KR101545633B1 - Method and System for Vehicle Stereo Camera Calibration - Google Patents
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Abstract
차량용 스테레오 카메라 캘리브레이션 방법 및 시스템이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 캘리브레이션 시스템은, 격자점들이 나타난 캘리브레이션 마커 및 캘리브레이션 마커를 촬영한 카메라로부터 수신한 영상들을 이용하여 카메라의 외부 파라미터를 계산하여 카메라에 전송하는 단말기를 포함한다. 이에 의해, 현재 상용화가 진행 중인 차량용 스테레오 카메라를 사용자가 작은 공간에서 혼자서도 손쉽게 캘리브레이션할 수 있게 된다.A vehicle stereo camera calibration method and system are provided. The calibration system according to an exemplary embodiment of the present invention includes a terminal for calculating external parameters of a camera using images received from a camera that captures calibration markers and calibration markers in which grid points appear and transmits the calculated parameters to a camera. As a result, it is possible to easily calibrate a stereo camera for a car, which is currently being commercialized, alone in a small space.
Description
본 발명은 카메라 캘리브레이션에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량의 추돌방지 시스템에 필요한 스테레오 카메라으로 렉티피케이션된 스테레오 영상을 획득하기 위한 캘리브레이션 방법 및 시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to a camera calibration, and more particularly, to a calibration method and system for acquiring a stereoscopic image recreated with a stereo camera required for a collision avoidance system of a vehicle.
스테레오 카메라의 원리는 사람이 사물을 바라볼 때 입체감 및 거리감을 느끼는 원리와 동일하다. 즉, 스테레오 카메라의 좌/우 카메라는 사람의 양안과 같이 특정 물체를 주시할 때 공간적인 차이에 의해 시차가 발생하며, 그 시차에 의해 물체까지의 거리감이나 물체의 입체감을 느낄 수 있게 된다.The principle of a stereo camera is the same as the principle of feeling three-dimensional and distance when a person looks at an object. In other words, when the left and right cameras of a stereo camera look at a specific object such as a human eye, parallax occurs due to a spatial difference, and the parallax to the object or the stereoscopic effect of the object can be sensed by the parallax.
스테레오 카메라에서 물체의 시차 정보를 추출하기 이전에 반드시 수행하여야 하는 과정이 있는데, 캘리브레이션(Calibration)과 렉티피케이션(Rectification) 이다.There is a process that must be performed before extracting the parallax information of an object from a stereo camera. It is a calibration and a rectification.
캘리브레이션은 스테레오 카메라의 카메라 파라미터를 추출하는 과정이며, 렉티피케이션은 이러한 추출된 카메라 파라미터를 이용하여 좌우 카메라 영상을 정확하게 정렬시켜, 이후 스테레오 시차를 계산할 때 그 연산량을 줄이고 정확도를 높이는 과정이다.Calibration is the process of extracting the camera parameters of the stereo camera. The registration is a process of accurately aligning the left and right camera images using the extracted camera parameters, and then reducing the calculation amount and increasing the accuracy when calculating the stereo parallax.
카메라 캘리브레이션은 카메라의 왜곡 보정과 스테레오 영상의 렉티피케이션을 위해 반드시 선행되어야 하는 과정이며, 현재는 도 1과 같이 사람이 체크 보드 영상을 들고 다양한 거리와 방향에서 수동으로 자세를 취하여 얻은 영상을 이용하여 캘리브레이션을 수행하고 있다.Camera calibration is a process that must be performed for camera distortion correction and stereo image registration. Currently, as shown in Fig. 1, a person uses a video image obtained by manually holding a checkboard image at various distances and directions And calibration is performed.
하지만, 체크보드의 크기가 너무 크고 캘리브레이션을 위한 공간도 요구되며, 사용자 혼자서는 캘리브레이션을 수행할 수 없다는 단점이 있어 상용화의 사용성 부분에서 많은 걸림돌이 되고 있다.However, the size of the check board is too large, space for calibration is required, and the user can not perform the calibration alone, which is a great obstacle to the usability of commercialization.
기본적인 캘리브레이션은 스테레오 카메라가 출고할 당시 선행되어 이루어 지나, 차량의 진동 충격 등으로 스테레오 카메라 좌우의 틀어짐 현상이 발생하게 되므로, 사용자에 의해 즉각적인 캘리브레이션을 수행할 수 있어야, 지속적인 사용이 가능해 진다.
Basic calibration is performed prior to the time of shipment of the stereo camera, but since the stereo camera is swayed due to the vibration of the vehicle, the user needs to be able to perform an immediate calibration so that the camera can be continuously used.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 현재 상용화가 진행 중인 차량용 스테레오 카메라를 사용자가 작은 공간에서 손쉽게 캘리브레이션할 수 있는 방법 및 시스템을 제공함에 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method and system for easily calibrating a stereo camera for a car, which is currently being commercialized, in a small space.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 캘리브레이션 시스템은, 격자점들이 나타난 캘리브레이션 마커; 및 상기 캘리브레이션 마커를 촬영한 카메라로부터 수신한 영상들을 이용하여, 상기 카메라의 외부 파라미터를 계산하여 상기 카메라에 전송하는 단말기;를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a calibration system including: a calibration marker having grid points; And a terminal for calculating an external parameter of the camera using the images received from the camera which has photographed the calibration marker, and transmitting the calculated external parameter to the camera.
그리고, 상기 단말기는, 상기 카메라의 내부 파라미터는 계산하지 않을 수 있다.The terminal may not calculate the internal parameters of the camera.
또한, 상기 캘리브레이션 마커는, 상기 카메라의 내부 파라미터와 외부 파라미터를 계산하기 위해 사용되는 마커 보다 격자점의 개수가 작을 수 있다.In addition, the calibration marker may have a smaller number of lattice points than a marker used to calculate an internal parameter and an external parameter of the camera.
그리고, 상기 카메라는, 차량용 카메라이고, 상기 캘리브레이션 마커는, 차량의 보닛에 착탈 가능할 수 있다.The camera may be a vehicle camera, and the calibration marker may be detachable from the bonnet of the vehicle.
또한, 상기 캘리브레이션 마커는, 차량의 보닛에 장착된 상태로 높이 및 방향 중 적어도 하나에 대한 변경이 가능할 수 있다.In addition, the calibration marker may be capable of changing at least one of a height and a direction while being mounted on the bonnet of the vehicle.
그리고, 상기 캘리브레이션 마커는, 입체적 형상으로 격자점들이 다수의 면에 형성되어 있을 수 있다.The calibration markers may have lattice points formed on a plurality of surfaces in a three-dimensional shape.
또한, 상기 캘리브레이션 마커는, 상기 단말기의 화면에 표시될 수 있다.In addition, the calibration marker may be displayed on the screen of the terminal.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 캘리브레이션 방법은, 격자점들이 나타난 캘리브레이션 마커를 촬영한 카메라로부터 영상들을 수신하는 단계; 상기 영상들을 이용하여, 상기 카메라의 외부 파라미터를 계산하는 단계; 및 상기 카메라의 외부 파라미터를 상기 카메라에 전송하는 단계;를 포함한다.
According to another embodiment of the present invention, there is provided a calibration method including: receiving images from a camera that captures calibration markers in which grid points appear; Calculating an external parameter of the camera using the images; And transmitting an external parameter of the camera to the camera.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 현재 상용화가 진행 중인 차량용 스테레오 카메라를 사용자가 작은 공간에서 혼자서도 손쉽게 캘리브레이션할 수 있게 된다.As described above, according to the embodiments of the present invention, it is possible to easily calibrate a stereo camera for a car, which is currently being commercialized, alone in a small space.
특히, 본 발명의 실시예들에 따르면, 휴대성이 높은 탈부착식 마커를 이용하여 언제 어디서든 용이하게 스테레오 카메라의 캘리브레이션을 수행할 수 있다.Particularly, according to the embodiments of the present invention, the stereo camera can be easily calibrated at any time by using the detachable marker having high portability.
나아가, 본 발명의 실시예들에 따르면, 체크보드를 휴대 단말기의 어플리케이션을 통해 캘리브레이션 수행 안내와 함께 제공하여, 그 편의성을 더욱 증대시킬 수 있게 된다.
Furthermore, according to the embodiments of the present invention, the check board can be provided together with the calibration execution guide through the application of the portable terminal, thereby further enhancing convenience.
도 1은 기존의 스테레오 카메라 캘리브레이션 방법의 설명에 제공되는 사진,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 스테레오 카메라 캘리브레이션 시스템의 설명에 제공되는 도면,
도 3 및 도 4는, 도 1에 도시된 캘리브레이션 마커의 부연 및 추가 설명에 제공되는 도면들,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 캘리브레이션 방법의 설명에 제공되는 흐름도,
도 6은, 도 5의 S530단계에서 디스플레이되는 격자점들이 인식 표시된 좌/우 영상을 나타낸 도면, 그리고,
도 7은 캘리브레이션 마커가 터치 스크린에 표시된 사용자 휴대 단말기을 도시한 도면이다.FIG. 1 is a block diagram of a conventional stereo camera calibration method,
2 is a diagram provided in the description of a car stereo camera calibration system according to an embodiment of the present invention,
Figures 3 and 4 illustrate the calibration markers shown in Figure 1 and the accompanying drawings,
Figure 5 is a flow chart provided in the description of a calibration method according to another embodiment of the present invention;
FIG. 6 is a diagram illustrating a left / right image in which grid points displayed in step S530 of FIG. 5 are recognized and displayed,
7 is a diagram illustrating a user portable terminal in which a calibration marker is displayed on a touch screen.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
스테레오 카메라는 캘리브레이션 과정을 통하여 카메라 파라미터를 구하게 되는데, 이 카메라 파라미터는 크게 내부 파라미터와 외부 파라미터로 구분된다.The stereo camera obtains the camera parameters through a calibration process, which is largely divided into internal parameters and external parameters.
내부 파라미터는 카메라의 초점거리, 주점의 좌표, 렌즈 왜곡 계수 등 카메라 센서와 렌즈의 특성을 나타내며, 외부 파라미터는 두 카메라의 상대적인 위치 및 각도 등으로 공간상에 두 개의 카메라의 장착 지점 및 방향에 관한 것이다.The internal parameters represent the characteristics of the camera sensor and the lens such as the focal length of the camera, the coordinates of the principal point, the lens distortion coefficient, and the external parameters are the relative positions and angles of the two cameras, will be.
스테레오 카메라는 출고 당시에 전반적인 캘리브레이션을 수행하여, 카메라 내부 파라미터와 외부 파라미터를 모두 추출하는 선행 과정을 거치게 되나, 운전자가 사용하는 과정에서 차량 자체의 진동 충격 등으로 카메라 간의 틀어짐 현상이 발생할 수 있다. 이때, 주로 변화되는 것은 외부 파라미터이며, 내부 파라미터는 거의 변화되지 않는다.The stereo camera carries out a general calibration at the time of shipment and performs a preceding process of extracting both the camera internal parameter and the external parameter. However, the camera may be distorted due to the vibration impact of the vehicle during the use of the camera. At this time, the mainly changed is the external parameter, and the internal parameter is hardly changed.
내부 파라미터와 외부 파라미터를 모두 계산하기 위해서는, 도 1에 도시된 바와 같이 체크 보드에 많은 격자점이 나타나 있을 것이 요구된다.In order to calculate both internal and external parameters, it is required that many grid points appear on the check board as shown in Fig.
하지만, 내부 파라미터는 고정시킨 상태에서, 외부 파라미터 만을 다시 계산하기 위해서는, 많은 격자점이 필요 없다. 이론상으로, 최소 6개의 격자점으로 외부 파라미터를 결정할 수 있다.However, in order to recalculate only the external parameters while the internal parameters are fixed, many grid points are not necessary. In theory, an external parameter can be determined with a minimum of six lattice points.
이에 착안하여 구성한 본 발명의 일 실시예에 따른 '차량용 스테레오 카메라 캘리브레이션 시스템'(이하, '캘리브레이션 시스템'으로 약칭한다.)을 도 2에 나타내었다. 도시된 캘리브레이션 시스템은 외부 파라미터만을 결정하기 위한 시스템이다.FIG. 2 shows a 'car stereo camera calibration system' (hereinafter, abbreviated as 'calibration system') according to an embodiment of the present invention. The illustrated calibration system is a system for determining only external parameters.
도 2에는 두 가지 타입의 캘리브레이션 시스템을 포함하고 있다. 하나는 캘리브레이션 마커들(200)과 캘리브레이션 SW가 탑재된 차량내 단말기(300)로 구성되는 시스템이고, 다른 하나는 캘리브레이션 마커들(200)과 캘리브레이션 App이 탑재된 사용자 휴대 단말기(400)로 구성되는 시스템이다.Figure 2 includes two types of calibration systems. One is a system composed of
캘리브레이션 마커들(200)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 차량의 보닛에 착탈 가능한 형태로 제작된다. 본 발명의 실시예에 따른 캘리브레이션 시스템은 외부 파라미터만을 결정하기 때문에, 최소 6개의 격자점이 필요하다.The
도 2에 도시된 캘리브레이션 마커들(200)에는 총 12개의 격자점(각각 4개의 격자점)이 있으므로, 2개의 캘리브레이션 마커들(200)로 시스템을 구현하는 것도 가능하지만, 도 2에서는 보다 정확하고/안정적인 캘리브레이션을 위해 캘리브레이션 마커들(200)을 3개로 구현하여 총 12개의 격자점을 이용하도록 하였다.Although there are a total of twelve grid points (four grid points each) in the
한편, 도 3의 좌측에 도시된 바와 같이 캘리브레이션 마커는 높이 조절이 가능하고, 회전 가능하도록 구현할 수 있고, 도 3의 우측에 도시된 바와 같이 체크 보드 형태가 아닌 것으로 구현할 수도 있다.Meanwhile, as shown in the left side of FIG. 3, the calibration markers may be height-adjustable and rotatable, and may be implemented as a check board type as shown in the right side of FIG.
나아가, 도 4에 도시된 바와 같이, 캘리브레이션 마커를 입체적 형상인 큐브 형태로 구현하는 것도 가능하다. 도 4의 좌측에 도시된 캘리브레이션 마커의 경우 2개의 체크보드를 통해 8개의 격자점을 포함하고 있으므로, 차량의 보닛에 하나를 설치하는 것만으로 충분할 수 있다.Further, as shown in FIG. 4, it is also possible to implement the calibration markers in a cubic form having a cubic shape. In the case of the calibration markers shown on the left side of FIG. 4, since there are eight grid points through two check boards, it is sufficient to install one on the bonnet of the vehicle.
차량내 단말기(300)와 사용자 휴대 단말기(400)는 스테레오 카메라(100)가 캘리브레이션 마커들(200)을 촬영하여 생성한 좌/우 영상을 이용하여 캘리브레이션을 수행하는데, 이 과정에 대해 도 5를 참조하여 상세히 설명한다.The in-
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 캘리브레이션 방법의 설명에 제공되는 흐름도이다.5 is a flow chart provided in the description of a calibration method according to another embodiment of the present invention.
사용자가 차량의 보닛에 캘리브레이션 마크들(200)을 부착한 상태에서 스테레오 카메라(100)를 캘리브레이션 모드로 동작시키면, 스테레오 카메라(100)가 촬영을 통해 좌/우 영상을 생성/전송하여, 차량내 단말기(300) 또는 사용자 휴대 단말기(400)에 입력된다(S510).When the user operates the stereo camera 100 in the calibration mode with the
차량내 단말기(300)의 경우 좌/우 영상을 유선으로 수신/입력받고, 사용자 휴대 단말기(400)의 경우 좌/우 영상을 무선으로 수신/입력받음이 일반적이겠지만, 반드시 그러하도록 구현하여야 하는 것은 아니다.In the case of the in-
이하에서는, 표기의 편의를 위해 '차량내 단말기(300) 또는 사용자 휴대 단말기(400)'를 '단말기(300/400)'로 약칭하겠다.Hereinafter, the term "
단말기(300/400)는 캘리브레이션 SW/App을 구동하여, S510단계에서 입력된 좌/우 영상에서 캘리브레이션 마커(200)를 인식한다(S520). 다음, 단말기(300/400)는 S520단계에서 인식된 캘리브레이션 마커에서 격자점들을 인식하고, 그 결과를 디스플레이한다(S530).The
도 6에는 S530단계에서 디스플레이되는 격자점들이 인식 표시된 좌/우 영상을 나타내었다. 이와 같이, S530단계에서의 디스플레이 결과를 통해 사용자는 단말기(300/400)의 캘리브레이션 SW/App에 의한 격자점 인식 결과를 확인할 수 있다(S540).FIG. 6 shows left / right images of grid points displayed in step S530. In this manner, the user can confirm the lattice point recognition result by the calibration SW / App of the
확인 결과 인식에 오류가 있다고 판단되면(S550-Y), 사용자가 좌/우 영상에서 올바른 격자점들을 터치하여 조정함으로써 바로 잡을 수 있다(S560). 만약, 도 6에 도시된 바와 같이, 인식에 오류가 없는 것으로 확인되면(S550-N), S560단계는 수행되지 않는다.If it is determined that there is an error in recognition of the confirmation result (S550-Y), the user can correct by touching the correct grid points on the left / right image (S560). If it is confirmed that there is no error in recognition as shown in FIG. 6 (S550-N), step S560 is not performed.
이후, 단말기(300/400)는 격자점 좌표들을 이용하여, 카메라의 외부 파라미터를 계산하여(S570), 스테레오 카메라(100)에 전송한다(S580).Then, the
그러면, 스테레오 카메라(100)는 S580단계를 통해 수신된 외부 파리미터로 렉티피케이션을 수행하게 된다.Then, the stereo camera 100 performs the communication with the external parameter received in step S580.
지금까지, 차량용 스테레오 카메라 캘리브레이션 시스템 및 방법에 대해, 바람직한 실시예들을 들어 상세히 설명하였다.Up to now, a car stereo camera calibration system and method have been described in detail with respect to preferred embodiments.
위 실시예를 통해 제시한 캘리브레이션 마커들(200)은 별도로 제작하지 않고 사용자 휴대 단말기(400)에서 캘리브레이션 App을 통해 제공되는 것으로 구현 가능하다.The
사용자 휴대 단말기(400)에서 캘리브레이션 App을 실행시키면, 캘리브레이션 App이 터치 스크린을 통해 "스테레오 카메라(100)를 캘리브레이션 모드로 동작"시킬 것을 안내한 후에, 도 7에 도시된 바와 같이 캘리브레이션 마커를 터치 스크린에 표시할 수 있다.When the calibration application is executed in the user
그러면, 사용자는 도 7에 도시된 사용자 휴대 단말기(400)의 터치 스크린 상부에 표시된 문구대로 캘리브레이션 마커가 표시된 스테레오 카메라(100)를 차량 보닛에 세워 놓게 될 것이며, 스테레오 카메라(100)가 이를 촬영하여 도 5에 도시된 캘리브레이션 절차가 수행되게 된다.Then, the user will set up the stereo camera 100 with the calibration mark on the vehicle bonnet according to the phrase displayed on the upper part of the touch screen of the user
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention.
100 : 스테레오 카메라
200 : 캘리브레이션 마커
300 : 차량내 단말기
400 : 사용자 휴대 단말기100: Stereo camera
200: calibration marker
300: In-vehicle terminal
400: user portable terminal
Claims (8)
상기 캘리브레이션 마커를 촬영한 카메라로부터 수신한 영상들을 이용하여, 상기 카메라의 외부 파라미터를 계산하여 상기 카메라에 전송하는 단말기;를 포함하고,
상기 캘리브레이션 마커는,
입체적 형상으로 격자점들이 다수의 면에 형성되어 있으며,
차량의 보닛에 착탈 가능한 것을 특징으로 하는 캘리브레이션 시스템.
Calibration markers with grid points; And
And a terminal for calculating an external parameter of the camera using the images received from the camera that photographed the calibration marker, and transmitting the calculated external parameter to the camera,
Wherein the calibration marker comprises:
Lattice points are formed in a plurality of planes in a three-dimensional shape,
Wherein the motor is detachable from the bonnet of the vehicle.
상기 단말기는,
상기 카메라의 내부 파라미터는 계산하지 않는 것을 특징으로 하는 캘리브레이션 시스템.
The method according to claim 1,
The terminal comprises:
Wherein the internal parameters of the camera are not calculated.
상기 캘리브레이션 마커는,
상기 카메라의 내부 파라미터와 외부 파라미터를 계산하기 위해 사용되는 마커 보다 격자점의 개수가 작은 것을 특징으로 하는 캘리브레이션 시스템.
3. The method of claim 2,
Wherein the calibration marker comprises:
Wherein the number of grid points is smaller than a marker used to calculate an internal parameter and an external parameter of the camera.
상기 카메라는, 차량용 카메라인 것을 특징으로 하는 캘리브레이션 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the camera is a vehicle camera.
상기 캘리브레이션 마커는, 차량의 보닛에 장착된 상태로 높이 및 방향 중 적어도 하나에 대한 변경이 가능한 것을 특징으로 하는 캘리브레이션 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the calibration marker is capable of changing at least one of a height and a direction while being mounted on a bonnet of the vehicle.
상기 캘리브레이션 마커는,
상기 단말기의 화면에 표시되는 것을 특징으로 하는 캘리브레이션 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the calibration marker comprises:
Wherein the display is displayed on the screen of the terminal.
상기 영상들을 이용하여, 상기 카메라의 외부 파라미터를 계산하는 단계; 및
상기 카메라의 외부 파라미터를 상기 카메라에 전송하는 단계;를 포함하고,
상기 캘리브레이션 마커는,
입체적 형상으로 격자점들이 다수의 면에 형성되어 있으며,
차량의 보닛에 착탈 가능한 것을 특징으로 하는 캘리브레이션 방법.
Receiving images from a camera that has captured a calibration marker in which grid points are present;
Calculating an external parameter of the camera using the images; And
And transmitting an external parameter of the camera to the camera,
Wherein the calibration marker comprises:
Lattice points are formed in a plurality of planes in a three-dimensional shape,
Wherein the bonnet is detachable from the bonnet of the vehicle.
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