컴퓨터 비전 & 패턴 인식 - 2. 영상 취득과 핀홀 카메라 모델로 보는 카메라 파라미터

눈과 카메라의 영상 취득 원리 비교

 

눈을 통한 영상 취득

1. 눈으로 빛이 들어옴

2. 수정체에 빛이 굴절됨

3. 망막에 상이 맺힘

 

카메라의 영상 취득

1. 카메라로 빛이 들어옴

2. 렌즈를 통해 빛이 굴절됨

3. 필름에 상이 맺힘

- 이 필름 역활을 하는 센서로 대표적으로 CCD 센서와 CMOS 센서가 있음

 

 

 

 

 

핀홀 카메라로 보는 이미지 영상 취득 과정

 

영상 취득 과정을 설명하기 위해 일반적으로 가장 간단한 핀홀 카메라 모델의 예시로 설명하는 경우가 많음.

 

핀홀 카메라는 아래의 그림과 같이 핀홀을 통해 사물이 필름 상에 반대로 상이 맺히는 카메라를 말함.

 

여기서 필름이 보이는 평면 공간이 이미지 평면이 됨.

 

1. 필름, 이미지 센서, 이미지 평면 위에 상이 맺힘

 

 

https://ksimek.github.io/pinhole_camera_diagram/

 

 

 

2. 이미지 평면에 맺힌 상을 일정 구간 간격으로 샘플링 하고,

 

 

3. 연속적이던 상을 이산적인 값으로 양자화 시킴

 

4. 디지털화 된 영상은 다음과 같은 이차원 형태가 되며, 각 픽셀의 값은 밝기를 의미함

 

http://assets.runemadsen.com/classes/programming-design-systems/pixels/index.html

 

 

 

아날로그 신호를 디지털 신호로 변화

- 위의 아날로그 이미지가 디지털화되는 과정을 아래의 그림을 참고

 

https://ddka.tistory.com/entry/%EC%95%84%EB%82%A0%EB%A1%9C%EA%B7%B8-%EB%8D%B0%EC%9D%B4%ED%84%B0%EB%A5%BC-%EB%94%94%EC%A7%80%ED%84%B8-%EC%8B%A0%ED%98%B8%EB%A1%9C-%EB%B3%80%ED%99%98%ED%95%98%EA%B8%B0

 

 

 

 

핀홀 카메라로 보는 카메라 파라미터

 

모든 카메라는 고유의 특성을 나타내는 파라미터 값을 가지고 있음.

 

아무리 똑같은 제품이라 해도 아주 정밀하게 보면 렌즈와 센서 사이 거리와 같은 것들이 전부 동일하지 않기 때문.

 

대표적으로

 

카메라들은 렌즈와 이미지 센서 사이의 거리(초점거리 focal length)

 

이미지 센서의 틀어진 정도(주점 principal point)

 

이미지 센서가 기울어진 정도(비대칭 계수 skew coefficient) 등이 있음.

 

이들을 카메라 내부 파라미터 intrinsic parameter라 부르고

 

내부 파라미터 외에 외부 세계 좌표계 world coordinate와 카메라 좌표계 camera coordinate 사이의 관계를 설명하는

 

외부 파라미터 external parameter가 있는데 이에 대한 내용은 나중에

 

다크 프로그래머 님의 블로그 상에 카메라 파라미터에 대해 자세하게 설명이 되어있다.

ref : darkpgmr.tistory.com/32

 

 

 

기본 핀홀 카메라 모델에서 보면

ksimek.github.io/pinhole_camera_diagram/

핀홀(광학 중심)으로부터 이미지 평면 까지의 거리가

 

초점 거리 focal length라 부른다.

핀홀을 통하는 직선과, 이미지 평면을 수직으로 만나는 점을

 

주점 principal point라 부르는데,

 

기본 카메라 모델에서

 

주점의 오프셋은 (0,0)으로 생각한다.

 

하지만 실제 카메라에서

 

이미지 센서, 이미지 평면은 조금 y, x 방향으로 틀어져 있기 때문에

 

(0, 0)이 아닌 오프셋 값을 가지고 있다.

 

 

이와 같은 카메라 파라미터를 구하여 카메라 왜곡을 보정하는 작업을

 

카메라 캘리브레이션이라 부른다.

 

 

 

 

3차원 공간에서 보면

 

외부 공간에서 점 Pw는 

 

광학 중심 Optical center를 지나

 

이미지 평면 I의 P에 맺히게 된다.

 

 

 

핀홀 카메라 관련 용어 정리

 

https://gamedev.net/forums/topic/692041-focal-point-question-computer-graphic/5355956/