.
도 1은 베이어 필터(Bayer Filter)의 예시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 한 개의 CCD 혹은 CMOS 센서 위에 R, G, B 채널에 해당하는 얇은 박막을 도포하여 각 화소에서 해당하는 값을 센서(sensor)에서 읽고, 각 화소는 한 개의 채널값 밖에는 없기 때문에 다른 두 개의 채널 값을 인접한 화소의 값을 이용하여 보간(interpolation)해서 출력함으로써, 컬러 정보를 재현한다.
한편, 3D 스캐너에서 거리정보를 얻기 위해서는 프로젝터를 이용하여 일정한 패턴을 물체에 투사하고, 이를 카메라로 촬영하여 영상을 획득하고 영상에서 투사된 패턴의 왜곡 정보를 이용하여 물체의 형태를 읽어 낸다.
이때, 고해상도의 영상을 얻기 위해 베이어 필터가 적용되지 않은 흑백 카메라를 이용하여 카메라의 주어진 전체 해상도를 이용해 물체의 형태를 읽는다.
이와 같이, 베이어 필터가 적용되지 않은 흑백 카메라를 이용하여 카메라의 주어진 전체 해상도를 이용해 물체의 형태를 읽는 경우, 카메라의 출력은 1차원이므로 물체의 색정보는 카메라의 출력값으로부터 직접적으로 얻어 낼 수 없다.
즉, 3D 스캐너의 경우 주어진 카메라에서 최대의 해상도를 얻기 위해, 베이어 필터가 없는 단색 카메라를 이용함에 따라, RGB 컬러 정보를 얻기 위해서는 1채널의 값으로부터 3개 이상의 채널을 얻기 위한 방법이 필요하다.
따라서 R, G, B 박막을 통한 제한된 파장을 값을 읽는 방법 대신에 R, G, B에 해당하는 유색 광원에서 빛을 투사하고, 이에 대한 카메라의 출력을 얻어 이를 조합하여 각 화소당 색 정보를 출력하는 방법을 고려할 수 있다.
그러나 일반적으로 카메라의 분광 감도는 가시광선의 전 영역에 반응하며 유색 광원 또한 서로 파장이 중첩되는 영역이 많기 때문에, R, G, B 각 채널의 값을 분리하여 얻기가 어렵다.
즉, 종래기술에 따른 컬러 영상 재현 방법은 백색 광원을 회절시켜 좁은 파장 대역의 빛을 얻고, 해당하는 파장 영역의 카메라 분광감도가 갖는 값의 크기에 반대가 되도록 광원의 세기를 설정한다.
이에 따라, 종래기술에 따른 컬러 영상 재현 방법은 해당하는 대역의 카메라 출력의 크기가 물체의 분광감도가 되도록 설정하여 물체의 분광반사율을 추정해서 컬러 영상을 재현하였다.
예를 들어, 하기의 대한민국 특허 등록번호 제10-0585270호(2006년 5월 30일 공고) 및 대한민국 특허 공개번호 제10-2011-0006360호호(2011년 1월 20일 공개)에는 대상 물체의 표면 컬러 정보를 획득하는 장치의 구성이 개시되어 있다.
그러나 종래기술에 따른 컬러 영상 재현 방법은 백색 광원을 회절시키기 위한 하드웨어 장치 및 광원과 카메라를 동기시키는 장치 그리고 이를 통해 30 내지 60개 정도의 많은 영상을 얻고, 이를 조합하는 복잡한 계산 과정을 거쳐야만 한다.
이에 따라, 종래기술에 따른 컬러 영상 재현 방법은 일반적인 3D 스캐너에 적용하기에는 적합하지 않은 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 다중 광원을 이용하여 단색 스캐닝 카메라에서 물체의 3D 정보 및 색정보를 획득하는 단색 스캐닝 카메라에서의 컬러 영상 획득 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 일반적인 3D 카메라에서 영상과 깊이(depth) 정보를 얻기 위해 사용하는 상업용 CCD 카메라와 프로젝터를 결합하여 간단한 계산과정을 통해 컬러 영상을 재현하는 단색 스캐닝 카메라에서의 컬러 영상 획득 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 3D 스캐너 응용 분야에서 단색 카메라를 이용해 단색 카메라가 갖는 최대의 해상도를 살리면서 각 화소별로 색정보를 표현할 수 있는 단색 스캐닝 카메라에서의 컬러 영상 획득 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 단색 스캐닝 카메라에서의 컬러 영상 획득 시스템은 RGB 유색 광원을 투사하는 프로젝터, 상기 RGB 유색 광원이 투사된 대상 물체를 촬영하는 카메라 및 상기 RGB 유색 광원의 광량을 정규화하고 상기 카메라의 삼자극치를 계산해서 생성된 게인조절계수를 이용해서 RGB 채널별 게인을 조절하여 컬러 영상을 획득하는 색재현부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 미리 저장된 구동 프로그램에 기초해서 상기 프로젝터와 카메라 및 색재현부의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함하고, 상기 제어부는 장면이 변환되는 경우, 상기 프로젝터의 RGB 유색 주변 광원을 이용해서 단일 장면에 대해 다중 촬영하여 영상 데이터를 생성하도록 상기 프로젝터 및 카메라의 동작을 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 색재현부는 표준광원에 대해 RGB 유색 광원으로부터 투사되는 RGB 광의 광량 분포 및 광량을 정규화하는 정규화 모듈, RGB 광별 최대 광량에서 완전 반사체에 대한 상기 카메라의 삼자극치를 계산하는 삼자극치 계산 모듈, 표준광원의 삼자극치에 대해 상기 프로젝터의 RGB 광의 합산 XYZ 값 간의 비를 이용한 게인조절계수를 생성하는 게인조절계수 생성모듈 및 생성된 게인조절계수에 따라 RGB 채널별 게인을 조절하는 게일조절 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 정규화 모듈은 가시광선 영역의 파장에서 측정된 상기 프로젝터의 RGB 광량의 합과 표준광의 광량 간의 비를 나타내는 계수를 이용하여 상기 프로젝터의 RGB 유색 광원의 광량을 정규화하는 것을 특징으로 한다.
상기 삼자극치 계산모듈은 파장별로 광원의 분광분포와 상기 카메라의 감도 그리고 등색함수를 적분하여 상기 카메라의 삼자극치를 계산하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 단색 스캐닝 카메라에서의 컬러 영상 획득 방법은 (a) 대상 물체에 RGB 유색 광원을 투사한 상태에서 대상 물체를 촬영하여 표준광 및 RGB 광에 따른 영상 데이터를 생성하는 단계, (b) 상기 (a)단계에서 생성된 영상 데이터에서 표준광원에 대해 RGB 유색 광원으로부터 투사되는 빛의 광량 분포 및 광량을 정규화하는 단계, (c) 상기 RGB 유색 광원별 최대 광량 하에서 완전 반사체에 대한 카메라의 삼자극치를 계산하는 단계 및 (d) 상기 (c)단계에서 계산된 카메라의 삼자극치를 이용해서 RGB 채널별 게인조절계수를 생성해서 RGB 채널별 게인을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 (b)단계는 수학식 1에 기초해서 가시광선 영역의 파장에서 측정된 프로젝터의 RGB 광량의 합과 표준광의 광량 간의 비를 나타내는 계수(r)를 이용하여 상기 프로젝터의 RGB 유색 광원의 광량을 정규화하는 것을 특징으로 한다.
Figure PCTKR2015000132-appb-I000001
.......[수학식 1]
YD65는 100, R, G, B는 각각 프로젝터 출력의 최대치이며, 0 내지 100 사이로 정규화된 값.
상기 (c)단계는 파장별로 광원의 분광분포와 카메라의 감도 그리고 등색함수를 적분하여 상기 카메라의 삼자극치를 계산하는 것을 특징으로 한다.
상기 (d)단계는 (d1) 상기 표준광원의 삼자극치를 수학식 2에 대입시켜 RGB 채널별 게인조절계수를 생성하는 단계 및 (d2) 상기 (d1)단계에서 생성된 RGB 채널별 게인조절 계수를 이용해서 RGB 채널별 게인을 조절하는 단계를 포함는 것을 특징으로 한다.
상기 (a)단계는 장면이 변환되는 경우, 프로젝터의 RGB 유색 주변 광원을 이용해서 단일 장면에 대해 다중 촬영하여 영상 데이터를 생성하고, 상기 (d2)단계는 단색 스캐닝 카메라를 이용해서 얻은 카메라의 RGB 채널별 출력 영상과 상기 게인조절계수의 곱을 통해 RGB 채널별 게인을 조절하여 화소별로 RGB의 컬러 영상을 획득하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 단색 스캐닝 카메라에서의 컬러 영상 획득 시스템 및 방법에 의하면, 프로젝터의 RGB 유색 광원을 투사하여 동일한 장면에서 복수 개의 영상을 얻고, 이로부터 카메라에 입력된 물체의 색정보를 찾아내어 물체의 3D 정보 및 색정보를 재현할 수 있다는 효과가 얻어진다.
즉, 본 발명에 의하면, 정밀한 고해상도 3차원 영상을 획득하기 위한 3D 스캐너에서 사용되는 프로젝터를 이용해 RGB 유색 광원을 투사하고, 이를 이용해 물체의 표면 색 정보를 획득할 수 있다는 효과가 얻어진다.
이에 따라, 본 발명에 의하면, 단색 스캐닝 카메라의 해상도를 최대한 이용함으로써 정밀도를 높이고 동시에 물체의 정확한 색정보를 재현함으로써, 기존의 패턴광을 이용한 공간 부호화 방식의 3D 스캐너의 색재현 성능을 향상시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.
도 1은 베이어 필터의 예시도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 단색 스캐닝 카메라에서의 컬러 영상 획득 시스템의 블록 구성도,
도 3은 도 2에 도시된 컬러 영상 획득 시스템의 구성도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 에에 따른 단색 스캐닝 카메라에서의 컬러 영상 획득방법을 단계별로 설명하는 공정도,
도 5는 대상 물체의 영상을 획득한 결과를 예시한 예시도.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 단색 스캐닝 카메라에서의 컬러 영상 획득 시스템 및 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 단색 스캐닝 카메라에서의 컬러 영상 획득 시스템의 블록 구성도이다.
본 발명에 따른 단색 스캐닝 카메라에서의 컬러 영상 획득 시스템은 단색 카메라로부터 생성된 영상 데이터에서 각 화소당 R,G,B 신호를 획득하여 컬러 영상을 획득하기 위해, R,G,B 광원으로부터 각 색상의 광을 투사해서 RGB 값을 획득하고, 이로 부터 획득된 3장의 영상 데이터를 조합하여 컬러 신호를 획득한다.
이를 위해, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 단색 스캐닝 카메라에서의 컬러 영상 획득 시스템은 도 2에 도시된 바와 같이, RGB 유색 광원을 투사하는 프로젝터(10), RGB 유색 광원이 투사된 대상 물체를 촬영하는 카메라(20) 및 표준광원에 대해 RGB 유색 광원의 광량을 정규화하고 카메라(20)의 삼자극치를 계산해서 생성된 게인조절계수를 이용해서 RGB 채널별 게인을 조절하여 컬러 영상을 획득하는 색재현부(30)를 포함한다.
이와 함께, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 단색 스캐닝 카메라에서의 컬러 영상 획득 시스템은 미리 저장된 구동 프로그램에 기초해서 프로젝터(10)와 카메라(20) 및 색재현부(30)의 동작을 제어하는 제어부(40)를 더 포함할 수 있다.
프로젝터(10)는 제어부(40)의 제어신호, 즉 VGA 신호를 수신하여 표준광원 및 RGB 광을 투사할 수 있다.
상기 표준광원은 일반적인 자연광 상태인 CIE(국제조명위원회) 표준광 D65를 사용한다.
본 실시 예에서 제어부(40)의 제어신호에 따라 프로젝터(10)와 카메라(20)를 구동하는 구동부(도면 미도시)를 더 포함할 수 있다.
상기 구동부는 USB 케이블을 통해 제어부(40)와 통신 가능하게 연결되고, 제어부(40)의 제어신호에 따라 프로젝터(10)와 카메라(20)를 구동하는 구동신호를 송신한다.
카메라(20)는 단색 스캐닝 카메라로 마련되고, 카메라(20) 내부에는 상기 구동부가 마련될 수 있다.
색재현부(30)는 표준광원에 대해 RGB 유색 광원의 광량 분포 및 광량을 정규화하는 정규화 모듈(31), RGB 광별 최대 광량에서 완전 반사체에 대한 카메라(20)의 삼자극치를 계산하는 삼자극치 계산 모듈(32), 표준광원의 삼자극치에 대해 프로젝터(10)의 RGB 광의 합산 XYZ 값 간의 비를 이용한 게인조절계수를 생성하는 게인조절계수 생성모듈(33) 및 생성된 게인조절계수에 따라 RGB 채널별 게인을 조절하는 게일조절 모듈(34)을 포함할 수 있다.
여기서, 프로젝터(10)에서 조시되는 RGB 유색 광원의 분광분포는 이상적인 RGB 유색 광원과 차이가 있으므로, 이 광원의 분광분포 및 광량에 대한 정규화가 필요하다.
본 실시 예에서는 이상적인 흰색 패치에 대하여 표준광 D65 광원 아래에서 카메라(20) 출력이 각 채널별로 최대값을 나타내는 것이 목적이므로, 이론적으로는 하기의 수학식 1과 같이 가시광선 영역의 파장에서 측정된 프로젝터(10)의 RGB 광량의 합과 D65의 광량 간의 비를 나타내는 계수(r)를 이용하여 프로젝터(10)의 RGB 유색 광원의 광량을 정규화할 수 있다.
수학식 1
Figure PCTKR2015000132-appb-M000001
E(λ)는 광원의 분광분포이고, 아래 첨자 D65, R, G, B는 각각 표준광 D65 광원, 프로젝터의 Red, Green, Blue 광원이다.
즉, 실제 영상 데이터를 생성하는 경우, 투사 거리에 비례하여 피사체에 도달하는 광량은 줄어들므로, 색재현부(30)의 정규화 모듈(31)은 하기의 수학식 2를 이용하여 프로젝터(10)의 RGB 광량과 표준광 D65 광량 간의 계수를 계산한다.
수학식 2
Figure PCTKR2015000132-appb-M000002
YD65는 100이고, R, G, B는 각각 프로젝터 출력의 최대치이며, 0 내지 100 사이로 정규화된 값이다.
삼자극치 계산모듈(32)은 RGB 유색 광원별 최대 광량 하에서 완전 반사체에 대한 카메라(20)의 삼자극치를 계산할 수 있다.
상세하게 설명하면, 프로젝터(10)의 RGB 최대 광량이 주어졌을 때, 완전 반사체로부터 반사되어 카메라(20)로 입력된 신호의 출력은 하기의 수학식 3 내지 수학식 6을 이용해 표현할 수 있다.
수학식 3
Figure PCTKR2015000132-appb-M000003
수학식 4
Figure PCTKR2015000132-appb-M000004
수학식 5
Figure PCTKR2015000132-appb-M000005
단,
Figure PCTKR2015000132-appb-I000002
수학식 6
Figure PCTKR2015000132-appb-M000006
수학식 3 내지 수학식 5에서 S(λ)는 카메라의 분광감도이고, r은 수학식 2를 이용하여 계산된 프로젝터의 RGB 광량과 표준광 D65 광량 간의 계수이다.
따라서 수학식 6의 XP, YP, ZP는 각각 프로젝터(10)의 R, G, B 램프가 동시에 점등된 상태에서 이상적인 백색에 대한 카메라(20)의 출력값을 삼자극치로 표시한 것이다.
이와 같이, 색재현부(30)의 삼자극치 계산모듈(32)은 파장별로 광원의 분광분포와 카메라(20)의 감도 그리고 등색함수를 적분하여 카메라(20)의 삼자극치를 얻을 수 있다.
게인조절계수 생성모듈(33)은 표준광원의 삼자극치에 대해 프로젝터(10)의 RGB 광의 합산 XYZ 값 간의 비를 이용한 게인조절계수를 생성할 수 있다.
예를 들어, 게인조절계수 생성모듈(33)은 수학식 7과 같이 수학식 6과 표준광원의 삼자극치를 이용해서 RGB 채널별 게인조절계수(cR, cG, cB)를 생성할 수 있다.
수학식 7
Figure PCTKR2015000132-appb-M000007
게인조절 모듈(34)은 하기의 수학식 8과 같이 게인조절계수 생성모듈(33)에서 계산된 게인조절계수를 이용해서 RGB 채널별 게인을 조절할 수 있다.
수학식 8
Figure PCTKR2015000132-appb-M000008
OR, OG, OB는 장면 전환이 있을 시 프로젝터의 RGB 유색 광원을 차례로 투사하고 단색 스캐닝 카메라를 이용하여 얻은 카메라의 RGB 채널별 출력 영상이고, cR, cG, cB는 수학식 7에서 얻은 RGB 채널별 게인조절계수이다.
이와 같이, 색재현부(30)는 장면 전환이 있을 경우 수학식 8을 이용하여 게인을 조절한 후, 화소별로 RGB의 칼라 영상을 얻을 수 있다.
한편, 도 3은 도 2에 도시된 컬러 영상 획득 시스템의 구성도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 색재현부(30)와 제어부(40)는 하나의 컴퓨터 단말로 마련될 수 있다.
색재현부(30)는 제어부(40)의 제어신호에 따라 표준광 및 RGB 광을 주사하도록 프로젝터(10)로 구동신호를 송신하고, 대상 물체를 촬영하여 영상 데이터를 생성하도록 카메라(20)로 트리거 신호 형태의 구동신호를 송신할 수 있다.
제어부(40)는 하나의 컴퓨터 단말로 마련되고, 상기 컴퓨터 단말은 프로젝터(10), 카메라(20) 및 색재현부(30)를 구동하는 구동 프로그램과 색재현부(30)에서 획득된 컬러 영상을 저장하는 저장부(도면 미도시), 각종 동작 명령을 입력받는 입력부(도면 미도시) 및 색재현부(30)에서 획득된 컬러 영상과 컬러영상 획득 시스템의 동작 상태를 표시하는 표시부(도면 미도시)를 포함할 수 있다.
그리고 제어부(40)는 장면(scene)이 변환되는 경우, 프로젝터(10)의 RGB 유색 주변 광원을 이용해서 단일 장면에 대해 다중 촬영하여 영상 데이터를 생성하도록 프로젝터(10) 및 카메라(20)의 동작을 제어할 수 있다.
다음, 도 4를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 단색 스캐닝 카메라에서의 컬러 영상 획득방법을 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 에에 따른 단색 스캐닝 카메라에서의 컬러 영상 획득방법을 단계별로 설명하는 공정도이다.
도 4의 S10단계에서 제어부(40)는 대상 물체에 RGB 유색 광원을 투사한 상태에서 대상 물체를 촬영하여 표준광 및 RGB 광에 따른 영상 데이터를 생성하도록 프로젝터(10) 및 카메라(20)의 동작을 제어한다.
이때, 제어부(40)는 장면(scene)이 변환되는 경우, 프로젝터(10)의 RGB 유색 주변 광원을 이용해서 단일 장면에 대해 다중 촬영하여 영상 데이터를 생성하도록 프로젝터(10) 및 카메라(20)의 동작을 제어할 수 있다.
그러면 색재현부(30)의 정규화 모듈(31)은 표준광원에 대해 RGB 유색 광원으로부터 투사되는 빛의 광량 분포 및 광량을 정규화한다(S12)
이때, 정규화 모듈(31)은 상기의 수학식 1 및 수학식 2와 같이, 가시광선 영역의 파장에서 측정된 프로젝터(10)의 RGB 광량의 합과 D65의 광량 간의 비를 나타내는 계수(r)를 이용하여 프로젝터(10)의 RGB 유색 광원의 광량을 정규화할 수 있다.
그리고 삼자극치 계산모듈(32)은 RGB 유색 광원별 최대 광량 하에서 완전 반사체에 대한 카메라(20)의 삼자극치를 계산한다(S14).
이때, 삼자극치 계산모듈(32)은 상기의 수학식 3 내지 수학식 6과 같이 파장별로 광원의 분광분포와 카메라(20)의 감도 그리고 등색함수를 적분하고, 프로젝터(10)의 R, G, B 램프가 동시에 점등된 상태에서 이상적인 백색에 대한 카메라(20)의 출력값을 삼자극치로 표시해서 카메라(20)의 삼자극치를 계산할 수 있다.
이어서, 게인조절계수 생성모듈(33)은 수학식 7과 같이 표준광원의 삼자극치를 이용해서 RGB 채널별 게인조절계수(cR, cG, cB)를 생성할 수 있다(S16).
그러면, 게인조절 모듈(34)은 S16단계에서 생성된 RGB 채널별 게인조절계수를 이용해서 RGB 채널별 게인을 조절한다(S18).
이때, 게인조절 모듈(34)은 수학식 8과 같이 장면 전환이 있을 시 프로젝터(10)의 RGB 유색 광원을 차례로 투사하고 단색 스캐닝 카메라를 이용해서 얻은 카메라의 RGB 채널별 출력 영상과 게인조절계수의 곱을 통해 RGB 채널별 게인을 조절할 수 있다.
이에 따라, 색재현부(30)는 게인이 조절된 화소별로 RGB의 컬러 영상으로 획득한다(S20).
한편, 도 5는 대상 물체의 영상을 획득한 결과를 예시한 예시도이다.
도 5의 (a)에는 프로젝터의 RGB 영상을 단순 조합한 결과 영상이 도시되어 있고, 도 5의 (b)에는 본 실시 예에 따른 단색 스캐닝 카메라에서의 컬러 영상 획득 시스템 및 방법에 따라 획득된 결과 영상이 도시되어 있다.
이와 같이, 본 실시 예에 따른 단색 스캐닝 카메라에서의 컬러 영상 획득 시스템 및 방법에 따라 획득된 결과 영상은 프로젝터의 RGB 영상을 단순 조합한 결과 영상에 비해 대상 물체의 색정보를 더욱 정확하게 재현할 수 있음을 확인할 수 있었다.
상기한 바와 같은 과정을 통하여, 본 발명은 정밀한 고해상도 3차원 영상을 획득하기 위한 3D 스캐너에서 사용되는 프로젝터를 이용해 RGB 유색 광원을 투사하고, 이를 이용해 물체의 표면 색 정보를 획득할 수 있다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
본 발명은 프로젝터의 RGB 유색 광원을 투사하여 동일한 장면에서 복수 개의 영상을 얻고, 이로부터 카메라에 입력된 물체의 색정보를 찾아내어 물체의 3D 정보 및 색정보를 재현하는 기술에 적용된다.

Claims (10)

  1. RGB 유색 광원을 투사하는 프로젝터,
    상기 RGB 유색 광원이 투사된 대상 물체를 촬영하는 카메라 및
    상기 RGB 유색 광원의 광량을 정규화하고 상기 카메라의 삼자극치를 계산해서 생성된 게인조절계수를 이용해서 RGB 채널별 게인을 조절하여 컬러 영상을 획득하는 색재현부를 포함하는 것을 특징으로 하는 단색 스캐닝 카메라에서의 컬러 영상 획득 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    미리 저장된 구동 프로그램에 기초해서 상기 프로젝터와 카메라 및 색재현부의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함하고,
    상기 제어부는 장면이 변환되는 경우, 상기 프로젝터의 RGB 유색 주변 광원을 이용해서 단일 장면에 대해 다중 촬영하여 영상 데이터를 생성하도록 상기 프로젝터 및 카메라의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 단색 스캐닝 카메라에서의 컬러 영상 획득 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 색재현부는
    표준광원에 대해 RGB 유색 광원으로부터 투사되는 RGB 광의 광량 분포 및 광량을 정규화하는 정규화 모듈,
    RGB 광별 최대 광량에서 완전 반사체에 대한 상기 카메라의 삼자극치를 계산하는 삼자극치 계산 모듈,
    표준광원의 삼자극치에 대해 상기 프로젝터의 RGB 광의 합산 XYZ 값 간의 비를 이용한 게인조절계수를 생성하는 게인조절계수 생성모듈 및
    생성된 게인조절계수에 따라 RGB 채널별 게인을 조절하는 게일조절 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 단색 스캐닝 카메라에서의 컬러 영상 획득 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 정규화 모듈은 가시광선 영역의 파장에서 측정된 상기 프로젝터의 RGB 광량의 합과 표준광의 광량 간의 비를 나타내는 계수를 이용하여 상기 프로젝터의 RGB 유색 광원의 광량을 정규화하는 것을 특징으로 하는 단색 스캐닝 카메라에서의 컬러 영상 획득 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 삼자극치 계산모듈은 파장별로 광원의 분광분포와 상기 카메라의 감도 그리고 등색함수를 적분하여 상기 카메라의 삼자극치를 계산하는 것을 특징으로 하는 단색 스캐닝 카메라에서의 컬러 영상 획득 시스템.
  6. (a) 대상 물체에 RGB 유색 광원을 투사한 상태에서 대상 물체를 촬영하여 표준광 및 RGB 광에 따른 영상 데이터를 생성하는 단계,
    (b) 상기 (a)단계에서 생성된 영상 데이터에서 표준광원에 대해 RGB 유색 광원으로부터 투사되는 빛의 광량 분포 및 광량을 정규화하는 단계,
    (c) 상기 RGB 유색 광원별 최대 광량 하에서 완전 반사체에 대한 카메라의 삼자극치를 계산하는 단계 및
    (d) 상기 (c)단계에서 계산된 카메라의 삼자극치를 이용해서 RGB 채널별 게인조절계수를 생성해서 RGB 채널별 게인을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단색 스캐닝 카메라에서의 컬러 영상 획득 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 (b)단계는 수학식 1에 기초해서 가시광선 영역의 파장에서 측정된 프로젝터의 RGB 광량의 합과 표준광의 광량 간의 비를 나타내는 계수(r)를 이용하여 상기 프로젝터의 RGB 유색 광원의 광량을 정규화하는 것을 특징으로 하는 단색 스캐닝 카메라에서의 컬러 영상 획득 방법.
    Figure PCTKR2015000132-appb-I000003
    .......[수학식 1]
    YD65는 100, R, G, B는 각각 프로젝터 출력의 최대치이며, 0 내지 100 사이로 정규화된 값.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 (c)단계는 파장별로 광원의 분광분포와 카메라의 감도 그리고 등색함수를 적분하여 상기 카메라의 삼자극치를 계산하는 것을 특징으로 하는 단색 스캐닝 카메라에서의 컬러 영상 획득 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 (d)단계는
    (d1) 상기 표준광원의 삼자극치를 수학식 2에 대입시켜 RGB 채널별 게인조절계수를 생성하는 단계 및
    (d2) 상기 (d1)단계에서 생성된 RGB 채널별 게인조절 계수를 이용해서 RGB 채널별 게인을 조절하는 단계를 포함는 것을 특징으로 하는 단색 스캐닝 카메라에서의 컬러 영상 획득 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 (a)단계는 장면이 변환되는 경우, 프로젝터의 RGB 유색 주변 광원을 이용해서 단일 장면에 대해 다중 촬영하여 영상 데이터를 생성하고,
    상기 (d2)단계는 단색 스캐닝 카메라를 이용해서 얻은 카메라의 RGB 채널별 출력 영상과 상기 게인조절계수의 곱을 통해 RGB 채널별 게인을 조절하여 화소별로 RGB의 컬러 영상을 획득하는 것을 특징으로 하는 단색 스캐닝 카메라에서의 컬러 영상 획득 방법.
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