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실시간 고정밀 영상 지오레퍼런싱을 위한 고속 연속 번들 조정 알고리즘
Fast Sequential Bundle Adjustment Algorithm for Real-time High-Precision Image Georeferencing 원문보기

대한원격탐사학회지 = Korean journal of remote sensing, v.29 no.2, 2013년, pp.183 - 195  

최경아 (서울시립대학교 공간정보공학과) ,  이임평 (서울시립대학교 공간정보공학과)

초록
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영상 기반의 정밀한 내비게이션이나 증강현실을 구현하기 위해서 고정밀 영상 지오레퍼런싱의 실시간 수행이 필수적이다. 일반적으로 고정밀 영상 지오레퍼런싱은 일괄 번들 조정 알고리즘을 적용하여 성취될 수 있으나 처리시간으로 인해 후처리로만 가능하였다. 최근에 제안된 연속 번들 조정 알고리즘은 이와 유사한 정확도의 결과를 고속으로 산출하여 실시간 처리의 가능성을 열었다. 그러나 처리시간이 영상의 개수에 따라 점진적으로 증가하기 때문에 영상이 아주 많은 경우에 실시간 수행이 보장되지 못하는 한계가 있었다. 이러한 연속 번들 조정 알고리즘을 보완하여 본 연구는 실시간 처리를 위해 영상의 개수와 무관하게 처리시간을 항상 일정 범위로 한정시킬 수 있는 알고리즘을 제안한다. 제안된 알고리즘은 기존의 영상들 중에서 새롭게 취득된 영상과 통계적으로 관련성이 높은 영상들만 고려하기 때문에 처리시간을 일정 범위로 한정시키면서도 비교적 정확한 결과를 산출할 수 있다. 제안된 알고리즘을 1Hz로 취득된 영상에 적용한 결과, 평균적으로 영상을 취득할 때마다 0.02 초 이내의 처리시간을 소요하면서 기존의 일괄 번들 조정 알고리즘의 결과와 비교하여 지상점 좌표를 기준으로 ${\pm}5$ cm 이내의 정확도로 지오레퍼런싱을 수행할 수 있었다. 신뢰성 높은 고속의 영상 매칭 알고리즘과 결합된다면 스마트폰 또는 UAV 등으로 동영상을 취득하면서 함께 탑재된 위치/자세 센서의 성능을 보완하여 고정밀의 실시간 지오레퍼런싱이 가능할 것으로 판단된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Real-time high-precision image georeferencing is important for the realization of image based precise navigation or sophisticated augmented reality. In general, high-precision image georeferencing can be achieved using the conventional simultaneous bundle adjustment algorithm, which can be performed...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 연구에서는 미지수 벡터의 크기를 합리적으로 제한하기 위해 미지수 간의 상관관계를 활용하고자 한다. 오랜 시간 영상 취득이 지속되었다면 현재 추가된 새로운 영상과 초반에 취득된 영상 간의 상관관계는 상당히 낮을 것이다.
  • 따라서 본 연구에서는 연속해서 수많은 영상이 취득되더라도 새로운 영상이 취득되는 매 시점 취득 주기와 동일한 일정한 시간 내에, 일괄 번들 조정에 의한 결과와 유사한 정확도로 영상을 지오레퍼런싱할 수 있는 고속 연속 번들 조정 알고리즘을 제안하고자 한다. 이를 위하여 기존의 관측값 분류에 기반한 정규행렬 역행렬 갱신 방법을 활용한 온라인 항공삼각측량 과정에서 영상이 추가되는 매 단계 산출되는 연산 결과를 분석하고, 이로부터 매 단계 연산량을 일정하게 유지하여 연산시간을 일정 범위로 한정시킬 수 있는 고속 연속 번들 조정 알고리즘을 개발하였다.
  • 따라서 새로운 영상은 기존 영상 중 가장 최근에 취득된 영상과 가장 유사하기 때문에 새로 취득된 영상 대신에 기존 영상 중 가장 최근에 취득된 영상의 외부표정요소와의 상관계수를 계산하여 활용하고자 한다.
  • 그러나 SEBA 알고리즘은 취득된 영상의 수가 증가함에 따라 연산시간이 증가하기 때문에 플랫폼에 탑재된 카메라로부터 경로를 따라 취득되는 수많은 영상을 실시간으로 지오레퍼런싱하기 어렵다. 본 절에서는 이와 같은 문제점을 해결하고자 기존 SEBA를 적용하였을 때 영상이 추가되는 매 단계 산출되는 연산 결과를 분석하고, 이로부터 매 단계 연산 시간을 일정 범위로 한정시킬 수 있는 방법론을 도출한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
지오레퍼런싱이란? 비디오카메라로부터 취득되는 영상 상에 경로나 교통 표지 등을 증강시키기 위해서 내비게이션 정보가 정의된 절대좌표계 기준으로 영상이 촬영된 순간에 카메라의 위치와 자세를 정확히 알아야 한다. 카메라의 위치와 자세 즉, 영상의 외부표정요소(exterior orientation parameters)를결정하는 과정을 지오레퍼런싱(georeferencing)이라고 한다. 실시간 증강현실 기반의 내비게이션을 위해서 이와 같은 영상 지오레퍼런싱 과정이 필수적이며 실시간으로 수행되어야 한다.
연속 번들 조정 알고리즘의 한계는? 최근에 제안된 연속 번들 조정 알고리즘은 이와 유사한 정확도의 결과를 고속으로 산출하여 실시간 처리의 가능성을 열었다. 그러나 처리시간이 영상의 개수에 따라 점진적으로 증가하기 때문에 영상이 아주 많은 경우에 실시간 수행이 보장되지 못하는 한계가 있었다. 이러한 연속 번들 조정 알고리즘을 보완하여 본 연구는 실시간 처리를 위해 영상의 개수와 무관하게 처리시간을 항상 일정 범위로 한정시킬 수 있는 알고리즘을 제안한다.
영상 기반의 정밀한 내비게이션이나 증강현실을 구현하기 위해 필수적인 것은? 영상 기반의 정밀한 내비게이션이나 증강현실을 구현하기 위해서 고정밀 영상 지오레퍼런싱의 실시간 수행이 필수적이다. 일반적으로 고정밀 영상 지오레퍼런싱은 일괄 번들 조정 알고리즘을 적용하여 성취될 수 있으나 처리시간으로 인해 후처리로만 가능하였다.
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참고문헌 (15)

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  4. Choi, K. and I. Lee, 2012. Comparison and performance validation of on-line aerial triangulation algorithms for real-time image georeferencing, Korean Journal of Remote Sensing, 28(1): 55-67. 

  5. Choi, K. and I. Lee, 2013. A sequential aerial triangulation algorithm for real-time georeferencing of image sequences acquired by an airborne multi-sensor system, Remote Sensing, 5(1): 57-82. 

  6. Cho, S.I., K.H. Kim, I.H. Joo, J.H. Park, G.J. Chae and S.Y. Lee, 2007. Trends and perspectives of the next-generation navigation technology, Electronics and Telecommunications Trends, 22(3): 12-19. 

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  13. Skaloud, J. and K. Legat, 2008. Theory and reality of direct georeferencing in national coordinates, ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 63(2): 272-282. 

  14. Tonnis, M., C. Sandor, C. Lange and H. Bubb, 2005. Experimental evaluation of an augmented reality visualization for directing a car driver's attention, Proc. of the 4th IEEE/ ACM International Symposium on Mixed and Augmented Reality, Vienna, Austria, Oct. 5-8, pp. 56-59. 

  15. Toth, C. and D.A. Grejner-Brzezinska, 1998. Performance analysis of the airborne integrated mapping system ( $AIMS^{TM}$ ), International Archives of the Photogrammetry and Remote Sensing, vol. 32, part. 3, pp. 320-326. 

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