KR20200095183A - Method and system for calibration using dot grid pattern image and computer readable medium storing a program of the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 입력되는 영상을 캘리브레이션하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a system and method for calibrating an input image.
카메라 캘리브레이션은 카메라의 초점거리와 위치 및 방향각 등의 자세정보를 파악하기 위한 절차로서 대부분의 영상인식 응용에서 공통적으로 선행되는 절차 중 하나이다. 특히, 카메라를 통해 얻은 영상을 분석하여 침입자를 감지하고 위험 및 사고상황을 자동으로 감지하는 지능형영상감시시스템에서, 카메라 영상에 잡힌 물체의 기하학적 정보(물리적인 크기 및 위치)를 해석하고 오인식을 최소화하기 위해서는 카메라 캘리브레이션 정보가 필수적으로 요구된다.Camera calibration is a procedure for grasping posture information such as the focal length, position, and orientation angle of the camera, and is one of the common precedent procedures in most image recognition applications. In particular, in an intelligent video surveillance system that analyzes images obtained through cameras to detect intruders and automatically detects dangers and accidents, it analyzes geometric information (physical size and position) of objects caught in camera images and minimizes misrecognition. In order to do this, camera calibration information is essentially required.
하지만 기존의 체커보드를 이용한 카메라 캘리브레이션 방법은 복잡한 영상획득 과정으로 인해 번거롭고 시간이 많이 걸리는 문제점이 있다. 특히 CCTV 카메라 등과 같이 기존에 이미 설치되어 있는 카메라를 대상으로 카메라 캘리브레이션을 수행할 경우에는 카메라 캘리브레이션을 위한 영상 획득 과정이 매우 힘들거나 불가능할 수 있다.However, the conventional camera calibration method using a checkerboard has a problem that is cumbersome and time-consuming due to a complicated image acquisition process. In particular, when camera calibration is performed for a camera already installed, such as a CCTV camera, the process of obtaining an image for camera calibration may be very difficult or impossible.
카메라 캘리브레이션은 크게 카메라 자체의 기구적 특성을 파악하는 내부 파라미터 캘리브레이션 과정과 카메라의 설치 위치 및 자세정보(방향각) 등의 기구 외적인 특성을 파악하는 외부 파라미터 캘리브레이션 과정으로 구분된다. 카메라의 내부 파라미터에는 초점거리(focal length), 카메라 주점(principal point), 렌즈 왜곡계수 등이 있으며 카메라의 외부 파라미터에는 기준 좌표계(월드 좌표계)를 기준으로 한 카메라의 3차원 위치정보(x, y, z 등 카메라의 설치위치)와 자세정보(pan, tilt, roll 등의 방향각)가 있다.Camera calibration is largely divided into an internal parameter calibration process that identifies the mechanical characteristics of the camera itself, and an external parameter calibration process that identifies external characteristics such as the camera's installation location and attitude information (orientation angle). The camera's internal parameters include focal length, camera principal point, and lens distortion coefficient, and the camera's external parameters include the camera's three-dimensional position information (x, y) based on the reference coordinate system (world coordinate system). , z, etc.) and attitude information (direction angles such as pan, tilt, roll).
기존의 카메라 캘리브레이션 방법은 내부 파라미터 캘리브레이션과 외부 파라미터 캘리브레이션을 별도로 구분하여 진행하는 것이 통상적이었다. 그 이유는 카메라를 천장이나 벽 등에 고정한 상태에서는 카메라의 내부 파라미터 추정을 위한 영상 획득 과정이 번거롭고 힘들기 때문이다.In the conventional camera calibration method, it is common to separate internal parameter calibration and external parameter calibration separately. The reason is that when the camera is fixed to the ceiling or wall, the image acquisition process for estimating the internal parameters of the camera is cumbersome and difficult.
특히, 머신 비전은 카메라로부터 들어오는 영상을 분석하여 얻어지는 정보를 활용하기 때문에 무엇보다도 정확한 영상을 획득하는 것이 중요하다. 그러나 카메라에 부착된 렌즈로 영상들은 비선형적이며, 중심에서 벗어날수록 심한 왜곡이 나타난다. 따라서 캘리브레이션(calibration) 및 왜곡 보정은 영상처리 분야에서는 거의 필수적으로 필요한 내용이다. 카메라에 시야각(FOV)이 넓은 광각렌즈나 초광각 렌즈를 사용하면 넓은 범위를 볼 수 있지만 이로 인해 상대적으로 영상왜곡이 심해지는 문제가 있다. 이러한 영상 왜곡은 시각적인 문제 외에도 영상분석을 통해 정확한 수치 계산이 필요할 경우 문제가 된다. 예를 들어, 영상에서 검출한 물체의 실제 위치를 알기 위해 영상좌표를 물리적인 좌표로 변환한다면 영상왜곡 정도에 따라 심각한 오차가 발생한다.In particular, since machine vision utilizes information obtained by analyzing an image coming from a camera, it is important to acquire an accurate image above all else. However, with the lens attached to the camera, the images are nonlinear, and the more they are off the center, the more severe distortion appears. Therefore, calibration and distortion correction are almost indispensable in the field of image processing. If a wide-angle lens or an ultra-wide-angle lens with a wide field of view (FOV) is used in the camera, a wide range can be viewed, but this has a problem that the image distortion is relatively severe. In addition to visual problems, such image distortion becomes a problem when accurate numerical calculations are required through image analysis. For example, if the image coordinates are converted to physical coordinates in order to know the actual position of the object detected in the image, a serious error occurs depending on the degree of image distortion.
본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 CCD 또는 CMOS 등의 이미지 센서를 포함하는 카메라에서 촬영된 영상의 왜곡을 보정하여 신뢰성 있는 이미지를 제공할 수 있는 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.The present invention was conceived to solve the above problems, and an object of the present invention is a system and method capable of providing a reliable image by correcting distortion of an image captured by a camera including an image sensor such as CCD or CMOS. To provide.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 실시예에서는, 도 1에서 제시된 것과 같이, 외부영상을 촬영하는 영상촬영부(110), 상기 영상촬영부(110)에서 촬영된 영상을 유선 또는 무선으로 전달받아 입력하는 영상입력부(120), 상기 영상입력부(120)에서 입력되는 영상의 왜곡을 보정하기 위하여 평판상의 플레이트 표면에 일정한 간격으로 배치되는 도트(DOT)패턴이 구현되는 도트 그리드 플레이트에 대한 이미지를 제공하는 도트 그리드 보정플레이트 이미지제공부(130), 상기 도트 그리드 플레이트에 대한 이미지의 스펙별로 각각의 도트의 단면의 형상인 원의 중심간 거리를 산출하고, 이치화값을 조절하여 도트의 이미지를 출력하고, 각각의 영상에서 가로 방향으로 형성된 도트의 중심 좌표를 연결한 모든 가로선에 대하여 직선으로 캘리브레이션(calibration)을 수행하고, 상기 영상에서 세로 방향으로 형성된 도트의 중심 좌표를 연결한 모든 세로선에 대하여 직선으로 캘리브레이션을 수행하는 캘리브레이션부(140) 및 캘리브레이션이 수행된 가로선 직선과 세로선 직선의 두 직선에 대하여 서로 직각이 되도록 하는 직각도 보정을 수행하는 직각도보정부(140)를 포함하는 도트 그리드를 이용한 이미지 캘리브레이션 시스템을 제공할 수 있도록 한다.In an embodiment of the present invention in order to solve the above-described problem, as shown in FIG. 1, the image photographing unit 110 for photographing an external image, and the image captured by the image photographing unit 110 are transmitted by wire or wirelessly. An image of the image input unit 120 received and input, and a dot grid plate on which a dot (DOT) pattern is implemented at regular intervals on the plate surface to correct distortion of the image input from the image input unit 120 The dot grid correction plate
본 발명의 실시예에 따르면, 도트 그리드패턴을 구비한 보정플레이트 이미지를 적용하여 촬영된 영상의 왜곡을 보정함으로써, 영상처리 분야에 있어서 영상 분석에 의한 수치 계산의 오차를 개선할 수 있는 효과가 있다.According to an embodiment of the present invention, by applying a correction plate image having a dot grid pattern to correct distortion of a captured image, there is an effect of improving an error in numerical calculation due to image analysis in the image processing field. .
특히, 본 발명의 실시예에 따른 캘리브레이션방법 및 시스템은, 비전시스템을 활용한 현장 셋업시 캘리브레이션 기능을 확보하며, 비전시스템의 지속적인 성능향상 시험시 다양한 패턴 배치를 구현하는 도트 그리드 이미지를 적용하여 성능개선을 할 수 있으며, 초정밀계측이나 정밀측정을 위한 비전시스템에도 적용이 가능하다.In particular, the calibration method and system according to the embodiment of the present invention secures a calibration function when setting up a field using a vision system, and applies a dot grid image that implements various pattern arrangements during a continuous performance improvement test of the vision system. It can be improved, and it can be applied to a vision system for ultra-precise measurement or precision measurement.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 도트 그리드를 이용한 이미지 캘리브레이션 시스템을 구성하는 구성 블록도를 도시한 것이다.
도 2는 도 1에 따른 도트 그리드를 이용한 이미지 캘리브레이션 시스템을 통해 구현하는 캘리브레이션 방법을 도시한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 도트 그리드를 이용한 이미지 캘리브레이션 시스템을 구성하는 도트 그리드 패턴 플레이트의 평면도 및 실제 제작이미지를 도시한 것이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 도트 그리드를 이용한 이미지 캘리브레이션 시스템의 캘리브레이션을 통한 왜곡조정방법의 일부를 도시한 것이다.1 is a block diagram illustrating a configuration of an image calibration system using a dot grid according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating a calibration method implemented through the image calibration system using a dot grid according to FIG. 1.
3 is a plan view and an actual fabricated image of a dot grid pattern plate constituting an image calibration system using a dot grid according to an embodiment of the present invention.
4 to 6 are diagrams illustrating a part of a method of adjusting distortion through calibration of an image calibration system using a dot grid according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다.Advantages and features of the present invention, and methods for achieving them will be clarified with reference to embodiments described below in detail together with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various different forms.
본 명세서에서 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.This embodiment in the present specification is to provide a complete disclosure of the present invention, and to fully inform the scope of the invention to those skilled in the art to which the present invention pertains. And the present invention is only defined by the scope of the claims. Thus, in some embodiments, well-known components, well-known operations, and well-known techniques are not specifically described to avoid obscuring the present invention.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 도트 그리드를 이용한 이미지 캘리브레이션 시스템(이하, '본 발명'이라 한다.)을 구성하는 구성 블록도를 도시한 것이다. 도 2는 도 1에 따른 도트 그리드를 이용한 이미지 캘리브레이션 시스템을 통해 구현하는 캘리브레이션 방법을 도시한 순서도이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 도트 그리드를 이용한 이미지 캘리브레이션 시스템을 구성하는 도트 그리드 패턴 플레이트의 평면도 및 실제 제작이미지를 도시한 것이다.1 is a block diagram illustrating a configuration of an image calibration system using a dot grid (hereinafter referred to as “the present invention”) according to an embodiment of the present invention. 2 is a flowchart illustrating a calibration method implemented through the image calibration system using a dot grid according to FIG. 1. 3 is a plan view and an actual fabricated image of a dot grid pattern plate constituting an image calibration system using a dot grid according to an embodiment of the present invention.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명은 외부영상을 촬영하는 영상촬영부(110)와 상기 영상촬영부(110)에서 촬영된 영상을 유선 또는 무선으로 전달받아 입력하는 영상입력부(120)와, 상기 영상입력부(120)에서 입력되는 영상의 왜곡을 보정하기 위하여 평판상의 플레이트 표면에 일정한 간격으로 배치되는 도트(DOT)패턴이 구현되는 도트 그리드 플레이트에 대한 이미지를 제공하는 도트 그리드 보정플레이트 이미지제공부(130), 상기 도트 그리드 플레이트에 대한 이미지의 스펙별로 각각의 도트의 중심간(도트의 단면 형상이 원인 경우로, 원의 중심간 거리 산출이 바람직함) 거리를 산출하고, 이치화값을 조절하여 도트의 이미지를 출력하고, 각각의 영상에서 가로 방향으로 형성된 도트의 중심 좌표를 연결한 모든 가로선에 대하여 직선으로 캘리브레이션(calibration)을 수행하고, 상기 영상에서 세로 방향으로 형성된 도트의 중심 좌표를 연결한 모든 세로선에 대하여 직선으로 캘리브레이션을 수행하는 캘리브레이션부(140), 캘리브레이션이 수행된 가로선 직선과 세로선 직선의 두 직선에 대하여 서로 직각이 되도록 하는 직각도 보정을 수행하는 직각도보정부(140)를 포함하여 구성될 수 있다.1 and 2, the present invention provides an image capturing unit 110 for capturing an external image and an image input unit 120 for receiving and inputting an image captured by the image capturing unit 110 by wire or wirelessly. , A dot grid correction plate image system that provides an image of a dot grid plate on which a dot (DOT) pattern is implemented at regular intervals on the plate surface in order to correct distortion of the image input from the image input unit 120
특히, 본 발명의 실시예에서 기준이 되는 도트 그리드는 단면이 원인 것이 바람직하다. 이는 상술한 것과 같이, 도트 그리드 플레이트에 대한 이미지의 스펙별로 각각의 도트의 중심간 거리를 산출하는 경우, 기준이 되는 지점이 단위도트의 원의 중심이 되는 것이 가장 바람직하다. 즉, 원의 중심은 단일한 지점이며, 이러한 원의 중심을 산출하는 것은 다른 다각형의 형상보다 용이하며, 동시에 도트 그리드의 제작의 편의성도 증진할 수 있도록 하기 때문이다. 이를테면, 이미지 왜곡을 보정하는 보정플레이트의 기준이 되는 패턴이 사각형인 경우, 사각형의 중심을 잡는 것은 통상 대각선을 연결하여 교차하는 지점을 중심지점으로 하여 설정하게 되나, 이는 정밀도의 오차의 폭이 커지게 되어 왜곡보정의 효과가 크지 않은 문제가 있다.In particular, it is preferable that the cross section is the cause of the dot grid as a reference in the embodiment of the present invention. As described above, when the distance between the centers of each dot is calculated for each of the image specifications for the dot grid plate, it is most preferable that the reference point is the center of the circle of the unit dot. That is, the center of the circle is a single point, and calculating the center of the circle is easier than that of other polygonal shapes, and at the same time, it is possible to improve the convenience of manufacturing a dot grid. For example, if the pattern that serves as the reference of the correction plate for correcting image distortion is a square, the center of the square is usually set by connecting diagonal lines as the intersection point as the center point. There is a problem that the effect of distortion correction is not large due to loss.
따라서, 본 발명의 실시예에서 후술하는 도트 그리드의 경우, 단면이 원인 것을 실시예로 설명하며, 이를 프로그램에서 구동하는 경우에도 도트의 중심간 거리는 원의 중심간 거리로 산출할 수 있게 할 수 있다.Therefore, in the case of the dot grid to be described later in the embodiment of the present invention, the cross section is the cause of the embodiment, and even when this is driven in a program, the distance between the centers of the dots can be calculated as the distance between the centers of the circle. .
본 발명에서 카메라에서 촬영된 영상의 왜곡을 보정하는 주체는 영상처리를 수행하는 제반 컴퓨터 장치라고 할 수 있다. 즉, 본 발명에서 영상의 왜곡을 보정하기 위한 영상처리를 수행하는 컴퓨터, 컴퓨터의 제어부 또는 프로세서(processor)가 그 수행 주체가 될 수 있다. In the present invention, a subject that corrects distortion of an image captured by a camera may be a computer device that performs image processing. That is, in the present invention, a computer that performs image processing to correct distortion of an image, a control unit of the computer, or a processor may be the subject of performing the image processing.
구체적으로, 상기 영상촬영부(110)는, 카메라는 CCD(Charge Coupled Device) 이미지 센서 또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서를 포함할 수 있다.Specifically, the image capturing unit 110 may include a Charge Coupled Device (CCD) image sensor or a Complementary Metal Oxide Semiconductor (CMOS) image sensor.
상기 영상입력부(120)는 유무선 통신을 통하여 상기 영상촬영부(110)에서 촬영된 이미지를 전송 받는 장치 내의 기능 블럭이나 프로그램일 수 있다. 상기 영상입력부(120)는 사용자 단말의 내에 내장된 소프트웨어로 구성되거나 저장장치를 포함할 수 있다. 이를테면, 상기 영상입력부(120)는 캘리브레이션을 구현하기 위한 프로그램이 이러한 응용프로그램이 기록된 컴퓨터 판독이 가능한 기록매체를 컴퓨터 또는 이동통신단말기(예를 들면, 스마트폰, 태블릿 PC) 등의 장치에 마련될 수 있다. 이때, 이러한 응용 프로그램은 컴퓨터의 하드디스크에 설치되거나, 혹은 CD-ROM 또는 DVD-ROM에 설치되거나, 혹은 USB 메모리에 설치되어 실행될 수 있다. 이외에도 다양한 재생장치에 설치되어 실행될 수 있다.The image input unit 120 may be a function block or program in a device that receives an image photographed by the image capturing unit 110 through wired or wireless communication. The image input unit 120 may be composed of software embedded in the user terminal or may include a storage device. For example, the image input unit 120 provides a computer-readable recording medium in which a program for implementing calibration is recorded in such an application program in a device such as a computer or a mobile communication terminal (for example, a smartphone or a tablet PC). Can be. At this time, such an application program may be installed on a hard disk of a computer, installed on a CD-ROM or a DVD-ROM, or installed on a USB memory and executed. In addition, it can be installed and executed in various playback devices.
상기 도트 그리드 보정플레이트 이미지제공부(130)는 상기 영상입력부(120)에서 입력되는 영상의 왜곡을 보정하기 위하여 평판상의 플레이트 표면에 일정한 간격으로 배치되는 도트(DOT)패턴이 구현되는 도트 그리드 플레이트에 대한 이미지를 제공한다.The dot grid correction plate
도 3은 이러한 도트 그리드 보정플레이트 이미지를 제공하는 도트 그리드 보정플레이트의 (a) 평면개념도 (b) 실제 구현이미지를 도시한 것이다.FIG. 3 shows (a) a plan view (b) an actual implementation image of a dot grid correction plate providing such a dot grid correction plate image.
도 3에 도시된 것과 같이, 본 발명에서의 도트 그리드 보정플레이트는 평판 형태의 플레이트 본체의 표면에 다수의 단위도트 패턴(이하, '단위도트')이 양각 또는 음각으로 구현될 수 있다. As shown in FIG. 3, in the dot grid correction plate in the present invention, a plurality of unit dot patterns (hereinafter, “unit dots”) may be embossed or engraved on the surface of the plate body.
상기 단위도트는 각각이 서로 동일한 크기와 형상을 가지는 구조로 구현되며, 각각의 단위도트당 피치를 동일하게 구현될 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 이는 추후 영상에 대한 왜곡보정을 위해 영상과의 매칭시, 단위도트간 거리를 측정하여 산출하기 위한 토대를 구성하게 된다. 본 발명의 실시예에서는 상기 단위도트의 단면이 원형인 것이 바람직하다. 이는 인접하는 단위도트의 거리를 산출하는 경우, 인접하는 원의 중심을 설정하고, 이 중심간의 거리를 산출하게 되는바, 원의 중심을 설정하는 오차율이 거의 없으며, 이에 따라 높은 정밀도로 왜곡보정을 수행할 수 있는 기준이 된다.Each of the unit dots is implemented in a structure having the same size and shape, and it is preferable to achieve the same pitch per unit dot. This constitutes the basis for calculating and measuring the distance between unit dots when matching with an image for distortion correction of an image later. In an embodiment of the present invention, it is preferable that the cross section of the unit dot is circular. When calculating the distance of the adjacent unit dots, the center of the adjacent circle is set and the distance between the centers is calculated, so there is almost no error rate for setting the center of the circle, and accordingly, distortion correction is performed with high precision. It becomes a standard that can be performed.
본 발명의 일시예에서는, 글라스 재질의 플레이트(5T*230mm*460)에 지름이 1mm인 도트 패턴에 대하여 가로피치*세로피치(4mm*4mm)의 단위도트를 다수 마련하는 구조로 구현할 수 있다. 이 경우, 패턴의 정밀도는 가로 및 세로 모두 ㅁ0.05의 범위로 한정할 수 있다.In one embodiment of the present invention, it may be implemented in a structure in which a plurality of unit dots of horizontal pitch * vertical pitch (4mm * 4mm) are provided for a dot pattern having a diameter of 1mm on a glass plate (5T * 230mm * 460). In this case, the precision of the pattern can be limited to the range of ㅁ0.05 both horizontally and vertically.
이렇게 제작한 도트 그리드 보정플레이트는 이미지화 하여 상술한 도트 그리드 보정플레이트 이미지제공부(130)에 저장될 수 있도록 한다. 이 경우, 도트 그리드 보정플레이트의 도트 사이즈와 규격 등을 사용자 별로 다르게 설정하여 다양한 사이즈의 이미지를 저장하여 구현할 수 있도록 함이 바람직하다. 다만, 상술한 것과 같이 정밀도를 높이기 위해서는, 본 발명의 바람직한 실시예와 같이 단면의 형상이 원형인 도트이미지를 구현할 수 있도록 함이 바람직하다.The prepared dot grid correction plate is imaged and stored in the dot grid correction plate
상기 캘리브레이션부(140)는 상기 도트 그리드 플레이트에 대한 이미지의 스펙별로 각각의 도트의 단면형상인 원의 중심간 거리를 산출하고, 이치화값을 조절하여 도트의 이미지를 출력하고, 각각의 영상에서 가로 방향으로 형성된 도트의 중심 좌표를 연결한 모든 가로선에 대하여 직선으로 캘리브레이션(calibration)을 수행하며, 이 경우 상기 영상에서 세로 방향으로 형성된 도트의 중심 좌표를 연결한 모든 세로선에 대하여 직선으로 캘리브레이션을 수행하게 된다.The calibration unit 140 calculates a distance between the centers of a circle, which is a cross-sectional shape of each dot for each image specification of the dot grid plate, adjusts the binarization value to output the dot image, and outputs the horizontal Calibration is performed in a straight line for all horizontal lines connecting the center coordinates of the dots formed in the direction, and in this case, calibration is performed in a straight line for all vertical lines connecting the center coordinates of the dots formed in the vertical direction in the image. do.
특히, 상기 캘리브레이션부(C)는, 제공되는 도트 그리드 플레이트에 대한 이미지에서의 각각의 단위도트간 거리를 산출하고, 이치화값을 조절하여 도트 그리드 플레이트의 이미지의 도트이미지의 선명도를 조절하는 이치화값 조절부(150), 상기 도트 그리드 플레이트의 이미지의 도트이미지 외의 이물질 이미지를 필터링하는 파티클 필터 값을 설정하여 제공하는 파티클 필터링부(160)를 포함하여 구성될 수 있도록 한다.In particular, the calibration unit C calculates the distance between each unit dot in the image for the provided dot grid plate, and adjusts the binarization value to adjust the sharpness of the dot image of the dot grid plate image. The
도 4는 본 발명에서 입력되는 영상에 대한 캘리브레이션부의 기능을 도시한 것이다.4 shows the function of a calibration unit for an image input in the present invention.
도시된 구조에서, 기 저장되어 있는 도트 그리드 보정플레이트 이미지가 도트 그리드 보정플레이트 이미지제공부(130)를 통해서 표시되게 된다. 동시에 단위도트간의 거리를 측정하게 되는 영역이, 가시화되어 표시되게 되며, (A) 영역에 해당하는 그래픽 인터페이스에서는 도트 중심간의 거리가 표시되게 된다.In the illustrated structure, a previously stored dot grid correction plate image is displayed through the dot grid correction plate
또한, 도 5에서 도시된 것과 같이, 동시에 (B)영역에서와 같이, 도트 이미지의 표시가 도트 그리드 보정플레이트 이미지제공부(130)에서 선명하게 나오지 않을 경우, 이치화값 조절부(150)에서는 이치화값을 조절하게 된다. 이 경우, 이치화값을 조절하여 높여갈 수록, 상기 도트 그리드 보정플레이트 이미지제공부(130)에서 제공되는 도트 이미지가 선명하게 나타나게 된다.In addition, as shown in FIG. 5, at the same time, as in area (B), when the dot image is not clearly displayed from the dot grid correction plate
즉, 도 6은 이러한 도트이미지의 변화를 도시한 것으로, (b)에서와 같이 일부 도트가 나타나지 않는 경우, 이치화 값을 조절하여 높이면서 (a)에서와 같이 모든 도트의 이미지가 선명하게 검출될 수 있도록 조절하게 된다.That is, FIG. 6 shows such a change in the dot image. When some dots do not appear as in (b), the image of all dots can be clearly detected as in (a) while increasing the binarization value. To be adjusted.
동시에, 이러한 도트 패턴의 검출에서 도트 이외의 오류 이미지를 제거하기 위해, 도 5에서와 같이, 파티클 필터링부(160)를 통해 파티클을 제거할 수 있도록 함이 더욱 바람직하다.At the same time, in order to remove an error image other than a dot in the detection of such a dot pattern, it is more preferable to remove particles through the
이상의 본 발명에 따른 시스템에서 구현되는 캘리브레이션 과정을 정리하면 다음과 같다.The above calibration process implemented in the system according to the present invention is summarized as follows.
도 1 및 도 2에서 상술한 것과 같이, 도트 그리드를 이용한 이미지 캘리브레이션 시스템을 적용하는 방법은, 외부 입력영상을 영상입력부에서 입력받는 1단계,As described above in FIGS. 1 and 2, the method of applying an image calibration system using a dot grid includes step 1 of receiving an external input image from an image input unit,
입력되는 영상의 왜곡을 보정하기 위하여 평판상의 플레이트 표면에 일정한 간격으로 배치되는 도트(DOT)패턴이 구현되는 도트 그리드 플레이트에 대한 이미지를 제공하는 2단계와, 상기 도트 그리드 플레이트에 대한 이미지의 스펙별로 각각의 도트의 중심간 거리를 산출하고, 이치화값을 조절하여 도트의 이미지를 출력하고, 각각의 영상에서 가로 방향으로 형성된 도트의 중심 좌표를 연결한 모든 가로선에 대하여 직선으로 캘리브레이션(calibration)을 수행하고, 상기 영상에서 세로 방향으로 형성된 도트의 중심 좌표를 연결한 모든 세로선에 대하여 직선으로 캘리브레이션을 수행하는 3단계, 캘리브레이션이 수행된 가로선 직선과 세로선 직선의 두 직선에 대하여 서로 직각이 되도록 하는 직각도 보정을 수행하는 4단계를 포함하여 구현될 수 있다.In order to correct the distortion of the input image, the second step of providing an image of a dot grid plate on which a dot (DOT) pattern is implemented at regular intervals on the surface of a plate on a flat plate is provided, and each specification of the image for the dot grid plate Calculate the distance between the centers of each dot, output an image of the dot by adjusting the binarization value, and perform calibration with a straight line for all horizontal lines connecting the center coordinates of the dots formed in the horizontal direction in each image. And, in the third step of performing calibration with a straight line for all vertical lines connecting the center coordinates of the dots formed in the vertical direction in the image, a right angle to be perpendicular to each other with respect to two straight lines, the horizontal line and the vertical line on which the calibration was performed It can be implemented including four steps of performing correction.
특히, 이 경우, 직각도 보정하는 4단계는 다음과 같은 순서로 구현될 수 있다.In particular, in this case, the four steps of correcting the squareness may be implemented in the following order.
즉, 입력영상에 대응되는 도트 그리드 패턴 들간의 중심선을 연결하는 직선에 대하여 중심 좌표를 연결한 모든 가로선에 대하여 직선으로 캘리브레이션(calibration)을 수행하고, 영상에서 세로 방향으로 형성된 단위도트의 중심 좌표를 연결한 모든 세로선에 대하여 직선으로 캘리브레이션을 수행할 수 있다. 이 경우, 본 발명의 일 실시예에서 최소자승법을 이용하여 캘리브레이션을 수행할 수 있다. 마지막으로, 캘리브레이션이 수행된 가로선 직선과 세로선 직선의 두 직선에 대하여 서로 직각이 되도록 하는 직각도 보정을 수행한다.In other words, a straight line connecting the center line between the dot grid patterns corresponding to the input image is calibrated with a straight line for all horizontal lines connecting the center coordinates, and the center coordinate of the unit dot formed in the vertical direction in the image Calibration can be performed in a straight line for all connected vertical lines. In this case, calibration may be performed using the least squares method in an embodiment of the present invention. Finally, perpendicularity correction is performed so that the two straight lines, the horizontal line and the vertical line, on which the calibration has been performed, are at right angles to each other.
최소자승법은 최적함수를 y=a+bx 라고 할 때, 
이상의 본 발명의 실시예에 따른 캘리브레이션방법 및 시스템은, 비전시스템을 활용한 현장 셋업시 캘리브레이션 기능을 확보하며, 비전시스템의 지속적인 성능향상 시험시 다양한 패턴 배치를 구현하는 도트 그리드 이미지를 적용하여 성능개선을 할 수 있으며, 초정밀계측이나 정밀측정을 위한 비전시스템에도 적용이 가능하다.The above calibration method and system according to an embodiment of the present invention secures a calibration function during field setup using a vision system, and improves performance by applying a dot grid image that implements various pattern arrangements during a continuous performance improvement test of the vision system. It can be applied to a vision system for ultra-precise measurement or precision measurement.
나아가, 본 발명의 도트 그리드를 이용한 이미지 캘리브레이션을 수행하는 방법은 기능적인 블록 구성들 및 다양한 처리 단계들로 나타내어질 수 있다. 따라서, 상술한 시스템과 방법은 소프트웨어적인 구성으로 컴퓨터에서 처리 가능한 프로그램으로 제작이 가능하다. 이러한 본 발명에 따른 다양한 구성에 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. Furthermore, the method of performing image calibration using a dot grid of the present invention can be represented by functional block configurations and various processing steps. Therefore, the above-described system and method can be produced as a program that can be processed by a computer in a software configuration. The term'~ unit' used in various configurations according to the present invention means software or hardware components such as FPGA or ASIC, and'~ unit' performs certain roles. However,'~ part' is not limited to software or hardware. The'~ unit' may be configured to be in an addressable storage medium or may be configured to reproduce one or more processors. Thus, as an example,'~ unit' refers to components such as software components, object-oriented software components, class components, and task components, processes, functions, properties, and procedures. , Subroutines, segments of program code, drivers, firmware, microcode, circuitry, data, database, data structures, tables, arrays, and variables.
구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.The functions provided within components and'~units' may be combined into a smaller number of components and'~units', or further separated into additional components and'~units'. In addition, components and'~ units' may be implemented to play one or more CPUs in a device or a security multimedia card.
본 발명에의 구성 요소들이 소프트웨어 프로그래밍 또는 소프트웨어 요소들로 실행될 수 있는 것과 유사하게, 본 발명은 데이터 구조, 프로세스들, 루틴들 또는 다른 프로그래밍 구성들의 조합으로 구현되는 다양한 알고리즘을 포함하여, C, C++, 자바(Java), 어셈블러(assembler) 등과 같은 프로그래밍 또는 스크립팅 언어로 구현될 수 있다. 기능적인 측면들은 하나 이상의 프로세서들에서 실행되는 알고리즘으로 구현될 수 있다. 또한, 본 발명은 전자적인 환경 설정, 신호 처리, 및/또는 데이터 처리 등을 위하여 종래 기술을 채용할 수 있다. "매커니즘", "요소", "수단", "구성"과 같은 용어는 넓게 사용될 수 있으며, 기계적이고 물리적인 구성들로서 한정되는 것은 아니다. 상기 용어는 프로세서 등과 연계하여 소프트웨어의 일련의 처리들(routines)의 의미를 포함할 수 있다.Similar to how the components of the present invention can be implemented with software programming or software elements, the present invention includes various algorithms implemented with a combination of data structures, processes, routines or other programming constructs, including C, C++ , Java, assembler, etc. may be implemented in a programming or scripting language. Functional aspects can be implemented with algorithms running on one or more processors. In addition, the present invention may employ conventional techniques for electronic environment setting, signal processing, and/or data processing. Terms such as "mechanism", "element", "means", and "configuration" can be used widely and are not limited to mechanical and physical configurations. The term may include the meaning of a series of routines of software in connection with a processor or the like.
이상에서와 같이 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 바람직한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아니다. 이처럼 이 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 본 발명의 실시예의 결합을 통해 다양한 실시예들이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.As described above, the technical idea of the present invention has been described in detail in the preferred embodiment, but the preferred embodiment is for the purpose of explanation and not limitation. As such, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various embodiments are possible through a combination of the embodiments of the present invention within the scope of the technical idea of the present invention.
110: 영상촬영부 120: 영상입력부
130: 도트 그리드 보정플레이트 이미지 제공부
C: 캘리브레이션부 150: 이치화값 조절부
160: 파티클필터부110: image capture unit 120: image input unit
130: dot grid correction plate image providing unit
C: calibration unit 150: binarization value adjustment unit
160: particle filter unit
Claims (7)
상기 영상촬영부(110)에서 촬영된 영상을 유선 또는 무선으로 전달받아 입력하는 영상입력부(120),
상기 영상입력부(120)에서 입력되는 영상의 왜곡을 보정하기 위하여 평판상의 플레이트 표면에 일정한 간격으로 배치되는 도트(DOT)패턴이 구현되는 도트 그리드 플레이트에 대한 이미지를 제공하는 도트 그리드 보정플레이트 이미지제공부(130),
상기 도트 그리드 플레이트에 대한 이미지의 스펙별로 각각의 도트의 단면 형상인 원의 중심간 거리를 산출하고, 이치화값을 조절하여 도트의 이미지를 출력하고, 각각의 영상에서 가로 방향으로 형성된 도트의 단면 형상인 원의 중심 좌표를 연결한 모든 가로선에 대하여 직선으로 캘리브레이션(calibration)을 수행하고, 상기 영상에서 세로 방향으로 형성된 원의 중심 좌표를 연결한 모든 세로선에 대하여 직선으로 캘리브레이션을 수행하는 캘리브레이션부(C) 및
캘리브레이션이 수행된 가로선 직선과 세로선 직선의 두 직선에 대하여 서로 직각이 되도록 하는 직각도 보정을 수행하는 직각도보정부(140)
를 포함하는 도트 그리드를 이용한 이미지 캘리브레이션 시스템.An image photographing unit 110 for photographing an external image,
An image input unit 120 receiving and inputting an image captured by the image capturing unit 110 by wire or wirelessly,
A dot grid correction plate image providing unit that provides an image of a dot grid plate on which a dot (DOT) pattern is implemented at regular intervals on a plate surface to correct distortion of an image input from the image input unit 120 (130),
Calculate the distance between the centers of the circle, which is the cross-sectional shape of each dot for each image specification for the dot grid plate, and output the dot image by adjusting the binarization value, and the cross-sectional shape of the dot formed in the horizontal direction in each image A calibration part (C ) And
A right angle correction unit 140 for performing a right angle correction so that two straight lines, a horizontal line and a vertical line on which the calibration has been performed, are at right angles to each other.
Image calibration system using a dot grid comprising a.
상기 캘리브레이션부(C)는,
제공되는 도트 그리드 플레이트에 대한 이미지에서의 각각의 단위도트간 거리를 산출하되, 상기 단위도트의 단면 형상은 원형이며, 원의 중심간 거리를 통해 각각의 단위도트간 거리를 산출하고, 이치화값을 조절하여 도트 그리드 플레이트의 이미지의 도트이미지의 선명도를 조절하는 이치화값 조절부 및
상기 도트 그리드 플레이트의 이미지의 도트이미지 외의 이물질 이미지를 필터링하는 파티클 필터값을 설정하여 제공하는 파티클 필터링부
를 포함하는
도트 그리드를 이용한 이미지 캘리브레이션 시스템.In claim 1,
The calibration unit (C),
Calculate the distance between each unit dot in the image for the provided dot grid plate, but the cross-sectional shape of the unit dot is circular, the distance between each unit dot is calculated through the distance between the centers of the circle, and the binarization value is calculated. A binarization value adjustment unit that adjusts the sharpness of the dot image of the dot grid plate image and
Particle filtering unit that sets and provides a particle filter value for filtering foreign matter images other than the dot image of the dot grid plate image
Containing
Image calibration system using dot grid.
상기 도트 그리드 플레이트의 이미지에 포함되는 다수의 도트를 구성하는 단위도트는, 전체 형상 및 직경이 모두 동일하게 구현되는 도트 그리드를 이용한 이미지 캘리브레이션 시스템.In claim 2,
An image calibration system using a dot grid in which a unit dot constituting a plurality of dots included in the image of the dot grid plate is implemented with the same overall shape and diameter.
상기 도트 그리드 보정플레이트는, 각각의 단위도트당 피치를 동일하게 구현하는 도트 그리드를 이용한 이미지 캘리브레이션 시스템.In claim 3,
The dot grid correction plate is an image calibration system using a dot grid that implements the same pitch per unit dot.
입력되는 영상의 왜곡을 보정하기 위하여 평판상의 플레이트 표면에 일정한 간격으로 배치되는 도트(DOT)패턴이 구현되는 도트 그리드 플레이트에 대한 이미지를 제공하는 2단계,
상기 도트 그리드 플레이트에 대한 이미지의 스펙별로 각각의 도트의 중심간 거리를 산출하되, 단위도트의 단면 형상은 원형이며, 원의 중심간 거리를 통해 각각의 상기 단위도트간 거리를 산출하고, 이치화값을 조절하여 도트의 이미지를 출력하고, 각각의 영상에서 가로 방향으로 형성된 원의 중심 좌표를 연결한 모든 가로선에 대하여 직선으로 캘리브레이션(calibration)을 수행하고, 상기 영상에서 세로 방향으로 형성된 원의 중심 좌표를 연결한 모든 세로선에 대하여 직선으로 캘리브레이션을 수행하는 3단계 및
캘리브레이션이 수행된 가로선 직선과 세로선 직선의 두 직선에 대하여 서로 직각이 되도록 하는 직각도 보정을 수행하는 4단계
를 포함하는 도트 그리드를 이용한 이미지 캘리브레이션 방법.Step 1 of receiving an external input image from the image input unit,
Step 2 of providing an image of a dot grid plate on which dot (DOT) patterns are implemented at regular intervals on the plate surface to correct distortion of the input image,
Calculate the distance between the centers of each dot according to the specifications of the image for the dot grid plate, but the cross-sectional shape of the unit dot is circular, and the distance between the unit dots is calculated through the distance between the centers of the circle, and the binarization value Adjust to output an image of a dot, perform calibration with a straight line for all horizontal lines connecting the center coordinates of the circle formed in the horizontal direction in each image, and the center coordinate of the circle formed in the vertical direction in the image 3 steps to perform calibration in a straight line for all vertical lines connected to and
Fourth steps of performing perpendicularity correction to make the two straight lines of the horizontal line and the vertical line where the calibration was performed become perpendicular to each other
Image calibration method using a dot grid comprising a.
상기 3단계는,
제공되는 도트 그리드 플레이트에 대한 이미지에서의 각각의 단위도트간 원의 중심 사이의 거리를 산출하고, 이치화값을 조절하여 도트 그리드 플레이트의 이미지의 도트이미지의 선명도를 조절하는 3-1단계 및
도트 그리드 플레이트의 이미지의 도트이미지 외의 이물질 이미지를 필터링하는 파티클 필터 값을 설정하여 파티클 이미지를 필터링하는 3-2단계
를 포함하는
도트 그리드를 이용한 이미지 캘리브레이션 방법.In claim 5,
Step 3 above,
Step 3-1 of calculating the distance between the center of the circle between each unit dot in the image for the provided dot grid plate and adjusting the binarization value to adjust the sharpness of the dot image of the dot grid plate image; and
Step 3-2 of filtering particle images by setting a particle filter value that filters foreign matter images other than the dot image of the dot grid plate image
Containing
Image calibration method using dot grid.
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