KR20160050439A - 차량용 후방 카메라의 영상 보정 방법 - Google Patents

차량용 후방 카메라의 영상 보정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량용 후방 카메라의 영상 보정 방법에 관한 것으로서, 특히, 후방 카메라의 내부 파라미터 및 기하학 정보를 통하여 소정의 패턴을 검출하는 패턴 검출 단계와, 상기 패턴 검출 단계에 의하여 검출된 상기 소정의 패턴을 통해 패턴 기준 좌표계로부터 현재 차량에 설치된 상기 후방 카메라(이하, '설치 카메라'라 약칭함)의 자세를 추정하는 카메라 자세 추정 단계와, 상기 카메라 자세 추정 단계에 의하여 확인된 상기 설치 카메라의 오차 각도만큼의 호모그래피를 구하는 호모그래피 획득 단계와, 상기 호모그래피 획득 단계에 의하여 구한 상기 호모그래피를 이용하여 설계 기준대로 장착된 카메라(이하, '설계 기준 장착 카메라'라 약칭함)의 자세를 기준으로 상기 설치 카메라에 의하여 촬영된 영상을 보정하는 영상 보정 단계를 포함하여, 제품의 신뢰성 및 운전자의 편의성을 향상시키는 이점을 제공한다.

Description

차량용 후방 카메라의 영상 보정 방법{Method for adjusting output video of rear camera for vehicles}
본 발명은 차량용 후방 카메라의 영상 보정 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 후방 카메라에서 촬영된 영상 정보를 토대로, 현재 설치된 후방 카메라의 오차 각도만큼 촬영된 영상을 보정하여 출력함으로써 안전 사고를 예방할 수 있는 차량용 후방 카메라의 영상 보정 방법에 관한 것이다.
차량에 설치되는 후방 카메라는 차량의 후진 주행 또는 후진 주차시에 운전자에게 모니터를 통하여 차량 후방의 시계를 확보하여 줌으로써, 보다 안전한 후진 주행 및 후진 주차가 이루어질 수 있도록 한다.
일반적으로, 후방 카메라는 가니쉬, 번호판, 트렁크 및 엠블럼, 스포일러, 범퍼 등에 매립 또는 부착하는 형태로 설치되고, 통상 자동차의 후방 일측에 후방 카메라가 그 렌즈 부분이 노출되도록 고정 장착되어 있다.
이러한 후방 카메라에서 촬영되는 영상은 운전석의 AV시스템(Audio Video System)의 디스플레이부에 출력됨으로써, 운전자가 차량의 후진 주행시 또는 후진 주차시에 디스플레이부에 디스플레이되는 후방 상태를 확인할 수 있게 되는 것이다.
대한민국 특허공개공보 제10-2003-0017772호(2003.03.04.)에 개시된 후방 카메라는, 차량의 다양한 위치에 설치되어 차량 후방의 영상 정보를 제공하고 있으나, 후방 카메라의 위치 변경으로 인해 광축이 틀어져 정확한 지점의 영상 정보를 제공하지 못하는 경우가 발생하는 문제점이 있다.
또한, 대한민국 특허공개공보 제10-2013-0005159호(2013.01.15.)에 개시된 후방 카메라는, 상술한 후방 카메라가 위치 변경된 경우 후방 카메라를 통하여 촬영된 영상 정보를 최대한 활용하여 후방 카메라의 광축이 조정되도록 액추에이터를 통하여 후방 카메라의 촬영 위치를 변경시켜줌으로써 전술한 공개특허의 문제점을 해결하고 있다.
그러나, 후자의 공개특허도 문제라 할 것은, 후방 카메라의 촬영 위치를 변경시키기 위하여 별도의 액추에이터를 구비하여야 하는 바, 부품수가 증가함은 물론 조립 공수도 늘어나고, 제품의 비용 상승을 초래하는 문제점이 있다.
도 1a 및 도 2b는 종래 기술에 따른 차량용 후방 카메라의 설치 모습 및 이로부터 촬영된 영상과 차량의 후진 방향을 모식화한 도면이다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 상기 후방 카메라가 설계 기준대로 차체의 후방에 설치된 경우에는 실제 차량의 후진 방향과 디스플레이되는 후방 영상에 따른 주행 방향이 동일하나, 도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 후방 카메라가 설계 기준으로부터 소정 각도 틀어진 경우에는 실제 차량의 후진 방향과 디스플레이되는 후방 영상에 따른 주행 방향이 상이하여 주차 중 안전 사고를 유발할 우려가 있다.
본 발명은 상기한 기술적 과제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 별도의 액추에이터의 구비 없이 후방 카메라에서 촬영된 영상 정보를 토대로, 현재 설치된 후방 카메라의 오차 각도만큼 촬영된 영상을 보정하여 출력함으로써 안전 사고를 예방할 수 있는 차량용 후방 카메라의 영상 보정 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명에 따른 차량용 후방 카메라의 영상 보정 방법의 바람직한 일실시예는, 후방 카메라의 내부 파라미터 및 기하학 정보를 통하여 소정의 패턴을 검출하는 패턴 검출 단계와, 상기 패턴 검출 단계에 의하여 검출된 상기 소정의 패턴을 통해 패턴 기준 좌표계로부터 현재 차량에 설치된 상기 후방 카메라(이하, '설치 카메라'라 약칭함)의 자세를 추정하는 카메라 자세 추정 단계와, 상기 카메라 자세 추정 단계에 의하여 확인된 상기 설치 카메라의 오차 각도만큼의 호모그래피를 구하는 호모그래피 획득 단계와, 상기 호모그래피 획득 단계에 의하여 구한 상기 호모그래피를 이용하여 설계 기준대로 장착된 카메라(이하, '설계 기준 장착 카메라'라 약칭함)의 자세를 기준으로 상기 설치 카메라에 의하여 촬영된 영상을 보정하는 영상 보정 단계를 포함한다.
여기서, 상기 카메라 자세 추정 단계는, 상기 설계 기준 장착 카메라의 자세를 기준으로 한 상기 패턴 기준 좌표계로부터 상기 설치 카메라의 자세를 계산(이하, '제1계산'이라 함)하고, 공정 라인에서 장착한 카메라(이하, '공정 라인 장착 카메라'라 약칭함)로부터 검출된 패턴을 이용하여 상기 설치 카메라의 자세를 계산(이하, '제2계산'이라 함)하는 단계이다.
또한, 상기 호모그래피는, 상기 제2계산에 의하여 산출된 카메라의 자세(이하, '제1자세'라 함)에서 상기 제1계산에 의하여 산출된 카메라의 자세(이하, '제2자세'라 함)만큼 회전시킨 영상 정보일 수 있다.
또한, 상기 제1자세 및 제2자세는 상기 패턴 기준 좌표계로부터 획득되는 카메라의 위치(X,Y,Z좌표) 및 각도(Roll, Pitch, Yaw)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 공정 라인 장착 카메라가 상기 설계 기준 장착 카메라 대비 설정 각도 이상의 오차가 발생한 경우, 상기 카메라 자세 추정 단계를 수행하지 않고, 사용자에게 경고하는 경고 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 설정 각도는 상기 패턴 기준 좌표계를 기준으로 전방위로 5도를 초과하지 않도록 설정될 수 있다.
또한, 상기 호모그래피는, 상기 설치 카메라 각도 정보와 상기 공정 라인 장착 카메라의 각도 정보 차이를 이용하여 상기 정상 설치 카메라 각도 방향으로 회전시키는 행렬(R)을 구하는 동작으로 획득될 수 있다.
본 발명에 따른 차량용 후방 카메라의 영상 보정 방법의 바람직한 일실시예는, 별도의 후방 카메라의 촬영 각도를 보정하기 위한 액추에이터가 구비되지 않아도 되는 바, 부품수를 절감하는 한편, 조립 공수를 줄이고, 제품의 전체 단가의 상승을 방지할 수 있는 효과를 가진다.
도 1a 및 도 2b는 종래 기술에 따른 차량용 후방 카메라의 설치 모습 및 이로부터 촬영된 영상과 차량의 후진 방향을 모식화한 도면이고,
도 2는 본 발명에 따른 차량용 후방 카메라의 영상 보정 방법의 바람직한 일실시예를 나타낸 제어 흐름도이다.
이하, 본 발명에 따른 차량용 후방 카메라의 영상 보정 방법의 바람직한 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 차량용 후방 카메라의 영상 보정 방법의 바람직한 일실시예를 나타낸 제어 흐름도이다.
본 발명에 따른 차량용 후방 카메라의 영상 보정 방법의 바람직한 일실시예는, 도 2에 참조된 바와 같이, 후방 카메라의 내부 파라미터 및 기하학 정보를 통하여 소정의 패턴을 검출하는 패턴 검출 단계(S10)와, 상기 패턴 검출 단계(S10)에 의하여 검출된 상기 소정의 패턴을 통해 패턴 기준 좌표계로부터 현재 차량에 설치된 상기 후방 카메라(이하, '설치 카메라'라 약칭함)의 자세를 추정하는 카메라 자세 추정 단계(S20)와, 상기 카메라 자세 추정 단계(S20)에 의하여 확인된 상기 설치 카메라의 오차 각도만큼의 호모그래피를 구하는 호모그래피 획득 단계(S30)와, 상기 호모그래피 획득 단계(S30)에 의하여 구한 상기 호모그래피를 이용하여 설계 기준대로 장착된 카메라(이하, '설계 기준 장착 카메라'라 약칭함)의 자세를 기준으로 상기 설치 카메라에 의하여 촬영된 영상을 보정하는 영상 보정 단계(S40)를 포함한다.
여기서, 상기 패턴 검출 단계(S10)는, 현재 설치된 상기 설치 카메라 및 상기 설계 기준 장착 카메라의 종류를 가리지 않고, 동일 제원의 내부 파라미터 요소와 기하학 정보를 토대로 상기 소정의 패턴을 검출하는 단계일 수 있다.
보다 상세하게는, 카메라는 그 제원에 따라 일정한 형태의 패턴으로 영상을 표현할 수 있고, 상기 패턴을 통하여 패턴 기준 좌표계를 설정할 수 있다. 이와 같이 설정된 상기 패턴 기준 좌표계는, 상기 설치 카메라와 상기 설계 기준 장착 카메라의 자세를 추정하는 기준이 된다.
상기 카메라 자세 추정 단계(S20)는, 상기 설계 기준 장착 카메라의 자세를 기준으로 한 상기 패턴 기준 좌표계로부터 상기 설치 카메라의 자세를 계산(이하, '제1계산'이라 함)하고, 공정 라인에서 장착한 카메라(이하, '공정 라인 장착 카메라'라 약칭함)로부터 검출된 패턴을 이용하여 상기 설치 카메라의 자세를 계산(이하, '제2계산'이라 함)하는 단계일 수 있다.
한편, 상기 호모그래피는, 상기 제2계산에 의하여 산출된 카메라의 자세(이하, '제1자세'라 함)에서 상기 제1계산에 의하여 산출된 카메라의 자세(이하, '제2자세'라 함)만큼 회전시킨 영상 정보일 수 있다.
상기 호모그래피는, 상기 설치 카메라의 현재 물리적으로 틀어진 각도에 의하여 잘못 촬영되고 있는 후방 영상을 보정하기 위한 모티브가 된다.
한편, 상기 제1자세 및 제2자세는 상기 패턴 기준 좌표계로부터 획득되는 카메라의 위치(X,Y,Z좌표) 및 각도(Roll, Pitch, Yaw)를 포함할 수 있다. 즉, 상기 제1자세 및 제2자세는 상기 설치 카메라에 의하여 후방 영상을 촬영하기 위한 전방위의 각도를 포함하는 자세를 의미한다.
상기 제1자세 및 제2자세의 계산을 통하여 상기 공정 라인 장착 카메라가 상기 설계 기준 장착 카메라 대비 설정 각도 이상의 오차가 발생한 경우에는, 상기 카메라 자세 추정 단계(S20)를 수행하지 않도록 설정됨이 바람직하다. 이는, 상기 설치 카메라가 상기 설계 기준 장착 카메라 대비 설정 각도 이상의 오차가 발생할 경우에는, 상기 호모그래피를 이용하여 보정된 후방 영상의 화질이 저하되거나 오히려 운전자에게 이질감을 부여할 정도로 왜곡된 영상으로 처리될 수 있기 때문이다. 이와 같은 정도의 화질 저하 및 이질감은 운전자의 안전 사고를 유발할 우려가 있다. 이 때에는, 상기 영상 보정 단계(S40)를 수행하기 보다는 상기 사용자에게 소정의 경고 수단을 통하여 경고하여(경고 단계(S50)) 상기 설치 카메라로부터 디스플레이되는 영상에 의존하지 않고 사용자가 직접 눈으로 관찰하여 후방 주차를 시도하는 것이 더욱 바람직하다.
여기서의 상기 설정 각도는, 상기 패턴 기준 좌표계를 기준으로 전방위로 5도를 초과하지 않도록 설정됨이 바람직하다.
또한, 상기 호모그래피는, 상기 설치 카메라 각도 정보와 상기 공정 라인 장착 카메라의 각도 정보 차이를 이용하여 상기 정상 설치 카메라 각도 방향으로 회전시키는 행렬(R)을 구하는 동작으로 획득될 수 있다.
보다 상세하게는, 다음 수식은 호모그래피를 이용하여 영상을 보정하기 위한 식이다.
[수식]
Figure pat00001
여기서, P는 공정 라인 장착 카메라의 영상 좌표를 의미하고, P'는 설계 기준 장착 카메라 방향의 영상 좌표를 의미하며, K는 카메라의 내부 파라미터를 의미하고,
Figure pat00002
는 호모그래피를 의미하며, 앞서 설명한 바와 같은 행렬(R)이되, 3ㅧ3 행렬을 의미한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 차량용 후방 카메라의 영상 보정 방법에 의하면, 상기 설치 카메라가 설정 각도를 초과하지 않도록 틀어져 잘못된 후방 영상을 촬영하더라도 이를 보정하여 운전자에게 디스플레이 해줌으로써 운전자가 보다 정확한 후방 영상을 신뢰하여 안전한 후방 주차를 도모할 수 있음은 물론, 상기 설치 카메라를 물리적으로 회전시켜 보정하기 위한 별도의 액추에이터의 구비가 필요 없으므로, 사용자의 편의성을 더욱 향상시킬 수 있는 이점을 제공한다.
이상, 본 발명에 따른 차량용 후방 카메라의 영상 보정 방법의 바람직한 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하였다. 그러나, 본 발명의 실시예가 반드시 상술한 바람직한 일실시예에 의하여 한정되는 것은 아니고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 다양한 변형 및 균등한 범위에서의 실시가 가능함은 당연하다고 할 것이다. 그러므로, 본 발명의 진정한 권리범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 정해진다고 할 것이다.
S10: 패턴 검출 단계 S20: 카메라 자세 추정 단계
S30: 호모그래피 획득 단계 S40: 영상 보정 단계
S50: 경고 단계

Claims (7)

  1. 후방 카메라의 내부 파라미터 및 기하학 정보를 통하여 소정의 패턴을 검출하는 패턴 검출 단계와;
    상기 패턴 검출 단계에 의하여 검출된 상기 소정의 패턴을 통해 패턴 기준 좌표계로부터 현재 차량에 설치된 상기 후방 카메라(이하, '설치 카메라'라 약칭함)의 자세를 추정하는 카메라 자세 추정 단계와;
    상기 카메라 자세 추정 단계에 의하여 확인된 상기 설치 카메라의 오차 각도만큼의 호모그래피를 구하는 호모그래피 획득 단계와;
    상기 호모그래피 획득 단계에 의하여 구한 상기 호모그래피를 이용하여 설계 기준대로 장착된 카메라(이하, '설계 기준 장착 카메라'라 약칭함)의 자세를 기준으로 상기 설치 카메라에 의하여 촬영된 영상을 보정하는 영상 보정 단계를 포함하는 차량용 후방 카메라의 영상 보정 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 카메라 자세 추정 단계는,
    상기 설계 기준 장착 카메라의 자세를 기준으로 한 상기 패턴 기준 좌표계로부터 상기 설치 카메라의 자세를 계산(이하, '제1계산'이라 함)하고,
    공정 라인에서 장착한 카메라(이하, '공정 라인 장착 카메라'라 약칭함)로부터 검출된 패턴을 이용하여 상기 설치 카메라의 자세를 계산(이하, '제2계산'이라 함)하는 차량용 후방 카메라의 영상 보정 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 호모그래피는, 상기 제2계산에 의하여 산출된 카메라의 자세(이하, '제1자세'라 함)에서 상기 제1계산에 의하여 산출된 카메라의 자세(이하, '제2자세'라 함)만큼 회전시킨 영상 정보인 차량용 후방 카메라의 영상 보정 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1자세 및 제2자세는 상기 패턴 기준 좌표계로부터 획득되는 카메라의 위치(X,Y,Z좌표) 및 각도(Roll, Pitch, Yaw)를 포함하는 차량용 후방 카메라의 영상 보정 방법.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 공정 라인 장착 카메라가 상기 설계 기준 장착 카메라 대비 설정 각도 이상의 오차가 발생한 경우, 상기 카메라 자세 추정 단계를 수행하지 않고, 사용자에게 경고하는 경고 단계를 더 포함하는 차량용 후방 카메라의 영상 보정 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 설정 각도는 상기 패턴 기준 좌표계를 기준으로 전방위로 5도를 초과하지 않도록 설정되는 차량용 후방 카메라의 영상 보정 방법.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 호모그래피는,
    상기 설치 카메라 각도 정보와 상기 공정 라인 장착 카메라의 각도 정보 차이를 이용하여 상기 정상 설치 카메라 각도 방향으로 회전시키는 행렬(R)을 구하는 동작으로 획득되는 차량용 후방 카메라의 영상 보정 방법.
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