KR100971730B1 - 평행축 입체카메라 - Google Patents

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강희민
박은화
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(주)에이직뱅크
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Abstract

본 발명은 평행축 입체카메라에 관한 것이다.
본 발명은 출력영상보다 높은 해상도를 갖는 좌측 이미지센서 및 우측 이미지센서를 포함하여 구성되고 출력영상과 같은 해상도를 갖는 RGB 데이터를 출력하는 카메라부, 좌측 이미지센서와 우측 이미지센서 중 적어도 하나의 가로방향의 리드아웃(Read out) 시작점을 변경하여 대상물의 양안시차가 없어지도록 전자식으로 제어하는 주시각 제어부, 주시각 제어부의 제어에 따라 좌측 이미지센서로부터 출력되는 좌측 RGB 데이터를 영상처리하여 좌측 휘도/색차신호를 출력하는 좌측 영상처리부 및 우측 이미지센서로부터 출력되는 우측 RGB 데이터를 영상처리하여 우측 휘도/색차신호를 출력하는 우측 영상처리부로 이루어진 영상처리부 및 좌측 휘도/색차신호와 우측 휘도/색차신호를 합성하여 입체영상을 합성하는 입체영상 합성부를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따르면, 좌, 우측 카메라의 정렬오차로 인한 영상 손실 및 주시각 제어 과정에서의 영상 손실을 방지할 수 있고, 주시각 제어를 위한 신호처리 과정이 단순화되어 입체영상 생성과정에서의 영상 왜곡 및 시간 지연을 최소화시킬 수 있는 등의 효과가 있다.

Description

평행축 입체카메라{PARALLEL AXIS STEREOSCOPIC CAMERA}
본 발명은 평행축 입체카메라에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 기계적으로는 주시각 제어가 불가능한 평행축 입체카메라에 전자적으로 주시각을 제어할 수 있게 하고, 전자적 주시각 제어 및 좌, 우측 카메라 정렬 오차로 발생하는 영상 손실을 최소화할 수 있는 전자식 주시각 제어기능과 전자식 카메라 정렬기능을 구비한 평행축 방식의 입체카메라에 관한 것이다.
일반적으로, 입체카메라는 사람의 눈과 같이 2대의 카메라를 사용하여 좌, 우의 영상을 얻고 그 두 영상의 시차에 의해 관측자로 하여금 입체감을 느끼게 한다.
시차(parallax) 또는 양안시차란, 동일점을 2개의 관측점에서 보았을 때의 방향의 차를 말하며, 이러한 시차로 인하여 입체카메라에서 피사체의 영상이 두 카메라에 구비된 이미지센서들의 촬상면에서 서로 다른 위치에 맺히게 된다. 그러한 위치의 차를 시차량이라고 하며, 이것은 관측자에게 관측 물체들에 대한 거리 정보를 제공하며 입체감을 느끼게 해준다.
사람의 눈은 관측하고자 하는 물체의 시차량을 0이 되도록 좌, 우 눈동자를 움직여 편안하게 입체감을 느끼면서 물체를 관측할 수 있도록 한다. 이렇게 시차량을 조절하는 것을 주시각 제어(vergence control)라 하며, 관측하고자 하는 물체의 시차량이 0이 되었을 때 가장 편안하게 영상을 볼 수 있다.
주시각 제어가 되지 않은 카메라로부터 얻은 입체 영상을 관측자가 보게 될 경우에는 시차량이 매우 크게 나타나 심한 피로감을 느끼게 된다. 이러한 관측 피로를 줄이기 위해서는 피사체의 위치 변화에 상관없이 일정한 시차가 유지되도록 좌, 우 카메라의 관측 방향을 제어하는 주시각 제어 기능이 필수적이다.
한편 입체 영상을 얻기 위해 사용되는 입체카메라는 좌, 우측 이미지센서의 배열방법에 따라 평행축 방식, 교차축 방식 및 수평 이동축 방식의 세가지로 구분된다.
도 1은 종래의 평행축 방식 입체카메라의 동작원리를 개념적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 평행축 방식 입체카메라는 양안식 입체카메라 중 가장 단순한 형태로서, 두 개의 이미지센서를 사람의 눈 간격과 비슷한 거리로 평행하게 고정시켜 두고 영상을 획득할 수 있게 설계되어 있다. 그러나 이 평행축 방식 입체카메라는 주시각 제어 기능이 없어 피사체의 거리 변화에 따른 시차량을 조절할 수 없다는 문제점이 있다.
도 2는 종래의 교차축 방식 입체카메라의 동작원리를 개념적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 종래의 교차축 방식 입체카메라는 물체의 거리 변화에 따라 주시각 제어가 가능하도록 설계되어 있다. 이 교차축 입체 카메라는 물체의 거리 변화에 따라 이미지센서의 광축을 회전시켜 항상 물체의 상이 좌, 우측 이미지센서의 중심에 맺히도록 주시각을 제어한다. 이는 가까운 물체를 볼 때 안쪽으로 모이고 멀리있는 물체를 볼 때 벌어지는 사람의 눈동자 움직임을 모방한 것이다.
그러나, 교차축 방식의 경우 이미지센서를 교차시켜 주시각을 맞추기 때문에 주시각 제어에 따른 이미지센서 간의 간격 변화가 심하여 입체 영상 재생 시 왜곡이 심하며, 카메라 광축의 회전으로 주시각 제어를 해야 하기 때문에 소형화가 어렵다는 문제점이 있다.
도 3은 종래의 수평 이동축 방식 입체카메라의 동작원리를 개념적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 수평 이동축 입체 카메라는 교차축 방식과 같이 관측물체의 거리 변화에 따라 카메라의 주시각 제어가 가능한 카메라이다. 그러나 교차축 방식과는 달리 렌즈를 이미지센서로부터 분리시킨 후, 렌즈에 대해서 이미지센서가 평행하게 수평으로 움직이게 하여 주시각을 조절하도록 설계되어 있다. 이러한 이미지센서의 평행 이동에 의한 주시각 제어방식에 따르면, 좌, 우측 이미지센서 사이의 간격 변화량이 작아 교차축 방식에 비해 상대적으로 영상 왜곡이 작다는 장점이 있지만, 렌즈와 이미지센서를 서로 분리시키고 이미지센서를 이동시키면서 주시각 제어를 해야 하므로 실제 입체카메라 제작에 많은 어려움이 있다는 문제점이 있다.
앞서 간략히 설명하였지만, 평행축 방식 입체카메라는 교차축 방식이나 수평 이동축 방식과는 달리 기계적인 주시각 제어 기능은 구비되어 있지 않지만, 구조적으로 단순하다는 큰 장점을 갖는다. 평행축 방식 입체카메라의 이러한 장점을 활용하기 위하여 소프트웨어적인 신호처리를 통하여 전자적으로 주시각을 제어하는 방식이 활용되고 있다.
그러나 종래의 이러한 평행축 방식 입체카메라에 따르면, 좌, 우측 카메라의 기구적인 정렬오차로 인한 영상 손실과 주시각 제어 과정에서의 영상 손실이 발생한다는 문제점이 있다.
이를 도 4와 도 5를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 4는 종래의 평행축 방식 입체카메라를 구성하는 좌측 카메라와 우측 카메라 간의 기구적인 정렬오차로 인해 발생하는 영상 손실을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 좌측 카메라와 우측 카메라 간의 기구적인 정렬오차로 인해 좌측 이미지센서와 우측 이미지센서 간에는 수평오차 및 수직오차가 발생하게 된다. 예를 들어, 좌측 이미지센서와 우측 이미지센서의 해상도가 각각 1,280×720=921,600픽셀이고, 수평오차가 100픽셀, 수직오차가 50픽셀인 경우, 영상손실이 100×720+50×(1280-100)=131,000픽셀만큼 발생한다. 결과적으로, 원하는 출력영상의 해상도는 1,280×720=921,600픽셀이었으나, 기구적인 정렬오차로 인해 131,000픽셀의 영상손실이 발생하여, 실제 출력영상의 해상도는 1180×670=790,600픽셀이 된다.
도 5는 종래의 평행축 방식 입체카메라에서 요구되는 주시각 제어 과정에서 발생하는 영상 손실을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 시차를 갖는 좌측 영상과 우측 영상을 결합하여 소프트웨어적으로 주시각을 제어해주는 방식이 개념적으로 개시되어 있다. 그러나 이 방식에 따르면, 주로 센서 전면(total field)의 영상(A, B)을 그대로 가져다 사용하거나 미리 촬영된 영상을 편집하여 사용하기 때문에 주시각을 제어하는 것은 가능하지만 두 영상이 교차(3D)되지 않는 영역(2D)이 발생할 수 있으며, 따라서 도 5에 도시된 바와 같이 좌우 또는 상하 영상 일부가 입체로 구현되지 않는다는 문제점이 있다.
또한 이러한 종래의 주시각 제어 및 이 과정에서 발생하는 영상 손실을 보간법(Interpolation method) 등을 이용하여 보상해주는 방식이 한국공개특허공보 제10-2007-0021694호, 한국공개특허공보 제10-2007-0030501호, 한국공개특허공보 제10-2002-0037097호, 한국공개특허공보 제10-2004-005252호에 개시되어 있다.
그러나 이 방식들은 이미 제작된 일반 카메라 2대를 이용하여 입체영상을 생성하기 때문에 주시각 제어를 하기 위해서는 기본적으로 외부에 메모리를 구비해야한다. 즉, 좌/우 영상을 임시로 이 외부 메모리에 저장한 후, 외부 또는 내부에서 생성된 주시각 제어신호에 따라 좌/우 영상의 시차를 외부 메모리의 리드아웃(Read out) 지점을 다르게 조절함으로써 주시각을 제어하는 방식이다. 좌/우 카메라의 정렬 오차로 발생하는 영상 손실도 외부 메모리에 저장된 데이터를 이용하여 보간 등의 방식으로 보상해준다. 이를 통하여 알 수 있는 바와 같이, 종래의 방식에 따르면, 추가적인 외부 메모리가 필요하고, 주시각 제어 및 손실된 영상을 보상해주는 과정에서 영상의 왜곡 및 영상이 1 프레임 이상 시간 지연되는 문제가 발생한다.
한국공개특허공보 제10-2007-0021694호 한국공개특허공보 제10-2007-0030501호 한국공개특허공보 제10-2002-0037097호 한국공개특허공보 제10-2004-0005252호
본 발명은 좌, 우측 카메라의 기구적인 정렬오차로 인한 영상 손실을 방지할 수 있는 전자식 주시각 제어기능과 전자식 카메라 정렬기능을 구비한 평행축 방식의 입체카메라를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
또한, 본 발명은 주시각 제어 과정에서의 영상 손실을 방지할 수 있는 전자식 주시각 제어기능과 전자식 카메라 정렬기능을 구비한 평행축 방식의 입체카메라를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
또한, 본 발명은 주시각 제어를 위한 신호처리 과정을 단순화시켜 입체영상 생성과정에서의 영상 왜곡 및 시간 지연을 최소화시킬 수 있는 전자식 주시각 제어기능과 전자식 카메라 정렬기능을 구비한 평행축 방식의 입체카메라를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
또한, 본 발명은 주시각 제어 과정에서 요구되는 외부 메모리 등의 부품의 수를 줄여 제조비용을 저감할 수 있는 전자식 주시각 제어기능과 전자식 카메라 정렬기능을 구비한 평행축 방식의 입체카메라를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 평행축 입체카메라는 출력영상보다 높은 해상도를 갖는 좌측 이미지센서 및 우측 이미지센서를 포함하여 구성되고 상기 출력영상과 같은 해상도를 갖는 RGB 데이터를 출력하는 카메라부, 상기 좌측 이미지센서와 상기 우측 이미지센서 중 적어도 하나의 가로방향의 리드아웃(Read out) 시작점을 변경하여 대상물의 양안시차가 없어지도록 전자식으로 제어하는 주시각 제어부, 상기 주시각 제어부의 제어에 따라 상기 좌측 이미지센서로부터 출력되는 좌측 RGB 데이터를 영상처리하여 좌측 휘도/색차신호를 출력하는 좌측 영상처리부 및 상기 우측 이미지센서로부터 출력되는 우측 RGB 데이터를 영상처리하여 우측 휘도/색차신호를 출력하는 우측 영상처리부로 이루어진 영상처리부 및 상기 좌측 휘도/색차신호와 상기 우측 휘도/색차신호를 합성하여 입체영상을 합성하는 입체영상 합성부를 포함하여 구성된다.
본 발명의 다른 측면에 따른 평행축 입체카메라는 출력영상보다 높은 해상도를 갖는 좌측 이미지센서 및 우측 이미지센서를 포함하여 구성되고 상기 출력영상과 같은 해상도를 갖는 RGB 데이터를 출력하는 카메라부, 상기 좌측 이미지센서와 상기 우측 이미지센서 중 적어도 하나의 가로방향의 리드아웃 시작점을 변경하여 대상물의 양안시차가 없어지도록 전자식으로 제어하는주시각 제어부, 상기 주시각 제어부의 제어에 따라 상기 좌측 이미지센서로부터 출력되는 좌측 RGB 데이터와 상기 우측 이미지센서로부터 출력되는 우측 RGB 데이터를 합성하여 입체 RGB 데이터를 합성하는 입체 RGB 데이터 합성부 및 상기 입체 RGB 데이터를 영상처리하여 좌측 휘도/색차신호와 우측 휘도/색차신호로 이루어진 입체영상을 출력하는 영상처리부를 포함하여 구성된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 평행축 입체카메라는 출력영상보다 높은 해상도를 갖는 좌측 이미지센서 및 우측 이미지센서를 포함하여 구성되고 상기 출력영상과 같은 해상도를 갖는 RGB 데이터를 출력하는 카메라부, 상기 좌측 이미지센서와 상기 우측 이미지센서 중 적어도 하나의 가로방향의 리드아웃 시작점을 변경하여 대상물의 양안시차가 없어지도록 전자식으로 제어하는 주시각 제어부, 상기 주시각 제어부의 제어에 따라 상기 좌측 이미지센서로부터 출력되는 좌측 RGB 데이터를 영상처리하여 좌측 휘도/색차신호를 생성하고 상기 우측 이미지센서로부터 출력되는 우측 RGB 데이터를 영상처리하여 우측 휘도/색차신호를 생성하고, 상기 좌측 휘도/색차신호와 상기 우측 휘도/색차신호 간의 휘도와 색상 차이가 없어지도록 보정하여 출력하는 입체 영상처리부 및 상기 입체 영상처리부로부터 입력받은 상기 좌측 휘도/색차신호와 상기 우측 휘도/색차신호를 합성하여 입체영상을 합성하는 입체영상 합성부를 포함하여 구성된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 평행축 입체카메라는 출력영상보다 높은 해상도를 갖는 좌측 이미지센서 및 우측 이미지센서를 포함하여 구성되고 상기 출력영상과 같은 해상도를 갖는 좌측 휘도/색차신호와 우측 휘도/색차신호를 출력하는 카메라부, 상기 좌측 이미지센서와 상기 우측 이미지센서 중 적어도 하나의 가로방향의 리드아웃 시작점을 변경하여 대상물의 양안시차가 없어지도록 전자식으로 제어하는 주시각 제어부 및 상기 좌측 휘도/색차신호와 상기 우측 휘도/색차신호를 합성하여 입체영상을 합성하는 입체영상 합성부를 포함하여 구성된다.
본 발명의 여러 측면에 있어서, 상기 좌측 이미지센서와 상기 우측 이미지센서의 초기 리드아웃 시작점과 출력영상의 해상도는 상기 출력영상의 영상손실이 없도록 기 설정되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 여러 측면에 있어서, 상기 좌측 이미지센서와 상기 우측 이미지센서의 초기 리드아웃 시작점과 출력영상의 해상도는 변경이 가능한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 여러 측면에 있어서, 상기 주시각 제어부는 상기 좌측 휘도/색차신호와 상기 우측 휘도/색차신호 간의 양안시차를 계산하고, 상기 계산된 좌측 휘도/색차신호와 상기 우측 휘도/색차신호 간의 양안시차가 없어지도록 상기 좌측 이미지센서 또는 상기 우측 이미지센서 중 적어도 하나의 리드아웃 시작점을 변경하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 여러 측면에 있어서, 상기 주시각 제어부는 상기 대상물 중 중간에 위치하는 중간 대상물을 기준으로 상기 양안시차를 계산하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 여러 측면에 있어서, 상기 좌측 이미지센서와 상기 우측 이미지센서는 인쇄회로기판 상에 상호 이격되어 설치되어 있고 상기 좌측 이미지센서와 상기 우측 이미지센서 사이의 인쇄회로기판 상에는 상기 주시각 제어부와 상기 영상처리부와 상기 입체영상 합성부와 상기 입체 RGB 데이터 합성부와 상기 입체 영상처리부 중 적어도 하나가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 여러 측면에 있어서, 상기 좌측 이미지센서와 상기 우측 이미지센서는 웨이퍼 상에 상호 이격되어 설치되어 있고 상기 좌측 이미지센서와 상기 우측 이미지센서 사이의 웨이퍼 상에는 상기 주시각 제어부와 상기 영상처리부와 상기 입체영상 합성부와 상기 입체 RGB 데이터 합성부와 상기 입체 영상처리부 중 적어도 하나가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 좌, 우측 카메라의 기구적인 정렬오차로 인한 영상 손실을 방지할 수 있는 전자식 주시각 제어기능과 전자식 카메라 정렬기능을 구비한 평행축 방식의 입체카메라가 제공되는 효과가 있다.
또한, 주시각 제어 과정에서의 영상 손실을 방지할 수 있는 전자식 주시각 제어기능과 전자식 카메라 정렬기능을 구비한 평행축 방식의 입체카메라가 제공되는 효과가 있다.
또한, 주시각 제어를 위한 신호처리 과정이 단순화되어 입체영상 생성과정에서의 영상 왜곡 및 시간 지연을 최소화시킬 수 있는 전자식 주시각 제어기능과 전자식 카메라 정렬기능을 구비한 평행축 방식의 입체카메라가 제공되는 효과가 있다.
또한, 주시각 제어 과정에서 요구되는 외부 메모리 등의 부품의 수가 줄어들어 제조비용을 저감할 수 있는 전자식 주시각 제어기능과 전자식 카메라 정렬기능을 구비한 평행축 방식의 입체카메라가 제공되는 효과가 있다.
도 1은 종래의 평행축 방식 입체카메라의 동작원리를 개념적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 종래의 교차축 방식 입체카메라의 동작원리를 개념적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 종래의 수평 이동축 방식 입체카메라의 동작원리를 개념적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 종래의 평행축 방식 입체카메라를 구성하는 좌측 카메라와 우측 카메라 간의 기구적인 정렬오차로 인해 발생하는 영상 손실을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 종래의 평행축 방식 입체카메라에서 요구되는 주시각 제어 과정에서 발생하는 영상 손실을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 평행축 입체카메라를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시 예에 있어서, 최종적으로 출력되는 출력영상의 해상도보다 높은 해상도를 갖는 좌, 우측 이미지센서를 이용하여 좌, 우측 이미지센서 간의 정렬오차로 인한 출력영상의 손실을 방지하는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시 예에 있어서, 최종적으로 출력되는 출력영상의 해상도보다 높은 해상도를 갖는 좌, 우측 이미지센서를 이용하여 주시각 제어 과정에서의 출력영상의 손실을 방지하는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 제1 실시 예에 있어서의 구체적인 주시각 제어방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 평행축 입체카메라를 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 평행축 입체카메라를 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 평행축 입체카메라를 나타낸 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.
도 6은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 평행축 입체카메라를 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 평행축 입체카메라는 카메라부(10), 주시각 제어부(20), 영상처리부(30) 및 입체영상 합성부(40)를 포함하여 구성된다.
카메라부(10)는 좌측 렌즈모듈(11), 좌측 이미지센서(12), 우측 렌즈모듈(13) 및 우측 이미지센서(14)를 포함하여 구성되며, 좌측 이미지센서(12) 및 우측 이미지센서(14)의 해상도는 최종적으로 출력되는 출력영상인 입체영상의 해상도보다 높다.
좌측 이미지센서(12) 및 우측 이미지센서(14)의 해상도 즉, 크기를 이와 같이 크게 구성한 이유를 도 7을 참조하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 제1 실시 예에 있어서, 최종적으로 출력되는 출력영상의 해상도보다 높은 해상도를 갖는 좌, 우측 이미지센서(12, 14)를 이용하여 좌, 우측 이미지센서(12, 14) 간의 정렬오차로 인한 출력영상의 손실을 방지하는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 필요로 하는 출력영상의 해상도가 1280×720인 경우, 두 이미지센서(12, 14)의 해상도는 각각 1600×1200으로 구성된다.
이와 같이, 좌측 카메라와 우측 카메라의 정렬오차로 발생하는 영상 손실을 제거하기 위하여 필요로 하는 출력영상의 해상도보다 높은 해상도를 갖는 이미지센서를 채택하고, 좌측 및 우측 이미지센서(12, 14)의 데이터 중 필요로 하는 출력영상 크기만큼 좌/우 공통부분을 윈도우잉(windowing)되도록 좌측 이미지센서(12)의 데이터 리드아웃 시작점, 좌측 이미지센서(12)의 데이터 리드아웃 시작점 및 출력영상의 해상도를 설정하면, 필요로 하는 영상크기가 항상 출력되기 때문에 영상 손실이 발생하지 않는다.
좌측 이미지센서(12)의 초기 리드아웃 시작점(U1, V1), 우측 이미지센서(14)의 초기 리드아웃 시작점(U2, V2), 출력영상의 해상도(1,280×720)는 출력영상의 영상손실이 없도록 입체카메라 제조과정에서 미리 설정하여 입력하는 것이 바람직하다. 출력영상의 해상도는 이미지센서의 데이터를 리드아웃하는 종료점을 입력하는 방식으로 설정될 수 있다. 구체적인 예를 들어, 평행축 입체카메라를 처음 제조 시 제조자는 입체카메라를 좌측 영상과 우측 영상을 2D 모니터로 보면서 주시각 제어부(20)의 외부 주시각 제어신호를 이용하여 좌측 이미지센서(12)의 초기 리드아웃 시작점(U1, V1)과 우측 이미지센서(14)의 초기 리드아웃 시작점(U2, V2)을 좌측 및 우측 이미지센서(12, 14)에 입력하는 방식으로 진행될 수 있다.
요약하면, 기구적인 정렬 오차에도 불구하고 카메라부(10)는 영상 손실 없이 필요로 하는 출력영상과 같은 해상도의 RGB 데이터 즉, 최종 출력되는 입체영상을 생성하기 위해 요구되는 전체 RGB 데이터를 출력한다.
한편, 좌측 이미지센서(12)와 우측 이미지센서(14)의 초기 리드아웃 시작점과 출력영상의 해상도는 필요에 따라 사용자가 변경할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.
주시각 제어부(20)는 좌측 이미지센서(12)와 우측 이미지센서(14) 중 적어도 하나의 가로방향의 리드아웃 시작점을 변경하여 대상물의 양안시차가 없어지도록 전자식으로 제어하기 위한 수단이다.
예를 들어, 주시각 제어부(20)는 좌측 영상처리부(301)가 출력하는 좌측 영상신호인 좌측 휘도/색차신호와 우측 영상처리부(302)가 출력하는 우측 영상신호인 우측 휘도/색차신호 간의 양안시차를 계산하고, 계산된 좌측 휘도/색차신호와 우측 휘도/색차신호 간의 양안시차가 없어지도록 좌측 이미지센서(12) 또는 우측 이미지센서(14) 중 적어도 하나의 리드아웃 시작점을 변경하도록 구성될 수 있다.
이를 도 8을 참조하여 설명한다.
도 8은 본 발명의 제1 실시 예에 있어서, 최종적으로 출력되는 출력영상의 해상도보다 높은 해상도를 갖는 좌, 우측 이미지센서(12, 14)를 이용하여 주시각 제어 과정에서의 출력영상의 손실을 방지하는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 내부 또는 외부의 주시각 제어신호(대상물의 양안시차가 없도록 하는 신호, 대상물의 양안시차가 0이 되는 위치, 대상물에 따라 자동 및 수동으로 변경될 수 있음.)에 따라 좌측 이미지센서(12)와 우측 이미지센서(14)의 가로 방향의 리드아웃 시작점을 변경하여 주시각 제어를 한다. 도 8의 (a)는 대상물이 근거리에 위치한 경우이고, 도 8의 (b)는 대상물이 원거리에 위치한 경우의 주시각 제어를 나타낸다. 어느 경우에도 영상 손실이 발생하지 않는다는 것을 알 수 있다.
이러한 주시각 제어 방식에 따르면, 이미지센서의 리드아웃 시작점만 변경해주면 영상 손실이 없이 주시각 제어를 할 수 있기 때문에, 종래의 주시각 제어방식과는 달리 추가적인 외부 메모리 등을 필요로 하지 않고, 영상 왜곡, 시간 지연 등의 문제점이 발생하지 않는다는 장점이 있다.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 제1 실시 예에 있어서의 구체적인 주시각 제어방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9 내지 도 11을 참조하면, 3개의 대상물에 대한 주시각 제어를 위해, 주시각 제어부(20)는 좌측 영상처리부(301)로부터 3개의 대상물에 대한 좌측 영상신호를 입력받고, 우측 영상처리부(302)로부터 3개의 대상물에 대한 우측 영상신호를 입력받는다.
이 경우, 주시각 제어부(20)는 중간 대상물인 b1, b2의 양안시차 즉 b1, b2간의 이격거리(k)를 계산하고 중간 대상물 b1, b2의 양안시차가 없도록 우측 카메라의 영상을 좌로 이동시킨다.
즉, 주시각 제어부(20)는 우측 이미지센서(14)에 좌로 이동시키고자 하는 만큼의 데이터 리드아웃 지점을 입력하여 우측이미지를 좌측으로 이동시킨다. 이와 같이 처리하면, 도 11에 도시된 바와 같이 양안시차가 0인 점 B'는 입체모니터 상에 표현되고, B'점보다 앞에 있는 A'는 입체모니터 앞에 보이며, B'점보다 뒤에 있는 C'는 입체모니터 보다 뒤에 있게 되어 자연스러운 입체감이 생성된다.
이러한 자동 주시각 제어 기능은 주시각 제어부(20)에서 대상물이 변경될 때마다 자동으로 수행되어 항상 자연스러운 입체영상이 획득될 수 있도록 하며, 좌측 및 우측 이미지센서(12, 14)의 리드아웃 포인트를 같이 조절하면 주시각 제어 범위를 극대화 할 수 있다.
영상처리부(30)는 좌측 영상처리부(301)와 우측 영상처리부(302)로 구성되며, 좌측 영상처리부(301)는 주시각 제어부(20)의 제어에 따라 좌측 이미지센서(12)로부터 출력되는 좌측 RGB 데이터를 영상처리하여 좌측 휘도/색차신호를 출력하고, 우측 영상처리부(302)는 주시각 제어부(20)의 제어에 따라 우측 이미지센서(14)로부터 출력되는 우측 RGB 데이터를 영상처리하여 우측 휘도/색차신호를 출력한다.
입체영상 합성부(40)는 좌측 휘도/색차신호와 우측 휘도/색차신호를 합성함으로써 입체영상을 생성하여 출력한다.
본 발명의 제1 실시 예는 입체영상 합성부(40)가 출력하는 입체영상을 출력하는 입체 모니터와 입체영상을 저장하기 위한 저장부를 더 포함하여 구성될 수도 있다.
한편, 좌측 이미지센서(12)와 우측 이미지센서(14)를 인쇄회로기판 상에 상호 이격되도록 설치하고, 이 좌측 이미지센서(12)와 우측 이미지센서(14) 사이의 인쇄회로기판 상에 주시각 제어부(20)와 영상처리부(30)와 입체영상 합성부(40)중 적어도 하나가 설치되도록 구성될 수 있다. 또는, 좌측 이미지센서(12)와 우측 이미지센서(14)를 웨이퍼 상에 상호 이격되도록 설치하고, 이 좌측 이미지센서(12)와 우측 이미지센서(14) 사이의 웨이퍼 상에 주시각 제어부(20)와 영상처리부(30)와 입체영상 합성부(40)중 적어도 하나가 설치되도록 구성될 수 있다. 이러한 구성에 따르면, 입체카메라의 사이즈를 줄일 수 있어서, 휴대단말 등과 같은 장치에 내장될 수 있는 평행축 입체카메라가 제공되는 효과가 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 좌, 우측 카메라의 기구적인 정렬오차로 인한 영상 손실을 방지할 수 있는 전자식 주시각 제어기능과 전자식 카메라 정렬기능을 구비한 평행축 방식의 입체카메라가 제공되는 효과가 있다.
또한, 주시각 제어 과정에서의 영상 손실을 방지할 수 있는 전자식 주시각 제어기능과 전자식 카메라 정렬기능을 구비한 평행축 방식의 입체카메라가 제공되는 효과가 있다.
또한, 주시각 제어를 위한 신호처리 과정이 단순화되어 입체영상 생성과정에서의 영상 왜곡 및 시간 지연을 최소화시킬 수 있는 전자식 주시각 제어기능과 전자식 카메라 정렬기능을 구비한 평행축 방식의 입체카메라가 제공되는 효과가 있다.
또한, 주시각 제어 과정에서 요구되는 외부 메모리 등의 부품의 수가 줄어들어 제조비용을 저감할 수 있는 전자식 주시각 제어기능과 전자식 카메라 정렬기능을 구비한 평행축 방식의 입체카메라가 제공되는 효과가 있다.
또한, 입체카메라의 사이즈를 줄일 수 있어서, 휴대단말 등과 같은 장치에 내장될 수 있고, 전자식 주시각 제어기능과 전자식 카메라 정렬기능을 구비한 평행축 입체카메라가 제공되는 효과가 있다.
도 12는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 평행축 입체카메라를 나타낸 도면이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 평행축 입체카메라는 출력영상보다 높은 해상도를 갖는 좌측 이미지센서(12) 및 우측 이미지센서(14)를 포함하여 구성되고 출력영상과 같은 해상도를 갖는 RGB 데이터를 출력하는 카메라부(10), 좌측 이미지센서(12)와 우측 이미지센서(14) 중 적어도 하나의 가로방향의 리드아웃 시작점을 변경하여 대상물의 양안시차가 없어지도록 전자식으로 제어하는 주시각 제어부(20), 주시각 제어부(20)의 제어에 따라 좌측 이미지센서(12)로부터 출력되는 좌측 RGB 데이터와 우측 이미지센서(14)로부터 출력되는 우측 RGB 데이터를 합성하여 입체 RGB 데이터를 합성하는 입체 RGB 데이터 합성부(42) 및 입체 RGB 데이터를 영상처리하여 좌측 휘도/색차신호와 우측 휘도/색차신호로 이루어진 입체영상을 출력하는 영상처리부(32)를 포함하여 구성된다.
제2 실시 예에 포함된 주시각 제어부(20)의 기능은 제1 실시 예에 포함된 주시각 제어부(20)의 기능과 동일하다.
제1 실시 예와 비교하여 제2 실시 예가 갖는 특징은 다음과 같다.
즉, 입체 RGB 데이터 합성부(42)는 2개의 이미지센서(12, 14)의 출력(좌측 RGB 데이터와 우측 RGB 데이터, 각각 1280×720)을 입력받아 하나의 입체 RGB 데이터(2560×720, Full Frame Side by Side)로 합성한다. 이 입체 RGB 데이터는 하나의 영상처리부(32)에서 영상 신호 처리된다. 이에 따르면, 좌측 및 우측의 영상을 보다 자연스럽게 표현 할 수 있다.
도 13은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 평행축 입체카메라를 나타낸 도면이다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 평행축 입체카메라는 출력영상보다 높은 해상도를 갖는 좌측 이미지센서(12) 및 우측 이미지센서(14)를 포함하여 구성되고 출력영상과 같은 해상도를 갖는 RGB 데이터를 출력하는 카메라부(10), 좌측 이미지센서(12)와 우측 이미지센서(14) 중 적어도 하나의 가로방향의 리드아웃 시작점을 변경하여 대상물의 양안시차가 없어지도록 전자식으로 제어하는 주시각 제어부(20), 주시각 제어부(20)의 제어에 따라 좌측 이미지센서(12)로부터 출력되는 좌측 RGB 데이터를 영상처리하여 좌측 휘도/색차신호를 생성하고 우측 이미지센서(14)로부터 출력되는 우측 RGB 데이터를 영상처리하여 우측 휘도/색차신호를 생성하고, 좌측 휘도/색차신호와 우측 휘도/색차신호 간의 휘도와 색상 차이가 없어지도록 보정하여 출력하는 입체 영상처리부(33) 및 입체 영상처리부(33)로부터 입력받은 좌측 휘도/색차신호와 우측 휘도/색차신호를 합성하여 입체영상을 합성하는 입체영상 합성부(43)를 포함하여 구성된다.
제2 실시 예와 제3 실시 예 간의 하나의 차이점은 영상 신호 처리와 입체영상 합성의 순서에 있다.
제2 실시 예와 제3 실시 예 간의 다른 차이점은 입체 영상처리부(33)의 기능이다. 보다 구체적으로, 입체 영상처리부(33)는 주시각 제어부(20)의 제어에 따라 좌측 이미지센서(12)로부터 출력되는 좌측 RGB 데이터를 영상처리하여 좌측 휘도/색차신호를 생성하고, 우측 이미지센서(14)로부터 출력되는 우측 RGB 데이터를 영상처리하여 우측 휘도/색차신호를 생성하고, 이 좌측 휘도/색차신호와 우측 휘도/색차신호 간의 휘도와 색상 차이가 없어지도록 보정하여 입체영상 합성부(43)로 출력한다.
도 14는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 평행축 입체카메라를 나타낸 도면이다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 제4 실시 예에 따른 평행축 입체카메라는 출력영상보다 높은 해상도를 갖는 좌측 이미지센서(12) 및 우측 이미지센서(14)를 포함하여 구성되고 출력영상과 같은 해상도를 갖는 좌측 휘도/색차신호와 우측 휘도/색차신호를 출력하는 카메라부(10), 좌측 이미지센서(12)와 우측 이미지센서(14) 중 적어도 하나의 가로방향의 리드아웃 시작점을 변경하여 대상물의 양안시차가 없어지도록 전자식으로 제어하는 주시각 제어부(20) 및 좌측 휘도/색차신호와 우측 휘도/색차신호를 합성하여 입체영상을 합성하는 입체영상 합성부(44)를 포함하여 구성된다.
다른 실시 예와 비교하여 제4 실시 예가 갖는 특징은 영상신호처리 기능을 수행하는 블록이 좌측 및 우측 이미지센서(12, 14)에 포함되어 있다는 점이다.
이상에서 본 발명에 대한 기술 사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
10: 카메라부
11: 좌측 렌즈모듈
12: 좌측 이미지센서
13: 우측 렌즈모듈
14: 우측 이미지센서
20: 주시각 제어부
30, 32, 33: 영상처리부
40, 43, 44: 입체영상 합성부
42: 입체 RGB 데이터 합성부
301: 좌측 영상처리부
302: 우측 영상처리부

Claims (10)

  1. 평행축 입체카메라에 있어서,
    출력영상보다 높은 해상도를 갖는 좌측 이미지센서 및 우측 이미지센서를 포함하여 구성되고 상기 출력영상과 같은 해상도를 갖는 RGB 데이터를 출력하는 카메라부;
    상기 좌측 이미지센서와 상기 우측 이미지센서 중 적어도 하나의 가로방향의 리드아웃(Read out) 시작점을 변경하여 대상물의 양안시차가 없어지도록 전자식으로 제어하는 주시각 제어부;
    상기 주시각 제어부의 제어에 따라 상기 좌측 이미지센서로부터 출력되는 좌측 RGB 데이터를 영상처리하여 좌측 휘도/색차신호를 출력하는 좌측 영상처리부 및 상기 우측 이미지센서로부터 출력되는 우측 RGB 데이터를 영상처리하여 우측 휘도/색차신호를 출력하는 우측 영상처리부로 이루어진 영상처리부; 및
    상기 좌측 휘도/색차신호와 상기 우측 휘도/색차신호를 합성하여 입체영상을 합성하는 입체영상 합성부를 포함하는, 평행축 입체카메라.
  2. 평행축 입체카메라에 있어서,
    출력영상보다 높은 해상도를 갖는 좌측 이미지센서 및 우측 이미지센서를 포함하여 구성되고 상기 출력영상과 같은 해상도를 갖는 RGB 데이터를 출력하는 카메라부;
    상기 좌측 이미지센서와 상기 우측 이미지센서 중 적어도 하나의 가로방향의 리드아웃 시작점을 변경하여 대상물의 양안시차가 없어지도록 전자식으로 제어하는주시각 제어부;
    상기 주시각 제어부의 제어에 따라 상기 좌측 이미지센서로부터 출력되는 좌측 RGB 데이터와 상기 우측 이미지센서로부터 출력되는 우측 RGB 데이터를 합성하여 입체 RGB 데이터를 합성하는 입체 RGB 데이터 합성부; 및
    상기 입체 RGB 데이터를 영상처리하여 좌측 휘도/색차신호와 우측 휘도/색차신호로 이루어진 입체영상을 출력하는 영상처리부를 포함하는, 평행축 입체카메라.
  3. 평행축 입체카메라에 있어서,
    출력영상보다 높은 해상도를 갖는 좌측 이미지센서 및 우측 이미지센서를 포함하여 구성되고 상기 출력영상과 같은 해상도를 갖는 RGB 데이터를 출력하는 카메라부;
    상기 좌측 이미지센서와 상기 우측 이미지센서 중 적어도 하나의 가로방향의 리드아웃 시작점을 변경하여 대상물의 양안시차가 없어지도록 전자식으로 제어하는주시각 제어부;
    상기 주시각 제어부의 제어에 따라 상기 좌측 이미지센서로부터 출력되는 좌측 RGB 데이터를 영상처리하여 좌측 휘도/색차신호를 생성하고 상기 우측 이미지센서로부터 출력되는 우측 RGB 데이터를 영상처리하여 우측 휘도/색차신호를 생성하고, 상기 좌측 휘도/색차신호와 상기 우측 휘도/색차신호 간의 휘도와 색상 차이가 없어지도록 보정하여 출력하는 입체 영상처리부; 및
    상기 입체 영상처리부로부터 입력받은 좌측 휘도/색차신호와 우측 휘도/색차신호를 합성하여 입체영상을 합성하는 입체영상 합성부를 포함하는, 평행축 입체카메라.
  4. 삭제
  5. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 좌측 이미지센서와 상기 우측 이미지센서의 초기 리드아웃 시작점과 출력영상의 해상도는 상기 출력영상의 영상손실이 없도록 기 설정되어 있는 것을 특징으로 하는, 평행축 입체카메라.
  6. 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 좌측 이미지센서와 상기 우측 이미지센서의 초기 리드아웃 시작점과 출력영상의 해상도는 변경이 가능한 것을 특징으로 하는, 평행축 입체카메라.
  7. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주시각 제어부는
    상기 좌측 휘도/색차신호와 상기 우측 휘도/색차신호 간의 양안시차를 계산하고,
    상기 계산된 좌측 휘도/색차신호와 상기 우측 휘도/색차신호 간의 양안시차가 없어지도록 상기 좌측 이미지센서 또는 상기 우측 이미지센서 중 적어도 하나의 리드아웃 시작점을 변경하는 것을 특징으로 하는, 평행축 입체카메라.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 주시각 제어부는
    상기 대상물 중 중간에 위치하는 중간 대상물을 기준으로 상기 양안시차를 계산하는 것을 특징으로 하는, 평행축 입체카메라.
  9. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 좌측 이미지센서와 상기 우측 이미지센서는 인쇄회로기판 상에 상호 이격되어 설치되어 있고 상기 좌측 이미지센서와 상기 우측 이미지센서 사이의 인쇄회로기판 상에는 상기 주시각 제어부와 상기 영상처리부와 상기 입체영상 합성부와 상기 입체 RGB 데이터 합성부와 상기 입체 영상처리부 중 적어도 하나가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 평행축 입체카메라.
  10. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 좌측 이미지센서와 상기 우측 이미지센서는 웨이퍼 상에 상호 이격되어 설치되어 있고 상기 좌측 이미지센서와 상기 우측 이미지센서 사이의 웨이퍼 상에는 상기 주시각 제어부와 상기 영상처리부와 상기 입체영상 합성부와 상기 입체 RGB 데이터 합성부와 상기 입체 영상처리부 중 적어도 하나가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 평행축 입체카메라.
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