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KR102587298B1 - Real-time omnidirectional stereo matching method using multi-view fisheye lenses and system therefore - Google Patents

Real-time omnidirectional stereo matching method using multi-view fisheye lenses and system therefore Download PDF

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KR102587298B1
KR102587298B1 KR1020220018075A KR20220018075A KR102587298B1 KR 102587298 B1 KR102587298 B1 KR 102587298B1 KR 1020220018075 A KR1020220018075 A KR 1020220018075A KR 20220018075 A KR20220018075 A KR 20220018075A KR 102587298 B1 KR102587298 B1 KR 102587298B1
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fisheye
real
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cameras
image
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Inventor
김민혁
메울레만 안드레아스
장현중
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한국과학기술원
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Abstract

멀티뷰 어안 렌즈들을 이용한 실시간 전방위 스테레오 매칭 방법 및 그 시스템이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 전방위 스테레오 매칭 방법은 서로 반대 방향을 촬영하게 배치된 제1 어안 카메라와 제2 어안 카메라를 포함하는 첫번째 쌍의 어안 카메라들 및 서로 반대 방향을 촬영하게 배치된 제3 어안 카메라와 제4 어안 카메라를 포함하는 두번째 쌍의 어안 카메라들을 포함하며, 상기 첫번째 쌍의 어안 카메라들과 상기 두번째 쌍의 어안 카메라들이 수직으로 배치되는 카메라 시스템에서의 실시간 전방위 스테레오 매칭 방법에 있어서, 상기 제1 어안 카메라 내지 상기 제4 어안 카메라를 통해 촬영되는 피사체에 대한 어안 영상들을 수신하는 단계; 미리 설정된 거리 후보들에 대한 스윕 볼륨(sweep volume)을 이용하여 상기 수신된 어안 영상들 중에서 미리 설정된 기준 어안 영상의 각 픽셀에 대해, 나머지 어안 카메라들 중 어느 하나의 어안 카메라를 선택하는 단계; 상기 기준 어안 영상과 상기 선택된 어느 하나의 어안 카메라의 어안 영상을 이용하여 모든 픽셀에 대한 거리 맵을 생성하는 단계; 및 상기 생성된 거리 맵을 이용하여 상기 수신된 어안 영상들에 대한 실시간 스테레오 매칭을 수행하는 단계를 포함한다.A real-time omnidirectional stereo matching method and system using multi-view fisheye lenses are disclosed. The real-time omnidirectional stereo matching method according to an embodiment of the present invention includes a first pair of fisheye cameras including a first fisheye camera and a second fisheye camera arranged to photograph opposite directions, and a second pair of fisheye cameras arranged to photograph opposite directions. A real-time omnidirectional stereo matching method in a camera system comprising a second pair of fisheye cameras including three fisheye cameras and a fourth fisheye camera, wherein the first pair of fisheye cameras and the second pair of fisheye cameras are arranged vertically. , receiving fisheye images of a subject captured through the first to fourth fisheye cameras; selecting one of the remaining fisheye cameras for each pixel of a preset reference fisheye image among the received fisheye images using a sweep volume for preset distance candidates; generating a distance map for all pixels using the reference fisheye image and the fisheye image of the selected fisheye camera; and performing real-time stereo matching on the received fisheye images using the generated distance map.

Description

멀티뷰 어안 렌즈들을 이용한 실시간 전방위 스테레오 매칭 방법 및 그 시스템 {REAL-TIME OMNIDIRECTIONAL STEREO MATCHING METHOD USING MULTI-VIEW FISHEYE LENSES AND SYSTEM THEREFORE}Real-time omnidirectional stereo matching method and system using multi-view fisheye lenses {REAL-TIME OMNIDIRECTIONAL STEREO MATCHING METHOD USING MULTI-VIEW FISHEYE LENSES AND SYSTEM THEREFORE}

본 발명은 멀티뷰 어안 렌즈들을 이용한 실시간 전방위 스테레오 매칭 기술에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 멀티뷰 어안 렌즈들을 이용하여 추가적인 구면 교정 없이 멀티뷰 어안 영상에서 직접 실행할 수 있는 실시간 전방위 스테레오 매칭 방법 및 그 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a real-time omnidirectional stereo matching technology using multi-view fisheye lenses. More specifically, a real-time omnidirectional stereo matching method and system that can be performed directly on a multi-view fisheye image without additional spherical correction using multi-view fisheye lenses. It's about.

3D 장면의 외관과 구조에 대한 효율적이고 정확한 이해는 자율 주행 차량, 로봇, 증강/혼합 현실 등과 같은 많은 응용 분야에서 사용되는 컴퓨터 비전의 필수적인 능력이다. 일반 렌즈를 사용하는 기존의 스테레오 카메라는 시야가 좁아서 모든 방향의 장면을 포착하기에 충분하지 않다. Efficient and accurate understanding of the appearance and structure of a 3D scene is an essential capability of computer vision used in many applications such as autonomous vehicles, robots, augmented/mixed reality, etc. Existing stereo cameras using regular lenses have a narrow field of view, which is not sufficient to capture the scene in all directions.

모든 방향을 커버하는 동안 카메라의 수를 줄이기 위해 더 적은 수의 어안 렌즈를 사용하는 것은 자연스러운 선택이다. 하지만, 여러 개의 어안 렌즈를 사용하면 에피폴라 기하학이 유지되지 않는다. 즉, 이 넌핀홀 카메라에 신속한 스캔 라인 스테레오 매칭이 적용되지 않는다. 따라서, 복수의 어안 렌즈를 사용하는 전방향 카메라 구성은 어안 렌즈의 다음과 같은 광학 특성으로 인해 360도 파노라마와 거리를 계산할 때 성능과 정확도 사이의 불가피한 딜레마로 어려움을 겪는다.Using fewer fisheye lenses to reduce the number of cameras while covering all directions is a natural choice. However, when multiple fisheye lenses are used, the epipolar geometry is not maintained. This means that fast scan line stereo matching is not applicable to this non-pinhole camera. Therefore, omnidirectional camera configurations using multiple fisheye lenses suffer from the inevitable dilemma between performance and accuracy when calculating 360-degree panoramas and distances due to the following optical properties of fisheye lenses.

첫째, 기존의 핀홀 카메라 모델은 렌즈 보정 후에도 어안 렌즈로는 유효하지 않다. 둘째, 스테레오 매칭에서 어안 영상에 대한 디지털 표현으로 등장방형도법(equirectangular) 또는 위도 경도 투영을 사용할 필요가 있다. 그것은 이러한 표현에 심각한 영상 왜곡을 도입하고, 따라서 정확한 스테레오 매칭을 위해 공간 변화와의 워프 인식(warp-aware) 대응 검색이 추가로 요구되어, 상당한 계산 비용을 가진다. 마지막으로, 360도 밀집 거리 맵이 없으면 360도 파노라마 영상으로 멀티뷰 어안 영상을 정확하게 병합할 수 없으며, 360도 밀집 거리 맵을 필터링하여 얻을 수 없다. 멀티뷰 어안 영상을 360도 RGB-D 영상에 높은 정확도로 결합할 때 닭과 달걀의 문제가 발생한다.First, the existing pinhole camera model is not effective as a fisheye lens even after lens correction. Second, in stereo matching, it is necessary to use equirectangular or latitude-longitude projection as a digital representation of the fisheye image. It introduces severe image distortion into these representations, and thus additionally requires warp-aware correspondence search with spatial changes for accurate stereo matching, which has significant computational cost. Lastly, without a 360-degree dense distance map, multi-view fisheye images cannot be accurately merged into a 360-degree panoramic image, and a 360-degree dense distance map cannot be obtained by filtering. A chicken-and-egg problem arises when combining multi-view fisheye images with 360-degree RGB-D images with high accuracy.

본 발명의 실시예들은, 멀티뷰 어안 렌즈들을 이용하여 추가적인 구면 교정 없이 멀티뷰 어안 영상에서 직접 실행할 수 있는 실시간 전방위 스테레오 매칭 방법 및 그 시스템을 제공한다.Embodiments of the present invention provide a real-time omnidirectional stereo matching method and system that can be performed directly on a multi-view fisheye image without additional spherical correction using multi-view fisheye lenses.

본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 전방위 스테레오 매칭 시스템은 서로 반대 방향을 촬영하게 배치된 제1 어안 카메라와 제2 어안 카메라를 포함하는 첫번째 쌍의 어안 카메라들; 및 서로 반대 방향을 촬영하게 배치된 제3 어안 카메라와 제4 어안 카메라를 포함하는 두번째 쌍의 어안 카메라들를 포함하고, 상기 첫번째 쌍의 어안 카메라들과 상기 두번째 쌍의 어안 카메라들은 서로 다른 높이를 갖도록 수직으로 배치되며, 거리 맵을 생성하여 3D 좌표를 따라 어안 영상을 투영하는 것을 특징으로 한다.A real-time omnidirectional stereo matching system according to an embodiment of the present invention includes a first pair of fisheye cameras including a first fisheye camera and a second fisheye camera arranged to capture images in opposite directions; and a second pair of fisheye cameras including a third fisheye camera and a fourth fisheye camera arranged to capture images in opposite directions, wherein the first pair of fisheye cameras and the second pair of fisheye cameras have different heights. It is placed vertically and is characterized by creating a distance map and projecting a fisheye image along 3D coordinates.

상기 첫번째 상의 어안 카메라들과 상기 두번째 쌍의 어안 카메라들은 두 쌍의 높이가 다르게 배열하여 상기 제1 어안 카메라 내지 상기 제4 어안 카메라의 부분 오버랩을 만들 수 있다.The first pair of fisheye cameras and the second pair of fisheye cameras may be arranged at different heights to create a partial overlap of the first to fourth fisheye cameras.

나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 전방위 스테레오 매칭 시스템은 상기 제1 어안 카메라 내지 상기 제4 어안 카메라를 통해 촬영되는 피사체에 대한 어안 영상들을 수신하는 수신부; 미리 설정된 거리 후보들에 대한 스윕 볼륨(sweep volume)을 이용하여 상기 수신된 어안 영상들 중에서 미리 설정된 기준 어안 영상의 각 픽셀에 대해, 나머지 어안 카메라들 중 어느 하나의 어안 카메라를 선택하는 선택부; 상기 기준 어안 영상과 상기 선택된 어느 하나의 어안 카메라의 어안 영상을 이용하여 모든 픽셀에 대한 거리 맵을 생성하는 생성부; 및 상기 생성된 거리 맵을 이용하여 상기 수신된 어안 영상들에 대한 실시간 스테레오 매칭을 수행하는 매칭부를 더 포함할 수 있다.Furthermore, a real-time omnidirectional stereo matching system according to an embodiment of the present invention includes a receiving unit that receives fisheye images of a subject captured through the first to fourth fisheye cameras; a selection unit that selects one fisheye camera among the remaining fisheye cameras for each pixel of a preset reference fisheye image among the received fisheye images using a sweep volume for preset distance candidates; a generator that generates a distance map for all pixels using the reference fisheye image and the fisheye image of the selected fisheye camera; and a matching unit that performs real-time stereo matching on the received fisheye images using the generated distance map.

상기 선택부는 상기 기준 어안 영상의 각 픽셀에 대해, 가장 높은 거리 판별력을 가지는 어안 카메라를 상기 어느 하나의 어안 카메라로 선택할 수 있다.The selection unit may select a fisheye camera having the highest distance discrimination power for each pixel of the reference fisheye image as any one of the fisheye cameras.

상기 선택부는 상기 기준 어안 영상의 각 픽셀에 대해, 상기 거리 후보들 중 첫번째 거리 후보와 마지막 거리 후보 간 가장 큰 각도 변화를 갖는 어안 카메라를 상기 어느 하나의 어안 카메라로 선택할 수 있다.The selection unit may select, for each pixel of the reference fisheye image, a fisheye camera having the largest angle change between the first and last distance candidates among the distance candidates as the fisheye camera.

상기 생성부는 상기 기준 어안 영상과 상기 선택된 어느 하나의 어안 카메라의 어안 영상에 대한 양방향(bilateral) 비용 볼륨 필터링을 이용하여 상기 모든 픽셀에 대한 거리 맵을 생성할 수 있다.The generator may generate a distance map for all pixels using bilateral cost volume filtering on the reference fisheye image and the fisheye image of any one selected fisheye camera.

상기 생성부는 상기 생성된 거리 맵과 상기 어안 영상들의 픽셀 값을 이용하여 360도 컬러 영상을 실시간으로 생성할 수 있다.The generator may generate a 360-degree color image in real time using the generated distance map and pixel values of the fisheye images.

상기 생성부는 상기 360도 컬러 영상에서 누락된 영역을 상기 360도 컬러 영상의 배경을 이용하여 인페인팅함으로써, 최종 360도 컬러 영상을 실시간으로 생성할 수 있다.The generator can generate a final 360-degree color image in real time by inpainting the missing area in the 360-degree color image using the background of the 360-degree color image.

상기 생성부는 상기 360도 컬러 영상에서 전경 방향과 배경 방향을 결정함으로써, 인페인팅 방향을 결정하고, 상기 결정된 인페인팅 방향과 상기 누락된 영역의 폐색 방향에 따라 인페인팅 커널을 계산하며, 상기 계산된 인페인팅 커널을 상기 거리 맵에 적용함으로써, 상기 360도 컬러 영상의 배경에 대한 깊이 값을 이용하여 상기 누락된 영역을 인페인팅할 수 있다.The generator determines an inpainting direction by determining a foreground direction and a background direction in the 360-degree color image, calculates an inpainting kernel according to the determined inpainting direction and the occlusion direction of the missing area, and calculates the calculated inpainting kernel. By applying an inpainting kernel to the distance map, the missing area can be inpainted using the depth value for the background of the 360-degree color image.

본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 전방위 스테레오 매칭 방법은 서로 반대 방향을 촬영하게 배치된 제1 어안 카메라와 제2 어안 카메라를 포함하는 첫번째 쌍의 어안 카메라들 및 서로 반대 방향을 촬영하게 배치된 제3 어안 카메라와 제4 어안 카메라를 포함하는 두번째 쌍의 어안 카메라들을 포함하며, 상기 첫번째 쌍의 어안 카메라들과 상기 두번째 쌍의 어안 카메라들이 서로 다른 높이를 갖도록 수직으로 배치되는 카메라 시스템에서의 실시간 전방위 스테레오 매칭 방법에 있어서, 상기 제1 어안 카메라 내지 상기 제4 어안 카메라를 통해 촬영되는 피사체에 대한 어안 영상들을 수신하는 단계; 미리 설정된 거리 후보들에 대한 스윕 볼륨(sweep volume)을 이용하여 상기 수신된 어안 영상들 중에서 미리 설정된 기준 어안 영상의 각 픽셀에 대해, 나머지 어안 카메라들 중 어느 하나의 어안 카메라를 선택하는 단계; 상기 기준 어안 영상과 상기 선택된 어느 하나의 어안 카메라의 어안 영상을 이용하여 모든 픽셀에 대한 거리 맵을 생성하는 단계; 및 상기 생성된 거리 맵을 이용하여 상기 수신된 어안 영상들에 대한 실시간 스테레오 매칭을 수행하는 단계를 포함한다.The real-time omnidirectional stereo matching method according to an embodiment of the present invention includes a first pair of fisheye cameras including a first fisheye camera and a second fisheye camera arranged to photograph opposite directions, and a second pair of fisheye cameras arranged to photograph opposite directions. Real-time omnidirectional view in a camera system comprising a second pair of fisheye cameras including three fisheye cameras and a fourth fisheye camera, wherein the first pair of fisheye cameras and the second pair of fisheye cameras are vertically arranged to have different heights. A stereo matching method, comprising: receiving fisheye images of a subject captured through the first to fourth fisheye cameras; selecting one of the remaining fisheye cameras for each pixel of a preset reference fisheye image among the received fisheye images using a sweep volume for preset distance candidates; generating a distance map for all pixels using the reference fisheye image and the fisheye image of the selected fisheye camera; and performing real-time stereo matching on the received fisheye images using the generated distance map.

상기 어느 하나의 어안 카메라를 선택하는 단계는 상기 기준 어안 영상의 각 픽셀에 대해, 가장 높은 거리 판별력을 가지는 어안 카메라를 상기 어느 하나의 어안 카메라로 선택할 수 있다.In the step of selecting any one fisheye camera, for each pixel of the reference fisheye image, the fisheye camera having the highest distance discrimination ability may be selected as the one fisheye camera.

상기 어느 하나의 어안 카메라를 선택하는 단계는 상기 기준 어안 영상의 각 픽셀에 대해, 상기 거리 후보들 중 첫번째 거리 후보와 마지막 거리 후보 간 가장 큰 각도 변화를 갖는 어안 카메라를 상기 어느 하나의 어안 카메라로 선택할 수 있다.The step of selecting any one fisheye camera includes, for each pixel of the reference fisheye image, selecting the fisheye camera having the largest angle change between the first and last distance candidates among the distance candidates as the one fisheye camera. You can.

상기 모든 픽셀에 대한 거리 맵을 생성하는 단계는 상기 기준 어안 영상과 상기 선택된 어느 하나의 어안 카메라의 어안 영상에 대한 양방향(bilateral) 비용 볼륨 필터링을 이용하여 상기 모든 픽셀에 대한 거리 맵을 생성할 수 있다.The step of generating a distance map for all pixels may generate a distance map for all pixels using bilateral cost volume filtering on the reference fisheye image and the fisheye image of any one of the selected fisheye cameras. there is.

나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 전방위 스테레오 매칭 방법은 상기 생성된 거리 맵과 상기 어안 영상들의 픽셀 값을 이용하여 360도 컬러 영상을 실시간으로 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.Furthermore, the real-time omnidirectional stereo matching method according to an embodiment of the present invention may further include generating a 360-degree color image in real time using the generated distance map and pixel values of the fisheye images.

상기 360도 컬러 영상을 실시간으로 생성하는 단계는 상기 360도 컬러 영상에서 누락된 영역을 상기 360도 컬러 영상의 배경을 이용하여 인페인팅함으로써, 최종 360도 컬러 영상을 실시간으로 생성할 수 있다.In the step of generating the 360-degree color image in real time, the final 360-degree color image can be generated in real time by inpainting areas missing from the 360-degree color image using the background of the 360-degree color image.

상기 360도 컬러 영상을 실시간으로 생성하는 단계는 상기 360도 컬러 영상에서 전경 방향과 배경 방향을 결정함으로써, 인페인팅 방향을 결정하고, 상기 결정된 인페인팅 방향과 상기 누락된 영역의 폐색 방향에 따라 인페인팅 커널을 계산하며, 상기 계산된 인페인팅 커널을 상기 거리 맵에 적용함으로써, 상기 360도 컬러 영상의 배경에 대한 깊이 값을 이용하여 상기 누락된 영역을 인페인팅할 수 있다.The step of generating the 360-degree color image in real time includes determining an inpainting direction by determining a foreground direction and a background direction in the 360-degree color image, and inpainting according to the determined inpainting direction and the occlusion direction of the missing area. By calculating a painting kernel and applying the calculated inpainting kernel to the distance map, the missing area can be inpainted using the depth value of the background of the 360-degree color image.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 실시간 전방위 스테레오 매칭 방법은 서로 반대 방향을 촬영하게 배치된 제1 어안 카메라와 제2 어안 카메라를 포함하는 첫번째 쌍의 어안 카메라들 및 서로 반대 방향을 촬영하게 배치된 제3 어안 카메라와 제4 어안 카메라를 포함하는 두번째 쌍의 어안 카메라들을 포함하는 카메라 시스템에서의 실시간 전방위 스테레오 매칭 방법에 있어서, 상기 제1 어안 카메라 내지 상기 제4 어안 카메라를 통해 촬영되는 피사체에 대한 어안 영상들을 수신하는 단계; 미리 설정된 거리 후보들에 대한 스윕 볼륨(sweep volume)을 이용하여 상기 수신된 어안 영상들 중에서 미리 설정된 기준 어안 영상의 각 픽셀에 대해, 나머지 어안 카메라들 중 어느 하나의 어안 카메라를 선택하는 단계; 상기 기준 어안 영상과 상기 선택된 어느 하나의 어안 카메라의 어안 영상에 대한 양방향(bilateral) 비용 볼륨 필터링을 이용하여 모든 픽셀에 대한 거리 맵을 생성하는 단계; 및 상기 생성된 거리 맵을 이용하여 상기 수신된 어안 영상들에 대한 실시간 스테레오 매칭을 수행하는 단계를 포함한다.A real-time omnidirectional stereo matching method according to another embodiment of the present invention includes a first pair of fisheye cameras including a first fisheye camera and a second fisheye camera arranged to shoot in opposite directions, and a first pair of fisheye cameras arranged to shoot in opposite directions. A real-time omnidirectional stereo matching method in a camera system including a second pair of fisheye cameras including a third fisheye camera and a fourth fisheye camera, wherein the subject is photographed through the first to fourth fisheye cameras. Receiving fisheye images; selecting one of the remaining fisheye cameras for each pixel of a preset reference fisheye image among the received fisheye images using a sweep volume for preset distance candidates; generating a distance map for all pixels using bilateral cost volume filtering on the reference fisheye image and the fisheye image of the selected fisheye camera; and performing real-time stereo matching on the received fisheye images using the generated distance map.

상기 어느 하나의 어안 카메라를 선택하는 단계는 상기 기준 어안 영상의 각 픽셀에 대해, 가장 높은 거리 판별력을 가지는 어안 카메라를 상기 어느 하나의 어안 카메라로 선택할 수 있다.In the step of selecting any one fisheye camera, for each pixel of the reference fisheye image, the fisheye camera having the highest distance discrimination ability may be selected as the one fisheye camera.

상기 어느 하나의 어안 카메라를 선택하는 단계는 상기 기준 어안 영상의 각 픽셀에 대해, 상기 거리 후보들 중 첫번째 거리 후보와 마지막 거리 후보 간 가장 큰 각도 변화를 갖는 어안 카메라를 상기 어느 하나의 어안 카메라로 선택할 수 있다.The step of selecting any one fisheye camera includes, for each pixel of the reference fisheye image, selecting the fisheye camera having the largest angle change between the first and last distance candidates among the distance candidates as the one fisheye camera. You can.

본 발명의 실시예들에 따르면, 등장방형도법 또는 위도 경도 투영을 사용하여 추가적인 구면 교정 없이 멀티뷰 어안 영상에서 직접 실행할 수 있는 효율적인 실시간 구면 스위핑(sphere-sweeping) 스테레오 기술을 제공할 수 있다.According to embodiments of the present invention, it is possible to provide an efficient real-time sphere-sweeping stereo technique that can be implemented directly on multi-view fisheye images without additional spherical correction using equirectangular projection or latitude-longitude projection.

본 발명의 실시예들에 따르면, 실시간 전방위 360도 RGB-D 카메라를 구현할 수 있고, 이를 통해 실시간 전방위 360도 RGB-D 카메라가 적용 가능한 로보틱스, 자율주행 등에 적용할 수 있다.According to embodiments of the present invention, a real-time omnidirectional 360-degree RGB-D camera can be implemented, which can be applied to robotics, autonomous driving, etc. where real-time omnidirectional 360-degree RGB-D cameras can be applied.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 전방위 스테레오 매칭 시스템을 설명하기 위한 일 예시도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 전방위 스테레오 매칭 방법에 대한 동작 흐름도를 나타낸 것이다.
도 3는 구면 스윕 볼륨에서의 투영을 설명하기 위한 일 예시도를 나타낸 것이다.
도 4은 기준 프레임에서 주어진 광선 각도에 대한 카메라 선택 예와 픽셀 위치에 따라 카메라가 선택되는 맵에 대한 일 예시도를 나타낸 것이다.
도 5는 멀티스케일 필터링 프로세스에 대한 일 예시도를 나타낸 것으로, 스케일 간 양방향 필터링에 대한 일 예시도를 나타낸 것이다.
도 6는 다른 에지 보존 파라미터의 필터 커널을 설명하기 위한 일 예시도를 나타낸 것이다.
도 7은 거리 추정 알고리즘을 설명하기 위한 일 예시도를 나타낸 것이다.
도 8은 인페인팅 과정을 설명하기 위한 일 예시도를 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 전방위 스테레오 매칭 시스템에 대한 구성을 나타낸 것이다.
Figure 1 shows an example diagram for explaining a real-time omnidirectional stereo matching system according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 shows an operation flowchart for a real-time omnidirectional stereo matching method according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 shows an example diagram for explaining projection on a spherical swept volume.
FIG. 4 shows an example of camera selection for a ray angle given in a reference frame and an example diagram of a map in which a camera is selected according to a pixel position.
Figure 5 shows an example of a multiscale filtering process, and shows an example of bidirectional filtering between scales.
Figure 6 shows an example diagram for explaining a filter kernel of different edge preservation parameters.
Figure 7 shows an example diagram for explaining the distance estimation algorithm.
Figure 8 shows an example diagram to explain the inpainting process.
Figure 9 shows the configuration of a real-time omnidirectional stereo matching system according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.The advantages and features of the present invention and methods for achieving them will become clear by referring to the embodiments described in detail below along with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and will be implemented in various different forms, but the present embodiments only serve to ensure that the disclosure of the present invention is complete and are within the scope of common knowledge in the technical field to which the present invention pertains. It is provided to fully inform those who have the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for describing embodiments and is not intended to limit the invention. As used herein, singular forms also include plural forms, unless specifically stated otherwise in the context. As used herein, “comprises” and/or “comprising” refers to the presence of one or more other components, steps, operations and/or elements. or does not rule out addition.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used in this specification may be used with meanings that can be commonly understood by those skilled in the art to which the present invention pertains. Additionally, terms defined in commonly used dictionaries are not interpreted ideally or excessively unless clearly specifically defined.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면 상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the attached drawings. The same reference numerals are used for the same components in the drawings, and duplicate descriptions for the same components are omitted.

어안 렌즈가 달린 카메라 세트는 넓은 시야를 포착하기 위해 사용되어 왔다. 에피폴라(epipolar) 기하학에 기초한 기존의 스캔 라인 스테레오 알고리즘은 어안 렌즈의 광학 특성 때문에 이 넌핀홀(non-pinhole) 카메라 설정에 직접 적용할 수 없다. 따라서 기존의 완전한 360도 RGB-D 영상 시스템은 아직 실시간 성능을 달성하지 못한다.Camera sets with fisheye lenses have been used to capture large fields of view. Conventional scan line stereo algorithms based on epipolar geometry cannot be directly applied to this non-pinhole camera setup due to the optical properties of the fisheye lens. Therefore, existing full 360-degree RGB-D imaging systems cannot yet achieve real-time performance.

본 발명의 실시예들은, 등장방형도법 또는 위도 경도 투영을 사용하여 추가적인 구면 교정 없이 멀티뷰 어안 영상에서 직접 실행할 수 있는 효율적인 실시간 구면 스위핑(sphere-sweeping) 스테레오 기술을 제공한다.Embodiments of the present invention provide an efficient real-time sphere-sweeping stereo technique that can be implemented directly on multi-view fisheye images without additional spherical correction using equirectangular projection or latitude-longitude projection.

본 발명의 주요 기여는 다음과 같다. 첫째, 각 어안 영상에서 거리의 지역적 구별 능력을 고려하여 어안 영상 영역에서 스테레오 매칭을 직접 평가할 수 있는 적응형 구면 매칭 방법을 도입하고, 둘째, 본 발명은 구면 영역의 노이즈와 텍스처가 없는 영역에서 거리를 미세하게 하는 최적의 복잡성 O(n)의 고속 스케일 간 양방향(bilateral) 비용 볼륨 필터링 방법을 제공함으로써, 360도 밀집 거리 추정을 모든 방향에서 실시간으로 가능하게 하면서 에지는 보존한다. 마지막으로 어안 컬러와 거리 영상은 밀집 거리 맵의 고속 인페인팅을 통해 완전한 360도 RGB-D 영상으로 완벽하게 결합된다.The main contributions of the present invention are as follows. First, we introduce an adaptive spherical matching method that can directly evaluate stereo matching in the fisheye image region by considering the local discriminative ability of distance in each fisheye image. Second, the present invention introduces an adaptive spherical matching method that can directly evaluate stereo matching in the fisheye image region. Second, the present invention provides By providing a high-speed cross-scale bilateral cost volume filtering method of O(n) with optimal complexity, we enable 360-degree dense distance estimation in real time in all directions while preserving edges. Finally, the fisheye color and distance images are perfectly combined into a full 360-degree RGB-D image through high-speed inpainting of the dense distance map.

본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이, 복수의 어안 카메라 예를 들어, 4개의 어안 카메라를 이용하여 구현할 수 있다. 본 발명의 프로토타입은 29 fps에서 2 메가픽셀의 해상도로 모든 픽셀에서 컬러와 거리를 포함하는 완전한 360도 RGB-D 비디오를 캡처할 수 있다. 결과적으로, 본 발명의 실시간 알고리즘이 정확성과 성능 면에서 기존의 전방향 스테레오 및 학습 기반 360도 스테레오 알고리즘을 능가한다는 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 1, the present invention can be implemented using a plurality of fisheye cameras, for example, four fisheye cameras. The prototype of the invention is capable of capturing full 360-degree RGB-D video, including color and distance at every pixel, at a resolution of 2 megapixels at 29 fps. As a result, it can be seen that the real-time algorithm of the present invention surpasses the existing omnidirectional stereo and learning-based 360-degree stereo algorithms in terms of accuracy and performance.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 전방위 스테레오 매칭 방법에 대한 동작 흐름도를 나타낸 것으로, 서로 반대 방향을 촬영하게 배치된 제1 어안 카메라와 제2 어안 카메라를 포함하는 첫번째 쌍의 어안 카메라들 및 서로 반대 방향을 촬영하게 배치된 제3 어안 카메라와 제4 어안 카메라를 포함하는 두번째 쌍의 어안 카메라들을 포함하며, 첫번째 쌍의 어안 카메라들과 상기 두번째 쌍의 어안 카메라들이 서로 다른 높이를 갖도록 수직으로 배치되며, 거리 맵을 생성하여 3D 좌표를 따라 어안 영상을 투영하는 카메라 시스템에서 수행되는 실시간 전방위 스테레오 매칭 방법을 나타낸 것이다.Figure 2 shows an operation flowchart for a real-time omnidirectional stereo matching method according to an embodiment of the present invention. The first pair of fisheye cameras including a first fisheye camera and a second fisheye camera arranged to shoot in opposite directions. and a second pair of fisheye cameras including a third fisheye camera and a fourth fisheye camera arranged to capture images in opposite directions, wherein the first pair of fisheye cameras and the second pair of fisheye cameras are vertically positioned to have different heights. It shows a real-time omnidirectional stereo matching method performed in a camera system that generates a distance map and projects a fisheye image along 3D coordinates.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 전방위 스테레오 매칭 방법은 제1 어안 카메라 내지 제4 어안 카메라를 통해 촬영되는 피사체에 대한 어안 영상들을 수신하고, 미리 설정된 거리 후보들에 대한 스윕 볼륨(sweep volume)을 이용하여 수신된 어안 영상들 중에서 미리 설정된 기준 어안 영상의 각 픽셀에 대해, 나머지 어안 카메라들 중 어느 하나의 어안 카메라를 선택한다(S210, S220).Referring to FIG. 2, the real-time omnidirectional stereo matching method according to an embodiment of the present invention receives fisheye images of a subject captured through the first to fourth fisheye cameras, and sweep volume for preset distance candidates. For each pixel of a preset reference fisheye image among the received fisheye images using (sweep volume), one fisheye camera among the remaining fisheye cameras is selected (S210, S220).

여기서, 단계 S220은 기준 어안 영상의 각 픽셀에 대해, 가장 높은 거리 판별력을 가지는 어안 카메라를 어느 하나의 어안 카메라로 선택할 수 있다.Here, in step S220, for each pixel of the reference fisheye image, the fisheye camera with the highest distance discrimination ability may be selected as any one fisheye camera.

여기서, 단계 S220은 기준 어안 영상의 각 픽셀에 대해, 거리 후보들 중 첫번째 거리 후보와 마지막 거리 후보 간 가장 큰 각도 변화를 갖는 어안 카메라를 어느 하나의 어안 카메라로 선택할 수 있다.Here, in step S220, for each pixel of the reference fisheye image, the fisheye camera with the largest angle change between the first and last distance candidates among the distance candidates may be selected as any one fisheye camera.

단계 S220에 의해 어느 하나의 어안 카메라가 선택되면, 기준 어안 영상과 선택된 어느 하나의 어안 카메라의 어안 영상을 이용하여 모든 픽셀에 대한 거리 맵을 생성하고, 생성된 거리 맵을 이용하여 수신된 어안 영상들에 대한 실시간 스테레오 매칭을 수행한다(S230, S240).When one fisheye camera is selected in step S220, a distance map for all pixels is generated using the reference fisheye image and the fisheye image of the selected fisheye camera, and the received fisheye image is used using the generated distance map. Real-time stereo matching is performed on them (S230, S240).

여기서, 단계 S230은 기준 어안 영상과 선택된 어느 하나의 어안 카메라의 어안 영상에 대한 양방향(bilateral) 비용 볼륨 필터링을 이용하여 모든 픽셀에 대한 거리 맵을 생성할 수 있다.Here, step S230 may generate a distance map for all pixels using bilateral cost volume filtering on the reference fisheye image and the fisheye image of any one selected fisheye camera.

나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 전방위 스테레오 매칭 방법은 생성된 거리 맵과 어안 영상들의 픽셀 값을 이용하여 360도 컬러 영상을 실시간으로 생성할 수 있다.Furthermore, the real-time omnidirectional stereo matching method according to an embodiment of the present invention can generate a 360-degree color image in real time using the generated distance map and pixel values of the fisheye images.

이 때, 360도 컬러 영상을 실시간으로 생성하는 과정은 360도 컬러 영상에서 누락된 영역을 360도 컬러 영상의 배경을 이용하여 인페인팅함으로써, 최종 360도 컬러 영상을 실시간으로 생성할 수 있다. 구체적으로, 360도 컬러 영상을 실시간으로 생성하는 과정은 360도 컬러 영상에서 전경 방향과 배경 방향을 결정함으로써, 인페인팅 방향을 결정하고, 결정된 인페인팅 방향과 누락된 영역의 폐색 방향에 따라 인페인팅 커널을 계산하며, 계산된 인페인팅 커널을 거리 맵에 적용함으로써, 360도 컬러 영상의 배경에 대한 깊이 값을 이용하여 누락된 영역을 인페인팅할 수 있다.At this time, the process of generating a 360-degree color image in real time involves inpainting areas missing from the 360-degree color image using the background of the 360-degree color image, thereby generating the final 360-degree color image in real time. Specifically, the process of generating a 360-degree color image in real time determines the inpainting direction by determining the foreground direction and background direction in the 360-degree color image, and inpainting is performed according to the determined inpainting direction and the occlusion direction of the missing area. By calculating the kernel and applying the calculated inpainting kernel to the distance map, the missing area can be inpainted using the depth value of the background of the 360-degree color image.

이러한 본 발명의 방법에 대하여 도 3 내지 도 8을 참조하여 설명하면 다음과 같다.The method of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 to 8 as follows.

양안 어안/360도 스테레오: 두 대의 어안 카메라 또는 360도 카메라를 베이스라인에 배치한 다음 스테레오 시야 내에서 깊이 예를 들어, 전방향 스테레오에서의 거리를 추정하는 데 사용한다. 전통적인 에피폴라 기하학과 유사하게, 그들은 큰 원을 따라 구면 교정과 블록별 비용 매칭을 적용한다. 그러나 구면 스테레오의 디스패러티(disparity)는 아크의 길이에 비례하며, 이는 거리의 역수에 선형적으로 비례하지 않는다. 어안 렌즈 또는 360도 카메라의 렌즈 캘리브레이션 후에도 넌핀홀 카메라에 대한 에피폴라 기하학이 유지되지 않는다. 따라서, 실시간 거리 추정치에 적용할 수 없는 비싼 구면 스위핑 볼륨을 이용한 대응 검색이 필요하다.Binocular fisheye/360-degree stereo: Place two fisheye cameras or 360-degree cameras on a baseline and then use them to estimate depth within the stereo field of view, for example, distance in omni-directional stereo. Similar to traditional epipolar geometry, they apply spherical correction and block-wise cost matching along a large circle. However, the disparity of spherical stereo is proportional to the length of the arc, which is not linearly proportional to the reciprocal of the distance. Epipolar geometry for non-pinhole cameras is not maintained after lens calibration for fisheye or 360-degree cameras. Therefore, correspondence search using expensive spherical sweeping volumes is necessary, which cannot be applied to real-time distance estimates.

등장방형도법 또는 위도 경도 투영은 스테레오 매칭을 계산하기 전 어안 영상을 교정하기 위해 사용되어 왔다. 이 프로세스는 메모리 비용이 많이 들고 투영 시 영상 왜곡이 심하며, 기하학 왜곡은 구면 스테레오의 정확한 대응 검색을 방해한다.Equirectangular projection or latitude-longitude projection has been used to correct fisheye images before calculating stereo matching. This process is memory expensive and causes significant image distortion during projection, and geometric distortion prevents accurate correspondence retrieval in spherical stereo.

또한 이 양안 설정에서는 베이스라인 축을 따라 거리를 적절히 추정할 수 없다. 즉, 카메라들 간의 폐색(occlusion)으로 인해 이 양안 스테레오 설정에서 직접 360도 파노라마 및 거리 맵을 계산할 수 없으며, 가장 중요한 것은 정렬에서 이용할 수 있는 베이스라인이 없기 때문이다. 본 발명의 방법은 어안렌즈가 있는 복수의 카메라들 예를 들어, 4대의 카메라만 사용하지만 360도 RGB-D 영상을 실시간으로 캡처할 수 있다.Additionally, distance along the baseline axis cannot be properly estimated in this binocular setting. This means that 360-degree panoramas and distance maps cannot be computed directly from this binocular stereo setup due to occlusion between the cameras and, most importantly, because there is no baseline available for alignment. The method of the present invention uses only four cameras, for example, multiple cameras with fisheye lenses, but is capable of capturing 360-degree RGB-D images in real time.

단안 360도 스테레오: 기존의 모션 기반 구조 알고리즘이 소형 360도 영상에 적용되었다. 그러나 이러한 방법은 정적 장면에서 360도 카메라가 이동하는 것으로 가정한다. 이러한 방법을 동적 물체가 있는 장면에 적용할 경우 성능이 급격히 저하된다. 또한 이러한 방법의 계산 비용은 비싸기 때문에 실시간 360도 RGB-D 영상에 적용할 수 없다. 또한, 전방향 영상 프라이어(prior)을 학습하여 360도 파노라마에 단안 스테레오 영상이 적용되기도 하였다. 학습된 프라이어는 워프된 영상에서 매칭 일치(matching correspondences)를 도울 수 있다. 그러나, 실시간 학습 기반 방법은 모델 복잡성 때문에 아직 존재하지 않는다. 또한, 현재까지 딥 러닝에 사용할 수 있는 전방향 RGB-D 영상의 실제 데이터셋이 없다. 이러한 방법은 수작업으로 제작된 3D 모델과 3D 스캐닝의 합성 렌더링 영상에 대해 트레이닝되었다. 실제 영상과 렌더링된 영상 사이의 도메인 갭 때문에 이러한 모델은 종종 보이지 않는 실제 데이터로 차선의 성능을 나타낼 수 있다.Monocular 360-degree stereo: Existing motion-based structural algorithms were applied to small 360-degree images. However, these methods assume a 360-degree camera moving in a static scene. When these methods are applied to scenes with dynamic objects, performance degrades rapidly. Additionally, the computational cost of this method is high, so it cannot be applied to real-time 360-degree RGB-D images. In addition, monocular stereo images were applied to 360-degree panoramas by learning an omnidirectional image prior. The learned prior can assist in matching correspondences in warped images. However, real-time learning-based methods do not yet exist due to model complexity. Additionally, there is currently no actual dataset of omnidirectional RGB-D images that can be used for deep learning. These methods were trained on hand-crafted 3D models and synthetic rendered images from 3D scanning. Because of the domain gap between real and rendered images, these models can often exhibit suboptimal performance with unseen real data.

멀티뷰 어안 스테레오: 360도 RGB-D 영상을 캡처하기 위해 여러 어안 카메라가 구면 광원 카메라에 결합될 수 있다. 카메라의 개수는 4개에서 20개까지 다양하고, 카메라 수가 증가하면 컬러와 거리 영상의 품질이 크게 향상되지만 하드웨어 및 계산 비용이 빠르게 증가한다. 멀티뷰 어안 스테레오 영상을 결합할 때, 기술적 문제가 여전히 존재하여 이 설정의 실시간 성능을 방해한다. 첫째, 통합 전방향 영상 공간에서 거리 값의 재투영, 폐색 및 가시성을 고려하기 위해서는 완전한 360도 가이드 영상이 필요하다. 이 때, 360도 가이드 영상은 360도 밀집 거리 맵이 없으면 멀티뷰 입력에서 얻을 수 없다. 단순한 워프와 블렌딩 방법들이 거리 인식 없이 제안되었다. 이러한 기술들은 짧은 베이스라인에 맞게 설계되었기 때문에 오버랩핑 영역에서 디스패러티 값이 변경될 때 종종 스티칭(stitching) 아티팩트로 인해 어려움을 겪는다. 둘째, 어안렌즈 매칭의 기하학으로 인해 복수의 실제 매칭이 발생할 수 있다. 이는 계산 집약적 비용 집계를 고안하여 처리될 수 있다.Multi-view fisheye stereo: Multiple fisheye cameras can be combined with a spherical light source camera to capture 360-degree RGB-D images. The number of cameras varies from 4 to 20, and as the number of cameras increases, the quality of color and distance images improves significantly, but hardware and computational costs quickly increase. When combining multi-view fisheye stereo images, technical issues still exist, hindering the real-time performance of this setup. First, a complete 360-degree guided image is required to consider reprojection, occlusion, and visibility of distance values in the integrated omnidirectional image space. At this time, a 360-degree guide image cannot be obtained from multi-view input without a 360-degree dense street map. Simple warp and blending methods have been proposed without distance awareness. Because these techniques are designed for short baselines, they often suffer from stitching artifacts when disparity values change in overlapping regions. Second, the geometry of fisheye lens matching can result in multiple actual matches. This can be handled by devising a computationally intensive cost aggregation.

대조적으로, 본 발명은 전체 360도 각도를 실시간으로 커버하기 위해 최소 수의 어안 카메라를 사용하여 빌딩 비용(building cost)과 계산 요건을 가능한 낮게 유지한다. In contrast, the present invention uses a minimal number of fisheye cameras to cover the full 360 degree angle in real time, keeping building costs and computational requirements as low as possible.

고속 구면 스위핑 스테레오High-speed spherical sweeping stereo

하드웨어 설계: 본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이 360도 RGB-D 영상, 즉 어안 렌즈가 있는 4대의 카메라가 사용될 수 있다. 각 어안 카메라는 220도 이상의 시야를 가질 수 있다. 한 쌍의 앞뒤 어안 카메라가 상단에 배치되고, 다른 한 쌍의 어안 카메라가 하단에 있지만, 수직 방향으로 배치되어 인접한 스테레오 쌍의 각 조합이 동일한 베이스라인을 가지도록 한다.Hardware design: The present invention can be used for 360-degree RGB-D video, that is, four cameras with fisheye lenses, as shown in Figure 1. Each fisheye camera can have a field of view of more than 220 degrees. A pair of front and rear fisheye cameras are placed at the top, and another pair of fisheye cameras are at the bottom, but are positioned vertically so that each combination of adjacent stereo pairs has the same baseline.

구면 기하학: 본 발명은 고전적인 쌍안 스테레오 모델을 기반으로 한다. 기준 카메라 c0에 의해 캡처된 기준 프레임 Ic0의 각 픽셀은 극좌표의 각도 (θ, φ)에서 감지된 광선의 컬러를 나타낼 수 있다. 이는 극좌표의 점 (θ, φ, d)에 해당하며, 여기서, d는 거리를 의미한다. 이는 c0의 공간에서 3D 위치 p로 이어질 수 있으며, 3D 위치 p는 아래 <수학식>과 같이 나타낼 수 있다.Spherical Geometry: The invention is based on the classic binocular stereo model. Each pixel of the reference frame I c0 captured by the reference camera c 0 may represent the color of the detected ray at an angle (θ, ϕ) in polar coordinates. This corresponds to the point (θ, ϕ, d) in polar coordinates, where d is the distance. This can lead to a 3D position p in the space of c 0 , and the 3D position p can be expressed as <Equation> below.

다른 카메라 c1이 기준 카메라 c0에 대해 회전 Rc1과 위치 Tc1에 배치되는 것으로 가정한다. 카메라는 영상 Ic0과 Ic1을 캡처한다. c1 공간에서 위치 p는 이다. 를 pc1의 정규화 벡터라 하면, Ic1에서의 픽셀 좌표는 아래 <수학식>과 같이 나타낼 수 있다.Assume that another camera c 1 is placed at a rotation R c1 and a position T c1 with respect to the reference camera c 0 . The camera captures images I c0 and I c1 . The position p in c 1 space is am. If is the normalization vector of p c1 , the pixel coordinates in I c1 can be expressed as <Equation> below.

카메라 변환 Rc1|Tc1을 가진 c1에서의 픽셀 좌표는 기준 좌표계에서 거리 d의 각도 (θ, φ)의 픽셀 투영으로 표현될 수 있으며, 아래 <수학식>과 같이 나타낼 수 있다.The pixel coordinate at c 1 with the camera transformation R c1 |T c1 can be expressed as a pixel projection of the angle (θ, ϕ) of the distance d in the reference coordinate system, and can be expressed as <Equation> below.

장면에서 Lambertian 표면을 가정하면 카메라 c1 영상의 픽셀 Ic1c1, φc1)은 기준 카메라의 픽셀 Ic0(θ, φ)과 동일하다. 다른 카메라의 영상의 픽셀은 동일한 방법으로 기준 좌표계로 표현할 수 있다.Assuming a Lambertian surface in the scene, pixel I c1c1 , ϕ c1 ) of camera c 1 image is identical to pixel I c0 (θ, ϕ) of reference camera. Pixels of images from other cameras can be expressed in a reference coordinate system in the same way.

구면 스윕(sweep) 볼륨: 표준 카메라 모델이 있는 멀티뷰 스테레오와 마찬가지로, 본 발명은 여러 거리 후보 d0, ..., dN-1에 대한 스윕 볼륨을 구축한다. 평면 거리 후보와 동형(homographies)을 따르는 Ic1에서 Ic0로 워핑하는 대신, 본 발명은 앞에서 설명한 매핑과 기준 프레임 또는 주어진 포인트 주위의 구면 거리 후보들을 사용할 수 있다.Spherical sweep volume: Similar to multiview stereo with a standard camera model, the present invention builds a sweep volume for several distance candidates d 0 , ..., d N-1 . Instead of warping from I c1 to I c0 that follow homographies with the planar distance candidates, the present invention can use the mapping and reference frame described above or spherical distance candidates around a given point.

각 후보에 대해 거리 후보가 올바르면 Ic0과 매칭할 수 있는 Ic1의 워프된 버전을 생성한다. 구체적으로, 본 발명은 도 3에 도시된 바와 같이, I의 모든 픽셀 좌표 (θ, φ)와 모든 거리 후보 di에 대하여, 해당하는 좌표를 찾는다. 그런 다음 과 같이 구면 스윕 볼륨 V의 값을 할당한다. 이 볼륨에서 올바른 거리 후보 dk과 매칭하며, 이는 거리 추정을 위한 직접적인 큐(cue)를 제공한다. 매칭 품질은 그래디언트, census 변환 또는 특징 추출 등과 같은 영상 변환 후 광도 차이 또는 차이를 통해 평가될 수 있다. 강건한 성능을 위해, 최적의 깊이 후보를 선택할 때 비용 집계 또는 딥 정규화가 필요하다. 여러 개의 뷰는 동시에 사용될 수도 있다.For each candidate, if the distance candidate is correct, we generate a warped version of I c1 that can match I c0 . Specifically, as shown in FIG. 3, the present invention finds the corresponding coordinates for all pixel coordinates (θ, ϕ) of I and all distance candidates d i . after that Assign the value of the spherical sweep volume V as follows. In this volume, the correct distance candidate d k is , which provides a direct cue for distance estimation. Matching quality can be evaluated through luminance difference or difference after image transformation such as gradient, census transformation, or feature extraction. For robust performance, cost aggregation or deep normalization is required when selecting optimal depth candidates. Multiple views may be used simultaneously.

적응형 구면 매칭Adaptive spherical matching

*본 발명은 구면 스윕 볼륨에서 베이스라인을 따라 가능한 모든 오버래핑된 영역의 가능한 모든 조합에서 전체 깊이 후보를 평가할 수 있으며, 이는 계산을 통해 이루어질 수 있다. 실시간 성능을 달성하기 위해, 본 발명은 기준 카메라에 대하여 구면 스위핑 볼륨에서 검색 대응에 대한 지역 최고의 카메라 쌍을 제공하는 카메라 선택 방법을 이용할 수 있다.*The present invention can evaluate full depth candidates in all possible combinations of all possible overlapping regions along a baseline in a spherical swept volume, which can be done computationally. To achieve real-time performance, the present invention can utilize a camera selection method that provides the local best camera pair for search correspondence in a spherical sweeping volume with respect to a reference camera.

본 발명은 기준 뷰의 각 픽셀에 대해 세 카메라(c1, c2, c3) 중 최고의 카메라만 선택할 수 있다. 여러 카메라들이 기준 프레임의 픽셀을 커버할 수 있는 시야가 있는 경우 가장 높은 거리 판별력을 가지는 카메라를 선택할 수 있다. 이 속성은 구면 스윕 볼륨의 계층 간 차이를 최대화하고 어떤 후보가 가장 잘 매칭하는지를 더 명확하게 식별할 수 있는 것으로 설명할 수 있다.The present invention can select only the best camera among the three cameras (c 1 , c 2 , c 3 ) for each pixel of the reference view. If multiple cameras have a field of view that can cover the pixels of the reference frame, the camera with the highest distance discrimination ability can be selected. This property can be explained by maximizing the difference between layers of the spherical sweep volume and being able to more clearly identify which candidate matches best.

기준 영상 Ic0에서 주어진 픽셀 위치 (θ, φ)에 대해 이를 정량화하기 위하여, 본 발명은 거리 후보 d0 및 dN-1에 해당하는 볼륨의 첫 번째 및 마지막 계층 즉, 0과 N-1에 초점을 맞출 수 있다. pck <0>를 기준 좌표 (θ, φ, di)의 카메라 ck 공간에서의 포인트라고 하면, 최고의 카메라 ck는 이 두 거리 후보로부터 주어진 두 개의 3D 포인트 pck <0>와 pck <N-1> 사이에서 가장 큰 각도 변화를 보여주는 카메라일 수 있다.In order to quantify this for a given pixel position (θ, ϕ) in the reference image I c0 , the present invention applies distance candidates d 0 and d N-1 to the first and last layers of the volume, i.e. 0 and N-1. You can focus. Let p ck <0> be a point in camera c k space with reference coordinates (θ, ϕ, di ), then the best camera c k is the two 3D points p ck <0> and p ck given from these two distance candidates. This may be the camera that shows the largest angle change between <N-1> .

구체적으로, pck <0>와 pck <N-1> 사이의 각도가 높을 경우, 스위핑 볼륨에 대해 선택된 카메라에서의 샘플링된 위치가 크게 변경되며, 이는 거리 추정에 적합하다. 본 발명은 이러한 고려사항에 기초하여 판별력 가중치를 정의할 수 있으며, 판별력 가중치는 아래 <수학식>과 같이 나타낼 수 있다.Specifically, if the angle between p ck <0> and p ck <N-1> is high, the sampled position at the selected camera for the sweeping volume changes significantly, which is suitable for distance estimation. The present invention can define a discrimination weight based on these considerations, and the discrimination weight can be expressed as <Equation> below.

여기서, 는 정규화된 벡터를 의미할 수 있다.here, may mean a normalized vector.

이 평가를 사용하여 아래 <수학식 1>과 같이 각 픽셀에 대한 최적의 카메라 c*를 선택할 수 있다.Using this evaluation, the optimal camera c* for each pixel can be selected as shown in Equation 1 below.

[수학식 1][Equation 1]

도 4은 기준 프레임에서 주어진 광선 각도에 대한 카메라 선택 예와 픽셀 위치에 따라 카메라가 선택되는 맵에 대한 일 예시도를 나타낸 것으로 도 4a는 c0의 광선이 c1과 c2에서 어떻게 재 투영되는지 평가하는 일 예시도를 나타낸 것이고, 도 4b는 c0의 각 픽셀에 대해 최적의 거리 판별을 보여주는 카메라가 선택되는 일 예시도를 나타낸 것이다.Figure 4 shows an example of camera selection for a given ray angle in a reference frame and an example diagram of a map in which a camera is selected according to pixel position. Figure 4a shows how the ray of c 0 is reprojected from c 1 and c 2 . An example of evaluation is shown, and FIG. 4b shows an example in which a camera showing optimal distance determination for each pixel of c 0 is selected.

도 4에 도시된 바와 같이, 이 픽셀의 대하여 매칭에 가장 적합한 카메라는 주어진 거리에 대한 최대 변위를 보여주는 카메라이다. 작은 거리 변화가 높은 변위로 이어지는 경우 거리 판별력이 향상되며, 도 4a에 도시된 바와 같이 c0의 특정 광선에 대해 두 쌍간의 베이스라인이 유사함에도 불구하고 c1이 c2보다 매칭하는데 더 좋은 카메라임을 알 수 있다.As shown in Figure 4, the camera best suited for matching for this pixel is the camera that shows the maximum displacement for a given distance. Distance discrimination improves when small distance changes lead to high displacements, and as shown in Figure 4a, for a particular ray in c 0 , c 1 is better at matching cameras than c 2 despite the baselines between the two pairs being similar. You can see that it is.

효율적인 구면 비용 집계Efficient spherical cost aggregation

본 발명은 이중 구면 모델을 사용하여 네 대의 카메라를 캘리브레이션하고, 두 개의 기준으로 두 개의 상반된 상단 카메라를 사용하여 220도 거리 추정을 수행할 수 있다. 각 기준의 각 픽셀에 대해 선택적 매칭을 사용하여 최상의 카메라를 선택할 수 있다. Ics를 픽셀 (θ, φ)에서 선택한 카메라에서의 영상이라 하고 Ic0을 기준 프레임이라 하면, i번째 거리 후보의 매칭 비용은 아래 <수학식>과 같이 나타낼 수 있다.The present invention can calibrate four cameras using a dual spherical model and perform 220-degree distance estimation using two opposing top cameras as two references. For each pixel of each criterion, selective matching can be used to select the best camera. If I cs is the image from the camera selected at pixel (θ, ϕ) and I c0 is the reference frame, the matching cost of the ith distance candidate can be expressed as <Equation> below.

여기서, 는 선택된 카메라에서 기준 카메라로의 구면 스위핑 볼륨을 의미할 수 있다. 그리고, 본 발명은 고속 필터링 방법을 사용하여 구면 비용 볼륨의 각 슬라이스를 정규화할 수 있다.here, may mean a spherical sweeping volume from the selected camera to the reference camera. Additionally, the present invention can normalize each slice of the spherical cost volume using a fast filtering method.

고속 스케일 간 양방향 필터링High-speed cross-scale bidirectional filtering

밀집 거리 맵을 얻기 위하여 희소 거리를 집계하는 경우, 에지 인식 방식으로 비용을 평활화하는 많은 사용 가능한 방법이 있다. 가장 인상적인 기능을 보여주는 양방향 그리드 기반 방법은 3D 비용 볼륨에 적용되려면 여전히 계산 비용이 많이 들고 도메인 변환 후 처리에서도 종종 블록 아티팩트(blocky artifact)를 생성한다. 보다 하드웨어 친화적인 고속 양방향 솔버 버전이 고안되어 단일 깊이 맵에 대해 강력한 성능을 제공하였지만, 하드웨어에 더 구체적이고, 전체 비용 볼륨에 실시간으로 적용하기에는 여전히 계산 효율성이 떨어진다. 또 다른 인기 있는 에지 인식 필터링은 비용 볼륨 피라미드 또는 다중 스케일 비용 집계와 함께 사용되는 가이드 필터이다. O(n)의 복잡성을 최적화하면서도 병렬 환경에서 통합 영상을 계산할 때 컴퓨팅 오버헤드로 인해 GPU에서 고속 성능을 발휘할 수 없다. 본 발명은 GPU가 포함된 임베디드 머신에서 29fps로 2메가픽셀 실시간 RGB-D 영상을 달성하기 위해 병렬 컴퓨팅 환경을 위해 특별히 설계된 고속 스케일 사이 양방향 필터링 방법을 도입할 수 있다.When aggregating sparse distances to obtain a dense distance map, there are many available methods to smooth the cost in an edge-aware manner. The interactive grid-based methods that show the most impressive features are still computationally expensive to be applied to 3D cost volumes and often produce blocky artifacts even in post-domain transformation processing. A faster, more hardware-friendly version of the two-way solver has been designed that provides powerful performance for a single depth map, but is more hardware-specific and still computationally inefficient for real-time application to the entire cost volume. Another popular edge-aware filtering is the guided filter used with cost volume pyramids or multi-scale cost aggregation. While optimizing the complexity of O(n), high-speed performance cannot be achieved on GPUs due to computing overhead when calculating integrated images in a parallel environment. The present invention can introduce a high-speed between-scale bidirectional filtering method specifically designed for parallel computing environments to achieve 2-megapixel real-time RGB-D imaging at 29 fps on embedded machines with GPUs.

에지 보존 다운샘플링: 본 발명의 필터링의 첫 번째 단계는 블러링없이 입력 영상을 축소하여 에지 블리딩과 헤일로(edge bleeding and halos)를 방지하는 것이다. 이를 위해 본 발명은 데시메이션(decimation) 전 양방향 가중치를 사용하여 인접 픽셀을 필터링한다. 본 발명에서 I0를 원본 영상으로 정의하고 Il을 두 l배 다운샘플링한 후의 영상으로 정의하면, 양방향 가중치는 아래 <수학식 2>와 같이 나타낼 수 있다.Edge-preserving downsampling: The first step in the filtering of the present invention is to reduce the input image without blurring to prevent edge bleeding and halos. To this end, the present invention filters adjacent pixels using a bidirectional weight before decimation. In the present invention, if I 0 is defined as the original image and I l is defined as the image after downsampling by two l times, the bidirectional weight can be expressed as <Equation 2> below.

[수학식 2][Equation 2]

여기서, σI는 에지 보전 파라미터를 의미하고, (x, y)는 픽셀 좌표를 의미할 수 있다. 이 때, 다운셈플링 방식은 아래 <수학식 3>과 같이 나타낼 수 있다.Here, σ I refers to the edge preservation parameter, and (x, y) may refer to pixel coordinates. At this time, the downsampling method can be expressed as <Equation 3> below.

[수학식 3][Equation 3]

여기서, 는 정규화 상수를 의미할 수 있다. 피라미드에서 를 주목하고, 스케일 레벨 L의 개수를 정의할 수 있다.here, may mean a normalization constant. in the pyramid Note that we can define the number of scale levels L.

에지 보존 업샘플링: 고해상도 영상을 가이드로 사용하는 기존 에지 보존 업샘플링 방법과 달리, 본 발명의 방법은 다운샘플링과 풀 해상도 영상 사이의 양방향 가중치를 사용하여 최적의 복잡성을 달성할 수 있다. 이 때, 본 발명은 의도적으로 효율성에 초점을 맞추기 위해 가우스 공간 가중치를 사용하지 않으며, 부분 상수 출력을 사용할 수 있다.Edge-preserving upsampling: Unlike existing edge-preserving upsampling methods that use high-resolution images as a guide, our method can achieve optimal complexity by using bidirectional weighting between downsampling and full-resolution images. At this time, the present invention intentionally does not use Gaussian spatial weighting to focus on efficiency, and can use partial constant output.

본 발명은 양방향 가중치 외에도 현재 스케일 지수의 가우스 함수를 사용하여 스케일을 블렌드한다. 각 스케일에 대해 로 정의할 수 있으며, 여기서 σs는 평활도 파라미터를 의미할 수 있다. 더 높은 해상도 스케일의 가중치는 자연적으로 일 수 있다.In addition to bidirectional weighting, the present invention blends scales using a Gaussian function of the current scale exponent. For each scale It can be defined as, where σ s may mean a smoothness parameter. Weights at higher resolution scales naturally It can be.

도 5는 멀티스케일 필터링 프로세스에 대한 일 예시도를 나타낸 것으로, 스케일 간 양방향 필터링에 대한 일 예시도를 나타낸 것이다.Figure 5 shows an example of a multiscale filtering process, and shows an example of bidirectional filtering between scales.

도 5에 도시된 바와 같이, 멀티스케일 필터링 프로세스는 먼저 가이드 센터 픽셀과 인접 픽셀 사이의 양방향 가중치를 사용하여 에지 보존으로 다운 샘플링하여 희소 비용을 집계한다. 그런 다음 최소 픽셀 서포트를 사용하여 업 샘플링합니다. 본 발명은 더 낮은 스케일로 집계하기 위해 가이드 센터과 픽셀 사이에서 계산된 가이드 가중치를 사용할 수 있다.As shown in Figure 5, the multiscale filtering process first aggregates the sparsity cost by downsampling with edge preservation using bidirectional weights between the guide center pixel and its neighboring pixels. Then upsample using minimum pixel support. The present invention can use guide weights calculated between guide centers and pixels to aggregate to lower scales.

비용 볼륨 필터링 후, 최적의 거리는 승자독식을 통해 결정되고 2차 피팅을 통해 서브 픽셀 정확도가 달성될 수 있다.After cost volume filtering, the optimal distance is determined through winner-take-all and sub-pixel accuracy can be achieved through quadratic fitting.

필터 커널: 다운샘플링/업샘플링 프로세스 후에 얻은 최종 필터 커널은 중심에서 멀어질 때 σs에 의해 구동되는 매끄러운 감소를 생성하며 도 6에 도시된 바와 같이 에지 바운더리를 교차하지 않는다. 알고리즘의 각 단계가 최소 픽셀 서포트만 수행하지만, 양방향 다운샘플링/업샘플링 필터링은 전체 영상을 포함하는 커널을 생성한다. 양방향 가중치를 통한 가이드(guidance)는 주어진 픽셀에서 멀리 떨어진 더 높은 차수의 지수 구성이다. 이렇게 하면 공간 픽셀 간 가이드가 향상된다. 본 발명에서 σs는 25로 설정되고, σI는 10으로 설정될 수 있다.Filter Kernel: The final filter kernel obtained after the downsampling/upsampling process produces a smooth decay driven by σ s when moving away from the center and does not cross edge boundaries as shown in Figure 6. Although each step of the algorithm performs only the minimum pixel support, bidirectional downsampling/upsampling filtering creates a kernel that includes the entire image. Guidance through bidirectional weighting is a higher order exponential configuration further away from a given pixel. This improves guidance between spatial pixels. In the present invention, σ s may be set to 25, and σ I may be set to 10.

복잡성: 연산 수는 1/4 비율의 기하학 영상 시리즈의 합을 따른다. 따라서 점근적 복잡성(asymptotic complexity)은 픽셀 수가 n개인 O(n)이므로 알고리즘이 최적으로 된다. 레벨 수는 가장 낮은 레벨 L의 크기가 1픽셀보다 커야 한다. 따라서 본 발명은 최대 ln4(n)회까지 샘플을 감소시킨다. 다운샘플링과 업샘플링은 O(ln(n)) 레벨로 순차적으로 실행되어야 하지만 각 다운샘플링 및 업샘플링 단계는 완전히 병렬화될 수 있다.Complexity: The number of operations follows the sum of a series of geometric images of 1/4 scale. Therefore, the asymptotic complexity is O(n) with n pixels, making the algorithm optimal. As for the number of levels, the size of the lowest level L must be larger than 1 pixel. Therefore, the present invention reduces the samples up to ln 4 (n) times. Downsampling and upsampling must be performed sequentially in O(ln(n)) levels, but each downsampling and upsampling step can be fully parallelized.

거리 인식 파노라마 스티칭Distance-aware panoramic stitching

본 발명에서의 거리 추정 알고리즘은 도 7에 도시된 바와 같이 에지 보존을 위해 기준 프레임을 사용하고 복수의 실제 매칭을 피할 수 있다. 이 접근 방식은 정확도가 향상되지만 어안 영상을 병합하기 위한 추가 단계가 필요하다. 본 발명은 먼저 원하는 위치에서 거리 맵을 합성한 다음 3D 좌표를 따라 영상을 투영하고 마지막으로 블렌딩 프로세스를 통해 영상을 병합하여 가장 적게 변위된 픽셀에 더 많은 가중치를 부여하는 효율적인 방법을 제시한다.As shown in Figure 7, the distance estimation algorithm in the present invention uses a reference frame for edge preservation and can avoid multiple actual matching. This approach improves accuracy but requires additional steps to merge the fisheye images. The present invention presents an efficient method that first synthesizes a distance map at a desired location, then projects the image along 3D coordinates, and finally merges the images through a blending process to give more weight to the least displaced pixel.

새로운 뷰 합성: 첫 번째 단계는 두 개의 기준에 공통적인 밀집 거리 맵을 선택한 위치로 재투영하는 것이다. 이를 위해 각 픽셀 (θ, φ)에 해당하는 위치를 찾아 선택한 위치로 변환하고 재투영된 영상에서 좌표 (θr, φr)를 찾는다. 여기서, 재투영된 영상에서 좌표 (θr, φr)는 아래 <수학식>을 통해 획득될 수 있다.New view synthesis: The first step is to reproject the dense street map common to the two criteria to the selected location. To do this, find the location corresponding to each pixel (θ, ϕ), convert it to the selected location, and find the coordinates (θ r , ϕ r ) in the reprojected image. Here, the coordinates (θ r , ϕ r ) in the reprojected image can be obtained through <Equation> below.

여기서, T*는 카메라와 관련하여 원하는 위치를 의미하고, 는 추정 거리 맵을 의미할 수 있다. 포워드 워핑 동작은 필연적으로 원래 거리 앱에서 동일한 타겟 픽셀로 매핑되는 여러 픽셀로 이어진다. 즉, 여러 커플들 (θ, φ)이 동일한 좌표 (θr, φr)에 투영될 수 있다. 이 모호성은 최종 값을 얻기 위해 스플래팅(splatting)을 요구한다.Here, T * means the desired position with respect to the camera, may mean an estimated distance map. Forward warping operations inevitably lead to multiple pixels being mapped to the same target pixel in the original street app. That is, several couples (θ, ϕ) can be projected onto the same coordinates (θ r , ϕ r ). This ambiguity requires splatting to obtain the final value.

본 발명은 폐색 인식 방식으로 가능한 픽셀을 병합할 수 있다. 특히 최소 거리 스플래팅 즉, z-버퍼링을 사용할 수 있으며, 재투영된 거리는 아래 <수학식 4>와 같이 계산될 수 있다.The present invention can merge possible pixels in an occlusion-aware manner. In particular, minimum distance splatting, that is, z-buffering, can be used, and the reprojected distance can be calculated as shown in Equation 4 below.

[수학식 4][Equation 4]

방향 인페인팅: 타겟의 일부 픽셀은 원래 거리 맵에 여러 개의 상대방(counterparts)이 있을 수 있지만, 일부 픽셀은 폐색으로 인해 전혀 없을 수도 있다. 누락된 영역은 전경 객체에 의해 가려질 수 있기 때문에 배경을 사용하여 인페인팅할 수 있다. 이를 위해 먼저 배경과 전경 방향을 결정하는데, 이는 거리에 대한 투영의 미분으로 주어질 수 있다. 실제로, 투영된 맵의 폐색 구멍은 서로 다른 거리를 가진 영역이 동일한 위치에 재투영되지 않아 발생한다. 따라서, 인페인팅 방향은 아래 <수학식>과 같이 정의될 수 있다.Directional inpainting: Some pixels in the target may have multiple counterparts in the original distance map, while some pixels may have none at all due to occlusion. Because missing areas may be obscured by foreground objects, they can be inpainted using the background. To do this, we first determine the background and foreground directions, which can be given as the derivative of the projection with respect to the distance. In practice, occlusion holes in a projected map occur because areas with different distances are not reprojected to the same location. Therefore, the inpainting direction can be defined as <Equation> below.

이 인페인팅 방향은 반복적으로 사용할 수 있는 방향 확산 커널로 이어진다. 본 발명은 인페인팅 방향과의 유사성에 따라 각 픽셀 주변의 커널 가중치를 결정한다. 각 픽셀 주변의 커널 가중치는 아래 <수학식>과 같이 나타낼 수 있다.This inpainting direction leads to a direction diffusion kernel that can be used repeatedly. The present invention determines the kernel weight around each pixel according to its similarity to the inpainting direction. The kernel weight around each pixel can be expressed as <Equation> below.

여기서, +는 포지티브 부분을 의미하고, 는 8개의 인접 픽셀의 인덱스를 의미할 수 있다. 내적(dot product)은 정렬된 벡터에 대해 높은 가중치를 부여하므로 이 방법은 도 8에 도시된 바와 같이, 인페인팅 방향으로 정렬된 픽셀 값을 사용하는 확산 커널을 자연스럽게 생성할 수 있다. 즉, 도 8a의 카메라 위치에서 깊이는 도 8b와 같이 깊이 인식 방식으로 원하는 뷰에 투영되고, 폐색은 투영된 거리 맵에 구멍을 생성하므로 폐색 방향에 따라 도 8c와 같이 인페인팅 커널을 계산한다. 마지막으로, 계산한 인페인팅 커널을 거리 맵에 적용함으로써, 도 8d와 같이 배경 깊이 값을 사용하여 구멍을 제거할 수 있다.Here, + means the positive part, may mean the index of 8 adjacent pixels. Since the dot product gives high weight to aligned vectors, this method can naturally generate a diffusion kernel using pixel values aligned in the inpainting direction, as shown in Figure 8. That is, the depth from the camera position in Figure 8a is projected onto the desired view in a depth-aware manner as shown in Figure 8b, and since occlusion creates a hole in the projected distance map, the inpainting kernel is calculated according to the occlusion direction as shown in Figure 8c. Finally, by applying the calculated inpainting kernel to the distance map, holes can be removed using the background depth value, as shown in Figure 8d.

일단 거리가 주어진 뷰 포인트로 이동하면, 거리 맵에 주어진 3D 좌표를 따라 컬러 픽셀을 투영하여 RGB 영상을 다른 위치에 제공한다.Once you move to a viewpoint given a distance, color pixels are projected along the 3D coordinates given in the distance map to provide an RGB image to another location.

블렌딩: 컬러 영상을 공통 위치에 투영한 후 표준 등장방형도법 투영에 저장된 완전한 파노라마를 만들기 위해 220도 영상 두 개를 함께 병합해야 한다. 이를 위해, 본 발명은 가능한 폐색량에 해당하는 블렌딩 가중치를 제공한다. 가 큰 픽셀에서, 거리 변화는 영상을 크게 수정하여 폐색 부위가 더 넓은 폐색 영역, 더 많은 거리 관련 왜곡과 잠재적인 아티팩트를 유발할 수 있다. 따라서 이 벡터의 길이에 대해 가우시안(Gaussian)을 따르는 블렌딩 가중치를 정의할 수 있으며, 이는 아래 <수학식>과 같이 나타낼 수 있다. Blending: After projecting color images to a common location, two 220-degree images must be merged together to create a complete panorama stored in a standard equirectangular projection. To this end, the present invention provides blending weights corresponding to the amount of possible occlusion. For large pixels, changes in distance can significantly modify the image, resulting in larger occlusion areas, more distance-related distortion, and potential artifacts. Therefore, a blending weight that follows Gaussian can be defined for the length of this vector, which can be expressed as <Equation> below.

bck(θ, φ)=0을 설정하여 카메라로 캡처할 수 있는 픽셀을 처리하고, 거리 범위에 대한 유한 차이를 통해 미분을 추정할 수 있다.By setting b ck (θ, ϕ) = 0, we can process the pixels that can be captured by a camera and estimate the derivative through finite differences over a range of distances.

이와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 등장방형도법 또는 위도 경도 투영을 사용하여 추가적인 구면 교정 없이 멀티뷰 어안 영상에서 직접 실행할 수 있는 효율적인 실시간 구면 스위핑(sphere-sweeping) 스테레오 기술을 제공할 수 있다.As such, the method according to embodiments of the present invention can provide an efficient real-time sphere-sweeping stereo technique that can be implemented directly on multi-view fisheye images without additional spherical correction using equirectangular projection or latitude-longitude projection. You can.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 전방위 스테레오 매칭 시스템에 대한 구성을 나타낸 것으로, 도 1 내지 도 8의 방법을 수행하는 시스템에 대한 개념적인 구성을 나타낸 것이다.Figure 9 shows the configuration of a real-time omnidirectional stereo matching system according to an embodiment of the present invention, and shows the conceptual configuration of a system that performs the method of Figures 1 to 8.

도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 전방위 스테레오 매칭 시스템(900)은 첫번째 쌍의 어안 카메라들(910), 두번째 쌍의 어안 카메라들(920), 수신부(930), 선택부(940), 생성부(950) 및 매칭부(960)를 포함한다.Referring to FIG. 9, the real-time omnidirectional stereo matching system 900 according to an embodiment of the present invention includes a first pair of fisheye cameras 910, a second pair of fisheye cameras 920, a receiver 930, and a selection unit. It includes (940), a generating unit (950), and a matching unit (960).

첫번째 쌍의 어안 카메라들(910)은 서로 반대 방향을 촬영하게 배치된 제1 어안 카메라(911)와 제2 어안 카메라(912)를 포함한다.The first pair of fisheye cameras 910 includes a first fisheye camera 911 and a second fisheye camera 912 arranged to capture images in opposite directions.

두번째 쌍의 어안 카메라들(920)은 서로 반대 방향을 촬영하게 배치된 제3 어안 카메라(921)와 제4 어안 카메라(922)를 포함한다.The second pair of fisheye cameras 920 includes a third fisheye camera 921 and a fourth fisheye camera 922 arranged to capture images in opposite directions.

여기서, 첫번째 쌍의 어안 카메라들과 두번째 쌍의 어안 카메라들은 서로 다른 높이를 갖도록 수직으로 배치될 수 있다. 그리고 거리 맵을 생성하여 3D 좌표를 따라 어안 영상을 투영할 수 있다.Here, the first pair of fisheye cameras and the second pair of fisheye cameras may be arranged vertically to have different heights. Then, you can create a distance map and project the fisheye image along 3D coordinates.

수신부(930)는 제1 어안 카메라 내지 제4 어안 카메라를 통해 촬영되는 피사체에 대한 어안 영상들을 수신한다.The receiver 930 receives fisheye images of subjects captured through the first to fourth fisheye cameras.

선택부(940)는 미리 설정된 거리 후보들에 대한 스윕 볼륨(sweep volume)을 이용하여 수신된 어안 영상들 중에서 미리 설정된 기준 어안 영상의 각 픽셀에 대해, 나머지 어안 카메라들 중 어느 하나의 어안 카메라를 선택한다.The selection unit 940 selects one fisheye camera among the remaining fisheye cameras for each pixel of a preset reference fisheye image among the received fisheye images using a sweep volume for preset distance candidates. do.

여기서, 선택부(940)는 기준 어안 영상의 각 픽셀에 대해, 가장 높은 거리 판별력을 가지는 어안 카메라를 어느 하나의 어안 카메라로 선택할 수 있다.Here, the selection unit 940 may select the fisheye camera with the highest distance discrimination power as any one fisheye camera for each pixel of the reference fisheye image.

여기서, 선택부(940)는 기준 어안 영상의 각 픽셀에 대해, 거리 후보들 중 첫번째 거리 후보와 마지막 거리 후보 간 가장 큰 각도 변화를 갖는 어안 카메라를 어느 하나의 어안 카메라로 선택할 수 있다.Here, for each pixel of the reference fisheye image, the selection unit 940 may select the fisheye camera having the largest angle change between the first and last distance candidates among the distance candidates as any one fisheye camera.

생성부(950)는 기준 어안 영상과 선택된 어느 하나의 어안 카메라의 어안 영상을 이용하여 모든 픽셀에 대한 거리 맵을 생성한다.The generator 950 generates a distance map for all pixels using the reference fisheye image and the fisheye image of one selected fisheye camera.

여기서, 생성부(950)는 기준 어안 영상과 선택된 어느 하나의 어안 카메라의 어안 영상에 대한 양방향(bilateral) 비용 볼륨 필터링을 이용하여 모든 픽셀에 대한 거리 맵을 생성할 수 있다.Here, the generator 950 may generate a distance map for all pixels using bilateral cost volume filtering on the reference fisheye image and the fisheye image of any one selected fisheye camera.

나아가, 생성부(950)는 생성된 거리 맵과 어안 영상들의 픽셀 값을 이용하여 360도 컬러 영상을 실시간으로 생성할 수 있다.Furthermore, the generator 950 can generate a 360-degree color image in real time using the generated distance map and pixel values of the fisheye images.

이 때, 생성부(950)는 360도 컬러 영상에서 누락된 영역을 360도 컬러 영상의 배경을 이용하여 인페인팅함으로써, 최종 360도 컬러 영상을 실시간으로 생성할 수 있다. 구체적으로, 360도 컬러 영상을 실시간으로 생성하는 과정은 360도 컬러 영상에서 전경 방향과 배경 방향을 결정함으로써, 인페인팅 방향을 결정하고, 결정된 인페인팅 방향과 누락된 영역의 폐색 방향에 따라 인페인팅 커널을 계산하며, 계산된 인페인팅 커널을 거리 맵에 적용함으로써, 360도 컬러 영상의 배경에 대한 깊이 값을 이용하여 누락된 영역을 인페인팅할 수 있다.At this time, the generator 950 can generate the final 360-degree color image in real time by inpainting the missing area in the 360-degree color image using the background of the 360-degree color image. Specifically, the process of generating a 360-degree color image in real time determines the inpainting direction by determining the foreground direction and background direction in the 360-degree color image, and inpainting is performed according to the determined inpainting direction and the occlusion direction of the missing area. By calculating the kernel and applying the calculated inpainting kernel to the distance map, the missing area can be inpainted using the depth value of the background of the 360-degree color image.

매칭부(960)는 생성된 거리 맵을 이용하여 수신된 어안 영상들에 대한 실시간 스테레오 매칭을 수행한다.The matching unit 960 performs real-time stereo matching on the received fisheye images using the generated distance map.

비록, 도 9의 시스템에서 그 설명이 생략되었더라도, 도 9의 시스템을 구성은 각 구성은 도 1 내지 도 8에서 설명한 모든 내용을 포함할 수 있으며, 이는 이 기술 분야에 종사하는 당업자에게 있어서 자명하다.Although the description is omitted in the system of FIG. 9, each component of the system of FIG. 9 may include all the contents described in FIGS. 1 to 8, which is obvious to those skilled in the art. .

이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다.  또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다.  이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다.  예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다.  또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The device described above may be implemented with hardware components, software components, and/or a combination of hardware components and software components. For example, devices and components described in embodiments may include, for example, a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, a field programmable array (FPA), It may be implemented using one or more general-purpose or special-purpose computers, such as a programmable logic unit (PLU), microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions. A processing device may execute an operating system (OS) and one or more software applications that run on the operating system. Additionally, a processing device may access, store, manipulate, process, and generate data in response to the execution of software. For ease of understanding, a single processing device may be described as being used; however, those skilled in the art will understand that a processing device includes multiple processing elements and/or multiple types of processing elements. It can be seen that it may include. For example, a processing device may include a plurality of processors or one processor and one controller. Additionally, other processing configurations, such as parallel processors, are possible.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다.  소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치에 구체화(embody)될 수 있다.  소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.Software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of these, which may configure a processing unit to operate as desired, or may be processed independently or collectively. You can command the device. Software and/or data may be used on any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device to be interpreted by or to provide instructions or data to a processing device. It can be embodied in . Software may be distributed over networked computer systems and stored or executed in a distributed manner. Software and data may be stored on one or more computer-readable recording media.

실시예에 따른 방법은 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 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.  컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 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.  The method according to the embodiment may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded on a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc., singly or in combination. Program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for the embodiment or may be known and available to those skilled in the art of computer software. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic media such as floptical disks. -Includes optical media (magneto-optical media) and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, etc. Examples of program instructions include machine language code, such as that produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter, etc.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.  예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described with limited examples and drawings, various modifications and variations can be made by those skilled in the art from the above description. For example, the described techniques are performed in a different order than the described method, and/or components of the described system, structure, device, circuit, etc. are combined or combined in a different form than the described method, or other components are used. Alternatively, appropriate results may be achieved even if substituted or substituted by an equivalent.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents of the claims also fall within the scope of the claims described below.

Claims (19)

서로 반대 방향을 촬영하게 배치된 제1 어안 카메라와 제2 어안 카메라를 포함하는 첫번째 쌍의 어안 카메라들; 및
서로 반대 방향을 촬영하게 배치된 제3 어안 카메라와 제4 어안 카메라를 포함하는 두번째 쌍의 어안 카메라들
을 포함하고,
상기 첫번째 쌍의 어안 카메라들과 상기 두번째 쌍의 어안 카메라들은 서로 다른 높이를 갖도록 수직으로 배치되며, 거리 맵을 생성하여 3D 좌표를 따라 어안 영상을 투영하며,
상기 제1 어안 카메라와 상기 제2 어안 카메라는 동일한 제1 높이에서 서로 반대 방향을 촬영하며, 상기 제3 어안 카메라와 상기 제4 어안 카메라는 동일한 제2 높이에서 서로 반대 방향을 촬영하고,
상기 제1 높이와 상기 제2 높이는 서로 다른 것을 특징으로 하는 실시간 전방위 스테레오 매칭 시스템.
A first pair of fisheye cameras including a first fisheye camera and a second fisheye camera arranged to take pictures in opposite directions; and
A second pair of fisheye cameras including a third fisheye camera and a fourth fisheye camera arranged to shoot in opposite directions.
Including,
The first pair of fisheye cameras and the second pair of fisheye cameras are arranged vertically to have different heights, generate a distance map and project the fisheye image along 3D coordinates,
The first fisheye camera and the second fisheye camera photograph opposite directions from the same first height, and the third fisheye camera and the fourth fisheye camera photograph opposite directions from the same second height,
A real-time omnidirectional stereo matching system, wherein the first height and the second height are different from each other.
제1항에 있어서,
상기 첫번째 상의 어안 카메라들과 상기 두번째 쌍의 어안 카메라들은
두 쌍의 높이가 다르게 배열하여 상기 제1 어안 카메라 내지 상기 제4 어안 카메라의 부분 오버랩을 만드는 것을 특징으로 하는 실시간 전방위 스테레오 매칭 시스템.
According to paragraph 1,
The first pair of fisheye cameras and the second pair of fisheye cameras
A real-time omnidirectional stereo matching system characterized in that the two pairs are arranged at different heights to create partial overlap of the first to fourth fisheye cameras.
제1항에 있어서,
상기 제1 어안 카메라 내지 상기 제4 어안 카메라를 통해 촬영되는 피사체에 대한 어안 영상들을 수신하는 수신부;
미리 설정된 거리 후보들에 대한 스윕 볼륨(sweep volume)을 이용하여 상기 수신된 어안 영상들 중에서 미리 설정된 기준 어안 영상의 각 픽셀에 대해, 나머지 어안 카메라들 중 어느 하나의 어안 카메라를 선택하는 선택부;
상기 기준 어안 영상과 상기 선택된 어느 하나의 어안 카메라의 어안 영상을 이용하여 모든 픽셀에 대한 거리 맵을 생성하는 생성부; 및
상기 생성된 거리 맵을 이용하여 상기 수신된 어안 영상들에 대한 실시간 스테레오 매칭을 수행하는 매칭부
를 더 포함하는 실시간 전방위 스테레오 매칭 시스템.
According to paragraph 1,
a receiving unit that receives fisheye images of a subject captured through the first to fourth fisheye cameras;
a selection unit that selects one fisheye camera among the remaining fisheye cameras for each pixel of a preset reference fisheye image among the received fisheye images using a sweep volume for preset distance candidates;
a generator that generates a distance map for all pixels using the reference fisheye image and the fisheye image of the selected fisheye camera; and
A matching unit that performs real-time stereo matching on the received fisheye images using the generated distance map.
A real-time omnidirectional stereo matching system further comprising:
제3항에 있어서,
상기 선택부는
상기 기준 어안 영상의 각 픽셀에 대해, 가장 높은 거리 판별력을 가지는 어안 카메라를 상기 어느 하나의 어안 카메라로 선택하는 것을 특징으로 하는 실시간 전방위 스테레오 매칭 시스템.
According to paragraph 3,
The selection section
A real-time omnidirectional stereo matching system, characterized in that, for each pixel of the reference fisheye image, a fisheye camera with the highest distance discrimination power is selected as one of the fisheye cameras.
제3항에 있어서,
상기 선택부는
상기 기준 어안 영상의 각 픽셀에 대해, 상기 거리 후보들 중 첫번째 거리 후보와 마지막 거리 후보 간 가장 큰 각도 변화를 갖는 어안 카메라를 상기 어느 하나의 어안 카메라로 선택하는 것을 특징으로 하는 실시간 전방위 스테레오 매칭 시스템.
According to paragraph 3,
The selection section
A real-time omnidirectional stereo matching system, characterized in that, for each pixel of the reference fisheye image, a fisheye camera having the largest angle change between a first and a last distance candidate among the distance candidates is selected as one of the fisheye cameras.
제3항에 있어서,
상기 생성부는
상기 기준 어안 영상과 상기 선택된 어느 하나의 어안 카메라의 어안 영상에 대한 양방향(bilateral) 비용 볼륨 필터링을 이용하여 상기 모든 픽셀에 대한 거리 맵을 생성하는 것을 특징으로 하는 실시간 전방위 스테레오 매칭 시스템.
According to paragraph 3,
The generator
A real-time omnidirectional stereo matching system, characterized in that it generates a distance map for all pixels using bilateral cost volume filtering on the reference fisheye image and the fisheye image of any one of the selected fisheye cameras.
제3항에 있어서,
상기 생성부는
상기 생성된 거리 맵과 상기 어안 영상들의 픽셀 값을 이용하여 360도 컬러 영상을 실시간으로 생성하는 것을 특징으로 하는 실시간 전방위 스테레오 매칭 시스템.
According to paragraph 3,
The generator
A real-time omnidirectional stereo matching system that generates a 360-degree color image in real time using the generated distance map and pixel values of the fisheye images.
제7항에 있어서,
상기 생성부는
상기 360도 컬러 영상에서 누락된 영역을 상기 360도 컬러 영상의 배경을 이용하여 인페인팅함으로써, 최종 360도 컬러 영상을 실시간으로 생성하는 것을 특징으로 하는 실시간 전방위 스테레오 매칭 시스템.
In clause 7,
The generator
A real-time omnidirectional stereo matching system that generates a final 360-degree color image in real time by inpainting areas missing from the 360-degree color image using the background of the 360-degree color image.
제8항에 있어서,
상기 생성부는
상기 360도 컬러 영상에서 전경 방향과 배경 방향을 결정함으로써, 인페인팅 방향을 결정하고, 상기 결정된 인페인팅 방향과 상기 누락된 영역의 폐색 방향에 따라 인페인팅 커널을 계산하며, 상기 계산된 인페인팅 커널을 상기 거리 맵에 적용함으로써, 상기 360도 컬러 영상의 배경에 대한 깊이 값을 이용하여 상기 누락된 영역을 인페인팅하는 것을 특징으로 하는 실시간 전방위 스테레오 매칭 시스템.
According to clause 8,
The generator
Determine the inpainting direction by determining the foreground direction and background direction in the 360-degree color image, calculate an inpainting kernel according to the determined inpainting direction and the occlusion direction of the missing area, and calculate the inpainting kernel. A real-time omnidirectional stereo matching system, characterized in that the missing area is inpainted using a depth value for the background of the 360-degree color image by applying to the distance map.
서로 반대 방향을 촬영하게 배치된 제1 어안 카메라와 제2 어안 카메라를 포함하는 첫번째 쌍의 어안 카메라들 및 서로 반대 방향을 촬영하게 배치된 제3 어안 카메라와 제4 어안 카메라를 포함하는 두번째 쌍의 어안 카메라들을 포함하며, 상기 첫번째 쌍의 어안 카메라들과 상기 두번째 쌍의 어안 카메라들이 서로 다른 높이를 갖도록 수직으로 배치되는 카메라 시스템에서의 실시간 전방위 스테레오 매칭 방법에 있어서,
상기 제1 어안 카메라 내지 상기 제4 어안 카메라를 통해 촬영되는 피사체에 대한 어안 영상들을 수신하는 단계;
미리 설정된 거리 후보들에 대한 스윕 볼륨(sweep volume)을 이용하여 상기 수신된 어안 영상들 중에서 미리 설정된 기준 어안 영상의 각 픽셀에 대해, 나머지 어안 카메라들 중 어느 하나의 어안 카메라를 선택하는 단계;
상기 기준 어안 영상과 상기 선택된 어느 하나의 어안 카메라의 어안 영상을 이용하여 모든 픽셀에 대한 거리 맵을 생성하는 단계; 및
상기 생성된 거리 맵을 이용하여 상기 수신된 어안 영상들에 대한 실시간 스테레오 매칭을 수행하는 단계
를 포함하고,
상기 제1 어안 카메라와 상기 제2 어안 카메라는 동일한 제1 높이에서 서로 반대 방향을 촬영하며, 상기 제3 어안 카메라와 상기 제4 어안 카메라는 동일한 제2 높이에서 서로 반대 방향을 촬영하고, 상기 제1 높이와 상기 제2 높이는 서로 다른 것을 특징으로 하는 실시간 전방위 스테레오 매칭 방법.
A first pair of fisheye cameras including a first fisheye camera and a second fisheye camera arranged to photograph opposite directions, and a second pair including a third fisheye camera and a fourth fisheye camera disposed to photograph opposite directions. In the real-time omnidirectional stereo matching method in a camera system including fisheye cameras, wherein the first pair of fisheye cameras and the second pair of fisheye cameras are vertically arranged to have different heights,
Receiving fisheye images of a subject captured through the first to fourth fisheye cameras;
selecting one of the remaining fisheye cameras for each pixel of a preset reference fisheye image among the received fisheye images using a sweep volume for preset distance candidates;
generating a distance map for all pixels using the reference fisheye image and the fisheye image of the selected fisheye camera; and
Performing real-time stereo matching on the received fisheye images using the generated distance map.
Including,
The first fisheye camera and the second fisheye camera photograph opposite directions from the same first height, the third fisheye camera and the fourth fisheye camera photograph opposite directions from the same second height, and the third fisheye camera and the fourth fisheye camera photograph opposite directions from the same second height. A real-time omnidirectional stereo matching method, characterized in that the first height and the second height are different from each other.
제10항에 있어서,
상기 어느 하나의 어안 카메라를 선택하는 단계는
상기 기준 어안 영상의 각 픽셀에 대해, 가장 높은 거리 판별력을 가지는 어안 카메라를 상기 어느 하나의 어안 카메라로 선택하는 것을 특징으로 하는 실시간 전방위 스테레오 매칭 방법.
According to clause 10,
The step of selecting any one fisheye camera is
A real-time omnidirectional stereo matching method, characterized in that for each pixel of the reference fisheye image, a fisheye camera with the highest distance discrimination ability is selected as one of the fisheye cameras.
제10항에 있어서,
상기 어느 하나의 어안 카메라를 선택하는 단계는
상기 기준 어안 영상의 각 픽셀에 대해, 상기 거리 후보들 중 첫번째 거리 후보와 마지막 거리 후보 간 가장 큰 각도 변화를 갖는 어안 카메라를 상기 어느 하나의 어안 카메라로 선택하는 것을 특징으로 하는 실시간 전방위 스테레오 매칭 방법.
According to clause 10,
The step of selecting any one fisheye camera is
A real-time omnidirectional stereo matching method, characterized in that, for each pixel of the reference fisheye image, a fisheye camera having the largest angle change between a first and a last distance candidate among the distance candidates is selected as one of the fisheye cameras.
제10항에 있어서,
상기 모든 픽셀에 대한 거리 맵을 생성하는 단계는
상기 기준 어안 영상과 상기 선택된 어느 하나의 어안 카메라의 어안 영상에 대한 양방향(bilateral) 비용 볼륨 필터링을 이용하여 상기 모든 픽셀에 대한 거리 맵을 생성하는 것을 특징으로 하는 실시간 전방위 스테레오 매칭 방법.
According to clause 10,
The step of generating a distance map for all pixels is
A real-time omnidirectional stereo matching method, characterized in that generating a distance map for all pixels using bilateral cost volume filtering on the reference fisheye image and the fisheye image of any one of the selected fisheye cameras.
제10항에 있어서,
상기 생성된 거리 맵과 상기 어안 영상들의 픽셀 값을 이용하여 360도 컬러 영상을 실시간으로 생성하는 단계
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 전방위 스테레오 매칭 방법.
According to clause 10,
Generating a 360-degree color image in real time using the generated distance map and pixel values of the fisheye images.
A real-time omnidirectional stereo matching method further comprising:
제14항에 있어서,
상기 360도 컬러 영상을 실시간으로 생성하는 단계는
상기 360도 컬러 영상에서 누락된 영역을 상기 360도 컬러 영상의 배경을 이용하여 인페인팅함으로써, 최종 360도 컬러 영상을 실시간으로 생성하는 것을 특징으로 하는 실시간 전방위 스테레오 매칭 방법.
According to clause 14,
The step of generating the 360-degree color image in real time is
A real-time omnidirectional stereo matching method, characterized in that the final 360-degree color image is generated in real time by inpainting the missing area in the 360-degree color image using the background of the 360-degree color image.
제15항에 있어서,
상기 360도 컬러 영상을 실시간으로 생성하는 단계는
상기 360도 컬러 영상에서 전경 방향과 배경 방향을 결정함으로써, 인페인팅 방향을 결정하고, 상기 결정된 인페인팅 방향과 상기 누락된 영역의 폐색 방향에 따라 인페인팅 커널을 계산하며, 상기 계산된 인페인팅 커널을 상기 거리 맵에 적용함으로써, 상기 360도 컬러 영상의 배경에 대한 깊이 값을 이용하여 상기 누락된 영역을 인페인팅하는 것을 특징으로 하는 실시간 전방위 스테레오 매칭 방법.
According to clause 15,
The step of generating the 360-degree color image in real time is
Determine the inpainting direction by determining the foreground direction and background direction in the 360-degree color image, calculate an inpainting kernel according to the determined inpainting direction and the occlusion direction of the missing area, and calculate the inpainting kernel. A real-time omnidirectional stereo matching method characterized by inpainting the missing area using a depth value for the background of the 360-degree color image by applying to the distance map.
서로 반대 방향을 촬영하게 배치된 제1 어안 카메라와 제2 어안 카메라를 포함하는 첫번째 쌍의 어안 카메라들 및 서로 반대 방향을 촬영하게 배치된 제3 어안 카메라와 제4 어안 카메라를 포함하는 두번째 쌍의 어안 카메라들을 포함하는 카메라 시스템에서의 실시간 전방위 스테레오 매칭 방법에 있어서,
상기 제1 어안 카메라 내지 상기 제4 어안 카메라를 통해 촬영되는 피사체에 대한 어안 영상들을 수신하는 단계;
미리 설정된 거리 후보들에 대한 스윕 볼륨(sweep volume)을 이용하여 상기 수신된 어안 영상들 중에서 미리 설정된 기준 어안 영상의 각 픽셀에 대해, 나머지 어안 카메라들 중 어느 하나의 어안 카메라를 선택하는 단계;
상기 기준 어안 영상과 상기 선택된 어느 하나의 어안 카메라의 어안 영상에 대한 양방향(bilateral) 비용 볼륨 필터링을 이용하여 모든 픽셀에 대한 거리 맵을 생성하는 단계; 및
상기 생성된 거리 맵을 이용하여 상기 수신된 어안 영상들에 대한 실시간 스테레오 매칭을 수행하는 단계
를 포함하는 실시간 전방위 스테레오 매칭 방법.
A first pair of fisheye cameras including a first fisheye camera and a second fisheye camera arranged to photograph opposite directions, and a second pair including a third fisheye camera and a fourth fisheye camera disposed to photograph opposite directions. In a real-time omnidirectional stereo matching method in a camera system including fisheye cameras,
Receiving fisheye images of a subject captured through the first to fourth fisheye cameras;
selecting one of the remaining fisheye cameras for each pixel of a preset reference fisheye image among the received fisheye images using a sweep volume for preset distance candidates;
generating a distance map for all pixels using bilateral cost volume filtering on the reference fisheye image and the fisheye image of the selected fisheye camera; and
Performing real-time stereo matching on the received fisheye images using the generated distance map.
A real-time omnidirectional stereo matching method including.
제17항에 있어서,
상기 어느 하나의 어안 카메라를 선택하는 단계는
상기 기준 어안 영상의 각 픽셀에 대해, 가장 높은 거리 판별력을 가지는 어안 카메라를 상기 어느 하나의 어안 카메라로 선택하는 것을 특징으로 하는 실시간 전방위 스테레오 매칭 방법.
According to clause 17,
The step of selecting any one fisheye camera is
A real-time omnidirectional stereo matching method, characterized in that for each pixel of the reference fisheye image, a fisheye camera with the highest distance discrimination ability is selected as one of the fisheye cameras.
제17항에 있어서,
상기 어느 하나의 어안 카메라를 선택하는 단계는
상기 기준 어안 영상의 각 픽셀에 대해, 상기 거리 후보들 중 첫번째 거리 후보와 마지막 거리 후보 간 가장 큰 각도 변화를 갖는 어안 카메라를 상기 어느 하나의 어안 카메라로 선택하는 것을 특징으로 하는 실시간 전방위 스테레오 매칭 방법.
According to clause 17,
The step of selecting any one fisheye camera is
A real-time omnidirectional stereo matching method, characterized in that, for each pixel of the reference fisheye image, a fisheye camera having the largest angle change between a first and a last distance candidate among the distance candidates is selected as one of the fisheye cameras.
KR1020220018075A 2021-03-25 2022-02-11 Real-time omnidirectional stereo matching method using multi-view fisheye lenses and system therefore KR102587298B1 (en)

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