연구소개

과제구성 및 연구내용

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3-4 스마트 카메라 시스템

연구참여자
Topic 1 : 모바일 3D 카메라 시스템
연구 참여자(책임자)
  • 경종민 단장, (재)스마트IT융합시스템연구단
  • 박기영 연구교수, (재)스마트IT융합시스템연구단
  • 김동석 연구교수, (재)스마트IT융합시스템연구단
  • 문준호 연구교수, (재)스마트IT융합시스템연구단
연구목표
  • ISP를 포함하는 스마트 카메라 하드웨어 플랫폼 구현
  • 3차원 깊이정보를 실시간에 효과적으로 획득하는 광학 시스템 및 영상처리 기초기술 개발
연구내용
  • 깊이 정보 추출 기술 개발
    - 렌즈의 왜곡 및 센서의 불균일성을 고려한 PSF 커널 개발.
    - 낮은 복잡도를 갖는 깊이 정보 추출 알고리즘 개발.
    - DMP 개발을 통해 깊이 정보 추출 카메라 시스템의 하드웨어 구현
    - 깊이 정보 추출을 위한 카메라 구조변경으로 왜곡된 색 재현에 대한 보상 알고리즘 개발.
    - 깊이 정보 추출 카메라의 응용분야로서 동작인식, 얼굴인식, 리포커싱 시스템 개발.
  • 다중 센서 기반의 깊이 정보 측정 3차원 영상 시스템 개발
    - 기존의 실시간으로 동작하는 스테레오 알고리즘은 고해상도의 영상에서 특징점이 소수 일 때 성능이 떨어진다는 단점
    - 기존의 스테레오 카메라에 새로운 광학적 요소를 추가하여 그에 맞는 알고리즘을 제안, 높은 깊이, 공간 해상도를 가지는 깊이 정보를 획득함을 목표
  • Dual aperture 구조를 통한 깊이, 색감, 초점 최적화
    - Dual Aperture 3차원 영상 시스템과 같은 이동장비 환경에서는 3차원 깊이 정보와 색감, 초점 문제를 효율적으로 해결하는 알고리즘을 필요
    - 깊이 정보, 색감, 초점 문제를 해결하기 위한 알고리즘에 대한 해결책을 개발
기대효과
  • CIS 카메라 시장을 성능 및 가격적 측면에서 이끌어 나갈 것으로 기대
  • 깊이 정보 추출 기술 개발 및 적용을 통해 다양한 응용 분야 및 새로운 시장을 창출
  • TV나 비디오 게임을 조정하기 위해 손과 몸짓을 이용하거나 로봇, 자동주행시스템의 3차원 영상 모델링에 도움
  • 데스크톱 기반의 3차원 영상 측정시스템보다 적은 전력을 소비하고 여기 이동성을 추가하여 다양한 영상측정 분야에서 활용이 가능
  • 카메라 기술과 컴퓨터 그래픽스 기술의 융합연구를 통해서 3차원 영상 기술을 국제적으로 선도
Topic 2 : DA 카메라용 이미지센서 개발
연구 참여자(책임자)
  • 이상진 연구교수, (재)스마트IT융합시스템연구단
  • 박종호 연구교수, (재)스마트IT융합시스템연구단
연구목표
  • Dual-Aperture (DA) 카메라용 고감도 CMOS 이미지센서 개발
  • 저잡음 아날로그 회로설계 기법을 통해 고감도 CIS 구현
  • 칩 제작 및 성능 최적화
연구내용
  • DA 카메라 및 감시 카메라 등의 스마트 카메라에 적용 가능한 고감도 CIS 설계기술 확보. 칼럼 회로의 잡음 저감을 통해 저조도 환경에서 높은 SNR을 갖는 영상 획득할 수 있는 CIS 리드아웃 회로 개발.

기대효과
  • DA 카메라의 depth 추출 성능 향상
  • 산업용 고감도 카메라 기술 확보
Topic 3 : 자유곡면 반사경을 이용한 이미징 시스템 개발
연구 참여자(책임자)
  • 장승혁 연구교수, (재)스마트IT융합시스템연구단
연구목표
  • 자유곡면 반사경을 이용하여 최근 그 중요성이 부각되고 있는 카메라 시스템에 적용 가능한 광시야, 저비용의 반사광학계의 개발을 목표로 한다.
연구내용
  • 무차폐 자유곡면 반사식 이미징 시스템
    - 미러간의 광로 간섭을 배재한 광학 설계
    - 광학계의 비대칭성으로부터 야기되는 각종 수차 최소화
    - 자유곡면 반사 광학계의 차광 시스템 연구
기대효과
  • 색수차 없는 광학계 실현을 통한 카메라 시스템의 성능 향상
  • 광학면 지지의 용이성으로 인한 이미징 시스템의 광축 정밀도 향상
Topic 4 : Pixel Aperture 구현을 위한 화소구조 개발
연구 참여자(책임자)
  • 신장규 교수, 경북대학교 전자공학부
연구목표
  • 깊이 정보를 실시간으로 검출하기 위해 Pixel aperture 기술을 적용한 CMOS 이미지센서 개발
연구내용
  • Pixel aperture 기술을 위한 화소의 수직구조 개발
  • 광학시뮬레이션을 이용하여 조리개의 크기, 입사각, 마이크로렌즈 등의 변화에 따른 화소의 특성 분석.
기대효과
  • Pixel aperture를 적용한 CIS는 모바일 기기, 스마트 TV, 감시카메라 등에 적용 될 수 있으며, 기존의 CIS 카메라 시장에 획기적인 전환점을 가져올 수 있을 것으로 예상되고, 개발된 이미지 센서의 산업화를 통하여 상당한 경제적 파급효과가 기대됨.
Topic 5 : 센서 노이즈 모델을 이용한 영상 처리 기술 개발
연구 참여자(책임자)
  • 황영배 박사, 전자부품연구원
연구목표
  • 센서 노이즈 모델을 이용한 영상 처리 기술을 이용한 노이즈 및 왜곡 제거
  • 노이즈 및 왜곡 보정 기술의 하드웨어 IP 구현 및 저전력/저면적 최적화를 통한 칩 개발
  • 영상 블러와 조명 변화에 강인한 외곽선 추출 기술 개발을 통한 Depth 추출 정확도 향상
연구내용


  • 센서 자체 노이즈 모델링 및 저조도 상황에서의 노이즈 제거 기술 개발
    - SW 알고리즘 및 저전력/저면적 HW 알고리즘 최적화를 통한 HW IP 개발
    - 영상 블러와 조명변화에 강인한 외곽선 추출 기술 개발
기대효과
  • ISP 영상 노이즈/왜곡 제거 기능을 통한 센서 및 보안시스템, 스마드 디바이스 사장 활성화 예상
  • 영상 개선을 통한 인식 성능 향상으로 로봇, 스마트 자동차등의 새로운 시장 창출 예상
Topic 6 : 컬러 및 깊이 정보를 제공하는 동작 인식 및 사건감지 기반의 저전력 이미지 센서 시스템 개발
연구 참여자(책임자)
  • 전문구 교수, 광주과학기술원 정보통신공학부
연구목표
  • 자동 영상 분석 기술 및 동작 인식 기술을 활용하여 기존 감시 카메라의 전력소모를 크게 낮추어 줄 수 있는 효과적인 저전력 지능형 이미지 센서 모듈을 개발하고자 함
연구내용


  • 메인 센서 모듈에 이용될 컬러와 깊이정보 기반 동작 인식 모듈의 처리단계는 크게 1) 이미지 전처리, 2) 동작 인식 및 분류로 이루어짐. 각 단계의 상세 연구 내용은 다음과 같음.
    - 이미지 전처리 : 메인 센서 모듈의 영상 센서로 촬영된 이미지(컬러, 깊이)의 잡음 및 배경제거를 통해 보다 정확한 이상 상황 인식을 돕기 위한 이미지를 만드는 연구.
    - 동작 인식 및 분류 : 이미지 전처리과정으로 가공된 데이터에서 유의미한 동작 있는 구간을 추출하고 동작의 의미를 분류하는 연구.
  • 픽셀에서 얻은 아날로그 데이터를 디지털 신호로 바꾸는 아날로그 디지털 컨버터를 저전력으로 동작 하면서 높은 분해능을 얻을 수 있도록 개발.
기대효과
  • 저전력 기반 동작 인식 기능이 포함된 센서 모듈 개발이 완료되면, HW위주의 제품군, 특히 CCTV/IP 카메라를 주력 상품으로 하고 있는 국내 업체들이 세계 시장 속에서의 경쟁력을 확보할 수 있게 해주는 새로운 계기가 될 수 있을 것으로 예상됨
Topic 7 : 3D 신체 스캐너 연구
연구 참여자(책임자)
  • 이철희 대표, ㈜칼리온
연구목표
  • 고속, 고해상도의 3차원 신체 스캐너를 시장 창출이 가능한 저가의 부품으로 개발하기 위한 기반 기술 연구
연구내용
  • DLP를 사용한 고해상도 구조광과 복수의 카메라를 사용한 photogeometric 거리 측정 기술의 개발
    - Depth Imaging을 위한 구조광 기법과 photometric 기법을 조합한 photogeometic 기법으로 더 정밀한 거리 측정이 가능한 기술 개발
    - 추가적인 정밀도의 확보를 위한 영상처리 기법 및 구조광 생성 기법 연구
  • 다중 카메라 및 프로젝터 신속/정확한 캘리브레이션 방법 연구
  • 고속 고해상도 양면 스캐닝을 위한 거리측정 기술 개발

기대효과
  • 국내에 부재한 Photogeometric 방식의 3D 신체 스캐너 기술을 개발
  • 저가, 고해상도, 고속 인체 스캐닝 기술은 새로운 시장을 여는 Market Opener 역할
  • 개발된 기술을 통해 의료, 인쇄출판, 산업, 국방, 과학 등 다른 분야의 3D 스캐닝 시장에 단계별 진출
  • 3D printing 시장과 결합하여, 새로운 수요를 창출 가능
Topic 8 : 전방위 모션검출용 스마트 곤충 눈 카메라 모듈 개발
연구 참여자(책임자)
  • 송영민 교수, 광주과학기술원 전기전자컴퓨터공학부
연구목표
  • 전방위 모션 검출용 스마트 곤충 눈 카메라 모듈 개발
    - 색상(RGB)의 인식이 가능하고, 높은 감도 (양자효율 > 15%) 및 속도(25 frame/sec)를 가지며 외부환경에 적응형으로 반응(광원집적 구조)하는 스마트 곤충 눈 모듈 개발
연구내용
  • 곤충 눈 이미징 소자 핵심 기술 개발
    - 다중 광학렌즈 기술기반 무왜곡, 초광각(160도 이상) 이미징 소자 기술 개발
    - 컬러인식용 초박형 컬러 필터 집적 구조 개발
    - 양자 효율 향상을 위한 나노포토닉 구조 집적형 실리콘 광검출기 개발
    - 외부 환경 적응용 광원 집적 구조 개발
  • 곤충 눈 카메라 모듈화 및 영상처리 기술 개발
    - 영상처리 알고리즘 개발
    - 영상처리를 위한 하드웨어 플랫폼 개발
    - Digital signal processor 칩 개발
    - 곤충 눈 module 시제품 개발



기대효과
  • 곤충 눈을 모방한 무왜곡, 전방위 카메라의 개발은 기존 카메라/이미징 장치가 갖지 못하던 장점들을 가지면서도 소형 모듈화, 저 전력화 등이 가능하기 때문에 무인 항공기, 무인 로봇 등의 모션 검출기로서 우선 적용될 수 있을 것으로 기대되며, 그 밖에도 다음과 같은 활용범위가 예상됨.
  • 기존 장애물 회피 센서 기술 (적외선 반사 센서, 레이더, 초음파 센서 등)의 단점을 극복하는 새로운 형태의 센서 시스템 제공
  • 안전 항법, 안전 주행 등에 대한 새로운 regulation 가능성
  • 곤충 눈 기반 모션 인식 기능 (Elementary Motion Detection, EMD) 관련 연구의 새로운 활로 개척 (전산분야와의 협동연구 가능)
  • 관련 제품 (전방위 센서 및 이미징 장치)의 신규 수요 창출

Topic 9 : 다차원 정보 깊이 카메라 개발
연구 참여자(책임자)
  • 김민혁 교수, 한국과학기술원 전기 및 전자공학과
연구목표
  • 깊이 정보와 함께 빛의 다차원 정보를 획득하기 위한 novel camera design을 설계하고 그에 따른 알고리즘 개발.
연구내용
  • 다차원 정보 획득을 위한 최적의 카메라 디자인 개발
  • 깊이 정보를 획득하기 위한 카메라 디자인 및 알고리즘 개발
  • 고해상도 이미지 획득을 위한 기술 개발
기대효과
  • 여러 응용 분야에 이용가능한 깊이 정보와 같은 유용한 다차원 정보를 획득: 그래픽스, 의료, 농업
  • 빛의 다차원 정보를 효과적으로 추출하기 위한 새로운 알고리즘과 카메라 디자인을 통한 기존 카메라의 기술적 한계 극복
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