KR101592405B1 - 3차원 영상 획득 방법, 장치 및 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체 - Google Patents

3차원 영상 획득 방법, 장치 및 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 3차원 영상 획득 방법, 장치 및 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 관한 것이다. 본 발명의 일 태양에 따르면, 프로젝터, 제1 카메라 및 제2 카메라에 의하여 물체의 3차원 형상 정보를 획득하기 위한 3차원 영상 획득 방법에 있어서, (a) 상기 프로젝터에 의해 소정 패턴이 상기 물체에 투영되고, 상기 제1 카메라 및 상기 제2 카메라에 의해 상기 패턴이 투영된 물체의 2차원 초벌 영상이 획득되면, 영상 보정 장치는, 상기 제1 카메라 및 상기 제2 카메라가 획득한 2차원 초벌 영상 데이터로부터 상기 물체에 대한 3차원 초벌 영상을 획득한 후, 상기 획득된 3차원 초벌 영상을 상기 프로젝터가 상기 물체를 바라보는 시점(視點)을 기준으로 한 2차원 재시점(再視點) 영상으로 변환하는 단계, (b) 상기 물체의 굴곡과 상기 제1 카메라 및 상기 제2 카메라의 시점(視點)으로 인하여 생기는 3차원 데이터 누락 영역 - 상기 3차원 데이터 누락 영역은 상기 3차원 초벌 영상 내에서 3차원 데이터가 존재하지 않는 영역임 - 을 보완하기 위하여, 상기 영상 보정 장치는, 상기 프로젝터가 상기 물체에 투영했던 상기 패턴에 대한 정보를 참조로 하여, 상기 3차원 초벌 영상 내의 상기 3차원 데이터 누락 영역에 대응되는 상기 2차원 재시점 영상에서의 누락 영역을 보정하는 단계, 및 (c) 상기 영상 보정 장치는, (i) 상기 제1 카메라 또는 상기 제2 카메라가 획득한 2차원 초벌 영상 데이터 및 (ii) 상기 보정된 2차원 재시점 영상 정보를 참조로 하여, 3차원 보정 영상을 생성하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.

Description

3차원 영상 획득 방법, 장치 및 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체{METHOD FOR OBTAINING THREE-DIMENSIONAL IMAGE, APPARATUS AND COMPUTER-READABLE RECORDING MEDIUM USING THE SAME}
본 발명은 3차원 영상 획득 방법, 장치 및 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 프로젝터, 제1 카메라 및 제2 카메라에 의하여 물체의 3차원 형상 정보를 획득하기 위한 3차원 영상 획득 방법에 있어서, 상기 물체에 대한 3차원 초벌 영상을 획득한 후, 상기 획득된 3차원 초벌 영상을 상기 프로젝터가 상기 물체를 바라보는 시점(視點)을 기준으로 한 2차원 재시점(再視點) 영상으로 변환하고, 상기 물체의 굴곡과 상기 제1 카메라 및 상기 제2 카메라의 시점(視點)으로 인하여 생기는 3차원 데이터 누락 영역을 보완하기 위하여, 상기 프로젝터가 상기 물체에 투영했던 상기 패턴에 대한 정보를 참조로 하여, 상기 3차원 초벌 영상 내의 상기 3차원 데이터 누락 영역에 대응되는 상기 2차원 재시점 영상에서의 누락 영역을 보정한 뒤, (i) 상기 제1 카메라 또는 상기 제2 카메라가 획득한 2차원 초벌 영상 데이터 및 (ii) 상기 보정된 2차원 재시점 영상 정보를 참조로 하여, 3차원 보정 영상을 생성함으로써, 획득한 3차원 영상 중 일부분이 누락되는 오류를 없애기 위한 3차원 영상 획득 방법, 장치 및 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 관한 것이다.
최근 3차원 형상 측정 기술은 기계 공학, 자동차 공학과 같은 공학 분야뿐만 아니라, 요업(ceramics industry), 신발 산업, 보석류 산업, 치과 기술(dental technology) 등 한층 더 우리 생활과 밀접한 관계를 갖는 분야로 그 응용범위를 확장하고 있다.
3차원 물체의 형상을 측정하기 위한 종래 기술의 일 예로서, 피사체에 복수의 패턴의 패턴 광을 투영하고, 패턴 광 화상들이 투영된 피사체를 촬상함으로써 패턴의 변형에 의거한 삼각계측의 원리를 사용해서 형상계측을 행하는 패턴 투영법이 알려져 있다. 이 방법들 중에서, 명부와 암부가 임의의 폭으로 교대로 배치하는 줄무늬 패턴 광을 투영해서 공간을 2진 부호화하는 공간부호화법은, 삼차원 계측의 분야에서 잘 알려져 있다. 한국공개특허공보 제2001-0009721호를 참조로 하여 공간부호화법에 따른 3차원 형상 측정 과정을 살펴보면, 먼저 측정 대상물을 CCD 카메라 세트로 촬영하기에 앞서, 기준 좌표계로부터 카메라의 상대적위치(외부변수)와 초점거리 및 렌즈 왜곡계수(내부 변수)를 구하고(카메라 보정, Calibration), 제1 카메라가 촬영한 이미지의 특정한 선이 제2카메라가 촬영한 이미지의 어느 선에 해당하는지에 대한 대응성을 찾기 위하여, 일련의 패턴을 측정대상물에 순차적으로 투사하고 이를 각 카메라로 반복 촬영한다. 다음으로, 컴퓨터 제어부에서 패턴 이미지 정보를 이용하여 3차원 점 데이터를 구한다. 이를 위하여 각각의 촬영 이미지에 투영된 마지막 패턴에 해당하는 선들 중에서 동일한 이력(History)을 갖는 하나의 선을 샘플로 취하며, 그 선을 이루는 점들의 3차원 좌표를 구한다.
한편, 공간부호화법 외에 광 패턴을 투영하여 3차원 물체의 형상을 측정하기 위한 또 다른 방법으로서 위상 시프트(Phase Shift)법도 널리 알려져 있다. 위상 시프트법은 격자패턴을 측정대상물에 영사한 후 측정대상물에 영사된 격자패턴의 이미지의 각 점에서의 위상 값을 획득하는 것으로, 대한전기학회 하계학술대회 논문집 2009. 7. 14 - 17, ‘ＰＳＩ(Phase-Shift Interferometry)를 이용한 3차원 이미지 높이 정보 분석에 대한 연구’ 에는 격자패턴 이미지로부터 위상을 획득하는 구체적인 방법이 개시되어 있다.
상술한 종래 기술들은 비교적 높은 계측 정밀도를 얻을 수 있는 수법에 해당하지만, 두 대의 카메라로부터 획득한 2차원 영상 정보로부터 3차원 정보를 획득함에 있어서, 측정대상물의 형태나 카메라의 위치로 인하여 측정대상물의 특정 지점이 한 쪽의 카메라에만 촬영되고, 다른 한 쪽의 카메라에는 촬영되지 않는 경우에는 특정 지점에 대한 3차원 점 데이터를 획득하지 못하는 문제가 발생한다.
본 발명은 상술한 문제점을 모두 해결하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 제1 카메라 및 제2 카메라로부터 획득한 3차원 초벌 영상을 프로젝터 시점의 2차원 재시점 영상으로 변환하여 보정한 후, 3차원 데이터를 산출함에 있어서 보정된 2차원 재시점 영상에 대한 정보를 참조함으로써, 누락된 데이터를 보다 정확하게 보정하는 것을 다른 목적으로 한다.
본 발명의 제1 기술적인 특징에 따르면, 프로젝터, 제1 카메라 및 제2 카메라에 의하여 물체의 3차원 형상 정보를 획득하기 위한 3차원 영상 획득 방법에 있어서, (a) 상기 프로젝터에 의해 소정 패턴이 상기 물체에 투영되고, 상기 제1 카메라 및 상기 제2 카메라에 의해 상기 패턴이 투영된 물체의 2차원 초벌 영상이 획득되면, 영상 보정 장치는, 상기 제1 카메라 및 상기 제2 카메라가 획득한 2차원 초벌 영상 데이터로부터 상기 물체에 대한 3차원 초벌 영상을 획득한 후, 상기 획득된 3차원 초벌 영상을 상기 프로젝터가 상기 물체를 바라보는 시점(視點)을 기준으로 한 2차원 재시점(再視點) 영상으로 변환하는 단계, (b) 상기 물체의 굴곡과 상기 제1 카메라 및 상기 제2 카메라의 시점(視點)으로 인하여 생기는 3차원 데이터 누락 영역 - 상기 3차원 데이터 누락 영역은 상기 3차원 초벌 영상 내에서 3차원 데이터가 존재하지 않는 영역임 - 을 보완하기 위하여, 상기 영상 보정 장치는, 상기 프로젝터가 상기 물체에 투영했던 상기 패턴에 대한 정보를 참조로 하여, 상기 3차원 초벌 영상 내의 상기 3차원 데이터 누락 영역에 대응되는 상기 2차원 재시점 영상에서의 누락 영역을 보정하는 단계, 및 (c) 상기 영상 보정 장치는, (i) 상기 제1 카메라 또는 상기 제2 카메라가 획득한 2차원 초벌 영상 데이터 및 (ii) 상기 보정된 2차원 재시점 영상 정보를 참조로 하여, 3차원 보정 영상을 생성하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.
다음으로, 본 발명의 제2 기술적인 특징에 따르면, 프로젝터, 제1 카메라 및 제2 카메라에 의하여 물체의 3차원 형상 정보를 획득하기 위한 영상 보정 장치에 있어서, 상기 프로젝터에 의해 소정 패턴이 상기 물체에 투영되고, 상기 제1 카메라 및 상기 제2 카메라에 의해 상기 패턴이 투영된 물체의 2차원 초벌 영상이 획득되면, 상기 제1 카메라 및 상기 제2 카메라가 획득한 2차원 초벌 영상 데이터로부터 상기 물체에 대한 3차원 초벌 영상을 획득한 후, 상기 획득된 3차원 초벌 영상을 상기 프로젝터가 상기 물체를 바라보는 시점(視點)을 기준으로 한 2차원 재시점(再視點) 영상으로 변환하는 재시점 영상 생성부, 상기 물체의 굴곡과 상기 제1 카메라 및 상기 제2 카메라의 시점(視點)으로 인하여 생기는 3차원 데이터 누락 영역 - 상기 3차원 데이터 누락 영역은 상기 3차원 초벌 영상 내에서 3차원 데이터가 존재하지 않는 영역임 - 을 보완하기 위하여, 상기 프로젝터가 상기 물체에 투영했던 상기 패턴에 대한 정보를 참조로 하여, 상기 3차원 초벌 영상 내의 상기 3차원 데이터 누락 영역에 대응되는 상기 2차원 재시점 영상에서의 누락 영역을 보정하는 2차원 누락 영역 보정부, 및 (i) 상기 제1 카메라 또는 상기 제2 카메라가 획득한 2차원 초벌 영상 데이터 및 (ii) 상기 보정된 2차원 재시점 영상 정보를 참조로 하여, 3차원 보정 영상을 생성하는 3차원 보정 영상 생성부를 포함하는 장치가 제공된다.
본 발명에 의하면, 제1 카메라 및 제2 카메라로부터 획득한 3차원 초벌 영상을 프로젝터 시점의 2차원 재시점 영상으로 변환하여 보정한 후, 3차원 데이터를 산출함에 있어서 보정된 2차원 재시점 영상에 대한 정보를 참조함으로써, 3차원 영상 중 물체의 특정 지점이 두 대의 카메라 중 한 대의 카메라에만 촬영되고 나머지 카메라에는 촬영되지 않아 누락된 영역을 정확하게 보정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 물체의 3차원 형상 정보를 획득하기 위한 전체 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 영상 획득 장치의 내부 구성을 상세하게 도시하는 도면이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따라 제1 카메라 및 제2 카메라가 획득한 2차원 초벌 영상 데이터로부터 물체에 대한 3차원 초벌 영상을 획득하는 것을 예시적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 2차원 재시점 영상에서의 누락 영역을 보정하는 것을 예시적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 종래의 3차원 영상 획득 방법을 적용한 경우의 3차원 영상과 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 영상 획득 방법을 적용한 경우의 3차원 영상을 비교한 도면이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 물체의 3차원 형상 정보를 획득하기 위한 전체 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전체 시스템은 제1 카메라(120), 프로젝터(110), 제2 카메라(130), 3차원 영상 획득 장치(200) 및 3차원 영상을 획득하고자 하는 물체(300)를 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로젝터(110)는 물체(300)에 소정의 패턴을 투영하는 기능을 수행할 수 있으며, 후술할 3차원 영상 획득 장치(200)에 의하여 제어될 수 있다.
물체(300)에 대한 위상 이미지를 얻기 위하여, 본 발명에 따른 프로젝터(110)는 소정의 파장을 갖는 격자 패턴이 물체에 투영되도록 할 수 있으며, 보다 구체적으로 π/2만큼씩 위상이 이동된 네 개의 격자 패턴을 순차적으로 투영할 수 있다. 또한, 물체(300)에 대한 그레이 코드(Gray Code) 이미지를 획득하기 위하여, 명부와 암부가 임의의 폭으로 교대로 배치된 줄무늬 패턴이 물체에 투영되도록 할 수 있으며, 명부와 암부의 영역의 크기를 순차로 축소하면서 n 패턴의 줄무늬 패턴 광을 조사할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 카메라(120) 및 제2 카메라(130)는 패턴이 투영된 물체의 반사 패턴 광을 획득하는 기능을 수행하는 것으로서, CCD카메라, CMOS카메라, 화상카메라, 웹카메라, 디지털카메라 등이 본 발명에 따른 제1 카메라(120) 및 제2 카메라(130)로서 채택될 수 있으며, 후술할 3차원 영상 획득 장치(200)에 의하여 제어될 수 있다. 제1 카메라(120) 및 제2 카메라(130)는 서로 이격되도록 배치되며, 프로젝터(110)에서 소정의 패턴을 투사할 때마다 제1 카메라(120)는 물체(300)의 일 측면에 대한 2차원 영상을, 제2 카메라(130)는 제1 카메라(120)가 촬영하는 측면의 다른 측면에 대한 2차원 영상을 획득할 수 있다. 예를 들어, 프로젝터(110)가 π/2만큼씩 위상이 이동된 네 개의 격자 패턴을 순차적으로 투영하는 경우, 제1 카메라(120) 및 제2 카메라(130)는 각각 네 장씩의 2차원 영상을 획득할 수 있다.
마지막으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 영상 획득 장치(200)는 프로젝터(110)를 제어하여 순차적으로 각각의 패턴을 투사할 수 있도록 하며, 제1 카메라(120) 및 제2 카메라(130)를 제어하여 순차적으로 패턴이 투사된 물체(300)의 영상을 각각 획득하는 기능을 수행할 수 있다. 또한, 3차원 영상 획득 장치(200)는 제1 카메라(120) 및 제2 카메라(130)로부터 획득한 2차원 영상으로부터 물체에 대한 3차원 영상을 획득할 수 있다.
본 발명에 따른 3차원 영상 획득 장치(200)의 구성과 기능에 관하여는 아래의 상세한 설명을 통하여 자세하게 알아보기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 영상 획득 장치(200)의 내부 구성을 상세하게 도시하는 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 영상 획득 장치(200)는 재시점 영상 생성부(210), 2차원 누락 영역 보정부(220), 3차원 보정 영상 생성부(230) 및 제어부(240)를 포함하여 구성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 재시점 영상 생성부(210), 2차원 누락 영역 보정부(220), 3차원 보정 영상 생성부(230) 및 제어부(240)는 그 중 적어도 일부가 프로젝터(110)나 제1 카메라(120) 또는 제2 카메라(130)와 통신하는 프로그램 모듈일 수 있다.　 이러한 프로그램 모듈은 운영 시스템, 응용 프로그램 모듈 또는 기타 프로그램 모듈의 형태로 3차원 영상 획득 장치(200)에 포함될 수 있고, 물리적으로는 여러 가지 공지의 기억 장치에 저장될 수 있다.　 또한, 이러한 프로그램 모듈은 3차원 영상 획득 장치(200)와 통신 가능한 원격 기억 장치에 저장될 수도 있다.　 한편, 이러한 프로그램 모듈은 본 발명에 따라 후술할 특정 업무를 수행하거나 특정 추상 데이터 유형을 실행하는 루틴, 서브루틴, 프로그램, 오브젝트, 컴포넌트, 데이터 구조 등을 포괄하지만, 이에 제한되지는 않는다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 재시점 영상 생성부(210)는 프로젝터(110)에 의해 소정 패턴이 물체에 투영되고, 제1 카메라(120) 및 상기 제2 카메라(130)에 의해 해당 패턴이 투영된 물체(300)의 2차원 초벌 영상이 획득되면, 제1 카메라(120) 및 상기 제2 카메라(130)가 획득한 2차원 초벌 영상 데이터로부터 물체(300)에 대한 3차원 초벌 영상을 획득한 후, 상기 획득된 3차원 초벌 영상을 프로젝터(110)가 물체(300)를 바라보는 시점을 기준으로 한 2차원 재시점 영상으로 변환하는 기능을 수행할 수 있다. 본 명세서의 초벌 영상이라는 용어는, 물체(300)에 대한 3차원 영상을 획득함에 있어서 보정이 수행되기 전의 3차원 영상과 보정이 수행된 후의 3차원 영상을 구별하기 위한 것으로서, 보정이 수행되기 전의 영상을 의미하는 것일 수 있다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따라 제1 카메라(120) 및 제2 카메라(130)가 획득한 2차원 초벌 영상 데이터로부터 물체(300)에 대한 3차원 초벌 영상을 획득하는 것을 예시적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 3a의 왼쪽 도면에 도시된 바와 같이, 프로젝터(110)는 명부와 암부의 간격을 서로 다르게 한 복수의 패턴을 복수 회에 걸쳐 물체에 투사할 수 있으며, 제1 카메라(120) 및 제2 카메라(130)는 프로젝터(110)가 각각의 패턴을 투사할 때마다 해당 패턴이 투영된 영상을 2차원 초벌 영상으로서 획득할 수 있다. 재시점 영상 생성부(210)는 제1 카메라(120) 및 제2 카메라(130)가 획득한 2차원 초벌 영상으로부터 도 3a의 오른쪽 도면에 도시된 것과 같은 이미지를 획득할 수 있다.
다음으로, 도 3b의 왼쪽 도면에 도시된 바와 같이, 프로젝터(110)는 소정의 파장을 갖는 격자 무늬 패턴을 투사하되 π/2만큼씩 위상이 이동된 네 개의 격자 무늬 패턴을 순차적으로 투사할 수 있으며, 제1 카메라(120) 및 제2 카메라(130)는 프로젝터(110)가 각각의 패턴을 투사할 때마다 해당 패턴이 투영된 영상을 획득할 수 있다. 이후, 재시점 영상 생성부(210)는 제1 카메라(120) 및 제2 카메라(130)가 획득한 2차원 초벌 영상으로부터 도 3b의 오른쪽 도면에 도시된 것과 같은 위상 이미지를 획득할 수 있다.
재시점 영상 생성부(210)는 도 3a의 오른쪽에 도시된 바와 같은 이미지와 도 3b의 오른쪽에 도시된 바와 같은 이미지를 결합하여 도 3c에 도시된 바와 같은 3차원 초벌 영상을 획득할 수 있다.
재시점 영상 생성부(210)가 물체(300)의 특정 지점에 대한 3차원 데이터를 획득함에 있어서, 제1 카메라(120)가 획득한 2차원 초벌 영상 중 상기 특정 지점에 대한 데이터와 제2 카메라(130)가 획득한 2차원 초벌 영상 중 상기 특정 지점에 대한 데이터를 참조로 하여 상기 특정 지점에 대한 3차원 데이터를 획득할 수 있는 데, 물체(300)의 굴곡과 제1 카메라(120) 및 제2 카메라(130)의 시점(視點)으로 인하여 특정 지점에 대한 3차원 데이터를 생성하지 못하는 경우가 발생할 수 있다. 예를 들어, 상기 특정 지점이 제1 카메라(120)에서는 촬영 가능한 위치에 존재하나, 제2 카메라(130)의 시야각을 벗어나는 위치에 존재하여 촬영되지 않은 경우, 즉 제2 카메라(130)가 획득한 2차원 초벌 영상에 상기 특정 지점에 대한 데이터가 존재하지 않는 경우에는 상기 특정 지점에 대한 3차원 데이터를 획득할 수 없으며, 도 3c에 도시된 바와 같은 3차원 초벌 영상에는 3차원 데이터 누락 영역(310)이 존재할 수 있다.
재시점 영상 생성부(210)는 도 3c에 도시된 바와 같은 3차원 초벌 영상을 획득한 후 획득된 3차원 초벌 영상을 프로젝터(110)가 물체(300)를 바라보는 시점(視點)을 기준으로 한 2차원 재시점(再視點) 영상으로 변환하는 기능을 수행할 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 카메라(120) 또는 제2 카메라(130)가 물체(300)에 대한 2차원 영상을 획득하는 것처럼, 프로젝터(110)를 하나의 카메라인 것으로 간주하여 마치 프로젝터(110)가 획득한 것과 같은 2차원 재시점 영상을 획득할 수 있다. 다만, 프로젝터(110)는 가상의 카메라이기 때문에 광학적으로 영상을 획득할 수 없으므로, 제1 카메라(120) 및 제2 카메라(130)가 획득한 영상, 가령 3차원 초벌 영상에 대한 데이터를 변환하여 2차원 재시점 영상을 획득할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 2차원 누락 영역 보정부(220)는 재시점 영상 획득부(210)가 획득한 2차원 재시점 영상 내에 존재하는 누락 영역을 보정하는 기능을 수행할 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 2차원 재시점 영상에서의 누락 영역을 보정하는 것을 예시적으로 설명하기 위한 도면이다.
상술한 바와 같이, 물체(300)의 굴곡과 제1 카메라(120) 및 제2 카메라(130)의 시점으로 인하여 물체(300)의 특정 지점에 대한 3차원 데이터를 생성하지 못하는 경우가 발생할 수 있으며, 이로 인하여 3차원 초벌 영상에는 3차원 데이터 누락 영역이 존재할 수 있다. 재시점 영상 생성부(210)는 3차원 초벌 영상 데이터를 참조로 하여 2차원 재시점 영상을 생성하므로, 3차원 초벌 영상 내에 누락 영역이 존재하는 경우 도 4에 도시된 바와 같이, 2차원 재시점 영상 중 상기 누락 영역에 대응되는 영역 또한 누락 영역으로서 디스플레이될 수 있다.
2차원 누락 영역 보정부(220)는 프로젝터(110)가 물체(300)에 투영했던 패턴에 대한 정보를 참조로 하여 2차원 재시점 영상에서의 누락 영역을 보정할 수 있다. 보다 구체적으로, 프로젝터가 패턴을 투영하는 각도와 카메라가 패턴이 투영된 물체의 영상을 촬영하는 각도가 서로 다르다면, 프로젝터가 세로방향으로 일직선인 패턴을 물체에 투사하였다고 하더라도 카메라는 일직선이던 패턴이 물체의 굴곡에 따라 변형된 상태의 영상을 획득하게 되지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 2차원 재시점 영상은 프로젝터(110)가 물체(300)를 바라보는 시점을 기준으로 한 영상에 해당하므로 2차원 재시점 영상의 패턴은 프로젝터(110)가 투영한 패턴과 유사한 형상일 것으로 예측할 수 있다. 즉, 2차원 누락 영역 보정부(220)는 프로젝터(110)가 투영한 패턴에 대한 정보를 참조로 하여 2차원 재시점 영상에서의 누락 영역을 추정할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 프로젝터(110)가 투영한 패턴에 대한 정보를 참조로 보간법을 사용하여 누락 영역을 보정할 수 있으며, 보간법이 아니더라도 인페인팅 등등과 같은 방법을 통하여 2차원 재시점 영상에서의 누락 영역을 보정할 수도 있다. 보간법, 인페인팅 등의 방법을 적용하여 2차원 재시점 영상에서의 누락 영역을 보정하면 도 5에 도시된 바와 같은 보정된 2차원 재시점 영상을 획득할 수 있다.
다음으로, 3차원 보정 영상 생성부(230)는 (i) 제1 카메라(120) 또는 제2 카메라(130)가 획득한 2차원 초벌 영상 데이터 및 (ii) 보정된 2차원 재시점 영상 정보를 참조로 하여, 3차원 보정 영상을 생성하는 기능을 수행할 수 있다.
예를 들어, 누락된 영역에 대응되는 물체(300)의 특정 지점이 제1 카메라(120)에서는 촬영 가능한 위치에 존재하여 제1 카메라(120)에서 획득한 2차원 초벌 영상에는 상기 특정 지점에 대한 데이터가 존재하나, 상기 특정 지점이 제2 카메라(130)의 시야각을 벗어나는 위치에 존재하여 촬영되지 않은 경우, (i) 제1 카메라(120)에서 획득한 2차원 초벌 영상 중 상기 특정 지점에 대응되는 데이터와 (ii) 보정된 2차원 재시점 영상 중 상기 특정 지점에 대응되는 데이터를 참조로 하여 상기 특정 지점에 대한 3차원 데이터를 획득할 수 있다.
도 6은 종래의 3차원 영상 획득 방법을 적용한 경우의 3차원 영상(좌측 도면)과 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 영상 획득 방법을 적용한 경우의 3차원 영상(우측 도면)을 비교한 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 종래의 3차원 영상 획득 방법에 따라 물체의 3차원 영상을 획득한 경우, 3차원 영상에는 물체(300)의 굴곡과 제1 카메라(120) 및 제2 카메라(130)의 시점으로 인하여 생기는 3차원 데이터 누락 영역이 존재할 수 있으나, 본 발명의 일 실시예에 따르면 제1 카메라(120) 및 제2 카메라(130)가 획득한 2차원 영상으로부터 3차원 데이터를 획득하지 못하더라도 누락 영역 없는 3차원 영상을 획득할 수 있다.
마지막으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(240)는 재시점 영상 생성부(210), 2차원 누락 영역 보정부(220) 및 3차원 보정 영상 생성부(230) 간의 데이터의 흐름을 제어하는 기능을 수행할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 제어부(240)는 3차원 영상 획득 장치(200)의 외부로부터의/로의 데이터 흐름 또는 3차원 영상 획득 장치(200)의 각 구성요소 간의 데이터 흐름을 제어함으로써, 재시점 영상 생성부(210), 2차원 누락 영역 보정부(220) 및 3차원 보정 영상 생성부(230)에서 각각 고유 기능을 수행하도록 제어할 수 있다.
이상 설명된 본 발명에 따른 실시예들은 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령어는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령어를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
110, 130: 카메라
120: 프로젝터
200: 3차원 영상 획득 장치
210: 재시점 영상 생성부
220: 2차원 누락 영역 보정부
230: 3차원 보정 영상 생성부
300: 물체

Claims (9)

  1. 프로젝터, 제1 카메라 및 제2 카메라에 의하여 물체의 3차원 형상 정보를 획득하기 위한 3차원 영상 획득 방법에 있어서,
    (a) 상기 프로젝터에 의해 소정 패턴이 상기 물체에 투영되고, 상기 제1 카메라 및 상기 제2 카메라에 의해 상기 패턴이 투영된 물체의 2차원 초벌 영상이 획득되면, 영상 보정 장치는, 상기 제1 카메라 및 상기 제2 카메라가 획득한 2차원 초벌 영상 데이터로부터 상기 물체에 대한 3차원 초벌 영상을 획득한 후, 상기 획득된 3차원 초벌 영상을 상기 프로젝터가 상기 물체를 바라보는 시점(視點)을 기준으로 한 2차원 재시점(再視點) 영상으로 변환하는 단계,
    (b) 상기 물체의 굴곡과 상기 제1 카메라 및 상기 제2 카메라의 시점(視點)으로 인하여 생기는 3차원 데이터 누락 영역 - 상기 3차원 데이터 누락 영역은 상기 3차원 초벌 영상 내에서 3차원 데이터가 존재하지 않는 영역임 - 을 보완하기 위하여, 상기 영상 보정 장치는, 상기 프로젝터가 상기 물체에 투영했던 상기 패턴에 대한 정보를 참조로 하여, 상기 3차원 초벌 영상 내의 상기 3차원 데이터 누락 영역에 대응되는 상기 2차원 재시점 영상에서의 누락 영역을 보정하는 단계, 및
    (c) 상기 영상 보정 장치는, (i) 상기 제1 카메라 또는 상기 제2 카메라가 획득한 2차원 초벌 영상 데이터 및 (ii) 상기 보정된 2차원 재시점 영상 정보를 참조로 하여, 3차원 보정 영상을 생성하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서,
    상기 2차원 재시점 영상에서의 누락 영역은 인페인팅 또는 보간법 중 어느 하나의 방법을 통하여 보정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서,
    상기 제1 카메라 또는 상기 제2 카메라가 획득한 2차원 초벌 영상 중 상기 3차원 초벌 영상 내의 상기 3차원 데이터 누락 영역에 대응되는 상기 물체의 영역이 포함된 영상 데이터를 참조로 하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서,
    상기 프로젝터는 위상 이동 간섭 패턴 및 그레이 코드 패턴을 방출하며, 상기 위상 이동 간섭 패턴으로부터 획득한 위상 이미지와 상기 그레이 코드 패턴으로부터 획득한 이미지를 결합하여 상기 3차원 초벌 영상을 획득하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 프로젝터, 제1 카메라 및 제2 카메라에 의하여 물체의 3차원 형상 정보를 획득하기 위한 영상 보정 장치에 있어서,
    상기 프로젝터에 의해 소정 패턴이 상기 물체에 투영되고, 상기 제1 카메라 및 상기 제2 카메라에 의해 상기 패턴이 투영된 물체의 2차원 초벌 영상이 획득되면, 상기 제1 카메라 및 상기 제2 카메라가 획득한 2차원 초벌 영상 데이터로부터 상기 물체에 대한 3차원 초벌 영상을 획득한 후, 상기 획득된 3차원 초벌 영상을 상기 프로젝터가 상기 물체를 바라보는 시점(視點)을 기준으로 한 2차원 재시점(再視點) 영상으로 변환하는 재시점 영상 생성부,
    상기 물체의 굴곡과 상기 제1 카메라 및 상기 제2 카메라의 시점(視點)으로 인하여 생기는 3차원 데이터 누락 영역 - 상기 3차원 데이터 누락 영역은 상기 3차원 초벌 영상 내에서 3차원 데이터가 존재하지 않는 영역임 - 을 보완하기 위하여, 상기 프로젝터가 상기 물체에 투영했던 상기 패턴에 대한 정보를 참조로 하여, 상기 3차원 초벌 영상 내의 상기 3차원 데이터 누락 영역에 대응되는 상기 2차원 재시점 영상에서의 누락 영역을 보정하는 2차원 누락 영역 보정부, 및
    (i) 상기 제1 카메라 또는 상기 제2 카메라가 획득한 2차원 초벌 영상 데이터 및 (ii) 상기 보정된 2차원 재시점 영상 정보를 참조로 하여, 3차원 보정 영상을 생성하는 3차원 보정 영상 생성부
    를 포함하는 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 2차원 누락 영역 보정부는,
    인페인팅 또는 보간법 중 어느 하나의 방법을 통하여 상기 2차원 재시점 영상에서의 누락 영역을 보정하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 3차원 보정 영상 생성부는,
    상기 제1 카메라 또는 상기 제2 카메라가 획득한 2차원 초벌 영상 중 상기 3차원 초벌 영상 내의 상기 3차원 데이터 누락 영역에 대응되는 상기 물체의 영역이 포함된 영상 데이터를 참조로 하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 프로젝터는 위상 이동 간섭 패턴 및 그레이 코드 패턴을 방출하며, 상기 재시점 영상 생성부는, 상기 위상 이동 간섭 패턴으로부터 획득한 위상 이미지와 상기 그레이 코드 패턴으로부터 획득한 이미지를 결합하여 상기 3차원 초벌 영상을 획득하는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
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