KR20100091383A - Correction method of radial distortion based on a line-fitting - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 광각렌즈를 구비한 카메라에서 영상의 중심점을 향하여 왜곡된 곡선을 직선 핏팅에 의하여 영상의 질을 손상시키지 않으면서도 보정하도록 하는 왜곡영상 보정방법에 관한 것이다.The present invention relates to a distortion image correction method for correcting a curved curve distorted toward a center point of an image in a camera having a wide-angle lens without losing the quality of the image by linear fitting.
차량의 주정차시 넓은 가시영역의 확보를 위해 어안렌즈(fisheye lens)로 불리는 초광각 렌즈를 채용한 TV 카메라의 장착이 점차 늘고 있는 추세이다. 그러나 초광각 렌즈는 일반적으로 영상의 중심에서 원주방향으로 기하학적 왜곡을 발생시킨다. 따라서, 광각 카메라에 의하여 촬상된 영상을 모니터링용이 아닌 차선이나 장애물 등의 인식용으로 활용범위를 넓히기 위해서는 원주방향의 기하학적 왜곡보정이 필요하다. 이러한 왜곡보정 방법 중의 하나인 등록번호 10-0831462(발명의 명칭:DLT 알고리즘을 이용한 영상왜곡 보정방법)의 선행 국내특허에 개시되어 있다. 그러나 이러한 선행 국내특허는 영상왜곡 상수를 추출하기 위해 평면상에 교차점의 3차원 좌표값이 알려진 격자무늬가 그려진 타겟이 반드시 필요하다. 따라서 이러한 선행특허에 기재된 방법은 타겟을 준비하기 위한 평평한 넓은 장소가 필요하기 때문에 장소에 대한 제약이 따르며, 평면상에 좌표 값이 알려진 격자무늬를 정확이 그려야 하는 불편한 점이 있어 실제 공간의 좌표 값을 선취득되어야 구현할 수 있기 때문에 실제 적용상 많은 문제점을 갖는다. 또한, 선행 국내특허에서 왜곡보정의 알고리즘이 복잡하여 처리속도 또한 늦어지는 문제점이 있었다. In order to secure a wide field of view when stopping a vehicle, mounting of a TV camera employing an ultra wide-angle lens called a fisheye lens is gradually increasing. However, ultra wide-angle lenses generally generate geometric distortions in the circumferential direction from the center of the image. Accordingly, in order to widen the application range of the image captured by the wide-angle camera for recognition of lanes or obstacles, etc., it is necessary to correct geometric distortion in the circumferential direction. One of such distortion correction methods is disclosed in a prior domestic patent of registration number 10-0831462 (name of the invention: image distortion correction method using DLT algorithm). However, such a prior domestic patent necessarily requires a target with a lattice pattern in which a three-dimensional coordinate value of an intersection point is known on a plane to extract an image distortion constant. Therefore, since the method described in the prior patent requires a flat wide place to prepare a target, there are limitations on the place, and the inconvenience of having to accurately draw a lattice pattern with known coordinate values on the plane is difficult. Since it can be implemented only if it is acquired in advance, there are many problems in practical application. In addition, there is a problem that the processing speed is also slow because the distortion correction algorithm is complicated in the prior domestic patent.
본 발명은 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 해결과제는 특정한 타겟이 필요 없으며 또한 보정 이전에 3차원 좌표를 알 필요도 없기 때문에 장소적인 제약을 받지 않는 활용도가 넓은 왜곡영상 보정방법을 제공하기 위한 것이다.The present invention is to solve these problems, the problem of the present invention is to provide a wide range of distortion image correction method that does not require a specific target and does not need to know the three-dimensional coordinates prior to correction because of the location limitation It is to.
또한, 본 발명의 다른 해결과제는 왜곡보정을 위한 새로운 알고리즘을 제시함으로써 빠른 처리속도와 실 영상을 정확히 재현할 수 있도록 하는 왜곡영상 보정방법을 제공하기 위한 것이다.In addition, another problem of the present invention is to provide a distortion image correction method for accurately reproducing a real image with a fast processing speed by suggesting a new algorithm for distortion correction.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 해결수단은 광각렌즈를 구비한 카메라에 의하여 중심점을 향하여 왜곡된 곡선을 갖는 영상을 직선 핏팅에 의하여 보정하는 카메라 광각렌즈에 의한 원주방향의 왜곡영상 보정방법에 있어서: 촬영된 영상 중 실제 공간상에서 직선이었던 부분이 영상에서 곡선으로 변한 부분을 자동 또는 수동으로 추출하는 곡선 추출단계; 상기 곡선 추출단계에서 추출된 곡선들에 대하여 직선으로 핏팅하는 핏팅 단계; LM 최적화알고리즘에 의하여 최적화된 왜곡상수를 추출하는 왜곡상수 추출단계; 최적화된 왜곡상수에 의하여 왜곡영상을 보정하는 왜곡영상 보정단계를 포함하는 것이다.In the method for solving the above problems in the circumferential distortion image correction method by the camera wide-angle lens for correcting the image having a curved curve distorted toward the center point by a linear fit by a camera having a wide-angle lens : A curve extraction step of automatically or manually extracting a portion of the captured image that was a straight line in the actual space turned into a curve in the image; A fitting step of fitting a straight line with respect to the curves extracted in the curve extraction step; A distortion constant extraction step of extracting a distortion constant optimized by an LM optimization algorithm; And a distortion image correction step of correcting the distortion image by the optimized distortion constant.
상기 과제와 해결수단을 갖는 본 발명에 따르면, 별도의 표적영상을 필요로 하지 않아 장소적 제한을 받지 않으면서 왜곡 영상을 보정할 수 있다. 또한, 본 발명은 최적의 왜곡상수를 추출하여 보정함으로써 실제 영상에 근접된 영상을 재현하도록 한다. 또한, 본 발명에 따르면 옥내영상이건 옥외영상이건 상관없이 정확한 보정이 가능하도록 한다.According to the present invention having the above-mentioned problems and solving means, it is possible to correct the distorted image without requiring a separate target image, without being limited in place. In addition, the present invention is to reproduce the image close to the actual image by extracting and correcting the optimal distortion constant. In addition, according to the present invention, accurate correction is possible regardless of whether the indoor image or the outdoor image.
이하, 첨부된 도면에 따라서 본 발명의 구성을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the configuration of the present invention according to the accompanying drawings will be described in detail.
본 발명의 전체적인 구성은 도 1과 같이 다음의 수순에 따라서 이루어진다. 1) 초기 왜곡에러 를 매우 큰 수, 즉 로 설정한다. 2) 촬영된 영상 중 공간상에서 직선이었던 부분이 영상에서 곡선으로 변한 부분을 자동 또는 수동으로 추출하고, 곡선 각각을 직선으로 핏팅한다. 이 과정에서 추출한 곡선을 최초곡선이라 정의한다. 3) 영상의 중심(o)과 1), 2)단계에서 추출된 최초곡선상의 점들을 잇는 라인들을 정의하고, 이 라인들과 핏팅된 직선이 교차되는 점들을 구하고, 중심(o)에서 최초곡선상의 점들까지의 거리( )와 핏팅된 직선상의 점들까지의 거리()를 추출하고, 이 두 거리 데이터를 최적화 알고리즘인 Levenberg-Marquardt (LM) 알고리즘에 입력한다. 4) LM 알고리즘 내에서는 본 발명에서 구하고자 하는 왜곡상수인 ,,를 반복적으로 변화시켜 가면서 알고리즘내에 구축된 왜곡모델 에 의해 를 보정한다. 보정된 와 입력된 사이의 에러를 계산하여 이전 반복단계에서 얻은 에러와의 차이가 없다면 반복을 멈추고 이 때 얻은 ,, 그리고 에러와 보정된 거리값을 출력한다. 그러나 에러변화가 크면 절차 4)는 반복된다. 5) LM 알고리즘으로부터 출력된 에러를 라 하고, 와 이전 단계의 에러 의 차이를 계산한다. 6) 에러변화가 어느 임계값 이하이면 이때의 ,,를 사용중인 광각렌즈에 의해 빚어진 영상의 기하학적인 왜곡을 보정할 왜곡상수로 선정한다. 그러나 에러 변화율이 크면 를 로 치환하고, 절차 4)에서 얻어진 보정된 점들을 대상으로 직선 핏팅을 하여 절차 3)~6)을 반복한다. The overall configuration of the present invention is made according to the following procedure as shown in FIG. 1) Initial distortion error Very large number, i.e. Set to. 2) Automatically or manually extract the portion of the captured image where the straight line in space becomes a curve in the image and fit each curve in a straight line. The curve extracted in this process is defined as the initial curve. 3) Define the lines connecting the center of the image (o) and the points on the initial curve extracted in steps 1) and 2), find the points where these lines and the fitted straight line intersect, and find the initial curve at the center (o). To points on the table ( ) And the distance to the points on the fitted straight line ( ) And input these two distance data into the Levenberg-Marquardt (LM) algorithm, which is an optimization algorithm. 4) In the LM algorithm, the distortion constant , , Is repeatedly changed by the distortion model built into the algorithm. Calibrate Calibrated And input If there is no difference from the error obtained in the previous iteration step by calculating the error between , , The error and corrected distance values are then output. However, if the error change is large, the procedure 4) is repeated. 5) Error output from LM algorithm , And previous step errors Calculate the difference. 6) If the error change is below a certain threshold, , , Is selected as the distortion constant to correct the geometric distortion of the image formed by the wide-angle lens in use. However, if the error rate is large To Replace with, and repeat the process 3) ~ 6) by performing a linear fit on the corrected points obtained in the procedure 4).
이하, 본 발명의 각 단계를 구체적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, each step of the present invention will be described in detail.
1. 왜곡상수 추출과 왜곡보정 1 . Distortion Constant Extraction and Distortion Correction
본 발명에서는 2개의 반복과정이 포함되어 있다. 하나는 LM알고리즘 안에서 이루어지는 것이고, 다른 하나는 LM알고리즘 밖에서 이루어지는 것이다.In the present invention, two iterations are included. One is done inside the LM algorithm, and the other is done outside the LM algorithm.
이하, 왜곡상수 추출과 왜곡보정에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the distortion constant extraction and the distortion correction will be described.
1-1. 왜곡영상으로부터 곡선추출1-1. Curve Extraction from Distorted Image
본 발명에서는 입력된 왜곡영상에서 곡선을 추출하는 방법으로 알고리즘에 의한 자동추출 방법과 손으로 마우스를 사용하여 추출하는 방법 두 가지를 제안한다.The present invention proposes two methods of extracting a curve from an input distortion image, an automatic extraction method by an algorithm, and a extraction method using a mouse by hand.
(1) 알고리즘에 의한 자동추출(1) Automatic extraction by algorithm
영상에서 곡선을 자동으로 추출하는 방법은 다음과 같은 절차를 따른다. 첫 째, 입력영상으로부터 에지(edge)를 추출하고, 추출된 에지를 국부 비최대 억제법 (NLMS: non-local maximum suppression)을 통해 세선화한다. 둘째, NLMS후 남아 있는 에지 픽셀들을 대상으로 에지의 각도에 따라 도 2에 제시된 바와 같은 버켓(bucket)값을 부여한다. 세째, 동일한 버켓값을 갖고, 서로 연결되어 있는 에지 픽셀들을 블럽 컬러링(blob coloring)법을 이용하여 블럽단위로 모은다. 네째, 각 블럽의 양끝에 있는 에지 픽셀들의 위치좌표와 각도값으로 각기 다른 블럽으로 나뉜 에지들의 연결 여부를 판단한다. 즉 위치차와 각도차가 적으면 두 블럽을 연결한다.To automatically extract curves from an image, follow the steps below. First, an edge is extracted from the input image and the extracted edge is thinned through non-local maximum suppression (NLMS). Second, a bucket value as shown in FIG. 2 is given to edge pixels remaining after NLMS according to the angle of the edge. Third, edge pixels having the same bucket value and connected to each other are collected in a blob unit using a blob coloring method. Fourth, it is determined whether edges divided into different blobs are connected by position coordinates and angle values of edge pixels at both ends of each blob. In other words, if the position difference and the angle difference are small, the two blobs are connected.
이 방법을 적용하는 데는 몇 가지 고려해야 할 요소가 있다. 1) 영상에 나타난 모든 곡선을 검출할 수는 없다. 2) 곡선이 아닌 직선도 검출될 수 있다. 3) 블럽에 속한 에지픽셀들의 수량이 적은 경우는 곡선검출 대상에서 배제한다. 상기 1)번 사항으로 인해 다음에 설명할 수작업에 의한 곡선 검출방법을 추가한다. 상기 2)번 사항의 경우, 원주방향으로 발생하는 영상의 기하학적 왜곡을 보정하는 데에 직선은 필요없다. 그럼에도 제안된 방법에 의해 직선부분이 추출되기도 하므로 이를 제거할 필요가 있다. 제거하는 방법은 후술하기로 한다. There are several factors to consider in applying this method. 1) It is not possible to detect all the curves shown in the image. 2) Straight lines that are not curved can also be detected. 3) If the number of edge pixels belonging to the blob is small, it is excluded from the curve detection object. Due to item 1) above, a manual curve detection method will be added. In the case of item 2), a straight line is not necessary to correct the geometric distortion of the image occurring in the circumferential direction. Nevertheless, the straight part is extracted by the proposed method. The removal method will be described later.
(2) 수작업에 의한 추출(2) Extraction by hand
영상의 왜곡을 정확히 보정하기 위해서는 가능한한 영상의 넓은 영역에서 왜곡된 부분을 고르게 추출하여야 하는데, 앞에서 설명한 자동추출은 곡선상에 놓인 픽셀을 정확하게 추출하는 장점은 있으나 이 조건을 만족시키기 어렵다. 수작업에 의한 곡선 추출은 영상을 보면서 곡선을 따라 마우스를 이동시키면 이 때 커서가 가리키는 위치가 곧 추출하고자 하는 곡선상의 픽셀이 되는 방법이다. 이 방법은 곡선상의 픽셀들을 정확히 추출하는 것은 어렵지만 영상 전체적으로 곡선을 고르게 추출할 수 있는 장점이 있다.In order to accurately correct the distortion of the image, it is necessary to extract the distorted portion evenly in the wide area of the image as much as possible. The automatic extraction described above has the advantage of accurately extracting the pixels on the curve, but it is difficult to satisfy this condition. Manual curve extraction is a method of moving a mouse along a curve while watching an image, where the cursor points to the pixel on the curve to be extracted. This method is difficult to accurately extract the curved pixels, but has the advantage of uniformly extracting the curves throughout the image.
1-2. 라인핏팅1-2. Line fitting
직선핏팅은 식 (1)과 같은 정규방정식을 이용한다. The linear fitting uses a regular equation as shown in equation (1).
(1) (One)
여기에서 θ와 ρ의 의미는 도 3에 표현한 바와 같다. 즉, θ는 x축과 핏팅된 직선이 이루는 각이고, ρ는 원점(o)와 핏팅된 직선 사이의 거리이다. 식 (1)의 θ와 ρ는 도 3에 보인 바와 같은 곡선상의 왜곡점들 를 가지고 식 (2)와 (3)을 통해 구한다. Here, the meanings of θ and ρ are as shown in FIG. 3. That is, θ is the angle formed by the x-axis and the fitted straight line, and ρ is the distance between the origin o and the fitted straight line. Θ and ρ in Equation (1) are the distortion points on the curve as shown in FIG. And obtain through equations (2) and (3).
(2) (2)
(3) (3)
여기에서 이며, 은 선택된 곡선상에 있는 점들의 수이고, 와 는 각각 점들의 x좌표 평균, y좌표 평균이다.From here , Is the number of points on the selected curve, Wow Is the x-coordinate average and y- coordinate average of each point.
직선핏팅후 도 3에 보인 영상의 중심(o)와 추출된 곡선상의 점 를 잇는 라인을 긋고, 이 라인과 핏팅된 직선이 만나는 교점 를 구한다. 그러면 중 심(o)에서 까지의 거리 와 까지의 거리 를 얻을 수 있다. 추출된 곡선상의 모든 점에 대해 동일한 방법으로 와 를 얻는다. 이렇게 얻은 와 쌍들의 차이에 대한 분산을 구하여 이 분산이 어떤 정해진 값 이하면 이 곡선은 직선으로 간주하고 삭제한다. After the straight line fitting, the center of the image shown in FIG. 3 and the extracted curve point Draw the line connecting the line and the intersection point of this line and the fitted straight line . Then at the center (o) Distance to Wow Distance to Can be obtained. In the same way for all points on the extracted curve Wow Get So obtained Wow Find the variance of the difference between the pairs. If this variance is less than a certain value, the curve is considered a straight line and is deleted.
1-3. 왜곡상수 추출1-3. Distortion Constant Extraction
가장 널리 사용되는 최적화 알고리즘인 Levenberg-Marquart (LM)법을 이용하여 왜곡상수를 추출한다. 본 발명에서는 LM알고리즘 내에 구축해 놓을 어안렌즈의 왜곡모델로 수식 (4)의 다항식 모델과 수식 (5)의 FOV(field of view)모델을 사용한다.The distortion constant is extracted using Levenberg-Marquart (LM) method, the most widely used optimization algorithm. In the present invention, a polynomial model of Equation (4) and a field of view (FOV) model of Equation (5) are used as distortion models of the fisheye lens to be built in the LM algorithm.
(4) (4)
(5) (5)
여기에서 ,,는 왜곡상수들이다. 알고리즘에서 ,는 0으로 초기화하고, 는 0에 가까운 아주 작은 수로 초기화한다. From here , , Are the distortion constants. In the algorithm , Initializes to 0, Initializes to a very small number near zero.
LM알고리즘에 입력되는 데이터는 1-2절의 도 3에 보였던 와 쌍들이다. LM알고리즘은 ,,를 갱신해가면서 입력된 모든 에 대해 수식 (4)와 (5)를 통해 을 계산하고, 를 의 쌍인 와 비교하여 에러 를 계산한다. 즉 이다. 여기에서 N은 LM알고리즘에 입력된 의 수량이고, 아래첨자 i는 반복 횟수를 의미한다. LM알고리즘에서 에러에 대한 초기값 는 매우 큰 수를 부여된다. Data input to the LM algorithm is shown in Figures 3 and 2 Wow Pairs. LM algorithm , , All the input while updating Through formulas (4) and (5) , And To Pair of Error compared to Calculate In other words to be. Where N is the LM algorithm And the subscript i means the number of repetitions. Initial value for error in LM algorithm Is given a very large number.
LM알고리즘은 도 4에 보인 바와 같은 반복과정을 거쳐 ,,의 최적값을 찾아내는데, 본 발명에서는 이전단계와 현단계의 에러의 변화, 가 아주 작은 수인 보다 작으면 반복을 종료한다. 그리고 현단계의 왜곡상수 ,,,에러 및 식(5)의 를 출력한다. 만약 에러의 변화율이 크면 ,,를 갱신하고 동일한 과정을 반복한다.The LM algorithm undergoes an iterative process as shown in FIG. , , To find the optimum value of the present invention, in the present invention the change of the error of the previous step and the current step, Very small number of people If it is less than, end the iteration. And current distortion constant , , ,error And of formula (5) . If the error rate is large , , Update it and repeat the same process.
1-5 왜곡보정1-5 Distortion Correction
LM알고리즘으로부터 출력된 을 가지고 입력영상에서 수동 또는 자동으로 추출된 곡선상의 점들을 보정한다. 도 3에 도시된 바와 같이 현재 와 는 알고 있다. 따라서 에 대응되는 점의 좌표만 구하면 된다. 이는 다음 식 (6)에 의해 간단히 계산된다.Output from LM algorithm And correct the curve points extracted manually or automatically from the input image. As shown in Figure 3 Wow Know. therefore You only need to find the coordinates of the points corresponding to. This is simply calculated by the following equation (6).
(6) (6)
식 (6)을 통해 가 로 변환되었는데 이 변환이 왜곡을 완전하게 보정했는지는 아직 알 수 없다. 본 발명에서는 에러의 변화율로서 왜곡상수 추출 및 왜곡보정과정을 계속 수행할 것인지 종료할 것인지 결정한다. 이를 위해 초기에러 를 매우 큰 값으로 지정해 놓는다. 그리고 현 단계에서의 에러는 LM알고리즘의 출력값인 를 로 놓고 다음 식(7)과 같은 에러변화율을 계산한다.Through equation (6) end It is not known if this conversion completely compensates for the distortion. In the present invention, as the rate of change of the error, it is determined whether to continue or end the distortion constant extraction and distortion correction process. Early error Set the value to a very large value. The error at this stage is the output of the LM algorithm. To Calculate the error rate of change as shown in equation (7).
(7) (7)
가 매우 적은 값인 보다 작으면 현단계에서 왜곡보정을 종료한다. 그리고 이 때의 ,,가 사용중인 어안렌즈의 왜곡상수가 된다. 반면에 가 보다 크면 식(6)에 의해 얻어진 새로운 곡선상의 점군 (point set)을 대상으로 식 (1)을 이용하여 도 5에 보인 바와 같이 새로운 직선을 핏팅한다. 이어지는 과정은 도 3에서 보였던 바와 같이 영상 중심(o)과 최초에 자동 또는 수동으로 추출된 곡선상의 점 를 잇는 라인을 긋고, 이 라인과 새로 핏팅된 직선이 만나는 교점 를 구하여 중심(o) 에서 까지의 거리 를 얻는다. 그리고 다시 도 4에 보인 바와 같이 와 를 LM알고리즘에 입력하면 1-4절에서 설명된 동일한 연산이 수행되어 왜곡상수 ,,,에러 및 식(5)의 이 출력되고, 식 (7)의 에러변화율에 의해 왜곡보정 종료 여부가 결정된다. 따라서 LM알고리즘에 입력되는 와 가운데 는 항상 동일한 값이 사용되고 만 바뀐다. Is a very small value If smaller, distortion correction is terminated at this stage. And at this time , , Becomes the distortion constant of the fisheye lens in use. On the other hand end If larger, a new straight line is fitted as shown in FIG. 5 by using Equation (1) for a point group on the new curve obtained by Equation (6). The process that follows is shown in Figure 3 as the center of the image (o) and the point on the curve initially extracted automatically or manually Intersect the line between the line and the newly fitted straight line Find the from the center (o) Distance to Get And again as shown in Figure 4 Wow Is entered into the LM algorithm, the same operation described in Sections 1-4 is performed and the distortion constant , , ,error And of formula (5) Is output, and it is determined whether or not distortion correction is to be ended by the error change rate in Equation (7). Therefore, input into LM algorithm Wow middle Always uses the same value Only change.
2. 추출된 왜곡상수에 의한 왜곡보정2. Distortion Correction by Extracted Distortion Constant
어안렌즈의 왜곡 상수값이 알려져 있다면 왜곡된 영상을 보정하는 데에 있어서 앞에서 설명한 곡선추출 및 LM알고리즘 적용과정은 더 이상 필요없다. 입력되는 영상을 기지의 왜곡상수로 보정을 하면 된다. 이 때의 보정은 다음과 같이 이루어진다. 1) 도 6에 보인 바와 같이 왜곡보정된 영상의 크기를 구한다. 왜곡영상(Distorted Image)의 각 변의 중점 (도 6에서 p1에서 p4)에 대해 영상의 중심(o)으로부터 이 점들까지의 거리 를 구해 식 (4)에 대입하고, 식(4)의 결과를 식 (5)에 대입하면 왜곡이 보정된 이 얻어진다. 그러면 식 (6)에 의해 왜곡이 보정된 좌표가 얻어지는데, 이는 도 6에서 p1~p4가 P1~P4로 변환되는 것이다. P1~P4로부터 왜곡보정된 영상의 크기를 도 6의 우측의 점선으로 표기한 사각형으로 결정할 수 있다. 2) 왜곡보정된 영상의 크기가 결정되면 이 영상의 각 픽셀, 의 밝기값 또는 색정보는 다음과 같이 왜곡영상으로부터 가져와 채운다. 보정된 영상의 중심(O)로부터 각 보정된 영상의 픽셀 까지의 거리를 라 했을 때 식 (5)의 대신에 를 사용하여 식 (5)와 (4)로부터 다음 식을 유도할 수 있다.If the distortion constant of the fisheye lens is known, the process of applying the curve extraction and the LM algorithm described above is no longer necessary to correct the distorted image. The input image can be corrected with a known distortion constant. The correction at this time is performed as follows. 1) The size of the distortion-corrected image is obtained as shown in FIG. The distance from the center of the image (o) to these points with respect to the midpoint of each side of the distorted image (p 1 to p 4 in FIG. 6) Is obtained by substituting Eq. (4) and substituting the result of Eq. (4) into Eq. (5). Is obtained. Then, a coordinate in which distortion is corrected by Equation (6) is obtained, which is converted from p 1 to p 4 into P 1 to P 4 in FIG. 6. The size of the distortion-corrected image from P 1 to P 4 may be determined as a rectangle indicated by a dotted line on the right side of FIG. 6. 2) Once the size of the distortion-corrected image is determined, each pixel of this image, The brightness value or color information of is obtained from the distorted image as follows. Pixel of each corrected image from the center O of the corrected image Distance to When the formula (5) Instead of Can be derived from equations (5) and (4).
(8) (8)
(9) (9)
본 발명에서는 식 (9)로부터 를 구하기 위해 뉴톤법을 사용한다. 뉴톤법에 의해 가 구해지면 에 대응되는 왜곡영상의 픽셀의 위치는 다음 식으로 구한다.In the present invention, from the formula (9) Use Newton's method to find. By the Newton method Is saved The pixel position of the distorted image corresponding to is obtained by the following equation.
(10) 10
식 (10)에 의해 얻어진 좌표 는 정수가 아니므로 주변의 4개의 픽셀과 이 4개 픽셀들의 밝기정보(입력영상이 흑백영상인 경우)나 색정보(입력영상이 칼라영상인 경우)를 가지고 바이리니어 인터폴레이션 (bilinear interpolation)을 통해 에 채울 정보를 얻는다.Coordinates obtained by equation (10) Is not an integer By bilinear interpolation with surrounding 4 pixels and brightness information (when input image is black and white image) or color information (when input image is color image) of these 4 pixels Get information to fill in
3. 실험결과3. Experimental Results
왜곡된 영상을 정확히 보정하기 위해서는 실세계에서 직선이었던 곳이 영상에서 곡선으로 왜곡된 부분을 영상의 넓은 영역에서 충분히 고르게 선택되어야 한다. 도 7에서 보인 것처럼 입력영상의 전영역에서 왜곡효과를 반영할 만큼의 충분한 곡선을 추출하지 않은 채로 왜곡보정을 실시할 경우 보정이 제대로 이루어지지 않음을 알 수 있다. 도 7b는 도 7a에 보인 입력영상에 대해 본 발명에서 제안된 곡선의 자동추출에만 의존하여 곡선을 추출한 결과이다. 도 7c는 도 7b의 곡선을 가지고 왜곡을 보정한 결과인데 자세히 보면 영상의 좌측이나 하단부에 실세계에서는 직선이었던 부분이 여전히 곡선으로 남아 있음을 알 수 있다. In order to accurately correct the distorted image, the straight portion in the real world should be selected evenly in a wide area of the image where the curved portion is distorted in the image. As shown in FIG. 7, it can be seen that the distortion is not properly performed when the distortion correction is performed without extracting a curve sufficient to reflect the distortion effect in the entire area of the input image. FIG. 7B is a result of extracting a curve based only on automatic extraction of the curve proposed in the present invention for the input image shown in FIG. 7A. FIG. 7C is a result of correcting the distortion with the curve of FIG. 7B. In detail, it can be seen that a portion which was a straight line in the real world still remains as a curve at the left side or the bottom of the image.
도 8은 도 7에서 사용했던 동일한 영상에 대해 왜곡된 점들을 영상전체에 고루 분포되도록 추출했을 때의 왜곡보정 결과이다. 도 7c와 도 8b를 비교해보면 도 8b가 훨씬 양호하게 왜곡이 보정되었음을 알 수 있다. FIG. 8 is a result of distortion correction when the distorted points of the same image used in FIG. 7 are extracted to be evenly distributed throughout the image. Comparing FIG. 7C with FIG. 8B, it can be seen that FIG. 8B is much better in correcting distortion.
도 9는 옥외에서 촬영된 영상에 대해 본 발명에서 제안된 알고리즘에 의해 왜곡보정을 실시한 예를 보인 것이다. 9 shows an example in which distortion correction is performed on an image photographed outdoors by the algorithm proposed in the present invention.
도 1은 본 발명의 전체적인 구성을 설명하기위한 블록 순서도이다.1 is a block flow diagram illustrating the overall configuration of the present invention.
도 2는 본 발명에서 영상으로부터 최초곡선을 추출하기 위한 에지각도의 버켓화 과정의 설명하는 도표이다. 2 is a diagram illustrating a bucketing process of edge angles for extracting an initial curve from an image in the present invention.
도 3은 본 발명에서 직선핏팅 방법을 설명하는 그래프이다.3 is a graph illustrating a straight line fitting method in the present invention.
도 4는 본 발명에서 LM알고리즘내의 왜곡상수 추출과정을 도시한 순서도이다.4 is a flowchart illustrating a distortion constant extraction process in the LM algorithm according to the present invention.
도 5는 본 발명에서 최초 추출된 곡선의 보정과 새로운 직선핏팅을 설명하는 그래프이다.5 is a graph illustrating a correction of a curve initially extracted in the present invention and a new straight line fitting.
도 6은 본 발명에서 왜곡보정된 영상의 크기 설정방법을 설명하는 그래프이다.6 is a graph illustrating a method for setting the size of a distortion-corrected image in the present invention.
도 7a는 본 발명의 광각렌즈 카메라에 의하여 촬영된 보정전의 영상이다.7A is an image before correction photographed by the wide-angle lens camera of the present invention.
도 7b는 도 7a에 보인 입력영상에 대해 본 발명에서 제안된 곡선의 자동추출에만 의존하여 곡선을 추출한 결과이다. FIG. 7B is a result of extracting a curve based only on automatic extraction of the curve proposed in the present invention for the input image shown in FIG. 7A.
도 7c는 도 7b의 곡선을 가지고 왜곡을 보정한 보정영상이다.FIG. 7C is a corrected image having distortion corrected with the curve of FIG. 7B.
도 8a는 도 7a와 동일한 영상에 대해 곡선이 고루 분포되도록 추출한 결과이다.FIG. 8A is a result of extracting the curves evenly distributed for the same image as that of FIG. 7A.
도 8b는 도 8a의 추출곡선에 의하여 왜곡영상을 보정한 보정영상이다. 도 9a는 광각렌즈 카메라에 의하여 옥외에서 촬영된 영상이다.FIG. 8B is a corrected image corrected for the distorted image by the extraction curve of FIG. 8A. 9A is an image photographed outdoors by a wide-angle lens camera.
도 9b는 도 9a의 동일 영상에 대하여 본 발명에서 제안된 알고리즘에 의해 왜곡보정을 실시한 영상이다.FIG. 9B is an image in which distortion correction is performed on the same image of FIG. 9A by the algorithm proposed in the present invention.
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