KR20210057964A - Method and system for determining location information of moving object with photography apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 촬영장비를 구비한 이동체의 위치정보를 판단하는 방법 및 시스템에 관한 것으로, 상세하게는 적어도 4개의 좌표를 이용하여 이동체의 위치정보를 판단하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a method and system for determining position information of a moving object equipped with photographing equipment, and more particularly, to a method and system for determining position information of a moving object using at least four coordinates.
무인항공기는 높은 고도에서 지상, 공중의 정보를 사용자의 위험 부담이 없이 타인에게 노출될 위험 없이 용이하게 수집할 수 있다는 점에서 군사, 산업 등 다양한 면에서 각광받고 있다.Unmanned aerial vehicles are in the spotlight from various aspects, such as military and industrial, because they can easily collect information from the ground and air at high altitudes without risk of exposure to others without the risk of users.
오늘날의 무인항공기는 자신의 위치, 속도, 자세를 측정하고 주어진 임무에 맞는 최적의 경로를 스스로 생성하고, 이를 따라서 비행하며 자체적으로 고장을 진단하고 대응하는 매우 높은 수준의 자유성을 가지고 있다. 최근에는 위성항법장치와 센서. 카메라 등을 장착한 민간용 드론이 개발돼 물자수송, 교통관제, 보안 등의 분야로 이용 범위가 확대되고 있다.Today's unmanned aerial vehicles have a very high degree of freedom to measure their position, speed, and posture, create an optimal path for a given mission, and fly accordingly, diagnose and respond to failures on their own. Recently, satellite navigation systems and sensors. Civilian drones equipped with cameras have been developed, and the scope of use is expanding to fields such as transportation of goods, traffic control, and security.
이와 같이 무인항공기를 제어하기 위해서는 그 위치정보를 아는 것이 필수적이며, 종래에는 GPS와 같은 센서를 별도로 더 구비하여 무인항공기의 위치정보를 아는 것이 일반적이었다. In order to control the unmanned aerial vehicle as described above, it is essential to know the location information, and in the related art, it has been common to know the location information of the unmanned aerial vehicle by further separately providing a sensor such as GPS.
그러나, 이와 같은 GPS 센서는 실내에서는 안정적으로 GPS 신호를 수신할 수가 없으며, 실외에서도 오차범위가 크므로 무인항공기 등의 이동체(20)의 위치정보를 정확하게 판단하기 어려운 문제점이 존재하였다. However, since such a GPS sensor cannot stably receive a GPS signal indoors and has a large error range outdoors, it is difficult to accurately determine the location information of a moving
특히, 무인항공기의 경우에는 정확하고 정밀한 위치에 착륙할 것을 요하는 경우가 늘어나고 있으며, 이러한 경우 종래의 GPS 센서만으로는 한계점이 존재하고 있었다.In particular, in the case of unmanned aerial vehicles, the number of cases requiring landing at an accurate and precise location is increasing, and in this case, there is a limitation with only the conventional GPS sensor.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 촬영장비를 구비한 이동체의 위치정보를 판단하는 방법 및 시스템은, GPS 센서 등 추가적인 센서를 구비하지 않고도 촬영장비만을 이용하여 상기 이동체의 정확한 위치정보를 판단하는 것을 목적으로 한다.The present invention was conceived to solve the above problems, and the method and system for determining the location information of a moving object equipped with photographing equipment of the present invention uses only photographing equipment without having an additional sensor such as a GPS sensor. It aims to determine the exact location information of the moving object.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 촬영장비를 이용하여 기준체를 촬영하는 단계; 상기 촬영된 영상 속 기준체로부터 적어도 4개의 좌표를 검출하는 단계; 및 상기 검출된 좌표를 기초로 이동체의 위치정보를 판단하는 단계;를 포함한다. In order to solve the above problems, the present invention includes the steps of photographing a reference body using a photographing device; Detecting at least 4 coordinates from a reference body in the captured image; And determining location information of the moving object based on the detected coordinates.
상기 기준체는, 적어도 4개의 기설정된 좌표를 포함할 수 있다. The reference body may include at least four preset coordinates.
상기 적어도 4개의 기설정된 좌표는, 상기 이동체가 상기 기준체의 통신 반경 내부로 이동하면 상기 이동체의 통신부로 전송될 수 있다. The at least four preset coordinates may be transmitted to the communication unit of the moving object when the moving object moves within a communication radius of the reference object.
이때, 상기 적어도 4개의 좌표는 월드좌표계를 기초로 설정되며, 상기 검출하는 단계는, 상기 적어도 4개의 좌표를 내부 파라미터를 이용하여 카메라 좌표계로 변환할 수 있다. In this case, the at least four coordinates are set based on a world coordinate system, and the detecting may convert the at least four coordinates into a camera coordinate system using an internal parameter.
상기 검출하는 단계는, 적어도 4개의 좌표가 올바르게 검출되었는지를 확인하는 단계; 및 확인 결과 상기 좌표가 올바르게 검출되지 않은 경우, 상기 적어도 4개의 좌표를 다시 검출하는 단계;를 포함할 수 있다. The detecting may include checking whether at least four coordinates are correctly detected; And re-detecting the at least four coordinates when the coordinates are not correctly detected as a result of the confirmation.
상기 검출하는 단계는, 하기 식의 4개의 미지수를 계산하기 위하여 상기 적어도 4개의 좌표를 검출할 수 있다. In the detecting step, the at least four coordinates may be detected in order to calculate four unknowns of the following equation.
(단, 은 를 기준으로 만큼 회전한 회전행렬, 은 를 기준으로 회전한 각도, 는 의 x성분, 는 의 y성분, 는 의 z성분)(only, silver Based on Rotation matrix rotated by silver The angle rotated based on, Is X component of, Is Y component of, Is Z component of)
또한, 상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 적어도 4개의 좌표를 포함하는 기준체; 상기 기준체를 촬영하기 위한 촬영장비를 포함하는 이동체; 및 상기 촬영된 영상을 기초로 적어도 4개의 좌표를 검출하고, 상기 검출된 좌표를 기초로 상기 이동체의 위치정보를 판단하는 프로세서;를 포함한다. In addition, the present invention in order to solve the above-described problem, the reference body including at least four coordinates; A moving body including a photographing device for photographing the reference body; And a processor that detects at least four coordinates based on the captured image and determines location information of the moving object based on the detected coordinates.
상기 기준체는 적어도 4개의 모서리를 포함하며, 상기 적어도 4개의 좌표는, 상기 모서리와 대응될 수 있다. The reference body includes at least four corners, and the at least four coordinates may correspond to the corners.
상기 기준체는, 적어도 4개의 기설정된 좌표를 포함할 수 있다. The reference body may include at least four preset coordinates.
상기 이동체는, 상기 이동체가 상기 기준체의 통신 반경 내부로 이동하면, 상기 적어도 4개의 좌표 정보를 수신하는 통신부;를 포함할 수 있다.The moving object may include a communication unit configured to receive the at least four coordinate information when the moving object moves within a communication radius of the reference body.
상기한 바와 같은 본 발명의 촬영장비를 구비한 이동체의 위치정보를 판단하는 방법 및 시스템은 GPS 센서 등 추가적인 센서를 구비하지 않고도 촬영장비만을 이용하여 상기 이동체의 정확한 위치정보를 판단할 수 있는 효과가 있다.As described above, the method and system for determining the location information of a moving object equipped with a photographing device of the present invention has the effect of determining the exact location information of the moving object using only the photographing equipment without having an additional sensor such as a GPS sensor. have.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 촬영장비를 구비한 이동체의 위치정보를 판단하는 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 촬영장비를 구비한 이동체의 위치정보를 판단하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 이동체의 위치정보를 판단하기 위한 회전벡터의 기하학적 구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 이동체의 위치정보를 판단하기 위한 공간상의 좌표계를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 이동체의 위치정보를 판단하기 위한 공간상의 좌표계들을 대응시킨 것을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 촬영장비를 구비한 이동체의 위치정보를 판단하는 방법을 상세히 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 실험례 1에 사용된 0.47m × 0.47m의 기준체를 나타낸 사진이다.
도 8은 본 발명에 따른 실험례 1에 사용된 기준체의 모서리에서 픽셀 좌표를 검출하는 것을 나타낸 사진이다.
도 9는 본 발명에 따른 실험례 1에서 검출된 모든 이미지상의 픽셀 좌표를 나타낸 도면이다.
도 10는 본 발명에 따른 실험례 2에서 다양한 카메라의 위치를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명에 따른 실험례 2에서의 회전 벡터를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명에 따른 실험례 2에서의 회전 벡터를 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명에 따른 실험례 2에서 이미지를 이용하여 픽셀 좌표를 검출하는 것을 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명에 따른 실험례 2에서 이미지를 이용하여 픽셀 좌표를 검출하는 것을 나타낸 도면이다.1 is a diagram showing a system for determining location information of a moving object equipped with photographing equipment according to a first embodiment of the present invention.
2 is a diagram showing a method of determining location information of a moving object equipped with photographing equipment according to a second embodiment of the present invention.
3 is a diagram showing a geometric structure of a rotation vector for determining position information of a moving object according to the present invention.
4 is a diagram showing a coordinate system in space for determining location information of a moving object according to the present invention.
5 is a diagram showing the correspondence of coordinate systems in space for determining position information of a moving object according to the present invention.
6 is a diagram showing in detail a method of determining location information of a moving object equipped with photographing equipment according to a second embodiment of the present invention.
7 is a photograph showing a reference body of 0.47m × 0.47m used in Experimental Example 1 according to the present invention.
8 is a photograph showing the detection of pixel coordinates at the corners of the reference body used in Experimental Example 1 according to the present invention.
9 is a diagram showing pixel coordinates on all images detected in Experimental Example 1 according to the present invention.
10 is a diagram showing positions of various cameras in Experimental Example 2 according to the present invention.
11 is a diagram showing a rotation vector in Experimental Example 2 according to the present invention.
12 is a diagram showing a rotation vector in Experimental Example 2 according to the present invention.
13 is a diagram illustrating detection of pixel coordinates using an image in Experimental Example 2 according to the present invention.
14 is a diagram illustrating detection of pixel coordinates using an image in Experimental Example 2 according to the present invention.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 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.In the present invention, various transformations may be applied and various embodiments may be provided, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail. However, this is not intended to be limited to a specific embodiment of the present invention, it is to be understood to include all conversions, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the subject matter of the present invention, a detailed description 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 elements, but the elements should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another component.
본 발명에서 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.The terms used in the present invention are used only 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 the present application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other features. It is to be understood that the presence or addition of elements or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof does not preclude in advance.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Therefore, the spirit of the present invention is limited to the described embodiments and should not be defined, and all things that are equivalent or equivalent to the claims as well as the claims to be described later fall within the scope of the spirit of the present invention. .
이하, 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른, 촬영장비를 구비한 이동체의 위치정보를 판단하는 시스템에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a system for determining location information of a moving object equipped with photographing equipment according to a first embodiment of the present invention will be described in detail as follows.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 촬영장비를 구비한 이동체의 위치정보를 판단하는 시스템을 나타낸 도면이다.1 is a diagram showing a system for determining location information of a moving object equipped with photographing equipment according to an embodiment of the present invention.
도 1에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 촬영장비(21)를 구비한 이동체(20)의 위치정보를 판단하는 시스템은 기준체(10), 이동체(20), 및 프로세서(22)를 포함한다. Referring to FIG. 1, a system for determining location information of a moving
도 1에 따르면, 기준체(10)는, 적어도 4개의 좌표를 포함한다. 기준체(10)가 포함하는 좌표는 기설정된 좌표값을 가지고 있다. 이러한 좌표값은 기준체(10)의 중앙을 원점(0,0)으로 하여 설정될 수 있다. According to FIG. 1, the
도 1에 따르면, 기준체(10)는, 4각형이며 각 모서리를 각각 제1 좌표(11), 제2 좌표(12), 제3 좌표(13) 및 제4 좌표(14)로 설정하여 각 모서리와 각 좌표들을 대응시킬 수 있다. 또한, 각각의 좌표값들은 기설정된 값을 가지고 있다. According to FIG. 1, the
다만, 기준체(10)는 4각형이라는 형태에 한정되는 것은 아니며, n개의 모서리를 가지는 다각형일 수 있다. 경우에 따라서는 원형일 수도 있다. 또한, 각각의 좌표들의 위치는 해당 다각형의 모서리에만 위치해야 하는 것은 아니다. However, the
이동체(20)는, 촬영장비(21)를 포함할 수 있다. The moving
이동체(20)는, 무인항공기일 수 있으며, 바람직하게는 드론일 수 있다. The moving
또한, 이동체(20)는, 프로세서(22) 및 통신부(미도시)를 포함할 수 있다. 이동체(20)가 이동하면서 촬영장비(21)를 통하여 기준체(10)를 촬영한다. 이때, 프로세서(22)는 촬영된 영상 또는 이미지를 기초로 기준체(10)의 좌표를 검출한다. 프로세서(22)는 검출된 좌표를 기초로 이동체(20)의 위치정보를 판단한다. In addition, the moving
뿐만 아니라, 기준체(10)의 기설정된 각각의 좌표값들은 이동체(20)에 이미 알려진 값일 수 있다. 즉, 이동체(20)에는 데이터를 저장할 수 있는 저장부(미도시)가 포함될 수 있으며, 해당 저장부(미도시)에는 기설정된 각각의 좌표값들이 저장될 수 있다.In addition, each of the preset coordinate values of the
저장부(미도시)는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Drive), DRAM 메모리, SRAM 메모리, FRAM 메모리, 플래시 메모리 중 하나 이상으로 선택될 수 있다.
또한, 기준체(10)는 통신수단(미도시)을 포함할 수 있다. 기준체(10)의 통신수단(미도시)은 일정 범위의 통신 반경을 형성할 수 있다. 따라서, 이동체(20)가 상기 통신 반경 내부로 이동하게 되면, 기준체(10)의 통신수단(미도시)은 이동체(20)의 통신부(미도시)를 통하여 상기 기준체(10)의 기설정된 각각의 좌표값(좌표 정보)을 전송할 수 있다. The storage unit (not shown) may be selected from one or more of a hard disk drive (HDD), a solid state drive (SSD), a DRAM memory, an SRAM memory, a FRAM memory, and a flash memory.
In addition, the
프로세서(22)가 이동체(20)에 포함된 촬영장비(21)를 기초로 적어도 4개의 좌표를 검출하는 방법은 이하 설명할 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따를 수 있다. A method for the
프로세서(22)는 검출된 적어도 4개의 좌표를 기초로 이동체(20)의 위치정보를 판단할 수 있으며, 위치정보를 판단하는 방법은 이하 설명할 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따를 수 있다. 단, 위치정보란, 이동체(20)의 현재 위치, 기울기 등을 포함할 수 있다. The
이하, 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른, 촬영장비를 구비한 이동체의 위치정보를 판단하는 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, a detailed description will be given of a method of determining location information of a moving object equipped with photographing equipment according to a second preferred embodiment of the present invention.
또한, 촬영장비를 구비한 이동체의 위치정보를 판단하는 방법을 실시하는 주체는, 촬영장비를 구비한 이동체의 위치정보를 판단하는 시스템인 것이 바람직하다. In addition, it is preferable that the subject performing the method of determining the location information of the moving object equipped with the photographing equipment is a system that determines the position information of the moving object equipped with the photographing equipment.
참고로, 본 발명의 제2 실시예에 따른 중 본 발명의 제1 실시예와 특징이 동일하거나 유사한 구성들에 대한 설명은 생략하고 다른 점만을 설명하기로 한다. For reference, descriptions of configurations that have the same or similar characteristics to those of the first embodiment of the present invention will be omitted and only different points will be described.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 촬영장비를 구비한 이동체의 위치정보를 판단하는 방법을 나타낸 도면이다.2 is a diagram showing a method of determining location information of a moving object equipped with photographing equipment according to a second embodiment of the present invention.
도 2에 따르면, 본 발명은 촬영장비(21)를 이용하여 기준체(10)를 촬영하는 단계(S100), 촬영된 영상 속 기준체(10)로부터 적어도 4개의 좌표를 검출하는 단계(S200), 및 검출된 좌표를 기초로 이동체(20)의 위치정보를 판단하는 단계(S300)를 포함한다. According to Figure 2, the present invention is a step of photographing the
촬영장비(21)를 이용하여 기준체(10)를 촬영하는 단계(S100)는, 이동체(20)에 포함된 촬영장비(21)를 이용할 수 있다. 촬영장비(21)란, 이미지를 촬영하거나 동영상을 촬영할 수 있는 모든 수단 또는 장비를 의미할 수 있다. 본 발명에서의 촬영장비(21)는 주로 카메라를 의미할 수 있다. 또한, 본 발명에서 사용되는 “영상”이란 표현은, 사진 등 이미지가 포함된다고 해석해야 할 것이다.In the step (S100) of photographing the
촬영된 영상 속 기준체(10)로부터 적어도 4개의 좌표를 검출하는 단계(S200)는, 이동체(20)의 프로세서(22)가 영상을 분석하여 적어도 4개의 좌표를 검출할 수 있다. 또한, 검출된 좌표를 기초로 이동체(20)의 위치정보를 판단하는 단계(S300)는 적어도 4개의 좌표값으로 이동체(20)의 위치정보를 판단한다. 이때, 적어도 4개의 좌표들은 기준체(10)에 포함될 수 있으며, 이러한 좌표에 대한 정보는 미리 이동체(20)에 저장되어 있거나 통신을 이용하여 전송될 수 있다.In the step of detecting at least four coordinates from the
이와 같이, 본 발명에 있어서 적어도 4개의 좌표값이 필요한 이유는 다음과 같다.As described above, the reason why at least four coordinate values are required in the present invention is as follows.
이동체(20)의 위치정보를 파악하기 위하여, 회전행렬을 사용할 수 있다. 회전행렬은 크게 회전하는 기준 축에 따라 롤(Roll), 피치(Pitch), 요(Yaw)로 나뉘며 여기서는 롤(Roll), 피치(Pitch), 요(Yaw)순으로 적용해 회전행렬을 만들어 낸다고 가정한다. 단, 롤(Roll), 피치(Pitch), 요(Yaw)는 이동체(20)의 자세를 의미하는 각도를 나타내는 표현을 말한다.In order to grasp the location information of the moving
이동체(20)의 승강타를 조종하면 이동체(20)의 앞쪽[기수(機首)]이 위아래로 움직이며 이러한 운동을 피치(Pitch)라고 한다. 주익에 있는 보조익(aileron)을 조종하면 이동체(20)가 전체적으로 왼쪽이나 오른쪽으로 기울게 되는데, 이러한 운동을 롤(Roll)이라고 한다. 방향타를 사용하면 이동체(20)의 기수가 좌우로 움직이면서 비행방향이 바뀌는데 이러한 운동을 요(Yaw)라고 한다. 이러한 표현은 비행체, 드론 등에도 그대로 사용될 수 있다. When the elevator of the moving
순으로 회전행렬이 적용된다고 하면 아래 [수학식 1]을 이용하여 [수학식 2]와 같이 정리할 수 있다. Assuming that the rotation matrix is applied in order, it can be summarized as [Equation 2] using [Equation 1] below.
(단, 은 x축을 회전 기준 축으로 설정한 회전행렬, 은 y축을 회전 기준 축으로 설정한 회전행렬, 은 z축을 회전 기준 축으로 설정한 회전행렬,은 x축을 회전 기준 축으로 회전한 각도, 은 y축을 회전 기준 축으로 회전한 각도, 은 z축을 회전 기준 축으로 회전한 각도)(only, Is the rotation matrix with the x-axis set as the rotation reference axis, Is the rotation matrix with the y-axis set as the rotation base axis, Is the rotation matrix with the z-axis as the rotation reference axis, Is the angle rotated around the x-axis as the rotation reference axis, Is the angle rotated by the y-axis to the rotation base axis, Is the angle rotated by the z-axis as the rotation reference axis)
(단, 은 x축을 회전 기준 축으로 설정한 회전행렬, 은 y축을 회전 기준 축으로 설정한 회전행렬, 은 z축을 회전 기준 축으로 설정한 회전행렬, 은 x축을 회전 기준 축으로 회전한 각도, 은 y축을 회전 기준 축으로 회전한 각도, 은 z축을 회전 기준 축으로 회전한 각도)(only, Is the rotation matrix with the x-axis set as the rotation reference axis, Is the rotation matrix with the y-axis set as the rotation base axis, Is the rotation matrix with the z-axis as the rotation reference axis, Is the angle rotated around the x-axis as the rotation reference axis, Is the angle rotated by the y-axis to the rotation base axis, Is the angle rotated by the z-axis as the rotation reference axis)
도 3은 본 발명에 따른 이동체의 위치정보를 판단하기 위한 회전벡터의 기하학적 구조를 나타낸 도면이다.3 is a diagram showing a geometric structure of a rotation vector for determining position information of a moving object according to the present invention.
로드리게스의 회전 공식(Rodrigues' rotation fomula)에 따르면, 임의의 회전행렬은 회전 기준 벡터와 기준벡터에 대한 좌표계의 회전각도로 아래 [수학식 3]과 같이 나타낼 수 있다. 또한, 회전된 벡터 은 아래 [수학식 4]와 같이 나타낼 수 있다.According to Rodrigues' rotation fomula, an arbitrary rotation matrix can be expressed as [Equation 3] below as the rotation angle of the coordinate system with respect to the rotation reference vector and the reference vector. Also, the rotated vector Can be expressed as [Equation 4] below.
(단, 은 를 기준으로 만큼 회전한 회전행렬, 은 를 기준으로 회전한 각도, 는 항등행렬, 는 회전기준 벡터, 는 의 교대행렬)(only, silver Based on Rotation matrix rotated by silver The angle rotated based on, Is the identity matrix, Is the rotational reference vector, Is Shift matrix)
(단, 은 회전을 취하려 하는 벡터, 은 의 에 대해 평행한 성분, 은 의 에 대해 수직한 성분)(only, Is the vector that is about to take a rotation, silver of Components parallel to, silver of Component perpendicular to)
도 3에 따른 회전벡터의 기하학적 구조를 이용하면, 아래 [수학식 5]을 얻을 수 있다. [수학식 5]에 따르면, 회전 기준벡터와 회전 각도에 대한 4가지의 값만 알면 전체 회전 행렬을 구할 수 있다.If the geometric structure of the rotation vector according to FIG. 3 is used, the following [Equation 5] can be obtained. According to [Equation 5], the entire rotation matrix can be obtained by knowing only four values for the rotation reference vector and the rotation angle.
즉, 하기 [수학식 5]에서는 미지수가 4개에 불과하므로, 적어도 4개의 좌표만 알게 되면, 방정식을 이용하여 하기 [수학식 5]의 미지수를 알아낼 수 있다.That is, since there are only four unknowns in the following [Equation 5], if at least four coordinates are known, the unknown number of [Equation 5] below can be found using the equation.
(단, 은 를 기준으로 만큼 회전한 회전행렬, 은 를 기준으로 회전한 각도, 는 의 x성분, 는 의 y성분, 는 의 z성분)(only, silver Based on Rotation matrix rotated by silver The angle rotated based on, Is X component of, Is Y component of, Is Z component of)
도 4는 본 발명에 따른 이동체의 위치정보를 판단하기 위한 공간상의 좌표계를 나타낸 도면이다.4 is a diagram showing a coordinate system in space for determining location information of a moving object according to the present invention.
본 발명은 이동체(20)에 포함된 촬영장비(21)를 가지고 적어도 4개의 좌표를 알아내야 하므로, 촬영장비(21)에 촬영된 영상 속에 존재하는 기준체(10)의 좌표(평면 좌표)들을 실제 3차원 공간상에 존재하는 기준체(10)의 좌표(월드 좌표)들로 변환할 필요가 발생한다.In the present invention, since it is necessary to find at least four coordinates with the photographing
즉, 상기 적어도 4개의 좌표는 월드좌표계를 기초로 설정되며, 상기 검출하는 단계는, 상기 적어도 4개의 좌표를 내부 파라미터를 이용하여 카메라 좌표계로 변환할 수 있다. That is, the at least four coordinates are set based on a world coordinate system, and the detecting may convert the at least four coordinates into a camera coordinate system using an internal parameter.
도 4에 따르면, 로 표시된 축으로 이루어진 좌표계가 월드 좌표계이다. 또한, 로 표시된 축으로 이루어진 좌표계가 카메라 좌표계이다. 또한, 로 표시된 축으로 이루어진 좌표계가 픽셀 좌표계이다. 예를 들어, 좌표값 중 적어도 한 점의 좌표가 월드 좌표계라면 해당 좌표를 월드 좌표라고 하며, 이는 다른 좌표계를 사용한 경우에도 마찬가지이다. According to Figure 4, The coordinate system consisting of the axes indicated by is the world coordinate system. Also, The coordinate system composed of the axes indicated by is the camera coordinate system. Also, The coordinate system composed of the axes indicated by is the pixel coordinate system. For example, if the coordinates of at least one of the coordinate values is a world coordinate system, the corresponding coordinates are called world coordinates, and this is the same even when a different coordinate system is used.
다만, 월드 좌표, 카메라 좌표 및 픽셀 좌표는 경우에 따라 서로 변환가능하므로, 본 발명의 권리범위는 특정 좌표계에만 한정된다고 볼 수 없다.However, since world coordinates, camera coordinates, and pixel coordinates can be converted to each other in some cases, the scope of the present invention cannot be regarded as being limited to a specific coordinate system.
평면 좌표 와 월드 좌표 는 아래 [수학식 6]으로 표현된다. 이때, 은 동차 좌표계상의 회전 변환과 이동 변환을 나타낸 것이며, 는 4차원 동차 좌표계를 3차원 동차 좌표계로 변환해주는 행렬이고, 는 촬영장비(21) 내부의 파라미터를 모델링한 행렬이다. Plane coordinates And world coordinates Is expressed by the following [Equation 6]. At this time, Represents the rotation transformation and movement transformation in the homogeneous coordinate system, Is a matrix that converts a 4D homogeneous coordinate system to a 3D homogeneous coordinate system, Is a matrix modeling parameters inside the photographing
이와 같이 좌표계를 변환하는 선형변환에는 크게 축적변환(Scale), 회전변환(Rotation), 이동변환(Translation)변환이 있는데 행렬간에는 교환법칙이 성립하지 않으므로 일반적으로 선형변환을 다루는 경우에는 스케일, 회전, 이동을 차례대로 사용(TRS)하는 것이 일반적이다. As such, linear transformations that transform the coordinate system include Scale, Rotation, and Translation transformations. Since the commutative law does not hold between matrices, in general, when dealing with linear transformations, scale, rotation, and translation It is common to use movement sequentially (TRS).
(이때, , , )(At this time, , , )
(단, 는 상수, 는 픽셀 좌표계상의 x좌표, 는 픽셀 좌표계상의 y좌표, 는 카메라 초점거리, 내지 은 회전벡터 R의 성분, 내지 는 이동벡터의 성분, 는 월드좌표계 상의 타겟의 x좌표, 는 월드좌표계 상의 타겟의 y좌표, 는 월드좌표계 상의 타겟의 z좌표, 은 회전행렬, 는 이동벡터)(only, Is a constant, Is the x coordinate in the pixel coordinate system, Is the y coordinate in the pixel coordinate system, Is the camera focal length, To Is the component of the rotation vector R, To Is the component of the motion vector, Is the x coordinate of the target in the world coordinate system, Is the y coordinate of the target in the world coordinate system, Is the z-coordinate of the target in the world coordinate system, Is the rotation matrix, Is the moving vector)
월드 좌표계와 카메라 좌표계 간에는 축적이 다르지 않으므로 축적변환(Scale) 행렬은 단위행렬이 된다. 다음으로 회전행렬의 경우 축을 순서로 롤(Roll), 피치(Pitch), 요(Yaw)만큼 회전한다고 약속한다. 이때, 점을 회전시키는 것이 아니라 좌표계의 축을 회전시키는 것이므로 이동각에 (-)부호를 붙여주어야 한다. [수학식 1]의 행렬들의 회전각에 (-)부호를 붙여 정리하면 [수학식 7]과 같이 회전행렬이 표현된다. 위의 정보들을 종합하여 TRS행렬을 구하여 보면 상기 [수학식 6]의 과 같이 표현할 수 있다.Since the scale does not differ between the world coordinate system and the camera coordinate system, the scale matrix becomes a unit matrix. Next, in the case of the rotation matrix It promises to rotate the axis in order by Roll, Pitch, and Yaw. At this time, it does not rotate the point, but rotates the axis of the coordinate system, so a (-) sign must be added to the moving angle. If the rotation angle of the matrices of [Equation 1] is summarized by adding a (-) sign, the rotation matrix is expressed as in [Equation 7]. If the TRS matrix is obtained by synthesizing the above information, the above [Equation 6] It can be expressed as
(단, 는 z축을 회전 기준 축으로 설정한 회전행렬, 는 y축을 회전 기준 축으로 설정한 회전행렬, 는 x축을 회전 기준 축으로 설정한 회전행렬, 는 은 z축을 회전 기준 축으로 회전한 각도, 는 y축을 회전 기준 축으로 회전한 각도, 는 x축을 회전 기준 축으로 회전한 각도)(only, Is the rotation matrix with the z-axis as the rotation reference axis, Is the rotation matrix with the y-axis set as the rotation reference axis, Is the rotation matrix with the x-axis set as the rotation base axis, Is the angle at which the z-axis is rotated about the rotation reference axis, Is the angle at which the y-axis is rotated about the rotation reference axis, Is the angle at which the x-axis is rotated to the axis of rotation)
도 5는 본 발명에 따른 이동체의 위치정보를 판단하기 위한 공간상의 좌표계들을 대응시킨 것을 나타낸 도면이다.5 is a diagram showing the correspondence of coordinate systems in space for determining position information of a moving object according to the present invention.
도 5에 따르면, 카메라 좌표계, 정규 좌표계, 픽셀좌표계, 및 월드좌표계가 도시되어 있어 각 좌표계들을 쉽게 이해할 수 있다.According to FIG. 5, since a camera coordinate system, a normal coordinate system, a pixel coordinate system, and a world coordinate system are shown, each coordinate system can be easily understood.
이와 같이, 본 발명은 이동체(20)에 구비된 촬영장비(21)를 이용하여 좌표계를 알아내야 하는데, 3차원 월드좌표계를 기준으로 설정된 기준체(10)의 좌표들을 카메라 좌표계로 변환하여 인식을 해야할 필요성이 존재한다. 이러한 필요성을 충족하기 위하여, 본 발명은 위와 같은 좌표계 변환을 사용한다.As described above, the present invention needs to find out the coordinate system using the photographing
본 발명은 월드좌표계 상의 기준체(10)의 점과 카메라 영상 속의 점의 대응관계를 알 때, 카메라의 위치과 자세를 구하고자 한다. 카메라의 위치 및 자세를 정확히 파악하기 위해서는 두 가지 조건을 알아야 한다. 첫째, 카메라의 초점거리(focal length), 및 이미지센서 상의 한 픽셀의 크기를 알아야 한다. 둘째, 월드좌표계의 네 점의 3차원 좌표와 이에 대응되는 영상 속의 2차원 좌표를 알아야 한다. The present invention seeks to obtain the position and posture of the camera when the correspondence between the point of the
앞서 살펴본 바와 같이 회전행렬을 표현하기 위해서는 최소한 4개의 정보가 필요하다. 따라서 이동행렬의 세 가지 요소와 회전행렬의 4가지 요소를 구해야 한다. 좌표 하나당 2개의 방정식을 얻을 수 있으므로 월드 좌표계의 4개 좌표가 이미지에 대응되는 좌표를 알게 된다면 방정식을 8개 얻을 수 있어 방정식을 풀기에 충분하다. As previously discussed, at least 4 pieces of information are required to express the rotation matrix. Therefore, three elements of the movement matrix and four elements of the rotation matrix must be obtained. Since you can get 2 equations per coordinate, if you know the coordinates corresponding to the image of 4 coordinates in the world coordinate system, you can get 8 equations, which is enough to solve the equation.
일반적으로 이미지 상의 좌표는 픽셀로 표현되므로 픽셀의 크기를 곱해줘 [m]단위의 좌표를 입력해 주어야 한다. 방정식을 푸는 과정은 매우 복잡하므로 본 발명의 이동체(20)에 포함된 프로세서(22)를 이용하여 연산한다.In general, coordinates on an image are expressed in pixels, so you need to multiply the size of the pixel and input the coordinates in [m]. Since the process of solving the equation is very complex, it is calculated using the
(단, 는 회전변환, 는 스케일 변환, 는 이동변환)(only, Is the rotational transformation, Is the scale transform, Is shift transformation)
(단, 는 회전변환, 는 스케일 변환, 는 이동변환, 내지 은 내지 은 회전벡터 의 성분, 내지 는 이동벡터의 각 성분, 는 월드좌표계 상의 타겟의 x좌표, 는 월드좌표계 상의 타겟의 y좌표, 는 월드좌표계 상의 타겟의 z좌표 은 회전행렬, 는 이동벡터)(only, Is the rotational transformation, Is the scale transform, Is the shift transformation, To silver To Is a rotation vector Ingredients of, To Is each component of the motion vector, Is the x coordinate of the target in the world coordinate system, Is the y coordinate of the target in the world coordinate system, Is the z coordinate of the target in the world coordinate system Is the rotation matrix, Is the moving vector)
(단, 은 회전변환()의 역행렬, 는 행렬의 i행 j열 성분, 는 x축을 회전 기준 축으로 회전한 각도, 는 y축을 회전 기준 축으로 회전한 각도, 는 z축을 회전 기준 축으로 회전한 각도)(only, Is a rotational transformation ( ) Inverse matrix, Is The components in row i and j of the matrix, Is the angle at which the x-axis is rotated about the rotation reference axis, Is the angle at which the y-axis is rotated about the rotation reference axis, Is the angle rotated by the z-axis as the rotation reference axis)
또한, 이동체(20)의 위치정보를 판단하는 단계(S300)는, 상기 [수학식 9] 및 [수학식 10]을 이용하여 검출된 좌표를 기초로 실험값을 계산하며, 이때 계산된 실험값과 기저장된 이론값을 비교하여 이동체(20)의 위치정보를 판단할 수 있다. 즉, 계산된 실험값과 기저장된 이론값이 동일하다면, 이동체(20)는 원하는 위치에 위치하고 있다고 판단될 수 있다. 반대로, 계산된 실험값과 기저장된 이론값이 차이가 있다면, 이동체(20)는 원하는 위치에 있지 않다고 판단될 수 있다. In addition, the step of determining the location information of the moving body 20 (S300), calculates an experimental value based on the coordinates detected using [Equation 9] and [Equation 10], and at this time, the calculated experimental value and By comparing the stored theoretical values, it is possible to determine the location information of the moving
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 촬영장비를 구비한 이동체의 위치정보를 판단하는 방법을 상세히 나타낸 도면이다.6 is a diagram showing in detail a method of determining location information of a moving object equipped with photographing equipment according to a second embodiment of the present invention.
도 6에 따르면, 위 수학식들을 이용하여 기준체(10)에 설정한 월드좌표계에 대한 이동체(20)의 촬영장비(21)의 위치와 자세를 계산할 수 있는 알고리즘이 도시되어 있다.Referring to FIG. 6, an algorithm capable of calculating the position and posture of the photographing
도 6에 따르면, 상기 알고리즘은 ① 월드좌표계 상의 네 점에 대한 정보를 추출하는 단계, ②대응되는 픽셀의 좌표를 검출하는 단계, ③올바른 픽셀좌표를 검출하였는지를 확인하는 단계, ④ 좌표쌍을 대입하는 촬영장비(21)의 내부 파라미터를 검출하는 단계, ⑤ 결과를 출력하는 단계 등을 포함할 수 있다. According to Fig. 6, the algorithm includes: ① extracting information on four points on the world coordinate system, ② detecting the coordinates of the corresponding pixel, ③ confirming whether the correct pixel coordinates are detected, and ④ substituting the coordinate pairs. It may include the step of detecting the internal parameters of the photographing
상기 ①단계 에서는 크기와 자세를 아는 실공간의 물체의 네 점(월드좌표)을 입력한다. 상기 ②단계에서는 상기 ①단계의 네 점을 포함하는 이미지를 얻어 픽셀 좌표계의 원점에 대한 네 점의 상대적인 좌표(픽셀좌표)를 구한다. 상기 ③단계에서는 촬영한 이미지 상에서 월드좌표계 상의 네 점의 픽셀좌표가 올바르게 검출되었는지 확인하고 네 좌표를 올바르게 검출해내지 못했다면 다시 검출한다. 이 과정은 보통 특징점 검출 기법을 이용하게 된다. 상기 ④단계에서는 상기 ③단계에서 구한 좌표쌍들을 대입할 수 있는 촬영장비(21)의 내부 파라미터들을 검출한다. 여기서 내부 파라미터들이란 월드좌표계와 픽셀좌표를 연결하는 행렬인 [수학식 6]을 의미한다. 상기 ⑤단계에서는 상기 ④단계에서 구한 내부 요인들로부터 카메라의 위치와 자세에 대한 값을 얻는다. 이러한 네 가지 과정을 하나의 실험예를 이용하여 아래에 설명한다.In
[실험예 1][Experimental Example 1]
①단계: 월드좌표계 상의 네 점을 입력Step ①: Enter four points on the world coordinate system
편의에 따라 월드 좌표계를 설정하고 물체상의 네 점에 설정한 좌표계 상의 좌표를 입력한다. 예시에서는 사각형의 중심을 원점으로 설정한다. 사각형 타일의 네 꼭짓점의 월드좌표계 상의 네 개의 좌표를 사각형의 중심을 월드좌표계의 원점으로 하여(-0.235, -0.235, 0), (-0.235, 0.235, 0), (0.235, -0.235, 0), (0.235, 0.235, 0)와 같이 설정한다. 정사각형 모양의 착륙지점의 네 포인트는 규격화되어 이미 알고 있거나 착륙지점 근처에 왔을 때, 근거리 통신을 이용하여 정보를 주고받을 수 있다. 이때 사용된 정사각형 모양의 착륙지점이 기준체(10)의 역할이며, 도 7에 나타나있다.
For convenience, set the world coordinate system and enter the coordinates on the set coordinate system at four points on the object. In the example, the center of the rectangle is set as the origin. Using the four coordinates in the world coordinate system of the four vertices of the square tile as the origin of the world coordinate system (-0.235, -0.235, 0), (-0.235, 0.235, 0), (0.235, -0.235, 0) Set as, (0.235, 0.235, 0). The four points of the square-shaped landing point are standardized so that information can be exchanged using short-range communication when you already know or come near the landing point. The square-shaped landing point used at this time is the role of the
②단계: 대응되는 픽셀 좌표 검출② Step: Detect the corresponding pixel coordinates
도 8은 본 발명에 따른 실험례에 사용된 기준체(10)의 모서리에서 픽셀 좌표를 검출하는 것을 나타낸 사진이며, 도 9는 본 발명에 따른 실험례에서 검출된 모든 이미지상의 픽셀 좌표를 나타낸 도면이다8 is a photograph showing the detection of pixel coordinates at the corners of the
도 8에 따르면, 좌측 아래 모서리의 좌표를 찾고 이에 대응되는 픽셀좌표를 찾아낼 수 있다. 이런 방식으로 각각의 모서리의 좌표에 대응되는 모든 픽셀좌표를 찾아낼 수 있다. According to FIG. 8, it is possible to find the coordinates of the lower left corner and find the pixel coordinates corresponding thereto. In this way, you can find all the pixel coordinates corresponding to the coordinates of each corner.
도 9에 따르면, 이미지 상에 대응되는 물체에서 설정한 네 점의 좌표를 검출하고, (-0.235, -0.235, 0)의 픽셀좌표는 (382, 254)가 된다는 사실을 알 수 있다는 내용이 나타나 있다. 이와 비슷하게 오른쪽 그림과 같이 모든 모서리의 픽셀 좌표를 얻어 낸다.According to FIG. 9, it can be seen that the coordinates of four points set in the corresponding object on the image are detected, and the pixel coordinates of (-0.235, -0.235, 0) become (382, 254). have. Similarly, we get the pixel coordinates of all corners as shown in the right figure.
③단계: 픽셀 좌표가 올바르게 검출되었는지를 확인③ Step: Check whether the pixel coordinates are detected correctly
월드 좌표계 상의 네 좌표가 대응되는 이미지 평면상의 네 픽셀좌표가 제대로 검출되었는지 확인하고 오검출 또는 미검출 되었다면 다시 검출을 시도한다.Check whether the four pixel coordinates on the image plane corresponding to the four coordinates in the world coordinate system have been correctly detected, and if they are erroneously detected or not, try detection again.
④단계: 좌표쌍 대입 내부 파라미터 검출④ Step: Coordinate pair assignment internal parameter detection
픽셀좌표를 영상 중심점 기준의 좌표로 변환하고 이를 다시 카메라 좌표계 상의 좌표로 변환하고 이에 픽셀의 크기를 곱한 좌표를 입력해 주어야 한다. 표 1은 픽셀 좌표을 카메라 좌표계로 변환한 것을 보인 것이다. It is necessary to convert the pixel coordinates to coordinates based on the center point of the image, convert them to coordinates on the camera coordinate system, and multiply the coordinates by the size of the pixels. Table 1 shows the conversion of the pixel coordinates to the camera coordinate system.
영상 중심점 기준 좌표는 아래 [수학식 11]을 이용하여 카메라 좌표계의 원점을 (0,0)으로 설정하여 다시 구한 좌표이다. 카메라 좌표계는 월드좌표계에 대하여 y축 반전이므로 [수학식 12]와 같이 영상 중심점 기준 좌표에서 y성분에 값에 (-)부호를 붙여준다. 구한 카메라 좌표계 상의 픽셀 좌표는 픽셀의 크기를 곱하여 입력해 준다. 월드좌표계와 카메라 좌표계는 유동적으로 설정할 수 있으므로 예시와 다르게 좌표계를 설정하였다면 상황에 맞는 연산을 해주면 된다. 이 과정을 통해 상기 [표 1]와 같이 좌표들을 얻을 수 있고 얻은 좌표들을 이용하여 내부 파라미터들을 구한다. 구한 내부 파라미터들에 상기 [수학식 8], [수학식 9] 및 [수학식 10]을 이용하여 위치와 자세를 구한다.The image center point reference coordinate is a coordinate obtained again by setting the origin of the camera coordinate system as (0,0) using the following [Equation 11]. Since the camera coordinate system is inverted on the y-axis with respect to the world coordinate system, a (-) sign is added to the value of the y component in the image center reference coordinate as shown in [Equation 12]. The obtained pixel coordinates in the camera coordinate system are input by multiplying the pixel size. The world coordinate system and the camera coordinate system can be set flexibly, so if you set the coordinate system differently from the example, you can perform an operation that suits the situation. Through this process, coordinates can be obtained as shown in [Table 1], and internal parameters are obtained using the obtained coordinates. The position and posture are obtained by using [Equation 8], [Equation 9], and [Equation 10] for the obtained internal parameters.
(단, 는 이미지의 원점을 픽셀 좌표계의 중심으로 설정한 좌표계 상의 x좌표, 는 이미지의 원점을 픽셀 좌표계의 중심으로 설정한 좌표계 상의 y좌표, 는 픽셀좌표계 상의 x좌표, 는 이미지 너비를 차지하는 픽셀 수를 반으로 나눈 값, 는 픽셀좌표계 상의 y좌표, 는 이미지 높이를 차지하는 픽셀 수를 반으로 나눈 값)(only, Is the x coordinate on the coordinate system where the origin of the image is set as the center of the pixel coordinate system, Is the y coordinate on the coordinate system where the origin of the image is set as the center of the pixel coordinate system, Is the x coordinate in the pixel coordinate system, Is the number of pixels occupying the width of the image divided by half, Is the y coordinate in the pixel coordinate system, Is the number of pixels occupying the image height divided by half)
(단, 는 이미지의 원점을 픽셀 좌표계의 중심으로 설정한 좌표계 상의 x좌표, 는 이미지의 원점을 픽셀 좌표계의 중심으로 설정한 좌표계 상의 y좌표, 는 픽셀 좌표계 상의 x좌표, 는 픽셀 좌표계 상의 y좌표)(only, Is the x coordinate on the coordinate system where the origin of the image is set as the center of the pixel coordinate system, Is the y coordinate on the coordinate system where the origin of the image is set as the center of the pixel coordinate system, Is the x coordinate in the pixel coordinate system, Is the y coordinate in the pixel coordinate system)
⑤단계: 결과를 출력Step ⑤: Print the result
[실험예 2][Experimental Example 2]
도 10는 본 발명에 따른 실험례 2에서 다양한 카메라의 위치를 나타낸 도면이다.10 is a diagram showing positions of various cameras in Experimental Example 2 according to the present invention.
도 10에 따르면, 상기 실험례 1과 동일한 실험 단계를 바탕으로, 초점거리 3.93mm카메라를 이용, 바닥에 0.47m×0.47m 정사각형을 두고 정사각형의 중심을 원점으로 설정한 후 8가지 위치에서 촬영하여 카메라의 위치를 실험, pan 45°, -45°에서 촬영하여 카메라의 각도를 실험하였다.According to FIG. 10, based on the same experimental steps as in Experimental Example 1, using a 3.93mm focal length camera, a 0.47m×0.47m square was placed on the floor, and the center of the square was set as the origin, and then photographed from eight positions The camera's position was tested, pan 45°, and -45° were taken to test the camera angle.
도 11 및 도 12는 본 발명에 따른 실험례 2에서의 회전 벡터를 나타낸 도면이다. 11 and 12 are diagrams showing a rotation vector in Experimental Example 2 according to the present invention.
도 11에 따르면, 일정 위치에서의 카메라를 기준으로 하는 회전 벡터가 나타나 있으며, 이때 회전 벡터는 다음 [수학식 13]과 같다.Referring to FIG. 11, a rotation vector based on a camera at a certain position is shown, and the rotation vector is as follows [Equation 13].
(단, 는 회전기준 벡터, 는 y방향 단위 벡터)(only, Is the rotational reference vector, Is the y-direction unit vector)
도 12에 따르면, 또 다른 일정 위치에서의 카메라를 기준으로 하는 회전 벡터가 나타나 있으며, 이때 회전 벡터는 다음 [수학식 14]와 같다.According to FIG. 12, a rotation vector based on a camera at another predetermined position is shown, and the rotation vector is as follows [Equation 14].
(단, 는 회전기준 벡터, 는 y방향 단위 벡터)(only, Is the rotational reference vector, Is the y-direction unit vector)
도 13 및 도 14는 본 발명에 따른 실험례 2에서 이미지를 이용하여 픽셀 좌표를 검출하는 것을 나타낸 도면이다. 13 and 14 are diagrams illustrating detection of pixel coordinates using an image in Experimental Example 2 according to the present invention.
도 13에 따르면, 이동체(20)의 착륙지점(즉, 기준체(10))의 우측 상부의 모서리를 기준으로 픽셀 좌표를 검출하고 있는 것이 나타나 있다. 또한, 도 14에 따르면 이동체(20)의 착륙지점(즉, 기준체(10))의 좌측 하단의 모서리를 기준으로 픽셀 좌표를 검출하고 있는 것이 나타나 있다. Referring to FIG. 13, it is shown that pixel coordinates are detected based on the upper right corner of the landing point of the moving body 20 (ie, the reference body 10). In addition, according to FIG. 14, it is shown that pixel coordinates are detected based on the lower left corner of the landing point of the moving body 20 (ie, the reference body 10).
이와 같은 과정을 통하여 픽셀 좌표들에 대한 결과값을 출력하면 아래 [표 4] 및 [표 5]와 같다.When the result values for pixel coordinates are output through this process, they are shown in [Table 4] and [Table 5] below.
한편, 본 발명에 따른 촬영장비(21)를 구비한 이동체(20)의 위치정보를 판단하는 방법은 서버 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 저장될 수 있다. 이러한 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있도록 프로그램 및 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록매체를 포함한다. 그 예로는, 롬(Read Only Memory), 램(Random Access Memory), CD(Compact Disk), DVD(Digital Video Disk)-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 케리어 웨이브(예를 들면, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함된다. 또한, 이러한 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.On the other hand, the method of determining the location information of the moving
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far, the present invention has been looked at around its preferred embodiments. Those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to understand that the present invention may be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered from an illustrative point of view rather than a limiting point of view. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the above description, and all differences within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the present invention.
10: 기준체 (또는 착륙지점)
11: 제1 좌표
12: 제2 좌표
13: 제3 좌표
14: 제4 좌표
20: 이동체 (또는 드론)
21: 촬영장비 (또는 카메라)
22: 프로세서10: Reference body (or landing point)
11: first coordinate
12: second coordinate
13: 3rd coordinate
14: fourth coordinate
20: mobile (or drone)
21: photographing equipment (or camera)
22: processor
Claims (10)
상기 촬영된 영상 속 기준체로부터 적어도 4개의 좌표를 검출하는 단계; 및
상기 검출된 좌표를 기초로 이동체의 위치정보를 판단하는 단계;를 포함하는, 촬영장비를 구비한 이동체의 위치정보를 판단하는 방법.Photographing a reference body using photographing equipment;
Detecting at least 4 coordinates from a reference body in the captured image; And
Determining the position information of the moving object based on the detected coordinates; Method for determining the position information of the moving object having a photographing device comprising a.
상기 기준체는,
적어도 4개의 기설정된 좌표를 포함하는 것인, 촬영장비를 구비한 이동체의 위치정보를 판단하는 방법.The method of claim 1,
The reference body,
A method of determining the location information of a moving object equipped with photographing equipment that includes at least four preset coordinates.
상기 적어도 4개의 기설정된 좌표는,
상기 이동체가 상기 기준체의 통신 반경 내부로 이동하면 상기 이동체의 통신부로 전송되는 것인, 촬영장비를 구비한 이동체의 위치정보를 판단하는 방법.The method of claim 2,
The at least four preset coordinates,
When the moving object moves inside the communication radius of the reference object, it is transmitted to the communication unit of the moving object.
상기 적어도 4개의 좌표는 월드좌표계를 기초로 설정되며,
상기 검출하는 단계는,
상기 적어도 4개의 좌표를 내부 파라미터를 이용하여 카메라 좌표계로 변환하는 것인, 촬영장비를 구비한 이동체의 위치정보를 판단하는 방법.The method of claim 1,
The at least four coordinates are set based on the world coordinate system,
The detecting step,
To convert the at least four coordinates into a camera coordinate system using an internal parameter, a method of determining the location information of a moving object equipped with a photographing equipment.
상기 검출하는 단계는,
상기 적어도 4개의 좌표가 올바르게 검출되었는지를 확인하는 단계; 및
확인 결과 상기 적어도 4개의 좌표가 올바르게 검출되지 않은 경우, 상기 적어도 4개의 좌표를 다시 검출하는 단계;를 포함하는 것인, 촬영장비를 구비한 이동체의 위치정보를 판단하는 방법.The method of claim 1,
The detecting step,
Checking whether the at least four coordinates are correctly detected; And
If the at least four coordinates are not correctly detected as a result of the confirmation, the step of re-detecting the at least four coordinates; comprising, a method of determining the location information of the moving object equipped with the photographing equipment.
상기 검출하는 단계는,
하기 식의 4개의 미지수를 계산하기 위하여 상기 적어도 4개의 좌표를 검출하는 것인, 촬영장비를 구비한 이동체의 위치정보를 판단하는 방법.
(단, 은 를 기준으로 만큼 회전한 회전행렬, 은 를 기준으로 회전한 각도, 는 의 x성분, 는 의 y성분, 는 의 z성분)The method of claim 1,
The detecting step,
The method of determining the location information of a moving object equipped with photographing equipment to detect the at least four coordinates in order to calculate the four unknowns of the following equation.
(only, silver Based on Rotation matrix rotated by silver The angle rotated based on, Is X component of, Is Y component of, Is Z component of)
상기 기준체를 촬영하기 위한 촬영장비를 포함하는 이동체; 및
상기 촬영된 영상을 기초로 적어도 4개의 좌표를 검출하고, 상기 검출된 좌표를 기초로 상기 이동체의 위치정보를 판단하는 프로세서;를 포함하는, 촬영장비를 구비한 이동체의 위치정보를 판단하는 시스템.A reference body including at least four coordinates;
A moving body including a photographing device for photographing the reference body; And
A system that detects at least four coordinates based on the captured image and determines location information of the moving object based on the detected coordinates.
상기 기준체는 적어도 4개의 모서리를 포함하며,
상기 적어도 4개의 좌표는,
상기 모서리와 대응되는 것인, 촬영장비를 구비한 이동체의 위치정보를 판단하는 시스템.The method of claim 7,
The reference body comprises at least 4 edges,
The at least four coordinates are,
The system for determining the location information of the moving object having the photographing equipment that corresponds to the corner.
상기 기준체는,
적어도 4개의 기설정된 좌표를 포함하는 것인, 촬영장비를 구비한 이동체의 위치정보를 판단하는 시스템.The method of claim 7,
The reference body,
A system for determining the location information of a moving object equipped with photographing equipment that includes at least four preset coordinates.
상기 이동체는,
상기 이동체가 상기 기준체의 통신 반경 내부로 이동하면, 상기 적어도 4개의 좌표 정보를 수신하는 통신부;를 포함하는 것인, 촬영장비를 구비한 이동체의 위치정보를 판단하는 시스템.The method of claim 7,
The moving body,
A system for determining the location information of a moving object having a photographing device, comprising; a communication unit for receiving the at least four coordinate information when the moving object moves within a communication radius of the reference object.
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- 2019-11-13 KR KR1020190144820A patent/KR102473202B1/en active IP Right Grant
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