KR102160839B1 - Muti-projection system and method for projector calibration thereof - Google Patents

Muti-projection system and method for projector calibration thereof Download PDF

Info

Publication number
KR102160839B1
KR102160839B1 KR1020150128469A KR20150128469A KR102160839B1 KR 102160839 B1 KR102160839 B1 KR 102160839B1 KR 1020150128469 A KR1020150128469 A KR 1020150128469A KR 20150128469 A KR20150128469 A KR 20150128469A KR 102160839 B1 KR102160839 B1 KR 102160839B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
image
pattern image
structured light
projectors
camera
Prior art date
Application number
KR1020150128469A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20160031967A (en
Inventor
노준용
서형국
차승훈
김재동
박상훈
Original Assignee
한국과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술원 filed Critical 한국과학기술원
Publication of KR20160031967A publication Critical patent/KR20160031967A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102160839B1 publication Critical patent/KR102160839B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00Details of television systems
    • H04N5/74Projection arrangements for image reproduction, e.g. using eidophor
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03BAPPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • H04N5/225

Abstract

본 발명은 하나의 카메라를 이용하여 멀티 프로젝션 시스템을 구축하는 다수의 프로젝터 각각을 자동 캘리브레이션할 수 있도록 하는 멀티 프로젝션 시스템 및 이의 프로젝터 캘리브레이션 방법에 관한 것으로,
상기 방법은 퍼펙트 서브맵을 기반으로 구조화 광 패턴 이미지를 생성한 후, 상기 구조화 광 패턴 이미지의 색상을 모두 달리하여 상기 다수의 프로젝터 각각에 제공하는 단계; 상기 다수의 프로젝터를 통해 구조화 광 패턴 이미지를 동시 투사하면서, 상기 카메라를 통해 상기 구조화 광 패턴 이미지의 중첩 영역을 촬영하여 적어도 하나의 촬영 이미지를 획득하는 단계; 상기 촬영 이미지 각각에 포함된 다수의 구조화 광 패턴 이미지를 복원함과 동시에 색상 기반으로 상기 복원된 이미지 각각에 대응되는 프로젝터를 식별하고, 상기 복원된 이미지간 대응성을 기반으로 상기 카메라와 상기 다수의 프로젝터간 호모그래피를 산출하는 단계; 및 상기 카메라와 상기 다수의 프로젝터간 호모그래피와 상기 촬영 이미지에 포함된 에지 정보를 기반으로 디스플레이 환경을 구성하는 적어도 하나의 평면 각각에 대한 수직 및 수평 소실점을 산출하고, 상기 산출된 수직 및 수평 소실점을 기반으로 대형 디스플레이 영역을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
The present invention relates to a multi-projection system capable of automatically calibrating each of a plurality of projectors constructing a multi-projection system using one camera, and to a projector calibration method thereof,
The method includes generating a structured light pattern image based on a perfect submap, and then providing the structured light pattern image to each of the plurality of projectors by varying all colors of the structured light pattern image; Simultaneously projecting a structured light pattern image through the plurality of projectors and capturing an overlapping area of the structured light pattern image through the camera to obtain at least one captured image; While restoring a plurality of structured light pattern images included in each of the captured images, a projector corresponding to each of the restored images is identified based on color, and the camera and the plurality of Calculating homography between projectors; And calculating vertical and horizontal vanishing points for each of at least one plane constituting the display environment based on the homography between the camera and the plurality of projectors and edge information included in the captured image, and the calculated vertical and horizontal vanishing points. It may include determining a large display area based on.

Description

멀티 프로젝션 시스템 및 이의 프로젝터 캘리브레이션 방법{Muti-projection system and method for projector calibration thereof}Multi-projection system and its projector calibration method TECHNICAL FIELD

본 발명은 다수의 프로젝터를 이용해 대형의 디스플레이 시스템을 구축하는 경우, 대형 디스플레이 구축에 소요되는 비용과 공간을 최소화할 수 있도록 하는 멀티 프로젝션 시스템 및 이의 프로젝터 캘리브레이션 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a multi-projection system and a projector calibration method for minimizing the cost and space required for building a large display when a large-sized display system is constructed using a plurality of projectors.

공간 몰입형 디스플레이는 보다 향상된 몰입감과 실제감을 사용자에게 제공할 수 있으며, 엔터테인먼트, 과학 시각화, 의료 영상, 항공 우주 공학, 가상 현실 등과 같은 다양한 분야로 그 적용 분야가 급속히 향상되고 있다. Spatial immersive displays can provide users with improved immersion and reality, and their application fields are rapidly improving in various fields such as entertainment, scientific visualization, medical imaging, aerospace engineering, and virtual reality.

몰입감은 주로 넓은 시야각과 높은 해상도의 디스플레이에 의해 생성되므로, 공간 몰입형 디스플레이는 다수의 프로젝터를 통해 하나의 대형 디스플레이를 구현하는 멀티 프로젝션 시스템의 사용을 필요로 한다. Since immersion is mainly generated by a wide viewing angle and high resolution display, a space immersive display requires the use of a multi-projection system that implements one large display through multiple projectors.

다만 다수의 프로젝터를 통해 하나의 가상 디스플레이를 생성하기 위하여 복잡한 프로젝터 캘리브레이션 과정을 수반하는 단점이 있다. 프로젝터 캘리브레이션 과정은 기하 캘리브레이션 과정과 색상 캘리브레이션 과정을 필요로 하는 데, 이러한 두 캘리브레이션 단계를 수행하는 사용자는 디스플레이의 구성 및 유지 보수를 수행하기 위해 전문 지식을 보유해야만 한다. However, there is a disadvantage in that a complicated projector calibration process is involved in order to create one virtual display through a plurality of projectors. The projector calibration process requires a geometric calibration process and a color calibration process, and the user performing these two calibration steps must have expertise to perform the configuration and maintenance of the display.

이에 최근에 들어서는 사용자 개입을 최소화하기 위해 카메라를 사용한 자동 캘리브레이션 기법이 제안되고 있었으나, 이는 카메라와 능동 구조 광 기술(active structured light technique)과 카메라 피드백 시스템을 통해 카메라와 프로젝터 사이의 관계를 확립해야 하며, 카메라가 전체 투사 영역을 관찰해야 하는 단점이 있다. Accordingly, in recent years, an automatic calibration technique using a camera has been proposed to minimize user intervention, but this requires establishing a relationship between the camera and the projector through the camera and active structured light technique and camera feedback system. However, there is a drawback that the camera must observe the entire projection area.

또한, 필요로 하는 카메라 개수가 증가함에 따라 디스플레이의 확장이 필요하는 데, 이러한 경우 방과 같은 작은 공간에서, 다 평면 디스플레이의 일부를 차단하지 않고 다수의 카메라 설치하는 것이 곤란해지는 문제가 발생한다. In addition, as the number of cameras required increases, the display needs to be expanded. In this case, it is difficult to install a plurality of cameras without blocking a part of the multi-flat display in a small space such as a room.

최근 연구자들은 컴퓨터 제어 방식의 팬 틸트 장치(PTU) 카메라를 통해 카메라의 필요 개수를 감소시켜 주는 방안을 제안하였으나, PTU 카메라의 제조는 추가 하드웨어 및 구현 비용을 초래하는 추가적으로 단점을 가지게 된다. 또한, PTU 카메라는 카메라 회전 가능 각도 이내에서 투사 영역 전체를 관찰할 수 있는 위치에 배치되어야 하므로, 기기의 설치가 연관된 문제를 가진다. 즉, 카메라와 스크린이 충분한 거리를 확보하기가 어려운 작은 공간에서 멀티 프로젝션 시스템을 구축하고, 멀티 프로젝터 캘리브레이션하는 것은 여전히 전형적인 단일 프로젝터 설치에 비해 어려운 실정이다.Recently, researchers have proposed a method of reducing the required number of cameras through a computer-controlled pan-tilt device (PTU) camera, but manufacturing a PTU camera has additional disadvantages that incur additional hardware and implementation costs. In addition, since the PTU camera must be placed in a position where the entire projection area can be observed within the camera rotatable angle, installation of the device has a related problem. In other words, it is still difficult to establish a multi-projection system and calibrate a multi-projector in a small space where it is difficult to secure a sufficient distance between the camera and the screen, compared to a typical single projector installation.

이에 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 대형 디스플레이를 형성하는 다수 프로젝터의 기하 왜곡을 보다 효율적으로 보정함으로써, 대형 디스플레이 구축에 소요되는 비용과 공간을 최소화할 수 있도록 하는 멀티 프로젝션 시스템 및 이의 프로젝터 캘리브레이션 방법을 제공하고자 한다. Accordingly, as to solve the above problems, the present invention more efficiently corrects geometric distortion of a plurality of projectors forming a large display, thereby minimizing the cost and space required for large display construction, and We would like to provide a method for calibrating its projector.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The object of the present invention is not limited to the object mentioned above, and other objects not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art from the following description.

상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 다수의 프로젝터와 카메라를 구비한 멀티 프로젝션 시스템의 프로젝터 캘리브레이션 방법은, 퍼펙트 서브맵을 기반으로 구조화 광 패턴 이미지를 생성한 후, 상기 구조화 광 패턴 이미지의 색상을 모두 달리하여 상기 다수의 프로젝터 각각에 제공하는 단계; 상기 다수의 프로젝터를 통해 구조화 광 패턴 이미지를 동시 투사하면서, 상기 카메라를 통해 상기 구조화 광 패턴 이미지의 중첩 영역을 촬영하여 적어도 하나의 촬영 이미지를 획득하는 단계; 상기 촬영 이미지 각각에 포함된 다수의 구조화 광 패턴 이미지를 복원함과 동시에 색상 기반으로 상기 복원된 이미지 각각에 대응되는 프로젝터를 식별하고, 상기 복원된 이미지간 대응성을 기반으로 상기 카메라와 상기 다수의 프로젝터간 호모그래피를 산출하는 단계; 및 상기 카메라와 상기 다수의 프로젝터간 호모그래피와 상기 촬영 이미지에 포함된 에지 정보를 기반으로 디스플레이 환경을 구성하는 적어도 하나의 평면 각각에 대한 수직 및 수평 소실점을 산출하고, 상기 산출된 수직 및 수평 소실점을 기반으로 대형 디스플레이 영역을 결정하는 단계를 포함할 수 있다. As a means for solving the above problem, the projector calibration method of a multi-projection system including a plurality of projectors and cameras according to an embodiment of the present invention is, after generating a structured light pattern image based on a perfect submap, Providing each of the plurality of projectors with different colors of the light pattern image; Simultaneously projecting a structured light pattern image through the plurality of projectors and capturing an overlapping area of the structured light pattern image through the camera to obtain at least one captured image; While restoring a plurality of structured light pattern images included in each of the captured images, a projector corresponding to each of the restored images is identified based on color, and the camera and the plurality of Calculating homography between projectors; And calculating vertical and horizontal vanishing points for each of at least one plane constituting the display environment based on the homography between the camera and the plurality of projectors and edge information included in the captured image, and the calculated vertical and horizontal vanishing points. It may include determining a large display area based on.

상기 구조화 광 패턴 이미지는 퍼펙트 서브맵에 포함된 다수의 엘리멘트 각각의 수학성 속성을 반영하는 다수의 심볼들로 구성된 코드 패턴 이미지를 생성한 후, 상기 코드 패턴 이미지와 바둑판 패턴 이미지에 대한 배타적 논리합 연산을 수행함으로써 생성되는 것을 특징으로 한다. The structured light pattern image generates a code pattern image composed of a plurality of symbols reflecting the mathematical properties of each of the plurality of elements included in the perfect submap, and then performs an exclusive OR operation on the code pattern image and the checkerboard pattern image. It is characterized by being created by performing.

상기 다수의 심볼은 상기 엘리멘트의 값이 "0"이면, 블랭크(blank) 표시되고, 그렇지 않다면 흰색 및 검은색 동심원이 교대로 배치되는 동심원을 적어도 하나 구비할 수 있으며, 상기 동심원의 반경은

Figure 112015088242891-pat00001
로 결정되는 것을 특징으로 하며, 상기 ρ은 가장 바깥쪽에 위치되는 동심원의 반경이며, 상기
Figure 112015088242891-pat00002
는 상기 엘리먼트의 값인 것을 특징으로 한다. The plurality of symbols may include at least one concentric circle in which white and black concentric circles are alternately arranged if the value of the element is “0”, and otherwise, the radius of the concentric circle is
Figure 112015088242891-pat00001
It characterized in that it is determined as, wherein ρ is the radius of the concentric circle located at the outermost, the
Figure 112015088242891-pat00002
Is characterized in that the value of the element.

상기 퍼퍽트 서브맵의 크기는 "

Figure 112015088242891-pat00003
"의 식에 따라 결정되며, 상기 r는 퍼펙트 서브맵의 행 크기, 상기 s는 퍼펙트 서브맵의 열 크기, 상기 u는 퍼펙트 서브맵에 대응되는 서브 어레이의 행 크기, 상기 v는 퍼펙트 서브맵에 대응되는 열 크기, 상기 σh는 프로젝터 화면의 가로 비율, 상기 σv는 프로젝터 화면의 세로 비율, 상기 ta(양의 실수)와 ts(양의 정수, 2 ≤ ts ≤ 2min(r,s))는 패턴 해상도와 각 대응점의 식별을 위해 필요한 최소 패턴 영역을 결정하기 위해 사용자로부터 입력되는 스케일링 팩터인 것을 특징으로 하며, 상기 바둑판 패턴 이미지는 상기 퍼퍽트 서브맵의 크기에 따라 능동 조절된 개수의 바둑판 패턴을 가지는 것을 특징으로 한다. The size of the Percent submap is "
Figure 112015088242891-pat00003
Is determined according to the formula, where r is the row size of the perfect submap, s is the column size of the perfect submap, u is the row size of the subarray corresponding to the perfect submap, and v is the column size corresponding to the perfect submap , The σ h is the aspect ratio of the projector screen, the σ v is the vertical ratio of the projector screen, the t a (positive real number) and t s (a positive integer, 2 ≤ ts ≤ 2min(r,s)) are patterns It is characterized in that it is a scaling factor input from the user to determine the resolution and the minimum pattern area required for identification of each corresponding point, and the checkerboard pattern image has a number of checkerboard patterns that are actively adjusted according to the size of the perfoct submap. It features.

상기 복원된 이미지는 상기 촬영 이미지와 복원용 바둑판 패턴 이미지에 대한 배타적 논리합 연산을 수행함으로써 획득되는 것을 특징으로 한다. The restored image is characterized in that it is obtained by performing an exclusive OR operation on the photographed image and the restoration checkerboard pattern image.

상기 복원용 바둑판 패턴은 상기 촬영 이미지에서 네 개의 사각형이 만나는 점을 초기 점으로 획득한 후 상기 초기 점에 인접 위치하는 이웃 점들을 파악하고, 상기 촬영 이미지의 에지 성분을 추출하여 에지 이미지를 생성한 후, 상기 이웃 점들중에서 상기 에지 이미지의 브레젠함 라인 상에 위치한 이웃 점만을 선별하여 유효 이웃점들을 파악하고, 상기 유효 이웃점들을 기반으로 상기 촬영 이미지의 바둑판 형상을 분석함으로써 획득되는 것을 특징으로 한다. The restoring checkerboard pattern obtains a point where four squares meet in the photographed image as an initial point, identifies neighboring points adjacent to the initial point, and extracts an edge component of the photographed image to generate an edge image. Thereafter, it is characterized in that it is obtained by selecting only neighboring points located on the Brezenham line of the edge image among the neighboring points to identify effective neighbors, and analyzing the checkerboard shape of the photographed image based on the effective neighboring points. .

상기 대형 디스플레이 영역을 결정하는 단계는 상기 카메라 이미지들의 에지 성분을 기반으로 다수의 라인 세그먼트를 추출하는 단계; 상기 라인 세그먼트들과 상기 라인 세그먼트들의 교차 정보를 기반으로 대형 디스플레이 영역을 구성하는 각 평면의 소실점, 수직 및 수평 벡터를 계산하는 단계; 상기 각 평면의 소실점, 수직 및 수평 벡터를 기반으로 상기 각 평면의 디스플레이 영역을 파악하는 단계; 및 상기 각 평면의 디스플레이 영역의 크기를 평가한 후, 가장 작은 디스플레이 영역의 높이와 넓이로 상기 대형 디스플레이 영역의 높이와 넓이를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. The determining of the large display area may include extracting a plurality of line segments based on edge components of the camera images; Calculating vanishing points and vertical and horizontal vectors of each plane constituting a large display area based on intersection information of the line segments and the line segments; Determining a display area of each plane based on a vanishing point of each plane and a vertical and horizontal vector; And determining the height and width of the large display area based on the height and width of the smallest display area after evaluating the size of the display area of each plane.

상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 멀티 프로젝션 시스템은, 대형 디스플레이 영역으로 이미지를 투사하는 다수의 프로젝터; 상기 대형 디스플레이 영역에 투사된 이미지를 촬영하는 카메라; 및 퍼펙트 서브맵을 기반의 구조화 광 패턴 이미지를 상기 다수의 프로젝터를 통해 동시 투사하면서 상기 카메라를 통해 상기 구조화 광 패턴 이미지의 중첩 영역을 촬영하고, 상기 촬영 이미지 각각에 포함된 다수의 구조화 광 패턴 이미지를 복원 및 분석하여 상기 카메라와 상기 다수의 프로젝터간 호모그래피를 산출하고, 상기 카메라와 상기 다수의 프로젝터간 호모그래피와 상기 촬영 이미지의 에지 정보를 기반으로 디스플레이 환경을 구성하는 적어도 하나의 평면 각각에 대한 수직 및 수평 소실점을 산출한 후, 상기 산출된 수직 및 수평 소실점을 기반으로 대형 디스플레이 영역을 결정하는 프로세서를 포함할 수 있다. As a means for solving the above problems, a multi-projection system according to another embodiment of the present invention includes a plurality of projectors for projecting an image onto a large display area; A camera for photographing an image projected on the large display area; And simultaneously projecting a structured light pattern image based on a perfect submap through the plurality of projectors, photographing an overlapping area of the structured light pattern image through the camera, and storing a plurality of structured light pattern images included in each of the captured images. For each of at least one plane constituting a display environment based on the homography between the camera and the plurality of projectors by restoration and analysis and the homography between the camera and the plurality of projectors and edge information of the captured image After calculating the vertical and horizontal vanishing points, it may include a processor that determines a large display area based on the calculated vertical and horizontal vanishing points.

이와 같이 본 발명은 새로운 방식의 구조화 광 패턴을 제안하고, 이를 통해 멀티 프로젝션 시스템을 구축하는 다수의 프로젝터의 기하 왜곡을 캘리브레이션할 수 있도록 한다. As described above, the present invention proposes a new type of structured light pattern, and through this, it is possible to calibrate the geometric distortion of a plurality of projectors constructing a multi-projection system.

이에 PTU 카메라를 대신에 휴대 가능한 일반 카메라를 활용하여 프로젝터 캘리브레이션 동작을 수행할 수 있으므로, 멀터 프로젝션 시스템에 소요되는 비용과 공간이 획기적으로 감소될 수 있도록 한다. 또한 다수의 프로젝터의 캘리브레이션이 일괄 수행될 수 있도록 함으로써, 캘리브레이션에 소요되는 시간도 획기적으로 감소될 수 있도록 해준다. Accordingly, since the projector calibration operation can be performed using a portable general camera instead of the PTU camera, the cost and space required for the multi-projection system can be drastically reduced. In addition, by allowing the calibration of multiple projectors to be performed at once, the time required for calibration can be drastically reduced.

도1는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 프로젝션 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도2은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 프로젝션 시스템의 프로젝터 캘리브레이션 방법을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 구조화 광 패턴 이미지를 생성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도4은 본 발명의 일 실시예에 따른 퍼펙트 서브맵의 각 엘리먼트를 코드 패턴 이미지(Icode)의 심볼로 변환하는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도5은 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 이미지로부터 코드 패턴 이미지를 복원하는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 이미지로부터 대응점 식별 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도7은 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라와 프로젝터간 호모그래피 계산 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도8과 도9는 본 발명의 일 실시예에 따른 대형 디스플레이 영역을 결정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
1 is a view for explaining a multi-projection system according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram schematically illustrating a projector calibration method of a multi-projection system according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining a process of generating a structured light pattern image according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram for explaining a principle of converting each element of a perfect submap into a symbol of a code pattern image (Icode) according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating a principle of restoring a code pattern image from a camera image according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram for explaining a principle of identifying a corresponding point from a camera image according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram illustrating a principle of calculating a homography between a camera and a projector according to an embodiment of the present invention.
8 and 9 are diagrams for explaining a method of determining a large display area according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 목적 및 효과, 그리고 그것들을 달성하기 위한 기술적 구성들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.Objects and effects of the present invention, and technical configurations for achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail together with the accompanying drawings. In describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다.In addition, terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary depending on the intention or custom of users or operators.

그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, and may be implemented in various different forms. These embodiments are provided only to make the disclosure of the present invention complete, and to fully inform the scope of the invention to those skilled in the art to which the present invention pertains, and the present invention is defined by the scope of the claims. It just becomes. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout this specification.

도1는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 프로젝션 시스템을 설명하기 위한 도면이다. 1 is a view for explaining a multi-projection system according to an embodiment of the present invention.

도1을 참고하면, 본 발명의 대형 디스플레이 시스템은 대형 디스플레이 영역(10)의 전방에 배치되는 다수의 프로젝터(21,22)와 단일 카메라(30), 그리고 프로세서(40) 등을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1, the large display system of the present invention may include a plurality of projectors 21 and 22 disposed in front of the large display area 10, a single camera 30, and a processor 40. .

본 발명이 적용되는 대형 디스플레이 영역(10)은 대형의 평면 하나로 구현되는 일반적 형태일 수 있으나, 중앙 영역과 양측면 영역을 가지는 입체 형태로 구현될 수도 있을 것이다. 물론, 이러한 대형 디스플레이 구현 형태도 차후 사용자 필요에 따라 다양하게 변화될 수 있음은 당연할 것이다. The large display area 10 to which the present invention is applied may be a general shape implemented with one large flat surface, but may also be implemented in a three-dimensional shape having a center area and both side areas. Of course, it will be natural that the implementation form of such a large display can be changed in various ways according to user needs in the future.

다수의 프로젝터(21,22)는 프로세서(40)로부터 제공되는 이미지를 대형 디스플레이 영역(10)에 투사한다. A number of projectors 21 and 22 project an image provided from the processor 40 onto the large display area 10.

단일 카메라(30)는 프로세서(40)의 제어하에 대형 디스플레이 영역(10)을 촬영하도록 한다. 다만, 본 발명의 단일 카메라(30)는 범용적으로 사용되는 휴대 가능한 일반 카메라 소형 카메라, 별도의 PTU 기능을 필요로 하지 않는 카메라일 수 있다. The single camera 30 allows photographing of the large display area 10 under the control of the processor 40. However, the single camera 30 of the present invention may be a general portable camera that is used for general use, and a camera that does not require a separate PTU function.

프로세서(40)는 단일 카메라(30) 기반으로 다수의 프로젝터(21,22)의 캘리브레이션 동작을 수행한 후, 캘리브레이션 완료된 다수의 프로젝터(21,22)를 통해 사용자가 필요로 하는 콘텐츠를 대형 디스플레이 영역으로 투사시키도록 한다. The processor 40 performs a calibration operation of a plurality of projectors 21 and 22 based on a single camera 30, and then displays the content required by the user through the calibrated plurality of projectors 21 and 22 in a large display area. To project it.

특히, 다수의 프로젝터를 동시 캘리브레이션하기 위해, 본 발명의 프로세서(40)는 퍼펙트 서브맵을 기반으로 서로 상이한 색상을 가지는 구조화 광 패턴 이미지를 생성하도록 한다. 그리고 다수의 프로젝터(21,22)를 통해 구조화 광 패턴 이미지를 동시 투사하면서, 카메라(30)를 통해 구조화 광 패턴 이미지의 중첩 영역을 촬영 및 분석하여 프로젝터 각각에 대응되는 구조화 광 패턴 이미지를 파악하고, 이들의 대응성을 기반으로 상기 카메라와 상기 다수의 프로젝터간 호모그래피를 산출하도록 한다. 그리고 다수의 프로젝터간 호모그래피와 촬영 이미지에 포함된 에지 정보를 기반으로 디스플레이 환경을 구성하는 적어도 하나의 평면 각각에 대한 수직 및 수평 소실점을 산출한 후, 상기 산출된 수직 및 수평 소실점을 기반으로 대형 디스플레이 영역을 최종 결정하도록 한다. In particular, in order to calibrate multiple projectors simultaneously, the processor 40 of the present invention generates structured light pattern images having different colors based on the perfect submap. And while simultaneously projecting the structured light pattern image through a plurality of projectors (21, 22), by photographing and analyzing the overlapping area of the structured light pattern image through the camera 30 to grasp the structured light pattern image corresponding to each projector. , Based on their correspondence, a homography between the camera and the plurality of projectors is calculated. And after calculating the vertical and horizontal vanishing points for each of at least one plane constituting the display environment based on the homography between multiple projectors and the edge information included in the photographed image, the large size is based on the calculated vertical and horizontal vanishing points. Finalize the display area.

즉, 본 발명은 퍼펙트 서브맵을 기반으로 생성되는 구조화 광 패턴 이미지를 새로이 제안함으로써, 범용적으로 사용되는 휴대 가능한 일반 카메라 하나만을 이용하여 멀티 프로젝션 시스템을 구축하는 다수의 프로젝터를 소프트웨어적으로 캘리브레이션할 수 있도록 해준다. That is, the present invention newly proposes a structured light pattern image that is generated based on a perfect submap, so that a plurality of projectors that build a multi-projection system can be calibrated in software using only one universally used portable general camera. Allows.

그 결과 멀티 프로젝터 시스템 구축에 소요되는 비용과 공간이 획기적으로 감소되고, 이에 따라 멀티 프로젝터 시스템의 적용 분야가 더욱 확장될 수 있도록 한다. As a result, the cost and space required to build a multi-projector system are drastically reduced, and accordingly, the application field of the multi-projector system can be further expanded.

도2은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 프로젝션 시스템의 프로젝터 캘리브레이션 방법을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다. 2 is a diagram schematically illustrating a projector calibration method of a multi-projection system according to an embodiment of the present invention.

도2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 프로젝터 캘리브레이션 방법은 크게 퍼펙트 서브맵을 기반으로 구조화 광 패턴 이미지를 생성한 후, 상기 구조화 광 패턴 이미지의 색상을 모두 달리하여 상기 다수의 프로젝터 각각에 제공하는 단계(S10), 상기 다수의 프로젝터를 통해 구조화 광 패턴 이미지를 동시 투사하면서, 상기 카메라를 통해 상기 구조화 광 패턴 이미지의 중첩 영역을 촬영하여 적어도 하나의 촬영 이미지를 획득하는 단계(S20), 상기 촬영 이미지 각각에 포함된 다수의 구조화 광 패턴 이미지를 복원함과 동시에 색상 기반으로 상기 다수의 구조화 광 패턴 이미지 각각에 대응되는 프로젝터를 식별하고, 상기 다수의 구조화 광 패턴 이미지간 대응성을 기반으로 상기 카메라와 상기 다수의 프로젝터간 호모그래피를 산출하는 단계(S30), 및 상기 다수의 프로젝터간 호모그래피와 상기 촬영 이미지에 포함된 에지 정보를 기반으로 디스플레이 환경을 구성하는 적어도 하나의 평면 각각에 대한 수직 및 수평 소실점을 산출하고, 상기 산출된 수직 및 수평 소실점을 기반으로 대형 디스플레이 영역을 결정하는 단계(S40), 그리고 기하학적 정보 기반의 알파 블렌딩 알고리즘을 통해 프로젝터간 밝기값 차이를 보정하는 단계(S50) 등을 포함할 수 있다. As shown in Figure 2, the projector calibration method of the present invention largely generates a structured light pattern image based on a perfect submap, and then provides the structured light pattern image to each of the plurality of projectors by varying all colors of the structured light pattern image. (S10), while simultaneously projecting a structured light pattern image through the plurality of projectors, capturing an overlapping area of the structured light pattern image through the camera to obtain at least one photographed image (S20), the photographed image While restoring a plurality of structured light pattern images included in each, a projector corresponding to each of the plurality of structured light pattern images is identified based on a color, and the camera and the camera are connected based on correspondence between the plurality of structured light pattern images. Calculating a homography between the plurality of projectors (S30), and vertical and horizontal for each of at least one plane constituting a display environment based on the homography between the plurality of projectors and edge information included in the captured image Computing a vanishing point, determining a large display area based on the calculated vertical and horizontal vanishing points (S40), and correcting the difference in brightness values between projectors through an alpha blending algorithm based on geometric information (S50). Can include.

참고로, 본 발명에서 사용하고자 하는 구조화 광 패턴 이미지는 다음의 조전을 만족시켜야 한다. For reference, the structured light pattern image to be used in the present invention must satisfy the following adjustment.

(1) 공간 패턴 기반의 퍼펙트 서브맵 : 공간 패턴 기반의 퍼펙트 서브맵은 주로 패턴 폐색(pattern occlusion) 및 객체 음영 처리 범위의 분야에서 사용되나, 본 발명에서는 범용 소형 카메라를 통해 멀티 프로젝션 시스템을 캘리브레이션하기 위해 퍼펙트 서브맵 기반 패턴을 채용한다. (1) Spatial pattern-based perfect submap: Spatial pattern-based perfect submap is mainly used in the fields of pattern occlusion and object shading, but in the present invention, in order to calibrate a multi-projection system through a general-purpose small camera It adopts a perfect submap-based pattern.

이는 퍼펙트 서브맵의 수학적 특성을 이용하는 경우, 패턴 일부만이 카메라 뷰내 포획되어 있더라도 프로젝터와 카메라간 호모그래피(Homography)를 추정할 수 있으며, 퍼펙트 서브맵 기반의 패턴의 인코딩된 코드 워드는 프로젝터 좌표의 위치 정보를 포함하는 특징이 있다. 따라서, 이러한 공간 구조화 기법은 부분적으로 캡쳐된 이미지를 이용하여 전체 패턴을 추정할 수 있도록 한다. When using the mathematical characteristics of the perfect submap, homography between the projector and the camera can be estimated even if only part of the pattern is captured in the camera view, and the encoded codeword of the pattern based on the perfect submap uses the location information of the projector coordinates. There are features to include. Therefore, this spatial structuring technique makes it possible to estimate the entire pattern using a partially captured image.

더하여, 퍼펙트 맵 이론은 M-배열(arrays), 의사 랜덤 배열(pseudorandom array) 또는 드 브루이진 토리(De Bruijin tori) 등에 의해 제안된 것으로, 이는 고유한 수학적 속성을 가짐으로 인해 스페이셜 코디피게이션 스키마(spatial codification scheme)에 널리 사용된다. 퍼펙트 맵은 알파벳 크기 k의 심볼들을 가지는 r×s 크기(r은 퍼펙트 맵의 가로값, s는 퍼펙트 맵은 세로값)의 2 차원의 주기적인 배열로, u×v(u은 서브 어레이의 가로값, r는 서브 어레이의 세로값) 크기의 서브 어레이는 전체 어레이내에서 단 한번만 발생하도록 한다. 퍼펙트 맵은 0으로 채워진 서브 어레이를 제외한 모든 종류의 서브 어레이를 포함하며, 퍼펙트 서브맵은 어레이내에서 u×v 크기의 서브어레이 모두가 고유한 r×s 크기를 가지는 비주기적 배열이다. In addition, the perfect map theory has been proposed by M-arrays, pseudorandom arrays, or De Bruijin tori, etc., which have unique mathematical properties, so that the spatial coordination Widely used in spatial codification schemes. A perfect map is a two-dimensional periodic arrangement of r×s size (r is the horizontal value of the perfect map, s is the vertical value of the perfect map) with symbols of alphabet size k, and u × v (u is the horizontal value of the sub array). Value, r is the vertical value of the sub-array) The size of the sub-array should occur only once in the entire array. The perfect map includes all types of sub-arrays except for sub-arrays filled with zeros, and the perfect sub-map is an aperiodic array in which all u×v-sized sub-arrays in the array have a unique r×s size.

(2) 이진 패턴에 기반한 기하학적 원형(geometric primitive): 멀티 프로젝션 시스템에서는, 대형 디스플레이를 만들기 위해 다수의 프로젝터의 투사 영역이 서로 중첩되도록 한다. 이에 종래의 프로젝터 캘리브레이션 동작은 다수의 프로젝터 각각이 순차적으로 패턴 이미지를 투사되도록 하고, 이에 따라 다수의 프로젝터 각각의 캘리브레이션도 순차적으로 수행되도록 한다. 그러나 본 발명은 모든 프로젝터가 스크린 상에 고유한 패턴을 가지는 이미지를 동시 투사하도록 한 후, 모든 프로젝터를 일시 캘리브레이션될 수 있도록 해준다. (2) Geometric primitive based on binary pattern: In a multi-projection system, projection areas of multiple projectors are made to overlap each other to create a large display. Accordingly, in the conventional projector calibration operation, each of a plurality of projectors sequentially project a pattern image, and accordingly, a calibration of each of the plurality of projectors is performed sequentially. However, the present invention allows all projectors to simultaneously project an image having a unique pattern on the screen, and then all the projectors to be calibrated temporarily.

즉, 본 발명은 알파벳에 따라 서로 다른 기하학적 형태를 가지는 이진 패턴 이미지를 사용한다. 프로젝터 각각이 투사하는 패턴의 색상을 달리함으로써, 패턴 기반으로 서로 인접 프로젝터를 구별할 수 있도록 한다. That is, the present invention uses binary pattern images having different geometric shapes depending on the alphabet. By changing the color of the pattern projected by each projector, it is possible to distinguish adjacent projectors from each other based on the pattern.

(3) 유연한 퍼펙트 서브맵 : 구조화 광 패턴을 설계하는 경우, 일반적으로, 패턴의 해상도는 발광 장치의 해상도, 카메라의 분해능, 및 캡처 거리와 같은 고려 사항에 기반하여 결정된다. (3) Flexible perfect submap: When designing a structured light pattern, generally, the resolution of the pattern is determined based on considerations such as the resolution of the light emitting device, the resolution of the camera, and the capture distance.

구조화 광 패턴 기반의 퍼펙트 서브맵의 경우, 패턴 해상도와 대응점 식별을 위해 카메라 뷰내에 캡쳐되어야 할 필요가 있는 최소 패턴 영역은 퍼펙트 서브맵의 크기 r×s와 퍼펙트 서브맵내 서브 어레이의 크기 u×v 에 의해 결정될 수 있다. In the case of a structured light pattern-based perfect submap, the minimum pattern area that needs to be captured in the camera view to identify the pattern resolution and corresponding point is determined by the size of the perfect submap r×s and the size of the sub array within the perfect submap u×v. Can be determined.

하기의 조건을 만족하는 불규칙한 퍼펙트 맵은 패턴 이미지로 변환된다. An irregular perfect map that satisfies the following conditions is converted into a pattern image.

Figure 112015089455517-pat00053
Figure 112015089455517-pat00053

퍼펙트 서브맵의 조건

Figure 112015089455517-pat00054
또한 상기의 조건으로부터 획득될 수 있으며, 많은 퍼펙트 서브맵은 이 조건을 만족시킴으로써, 다양한 환경 변수를 가지는 파라메터 r, s, u, v, k를 어렵게 결정할 수 있도록 한다. Conditions for perfect submap
Figure 112015089455517-pat00054
It can also be obtained from the above conditions, and many perfect submaps satisfy this condition, making it difficult to determine parameters r, s, u, v, and k having various environmental variables.

그리고 구조화 광 패턴은 3차원 스캐너와 같이 장면내 객체의 깊이를 이용하는 데 주로 쓰이며. 이를 위한 촬영 거리를 다소 일정한 특징이 있다. 이에 많은 사람들은 고정된 k 알파벳 크기과 디스플레이 환경에 따라 미리 설정된 파라메터 r, s, u, v를 가지는 공간 패턴에 기반하여 퍼펙트 서브맵을 작성한다. And structured light patterns are mainly used to use the depth of objects in the scene, such as 3D scanners. The shooting distance for this is somewhat constant. Accordingly, many people create a perfect submap based on a spatial pattern having a fixed k alphabet size and parameters r, s, u, and v set in advance according to the display environment.

본 발명에서와 같이 구조화 광 패턴에 기반한 퍼펙트 서브맵을 통해 멀티 프로젝터를 캘리브레이션하는 기술은 처음으로 진행되는 것입니다. This is the first technology to calibrate a multi-projector through a perfect submap based on a structured light pattern as in the present invention.

고정된 값을 가지는 파라미터를 사용하는 종래의 방법은 다양한 소형 카메라를 통해 패턴을 촬영하며, 스크린과 카메라간 거리가 수시로 변화되는 디스플레이 환경에서는 적용될 수 없는 한계를 가진다. 예를 들어, 저해상도 카메라가 고해상도 패턴을 포착하는 경우, 인식 정확도가 낮아질 수 있다. 스크린에 너무 가까이 배치된 카메라가 저해상도 패턴을 획득하는 경우, 대응점들의 개수가 불충분해질 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 디스플레이 환경에 따라 결정되는 퍼펙트 서브맵의 크기 변화 상관없이 일치되는 패턴에 대한 코디피케이션 스키마(codification scheme)를 필요로 한다. The conventional method of using a parameter having a fixed value photographs a pattern through various small cameras, and has a limitation that cannot be applied in a display environment where the distance between the screen and the camera changes frequently. For example, when a low-resolution camera captures a high-resolution pattern, recognition accuracy may be lowered. When a camera placed too close to the screen acquires a low-resolution pattern, the number of corresponding points may become insufficient. Therefore, in the present invention, a codification scheme for matching patterns is required regardless of a change in the size of the perfect submap determined according to the display environment.

이하, 도3 내지 도9를 참고하여 멀티 프로젝션 시스템의 프로젝터 캘리브레이션 방법의 각 단계를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, each step of the projector calibration method of the multi-projection system will be described in more detail with reference to FIGS. 3 to 9.

도3은 본 발명의 일 실시예에 따란 구조화 광 패턴 이미지를 생성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 3 is a view for explaining a process of generating a structured light pattern image according to an embodiment of the present invention.

도3에 도시된 바와 같이, 본 발명은 퍼펙트 서브맵의 수학성 특성을 반영한 코드 패턴 이미지(Icode)를 생성한 후, 수학식1에 따라 생성된 코드 패턴 이미지를 흰색 사각형과 검은색 사각형이 교차 배치된 바둑판 패턴 이미지(Ichecker)와 배타적 OR 연산시켜 구조화 광 패턴 이미지(Icombined)를 생성하도록 한다. 그리고 다수의 프로젝터 총 개수에 따라 구조화 광 패턴 이미지의 색상 또한 다양화시킨 후, 서로 상이한 색상을 가지는 다수의 구조화 광 패턴 이미지를 다수의 프로젝터 각각에 제공하도록 한다. As shown in Fig. 3, the present invention generates a code pattern image (I code ) that reflects the mathematical characteristics of the perfect submap, and then the white square and the black square cross the code pattern image generated according to Equation 1 The structured light pattern image (I combined ) is generated by performing an exclusive OR operation with the arranged checkerboard pattern image (I checker ). In addition, the colors of the structured light pattern image are also diversified according to the total number of the plurality of projectors, and then a plurality of structured light pattern images having different colors are provided to each of the plurality of projectors.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112015089455517-pat00055
Figure 112015089455517-pat00055

코드 패턴 이미지(Icode)는 점 대응을 위한 수학적 속성을 제공하고, 바둑판 패턴 이미지(Ichecker)는 인접된 바둑판 사각형에 의해 공유되는 정점을 가지는 대응점의 정확한 위치를 제공한다. The code pattern image (I code ) provides a mathematical property for point correspondence, and the checkerboard pattern image (I checker ) provides the exact location of the corresponding point having vertices shared by adjacent checkerboard squares.

퍼펙트 서브맵의 크기는 바둑판 패턴 이미지(Ichecker)에서 바둑판 패턴의 개수를 결정하며, 본 발명에서는 프로젝터의 화면 비율(σhv)을 고려하여 r×s를 결정한 후, 소형의 서브 어레이가 될 u×v과 알파벳 크기(k=

Figure 112015089455517-pat00056
)를 계산하도록 한다. The size of the perfect submap determines the number of checkerboard patterns in the checkerboard pattern image (I checker ), and in the present invention, after determining r×s in consideration of the aspect ratio (σ hv ) of the projector, a small sub-array is U×v and the size of the alphabet (k=
Figure 112015089455517-pat00056
) To calculate.

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112015089455517-pat00057
Figure 112015089455517-pat00057

이때, r는 퍼펙트 서브맵의 행 크기 , s는 퍼펙트 서브맵의 열 크기, u는 퍼펙트 서브맵에 대응되는 서브 어레이의 행 크기, v는 퍼펙트 서브맵에 대응되는 서브 어레이의 열 크기, σh는 프로젝터 화면의 가로 비율, σv는 프로젝터 화면의 세로 비율, ta(양의 실수)와 ts(양의 정수, 2≤ ts ≤ 2min(r,s))는 패턴 해상도와 각 대응점의 식별을 위해 필요한 최소 패턴 영역을 조정하는 스케일링 팩터이다. Here, r is the row size of the perfect submap, s is the column size of the perfect submap, u is the row size of the subarray corresponding to the perfect submap, v is the column size of the subarray corresponding to the perfect submap, and σ h is the size of the projector screen. The aspect ratio, σ v is the aspect ratio of the projector screen, t a (positive real number) and t s (positive integer, 2 ≤ ts ≤ 2min(r,s)) are the minimum required for pattern resolution and identification of each corresponding point. It is a scaling factor that adjusts the pattern area.

이에 본 발명에서는 사용자가 파라미터 r, s, u, v, 및 k 대신에, 패턴의 정확한 인식을 확인하고, 최적의 패턴 이미지를 생성하기 위한 ta와 ts만을 조정함으로써, 퍼펙트 서브맵의 크기(r×s), 서브 어레이의 크기(u×v), 그리고 알파벳 크기(k)가 자동 계산될 수 있도록 한다. Accordingly, in the present invention, instead of the parameters r, s, u, v, and k, the user confirms the correct recognition of the pattern and adjusts only t a and t s for generating the optimal pattern image, thereby the size of the perfect submap ( r×s), the size of the sub-array (u×v), and the alphabet size (k) can be automatically calculated.

즉, 사용자에 의해 패턴 해상도와 각 대응점의 식별을 위한 최소 영역 크기가 사용자 파라미터 ta와 ts 에의해 결정되면, 브루토-포스 알고리즘(brute-force algorithm) 등을 이용하여 퍼펙트 서브맵을 생성할 수 있다(R. A. Morano, C. Ozturk, R. Conn, S. Dubin, S. Zietz, and J. Nissanov. Structured light using pseudorandom codes. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, 21,22(3):322-327, 1998. 참고). In other words, if the pattern resolution and the minimum area size for identification of each corresponding point are determined by the user by the user parameters t a and t s , the perfect submap can be generated using a brute-force algorithm. (RA Morano, C. Ozturk, R. Conn, S. Dubin, S. Zietz, and J. Nissanov. Structured light using pseudorandom codes.IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, 21,22(3):322) -327, 1998. Reference).

도4은 본 발명의 일 실시예에 따른 퍼펙트 서브맵의 각 엘리먼트를 코드 패턴 이미지(Icode)의 심볼로 변환하는 원리를 설명하기 위한 도면이다. 이때, 퍼펙트 서브맵의 각 엘리먼트

Figure 112015089455517-pat00058
로 표현된다. 4 is a diagram for explaining a principle of converting each element of a perfect submap into a symbol of a code pattern image (I code ) according to an embodiment of the present invention. At this time, each element of the perfect submap
Figure 112015089455517-pat00058
Is expressed as

도4에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 공간 패턴이 대응점을 중심으로 동심원을 포함하도록 한다. 이들 원은 코드 패턴 이미지(Icode)의 심볼을 나타낸다. 동심원의 반경들은

Figure 112015089455517-pat00059
가 "0" 보다 크다면,
Figure 112015089455517-pat00060
로 결정되며, 이때 ρ은 가장 바깥쪽에 위치되는 동심원의 반경이다.
Figure 112015089455517-pat00061
가 "0" 인 경우에는 블랭크(blank) 표시되고, 인접된 심볼들이 오버랩핑되는 것을 방지하기 위해
Figure 112015089455517-pat00062
로 설정하도록 한다. 이때, W/H는 프로젝터 해상도의 너비/ 높이이다. 더하여 심볼은 도4에서와 같이 흰색 및 검은색 동심원이 교대로 배치되는 형태인 것이 바람직할 것이다. 이 방식은 k 값에 따라 다양한 요소들을 유연하게 설명할 수 있도록 한다. As shown in Fig. 4, in the present invention, the spatial pattern includes a concentric circle around a corresponding point. These circles represent symbols of the code pattern image (I code ). The concentric circles' radii are
Figure 112015089455517-pat00059
Is greater than "0",
Figure 112015089455517-pat00060
Is determined, where ρ is the radius of the outermost concentric circle.
Figure 112015089455517-pat00061
When is "0", a blank is displayed, and to prevent overlapping of adjacent symbols
Figure 112015089455517-pat00062
Set it to. In this case, W/H is the width/height of the projector resolution. In addition, it is preferable that the symbol is a form in which white and black concentric circles are alternately arranged as in FIG. 4. This method allows flexible explanation of various factors depending on the value of k.

도5은 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 이미지로부터 코드 패턴 이미지를 복원하는 원리를 설명하기 위한 도면이다. 5 is a diagram illustrating a principle of restoring a code pattern image from a camera image according to an embodiment of the present invention.

앞서 설명된 수학식3을 참고하면, 코드 패턴 이미지(Icode)는 수학식1의 양변에

Figure 112015089455517-pat00063
를 적용함으로써 복원될 수 있다. Referring to Equation 3 described above, the code pattern image (I code ) is on both sides of Equation 1
Figure 112015089455517-pat00063
Can be restored by applying.

[수학식 3][Equation 3]

Figure 112015089455517-pat00064
Figure 112015089455517-pat00064

이는 퍼펙트 서브맵에 기반한 코드 패턴 이미지(Icode)는, 카메라를 통해 촬영된 이미지와 바둑판 패턴 이미지(Ichecker)에 대한 배타적 논리합 연산을 통해 복원될 수 있음을 의미한다. 그러나 바둑판 패턴 이미지(Ichecker)를 모르는 상태에서도 촬영된 결합 패턴 이미지로부터 복원할 수 있어야 하기 때문에 이하의 수학식 4가 도출될 수 있다. This means that the code pattern image (I code ) based on the perfect submap can be reconstructed through an exclusive OR operation on the image captured by the camera and the checkerboard pattern image (I checker ). However, since the checkerboard pattern image (I checker ) must be restored from the captured combined pattern image even without knowing the checkerboard pattern image (I checker ), the following Equation 4 can be derived.

[수학식 4][Equation 4]

Figure 112015089455517-pat00065
Figure 112015089455517-pat00065

이때, Icapture는 카메라를 통해 촬영된 이미지, I'checker는 알려지지 않은 바둑판 패턴 이미지이고, I'code는 Icapture를 이용하여 복원된 코드 패턴 이미지이다. At this time, I will capture the image, I 'is a checker board pattern image that is known, I' code is a code pattern image restoration using a capture I taken by the camera.

이에 본 발명에서는 Icapture로부터 I'checker를 획득한 후, Icapture와 I'checker의 두 이미지로부터 I'code를 복원하고, 복원된 코드 패턴 이미지(I'code)를 기반으로, 패턴 이미지를 투사하는 프로젝터와 패턴 이미지를 포함하는 카메라 시야 사이의 상관관계를 파악할 수 있다. In the "After obtaining the checker, I capture and I 'the I from the I capture the invention two images based on the I" restore code and the restored code pattern image (I' code) from the checker, to project the pattern image It is possible to grasp the correlation between the projector and the field of view of the camera including the pattern image.

심볼 중심에 위치한 점 대응들로부터 복원용 바둑판 패턴 이미지(I'checker)를 획득할 수 있다. 바둑판 패턴의 사각형 모서리에 일치되는 중심들을 리콜한 후, Shi-Tomasi 코너 검출 알고리즘 등을 통해 복원용 바둑판 패턴 이미지(I'checker)에서 만나는 네 개의 사각형이 만나는 점을 찾아 초기 점 집합(P)를 형성한다. 그리고 도6의 (a)와 같이 초기 점 집합(P)에 속하는 i번째 점(pi)에 인접 위치한 이웃 점(pj)들을 추출하여 이웃 점 집합(

Figure 112015089455517-pat00066
)을 형성한다. 다만, 본 발명에서는 계산 부하를 감소하기 위해,
Figure 112015089455517-pat00067
를 임계 거리 d로 선택함으로써, i번째 점(pi)로부터 너무 가깝거나 먼 점들은 이웃 점(pj)에서 제외시키도록 한다. A checkerboard pattern image (I' checker ) for restoration may be obtained from point correspondences located at the center of the symbol. After recalling the centers that match the square corners of the checkerboard pattern, the initial point set (P) is found by finding the point where the four squares that meet in the restoration checkerboard pattern image (I' checker ) meet through the Shi-Tomasi corner detection algorithm. To form. And, as shown in Fig. 6(a), by extracting neighboring points (p j ) located adjacent to the i-th point (p i ) belonging to the initial point set (P), the neighboring point set (
Figure 112015089455517-pat00066
) To form. However, in the present invention, in order to reduce the computational load,
Figure 112015089455517-pat00067
By selecting D as the critical distance d, points that are too close or far from the i-th point p i are excluded from the neighboring point p j .

구조화 광 패턴은 이진 이미지임을 고려하여 수학식 5와 같은 형태적 이미지 연산을 통해 에지 이미지(Iedge)를 획득하도록 한다. Considering that the structured light pattern is a binary image, an edge image (I edge ) is obtained through a morphological image operation such as Equation (5).

[수학식 5][Equation 5]

Figure 112015089455517-pat00068
Figure 112015089455517-pat00068

그리고 도6의 (b)에서와 같이 두 지점이 에지 이미지의 에지에 의해 연결되어 있는지를 파악하기 위해, 두 개의 끝점을 있는 라인 드로잉에 주로 이용되는 브레젠함(Bresenham) 라인을 기반으로, 이웃 점 집합(Ni)에서 i번째 점(pi)와 에지 라인으로 연결되는 이웃 점(pj)만을 선별하여 유효 이웃점 집합(Mi)을 획득하도록 한다. And in order to determine whether the two points are connected by the edge of the edge image as shown in (b) of FIG. 6, based on the Bresenham line mainly used for line drawing with two end points, neighboring points In the set (N i ), only the i-th point (p i ) and the neighboring point (p j ) connected to the edge line are selected to obtain an effective neighboring point set (M i ).

수학식 6은 브레젠함 라인 산출식이다. Equation 6 is a Bressenham line calculation equation.

[수학식 6][Equation 6]

Figure 112015089455517-pat00069
Figure 112015089455517-pat00069

수학식 6의 Ωij 는 i번째 점(pi)과 이웃 점(pj)간 경로상에 위치한 픽셀을, n은 경로상에 위치한 픽셀의 개수를 의미한다. Ni에 속하는 pj 중에서,

Figure 112015089455517-pat00070
의 조건을 만족시키는 점만을 Mi로 유지하도록 한다. 이때, 임계값 λ은 0.8으로 설정될 수 있을 것이다. In Equation 6, Ω ij denotes a pixel located on a path between the i-th point p i and a neighboring point p j , and n denotes the number of pixels located on the path. Among p j belonging to N i ,
Figure 112015089455517-pat00070
Only points that satisfy the condition of are kept as M i . In this case, the threshold value λ may be set to 0.8.

그리고 수학식7으로 표현되는 유효 함수 V(pi)를 기반으로 P에서 대응점 P'를 추출하도록 한다.And, based on the effective function V(p i ) represented by Equation 7, the corresponding point P'is extracted from P.

[수학식 7][Equation 7]

Figure 112015089455517-pat00071
Figure 112015089455517-pat00071

유효 이웃점 집합(Mi)내 모든 점이 직선 라인에 있다면, pi에서 Mi내 점을 향하는 모든 벡터는 동일 직선상에 있고 공선 함수(C(pi,pj))의 합이 0이어야 한다. 그렇지 않으면, 벡터는 두 개의 서로 다른 배향을 가지며, pi는 대응점으로서 간주될 수 있다. 오차 값(e)은 공선성(collinearity)을 확인하도록 0.1으로 설정되도록 한다. If all points in the set of effective neighbors (M i ) are on a straight line, all vectors from p i to points in M i are on the same line and the sum of the collinear functions (C(p i ,p j )) must be zero. do. Otherwise, the vector has two different orientations, and p i can be considered as the corresponding point. The error value (e) is set to 0.1 to check collinearity.

복원용 바둑판 패턴 이미지(I'checker)는 촬영 이미지(Icapture)내 4개 대응점이 흰색 또는 검은 색 사각형을 형성하는지를 확인함으로써 획득될 수 있다. 두 대각선 점 사이의 중간점은 바둑판의 사각형 각각의 흰색 또는 검은 색을 결정한다. The restoration checkerboard pattern image (I' checker ) may be obtained by checking whether four corresponding points in the photographed image (I capture ) form a white or black square. The midpoint between the two diagonal points determines the white or black color of each square on the checkerboard.

그리고 획득된 복원용 바둑판 패턴 이미지(I'checker)를 통해 수학식 4를 해독하여, 복원된 코드 패턴 이미지(I'code)를 생성한다. 다만, 복원용 바둑판 패턴 이미지(I'checker)와 촬영 이미지(Icapture)간 정렬 불량에 의해 발생되는 잘못된 에지는 복원된 코드 패턴 이미지(I'code)에 잔존하게 되나, 이러한 에지들은 형태학 개방 연산(morphological opening operation)에 의해 손쉽게 제거 가능하다. In addition, Equation 4 is decoded through the obtained restoration checkerboard pattern image (I′ checker ) to generate a reconstructed code pattern image (I′ code ). However, incorrect edges caused by misalignment between the restoration checkerboard pattern image (I' checker ) and the photographed image (I capture ) remain in the restored code pattern image (I' code ), but these edges are morphologically open. It can be easily removed by (morphological opening operation).

그리고 복원된 코드 패턴 이미지(I'code)를 이용하여 컨투어 이미지(Icontour)를 산출한다. 퍼펙트 서브맵의 각 엘리먼트(cij)는 앞서 설명된 바와 같이 동심원 형태의 심볼로 변환되므로, 이들 앨리먼트는 각 대응점을 둘러싸는 원형 윤곽선의 개수에 따라 도출된다. 그리고 코드 패턴 이미지(Icode)에서 사용한 퍼펙트 서브맵의 코드워드를 이용하여 이들 엘리멘트들의 u×v 서브 어레이를 비교함으로써, 카메라와 프로젝터 간의 점 대응성을 계산하도록 한다. Then, a contour image (I contour ) is calculated using the reconstructed code pattern image (I' code ). Since each element (c ij ) of the perfect submap is converted into a concentric circle shape as described above, these elements are derived according to the number of circular outlines surrounding each corresponding point. And by comparing the u×v sub-array of these elements using the codeword of the perfect submap used in the code pattern image (I code ), the point correspondence between the camera and the projector is calculated.

단일 카메라 뷰에서 관찰되는 두 개 패턴의 대응성을 이용하여, 본 발명은 유사-단일 뷰를 생성하고 디스플레이 영역을 결정하기 위한 카메라와 프로젝터간의 호모그래피를 산출한다. Using the correspondence of the two patterns observed in a single camera view, the present invention produces a pseudo-single view and produces a homography between the camera and the projector to determine the display area.

이하의 수학식9은 RANSAC(RANdom SAmple Consensus) 로버스트 추정 방법을 이용하여 호모그래피 매트릭스 Hi,j를 계산하는 수학식이다. Equation 9 below is an equation for calculating the homography matrix H i,j using a RANSAC (RANdom SAmple Consensus) robust estimation method.

[수학식 9][Equation 9]

Figure 112015089455517-pat00072
Figure 112015089455517-pat00072

이때, i는 카메라 뷰의 인덱스, j는 프로젝터의 인덱스이다. 카메라 뷰는 프로젝터 좌표를 다음 프로젝터 좌표로 변환하기 위한 연결고리로 작용한다. 반대로, 패턴은 수학식 9에서와 같이 두 개의 카메라 뷰간 변환을 가능하게 하는 연결고리로 사용될 수 있다. In this case, i is the index of the camera view, and j is the index of the projector. The camera view acts as a link to convert the projector coordinates to the next projector coordinates. Conversely, the pattern can be used as a link that enables conversion between two camera views as in Equation 9.

도7에 도시된 바와 같이, 모든 프로젝터 노드와 뷰 노드간 변환은 하나의 호모그래피 매트릭스 H로 표현될 수 있고, 그 역방향은 H-1로 표현될 수 있다. As shown in FIG. 7, transformations between all projector nodes and view nodes can be expressed by one homography matrix H, and the reverse direction can be expressed by H- 1 .

H에 의해, 점 x의 변환은 x′ = Hx으로 표현될 수 있으며, 직선 방정식

Figure 112015089455517-pat00073
을 만족시키는
Figure 112015089455517-pat00074
의 라인의 변환은 l'=
Figure 112015089455517-pat00075
로 표현될 수 있다. 이때, a, b, c 는 2차원 직선 방정식의 계수이다. By H, the transformation of the point x can be expressed as x′ = Hx , and the linear equation
Figure 112015089455517-pat00073
Satisfying
Figure 112015089455517-pat00074
The conversion of the line of l'=
Figure 112015089455517-pat00075
It can be expressed as In this case, a, b, and c are coefficients of a two-dimensional linear equation.

도8과 도9는 본 발명의 일 실시예에 따른 대형 디스플레이 영역을 결정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 8 and 9 are diagrams for explaining a method of determining a large display area according to an embodiment of the present invention.

참고로, 벽, 천장, 및 바닥에 대한 에지는 필요한 기하학적 정보를 추출하는 단서를 제공한다. 공간 기하는 유사-단일(pseudo-single) 영상의 에지 집합으로부터 얻어지는 소실점을 이용하여 추정될 수 있다. 각 벽면은 사각형이라고 가정하고, 상단에지와 하단에지가 만나는 수평 소실점은

Figure 112015089455517-pat00076
으로 설정하면, 상단 에지와 하단에지를 통과하는 벡터는
Figure 112015089455517-pat00077
Figure 112015089455517-pat00078
로 표현되고, 이들 두 벡터 사이의 각도는
Figure 112015089455517-pat00079
로 표현된다. 동일하게, 수직 소실점이
Figure 112015089455517-pat00080
이며, 좌측 에지와 우측 에지를 통과하는 벡터는 각각
Figure 112015089455517-pat00081
Figure 112015089455517-pat00082
로, 이들 두 벡터 사이의 각도는
Figure 112015089455517-pat00083
로 표현될 수 있다.For reference, edges on walls, ceilings, and floors provide clues to extracting the necessary geometric information. The spatial geometry can be estimated using a vanishing point obtained from an edge set of a pseudo-single image. Each wall is assumed to be square, and the horizontal vanishing point where the top edge and bottom edge meet is
Figure 112015089455517-pat00076
If set to, the vectors passing through the top and bottom edges are
Figure 112015089455517-pat00077
Wow
Figure 112015089455517-pat00078
And the angle between these two vectors is
Figure 112015089455517-pat00079
Is expressed as Equally, the vertical vanishing point
Figure 112015089455517-pat00080
And the vectors passing through the left and right edges are respectively
Figure 112015089455517-pat00081
And
Figure 112015089455517-pat00082
As, the angle between these two vectors is
Figure 112015089455517-pat00083
It can be expressed as

이에 본 발명은 캐니 에지 검출기(Canny edge detector) 등을 이용하여, 벽면 교차 지점과 패턴 각각에 대응되는 에지를 추출한다. 그러면 각 채널 이미지에서 추출된 감산 패턴 영역은 기하학적 구조를 가지는 필수 에지들을 가지게 된다. 그리고 허프 변환을 이용하여 이들 에지 성분에 대응되는 완벽한 라인 세그먼트를 추출하도록 한다. 각 평면의 소실점 ω, 벡터

Figure 112015089455517-pat00084
Figure 112015089455517-pat00085
는 추출된 라인 세그먼트들과 이들의 교차 정보를 기반으로 계산될 수 있다. Accordingly, the present invention uses a Canny edge detector or the like to extract an edge corresponding to an intersection point of the wall and each pattern. Then, the subtraction pattern region extracted from each channel image has essential edges having a geometrical structure. And, by using the Hough transform, perfect line segments corresponding to these edge components are extracted. Vanishing point ω of each plane, vector
Figure 112015089455517-pat00084
And
Figure 112015089455517-pat00085
May be calculated based on the extracted line segments and their intersection information.

특히, 본 발명에서는 카메라 이미지의 X 축이 지면에 평행되게 정렬하지 않아도 되며, 디스플레이 환경의 기하로부터 추출된 소실점 덕분에, 기준 마커들을 배치하거나 틸트센서를 부착하지 않고도 멀티 평면 디스플레이에 손쉽게 적용될 수 있는 장점을 가진다. In particular, in the present invention, the X axis of the camera image does not need to be aligned parallel to the ground, and thanks to the vanishing point extracted from the geometry of the display environment, it can be easily applied to a multi-flat display without placing reference markers or attaching a tilt sensor. Has an advantage.

각 평면의 디스플레이 영역을 해당 평면의 소실점 ω, 벡터

Figure 112015089455517-pat00086
Figure 112015089455517-pat00087
을 통해 결정한 후, 이하의 수학식 10을 이용하여 각 평면에 생성할 수 있는 최대 디스플레이 영역을 설정한다. The display area of each plane is the vanishing point ω, vector
Figure 112015089455517-pat00086
And
Figure 112015089455517-pat00087
After determining through Equation 10, the maximum display area that can be generated in each plane is set using Equation 10 below.

[수학식 10][Equation 10]

Figure 112015089455517-pat00088
Figure 112015089455517-pat00088

이때, U는 벡터

Figure 112015089455517-pat00089
를 포함하는 벡터 집합으로, 이는 소실점 ω에서 투사 이미지 상단 에지의 끝점을 향하는 벡터들의 집합이다. 끝 점 중 인접한 투사 이미지 안에 놓여져 있거나, 벽면 바깥 쪽에 위치한 점은 인접한 투사 이미지 혹은 벽면의 경계선과의 교차점(도9에서 주황색 점으로 표시됨)으로 대체 된다. 벡터 집합 V는 벡터
Figure 112015089455517-pat00090
와 투사 이미지의 바닥 에지의 끝점을 이용하여 같은 방식으로 정의된다.Where U is a vector
Figure 112015089455517-pat00089
It is a vector set containing ω, which is a set of vectors from the vanishing point ω toward the end point of the top edge of the projection image. Among the end points, the points placed in the adjacent projection image or located outside the wall are replaced by the adjacent projection images or intersections with the boundary lines of the wall (indicated by orange dots in Fig. 9). Vector set V is vector
Figure 112015089455517-pat00090
It is defined in the same way using the end point of the bottom edge of the projected image and.

각 평면의 최대 디스플레이 영역의 크기를 평가한 후, 평면 디스플레이 높이는 가장 작은 디스플레이 영역의 높이로 설정된다. 이어서, 변환 행렬 HL,R을 사용하여, 디스플레이들의 넓이를 서로 비교한 후, 가장 작은 것을 대형 디스플레이 영역(V)의 넓이로 설정하도록 한다. After evaluating the size of the maximum display area of each plane, the flat display height is set to the height of the smallest display area. Subsequently, the widths of the displays are compared with each other using the transformation matrices H L and R , and then the smallest one is set as the width of the large display area V.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to make various modifications and variations without departing from the essential characteristics of the present invention. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention, but to explain the technical idea, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

Claims (8)

다수의 프로젝터와 카메라를 구비한 멀티 프로젝션 시스템의 프로젝터 캘리브레이션 방법에 있어서,
퍼펙트 서브맵을 기반으로 구조화 광 패턴 이미지를 생성한 후, 상기 구조화 광 패턴 이미지의 색상을 모두 달리하여 상기 다수의 프로젝터 각각에 제공하는 단계;
상기 다수의 프로젝터를 통해 구조화 광 패턴 이미지를 동시 투사하면서, 상기 카메라를 통해 상기 구조화 광 패턴 이미지의 중첩 영역을 촬영하여 적어도 하나의 촬영 이미지를 획득하는 단계;
상기 촬영 이미지 각각에 포함된 다수의 구조화 광 패턴 이미지를 복원함과 동시에 색상 기반으로 상기 복원된 이미지 각각에 대응되는 프로젝터를 식별하고, 상기 복원된 이미지간 대응성을 기반으로 상기 카메라와 상기 다수의 프로젝터간 호모그래피를 산출하는 단계; 및
상기 카메라와 상기 다수의 프로젝터간 호모그래피와 상기 촬영 이미지에 포함된 에지 정보를 기반으로 디스플레이 환경을 구성하는 적어도 하나의 평면 각각에 대한 수직 및 수평 소실점을 산출하고, 상기 산출된 수직 및 수평 소실점을 기반으로 대형 디스플레이 영역을 결정하는 단계를 포함하고,
상기 구조화 광 패턴 이미지는
퍼펙트 서브맵에 포함된 다수의 엘리멘트 각각의 수학성 속성을 반영하는 다수의 심볼들로 구성된 코드 패턴 이미지를 생성한 후, 상기 코드 패턴 이미지와 바둑판 패턴 이미지에 대한 배타적 논리합 연산을 수행함으로써 생성되는
멀티 프로젝션 시스템의 프로젝터 캘리브레이션 방법.
In the projector calibration method of a multi-projection system equipped with a plurality of projectors and cameras,
Generating a structured light pattern image based on the perfect submap, and then providing the structured light pattern image to each of the plurality of projectors by varying all colors of the structured light pattern image;
Simultaneously projecting a structured light pattern image through the plurality of projectors and capturing an overlapping area of the structured light pattern image through the camera to obtain at least one captured image;
While restoring a plurality of structured light pattern images included in each of the captured images, a projector corresponding to each of the restored images is identified based on color, and the camera and the plurality of Calculating homography between projectors; And
Based on the homography between the camera and the plurality of projectors and edge information included in the captured image, vertical and horizontal vanishing points are calculated for each of at least one plane constituting the display environment, and the calculated vertical and horizontal vanishing points are calculated. Determining a large display area based on,
The structured light pattern image is
Generated by generating a code pattern image composed of a plurality of symbols reflecting the mathematical properties of each of the plurality of elements included in the perfect submap, and then performing an exclusive OR operation on the code pattern image and the checkerboard pattern image.
How to calibrate a projector in a multi-projection system.
삭제delete 제1항에 있어서, 상기 다수의 심볼은
상기 엘리멘트의 값이 "0"이면, 블랭크(blank) 표시되고, 그렇지 않다면 흰색 및 검은색 동심원이 교대로 배치되는 동심원을 적어도 하나 구비할 수 있으며, 상기 동심원의 반경은
Figure 112015089455517-pat00091
로 결정되는 것을 특징으로 하며,
상기 ρ은 가장 바깥쪽에 위치되는 동심원의 반경이며, 상기
Figure 112015089455517-pat00092
는 상기 엘리먼트의 값인 것을 특징으로 하는 멀티 프로젝션 시스템의 프로젝터 캘리브레이션 방법.
The method of claim 1, wherein the plurality of symbols
If the value of the element is "0", a blank is displayed; otherwise, at least one concentric circle in which white and black concentric circles are alternately arranged may be provided, and the radius of the concentric circle is
Figure 112015089455517-pat00091
Characterized in that it is determined as,
The ρ is the radius of a concentric circle located at the outermost side, and
Figure 112015089455517-pat00092
Is the value of the element, the projector calibration method of the multi-projection system.
제1항에 있어서, 상기 퍼펙트 서브맵의 크기는
"
Figure 112020025763515-pat00093
"의 식에 따라 결정되며,
상기 r는 퍼펙트 서브맵의 행 크기, 상기 s는 퍼펙트 서브맵의 열 크기, 상기 u는 퍼펙트 서브맵에 대응되는 서브 어레이의 행 크기, 상기 v는 퍼펙트 서브맵에 대응되는 열 크기, 상기 σh는 프로젝터 화면의 가로 비율, 상기 σv는 프로젝터 화면의 세로 비율, 상기 ta(양의 실수)와 ts(양의 정수, 2 ≤ ts ≤ 2min(r,s))는 패턴 해상도와 각 대응점의 식별을 위해 필요한 최소 패턴 영역을 결정하기 위해 사용자로부터 입력되는 스케일링 팩터인 것을 특징으로 하며,
상기 바둑판 패턴 이미지는 상기 퍼펙트 서브맵의 크기에 따라 능동 조절된 개수의 바둑판 패턴을 가지는 것을 특징으로 하는 멀티 프로젝션 시스템의 프로젝터 캘리브레이션 방법.
The method of claim 1, wherein the size of the perfect submap is
"
Figure 112020025763515-pat00093
"It is determined by consciousness,
Where r is a row size of the perfect submap, s is a column size of the perfect submap, u is a row size of a subarray corresponding to the perfect submap, v is a column size corresponding to the perfect submap, and σ h is the projector screen The aspect ratio, σ v is the vertical ratio of the projector screen, and t a (positive real number) and t s (positive integer, 2 ≤ ts ≤ 2min(r,s)) are for pattern resolution and identification of each corresponding point. It is characterized in that it is a scaling factor input from a user to determine a required minimum pattern area,
The projector calibration method of a multi-projection system, wherein the checkerboard pattern image has a number of checkerboard patterns that are actively adjusted according to the size of the perfect submap.
제1항에 있어서, 상기 복원된 이미지는
상기 촬영 이미지와 복원용 바둑판 패턴 이미지에 대한 배타적 논리합 연산을 수행함으로써 획득되는 것을 특징으로 하는 멀티 프로젝션 시스템의 프로젝터 캘리브레이션 방법.
The method of claim 1, wherein the restored image
A projector calibration method of a multi-projection system, characterized in that obtained by performing an exclusive OR operation on the captured image and the restoration checkerboard pattern image.
제5항에 있어서, 상기 복원용 바둑판 패턴은
상기 촬영 이미지에서 네 개의 사각형이 만나는 점을 초기 점으로 획득한 후 상기 초기 점에 인접 위치하는 이웃 점들을 파악하고,
상기 촬영 이미지의 에지 성분을 추출하여 에지 이미지를 생성한 후, 상기 이웃 점들중에서 상기 에지 이미지의 브레젠함 라인 상에 위치한 이웃 점만을 선별하여 유효 이웃점들을 파악하고,
상기 유효 이웃점들을 기반으로 상기 촬영 이미지의 바둑판 형상을 분석함으로써 획득되는 것을 특징으로 하는 멀티 프로젝션 시스템의 프로젝터 캘리브레이션 방법.
The method of claim 5, wherein the restoration checkerboard pattern
After acquiring a point where four squares meet in the photographed image as an initial point, neighboring points located adjacent to the initial point are identified,
After generating an edge image by extracting the edge component of the photographed image, only neighboring points located on the Brezenham line of the edge image are selected from among the neighboring points to identify effective neighboring points,
A projector calibration method of a multi-projection system, characterized in that obtained by analyzing a checkerboard shape of the captured image based on the effective neighboring points.
제1항에 있어서, 상기 대형 디스플레이 영역을 결정하는 단계는
상기 카메라 이미지들의 에지 성분을 기반으로 다수의 라인 세그먼트를 추출하는 단계;
상기 라인 세그먼트들과 상기 라인 세그먼트들의 교차 정보를 기반으로 대형 디스플레이 영역을 구성하는 각 평면의 소실점, 수직 및 수평 벡터를 계산하는 단계;
상기 각 평면의 소실점, 수직 및 수평 벡터를 기반으로 상기 각 평면의 디스플레이 영역을 파악하는 단계; 및
상기 각 평면의 디스플레이 영역의 크기를 평가한 후, 가장 작은 디스플레이 영역의 높이와 넓이로 상기 대형 디스플레이 영역의 높이와 넓이를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 프로젝션 시스템의 프로젝터 캘리브레이션 방법.
The method of claim 1, wherein determining the large display area
Extracting a plurality of line segments based on edge components of the camera images;
Calculating vanishing points and vertical and horizontal vectors of each plane constituting a large display area based on intersection information of the line segments and the line segments;
Determining a display area of each plane based on a vanishing point of each plane and a vertical and horizontal vector; And
And determining the height and width of the large display area based on the height and width of the smallest display area after evaluating the size of the display area of each plane.
대형 디스플레이 영역으로 이미지를 투사하는 다수의 프로젝터;
상기 대형 디스플레이 영역에 투사된 이미지를 촬영하는 카메라; 및 퍼펙트 서브맵을 기반의 구조화 광 패턴 이미지를 상기 다수의 프로젝터를 통해 동시 투사하면서 상기 카메라를 통해 상기 구조화 광 패턴 이미지의 중첩 영역을 촬영하고, 상기 촬영 이미지 각각에 포함된 다수의 구조화 광 패턴 이미지를 복원 및 분석하여 상기 카메라와 상기 다수의 프로젝터간 호모그래피를 산출하고, 상기 카메라와 상기 다수의 프로젝터간 호모그래피와 상기 촬영 이미지의 에지 정보를 기반으로 디스플레이 환경을 구성하는 적어도 하나의 평면 각각에 대한 수직 및 수평 소실점을 산출한 후, 상기 산출된 수직 및 수평 소실점을 기반으로 대형 디스플레이 영역을 결정하는 프로세서를 포함하고,
상기 구조화 광 패턴 이미지는
퍼펙트 서브맵에 포함된 다수의 엘리멘트 각각의 수학성 속성을 반영하는 다수의 심볼들로 구성된 코드 패턴 이미지를 생성한 후, 상기 코드 패턴 이미지와 바둑판 패턴 이미지에 대한 배타적 논리합 연산을 수행함으로써 생성되는
멀티 프로젝션 시스템.
A plurality of projectors projecting an image onto a large display area;
A camera for photographing an image projected on the large display area; And simultaneously projecting a structured light pattern image based on a perfect submap through the plurality of projectors, photographing an overlapping area of the structured light pattern image through the camera, and storing a plurality of structured light pattern images included in each of the captured images. For each of at least one plane constituting a display environment based on the homography between the camera and the plurality of projectors by restoration and analysis and the homography between the camera and the plurality of projectors and edge information of the captured image After calculating vertical and horizontal vanishing points, including a processor for determining a large display area based on the calculated vertical and horizontal vanishing points,
The structured light pattern image is
Generated by generating a code pattern image composed of a plurality of symbols reflecting the mathematical properties of each of the plurality of elements included in the perfect submap, and then performing an exclusive OR operation on the code pattern image and the checkerboard pattern image.
Multi projection system.
KR1020150128469A 2014-09-15 2015-09-10 Muti-projection system and method for projector calibration thereof KR102160839B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140122179 2014-09-15
KR20140122179 2014-09-15

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160031967A KR20160031967A (en) 2016-03-23
KR102160839B1 true KR102160839B1 (en) 2020-09-28

Family

ID=55645282

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150128468A KR20160031966A (en) 2014-09-15 2015-09-10 Muti-projection system and method for projector calibration thereof
KR1020150128469A KR102160839B1 (en) 2014-09-15 2015-09-10 Muti-projection system and method for projector calibration thereof

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150128468A KR20160031966A (en) 2014-09-15 2015-09-10 Muti-projection system and method for projector calibration thereof

Country Status (1)

Country Link
KR (2) KR20160031966A (en)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102002531B1 (en) * 2016-11-25 2019-07-22 한국전자통신연구원 Apparatus for correcting video and method for using the same
KR101820905B1 (en) 2016-12-16 2018-01-22 씨제이씨지브이 주식회사 An image-based projection area automatic correction method photographed by a photographing apparatus and a system therefor
KR101847996B1 (en) * 2016-12-16 2018-04-12 씨제이씨지브이 주식회사 Image projection method for a curved projection area and projection system therefor
KR102030294B1 (en) * 2017-11-20 2019-10-08 한국과학기술원 Method for calibrating 360-degree cameras
RU2020135294A (en) * 2018-03-28 2022-04-28 Конинклейке Филипс Н.В. METHOD AND SYSTEM FOR ASSESSING TEETH SHADES IN UNMANAGED ENVIRONMENT
KR102260044B1 (en) * 2018-11-09 2021-06-03 한국과학기술원 Method and apparatus for calibrating cameras
KR102176322B1 (en) * 2018-12-19 2020-11-09 주식회사 팀제파 Multi projector control system and method
KR200490946Y1 (en) 2019-07-03 2020-01-28 리얼타임비쥬얼(주) Half dome screen projection system using single projector
KR20210034253A (en) 2019-09-20 2021-03-30 삼성전자주식회사 Method and device to estimate location
KR102348429B1 (en) 2019-12-23 2022-01-10 서경대학교 산학협력단 Image distribution and conversion device for multi-projector image alignment and aligning method using the same
KR102460361B1 (en) * 2020-12-29 2022-11-01 광주과학기술원 System and method for performing calibrations
KR20230063234A (en) * 2021-11-01 2023-05-09 삼성전자주식회사 Method and electronic apparatus for calibration of camera

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009046114B4 (en) * 2009-10-28 2011-09-01 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Method and apparatus for generating a calibrated projection
JP5631025B2 (en) * 2010-03-10 2014-11-26 キヤノン株式会社 Information processing apparatus, processing method thereof, and program

Also Published As

Publication number Publication date
KR20160031967A (en) 2016-03-23
KR20160031966A (en) 2016-03-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102160839B1 (en) Muti-projection system and method for projector calibration thereof
CN111095923B (en) Calibration device, calibration system, and calibration method
US10699476B2 (en) Generating a merged, fused three-dimensional point cloud based on captured images of a scene
US11039121B2 (en) Calibration apparatus, chart for calibration, chart pattern generation apparatus, and calibration method
US11290704B2 (en) Three dimensional scanning system and framework
US20100277655A1 (en) Mesh for mapping domains based on regularized fiducial marks
US20070031063A1 (en) Method and apparatus for generating a composite image from a set of images
WO2001047285A1 (en) Method and apparatus for calibrating projector-camera system
CN113841384B (en) Calibration device, chart for calibration and calibration method
KR102206108B1 (en) A point cloud registration method based on RGB-D camera for shooting volumetric objects
US11022435B2 (en) Pattern projection depth value 3D scanning device and method
CN110415304B (en) Vision calibration method and system
KR101275823B1 (en) Device for detecting 3d object using plural camera and method therefor
US10818030B2 (en) Three-dimensional measurement apparatus and three-dimensional measurement method
JP6088864B2 (en) Calibration system and calibration method
TWI402768B (en) Method for generating high resolution image
US10205911B2 (en) Method and system for detecting running
US10089726B2 (en) Image processing apparatus, image processing method, and storage medium, relating to generating an image corresponding to a predetermined three-dimensional shape by transforming a captured image
CN109493387B (en) Method and device for aligning optical axes of multiple cameras
JP2005277732A (en) Method, device and program for four-corner detection of rectangular image, and storage medium stored with four-corner detection program of rectangular image
Park et al. Auto-calibration of multi-projector displays with a single handheld camera
CN110769223B (en) Method and device for adjusting projected image and readable storage medium
WO2023008509A1 (en) Information processing program and information processing device
CN114615478B (en) Projection screen correction method, projection screen correction system, projection apparatus, and storage medium
CN110268439B (en) Motion image corner point sequencer

Legal Events

Date Code Title Description
N231 Notification of change of applicant
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant