KR100741814B1 - 거리 측정용 카메라의 내부 장치에 대한 변수값 보정 방법 및 카메라 보정 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 비초점 영상을 이용한 거리 측정용 카메라의 내부 변수들을 보정하기 위한 카메라 보정 장치 및 보정 방법에 관한 것이다. 상기 카메라 보정 장치는, 디지털 카메라, 상기 디지털 카메라와 연결되어 데이터를 송수신할 수 있으며, 상기 디지털 카메라의 작동을 제어하며, 상기 디지털 카메라로부터 촬영된 영상을 수신하는 제어 컴퓨터, 상기 디지털 카메라가 고정되는 선형 가이드부, 표면에 임의의 패턴이 도시되어 있으며, 상기 선형 가이드부의 소정의 위치에 이동 가능하게 장착되되 상기 디지털 카메라의 정면에 배치되는 고정판, 상기 고정판과 상기 디지털 카메라와의 이격 거리를 자동으로 측정할 수 있는 거리 측정부를 구비한다. 상기 제어 컴퓨터는 상기 디지털 카메라로부터 수신되는 영상들과 상기 거리 측정부로부터 수신되는 거리 정보들을 이용하여 카메라의 내부 장치에 대한 변수값을 보정한다.
거리 측정, 비초점 영상, 카메라
Description
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비초점 영상을 이용한 거리 측정용 카메라에 대한 보정 장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비초점 영상을 이용한 거리 측정용 카메라의 내부 장치들에 대한 변수값을 보정하는 방법을 설명하기 위하여 도시한 물체와 카메라에 촬영되는 비초점 영상과의 관계도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 보정 방법에 의해 기준 거리에서 구해진 비초점 영상들에 대한 σ및 카메라의 렌즈 스텝 번호와의 관계를 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 보정 방법에 의하여 구해진 σ테이블을 예시적으로 도시한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 보정 방법과 종래의 기술에 따른 보정 방법에 의한 거리 측정 결과를 비교하기 위하여 도시한 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 보정 장치
100 : 디지털 카메라
110 : 제어 컴퓨터
120 : 선형 가이드부
130 : 고정판
132 : 패턴
200 : 물체
210 : 카메라의 영상면
220 : 렌즈
230 : 물체 거리
240 : 영상 거리
본 발명은 거리측정용 카메라의 내부 변수들에 대한 보정 방법 및 보정 장치에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 비초점 영상들을 이용하여 물체와의 거리를 측정하는 거리 측정용 카메라를 구성하는 내부 장치들의 변수들에 대한 보정 방법 및 그 보정 장치에 관한 것이다.
비초점 정보를 이용하여 카메라로부터의 물체까지의 거리를 측정하는 비초점 방식(Depth-from-Defocus;DFD)의 거리 측정 방식은 디지털 카메라의 자동 포커싱(Automatic focusing;AF)이나 물체까지의 거리 측정에 매우 유용하게 사용된다. 이러한 비초점 방식의 거리 측정 방식은 최적의 포커스(focus) 렌즈 위치를 찾는 방식의 초점 방식(Depth-from-focusing)의 거리 측정 방식에 비해 속도가 매우 빠르다는 장점이 있다.
이러한 장점을 갖는 DFD 기술은 비초점 영상으로부터 카메라의 내부 변수들을 구하고 이들을 사용하여 거리를 측정하게 된다. 종래의 대부분의 DFD 기술은 2개의 비초점 영상을 사용하여 카메라의 내부 변수들을 추정하게 된다. 이와 같은 DFD 기술은 사용되는 비초점 영상의 갯수와 관계없이 카메라의 내부 변수들에 대한 정확한 보정을 필요로 한다.
그런데, 종래에는 하나의 카메라를 이용하여 카메라로부터 물체까지의 거리를 측정할 때, 카메라를 구성하는 내부 장치들에 대한 사양을 카메라 제조사에서 제공하는 정보에 의존하거나 기존 카메라 보정 방법들을 사용하였다. 이와 같은 종래의 기술들에 따른 카메라 보정 기술들은 주로 카메라를 핀홀(pin-hole) 모델로 가정하여 보정 기술을 구현하였기 때문에, 볼록 렌즈 모델을 사용하는 비초점 영상을 이용한 거리 측정 방식에는 적합하지 않다는 문제점이 있다. 이와 같이 기존의 기술들은 본 발명에서 구현하고자 하는 비초점 영상을 이용한 거리 측정 방식에 최적화되어 있지 않기 때문에 결과적으로 거리 측정에 상당한 오차가 발생하게 되는 문제점이 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 비초점 영상들을 이용하여 물체와의 거리를 정확히 측정하기 위하여 필요한 카메라의 내부 장치들의 변수들에 대한 보정 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 전술한 보정 방법을 구현하기 위하여 필요한 카메라의 내부 변수들을 보정하기 위한 보정 장치를 제공하는 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 특징은 비초점 영상에 대한 정보를 이용하여 물체와의 거리를 측정하는 거리 측정용 카메라의 내부 변수들을 보정하는 방법에 있어서,
(a) 임의의 물체에 대한 2개의 비초점 영상인 제1 영상 및 제2 영상을 획득하는 단계;
(b) 상기 제1 영상과 제2 영상을 획득할 때의 카메라의 렌즈 스텝 번호들을 검출하는 단계;
(c) 상기 제2 영상에 대한 σ(σ2)가 0이 되도록 상기 물체를 기준 거리(ur)로 이동시키는 단계;
(d) 상기 제2 영상에 대한 β를 구하는 단계;
(e) 상기 제2 영상에 대한 영상 거리(s2) 및 상기 제1 영상에 대한 영상 거리(s1)를 구하는 단계
(f) 상기 제1 영상에 대한 σ(σ1)를 구하는 단계를 구비한다.
전술한 특징을 갖는 보정 방법은 상기 (a) 내지 (f)단계를 반복하여 카메라의 각 렌즈 스텝 번호에 대한 σ의 변화값을 도시한 σ 테이블을 작성하며,
물체와의 거리를 다양하게 변화시키면서 작성된 σ 테이블을 이용하여, 카메라의 각 렌즈 스텝 번호에 대한 물체와의 거리값을 도시한 거리 테이블을 작성하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 특징에 따른 비초점 영상을 이용한 거리 측정용 카메라의 내부 변수들을 보정하기 위한 장치는,
디지털 카메라와,
상기 디지털 카메라와 연결되어 데이터를 송수신할 수 있으며, 상기 디지털 카메라의 작동을 제어하며, 상기 디지털 카메라로부터 촬영된 영상을 수신하는 제어 컴퓨터와,
상기 디지털 카메라가 고정되는 선형 가이드부와,
표면에 임의의 패턴이 도시되어 있으며, 상기 선형 가이드부의 소정의 위치에 이동 가능하게 장착되되 상기 디지털 카메라의 정면에 배치되는 고정판과,
상기 고정판과 상기 디지털 카메라와의 이격 거리를 자동으로 측정할 수 있는 거리 측정부를 구비하며, 상기 제어 컴퓨터는 상기 디지털 카메라로부터 수신되는 영상들과 상기 거리 측정부로부터 수신되는 거리 정보들을 이용하여 카메라의 내부 장치에 대한 변수값을 보정한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 거리 측정용 카메라 보정 장치(10)의 구성 및 동작을 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 거리 측정용 카메라 보정 장치(10)를 전체적으로 도시한 구성도이다. 도 1을 참조하면, 카메라 보정 장치(10) 는 디지털 카메라(100), 제어 컴퓨터(110), 선형 가이드부(120), 고정판(130)을 포함한다.
디지털 카메라(100)는 제어 컴퓨터(110)와 연결되어 데이터를 송수신할 수 있으며, 상기 제어 컴퓨터로부터 수신되는 구동 신호에 의해 작동될 수 있으며, 상기 제어 컴퓨터(110)로부터 전송되는 구동 신호에 포함되는 렌즈 스텝 번호에 따라 렌즈의 위치가 이동된 후 영상을 촬영하게 된다. 이때 렌즈 스텝 번호는 카메라의 렌즈의 위치를 이동시키기 위한 스텝 모터의 위치 번호를 나타낸다.
상기 선형 가이드부(120)의 일단에는 상기 디지털 카메라(100)가 고정 장착되며, 상기 디지털 카메라와 대향되는 위치에 상기 고정판(130)이 이동 가능하게 장착된다. 상기 고정판(130)은 상기 디지털 카메라와 대향되는 표면에 임의의 패턴(132)이 도시되어 있으며, 상기 선형 가이드부에 이동 가능하게 장착된다.
따라서, 비초점 영상을 이용하여 거리 측정함에 있어서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 보정 장치를 이용한 보정 방법은 상기 디지털 카메라에 촬영된 비초점 영상에 대해 상기 고정판(130)을 기준 거리(ur)로 이동시킴에 따라, 영상의 흐림 정도 또는 열화(blur) 정도를 나타내는 σ가 0인 지점의 카메라의 렌즈 스텝 번호, β, 렌즈와 카메라 영상면까지의 영상 거리(s) 등을 정확하게 구할 수 있게 된다.
상기 제어 컴퓨터(110)는 상기 디지털 카메라(100)와 연결되어 데이터를 송수신할 수 있으며, 상기 디지털 카메라를 작동시키기 위한 구동 신호를 상기 디지털 카메라로 송신하며, 상기 디지털 카메라로부터 촬영된 영상을 수신한다. 또한, 상기 제어 컴퓨터(110)는 상기 디지털 카메라로부터 수신된 비초점 영상을 이용하여 상기 디지털 카메라의 내부 장치들에 대한 변수값을 보정하고, 보정된 변수값들을 이용하여 물체와의 거리를 정확하게 측정할 수 있게 된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 보정 장치는 상기 고정판(130)과 상기 디지털 카메라(100)와의 이격 거리(u)를 자동으로 측정할 수 있는 거리 측정부(도면에 도시되지 않음)를 더 구비하고, 상기 거리 측정부는 상기 선형 가이드부(120)상의 고정판(130)을 상기 제어 컴퓨터로부터의 제어 신호에 따라 이동시킨 후, 상기 고정판과 상기 디지털 카메라와의 이격 거리(u)를 자동으로 측정하여 상기 제어 컴퓨터로 전송하는 것이 바람직하다.
상기 제어 컴퓨터는 외부로부터 2개의 비초점 영상인 제1 영상(g1)과 제2 영상(g2), 제2 영상(g1)에 대한 기준 거리 정보(ur), 제1 영상과 제2 영상에 대한 렌즈 스텝 번호(p1, p2) 및 카메라의 초점 거리 정보(f)들을 외부로부터 입력받고, 입력된 정보들을 이용하여 해당 카메라에 대한 내부 변수들(s1, s2,β)을 보정하게 된다. 각 변수들에 대한 구체적인 보정 방법은 후술한다.
전술한 구성을 갖는 보정 장치를 이용하여 카메라의 내부 장치들의 변수들을 정확하게 보정하게 된다.
이하, 전술한 거리 측정용 카메라 보정 장치를 이용한 본 발명의 다른 특징에 따른 카메라의 내부 변수들(s1, s2,β)에 대한 보정 방법을 구체적으로 설명한 다.
도 2는 물체(200)의 영상이 카메라의 영상면(210)에 투영되는 것을 도식적으로 나타낸 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 카메라가 얇은 볼록 렌즈(thin lens;220)인 경우, 물체(200)가 카메라의 영상면(210)에 초점이 맞지 않는 상태로 투영되면, 물체가 하나의 점이라고 가정했을 때 흐려진 원으로 투영된다. 이 경우, 영상면(210)에 투영된 흐려진 원(blur)의 반경(R)은 수학식 1에 의해 구해진다.
여기서, D는 렌즈의 반경이며, f, u 및 s는 각각 초점 거리, 물체 거리(물체~렌즈면) 및 카메라의 영상거리(렌즈면~카메라의 영상면)이다.
카메라의 렌즈(220)는 투영되는 물체의 영상을 필터링시키는 역할을 하게 되므로, 카메라 렌즈를 주로 가우시안(Gaussian) 저주파 통과 필터라 가정한다. 이때 2차원 가우시안 함수의 표준 편차인 σ가 저주파 통과 필터의 주요 요소가 되며, σ는 투영된 영상의 흐림 정도를 나타내게 되며, 포커싱된 영상에 대한 σ는 0이 된다.
이하, 본 발명에 따른 보정 방법을 순차적으로 설명한다.
먼저, 카메라를 이용하여 물체에 대한 두 개의 비초점 영상인 제1 영상(g1) 및 제2 영상(g2)을 획득한다. 이때 각 비초점 영상을 촬영할 때의 카메라의 렌즈 스 텝 번호는 각각 제1 렌즈 스텝(p1) 및 제2 렌즈 스텝(p2)이다. 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 렌즈 스텝 번호에 대한 σ의 변화 상태를 도시한 도표이다. 가로축은 카메라의 렌즈 스텝 번호이며, 세로축은 각 렌즈 스텝 번호에 대응되는 σ를 나타낸다. 도 3을 참조하면, 기준 거리(ur)에 배치된 물체에 대한 제2 영상의 σ2는 0이며, 이때의 렌즈 스텝 번호은 p2이며, 제1 영상과 제2 영상에 대한 β는 (σ2 - σ1)에 의해 구해질 수 있다.
이 경우, 제2 영상(g2)에 대한 σ2 는 수학식 2에 의해 구해지며, 수학식 2의 G는 수학식 3 및 수학식 4에 의해 얻을 수 있게 된다.
다음, 제2 영상에 대해 초점이 맞는 영상이 얻어지도록 카메라와 고정판의 거리(u)를 조절하여, σ2가 0이 되는 기준 거리(ur)에 고정판을 배치한다. 이 경우, 제2 렌즈 스텝(p2)은 기준 렌즈 스텝(pr)이 된다(p2 = pr). 카메라의 렌즈 스텝 번호는 컴퓨터로 카메라를 제어할 때 렌즈의 위치를 이동시키기 위한 스텝 모터의 위치 번호이다.
제2 영상에 대한 기준 거리(ur)가 결정되면, 기준 거리에서의 σ2는 0이므로, β는 수학식 5에 의해 구해진다. 또한, 제2 영상에 대한 영상 거리(s2)는 수학식 6에 의해 구하며, 제1 영상에 대한 영상 거리(s1)을 수학식 7을 이용하여 구할 수 있게 된다. 여기서, s1 과 s2는 제1 영상 및 제2 영상을 획득할 때의 렌즈면으로부터 영상면까지의 거리인 영상 거리 (Image Distance)이며, f는 카메라의 초점 거리를 각각 나타낸다.
전술한 과정을 거쳐, 카메라에 대한 내부 변수들인 각 렌즈 스텝 번호에 따른 영상 거리(s1, s2), β, σ등을 구할 수 있게 된다.
전술한 과정을 반복하여 σ를 계산함으로써, 도 4에 도시된 바와 같은 렌즈의 초점 거리에 따른 σ 테이블을 작성할 수 있게 된다. 도 4의 가로축은 렌즈 스텝 번호이며, 세로축은 카메라의 해당 렌즈 위치에 대한 σ 값을 나타낸다.
또한, 물체와의 거리를 다양하게 변화시키면서 작성된 σ 테이블을 이용하여 각 렌즈 스텝 번호에 대한 물체까지의 거리를 도표화할 수 있다.
이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나, 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 그리고, 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명에 의하여, 볼록 렌즈 모델을 사용하는 비초점 방식의 거리 측정에 최적화된 카메라의 내부 장치에 대한 변수값들(s1, s2,β)의 보정 방법을 제공하게 된다.
또한, 본 발명에 의한 보정 장치를 이용함으로써, 비초점 정보를 이용하여 물체와의 거리를 측정하는 카메라에 대한 σ테이블 및 거리 테이블을 정확하게 구 할 수 있게 된다. 이러한 σ테이블 및 거리 테이블을 이용함으로써, 물체와의 거리를 정확하게 구할 수 있게 된다.
도 5는 본 발명에 따른 보정 방법에 의해 작성된 물체 거리 및 종래의 기술에 따른 보정 방법에 의해 작성된 물체 거리를 비교한 그래프이다. 도 5에 있어서, DFF는 초점 방식을 이용한 것으로서 가장 정확하다고 가정하며, STM은 카메라의 내부 변수를 보정하기 전의 상태에 작성된 그래프이며, IBDC는 본 발명에 의하여 카메라의 내부 변수를 보정한 후에 작성한 그래프이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따라 내부 변수를 보정한 경우인 IBDC가 DFF의 결과와 거의 일치함을 알 수 있다.
Claims (6)
- 비초점 영상에 대한 정보를 이용하여 물체와의 거리를 측정하는 거리 측정용 카메라의 내부 장치에 대한 변수값들을 보정하는 방법에 있어서,(a) 임의의 물체에 대한 2개의 비초점 영상인 제1 영상 및 제2 영상을 획득하는 단계;(b) 상기 제1 영상과 제2 영상을 획득할 때의 카메라의 렌즈 스텝 번호들을 검출하는 단계;(c) 상기 제2 영상에 대한 σ(σ2)가 0이 되도록 상기 물체를 기준 거리(ur)로 이동시키는 단계;(d) 상기 제2 영상에 대한 β를 구하는 단계;(e) 상기 제2 영상에 대한 영상 거리(s2) 및 상기 제1 영상에 대한 영상 거리(s1)를 구하는 단계(f) 상기 제1 영상에 대한 σ(σ1)를 구하는 단계를 구비하여, 카메라의 내부 장치에 대한 변수값들을 보정하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 (a) 내지 (f)단계를 반복하여 카메라의 각 렌즈 스텝 번호에 대한 σ의 변화값을 도시한 σ 테이블을 작성하는 것을 특징으로 하는 카메라의 내부 장치에 대한 변수값들을 보정하는 방법.
- 제2항에 있어서, 물체와의 거리를 다양하게 변화시키면서 작성된 σ 테이블을 이용하여, 카메라의 각 렌즈 스텝 번호에 대한 물체와의 거리값을 도시한 거리 테이블을 작성하는 것을 특징으로 하는 카메라의 내부 장치에 대한 변수값들을 보정하는 방법.
- 디지털 카메라;상기 디지털 카메라와 연결되어 데이터를 송수신할 수 있으며, 상기 디지털 카메라의 작동을 제어하며, 상기 디지털 카메라로부터 촬영된 영상을 수신하는 제어 컴퓨터;상기 디지털 카메라가 고정되는 선형 가이드부;표면에 임의의 패턴이 도시되어 있으며, 상기 선형 가이드부의 소정의 위치에 이동 가능하게 장착되되 상기 디지털 카메라의 정면에 배치되는 고정판;을 구비하며, 상기 제어 컴퓨터는 상기 디지털 카메라로부터 수신되는 영상 들을 이용하여 상기 디지털 카메라의 내부 장치에 대한 변수값을 보정하는 것을 특징으로 하는 카메라 보정 장치.
- 제4항에 있어서, 상기 카메라 보정 장치는 상기 고정판과 상기 디지털 카메라와의 이격 거리를 자동으로 측정할 수 있는 거리 측정부를 더 구비하고,상기 제어 컴퓨터는 상기 거리 측정부에 의해 측정된 거리 정보를 수신하여 상기 디지털 카메라의 내부 장치에 대한 변수값을 보정하는 것을 특징으로 하는 카메라 보정 장치.
- 제4항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 컴퓨터는 상기 디지털 카메라의 렌즈 스텝 번호를 변화시키면서 영상을 촬영하며, 상기 디지털 카메라로부터 수신되는 영상과 해당 렌즈 스텝 번호를 이용하여 카메라의 내부 장치에 대한 변수값을 보정하는 것을 특징으로 하는 카메라 보정 장치.
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KR1020060041339A KR100741814B1 (ko) | 2006-05-09 | 2006-05-09 | 거리 측정용 카메라의 내부 장치에 대한 변수값 보정 방법 및 카메라 보정 장치 |
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KR (1) | KR100741814B1 (ko) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102231798A (zh) * | 2011-06-24 | 2011-11-02 | 天津市亚安科技电子有限公司 | 一种控制云台摄像机自动变倍的方法及*** |
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JPH05119252A (ja) * | 1990-07-12 | 1993-05-18 | Univ New York State | カメラの距離測定および迅速自動焦点合せ方法および装置 |
JP2000356514A (ja) | 1999-06-14 | 2000-12-26 | Tamotsu Okazawa | ステレオカメラを用いた距離計測方法及び距離計測装置 |
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2006
- 2006-05-09 KR KR1020060041339A patent/KR100741814B1/ko not_active IP Right Cessation
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