일안렌즈를 사용한 거리정보 추정

Abstract

모든 아날로그 전자기기들이 디지털로 바뀌면서 우리들의 일상생활은 많은 변화가 생겼다. 특히 카메라의 저장매체가 필름에서 디지털 메모리로 교체되어 디지털 카메라와 휴대폰을 주머니에 넣고 다닐 수 있고, 일상생활에서 언제든지 사진으로 기록할 수 있게 되었다. 또한 디지털화된 영상이기 때문에 현상할 필요 없이 바로 볼 수 있고, 잘못 찍은 사진은 지우고 다시 찍을 수 있다. 일반 디지털 카메라는 렌즈의 구경이 작기 때문에 DSLR 카메라처럼 렌즈를 이용한 빛망울 효과(Bokeh)를 나타내지 못하고 사진 전체에 초점이 맞게 된다. 하지만 일반 디지털 카메라로 촬영한 후에 사진 내의 물체들의 거리를 알고 있다면 빛망울 효과를 나타낼 수 있고 리포커싱이 가능하다. 또한, 3D 디스플레이를 통하여 입체영상으로 재구성할 수도 있다. 1900년대 초부터 스테레오 카메라를 연구해 왔으며 마이크로렌즈 배열에 의한 시점 변화에 관한 개념도 정립되어 있었다. 1990년 대 부터, 영상이 디지털로 전환되고 영상의 픽셀 하나하나를 컨트롤 할 수 있게 되면서 영상과 관련된 모든 연구 분야가 급격히 발전하였고, 입체영상을 얻기 위한 다양한 방법의 스테레오 카메라도 제안되었다. 초기에는 일안렌즈에 거울과 프리즘 등을 이용하여 영상에서 시차를 얻었으나, 컴퓨팅 알고리즘이 발전하여 최근에는 플렌옵틱 카메라와 코드화된 카메라를 이용하여 물체의 거리를 추정하는 방법이 연구되어 왔다. 본 논문은 메인 렌즈하나와 센서 하나를 사용하는 스테레오 카메라로 촬영된 영상으로 물체까지의 거리를 추정할 수 있는 시스템을 제안한다. 물체까지 거리에 따라 촬상되는 상의 위치가 다른 두 영상을 이용하여 렌즈에서부터 피사체까지의 거리를 계산할 수 있다. 영상의 시차는 메인렌즈와 센서 사이의 광학계를 변형하여 얻을 수 있었고, 기하광학적 방법을 이용하여 피사체까지의 거리를 실측할 수 있었다. 제안한 방법을 시뮬레이션을 통해 테스트하고, 프로토 타입 카메라로 촬영한 영상을 이용하여 카메라에서 물체가지의 거리를 추정하였다. 그리고 추정한 거리와 실측한 거리를 비교하여 제안한 카메라로 촬영된 영상만으로 물체까지의 거리를 추정할 수 있음을 실험으로 검증하였다. 실험을 위해 만들어진 프로토 타입의 카메라는 수차를 완벽하게 제거하지 못했기 때문에 화질이 좋지 않았고, 그 결과로 영상의 크기는 크지만 선명도가 떨어졌기 때문에 영상처리과정에서 블록정합이 정확하게 이루어지지 못했다. 두 영상에서 일치점을 정확하게 찾는 알고리즘을 개발하고 렌즈의 수차를 줄이는 등 화질을 개선하기 위한 추가적이 연구가 필요하다. 3D 영상을 구성하기 위해 양안식 카메라를 많이 사용하고 있지만 현미경이나 내시경처럼 목적에 따라 일안식 카메라를 사용해야할 때가 있다. 이와 같이 하나의 렌즈와 센서를 이용한 스테레오 카메라는 다양한 방면에서 활용할 수 있다는 점에서 많은 연구가 진행되고 있다.