KR102564522B1 - 다시점 촬영 시스템 및 3d 체적 객체 생성 방법 - Google Patents

다시점 촬영 시스템 및 3d 체적 객체 생성 방법 Download PDF

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엠앤앤에이치 주식회사
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Abstract

다시점 촬영 시스템 및 3D 체적 객체 생성 방법이 개시된다. 일 실시 예에 따른 다시점 촬영 시스템은, 피사체가 올려지며 올려진 피사체를 회전시키는 회전반과, 피사체를 둘러쌓는 형태로 배열되고, 회전반에 의해 회전하는 피사체를 촬영하는 다수의 카메라가 각각 장착된 다수의 카메라 리그와, 각 카메라를 통해 촬영된 다시점 영상을 3D 공간 정합 하여 3D 체적 객체를 생성하는 영상 처리부를 포함하며, 카메라 리그는 몸체와, 몸체에 장착되며, 높이 조정 및 거리 조정이 가능한 다수의 지지대와, 각 지지대의 끝 단에 위치하여 카메라 및 조명을 거치하는 거치대를 포함한다.

Description

다시점 촬영 시스템 및 3D 체적 객체 생성 방법 {Multi-view shooting apparatus and method for creating 3D volume object}
본 발명은 화상 처리기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 입체 화상 신호를 위한 것에 관한 것이다.
버추얼 프로덕션(Virtual Production) 기반 영상 제작 수요의 증가와 함께 메타버스 분야의 가파른 성장 및 영상 콘텐츠 소비 환경의 급격한 변화 등에 따라 버추얼 스튜디오 플랫폼 기반 협업 기술을 활용한 영상 콘텐츠(영화, 드라마, 뮤직비디오) 제작이 전통적인 제작환경을 빠르게 대체하고 있다.
지금까지 버추얼 프로덕션에 필요한 기술의 연구개발을 통해 전통적 영상 요소들을 대체하는 가상 배경(LED 비디오월 기반), 가상 연기자(디지털 액터), 가상 특수효과(예: 유체 시뮬레이션) 등을 구현하였다. 그러나 영상 콘텐츠 제작에서 높은 비용과 대면 업무를 요구하는 다양한 실물 소품의 제작 및 활용 과정을 버추얼 스튜디오 플랫폼과 연동을 위한 가상객체 중심의 전환 기술에 관한 기술도 필요하다.
대한민국공개특허공보 10-2020-0069004호(2020년6월16일)
일 실시 예에 따라, 영상의 주요 요소인 실물 소품(props)들을 메타버스 및 버추얼 스튜디오 플랫폼에 적합한 가상 객체로 변환하기 위하여, 포토그래메트리(Photogrammetry) 기반의 다시점 촬영을 통한 3D 체적 객체 생성을 위한 다시점 촬영 시스템 및 3D 체적 객체 생성 방법을 제공한다.
일 실시 예에 따른 다시점 촬영 시스템은, 피사체가 올려지며 올려진 피사체를 회전시키는 회전반과, 피사체를 둘러쌓는 형태로 배열되고, 회전반에 의해 회전하는 피사체를 촬영하는 다수의 카메라가 각각 장착된 다수의 카메라 리그와, 각 카메라를 통해 촬영된 다시점 영상을 3D 공간 정합 하여 3D 체적 객체를 생성하는 영상 처리부를 포함하며, 카메라 리그는 몸체와, 몸체에 장착되며, 높이 조정 및 거리 조정이 가능한 다수의 지지대와, 각 지지대의 끝 단에 위치하여 카메라 및 조명을 거치하는 거치대를 포함한다.
각 지지대는, 다수의 관절 구조를 통해 지지대의 각도가 조정되어 피사체 및 카메라 간 거리가 조정될 수 있다.
각 거치대는, 카메라를 거치하기 위한 카메라용 볼 헤드 및 조명을 거치하기 위한 조명용 볼 헤드를 포함할 수 있다.
카메라 리그는, 몸체 하부에 멈치가 있는 바퀴를 포함할 수 있다.
카메라 리그는, 반사광 영상을 생성하기 위해 편광 필터가 장착된 카메라와, 직교 방향의 편광 필터가 장착된 조명과, 평행한 방향의 편광 필터가 장착된 조명을 포함할 수 있다.
영상 처리부는, 카메라로부터 촬영된 직교 편광 영상과 평형 편광 영상을 순차적으로 획득한 후 직교 편광 영상과 평행 편광 영상 간의 차이에서 반사광 영상을 추출하고 추출된 반사광 영상을 이용하여 3D 체적 객체의 반사광 맵을 생성할 수 있다.
다시점 촬영 시스템은, 회전반의 회전 및 회전 각도와 높낮이를 원격 제어하는 회전반 제어부를 더 포함할 수 있다.
다시점 촬영 시스템은, 회전반이 미리 설정된 소정의 각도로 회전할 때마다 3D 체적 객체를 생성하기 위한 포토그래메트리 다시점 촬영, 평행 편광 촬영 및 직교 편광 촬영을 순차적으로 수행하도록 각 카메라를 제어하는 카메라 제어부를 더 포함할 수 있다.
카메라 제어부는, 다수의 카메라를 통해 다시점 촬영을 수행하고, 각각의 카메라에 대해 평행 편광 촬영과 직교 편광 촬영을 한 차례씩 촬영하는 순서를 회전반이 360도 회전할 때까지 반복 수행하도록 각 카메라를 제어할 수 있다.
다시점 촬영 시스템은, 조명을 원격 제어하는 조명 제어부를 더 포함할 수 있다.
조명 제어부는, 포토그래메트리 다시점 촬영 시 전방위 조명의 온오프를 제어하고, 각각의 카메라에 대해 평행 편광 촬영을 위한 평행 편광 조명의 온오프와, 직교 편광 촬영을 위한 직교 편광 조명의 온오프를 원격 제어할 수 있다.
다른 실시 예에 따른 3D 체적 객체 생성 방법은, 피사체 없는 영상을 다수 촬영하여 배경 모델을 학습하는 단계와, 회전반에 올려진 피사체를 회전반을 회전시켜 가면서 다수의 카메라를 이용하여 다시점 영상을 촬영하는 단계와, 촬영된 다시점 영상과 학습된 배경 모델을 비교하여 배경을 제거하는 단계와, 배경이 제거된 다시점 영상을 3D 공간 정합 하여 3D 체적 객체를 생성하는 단계를 포함한다.
다시점 영상을 촬영하는 단계에서, 회전반이 미리 설정된 소정의 각도로 회전할 때마다 3D 체적 객체를 생성하기 위한 포토그래메트리 다시점 촬영, 평행 편광 촬영 및 직교 편광 촬영을 순차적으로 수행할 수 있다.
3D 체적 객체를 생성하는 단계는, 카메라로부터 촬영된 직교 편광 영상과 평형 편광 영상을 순차적으로 획득하는 단계와, 직교 편광 영상과 평행 편광 영상 간의 차이에서 반사광 영상을 추출하는 단계와, 추출된 반사광 영상을 이용하여 3D 체적 객체의 반사광 맵을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따른 다시점 촬영 시스템 및 3D 체적 객체 생성 방법에 따르면, 높이 조정 및 거리 조정이 가능한 카메라 리그를 통해 카메라 및 조명을 가변적으로 설치할 수 있다.
또한, 회전반 제어, 카메라 제어 및 조명 제어를 원격으로 제어할 수 있어 사용의 편의성을 높이며, 전선의 연결을 줄일 수 있고, 촬영 정확도를 높일 수 있다.
또한, 회전반을 이용할 때 배경 모델 학습을 이용하여 배경을 제거함에 따라 3D 체적 객체 합성에 관한 연산량을 줄일 수 있다.
또한, 평행 편광, 직교 편광 및 카메라의 편광 필터를 이용하여 촬영함에 따라 소품의 반사광 영상을 생성할 수 있다.
다시점 촬영 시스템은 회전반 제어 기능, 조명 제어 기능 및 카메라 촬영 기능의 연계를 고려하여, 360/n 각도 방향으로 회전반이 이동할 때마다, 3D 체적 객체의 형상을 생성하기 위한 촬영, 평행 편광(parallel polarizer) 촬영, 직교 편광(cross polarizer) 촬영을 순차적으로 진행하여 3D 체적 객체를 생성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다시점 촬영 시스템의 다시점 촬영 예를 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전방위 조명을 이용하여 그림자를 최소화하는 예를 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 회전반을 이용하여 다시점 촬영하는 예를 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배경 모델 학습을 이용하여 입력 영상에서 배경을 제거하는 예를 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 포토그래메트리 기반 3D 체적 객체 생성 프로세스를 도시한 도면,
도 6는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다시점 촬영 시스템의 카메라 리그를 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 리그 지지대의 끝 단에 위치하는 거치대를 도시한 도면,
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다수의 카메라 리그로 피사체를 둘러쌓아 구성한 다시점 촬영 시스템을 도시한 도면,
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가변적인 촬영 공간을 위한 카메라 리그를 도시한 도면,
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 조명을 가변적으로 설치한 카메라 리그를 도시한 도면,
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 관절의 각도 조정을 이용하여, 카메라와 피사체의 거리를 조정하는 예를 도시한 도면,
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 피사체 회전을 위한 회전반을 도시한 도면,
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배경 제거 프로세스를 도시한 도면,
도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 포토그래메트리 방식의 3D 체적 객체 생성 프로세스를 도시한 도면.
도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따른 편광 조명을 이용한 반사도 측정 촬영 예를 도시한 도면,
도 16은 본 발명의 일 실시 예에 따른 평행 편광과 직교 편광을 이용한 반사광 영상(Specular map) 추출의 예를 도시한 도면,
도 17은 본 발명의 일 실시 예에 따른 편광 필터를 이용한 반사광 영상 추출 방법에 관한 도식을 도시한 도면,
도 18은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다시점 촬영 시스템의 구성을 도시한 도면,
도 19는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다시점 촬영 시스템의 다시점 촬영 방법의 흐름을 도시한 도면,
도 20은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가상 소품의 3D 체적 객체 재건(reconstruction)의 합성 프로세스를 도시한 도면이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시 예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 구성요소들을 기술하기 위해서 사용된 경우, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시 예들은 그것의 상보적인 실시 예들도 포함한다.
또한, 제1 엘리먼트 (또는 구성요소)가 제2 엘리먼트(또는 구성요소) 상(ON)에서 동작 또는 실행된다고 언급될 때, 제1 엘리먼트(또는 구성요소)는 제2 엘리먼트(또는 구성요소)가 동작 또는 실행되는 환경에서 동작 또는 실행되거나 또는 제2 엘리먼트(또는 구성요소)와 직접 또는 간접적으로 상호 작용을 통해서 동작 또는 실행되는 것으로 이해되어야 할 것이다.
어떤 엘리먼트, 구성요소, 장치, 또는 시스템이 프로그램 또는 소프트웨어로 이루어진 구성요소를 포함한다고 언급되는 경우, 명시적인 언급이 없더라도, 그 엘리먼트, 구성요소, 장치, 또는 시스템은 그 프로그램 또는 소프트웨어가 실행 또는 동작하는데 필요한 하드웨어(예를 들면, 메모리, CPU 등)나 다른 프로그램 또는 소프트웨어(예를 들면 운영체제나 하드웨어를 구동하는데 필요한 드라이버 등)를 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
또한, 어떤 엘리먼트(또는 구성요소)가 구현됨에 있어서 특별한 언급이 없다면, 그 엘리먼트(또는 구성요소)는 소프트웨어, 하드웨어, 또는 소프트웨어 및 하드웨어 어떤 형태로도 구현될 수 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 다수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 아래의 특정 실시 예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다.
어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.
이하, 본 명세서의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 명세서에 따른 동작 및 작용을 이해하는 데 필요한 부분을 중심으로 상세히 설명한다. 본 명세서의 실시 예를 설명하면서, 본 명세서가 속하는 기술 분야에 익히 알려졌고 본 명세서와 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 명세서의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
또한, 본 명세서의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 동일한 명칭의 구성 요소에 대하여 도면에 따라 다른 참조부호를 부여할 수도 있으며, 서로 다른 도면임에도 동일한 참조부호를 부여할 수도 있다. 그러나 이와 같은 경우라 하더라도 해당 구성 요소가 실시 예에 따라 서로 다른 기능을 갖는다는 것을 의미하거나, 서로 다른 실시예에서 동일한 기능을 갖는다는 것을 의미하는 것은 아니며, 각각의 구성 요소의 기능은 해당 실시 예에서의 각각의 구성 요소에 대한 설명에 기초하여 판단하여야 할 것이다.
본 명세서에서 각각의 구성들은 기능 및/또는 논리적으로 분리될 수 있음을 나타내는 것이며, 반드시 각각의 구성이 별도의 물리적 장치로 구분되거나 별도의 코드로 작성됨을 의미하는 것은 아님을 본 발명의 기술분야의 평균적 전문가는 용이하게 추론할 수 있을 것이다.
또한, 본 명세서에서 각각의 구성들은, 본 발명의 기술적 사상을 수행하기 위한 하드웨어 및 하드웨어를 구동하기 위한 소프트웨어의 기능적, 구조적 결합을 의미할 수 있다. 예컨대, 소정의 코드와 소정의 코드가 수행되기 위한 하드웨어 리소스의 논리적인 단위를 의미할 수 있으며, 반드시 물리적으로 연결된 코드를 의미하거나, 한 종류의 하드웨어를 의미하는 것이 아님은 본 발명의 기술분야의 평균적 전문가에게는 용이하게 추론될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다시점 촬영 시스템의 다시점 촬영 예를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 다시점 촬영 시스템(1)은 고정밀 가상객체를 촬영하기 위하여 다시점 촬영을 수행한다. 이때, 다시점 촬영 시스템(1)은 다수의 방향(예를 들어, 100개 이상의 방향)에 위치하는 카메라들을 통해 촬영을 한 후, 다시점 촬영 영상들을 정합 한다. 다시점 촬영 시스템(1)은 영상의 주요 요소인 실물 소품(props)들을 메타버스 및 버추얼 스튜디오 플랫폼에 적합한 가상 객체로 변환하기 위하여, 포토그래메트리(Photogrammetry) 기반의 다시점 촬영을 통해 3D 체적 객체를 생성한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전방위 조명을 이용하여 그림자를 최소화하는 예를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 3D 가상 공간에서 가상 소품을 사용하려면, 가상 공간의 조명을 적용할 수 있어야 한다. 다시점 촬영 시스템(1)은 가상 소품 용도로 만드는 3D 가상 체적 객체를 조명 정보가 제거된 텍스처 형태로 만든다. 조명 정보를 제거하는 것은 그림자를 제거하는 작업과 유사하다. 도 2에 도시된 바와 같이, 다시점 촬영 시스템(1)은 촬영 시 조명들이 전방위에서 고르게 분포되도록 촬영하여 그림자 발생을 최소화한다. 조명의 정보가 제거된 형태의 텍스처로 만드는 작업을 디라이팅(de-lighting)이라고 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 회전반을 이용하여 다시점 촬영하는 예를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 다시점 촬영에 사용하는 카메라의 개수를 줄이고자, 다시점 촬영 시스템(1)은 회전반을 이용하여 피사체를 360도로 회전시켜 촬영한다. 다시점 촬영 시스템(1)은 회전반의 회전 각도를 원격으로 제어할 수 있고, 카메라 촬영도 원격으로 제어하여 촬영 영상의 배경이 동일하게 유지되도록 할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배경 모델 학습을 이용하여 입력 영상에서 배경을 제거하는 예를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 카메라의 위치가 움직이지 않고 고정되므로, 배경이 동일하게 유지된다. 다시점 촬영 시스템은 배경 모델 학습을 이용하여 입력 영상의 배경을 제거할 수 있다. 이에 따라, 포토그래메트리 기술을 이용하여 제작하는 3D 체적 객체의 합성에 관한 연산량을 줄일 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 포토그래메트리 기반 3D 체적 객체 생성 프로세스를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 다시점 촬영 시스템은 다수의 카메라를 통해 촬영된 다시점 영상을 3D 공간 정합(510)을 수행하고, 포인트 클라우드를 추출(520) 하고, 메쉬(mesh)를 생성(530) 하며, 생성된 메쉬에 텍스처(texture)를 입혀 텍스트를 생성(540) 하는 작업을 거쳐 3D 체적 객체를 생성한다. 이어서, 다시점 촬영 시스템은 생성된 3D 체적 객체를 가상 공간에서의 사용 목적에 맞추어 클린업 작업 및 수정 작업을 진행하여 가상 소품을 완성한다. 가상 소품은 버추얼 스튜디오에서 사용될 수 있다.
도 6는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다시점 촬영 시스템의 카메라 리그를 도시한 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 리그 지지대의 끝 단에 위치하는 거치대를 도시한 도면이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 다시점 촬영 시스템은 다양한 형태 및 크기의 소품을 촬영하기 위하여, 가변적인 형태의 카메라 리그(6)를 포함한다. 1개의 카메라 리그(6)는 다수 개(예를 들어, 도 6의 4개)의 지지대(60)가 연결되어 있다. 지지대(60)는 몸체(61)에 장착되며, 높이 조정 및 거리 조정이 가능하다.
카메라 리그(6)의 각 지지대(60)의 끝 부분에는 카메라 및 조명을 위한 'ㄷ'자 형태의 거치대(62)가 위치한다. 이 거치대(62)에 다수의 카메라 및 다수의 조명을 각각 볼 헤드를 이용하여 거치할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다수의 카메라 리그로 피사체를 둘러쌓아 구성한 다시점 촬영 시스템을 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 다시점 촬영 시스템은 다수의 카메라 리그(6)가 피사체를 둘러쌓아 다시점 촬영 스튜디오를 구성한다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가변적인 촬영 공간을 위한 카메라 리그를 도시한 도면이고, 도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 조명을 가변적으로 설치한 카메라 리그를 도시한 도면이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 다시점 촬영 시스템은 피사체(7)와 카메라 리그(6)의 카메라(64) 및 조명(66)을 가변적으로 조정할 수 있다. 또한, 다시점 촬영 시스템은 카메라 리그(6)의 지지대의 높이를 조정하거나 지지대의 각도를 조정하여 피사체(7)와 카메라(64) 간의 거리를 조정할 수 있다.
다시점 촬영 시스템은 피사체(7)의 크기에 따라 카메라 리그(6)들의 위치를 조정할 수 있다. 이때, 이동의 용이성을 위하여, 카메라 리그(6)에 멈치가 있는 바퀴를 장착할 수 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 다시점 촬영 시스템은 카메라용 볼 헤드(65)를 이용하여 카메라(64)를 거치할 수 있고, 도 10에 도시된 바와 같이, 조명용 볼 헤드(67)를 이용하여 조명(66)을 거치할 수 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 다시점 촬영 시스템은 피사체(7)에 그림자가 생기지 않도록 전방위 조명을 고르게 배치할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 관절의 각도 조정을 이용하여, 카메라와 피사체의 거리를 조정하는 예를 도시한 도면이다.
도 11을 참조하면, 다시점 촬영 시스템은 카메라 리그의 관절 구조(110)를 이용하여 지지대의 거리를 조정한다. 관절 구조(110)는 회전 미 고정이 가능한 연결 부위이다. 관절의 각도 조정을 통하여 카메라 지지대의 길이를 조정할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 피사체 회전을 위한 회전반을 도시한 도면이다.
도 12를 참조하면, 다시점 촬영 시스템은 다시점 촬영에 사용하는 카메라 개수를 적게 사용하기 위하여, 회전반(12)을 이용하여 피사체를 회전시켜 촬영한다. 이때, 다시점 촬영 시스템은 회전반(12)을 원격으로 제어할 수 있다. 예를 들어, 원격 조정을 통해 회전반(12)을 미리 설정된 각도로 회전시키거나 회전반(12)의 위치가 움직이지 않도록 고정시키거나, 회전반(12)의 높낮이를 조정하여 피사체가 조명으로 만든 구(球) 안의 중심에 위치하도록 만든다. 카메라 리그의 위치를 수정할 때, 회전반(12)의 중심부도 이동해야 하므로, 회전반(12)에 이동용 바퀴를 달아, 위치 조정이 용이하도록 한다.
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배경 제거 프로세스를 도시한 도면이다.
도 13을 참조하면, 회전반을 이용하여 피사체를 회전시키는 경우, 포토그래메트리 제작에서 배경이 제거되어야 한다. 각각의 카메라는 배경 형태를 학습하여, 픽셀 레벨에서 배경을 제거한다.
배경 제거 방법 수식은 다음과 같다.
배경_키맵 = difference (원본 영상, 배경 영상, threshold)
배경_제거 영상 = 원본_영상 xor 배경_키맵
도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 포토그래메트리 방식의 3D 체적 객체 생성 프로세스를 도시한 도면이다.
도 14를 참조하면, 다시점 촬영 시스템은 배경이 제거된 영상으로부터 다시점 스테레오(Multi-View Stereo: MVS) 알고리즘을 이용하여 3D 공간 정합을 수행(1410) 하고 포인트 클라우드를 생성한다(1420). 이어서, 다시점 촬영 시스템은 생성된 포인트 클라우드의 정제 과정을 거쳐 메쉬를 생성(1430) 하고, 메쉬에 촬영 영상의 텍스처를 입히는 작업을 진행한다(1440).
도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따른 편광 조명을 이용한 반사도 측정 촬영 예를 도시한 도면이고, 도 16은 본 발명의 일 실시 예에 따른 평행 편광과 직교 편광을 이용한 반사광 영상(Specular map) 추출의 예를 도시한 도면이며, 도 17은 본 발명의 일 실시 예에 따른 편광 필터를 이용한 반사광 영상 추출 방법에 관한 도식을 도시한 도면이다.
도 15 내지 도 17을 참조하면, 다시점 촬영 시스템은 가상 객체의 재질을 표현하기 위하여, 촬영 시 편광 필터를 이용하여 반사광 영상을 추출한다. 반사광 영상을 추출하는 방법에 따르면, 빛이 통제된 환경에서 카메라에 편광 필터를 설치하고, 직교 방향의 편광 필터를 장착한 조명과 평행한 방향의 편광 필터를 장착한 조명을 이용하여, 두 번에 걸쳐 촬영한다. 두 영상의 차이에 의하여 난반사가 얼마나 발생하는지 알 수 있으며, 다시점 촬영 시스템은 이를 이용하여 피사체의 영역별 반사도를 측정하여 3D 객체로 생성한다.
도 17에서 왼쪽은 조명의 편광 필터와 카메라의 편광 필터의 관계가 90도로 직교한 '직교 편광'(90도)이고, 오른쪽은 조명과 카메라의 편광 필터가 관계가 0도인 '평행 편광' 상태이다. 다시점 촬영 시스템은 직교 편광과 평행 편광 영상을 순차적으로 촬영한 후, 두 영상의 차이에서 반사광 영상을 추출한다. 반사광 영상을 추출하는 수식은 다음과 같다.
반사광 영상 = 평행 편광 영상 - 직교 편광 영상
도 16에서 왼쪽 첫번째는 평행 편광 영상(A), 왼쪽 두번째는 직교 편광 영상(B)이며, 왼쪽 세번째는 반사광 영상(A-B)이다. 다시점 촬영 시스템은 반사광 영상을 이용하여, 3D 체적 객체의 반사광 영상(specular map)(C)을 생성한다.
도 18은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다시점 촬영 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 18을 참조하면, 다시점 촬영 시스템(1)은 회전반(12), 카메라 리그(6), 영상 처리부(20), 카메라 제어부(22), 조명 제어부(24) 및 회전반 제어부(26)를 포함한다. 영상 처리부(20), 카메라 제어부(22), 조명 제어부(24) 및 회전반 제어부(26)는 서로 물리적으로 분리되거나 통합될 수 있다. 영상 처리부(20), 카메라 제어부(22), 조명 제어부(24) 및 회전반 제어부(26)는 서버 형태일 수 있다.
회전반(12)은 피사체가 올려지는 장치로, 올려진 피사체를 회전시킬 수 있다.
다수의 카메라 리그(6)는 회전반(12) 위의 피사체를 둘러쌓는 형태로 형성되고, 회전반(12)에 의해 회전하는 피사체를 촬영하기 위한 다수의 카메라 및 조명이 각각 장착된다. 카메라 리그(6)의 구조는 도 6 내지 도 8을 참조로 하여 전술한 바와 같다.
영상 처리부(20)는 카메라 리그(6)의 각 카메라를 통해 촬영된 다시점 영상을 3D 공간 정합 하여 3D 체적 객체를 생성한다. 영상 처리부(20)는 카메라를 통해 촬영된 직교 편광 영상과 평형 편광 영상을 순차적으로 획득한 후, 직교 편광 영상과 평행 편광 영상 간의 차이에서 반사광 영상을 추출하고, 추출된 반사광 영상을 이용하여 3D 체적 객체의 반사광 맵을 생성할 수 있다.
카메라 제어부(22)는 회전반(12)이 미리 설정된 소정의 각도(예를 들어, 360/n)로 회전할 때마다 3D 체적 객체를 생성하기 위한 포토그래메트리 다시점 촬영, 평행 편광 촬영 및 직교 편광 촬영을 순차적으로 수행하도록 각 카메라를 제어한다. 카메라 제어부(22)는 다수의 카메라를 통해 다시점 촬영을 수행하고, 각각의 카메라에 대해 평행 편광 촬영과 직교 편광 촬영을 한 차례씩 촬영하는 순서를 회전반(12)이 360도 모두 회전할 때까지 반복 수행하도록 각 카메라를 제어할 수 있다. 카메라 제어부(22)는 카메라를 원격으로 제어할 수 있다.
조명 제어부(24)는 카메라 리그(6)에 장착된 조명을 원격 제어한다. 조명 제어부(24)는 포토그래메트리 다시점 촬영 시 전방위 조명의 온오프를 제어하고, 각각의 카메라에 대해 평행 편광 촬영을 위한 평행 편광 조명의 온오프와, 직교 편광 촬영을 위한 직교 편광 조명의 온오프를 원격 제어할 수 있다. 조명 촬영 제어의 연결을 편리하게 하기 위하여, 조명 제어부(24)는 무선통신, 예를 들어, wi-fi를 이용하여 카메라 리그의 조명 제어기를 원격 제어하여 각각의 조명의 켜기 및 끄기를 제어할 수 있다.
회전반 제어부(26)는 회전반(12)의 회전 및 회전 각도와 높낮이를 원격 제어한다. 회전반(12) 제어의 실시 예는 도 12를 참조로 하여 전술한 바와 같다.
다시점 촬영 시스템(1)은 암막을 이용한 암실 환경 내부에서 촬영을 진행한다. 편광 조명의 경우, 한 개의 조명이 피사체에 미치는 영향을 촬영해야 하므로, 암실 환경이 필수적이다. 특히 편광 조명의 촬영 영상의 경우, 조명의 밝기가 어두우므로, 셔터 스피드가 길어야 한다.
다시점 촬영 시스템(1)은 회전반 제어 기능, 조명 제어 기능 및 카메라 촬영 기능의 연계를 고려하여, 360/n 각도 방향으로 회전반(12)이 이동할 때마다, 3D 체적 객체의 형상을 생성하기 위한 촬영, 평행 편광(parallel polarizer) 촬영, 직교 편광(cross polarizer) 촬영을 순차적으로 진행할 수 있다.
도 19는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다시점 촬영 시스템의 다시점 촬영 방법의 흐름을 도시한 도면이다.
도 19를 참조하면, 다시점 촬영 시스템은 각각의 카메라도 원격으로 촬영을 제어한다. 예를 들어, 다시점 촬영 시스템은 회전반이 회전(360/n) 할 때 마다, 3차원 체적 객체 생성을 위한 다시점 촬영을 수행(1910) 하고, 각각의 카메라에 대한 평행 편광과 직교 편광을 한 차례씩 촬영한다(1920, 1930). 이러한 순서로 회전반이 한 바퀴(360도) 돌 때까지 촬영한다.
3차원 체적 객체 생성을 위한 다시점 촬영(1910)은 전방위 조명 온, 모든 카메 촬영, 전방위 조명 오프 순으로 이루어진다. 평행 편광 촬영(1920)은 카메라 순서대로 평행 편광 조명 온, 해당 카메라 촬영, 평행 편광 조명 오프 순으로 이루어진다. 직교 편광 촬영(1930)은 카메라 순서대로 직교 편광 조명 온, 해당 카메라 촬영, 직교 편광 조명 오프 순으로 이루어진다.
도 20은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가상 소품의 3D 체적 객체 재건(reconstruction)의 합성 프로세스를 도시한 도면이다.
도 20을 참조하면, 도 19의 과정을 거쳐 촬영된 영상을 포토그래메트리 소프트웨어의 입력으로 사용하여, 3D 가상 소품을 제작한다. 소품의 3D 체적 객체를 생성하는 순서도는 도 20에 도시된 바와 같다.
다시점 영상 촬영 단계(2000)의 세부 프로세스는 도 19에 전술한 바와 같다.
회전반을 이용하여 소품을 360도 회전시켜 촬영하므로, 배경을 제거하는 과정(2010)을 추가한다. 배경은 피사체 없는 영상을 카메라로 여러 번 촬영하여 배경모델 학습을 시킨다. 이어서, 다시점 촬영 시스템은 피사체를 회전반에 올려놓고 다시점 영상을 촬영한 후, 촬영된 영상에서 학습된 배경모델을 촬영영상과 비교하여, 피사체만 추출한다. 배경이 제거된 다시점 영상에서 특징점 추출을 통한 포토그래메트리 방식으로 3D 체적 객체를 생성한다. 3D 체적 객체 생성 순서는 다음과 같다.
다시점 촬영 시스템은 MVS(multi-view stereo) 알고리즘을 이용하여 공간 정보를 추출(2020) 하고, PCD(포인트 클라우드)를 생성(2030) 하고, 3D 메쉬를 생성(2040) 하고, 3D 메쉬의 텍스처를 생성하기 위한 UV map을 생성(2050) 한 후 텍스처를 생성한다(diffuse map, specular map)(2060, 2070).
이제까지 본 발명에 대하여 그 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
1 : 다시점 촬영 시스템
6 : 카메라 리그
60 : 지지대
61 : 몸체
62 : 거치대

Claims (14)

  1. 피사체가 올려지며 올려진 피사체를 회전시키는 회전반;
    피사체를 둘러쌓는 형태로 배열되고, 회전반에 의해 회전하는 피사체를 촬영하는 다수의 카메라가 각각 장착된 다수의 카메라 리그; 및
    각 카메라를 통해 촬영된 다시점 영상을 3D 공간 정합 하여 3D 체적 객체를 생성하는 영상 처리부; 를 포함하며,
    카메라 리그는
    몸체;
    몸체에 장착되며, 높이 조정 및 거리 조정이 가능한 다수의 지지대; 및
    각 지지대의 끝 단에 위치하여 카메라 및 조명을 거치하는 거치대;를 포함하고,
    반사광 영상을 생성하기 위해, 카메라는 편광 필터가 장착되고, 조명은 직교 방향의 편광 필터가 장착된 조명 및 평행한 방향의 편광 필터가 장착된 조명을 포함하는 것을 특징으로 하는 다시점 촬영 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 각 지지대는
    다수의 관절 구조를 통해 지지대의 각도가 조정되어 피사체 및 카메라 간 거리가 조정되는 것을 특징으로 하는 다시점 촬영 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 각 거치대는
    카메라를 거치하기 위한 카메라용 볼 헤드 및 조명을 거치하기 위한 조명용 볼 헤드를 포함하는 것을 특징으로 하는 다시점 촬영 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 카메라 리그는
    몸체 하부에 멈치가 있는 바퀴를 포함하는 것을 특징으로 하는 다시점 촬영 시스템.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서, 영상 처리부는
    카메라로부터 촬영된 직교 편광 영상과 평형 편광 영상을 순차적으로 획득한 후 직교 편광 영상과 평행 편광 영상 간의 차이에서 반사광 영상을 추출하고 추출된 반사광 영상을 이용하여 3D 체적 객체의 반사광 맵을 생성하는 것을 특징으로 하는 다시점 촬영 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서, 다시점 촬영 시스템은
    회전반의 회전 및 회전 각도와 높낮이를 원격 제어하는 회전반 제어부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다시점 촬영 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서, 다시점 촬영 시스템은
    회전반이 미리 설정된 소정의 각도로 회전할 때마다 3D 체적 객체를 생성하기 위한 포토그래메트리 다시점 촬영, 평행 편광 촬영 및 직교 편광 촬영을 순차적으로 수행하도록 각 카메라를 제어하는 카메라 제어부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다시점 촬영 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서, 카메라 제어부는
    다수의 카메라를 통해 다시점 촬영을 수행하고, 각각의 카메라에 대해 평행 편광 촬영과 직교 편광 촬영을 한 차례씩 촬영하는 순서를 회전반이 360도 회전할 때까지 반복 수행하도록 각 카메라를 제어하는 것을 특징으로 하는 다시점 촬영 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서, 다시점 촬영 시스템은
    조명을 원격 제어하는 조명 제어부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다시점 촬영 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서, 조명 제어부는
    포토그래메트리 다시점 촬영 시 전방위 조명의 온오프를 제어하고,
    각각의 카메라에 대해 평행 편광 촬영을 위한 평행 편광 조명의 온오프와, 직교 편광 촬영을 위한 직교 편광 조명의 온오프를 원격 제어하는 것을 특징으로 하는 다시점 촬영 시스템.
  12. 다시점 촬영 시스템을 이용한 3D 체적 객체 생성 방법에 있어서,
    다시점 촬영 시스템은
    피사체가 올려지며 올려진 피사체를 회전시키는 회전반; 및
    피사체를 둘러쌓는 형태로 배열되고, 회전반에 의해 회전하는 피사체를 촬영하는 다수의 카메라가 각각 장착된 다수의 카메라 리그; 를 포함하며,
    카메라 리그는
    몸체;
    몸체에 장착되며, 높이 조정 및 거리 조정이 가능한 다수의 지지대; 및
    각 지지대의 끝 단에 위치하여 카메라 및 조명을 거치하는 거치대; 를 포함하고,
    반사광 영상을 생성하기 위해, 카메라는 편광 필터가 장착되고, 조명은 직교 방향의 편광 필터가 장착된 조명 및 평행한 방향의 편광 필터가 장착된 조명을 포함하고,
    3D 체적 객체 생성 방법은,
    피사체 없는 영상을 다수 촬영하여 배경 모델을 학습하는 단계;
    회전반에 올려진 피사체를 회전반을 회전시켜 가면서 다수의 카메라를 이용하여 다시점 영상을 촬영하는 단계;
    촬영된 다시점 영상과 학습된 배경 모델을 비교하여 배경을 제거하는 단계; 및
    배경이 제거된 다시점 영상을 3D 공간 정합 하여 3D 체적 객체를 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 체적 객체 생성 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 다시점 영상을 촬영하는 단계는
    회전반이 미리 설정된 소정의 각도로 회전할 때마다 3D 체적 객체를 생성하기 위한 포토그래메트리 다시점 촬영, 평행 편광 촬영 및 직교 편광 촬영을 순차적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 3D 체적 객체 생성 방법.
  14. 제 12 항에 있어서, 3D 체적 객체를 생성하는 단계는
    카메라로부터 촬영된 직교 편광 영상과 평형 편광 영상을 순차적으로 획득하는 단계;
    직교 편광 영상과 평행 편광 영상 간의 차이에서 반사광 영상을 추출하는 단계; 및
    추출된 반사광 영상을 이용하여 3D 체적 객체의 반사광 맵을 생성하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 3D 체적 객체 생성 방법.
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