JP6157107B2 - 後方カメラの画像歪曲補正装置及び方法 - Google Patents
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Description
このようなレンズ歪曲を補正するための方法は、物理的補正方法としてレンズ歪曲を補正するための補正レンズをさらに設けるか、ソフトウェア的に歪曲された画像を補正する方法がある。ここで、物理的補正方法は補正レンズを追加しなければならない点でカメラの製造費用を上昇させる欠点があるのでソフトウェア的な補正が主に利用されている。
他の従来技術によれば、任意の画像の入力を受けて画像のレンズ歪曲変数(k)の範囲を増減させながら一番小さい代表値を有するkをレンズ歪曲変数に設定し、歪曲された原画像から歪曲補正された画像を獲得していた。
本発明の他の目的は、後方カメラに対応する仮想カメラの撮影領域を複数の領域に分離して各領域別にティルティング角度を設定することにより、後方カメラの死角地帯を最小化して運転者の可視領域を拡張させる後方カメラの画像歪曲補正装置及び方法を提供することである。
また、本発明は、後方カメラに対応する仮想カメラの撮影領域を複数の領域に分類して各領域別にティルティング角度を設定し、設定されたティルティング角度に従い各領域別に仮想カメラをティルティングすることにより、水平方向の地平線又は水平線や水平方向の線成分に対する撓みを補正することにより垂直物の歪曲を最小化し、原本画像の外郭部分の視野が広くなって死角領域を最小にできる利点がある。
図1は、本発明に係る後方カメラの画像歪曲補正装置の構成を説明するブロック図である。
図1に示す通り、本発明に係る後方カメラの画像歪曲補正装置(以下、「画像歪曲補正装置」と称する)10は、制御部11、画像入力部12、画像出力部13、格納部14、カメラ特性抽出部15、ティルティング角度設定部16、補正モデル生成部17及び画像補正部18を含む。ここで、制御部11は画像歪曲補正装置10の各部の動作を制御する。
画像入力部12は、車両の後面に配置されたカメラ、即ち、後方カメラ1と連結され、後方カメラ1を介して撮影される画像がリアルタイムで入力される。このとき、画像入力部12を介して入力される画像は後方カメラ1を介して撮影された原本画像である。
格納部14は、車両に取り付けられた後方カメラ1の特性情報、画像歪曲を補正するための補正係数及び設定値などが格納される。さらに、格納部14には補正モデル生成部17により生成された補正モデルが格納される。
カメラ特性抽出部15は、既に設定された数学的モデルに基づき車両後面に取り付けられたカメラの特性を分析し、当該カメラの特性値を抽出する。
ティルティング角度設定部16は、カメラ特性抽出部15で抽出されたカメラの特性値を適用して仮想カメラの撮影領域別にティルティング角度を設定する。
仮想カメラの撮影領域は、既に設定された基準角度を基準に、上側の固定領域と下側の可変領域とに区分することができ、可変領域は再び複数個の領域に区分することができる。一方、ティルティング角度は地平線に水平な方向を0度にし、地平線で上側方向(−)又は下側方向(+)に傾いた角度である。
この場合、仮想カメラの撮影領域のうち上側に該当する固定領域のティルティング角度は基準角度に固定されるため、撮影画像上の垂直物の歪曲を最小化することができ水平方向の線成分に対する撓みを最小化し、外郭部分の視野が広くなる。
一例として、基準角度が0度であり、可変領域が三つの領域に区分された状態で最上位領域は1領域、その下の領域は2領域、そして最下位の領域は3領域であると仮定すれば、固定領域のティルティング角度は基準角度である0度に固定され、可変領域で1領域は5度、2領域は11度、そして3領域は18度に設定される。勿論、最大角度は18度以上であり、ティルティング角度は車両の後方に備えられたカメラの特性値に従い変わる。
画像補正部18は、後方カメラ1を介して撮影された撮影画像を補正モデル生成部17により生成された補正モデルに適用して撮影画像のビューを変換し、ビュー変換された補正画像を生成する。このとき、画像補正部18は、補正モデルに基づき後方カメラ1に対応して生成された仮想カメラを制御し、画像補正部18の制御により仮想カメラはそれぞれの撮影領域別に設定されたティルティング角度に従いティルティングすることにより、撮影領域別にビュー変換された補正画像を獲得する。
図2に示す通り、(a)は自動車の後面に取り付けられる後方カメラを表したものである。このとき、画像歪曲補正装置は、(a)の後方カメラを(b)に示す数学的モデルに基づき、(c)のようにカメラの取付位置及び姿勢情報に伴う特性を分析する。さらに、画像歪曲補正装置は(d)のように広角カメラのセンサー及びレンズの特性を分析する。
画像歪曲補正装置は、(c)と(d)の分析結果に基づき(e)のように当該カメラの特性値を抽出する。ここで、カメラの取付位置及び姿勢情報に伴う特性値は座標情報(x、y、z)及び撮影方向情報などを含むことができ、カメラのセンサー及びレンズに対する特性はレンズ画角、焦点距離及び光学中心点情報などを含むことができる。
図3に示す通り、補正モデルはシリンダー形モデルで、基準角度が0度に設定され下側が屈曲した形態を有する。言い換えれば、画像歪曲補正装置は仮想カメラの撮影領域別にティルティング角度を設定するが、固定領域はティルティング角度を基準角度である0度に設定し、可変領域は0度から既に設定された最大角度であるαの間で可変的に設定する。
このとき、可変領域は再び複数個の領域に区分して各領域別に異なるティルティング角度を設定することができ、上部から下部の方向に行くほどティルティング角度を大きく設定する。
図4に示す通り、画像歪曲補正装置は、後方カメラを介して画像が撮影されると、図3の補正モデル(M)に基づき仮想カメラをティルティングして撮影画像を領域別にビュー変換する。
一例として、可変領域のうち上部から下部の方向に1領域のティルティング角度は0度、2領域のティルティング角度は5度、3領域のティルティング角度は15度、そして4領域のティルティング角度は25度に設定されたものと仮定すれば、仮想カメラは補正モデル(M)に基づき撮影画像のうち固定領域に該当する領域の画像を傾斜度が0度になるようにビュー変換する。
したがって、画像歪曲補正装置は撮影画像に対して固定領域、可変領域の1領域、2領域、3領域及び4領域でビュー変換された最終画像を補正画像として獲得することになる。
図5及び図6に示す通り、(a)は後方カメラを介して撮影された原本画像であり、(b)は原本画像の補正画像である。ここに、図5は補正画像の細部補正項目を表した図である。
図5及び図6の(a)に示す通り、原本画像内の垂直物体(例えば、人、安全台、三角台など)は地表面或いは底面を基準に垂直に立っているのが正常であるが、広角レンズの特性上原本画像では人が地平面或いは底面に垂直に立っているのではなく傾いた状態で撓んで表示される。同様に、地表面の境界線、即ち、地平線は水平方向に直線をなしているのが正常であるが、中心部から左右側面に進められるほど撓んだ状態で表示される。
このために、画像歪曲補正装置は後方カメラに対応する仮想カメラの撮影領域を複数個の領域に分類し、後方カメラの特性値、即ち、位置及び姿勢による特性値と光学特性値などに基づき各撮影領域別にティルティングするための角度を設定する。このとき、画像歪曲補正装置は、仮想カメラの撮影領域別に設定されたティルティング角度に基づき補正モデルを生成する。
このとき、画像歪曲補正装置は、補正モデルで仮想カメラの撮影領域別にティルティング角度を別に設定し、具体的に固定領域はティルティング角度を基準角度に固定されるように設定することにより、固定領域に対して原本画像に比べ垂直物と地平線などの傾き及び撓みなどを補完した補正画像を獲得することになる。
即ち、図5の(b)ように、補正画像では(1)のように垂直物、即ち、人が垂直に立っている形態に補正され、(2)のように地平線が水平な一直線形態に補正されたことを確認することができる。
したがって、運転者は図5及び図6の(b)に示す補正画像を介して後方状況をより正確に確認することができる。
図7は、本発明に係る後方カメラの画像歪曲補正方法に対する動作の流れを示したフローチャートである。
図7に示す通り、本発明に係る後方カメラの画像歪曲補正装置は、既に設定された数学的モデルに基づき車両後面に取り付けられたカメラの特性を分析し(S100)、後方カメラに対するカメラの特性値を抽出する(S110)。このとき、「S100」過程では後方カメラのカメラ取付位置及び方向に伴う取付特性と、広角レンズ及びセンサーなどの装備に対する光学特性を分析する。したがって、「S110」過程で原本画像に対する領域別のビュー変換角度の算出のためのカメラの特性値を抽出する。
ここで、仮想カメラの撮影領域別のティルティング角度は、地平線に水平な方向を0度にし、地平線で上側(−)方向又は下側(+)方向に傾いた角度を言う。このとき、「S120」過程は仮想カメラの撮影領域を基準角度を基準に固定領域と可変領域に分類した状態で、固定領域のティルティング角度は基準角度、可変領域のティルティング角度は基準角度から既に設定された最大角度の範囲内で可変的に設定する。さらに詳しくは、可変領域のティルティング角度設定時、可変領域を垂直方向に複数個の領域に分類し、上部領域から下部領域の順にティルティング角度を増加させる。
したがって、画像歪曲補正装置はカメラの撮影画像を「S130」過程で生成された補正モデルに適用し(S140)、撮影画像の歪曲を補正する(S150)。ここで、「S150」過程は補正モデルに基づき仮想カメラを撮影領域別にティルティングし、仮想カメラのティルティングにより撮影画像を各撮影領域別にビュー変換することで撮影画像を補正することになる。
次いで、画像歪曲補正装置は「S150」過程で獲得された補正画像を車両に備えられたディスプレイ手段などを介して出力する(S160)。
図7には示していないが、画像歪曲補正装置は「S150」過程で撮影画像の歪曲を補正する場合に発生する異質感を償うための補償モデルをさらに生成し、補正画像を補償モデルに適用することにより最終出力画像を生成することもできる。
5 ディスプレイ手段
10 画像歪曲補正装置
11 制御部
12 画像入力部
13 画像出力部
14 格納部
15 カメラ特性抽出部
16 ティルティング角度設定部
17 補正モデル生成部
18 画像補正部
M 補正モデル
Claims (8)
- 車両後面に取り付けられたカメラによって撮影された撮影画像に対する仮想座標の範囲内で前記撮影画像のビューを変換する仮想カメラに対し、撮影領域を複数個の領域に分類して各撮影領域別に前記撮影画像の視点を変換するティルティング(tilting)角度を設定するティルティング角度設定部、
前記仮想カメラの撮影領域別のティルティング角度を適用して補正モデルを生成する補正モデル生成部、
前記補正モデルに基づき前記仮想カメラをティルティングし、前記カメラを介して撮影された撮影画像を前記仮想カメラの撮影領域別に設定されたティルティング角度に従いビュー変換して補正画像を生成する画像補正部、及び
前記画像補正部により生成された補正画像を出力する画像出力部、
を含み、
前記ティルティング角度設定部は、前記複数個の領域のうち、上側の固定領域に対するティルティング角度を既に設定された基準角度に固定し、下側の可変領域に対して垂直方向に複数個の領域に分類して上部領域から下部領域の順にティルティング角度を増加させることを特徴とする後方カメラの画像歪曲補正装置。 - 前記ティルティング角度は、
地平線に水平な方向を0度にし、地平線で上側方向(−)又は下側方向(+)に傾いた角度であることを特徴とする請求項1に記載の後方カメラの画像歪曲補正装置。 - 前記ティルティング角度設定部は、
既に設定された基準角度を基準に、上側の固定領域に対してティルティング角度を前記基準角度に固定し、下側の可変領域に対してティルティング角度を前記基準角度から既に設定された最大角度の範囲内で可変的に設定することを特徴とする請求項1に記載の後方カメラの画像歪曲補正装置。 - 前記補正モデルは、
前記仮想カメラの撮影領域別に区分された形態を有し、各領域別に対応する撮影領域のピクセル値及びティルティング角度のうち少なくとも一つの設定値が格納されることを特徴とする請求項1に記載の後方カメラの画像歪曲補正装置。 - 前記カメラの特性値は、
前記カメラが配置された位置及び撮影方向、前記カメラのレンズに対する焦点距離、画角及び光学中心点のうち少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項1に記載の後方カメラの画像歪曲補正装置。 - 車両後面に取り付けられたカメラによって撮影された撮影画像に対する仮想座標の範囲内で前記撮影画像のビューを変換する仮想カメラに対し、撮影領域を2つ以上に分類して各撮影領域別に前記撮影画像の視点を変換するティルティング(tilting)角度を設定する段階と、
前記仮想カメラの撮影領域別のティルティング角度を適用して補正モデルを生成する段階と、
前記補正モデルに基づき前記仮想カメラをティルティングし、前記カメラを介して撮影された撮影画像を前記仮想カメラの撮影領域別に設定されたティルティング角度に従いビュー変換して補正画像を生成する段階と、
前記補正画像を生成する段階で生成された補正画像を出力する段階と、
を含み、
前記ティルティング角度を設定する段階は、
前記仮想座標の範囲内で、前記複数個の領域のうち、上側の固定領域に対するティルティング角度を既に設定された基準角度に固定し、下側の可変領域に対して垂直方向に複数個の領域に分類して上部領域から下部領域の順にティルティング角度を増加させることを特徴とする後方カメラの画像歪曲補正方法。 - 前記ティルティング角度は、地平線に水平な方向を0度にし、地平線で上側(−)方向又は下側(+)方向に傾いた角度であることを特徴とする請求項6に記載の後方カメラの画像歪曲補正方法。
- 前記ティルティング角度を設定する段階は、
既に設定された基準角度を基準に、上側の固定領域に対してティルティング角度を前記基準角度に固定し、下側の可変領域に対してティルティング角度を前記基準角度から既に設定された最大角度の範囲内で可変的に設定することを特徴とする請求項6に記載の後方カメラの画像歪曲補正方法。
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