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적외선 조명 및 단일카메라를 이용한 입체거리 센서의 개발
3D Range Measurement using Infrared Light and a Camera 원문보기

제어·로봇·시스템학회 논문지 = Journal of institute of control, robotics and systems, v.14 no.10, 2008년, pp.1005 - 1013  

김인철 (삼성전자 LCD사업부) ,  이수용 (홍익대학교 기계시스템디자인공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper describes a new sensor system for 3D range measurement using the structured infrared light. Environment and obstacle sensing is the key issue for mobile robot localization and navigation. Laser scanners and infrared scanners cover $180^{\circ}$ and are accurate but too expensiv...

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문제 정의

  • 본 논문에서는 단일 카메라와 적외선 패턴을 이용한 입체 거리 지도 작성 방법을 설명하였다. 기존의 단일 카메라를 이용한 3D 지도 작성에서 셀의 고유 위치 인식을 위해, 셀 자체에 특정한 표식을 이용하거나 코드화하던 방법과는 달리, 제작이 용이한 셀 형상을 사용하여 이미지 왜곡을 최소화 하였다.
  • 본 논문에서는 영상과 영상 사이의 변화로부터 정보를 추출하는 프레임 간 영상 처리 기법과는 달리, 한 장의 영상을 이용한 프레임 내 영상 처리 기법의한 방법으로서 적외선 패턴과 단일 카메라를 이용한 입체거리 센서 개발에 관한 연구를 기술하였다. 체스보드 모양의 패턴을 사용함으로써 패턴 제작을 용이하게 하였고, 영상평면 위에 촬영된 적외선 패턴의 인식을 위한 영상처리 과정에서 발생할 수 있는 패턴의 왜곡을 최소화 하였다.
  • 본 논문에서는 패턴의 고유위치를 추정하기 위해 여러 가지 필터링 기법을 소개하였는데, 이와는 달리 Reiss 등은 5개의 기본 패턴 조합에 의한 패턴의 고유위치 추정 방법을 기술하였다μ 3]. 또한, 3차원 영상 알고리즘을 처리하는데 있어서 가장 큰 문제인 데이터의 양과 처리 시간을 줄이기 위한 하드웨어적 접근방법을 Ryu 등은 제시하고 있다[14].
  • 본 논문의 최종 목표는 촬영된 한 장의 이미지를 이용하여 입체 거리 지도를 작성하는 것이다. 즉, 카메라로부터 피사체까지의 거리 建 구하고 이를 전역 좌표 상에 표현하는 것인데, 이를 위해 (9)를 Z에 관해 정리해보면 (11) 과 같다.
  • 본 연구에서 단일 카메라를 이용한 3D 지도 구현을 위해 체스 보드 형상의 패턴을 사용한 것과 유사하게 구조광 패턴의 형태에 대한 연구가 진행 되었다. Hartrumpf과 Munser는원형 패턴을 이용한 방법[9], Saeed와 Zhange 십자선 모양의 패턴을 이용한 방법[10], Fisher 등은 막대를 이용하여 공간 광에 의해 생성되는 그림자의 형상을 분석하는 방법을 사용하는 연구를 진행하였으몌 11], Lee 등에 의해서는 Digital Mirror Device(DMD)를 이용하여 다양한 패턴을 생성해 이를 입체 거리 센서에 적용하는 연구를 진행 하였대]2].
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참고문헌 (14)

  1. J. Heikkila and O. Silven, 'A four-step camera calibration procedure with implicit image correction' IEEE Computer Society Conference on Computer Vision and Pattern Recognition, pp. 1106-1112, June 1997 

  2. Z. Zhang, 'Flexible camera calibration by viewing a plane from unknown orientations' International Conference on Computer Vision (ICCV'99), vol. 1, pp. 666-673, Sep. 1999 

  3. J. Pages, J. Salvi, R. Garcia, and C. Matabosch, 'Overview of coded light projection techniques for automatic 3D profiling' IEEE Ioternatiooal Conference on Robotics &Automation, vol. 1, pp. 133-138, Sep. 2003 

  4. S. B. Gokturk, H. Yalcin, and C. Bamji, 'A time-of-flight depth sensor - system description, issues and solutions' IEEE Computer Society Conference on Computer Vision and Pattern Recognition Workshops (CVPRW'04), pp. 35- 43, June 2004 

  5. T. Oggier, P. Seitz, and N. Blanc, 'Miniaturized all-solid-state 3D camera for real-time range imaging' Performance Metrics for Intelligent Systems Workshop, National Institute of Standards and Technology(NIST), E.R. Messina and A.M. Meystel, Gaitherburg, USm Aug. 2004 

  6. J. W. Weingarten, G. Gruener, R. Siegwart, 'A state-of-the-art 3D sensor for robot navigation' IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, vol. 3, pp. 2155-2160, Oct. 2004 

  7. D. Um, W. N. P. Hung, 'A novel infrared proximity array sensor for 3D visual sensing: Modeling and applications' IEEE Conference on Robotics, Automation and Mechatronics, Dec. 2006 

  8. H. Kawasaki, Y. Ohsawa, R. Furukawa, and Y. Nakamura, 'Coded structured light based uncalibrated stereo system' ICCV2005 International Coferrence on Computer Vision, 2005 

  9. M. Hartrumpf and R. Munser, 'Optical three-dimensional measurements by radially symmetric structured light projection' Applied Optics, vol. 36, no. 13, pp. 2923-2928, May 1997 

  10. G. Saeed and Y. M. Zhang, 'Weld pool surface depth measurement using calibrated camera and structured-light' Measurement Science and Technology, vol. 18, no. 8, pp. 2570-2578, Aug. 2007 

  11. R. B. Fisher, A. P. Ashbrook, C. Robertson, and N. Werghi, 'A low-cost range finder using a visually located, structured light source' Proceedings of the 2nd international conference on 3-D digital imaging and modeling (3DIM'99), pp. 24-33, Oct 1999 

  12. S. H. Lee, J. M. Choi, S. M. Baek, B. C. Jung, C. S. Choi, H. M. Kim, J. T. Oh, S. S. Oh, D. S. Kim, and J. K. Na, 'A 3D IR camera with variable structured light for home service robots,' IEEE International Conference on Robotics and Automation, pp. 1859-1864, April 2005 

  13. M. L. L. Reiss, A. M. G. Tommaselli, C. N. C. Kokubum, 'A low cost structured light system' WSCG, International Conferences in Central Europe on Computer Graphics, Visualization and Computer Vision(Winter School of Computer Graphics), 2005 

  14. J. Ryu, Student Member, S. H. Yun, K. J. Song, J. D. Cho, J. M. Choi, and S. H. Lee, Nonmembers, 'High speed 3D IR scanner for home service robots' IEICE Trans. Fundamentals, vol. E89-A, no. 3, pp. 678-685, March 2006 

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