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[국내논문] 로봇파노라마헤드와 스티칭 기법을 활용한 기가픽셀 이미지의 생성과 기가픽셀카메라 기술
The Study of Gigapixel Camera Technology and the Stunning High-Resolution Gigapixel Image Created by Utilizing a Robotic Panoramic Head and an Image-Stitching Technique 원문보기

한국광학회지 = Korean journal of optics and photonics, v.26 no.1, 2015년, pp.44 - 53  

최연찬 (한남대학교 컴퓨터통신무인기술학과) ,  문희준 (한남대학교 컴퓨터통신무인기술학과) ,  김동영 (한남대학교 컴퓨터통신무인기술학과) ,  류재윤 (한남대학교 컴퓨터통신무인기술학과) ,  신예랑 (한남대학교 컴퓨터통신무인기술학과) ,  임천석 (한남대학교 컴퓨터통신무인기술학과)

초록
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현재의 이미지 센서기술은 메가픽셀 급에 한정되어 있는데 메가픽셀 급의 이미지 센서로 기가픽셀의 이미지를 생성하기 위해서는 필수적으로 중첩영역의 이미지를 하나로 합성하는 스티칭(stitching) 기법을 쓸 수밖에 없다. 본 논문에서는 로봇파노라마헤드와 스티칭 기법을 사용하여 기가픽셀카메라 기술의 전 과정을 탐구해 보았다. 그리고 이 과정을 통해서 얻어진 경험이나 이해를 바탕으로 듀크대와 BAE의 기가픽셀카메라 기술에 대해서도 설계해석을 시도해 보았다. 또 나아가, 새로운 기가픽셀카메라의 광학구조에 대한 모색도 시도해 보았다. 기가픽셀카메라 기술에서는 스티칭 작업과는 별도로 먼거리의 피사체 혹은 대기오염과 같은 원인으로 발생하는 흐릿한 영상부분을 보정하는 것이 필수적이라는 것도 파악되었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Since the technology of current image sensors is limited to the megapixel class, it is necessary to use an image-stitching technique to create a gigapixel image from hundreds or thousands of photos taken by a megapixel image sensor. In this paper, we investigate the entire process of gigapixel camer...

Keyword

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문은 기가픽셀카메라를 개발하기 위한 기초연구의 성격으로써, 우선적으로, 로봇파노라마헤드를 사용하여 기가픽셀 이미지를 생성하였다. 그리고 이 과정을 통해서 축적되고 이해된 여러 기술적인 지식을 바탕으로 듀크대나 BAE Systems와 같은 첨단의 기가픽셀카메라기술을 이해하게 되었고, 나아가 새로운 방식의 고해상도 카메라를 구상하는 것도 모색할 수 있게 되었다.
  • 본 실험에 사용한 카메라와 줌렌즈의 스펙을 살펴보자. 카메라의 바디는 니콘 D7100 DSLR 카메라로써 화소수는 2,400만 화소이고 센서크기는 1/1.
  • ① 카메라와 로봇파노라마헤드의 이동과 설치, ② 원활한 촬영을 위해 3인 1조 정도의 팀 구성 ③ 날씨 문제 ④ 촬영장소의 허가문제 ⑤ 촬영오류에 의한 재촬영 문제 ⑥수많은 연습촬영과 기가픽셀 급의 이미지를 처리하기 위한 컴퓨팅 파워의 한계 문제, 등등. 본 연구 중에 수행된 모든 결과를 논문에서 전부 다룰 수는 없지만 의미 있다고 생각되는 대표적인 두 가지의 케이스에 대해서 설명하고자 한다.
  • 다음으로 BAE 시스템스의 ARGUS-IS 카메라에 대해서 논의해 보자. BAE 시스템스의 ARGUS-IS 카메라는 1.
  • 여기서 적용된 짐벌 마운팅시스템은, 듀크대의 기가픽셀카메라인 AWARE 카메라와는 달리, 무인항공기의 흔들림과 관계 없이 일정하게 주어진 영역을 카메라가 지향해야 하기 때문에 적용된 것으로 보인다. 광학적인 구조를 살펴보자. 기본 적으로 이 카메라는 평면상에 어레이로 카메라를 장착하는 구조이기 때문에 시차문제가 발생할 수밖에 없다는 단점이 있다.
  • 판단컨대, 컴퓨터 프로그램적인 해법으로 시차문제를 해결하는 것은, 가능한지는 모르겠지만, 스마트한 솔루션은 아니라고 생각되고 광학구조적으로 해결해야 한다고 본다. 그러기 위해서는 ARGUS-IS의 카메라구조와 AWARE의 카메라구조를 적절히 조합한 하이브리드형의 구조가 적절할 것으로 판단되어지는데, 본 논문에서 모두 다루기에는 적절하지 않기 때문에 다음 기회로 미루기로 한다.
  • 본 논문에서는 로봇파노라마헤드와 스티칭 기법을 사용하여 기가픽셀 급의 초고해상도 파노라마 이미지를 만드는 전과정을 탐구해 보았다. 이 과정을 통해서 기가픽셀카메라에 대한 광학구조 및 영상처리기술의 여러 맥락을 파악해 볼 수 있었고 나아가 듀크대와 BAE의 기가픽셀카메라에 대한 설계구조적인 분석도 시도해 볼 수 있었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
이미지 스티칭의 3단계는 어떻게 나누어지는가? 보통, 이미지 스티칭(image stitching)이라고 불리는 이 과정은 3 단계로 구성되어 있는데 이미지를 등록하는 과정, 이미지를 캘리브레이션하는 과정, 그리고 이미지를 블랜딩하는 과정으로 나누어진다.[4] 이미지등록(image registration) 과정이란 중첩 픽셀들 간의 차이가 최소가 되는 조건으로 수백, 수천 장의 요소사진들을 인접한 순서대로 정렬하여 매칭하는 과정이고 일반적으로 컴퓨터비전에서 많이 활용되는 RANSAC(RANdom SAmple Consensus)이라는 반복법에 의한 알고리즘을 사용한다.
기가픽셀 이미지란? 기가픽셀 이미지란 109개의 픽셀 이상으로 구성된 초고해상도의 디지털 이미지를 말하는데, 제작방식은 메가픽셀 급의 이미지 센서로부터 얻은 수백에서 수천 장의 요소사진들을 하나의 사진으로 합성하여 만들어 낸다. 구체적으로는, 메가픽셀 급의 이미지 센서로부터 촬영되는 인접한 요소사진들을 일정부분 서로 중첩시키고 중첩된 영역들을 이어 붙임으로써 전체적으로는 거대한 스케일의 픽셀사진이 완성된다는 것이다.
ARGUS-IS 카메라의 특징은? 8기가 픽셀의 카메라도 발표되었다.[13-14] 이 카메라는 듀크대의 렌즈어레이 방식과는 다르게 센서어레이 방식으로 되어있고 1.8기가 픽셀의 동영상을 실시간으로 얻을 수 있다. 실제 무인항공기인 MQ-1 프레데터에 장착하여 실시간으로 1.
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참고문헌 (17)

  1. M. Brown and D. G. Lowe, "Automatic panoramic image stitching using invariant features," International Journal of Computer Vision 74, 59-73 (2007). 

  2. R. Szeliski, "Image alignment and stitching: A tutorial," Foundations and Trends in Computer Graphics and Vision 2, 1-10 (2006). 

  3. M. Uyttendaele, A. Eden, and R. Szeliski, "Eliminating ghosting and exposure artifacts in image mosaics," Proc. IEEE Computer Society Conference on Computer Vision and Pattern Recognition 2, II509-II516 (2001). 

  4. http://en.wikipedia.org/wiki/Image_stitching 

  5. J.-W. Hsieh, "Fast stitching algorithm for moving object detection and mosaic construction," Image and Vision Computing 22, 291-306 (2004). 

  6. http://en.wikipedia.org/wiki/Gigapixel_image 

  7. http://en.wikipedia.org/wiki/Largest_photographs_in_the_world 

  8. D. J. Brady, M. E. Gehm, R. A. Stack, D. L. Marks, D. S. Kittle, D. R. Golish, E. M. Vera, and S. D. Feller, "Multiscale gigapixel photography," Nature 486, 386-389 (2012). 

  9. Wall Street Journal, "Next cameras come into view," June 21 (2012). 

  10. Chosunilbo, "Gigapixel camera of Duke university," June 21 (2012). 

  11. E. J. Tremblay, D. L. Marks, D. J. Brady, and J. E. Ford, "Design and scaling of monocentric multiscale imagers," Appl. Opt. 51, 4691-4702 (2012). 

  12. D. J. Brady and N. Hagen, "Multiscale lens design," Opt. Express 17, 10659-10674 (2009). 

  13. B. Leininger, J. Edwards, and K. H. Shafique, "Autonomous real-time ground ubiquitous surveillance-imaging system (ARGUS-IS)," Proc. SPIE-The International Society for Optical Engineering 6981, 69810H (2008). 

  14. http://www.youtube.com/watch?vQGxNyaXfJsA 

  15. W. J. Smith, Modern Optical Engineering (McGraw-Hill Inc., NY, USA, 2001), Chapter 5. 

  16. http://en.wikipedia.org/wiki/Parallax 

  17. C.-S. Rim, "Optical structural design using Gaussian Optics for multiscale gigapixel camera," Korean J. Opt. Photon. 24, 311-317 (2013). 

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