KR101929471B1 - Method for tracking marker, apparatus and system for executing the method - Google Patents

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KR101929471B1 KR1020170049341A KR20170049341A KR101929471B1 KR 101929471 B1 KR101929471 B1 KR 101929471B1 KR 1020170049341 A KR1020170049341 A KR 1020170049341A KR 20170049341 A KR20170049341 A KR 20170049341A KR 101929471 B1 KR101929471 B1 KR 101929471B1
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홍재성
최현석
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재단법인대구경북과학기술원
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Abstract

마커 트래킹 방법과 이를 수행하기 위한 장치 및 시스템이 개시된다. 예시적인 실시예에 따른 마커 트래킹 장치는, 마커를 촬영하는 적외선 카메라, 마커를 촬영하는 가시광선 카메라, 적외선 카메라가 촬영한 영상에서 마커에 마련된 적외선 부재를 검출하는 적외선 부재 검출부, 가시광선 카메라가 촬영한 영상에서 적외선 부재의 위치를 기반으로 마커에 포함된 코드부의 검출을 위한 영상 처리 영역을 제한하는 영상 처리 영역 제한부, 및 영상 처리 영역 내에서 코드부를 검출하는 코드부 검출부를 포함한다.A marker tracking method and apparatus and system for performing the same are disclosed. The marker tracking apparatus according to the exemplary embodiment includes an infrared camera for photographing a marker, a visible light camera for photographing a marker, an infrared ray member detecting unit for detecting an infrared ray member provided on the marker in an image captured by the infrared camera, An image processing area restricting part for restricting an image processing area for detecting a code part included in the marker based on the position of the infrared ray member in one image and a code part detecting part for detecting the code part in the image processing area.

Description

마커 트래킹 방법과 이를 수행하기 위한 장치 및 시스템{METHOD FOR TRACKING MARKER, APPARATUS AND SYSTEM FOR EXECUTING THE METHOD}Technical Field [0001] The present invention relates to a marker tracking method, and a device and system for performing the marker tracking method.

본 발명의 실시예는 마커 트래킹 기술과 관련된다. Embodiments of the invention relate to marker tracking techniques.

증강 현실(Augmented Reality)은 사용자가 눈으로 보는 현실 세계에 가상 물체를 오버레이 하여 보여주는 기술이다. 증강 현실의 구현을 위해서는 오브젝트에 부착된 마커의 위치를 RGB 카메라를 이용하여 추적하게 된다. 이러한 증강 현실 기술은 최근 수술 내비게이션 등의 의료 분야에도 적용되고 있는 추세이다.Augmented Reality is a technology that shows a virtual object overlaid on the real world that the user sees. In order to realize the augmented reality, the position of the marker attached to the object is tracked using an RGB camera. Such augmented reality technology has recently been applied to medical fields such as surgical navigation.

일반적으로, 증강 현실에 사용되는 마커의 크기는 한 변이 약 3cm인 사각형 형태로 이루어지는데, 이를 수술 내비게이션에 사용하게 되면 마커로 인해 의사의 시야가 가려지거나 마커가 환자의 환부를 가리는 문제점이 있게 된다. Generally, the size of the marker used in the augmented reality is a rectangular shape with a side of about 3 cm. If this is used for surgical navigation, there is a problem that the doctor's vision is obscured due to the marker or the marker covers the affected part of the patient .

이러한 문제점을 방지하기 위해서는 마커의 크기를 축소시켜야 하는데, 마커의 크기가 줄어들게 되면 마커 크기 대비 마커 코너점의 인식 정확도를 개선시켜야 한다. 이를 위해서는 정교한 영상 처리가 요구되나, 기존에는 마커를 검출하기 위해 영상의 모든 픽셀에 대해 영상 처리를 함으로써, 영상 처리에 따른 연산 시간이 많이 소요되며, 그로 인해 실시간 수술 내비게이션을 구현할 수 없게 되고, 수술 시간의 연장을 초래하게 된다.In order to prevent such a problem, the size of the marker must be reduced. When the size of the marker is reduced, the recognition accuracy of the marker corner point with respect to the marker size should be improved. In order to detect the marker, it is necessary to perform image processing on all the pixels of the image, so that it takes a lot of computation time in accordance with the image processing. As a result, real-time operation navigation can not be realized, Which leads to an extension of time.

한국등록특허공보 제10-1652888호(2016.09.01)Korean Patent Registration No. 10-1652888 (2016.09.01)

개시되는 실시예는 마커의 크기를 최소화 하면서 마커의 검출을 위한 연산 처리를 줄일 수 있는 마커 트래킹 기법을 제공하기 위한 것이다.The disclosed embodiment is intended to provide a marker tracking technique that can reduce the computational processing for detecting a marker while minimizing the size of the marker.

개시되는 일 실시예에 따른 마커 트래킹 장치는, 마커를 촬영하는 적외선 카메라; 상기 마커를 촬영하는 가시광선 카메라; 상기 적외선 카메라가 촬영한 영상에서 상기 마커에 마련된 적외선 부재를 검출하는 적외선 부재 검출부; 상기 가시광선 카메라가 촬영한 영상에서 상기 적외선 부재의 위치를 기반으로 상기 마커에 포함된 코드부의 검출을 위한 영상 처리 영역을 제한하는 영상 처리 영역 제한부; 및 상기 영상 처리 영역 내에서 상기 코드부를 검출하는 코드부 검출부를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a marker tracking apparatus comprising: an infrared camera for photographing a marker; A visible light camera for photographing the marker; An infrared ray component detector for detecting an infrared ray component provided in the marker on the image taken by the infrared ray camera; An image processing area restricting unit for restricting an image processing area for detecting a code part included in the marker based on the position of the infrared ray member in the image photographed by the visible light camera; And a code portion detector for detecting the code portion in the image processing region.

상기 영상 처리 영역 제한부는, 상기 적외선 카메라가 촬영한 영상의 상기 적외선 부재의 좌표를 상기 가시광선 카메라가 촬영한 영상의 좌표로 변환하고, 상기 가시광선 카메라가 촬영한 영상 중 상기 적외선 부재의 좌표 내부에 위치하는 영역을 상기 영상 처리 영역으로 설정할 수 있다.Wherein the image processing area limitation unit converts the coordinates of the infrared ray member of the image taken by the infrared ray camera into coordinates of the image taken by the visible ray camera and detects the coordinates of the infrared ray member in the image taken by the visible ray camera Can be set as the image processing area.

상기 영상 처리 영역 제한부는, 하기의 수학식을 통해 상기 적외선 카메라가 촬영한 영상의 상기 적외선 부재의 좌표를 상기 가시광선 카메라가 촬영한 영상의 좌표로 변환할 수 있다.The image processing area limitation unit may convert the coordinates of the infrared ray component of the image taken by the infrared camera into coordinates of the image taken by the visible ray camera through the following equation.

(수학식)(Equation)

Figure 112017037531360-pat00001
Figure 112017037531360-pat00001

S : 가시광선 카메라가 촬영한 영상의 좌표계S: Coordinate system of the image taken by the visible light camera

KS : 가시광선 카메라의 내적 매트릭스(Intrinsic Matrix)K S : Intrinsic Matrix of visible ray camera

Figure 112017037531360-pat00002
: 가시광선 카메라의 외적 매트릭스(Extrinsic Matrix)
Figure 112017037531360-pat00002
: Extrinsic Matrix of visible light camera

RS : 가시광선 카메라가 촬영한 영상의 좌표계와 월드 좌표계 사이의 회전 변환을 나타내는 매트릭스R S : Matrix that represents the rotation transformation between the coordinate system of the image taken by the visible light camera and the world coordinate system

tS : 가시광선 카메라가 촬영한 영상의 좌표계와 월드 좌표계 사이의 이동 변환을 나타내는 매트릭스t S : Matrix that represents the motion transformation between the coordinate system of the image captured by the visible light camera and the world coordinate system

P2 : 가시광선 카메라로 촬영한 소정 포인트의 월드 좌표계에서의 좌표P 2 : Coordinates in the world coordinate system of a predetermined point photographed by a visible ray camera

M : 적외선 카메라가 촬영한 영상의 좌표계와 가시광선 카메라가 촬영한 영상의 좌표계 간의 변환 매트릭스M: Conversion matrix between the coordinate system of the image captured by the infrared camera and the coordinate system of the image captured by the visible light camera

I : 적외선 카메라가 촬영한 영상의 좌표계 I: The coordinate system of the image taken by the infrared camera

KI : 적외선 카메라의 내적 매트리스(Intrinsic Matrix)K I : Intrinsic Matrix of Infrared Camera

Figure 112017037531360-pat00003
: 적외선 카메라의 외적 매트릭스(Extrinsic Matrix)
Figure 112017037531360-pat00003
: Extrinsic Matrix of Infrared Camera

RI : 적외선 카메라가 촬영한 영상의 좌표계와 월드 좌표계 사이의 회전 변환을 나타내는 매트릭스R I : Matrix indicating the rotation transformation between the coordinate system of the image taken by the infrared camera and the world coordinate system

tI : 적외선 카메라가 촬영한 영상의 좌표계와 월드 좌표계 사이의 이동 변환을 나타내는 매트릭스t I : A matrix indicating the shift transformation between the coordinate system of the image taken by the infrared camera and the world coordinate system

P1 : 적외선 카메라로 촬영한 소정 포인트의 월드 좌표계에서의 좌표P 1 : Coordinates in the world coordinate system of a predetermined point photographed with an infrared camera

상기 코드부 검출부는, 상기 영상 처리 영역 내에서 에지 픽셀들을 검출하고, 검출된 상기 에지 픽셀들 중 픽셀값의 밝기 변화량이 가장 큰 방향에서의 변화 방향이 기 설정된 범위 내에 있는 에지 픽셀들을 병합하여 라인들을 검출하며, 검출된 상기 라인들로 이루어지는 내부 공간을 상기 코드부의 위치로 검출하고, 상기 코드부에서 마커 정보를 추출할 수 있다.The code portion detection unit detects edge pixels in the image processing region and merges edge pixels whose direction of change in the direction in which the brightness variation of the pixel value is the largest among the detected edge pixels is within a predetermined range, Detects an internal space formed by the detected lines as a position of the code unit, and extracts marker information from the code unit.

상기 마커 트래킹 장치는, 상기 적외선 카메라가 촬영한 영상에서 검출된 적외선 부재들을 기반으로 각 마커의 아이디를 추출하여 각 마커를 식별하는 마커 아이디 검출부를 더 포함할 수 있다.The marker tracking apparatus may further include a marker ID detector for extracting IDs of the respective markers based on the infrared rays detected from the images captured by the infrared camera and identifying the respective markers.

상기 마커 아이디 검출부는, 상기 검출된 적외선 부재들의 위치를 기반으로 상기 검출된 적외선 부재들을 복수 개의 그룹으로 클러스터링 하고, 각 그룹에 속하는 적외선 부재의 개수에 대응하는 마커의 아이디를 추출하여 해당 마커를 식별할 수 있다.Wherein the marker ID detection unit clusters the detected infrared members into a plurality of groups based on the position of the detected infrared members, extracts IDs of the markers corresponding to the number of infrared members belonging to each group, can do.

상기 마커는, 베이스 부재; 상기 베이스 부재의 일면에 형성되고 마커 정보를 포함하는 코드부; 및 상기 베이스 부재의 일면의 상기 코드부의 외측에서 상기 코드부를 둘러싸며 상호 이격되어 마련되는 복수 개의 적외선 부재를 포함할 수 있다.The marker includes: a base member; A code unit formed on one surface of the base member and including marker information; And a plurality of infrared light members surrounding and spaced apart from the code unit on the outer side of the code unit on one side of the base member.

개시되는 일 실시예에 따른 마커 트래킹 방법은, 하나 이상의 프로세서들, 및 상기 하나 이상의 프로세서들에 의해 실행되는 하나 이상의 프로그램들을 저장하는 메모리를 구비한 컴퓨팅 장치에서 수행되는 방법으로서, 마커의 적외선 촬영 영상에서 상기 마커에 마련된 적외선 부재를 검출하는 단계; 상기 마커의 가시광선 촬영 영상에서 상기 적외선 부재의 위치를 기반으로 상기 마커에 포함된 코드부의 검출을 위한 영상 처리 영역을 제한하는 단계; 및 상기 영상 처리 영역 내에서 상기 코드부를 검출하는 단계를 포함한다.A marker tracking method in accordance with one disclosed embodiment is a method performed in a computing device having one or more processors and a memory storing one or more programs executed by the one or more processors, Detecting an infrared ray member provided on the marker; Limiting an image processing region for detecting a code portion included in the marker based on a position of the infrared ray member in a visible ray photographing image of the marker; And detecting the code portion in the image processing region.

상기 영상 처리 영역을 제한하는 단계는, 상기 적외선 촬영 영상의 상기 적외선 부재의 좌표를 상기 가시광선 촬영 영상의 좌표로 변환하는 단계; 및 상기 가시광선 촬영 영상 중 상기 적외선 부재의 좌표 내부에 위치하는 영역을 상기 영상 처리 영역으로 설정하는 단계를 포함할 수 있다.Wherein the step of limiting the image processing region includes the steps of: converting coordinates of the infrared ray member of the infrared ray image into coordinates of the visible ray ray image; And setting an area of the visible ray photographing image positioned within the coordinates of the infrared ray member as the image processing area.

상기 가시광선 촬영 영상의 좌표로 변환하는 단계는, 하기의 수학식을 통해 상기 적외선 촬영 영상의 상기 적외선 부재의 좌표를 상기 가시광선 촬영 영상의 좌표로 변환할 수 있다.Converting the coordinates of the infrared ray member of the infrared ray image into coordinates of the visible ray ray image using the following equation.

(수학식)(Equation)

Figure 112017037531360-pat00004
Figure 112017037531360-pat00004

S : 가시광선 촬영 영상의 좌표계S: Coordinate system of visible light image

KS : 가시광선 카메라의 내적 매트릭스(Intrinsic Matrix)K S : Intrinsic Matrix of visible ray camera

Figure 112017037531360-pat00005
: 가시광선 카메라의 외적 매트릭스(Extrinsic Matrix)
Figure 112017037531360-pat00005
: Extrinsic Matrix of visible light camera

RS : 가시광선 촬영 영상의 좌표계와 월드 좌표계 사이의 회전 변환을 나타내는 매트릭스R S : matrix representing the rotation transformation between the coordinate system of the visible light image and the world coordinate system

tS : 가시광선 촬영 영상의 좌표계와 월드 좌표계 사이의 이동 변환을 나타내는 매트릭스t S : Matrix representing the motion transformation between the coordinate system of the visible light image and the world coordinate system

P2 : 가시광선 카메라로 촬영한 소정 포인트의 월드 좌표계에서의 좌표P 2 : Coordinates in the world coordinate system of a predetermined point photographed by a visible ray camera

M : 적외선 촬영 영상의 좌표계와 가시광선 촬영 영상의 좌표계 간의 변환 매트릭스M: Conversion matrix between the coordinate system of the infrared ray image and the coordinate system of the visible ray image

I : 적외선 촬영 영상의 좌표계 I: Coordinate system of infrared image

KI : 적외선 카메라의 내적 매트리스(Intrinsic Matrix)K I : Intrinsic Matrix of Infrared Camera

Figure 112017037531360-pat00006
: 적외선 카메라의 외적 매트릭스(Extrinsic Matrix)
Figure 112017037531360-pat00006
: Extrinsic Matrix of Infrared Camera

RI : 적외선 촬영 영상의 좌표계와 월드 좌표계 사이의 회전 변환을 나타내는 매트릭스R I : matrix representing the rotation transformation between the coordinate system of the infrared image and the world coordinate system

tI : 적외선 촬영 영상의 좌표계와 월드 좌표계 사이의 이동 변환을 나타내는 매트릭스t I : Matrix that represents the motion transformation between the coordinate system of the infrared image and the world coordinate system

P1 : 적외선 카메라로 촬영한 소정 포인트의 월드 좌표계에서의 좌표P 1 : Coordinates in the world coordinate system of a predetermined point photographed with an infrared camera

상기 코드부를 검출하는 단계는, 상기 영상 처리 영역 내에서 에지 픽셀들을 검출하는 단계; 검출된 상기 에지 픽셀들 중 픽셀값의 밝기 변화량이 가장 큰 방향에서의 변화 방향이 기 설정된 범위 내에 있는 에지 픽셀들을 병합하여 라인들을 검출하는 단계; 및 검출된 상기 라인들로 이루어지는 내부 공간을 상기 코드부의 위치로 검출하고, 상기 코드부에서 마커 정보를 추출하는 단계를 포함할 수 있다.Detecting the code portion comprises: detecting edge pixels within the image processing region; Detecting lines by merging edge pixels whose direction of change in a direction in which the brightness variation of the pixel value is the largest among the detected edge pixels is within a predetermined range; And detecting the internal space formed by the detected lines as the position of the code unit, and extracting the marker information from the code unit.

상기 마커 트래킹 방법은, 상기 적외선 촬영 영상에서 검출된 적외선 부재들을 기반으로 각 마커의 아이디를 추출하여 각 마커를 식별하는 단계를 더 포함할 수 있다.The marker tracking method may further include extracting an ID of each marker based on the infrared rays detected in the infrared radiographic image, and identifying each marker.

상기 마커를 식별하는 단계는, 상기 검출된 적외선 부재들의 위치를 기반으로 상기 검출된 적외선 부재들을 복수 개의 그룹으로 클러스터링 하는 단계; 및 각 그룹에 속하는 적외선 부재의 개수에 대응하는 마커의 아이디를 추출하는 단계를 포함할 수 있다.Wherein identifying the marker comprises: clustering the detected infrared elements into a plurality of groups based on the location of the detected infrared elements; And extracting an ID of a marker corresponding to the number of infrared ray members belonging to each group.

개시되는 일 실시예에 따른 마커 트래킹 시스템은, 베이스 부재, 상기 베이스 부재의 일면에 형성되고 마커 정보를 포함하는 코드부, 및 상기 베이스 부재의 일면의 상기 코드부의 외측에서 상기 코드부를 둘러싸며 상호 이격되어 마련되는 복수 개의 적외선 부재를 포함하는 마커; 및 상기 마커의 적외선 촬영 영상에서 상기 마커에 마련된 적외선 부재를 검출하고, 상기 마커의 가시광선 촬영 영상에서 상기 적외선 부재의 위치를 기반으로 상기 마커에 포함된 코드부의 검출을 위한 영상 처리 영역을 제한하며, 상기 영상 처리 영역 내에서 상기 코드부를 검출하는 마커 트래킹 장치를 포함한다.The marker tracking system according to an embodiment disclosed herein includes a base member, a code portion formed on one surface of the base member and including marker information, and a code portion surrounding the code portion on the outer side of the code portion on one surface of the base member, A marker including a plurality of infrared light members which are provided so as to be arranged; And an infrared ray member provided on the marker in an infrared radiographic image of the marker and limits an image processing region for detecting a code portion included in the marker based on the position of the infrared ray member in the visible light ray image of the marker, And a marker tracking device for detecting the code part in the image processing area.

개시되는 실시예에 의하면, 적외선 촬영 영상에서 적외선 부재를 검출하여 가시광선 촬영 영상에서 코드부의 검출을 위한 영상 처리 수행 영역을 제한 한 후, 제한된 영역(즉, 영상 처리 수행 영역)에서만 코드부의 검출을 위한 영상 처리를 수행함으로써, 전체 프로세서의 소요 시간을 줄일 수 있고, 이를 통해 가시광선 카메라의 셔터 스피드를 향상시켜 이미지의 품질을 개선할 수 있으며, 마커 위치 추적의 정확도를 향상시킬 수 있게 된다. According to an embodiment of the present invention, an infrared ray component is detected in an infrared radiographic image to limit an image processing performing area for detecting a code part in a visible light radiographic image, and then the detection of a code part is performed only in a limited area (i.e., It is possible to reduce the time required for the entire processor, thereby improving the image quality by improving the shutter speed of the visible light camera and improving the accuracy of the marker position tracking.

또한, 마커 추적의 정확도를 향상시킴에 따라 기존의 마커 크기에 대한 제한을 극복할 수 있게 되며, 그로 인해 마커에 의해 의사의 시야가 가리거나 환자의 환부가 가려지는 것을 방지할 있게 된다. 또한, 영상 처리 수행 영역을 제한하여 코드부의 검출에 따른 연산량을 줄일 수 있으며, 그로 인해 실시간 수술 내비게이션을 구현할 수 있게 된다.In addition, by improving the accuracy of the marker tracking, it is possible to overcome the limitations of the existing marker size, thereby preventing the markers from masking the doctor's view or obstructing the affected part of the patient. In addition, it is possible to reduce the amount of computation by detecting the code unit by limiting the image processing execution region, thereby realizing real-time surgical navigation.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마커 트래킹 방법을 개략적으로 설명하기 위한 도면
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마커 트래킹 장치의 구성을 나타낸 도면
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 코드부에서 라인을 검출하는 상태를 나타낸 도면
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마커 트래킹 방법을 설명하기 위한 흐름도
도 5는 예시적인 실시예들에서 사용되기에 적합한 컴퓨팅 장치를 포함하는 컴퓨팅 환경을 예시하여 설명하기 위한 블록도
1 is a view for schematically explaining a marker tracking method according to an embodiment of the present invention;
2 is a diagram showing the configuration of a marker tracking apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram showing a state of detecting a line in a code unit according to an embodiment of the present invention;
4 is a flowchart for explaining a marker tracking method according to an embodiment of the present invention.
5 is a block diagram illustrating and illustrating a computing environment including a computing device suitable for use in the exemplary embodiments.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 이하의 상세한 설명은 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The following detailed description is provided to provide a comprehensive understanding of the methods, apparatus, and / or systems described herein. However, this is merely an example and the present invention is not limited thereto.

본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail. The following terms are defined in consideration of the functions of the present invention, and may be changed according to the intention or custom of the user, the operator, and the like. Therefore, the definition should be based on the contents throughout this specification. The terms used in the detailed description are intended only to describe embodiments of the invention and should in no way be limiting. Unless specifically stated otherwise, the singular forms of the expressions include plural forms of meanings. In this description, the expressions "comprising" or "comprising" are intended to indicate certain features, numbers, steps, operations, elements, parts or combinations thereof, Should not be construed to preclude the presence or possibility of other features, numbers, steps, operations, elements, portions or combinations thereof.

이하의 설명에 있어서, 신호 또는 정보의 "전송", "통신", "송신", "수신" 기타 이와 유사한 의미의 용어는 일 구성요소에서 다른 구성요소로 신호 또는 정보가 직접 전달되는 것뿐만이 아니라 다른 구성요소를 거쳐 전달되는 것도 포함한다. 특히 신호 또는 정보를 일 구성요소로 "전송" 또는 "송신"한다는 것은 그 신호 또는 정보의 최종 목적지를 지시하는 것이고 직접적인 목적지를 의미하는 것이 아니다. 이는 신호 또는 정보의 "수신"에 있어서도 동일하다. 또한 본 명세서에 있어서, 2 이상의 데이터 또는 정보가 "관련"된다는 것은 하나의 데이터(또는 정보)를 획득하면, 그에 기초하여 다른 데이터(또는 정보)의 적어도 일부를 획득할 수 있음을 의미한다. In the following description, terms such as " transmission ", "transmission "," transmission ", "reception ", and the like, of a signal or information refer not only to the direct transmission of signals or information from one component to another But also through other components. In particular, "transmitting" or "transmitting" a signal or information to an element is indicative of the final destination of the signal or information and not a direct destination. This is the same for "reception" of a signal or information. Also, in this specification, the fact that two or more pieces of data or information are "related" means that when one piece of data (or information) is acquired, at least a part of the other data (or information) can be obtained based thereon.

한편, 상측, 하측, 일측, 타측 등과 같은 방향성 용어는 개시된 도면들의 배향과 관련하여 사용된다. 본 발명의 실시예의 구성 요소는 다양한 배향으로 위치 설정될 수 있으므로, 방향성 용어는 예시를 목적으로 사용되는 것이지 이를 제한하는 것은 아니다.On the other hand, directional terms such as the top, bottom, one side, the other, and the like are used in connection with the orientation of the disclosed figures. Since the elements of the embodiments of the present invention can be positioned in various orientations, directional terms are used for illustrative purposes and not limitation.

또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.Also, the terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms may be used for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마커 트래킹 방법을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다. FIG. 1 is a view for schematically explaining a marker tracking method according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 마커(10)는 베이스 부재(11), 적외선 부재(13), 및 코드부(15)를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 마커(10)는 수술 도구, 환자의 환부 주위, 카메라 렌즈 등에 적어도 하나가 부착될 수 있다. 예를 들어, 마커(10)는 수술 내비게이션 등과 같은 영상 기반 수술 시스템 등에서 위치 및 자세 정보를 제공하기 위한 것일 수 있다. Referring to FIG. 1, the marker 10 may include a base member 11, an infrared ray member 13, and a code unit 15. In an exemplary embodiment, the marker 10 may be affixed to at least one of a surgical tool, a perimeter of a patient, a camera lens, or the like. For example, the marker 10 may be for providing position and orientation information in an image-based surgical system such as a surgical navigation system or the like.

베이스 부재(11)는 마커(10)를 지지하는 역할을 한다. 베이스 부재(11)의 하면에는 마커(10)가 수술 도구, 환자의 환부, 카메라 렌즈 또는 이들에 고정하기 위한 고정 장치 등에 부착될 수 있도록 점착제가 마련될 수 있다. The base member (11) serves to support the marker (10). A pressure-sensitive adhesive may be provided on the bottom surface of the base member 11 so that the marker 10 can be attached to a surgical instrument, an affected part of a patient, a camera lens, a fixing device for fixing the camera, or the like.

적외선 부재(13)는 베이스 부재(11)의 상면에 마련될 수 있다. 적외선 부재(13)는 베이스 부재(11)의 외곽(예를 들어, 테두리 또는 모서리 영역 등)에 복수 개가 상호 이격되어 마련될 수 있다. 적외선 부재(13)는 예를 들어, 적외선 LED(Light Emitting Diode) 또는 적외선 발광 물질일 수 있다. 적외선 부재(13)는 코드부(15)의 대략적인 위치를 검출하기 위해 사용될 수 있다. 즉, 적외선 부재(13)는 마커(10)가 촬영된 영상에서 코드부(15)를 검출하기 위해 영상 처리를 수행하는 영역을 제한하기 위해 사용될 수 있다. 적외선 부재(13)는 코드부(15)의 외측에서 코드부(15)를 둘러싸며 마련될 수 있다. The infrared ray member (13) may be provided on the upper surface of the base member (11). A plurality of the infrared ray members 13 may be spaced apart from each other at an outer edge of the base member 11 (for example, a rim or an edge region). The infrared ray member 13 may be, for example, an infrared light emitting diode (LED) or an infrared ray emitting material. The infrared ray member 13 can be used to detect the approximate position of the code portion 15. [ That is, the infrared ray member 13 can be used to limit the area where the marker 10 performs image processing to detect the code portion 15 in the photographed image. The infrared ray member 13 may be provided to surround the code unit 15 on the outer side of the code unit 15.

코드부(15)는 베이스 부재(11)의 상면에 형성될 수 있다. 코드부(15)는 마커(10)가 제공하고자 하는 마커 정보(예를 들어, 위치 및 자세 정보 등)를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 코드부(15)는 마커 정보가 코드화(예를 들어, 바코드 또는 QR 코드 등)되어 인쇄된 것일 수 있다. 예를 들어, 코드부(15)는 사각형 형태로 이루어질 수 있으나, 그 형태가 이에 한정되는 것은 아니다. The code portion 15 may be formed on the upper surface of the base member 11. The code unit 15 may include marker information (e.g., position and orientation information, etc.) that the marker 10 desires to provide. In an exemplary embodiment, the code unit 15 may be one in which the marker information is coded (for example, a bar code or a QR code) and printed. For example, the code unit 15 may have a rectangular shape, but the shape thereof is not limited thereto.

개시되는 실시예에서는, 적외선 카메라를 통해 적외선 부재(13)를 검출하여 가시광선 카메라가 마커(10)를 촬영한 영상에서 코드부(15)의 검출을 위한 영상 처리 수행 영역을 제한 한 후, 제한된 영역(즉, 영상 처리 수행 영역)에서만 코드부(15)의 검출을 위한 영상 처리를 수행함으로써, 전체 프로세서의 소요 시간을 줄일 수 있고, 이를 통해 가시광선 카메라의 셔터 스피드를 향상시켜 이미지의 품질을 개선할 수 있으며, 마커 위치 추적의 정확도를 향상시킬 수 있게 된다. In the disclosed embodiment, after the infrared ray member 13 is detected by the infrared camera and the visible ray camera limits the image processing performing area for detection of the code unit 15 in the image of the marker 10, It is possible to reduce the time required for the entire processor by performing the image processing for detecting the code unit 15 only in the region (i.e., the image processing performing region), thereby improving the shutter speed of the visible light camera, It is possible to improve the accuracy of the marker position tracking.

또한, 마커 추적의 정확도를 향상시킴에 따라 마커 자체의 크기를 줄일 수 있게 되며, 그로 인해 마커(10)에 의해 의사의 시야가 가리거나 환자의 환부가 가려지는 것을 방지할 있게 된다. 또한, 영상 처리 수행 영역을 제한하여 코드부(15)의 검출에 따른 연산량을 줄일 수 있으며, 그로 인해 실시간 수술 내비게이션을 구현할 수 있게 된다.In addition, by improving the accuracy of the marker tracking, it is possible to reduce the size of the marker itself, thereby preventing the marker 10 from covering the field of view of the doctor or covering the affected part of the patient. In addition, it is possible to limit the image processing performing region to reduce the amount of calculation according to the detection of the code unit 15, thereby realizing real-time surgical navigation.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마커 트래킹 장치의 구성을 나타낸 도면이다. 2 is a block diagram of a marker tracking apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 마커 트래킹 장치(100)는 적외선 카메라(102), 가시광선 카메라(104), 적외선 부재 검출부(106), 마커 아이디 검출부(108), 영상 처리 영역 제한부(110), 및 코드부 검출부(112)를 포함할 수 있다. 2, the marker tracking apparatus 100 includes an infrared camera 102, a visible light camera 104, an infrared ray member detection unit 106, a marker ID detection unit 108, an image processing region restriction unit 110, And a code portion detecting unit 112.

적외선 카메라(102)는 마커(10)를 촬영하기 위한 제1 촬영 수단이다. 구체적으로, 적외선 카메라(102)는 마커(10)에서 적외선 부재(13)를 검출하기 위해 사용되는 촬영 수단이다. 적외선 카메라(102)는 가시광선 파장 보다 긴 적외선 파장의 빛을 수광하여 마커(10)를 촬영할 수 있다. The infrared camera 102 is a first photographing means for photographing the marker 10. Specifically, the infrared camera 102 is a photographing means used for detecting the infrared ray member 13 in the marker 10. [ The infrared camera 102 can receive light of an infrared wavelength longer than the wavelength of visible light and photograph the marker 10.

가시광선 카메라(104)는 마커(10)를 촬영하기 위한 제2 촬영 수단이다. 구체적으로, 가시광선 카메라(104)는 마커(10)에서 코드부(15)를 검출하기 위해 사용되는 촬영 수단이다. 가시광선 카메라(104)는 가시광선 파장의 빛을 수광하여 마커(10)를 촬영할 수 있다. 예를 들어, 가시광선 카메라(104)는 스테레오 카메라(Stereo Camera)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The visible light camera 104 is a second photographing means for photographing the marker 10. Specifically, the visible light camera 104 is a photographing means used for detecting the code unit 15 in the marker 10. [ The visible light camera 104 receives light of a visible light wavelength and can photograph the marker 10. For example, the visible light camera 104 may be, but is not limited to, a stereo camera.

적외선 부재 검출부(106)는 적외선 카메라(102)가 촬영한 영상(이하, 적외선 촬영 영상이라 지칭될 수 있음)에서 적외선 부재(13)를 검출할 수 있다. 적외선 부재 검출부(106)는 적외선 촬영 영상에서 각 적외선 부재(13)들의 위치(즉, 좌표)를 검출할 수 있다. The infrared ray member detection unit 106 can detect the infrared ray member 13 in an image taken by the infrared ray camera 102 (hereinafter, referred to as an infrared ray image). The infrared ray member detection unit 106 can detect the position (i.e., coordinates) of the infrared ray members 13 in the infrared ray image.

마커 아이디 검출부(108)는 적외선 촬영 영상을 기반으로 마커(10)의 아이디를 검출할 수 있다. 구체적으로, 적외선 카메라(102)가 촬영한 영상에 마커(10)가 복수 개 있는 경우(예를 들어, 수술 도구에 제1 마커가 부착되고, 환자의 환부 주위에 제2 마커가 부착되는 경우 등), 각 마커(10)를 구분하여 식별할 수 있어야 한다. 이에, 마커 아이디 검출부(108)는 적외선 촬영 영상에서 적외선 부재(13)들이 각각 어느 마커에 속하는지를 검출할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 마커 아이디 검출부(108)는 적외선 촬영 영상에서 적외선 부재(13)들을 클러스터링(Clustering)하고, 클러스터링 된 적외선 부재(13)의 개수에 따라 각 마커(10)를 식별할 수 있다. 이때, 각 마커(10)의 아이디(ID)는 해당 마커(10)에 형성된 적외선 부재(13)의 개수와 매칭하여 저장될 수 있다. The marker ID detector 108 can detect the ID of the marker 10 based on the infrared image. Specifically, when there are a plurality of markers 10 on the image taken by the infrared camera 102 (for example, when the first marker is attached to the surgical tool and the second marker is attached around the affected part of the patient, etc. ), Each marker 10 must be distinguishable and identifiable. Thus, the marker ID detection unit 108 can detect which marker each of the infrared ray members 13 belongs to in the infrared ray image. In the exemplary embodiment, the marker ID detection unit 108 may identify the respective markers 10 according to the number of the clustered infrared members 13, and clustering the infrared members 13 in the infrared image . At this time, the ID of each marker 10 can be stored by matching with the number of the infrared ray members 13 formed on the corresponding marker 10.

예시적인 실시예에서, 수술 도구에 3개의 적외선 부재가 형성된 제1 마커가 부착되고, 환자의 환부 주위에 4개의 적외선 부재가 형성된 제2 마커가 부착된 경우를 살펴보면, 마커 아이디 검출부(108)는 적외선 촬영 영상에서 적외선 부재(13)들(즉, 7개의 적외선 부재)을 2개의 그룹으로 클러스터링 할 수 있다. 이때, 마커 아이디 검출부(108)는 예를 들어, K-Means 클러스터링 기법을 통해 적외선 부재(13)들을 2개의 그룹으로 클러스터링 할 수 있다. In an exemplary embodiment, when a first marker having three infrared members is attached to a surgical tool and a second marker having four infrared members are attached around the affected part of the patient, the marker ID detector 108 detects The infrared ray members 13 (i.e., seven infrared ray members) in the infrared ray image can be clustered into two groups. At this time, the marker ID detecting unit 108 can cluster the infrared ray members 13 into two groups, for example, through the K-Means clustering technique.

마커 아이디 검출부(108)는 각 그룹에 속하는 객체(적외선 부재)의 개수를 확인하여 그에 대응하는 마커(10)의 아이디를 추출할 수 있다. 즉, 제1 그룹에 속하는 객체의 개수가 3개인 경우, 마커 아이디 검출부(108)는 적외선 부재(13)의 개수가 3개인 것과 매칭되어 있는 마커(10)(즉, 제1 마커)의 아이디를 추출할 수 있다. 또한, 제2 그룹에 속하는 객체의 개수가 4개인 경우, 마커 아이디 검출부(108)는 적외선 부재(13)의 개수가 4개인 것과 매칭되어 있는 마커(10)(즉, 제2 마커)의 아이디를 추출할 수 있다. The marker ID detection unit 108 can identify the number of objects (infrared members) belonging to each group and extract the ID of the marker 10 corresponding thereto. That is, when the number of objects belonging to the first group is three, the marker ID detecting unit 108 detects the ID of the marker 10 (i.e., the first marker) matching the three infrared ray members 13 Can be extracted. In the case where the number of objects belonging to the second group is four, the marker ID detection unit 108 detects the ID of the marker 10 (i.e., the second marker) matched with four infrared ray members 13 Can be extracted.

그러나, 이에 한정되는 것은 아니며, 적외선 부재(13)에 마커 별로 서로 다른 주파수를 부여하여 적외선 부재(13)들을 그룹핑 할 수도 있다. 즉, 각 마커 별로 적외선 부재(13)가 서로 다른 파장(또는 주파수)의 적외선을 방출하도록 마련하고, 동일한 파장(또는 주파수)를 방출하는 적외선 부재(13)들끼리 그룹핑하여 적외선 부재(13)들이 각각 어느 마커에 속하는지를 검출할 수 있다. 그리고, 그룹핑된 적외선 부재(13)의 개수에 따라 각 마커(10)를 식별할 수도 있다.However, the present invention is not limited to this, and the infrared rays 13 may be grouped by applying different frequencies to the infrared rays 13 on a marker-by-marker basis. In other words, the infrared ray members 13 are arranged to emit infrared rays of different wavelengths (or frequencies) for each marker, and the infrared ray members 13 which emit the same wavelength (or frequency) It can be detected which marker belongs to which marker. Each of the markers 10 may be identified according to the number of the grouped infrared rays 13.

이와 같이, 적외선 부재(13)는 해당 마커(10)의 코드부(15) 검출시 영상 처리의 수행 영역을 제한하기 위해 사용될 뿐만 아니라, 해당 마커(10)의 아이디를 식별하는데도 사용됨으로써, 코드부(15)에는 해당 마커(10)의 식별 정보를 별도로 추가하지 않아도 되며, 그로 인해 코드부(15)의 크기를 최소화 할 수 있게 된다. As described above, the infrared ray component 13 is used not only for limiting the performing region of the image processing when detecting the code portion 15 of the marker 10, but also for identifying the ID of the marker 10, It is not necessary to separately add identification information of the marker 10 to the code unit 15, thereby minimizing the size of the code unit 15.

다시 말하면, 개시되는 실시예에 따른 마커(10)는 적외선 부재(13)의 개수와 해당 마커(10)의 아이디를 매칭시킴으로써, 코드부(15)에 별도의 식별 정보를 추가하지 않아 코드부(15)의 크기를 최소화 할 수 있게 된다. 그리고, 코드부(15)의 크기를 줄이면서도 적외선 부재(13)에 의해 코드부(15)의 대략적인 위치를 지정함으로써, 코드부(15)를 검출하는데 따른 연산량을 줄여 실시간 수술 내비게이션을 구현할 수 있게 된다.In other words, the marker 10 according to the disclosed embodiment does not add additional identification information to the code unit 15 by matching the number of infrared members 13 with the ID of the corresponding marker 10, 15 can be minimized. By designating the approximate position of the code unit 15 by the infrared ray member 13 while reducing the size of the code unit 15, real-time operation navigation can be realized by reducing the amount of calculation required for detecting the code unit 15 .

영상 처리 영역 제한부(110)는 가시광선 카메라(104)가 촬영한 영상(이하, 가시광선 촬영 영상이라 지칭할 수 있음)에서 코드부(15)의 검출을 위해 영상 처리를 수행하는 영역(즉, 영상 처리 영역)을 제한할 수 있다. 구체적으로, 영상 처리 영역 제한부(110)는 적외선 촬영 영상의 각 적외선 부재(13)들의 좌표를 가시광선 촬영 영상의 좌표로 변환시킨 후, 적외선 부재(13)들의 좌표 정보를 기반으로 가시광선 촬영 영상에서 상기 영상 처리 영역을 설정할 수 있다. The image processing region restricting unit 110 is a region for performing image processing for detecting the code unit 15 in an image photographed by the visible light camera 104 (hereinafter referred to as a visible light photographing image) , Image processing area) can be limited. Specifically, the image processing region restricting unit 110 converts the coordinates of the infrared ray members 13 of the infrared ray image into coordinates of the visible ray ray image, and then, based on the coordinate information of the infrared ray members 13, The image processing area can be set in the image.

적외선 촬영 영상에서 소정 포인트에 대응하는 픽셀의 좌표(pI)는 하기의 수학식 1로 나타낼 수 있다. The coordinates (p I ) of a pixel corresponding to a predetermined point in the infrared radiographic image can be expressed by the following equation (1).

(수학식 1)(1)

Figure 112017037531360-pat00007
Figure 112017037531360-pat00007

여기서, I는 적외선 촬영 영상의 좌표계를 나타낸다. KI는 적외선 카메라의 내적 매트릭스(Intrinsic Matrix)로서, 적외선 카메라의 특성 파라미터(예를 들어, 초점 거리(focal length) 및 주점(principal point) 등)를 요소로 하는 매트릭스이다.

Figure 112017037531360-pat00008
는 적외선 카메라의 외적 매트릭스(Extrinsic Matrix)로서, RI는 적외선 촬영 영상의 좌표계와 월드 좌표계 사이의 회전 변환을 나타내는 매트릭스이고, tI는 적외선 촬영 영상의 좌표계와 월드 좌표계 사이의 이동 변환을 나타내는 매트릭스이다. P1는 월드 좌표계(실제 공간에서의 좌표계)에서 소정 포인트에 대응하는 좌표를 나타낸다.Here, I represents a coordinate system of an infrared radiographic image. K I is an Intrinsic Matrix of an infrared camera and is a matrix having characteristic parameters of an infrared camera (for example, focal length and principal point, etc.).
Figure 112017037531360-pat00008
R I is a matrix representing the rotation transformation between the coordinate system of the infrared image and the world coordinate system, t I is a matrix representing the transformation between the coordinate system of the infrared image and the world coordinate system, to be. P1 represents a coordinate corresponding to a predetermined point in the world coordinate system (coordinate system in actual space).

가시광선 촬영 영상에서 소정 포인트에 대응하는 픽셀의 좌표(pS)는 하기의 수학식 2로 나타낼 수 있다. The coordinates (p S ) of the pixel corresponding to a predetermined point in the visible light radiographic image can be expressed by the following equation (2).

(수학식 2)(2)

Figure 112017037531360-pat00009
Figure 112017037531360-pat00009

여기서, S는 가시광선 촬영 영상의 좌표계를 나타낸다. KS는 가시광선 카메라의 내적 매트릭스(Intrinsic Matrix)로서, 가시광선 카메라의 특성 파라미터(예를 들어, 초점 거리(focal length) 및 주점(principal point) 등)를 요소로 하는 매트릭스이다.

Figure 112017037531360-pat00010
는 가시광선 카메라의 외적 매트릭스(Extrinsic Matrix)로서, RS는 가시광선 촬영 영상의 좌표계와 월드 좌표계 사이의 회전 변환을 나타내는 매트릭스이고, tS는 가시광선 촬영 영상의 좌표계와 월드 좌표계 사이의 이동 변환을 나타내는 매트릭스이다. P2는 월드 좌표계(실제 공간에서의 좌표계)에서 소정 포인트에 대응하는 좌표를 나타낸다.Here, S represents a coordinate system of the visible ray photographing image. K S is an Intrinsic Matrix of a visible light camera and is a matrix having characteristic parameters of a visible light camera (e.g., focal length and principal point, etc.).
Figure 112017037531360-pat00010
R s is a matrix representing the rotation transformation between the coordinate system of the visible ray image and the world coordinate system, t s is a moving transformation between the coordinate system of the visible ray photographing image and the world coordinate system, ≪ / RTI > P2 represents a coordinate corresponding to a predetermined point in the world coordinate system (coordinate system in actual space).

영상 처리 영역 제한부(110)는 하기의 수학식 3을 통해 적외선 촬영 영상에서 적외선 부재(13)에 대응하는 픽셀의 좌표(pI)를 가시광선 촬영 영상의 좌표(pS)로 변환할 수 있다. The image processing region restricting unit 110 may convert the coordinates (p I ) of the pixel corresponding to the infrared ray member 13 to the coordinates (p S ) of the visible ray photographing image in the infrared ray photographing image using the following equation (3) have.

(수학식 3)(3)

Figure 112017037531360-pat00011
Figure 112017037531360-pat00011

여기서, M은 호모그라피(Homography)로서, 적외선 촬영 영상의 좌표계와 가시광선 촬영 영상의 좌표계 간의 변환 매트릭스이다. 예시적인 실시예에서, M은 DLT(Direct Linear Transform) 알고리즘을 이용하여 산출할 수 있다. 이는 이미 공지된 기술이므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.Here, M is a homography, which is a transformation matrix between the coordinate system of the infrared image and the coordinate system of the visible light image. In an exemplary embodiment, M may be computed using a DLT (Direct Linear Transform) algorithm. Since this is a known technique, a detailed description thereof will be omitted.

영상 처리 영역 제한부(110)는 수학식 3을 통해 산출한 가시광선 촬영 영상의 각 적외선 부재(13)에 대응하는 픽셀의 좌표를 기반으로 코드부(15)의 검출을 위한 영상 처리 영역을 설정할 수 있다. 영상 처리 영역 제한부(110)는 가시광선 촬영 영상 중 각 적외선 부재(13)의 좌표 내부에 위치하는 영역을 영상 처리 영역으로 설정할 수 있다. 예를 들어, 마커 트래킹 장치(100)는 가시광선 촬영 영상 중 각 적외선 부재(13)의 좌표를 연결하여 형성되는 내부 영역을 영상 처리 영역으로 설정할 수 있다. 이때, 각 적외선 부재(13)의 좌표값은 적외선 부재(13)의 중심 좌표값이 사용될 수 있다.The image processing region restricting unit 110 sets the image processing region for detecting the code unit 15 based on the coordinates of the pixel corresponding to each infrared ray member 13 of the visible light ray image calculated through Equation (3) . The image processing region restricting unit 110 may set a region located in the coordinates of each infrared ray member 13 in the visible light ray image as the image processing region. For example, the marker tracking apparatus 100 may set an internal region formed by connecting the coordinates of each infrared ray member 13 in the visible light radiography image to the image processing region. At this time, the coordinate value of each infrared ray member 13 can be used as the center coordinate value of the infrared ray member 13.

코드부 검출부(112)는 가시광선 촬영 영상 중 영상 처리 영역 내에서 마커(10)의 코드부(115)를 검출할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 코드부 검출부(112)는 영상 처리 영역 제한부(110)에서 설정한 영상 처리 영역 내에서 에지 픽셀들을 검출할 수 있다. 코드부 검출부(112)는 영상 처리 영역 내에서 소정 크기의 윈도우(window)를 각 방향으로 이동시키면서 픽셀 값의 밝기 변화율을 확인하여 에지 픽셀들을 검출할 수 있다. The code portion detection unit 112 can detect the code portion 115 of the marker 10 within the image processing region of the visible light ray image. In an exemplary embodiment, the code portion detection unit 112 may detect edge pixels within the image processing region set by the image processing region restriction unit 110. [ The code portion detection unit 112 can detect edge pixels by checking a rate of change in brightness of a pixel value while moving a window of a predetermined size in each direction within an image processing region.

예를 들어, 코드부 검출부(112)는 영상 처리 영역 내에서 윈도우의 중심 픽셀을 기준으로 그 이웃(좌, 우, 상, 하)에 위치하는 픽셀의 밝기 값의 차이를 구하여 각 필셀의 밝기 변화율을 산출할 수 있다. 코드부 검출부(112)는 픽셀의 밝기 변화율이 기 설정된 임계값 이상이 되는 경우, 해당 픽셀을 에지 픽셀로 결정할 수 있다. For example, the code portion detection unit 112 obtains a difference in brightness values of pixels located in the neighborhood (left, right, top, and bottom) of the center pixel of the window in the image processing region, Can be calculated. The code portion detection unit 112 may determine the pixel as an edge pixel when the rate of change of brightness of the pixel is equal to or greater than a preset threshold value.

다음으로, 코드부 검출부(112)는 에지 픽셀들 중 밝기 변화율이 가장 큰 방향에서의 변화 방향(즉, 변화 각도)이 기 설정된 범위 내에 있는 에지 픽셀들을 모아 라인(Line)을 검출할 수 있다. 즉, 코드부 검출부(112)는 영상 처리 영역 내에서 윈도우를 좌우상하 방향으로 이동하면서 검출한 에지 픽셀들의 밝기 변화율이 가장 큰 방향에서의 변화 방향이 동일 또는 유사한 픽셀들을 모아 라인을 검출할 수 있다. Next, the code portion detecting unit 112 may detect a line by collecting edge pixels whose direction of change in the direction in which the rate of change of brightness is the greatest among the edge pixels (that is, the changing angle) is within a predetermined range. That is, the code portion detecting unit 112 can detect the line by collecting pixels having the same or similar change direction in the direction in which the brightness change rate of the detected edge pixels is the largest, while moving the window in the left and right direction in the image processing region .

도 3에 도시된 바와 같이, 코드부(15)가 사각형 형태로 이루어지는 경우, 코드부 검출부(112)는 영상 처리 영역(20) 내에서 에지 픽셀들의 밝기 변화율이 가장 큰 방향에서의 변화 방향이 동일 또는 유사한 에지 픽셀들을 모아 제1 라인(21), 제2 라인(23), 제3 라인(25), 및 제4 라인(27)을 각각 검출할 수 있다. 코드부 검출부(112)는 각 라인(21, 23, 25, 27)들에 의해 형성되는 내부 공간이 폐루프(closing loop)를 형성하는 경우, 각 라인(21, 23, 25, 27)들에 의해 형성되는 내부 공간을 코드부(15)의 위치로 검출하고, 코드부(15)에서 마커 정보를 추출할 수 있다.3, when the code unit 15 is formed in a rectangular shape, the code unit detecting unit 112 detects that the direction of change in the direction in which the brightness change rate of the edge pixels is the largest in the image processing region 20 is the same Or similar edge pixels to detect the first line 21, the second line 23, the third line 25, and the fourth line 27, respectively. The code portion detecting unit 112 detects the code portion of each line 21, 23, 25, 27 when the inner space formed by each line 21, 23, 25, 27 forms a closing loop. And the marker information can be extracted from the code unit 15. In this case,

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마커 트래킹 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 4에 도시된 방법은 예를 들어, 전술한 마커 트래킹 장치(100)에 의해 수행될 수 있다. 도시된 흐름도에서는 상기 방법을 복수 개의 단계로 나누어 기재하였으나, 적어도 일부의 단계들은 순서를 바꾸어 수행되거나, 다른 단계와 결합되어 함께 수행되거나, 생략되거나, 세부 단계들로 나뉘어 수행되거나, 또는 도시되지 않은 하나 이상의 단계가 부가되어 수행될 수 있다.4 is a flowchart illustrating a marker tracking method according to an embodiment of the present invention. The method shown in Fig. 4 can be performed, for example, by the marker tracking apparatus 100 described above. In the illustrated flow chart, the method is described as being divided into a plurality of steps, but at least some of the steps may be performed in reverse order, combined with other steps, performed together, omitted, divided into detailed steps, One or more steps may be added and performed.

도 4를 참조하면, 마커 트래킹 장치(100)는 적외선 카메라(102)로 마커(10)를 촬영한 영상에서 적외선 부재(13)를 검출한다(S 101). 이때, 마커 트래킹 장치(100)는 적외선 촬영 영상에서 적외선 부재(13)의 위치(좌표)를 검출할 수 있다. Referring to FIG. 4, the marker tracking apparatus 100 detects the infrared ray 13 from the image of the marker 10 captured by the infrared ray camera 102 (S 101). At this time, the marker tracking apparatus 100 can detect the position (coordinate) of the infrared ray member 13 in the infrared ray image.

다음으로, 마커 트래킹 장치(100)는 적외선 촬영 영상의 적외선 부재(13)들을 그룹핑(Grouping) 한다(S 103). 예시적인 실시예에서, 마커 트래킹 장치(100)는 K-Means 클러스터링 기법을 이용하여 복수 개의 적외선 부재(13)들을 그룹핑 할 수 있다. 또는, 복수 개의 적외선 부재(13)들에서 방출되는 광의 파장(또는 주파수)를 이용하여 복수 개의 적외선 부재(13)들을 그룹핑 할 수 있다.Next, the marker tracking apparatus 100 groups the infrared rays 13 of the infrared radiographic image (S 103). In an exemplary embodiment, the marker tracking device 100 may group a plurality of infrared elements 13 using a K-Means clustering technique. Alternatively, a plurality of infrared ray members 13 may be grouped using the wavelength (or frequency) of the light emitted from the plurality of infrared ray members 13.

다음으로, 마커 트래킹 장치(100)는 각 그룹으로 분류된 적외선 부재(13)의 개수를 기반으로 각 마커(10)를 식별한다(S 105). 마커 트래킹 장치(100)는 각 그룹에 속하는 적외선 부재(13)의 개수와 매칭하여 저장된 마커(10)의 아이디를 추출하여 해당 마커(10)를 식별할 수 있다. Next, the marker tracking apparatus 100 identifies each marker 10 based on the number of the infrared rays 13 classified into each group (S 105). The marker tracking apparatus 100 can identify the marker 10 by extracting the ID of the stored marker 10 by matching with the number of the infrared ray members 13 belonging to each group.

다음으로, 마커 트래킹 장치(100)는 적외선 촬영 영상의 각 적외선 부재(13)들의 좌표를 가시광선 촬영 영상의 좌표로 변환한다(S 107). 마커 트래킹 장치(100)는 상기 수학식 1 내지 수학식 3을 이용하여 적외선 촬영 영상의 각 적외선 부재(13)들의 좌표를 가시광선 촬영 영상의 좌표로 변환할 수 있다. Next, the marker tracking apparatus 100 converts the coordinates of each infrared ray member 13 of the infrared ray image into coordinates of the visible ray ray image (S 107). The marker tracking apparatus 100 can convert the coordinates of each infrared ray member 13 of the infrared ray image into the coordinates of the visible ray ray image using Equations (1) to (3).

다음으로, 마커 트래킹 장치(100)는 가시광선 카메라(104)로 촬영한 영상(즉, 가시광선 촬영 영상)에서 각 적외선 부재(13)들의 좌표를 기반으로 코드부(15)의 검출을 위한 영상 처리 영역을 설정한다(S 109). 마커 트래킹 장치(100)는 가시광선 촬영 영상 중 각 적외선 부재(13)의 좌표 내부에 위치하는 영역을 영상 처리 영역으로 설정할 수 있다. Next, the marker tracking apparatus 100 detects an image for detection of the code unit 15 based on the coordinates of the respective infrared ray members 13 in an image (i.e., a visible light ray image) photographed by the visible ray camera 104 A process area is set (S 109). The marker tracking apparatus 100 can set a region located within the coordinates of each infrared ray member 13 in the visible light ray image as the image processing region.

다음으로, 마커 트래킹 장치(100)는 영상 처리 영역 내에서 에지 픽셀들을 검출한다(S 111). 예시적인 실시예에서, 마커 트래킹 장치(100)는 영상 처리 영역 내에서 소정 크기의 윈도우(window)를 각 방향으로 이동시키면서 픽셀 값의 밝기 변화량을 확인하여 에지 픽셀들을 검출할 수 있다. Next, the marker tracking apparatus 100 detects edge pixels in the image processing region (S 111). In an exemplary embodiment, the marker tracking apparatus 100 can detect edge pixels by detecting a change in brightness of a pixel value while moving a window of a predetermined size in each direction within an image processing region.

다음으로, 마커 트래킹 장치(100)는 검출한 에지 픽셀들 중 밝기 변화율이 가장 큰 방향에서의 변화의 방향이 기 설정된 범위 내에 있는 에지 픽셀들을 모아 라인을 검출한다(S 113). Next, the marker tracking apparatus 100 detects the line by collecting the edge pixels having the direction of the change in the direction in which the brightness change rate is the largest among the detected edge pixels within the predetermined range (S 113).

다음으로, 마커 트래킹 장치(100)는 각 라인들에 의해 형성되는 내부 공간을 코드부(15)의 위치로 검출하고, 코드부(15)에서 마커 정보(예를 들어, 위치 및 자세 정보 등)를 추출한다(S 115). Next, the marker tracking apparatus 100 detects the internal space formed by each line as the position of the code unit 15, and stores marker information (e.g., position and attitude information) in the code unit 15, (S115).

도 5는 예시적인 실시예들에서 사용되기에 적합한 컴퓨팅 장치를 포함하는 컴퓨팅 환경(10)을 예시하여 설명하기 위한 블록도이다. 도시된 실시예에서, 각 컴포넌트들은 이하에 기술된 것 이외에 상이한 기능 및 능력을 가질 수 있고, 이하에 기술되는 것 이외에도 추가적인 컴포넌트를 포함할 수 있다.5 is a block diagram illustrating and illustrating a computing environment 10 including a computing device suitable for use in the exemplary embodiments. In the illustrated embodiment, each of the components may have different functions and capabilities than those described below, and may include additional components in addition to those described below.

도시된 컴퓨팅 환경(10)은 컴퓨팅 장치(12)를 포함한다. 일 실시예에서, 컴퓨팅 장치(12)는 마커를 트래킹하기 위한 장치(예를 들어, 마커 트래킹 장치(100))일 수 있다.The illustrated computing environment 10 includes a computing device 12. In one embodiment, computing device 12 may be an apparatus (e.g., marker tracking device 100) for tracking markers.

컴퓨팅 장치(12)는 적어도 하나의 프로세서(14), 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(16) 및 통신 버스(18)를 포함한다. 프로세서(14)는 컴퓨팅 장치(12)로 하여금 앞서 언급된 예시적인 실시예에 따라 동작하도록 할 수 있다. 예컨대, 프로세서(14)는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(16)에 저장된 하나 이상의 프로그램들을 실행할 수 있다. 상기 하나 이상의 프로그램들은 하나 이상의 컴퓨터 실행 가능 명령어를 포함할 수 있으며, 상기 컴퓨터 실행 가능 명령어는 프로세서(14)에 의해 실행되는 경우 컴퓨팅 장치(12)로 하여금 예시적인 실시예에 따른 동작들을 수행하도록 구성될 수 있다.The computing device 12 includes at least one processor 14, a computer readable storage medium 16, The processor 14 may cause the computing device 12 to operate in accordance with the exemplary embodiment discussed above. For example, processor 14 may execute one or more programs stored on computer readable storage medium 16. The one or more programs may include one or more computer-executable instructions, which when executed by the processor 14 cause the computing device 12 to perform operations in accordance with the illustrative embodiment .

컴퓨터 판독 가능 저장 매체(16)는 컴퓨터 실행 가능 명령어 내지 프로그램 코드, 프로그램 데이터 및/또는 다른 적합한 형태의 정보를 저장하도록 구성된다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(16)에 저장된 프로그램(20)은 프로세서(14)에 의해 실행 가능한 명령어의 집합을 포함한다. 일 실시예에서, 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(16)는 메모리(랜덤 액세스 메모리와 같은 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리, 또는 이들의 적절한 조합), 하나 이상의 자기 디스크 저장 디바이스들, 광학 디스크 저장 디바이스들, 플래시 메모리 디바이스들, 그 밖에 컴퓨팅 장치(12)에 의해 액세스되고 원하는 정보를 저장할 수 있는 다른 형태의 저장 매체, 또는 이들의 적합한 조합일 수 있다.The computer-readable storage medium 16 is configured to store computer-executable instructions or program code, program data, and / or other suitable forms of information. The program 20 stored in the computer-readable storage medium 16 includes a set of instructions executable by the processor 14. In one embodiment, the computer-readable storage medium 16 may be any type of storage medium such as a memory (volatile memory such as random access memory, non-volatile memory, or any suitable combination thereof), one or more magnetic disk storage devices, Memory devices, or any other form of storage medium that can be accessed by the computing device 12 and store the desired information, or any suitable combination thereof.

통신 버스(18)는 프로세서(14), 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(16)를 포함하여 컴퓨팅 장치(12)의 다른 다양한 컴포넌트들을 상호 연결한다.Communication bus 18 interconnects various other components of computing device 12, including processor 14, computer readable storage medium 16.

컴퓨팅 장치(12)는 또한 하나 이상의 입출력 장치(24)를 위한 인터페이스를 제공하는 하나 이상의 입출력 인터페이스(22) 및 하나 이상의 네트워크 통신 인터페이스(26)를 포함할 수 있다. 입출력 인터페이스(22) 및 네트워크 통신 인터페이스(26)는 통신 버스(18)에 연결된다. 입출력 장치(24)는 입출력 인터페이스(22)를 통해 컴퓨팅 장치(12)의 다른 컴포넌트들에 연결될 수 있다. 예시적인 입출력 장치(24)는 포인팅 장치(마우스 또는 트랙패드 등), 키보드, 터치 입력 장치(터치패드 또는 터치스크린 등), 음성 또는 소리 입력 장치, 다양한 종류의 센서 장치 및/또는 촬영 장치와 같은 입력 장치, 및/또는 디스플레이 장치, 프린터, 스피커 및/또는 네트워크 카드와 같은 출력 장치를 포함할 수 있다. 예시적인 입출력 장치(24)는 컴퓨팅 장치(12)를 구성하는 일 컴포넌트로서 컴퓨팅 장치(12)의 내부에 포함될 수도 있고, 컴퓨팅 장치(12)와는 구별되는 별개의 장치로 컴퓨팅 장치(12)와 연결될 수도 있다.The computing device 12 may also include one or more input / output interfaces 22 and one or more network communication interfaces 26 that provide an interface for one or more input / output devices 24. The input / output interface 22 and the network communication interface 26 are connected to the communication bus 18. The input / output device 24 may be connected to other components of the computing device 12 via the input / output interface 22. The exemplary input and output device 24 may be any type of device, such as a pointing device (such as a mouse or trackpad), a keyboard, a touch input device (such as a touch pad or touch screen), a voice or sound input device, An input device, and / or an output device such as a display device, a printer, a speaker, and / or a network card. The exemplary input and output device 24 may be included within the computing device 12 as a component of the computing device 12 and may be coupled to the computing device 12 as a separate device distinct from the computing device 12 It is possible.

이상에서 본 발명의 대표적인 실시예들을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, . Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, but should be determined by equivalents to the appended claims, as well as the appended claims.

10 : 마커
11 : 베이스 부재
13 : 적외선 부재
15 : 코드부
100 : 마커 트래킹 장치
102 : 적외선 카메라
104 : 가시광선 카메라
106 : 적외선 부재 검출부
108 : 마커 아이디 검출부
110 : 영상 처리 영역 제한부
112 : 코드부 검출부
10: Marker
11: Base member
13: Infrared ray member
15: Code section
100: marker tracking device
102: Infrared camera
104: Visible light camera
106: Infrared ray member detection unit
108: marker ID detection unit
110: image processing area limitation unit
112: Code section detection section

Claims (14)

마커를 촬영하는 적외선 카메라;
상기 마커를 촬영하는 가시광선 카메라;
상기 적외선 카메라가 촬영한 영상에서 상기 마커에 마련된 적외선 부재를 검출하는 적외선 부재 검출부;
상기 가시광선 카메라가 촬영한 영상에서 상기 적외선 부재의 위치를 기반으로 상기 마커에 포함된 코드부의 검출을 위한 영상 처리 영역을 제한하는 영상 처리 영역 제한부; 및
상기 영상 처리 영역 내에서 상기 코드부를 검출하는 코드부 검출부를 포함하는,
상기 영상 처리 영역 제한부는,
상기 적외선 카메라가 촬영한 영상의 상기 적외선 부재의 좌표를 상기 가시광선 카메라가 촬영한 영상의 좌표로 변환하고, 상기 가시광선 카메라가 촬영한 영상 중 상기 적외선 부재의 좌표 내부에 위치하는 영역을 상기 영상 처리 영역으로 설정하며,
하기의 수학식을 통해 상기 적외선 카메라가 촬영한 영상의 상기 적외선 부재의 좌표를 상기 가시광선 카메라가 촬영한 영상의 좌표로 변환하는, 마커 트래킹 장치.
(수학식)
Figure 112018097979778-pat00023

S : 가시광선 카메라가 촬영한 영상의 좌표계
KS : 가시광선 카메라의 내적 매트릭스(Intrinsic Matrix)
Figure 112018097979778-pat00024
: 가시광선 카메라의 외적 매트릭스(Extrinsic Matrix)
RS : 가시광선 카메라가 촬영한 영상의 좌표계와 월드 좌표계 사이의 회전 변환을 나타내는 매트릭스
tS : 가시광선 카메라가 촬영한 영상의 좌표계와 월드 좌표계 사이의 이동 변환을 나타내는 매트릭스
P2 : 가시광선 카메라로 촬영한 소정 포인트의 월드 좌표계에서의 좌표
M : 적외선 카메라가 촬영한 영상의 좌표계와 가시광선 카메라가 촬영한 영상의 좌표계 간의 변환 매트릭스
I : 적외선 카메라가 촬영한 영상의 좌표계
KI : 적외선 카메라의 내적 매트리스(Intrinsic Matrix)
Figure 112018097979778-pat00025
: 적외선 카메라의 외적 매트릭스(Extrinsic Matrix)
RI : 적외선 카메라가 촬영한 영상의 좌표계와 월드 좌표계 사이의 회전 변환을 나타내는 매트릭스
tI : 적외선 카메라가 촬영한 영상의 좌표계와 월드 좌표계 사이의 이동 변환을 나타내는 매트릭스
P1 : 적외선 카메라로 촬영한 소정 포인트의 월드 좌표계에서의 좌표.
An infrared camera for photographing the marker;
A visible light camera for photographing the marker;
An infrared ray component detector for detecting an infrared ray component provided in the marker on the image taken by the infrared ray camera;
An image processing area restricting unit for restricting an image processing area for detecting a code part included in the marker based on the position of the infrared ray member in the image photographed by the visible light camera; And
And a code section detection section for detecting the code section in the image processing area,
The image processing apparatus according to claim 1,
The infrared ray camera converts the coordinates of the infrared ray member of the image photographed by the infrared ray camera into coordinates of the image photographed by the visible ray camera and displays an area of the image photographed by the visible ray camera located in the coordinates of the infrared ray member, Processing area,
Wherein the coordinates of the infrared ray member of the image photographed by the infrared camera are converted into the coordinates of the image photographed by the visible ray camera through the following equation.
(Equation)
Figure 112018097979778-pat00023

S: Coordinate system of the image taken by the visible light camera
K S : Intrinsic Matrix of visible ray camera
Figure 112018097979778-pat00024
: Extrinsic Matrix of visible light camera
R S : Matrix that represents the rotation transformation between the coordinate system of the image taken by the visible light camera and the world coordinate system
t S : Matrix that represents the motion transformation between the coordinate system of the image captured by the visible light camera and the world coordinate system
P 2 : Coordinates in the world coordinate system of a predetermined point photographed by a visible ray camera
M: Conversion matrix between the coordinate system of the image captured by the infrared camera and the coordinate system of the image captured by the visible light camera
I: The coordinate system of the image taken by the infrared camera
K I : Intrinsic Matrix of Infrared Camera
Figure 112018097979778-pat00025
: Extrinsic Matrix of Infrared Camera
R I : Matrix indicating the rotation transformation between the coordinate system of the image taken by the infrared camera and the world coordinate system
t I : Matrix indicating movement transformation between the coordinate system of the image taken by the infrared camera and the world coordinate system
P 1 : Coordinates in the world coordinate system of a predetermined point shot by an infrared camera.
삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 코드부 검출부는,
상기 영상 처리 영역 내에서 에지 픽셀들을 검출하고, 검출된 상기 에지 픽셀들 중 픽셀값의 밝기 변화량이 가장 큰 방향에서의 변화 방향이 기 설정된 범위 내에 있는 에지 픽셀들을 병합하여 라인들을 검출하며, 검출된 상기 라인들로 이루어지는 내부 공간을 상기 코드부의 위치로 검출하고, 상기 코드부에서 마커 정보를 추출하는, 마커 트래킹 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the code portion detection unit comprises:
Detecting edge pixels in the image processing region, detecting lines by merging edge pixels whose direction of change in a direction in which the brightness variation of the pixel value is the largest among the detected edge pixels is within a predetermined range, Detects the internal space formed by the lines as the position of the code portion, and extracts marker information from the code portion.
청구항 1에 있어서,
상기 마커 트래킹 장치는,
상기 적외선 카메라가 촬영한 영상에서 검출된 적외선 부재들을 기반으로 각 마커의 아이디를 추출하여 각 마커를 식별하는 마커 아이디 검출부를 더 포함하는, 마커 트래킹 장치.
The method according to claim 1,
The marker tracking device includes:
Further comprising a marker ID detecting unit for extracting IDs of the respective markers based on the infrared rays detected from the images taken by the infrared camera and identifying the respective markers.
청구항 5에 있어서,
상기 마커 아이디 검출부는,
상기 검출된 적외선 부재들의 위치를 기반으로 상기 검출된 적외선 부재들을 복수 개의 그룹으로 클러스터링 하고, 각 그룹에 속하는 적외선 부재의 개수에 대응하는 마커의 아이디를 추출하여 해당 마커를 식별하는, 마커 트래킹 장치.
The method of claim 5,
Wherein the marker ID detector comprises:
Wherein the detected infrared ray members are clustered into a plurality of groups based on the detected positions of the infrared ray members, and the IDs of the markers corresponding to the number of infrared ray members belonging to each group are extracted to identify the corresponding markers.
청구항 1에 있어서,
상기 마커는,
베이스 부재;
상기 베이스 부재의 일면에 형성되고 마커 정보를 포함하는 코드부; 및
상기 베이스 부재의 일면의 상기 코드부의 외측에서 상기 코드부를 둘러싸며 상호 이격되어 마련되는 복수 개의 적외선 부재를 포함하는, 마커 트래킹 장치.
The method according to claim 1,
The marker
A base member;
A code unit formed on one surface of the base member and including marker information; And
And a plurality of infrared light members surrounding and spaced apart from each other on the outer side of the code portion on one side of the base member.
하나 이상의 프로세서들, 및
상기 하나 이상의 프로세서들에 의해 실행되는 하나 이상의 프로그램들을 저장하는 메모리를 구비한 컴퓨팅 장치에서 수행되는 방법으로서,
마커의 적외선 촬영 영상에서 상기 마커에 마련된 적외선 부재를 검출하는 단계;
상기 마커의 가시광선 촬영 영상에서 상기 적외선 부재의 위치를 기반으로 상기 마커에 포함된 코드부의 검출을 위한 영상 처리 영역을 제한하는 단계; 및
상기 영상 처리 영역 내에서 상기 코드부를 검출하는 단계를 포함하고,
상기 영상 처리 영역을 제한하는 단계는,
상기 적외선 촬영 영상의 상기 적외선 부재의 좌표를 상기 가시광선 촬영 영상의 좌표로 변환하는 단계; 및
상기 가시광선 촬영 영상 중 상기 적외선 부재의 좌표 내부에 위치하는 영역을 상기 영상 처리 영역으로 설정하는 단계를 포함하며,
상기 가시광선 촬영 영상의 좌표로 변환하는 단계는,
하기의 수학식을 통해 상기 적외선 촬영 영상의 상기 적외선 부재의 좌표를 상기 가시광선 촬영 영상의 좌표로 변환하는, 마커 트래킹 방법.
(수학식)
Figure 112018097979778-pat00026

S : 가시광선 촬영 영상의 좌표계
KS : 가시광선 카메라의 내적 매트릭스(Intrinsic Matrix)
Figure 112018097979778-pat00027
: 가시광선 카메라의 외적 매트릭스(Extrinsic Matrix)
RS : 가시광선 촬영 영상의 좌표계와 월드 좌표계 사이의 회전 변환을 나타내는 매트릭스
tS : 가시광선 촬영 영상의 좌표계와 월드 좌표계 사이의 이동 변환을 나타내는 매트릭스
P2 : 가시광선 카메라로 촬영한 소정 포인트의 월드 좌표계에서의 좌표
M : 적외선 촬영 영상의 좌표계와 가시광선 촬영 영상의 좌표계 간의 변환 매트릭스
I : 적외선 촬영 영상의 좌표계
KI : 적외선 카메라의 내적 매트리스(Intrinsic Matrix)
Figure 112018097979778-pat00028
: 적외선 카메라의 외적 매트릭스(Extrinsic Matrix)
RI : 적외선 촬영 영상의 좌표계와 월드 좌표계 사이의 회전 변환을 나타내는 매트릭스
tI : 적외선 촬영 영상의 좌표계와 월드 좌표계 사이의 이동 변환을 나타내는 매트릭스
P1 : 적외선 카메라로 촬영한 소정 포인트의 월드 좌표계에서의 좌표.
One or more processors, and
A method performed in a computing device having a memory storing one or more programs executed by the one or more processors,
Detecting an infrared ray member provided on the marker in an infrared ray image of the marker;
Limiting an image processing region for detecting a code portion included in the marker based on a position of the infrared ray member in a visible ray photographing image of the marker; And
And detecting the code portion in the image processing area,
Wherein the step of limiting the image processing area comprises:
Converting the coordinates of the infrared ray member of the infrared radiographic image into coordinates of the visible radiographic image; And
Setting an area of the visible light radiographic image located in the coordinates of the infrared ray member as the image processing area,
Wherein the step of converting the coordinates of the visible ray photographing image into coordinates of the visible ray photographing image comprises:
Wherein the coordinates of the infrared ray member of the infrared ray image are converted into the coordinates of the visible ray ray image through the following equation.
(Equation)
Figure 112018097979778-pat00026

S: Coordinate system of visible light image
K S : Intrinsic Matrix of visible ray camera
Figure 112018097979778-pat00027
: Extrinsic Matrix of visible light camera
R S : matrix representing the rotation transformation between the coordinate system of the visible light image and the world coordinate system
t S : Matrix representing the motion transformation between the coordinate system of the visible light image and the world coordinate system
P 2 : Coordinates in the world coordinate system of a predetermined point photographed by a visible ray camera
M: Conversion matrix between the coordinate system of the infrared ray image and the coordinate system of the visible ray image
I: Coordinate system of infrared image
K I : Intrinsic Matrix of Infrared Camera
Figure 112018097979778-pat00028
: Extrinsic Matrix of Infrared Camera
R I : matrix representing the rotation transformation between the coordinate system of the infrared image and the world coordinate system
t I is a matrix representing the motion transformation between the coordinate system of the infrared image and the world coordinate system
P 1 : Coordinates in the world coordinate system of a predetermined point shot by an infrared camera.
삭제delete 삭제delete 청구항 8에 있어서,
상기 코드부를 검출하는 단계는,
상기 영상 처리 영역 내에서 에지 픽셀들을 검출하는 단계;
검출된 상기 에지 픽셀들 중 픽셀값의 밝기 변화량이 가장 큰 방향에서의 변화 방향이 기 설정된 범위 내에 있는 에지 픽셀들을 병합하여 라인들을 검출하는 단계; 및
검출된 상기 라인들로 이루어지는 내부 공간을 상기 코드부의 위치로 검출하고, 상기 코드부에서 마커 정보를 추출하는 단계를 포함하는, 마커 트래킹 방법.
The method of claim 8,
Wherein the step of detecting the code portion comprises:
Detecting edge pixels in the image processing region;
Detecting lines by merging edge pixels whose direction of change in a direction in which the brightness variation of the pixel value is the largest among the detected edge pixels is within a predetermined range; And
Detecting an internal space formed by the detected lines as a position of the code portion, and extracting marker information from the code portion.
청구항 8에 있어서,
상기 마커 트래킹 방법은,
상기 적외선 촬영 영상에서 검출된 적외선 부재들을 기반으로 각 마커의 아이디를 추출하여 각 마커를 식별하는 단계를 더 포함하는, 마커 트래킹 방법.
The method of claim 8,
The marker tracking method includes:
Further comprising the step of identifying each marker by extracting an ID of each marker based on infrared rays detected in the infrared radiographic image.
청구항 12에 있어서,
상기 마커를 식별하는 단계는,
상기 검출된 적외선 부재들의 위치를 기반으로 상기 검출된 적외선 부재들을 복수 개의 그룹으로 클러스터링 하는 단계; 및
각 그룹에 속하는 적외선 부재의 개수에 대응하는 마커의 아이디를 추출하는 단계를 포함하는, 마커 트래킹 방법.
The method of claim 12,
Wherein identifying the marker comprises:
Clustering the detected infrared members into a plurality of groups based on the detected positions of the infrared members; And
And extracting an ID of a marker corresponding to the number of infrared members belonging to each group.
베이스 부재, 상기 베이스 부재의 일면에 형성되고 마커 정보를 포함하는 코드부, 및 상기 베이스 부재의 일면의 상기 코드부의 외측에서 상기 코드부를 둘러싸며 상호 이격되어 마련되는 복수 개의 적외선 부재를 포함하는 마커; 및
상기 마커의 적외선 촬영 영상에서 상기 마커에 마련된 적외선 부재를 검출하고, 상기 마커의 가시광선 촬영 영상에서 상기 적외선 부재의 위치를 기반으로 상기 마커에 포함된 코드부의 검출을 위한 영상 처리 영역을 제한하며, 상기 영상 처리 영역 내에서 상기 코드부를 검출하는 마커 트래킹 장치를 포함하고,
상기 마커 트래킹 장치는,
상기 적외선 촬영 영상의 상기 적외선 부재의 좌표를 상기 가시광선 촬영 영상의 좌표로 변환하고, 상기 가시광선 촬영 영상 중 상기 적외선 부재의 좌표 내부에 위치하는 영역을 상기 영상 처리 영역으로 설정하며,
하기의 수학식을 통해 상기 적외선 촬영 영상의 상기 적외선 부재의 좌표를 상기 가시광선 촬영 영상의 좌표로 변환하는, 마커 트래킹 장치.
(수학식)
Figure 112018097979778-pat00029

S : 가시광선 카메라가 촬영한 영상의 좌표계
KS : 가시광선 카메라의 내적 매트릭스(Intrinsic Matrix)
Figure 112018097979778-pat00030
: 가시광선 카메라의 외적 매트릭스(Extrinsic Matrix)
RS : 가시광선 카메라가 촬영한 영상의 좌표계와 월드 좌표계 사이의 회전 변환을 나타내는 매트릭스
tS : 가시광선 카메라가 촬영한 영상의 좌표계와 월드 좌표계 사이의 이동 변환을 나타내는 매트릭스
P2 : 가시광선 카메라로 촬영한 소정 포인트의 월드 좌표계에서의 좌표
M : 적외선 카메라가 촬영한 영상의 좌표계와 가시광선 카메라가 촬영한 영상의 좌표계 간의 변환 매트릭스
I : 적외선 카메라가 촬영한 영상의 좌표계
KI : 적외선 카메라의 내적 매트리스(Intrinsic Matrix)
Figure 112018097979778-pat00031
: 적외선 카메라의 외적 매트릭스(Extrinsic Matrix)
RI : 적외선 카메라가 촬영한 영상의 좌표계와 월드 좌표계 사이의 회전 변환을 나타내는 매트릭스
tI : 적외선 카메라가 촬영한 영상의 좌표계와 월드 좌표계 사이의 이동 변환을 나타내는 매트릭스
P1 : 적외선 카메라로 촬영한 소정 포인트의 월드 좌표계에서의 좌표.
1. A marker comprising: a base member; a code portion formed on one surface of the base member, the code portion including marker information; and a plurality of infrared members surrounding the code portion and spaced apart from each other outside the code portion on one side of the base member; And
Detecting an infrared member provided in the marker in an infrared radiographic image of the marker and restricting an image processing region for detecting a code portion included in the marker based on a position of the infrared ray member in a visible ray photographing image of the marker, And a marker tracking device for detecting the code part in the image processing area,
The marker tracking device includes:
Converting the coordinates of the infrared ray component of the infrared radiographic image into coordinates of the visible ray radiographic image and setting an area of the visible ray radiographic image located in the coordinates of the infrared ray component as the image processing area,
Wherein the coordinates of the infrared ray member of the infrared ray image are converted into the coordinates of the visible ray ray image through the following equation.
(Equation)
Figure 112018097979778-pat00029

S: Coordinate system of the image taken by the visible light camera
K S : Intrinsic Matrix of visible ray camera
Figure 112018097979778-pat00030
: Extrinsic Matrix of visible light camera
R S : Matrix that represents the rotation transformation between the coordinate system of the image taken by the visible light camera and the world coordinate system
t S : Matrix that represents the motion transformation between the coordinate system of the image captured by the visible light camera and the world coordinate system
P 2 : Coordinates in the world coordinate system of a predetermined point photographed by a visible ray camera
M: Conversion matrix between the coordinate system of the image captured by the infrared camera and the coordinate system of the image captured by the visible light camera
I: The coordinate system of the image taken by the infrared camera
K I : Intrinsic Matrix of Infrared Camera
Figure 112018097979778-pat00031
: Extrinsic Matrix of Infrared Camera
R I : Matrix indicating the rotation transformation between the coordinate system of the image taken by the infrared camera and the world coordinate system
t I : Matrix indicating movement transformation between the coordinate system of the image taken by the infrared camera and the world coordinate system
P 1 : Coordinates in the world coordinate system of a predetermined point shot by an infrared camera.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10728536B2 (en) 2018-11-21 2020-07-28 Ubicquia Iq Llc System and method for camera commissioning beacons
CN115399880A (en) * 2022-09-22 2022-11-29 广州艾目易科技有限公司 Calibration method, instrument control method, device, electronic equipment and storage medium

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9002062B2 (en) 2008-10-14 2015-04-07 Joshua Victor Aller Target and method of detecting, identifying, and determining 3-D pose of the target
KR101596868B1 (en) 2014-04-25 2016-02-24 주식회사 고영테크놀러지 Camera parameter computation method
US20160246302A1 (en) 2014-09-03 2016-08-25 Sharp Laboratories Of America, Inc. Methods and systems for mobile-agent navigation

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9002062B2 (en) 2008-10-14 2015-04-07 Joshua Victor Aller Target and method of detecting, identifying, and determining 3-D pose of the target
KR101596868B1 (en) 2014-04-25 2016-02-24 주식회사 고영테크놀러지 Camera parameter computation method
US20160246302A1 (en) 2014-09-03 2016-08-25 Sharp Laboratories Of America, Inc. Methods and systems for mobile-agent navigation

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102273276B1 (en) * 2020-07-03 2021-07-06 한국과학기술원 Real-time motion analysis method and device performing the same

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