KR20170107269A - Rgbd 카메라의 깊이 영상 필터링 장치 및 방법 - Google Patents

Rgbd 카메라의 깊이 영상 필터링 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 목적은 RGBD 카메라로부터 획득한 깊이 영상, 컬러 영상 및 적외선 영상을 이용하여 깊이 영상의 노이즈를 제거할 수 있으며, 홀을 필터링할 수 있는, RGBD 카메라의 깊이 영상 필터링 장치 및 방법을 제공하는 것이다. 이를 위해, 본 발명에 따른 RGBD 카메라의 깊이 영상 필터링 방법은, RGBD(Red, Green, Blue, Distance) 카메라로부터 깊이 영상, 컬러 영상 및 적외선 영상을 수신하는 단계; 및 상기 깊이 영상, 상기 컬러 영상 및 상기 적외선 영상을 이용하여, 상기 깊이 영상을 필터링하는 단계를 포함한다

Description

RGBD 카메라의 깊이 영상 필터링 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DEPTH IMAGE FILTERING OF RGBD CAMERA}
본 발명은 RGBD 카메라로부터 획득한 깊이 영상을 필터링하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
Time-of-Flight(ToF) Depth 카메라는 Infrared LED 신호를 출력한 후, 물체에서 반사되어 돌아오는 시간을 측정하여, 물체와 카메라 간의 거리를 기록한다.
ToF Depth 카메라는 적외선 영상(Infrared 영상)과 깊이 영상(Depth 영상)을 출력한다.
Depth 영상의 노이즈를 제거하기 위한 방법들 중에서는, Infrared 영상으로부터 Depth 영상의 노이즈를 예측하고 필터링하는 방법이 좋은 성능을 보인다. 그러나, Depth 영상에 홀(Hole)이 있는 경우에는, 필터링에 한계가 있다.
RGBD 카메라로부터 획득한 저화질의 Depth 영상을, 고화질의 Color 영상을 활용하여 Upsampling하는 방법은, 인접 픽셀의 Color 값의 유사도, Depth 값의 유사도, 픽셀 간의 거리를 활용한다.
상기 방법에서는, Depth 영상의 Hole이, Color 정보를 활용하여 처리될 수 있다. 그러나, Color 영상과 Depth 영상의 상관관계가 없는 경우가 있으므로, 상기 방법의 성능에 한계가 있다.
예를 들어, 물체들의 색이 같더라도, 물체들이 서로 다른 거리에 놓여 있으면, 두 물체들의 Color 값은 같지만, 두 물체들의 Depth 값은 다르게 된다.
또한, Color 영상과 Depth 영상을 획득한 센서가 서로 다른 경우에, 두 센서들의 위치에 의해 시차(Parallax)가 발생하여, 대응하는 Color-Depth 픽셀이 없을 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 RGBD 카메라로부터 획득한 깊이 영상, 컬러 영상 및 적외선 영상을 이용하여 깊이 영상의 노이즈를 제거할 수 있으며, 홀을 필터링할 수 있는, RGBD 카메라의 깊이 영상 필터링 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 RGBD 카메라의 깊이 영상 필터링 방법은, RGBD(Red, Green, Blue, Distance) 카메라로부터 깊이 영상, 컬러 영상 및 적외선 영상을 수신하는 단계; 및 상기 깊이 영상, 상기 컬러 영상 및 상기 적외선 영상을 이용하여, 상기 깊이 영상을 필터링하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, RGBD 카메라의 깊이 영상에서 노이즈가 제거될 수 있으며, 홀을 필터링하는 것이 가능하다. 따라서, 본 발명은, 깊이 영상을 활용하는 다른 응용들의 전처리 과정에서 이용될 수 있다.
깊이 필터링(Depth Filtering)이 수행되는 경우에, 깊이(Depth) 정보와 더불어 컬러(Color) 정보만이 이용되면, 배경과 전경이 서로 같은 색인 경우, 전경과 배경이 서로 흐릿해지는(Blur) 결과가 생길 수 있다. 그러나, 본 발명에서는 적외선(Infrared) 정보가 이용되기 때문에, 전경과 배경이 확실하게 분리될 수 있으며, 따라서, 깊이 불명료(Depth blur)가 최소화될 수 있다.
깊이 영상에 홀(Hole)이 있는 경우, 반사되는 적외선 값이 매우 작거나 또는 정반사에 의해 정반사 값이 매우 큰 값으로 포화(Saturation)될 수 있다. 이 경우, 본 발명은, 컬러 영상을 활용하여, 홀 주변에서 컬러와 적외선 값이 비슷한 깊이 값으로, 홀을 메울 수 있다.
본 발명에 의하면, 서로 특징은 다르지만 상관도가 높은 정보가 활용됨으로써, 필터링 성능이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 RGBD 카메라의 깊이 영상 필터링 장치의 일실시예 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 RGBD 카메라의 깊이 영상 필터링 방법의 일실시예 흐름도.
도 3은 본 발명에 따른 RGBD 카메라의 깊이 영상 필터링 방법에 적용되는 컬러 마스크 생성과정을 나타낸 일실시예 흐름도.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 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 도면부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 RGBD 카메라의 깊이 영상 필터링 장치 및 방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 RGBD 카메라의 깊이 영상 필터링 장치의 일실시예 구성도이다.
본 발명에 따른 RGBD(Red, Green, Blue, Distance) 카메라(이하, 간단히 RGBD 카메라라 함)의 깊이 영상 필터링 장치(10)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 깊이 영상을 입력 받는 깊이 영상 수신부(11), 컬러 영상을 입력 받는 컬러 영상 수신부(12), 적외선 영상을 입력 받는 적외선 영상 수신부(13), 각종 정보를 저장하는 저장부(15), 각종 정보를 사용자가 모니터링할 수 있도록 출력하는 출력부(16) 및 상기 깊이 영상을 상기 깊이 영상과 상기 컬러 영상과 상기 적외선 영상을 이용하여 필터링하기 위한 제어부(14)를 포함한다.
여기서, 상기 RGBD 카메라는, 깊이 영상, 컬러 영상 및 적외선 영상을 생성할 수 있는 카메라를 의미한다. 상기 RGBD 카메라는 Time-of-Flight(ToF)를 기반으로 하는 ToF Depth 카메라가 될 수 있다.
상기 깊이 영상을 상기 컬러 영상과 상기 적외선 영상을 이용하여 필터링 한다는 것은, 상기 컬러 영상과 상기 적외선 영상을 이용하여 상기 깊이 영상에 포함된 노이즈를 제거하거나 상기 깊이 영상에 포함된 홀에 대한 정보를 보정하는 것을 의미한다.
상기 깊이 영상 수신부(11), 상기 컬러 영상 수신부(12) 및 상기 적외선 영상 수신부(13)는 하나의 입력부에 구비될 수 있으며, 상기 입력부는 RGBD 카메라로부터 상기 깊이 영상, 상기 컬러 영상 및 상기 적외선 영상을 수신할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 RGBD 카메라의 깊이 영상 필터링 장치(10)는 RGBD 카메라 자체가 될 수 있다. 이 경우, 상기 깊이 영상 수신부(11)는 깊이를 감지할 수 있는 센서를 포함할 수 있고, 상기 컬러 영상 수신부(12)는 컬러를 감지할 수 있는 센서를 포함할 수 있으며, 상기 적외선 영상 수신부(13)는 적외선 센서를 포함할 수 있다.
상기 제어부(14)는 상기 RGBD 카메라로부터 깊이 영상, 컬러 영상 및 적외선 영상을 수신하며, 상기 깊이 영상, 상기 컬러 영상 및 상기 적외선 영상을 이용하여, 상기 깊이 영상을 필터링하는 기능을 수행한다.
상기한 바와 같이, 본 발명은 컬러 영상과 깊이 영상을 동시에 획득할 수 있는 RGBD 카메라를 활용한다. 상기 RGBD 카메라는 컬러 영상(또는 RGB 영상)을 획득하는 센서와 깊이 영상을 획득하는 센서로 구성된다. 상기 깊이 영상을 획득하는 과정에서, 적외선 영상도 함께 획득될 수 있다.
일반적으로, 컬러 영상을 수집하는 컬러 센서와 깊이 영상을 수집하는 깊이 센서가 동시에 이용될 때, 두 개의 센서들의 위치 차이에 의해 시차(Parallax) 문제가 발생될 수 있으며, 이에 따라, 폐색(Occlusion) 영역이 발생될 수 있다. 종래에는, 반사되어 돌아오는 적외선 신호의 세기가 매우 세거나 매우 약한 경우에, 깊이 값이 계산될 수 없었으며, 이에 따라, 홀(Hole)이 발생되었다.
본 발명은 이를 해결하기 위해, RGBD 카메라로부터 획득한 컬러 영상, 깊이 영상 및 적외선 영상을 이용하여 깊이 영상의 노이즈를 제거할 수 있으며, 홀을 필터링할 수 있는, RGBD 카메라의 깊이 영상 필터링 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명에서는 기본적으로 다음과 같은 가정이 설정된다.
첫째, RGBD 영상에서 하나의 물체에 해당하는 인접한 픽셀들은 비슷한 색을 갖는다.
둘째, RGBD 영상에서 하나의 물체에 해당하는 인접한 픽셀들의 깊이 값들은 비슷하다.
셋째, 인접한 픽셀들의 명암(Intensity) 값들이 비슷하면 깊이(Depth) 값들도 비슷하다.
넷째, 인접한 픽셀들의 컬러 값들, 깊이 값들 및 적외선 값들은 비슷하다.
본 발명은, 상기 RGBD 카메라에 의해 생성된 깊이 영상을 필터링하여 보정하기 위해, 상기 RGBD 카메라에 의해 획득한, 컬러 영상, 깊이 영상 및 적외선 영상을 모두 이용할 수 있다.
컬러 영상은 깊이 영상에 비해 화소 수가 많으며 디테일한(Detail) 표현에서 우수하다.
깊이 영상에서 홀(Hole인) 부분일지라도 적외선 영상에서는 값을 가질 수 있다. 또한, 인접한 픽셀들의 적외선 값들의 유사도와, 컬러 영상들의 유사도를 활용하여, 홀(Hole)에 해당되는 깊이 값이 예측될 수 있다. 따라서, 본 발명은, 컬러 영상, 깊이 영상 및 적외선 영상을 동시에 활용하여, 깊이 영상의 노이즈를 줄일 수 있으며, 홀(Hole)을 필터링할 수 있다.
특히, 컬러를 감지하는 컬러 센서와 깊이를 감지하는 깊이 센서의 위치 차이에 발생하는 시차(Parallax) 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 컬러 영상 좌표계와 깊이 영상 좌표계를 변환시키는 방법을 이용하여, 시차(Parallax)에 의해 발생하는 폐색(Occlusion) 부분을 검출할 수 있으며, 컬러 마스크(Color Mask)를 생성할 수 있다.
또한, 본 발명은 깊이 영상의 홀(Hole)을 Mask할 수 있으며, 깊이 영상을 필터링하기 위한 깊이 마스크(Depth Mask)를 생성할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 RGBD 카메라의 깊이 영상 필터링 방법의 일실시예 흐름도이다.
깊이 영상을 필터링하기 위해, 깊이 영상, 컬러 영상 및 적외선 영상이 수신되면(S202, S206, S212), 상기 깊이 영상을 이용하여 깊이 마스크가 생성되는 한편(S204), 컬러 영상이 깊이 영상의 크기로 리샘플링된 후(S208), 상기 깊이 영상과 상기 컬러 영상을 이용하여 컬러 마스크가 생성된다(S210).
상기 제어부(14)는 상기 깊이 영상, 상기 컬러 영상 및 상기 적외선 영상을 이용하여, 상기 깊이 영상을 필터링한다(S214).
상기한 바와 같은 과정들을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
깊이 영상의 필터링은 [수학식 1]과 같이 중심 픽셀 주변의 일정 영역 안에 포함되는 픽셀들의 가중치 합을 이용하여 수행된다.
Figure pat00001
여기서, D는 깊이 영상, xi, xj는 픽셀의 위치, w는 가중치, Ω는 픽셀 xi의 주변 영역을 나타낸다.
이때, 가중치는 [수학식 2]와 같이 픽셀간 거리, 컬러 유사도, 깊이 유사도, 적외선 유사도를 고려하여 결정된다.
Figure pat00002
wS는 픽셀간 거리에 의한 가중치, wD는 Depth 유사도에 따른 가중치, wI는 Infrared 유사도에 따른 가중치, wC는 Color 유사도에 따른 가중치이다. 각각의 가중치는 [수학식 3] 내지 [수학식 6]과 같이 정의될 수 있다.
Figure pat00003
Figure pat00004
Figure pat00005
Figure pat00006
여기서, ΩD는 깊이 마스크(Depth Mask), ΩC는 컬러 마스크(Color Mask)를 나타낸다.
상기 깊이 영상에서, 깊이 값이 0인 부분(Hole인 부분)을 검출하여, 깊이 마스크(Depth Mask)가 생성될 수 있다(S204).
깊이 영상과 적외선 영상의 크기는 같지만, 컬러 영상의 크기는 깊이 영상 및 적외선 영상의 크기와 다를 수 있다. 따라서, 상기 제어부(14)는 상기 컬러 영상을 상기 깊이 영상의 크기로 리샘플링(Resampling)할 수 있다(S208).
상기 깊이 영상과 상기 컬러 영상을 이용하여, 시차(Parallax)에 의해 발생된 폐색(Occlusion) 영역이 검출될 수 있으며, 이에 따라, 컬러 마스크(Color Mask)가 생성될 수 있다(S210).
상기 제어부(14)는, 상기 깊이 영상, 상기 컬러 영상, 상기 적외선 영상 및 [수학식 1]을 이용하여, 상기 깊이 영상을 필터링할 수 있다(S214).
도 3은 본 발명에 따른 RGBD 카메라의 깊이 영상 필터링 방법에 적용되는 컬러 마스크 생성과정을 나타낸 일실시예 흐름도이며, 특히, 도 2에 도시된 컬러 마스크 생성 단계(S210)를 구체적으로 나타낸 흐름도이다.
컬러 마스크(Color Mask)의 크기는 깊이 영상의 크기와 같다. 컬러 마스크는 깊이 RGBD 카메라에서의 시차(Parallax)에 의한 폐색(Occlusion) 영역을 검출하는 과정을 통해 구해질 수 있다.
먼저, 깊이 영상이 컬러 좌표계로 변환된다.
일반적으로, 컬러 영상의 해상도가 깊이 영상의 해상도보다 크므로, 깊이 영상을 업샘플링(Upsampling)하는 과정(S302)이 수행된다.
다음, 업샘플링(Upsampling)된 깊이 영상을, 다시 원래의 깊이 좌표계로 변환하는 리프로젝션(Reprojection) 과정이 수행되어, 재투영된(Reprojected) 깊이 영상이 생성된다(S304).
다음, 원본 깊이 영상과 재투영된(Reprojected) 깊이 영상의 차이가 계산된다(S306).
마지막으로, 상기 제어부(14)는, 상기 차이가 0보다 크면 시차(Parallax)에 의한 폐색(Occlusion)으로 판단하여, 컬러 마스크(Color Mask)를 생성한다(S308).
한편, 본 발명에 따른 RGBD 카메라의 깊이 영상 필터링 장치 및 방법을 실시 예에 따라 설명하였지만, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명과 관련하여 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 범위 내에서 여러 가지의 대안, 수정 및 변경하여 실시할 수 있다.
따라서, 본 발명에 기재된 실시 예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 깊이 영상 필터링 장치
11 : 깊이 영상 수신부
12 : 컬러 영상 수신부
13 : 적외선 영상 수신부
14 : 제어부
15 : 저장부
16 : 출력부

Claims (1)

  1. RGBD(Red, Green, Blue, Distance) 카메라로부터 깊이 영상, 컬러 영상 및 적외선 영상을 수신하는 단계; 및
    상기 깊이 영상, 상기 컬러 영상 및 상기 적외선 영상을 이용하여, 상기 깊이 영상을 필터링하는 단계를 포함하는 RGBD 카메라의 깊이 영상 필터링 방법.
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