KR20140000723A - 3ｄ 카메라 모듈 - Google Patents

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Abstract

발명의 실시예에 따른 3D 카메라 모듈은 적어도 둘 이상의 상이한 방향에서의 영상 데이터를 취득하는 이미지 센서; 상기 이미지 센서의 위치를 변화시키는 구동부; 및, 상기 구동부의 동작을 제어하는 제어부;를 포함한다.

Description

3Ｄ 카메라 모듈{3D Camera Module}
본 발명은 3D 카메라 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하나의 카메라 모듈을 통해 고화질의 3D 촬영이 가능한 3D 카메라 모듈에 관한 것이다.
3차원 입체 영상 기술은 차세대 정보 통신 서비스로서, 수요 및 기술 개발 경쟁이 치열한 첨단의 고도화 기술에서 정보통신, 방송, 의료, 교육 훈련, 군사, 게임, 애니메이션, 가상현실, CAD, 산업 기술 등 그 응용 분야가 매우 다양하며 여러 분야에서 공통적으로 요구되는 차세대 실감 3차원 입체 멀티미디어 정보 통신의 핵심 기반기술이라고 할 수 있다.
일반적으로 사람이 지각하는 입체감은 관찰하고자 하는 물체의 위치에 따른 수정체의 두께 변화 정도, 양쪽 눈과 대상물과의 각도 차이, 그리고 좌우 눈에 보이는 대상물의 위치 및 형태의 차이, 대상물의 운동에 따라 생기는 시차, 그 밖에 각종 심리 및 기억에 의한 효과 등이 복합적으로 작용해 생긴다. 그 중에서도 사람의 두 눈이 가로 방향으로 약 6~7㎝ 가량 떨어져 위치함으로써 나타나게 되는 양안 시차(binocular disparity)는 입체감의 가장 중요한 요인이라고 할 수 있다. 즉 양안시차에 의해 대상물에 대해 각도 차이를 갖고 바라보게 되고, 이 차이로 인해 각각의 눈에 들어오는 이미지가 서로 다른 상을 갖게 되며 이 두 영상이 망막을 통해 뇌로 전달되면 뇌는 이 두 개의 정보를 정확히 서로 융합하여 본래의 3차원 입체 영상을 느낄 수 있는 것이다.
이를 위해 3D를 표현하기 위한 카메라 모듈에서는 상호 이격된 두개의 이미지 센서를 구비하여 각각 좌안 영상과 우안 영상에 해당하는 영상 정보를 입력하여 입체 영상을 표현하게 되나, 이미지 센서가 2개 필요하게 되므로 소형화 및 생산비용의 면에서 개선의 여지가 있다.
발명의 실시예에 따르면, 단일의 카메라 모듈을 이용하여 입체영상을 구현하는 것을 목적으로 한다.
발명의 실시예에 따른 3D 카메라 모듈은 적어도 둘 이상의 상이한 방향에서의 영상 데이터를 취득하는 이미지 센서; 상기 이미지 센서의 위치를 변화시키는 구동부; 및, 상기 구동부의 동작을 제어하는 제어부;를 포함한다.
발명의 다른 실시예에 따른 3D 카메라 모듈은 중심축을 기준으로 적어도 둘 이상의 상이한 방향에서의 영상 데이터를 취득하는 이미지 센서;와, 상기 이미지 센서에 의해 취득된 상이한 각도에서의 영상 데이터 간의 편차를 보정하는 편차보정부;를 포함하는 모듈; 및, 상기 모듈을 상기 중심축을 기준으로 적어도 둘 이상의 상이한 방향으로 번갈아 이동시키는 구동부;를 포함한다.
발명의 실시예에 따른 3D 입체영상 처리방법은 이미지 센서가 구동부에 의해 구동되면서 제1 및 제2 방향에서의 영상 정보를 번갈아 수집하는 단계; 제1 및 제2 방향에서 수집된 영상 정보 간의 편차를 보정하는 단계; 상기 이미지 센서가 제1 및 제2 방향으로 이동하면서 촬영하는 영상 정보의 외곽 영역을 크로핑하는 단계; 및, 상기 단계에서 선택적으로 수집된 제1 및 제2 방향의 영상을 종합하여 3D로 표현하기 위해 포맷을 변환하는 단계;를 포함한다.
발명의 실시예에 따르면 단일의 카메라 모듈을 이용하여 입체영상을 구현함으로써, 카메라 모듈의 부피 및 생산비용을 감소시킬 수 있다.
도 1은 발명의 실시예에 따른 3D 카메라 모듈의 정면도이다.
도 2는 발명의 실시예에 따른 3D 카메라 모듈의 구현예를 나타낸 도면이다.
도 3은 발명의 실시예에 따른 3D 카메라 모듈의 블록도이다.
도 4는 발명의 실시예에 따른 3D 카메라 모듈의 타이밍 다이어그램을 나타낸 도면이다.
도 5는 발명의 실시예에 따른 3D 카메라 모듈의 3D 영상 표현 처리 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 6은 발명의 다른 실시예에 따른 3D 카메라 모듈의 구현예를 나타낸 도면이다.
도 7은 발명의 다른 실시예에 따른 3D 카메라 모듈의 블록도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도 1은 발명의 실시예에 따른 3D 카메라 모듈의 정면도이다. 도 2는 발명의 실시예에 따른 3D 카메라 모듈의 구현예를 나타낸 도면이다. 도 3은 발명의 실시예에 따른 3D 카메라 모듈의 블록도이다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 발명의 실시예에 따른 3D 카메라(100)의 모듈(200)은 이미지 센서(250), 구동부(240), 제어부(260), 편차보정부(210), 크로핑부(220), 변환부(230) 및 저장부(270)로 구성되어 있다.
상기 이미지 센서(250)는 적어도 하나의 렌즈를 포함할 수 있으며, 외부의 영상정보를 수집한다. 즉, 피사체에서 획득된 영상 데이터를 수집하여 편차보정부(210)로 전달한다.
상기 이미지 센서(250)는 구동부(240)에 의해 촬영되는 영상 데이터가 변경될 수 있다. 구체적으로 상기 이미지 센서(250)는 도 2에 도시된 바와 같이, 좌안 영상(L)과 우안 영상(R)을 수집할 수 있다.
상기 이미지 센서(250)가 A에 위치하는 경우 좌안 영상을 수집할 수 있고, 상기 이미지 센서(250)가 B에 위치하는 경우 우안 영상을 수집할 수 있다. 상기 좌안 영상은 사람의 좌안에 해당하는 영상 정보를 의미하고, 우안 영상은 사람의 우안에 해당하는 영상 정보를 의미한다.
상기 이미지 센서(250)는 좌안 영상 및 우안 영상을 교대로 수집할 수 있다. 즉, 상기 구동부(240)에 의해 A에 위치하는 경우, 좌안 영상을 수집하고, 상기 구동부(240)에 의해 B에 위치하는 경우, 우안 영상을 수집한다.
상기 제어부(260)는 구동부(240)의 동작 여부를 제어하는 것으로, 상기 구동부(240)가 동작하지 않는 경우, 상기 이미지 센서(250)는 2D의 평면 영상을 수집하게 된다. 상기 구동부(240)가 동작하는 경우, 이미지 센서(250)는 A 및 B의 위치에서 좌안 영상 및 우안 영상을 시간의 경과에 따라 교대로 수집하여 3D 영상을 표시하게 된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 이미지 센서(250)가 좌안 영상을 수집하기 위해 이동되는 경사는 우안 영상을 수집하기 위해 이동되는 경사와 동일한 각도로 설정될 수 있다. 즉, 좌우 선대칭으로 배치될 수 있다.
상기 편차보정부(210)는 상기 이미지 센서(250)에 의해 입력되는 좌우 영상간의 에피폴라 라인을 찾는 구성요소이다.
한쪽 영상의 매핑 되는 점이 다른 영상에서 대응점으로 나타날 때, 그 대응점은 에피폴라 라인(epipolar line)이라고 하는 가상의 선분 위에 존재하게 된다. 공간상의 한 점과 좌우 영상에 대응되는 점들 간에 만들어지는 평면을 에피폴라 평면이라고 하고 에피폴라 평면이 지나는 영상 상의 선분을 에피폴라 라인이라고 한다.
에피폴라 라인을 가정함으로써, 영상의 대응점 찾기는 좌안 영상의 한 점에 대응하는 우안 영상의 대응점을 에피폴라 라인 상에서 찾는 문제로 보다 쉽게 표현할 수 있다. 이론적으로 에피폴라 라인은 영상 평면상의 가로 축과 수평을 이루나, 실제의 경우는 센서의 배열의 부정확함과 렌즈 왜곡 등으로 다르게 나타난다.
상기 이미지 센서(250)에 의해 입력되는 좌우 영상간의 에피폴라 라인을 찾는 과정을 렉티피케이션(rectification)이라고 하는데. 렉티피케이션 과정을 통해서 좌안 영상 및 우안 영상은 좌우 영상간의 기구적 편차가 보정된 새로운 영상으로 변환이 되며, 카메라 모듈은 변환된 영상을 이용하여 스테레오 영상 정합 과정을 가지게 된다.
크로핑 부(220)는 3D 영상 중 관심영역만을 추출하는 것으로, 이미지 센서(250)가 A 및 B의 위치로 기울기를 갖기 때문에 발생하는 외곽 영상의 화질 열화를 개선하는 기능을 갖는다. 즉, 외곽 영상을 제외한 중앙 영역만을 추출하는 것으로, 이에 의해 화질 열화 현상을 개선할 수 있다.
상기 변환부(230)는 크로핑 부(220)에서 선택적으로 수집된 좌안 영상과 우안 영상을 종합하여 3D로 표현하기 위해 포맷을 변환하는 것으로, 모듈(200) 내부에 형성되는 것으로 한정하지는 않는다. 예를 들어, 상기 모듈(200)의 외부에서 표시부(300)의 전단에 형성될 수 있다.
저장부(270)는 상기 영상 정보를 저장할 수 있으며, 예를 들어 사용자의 선택에 의해 캡처된 영상 정보를 저장할 수 있다.
도 4는 발명의 실시예에 따른 3D 카메라 모듈의 타이밍 다이어그램을 나타낸 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이 이미지 센서(250)는 좌안 영상과 우안 영상을 교대로 캡처하게 된다.
상기 구동부(240)가 상기 이미지 센서(250)를 이동시키는 동안에는 상기 이미지 센서(250)는 동작하지 않는다. 즉, 상기 구동부(240)에 의해 이미지 센서(250)가 좌안 및 우안 영상을 수집하기 위한 위치로 이동하는 동안에는 상기 이미지 센서(250)는 영상 정보를 수집하지 않는다.
그리고 좌안 영상 및 우안 영상을 수집하기 위한 위치로 이동이 완료된 시점에는 대응하는 영상 정보를 수집하도록 동작한다.
즉, 구동부가 정지한 동안 좌안 위치에서 좌영상을 수집한다. 다음으로, 구동부에 의해 이미지 센서가 우안 영상을 수집하기 위한 위치로 이동하는 동안 이미지 센서는 동작하지 않는다. 다음으로 상기 구동부에 의해 이미지 센서가 우안 영상을 수집하기 위한 위치로 이동이 완료되면, 다시 동일한 시간만큼 구동부는 동작하지 않고, 이미지 센서는 우안 영상을 수집한다. 이러한 과정을 반복하여 좌안 영상과 우안 영상을 번갈아 획득하게 된다.
도시된 바와 같이 좌안 영상과 우안 영상이 번갈아서 수집되므로 이를 편차 보정부(210)에 전송하여 3D를 위한 영상 정보의 편집이 진행된다.
도 5는 발명의 실시예에 따른 3D 카메라 모듈의 3D 영상 표현 처리 과정을 나타낸 흐름도이다. 도 5에 나타난 바와 같이, 이미지 센서는 구동부에 의해 구동하면서 좌,우 영상 정보를 번갈아 수집한다(S110)(도 4 및 관련 설명 참조). 상기 과정에서 피사체 상의 위치와 대응하는 평면 영상상 위치의 대응관계를 표현하는 소정의 파라미터를 이용하여 각 평면 영상을 변환한 복수의 변환 평면 영상을 산출할 수 있다.
이와 같이 미리 설정된 파라미터를 이용하여 검출된 영상 정보를 변환함으로써 피사체의 입체 정보를 계산하기 위해 필요한 영상 정보를 획득할 수 있게 된다. 이러한 과정을 칼리브레이션이라고 하며 실제 영상에 대한 입체 카메라의 특성을 반영하기 위한 과정이다. 소정의 파라미터는 저장부에 저장될 수 있는데, 파라미터를 저장함으로써 저장된 파라미터를 외부로 전송하거나, 외부로부터 파라미터를 전송받아 저장할 수 있게 된다.
이어서, 피사체 상의 점들과 상기 피사체 상의 점에 대응하는 복수의 평면 영상 상의 점들을 포함하는 평면과, 평면 영상 평면이 교차하는 선을 산출한다(S130). 이러한 과정을 렉티피케이션이라고 하는데, 에피폴라라인을 산출함으로써 복수의 변환 평면 영상에서 피사체의 대응점들을 보다 용이하게 구할 수 있게 된다.
다음으로, 이미지 크로핑을 통해 이미지 센서가 좌우 번갈아 이동하면서 촬영함에 따라 발생하는 외곽 영역의 화질 열화 현상을 개선한다(S130). 상기 과정에서 차단되는 외곽영역의 비율은 사용자의 선택에 의해 조절될 수 있다.
다음으로, 변환부는 크로핑 부에서 선택적으로 수집된 좌안 영상과 우안 영상을 종합하여 3D로 표현하기 위해 포맷을 변환한다(S140). 상기 과정에서 좌안 영상 및 우안 영상으로부터 피사체의 입체 정보를 산출하게 된다. 이러한 계산 과정은 카메라에서 입체 시각 구현을 위한 영상 정보 획득뿐만 아니라 입체 시각 정보의 구현도 가능하게 할 수 있다.
다음으로, 상기 컨버터에서 포맷 변환된 영상 정보는 표시부를 통해 외부로 출력된다(S150). 이와 같은 과정을 통해 하나의 이미지 센서에서 입체 영상을 구현할 수 있게 된다.
도 6은 발명의 다른 실시예에 따른 3D 카메라 모듈의 구현예를 나타낸 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이 다른 실시예에 따른 3D 카메라 모듈은 카메라 모듈(200) 전체가 이동되어, 좌, 우 영상을 취득할 수 있다. 즉 좌안 영상을 취득하는 경우 제1 방향(201)으로 모듈이 이동하게 되어 이미지 센서(250)가 좌안 영상을 수집하게 되고, 우안 영상을 취득하는 경우 제2 방향(202)으로 모듈이 이동하게 되어 이미지 센서(250)가 우안 영상을 수집하게 된다. 구동부에 의해 이미지 센서(250)만 이동하는 제1 실시예와는 달리 이미지 센서(250)는 이동하지 않고 모듈 전체가 이동하게 된다.
도 7은 발명의 다른 실시예에 따른 3D 카메라 모듈의 블록도이다. 발명의 다른 실시예에 따른 3D 카메라의 모듈(200)은 이미지 센서(250), 제어부(260), 편차보정부(210), 변환부(230) 및 저장부(270)로 구성되어 있다.
다른 구성요소는 제1 실시예와 동일하므로 이와 관련한 설명을 생략한다.
제2 실시예에서 상기 구동부(240)는 모듈(200)의 외부에 배치되어, 모듈(200)을 구동하게 된다. 상기 모듈이 이동하여 좌, 우 영상을 수집하는 과정은 도 4 및 관련 설명을 참고한다.
발명의 다른 실시예에 따른 3D 카메라 모듈은 모듈 전체를 이동시켜 좌, 우 영상을 획득하므로 외곽 영상의 화질 열화를 방지할 수 있기 때문에, 크로핑 부가 삭제될 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (13)

  1. 적어도 둘 이상의 상이한 방향에서의 영상 데이터를 취득하는 이미지 센서;
    상기 이미지 센서의 위치를 변화시키는 구동부; 및,
    상기 구동부의 동작을 제어하는 제어부;를 포함하는 3D 카메라 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이미지 센서에 의해 취득된 상이한 각도에서의 영상 데이터 간의 편차를 보정하는 편차보정부;를 포함하는 3D 카메라 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 둘 이상의 상이한 방향은 상기 중심축을 기준으로 선대칭인 3D 카메라 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 구동부는, 상기 이미지 센서를 제1 방향 및 제2 방향에서 번갈아 이동시키는 3D 카메라 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 구동부는 제1 방향에서 정지, 제2 방향으로 이동, 제2 방향에서 정지, 제1 방향으로 이동;을 반복하는 3D 카메라 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 이미지 센서는 상기 구동부가 정지한 시점에서 영상 정보를 획득하는 3D 카메라 모듈.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 제1 방향 및 제2 방향에서 획득된 영상 정보의 일부를 선택하는 크로핑 부;를 더 포함하는 3D 카메라 모듈.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 이미지 센서는 적어도 하나의 렌즈를 포함하며, 상기 구동부는 상기 적어도 하나의 렌즈를 제1 방향 및 제2 방향에서 번갈아 이동시키는 3D 카메라 모듈.
  9. 중심축을 기준으로 적어도 둘 이상의 상이한 방향에서의 영상 데이터를 취득하는 이미지 센서;와, 상기 이미지 센서에 의해 취득된 상이한 각도에서의 영상 데이터 간의 편차를 보정하는 편차보정부;를 포함하는 모듈; 및,
    상기 모듈을 상기 중심축을 기준으로 적어도 둘 이상의 상이한 방향으로 번갈아 이동시키는 구동부;를 포함하는 3D 카메라 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 구동부는 상기 모듈을 제1 방향 및 제2 방향에서 번갈아 이동시키는 3D 카메라 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 구동부는, 상기 중심축을 기준으로 상기 제1 방향 및 제2 방향이 선대칭으로 형성되도록 상기 모듈을 이동시키는 3D 카메라 모듈.
  12. 이미지 센서가 구동부에 의해 구동되면서 제1 및 제2 방향에서의 영상 정보를 번갈아 수집하는 단계;
    제1 및 제2 방향에서 수집된 영상 정보 간의 편차를 보정하는 단계;
    상기 이미지 센서가 제1 및 제2 방향으로 이동하면서 촬영하는 영상 정보의 외곽 영역을 크로핑하는 단계; 및,
    상기 단계에서 선택적으로 수집된 제1 및 제2 방향의 영상을 종합하여 3D로 표현하기 위해 포맷을 변환하는 단계;를 포함하는 3D 입체영상 처리방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 영상 정보를 번갈아 수집하는 단계는,
    제1 방향에서 구동부가 정지한 동안 이미지 센서가 제1 방향의 영상을 수집하는 단계;
    구동부에 의해 제1 방향에서 제2 방향으로 이동하는 동안 이미지 센서는 오프되는 단계; 및,
    제2 방향에서 구동부가 정지한 동안 이미지 센서가 제2 방향의 영상을 수집하는 단계;가 반복되는 3D 입체영상 처리방법.
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