KR100417629B1 - 촬영시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 촬영된 물체의 색을 실용적인 속도로 보정하여 상의 색을 정확하게 표시하는 촬영시스템에 관한 것이다. 이 촬영시스템은 칼라화상을 촬영하는 촬상소자(23)와 렌즈(21)를 구비하고, 반사면(18)이 최대시야(Vm,Vm)내에 설치되어 대상물(Ob)의 상을 산란반사하여 렌즈(21)를 통해 촬상소자(23)상으로 입사시킨다. 대상물(Ob)상의 대상점(P)을 촬상소자(23)상에 결상됨으로써 얻어지는 직접상의 각 주좌표(Xmi,Ymi)는 반사면(18)에 의해 촬상소자(23)상에 결상되는 대상점(P)의 간접상의 해당하는 부좌표(Xni,Yni)에 대응된다. 개개의 주좌표에서 픽셀들에서의 R, G, B성분은 각각 해당하는 부좌표에서의 동일한 성분으로 나누어져서 색보정된 촬상을 얻는다.

Description

촬영시스템{Imaging System}

물체의 색은 조명상태에 영향을 받기 쉽고, 따라서 카메라에 의해 촬영된 상을 항상 정확하게 표시하기가 곤란하다. 인간의 눈은 이러한 환경에 관계없이 물체의 실제 색을 정확하게 인식할 수 있고, 이러한 능력은 색의 불변성으로 알려져 있다.

기존의 비디오카메라는 이러한 특성을 갖은 촬영소자를 구비하고 있지 않다. 그러한 비디오카메라를 구비하는 촬영시스템에 있어서, 색의 불변성을 실현하기 위해서 복잡한 보정을 수행하는 것, 예컨대 특정점의 색과 주위색을 비교하여 보정하는 것이 시도되고 있다. 그러나, 이러한 시도는 특수한 촬영의 보정에 한정되거나 촬영처리에 많은 시간이 걸리기 때문에 실용적이지 않다.

본 발명의 목적은 촬영된 물체의 상의 색을 실용적인 속도로 보정하여 그 상의 색을 정확하게 표시할 수 있는 양호한 응답을 갖는 촬영시스템을 제공하는 것에 있다.

본 발명은 물체의 촬영된 상의 색을 보정하여, 그 상의 색을 정확하게 표시하는 것을 가능하게 하는 촬영시스템에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 원리를 설명하기 위하여 대상물(Ob), 반사면, 렌즈 그리고CCD소자와의 관계를 나타내는 설명도이다.

도 2a는 확산반사패턴에 의한 반사면상의 최초의 콘볼루젼이고, 도 2b는 간접상부(Fn)상의 초점의 어긋남에 의한 CCD소자상의 두 번째의 콘볼루전을 나타내는 도면이다.

도 3a 내지 도3c는 전화상면(F)상의 직접상(Im)과 간접상(In)사이의 관계를 나타낸 것으로서, 도 3a는 비리니어매핑, 도 3b는 리니어매핑, 그리고 도 3c는 스포트라이트조명시를 나타낸다.

도 4a 및 도 4b는 직접상픽셀집합(Pm)과 간접상픽셀들(Pn)사이의 분배를 설명하는 도면으로서, 도 4a는 비리니어매핑, 도 4b는 리니어매핑을 나타낸다.

도 5a는 대상점(P)의 다른 수평위치와 최적의 반사면의 각(α)사이의 관계를 나타내는 그래프이고, 도 5b는 대상점(P)의 깊이와 시야오차각(Ψ)사이의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 6a는 조명강도과 휘도사이의 관계에서 색보정전후의 변화를 나타내는 그래프이고, 도 6b는 조명강도와 x-색도좌표와사이의 관계에서 색보정전후의 변화를 나타내는 그래프이다.

도 7a는 보호덮개가 부착된 카메라의 사시도, 도 7b는 보호덮개를 나타내는 횡단면도이다.

도 8은 본 발명에 따른 촬영시스템을 나타내는 블록도이다.

도 9는 본 발명의 또 다른 실시형태를 나타내는 도 1에 대응하는 도면이다.

본 발명은 칼라화상을 촬영하는 촬영소자와, 대상물의 상을 촬상소자상에 결상하는 렌즈를 구비하는 촬영시스템에 관한 것이다. 이 촬영시스템은 상기 렌즈 및 상기 촬상소자에 의해 형성되는 상의 최대시야내에 설치되고, 상기 대상물의 상을 산란반사하여 그 상을 상기 렌즈를 통하여 상기 촬상소자에 입사시키는 반사면, 상기 대상물상의 대상점이 상기 촬상소자상으로 결상되어 얻어지는 직접상내의 각주좌표(Xmi, Ymi)를 상기 반사면으로부터 상기 촬상소자상에 얻어지는 상기 대상점의 간접상내의 대응하는 부좌표(Xni, Yni)에 대응시키는 대응수단, 그리고 아래의 식을 근거로하여 색보정된 촬상을 얻는 색보정부를 구비한다.

D1(Xmi, Ymi) = (Rmi/Rni)·S,

D2(Xmi, Ymi) = (Gmi/Gni)·S,

D3(Xmi, Ymi) = (Bmi/Bni)·S.

여기에서, Dl, D2, D3는 각각 상기 주좌표(Xmi, Ymi)에서의 색보정된 상의 R, G, B성분을 나타내고, Rmi, Gmi, Bmi은 각각 상기 주좌표(Xmi, Ymi)에서의 직접상픽셀(Pm)의 R, G, B성분을 나타내며, Rni, Gni, Bni는 상기 부좌표(Xni, Yni)에서의 간접상픽셀(Pn)의 R, G, B성분을 나타내고, 그리고, S는 보정항을 나타낸다.

후술하는 발명자의 해석에 의하면, 최대시야내에 설치된 반사면에서 산란반사된 간접상은 대상점의 밝기를 대표하는 것임이 밝혀졌다. 따라서, 밝기를 대표하는 Rni, Gni, Bni로써 Rmi, Gmi, Bmi를 각각 나누면 조명의 영향에 의한 오차가 제거된다. 이 점은 발명자에 의해 행해진 실험들에 의해 확인되었다. 보정항 S는 Rmi, Gmi, Bmi를 Rni, Gni, Bni로써 나눈 결과로부터의 출력이 장치스케일폭의 한계를 넘어 포화되는 것을 방지한다.

특히, 상기 촬상소자에서의 상기 직접상을 촬영하는 직접상부의 폭이 상기 간접상을 촬영하는 간접상부보다도 넓도록 상기 반사면을 설정하면, 촬상소자의 최대시야를 효과적으로 활용하는 것이 가능해진다. 더욱이, 후술하는 바와 같이, 간접상부의 폭이 최대시야의 25%정도가 될 경우에도, 색의 보정에는 문제점이 발생하지 않는 것이 확인되었다.

또한 촬상시스템은 적어도 상기 최대시야 바깥의 광을 가리기 위한 덮개를 상기 렌즈의 채광부측에 설치하는 것이 바람직하다. 최대시야 바깥의 광은 색의 보정에 오차를 발생시키지만, 이 덮개는 오차를 저감시킨다.

반사면을 설계할 경우에는, 상기 직접상부와 상기 간접상부가 배열되는 방향에 대하여, 상기 대상물의 직접상과 간접상이 서로 동일한 형상이 되도록 하는 것도 가능하다. 이 경우, 꽃 등의 작은 물체를 세부적으로 정확히 색보정하는 것이 가능해진다.

한편, 상기 직접상부와 상기 간접상부가 배열되는 방향에 대하여, 상기 간접상을 촬영하는 상기 간접상부와 상기 직접상부를 촬영하는 상기 직접상부사이의 대응하는 픽셀수들의 비율이 일정하도록 반사면을 설계하는 것도 가능하다. 이 경우에는, 색보정의 알고리즘이 단순화될 수 있고 색의 보정을 매우 고속으로 처리하는 것이 가능해진다.

반사면은 아래의 방정식에 따라서 형상될 수 있다.

Xni = f(A-tan(2α))/(1+A·tan(2α))

여기에서, f는 렌즈의 초점거리를 나타내고, A는 (X/Z)를 나타내며, X는 수평기준선(Ch)으로부터의 대상점(P)의 수평방향거리이고, Z는 수직기준선(Cv)으로부터의 대상점(P)의 수직거리를 나타내며, 그리고 α는 반사면과 수직기준선(Cv)에 평행한 수평선 사이에 형성된 각을 나타낸다.

발명자의 실험에 의하면, 상기 반사면을 그 표면에 오일코팅을 갖는 가죽으로 구성하면 색의 보정이 대단히 양호하게 행해질 수 있는 것이 판명되었다.

본 발명은 기억매체에 기억시킨 상기 대응수단을 실현하기 위한 소프트웨어를 범용의 퍼스널컴퓨터에 인스톨시키고 상기 반사면을 갖는 상기 덮개를 범용의 비디오카메라에 부착함으로써 실현하는 것도 가능하다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 특징은 반사면으로부터의 간접상과 직접상을 비교함으로써 촬영된 물체의 상의 색들을 실용적인 속도로 보정하여 그 물체의 색들을 정확하게 표시할 수 있는 양호한 응답(response)을 갖는 촬영시스템을 제공하는 것이다.

본 발명은 하기에 상세하게 설명하는 본 발명의 실시형태 및 실시예로부터 보다 분명해질 것이다. 또한, 도면과의 대조를 명확하게 하기 위하여 특허청구의 범위에 참조부호를 부가하였지만, 본 발명은 첨부도면에 도시된 구성에 한정되지 않는다.

먼저, 도 1 내지 도 5을 참조하여 본 발명의 원리를 설명한다.

도 1의 실시예는 단순화된 광경로들의 기하학적 모델을 나타낸다. 먼저, 일반적인 대상물(Ob)상의 대상점(P)과 반사면(노스면)(18)상의 특정점인 반사기준점(N)과의 위치관계를 고려한다. 대상물(0b)상의 대상점(P)은, 카메라(20)의 렌즈(21)에서의 "0"를 통과하여, CCD소자(23)의 직접상부(Fm)상에 직접상으로서 결상된다. 대상물(Ob)상의 대상점(P)의 상도 반사체(15)의 반사면(18)에서 산란반사하고 상기 렌즈(21)를 통과하여 CCD소자(23)의 간접상부(Fn)에 입사하여 간접상을 형성한다. 간접상부(Fn)은 반사면(18)에서의 산란반사 및 반사면(18)이 렌즈(21)의 촛점 밖에 있기 때문에 상이 맺히지 않지만, 여기에서는 단순화를 위해 반사면(18)은 경면반사를 하는 것으로 가정하고, 편의상 광경로들의 중심들을 선분 PN 및 NO로 표시한다.

CCD소자(23)의 전(全) 화상면(F)상의 한 쌍의 최대시야선들(면들)(Vm, Vm)에 둘러싸이는 범위는 렌즈(21)가 CCD소자(23)상에 상을 결상가능한 범위이고, 이는 최대시야에 해당한다. 또한, 최대시야는 도 1의 지면의 수직방향으로 확장하는 것은 당연하다. 이 범위에 대응하는 전 화상면(F) 내에서, 좌상으로부터 우하로 연장하는 최대시야선(Vm)과, 반사면(18)의 반사면상부(18a) 및 렌즈(21)의 "0"를 연결하는 경계시야선(Vn)으로 둘러싸이는 범위의 간접상부(Fn)는 간접상이 촬상되는 범위이다. 나머지 범위의 직접상부(Fm)는 직접상이 촬상되는 범위이다.

도 1에서의 수평기준선(Ch)은 렌즈(21)의 중심을 통과하여 수평방향 및 지면두께 방향에 대한 영점을 나타내는 기준축이고, CCD소자(23)의 촬영면을 통과하는 수직기준선(Cv)은 수직방향에 대한 기준점을 나타내는 기준축이다. 화상좌표는 (X, Y, Z)계 좌표에 의해 표시된다. 도면에서 부호 X, Xn, Xmi 및 Xni는 수평기준선(Ch)과 대상점(P), 반사기준점(N), 직접상부(Fm)상의 대상점(P)의 직접상(Im), 및 간접상부(Fn)상의 대상점(P)의 간접상(In) 각각 간의 수평거리들이다. 마찬가지로, 이 점들과 수평기준선(Ch)간의 도 1의 지면의 수직방향으로의 수평거리들은 부호 Y, Yn, Ymi 및 Yni로 표시된다. 또한, 도면내의 부호 Z 및 Zn은 각각 수직기준선(Cv)과, 대상점(P) 및 반사기준점(N) 각각 사이의 수평거리들이다. 다시 말하면, 거리 Zn은 반사기준점(N)의 깊이를 나타내고, 대상점(P)과 반사기준점(N)사이의 수직방향거리는 Z-Zn으로 주어진다.

조명으로부터의 광은 물체의 표면에 부딪힌 다음 그 표면의 광학적특징에 의존하는 형태로 반사된다. 카메라(20)에 의해 보이는 반사, I(λ)는, 아래의 수학식으로 주어진다.

I(λ)=E(λ)·ρ(λ) 여기에서, E(λ)는 조명의 스펙트럴강도분포이고, ρ(λ)는 물체의 표면반사이며, λ는 파장이다. 그리고 반사 I(λ)는 세 개의 색(R, G, B)로 분해된다. 반사면(18)은 직접상(Im)에 비하여 수평방향으로 축소한 해상도로 조명을 반사하고, 간접상(In)을 얻는 것은, 이러한 방식으로 조명을 측정하는 것을 의미한다.

반사면(18)에서 경면반사된 광선은 확산광선들의 분포에 의해서 둘러싸여 있다. 그것은 CCD소자(23)상의 간접상부(Fn)에 도달하는 광선에 다른 무게로 영향을 준다. 예컨대, 도 2a에서, 광축들(S1, S2)을 따라 입사한 광선들은, 경면반사들의 광축들(S1, S2)에서 각각의 정점을 갖는 가우스분포들(G1, G2)에 근사한 확산반사 강도분포들을 가진다. 그리고, CCD소자(23)로 향하는 특정한 광축(Sn)상의 광선은, DRC1 및 DRC2의 강도값들로, 간접상부(Fn)로서 CCD소자(23)에 도달하는 광선들에 영향을 준다. 이러한 근사에 의해 노우즈(nose)상의 점에서 반사된 광선 C는, 다음의 수학식으로 표현될 수 있다.

여기에서, 첨자 "o"는 대상물(Ob)상의 점을 의미한다. 광선 C는 정경으로 부터 노우즈면상의 모든 광선조명점들(N)의 가중된 합을 나타낸다. 가중(weighting)계수는 입사각도의 변화와 노우즈면의 거칠기에 따라서 변화한다. 바림(blurring)계수(B1)는 반사면(18)의 광학적특성과 거칠기에 의존한다.

반사면(18)이 렌즈(21)의 초점 밖에 있는 경우에는, 반사면(18)에서 반사된 모든 광선은 원형으로 투영된다. 그 강도분포는, 도 2b에 도시된 바와 같이 바림원의 직경방향에 대하여 가우스함수에 따라 변화하도록 근사된다. 따라서, CCD소자(23)의 간접상부(Fn)의 모든 픽셀은 원형창의 가중된 합을 받는다. 이 원형창의 크기는 바림계수(B2)에 의존하고, 이 바림계수는 초점거리 및 카메라(20)의 렌즈(21)로부터의 반사기준점(N)의 깊이에 의존한다.

여기에서, 첨자 ni는 간접상(In)의 픽셀을 의미하여, 부좌표(Xni, Yni)는 CCD소자(23)상의 간접상좌표를 의미한다.

2종류의 바림계수(B1, B2)를 포함하는 두개의 식을 조합한 결과로서 2개의 공간바림조작이 이루어진다. 하나는 반사면(18)상에서 행해지고, 다른 하나는 반사면(18)이 렌즈(21)의 촛점 밖에 있으므로 CCD소자(23)상에서의 디포커싱에 의해서 행해진다. 바림처리는 별도로 제어되는 2개의 층들에서 행해진다. 상기 2개의 바림 계수들를 포함하는 2개의 식을 조합하는 것에 의한 연속적인 콘볼루젼이 대상점(P)의 조명색을 대표하는 것으로 가정한다. 즉, 반사면(18)의 반사에 의해 CCD소자(23)상에 얻어지는 간접상부(Fn)는 대상점(P)에서의 조명색 또는 그 근방에서의 조명색를 대표하는 것으로 가정한다.

따라서, 아래의 수학식 4에 나타내는 연산에 의해 얻어지는 색강도신호들(Dl, D2, D3)은, 대상물(Ob)상의 대상점(P)의 보정된 색들을 대표한다. 그 이유는 대상점(P)에서의 조명색을 나타내는 각 주좌표에서의 Rmi, Gmi, Bmi에 대상점(P)자체에서의 색을 곱한 것를, 대상점(P)에서의 조명색을 대표하는 부좌표에서의 Rni, Gni, Bni에 의해 나누는 것이, 대상점 (P)에서의 조명색 등의 영향을 제거하기 때문이다.

여기에서, m은 직접상(Im)을 대표하고, n은 반사면(18)으로부터의 간접상(In)을 대표하며, i는 CCD소자(23)상의 화상을 대표한다. 또한, 문자 Dl, D2, 그리고 D3는, 각각 주좌표(Xmi, Ymi)에서의 색보정된 상의 R, G, B성분들을 대표하며, Rmi, Gmi, Bmi는 각각 주좌표(Xmi, Ymi)에서의 직접상픽셀(Pm)의 R, G, B 성분들을 대표하고, Rni, Gni, Bni는 각각 부좌표(Xni, Yni)에서의 간접상픽셀(Pn)의 R, G, B성분들을 대표한다. 주좌표(Xmi, Ymi)는 대상점(P)이 촬상소자(23)상에 결상될 경우에 얻어지는 직접상의 좌표를 대표하고, 부좌표(Xni, Yni)는 반사면(18)에 의해 촬상소자(23)상에서 얻어지는 대상점(P)의 간접상의 좌표를 대표한다. 계수 S는, D1∼D3의 값이 포화하지 않도록 절대치를 조절한다.

공간적밝기를 검출하기 위한 센서로서의 반사면(18)의 역할은 간단한 실험에 의해서 확인할 수 있다. 강한 스포트라이트를 직접에 흰 벽에 비추었을 때, 본 발명의 촬영시스템(1)은 도 3c에 보이는 화상을 잡는다. 그 스포트의 직접상(Im)은, 경계선(DL)의 좌측에 흰 원과 같은 화상으로 보이고, 그 간접상(In)은 감소된 수평해상도에서 주위의 플레어(flare)를 갖는 타원으로 투영된다. 반사면(18)에서의 반사는 조명색을 대표한다. 조명의 색은 백열등을 갖는 색필터를 사용함으로써 변화시킬 수 있다. 좁은 밴드의 광을 흰 벽상에 투영하고, 그것들의 R, G, B값들은 직접상(Im)과 간접상(In)내의 대응하는 반점으로서 측정되었다. 색강도신호들(Dl, D2, D3)의 비율들은 조명의 색을 변화시켜도 거의 일정하였다.

다음에, 반사면(18)과 카메라(20)사이의 위치관계에 관해서 설명한다.

반사면(18)과 수직기준선(Cv)에 평행한 수평선은 각(α)을 형성한다. 선 N0로 표시된 반사면(18)으로부터의 반사광선과 수평선은 각(ξ)을 형성하며, 선 NO와 반사면(18)은 각(β)을 형성한다. 선 NO와 반사면(18)에 대한 수직선은 각(θ)을 형성한다. 선 N0는 반사면(18)에의 입사광을 나타내는 선 PN의 경면반사를 나타내므로, 선 PN과 반사면(18)에 대한 수직선도 각(θ)을 형성한다. 문자 f는 카메라(20)의 렌즈(21)의 초점거리를 나타낸다. 선 PN과 수평선사이에 형성된 각은 x로 표시되고, 선 P0와 수평선사이의 대상점수평위치각은 φ로, 선 P0와 선 PN사이의 시야오차각은 ψ로 표시한다.

대상점(P)에 관하여는,

∠PNO에 관하여는, x + ξ = 2θ .

반사기준점(N)에 대한 수직 대각에 관하여는, α = ξ+ β 가 성립한다.

반사기준점(N)주위의 반사면(18)의 수선에 대한 관계로부터, β= π/2-θ.반사기준점(N)주위의 상기 두 식으로부터, ξ = α - β = α + θ - π/2가 성립하고, 또한 θ= ξ- α+ π/2가 성립한다.

상기의 식들을 정리하면, 아래의 수학식이 성립한다.

반사면(18)의 각(α)은 상기 수학식을 사용하여 연산될 수 있다. 대상점수평위치각(φ)은 아래의 수학식을 사용하여 얻어질 수 있다.

각 ξ은 반사면(18)상의 반사기준점(N) 또는 간접상(In)의 수평방향좌표를 나타내는 지표가 되어, 아래의 수학식으로 얻어질 수 있다.

대상점(P)의 수평좌표를 변화시키는 반사면(18)의 최적각 α가 도 5a에 도시된다.

각 α는 시야오차각(ψ)을 2도의 작은 값으로 설정함으로써 계산된다. 다른 각도는 그들의 평균크기로서 표시된다. 도 5a에 있어서, 대상점수평위치각(φ)는 횡축상에 표시되고, 반사면(18)의 각(α)은 값을 세로축에 표시된다. 대상점수평위치각도(φ)가 증가할 때, 시야오차각(ψ)을 작고 거의 일정한 값으로 유지하기 위해서, 반사면(18)의 각(α)을 적절하게 감소시키는 것이 바람직하다.

도 1, 3 및 4에 도시된 바와 같이, 각 화상라인은 직접상(Im)을 파악하는 직접상부(Fm)와 경계선(DL)으로 분리되고 간접상(In)을 파악하는 간접상부(Fn)로 되어 있다. 직접상부(Fm) 간접상부(Fn)를 분리하는 경계선(DL)은 반사면(18)의 반사면정부(18a)에 대응한다. 본 발명에서의 매핑은 직접상부(Fn)를 형성하는 간접상픽셀(Pn)을 직접상부(Fm)의 직접상픽셀집합(Pm)에 할당하는 것으로 정의된다. 대상물(Ob)이 카메라(20)에 근접하여 위치할 경우, 각(ψ)이 시야오차의 측정이 되기 때문에, 매핑이 어렵게 된다. 직접상(Im)과 간접상(In)사이의 시야차이를 최소화하기 위해서 각(ψ)은 가능한 한 작은 것이 요구된다. 각(ψ)이 크면, 대상물(Ob)가 직접상부(Fm)에는 비치지만, 간접상부(Fn)에는 비치지 않거나, 또는 그 반대가 된다. 각(ψ)은 반사면(18)의 좌표의 항으로 나타낼 수 있다. 도 1의 기하학적 배치로부터, 아래의 수학식이 이끌어 내어질 수 있다.

수학식 5의 양변상의 탄젠트를 구하면 아래의 식이 성립한다.

상기 수학식 9 및 10으로부터, 아래의 수학식이 얻어질 수 있다.

수학식 11은 대상점 P(X,Z)와, 반사면(18)상의 반사기준점 N(Xn,Zn)의 쌍방의 각도의 의존성을 나타내고 있다. 수학식 11에서 X가 0으로 설정되면, 아래의 수학식 12에 나타낸 바와 같이, 카메라광축에서의 탄젠트각의 값이 얻어질 수 있다.

반사기준점(N)과 수평기준선(Ch)사이의 기준점수평거리(Xn), 또는 수평거리가 증가하면, 시야오차(ψ)가 증가한다. 따라서 반사면(18)을 수평기준선(Ch)에 대하여 가능한 한 수평하게 배치하는 것이 바람직하다. 오차각(ψ)은 반사기준점(N)의 깊이(Zn)의 증가에 따라 증가한다. 따라서 카메라(20)의 렌즈(21)로부터의 반사기준점(N)의 깊이(Zn)는 가능한 한 작게 해야한다.

도 5b는 대상물거리(Z)에 대한 시야오차각의 의존성을 나타낸다. 거리(Z)가 증가하면, 시야오차각(ψ)은 감소한다. 오차각(ψ)은 대상물(Ob)이 가까이 있을 때는 상당한 값이 되나, 거리가 40cm이상의 거리에서는 2도 미만이 된다. 고해상도의 스트라이프에서 조명하지 않는다면, 시야의 문제는 중요하지 않다. 통상의 조명상태에서는, 밝기는 고주파로 변화하지 않는다. 반사기준점(N)으로부터의 기준점수평거리(Xn)의 증가에 따라 오차각(ψ)은 증가한다. 도 5a에 나타내는 경향에 따라 반사면(18)의 각(α)이 변화하면, 이 영향은 최소화된다.

상기 수학식5 및 6으로부터, x = φ- ψ= π+ ξ- 2α, 또한 이 수학식들의 탄젠트를 구함으로써 아래의 수학식이 얻어진다.

상기 수학식에 수학식7과 8을 대입하면, 아래의 수학식이 얻어진다.

(X/Z) = A로, 상기 수학식14를 전개 정리하면, 아래의 수학식이 성립한다.

더욱이, Z＞＞Zn, 그리고 X＞＞Xn이면, 분자 및 분모에의 후반의 항은 영이 되어, 아래의 수학식이 성립한다.

이 식은 동일한 스캔라인(SL)에서의 대상물(Ob)의 직접상(Im)과 간접상(In) 사이의 수평좌표상의 매핑을 나타내고 있다. 대상물(Ob)상의 하나의 대상점(P)에 대응하는 간접상부(Fn)상에서의 점의 좌표를 나타내는 Xni는 거리의 값에 분명히 의존하고는 있지 않고, 비율 A = (X/Z)에 의존하고 있다. 이것은 수학식에서 Zn을 생략하는 것을 고려함으로써 설명될 수 있다. 대상물(Ob)이 카메라(20)의 위치로 부터 충분한 거리를 두고 있다고 가정하면, 각(ψ)은 대단히 작게 된다. 그 경우, 대상점(P)이 OP를 따라 이동하면, 선분(PN)상의 반사면(18)에서의 반사는 약간 변화한다. 수학식16에 나타내진 바와 같이, 매핑은 반사면(18)의 형상의 결정에 직접적으로 관계한다.

도 3a 및 도 4a는 비리니어매핑의 방법을 나타내고, 도 3b 및 도 4b는 리니어매핑의 방법을 나타낸다. 매핑은 직접상부(Fm)과 간접상부(Fn)사이의 위치적관계에서 상기 수학식16에서의 Xni, A=(X/Z) 및 반사면의 각 미소부분의 각(α)을 정의하는 것에 의해 비리니어 또는 리니어의 관계사이에서 선택될 수 있다. 도 4는 하나의 스캔라인(SL)상의 직접상부(Fm)상의 직접상픽셀집합(Pm)과 간접상부(Fn)상의 간접상픽셀(Pn)사이의 대응관계를 나타낸 것이고, 화살표는 경사지게 시프트되었을 때 서로 대응하는 직접상픽셀집합(Pm)과 간접상픽셀(Pn)을 나타내고 있다. 직접상부(Fm)에서의 매핑방향은 화살표(Mm)으로 도시된 방향을 향하고 있는 데 반하여, 간접상부(Fn)에서의 매핑방향은 반대방향의 화살표(Mn)으로 도시된 방향을 향한다. 통상적으로, 직접상부(Fm)와 간접상부(Fn)사이의 경계선(DL)은 전화상면(F)의 하부에지와 직교한다.

도 3a 및 도 4a에 도시된 비리니어매핑에서는, 간접상픽셀(Pn)은 다른 개수의 픽셀들로 구성된 직접상픽셀집합(Pm)에 대응하도록 할당된다. 이 매핑에서는, 직접상(Im)과 간접상(In)에서 대응하는 부분의 치수는 a/d = b/c가 되도록 할당된다. 즉, 직접상부(Fm)와 간접상부(Fn)가 배열된 방향에 대하여, 대상물(Ob)의 직접상(Im)과 간접상(In)이 유사한 형상이 되도록 할당된다. 이러한 매핑은 화상의 미소부분을 정확하게 색보정하는 경우, 예컨대, 꽃등의 작은 물체를 촬영하는 경우에 적합하다.

도 3b 및 도 4b에 도시된 리니어매핑에서는, 직접상부(Fm)와 간접상부(Fn)가 배열된 방향에 대하여, 간접상부(Fn)와 직접상부(Fm)사이의 대응하는 픽셀수의 비율(Pm/Pn)이 일정하도록 할당된다. 이 매핑에서, 직접상(Im)과 간접상(In)에서의 대응하는 부분의 치수는 a/d와 b/c와가 불균등하도록 할당된다. 즉, 직접상(Im)과 간접상(In)은 유사하게 될 수 없고, 직접상부(Fm)의 부분은 균일한 해상도로 색보정된다. 이 매핑은 화상처리를 고속으로 행할 수 있고, 거의 실시간으로 색보정된 화상을 제공할 수 있다. 할당을 수행하는 대응수단은, 후술하는 바와 같이, 퍼스널켬퓨터(30)에 의해 실현가능하다.

반사면(18)의 전체가 도 1에 나타낸 바와 같이 직선적이 아니고, 개개의 미소부분은 다른 표면각(α)을 가지며, 전체가 곡면의 형상으로 된다. 도 1의 반사면(18)은 설명의 편의를 위해 직선형으로 그려진다.

반사면(18)을 선도면으로 설계할 경우에, 우선, CCD소자상의 경계선(DL)의 우측상의 간접상부(Fn)에, 가시상의 수직한 한계선이 투영될 수 있도록, 반사면정부(18a)에서의 반사면상의 미소부분의 각(α)이 결정된다. 반사면의 각 미소부분의 각(α)은 도 5a에 나타낸 필요성에 근거하여 결정된다. 1미터의 깊이에서, 직접상으로부터 투영되는 길이와 대응하는 반사면(18)의 미소부분의 길이가 선도면으로 측정되었다. 이 경우, 깊이의 차는 수학식16으로부터 수치적으로 계산되는 큰 오차를 발생하지 않았다. 즉, 매핑수학식은 직접상부(Fm)와 간접상부(Fn)사이의 픽셀들의 선도면에 의한 측정에 적합하다고 할 수 있다.

수식으로 반사면(18)을 설계할 경우에, 먼저, 반사면정부(18a)의 좌표(Xo, Yo)를 카메라(20)에 도달하는 광의 경계선으로부터 구한다. 리니어매핑을 이용하는 경우에는, 간접상부(Fn)과 직접상부(Fm)사이의 대응관계로부터 상술한 A = (X/Z) 및 M = (Xni/f)를 구하거, 해당 좌표에서의 반사면의 미소부분의 각(α)을 수학식16을 사용하여 결정한다. 다음에, 아래의 수학식17 및 18을 사용하여, 좌표(Xo,Zo)로부터 미소거리 떨어진 부분의 좌표를 구한다. 아래의 두 개의 수학식에서 첨자 "n" 및 "n-1"은 반사면(18)을 미소부분으로 분할한 경우에, 반사면정부(18a)에 가까운 (n-1)번째의 미소부분과 이 정부에서 떨어진 반사면종단부(18b)에 가까운 n번째의 미소부분위치 사이의 관계를 나타낸다. 더욱이, 이 새로 구해진 좌표(Xn,Zn)에서의 각(α)은 수학식16으로부터 구해진다. 이러한 작업을 계속 반복하여 반사면(18)의 곡면을 결정한다.

다음에, 도 1, 3, 4, 7 및 8을 참조하여 본 발명에 따른 촬영시스템의 구성에 관해서 설명한다.

도 7은 카메라(20)근방의 구체적 구성을 도시한 것으로서, 카메라(20)의 선단측부분에 반사체(15)를 가지는 보호덮개(10)가 부착된다. 보호막(10)은 각뿔대 형상의 본체(11)와 카메라(20)에 고정하기 위한 취부부(12)를 가지고 있다. 이 보호덮개(10)의 본체(11)는 도 1에 나타내는 한 쌍의 최대시야선(면)(Vm,Vm)으로 둘러싸이는 범위외로부터 카메라(20)로 들어오는 광의 침입을 방지한다. 한 쌍의 최대시야선(Vm,Vm)으로 둘러싸이는 범위외로부터의 광은 촬상을 보정하기 위한 반사면(18)으로부터의 광에 오차를 주기 때문에 이을 차단하는 것은 바람직하다.

반사체(15)는 본체(11)의 한편의 내면에 부착되고, 반사면(18)의 표면형상을 정의하기 위한 기재(16)와, 기재(16)의 표면에 부착된 표피(17)를 구비한다. 반사면(18)측상의 표피(17)의 표면은 광을 산란반사하도록 매트형상이고 블랙 또는 그레이로 착색되어 있으며, 유지를 인가하여 막을 형성하였다.

도 8은 쵤영시스템(1)의 논리블록도이고, 이 촬영시스템(1)은, 주요 부재로서, 보호덮개(10)와, 카메라(20)와, 퍼스널컴퓨터(30)와, 모니터장치(41)와, 그리고 컬러프린터(42)를 구비한다. 카메라(20)의 렌즈(21)를 통해 포착된 영상은 조리개(22)을 통하여 광량이 조절된 상태로 CCD소자(23)상에 결상된다. CCD소자(23)의 출력은 퍼스널컴퓨터(30)의 영상입력부(31)로 포착되고, 또한, 프레임평균화부(24)로 주어져서, 촬영된 영상의 광량을 구하여 CCD소자(23)의 출력이 포화되지 않도록 개구모터(25)로 조리개(22)의 개구량을 제어한다.

퍼스널컴퓨터(30)는 범용품으로서 하드디스크나 RAM등의 기억수단에 소프트웨어를 인스톨함으로써 구성되고, 후술하는 타이머(32), 색채응용회로(37)등의 각종기능을 실현한다. 이 소프트웨어는 CD-ROM이나 플렉서블디스크등의 기억매체에 기억시킨 상태로 배포가능하다. 영상입력부(31)는 카메라(20)에서 스캔라인(SL)을 따라 순차적으로 스캔된 영상을 디지털화하여 그 데이터를 메모리에 저장한다. 타이머(32)는 메모리에 기억된 전체영상의 직접상부(Fm)와 간접상부(Fn)를 분할하는 경계선(DL)의 위치를 결정하기 위한 트리거로서 기능한다. 본 실시형태에서는, 전체화상내의 직접상부(Fm)는 240픽셀을 포함하고, 간접상부(Fn)는 80픽셀을 포함하고 있다. 매퍼(33)는 간접상부(Fn)에 포함되는 1스캔당 80개의 개개의 간접상픽셀(Pn)을 대응하는 직접상부(Fm)의 직접상픽셀집합(Rm)에 매핑한다. 이 매핑은 상술한 수학식16에 따라서 비리니어 또는 리니어로 행해진다.

색보정부(34)는 수학식4에 따라서 Dl, D2 및 D3를 구하고, 최대치선택부(35)는 전화상에서의 이들 값의 최대치를 구한다. 이 최대치가 포화되지 않은 레벨이 수학식4에서의 개수로서의 보정항(S)의 적절한 값이고, 스케일러(36)는 보정항(S)의 적절한 값을 색보정부(34)에서 결정하여, 출력(D1, D2, D3)의 값이 보정된다.

예컨대, 8비트컴퓨터로서는, 정보처리의 스케일폭이 256이고, 대략 85의 스케일폭이 각각의 R, G, B에 할당되어, D1, D2 및 D3의 스케일폭의 최대치가 85이하가 되도록 보정항(S)이 설정된다. 16 또는 32비트의 컴퓨터에는 더 큰 스케일폭으로 할당가능하여, 더욱 미세한 계조로 색을 표현한다.

색채응용회로(37)는 색보정된 영상을 기억, 재생, 편집등을 하기 위한 수단으로 제공되고, 하드디스크등에 기억된 소프트웨어를 CPU 또는 이외의 하드웨어로 구동함으로써 실현된다. 색채응용회로(37)에 의해 재생된 화상은 영상처리장치(38)를 통하여 모니터장치(41)에, 예컨대, 칼라동화면으로 표시되고, I/O포트(39) 및 칼라프린터(42)를 통해 정지화면으로서 칼라로 인쇄된다.

상기 발명을 검증하기 위해서, 상기 카메라(20)로서 SONY XC-711(상표) 칼라비디오카메라를 사용하고, 렌즈(21)로서 촛점거리 12.5mm의 COSMICAR C-마운트렌즈(상표)를 사용하였다. 색의 값은 MINOLTA 크로마미터 모듈 CS-100(상표)을 사용하였다. 촬영시스템(1)의 최초의 구성은 실험데이터를 구하기 위한 정지화상을 얻는 데 사용되었다. 표피(17)는 확산반사시키기 위해서 회색의 미트지로 만들어 졌지만, 유지가 코팅된 피혁을 사용하는 경우에 더 양호한 결과를 얻을 수 있었다. 전화상면(F)에 대한 간접상부(Fn)의 폭의 비는 최대치가 25%로 제한되었다. 동작클럭 120MHz의 펜티엄(상표)을 사용하는 퍼스널컴퓨터(30)를 사용하였을 때의 처리시간은 320x 220픽셀의 화상으로 0.55초이다.

표면의 색을 보정하는 촬영시스템(1)의 응용성은 색품질에 관한 밝기강도의 영향을 연구함으로써 확인될 수 있다. 발명자는 일광와 형광등을 조합시킨 풀칼라 화상의 일부에 관해서 실험을 하였다. 화상은 직접상(Im)의 색을 간접상(In)의 색으로 나눔으로써 처리된다. 화상의 색은 개선되고, 어두운 화상은 밝아져 세부까지 관찰될수 있고 강하게 밝은 화상은 어둡게 되었다. 100lx 이하의 어두운 화상은 반사면(18)을 사용하는 방법에 의한 처리 후에도 노이스가 존재한다.

이 촬영시스템(1)에 의한 색보정의 정량적인 품질을 조사하기 위해서 별개의 실험이 행해졌다. 적색패치를 카메라평면에 설치하고 이 패치의 색을 서로 다른 조명강도에서 비교하였다. 적색패치의 휘도에 있어서의 조명강도의 효과가 보정전후에서 도 6a에 도시된다. 횡축은 조명의 강도를 나타내고 종축은 적색패치의 휘도를 나타낸다. "보정전"곡선에 도시된 바와 같이, 일반적으로 정경조명의 강도가 증가하면, 화상중의 색패치의 휘도가 증가한다. "보정후"곡선에 도시된 바와 같이, 보정후의 패치의 휘도는, 조명강도가 변화하더라도 일정하고 안정하다. CIE 1931기준에 근거하는 x 및 y색도좌표상의 조명강도의 효과를 도 6b에 나타낸다. 도 6b의 보정전곡선에 도시된 바와 같이, 횡축상의 조명강도가 증가함에 따라 종축에 나타내는 적색패치의 x색도좌표의 값은 증가한다. 이는 서로 다른 조명에서 본래의 색의 색상의 왜곡이 발행하는 것을 의미한다. 보정된 화상의 x색도좌표는 조명강도가 증가함에 따라 약간 감소한다. 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 가장 낮은 조명강도에 해당하는 100lx에서의 휘도 및 x색도좌표의 값은, 더 큰 강도점들에서와 항상 다르지만, 반사면의 조건설정을 변경하는 것에 의해 낮은 조명강도에서 조도 및 색상의 정상성을 유지하는 것이 가능하다.

반사면(18)을 사용하는 이 촬영시스템(1)에 의한 화상의 색의 보정은 왜곡된 화상의 본래의 색을 제거하였다. 다른 광강도하에서의 보정된 하나의 화상의 히스토그램은 모두 유사하였다. 이는 광강도가 전체적인 영향을 받지 않는다는 것을 보여준다. 도 6a 및 도 6b에 나타낸 바와 같이, 색보정의 전후에서의 칼라파라미터는 색의 휘도와 색상은 조명강도가 특정한 범위내에서 변화할 때만 약간 변화하는 것을 나타낸다.

마지막으로, 본 발명의 다른 가능한 실시형태에 관해서 설명한다.

상기 실시형태에서는 CCD소자(23)의 전화상면(F)가 평면형상이지만, 전화상면(F)이, 예컨대, 렌즈(21)내의 점(0)을 주위에 곡면형상으로 형성된 CCD소자(23)를 사용하는 것도 이론적으로 가능하다. 이 경우 상술한 수학식15는 아래의 수학식으로 치환될 수 있다.

더욱이, Z＞＞Zn, 그리고 X＞＞Xn이면, 상기 수학식에서 분자 및 분모에의 후반의 항은 영이 되어, 수학식16은 아래의 수학식으로 치환된다.

반사면(18)의 곡면은, 수학식16에 대신하여 이 수학식20에 근거하여 설계될 수 있다.

상기 실시형태에서는 반사면(18)이 그 위에 유지막을 갖은 검은색 피혁으로 형성되지만, 이 반사면은 광을 적절한 강도로 산란반사시키는 한, 예컨대, 매트그레이표면을 갖는 다른 재료로 형성하는 것도 가능하다.

상기 실시형태에서, 매핑에 있어서, 실용적인 예를 보여주기 위하여 1개의 간접상픽셀(Pn)을 복수의 직접상픽셀로 구성된 직접상픽셀집합(Pm)으로 할당된다. 그러나, 간접상부(Fn)과 직접상부(Fm)의 폭이 같은 경우에는 1개의 간접상픽셀(Pn)이 1개의 직접상픽셀(Pm)로 할당되는 것도 가능하고, 또한, 간접상부(Fn)가 직접상부(Fm)보다 넓은 폭을 갖는 경우에는 복수의 간접상픽셀로 구성된 간접상픽셀집합(Pn)이 1개의 직접상픽셀(Rn)에 할당되는 것도 논리적으로 가능하다.

상술한 촬영시스템(장치)은 동영상을 촬영하기 위한 비디오카메라와 정지화면을 촬영하기 위한 디지탈카메라등에 적용될 수 있다. 이 촬영시스템은 색에 근거하는 스테레오거리취득장치에도 바람직하게 응용될 수 있다. 현재의 스테레오거리취득장치는 칼라코드의 변화에 근거하여 모든 스캔라인상의 특징점을 검출하도록 설계된다. 그 특징점은 우 및 좌스테레오화상사이에서 비교되어, 칼라코드가 유사한 경우에 일치로 결정된다. 칼라코드의 안정성은 본 발명의 색의 불변성의 주요한 이점이고, 본 촬영시스템을 스테레오거리취득장치에 적용하면 스테레오매칭의 신뢰성을 높일 수 있다.

Claims (10)

1. 칼라화상을 촬상하는 촬상소자(23)와 대상물(Ob)의 상을 상기 촬상소자상에 결상하는 렌즈(21)를 구비한 카메라에 있어서, 상기 대상물(Ob)의 상을 산란반사하여 그 상을 상기 렌즈(21)를 통해 상기 촬상소자(23)상에 입사시키는 반사면(18)이 상기 렌즈(21) 및 촬상소자(23)에 의해 형성된 최대시야(Vm,Vm)내에 설치되고, 상기 대상물(0b)위의 대상점(P)의 직접상이 촬상되는 직접상부(Fm)와 상기 반사면(18)으로부터 얻어진 대상점(P)의 간접상이 촬상되는 간접사부(Fn)를 가지는 촬상소자(23)를 구비하는 카메라.
2. 제1항에 있어서, 상기 직접상부(Fm)의 폭은 상기 간접상부(Fn)의 폭보다 넓은 폭을 갖도록 상기 반사면(18)을 설정하는 카메라.
3. 제1항에 있어서, 상기 렌즈(21)의 채광부측에 설치된 덮개(10)를 더 포함하고, 상기 반사면(18)는 덮개(10) 내에 설치된 카메라.
4. 제1항에 있어서, 상기 직접상부(Fm)와 상기 간접상부(Fn)가 배열된 방향에 대하여 상기 대상물(Ob)의 직접상(Im)과 간접상(In)이 서로 유사한 형상인 것을 특징으로 하는 카메라.
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 제1항에 따른 카메라를 포함하는 촬영시스템에 있어서, 스캔라인(SL)에 따라 순차 스캔된 영상을 디지털화하여 메모리에 기억하는 영상입력부(31)를 포함하며, 상기 영상은 직접상부(Fm)와 간접상부(Fn)를 가지는 촬영시스템.
9. 제1항에 따른 카메라를 포함하는 촬영시스템에 있어서, 직접상(Im)의 색들을 간접상(In)의 색들로 각 색마다 나눗셈하여 화상들의 처리를 행하는 촬영시스템.
10. 제9항에 있어서, 상기 나눗셈에 의한 결과들은 3개의 색들에서의 공통의 보정항(S)과 곱해지는 촬영시스템.