KR20020096948A - 거리 측정 방법 및 거리 측정 기능을 구비한 화상 입력 장치 - Google Patents

거리 측정 방법 및 거리 측정 기능을 구비한 화상 입력 장치 Download PDF

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Abstract

고도의 정확한 집속 제어 기구없이 안정되고 정확하게 거리 측정을 행할 수 있는 거리 측정 기술이 제공된다. 거리 측정 장치는 둘 이상의 다른 광 통과 위치를 통과하도록 광을 제한하는 마스크와, 마스크를 통과한 광을 집속하는 렌즈 시스템과, 렌즈 시스템에 의해 집속된 광으로부터 화상을 얻는 화상 획득 수단과, 획득된 화상을 사용하여 촬상 소자로부터 물체까지의 거리를 산출하는 거리 계산 수단을 포함한다. 마스크는 규정된 위치로만 통과하도록 광을 제한한다.

Description

거리 측정 방법 및 거리 측정 기능을 구비한 화상 입력 장치{DISTANCE MEASURING METHOD AND IMAGE INPUT DEVICE WITH DISTANCE MEASURING FUNCTION}
본 발명은 거리를 광학적으로 측정하는데 사용된 기술에 관한 것으로, 특히 거리 측정 장치 및 화상 입력 장치에 관한 것이다.
카메라에 의해 얻어진 화상으로부터 화상내 물체의 3차원 형태 및 위치에 대한 정보를 얻기 위해서, 카메라로부터 화상 내 각 점까지의 거리를 측정하는 장치가 제안되어 제품화되어 있다.
화상을 사용하여 거리를 구하는 방법 중 하나로서, 렌즈와 촬상면 사이의 위치 관계에 의한 불선명(blur)과 피사체까지의 거리 사이의 관계를 사용하여 거리를 측정하는 다양한 종류의 방법이 제안되고 있다.
상술한 방법 중에서, 렌즈의 인포커스 위치를 직접 얻는 대신 불선명의 크기와 거리 사이의 관계를 사용하는 몇몇 방법이 제안되었다. 이 방법 중에서, 콜롬비아 대학의 네이어 교수에 의해 제안된 방법은 텔레센트릭 광학 시스템과 이중 집속 카메라를 사용한다. 또한, 일본국 특허 제2963990호에 개시된 기술에서, 불선명의 분석을 용이하게 하기 위해 구조화된 코드화된 개구(동공)를 사용하는 방법을 제안한다.
일본 특허 제2963990호에서 언급한 것처럼, 네이어에 의해 제안된 방법은 단순한 원형 개구 렌즈를 사용하는 방법이기 때문에 렌즈 수차의 모델화, CCD(전하 결합 소자)의 정확한 위치 결정 및 얻은 화상으로부터 잡음 제거를 필요로 한다. 또한, 불선명의 크기가 비교적 작은 값으로 한정되므로, 원 거리 물체를 측정하고 심도(depth) 정확도를 보장하는 것이 어렵다.
한편, 일본국 제2963990호에 의해 제안된 방법에서, 광을 통과시키기 위한 동공 형상 광 통과 수단은 불선명의 크기 분석을 용이하게 되도록 사용된다. 그리하여, 네이어의 상술한 방법에서의 문제 발생없이 거리 측정을 수행하는 것이 가능하다.
상술한 방법의 각각에서, 거리 측정은 여러 초점에서 촬영된 화상의 불선명을 분석하여 수행된다. 여러 초점에서 화상을 촬영하는 수단으로서, 렌즈를 순차적으로 구동하여 초점을 변경시켜 복수의 다르게 집속된 화상을 수 회 취하는 방법, 및 프리즘을 사용하여 n 방향으로 입사 광을 분광시켜 복수의 다르게 집속된 화상을 한번에 얻는 방법이 제안된다.
렌즈를 순차적으로 구동하는 방법에서, 고도의 정확도로 초점 제어를 수행하는 것이 필요하다. 한편, 프리즘을 사용하여 방법에서, 입사광이 n개로 분할되므로 각 초점에서 관측된 화상의 광량은 1/n이 된다. 따라서, CCD에 의해 얻어진 전하량이 감소된다. 그러므로, 이 방법은 전자 잡음에 대해 약하고 측정 정확도를개선하기 어렵다.
상술한 것처럼, 종래의 방법에서는 측정 장치의 초점 제어 기구의 동작 정확도가 요구되므로 매우 비싸게 된다. 결과적으로, 상술한 요구사항을 만족시키는 것은 측정 장치를 실용화하는데 큰 문제가 된다.
본 발명의 목적은 고도로 정확한 초점 제어 기구없이 물체의 거리 측정을 안정되고 정확하게 수행할 수 있는 거리 측정 기술을 제공하는 것이다.
상술한 문제를 해결하기 위해서, 초점 제어 기구없이 단일 초점 카메라를 사용하는 거리 측정 장치 및 영상 입력 장치가 제안된다.
장치는 광 통과 위치를 자유롭게 변경할 수 있는 광 통과 위치 제한 수단과, 광 통과 위치 제한 수단을 통과하는 광을 집속하는 렌즈 시스템과, 렌즈 시스템에 의해 집속된 광에서 화상을 얻기 위한 화상 획득 수단과, 획득 화상을 사용하여 촬상 소자로부터 물체까지의 거리를 계산하는 거리 계산 수단을 포함한다.
도 1은 본 발명에 따른 거리 측정 기능을 구비한 화상 입력 장치의 제1 실시예의 블럭도.
도 2a는 광 통과 제한 구성요소로서 사용된 마스크의 예를 도시하는 정면도.
도 2b는 다른 위치에 개구를 구비한 마스크의 다른 예를 도시하는 정면도.
도 2c는 또다른 위치에 개구를 구비한 마스크의 또다른 예를 도시하는 정면도.
도 3a는 광이 통과하는 상태와 광이 통과하지 못하는 상태의 액정셀을 도시하는 설명도.
도 3b는 액정 표시 소자를 사용하여 구현된 마스크의 예를 도시하는 설명도.
도 3c는 카메라의 렌즈 시스템에 부착된 마스크 패널을 도시하는 개략도.
도 4a는 복수의 마스크가 선택적으로 장착된 상태를 도시하는 설명도.
도 4b는 광 통과 위치를 변경하기 위해 마스크 각각에서 개구의 위치가 마스크마다 다른 것을 도시하는 설명도.
도 5는 거리 측정 장치에서 거리 측정의 전체 처리 절차를 도시하는 흐름도.
도 6은 화상 입력 장치에서 화상 판독 처리의 절차를 도시하는 흐름도.
도 7은 거리 계산부에서 처리의 절차를 도시하는 흐름도.
도 8a는 화상 절취 처리를 도시하는 설명도.
도 8b는 절취 화상을 사용하여 실행된 패턴 매칭 처리를 도시하는 설명도.
도 9는 화상의 변위량 및 거리값의 측정 결과를 도시하는 그래프.
도 10a는 거리 계산식이 계산될 때 마스크의 위치를 변경하여 서로 개구 위치가 다른 마스크를 사용하여 거리 측정이 수행되는 것을 도시하는 설명도.
도 10b는 서로 개구 위치가 다른 마스크에 의해 촬상면 상에 형성된 화상의 변위량을 도시하는 설명도.
도 11a는 비접촉 스캐너의 구성을 개괄적으로 도시하는 투시도.
도 11b는 스캐너에 의해 측정된 원고면 위치의 3차원 분포를 도시하는 설명도.
도 12도는 화상 왜곡 보정 기능을 구비한 비접촉 스캐너의 기능적 구조를 도시하는 블럭도.
도 13a 내지 13d는 스캐너에 의해 추출된 물체의 화상 왜곡을 보정하는 처리의 개괄을 개략적으로 도시하는 설명도.
도 14는 왜곡 보정 처리의 절차를 도시하는 흐름도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 광 통과 위치 제한 유닛
110, 120, 130 : 마스크
200 : 카메라
210 : 렌즈 시스템
240 : 촬상 소자
310 : 카메라 제어부
330 : 화상 일시 기억 메모리
350 : 거리 계산부
이하에서 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대해 설명하기로 한다. 거리 측정 기능을 구비한 화상 입력 장치의 일례가 제1 실시예로서 이하 설명된다. 이 예에서, 거리 측정 기능을 사용하는 화상 입력 장치, 거리 측정 방법, 거리 측정 장치가 구현될 수 있다. 또한, 거리 측정 기능을 구비한 화상 입력 장치의 응용예는 제2 실시예로서 설명될 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시예로 한정되지 않는다는 것을 알아야 한다.
도 1은 본 발명에 따라 거리 측정 기능을 구비한 화상 입력 장치의 제1 실시예를 도시하는 블럭도이다. 도 1에 도시된 화상 입력 장치는 광 통과 위치 제한 유닛(100), 촬상 기능을 구비한 카메라(200), 카메라(200)로 촬상된 화상에 기초하여 거리 측정 처리를 수행하는 기능을 구비한 화상 입력 제어 유닛(300)을 포함한다. 화상 입력 제어 유닛(300)은 정보 처리 시스템(500)과 같은 외부 유닛과 정보 전송 매체(400)를 통해 연결될 수 있다. 외부 유닛으로서, 정보 처리 시스템(500)에 부가하여, 예를 들면, 표시 유닛, 프린트 유닛, 메모리 유닛, 통신 유닛 등이 있다.
카메라(200)는 물체의 화상을 촬영하는 렌즈 시스템(210)과 카메라 본체(320), 물체의 화상에서 획득하기 위한 수단으로서 작용하는 촬상 소자인 CCD(240)를 포함한다. 또한, 초점 제어 기구가 없는 단일 초점 카메라가 카메라(200)로서 사용된다.
광 통과 위치 제한 유닛(100)은 카메라(200)의 전방에 배치되고, 광이 통과하는 위치를 제한하는 유닛이다. 광 통과 위치는 최소한 한 세트의 다른 위치인 것으로 가정된다. 구체적으로, 광 통과 위치 제한 유닛(100)은 광선이 규정 위치를 통과할 수 있게 하는 마스크(110)와, 통과 위치를 선택적으로 변경하는 통과 위치 제어부(150)를 포함한다. 마스크(110)는 규정 위치에서 개구부(112a, 112b) 및 개구부(112a, 112b)가 아닌 부분에서 광을 차단하는 마스크부(111)를 구비한다. 도 1이 개구부(112a, 112b)가 모두 열린 것으로 도시되었지만, 개구부(112a, 112b)가 다른 타이밍에 열릴 수도 있다. 통과 위치 제어부(150)는 광이 통과할 수 있도록 열릴 개구부를 선택하기 위한 제어를 수행한다.
광이 개구부(112a, 112b)를 다른 타이밍에 통과하는 구성이 이용되는 이유는 CCD(240)의 촬상면(241) 상에 개구부(112a, 112b)를 통해 투영된 화상을 판정하는 것이 용이하기 때문이다. 그러므로, CCD(240)의 촬상면(241) 상에 개구부(112a, 112b)를 통해 투영된 화상을 판정하는 것이 가능하다면, 동시에 개구부(112a, 112b)를 통해 투영된 화상을 사용하여 변위량을 검출할 수 있다. 따라서, 한 세트의 개구부(112a, 112b)의 한 세트를 구비한 마스크(110)가 사용될 수 있다. 이 예에서, 통과 위치 제어부(150)는 생략될 수 있다.
도 1은 한 세트의 다른 통과 위치로서 두 개구부(112a, 112b)를 구비한 마스크(110)를 도시한다. 그러나, 본 발명은 이러한 형태의 마스크로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 3 이상의 개구부를 구비한 마스크가 사용될 수 있다.
마스크(110)는, 예를 들면, 액정 패널 또는 복수의 샛터(shatter)를 사용하여 형성될 수 있다. 또한, 렌즈 시스템(210)이 렌즈로 구성된 경우에, 마스크(110)는 렌즈 시스템(210) 내부에 놓일 수 있다.
광 통과 위치 제한 유닛에서 광 통과 위치를 제한하기 위한 구성요소로서 기능하는 마스크의 다른 예가 도 2a, 2b, 2c에 도시되어 있다. 본 명세서에서, 3개의 마스크(120a, 120b, 120c)가 한 세트로서 사용된다. 도 2a에 도시된 마스크(120a)는 기준 영상(Img0)용 마스크의 일예이다. 마스크(120a)는 마스크부(121a)와 그 중심 근처에 위치한 개구부(122a)를 포함한다. 측정시에, 개구부(122a)는 개구부의 중심축이 광학 축과 동축이 될 수 있도록 배치된다. 도 2b에 도시된 마스크(120b)는 기준 영상(Img1)용 마스크의 일예이다. 마스크(120b)는 마스크부(121b)와 (도 2b에 도시된 상태 하에서) 마스크부(121b)보다 약간 우측에 위치한 개구부(122b)를 포함한다. 측정시에, 개구부(122b)는 개구부의 중심축이 광학 축과 평행하게 될 수 있도록 배치된다. 도 2c에 도시된 마스크(120c)는 기준 영상(Img2)용 마스크의 일예이다. 마스크(120c)는 마스크부(121c)와 (도 2c에 도시된 상태 하에서) 마스크부(121c)보다 약간 하측에 위치한 개구부(122c)를 포함한다. 측정시에, 개구부(122c)는 개구부의 중심축이 광학 축과 평행하게 될 수 있도록 배치된다.
도 4b는 3개의 마스크(120a, 120b, 120c)가 광학축을 따라 배치된 상태를 도시한다. 도 4b에 도시된 것처럼, 3개의 마스크(120a, 120b,120c)의 개구부(122a, 122b, 122c)는 서로 다른 위치에 배치된다. 즉, 마스크 중 임의의 하나만이 배치될 때 광이 통과될 수 있다.
공통 광 통과 위치를 결정하기 위해 마스크(120a)를 사용하고, 마스크(120b) 또는 마스크(120c)를 마스크(120a)와 결합하여, 3개의 마스크(120a, 120b, 120c)는 2 세트의 다른 광 통과 위치를 구성한다. 다른 위치에 개구부를 구비한 마스크를 더 추가하여, 조합수가 증가될 수 있다.
또한, 마스크(120a, 120b, 120c)의 개구부의 위치 패턴과 관련하여, 측정될 물체 및 주위 밝기에 따라 개구부 위치, 형태, 크기 등이 결정된다. 측정 정확도는 때때로 개구부 위치, 형태, 크기 등을 변동시켜 변경된다.
화상 입력 제어 유닛(300)은 화상 획득, 개구부 형태 변경의 타이밍 및 거리 계산 처리를 제어하기 위한 카메라 제어부(310)와, CCD(240)에서 촬영된 화상을 일시적으로 기억하기 위한 화상 일시 기억 메모리(330)와, 화상 일시 기억 메모리(330)에 기억된 화상을 사용하여 거리를 구하는 처리를 수행하기 위한 거리 계산부(350)와, 얻어진 화상 및 얻어진 거리에 대한 정보를 외부로 출력하기 위한 외부 출력 인터페이스(370)와, 사용자로부터 판독 개시 지시를 수신하기 위한 입력 유닛으로서 기능하고 카메라 제어부(310)와 연결된 판독 개시 버튼(360)을 포함한다.
카메라 제어부(310) 및 거리 계산부(350)를 구성하는 하드웨어 시스템은 통상의 컴퓨터에 의해 구성될 수 있다. 예를 들면, 통상의 컴퓨터는 중앙 처리 유닛(CPU), 리드 온리 메모리(ROM), 랜덤 액세스 메모리(RAM) 등을 포함한다. 카메라 제어부(310) 및 거리 계산부(350)의 각 기능은 해당 소프트웨어를 실행하여 수행된다. 물론, 카메라 제어부(310) 및 거리 계산부(350) 각각은 별도의 하드웨어로 구성될 수 있다. 예를 들면, 카메라 제어부(310) 및 거리 계산부(350)는 프로그램가능 로직 어레이와 같은 논리 회로로 각각 구성될 수 있다.
카메라 제어부(310)는 카메라(200)의 촬영 동작의 제어를 수행하고, 판독 개시 버튼(360)으로부터 판독 개시의 지시가 있을 때, 통과 위치 제어부(150)에 마스크를 선택하라고 지시하고 CCD(240)에 화상을 촬영하라고 지시한다. 이에 부가하여, 카메라 제어부(310)는 CCD(240)에서 촬영된 화상을 기억하라고 화상 일시 기억메모리(330)에 지시한다. 광이 개구부(112a, 112b)를 통과하게 되는 경우에, 화상 촬영 지시 및 화상 기억 지시는 개별 타이밍에서 수행된다. 또한, 후술될 것처럼 화상이 복수의 세트의 통과 위치를 통해 촬영되는 경우에, 화상 촬영 지시 및 화상 기억 지시는 개별 세트의 개구부에 대해 생성된다. 그러나, 개별 세트에 통과 위치가 공통인 경우에, 공통 통과 위치에 대해 화상을 촬영하는 처리는 개별 세트에 공통적으로 화상 촬영 처리를 사용하여 한번 생성될 수 있다. 또한, 카메라 제어부(310)는 화상 일시 기억 메모리(330)에 화상을 기억시키는 동작을 완료한 후에, 거리 계산부(350)에 거리 계산을 개시하라고 지시한다.
거리 계산부(350)는 화상 일시 기억 메모리(330)에 기억된 화상을 사용하여 거리 계산을 실행한다. 거리 계산에서, 다른 통과 위치에서 생성된 촬상면 상에서 화상의 변위량은 기억 영상을 사용하여 얻어진다. 이 변위량은 통과 위치 중의 임의의 하나를 기준으로 하여 화상의 변위량을 화소 수를 계수하여 얻을 수 있다. 그러므로, 변위량을 화소수로 표현할 수 있다. 변위량은 화소의 선 밀도를 사용하여 길이 차원으로 표현될 수 있다.
여기서, 예를 들면, 광학 축에 놓인 통과 위치는 기준 통과 위치로서 사용될 수 있다. 다음, 변위량에 해당하는 거리는 캘리브레이션 정보를 사용하여 화상의 얻어진 변위량으로부터 얻어진다. 여기서, 캘리브레이션 정보는 후술된 것처럼 거리 계산부(350)의 메모리에 미리 기억될 수 있다. 예를 들면, 변위량 및 해당 거리는 표 형태로 기억될 수 있다. 계산식을 기억하여, 거리는 계산식에 변위량을 대입하여 얻을 수 있다. 이 경우에, 계산식은 거리를 구하는 처리를 실행하기 위한 프로그램에 절차 및 수치값으로서 기록될 수 있다. 캘리브레이션 정보는 알려진 위치의 물체로부터 광이 다른 통과 위치를 통과하게 하고, 촬상 소자의 촬상면 상에 각각 광을 투영시키고, 다른 통과 위치를 통해 투영된 화상의 촬상면 상에서 변위량을 촬상 소자로부터 물체의 거리를 변경시켜 각 거리에 대해 촬상 소자로부터 물체까지의 거리의 실제 측정값과 해당 얻어진 변위량 사이의 일대일 대응 관계를 얻음으로써 얻을 수 있다.
도 9는 캘리브레이션에 대한 측정된 결과예이다. 도 9는, 예를 들면, 도 1에 도시된 장치를 사용하여, 측정을 수행하여 얻어진 캘리브레이션에 대한 일대일 대응 관계의 예를 도시한다. 구체적으로, 거리값은 카메라(200)로부터의 복수의 위치에서 거리를 측정하여 얻어진다. 한편, 각 위치에서, 도 1, 2a, 2b, 2c에 도시된 마스크를 사용하여 다른 통과 위치를 통과하는 광선에 의해 CCD(240)의 촬상면(241) 상에 촬영된 화상의 변위량이 얻어진다. 이후, 변위량은, 예를 들면 화소 수로서 얻어진다. 상술한 동작은 카메라로부터의 각 위치에서 수행된다. 이 측정 방법은 거리의 실제 측정을 제외하고는 이하 설명될 거리 측정 절차와 동일하다.
변환식을 얻는 방법에 관련하여, 이하 일례가 설명될 것이다. 도 10a에 도시된 것처럼, 카메라(200)는 고정되고, 물체로서 원점(50)이 카메라(200)의 렌즈 시스템의 위치로부터 거리 D의 위치에 설치된다. 이 때, 렌즈는 원점면상에 집속된다. 측정 샘플을 생성하기 위해서, 도 10a에 도시된 것처럼 원점의 중심에 작은 흑색 원형 표시(51)를 구비한 원점(50)을 사용하는 것이 양호하다. 이 상태를 유지하고, 원점(50)은 카메라의 렌즈 시스템으로부터 거리(D1)의 위치에 설정되고,화상은 P0및 P1인 개구 위치 패턴을 구비한 마스크를 사용하여 판독된다. 얻어진 화상은 Img0및 Img1로서 각각 정의된다. 두 개의 화상이 중첩될 때, 흑색 원형 화상(52a, 52b)은 각각 d 화소 떨어진 촬영된 위치에서 얻어질 수 있다. 화소량 d는 화상에서 관측된 두 개의 흑색 원형 표시(52a, 52b)의 무게중심의 좌표가 계산되는 방법에 의해 얻어질 수 있다. 화소량 d 및 원점 D 및 D1로부터의 거리를 사용하여, 개구 위치 패턴 Pi를 구비한 마스크를 사용하여 측정이 수행될 때 거리 변환식 Ei은 x가 화소 수일 때 다음과 같다.
개별 패턴에 대한 변환식을 얻기 위해 이러한 종류의 측정은 모든 정의된 패턴 Pi(i=1,...,n)에 대해 수행된다.
모든 마스크 패턴 Pi(i=1,...,n-1)에 대해 상술한 오퍼레이션을 수행하여, 거리 값 di(i=1,...,n-1)이 얻어진다. 거리값 di(i=1,...,n-1)을 평가하여, 화소 거리값 distx,y가 얻어진다. 평가 방법에 관련하여, 예를 들면, 거리값 di(i=1,...,n-1)의 평균값을 계산하는 방법이 있다.
정확도를 더 높이기 위해서, 통과 위치의 각 패턴에 대해 거리를 변동시켜 얻어진 변위량의 측정값 및 실제로 측정된 거리값을 사용하여, 예를 들면, 최소 제곱 방법을 통해 실험식이 얻어진다. 결과적으로, 예를 들면, 다음과 같은 선형식이 얻어진다.
도 9는 수학식 2를 표현하는 캘리브레이션 선의 예를 도시하는 그래프이다.
상술한 것처럼, 본 실시예에서, 거리값과 변위량 사이의 일대일 대응 관계는 선형식으로 표현될 수 있다. 그러므로, 카메라(200)로부터의 거리 E는 측정된 변위량을 변환식에 대입하여 y를 계산하는 것으로 얻을 수 있다. 즉, 상술한 수학식 2는 변위량을 거리값으로 변환하기 위한 변환식으로 기능한다. 본 실시예에서, 수학식을 사용하여 y를 캘리브레이션하는 절차는 프로그램으로 기록된다. 거리 계산부(350)의 중앙 처리 유닛은 거리를 계산하기 위해 프로그램을 실행한다. 다른 방법으로서, 복수의 다른 변위량에 대응하는 거리값들이 상술한 실험식을 사용하여 미리 계산되고 표로서 결과를 기억하는 것도 가능하다. 이 표는 거리 계산부(350)에 포함된 메모리에 기억된다. 얻어진 변위량이 표에 의해 주어진 두 변위량 사이에 있는 값일 때, 거리는 보간 계산을 실행하여 계산될 수 있다.
복수의 세트의 다른 통과 위치의 경우에, 실험식은 상술한 것과 유사한 절차를 통하여 개별 세트에 대해 얻어진다. 그리고 나서, 목적에 적합한 하나의 실험식이 거리의 캘리브레이션의 변환식으로서 사용하기 위해 복수의 얻어진 실험식으로부터 선택된다. 또한, 복수 세트의 다른 통과 위치의 경우에, 하나의 실험식이 상술한 절차와 유사한 절차에 의해 얻어진 실험식을 사용하는 최소 제곱 방법에 의해 결정될 수 있다.
상술한 준비의 완료 후에, 물체의 거리 측정이 후술된 절차를 통해 수행된다. 거리 측정 장치는 상술한 변환식에 기초하여 거리 계산 절차 또는 변환식에 기초하여 변위량 거리 일대일 대응 관계 표를 미리 준비하여야 한다.
상술된 것처럼 계산된 거리 결과는 외부 출력 인터페이스(370) 및 정보 전송 매체(400)를 통해 정보 처리 시스템(500) 등과 같은 외부 유닛에 출력된다. 이때, 화상 일시 기억 메모리(300)에 기억된 화상도 출력될 수 있다. 상술된 것처럼 화상과 함께 거리 정보를 출력하여, 화상은 거리 정보에 따라 보정될 수 있다. 또한, 거리 정보 및 화상 정보를 조합하여 3차원 화상 정보가 용이하게 합성될 수 있는 유리함이 있다. 외부 출력 인터페이스(370)는 SCSI, USB 또는 IEEE1394와 같은 통상의 인터페이스 수단 또는 블루투스(Bluetooth)와 같은 무선 통신 수단을 사용하여 구성될 수 있다.
본 발명에 따라 거리 측정 장치를 사용하는 거리 측정에 대해 이하 설명될 것이다. 본 실시예에 따른 거리 측정 장치를 사용하는 거리 측정은 복수의 다른 광 통과 위치를 구현할 수 있는 개구 위치의 패턴이 다른 복수의 마스크를 사용하고, CCD(240)의 촬상면(241) 상에 촬영하기 위한 개구 위치의 각각을 통해 카메라(200)로 물체의 영상을 전달하고, 촬영된 화상을 화상 정보로서 취하여 수행된다. 이때, 다른 개구 위치의 각각에 대응하는 물체의 한 화상이 취해진다. 따라서, 복수의 영상이 취해진다. 또한, 취해진 영상은 화상 일시 기억 메모리(330)에 기억된다. 그리고나서, 물체의 거리는 기억된 화상을 사용하여 거리계산부(350)에 의해 계산된다. 이때, 취해진 화상 중의 하나는 기준 화상으로서 정의된다. 그리고나서, 변위량은 기준 화상을 다른 나머지 화상과 비교하여 얻어지고, 얻어진 변위량에 대응하는 거리값이 계산된다.
본 명세서에서, 도 2a, 2b, 2c에 도시된 마스크가 사용된다. 즉, 렌즈 시스템의 광학 중심에 대응하는 위치에 핀홀(pin-hole) 형태 개구부(122a)를 구비한 마스크(120a)는 기준 화상을 위해 사용되고, 중심의 우측 위치에 동일한 크기와 형태의 개구부를 구비한 마스크(120b)와 중심의 하측에 위치에 동일한 크기와 형태의 개구부를 구비한 마스크(120c)가 기준 화상과 다른 화상을 위해 사용된다. 마스크(120a, 120b, 120c)를 통해 취해진 화상이 그 순서대로 Img0, Img1, Img2로 정의된다.
도 4a에 도시된 것처럼, 마스크 부착부(231)가 카메라 본체(230)의 렌즈 열의 전단에 배치되고, 3개의 마스크(120a, 120b, 120c) 중의 필요한 마스크가 마스크 부착부(231)에 선택적으로 장착된다. 마스크의 선택적인 장착은 미도시된 마스크 탈부착 유닛에 의해 수행될 수 있다. 마스크 탈부착 유닛에 의한 선택적인 장착은 통과 위치 제어부(150)로부터의 제어 신호에 기초하여 수행된다. 구체적으로, 통과 위치를 표현하는 제어 신호가 출력될 때, 장착된 마스크가 제어 신호에 의해 표현된 통과 위치에 대응하는 마스크가 아니면 마스크 탈부착 유닛은 장착된 마스크를 탈착한다. 그리고 나서, 마스크 탈부착 유닛은 장착되어야 하는 마스크를 선택하고, 마스크 부착부(231)에 선택된 마스크를 장착한다. 또한, 마스크의장착은 수동으로 수행하는 것도 가능하다. 이 경우에, 표시 유닛은 통과 위치 제어부(150)에 연결되고, 표시 유닛은 통과 위치 제어부(150)에 의해 다음으로 장착될 마스크를 표현하는 표시를 보이도록 생성된다. 예를 들면, 마스크 번호를 표시하고 마스크를 변경하여 새로운 마스크를 장착하라는 메시지를 표시 유닛상에 표시하여 다음으로 장착될 마스크를 지시한다.
도 5는 본 발명에 따른 장치에 의해 수행된 화상 획득 처리로부터 거리 측정 처리까지의 전체적인 흐름을 도시한다. 여기서, 촬상면(241) 상에 화상의 변위량과 물체의 거리 사이의 관계를 표현하는 정보는 이미 얻어지고 미리 주어진다고 가정된다. 또한, 거리와 변위량 사이의 관계를 표현하는 변환식을 얻기 위한 실험의 절차도 수행될 수 있다.
사용자가 판독 개시 버튼(360)을 누를 때, 카메라 제어부(310)는 판독 개시 버튼(360)으로 오퍼레이션을 수신하고, 통과 위치 제어부(150)에 지시하기 위해 다른 개구 위치 패턴 Pi(i=0,...,n)을 각각 구비한 n 개의 준비된 마스크로부터 물체의 화상을 획득하기 위해 사용될 마스크를 선택한다(단계 1100). 이 처리는 n 매의 마스크에 대해 수행된다. 그리고나서, 개구부의 각각을 통해 CCD(240)의 촬상면 상에 투영된 화상을 획득하는 획득 처리가 실행된다. 그 후, 거리 계산부(350)는 화상 일시 기억 메모리(330)에 기억된 n매의 화상을 사용하여 거리 계산 처리를 실행한다(단계 1200). 얻어진 거리 정보 및 화상 일시 기억 메모리(330)에 기억된 화상은 외부 출력 인터페이스(370) 및 정보 전송 매체(400)를 통해 출력된다(단계1300). 그리하여, 일련의 거리 계산 처리는 완료된다(단계 1400).
거리값의 출력 포맷에 관련하여, 카메라와 물체 사이의 거리값을 획득 화상의 화소값으로 입력한 거리 화상이라는 공지된 형태가 있다. 이 실시예는 이 형태로 출력될 수 있다.
처리 절차 각각이 이하 상세하게 설명된다. 화상 획득에서 마스크의 개구 위치 패턴(개구 형태 패턴)의 수는 n 개[Pi(i=0,...,n), 여기서 i=0은 기준 화상에 대한 패턴임]로 정의된다고 가정된다. 또한, CCD(240)에 의한 화상 입력의 화소 크기는 수직으로 HEIGHT 화소이고 수평으로 WIDTH 화소이고, 화소의 좌표 시스템은 좌상이 (x,y)=(0,0)이고 우하가 (x,y)=(WIDTH,HEIGHT)이 되도록 정의된다.
도 6은 화상 판독 처리를 도시하는 흐름도이다. 이 처리는 카메라 제어부(310)에 의해 주로 실행된다.
장치가 개시될 때(단계 1101), 카메라 제어부(310)는 판독 개시 버튼(360)을 사용자가 누르는 것을 대기한다. 사용자가 판독 개시 버튼(360)을 누를 때, 카메라 제어부(310)는 오퍼레이션을 수신한다(단계 1102). 카메라 제어부(310)는 통과 위치 제어부(150)에 규정된 마스크를 렌즈 시스템(210)의 전방에 설치하도록 지시한다. 즉, 카메라 제어부(310)는 미리 정의된 개구 위치 패턴 중에 기준 화상에 대한 개구 위치 패턴 P0을 구비한 마스크를 렌즈 시스템(210)의 전방에 초기에 설치하도록 통과 위치 제어부(150)에 지시한다(단계 1103). 설치가 완료된 후, 카메라 제어부(310)는 CCD가 화상을 판독하도록 CCD(240)에 화상의 판독 동작을 실행하도록 지시한다(단계 1104). 판독된 화상은 화상 일시 기억 메모리(330)에 화상을 일시적으로 기억하도록 CCD(240)로부터 화상 일시 기억 메모리(330)에 전송된다(단계 1105). 여기서, 화상 데이타는, 예를 들면 인덱스 Img0가 부착된다(단계 1105). 이는 화상 데이타로의 액세스를 용이하게 하기 위한 것이다.
그 후, 모든 나머지 n 개의 준비된 마스크에 대해, 마스크의 설정이 유사하게 수행되고(단계 1103), 화상의 판독이 수행되고(단계 1104), 메모리(330)로의 전송이 수행된다(단계 1105). 그리고나서, 다른 개구 위치 각각에 대응하는 개구 패턴을 구비한 마스크 각각에 대해 화상 판독의 동작이 종료되었는지 확인되고(단계 1106), 확인되면 판독 처리는 종료된다(단계 1107).
판독 처리가 종료될 때, 모든 화상이 화상 일시 기억 메모리(330)에 기억되고, 개별 마스크를 통해 획득된 화상에 인덱스 Imgi(i=0,1,...,n-1)가 부착된다. 그 후, 거리 계산 처리가 인덱스 Imgi(i=0,1,...,n-1)를 사용하여 실행된다.
도 7은 거리 계산 처리의 흐름을 도시한다. 이 처리는 거리 계산부(350)에 의해 주로 실행된다. 거리 계산부(310)는 카메라 제어부(310)의 개시 지시에 대응하여 처리를 개시한다(단계 1201).
거리 계산부(350)는 초기에 좌표 (x,y)=(0,0)의 화소로부터 거리 계산 처리를 개시한다(단계 1202). 초기에, 기준 화상의 좌표 (x,y)의 주변에서 화상을 절취하는 것이 실행된다(단계 1203). 이 처리는 도 8a에 도시된 것처럼 템플리트 화상(80)으로서 목표 화소(x,y)의 주변에서 화상을 절취하는 처리이다. 절취 화상의화소 크기는 입력 화상의 화소 크기에 따라 변동된다. 그러므로, 이후 수행될 패턴 매칭에서 매칭 미스가 작고 가능한 한 작게 화소 크기를 결정하기 위해 실험이 미리 수행된다.
다음으로, 패턴 매칭 처리가 템플리트 화상(80) 및 화상 Imgi(i=1,2...,n-1)을 사용하여 수행된다(단계 1205). 이 처리는 도 8b에 도시된 것처럼 템플리트 화상(80)이 존재하는 기준 화상과 다른 판독 화상 Imgi(i=1,2...,n-1)의 일부를 패턴 매칭을 사용하여 화상 탐색을 수행하기 위한 처리이다. 화상 처리에 대한 텍스트북에서 일반적으로 알려진 패턴 매칭 방법이 이 패턴 매칭 처리로서 이용될 수 있고, 따라서 패턴 매칭 처리를 구현하기가 용이하다. 이 처리에 의해, 템플리트 화상(80)이 존재하는 판독 화상 Imgi(i=1,2...,n-1)의 일부를 알 수 있다. 두 화상이 매치하는 좌표(x',y')가 얻어질 수 있다(단계 1206).
(x,y) 및 (x',y')의 두 좌표 사이의 화소 수는 목표 화소 (x,y)의 변위량으로서 얻어진다. 그리고, 촬상 소자의 화소면 상에서 화상이 이동하는 것과 같은 현상이 관측되므로, 변위량은 화소 이동량으로서 지칭될 수 있다. 이 양은 d로서 정의된다.
좌표 사이의 화소 수를 얻는 방법으로서, 다음에 표현된 두 좌표 사이의 유클리드 거리가 사용된다.
화소 (x,y)에서 거리값 di은 변위량과 거리값의 미리 주어진 변환식을 사용하여 얻어진 변위량 d로부터 계산된다(단계 1208).
화상의 모든 화소에 대한 상기 오퍼레이션을 수행하여, 각 화소에 대한 거리값이 얻어진다. 또한, 계산이 전체 화상의 화소에 대해 수행되는 경우에는 계산량이 커지므로, 거리값에 대해 필요한 부분의 좌표만을 계산하고 나머지 화소에 근사 처리를 수행하여 처리 시간을 절감할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예로서, 본 발명에 따라 거리 측정 기능을 갖는 화상 입력 장치를 이용하는 비접촉 스캐너의 응용예에 대해 이하 설명하기로 한다.
비접촉 스캐너는 평편 헤드 스캐너 및 시트 스캐너와 같은 종래의 제품과 비교하여 원본을 설정하는데 덜 제한이 있으므로 유리하다. 즉, 종래의 스캐너는 원본을 시트 피더 등을 통과시키면서 원본을 넘기는 동작을 요구한다. 그러나, 비접촉 스캐너는 이러한 동작을 요구하지 않는다. 이는 원본 테이블 상에 원본을 올려놓는 것으로 충분하므로, 비접촉 스캐너는 종래의 제품이 가지지 않은 취급 용이성에서 매우 유리하다.
그러나, 사용자가 원본 테이블 상에 원본을 올려놓는 것만으로 화상을 얻는 경우에, 카메라에 의해 판독된 원본의 글자, 도면, 사진의 화상은 원본이 주름, 접힘, 굽힘 등과 같은 요철이 있을 때 아주 많이 왜곡된다는 점에서 불리하다.
본 발명에 따른 거리 측정 기능이 있는 화상 입력 장치는 화상 및 거리 정보 모두를 요구할 수 있다. 그러므로, 본 발명에 따른 거리 측정 기능을 갖는 화상입력 장치가 화상 입력을 위한 카메라로서 사용될 때, 화상의 왜곡이 보정될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 비접촉 스캐너는 비접촉 스캐너의 유리함인 사용상의 용이성을 유지하면서 종래의 평편 헤드 스캐너, 종래의 면 스캐너 등과 유사하게 덜 왜곡된 화상을 얻을 수 있는 장치를 구현할 수 있다.
도 11a는 본 발명에 따른 거리 측정 기능이 있는 화상 입력 장치가 이용된 화상 왜곡 보정 기능을 갖는 비접촉 스캐너를 도시하는 투시도이다.
도 11a에 도시된 스캐너(700)는 원본 테이블(710)과, 원본 테이블에 제공된 지지 기둥(720)과, 지지 기둥(720)으로부터 원본 테이블(710)의 상부로 돌출된 암(arm)(730)과, 암(730)에 의해 지지되는 카메라(200)와, 원본 테이블(710)에 포함된 화상 입력 제어 유닛(300)을 포함한다. 판독 개시 버튼(360)은 원본 테이블(710)의 일부 상에 외부로 돌출된 상태로 배치된다.
카메라(200)는 암(730)에 의해 지지되고 원본 테이블(710)의 상부로부터 원본 테이블의 거의 전체 상부면을 볼 수 있는 위치에 배치된다. 광 통과 위치 제한 유닛(100)의 렌즈 시스템(210) 및 마스크(110)는 카메라(200)의 물체측 상에 장착된다. 본 발명이 마스크(110)로 한정되는 것이 아니라는 것을 이해하여야 한다.
원본 테이블에 포함된 화상 입력 제어 유닛(300)은, 컴퓨터(510)에 거리 정보와 함께 획득된 화상 정보를 전송하는 케이블인 정보 전송 매체(400)를 통해 정보 시스템(500)의 컴퓨터(510)에 연결된다. 지시와 같은 입력을 수신하기 위한 입력 유닛(520)과 화상을 표시하기 위한 표시 유닛(530)은 컴퓨터(510)에 연결된다.
도 12는 화상 왜곡 보정 기능을 갖는 비접촉 스캐너의 기능적 구조를 도시하는 블럭도이다. 도 12에 도시된 스캐너(700)는 미도시된 카메라의 광학 시스템부와, 화상 판독부(320)와, 거리 계산부(350)와, 화상 일시 기억 메모리(330)와, 출력 데이타 일시 기억 메모리(390)와, 외부 출력 인터페이스(370)를 대략 포함한다.
화상 판독부(320)의 기능은 판독 개시 버튼(360)과, 카메라 제어부(310)와, 통과 위치 제어부(150)와, CCD 등을 포함하는 판독부(240)로 구현될 수 있다. 화상 판독부(320)에 의해 판독된 화상은 메모리(330)에 기억되도록 화상 일시 기억 메모리(330)로 전송된다. 거리 계산부(350)는 화상 절취부(351)와, 패턴 매칭 처리부(352)와, 거리 변환부(353)를 기능으로서 구비한다. 거리 계산부(350)에 의해 계산된 거리 정보는 메모리(390)에 일시적으로 기억되도록 출력 일시 기억 메모리(390)에 전송된다. 거리 계산의 완료 후에, 데이타 판독 지시가 외부 출력 인터페이스(370)를 통해 외부로부터 수신될 때 화상 거리 정보는 외부 출력 인터페이스(370)를 통해 정보 처리 시스템(500)의 컴퓨터(510)와 같은 외부 유닛으로 전송된다.
상술된 스캐너의 각 기능은 본 발명에 따른 거리 측정 기능을 갖는 화상 입력 장치와 유사한 각 기능을 구비한다. 추가로, 처리 내용은 거리 측정 기능을 갖는 화상 입력 장치의 처리 내용과도 유사하다. 또한, 거리 계산부(350)의 처리는 소프트웨어를 사용하여 외부 유닛(컴퓨터)에 의해 실행하고, 스캐너 본체가 화상 판독부 및 출력 인터페이스만을 포함하는 것도 가능하다. 이 경우에, 동등한 스캐너는 개구 위치 제어부 및 개구 형태 가변 마스크를 종래의 스캐너 제품의 판독부에 추가하여 구현할 수 있다. 그러므로, 제품화된 스캐너가 효과적으로 사용될 수있는 점에서 유리하다.
스캐너(700)로부터 출력된 화상 및 거리 정보는 컴퓨터(510)로 전송된다. 수신된 화상 및 수신된 거리 정보는 화상의 왜곡이 보정된 화상을 출력하기 위해 소프트웨어를 사용하여 컴퓨터(510)에 의해 처리된다. 컴퓨터(510)에 의해 소프트웨어를 사용하여 처리하여 구현된 기능으로서, 거리 정보에 기초하여 원본의 접힘 및 굽힘의 형태를 모델화하는 형태 모델 형성 처리(511)와, 왜곡을 보정하기 위해서 형태 모델에 따라 판독된 화상의 다각형 분할을 실행하는 다각형 분할 처리(513)와, 분할된 다각형에 의해 화상을 매칭하는 텍스쳐 기술을 사용하여 왜곡 보정된 화상을 생성하는 화상 합성 처리(513)가 있다. 컴퓨터(510)는 표시 유닛(530) 및 프린터(540)에 왜곡 보정된 화상을 출력할 수 있다. 덜 왜곡된 화상이 표시 유닛(530) 및 프린터(540)에 출력된다.
또한, 도 11a에 도시된 예에서, 블루투스와 같은 무선 수단이 화상을 전송하기 위해서 사용될 수 있다. 이렇게 하여, 케이블이 제거되어 설치에 대한 자유도가 증가된다. 따라서, 가용성이 향상될 수 있다. 또한, 화상 입력 제어 유닛(300) 및 판독 개시 버튼(360)은 유닛을 형성하도록 카메라(200)에 집적된다. 이러한 유닛을 형성하여, 지지 기둥으로부터 유닛을 떼어서 사용될 수 있고, 따라서 데스크 또는 벽면에 스캐너를 부착하여 사용할 있으므로, 가용성을 더 향상시킨다.
스캐너의 동작에 대해 이하 설명하기로 한다. 본 명세서에서, 원본의 스캐닝은 원본(50)이 원본 테이블(360)에 장착된 상태에서 수행되는 것으로 가정된다.
스캐너의 동작은 화상 입력 제어 유닛(300)이 판독 개시 버튼(360)의 누름에 의해 판독 개시의 지시를 수신하고, 카메라(200)를 사용하여 화상을 판독하여 수행된다. 전술한 것처럼, 화상 입력 제어 유닛(300)은 원본(50)으로부터 카메라(200)이 촬상 소자의 촬상면상에 광을 각각 투영하도록 마스크(110)를 사용하여 광이 다른 통과 위치를 통해 통과하게 하고, 화상 사이의 촬상면상에의 변위량을 검출하고, 물체의 거리와 변위량 사이의 일대일 대응 관계를 도시하는 정보로부터 검출된 변위량에 해당하는 물체의 거리를 얻는다. 그리고나서, 거리 정보는 카메라(200)를 사용하여 원본의 요구된 화상과 함께 컴퓨터(510)로 출력된다. 컴퓨터(510)는 화상 입력 제어 유닛(300)으로부터의 신호 입력 중에서 거리 정보를 사용하여 원본의 요철에 의해 야기된 화상 정보의 왜곡을 보정한다.
도 11b는 원본 테이블의 3 차원 가상 공간에서 거리의 측정 결과를 그려서 원본(50)의 각 점의 거리 분산 상태 Ld를 시각적으로 표현하는 도면이다. 도 11a에서, 절곡 상태로 접혀지고 부분적으로 올라온 상태인 원본(50)이 원본 테이블(310)에 올려진다. 그러므로, 도 11b의 가상 공간에 도시된 것처럼, 원본 테이블(360)상에 놓인 부분에 대응하는 영역의 점은 카메라로부터 일정 거리의 위치에 분포된다. 한편, 올라온 부분에 대응되는 영역의 원본(50)의 점은 절곡 상태로 위치로부터 원본(50)의 모서리를 향한 카메라의 거리가 작게 된다. 이 가시적 상태는 컴퓨터(510)를 사용하여 거리 정보를 처리하여 얻을 수도 있다. 처리된 결과는 표시 유닛(530) 상에 표시되어, 예를 들면 도 11b의 상태에서 도시될 수 있다.
상술한 것처럼, 본 발명이 이용된 비접촉 스캐너에서, 카메라로부터 물체의 거리 분포를 나타내는 정보가 획득될 수 있다. 그러므로, 요철 상태의 표면을 갖는 물체의 화상이 거리 분포 정보를 사용하여 평편한 상태의 화상으로 보정할 수 있다. 도 11b의 경우에, 원본의 화상은 물체의 접힌 선 부분으로부터 굽혀진 영역을 보정하여 평편한 상태로 보정될 수 있다.
컴퓨터(510)에 의해 처리된 왜곡 보정 처리에 대해 도 13a 내지 14를 참조하여 이하 설명하기로 한다.
도 13a는 절곡 상태로 접혀지고 부분적으로 올라온 상태인 원본의 그림을 위하여 얻어진 화상의 예를 도시하는 도면이다. 도 13a에 도시된 것처럼, 원본(55)의 화상의 좌측부(55L)의 형태는 이 부분(55L)이 장방형의 일부이어야 하지만 왜곡된다. 그러므로, 카메라와 원본의 각 점 사이의 거리 정보가 본 발명에 따른 스캐너를 사용하여 화상의 입력과 함께 얻어진다. 도 13b에 도시된 것처럼, 원본의 형태는 3 차원 공간에 그려질 수 있다. 원본 테이블로부터 올려진 원본의 이 부분의 화상은 3 차원 정보 상에 기초한 거리의 변경에 대응하여 삼각형으로 분할된다. 다각형 분할 방법에 관련하여, 3 차원 점 그룹 데이타를 사용하여 다각형 분할을 실행하기 위한 소프트웨어 프로그램은 제품화되어 있다. 그러므로, 다각형 분할은 소프트웨어 프로그램을 사용하여 실행될 수 있다. 결국, 도 13c의 경우에서, 원본의 일부의 화상은 두 개의 삼각형 P1 및 P2로 분할될 수 있다. 도 13d에 도시된 것처럼, 컴퓨터 그래픽 기술의 텍스쳐 매칭 처리를 사용하여 왜곡이 없는 정상적인 다각형으로 분할된 다각형 P1 및 P2을 변환하고 화상의 매칭 동작을 사용하여 화상을 합성하여 왜곡이 없는 화상이 얻어질 수 있다.
도 14는 거리 측정에 기초한 왜곡 보정 처리의 절차를 도시하는 흐름도이다. 처리의 개시(단계200) 후에, 거리 측정은 본 발명에 따른 상술된 화상 입력 장치의 처리에 따라 실행된다(단계2001). 거리 정보가 획득된다. 원본의 형태의 모델화는 획득된 거리 정보에 기초하여 실행된다(단계2002). 원본(50)과 카메라(200)(렌즈 시스템 또는 촬상 소자의 중심) 사이의 거리 측정이 수행되고, 원본의 각 점과 카메라(렌즈 시스템 또는 촬상 소자) 사이의 거리 정보가 얻어지고, 원본의 접힘 및 굽힘 정보가 모델화된다. 원본의 화상의 다각형 분할은 모델화된 정보에 기초하여 실행된다(단계 2003). 모든 분할된 다각형에 대한 텍스쳐 매칭이 실행된다(단계 2004). 텍스쳐 매칭 처리된 화상이 출력되고(단계 2005), 처리가 완료된다(단계2006).
도 13에 도시된 예가 원본이 절곡된 예에 관련된 것이지만, 본 발명이 이용된 비접촉 스캐너는 살짝 접힌 원본 또는 전체적으로 요철이 있는 원본을 처리할 수 있다. 즉, 비접촉 스캐너는 화상이 획득될 수 있다면 어떠한 원본도 처리할 수 있다.
통과 위치 제한을 위해 사용되는 마스크의 다른 예에 대해 설명하기로 한다.
도 3a 및 3b는 액정 패널을 사용하는 통과 위치 제한 구성요소의 예를 도시한다. 도 3c에 도시된 것처럼, 액정 패널(130)은, 예를 들면 카메라의 렌즈 시스템(210)의 전방에 부착된다. 액정 패널의 크기 및 해상도는 사용된 렌즈 시스템(210)을 충족시키도록 결정될 수 있다. 여기서, 크기 및 해상도는 때때로부착 위치에 따라 변경될 필요가 있다. 부착 위치는 광학적으로 가능하다면 도 3c에 도시된 위치로 제한될 수 있다. 예를 들면, 통과 위치 제한 구성요소는 쌍 위치에 부착될 수 있다. 도 3c에 도시된 것처럼, 액정 패널(130)은 렌즈 시스템의 전면에 밀착되어 광이 부착 틈을 통해 들어오지 못한다.
액정 패널(130)은 행렬 형태로 배열된 복수의 셀(131ij)로 형성된다. 도 3a에 도시된 것처럼, 셀(131ij)은 전압이 개별적으로 인가되어 광이 통과하게 하는 상태 또는 광이 통과하지 못하게 하는 상태로 된다. 이 특성을 사용하여, 행렬을 이루는 셀 중에서 임의의 주소의 셀을 광 통과 상태가 되도록 제어하여 통과 위치를 임의의 위치에서 설정될 수 있다. 액정 표시에서 일반적으로 사용되는 제어 기술이 그 위치를 광 통과 상태로 만드는 제어를 처리할 수 있다.
액정 패널을 사용하는 경우에서, 임의의 위치가 광 통과 상태로 전기적으로 될 수 있기 때문에, 광 통과 위치 및 측정된 데이타 사이의 일대일 대응 관계는 측정 동안 용이하게 자동적으로 얻을 수 있다는 점이 유리하다. 또한, 개구부의 면적 및 개구 크기가 지시에 대응하여 임의로 변경될 수 있다는 점이 유리하다. 개구 위치를 선택하여, 개구 형태 및 개구 면적, 최적 거리 측정은 물체의 광학 특성에 대응하여 수행될 수 있다.
본 발명에 따르면, 고도로 정확한 초점 제어 기구없이 안정되고 정확하게 물체의 거리 측정을 수행할 수 있다.

Claims (16)

  1. 물체의 화상을 광학적으로 획득하여 촬상 소자에 의해 촬상하여 상기 촬상 소자로부터 상기 물체까지의 거리를 측정하는 거리 측정 방법에 있어서,
    상기 촬상 소자로부터 알려진 거리에 있는 물체로부터의 광이 서로 다른 통과 위치를 통과하여 상기 광이 상기 촬상 소자의 촬상면 상에 각각 투영하게 하는 단계와,
    상기 다른 통과 위치를 통해 투영된 상기 화상 사이의 상기 촬상면 상에서의 변위량을 상기 촬상 소자로부터 상기 물체까지의 거리를 변경하여 얻는 단계와,
    상기 촬상 소자로부터 상기 물체까지의 거리의 상기 얻어진 값과 상기 변위량 사이의 일대일 대응 관계를 도시하는 정보를 미리 기억시키는 단계와,
    거리를 측정해야 할 물체로부터의 광이 상기 촬상 소자의 상기 촬상면 상에 상기 광을 투영하도록 상기 다른 통과 위치를 각각 통과하게 하는 단계와,
    상기 다른 통과 위치를 통해 투영된 상기 화상 사이의 상기 촬상면 상에서의 변위량을 검출하는 단계와,
    상기 촬상 소자로부터 상기 물체까지의 거리와 상기 변위량 사이의 일대일 대응 관계를 도시하는 상기 정보로부터의 상기 검출된 변위량에 대응하는 상기 촬상 소자로부터 상기 거리 측정된 물체까지의 거리를 얻는 단계
    를 포함하는 거리 측정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다른 통과 위치의 복수의 세트를 준비하고, 상기 촬상 소자로부터 상기 물체까지의 거리의 상기 얻어진 값과 상기 세트의 각각에 대한 상기 변위량 사이의 일대일 대응 관계를 도시하는 정보를 미리 기억시키는 단계와,
    거리를 측정해야 할 물체로부터의 광이 상기 복수의 세트의 다른 통과 위치를 통과하여 상기 촬상 소자의 상기 촬상면 상에 상기 광이 각각 투영되는 단계와,
    상기 다른 통과 위치의 각 세트를 통해 투영되는 상기 화상 사이의 상기 촬상면 상에서의 변위량을 검출하는 단계와,
    상기 촬상 소자로부터 상기 물체까지의 상기 거리값과 상기 통과 위치의 대응 세트에 대한 상기 변위량 사이의 일대일 대응 관계를 도시하는 상기 정보로부터 상기 검출된 변위량에 대응되는 상기 촬상 소자와 상기 거리 측정된 물체까지의 거리를 얻는 단계와,
    상기 세트에 대해 개별적으로 상기 거리를 통계적으로 처리하여 상기 거리 측정된 물체의 거리를 얻는 단계
    를 포함하는 거리 측정 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 복수의 세트의 통과 위치 중에서, 각 세트에서 상기 통과 위치 중의 하나는 모든 상기 세트에 공통인 위치인 거리 측정 방법.
  4. 제3항에 있어서, 모든 상기 세트에 공통인 상기 통과 위치는 상기 물체의 화상을 광학적으로 얻을 때 광학축 상에 위치되는 거리 측정 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 통과 위치의 각각에 대해 다른 타이밍에서 상기 다른 통과 위치를 통해 광의 통과를 수행하는 단계와,
    상기 촬상면 상에 상기 화상의 상기 위치를 기억시키는 단계와,
    상기 기억된 위치를 사용하여 상기 다른 통과 위치를 통과한 상기 광의 상기 촬상면 상의 상기 변위량을 얻는 단계
    를 더 포함하는 거리 측정 방법.
  6. 거리 측정 기능을 구비한 화상 입력 장치에 있어서,
    최소한 두 개의 다른 통과 위치를 통과하도록 광을 제한하는 광 통과 위치 제한 수단과,
    상기 광 통과 위치 제한 수단을 통과한 상기 광을 집속하는 렌즈 시스템과,
    상기 렌즈 시스템에 의해 집속된 상기 광으로부터 화상을 취하기 위한 화상 취출 수단과,
    상기 다른 통과 위치를 통과한 상기 광에 의한 상기 화상을 사용하여 촬상 소자로부터 물체까지의 거리를 계산하는 거리 계산 수단을 포함하고,
    상기 광 통과 위치 제한 수단은 규정된 위치만을 통과하도록 광을 제한하는
    화상 입력 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 화상 취출 수단은 화상 취출 개시 신호를 출력하고, 상기 광 통과 위치 제한 수단은 상기 화상 취출 개시 신호에 대응하는 광 통과 위치의 제한 동작을 실행하는 화상 입력 장치.
  8. 제6항 또는 7항에 있어서, 상기 광 통과 위치 제한 수단은 액정 패널을 포함하는 화상 입력 장치.
  9. 제6항 또는 7항에 있어서, 상기 광 통과 위치 제한 수단은 상기 개구 위치가 다른 복수의 마스크를 포함하는 화상 입력 장치.
  10. 제6항 내지 9항 중 어느 한 항에 따른 화상 입력 장치에 있어서,
    상기 렌즈 시스템은 복수의 렌즈를 포함하고, 상기 광 통과 제한 수단은 상기 렌즈 시스템의 상기 렌즈 사이에 배치되는 화상 입력 장치.
  11. 제6항 내지 10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광 통과 위치 제한 수단은 상기 개구부의 형태로서 복수의 핀홀을 사용하는 화상 입력 장치.
  12. 제6항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 거리 계산 수단은
    상기 촬상 소자로부터 알려진 거리에 있는 물체로부터의 광이 상기 촬상 소자의 촬상면 상에 광을 투영하도록 서로 다른 통과 위치를 각각 통과하게 하고, 상기 다른 통과 위치를 통해 투영된 상기 화상 사이의 상기 촬상면 상에서의 변위량을 얻고, 상기 변위량은 상기 촬상 소자로부터 상기 물체까지의 거리를 변경하여 얻고, 상기 촬상 소자로부터 상기 물체까지의 거리의 상기 얻어진 값과 상기 변위량 사이의 일대일 대응 관계를 도시하는 정보를 기억시키는 수단과,
    거리가 측정될 물체로부터의 광이 상기 촬상 소자의 상기 촬상면 상에 상기 광을 각각 투영하도록 상기 다른 통과 위치를 통과시키고, 상기 다른 통과 위치를 통해 투영된 상기 화상 사이의 상기 촬상면 상에서의 변위량을 검출하는 단계와,
    상기 촬상 소자로부터 상기 물체까지의 거리와 상기 변위량 사이의 일대일 대응 관계를 도시하는 상기 정보로부터 상기 검출된 변위량에 대응하는 상기 촬상 소자로부터 상기 거리 검출된 물체까지의 거리를 얻는 수단
    을 포함하는 화상 입력 장치.
  13. 제1항 내지 12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 측정된 거리 정보 및 상기 화상은 동시에 출력되는 화상 입력 장치.
  14. 가시적으로 그려진 화상을 광학적으로 판독하는 화상 입력 장치인 비접촉 화상 입력 장치에 있어서,
    판독될 물체를 스캐닝하여 상기 화상을 취출하는 스캐너와,
    상기 판독된 결과를 표시하는 표시기 또는 프린터를 포함하고,
    제13항에 기술된 상기 화상 입력 장치가 상기 스캐너로서 사용되는
    비접촉 화상 입력 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 측정된 거리 정보를 사용하여 상기 화상을 평면상에 전개하는 수단을 포함하는 비접촉 화상 입력 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 화상을 상기 평면에 전개하는 동작의 여부를 지시하기 위한 스위치 또는 인터페이스를 포함하는 비접촉 화상 입력 장치.
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