WO2019235889A1 - 카메라 모듈 및 그의 깊이 정보 추출 방법 - Google Patents

카메라 모듈 및 그의 깊이 정보 추출 방법 Download PDF

Info

Publication number
WO2019235889A1
WO2019235889A1 PCT/KR2019/006899 KR2019006899W WO2019235889A1 WO 2019235889 A1 WO2019235889 A1 WO 2019235889A1 KR 2019006899 W KR2019006899 W KR 2019006899W WO 2019235889 A1 WO2019235889 A1 WO 2019235889A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
depth information
light signal
subframes
low resolution
image
Prior art date
Application number
PCT/KR2019/006899
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
이창혁
김윤성
정지혁
Original Assignee
엘지이노텍 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지이노텍 주식회사 filed Critical 엘지이노텍 주식회사
Priority to CN201980039044.6A priority Critical patent/CN112262572B/zh
Priority to US16/973,263 priority patent/US11800081B2/en
Publication of WO2019235889A1 publication Critical patent/WO2019235889A1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N13/00—Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
    • H04N13/20—Image signal generators
    • H04N13/296—Synchronisation thereof; Control thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N13/00—Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
    • H04N13/20—Image signal generators
    • H04N13/271—Image signal generators wherein the generated image signals comprise depth maps or disparity maps
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N13/00—Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
    • H04N13/20—Image signal generators
    • H04N13/204—Image signal generators using stereoscopic image cameras
    • H04N13/207—Image signal generators using stereoscopic image cameras using a single 2D image sensor
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N13/00—Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
    • H04N13/20—Image signal generators
    • H04N13/204—Image signal generators using stereoscopic image cameras
    • H04N13/207—Image signal generators using stereoscopic image cameras using a single 2D image sensor
    • H04N13/211—Image signal generators using stereoscopic image cameras using a single 2D image sensor using temporal multiplexing
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N13/00—Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
    • H04N13/20—Image signal generators
    • H04N13/204—Image signal generators using stereoscopic image cameras
    • H04N13/207—Image signal generators using stereoscopic image cameras using a single 2D image sensor
    • H04N13/214—Image signal generators using stereoscopic image cameras using a single 2D image sensor using spectral multiplexing
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N13/00—Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
    • H04N13/20—Image signal generators
    • H04N13/204—Image signal generators using stereoscopic image cameras
    • H04N13/207—Image signal generators using stereoscopic image cameras using a single 2D image sensor
    • H04N13/236—Image signal generators using stereoscopic image cameras using a single 2D image sensor using varifocal lenses or mirrors
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N13/00—Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
    • H04N13/20—Image signal generators
    • H04N13/204—Image signal generators using stereoscopic image cameras
    • H04N13/254—Image signal generators using stereoscopic image cameras in combination with electromagnetic radiation sources for illuminating objects
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50—Constructional details
    • H04N23/55—Optical parts specially adapted for electronic image sensors; Mounting thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/56—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof provided with illuminating means
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/58—Means for changing the camera field of view without moving the camera body, e.g. nutating or panning of optics or image sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/48—Increasing resolution by shifting the sensor relative to the scene
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00—Details of television systems
    • H04N5/222—Studio circuitry; Studio devices; Studio equipment
    • H04N5/2224—Studio circuitry; Studio devices; Studio equipment related to virtual studio applications
    • H04N5/2226—Determination of depth image, e.g. for foreground/background separation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N19/00—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals
    • H04N19/50—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using predictive coding
    • H04N19/59—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using predictive coding involving spatial sub-sampling or interpolation, e.g. alteration of picture size or resolution
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/40—Extracting pixel data from image sensors by controlling scanning circuits, e.g. by modifying the number of pixels sampled or to be sampled
    • H04N25/44—Extracting pixel data from image sensors by controlling scanning circuits, e.g. by modifying the number of pixels sampled or to be sampled by partially reading an SSIS array
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/703—SSIS architectures incorporating pixels for producing signals other than image signals
    • H04N25/705—Pixels for depth measurement, e.g. RGBZ

Definitions

  • the present invention relates to a camera module and a method for extracting depth information thereof.
  • 3D content is applied in many fields such as education, manufacturing, autonomous driving as well as game and culture, and depth information is required to obtain 3D content.
  • Depth information is information representing a distance in space and represents perspective information of another point with respect to one point of the 2D image.
  • One method of obtaining depth information is a method of projecting IR (Infrared) structured light onto an object and extracting depth information by analyzing light reflected from the object. According to the IR structured light method, it is difficult to obtain a desired depth resolution for a moving object.
  • IR structured light method it is difficult to obtain a desired depth resolution for a moving object.
  • TOF time of flight
  • the distance to an object is calculated by measuring a flight time, that is, a time when light is reflected by shooting.
  • a flight time that is, a time when light is reflected by shooting.
  • the biggest advantage of the ToF method is that it provides fast real-time distance information on three-dimensional space.
  • the user can obtain accurate distance information without any algorithm or hardware correction.
  • Accurate depth information can also be obtained by measuring very close objects or moving objects.
  • the current ToF method has a problem in that information obtained per frame, that is, resolution is very low.
  • One way to increase the resolution is to increase the number of pixels in the image sensor. In this case, however, the volume and manufacturing cost of the camera module are greatly increased.
  • An object of the present invention is to provide a camera module for extracting depth information using the TOF method and a depth information extraction method thereof.
  • the camera module includes an illumination unit for outputting an incident light signal irradiated to the object, a lens unit for collecting the reflected light signal reflected from the object, an image sensor for generating an electrical signal from the reflected light signal collected by the lens unit
  • the tilting unit shifts at least one optical path of the incident light signal or the reflected light signal in sub-pixel units of the image sensor unit for each image frame, and a phase difference between the incident light signal and the reflected light signal.
  • an image controller for extracting depth information wherein the image controller includes an image controller for extracting the depth information having a higher resolution than the subframe based on a plurality of subframes generated using the electrical signal.
  • the image controller may generate a high resolution subframe having a higher resolution than the plurality of subframes by rearranging pixel values of a plurality of subframes having the same phase and corresponding optical paths.
  • the image controller may generate a plurality of high resolution subframes corresponding to reference signals having different phases, and extract the depth information using the plurality of high resolution subframes.
  • the image controller may rearrange pixel values of the plurality of subframes in the high resolution pixel grid according to a direction in which the optical path is shifted based on a subframe in which the optical path matches a preset reference path among the plurality of subframes. have.
  • the image controller may relocate the high resolution pixel grid by applying weights to pixel values of the plurality of subframes.
  • the weight may be set differently according to the size of the subpixel or the direction in which the optical path is shifted.
  • the image controller may generate low resolution depth information having the same resolution as the subframes based on a plurality of subframes having different phases of the corresponding reference signal and having the same optical path.
  • the image controller may generate a plurality of low resolution depth information corresponding to different optical paths, and extract the depth information using the plurality of low resolution depth information.
  • the image controller may be configured to high-resolution the pixel values of the plurality of low resolution depth information according to a direction in which the optical path is shifted based on the low resolution depth information in which a corresponding optical path corresponds to a preset reference path among the low resolution depth information. Can be relocated to the pixel grid.
  • the image controller may relocate the high resolution pixel grid by applying weights to pixel values of the plurality of low resolution depth information.
  • depth information may be obtained at a high resolution without significantly increasing the number of pixels of the image sensor.
  • FIG. 1 is a block diagram of a camera module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining a frequency of an incident light signal.
  • FIG 3 is an example of a cross-sectional view of a camera module.
  • FIG. 4 is a view for explaining an electrical signal generation process according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a view for explaining the optical path change of the reflected light signal by the tilting unit.
  • 6 and 7 are diagrams for explaining the SR technique according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a pixel value arrangement process of a low resolution image frame according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a view showing a simulation result according to an embodiment of the present invention.
  • first, second, A, B, (a), and (b) may be used.
  • a component when a component is described as being 'connected', 'coupled' or 'connected' to another component, the component is not only connected, coupled or connected directly to the other component, It may also include the case of 'connecting', 'coupling' or 'connecting' due to another component between the other components.
  • top (bottom) or the bottom (bottom) is not only when two components are in direct contact with each other, It also includes a case where the above-described further components are formed or disposed between the two components.
  • up (up) or down (down) may include the meaning of the down direction as well as the up direction based on one component.
  • FIG. 1 is a block diagram of a camera module according to an embodiment of the present invention.
  • the camera module 100 includes an illumination 110, a lens unit 120, an image sensor unit 130, a tilting unit 140, and an image control unit 150.
  • the lighting unit 110 generates an incident light signal and irradiates the object.
  • the lighting unit 110 may generate and output an incident light signal in the form of a pulse wave or a continuous wave.
  • the continuous wave may be in the form of a sinusoid wave or a squared wave.
  • the camera module 100 may detect a phase difference between the incident light signal output from the illumination unit 110 and the reflected light signal reflected from the object.
  • the incident light may refer to light that is output from the illumination unit 110 and incident on the object
  • the reflected light may refer to light that is output from the illumination unit 110 and then reflected on the object. From the standpoint of the camera module 100, incident light may be output light, and reflected light may be input light.
  • the lighting unit 110 irradiates the generated incident light signal to the object for a predetermined exposure time.
  • the exposure period means one frame period.
  • the set exposure period is repeated. For example, when the camera module 100 photographs an object at 20 FPS, the exposure period is 1/20 [sec]. In the case of generating 100 frames, the exposure period may be repeated 100 times.
  • the lighting unit 110 may generate a plurality of incident light signals having different frequencies.
  • the illumination unit 110 may sequentially generate a plurality of incident light signals having different frequencies.
  • the lighting unit 110 may simultaneously generate a plurality of incident light signals having different frequencies.
  • the lighting unit 110 controls the first half of the exposure period to generate an incident light signal having a frequency f 1 , and the other half of the exposure period generates an incident light signal having a frequency f 2 , as shown in FIG. 2. Can be controlled.
  • the lighting unit 110 may control some of the light emitting diodes to generate an incident light signal having a frequency f 1 , and control the other light emitting diodes to generate an incident light signal having a frequency f 2 .
  • the lighting unit 110 may include a light source 112 for generating light and a light modulator 114 for modulating the light.
  • the light source 112 generates light.
  • the light generated by the light source 112 may be an infrared ray having a wavelength of 770 to 3000 nm, or may be visible light having a wavelength of 380 to 770 nm.
  • the light source 112 may use a light emitting diode (LED), and may have a shape in which a plurality of light emitting diodes are arranged according to a predetermined pattern.
  • the light source 112 may include an organic light emitting diode (OLED) or a laser diode (LD).
  • the light source 112 repeatedly turns on / off at predetermined time intervals to generate an incident light signal in the form of a pulse wave or a continuous wave.
  • the predetermined time interval may be a frequency of the incident light signal. Flashing of the light source may be controlled by the light modulator 114.
  • the light modulator 114 controls the blinking of the light source 112 to control the light source 112 to generate an incident light signal in the form of a continuous wave or a pulse wave.
  • the light modulator 114 may control the light source 112 to generate an incident light signal in the form of a continuous wave or a pulse wave through frequency modulation or pulse modulation.
  • the lens unit 120 collects the reflected light signal reflected from the object and transmits the reflected light signal to the image sensor unit 130.
  • FIG 3 is an example of a cross-sectional view of a camera module.
  • the camera module 300 includes a lens assembly 310, an image sensor 320, and a printed circuit board 330.
  • the lens assembly 310 may correspond to the lens unit 120 of FIG. 1
  • the image sensor 320 may correspond to the image sensor unit 130 of FIG. 1.
  • the image controller 150 of FIG. 1 may be implemented in the printed circuit board 330.
  • the lighting unit 110 of FIG. 1 may be disposed on the side of the image sensor 320 on the printed circuit board 330.
  • the lens assembly 310 may include a lens 312, a lens barrel 314, a lens holder 316, and an IR filter 318.
  • the lens 312 may be configured in plural, or may be composed of one.
  • each lens may be aligned with respect to a central axis to form an optical system.
  • the central axis may be the same as the optical axis of the optical system.
  • the lens barrel 314 is coupled to the lens holder 316 and may have a space for accommodating the lens therein.
  • the lens barrel 314 may be rotationally coupled with one or more lenses, but this is exemplary and may be coupled in other ways, such as by using an adhesive (eg, an adhesive resin such as epoxy). .
  • the lens holder 316 may be coupled to the lens barrel 314 to support the lens barrel 314, and may be coupled to the printed circuit board 330 on which the image sensor 320 is mounted.
  • the lens holder 316 may have a space in which the IR filter 318 may be attached to the lower portion of the lens barrel 314.
  • a spiral pattern is formed on an inner circumferential surface of the lens holder 316 and a lens barrel 314 formed on the outer circumferential surface of the lens holder 316.
  • this is exemplary and the lens holder 316 and the lens barrel 314 may be coupled through an adhesive, or the lens holder 316 and the lens barrel 314 may be integrally formed.
  • the lens holder 316 may be divided into an upper holder 316-1 coupled to the lens barrel 314, and a lower holder 316-2 coupled to the printed circuit board 330 on which the image sensor 320 is mounted.
  • the upper holder 316-1 and the lower holder 316-2 may be integrally formed, or may be fastened or coupled after being formed in a structure separated from each other. In this case, the diameter of the upper holder 316-1 may be smaller than the diameter of the lower holder 316-2.
  • the lens holder 316 may be mixed with the housing.
  • the lens unit 120 may be configured in another structure capable of collecting and transmitting the reflected light signal incident to the ToF camera module 100 to the image sensor unit 130.
  • the image sensor unit 130 generates an electrical signal using the reflected light signal collected through the lens unit 120.
  • the image sensor 130 may absorb the reflected light signal in synchronization with the blinking period of the lighting unit 110.
  • the image sensor unit 130 may absorb light in an in phase and an out phase of the incident light signal output from the lighting unit 110, respectively. That is, the image sensor unit 130 may repeatedly absorb the reflected light signal when the light source is turned on and absorb the reflected light signal when the light source is turned off.
  • the image sensor 130 may generate an electrical signal corresponding to each reference signal by using a plurality of reference signals having different phase differences.
  • the frequency of the reference signal may be set equal to the frequency of the incident light signal output from the illumination unit 110. Therefore, when the illumination unit 110 generates an incident light signal at a plurality of frequencies, the image sensor unit 130 generates an electrical signal using a plurality of reference signals corresponding to each frequency.
  • the electrical signal may include information about the amount of charge or voltage corresponding to each reference signal.
  • FIG. 4 is a view for explaining an electrical signal generation process according to an embodiment of the present invention.
  • Each reference signal C 1 to C 4 may have the same frequency as the incident light signal, but may have a phase difference of 90 degrees.
  • One of the four reference signals C 1 may have the same phase as the incident light signal.
  • the reflected light signal is delayed in phase by a distance from the incident light signal to the object after being reflected.
  • the image sensor 130 mixes the reflected light signal and each reference signal, respectively. Then, the image sensor 130 may generate an electrical signal corresponding to the shaded portion of FIG. 4 for each reference signal.
  • the image sensor unit 130 absorbs the reflected light signal according to the plurality of frequencies.
  • incident light signals are generated at frequencies f 1 and f 2
  • the plurality of reference signals have a phase difference of 90 degrees.
  • the frequency can be generated with four electrical signals through the f 1 of the reflected light signal and four reference signals corresponding thereto.
  • Four electrical signals may be generated through the reflected light signal having the frequency f 2 and the four reference signals corresponding thereto.
  • a total of eight electrical signals can be generated.
  • the image sensor unit 130 may have a structure in which a plurality of pixels are arranged in a grid form.
  • the image sensor 130 may be a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) image sensor, or may be a charge coupled device (CCD) image sensor.
  • CMOS complementary metal oxide semiconductor
  • CCD charge coupled device
  • 76,800 pixels are arranged in a grid.
  • a predetermined gap may be formed between the plurality of pixels.
  • the description is made with one pixel including a predetermined interval adjacent to the pixel.
  • each pixel may include a first light receiving unit including a first photodiode and a first transistor and a second light receiving unit including a second photodiode and a second transistor.
  • the first light receiving unit receives the reflected light signal in phase with the waveform of the incident light. That is, at the time when the light source is turned on, the first photodiode is turned on to absorb the reflected light signal. Then, at the time when the light source is turned off, the first photodiode is turned off to stop the reflected light absorption. The first photodiode converts the absorbed reflected light signal into a current and transfers it to the first transistor. The first transistor converts the received current into an electrical signal and outputs the electrical signal.
  • the second light receiving unit receives the reflected light signal in a phase opposite to the waveform of the incident light. That is, at the time that the light source is turned on, the second photodiode is turned off to absorb the reflected light signal. At the time when the light source is turned off, the second photodiode is turned on to stop the reflected light absorption. The second photodiode converts the absorbed reflected light signal into a current and transfers it to the second transistor. The second transistor converts the received current into an electrical signal.
  • the first light receiving unit may be referred to as an In Phase receiving unit
  • the second light receiving unit may be referred to as an Out Phase receiving unit.
  • a difference occurs in the amount of light received according to the distance to the object. For example, when the object is directly in front of the camera module 100 (that is, when the distance is 0), since the time taken for the light to be reflected from the object after being output from the lighting unit 110 is 0, the blinking period of the light source Is the light receiving period. Accordingly, only the first light receiving unit receives the light, and the second light receiving unit does not receive the light.
  • the image controller 150 calculates a phase difference between incident light and reflected light by using an electric signal received from the image sensor unit 130, and uses the phase difference between the object and the camera module 100. Calculate the distance.
  • the image controller 150 may calculate the phase difference between the incident light and the reflected light by using the charge information of the electric signal.
  • the image controller 150 may calculate the phase difference t d between the incident light signal and the reflected light signal using Equation 1 below.
  • Q 1 to Q 4 are charge charge amounts of each of the four electrical signals.
  • Q 1 is the amount of charge of the electric signal corresponding to the reference signal of the same phase as the incident light signal.
  • Q 2 is the amount of charge of the electric signal corresponding to the reference signal 180 degrees slower than the incident light signal.
  • Q 3 is the amount of charge of the electrical signal corresponding to the reference signal 90 degrees slower than the incident light signal.
  • Q 4 is the amount of charge of the electrical signal corresponding to the reference signal whose phase is 270 degrees slower than the incident light signal.
  • the image controller 150 may calculate the distance between the object and the camera module 100 using the phase difference between the incident light signal and the reflected light signal.
  • the image controller 150 may calculate a distance d between the object and the ToF camera module 100 by using Equation 2 below.
  • SR super resolution
  • the SR technique can be largely divided into a statistical method and a multiframe method, and the multiframe method can be largely divided into a space division method and a time division method.
  • a statistical method may be tried.
  • an iterative calculation process is required, and thus there is a problem of low efficiency.
  • an SR technique according to an embodiment of the present invention is generated by rearranging pixel values of a plurality of low resolution images. do.
  • the image controller 150 In order to apply the SR technique according to the embodiment of the present invention to extract the depth information, the image controller 150 generates a plurality of low resolution subframes by using the electrical signal received from the image sensor unit 130, and then, A plurality of low resolution depth information is extracted by using a low resolution subframe of.
  • the high resolution depth information may be extracted by rearranging pixel values of the plurality of low resolution depth information.
  • the subframe means an image frame generated from an electrical signal corresponding to one exposure period and a reference signal.
  • an electrical signal is generated through eight reference signals in one image frame, that is, one image frame, eight subframes may be generated, and one more start of frame is generated. Can be.
  • the image controller 150 in order to apply the SR technique according to the embodiment of the present invention to extract the depth information, the image controller 150 generates a plurality of low resolution subframes by using the electrical signal received from the image sensor unit 130.
  • the pixel values of the plurality of low resolution subframes are rearranged to generate a plurality of high resolution subframes.
  • high resolution depth information may be extracted using the high resolution subframe.
  • a pixel shift technique may be used. That is, after obtaining a plurality of images shifted by subpixels for each subframe by using a pixel shift technique, after obtaining a plurality of high resolution subframe image data by applying the SR technique according to an embodiment of the present invention for each subframe, These can be used to extract high resolution depth information.
  • the camera module 100 includes a tilting unit 140.
  • the tilting unit 140 changes the light path of at least one of the incident light signal and the reflected light signal in units of subpixels of the image sensor unit 130.
  • the tilting unit 140 changes the light path of at least one of the incident light signal and the reflected light signal for each frame. As described above, one frame may be generated for each exposure period. Therefore, the tilting unit 140 changes the light path of at least one of the incident light signal and the reflected light signal when one exposure period ends.
  • the tilting unit 140 changes the light path of at least one of the incident light signal and the reflected light signal by the sub-pixel unit based on the image sensor 130. In this case, the tilting unit 140 changes the at least one light path among the incident light signal and the reflected light signal based on the current light path in one of up, down, left, and right directions.
  • FIG. 5 is a view for explaining the optical path change of the reflected light signal by the tilting unit.
  • the portion indicated by the solid line represents the current optical path of the reflected light signal
  • the portion indicated by the dotted line represents the changed optical path.
  • the tilting unit may change the optical path of the reflected light signal as a dotted line.
  • the path of the reflected light signal is then shifted by subpixels in the current optical path. For example, as shown in FIG. 5A, when the tilting unit 140 moves the current optical path to the right of 0.173 degrees, the reflected light signal incident on the image sensor unit 130 is 0.5 pixels (subpixel) to the right. You can move by).
  • the tilting unit 140 may change the optical path of the reflected light signal clockwise from the reference position. For example, as shown in (b) of FIG. 5, the tilting unit 140 adjusts the optical path of the reflected light signal to the second sensor period after the first exposure period is 0.5 pixels based on the image sensor unit 130. To the right. The tilting unit 140 moves the optical path of the reflected light signal downward by 0.5 pixels based on the image sensor unit 130 in the third exposure period. In addition, the tilting unit 140 moves the optical path of the reflected light signal to the left by 0.5 pixels based on the image sensor unit 130 in the fourth exposure period.
  • the tilting unit 140 moves the optical path of the reflected light signal upward by 0.5 pixels based on the image sensor unit 130 in the fifth exposure period. That is, with four exposure periods, the tilting unit 140 may move the optical path of the reflected light signal to the reference position. This may be equally applied to shifting the optical path of the incident light signal, and thus detailed description thereof will be omitted.
  • the light path change pattern is only an example, and may be counterclockwise.
  • the subpixel may be larger than 0 pixel and smaller than 1 pixel.
  • the subpixels may have a size of 0.5 pixels and may have a size of 1/3 pixels.
  • the size of the subpixel can be changed by those skilled in the art.
  • the image controller 150 rearranges pixel values of the plurality of subframes generated from the electrical signals to extract the depth information having a higher resolution than the subframes.
  • the electrical signal includes a phase difference between the incident light signal and the reflected light signal, and one subframe may be generated from one electrical signal.
  • FIGS. 6 and 7 are diagrams for explaining the SR technique according to an embodiment of the present invention.
  • high resolution is a relative meaning of higher resolution than low resolution.
  • the image controller 150 may extract a plurality of low-depth depth information using the same exposure period, that is, a plurality of low-resolution subframes generated in the same frame.
  • the image controller 150 may extract high resolution depth information by rearranging pixel values of the plurality of low resolution depth information.
  • the optical paths of the incident light signal or the reflected light signal corresponding to the plurality of low resolution depth information are different from each other.
  • the image controller 150 generates 1-1 to 4-8 low resolution subframes using a plurality of electrical signals.
  • Low resolution subframes 1-1 to 1-8 are low resolution subframes generated in the first exposure period.
  • Low resolution subframes 2-1 through 2-8 are low resolution subframes generated in the second exposure period.
  • Low resolution subframes 3-1 through 3-8 are low resolution subframes generated in the third exposure period.
  • Low resolution subframes 4-1 to 4-8 are low resolution subframes generated in the fourth exposure period.
  • the image controller 150 extracts the low resolution depth information LRD-1 to LRD-4 by applying the depth information extraction technique to the plurality of low resolution subframes generated in each exposure period.
  • Low resolution depth information LRD-1 is low resolution depth information extracted using subframes 1-1 to 1-8.
  • Low resolution depth information LRD-2 is low resolution depth information extracted using subframes 2-1 to 2-8.
  • Low resolution depth information LRD-3 is low resolution depth information extracted using subframes 3-1 to 3-8.
  • Low resolution depth information LRD-4 is low resolution depth information extracted using subframes 4-1 to 4-8.
  • the image controller 150 extracts the high resolution depth information HRD by rearranging pixel values of the low resolution depth information LRD-1 to LRD-4.
  • the image controller 150 may generate a high resolution subframe by rearranging pixel values of a plurality of subframes corresponding to the same reference signal.
  • the plurality of subframes have different optical paths of corresponding incident or reflected light signals.
  • the image controller 150 may extract the high resolution depth information by using the plurality of high resolution subframes.
  • the image controller 150 generates 1-1 to 4-8 low resolution subframes using a plurality of electrical signals.
  • Low resolution subframes 1-1 to 1-8 are low resolution subframes generated in the first exposure period.
  • Low resolution subframes 2-1 through 2-8 are low resolution subframes generated in the second exposure period.
  • Low resolution subframes 3-1 through 3-8 are low resolution subframes generated in the third exposure period.
  • Low resolution subframes 4-1 to 4-8 are low resolution subframes generated in the fourth exposure period.
  • the low resolution subframes 1-1, 2-1, 3-1, and 4-1 correspond to the same reference signal C1, but correspond to different optical paths.
  • the image controller 150 may generate the high resolution subframe H-1 by rearranging pixel values of the low resolution subframes 1-1, 2-1, 3-1, and 4-1.
  • the image controller may extract the high resolution depth information HRD by applying a depth information extraction technique to the high resolution subframes H-1 to H-8. .
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a pixel value arrangement process of a low resolution image frame according to an embodiment of the present invention.
  • the SR technique according to the embodiment of the present invention is a technique of generating a high resolution frame by rearranging pixel values of a plurality of low resolution frames, unlike a technique using a conventional inverse function.
  • the image controller 150 may rearrange each pixel value of a plurality of low-resolution subframes or a plurality of low-depth depth information corresponding to different optical paths to a high-resolution pixel grid to obtain a high-resolution image. Create a frame. In this case, the image controller 150 may arrange the pixel value according to the moving direction of the optical path corresponding to each low-resolution image frame.
  • the high resolution pixel grid has 8x8 pixels, which is the same as the pixel of the high resolution image.
  • the low resolution image may mean a low resolution subframe and low resolution depth information
  • the high resolution image may mean a high resolution subframe and high resolution depth information.
  • the first to fourth low resolution images are low resolution images photographed by shifting an optical path by a subpixel having a size of 0.5 pixels.
  • the image controller 150 arranges pixel values of the second to fourth low resolution images in the high resolution pixel grid corresponding to the high resolution image according to the direction in which the optical path is moved based on the first low resolution image in which the optical path does not move. .
  • the second low resolution image is an image shifted to the right by a subpixel from the first low resolution image. Therefore, the pixel B of the second low resolution image frame is disposed to the right of each pixel A of the first low resolution image.
  • the third low resolution image is an image shifted downward by a subpixel from the second low resolution image. Therefore, the pixel C of the third low resolution image is disposed in the pixel located below each pixel B of the second low resolution image.
  • the fourth low resolution image is an image shifted left by a subpixel from the third low resolution image. Therefore, the pixel D of the fourth low resolution image is disposed in the pixel located to the left of the pixel C of the third low resolution image.
  • the image controller 150 may apply weights to the arranged pixel values.
  • the weight may be set differently according to the size of the subpixel or the moving direction of the optical path, and may be set differently for each low resolution image.
  • FIG. 9 is a view showing a simulation result according to an embodiment of the present invention.
  • 9 (a) to 9 (c) show the IR image measurement results.
  • 9 (a) shows a low resolution IR image having 41 ⁇ 41 resolution.
  • FIG. 9B illustrates a 81 ⁇ 81 resolution high resolution IR image generated by applying interpolation to the low resolution IR image of FIG. 9A.
  • 9 (c) shows a high resolution IR image generated by applying the SR technique (pixel rearrangement) according to an embodiment of the present invention to four low resolution IR images having 41 ⁇ 41 resolution.
  • the SR technique pixel rearrangement
  • FIG. 9 (d) to 9 (f) show the depth information extraction results.
  • 9 (d) shows low resolution depth information with 41 ⁇ 41 resolution.
  • FIG. 9E shows the 81 ⁇ 81 resolution high resolution depth information extracted by applying interpolation to the low resolution depth information of FIG. 9D.
  • FIG. 9 (f) shows the high resolution depth information extracted by applying the SR technique (pixel rearrangement) according to an embodiment of the present invention to four low resolution depth information having 41 ⁇ 41 resolution.
  • the SR technique pixel rearrangement

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈은 객체에 조사되는 입사광 신호를 출력하는 조명부, 객체로부터 반사된 반사광 신호를 집광하는 렌즈부, 상기 렌즈부에 의하여 집광된 반사광 신호로부터 전기 신호를 생성하는 이미지 센서부, 하나의 영상 프레임마다 상기 입사광 신호 또는 반사광 신호 중 적어도 하나의 광경로를 상기 이미지 센서부의 서브픽셀 단위로 쉬프트시키는 틸팅부, 그리고 상기 입사광 신호 및 상기 반사광 신호 간 위상 차를 이용하여 상기 객체의 깊이 정보를 추출하는 영상 제어부를 포함하며, 상기 영상 제어부는, 상기 전기 신호를 이용하여 생성된 복수의 서브프레임에 기초하여 상기 서브프레임보다 높은 해상도를 가지는 상기 깊이 정보를 추출하는 영상 제어부를 포함한다.

Description

카메라 모듈 및 그의 깊이 정보 추출 방법
본 발명은 카메라 모듈 및 그의 깊이 정보 추출 방법에 관한 것이다.
3 차원 콘텐츠는 게임, 문화뿐만 아니라 교육, 제조, 자율주행 등 많은 분야에서 적용되고 있으며, 3차원 콘텐츠를 획득하기 위하여 깊이 정보(Depth Map)가 필요하다. 깊이 정보는 공간 상의 거리를 나타내는 정보이며, 2차원 영상의 한 지점에 대하여 다른 지점의 원근 정보를 나타낸다.
깊이 정보를 획득하는 방법 중 하나는, IR(Infrared) 구조광을 객체에 투사하며, 객체로부터 반사된 광을 해석하여 깊이 정보를 추출하는 방식이다. IR 구조광 방식에 따르면, 움직이는 객체에 대하여 원하는 수준의 깊이 분해능(Depth resolution)을 얻기 어려운 문제가 있다.
한편, IR 구조광 방식을 대체하는 기술로 TOF(Time of Flight) 방식이 주목받고 있다.
TOF 방식에 따르면, 비행 시간, 즉 빛을 쏘아서 반사되어 오는 시간을 측정함으로써 물체와의 거리를 계산한다. ToF 방식의 가장 큰 장점은 3차원 공간에 대한 거리정보를 실시간으로 빠르게 제공한다는 점에 있다. 또한 사용자가 별도의 알고리즘 적용이나 하드웨어적 보정 없이도 정확한 거리 정보를 얻을 수 있다. 또한 매우 가까운 객체를 측정하거나 움직이는 객체를 측정하여도 정확한 깊이 정보를 획득할 수 있다.
하지만, 현재 ToF 방식의 경우 한 프레임당 얻을 수 있는 정보, 즉 해상도가 매우 낮다는 문제점이 있다.
해상도를 높이기 위한 방법으로 이미지 센서의 화소 수를 높이는 방법이 있다. 그러나 이 경우 카메라 모듈의 부피 및 제조 비용이 크게 증가하게 된다는 문제가 발생한다.
이에 따라, 카메라 모듈의 부피 및 제조 비용을 증가시키지 않으면서도 해상도를 높일 수 있는 깊이 정보 획득 방법이 필요하다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 TOF 방식을 이용하여 깊이 정보를 추출하는 카메라 모듈 및 그의 깊이 정보 추출 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈은 객체에 조사되는 입사광 신호를 출력하는 조명부, 객체로부터 반사된 반사광 신호를 집광하는 렌즈부, 상기 렌즈부에 의하여 집광된 반사광 신호로부터 전기 신호를 생성하는 이미지 센서부, 하나의 영상 프레임마다 상기 입사광 신호 또는 반사광 신호 중 적어도 하나의 광경로를 상기 이미지 센서부의 서브픽셀 단위로 쉬프트시키는 틸팅부, 그리고 상기 입사광 신호 및 상기 반사광 신호 간 위상 차를 이용하여 상기 객체의 깊이 정보를 추출하는 영상 제어부를 포함하며, 상기 영상 제어부는, 상기 전기 신호를 이용하여 생성된 복수의 서브프레임에 기초하여 상기 서브프레임보다 높은 해상도를 가지는 상기 깊이 정보를 추출하는 영상 제어부를 포함한다.
상기 영상 제어부는, 대응하는 참조 신호의 위상이 동일하고 상기 광경로가 상이한 복수의 서브프레임의 픽셀값을 재배치하여 상기 복수의 서브프레임보다 높은 해상도를 가지는 고해상 서브프레임을 생성할 수 있다.
상기 영상 제어부는, 서로 다른 위상의 참조 신호에 대응하는 복수의 고해상 서브프레임을 생성하고, 상기 복수의 고해상 서브프레임을 이용하여 상기 깊이 정보를 추출할 수 있다.
상기 영상 제어부는, 상기 복수의 서브프레임 중 광경로가 기 설정된 기준 경로와 일치하는 서브프레임을 기준으로 광경로가 쉬프트된 방향에 따라 상기 복수의 서브프레임의 픽셀값을 고해상 픽셀 그리드에 재배치할 수 있다.
상기 영상 제어부는, 상기 복수의 서브프레임의 픽셀값에 가중치를 적용하여 상기 고해상 픽셀 그리드에 재배치할 수 있다.
상기 가중치는, 상기 서브픽셀의 크기나 상기 광경로가 시프트된 방향에 따라 다르게 설정될 수 있다.
상기 영상 제어부는, 대응하는 참조 신호의 위상이 상이하고 상기 광경로가 동일한 복수의 서브프레임에 기초하여 상기 서브프레임과 동일한 해상도의 저해상 깊이 정보를 생성할 수 있다.
상기 영상 제어부는, 서로 상이한 광경로에 대응하는 복수의 저해상 깊이 정보를 생성하고, 상기 복수의 저해상 깊이 정보를 이용하여 상기 깊이 정보를 추출할 수 있다.
상기 영상 제어부는, 상기 저해상 깊이 정보 중 대응하는 광경로가 기 설정된 기준 경로와 일치하는 저해상 깊이 정보를 기준으로 광경로가 쉬프트된 방향에 따라 상기 복수의 저해상 깊이 정보의 픽셀값을 고해상 픽셀 그리드에 재배치할 수 있다.
상기 영상 제어부는, 상기 복수의 저해상 깊이 정보의 픽셀값에 가중치를 적용하여 상기 고해상 픽셀 그리드에 재배치할 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 카메라 모듈을 이용하면, 이미지 센서의 화소 수를 크게 증가시키지 않고도 높은 해상도로 깊이 정보를 획득할 수 있다.
데이터 리포밍(data reforming) 정도의 연산량 만으로 깊이 지도의 해상도를 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 카메라 모듈의 블록도이다.
도 2는 입사광 신호의 주파수를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 카메라 모듈의 단면도의 한 예이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전기 신호 생성 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 틸팅부에 의한 반사광 신호의 광경로 변경을 설명하기 위한 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 SR 기법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 저해상 영상 프레임의 픽셀값 배치 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.
이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속' 되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 "상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위) 또는 하(아래)"으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 카메라 모듈의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 카메라 모듈(100)은 조명(110), 렌즈부(120), 이미지 센서부(130), 틸팅부(140) 및 영상 제어부(150)를 포함한다.
조명부(110)는 입사광 신호를 생성한 후 객체에 조사한다. 이때, 조명부(110)는 펄스파(pulse wave)의 형태나 지속파(continuous wave)의 형태로 입사광 신호를 생성하여 출력할 수 있다. 지속파는 사인파(sinusoid wave)나 사각파(squared wave)의 형태일 수 있다. 입사광 신호를 펄스파나 지속파 형태로 생성함으로써, 카메라 모듈(100)은 조명부(110)로부터 출력된 입사광 신호와 객체로부터 반사된 반사광 신호 사이의 위상차를 검출할 수 있다. 본 명세서에서, 입사광은 조명부(110)로부터 출력되어 객체에 입사되는 광을 의미하고, 반사광은 조명부(110)로부터 출력되어 객체에 입사된 후 객체로부터 반사되는 광을 의미할 수 있다. 카메라 모듈(100)의 입장에서 입사광은 출력광이 될 수 있고, 반사광은 입력광이 될 수 있다.
조명부(110)는 생성된 입사광 신호를 설정된 노출주기(integration time) 동안 객체에 조사한다. 여기서, 노출주기란 1개의 프레임 주기를 의미한다. 복수의 프레임을 생성하는 경우, 설정된 노출주기가 반복된다. 예를 들어, 카메라 모듈(100)이 20 FPS로 객체를 촬영하는 경우, 노출주기는 1/20[sec]가 된다. 그리고 100개의 프레임을 생성하는 경우, 노출주기는 100번 반복될 수 있다.
조명부(110)는 서로 다른 주파수를 가지는 복수의 입사광 신호를 생성할 수 있다. 조명부(110)는 서로 다른 주파수를 가지는 복수의 입사광 신호를 순차적으로 반복하여 생성할 수 있다. 또는, 조명부(110)는 서로 다른 주파수를 가지는 복수의 입사광 신호를 동시에 생성할 수도 있다.
도 2는 입사광 신호의 주파수를 설명하기 위한 도면이다. 본 발명의 실시예에 따르면, 조명부(110)는 도 2에서와 같이 노출주기의 첫 절반은 주파수 f1인 입사광 신호가 생성되도록 제어하고, 나머지 절반의 노출주기는 주파수 f2인 입사광 신호가 생성하도록 제어할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 조명부(110)는 복수의 발광 다이오드 중 일부 발광 다이오드는 주파수 f1인 입사광 신호가 생성되도록 제어하고, 나머지 발광 다이오드는 주파수 f2인 입사광 신호가 생성되도록 제어할 수 있다.
이를 위하여, 조명부(110)는 빛을 생성하는 광원(112)과 빛을 변조하는 광변조부(114)를 포함할 수 있다.
우선, 광원(112)은 빛을 생성한다. 광원(112)이 생성하는 빛은 파장이 770 내지 3000nm인 적외선 일 수 있으며, 파장이 380 내지 770 nm인 가시광선 일 수도 있다. 광원(112)은 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)를 이용할 수 있으며, 복수의 발광 다이오드가 일정한 패턴에 따라 배열된 형태를 가질 수 있다. 뿐만 아니라, 광원(112)은 유기 발광 다이오드(Organic light emitting diode, OLED)나 레이저 다이오드(Laser diode, LD)를 포함할 수도 있다.
광원(112)은 일정 시간 간격으로 점멸(on/off)을 반복하여 펄스파 형태나 지속파 형태의 입사광 신호를 생성한다. 일정 시간 간격은 입사광 신호의 주파수일 수 있다. 광원의 점멸은 광변조부(114)에 의해 제어될 수 있다.
광변조부(114)는 광원(112)의 점멸을 제어하여 광원(112)이 지속파나 펄스파 형태의 입사광 신호를 생성하도록 제어한다. 광변조부(114)는 주파수 변조(frequency modulation)나 펄스 변조(pulse modulation) 등을 통해 광원(112)이 지속파나 펄스파 형태의 입사광 신호를 생성하도록 제어할 수 있다.
한편, 렌즈부(120)는 객체로부터 반사된 반사광 신호를 집광하여 이미지 센서부(130)에 전달한다.
도 3은 카메라 모듈의 단면도의 한 예이다.
도 3을 참조하면, 카메라 모듈(300)은 렌즈 어셈블리(310), 이미지 센서(320) 및 인쇄회로기판(330)을 포함한다. 여기서, 렌즈 어셈블리(310)는 도 1의 렌즈부(120)에 대응하고, 이미지 센서(320)는 도 1의 이미지 센서부(130)에 대응할 수 있다. 그리고, 도 1의 영상 제어부(150) 등은 인쇄회로기판(330) 내에서 구현될 수 있다. 도시되지 않았으나, 도 1의 조명부(110)는 인쇄회로기판(330) 상에서 이미지 센서(320)의 측면에 배치될 수 있다.
렌즈 어셈블리(310)는 렌즈(312), 렌즈 배럴(314), 렌즈 홀더(316) 및 IR 필터(318)를 포함할 수 있다.
렌즈(312)는 복수 매로 구성될 수 있으며, 1매로 구성될 수도 있다. 렌즈(312)가 복수 매로 구성될 경우 각 렌즈들은 중심축을 기준으로 정렬하여 광학계를 형성할 수 있다. 여기서, 중심축은 광학계의 광축(Optical axis)과 동일할 수 있다.
렌즈 배럴(314)은 렌즈 홀더(316)와 결합되며, 내부에 렌즈를 수용할 수 있는 공간을 구비할 수 있다. 렌즈 배럴(314)은 하나 또는 복수의 렌즈와 회전 결합될 수 있으나, 이는 예시적인 것이며, 접착제(예를 들어, 에폭시(epoxy) 등의 접착용 수지)를 이용한 방식 등 다른 방식으로 결합될 수 있다.
렌즈 홀더(316)는 렌즈 배럴(314)과 결합되어 렌즈 배럴(314)을 지지하고, 이미지 센서(320)가 탑재된 인쇄회로기판(330)에 결합될 수 있다. 렌즈 홀더(316)는 렌즈 배럴(314) 하부에 IR 필터(318)가 부착될 수 있는 공간을 구비할 수 있다. 렌즈 홀더(316)외 내주면에는 나선형 패턴이 형성되고, 마찬가지로 외주면에 나선형 패턴이 형성된 렌즈 배럴(314)과 회전 결합할 수 있다. 그러나, 이는 예시적인 것이며, 렌즈 홀더(316)와 렌즈 배럴(314)은 접착제를 통해 결합되거나, 렌즈 홀더(316)와 렌즈 배럴(314)이 일체형으로 형성될 수도 있다.
렌즈 홀더(316)는 렌즈 배럴(314)과 결합되는 상부 홀더(316-1) 및 이미지 센서(320)가 탑재된 인쇄회로기판(330)과 결합되는 하부 홀더(316-2)로 구분될 수 있으며, 상부 홀더(316-1) 및 하부 홀더(316-2)는 일체형으로 형성되거나, 서로 분리된 구조로 형성된 후 체결 또는 결합될 수도 있다. 이때, 상부 홀더(316-1)의 직경은 하부 홀더(316-2)의 직경보다 작게 형성될 수 있다. 본 명세서에서, 렌즈 홀더(316)는 하우징과 혼용될 수 있다.
상기의 예시는 일 실시예에 불과하며, 렌즈부(120)는 ToF 카메라 모듈(100)로 입사되는 반사광 신호를 집광하여 이미지 센서부(130)에 전달할 수 있는 다른 구조로 구성될 수도 있다.
다시 도 1을 참조하면, 이미지 센서부(130)는 렌즈부(120)를 통해 집광된 반사광 신호를 이용하여 전기 신호를 생성한다.
이미지 센서부(130)는 조명부(110)의 점멸 주기와 동기화되어 반사광 신호를 흡수할 수 있다. 구체적으로 이미지 센서부(130)는 조명부(110)로부터 출력된 입사광 신호와 동상(in phase) 및 이상(out phase)에서 각각 빛을 흡수할 수 있다. 즉, 이미지 센서부(130)는 광원이 켜져 있는 시간에 반사광 신호를 흡수하는 단계와 광원이 꺼져 있는 시간에 반사광 신호를 흡수하는 단계를 반복 수행할 수 있다.
다음으로, 이미지 센서부(130)는 서로 다른 위상차를 가지는 복수의 참조 신호(reference signal)를 이용하여 각 참조 신호에 대응하는 전기 신호를 생성할 수 있다. 참조 신호의 주파수는 조명부(110)로부터 출력된 입사광 신호의 주파수와 동일하게 설정될 수 있다. 따라서, 조명부(110)가 복수의 주파수로 입사광 신호를 생성하는 경우, 이미지 센서부(130)는 각 주파수에 대응하는 복수의 참조 신호를 이용하여 전기 신호를 생성한다. 전기 신호는 각 참조 신호에 대응하는 전하량이나 전압에 관한 정보를 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전기 신호 생성 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 참조 신호는 4개(C1 내지 C4)일 수 있다. 각 참조 신호(C1 내지 C4)는 입사광 신호와 동일한 주파수를 가지되, 서로 90도 위상차를 가질 수 있다. 4개의 참조 신호 중 하나(C1)는 입사광 신호와 동일한 위상을 가질 수 있다. 반사광 신호는 입사광 신호가 객체에 입사된 후 반사되어 돌아오는 거리만큼 위상이 지연된다. 이미지 센서부(130)는 반사광 신호와 각 참조 신호를 각각 믹싱(mixing)한다. 그러면, 이미지 센서부(130)는 도 4의 음영 부분에 대응하는 전기 신호를 각 참조 신호별로 생성할 수 있다.
다른 실시예로, 노출 시간 동안 복수의 주파수로 입사광 신호가 생성된 경우, 이미지 센서부(130)는 복수의 주파수에 따른 반사광 신호를 흡수한다. 예를 들어, 주파수 f1과 f2로 입사광 신호가 생성되고, 복수의 참조 신호는 90도의 위상차를 가진다고 가정한다. 그러면, 반사광 신호 역시 주파수 f1과 f2를 가지므로, 주파수가 f1인 반사광 신호와 이에 대응하는 4개의 참조 신호를 통해 4개의 전기 신호가 생성될 수 있다. 그리고 주파수가 f2인 반사광 신호와 이에 대응하는 4개의 참조 신호를 통해 4개의 전기 신호가 생성될 수 있다. 따라서, 전기 신호는 총 8개가 생성될 수 있다.
이미지 센서부(130)는 복수의 픽셀이 그리드 형태로 배열된 구조로 구성될 수 있다. 이미지 센서부(130)는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서일 수 있으며, CCD(Charge Coupled Device) 이미지 센서일 수도 있다.
예를 들어, 320x240 해상도의 이미지 센서(130)의 경우 76,800개의 픽셀이 그리드 형태로 배열된다. 이때, 복수의 픽셀 사이에는 일정한 간격이 형성될 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 픽셀에 인접한 일정 간격을 포함하여 1 픽셀로 설명하도록 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 각 픽셀은 제1 포토 다이오드 및 제1 트랜지스터를 포함하는 제1 수광부와 제2 포토 다이오드 및 제2 트랜지스터를 포함하는 제2 수광부를 포함할 수 있다.
제1 수광부는 입사광의 파형과 동일 위상에서 반사광 신호를 수신한다. 즉, 광원이 켜진 시간에, 제1 포토 다이오드는 턴온(turn-on)되어 반사광 신호를 흡수한다. 그리고, 광원이 꺼진 시간에, 제1 포토 다이오드는 턴오프(turn-off)되어 반사광 흡수를 중단한다. 제1 포토 다이오드는 흡수한 반사광 신호를 전류로 변환하여 제1 트랜지스터에 전달한다. 제1 트랜지스터는 전달받은 전류를 전기 신호로 변환하여 출력한다.
제2 수광부는 입사광의 파형과 반대 위상에서 반사광 신호를 수신한다. 즉, 광원이 켜진 시간에, 제2 포토 다이오드는 턴오프되어 반사광 신호를 흡수한다. 그리고, 광원이 꺼진 시간에, 제2 포토 다이오드는 턴온되어 반사광 흡수를 중단한다. 제2 포토 다이오드는 흡수한 반사광 신호를 전류로 변환하여 제2 트랜지스터에 전달한다. 제2 트랜지스터는 전달받은 전류를 전기 신호로 변환한다.
이에 따라, 제1 수광부는 In Phase 수신 유닛이라 할 수 있고, 제2 수광부는 Out Phase 수신 유닛이라 할 수 있다. 이와 같이, 제1 수광부 및 제2 수광부가 시간 차를 두고 활성화되면, 객체와의 거리에 따라 수신되는 광량에 차이가 발생하게 된다. 예를 들어, 객체가 카메라 모듈(100) 바로 앞에 있는 경우(즉, 거리=0인 경우)에는 조명부(110)로부터 광이 출력된 후 객체에서 반사되어 오는데 걸리는 시간이 0이므로, 광원의 점멸 주기는 그대로 광의 수신 주기가 된다. 이에 따라, 제1 수광부만이 빛을 수신하게 되고, 제2 수광부는 빛을 수신하지 못하게 된다. 다른 예로, 객체가 카메라 모듈(100)과 소정 거리 떨어져 위치하는 경우, 조명부(110)로부터 광이 출력된 후 객체에서 반사되어 오는데 시간이 걸리므로, 광원의 점멸 주기는 광의 수신 주기와 차이가 나게 된다. 이에 따라, 제1 수광부와 제2 수광부가 수신하는 빛의 양에 차이가 발생하게 된다. 즉, 제1 수광부와 제2 수광부에 입력된 광량의 차를 이용하여 객체의 거리가 연산될 수 있다. 다시 도 1을 참조하면, 영상 제어부(150)는 이미지 센서부(130)로부터 수신한 전기신호를 이용하여 입사광과 반사광 사이의 위상차를 계산하고, 위상차를 이용하여 객체와 카메라 모듈(100) 사이의 거리를 계산한다.
구체적으로, 영상 제어부(150)는 전기신호의 전하량 정보를 이용하여 입사광과 반사광 사이의 위상차를 계산할 수 있다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 입사광 신호의 주파수마다 전기신호는 4개가 생성될 수 있다. 따라서, 영상 제어부(150)는 아래의 수학식 1을 이용하여 입사광 신호와 반사광 신호 사이의 위상차(td)를 계산할 수 있다.
Figure PCTKR2019006899-appb-M000001
여기서, Q1 내지 Q4는 4개의 전기 신호 각각의 전하 충전량이다. Q1은 입사광 신호와 동일한 위상의 기준신호에 대응하는 전기신호의 전하량이다. Q2는 입사광 신호보다 위상이 180도 느린 기준신호에 대응하는 전기신호의 전하량이다. Q3는 입사광 신호보다 위상이 90도 느린 기준신호에 대응하는 전기신호의 전하량이다. Q4는 입사광 신호보다 위상이 270도 느린 기준신호에 대응하는 전기신호의 전하량이다.
그러면, 영상 제어부(150)는 입사광 신호와 반사광 신호의 위상차를 이용하여 객체와 카메라 모듈(100) 사이의 거리를 계산할 수 있다. 이때, 영상 제어부(150)는 아래의 수학식 2를 이용하여 객체와 ToF 카메라 모듈(100) 사이의 거리(d)를 계산할 수 있다.
Figure PCTKR2019006899-appb-M000002
여기서, c는 빛의 속도이고, f는 입사광의 주파수이다.
한편, 깊이 정보의 해상도를 높이기 위하여, 슈퍼 레졸루션(Super Resolution, SR) 기법을 이용할 수 있다. SR 기법은 복수의 저해상 영상으로부터 고해상 영상을 얻는 기법으로, SR 기법의 수학적 모델은 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
Figure PCTKR2019006899-appb-M000003
여기서, 1=k≤=p이고, p는 저해상 영상의 개수이며, yk는 저해상 영상(=[yk,1, yk,2, …, yk,M]T, 여기서, M=N1*N2), Dk는 다운 샘플링(down sampling) 매트릭스, Bk는 광학 흐림(blur) 매트릭스, Mk는 영상 왜곡(warping) 매트릭스, x는 고해상 영상(=[x1, x2, …, xN]T, 여기서, N=L1N1*L2N2), nk는 노이즈를 나타낸다. 즉, SR 기법에 따르면, yk에 추정된 해상도 열화 요소들의 역함수를 적용하여 x를 추정하는 기술을 의미한다. SR 기법은 크게 통계적 방식과 멀티프레임 방식으로 나뉠 수 있으며, 멀티프레임 방식은 크게 공간 분할 방식과 시간 분할 방식으로 나뉠 수 있다. 깊이 정보 획득을 위하여 SR 기법을 이용하는 경우, 수학식 1의 Mk의 역함수가 존재하지 않기 때문에, 통계적 방식이 시도될 수 있다. 다만, 통계적 방식의 경우, 반복 연산 과정이 필요하므로, 효율이 낮은 문제가 있다.
본 발명의 실시예에서는 역함수를 구하여 고해상 영상을 생성하는 종래 SR 기법과 달리, 복수의 저해상 영상의 픽셀값을 재배열하여 고해상 영상을 생성하는, 본 발명의 실시예에 따른 SR 기법을 이용하고자 한다.
깊이 정보 추출에 본 발명의 실시예에 따른 SR 기법을 적용하기 위하여, 영상 제어부(150)는 이미지 센서부(130)로부터 수신한 전기신호를 이용하여 복수의 저해상 서브프레임을 생성한 후, 복수의 저해상 서브프레임을 이용하여 복수의 저해상 깊이 정보를 추출한다. 그리고 복수의 저해상 깊이 정보의 픽셀값을 재배열하여 고해상 깊이 정보를 추출할 수 있다.
여기서, 서브프레임이란 어느 하나의 노출 주기 및 참조 신호에 대응한 전기 신호로부터 생성되는 영상 프레임을 의미한다. 예를 들어, 제1 노출 주기, 즉 하나의 영상 프레임에서 8개의 참조 신호를 통해 전기 신호가 생성되는 경우, 8개의 서브프레임이 생성될 수 있으며, 시작 프레임(start of frame)이 1개 더 생성될 수 있다.
또는, 깊이 정보 추출에 본 발명의 실시예에 따른 SR 기법을 적용하기 위하여, 영상 제어부(150)는 이미지 센서부(130)로부터 수신한 전기신호를 이용하여 복수의 저해상 서브프레임을 생성한 후, 복수의 저해상 서브프레임의 픽셀값을 재배열하여 복수의 고해상 서브프레임을 생성한다. 그리고, 고해상 서브프레임을 이용하여 고해상 깊이 정보를 추출할 수 있다.
이를 위하여, 픽셀 쉬프트(pixel shift) 기술을 이용할 수 있다. 즉, 픽셀 쉬프트 기술을 이용하여 서브프레임 별로 서브픽셀만큼 쉬프트된 여러 장의 이미지 획득한 후, 서브프레임 별로 본 발명의 실시예에 따른 SR 기법을 적용하여 복수의 고해상 서브프레임 이미지 데이터를 획득한 후, 이들을 이용하여 고해상의 깊이 정보를 추출할 수 있다. 픽셀 쉬프트를 위하여, 본 발명의 한 실시예에 따른 카메라 모듈(100)은 틸팅부(140)를 포함한다.
다시 도 1을 참조하면, 틸팅부(140)는 입사광 신호 또는 반사광 신호 중 적어도 하나의 광경로를 이미지 센서부(130)의 서브픽셀 단위로 변경한다.
틸팅부(140)는 프레임 별로 입사광 신호 또는 반사광 신호 중 적어도 하나의 광경로를 변경한다. 상기에서 설명한 바와 같이, 하나의 노출주기마다 1개의 프레임이 생성될 수 있다. 따라서, 틸팅부(140)는 하나의 노출주기가 종료되면 입사광 신호 또는 반사광 신호 중 적어도 하나의 광경로를 변경한다.
틸팅부(140)는 이미지 센서부(130)를 기준으로 서브픽셀 단위만큼 입사광 신호 또는 반사광 신호 중 적어도 하나의 광경로를 변경한다. 이때, 틸팅부(140)는 현재 광경로를 기준으로 입사광 신호 또는 반사광 신호 중 적어도 하나의 광경로를 상, 하, 좌, 우 중 어느 하나의 방향으로 변경한다.
도 5는 틸팅부에 의한 반사광 신호의 광경로 변경을 설명하기 위한 도면이다.
도 5의 (a)에서 실선으로 표시된 부분은 반사광 신호의 현재 광경로를 나타내고, 점선으로 표시된 부분은 변경된 광경로를 나타낸다. 현재 광경로에 대응하는 노출주기가 종료되면, 틸팅부는 반사광 신호의 광경로를 점선과 같이 변경할 수 있다. 그러면, 반사광 신호의 경로는 현재 광경로에서 서브픽셀만큼 이동된다. 예를 들어, 도 5의 (a)에서와 같이, 틸팅부(140)가 현재 광경로를 0.173도 우측으로 이동시키면, 이미지 센서부(130)에 입사되는 반사광 신호는 우측으로 0.5 픽셀(서브픽셀)만큼 이동할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 틸팅부(140)는 기준 위치에서 시계방향으로 반사광 신호의 광경로를 변경할 수 있다. 예를 들어, 도 5의 (b)에 나타난 바와 같이, 틸팅부(140)는 제1 노출주기가 종료된 후, 제2 노출주기에 반사광 신호의 광경로를 이미지 센서부(130) 기준 0.5 픽셀만큼 우측으로 이동시킨다. 그리고 틸팅부(140)는 제3 노출주기에 반사광 신호의 광경로를 이미지 센서부(130) 기준 0.5 픽셀만큼 아래측으로 이동시킨다. 그리고 틸팅부(140)는 제4 노출주기에 반사광 신호의 광경로를 이미지 센서부(130) 기준 0.5 픽셀만큼 좌측으로 이동시킨다. 그리고 틸팅부(140)는 제5 노출주기에 반사광 신호의 광경로를 이미지 센서부(130) 기준 0.5 픽셀만큼 윗측으로 이동시킨다. 즉, 4개 노출주기로 틸팅부(140)는 반사광 신호의 광경로를 기준 위치로 이동시킬 수 있다. 이는 입사광 신호의 광경로를 이동시킬 때도 동일하게 적용될 수 있는바, 상세한 설명은 생략하도록 한다. 또한 광경로의 변경 패턴이 시계방향인 것은 일례에 불과하며, 반시계 방향일 수도 있다.
한편, 서브픽셀은 0픽셀보다 크고 1픽셀보다 작을 수 있다. 예를 들어, 서브픽셀은 0.5 픽셀의 크기를 가질 수 있으며, 1/3 픽셀의 크기를 가질 수 도 있다. 서브픽셀의 크기는 당업자에 의해 설계변경이 가능하다.
영상 제어부(150)는 전기 신호로부터 생성된 복수의 서브프레임의 픽셀값을 재배치하여 서브프레임보다 높은 해상도를 가지는 상기 깊이 정보를 추출한다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 전기 신호는 입사광 신호와 반사광 신호 간 위상 차를 포함하고 있으며, 하나의 전기 신호로부터 하나의 서브프레임이 생성될 수 있다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 SR 기법을 설명하기 위한 도면이다. 아래에서 고해상이라 함은 저해상보다 높은 해상도를 나타내는 상대적인 의미이다.
구체적으로, 영상 제어부(150)는 동일한 노출 주기, 즉 동일한 프레임에서 생성된 복수의 저해상 서브프레임을 이용하여 복수의 저해상 깊이 정보를 추출할 수 있다. 그리고, 영상 제어부(150)는 복수의 저해상 깊이 정보의 픽셀값을 재배치하여 고해상 깊이 정보를 추출할 수 있다. 여기서 복수의 저해상 깊이 정보에 대응하는 입사광 신호 또는 반사광 신호의 광경로는 서로 상이하다.
예를 들어, 도 6에서, 영상 제어부(150)는 복수의 전기신호를 이용하여 1-1 내지 4-8의 저해상 서브프레임을 생성한다. 저해상 서브프레임 1-1 내지 1-8은 제1 노출 주기에서 생성된 저해상 서브프레임이다. 저해상 서브프레임 2-1 내지 2-8은 제2 노출 주기에서 생성된 저해상 서브프레임이다. 저해상 서브프레임 3-1 내지 3-8은 제3 노출 주기에서 생성된 저해상 서브프레임이다. 저해상 서브프레임 4-1 내지 4-8은 제4 노출 주기에서 생성된 저해상 서브프레임이다. 그러면, 영상 제어부(150)는 각 노출 주기에서 생성된 복수의 저해상 서브프레임에 깊이 정보 추출 기법을 적용하여 저해상 깊이 정보 LRD-1 내지 LRD-4를 추출한다. 저해상 깊이 정보 LRD-1은 서브프레임 1-1 내지 1-8을 이용하여 추출된 저해상 깊이 정보이다. 저해상 깊이 정보 LRD-2는 서브프레임 2-1 내지 2-8을 이용하여 추출된 저해상 깊이 정보이다. 저해상 깊이 정보 LRD-3은 서브프레임 3-1 내지 3-8을 이용하여 추출된 저해상 깊이 정보이다. 저해상 깊이 정보 LRD-4은 서브프레임 4-1 내지 4-8을 이용하여 추출된 저해상 깊이 정보이다. 그리고, 영상 제어부(150)는 저해상 깊이 정보 LRD-1 내지 LRD-4의 픽셀값을 재배치하여 고해상 깊이 정보 HRD을 추출한다.
또는, 전술한 바와 같이, 영상 제어부(150)는 동일한 참조 신호에 대응하는 복수의 서브프레임의 픽셀값을 재배치하여 고해상 서브프레임을 생성할 수 있다. 이때, 복수의 서브프레임은 대응하는 입사광 신호 또는 반사광 신호의 광경로가 상이하다. 그리고, 영상 제어부(150)는 복수의 고해상 서브프레임을 이용하여 고해상 깊이 정보를 추출할 수 있다.
예를 들어, 도 7에서, 영상 제어부(150)는 복수의 전기신호를 이용하여 1-1 내지 4-8의 저해상 서브프레임을 생성한다. 저해상 서브프레임 1-1 내지 1-8은 제1 노출 주기에서 생성된 저해상 서브프레임이다. 저해상 서브프레임 2-1 내지 2-8은 제2 노출 주기에서 생성된 저해상 서브프레임이다. 저해상 서브프레임 3-1 내지 3-8은 제3 노출 주기에서 생성된 저해상 서브프레임이다. 저해상 서브프레임 4-1 내지 4-8은 제4 노출 주기에서 생성된 저해상 서브프레임이다. 여기서, 저해상 서브프레임 1-1, 2-1, 3-1, 4-1는 동일한 참조 신호 C1에 대응하되, 서로 다른 광경로에 대응한다. 그러면, 영상 제어부(150)는 저해상 서브프레임 1-1, 2-1, 3-1, 4-1의 픽셀값을 재배치하여 고해상 서브프레임 H-1을 생성할 수 있다. 픽셀값 재배치를 통해, 고해상 서브프레임 H-1 내지 H-8이 생성되면, 영상 제어부는 고해상 서브프레임 H-1 내지 H-8에 깊이 정보 추출 기법을 적용하여 고해상 깊이 정보 HRD를 추출할 수 있다.
아래에서는 도 8을 통해 본 발명의 실시예에 따른 SR 기법에 대해 살펴보도록 한다. 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 저해상 영상 프레임의 픽셀값 배치 과정을 설명하기 위한 도면이다. 앞서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 SR 기법은 종래 역함수를 이용하는 기법과 달리, 복수의 저해상 프레임의 픽셀값을 재배치하여 고해상 프레임을 생성하는 기법이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 영상 제어부(150)는 서로 다른 광경로에 대응하는 복수의 저해상 서브프레임 또는 복수의 저해상 깊이 정보의 각 픽셀값을 고해상 픽셀 그리드(grid)에 재배치하여 고해상 영상 프레임을 생성한다. 이때, 영상 제어부(150)는 각 저해상 영상 프레임에 대응하는 광경로의 이동 방향에 따라 픽셀값을 배치할 수 있다.
도 8은 4개의 4x4 크기의 저해상 영상을 이용하여 1개의 8x8 크기의 고해상 영상을 생성하는 것을 가정한다. 이때, 고해상 픽셀 그리드는 8x8의 픽셀을 가지며, 이는 고해상 영상의 픽셀과 동일하다. 여기서 저해상 영상은 저해상 서브프레임 및 저해상 깊이 정보를 포함하는 의미일 수 있고, 고해상 영상은 고해상 서브프레임 및 고해상 깊이 정보를 포함하는 의미일 수 있다.
도 8에서 제1 내지 4 저해상 영상은 0.5 픽셀 크기의 서브픽셀만큼 광경로가 이동되어 촬영된 저해상 영상이다. 영상 제어부(150)는 광경로가 이동하지 않은 제1 저해상 영상을 기준으로 광경로가 이동한 방향에 따라 제2 내지 4 저해상 영상의 픽셀값을 고해상 영상에 대응하는 고해상 픽셀 그리드에 배치한다.
구체적으로, 제2 저해상 영상은 제1 저해상 영상으로부터 서브픽셀만큼 우측으로 이동한 영상이다. 그러므로, 제1 저해상 영상의 각 픽셀(A) 우측에는 제2 저해상 영상 프레임의 픽셀(B)이 배치된다.
제3 저해상 영상은 제2 저해상 영상으로부터 서브픽셀만큼 아래측으로 이동한 영상이다. 그러므로, 제2 저해상 영상의 각 픽셀(B) 아래에 위치한 픽셀에는 제3 저해상 영상의 픽셀(C)이 배치된다.
제4 저해상 영상은 제3 저해상 영상으로부터 서브픽셀만큼 좌측으로 이동한 영상이다. 그러므로, 제3 저해상 영상의 픽셀(C) 좌측에 위치한 픽셀에는 제4 저해상 영상의 픽셀(D)이 배치된다.
고해상 픽셀 그리드에 제1 내지 제4 저해상 영상의 픽셀값이 모두 재배치되면, 저해상 영상보다 해상도가 4배 증가한 고해상 영상 프레임이 생성된다.
한편, 영상 제어부(150)는 배치되는 픽셀값에 가중치를 적용할 수 있다. 이때, 가중치는 서브픽셀의 크기나 광경로의 이동 방향에 따라 다르게 설정될 수 있으며, 각 저해상 영상 별로 다르게 설정될 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 9의 (a) 내지 (c)는 IR 영상 측정 결과를 나타낸다. 도 9의 (a)는 41x41 해상도의 저해상 IR 영상을 나타낸다. 도 9의 (b)는 도 9의 (a)의 저해상 IR 영상에 보간법(interpolation)을 적용하여 생성된 81x81 해상도의 고해상 IR 영상을 나타낸다. 도 9의 (c)는 41x41 해상도의 저해상 IR 영상 4개에 본 발명의 실시예에 따른 SR 기법(픽셀 재배치)을 적용하여 생성된 고해상 IR 영상을 나타낸다. 도 9의 (b)의 경우 해상도가 높아지면서 도 9의 (a)에 비해 영상이 부드러워졌으나 영상의 선명도는 크게 개선되지 않은 것을 알 수 있다. 하지만 도 9의 (c)의 고해상 IR 영상의 경우 도 9의 (a)나 (b)에 비해 영상의 선명도가 크게 개선되었음을 확인할 수 있다.
도 9의 (d) 내지 (f)는 깊이 정보 추출 결과를 나타낸다. 도 9의 (d)는 41X41 해상도의 저해상 깊이 정보를 나타낸다. 도 9의 (e)는 도 9의 (d)의 저해상 깊이 정보에 보간법(interpolation)을 적용하여 추출된 81x81 해상도의 고해상 깊이 정보를 나타낸다. 도 9의 (f)는 41x41 해상도의 저해상 깊이 정보 4개에 본 발명의 실시예에 따른 SR 기법(픽셀 재배치)을 적용하여 추출된 고해상 깊이 정보를 나타낸다. 도 9의 (e)의 경우 해상도가 높아지면서 도 9의 (d)에 비해 깊이 정보가 부드러워졌으나 영상의 선명도는 크게 개선되지 않은 것을 알 수 있다. 하지만 도 9의 (f)의 고해상 깊이 정보의 경우 도 9의 (d)나 (e)에 비해 깊이 정보의 선명도가 크게 개선되었음을 확인할 수 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 객체에 조사되는 입사광 신호를 출력하는 조명부,
    객체로부터 반사된 반사광 신호를 집광하는 렌즈부,
    상기 렌즈부에 의하여 집광된 반사광 신호로부터 전기 신호를 생성하는 이미지 센서부,
    하나의 영상 프레임마다 상기 입사광 신호 또는 반사광 신호 중 적어도 하나의 광경로를 상기 이미지 센서부의 서브픽셀 단위로 쉬프트시키는 틸팅부, 그리고
    상기 입사광 신호 및 상기 반사광 신호 간 위상 차를 이용하여 상기 객체의 깊이 정보를 추출하는 영상 제어부를 포함하며,
    상기 영상 제어부는,
    상기 전기 신호를 이용하여 생성된 복수의 서브프레임에 기초하여 상기 서브프레임보다 높은 해상도를 가지는 상기 깊이 정보를 추출하는 영상 제어부를 포함하는 카메라 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 영상 제어부는,
    대응하는 참조 신호의 위상이 동일하고 상기 광경로가 상이한 복수의 서브프레임의 픽셀값을 재배치하여 상기 복수의 서브프레임보다 높은 해상도를 가지는 고해상 서브프레임을 생성하는 카메라 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 영상 제어부는,
    서로 다른 위상의 참조 신호에 대응하는 복수의 고해상 서브프레임을 생성하고, 상기 복수의 고해상 서브프레임을 이용하여 상기 깊이 정보를 추출하는 카메라 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 영상 제어부는,
    상기 복수의 서브프레임 중 광경로가 기 설정된 기준 경로와 일치하는 서브프레임을 기준으로 광경로가 쉬프트된 방향에 따라 상기 복수의 서브프레임의 픽셀값을 고해상 픽셀 그리드에 재배치하는 카메라 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 영상 제어부는,
    상기 복수의 서브프레임의 픽셀값에 가중치를 적용하여 상기 고해상 픽셀 그리드에 재배치하는 카메라 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 가중치는,
    상기 서브픽셀의 크기나 상기 광경로가 시프트된 방향에 따라 다르게 설정되는 카메라 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 영상 제어부는,
    대응하는 참조 신호의 위상이 상이하고 상기 광경로가 동일한 복수의 서브프레임에 기초하여 상기 서브프레임과 동일한 해상도의 저해상 깊이 정보를 생성하는 카메라 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 영상 제어부는,
    서로 상이한 광경로에 대응하는 복수의 저해상 깊이 정보를 생성하고, 상기 복수의 저해상 깊이 정보를 이용하여 상기 깊이 정보를 추출하는 카메라 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 영상 제어부는,
    상기 저해상 깊이 정보 중 대응하는 광경로가 기 설정된 기준 경로와 일치하는 저해상 깊이 정보를 기준으로 광경로가 쉬프트된 방향에 따라 상기 복수의 저해상 깊이 정보의 픽셀값을 고해상 픽셀 그리드에 재배치하는 카메라 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 영상 제어부는,
    상기 복수의 저해상 깊이 정보의 픽셀값에 가중치를 적용하여 상기 고해상 픽셀 그리드에 재배치하는 카메라 모듈.
PCT/KR2019/006899 2018-06-08 2019-06-07 카메라 모듈 및 그의 깊이 정보 추출 방법 WO2019235889A1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201980039044.6A CN112262572B (zh) 2018-06-08 2019-06-07 相机模块及由此的深度信息获取方法
US16/973,263 US11800081B2 (en) 2018-06-08 2019-06-07 Camera module and depth information obtaining method therefore

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2018-0066202 2018-06-08
KR1020180066202A KR102513680B1 (ko) 2018-06-08 2018-06-08 카메라 모듈 및 그의 깊이 정보 추출 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019235889A1 true WO2019235889A1 (ko) 2019-12-12

Family

ID=68770831

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2019/006899 WO2019235889A1 (ko) 2018-06-08 2019-06-07 카메라 모듈 및 그의 깊이 정보 추출 방법

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11800081B2 (ko)
KR (1) KR102513680B1 (ko)
CN (1) CN112262572B (ko)
WO (1) WO2019235889A1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7194443B2 (ja) * 2017-10-20 2022-12-22 国立大学法人静岡大学 距離画像測定装置及び距離画像測定方法
EP3798680A1 (en) * 2019-09-26 2021-03-31 Artilux Inc. Calibrated photo-detecting apparatus and calibration method thereof

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9325973B1 (en) * 2014-07-08 2016-04-26 Aquifi, Inc. Dynamically reconfigurable optical pattern generator module useable with a system to rapidly reconstruct three-dimensional data
US20160212332A1 (en) * 2015-01-16 2016-07-21 Mems Drive, Inc. Three-axis ois for super-resolution imaging
KR20160090464A (ko) * 2015-01-21 2016-08-01 주식회사 히타치엘지 데이터 스토리지 코리아 티오에프 카메라에서 깊이 지도 생성 방법
US9578218B2 (en) * 2014-06-02 2017-02-21 Apple Inc. Comb drive and leaf spring camera actuator
WO2017149092A2 (en) * 2016-03-02 2017-09-08 Optotune Ag Optical device, particularly camera, particularly comprising autofocus, image stabilization and super resolution

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6563105B2 (en) * 1999-06-08 2003-05-13 University Of Washington Image acquisition with depth enhancement
JP5001286B2 (ja) * 2005-10-11 2012-08-15 プライム センス リミティド 対象物再構成方法およびシステム
TW201200959A (en) * 2010-06-29 2012-01-01 Fujifilm Corp One-eyed stereo photographic device
CN103918249B (zh) * 2011-08-30 2017-06-23 富士胶片株式会社 成像装置和成像方法
JP5661201B2 (ja) * 2011-12-27 2015-01-28 富士フイルム株式会社 固体撮像装置
US9124875B2 (en) * 2012-05-23 2015-09-01 Fujifilm Corporation Stereoscopic imaging apparatus
US10187626B2 (en) * 2015-04-10 2019-01-22 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Apparatuses and methods for three-dimensional imaging of an object
KR101629610B1 (ko) * 2015-07-27 2016-06-13 주식회사 앤비젼 고해상도 영상 추출을 위한 광경로 변환 유닛, 광경로 변환 모듈, 광경로 변환 방법 및 이 방법을 수행하기 위한 프로그램을 기록한 기록매체, 반도체 기판 패턴 검사 장치
DE102016204148A1 (de) * 2016-03-14 2017-09-14 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Multiaperturabbildungsvorrichtung, Abbildungssystem und Verfahren zum Erfassen eines Objektbereichs
CA3084679C (en) * 2017-12-05 2023-03-07 Airy3D Inc. Light field image processing method for depth acquisition
KR102473650B1 (ko) * 2018-04-13 2022-12-02 엘지이노텍 주식회사 카메라 모듈 및 그의 깊이 정보 추출 방법
KR102514487B1 (ko) * 2018-06-07 2023-03-27 엘지이노텍 주식회사 카메라 모듈 및 그의 깊이 정보 추출 방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9578218B2 (en) * 2014-06-02 2017-02-21 Apple Inc. Comb drive and leaf spring camera actuator
US9325973B1 (en) * 2014-07-08 2016-04-26 Aquifi, Inc. Dynamically reconfigurable optical pattern generator module useable with a system to rapidly reconstruct three-dimensional data
US20160212332A1 (en) * 2015-01-16 2016-07-21 Mems Drive, Inc. Three-axis ois for super-resolution imaging
KR20160090464A (ko) * 2015-01-21 2016-08-01 주식회사 히타치엘지 데이터 스토리지 코리아 티오에프 카메라에서 깊이 지도 생성 방법
WO2017149092A2 (en) * 2016-03-02 2017-09-08 Optotune Ag Optical device, particularly camera, particularly comprising autofocus, image stabilization and super resolution

Also Published As

Publication number Publication date
US11800081B2 (en) 2023-10-24
US20210250535A1 (en) 2021-08-12
CN112262572B (zh) 2024-01-09
KR20190139573A (ko) 2019-12-18
KR102513680B1 (ko) 2023-03-24
CN112262572A (zh) 2021-01-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1278427C (zh) 固态图象读取装置及其驱动方法和摄像系统
WO2019199101A1 (ko) 카메라 모듈 및 그의 깊이 정보 추출 방법
US6172352B1 (en) Sensing module for accelerating signal readout from image sensors
US7023481B1 (en) Solid state imaging device for alleviating the effect of background light and imaging apparatus including same
WO2010117111A1 (ko) 입체영상 생성용 이미지센서
WO2019235889A1 (ko) 카메라 모듈 및 그의 깊이 정보 추출 방법
CN103491295B (zh) 图像感测系统和驱动该系统的方法
US7859593B2 (en) Imaging block and imaging apparatus
TWI242365B (en) Solid photographing element and digital camera
WO2020067738A1 (ko) 카메라 장치 및 그의 깊이 정보 추출 방법
WO2020045946A1 (ko) 영상 처리 장치 및 영상 처리 방법
WO2019209064A1 (ko) 카메라 모듈 및 그의 깊이 정보 추출 방법
WO2020032485A1 (ko) 카메라
WO2019245300A1 (ko) 이미지 센서 및 이를 이용하는 카메라 모듈
WO2019235859A1 (ko) 카메라 모듈 및 그의 깊이 정보 추출 방법
CN101576410B (zh) 一种基于液晶的单镜头局部选通成像探测器
CN105578071A (zh) 图像传感器的成像方法、成像装置和电子装置
CN105516700A (zh) 图像传感器的成像方法、成像装置和电子装置
CN109710114A (zh) 感光触摸屏及手持智能终端
US6118481A (en) Solid state image pick-up device and image pick-up apparatus
WO2020067745A1 (ko) 카메라 장치
KR20200049152A (ko) 카메라 장치
KR20190101759A (ko) 카메라 모듈 및 그의 초해상도 영상 처리 방법
WO2022154160A1 (ko) 카메라 모듈
WO2020060321A1 (ko) 카메라 모듈

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19815854

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19815854

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1