KR20180019049A - 4카메라 그룹 평면 어레이의 특징점의 매칭 방법 및 그에 기초한 측정 방법 - Google Patents

4카메라 그룹 평면 어레이의 특징점의 매칭 방법 및 그에 기초한 측정 방법 Download PDF

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Abstract

4카메라 그룹 평면 어레이의 특징점의 매칭 방법 및 4카메라 그룹 평면 어레이의 특징점의 매칭 방법에 기초한 측정 방법은 광학 전자 측정 분야에 속한다. 매칭 방법은 4개의 상평면 중의 하나의 상평면을 베이스 상평면으로 하여, 베이스 상평면의 하나의 특징점에 대하여, 횡방향에서 당해 베이스 상평면과 인접하는 상평면에서 당해 특징점과 매칭되는 모든 매칭점을 찾는 단계와, 베이스 상평면의 특징점에 대하여, 종방향에서 당해 베이스 상평면과 인접하는 상평면에서 당해 특징점과 매칭되는 모든 매칭점을 찾는 단계와, 찾아낸 횡종 두 방향에서의 모든 매칭점을 재매칭시켜, 모든 서브 매칭점 그룹을 찾는 단계와, 대각 위치 상평면에서 베이스 상평면의 특징점 및 찾아낸 모든 서브 매칭점 그룹에 대응하는 매칭점을 찾는 단계와, 4개의 상평면에서 동일한 피관측점에 대응하는 유일성 매칭점 그룹을 확정하는 단계를 포함한다. 각 유일성 매칭점 그룹에 대하여, 당해 매칭점 그룹의 상좌표와 카메라 시스템 자체의 파라미터에 기초하여, 피관측점의 3차원 공간 좌표를 계산한다. 임의의 광조사 조건하에서, 수집한 화상이 충분히 선명하고, 임의의 4카메라 그룹 평면 어레이의 화상에서 결상 가능하며, 일정한 화상 특징을 구비하는 피관측물이 존재하기만 하면, 완전히 같은 매칭 방법과 측정 방법으로 모두 피관측물의 3차원 측정을 달성할 수 있다.

Description

4카메라 그룹 평면 어레이의 특징점의 매칭 방법 및 그에 기초한 측정 방법{Matching method of feature points in planar array of four - camera group and measurement method based theron}
본 발명은 광학 전자 측정 기술분야에 관한 것이며, 구체적으로는 4카메라 그룹 평면 어레이의 특징점의 매칭 방법 및 4카메라 그룹 평면 어레이의 특징점의 매칭 방법에 기초한 측정 방법에 관한 것이다.
현재, 3차원 입체 비전 측정은 일반적으로 라인형 레이저를 이용한 광 절단 측정 기술 또는 양안 측정과 구조광 조명의 조합 방식을 사용하고 있으며, 라인형 레이저 또는 구조광이 3차원 측정에서 광범위하게 사용되는 주요한 원인은 라인형 레이저 또는 구조광의 지시를 통해 결상에서 대응되는 매칭점을 명확히 하였고, 매칭의 모호성을 감소시켰으며 확정적이고 유일한 매칭을 실현했기 때문이다. 하지만 만약 라인형 레이저 또는 구조광의 지시를 취소한다면 양안 매칭은 복수의 점의 매칭의 모호성을 피할 수 없게 되며, 따라서 측정 요구를 만족할 수 없고, 동시에 라인형 레이저 또는 구조광을 사용하면 라인형 레이저 또는 구조광의 결상 부위에 대해서만 측정할 수 있으므로, 이는 당해 기술의 적용 범위를 한정하였을 뿐만 아니라 라인형 레이저 또는 구조광의 사용은 피측정물, 예를 들면 사람에게 불량한 영향을 미치게 된다.
또한, 현재 양안 매칭은 피관측물의 표면에 식별점을 부착하는 방식을 자주 사용하는데, 이러한 방식의 사용도 매칭의 정확성을 향상시키기 위한 것이다. 하지만, 피관측물의 표면에 식별점을 부착하는 방식은 사전에 피측정물에 대하여 인공 처리하고 간섭해야 하는 단점이 존재한다.
이러한 점을 감안하여, 본 발명의 실시예는 매칭 방법 및 측정 방법의 복잡도를 낮추고 공간 사이즈의 연산 과정을 간략화하며, 시스템의 측정 오차를 감소시키는 4카메라 그룹 평면 어레이의 특징점의 매칭 방법 및 4카메라 그룹 평면 어레이의 특징점의 매칭 방법에 기초한 측정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
제 1 실시양태에 있어서, 본 발명의 실시예는 4카메라 그룹 평면 어레이의 특징점의 매칭 방법을 제공하며, 상기 방법은,
하나의 4카메라 그룹의 4개의 카메라에 대응하는 4개의 상평면 중의 어느 하나의 상평면을 베이스 상평면으로 하여, 상기 베이스(Base) 상평면의 하나의 특징점에 대하여, 횡방향에서 당해 베이스 상평면과 인접하는 상평면에서 당해 특징점과 매칭되는 모든 매칭점을 찾는 단계 a1과,
상기 단계 a1의 상기 베이스 상평면의 상기 특징점에 대하여, 종방향에서 당해 베이스 상평면과 인접하는 상평면에서 당해 특징점과 매칭되는 모든 매칭점을 찾는 단계 a2와,
상기 단계 a1에서 찾아낸 모든 매칭점과 상기 단계 a2에서 찾아낸 모든 매칭점을 재매칭시켜, 대응하는 모든 서브 매칭점 그룹(Sub Matching Point Group)을 찾는 단계 a3과,
상기 베이스 상평면의 상기 특징점 및 상기 단계 a3에서 찾아낸 모든 서브 매칭점 그룹에 기초하여, 상기 베이스 상평면의 대각 위치에 있는 상평면인 대각 위치 상평면에서 상기 베이스 상평면의 상기 특징점 및 상기 단계 a3에서 찾아낸 모든 서브 매칭점그룹에 대응하는 매칭점을 찾는 단계 a4와,
상기 베이스 상평면의 상기 특징점, 상기 단계 a3에서 찾아낸 모든 서브 매칭점 그룹과 상기 단계 a4에서 찾아낸 매칭점에 기초하여, 상기 4개의 상평면에서 동일한 피관측점에 대응하는 유일성 매칭점 그룹을 확정하는 단계 a5를 포함한다.
제 1 실시양태와 결합하여, 본 발명의 실시예는 상기 제 1 실시양태의 제 1 가능한 실현 방식을 제공하며, 여기서,
상기 단계 a1에 있어서, 상기 베이스 상평면의 하나의 특징점에 대하여, 매칭 조건 1）에 기초하여, 횡방향에서 상기 베이스 상평면과 인접하는 상평면에서 당해 특징점과 매칭되는 모든 매칭점을 찾으며, 여기서, 상기 매칭 조건 1）은 하나의 피관측점의 횡방향에서 서로 인접하는 2개의 상평면에서의 결상점(Imaging Point)이, 당해 피관측점의 왼쪽 상평면에서의 결상점과 당해 피관측점의 대응하는 오른쪽 상평면에서의 결상점이 횡방향 좌표축에 평행되는 동일한 직선상에 놓이고, 왼쪽 상평면의 좌표 원점에 대한 당해 왼쪽 상평면에서의 결상점의 수평 오프셋이 오른쪽 상평면의 좌표 원점에 대한 당해 오른쪽 상평면에서의 결상점의 수평 오프셋보다 크다는 조건을 만족한다는 것이다.
제 1 실시양태와 결합하여, 본 발명의 실시예는 상기 제 1 실시양태의 제 2 가능한 실현 방식을 제공하며, 여기서,
상기 단계 a2에 있어서, 상기 단계 a1의 상기 베이스 상평면의 상기 특징점에 대하여, 매칭 조건 2）에 기초하여, 종방향에서 상기 베이스 상평면과 인접하는 상평면에서 상기 특징점과 매칭되는 모든 매칭점을 찾으며, 여기서, 상기 매칭 조건 2）는 하나의 피관측점의 종방향에서 서로 인접하는 2개의 상평면에서의 결상점이, 당해 피관측점의 상측 상평면에서의 결상점과 당해 피관측점의 대응하는 하측 상평면에서의 결상점이 종방향 좌표축에 평행되는 동일한 직선상에 놓이고, 상측 상평면의 좌표 원점에 대한 당해 상측 상평면에서의 결상점의 수직 오프셋이 하측 상평면의 좌표 원점에 대한 당해 하측 상평면에서의 결상점의 수직 오프셋보다 크다는 조건을 만족한다는 것이다.
제 1 실시양태와 결합하여, 본 발명의 실시예는 상기 제 1 실시양태의 제 3 가능한 실현 방식을 제공하며, 여기서,
상기 단계 a3에 있어서, 상기 단계 a1에서 찾아낸 모든 매칭점과 상기 단계 a2에서 찾아낸 모든 매칭점에 대하여, 매칭 조건 3）에 기초하여 재매칭시켜, 상기 매칭 조건 3）을 만족하지 않는 매칭점을 배제하고, 상기 매칭 조건 3）을 만족하는 매칭점을 횡방향 오프셋 값 또는 종방향 오프셋 값의 크기 관계에 따라 페어링하여 서브 매칭점 그룹을 형성하며, 여기서, 상기 매칭 조건 3）은 하나의 피관측점의 하나의 4카메라 그룹의 4개의 상평면에서 대응하는 매칭점 그룹이, 횡방향 오프셋 값과 종방향 오프셋 값 사이의 비례가 참조 직사각형의 길이와 너비의 비례와 같다는 조건을 만족한다는 것이고, 여기서, 횡방향 오프셋 값은 당해 피관측점이 하나의 왼쪽 상평면에서의 결상점이 당해 왼쪽 상평면의 좌표 원점에 대한 수평 오프셋과 당해 피관측점의 대응하는 오른쪽 상평면에서의 결상점이 당해 오른쪽 상평면의 좌표 원점에 대한 수평 오프셋의 차이값이고, 종방향 오프셋 값은 당해 피관측점의 하나의 상측 상평면에서의 결상점이 당해 상측 상평면의 좌표 원점에 대한 수직 오프셋과 당해 피관측점의 대응하는 하측 상평면상에서의 결상점이 당해 하측 상편면의 좌표 원점에 대한 수직 오프셋의 차이값이며 여기서, 참조 직사각형은 하나의 4카메라 그룹의 4개의 초점으로 형성된 직사각형이다.
제 1 실시양태와 결합하여, 본 발명의 실시예는 상기 제 1 실시양태의 제 4 가능한 실현 방식을 제공하며, 여기서,
상기 단계 a4에 있어서, 상기 베이스 상평면에서의 상기 특징점 및 상기 단계 a3에서 찾아낸 모든 서브 매칭점 그룹에 기초하여, 어느 하나의 서브 매칭점 그룹에 대하여 상기 매칭 조건 1）과 상기 매칭 조건 2）에 근거하여 상기 대각 위치 상평면에서의 매칭점을 찾아 내고, 상기 단계 a3에서 찾아낸 서브 매칭점그룹의 좌표에 기초하여, 상기 대각 위치 상평면에 위치하는 매칭점의 좌표를 얻으며, 당해 매칭점의 횡좌표는 종방향에서 상기 대각 위치 상평면과 인접하는 상평면에서의 매칭점의 횡좌표와 같고, 종좌표는 횡방향에서 상기 대각 위치 상평면과 인접하는 상평면에서의 매칭점의 종좌표와 같으며, 좌표가 확정된 후, 상기 대각 위치 상평면에서의 매칭점과 기타 3개의 상평면에서의 매칭점에 대하여 화상 특징 유사성 매칭을 실행하며, 매칭 성공시, 상기 4개의 상평면에서의 4개의 결상점이 하나의 매칭점 그룹을 구성하고, 매칭 불가능할 경우, 상기 대각 위치 상평면에서의 매칭점과 당해 매칭점에 대응하는 단계 a3에서 찾아낸 서브 매칭점 그룹을 배제한다.
제 1실시양태와 결합하여, 본 발명의 실시예는 상기 제 1 실시양태의 제 5 가능한 실현 방식을 제공하며, 여기서,
상기 단계 a5에 있어서, 상기 4개의 상평면에서 동일한 피관측점에 대응하는 유일성 매칭점 그룹은 매칭 조건 4）를 만족하며, 상기 매칭 조건 4）는 하나의 피관측점의 하나의 4카메라 그룹에 대응하는 4개의 상평면에서의 결상점이 하나의 직사각형을 형성하고, 당해 직사각형의 횡방향 길이와 종방향 길이의 비례가 참조 직사각형의 길이와 너비의 비례와 같으며, 2쌍의 대각 위치에 있는 2개의 상평면에서의 결상점이 각각 참조 직사각형의 2개의 대각선에 평행되는 2개의 직선상에 놓인다.
제 1실시양태와 결합하여, 본 발명의 실시예는 상기 제 1 실시양태의 제 6 가능한 실현 방식을 제공하며, 여기서,
상기 단계 a5에 있어서, 매칭 조건 4）를 만족하는 매칭점 그룹이 하나만 있을 경우, 매칭 결과는 유일한 것이다.
제 1실시양태와 결합하여, 본 발명의 실시예는 상기 제 1 실시양태의 제 7 가능한 실현 방식을 제공하며, 여기서,
상기 단계 a5에 있어서, 매칭 조건 4）를 만족하는 복수의 매칭점 그룹이 존재할 경우, 상기 베이스 상평면에 하기의 조건을 만족하는 베이스 직사각형이 존재하는지 여부를 판단하며; 상기 베이스 직사각형은 당해 특징점을 하나의 끝점으로 하고, 상기 베이스 직사각형의 당해 특징점을 하나의 끝점으로 하는 대각선의 연장선이 상기 대각 위치 상평면을 통과하며, 당해 대각선의 길이는 당해 특징점에 대응하는 임의의 2개의 매칭점그룹의 상기 대각 위치 상평면에서의 2개의 매칭점 사이의 거리와 같으며, 상기 베이스 직사각형은 참조 직사각형과 유사하고, 상기 베이스 직사각형의 기타 끝점은 화상 특징이 당해 특징점의 화상 특징과 유사하고, 당해 특징점의 상기 베이스 상평면에서의 매칭점이며,
만약 상기 베이스 상평면에 이러한 직사각형이 존재할 경우, 임의의 베이스 직사각형에 대하여, 상기 대각 위치 상평면에 당해 베이스 직사각형과 똑같은 유일하게 대응하는 직사각형이 존재하는지 여부를 확정하고,
만약 존재할 경우, 우선 상기 대각 위치 상평면에서 당해 특징점에 대응되는 유일한 매칭점을 확정하고, 그 후 상기 매칭 조건 1）과 상기 매칭 조건 2）에 기초하여 당해 특징점의 기타 2개의 상평면에서의 유일한 매칭점을 확정하며, 모호한 매칭점 그룹을 배제하고, 여기서, 상기 대각 위치 상평면에서 당해 특징점에 대응되는 유일한 매칭점을 확정하는 방법은, 상기 베이스 상평면의 상기 특징점이 상기 베이스 직사각형의 하나의 대각선의 하나의 끝점일 경우, 상기 대각 위치 상평면에서의 유일한 매칭점은 당해 대각 위치 상평면에서의 유일하게 대응하는 직사각형 중 연장선이 상기 특징점을 통과하는 대각선 상의 2개의 끝점 중의 하나이고, 상기 특징점이 상기 베이스 직사각형의 상단에 위치할 경우, 상기 대각 위치 상평면에서 대응하는 유일한 매칭점은 당해 유일하게 대응하는 직사각형의 상단의 끝점이고, 그렇지 않을 경우 하단의 끝점이며, 상기 대각 위치 상평면에서의 비유일성 매칭점에 대하여, 당해 점의 상기 베이스 상평면에서의 유일한 매칭점이 상기 베이스 상평면의 상기 특징점이 위치하는 대각선 상의 다른 끝점임을 확정할 수 있으며,
만약 존재하지 않을 경우, 상기 특징점에 대응하는 2개의 매칭점 그룹은 2개의 부동한 피관측점에 대응하며, 상기 2개의 부동한 피관측점은 공간상에서 당해 특징점의 상기 베이스 상평면에 상대한 화소 투영선의 연장선 상에 놓이며,
만약 상기 베이스 상평면에 이러한 직사각형이 존재하지 않을 경우, 상기 복수의 매칭점 그룹은 복수의 부동한 피관측점에 대응하며, 상기 복수의 부동한 피관측점은 공간상에서 당해 특징점의 상기 베이스 상평면에 상대한 화소 투영선의 연장선상에 놓인다.
제 1실시양태와 결합하여, 본 발명의 실시예는 상기 제 1 실시양태의 제 8 가능한 실현 방식을 제공하며, 여기서, 상기 특징점은 하나 또는 복수의 매칭점이 대응되어 있는 결상점을 가리키고, 당해 결상점은 기타 결상점과 구별되는 화상 특징을 구비한다.
제 2실시양태에 있어서, 본 발명은 4카메라 그룹 평면 어레이의 특징점의 매칭 방법에 기초한 측정 방법을 제공하며, 상기 방법은,
화상 수집 완료후, 상기 매칭 방법을 사용하여, 상기 베이스 상평면에서의 모든 특징점에 대응하는 유일성 매칭점 그룹을 찾는 단계 b1과,
상기 단계 b1에서 획득한 유일성 매칭점 그룹의 상좌표에 기초하여, 피관측점의 공간 위치 좌표를 계산하는 단계 b2와,
상기 단계 b2에서 획득한 피관측점의 공간 위치 좌표에 기초하여, 3Ｄ 포인트 클라우드 데이터를 형성하고, 3Ｄ 포인트 클라우드 도형을 확립하며, 3차원 입체 화상을 재현하는 단계 b3을 포함한다.
제 2 실시양태와 결합하여, 본 발명의 실시예는 상기 제 2 실시양태의 제 1 가능한 실현 방식을 제공하며, 여기서,
상기 단계 b2에 있어서, 하나의 4카메라 그룹의 왼쪽 상측 위치의 a카메라, 오른쪽 상측 위치의 b카메라, 왼쪽 하측 위치의 c카메라와 오른쪽 하측 위치의 d카메라의 초점이 각각 Oa, Ob, Oc와 Od이며, 4개의 초점이 동일한 평면에 위치하고 하나의 직사각형을 형성하며, 당해 직사각형의 길이OaOb가 m이고, 너비OaOc가 n이며, 직사각형의 중심점을 O라 설정하고, O를 원점으로 하나의 3차원 직각 좌표계를 확립하며, 여기서, X축이 직사각형의 OaOb와 OcOd변에 평행되고, Y축이 직사각형의 OaOc와 ObOd변에 평행되며, Z축이 초점이 위치한 평면에 수직되고 4개의 카메라의 광축 방향에 평행되며, 4대의 카메라의 배치가 완전히 같고, 피관측물의 하나의 피관측점P의 공간 위치 좌표가 P（Px，Py，Pz）이며, P점의 a카메라, b카메라, c카메라와 d카메라 이 4대의 카메라에 대응하는 상평면에서의 결상점의 상좌표가 각각 Pa（Pax，Pay）, Pb（Pbx，Pby）, Pc（Pcx，Pcy）, Pd（Pdx，Pdy）라면, P점의 공간 위치 좌표의 표현식은 다음과 같으며,
a, b상평면의 횡방향 매칭에 의하여 Px 좌표를 얻는 연산식
Figure pct00001
＝
Figure pct00002
a, b상평면의 횡방향 매칭에 의하여 Pz 좌표를 얻는 연산식
Figure pct00003
c, d상평면의 횡방향 매칭에 의하여 Px 좌표를 얻는 연산식
Figure pct00004
＝
Figure pct00005
c, d상평면의 횡방향 매칭에 의하여 Pz 좌표를 얻는 연산식
Figure pct00006
a, c상평면의 종방향 매칭에 의하여 Py 좌표를 얻는 연산식
Figure pct00007
＝
Figure pct00008
a, c상평면의 종방향 매칭에 의하여 Pz 좌표를 얻는 연산식
Figure pct00009
b, d상평면의 종방향 매칭에 의하여 Py 좌표를 얻는 연산식
Figure pct00010
＝
Figure pct00011
b, d상평면의 종방향 매칭에 의하여 Pz 좌표를 얻는 연산식
Figure pct00012
여기서, f는 4대의 카메라의 초점 거리이고, u는 화상 센서의 타겟 표면 길이이며, v는 화상 센서의 타겟 표면 너비이고, 여기서,
Figure pct00013
를 횡방향 매칭시 a상평면에서의 결상점에 대한 b상평면에서의 결상점의 횡방향 오프셋 값과 c상평면에서의 결상점에 대한 d상평면에서의 결상점의 횡방향 오프셋이라 정의하고,
Figure pct00014
를 종방향 매칭시 a상평면에서의 결상점에 대한 c상평면에서의 결상점의 종방향 오프셋과 b상평면에서의 결상점에 대한 d상평면에서의 결상점의 종방향 오프셋이라 정의한다.
본 발명은 적어도 하기의 유익한 효과를 구비한다.
1．4카메라 그룹 평면 어레이의 특징점의 매칭 방법은 피관측물의 하나의 피관측점의 하나의 4카메라 그룹의 4개의 상평면에서의 결상점의 위치에 기초하여, 당해 피관측점이 4개의 상평면에서 대응하는 유일성 결상점 그룹을 빠르게 매칭할 수 있으며, 4개의 카메라에서 모두 결상 가능한 피관측점에 대한 통용성, 유일성 매칭을 실현할 수 있다.
2. 4카메라 그룹 평면 어레이의 특징점의 매칭 방법에 기초한 측정 방법은 임의의 광조사 조건하에서, 수집한 화상이 충분히 선명하기만 하면, 미지의 피관측물의 경우, 임의의 피관측물에 대하여 완전히 같은 측정 방법으로 피관측물에 대한 3차원 측정을 실현할 수 있으며, 당해 측정 방법은 시야에 대한 임의의 캘리브레이션(Calibration)도 필요없고, 그 측정 정밀도와 해상도는 측정 시스템에만 관련되고, 피관측물과 무관하며, 자주성 측정을 완전히 실현할 수 있다.
3. 상기 매칭 방법과 측정 방법의 통용성과 신뢰성으로 인해, 프로그램의 최적화에 편리하고, 임베디드 레벨과 칩 레벨의 연산을 실현함에 있어서 편리하며, 따라서 3차원 감지와 측정을 신속히 실현할 수 있다.
본 발명의 각 실시예의 기술방안을 보다 명확하게 설명하기 위하여, 하기에 각 실시예에서 사용해야 할 도면에 대하여 간단히 설명하도록 한다. 이해해야 할 점은, 하기의 도면은 단지 본 발명의 일부 실시예를 예시하였으므로 범위에 대한 한정으로 보아서는 안되며, 당업자는 독창적인 노력을 들이지 않고서도 이러한 도면 또는 실시예에 기초하여 기타 관련되는 도면 또는 실시예를 얻을 수 있다.
도 1은 하나의 4카메라 그룹에 기초하여 확립된 공간 좌표계의 모식도이다.
도 2는 피관측물의 어느 하나의 피관측점 및 당해 피관측점이 하나의 4카메라 그룹의 횡방향에서의 2개의 카메라의 상평면에서의 결상점 (Imaging Point)의 투영 모식도이다.
도 3은 도 2의 피관측점 및 대응하는 결상점이 OXZ 좌표 평면에서의 투영 모식도이다.
도 4는 하나의 4카메라 그룹의 횡방향에서 서로 인접되는 2개의 상평면에서 횡방향 매칭할 시 모호점이 나타나는 입체 모식도이다.
도 5는 하나의 이상적인 직선이 하나의 4카메라 그룹의 4 개의 상평면에서 결상하는 입체 모식도이다.
도 6은 도 5의 4개의 상평면에서의 결상점의 평면 모식도이다.
도 7은 매칭 유일성을 증명하는 투영 모식도이다.
도 8은 매칭 유일성을 증명하는 예시적인 입체 모식도이다.
도 9는 도 8의 4개의 상평면에서의 결상점의 평면 모식도이다.
도 10은 매칭 유일성을 증명하는 다른 예시적인 입체 모식도이다.
도 11은 도 10의 4개의 상평면에서의 결상점의 평면 모식도이다.
도 12는 매칭 유일성을 증명하는 또 다른 예시적인 평면 모식도이다.
도 13은 본 발명의 실시예의 4카메라 그룹 평면 어레이의 특징점의 매칭 방법의 흐름도이다.
도 14는 본 발명의 실시예의 4카메라 그룹 평면 어레이의 특징점의 매칭 방법에 기초한 측정 방법의 흐름도이다.
본 발명의 실시예의 목적, 기술방안과 이점을 보다 명확하게 하기 위하여, 하기에 본 발명의 실시예의 도면과 결합하여 본 발명의 실시예의 기술방안을 명확하고 전면적으로 설명할 것이며, 서술하는 실시예는 본 발명의 일부 실시예일 뿐 모든 실시예가 아님은 자명한 것이다. 따라서, 하기의 도면에 제공된 본 발명의 실시예에 대한 상세한 서술은 보호하려는 본 발명의 범위를 한정하려는 것이 아니며, 단지 본 발명의 선정된 실시예를 나타낼 뿐이다. 본 발명의 실시예에 기초하여 당업자가 독창적인 노력을 들이지 않고 얻은 모든 기타 실시예는 모두 본 발명의 보호 범위에 속한다.
본 발명의 서술에서, 이해해야 할 점은, 용어 "원점", "중심", "종방향", "횡방향", "길이", "너비", "깊이", "상", "하", "전", "후", "왼쪽", "오른쪽", "왼쪽 상측", "왼쪽 하측", "오른쪽 상측", "오른쪽 하측", "수직", "수평" 등이 지시하는 방위 또는 위치 관계는 도면에 도시된 방위 또는 위치 관계에 기초한 것으로서, 단지 본 발명에 대한 서술의 편의성과 서술의 간략성을 위한 것일 뿐, 가리키는 기기 또는 소자가 반드시 특정의 방위를 구비하여 특정의 방위로 구성되고 조작되어야 하는 것을 지시하거나 암시하는 것이 아니므로, 본 발명에 대한 한정으로 이해하여서는 아니된다.
본 발명에 있어서, 결상점은 피관측물의 피관측점이 상평면（또는 화상）에서의 화소 위치에 대응되는 결상이며, 피관측물의 각 피관측점은 하나의 4카메라 그룹의 4개의 상평면에 각각 하나의 대응되는 결상점이 존재한다. 매칭점은 하나의 상평면에서의 결상점에 대하여, 당해 상평면 또는 기타 상평면에서 찾아낸 당해 결상점과 어떠한 매칭 조건을 만족하고 당해 결상점의 화상 특징（예를 들면 무늬, 색상 또는 그레이 레벨 등）과 근접한 결상점을 가리킨다. 하나의 결상점에 대응되는 매칭점은 하나 또는 복수개일 수 있다.
본 발명에 있어서, 특징점은 하나 또는 복수개의 매칭점이 대응되어 있는 하기의 결상점을 가리킨다. 당해 결상점은 기타 결상점과 구별되는 화상 특징, 예를 들면 부동한 무늬, 색상 또는 그레이 레벨값 등을 구비하고 있으며, 본 발명의 실시예에서는 구체적으로 한정하지 않고, 실제 상황에 따라 부동한 화상 특징을 선택하여 판단 근거로 할 수 있다. 일반적으로 피측정물의 가장자리 또는 무늬 과도 영역 등 위치의 피관측점에 대응되는 결상점은 모두 선명한 화상 특징을 갖고 있다.
본 발명에 있어서, 특징점의 매칭, 매칭 연산과 연산 규칙은 2개 또는 더 많은 위치의 결상점을 비교, 분석하여 2개 또는 더 많은 결상점의 화상 특징의 유사성 지표를 제공하기 위한 것으로서, 만약 비교 결과가 지표 예정치에 도달하면 매칭되고, 실제 상황에 따라 부동한 화상 특징의 유사성 지표를 선택할 수 있다. 본 발명에서 언급된 매칭 조건 1）, 2）, 3）, 4） 및 유일성 매칭 방법은 현재의 화상 처리 방법의 기초상에서, 화상 특징의 유사성에서 매칭하는 것을 제외하고는 4카메라 그룹의 4개의 상평면에서의 결상점 사이의 기하적 위치 관계에 기초하여, 본 발명에서 제출한 매칭 조건에 따라 매칭함으로써, 화상 특징은 유사하지만 위치 관계가 틀린 매칭 모호점을 검증하고 배제하여, 매칭 결과의 유일성을 확보하였다.
1. 4카메라 그룹 평면 어레이의 사전 이미지(before image) 모형의 3차원 좌표계의 확립 및 매칭 조건의 증명
① 4카메라 그룹 평면 어레이의 3차원 측정 시스템과 3차원 좌표계의 확립
본 발명의 실시예의 4카메라 그룹 평면 어레이의 특징점의 매칭 방법과 측정 방법에 대한 서술의 편의성을 위해, 요구를 만족하는 하나의 4카메라 그룹 평면 어레이의 3차원 측정 시스템 및 당해 4카메라 그룹 평면 어레이의 3차원 측정 시스템에 대응되는 3차원 좌표계를 확립해야 하며, 본 발명의 실시예의 방법을 보다 편리하게 응용하기 위하여, 전방 투사(forward projection) 모형을 사용하고, 하기의 방식으로 확립된 4카메라 그룹 평면 어레이의 3차원 측정 시스템 및 대응하는 3차원 좌표계를 사용한다.
도 1은 하나의 4카메라 그룹에 기초하여 확립된 공간 좌표계의 모식도이며, 하나의 4카메라 그룹이 2×2어레이 형식으로 배치되며, 왼쪽 상측에 위치하는 a카메라, 오른쪽 상측에 위치하는 b카메라, 왼쪽 하측에 위치하는 c카메라 및 오른쪽 하측에 위치하는 d카메라 이 4개의 배치가 동일한 카메라를 포함하며, 배치가 동일하며, 즉 4개의 카메라의 렌즈, 화상 센서, 초점거리 등 파라미터가 완전히 같은 것을 의미한다. 4개의 카메라의 초점 Oa, Ob, Oc, Od는 동일한 평면에 위치하고, 4개의 카메라의 광축은 모두 당해 평면에 수직되며, Oa, Ob, Oc, Od는 길이가 m이고 너비가 n인 직사각형을 형성하고, 직사각형의 중심점을 O라 설정하며, O를 원점으로 하나의 3차원 직각 좌표계를 확립한다. 여기서, X축은 직사각형의 OaOb 및 OcOd변에 평행되고, X축의 방향을 길이 방향 또는 수평 방향 또는 횡방향이라 칭하며, X축은 좌우 방향에서 연장（X축의 화살표가 가리키는 방향은 오른쪽을 향하며, 여기서 정방향이라 정의함）될 수 있다. Y축은 직사각형의 OaOc 및 ObOd변에 평행되고, Y축의 방향을 너비 방향 또는 수직 방향 또는 종방향이라 칭하며, Y축은 상하 방향에서 연장（Y축의 화살표가 가리키는 방향은 상측을 향하며, 여기서 정방향이라 정의함）될 수 있다. Z축은 초점이 위치하는 평면에 수직되고 4개의 카메라의 광축 방향에 평행되며, Z축의 방향을 깊이 방향이라 칭한다（Z축의 화살표가 가리키는 방향을 깊이 방향의 정방향이라 정의함）. Z축의 정방향에 있어서, 초점 Oa, Ob, Oc, Od가 위치하는 평면에 평행되고 당해 평면과의 거리가 초점 거리f인 평면을 설정하며, 당해 평면에서 a, b, c, d 4개의 상평면을 설정하며, 결상 원리에 기초하여, 각 상평면의 중심은 각자에 대응하는 카메라의 광축의 통과점이며, 각 상평면의 평면 좌표의 원점을 당해 상평면의 왼쪽 상측각으로 설정하며 각각 Oa', Ob', Oc' 및 Od'이다. a상평면의 2차원 직각 좌표축을 Oa'XaYa라 설정하고, b상평면의 2차원 직각 좌표축을 Ob'XbYb라 설정하며, c상평면의 2차원 직각 좌표축을 Oc'XcYc라 설정하고, d상평면의 2차원 직각 좌표축을 Od'XdYd라 설정하며, 각 상평면의 길이（각 카메라의 화상 센서의 타겟 표면 길이에 대응）를 u라 설정하고, 너비（각 카메라의 화상 센서의 타겟 표면 너비에 대응）을 v（미도시）라 설정한다.
본 발명에서 제안된 상기의 배치 구성을 사용하는 하나의 4카메라 그룹（즉 4카메라 그룹 평면 어레이）는 하나의 제일 작은 기본 3차원 입체 측정 유닛이며, 유사한 규칙과 방법에 따라 더욱 많은 카메라（2N개, 여기서 N은 2이상의 양의 정수）로 구성된 멀티 카메라 그룹 평면 어레이의 3차원 측정 시스템을 구축할 수 있으며, 동시에 유사한 규칙과 방법에 기초하여 각 그룹의 4카메라 그룹에 대응되는 3차원 좌표계를 구축하거나 또는 통일된 3차원 좌표계를 구축할 수 있다. 본 발명의 실시예의 매칭 방법과 측정 방법은 상기와 같이 배치된 하나의 4카메라 그룹의 4개의 카메라에서 모두 결상 가능한 피측정물의 피관측점의 3차원 좌표 위치의 매칭과 측정에 적용된다.
서술의 편의성을 위해, 하나의 4카메라 그룹의 4개의 초점으로 형성된 직사각형을 참조 직사각형이라 칭한다. 아울러, a상평면과 d상평면은 서로 대각 위치 상평면이고, b상평면과 c상평면은 서로 대각 위치 상평면이다.
② 4카메라 그룹 평면 어레이의 특징점의 횡방향 매칭과 종방향 매칭 및 특징점의 공간 위치 좌표의 계산
도 2는 피관측물의 하나의 피관측점P와 당해 점이 a상평면과 b상평면에서의 결상점의 투영 모식도이며, 도 2를 참조하면, 결상 원리에 따라, P 점이 a, b상평면에서의 결상점은 각각 Pa, Pb이고; P점, Pa점, Pb점이 2개의 초점Oa, Ob가 위치되어 있는, OXZ 좌표 평면에 평행되는 평면에서의 투영은 각각 P'점, Pa'점, Pb'점이다.
OaOb 직선이 a, b 이 2개의 상평면으로 구성된 결상면에 평행되고, P점, Oa점과 Ob점 이 3개의 점으로 형성된 삼각형이 a, b 이 2개의 상평면이 위치되어 있는 평면과 사귀며, 교선이 직선PaPb이므로, PaPb직선과 OaOb직선은 서로 평행된다.
도 3은 도 2의 P점, Pa점과 Pb점의 OXZ좌표 평면에서의 투영 모식도이다.
도 3을 참조하면, m은 OaOb의 길이이고, u는 각 화상 센서의 타겟 표면 길이이며, P'점, Pa'점과 Pb'점은 각각 P점, Pa점과 Pb점의 OXZ좌표 평면에서의 투영점이며, Pax와 Pbx는 각각 Pa'점과 Pb'점의 a상평면과 b상평면에서의 X축 방향의 좌표치이다.
분명한 것은 Pax는 Pbx보다 크다. 즉 a상평면의 좌표 원점에 대한 P점의 a상평면에서의 결상점의 수평 오프셋은 b상평면의 좌표 원점에 대한 당해 점의 b상평면에서의 결상점의 수평 오프셋보다 크다.
따라서 하기의 매칭 조건을 얻는다.
매칭 조건 1）：하나의 피관측점이 하나의 4카메라 그룹의 4개의 상평면에 결상할 시, 횡방향에서 서로 인접하는 2개의 상평면에서의 결상점은 당해 피관측점의 왼쪽 상평면에서의 결상점과 당해 피관측점의 대응하는 오른쪽 상평면에서의 결상점이 횡방향 좌표축에 평행되는 동일한 직선상에 놓이고, 당해 왼쪽 상평면의 좌표 원점에 대한 당해 왼쪽 상평면에서의 결상점의 수평 오프셋이 당해 오른쪽 상평면의 좌표 원점에 대한 당해 오른쪽 상평면에서의 결상점의 수평 오프셋보다 크다는 조건을 만족한다.
매칭 조건 1）은 a, b상평면의 횡방향 매칭에 적용되며, 마찬가지로 c, d상평면의 횡방향 매칭에도 적용된다. 하나의 4카메라 그룹 중 횡방향에서 서로 인접되는 2개의 상평면은 대응하는 왼쪽 평면과 오른쪽 평면이다. 즉 왼쪽 상평면a에 대응하는 오른쪽 상평면은 b이고, 왼쪽 상평면c에 대응하는 오른쪽 상평면은 d이다.
마찬가지로, 하기의 매칭 조건을 얻을 수 있다.
매칭 조건 2）：하나의 피관측점이 하나의 4카메라 그룹의 4개의 상평면에서 결상할 시, 종방향에서 서로 인접하는 2개의 상평면에서의 결상점은 당해 피관측점의 상측 상평면에서의 결상점과 당해 피관측점의 대응하는 하측 상평면에서의 결상점이 종방향 좌표축에 평행되는 동일한 직선 상에 놓이고, 상측 상평면의 좌표 원점에 대한 당해 상측 상평면에서의 결상점의 수직 오프셋이 하측 상평면의 좌표 원점에 대한 당해 하측 상평면에서의 결상점의 수직 오프셋보다 크다는 조건을 만족한다.
매칭 조건 2）는 a, c상평면의 종방향 매칭에 적용되며, 마찬가지로 b, d상평면의 종방향 매칭에도 적용된다. 하나의 4카메라 그룹 중 종방향에서 서로 인접하는 2개의 상평면은 대응하는 상측 평면과 하측 평면이다. 즉 상측 상평면a에 대응하는 하측 상평면은 c이고, 상측 상평면b에 대응하는 하측 상평면은 d이다.
상기의 내용 및 삼각형 유사 원리에 기초하여, 도 3에 대하여 하기와 같은 것을 얻을 수 있다.
Figure pct00015
①
Figure pct00016
②
①②로부터
Figure pct00017
Figure pct00018
Figure pct00019
Figure pct00020
③
을 추리해 낼 수 있고,
①③으로부터
Figure pct00021
Figure pct00022
④
를 추리해 낼 수 있다.
Figure pct00023
）를 횡방향 매칭시의 a상평면에서의 결상점에 대한 b상평면에서의 결상점의 횡방향 오프셋 값이라 정의하고,
Figure pct00024
라 정의한다. 그러면, 하기와 같은 것을 얻을 수 있다.
a, b상평면의 횡방향 매칭시의 P x 좌표 연산식（ 계산식1 ）：
Figure pct00025
＝
Figure pct00026
a, b 상평면의 횡방향 매칭시의 P z 좌표 연산식（계산식2）：
Figure pct00027
마찬가지로, c, d상평면의 횡방향 매칭시의 좌표 연산식을 추리해 낼 수 있다.
c, d상평면의 횡방향 매칭시의 P x 좌표 연산식（계산식3）：
Figure pct00028
＝
Figure pct00029
c, d상평면의 횡방향 매칭시의 P z 좌표 연산식（계산식4）：
Figure pct00030
즉
Figure pct00031
）=
Figure pct00032
）=
Figure pct00033
이고,
Figure pct00034
）는 횡방향 매칭시의 c상평면에서의 결상점에 대한 d상평면에서의 결상점의 횡방향 오프셋 값이다.
횡방향 매칭과 마찬가지로 종방향 매칭시의 좌표 연산식을 추리해 낼 수 있으며,
Figure pct00035
）를 종방향 매칭시의 a상평면에서의 결상점에 대한 c상평면에서의 결상점의 종방향 오프셋 값이라 정의하고,
Figure pct00036
라 정의한다.
a, c상평면의 종방향 매칭시의 P y 좌표 연산식（계산식5）：
Figure pct00037
＝
Figure pct00038
a, c상평면의 종방향 매칭시의 P z 좌표 연산식（계산식6）：
Figure pct00039
b, d상평면의 종방향 매칭시의 P y 좌표 연산식（계산식7）：
Figure pct00040
＝
Figure pct00041
b, d상평면의 종방향 매칭시의 P z 좌표 연산식（계산식8）：
Figure pct00042
즉
Figure pct00043
）=
Figure pct00044
）=
Figure pct00045
이고,
Figure pct00046
）는 종방향 매칭시의 b상평면에서의 결상점에 대한 d상평면에서의 결상점의 종방향 오프셋 값이다.
③ 4카메라 그룹 평면 어레이의 특징점의 횡방향 매칭과 종방향 매칭의 추가적 파생
동일한 피관측점에 대하여, 계산식2, 계산식4, 계산식6과 계산식8에 기초하여 하기와 같은 것을 추리해 낼 수 있다.
Figure pct00047
나아가 하기의 계산식（계산식9）을 얻을 수 있다.
Figure pct00048
이로부터 하기의 매칭 조건을 얻을 수 있다.
매칭 조건 3）：하나의 피관측점의 하나의 4카메라 그룹의 4개의 상평면에서 대응하는 매칭점 그룹 또는 서브 매칭점 그룹은 횡방향 오프셋 값과 종방향 오프셋 값의 비례값이 참조 직사각형의 길이와 너비의 비례값과 같다는 조건을 만족한다. 여기서, 횡방향 오프셋 값은 당해 피관측점의 하나의 왼쪽 상평면에서의 결상점이 당해 왼쪽 상평면의 좌표 원점에 대한 수평 오프셋과 당해 피관측점의 대응하는 오른쪽 상평면상에서의 결상점이 당해 오른쪽 상평면의 좌표 원점에 대한 수평 오프셋의 차이값이고, 종방향 오프셋 값은 당해 피관측점의 하나의 상측 상평면에서의 결상점이 당해 상측 상평면의 좌표 원점에 대한 수직 오프셋과 당해 피관측점의 대응하는 하측 상평면에서의 결상점이 당해 하측 상평면의 좌표 원점에 대한 수직 오프셋의 차이값이며, 여기서 매칭점 그룹은 4개의 상평면에서 매칭 조건 3）을 만족하고 화상 특징이 유사한 4개의 결상점을 가리키며, 서브 매칭점 그룹은 특별히 베이스 상평면과 인접하는 2개의 상평면에서 매칭 조건 3）을 만족하는 결상점을 가리킨다.
2. 4카메라 그룹 평면 어레이의 특징점의 매칭 방법의 유일성 증명
4카메라 그룹 평면 어레이의 매칭 방법을 사용하면 특징점에 대한 유일성 매칭을 실현할 수 있고, 당해 매칭 방법은 양호한 보편성과 적용성을 구비하며 하기와 같이 증명한다.
우선, 도 4는 단지 a, b상평면에서 횡방향 매칭할 시 모호점이 나타나는 입체 모식도를 나타내며, 도 4를 참조하면, P점은 공간 피측정물의 하나의 피관측점이고 좌표는 P（Px，Py，Pz）이며, 당해 피관측점의 a, b상평면에서의 결상점은 각각 Pa, Pb이다. 매칭 연산시, Pa점을 기준점（특징점）으로 하여 b상평면에서 당해 점에 매칭되는 결상점을 찾는다. Pa점이 확정된 후, 매칭 조건 1）에 기초하여, b상평면에서 Pa점에 매칭되는 결상점은 Pa점을 통과하고 X축에 평행되는 하나의 직선상에 놓이며, 당해 매칭되는 결상점의 b상평면에서의 수평 좌표치는 Pa점의 a상평면에서의 수평 좌표치보다 작다. Pa점을 놓고 말하면, 그가 a상평면에서의 위치가 일단 확정되면, Pa점에 대응하는 피관측점은 OaPa가 위치하는 사선（또는 화소 투영선이라 칭하며, 즉 하나의 카메라의 초점과 임의의 결상점에 의해 확정되는 사선）의 연장선 상에 놓이게 되며, a, b상평면 사이의 매칭은 양안 매칭에 속하고, 현재 이미 알고 있는 양안 매칭의 연산 규칙, 연산 방법과 구속 조건에 의하면, Pa점의 화상 특징을 알고 있을 경우, 이에 기초하여 확정된 당해 점의 b상평면에서의 매칭되는 결상점은 일반적으로 하나만 있는 것이 아니라 복수개가 있을 가능성이 있으므로, 양안 매칭의 유일성에 문제가 발생하게 된다. 현재 해결해야 할 문제가 바로 매칭 조건을 만족하는 복수의 매칭점 중에서 모호성이 존재하는 하나 또는 복수의 점을 배제하고, b상평면에서 Pa점과 유일하게 매칭되는 결상점Pb를 확정하는 것이다.
이를 위해, Pb'점이 b상평면에서 Pa점과 매칭되는 다른 결상점이라 설정하면, 매칭 조건 1）에 따라, 당해 점과 PaPb는 동일한 직선상에 놓이게 되며, 당해 점과 Ob의 연결선에 의해 확정되는 사선과 OaPa가 위치하는 사선은 동일한 평면에 놓이고 2개의 사선은 서로 교차되며, 교점을 P'점으로 설정한다. 따라서, Pb'점을 P점의 b상평면에서의 결상점으로 인정할 수 있고, 당해 점도 a상평면에서의 Pa점에 대응한다고 인정할 수 있다.
도 5는 하나의 이상적인 직선 PP'가 4개의 상평면에서 결상하는 입체 모식도이고, 도 6은 도 5의 4개의 상평면에서의 결상점의 평면 모식도이다. 도 5와 도 6을 참조하면, P점과 P'점의 c상평면과 d상평면에서의 결상점을 볼 수 있다. 여기서, P점과P'점이 a상평면에서의 결상점Pa와 Pa'는 서로 중첩된다. Pa점, Pb점, Pc점과 Pd점（Pa, Pb, Pc와 Pd）는 P점에 대응하는 하나의 매칭점 그룹이며, P점에 대응하는 유일성 매칭점 그룹이다. Pa'점, Pb'점, Pc'점과 Pd'점（Pa', Pb', Pc'와 Pd'）는 P'점에 대응하는 하나의 매칭점 그룹이며, P'점에 대응하는 유일성 매칭점 그룹이다.
4카메라 그룹 평면 어레이의 매칭 알고리즘의 유일성은 매칭 조건에 따라 Pa를 기준점으로 하여 b, c, d상평면에서 그와 유일하게 매칭되는 결상점을 찾는데 있다. 우선, b상평면에서 매칭되는 결상점Pb와 또 다른 임의로 가정한 매칭되는 결상점Pb'를 찾고, 만약 2개의 결상점이 모두 Pa의 매칭점일 경우, 화상 결상 원리에 따라, a, b, c, d상평면에서 도 5에 도시된 결상점을 얻게 된다. 또한 도 6의 Pa（Pa'）, PbPb', PcPc'와 PdPd'는 PP'직선의 4개의 상평면에서의 투영 화상이라는 것도 추리해 낼 수 있으며, 여기서 Pa와 Pa'는 서로 중첩된다.
만약 도 5의 PP'와 같거나 또는 유사한 이상적인 직선 하나가 존재한다면, 당해 직선의 하나의 4카메라 그룹의 4개의 상평면에서의 결상점은 도 5와 도 6에 도시된 바와 같다. PP'는 단지 하나의 예시일 뿐, 실제상 PP' 사이의 모든 피관측점의 a상평면에서의 결상점은 모두 Pa점이다. 다시 말하면, 이러한 상황에 대하여, a상평면을 베이스 상평면으로 하면 Pa점은 복수의 그룹의 매칭점에 대응하지만, 매 그룹의 매칭점은 유일한 피관측점에 대응된다.
도 6에 기초하고, 계산식9:
Figure pct00049
와 결부시켜 하기와 같은 것을 얻을 수 있다.
매칭 조건 4）：하나의 피관측점의 하나의 4카메라 그룹의 4개의 상평면에서의 결상점은 하나의 직사각형을 형성하고, 당해 직사각형의 횡방향 길이와 종방향 길이의 비례는 참조 직사각형의 길이와 너비의 비례와 같으며, 2쌍의 대각 위치에 있는 2개의 상평면에서의 결상점은 각각 참조 직사각형의 2 개의 대각선에 평행되는 2개의 직선 상에 놓인다.
상기 내용에 기초하여, 피관측물에 상기와 같은 PP'와 유사한 직선이 나타날 경우, a, b상평면에 따라 양안 매칭을 할 시 하나의 점이 복수의 점에 매칭되는 현상이 나타나면, 유일성 매칭의 요구를 만족할 수 없게 되며, 따라서 매칭 모호가 발생하게 된다. 하지만 c, d상평면을 a, b상평면 매칭의 참조로 하고, 특별히 d상평면에서 PP'직선이 하나의 경사진 직선으로 된다면, 4개의 상평면에서 P'의 각 상평면에서의 유일성 매칭점 및 PP'점 직선상의 각 점에 대응하는 유일성 매칭점 그룹을 찾을 수 있게 되며, 나아가 상기 좌표 연산식에 기초하여 PP'직선 상의 점의 공간 위치 좌표를 계산해 낼 수 있다. 이것은 바로 기계 제도에서 3투시도(three views)을 필요로 하는 것과 유사하며, 2투시도일 경우 물체에 대한 이해의 모호성이 나타나게 되지만, 3투시도일 경우 이러한 상황이 발생하지 않는다.
매칭의 유일성을 추가로 증명하기 위하여 하기의 상황을 고려한다.
첫번째 상황: Pb'점은 b상평면에서의 화상 특징이 Pa점의 화상 특징과 서로 매칭되는 다른 하나의 점이고, 동시에 Pb'점은P'점의 b상평면에서의 투영 결상점이 아니라 공간 중의 b상평면에서 Pb' 투영 결상점을 발생할 수 있는 임의의 다른 하나의 점이라 가정한다면, Pn점이라 설정한다. 도 7은 매칭 유일성을 증명하는 투영 모식도이다. 도 7을 참조하면, P'점, Pn점과P점의 b상평면에서의 결상점은 서로 중첩된다. 결상 원리에 따라, Pn점의 4개의 상평면에 투영된 입체 모식도는 도 8에 도시된 바와 같다. Pn점의 a, b, c와 d상평면에서의 투영점을 각각 Pna, Pnb, Pnc와 Pnd라 설정하면, 도 9는 P점과 Pn점의 a, b, c와 d상평면에서의 결상점을 나타낸다.
4카메라 그룹 평면 어레이의 특징점의 매칭 방법에 따라, 도 9로부터 알 수 있는 바와 같이, Pnc점과 Pa점은 하나의 종방향 직선상에 놓이지 않아 매칭 조건 2）을 만족하지 않으며, Pnd와 Pa점은 하나의 4카메라 그룹의 초점으로 형성된 직사각형의 대각선에 평행되는 하나의 직선 상에 놓이지 않아 매칭 조건 4）를 만족하지 않는다. 따라서, 양안 매칭시 매칭이 모호한 결상점Pb'와 Pnb가 나타났지만, 4카메라 그룹 평면 어레이의 특징점의 매칭 방법에 의하여 다른 하나의 임의로 가정한 매칭점Pnb은 P점의 a상평면에서의 결상점과 매칭되는 결상점이 아니라는 것을 확정할 수 있다. 이러한 경우, 4카메라 그룹 평면 어레이의 특징점의 매칭 방법을 이용하여 양안 매칭에서 쉽게 나타나는 모호성을 효율적으로 배제할 수 있다.
두번째 상황: Pb'점은 P'점의 b상평면에서의 투영이 아니라 구체적으로 OaOb직선에 평행되는 직선PP상의 임의의 점P의 b상평면에서의 투영이라 가정한다면, Pb라 설정한다. 도 10은 P점이 4개의 상평면에 투영된 입체 모식도를 나타내고, 도 11은 P점과 P점의 a, b, c와 d상평면에서의 각 결상점을 나타내며, 여기서, Pb점과 Pn점은 서로 중첩된다.
4카메라 그룹 평면 어레이의 특징점의 매칭 방법에 따라, 도 11로부터 알 수 있는 바와 같이, Pc점과 Pa점은 하나의 종방향 직선 상에 놓이지 않아 매칭 조건 2）를 만족하지 않고, Pd점과 Pa점은 하나의 4카메라 그룹의 초점으로 형성된 직사각형의 대각선에 평행되는 하나의 직선 상에 놓이지 않아 매칭 조건 4）을 만족하지 않는다. 따라서, OaOb직선에 평행되는 직선PP상의 다른 하나의 임의의 점P의 b상평면에서의 결상점은 P점의 a상평면에서의 결상점과 매칭되는 결상점이 아니라는 것을 확정할 수 있다.
하지만 만약 하나의 4카메라 그룹의 초점으로 형성된 직사각형에 평행되는 하나의 평면이 존재하고, 당해 평면에 4개의 화상 특징이 유사한 피관측점 P, P1, P2, P3이 존재하며, 도 12에 도시된 바와 같이 이 4개의 피관측점이 당해 직사각형의 사이즈에 근사한 직사각형으로 배치된다고 가정하면, 만약 P점에 대응하는 매칭점을 찾는다면 P3점도 4카메라 그룹 평면 어레이의 특징점의 매칭 조건을 만족하며, 이는 두번째 상황에서 고려한 추가적인 특례이다.
즉 실제상 피관측점P, P1, P2와 P3에 대응하는 매칭점 그룹은 각각 （Pa, Pb, Pc와 Pd）, （Pa1, Pb1, Pc1와 Pd1）, （Pa2, Pb2, Pc2와 Pd2）와 （Pa3, Pb3, Pc3와 Pd3）이지만, P3점의 존재로 인하여, P점에 있어서 매칭 방법에 따라 찾아낸 복수의 그룹의 매칭점 그룹 중 （Pa, Pb, Pc와 Pd）를 제외하고는, 모호한 하나의 매칭점 그룹（Pa, Pb1, Pc2와 Pd3）이 더 존재한다.
만약 이러한 상황이 나타난다면, a상평면에서 피관측점 P, P1, P2와 P3에 대응하는 4개의 점 Pa, Pa1, Pa2와 Pa3을 찾을 수 있으며, 여기서, （Pa, Pa1, Pa2와 Pa3）, （Pb, Pb1, Pb2와 Pb3）, （Pc, Pc1, Pc2와 Pc3）와 （Pd, Pd1, Pd2와 Pd3）은 각각 하나의 4카메라 그룹의 초점으로 형성된 직사각형과 유사한 직사각형을 형성한다.
하기의 방식을 통해 모호한 하나의 매칭점 그룹을 찾을 수 있다. 즉 상기 상황에 대하여, 매칭 조건에 기초하여, 베이스 상평면에서의 결상점Pa에 대하여 복수의 매칭점 그룹（Pa, Pb, Pc와 Pd）과 （Pa, Pb1, Pc2와 Pd3）을 찾으면, a상평면에 Pa점을 왼쪽 상측의 끝점으로 하고 참조 직사각형과 유사한 직사각형PaPa1Pa2Pa3이 존재하게 되며, 나아가 d상평면에 직사각형PaPa1Pa2Pa3과 똑같은 유일하게 대응하는 직사각형Pa3Pb3Pc3Pd3을 확정하기만 하면 Pa에 대응하는 유일한 매칭점이 Pd이고 Pa3에 대응하는 유일한 매칭점이 Pd3이라는 것을 확정할 수 있으며, 모호한 매칭점 그룹을 배제할 수 있다.
마찬가지로, b, c또는 d상평면을 베이스 상평면으로 하는 상황에 대하여, 유사한 추리 방식을 사용하여, 찾아낸 모호한 하나 또는 복수의 매칭점 그룹을 배제할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 하나의 4카메라 그룹의 4개의 상평면에서 결상 가능한 피관측점에 대하여 매칭 조건에 따라 매칭함으로써, 피관측점의 공간 위치 좌표를 얻고, 3Ｄ 포인트 클라우드 데이터를 형성하며, 나아가 3Ｄ 포인트 클라우드 도형을 확립할 수 있으며, 피관측물에 대하여 3차원 입체 재현을 실행할 수 있다. 4카메라 그룹 매칭의 유일성 특성에 의하여, 피관측점의 공간 위치 좌표도 유일한 것이며, 하나 대 다수 또는 다수 대 하나의 모호성이 나타나지 않는다.
3. 4카메라 그룹 평면 어레이의 특징점의 매칭 방법과 측정 방법
상기의 매칭 원리, 매칭 조건, 매칭 계산식과 매칭 방법에 기초하여, 하나의 실시양태에 있어서, 도 13을 참조하면, 4카메라 그룹 평면 어레이의 특징점의 매칭 방법은 하기의 단계를 포함한다.
a1. 하나의 4카메라 그룹의 4개의 카메라에 대응하는 4개의 상평면 중의 임의의 하나의 상평면을 베이스 상평면으로 하여, 상기 베이스 상평면의 하나의 특징점에 대하여, 횡방향에서 당해 베이스 상평면과 인접하는 상평면에서 당해 특징점과 매칭되는 모든 매칭점을 찾는다.
단계 a1에 있어서, 상기 베이스 상평면의 하나의 특징점에 대하여, 매칭 조건 1）에 기초하여, 횡방향에서 상기 베이스 상평면과 인접하는 상평면에서 당해 특징점과 매칭되는 모든 매칭점을 찾는다.
a2. 상기 단계 a1에서의 상기 베이스 상평면의 상기 특징점에 대하여, 종방향에서 당해 베이스 상평면과 인접하는 상평면에서 당해 특징점과 매칭되는 모든 매칭점을 찾는다.
단계 a2에 있어서, 상기 단계a1 중의 상기 베이스 상평면의 상기 특징점에 대하여, 매칭 조건 2）에 기초하여, 종방향에서 상기 베이스 상평면과 인접하는 상평면에서 상기 특징점과 매칭되는 모든 매칭점을 찾는다.
a3. 상기 단계 a1에서 찾아낸 모든 매칭점과 상기 단계 a2에서 찾아낸 모든 매칭점을 재매칭시켜, 대응하는 모든 서브 매칭점 그룹을 찾는다.
단계 a3에 있어서, 상기 단계 a1에서 찾아낸 모든 매칭점과 상기 단계 a2에서 찾아낸 모든 매칭점에 대하여, 매칭 조건 3）에 기초하여 재매칭시켜, 상기 매칭 조건 3）을 만족하지 않는 매칭점을 배제하고, 상기 매칭 조건 3）을 만족하는 매칭점을 횡방향 오프셋 값 또는 종방향 오프셋 값의 크기 관계에 따라 페어링하여 서브 매칭점 그룹을 형성한다.
a4. 상기 베이스 상평면에서의 상기 특징점 및 상기 단계 a3에서 찾아낸 모든 서브 매칭점 그룹에 기초하여, 상기 대각 위치 상평면에서 상기 베이스 상평면에서의 모든 특징점 및 상기 단계 a3에서 찾아낸 모든 서브 매칭점 그룹에 대응하는 매칭점을 찾아 내고 여기서 대각 위치 상평면은 상기 베이스 상평면의 대각 위치에 있는 상평면이다.
단계 a4에 있어서, 상기 베이스 상평면의 상기 특징점 및 상기 단계 a3에서 찾아낸 모든 서브 매칭점 그룹에 기초하여, 임의의 서브 매칭점 그룹에 대하여 상기 매칭 조건 1）과 상기 매칭 조건 2）에 따라 상기 대각 위치 상평면에서의 매칭점을 찾아내고, 상기 단계 a3에서 찾아낸 서브 매칭점 그룹의 좌표에 기초하여, 상기 대각 위치 상평면에서의 매칭점의 좌표를 얻으며, 당해 매칭점의 횡좌표는 종방향에서 상기 대각 위치 상평면과 인접하는 상평면에서의 매칭점의 횡좌표와 같고, 종좌표는 횡방향에서 상기 대각 위치 상평면과 인접하는 상평면에서의 매칭점의 종좌표와 같으며, 좌표가 확정된 후, 상기 대각 위치 상평면에서의 매칭점과 기타 3개의 상평면에서의 매칭점에 대하여 화상 특징 유사성 매칭을 한다. 매칭이 성공되면, 상기 4개의 상평면에서의 4개의 결상점은 하나의 매칭점 그룹을 형성하고, 매칭 불가능할 경우, 상기 대각 위치 상평면에서의 매칭점과 당해 매칭점에 대응하는 상기 단계 a3에서 찾아낸 매칭점 그룹을 배제한다.
a5. 상기 베이스 상평면에서의 상기 특징점, 상기 단계 a3에서 찾아낸 모든 서브 매칭점 그룹과 상기 단계 a4에서 찾아낸 매칭점에 기초하여, 상기 4개의 상평면에서 동일한 피관측점에 대응하는 유일성 매칭점 그룹을 확정한다.
단계 a5에 있어서, 상기 4개의 상평면에서 동일한 피관측점에 대응하는 유일성 매칭점 그룹은 매칭 조건 4）을 만족한다. 상기 매칭 조건 4）은 하나의 피관측점의 하나의 4카메라 그룹에 대응하는 4개의 상평면에서의 결상점이 하나의 직사각형을 형성하고, 당해 직사각형의 횡방향의 길이와 종방향의 길이의 비례가 참조 직사각형의 길이와 너비의 비례와 같으며, 2쌍의 대각 위치에 있는 2개의 상평면에서의 결상점이 각각 참조 직사각형의 2개의 대각선에 평행되는 2개의 직선상에 놓인다.
단계 a5에 있어서, 매칭 조건 4）를 만족하는 매칭점 그룹이 하나만 존재하면, 매칭 결과는 유일한 것이다.
단계 a5에 있어서, 매칭 조건 4）을 만족하는 복수의 매칭점 그룹이 존재할 경우, 상기 베이스 상평면에 하기의 조건을 만족하는 베이스 직사각형이 존재하는지 여부를 판단하며; 상기 베이스 직사각형은 당해 특징점을 하나의 끝점으로 하고, 상기 베이스 직사각형의 당해 특징점을 하나의 끝점으로 하는 대각선의 연장선이 상기 대각 위치 상평면을 통과하며, 당해 대각선의 길이는 당해 특징점이 대응하는 임의의 2개의 매칭점 그룹이 상기 대각 위치 상평면에서의 2개의 매칭점 사이의 거리와 같으며, 상기 베이스 직사각형은 참조 직사각형과 유사하고, 상기 베이스 직사각형의 기타 끝점은 당해 특징점의 화상 특징과 유사하며, 당해 특징점이 상기 베이스 상평면에서의 매칭점이다.
상기 베이스 상평면에 이러한 직사각형이 존재할 경우, 임의의 베이스 직사각형에 대하여, 상기 대각 위치 상평면에 당해 베이스 직사각형과 똑같은 유일하게 대응하는 직사각형이 존재하는지 여부를 확정한다.
（본 발명의 실시예에 있어서, 대각 위치 상평면에서 임의의 베이스 직사각형과 똑같은 유일하게 대응하는 직사각형은 당해 직사각형이 베이스 직사각형과 똑같고, 당해 직사각형의 4개의 끝점과 베이스 직사각형의 상응하는 위치의 4개의 끝점이 서로 매칭 조건을 만족하며, 화상 특징이 유사한 유일하게 대응하는 직사각형을 말하며, 종래의 각종 매칭 연산 방법 또는 규칙과 결부시켜, 대각 위치 상평면에 임의의 베이스 직사각형에 대응하는 유일하게 대응하는 직사각형이 존재하는지 여부를 확정할 수 있으며, 관련된 매칭 연산 방법 또는 규칙은 본 발명의 발명 내용에 속하지 않는다. 따라서, 여기서 상세히 설명하지 않으며, 당업자는 여러가지 부동한 방식을 조합하여, 유일하게 대응하는 직사각형을 찾는 것을 생각해 낼 수 있다.）
만약 존재할 경우, 우선 상기 대각 위치 상평면에서 당해 특징점에 대응되는 유일한 매칭점을 확정하고, 그 후, 상기 매칭 조건 1）과 상기 매칭 조건 2）에 기초하여, 당해 특징점의 기타 2개의 상평면에서의 유일한 매칭점을 확정하며, 모호한 매칭점 그룹을 배제한다. 여기서, 상기 대각 위치 상평면에서 당해 특징점에 대응되는 유일한 매칭점을 확정하는 방법은 하기와 같다. 만약 상기 베이스 상평면의 상기 특징점이 상기 베이스 직사각형의 하나의 대각선의 하나의 끝점일 경우, 상기 대각 위치 상평면에서의 유일한 매칭점은 당해 대각 위치 상평면에서의 유일하게 대응하는 직사각형의 연장선이 상기 특징점을 통과하는 대각선 상의 2개의 끝점 중의 하나이며, 상기 특징점이 상기 베이스 직사각형의 상단에 위치할 경우, 상기 대각 위치 상평면에서 대응하는 유일한 매칭점은 당해 유일하게 대응하는 직사각형의 상단의 끝점이고, 그렇지 않을 경우 하단의 끝점이다. 상기 대각 위치 상평면에서의 비유일성 매칭점에 대하여, 당해 점의 상기 베이스 상평면에서의 유일한 매칭점이 상기 베이스 상평면에서의 상기 특징점이 위치하는 대각선 상의 다른 하나의 끝점임을 확정할 수 있다.
만약 존재하지 않을 경우, 상기 특징점에 대응하는 2개의 매칭점 그룹은 2개의 상이한 피관측점에 대응하며, 상기 2개의 부동한 피관측점은 공간상에서 당해 특징점이 상기 베이스 상평면에 상대한 화소 투영선의 연장선 상에 놓인다.
만약 상기 베이스 상평면에 이러한 직사각형이 존재하지 않을 경우, 상기 복수의 매칭점 그룹은 복수의 상이한 피관측점에 대응하며, 상기 복수의 피관측점은 공간상에서 당해 특징점의 상기 베이스 상평면에 상대한 화소 투영선의 연장선상에 놓인다.
하기에 일 실시예를 들어 상세히 설명한다.
도 12를 참조하여 간단히 서술하면 하기와 같다. a상평면을 베이스 상평면으로 가정하고, a상평면의 하나의 특징점Pa에 대하여, b상평면에서 당해 점에 매칭되는 모든 매칭점, 예를 들면 Pb, Pb1을 찾아내고, 계속하여 특징점Pa에 대하여, c상평면에서 당해 점에 매칭되는 모든 매칭점, 예를 들면 Pc, Pc2를 찾아내며, 나아가 Pb, Pb1과 Pc, Pc2를 재매칭시켜, 서브 매칭점 그룹（Pb，Pc）와 （Pb1，Pc2）를 확정한다. 그 후, （Pb，Pc）에 대응하는 Pd 및 Pd의 좌표, （Pb1，Pc2）에 대응하는 Pd3 및 Pd3의 좌표를 각각 확정하며, 판단을 통해 （Pa，Pb，Pc，Pd） 중의 4개의 결상점의 화상 특징이 유사하고 （Pa，Pb1，Pc2，Pd3） 중의 4개의 결상점의 화상 특징도 유사하다고 판단되면, Pa점은 2개의 매칭점 그룹（Pa，Pb，Pc，Pd）와 （Pa，Pb1，Pc2，Pd3）에 대응된다. 계속하여 a상평면에 베이스 직사각형PaPa1Pa2Pa3이 존재한다고 확정되고, 당해 직사각형은 Pa를 하나의 끝점으로 하고, 대각선PaPa3의 연장선이 d상평면을 통과하며, PaPa3의 길이가 PdPd3의 거리와 같고, 참조 직사각형과 유사하며, 동시에 Pa，Pa1，Pa2와 Pa3의 화상 특징이 유사하다는 조건을 만족하면, 나아가 d상평면에 당해 직사각형과 똑같은 유일하게 대응하는 직사각형 PdPd1Pd2Pd3이 존재한다고 확정한다. 여기서, Pa와 Pd, Pa1과 Pd1, Pa2와 Pd2, Pa3과 Pd3이 각각 서로 대응하는 매칭점이고 화상 특징이 유사할 경우, d상평면에서 Pa에 대응하는 유일한 매칭점이 Pd이고, d상평면에서의 비유일성 매칭점Pd3은 a상평면에서의 특징점Pa3에 대응한다고 확정할 수 있으며, 이에 기초하여 매칭점 그룹（Pa，Pb1，Pc2，Pd3）을 배제하였고, （Pa，Pb，Pc，Pd）는 동일한 피관측점에 대응하는 유일성 매칭점 그룹이라는 것을 확정하였다.
다른 실시양태에 있어서, 도 14를 참조하면, 4카메라 그룹 평면 어레이의 특징점의 매칭 방법에 기초한 측정 방법은 하기의 단계를 포함한다.
b1. 화상 수집 완료 후, 상기의 매칭 방법을 사용하여 상기 베이스 상평면에서의 모든 특징점에 대응하는 유일성 매칭점 그룹을 찾는다.
b2. 상기 단계 b1에서 획득한 유일성 매칭점 그룹의 상좌표에 기초하여, 피관측점의 공간 위치 좌표를 계산한다.
단계 b2에 있어서, 하나의 4카메라 그룹의 왼쪽 상측 위치의 a카메라, 오른쪽 상측 위치의 b카메라, 왼쪽 하측 위치의 c카메라와 오른쪽 하측 위치의 d카메라의 초점이 각각 Oa, Ob, Oc와 Od이고, 4개의 초점이 동일한 평면에 위치하며 하나의 직사각형을 형성하고, 당해 직사각형의 길이OaOb가 m이고, 너비OaOc가 n이며, 직사각형의 중심점을 O라 설정하고, O를 원점으로 하나의 3차원 직각 좌표계를 확립하며, 여기서 X축이 직사각형의 OaOb와 OcOd변에 평행되고, Y축이 직사각형의 OaOc와 ObOd변에 평행되며, Z축이 초점이 위치하는 평면에 수직되고 4개의 카메라의 광축 방향에 평행되며, 4대의 카메라의 배치가 완전히 같고, 피관측물의 하나의 피관측점P의 공간 위치 좌표가 P（Px，Py，Pz）이며, P점의 a카메라, b카메라, c카메라와 d카메라 이 4대의 카메라의 상평면에서 대응하는 결상점의 상좌표가 각각 Pa（Pax，Pay）, Pb（Pbx，Pby）, Pc（Pcx，Pcy）, Pd（Pdx，Pdy）라면, P점의 공간 위치 좌표의 표현식은 하기와 같다.
a, b 상평면의 횡방향 매칭에 의하여 얻은 Px 좌표 연산식
Figure pct00050
＝
Figure pct00051
a, b 상평면의 횡방향 매칭에 의하여 얻은 Pz 좌표 연산식
Figure pct00052
c, d 상평면의 횡방향 매칭에 의하여 얻은 Px 좌표 연산식
Figure pct00053
＝
Figure pct00054
c, d 상평면의 횡방향 매칭에 의하여 얻은 Pz 좌표 연산식
Figure pct00055
a, c 상평면의 종방향 매칭에 의하여 얻은 Py 좌표 연산식
Figure pct00056
＝
Figure pct00057
a, c 상평면의 종방향 매칭에 의하여 얻은 Pz 좌표 연산식
Figure pct00058
b, d 상평면의 종방향 매칭에 의하여 얻은 Py 좌표 연산식
Figure pct00059
＝
Figure pct00060
b, d 상평면의 종방향 매칭에 의하여 얻은 Pz 좌표 연산식
Figure pct00061
여기서, f는 4대의 카메라의 초점 거리이고, u는 화상 센서의 타겟 표면 길이이며, v는 화상 센서의 타겟 표면 너비이고, 여기서
Figure pct00062
x를 횡방향 매칭시 a상평면에서의 결상점에 대한 b상평면에서의 결상점의 횡방향 오프셋 값과 c상평면에서의 결상점에 대한 d상평면에서의 결상점의 횡방향 오프셋이라 정의하고,
Figure pct00063
y를 종방향 매칭시 a상평면에서의 결상점에 대한 c상평면에서의 결상점의 종방향 오프셋과 b상평면에서의 결상점에 대한 d상평면에서의 결상점의 종방향 오프셋이라 정의한다.
b3. 상기 단계 b2에서 획득한 피관측점의 공간 위치 좌표에 기초하여, 3Ｄ 포인트 클라우드 데이터를 형성하고, 3Ｄ 포인트 클라우드 도형을 확립하며, 3차원 입체 화상을 재현한다.
본 발명의 매칭 방법과 이에 기초하여 구축한 3차원 측정 시스템은 자주적 매칭 방법과 측정 시스템에 속하며, 매칭 조건과 방법은 외부 환경의 변화에 따라 변하지 않으며, 측정 시스템의 파라미터가 일단 확정되기만 하면 당해 시스템이 측정하는 시야 범위, 측정 정밀도, 공간 해상도, 환경에 대한 적응성 등을 확정할 수 있으며, 예를 들면, 초점 거리를 변경하면 원거리의 물체를 측정할 수 있고, 카메라를 변경하면, 예를 들어 적외선 카메라를 사용하면 야간 측정을 실현할 수 있으며, 현미경 렌즈를 사용하면 미시적 입체 측정 등을 실현할 수 있다.
상기 방법과 단계에 따라 피관측물의 특징점의 3차원 좌표 위치의 계산과 측정을 실현할 수 있는데, 상평면이 시야 범위, 해상도, 환경과 광조건의 영향으로 인해, 카메라 자신의 파라미터, 예를 들면 조리개, 셔터, 노광 시간 등 촬영 파라미터의 조정, 피관측물의 기하적 특징, 가장자리 특징, 표면 반사와 무늬 특징 등이 결상점의 매칭에 영향을 미치게 되며, 완전히 매칭할 수 없는 상황이 반드시 존재하게 되며, 화상 특징이 연속성 등 기타 구속 조건을 포함하므로, 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 화상 가장자리와 기타 특징이 뚜렷한 관건점의 측정을 해결한 후, 임의의 이미 알고 있는 화상 처리 방법과 수단을 사용하여 기타 완전히 매칭할 수 없는 부분에 대하여 화상 분석과 처리를 수행함으로써, 대부분 3차원 물체의 결상 문제를 해결할 수 있으며, 종래의 화상 처리 기술의 기초상에서, 3차원 비전 측정 기술에 기본적인 매칭 방법과 측정 방법을 제공하였다.
본 발명에 따른 몇개의 실시예에 있어서, 제공된 방법이 기타 방식으로도 실현 가능하다는 것을 이해해야 한다. 또한 유의해야 할 점은, 일부 대체 실현 방식에 있어서, 상기 방법의 단계 또는 흐름은 특허청구의 범위 또는 도면에 표기된 순서와 다르게 발생할 수 있다는 것이다. 예를 들면, 2개의 연속되는 단계 또는 흐름은 실제상 거의 병행하여 수행될 수도 있고, 서로 반대되는 순서로 수행될 수도 있으며, 구체적인 상황에 의해 결정된다.
본 발명의 상기 방법 또는 기능이 소프트웨어 기능 모듈의 형식으로 실현되고 독립된 제품으로 판매 또는 사용될 시, 컴퓨터가 판독 가능한 하나의 저장 매체에 저장할 수 있다. 이러한 이해에 기초하여, 본 발명의 기술방안은 본질상 또는 종래기술에 공헌한 부분 또는 당해 기술방안의 부분은 소프트웨어 제품의 형식으로 구현 가능하며, 당해 컴퓨터 소프트웨어 제품은 하나의 저장 매체에 저장되고, 약간의 명령을 포함하여 하나의 컴퓨터 기기（퍼스널 컴퓨터, 서버 또는 네트워크 기기 등일 수 있다）가 본 발명의 각 실시예의 상기 방법의 전부 또는 일부 단계를 실행하게 한다. 상기의 저장 매체는 USB 메모리, 모바일 하드 디스크, 판독 전용 메모리, 랜덤 액세스 메모리, 자기 디스크 또는 콤팩트 디스크 등 프로그램 코드를 저장할 수 있는 여러가지 매체를 포함한다.
상기는 단지 본 발명의 바람직한 실시예일 뿐, 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니며, 당업자에게 있어서, 본 발명은 여러가지 변경과 변화가 가능하다. 본 발명의 취지와 원칙 내에서의 임의의 수정, 균등 대체, 변화 등은 모두 본 발명의 보호 범위내에 포함된다.

Claims (11)

  1. 하나의 4카메라 그룹의 4개의 카메라에 대응하는 4개의 상평면 중의 어느 하나의 상평면을 베이스 상평면으로 하여, 상기 베이스 상평면의 하나의 특징점에 대하여, 횡방향에서 당해 베이스 상평면과 인접하는 상평면에서 당해 특징점과 매칭되는 모든 매칭점을 찾는 단계 a1과,
    상기 단계 a1의 상기 베이스 상평면의 상기 특징점에 대하여, 종방향에서 당해 베이스 상평면과 인접하는 상평면에서 당해 특징점과 매칭되는 모든 매칭점을 찾는 단계 a2와,
    상기 단계 a1에서 찾아낸 모든 매칭점과 상기 단계 a2에서 찾아낸 모든 매칭점을 재매칭시켜, 대응하는 모든 서브 매칭점 그룹을 찾는 단계 a3과,
    상기 베이스 상평면의 상기 특징점 및 상기 단계 a3에서 찾아낸 모든 서브 매칭점 그룹에 근거하여, 상기 베이스 상평면의 대각 위치에 있는 상평면인 대각 위치 상평면에서 상기 베이스 상평면의 상기 특징점 및 상기 단계 a3에서 찾아낸 모든 서브 매칭점 그룹에 대응하는 매칭점을 찾는 단계 a4와,
    상기 베이스 상평면의 상기 특징점, 상기 단계 a3에서 찾아낸 모든 서브 매칭점 그룹과 상기 단계 a4에서 찾아낸 매칭점에 근거하여, 상기 4개의 상평면에서 동일한 피관측점에 대응하는 유일성 매칭점 그룹을 확정하는 단계 a5를 포함하는 것을 특징으로 하는
    4카메라 그룹 평면 어레이의 특징점의 매칭 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계 a1에 있어서, 상기 베이스 상평면상의 하나의 특징점에 대하여, 매칭 조건 1）에 근거하여, 횡방향에서 상기 베이스 상평면과 인접하는 상평면에서 당해 특징점과 매칭되는 모든 매칭점을 찾아내되, 여기서, 상기 매칭 조건 1）은, 하나의 피관측점의 횡방향에서 서로 인접하는 2개의 상평면에서의 결상점이, 당해 피관측점의 왼쪽 상평면에서의 결상점과 당해 피관측점의 대응하는 오른쪽 상평면에서의 결상점이 횡방향 좌표축에 평행되는 동일한 직선상에 놓이고, 왼쪽 상평면의 좌표 원점에 대한 당해 왼쪽 상평면상의 결상점의 수평 오프셋(offset)이 오른쪽 상평면의 좌표 원점에 대한 당해 오른쪽 상평면상의 결상점의 수평 오프셋보다 큰 것을 만족하는 매칭 조건임을 특징으로 하는
    4카메라 그룹 평면 어레이의 특징점의 매칭 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계 a2에 있어서, 상기 단계 a1의 상기 베이스 상평면상의 상기 특징점에 대하여, 매칭 조건 2）에 근거하여, 종방향에서 상기 베이스 상평면과 인접하는 상평면에서 상기 특징점과 매칭되는 모든 매칭점을 찾아내되, 여기서, 상기 매칭 조건 2）는, 하나의 피관측점의 종방향에서 서로 인접하는 2개의 상평면에서의 결상점이, 당해 피관측점의 상측 상평면에서의 결상점과 당해 피관측점의 대응하는 하측 상평면에서의 결상점이 종방향 좌표축에 평행되는 동일한 직선상에 놓이고, 상측 상평면의 좌표 원점에 대한 당해 상측 상평면상의 결상점의 수직 오프셋이 하측 상평면의 좌표 원점에 대한 당해 하측 상평면상의 결상점의 수직 오프셋보다 큰 것을 만족하는 매칭 조건임을 특징으로 하는
    4카메라 그룹 평면 어레이의 특징점의 매칭 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계 a3에 있어서, 상기 단계 a1에서 찾아낸 모든 매칭점과 상기 단계 a2에서 찾아낸 모든 매칭점에 대하여, 매칭 조건 3）에 근거하여 재매칭시켜, 상기 매칭 조건 3）을 만족하지 않는 매칭점을 배제하고, 상기 매칭 조건 3）을 만족하는 매칭점을 횡방향 오프셋 값 또는 종방향 오프셋 값의 크기 관계에 따라 페어링（pairing）하여 서브 매칭점 그룹을 형성하되,
    여기서, 상기 매칭 조건 3）은, 하나의 피관측점의 하나의 4카메라 그룹의 4개의 상평면상에서 대응하는 매칭점 그룹이, 횡방향 오프셋 값(off-set value)과 종방향 오프셋 값의 비례가 참조 직사각형의 길이와 너비의 비례와 같다는 조건을 만족하는 매칭 조건인데,
    상기 횡방향 오프셋 값은, 당해 피관측점의 하나의 왼쪽 상평면상에서의 결상점이 당해 왼쪽 상평면의 좌표 원점에 대한 수평 오프셋과 당해 피관측점의 대응하는 오른쪽 상평면상에서의 결상점이 당해 오른쪽 상평면의 좌표 원점에 대한 수평 오프셋의 차이값이고,
    상기 종방향 오프셋 값은, 당해 피관측점의 하나의 상측 상평면상에서의 결상점이 당해 상측 상평면의 좌표 원점에 대한 수직 오프셋과 당해 피관측점의 대응하는 하측 상평면상에서의 결상점이 당해 하측 상편면의 좌표 원점에 대한 수직 오프셋의 차이값이며,
    상기 참조 직사각형은 하나의 4카메라 그룹의 4개의 초점으로 이루어진 직사각형인 것을 특징으로 하는
    4카메라 그룹 평면 어레이의 특징점의 매칭 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계 a4에 있어서, 상기 베이스 상평면상의 상기 특징점 및 상기 단계 a3에서 찾아낸 서브 매칭점 그룹에 기초하여, 어느 하나의 서브 매칭점 그룹에 대하여 상기 매칭 조건 1）과 상기 매칭 조건 2）에 근거하여 상기 대각 위치 상평면에서의 매칭점을 찾아 내고, 상기 단계 a3에서 찾아낸 모든 서브 매칭점 그룹의 좌표에 기초하여, 상기 대각 위치 상평면에 위치하는 매칭점의 좌표를 얻되, 당해 매칭점의 횡좌표는 종방향에서 상기 대각 위치 상평면과 인접하는 상평면상의 매칭점의 횡좌표와 같고, 당해 매칭점의 종좌표는 횡방향에서 상기 대각 위치 상평면과 인접하는 상평면상의 매칭점의 종좌표와 같으며,
    좌표가 확정된 후, 상기 대각 위치 상평면에서의 매칭점과 기타 3개의 상평면에서의 매칭점에 대하여 화상 특징 유사성 매칭을 실행하여, 매칭 성공시, 상기 4개의 상평면에서의 4개의 결상점이 하나의 매칭점 그룹을 구성하고, 매칭 불가일 경우, 상기 대각 위치 상평면에서의 매칭점과 당해 매칭점에 대응하는 상기 단계 a3에서 찾아낸 서브 매칭점 그룹을 배제하는 것을 특징으로 하는
    4카메라 그룹 평면 어레이의 특징점의 매칭 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계 a5에 있어서, 상기 4개의 상평면상의 하나의 동일한 피관측점에 대응하는 유일성 매칭점 그룹은 매칭 조건 4）를 만족하는데,
    상기 매칭 조건 4）는, 하나의 피관측점의 하나의 4카메라 그룹의 대응하는 4개의 상평면상의 결상점이 하나의 직사각형을 이루고, 당해 직사각형의 횡방향 길이와 종방향 길이의 비례가 참조 직사각형의 길이와 너비의 비례와 같으며, 2쌍의 대각 위치에 처해 있는 2개의 상평면상의 결상점이 참조 직사각형의 2개의 대각선에 평행되는 2개의 직선상에 각각 놓이는 것을 특징으로 하는
    4카메라 그룹 평면 어레이의 특징점의 매칭 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계 a5에 있어서, 매칭 조건 4）를 만족하는 매칭점 그룹이 하나만 있을 경우, 매칭 결과는 유일한 것을 특징으로 하는
    4카메라 그룹 평면 어레이의 특징점의 매칭 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계 a5에 있어서, 매칭 조건 4）를 만족하는 복수의 매칭점 그룹이 존재할 경우, 상기 베이스 상평면에 하기의 조건을 만족하는 베이스 직사각형 즉 당해 특징점을 하나의 끝점으로 하고, 상기 베이스 직사각형의 당해 특징점을 하나의 끝점으로 하는 대각선의 연장선이 상기 대각 위치 상평면을 통과하며, 당해 대각선의 길이는 당해 특징점에 대응하는 임의의 2개의 매칭점 그룹의 상기 대각 위치 상평면상의 2개의 매칭점 사이의 거리와 같으며,
    상기 베이스 직사각형은 참조 직사각형과 유사하고, 및
    상기 베이스 직사각형의 기타 끝점은 화상 특징이 당해 특징점의 화상 특징과 유사하고, 당해 특징점의 상기 베이스 상평면상의 매칭점인 조건을 만족하는 베이스 직사각형이 존재하는지 여부를 판단하며,
    만약 상기 베이스 상평면에 이러한 직사각형이 존재할 경우, 어느 베이스 직사각형에 대하여, 상기 대각 위치 상평면에 당해 베이스 직사각형과 같은 유일하게 대응되는 직사각형의 존재 여부를 확정하고,
    만약 존재할 경우, 우선 상기 대각 위치 상평면에서 당해 특징점에 대응되는 유일한 매칭점을 확정하고, 그 후 상기 매칭 조건 1）과 상기 매칭 조건 2）에 기초하여 당해 특징점의 기타 2개의 상평면에서의 유일한 매칭점을 확정하며, 모호한 매칭점 그룹을 배제하되, 여기서, 상기 대각 위치 상평면에서 당해 특징점에 대응되는 유일한 매칭점을 확정하는 방법은, 상기 베이스 상평면의 상기 특징점이 상기 베이스 직사각형의 하나의 대각선의 하나의 끝점일 경우, 상기 대각 위치 상평면에서의 유일한 매칭점은 당해 대각 위치 상평면에서의 유일하게 대응하는 직사각형 중 연장선이 상기 특징점을 통과하는 대각선 상의 2개의 끝점 중의 하나이고, 상기 특징점이 상기 베이스 직사각형의 상단에 위치할 경우, 상기 대각 위치 상평면에서 대응하는 유일한 매칭점은 당해 유일하게 대응하는 직사각형의 상단의 끝점이고, 그렇지 않을 경우 하단의 끝점이며, 상기 대각 위치 상평면에서의 비유일성 매칭점에 대하여, 당해 점의 상기 베이스 상평면에서의 유일한 매칭점이 상기 베이스 상평면의 상기 특징점이 위치하는 대각선 상의 다른 끝점임을 확정할 수 있으며,
    만약 존재하지 않을 경우, 상기 특징점에 대응하는 2개의 매칭점 그룹은 2개의 상이한 피관측점에 대응하며, 상기 2개의 부동한 피관측점은 공간상에서 당해 특징점이 상기 베이스 상평면에 상대한 화소 투영선의 연장선 상에 놓이며,
    만약 상기 베이스 상평면에 이러한 직사각형이 존재하지 않을 경우, 상기 복수의 매칭점 그룹은 복수의 상이한 피관측점에 대응하며, 상기 복수의 상이한 피관측점은 공간상에서 당해 특징점이 상기 베이스 상평면에 상대한 화소 투영선의 연장선 상에 놓이는 것을 특징으로 하는
    4카메라 그룹 평면 어레이의 특징점의 매칭 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 특징점은 하나 또는 복수의 매칭점이 대응되어 있는 결상점을 가리키고, 당해 결상점은 기타 결상점과 구별되는 화상 특징을 구비하는 것을 특징으로 하는
    4카메라 그룹 평면 어레이의 특징점의 매칭 방법.
  10. 화상 수집 완료후, 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 매칭 방법을 사용하여, 상기 베이스 상평면상의 모든 특징점에 대응되는 유일성 매칭점 그룹을 찾는 단계 b1과,
    상기 단계 b1에서 획득한 유일성 매칭점 그룹의 상좌표에 기초하여, 피관측점의 공간 위치 좌표를 산출하는 단계 b2와,
    상기 단계 b2에서 획득한 피관측점의 공간 위치 좌표에 기초하여, 3Ｄ 포인트 클라우드 데이터를 형성하고, 3Ｄ 포인트 클라우드 도형을 확립하며, 3차원 입체 화상을 재현하는 단계 b3을 포함하는 것을 특징으로 하는
    4카메라 그룹 평면 어레이의 특징점의 매칭 방법에 기초한 측정 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 단계 b2에 있어서, 하나의 4카메라 그룹의 왼쪽 상측 위치의 a카메라, 오른쪽 상측 위치의 b카메라, 왼쪽 하측 위치의 c카메라와 오른쪽 하측 위치의 d카메라의 초점이 각각 Oa, Ob, Oc와 Od이며, 4개의 초점이 동일한 평면에 위치하면서 하나의 직사각형을 형성하며, 당해 직사각형의 길이OaOb가 m이고, 너비OaOc가 n이며, 직사각형의 중심점을 O라 설정하고, O를 원점으로 하나의 3D 직각 좌표계를 확립하며, 여기서, X축이 직사각형의 OaOb와 OcOd변에 평행되고, Y축이 직사각형의 OaOc와 ObOd변에 평행되며, Z축이 초점이 위치한 평면에 수직되고 또한 4개의 카메라의 광축 방향에 평행되며, 4대의 카메라의 배치가 같으며, 피관측물의 하나의 피관측점P의 공간 위치 좌표가 P（Px，Py，Pz）이며, P점의 a카메라, b카메라, c카메라와 d카메라 이 4대의 카메라에 대응하는 상평면상의 결상점의 상좌표가 각각 Pa（Pax，Pay）, Pb（Pbx，Pby）, Pc（Pcx，Pcy）, Pd（Pdx，Pdy）일 시, P점의 공간 위치 좌표의 표현식은,
    a, b상평면의 횡방향 매칭에 의하여 Px 좌표를 얻는 연산식
    Figure pct00064
    ＝
    Figure pct00065

    a, b상평면의 횡방향 매칭에 의하여 Pz 좌표를 얻는 연산식
    Figure pct00066

    c, d상평면의 횡방향 매칭에 의하여 Px 좌표를 얻는 연산식
    Figure pct00067
    ＝
    Figure pct00068

    c, d상평면의 횡방향 매칭에 의하여 Pz 좌표를 얻는 연산식
    Figure pct00069

    a, c상평면의 종방향 매칭에 의하여 Py 좌표를 얻는 연산식
    Figure pct00070
    ＝
    Figure pct00071

    a, c상평면의 종방향 매칭에 의하여 Pz 좌표를 얻는 연산식
    Figure pct00072

    b, d상평면의 종방향 매칭에 의하여 Py 좌표를 얻는 연산식
    Figure pct00073
    ＝
    Figure pct00074

    b, d상평면의 종방향 매칭에 의하여 Pz 좌표를 얻는 연산식
    Figure pct00075

    이며, 여기서, f는 4대의 카메라의 초점 거리이고, u는 화상 센서의 타겟 표면 길이이며, v는 화상 센서의 타겟 표면 너비이고, 여기서,
    Figure pct00076
    를 횡방향 매칭시 a상평면에서의 결상점에 대한 b상평면에서의 결상점의 횡방향 오프셋 값과 c상평면에서의 결상점에 대한 d상평면에서의 결상점의 횡방향 오프셋이라 정의하고,
    Figure pct00077
    를 종방향 매칭시 a상평면에서의 결상점에 대한 c상평면에서의 결상점의 종방향 오프셋과 b상평면에서의 결상점에 대한 d상평면에서의 결상점의 종방향 오프셋이라 정의하는 것을 특징으로 하는
    4카메라 그룹 평면 어레이의 특징점의 매칭 방법에 기초한 측정 방법.
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