KR102620875B1 - Method and device for dcnn-based image stitching - Google Patents

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KR102620875B1
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김문철
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한국과학기술원
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Abstract

심층 신경망 기반 영상 스티칭 방법 및 장치가 개시된다. 일 실시에에 따른 영상 스티칭 방법은 서로 다른 시점의 복수의 영상을 수신하는 동작과, 상기 복수의 영상에 기초하여 영상 스티칭 파라미터를 획득하는 동작과, 상기 영상 스티칭 파라미터에 기초하여 와핑된 파노라마 영상을 생성하는 동작과, 상기 와핑된 파노라마 영상으로부터 시차 왜곡 제거 영상을 생성하는 동작과, 상기 시차 왜곡 제거 영상으로부터 상기 복수의 영상을 스티칭한 스티칭 파노라마 영상을 생성하는 동작을 포함할 수 있다.A deep neural network-based image stitching method and device are disclosed. An image stitching method according to an embodiment includes receiving a plurality of images from different viewpoints, obtaining image stitching parameters based on the plurality of images, and creating a warped panoramic image based on the image stitching parameters. It may include an operation of generating, an operation of generating a parallax distortion-removed image from the warped panoramic image, and an operation of generating a stitched panoramic image by stitching the plurality of images from the parallax distortion-removed image.

Description

심층 신경망 기반 영상 스티칭 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR DCNN-BASED IMAGE STITCHING}Deep neural network-based image stitching method and device {METHOD AND DEVICE FOR DCNN-BASED IMAGE STITCHING}

아래 개시는 심층 신경망 기반 영상 스티칭 방법 및 장치에 관한 것이다.The disclosure below relates to a deep neural network-based image stitching method and apparatus.

영상 스티칭(image stitching) 기술은 겹치는 부분이 존재하는 두 장 이상의 영상을 자연스럽게 연결하여 하나의 영상을 생성하는 기술이다. 영상 스티칭 기술은 특징점 추출, 중첩 영역에서의 특징점 매칭, 호모그래피(homography) 추정, 와핑(warping) 및 블렌딩(blending) 등의 방법을 통해 구현된다.Image stitching technology is a technology that creates one image by naturally connecting two or more images with overlapping parts. Image stitching technology is implemented through methods such as feature point extraction, feature point matching in overlapping areas, homography estimation, warping, and blending.

통상적인 영상 스티칭 기술은 키포인트 및 설명자를 추출하고 및 일치시키는 단계(key point and descriptor extracting and matching), 외부 매개 변수를 추정하는 단계(extrinsic parameters estimation), 목표 이미지로의 와핑/정합 단계(warping/registration into a common target image), 블렌딩 또는 이음매 제거(blending or seamline removal) 단계를 통해 구현된다.Typical image stitching techniques include extracting and matching key points and descriptors, estimating extrinsic parameters, and warping/matching to the target image. It is implemented through registration into a common target image, blending or seamline removal steps.

최근의 비딥러닝(non-deep-learning) 기반 스티칭 기술은 이미지 키포인트를 찾고 정합하는 단계를 개선하기 위해 SIFT(Scale-Invariant Feature Transform)을 사용한다. 종래의 방법은 큰 시차와 큰 겹치는 영역이 있는 이미지 쌍을 위해 고안되었으며, 큰 시차(parallax)를 처리하기 위해 호모그래피(homography)를 사용한다.Recent non-deep-learning based stitching technology uses SIFT (Scale-Invariant Feature Transform) to improve the step of finding and matching image keypoints. Conventional methods are designed for image pairs with large parallax and large overlapping areas, and use homography to handle large parallax.

최근의 딥러닝 기반 스티칭 기술은 SIFT 기반 키포인트 추출을 CNN(Convolutional Neural Network)으로 대체했지만, 렌즈 왜곡을 고려하지 않으며 와핑 후 시차 왜곡을 처리할 수 없다.Recent deep learning-based stitching technology has replaced SIFT-based keypoint extraction with CNN (Convolutional Neural Network), but it does not consider lens distortion and cannot handle parallax distortion after warping.

다양한 실시예에 따르면 서로 다른 시점의 복수의 영상을 수신하여, 복수의 영상을 스티칭한 스티칭 파노라마 영상을 생성하는 기술을 제공할 수 있다.According to various embodiments, it is possible to provide a technology for receiving a plurality of images from different viewpoints and generating a stitched panoramic image by stitching the plurality of images.

다양한 실시예에 따르면 복수의 영상으로부터 획득한 영상 스티칭 파라미터에 기초하여 영상 스티칭을 수행할 수 있다.According to various embodiments, image stitching may be performed based on image stitching parameters obtained from a plurality of images.

다만, 기술적 과제는 상술한 기술적 과제들로 한정되는 것은 아니며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.However, technical challenges are not limited to the above-mentioned technical challenges, and other technical challenges may exist.

일 실시예에 따른 영상 스티칭 방법은 서로 다른 시점의 복수의 영상을 수신하는 동작과 상기 복수의 영상에 기초하여 영상 스티칭 파라미터를 획득하는 동작과 상기 영상 스티칭 파라미터에 기초하여 상기 복수의 영상을 스티칭한 스티칭 파노라마 영상을 생성하는 동작을 포함할 수 있다.An image stitching method according to an embodiment includes receiving a plurality of images from different viewpoints, obtaining image stitching parameters based on the plurality of images, and stitching the plurality of images based on the image stitching parameters. The operation of generating a stitched panoramic image may be included.

상기 영상 스티칭 파라미터는, 렌즈 왜곡 제거 파라미터, 와핑 파라미터, 및 스티칭 벡터를 포함할 수 있다.The image stitching parameters may include lens distortion removal parameters, warping parameters, and stitching vectors.

상기 스티칭 파노라마 영상을 생성하는 동작은, 상기 렌즈 왜곡 제거 파라미터에 기초하여 상기 복수의 영상 각각으로부터 복수의 렌즈 왜곡 제거 영상을 생성하는 동작을 포함할 수 있다.Generating the stitched panoramic image may include generating a plurality of lens distortion removal images from each of the plurality of images based on the lens distortion removal parameter.

상기 스티칭 파노라마 영상을 생성하는 동작은, 상기 와핑 파라미터에 기초하여 상기 복수의 렌즈 왜곡 제거 영상으로부터 와핑된 파노라마 영상을 생성하는 동작을 더 포함할 수 있다.Generating the stitched panoramic image may further include generating a warped panoramic image from the plurality of lens distortion-removed images based on the warping parameter.

상기 스티칭 파노라마 영상을 생성하는 동작은, 상기 스티칭 벡터에 기초하여 상기 와핑된 파노라마 영상으로부터 시차 왜곡 제거 영상을 생성하는 동작을 더 포함할 수 있다.Generating the stitched panoramic image may further include generating a parallax distortion-free image from the warped panoramic image based on the stitching vector.

상기 시차 왜곡 제거 영상을 생성하는 동작은, 상기 와핑된 파노라마 영상의 스티칭 이음새를 설정하는 동작과 상기 스티칭 이음새에서 스티칭 포인트를 설정하는 동작과 상기 스티칭 포인트 및 상기 스티칭 벡터에 기초하여 상기 와핑된 파노라마 영상으로부터 상기 시차 왜곡 제거 영상을 생성하는 동작을 포함할 수 있다.The operation of generating the parallax distortion-free image includes setting a stitching seam of the warped panoramic image, setting a stitching point at the stitching seam, and creating the warped panoramic image based on the stitching point and the stitching vector. It may include an operation of generating the parallax distortion-removed image from .

상기 스티칭 파노라마 영상을 생성하는 동작은, 상기 스티칭 포인트 및 상기 스티칭 벡터에 기초하여 잔차 스티칭 벡터를 획득하는 동작과 상기 잔차 스티칭 벡터에 기초하여 상기 시차 왜곡 제거 영상의 픽셀 정렬을 수행함으로써 상기 스티칭 파노라마 영상을 생성하는 동작을 더 포함할 수 있다.The operation of generating the stitched panoramic image includes obtaining a residual stitching vector based on the stitching point and the stitching vector and performing pixel alignment of the parallax distortion-removed image based on the residual stitching vector. It may further include an operation to generate a .

상기 복수의 영상에 기초하여 영상 스티칭 파라미터를 획득하는 동작은, 상기 복수의 영상을 학습된 뉴럴 네트워크에 입력함으로써 영상 스티칭 파라미터를 획득하는 동작을 포함할 수 있다.Obtaining image stitching parameters based on the plurality of images may include obtaining image stitching parameters by inputting the plurality of images into a learned neural network.

상기 학습된 뉴럴 네트워크는, 정답 영상과 상기 스티칭 파노라마 영상에 기초한 손실 함수 및 상기 와핑된 파노라마 영상에 기초한 손실 함수를 최소화하도록 지도 학습되고, 상기 와핑된 파노라마 영상에 기초한 손실 함수를 최소화하도록 자기 지도 학습된 뉴럴 네트워크일 수 있다.The learned neural network is supervised to minimize a loss function based on the correct answer image and the stitched panoramic image and a loss function based on the warped panoramic image, and self-supervised learning is performed to minimize a loss function based on the warped panoramic image. It may be a neural network.

일 실시예에 따른 영상 스티칭 장치는, 하나 이상의 인스트럭션을 저장하는 메인 메모리와 상기 인스트럭션을 실행시키기 위한 프로세서를 포함하고, 상기 인스트럭션이 실행될 때, 상기 프로세서는, 서로 다른 시점(different view angles)의 복수의 영상을 수신하고, 상기 복수의 영상에 기초하여 영상 스티칭 파라미터를 획득하고, 상기 영상 스티칭 파라미터에 기초하여 상기 복수의 영상을 스티칭한 스티칭 파노라마 영상을 생성할 수 있다.An image stitching device according to an embodiment includes a main memory for storing one or more instructions and a processor for executing the instructions, and when the instructions are executed, the processor displays a plurality of images from different view angles. An image may be received, image stitching parameters may be obtained based on the plurality of images, and a stitched panoramic image may be generated by stitching the plurality of images based on the image stitching parameters.

상기 영상 스티칭 파라미터는, 렌즈 왜곡 제거 파라미터, 와핑 파라미터, 및 스티칭 벡터를 포함할 수 있다.The image stitching parameters may include lens distortion removal parameters, warping parameters, and stitching vectors.

상기 프로세서는, 상기 렌즈 왜곡 제거 파라미터에 기초하여 상기 복수의 영상 각각으로부터 복수의 렌즈 왜곡 제거 영상을 생성할 수 있다.The processor may generate a plurality of lens distortion removal images from each of the plurality of images based on the lens distortion removal parameter.

상기 프로세서는, 상기 와핑 파라미터에 기초하여 상기 복수의 렌즈 왜곡 제거 영상으로부터 와핑된 파노라마 영상을 생성할 수 있다.The processor may generate a warped panoramic image from the plurality of lens distortion-removed images based on the warping parameter.

상기 프로세서는, 상기 스티칭 벡터에 기초하여 상기 와핑된 파노라마 영상으로부터 시차 왜곡 제거 영상을 생성할 수 있다.The processor may generate a parallax distortion-free image from the warped panoramic image based on the stitching vector.

상기 프로세서는, 상기 와핑된 파노라마 영상의 스티칭 이음새를 설정하고, 상기 스티칭 이음새에서 스티칭 포인트를 설정하고, 상기 스티칭 포인트 및 상기 스티칭 벡터에 기초하여 상기 와핑된 파노라마 영상으로부터 상기 시차 왜곡 제거 영상을 생성할 수 있다.The processor sets a stitching seam of the warped panoramic image, sets a stitching point at the stitching seam, and generates the parallax distortion-free image from the warped panoramic image based on the stitching point and the stitching vector. You can.

상기 프로세서는, 상기 스티칭 포인트 및 상기 스티칭 벡터에 기초하여 잔차 스티칭 벡터를 획득하고, 상기 잔차 스티칭 벡터에 기초하여 상기 시차 왜곡 제거 영상의 픽셀 정렬을 수행함으로써 상기 스티칭 파노라마 영상을 생성할 수 있다.The processor may generate the stitched panoramic image by obtaining a residual stitching vector based on the stitching point and the stitching vector, and performing pixel alignment of the parallax distortion-free image based on the residual stitching vector.

상기 프로세서는, 상기 복수의 영상을 학습된 뉴럴 네트워크에 입력함으로써 영상 스티칭 파라미터를 획득할 수 있다.The processor may obtain image stitching parameters by inputting the plurality of images into a learned neural network.

상기 학습된 뉴럴 네트워크는, 정답 영상과 상기 스티칭 파노라마 영상에 기초한 손실 함수 및 상기 와핑된 파노라마 영상에 기초한 손실 함수를 최소화하도록 지도 학습되고, 상기 와핑된 파노라마 영상에 기초한 손실 함수를 최소화하도록 자기 지도 학습된 뉴럴 네트워크일 수 있다.The learned neural network is supervised to minimize a loss function based on the correct answer image and the stitched panoramic image and a loss function based on the warped panoramic image, and self-supervised learning is performed to minimize a loss function based on the warped panoramic image. It may be a neural network.

도 1은 일 실시예에 따른 영상 스티칭 장치의 개략적인 블록도이다.
도 2는 입력 영상의 렌즈 왜곡을 제거하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 렌즈 왜곡 제거 영상으로부터 와핑된 파노라마 영상을 생성하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 와핑된 파노라마 영상의 시차 왜곡을 제거하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 시차 왜곡 제거 영상의 픽셀 정렬 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 시점이 다른 복수의 영상 및 스티칭 파노라마 영상의 일 예이다.
도 7은 도 1에 도시된 영상 스티칭 장치가 출력한 스티칭 파노라마 영상 및 종래의 스티칭 방법에 의해 생성된 영상의 일 예이다.
도 8은 일 실시예에 따른 영상 스티칭 방법의 흐름도이다.
1 is a schematic block diagram of an image stitching device according to an embodiment.
Figure 2 is a diagram for explaining an operation for removing lens distortion of an input image.
Figure 3 is a diagram for explaining the operation of generating a warped panoramic image from a lens distortion-removed image.
Figure 4 is a diagram for explaining an operation for removing parallax distortion of a warped panoramic image.
Figure 5 is a diagram for explaining the pixel alignment operation of an image from which parallax distortion is removed.
Figure 6 is an example of a plurality of images from different viewpoints and a stitched panoramic image.
FIG. 7 is an example of a stitched panoramic image output by the image stitching device shown in FIG. 1 and an image generated by a conventional stitching method.
Figure 8 is a flowchart of an image stitching method according to an embodiment.

실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 구현될 수 있다. 따라서, 실제 구현되는 형태는 개시된 특정 실시예로만 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 실시예들로 설명한 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.Specific structural or functional descriptions of the embodiments are disclosed for illustrative purposes only and may be changed and implemented in various forms. Accordingly, the actual implementation form is not limited to the specific disclosed embodiments, and the scope of the present specification includes changes, equivalents, or substitutes included in the technical idea described in the embodiments.

제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.Terms such as first or second may be used to describe various components, but these terms should be interpreted only for the purpose of distinguishing one component from another component. For example, a first component may be named a second component, and similarly, the second component may also be named a first component.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.When a component is referred to as being “connected” to another component, it should be understood that it may be directly connected or connected to the other component, but that other components may exist in between.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate the presence of the described features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof, and are intended to indicate the presence of one or more other features or numbers, It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the presence or addition of steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the art. Terms as defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having meanings consistent with the meanings they have in the context of the related technology, and unless clearly defined in this specification, should not be interpreted in an idealized or overly formal sense. No.

이하, 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the attached drawings. In the description with reference to the accompanying drawings, identical components will be assigned the same reference numerals regardless of the reference numerals, and overlapping descriptions thereof will be omitted.

도 1은 일 실시예에 따른 영상 스티칭 장치의 개략적인 블록도이다.1 is a schematic block diagram of an image stitching device according to an embodiment.

영상 스티칭 장치(100)는 서로 다른 시점의 복수의 영상을 수신하여, 복수의 영상을 스티칭한 스티칭 파노라마 영상을 생성할 수 있다. 영상 스티칭 장치(100)는 복수의 영상으로부터 획득한 영상 스티칭 파라미터에 기초하여 영상 스티칭을 수행할 수 있다. 영상 스티칭 장치(100)는 학습된 뉴럴 네트워크로부터 영상 스티칭 파라미터를 획득할 수 있고, 뉴럴 네트워크는 반지도 학습 방식으로 학습된 것일 수 있다. 영상 스티칭 장치(100)는 영상 스티칭 파라미터에 기초하여 왜곡 제거(예: 렌즈 왜곡 제거(lens distortion removal), 시차 왜곡 제거(parallax distortion removal) 및 영상 스티칭을 동시에 수행할 수 있다. 영상 스티칭 장치(100)는 렌즈 왜곡, 시차 왜곡이 제거된 파노라마 영상을 생성할 수 있고, 픽셀 레벨 정렬(pixel level alignment) 과정을 통해 고해상도의 파노라마 영상을 생성할 수 있다.The image stitching device 100 may receive a plurality of images from different viewpoints and generate a stitched panoramic image by stitching the plurality of images. The image stitching device 100 may perform image stitching based on image stitching parameters obtained from a plurality of images. The image stitching apparatus 100 may obtain image stitching parameters from a learned neural network, and the neural network may be learned using a semi-supervised learning method. The image stitching device 100 may simultaneously perform distortion removal (e.g., lens distortion removal, parallax distortion removal), and image stitching based on image stitching parameters. Image stitching device 100 ) can create a panoramic image with lens distortion and parallax distortion removed, and can create a high-resolution panoramic image through a pixel level alignment process.

영상 스티칭 장치(100)는 뉴럴 네트워크 연산을 수행할 수 있고, 뉴럴 네트워크를 학습시킬 수 있다. 영상 스티칭 장치(100)는 학습된 뉴럴 네트워크에 기초하여 추론을 수행할 수 있다.The image stitching device 100 can perform neural network operations and learn neural networks. The image stitching device 100 may perform inference based on a learned neural network.

뉴럴 네트워크(또는 인공 신경망)는 기계학습과 인지과학에서 생물학의 신경을 모방한 통계학적 학습 알고리즘을 포함할 수 있다. 뉴럴 네트워크는 시냅스의 결합으로 네트워크를 형성한 인공 뉴런(노드)이 학습을 통해 시냅스의 결합 세기를 변화시켜, 문제 해결 능력을 가지는 모델 전반을 의미할 수 있다.Neural networks (or artificial neural networks) can include statistical learning algorithms that mimic neurons in biology in machine learning and cognitive science. A neural network can refer to an overall model in which artificial neurons (nodes), which form a network through the combination of synapses, change the strength of the synapse connection through learning and have problem-solving capabilities.

뉴럴 네트워크의 뉴런은 가중치 또는 바이어스의 조합을 포함할 수 있다. 뉴럴 네트워크는 하나 이상의 뉴런 또는 노드로 구성된 하나 이상의 레이어(layer)를 포함할 수 있다. 뉴럴 네트워크는 뉴런의 가중치를 학습을 통해 변화시킴으로써 임의의 입력으로부터 예측하고자 하는 결과를 추론할 수 있다.Neurons in a neural network can contain combinations of weights or biases. A neural network may include one or more layers consisting of one or more neurons or nodes. Neural networks can infer the results they want to predict from arbitrary inputs by changing the weights of neurons through learning.

뉴럴 네트워크는 심층 뉴럴 네트워크 (Deep Neural Network)를 포함할 수 있다. 뉴럴 네트워크는 CNN(Convolutional Neural Network), RNN(Recurrent Neural Network), 퍼셉트론(perceptron), 다층 퍼셉트론(multilayer perceptron), FF(Feed Forward), RBF(Radial Basis Network), DFF(Deep Feed Forward), LSTM(Long Short Term Memory), GRU(Gated Recurrent Unit), AE(Auto Encoder), VAE(Variational Auto Encoder), DAE(Denoising Auto Encoder), SAE(Sparse Auto Encoder), MC(Markov Chain), HN(Hopfield Network), BM(Boltzmann Machine), RBM(Restricted Boltzmann Machine), DBN(Depp Belief Network), DCN(Deep Convolutional Network), DN(Deconvolutional Network), DCIGN(Deep Convolutional Inverse Graphics Network), GAN(Generative Adversarial Network), LSM(Liquid State Machine), ELM(Extreme Learning Machine), ESN(Echo State Network), DRN(Deep Residual Network), DNC(Differentiable Neural Computer), NTM(Neural Turning Machine), CN(Capsule Network), KN(Kohonen Network) 및 AN(Attention Network)를 포함할 수 있다.Neural networks may include deep neural networks. Neural networks include CNN (Convolutional Neural Network), RNN (Recurrent Neural Network), perceptron, multilayer perceptron, FF (Feed Forward), RBF (Radial Basis Network), DFF (Deep Feed Forward), and LSTM. (Long Short Term Memory), GRU (Gated Recurrent Unit), AE (Auto Encoder), VAE (Variational Auto Encoder), DAE (Denoising Auto Encoder), SAE (Sparse Auto Encoder), MC (Markov Chain), HN (Hopfield) Network), BM (Boltzmann Machine), RBM (Restricted Boltzmann Machine), DBN (Depp Belief Network), DCN (Deep Convolutional Network), DN (Deconvolutional Network), DCIGN (Deep Convolutional Inverse Graphics Network), GAN (Generative Adversarial Network) ), Liquid State Machine (LSM), Extreme Learning Machine (ELM), Echo State Network (ESN), Deep Residual Network (DRN), Differential Neural Computer (DNC), Neural Turning Machine (NTM), Capsule Network (CN), It may include Kohonen Network (KN) and Attention Network (AN).

영상 스티칭 장치(100)는 마더보드(motherboard)와 같은 인쇄 회로 기판(printed circuit board(PCB)), 집적 회로(integrated circuit(IC)), 또는 SoC(system on chip)로 구현될 수 있다. 예를 들어, 영상 스티칭 장치(100)는 애플리케이션 프로세서(application processor)로 구현될 수 있다.The image stitching device 100 may be implemented with a printed circuit board (PCB) such as a motherboard, an integrated circuit (IC), or a system on chip (SoC). For example, the image stitching device 100 may be implemented with an application processor.

또한, 영상 스티칭 장치(100)는 PC(personal computer), 데이터 서버, 또는 휴대용 장치 내에 구현될 수 있다. 휴대용 장치는 랩탑(laptop) 컴퓨터, 이동 전화기, 스마트 폰(smart phone), 태블릿(tablet) PC, 모바일 인터넷 디바이스(mobile internet device(MID)), PDA(personal digital assistant), EDA(enterprise digital assistant), 디지털 스틸 카메라(digital still camera), 디지털 비디오 카메라(digital video camera), PMP(portable multimedia player), PND(personal navigation device 또는 portable navigation device), 휴대용 게임 콘솔(handheld game console), e-북(e-book), 또는 스마트 디바이스(smart device)로 구현될 수 있다. 스마트 디바이스는 스마트 와치(smart watch), 스마트 밴드(smart band), 또는 스마트 링(smart ring)으로 구현될 수 있다.Additionally, the image stitching device 100 may be implemented in a personal computer (PC), a data server, or a portable device. Portable devices include laptop computers, mobile phones, smart phones, tablet PCs, mobile internet devices (MIDs), personal digital assistants (PDAs), and enterprise digital assistants (EDAs). , digital still camera, digital video camera, portable multimedia player (PMP), personal navigation device or portable navigation device (PND), handheld game console, e-book ( It can be implemented as an e-book) or a smart device. A smart device may be implemented as a smart watch, smart band, or smart ring.

영상 스티칭 장치(100)는 메모리(110) 및 프로세서(130)를 포함할 수 있다.The image stitching device 100 may include a memory 110 and a processor 130.

메모리(110)는 프로세서(130)에 의해 실행가능한 인스트럭션들(또는 프로그램)을 저장할 수 있다. 예를 들어, 인스트럭션들은 프로세서의 동작 및/또는 프로세서의 각 구성의 동작을 실행하기 위한 인스트럭션들을 포함할 수 있다.The memory 110 may store instructions (or programs) executable by the processor 130. For example, the instructions may include instructions for executing the operation of the processor and/or the operation of each component of the processor.

메모리(110)는 휘발성 메모리 장치 또는 불휘발성 메모리 장치로 구현될 수 있다.The memory 110 may be implemented as a volatile memory device or a non-volatile memory device.

휘발성 메모리 장치는 DRAM(dynamic random access memory), SRAM(static random access memory), T-RAM(thyristor RAM), Z-RAM(zero capacitor RAM), 또는 TTRAM(Twin Transistor RAM)으로 구현될 수 있다.Volatile memory devices may be implemented as dynamic random access memory (DRAM), static random access memory (SRAM), thyristor RAM (T-RAM), zero capacitor RAM (Z-RAM), or twin transistor RAM (TTRAM).

불휘발성 메모리 장치는 EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), 플래시(flash) 메모리, MRAM(Magnetic RAM), 스핀전달토크 MRAM(Spin-Transfer Torque(STT)-MRAM), Conductive Bridging RAM(CBRAM), FeRAM(Ferroelectric RAM), PRAM(Phase change RAM), 저항 메모리(Resistive RAM(RRAM)), 나노 튜브 RRAM(Nanotube RRAM), 폴리머 RAM(Polymer RAM(PoRAM)), 나노 부유 게이트 메모리(Nano Floating Gate Memory(NFGM)), 홀로그래픽 메모리(holographic memory), 분자 전자 메모리 소자(Molecular Electronic Memory Device), 또는 절연 저항 변화 메모리(Insulator Resistance Change Memory)로 구현될 수 있다.Non-volatile memory devices include EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), flash memory, MRAM (Magnetic RAM), Spin-Transfer Torque (STT)-MRAM (MRAM), and Conductive Bridging RAM (CBRAM). , FeRAM (Ferroelectric RAM), PRAM (Phase change RAM), Resistive RAM (RRAM), Nanotube RRAM (Nanotube RRAM), Polymer RAM (PoRAM), Nano Floating Gate Memory (NFGM), holographic memory, molecular electronic memory device, or insulation resistance change memory.

프로세서(130)는 메모리(110)에 저장된 데이터를 처리할 수 있다. 프로세서(130)는 메모리(110)에 저장된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드(예를 들어, 소프트웨어) 및 프로세서(130)에 의해 유발된 인스트럭션(instruction)들을 실행할 수 있다.The processor 130 may process data stored in the memory 110. The processor 130 may execute computer-readable code (eg, software) stored in the memory 110 and instructions triggered by the processor 130 .

프로세서(130)는 목적하는 동작들(desired operations)을 실행시키기 위한 물리적인 구조를 갖는 회로를 가지는 하드웨어로 구현된 데이터 처리 장치일 수 있다. 예를 들어, 목적하는 동작들은 프로그램에 포함된 코드(code) 또는 인스트럭션들(instructions)을 포함할 수 있다.The processor 130 may be a data processing device implemented in hardware that has a circuit with a physical structure for executing desired operations. For example, the intended operations may include code or instructions included in the program.

예를 들어, 하드웨어로 구현된 데이터 처리 장치는 마이크로프로세서(microprocessor), 중앙 처리 장치(central processing unit), 프로세서 코어(processor core), 멀티-코어 프로세서(multi-core processor), 멀티프로세서(multiprocessor), ASIC(Application-Specific Integrated Circuit), FPGA(Field Programmable Gate Array)를 포함할 수 있다.For example, data processing devices implemented in hardware include microprocessors, central processing units, processor cores, multi-core processors, and multiprocessors. , ASIC (Application-Specific Integrated Circuit), and FPGA (Field Programmable Gate Array).

프로세서(130)는 서로 다른 시점의 복수의 영상을 수신하고, 복수의 영상에 기초하여 영상 스티칭 파라미터(예: 렌즈 왜곡 제거 파라미터, 와핑 파라미터, 및 스티칭 벡터)를 획득하고, 획득한 영상 스티칭 파라미터에 기초하여 복수의 영상을 스티칭한 스티칭 파노라마 영상을 생성할 수 있다.The processor 130 receives a plurality of images from different viewpoints, acquires image stitching parameters (e.g., lens distortion removal parameters, warping parameters, and stitching vectors) based on the plurality of images, and stores the image stitching parameters based on the obtained image stitching parameters. Based on this, a stitched panoramic image can be created by stitching a plurality of images.

프로세서(130)는 렌즈 왜곡 제거 파라미터에 기초하여 복수의 영상 각각으로부터 복수의 렌즈 왜곡 제거 영상을 생성하고, 와핑 파라미터에 기초하여 복수의 렌즈 왜곡 제거 영상으로부터 와핑된 파노라마 영상을 생성하고, 스티칭 벡터에 기초하여 와핑된 파노라마 영상으로부터 시차 왜곡 제거 영상을 생성하고, 잔차 스티칭 벡터에 기초하여 시차 왜곡 제거 영상의 픽셀 정렬을 수행함으로써 스티칭 파노라마 영상을 생성할 수 있다.The processor 130 generates a plurality of lens distortion-removed images from each of the plurality of images based on the lens distortion removal parameter, generates a warped panoramic image from the plurality of lens distortion-removal images based on the warping parameter, and adds a warped panoramic image to the stitching vector. A parallax distortion-removed image can be generated from a warped panoramic image based on the warped panoramic image, and a stitched panoramic image can be generated by performing pixel alignment of the parallax distortion-removed image based on the residual stitching vector.

프로세서(130)는 영상 스티칭 파라미터(예: 렌즈 왜곡 제거 파라미터, 와핑 파라미터, 및 스티칭 벡터)를 출력하는 뉴럴 네트워크를 학습시킬 수 있다. 프로세서(130)는 반지도 학습(semi-supervised learning)을 통해 뉴럴 네트워크를 학습시킬 수 있다. 프로세서(130)는 지도 학습(supervised learning)을 우선 수행하고, 이후에 자가 지도 학습(self-supervised learning)을 수행함으로써 뉴럴 네트워크를 학습시킬 수 있다.The processor 130 may train a neural network that outputs image stitching parameters (eg, lens distortion removal parameters, warping parameters, and stitching vectors). The processor 130 can learn a neural network through semi-supervised learning. The processor 130 can learn a neural network by first performing supervised learning and then performing self-supervised learning.

프로세서(130)는 정답 영상과 스티칭 파노라마 영상에 기초한 손실 함수 및 와핑된 파노라마 영상에 기초한 손실 함수를 최소화하도록 뉴럴 네트워크를 지도 학습시킬 수 있다.The processor 130 can supervised learning of a neural network to minimize the loss function based on the correct answer image and the stitched panoramic image and the loss function based on the warped panoramic image.

지도 학습이란 입력 데이터와 그에 대응하는 출력 데이터를 함께 뉴럴 네트워크에 입력하고, 입력 데이터에 대응하는 출력 데이터가 출력되도록 연결선들의 연결 가중치를 업데이트하는 방법이다.Supervised learning is a method of inputting input data and corresponding output data together into a neural network and updating the connection weights of the connection lines so that output data corresponding to the input data is output.

예를 들어, 프로세서(130)는 델타 규칙(delta rule)과 오류 역전파 학습(backpropagation learning) 등을 통해 인공 뉴런들 사이의 연결 가중치를 업데이트할 수 있다.For example, the processor 130 may update connection weights between artificial neurons through delta rule and error backpropagation learning.

오류 역전파 학습은, 주어진 학습 데이터에 대해 전방 계산(forward computation)으로 오류를 추정한 후, 출력 층에서 시작하여 히든 층과 입력 층 방향으로 역으로 전진하여 추정한 오류를 전파하고, 오류를 줄이는 방향으로 연결 가중치를 업데이트하는 방법이다.Error backpropagation learning estimates the error through forward computation for given learning data, then starts from the output layer and moves backwards toward the hidden layer and input layer to propagate the estimated error and reduce the error. This is a method of updating connection weights in each direction.

뉴럴 네트워크의 처리는 입력 레이어, 히든 레이어, 출력 층의 방향으로 진행되지만, 오류 역전파 학습에서 연결 가중치의 업데이트 방향은 출력 레이어, 히든 레이어, 입력 레이어의 방향으로 진행될 수 있다.Neural network processing proceeds in the direction of the input layer, hidden layer, and output layer, but in error backpropagation learning, the update direction of the connection weight may proceed in the direction of the output layer, hidden layer, and input layer.

프로세서(130)는 현재 설정된 연결 가중치들이 얼마나 최적에 가까운지를 측정하기 위한 목적 함수(objective function)를 정의하고, 목적 함수의 결과에 기초하여 연결 가중치들을 계속 변경하고, 학습을 반복적으로 수행할 수 있다.The processor 130 defines an objective function to measure how close the currently set connection weights are to the optimal, continues to change the connection weights based on the results of the objective function, and repeatedly performs learning. .

예를 들어, 목적 함수는 뉴럴 네트워크가 학습 데이터에 기초하여 실제 출력한 출력 값과 출력되기로 원하는 기대 값 간의 오류를 계산하기 위한 손실 함수일 수 있다. 프로세서(130)는 손실 함수의 값을 줄이는 방향으로 연결 가중치들을 업데이트할 수 있다.For example, the objective function may be a loss function for calculating the error between the output value actually output by the neural network based on learning data and the expected value desired to be output. The processor 130 may update the connection weights in a direction that reduces the value of the loss function.

프로세서(130)는 수학식 1을 통해 제1 손실 함수를 계산할 수 있고, 제1 손실 함수 값을 최소화하도록 뉴럴 네트워크의 지도 학습을 수행할 수 있다.The processor 130 may calculate the first loss function through Equation 1 and perform supervised learning of the neural network to minimize the first loss function value.

[수학식 1][Equation 1]

수학식 1에서, 는 정답 영상과 스티칭 파노라마 영상에 기초한 손실 함수이고, 는 와핑된 파노라마 영상의 겹침 영역에 기초한 손실 함수이고, 은 스티칭 파노라마 영상이고, 는 정답 영상이고, 은 와핑된 왼쪽 영상이고, 은 와핑된 오른쪽 영상이고, 는 시간 t에서 스티칭 파노라마 영상이고, 는 시간t+1에서 스티칭 파노라마 영상이고, 는 임계값일 수 있다.In equation 1, is the loss function based on the correct answer image and the stitched panoramic image, is a loss function based on the overlap area of the warped panoramic image, is a stitched panoramic image, is the correct answer video, is the warped left image, is the warped right image, is the stitched panoramic image at time t, is the stitched panoramic image at time t+1, may be a threshold.

영상에서 지역적으로 움직이는 객체들(locally moving objects)은 시간 축에서의 불일치를 야기할 수 있고, 프로세서(130)는 임계값 에 기초하여 지역적으로 움직이는 객체들을 마스킹(masking)함으로써 손실 함수 계산에서 제외시킬 수 있다. 임계값 은, 예를 들어, 0.02로 설정될 수 있다.Locally moving objects in the image may cause inconsistencies in the time axis, and the processor 130 determines the threshold value. Based on , locally moving objects can be excluded from the loss function calculation by masking them. threshold may be set to 0.02, for example.

프로세서(130)는 뉴럴 네트워크의 지도 학습을 수행한 후에, 수학식 2를 통해 계산되는 제2 손실 함수에 기초하여 뉴럴 네트워크의 반지도 학습을 수행할 수 있다.After performing supervised learning of the neural network, the processor 130 may perform semi-supervised learning of the neural network based on the second loss function calculated through Equation 2.

[수학식 2][Equation 2]

수학식 2에서, 은 와핑된 왼쪽 영상이고, 은 와핑된 오른쪽 영상일 수 있다. 프로세서(130)는 제2 손실 함수를 최소화하도록 뉴럴 네트워크를 학습시킴으로써 고해상도의 스티칭 파노라마 영상을 생성할 수 있다.In equation 2, is the warped left image, may be the warped right image. The processor 130 can generate a high-resolution stitched panoramic image by training a neural network to minimize the second loss function.

프로세서(130)는 지도 학습을 우선 수행하고, 이후에 자가 지도 학습을 수행함으로써 뉴럴 네트워크를 반지도 학습시킬 수 있다.The processor 130 can perform semi-supervised learning of a neural network by first performing supervised learning and then performing self-supervised learning.

프로세서(130)는 학습된 뉴럴 네트워크에 시점이 다른 복수의 영상(예: 왼쪽 영상, 오른쪽 영상)을 입력함으로써 영상 스티칭 파라미터(예: 렌즈 왜곡 제거 파라미터, 와핑 파라미터, 스티칭 벡터)를 획득할 수 있다.The processor 130 may obtain image stitching parameters (e.g., lens distortion removal parameters, warping parameters, and stitching vectors) by inputting a plurality of images from different viewpoints (e.g., left image, right image) into the learned neural network. .

이하에서는 획득한 영상 스티칭 파라미터에 기초하여 입력 왼쪽 영상과 입력 오른쪽 영상을 스티칭함으로써 스티칭 파노라마 영상을 생성하는 동작을 설명하도록 한다. 그러나 입력 영상은 입력 왼쪽 영상, 입력 오른쪽 영상으로 한정되지 않고, 3개 이상의 영상이 스티칭됨으로써 스티칭 파노라마 영상이 생성될 수 있다.Hereinafter, the operation of generating a stitched panoramic image by stitching the input left image and the input right image based on the acquired image stitching parameters will be described. However, the input image is not limited to the input left image and the input right image, and a stitched panoramic image can be created by stitching three or more images.

도 2는 입력 영상의 렌즈 왜곡을 제거하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.Figure 2 is a diagram for explaining an operation for removing lens distortion of an input image.

도 2의 (A)는 입력 영상을 나타내고, 도 2의 (B)는 입력 영상으로부터 획득한 렌즈 왜곡 제거 영상을 나타낸다.Figure 2(A) shows an input image, and Figure 2(B) shows a lens distortion-removed image obtained from the input image.

프로세서(도 1의 프로세서(130))는 학습된 뉴럴 네트워크로부터 복수의 입력 영상(예: 왼쪽 영상, 오른쪽 영상) 각각에 대응하는 렌즈 왜곡 제거 파라미터(예: , , , )를 획득할 수 있고, 프로세서(130)는 각각의 렌즈 왜곡 제거 파라미터(, , , ))에 기초하여 복수의 렌즈 왜곡 제거 영상(예: 렌즈 왜곡 제거 왼쪽 영상, 렌즈 왜곡 제거 오른쪽 영상)을 생성할 수 있다.The processor (processor 130 in FIG. 1) removes lens distortion removal parameters (e.g., left image, right image) corresponding to each of a plurality of input images (e.g., left image, right image) from the learned neural network. , , , ) can be obtained, and the processor 130 can obtain each lens distortion removal parameter ( , , , )), a plurality of images with lens distortion removed (e.g., left image with lens distortion removed, right image with lens distortion removed) can be generated.

프로세서(130)는 렌즈 왜곡 제거 영상의 좌표와 입력 영상의 좌표를 수학식 3을 통해 매칭함으로써 렌즈 왜곡 제거 영상을 생성할 수 있다.The processor 130 can generate a lens distortion-removed image by matching the coordinates of the lens-distortion-removed image with the coordinates of the input image through Equation 3.

[수학식 3][Equation 3]

수학식 3에서, (, )는 렌즈 왜곡 제거 영상의 좌표이고, (, )는 입력 영상의 중심 픽셀의 좌표이고, (, )는 입력 영상의 좌표이고, 는 렌즈 왜곡 제거 파라미터이고, 는 (, )와 (, )의 유클라디안 거리(Euclidean distance)일 수 있다.In Equation 3, ( , ) are the coordinates of the lens distortion-removed image, ( , ) are the coordinates of the center pixel of the input image, ( , ) are the coordinates of the input image, and is the lens distortion removal parameter, Is ( , )and ( , ) may be the Euclidean distance.

렌즈 왜곡은 영상의 중심에서 멀어질수록 정도가 심해지는 방사형 모델을 따를 수 있고, 렌즈 왜곡 제거 영상은 입력 영상에 비해 오목한 형태일 수 있다. 프로세서(130)는 이미지 스티칭을 수행하기 이전에 입력 영상의 렌즈 왜곡을 제거함으로써 렌즈 왜곡에 강건한 스티칭 파노라마 영상을 생성할 수 있다.Lens distortion may follow a radial model in which the degree becomes worse as the distance from the center of the image increases, and the lens distortion-removed image may have a concave shape compared to the input image. The processor 130 can generate a stitched panoramic image that is robust to lens distortion by removing lens distortion of the input image before performing image stitching.

도 3은 렌즈 왜곡 제거 영상으로부터 와핑된 파노라마 영상을 생성하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.Figure 3 is a diagram for explaining the operation of generating a warped panoramic image from a lens distortion-removed image.

프로세서(도 1의 프로세서(130))는 렌즈 왜곡 제거 왼쪽 영상에 기초하여 와핑된 파노라마 영상의 왼쪽(301)을 생성할 수 있고, 렌즈 왜곡 제거 오른쪽 영상에 기초하여 와핑된 파노라마 영상의 오른쪽(302)을 생성할 수 있다. 프로세서(130)는 와핑된 파노라마 영상의 왼쪽(301) 및 와핑된 파노라마 영상의 오른쪽(302)으로부터 하나의 와핑된 파노라마 영상(도 3)을 생성할 수 있다.The processor (processor 130 in FIG. 1) may generate the left side 301 of the warped panoramic image based on the left image with lens distortion removed, and the right side 302 of the warped panoramic image based on the right image with lens distortion removed. ) can be created. The processor 130 may generate one warped panoramic image (FIG. 3) from the left side 301 of the warped panoramic image and the right side 302 of the warped panoramic image.

프로세서(130)는 학습된 뉴럴 네트워크로부터 복수의 입력 영상(예: 왼쪽 영상, 오른쪽 영상) 각각에 대응하는 와핑 파라미터(예: , , , , )를 획득할 수 있고, 프로세서(130)는 각각의 와핑 파라미터에 기초하여 와핑된 파노라마 영상(도 3)을 생성할 수 있다.The processor 130 generates warping parameters (e.g., left image, right image) corresponding to each of a plurality of input images (e.g., left image, right image) from the learned neural network. , , , , ) can be obtained, and the processor 130 can generate a warped panoramic image (FIG. 3) based on each warping parameter.

프로세서(130)는 와핑된 파노라마 영상의 좌표와 렌즈 왜곡 제거 왼쪽 영상의 좌표를 수학식 4를 통해 매칭함으로써 와핑된 파노라마 영상의 왼쪽(301)을 생성할 수 있다.The processor 130 can generate the left side 301 of the warped panoramic image by matching the coordinates of the warped panoramic image with the coordinates of the left image from which lens distortion is removed using Equation 4.

[수학식 4][Equation 4]

수학식 4에서, (, )는 렌즈 왜곡 제거 왼쪽 영상의 좌표이고, (, )는 와핑된 파노라마 영상의 좌표이고, 는 입력 왼쪽 영상의 초점 거리이고, W는 입력 왼쪽 영상의 너비이고, H는 입력 왼쪽 영상의 높이이고, 은 입력 왼쪽 영상의 오일러 각도이고, 는 와핑된 파노라마 영상의 초점 거리이고, (, )는 와핑된 파노라마 영상의 중심 픽셀의 좌표(또는 주요 지점의 좌표)일 수 있다.In Equation 4, ( , ) are the coordinates of the left image without lens distortion, ( , ) are the coordinates of the warped panoramic image, and is the focal length of the input left image, W is the width of the input left image, H is the height of the input left image, is the Euler angle of the input left image, and is the focal length of the warped panoramic image, ( , ) may be the coordinates of the center pixel (or the coordinates of key points) of the warped panoramic image.

프로세서(130)는 와핑된 파노라마 영상의 좌표와 렌즈 왜곡 제거 오른쪽 영상의 좌표를 수학식 5를 통해 매칭함으로써 와핑된 파노라마 영상의 오른쪽(302)을 생성할 수 있다.The processor 130 can generate the right side 302 of the warped panoramic image by matching the coordinates of the warped panoramic image with the coordinates of the right image from which lens distortion is removed using Equation 5.

[수학식 5][Equation 5]

수학식 5의 파라미터는 수학식 4의 파라미터와 대응되므로 자세한 설명은 생략하도록 한다.Since the parameters of Equation 5 correspond to the parameters of Equation 4, detailed description will be omitted.

프로세서(130)는 와핑 파라미터(, )에 기초하여 기초하여 렌즈 왜곡 제거 영상을 3차원 회전시킬 수 있고, 와핑 파라미터(, , )에 기초하여 렌즈 왜곡 제거 영상의 시점(또는 초점)을 파노라마 영상의 시점(또는 시점)으로 이동시킬 수 있다. 프로세서(130)는 와핑 파라미터(예: , , , , )에 기초하여 영상의 수직 정렬 및 수평 정렬을 수행할 수 있다.The processor 130 sets the warping parameters ( , ), the lens distortion-removed image can be rotated in three dimensions based on the warping parameter ( , , ), the viewpoint (or focus) of the lens distortion removal image can be moved to the viewpoint (or viewpoint) of the panoramic image. Processor 130 may configure warping parameters, e.g. , , , , ), the vertical alignment and horizontal alignment of the image can be performed.

프로세서(130)는 렌즈 왜곡 제거 왼쪽 영상에 기초하여 와핑된 파노라마 영상의 왼쪽(301)을 생성할 수 있고, 렌즈 왜곡 제거 오른쪽 영상에 기초하여 와핑된 파노라마 영상의 오른쪽(302)을 생성할 수 있다. 프로세서(130)는 와핑된 파노라마 영상의 왼쪽(301) 및 와핑된 파노라마 영상의 오른쪽(302)으로부터 하나의 와핑된 파노라마 영상(도 3)을 생성할 수 있고, 와핑된 파노라마 영상(도 3)은 겹침 영역(303)을 포함할 수 있다. 이하에서는 겹침 영역(303)을 제거하는 동작을 설명하도록 한다.The processor 130 may generate the left side 301 of the warped panoramic image based on the left image with lens distortion removed, and the right side 302 of the warped panoramic image based on the right image with lens distortion removed. . The processor 130 can generate one warped panoramic image (FIG. 3) from the left 301 of the warped panoramic image and the right 302 of the warped panoramic image, and the warped panoramic image (FIG. 3) is It may include an overlapping area 303. Hereinafter, the operation of removing the overlapping area 303 will be described.

도 4는 와핑된 파노라마 영상의 시차 왜곡을 제거하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.Figure 4 is a diagram for explaining an operation for removing parallax distortion of a warped panoramic image.

도 4의 (A)는 도 3의 와핑된 파노라마 영상의 일부를 나타내고, 도 4의 (B)는 와핑된 파노라마 영상으로부터 생성된 시차 왜곡 제거 영상을 나타낸다.Figure 4(A) shows a portion of the warped panoramic image of Figure 3, and Figure 4(B) shows a parallax distortion-free image generated from the warped panoramic image.

겹침 영역(303)은 카메라와 타겟의 거리 차이에 기초한 시차 왜곡(parallax distortion)에 의해 발생한 것일 수 있고, 카메라의 자세 차이에 기초한 고스팅(ghosting)에 의해 발생한 것일 수 있다. 프로세서(도 1의 프로세서(130))는 스티칭 벡터(예: )에 기초하여 겹침 영역(303)을 제거할 수 있다.The overlap area 303 may be caused by parallax distortion based on the difference in distance between the camera and the target, or may be caused by ghosting based on the difference in pose of the camera. The processor (processor 130 in FIG. 1) may generate stitching vectors, e.g. and ) The overlapping area 303 can be removed based on.

프로세서(130)는 학습된 뉴럴 네트워크로부터 복수의 입력 영상(예: 왼쪽 영상, 오른쪽 영상)으로부터 스티칭 벡터(예: )를 획득할 수 있고, 프로세서(130)는 스티칭 벡터에 기초하여 시차 왜곡 제거 영상을 생성할 수 있다.The processor 130 generates a stitching vector (e.g., a left image, a right image) from a plurality of input images (e.g., left image, right image) from the learned neural network. and ) can be obtained, and the processor 130 can generate a parallax distortion-free image based on the stitching vector.

프로세서(130)는 와핑된 파노라마 영상(도 3)의 스티칭 이음새를 설정할 수 있고, 스티칭 이음새는 와핑된 파노라마 영상의 중앙선 부분일 수 있다. 프로세서(130)는 스티칭 이음새에서 스티칭 포인트(예: )를 설정하고, 스티칭 포인트() 및 스티칭 벡터(예: )에 기초하여 와핑된 파노라마 영상(도 4의 (A))으로부터 시차 왜곡 제거 영상(도 4의 (B))을 생성할 수 있다. 프로세서(130)는 스티칭 포인트() 및 스티칭 벡터(예: )에 기초하여 와핑된 파노라마 영상의 왼쪽(301) 및 와핑된 파노라마 영상의 오른쪽(302)을 당기거나 밂으로써 겹침 영역(303)을 제거할 수 있다. 픽셀이 당겨지거나 밀리는 정도는 스티칭 포인트(예: )와 픽셀의 거리에 기초하여 선형적으로 증감할 수 있다.The processor 130 may set a stitching seam of the warped panoramic image (FIG. 3), and the stitching seam may be a center line portion of the warped panoramic image. Processor 130 may identify stitching points at a stitching seam, e.g. and ), and set the stitching point ( and ) and stitching vectors (e.g. and ), a parallax distortion-removed image (FIG. 4(B)) can be generated from the warped panoramic image (FIG. 4(A)). Processor 130 is a stitching point ( and ) and stitching vectors (e.g. and ), the overlapping area 303 can be removed by pulling or pushing the left side 301 of the warped panoramic image and the right side 302 of the warped panoramic image. The degree to which a pixel is pulled or pushed depends on the stitching point, e.g. and ) and can increase or decrease linearly based on the distance between pixels.

프로세서(130)는 스티칭 벡터(예: )에 기초하여 와핑된 파노라마 영상으로부터 시차 왜곡 제거 영상을 생성할 수 있다.Processor 130 may select a stitching vector, e.g. and ), a parallax distortion-free image can be generated from the warped panoramic image.

도 5는 시차 왜곡 제거 영상의 픽셀 정렬 동작을 설명하기 위한 도면이다.Figure 5 is a diagram for explaining the pixel alignment operation of an image from which parallax distortion is removed.

도 5의 (A)는 픽셀 정렬 이전의 영상을 나타내고, 도 5의 (B)는 픽셀 정렬이 수행된 영상을 나타낸다.Figure 5(A) shows an image before pixel alignment, and Figure 5(B) shows an image after pixel alignment.

프로세서(도 1의 프로세서(130))는 스티칭 포인트(예: ) 및 스티칭 벡터(예: )에 기초하여 잔차 스티칭 벡터()를 획득할 수 있다. 구체적으로, 프로세서(130)는 스티칭 포인트(예: )에 기초하여 정의된 픽셀 창(pixel window)을 탐색하여 잔차 스티칭 벡터()를 획득할 수 있다.The processor (processor 130 in FIG. 1) may select a stitching point (e.g. and ) and stitching vectors (e.g. and ) Based on the residual stitching vector ( and ) can be obtained. Specifically, processor 130 selects a stitching point (e.g. and ) defined based on Navigate the pixel window to find the residual stitching vector ( and ) can be obtained.

프로세서(130)는 잔차 스티칭 벡터()에 기초하여 시차 왜곡 제거 영상의 픽셀 정렬을 수행함으로써 스티칭 파노라마 영상을 생성할 수 있다. 프로세서(130)는 잔차 스티칭 벡터()를 최소화함으로써 시차 왜곡 제거 영상의 픽셀 정렬을 수행할 수 있고, 스티칭 파노라마 영상을 생성할 수 있다.The processor 130 generates a residual stitching vector ( and ), a stitched panoramic image can be created by performing pixel alignment of the parallax distortion-removed image. The processor 130 generates a residual stitching vector ( and ), pixel alignment of the parallax distortion-removed image can be performed and a stitched panoramic image can be generated.

도 6은 시점이 다른 복수의 영상 및 스티칭 파노라마 영상의 일 예이고, 도 7은 도 1에 도시된 영상 스티칭 장치가 출력한 스티칭 파노라마 영상 및 종래의 스티칭 방법에 의해 생성된 영상의 일 예이다.FIG. 6 is an example of a plurality of images from different viewpoints and a stitched panoramic image, and FIG. 7 is an example of a stitched panoramic image output by the image stitching device shown in FIG. 1 and an image generated by a conventional stitching method.

도 6의 (A)는 입력 왼쪽 영상을 나타내고, 도 6의 (B)는 입력 오른쪽 영상을 나타내고, 도 6의 (C)는 출력 파노라마 영상을 나타낸다.Figure 6(A) shows the input left image, Figure 6(B) shows the input right image, and Figure 6(C) shows the output panoramic image.

영상 스티칭 장치(도 1의 영상 스티칭 장치(100))는 서로 다른 시점의 복수의 영상(예: 도 6의 (A), 도 6의 (B))을 수신하여, 복수의 영상(도 6의 (A), 도 6의 (B))을 스티칭한 스티칭 파노라마 영상(예: 도 6의 (C))을 생성하여 출력할 수 있다. 영상 스티칭 장치(100)는 복수의 영상(도 6의 (A), 도 6의 (B))으로부터 획득한 영상 스티칭 파라미터에 기초하여 영상 스티칭을 수행할 수 있다. 영상 스티칭 장치(100)는 학습된 뉴럴 네트워크로부터 영상 스티칭 파라미터를 획득할 수 있고, 뉴럴 네트워크는 반지도 학습 방식으로 학습된 것일 수 있다.The image stitching device (image stitching device 100 in FIG. 1) receives a plurality of images (e.g., (A) in FIG. 6 and (B) in FIG. 6) from different viewpoints and creates a plurality of images (in FIG. 6). A stitched panoramic image (e.g., (C) of FIG. 6) obtained by stitching (A) and (B) of FIG. 6) can be generated and output. The image stitching device 100 may perform image stitching based on image stitching parameters obtained from a plurality of images (FIG. 6(A) and FIG. 6(B)). The image stitching apparatus 100 may obtain image stitching parameters from a learned neural network, and the neural network may be learned using a semi-supervised learning method.

도 7의 (A)는 영상 스티칭 장치(100)가 생성한 고해상도 영상을 나타내고, 도 7의 (B)는 종래의 스티칭 방법으로 생성된 저해상도 영상을 나타낸다.Figure 7(A) shows a high-resolution image generated by the image stitching device 100, and Figure 7(B) shows a low-resolution image generated by a conventional stitching method.

영상 스티칭 장치(100)는 영상 스티칭 파라미터에 기초하여 왜곡 제거(예: 렌즈 왜곡 제거, 시차 왜곡 제거) 및 영상 스티칭을 동시에 수행할 수 있다. 영상 스티칭 장치(100)는 렌즈 왜곡, 시차 왜곡이 제거된 파노라마 영상을 생성할 수 있고, 화소 레벨 정렬 과정을 통해 고해상도의 파노라마 영상을 생성할 수 있다.The image stitching device 100 may simultaneously perform distortion removal (e.g., lens distortion removal, parallax distortion removal) and image stitching based on image stitching parameters. The image stitching device 100 can generate a panoramic image with lens distortion and parallax distortion removed, and can generate a high-resolution panoramic image through a pixel level alignment process.

도 8은 일 실시예에 따른 영상 스티칭 방법의 흐름도이다.Figure 8 is a flowchart of an image stitching method according to an embodiment.

도 8을 참조하면, 영상 스티칭 장치(도 1의 영상 스티칭 장치(100))는 영상 스티칭 방법을 수행할 수 있다.Referring to FIG. 8, an image stitching device (image stitching device 100 of FIG. 1) may perform an image stitching method.

동작 801에서, 영상 스티칭 장치(100)는 서로 다른 시점의 복수의 영상을 수신할 수 있다.In operation 801, the image stitching device 100 may receive a plurality of images from different viewpoints.

동작 802에서 영상 스티칭 장치(100)는, 복수의 영상에 기초하여 영상 스티칭 파라미터를 획득할 수 있다.In operation 802, the image stitching device 100 may obtain image stitching parameters based on a plurality of images.

동작 803에서, 영상 스티칭 장치(100)는 영상 스티칭 파라미터에 기초하여 복수의 영상을 스티칭한 스티칭 파노라마 영상을 생성할 수 있다.In operation 803, the image stitching device 100 may generate a stitched panoramic image by stitching a plurality of images based on image stitching parameters.

영상 스티칭 장치(100)가 수행하는 영상 스티칭 방법은 전술한 내용과 실질적으로 동일하므로, 자세한 설명은 생략하도록 한다.Since the image stitching method performed by the image stitching device 100 is substantially the same as described above, detailed description will be omitted.

이상에서 설명된 실시예들은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치, 방법 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 컨트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The embodiments described above may be implemented with hardware components, software components, and/or a combination of hardware components and software components. For example, the devices, methods, and components described in the embodiments may include, for example, a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, and a field programmable gate (FPGA). It may be implemented using a general-purpose computer or a special-purpose computer, such as an array, programmable logic unit (PLU), microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions. The processing device may execute an operating system (OS) and software applications running on the operating system. Additionally, a processing device may access, store, manipulate, process, and generate data in response to the execution of software. For ease of understanding, a single processing device may be described as being used; however, those skilled in the art will understand that a processing device includes multiple processing elements and/or multiple types of processing elements. It can be seen that it may include. For example, a processing device may include multiple processors or one processor and one controller. Additionally, other processing configurations, such as parallel processors, are possible.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.Software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of these, which may configure a processing unit to operate as desired, or may be processed independently or collectively. You can command the device. Software and/or data may be used on any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device to be interpreted by or to provide instructions or data to a processing device. , or may be permanently or temporarily embodied in a transmitted signal wave. Software may be distributed over networked computer systems and stored or executed in a distributed manner. Software and data may be stored on a computer-readable recording medium.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 저장할 수 있으며 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.The method according to the embodiment may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded on a computer-readable medium. A computer-readable medium may store program instructions, data files, data structures, etc., singly or in combination, and the program instructions recorded on the medium may be specially designed and constructed for the embodiment or may be known and available to those skilled in the art of computer software. there is. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic media such as floptical disks. -Includes optical media (magneto-optical media) and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, etc. Examples of program instructions include machine language code, such as that produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter, etc.

위에서 설명한 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 또는 복수의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The hardware devices described above may be configured to operate as one or multiple software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described with limited drawings, those skilled in the art can apply various technical modifications and variations based on this. For example, the described techniques are performed in a different order than the described method, and/or components of the described system, structure, device, circuit, etc. are combined or combined in a different form than the described method, or other components are used. Alternatively, appropriate results may be achieved even if substituted or substituted by an equivalent.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents of the claims also fall within the scope of the claims described below.

Claims (9)

서로 다른 시점의 복수의 영상을 수신하는 동작;
상기 복수의 영상에 기초하여 영상 스티칭 파라미터를 획득하는 동작;
상기 영상 스티칭 파라미터에 기초하여 와핑된 파노라마 영상을 생성하는 동작;
상기 와핑된 파노라마 영상으로부터 시차 왜곡 제거 영상을 생성하는 동작; 및
상기 시차 왜곡 제거 영상으로부터 상기 복수의 영상을 스티칭한 스티칭 파노라마 영상을 생성하는 동작을 포함하고,
상기 영상 스티칭 파라미터는,
렌즈 왜곡 제거 파라미터, 와핑 파라미터, 및 스티칭 벡터
를 포함하고,
상기 복수의 영상에 기초하여 영상 스티칭 파라미터를 획득하는 동작은,
상기 복수의 영상을 학습된 뉴럴 네트워크에 입력함으로써 상기 영상 스티칭 파라미터를 획득하는 동작을 포함하고,
상기 학습된 뉴럴 네트워크는,
정답 영상과 상기 스티칭 파노라마 영상에 기초한 손실 함수 및 상기 와핑된 파노라마 영상에 기초한 손실 함수를 최소화하도록 지도 학습되고,
상기 와핑된 파노라마 영상에 기초한 손실 함수를 최소화하도록 자기 지도 학습된 뉴럴 네트워크인, 영상 스티칭 방법.
An operation of receiving a plurality of images from different viewpoints;
Obtaining image stitching parameters based on the plurality of images;
generating a warped panoramic image based on the image stitching parameters;
generating a parallax distortion-removed image from the warped panoramic image; and
An operation of generating a stitched panoramic image by stitching the plurality of images from the parallax distortion-removed image,
The video stitching parameters are,
Lens distortion removal parameters, warping parameters, and stitching vectors
Including,
The operation of acquiring image stitching parameters based on the plurality of images includes:
An operation of acquiring the image stitching parameters by inputting the plurality of images into a learned neural network,
The learned neural network is,
Supervised learning is performed to minimize a loss function based on the correct answer image and the stitched panoramic image and a loss function based on the warped panoramic image,
An image stitching method, which is a self-supervised learning neural network to minimize a loss function based on the warped panoramic image.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 와핑된 파노라마 영상을 생성하는 동작은,
상기 렌즈 왜곡 제거 파라미터에 기초하여 상기 복수의 영상 각각으로부터 복수의 렌즈 왜곡 제거 영상을 생성하는 동작
을 포함하는, 영상 스티칭 방법.
According to paragraph 1,
The operation of generating the warped panoramic image is,
An operation of generating a plurality of lens distortion removal images from each of the plurality of images based on the lens distortion removal parameter.
Including, video stitching method.
제3항에 있어서,
상기 와핑된 파노라마 영상을 생성하는 동작은,
상기 와핑 파라미터에 기초하여 상기 복수의 렌즈 왜곡 제거 영상으로부터 상기 와핑된 파노라마 영상을 생성하는 동작
을 더 포함하는, 영상 스티칭 방법.
According to paragraph 3,
The operation of generating the warped panoramic image is,
An operation of generating the warped panoramic image from the plurality of lens distortion-removed images based on the warping parameter.
A video stitching method further comprising:
제4항에 있어서,
상기 시차 왜곡 제거 영상을 생성하는 동작은,
상기 스티칭 벡터에 기초하여 상기 와핑된 파노라마 영상으로부터 상기 시차 왜곡 제거 영상을 생성하는 동작
을 더 포함하는, 영상 스티칭 방법.
According to paragraph 4,
The operation of generating the parallax distortion-removed image is,
An operation of generating the parallax distortion-removed image from the warped panoramic image based on the stitching vector.
A video stitching method further comprising:
제5항에 있어서,
상기 스티칭 벡터에 기초하여 상기 와핑된 파노라마 영상으로부터 상기 시차 왜곡 제거 영상을 생성하는 동작은,
상기 와핑된 파노라마 영상의 스티칭 이음새를 설정하는 동작;
상기 스티칭 이음새에서 스티칭 포인트를 설정하는 동작; 및
상기 스티칭 포인트 및 상기 스티칭 벡터에 기초하여 상기 와핑된 파노라마 영상으로부터 상기 시차 왜곡 제거 영상을 생성하는 동작
을 포함하는, 영상 스티칭 방법.
According to clause 5,
The operation of generating the parallax distortion-removed image from the warped panoramic image based on the stitching vector includes:
Setting a stitching seam of the warped panoramic image;
An operation of setting a stitching point at the stitching seam; and
An operation of generating the parallax distortion-removed image from the warped panoramic image based on the stitching point and the stitching vector.
Including, video stitching method.
제6항에 있어서,
상기 스티칭 파노라마 영상을 생성하는 동작은,
상기 스티칭 포인트 및 상기 스티칭 벡터에 기초하여 잔차 스티칭 벡터를 획득하는 동작; 및
상기 잔차 스티칭 벡터에 기초하여 상기 시차 왜곡 제거 영상의 픽셀 정렬을 수행함으로써 상기 스티칭 파노라마 영상을 생성하는 동작
을 더 포함하는, 영상 스티칭 방법.
According to clause 6,
The operation of generating the stitched panoramic image is,
Obtaining a residual stitching vector based on the stitching point and the stitching vector; and
An operation of generating the stitched panoramic image by performing pixel alignment of the parallax distortion-removed image based on the residual stitching vector.
A video stitching method further comprising:
삭제delete 삭제delete
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E601 Decision to refuse application
X091 Application refused [patent]
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)