KR20150051388A - 스테레오 카메라 보정 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 스테레오 카메라 보정 시스템은, 좌측카메라와 우측카메라를 통해 좌측이미지와 우측이미지를 입력받는 스테레오 카메라; 상기 스테레오 카메라로부터 상기 좌측 이미지와 우측 이미지를 각각 전송받아 디스패리티 맵을 생성하는 스테레오 매칭 모듈; 보정 파라메터를 저장한 PROM; 차량 전방의 물체와의 거리를 측정하는 RADAR 센서; 및 상기 디스패리티 맵과 PROM에 저장된 보정 파라메터를 통해 스테레오 이미지의 왜곡을 보정하는 CPU를 포함할 수 있다.

Description

스테레오 카메라 보정 시스템{Stereo Camera Rectification System}
본 발명은 스테레오 카메라 보정 시스템에 관한 것으로, 더 구체적으로는 스테레오 카메라를 구성하는 두 개의 카메라의 오차를 보정할 수 있는 스테레오 카메라 보정 시스템에 관한 것이다.
최근, 차량의 안전성, 편리성 및 지능화를 위하여 카메라를 이용하여 도로, 차량, 보행자 등을 검출하는 연구가 진행되고 있다. 이와 같은 차량용 비전 기술은, 차선 이탈 경고와 같이 간단한 정보를 제공하는 시스템에서부터 조명, 날씨, 배경 등과 같은 복잡한 환경에서도 차량, 보행자, 교통 표지판등 다양한 객체를 인지하는 시스템으로 발전되고 있다. 특히, 스테레오 카메라를 이용한 비전 기술은 3차원 정보를 제공할 수 있으므로, 객체의 검출 및 위치 정보에 대한 신뢰성이 높아서 많이 연구되고 있다.
이와 같은 스테레오 카메라 시스템은 일반적으로 차량에 설치된 두 개 이상의 카메라를 통해 차량 주변의 영상을 입력받아 이를 합성하여 운전자에게 디스플레이해 줌으로써, 차량 주변 상황을 시각적으로 인식할 수 있게 하여 운전자에게 매우 유용할 수 있다.
그러나, 이와 같은 스테레오 카메라 시스템은, 다수의 카메라를 차량에 설치하는 중에 카메라들이 설치되는 설치 위치 및 설치 각도의 차이로 인해 영상 처리 시점을 보정하여야 하여야 하며, 이와 같은 영상 보정을 위한 파라메터를 추출해야만 하였다.
한국공개특허공보 제10-2013-0025005호(출원일 : 2011.08.30)
본 발명은 두 개의 카메라로 이루어진 스테레오 카메라에 있어서 조립 공차에 따른 카메라의 광축 변화를 인지하고 이에 대응하여 이미지를 보정할 수 있는 보정 파라메터를 추출할 수 있는 스테레오 카메라 보정 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 스테레오 카메라 보정 시스템은, 좌측카메라와 우측카메라를 통해 좌측이미지와 우측이미지를 입력받는 스테레오 카메라; 상기 스테레오 카메라로부터 상기 좌측 이미지와 우측 이미지를 각각 전송받아 디스패리티 맵을 생성하는 스테레오 매칭 모듈; 보정 파라메터를 저장한 PROM; 차량 전방의 물체와의 거리를 측정하는 RADAR 센서; 및 상기 디스패리티 맵과 PROM에 저장된 보정 파라메터를 통해 스테레오 이미지의 왜곡을 보정하는 CPU를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 스테레오 카메라의 상기 좌측 및 우측카메라는 XYZ축 월드좌표계에 설치되며, 상기 Y축 방향으로의 평행이동 및 회전에 대한 보정 파라메터와 상기 X축 방향으로의 평행이동 및 회전에 대한 보정 파라메터가 산출될 수 있다.
또한, 상기 CPU는 상기 좌측이미지와 우측이미지의 라인 스캐닝을 통한 특징점을 추출하여 상기 좌측 또는 우측카메라의 Y축 방향의 오차를 보정하는 보정 파라메터를 산출할 수 있다.
또한, 상기 CPU는 상기 디스패리티 맵을 통해 상기 차량 전방의 물체와의 거리를 산출한 산출거리와 상기 RADAR 센서를 통해 상기 물체와의 거리를 측정한 측정거리를 비교하여 상기 좌측 또는 우측카메라의 X축 방향의 오차를 보정하는 보정 파라메터를 산출할 수 있다.
또한, 상기 산출거리는 동일 물체가 상기 좌측카메라의 이미지센서에 입력되는 위치(xl)와 우측카메라의 이미지센서에 입력되는 위치(xr), 상기 좌측카메라의 광축 중심과 우측카메라의 광축 중심 사이의 거리(T), 그리고 렌즈의 초점거리(f)를 이용하여 산출될 수 있다.
본 발명의 스테레오 카메라 보정시스템에 따르면 좌측 또는 우측 카메라의 광축 변화에 대응하는 보정 파라메터를 더욱 정밀하게 산출하여 이미지를 보정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 스테레오 카메라 보정 시스템의 개략도;
도 2는 월드 좌표계에 설치된 스테레오 카메라의 개략도;
도 3은 스테레오 카메라를 통해 수집된 이미지의 개략도;
도 4는 디스패리티를 이용하여 산출된 산출거리를 나타내는 개략도; 및
도 5는 RADAR 센서를 통해 측정된 측정거리와 도 4의 산출거리를 비교하는 것을 나타내는 개략도;이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 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. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 공정 단계들, 공지된 구조 및 공지된 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다" 및/또는 "포함하는"은 언급된 구성요소, 단계 및/또는 동작 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계 및/또는 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 의미로 사용한다. 그리고, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
또한, 본 명세서에서 기술된 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 사시도, 단면도, 측면도 및/또는 개략도들을 참고하여 설명될 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 또한, 본 발명에 도시된 각 도면에 있어서 각 구성 요소들은 설명의 편의를 고려하여 다소 확대 또는 축소되어 도시된 것일 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조로 본 발명의 실시예에 따른 스테레오 카메라 보정 시스템에 대해 상세하게 설명하도록 한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스테레오 카메라 보정 시스템(100)은 스테레오 카메라(110)로부터 좌측 이미지와 우측 이미지를 각각 전송받아 디스패리티 맵을 생성하여 Depth 이미지를 CPU(150)로 전송하는 스테레오 매칭 모듈(120), 보정 파라메터를 저장한 PROM(130), 차량 전방의 물체와의 거리정보를 측정하는 RADAR 센서(140) 및 Depth 이미지와 거리정보 및 PROM에 저장된 보정 파라메터를 통해 스테레오 이미지의 왜곡을 보정하는 CPU(150)를 포함할 수 있다.
스테레오 카메라(110)는 좌측카메라(111)와 우측카메라(112)를 통해 차량 전방의 좌측 이미지와 우측 이미지를 획득하고 이를 스테레오 매칭 모듈(120)로 전송하며, 스테레오 매칭 모듈(120)은 좌측 및 우측 이미지를 통해 디스패리티 맵을 생성하고 Depth 이미지를 CPU(150)로 전송할 수 있다.
CPU(150)는 PROM(130)에 미리 저장된 보정 파라메터와 RADAR 센서로부터 측정된 대상물의 거리, Depth 이미지 등을 통해 스테레오 카메라(110)로부터 획득된 이미지의 보정을 실시할 수 있다.
이때, 두 개의 이미지의 라인 스캔을 통해 좌측 또는 우측카메라(111,112)의 Y축 방향으로의 이동이나 회전에 대한 보정이 실시될 수 있고, 디스패리티 맵의 양안시차(디스패리티)를 이용해 산출된 이미지의 특정 대상물까지의 거리와 RADAR 센서(140)를 통해 측정된 동일 특정 대상물까지의 거리를 비교하여 좌측 또는 우측카메라(111,112)의 X축 방향으로의 이동이나 회전에 대한 보정 파라메터를 산출하고 이를 통해 이미지의 보정이 실시될 수 있다.
상술한 구성을 갖는 스테레오 카메라 보정 시스템(100)은 이하 도 2 내지 5를 통해 더 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 스테레오 카메라(110)는 차량의 전방에 설치되는 좌측카메라(111)와 우측카메라(112)를 포함하며, 좌측 및 우측카메라(112)는 XYZ축의 월드 좌표계의 원점에 위치하는 것으로 가정할 수 있다. 좌측 및 우측카메라(111,112)의 광축은 Z축 좌표계로 지정될 수 있다.
이와 같은 스테레오 카메라(110)는 차량에 설치할 시 X축, Y축 및 Z축에서 조립공차가 발생할 수 있으며, 좌측카메라(111) 또는 우측카메라(112)가 Y축 방향으로 상하 이동되어 설치되는 경우, X축을 중심으로 회전되어 설치되는 경우, X축 방향으로 평행 이동되어 설치되는 경우, Y축을 중심으로 회전되어 설치되는 경우가 발생할 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 좌측 또는 우측카메라(111,112)가 Y축을 중심으로 상하 이동되어 설치되는 경우에는 도 3a와 같이 영상이 입력될 수 있고, X축을 중심으로 상하 회전되어 설치되는 경우는 도 3b와 같이 영상이 입력될 수 있다.
이와 같은 경우, 이미지를 보정하기 위한 파라메터는 좌/우 영상으로부터 추출된 특징점을 비교하여 보정 파라메터가 추출될 수 있다. 구체적으로는 좌측 영상과 우측 영상의 복수 라인에서 특징점을 추출하고 좌측 영상과 우측 영상의 동일 특징점 사이의 상하 이동 편차 또는 상하 회전 각도를 추출함에 의해 좌측 영상에 대한 우측 영상의 상하 평행이동 또는 상하 회전각도에 대한 보정 파라메터를 추출할 수 있다.
즉, 좌측 및 우측카메라(111,112)가 Y축 방향으로 평행이동하거나 회전되는 경우의 파라메터는 좌측 및 우측 영상의 라인 스캔을 통해 용이하게 추출되어 PROM(130)에 저장될 수 있다.
한편, 도 5에 도시한 바와 같이, 좌측 또는 우측카메라(111,112)가 X축에 대해 평행하게 회전되는 경우에는 도 3c와 같이 좌측 영상에 대해 우측 영상이 회전되어 입력될 수 있다. 이와 같은 경우는 좌측 영상과 우측 영상의 특징점 추출 및 비교를 통해 회전에 대한 보정 파라메터를 설정하기 극히 어려울 수 있다.
이와 같은 경우, 즉 스테레오 카메라(110)의 광축이 좌우로 이동되거나 회전된 경우 보정 파라메터를 설정하기 위해, 차량 전방의 장애물과의 거리를 측정하는 방법과 차량 전방 장애물과의 거리를 감지하는 RADAR 센서를 통해 측정된 거리를 비교함으로써, 보정 파라메터를 추출할 수 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 스테레오 카메라(110)의 좌측카메라(111)와 우측카메라(112)에 있어서, 동일 대상물이 좌측카메라(111)의 이미지센서(111a)에 입력되는 위치(xl)와 우측카메라(112)의 이미지센서(112a)에 입력되는 위치(xr), 좌측카메라(111)의 광축 중심과 우측카메라(112)의 광축 중심 사이의 거리(T), 그리고 렌즈(미도시)의 초점거리(f)를 이용하여 스테레오 카메라(110)와 대상물까지의 거리(Z)를 산출할 수 있다.
도 5에 도시한 바와 같이, 본 실시예에서는 스테레오 카메라(110)의 디스패리티(disparity; d=xl-xr)를 이용하여 산출된 특정 대상물까지의 산출거리와 RADAR 센서를 통해 측정된 동일 대상물까지의 측정거리를 비교하여 좌측 또는 우측카메라(111,112)의 X축 방향으로의 회전 또는 평행이동을 감지할 수 있다.
좌측카메라(111)와 우측카메라(112)가 정확하게 조립된 경우, 디스패리티를 이용해 산출된 산출거리와 RADAR 센서를 통해 측정된 측정거리의 오차는 매우 작게 나타나나, 광축이 X축 방향으로 평행이동하거나 회전된 경우 산출거리와 측정거리 사이에 오차가 발생하게 된다.
이와 같은 오차를 이용하여 좌측 또는 우측카메라(112)의 보정 파라메터를 산출할 수 있으며, 이와 같이 산출된 보정 파라메터는 PROM에 저장되어 이미지의 합성시 반영될 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조로 본 발명의 스테레오 카메라 보정 시스템에 대하여 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 스테레오 카메라 보정 시스템
110 : 스테레오 카메라
111 : 좌측 카메라
112 : 우측 카메라
111a, 112a : 이미지 센서
120 : 스테레오 매칭 모듈
130 : PROM
140 : RADAR 센서
150 : CPU

Claims (5)

  1. 좌측카메라와 우측카메라를 통해 좌측이미지와 우측이미지를 입력받는 스테레오 카메라;
    상기 스테레오 카메라로부터 상기 좌측 이미지와 우측 이미지를 각각 전송받아 디스패리티 맵을 생성하는 스테레오 매칭 모듈;
    보정 파라메터를 저장한 PROM;
    차량 전방의 물체와의 거리를 측정하는 RADAR 센서; 및
    상기 디스패리티 맵과 PROM에 저장된 보정 파라메터를 통해 스테레오 이미지의 왜곡을 보정하는 CPU를 포함하는 것을 특징으로 하는 스테레오 카메라 보정 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 스테레오 카메라의 상기 좌측 및 우측카메라는 XYZ축 월드좌표계에 설치되며, Y축 방향으로의 평행이동 및 회전에 대한 보정 파라메터와 X축 방향으로의 평행이동 및 회전에 대한 보정 파라메터가 산출되는 것을 특징으로 하는 스테레오 카메라 보정 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 CPU는 상기 좌측이미지와 우측이미지의 라인 스캐닝을 통한 특징점을 추출하여 상기 좌측 또는 우측카메라의 Y축 방향의 오차를 보정하는 보정 파라메터를 산출하는 것을 특징으로 하는 스테레오 카메라 보정 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 CPU는 상기 디스패리티 맵을 통해 상기 차량 전방의 물체와의 거리를 산출한 산출거리와 상기 RADAR 센서를 통해 상기 물체와의 거리를 측정한 측정거리를 비교하여 상기 좌측 또는 우측카메라의 X축 방향의 오차를 보정하는 보정 파라메터를 산출하는 것을 특징으로 하는 스테레오 카메라 보정 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 산출거리는 동일 물체가 상기 좌측카메라의 이미지센서에 입력되는 위치(xl)와 우측카메라의 이미지센서에 입력되는 위치(xr), 상기 좌측카메라의 광축 중심과 우측카메라의 광축 중심 사이의 거리(T), 그리고 렌즈의 초점거리(f)를 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 스테레오 카메라 보정 시스템.
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