KR20200063938A - Distortion correction method of 3-d coordinate data using distortion correction device and system therefor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 특정 공간의 대상 객체에 대한 3차원 위치를 보다 높은 정확도로 교정할 수 있는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a technique capable of correcting a 3D position of a target object in a specific space with higher accuracy.
일반적으로 대상 객체에 대한 3차원 공간 상에서의 좌표 정보를 생성하기 위한 기술로서, 스테레오 카메라를 이용한 위치 검출 기술이 활용되고 있다. In general, as a technique for generating coordinate information on a 3D space for a target object, a position detection technique using a stereo camera is used.
보다 구체적으로, 스테레오 카메라를 이용한 대상 객체의 위치 검출 기술은, 대상 물체에 대하여 제1 카메라가 촬영한 2D 영상과 제2 카메라가 촬영한 2D 영상을 기초로 대상 객체에 대한 2차원 좌표 정보를 추출하고, 추출된 각각의 2차원 좌표 정보에 대해 기정의된 상관관계 함수를 적용하여 해당 대상 객체에 대한 3차원 좌표 정보를 산출하는 기술이다. More specifically, the position detection technology of a target object using a stereo camera extracts 2D coordinate information about the target object based on a 2D image captured by the first camera and a 2D image captured by the second camera with respect to the target object. And, it is a technique to calculate the 3D coordinate information for the target object by applying a predefined correlation function to each extracted 2D coordinate information.
다만, 스테레오 카메라를 이용한 위치 검출 기술의 경우, 측정 영상의 대상 객체가 초점 중심에서 벗어날수록 오차가 발생될 수 있으며, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 고해상도의 카메라와 낮은 왜곡률을 가지는 고가의 렌즈가 적용되어야 한다. 즉, 현재 높은 정확도를 가지는 3차원 좌표 정보를 산출하기 위하여는 고가의 시스템이 사용되어야 한다.However, in the case of the position detection technology using a stereo camera, an error may occur as the target object of the measured image deviates from the center of focus, and in order to solve this problem, a high-resolution camera and an expensive lens having a low distortion rate should be applied. do. That is, an expensive system must be used to calculate 3D coordinate information with high accuracy.
또한, 스테레오 카메라를 이용하여 3차원 영상을 획득하기 위해서는 카메라의 위치, 방향 및 렌즈 왜곡률 설정 등의 전문적인 기술이 요구되는 바, 이로 인해 비전문가가 스테레오 카메라를 활용하는데 어려움이 따르는 단점이 있다. In addition, in order to acquire a 3D image using a stereo camera, professional technology such as setting the camera's position, direction, and lens distortion rate is required. As a result, it is difficult for non-experts to use the stereo camera.
따라서, 대상 객체에 대한 3차원 좌표를 보다 용이하고 정확하게 산출할 수 있는 기술로서 보다 저렴한 비용으로 구현될 수 있는 기술의 개발이 필요한 실정이다. Therefore, there is a need to develop a technology that can be implemented at a lower cost as a technology that can more easily and accurately calculate a 3D coordinate for a target object.
본 발명은 저해상도 카메라와 일반적인 왜곡률을 가지는 렌즈를 이용하더라도, 대상 객체에 대한 3차원 좌표를 보다 용이하고 정확하게 산출하여 교정할 수 있는 3차원 좌표 데이터의 왜곡 교정 기술 및 시스템을 제공하고자 한다. The present invention is to provide a distortion correction technique and system for 3D coordinate data that can be calculated by more easily and accurately calculating and correcting 3D coordinates of a target object, even if a low resolution camera and a lens having a general distortion rate are used.
본 발명의 다른 목적들은 이하에 서술되는 바람직한 실시예들을 통하여 보다 명확해질 것이다. Other objects of the present invention will become more apparent through the preferred embodiments described below.
본 발명의 일 측면에 따르면, 왜곡 교정 장치를 이용하는 스테레오 카메라 시스템에서 3차원 좌표 데이터의 왜곡을 교정하는 방법에 있어서, 스테레오 카메라를 통해 특정 공간에 대한 영상 데이터를 획득하는 단계; 기정의된 이미지 처리 프로세스에 따라 상기 획득한 영상 데이터를 처리하여 3차원 좌표 데이터를 생성하는 단계; 미리 설정된 교정 계수를 기초로, 상기 생성된 3차원 좌표 데이터의 왜곡을 교정하는 단계;를 포함하되, 상기 교정 계수는, 왜곡 교정 장치를 이용한 특정 공간의 3차원 기준 좌표를 기반으로 기정의된 3차원 뒤틀림 알고리즘을 통해 산출되는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, a method for correcting distortion of 3D coordinate data in a stereo camera system using a distortion correction apparatus, the method comprising: obtaining image data for a specific space through a stereo camera; Generating 3D coordinate data by processing the acquired image data according to a predefined image processing process; Comprising the step of correcting the distortion of the generated three-dimensional coordinate data, based on a preset correction coefficient, the correction coefficient is, based on the three-dimensional reference coordinates of a specific space using a distortion correction device 3 It is characterized by being calculated through the dimensional distortion algorithm.
일 실시예에서, 상기 교정 계수를 산출하는 단계에서는, 특정 공간 내에서 왜곡 교정 장치를 스테레오 카메라로 촬영하여, 특정 공간에 대한 영상 데이터를 획득하는 단계; 특정 공간에 대한 3차원 좌표의 기준 좌표를 설정하는 단계; 및 기정의된 3차원 뒤틀림 알고리즘을 이용하여, 스테레오 카메라를 통해 촬영되는 특정 공간의 3차원 좌표의 왜곡된 좌표를 상기 설정된 3차원 좌표의 기준 좌표와 일치시키기 위한 교정 계수를 산출하는 단계;를 포함한다.In one embodiment, the step of calculating the correction coefficient comprises: photographing a distortion correction device in a specific space with a stereo camera to obtain image data for a specific space; Setting reference coordinates of 3D coordinates for a specific space; And calculating a correction coefficient for matching the distorted coordinates of the 3D coordinates of the specific space photographed through the stereo camera with the reference coordinates of the set 3D coordinates, using a predefined 3D distortion algorithm. do.
일 실시예에서, 상기 3차원 뒤틀림 알고리즘은, 곡선 보간 기법을 통해 하기의 [수학식 1]을 이용하여 상기 교정 계수를 산출하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the three-dimensional distortion algorithm is characterized by calculating the correction coefficient by using the following [Equation 1] through a curve interpolation technique.
[수학식 1][Equation 1]
여기서,here,
P' : 변경된 콘트롤 포인트 위치P': Changed control point position
P : 콘트롤 포인트의 위치P: Control point position
da : 변경된 a'와 변경 전 a의 관계(즉, da<n> = (a'<n> - a<n>)da: relationship between changed a'and before a change (i.e., da<n> = (a'<n>-a<n>)
n : 8개의 각 꼭지점 번호 0 ~ 7n: 8 vertex numbers 0 to 7
w : a안의 P의 위치를 토대로 a의 각 8개 꼭지점간의 가중치.w: Weight between each 8 vertices of a based on the position of P in a.
일 실시예에서, 상기 왜곡 교정 장치는, 패널 상에 다수개의 마커(Marker)가 등간격으로 다수열 배열되어 구성되는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the distortion correction device is characterized in that a plurality of markers (Markers) on the panel are arranged in a plurality of rows at equal intervals.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 스테레오 카메라 기반의 3차원 좌표 데이터의 왜곡 교정 시스템에 있어서, 상기 스테레오 카메라와 대치하는 방향에 소정 거리 이격되어 위치되며, 특정 촬영 공간 내에서 위치를 이동하는 왜곡 교정 장치; 제1 및 제2 이미지 센서를 포함하여 구성되며, 상기 제1 및 제2 이미지 센서를 통해 상기 특정 공간을 이동하는 왜곡 교정 장치를 촬영하여, 특정 공간에 대한 영상 데이터를 생성하는 스테레오 카메라; 상기 스테레오 카메라와 연결되며, 상기 스테레오 카메라를 통해 획득한 특정 공간에 대한 영상 데이터를 기정의된 이미지 처리 프로세스에 따라 3차원 좌표 데이터를 획득하고, 기정의된 3차원 뒤틀림 알고리즘을 통해 상기 획득된 3차원 좌표 데이터의 왜곡을 교정하기 위한 교정 계수를 산출하여, 추후 스테레오 카메라를 통해 획득되는 3차원 영상 좌표를 상기 교정 계수에 기초하여 교정하는 위치 검출 장치;를 포함한다.According to another aspect of the present invention, in a distortion correction system for stereo camera-based 3D coordinate data, it is located at a predetermined distance apart in a direction facing the stereo camera, and distortion correction for moving a position within a specific shooting space Device; A stereo camera configured to include first and second image sensors, and photographing a distortion correction device that moves the specific space through the first and second image sensors to generate image data for a specific space; It is connected to the stereo camera, acquires 3D coordinate data according to a predefined image processing process for image data for a specific space acquired through the stereo camera, and obtains 3 through a predefined 3D distortion algorithm. It includes; a position detection device that calculates a correction coefficient for correcting distortion of dimensional coordinate data and corrects a 3D image coordinate obtained through a stereo camera later based on the correction coefficient.
일 실시예에서, 상기 왜곡 교정 장치는 패널 상에 다수개의 마커(Marker)가 등간격으로 다수열 배열되어 구성되는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the distortion correction device is characterized in that a plurality of markers (Markers) are arranged in a plurality of rows at equal intervals on the panel.
일 실시예에서, 상기 마커(Marker)는 LED이며, 2 x 5 배열로, 가로 20cm, 세로 40cm의 등간 거리를 갖는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the marker (Marker) is an LED, characterized by having an equal distance of 20cm horizontally and 40cm vertically in a 2 x 5 arrangement.
일 실시예에서, 상기 위치 검출 장치는, 상기 스테레오 카메라로부터 특정 공간에 대한 영상 정보들을 수신받는 데이터 수신부; 상기 데이터 수신부를 통해 수신된 3차원 영상 정보를 기정의된 이미지 처리 프로세스에 따라 3차원 좌표 데이터를 획득하고, 기정의된 3차원 뒤틀림 알고리즘을 통해 상기 획득된 3차원 좌표 데이터의 왜곡을 교정하기 위한 교정 계수를 산출하여, 추후 스테레오 카메라를 통해 획득되는 3차원 영상 좌표를 상기 교정 계수에 기초하여 교정하는 데이터 처리부; 및 상기 데이터 수신부를 통해 수신되는 영상 정보들을 저장하고, 상기 데이터 처리부에서 실행되는 이미지 처리 프로세스와 3차원 뒤틀림 알고리즘을 저장하며, 상기 데이터 처리부에서 산출되는 교정 계수 정보 및 각종 처리 저보를 저장하는 메모리부;를 포함한다.In one embodiment, the position detection apparatus, a data receiving unit for receiving image information for a specific space from the stereo camera; 3D image information received through the data receiving unit to obtain 3D coordinate data according to a predefined image processing process, and to correct distortion of the obtained 3D coordinate data through a predefined 3D distortion algorithm A data processor configured to calculate a correction coefficient and correct 3D image coordinates obtained through a stereo camera based on the correction coefficient; And a memory unit for storing image information received through the data receiving unit, an image processing process executed in the data processing unit and a three-dimensional distortion algorithm, and for storing correction coefficient information and various processing bases calculated by the data processing unit. ;.
일 실시예에서, 상기 데이터 처리부는, 스테레오 카메라를 통해 획득되는 특정 공간에 대한 3차원 좌표의 기준 좌표를 미리 설정하고, 상기 3차원 뒤틀림 알고리즘을 통해 상기 미리 설정된 특정 공간에 대한 3차원 좌표의 기준 좌표를 곡선 보간 기법을 이용하여 뒤틀림 변형시킨 후, 변형된 3차원 좌표와 상기 기준 좌표의 오차값을 측정하여 교정 계수를 산출하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the data processing unit presets reference coordinates of 3D coordinates for a specific space obtained through a stereo camera, and 3D coordinates reference for the predetermined specific space through the 3D distortion algorithm. After the coordinates are twisted and deformed using a curve interpolation technique, a correction factor is calculated by measuring an error value of the modified 3D coordinates and the reference coordinates.
본 발명에 따른 왜곡 교정 장치를 이용한 3차원 좌표 데이터의 왜곡 교정 기술은 스테레오 카메라를 통해 획득된 3차원 좌표의 왜곡 오차를 보정하기 위한 기술로서, 왜곡 교정 장치를 이용한 특정 공간의 3차원 좌표 정보와 3차원 뒤틀림 알고리즘을 통해 산출된 교정 계수를 기초로 특정 공간 및/또는 특정 공간 내의 대상 객체에 대한 3차원 영상의 왜곡 오차을 용이하게 교정할 수 있는 효과가 있다.Distortion correction technology of 3D coordinate data using a distortion correction apparatus according to the present invention is a technique for correcting distortion error of 3D coordinates obtained through a stereo camera, and 3D coordinate information of a specific space using a distortion correction apparatus It is possible to easily correct a distortion error of a 3D image for a target object in a specific space and/or a specific space based on a correction coefficient calculated through a 3D warping algorithm.
또한, 고해상도의 카메라와 낮은 왜곡률을 가지는 고가의 렌즈를 적용하지 않더라도, 저해상도 카메라와 일반적인 왜곡률을 가지는 렌즈의 사용만으로, 대상 객체에 대한 3차원 좌표 데이터를 용이하고 정확하게 산출할 수 있는 장점이 있다. In addition, even if a high-resolution camera and an expensive lens having a low distortion rate are not applied, there is an advantage of easily and accurately calculating three-dimensional coordinate data for a target object by using only a low-resolution camera and a lens having a general distortion rate.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 왜곡 교정 장치를 이용한 3차원 좌표 데이터의 왜곡 교정 시스템을 설명하기 위한 블록도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 왜곡 교정 장치를 보여주는 도면.
도 3 내지 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 왜곡 교정 장치를 이용한 3차원 좌표 데이터의 왜곡 교정 방법을 설명하기 위한 참고도.1 is a block diagram for explaining a distortion correction system for 3D coordinate data using a distortion correction apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing a distortion correction apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 to 9 are reference diagrams for explaining a distortion correction method of 3D coordinate data using a distortion correction apparatus according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.The present invention can be applied to a variety of transformations and may have various embodiments, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all conversions, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In the description of the present invention, when it is determined that detailed descriptions of related known technologies may obscure the subject matter of the present invention, detailed descriptions thereof will be omitted.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from other components.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, terms such as “include” or “have” are intended to indicate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, one or more other features. It should be understood that the existence or addition possibilities of fields or numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof are not excluded in advance. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 왜곡 교정 장치를 이용한 3차원 좌표 데이터의 왜곡 교정 시스템을 설명하기 위한 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 왜곡 교정 장치를 보여주는 도면이다.1 is a block diagram for explaining a distortion correction system of 3D coordinate data using a distortion correction apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing a distortion correction apparatus according to an embodiment of the present invention .
도 1을 참조하면, 왜곡 교정 시스템(10)은 왜곡 교정 장치(100), 스테레오 카메라(200) 및 위치 검출 장치(300)를 포함하여 구성된다. Referring to FIG. 1, the
왜곡 교정 장치(100)는 도 2에 도시된 바와 같이, 직사각형 패널(110) 상에 다수개의 마커(Marker)(120)가 등간격으로 다수열 배열되어 구비되며, 스테레오 카메라(200)와 대치하는 방향에 소정 거리 이격되어 위치된다. As shown in FIG. 2, the
본 실시예에 따른 왜곡 교정 장치(100)를 구성하는 마커(120)는 LED이며, 2 x 5 배열로, 가로 20cm, 세로 40cm의 등간 거리를 갖는다. 여기서, 마커(120)들 간의 가로 및 세로의 등간 거리는 대상 객체의 위치 검출 설정에 따라 다양하게 변경할 수 있다.The
스테레오 카메라(200)는 특정 공간 및/또는 대상 객체에 대한 2D 영상을 생성하는 장치로, 시차를 가지도록 이격된 위치에 배치된 복수의 이미지 센서를 포함하여 구성될 수 있다. The
일 실시예에서, 스테레오 카메라(200)는 시차를 가지도록 이격된 위치에 배치된 제1 및 제2 이미지 센서(좌, 우)(210, 220)를 포함하여 구성될 수 있으며, 제1 및 제2 이미지 센서(210, 220)를 통해 특정 공간 및/또는 대상 객체를 촬영하여 제1 및 제2 영상 데이터를 생성할 수 있다. In one embodiment, the
위치 검출 장치(300)는 스테레오 카메라(200)에 의하여 생성된 제1 및 제2 영상을 기초로, 특정 공간 및/또는 대상 객체에 대한 3차원 좌표 정보를 산출하는 컴퓨팅 장치(예 : 데스크탑, 랩탑, 태블릿 PC, 스마트 폰 등)에 해당한다. The
이러한 위치 검출 장치(300)는 스테레오 카메라(200)와 연결되며, 스테레오 카메라(200)로부터 수신되는 영상 데이터 또는 이미지 데이터를 저장, 처리 및 출력 중 적어도 하나의 동작을 수행할 수 있다. The
위치 검출 장치(300)는 데이터 수신부(310), 데이터 처리부(320) 및 메모리부(330)를 포함하여 구성될 수 있다. The
위치 검출 장치(300)의 데이터 수신부(310)는 스테레오 카메라(200)에 의하여 생성되는 제1 및 제2 영상 데이터를 수신받는다. The
데이터 처리부(320)는 상기 데이터 수신부(310)를 통해 획득된 제1 및 제2 영상 데이터를 메모리부(330)에 저장하고, 기정의된 이미지 처리 프로세스에 따라 처리하여 3차원 좌표 데이터를 생성하여, 생성된 3차원 좌표 데이터를 메모리부(330)에 저장한다. The
여기서, 기정의된 이미지 처리 프로세스는 스테레오 영상을 기초로 3차원 좌표 정보를 산출하는 알고리즘(예 : Sobel filter를 적용한 깊이 맵 생성 알고리즘 등)이 될 수 있으며, 이외에도 스테레오 영상의 3차원 좌표 산출이 가능한 공지의 알고리즘으로 적용될 수 있음은 물론이다. Here, the predefined image processing process may be an algorithm for calculating 3D coordinate information based on a stereo image (eg, a depth map generation algorithm using a Sobel filter, etc.), as well as 3D coordinate calculation of a stereo image is possible. Of course, it can be applied to a known algorithm.
또한, 데이터 처리부(320)는 3차원 뒤틀림 알고리즘을 통해 상기 생성된 3차원 좌표 데이터의 왜곡을 보정하기 위한 교정 계수를 산출하여, 산출된 교정 계수들을 메모리부(330)에 미리 설정 및 저장해둔다. In addition, the
이후, 데이터 처리부(320)는 미리 설정된 교정 계수를 기초로 상기 스테레오 영상으로부터 생성된 3차원 좌표 데이터의 왜곡을 교정할 수 있다. Thereafter, the
메모리부(330)는 데이터 수신부(310)를 통해 수신되는 영상 정보를 저장하고, 데이터 처리부(320)에서 실행되는 상기 이미지 처리 프로세스 정보 및 3차원 뒤틀림 알고리즘 정보를 저장한다. 또한, 데이터 처리부(330)를 통해 산출되는 교정 계수 정보 및 각종 영상처리 정보들을 저장한다. The
이하에서는, 도 3 내지 도 9를 참조하여, 본 발명에 따른 왜곡 교정 장치를 이용하여 3차원 좌표 데이터의 왜곡 교정 방법에 대하여 상세하게 설명하기로 한다. Hereinafter, with reference to FIGS. 3 to 9, a method for correcting distortion of 3D coordinate data using a distortion correction apparatus according to the present invention will be described in detail.
도 3 내지 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 왜곡 교정 장치를 이용한 3차원 좌표 데이터의 왜곡 교정 방법을 설명하기 위한 참고도이다. 도 3 내지 도 9를 참조하여, 3차원 좌표 데이터의 왜곡 교정 방법에 대하여 상세하게 설명한다.3 to 9 are reference diagrams for explaining a method for correcting distortion of 3D coordinate data using a distortion correction apparatus according to an embodiment of the present invention. 3 to 9, a method of correcting distortion of 3D coordinate data will be described in detail.
설명에 앞서, 일반적으로 스테레오 카메라를 통해 획득되는 3차원 영상 이미지는 왜곡 오차가 발생하여 이에 대한 보정 과정이 필요하다. Prior to the description, a distortion error occurs in a 3D image image obtained through a stereo camera, and a correction process is required.
즉, 도 3에서와 같이, 직사각형 형태의 왜곡 교정 장치를 대상 객체로 하여 스테레오 카메라를 통해 촬영하면, 도 4에서와 같이, 직사각형 형태의 왜곡 교정 장치가 굴곡진 형태로 변형되어 나타난다. That is, as shown in FIG. 3, when a rectangular shape distortion correction device is photographed through a stereo camera as a target object, as shown in FIG. 4, the rectangular shape distortion correction apparatus is deformed in a curved shape.
이에 따라, 본 발명에서는 스테레오 카메라의 3차원 영상에 대한 왜곡 보정을 위해, 특정 촬영 공간의 3차원 좌표에 대한 기준 좌표를 설정하고, 3차원 뒤틀림 알고리즘을 통해 상기 3차원 좌표의 기준 좌표를 곡선 보간 기법을 이용하여 뒤틀림 변형시킨 후, 변형된 3차원 좌표와 상기 기준 좌표의 오차값을 측정하여 교정 계수를 산출하며, 산출된 교정 계수를 미리 설정 저장해둠으로써, 추후 스테레오 카메라를 통해 촬영된 3차원 영상의 왜곡을 상기 미리 설정된 교정 계수를 적용하여 그 오차를 보정할 수 있게 된다.Accordingly, in the present invention, in order to correct distortion of a 3D image of a stereo camera, reference coordinates of 3D coordinates of a specific photographing space are set, and reference coordinates of the 3D coordinates are curve interpolated through a 3D distortion algorithm. After distortion distortion using a technique, the correction coefficients are calculated by measuring the error values of the deformed three-dimensional coordinates and the reference coordinates, and the calculated correction coefficients are stored in advance, and the three-dimensional images taken through a stereo camera are later stored. The distortion of the image can be corrected by applying the preset correction coefficient.
다시 말해서, 특정 공간에 대한 3차원 기준 좌표를 먼저 설정해두고, 3차원 뒤틀림 알고리즘을 통해 상기 3차원 기준 좌표를 뒤틀림 변형하여, 스테레오 카메라로 촬영 시 획득되는 3차원 왜곡 좌표를 미리 시뮬레이션 생성함으로써, 생성된 왜곡 좌표와 기준 좌표의 오차값을 측정하여 교정 계수를 설정해둠으로써, 추후 스트레오 카메라를 통해 특정 공간 및/또는 특정 공간 내의 대상 객체를 촬영하면, 미리 산출되어 설정되어진 교정 계수를 통해 왜곡된 좌표가 용이하게 교정될 수 있게 된다. In other words, 3D reference coordinates for a specific space are first set, and the 3D reference coordinates are twisted and deformed through a 3D distortion algorithm, and 3D distortion coordinates obtained when shooting with a stereo camera are simulated and generated in advance. By measuring the error value of the distortion coordinates and reference coordinates, and setting a correction factor, when a target object in a specific space and/or a specific space is photographed through a stereo camera, the coordinates distorted through a pre-calculated and set correction factor Can be easily calibrated.
이러한 교정 계수의 산출 과정을 자세하게 설명하면, 먼저 스테레오 카메라를 통해 왜곡 교정 장치를 특정 공간 내에서 여러번 이동하면서 촬영한 후, 위치 검출 장치의 데이터 처리부를 통해 상기 촬영한 영상정보에 대한 각각의 3차원 좌표 정보를 충분히 얻어낸다.The process of calculating the correction coefficients will be described in detail. First, the distortion correction device is photographed several times in a specific space through a stereo camera, and then each 3D of the image information is captured through the data processing unit of the position detection device. Coordinate information is sufficiently obtained.
즉, 스테레오 카메라로 획득되는 왜곡 교정 장치의 이동 위치별 마커 좌표들을 통해 특정 공간에 대한 3차원 공간 좌표 데이터를 획득할 수 있게 된다. That is, it is possible to acquire 3D spatial coordinate data for a specific space through marker coordinates for each moving position of the distortion correction device obtained by the stereo camera.
이후, 도 5에서와 같이, 상기 얻어낸 3차원 좌표 정보를 이용하여 촬영한 공간을 필요한 정밀도에 따라 직육면체 또는 정육면체로 나눈다. 여기서, 정밀도는 카메라의 사용 용도에 따라 달라질 수 있다. Thereafter, as shown in FIG. 5, the space photographed using the obtained 3D coordinate information is divided into a cuboid or a cube according to the required precision. Here, the precision may vary depending on the use purpose of the camera.
이때, 도 6에서와 같이, 촬영된 전체 공간을 A라 하는 경우, A를 이루는 각 꼭지점은 A0~A7라고 정의할 수 있고, 전체공간 A 내부의 작은 직육면체는 a라고 정의할 수 있다.In this case, as shown in FIG. 6, when the entire space photographed is A, each vertex constituting A may be defined as A0 to A7, and the small cuboid inside the entire space A may be defined as a.
따라서, A0~A1 사이의 정점들을 A01<x>라 할 때, A0~A1 사이의 작은 직육면체 a(a010, a011, a012, …, a01n)에 대한 좌표를 구할 수 있다. 여기서 구한 좌표값들은 3차원 공간 좌표의 기준 좌표로 설정될 수 있다.Therefore, when the vertices between A0 and A1 are A01<x>, the coordinates for the small cuboids a (a010, a011, a012, ..., a01n) between A0 and A1 can be obtained. The coordinate values obtained here may be set as reference coordinates of 3D spatial coordinates.
이후, 도 7에서와 같이, 전체 공간 A를 왜곡시킬 수 있는 콘트롤 포인트(노란선 참조)를 3×3×3으로 일정한 간격으로 배치시킬 수 있다. 이때, 콘트롤 포인트의 배치 간격은 다양하게 변경할 수 있다. 다만, 양안 왜곡 특성상 3×3×3보다 많으면 조정하기 곤란할 수 있으므로, 본 실시예에서와 같이 콘트롤 포인트의 지점 범위를 3×3×3으로 설정하는 것이 좋다.Thereafter, as shown in FIG. 7, control points (see yellow line) capable of distorting the entire space A may be arranged at regular intervals of 3×3×3. At this time, the arrangement interval of the control points can be variously changed. However, due to the characteristics of binocular distortion, if it is more than 3x3x3, it may be difficult to adjust, so it is recommended to set the point range of the control point to 3x3x3 as in this embodiment.
이후, 전체 공간의 3차원 좌표에 대한 콘트롤 포인트에 기초하여, 도 8에서와 같이, 콘트롤 포인트간 사이를 3차원 뒤틀림 알고리즘을 통해 보간할 수 있다.Thereafter, based on the control points for the 3D coordinates of the entire space, as shown in FIG. 8, inter-control points may be interpolated through a 3D distortion algorithm.
여기서, 3차원 뒤틀림 알고리즘에 적용되는 보간 기법으로는 캐트물-롬 스플라인(Catmull-rom Spline) 기법을 적용할 수 있다. 캐트물-롬 스플라인(Catmull-rom Spline) 보간 기법은 컴퓨터 그래픽에서 정의한 모든 정점을 지나는 곡선을 생성할 때 사용되거나 또는 곡선 모델링이나 데이터 보간등에 사용되는 곡선 보간 기법이다. 즉, 렌즈 왜곡의 양상은 선형이 아니기 때문에 곡선 보간을 사용하는 것이 바람직하다. Here, as the interpolation technique applied to the 3D distortion algorithm, a Catmull-rom Spline technique can be applied. The Catmull-rom Spline interpolation technique is a curve interpolation technique that is used to generate curves that pass all vertices defined in computer graphics, or used for curve modeling or data interpolation. That is, since the aspect of lens distortion is not linear, it is preferable to use curved interpolation.
이때, 상술한 캐트물-롬 스플라인(Catmull-rom Spline) 보간을 통해 변경되는 작은 직육면체 a는 a'로 정의할 수 있고, 변경된 전체 공간 A는 A'로 정의할 수 있다. At this time, the small cuboid a, which is changed through the above-described Catmull-rom Spline interpolation, may be defined as a', and the changed total space A may be defined as A'.
따라서, A'0~A'1 사이의 작은 직육면체 a'(a'010, a'011, a'012, …, a'01n)에 대한 좌표를 구할 수 있다.Therefore, the coordinates for the small cuboid a'(a'010, a'011, a'012, ..., a'01n) between A'0 and A'1 can be obtained.
이후, 미리 설정된 3차원 좌표의 기준 좌표와 일치되도록 콘트롤 포인트(P)의 위치를 조절할 수 있으며, 이를 통해 왜곡된 3차원 좌표를 기준 좌표와 일치시킬 수 있는 교정 계수를 산출할 수 있다. 이를 수학식으로 표현할 경우 하기의 [수학식 1]과 같다. Thereafter, the position of the control point P can be adjusted to match the reference coordinate of the preset 3D coordinate, and through this, a correction coefficient capable of matching the distorted 3D coordinate with the reference coordinate can be calculated. When this is expressed as an equation, it is as shown in [Equation 1] below.
[수학식 1][Equation 1]
여기서,here,
P' : 변경된 콘트롤 포인트 위치P': Changed control point position
P : 콘트롤 포인트의 위치P: Control point position
da : 변경된 a'와 변경 전 a의 관계(즉, da<n> = (a'<n> - a<n>)da: relationship between changed a'and before a change (i.e., da<n> = (a'<n>-a<n>)
n : 8개의 각 꼭지점 번호 0 ~ 7n: 8 vertex numbers 0 to 7
w : a안의 P의 위치를 토대로 a의 각 8개 꼭지점간의 가중치w: Weight between each 8 vertices of a based on the position of P in a
이때, a의 각 8개 꼭지점간의 가중치 w는 a안의 P 위치를 토대로 산출되는 바, 즉, 도 9에서와 같이, 임의의 콘트롤 포인트 P의 위치를 기초로 a의 각 8개 꼭지점간의 가중치를 구하면 하기의 [수학식 2]와 같이 표현할 수 있다.At this time, the weight w between each eight vertices of a is calculated based on the P position in a, that is, as shown in FIG. 9, if the weight between each eight vertices of a is obtained based on the position of an arbitrary control point P, It can be expressed as [Equation 2] below.
[수학식 2][Equation 2]
w0 = iL0 * iL2 * iL4.w0 = iL0 * iL2 * iL4.
w1 = iL1 * iL2 * iL4w1 = iL1 * iL2 * iL4
w2 = iL1 * iL2 * iL5w2 = iL1 * iL2 * iL5
w3 = iL0 * iL2 * iL5w3 = iL0 * iL2 * iL5
w4 = iL0 * iL3 * iL4w4 = iL0 * iL3 * iL4
w5 = iL1 * iL3 * iL4w5 = iL1 * iL3 * iL4
w6 = iL1 * iL3 * iL5w6 = iL1 * iL3 * iL5
w7 = iL0 * iL3 * iL5w7 = iL0 * iL3 * iL5
여기서, here,
iL<n> = 1.0 - (L<n> / (width, height, depth중 평행한 축의 길이))iL<n> = 1.0-(L<n> / (length of parallel axis among width, height, depth))
L<n> = 각 면과 P사이의 최단 거리L<n> = shortest distance between each side and P
이와 같은 과정을 통해 교정 계수가 산출되면, 위치 검출 장치의 데이터 처리부는 산출된 교정 계수를 미리 설정 및 저장하여, 추후 스트레오 카메라를 통해 획득되는 특정 공간 및/또는 대상 객체에 대한 3차원 영상 좌표를 미리 설정된 교정 계수를 기초로 용이하고 정확하게 교정할 수 있다. When the correction coefficient is calculated through the above-described process, the data processing unit of the position detecting device sets and stores the calculated correction coefficient in advance, thereby obtaining 3D image coordinates of a specific space and/or target object obtained through a stereo camera. You can calibrate easily and accurately based on a preset calibration factor.
따라서, 본 발명에 따른 3차원 좌표 데이터의 왜곡 교정 기술은 상술한 바와 같은 3차원 뒤틀림 알고리즘을 통해 고해상도의 카메라와 낮은 왜곡률을 가지는 고가의 렌즈를 적용하지 않더라도, 저해상도 카메라와 일반적인 왜곡률을 가지는 렌즈의 사용만으로, 특정 공간 및/또는 대상 객체에 대한 3차원 좌표 데이터의 왜곡 오차를 용이하고 정확하게 교정할 수 있는 장점이 있다. Therefore, the distortion correction technology of the 3D coordinate data according to the present invention is a high resolution camera and an expensive lens having a low distortion rate through the 3D warping algorithm as described above, but a low resolution camera and a lens having a general distortion rate By using only, there is an advantage of easily and accurately correcting a distortion error of 3D coordinate data for a specific space and/or target object.
또한, 본 발명에 따른 3차원 좌표 데이터의 왜곡 교정 기술을 이용하면, 카메라의 위치, 방향, 렌즈 왜곡률 등의 전문적인 기술 없이도, 정확한 3차원 좌표 데이터를 얻을 수 있으므로 비전문가의 이용 효율을 높일 수 있는 효과도 있다.In addition, if the distortion correction technology of the 3D coordinate data according to the present invention is used, accurate 3D coordinate data can be obtained without specialized techniques such as camera position, direction, and lens distortion rate, thereby increasing the efficiency of use by non-experts. It also works.
상기한 본 발명의 다양한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.The various embodiments of the present invention described above are disclosed for the purpose of illustration, and those skilled in the art having various knowledge of the present invention will be able to make various modifications, changes, and additions within the spirit and scope of the present invention. The addition should be considered to fall within the scope of the following claims.
10 : 왜곡 교정 시스템
100 : 왜곡 교정 장치
110 : 패널
120 : 마커
200 : 스테레오 카메라
210 : 제1 이미지 센서
220 : 제2 이미지 센서
300 : 위치 검출 장치
310 : 데이터 수신부
320 : 데이터 처리부
330 : 메모리부10: distortion correction system
100: distortion correction device
110: panel
120: marker
200: stereo camera
210: first image sensor
220: second image sensor
300: position detection device
310: data receiving unit
320: data processing unit
330: memory unit
Claims (9)
스테레오 카메라를 통해 특정 공간에 대한 영상 데이터를 획득하는 단계;
기정의된 이미지 처리 프로세스에 따라 상기 획득한 영상 데이터를 처리하여 3차원 좌표 데이터를 생성하는 단계;
미리 설정된 교정 계수를 기초로, 상기 생성된 3차원 좌표 데이터의 왜곡을 교정하는 단계;를 포함하되,
상기 교정 계수는,
왜곡 교정 장치를 이용한 특정 공간의 3차원 기준 좌표를 기반으로 기정의된 3차원 뒤틀림 알고리즘을 통해 산출되는 것을 특징으로 하는 왜곡 교정 장치를 이용한 3차원 좌표 데이터의 왜곡 교정 방법.
A method for correcting distortion of 3D coordinate data in a stereo camera system using a distortion correction device,
Obtaining image data for a specific space through a stereo camera;
Generating 3D coordinate data by processing the acquired image data according to a predefined image processing process;
Comprising the step of correcting the distortion of the generated three-dimensional coordinate data, based on a preset correction factor;
The correction coefficient,
A method for correcting distortion of 3D coordinate data using a distortion correction apparatus, characterized in that it is calculated through a predefined 3D distortion algorithm based on 3D reference coordinates of a specific space using a distortion correction apparatus.
상기 교정 계수를 산출하는 단계에서는,
특정 공간 내에서 왜곡 교정 장치를 스테레오 카메라로 촬영하여, 특정 공간에 대한 영상 데이터를 획득하는 단계;
특정 공간에 대한 3차원 좌표의 기준 좌표를 설정하는 단계; 및
기정의된 3차원 뒤틀림 알고리즘을 이용하여, 스테레오 카메라를 통해 촬영되는 특정 공간의 3차원 좌표의 왜곡된 좌표를 상기 설정된 3차원 좌표의 기준 좌표와 일치시키기 위한 교정 계수를 산출하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 왜곡 교정 장치를 이용한 3차원 좌표 데이터의 왜곡 교정 방법.
According to claim 1,
In the step of calculating the correction coefficient,
Photographing a distortion correcting device in a specific space with a stereo camera to obtain image data for a specific space;
Setting reference coordinates of 3D coordinates for a specific space; And
Calculating a correction coefficient for matching the distorted coordinates of the 3D coordinates of the specific space photographed through the stereo camera with the reference coordinates of the set 3D coordinates using a predefined 3D distortion algorithm;
Distortion correction method of the three-dimensional coordinate data using a distortion correction device comprising a.
상기 3차원 뒤틀림 알고리즘은,
곡선 보간 기법을 통해 하기의 [수학식 1]을 이용하여 상기 교정 계수를 산출하는 것을 특징으로 하는 왜곡 교정 장치를 이용한 3차원 좌표 데이터의 왜곡 교정 방법.
[수학식 1]
여기서,
P' : 변경된 콘트롤 포인트 위치
P : 콘트롤 포인트의 위치
da : 변경된 a'와 변경 전 a의 관계(즉, da<n> = (a'<n> - a<n>)
n : 8개의 각 꼭지점 번호 0 ~ 7
w : a안의 P의 위치를 토대로 a의 각 8개 꼭지점간의 가중치.
According to claim 2,
The three-dimensional distortion algorithm,
A method of correcting distortion of three-dimensional coordinate data using a distortion correction apparatus, characterized in that the correction coefficient is calculated using the following [Equation 1] through a curve interpolation technique.
[Equation 1]
here,
P': Changed control point position
P: Control point position
da: relationship between changed a'and before a change (i.e., da<n> = (a'<n>-a<n>)
n: 8 vertex numbers 0 to 7
w: Weight between each 8 vertices of a based on the position of P in a.
상기 왜곡 교정 장치는,
패널 상에 다수개의 마커(Marker)가 등간격으로 다수열 배열되어 구성되는 것을 특징으로 하는 왜곡 교정 장치를 이용한 3차원 좌표 데이터의 왜곡 교정 방법.
According to claim 1,
The distortion correction device,
A method of correcting distortion of three-dimensional coordinate data using a distortion correction device, characterized in that a plurality of markers (markers) are arranged on a panel in multiple rows at equal intervals.
상기 스테레오 카메라와 대치하는 방향에 소정 거리 이격되어 위치되며, 특정 촬영 공간 내에서 위치를 이동하는 왜곡 교정 장치;
제1 및 제2 이미지 센서를 포함하여 구성되며, 상기 제1 및 제2 이미지 센서를 통해 상기 특정 공간을 이동하는 왜곡 교정 장치를 촬영하여, 특정 공간에 대한 영상 데이터를 생성하는 스테레오 카메라;
상기 스테레오 카메라와 연결되며, 상기 스테레오 카메라를 통해 획득한 특정 공간에 대한 영상 데이터를 기정의된 이미지 처리 프로세스에 따라 3차원 좌표 데이터를 획득하고, 기정의된 3차원 뒤틀림 알고리즘을 통해 상기 획득된 3차원 좌표 데이터의 왜곡을 교정하기 위한 교정 계수를 산출하여, 추후 스테레오 카메라를 통해 획득되는 3차원 영상 좌표를 상기 교정 계수에 기초하여 교정하는 위치 검출 장치;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 왜곡 교정 장치를 이용한 3차원 좌표 데이터의 왜곡 교정 시스템.
In the distortion correction system of the stereo camera-based three-dimensional coordinate data,
A distortion correction device that is positioned at a predetermined distance in a direction facing the stereo camera and moves the position within a specific shooting space;
A stereo camera configured to include first and second image sensors, and photographing a distortion correction device that moves the specific space through the first and second image sensors to generate image data for a specific space;
It is connected to the stereo camera, acquires 3D coordinate data according to a predefined image processing process for image data for a specific space acquired through the stereo camera, and obtains 3 through a predefined 3D distortion algorithm. A position detecting device that calculates a correction coefficient for correcting distortion of dimensional coordinate data, and corrects a 3D image coordinate obtained through a stereo camera later based on the correction coefficient;
Distortion correction system of three-dimensional coordinate data using a distortion correction device, characterized in that comprises a.
상기 왜곡 교정 장치는 패널 상에 다수개의 마커(Marker)가 등간격으로 다수열 배열되어 구성되는 것을 특징으로 하는 왜곡 교정 장치를 이용한 3차원 좌표 데이터의 왜곡 교정 시스템.
The method of claim 5,
The distortion correction apparatus is a distortion correction system of three-dimensional coordinate data using a distortion correction apparatus, characterized in that a plurality of markers (Markers) are arranged on the panel arranged in multiple rows at equal intervals.
상기 마커(Marker)는 LED이며, 2 x 5 배열로, 가로 20cm, 세로 40cm의 등간 거리를 갖는 것을 특징으로 하는 왜곡 교정 장치를 이용한 3차원 좌표 데이터의 왜곡 교정 시스템.
The method of claim 6,
The marker (Marker) is an LED, 2 x 5 array, 20cm horizontal, 40cm vertical distance correction system using a distortion correction device characterized in that it has an equal distance.
상기 위치 검출 장치는,
상기 스테레오 카메라로부터 특정 공간에 대한 영상 정보들을 수신받는 데이터 수신부;
상기 데이터 수신부를 통해 수신된 3차원 영상 정보를 기정의된 이미지 처리 프로세스에 따라 3차원 좌표 데이터를 획득하고, 기정의된 3차원 뒤틀림 알고리즘을 통해 상기 획득된 3차원 좌표 데이터의 왜곡을 교정하기 위한 교정 계수를 산출하여, 추후 스테레오 카메라를 통해 획득되는 3차원 영상 좌표를 상기 교정 계수에 기초하여 교정하는 데이터 처리부; 및
상기 데이터 수신부를 통해 수신되는 영상 정보들을 저장하고, 상기 데이터 처리부에서 실행되는 이미지 처리 프로세스와 3차원 뒤틀림 알고리즘을 저장하며, 상기 데이터 처리부에서 산출되는 교정 계수 정보 및 각종 처리 저보를 저장하는 메모리부;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 왜곡 교정 장치를 이용한 3차원 좌표 데이터의 왜곡 교정 시스템.
The method of claim 5,
The position detection device,
A data receiving unit receiving image information for a specific space from the stereo camera;
3D image information received through the data receiving unit to obtain 3D coordinate data according to a predefined image processing process, and to correct distortion of the obtained 3D coordinate data through a predefined 3D distortion algorithm A data processor configured to calculate a correction coefficient and correct 3D image coordinates obtained through a stereo camera based on the correction coefficient; And
A memory unit for storing image information received through the data receiving unit, an image processing process executed in the data processing unit and a three-dimensional distortion algorithm, and storing correction coefficient information and various processing bases calculated by the data processing unit;
Distortion correction system of three-dimensional coordinate data using a distortion correction device, characterized in that comprises a.
상기 데이터 처리부는,
스테레오 카메라를 통해 획득되는 특정 공간에 대한 3차원 좌표의 기준 좌표를 미리 설정하고, 상기 3차원 뒤틀림 알고리즘을 통해 상기 미리 설정된 특정 공간에 대한 3차원 좌표의 기준 좌표를 곡선 보간 기법을 이용하여 뒤틀림 변형시킨 후, 변형된 3차원 좌표와 상기 기준 좌표의 오차값을 측정하여 교정 계수를 산출하는 것을 특징으로 하는 왜곡 교정 장치를 이용한 3차원 좌표 데이터의 왜곡 교정 시스템.
The method of claim 8,
The data processing unit,
The reference coordinates of 3D coordinates for a specific space obtained through a stereo camera are set in advance, and the coordinates of the 3D coordinates for the predetermined specific space through the 3D distortion algorithm are distorted by using a curve interpolation technique. After, the distortion correction system of the three-dimensional coordinate data using a distortion correction device, characterized in that for calculating a correction coefficient by measuring the error value of the modified three-dimensional coordinates and the reference coordinates.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E90F | Notification of reason for final refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| G170 | Re-publication after modification of scope of protection [patent] |