보정 패턴
카메라 보정기와 스테레오 카메라 보정기 앱은 키포인트를 추출하기 위해 체커보드, 원 그리드, AprilGrid, ChArUco 보드, 사용자 지정 검출기 패턴을 지원합니다. 이 앱은 사용자 지정 패턴 검출기를 추가할 수 있는 기능을 제공하며, 이를 생성하는 데 도움이 되는 기본 제공 템플릿을 제공합니다.
보정 패턴이란?
카메라 보정은 영상 또는 비디오 카메라의 렌즈 및 영상 센서에 대한 파라미터를 추정합니다. 이러한 파라미터를 사용하여 장면의 구조를 추정하고 렌즈 왜곡을 제거할 수 있습니다. 카메라 파라미터에는 다음이 포함됩니다.
내부 파라미터 — 초점 거리, 광학적 중심(주점이라고도 함), 왜도 계수와 같은 카메라의 내부 특성과 관련됩니다.
외부 파라미터 — 3차원 장면에서 카메라의 로케이션(위치와 방향)을 설명합니다.
내부 파라미터 및 외부 파라미터 계산 방법과 단일 카메라(핀홀) 및 어안 카메라 보정에 대한 자세한 내용은 각각 카메라 보정이란? 및 어안 보정 기본 사항 항목을 참조하십시오.
내부 파라미터 및 외부 파라미터를 추정하려면 3차원 세계 좌표 점과 그에 대응되는 2차원 영상 점이 필요합니다. 보정 패턴을 나타내는 여러 영상을 사용하여 이러한 대응점을 얻을 수 있습니다. 보정 패턴은 보정 그리드 또는 보정 타깃이라고도 하며, 크기와 간격이 알려진 반복 패턴입니다.
예를 들어, 체커보드 패턴은 크기가 같은 흰색과 검은색 정사각형이 번갈아 배열된 패턴입니다. 패턴 내부에 있는 정사각형의 코너는 제어점으로 사용됩니다. 이러한 코너는 코너 검출기 알고리즘을 사용하여 2차원 보정 영상에서 자동으로 검출할 수 있습니다. 체커보드에서 가장 왼쪽 위 정사각형의 오른쪽 아래 코너 점을 원점으로 가정하면, 체커보드의 정사각형 크기를 사용하여 점의 3차원 세계 좌표를 결정할 수도 있습니다.
다양한 유형의 보정 패턴에서 비슷한 가정을 통해 원점을 식별하므로, 알고리즘이 패턴의 구조에 따라 이를 자동으로 식별할 수 있습니다. 스테레오 카메라를 보정할 때 패턴의 원점은 고유하게 식별할 수 있어야 하므로 180도 모호성(180-degree ambiguity)이 없어야 합니다. 즉, 패턴이 180도 회전했을 때 동일하게 보여서는 안 됩니다. 다음은 180도 모호성을 포함하는 보정 패턴의 예이며, 스테레오 카메라를 보정할 때는 피해야 합니다.
지원되는 패턴
Computer Vision Toolbox™에는 기본적으로 지원되는 각 패턴 유형의 예시 패턴이 포함되어 있습니다. 이러한 지원되는 패턴의 PDF 파일을 열려면 링크를 선택하거나 MATLAB® 프롬프트에서 대응되는 명령을 입력하십시오.
open checkerboardPattern.pdfopen symmetricCirclesGridPattern.pdfopen asymmetricCirclesGridPattern.pdfopen aprilGridPattern.pdfopen charucoBoardPattern.pdf
체커보드 패턴
체커보드 패턴은 카메라 보정에 가장 일반적으로 사용되는 보정 패턴입니다. 이 패턴의 제어점은 체커보드 내부에 있는 코너입니다. 코너는 매우 작기 때문에 원근과 렌즈 왜곡에 영향을 받지 않는 경우가 많습니다. 보정기 앱은 부분적인 체커보드를 검출할 수도 있으며, 이는 광각 렌즈가 있는 카메라를 보정할 때 유용할 수 있습니다. 한 방향으로는 짝수 개의 정사각형이 있고 다른 방향으로는 홀수 개의 정사각형이 있으며, 한쪽 변의 양 코너에는 두 개의 검은색 정사각형이 있고 그 반대쪽 변의 양 코너에는 두 개의 흰색 정사각형이 있는 체커보드를 사용하십시오. 이렇게 하면 앱이 모든 보정 영상에서 패턴의 방향과 원점을 일관되게 결정할 수 있습니다. 보정기는 긴 변을 x 방향으로 지정합니다. 정사각형 체커보드 패턴은 카메라 외부 파라미터에 예상치 못한 결과를 초래할 수 있습니다.
체커보드 패턴을 준비하려면 다음을 수행하십시오.
체커보드 출력물을 평평한 표면에 부착합니다. 표면의 불완전성은 보정의 정확도에 영향을 미칠 수 있습니다.
체커보드 정사각형의 한 변을 측정합니다. 보정에 이 측정값이 필요합니다. 정사각형의 크기는 프린터 설정에 따라 달라질 수 있습니다.
검출 속도를 향상시키기 위해 배경 클러터(clutter)를 최소화하여 패턴을 설정합니다.
원 그리드 패턴
원 그리드 패턴(원 그리드라고도 함)은 균일한 간격의 원을 사용하여 그리드 구조를 형성하는 보정 패턴의 한 클래스입니다. 이 패턴은 크게 대칭 패턴과 비대칭 패턴의 두 가지 유형으로 분류됩니다. 원 그리드 패턴은 체커보드 패턴에서 흔히 발생하는 잡음으로 인한 코너 검출 오류를 줄일 수 있어, 열화상 카메라 보정에 선호됩니다.
| 패턴 | 예 | 설명 |
|---|---|---|
대칭 |
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비대칭 |
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ChArUco 보드 패턴
ChArUco 보드는 널리 사용되는 보정 패턴 중 하나로, 기준 마커(fiducial marker)로 구성되어 있으며 보통 다중 카메라 보정에 사용됩니다. 이는 정밀한 코너 검출에 도움이 되는 흑백 정사각형(체커보드) 그리드와 체커보드의 흰색 정사각형 안에 배치된 작은 정사각형 이진 코드인 ArUco 마커가 결합된 형태입니다. 이러한 코드는 고유하게 식별할 수 있어 추가 기준점을 제공합니다. 체커보드와 ArUco 마커가 결합된 구성 덕분에 일부 마커나 코너가 가려지거나 시야에서 벗어나는 어려운 조건에서도 공간 내 보드의 위치와 방향을 더욱 강인하고 정확하게 검출할 수 있습니다. 따라서 ChArUco 보드는 여러 대의 카메라 또는 다중 카메라 시스템을 보정하는 데 특히 유용한데, 스테레오 보정 영상에서는 ChArUco 보드의 전체 가시성을 확보하기 어려울 수 있기 때문입니다.
| 패턴 | 예 | 설명 |
|---|---|---|
ChArUco 보드 |
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AprilGrid 패턴
AprilGrid 패턴은 UAV와 이동 로봇에서의 카메라 보정과 다중 센서 보정에 일반적으로 사용되며, 행과 열로 구성된 그리드 구조로 배치된 AprilTag 기준 마커(fiducial marker)로 이루어져 있습니다. 이 배열 내의 각 AprilTag는 보정에 필수적인 네 개의 키포인트를 제공하므로 AprilGrid 패턴은 이러한 목적에 가장 공간 효율적인 옵션입니다. 이러한 AprilTag의 고유한 식별 기능은 추가 기준점을 제공하여 공간에서 패턴의 위치와 방향을 검출할 때 강인성과 정확성을 향상시킵니다. 이 기능은 특정 마커나 코너가 가려지거나 카메라 시야에서 벗어나는 경우 등 어려운 조건에서 특히 유용합니다.
| 패턴 | 예 | 설명 |
|---|---|---|
AprilGrid 패턴 |
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사용자 지정 패턴 검출기
템플릿을 사용하여 사용자 지정 패턴을 만들 수 있습니다. 영상을 보정기로 불러올 때 속성 대화 상자에서 사용자 지정 패턴 섹션을 확장하고 패턴 검출기 가져오기를 선택하여 템플릿을 엽니다. 사용자 지정 템플릿을 만들고 사용하는 예제는 Camera Calibration Using Custom Planar Calibration Patterns 항목을 참조하십시오.
