KR101333161B1

KR101333161B1 - 공초점을 이용한 영상 처리 장치 및 이를 이용한 영상 처리 방법

Info

Publication number: KR101333161B1
Application number: KR1020120015568A
Authority: KR
Inventors: 이연태; 고국원; 심재환
Original assignee: 이연태; 주식회사 고영로보틱스
Priority date: 2012-02-15
Filing date: 2012-02-15
Publication date: 2013-11-27
Also published as: KR20130094147A

Abstract

본 발명은 공초점을 이용한 영상 처리 장치 및 이를 이용한 영상 처리 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공초점을 이용한 영상처리장치에 있어서, 적어도 두 개 이상의 광원부로부터 광을 동일한 방향으로 전달받는 렌즈, 각 광원부로부터 각각 조사되어 렌즈를 통해 굴절된 후 서로 다른 위치에 초점평면을 갖는 특성을 갖는 광, 렌즈를 통해 굴절된 광이 조사되는 측정대상물, 측정대상물의 영상을 렌즈를 통해 획득하는 영상획득부, 측정대상물의 위치를 이동시키는 측정대상물 이동부, 측정대상물 이동부에 의해 측정대상물이 이동될 경우, 측정대상물이 각 초점평면에 도달하는지를 검출하는 영상 처리 제어부, 영상 처리 제어부의 검출 결과에 따라 측정대상물 이동부의 이동 속도를 제어하는 측정대상물 이동제어부를 포함하여 이루어지고, 각각의 광원부에서 조사된 광은 렌즈에 각각 다른 입사각으로 조사되어 서로 다른 위치에 초점평면을 형성하며, 각 초점평면 사이에 측정대상물이 위치될 경우, 측정대상물 이동제어부가 측정대상물 이동부를 제어하여 각 초점평면 사이에 위치되지 않았을 때와 다른 이동속도로 제어하고, 영상획득부는 측정대상물이 상기 각 초점평면 사이에 위치되어 이동속도가 제어된 상태에서 영상을 획득한다.

Description

공초점을 이용한 영상 처리 장치 및 이를 이용한 영상 처리 방법{Apparatus of processing image based on confocal and method thereof}

본 발명은 영상 처리 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 입사각이 다른 광을 이용하여 영상을 처리하는 공초점을 이용한 영상 처리 장치 및 이를 이용한 영상 처리 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 최근에 디지탈 카메라의 보급 확대와 더불어 카메라의 고성능화에 대한 소비자의 욕구가 증가하고 있으며, 고성능화의 대표적인 예로서, 카메라 모듈의 고 해상도와 자동 초점 기능을 갖는 카메라 모듈을 들 수 있다.

예를 들면, 줌 렌즈와 초점 렌즈를 함께 갖는 내부 줌 형태(inner zoom type)의 초소형 카메라 모듈이 있다.

이러한 초점 조절이 가능한 기술 중 하나는 공초점(confocal)이다.

공초점은 레이저에서 나오는 광 중에서 초점과 일치하지 않은 광은 제거하고, 초점과 일치하는 광을 통과시킴으로써 초점을 조절할 수 있는 기술이다. 이러한 공초점 기술을 이용한 영상 처리 장치가 공초점 영상 처리 장치이다.

공초점 영상 처리 장치는 레이저를 광원으로하며, 레이저에서 나오는 광 중에서 초점과 일치하는 광만을 통과시키며, 초점과 일치하는 광에 상응하는 광신호를 이용하여 영상을 생성하는 장치이다.

한국공개특허 제10-2004-0036079호는 비디오 카메라에서의 개선된 자동 초점 조정 방법에 관한 것으로, 초점 렌즈를 기준으로 일정방향으로 소정 스텝을 이동시켜 초점 치를 검출하고, 검출한 초점 치의 감소 여부에 따라 이전 영상 데이터를 이용하여 초점을 조정할 수 있는 방법을 제공한다.

한국공개특허 제10-2003-0023889호는 가변 초점 렌즈 어레이를 이용한 3차원 디스플레이 표시장치에 관한 것으로, 가변 초점 렌즈 어레이와 표시소자의 간격이 고정되고 가변 초점 렌즈 어레이의 초점을 가변시킬 때 기초 영상들과 동기 시켜 3차원 디스플레이를 표시할 수 있는 장치를 제공한다.

이러한 기술들은 공초점을 이용해 측정하기 위해서는 측정하고자 하는 측정대상물을 초점영역까지 이동시켜야 한다.

그러나 대부분의 초점영역의 폭은 매우 작기 때문에 초점영역까지 측정대상물을 이동시키기 위해서는 많은 시간 즉, 불필요한 시간을 소비하는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해소하기 위해 안출된 것으로써, 입사각이 다른 광을 이용하여 각각의 초점평면을 형성하고, 측정대상물이 초점평면에 도달하는지를 검출하며, 이 검출 결과에 따라 측정대상물의 이동속도를 제어하여 초점영역에서만 공초점에 의한 영상처리를 수행하므로서 전체 공초점 영상처리 시간을 최소화시킬 수 있는 공초점을 이용한 영상 처리 장치 및 이를 이용한 영상 처리 방법을 제공하는 것이 목적이다.

상기 목적을 이루기 위한 본 발명은, 공초점을 이용한 영상처리장치에 있어서, 적어도 두 개 이상의 광원부로부터 광을 동일한 방향으로 전달받는 렌즈, 상기 각 광원부로부터 각각 조사되어 상기 렌즈를 통해 굴절된 후 서로 다른 위치에 초점평면을 갖는 특성을 갖는 광, 상기 렌즈를 통해 굴절된 광이 조사되는 측정대상물, 상기 측정대상물의 영상을 상기 렌즈를 통해 획득하는 영상획득부, 상기 측정대상물의 위치를 이동시키는 측정대상물 이동부, 상기 측정대상물 이동부에 의해 상기 측정대상물이 이동될 경우, 상기 측정대상물이 상기 각 초점평면에 도달하는지를 검출하는 영상 처리 제어부, 상기 영상 처리 제어부의 검출 결과에 따라 상기 측정대상물 이동부의 이동 속도를 제어하는 측정대상물 이동제어부를 포함하여 이루어지고, 상기 각각의 광원부에서 조사된 광은 상기 렌즈에 각각 다른 입사각으로 조사되어 서로 다른 위치에 초점평면을 형성하며, 상기 각 초점평면 사이에 상기 측정대상물이 위치될 경우, 상기 측정대상물 이동제어부가 측정대상물 이동부를 제어하여 상기 각 초점평면 사이에 위치되지 않았을 때와 다른 이동속도로 제어하고, 상기 영상획득부는 측정대상물이 상기 각 초점평면 사이에 위치되어 이동속도가 제어된 상태에서 영상을 획득한다.

바람직하게, 상기 측정대상물 이동제어부는, 상기 측정대상물을 이동시키면서, 상기 영상 처리 제어부의 검출 결과 첫 번째 초점 평면이 존재하는 위치에 도달하면, 상기 측정대상물의 이동속도를 감소시키고, 일정 감속된 상태로 측정대상물을 이동시킨다.

그리고 상기 측정대상물 이동제어부는, 상기 측정대상물을 이동시키면서, 상기 영상 처리 제어부의 검출 결과 마지막 초점 평면이 존재하는 위치에 도달하면, 상기 측정대상물의 이동속도를 증가시키고, 일정 증속된 상태로 측정대상물을 이동시킨다.

또한, 상기 두 개 이상의 광원부가 상기 렌즈로 광을 조사하도록 빔 스플리터가 구비되되, 상기 각 광원부는 각각 다른 위치에 구비되고, 상기 빔 스플리터는 각 광원부에 각각 대응되도록 구비된다.

그리고 상기 두 개 이상의 광원부가 상기 렌즈로 광을 조사하도록 빔 스플리터가 구비되되, 상기 빔 스플리터는 하나가 구비되고, 상기 하나의 빔 스플리터로 광을 조사하도록 각 광원부를 구비한다.

또한, 공초점을 이용한 영상 처리 장치에서 수행되는 영상 처리 방법에 있어서, 적어도 두 개 이상의 광원부에서 렌즈로 광을 조사하되, 각각의 광원부에서 조사된 광이 렌즈에 각각 다른 입사각으로 조사되도록 각 광원부를 위치시키는 단계, 상기 렌즈가 각각의 광원부로부터 광을 동일한 방향으로 전달받는 단계, 상기 렌즈를 통해 굴절된 두 개 이상의 광이 측정대상물에 조사되되, 상기 렌즈에 각각 다른 입사각으로 조사된 각각의 광이 서로 다른 위치에 초점평면을 형성하는 단계, 측정대상물 이동부가 상기 측정대상물의 위치를 이동시키는 단계, 영상 처리부 제어부는 이동되는 측정대상물이 상기 초점평면에 도달하는지 검출하는 단계, 및 측정대상물 이동제어부는 상기 검출 결과에 따라 상기 측정대상물 이동부의 이동 속도를 제어하는 단계를 포함한다.

그리고 상기 초점평면을 형성하는 단계는, 상기 두 개 이상의 광원부가 상기 렌즈로 광을 조사하도록 빔 스플리터가 구비되되, 상기 각 광원부는 각각 다른 위치에 구비되고, 상기 빔 스플리터는 각 광원부에 각각 대응되도록 구비되어 광을 조사한다.

또한, 상기 초점평면을 형성하는 단계는, 상기 두 개 이상의 광원부가 상기 렌즈로 광을 조사하도록 빔 스플리터가 구비되되, 상기 빔 스플리터는 하나가 구비되고, 상기 하나의 빔 스플리터로 광을 조사하도록 각 광원부가 구비되어 광을 조사한다.

그리고 상기 측정대상물 이동부의 이동 속도를 제어하는 단계는, 상기 측정대상물을 이동시키면서, 상기 영상 처리 제어부의 검출 결과 첫 번째 초점 평면이 존재하는 위치에 도달하면, 상기 측정대상물의 이동속도를 감소시키고, 일정 감속된 상태로 측정대상물을 이동시킨다.

또한, 상기 측정대상물 이동부의 이동 속도를 제어하는 단계는, 상기 측정대상물을 이동시키면서, 상기 영상 처리 제어부의 검출 결과 마지막 초점 평면이 존재하는 위치에 도달하면, 상기 측정대상물의 이동속도를 증가시키고, 일정 증속된 상태로 측정대상물을 이동시킨다.

그리고 상기 영상 처리 제어부의 검출 결과, 상기 측정대상물이 첫 번째 초점평면 위치로부터 마지막 초점평면 위치까지의 사이 구간에 위치될 경우, 영상획득부에 의해 획득한 영상 데이터를 통해 공초점에 의한 영상을 처리하는 단계를 더 포함한다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 의한 공초점을 이용한 영상 처리 장치 및 이를 이용한 영상 처리 방법에 의하면, 입사각이 다른 적어도 두 개 이상의 광을 이용하여 서로 다른 위치에 초점평면을 형성 및 검출할 수 있고, 검출 결과에 따라 광이 조사되는 측정대상물의 이동 속도를 제어할 수 있으며, 초점영역에서만 공초점에 의한 영상처리를 수행하므로서 전체 공초점 영상처리 시간을 최소화시킬 수 있게 하는 매우 유용하고 효과적인 발명이다.

도 1은 일반적인 공초점(confocal)을 이용한 영상 처리 장치의 구성을 설명하는 도면이고,
도 2는 본 발명에 따른 공초점을 이용한 영상 처리 장치를 설명하는 도면이며,
도 3은 본 발명에 따른 적어도 두 개 이상의 광원부에서 광을 조사하는 다른 실시 예를 도시한 도면이고,
도 4는 본 발명에 따른 공초점을 이용한 영상 처리 방법을 설명하는 순서도이며,
도 5는 본 발명에 따른 공초점을 이용한 영상 처리 장치의 실행 과정을 도시한 도면이고,
도 6은 본 발명에 따른 영상획득부를 예시하는 도면이며,
도 7은 본 발명에 따른 영상획득부의 소정 다이오드의 초점 평면을 설명하는 그래프들이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

또한, 본 실시 예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고 단지 예시로 제시된 것이며, 그 기술적 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변경이 가능하다.

도 2는 본 발명에 따른 공초점을 이용한 영상 처리 장치를 설명하는 도면이며, 도 3은 본 발명에 따른 적어도 두 개 이상의 광원부에서 광을 조사하는 다른 실시 예를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 공초점을 이용한 영상 처리 방법을 설명하는 순서도이며, 도 5는 본 발명에 따른 공초점을 이용한 영상 처리 장치의 실행 과정을 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 영상획득부를 예시하는 도면이며, 도 7은 본 발명에 따른 영상획득부의 소정 다이오드의 초점 평면을 설명하는 그래프들이다.

도 1에서 도시한 바와 같이, 공초점을 이용한 영상 처리 장치(100)는 광원부(110), 빔 스플리터(120), 렌즈(130), 측정대상물(140), 측정대상물 이동부(150), 영상획득부(160), 영상 처리 제어부(170) 및 측정대상물 이동제어부(180)를 포함한다.

광원부(110)는 측정대상물(140)에 조사되는 광을 제공한다. 이러한 광은 여러 개의 파장이 합쳐진 레이저 빔이다. 광원부(110)에서 제공된 광은 빔 스플리터(120)로 전달된다.

빔 스플리터(120)는 광원부(110)로부터 전달된 광을 평행빔으로 변환하여 렌즈(130)로 전달하고, 렌즈(130)는 광을 굴절하여 초점평면을 이루며 이러한 광은 측정대상물(140)로 전달한다.

다시 말해, 광은 렌즈(130)에 의해 굴절되어 렌즈로부터 각각 다른 위치에 초점평면을 형성하면서 이들 광들은 측정대상물(140)에 조사된다. 이런 과정을 통해 측정대상물(140)로 조사된 광은 반사되어 빔 스플리터(120)를 통해 영상 획득부(160)로 전달된다.

측정대상물(140)은 촬상 화상 데이터를 생성할 측정대상물를 나타내며, 이러한 측정대상물(140)은 측정대상물 이동부(150)에 의해서 이동될 수 있다.

일 실시 예에서, 측정대상물 이동부(150)는 영상 처리 제어부(170)의 명령에 따라 측정대상물(140)을 이동시킬 수 있다. 예를 들어, 측정대상물 이동부(150)는 평균 30 msec의 속도로 측정대상물을 이동시킬 수 있다.

이러한 측정대상물 이동부(150)의 이동 속도는 매우 느리기 때문에 공초점을 활용하여 측정하기 위한 초점영역에 도달하는데 많은 시간이 필요하다.

영상획득부(160)는 영상 처리 제어부(170)와 연결되고, 영상 처리 제어부(170)의 명령에 의해 촬상의 시작, 종료, 촬상 화상 데이터를 전송한다.

그리고 영상 처리 제어부(170)는 영상획득부(160)와 측정대상물 이동제어부(180)와 연결된다.

이러한 영상 처리 제어부(170)는 공초점을 위한 영상 처리 장치(100)를 제어하는 장치로서, 영상획득부(160)로부터 촬상 화상 데이터를 전달받아 모니터(미 도시됨)를 통해 표시하거나 측정대상물 이동제어부(180)로 측정대상물 이동부(150)의 이동에 대한 명령을 전송한다.

측정대상물 이동제어부(180)는 영상 처리 제어부(170)와 연결되고, 영상 처리 제어부(170)의 명령에 따라 측정대상물 이동부(150)에 구동 명령을 전달한다. 측정대상물 이동제어부(180)는 측정대상물 이동부(150)를 구동하여 측정대상물(140)의 위치를 제어하여 측정대상물(140)을 초점영역에 도달시킬 수 있다. 하지만, 측정대상물(140)의 이동은 매우 느리기 때문에, 초점조절을 위해 긴 시간이 요구된다.

즉, 불필요한 시간이 소요되는 것으로, 이러한 불필요한 소요시간을 감소시킬 필요성이 있다.

이를 해소하기 위해 공초점을 이용한 영상 처리 장치(200)는 도 2에서 도시한 바와 같이, 광원부(210)와 빔 스플리터(220), 렌즈(230), 측정대상물(240), 측정대상물 이동부(250), 영상획득부(260), 영상 처리 제어부(270) 및 측정대상물 이동제어부(280)로 구성된다.

먼저, 광원부(210)는 적어도 두 개 이상구비되고, 적어도 두 개 이상의 광원부(210)는 측정대상물(240)에 조사되는 광을 제공한다.

이러한 두 개 이상의 광원부(210)는 렌즈(230)를 통해 굴절된 후 서로 다른 위치에 초점평면을 갖는 특성을 갖는다.

그리고 빔 스플리터(220)는 적어도 하나의 빔 스플리터(220)를 포함한다. 적어도 하나의 빔 스플리터(220)는 적어도 두개 이상의 광원부(210)로부터 전달된 광을 평행빔으로 변환하여 측정대상물(240)로 전달한다.

이러한 광은 렌즈(230)에 의해 각각 다른 위치에 초점평면을 형성하면서 측정대상물(240)에 조사된다.

다시 말해, 다른 입사각으로 조사되는 각 광원부(210)의 광이 서로 다른 위치에 초점평면을 형성하고, 이러한 광들은 측정대상물(240)에 조사된다.

이러한 입사각이 다른 광에 의한 각 초점평면이 각각 다른 위치에 형성되면서, 측정대상물(240)이 일정위치에 위치한다고 했을 때 이들 초점평면은 측정대상물로부터 소정 거리만큼 이격되어 형성될 수 있다.

여기서, 일 실시 예의 광원부(210)와 빔 스플리터(220)를 살펴보면, 도 2에서 도시한 바와 같이, 광원부(210)는 두 개로 구성되며, 각 광원부는 211과 213으로 표시한다.

이러한 각 광원부(211, 213)는 각각 다른 위치에 구비되고, 빔 스플리터(220)는 각 광원부에 각각 대응되도록 구비된다.

다시 말해, 어느 하나의 광원부(211)의 광을 렌즈(230)로 조사하기 위한 어느 하나의 빔 스플리터(220)가 구비되고, 다른 하나의 광원부(213)의 광을 렌즈(230)로 조사하기 위한 다른 하나의 빔 스플리터(220)가 구비된다.

이에 따라, 각 해당 빔 스플리터(220)에 의해 각각의 광원부(211, 213)에서 광이 상호 다른 입사각을 갖고 렌즈(230)에 조사되고, 조사된 각 광은 서로 다른 위치에 초점평면을 형성할 수 있는 것이다.

한편, 도 3에서 도시한 바와 같이, 광원부(210)는 두 개로 구성되어 211과 213으로 표시되며, 하나의 빔 스플리터(220)가 구비된다.

이 두개의 광원부(211, 213)는 하나의 빔 스플리터(220)로 광을 조사하도록 구비되는 것으로, 각각 다른 위치에 구비되거나 또는 동심원상에 구비되어 각각 광을 조사할 수 있다.

여기서 초점평면이란, 렌즈를 통과한 광은 렌즈로부터 일정거리 떨어진 위치에 초점을 형성하게 되는데 이 초점을 포함하여 렌즈의 길이방향과 평행한 방향으로 그어진 선들이 모여서 이른 면을 초점평면이라 한다.

측정대상물(240)은 촬상 화상 데이터를 생성할 측정대상물를 나타내며, 이러한 측정대상물(240)는 측정대상물 이동부(250)에 의해 이동된다.

그리고 영상획득부(260)는 영상 처리 제어부(270)와 연결되어 영상 처리 제어부(270)의 명령에 의해 광을 전기 신호로 변환하여 영상 처리 제어부(270)로 전달한다.

영상 처리 제어부(270)는 영상획득부(260) 및 측정대상물 이동제어부(280)와 연결되며, 공초점 영상 처리 장치(100)를 제어하는 장치로서, 영상획득부(260)로부터 촬상 화상 데이터를 전달받아 모니터(미도시됨)를 통해 표시하거나 측정대상물 이동제어부(280)로 측정대상물 이동부(250)의 이동에 대한 명령을 전송한다.

이러한 영상 처리 제어부(270)는 측정대상물 이동부(250)에 의해 측정대상물(240)이 이동될 경우, 측정대상물(240)이 각 초점평면에 도달하는지를 검출하게 된다.

여기서, 영상 처리 제어부(270)가 측정대상물(240)이 각 초점평면에 도달하는지를 검출하는 방법은 초점평면에서 해당 광이 형성할 수 있는 가장 작은 점(스폿)을 이룰 때를 확인하여 해당 초점평면의 위치를 검출한다.

그리고 측정대상물 이동제어부(280)는 영상 처리 제어부(270)의 명령에 따라 측정대상물 이동부(250)를 제어하여 측정대상물(240)의 이동속도를 제어하게 된다.

다시 말해, 측정대상물 이동제어부(280)는 영상 처리 제어부(270)의 검출 결과에 따라 측정대상물 이동부(250)의 이동속도를 제어하는 것으로, 영상 처리 제어부(270)에서 측정대상물(240)이 각 초점평면에 도달 여부를 검출하여, 검출될 경우, 측정대상물 이동제어부(280)로 신호를 전송하게 된다.

신호를 받은 측정대상물 이동제어부(280)는 측정대상물 이동부(250)의 이동속도를 제어하되, 각 초점평면 사이에 위치되지 않았을 때와 다른 이동속도로 제어한다.

일 실시 예로, 측정대상물 이동부(250)에 의해 측정대상물(240)이 이동되어 어느 하나의 초점평면이 검출될 경우, 측정대상물 이동제어부(280)는 측정대상물 이동부(250)를 제어하여 측정대상물(240)의 이동속도를 감소시키고, 일정 감속된 상태로 측정대상물(240)을 이동시키게 된다.

여기서, 어느 하나의 초점평면은 첫 번째 초점평면을 말하는 것으로, 영상 처리를 위해 이동되는 측정대상물(240)에 첨으로 검출되는 것을 말한다.

그리고 일정 감속된 상태로 이동되는 측정대상물(240)에 마지막 초점평면이 존재하는 위치에 도달하여 검출되면, 측정대상물 이동제어부(280)는 측정대상물 이동부(250)를 제어하여 측정대상물(240)의 이동속도를 증가시키고, 일정 증속된 상태로 측정대상물(240)을 이동시키게 된다.

이때, 영상획득부(260)는 측정대상물(240)이 첫 번째 초점평면과 마지막 초점평면 사이에 위치되어 이동속도가 제어된 상태에서 영상을 획득하게 된다.

이러한 영상획득부(260)에서 생성된 촬상 화상 데이터의 각 픽셀의 값을 비교하여 초점과 일치하는지 판단할 수 있다.

예를 들어, 영상 처리 제어부(270)는 복수의 픽셀들 중 이웃한 픽셀의 픽셀값을 비교하여, 유사하면, 초점과 일치하는지 판단할 수 있다. 이것은 도 6 및 도 7에서 설명한다.

이러한 공초점을 이용한 영상 처리 장치(200)를 이용한 공초점을 이용한 영상 처리 방법은 각 광원부를 위치시키는 단계와 광을 동일한 방향으로 전달받는 단계, 서로 다른 위치에 초점평면을 형성하는 단계, 측정대상물의 위치를 이동시키는 단계, 초점평면에 도달하는지 검출하는 단계 및 측정대상물 이동부의 이동 속도를 제어하는 단계로 구성된다.

그리고 영상 처리 제어부의 검출 결과, 측정대상물이 첫 번째 초점평면 위치로부터 마지막 초점평면 위치까지의 사이 구간에 위치될 경우, 영상획득부에 의해 획득한 영상 데이터를 통해 공초점에 의한 영상을 처리하는 단계를 더 포함한다.

먼저, 각 광원부를 위치시키는 단계를 살펴보면, 적어도 두 개 이상의 광원부(210)에서 렌즈(230)로 광을 조사하되, 각각의 광원부(210)에서 조사된 광이 렌즈(230)에 각각 다른 입사각으로 조사되도록 각 광원부(210)를 위치시키게 된다.

그리고 광을 동일한 방향으로 전달받는 단계는 렌즈(230)가 각각의 광원부(210)로부터 광을 동일한 방향으로 전달받아 굴절시키게 된다.

서로 다른 위치에 초점평면을 형성하는 단계는 렌즈(230)를 통해 굴절된 두 개 이상의 광이 측정대상물(240)에 조사되되, 렌즈(230)에 각각 다른 입사각으로 조사된 각각의 광이 서로 다른 위치에 초점평면을 형성하게 된다.

여기서, 각 초점평면 사이 구간은 공초점을 위한 초점공간부가 위치된다.

그리고 측정대상물의 위치를 이동시키는 단계는 측정대상물 이동부(250)가 측정대상물(240)의 위치를 이동시키는 것이고, 초점평면에 도달하는지 검출하는 단계는 영상 처리부 제어부(270)에 의해 이동되는 측정대상물(240)이 초점평면에 도달하는지를 검출하게 된다.

측정대상물 이동부의 이동 속도를 제어하는 단계는 영상 처리부 제어부(270)에 의한 측정대상물(240)이 초점평면에 도달하는지를 검출 결과에 따라 측정대상물 이동제어부(280)가 측정대상물 이동부(250)를 제어하여 이동 속도를 제어하게 된다.

이에 따라, 측정대상물(240)이 첫 번째 초점평면과 마지막 초점평면 사이에 위치될 경우, 이동속도를 감속시키고, 감소된 상태로 측정대상물(240)을 이동시키며, 영상획득부(260)에 의해 획득한 영상 데이터를 통해 공초점에 의한 영상을 처리하게 된다.

이를 더 자세히 살펴보면, 도 4 내지 도 5에서, 광원부(210)는 측정대상물(240)에 조사되는 광(510, 520, 530)을 제공한다(단계 510). 빔 스플리터(220)는 광원으로부터 광(510, 520, 530)을 전달받아 평행빔으로 변환한다(단계 520). 렌즈(230)는 빔 스플리터(220)로부터 변환된 광(510, 520, 530)을 전달받는다(단계 520). 전달된 광(510, 520, 530)은 광의 파장에 따라 굴절된 후 서로 다른 위치에 초점 평면(511, 521, 531)을 갖는다.

측정대상물(240)에서 반사된 광(510, 520, 530)은 렌즈(230)를 통하여 영상 획득부(260)로 전달된다(단계 530). 영상 획득부(260)는 렌즈(230)를 통하여 도달하는 광(510, 520, 530)을 전기 신호로 바꾸어서 영상 처리 제어부(270)로 전달하고, 영상 처리 제어부(270)는 광(510, 520, 530)의 적어도 하나의 초점 평면(511, 521, 531)이 존재하는지 여부를 검출한다(단계 540). 측정대상물 이동제어부(280)는, 만약 그렇다면(단계 550), 측정대상물 이동부(280)가 이동하는 속도를 감소시킬 수 있다(단계 550). 일 실시예에서, 영상 처리 제어부(270)는 측정대상물(240)을 이동시키면서, 첫 번째 초점 평면(511)이 존재하는 위치에 도달하면, 측정대상물(240)의 이동속도를 감소시킬 수 있다. 다른 일 실시예에서, 영상 처리 제어부(270)는 측정대상물(240)을 이동시키면서, 마지막 초점 평면(531)이 존재하는 위치에 도달하면, 측정대상물의(240)의 이동속도를 감소시킨다. 측정대상물 이동제어부(280)는, 그렇지 않다면(단계 550), 측정대상물 이동부(280)가 이동하는 속도를 증가시킬 수 있다(단계 560).

일 실시예에서, 영상 처리 제어부(270)는 초점 평면(511, 521, 531)이 존재하는지 여부를 검출하기 위해 측정대상물 이동부(280)를 상하로 이동시킬 수 있다. 예를 들어, 영상 처리 제어부(270)는 측정대상물(240)을 이동하면서 첫 번째 초점 평면(521)을 검출하였다면, 두 번째 초점 평면(521)을 검출하기 위해 측정대상물 이동부(280)를 상하로 이동시킬 수 있다.

그리고 도 6 및 도 7에서, 영상획득부(260)는 광전 변화 소자로서, 광을 광신호로 변환하여 촬상 화상 데이터를 생성한다.

일 실시 예로, 영상획득부(260)는 CCD(Charge Coupled Device)로 구현될 수 있다. 이러한 영상획득부(260)은 복수의 광 다이오드들(N * N)로 구성되며, 복수의 광 다이오드 들은 광을 각각 수광한 다음, 해당 광다이오드의 전자량에 따라 밝기를 결정하여 촬상 화상 데이터를 생성한다.

영상획득부(260)는 촬상 화상 데이터를 영상 처리 제어부(270)로 전달하고, 영상 처리 제어부(270)는 이러한 촬상 화상 데이터를 이용하여 초점이 일치하는지 판단할 수 있다.

일 실시 예에서, 영상 처리 제어부(270)는 촬상 화상 데이터를 구성하는 복수의 픽셀들 중 이웃하는 픽셀들 간의 픽셀값을 비교하고, 만일 그렇다면, 초점이 일치한다고 판단할 수 있다.

영상 처리 제어부(270)는 만일 그렇지 않다면, 초점이 일치하지 않는다고 판단할 수 있다. 복수의 픽셀들의 각 초점 위치(710, 720)는 도 7에 있는 그래프와 같다.

110, 210 : 광원부 120, 220 : 빔 스플리터
130, 230 : 렌즈 140, 240 : 측정대상물
150, 250 : 측정대상물 이동부 160, 260 : 영상 획득부
170, 270 : 영상 처리 제어부 180, 280 : 측정대상물 이동제어부

Claims

공초점을 이용한 영상처리장치에 있어서,
적어도 두 개 이상의 광원부로부터 광을 동일한 방향으로 전달받는 렌즈;
상기 각 광원부로부터 각각 조사되어 상기 렌즈를 통해 굴절된 후 서로 다른 위치에 초점평면을 갖는 특성을 갖는 광;
상기 렌즈를 통해 굴절된 광이 조사되는 측정대상물;
상기 측정대상물의 영상을 상기 렌즈를 통해 획득하는 영상획득부;
상기 측정대상물의 위치를 이동시키는 측정대상물 이동부;
상기 측정대상물 이동부에 의해 상기 측정대상물이 이동될 경우, 상기 측정대상물이 상기 각 초점평면에 도달하는지를 검출하는 영상 처리 제어부;
상기 영상 처리 제어부의 검출 결과에 따라 상기 측정대상물 이동부의 이동 속도를 제어하는 측정대상물 이동제어부를 포함하여 이루어지고,
상기 각각의 광원부에서 조사된 광은 상기 렌즈에 각각 다른 입사각으로 조사되어 서로 다른 위치에 초점평면을 형성하며,
상기 각 초점평면 사이에 상기 측정대상물이 위치될 경우, 상기 측정대상물 이동제어부가 측정대상물 이동부를 제어하여 상기 각 초점평면 사이에 위치되지 않았을 때와 다른 이동속도로 제어하고,
상기 영상획득부는 측정대상물이 상기 각 초점평면 사이에 위치되어 이동속도가 제어된 상태에서 영상을 획득하는 것을 특징으로 하는 공초점 영상 처리 장치.
제1항에 있어서, 상기 측정대상물 이동제어부는,
상기 측정대상물을 이동시키면서 상기 영상 처리 제어부의 검출 결과, 렌즈로부터 가장 가까운 초점 위치에 해당하는 첫 번째 초점 평면이 존재하는 위치에 도달하면, 상기 측정대상물의 이동속도를 감소시키고, 일정 감속된 상태로 측정대상물을 이동시키는 것을 특징으로 하는 공초점 영상 처리 장치.
제1항에 있어서, 상기 측정대상물 이동제어부는,
상기 측정대상물을 이동시키면서 상기 영상 처리 제어부의 검출 결과, 렌즈로부터 가장 멀리 떨어진 초점 위치에 해당하는 마지막 초점 평면이 존재하는 위치에 도달하면, 상기 측정대상물의 이동속도를 증가시키고, 일정 증속된 상태로 측정대상물을 이동시키는 것을 특징으로 하는 공초점 영상 처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 두 개 이상의 광원부가 상기 렌즈로 광을 조사하도록 빔 스플리터가 구비되되,
상기 각 광원부는 각각 다른 위치에 구비되고, 상기 빔 스플리터는 각 광원부에 각각 대응되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 공초점 영상 처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 두 개 이상의 광원부가 상기 렌즈로 광을 조사하도록 빔 스플리터가 구비되되,
상기 빔 스플리터는 하나가 구비되고, 상기 하나의 빔 스플리터로 광을 조사하도록 각 광원부를 구비하는 것을 특징으로 하는 공초점 영상 처리 장치.
공초점을 이용한 영상 처리 장치에서 수행되는 영상 처리 방법에 있어서,
적어도 두 개 이상의 광원부에서 렌즈로 광을 조사하되, 각각의 광원부에서 조사된 광이 렌즈에 각각 다른 입사각으로 조사되도록 각 광원부를 위치시키는 단계;
상기 렌즈가 각각의 광원부로부터 광을 동일한 방향으로 전달받는 단계;
상기 렌즈를 통해 굴절된 두 개 이상의 광이 측정대상물에 조사되되, 상기 렌즈에 각각 다른 입사각으로 조사된 각각의 광이 서로 다른 위치에 초점평면을 형성하는 단계;
측정대상물 이동부가 상기 측정대상물의 위치를 이동시키는 단계;
영상 처리부 제어부는 이동되는 측정대상물이 상기 초점평면에 도달하는지 검출하는 단계; 및
측정대상물 이동제어부는 상기 검출 결과에 따라 상기 측정대상물 이동부의 이동 속도를 제어하는 단계를 포함하는 공초점 영상 처리 방법.
제6항에 있어서, 상기 초점평면을 형성하는 단계는,
상기 두 개 이상의 광원부가 상기 렌즈로 광을 조사하도록 빔 스플리터가 구비되되, 상기 각 광원부는 각각 다른 위치에 구비되고, 상기 빔 스플리터는 각 광원부에 각각 대응되도록 구비되어 광을 조사하는 것을 특징으로 하는 공초점 영상 처리 방법.
제6항에 있어서, 상기 초점평면을 형성하는 단계는,
상기 두 개 이상의 광원부가 상기 렌즈로 광을 조사하도록 빔 스플리터가 구비되되, 상기 빔 스플리터는 하나가 구비되고, 상기 하나의 빔 스플리터로 광을 조사하도록 각 광원부가 구비되어 광을 조사하는 것을 특징으로 하는 공초점 영상 처리 방법.
제6항에 있어서, 상기 측정대상물 이동부의 이동 속도를 제어하는 단계는,
상기 측정대상물을 이동시키면서 상기 영상 처리 제어부의 검출 결과, 렌즈로부터 가장 가까운 초점 위치에 해당하는 첫 번째 초점 평면이 존재하는 위치에 도달하면, 상기 측정대상물의 이동속도를 감소시키고, 일정 감속된 상태로 측정대상물을 이동시키는 것을 특징으로 하는 공초점 영상 처리 방법.
제6항에 있어서, 상기 측정대상물 이동부의 이동 속도를 제어하는 단계는,
상기 측정대상물을 이동시키면서 상기 영상 처리 제어부의 검출 결과, 렌즈로부터 가장 멀리 떨어진 초점 위치에 해당하는 마지막 초점 평면이 존재하는 위치에 도달하면, 상기 측정대상물의 이동속도를 증가시키고, 일정 증속된 상태로 측정대상물을 이동시키는 것을 특징으로 하는 공초점 영상 처리 방법.
제6항에 있어서,
상기 영상 처리 제어부의 검출 결과, 상기 측정대상물이 첫 번째 초점평면 위치로부터 마지막 초점평면 위치까지의 사이 구간에 위치될 경우, 영상획득부에 의해 획득한 영상 데이터를 통해 공초점에 의한 영상을 처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공초점 영상 처리 방법.