KR20120075899A - 수중 모니터링을 위한 수중카메라 영상의 스티칭 방법 - Google Patents
수중 모니터링을 위한 수중카메라 영상의 스티칭 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 수중 모니터링을 위한 수중카메라 영상의 스티칭 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 어류가 서식하는 양식장 또는 수족관 등에서 상기 어류의 유영 패턴, 객체 수 등을 모니터링할 시 복수 개의 수중카메라에서 영상들을 입력받아 파노라마 영상으로 스티칭하여, 넓은 영역의 영상을 한번에 관찰할 수 있게 하는 수중 모니터링을 위한 수중카메라 영상의 스티칭 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 수중 모니터링을 위한 수중카메라 영상의 스티칭 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 어류가 서식하는 양식장 또는 수족관 등에서 상기 어류의 유영 패턴, 객체 수 등을 모니터링할 시 복수 개의 수중카메라에서 영상들을 입력받아 파노라마 영상으로 스티칭하여, 넓은 영역의 영상을 한번에 관찰할 수 있게 하는 수중 모니터링을 위한 수중카메라 영상의 스티칭 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 양식장 또는 수족관 내의 어류들을 모니터링하기 위해서는 상기 양식장 또는 상기 수족관의 밖에서 상기 어류들을 관찰하거나, 상기 어류들을 꺼내어 살펴보거나, 수중카메라를 이용하여 상기 양식장 또는 상기 수족관의 내부를 촬영하여, 상기 양식장 또는 상기 수족관 내의 어류들의 유영 패턴 및 객체 수 등을 관찰한다.
또한, 상기 수중카메라를 이용하여 수중 영상을 획득하게 되면, 공지된 다양한 영상 분석 기술을 이용하여, 상기 어류의 유영 패턴 분석을 통하여 건강상태를 파악할 수 있으며, 상기 어류의 객체 수를 추정하여 적절한 먹이량을 조절할 수 있다.
한편, 상기 수중카메라는 일반적으로 상기 양식장 또는 상기 수족관의 일부분 만을 촬영하므로, 상기 양식장 또는 상기 수족관 내부의 모든 영역을 촬영하기 어려운 문제점이 있었다.
또한, 상기 수중카메라를 복수 개로 구비하고, 각각 다른 장소에 배치하여 사용하는 경우에는, 상기 복수 개의 수중카메라에 의해 촬영된 상기 양식장 또는 상기 수족관 내부의 수중영상들이 서로 중복되는 구간이 발생하거나, 상기 어류들이 중복되어 촬영되므로, 상기 어류의 유영 패턴 분석 및 객체 수의 추정이 정확하지 못한 문제점이 있다.
또한, 상기 수중카메라는 카메라 렌즈로 인해 왜곡이 발생되므로, 획득되는 수중영상들이 실질적으로 상기 양식장 또는 상기 수족관과 차이를 갖는 문제점도 발생된다.
본 발명자들은 어류가 서식하는 양식장 또는 수족관 등에서 상기 어류의 유영 패턴, 객체 수 등을 모니터링할 시 복수 개의 수중카메라를 이용하여 촬영된 영상을 스티칭한 파노라마 영상을 획득하여, 상기 양식장 및 상기 수족관 내부의 넓은 영역을 한번에 관찰할 수 있게 하고자 연구 노력한 결과, 수중 모니터링을 위한 수중카메라 영상의 스티칭 방법의 기술적 구성을 개발하게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 복수 개의 수중카메라를 이용하여 촬영된 각 영상들을 스티칭하여, 파노라마 영상으로 생성하는 수중 모니터링을 위한 수중카메라 영상의 스티칭 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 복수 개의 수중카메라들에서 촬영된 각 영상에 발생되는 렌즈에 의한 왜곡을 교정하는 수중 모니터링을 위한 수중카메라 영상의 스티칭 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 복수 개의 수중카메라에서 영상들을 입력받아, 상기 영상들 내의 상기 수중카메라의 렌즈에 의해 발생된 왜곡을 렌즈 캘리브레이션(calibration)을 이용하여 교정한 교정영상들을 생성하는 제 1단계; 상기 교정영상들을 쉬프트 알고리즘(scale invariant feature transform algorithm)을 이용하여, 하나의 영상인 파노라마 영상으로 스티칭(stitching)하는 제 2단계;를 포함하는 수중카메라 영상의 스티칭 방법을 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제 1단계는, 상기 각 영상들 내의 상기 수중카메라의 렌즈에 의해 발생된 왜곡인 배럴 왜곡(barrel distortion)을 교정하기 위한 왜곡 파라미터들을 추출하는 제 1-1단계; 및 상기 렌즈 캘리브레이션을 이용하여, 상기 왜곡 파라미터의 비선형 오차 함수를 최소화하여 상기 배럴 왜곡을 교정하는 제 1-2단계;를 더 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제 2단계는, 상기 쉬프트 알고리즘을 이용하여, 상기 교정영상들을 Dog(difference of gaussian)영상으로 변환한 후, 상기 Dog영상의 좌측 및 우측 모서리의 픽셀들 중 제 1후보 특징점들을 추출하는 제 2-1단계; 상기 제 1후보 특징점 중 노이즈인 엣지 특징점들을 제거한 제 2후보 특징점을 산출하는 제 2-2단계; 상기 제 2후보 특징점들의 기울기인 방향성분을 추출하는 제 2-3단계; 상기 교정영상들 간에 상기 제 2후보 특징점 및 방향성분을 비교하여, 서로 유사한 특징점의 위치를 접합위치로 산출하는 제 2-4단계; 및 상기 교정영상들의 상기 접합위치를 서로 연결하여, 상기 교정영상들을 상기 파노라마 영상으로 스티칭하는 제 2-5단계;를 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 복수 개의 수중카메라는 네 개의 수중카메라가 구비되며, 동일한 평면 상에서 서로 다른 방향을 바라보며 배치되고, 배치되는 평면의 중심을 기준으로 0°에서 360°방향의 영상들을 모두 촬영한다.
본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 가진다.
먼저, 본 발명의 일실시예에 따른 수중 모니터링을 위한 수중카메라 영상의 스티칭 방법에 의하면, 쉬프트 알고리즘을 이용하여 복수 개의 수중카메라들에서 촬영되는 각 영상을 스티칭하여 파노라마 영상을 생성하고, 상기 복수 개의 카메라는 배치되는 평면의 중심을 기준으로 360°방향까지 촬영할 수 있으므로, 상기 양식장 또는 상기 수족관의 내부 모든 범위를 상기 파노라마 영상을 이용하여 한번에 관찰할 수 있는 효과를 얻을 수 있고, 상기 쉬프트 알고리즘을 이용하므로 상기 각 영상의 회전, 위치 이동 등의 변화에도 상기 파노라마 영상을 효율적으로 생성할 수 있는 효과도 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 수중 모니터링을 위한 수중카메라 영상의 스티칭 방법에 의하면, 복수 개의 수중카메라들에 발생하는 렌즈에 의한 왜곡인 배럴 왜곡을 렌즈 캘리브레이션을 이용하여 교정하여 사용하므로, 상기 복수 개의 수중카메라들에 의해 촬영되는 각 영상들을 실질적인 촬영대상과 동일하게 획득할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 수중카메라 영상의 스티칭 방법을 나타내는 블럭도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 수중카메라 영상의 스티칭 방법의 제 1단계를 나타내는 블럭도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 수중카메라 영상의 스티칭 방법의 제 2단계를 나타내는 블럭도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 수중카메라 영상의 스티칭 방법에서 영상 내의 왜곡을 교정되는 제 1단계를 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 수중카메라 영상의 스티칭 방법에 의해 생성된 파노라마 영상을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 수중카메라 영상의 스티칭 방법의 제 1단계를 나타내는 블럭도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 수중카메라 영상의 스티칭 방법의 제 2단계를 나타내는 블럭도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 수중카메라 영상의 스티칭 방법에서 영상 내의 왜곡을 교정되는 제 1단계를 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 수중카메라 영상의 스티칭 방법에 의해 생성된 파노라마 영상을 나타내는 도면.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면에 도시된 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.
그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 수중카메라 영상의 스티칭 방법을 나타내는 블럭도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 수중카메라 영상의 스티칭 방법의 제 1단계를 나타내는 블럭도이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 수중카메라 영상의 스티칭 방법의 제 2단계를 나타내는 블럭도이며, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 수중카메라 영상의 스티칭 방법에서 영상 내의 왜곡을 교정되는 제 1단계를 나타내는 도면이며, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 수중카메라 영상의 스티칭 방법에 의해 생성된 파노라마 영상을 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 수중카메라 영상의 스티칭 방법은, 복수 개의 수중카메라에서 영상들을 입력받아 파노라마 영상으로 스티칭하기 위한 것으로, 어류가 서식하는 양식장 또는 수족관 등의 수중에서 상기 어류의 유영 패턴, 객체 수 등을 모니터링할 시 넓은 영역의 영상을 한번에 관찰할 수 있게 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에서는, 상기 복수 개의 수중카메라를 네 개의 수중카메라가 구비하였으며, 상기 네 개의 수중카메라들은 동일한 평면 상에서 서로 다른 방향을 바라보며 배치된다.
또한, 상기 네 개의 수중카메라들이 배치되는 평면의 중심을 기준으로 0°에서 360°방향의 영상들을 모두 촬영할 수 있게 배치되어, 상기 양식장 또는 상기 수족관 내부의 모든 범위를 촬영할 수 있게 구비된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 수중카메라 영상의 스티칭 방법은, 수중카메라의 각 영상들 내의 왜곡을 렌즈 캘리브레이션을 이용하여 교정한 교정영상들을 생성하는 제 1단계(S1000) 및 쉬프트 알고리즘을 이용하여 상기 교정영상들을 파노라마 영상으로 생성하는 제 2단계(S2000)를 포함한다.
먼저, 복수 개의 수중카메라의 각 영상 내의 왜곡을 렌즈 캘리브레이션을 이용하여 교정한 교정영상들을 생성하는 제 1단계(S1000)는, 복수 개의 수중카메라에서 영상들을 입력받아, 상기 영상들 내의 상기 수중카메라의 렌즈에 의해 발생된 왜곡을 렌즈 캘리브레이션(calibration)을 이용하여 교정한 교정영상들을 생성하기 위한 것으로, 상기 각 영상들 내의 배럴 왜곡(barrel distortion)을 나타내는 왜곡 파라미터들을 추출하는 제 1-1단계(S1100) 및 상기 렌즈 캘리브레이션을 이용하여 상기 배럴 왜곡을 교정하는 제 1-2단계(S1200)를 포함한다.
또한, 상기 제 1-1단계는, 상기 복수 개의 수중카메라의 렌즈에 의해 발생한 왜곡인 상기 배럴 왜곡을 나타내는 상기 왜곡 파라미터들을 추출하기 위한 것으로, 상기 왜곡 파라미터는 상기 수중카메라의 내부 파라미터(internal parameters) 및 외부 파라미터(extrinsic parameters)를 포함하며, 상기 복수 개의 수중카메라에 의해 촬영된 각 영상에서 상기 왜곡 파라미터들을 추출한다.
또한, 상기 내부 파라미터는 상기 수중카메라의 초점거리, 이미지 센터, 렌즈 왜곡 변수, 스케일 팩터 비(scale factor ratio)를 포함하는 파라미터이다.
또한, 상기 외부 파라미터는 카메라 회전 행렬(rotation matrix) 및 거리 벡터(translation vector)로 이루어지며, 상기 외부 파라미터는 임의로 설정할 수 있는 기준 좌표계(reference coordinate frame)에 대한 카메라 좌표계의 상대적인 자세 정보를 뜻한다(S1100).
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제 1-2단계는, 상기 렌즈 캘리브레이션을 이용하여 상기 배럴 왜곡을 교정하기 위한 것으로, 상기 렌즈 캘리브레이션은 상기 왜곡 파라미터를 이용하여 상기 각 영상들 내의 왜곡을 교정한 교정영상들을 생성한다.
또한, 상기 제 1-2단계는, 상기 왜곡 파라미터인 상기 내부 파라미터 및 상기 외부 파라미터를 기설정된 비선형 오차함수와 비교하여, 상기 비선형 오차 함수를 최소화하는 교정 파라미터를 획득한 후 상기 교정 파라미터를 이용하여 상기 배럴 왜곡을 교정한다.
즉, 상기 제 1-2단계는 상기 각 영상들 내의 구부러진 부분인 상기 왜곡을 산출하여 교정하며, 상기 왜곡이 펼쳐진 교정영상이 생성되는 것이다(S1200).
다음, 쉬프트 알고리즘을 이용하여 상기 교정영상들을 파노라마 영상으로 생성하는 제 2단계(S2000)는, 상기 교정영상들을 쉬프트 알고리즘(scale invariant feature transform algorithm)을 이용하여, 하나의 영상인 파노라마 영상으로 스티칭(stitching)한다.
또한, 상기 제 2단계는, 상기 교정영상들 내의 제 1후보 특징점을 추출하는 제 2-1단계(S2100), 상기 제 1후보 특징점 중 제 2후보 특징점을 산출하는 제 2-2단계(S2200), 상기 제 2후보 특징점의 방향성분을 추출하는 제 2-3단계(S2300), 상기 교정영상들의 제 2후보 특징점 및 방향성분을 비교하여 접합위치를 산출하는 제 2-4단계(S2400) 및 상기 접합위치를 서로 연결하여 상기 파노라마 영상을 생성하는 제 2-5단계(S2500)를 포함한다.
또한, 상기 제 2-1단계는, 상기 교정영상 내의 제 1후보 특징점을 추출하기 위한 것으로, 상기 교정영상들에서 Dog(difference of gaussian)영상들을 획득하며, 상기 Dog영상의 좌측 및 우측 모서리의 픽셀들 중 제 1후보 특징점들을 추출한다.
또한, 상기 Dog영상은 가우시안 필터(gaussian filter)를 이용하여 획득할 수 있으며, 상기 제 1후보 특징점들은 연속된 Dog영상의 특정 화소의 3×3 영역에 포함되는 26 개의 화소값을 계산하여 산출될 수 있다(S2100).
또한, 상기 제 2-2단계는, 상기 제 1후보 특징점 중 제 2후보 특징점을 산출하기 위한 것으로, 상기 제 1후보 특징점 중 노이즈인 엣지 특징점들을 제거한 제 2후보 특징점이 산출된다.
또한, 상기 엣지 특징점들은 상기 파노라마 영상의 생성을 위하여, 상기 접합위치를 산출할 시 불필요한 방향성분을 갖는 특징점들로 이루어지며, 상기 교정영상 내에 촬영된 대상물체의 평면 부분 또는 모서리 부분의 특징점들을 제거하여 상기 제 2후보 특징점이 상기 대상물체의 평면 부분 또는 모서리 부분에 위치하지 않도록 한다(S2200).
또한, 상기 제 2-3단계는, 상기 제 2후보 특징점의 방향성분을 추출하기 위한 것으로, 상기 교정영상에서 상기 제 2후보 특징점의 주변의 화소들의 좌표값과, 상기 제 2후보 특징점의 좌표값 간의 차이값을 이용하여, 상기 제 2후보 특징점의 기울기인 상기 방향성분을 추출한다(S2300).
또한, 상기 제 2-4단계는, 상기 교정영상들의 접합위치를 산출하기 위한 것으로, 상기 교정영상들 간에 상기 제 2후보 특징점 및 방향성분을 비교하여, 서로 유사한 특징점의 위치를 접합위치로 산출한다.
또한, 상기 제 2-4단계에서는, 상기 교정영상들 간의 좌측 및 우측 모서리의 픽셀들이 서로 유사하거나, 동일한지를 비교하게 되며, 상기 접합위치는 각 교정영상의 좌측 또는 우측의 모서리가 서로 맞닿거나, 일부분 겹치는 위치로 산출된다(S2400).
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제 2-5단계는, 상기 파노라마 영상을 생성하기 위한 것으로, 상기 교정영상들의 상기 접합위치를 서로 연결하여, 상기 교정영상들이 스티칭된 상기 파노라마 영상이 생성된다.
또한, 상기 제 2-5단계는, 상기 교정영상들 간의 제 2후보 특징점 중 유사한 특징점들이 서로 연결되므로, 상기 교정영상 내의 대상물체의 위치 또는 각도가 바뀌거나, 이동하더라도 효율적으로 상기 교정영상들을 상기 파노라마 영상으로 스티칭할 수 있다(S2500).
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
Claims (4)
- 복수 개의 수중카메라에서 영상들을 입력받아, 상기 영상들 내의 상기 수중카메라의 렌즈에 의해 발생된 왜곡을 렌즈 캘리브레이션(calibration)을 이용하여 교정한 교정영상들을 생성하는 제 1단계;
상기 교정영상들을 쉬프트 알고리즘(scale invariant feature transform algorithm)을 이용하여, 하나의 영상인 파노라마 영상으로 스티칭(stitching)하는 제 2단계;를 포함하는 수중카메라 영상의 스티칭 방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 제 1단계는,
상기 각 영상들 내의 상기 수중카메라의 렌즈에 의해 발생된 왜곡인 배럴 왜곡(barrel distortion)을 교정하기 위한 왜곡 파라미터들을 추출하는 제 1-1단계; 및
상기 렌즈 캘리브레이션을 이용하여, 상기 왜곡 파라미터의 비선형 오차 함수를 최소화하여 상기 배럴 왜곡을 교정하는 제 1-2단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수중카메라 영상의 스티칭 방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 제 2단계는,
상기 쉬프트 알고리즘을 이용하여, 상기 교정영상들을 Dog(difference of gaussian)영상으로 변환한 후, 상기 Dog영상의 좌측 및 우측 모서리의 픽셀들 중 제 1후보 특징점들을 추출하는 제 2-1단계;
상기 제 1후보 특징점 중 노이즈인 엣지 특징점들을 제거한 제 2후보 특징점을 산출하는 제 2-2단계;
상기 제 2후보 특징점들의 기울기인 방향성분을 추출하는 제 2-3단계;
상기 교정영상들 간에 상기 제 2후보 특징점 및 방향성분을 비교하여, 서로 유사한 특징점의 위치를 접합위치로 산출하는 제 2-4단계; 및
상기 교정영상들의 상기 접합위치를 서로 연결하여, 상기 교정영상들을 상기 파노라마 영상으로 스티칭하는 제 2-5단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중카메라 영상의 스티칭 방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 복수 개의 수중카메라는 네 개의 수중카메라가 구비되며, 동일한 평면 상에서 서로 다른 방향을 바라보며 배치되고, 배치되는 평면의 중심을 기준으로 0°에서 360°방향의 영상들을 모두 촬영하는 것을 특징으로 하는 수중카메라 영상의 스티칭 방법.
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2010
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