KR100948886B1 - 차량에 설치된 카메라의 공차 보정 장치 및 방법 - Google Patents

차량에 설치된 카메라의 공차 보정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량 위치 자동 표시 시스템용 카메라 공차 보정 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 차량에 설치된 카메라의 공차 보정 장치는, 차량에 일정 거리를 두고 설치된 보정판을 차량에 설치된 카메라가 촬영한 영상을 입력 받는 영상 입력부, 그리고 영상에 포함된 보정판에서 제어점 좌표 정보를 추출하고, 추출된 제어점 좌표 정보와 미리 준비된 표준 좌표 정보를 이용하여 영상을 미리 정해진 시점으로 변환하는 변환 행렬을 구하는 공차 보정부를 포함한다. 본 발명에 의하면 카메라를 차량에 설치 시 발생되는 오차를 정확하게 보정할 수 있다. 자동차, 버스, 트럭, 전차 등 다양한 차량 종류에 적용 가능하며, 차량에 설치되는 카메라의 개수와 상관 없이 적용 가능하다. 한편 작업자의 개입을 최소화하여 차량 생산 공정의 효율을 높일 수 있다. 아울러 차량 판매 후에도 차량 이용 중에 차체 또는 카메라에서 발생하는 오차의 보정에도 적용 가능하다.
공차, 보정, 주변 영상, 보정판, 룩업 테이블, 카메라, 차량

Description

차량에 설치된 카메라의 공차 보정 장치 및 방법{TOLERANCE COMPENSATING APPARATUS AND METHOD FOR AUTOMATIC VEHICLE-MOUNTED CAMERA}
본 발명은 카메라 공차 보정 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량 주변 환경 촬영용 카메라를 차량에 설치하거나 설치된 후 발생하는 오차를 보정하기 위한 카메라의 공차 보정 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 자동차 산업의 발달로 인하여 1가구 1자동차 시대라고 할 정도로 자동차의 보급은 상용화되었고, 차량의 안전도 향상과 운전자의 편의를 도모하기 위해 다양한 첨단 전자 기술이 자동차에 적용되고 있다.
이러한 첨단 전자 기술 중 자동차의 주변 환경을 촬영하여 표시함으로써 운전자가 자동차의 주변 환경을 육안을 통해 편리하게 확인할 수 있는 차량 위치 자동 표시 시스템(Automatic Vehicle Monitoring system, AVM)이 있다. 차량 위치 자동 표시 시스템은 자동차의 전방, 후방, 좌측 및 우측에 각각 설치된 카메라를 통해 주변 환경을 촬영하고, 촬영된 영상을 기초로 중복 영역을 자연스럽게 보이도록 보정 처리하여 자동차의 주변 환경을 화면 상에 표시한다. 이에 따라 운전자는 표시된 주변 환경을 통해 자동차의 주변 상황을 정확하게 인식할 수 있고, 사이드 미러나 백 미러를 보지 않고도 편리하게 주차를 할 수 있다.
그러나 차량 위치 자동 표시 시스템을 위한 카메라를 차량에 장착 시 생산 공정 상 오차가 발생할 수 있다. 이러한 공정 상 발생하는 오차를 작업자 개입 없이 자동으로 정확하게 보정하여 차량 생산 효율을 높이기 위한 방법이 요구되고 있다. 아울러, 차량 장착 후 차량 운행 과정에서 발생하는 사고 또는 기타 원인 등으로 오차가 발생하는 경우에 이를 해결하기 위한 방법 또한 요구되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 차량에 설치된 카메라의 공차를 보정하는 공차 보정 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
이러한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 차량에 설치된 카메라의 공차 보정 장치는 차량에 일정 거리를 두고 설치된 보정판을 상기 차량에 설치된 카메라가 촬영한 영상을 입력 받는 영상 입력부, 그리고 상기 영상에 포함된 보정판에서 제어점 좌표 정보를 추출하고, 상기 추출된 제어점 좌표 정보와 미리 준비된 표준 좌표 정보를 이용하여 상기 영상을 미리 정해진 시점으로 변환하는 변환 행렬을 구하는 공차 보정부를 포함한다.
또한 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량에 설치된 카메라의 공차 보정 장치는 차량에 일정 거리를 두고 설치된 보정판을 상기 차량에 설치된 카메라가 촬영한 영상을 입력 받는 영상 입력부, 그리고 상기 영상에 포함된 보정판에서 사용자로부터 제어점 좌표 정보를 선택받고, 상기 선택된 제어점 좌표 정보와 미리 준비된 표준 좌표 정보를 이용하여 상기 영상을 미리 정해진 시점으로 변환하는 변환 행렬을 구하는 공차 보정부를 포함한다.
상기 미리 정해진 시점은 탑 뷰(top view) 시점인 것이 바람직하다.
상기 카메라는 상기 차량의 전방, 후방, 좌측 및 우측에 각각 설치되는 제1 내지 제4 카메라를 포함하고, 상기 보정판은 상기 차량의 각 모서리에 일정 거리를 두고 각각 설치되는 제1 내지 제4 보정판을 포함할 수 있다.
상기 차량의 전방에 설치되는 상기 제1 카메라는, 상기 차량의 전방 좌측 방향의 지면에 설치되는 상기 제1 보정판과 상기 차량의 전방 우측 방향의 지면에 설치되는 상기 제2 보정판을 촬영하고, 상기 차량의 후방에 설치되는 상기 제2 카메라는, 상기 차량의 후방 좌측 방향의 지면에 설치되는 상기 제3 보정판과 상기 차량의 후방 우측 방향의 지면에 설치되는 상기 제4 보정판을 촬영하며, 상기 차량의 좌측에 설치되는 상기 제3 카메라는, 상기 제1 보정판 및 상기 제3 보정판을 촬영하고, 상기 차량의 우측에 설치되는 상기 제4 카메라는, 상기 제2 보정판 및 상기 제4 보정판을 촬영할 수 있다.
상기 보정판은 격자 모양의 무늬로 이루어질 수 있다.
상기 공차 보정부는, 상기 카메라에 대한 왜곡 보정 알고리즘과 상기 변환 행렬을 이용하여 상기 카메라에서 촬영된 영상을 상기 탑 뷰 시점의 영상으로 변환하기 위한 룩업 테이블을 생성할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량에 설치된 카메라의 공차 보정 방법은, 차량에 일정 거리를 두고 설치된 보정판을 상기 차량에 설치된 카메라가 촬영한 영상을 입력 받는 단계, 그리고 상기 영상에 포함된 보정판에서 제어점 좌표 정보를 추출하고, 상기 추출된 제어점 좌표 정보와 미리 준비된 표준 좌표 정보를 이용하여 상기 영상을 미리 정해진 시점으로 변환하는 변환 행렬을 구하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량에 설치된 카메라의 공차 보정 방법은, 차량에 일정 거리를 두고 설치된 보정판을 상기 차량에 설치된 카메라가 촬영한 영상을 입력 받는 단계, 그리고 상기 영상에 포함된 보정판에서 사용자로부터 제어점 좌표 정보를 선택받고, 상기 선택된 제어점 좌표 정보와 미리 준비된 표준 좌표 정보를 이용하여 상기 영상을 미리 정해진 시점으로 변환하는 변환 행렬을 구하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 카메라에 대한 왜곡 보정 알고리즘과 상기 변환 행렬을 이용하여 상기 카메라에서 촬영된 영상을 상기 탑 뷰 시점의 영상으로 변환하기 위한 룩업 테이블을 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체는 상기한 방법 중 어느 하나를 컴퓨터에 실행시키기 위한 프로그램을 기록한다.
이와 같이 본 발명에 의하면, 카메라를 차량에 설치 시 발생되는 오차를 정확하게 보정할 수 있다. 자동차, 버스, 트럭, 전차 등 다양한 차량 종류에 적용 가능하며, 차량에 설치되는 카메라의 개수와 상관 없이 적용 가능하다. 한편 작업자의 개입을 최소화하여 차량 생산 공정의 효율을 높일 수 있으며, 아울러 차량 판매 후에도 차량 이용 중에 발생하는 오차의 보정에도 적용 가능하다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
먼저, 도 1을 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 차량 위치 자동 표시 시스템용 카메라의 공차 보정 장치에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공차 보정 장치를 포함하는 차량 위치 자동 표시 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
차량 위치 자동 표시 시스템은 4개의 카메라(210, 220, 230, 240), 주변 영상 생성 장치(300) 및 표시 장치(400)를 포함하며, 공차 보정 장치(100)를 더 포함할 수 있다. 물론, 주변 영상 생성 장치(300)와 공차 보정 장치(100)를 일체의 형태로 구현할 수 있다.
차량 위치 자동 표시 시스템은 차량(V)에 설치된 4개의 카메라(210, 220, 230, 240)를 통해 촬영된 영상을 보정 처리하여 생성된 주변 영상을 화면 상에 표시함으로써, 차량의 주변 상황을 운전자가 확인할 수 있도록 하는 시스템이다. 특히 본 발명에 따른 차량 위치 자동 표시 시스템은 카메라(210, 220, 230, 240)를 차량(V)에 장착 시 발생되는 공차를 보정하는 공차 보정 장치(100)를 더 포함할 수 있다. 이에 의해 작업자의 개입을 최소화하여 차량 생산 공정의 효율을 높일 수 있고, 차량 주변 영상을 보다 정확하게 제공할 수 있다.
4개의 카메라(210, 220, 230, 240)는 각각 차량(V)의 전방, 후방, 좌측 및 우측에 각각 설치되고, 광각 렌즈, 어안 렌즈 등과 같이 화각이 큰 렌즈를 구비한다. 카메라(210, 220, 230, 240)는 렌즈를 통해 3차원의 피사체를 2차원의 영상으로 촬영하고, 촬영된 영상을 공차 보정 장치(100), 주변 영상 생성 장치(300) 등에 제공한다.
공차 보정 장치(100)는 4개의 카메라(210, 220, 230, 240)에서 제공받은 영상에서 각각 제어점 좌표 정보를 추출하고, 추출된 제어점 좌표 정보와 미리 제공되는 제어점의 표준 좌표 정보를 기초로 각 카메라(210, 220, 230, 240)에서 촬영된 영상을 차량(V)의 상방에서 지표면을 바라보는 방향, 즉 탑 뷰(top view) 시점의 영상으로 변환하기 위한 변환 행렬을 구한다. 여기서 변환 행렬은 4개의 카메라(210, 220, 230, 240)에 대해서 각각 구해질 수 있다. 이렇게 구해진 변환 행렬은 주변 영상 생성 장치(300)로 제공되어 카메라(210, 220, 230, 240)에서 촬영된 영상을 탑 뷰 영상으로 변환하는데 이용될 수 있다.
한편 매번 카메라(210, 220, 230, 240) 촬영 영상을 변환 행렬을 이용하여 탑 뷰 영상으로 변환하는 것은 많은 자원과 시간이 소요되므로 미리 카메라(210, 220, 230, 240)의 왜곡 보정 알고리즘과 변환 행렬을 기초로 공차 보정 장치(100)가 각 카메라(210, 220, 230, 240) 별로 촬영 영상을 탑 뷰 시점 영상으로 변환하기 위한 룩업 테이블을 생성한 후 주변 영상 생성 장치(300)에 제공하도록 구현할 수 있다. 이 경우 주변 영상 생성 장치(300)는 제공받은 룩업 테이블을 저장하고 이를 이용하여 주변 영상을 생성할 수 있다. 룩업 테이블에 대한 자세한 내용은 이하 설명한다.
주변 영상 생성 장치(300)는 4개의 카메라(210, 220, 230, 240)에서 제공받은 영상을 룩업 테이블을 통해 각각 영상 처리하여 탑 뷰 영상을 생성한다. 그리고 주변 영상 생성 장치(300)는 탑 뷰 영상을 오버레이 방식으로 합성 처리하여 차량(V)의 주변 영상을 생성할 수 있다. 물론 실시예에 따라 공차 보정 장치(100)로 부터 변환 행렬을 제공 받은 경우 주변 영상 생성 장치(300)는 왜곡 보정 알고리즘과 변환 행렬을 이용하여 카메라 촬영 영상((210, 220, 230, 240) 촬영 영상을 탑 뷰 영상으로 변환할 수도 있다.
표시 장치(400)는 생성된 주변 영상을 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display, LCD), 유기 전기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode, OLED) 등의 표시 모듈에 표시한다. 물론, 차량(V) 내에 설치된 자동 항법 장치(도시하지 않음) 등이 주변 영상을 제공받아 화면에 표시할 수도 있다.
그러면, 도 2을 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 카메라의 설치 위치의 일례를 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 카메라의 설치 위치의 일례를 설명하기 위한 개략도이다. 도 2의 (a)는 전방에서 바라본 차량을 나타낸 개략도이고, (b)는 후방에서 바라본 차량을 나타낸 개략도이며, (c)는 좌측에서 바라본 차량을 나타낸 개략도이다.
차량(V)의 전방, 후방, 좌측 및 우측에 각각 카메라(210, 220, 230, 240)가 설치된다. 차량(V)의 사각 지대를 최소화하기 위해 카메라는 최소한 180°이상의 광각이 필요하고, 주변 영상의 품질을 향상시키기 위해 두 카메라의 중복되는 시야각의 영역이 최소한 1000×1000㎟을 유지하도록 카메라의 설치 높이를 결정한다. 카메라의 설치 높이가 높을수록 양호한 영상 품질을 확보할 수 있다. 이와 같이 각 카메라가 차량의 사각 지대를 해소하고 주변 영상의 화질 저하를 최소화할 수 있는 설치 위치 및 시야각을 결정하는 것이 중요하다.
카메라(210, 220, 230, 240)가 설치되는 위치를 보다 상세하게 설명하면, 도 2의 (a)에서 보는 바와 같이 전방에 설치된 카메라(210)는 차량(V)의 본 넷 중심에 설치되고, 좌측 및 우측에 설치된 카메라(230, 240)는 각각 차량(V)의 양 사이드 미러의 가장 자리 또는 아래 쪽에 위치하도록 설치된다. 또한, 도 2의 (b)에서 보는 바와 같이 후방에 설치된 카메라(220)는 후방 범퍼 위쪽의 중앙에 설치된다. 여기서 전방 및 후방에 설치된 카메라(210, 220)는 지면 방향의 수직선을 기준으로 170°이상이 촬영될 수 있도록 설치된다.
그리고 카메라의 높이와 각도에 의해 촬영되는 영상의 스케일, 화질 등이 상이하기 때문에 도 2의 (c)에 도시한 바와 같이 전방 및 후방에 설치된 카메라(210, 220)의 높이는 서로 동일하게 하는 것이 바람직하며, 마찬가지로 좌측 및 우측에 설치된 카메라(230, 240)의 높이도 서로 동일하게 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 카메라(210, 220, 230, 240)의 설치 높이를 동일하게 함으로써 주변 영상 생성 시 중복 영역에서 차선 폭의 넓이가 동일하게 표현되지 않고 주변 사물의 크기가 이질적으로 나타나는 현상을 최소화시킬 수 있다. 또한, 좌측 및 우측에 설치된 카메라(230, 240)는 지면 방향의 수직선을 기준으로 170°이상이 촬영될 수 있도록 설치된다. 여기서 각 카메라(210, 220, 230, 240)의 설치 위치는 차량의 종류에 따라 상이할 수 있고, 차량의 디자인에 의해 설치 상의 제약이 발생할 수도 있다.
일반적으로 광각 카메라는 렌즈 주변부의 광량이 부족하여 화질의 저하가 발생하고, 렌즈의 중심부보다 주변부에 왜곡이 많이 발생한다. 또한, 카메라를 통해 촬영된 영상을 시점 변환할 때 주변부의 영상은 화질이 심하게 저하된다. 따라서 카메라 렌즈의 중심부 영역에 형성된 영상을 사용하기 위해 전방 및 후방에 설치된 카메라(210, 220)는 광축이 지평선과 평행하도록, 좌측 및 우측에 설치된 카메라(230, 240)는 광축이 지면과 수직이 되도록 설치된다.
또한, 도 2의 (a) 및 (c)에 도시한 바와 같이 차량(V)의 전후방 및 좌우측면으로부터 약 1.5m 떨어진 범위까지 촬영될 수 있도록 카메라(210, 220, 230, 240)의 설치 높이를 결정하고, 이때 카메라(210, 220, 230, 240)는 지면에 대한 수직축으로부터 약 30° 내지 60°정도까지 촬영될 수 있도록 설치된다.
그러면, 도 3 및 도 4를 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 공차 보정을 하기 위한 차량 배치의 일례를 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 공차 보정을 하기 위한 차량 배치의 일례를 설명하기 위한 개략도이고, 도 4는 도 3에 도시한 보정판을 보다 자세히 설명하기 위한 개략도이다.
도 3에 도시한 바와 같이 차량(V)은 보정판(PL1, PL2, PL3, PL4)이 설치된 장소에서 미리 정해진 위치에 배치된다. 정확한 공차 보정을 위해 차량(V)은 미리 정해진 위치에 정확히 배치되는 것이 바람직하다. 예컨대 차량(V)의 앞뒤 바퀴 축(도시하지 않음)이 기준선(L1L1`), (L2L2`)에 위치하도록 배치시킬 수 있다. 이를 위해 차량을 촬영하는 비전 시스템(도시하지 않음) 또는 차량의 위치를 감지하는 센서 시스템(도시하지 않음) 등을 구비하고, 차량(V)이 정확히 미리 정해진 위치에 배치되었는지 여부를 확인하도록 구현할 수도 있다.
보정판(PL1, PL2, PL3, PL4)은 차량(V)이 소정 위치에 배치된 경우 차량(V)의 각 모서리 외측 바닥(차량이 위치한 지면 상)에 위치하도록 설치될 수 있다. 즉, 차량(V)의 전방 좌측 모서리, 전방 우측 모서리, 후방 좌측 모서리 및 후방 우측 모서리 바닥에 각각 보정판(PL1, PL2, PL3, PL4)이 설치된다. 물론, 보정판(PL1, PL2, PL3, PL4)의 설치 위치는 변경될 수 있으며, 예컨대, 보정판(PL1, PL2, PL3, PL4)이 차량(V)의 각 바퀴 축 선 상에서 일정 거리를 두고 설치될 수 있다.
여기서 보정판(PL1, PL2, PL3, PL4)은 카메라(210, 220, 230, 240)에서 촬영된 각 영상에 두 개의 보정판이 포함되도록 차량(V)의 각 모서리에서 일정 거리를 두고 설치될 수 있다. 즉, 전방에 설치된 카메라(210)에서 촬영된 영상에는 보정판(PL1, PL2)이 포함되고, 후방에 설치된 카메라(220)에서 촬영된 영상에는 보정판(PL3, PL4)이 포함되며, 좌측에 설치된 카메라(230)에서 촬영된 영상에는 보정판(PL1, PL3)이 포함되고, 우측에 설치된 카메라(240)에서 촬영된 영상에는 보정판(PL2, PL4)이 포함되도록 차량(V)의 각 모서리에서 일정 거리를 두고 보정판(PL1, PL2, PL3, PL4)이 설치된다.
도 4를 참고하면, 보정판(PL1)은 제어점(CP1, CP2, CP3, CP4)의 추출 오류를 최소화하기 위해 격자 모양의 무늬로 이루어질 수 있다. 여기서 격자 모양의 무늬는 색상 대비가 강한 색들의 조합으로 이루어져 있다. 예컨대, 흰색과 검정색의 조합으로 격자 모양의 무늬가 이루어질 수 있다.
이와 같이, 보정판(PL1, PL2, PL3, PL4)이 설치된 장소에 차량(V)을 위치시 켜 카메라(210, 220, 230, 240)를 차량(V)에 장착 시 발생하는 오차를 보정하는 동작을 수행한다. 이에 의해 생산 공정 상 발생하는 오차를 작성자 개입 없이 자동으로 정확하게 보정하여 차량 생산 효율을 높일 수 있고, 차량 주변 영상을 보다 정확하게 운전자에게 제공할 수 있다.
한편, 차량의 종류, 제조회사 등에 따라 상이한 카메라 화각, 카메라 설치 위치 등에 의해 발생되는 오차를 보정하는 경우에는 차량의 폭, 길이 등에 따라 보정판(PL1, PL2, PL3, PL4)이 설치되는 위치가 변경될 수 있다.
그러면, 도 5를 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 공차 보정 장치에 대해 보다 상세하게 설명한다.
도 5는 도 1에 도시한 공차 보정 장치를 보다 자세히 나타낸 블록도이다.
공차 보정 장치(100)는 영상 입력부(110) 및 공차 보정부(120)를 포함할 수 있다.
영상 입력부(110)는 차량(V)의 전방, 후방, 좌측 및 우측에 각각 설치된 카메라(210, 220, 230, 240)에서 촬영된 영상을 입력 받는다.
공차 보정부(120)는 카메라(210, 220, 230, 240)에서 촬영된 영상에 포함된 보정판(PL1, PL2, PL3, PL4)에서 각각 제어점 좌표 정보를 추출한다. 그리고 공차 보정부(120)는 추출된 제어점 좌표 정보를 제어점에 대응되는 점의 표준 좌표 정보와 비교하여 카메라(210, 220, 230, 240) 각각에 대한 변환 행렬을 구하고 실시예에 따라 룩업 테이블까지 생성할 수 있다.
여기서 룩업 테이블은 왜곡 보정 알고리즘, 아핀(Affine) 변환 알고리즘, 시 점 변환 알고리즘 등을 적용하여 생성되며, 각각의 알고리즘에 대해 보다 자세히 설명한다.
첫 번째, 왜곡 보정 알고리즘은 카메라 렌즈에 의해 발생하는 기하학적 왜곡을 보정하기 위한 알고리즘이다. 실제 광각 렌즈 또는 어안 렌즈는 초점 거리가 짧고 완전한 구 형태가 아니기 때문에 렌즈의 기하학적 왜곡, 예컨대 방사상 왜곡이나 접선 방향 왜곡이 발생할 수 있다. 이와 같은 렌즈의 왜곡에 의해 직선이 곡선으로 변형되어 촬영된 영상에 나타날 수 있다. 즉, 렌즈의 왜곡을 나타내는 왜곡 상수(k)가 0보다 작은 핀쿠션 왜곡(pincushion distortion)이나 렌즈 왜곡 상수(k)가 0보다 큰 배럴 왜곡(barrel distortion)이 발생할 수 있다.
왜곡 보정 알고리즘은 [수학식 1]과 같이 보정 파라미터와 왜곡 상수에 관한 함수로 나타낼 수 있다. 여기서 보정 파라미터는 카메라에 장착된 렌즈의 초점 거리, 광학 중심 좌표 등을 포함하고, 왜곡 상수는 방사상 왜곡 상수, 접선 방향 왜곡 상수 등을 포함한다.
u = fx * {x'*(1+ k1*r2 + k2*r4) + 2p1*x'*y' + p2(r2 + 2x'2)} + cx
v = fy * {y'*(1+ k1*r2 + k2*r4) + p1(r2 + 2y'2) + 2p2*x'*y'} + cy
여기서, x', y'는 영상 평면상의 제어점 좌표를 나타내고, u, v는 3차원 공간 좌표가 투영된 렌즈 평면상의 좌표를 나타내며, fx와 fy는 렌즈의 초점 거리를 나타내고, cx와 cy는 렌즈의 광학 중심점 좌표를 나타낸다. 그리고 k1과 k2는 방사상 왜곡 상수를 나타내고, p1과 p2는 접선 방향 왜곡 상수를 나타내며, r2는 x'2 + y'2를 나타낸다.
두 번째, 아핀 변환은 2차원 공간이 1차식으로 나타내어지는 점 대응을 의미하며, 회전(R), 이동(T), 스케일(S) 변환을 거친다. 일반적으로 아핀 변환은 [수학식 2]와 같이 나타낼 수 있다.
W = A × D + B
여기서, W는 아핀 연산되어 출력되는 2차원 컬러 영상 데이터, A는 2차원 컬러 영상 데이터의 선형 확대 및 축소, 회전 등을 구현하기 위한 제1 변환 계수, D는 입력되는 프레임 단위의 2차원 컬러 영상 데이터, B는 입력되는 2차원 컬러 영상 데이터(D)의 선형 이동을 구현하기 위한 제2 변환 계수를 각각 나타낸다.
세 번째, 시점 변환 알고리즘은 카메라(210, 220, 230, 240)에서 촬영된 영상을 탑 뷰 시점으로 변환한다. 즉, 피사체를 위에서 내려다 보는 영상으로 시점을 변환한다.
한편, 아핀 변환과 시점 변환 알고리즘 대신 투영 변환 알고리즘을 통해 룩업 테이블을 생성할 수도 있다. 투영 변환 알고리즘 H는 [수학식 3]과 같이 3 X 3의 행렬로 이루어져 있다.
Figure 112009038590446-pat00001
[수학식 3]에 왜곡 보정 알고리즘을 통해서 생성된 점(x, y)과 투영 변환을 통해 생성하고자 하는 점(x', y')를 각각 대입하여 [수학식 3]에 나타낸 투영 변환 알고리즘 H를 도출해낼 수 있다.
즉, 공차 보정부(120)는 카메라(210, 220, 230, 240)에서 촬영된 영상을 왜곡 보정 알고리즘을 통해 렌즈의 기하학적 왜곡을 먼저 보정하고, 보정된 영상에서 제어점 좌표 정보를 추출한다. 그리고 공차 보정부(120)는 추출된 제어점 좌표 정보(x, y)와 제어점에 대응되는 점의 표준 좌표 정보(x', y')를 [수학식 3]에 대입하여 투영 변환 행렬 H를 산출한다.
그러면, 도 6 및 도 7을 참고하여 제어점 좌표 정보를 추출하고 이를 기초로 투영 변환 알고리즘을 산출하는 동작에 대해 보다 상세하게 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 차량 전방에 설치된 카메라에서 촬영한 영상을 나타낸 개략도이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 차량 전방에 설치된 카메라에 대응되는 기준 뷰 화면 영상을 나타낸 개략도이다. 여기서 도 6은 카메라에서 최초 촬영된 영상에 대해서 왜곡 보정 알고리즘을 적용하여 기하학적 왜곡이 제거된 상태를 도시한 것이다.
차량(V)의 전방, 후방, 좌측 및 우측에 각각 설치된 카메라(210, 220, 230, 240)에서 촬영된 영상에는 각각 두 개의 보정판이 포함되어 있다. 즉, 전방에 설치된 카메라(210)에서 촬영된 영상에는 보정판(PL1, PL2)이 포함되고, 후방에 설치된 카메라(220)에서 촬영된 영상에는 보정판(PL3, PL4)이 포함되며, 좌측에 설치된 카메라(230)에서 촬영된 영상에는 보정판(PL1, PL3)이 포함되고, 우측에 설치된 카메라(240)에서 촬영된 영상에는 보정판(PL2, PL4)이 포함된다.
이와 같이 두 개의 보정판이 포함된 각 영상을 왜곡 보정 알고리즘을 통해 렌즈의 기하학적 왜곡을 먼저 보정하고, 보정된 각 영상에서 8개의 제어점 좌표 정보를 추출한다. 그리고 추출된 제어점 좌표 정보와 각 제어점에 대응되는 점의 표준 좌표 정보를 [수학식 3]에 대입하여 각 카메라(210, 220, 230, 240)에 대한 투영 변환 행렬 H를 산출한다.
여기서 표준 좌표 정보는 기준 뷰 화면 영상에 포함된 보정판(PL1, PL2, PL3, PL4)에서 추출된 제어점의 좌표 정보를 나타낸다. 그리고 표준 좌표 정보는 카메라(210, 220, 230, 240) 별 기준 뷰 화면 영상에 포함된 보정판(PL1, PL2, PL3, PL4)에서 추출되어 미리 제공된다. 기준 뷰 화면 영상은 오차가 발생하지 않도록 카메라(210, 220, 230, 240)를 차량(V)에 설치하고 카메라(210, 220, 230, 240)에서 촬영된 영상을 기초로 하여 화면 상에 표시되는 가상의 영상을 나타낸다.
예컨대, 차량(V)의 전방에 설치된 카메라(210)에서 촬영된 영상에는 도 6에 도시한 바와 같이 두 개의 보정판(PL1`, PL2`)이 포함되어 있다. 촬영된 영상 내에 포함된 보정판(PL1`)에서 4개의 제어점(CP1`, CP2`, CP3`, CP4`)의 좌표 정보와 보정판(PL2`)에서 4개의 제어점(CP5`, CP6`, CP7`, CP8`)의 좌표 정보를 추출한다.
그리고 도 7에 도시한 바와 같이 차량(V)의 전방에 설치된 카메라(210)에 대응되는 기준 뷰 화면 영상에서 미리 추출되어 저장된 제어점(CP1, CP2, CP3, CP4, CP5, CP6, CP7, CP8)의 표준 좌표 정보와 촬영된 영상에서 추출된 제어점(CP1`, CP2`, CP3`, CP4`, CP5`, CP6`, CP7`, CP8`)의 좌표 정보를 [수학식 3]에 대입하여 차량(V)의 전방에 설치된 카메라(210)에 대한 투영 변환 행렬 H를 산출한다.
예컨대, 촬영된 영상에 포함된 보정판(PL1`)에서 추출된 제어점(CP1`, CP2`, CP3`, CP4`)의 좌표 정보가 각각 (0, 0), (1, 0), (2, 1), (0, 1)이고 기준 뷰 화면 영상에 포함된 보정판(PL1)에서 미리 추출된 제어점(CP1, CP2, CP3, CP4)의 표준 좌표 정보가 각각 (0, 0), (1, 0), (1, 1), (0, 1)인 경우, 이들 좌표 정보를 [수학식 3]에 대입하면 투영 변환 행렬 H를 산출할 수 있다.
차량(V)의 후방, 좌측 및 우측에 설치된 카메라(220, 230, 240)에 대한 투영 변환 행렬 H도 위와 동일한 방법에 의해 산출할 수 있다.
이와 같이 공차 보정 장치(100)에서 구해진 각 카메라(210, 220, 230, 240)에 대한 투영 변환 행렬 H를 포함하는 룩업 테이블은 주변 영상 생성 장치(300)에 제공된다. 주변 영상 생성 장치(300)는 공차 보정 장치(100)에서 제공된 룩업 테이블을 메모리(도시하지 않음)에 기록하고 차량(V)의 주변 영상을 생성하는데 이용할 수 있다.
그러면, 도 8을 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 공차 보정 방법에 대해 설명한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 공차 보정 방법을 설명하기 위한 흐름도이 다.
먼저, 차량(V)의 전방, 후방, 좌측 및 우측에 각각 설치된 카메라(210, 220, 230, 240)에서 하나의 카메라를 선택한다(S510). 선택된 카메라에서 촬영된 영상을 입력 받고(S520), 촬영된 영상에서 제어점 좌표 정보를 추출한다(S530). 즉, 촬영된 영상에 왜곡 보정 알고리즘을 적용하여 렌즈의 기하학적 왜곡을 먼저 보정하고, 보정된 영상에 포함된 보정판에서 제어점 좌표 정보를 추출한다.
이후 추출된 제어점 좌표 정보와 미리 제공된 제어점에 대응되는 점의 표준 좌표 정보를 기초로 투영 변환 행렬을 산출한다(S540). 산출된 투영 변환 행렬을 기초로 해당 카메라의 룩업 테이블을 생성한다(S550). 미선택된 카메라가 존재하는지 판단하여(S560), 미선택된 카메라가 존재하면(S560-Y), 미선택된 카메라를 대상으로 하여 단계(S510 ~ S550)를 다시 수행한다. 반면, 미선택된 카메라가 존재하지 않으면(S560-N), 생성된 각 카메라(210, 220, 230, 240)에 대한 룩업 테이블을 저장한다(S570).
이와 같은 방법에 의하면, 차량(V)에 장착된 카메라(210, 220, 230, 240) 자체의 특성에 따른 오차는 왜곡 보정 알고리즘을 통해 보정하고, 차량(V)에 설치된 카메라(210, 220, 230, 240) 위치에 따라 달라지는 각 카메라 별 투영 변환뿐만 아니라 차량(V)에 카메라가 정확하게 장착된 경우에 대응하는 기준 뷰 화면 상에서의 표준 좌표 정보를 이용하므로 뷰 변환까지 모두 정확하게 고려할 수 있다.
지금까지 카메라(210, 220, 230, 240)에서 촬영된 영상에서 공차 보정 장치(100)가 제어점을 이미지 프로세싱을 통해 자동으로 추출하는 것으로 설명하였 다. 그러나 제어점을 사용자로부터 선택 받도록 구현할 수도 있다. 예컨대 카메라(210, 220, 230, 240)에서 촬영된 영상에 대해 왜곡 보정 알고리즘을 적용하여 기하학적 왜곡이 제거된 상태로 표시 장치(400)에 표시하고 사용자로부터 제어점을 선택 받도록 구현할 수 있다. 이 경우 단계(S530)를 생략할 수 있다. 제어점을 사용자로부터 선택 받도록 구현할 경우 공차 보정 장치(100)가 제어점을 추출하기 위한 복잡한 이미지 처리 작업을 하지 않아도 되므로 보다 신속한 처리가 가능하다. 물론 이를 위해 표시 장치(400)는 터치 스크린 기능을 제공하도록 구현한다.
본 발명의 실시예는 다양한 컴퓨터로 구현되는 동작을 수행하기 위한 프로그램 명령을 포함하는 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체를 포함한다. 이 매체는 지금까지 설명한 차량 위치 자동 표시 시스템용 카메라 공차 보정 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한다. 이 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 이러한 매체의 예에는 하드디스크, 플로피디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(Floptical Disk)와 자기-광 매체, 롬, 램, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 구성된 하드웨어 장치 등이 있다. 또는 이러한 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관 등의 전송 매체일 수 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발 명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공차 보정 장치를 포함하는 차량 위치 자동 표시 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 카메라의 설치 위치의 일례를 설명하기 위한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 공차 보정을 하기 위한 차량 배치의 일례를 설명하기 위한 개략도이다.
도 4는 도 3에 도시한 보정판을 보다 자세히 설명하기 위한 개략도이다.
도 5는 도 1에 도시한 공차 보정 장치를 보다 자세히 나타낸 블록도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 차량 전방에 설치된 카메라에서 촬영한 영상을 나타낸 개략도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 차량 전방에 설치된 카메라에 대응되는 기준 뷰 화면 영상을 나타낸 개략도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 공차 보정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 공차 보정 장치, 110: 영상 입력부,
120: 공차 보정부, 210, 220, 230, 240: 카메라
300: 주변 영상 생성 장치, 400: 표시 장치

Claims (14)

  1. 차량에 설치된 카메라의 공차 보정 장치에 있어서,
    차량(V)에 일정 거리를 두고 설치된 보정판(PL1, PL2, PL3, PL4)을 상기 차량(V)에 설치된 카메라(210, 220, 230, 240)가 촬영한 영상을 입력받는 영상 입력부(110), 그리고
    상기 영상에 포함된 보정판에서 제어점 좌표 정보를 추출하고, 상기 추출된 제어점 좌표 정보와 미리 준비된 표준 좌표 정보를 이용하여 상기 영상을 미리 정해진 시점으로 변환하는 변환 행렬을 구하는 공차 보정부(120)
    를 포함하고,
    상기 미리 정해진 시점은 탑 뷰(top view) 시점인 것을 특징으로 하는 공차 보정 장치.
  2. 차량에 설치된 카메라의 공차 보정 장치에 있어서,
    차량(V)에 일정 거리를 두고 설치된 보정판(PL1, PL2, PL3, PL4)을 상기 차량(V)에 설치된 카메라(210, 220, 230, 240)가 촬영한 영상을 입력받는 영상 입력부(110), 그리고
    상기 영상에 포함된 보정판에서 사용자로부터 제어점 좌표 정보를 선택받고, 상기 선택된 제어점 좌표 정보와 미리 준비된 표준 좌표 정보를 이용하여 상기 영상을 미리 정해진 시점으로 변환하는 변환 행렬을 구하는 공차 보정부(120)
    를 포함하고,
    상기 미리 정해진 시점은 탑 뷰(top view) 시점인 것을 특징으로 하는 공차 보정 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에서,
    상기 카메라(210, 220, 230, 240)는 상기 차량(V)의 전방, 후방, 좌측 및 우측에 각각 설치되는 제1 카메라(210), 제2 카메라(220), 제3 카메라(230) 및 제4 카메라(240)를 포함하고,
    상기 보정판(PL1, PL2, PL3, PL4)은 상기 차량(V)의 각 모서리에 일정 거리를 두고 각각 설치되는 제1 보정판(PL1), 제2 보정판(PL2), 제3 보정판(PL3) 및 제4 보정판(PL4)을 포함하는 것을 특징으로 하는 공차 보정 장치.
  5. 제 4 항에서,
    상기 차량(V)의 전방에 설치되는 상기 제1 카메라(210)는, 상기 차량(V)의 전방 좌측 방향의 지면에 설치되는 상기 제1 보정판(PL1)과 상기 차량(V)의 전방 우측 방향의 지면에 설치되는 상기 제2 보정판(PL2)을 촬영하고,
    상기 차량(V)의 후방에 설치되는 상기 제2 카메라(220)는, 상기 차량(V)의 후방 좌측 방향의 지면에 설치되는 상기 제3 보정판(PL3)과 상기 차량의 후방 우측 방향의 지면에 설치되는 상기 제4 보정판(PL4)을 촬영하며,
    상기 차량(V)의 좌측에 설치되는 상기 제3 카메라(230)는, 상기 제1 보정판(PL1) 및 상기 제3 보정판(PL3)을 촬영하고,
    상기 차량(V)의 우측에 설치되는 상기 제4 카메라(240)는, 상기 제2 보정판(PL2) 및 상기 제4 보정판(PL4)을 촬영하는 것을 특징으로 하는 공차 보정 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에서,
    상기 보정판(PL1, PL2, PL3, PL4)은 격자 모양의 무늬로 이루어진 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 공차 보정 장치.
  7. 제 1항 또는 제 2 항에서,
    상기 공차 보정부(120)는,
    상기 카메라(210, 220, 230, 240)에 대한 왜곡 보정 알고리즘과 상기 변환 행렬을 이용하여 상기 카메라(210, 220, 230, 240)에서 촬영된 영상을 상기 탑 뷰 시점의 영상으로 변환하기 위한 룩업 테이블을 생성하는 것을 특징으로 하는 공차 보정 장치.
  8. 차량에 설치된 카메라의 공차 보정 방법에 있어서,
    차량(V)에 일정 거리를 두고 설치된 보정판(PL1, PL2, PL3, PL4)을 상기 차량(V)에 설치된 카메라(210, 220, 230, 240)가 촬영한 영상을 입력받는 단계, 그리고
    상기 영상에 포함된 보정판에서 제어점 좌표 정보를 추출하고, 상기 추출된 제어점 좌표 정보와 미리 준비된 표준 좌표 정보를 이용하여 상기 영상을 미리 정해진 시점으로 변환하는 변환 행렬을 구하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 공차 보정 방법.
  9. 차량에 설치된 카메라의 공차 보정 방법에 있어서,
    차량(V)에 일정 거리를 두고 설치된 보정판(PL1, PL2, PL3, PL4)을 상기 차량(V)에 설치된 카메라(210, 220, 230, 240)가 촬영한 영상을 입력받는 단계, 그리고
    상기 영상에 포함된 보정판에서 사용자로부터 제어점 좌표 정보를 선택받고, 상기 선택된 제어점 좌표 정보와 미리 준비된 표준 좌표 정보를 이용하여 상기 영상을 미리 정해진 시점으로 변환하는 변환 행렬을 구하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 공차 보정 방법.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에서,
    상기 미리 정해진 시점은 탑 뷰(top view) 시점인 것을 특징으로 하는 공차 보정 방법.
  11. 제 10 항에서,
    상기 카메라(210, 220, 230, 240)는 상기 차량(V)의 전방, 후방, 좌측 및 우측에 각각 설치되는 제1 카메라(210), 제2 카메라(220), 제3 카메라(230) 및 제4 카메라(240)를 포함하고,
    상기 보정판(PL1, PL2, PL3, PL4)은 상기 차량(V)의 각 모서리에 일정 거리를 두고 각각 설치되는 제1 보정판(PL1), 제2 보정판(PL2), 제3 보정판(PL3) 및 제4 보정판(PL4)을 포함하는 것을 특징으로 하는 공차 보정 방법.
  12. 제 11 항에서,
    상기 차량(V)의 전방에 설치되는 상기 제1 카메라(210)는, 상기 차량(V)의 전방 좌측 방향의 지면에 설치되는 상기 제1 보정판(PL1)과 상기 차량(V)의 전방 우측 방향의 지면에 설치되는 상기 제2 보정판(PL2)을 촬영하고,
    상기 차량(V)의 후방에 설치되는 상기 제2 카메라(220)는, 상기 차량(V)의 후방 좌측 방향의 지면에 설치되는 상기 제3 보정판(PL3)과 상기 차량(V)의 후방 우측 방향의 지면에 설치되는 상기 제4 보정판(PL4)을 촬영하며,
    상기 차량(V)의 좌측에 설치되는 상기 제3 카메라(230)는, 상기 제1 보정판(PL1) 및 상기 제3 보정판(PL3)을 촬영하고,
    상기 차량(V)의 우측에 설치되는 상기 제4 카메라(240)는, 상기 제2 보정판(PL2) 및 상기 제4 보정판(PL4)을 촬영하는 것을 특징으로 하는 공차 보정 방법.
  13. 제 10 항에서,
    상기 보정판(PL1, PL2, PL3, PL4)은 격자 모양의 무늬로 이루어진 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 공차 보정 방법.
  14. 제 10 항에서,
    상기 카메라(210, 220, 230, 240)에 대한 왜곡 보정 알고리즘과 상기 변환 행렬을 이용하여 상기 카메라(210, 220, 230, 240)에서 촬영된 영상을 상기 탑 뷰 시점의 영상으로 변환하기 위한 룩업 테이블을 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공차 보정 방법.
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