KR20130054868A - 회귀 베지어 패치 분할에 기반하는 기하 보정 장치 및 방법 - Google Patents

회귀 베지어 패치 분할에 기반하는 기하 보정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

회귀 베지어 패치 분할에 기반하는 기하 보정 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 일실시예에 따른 기하 보정 방법은 프로젝터가 투사 표면에 투사하는 검은 화면을 촬영한 제1 영상을 카메라로부터 수신하는 단계; 상기 프로젝터가 상기 투사 표면에 투사하는 미리 설정된 패턴을 촬영한 제2 영상을 상기 카메라로부터 수신하는 단계; 상기 제2 영상으로부터 상기 제1 영상을 빼서 제3 영상을 생성하는 단계; 및 상기 미리 설정된 패턴과 상기 제3 영상 사이의 왜곡을 보정하기 위하여, 상기 미리 설정된 패턴에 대하여 기하 보정을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

회귀 베지어 패치 분할에 기반하는 기하 보정 장치 및 방법{Geometric Correction Apparatus and Method based on Recursive Bezier Patch Sub-Division}
본 발명의 실시예들은 기하 보정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 회귀 베지어 패치 분할에 기반하는 기하 보정 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 투사 기술(projection technology)의 출현과 함께 몰입형 투사 환경(immersive projection environments)도 함께 갖추어져 가고 있다. 몰입형 디스플레이는 고해상도 미디어 컨텐츠 기술에 대한 미래 기술이 되고 있다.
넓은 시야각 및 고해상도 미디어 컨텐츠의 목표는 사용자에게 '그곳에 있는' 느낌을 전달하여 줌으로써 궁극적인 몰입 경험을 제공하는 것이다. 한편, 극장의 대형 스크린과 같이 넓고 평평한 표면은 좋은 몰입 경험을 제공할 수 있지만, 곡선 스크린(curved screens), 돔 형태 스크린(dome shaped screens) 등과 같은 고차원 표면(higher order surface)은 사용자 주변에 가상 비쥬얼 환경을 창조할 수 있기 때문에 더욱 강한 몰입 경험을 제공할 수 있다.
예를 들어, 사용자에게 더욱 강한 몰입 경험을 제공하기 위하여, 도 1에 표시된 것과 같이 평평하지 않은 투사 표면(projection surface)(120)이 제공될 수 있다. 즉, 프로젝터(110)는 미디어 컨텐츠를 평평하지 않고 굴곡진 투사 표면(120)에 투사할 수 있다. 다만, 이러한 경우, 투사 표면(120)이 평평하지 않기 때문에 투사 표면(120)에 투사되는 영상(130)은 본래 영상과 다르게 표시될 수 있다. 즉, 투사 표면(120)에 투사되는 영상(130)은 왜곡(distortion)될 수 있다.
따라서, 이러한 평평하지 않은 투사 표면에 투사되는 컨텐츠를 바로 보이게 하기 위한 기하 보정(geometrical correction) 기술에 대한 연구가 요구되고 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 기하 보정 방법은 프로젝터가 투사 표면에 투사하는 검은 화면을 촬영한 제1 영상을 카메라로부터 수신하는 단계; 상기 프로젝터가 상기 투사 표면에 투사하는 미리 설정된 패턴을 촬영한 제2 영상을 상기 카메라로부터 수신하는 단계; 상기 제2 영상으로부터 상기 제1 영상을 빼서 제3 영상을 생성하는 단계; 및 상기 미리 설정된 패턴과 상기 제3 영상 사이의 왜곡을 보정하기 위하여, 상기 미리 설정된 패턴에 대하여 기하 보정을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 기하 보정을 수행하는 단계는 상기 제3 영상으로부터 특징점을 추출하는 단계; 상기 상기 카메라를 통하여 촬영된 상기 제3 영상에 대한 도메인으로부터 상기 프로젝터를 통하여 투사된 상기 미리 설정된 패턴에 대한 도메인으로 상기 추출된 특징점을 이동시키는 단계; 상기 이동된 특징점에 기반하여, 상기 제3 영상에 대하여 베지어 변환을 적용하는 단계; 및 상기 베지어 변환을 회귀적으로 적용하여 상기 기하 보정을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 기하 보정 장치는 프로젝터가 투사 표면에 투사하는 검은 화면을 촬영한 제1 영상을 카메라로부터 수신하고, 상기 프로젝터가 상기 투사 표면에 투사하는 미리 설정된 패턴을 촬영한 제2 영상을 상기 카메라로부터 수신하는 수신부; 상기 제2 영상으로부터 상기 제1 영상을 빼서, 원하지 않는 아티팩트가 제거된 제3 영상을 생성하는 생성부; 및 상기 미리 설정된 패턴과 상기 제3 영상 사이의 왜곡을 보정하기 위하여, 상기 미리 설정된 패턴에 대하여 기하 보정을 수행하는 처리부를 포함할 수 있다.
평평하지 않은 투사 표면에 투사되는 미리 설정된 패턴에 대한 영상을 카메라를 통하여 촬영하고, 촬영된 영상에 대하여 베지어 변환을 수행함으로써, 평평하지 않은 투사 표면에 투사되는 컨텐츠가 왜곡되지 않고 본래 형상대로 투사될 수 있도록 할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 카메라 교정(camera calibration)이나 내부 또는 외부 파라미터(intrinsic or extrinsic parameters)를 추출하는 일 없이도 기하 보정을 수행할 수 있다. 또한, 기하 보정을 수행하기 위하여 사람이 직접 어떠한 동작을 취할 필요가 없이 자동적으로 기하 보정이 수행될 수 있다.
도 1은 평평하지 않은 투사 표면에 미디어 컨텐츠를 투사하는 프로젝터를 나타내는 도면이다.
도 2는 9개의 데이터 점을 갖는 사각형 표면을 나타내는 도면이다.
도 3 및 4는 본 발명의 일실시예에 따른 베지어 패치를 나타내는 도면이다.
도 5a는 본 발명의 일실시예에 따른 기하 보정 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 기하 보정 방법이 카메라로부터 영상을 수신하는 동작을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 기하 보정 방법이 기하 보정을 수행하는 동작을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 기하 보정 방법이 런 타임 어플리케이션을 실행하는 동작을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 기하 보정 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
본 발명의 일실시예에 따른 기하 보정 방법은 회귀 베지어 패치 분할(Recursive Bezier Patch Sub-Division)을 이용하여, 평평하지 않은 2차 투사 표면(Uneven Quadric Projection Surface)에 대한 기하 보정(Geometric Correction)을 수행할 수 있다.
본 발명에 따른 기하 보정 방법을 설명하기 위하여 베지어 패치에 대해서 우선 설명한다.
베지어 표면은 별개의 제어점(Control Point)이라는 수단을 이용하여 2차 표면(2D Surface)을 생성하기 위하여 번스타인 다항식(Bernstein polynomials)을 사용하는 고차 표면(polynomial surface)의 종류일 수 있다. 이 때, 각 제어점의 위치는 베지어 표면의 형상 및 곡률을 결정할 수 있다.
완전한 사각형 표면은, 9개의 제어점을 갖는 2차 베지어 표면(2nd degree Bezier surface) - 이 때, 9개의 제어점은 4개의 코너 제어점(Corner Control Point), 4개의 가장자리 제어점(Edge Control Point) 및 1개의 중심 제어점(Center Control Point)이 됨 - 으로 볼 수 있다. 이 때, 복수 개의 제어점 중 어느 하나가 최초의 위치로부터 이동되는 경우, 표면도 그에 대응하여 변형될 수 있다. 또한, 제어점에 가까운 표면점일수록 더 강한 힘을 받게 될 수 있다.
(n, m) 차(order)의 (u, v)-평면 상의 2차 베지어 표면은, 서로 직교하는 2개의 독립 매개 곡선(parametric curves)인 B(u)와 B(v)의 구성으로 볼 수 있고, (n+1)(m+1)의 제어점으로 정의될 수 있다.
각 베지어 파라미터 값은 0과 1사이의 범위 내에서 결정되며, 이를 수식으로 표현하면 수식 1과 같다.
수식 1
Figure pat00001
이 때,
Figure pat00002
이고,
Figure pat00003
와
Figure pat00004
은 u 매개축(u parametric axis) 및 v 매개축(v parametric axis) 상의 베지어 곡선을 나타내며,
Figure pat00005
는 제어점들의 세트(set)를 나타낸다.
본 발명의 일실시예에 따른 기하 보정 장치 및 방법은 베지어 표면의 다음 3가지 특성을 활용할 수 있다. 이 때의 3가지 특성은 (1) 베지어 표면은 제어점들의 컨백스 헐(Convex Hull) 내부에 위치하는 특성, (2) 코너에 있는 베지어 표면점(Bezier surface point)은 대응하는 제어점 바로 밑에 위치하는 점(단, 이 특성은 코너에 있는 제어점 외 다른 제어점에는 적용되지 않음), (3) 어느 하나의 매개축 값이 상수값을 갖는 경우, 베지어 곡선(Bezier curve)을 얻을 수 있는 점(따라서, 베지어 표면의 가장자리는, 어느 하나의 매개축이 0 또는 1의 값을 갖는 베지어 곡선으로 볼 수 있음)이 된다.
도 2는 9개의 데이터 점을 갖는 사각형 표면을 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 사각형 격자(rectangular grid)(210)는 9개의 데이터 점(data point)을 포함할 수 있다. 9개의 데이터 점은 4개의 코너 데이터 점, 4개의 가장자리 데이터 점 및 1개의 중심 데이터 점을 포함할 수 있다. 이 때, 사각형 격자(210)가 2차 변형(2nd order transformation)에 의해서 왜곡되면, 왜곡된 사각형 표면(220)과 같이 변형될 수 있다.
한편, 이와 같이 2차원 표면 상에 있는 데이터 점들의 집합이 주어진 상태에서, 제어점들의 위치를 추정함으로써 2차 표면 상의 데이터 점들에 2차 베지어 표면(2nd order Bezier surface)이 맞추어질 수 있다. 예를 들어, 사각형(310)은 2차 베지어 표면을 나타내고, 왜곡된 사각형(320)은 2차 베지어 표면의 제어점이 이동함으로써 변형된 사각형을 나타낸다.
제어점들의 위치는 수식 2와 같은 방법을 통하여 추정될 수 있다
수식 2
Figure pat00006
이 때, t는 베지어 파라미터를 나타내고, B(t)는 표면 상에 있는 미리 알고 있는 데이터 점의 위치를 나타낸다. 도 3을 참조하면, P0(311), P2(313), P6 및 P8의 코너 제어점은 4개의 코너 데이터 점과 일치하게 된다.
한편, 가장자리 제어점 P1(312)은 P0(311)과 P2(313)의 중간에 위치하기 때문에, 수식 2에서 t값은 0.5이 되고, B(t)는 P1(312)에 대응하는 가장자리 데이터 점의 위치가 될 수 있다.
마찬가지로, P3, P5 및 P7의 가장자리 제어점의 위치는 각각에 대응하는 데이터 점을 이용하여 연산될 수 있다.
또한, P4(314)의 앞면 제어점(face control point)은, 추정된 베지어 표면의 중심 픽셀이 이미지의 중심과 일치하도록 반복 조정됨으로써 추정될 수 있다.
고차원의 왜곡을 갖는 표면일 경우, 표면에 대한 매핑(mapping) 및 보상 작업을 위하여 더욱 많은 제어점이 요구된다. 하지만, 이러한 결과는 수학적 복잡성을 증가시키기 때문에 연산 시간이 올라가는 문제가 있다. 그러나, 본 발명의 일실시예에 따른 기하 보정 방법은 높은 차원을 요구하지 않고도, 높은 차원과 비슷한 수준의 표면 매핑 결과(level of surface mapping)를 얻을 수 있다.
즉, 본 발명의 일실시예에 따른 기하 보정 방법은 희박한 초기에 알려져 있는 점(sparse initial known points)을 이용하여 매끄러운 표면(smooth surface)에서부터 시작할 수 있다. 그리고, 표면 그물망(surface mesh)의 높은 정확성을 얻기 위하여, 2차 평면 상의 표면에 대한 더욱 밀도가 높은 추정을 회귀적으로 생성할 수 있다.
더욱 자세히 설명하면, 모든 베지어 패치는 9개의 제어점을 갖는 2차 베지어 표면을 이용하여 정의될 수 있다. 제1 레벨 분할(1st level of sub-division)은 2차 베이저 표면에 대한 4개의 베지어 패치 각각을 4개의 부분 패치(sub-patches) 또는 사분면(quadrants)으로 나눔으로써 얻어질 수 있다. 이 때, 나누어진 부분 패치 각각은 9개의 제어점을 갖는다(4개의 코너 제어점, 4개의 가장자리 제어점 및 1개의 중심 제어점). 도 4를 참조하면, 사각형(410)은 제1 레벨 분할 상태의 베이저 패치를 나타낸다. 한편, 왜곡된 사각형(420)에 나타나는 것과 같이, 높은 레벨 분할의 경우 높은 제어를 제공할 수 있다. 즉, 도 4에 표시되어 있는 점선(430)은 0레벨 분할 상태에서의 변형을 보여주고 있는데, 왜곡된 사각형(420)의 외곽선과 비교할 때, 더 낮은 제어를 보여주고 있다.
제2 레벨 분할은, 앞에서 설명한 동작과 마찬가지로, 제1 레벨 분할 상태에서의 베지어 패치 각각을 다시 4개의 부분 패치로 분할함으로써, 16개의 베지어 표면 패치를 갖게 된다.
이 때, 2개의 부분 패치 사이의 경계에 있는 제어점은 2개의 부분 패치 모두에 공통적으로 적용되는 공통 제어점으로 동작할 수 있다. 따라서, 제i 레벨 분할 상태에서의 가장자리 제어점은 제i+1 레벨 분할 상태에서 코너 제어점이 된다.
이하, 도 5a 및 도 5b을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 기하 보정 방법의 동작에 대해서 설명한다.
본 발명의 일실시예에 따른 기하 보정 방법은 오프 라인 교정 단계 및 온라인 렌더링 단계에 적용될 수 있다. 이 때, 기하 보정 방법은 오프라인 교정 단계 동안은 1번 적용될 수 있으며, 온라인 렌더링 단계 동안은 매 프레임마다 적용될 수 있다.
카메라(530)는 투사 표면(510)(Projection Surface)에 투사되는 컨텐츠를 촬영할 수 있다. 투사 표면(510)은 평평한 평면이 아니라, 평평하지 않은 2차 투사 표면(Uneven Quadric Projection Surface)일 수 있다. 따라서, 기하 보정이 되지 않은 컨텐츠 등이 투사 표면(510)에 투사되는 경우, 투사되는 컨텐츠는 본래 컨텐츠의 형상과 다른 모습으로 왜곡되어 투사될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 기하 보정 방법은 표면 때문에 투사되는 패턴에 생기는 변형을 회귀적 베지어 패치 분할을 이용하여 추정할 수 있다.
프로젝터(projector)(520)는 표면 경계 영역(surface boundary) 내에서 투사 표면(510) 앞에 임의로 놓일 수 있다. 실시예에 따라서는, 프로젝터(520)는 복수 개 설치되어 멀티 프로젝터(Multi Projector)로 제공될 수 있다. 즉, 본 발명의 일실시예에 따른 기하 보정 방법은 멀티 프로젝터 환경에서도 동일하게 적용될 수 있다.
또한, 카메라(530)는 투사 표면(510)의 모든 영역을 포함할 수 있는 위치에 놓일 수 있다.
상술한 것과 같이 카메라(530) 및 프로젝터(520)가 세팅되면, 프로젝터(520)는 검은 화면을 투사 표면(510)에 투사할 수 있다. 이 때, 카메라(530)는 프로젝터(520)가 투사 표면(510)에 투사하는 검은 화면을 촬영할 수 있고, 검은 화면을 촬영한 제1 영상(531)을 기하 보정 장치로 전송할 수 있다. 또한, 기하 보정 방법은 카메라(530)로부터 제1 영상(531)을 수신할 수 있다(501).
검은 화면을 촬영한 제1 영상(531)은 환경적 영향, 표면 영향 및 카메라 영향을 제거하는데 이용될 수 있다. 이 때, 예를 들어, 환경적 영향은 또 다른 광원에 의한 주변 빛 등이 될 수 있다. 또한, 표면 영향은 특징점 검출 실패를 야기할 수 있는 투사 표면(510) 상의 검은 점 등이 될 수 있다. 또한, 카메라 영향은 색조 퍼짐 및 불량 픽셀 등이 될 수 있다.
검은 화면에 대한 제1 영상(531)의 수신이 완료되면, 프로젝터(520)는 미리 설정된 패턴(pattern)을 투사 표면(510)으로 투사할 수 있다. 일실시예에 따른 미리 설정된 패턴은 점(point)으로 이루어진 사각형 격자일 수 있다. 이 때, 사각형 격자를 형성하는 점의 개수는 베지어 분할의 레벨에 기반하여 선택될 수 있다.
카메라(530)는 프로젝터(520)가 투사 표면(510)에 투사하는 미리 설정된 패턴을 촬영할 수 있고, 미리 설정된 패턴을 촬영한 제2 영상(532)을 기하 보정 장치로 전송할 수 있다. 기하 보정 방법은 카메라(530)로부터 제2 영상(532)을 수신할 수 있다(502).
제1 영상(531) 및 제2 영상(532)을 카메라(530)로부터 수신하면, 기하 보정 방법은 제2 영상(532)으로부터 제1 영상(531)을 빼는(subtract) 동작을 수행함으로써, 원하지 않은 아티팩트(unwanted artifacts)가 제거된 제3 영상(533)을 생성할 수 있다(503).
기하 보정 방법은 미리 설정된 패턴과 제3 영상(533) 사이의 왜곡을 보정하기 위하여, 미리 설정된 패턴에 대하여 기하 보정을 수행할 수 있다(504).
이하, 도 6을 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따른 기하 보정 방법이 왜곡을 보정하기 위하여 미리 설정된 패턴에 대하여 기하 보정을 수행하는 동작에 대해서 상세히 설명한다.
기하 보정 방법은 기하 보정을 수행하기 위하여 제3 영상으로부터 특징점(feature points)을 추출할 수 있다(610). 실시예에 따라서는, 기하 보정 방법은 해리스 코너 검출법(Harris corner detection)을 이용하여 제3 영상으로부터 특징점을 추출할 수 있다.
또한, 기하 보정 방법은 카메라를 통하여 촬영된 제3 영상에 대한 도메인(Domain)으로부터 프로젝터를 통하여 투사된 미리 설정된 패턴에 대한 도메인으로 추출된 특징점을 이동시킬 수 있다(620).
자세히 설명하면, 기하 보정 방법은 카메라를 통하여 촬영된 제3 영상을 프로젝터를 통하여 투사된 미리 설정된 패턴과 연관(relate)시킬 수 있다. 즉, 투사 표면의 형상으로 인하여, 미리 설정된 패턴과 제3 영상 사이에는 왜곡이 발생하였기 때문에, 기하 보정 방법은 두 영상을 서로 연관시키는 동작을 수행하는 것이 요구된다.
예를 들어, 프로젝터가 투사하는 미리 설정된 패턴은 P(x, y) 도메인에 있고, 카메라가 촬영한 제3 영상은 C(x, y) 도메인에 있다고 할 때, C(x, y) 도메인 상의 제3 영상을 P(x, y) 도메인 상의 미리 설정된 패턴과 연결시키기 위하여, 기하 보정 방법은 호모그라피(homography)를 연산할 수 있다. 실시예에 따라서는, 기하 보정 방법은 제3 영상의 4개의 코너 특징점(Corner Feature Point)(베지어 코너 제어점이 될 수 있음)을 미리 설정된 패턴의 4개의 코너 점(Corner Point)으로 대응하는 방법을 통하여 호모그라피를 연산할 수 있다.
또한, 호모그라피가 연산되면, 기하 보정 방법은 연산된 호모그라피를 이용하여 제3 영상에 대한 도메인으로부터 미리 설정된 패턴에 대한 도메인으로 추출된 특징점을 이동시킬 수 있다. 즉, 기하 보정 방법은 호모그라피를 이용하여 제3 영상에 대하여 추출된 모든 특징점을 미리 설정된 패턴에 대한 도메인으로 이동시킬 수 있다.
특징점이 모두 이동되면, 기하 보정 방법은 이동된 특징점에 기반하여 제3 영상에 대하여 베지어 변환을 적용할 수 있다. 또한, 기하 보정 방법은 베지어 변환을 회귀적으로 적용하여 기하 보정을 수행할 수 있다.
본 발명의 일측에 따른 기하 보정 방법은 제3 영상에 대하여 베지어 변환을 적용하기 위하여, 제3 영상 전체를 하나의 2차 베지어 패치(single second order Bezier patch)로 설정할 수 있다. 이 때, 2차 베지어 패치는 4개의 코너 제어점(corner control point)으로 동작하는 4개의 코너 특징점을 포함할 수 있다.
기하 보정 방법은 이동된 특징점에 기반하여, 2차 베지어 패치에 대한 제어점의 위치를 연산할 수 있다(630). 실시예에 따라서는, 기하 보정 방법은 2차 베지어 패치에 대한 코너 제어점의 위치를 우선 연산하고, 연산된 코너 제어점의 위치에 기반하여 가장자리 제어점(edge control point) 및 중심 제어점(center control point)의 위치를 각각 연산할 수 있다.
제어점들의 위치가 모두 연산되면, 2차원 표면(quadric surface)에 의한 왜곡(2차 왜곡, 2nd degree distortion)을 보정하기 위하여, 기하 보정 방법은 2차 베지어 패치 내의 모든 특징점에 대하여 베지어 변환(Bezier transformation)을 적용할 수 있다(640).
또한, 2차 베지어 근사치(2nd degree Bezier approximation)을 이용하여 보정될 수 없는 기하 왜곡(geometric distortions)이 있는 평면의 경우, 기하 보정 방법은 2차 베지어 패치를 4개의 부분 패치로 분할하는 분할 동작을 수행할 수 있다. 이 때, 각각의 부분 패치는 9개의 제어점을 갖게 된다. 또한, 기하 보정 방법은 각 부분 패치에 대한 제어점의 위치를 연산하고(650), 부분 패치 내의 모든 특징점에 대하여 베지어 변환을 적용함으로써, 베지어 변환을 회귀적으로 적용하여 미리 설정된 패턴에 대한 기하 보정을 수행할 수 있다(660). 이 때, 분할 동작을 i번 수행하여 생성되는 제i 레벨 부분 패치(ith level sub-patches)는 독립적인 2차 표면으로 취급될 수 있다.
본 발명의 일측에 따르면, 기하 보정 방법은 투사 표면의 작은 부분에 대해서도 분할 동작을 회귀적으로 수행할 수 있고(670, 680), 따라서, 분할 레벨은 증가될 수 있다.
또한, 부분 패치 안의 모든 특징점에 대하여 베지어 변환을 적용할 때, 기하 보정 방법은 분할 동작을 수행한 순서의 역순으로 베지어 변환을 적용할 수 있다. 예를 들어, 기하 보정 방법은 가장 높은 분할 레벨을 갖는 부분 패치에 대하여 베지어 변환을 가장 먼저 적용하고, 그 다음 분할 레벨부터 가장 낮은 분할 레벨까지 순차적으로 베지어 변환을 적용할 수 있다.
본 발명의 일측에 따르면, 기하 보정 방법은 베지어 적용을 회귀적으로 적용하는 동작을 수행하면서, 부분 패치에 대한 정보를 룩-업 테이블에 기록할 수 있다. 이렇게 기록된 룩-업 테이블은 런 타임 어플리케이션(run time application)을 실행하는데 이용될 수 있다.
즉, 도 7을 참조하면, 일실시예에 따른 기하 보정 방법은 프로젝터(730)가 투사 표면에 투사하는 컨텐츠(710)가 투사 표면에서 왜곡되지 않은 채 투사될 수 있도록, 룩-업 테이블을 이용하여 컨텐츠의 매 프레임(frame)을 뒤트는(warp) OpenGL(Open Graphics Library)을 이용하여 런 타임 어플리케이션(run time application)을 실행할 수 있다. 프래임(720)은 투사 표면에서 왜곡되지 않도록 룩-업 테이블이 적용되어 뒤틀어진 프래임을 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 기하 보정 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 기하 보정 장치(800)는 수신부(810), 생성부(820) 및 처리부(830)를 포함할 수 있다.
수신부(810)는 카메라로부터 제1 영상을 수신할 수 있다.
검은 화면을 촬영한 제1 영상은 환경적 영향, 표면 영향 및 카메라 영향을 제거하는데 이용될 수 있다. 이 때, 예를 들어, 환경적 영향은 또 다른 광원에 의한 주변 빛 등이 될 수 있다. 또한, 표면 영향은 특징점 검출 실패를 야기할 수 있는 투사 표면 상의 검은 점 등이 될 수 있다. 또한, 카메라 영향은 색조 퍼짐 및 불량 픽셀 등이 될 수 있다.
검은 화면에 대한 제1 영상의 수신이 완료되면, 프로젝터는 미리 설정된 패턴(pattern)을 투사 표면으로 투사할 수 있다. 일실시예에 따른 미리 설정된 패턴은 점(point)으로 이루어진 사각형 격자일 수 있다. 이 때, 사각형 격자를 형성하는 점의 개수는 베지어 분할의 레벨에 기반하여 선택될 수 있다.
카메라는 프로젝터가 투사 표면에 투사하는 미리 설정된 패턴을 촬영할 수 있고, 미리 설정된 패턴을 촬영한 제2 영상을 기하 보정 장치(800)로 전송할 수 있다. 수신부(810)는 카메라로부터 제2 영상을 수신할 수 있다.
제1 영상 및 제2 영상을 카메라로부터 수신하면, 생성부(820)는 제2 영상으로부터 제1 영상을 빼는(subtract) 동작을 수행함으로써, 원하지 않은 아티팩트(unwanted artifacts)가 제거된 제3 영상을 생성할 수 있다.
또한, 처리부(830)는 미리 설정된 패턴과 제3 영상 사이의 왜곡을 보정하기 위하여, 미리 설정된 패턴에 대하여 기하 보정을 수행할 수 있다.
이하, 처리부(830)가 왜곡을 보정하기 위하여 미리 설정된 패턴에 대하여 기하 보정을 수행하는 동작에 대해서 상세히 설명한다.
처리부(830)는 기하 보정을 수행하기 위하여 제3 영상으로부터 특징점(feature points)을 추출할 수 있다. 실시예에 따라서는, 처리부(830)는 해리스 코너 검출법(Harris corner detection)을 이용하여 제3 영상으로부터 특징점을 추출할 수 있다.
또한, 처리부(830)는 카메라를 통하여 촬영된 제3 영상에 대한 도메인(Domain)으로부터 프로젝터를 통하여 투사된 미리 설정된 패턴에 대한 도메인으로 추출된 특징점을 이동시킬 수 있다.
자세히 설명하면, 처리부(830)는 카메라를 통하여 촬영된 제3 영상을 프로젝터를 통하여 투사된 미리 설정된 패턴과 연관(relate)시킬 수 있다. 즉, 투사 표면의 형상으로 인하여, 미리 설정된 패턴과 제3 영상 사이에는 왜곡이 발생하였기 때문에, 처리부(830)가 두 영상을 서로 연관시키는 동작을 수행하는 것이 요구된다.
예를 들어, 프로젝터가 투사하는 미리 설정된 패턴은 P(x, y) 도메인에 있고, 카메라가 촬영한 제3 영상은 C(x, y) 도메인에 있다고 할 때, C(x, y) 도메인 상의 제3 영상을 P(x, y) 도메인 상의 미리 설정된 패턴과 연결시키기 위하여, 처리부(830)는 호모그라피(homography)를 연산할 수 있다. 실시예에 따라서는, 처리부(830)는 제3 영상의 4개의 코너 특징점(Corner Feature Point)(베지어 코너 제어점이 될 수 있음)을 미리 설정된 패턴의 4개의 코너 점(Corner Point)으로 대응하는 방법을 통하여 호모그라피를 연산할 수 있다.
또한, 호모그라피가 연산되면, 처리부(830)는 연산된 호모그라피를 이용하여 제3 영상에 대한 도메인으로부터 미리 설정된 패턴에 대한 도메인으로 추출된 특징점을 이동시킬 수 있다. 즉, 처리부(830)는 호모그라피를 이용하여 제3 영상에 대하여 추출된 모든 특징점을 미리 설정된 패턴에 대한 도메인으로 이동시킬 수 있다.
특징점이 모두 이동되면, 처리부(830)는 이동된 특징점에 기반하여 제3 영상에 대하여 베지어 변환을 적용할 수 있다. 또한, 처리부(830)는 베지어 변환을 회귀적으로 적용하여 기하 보정을 수행할 수 있다.
본 발명의 일측에 따른 처리부(830)는 제3 영상에 대하여 베지어 변환을 적용하기 위하여, 제3 영상 전체를 하나의 2차 베지어 패치(single second order Bezier patch)로 설정할 수 있다. 이 때, 2차 베지어 패치는 4개의 코너 제어점(corner control point)으로 동작하는 4개의 코너 특징점을 포함할 수 있다.
처리부(830)는 이동된 특징점에 기반하여, 2차 베지어 패치에 대한 제어점의 위치를 연산할 수 있다. 실시예에 따라서는, 처리부(830)는 2차 베지어 패치에 대한 코너 제어점의 위치를 우선 연산하고, 연산된 코너 제어점의 위치에 기반하여 가장자리 제어점(edge control point) 및 중심 제어점(center control point)의 위치를 각각 연산할 수 있다.
제어점들의 위치가 모두 연산되면, 2차원 표면(quadric surface)에 의한 왜곡(2차 왜곡, 2nd degree distortion)을 보정하기 위하여, 처리부(830)는 2차 베지어 패치 내의 모든 특징점에 대하여 베지어 변환(Bezier transformation)을 적용할 수 있다.
또한, 2차 베지어 근사치(2nd degree Bezier approximation)을 이용하여 보정될 수 없는 기하 왜곡(geometric distortions)이 있는 평면의 경우, 처리부(830)는 2차 베지어 패치를 4개의 부분 패치로 분할하는 분할 동작을 수행할 수 있다. 이 때, 각각의 부분 패치는 9개의 제어점을 갖게 된다. 또한, 처리부(830)는 각 부분 패치에 대한 제어점의 위치를 연산하고, 부분 패치 내의 모든 특징점에 대하여 베지어 변환을 적용함으로써, 베지어 변환을 회귀적으로 적용하여 미리 설정된 패턴에 대한 기하 보정을 수행할 수 있다. 이 때, 분할 동작을 i번 수행하여 생성되는 제i 레벨 부분 패치(ith level sub-patches)는 독립적인 2차 표면으로 취급될 수 있다.
본 발명의 일측에 따르면, 처리부(830)는 투사 표면의 작은 부분에 대해서도 분할 동작을 회귀적으로 수행할 수 있고, 따라서, 분할 레벨은 증가될 수 있다.
또한, 부분 패치 안의 모든 특징점에 대하여 베지어 변환을 적용할 때, 처리부(830)는 분할 동작을 수행한 순서의 역순으로 베지어 변환을 적용할 수 있다. 예를 들어, 처리부(830)는 가장 높은 분할 레벨을 갖는 부분 패치에 대하여 베지어 변환을 가장 먼저 적용하고, 그 다음 분할 레벨부터 가장 낮은 분할 레벨까지 순차적으로 베지어 변환을 적용할 수 있다.
본 발명의 일측에 따르면, 처리부(830)는 베지어 적용을 회귀적으로 적용하는 동작을 수행하면서, 부분 패치에 대한 정보를 룩-업 테이블에 기록할 수 있다. 이렇게 기록된 룩-업 테이블은 런 타임 어플리케이션(run time application)을 실행하는데 이용될 수 있다.
즉, 일실시예에 따른 처리부(830)는 프로젝터가 투사 표면에 투사하는 컨텐츠가 투사 표면에서 왜곡되지 않은 채 투사될 수 있도록, 룩-업 테이블을 이용하여 컨텐츠의 매 프레임(frame)을 뒤트는(warp) OpenGL(Open Graphics Library)을 이용하여 런 타임 어플리케이션(run time application)을 실행할 수 있다.
본 발명에 따른 실시예들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(Floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
110: 프로잭터
120: 투사 표면
130: 투사된 영상

Claims (10)

  1. 프로젝터가 투사 표면에 투사하는 검은 화면을 촬영한 제1 영상을 카메라로부터 수신하는 단계;
    상기 프로젝터가 상기 투사 표면에 투사하는 미리 설정된 패턴을 촬영한 제2 영상을 상기 카메라로부터 수신하는 단계;
    상기 제2 영상으로부터 상기 제1 영상을 빼서 제3 영상을 생성하는 단계; 및
    상기 미리 설정된 패턴과 상기 제3 영상 사이의 왜곡을 보정하기 위하여, 상기 미리 설정된 패턴에 대하여 기하 보정을 수행하는 단계
    를 포함하는 기하 보정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기하 보정을 수행하는 단계는
    상기 제3 영상으로부터 특징점을 추출하는 단계;
    상기 상기 카메라를 통하여 촬영된 상기 제3 영상에 대한 도메인으로부터 상기 프로젝터를 통하여 투사된 상기 미리 설정된 패턴에 대한 도메인으로 상기 추출된 특징점을 이동시키는 단계;
    상기 이동된 특징점에 기반하여, 상기 제3 영상에 대하여 베지어 변환을 적용하는 단계; 및
    상기 베지어 변환을 회귀적으로 적용하여 상기 기하 보정을 수행하는 단계
    를 포함하는 기하 보정 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 특징점을 추출하는 단계는
    해리스 코너 검출법(Harris corner detection)을 이용하여 상기 특징점을 추출하는 단계인 기하 보정 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 추출된 특징점을 이동시키는 단계는
    상기 제3 영상의 4개의 코너 특징점을 상기 미리 설정된 패턴의 4개의 코너 점으로 대응하는 방법을 통하여 호모그래피를 연산하는 단계; 및
    상기 연산된 호모그래피를 이용하여, 상기 제3 영상에 대한 도메인으로부터 상기 미리 설정된 패턴에 대한 도메인으로 상기 추출된 특징점을 이동시키는 단계
    를 포함하는 기하 보정 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제3 영상에 대하여 베지어 변환을 적용하는 단계는
    상기 제3 영상 전체를 하나의 2차 베지어 패치로 설정하는 단계;
    상기 이동된 특징점에 기반하여, 상기 2차 베지어 패치에 대한 제어점의 위치를 연산하는 단계; 및
    상기 2차 베지어 패치 내의 모든 특징점에 대하여 상기 베지어 변환을 적용하는 단계
    를 포함하는 기하 보정 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 베지어 변환을 회귀적으로 적용하여 상기 기하 보정을 수행하는 단계는
    상기 2차 베지어 패치를 4개의 부분 패치로 분할하는 분할 동작을 수행하는 단계;
    상기 4개의 부분 패치 각각에 대한 제어점의 위치를 연산하는 단계; 및
    상기 4개의 부분 패치 각각 안에 있는 모든 특정점에 대하여 상기 베지어 변환을 적용하는 단계
    를 포함하는 기하 보정 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 4개의 부분 패치 각각 안에 있는 모든 특정점에 대하여 상기 베지어 변환을 적용하는 단계는
    상기 분할 동작을 수행한 순서의 역순으로 상기 베지어 변환을 적용하는 단계인 기하 보정 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 부분 패치에 대한 정보를 룩-업 테이블에 기록하는 단계
    를 더 포함하는 기하 보정 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 프로젝터가 상기 투사 표면에 투사하는 컨텐츠가 상기 투사 표면에서 왜곡되지 않은 채 투사될 수 있도록, 상기 룩-업 테이블을 이용하여 상기 컨텐츠의 매 프레임을 뒤트는 OpenGL을 이용하여 런 타임 어플리케이션을 실행하는 단계
    를 더 포함하는 기하 보정 방법.
  10. 프로젝터가 투사 표면에 투사하는 검은 화면을 촬영한 제1 영상을 카메라로부터 수신하고, 상기 프로젝터가 상기 투사 표면에 투사하는 미리 설정된 패턴을 촬영한 제2 영상을 상기 카메라로부터 수신하는 수신부;
    상기 제2 영상으로부터 상기 제1 영상을 빼서, 원하지 않는 아티팩트가 제거된 제3 영상을 생성하는 생성부; 및
    상기 미리 설정된 패턴과 상기 제3 영상 사이의 왜곡을 보정하기 위하여, 상기 미리 설정된 패턴에 대하여 기하 보정을 수행하는 처리부
    를 포함하는 기하 보정 장치.
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