KR101460350B1 - 마커 인식 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

사각형의 프레임과, 상기 프레임의 코너에 형성된 코너 패턴과, 상기 프레임으로 둘러싸인 영역에 형성된 파커 패턴을 갖는 마커를 이용하여 마커의 위치, 마커의 방향을 용이하게 검출할 수 있으며, 마커 패턴을 매트릭스 형상으로 배치된 복수의 셀로 구현하여 용이하게 패턴 인식이 가능한 마커 인식 장치 및 방법이 개시된다. 직사각형의 프레임 영역과, 상기 프레임의 코너에 형성된 코너 패턴과, 상기 프레임으로 둘러싸인 영역에 형성된 마커 패턴을 갖는 마커를 인식하는 마커 인식 장치에 있어서, 상기 마커가 포함된 영상에서 상기 프레임을 검출하여 마커를 검출하는 마커 검출부; 상기 마커 검출부에서 검출된 마커에 포함된 코너 패턴의 위치를 검출하여 상기 검출된 마커의 방향을 정렬하는 마커 정렬부; 및 상기 마커 정렬부에서 방향이 정렬된 마커의 마커 패턴을 인식하는 마커 패턴 인식부를 포함한다.

Description

마커 인식 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR RECOGNIZING MAKER RECOGNITION}
본 발명은 마커 인식 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 사각형의 프레임과, 상기 프레임의 코너에 형성된 코너 패턴과, 상기 프레임으로 둘러싸인 영역에 형성된 파커 패턴을 갖는 마커를 이용하여 마커의 위치, 마커의 방향을 용이하게 검출할 수 있으며, 마커 패턴을 매트릭스 형상으로 배치된 복수의 셀로 구현하여 용이하게 패턴 인식이 가능한 마커 인식 장치 및 방법에 관한 것이다.
증강 현실(Augmented Reality: AR)은 가상 현실(Virtual Reality)의 한 분야로 실제 환경에 가상의 사물이나 정보를 합성하여 원래의 환경에 존재하는 사물처럼 보이도록 하는 컴퓨터 그래픽 기법 중 하나이다.
이러한 증강 현실의 구현 시에 가상의 사물이나 정보를 합성하기 위한 대상이 되는 영상에는 합성의 위치를 표시하기 위한 마커가 포함된다.
종래에 증강 현실에서 사용되는 마커는 사각형 형상의 두꺼운 외곽선과 외곽선 내에 마커 패턴을 포함한다. 두꺼운 외곽선은 사각형 검출을 통해 마커의 위치를 검출하는데 이용되며, 외곽선 내의 마커 패턴은 마커의 구분과 방향을 결정하는데 사용된다.
종래의 마커는 마커 패턴을 기하학적 문양이나 문자를 이용하여 구현하였다. 따라서 종래의 마커는 마커 패턴의 형상을 정확하게 인식하여야 올바른 마커간의 구분과 방향 결정이 가능하므로 외부의 조명이나 잡영과 같이 영상 촬영시 외란이 개입되는 경우 마커 패턴의 구분이나 방향의 결정이 어려워지는 문제가 발생하였다. 또한, 종래의 마커는 마커의 수를 증가시킬 때 다른 마커와 구분을 위해 마커 패턴을 다른 마커 패턴과의 구분이 용이하도록 디자인 해야 하는 디자인 상의 어려움이 있다. 이에 따라, 마커 패턴의 개수가 증가할수록 마커 패턴 인식 성능이 저하되는 문제가 발생하였다.
본 발명은, 사각형의 프레임과, 상기 프레임의 코너에 형성된 코너 패턴과, 상기 프레임으로 둘러싸인 영역에 형성된 파커 패턴을 갖는 마커를 이용하여 마커의 위치, 마커의 방향을 용이하게 검출할 수 있으며, 마커 패턴을 매트릭스 형상으로 배치된 복수의 셀로 구현하여 용이하게 패턴 인식이 가능한 마커 인식 장치 및 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명은,
직사각형의 프레임 영역과, 상기 프레임의 코너에 형성된 코너 패턴과, 상기 프레임으로 둘러싸인 영역에 형성된 마커 패턴을 갖는 마커를 인식하는 마커 인식 장치에 있어서,
상기 마커가 포함된 영상에서 상기 프레임을 검출하여 마커를 검출하는 마커 검출부;
상기 마커 검출부에서 검출된 마커에 포함된 코너 패턴의 위치를 검출하여 상기 검출된 마커의 방향을 정렬하는 마커 정렬부; 및
상기 마커 정렬부에서 방향이 정렬된 마커의 마커 패턴을 인식하는 마커 패턴 인식부를 포함하는 마커 인식 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 마커 검출부는, 상기 마커를 포함하는 영상의 에지(edge)를 검출하는 에지 검출부; 상기 에지 검출부에서 검출된 에지에서 라인을 검출하고 검출된 라인이 형성하는 교차점을 검출하는 코너 검출부; 및 상기 코너 검출부에서 검출된 교차점에 사각형 추정 기법을 적용하여 검출된 코너 중 마커의 프레임을 형성하는 코너를 판별하여 마커를 검출하는 프레임 코너 검증부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 마커 정렬부는, 상기 마커 검출부에서 검출된 마커의 형상을 직사각형 형상으로 복원하는 마커 형상 복원부; 상기 마커 형상 복원부에서 형상이 복원된 마커에 포함된 코너 패턴을 검출하는 코너 패턴 검출부; 및 상기 코너 패턴 검출부에서 검출된 코너 패턴의 위치를 이용하여 사전 설정된 방향으로 마커의 방향을 정렬하는 마커 방향 정렬부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 마커 형상 복원부는, 상기 마커 검출부에서 검출된 마커를 형성하는 프레임의 외부 네 개의 꼭지점에 어파인(affine) 변환을 적용하여, 마커의 형상을 직사각형으로 복원할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 코너 패턴 검출부는, 상기 마커 형상 복원부에 의해 복원된 형상의 마커에 대한 기울기(gradient) 영상을 생성하고, 상기 기울기 영상과 사전 결정된 코너 패턴 영상을 템플릿(template) 매칭 시켜 마커 내에 존재하는 코너 패턴의 위치를 검출할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 마커 패턴 인식부는, 상기 마커 정렬부에서 정렬된 마커에서 마커 패턴에 해당하는 영역을 검출하는 마커 패턴 검출부; 및 상기 마커 패턴 검출부에서 검출된 마커 패턴에 해당하는 영역에 존재하는 마커 패턴을 인식하여 마커 패턴에 의해 표시된 코드값을 인식하는 코드값 인식부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 마커 패턴은 매트릭스 배열을 갖는 복수의 셀을 포함하며, 상기 코드값 인식부는 상기 마커 패턴에 포함된 복수의 셀 각각의 중심의 픽셀값을 이용하여 상기 복수의 셀이 갖는 코드값을 인식할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명은,
직사각형의 프레임 영역과, 상기 프레임의 코너에 형성된 코너 패턴과, 상기 프레임으로 둘러싸인 영역에 형성된 마커 패턴을 갖는 마커를 인식하는 마커 인식 방법에 있어서,
상기 마커가 포함된 영상에서 상기 프레임을 검출하여 마커를 검출하는 마커 검출 단계;
상기 마커 검출 단계에서 검출된 마커에 포함된 코너 패턴의 위치를 검출하여 상기 검출된 마커의 방향을 정렬하는 마커 정렬 단계; 및
상기 마커 정렬 단계에서 방향이 정렬된 마커의 마커 패턴을 인식하는 마커 패턴 인식 단계를 포함하는 마커 인식 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 마커에 두꺼운 프레임을 이용함으로써 영상 내 마커의 위치 검출이 매우 용이하며, 마커의 프레임 상에 형성된 코너 패턴을 적용함으로써 마커 패턴을 인식하지 않아도 마커의 방향을 용이하게 파악하고 정렬할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 마커 패턴을 매트릭스 배열을 갖는 복수의 셀으로 구현하고 이 셀의 픽셀값을 읽어 들여 숫자로서 마커 패턴을 인식하게 함으로써, 문자 또는 기하학적 문양으로 이루어진 마커 패턴을 인식하기 위한 복잡한 영상 처리 과정이 필요 없으며, 조명이나 잡영 등의 외란에 매우 강인한 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 마커 패턴을 구성하는 셀의 개수만 변경하면 구별 가능한 마커의 개수를 조정할 수 있으므로 마커 패턴의 형상 등에 구애 받지 않고 마커의 개수를 용이하게 확장할 수 있는 효과가 있다.
도 1의 (a) 및 (b)는 본 발명의 일 실시형태에 따른 마커 인식 장치 및 방법에 적용되는 마커 및 마커에 적용된 코너 패턴의 예를 도시한 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 마커 인식 장치를 도시한 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 마커 인식 장치의 마커 검출부를 더욱 상세하게 도시한 블록 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 마커 인식 장치의 마커 정렬부를 더욱 상세하게 도시한 블록 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 마커 인식 장치의 마커 패턴 인식부를 더욱 상세하게 도시한 블록 구성도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 마커 인식 방법을 도시한 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시형태에 적용되는 마커를 포함하는 영상의 일예를 도시한 도면이다.
도 8은 도 7에 도시된 영상의 에지를 검출한 예를 도시한 도면이다.
도 9의 (a)는 도 8에 도시된 에지 검출 영상에서 검출된 라인의 예를 도시한 도면이며, (b)는 검출된 라인들에 의해 형성된 코너(교차점)을 검출한 예를 도시한 도면이다.
도 10의 (a) 내지 (c)는, 도 9의 (b)에서 검출된 코너들로부터 사각형을 검증하는 과정의 예를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시형태에서 이루어지는 마커 형상 복원의 예를 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시형태에서 이루어지는 코너 패턴 검출 기법의 예를 설명하는 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시형태에서 이루어지는 마커 방향 정렬의 일예를 도시한다.
도 14는 본 발명의 일 실시형태에서 이루어지는 마커 패턴 내 셀 검출 및 코드값 인식 기법의 일예를 설명하는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 정의되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의 내려진 것으로, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 아니 될 것이다.
도 1의 (a) 및 (b)는 본 발명의 일 실시형태에 따른 마커 인식 장치 및 방법에 적용되는 마커 및 마커에 적용된 코너 패턴의 예를 도시한 모식도이다.
도 1의 (a)에 도시된 것과 같이, 본 발명의 일 실시형태에 따른 마커 인식 장치 및 방법에 적용되는 마커(10)는, 두꺼운 테두리를 형성하는 사각형의 프레임(11)과, 프레임(11)의 코너에 형성된 코너 패턴(12)과 프레임(11)으로 둘러싸인 영역에 형성된 마커 패턴(13)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 프레임(11)은 두꺼운 띠 형상의 변으로 이루어진 사각형 형상을 가질 수 있으며, 마커(10)의 위치를 검출하는데 사용될 수 있다.
프레임(11)의 코너에 형성된 코너 패턴(12)은 사각형의 프레임(11)의 네 개의 코너 중 세 개의 코너에 형성될 수 있으며, 마커(10)의 방향성을 검출하는데 사용될 수 있다. 코너 패턴(12)은 도 1의 (b)에 도시된 것과 같이 영상 처리를 통해 검출이 용이한 다양한 형상으로 구현될 수 있다.
마커 패턴(13)은 매트릭스 형상으로 배열된 복수의 셀(131, 132)을 포함할 수 있다. 도 1의 (a)에 도시된 예는 복수의 셀이 3×3 매트릭스 배열을 형성한 것으로, 셀의 색상에 따라 각 셀을 ‘0’ 또는 ‘1’의 값으로 매핑함으로써 마커 패턴을 이진수로 해석하게 할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에 사용되는 마커(10)에 적용된 마커 패턴(13)은 매트릭스 배열을 갖는 복수의 셀으로 이루어지므로, 특정 문자나 기하학적 문양을 검출하고 인식하여야 하는 종래의 마커 검출 기법에 비해, 마커 패턴의 검출 및 인식이 매우 용이한 장점이 있다. 즉, 매트리스 배열의 셀로 이루어진 마커 패턴의 각 셀의 값을 읽어들이면 바로 숫자로 해석되므로 마커 패턴의 모양을 인식하는 과정이 필요 없으며 조명이나 잡영에 매우 강인한 장점이 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 마커 인식 장치를 도시한 블록 구성도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태에 따른 마커 인식 장치는, 마커가 포함된 영상에서 마커를 검출하는 마커 검출부(20)와, 검출된 마커의 방향을 정렬하는 마커 정렬부(30) 및 정렬된 마커의 마커 패턴을 인식하는 마커 패턴 인식부(40)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 마커 검출부(20)는 마커를 포함하는 영상에서 마커의 위치를 인식하기 위한 요소로서, 도 1의 (a)에 도시된 것과 같은 마커(10)의 사각형 형상의 프레임(11)을 영상에서 검출하여 마커의 위치를 인식할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 마커 인식 장치의 마커 검출부를 더욱 상세하게 도시한 블록 구성도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 마커 검출부(20)는, 마커(10)를 포함하는 영상의 에지(edge)를 검출하는 에지 검출부(21)와, 검출된 에지에서 라인을 검출하고 검출된 라인이 형성하는 교차점, 즉 코너를 검출하는 코너 검출부(22) 및 검출된 코너에 사각형 추정 기법을 적용하여 검출된 코너 중 마커(10)의 프레임(11)을 형성하는 코너를 판별하는 프레임 코너 검증부(23)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 마커 정렬부(30)는 마커 검출부(20)에서 마커(10)의 프레임(11)을 판별하여 검출된 마커(10)에서 코너 패턴(12)의 위치를 검출함으로써 마커(10)의 방향을 정렬하는 요소이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 마커 인식 장치의 마커 정렬부를 더욱 상세하게 도시한 블록 구성도이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 마커 정렬부(30)는, 검출된 마커(10)의 프레임(11)의 외곽 코너의 꼭지점을 이용하여 마커의 형상을 복원하는 마커 형상 복원부(31)와, 복원된 마커에 포함된 코너 패턴을 검출하는 코너 패턴 검출부(32) 및 검출된 코너 패턴의 위치를 이용하여 마커 패턴을 인식할 수 있도록 마커의 방향을 정렬하는 마커 방향 정렬부(33)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 마커 패턴 인식부(40)는, 마커에서 마커 패턴을 검출하고 이 마커 패턴에 포함된 매트리스 배열을 형성한 복수의 셀을 판독하여 마커 패턴에 의해 표시된 코드값을 인식하는 요소이다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 마커 인식 장치의 마커 패턴 인식부를 더욱 상세하게 도시한 블록 구성도이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 마커 패턴 인식부(40)는, 마커에서 마커 패턴에 해당하는 영역을 검출하는 마커 패턴 검출부(41)와, 검출된 마커 패턴 영역에 포함된 매트릭스 배열의 복수의 셀을 검출하고 복수의 셀의 색상을 검출하여 마커 패턴에 의해 표시된 코드값을 인식하는 코드값 인식부(42)를 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 본 발명은 마커 인식 방법도 제공한다. 도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 마커 인식 방법을 도시한 흐름도이다.
도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태에 따른 마커 인식 방법은, 도 1에 도시된 것과 같은 마커(10)가 포함된 영상에서 마커(10)의 프레임(11)을 이용하여 마커를 검출하는 단계(S11)와, 상기 마커를 검출하는 단계에서 검출된 마커에 포함된 코너 패턴의 위치를 검출하여 검출된 마커의 방향을 정렬하는 단계(S12) 및 상기 마커의 방향을 정렬하는 단계에서 방향이 정렬된 마커의 마커 패턴을 인식하는 단계(S13)을 포함하여 구성될 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 마커를 검출하는 단계(S11)는, 마커(10)를 포함하는 영상의 에지(edge)를 검출하는 단계(S111)와, 검출된 에지에서 라인을 검출하고 검출된 라인이 형성하는 교차점으로 이루어지는 코너를 검출하는 단계(S112) 및 검출된 코너에 사각형 추정 기법을 적용하여 검출된 코너 중 마커(10)의 프레임(11)을 형성하는 코너를 판별하는 단계(S113)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 마커의 방향을 정렬하는 단계(S12)는, 검출된 마커(10)의 프레임(11)의 외곽 코너의 꼭지점을 이용하여 마커의 형상을 복원하는 단계(S121)와, 복원된 마커에 포함된 코너 패턴을 검출하는 단계(S122) 및 검출된 코너 패턴의 위치를 이용하여 마커 패턴을 인식할 수 있도록 마커의 방향을 정렬하는 단계(S123)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 마커의 마커 패턴을 인식하는 단계(S13)는, 마커에서 마커 패턴에 해당하는 영역을 검출하는 단계(S131), 검출된 마커 패턴 영역에 포함된 매트릭스 배열의 복수의 셀을 검출하고 복수의 셀의 색상을 검출하여 마커 패턴에 의해 표시된 코드값을 인식하는 단계(S132)를 포함하여 구성될 수 있다.
이하, 첨부도면을 참조하여, 전술한 것과 같은 구성을 갖는 본 발명의 일 실시형태에 따른 마커 인식 장치 및 방법의 작용 및 효과에 대해 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시형태는 증강 현실에 사용되는 복수의 픽셀로 이루어진 디지털 영상에서 다른 영상 등을 합성하기 위한 위치를 표시하는 마커를 검출하고 이를 인식하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 도 1에 도시된 것과 같은 마커(10)를 포함하는 영상을 입력 받아, 마커(10)의 위치를 검출하고 마커(10) 내의 마커 패턴(13)을 판독하여 마커 패턴에 표시된 코드값을 인식함으로써, 증강 현실용 마커를 인식하게 된다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시형태에 따른 마커 인식 장치의 마커 검출부(20)는 마커(10)를 포함하는 영상을 입력 받아 영상에서 마커(10)의 프레임(11)을 검출함으로써 마커를 검출할 수 있다(S11).
더욱 구체적으로, 마커 검출부(20)에 포함된 에지 검출부(21)는 마커를 포함하는 영상에 존재하는 에지 부분을 검출할 수 있다(S111). 도 7은 마커를 포함하는 영상의 일예를 도시한 도면이며, 도 8은 도 7에 도시된 영상의 에지를 검출한 예를 도시한 도면이다. 예를 들어, 영상에 존재하는 에지의 검출은, 당 기술 분야에 잘 알려진 에지 검출을 위한 다양한 필터를 적용함으로써 수행될 수 있다. 이러한 에지 검출을 위한 다양한 필터의 적용을 통해, 도 7에 도시된 것과 같은 영상으로부터 에지 영역을 검출하여 표시한 도 8과 같은 영상을 얻을 수 있다.
이어, 에지의 검출(S111)이 이루어진 후, 마커 검출부(20)에 포함된 코너 검출부(22)는, 입력 영상에서 검출된 에지에서 라인을 검출하고 검출된 라인이 형성하는 교차점으로 이루어지는 코너를 검출할 수 있다(S112). 도 9의 (a)는 코너 검출부(22)에 의해 검출된 라인의 예를 도시한 도면이며, (b)는 검출된 라인들에 의해 형성된 코너(교차점)을 검출한 예를 도시한 도면이다. 코너 검출부(22)는 영상 처리 과정을 통해, 도 8에 도시된 것과 같은 에지 검출 영상에서 사전 설정된 길이 이상의 일직선, 즉 라인을 검출하고, 검출된 라인들이 상호 교차하여 형성하는 교차점, 즉 코너를 검출할 수 있다.
이어, 프레임 코너 검증부(23)는 코너 검출부(22)에서 검출된 코너들로부터 사각형을 형성할 수 있는 네 개의 후보 코너를 선정하고, 선정된 후보 코너가 사각형을 형성하는지 검증하여 마커(10)의 프레임을 구성하는 사각형인지 판별할 수 있다(S113). 도 10은 전술한 코너 검출부(22)에서 검출된 코너들로부터 임의로 선정된 4 개의 코너로 구성된 다각형이 사각형임을 검증하는 과정의 예를 도시한 도면이다. 도 10의 (a) 내지 (c)에 도시된 것과 같이, 선정된 코너들이 사각형을 구성한다고 가정하고 사각형의 중심을 계산한다. 대각을 구성하는 두 코너와 중심이 이루는 각도가 180° 내외이면 사각형으로 판단할 수 있다.
프레임 코너 검증부(23)는 전술한 것과 같이, 사각형을 구성하는 코너들의 검증을 통해 마커(10)의 프레임(11)을 구성하는 사각형을 검출함으로써 영상 내 마커의 위치를 인식할 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시형태에서 사용되는 마커(10)는 두꺼운 프레임(11)을 갖도록 구성함으로써, 프레임(11)에 의해 형성되는 에지가 하나의 사각형 내에 닮은 꼴의 작은 사각형이 하나 포함된 형태를 갖도록 함으로써 더욱 용이하게 마커의 위치를 인식할 수 있게 한다.
전술한 것과 같이, 마커의 인식이 이루어진 이 후, 마커 정렬부(30)에 의해 마커에 포함된 코너 패턴의 위치를 검출하여 검출된 마커의 방향을 정렬할 수 있다(S12).
더욱 구체적으로, 마커 정렬부(30)에 포함된 마커 형상 복원부(31)는 검출된 마커(10)의 프레임(11)의 코너를 이용하여 직사각형(예를 들어, 정사각형) 형상으로 마커의 형상을 복원할 수 있다(S121). 도 11은 마커 형상 복원부에 의해 이루어지는 마커 형상 복원의 예를 도시한 도면이다. 도 11의 (a)에 도시된 것과 같이, 마커 검출부(20)에 의해 검출된 마커의 형상은 정확한 직사각형의 형상이 아니라 기울어지거나 눕혀진 형상, 즉 내각이 직각이 아닌 각도를 가지는 사각형의 형상일 수 있다. 마커 형상 복원부(31)는 이러한 변형된 사각형의 형상을 갖는 마커를 도 11의 (b)에 도시된 것과 같이 직사각형의 형상으로 복원할 수 있다. 이러한 마커 형상의 복원에는, 도 11의 (a)에 도시된 것과 같은 마커(10)를 형성하는 프레임(11)의 외부 네 개의 코너(꼭지점)에 어파인(affine) 변환을 적용함으로써, 도 11의 (b)에 도시된 것과 같은 직사각형(정사각형)의 형상으로 복원할 수 있다. 어파인 변환은 당 기술 분야에서 잘 알려진 변환 기법으로 그에 대한 상세한 설명을 생략하기로 한다.
이어, 마커 형상의 복원이 이루어진 후, 코너 패턴 검출부(32)는 마커(10)에 포함된 코너 패턴(12)을 검출할 수 있다(S122). 도 12는 코너 패턴 검출부에 의해 수행되는 코너 패턴 검출 기법의 예를 설명하는 도면이다. 도 12를 참조하면, 먼저 도 12의 (a)에 도시된 것과 같이 마커 형상 복원부(31)에 의해 복원된 형상의 마커(10)에 대해 도 12의 (b)에 도시된 것과 같은 기울기(gradient) 영상을 생성하고, 이 기울기 영상과 도 12의 (c)에 도시된 것과 같은 사전 결정된 코너 패턴 영상을 템플릿(template) 매칭 시킴으로써 마커 내에 존재하는 코너 패턴의 위치를 검출할 수 있다. 기울기 영상의 형성은 당 기술분야에서 잘 알려진 것과 같이 마커 영상에 특정 필터를 적용하여 이루어질 수 있으며, 유사한 형상의 검출을 위한 템플릿 매칭 기법 역시 당 기술 분야에서 잘 알려진 기술이다.
이어, 마커 방향 정렬부(33)는 검출된 코너 패턴의 위치를 이용하여 검출된 마커의 방향을 정렬할 수 있다(S123). 도 13은 마커 방향 정렬부에 의해 이루어지는 마커 방향 정렬의 일예를 도시한다. 예를 들어, 마커의 코드 값을 읽어 들이거나 다른 영상을 합성하기 위한 방향이 사전에 도 13의 (b)와 같이 우측 코너에 두 개의 마커 패턴이 위치한 것을 기준으로 하도록 사전에 설정된 경우에, 마커 방향 정렬부(33)는 도 13의 (a)와 같이 좌측 두 코너에 마커 패턴이 위치한 마커의 방향을 회전 시켜 도 13의 (b)와 같이 사전 설정된 기준에 부합되도록 우측 두 코너에 마커 패턴이 위치하도록 정렬할 수 있다.
전술한 것과 같이 마커의 방향이 정렬된 이후에는, 마커 패턴 인식부(40)에 의해 마커 패턴의 코드값을 읽어들이는 과정이 수행될 수 있다(S13).
더욱 구체적으로, 마커 패턴 인식부(40)의 마커 패턴 검출부(41)는 방향이 정렬된 마커에서 사전 설정된 영역을 마커 패턴이 형성된 영역으로 검출할 수 있다(S131). 즉, 마커 패턴 검출부(41)는 마커 내에서 마커 패턴이 형성되는 영역의 크기를 사전에 저장하고 있음으로써 마커 내의 마커 패턴이 형성된 영역을 용이하게 검출할 수 있다.
이어, 코드값 인식부(42)는 검출된 마커 패턴에 포함된 복수의 셀(131, 132)을 검출하고 각 셀이 갖는 값을 인식하여 마커 패턴이 갖는 코드값을 인식할 수 있다. 도 14는 코드값 인식부에 의해 이루어지는 셀 검출 및 코드값 인식 기법의 예를 설명하는 도면이다. 전술한 바와 같이, 마커 패턴(13)은 매트릭스 배열을 갖는 복수의 셀(131, 132)으로 구성될 수 있다. 코드값 인식부(42)는 도 14의 (a)에 도시된 것과 같이 당 기술분야에 널리 알려진 프로젝션 기법을 통해 마커 패턴(13)에 포함된 복수의 셀(131, 132)의 위치를 검출하고, 이어 검출된 각 셀의 중심의 픽셀값을 검출하여 이를 ‘0’ 또는 ‘1’으로 변환하여 코드값을 읽어들일 수 있다. 예를 들어, 도 14에서 코드값 인식부(42)는 셀이 구성하는 매트릭스 배열의 행과 열의 순서대로 셀의 중심 픽셀값을 읽어들이고, 흑색 셀을 ‘0’으로 인식하고 백색 셀을 ‘1’로 인식함으로써 ‘001101110’이라는 코드값을 인식할 수 있다.
도 14에서는 셀이 3×3 매트릭스 배열을 형성하는 예를 도시하고 있으나, 셀의 개수나 매트릭스 배열의 구조는 필요에 따라 변경 가능하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태에 따른 마커 인식 장치 및 방법은, 마커(10)에 두꺼운 프레임(11)을 이용함으로써 영상 내 마커의 위치 검출이 매우 용이하며, 마커의 프레임(11) 상에 형성된 코너 패턴(12)을 이용함으로써 마커 패턴을 인식하지 않아도 마커의 방향을 용이하게 파악하고 정렬할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시형태는, 마커 패턴을 매트릭스 배열을 갖는 복수의 셀으로 구현하고 이 셀의 픽셀값을 읽어 들여 숫자로서 마커 패턴을 인식하게 함으로써, 문자 또는 기하학적 문양으로 이루어진 마커 패턴을 인식하기 위한 복잡한 영상 처리 과정이 필요 없으며, 조명이나 잡영 등의 외란에 매우 강인하다. 또한, 마커 패턴을 구성하는 셀의 개수만 변경하면 구별 가능한 마커의 개수를 조정할 수 있으므로 마커 패턴의 형상 등에 구애 받지 않고 마커의 개수를 용이하게 확장할 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위 및 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10: 마커 11: 프레임
12: 코너 패턴 13: 마커 패턴
131, 132: 셀 20: 마커 검출부
21: 에지 검출부 22: 코너 검출부
23: 프레임 코너 검증부 30: 마커 정렬부
31: 마커 형상 복원부 32: 코너 패턴 검출부
33: 마커 방향 정렬부 40: 마커 패턴 인식부
41: 마커 패턴 검출부 42: 코드값 인식부

Claims (14)

  1. 직사각형의 프레임 영역과, 상기 프레임의 코너에 형성된 코너 패턴과, 상기 프레임으로 둘러싸인 영역에 형성된 마커 패턴을 갖는 마커를 인식하는 마커 인식 장치에 있어서,
    상기 마커가 포함된 영상에서 상기 프레임을 검출하여 마커를 검출하는 마커 검출부;
    상기 마커 검출부에서 검출된 마커에 포함된 코너 패턴의 위치를 검출하여 상기 검출된 마커의 방향을 정렬하는 마커 정렬부; 및
    상기 마커 정렬부에서 방향이 정렬된 마커의 마커 패턴을 인식하는 마커 패턴 인식부를 포함하며,
    상기 마커 검출부는, 상기 마커를 포함하는 영상의 에지(edge)를 검출하는 에지 검출부; 상기 에지 검출부에서 검출된 에지에서 라인을 검출하고 검출된 라인이 형성하는 교차점을 검출하는 코너 검출부; 및 상기 코너 검출부에서 검출된 교차점들을 코너로 하는 사각형을 가정하고, 가정된 사각형의 중심을 연산하며, 연산된 중심과 상기 가정된 사각형의 대각을 구성하는 두 교차점이 이루는 각도가 180°에서 사전 설정된 범위 내인 경우, 상기 가정된 사각형을 구성하는 교차점들을 상기 마커의 프레임을 형성하는 코너로 판별하여 마커를 검출하는 프레임 코너 검증부를 포함하는 것을 특징으로 하는 마커 인식 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 마커 정렬부는,
    상기 마커 검출부에서 검출된 마커의 형상을 직사각형 형상으로 복원하는 마커 형상 복원부;
    상기 마커 형상 복원부에서 형상이 복원된 마커에 포함된 코너 패턴을 검출하는 코너 패턴 검출부; 및
    상기 코너 패턴 검출부에서 검출된 코너 패턴의 위치를 이용하여 사전 설정된 방향으로 마커의 방향을 정렬하는 마커 방향 정렬부를 포함하는 것을 특징으로 하는 마커 인식 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 마커 형상 복원부는,
    상기 마커 검출부에서 검출된 마커를 형성하는 프레임의 외부 네 개의 꼭지점에 어파인(affine) 변환을 적용하여, 마커의 형상을 직사각형으로 복원하는 것을 특징으로 하는 마커 인식 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 코너 패턴 검출부는,
    상기 마커 형상 복원부에 의해 복원된 형상의 마커에 대한 기울기(gradient) 영상을 생성하고, 상기 기울기 영상과 사전 결정된 코너 패턴 영상을 템플릿(template) 매칭 시켜 마커 내에 존재하는 코너 패턴의 위치를 검출하는 것을 특징으로 하는 마커 인식 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 마커 패턴 인식부는,
    상기 마커 정렬부에서 정렬된 마커에서 마커 패턴에 해당하는 영역을 검출하는 마커 패턴 검출부; 및
    상기 마커 패턴 검출부에서 검출된 마커 패턴에 해당하는 영역에 존재하는 마커 패턴을 인식하여 마커 패턴에 의해 표시된 코드값을 인식하는 코드값 인식부를 포함하는 것을 특징으로 하는 마커 인식 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 마커 패턴은 매트릭스 배열을 갖는 복수의 셀을 포함하며,
    상기 코드값 인식부는 상기 마커 패턴에 포함된 복수의 셀 각각의 중심의 픽셀값을 이용하여 상기 복수의 셀이 갖는 코드값을 인식하는 것을 특징으로 하는 마커 인식 장치.
  8. 직사각형의 프레임 영역과, 상기 프레임의 코너에 형성된 코너 패턴과, 상기 프레임으로 둘러싸인 영역에 형성된 마커 패턴을 갖는 마커를 인식하는 마커 인식 방법에 있어서,
    상기 마커가 포함된 영상에서 상기 프레임을 검출하여 마커를 검출하는 마커 검출 단계;
    상기 마커 검출 단계에서 검출된 마커에 포함된 코너 패턴의 위치를 검출하여 상기 검출된 마커의 방향을 정렬하는 마커 정렬 단계; 및
    상기 마커 정렬 단계에서 방향이 정렬된 마커의 마커 패턴을 인식하는 마커 패턴 인식 단계를 포함하며,
    상기 마커 검출 단계는, 상기 마커를 포함하는 영상의 에지(edge)를 검출하는 단계; 상기 에지를 검출하는 단계에서 검출된 에지에서 라인을 검출하고 검출된 라인이 형성하는 교차점을 검출하는 단계; 및 상기 교차점을 검출하는 단계에서 검출된 교차점들을 코너로 하는 사각형을 가정하고, 가정된 사각형의 중심을 연산하며, 연산된 중심과 상기 가정된 사각형의 대각을 구성하는 두 교차점이 이루는 각도가 180°에서 사전 설정된 범위 내인 경우, 상기 가정된 사각형을 구성하는 교차점들을 상기 마커의 프레임을 형성하는 코너로 판별하여 마커를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마커 인식 방법.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서, 상기 마커 정렬 단계는,
    상기 마커 검출 단계에서 검출된 마커의 형상을 직사각형 형상으로 복원하는 단계;
    상기 복원하는 단계에서 형상이 복원된 마커에 포함된 코너 패턴을 검출하는 단계; 및
    상기 코너 패턴을 검출하는 단계에서 검출된 코너 패턴의 위치를 이용하여 사전 설정된 방향으로 마커의 방향을 정렬하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마커 인식 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 복원하는 단계는,
    상기 마커 검출 단계에서 검출된 마커를 형성하는 프레임의 외부 네 개의 꼭지점에 어파인(affine) 변환을 적용하여, 마커의 형상을 직사각형으로 복원하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마커 인식 방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 코너 패턴을 검출하는 단계는,
    상기 복원하는 단계에서 복원된 형상의 마커에 대한 기울기(gradient) 영상을 생성하고, 상기 기울기 영상과 사전 결정된 코너 패턴 영상을 템플릿(template) 매칭 시켜 마커 내에 존재하는 코너 패턴의 위치를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마커 인식 방법.
  13. 제8항에 있어서, 상기 마커 패턴 인식 단계는,
    상기 마커 정렬 단계에서 정렬된 마커에서 마커 패턴에 해당하는 영역을 검출하는 단계; 및
    상기 마커 패턴에 해당하는 영역을 검출하는 단계에서 검출된 마커 패턴에 해당하는 영역에 존재하는 마커 패턴을 인식하여 마커 패턴에 의해 표시된 코드값을 인식하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마커 인식 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 마커 패턴은 매트릭스 배열을 갖는 복수의 셀을 포함하며,
    상기 코드값을 인식하는 단계는, 상기 마커 패턴에 포함된 복수의 셀 각각의 중심의 픽셀값을 이용하여 상기 복수의 셀이 갖는 코드값을 인식하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마커 인식 방법.
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