스테레오 카메라 캘리브레이션 방법 및 이를 이용한 3차원 형상의 자세 추정에 관한 연구

Abstract

한 대의 카메라로는 2차원 영상 이미지 밖에 얻을 수 없기 때문에 3차원 물체의 자세 추정에 한계가 있다. 두 대의 카메라로 구성된 스테레오 비전 시스템은 이 문제를 해결하여 3차원 물체의 위치 및 방향을 추정할 수 있다.

본 논문의 목적은 두 가지로 첫째는 보다 정확한 스테레오 카메라 캘리브레이션 방법을 연구하고 이를 이용하여 스테레오 비전 시스템을 구성하는 것이다. 스테레오 비전 시스템을 구성하려면 각 카메라의 카메라 캘리브레이션과 스테레오 카메라 캘리브레이션이 필요하다. 디지털 카메라는 3차원 공간상의 물체를 촬영하게 되면 Pixel단위의 2D 디지털 정보로 값을 출력한다. 따라서 이 정보가 가치 있기 위해서는 mm 단위의 실공간의 정보로 바꿔야 한다. 카메라 캘리브레이션은 Pixel 단위의 2D 디지털 정보와 mm 단위의 실제 공간상의 정보간의 변환관계를 알아내고 영상의 왜곡을 보정하는 방법이다. 스테레오 카메라 캘리브레이션은 앞서 카메라 캘리브레이션을 통해 얻은 각 카메라의 정보를 이용하여 ‘두 카메라 간의 기하학적 위치 관계’를 알아내는 방법이다. 두 카메라로 측정하려하는 위치를 동시에 볼 수 있도록 하드웨어를 구성하고 캘리브레이션을 수행하여 각 카메라의 기하학적 구조와 두 카메라간의 위치 관계를 알아내어 스테레오 비전 시스템을 구성하였다. 둘째로는 구성한 스테레오 비전 시스템을 이용하여 3차원 공간상의 직선과 원의 자세를 추정하였다. 3차원 공간상의 직선은 직선의 방향벡터와 직선위의 한 점을 알면 그 자세를 구할 수 있다. 3차원 공간상의 원의 경우는 원의 중심점과 원의 법선벡터, 원의 반지름을 알면 3차원 공간상의 원의 자세를 구할 수 있다. 본 논문에서는 3차원 공간상의 형상과 영상에 촬영된 형상간의 투영관계를 이용하여 3차원 공간상의 직선과 원의 자세를 추정하는 Closed Form Solution을 제시하였다.