KR102026410B1 - 마커 인식 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마커 인식 시스템을 개시한다. 보다 상세하게는 본 발명은 이미지에 등장하는 마커(Marker)를 식별하기 위해 이용하는 이진화(Binarization)기법을 개선하여 인식률을 향상시킨 마커 인식 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 역광 환경 및 특수 환경 등 다양한 주변 환경에서 촬영된 이미지에 대하여 마커를 인식하기 위해 수행하는 이진화 기법에 고정적 임계값 및 능동적 임계값을 상황에 맞게 설정하고, 이중 이진화 기법을 적용하여 마커 인식 성공률을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

마커 인식 시스템 및 방법{SYTEM FOR MARKER RECOGNITION AND METHOD THEREFOR}

본 발명은 마커 인식 시스템에 관한 것으로, 특히 이미지에 등장하는 마커(Marker)를 식별하기 위해 이용하는 이진화(Binarization)기법을 개선하여 인식률을 향상시킨 마커 인식 시스템 및 방법에 관한 것이다.

평면 또는 입체면 상에 형성된 마커를 인식하는 마커 인식 시스템은 증강 현실 기술 또는 가상 현실 기술 등과 결합하여 마커에 상응하는 객체를 식별하고, 이에 대한 정보를 제공하는 등의 다양한 형태로 활용되고 있다.

일반적으로, 이미지에 등장하는 마커의 추출을 위해서는 마커와 배경을 분리하기 위해 이진화 기법을 사용하게 된다.

이러한 이미지 내 마커의 식별시, 제한적인 환경 내에서 촬영된 이미지에 대해 널리 이용되는 이미지 이진화 기법을 적용하는 경우에는 만족할 만한 결과를 얻을 수 있으나, 이러한 이진화 기법은 촬영시 피사체 주변에 존재하는 다양한 광원 및 광원 방향에 따른 변화에는 대처하지 못한다는 한계가 있다.

일 예로서, 카메라에 의해 촬영된 이미지는 촬영시 주변의 광 성분이 노이즈로 작용하게 되어 이미지 형상을 왜곡할 수 있으며, 이미지 처리를 위한 실제 일반 환경에서 획득한 이미지에 이진화 기법을 적용하여 마커를 추출하는 경우 그 인식 성공률이 70% 이하로 낮아지게 된다.

이러한 문제를 개선하기 위해, 이진화시 이용되는 임계값을 조절하여 인식 성공률을 높일 수는 있으나, 매회 이미지에 대한 환경정보를 판단하고 이를 임계값에 적용하는 데는 어려움이 있다.

등록특허공보 제10-0954884호(공고일자: 2010.04.28.)

본 발명은 전술한 문제점을 극복하기 위해 안출된 것으로, 본 발명은 다양한 환경에 대응하여 획득한 이미지 내 마커를 식별하기 위해 이용되는 이진화 기법에 최적화된 임계값을 제시하고, 일정수준 이상의 인식률을 보장하는 마커 인식 시스템 및 방법을 제공하는데 과제가 있다.

전술한 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 마커 인식 시스템은, 하나 이상의 센서로부터 이미지의 촬영시 주변 환경에 대한 감지결과 수신하여 환경정보를 획득하고, 상기 환경정보에 대응하여 제1 및 제2 임계값 중, 어느 하나를 결정하는 환경 탐지부와, 결정된 임계값을 이용하여 상기 이미지를 이진화하는 제1 이진화부와, 이진화된 이미지 내 마커를 식별하고, 상기 마커의 좌표를 추출하는 마커 추출부를 포함할 수 있다.

상기 제1 임계값은 미리 설정된 고정 임계값일 수 있다.

상기 제2 임계값은 이미지 내 모든 화소의 휘도에 대한 평균값의 일정 비율로 설정된 능동 임계값일 수 있다.

상기 환경 탐지부는, 상기 이미지의 전체 휘도가 상기 센서 별로 평균 휘도의 10 % 미만인 경우 어두운 환경 및, 상기 이미지의 전체 휘도가 상기 센서 별로 평균 휘도의 450 % 이상인 경우 밝은 환경으로 판단하고, 상기 이미지의 화소간 휘도의 표준편차가 3배 이상인 영역이 10 % 이상 존재하는 경우 직사광원 환경으로 판단하여 상기 제2 임계값을 결정할 수 있다.

본 발명의 마커 인식 시스템은, 상기 이미지에 대한 폐곡선의 개수가 증가하는 방향으로 임계값을 조정하여 이진화를 재수행하는 제2 이진화부를 더 포함할 수 있다.

상기 제2 이진화부는, 결정된 임계값을 일정레벨 증가 및 감소시켜 두 개의 임시 임계값을 생성하는 임계값 변경모듈과, 상기 임시 임계값을 이용하여 상기 이미지에 대한 이진화를 각각 수행하는 이진화기와, 두 이진화 결과에 대한 폐곡선의 개수를 산출 및 비교하고 상기 폐곡선의 개수를 증가시킨 임시 임계값을 현재 결정된 임계값으로 조정하는 폐곡선 판단모듈을 포함할 수 있다.

또한, 전술한 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 다른 양태의 실시예에 따른 마커 인식 시스템에 의한 마커 인식 방법은, 하나 이상의 센서로부터 이미지의 촬영시 주변 환경에 대한 감지결과 수신하여 환경정보를 획득하는 단계와, 상기 환경정보에 대응하여 제1 및 제2 임계값 중, 어느 하나를 결정하는 단계와, 결정된 임계값을 이용하여 상기 이미지를 이진화하는 단계와, 이진화된 이미지 내 마커를 식별하는 단계와, 상기 마커의 좌표를 추출하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 이미지를 이진화하는 단계 이후, 상기 이미지에 대한 폐곡선의 개수가 증가하는 방향으로 임계값을 조정하여 이진화를 재수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 이진화를 재수행하는 단계는, 결정된 임계값을 일정레벨 증가 및 감소시켜 두 개의 임시 임계값을 생성하는 단계와, 상기 두 개의 임시 임계값을 이용하여 상기 이미지에 대한 이진화를 수행하는 단계와, 두 이진화 결과에 대한 폐곡선의 개수를 산출 및 비교하는 단계와, 상기 폐곡선의 개수를 증가시킨 임시 임계값을 현재 결정된 임계값으로 조정하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 역광 환경 및 특수 환경 등 다양한 주변 환경에서 촬영된 이미지에 대하여 마커를 인식하기 위해 수행하는 이진화 기법에 고정적 임계값 및 능동적 임계값을 상황에 맞게 설정하고, 이중 이진화 기법을 적용하여 마커 인식 성공률을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마커 인식 시스템의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 마커 인식 시스템의 제2 이진화부를 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 마커 인식 방법을 나타낸 도면이다. 이하의 설명에서는, 별도의 기재가 없더라도 각 단계별 실행주체는 전술한 마커 인식 시스템 및 그 구성부가 된다.
도 5a 및 도 5b는 일반적인 실내 조명 환경에서 획득된 이미지 및 그 이미지의 이진화 결과를 예시한 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 임의로 역광 조명 환경을 조성하여 획득한 이미지 및 그 이미지의 이진화 결과를 예시한 도면이다.

설명에 앞서, 본 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "구비" 또는 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 명세서에서 "실시예"라는 용어는 예시, 사례 또는 도해의 역할을 하는 것을 의미하나, 발명의 대상은 그러한 예에 의해 제한되지 않는다. 그리고, "포함하는", "구비하는", "갖는" 및 다른 유사한 용어가 사용되고 있으나, 청구범위에서 사용되는 경우 임의의 추가적인 또는 다른 구성요소를 배제하지 않는 개방적인 전환어(Transition word)로서 "포함하는(Comprising)"이라는 용어와 유사한 방식으로 포괄적으로 사용된다.

또한, 본 명세서의 전반에 걸쳐 기재된 "...부(unit)", "...모듈(module)", 및 "...시스템(system)" 등의 용어는 하나 또는 둘 이상의 기능이 조합된 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어, 소프트웨어 또는, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

본 명세서에 설명된 다양한 기법은 하드웨어 또는 소프트웨어와 함께 구현될 수 있거나, 적합한 경우에 이들 모두의 조합과 함께 구현될 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같은 "부", "모듈" 및 "시스템" 등의 용어는 마찬가지로 컴퓨터 관련 엔티티(Entity), 즉 하드웨어, 하드웨어 및 소프트웨어의 조합, 소프트웨어 또는 실행 시의 소프트웨어와 등가로 취급할 수 있다. 또한, 본 발명에서 사용자 단말에서 실행되는 어플리케이션 프로그램은 "부" 또는 "모듈" 단위로 구성될 수 있고, 읽기, 쓰기 및 지우기가 가능한 형태로 하나의 물리적 메모리에 기록되거나, 둘 이상의 메모리 또는 기록매체 사이에 분산되어 기록될 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 마커 인식 시스템을 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마커 인식 시스템의 구조를 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 마커 인식 시스템(100)은 하나 이상의 광 센서(10)로부터 이미지(img_o)의 촬영시 주변 환경에 대한 감지결과 수신하여 환경정보를 획득하고, 환경정보에 대응하여 제1 및 제2 임계값 중, 어느 하나를 결정하는 환경 탐지부(110), 결정된 임계값을 이용하여 이미지를 이진화하는 제1 이진화부(120) 및, 이진화된 이미지 내 마커를 식별하고, 마커의 좌표를 추출하는 마커 추출부(130)를 포함할 수 있다.

환경 탐지부(110)는 광 센서(10)가 하나 이상의 카메라 장치에 의해 마커를 포함하는 피사체 또는 배경의 촬영시 그 주변 환경을 감지하고 그 감지결과를 수신하여 이미지(img_o)가 생성되는 환경에 대한 환경정보를 획득할 수 있다.

이미지(img_o)는 실내와 같이 고정된 광량 및 광 방향을 갖는 조명에 의한 환경에서 촬영된 것일 수 있고, 또는 실외와 같이 자연광에 의해 역광이나 직사광에 의해 촬영된 것일 수 있다. 이러한 다양한 조명환경에 따라 획득된 이미지(img_o)는 동일한 피사체를 촬영한 것이라 하더라도 이미지 품질에 상당한 차이가 발생할 수 있으며, 마커를 인식하는 데 있어 그 성공률에 크게 영향을 받을 수 있다.

특히, 마커 인식 성공률은 마커 식별시 수행하는 이진화 결과에 비례하여 결정되며, 이에 본 발명의 실시예에 따르면, 이진화 과정에서 이용하는 임계값(th)을 환경에 따라 적응적으로 결정함으로써 그 성공률을 비약적으로 개선하는 것을 특징으로 한다.

이러한 환경 탐지부(110)는 미리 설정된 고정 임계값 또는, 이미지 내 모든 화소의 휘도에 대한 평균값의 일정 비율로 설정된 능동 임계값으로 임계값(th)를 결정할 수 있고, 상기 이미지의 전체 휘도가 상기 센서 별로 평균 휘도의 10 % 미만인 경우 어두운 환경 및, 상기 이미지의 전체 휘도가 상기 센서 별로 평균 휘도의 450 % 이상인 경우 밝은 환경으로 판단하고, 상기 이미지의 화소간 휘도의 표준편차가 3배 이상인 영역이 10 % 이상 존재하는 경우 직사광원 환경으로 판단하여 능동 임계값을 결정할 수 있다.

이를 위해, 환경 탐지부(110)는 획득한 환경정보에 기초하여 이진화 과정에 서 이용하는 임계값(th)을 결정하여, 제1 이진화부(120)에 제공할 수 있다.

제1 이진화부(120)는 환경 탐지부(110)에 의해 결정된 임계값에 기초하여 이미지(img_o)에 대한 이진화 과정을 수행할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 마커 인식 시스템(100)에서 이용하는 임계값은 광 형태에 따라, 고정 임계값 및 능동 임계값 중 어느 하나로 결정될 수 있다.

이진화 과정은 임계값을 이용하여 이미지 내 각 화소들의 계조를 0 gray 또는 255 gray의 두 이진화된 값으로 변환하는 과정으로서, 이러한 이진화 과정에는 고정 임계값 방식 또는 능동 임계값 방식이 이용될 수 있다.

고정 임계값 방식은 이진화 대상인 이미지에 대하여, 그 이미지를 이루는 각 화소(pixel)에 고정된 임계값을 적용하는 방식이고, 능동 임계값 방식은 이미지의 모든 화소의 휘도에 대한 평균값 구하고, 그 평균값의 일정 비율을 임계값으로 적용하는 방식이다.

전술한 고정 임계값 방식은 주변이 매우 어둡거나 밝은 특수환경에서는 능동 임계값 방식보다 높은 마커 인식 성공률을 보장하나, 다양한 환경에서는 사용이 불가하다는 단점이 있다.

또한, 능동 임계값 방식은 일반적인 환경 하에서는 높은 마커 인식 성공률을 보장하나, 고정 임계값 방식과는 달리 특수환경에서는 사용이 불가하다는 단점이 있다.

이러한 단점을 극복하기 위해, 본원발명의 제1 이진화부(120)는 환경 탐지부(110)에 의해 카메라의 주변환경에 따라 달리 결정되는 임계값을 이용하여 이진화 과정을 수행할 수 있다.

제1 이진화부(120)는 결정된 임계값에 따라 이미지를 이진화할 수 있다. 이진화 과정에서는 이진화 최적화(optimal threshold)에 대한 솔루션으로서 오츠 알고리즘(Otzu algorism)이 이용될 수 있다. 오츠 알고리즘은 임계값을 기준으로 이미지 내 화소들을 두 클래스로 분류했을 때, 두 클래스간의 클래스 내 분산(intra-class variance)를 최소화하거나, 혹은 최대화하는 값을 찾는 이진화 방법이다.

제1 이진화부(120)는 고정 임계값 또는 능동 임계값을 이용하여 이미지(img_o)를 이진화한다. 이를 위해, 제1 이진화부(120)는 전술한 오츠 알고리즘을 구현하는 소정의 이진화기를 포함할 수 있다.

마커 추출부(130)는 제1 이진화부(120)에 의해 이진화된 영상에서 마커에 해당하는 영역을 검출함으로써 마커를 인식할 수 있다. 마커는 특정한 마크가 흰색 테두리에 둘러싸인 형태일 수 있고, 이진화 과정에 의해 해당 마커의 에지는 특정 형상으로 폐곡선을 이루는 형태로 표시될 수 있다.

또한, 마커 추출부(130)는 이러한 폐곡선을 이루는 영역을 추출하고, 회전, 축소 및 확대 등의 이미지 프로세싱 과정을 거쳐 원 마커와 비교함으로써 마커가 존재하는 지 여부를 검출하게 된다.

한편, 고정 및 능동 임계값 방식 모두 광원, 피사체 및 카메라가 직선으로 배치되는 경우, 역광에 대해서는 사용이 불가하다는 한계가 있다.

이러한 한계를 극복하기 위해, 본 발명의 실시예에 따르면, 마커 추출을 위해 강인한 알고리즘을 제공하기 위해 다중 이진화 기법을 적용할 수 있고, 본 발명의 마커 인식 시스템(100)은 다중 이진화를 위한 제2 이진화부(140)를 더 포함할 수 있다.

이러한 제2 이진화부(140)는 고정 임계값을 이용한 이진화 과정 또는 능동 임계값을 이용한 이진화 과정에서 도출한 이미지를 통해 마커 추출이 실패한 경우, 그 이미지를 분석하여 대한 폐곡선의 개수가 증가하는 방향으로 임계값을 조정하고, 이진화를 재수행 할 수 있다.

이를 위해, 제2 이진화부(140)는 현재 결정된 임계값을 임의로 조정하여 이진화 결과를 도출 및 비교하여 이미지내 폐곡선의 개수가 증가되도록 한 임계값으로 현재 결정된 임계값을 조정하는 것으로, 이러한 제2 이진화부(140)의 상세한 설명은 후술한다.

전술한 구조에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 마커 인식 시스템은 이진화를 위한 기준이 되는 임계값을 적응적으로 결정하고, 이중 이진화 과정을 통해 다양한 환경에서 촬영된 이미지에서 높은 성공률로 마커를 인식할 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 제2 이진화부의 구조를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 마커 인식 시스템의 제2 이진화부를 나타낸 도면이다.

도 2을 참조하면, 본 발명의 마커 인식 시스템의 제2 이진화부(140)는 결정된 임계값을 일정레벨 증가 및 감소시켜 두 개의 임시 임계값을 생성하는 임계값 변경모듈(141), 두 개의 임시 임계값을 이용하여 이미지에 대한 이진화를 수행하는 이진화기(142) 및, 두 이진화 결과에 대한 폐곡선의 개수를 산출 및 비교하고 상기 폐곡선의 개수를 증가시킨 임시 임계값을 현재 결정된 임계값으로 조정하는 폐곡선 판단모듈(143)을 포함할 수 있다.

임계값 변경모듈(141)은 이전 이진화시에서 결정된 임계값(th)을 변경할 수 있다. 먼저, 제2 이진화부(140)는 제1 이진화부에서 이진화된 이미지를 통해 마커 추출부가 마커를 추출하지 못한 경우 동작하게 되며, 임계값 변경모듈(141)은 그 결정된 임계값(th)을 소정 레벨 증가 및 감소시킨 두 임시 임계값을 생성하게 된다.

이진화기(142)는 두 임시 임계값 각각을 이용하여 해당 이미지에 대한 임시 이진화를 수행할 수 있다. 이에 따라, 이진화기(142)에 의해서 결정된 임계값 보다 높은 값 및 낮은 값에 의한 두 개의 이진화된 이미지를 획득할 수 있다.

폐곡선 판단모듈(143)은 두 개의 이진화된 이미지에 포함된 폐곡선의 개수를 검출하고, 그 개수를 비교하여 개수가 증가한 이미지에 해당하는 임시 임계값으로 현재 임계값을 재설정하도록 임계값 변경모듈(141)에 요청할 수 있다.

즉, 폐곡선 판단모듈(143)은 이진화된 이미지 내 에지(edge)의 증감에 따라 폐곡선이 되는 영역이 증가하는 것을 이용하여 이진화의 정확도를 높이는 것으로, 현재 설정된 임계값을 일정 레벨 증가 또는 감소시켜 이진화 품질이 개선되도록 하는 임계값을 판단하게 된다.

폐곡선 판단모듈(143)의 요청에 따라, 임계값 변경모듈(141)은 현재 결정된 임계값을 증가 또는 감소시켜 변경 설정하고, 그 변경된 임계값을 이진화기(412)에 제공하여 해당 이미지를 이진화하여 이중 이진화 과정을 완료하고 그 결과(c)를 마커 추출부에 제공하게 된다.

전술한 구조에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 마커 인식 시스템의 제2 이진화부는 1회의 이진화 과정에 의해 마커가 미검출된 이미지에 대하여 임계값을 달리하여 재차 이진화 과정을 수행함으로써 마커 인식 성공률을 더욱 향상 시킬 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 마커 인식 방법을 설명한다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 마커 인식 방법을 나타낸 도면이다. 이하의 설명에서는, 별도의 기재가 없더라도 각 단계별 실행주체는 전술한 마커 인식 시스템 및 그 구성부가 된다.

또한, 이하의 설명에서 각 단계는 컴퓨팅 장치에 의해 실행 가능한 프로그램 형태로 구현되어 소정의 기록매체에 기록될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 마커 인식 방법은, 하나 이상의 센서로부터 이미지의 촬영시 주변 환경에 대한 감지결과 수신하여 환경정보를 획득하는 단계, 환경정보에 대응하여 제1 및 제2 임계값 중, 어느 하나를 결정하는 단계, 결정된 임계값을 이용하여 이미지를 이진화하는 단계, 이진화된 이미지 내 마커를 식별하는 단계 및, 마커의 좌표를 추출하는 단계를 포함할 수 있다.

도 3을 참조하면, 먼저 카메라 등을 통해 마커가 포함된 피사체 또는 배경을 촬영하면, 마커 인식 시스템의 환경 탐지부는 획득된 이미지를 입력받게 된다(S100).

또한, 환경 탐지부는 마커 인식 시스템에 연결된 광 센서로부터 촬영시 주변 환경을 감지한 감지신호를 수신한다(S110).

다음으로, 환경 탐지부는 감지신호에 따라 현재 이미지의 주변 환경을 판단하여 임계값을 설정하게 되며, 감지신호에 기초하여 이미지가 촬영된 환경에 대한 역광의 존재여부(S120) 및 특수환경 여부(S121)를 판단하고, 역광이 존재하거나 특수환경인 경우 임계값을 고정 임계값으로 결정하고(S130), 그렇지 않은 경우 능동 임계값으로 설정하게 된다(S140).

이에 따라, 제1 이진화부는 결정된 임계값을 이용하여 이미지에 대한 이진화 과정을 수행한다(S150).

다음으로, S150 단계에서 이진화된 이미지에 대하여 마커 추출부가 이미지 내 등장하는 마커를 추출하게 되며(S160), 마커가 추출되지 않은 경우 현재 이진화 과정을 시도한 횟수를 판단하고(S170), 기설정 횟수 이상으로 이진화 과정을 반복수행한 경우 마커의 추출이 실패한 것으로 판단하며 추출 실패 메시지를 출력 후 프로세스를 종료하게 된다. 또한, 기 설정된 횟수 이하일 경우 이중 이진화 과정을 수행하게 되며, 프로세스 '가'를 진행하게 된다.

그리고, S160 단계에서 마커 추출부가 마커를 추출한 경우 프로세스는 종료된다.

도 4를 참조하면, 이중 이진화 과정으로서, 제2 이진화부의 임계값 변경모듈은 이중 이진화 단계의 최초 수행여부를 판단하여(S200), 현재 단계가 이중 이진화 단계의 최초 수행이 아닌 경우, 이전 이중 이진화 단계에 의해 증가 및 감소 중, 어느 하나로 임계값이 변경되었으므로 이전 단계와 동일하게 임계값이 증가 또는 감소하는 방향으로 임계값을 변경하는 단계(S250)를 수행하게 된다.

또한, 이중 이진화 과정이 최초 수행인 것으로 판단되면, 임계값 변경모듈은 현재 결정된 임계값을 일정 레벨 증가 및 감소한 두 개의 임시 임계값을 생성한다.

이에 따라, 이진화기는 두 임시 임계값을 이용하여 이진화 과정을 수행하여, 두 개의 이진화된 이미지를 출력한다(S210, S211).

다음으로, 폐곡선 판단모듈은 각 이진화된 이미지에 대한 폐곡선 개수를 추출한다. 이때, 추출한 폐곡선의 개수는 각각 변수A 및 변수B에 대입한다(S220, S221).

또한, 폐곡선 판단모듈은 상기 변수A 및 변수B를 비교하여 변수B가 변수A보다 크면 임계값의 변환방향을 가리키는 변수dir에 양수 '1'을 대입하고, 그렇지 않으면, 음수 '-1'을 대입한다.

이어서, 임계값 변동모듈은 이하의 수학식 1에 따라, 현재 임계값을 증가 또는 감소하는 방향으로 변경한다(S250).

여기서, 'th'는 임계값, 'step'은 증감 레벨을 나타낸다.

다음으로, 이진화기는 변경된 임계값을 이용하여 이진화 과정을 수행함으로써(S260), 이중 이진화 단계를 완료하고 프로세스 '나'를 진행하게 된다. 프로세스 '나'는 도 3의 마커 추출부에 의한 마커 추출 단계(S160)이며, 이후 전술한 단계가 반복수행 될 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 마커 인식 시스템에서 이용하는 환경에 따라 상이하게 획득되는 이미지의 형태 및 이에 따른 이진화 방법에 대하여 설명한다.

도 5a 및 도 5b는 일반적인 실내 조명 환경에서 획득된 이미지 및 그 이미지의 이진화 결과를 예시한 도면이고, 도 6a 및 도 6b는 임의로 역광 조명 환경을 조성하여 획득한 이미지 및 그 이미지의 이진화 결과를 예시한 도면이다.

도 5a 및 도 5b는, 일정한 조도 및 일정한 광 방향을 갖는 실내 조명과 같은 일반적인 환경에서 화면 일측에 마커(mk1)를 배치하고 촬영된 원 이미지(img_o1)와, 그 원 이미지(img_o1)를 본 발명의 마커 인식 시스템을 통해 이진화를 수행한 이진화된 이미지(img_out1)를 예시하고 있다.

이러한 경우, 본 발명의 마커 인식 시스템은 능동 임계값 방식을 적용함으로써, 마커(mk1)와 배경영역은 검은색으로 변환되나, 마커(mk1)와 마커(mk1)의 테두리는 명확하게 구분되도록 한다.

도 5a 및 도 5b를 참조하면, 마커(mk1)는 사각형의 주변이 흰색으로 테두리된 것으로, 이진화된 이미지(img_out1)에서 배경과 명확하게 구분되는 것을 확인할 수 있다.

이와 대비하여, 도 6a 및 도 6b는 임의로 역광 조명 환경을 조성하여 촬영된 원 이미지 및 이진화된 이미지로서, 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 원 이미지(img_o2)에서는 마커(mk2)의 테두리와 배경이 비교적 확연하게 구분되나, 이진화된 이미지(img_out2)에서는 광 성분에 의해 마커(mk2)의 테두리와 배경이 모두 흰색으로 변환됨을 확인할 수 있다.

이러한 경우에는 고정 임계값 방식 및 능동 임계값 방식을 적용하는 경우에는 정확한 이진화 결과를 얻을 수 없으므로, 이중 이진화 과정을 통해 이진화를 반복 수행하여 예시된 결과를 획득하게 된다.

상기한 설명에 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나 이것은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 따라서, 발명은 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위에 균등한 것에 의하여 정하여져야 한다.

10 : 광 센서 100 : 마커 인식 시스템
110 : 환경 탐지부 120 : 제1 이진화부
130 : 마커 추출부 140 : 제2 이진화부
141 : 임계값 변경모듈 142 : 이진화기
143 : 폐곡선 판단모듈

Claims (9)

1. 카메라에 의해 촬영된 소정의 마크가 흰색에 의해 테두리되는 사각형에 둘러싸인 형태인 마커를 포함하는 이미지를 입력받고, 하나 이상의 센서로부터 상기 이미지의 촬영시 주변 환경에 대한 감지결과를 수신하여 환경정보를 획득하고, 상기 환경정보에 대응하여 제1 및 제2 임계값 중, 어느 하나를 결정하는 환경 탐지부;
   결정된 임계값을 이용하여 상기 이미지를 이진화하는 제1 이진화부;
   상기 이미지에 대한 폐곡선의 개수가 증가하는 방향으로 임계값을 조정하여 이진화를 재수행하는 제2 이진화부; 및
   이진화된 이미지 내 상기 마커를 식별하고, 상기 마커의 좌표를 추출하는 마커 추출부를 포함하고,
   상기 제1 임계값은 미리 설정된 고정 임계값이고,
   상기 제2 임계값은 이미지 내 모든 화소의 휘도에 대한 평균값이 일정 비율로 설정된 능동 임계값이고,
   상기 환경 탐지부는,
   이진화 방식의 결정시, 상기 감지결과에 따라 주변 환경이 일정수준 이상 어둡거나 밝은 특수환경에서는 상기 제1 임계값으로 결정하고, 특수환경이 아닌 일반적인 환경에서는 제2 임계값으로 결정하되, 상기 이미지의 전체 휘도가 상기 센서 별로 평균 휘도의 10 % 미만인 경우 어두운 환경 및, 상기 이미지의 전체 휘도가 상기 센서 별로 평균 휘도의 450 % 이상인 경우 밝은 환경으로 판단하고, 상기 이미지의 화소간 휘도의 표준편차가 3배 이상인 영역이 10 % 이상 존재하는 경우 직사광원 환경으로 판단하여 상기 제2 임계값을 결정하고,
   상기 제2 이진화부는,
   결정된 임계값을 일정레벨 증가 및 감소시켜 두 개의 임시 임계값을 생성하는 임계값 변경모듈;
   상기 임시 임계값을 이용하여 상기 이미지에 대한 이진화를 각각 수행하는 이진화기; 및
   두 이진화 결과에 대한 폐곡선의 개수를 산출 및 비교하고 상기 폐곡선의 개수를 증가시킨 임시 임계값을 현재 결정된 임계값으로 조정하는 폐곡선 판단모듈
   을 포함하는 마커 인식 시스템.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 청구항 1에 기재된 마커 인식 시스템에 의한 마커 인식 방법으로서,
   카메라에 의해 촬영된 소정의 마크가 흰색에 의해 테두리되는 사각형에 둘러싸인 형태인 마커를 포함하는 이미지를 입력받는 단계;
   하나 이상의 센서로부터 상기 이미지의 촬영시 주변 환경에 대한 감지결과 수신하여 환경정보를 획득하는 단계;
   상기 환경정보에 대응하여 제1 및 제2 임계값 중, 어느 하나를 결정하는 단계;
   결정된 임계값을 이용하여 상기 이미지를 이진화하는 단계;
   상기 이미지에 대한 폐곡선의 개수가 증가하는 방향으로 임계값을 조정하여 이진화를 재수행하는 단계;
   이진화된 이미지 내 상기 마커를 식별하는 단계; 및
   상기 마커의 좌표를 추출하는 단계를 포함하고,
   상기 제1 임계값은 미리 설정된 고정 임계값이고,
   상기 제2 임계값은 이미지 내 모든 화소의 휘도에 대한 평균값이 일정 비율로 설정된 능동 임계값이고,
   상기 환경정보에 대응하여 제1 및 제2 임계값 중, 어느 하나를 결정하는 단계는,
   이진화 방식의 결정시, 상기 감지결과에 따라 주변 환경이 일정수준 이상 어둡거나 밝은 특수환경에서는 상기 제1 임계값으로 결정하고, 특수환경이 아닌 일반적인 환경에서는 제2 임계값으로 결정하되, 결정하되, 상기 이미지의 전체 휘도가 상기 센서 별로 평균 휘도의 10 % 미만인 경우 어두운 환경 및, 상기 이미지의 전체 휘도가 상기 센서 별로 평균 휘도의 450 % 이상인 경우 밝은 환경으로 판단하고, 상기 이미지의 화소간 휘도의 표준편차가 3배 이상인 영역이 10 % 이상 존재하는 경우 직사광원 환경으로 판단하여 상기 제2 임계값을 결정하고 단계를 포함하고,
   상기 이진화를 재수행하는 단계는,
   결정된 임계값을 일정레벨 증가 및 감소시켜 두 개의 임시 임계값을 생성하는 단계;
   상기 두 개의 임시 임계값을 이용하여 상기 이미지에 대한 이진화를 수행하는 단계;
   두 이진화 결과에 대한 폐곡선의 개수를 산출 및 비교하는 단계; 및
   상기 폐곡선의 개수를 증가시킨 임시 임계값을 현재 결정된 임계값으로 조정하는 단계
   를 포함하는 마커 인식 방법.
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