KR100962329B1 - Road area detection method and system from a stereo camera image and the recording media storing the program performing the said method - Google Patents

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김은태
황재필
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연세대학교 산학협력단
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Abstract

PURPOSE: A road area extracting method from a stereo camera image, a device thereof and a recording medium which records a program realizing the method are provided to extract a road area more exactly by removing an obstacle area in a perpendicular disparity image and extracting the road area with Lagrangian support vector regression which a weighted value is applied. CONSTITUTION: A perpendicular disparity image generator(200) generates a perpendicular disparity image with comparison of right and left images of a stereo camera(100). A probablistic disparity filtering unit(300) removes an obstacle area from the perpendicular disparity image. A road area estimator(400) acquires a road function about a road area from the perpendicular disparity image. The road area estimator presumes the road function with WLSVR(Weighted Lagrangian Support Vector Regression). A disparity map generator(500) generates a disparity map.

Description

스테레오 카메라 영상으로부터의 지면 추출 방법과 장치 및 이와 같은 방법을 구현하는 프로그램이 기록된 기록매체{Road Area Detection Method and system from a Stereo Camera image and the recording media storing the program performing the said method}Road area detection method and system from a stereo camera image and the recording media storing the program performing the said method

본 발명은 스테레오 카메라 영상으로부터의 지면 추출 방법과 장치 및 이와 같은 방법을 구현하는 프로그램이 기록된 기록매체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 본 발명은 획득된 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)에서 장애물 영역을 제거하고, 장애물이 제거된 수직 디스패러티 이미지로부터 가중치가 가미된 라그랑지안 서포트벡터회귀(Weighted Lagrangian Support Vector Regression ; WLSVR)를 이용하여 지면 영역을 추출하는 카메라 영상으로부터의 지면 추출 방법과 장치 및 이와 같은 방법을 구현하는 프로그램이 기록된 기록매체에 관한 것에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for extracting a ground from a stereo camera image, and a recording medium on which a program for implementing the method is recorded. More particularly, the present invention relates to an acquired vertical disparity image (v-disparity image). Method and apparatus for extracting the ground region from the camera image that removes the obstacle region and extracts the ground region using weighted Lagrangian Support Vector Regression (WLSVR) from the disparity vertical disparity image And a recording medium on which a program for implementing such a method is recorded.

적응형 항법 제어(Adaptive Cruise Control ; ACC)와 충돌 안전 기술은 효율 적인 운전자 보조 및 보호를 제공하기 위해 ITS에서 가장 활발한 연구 분야이다.Adaptive Cruise Control (ACC) and collision safety technologies are the most active research areas in ITS to provide efficient driver assistance and protection.

전형적인 ACC 시나리오에서, 자동차들 사이의 안전거리는 원하는 속도와 실제 속도 사이의 차이를 최소화하는 시스템에 의해 자동적으로 유지된다. 일례로 위험한 순간에, 경고 및 제동 보조 장치는 작동되거나 안전벨트가 두 자동사 사이의 거리 함수에 따라 더 단단히 조여진다.In a typical ACC scenario, the safety distance between cars is automatically maintained by a system that minimizes the difference between the desired speed and the actual speed. At dangerous moments, for example, the warning and braking aids are activated or the seat belts are tightened more firmly as a function of the distance between the two operators.

이와 같은 운전환경 분석 시스템은 전형적으로 도로 표면을 추출하고, 장애물을 발견하고, 범위 정보를 사용함으로써 자동차에 대해 상대적인 장애물의 위치를 계산한다. 통상적으로, 레이저 레이더나 밀리미터파 레이더와 같은 능동 감지 시스템은 ACC 시스템에서 좋은 수행 능력을 보여 왔다.Such driving environment analysis systems typically calculate the location of obstacles relative to the vehicle by extracting road surfaces, finding obstacles, and using range information. Typically, active sensing systems such as laser radars or millimeter wave radars have shown good performance in ACC systems.

레이저 레이더는 적외선 레이저 빔으로 자동차의 앞부분 영상을 비추고, 반사 빛을 수신하여 시간 지연을 측정함으로써 두 자동차 사이의 거리를 측정한다. 이와 같은 레이저 레이더 시스템은 상대적으로 적은 비용으로 매우 정확한 측정값을 제공함에도 불구하고, 비, 안게, 눈과 같은 나쁜 날씨에 너무 민감할 뿐만 아니라, 다른 자동차에 의해 발사된 레이저에 의해 영향을 받을 것이다. 그리고 밀리미터파 레이더는 반사파를 감지함으로써 거리를 측정한다. 이와 같은 밀리미터파 레이더는 나쁜 날씨 상태에도 불구하고 충분히 양호한 정확성을 제공하기 때문에, 밀리미터파 레이더는 최근에 ACC 장치와 충돌 안전장치에서 널리 적용된다.The laser radar measures the distance between two cars by illuminating the front part of the car with an infrared laser beam, receiving reflected light and measuring the time delay. Such laser radar systems are not only very sensitive to bad weather such as rain, snow and snow, but will also be affected by lasers fired by other vehicles, despite providing very accurate measurements at relatively low cost. . And millimeter-wave radars measure distances by detecting reflected waves. Since millimeter wave radars provide sufficiently good accuracy despite bad weather conditions, millimeter wave radars have recently been widely applied in ACC devices and crash safety devices.

그러나 이와 같은 레이더 센서는 약간의 치명적인 약점이 있다. 일반적으로 레이더는 매우 좁은 시야각(15도 이하)과 면방향에서 상대적으로 낮은 정확성을 가진다.But such radar sensors have some fatal weaknesses. Radars generally have very narrow viewing angles (less than 15 degrees) and relatively low accuracy in the plane direction.

이는 레이더 시스템이 차량이 매우 앞에 있지 않는 한 이웃 레인에서부터 끼어들거나 지나가는 차량을 거의 볼 수 없음을 의미한다.This means that the radar system can hardly see vehicles cutting in or passing from neighboring lanes unless the vehicle is very ahead.

게다가, 레이더 시스템에 도로 형태 정보에 대한 어떠한 정보도 없기 때문에, 그것은 특히 만일 장애물이 들어오는 곡선에 위치하면 도로 안쪽 장애물과 도로 바깥쪽 장애물을 구별할 수 없다.In addition, since there is no information about road shape information in the radar system, it cannot distinguish between roadside obstacles and roadside obstacles, especially if the obstacles are located on an incoming curve.

스테레오 비젼 센서는 레이더 시스템의 모든 이 단점을 보상할 수 있다. 스테레오 분석은 물건에 범위를 둘 이상의 이미지에의 물건 투영을 비교하여 측정하는 처리입니다.Stereo vision sensors can compensate for all these drawbacks of radar systems. Stereo analysis is the process of measuring the range of an object by comparing the projection of the object to two or more images.

최근까지, 실시간 스테레오 분석은 단지 부피가 크고 통상적인 하드웨어 배열에서 충족시키게 될 수 있었다. 그렇지만, 계산적 힘과 알고리즘에 있어서의 최근의 진보들은 다목적 개인용 컴퓨터가 실시간 스테레오 처리를 수행하는 것을 가능하게 했다. Until recently, real-time stereo analysis could only be satisfied in bulky and conventional hardware arrangements. However, recent advances in computational power and algorithms have made it possible for multipurpose personal computers to perform real-time stereo processing.

이와 같이 ITS분야에서, 많은 접근들은 스테레오비젼 기술에 기반한 운전 환경에 대한 분석들을 목적으로 하여 왔다. 레이터 시스템과 비교하면, 스테레오비젼 센서는 넓은 시야각, 훌륭한 면정확성과 상대적으로 저렴한 비용의 장점이 있다.As such, in the field of ITS, many approaches have been aimed at analyzing the driving environment based on stereovision technology. Compared to the radar system, the stereovision sensor has the advantages of wide viewing angle, good surface accuracy and relatively low cost.

스테레오 비젼 센서의 수동적 특성은 다른 센서에서 존재하는 신호 방해에 대해 상대적으로 자유로운 것을 암시한다.The passive nature of the stereo vision sensor suggests that it is relatively free of signal interference present in other sensors.

게다가, 그것은 영상 밀도와 깊이 정보를 함께 제공할 수 있다. 그러나, 다른 광학 센서와 같이, 스테레오비젼 센서는 나쁜 날씨와 조명 상태에 대해 민감하다.In addition, it can provide image density and depth information together. However, like other optical sensors, stereovision sensors are sensitive to bad weather and lighting conditions.

그것은 또한, 디스페러티 맵 계산, 즉 3D 영상 재건과 그 적용을 현실의 문제를 해결할 때에 상당히 제한했던 분석 에 대한 높은 계산 비용 때문에 문제된다. It is also problematic because of the high computational cost for disparity map calculations, namely the analysis of 3D image reconstruction and its application which significantly limited when solving real world problems.

이와 같은 문제를 개선하기 위한 또 다른 종래 기술은 3D 도로 영상을 상대적 표면으로 분류하여, 도로 측면 구조물, 장애물 및 아스팔트 도로 표면에 대한 특징을 특징화하는 U-V-disparity 콘셉을 이용한 도로 영상 분석 알고리즘에 기반한 고속 스테레오비젼 솔루션을 제공한다.Another prior art to remedy this problem is to classify 3D road images into relative surfaces, based on road image analysis algorithms using a UV-disparity concept that characterizes road side structures, obstacles, and asphalt road surfaces. Provides a high speed stereo vision solution.

이를 위해, 자동차 공학 엔지니어들은 3D 운전 환경 분석에서 다음과 같은 문제에 직면한다.To this end, automotive engineering engineers face the following challenges in analyzing 3D driving environments:

1)도로 표면과 레인 지역 감지하기, 2) 장애물의 크기와 3D 모델 측정하기 위해 도로상의 장애물 인식하기 3) 자동차와 장애물 사이의 상대적 거리 측정하기 4)장애물은 아니지만, 장애물과 같은 혼동을 줄 수 있는 가드레일, 가로등, 위로 지나가는 다리 등과 같은 도로 외곽 구조물 인식하기1) Detect road surfaces and lane areas, 2) Recognize obstacles on the road to measure the size of obstacles and 3D models 3) Measure the relative distance between cars and obstacles 4) Not obstacles, but can be confusing Recognize roadside structures such as guardrails, streetlights, and bridges passing over them

광학적 흐름은 3D 영상 분석과 장애물 발견에 기반한 비젼의 기초를 형성한다. 대부분의 광학적 흐름 알고리즘은 단지 카메라와 환경 사이의 움직임이 계산된다. 이는 대부분의 운전 상황에서 진실이 아닐 수 도 있다.Optical flow forms the basis of vision based on 3D image analysis and obstacle detection. Most optical flow algorithms only calculate the movement between the camera and the environment. This may not be true in most driving situations.

스테레오비젼 역시 영상 분석에서 널리 이용된다. 스테레오 분석은 둘 이상의 투영된 물체를 비교함으로써 물체에 대한 범위를 측정하는 프로세서이다.Stereovision is also widely used in image analysis. Stereo analysis is a processor that measures the range for an object by comparing two or more projected objects.

영상으로부터 장애물을 적절하게 추출하기 위해, 도로 표면에 속하는 영상 특징으로부터 장애물 후보에 속하는 이들을 분리하는 것이 필요한다.In order to properly extract obstacles from the image, it is necessary to separate those belonging to the obstacle candidate from the image features belonging to the road surface.

대부분의 알고리즘은 디스페러티 연속성을 억제하는 방법을 사용함으로써 산 만한 디스페러티 픽셀을 구별되는 장애물 후보로 합성하기 위해 연속적으로 적용되는 클러스터링 방법을 이용할 것이다.Most algorithms will use a clustering method that is applied successively to synthesize distracting disparity pixels into distinct obstacle candidates by using a method of suppressing disparity continuity.

그러나 비대칭 도로 표면과 자동차 정지 때문에, 이와 같은 알고리즘은 도로 표면으로부터 장애물 후보를 분리하는 것이 충분하지 않다. 게다가, 산만한 디스페러티 픽셀을 구별되는 장애물 후보로 분리하는 클러스터링은 제한된 정확성을 지닐 뿐만 아니라 소요 시간이 매우 많이 든다.However, because of asymmetrical road surfaces and car stops, such algorithms are not sufficient to separate obstacle candidates from road surfaces. In addition, clustering that separates dispersive disparity pixels into distinct obstacle candidates is not only limited in accuracy, but also very time consuming.

어떤 장애물은 단순히 감지된 디스페러티 픽셀의 수가 매우 작거나 깊이에 있어서 제한된 차원 때문에 단순히 제거된다.Some obstacles are simply eliminated because the number of detected disparity pixels is very small or because of limited dimensions in depth.

Labayrade는 도로 표면으로부터 장애물을 분리하는 프로세서를 단순화하는 것을 목적으로 하는 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image) 컨셉을 제안하였다.Labayrade proposed the concept of a vertical disparity image, aimed at simplifying the processor that separates obstacles from the road surface.

수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)에서, 도로 표면에 대한 경도 프로파일은 구분되는 선형 커브로 도시될 수 있고, 수직면에서의 장애물은 수직라인에서 투영될 것이다. 그래서 3D 도로 표면과 장애물에 대한 추출은 2D 선형 추출처럼 단순화 될 것이다.In the v-disparity image, the hardness profile for the road surface can be shown by a distinct linear curve, and obstacles in the vertical plane will be projected in the vertical line. So extraction of 3D road surfaces and obstacles will be simplified like 2D linear extraction.

수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)는 도로 표면과 자동차 전방 면과 같이 스테레오 장비에 대해 수직면에 대해 수직인 표면 추출을 위해 주로 사용된다.The vertical disparity image is mainly used for surface extraction perpendicular to the vertical plane for stereo equipment such as road surfaces and car fronts.

한편 이와 같은 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)를 이용하여 지면을 추출하는 종래 기술도 장애물 영역과 지면 영역이 함께 포함되어 있는 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)에서 장애물 영역이나 지면 영역을 추출하게 되는데, 이때 장애물 영역은 지면 영역에 대해 잡음으로 작용하게 되고, 지면 영역을 장애물 영역에 잡음으로 작용하기 때문에, 추출되는 장애물 영역이나 지면 영역의 정확성이 떨어지는 등 그 안전성에 문제점이 있었다.Meanwhile, the conventional technique of extracting the ground using the vertical disparity image (v-disparity image) also includes the obstacle region or the ground region in the vertical disparity image (v-disparity image) including both the obstacle region and the ground region. In this case, since the obstacle area acts as a noise to the ground area and the ground area acts as a noise to the obstacle area, there is a problem in the safety such as the accuracy of the extracted obstacle area or the ground area decreases.

또한, 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)에서 디스패러티 값을 포함하는 지점에 대해 가중치를 부여하지 않는 함수 추정방법을 사용함으로써 그 정확성이 떨어지는 문제점이 있었다.In addition, there is a problem in that accuracy is lowered by using a function estimating method that does not give a weight to a point including a disparity value in a vertical disparity image.

상기와 같은 문제를 해결하기 위해 본 발명은 획득된 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)에서 확률론적 방법을 이용하여 장애물 영역을 제거하고, 장애물이 제거된 수직 디스패러티 이미지로부터 지면 영역을 추출하기 위하여 가중치가 가미된 라그랑지안 서포트벡터회귀(Weighted Lagrangian Support Vector Regression ; WLSVR)를 이용함으로써, 많은 잡음을 포함하고 있는 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)로부터 보다 안정적이고 정확하게 지면 영역을 추출할 수 있는 스테레오 카메라 영상으로부터의 지면 추출 방법과 장치 및 이와 같은 방법을 구현하는 프로그램이 기록된 기록매체를 제공하는데 그 목적이 있다.In order to solve the above problem, the present invention removes an obstacle region by using a stochastic method from the obtained vertical disparity image, and extracts a ground region from the vertical disparity image from which the obstacle is removed. By using weighted Lagrangian Support Vector Regression (WLSVR), we can extract ground area more stably and accurately from the vertical disparity image containing a lot of noise. It is an object of the present invention to provide a recording medium on which a method and apparatus for extracting a ground from a stereo camera image and a program for implementing the method are recorded.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.Other objects and advantages of the present invention can be understood by the following description, and will be more clearly understood by the embodiments of the present invention. Also, it will be readily appreciated that the objects and advantages of the present invention may be realized by the means and combinations thereof indicated in the claims.

본 발명의 일례에 따른 스테레오 카메라 영상으로부터의 지면 추출 방법은 획득된 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)에서 디스페러티 값(disparity)을 포함하는 각 지점이 장애물 영역인지 지면 영역인지를 확률론적 방법으로 계산 하여, 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)로부터 장애물 영역을 제거하는 확률론적 디스패러티 필터링 단계; 및 장애물 영역이 제거된 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)로부터 지면 영역에 대한 지면 함수를 구하고, 지면 함수로부터 지면 영역을 추정하는 지면 추정단계;를 포함한다.According to an exemplary embodiment of the present invention, a method of extracting ground from a stereo camera image is probabilistically determining whether each point including a disparity value in an acquired vertical disparity image is an obstacle region or a ground region. A probabilistic disparity filtering step of calculating a method to remove an obstacle area from a vertical disparity image; And a ground estimation step of obtaining a ground function for the ground area from the vertical disparity image from which the obstacle area is removed, and estimating the ground area from the ground function.

여기서, 지면 함수는 다음 수학식에 의해 정의할 수 있다. Here, the ground function can be defined by the following equation.

[수학식]

Figure 112009007233514-pat00001
[Equation]
Figure 112009007233514-pat00001

여기서, d는 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)의 디스패러티 값, v는 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)의 수직 좌표의 값, w는 지면 영역에 대한 가중치값으로 미지수이고, b는 함수의 바이어스 값으로 미지수이다.Here, d is a disparity value of the vertical disparity image, v is a value of the vertical coordinate of the vertical disparity image (v-disparity image), w is a weight value for the ground area, and is unknown. Is the bias value of the function, which is unknown.

여기서, 지면 함수로부터 지면 영역을 추정하기위해 지면 함수는 다음 수학식을 목적함수로 이용할 수 있다.Here, in order to estimate the ground area from the ground function, the ground function may use the following equation as the objective function.

[수학식][Equation]

Figure 112009007233514-pat00002
Figure 112009007233514-pat00002

제한 조건 ;Limitation condition;

Figure 112009007233514-pat00003
Figure 112009007233514-pat00003

여기서, e는 1로 채워진 벡터, 매개변수

Figure 112009007233514-pat00004
은 데이터 샘플이 부과되지 않은 무감지 지역에 대한 값,
Figure 112009007233514-pat00005
,
Figure 112009007233514-pat00006
Figure 112009007233514-pat00007
,
Figure 112009007233514-pat00008
으로 여유(slack) 변수 벡터, S는
Figure 112009007233514-pat00009
으로 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)에서 각 좌표의 점들에 대한 가중치가 부여된 대각행렬, c는 w^2와 b^2을 최소화시키기 위한 매개 변수, T는 트랜스포머(transformer)이다.Where e is a vector filled with 1, the parameter
Figure 112009007233514-pat00004
Is the value for the undetected region where no data sample was charged,
Figure 112009007233514-pat00005
,
Figure 112009007233514-pat00006
Is
Figure 112009007233514-pat00007
,
Figure 112009007233514-pat00008
Slack variable vector, S
Figure 112009007233514-pat00009
As a weighted diagonal matrix for points of each coordinate in a vertical disparity image, c is a parameter for minimizing w ^ 2 and b ^ 2, and T is a transformer.

여기서, 지면 영역에 대한 함수는 다음의 수학식을 재귀적으로 연산하여 구할 수 있다.Here, the function for the ground area may be obtained by recursively calculating the following equation.

[수학식][Equation]

Figure 112009007233514-pat00010
Figure 112009007233514-pat00010

여기서,

Figure 112009007233514-pat00011
Figure 112009007233514-pat00012
으로 2N 변수와 kernel 함수 K로 이루어진 라그랑지안 상관계수 벡터,
Figure 112009007233514-pat00013
,
Figure 112009007233514-pat00014
, I는 임의의 차수를 가지는 단위 행렬이다.here,
Figure 112009007233514-pat00011
Is
Figure 112009007233514-pat00012
Lagrangian correlation coefficient vector consisting of 2N variables and kernel function K,
Figure 112009007233514-pat00013
,
Figure 112009007233514-pat00014
, I is an identity matrix of arbitrary order.

여기서, 확률론적 디스패러티 필터링 단계는 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)에서 각 지점의 디스패러티 값과 디스패러티 값에서 수직 좌표 값 이 가지는 가중치 기반의 표준 편차 값을 이용하여 디스패러티 값을 포함하는 각 지점이 장애물 영역인지 지면 영역인지 확률값을 계산하는 확률값 계산 단계; 및 계산된 확률값을 이용하여 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)로부터 장애물로 추정되는 각 지점을 제거하는 필터링 단계;를 포함할 수 있다.Here, the stochastic disparity filtering step includes a disparity value by using a disparity value of each point in a vertical disparity image and a weighted standard deviation value of the vertical coordinate value in the disparity value. A probability value calculating step of calculating a probability value whether each point is an obstacle region or a ground region; And filtering each point estimated as an obstacle from a vertical disparity image by using the calculated probability value.

또한, 스테레오 카메라 영상으로부터의 지면 추출 방법은 스테레오 카메라를 이용하여 획득된 좌우 영상을 비교하여 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)를 생성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.The method of extracting the ground from the stereo camera image may further include generating a vertical disparity image by comparing the left and right images obtained by using the stereo camera.

또한, 스테레오 카메라 영상으로부터의 지면 추출 방법은 구해진 지면 영역에 대한 함수를 이용하여 장애물 영역 제거 전의 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)로부터 장애물 영역과 지면 영역이 구분되는 디스패러티 맵(disparity map)을 생성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.In addition, the ground extraction method from the stereo camera image is a disparity map in which the obstacle region and the ground region are separated from the vertical disparity image (v-disparity image) before removing the obstacle region by using a function of the obtained ground region. Generating a; may further include.

또한, 본 발명에 따른 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체는 상기 방법을 구현하는 프로그램이 기록되는 기록매체를 포함한다.The computer-readable recording medium according to the present invention also includes a recording medium on which a program for implementing the method is recorded.

또한, 스테레오 카메라 영상으로부터의 지면 추출 장치는 획득된 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)에서 디스페러티 값(disparity)을 포함하는 각 지점이 장애물 영역인지 지면 영역인지를 확률론적 방법으로 계산하여, 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)로부터 장애물 영역을 제거하는 확률론적 디스패러티 필터링부; 및 장애물 영역이 제거된 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)로부터 지면 영역에 대한 지면 함수를 구하고, 지면 함수로부터 지면 영역을 추정하는 지면 추정부;를 포함한다.In addition, the apparatus for extracting the ground from the stereo camera image calculates whether each point including the disparity value in the acquired vertical disparity image is an obstacle region or a ground region by a stochastic method. A probabilistic disparity filtering unit that removes an obstacle region from a vertical disparity image; And a ground estimator for obtaining a ground function for the ground area from the vertical disparity image from which the obstacle area is removed and estimating the ground area from the ground function.

여기서, 지면 함수는 다음 수학식에 의해 정의할 수 있다.Here, the ground function can be defined by the following equation.

[수학식] [Equation]

여기서, d는 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)의 디스패러티 값, v는 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)의 수직 좌표의 값, w는 지면 영역에 대한 가중치값으로 미지수이고, b는 함수의 바이어스 값으로 미지수이다.Here, d is a disparity value of the vertical disparity image, v is a value of the vertical coordinate of the vertical disparity image (v-disparity image), w is a weight value for the ground area, and is unknown. Is the bias value of the function, which is unknown.

여기서, 상기 지면 함수로부터 상기 지면 영역에 대한 가중치값과 상기 함수의 바이어스 값을 구하기 위해 상기 지면 함수는 다음 수학식을 목적함수로 이용할 수 있다.Here, the ground function may use the following equation as an objective function to obtain a weight value for the ground area and a bias value of the function from the ground function.

[수학식][Equation]

Figure 112009007233514-pat00016
Figure 112009007233514-pat00016

제한 조건 ;Limitation condition;

Figure 112009007233514-pat00017
Figure 112009007233514-pat00017

여기서, e는 1로 채워진 벡터, 매개변수

Figure 112009007233514-pat00018
은 데이터 샘플이 부과되지 않은 무감지 지역에 대한 값,
Figure 112009007233514-pat00019
,
Figure 112009007233514-pat00020
Figure 112009007233514-pat00021
,
Figure 112009007233514-pat00022
으로 여유(slack) 변수 벡터, S는
Figure 112009007233514-pat00023
으로 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)에서 각 좌표의 점들에 대한 가중치가 부여된 대각행렬, c는 w^2와 b^2을 최소화시키기 위한 매개 변수, T는 트랜스포머(transformer)이다.Where e is a vector filled with 1, the parameter
Figure 112009007233514-pat00018
Is the value for the undetected region where no data sample was charged,
Figure 112009007233514-pat00019
,
Figure 112009007233514-pat00020
Is
Figure 112009007233514-pat00021
,
Figure 112009007233514-pat00022
Slack variable vector, S
Figure 112009007233514-pat00023
As a weighted diagonal matrix for points of each coordinate in a vertical disparity image, c is a parameter for minimizing w ^ 2 and b ^ 2, and T is a transformer.

여기서, 지면 영역에 대한 함수는 다음의 수학식을 재귀적으로 연산하여 구할 수 있다.Here, the function for the ground area may be obtained by recursively calculating the following equation.

[수학식][Equation]

Figure 112009007233514-pat00024
Figure 112009007233514-pat00024

여기서,

Figure 112009007233514-pat00025
Figure 112009007233514-pat00026
으로 2N 변수와 kernel 함수 K로 이루어진 라그랑지안 상관계수 벡터,
Figure 112009007233514-pat00027
,
Figure 112009007233514-pat00028
, I는 임의의 차수를 가지는 단위행렬이다.here,
Figure 112009007233514-pat00025
Is
Figure 112009007233514-pat00026
Lagrangian correlation coefficient vector consisting of 2N variables and kernel function K,
Figure 112009007233514-pat00027
,
Figure 112009007233514-pat00028
, I is a unit matrix of arbitrary order.

여기서, 확률론적 디스패러티 필터링부는 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)에서 각 지점의 디스패러티 값과 디스패러티 값에서 수직 좌표 값이 가지는 가중치 기반의 표준 편차 값을 이용하여 디스패러티 값을 포함하는 각 지점이 장애물 영역인지 지면 영역인지 확률값을 계산하는 확률값 계산부; 및 계산된 확률값을 이용하여 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)로부터 장애물로 추정되는 각 지점을 제거하는 필터링부;를 포함할 수 있다.Here, the probabilistic disparity filtering unit includes a disparity value by using the disparity value of each point in the vertical disparity image and the weight-based standard deviation value of the vertical coordinate value in the disparity value. A probability value calculator for calculating a probability value whether each point is an obstacle region or a ground region; And a filtering unit which removes each point estimated as an obstacle from the vertical disparity image using the calculated probability value.

또한, 스테레오 카메라 영상으로부터의 지면 추출 장치는 스테레오 카메라를 이용하여 획득된 좌우 영상을 비교하여 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)를 생성하는 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image) 생성부;를 더 포함할 수 있다.The apparatus for extracting a ground from a stereo camera image may include a vertical disparity image generation unit configured to generate a vertical disparity image by comparing a left and right image obtained using a stereo camera; It may further include.

또한, 스테레오 카메라 영상으로부터의 지면 추출 장치는 구해진 지면 영역에 대한 함수를 이용하여 장애물 영역 제거 전의 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)로부터 장애물 영역과 지면 영역이 구분되는 디스패러티 맵(disparity map)을 생성하는 디스패러티 맵 생성부;를 더 포함할 수 있다.In addition, the ground extraction apparatus from the stereo camera image is a disparity map in which the obstacle region and the ground region are separated from the vertical disparity image (v-disparity image) before removing the obstacle region by using a function of the obtained ground region. It may further include a disparity map generator for generating a.

본 발명에 따른 스테레오 카메라 영상으로부터의 지면 추출 방법과 장치 및 이와 같은 방법을 구현하는 프로그램이 기록된 기록매체는 많은 잡음을 포함하고 있는 수직 디스패러티 이미지에서 장애물 영역을 제거한 상태에서 수직 디스패러티 이미지로부터 지면 영역을 추출하기 위하여 가중치가 가미된 라그랑지안 서포트벡터회귀(Weighted Lagrangian Support Vector Regression ; WLSVR)를 이용함으로써, 지면 영역을 추출함으로써 보다 안정적이고 정확하게 지면 영역을 추출할 수 있는 효과가 있다.Method and apparatus for extracting the ground from a stereo camera image according to the present invention and a recording medium on which a program for implementing such a method are recorded are recorded from the vertical disparity image with the obstacle area removed from the vertical disparity image containing a lot of noise. By using weighted Lagrangian Support Vector Regression (WLSVR) to extract the ground area, the ground area can be extracted more stably and accurately.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.First, in adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same reference numerals are assigned to the same components as much as possible, even if shown on different drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. In addition, the following will describe a preferred embodiment of the present invention, but the technical idea of the present invention is not limited thereto and may be variously modified and modified by those skilled in the art.

도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 스테레오 카메라 영상으로부터의 지면 추출 장치 및 방법의 일례를 설명하기 위한 도이다.1A and 1B are diagrams for explaining an example of an apparatus and method for extracting ground from a stereo camera image according to the present invention.

도 1a에 도시된 바와 같이 스테레오 카메라 영상으로부터의 지면 추출 장치는 스테레오 카메라(100), 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image) 생성부(200), 확률론적 디스패러티 필터링부(320)(Probablistic Disparity Filtering, 300), 지면 추정부(Road Plain Estimation, 400), 디스패러티 맵 생성부(disparity map, 500)를 포함한다.As shown in FIG. 1A, the apparatus for extracting a ground from a stereo camera image includes a stereo camera 100, a v-disparity image generator 200, and a probabilistic disparity filter 320 (Probablistic Disparity). Filtering 300, a road plain estimator 400, and a disparity map generator 500.

스테레오 카메라(100)는 2대의 카메라가 서로 평행하게 배치되어 이동 중에 카메라의 전방을 촬영하여 2개의 좌우 영상을 생성한다.The stereo camera 100 generates two left and right images by photographing the front of the camera while two cameras are arranged in parallel with each other.

수직 디스패러티 이미지(v-disparity image) 생성부(200)는 스테레오 카메라(100)를 이용하여 획득된 좌우 영상을 비교하여 상기 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)를 생성한다.The vertical disparity image generation unit 200 generates the vertical disparity image by comparing the left and right images obtained using the stereo camera 100.

이와 같이, 스테레오스 카메라를 이용하여 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)를 생성하는 방법은 논문 [Zhencheng Hu, Francisco Lamosa and Keiichi Uchimura. "A complete U-V-disparity study for stereovision based 3D driving environment analysis" 3-D Digital Imaging and Modeling, 2005. 3DIM 2005. Fifth International Conference on, Volume, Issue, 13-16 June 2005 Page(s): 204 - 211]과 논문 [Stephen J. Krotosky and Mohan M. Trivedi. "A Comparison of Color and Infrared Stereo Approaches to Pedestrian Detection" Intelligent Vehicles Symposium, 2007 IEEE Volume, Issue, 13-15 June 2007 Page(s):81 - 86]에 상세하게 설명된 바와 같다.As such, a method for generating a vertical disparity image using a stereo camera is described in Zhencheng Hu, Francisco Lamosa and Keiichi Uchimura. "A complete UV-disparity study for stereovision based 3D driving environment analysis" 3-D Digital Imaging and Modeling, 2005. 3DIM 2005. Fifth International Conference on, Volume, Issue, 13-16 June 2005 Page (s): 204-211 And papers by Stephen J. Krotosky and Mohan M. Trivedi. "A Comparison of Color and Infrared Stereo Approaches to Pedestrian Detection" Intelligent Vehicles Symposium, 2007 IEEE Volume, Issue, 13-15 June 2007 Page (s): 81-86.

이와 같이 생성된 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)는 도 2와 같다.The vertical disparity image generated as described above is illustrated in FIG. 2.

도 2와 같은 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)는 각 이미지 행에 대해 주어진 디스페러티 값에 대한 픽셀의 개수가 축적된 히스토그램이다. 여기서 v는 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)의 수직 좌표 값으로 스테레오 카메라(100)가 촬영한 영상의 수직 좌표 값과 대응되고, d는 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)의 디스패러티 값이다. A vertical disparity image as shown in FIG. 2 is a histogram in which the number of pixels for a given disparity value is accumulated for each image row. Where v is the vertical coordinate value of the vertical disparity image (v-disparity image) and corresponds to the vertical coordinate value of the image captured by the stereo camera 100, and d is the disparity of the vertical disparity image (v-disparity image). Value.

결국 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)는 각 이미지 행에 대한 동 일한 디스패러티 값의 밀도를 나타낸다. 보다 상세하게 설명하면, 도 2에서 명도가 밝게 나타나는 지점은 동일한 디스패러티 값을 포함하는 픽셀의 개수가 많은 지점이고, 명도가 어둡게 나타나는 지점은 동일한 디스패러티 값을 포함하는 픽셀의 개수가 거의 없는 지점이다.As a result, the vertical disparity image (v-disparity image) represents the density of the same disparity value for each image row. In more detail, in FIG. 2, a bright point is a point where a large number of pixels include the same disparity value, and a dark point is a point where there are few pixels including the same disparity value. to be.

따라서 도 2에 도시된 바와 같은 수직 디스패러티 이미지에서 지면 영역(210)은 스테레오 카메라(100)와 촬영된 영상과의 거리가 가까울수록 큰 값의 디스패러티 값(d)을 가지고, 거리가 멀수록 작은 값의 디스패러티 값(d)을 가지게 된다. 또한 자동차, 신호등과 같은 장애물 영역(220)은 지면과 수직방향으로 배치되므로 촬영된 영상에서 장애물의 높이만큼 대략적으로 동일한 디스패러티 값을 가지게 된다.Therefore, in the vertical disparity image as shown in FIG. 2, the ground area 210 has a larger value of the disparity value d as the distance between the stereo camera 100 and the captured image is closer, and as the distance is longer. It has a small disparity value d. In addition, since the obstacle area 220 such as a car or a traffic light is disposed perpendicular to the ground, the obstacle area 220 has a disparity value approximately equal to the height of the obstacle in the captured image.

확률론적 디스패러티 필터링부(Probablistic Disparity Filtering, 300)는 획득된 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)에서 디스페러티 값을 포함하는 각 지점이 장애물 영역인지 지면 영역인지를 확률론적 방법으로 계산하여, 상기 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)로부터 장애물 영역을 제거하는 기능을 한다. 이와 같은 확률론적 디스패러티 필터링부(320)는 도 1b와 같이 확률값 계산부(310)와 필터링부(320)를 포함할 수 있다.The probabilistic disparity filtering unit 300 calculates whether each point including the disparity value in the acquired vertical disparity image is an obstacle area or a ground area by using a probabilistic method. And removing an obstacle area from the vertical disparity image. The probabilistic disparity filtering unit 320 may include a probability value calculating unit 310 and a filtering unit 320 as shown in FIG. 1B.

여기서, 확률값 계산부(310)는 상기 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)의 디스패러티 값(d)과 동일한 디스패러티 값(d)에서 수직 좌표 값(V)이 가지는 가중치 기반의 표준 편차 값을 이용하여 상기 디스패러티 값을 포함하는 각 지점이 장애물 영역인지 지면 영역인지 확률값을 계산하는 기능을 한다.Here, the probability value calculating unit 310 is a weighted standard deviation value of the vertical coordinate value (V) at the same disparity value (d) as the disparity value (d) of the vertical disparity image (v-disparity image) Using the function to calculate the probability value whether each point including the disparity value is an obstacle area or a ground area.

여기서, 확률값 계산부(310)에 대해 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 도 2와 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)에서 일반적으로 장애물은 지면에서 수직 방향으로 존재하기 때문에 동일한 디스패러티 값에서 수직 좌표 값이 가지는 가중치 기반의 표준 편차 값이 높게 나온다. Here, the probability value calculator 310 will be described in more detail as follows. In FIG. 2 and the vertical disparity image (v-disparity image), since the obstacles generally exist in the vertical direction from the ground, the weight-based standard deviation value of the vertical coordinate value of the same disparity value is high.

그러나 지면만 있는 영역은 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)에서 수직방향으로 좁은 영역 내에 디스패러티 값이 분포하기 때문에 동일한 디스패러티 값에서 수직 좌표 값이 가지는 가중치 기반의 표준 편차 값이 작게 나온다. However, since the disparity values are distributed in a vertically narrow region in the vertical disparity image, only the ground-based region has a smaller weight-based standard deviation value of the vertical coordinate value at the same disparity image.

이와 같이 도 2와 같은 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)에서 장애물 영역에 대한 확률 값은 다음의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.As such, the probability value for the obstacle area in the vertical disparity image (v-disparity image) as shown in FIG. 2 may be expressed as Equation 1 below.

Figure 112009007233514-pat00029
Figure 112009007233514-pat00029

여기서, p는 확률적 가능성 함수이고, d는 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)의 disparity 값, sigma

Figure 112009007233514-pat00030
는 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)의 동일한 디스패러티 값(d)에서 수직 좌표 값(v)이 가지는 가중치 기반의 표준 편차 값이다. 이와 같은 수학식 1은 장애물이 자동차인 경우를 일례로 한 것이다.Where p is a probability probability function and d is a disparity value of a vertical disparity image, sigma.
Figure 112009007233514-pat00030
Is a weighted standard deviation value of the vertical coordinate value v in the same disparity value d of the vertical disparity image. Equation 1 is an example in which the obstacle is a car.

또한, 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)에서 지면 영역에 대한 확 률 값은 다음의 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.In addition, the probability value for the ground area in the vertical disparity image may be expressed as Equation 2 below.

Figure 112009007233514-pat00031
Figure 112009007233514-pat00031

이와 같은 수학식 1과 2를 그대로 구하는 것은 불가능하므로 조건부 확률을 이용하는 베이스 규칙(Bayes rule)을 적용하면 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.Since it is impossible to obtain Equations 1 and 2 as they are, it can be expressed as Equation 3 by applying a Bayes rule using conditional probabilities.

Figure 112009007233514-pat00032
Figure 112009007233514-pat00032

수학식 3의 경우, 우측항의 경우 구하는 것이 불가능하지만, 좌측항의 경우 실제 데이터를 이용하여 추측이 가능하다. In the case of Equation 3, the right term is impossible to obtain, but the left term can be estimated using actual data.

또한, 사전 확률(Prior Probability)과 정규화 제약(normalization constraint)을 추정하는 것이 어렵기 때문에 최대 유사도 추정(MLE: Maximum Likelihood Estimation) 방법을 이용하여 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)의 각 디스패러티 값이 장애물 영역인지 지면 영역인지 확률값을 계산한다. 이를 위해 각 디스패러티 값과 각 수직 좌표의 표준 편차 값이 가지는 영역이 장애물 영역인지 지면 영역인지를 다음 수학식 4와 같이 표현할 수 있다.In addition, since it is difficult to estimate prior probability and normalization constraints, each disparity of the vertical disparity image (MLE) using the Maximum Likelihood Estimation (MLE) method is used. The probability value is calculated whether the value is an obstacle area or a ground area. To this end, it may be expressed by Equation 4 as to whether the area having the disparity value and the standard deviation value of each vertical coordinate is an obstacle area or a ground area.

Figure 112009007233514-pat00033
Figure 112009007233514-pat00033

이와 같은 수학식 4를 해결하기 위해서도 실제로 특정 디스패러티 값과 표준 편차 값이 장애물 영역인지 지면 영역인지 그 가능성(Likelihood) 확률을 구하는 문제가 발생한다. 이와 같은 가능성 확률을 구하기 위해 각각의 확률이 수학식 5와 같은 가우시안 혼합 모델(Gaussian Mixture model)로 이루어져 있다고 가정한다.In order to solve the above Equation 4, there is a problem of finding a likelihood probability whether a specific disparity value and a standard deviation value are an obstacle region or a ground region. In order to obtain such probability probability, it is assumed that each probability is composed of a Gaussian Mixture model such as Equation (5).

Figure 112009007233514-pat00034
Figure 112009007233514-pat00034

이와 같은 수학식 5를 이용하여 수학식 4를 해결함으로써, 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)에서 디스 패러티 값을 포함하는 각 지점이 장애물 영역인지 지면 영역인지 추정이 가능해진다. By solving Equation 4 using Equation 5, it is possible to estimate whether each point including the disparity value in the vertical disparity image is an obstacle region or a ground region.

다음, 필터링부(320)는 상기 계산된 확률값을 이용하여 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)로부터 장애물로 추정되는 각 지점을 제거하는 기능을 한다. 이와 같이 장애물 영역이 제거되면 도 2와 같은 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)는 도 3과 같은 형태로 변환된다.Next, the filtering unit 320 functions to remove each point estimated as an obstacle from the vertical disparity image using the calculated probability value. As such, when the obstacle region is removed, the vertical disparity image (v-disparity image) as shown in FIG. 2 is converted into the shape as shown in FIG. 3.

이후, 지면 추정부(Road Plain Estimation, 400)는 상기 장애물 영역이 제거된 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)로부터 지면 영역에 대한 지면 함수를 구하고 상기 지면 함수를 구하기 위해 가중치가 가미된 라그랑지안 서포트벡터회귀(Weighted Lagrangian Support Vector Regression ; WLSVR)를 이용하여 상기 지면 함수를 추정하는 기능을 한다. Then, the ground plain estimator 400 obtains a ground function for the ground area from the vertical disparity image from which the obstacle area is removed, and adds a weighted Lagrangian support to obtain the ground function. It estimates the ground function using Weighted Lagrangian Support Vector Regression (WLSVR).

여기서, 상기 지면 함수는 다음 수학식 6에 의해 정의된다.Here, the ground function is defined by the following equation (6).

Figure 112009007233514-pat00035
Figure 112009007233514-pat00035

여기서, d는 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)의 디스패러티 값, v는 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)의 수직 좌표의 값, w는 지면 영역에 대한 가중치값으로 미지수이고, b는 함수의 바이어스 값으로 미지수이다.Here, d is a disparity value of the vertical disparity image, v is a value of the vertical coordinate of the vertical disparity image (v-disparity image), w is a weight value for the ground area, and is unknown. Is the bias value of the function, which is unknown.

여기서, w와 b값은 가중치가 가미된 라그랑지안 서포트벡터회귀(Weighted Lagrangian Support Vector Regression ; WLSVR) 알고리즘을 통하여 구할 수 있다. Here, w and b values may be obtained through a weighted Lagrangian Support Vector Regression (WLSVR) algorithm with weights added.

여기서, 가중치가 가미된 라그랑지안 서포트벡터회귀(Weighted Lagrangian Support Vector Regression ; WLSVR)는 다음 수학식 7을 목적함수로 갖는 함수 추정 방법으로, 이는 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)의 각 지점마다 가진 디스패러티 값이 서로 다른 경우 적용이 가능하다.Here, the weighted Lagrangian Support Vector Regression (WLSVR) is a function estimation method having the following Equation 7 as the objective function, which is obtained for each point of the vertical disparity image (v-disparity image). Applicable when disparity values are different.

여기서, 본 발명에 의한 스테레오 카메라 영상으로부터의 지면 추출 장치 및 방법은 N 개의 각 트레이닝 데이터

Figure 112009007233514-pat00036
Figure 112009007233514-pat00037
인 가중치를 가지고 있다. 그리고, 수학식 7과 같은 목적함수의 표현을 간결하게 하기 위하여, 벡터
Figure 112009007233514-pat00038
,
Figure 112009007233514-pat00039
로 정의한다.Here, the apparatus and method for extracting the ground from a stereo camera image according to the present invention includes N pieces of training data.
Figure 112009007233514-pat00036
Wow
Figure 112009007233514-pat00037
Has a weight. And, in order to simplify the expression of the objective function as shown in equation (7), the vector
Figure 112009007233514-pat00038
,
Figure 112009007233514-pat00039
.

Figure 112009007233514-pat00040
minimize
Figure 112009007233514-pat00040
minimize

subject to ;subject to;

Figure 112009007233514-pat00041
Figure 112009007233514-pat00041

여기서, e는 1로 채워진 벡터, 매개변수

Figure 112009007233514-pat00042
은 데이터 샘플이 부과되지 않은 무감지 지역에 대한 값,
Figure 112009007233514-pat00043
,
Figure 112009007233514-pat00044
Figure 112009007233514-pat00045
,
Figure 112009007233514-pat00046
으로 여유 변수 벡터(slack variable vector), S는
Figure 112009007233514-pat00047
으로 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)에서 디스패러티 값을 포함하는 각 지점에 대한 가중치가 부여된 대각행렬, c는 w^2와 b^2을 최소화시키기 위한 매개 변수, T는 트랜스포머(transformer)이다.Where e is a vector filled with 1, the parameter
Figure 112009007233514-pat00042
Is the value for the undetected region where no data sample was charged,
Figure 112009007233514-pat00043
,
Figure 112009007233514-pat00044
Is
Figure 112009007233514-pat00045
,
Figure 112009007233514-pat00046
Slack variable vector, S
Figure 112009007233514-pat00047
Weighted diagonal matrix for each point containing the disparity value in the vertical disparity image, c is a parameter for minimizing w ^ 2 and b ^ 2, and T is a transformer. )to be.

여기서, c를 w^2와 b^2을 최소화시키기 위한 매개 변수로 사용하는 이유는 다음과 같다. c는 두 가지 이상의 제한조건을 동시에 가지고 있는 경우, 두 가지 이상의 제한 조건을 동시에 최적화시키기 위하여 사용한다. 이 경우 w와 b의 제곱 을 최소화시키면서, 동시에 가중치가 부여된

Figure 112009007233514-pat00048
Figure 112009007233514-pat00049
의 제곱을 최소화시키는 문제이기 때문이다.Here, the reason for using c as a parameter for minimizing w ^ 2 and b ^ 2 is as follows. c is used to optimize two or more constraints simultaneously if they have more than one constraint. In this case, the weights of w and b are minimized while
Figure 112009007233514-pat00048
and
Figure 112009007233514-pat00049
This is because it minimizes the square of.

여기서, 수학식 7과 같은 목적함수를 도입하기 위하여 고려된 점을 간략하게 설명하면 다음과 같다. Here, the points considered in order to introduce the objective function as shown in Equation 7 will be briefly described as follows.

우선 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)에서 v와 d 값을 가지고 있는 각 지점의 개수가 모두 다르기 때문에 이를 고려하기 위하여 각 지점에 대한 가중치 S를 도입하고, 영향이 없는 구간을 제외한 여유 변수 벡터

Figure 112009007233514-pat00050
,
Figure 112009007233514-pat00051
는 오류이기 때문에 그 값은 최소화되어야 하고, 그 값을 최소화시키는 선이 지면 영역을 알려주는 선이 된다. 따라서 이를 반영하기 위해
Figure 112009007233514-pat00052
이 도입된 것이다. 또한, 이를 반영하여 지면 영역에 대한 파라미터 w와 b를 구하기 위하여 w^2 와 b^2를 반영하고, w^2 와 b^2의 영향을 조절하기 위하여 매개변수 c를 사용하는 것이다.First of all, since the number of points with v and d values in the vertical disparity image are all different, a weight S for each point is introduced to take this into account.
Figure 112009007233514-pat00050
,
Figure 112009007233514-pat00051
Since is an error, the value should be minimized, and the line that minimizes the value becomes a line indicating the ground area. So to reflect this
Figure 112009007233514-pat00052
This is introduced. Also, reflect w ^ 2 and b ^ 2 to obtain the parameters w and b for the ground area, and use the parameter c to adjust the influence of w ^ 2 and b ^ 2.

여기서, 여유 변수 벡터(slack variable vector)

Figure 112009007233514-pat00053
,
Figure 112009007233514-pat00054
는 도 4와 같이 표현될 수 있다. Where a slack variable vector
Figure 112009007233514-pat00053
,
Figure 112009007233514-pat00054
May be expressed as shown in FIG. 4.

이와 같은 수학식 7을 변형하여 쌍대문제(dual problem)를 만들고, 이에 대한 라그랑지안을 구하면 다음 수학식 8과 같이 표현될 수 있다.By transforming the equation (7) to create a dual problem (dual problem), and to find a Lagrangian can be expressed by the following equation (8).

Figure 112009007233514-pat00055
Figure 112009007233514-pat00055

여기서, 는 2N 변수와 kernel 함수 K로 이루어진 라그랑지안 상관계수 벡터,

Figure 112009007233514-pat00056
는 수학식 7에서
Figure 112009007233514-pat00057
,
Figure 112009007233514-pat00058
모두 0이상이라는 조건이 포함되어 있기 때문에 이를 수식에 반영하기 위하여 도입한 라그랑지안 상관 계수이다.Where is a Lagrangian correlation coefficient vector composed of 2N variables and kernel function K,
Figure 112009007233514-pat00056
In equation (7)
Figure 112009007233514-pat00057
,
Figure 112009007233514-pat00058
Since all of the conditions include zero or more, the Lagrangian correlation coefficient is introduced to reflect this in the equation.

이와 같은 수학식 8을 각 변수 w, b,

Figure 112009007233514-pat00059
,
Figure 112009007233514-pat00060
에 대하여 편미분 하면 다음의 수학식 9와 같은 결과를 얻을 수 있다.Equation 8 is converted into each variable w, b,
Figure 112009007233514-pat00059
,
Figure 112009007233514-pat00060
By partial derivative with respect to Equation 9, the following results can be obtained.

Figure 112009007233514-pat00061
Figure 112009007233514-pat00061

여기서, 수학식 9를 수학식 8에 대입하면 다음의 수학식 10과 같은 라그랑지안 함수를 얻을 수 있다. Here, by substituting Equation 9 into Equation 8, a Lagrangian function can be obtained as shown in Equation 10 below.

Figure 112009007233514-pat00062
Figure 112009007233514-pat00062

이를 좀 더 간결하게 표한하기 위하여 다음 두 행렬

Figure 112009007233514-pat00063
,
Figure 112009007233514-pat00064
을 도입한다. 여기서, I는 단위행렬을 의미한다.To make this more concise, the following two matrices
Figure 112009007233514-pat00063
,
Figure 112009007233514-pat00064
Introduce. Here, I means unit matrix.

이와 같이 정리된 수학식 10으로부터 수학식 11과 같은 새로운 목적함수를 찾을 수 있다. A new objective function such as Equation 11 can be found from Equation 10 arranged as described above.

Figure 112009007233514-pat00065
minimize
Figure 112009007233514-pat00065
minimize

subject to ;

Figure 112009007233514-pat00066
subject to;
Figure 112009007233514-pat00066

여기서,

Figure 112009007233514-pat00067
이다.here,
Figure 112009007233514-pat00067
to be.

수학식 11에서

Figure 112009007233514-pat00068
값을 구하고, 그 결과값을 이용하면 원 지면 함수의 파라미터 w와 b는 다음과 같은 수학식 12와 같이 표현된다.In equation (11)
Figure 112009007233514-pat00068
When the value is obtained and the result value is used, the parameters w and b of the surface function are expressed by Equation 12 as follows.

Figure 112009007233514-pat00069
Figure 112009007233514-pat00069

이와 같은 수학식 11과 12로 수학식 5의 w와 b를 구할 수 있다.By using Equations 11 and 12, w and b in Equation 5 can be obtained.

이와 같이 수학식 5의 지면 함수를 구하면 도 5에 도시된 바와 같이, 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image) 상에서 지면 영역은 붉은색의 선(w)으로 표현될 수 있다. 여기서, b는 바이어스, d는 디스패러티 값, v는 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)의 수직 좌표 값이 된다.As described above, when the ground function of Equation 5 is obtained, the ground area on the vertical disparity image may be represented by a red line w. Here, b is a bias, d is a disparity value, and v is a vertical coordinate value of a vertical disparity image.

이후, 디스패러티 맵 생성부(disparity map, 500)는 상기 구해진 지면 영역에 대한 함수를 이용하여 상기 장애물 영역 제거 전의 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)로부터 장애물 영역과 지면 영역이 구분되는 디스패러티 맵(disparity map)을 생성하는 기능을 한다.Thereafter, the disparity map generator 500 uses the function of the obtained ground area to distinguish the obstacle area from the ground area from the vertical disparity image (v-disparity image) before removing the obstacle area. It is used to create a disparity map.

이와 같이 생성된 디스패러티 맵(disparity map)은 도 6과 같이 표현될 수 있다. 도 6에서 붉은색으로 표시된 영역(510)은 지면 영역을 나타내고, 녹색으로 표시된 영역(520)은 장애물 영역, 파랑색으로 표시된 영역(530)은 장애물 영역도 지면 영역도 아닌 영역을 나타낸다. The disparity map generated as described above may be represented as shown in FIG. 6. In FIG. 6, the red area 510 indicates a ground area, the green area 520 indicates an obstacle area, and the blue area 530 indicates an area that is neither an obstacle area nor a ground area.

한편, 상술한 본 발명의 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, ROM, 플로피 디스크, 하드 디스크, 자기 테이프 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, CD-ROM, DVD, 광데이터 저장장치 등) 및 캐리어 웨이브(예를 들면, 인터넷을 통한 전송)와 같은 저장매체를 포함한다.Meanwhile, the above-described embodiments of the present invention can be written as a program that can be executed in a computer, and can be implemented in a general-purpose digital computer operating the program using a computer-readable recording medium. The computer-readable recording medium may be a magnetic storage medium (for example, a ROM, a floppy disk, a hard disk, a magnetic tape, etc.), an optical reading medium (for example, a CD-ROM, a DVD, an optical data storage device, etc.). And storage media such as carrier waves (eg, transmission over the Internet).

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various modifications, changes, and substitutions may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. will be. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention and the accompanying drawings are not intended to limit the technical spirit of the present invention but to describe the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by the embodiments and the accompanying drawings. . The protection scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

이와 같이 본 발명에 따른 스테레오 카메라 영상으로부터의 지면 추출 방법과 장치 및 이와 같은 방법을 구현하는 프로그램이 기록된 기록매체는 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)에서 지면 영역을 추출하기 위하여 중치가 가미된 라그랑지안 서포트벡터회귀(Weighted Lagrangian Support Vector Regression ; WLSVR)를 이용함으로써, 많은 잡음을 포함하고 있는 수직 디스패러티 이미지(v- disparity image)로부터 보다 안정적이고 정확하게 지면 영역을 추출할 수 있어 지면을 추출하고 물체를 찾는 것이 필요한 다양한 분야에서 이용이 가능하다.As described above, a method and apparatus for extracting a ground from a stereo camera image according to the present invention and a recording medium on which a program for implementing the method are recorded add weight to extract a ground area from a vertical disparity image. By using the weighted Lagrangian Support Vector Regression (WLSVR), it is possible to extract the ground area more stably and accurately from the vertical disparity image (v-disparity image) containing a lot of noise. It can be used in various fields where it is necessary to find an object.

특히 본 발명은 지능형 자동차 시스템 분야에서 안정적인 주행을 위한 필수적인 시스템으로 이용 가능성이 높다고 하겠다.In particular, the present invention is likely to be used as an essential system for stable driving in the field of intelligent vehicle systems.

또한, 각종 지능형 로봇의 경우, 실내 또는 도로 주행시 지면이 있는 영역과 물체가 있는 영역을 판단할 필요가 있으므로 본 발명은 영상을 이용한 시스템으로서 그 이용 가능성이 높다 하겠다.In addition, in the case of various intelligent robots, it is necessary to determine the area with the ground and the area with the object when driving indoors or on the road.

도 1a은 본 발명에 따른 스테레오 카메라 영상으로부터의 지면 추출 장치의 일례를 설명하기 위한 도.1A is a view for explaining an example of a ground extraction apparatus from a stereo camera image according to the present invention.

도 1b은 본 발명에 따른 스테레오 카메라 영상으로부터의 지면 추출 장치의 일례에서 확률적 디스패러티 필터링부를 설명하기 위한 도.1B illustrates a stochastic disparity filtering unit in an example of an apparatus for extracting a ground from a stereo camera image according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 수직 디스패러티 이미지 생성부에 의해 생성된 수직 디스패러티 이미지의 일례를 설명하기 위한 도.2 is a view for explaining an example of the vertical disparity image generated by the vertical disparity image generating unit according to the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 확률론적 디스패러티 필터링부에 의해 장애물 영역이 제거된 수직 디스패러티 이미지의 일례를 설명하기 위한 도.3 is a view for explaining an example of a vertical disparity image from which an obstacle region is removed by a probabilistic disparity filtering unit according to the present invention;

도 4는 여유(slack) 변수 벡터 와 의 일례를 나타내는 도.4 illustrates an example of a slack variable vector and FIG.

도 5는 본 발명에 따른 지면 추정부에 의해 추출된 지면 영역이 표시된 수직 디스패러티 이미지의 일례를 나타내는 도.5 is a view showing an example of the vertical disparity image in which the ground area extracted by the ground estimating unit according to the present invention is displayed.

도 6은 본 발명에 따른 디스패러티 맵 생성부에 의해 생성된 장애물과 지면이 구별되는 디스패러티 맵의 일례를 나타내는 도.6 is a diagram illustrating an example of a disparity map in which an obstacle and a ground generated by the disparity map generating unit according to the present invention are distinguished.

<도면의 주요 부분에 대한 도면 부호의 설명><Description of reference numerals for the main parts of the drawings>

100: 스테레오 카메라 200: 수직 디스패러티 이미지 생성부100: stereo camera 200: vertical disparity image generator

300: 확률론적 디스패러티 필터링부 400: 지면 추정부300: stochastic disparity filtering unit 400: ground estimation unit

500: 디스패러티 맵 생성부500: disparity map generator

Claims (18)

획득된 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)에서 디스페러티 값(disparity)을 포함하는 각 지점이 장애물 영역인지 지면 영역인지를 확률론적 방법으로 계산하여, 상기 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)로부터 장애물 영역을 제거하는 확률론적 디스패러티 필터링 단계; 및In the acquired vertical disparity image, the vertical disparity image is calculated by probabilistically calculating whether each point including a disparity value is an obstacle region or a ground region. A stochastic disparity filtering step of removing the obstacle area from And 상기 장애물 영역이 제거된 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)로부터 지면 영역에 대한 지면 함수를 구하고, 상기 지면 함수로부터 상기 지면 영역을 추정하는 지면 추정단계;A ground estimating step of obtaining a ground function for the ground area from a vertical disparity image from which the obstacle area is removed, and estimating the ground area from the ground function; 를 포함하는 스테레오 카메라 영상으로부터의 지면 추출 방법.Ground extraction method from a stereo camera image comprising a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 지면 함수는 다음 수학식에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 스테레오 카메라 영상으로부터의 지면 추출 방법.The ground function is a ground extraction method from a stereo camera image, characterized in that defined by the following equation. [수학식]
Figure 112009007233514-pat00070
[Equation]
Figure 112009007233514-pat00070
여기서, d는 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)의 디스패러티 값, v는 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)의 수직 좌표의 값, w는 지면 영역에 대한 가중치값으로 미지수이고, b는 함수의 바이어스 값으로 미지수이다.Here, d is a disparity value of the vertical disparity image, v is a value of the vertical coordinate of the vertical disparity image (v-disparity image), w is a weight value for the ground area, and is unknown. Is the bias value of the function, which is unknown.
제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 지면 함수로부터 상기 지면 영역에 대한 가중치값과 상기 함수의 바이어스 값을 구하기 위해 상기 지면 함수는 다음 수학식을 목적함수로 이용하는 것을 특징으로 하는 스테레오 카메라 영상으로부터의 지면 추출 방법.And the ground function uses the following equation as an objective function to obtain a weight value for the ground area and a bias value of the function from the ground function. [수학식][Equation]
Figure 112009007233514-pat00071
Figure 112009007233514-pat00071
제한 조건 ;Limitation condition;
Figure 112009007233514-pat00072
Figure 112009007233514-pat00072
여기서, e는 1로 채워진 벡터, 매개변수
Figure 112009007233514-pat00073
은 데이터 샘플이 부과되지 않은 무감지 지역에 대한 값,
Figure 112009007233514-pat00074
,
Figure 112009007233514-pat00075
Figure 112009007233514-pat00076
,
Figure 112009007233514-pat00077
으로 여유(slack) 변수 벡터, S는
Figure 112009007233514-pat00078
으로 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)에서 각 좌표의 점들에 대한 가중치가 부여된 대각행렬, c는 w^2와 b^2을 최소화시키기 위 한 매개 변수, T는 트랜스포머(transformer)이다.
Where e is a vector filled with 1, the parameter
Figure 112009007233514-pat00073
Is the value for the undetected region where no data sample was charged,
Figure 112009007233514-pat00074
,
Figure 112009007233514-pat00075
Is
Figure 112009007233514-pat00076
,
Figure 112009007233514-pat00077
Slack variable vector, S
Figure 112009007233514-pat00078
In the vertical disparity image (v-disparity image), a weighted diagonal matrix for points of each coordinate, c is a parameter to minimize w ^ 2 and b ^ 2, and T is a transformer.
제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 지면 영역에 대한 함수는 다음의 수학식을 재귀적으로 연산하여 구하는 것을 특징으로 하는 스테레오 카메라 영상으로부터의 지면 추출 방법.And a function for the ground area is calculated by recursively calculating the following equation. [수학식][Equation]
Figure 112009007233514-pat00079
Figure 112009007233514-pat00079
여기서,
Figure 112009007233514-pat00080
Figure 112009007233514-pat00081
으로 2N 변수와 kernel 함수 K로 이루어진 라그랑지안 상관계수 벡터,
Figure 112009007233514-pat00082
,
Figure 112009007233514-pat00083
, I는 임의의 차수를 가지는 단위 행렬이다.
here,
Figure 112009007233514-pat00080
Is
Figure 112009007233514-pat00081
Lagrangian correlation coefficient vector consisting of 2N variables and kernel function K,
Figure 112009007233514-pat00082
,
Figure 112009007233514-pat00083
, I is an identity matrix of arbitrary order.
제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 스테레오 카메라 영상으로부터의 지면 추출 방법은 Ground extraction method from the stereo camera image 스테레오 카메라를 이용하여 획득된 좌우 영상을 비교하여 상기 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)를 생성하는 단계;Generating a vertical disparity image by comparing the left and right images obtained by using a stereo camera; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스테레오 카메라 영상으로부터의 지면 추출 방법.The method of extracting ground from a stereo camera image further comprising. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 확률론적 디스패러티 필터링 단계는The probabilistic disparity filtering step 상기 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)에서 상기 각 지점의 디스패러티 값과 상기 디스패러티 값에서 수직 좌표 값이 가지는 가중치 기반의 표준 편차 값을 이용하여 상기 디스패러티 값을 포함하는 각 지점이 장애물 영역인지 지면 영역인지 확률값을 계산하는 확률값 계산 단계; 및 Each point including the disparity value is an obstacle using a disparity value of each point in the vertical disparity image and a weighted standard deviation value of the vertical coordinate value of the disparity value. A probability value calculating step of calculating a probability value whether the area or the ground area; And 상기 계산된 확률값을 이용하여 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)로부터 장애물로 추정되는 각 지점을 제거하는 필터링 단계;Filtering each point estimated as an obstacle from a vertical disparity image using the calculated probability value; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 스테레오 카메라 영상으로부터의 지면 추출 방법.Ground extraction method from a stereo camera image, characterized in that it comprises a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 스테레오 카메라 영상으로부터의 지면 추출 방법은 Ground extraction method from the stereo camera image 상기 구해진 지면 영역에 대한 함수를 이용하여 상기 장애물 영역 제거 전의 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)로부터 장애물 영역과 지면 영역이 구분되는 디스패러티 맵을 생성하는 단계;Generating a disparity map in which an obstacle area and a ground area are divided from a vertical disparity image (v-disparity image) before removing the obstacle area by using the obtained function of the ground area; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스테레오 카메라 영상으로부터의 지면 추출 방법.The method of extracting ground from a stereo camera image further comprising. 스테레오 카메라를 이용하여 획득된 좌우 영상을 비교하여 상기 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)를 생성하는 단계;Generating a vertical disparity image by comparing the left and right images obtained by using a stereo camera; 상기 생성된 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)에서 디스페러티 값(disparity)을 포함하는 각 지점이 장애물 영역인지 지면 영역인지를 확률론적 방법으로 계산하여, 상기 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)로부터 장애물 영역을 제거하는 확률론적 디스패러티 필터링 단계;In the generated vertical disparity image, the vertical disparity image (v-disparity) is calculated by probabilistically calculating whether each point including a disparity value is an obstacle region or a ground region. probabilistic disparity filtering to remove the obstacle area from the image; 상기 장애물 영역이 제거된 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)로부터 지면 영역에 대한 지면 함수를 구하고, 상기 지면 함수로부터 상기 지면 영역을 추정하는 지면 추정단계; 및A ground estimating step of obtaining a ground function for the ground area from a vertical disparity image from which the obstacle area is removed, and estimating the ground area from the ground function; And 상기 구해진 지면 영역에 대한 함수를 이용하여 상기 장애물 영역 제거 전의 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)로부터 장애물 영역과 지면 영역이 구분되는 디스패러티 맵을 생성하는 단계;Generating a disparity map in which an obstacle area and a ground area are divided from a vertical disparity image (v-disparity image) before removing the obstacle area by using the obtained function of the ground area; 를 포함하는 스테레오 카메라 영상으로부터의 지면 추출 방법.Ground extraction method from a stereo camera image comprising a. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 지면 함수는 다음 수학식에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 스테레오 카메라 영상으로부터의 지면 추출 방법.The ground function is a ground extraction method from a stereo camera image, characterized in that defined by the following equation. [수학식]
Figure 112009007233514-pat00084
[Equation]
Figure 112009007233514-pat00084
여기서, d는 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)의 디스패러티 값, v는 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)의 수직 좌표의 값, w는 지면 영역에 대한 가중치값으로 미지수이고, b는 함수의 바이어스 값으로 미지수이다.Here, d is a disparity value of the vertical disparity image, v is a value of the vertical coordinate of the vertical disparity image (v-disparity image), w is a weight value for the ground area, and is unknown. Is the bias value of the function, which is unknown.
제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 지면 함수로부터 상기 지면 영역에 대한 가중치값과 상기 함수의 바이어스 값을 구하기 위해 상기 지면 함수는 다음 수학식을 목적함수로 이용하는 것을 특징으로 하는 스테레오 카메라 영상으로부터의 지면 추출 방법.And the ground function uses the following equation as an objective function to obtain a weight value for the ground area and a bias value of the function from the ground function. [수학식][Equation]
Figure 112010006426070-pat00085
Figure 112010006426070-pat00085
제한 조건 ;Limitation condition;
Figure 112010006426070-pat00086
Figure 112010006426070-pat00086
여기서, e는 1로 채워진 벡터, 매개변수
Figure 112010006426070-pat00108
은 데이터 샘플이 부과되지 않은 무감지 지역에 대한 값,
Figure 112010006426070-pat00109
,
Figure 112010006426070-pat00110
Figure 112010006426070-pat00111
,
Figure 112010006426070-pat00112
으로 여유(slack) 변수 벡터, S는
Figure 112010006426070-pat00113
으로 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)에서 각 좌표의 점들에 대한 가중치가 부여된 대각행렬, c는 w^2와 b^2을 최소화시키기 위한 매개 변수, T는 트랜스포머(transformer)이다.
Where e is a vector filled with 1, the parameter
Figure 112010006426070-pat00108
Is the value for the undetected region where no data sample was charged,
Figure 112010006426070-pat00109
,
Figure 112010006426070-pat00110
Is
Figure 112010006426070-pat00111
,
Figure 112010006426070-pat00112
Slack variable vector, S
Figure 112010006426070-pat00113
As a weighted diagonal matrix for points of each coordinate in a vertical disparity image, c is a parameter for minimizing w ^ 2 and b ^ 2, and T is a transformer.
컴퓨터로 판독 가능한 기록매체에 있어서,In a computer-readable recording medium, 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 구현하는 프로그램이 기 록되는 기록매체.A recording medium on which a program for implementing the method according to any one of claims 1 to 7 is recorded. 획득된 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)에서 디스페러티 값(disparity)을 포함하는 각 지점이 장애물 영역인지 지면 영역인지를 확률론적 방법으로 계산하여, 상기 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)로부터 장애물 영역을 제거하는 확률론적 디스패러티 필터링부; 및In the acquired vertical disparity image, the vertical disparity image is calculated by probabilistically calculating whether each point including a disparity value is an obstacle region or a ground region. A probabilistic disparity filtering unit for removing an obstacle region from And 상기 장애물 영역이 제거된 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)로부터 지면 영역에 대한 지면 함수를 구하고, 상기 지면 함수로부터 상기 지면 영역을 추정하는 지면 추정부;A ground estimator for obtaining a ground function for the ground area from a vertical disparity image from which the obstacle area is removed, and estimating the ground area from the ground function; 를 포함하는 스테레오 카메라 영상으로부터의 지면 추출 장치.Ground extraction apparatus from a stereo camera image comprising a. 제 12 항에 있어서,13. The method of claim 12, 상기 지면 함수는 다음 수학식에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 스테레오 카메라 영상으로부터의 지면 추출 장치.The ground function is a ground extraction apparatus from a stereo camera image, characterized in that defined by the following equation. [수학식]
Figure 112009007233514-pat00087
[Equation]
Figure 112009007233514-pat00087
여기서, d는 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)의 디스패러티 값, v는 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)의 수직 좌표의 값, w는 지면 영역에 대한 가중치값으로 미지수이고, b는 함수의 바이어스 값으로 미지수이다.Here, d is a disparity value of the vertical disparity image, v is a value of the vertical coordinate of the vertical disparity image (v-disparity image), w is a weight value for the ground area, and is unknown. Is the bias value of the function, which is unknown.
제 13 항에 있어서,The method of claim 13, 상기 지면 함수로부터 상기 지면 영역에 대한 가중치값과 상기 함수의 바이어스 값을 구하기 위해 상기 지면 함수는 다음 수학식을 목적함수로 이용하는 것을 특징으로 하는 스테레오 카메라 영상으로부터의 지면 추출 장치.And the ground function uses the following equation as an objective function to obtain a weight value for the ground area and a bias value of the function from the ground function. [수학식][Equation]
Figure 112009007233514-pat00088
Figure 112009007233514-pat00088
제한 조건 ;Limitation condition;
Figure 112009007233514-pat00089
Figure 112009007233514-pat00089
여기서, e는 1로 채워진 벡터, 매개변수
Figure 112009007233514-pat00090
은 데이터 샘플이 부과되지 않은 무감지 지역에 대한 값,
Figure 112009007233514-pat00091
,
Figure 112009007233514-pat00092
Figure 112009007233514-pat00093
,
Figure 112009007233514-pat00094
으로 여유(slack) 변수 벡터, S는
Figure 112009007233514-pat00095
으로 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)에서 각 좌표의 점들에 대한 가중치가 부여된 대각행렬, c는 w^2와 b^2을 최소화시키기 위한 매개 변수, T는 트랜스포머(transformer)이다.
Where e is a vector filled with 1, the parameter
Figure 112009007233514-pat00090
Is the value for the undetected region where no data sample was charged,
Figure 112009007233514-pat00091
,
Figure 112009007233514-pat00092
Is
Figure 112009007233514-pat00093
,
Figure 112009007233514-pat00094
Slack variable vector, S
Figure 112009007233514-pat00095
As a weighted diagonal matrix for points of each coordinate in a vertical disparity image, c is a parameter for minimizing w ^ 2 and b ^ 2, and T is a transformer.
제 14 항에 있어서,The method of claim 14, 상기 지면 영역에 대한 함수는 다음의 수학식을 재귀적으로 연산하여 구하는 것을 특징으로 하는 스테레오 카메라 영상으로부터의 지면 추출 장치.And a function for the ground area is obtained by recursively calculating the following equation. [수학식][Equation]
Figure 112009007233514-pat00096
Figure 112009007233514-pat00096
여기서,
Figure 112009007233514-pat00097
Figure 112009007233514-pat00098
으로 2N 변수와 kernel 함수 K로 이루어진 라그랑지안 상관계수 벡터,
Figure 112009007233514-pat00099
,
Figure 112009007233514-pat00100
, I는 임의의 차수를 가지는 단위 행렬이다.
here,
Figure 112009007233514-pat00097
Is
Figure 112009007233514-pat00098
Lagrangian correlation coefficient vector consisting of 2N variables and kernel function K,
Figure 112009007233514-pat00099
,
Figure 112009007233514-pat00100
, I is an identity matrix of arbitrary order.
제 12 항에 있어서,13. The method of claim 12, 상기 스테레오 카메라 영상으로부터의 지면 추출 장치는The ground extraction apparatus from the stereo camera image 스테레오 카메라를 이용하여 획득된 좌우 영상을 비교하여 상기 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)를 생성하는 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image) 생성부;A vertical disparity image generator configured to generate the vertical disparity image by comparing the left and right images obtained using a stereo camera; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스테레오 카메라 영상으로부터의 지면 추출 장치.Apparatus for extracting the ground from the stereo camera image further comprising. 제 12 항에 있어서,13. The method of claim 12, 상기 확률론적 디스패러티 필터링부는The probabilistic disparity filtering unit 상기 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)에서 상기 각 지점의 디스패러티 값과 상기 디스패러티 값에서 수직 좌표 값이 가지는 가중치 기반의 표준 편차 값을 이용하여 상기 디스패러티 값을 포함하는 각 지점이 장애물 영역인지 지면 영역인지 확률값을 계산하는 확률값 계산부; 및 Each point including the disparity value is an obstacle using a disparity value of each point in the vertical disparity image and a weighted standard deviation value of the vertical coordinate value of the disparity value. A probability value calculator for calculating a probability value that is an area or a ground area; And 상기 계산된 확률값을 이용하여 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)로부터 장애물로 추정되는 각 지점을 제거하는 필터링부;A filtering unit for removing points estimated as obstacles from a vertical disparity image using the calculated probability values; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 스테레오 카메라 영상으로부터의 지면 추출 장치.An apparatus for extracting ground from a stereo camera image, comprising: a. 제 12 항에 있어서,13. The method of claim 12, 상기 스테레오 카메라 영상으로부터의 지면 추출 장치는The ground extraction apparatus from the stereo camera image 상기 구해진 지면 영역에 대한 함수를 이용하여 상기 장애물 영역 제거 전의 수직 디스패러티 이미지(v-disparity image)로부터 장애물 영역과 지면 영역이 구분되는 디스패러티 맵을 생성하는 디스패러티 맵 생성부;A disparity map generator configured to generate a disparity map in which an obstacle region and a ground region are divided from a vertical disparity image (v-disparity image) before removing the obstacle region by using a function of the obtained ground region; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스테레오 카메라 영상으로부터의 지면 추출 장치.Apparatus for extracting the ground from the stereo camera image further comprising.
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