KR102421512B1 - 휴대용 입체촬영 카메라 및 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 휴대용 입체촬영 카메라는 개구를 포함하는 케이스; 상기 케이스 내에 제1간격을 형성하여 일렬로 배치되는 복수의 렌즈; 및 상기 복수의 렌즈를 각각 회전시키는 구동 모듈을 포함하고, 상기 구동 모듈은 상기 렌즈와 결합하여 상기 렌즈를 회전시키는 회전체를 포함하고, 상기 복수의 렌즈가 피사체를 향하여 투사교차점이 형성되도록 상기 복수의 렌즈를 각각 회전시킨다.

Description

휴대용 입체촬영 카메라 및 시스템{Portable Stereoscopic Cameras and Systems}

본 발명은 입체촬영 카메라 및 입체촬영 시스템에 관한 것으로써, '렌티큘라 ' 또는 '패럴렉스베리어' 방식에 의한 효율적인 입체영상물 촬영방법 및 입체영상물 제작방법에 관한 것이다.

안경 또는 VR 헤드셋을 착용하지 않고 입체영상을 관찰하기 위한 방법을 무안경식 입체방식 이라고 하는데, 이러한 방법으로 상업적인 목적으로 개발하기 위해서는 첫째, 가장 효율적인 입체방식을 선별하고, 둘째, 효율적인 입체촬영방법 및 디스플레이방법 적용을 필수적으로 고려해야할 것이다.

이러한 무안경식 입체방식은 '렌티큘라'방식 과 '홀로그램'방식, '인테그럴 포토그래피'방식이 대표적인 입체표현 방식이라 할 수 있다.

특히 입체동영상을 제작은 다시점(다각도) 촬영을 하고나서 다시 '입체영상화 편집 작업'을 해야 하기 때문에, 효율성 면에서 가장 널리 사용되는 방법으로 '렌티큘라 방식'을 뽑을 수 있다.

렌티큘라 방식은 렌티큘라 렌즈어레이 시트(판)를 이용해 디스플레이 되는 방식으로서, 일반화된 기술이고, 파생기술로써 '패럴렉스 베리어 방식' 또한 비슷한 원리 이므로 더 자세한 설명은 하지는 않는다.

그런데 입체촬영을 위한 종래기술은 주로 고가의 카메라 또는 방송장비를 사용하여 촬영하는 방식이었으며, 전문장치를 필요로 함에 따라 일반인이 활용하기는 경제적인 문제점과 전문성이 있어야 하는 문제점이 있었다.

또한 종래기술에서는 입체촬영을 위한 '입체촬영 보조장치'도 개발되었는데, 주로 다시점촬영용 '리그' 또는 '다시점 입체촬영 장치'로써 여러 대의 카메라를 배열하여 장착할 수 있도록 개발되기도 하였다. 그런데 이러한 장치들 역시 너무 복잡하고, 조작 및 세팅을 위한 전문지식이 있어야 하므로, 일반인들이 사용하기엔 매우 어려운 문제점이 있었다.

1. 한국 출원번호 10-2017-0147685 멀티 3D 입체영상 촬영장치 2. 한국 출원번호 10-2014-0068214 다시점 촬영용 리그 3. 한국 출원번호 10-2015-0078315 다시점 영상 촬영용 카메라 리그장치 및 이를 적용한 영상처리방법

본 발명은 안경을 끼고 입체영상을 관찰하는 방식 즉, '듀얼카메라 촬영방식'이 아니기 때문에, 반드시 3대 이상의 카메라로 이루어진 다시점 동영상 촬영이 필수적인 것이다. 따라서 종래 기술에 있어서 '렌티큘라 ' 또는 '패럴렉스베리어' 방식의 입체영상 촬영 방법은 다음과 같다.

종래기술은 영상촬영용 카메라를 여러대 준비하여 설치하는 '멀티카메라 세트'로 촬영하는 방식이었다. 그러다 보니 각각의 카메라를 일일이 조작해서 세팅해야 하는 문제점이 있었다.

특히 각각의 카메라의 촬영조건을 맞춰야 하고, 촬영방향과 촬영거리 또한 일정하게 맞춰야 하므로 조작하기 위한 별도의 세팅장치를 필요로 하는 문제점이 있었다.

따라서 이러한 장치들을 다루기 위해서는 전문성을 필요로 하는데, 매우 복잡하고 민첩한 조작방법을 필요로 하므로 일반인이 접근하기 어려운 문제점이 있었다.

또한 이러한 멀티카메라는 카메라 여러대를 설치하는 문제 때문에 그 세트의 부피가 매우 커질 수밖에 없으므로 비디오카메라처럼 이동하면서 촬영하는 방법을 채택하기란 매우 어려운 문제점이 있었다.

그렇기 때문에 다시점 촬영을 위하여 무작정 많이(10대 이상) 카메라를 동원 할 수도 없는 것이다. 또한 그 비용과 사용되는 카메라의 대수만큼 많은 데이터를 처리해야하는 방대한 양의 입체영상변환 처리과정이 큰 문제가 되기 때문이다.

본 발명의 실시예에 따른 휴대용 입체촬영 카메라는 개구를 포함하는 케이스; 상기 케이스 내에 제1간격을 형성하여 일렬로 배치되는 복수의 렌즈; 및 상기 복수의 렌즈를 각각 회전시키는 구동 모듈을 포함하고, 상기 구동 모듈은 상기 렌즈와 결합하여 상기 렌즈를 회전시키는 회전체를 포함하고, 상기 복수의 렌즈가 피사체를 향하여 투사교차점이 형성되도록 상기 복수의 렌즈를 각각 회전시킬 수 있다.

상기 케이스는 개구를 포함하는 상부 케이스 및 디스플레이가 배치되는 하부 케이스를 포함하고, 상기 복수의 렌즈가 배치되는 기판을 포함할 수 있다.

상기 기판 상에 배치되고 상기 복수의 렌즈가 배치되는 배열의 중앙에 배치되어 상기 피사체와의 거리를 감지하는 거리 센서를 포함할 수 있다.

상기 회전체는 모터, VCM(Voice Coil Motor), 엔코더(Encoder), 피에조(Piezo) 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다.

상기 구동 모듈은 상기 제1간격을 조절하는 동력체를 포함할 수 있다.

상기 렌즈의 회전 각도는 아래의 식을 만족할 수 있다. <식> θ = [arctan ( X / f) ] * 180 / π (상기 식에서 θ는 상기 렌즈의 회전 각도를 의미하고, X는 상기 복수의 렌즈의 중앙위치에서 피사체를 향한 제2기준선으로부터 상기 렌즈 사이의 거리를 의미하고, f는 상기 교차점과 상기 복수의 렌즈가 전방 방향으로 정렬된 상태에서 상기 복수의 렌즈를 이은 제1기준선까지의 거리를 의미한다.)

본 발명의 실시예에 따른 휴대용 입체촬영 시스템은 휴대용 입체촬영 카메라로부터 입력된 영상을 인터레이싱하는 제어 모듈; 상기 인터레이싱된 영상이 배열되는 디스플레이층; 상기 디스플레이층의 일면에 배치되는 투명 두께층; 및 상기 투명 두께층의 일면에 배치되고 복수의 마이크로 렌즈 어레이를 포함하는 렌티큘라를 포함하고, 상기 제어 모듈은 상기 복수의 렌즈에서 촬영된 영상이 순차적으로 나열된 촬영 영상 세트를 상기 디스플레이층에 반복적으로 나열하되, 상기 촬영 영상 세트 각각은 양 단 중 적어도 하나에 배치되는 알파 이미지를 포함할 수 있다.

상기 알파 이미지는 단색 이미지, 칼라 이미지, 그라데이션 이미지, 상기 복수의 렌즈 중 일단에 배치된 렌즈에서 촬영된 촬영 영상, 상기 복수의 렌즈 중 타단에 배치된 렌즈에서 촬영된 촬영 영상 중 하나일 수 있다.

상기 제어 모듈은 상기 촬영 영상 세트를 상기 렌티큘라의 상기 마이크로 렌즈마다 대응되도록 배치될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 휴대용 입체촬영 시스템은 휴대용 입체촬영 카메라로부터 입력된 영상을 인터레이싱하는 제어 모듈; 상기 인터레이싱된 영상이 배열되는 디스플레이층; 상기 디스플레이층의 일면에 배치되는 투명 두께층; 및 상기 투명 두께층의 일면에 배치되고 빛을 차단하는 마스크 부분과 빛이 투과되는 슬릿 부분을 포함하는 페럴렉스베리어 필름을 포함하고, 상기 제어 모듈은 상기 복수의 렌즈에서 촬영된 영상이 순차적으로 나열된 촬영 영상 세트를 상기 디스플레이층에 반복적으로 나열하되, 상기 촬영 영상 세트 각각은 양 단 중 적어도 하나에 배치되는 알파 이미지를 포함할 수 있다.

상기 알파 이미지는 단색 이미지, 칼라 이미지, 그라데이션 이미지, 상기 복수의 렌즈 중 일단에 배치된 렌즈에서 촬영된 촬영 영상, 상기 복수의 렌즈 중 타단에 배치된 렌즈에서 촬영된 촬영 영상 중 하나일 수 있다.

상기 제어 모듈은 상기 촬영 영상 세트를 상기 페럴렉스베리어의 슬릿 마다 대응되도록 배치될 수 있다.

본 발명은 종래기술의 문제점을 해결한 것으로써 소형화 및 경량화 된 입체촬영용 카메라를 제공하고, 하나의 카메라 내에 설치된 초소형 렌즈들을 일제히 컨트롤되는 방식에 의해 입체촬영이 가능하므로, 종래방식에서 일일이 여러대의 카메라를 조작하여 촬영 조건을 맞춰야 하는 번거로움을 해소하고, 별도의 세팅 장치나 세팅장치의 조작방법도 필요로 하지 않는 장점이 있다.

또한 소형화된 카메라로 인하여 민첩하게 이동하면서 촬영이 가능하게 하고, 전문가들이 조작하여 촬영하는 특수 장치가 아니라 일반인이 촬영할 수 있는 대량생산이 가능한 제품으로서의 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 의한 휴대용 입체촬영 카메라 사시도
도 2는 본 발명의 일실시 예에 의한 휴대용 입체촬영 카메라의 분해사시도
도 3은 일 선행기술로써 카메라 원호배열 입체촬영을 예시한 도면
도 4는 본 발명의 일실시 예에 의한 것으로써 초소형 렌즈들의 수평배열 구성을 예시한 도면
도 5은 본 발명의 일실시 예에 의한 것으로써 초소형 렌즈들이 수평배열로 구성되는 방법을 예시한 확대도면도
도 6는 본 발명의 일실시 예에 의한 것으로써 초소형 렌즈가 회전체와 결합됨을 예시한 사시도
도 7는 본 발명의 일실시 예에 의한 것으로써 렌즈들의 일괄회전 방법을 예시한 도면
도 8a은 본 발명의 일실시 예에 의한 것으로써 렌즈와 회전체가 결합된 구성을 예시한 도면
도 8b는 본 발명의 일실시 예에 의한 것으로써 렌즈와 회전체 및 직선이동 동력체가 결합된 구조를 예시한 도면
도 9은 본 발명의 일실시 예에 의한 것으로써 렌즈들이 삽입된 전자 회로기판을 예시한 도면
도 10은 본 발명의 일실시 예에 의한 것으로써 광각, 표준, 망원 렌즈모듈이 장착됨을 예시한 도면
도 11a은 본 발명의 일실시 예에 의한 것으로써 입체촬영 카메라가 휴대폰화면 뒷면에 밀착되어 연결됨을 예시한 사시도
도 11b는 본 발명의 일실시 예에 의한 것으로써 입체촬영 카메라 뒷면에 휴대폰이 밀착되어 연결됨을 예시한 사시도
도 12은 종래기술에 있어서 렌티큘라 방식으로 입체화작업 및 디스플레이에 투시되는 과정을 예시하는 도면
도 13은 본 발명의 일실시예에 의한 것으로써 입체화작업 및 디스플레이에 투시되는 과정을 예시하는 도면
도 14는 본 발명의 일실시예에 의한 것으로써 디스플레이 및 페럴렉스베리어 의 입체영상 투시방법을 예시한 도면.
도 15는 본 발명의 일실시예에 의한 것으로써 육안으로 좌안 과 우안에서 디스플레이를 바라보는 투시각이 근거리일 경우를 예시한 도면.

안경 또는 VR 헤드셋을 착용하지 않고 입체영상을 관찰하기 위한 방법을 무안경식 입체방식 이라고 하는데, 이러한 방법으로 상업적인 목적으로 개발하기 위해서는 첫째, 가장 효율적인 입체방식을 선별하고, 둘째, 효율적인 입체촬영방법 및 디스플레이방법 적용을 필수적으로 고려해야할 것이다.

이러한 무안경식 입체방식은 '렌티큘라'방식 과 '홀로그램'방식, '인테그럴 포토그래피'방식이 대표적인 입체표현 방식이라 할 수 있다.

특히 입체동영상을 제작은 다시점(다각도) 촬영을 하고나서 다시 '입체영상화 편집 작업'을 해야 하기 때문에, 효율성 면에서 가장 널리 사용되는 방법으로 '렌티큘라 방식'을 뽑을 수 있다.

렌티큘라 방식은 렌티큘라 렌즈어레이 시트(판)를 이용해 디스플레이 되는 방식으로서, 일반화된 기술이고, 파생기술로써 '패럴렉스 베리어 방식' 또한 비슷한 원리 이므로 더 자세한 설명은 하지는 않는다.

그런데 입체촬영을 위한 종래기술은 주로 고가의 카메라 또는 방송장비를 사용하여 촬영하는 방식이었으며, 전문장치를 필요로 함에 따라 일반인이 활용하기는 경제적인 문제점과 전문성이 있어야 하는 문제점이 있었다.

또한 종래기술에서는 입체촬영을 위한 '입체촬영 보조장치'도 개발되었는데, 주로 다시점촬영용 '리그' 또는 '다시점 입체촬영 장치'로써 여러 대의 카메라를 배열하여 장착할 수 있도록 개발되기도 하였다. 그런데 이러한 장치들 역시 너무 복잡하고, 조작 및 세팅을 위한 전문지식이 있어야 하므로, 일반인들이 사용하기엔 매우 어려운 문제점이 있었다.

한편, 최근 어느 한 게임회사와 휴대폰제조사에서 듀얼 렌즈로 촬영하고 '입체영상'을 볼 수 있도록 개발한 경우가 있었으나, 듀얼 카메라 특성상 입체화면을 인지할 수 있는 '관찰 화각 폭'이 너무 좁아 상업적으로 더 이상 발전시키지 못하였다.

따라서 관찰화각을 안정적으로 확보하기 위해서는 3대 이상 내지 다수개의 카메라를 사용하는 것이 바람직하므로, 이러한 멀티 카메라를 쉽고 간편하게 조작할 수 있어야했다.

따라서 본 발명은 초소형 휴대폰내장형 렌즈 또는 화상카메라용 렌즈 등을 이용하여 제작하게 되는데, 최근 이러한 초소형 카메라의 렌즈품질이 향상됨에 따라 본 발명의 입체카메라의 기능성 및 효율성을 높일 수 있게 하였다.

소형 렌즈모듈은 휴대폰, 태블릿 PC, 노트북, 웹 카메라, 차량 블랙박스, 게임기 등에 채용되어 이미지 및 영상의 취득은 물론 동작 인식 등 다양한 용도로 적용되고 있는 핵심 IT 부품 중의 하나이다. 따라서 본 발명은 최소한의 크기와 조절방법으로 일반인이 쉽게 접근할 수 있는 '다시점 입체촬영 카메라'로써 입체영상을 쉽게 제작할 수 있게 하였다.

이하 도면과 함께 구체적으로 설명 하면 다음과 같다.

도 1 내지 도 6은 본 발명의 일실시 예에 의하여 제작된 입체촬영 카메라 구조로써 그 방법을 설명하고 있다.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 의한 것으로써, 하나의 카메라 내부에 초소형 렌즈들이 병렬 수평방향으로 배열되어 촬영될 수 있음을 설명하고 있다.

도2는 그림에서 보는 바와 같이 본 발명의 입체촬영카메라는 전자회로기판(400)과 내부에 운영시스템, 센서, 구동창치, 다수개의 렌즈 등이 구성되어 있고, 디스플레이(120)가 장착된 뒷면케이스(102) 및 앞면케이스(101)가 결합된 구조로 되어있다.

따라서 본 발명의 입체촬영용 카메라는 입체촬영을 위한 조작, 성능을 컨트롤 할 수 있는 소프트웨어(컨트롤 시스템) 와 하드웨어(전기장치, 센서장치, 렌즈모듈, 전자회로기판 등)에 의하여 제어되는 것은 당연할 것이다.

그리고 입체촬영용 회로기판(400)은 각각의 렌즈에서 촬영된 영상데이터를 처리하기위한 연산장치 및 저장장치 등이 설치될 수 있으며, 또한 통신장치로써 유무선 송수신 장치가 포함될 수 있다.

또한 본 발명의 구체적인 설명에 앞서 우선 용어상 구분이 필요한데, 간단히 설명하여 '카메라'라 함은 렌즈(조리개, 셔터스피드) + 촬영노광장치(필름) + 조작몸체 로 이루어지고, '디지털 카메라'는 렌즈 + 촬상소자(CCD 또는 CMOS) + 조작케이스(메모리, 저장장치 또는 송출장치)로 이루어진 것을 말한다.

따라서 본 발명에서 사용되는 카메라는 1개의 조작 체계 내에서 여러 개의 렌즈(200)를 조작(제어)할 수 있도록 제작되고, 사용되는 여러 개의 렌즈들은 '초소형 렌즈'로써 상기에서 언급하였듯이 휴대폰 또는 전자기기의 화상카메라용으로 주로 사용되기도 한다.

그러나 휴대폰처럼 화각이 다른(망원, 표준, 광각) 2개 내지 3개의 렌즈를 사용하는 것이 아니라 동일한 화각 및 동일한 성능을 가지고 있는 렌즈(200)들로 구성되어 있다.

또한 렌즈들은 각각 회전체 또는 구동장치와 연결되어 각각 피사체의 위치에 따라 주어진 방향의 특정각도대로 회전할 수 있도록 제작됨이 특징이라 할 것이다.

따라서 본발명이 종래방식에 있어서 차이점 및 구체적인 문제점을 먼저 설명하면 다음과 같다.

일반적으로 무안경식 입체촬영은 그 목적이 주로 영화나 광고매체에 활용하기 위함이다. 그렇지만 일부에서만 활용되고 있는 실정인데, 그 제작방법이 매우 복잡하고 비용이 많이 소요될 수밖에 없는 촬영 및 영상제작 방식이기 때문이다.

무안경식 입체촬영 방법은, 성능이 우수한 카메라를 여러 대 배열(배치)하고, 배치된 카메라의 공간(반경) 내에서만 촬영할 수밖에 없는 방식이기 때문에 복잡하고 공간 활용 및 이동촬영에 제약이 따른다. 또한 여러 다시점 방향(다각도)에서 동시에 피사체를 촬영하고, 여러 개의 카메라에서 촬영된 영상들을 수집하여 편집하고, 최종 입체화 된 영상데이터를 만들어야 하는 과정이 필요한 것이다.

도 3 은 종래방식의 입체촬영을 위한 카메라 배열로써 원호배열 상태로 이루어짐을 예시하고 있다.

도 3 에서 보는바와 같이, 종래방식의 카메라(800)들의 배열은 모두 피사체를 향하도록 하되, 모든 카메라와 피사체(211)의 거리(f)가 일정해야 하므로 원호(반원)형태로 일정한 간격을 유지하며 촬영하는 방식이었다.

그런데 문제는 각각 카메라의 촬영방향이 구심점(피사체)을 향하도록 배열되었지만, 피사체(211)가 움직이면 원래의 원호배열 거리(f)에서 가까운 곳으로의 원호배열(f2)로 구심점(r2)을 계속 바꿔야 하는데, 사실상 원호배열로 놓인 여러대의 카메라(800)들을 순식간에 정렬 조작하기란 매우 번거로운 과정이며, 촬영의 민첩성을 방해하는 요소가 된다.

또한 다른 선행기술에서는 카메라를 배열할 수 있는 장치 '리그'를 제작 이용하는 방법이 있는데, 여러 개의 카메라를 원호배열 또는 수평배열 간격으로 조립하기 위한 장치로써, 이장치 역시 카메라를 피사체로 향하도록 방향조절, 간격 및 피사체 거리 등을 고려하여 일일이 수작업으로 조작할 수 있도록 고안된 장치이다. 그런데 이 방법 역시 촬영방향이 구심점(피사체)을 향하도록 배열되어야 하므로 피사체의 거리가 바뀔 때마다 각각의 카메라들을 일일이 맞춰야 하는 문제점이 있었다.

또한 종래방식에 있어서의 또 다른 문제점으로써 각각의 카메라에서 촬영된 영상을 일일이 확인하며 조작해야하는 문제점이 있었다.

'다시점 입체영상 촬영'은 기본적으로 여러 카메라로 촬영하여 수집된 영상을 입체화(인터레이싱) 편집과정을 거쳐 동영상 입체화면으로 제작하기 위함인데, 여러 대의 카메라로 촬영되기 때문에 촬영된 영상의 시작점 즉, 타임라인이 제각각일 수밖에 없고, 각각의 카메라에서 촬영된 영상의 캘리브레이션 값도 제각각이고, 주변 환경적 요소인 빛의 노출값 또한 제각각 이므로 입체영상으로 편집하기 위한 방법이 매우 복잡하고 번거로울 수밖에 없는 것이다.

입체촬영을 위해 촬영 전 카메라들을 세팅하기도 매우 복잡하고, 시간도 많이 걸리는데, 촬영 후에도 촬영된 영상의 보정하기 위해 일일이 체크해야하는 복잡한 단계를 거쳐야하므로 심각한 문제가 아닐 수 없었다.

또한 입체영상을 위한 다시점촬영에 있어서는 영상편집을 할 때, 피사체의 움직임을 잡는 타임라인이 일치 되어야 하는데, 다시점 방향에서 여러 대로 촬영해야 하므로 각각의 카메라는 동시에 스위치를 눌러야하는 문제점이 있고, 시작신호에 대한 반응속도가 제각각 일수밖에 없기 때문에 동작속도 0.1초라도 어긋나면 두 눈으로 인지하는 시각차이 때문에 입체감을 방해하는 요인이 되기 문제점이 있다.

따라서 본 방명은 종래기법에서의 문제점을 해결하기 위한 방법으로 다음과 같이 예시된 도면과 함께 설명한다.

본 발명의 입체카메라는 한 대의 카메라 내에 배열된 여러 개의 '초소형 렌즈'들을 제어하여 사용하는 방식이므로, 종래방식의 조작방법 및 입체영상제작에 따른 상기 문제점을 해결할 수 있다.

도4는 본 발명의 렌즈들이 수평배열로 형성됨을 예시하고 설명하는 도면이고,

도5는 본 발명의 렌즈들이 수평배열 및 각각 움직이는 각도를 예시하고 설명하는 확대도면이다.

본 발명의 렌즈들은 초소형렌즈(200)들로 구성됨을 상기에서 언급하였다. 따라서 배열된 각각의 렌즈간격은 종래방법의 카메라(800)간격, 즉 배열된 카메라의 몸체크기에 따른 간격보다 훨씬 좁을 수밖에 없으므로, 민첩하게 제어될 수 있으며 원호배열이 아닌 수평배열로 형성되더라도 동시촬영에 문제가 없는 것이다.

사실상 '다시점 입체촬영'을 위한 카메라배열에 있어서는, 전방 피사체를 향한 원호배열이 중요한 요소인데, 원호배열 과 수평배열 차이는 모든 카메라가 피사사체와의 거리에 있어서 분명한 차이가 있고, 특히 수평배열은 중앙에 위치하는 카메라의 거리보다 측면에 위치한 카메라의 거리가 더 멀기 때문에 초점에서 차이가 있을 수 있고, 촬영된다 하더라도 그 오차가 크면 클수록 초점에 대한 피사체 와 주변 배경이 흐릿하거나 크기가 다르게 나타나므로 입체영상으로 제작되면 부자연스러운 왜곡현상이 발생한다.

그러나 이런 현상과는 달리 본 발명은 초소형렌즈의 수평배열구조로써 비교하여 설명하면 다음과 같다.

종래방식에 있어서의 동영상 촬영을 위한 일반적인 카메라를 DSLR 크기로 가정한다면, 이 정도의 크기는 아무리 작게 간격을 붙여도 13cm~15cm 정도의 배열 피치간격이 요구되므로, 피사체를 중심으로 하는 곡률반경 내에 넓은 간격으로 원호배열이 이루어 질 수밖에 없는 것이다.

반면에 본 발명의 렌즈들은 크기가 직경 1cm 이하 이므로, 렌즈 간의 피치간격은 1cm ~ 5cm이하의 상대가 되지 않는 크기의 구성조건이므로, 수평배열이라 하더라도 원호배열처럼 오차로 인한 문제가 발생하지 않는다.

따라서 DSLR카메라와 초소형렌즈의 원호배열과 수평배열의 발생오차를 수치적으로 비교하면 다음과 같다.

간단한 비교설명을 위하여 도4내지 도5에서 보는바와 같이, 본 발명의 렌즈배열 간격(p)이 최대 5cm 이하이나, 4개의 렌즈를 3cm간격 수평으로 배열함을 가정하여 예시한다.

초소형 렌즈(200)와 피사체(211) 또는 투사교차점(210))과의 거리(f)가 약 1M(1,000mm) ~ 2M(2,000mm) 이라고 가정하면, 측정거리는 '4번' 렌즈 위치가 되어야 하므로 실제적으로 중심선(250)에서부터 측면으로 45mm 떨러진 지점(X2)을 기준으로 측정해야 한다. 즉 피사체(211)로 부터 수평배열 끝 지점(4번 렌즈)까지의 거리(n)를 측정하는 것이며, 피사체(211)로 부터 원호지점의 거리(f) 또는 반지름(r)까지의 오차는 0.45mm ~ 0.224mm 가 된다.

따라서 초점거리(교차점거리) 오차 편차는 0.0445% ~ 0.0112% 이므로, 렌즈가 포착하는 오차수준 이내에 속하게 된다. 특히 휴대폰에 사용되는 렌즈의 크기 및 그 간격을 고려한다면 최소 약 1cm 이하 간격밖에 되지 않으므로 최저치 오차범위는 1/3수준으로 더욱 낮아지게 되므로 결국 거리오차는 무시할 수 있는 수준인 것이다.

구분	촬영방법	배열간격(p) 기준	피사체 초점거리(f)		4대 설치 기준 측정위치 (x2)
			1,000 mm	2,000 mm
원호배열 대비 수평배열거리오차	DSLR 카메라 간격	130mm	18.8mm	9.48mm	195mm
	초소형 렌즈 간격	30mm	0.45mm	0.22mm	45mm
비교 차		(-)100mm			(-)150mm

따라서 상기 표에서 보는바와 같이 일반적인 '카메라' 와 '초소형 렌즈'의 다시점 촬영 조건은 배열간격에 따라 크게 달라지므로, 특히 상기 예시된 4대 배열기준이 아니라 4대 이상의 카메라 또는 렌즈배열 기준, 예컨대 10개의 배열로써 다시점 촬영을 가정한다면 그 오차범위가 더욱 커지므로, 오직 본 발명의 초소형렌즈 수평배열만이 가능한 것이다.

따라서, 케이스 내에 배치되는 복수의 렌즈는 제1간격을 형성하여 일렬로 배치될 수 있다. 여기서, 제1간격은 25mm 이상 35mm 이하일 수 있다. 제1간격은 케이스의 크기에 따라 변형될 수 있음은 당연하다.

따라서 입체촬영의 일반화를 고려하여 대량생산 및 조립공정 생각한다면, 경제성, 기능성을 모두 고려해야 하기 때문에 하나의 카메라 내에서 렌즈들이 각각 피사체의 한 지점(210)을 향하여 회전(구동)되는 것이 가장 효율적이 방법이 되는 것이다.

따라서 도 4 내지 도5에서 보는바와 같이, 본 발명의 수평배열에 있어서 각각의 렌즈들이 피사체를 향하여 투사 촬영될 때, 각각 렌즈들의 투사 방향이 서로 교되는 지점을 '투사 교차점(210)'이라 칭한다.

투사교차점 또는 피사체위치는 촬영 중에도 수시로 조절되어야 하는 요소이다. 그 이유는 피사체의 이동 또는 위치변화에 따라 사용자가 의도적으로 촬영 중에도 일제히 조작해야하는 필요성이 있기 때문이다. 즉 촬영을 정지하고 투사교차점 위치를 맞추기 위해 조작하고, 그 뒤에 다시 촬영을 시작하는 것은 매우 비효율적인 것인 것이기 때문이다. 결국 촬영 중간에도 사용자의 의도에 따라 교차점 변화를 일제히 제어할 수 있도록 하여 영상이 끊어지지 않고 역동적인 입체연출이 가능하게 촬영되어야 하기 때문이다.

따라서 수시로 일제히 제어되도록 조정하는 본 발명의 '투사교차점 조절' 방식은 입체 촬영을 위한 중요한 핵심요소가 되는 것이며, 각각 렌즈들의 회전 값에 의해 '투사교차점'을 찾아주는 방법이 필요한 것이다.

본 발명에서 사용되는 초소형 렌즈들은 주로 직경이 1cm 이내 이며, 3개 이상 수평배열로 이루어지게 된다. 정교한 다시점 촬영을 위하여 10개 이상의 렌즈를 배열하여 사용할 수도 있으나, 사용자의 의도에 따라 조절될 수 있다.

먼저 렌즈들의 배열에 있어서 짝수개의 경우에는 정중앙을 중심으로 좌우측에 동일한 개수의 렌즈들이 균형 있게 배치될 것이며, 만일 홀수개의 경우에는 정 중앙에 렌즈가 비치되고 좌우측으로 동일한 개수의 렌즈들이 균형 있게 배치될 것임은 당연한 것이다.

따라서 도4 와 도 5에서 보는바와 같이 4개의 렌즈를 좌우 대칭되는 배열로 구성하고, 복수의 렌즈가 전방 방향으로 정렬된 상태에서 상기 복수의 렌즈를 이은 가상의 '제1기준선(240)'을 중심으로 각 렌즈들은 동일한 간격(p)을 이루어 '1번 렌즈' 부터 '4번 렌즈'로 배열된다.

또한 제1기준선과 수직방향으로서, 배열된 렌즈들의 중앙위치에서 피사체를 향한 '제2기준선(250)'을 중심으로 좌우로 균등 배열됨을 알 수 있고, '1번 렌즈'의 좌측에 'a'렌즈, '4번 렌즈'의 우측이 'b'렌즈가 균등하게 추가로 더 배열될 수 있음을 예시하고 있다.

따라서 모든 렌즈의 간격이 정중앙을 중심으로 대칭되고 균등하므로 '2번 렌즈'와 '3번 렌즈' 위치는 '(-)X1'과 '(+)X1' 이고 각각 마이너스(-)1/2 피치(P) 거리와 플러스(+)1/2 피치(P) 거리에 있을 것이다. '1번 렌즈'와 '4번 렌즈'의 위치는 각각'(-)X2'와 '(+)X2'로써 '-(1/2 P + P)' 거리이고, '+(1/2 P + P)' 거리이며 좌우 대칭되는 위치에 있는 것이다.

따라서 '3번 렌즈', '4번 렌즈' 및 'b 렌즈' 위치가 정해지면 대칭하여 '1번 렌즈', '2번 렌즈' 및 'a 렌즈'위치도 정해 질 것이다. 결국 각각의 렌즈들은 서로 다른 위치에 존재 하므로 교차점을 향하여 각각 다른 회전 값을 가질 수밖에 없는 것이다.

따라서 각 렌즈들의 투사각도(θ)는 렌즈의 간격(p) 및 교차점 수직거리(f), 수평배열 렌즈투사 교차점거리(n) 에 따른 삼각 함수관계에 있으므로 다음 '식1'에 의하여 각각 렌즈들의 회전 각도를 제어할 수 있는 것이다.

식1. θ = [arctan ( X / f)]*180 / π

따라서 각 렌즈의 회전 값은 각각 다음과 같다.

- (1)번 렌즈 투사각도 : (-)θ2 = (-)[arctan (x2 / f)]*180/ π

- (2)번 렌즈 투사각도 : (-)θ1 = (-)[arctan (x1 / f)]*180/ π

- (3)번 렌즈 투사각도 : θ1 = [arctan (x1 / f)]*180/ π

- (4)번 렌즈 투사각도 : θ2 = [arctan (x2 / f)]*180/ π

도 9는 본 발명에 있어서 피사체의 위치에 따른 투사교차점 거리측정방법 및 제어방식을 설명하기 위한 도면이다.

투사교차점을 향한 조절방식은 사용자의 의도에 따라 제어되는 방법이 .'심도초점우선 조절방식' 과 '투사교차점우선 조절방식' 구분할 수 있다.

예컨대 '심도초점우선 조절방식'은 가령 피사체가 2m 전방 위치(f) 에 있다고 가정할 때, 피사체 위치에 맞춰서 어느 한 개의 렌즈가 '측정렌즈'가 되어 피사체의 심도초점(n)을 맞추면 그 데이터 값을 나머지 모든 렌즈들에게 신호를 전달하여, 일제히 모든 렌즈들의 심도초점(n)이 동일하게 맞춰지게 되며, 또한 수치화된 이 심도초점(n) 거리는 '교차점 수직거리'(f)를 알 수 있게 하므로 그 값에 의하여 렌즈들이 일제히 '투사교차점'을 향해 회전하게 된다.

이것은 렌즈들 중 어느 한 개를 측정렌즈로 정하게 되는 것이므로, 홀수개의 렌즈배열이라면 중앙렌즈가 '측정렌즈'가 되는 것이고, 짝수개의 렌즈 배열이라면 중앙부에 위치한 2개의 렌즈 중, 예컨대 '도 5' 에서 '2번렌즈' 와 '3번렌즈' 중 선택하여 '측정렌즈'로 사용 하는 것이 바람직할 것이다.

또한 다른 방법으로는 도 9 에서 보는바와 같이 '거리센서(420)'가 구성되어 있는데, 렌즈배열의 중앙부에 위치하고 피사체와의 거리를 감지하여 렌즈들이 투사교차점(210)을 향하여 제어할 수 있도록 만든다.

이 거리센서(420)로는 (1) 초음파 센서 : 음파, (2) 적외선 센서 : 적외선, (3) 라이다(LIDAR)센서 : 레이저, (4) 레이더(RADAR)센서 : 전파, (5) 카메라센서(Passive Sensor) : 가시광선, 등이 있으며, 사용자의 의도에 따라 선택하여 적용할 수 있는 것이다. 따라서 이 측정된 거리 값에 의하여 '초점심도' 및 '투사교차점'을 향한 렌즈들의 회전방향을 일괄적으로 제어할 수 있는 것이다.

그 결과로 입체촬영 영상은 피사체(투사 교차점)를 중심으로 피사체 주변 물체들이 입체적으로 보이게 되는 것으로써, 피사체(투사 교차점) 보다 앞에 있는 물체는 '돌출'되어 보이고 피사체(투사 교차점) 보다 뒤에 있는 물체는 '깊이감'으로 인지되는 것이다. 또한 피사체의 움직임에 심도초점을 계속 맞추게 되면 계속 변화되는 주변 환경을 피사체와 함께 역동적인 입체영상을 제작할 수 있는 것이다.

또한 '투사교차점우선 조절방식'은 사용자가 임의로 투사교차점을 특정위치거리로 미리 조정하고 촬영하는 경우인데, 투사교차점을 중심으로 입체적으로 보이는 어느 환경이 세팅되면 움직이는 피사체가 전진 과 후진에 따라 입체적으로 보이게 되는 방식이다. 즉 피사체가 투사교차점 위치 보다 앞으로 이동하면 점점'돌출'되어 보이고, 피사체가 투사교차점 보다 뒤로 움직이면 점점 '깊이감'으로 연출되어 보이는 조절방식이 되는 것이다.

결국, 주어진 거리를 중심으로 움직이는 피사체가 역동적이고 입체적으로 보이도록 연출되어 촬영할 수 있는 방법이 된다.

도 6 내지 도 8b는 본 발명 초소형 렌즈의 회전구동에 관한 것이다.

우선 본 발명의 초소형 렌즈 내부에는 '심도초점'을 조절하는 구동모터 및 여러 장의 렌즈들이 층으로 겹쳐진 '렌즈결합체'로써 구성된다. 또한 '구동모터'는 여러 장으로 구성된 렌즈들의 간격을 조절함으로써 심도초점이 조절된다. 심도초점을 위한 모터로는 VCM(Voice Coil Moter), 엔코더(Encoder), 피에조(Piezo), 등을 사용하게 되는데 이것은 '휴대폰'용 카메라 에 주로 사용되기도 하다.

그리고 본 발명에서 사용되는 '초소형렌즈'의 경우에는 심도초점 조절기능이 없는 '무한대초점 렌즈'도 존재하기 때문에 입체촬영에 있어서 '투사교차점' 형성만 제대로 이루어진다면 '무한대 초점 렌즈'사용도 무방하지만 심도초점 조절기능이 있는 렌즈보다는 품질이 떨어짐은 당연할 것이다.

그리고 여러 개의 소형렌즈(200)를 사용하는 본 발명은, 각각의 렌즈들을 회전시켜야 하는 '회전체모듈(300)' 또는 렌즈와 결합된 회전체(500) 에 의해 각각 정해진 각도만큼 회전하게 된다.

또한 도 7 은 일실시예에 따라 예시한 바와 같이, 모터 1개의 회전에 의해 각각의 렌즈들이 일정각도로 회전할 수 있는 구조를 설명하고 있다.

모터와 연결된 회전축(320) 에 웜기어(305)가 일정한 간격으로 삽입되어 있고, 각각의 렌즈들을 고정하고 회전하도록 고안된 렌즈 홀더(310) 및 홀더회전축(311)에 삽입된 톱니바퀴(321, 322)가 웜기어(305)에 연결되어 있다. 그런데 톱니바퀴(321, 322)의 크기가 다른 것을 볼수 있는데, 이것은 톱니바퀴의 '크기' 또는 '톱니 수'에 따라 '기어비'가 조절되므로, 각각 특정한 각도(θ)로 일제히 회전될 수 있는 것이다.

그런데 각각의 렌즈들이 움직이는 각도는 0.1도 이내의 아주 정교한 각도의 움직임이 필요하므로, 웜기어 및 톱니바퀴를 이용할 수도 있겠지만, 도 8a에서 예시한바와 같이 각각의 렌즈들을 움직이게 하는 회전체(500) 또는 소형모터를 사용하는 것이 바람직하다 할 것이다.

본 발명 도 8a의 일실시예에 의한 렌즈(200)는 '렌즈' 와 '회전구동체(500)'가 하나의 몸체(200)로 형성될 수 있음을 예시하고 있다.

이것은 정교한 회전을 컨트롤하기 위하여 VCM(Voice Coil Moter), 엔코더(Encoder), 피에조(Ultrasonic Piezomotors) 등의 방식 사용할 수 있는 것으로써, 즉 초음파 또는 전자력에 의해 움직이며, 회전 또는 선형으로도 움직임이 가능한 구동체인 것이다.

따라서 상기'회전구동체(500)'는 사용자의 선택에 따라 '렌즈'의 몸통을 감싸는 회전체가 될 수도 있고, 렌즈 내부에서 움직이는 초소형 회전체가 될 수도 있기 때문에 사용자의 의도에 따라 구성방법이 달라질 수 있는 것이다.

또한 도 8b는 상기 도 8a 에서 설명하는 렌즈(및 회전체)에 있어서 렌즈(200)들 간의 간격을 조절할 수 있도록 수평이동이 가능한 직선이동 동력체(510)가 하나의 모듈로 구성되어 있음을 예시하고 있다.

이것은 각각의 렌즈들이 회전 및 일정한 간격으로 벌어지거나 좁혀지는 기능을 위한 것이다. 따라서 피사체 또는 투사교차점이 멀리 있을 때 촬영된 입체영상투시에 있어서, 육안으로 느끼는 입체감이 약해지는 것을 보완하기 위한 방법이다.

일반적으로 소형렌즈의 경우에는 비교적 촬영되는 화각이 넓은 편이므로, 1M 정도에서는 큰 문제가 없는데, 그 이상 거리에서는 점차 입체감 효과가 떨어지는 현상이 나타나게 된다. 이것은 각각의 렌즈에서 촬영된 피사체의 투사각도(θ) 차이에 의해 만들어지는 것이므로, 먼 거리의 피사체(210, 211)는 촬영화면내의 피사체의 변화(화각차이)가 미미하고, 가까운 거리에서 촬영된 피사체(210, 211)일수록 변화(화각차이)가 극명하게 나타나게 되는 것을 목격할 수 있게 된다. 이것은 특히 망원렌즈 보다는 광각렌즈 일수록 더욱 심하게 나타나는데 멀리 있는 피사체(210, 211)는 약한 깊이감(Depth)정도만 인지될 뿐, 풍성한 입체감을 거의 못 느낄 정도가 된다.

따라서 이럴 경우에는 렌즈들의 간격(X)을 벌려서, 투사교차점 거리(f)가 멀어진 만큼 입체감을 충분히 느낄 수 있도록 투사각도(θ)를 확보 하는 것이며, 결국 멀리 있는 피사체 촬영에 있어서도 '깊이감' 및 '돌출감'을 관찰할 수 있도록 촬영할 수 있는 것이다.

따라서 복수의 렌즈 사이의 간격인 제1간격을 조절하기위한 본 발명의 선형이동 방법은 소형모터에 의한 '웜기어' 회전방식 또는 주파수의 미세진동을 기반으로 움직이는 '초음파압전모터(Ultrasonic Piezomotors)'방식을 사용할 수 있다.

따라서 도 8b 는 본발명의 일실시예에 의한 구성으로써 도 8a의 실시예에 의한 렌즈(200)에 선형이동을 위한 구동체(510)가 추가 구성된 형태임을 알 수 있다. 언급한 렌즈의 회전을 위한 회전체(500) 와 렌즈의 선형이동을 위한 구동체(510)와 '렌즈'가 하나의 몸체로 이루어져 있다.

따라서 상기 구동체(510)에 연결된 웜기어(305)가 회전하면서 선형톱니 (511)위 으로 이동하고 제어될 수 있는데, 구동체(510)가 '피에조모터 (Ultrasonic Piezomotors)'로 이루어 진다면 더 정밀한 제어는 물론이고 웜기어 및 선형톱니 없이도 선형이동이 가능함은 당연할 것이다.

또한 도 10에서 보는 바와 같이, 각각의 렌즈들은 화면의 확대/축소를 위한 줌 기능이 있는 렌즈를 사용할 수 있는데, 초소형 렌즈의 경우에는 확대/축소 즉 광각~망원으로의 기능을 갖도록 하는 것이다. 초소형 렌즈모듈의 경우 2개 내지 3개의 렌즈를 연계하여 각각 광각, 표준, 망원 렌즈로써 촬영할 수 있도록 만들 수 있다.

따라서 본 발명의 사용되는 렌즈에 있어서 '줌'기능이 가능한 렌즈들로 구성 될 수도 있는 것이며, 이것은 광각렌즈(201), 표준렌즈(202), 망원렌즈(203)로 구성되는 하나의 '줌 렌즈 모듈'로써 제작되고, 하나의 회전체에 '줌렌즈 모듈'이 결합하여 투사교차점을 향해 회전하도록 제작될 수 있는 것이다. 이것은 사용자가 편리하게 더 역동적인 입체촬영을 할 수 있게 만드는 기능이 되는 것이다.

도 11a 내지 도 11b는 본 발명의 일실시 예로써, 입체영상카메라가 휴대폰과 결합하여 구성됨을 예시하는 도면이다.

도 11a은 본 발명의 입체촬영카메라가 휴대폰과 연계되어 합체되는 구조를 예시하고, 휴대폰의 디스플레이(화면) 쪽에서 바라본 사시도 이다. 그리고 도 11b는 반대 방향인 입체촬영 카메라의 렌즈배열 방향에서 바라본 사시도 이다.

본 발명의 입체촬영카메라 및 입체촬영시스템은 휴대폰과 연계되어 제작할 수 있는데, 휴대폰이 가지고 있는 전원장치와 디스플레이, 연산장치를 그대로 활용할 수 있기 때문에 하드웨어적인 제조비용을 훨씬 절약할 수 있는 방법이다.

이것은 최소한의 입체촬영 장치만으로 구성된 카메라를 휴대폰에 유선 또는 무선으로 통신연결 할 수 있도록 하는데, 휴대폰 대신 휴대용테블릿 PC 장치 등을 활용할여 제작할 수도 있다. 따라서 카메라를 조작할 수 있는 소프트웨어(또는 전용 앱)를 휴대폰에서 실행시켜, 입체촬영을 위한 조건 및 기능 등을 휴대폰화면을 보면서 조정할 수 있는 것이다.

또한 휴대폰이 가지고 있는 연산장치를 활용하면, 카메라에서 촬영된 영상(Data)을 휴대폰에 저장하고, 촬영된 영상을 입체화(인터레이싱) 시키고, 입체영상 데이터를 전송 및 시청 할 수 있는 획기적인 방법이 되는 것이다.

도 12 내지 도14는 본 발명의 '입체화(인터레이싱)' 작업을 예시하고 설명하는 도면이다.

'입체화(인터레이싱)' 란 일반적으로 입체화면을 제작하기 위한 필수 작업인데, 여러 각도에서 촬영된 영상들을 1개의 영상으로 압축하는 과정이라고 할 수 있고, 이렇게 입체적으로 볼 수 있도록 데이터를 변환하는 과정을 '입체화' 또는 '인터레이싱' 작업이라고 한다.

따라서 본 발명은 각각의 렌즈들이 촬영한 여러 각도의 '영상데이터'들을 하나의 '이미지 데이터'로 만드는 작업과정이 필요하고, 그 결과물을 화면을 통해 볼 수 있도록 해야 한다. 그리고 몇 개의 렌즈(시점)에서 촬영됐는지에 따라 데이터의 압축 처리용량, 입체 투시화각의 안정성, 해상도품질 등의 처리속도 결과치가 다르게 나타나게 된다.

예컨대 가능한 최단시간 내에 (또는 즉시) 처리하여 저장 또는 송출이 가능해야 하는데, 이러한 인터레이싱 작업을 하기위해서는, 첫째 다시점 적용화면의 개수가 몇 개 인가?, 둘째 보정작업(타임라인 및 컬러, 밝기, 위치, 화각 등)은 몇 가지로 할 것인가?, 셋째 관찰자의 시점(투시)은 몇 시점 기준으로 할 것인가? 넷째 입체관찰 인지 해상도는 어느 정도의 선명도를 유지 할 것인가? 에 따라 데이터의 처리용량이 다르게 나타나는 것이다.

가령 10개의 카메라 또는 렌즈로 촬영(10시점 촬영)된 이미지라면, 1개의 렌티큘라 골(렌즈) 피치 내에 10개 이미지를 쪼개어 분류 및 조합하여 반복배열 하는 것인데, 이것을 가령 5개의 카메라로 촬영된 이미지를 적용했을 때와 비교하여 설명하면 다음과 같고, 그 기준은 화면해상도가 400 lpi 디스플레이에서 관찰함을 가정했을 때를 기준으로 하였다.

10시점 촬영영상의 디스플레이 관찰 해상도는 400lpi 기준이므로 400lpi 화면에 10개의 촬영이미지로 나눈 화면을 시청하는 것과 같은 것이다. 결국 40lpi 로 이루어진 10개의 영상을 투시각도에 따라 볼 수 있도록 디스플레이 되는 것이다. 이것은 결국 40 개의 라인(40 lpi)해상도로 화면 구성된 입체영상을 눈으로 보는 것이다.

또한 5시점 촬영은 400/5 = 80 이므로 1인치당 80 개의 라인(80 lpi)으로 표현되는 입체영상을 눈으로 인지하게 되는 것이다. 따라서 구체적으로 비교하면 원래 디스플레이 화면 해상도는 400lpi로써 1개의 라인 굵기가 0.0635mm이지만, 10개의 시점으로 보기위한 화면 해상도는 40lpi 이므로 0.635mm 굵기의 픽셀로 이루어진 화면을 보는 것과 동일한 결과를 보는 것이고, 5개의 시점으로 보기위한 화면은 80 lpi이므로 0.3175mm 굵기의 픽셀로 이루어진 화면을 보는 것이다.

여기서부터 문제가 발생한다. 즉 사람이 육안으로 인지하는 자연스런 동영상 픽셀의 크기는 시청거리에 따라 다소 차이는 있지만, 최소한 약 0.35mm 이내에서 표현되는 것이 바람직한데, 그 이상이 되면 해상도가 떨어져 눈에 거슬리는 화면을 보는 것이 된다. 따라서 10 시점으로 촬영됨으로 얻을 수 있는 다시점 시청화각보다는, 5 시점의 좁은 시청화각이지만 눈에 거슬리지 않는 해상도의 입체화면을 보는 것이 바람직한 것이다.

특히 휴대폰 같은 소형디스플레이 제품으로 시청하는 경우에는 제품특성상 어차피 1인 시점으로 관찰하게 되므로 시청화각이 넓을 필요가 없는 것이다. 결국 최적의 해상도로 관찰할 수 있는 최적의 투시시점 최소화가 바람직할 것이다.

도 12는 종래 기술에 있어서, 렌티큘라 방식의 5시점 화면시청을 관찰시점별로 예시한 도면이다

그러나 정해진 해상도 내에서 아무리 해상도를 높이고 투시시점을 최소화 한다 하더라도 3시점 이하가 되면 조금만 움직여도 반복되어 보이는 '점프현상' 때문에 어지럽고 피곤한 시청을 하게 될 것이다.

'점프현상'이란 투시각도에 따라 입체적으로 보이기는 하지만 어느 각도에서는 입체적으로 보이지 않게 되는 현상인데, 투시되는 화면배열 중에서 입체적으로 보이는 순차배열 외에 어지럽게 보이는 시점에서 보여 지는 현상을 말한다.

도 3 및 도 12에서 보는 바와 같이 종래기술로서 렌티큘라 방식을 예시하고 있는데, '도 3'의 일반 카메라(800)들 배열에 의한 입체촬영은 즉 1번 카메라로 촬영한 '1번 이미지(A1)'부터 5번 카메라로 촬영한 '5번 이미지(A5)'가 입체화작업 공정을 거쳐 결국 순차적인 반복배열로써 도12의 디스플레이층(10)에 구성될 수 있다. 디스플레이층(10)의 일면에는 투명 두께층(20)이 배치될 수 있다. 투명 두께층(20)의 일면에는 렌티큘라(30)가 배치될 수 있다. 렌티큘라(30)는 렌즈 어레이로 명명될 수 있다. 렌티큘라(30)는 복수의 렌즈가 배열될 수 있다. 렌티큘라(30)는 복수의 마이크로 렌즈가 배열될 수 있다. 복수의 렌즈는 일면이 볼록한 렌즈일 수 있다. 렌티큘라(30)를 구성하는 각 렌즈마다 대응되도록 1번 이미지(A1) 내지 5번 이미지(A5)가 순차적으로 배열될 수 있다.

이와 같이 촬영된 영상들은 디스플레이의 해상도(lpi)조건에 따라 일정한 간격의 픽셀이미지로써 반복되어 디스플레이 되는 것이다. 결국 이러한 디스플레이 영상을 우리는 렌티큘라(30) 또는 페럴렉스 베리어(40)를 통하여 투시(관찰)할 수 있는 것이다.

도 12에서 예시하는 바와 같이, 좌안과 우안이 바라보는 투시 관찰시점 위치는 1시점에서 5시점으로 구분되는데, 입체적으로 보이는 위치는 보는 각도에 따라 1시점(1&2이미지). 2시점(2&3이미지). 3시점(3&4이미지), 4시점(4&5이미지) 위치이고, 이어지는 각도 위치 5시점(5&1이미지)은 어지럽게 보이는 화면을 관찰하게 된다. 그 이유는 5번 이미지와 1번 이미지가 각각 좌안과 우안으로 투시 할 때, 사람의 뇌에서 입체적으로 매치되지 않는 두 개의 그림을 받아들이지 못하여 어지럽게 느끼게 되는 것이다.

그리고 다시 이어지는 투시위치 1시점(1&2이미지). 2시점(2&3이미지). 3시점(3&4이미지), 4시점(4&5이미지)각도에서는 안정적인 입체화면을 투시할 수 있게 된다. 결국 투시위치에 따라 입체적으로 보이다가 어지럽게 보이는 지점에서 나타는 현상, 즉 '점프현상'이 계속 반복되어 발생하는 폐단으로 나타나는 것이다.

따라서 본 발명에서는 상기의 문제점을 도 13, 도 14 에서 예시하는 바와 같이 해결할 수 있는 것이다.

본 발명에 따른 휴대용 입체촬영 시스템은 휴대용 입체촬영 카메라에서 촬영된 영상을 입체화하는 제어 모듈을 포함할 수 있다. 제어 모듈은 인터레이싱 과정에서 촬영된 5시점 이미지(5개의 동영상 이미지)를 6시점 이상의 이미지로 변환할 수 있다. 제어 모듈은 각각의 렌즈(A1,A2,A3,A4,A5)로 촬영된 이미지(1,2,3,4,5)에 알파이미지(15) 'α' 또는(및) 'β' 를 포함시켜 인터레이싱 함으로써 어지럽지 않게 보이는 영상을 제작할 수 있다.

도 13을 참조하면, 제어 모듈은 디스플레이층(10)에 입체화한 영상을 배치할 수 있다. 디스플레이층(10)의 일면에는 투명 두께층(20)이 배치될 수 있다. 투명 두께층(20)의 일면에는 렌티큘라(30)가 배치될 수 있다. 랜타큘러(30)은 렌즈 어레이로 명명될 수 있다. 렌티큘라(30)는 복수의 렌즈가 배열될 수 있다. 렌티큘라(30)는 복수의 마이크로 렌즈가 배열될 수 있다. 복수의 렌즈는 일면이 볼록한 렌즈일 수 있다. 제어 모듈은 렌티큘라(30)를 구성하는 각 렌즈마다 입체화한 영상이 대응되도록 배열될 수 있다. 보다 구체적으로, 각각의 렌즈(A1,A2,A3,A4,A5)로 촬영된 이미지(1,2,3,4,5)에 알파이미지(15) 'α' 또는(및) 'β' 를 포함시켜 인터레이싱한 것을 1개의 영상세트로 정의하면, 제어 모듈은 렌티큘라(30)의 하나의 렌즈 마다 1개의 영상세트가 대응되도록 구성할 수 있다.

알파이미지(15)는 제3의 일반 이미지로써 입체적으로 보이지 않는 이미지이다. 이것은 단색 이미지 또는 칼라이미지, 그라데이션이미지, 기타 그림 등을 활용하여 만들 수 있으며, 또는 촬영된 영상의 복사이미지, 즉 '1번'또는 '5번'이미지를 반복시켜 사용할 수도 있다. 따라서 순차적으로 알파이미지와 촬영이미지를 좌안 또는 우안으로 볼 수 있도록 배열시키는 방식이다.

예컨대, 도면에서 보는바와 같이 관찰하려는 투시각도에 따라 시점별로 구분하면 1시점(α&1). 2시점(1&2). 3시점(2&3). 4시점(3&4), 5시점(4&5), 6시점(5&β), 7시점(α&β) 순서로 7배열 시점이 만들어지게 되는데, 알파이미지(15)가 백색(또는 먹색, 단색 칼라이미지) 일 경우 '1시점' 과 '6시점'에서 바라볼 때만 'α' 또는 'β'가 촬영된 '1번'이미지, 5번 이미지와 겹쳐 보이게 된다. 즉 좌안과 우안이 촬영된 이미지와 백색이미지로 각각 겹쳐 보이게 되므로 결국 점점 밝아지면서 어지럽지 않은 이미지를 투시하게 되는 것이다.

그 이유는 즉 '1번'이미지가 우안으로 투시되고, 'α'이미지가 좌안으로 투시될 때, 마치 피사체화면이 백색으로 변하는 과정처럼 느껴지게 될 것이고, 결국 순간 백색이미지 영상이 보일지언정 어지럽지 않게 보이는 것이다.

또한 연속되어 이어지는 7시점(α& β)에서는 입체화면이 완전하게 백색 화면으로 변하게 됨을 인지하게 되므로, 사람이 투시할 때 백색화면을 본능적으로 경계면(경계화각)으로 인지하게 될 것이다. 따라서 본능적인 학습경험을 통하여 입체적으로 잘 보이는 '2시점 내지 5시점' 즉 입체적으로 제일 잘 보이는 중앙 투시위치로 스스로 움직이려 할 것이고 본능적으로 손에 쥐고 있는 휴대폰화면 따위를 '입체적으로 잘 보이는 위치'로 움직여 투시하려 할 것이다. 이것은 결국'알파이미지(15)'가 사람이 가지고 있는 본능적인 행동역학에 의해 투시화각을 스스로 무의식적으로 교정하게 하는 중요한 기준이 되는 것이다.

따라서 도 13내지 도14에서 예사한바와 같이, 알파이미지(15)를 적용하여 인터레이싱 되도록 설계하고 그 화면을 투시할 때 시점별 순차적으로 정리하면,

1시점 α & 1 = 흐린백색 화면 인지,

2시점 1 & 2 = 입체화면 인지,

3시점 2 & 3 = 입체화면 인지,

4시점 3 & 4 = 입체화면 인지,

5시점 4 & 5 = 입체화면 인지,

6시점 5 & β = 흐린백색 화면 인지,

7시점 α & β = 백색 화면 인지,

1시점 α & 1 = 흐린백색 화면 인지,

2시점 1 & 2 = 입체화면 인지,

3시점 2 & 3 = 입체화면 인지,

이하 반복

순서로 보이게 될 것이다.

또한 도 15에서 보는 바와 같이 육안으로 좌안과 우안에서 디스플레이를 바라보는 투시각이 근거리일 경우, 특히 휴대폰 처럼 30cm 내외에서 바라볼 경우를 일실시예에 의해 설명하면 다음과 같다.

즉, 4개의 렌즈로 촬영한 4개의 이미지(1,2,3,4)와

알파 이미지(15)로써 단색 이미지(β) 2개 와 복사이미지( α1 및 α4) 2개로 구성된 총 8시점 디스플레이 배열구조를 예시하고 있다.

1시점 β & α1 = 백색 & 1번이미지의 복사본 = 흐린백색 인지

2시점 β & 1 = 백색 & 1번이미지 = 흐린백색 인지

3시점 α1 & 2 = 1번이미지의 복사본 & 2번이미지 = 입체화면 인지,

4시점 1 & 3 = 1번이미지 & 3번 이미지 = 입체화면 인지,

5시점 2 & 4 = 2번이미지 & 4번 이미지 = 입체화면 인지,

6시점 3 & α4 = 3번이미지 & 4번이미지의 복사본 = 흐린백색 화면 인지,

7시점 4 & β = 4번이미지의 복사본 & 백색 = 흐린백색 화면 인지,

8시점 α4 & β = 4번이미지의 복사본 & 백색 = 흐린백색 화면 인지,

1시점 β & α1 = 백색 & 1번이미지의 복사본 = 흐린백색 인지

2시점 β & 1 = 백색 & 1번이미지 = 흐린백색 인지

이하 반복

순서로 보이게 될 것이다.

따라서 알파이미지의 배열 조합에 따라, 적은숫자의 렌즈로 촬영 하더라도 어지럽지 않게 입체를 관찰할 수 있는 확실한 4개의 시점 및 화각을 확보할 수 있는 방법이 되는 것이다.

또한 사용자의 의도에 따라 한 개의 알파이미지(15), ‘α’만을 사용하는 경우도 있을 수 있는데, α&1. 1&2. 2&3. 3&4, 4&5, 5&α 순서의 6배열 투시위치 시점으로 만들 수 있으므로 충분히 그 배열방법을 응용할 수 있는 것이다.

따라서 이것은 최소 3개 이상의 렌즈배열을 사용하더라도, 종래 렌티큘라 또는 페럴렉스베리어 방식에 있었던 매스껍도록 어지러웠던 화면투시 폐단을 사라지게 하는 방법이 되고, 이러한 알파이미지(15)적용은 본 발명의 입체촬영용 카메라에 있어서 최소한의 렌즈를 사용하더라도 더 넓은 투시화각을 제공하고, 데이터전송 및 인터레이싱 처리속도 또한 빠르게 제작할 수 있는 획기적인 방법이 되는 것이다.

또한 본 발명은 입체촬영 이미지와 더불어 알파이미지(15)를 포함하여 인터레이싱작업을 하고 그 결과로 제작된 입체영상 데이터를 저장 또는 송출할 수 있고, 이 데이터를 재생할 수 있는 것이다.

도14은 본 발명의 일실시예에 의한 디스플레이(10) 및 페럴렉스베리어(40)의 입체영상 투시방법을 예시한 도면이다.

데이터 처리방식 및 디스플레이 방식은 도 12의 렌티큘라(30) 구조와 동일한 방식으로 이루어지며, 단 렌티큘라 렌즈어레이(30) 대신 페럴렉스베리어(40) 필름을 사용하여 제작된다.

일반화 된 기술로써 페럴렉스베리어 방식은 렌티큘라와 달리 배면 디스플레이에 광원에 대한 빛 차단 및 빛 투과에 의해 양안의 투시각도를 다르게 만들어 입체적으로 보이도록 하는 방식인데 디스플레이 화소크기에 민감하게 제작되어진다.

페럴렉스베리어(40) 필름은 빛을 차단하는 마스크(41) 부분과 빛이 투과되는 슬릿(42)부분으로 구분되는데 반복되는 패턴의 피치간격(16)으로 제작된다. 빛이 투과되는 슬릿(42)의 크기는 디스플레이화소 1개 '폭' 크기 내외에서 주로 구성되며, 일반적으로 관찰하고자 하는 촬영시점이 많을수록 마스크(41)영역이 넓어지므로 상대적으로 슬릿(42)영역이 좁아지게 된다. 따라서 투시되는 화면전체가 어두워지는 역효과를 일으킨다.

예컨대 도 14에서보는 바와 같이 디스플레이 화소배열이 α, 1, 2, 3, 4, 5, β 로, 모두 7개 화면구성의 반복패턴으로 이루어진다면, 슬릿(42)의 크기는 인터레이싱 된 화면피치(16)의 1/7크기 이고, 빛이 차단되는 마스크부분은 6/7 크기로 이루어지게 된다. 따라서 화면이 투명한 도 13의 렌티큘라(30) 렌즈어레이로 보는 것보다 상대적으로 어둡게 보이는 현상이 발생되는 것이다.

만약 10시점 이상 다시점영상으로 제작하는 것이라면, 관찰자의 투시화각을 폭넓게 활용하는 이익보다, 디스플레이가 어두워지므로 시인성 저하 또는 과도한 전력소비에 따른 손실이 더 커짐으로 입체화면이 어두운 시청으로 이어지게 될 것이다.

따라서 개인용 소형디스플레이 또는 휴대폰화면과 같은 도구로 시청할 경우를 감안한다면 렌즈 촬영영상은 3시점이상 6시점 이하로 사용하고, 알파이미지(15) 최소 1개 이상을 포함하여 총 10시점 이하의 관찰시각으로 제작하는 것이 바람직할 것이다.

이상에서, 본 발명에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것이 아니고, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범위를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방할 수 있음은 명백한 사실이며 이러한 변형 및 모방은 본 발명의 시술 사상의 범위에 포함된다.

f : 피사체 투사거리(원호배열)
f2 : 가까운 피사체 투사거리(원호배열)
n : 수평배열 렌즈의 피사체 투사 거리
p : 렌즈배열 거리
r : 원호배열 구심점(반지름)
r2 : 근거리 원호배열 구심점(반지름)
θ : 렌즈의 투사각 (또는 렌즈의 회전 값)
A1 : 1번 카메라촬영된 1번 이미지
A2 : 2번 카메라촬영된 2번 이미지
A3 : 3번 카메라촬영된 3번 이미지
A4 : 4번 카메라촬영된 4번 이미지
A5 : 5번 카메라촬영된 5번 이미지
1: 입체촬영 카메라 및 시스템 10 : 디스플레이 화소배열
15 : 알파이미지(α, β) 16 : 인터레이싱 패턴피치
20 : 투명 두께층 30 : 렌티큘라(렌즈어레이)
35 : 렌티큘라 렌즈피치 36 : 페럴렉스베리어 패턴 피치
40 : 패럴렉스베리어 필름 41 : 마스크
42 : 슬릿(slit) 43 : 슬릿 폭사이즈
101 : 카메라 전면케이스 102 : 카메라 뒷면케이스
120 : 디스플레이 200 : 초소형렌즈
201 : 광각렌즈 202 : 표준렌즈
203 : 망원렌즈 210 : 투사교차점
211 : 피사체 240 : 제1기준선
250 : 제2기준선(중심선) 300 : 기어모듈
305 : 웜기어 310 : 렌즈홀더
311 : 렌즈(홀더) 회전축 320 : 회전축
321 : 작은기어 322 : 큰 기어
400 : 전자회로기판 420 : 거리센서
500 : 회전체(모터) 511 : 선형톱니
510 : 직선이동 동력체 700 : 휴대폰
710 : 휴대폰 디스플레이화면 800 : 일반 카메라

Claims (12)

1. 개구를 포함하는 케이스;
   상기 케이스 내에 제1간격을 형성하여 일렬로 배치되는 복수의 렌즈; 및
   상기 복수의 렌즈를 각각 회전시키는 구동 모듈을 포함하고,
   상기 구동 모듈은 상기 렌즈와 결합하여 상기 렌즈를 회전시키는 회전체를 포함하고,
   상기 복수의 렌즈가 피사체를 향하여 투사교차점이 형성되도록 상기 복수의 렌즈를 각각 회전시키고,
   상기 렌즈의 회전 각도는 아래의 식을 만족하는 휴대용 입체촬영 카메라.
   <식>
   θ = [arctan ( X / f)] * 180 / π
   (상기 식에서 θ는 상기 렌즈의 회전 각도를 의미하고, X는 상기 복수의 렌즈의 중앙위치에서 피사체를 향한 제2기준선으로부터 상기 렌즈 사이의 거리를 의미하고, f는 상기 투사교차점과 상기 복수의 렌즈가 전방 방향으로 정렬된 상태에서 상기 복수의 렌즈를 이은 제1기준선까지의 거리를 의미한다.)
2. 제1항에 있어서,
   상기 케이스는 개구를 포함하는 상부 케이스 및 디스플레이가 배치되는 하부 케이스를 포함하고,
   상기 복수의 렌즈가 배치되는 기판을 포함하는 휴대용 입체촬영 카메라.
3. 제2항에 있어서,
   상기 기판 상에 배치되고 상기 복수의 렌즈가 배치되는 배열의 중앙에 배치되어 상기 피사체와의 거리를 감지하는 거리 센서를 포함하는 휴대용 입체촬영 카메라.
4. 제1항에 있어서,
   상기 회전체는 모터, VCM(Voice Coil Motor), 엔코더(Encoder), 피에조(Piezo) 중 적어도 하나로 이루어지는 휴대용 입체촬영 카메라.
5. 휴대용 입체촬영 카메라로부터 입력된 영상을 인터레이싱하는 제어 모듈;
   상기 인터레이싱된 영상이 배열되는 디스플레이층;
   상기 디스플레이층의 일면에 배치되는 투명 두께층; 및
   상기 투명 두께층의 일면에 배치되고 복수의 마이크로 렌즈 어레이를 포함하는 렌티큘라를 포함하고,
   상기 휴대용 입체촬영 카메라는 제1간격을 형성하여 일렬로 배치되는 복수의 렌즈 및 상기 복수의 렌즈가 피사체를 향하여 투사교차점이 형성되도록 상기 복수의 렌즈를 각각 회전시키는 구동 모듈을 포함하고,
   상기 제어 모듈은 상기 복수의 렌즈에서 촬영된 영상이 순차적으로 나열된 촬영 영상 세트를 상기 디스플레이층에 반복적으로 나열하되, 상기 촬영 영상 세트 각각은 양 단 중 적어도 하나에 배치되는 알파 이미지를 포함하는 입체촬영 시스템.
6. 제5항에 있어서,
   상기 알파 이미지는 단색 이미지, 칼라 이미지, 그라데이션 이미지, 상기 복수의 렌즈 중 일단에 배치된 렌즈에서 촬영된 촬영 영상, 상기 복수의 렌즈 중 타단에 배치된 렌즈에서 촬영된 촬영 영상 중 하나인 입체촬영 시스템.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제어 모듈은 상기 촬영 영상 세트를 상기 렌티큘라의 상기 마이크로 렌즈마다 대응되도록 배치되는 입체촬영 시스템.
8. 휴대용 입체촬영 카메라로부터 입력된 영상을 인터레이싱하는 제어 모듈;
   상기 인터레이싱된 영상이 배열되는 디스플레이층;
   상기 디스플레이층의 일면에 배치되는 투명 두께층; 및
   상기 투명 두께층의 일면에 배치되고 빛을 차단하는 마스크 부분과 빛이 투과되는 슬릿 부분을 포함하는 페럴렉스베리어 필름을 포함하고,
   상기 휴대용 입체촬영 카메라는 제1간격을 형성하여 일렬로 배치되는 복수의 렌즈 및 상기 복수의 렌즈가 피사체를 향하여 투사교차점이 형성되도록 상기 복수의 렌즈를 각각 회전시키는 구동 모듈을 포함하고,
   상기 제어 모듈은 상기 복수의 렌즈에서 촬영된 영상이 순차적으로 나열된 촬영 영상 세트를 상기 디스플레이층에 반복적으로 나열하되, 상기 촬영 영상 세트 각각은 양 단 중 적어도 하나에 배치되는 알파 이미지를 포함하는 입체촬영 시스템.
9. 제8항에 있어서,
   상기 알파 이미지는 단색 이미지, 칼라 이미지, 그라데이션 이미지, 상기 복수의 렌즈 중 일단에 배치된 렌즈에서 촬영된 촬영 영상, 상기 복수의 렌즈 중 타단에 배치된 렌즈에서 촬영된 촬영 영상 중 하나인 입체촬영 시스템.
10. 제8항에 있어서,
    상기 제어 모듈은 상기 촬영 영상 세트를 상기 페럴렉스베리어의 슬릿 마다 대응되도록 배치되는 입체촬영 시스템.
11. 휴대용 입체촬영 카메라로부터 입력된 영상을 인터레이싱하는 제어 모듈; 및
    상기 인터레이싱된 영상이 배열되는 디스플레이층을 포함하고,
    상기 휴대용 입체촬영 카메라는 제1간격을 형성하여 일렬로 배치되는 복수의 렌즈 및 상기 복수의 렌즈가 피사체를 향하여 투사교차점이 형성되도록 상기 복수의 렌즈를 각각 회전시키는 구동 모듈을 포함하고,
    상기 제어 모듈은 상기 복수의 렌즈에서 촬영된 영상이 순차적으로 나열된 촬영 영상 세트를 상기 디스플레이층에 반복적으로 나열하되, 상기 촬영 영상 세트 각각은 양 단 중 적어도 하나에 배치되는 알파 이미지를 포함하는 입체촬영 시스템.
12. 제11항에 있어서,
    상기 알파 이미지는 단색 이미지, 칼라 이미지, 그라데이션 이미지, 상기 복수의 렌즈 중 일단에 배치된 렌즈에서 촬영된 촬영 영상, 상기 복수의 렌즈 중 타단에 배치된 렌즈에서 촬영된 촬영 영상 중 하나인 입체촬영 시스템.
    

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