KR20210093400A - Camera calibration method and camera calibration apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 카메라 캘리브레이션을 위한 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히 실거리에서 내부 파라미터를 추출할 시 비현실적인 체스보드의 크기를 현실적인 크기로 줄인 카메라 캘리브레이션 방법 및 카메라 캘리브레이션 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for camera calibration, and more particularly, to a camera calibration method and a camera calibration apparatus in which an unrealistic size of a chessboard is reduced to a realistic size when an internal parameter is extracted from a real distance.
일반적으로 차량의 전후방에는 카메라가 장착되어 있으며, 이를 이용하여 주변 상황을 촬영하고, 차량 내부의 모니터로 영상 정보를 제공하고 있다.In general, cameras are mounted on the front and rear of a vehicle, and by using the cameras, the surrounding situation is photographed, and image information is provided to a monitor inside the vehicle.
최근에는 이러한 카메라를 자율 주행 자동차의 센서로 활용하여, 촬영된 정보의 정확한 분석을 통해 차량의 운행을 제어하거나 운전자에게 위험을 경고하고 있다.Recently, such a camera is used as a sensor of an autonomous vehicle to control vehicle operation or warn a driver of danger through accurate analysis of captured information.
이러한 카메라에 의해 촬영된 이미지는 카메라 자체의 특성 즉, 카메라에 사용된 렌즈, 렌즈와 이미지 센서와의 거리, 렌즈와 이미지 센서가 이루는 각 등 카메라 내부의 기구적인 부분에 의해 영향을 받게 되는데, 정확한 영상 정보의 분석을 위해서는 상기 카메라의 내부 요인을 제거해야 할 필요성이 있다.The image taken by such a camera is affected by the characteristics of the camera itself, i.e., the lens used in the camera, the distance between the lens and the image sensor, and the mechanical parts inside the camera, such as the angle between the lens and the image sensor. In order to analyze the image information, it is necessary to remove an internal factor of the camera.
이러한 카메라 내부 요인을 제거하는 과정을 일반적으로 카메라 캘리브레이션이라고 하며, 특히 카메라 자체의 특성으로 인한 변수를 내부 파라미터(intrinsic parameter)라고 한다.The process of removing such internal factors of a camera is generally called camera calibration, and in particular, a variable due to the characteristics of the camera itself is called an intrinsic parameter.
카메라 캘리브레이션 방법 중 하나로, 카메라의 내부 파라미터를 추출하여 왜곡을 보정하게 되는데, 이때 크기가 알려진 체스보드(chess board)를 사용하게 된다.As one of the camera calibration methods, distortion is corrected by extracting internal parameters of the camera. In this case, a chess board of known size is used.
이러한 체스보드는 흑과 백의 만나는 부분인 모서리를 보다 정확하게 추출할 수 있어, 카메라의 좌표를 정밀하게 트레킹할 수 있기 때문에 널리 활용되고 있다.Such a chess board is widely used because it can more accurately extract the edge where black and white meet, so that the coordinates of the camera can be precisely tracked.
한편, 전방 카메라는 기존의 거리에서 더 먼 곳을 보기 위해 진화하고 있으며, 특히 자율 주행 자동차의 전방 카메라의 경우 200m 이상에 위치한 물체 및 표지판을 인식하도록 하고 있다.On the other hand, the front camera is evolving to see farther away from the existing distance, and in particular, the front camera of an autonomous vehicle recognizes objects and signs located 200m or more.
이와 같이 전방 카메라의 내부 파라미터를 추출해야 할 경우 비현실적으로 큰 대형의 체스보드가 사용되어야 하는 상황이다.In this way, when it is necessary to extract the internal parameters of the front camera, an unrealistically large and large chess board must be used.
도 1 및 도 2는 체스보도를 이용하여 상기 전방 카메라의 캘리브레이션을 수행하기 위한 시스템에 대한 모식도(Horizontal, Vertical)를 나타낸 것으로서, HFL(Hyper Focal Length)이 대략 17m 정도인 카메라의 경우, HFL(Hyper Focal Length)의 1/2되는 지점이 테스트를 위한 위치가 되며, 카메라 내부 파라미터를 얻기 위한 체스보드의 크기는 대략 가로 14m, 세로 7m 정도가 된다.1 and 2 are schematic diagrams (Horizontal, Vertical) of a system for performing calibration of the front camera using a chess board. In the case of a camera having a Hyper Focal Length (HFL) of about 17 m, HFL ( The point half of Hyper Focal Length) becomes the location for the test, and the size of the chessboard to obtain the camera internal parameters is approximately 14m in width and 7m in height.
이와 같이 HFL(Hyper Focal Length)이 대략 17m 정도인 카메라 캘리브레이션 수행시에, 최소한의 대략 가로 14m, 세로 3.7m 정도의 대형 체스보드가 필요한 상황으로, 이러한 대형 체스보드를 이용한 영상 촬영시 테스트가 번거로울 뿐만 아니라, 주변 환경에 제약이 많은 단점이 있다.As such, when performing camera calibration with a HFL (Hyper Focal Length) of about 17m, a large chess board with a minimum of about 14m in width and 3.7m in height is required, so testing using such a large chessboard would be cumbersome. In addition, there are many disadvantages in the surrounding environment.
본 발명은 상기 필요성에 의해 도출된 것으로서, 실거리에서 내부 파라미터를 추출할 시 비현실적인 체스보드의 크기를 현실적인 크기로 줄인 카메라 캘리브레이션 방법 및 카메라 캘리브레이션 장치의 제공을 그 목적으로 한다.The present invention has been derived from the above necessity, and an object of the present invention is to provide a camera calibration method and a camera calibration apparatus in which an unrealistic size of a chessboard is reduced to a realistic size when an internal parameter is extracted from a real distance.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 카메라로부터 HFL(Hyper Focal Length)의 1/2되는 지점에 체스보드(chess board)를 위치시키는 단계와, 상기 카메라를 360°/n 각도씩 회전시키면서 상기 체스보드를 각각 n번 촬영하여 n개의 분할 이미지를 획득하는 단계(n은 2 이상의 자연수)와, 상기 n개의 분할 이미지를 상기 카메라의 회전 방향 또는 회전 반대 방향으로 순차적으로 합성하여 통합 이미지를 획득하는 단계 및 상기 통합 이미지를 통해 캘리브레이션을 수행하는 단계를 포함하되, 상기 체스보드는 HFL 지점에서의 체스보드의 면적의 1/4n인 것을 특징으로 하는 카메라 캘리브레이션 방법을 기술적 요지로 한다.The present invention for achieving the above object, the step of positioning a chess board (chess board) at a point that is 1/2 of the HFL (Hyper Focal Length) from the camera, while rotating the camera 360 ° / n angle the chess Obtaining n divided images by photographing the board n times (n is a natural number greater than or equal to 2), and sequentially synthesizing the n divided images in the direction of rotation of the camera or in the opposite direction of rotation to obtain an integrated image and performing calibration through the integrated image, wherein the chess board is 1/4n of the area of the chess board at the HFL point as a technical gist of the camera calibration method.
또한 본 발명은, HFL(Hyper Focal Length)의 1/2되는 지점에 위치한 체스보드(chess board)와, 상기 체스보드를 촬영하여 분할 이미지를 생성하는 카메라와, 상기 카메라를 특정 각도로 회전시키면서 상기 카메라가 특정 각도에 위치될 때마다 상기 분할 이미지를 획득하도록 상기 카메라를 작동시키는 카메라 작동부와, 상기 카메라에 의해 특정 각도에서 촬영된 상기 분할 이미지를 상기 카메라의 회전 방향 또는 회전 반대 방향으으로 합성시켜 통합 이미지를 획득하는 합성부와, 상기 카메라 작동부 및 합성부를 제어하고, 상기 합성부를 통해 합성된 통합 이미지를 통해 캘리브레이션을 수행하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라 캘리브레이션 장치를 또 다른 기술적 요지로 한다.In addition, the present invention provides a chess board located at a point half of HFL (Hyper Focal Length), a camera for generating a split image by photographing the chess board, and rotating the camera at a specific angle. A camera operation unit that operates the camera to acquire the divided image whenever the camera is positioned at a specific angle, and the divided image captured at a specific angle by the camera is synthesized in a rotational direction of the camera or in a direction opposite to rotation Another technical summary of a camera calibration apparatus comprising: a synthesizing unit for obtaining an integrated image by performing a synthesizing method; and a control unit for controlling the camera operation unit and the synthesizing unit, and performing calibration through the synthesized integrated image through the synthesizing unit. do it with
여기에서, 상기 체스보드에는, 얼라인 마커(marker)가 형성된 것이 바람직하며, 상기 얼라인 마커에는, 상기 체스보드의 모서리에 형성된 패턴의 꼭지점에 대한 좌표 정보를 포함하는 것이 바람직하다.Here, it is preferable that an alignment marker is formed on the chess board, and the alignment marker preferably includes coordinate information on vertices of a pattern formed at an edge of the chess board.
또한, 상기 통합 이미지를 획득하는 단계는, 상기 체스보드의 흑백 패턴 이미지의 정합을 위해 상기 분할 이미지를 이동시키는 것이 바람직하다.In addition, in the acquiring of the integrated image, it is preferable to move the divided image to match the black-and-white pattern image of the chess board.
또한, 상기 체스보드는, 상기 카메라의 중심에서 연장된 가상의 수평선에서 상측 또는 하측에 위치된 것이 바람직하다.In addition, the chess board is preferably located above or below the virtual horizontal line extending from the center of the camera.
또한, 상기 체스보드는, 상기 카메라의 중심에서 연장된 가상의 수평선에 꼭지점이 위치하는 것이 바람직하다.In addition, the chess board, it is preferable that a vertex is located on a virtual horizontal line extending from the center of the camera.
한편 본 발명에 따른 상기 카메라의 HFL(Hyper Focal Length)은 대략 17m인 것이 바람직하다.On the other hand, it is preferable that the HFL (Hyper Focal Length) of the camera according to the present invention is approximately 17m.
본 발명은 카메라 캘리브레이션을 위한 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히 기존 캘리브레이션용 체스보드보다 면적을 월등히 줄인 체스보드를 적용할 수 있어, 체스보드의 제작 및 설치가 용이하며 캘리브레이션을 위한 넓은 공간이 필요치 않고, 주변 환경의 영향을 최소화할 수 있어 캘리브레이션이 용이하면서 정밀한 효과가 있다.The present invention relates to a method and apparatus for calibrating a camera, and in particular, a chess board having a significantly reduced area than a conventional chess board for calibration can be applied, making it easy to manufacture and install the chess board, and it does not require a large space for calibration , it is possible to minimize the influence of the surrounding environment, so calibration is easy and precise.
즉, 실거리에서 카메라 캘리브레이션을 위한 내부 파라미터 추출 시 비현실적으로 큰 체스보드를 현실적인 크기로 줄일 수 있도록 하는 것이다.In other words, when extracting internal parameters for camera calibration at a real distance, an unrealistically large chess board can be reduced to a realistic size.
특히 본 발명은 HFL(Hyper Focal Length)이 매우 길어 캘리브레이션 수행 시 대형 체스보드가 필요한 자율 주행 자동차의 전방 카메라의 캘리브레이션에 매우 효과적으로 적용할 수 있다.In particular, the present invention can be very effectively applied to the calibration of the front camera of an autonomous vehicle that requires a large chessboard when performing the calibration due to the very long Hyper Focal Length (HFL).
도 1 및 도 2 - 종래의 체스보드를 이용한 카메라 캘리브레이션을 수행하기 위한 시스템에 대한 모식도.
도 3 - 본 발명의 일실시예에 따른 카메라 캘리브레이션을 위한 모식도.
도 4 - 도 3에 따라 촬영되는 카메라뷰(camera view)를 나타낸 도(카메라 회전 각도 0°).
도 5 - 도 3에 따라 촬영되는 카메라뷰를 나타낸 도(카메라 회전 각도 180°).
도 6 - 도 4 및 도 5에 따라 촬영되어 합성된 통합 이미지를 나타낸 도.
도 7 - 도 3의 실시예에 사용된 체스보드에 대한 모식도.
도 8 및 도 9 - 본 발명의 다른 실시예에 따른 카메라 캘리브레이션을 위한 모식도(가로, 세로).
도 10 - 도 8 및 도 9에 따라 촬영되는 카메라뷰를 나타낸 도(카메라 회전 각도 0°).
도 11 - 도 8 및 도 9에 따라 촬영되는 카메라뷰를 나타낸 도(카메라 회전 각도 90°).
도 12 - 도 8 및 도 9에 따라 촬영되는 카메라뷰를 나타낸 도(카메라 회전 각도 180°).
도 13 - 도 8 및 도 9에 따라 촬영되는 카메라뷰를 나타낸 도(카메라 회전 각도 270°).
도 14 - 도 10 내지 도 13에 따라 촬영되어 합성된 통합 이미지를 나타낸 도.
도 15 - 도 8 및 도 9의 실시예에 사용된 체스보드에 대한 모식도.
도 16 - 본 발명의 다른 실시예에 따른 통합 이미지를 나타낸 도.
도 17 - 본 발명에 따른 카메라 캘리브레이션 장치에 대한 모식도.1 and 2 - A schematic diagram of a system for performing camera calibration using a conventional chess board.
3 - A schematic diagram for camera calibration according to an embodiment of the present invention.
4 - A view showing a camera view taken according to FIG. 3 (camera rotation angle 0°).
5 - A view showing a camera view taken according to FIG. 3 (camera rotation angle 180°).
6 - A view showing an integrated image taken according to FIGS. 4 and 5 and synthesized.
Figure 7 - A schematic diagram of the chess board used in the embodiment of Figure 3;
8 and 9 - A schematic diagram (horizontal and vertical) for camera calibration according to another embodiment of the present invention.
10 - A view showing a camera view taken according to FIGS. 8 and 9 (camera rotation angle 0°).
11 - A view showing a camera view taken according to FIGS. 8 and 9 (camera rotation angle 90°).
12 - A view showing a camera view taken according to FIGS. 8 and 9 (camera rotation angle 180°).
13 - A view showing a camera view taken according to FIGS. 8 and 9 (camera rotation angle 270°).
14 - A view showing an integrated image taken and synthesized according to FIGS. 10 to 13 .
Fig. 15 - A schematic diagram of a chess board used in the embodiment of Figs.
16 - A diagram showing an integrated image according to another embodiment of the present invention.
17 - A schematic diagram of a camera calibration apparatus according to the present invention.
본 발명은 카메라 캘리브레이션을 위한 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히 기존 캘리브레이션용 체스보드보다 면적을 월등히 줄인 체스보드를 적용할 수 있어, 체스보드의 제작 및 설치가 용이하며 캘리브레이션을 위한 넓은 공간이 필요치 않고, 주변 환경의 영향을 최소화할 수 있어 캘리브레이션이 용이하면서 정밀한 장점이 있다.The present invention relates to a method and apparatus for calibrating a camera, and in particular, a chess board having a significantly reduced area than a conventional chess board for calibration can be applied, making it easy to manufacture and install the chess board, and it does not require a large space for calibration , it is possible to minimize the influence of the surrounding environment, so calibration is easy and precise.
즉, 실거리에서 내부 파라미터를 추출할 시 비현실적인 체스보드의 크기를 현실적인 크기로 줄여 캘리브레이션의 용이함을 도모한 것이다.That is, when extracting internal parameters from real distances, the size of an unrealistic chess board is reduced to a realistic size to facilitate calibration.
특히 본 발명은 HFL(Hyper Focal Length)이 매우 길어 캘리브레이션 수행 시 대형 체스보드가 필요한 자율 주행 자동차의 전방 카메라의 캘리브레이션에 매우 효율적으로 적용할 수 있다.In particular, the present invention can be very efficiently applied to the calibration of the front camera of an autonomous vehicle that requires a large chessboard when performing the calibration due to the very long Hyper Focal Length (HFL).
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 카메라 캘리브레이션을 위한 모식도이고, 도 4는 도 3에 따라 촬영되는 카메라뷰(camera view)를 나타낸 도(카메라 회전 각도 0°)이고, 도 5는 도 3에 따라 촬영되는 카메라뷰를 나타낸 도(카메라 회전 각도 180°)이고, 도 6은 도 4 및 도 5에 따라 촬영되어 합성된 통합 이미지를 나타낸 도이고, 도 7은 도 3의 실시예에 사용된 체스보드에 대한 모식도이고, 도 8 및 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 카메라 캘리브레이션을 위한 모식도(가로, 세로)이고, 도 10은 도 8 및 도 9에 따라 촬영되는 카메라뷰를 나타낸 도(카메라 회전 각도 0°)이고, 도 11은 도 8 및 도 9에 따라 촬영되는 카메라뷰를 나타낸 도(카메라 회전 각도 90°)이고, 도 12는 도 8 및 도 9에 따라 촬영되는 카메라뷰를 나타낸 도(카메라 회전 각도 180°)이고, 도 13은 도 8 및 도 9에 따라 촬영되는 카메라뷰를 나타낸 도(카메라 회전 각도 270°)이고, 도 14는 도 10 내지 도 13에 따라 촬영되어 합성된 통합 이미지를 나타낸 도이고, 도 15는 도 8 및 도 9의 실시예에 사용된 체스보드에 대한 모식도이고, 도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 통합 이미지를 나타낸 도이고, 도 17은 본 발명에 따른 카메라 캘리브레이션 장치에 대한 모식도이다.3 is a schematic diagram for camera calibration according to an embodiment of the present invention, FIG. 4 is a view showing a camera view taken according to FIG. 3 (camera rotation angle 0°), and FIG. 5 is FIG. 3 It is a view showing a camera view taken according to (camera rotation angle 180°), FIG. 6 is a view showing an integrated image taken according to FIGS. 4 and 5 and synthesized, and FIG. 7 is used in the embodiment of FIG. It is a schematic diagram for a chess board, FIGS. 8 and 9 are schematic diagrams (horizontal and vertical) for camera calibration according to another embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a view showing a camera view taken according to FIGS. 8 and 9 (camera rotation angle 0°), FIG. 11 is a view showing a camera view taken according to FIGS. 8 and 9 (camera rotation angle 90°), and FIG. 12 is a camera view taken according to FIGS. 8 and 9 (camera rotation angle 180°), FIG. 13 is a view showing a camera view taken according to FIGS. 8 and 9 (camera rotation angle 270°), and FIG. 14 is taken according to FIGS. 10 to 13 and synthesized Fig. 15 is a schematic diagram of a chess board used in the embodiments of Figs. 8 and 9, Fig. 16 is a view showing an integrated image according to another embodiment of the present invention, Fig. 17 is It is a schematic diagram of a camera calibration apparatus according to the present invention.
도시된 바와 같이 본 발명에 따른 카메라 캘리브레이션 방법은 카메라로부터 HFL(Hyper Focal Length)의 1/2되는 지점에 체스보드(chess board)를 위치시키는 단계와, 상기 카메라를 360°/n 각도씩 회전시키면서 상기 체스보드를 각각 n번 촬영하여 분할 이미지를 획득하는 단계(n은 2 이상의 자연수)와, 상기 분할 이미지를 상기 카메라의 회전 방향에 대해 반대 방향으로 합성하여 통합 이미지를 획득하는 단계 및 상기 통합 이미지를 통해 캘리브레이션을 수행하는 단계를 포함하되, 상기 체스보드는 HFL 지점에서의 체스보드의 면적의 1/4n인 것을 특징으로 한다.As shown, the camera calibration method according to the present invention includes the steps of positioning a chess board at a point half of the HFL (Hyper Focal Length) from the camera, and rotating the camera by 360°/n angles. Obtaining a divided image by photographing the chess board n times (n is a natural number greater than or equal to 2), and synthesizing the divided image in a direction opposite to the rotation direction of the camera to obtain an integrated image, and the integrated image Comprising the step of performing the calibration through, the chess board is characterized in that 1/4n of the area of the chess board at the HFL point.
또한, 본 발명에 따른 카메라 캘리브레이션 장치는, 도 17에 도시한 바와 같이 카메라로부터 HFL(Hyper Focal Length)의 1/2되는 지점에 위치한 체스보드(chess board)와, 상기 체스보드를 촬영하여 분할 이미지를 생성하는 카메라와, 상기 카메라를 특정 각도로 회전시키면서 상기 카메라가 특정 각도에 위치될때마다 상기 분할 이미지를 생성하도록 상기 카메라를 작동시키는 카메라 작동부와, 상기 카메라에 의해 특정 각도에서 촬영된 상기 분할 이미지를 상기 카메라 회전 방향에 대해 반대방향으로 합성시켜 통합 이미지를 획득하는 합성부와, 상기 카메라 작동부 및 합성부를 제어하고, 상기 합성부를 통해 합성된 통합 이미지를 통해 캘리브레이션을 수행하는 제어부를 포함한다.In addition, the camera calibration apparatus according to the present invention, as shown in FIG. 17, a chess board located at a point half of the HFL (Hyper Focal Length) from the camera, and a divided image by photographing the chess board a camera for generating a camera; a camera operation unit that operates the camera to generate the divided image whenever the camera is positioned at a specific angle while rotating the camera at a specific angle; and the division photographed at a specific angle by the camera. a synthesizing unit for obtaining an integrated image by synthesizing an image in a direction opposite to the camera rotation direction; .
본 발명의 일실시예로 카메라의 HFL(Hyper Focal Length)이 대략 17m 정도 되는 자율 주행 자동차의 전방 카메라를 중심으로 설명하고자 한다.As an embodiment of the present invention, the description will be focused on the front camera of an autonomous vehicle having a Hyper Focal Length (HFL) of approximately 17 m.
종래의 카메라 캘리브레이션의 경우, HFL(Hyper Focal Length)이 1/2 되는 지점에 체스보드를 두는 경우, 상기 체스보드의 가로의 길이는 7m, 세로의 길이는 3.7m로, 이를 촬영하여 카메라 캘리브레이션이 수행되게 된다.In the case of conventional camera calibration, when a chess board is placed at a point where the HFL (Hyper Focal Length) is 1/2, the horizontal length of the chess board is 7 m and the vertical length is 3.7 m, and camera calibration is performed by photographing it. will be performed
본 발명에서는 카메라를 회전시키면서 체스보드를 촬용하고 이를 합성하는 방법으로 체스보드의 크기를 획기적으로 줄일 수 있어, 전방 카메라와 같이 HFL(Hyper Focal Length)가 큰 카메라의 캘리브레이션의 수행에 용이하게 적용이 가능한 것이다.In the present invention, the size of the chess board can be dramatically reduced by taking a chess board while rotating the camera and synthesizing it, so it can be easily applied to calibration of a camera with a large HFL (Hyper Focal Length) such as a front camera. it is possible
먼저, 본 발명에 따른 카메라 캘리브레이션 방법은 카메라로부터 HFL(Hyper Focal Length)의 1/2되는 지점에 체스보드(chess board)를 위치시킨다.First, in the camera calibration method according to the present invention, a chess board is positioned at a point that is 1/2 of a Hyper Focal Length (HFL) from the camera.
도 3에 도시한 바와 같이, HFL(Hyper Focal Length)의 1/2되는 지점(=Short FD FL : ≒ 8.5[mm])에 본 발명의 일실시예에 따른 체스보드를 위치시킨다. 상기 카메라 작동부는 상기 카메라를 특정 각도로 회전시키면서 상기 카메라가 특정 각도에 위치될 때마다 상기 분할 이미지를 획득하도록 상기 카메라를 작동시키는 것이다.As shown in FIG. 3 , the chess board according to an embodiment of the present invention is positioned at a point (=Short FD FL: ≒ 8.5 [mm]) of HFL (Hyper Focal Length). The camera operation unit operates the camera to acquire the divided image whenever the camera is positioned at a specific angle while rotating the camera to a specific angle.
여기에서, 상기 체스보드는 상기 카메라의 중심에서 연장된 가상의 수평선에서 상측 또는 하측에 위치되도록 하여, 촬영하고자 하는 체스보드가 카메라뷰의 절반을 차지하도록 하여, 각 분할 이미지의 촬영을 통한 통합 이미지의 합성이 용이하도록 한다.Here, the chess board is positioned above or below the virtual horizontal line extending from the center of the camera, so that the chess board to be photographed occupies half of the camera view, so that the integrated image through the shooting of each divided image to facilitate the synthesis of
다음으로 상기 카메라를 360°/n 각도씩 회전시키면서 상기 체스보드를 각각 n번 촬영하여 n개의 분할 이미지를 획득한다(n은 2 이상의 자연수).Next, while the camera is rotated by 360°/n angles, the chess board is photographed n times, respectively, to obtain n divided images (n is a natural number equal to or greater than 2).
본 발명의 일실시예로 n이 2인 경우에, 즉, 카메라를 0°일 때 체스보드를 촬영하여 제1 분할 이미지를 획득하고,, 카메라를 180° 회전시켜 체스보드를 촬영하여 제2 분할 이미지를 획득하게 된다.In an embodiment of the present invention, when n is 2, that is, when the camera is 0°, the first divided image is obtained by photographing the chess board, and the second division is taken by rotating the camera by 180° to photograph the chess board. image is acquired.
도 4는 카메라 각도가 0°인 경우 카메라뷰(camera view)에 잡힌 체스보드를 나타낸 것이고, 도 5는 카메라 각도가 180°인 경우 카메라뷰에 잡힌 체스보드를 나타낸 것이다.4 shows a chess board caught in a camera view when the camera angle is 0°, and FIG. 5 shows a chess board caught in a camera view when the camera angle is 180°.
그리고, 상기 n개의 분할 이미지를 상기 카메라의 회전 방향 또는 회전 반대 방향으로 순차적으로 합성하여 통합 이미지를 획득한다.In addition, an integrated image is obtained by sequentially synthesizing the n divided images in a rotation direction of the camera or a rotation direction opposite to the rotation direction of the camera.
상기 통합 이미지의 획득은 상기 합성부에 의해 이루어진다. 상기 합성부는 상기 카메라에 의해 특정 각도에서 촬영된 상기 분할 이미지를 상기 카메라 회전 방향에 대해 반대방향으로 합성시켜 통합 이미지를 획득하는 것이다.The acquisition of the integrated image is performed by the combining unit. The synthesizing unit obtains an integrated image by synthesizing the divided images photographed at a specific angle by the camera in a direction opposite to the camera rotation direction.
본 발명의 일실시예로 도 4 및 도 5에서 촬영된 각각의 분할 이미지를 순차적으로 합성하여 도 6과 같은 통합 이미지(Merged Image)를 획득한다.According to an embodiment of the present invention, a merged image as shown in FIG. 6 is obtained by sequentially synthesizing each of the divided images taken in FIGS. 4 and 5 .
이렇게 촬영된 통합 이미지를 통해 캘리브레이션을 수행하게 된다. 체스보드를 이용한 캘리브레이션 수행방법은 핀홀(pinhole) 카메라 모델로부터, 3D 공간좌표와 2D 영상좌표 사이의 변환 관계를 통해 내부 파라미터 또는 외부 파라미터를 추출하여 이루어지게 된다.Calibration is performed through the integrated image captured in this way. A calibration method using a chess board is performed by extracting an internal parameter or an external parameter from a pinhole camera model through a transformation relationship between 3D spatial coordinates and 2D image coordinates.
상기 통합 이미지를 통한 캘리브레이션은 제어부에 의해 이루어지며, 상기 제어부에는 내부 파라미터 추출을 위한 공지된 툴(tool)이 포함되어 있으며, 상기 카메라 작동부 및 합성부의 제어도 이루어진다.Calibration through the integrated image is performed by a control unit, and a known tool for extracting internal parameters is included in the control unit, and the camera operation unit and the synthesis unit are also controlled.
본 발명에서는 체스보드를 이용한 캘리브레이션을 통해 내부 파라미터를 추출하고자 하는 것으로, 상기 내부 파라미터는 카메라의 초점거리(focal length), 주점(principal point), 비대칭계수(skew coefficient)이다.In the present invention, internal parameters are extracted through calibration using a chess board, and the internal parameters are a focal length, principal point, and skew coefficient of a camera.
이와 같이 상기 카메라를 360°/n 각도씩 회전시키면서 상기 체스보드를 각각 n번 촬영하여 n개의 분할 이미지를 획득하고, 이를 순차적으로 합성하여 통합 이미지를 획득함으로써, 종래의 체스보드 크기(7m x 3.7m)를 촬영하여 얻는 이미지와 동일한 이미지를 획득할 수 효과가 있다.In this way, the chess board is photographed n times while rotating the camera by 360°/n angles to obtain n divided images, and by sequentially synthesizing them to obtain an integrated image, the size of the conventional chess board (7m x 3.7 m) is effective in obtaining the same image as the image obtained by photographing.
따라서, 본 발명에 사용된 체스보드는 HFL 지점에서의 체스보드의 면적의 1/4n로, 체스보드의 크기를 획기적으로 줄일 수 있는 것이다.Therefore, the chess board used in the present invention is 1/4n of the area of the chess board at the HFL point, which can dramatically reduce the size of the chess board.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 체스보드로, 가로 7m, 세로 1.85m의 체스보드로, HFL 지점에서의 체스보드의 면적의 1/8(n=2)에 해당하게 된다.7 is a chess board according to an embodiment of the present invention, a chess board having a width of 7 m and a length of 1.85 m, which corresponds to 1/8 (n=2) of the area of the chess board at the HFL point.
본 발명의 다른 실시예로 n이 4인 경우에, 도 8 및 9에 도시한 바와 같이, HFL(Hyper Focal Length)의 1/2되는 지점(=Short FD FL : ≒ 8.5[mm])에 본 발명의 다른 실시예에 따른 체스보드를 위치시킨다.In another embodiment of the present invention, when n is 4, as shown in FIGS. 8 and 9, it is viewed at a point that is 1/2 of HFL (Hyper Focal Length) (=Short FD FL: ≒ 8.5 [mm]). Positioning a chessboard according to another embodiment of the invention.
그리고, 카메라를 0°일 때 체스보드를 촬영하여 제1 분할 이미지를 획득하고, 카메라를 90° 회전시켜 체스보드를 촬영하여 제2 분할 이미지를 획득하고, 카메라를 180° 회전시켜 체스보드를 촬영하여 제3 분할 이미지를 획득하며, 카메라를 270° 회전시켜 체스보드를 촬영하여 제4 분할 이미지를 획득한다.Then, when the camera is 0°, the chess board is photographed to obtain a first divided image, the camera is rotated 90° to photograph the chess board to obtain a second divided image, and the camera is rotated 180° to photograph the chess board to obtain a third divided image, and by rotating the camera by 270° to photograph the chess board, a fourth divided image is obtained.
여기에서, 상기 체스보드는 상기 카메라의 중심에서 연장된 가상의 수평선에 꼭지점이 위치되도록 하여, 촬영하고자 하는 체스보드가 카메라뷰의 1/4을 차지하도록 하면서, 각 1/4 지점에 정확하게 위치되도록 하여, 각 분할 이미지의 촬영을 통한 통합 이미지의 합성이 용이하도록 한다.Here, the chess board is positioned so that the vertex is located on a virtual horizontal line extending from the center of the camera, so that the chess board to be photographed occupies 1/4 of the camera view and is accurately positioned at each 1/4 point Thus, it is easy to synthesize the integrated image through the shooting of each divided image.
도 10은 카메라 각도가 0°인 경우 카메라뷰(camera view)에 잡힌 체스보드를 나타낸 것이고, 도 11는 카메라 각도가 90°인 경우 카메라뷰에 잡힌 체스보드를 나타낸 것이고, 도 12는 카메라 각도가 180°인 경우 카메라뷰에 잡힌 체스보드를 나타낸 것이며, 도 13은 카메라 각도가 270°인 경우 카메라뷰에 잡힌 체스보드를 나타낸 것이다.10 shows a chess board caught in a camera view when the camera angle is 0°, FIG. 11 shows a chess board caught in a camera view when the camera angle is 90°, and FIG. 12 is a camera angle In the case of 180°, a chess board caught in the camera view is shown, and FIG. 13 is a chess board caught in the camera view when the camera angle is 270°.
도 14는 도 10 내지 도 13에서 촬영된 각각의 분할 이미지를 순차적(카메라 회전 방향의 반대 방향)으로 합성한 통합 이미지(Merged Image)를 나타낸 것이다.14 shows a merged image obtained by sequentially synthesizing each of the divided images taken in FIGS. 10 to 13 (in a direction opposite to the camera rotation direction).
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 체스보드로, 가로 3.5m, 세로 1.85m의 체스보드로, HFL 지점에서의 체스보드의 면적의 1/16(n=4)에 해당하게 된다.15 is a chess board according to another embodiment of the present invention, a chess board having a width of 3.5 m and a length of 1.85 m, which corresponds to 1/16 (n=4) of the area of the chess board at the HFL point.
한편 본 발명에 따른 체스보드에는 얼라인 마커(marker)가 형성되어, 동일한 위치에서 체스보드의 촬영이 이루어지도록 하여 오버레이(overlay)가 원활히 이루어지도록 하였으며, 상기 얼라인 마커는 십자, 원형, 다각형 등 다양한 형태로 형성될 수 있다. 또한, 특별히 빛반사가 잘되거나 발광하는 재질 또는 구성으로 형성될 수도 있다.Meanwhile, an alignment marker is formed on the chess board according to the present invention, so that the chess board is photographed at the same position so that the overlay is smoothly performed, and the alignment marker is a cross, a circle, a polygon, etc. It may be formed in various shapes. In addition, it may be formed of a material or configuration that particularly reflects light or emits light.
상기 얼라인 마커는 상기 체스보드의 모서리에 형성될 수도 있으며, 필요에 따라서는 체스보드의 흑백 패턴 사이에 형성될 수도 있다.The alignment markers may be formed at the corners of the chess board, or may be formed between the black and white patterns of the chess board if necessary.
상기 얼라인 마커는 상기 체스보드의 특정 위치에 대한 좌표 정보를 포함할 수도 있다. 예컨대, 체스보드의 모서리에 얼라인 마커가 형성된 경우에는 체스보드의 모서리에 형성된 패턴의 꼭지점에 대한 좌표 정보를 포함할 수 있으며, 체스보드의 흑백 패턴 사이에 얼라인 마커가 형성된 경우에는 체스보드의 흑백 패턴의 꼭지점에 대한 좌표 정보를 포함할 수도 있다.The alignment marker may include coordinate information for a specific location on the chess board. For example, when an alignment marker is formed in the corner of the chess board, coordinate information about the vertex of the pattern formed in the corner of the chess board may be included, and when the alignment marker is formed between the black and white patterns of the chess board, the Coordinate information about the vertices of the black and white pattern may be included.
상기 특정 위치에 대한 좌표 정보에 기초하여 핀홀 카메라 모델을 이용하여 카메라의 내부 파라미터를 추출할 수 있다.An internal parameter of the camera may be extracted using a pinhole camera model based on the coordinate information for the specific location.
또한, 본 발명에 따른 통합 이미지를 획득하는 단계는 상기 체스보드의 흑백 패턴 이미지의 정합을 위해 상기 분할 이미지를 상하 좌우로 이동하여 합성할 수도 있다.In addition, the step of obtaining the integrated image according to the present invention may be synthesized by moving the divided image up, down, left and right in order to match the black-and-white pattern image of the chess board.
도 14의 통합 이미지의 경우, 각 분할 이미지 사이에 여백이 형성되어 있어, 보다 정확한 캘리브레이션이 이루어지지 않을 수 있다.In the case of the integrated image of FIG. 14 , since a blank is formed between each divided image, more accurate calibration may not be performed.
이를 위해 통합 이미지 합성 시 이러한 여백을 최소화하고, 최대한 기존에 촬영했던 체스보드 이미지와 유사하게 제공하기 위해서 각 분할 이미지를 움직여서 흑백 패턴이 정합된 통합 이미지를 얻고자 하는 것이다.To this end, it is intended to obtain an integrated image in which black and white patterns are matched by moving each divided image in order to minimize these blanks when synthesizing the combined image and provide as similar as possible to the previously shot chessboard image.
도 16은 이를 도시한 것으로서, 카메라를 90°씩 회전하여 촬영한 4개의 분할 이미지를 카메라의 회전 방향에 대해 반대방향으로 합성할 때, 1번 이미지의 경우 아래로 이동시키고, 2번 이미지의 경우 왼쪽으로 이동시키고, 3번 이미지의 경우 윗쪽으로 이동시켜, 통합 이미지의 내부에 여백이 존재하지 않고, 체스보드 패턴의 정합이 이루어지도록 한다.16 shows this, when four divided images taken by rotating the camera by 90° are synthesized in the opposite direction to the rotation direction of the camera, in the case of the first image, the image is moved downward, and in the case of the second image It is moved to the left, and in the case of
이에 의해 보다 정확한 캘리브레이션이 이루어지도록 한다.Thereby, a more accurate calibration is performed.
이와 같이 본 발명은 카메라 캘리브레이션을 위한 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히 기존 캘리브레이션용 체스보드보다 면적을 월등히 줄인 체스보드를 적용할 수 있어, 체스보드의 제작 및 설치가 용이하며 캘리브레이션을 위한 넓은 공간이 필요치 않고, 주변 환경의 영향을 최소화할 수 있어 캘리브레이션이 용이하면서 정밀한 장점이 있다.As described above, the present invention relates to a method and an apparatus for camera calibration, and in particular, a chess board with a significantly reduced area than a conventional chess board for calibration can be applied, so that the production and installation of the chess board is easy, and a large space for calibration is provided. It is not necessary, and the influence of the surrounding environment can be minimized, so calibration is easy and precise.
즉, 실거리에서 내부 파라미터를 추출할 시 비현실적인 체스보드의 크기를 현실적인 크기로 줄여 캘리브레이션의 용이함을 도모한 것이다.That is, when extracting internal parameters from real distances, the size of an unrealistic chess board is reduced to a realistic size to facilitate calibration.
특히 본 발명은 HFL(Hyper Focal Length)이 매우 길어 캘리브레이션 수행 시 대형 체스보드가 필요한 자율 주행 자동차의 전방 카메라의 캘리브레이션에 매우 효율적으로 적용할 수 있다.In particular, the present invention can be very efficiently applied to the calibration of the front camera of an autonomous vehicle that requires a large chessboard when performing the calibration due to the very long Hyper Focal Length (HFL).
Claims (15)
상기 카메라를 360°/n 각도씩 회전시키면서 상기 체스보드를 각각 n번 촬영하여 n개의 분할 이미지를 획득하는 단계(n은 2 이상의 자연수);
상기 n개의 분할 이미지를 상기 카메라의 회전 방향 또는 회전 반대 방향으로 순차적으로 합성하여 통합 이미지를 획득하는 단계; 및
상기 통합 이미지를 통해 캘리브레이션을 수행하는 단계;를 포함하되;
상기 체스보드는 HFL 지점에서의 체스보드의 면적의 1/4n인 것을 특징으로 하는 카메라 캘리브레이션 방법.Positioning a chess board (chess board) at a point half of the HFL (Hyper Focal Length) from the camera;
obtaining n divided images by photographing the chess board n times while rotating the camera by 360°/n angles (n is a natural number greater than or equal to 2);
obtaining an integrated image by sequentially synthesizing the n divided images in a rotation direction of the camera or a rotation opposite direction; and
Including; performing calibration through the integrated image;
The chess board is a camera calibration method, characterized in that 1/4n of the area of the chess board at the HFL point.
얼라인 마커(marker)가 형성된 것을 특징으로 하는 카메라 캘리브레이션 방법.According to claim 1, wherein the chess board,
A camera calibration method, characterized in that the alignment marker (marker) is formed.
상기 체스보드의 모서리에 형성된 패턴의 꼭지점에 대한 좌표 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라 캘리브레이션 방법.According to claim 2, wherein the alignment marker,
Camera calibration method, characterized in that it includes coordinate information on the vertices of the pattern formed on the edge of the chess board.
상기 체스보드의 흑백 패턴 이미지의 정합을 위해 상기 분할 이미지를 이동시키는 것을 특징으로 하는 카메라 캘리브레이션 방법.According to claim 1, wherein the step of obtaining the integrated image,
Camera calibration method, characterized in that moving the divided image to match the black and white pattern image of the chess board.
상기 카메라의 중심에서 연장된 가상의 수평선에서 상측 또는 하측에 위치된 것을 특징으로 하는 카메라 캘리브레이션 방법.According to claim 1, wherein the chess board,
The camera calibration method, characterized in that located above or below the virtual horizontal line extending from the center of the camera.
상기 카메라의 중심에서 연장된 가상의 수평선에 꼭지점이 위치하는 것을 특징으로 하는 카메라 캘리브레이션 방법.According to claim 1, wherein the chess board,
A camera calibration method, characterized in that the vertex is located on a virtual horizontal line extending from the center of the camera.
상기 체스보드를 촬영하여 분할 이미지를 생성하는 카메라;
상기 카메라를 특정 각도로 회전시키면서 상기 카메라가 특정 각도에 위치될 때마다 상기 분할 이미지를 획득하도록 상기 카메라를 작동시키는 카메라 작동부;
상기 카메라에 의해 특정 각도에서 촬영된 상기 분할 이미지를 상기 카메라의 회전 방향 또는 회전 반대 방향으으로 합성시켜 통합 이미지를 획득하는 합성부;
상기 카메라 작동부 및 합성부를 제어하고, 상기 합성부를 통해 합성된 통합 이미지를 통해 캘리브레이션을 수행하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라 캘리브레이션 장치.A chess board located at a point that is 1/2 of the HFL (Hyper Focal Length);
a camera for generating a divided image by photographing the chess board;
a camera operation unit for rotating the camera at a specific angle and operating the camera to acquire the divided image whenever the camera is positioned at a specific angle;
a synthesizing unit to obtain an integrated image by synthesizing the divided images taken at a specific angle by the camera in a rotational direction of the camera or an opposite rotational direction;
and a controller for controlling the camera operation unit and the synthesizing unit, and performing calibration through the combined image synthesized through the synthesizing unit.
HFL 지점에서의 체스보드의 면적의 1/4n인 것을 특징으로 하는 카메라 캘리브레이션 장치.The method of claim 8, wherein the chess board,
Camera calibration device, characterized in that 1/4n of the area of the chess board at the HFL point.
얼라인 마커(marker)가 형성된 것을 특징으로 하는 카메라 캘리브레이션 장치.According to claim 8, The chess board,
A camera calibration device, characterized in that the alignment marker (marker) is formed.
상기 체스보드의 모서리에 형성된 패턴의 꼭지점에 대한 좌표 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라 캘리브레이션 장치.11. The method of claim 10, wherein the alignment marker,
Camera calibration apparatus, characterized in that it includes coordinate information on the vertices of the pattern formed on the edge of the chess board.
상기 체스보드의 흑백 패턴 이미지의 정합을 위해 상기 분할 이미지를 이동시키는 것을 특징으로 하는 카메라 캘리브레이션 장치.The method of claim 8, wherein acquiring the integrated image comprises:
Camera calibration apparatus, characterized in that for moving the divided image to match the black and white pattern image of the chess board.
상기 카메라의 중심에서 연장된 가상의 수평선에서 상측 또는 하측에 위치된 것을 특징으로 하는 카메라 캘리브레이션 장치.The method of claim 8, wherein the chess board,
Camera calibration apparatus, characterized in that located above or below the virtual horizontal line extending from the center of the camera.
상기 카메라의 중심에서 연장된 가상의 수평선에 꼭지점이 위치하는 것을 특징으로 하는 카메라 캘리브레이션 장치.The method of claim 8, wherein the chess board,
Camera calibration apparatus, characterized in that the vertex is located on a virtual horizontal line extending from the center of the camera.
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- 2020-01-17 KR KR1020200006411A patent/KR102389804B1/en active IP Right Grant
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