A Study on Depth Data Extraction for Object Based on Camera Calibration of Known Patterns

기지 패턴의 카메라 Calibration에 기반한 물체의 깊이 데이터 추출에 관한 연구

In this thesis, a new measurement system is implemented for depth data extraction based on the camera calibration of the known pattern. The relation between 3D world coordinate and 2D image coordinate is analyzed. A new camera calibration algorithm is established from the analysis and then, the internal variables and external variables of the CCD camera are obtained. Suppose that the measurement plane is horizontal plane, from the 2D plane equation and coordinate transformation equation the approximation values corresponding minimum values using Newton-Rabbson method is obtained and they are stored into the look-up table for real time processing . A slit laser light is projected onto the object, and a 2D image obtained on the x-z plane in the measurement system. A 3D shape image can be obtained as the 2D (x-z)images are continuously acquired, during the object is moving to the y direction. The 3D shape images are displayed on computer monitor by use of OpenGL software. In a measuremental result, we found that the resolution of pixels have $\pm$ 1% of error in depth data. It seems that the error components are due to the vibration of mechanic and optical system. We expect that the measurement system need some of mechanic stability and precision optical system in order to improve the system.

본 논문에서는, 기지패턴에 대한 카메라 Calibration을 이용하여 물체의 깊이정보를 추출하기 위한 새로운 계측시스템을 구축하였다. 3차원 실세계좌표와 2차원 영상좌표계의 관계를 해석하였고, 이로부터 카메라의 Calibration 알고리즘을 확립하여 카메라의 내부 변수와 외부 변수를 구하였다. 3차원 공간의 계측면을 평면으로 가정하고 평면의 방정식과 좌표계 변환 방정식으로부터 뉴-턴 랩슨법을 이용하여 최소 값에 대응하는 근사치로 깊이정보를 추출하고 실시간 처리를 위해 이를 Look-up 테이블에 저장하였다. 실험시스템에서 슬릿 레이저 투광기를 물체에 조사하고 이로부터 x-z평면의 2D 영상을 획득하였다. 이 과정을 물체를 이동시키면서 연속으로 획득하여 3D 영상 정보를 얻었다. 3D 형상을 모니터에 표시하기 위해 OpenGL을 이용하여 계측된 3D 형상을 얻을 수 있었다. 계측 결과, 분해능에서 약 1%의 오차가 발생하였으며, 이는 선형 모-터의 진동성분과 계측시스템의 광학적 오차에 기인된 것이라 판단되었다. 이를 개선하기 위해 기구적 시스템의 안정과 정밀용 카메라를 사용하므로 해결할 수 있으리라 판단된다.