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잡음이 있는 3차원 점군 데이터에서 밸브 모델링 및 모델 추출
Valve Modeling and Model Extraction on 3D Point Cloud data 원문보기

Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers = 전자공학회논문지, v.52 no.12, 2015년, pp.77 - 86  

오기원 (한국기술교육대학교 전기전자통신공학부) ,  최강선 (한국기술교육대학교 전기전자통신공학부)

초록
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LIDAR를 이용해서 얻은 3차원 점군 데이터는 작은 물체를 추출하기에는 오차의 영향이 크기 때문에 작은 밸브를 자동으로 추출하는데 많은 어려움이 있다. 본 논문에서는 이러한 잡음이 있는 3차원 점군 데이터 사이에서 밸브의 위치 및 방향(Pose)의 정보를 얻는 방법을 제안한다. Pose를 얻기 위해서 밸브가 원환체 모양의 손잡이, 원통 모양의 Rib, 평면 모양의 중심축 평면인 기본 도형으로 이루어진 모델이라고 가정한다. 그리고 밸브의 중심 좌표에 대한 추가적인 입력을 받아서 밸브의 Pose를 추출한다. 중심점을 기준으로 거리에 따른 히스토그램을 생성하고, 히스토그램의 값에 따라 손잡이, Rib, 중심축 평면의 파라미터통계적인 방법으로 추출하여 최종 밸브의 Pose를 추출한다. 추출된 밸브의 Pose를 이용하여 3차원 점군 데이터에 밸브의 모형을 각 모양으로 복원한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

It is difficult to extract small valve automatically in noisy 3D point cloud obtained from LIDAR because small object is affected by noise considerably. In this paper, we assume that the valve is a complex model consisting of torus, cylinder and plane represents handle, rib and center plane to extra...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 LIDAR로 수집한 오차가 심한 점군 데이터에서 밸브의 Pose 및 다양한 파라미터를 정확히 찾아내는 방식을 제안했다. 밸브를 원환체, 원통, 평면의 복합체라 가정하고 밸브의 중심 좌표를 입력받아서 통계적인 방법으로 밸브의 파라미터를 계산했다.
  • 본 논문에서는 LIDAR로 얻은 3차원 데이터를 이용하여 작고 복잡한 물체 중 하나인 밸브를 인식하여 Pose를 추출하는 방법을 제안하려고 한다. 제안하는 방법에서는 밸브를 그림 1과 같이 원환체(손잡이), 원통(Rib), 평면(중심축 평면)의 기본 도형으로 이루어진 하나의 모델로 가정하고 파라미터를 추출하여 Pose를 얻는다.
  • 이번 장에서는 제안하는 밸브 추출 알고리즘의 효과를 검증하기 위하여 실험 결과를 논의하고자 한다. 길이, 너비 등의 검증은 실측값과 계산 값을 비교하며, 위치 및 각도는 계산된 Pose를 이용하여 3차원 점군 데이터 위에 복원하여 실제 점들과 얼마나 겹쳐지는지를 확인한다.

가설 설정

  • 또한 제안하는 방법은 로봇이 직접 조작을 할 수 있는 가까운 위치에 밸브가 존재한다는 것을 가정한 것이다. 먼 거리에서 밸브를 찾아 접근한 후 제안하는 방법을 사용하여 밸브를 찾는 방식의 연구도 진행된다면 사람의 간섭 없이 자동으로 물체를 추적, 조작하는 부분에 큰 발전이 있을 것으로 기대된다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
휴머노이드 로봇이란 무엇인가? 휴머노이드 로봇은 사람과 같이 두 팔과 두 다리로 자유롭게 움직이며 사람을 대신하여 다양한 작업을 수행하는 로봇으로, 지금까지 휴머노이드 로봇을 위해 인식, 제어에 관련된 다양한 연구들이 진행되어 성능 향상을 이뤄 왔다. 하지만 아직 제한된 상황에서만 정상 적인 동작이 가능하며, 복잡하고 다양한 상황에서 안정적으로 동작하기 위해서는 추가적인 성능 향상이 필요하다.
다양한 센서를 이용하여 물체의 위치 및 방향(Pose)을 인식하는 방법 중 2차원 영상을 이용하는 방식에는 무엇이 있는가? 휴머노이드 로봇이 동작함에 있어 주변 환경 및 물체의 정확한 인식은 매우 중요한 역할을 하며, 이를 위해 다양한 센서를 이용하여 물체의 위치 및 방향(Pose)을 인식하는 방법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 2차원 영상을 이용하는 방식에는 1999년 Lowe에 의해 제안된 Scale Invariant Feature Transform(SIFT)[1]나 2008년 Bay에 의해 제안된 Speed Up Robust Feature(SURF)[2] 등 물체의 특징점을 추출할 수 있는 알고리즘을 활용하여 물체를 인식하는 방식이 개발되었다[6]. 해당 방식에서는 인식하고자 하는 물체에 대한 특징점 정보를 미리 추출하여 저장하고, 이후 입력 영상에 대해 특징점을 추출하고 이를 미리 저장된 특징점 정보와 매칭하여 물체를 인식한다.
LIDAR를 이용해서 얻은 3차원 점군 데이터의 한계는 무엇인가? LIDAR를 이용해서 얻은 3차원 점군 데이터는 작은 물체를 추출하기에는 오차의 영향이 크기 때문에 작은 밸브를 자동으로 추출하는데 많은 어려움이 있다. 본 논문에서는 이러한 잡음이 있는 3차원 점군 데이터 사이에서 밸브의 위치 및 방향(Pose)의 정보를 얻는 방법을 제안한다.
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참고문헌 (13)

  1. Lowe, David G, "Object recognition from local scale-invariant features," Proceedings of the International Conference on Computer Vision. pp. 1150-1157, 1999 

  2. H. Bay, T. Tuytelaars, and L. Van Gool, "Surf : Speeded up robust features," in European Conference on Computer Vision, May 2006. 

  3. S. Gim, C. Yang, J. Lee, J. Kim, and H. Kim, "Object and Pose Recognition with Boundary Extraction from 3 Dimensional Depth Information," Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea, Vol. 48, no. 48, pp. 15-23, 2011. 

  4. S. Hwang, J. Yoo, H. Kim, S. Kim, K. Paeng, and S. Kim, "High-resolution 3D Object Reconstruction using Multiple Cameras," Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea, Vol. 50, no. 10, pp. 2602-2613, 2013. 

  5. C. Park, and D. Kim, "Obstacle Detection for Generating the Motion of Humaniod Robot," in Jounal of Institute of Control, Robotics and Systems, 2012. 

  6. G. Kim, and D. Kang, "An Implementation of Object Detection and Tracking Algorithm Using a Fusion Method of SURF and Kalman Filter," JKIIT, Vol. 13, no. 2, pp. 59-64, Feb. 2015. 

  7. J. Liu, Z. Wu, "An adaptive approach for primitive shape extraction from point clouds," Optik, Vol. 125, pp. 2000-2008, May 2014. 

  8. J. Niemeyer, F. Rottensteiner and U. Soergel, "Contextual classification of lidar data and building object detection in urban areas," ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, Vol. 87, pp. 152-165, Jan. 2014. 

  9. J. Tang and A. Zakhor, "3D Object Detection from Roadside Data Using Laser Scanners," in Proc. of SPIE, Vol. 7864, California, USA, Jan. 2011. 

  10. H. Himmelsbach, A. Muller, T. Luttel and H. -J. Wunsche, "LIDAR-based 3D Object Perception," Proc. of 1st international workshop on cognition for technical systems, Vol. 1, 2008. 

  11. R. -B. Rusu, Z. -C. Marton, N. Blodow, M. Dolha and M. Beetz, "Towards 3D Point cloud based object maps for household environments," Robotics and Autonomous Systems, Vol. 56, pp. 927-941, Nov. 2008. 

  12. R. Schnabel, "Efficient Point-Cloud Processing with Primitive Shapes," Dissertation, Universitat Bonn, Dec. 2010. 

  13. D. Marshall, G. Lukacs and R. Martin, "Robust Segmentation of Primitives from Range Data in the Presence of Geometric Degeneracy," IEEE Trans. Pattern Analysis and Machine Intelligence, Vol. 23, No. 3, pp. 304-314, March 2001. 

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