KR200257087Y1 - 단일 카메라 다방향 촬영장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 카메라 한 대를 고정시켜 놓고 카메라 렌즈에 입사되는 피사체상의 방향 위치를 바꾸기 위해 프리즘이나 반사경 등의 입사경로 변경수단을 이용하면, 무거운 카메라를 회전시키거나 카메라 여러 대를 설치하지 않고도 간단하게 입사경로 변경수단을 360도 회전시킬 수 있기 때문에 간단한 구조로써 다방향 촬영이 가능한 장치이다. 본 고안은 카메라, 카메라 주위의 다방향에 있는 피사체가 카메라에 의해 촬영될 수 있도록 피사체의 입사경로를 변경하여 고정된 카메라에 입사시키기 위하여, 카메라 렌즈 앞에 설치되어 회전하는 입사경로 변경수단, 카메라에 입사되는 각 방향의 피사체를 일정시간 정지시키기 위해 상기 입사경로 변경수단을 간헐적으로 360도 회전시키는 간헐회전수단으로 구성된다.

Description

단일 카메라 다방향 촬영장치{Single camera multiple scene observing device}

본 고안은 카메라 한대로써 360도 내에 있는 다방향을 촬영할 수 있는 장치에 관한 것이다.

현재 폐쇄회로 TV(CCTV) 시스템이 보편화되어 있다. 이는 특정 영역 내에서필요한 곳에 설치한 카메라로부터 유선으로 전송된 화상을 특정 장소(경비실 등)에서 모니터링 할 수 있는 시스템으로서, 건물 화재나 안전사고의 발생, 교통상황 등을 감시하기 위해 빌딩 내의 각 구역, 어린이 놀이터, 주차장, 도로 등에 설치되고 있다.

종래의 CCTV 시스템에서는 카메라 한대당 한 방향만 촬영하고 있는 것이 일반적이다. 따라서, 여러 부분을 감시하려면 각 방향별로 카메라를 여러대 설치하여 다수의 모니터를 통해 동시에, 또는 하나의 모니터로 순차적으로 일정 시간 간격을 두고 감시하는 방법을 이용하고 있다. 따라서, 감시가 필요한 구역수 만큼의 카메라 대수가 필요하고, 모든 구역에 대한 감시를 동시에 하려면 역시 그만큼의 모니터가 필요하다.

최근에 디지털 화상처리 기술이 발전함에 따라, CCTV의 화상처리도 디지털화되어 보다 더 선명한 화질의 제공, 시분할 다중처리, 확대 축소 정지화상 등 각종 화상처리가 쉽게 이루어지고, 하나의 모니터를 분할하여 4 가지 서로 다른 화상을 표시하는 화상분할 장치도 개발되어 설치비용이 획기적으로 감소되는 추세에 있다. 도1은 디지털 방식에 의한 CCTV 시스템의 개략도이다. 카메라에서 읽어들인 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한 후 다중화한 다음 전송하면 이를 다시 분리하여 아날로그 신호로 변환해서 모니터로 표시하는 개념이 개략적으로 나타나 있다.

이와 더불어 카메라 한 대로써도 여러 방향을 감시할 수 있는 장치의 개발이 시도되었다. 이러한 시도의 하나로서, 대한민국 공개특허(공개번호 10-1999-60717) '카메라의 촬영방향 조절장치'가 있다. 이 장치는 상하로 회전할 수 있는 상하회동프레임과 좌우로 회전할 수 있는 좌우회동 프레임을 결합하고, 여기에 카메라를 고정하여 제어회로에 의해 카메라를 상하좌우 방향으로 움직여서 여러 방향을 감시하는 장치에 관한 것이다. 이 장치에서는 카메라 한 대만 소요되는 장점이 있긴 하지만, 비교적 무거운 카메라와 프레임을 함께 회전시키는 구동부에 걸리는 부하가 커지고, 상하좌우로 회전시켜야 하는 콘트롤회로가 복잡해지며, 기구적 수명이 짧은 단점이 있다.

또한 일본 공개 특허 평8-79587 은 카메라가 고정 설치되고 반사경이 경사지도록 배치되었으며 패닝용 모타와 틸팅용 모타에 의해 한방향의 화상을 작은 각도에 한정하여 상하 좌우 채집할 수 있는 장치에 관한 것으로 360도 전방향을 촬영하기에는 불가능하게 되어 있다. 일정 각도 이상으로 패닝 내지는 틸팅시 채집할 수 있는 범위는 극히 한정되며 90도 이상 패닝 내지는 틸칭시 최소한의 채집이 불가능해 진다. 아울러 2개의 구동장치가 소요되는 단점이 있고 패닝시 틸팅 모타도 연동하여 움직이고 틸팅시 패닝 모타가 연동하여 움직이므로 배선상의 쇼트가 발생할 우려가 매우 많다. 이는 보전비용의 증가를 야기시킨다.

아울러 단일 카메라로써 360도 전방향을 감시하는 방법은 어안렌즈를 사용하는 것이 가능하나 화상이 심하게 왜곡 될 뿐만 아니라 한화면에 넓은 면적이 촬영됨으로 해서 식별성에서 문제의 소지를 안고 있다.

본 출원인은 위와 같은 문제를 해결하기 위해, 카메라는 고정시켜 놓고 촬영하려는 방향을 움직일 수 있다면 구동부와 콘트롤 회로가 한층 단순해질 것이라는착상을 하게 되었다. 이에, 카메라 한 대를 고정시켜 놓고 카메라 렌즈에 입사되는 피사체상의 위치를 바꾸기 위해 프리즘이나 반사경 등의 입사경로 변경수단을 이용하면, 무거운 카메라를 회전시키거나 카메라 여러 대를 설치하지 않고도 간단하게 360도 전방위에 걸쳐서 입사경로 변경수단을 회전시킬 수 있기 때문에, 간단한 구조로써 다방향 감시가 가능한 장치를 발명하게 되었다. 구조가 단순하고 구동부의 부하가 작기 때문에 장치의 수명도 증가될 수 있다.

따라서, 본 고안의 목적은 고정된 카메라에 다방향의 피사체를 입사시키는 단일 카메라 다방향 촬영장치를 제공하는 것이다.

도1은 일반적인 디지털 처리방식 CCTV 시스템의 개요도.

도2는 본 발명의 전체적 구성도.

도3은 제네바캠의 원리도.

도4a, 4b는 영상분리기의 원리도.

도5는 영상보정기의 원리도.

<도면 주요부분의 설명>

카메라(11) 입사경 로변경기(13) 제네바캠(15) 구동기어(17) 모터(19) 고정센서(20a,b,c,d) 회전센서(20) 영상분리기(21) 영상보정기(23) 모니터 분할기(25) 모니터(27)

본 고안에 따른 단일 카메라 다방향 촬영장치는 피사체를 촬영하여 영상신호를 출력하는 카메라, 카메라 주위의 다방향에 있는 피사체가 카메라에 의해 촬영될 수 있도록 피사체의 입사경로를 변경하여 고정된 카메라에 입사시키기 위하여, 카메라 렌즈 앞에 경사면이 일정 각도 경사지도록 설치되어 360도 회전하는 입사경로 변경수단, 카메라에 입사되는 360도 각 방향의 피사체를 일정시간 정지시키기 위해 상기 입사경로 변경수단을 360도 간헐적으로 회전시키는 간헐 회전수단으로 구성되었으며, 카메라에서 출력되는, 각 방향의 영상이 혼합된 영상신호 중에서 각 방향에 해당하는 영상신호를 분리하는 영상 분리수단, 영상 분리수단에 의해 분리된 각 방향의 영상신호를 정립된 영상으로 보정하는 영상 보정수단, 분리된 영상을 모니터에 표시하는 모니터 수단이 부가된다.

카메라는 CCD카메라인 것이 바람직하고, 입사경로 변경수단은 프리즘이나 반사경이다. 간헐 회전수단은 모터와 구동기어에 의해 360도 간헐 회전하는 제네바캠인 것이 바람직하다. 영상 분리수단은 제네바캠에 설치된 회전센서와 각 방향마다 설치된 고정센서로 구성되어 각 방향마다 펄스를 발생시키는 스위칭회로로써 각 방향의 영상신호를 분리할 수 있으며, 영상 보정수단은 부가적으로 영상메모리를 포함하는 영상처리수단으로써 각 방향마다 일정각도 회전되어 촬영된 것을 역회전시켜 정립상을 만드는 기능을 한다. 모니터 수단 역시 부가적으로 각 방향의 영상신호를 하나의 모니터에 표시하기 위하여 모니터 화면을 다수의 영상으로 분할하여 표시하는 모니터 분할기를 포함하여 구성된다.

실시예1

도2는 4방향을 카메라 한 대로써 촬영할 수 있는 실시예의 전체적 구성도이다. 설명의 편의상 4방향을 시계방향으로 하여 동 남 서 북으로 명명하여 설명하기로 한다. 도2를 보면 카메라(11)가 있고, 카메라(11)의 렌즈 앞에는 입사경로변경기(13)가 설치되어 360도 연속 회전한다. 입사경로 변경기(13)의 회전은 모터에 의해 이루어지는데, 동남서북 네 방향 촬영시마다 순간적으로 정지해있는 구간이 생기도록 회전해야 하기 때문에, 간헐 회전기구로 대표적인 제네바캠(Geneva cam, 15)을 활용하였다.

제네바캠에 의한 간헐 회전기구는 도3에서 나타낸 것과 같이, 구동기어(1)가 회전하면서 핀(2)이 제네바캠(3)의 슬릿(4) 속으로 들어가는 동안에만 제네바캠(3)이 회전하고 핀(2)이 슬릿(4)을 빠져 나와서 다음 슬릿(4b)에 들어가기 전까지는 제네바캠(3)이 정지하는 동작을 하는 기구로서, 영사기나 인쇄기 등에 널리 사용되고 있는 기구 장치이다.

다시 도2로 돌아가면, 본 실시예에서 입사경로 변경기(13)는 제네바캠(15)의 회전축에 결합되어 제네바캠(15)과 같이 360도 간헐 회전한다. 제네바캠(15)을 간헐 회전시키는 구동기어(17)는 모터(19)에 의해 회전한다.

단일 카메라(11)에서 나오는 4방향 영상이 혼합된 영상 출력신호는 영상분리기(21)에서 각 방향 영상으로 분리된 다음에 영상보정기(23)에서 각 방향의 영상을 일정한 각도로 회전시켜 정립상을 만든 다음에 모니 터분할기(25)로 입력된다. 모니터분할기(25)는 하나의 모니터로 다수의 영상을 볼 수 있도록 모니터를 분할하는 장치이다.

위의 구성을 갖는 본 고안에 따른 장치의 작용을 설명한다. 카메라(11)는 CCD 카메라인 것이 바람직하다. CCD(charge coupled device)는 영상을 읽어서 전기신호로서 출력하는 반도체소자로서, 현재 카메라나 디지털복사기, 이미지스캐너 등에 널리 쓰이는 소자이다.

입사경로 변경기(13)는 동남서북 네 방향의 입사경로를 변경하여 고정된 카메라(11)의 렌즈로 입사시키기 위한 것으로서, 삼각프리즘이나 오각프리즘 또는 반사경을 사용할 수 있다. 이러한 프리즘이나 반사경을 사용할 때에는 피사체의 상하 또는 좌우가 뒤바뀌어서 카메라에 입사되기 때문에 나중에 영상보정을 하여 미러링(mirroring) 처리를 하여야 한다. 이에 대해서는 나중에 설명한다.

제네바캠(15)은 동서남북 네 방향에 걸쳐서 간헐회전을 할 수 있도록 슬릿이 90°로 네 곳에 형성된 것을 사용하였다. 또한, 모터(19)에 의해 회전하는 구동기어(17)와 함께 제네바캠(15)의 회전속도는 피사체의 움직임을 자연스럽게 동영상으로 재생할 수 있는 속도가 되도록 기어 잇수비가 결정된다. 예를 들어, 인간의 눈에서 잔상효과를 일으키는 최소 프레임수인 초당 16프레임 이상의 영상을 촬영하기 위해서는 제네바캠(15)의 회전속도가 초당 64회전(16×4) 이상 되어야 한다. 물론 고속 회전으로 인한 기구 마모를 방지하기 위해서 초당 1프레임 내외로까지 회전수를 감축한다해도 소정의 감시 장치의 역활에 큰 무리가 없다.

영상분리기(21)는 카메라(11) 한 대로 4방향 모두를 촬영하는 관계로 4방향의 영상신호가 '동남서북동남서북동남서북동남서북동남서북동남서북...'과 같이 혼합되어 있기 때문에, 이 혼합된 영상신호에서 각 방향에 해당하는 영상신호를 분리하는 기능을 한다. 영상분리기(21)의 구현방법에 대해 설명한다. 도4의 (a)와 같이 혼합영상신호로부터 각 방향의 영상신호로 분리하기 위하여 여러가지 방법이 있을 수 있겠지만, 비교적 단순한 방법으로서 도4의 (b)와 같이 제네바캠(15)이 회전하는 주위의 동남서북 4곳과 제네바캠(15)의 회전면 1곳에 각각 고정센서(20a,b,c,d)와 회전센서(20)를 설치하여 제네바캠(15)의 회전센서(20)가 회전하면서 각 방향에 위치한 고정센서(20a,b,c,d)와 마주칠 때마다 펄스신호를 발생토록 하는 방법을 사용할 수 있다. 즉, 카메라(11)에 각 방향의 영상이 입사될 때를 센서에 의해 정확하게 감지하고 이 때 발생하는 펄스신호에 의해 스위칭되어 혼합 영상신호로부터 각 방향 영상신호를 분리할 수 있다. 위 방식에서 센서는 홀(Hall)센서 또는 마그네트 센서를 사용할 수도 있고, 캠의 일부에 구멍을 뚫고 투과식 광센서를 고정센서(20a,b,c,d)로서 사용하여 캠의 구멍이 광센서를 지나가는 동안에만 광센서가 작동토록 하는 것도 가능하고, 캠에 반사판을 붙여놓고 고정센서로서 반사식 광센서를 사용하여 펄스를 발생할 수도 있다. 이렇게 하여 동남서북 4방향의 영상신호를 도4의 (a)와 같이 분리해 낼 수 있다.

다음에는 영상보정기(23)에 관해 설명한다. 본 고안에 따른 장치는 기본적으로 카메라(11)를 고정해놓고 주위의 피사체를 입사경로 변경기(13)로써 회전시켜 가면서 회전하는 개념이다. 따라서, 카메라(11)를 기준으로 할 때 각 방향의 영상은 차례대로 90°씩 누운채 촬영된다. 즉, 도5에서와 같이, 동쪽으로는 90°, 남쪽으로는 180°, 서쪽으로는 270°회전된 상태로 촬영된다. 따라서, 각 방향의 영상을 동 -90°, 남 -180°, 서 -270° 회전(rotating)시켜서 정립시켜야 할 필요가 있다. 또한, 실제의 피사체를 그대로 촬영하는 것이 아니라 반사된 상을 촬영하는 것이기 때문에 영상데이터의 미러링(mirroring)이 필요하다.

이는 요사이 크게 발전한 화상메모리를 이용한 영상 처리기술에 의해 이루어질 수 있다. 이 기술은 영상수집기(image grabber)를 이용하여, 입력되는 영상데이터의 화소(pixel)를 화상메모리에 기억시키면서 이 데이터를 실시간으로 읽어내면서 영상잡음을 쉽게 제거하거나, 확대.축소.미러.회전.모자이크.정지 등의 특수처리를 행할 수 있는 기술이다. 영상메모리로서는 일반 SRAM이나 DRAM을 이용하여 회로구성을 하거나, 영상메모리 전용 IC(예, MN4700)를 이용할 수 있다. 도2의 구성에서 영상보정기(23)에서 각 방향의 영상신호가 각각 -90°, -180°, -270° 회전(mirroring)시켜야 함을 알 수 있다.

이렇게 보정된 각 방향의 영상신호는 모니터 분할기(25)로 입력된다. 모니터분할기(25)는 다수의 영상입력을 받아 하나의 모니터(27) 화면을 4분할(27a,b,c,d,)하여 표시하는 장치이다. 본 실시예에서는 모니터 하나를 사용하기 위하여 모니터 분할기(25)를 사용하였지만, 실시자에 따라서는 모니터 분할기(25)를 생략하고 각 방향의 영상신호에 대한 전용 모니터를 각각 사용할 수도 있음은 당연하다.

실시예2

위에서 설명한 실시예1은 카메라 한대로써 다방향을 실시간으로 감시할 수 있는 장치에 관한 것으로서, 육안으로 감시해야 하기 때문에 영상보정기(23)와 모니터 분할기(25), 모니터(27)가 필요하였지만, 본 실시예2는 실시간 감시용이 아니라 영상분리된 각 방향의 영상을 메모리나 비디오 테이프 등의 기록매체에 저장하는 용도로 사용할 수 있다. 예를 들어, 그 당시에 현장을 감시할 필요는 없지만 나중에 그 현장에 대해 감시할 필요가 있을 때에 저장된 영상을 볼 수 있기 위한 용도로 사용할 수 있다.

이러한 용도로서는 굳이 영상을 정립상으로 만들거나 할 필요가 없기 때문에 영상분리기(21)에 의해 영상분리된 각 방향의 영상을 메모리나 PC 저장매체(HDD) 또는 비디오 테이프 등에 바로 저장하고, 나중에 이를 재생할 때에 재생기측(예를 들면, 컴퓨터나 DVD 등)에서 보정할 수 있도록 하면 된다. 따라서, 본 실시예2의 구성은 실시예1의 구성(도2)에서 영상보정기(23)와 모니터 분할기(25) 및 모니터(27)가 제외된 구성을 갖는다.

영상분리기(21)에서 출력되는 각 방향의 영상신호는 전기신호이기 때문에 이를 전자적 기록매체에 저장하는 것은 공지기술로서 당업자라면 용이하게 실시할 수 있을 것이다.

기타 본 고안의 변형 실시예

본 고안의 기술사상은 위에서 설명한 실시예에만 한정되는 것이 아니고, 다양하게 변형되어 실시될 수 있다.

1) 상기 실시예1, 2에서는 동서남북 4방향을 감시하는 것에 대해 설명하였지만, 본 발명은 그 이상의 방향, 예를 들면 8방향, 16방향, 전방향에 대해서까지 확장하여 실시할 수 있다. 이는 간헐 회전수단인 제네바캠의 회전속도를 늘리고, 각 방향수에 따라 제네바캠의 슬릿(도3의 4a, 4b)수를 늘리면 가능하다.

2) 간헐 회전수단으로서 제네바캠 대신 스텝모터를 사용할 수 있다. 스텝모터는 제어회로에 의해 정확한 회전각으로 제어될 수 있고, 소프트웨어나 하드웨어의 일부 수정으로 그 회전수와 회전각을 임의로 변경하기가 용이하기 때문에, 제네바캠 보다는 그 실시상의 자유도가 높은 장점이 있다.

3) 평소에는 각 방향을 천천히 스캔하다가, 이상상황을 발견하였을 때에는 그 방향에 대한 감시를 집중적으로 할 수 있다. 이러한 방식은 기존에도 이미 나와 있는 감시방식인데, 본 발명에도 이를 적용할 수 있다.

4) CCTV 감시 시스템 이외에 컴퓨터 화상통신, 각종 카메라 관련 분야에 응용이 가능하다.

5) 군사용으로 사용되어, 전투기에 의한 공중전시 콕피트(cock-pit, 조종석)에서 전투기의 전후좌우를 동시에 감시하는 용도로 사용될 수 있다.

6) 본 고안은 교통 감시용으로 교차로에 설치하거나, 아파트.빌딩 등 다방향 감시가 필요한 곳에 설치가능하다. 또한, 해상감시용이나 군사용으로 고지에 설치하여 운용될 수 있다.

본 고안에 따르면, 카메라가 고정되고 다방향의 피사체가 카메라에 입사될 수 있도록 입사경로 변경수단을 사용함으로서, 종래에 비해 카메라를 회전시키기 위한 기구적 부담이 줄어들고 제어가 간편하며 여러가지 분야에 응용할 수 있는 효과가 있다.

아울러 단일 카메라로 360도 전방위를 감시할 수 있다는 것은 이상 증거를 확보하는데 유리하다.

경제적 측면에서 볼 때에도, 종래에는 4방향 감시의 경우 카메라 4대(고성능일수록 단가가 높다), 케이블 등의 배선비용, 보전 수리비용이 포함되었지만, 본 발명에 따르면, 카메라 1대, 제네바 구동기구, 프리즘 정도의 비용만 들기 때문에 종래에 비해 설치비용이 적은 이점이 있으며 배선수와 카메라 대수가 적기 때문에 보전 수리비용이 감소되는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 피사체를 촬영하여 영상신호를 출력하는 단일 카메라,

   카메라의 주위의 다방향에 있는 피사체가 카메라에 의해 촬영될 수 있도록 피사체의 입사경로를 변경하여 고정된 카메라에 입사시키기 위하여, 카메라 렌즈 앞에 반사면이 일정 경사각으로 설치되어 360도에 걸쳐서 회전 또는 정지하는 입사경로 변경수단,

   카메라에 입사되는 각 방향의 피사체를 포착하기 위해 상기 입사경로 변경수단을 간헐적으로 360도 회전시키는 간헐 회전수단으로 구성되는 단일카메라 다방향 촬영장치.
2. 청구항1에서,

   카메라는 CCD카메라이고,

   입사경로 변경수단은 카메라 렌즈로 피사체 영상을 반사시켜 입사시키는 프리즘 또는 반사경이고,

   360도 간헐회전수단은 상기 입사경로 변경수단을 회전시키는 제네바캠과, 이 제네바캠을 회전시키는 구동기어와 모터로 구성되어, 입사경로 변경수단이 촬영하고자 하는 방향에서 소정시간 정지하면서 간헐적으로 360도 회전되는 것을 특징으로 하는 단일카메라 다방향 촬영장치.
3. 청구항 2에서, 360도 간헐 회전수단은 각 방향의 영상 신호를 분리해 내기 위하여 회전센서를 제네바캠에 부착하고 각방향마다 고정 센서를 부착하여 회전센서가 각 방향의 고정센서와 일치할 때마다 펄스 신호를 발생토록 한 것을 특징으로

   하는 단일카메라 다방향 촬영장치.