KR100831452B1 - Image Distortion Correction Using DLT algorithm - Google Patents
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Abstract
본 발명은 카메라를 통해 비취지는 영상의 왜곡을 보정하기 위한 방법에 관한 것으로, 자동차의 전방 또는 후방 카메라를 통해 비취지는 화면영상의 왜곡을 보정하기 위한 방법으로써, 카메라를 원점으로 하여 차량의 전방방향을 Xa축으로 하고 전폭방향을 Ya축으로 하여 실제영상의 X, Y, Z의 좌표값인 Xw, Yw, Zw를 화면영상의 Xd좌표 Yd좌표로 맵핑하기 위해 실제영상에 그리드를 표시하는 제 1 단계; 상기 생성된 그리드로부터 영상을 취득하여 거리기준선을 재생성함으로써 상기 X 축 Ya축의 그리드 교점값인 실측데이터를 취득하는 제 2 단계; 상기 실측데이터로부터 X ,Yd좌표를 획득하여 상기 Ya축을 고정하고, 상기 Xa축 방향으로 피팅하는 함수를 산출하는 제 3 단계; Sigmoid함수를 이용하여 상기 Xa축으로 픽셀 Xp 에 대해 피팅하며 Sigmoid함수의 계수값을 산출하여 계수함수를 작성하고 이에 따라 상기 픽셀 Xp의 전체함수를 생성함으로써 픽셀 Xp함수를 생성하는 제 4 단계; 및 상기 Xa축으로 픽셀 Yp에 대해 피팅하여 Polynomial 계수값을 산출하여 계수함수를 작성하며 이에 따라 상기픽셀 Yp의 전체함수를 생성함으로써 픽셀 Yp 함수를 생성하는 제 5 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a method for correcting the distortion of the image imaged through the camera, the method for correcting the distortion of the screen image imaged through the front or rear camera of the vehicle, the front of the vehicle with the camera as the origin Is a Xa axis and the full width direction is the Ya axis. step; A second step of acquiring measured data which is a grid intersection value of the X axis Ya axis by acquiring an image from the generated grid and regenerating a distance reference line; A third step of acquiring X and Yd coordinates from the measured data to calculate a function of fixing the Ya axis and fitting in the Xa axis direction; A fourth step of generating a pixel Xp function by fitting a pixel Xp to the Xa axis using a sigmoid function, calculating a coefficient value of a Sigmoid function, generating a coefficient function, and generating a total function of the pixel Xp accordingly; And a fifth step of generating a coefficient function by calculating a polynomial coefficient value by fitting the pixel Yp to the Xa axis, and generating a total function of the pixel Yp accordingly. do.
Tsai's Equation 알고리즘, Driect Linear Transform 알고리즘, 카메라 캘리브레이션(Calibration), Pin-hole Camera, Boltzman-Sigmoid 함수, Polynomail 함수 Tsai's Equation Algorithm, Driect Linear Transform Algorithm, Camera Calibration, Pin-hole Camera, Boltzman-Sigmoid Function, Polynomail Function
Description
도 1은 종래기술에 따른 카메라의 왜곡현상을 도시한 도면.1 is a view showing the distortion phenomenon of the camera according to the prior art.
도 2 및 도 3은 동래기술에 따라 카메라를 통해 제공되는 실제영상과 화면영상에 도시된 궤적라인과의 왜곡을 보여주는 도면.2 and 3 is a view showing the distortion of the trajectory line shown in the real image and the screen image provided through the camera according to the same technology.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 월드영상과 화면영상의 맵핑을 위한 Xa축 및 Ya축 설정을 도시한 도면.4 is a diagram illustrating Xa-axis and Ya-axis setting for mapping of the world image and the screen image according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 월드영상을 화면영상으로 맵핑(Mapping)하기 위한 과정을 도시한 순서도.5 is a flowchart illustrating a process for mapping a world image to a screen image according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 생성된 그리드와 거리기준선을 나타내는 도면.6 is a view showing a grid and a distance reference line generated according to an embodiment of the present invention.
도 7 본 발명의 실시예에 따른 픽셀 Xp 함수를 나타낸 도면.7 illustrates a pixel Xp function according to an embodiment of the present invention.
도 8 및 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 X의 계수함수를 나타낸 도면.8 and 9 are diagrams illustrating a coefficient function of X according to an embodiment of the present invention.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 계수함수의 계수를 나타낸 도면.10 is a diagram showing coefficients of a coefficient function according to an embodiment of the present invention.
도 11 및 도 12는 Xw 값에 따른 픽셀 Yp 함수를 나타낸 도면.11 and 12 show pixel Yp functions according to Xw values.
도 13 및 도 14는 Xw값에 따른 픽셀 Yp 함수의 다양한 계수를 나타낸 도면.13 and 14 show various coefficients of the pixel Yp function depending on the Xw value.
도 15 및 도 16은 Xw값에 따른 계수함수의 계수를 나타낸 도면.15 and 16 are diagrams showing the coefficient of the coefficient function according to the value of Xw.
도 17은 DLT에 의한 왜곡 보정결과를 도시한 도면.Fig. 17 is a view showing the distortion correction result by DLT.
도 18은 생성된 픽셀 Xp 함수와 픽셀 Yp 함수를 바탕으로 생성된 룩업테이블을 나타낸 도면.18 illustrates a lookup table generated based on a generated pixel Xp function and a pixel Yp function.
도 19는 본 발명의 실시예에 따라 DLT 알고리즘이 적용된 화면영상을 나타낸 도면. 19 illustrates a screen image to which the DLT algorithm is applied according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
50 : 화면궤적 100 : 그리드 가로축50: screen trajectory 100: grid horizontal axis
200 : 그리드 세로축 300 : 거리기준선200: vertical axis of the grid 300: distance reference line
본 발명은 자동차의 전방 또는 후방 카메라를 통해 비취지는 영상의 왜곡을 보정하기 위한 방법에 관한 것으로, 특히 Direct Linear Transform 알고리즘을 이용하여 카메라를 통해 측정된 실측데이터를 최대한 적용하여 오차를 최소화하기 위한 영상왜곡 보정방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for correcting distortion of an image reflected through a front or rear camera of an automobile, and in particular, an image for minimizing an error by maximally applying measured data measured through a camera using a direct linear transform algorithm. It relates to a distortion correction method.
카메라를 이용한 영상재생기술 및 응용기술의 발달은 자동차에까지 적용되어 차량에 전방 또는 후방카메라를 부착하여 주차시 앞뒤공간의 거리를 감지하여 이를 운전자에게 제공함으로써 초보운전자들에게 빈번하게 발생하던 주차 중 접촉사고를 방지할 수 있게 되었다.The development of image reproducing technology and applied technology using cameras is applied to the car, and the front or rear camera is attached to the vehicle to detect the distance between the front and rear spaces when parking and provide it to the driver. The accident can be prevented.
카메라 캘리브레이션(Calibration)은 실제 월드(World) 좌표(X,Y,Z)의 점들 이 영상의 이미지(Image) 좌표(X,Y)에 위치하는 지를 검출하기 위해 카메라의 위치, 카메라의 내부 파라메타(Focal Length, View Angle, Image Center등), 카메라 렌즈의 왜곡 등을 검출하여, 월드좌표를 이미지좌표로 변환하는데 사용된다. 그러나 일반적인 카메라모델링에서는 도 1에 도시된 것처럼 핀홀(Pin-Hole)카메라의 경우에서와 같이 초점길이에 대칭하여 이상적인 도로 모델링이 적용되나, 실제의 카메라는 렌즈를 사용함으로써 렌즈의 가공여부에 따라 카메라의 왜곡이 발생하게 된다. 즉 핀홀 카메라의 경우 원근화법의 월드플레인(World Plane)형상이 왜곡없이 비례적으로 투영되는 카메라이다. 하지만 자동차에 적용하기에는 핀홀카메라의 화각이 너무 좁기 때문에 광각을 위한 렌즈를 장착하게 된다. 차량용 와이드 렌즈 카메라의 경우 월드플레인의 형상이 렌즈제조방식에 따라 왜곡투영된다. 이는 화각이 크면 클수록 또한 렌즈의 구경이 작으면 작을수록 영상왜곡이 상승한다. 이러한 카메라 왜곡을 보정하는 방법으로는 Tsai's Equation 알고리즘이 있다. 이 방법은 렌즈를 사용한 카메라에선 시계축(View Axis)에서 멀어질수록 왜곡이 많이 발생하며, 시계중심(View Center)에서의 거리량을 변수로 순차적인 다차식으로 풀어나가는 카메라 왜곡보정의 대표적인 방정식이다. 이와같이 기존의 Tsai's Equation 알고리즘을 이용하여 카메라 캘리브레이션을 수행한다. Camera calibration is the position of the camera and the internal parameters of the camera to detect whether the points of the actual world coordinates (X, Y, Z) are located at the image coordinates (X, Y) of the image. Focal Length, View Angle, Image Center, etc.) and camera lens distortion are detected to convert the world coordinates to image coordinates. However, in general camera modeling, ideal road modeling is applied symmetrically to the focal length as in the case of a pin-hole camera, as shown in FIG. Distortion occurs. In other words, the pinhole camera is a camera in which the world plane shape of the perspective is projected proportionally without distortion. However, because the angle of view of the pinhole camera is too narrow to be applied to a car, a lens for wide angle is mounted. In the case of wide-lens cameras for vehicles, the shape of the world plane is distorted according to the lens manufacturing method. The larger the angle of view, the smaller the lens aperture, the higher the image distortion. Tsai's Equation algorithm is a method of correcting the camera distortion. This method produces a lot of distortion in the camera using a lens as it moves away from the view axis, and a representative equation of camera distortion correction that solves the amount of distance from the view center in a sequential order. to be. As such, camera calibration is performed using the existing Tsai's Equation algorithm.
그러나 기존의 방법을 적용할 경우 차량용 후방영상에 사용되는 카메라처럼 작은 렌즈의 구경과 작은 초점 길이를 보유한 카메라의 경우엔 너무 많은 오차가 발생하는 단점이 있다. 따라서 스티어링 연동에 의한 주차안내 및 자동주차지원시스템 등 정밀한 위치 보정 값을 요구하는 시스템에서 기존방법을 이용할 경우 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 화면에 표시되는 궤적(50)과 실제의 궤적과는 오차가 많이 발생한다.However, the conventional method has a disadvantage in that too many errors occur in the case of a camera having a small lens aperture and a small focal length, such as a camera used for a vehicle rear image. Therefore, when the existing method is used in a system requiring precise position correction values such as parking guidance and automatic parking assist system by steering linkage, as shown in FIGS. 2 and 3, the
본 발명의 목적은, 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, Direct Linear Transform 알고리즘을 이용함으로써 카메라를 통해 측정된 실측데이터를 최대한 적용하여 영상의 왜곡을 보정하기 위한 DLT 알고리즘을 이용한 영상왜곡 보정방법을 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above problems, and provides a method for correcting image distortion using a DLT algorithm for correcting image distortion by applying measurement data measured by a camera to the maximum by using a direct linear transform algorithm. There is.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 DLT 알고리즘을 이용한 영상왜곡 보정방법은, 자동차의 전방 또는 후방 카메라를 통해 비취지는 화면영상의 왜곡을 보정하기 위한 방법으로써, In order to achieve the above object, the image distortion correction method using the DLT algorithm according to an embodiment of the present invention, a method for correcting the distortion of the screen image is reflected through the front or rear camera of the vehicle,
카메라를 원점으로 하여 차량의 전방방향을 Xa축으로 하고 전폭방향을 Ya축으로 하여 실제영상의 X, Y, Z의 좌표값인 Xw, Yw, Zw를 화면영상의 Xd좌표 Yd좌표로 맵핑하기 위해 실제영상에 그리드를 표시하는 제 1 단계; 상기 생성된 그리드로부터 영상을 취득하여 거리기준선을 재생성함으로써 상기 X 축 Ya축의 그리드 교점값인 실측데이터를 취득하는 제 2 단계; 상기 실측데이터로부터 X ,Yd좌표를 획득하여 상기 Ya축을 고정하고, 상기 Xa축 방향으로 피팅하는 함수를 산출하는 제 3 단계; Sigmoid함수를 이용하여 상기 Xa축으로 픽셀 Xp 에 대해 피팅하며 Sigmoid함수의 계수값을 산출하여 계수함수를 작성하고 이에 따라 상기 픽셀 Xp의 전체함수를 생성함으로써 픽셀 Xp함수를 생성하는 제 4 단계; 및 상기 Xa축으로 픽셀 Yp에 대해 피팅하여 Polynomial 계수값을 산출하여 계수함수를 작성하며 이에 따라 상기픽셀 Yp의 전체함수를 생성함으로써 픽셀 Yp 함수를 생성하는 제 5 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.In order to map Xw, Yw, Zw, the coordinate values of X, Y, Z of the real image to the Xd coordinate Yd coordinate of the screen image, with the camera as the origin and the front direction of the vehicle as the Xa axis and the full width direction as the Ya axis Displaying a grid on a real image; A second step of acquiring measured data which is a grid intersection value of the X axis Ya axis by acquiring an image from the generated grid and regenerating a distance reference line; A third step of acquiring X and Yd coordinates from the measured data to calculate a function of fixing the Ya axis and fitting in the Xa axis direction; A fourth step of generating a pixel Xp function by fitting a pixel Xp to the Xa axis using a sigmoid function, calculating a coefficient value of a Sigmoid function, generating a coefficient function, and generating a total function of the pixel Xp accordingly; And a fifth step of generating a coefficient function by calculating a polynomial coefficient value by fitting the pixel Yp to the Xa axis, and generating a total function of the pixel Yp accordingly. do.
또한 상기 픽셀 Xp함수를 생성하는 제 4 단계는 고정된 상기 Yd좌표에 대하여 상기 Xd좌표를 변화시키면서 샘플링한 상기 픽셀 Xp 를 그래프상에 표시하는 제 1 부단계; 표시된 상기 픽셀 Xp 들을 연결하여 피팅함으로써 Sigmoid 함수를 생성하는 제 2 부단계; 상기 제 1 부단계 및 상기 제 2 부단계를 상기 Yd좌표를 변화시키면서 반복함으로써 상기 Yd좌표 변화에 따른 계수를 모두 구하는 제 3 부단계; 상기 제 3 부단계에서 구해진 각 계수들의 값을 그래프로 표시하는 제 4 부단계; 표시된 상기 계수들을 연결하여 피팅함으로써 Polynomial 함수를 생성하는 제 5 부단계; 상기 Polynomial 함수를 선택하고 그 함수의 계수를 구하는 제 6 부단계; 및 상기 Polynomial 함수의 계수들을 구함으로써 픽셀 Xp의 전체함수를 구하는 제 7 부단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.The fourth step of generating the pixel Xp function may include a first substep of displaying the sampled pixel Xp on the graph while changing the Xd coordinate with respect to the fixed Yd coordinate; Generating a sigmoid function by connecting and fitting the displayed pixels Xp; A third substep of repeating the first substep and the second substep while changing the Yd coordinate to obtain all coefficients according to the Yd coordinate change; A fourth substep of displaying a value of each coefficient obtained in the third substep in a graph; A fifth substep of generating a Polynomial function by fitting and fitting the displayed coefficients; A sixth substep of selecting the Polynomial function and obtaining coefficients of the function; And a seventh substep of obtaining the overall function of the pixel Xp by obtaining the coefficients of the polynomial function.
또한 상기 픽셀 Yp 함수를 생성하는 제 5 단계는 상기 고정된 Yd좌표에 대하여 Xd좌표를 변화시키면서 샘플링한 상기 픽셀 Yp을 그래프상에 표시하는 제 1 부단계; 상기 표시된 픽셀 Yp들을 연결하는 피팅함수를 구하고 상기 피팅함수의 계수함수를 구하는 제 2 부단계; 상기 제 제 1부단계 및 상기 제 2 부단계를 상기 Yd좌표를 변화시킴으로써 상기 Yd좌표의 변화에 따른 계수를 모두 구하는 제 3 부단계; 상기 Y 값의 변화에 따른 계수값을 그래프 상에 표시하는 제 4 부단계; 상기 표시된 계수들을 연결하는 피팅함수로써 Polynomial 피팅함수를 생성하고 상기 Polynomial 함수의 계수를 구하는 제 5 부단계; 및 X의 계수함수의 계수를 구함으로써 상기 픽셀 Xp의 전체함수를 구하는 제 6 부단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.The fifth step of generating the pixel Yp function may include a first substep of displaying the sampled pixel Yp on a graph while changing the Xd coordinate with respect to the fixed Yd coordinate; A second substep of obtaining a fitting function for connecting the displayed pixels Yp and a coefficient function of the fitting function; A third substep of obtaining the coefficients according to the change of the Yd coordinate by changing the Yd coordinate in the first substep and the second substep; A fourth substep of displaying a coefficient value according to the change of the Y value on a graph; A fifth substep of generating a polynomial fitting function as a fitting function connecting the displayed coefficients and obtaining coefficients of the polynomial function; And a sixth substep of obtaining the overall function of the pixel Xp by obtaining the coefficient of the coefficient function of X.
또한 본 발명의 실시예에 따른 DLT 알고리즘을 이용한 영상왜곡 보정방법은, 상기 픽셀 Xp 함수 또는 상기 픽셀 Yp 함수를 이용하여 룩업테이블을 생성하되, 기준점에서 임의 지점까지의 실거리와 상기 임의지점에 해당하는 픽셀의 거리를 상기 룩업테이블의 거리값을 비교함으로써 검증하는 제 6 단계;를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. In addition, the image distortion correction method using the DLT algorithm according to an embodiment of the present invention, while generating a look-up table using the pixel Xp function or the pixel Yp function, the actual distance from the reference point to any point and corresponds to the arbitrary point And a sixth step of verifying the distance of the pixels by comparing the distance values of the lookup table.
상술한 목적 및 기타의 목적과 본 발명의 특징 및 이점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 갖기로 한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.The above and other objects and features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention; First, in adding reference numerals to the components of each drawing, the same components will be given the same reference numerals as much as possible, even if displayed on different drawings. In addition, in describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the related well-known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
본 발명의 실시예에 따른 DLT알고리즘을 이용한 영상왜곡 보정방법은 도 4에 도시된 바와 같이 실제 월드영상의 측정을 위한 월드코디네니트(World Coordinate)를 하기 위해 차량의 전장방향을 Xa축, 전폭방향을 Ya축으로 설정하고 영상거리 맵핑을 위한 방정식을 도출하여 화면영상의 디스플레이를 위한 디스플레이코디네이트(Display Coordinate)를 한다. 즉 화면영상은 자동차의 카메라를 기준으로하기 때문에 가로축을 카메라에 비친 가로방향을 Xa축으로 세로방향을 Ya축으로 삼는다. 상기한 Direct Linear Transform(이하 DLT라고 하기로 함) 알고리즘을 적용하기 위한 거리맵핑 산출단계를 살펴보면 다음과 같다.In the image distortion correction method using the DLT algorithm according to an embodiment of the present invention, as shown in FIG. 4, the full length direction of the vehicle is Xa-axis and full-width direction in order to make a world coordinate for measuring the actual world image. Set to Ya axis and derive equation for mapping image distance to display coordinate for display of screen image. In other words, the screen image is based on the camera of the car, so the horizontal direction reflected on the camera is Xa axis and the vertical direction is Ya axis. Looking at the distance mapping calculation step for applying the above-described Direct Linear Transform (hereinafter referred to as DLT) algorithm as follows.
월드영상을 화면영상으로 맵핑(Mapping)하기 위한 과정은,The process for mapping the world image to the screen image,
첫째 그리드를 생성한다. 차량 후방카메라의 가시영역 내에서 근거리는 20Cm간격으로 원거리는 40Cm 간격으로 그리드(Grid)를 표시한다. 이러한 간격은 좁으면 좁을수록 영상왜곡의 오차범위를 줄일 수 있을 것이다.First create a grid. The grid is displayed at a distance of 40 cm at a short distance of 20 cm within the visible area of the rear camera of the vehicle. The narrower the interval, the smaller the error range of the image distortion.
이러한 방법으로 후방영상을 획득하고 다음으로 그리드의 교차점 픽셀을 모두 확인후 피팅(Fitting)을 준비한다. 즉 그리드에서 샘플링한 픽셀(픽셀 Xp, 픽셀 Yp)을 그래프상에 표기 후 피팅한다. 이후 월드코디네이트의 Ya축을 고정하고 Xa축을 변화시키며 함수를 피팅함으로써 픽셀 Xp 및 픽셀 Yp 함수를 산출한다. 산출결과 픽셀 Xp 함수는 Sigmoid함수 및 계수함수로 구성되며, 픽셀 Yp 함수는 3차 함수 및 이 함수의 계수함수로 구성된다. 이렇게 생성된 함수를 바탕으로 룩업테이블(Lookup Table)을 생성한다. 상기한 픽셀함수 Xp, Yp의 생성방법은 도 7 내지 도 18를 참조하여 상세히 후술하기로 한다. In this way, the rear image is acquired, and then, after checking all the intersection pixels of the grid, a fitting is prepared. In other words, the pixels sampled from the grid (pixel Xp, pixel Yp) are marked on the graph and fit. Then, the pixel Xp and pixel Yp functions are calculated by fixing the Ya axis of the world coordinate, changing the Xa axis, and fitting the function. As a result, the pixel Xp function is composed of Sigmoid function and coefficient function, and the pixel Yp function is composed of cubic function and its coefficient function. Based on the generated function, a lookup table is created. The method of generating the pixel functions Xp and Yp will be described later in detail with reference to FIGS. 7 to 18.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 월드영상을 화면영상으로 맵핑(Mapping)하기 위한 과정을 도시한 순서도이다.5 is a flowchart illustrating a process for mapping a world image to a screen image according to an embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 월드영상을 화면영상으로 맵핑하기 위한 방법은 우선 그리드가 생성되며(S101) 이를 기준으로 거리기준선이 재생성되며(S102) 이로부터 그리드 교점의 실좌표를 획득(S103)하는 그리드 생성단계를 포함한다.Referring to FIG. 5, in the method for mapping a world image to a screen image, a grid is first generated (S101), and a distance reference line is regenerated based on this (S102), and a grid is obtained from the grid coordinates (S103). A generation step.
그리드 생성단계를 좀더 상세히 설명하면, 실측데이터를 최대한 활용하기 위해서 도 6 에 도시된 바와 같이 가로(100) 또는 세로(200)로 그리드를 생성한다. 이때 그리드 간격은 관계가 없으며 간격이 좁으면 좁을수록 좋다. 이후 생성된 그리드로부터 영상을 취득하여 정밀한 샘플링 데이터를 획득하기 위해 도 6에 도시된 바와 같이 거리기준선(300)을 재생성하여 실측 데이터값을 정확하게 취득한다. 재생성된 거리기준선(300)으로부터 카메라가 설치된 차량 전후방범퍼를 원점으로 하여 Xa축 Ya축의 그리드 교점에 대한 실측데이터인 픽셀 Xp 및 픽셀 Yp를 각각 취득한다.Referring to the grid generation step in more detail, in order to make the best use of the measured data, the grid is generated in the horizontal (100) or vertical (200) as shown in FIG. At this time, the grid spacing is irrelevant, and the narrower the spacing, the better. Then, in order to acquire an image from the generated grid to obtain accurate sampling data, as shown in FIG. 6, the
계속해서 도 5를 참조하면 다음으로, Sigmoid 함수를 이용하여 Xa축으로 픽셀 Xp에 대해 피팅되며(S104), Yd좌표값을 변화하면서 Xa축으로 피팅하여 Sigmoid의 계수값을 산출한다(S105). 이후 Polynomial Fit방식으로 계수함수가 산출되며(S106) 픽셀 Xp의 전체함수를 산출함(S107)으로써 픽셀 Xp함수가 생성된다. Subsequently, referring to FIG. 5, the Sigmoid function is used to fit the pixel Xp to the Xa axis (S104), and the coefficient value of Sigmoid is calculated by fitting to the Xa axis while changing the Yd coordinate value (S105). After that, the coefficient function is calculated using the Polynomial Fit method (S106), and the pixel Xp function is generated by calculating the overall function of the pixel Xp (S107).
픽셀 Xp함수의 생성단계를 좀더 상세히 설명하면, Ya축을 특정 Yd좌표값으로 고정하고, 고정된 Yd좌표값에 대하여 Xd좌표값을 변화시키면서 샘플링한 픽셀 Xp 값을 그래프상에 표시한다. 도 7에 도시된 바와 같이 Ya축은 영상에서의 픽셀 Xp 값이고, Xa축은 실좌표 Xw(mm)가 된다. The generation step of the pixel Xp function will be described in more detail. The Ya-axis is fixed to a specific Yd coordinate value, and the sampled pixel Xp value is displayed on the graph while changing the Xd coordinate value with respect to the fixed Yd coordinate value. As shown in FIG. 7, the Ya axis is a pixel Xp value in the image, and the Xa axis is a real coordinate Xw (mm).
표시된 각 픽셀들을 연결하여 Fitting하면 도 7에 도시된 바와 같이Sigmoid함수로 나타낼 수 있다. 따라서 수학식 1 과같은 Sigmoid 함수를 구하고 그 함수의 계수들(A,B,C,D)를 구한다.Fitting each of the displayed pixels can be represented by a Sigmoid function as shown in FIG. 7. Therefore, the sigmoid function as in
이후 상기한 과정을 각 Yd좌표값을 변화시키며 수행하며 Yd좌표값 변화에 따른 계수를 모두 구하며 각 구해진 계수들에 대해서도 피팅하여 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 계수함수를 산출한다. 여기서 계수함수의 산출은 Yd좌표값의 변화에 따른 계수(A,B,C,D)값을 그래프 상에 표시한다. 아울러 표시된 계수들을 연결하여 피팅하면 Polynomial 함수로서 표현된다. 따라서 Polynomial 피팅함수를 선택하고 그 함수의 계수를 구한다. 또한 X의 계수함수 (A,B,C,D) 의 계수들을 구함으로써 픽셀 Xp의 전체함수를 구할 수 있다. 계수함수의 계수를 정리하면 다음의 수학식 2와 같고 그 계수값은 도 10에 도시된 바와 같다. Thereafter, the above-described process is performed by changing each Yd coordinate value, and all coefficients according to the change of the Yd coordinate value are obtained. The coefficient function is calculated as shown in FIGS. 8 and 9 by fitting the obtained coefficients. Here, the calculation of the coefficient function displays the coefficient (A, B, C, D) value according to the change of the Yd coordinate value on the graph. In addition, when the fitting coefficients are connected together, they are expressed as a polynomial function. Therefore, we select the polynomial fitting function and find the coefficients of that function. Also, the overall function of pixel Xp can be obtained by obtaining the coefficients of the coefficient function (A, B, C, D) of X. The coefficients of the coefficient function are summarized as in
계속해서 도 5를 참조하면 다음으로, X 축으로 픽셀 Yp에 대해 피팅되며(S108), Xa축으로 픽셀 Yp에 대해 피팅한다(S109). 이후 Polynomial 함수의 계수값이 산출됨(S110)과 아울러 X 값의 기준에 따라 계수함수가 산출된다(S111, S112). 마지막으로 픽셀 Yp의 전체함수가 산출됨(S113)으로써 픽셀 Yp함수를 생성한다.Subsequently, referring to FIG. 5, next, the pixel Yp is fitted to the X axis (S108), and the pixel Yp is fitted to the Xa axis (S109). Then, the coefficient value of the polynomial function is calculated (S110) and the coefficient function is calculated according to the criteria of the X value (S111, S112). Finally, the overall function of pixel Yp is calculated (S113) to generate the pixel Yp function.
픽셀 Yp 함수의 생성단계를 좀더 상세히 설명하면, 고정된 Y값에 대하여 X값을 변화시키면서 Xw=0을 기준으로 각각 나누어 피팅함으로써 샘플링한 픽셀 Yp값을 그래프상에 표시한다. 이후 표시된 픽셀들을 연결하는 피팅함수로써 수학식 3 과같은 3차 다항식를 선택하고 그 함수의 계수함수(E~H, K~N)를 구한다.The generation of the pixel Yp function will be described in more detail. The sampled pixel Yp values are displayed on the graph by fitting the respective values based on Xw = 0 while changing the X values with respect to the fixed Y values. Then, as a fitting function for connecting the displayed pixels, a third-order polynomial such as
도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이 상기의 과정을 각 Yd좌표값을 변화시키며 수행하여 Y값 변화에 따른 계수를 모두 구한다.As shown in FIGS. 11 and 12, the above process is performed while varying the Yd coordinate values to obtain all the coefficients according to the Y value change.
이후 도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이 계수함수를 산출하는데, Yd좌표값 변화에 따른 계수(E~H, K~N)값을 그래프상에 표시하며, 표시된 계수들을 연결하는 피팅함수로서 수학식 4 와 같은 Polynomial fit 함수를 선택하고 그 함수의 계수를 구한다.Thereafter, as shown in FIGS. 13 and 14, a coefficient function is calculated. The coefficients E-H and K-N according to the change of the Yd coordinate value are displayed on a graph, and the mathematical function is a fitting function that connects the displayed coefficients. Select the Polynomial fit function as shown in
이로써 X의 계수함수 (E~H, K~N)의 계수들을 구함으로써 픽셀 Xp의 전체함수를 구한다. 수학식 4의 계수함수의 계수를 정리하면 도 15 및 도 16에 도시된 바와 같다. Thus, the overall function of the pixel Xp is obtained by obtaining the coefficients of the coefficient functions (E ~ H, K ~ N) of X. The coefficients of the coefficient function of
계속해서 도 5를 참조하면 상술한 바와 같이 그리드 생성단계, 픽셀 Xp함수 생성단계, 픽셀 Yp함수생성단계를 거친후 생성된 함수를 바탕으로 도 18에 도시된 바와 같이 룩업테이블이 생성된다(S114). 이후 룩업테이블을 이용하여 실좌표값과 픽셀값이 검증됨으로써 월드영상은 화면영상으로 맵핑되게 된다. 즉 샘플링 픽셀과 피팅함수에 실좌표를 대입하여 픽셀값을 비교함으로써 DLT방법에 의한 픽셀값이 검증된다. 도 17에 도시된 바와 같이 결과적으로 기존방법에 의한 거리맵핑 결과보다 관심영역(주차가능영역)내 ±4픽셀로 오차가 감소하게 된다. 또한 실좌표값의 검증하기위해 기준점에서 임의 지점까지의 실거리와 임의지점에 해당하는 픽셀을 룩업테이블의 거리값과 비교된다. 5, a lookup table is generated as shown in FIG. 18 based on a function generated after the grid generation step, the pixel Xp function generation step, and the pixel Yp function generation step as described above (S114). . Then, the real coordinate value and the pixel value are verified using the lookup table, so that the world image is mapped to the screen image. That is, the pixel value by the DLT method is verified by substituting the real coordinates into the sampling pixel and the fitting function and comparing the pixel values. As a result, as shown in FIG. 17, the error is reduced to ± 4 pixels in the ROI (parking area) than the result of the distance mapping by the conventional method. Also, to verify the actual coordinate values, the actual distance from the reference point to an arbitrary point and the pixel corresponding to the arbitrary point are compared with the distance value of the lookup table.
도 19는 본 발명의 DLT알고리즘 적용에 따라 왜곡영상이 보정된 화면으로써 기존의 영상에 비해 정확한 주차 가이드 라인을 운전자에게 제공하는 것을 알수 있다.FIG. 19 shows that the distortion image is corrected according to the application of the DLT algorithm of the present invention to provide the driver with a more accurate parking guideline than the existing image.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 DLT 알고리즘을 이용한 영상왜곡 보정방법은, Direct Linear Transform 알고리즘을 이용함으로써 카메라를 통해 측정된 실측데이터를 최대한 적용하여 카메라를 통한 제공되는 화면영상의 왜곡을 보정할 수 있다.As described above, in the image distortion correction method using the DLT algorithm according to the embodiment of the present invention, the distortion of the screen image provided through the camera is adjusted by maximally applying the measured data measured by the camera by using the direct linear transform algorithm. You can correct it.
또한 본 발명의 실시예에 따른 DLT 알고리즘을 이용한 영상왜곡 보정방법은, 기존의 주차지원시스템에 적용하여 정밀한 주차영역을 설정할 수 있으며, 스티어링과 연동하여 주차궤적을 표현하는 시스템에도 적용함으로써 기존의 화면영상의 왜곡을 개선할 수 있다.In addition, the image distortion correction method using the DLT algorithm according to an embodiment of the present invention, by applying to the existing parking support system can set the precise parking area, by applying to the system to represent the parking trajectory in conjunction with the steering screen of the existing screen The distortion of the image can be improved.
아울러 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구의 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.In addition, preferred embodiments of the present invention are disclosed for the purpose of illustration, those skilled in the art will be able to make various modifications, changes, additions, etc. within the spirit and scope of the present invention, such modifications and modifications belong to the scope of the claims You will have to look.
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