Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society (한국산학기술학회논문지)

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Catadioptric Omnidirectional Stereo Imaging System and Reconstruction of 3-dimensional Coordinates

Catadioptric 전방향 스테레오 영상시스템 및 3차원 좌표 복원

  • Kim, Soon-Cheol (Dept. of Electrical and Information Engineering, Seoul National University of Science and Technology) ;
  • Yi, Soo-Yeong (Dept. of Electrical and Information Engineering, Seoul National University of Science and Technology)
  • 김순철 (서울과학기술대학교 전기정보공학과) ;
  • 이수영 (서울과학기술대학교 전기정보공학과)
  • Received : 2014.12.15
  • Accepted : 2015.06.11
  • Published : 2015.06.30
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Abstract

An image acquisition by using an optical mirror is called as a catadioptric method. The catadioptric imaging method is generally used for acquisition of 360-degree all directional visual information in an image. An exemplar omnidirectional optical mirror is the bowl-shaped hyperbolic mirror. In this paper, a single camera omnidirectional stereo imaging method is studied with an additional concave lens. It is possible to obtain 3 dimensional coordinates of environmental objects from the omnidirectional stereo image by matching the stereo image having different view points. The omnidirectional stereo imaging system in this paper is cost-effective and relatively easy for correspondence matching because of consistent camera intrinsic parameters in the stereo image. The parameters of the imaging system are extracted through 3-step calibration and the performance for 3-dimensional coordinates reconstruction is verified through experiments in this paper. Measurable range of the proposed imaging system is also presented by depth-resolution analysis.

광학 반사체를 이용하여 카메라 영상을 얻는 방법을 catadioptric 영상법이라고 부른다. Catadioptric 영상법은 360도 모든 방향의 시각정보를 한 장의 영상면에 담기 위한 전방향 영상 획득시스템에 많이 사용된다. 대표적인 전방향 광학 반사체로서 그릇 모양의 3차원 쌍곡면형 거울이 있다. 본 논문에서는 쌍곡면형 반사체를 이용한 catadioptric 전방향 영상 시스템에 간단히 오목 렌즈를 추가함으로써 하나의 카메라로 시점이 다른 전방향 스테레오 영상을 얻는 방법에 관해 연구하였다. 시점이 다른 전방향 스테레오 영상 정합을 통해 대상 물체의 3차원 좌표를 복원할 수 있다. 본 전방향 스테레오 영상 시스템은 한 대의 카메라를 사용하므로 경제적이며, 스테레오 영상간에 카메라 내재 매개변수가 같으므로 정합이 쉽다는 장점이 있다. 본 논문에서는 3차원 좌표값 측정에 필요한 매개변수들을 3 단계 캘리브레이션을 이용하여 추출하였고, 실험을 통해 전방향 3차원 거리측정 성능을 검증하였다. 또한 거리측정 정밀도를 분석하여 본 스테레오 영상 시스템의 신뢰할 만한 측정범위를 제시하였다.

Keywords

References

  1. S Baker and S. Nayer, "A theory of single-view point catadioptric image formation," Int'l Journal of Computer Vision, vol. 35, no. 2, pp. 175-196, 1999. DOI: http://dx.doi.org/10.1023/A:1008128724364
  2. P. Doubek and T. Svoboda, "Realable 3D reconstruction from a few catadioptric images," Proc. of Third Workshop on Omnidirectional Vision, OMNVIS2002, pp. 71-78, 2002.
  3. S. Lin and R. Citris, "High resolution catadioptric omnidirectional stereo sensor for robot vision," Proc. of ICRA, 2003.
  4. E. Cabral, J. Souza, and C. Hunoid, "Omnidirectional stereo vision with a hyperbolic double lobed mirror," Proc. of Int'l Conf. on Pattern Recognition'04, pp. 1-4, 2004. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/icpr.2004.1333989
  5. D. Southwell, A. Basu, M. Fiala, and J. Reyda, "Panoramic Stereo," Proc. of ICPR'96, pp. 378-382, 1996. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/icpr.1996.546053
  6. M. Fiala and A. Basu, "Feature extraction and calibration for sterero reconstruction using non-SVP optics in a panoramic stereo-vision sensor," Proc. of Third Workshop on Omnidirectional Vision, OMNVIS2002, pp.79-86, 2002.
  7. G. Jang, S. Kim, and I. Kweon, "Single camera catadioptric stereo system," Proc. of Workshop on Omnidirectional Vision, Camera Networks and Non-Classical Cameras(OMNIVIS2005), 2005.
  8. S. Yi and B. Choi, "Single camera omnidirectional stereo imaging system," Journal of Institute of Control, Robotics and Systems (in Korean), vol. 15, no. 4, pp. 400-405, 2009. DOI: http://dx.doi.org/10.5302/J.ICROS.2009.15.4.400
  9. S. Yi and S. Kim, "Depth measurement using an omnidirectional stereo vision system with a single camera," Journal of Institute of Control, Robotics and Systems (in Korean), vol. 19, no. 11, pp. 955-959, 2013. DOI: http://dx.doi.org/10.5302/J.ICROS.2013.13.9028
  10. Camera Calibration Toolbox for Matlab, http://www.vision.caltech.edu/bouguetj/calib_doc/, (accessed Dec., 10, 2014)
  11. http://www.neovision.cz/prods/panoramic/h3s.html, (accessed Dec., 10, 2014)