KR20160040330A - A method of correcting for distorted image from fish-eye lens by using concentric circles type standard patterns - Google Patents

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KR20160040330A
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Abstract

The present invention relates to a method for correcting a distorted image obtained from a fish-eye lens. According to the present invention, the method for correcting a distorted image obtained from a fish-eye lens by using a concentric circular standard pattern comprises the following steps: obtaining a second-dimensional image before correction through an oval fish-eye lens having an angle of view greater than or equal to 180 degrees, and arranging the image on a first plane; generating a three-dimensional oval image corresponding to the oval fish-eye lens; mapping a first coordinate of the image before correction to a second coordinate one to one by vertically reflecting the image before correction on the three-dimensional oval image; and mapping the second coordinate to a third coordinate one to one on a plane identical to the first plane by extending the second coordinate from an optical center point of the three-dimensional oval image, and correcting a distorted image of the image before correction to an image after correction.

Description

어안 렌즈로부터 획득한 왜곡 영상을 동심원 형태의 표준 패턴을 이용하여 보정하는 방법{A method of correcting for distorted image from fish-eye lens by using concentric circles type standard patterns}[0001] The present invention relates to a method of correcting a distorted image obtained from a fish-eye lens using a concentric circular standard pattern,

본 발명은 어안 렌즈로부터 회득한 왜곡 영상으로 보정하는 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 어안 렌즈의 구조가 타원체에 가깝다는 점에 착안하여 제안된 것으로 타원형 어안 렌즈에 의하여 왜곡된 영상을 동심원 형태의 표준 패턴을 이용하여 방사상 좌표로 매핑하는 과정을 거쳐 보정할 수 있도록 한 새로운 방식의 왜곡 영상 보정 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of correcting a distorted image obtained from a fish-eye lens, more specifically, focusing on the fact that the structure of a fish-eye lens is close to an ellipsoid, And a method of correcting the distorted image by using a standard pattern and mapping it to radial coordinates.

일반적인 렌즈에 의한 영상 왜곡은 크게 방사상 왜곡(radial distortion) 및 접선 왜곡(tangential distortion)으로 나눈다. 이 중 접선 왜곡은 그 정도가 매우 작지만, 방사상 왜곡은 렌즈의 특성에 따라 왜곡의 정도가 매우 작은 것부터 심한 것까지 있으며, 왜곡의 형태가 서로 다르게 된다. Image distortion caused by a general lens is largely divided into radial distortion and tangential distortion. Among them, the degree of tangential distortion is very small. However, radial distortion varies from a very small degree of distortion to a severe one, depending on the characteristics of the lens.

이러한 방사상 왜곡은 왜곡 모양에 따라 크게 술통형 왜곡(barrel distortion)과 실패형 왜곡(pincushion distortion)으로 분류한다.These radial distortions are classified into barrel distortion and pincushion distortion depending on the distortion shape.

술통형 왜곡은 주로 초점거리가 짧은 광각렌즈에서 발생하는 왜곡 현상으로 영상의 정보가 바깥쪽으로 휘어지는 것을 의미한다. 바깥쪽으로 휘어지는 정도는 중심부보다는 가장자리로 갈수록 심해지는 특징이 있다. The barrel distortion is a distortion phenomenon that occurs mainly in a wide-angle lens with short focal length, which means that information of the image is curved outward. The degree of bending outward is characterized by getting worse to the edge than to the center.

실패형 왜곡은 초점거리가 긴 망원렌즈에서 주로 발생하는 왜곡 현상으로 술통형 왜곡과는 반대로 영상의 정보가 안쪽으로 휘어지게 되며, 중심부보다는 영상의 가장자리에서 왜곡이 심하게 발생한다. The failure type distortion is a distortion phenomenon that occurs mainly in a telephoto lens having a long focal length. In contrast to the barrel type distortion, the image information is warped inward, and distortion occurs at the edge of the image rather than in the center.

어안렌즈는 초점거리가 가장 짧은 초광각 렌즈로서, 영상 획득 시 발생하는 왜곡의 정도가 매우 심하다. The fisheye lens is an ultra-wide-angle lens with the shortest focal length, and the degree of distortion that occurs during image acquisition is very high.

이러한 어안렌즈의 특성으로 인해 발생하는 왜곡을 보정하는 일반적인 방법은 크게 두 가지 방법으로 분류할 수 있다. The general method of correcting the distortion caused by the characteristics of the fisheye lens can be roughly divided into two methods.

먼저, 렌즈의 특성을 고려한 수학적 모델링을 통한 왜곡 보정 방법이다. First, it is a distortion correction method through mathematical modeling considering lens characteristics.

이러한 접근 방법은 가장 널리 사용되는 렌즈 보정 방법으로, 렌즈를 하나의 시스템으로 생각하고 렌즈의 응답함수를 추정한다. This approach is the most widely used lens correction method, in which the lens is considered as one system and the response function of the lens is estimated.

응답함수 분석을 통해 렌즈의 열화 과정을 모델링 한 후 이 과정에 대한 역 필터링을 통하여 열화 과정을 보정하게 된다.Modeling the degradation process of the lens through the response function analysis, the degradation process is corrected by inverse filtering the process.

그러나 이러한 수학적 모델링을 통한 왜곡 보정 방법은 실제 다양한 환경을 모두 고려하지 못하기 때문에, 제품화 과정에 적용할 경우 예상치 못한 여러 문제점이 발생하게 된다. 또한 많은 수학적 모델링을 통한 왜곡 보정 방법들의 경우 역 필터링 과정 수행 시간이 매우 오래 걸리기 때문에 실제 제품에 적용되기에는 한계점이 있다.However, since the distortion correction method using the mathematical modeling does not consider all the various environments, various unexpected problems arise when applied to a commercialization process. In addition, distortion correction methods using many mathematical modeling methods have a long time to perform the inverse filtering process.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 최근 연구되고 있는 여러 기술들은 기존 수학적 모델링을 기반으로 하여 외부 환경을 비롯해 열화에 끼치는 여러 요인들을 영역 적응적으로 고려하여 실제 제품에 적용할 수 있도록 개발되고 있다.In order to solve these problems, various technologies that have been studied recently are being developed based on existing mathematical modeling so that various factors that cause deterioration including the external environment can be adaptively applied to real products.

어안렌즈의 왜곡을 보정하는 다른 방법은 렌즈의 종류와 상관없이 획득되는 영상만을 통한 보정 방법을 사용하는데, 이러한 방법은 영상의 왜곡을 보정하는 파라미터를 설정하여 이 값에 따라 왜곡 보정의 정도를 결정하게 된다(특허 문헌 1 참조). Another method for correcting the distortion of the fisheye lens is to use a correction method based only on the obtained image irrespective of the type of lens. In this method, a parameter for correcting image distortion is set, and the degree of distortion correction is determined according to this value (See Patent Document 1).

또한, 대부분의 영상을 통한 왜곡 보정 방법은 왜곡 보정의 정도를 직선의 왜곡 정도로 판단하며, 직선에 대한 왜곡 보정의 결과가 실제 직선으로 표현될 때의 파라미터를 왜곡 보정 파라미터로 결정한다는 한계를 지니고 있다. The distortion correction method through most images has a limitation that the degree of distortion correction is determined as the degree of distortion of the straight line and the parameter when the result of the distortion correction on the straight line is expressed as an actual straight line is determined as the distortion correction parameter .

1. 특허 출원번호 제10-2012-0105249호, 발명의 명칭 : 영상 왜곡 보정 장치 및 방법1. Patent Application No. 10-2012-0105249, entitled " Image distortion correction apparatus and method

본 발명은 상기 종래 기술에서 언급한 어안렌즈의 영상 왜곡 보정 방법을 개선하기 위한 것으로, 체스판과 같은 직선 위주의 표준 패턴 대신 방사상의 동심원 형태의 새로운 표준 패턴을 이용하여 어안렌즈의 방사상의 왜곡 파라미터를 획득하여 왜곡 영상을 보정하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for correcting image distortion of a fisheye lens described in the above-mentioned prior art, wherein a radial distortion parameter of a fisheye lens using a radial concentric circular standard pattern instead of a straight line- And correcting the distorted image.

본 발명에 따른 어안 렌즈로부터 획득한 왜곡 영상을 동심원 형태의 표준 패턴을 이용하여 보정하는 방법은 180도 이상의 화각을 갖는 타원체상 어안 렌즈를 통하여 2차원의 보정전 이미지를 획득하여 제 1 평면상에 배치시키는 단계; 상기 타원체상 어안 렌즈에 대응하는 3 차원의 타원체상을 생성하는 단계; 상기 보정전 이미지의 제 1 좌표를 상기 3 차원의 타원체상에 수직 투영하여 타원상의 좌표계인 제 2 좌표로 일대일 매핑하는 단계; 상기 제 2 좌표를 상기 3 차원의 타원체상의 광학 중심점으로부터 연장시켜 상기 제 1 평면과 동일한 평면상에 제 3 좌표로 일대일 매핑시켜 상기 보정전 이미지의 왜곡 영상을 보정후 이미지로 보정하는 단계로 이루어진다.A method of correcting a distorted image obtained from a fish-eye lens according to the present invention by using a concentric circular standard pattern is a method of acquiring a two-dimensional pre-correction image through an ellipsoidal fisheye lens having an image angle of 180 degrees or more, Placing; Generating a three-dimensional ellipsoid image corresponding to the ellipsoidal fisheye lens; Vertically projecting a first coordinate of the pre-correction image on the three-dimensional ellipsoid and mapping the first coordinate of the pre-correction image one-to-one with a second coordinate, which is an elliptical coordinate system; And the step of correcting the distorted image of the pre-correction image into an after-correction image by mapping the second coordinate from the optical center point of the three-dimensional ellipsoid to one-to-one mapping on the same plane as the first plane with the third coordinate.

본 발명에 따른 어안 렌즈로부터 획득한 왜곡 영상을 동심원 형태의 표준 패턴을 이용하여 보정하는 또 다른 방법은, 180도 이상의 화각을 갖는 타원체상 어안 렌즈를 통하여 2차원의 보정전 이미지를 획득하는 단계; 상기 보정전 이미지로부터 상기 타원체상 어안 렌즈의 구조 파라미터를 획득하여 3차원 타원체를 생성하는 단계; 상기 보정전 이미지를 제 1 수평 좌표계를 갖는 제 1 평면상에 배치시키는 단계; 상기 보정전 이미지의 상기 제 1 수평 좌표계에 표시된 모든 제 1 좌표를 상기 3 차원의 타원체상에 수직 투영하여 타원상의 좌표계인 제 2 좌표계로 일대일 매핑하는 단계; 상기 제 2 좌표계를 상기 3 차원의 타원체상의 광학 중심점으로부터 연장시켜 상기 제 1 평면과 동일한 평면상에 배치되는 제 3 수평 좌표계로 일대일 매핑시켜 상기 보정전 이미지의 왜곡 영상을 보정후 이미지로 보정하는 단계로 이루어진다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of correcting a distorted image obtained from a fish-eye lens using a concentric circular standard pattern, comprising: obtaining a two-dimensional pre-correction image through an ellipsoidal fisheye lens having an image angle of 180 degrees or more; Acquiring a structural parameter of the ellipsoidal fisheye lens from the pre-correction image to generate a three-dimensional ellipsoid; Disposing the pre-correction image on a first plane having a first horizontal coordinate system; Vertically projecting all the first coordinates displayed in the first horizontal coordinate system of the pre-correction image on the three-dimensional ellipsoid and mapping them one-to-one with a second coordinate system that is an elliptical coordinate system; Correcting the distorted image of the pre-correction image into an after-correction image by mapping the second coordinate system one-to-one with a third horizontal coordinate system disposed on the same plane as the first plane, extending from an optical center point on the three- .

본 발명에서 제안하는 어안 렌즈로부터 획득한 왜곡 영상을 동심원 형태의 표준 패턴을 이용하여 보정하는 방법을 사용하는 경우 다음과 같은 이점이 있다.The method of correcting a distorted image obtained from a fish-eye lens proposed in the present invention by using a concentric circular standard pattern has the following advantages.

통상의 경우 어안 렌즈의 형상을 구형으로 전제한 다음 다양한 왜곡 보상 알고리즘이 제안되었으나 본 발명에서는 어안 렌즈가 완전구 형상이 아니라 방사상 반경에 차이가 있는 타원체 형상을 구비하고 있다는 점에 착안하여 이를 전제로 방사상 좌표계로 매핑하는 과정을 수행함으로써 보다 실제 상황에 맞는 왜곡 영상 보상이 가능하다는 이점이 있다.In general, various distortion compensation algorithms have been proposed based on the assumption that the shape of the fisheye lens is spherical. In the present invention, however, it is assumed that the fisheye lens has an ellipsoid shape having a difference in radial radius, And then performing a mapping process to a radial coordinate system, there is an advantage that distortion image compensation according to actual situations can be performed.

도 1과 2는 본 발명에 따른 어안 렌즈를 통하여 획득된 보정전 이미지가 제 1 평면상에 배치되어 있는 상태를 보여주는 도면이다.
도 3은 보정전 이미지가 타원체상 좌표계에 수직으로 매핑되는 과정을 설명하는 도면이다.
도 4는 타원체상 좌표계에 수직으로 매핑되는 좌표가 방사상으로 연장되어 평면 좌펴계로 보상되는 과정을 설명하는 도면이다.
도 5는 도 4의 평면 좌표계를 설명하는 참고 도면이다.
도 6은 영상만을 통한 보정 방법에서 사용하는 체스판 형태의 표준 패턴이다.
도 7은 본 발명에서 제안하는 동심원 형태의 표준 패턴 도면이다.
도 8은 도 6의 보정전 이미지이다
도 9는 도 7의 보정전 이미지이다.
도 10은 도 8에 대하여 본 발명에 따른 방법을 사용한 경우의 보정후 이미지이다.
도 11은 도 9에 대하여 본 발명에 따른 방법을 사용한 경우의 보정후 이미지이다.
도 12는 어안렌즈에 의한 영상 왜곡은 광학 중심점에서부터 방사상으로 떨어진 정도에 따라 왜곡 정도가 달라져 곡률이 원보다는 타원에 가깝기 때문에 나타나는 현상을 설명하는 도면이다.
1 and 2 are views showing a state in which a pre-correction image obtained through a fish-eye lens according to the present invention is arranged on a first plane.
3 is a diagram illustrating a process in which the pre-correction image is vertically mapped to an ellipsoid coordinate system.
4 is a view for explaining a process in which a coordinate vertically mapped to an ellipsoidal phase coordinate system is radially extended and compensated by a plane left coordinate system.
5 is a reference diagram for explaining the plane coordinate system of FIG.
FIG. 6 is a chessboard-like standard pattern used in the image-only correction method.
Fig. 7 is a diagram showing a standard pattern of concentric circles proposed by the present invention.
8 is a pre-correction image of Fig. 6
9 is a pre-correction image of Fig.
Fig. 10 is a post-correction image when the method according to the present invention is used with respect to Fig.
Fig. 11 is a corrected image when the method according to the present invention is used for Fig. 9; Fig.
FIG. 12 is a view for explaining a phenomenon in which distortion due to a degree of image distortion caused by a fish-eye lens is radially separated from an optical center point, and curvature is closer to an ellipse than a circle.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에서 제안하는 어안 렌즈로부터 획득한 왜곡 영상을 동심원 형태의 표준 패턴을 이용하여 보정하는 방법에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of correcting a distorted image obtained from a fish-eye lens proposed in the present invention using a concentric standard pattern will be described with reference to the drawings.

들어가기에 앞서 도면에 대하여 미리 설명하면, 도 1과 2는 본 발명에 따른 어안 렌즈를 통하여 획득된 보정전 이미지가 제 1 평면상에 배치되어 있는 상태를 보여주는 도면이고, 도 3은 보정전 이미지가 타원체상 좌표계에 수직으로 매핑되는 과정을 설명하는 도면이며, 도 4는 타원체상 좌표계에 수직으로 매핑되는 좌표가 방사상으로 연장되어 평면 좌펴계로 보상되는 과정을 설명하는 도면이고, 도 5는 도 4의 평면 좌표계를 설명하는 참고 도면이며, 도 6은 영상만을 통한 보정 방법에서 사용하는 체스판 형태의 표준 패턴이고, 도 7은 본 발명에서 제안하는 동심원 형태의 표준 패턴 도면이며, 도 8은 도 6의 보정전 이미지이고, 도 9는 도 7의 보정전 이미지이며, 도 10은 도 8에 대하여 본 발명에 따른 방법을 사용한 경우의 보정후 이미지이고, 도 11은 도 9에 대하여 본 발명에 따른 방법을 사용한 경우의 보정후 이미지이다. 1 and 2 are views showing a state in which a pre-correction image obtained through a fisheye lens according to the present invention is arranged on a first plane, FIG. 3 is a view showing a state in which a pre- 4 is a view for explaining a process in which coordinates vertically mapped to the ellipsoid phase coordinate system are radially extended and compensated by the plane left coordinate system, 6 is a chessboard-type standard pattern used in a correction method using only an image, FIG. 7 is a diagram of a concentric circle standard pattern proposed in the present invention, and FIG. 9 is a pre-correction image of Fig. 7, Fig. 10 is a post-correction image when the method according to the present invention is applied to Fig. 8, and Fig. In the case of using the method according to the present invention.

본 발명은 통상의 어안 렌즈가 광학 중심점을 기준으로 방사상 반경이 동일한 구 형상이 아니라 타원체상 구조를 작는다는 점을 고려하여 실제 어안 렌즈의 타원체상 구조에 적합한 새로운 영상 왜곡 보정 방법을 제안하고자 한다.The present invention proposes a new image distortion correction method suitable for the ellipsoid structure of a real fish-eye lens in consideration of the fact that a normal fisheye lens is not a spherical shape having a radial radius equal to the optical center point but smaller than an ellipsoidal image structure.

본 발명에서 제안하는 새로운 어안 렌즈의 왜곡 영상 보정 방법은 어안 렌즈의 종류와 상관없이 획득되는 영상을 어안 렌즈의 타원체상 좌표로 매핑한 후 이를 보정하는 좌표계로 재매핑함으로써 왜곡 영상을 보정하는 방법을 제안한다.The method of correcting a distorted image of a new fish-eye lens proposed in the present invention is a method of correcting a distorted image by mapping an acquired image to an ellipsoidal image coordinate of a fish-eye lens and re- I suggest.

도 1은 본 발명에 따른 어안 렌즈를 통하여 획득된 보정전 이미지가 제 1 평면상에 배치되어 있는 상태를 보여주는 도면이다. 참고로, 도 1에 도시된 타원체는 타원체의 어안 렌즈에 동일한 구조를 갖도록 프로그램된 타원체이지만 이하에서는 설명의 편의상 어안 렌즈라고 하기로 한다. 1 is a view showing a state in which a pre-correction image obtained through a fish-eye lens according to the present invention is arranged on a first plane. For reference, the ellipsoid shown in Fig. 1 is an ellipsoid programmed to have the same structure as a fish-eye lens of an ellipsoid, but will be hereinafter referred to as a fish-eye lens for convenience of explanation.

본 발명에서 제안하는 영상 보정 방법은 다음과 같은 단계로 이루어진다.The image correction method proposed by the present invention comprises the following steps.

먼저, 본 발명에 따른 왜곡 영상 보정 방법은 180도 이상의 화각을 갖는 타원체상 어안 렌즈를 통하여 2차원의 보정전 이미지를 획득하여 제 1 평면상에 배치시키는 단계로 이루어진다.(도 1 참조) 도 1에서 제 1 평면이란, 사각형 평면이 타원체와 수평으로 접하는 면을 의미한다. First, a method for correcting a distorted image according to the present invention comprises the steps of acquiring a two-dimensional pre-correction image through an ellipsoidal fisheye lens having an angle of view of 180 degrees or more and arranging the two-dimensional image on a first plane (see FIG. 1) The first plane means a plane in which a quadrangular plane is in contact with the ellipsoid horizontally.

본 발명에서는 어안 렌즈의 초점 거리(f)와 렌즈의 반경(r)를 각각 장축과 단축으로하는 3차원의 타원체상를 생성한다.In the present invention, a three-dimensional ellipsoid image is generated in which the focal length f of the fish-eye lens and the radius r of the lens are respectively long and short.

도 2의 좌표계(ux, uy, uz)는 디스플레이 시점에 따른 좌표계로, 좌표(x, y, z(=f))는 좌표계에 따라 정의된 보정전 이미지의 점을 나타낸다. The coordinates (x, y, z (= f)) of the coordinate system (u x , u y , u z ) in Fig. 2 represent a coordinate system according to the display time.

도 2와 같이 보정전 이미지내의 렌즈의 광학 중심점(0,0,f)과 타원체상의 중심점(0,0,0)을 지나는 벡터로부터 초기 좌표계의 Z축 유닛 벡터(uz)를 정의하고, Z축 유닛 벡터(uz)를 기준으로 나머지의 Y축 유닛 벡터(uy)와 X축 유닛 벡터(ux)를 정의하여 초기 좌표계를 정의한다.Axis unit vector u z of the initial coordinate system is defined from the vector passing through the optical center point (0,0, f) of the lens in the pre-correction image and the center point (0,0,0) on the ellipsoid, and Z Define the initial coordinate system by defining the remaining Y-axis unit vector (u y ) and X-axis unit vector (u x ) based on the axis unit vector (u z ).

도 3에서 좌표(x', y', z')는 보정 전 이미지 내에 위치하는 점(x, y, z)을 좌표계(ux, uy, uz)에 따라 타원체상에 직교 사영시킨 점을 나타낸다. Coordinates in Fig. 3 (x ', y', z ') is orthogonal projection in which points on the ellipsoid, in accordance with the point (x, y, z) to the coordinate system (u x, u y, u z) which is located in the uncorrected image .

도 3과 같이 좌표계(ux, uy, uz)가 정의되면 보정 전 이미지의 왜곡 영상을 보정하기 위해, 보정 전 이미지내의 좌표들을 3차원의 타원체상에 역으로 직교 사영한다. When the coordinate system (u x , u y , u z ) is defined as shown in Fig. 3, the coordinates in the pre-correction image are orthogonally projected on the three-dimensional ellipsoid in order to correct the distorted image of the pre-correction image.

즉, 보정 전 이미지내의 좌표들은 타원체상의 표면상의 좌표들로 변환한다.That is, the coordinates in the pre-correction image are transformed into the coordinates on the surface on the ellipsoid.

그 결과, 타원체상의 표면으로 사영된 보정 전 이미지의 피사체는 다시 3차원의 피사체로 변환되어, 실제의 3차원 장면과 같이 왜곡을 가지지 않게 된다.As a result, the subject of the pre-correction image projected onto the surface of the ellipsoid is again converted into a three-dimensional object, and has no distortion as in the actual three-dimensional scene.

이때의 타원체상의 특정 좌표(x', y', z')는 보정 전 이미지의 좌표(x, y, z(=f))에 대해 식 (1)과 같은 관계를 가진다.At this time, the specific coordinates (x ', y', z ') on the ellipsoid have a relationship as shown in Equation (1) with respect to the coordinates (x, y, z (= f)) of the image before correction.

식 (1)Equation (1)

(x', y', z') = (x, y, f') (x ', y', z ') = (x, y, f')

다음, 도 4와 같이 디스플레이 시점에서의 보정 후 이미지를 획득하기 위해, 타원체상의 표면상의 좌표들을 타원체상의 중심점에 대해 원근법으로 사영하여, 보정 후 이미지내의 좌표로 변환한다. Next, in order to obtain the corrected image at the display time, as shown in Fig. 4, the coordinates on the surface on the ellipsoid are projected in a perspective manner with respect to the center point on the ellipsoid, and are converted into the coordinates in the corrected image.

그 결과, 타원체상의 표면상의 피사체는 보정 후 이미지의 피사체로 사영된다.As a result, the subject on the surface of the ellipsoid is projected as the subject of the corrected image.

이를 2차원적 도면으로 보다 상세히 도식화하면 도 5와 같이 된다.This is illustrated in more detail by a two-dimensional drawing, as shown in FIG.

좌표(X, Y, Z)는 타원체상의 표면상의 점을 좌표계(ux, uy, uz)에 따라 타원체상의 중심점에 대해 원근법으로 사영시켜 획득된 보정후 이미지의 점을 나타낸다.The coordinates (X, Y, Z) represent the points of the corrected image obtained by projecting a point on the surface of the ellipsoid with respect to the center point on the ellipsoid in accordance with the coordinate system (u x , u y , u z ).

도 5를 참조하여 디스플레이 시점에서의 보정 후 이미지내의 (X, Y, Z)의 좌표와 타원체상의 표면 내에 (x', y', z')의 좌표간의 관계를 살펴보면 다음과 같다. Referring to FIG. 5, the relationship between the coordinates of (X, Y, Z) in the corrected image at the display time and the coordinates of (x ', y', z ') in the surface of the ellipsoid is as follows.

이때, 타원체상의 표면 내에 (x', y', z')의 좌표와 타원체상의 중심점간의 거리는 타원체상의 초점거리(f)와 동일하고, 보정 후 이미지의 중심점과 타원체상의 중심점간의 거리는 타원체상의 초점거리(f)와 동일하다. The distance between the coordinates of (x ', y', z ') and the center point on the ellipsoid is equal to the focal length (f) on the ellipsoid, and the distance between the center point of the corrected image and the center point on the ellipsoid is the focal length (f).

그리고 타원체상의 표면 내에 (x', y', z')의 좌표의 z' 값(f')은 피타고라스 정의에 의해

Figure pat00001
이 된다. And the z 'value (f') of the coordinates of (x ', y', z ') in the surface on the ellipsoid is determined by the Pythagorean definition
Figure pat00001
.

이에 디스플레이 시점에서의 보정 후 이미지의 X값은Therefore, the X value of the corrected image at the display time is

Figure pat00002
라는 공식에 의해
Figure pat00002
By the formula

Figure pat00003
의 값을 가지게 되고,
Figure pat00003
Lt; / RTI >

Y값은

Figure pat00004
라는 공식에 의해The Y value is
Figure pat00004
By the formula

Figure pat00005
의 값을 가지게 된다.
Figure pat00005
. ≪ / RTI >

그리고 Z 값은 타원체상의 초점거리(f)가 된다.And the Z value is the focal length (f) on the ellipsoid.

즉, 초기 디스플레이 시점에서의 보정 후 이미지의 좌표(X, Y, Z)와 타원체상의 표면상의 좌표(x', y', z')간에는 식 (2)와 같은 관계가 성립된다.That is, the relationship (2) is established between the coordinates (X, Y, Z) of the corrected image at the initial display time and the coordinates (x ', y', z ') on the surface of the ellipsoid.

식 (2)Equation (2)

Figure pat00006
Figure pat00006

x'=x, y=y' 이므로 디스플레이 시점에서의 보정 후 이미지의 좌표값(X, Y, Z)과 보정 전 이미지의 좌표값(x, y, z) 간에는 식 (3)과 같은 관계가 성립된다.(3) between the coordinate value (X, Y, Z) of the image after correction at the display time and the coordinate value (x, y, z) of the pre-correction image because x '= x, y = Respectively.

식 (3)Equation (3)

Figure pat00007
Figure pat00007

이에 보정 전 이미지내의 x값을

Figure pat00008
에 따라 변환하고, The x value in the pre-correction image is
Figure pat00008
Respectively,

y값을

Figure pat00009
에 따라 변환하면, 디스플레이 시점에서의 보정 후 이미지는 왜곡 영상 보정된 피사체를 획득할 수 있게 된다.y value
Figure pat00009
The post-correction image at the display time can acquire the distorted image-corrected subject.

본 발명에서는 유도된 수식내의 파라미터를 얻기 위해 기존의 획득되는 영상만을 통한 보정 방법에서 주로 사용한 체스판 형태의 표준 패턴 대신 도 7과 같이 동심원 형태의 표준 패턴을 사용하였다.In the present invention, in order to obtain the parameters in the derived formula, a concentric circular standard pattern is used instead of the chess plate type standard pattern mainly used in the correction method using only the obtained image.

이는 어안 렌즈를 사용하는 경우 대부분 방사상의 왜곡이 대부분을 차지하기 때문이며 본 발명은 이러한 단점을 해소하기 용이한 동심원 표준 패턴을 사용한 것이다.This is because most of the radial distortion occurs when using a fisheye lens, and the present invention uses a concentric circle standard pattern which is easy to overcome this disadvantage.

본 발명에 대한 왜곡 영상 보정 후의 결과는 도 10 및 도 11과 같았다.The result after the distortion image correction according to the present invention was as shown in Fig. 10 and Fig.

전술한 본 발명은 타원체상 어안 렌즈에 대응하는 3 차원의 타원체상을 프로그램적으로 생성하여 처리하는 방법을 사용한 것이다.The above-described present invention uses a method of generating and processing a 3-dimensional ellipsoid image corresponding to a ellipsoidal fisheye lens in a programmatic manner.

그러나, 필요에 따라서는 동심원의 표준 패턴을 사용하여 어안 렌즈의 타원체상에 대한 소정의 파라미터를 프로그램적으로 처리할 수도 있는데, 그 방법은 도 12에 도시되어 있다. However, if desired, a predetermined parameter for the ellipsoidal image of the fisheye lens may be programmed using a standard concentric circle pattern, the method of which is shown in Fig.

도 12에 도시된 바와 같이, 어안렌즈에 의한 영상 왜곡은 광학 중심점에서부터 방사상으로 떨어진 정도에 따라 왜곡 정도가 달라져 곡률이 원보다는 타원에 가깝기 때문에 나타나는 현상이다As shown in FIG. 12, the image distortion due to the fisheye lens appears due to the degree of distortion depending on the degree of radial deviation from the optical center point, and the curvature is closer to the ellipse than to the circle

이에 본 발명에서는 동심원 표준 영상을 이용하여 어안렌즈에 의한 왜곡된 영상으로부터 왜곡함수의 곡률을 구한 후 이를 이용하는 방법을 제안한다.Accordingly, the present invention proposes a method of obtaining a curvature of a distortion function from a distorted image by a fisheye lens using a concentric circle standard image and using the same.

도 12에서 왜곡전의 동심원 폭이 동일한 표준 영상을 어안 렌즈를 통하여 촬영하는 경우 동심원의 폭이 방사상으로 대칭 왜곡되는 현상을 볼 수 있다. 그 왜곡은 구형이 아니라 타원형을 구조를 갖는다.In FIG. 12, when a standard image having the same concentric width before distortion is photographed through a fish-eye lens, a phenomenon that the width of the concentric circle is radially symmetrically distorted can be seen. The distortion has an elliptical structure, not a spherical shape.

이에 본 발명에서는 그 왜곡되는 곡률을 구하여 타원(형)의 장축과 단축을 구한 다음, 앞서 유도한 식으로부터 왜곡 보정 후 좌표를 얻을 수 있다. Accordingly, in the present invention, the long and short axes of the ellipse are obtained by obtaining the distorted curvature, and then the coordinates after the distortion correction can be obtained from the previously derived expression.

이러한 본 발명의 실시예는 다음과 같은 단계로 이루어질 수 있다.The embodiment of the present invention can be realized by the following steps.

즉, 본 발명의 어안 렌즈로부터 획득한 왜곡 영상을 동심원 형태의 표준 패턴을 이용하여 보정하는 방법의 다른 실시예는 180도 이상의 화각을 갖는 타원체상 어안 렌즈를 통하여 2차원의 보정전 이미지를 획득하는 단계; 상기 보정전 이미지로부터 상기 타원체상 어안 렌즈의 구조 파라미터를 획득하여 3차원 타원체를 생성하는 단계; 상기 보정전 이미지를 제 1 수평 좌표계를 갖는 제 1 평면상에 배치시키는 단계; 상기 보정전 이미지의 상기 제 1 수평 좌표계에 표시된 모든 제 1 좌표를 상기 3 차원의 타원체상에 수직 투영하여 타원상의 좌표계인 제 2 좌표계로 일대일 매핑하는 단계; 상기 제 2 좌표계를 상기 3 차원의 타원체상의 광학 중심점으로부터 연장시켜 상기 제 1 평면과 동일한 평면상에 배치되는 제 3 수평 좌표계로 일대일 매핑시켜 상기 보정전 이미지의 왜곡 영상을 보정후 이미지로 보정하는 단계로 이루어질 수 있다.That is, another embodiment of a method of correcting a distorted image obtained from a fisheye lens of the present invention using a concentric circular standard pattern is to obtain a two-dimensional pre-correction image through an ellipsoidal fisheye lens having an image angle of 180 degrees or more step; Acquiring a structural parameter of the ellipsoidal fisheye lens from the pre-correction image to generate a three-dimensional ellipsoid; Disposing the pre-correction image on a first plane having a first horizontal coordinate system; Vertically projecting all the first coordinates displayed in the first horizontal coordinate system of the pre-correction image on the three-dimensional ellipsoid, and mapping the one-to-one mapping to a second coordinate system that is an elliptical coordinate system; Correcting the distorted image of the pre-correction image into an after-correction image by mapping the second coordinate system one-to-one with a third horizontal coordinate system disposed on the same plane as the first plane, extending from an optical center point on the three- ≪ / RTI >

참고로, 본 발명에 따른 이러한 왜곡 보정 과정은 도 12에서 언급한 푸른색 화살표 방향으로 왜곡 보정 방향에 해당되며 왜곡 보정 후 좌료를 획득하는 것은 도 12에 표시한 왜곡 보정 함수를 구하는 것과 동일한 효과를 얻는다.
For reference, this distortion correction process according to the present invention corresponds to the distortion correction direction in the direction of the blue arrow in FIG. 12, and acquiring the color correction after distortion correction has the same effect as that of obtaining the distortion correction function shown in FIG. 12 .

Claims (2)

180도 이상의 화각을 갖는 타원체상 어안 렌즈를 통하여 2차원의 보정전 이미지를 획득하여 제 1 수평 좌표계를 갖는 제 1 평면상에 배치시키는 단계;
상기 타원체상 어안 렌즈에 대응하는 3 차원의 타원체상을 생성하는 단계;
상기 보정전 이미지의 상기 제 1 수평 좌표계에 표시된 모든 제 1 좌표를 상기 3 차원의 타원체상에 수직 투영하여 타원상의 좌표계인 제 2 좌표계로 일대일 매핑하는 단계;
상기 제 2 좌표계를 상기 3 차원의 타원체상의 광학 중심점으로부터 연장시켜 상기 제 1 평면과 동일한 평면상에 배치되는 제 3 수평 좌표계로 일대일 매핑시켜 상기 보정전 이미지의 왜곡 영상을 보정후 이미지로 보정하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 어안 렌즈로부터 획득한 왜곡 영상을 동심원 형태의 표준 패턴을 이용하여 보정하는 방법.
Acquiring a two-dimensional pre-correction image through an ellipsoidal fisheye lens having an angle of view of 180 degrees or more and placing it on a first plane having a first horizontal coordinate system;
Generating a three-dimensional ellipsoid image corresponding to the ellipsoidal fisheye lens;
Vertically projecting all the first coordinates displayed in the first horizontal coordinate system of the pre-correction image on the three-dimensional ellipsoid, and mapping the one-to-one mapping to a second coordinate system that is an elliptical coordinate system;
Correcting the distorted image of the pre-correction image into an after-correction image by mapping the second coordinate system one-to-one with a third horizontal coordinate system disposed on the same plane as the first plane, extending from an optical center point on the three- And correcting the distorted image obtained from the fish-eye lens by using a concentric circle-shaped standard pattern.
180도 이상의 화각을 갖는 타원체상 어안 렌즈를 통하여 2차원의 보정전 이미지를 획득하는 단계;
상기 보정전 이미지로부터 상기 타원체상 어안 렌즈의 구조 파라미터를 획득하여 3차원 타원체를 생성하는 단계;
상기 보정전 이미지를 제 1 수평 좌표계를 갖는 제 1 평면상에 배치시키는 단계;
상기 보정전 이미지의 상기 제 1 수평 좌표계에 표시된 모든 제 1 좌표를 상기 3 차원의 타원체상에 수직 투영하여 타원상의 좌표계인 제 2 좌표계로 일대일 매핑하는 단계;
상기 제 2 좌표계를 상기 3 차원의 타원체상의 광학 중심점으로부터 연장시켜 상기 제 1 평면과 동일한 평면상에 배치되는 제 3 수평 좌표계로 일대일 매핑시켜 상기 보정전 이미지의 왜곡 영상을 보정후 이미지로 보정하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 어안 렌즈로부터 획득한 왜곡 영상을 동심원 형태의 표준 패턴을 이용하여 보정하는 방법.
Acquiring a two-dimensional pre-correction image through an ellipsoidal fisheye lens having an angle of view of 180 degrees or more;
Acquiring a structural parameter of the ellipsoidal fisheye lens from the pre-correction image to generate a three-dimensional ellipsoid;
Disposing the pre-correction image on a first plane having a first horizontal coordinate system;
Vertically projecting all the first coordinates displayed in the first horizontal coordinate system of the pre-correction image on the three-dimensional ellipsoid, and mapping the one-to-one mapping to a second coordinate system that is an elliptical coordinate system;
Correcting the distorted image of the pre-correction image into an after-correction image by mapping the second coordinate system one-to-one with a third horizontal coordinate system disposed on the same plane as the first plane, extending from an optical center point on the three- And correcting the distorted image obtained from the fish-eye lens by using a concentric circle-shaped standard pattern.
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