한 장의 영상에 보다 많은 영상정보를 담기 위해서는 넓은 시야각이 필요하다. 넓은 시야각을 갖는 영상은 보안, 감시, 원격화상회의, 이동로봇 등의 산업분야에서 사용된다. 본 논문에서는 광각의 파노라마 영상을 획득하기 위해 쌍곡면 실린더형 반사체를 이용한 영상획득 방법을 제안한다. 일반적인 응용 예에서 수직화각 보다 수평화각이 중요하므로 수직방향으로는 평면거울과 같고, 수평방향으로 쌍곡선 형태를 갖는 실린더형 반사체를 설계하였다. 광학적 성능 분석을 위해 광선추적법을 통해 본 쌍곡면 실린더형 반사체 영상계의 영상획득 모델을 구하였으며, 쌍곡면 실린더형 반사체를 실제 제작하였고, 영상 실험을 통해 광각 영상획득 성능을 검증하였다. 제안하는 영상 시스템은 기존 방법에 비해 경제적이며, 별도의 영상처리 없이 수평화각 210도에 이르는 광각의 실시간 파노라마 영상을 획득할 수 있었다.
한 장의 영상에 보다 많은 영상정보를 담기 위해서는 넓은 시야각이 필요하다. 넓은 시야각을 갖는 영상은 보안, 감시, 원격화상회의, 이동로봇 등의 산업분야에서 사용된다. 본 논문에서는 광각의 파노라마 영상을 획득하기 위해 쌍곡면 실린더형 반사체를 이용한 영상획득 방법을 제안한다. 일반적인 응용 예에서 수직화각 보다 수평화각이 중요하므로 수직방향으로는 평면거울과 같고, 수평방향으로 쌍곡선 형태를 갖는 실린더형 반사체를 설계하였다. 광학적 성능 분석을 위해 광선추적법을 통해 본 쌍곡면 실린더형 반사체 영상계의 영상획득 모델을 구하였으며, 쌍곡면 실린더형 반사체를 실제 제작하였고, 영상 실험을 통해 광각 영상획득 성능을 검증하였다. 제안하는 영상 시스템은 기존 방법에 비해 경제적이며, 별도의 영상처리 없이 수평화각 210도에 이르는 광각의 실시간 파노라마 영상을 획득할 수 있었다.
Wide FOV(Field-of-View) is required to contain much more visual information in a single image. The wide FOV imaging system has many industrial applications such as surveillance, security, tele-conference, and mobile robots. In order to obtain a wide FOV panorama image, an imaging system with hyperbo...
Wide FOV(Field-of-View) is required to contain much more visual information in a single image. The wide FOV imaging system has many industrial applications such as surveillance, security, tele-conference, and mobile robots. In order to obtain a wide FOV panorama image, an imaging system with hyperbolic cylinder mirror is proposed in this paper. Because the horizontal FOV is more important than the vertical FOV in general, a hyperbolic cylinder mirror is designed in this paper, that has a hyperbolic curve in the horizontal surface and is the same as a planar mirror in the vertical axis. Imaging model of the proposed imaging system is presented by ray tracing method and the hyperbolic cylinder mirror is implemented. The imaging performance of wide FOV is verified by experiments in this paper. This imaging system is cost-effective and is possible to acquire a wide panorama image having 210 degree horizontal FOV in real-time without an extra image processing.
Wide FOV(Field-of-View) is required to contain much more visual information in a single image. The wide FOV imaging system has many industrial applications such as surveillance, security, tele-conference, and mobile robots. In order to obtain a wide FOV panorama image, an imaging system with hyperbolic cylinder mirror is proposed in this paper. Because the horizontal FOV is more important than the vertical FOV in general, a hyperbolic cylinder mirror is designed in this paper, that has a hyperbolic curve in the horizontal surface and is the same as a planar mirror in the vertical axis. Imaging model of the proposed imaging system is presented by ray tracing method and the hyperbolic cylinder mirror is implemented. The imaging performance of wide FOV is verified by experiments in this paper. This imaging system is cost-effective and is possible to acquire a wide panorama image having 210 degree horizontal FOV in real-time without an extra image processing.
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문제 정의
본 논문에서는 영상획득 단계에서부터 직사각형태의 광각 파노라마 영상을 얻을 수 있는 새로운 쌍곡선 실린더형 반사체를 제안하고, 광선 추적법에 의해 영상획득 모델을 분석하고자 한다. 제안하는 실린더형 반사체는 앞서 서술한 전방향성 반사체처럼 보통의 카메라 렌즈와 조합하여 사용되며, 실시간 광각 파노라마 영상을 얻는데 별도의 영상처리 하드웨어를 필요로 하지 않는다.
본 논문에서는 광각 파노라마 영상획득을 위한 쌍곡면 실린더형 반사체 영상 시스템을 제안하였다. 영상의 수평각 해상도 분석을 위해 광선 추적법에 따라 본 영상 계의 영상획득 모델을 구하였고, 반사체 제작 및 실험을 통해 영상획득 성능을 입증하였다.
가설 설정
여기서 카메라는 자체 왜곡이 없는 이상적인 핀 홀로 가정하며, 핀홀의 위치는 쌍곡면의 대칭 초점의 위치, F′에 놓여있다고 가정한다.
제안 방법
본 논문에서는 영상획득 단계에서부터 직사각형태의 광각 파노라마 영상을 얻을 수 있는 새로운 쌍곡선 실린더형 반사체를 제안하고, 광선 추적법에 의해 영상획득 모델을 분석하고자 한다. 제안하는 실린더형 반사체는 앞서 서술한 전방향성 반사체처럼 보통의 카메라 렌즈와 조합하여 사용되며, 실시간 광각 파노라마 영상을 얻는데 별도의 영상처리 하드웨어를 필요로 하지 않는다. 또한 영상센서의 전 영역에 상이 맺히므로 영상센서의 활용도가 높고, 210도의 수평 화각을 가지므로 전방향성 반사체로부터 얻은 영상에 비해 영상의 질이 높아지게 된다.
쌍곡면 실린더형 반사체를 통해 획득한 영상의 해상도를 분석하기 위해 영상획득 모델을 구하였다. 영상획득 모델은 실제 공간상의 한 물체점 (xo, yo)과 영상공간상의 한 영상점, p와의 대응관계를 나타낸다.
앞서 서술한 쌍곡면 실린더형 반사체의 광각 파노라마 영상획득 성능을 검증하기 위해 반사체를 제작하였다. 그림 8에 실제 제작한 반사체를 보인다.
본 논문에서는 광각 파노라마 영상획득을 위한 쌍곡면 실린더형 반사체 영상 시스템을 제안하였다. 영상의 수평각 해상도 분석을 위해 광선 추적법에 따라 본 영상 계의 영상획득 모델을 구하였고, 반사체 제작 및 실험을 통해 영상획득 성능을 입증하였다. 본 반사체는 수평방향으로 쌍곡면이므로 넓은 수평화각을 가질 수 있고, 수직방향으로는 평면 거울과 같은 특성을 지니므로 실공간 물체의 수직 성분이 영상면에서도 그대로 수직하게 유지 되는 특성을 가지고 있다.
대상 데이터
그림 6은 직육면체 물체에 대한 영상을 위의 영상획득 모델에 따라 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 구한 것이다. 직육면체의 크기는 높이와 깊이가 각각 10m, 그리고 폭이 100m이며, 쌍곡면 실린더형 반사체를 포함하는 영상계까지의 거리를 25m로 설정하였다. 그림 6 (a)는 영상획득 상황을 나타내며, 그림 6 (b)는 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 얻은 영상이다.
후속연구
본 쌍곡면 실린더형 반사체 영상은 중심부에 카메라 자체에 의한 가려짐 영역이 존재한다는 단점이 있다. 카메라에 의해 가려지는 영역은 본 영상계로 얻을 수 있는 최대 화각에 비해 크지는 않지만 향후 본 영상 시스템의 실용성을 높이기 위해서는 해결해야 할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
Catadioptric 영상법의 단점은?
그러나 전방향성 반사체를 통해 얻은 영상은 영상의 질이 낮은 편이며, 그림 1 (b)에 보인 바와 같이 영상센서에서 사용되지 않는 부분(각 모서리 부분의 채워지지 않은 영역)이 생기므로 센서 활용도가 낮아지게 된다. 또한 획득 영상 자체가 원형이므로 이를 사람이 보기 편한 직사각형태의 파노라마 영상으로 펼치기 위해서는 부가적인 영상처리 작업이 소요된다. 이러한 영상처리 작업에는 많은 연산량이 사용되므로 실시간 파노라마 영상을 얻기 위해 별도의 영상처리 하드웨어가 필요하게 된다.
catadioptric 영상방식이란?
광학소자로 렌즈만을 사용하는 보통의 카메라와는 달리 거울과 같은 반사체와 렌즈를 조합하여 영상을 얻는 방법을 catadioptric 영상방식이라 한다. Catadioptric 영상법은 하나의 영상센서를 분할하여 스테레오 영상을 얻 거나[7], 360도 전방향 영상을 얻는데 사용되었다[4].
광 시야각의 영상을 얻기 위한 방법에는 어떤 것들이 있는가?
장의 영상에 가능한 한 더 많은 영상정보를 담기 위해서는 넓은 시야각(FOV, Field-Of-View)이 필요하다. 광 시야각의 영상을 얻기 위해서는 한 대의 카메라를 회전시키는 방법[1], 다수의 카메라 배열을 통해 얻은 영상을 이어 붙이는 방법[2], 어안렌즈를 이용하는 방법[3], 또는 거울과 같은 광학소자와 기존 카메라의 조합을 이용하는 방법[4,5,6]등이 있다. 한 대의 카메라를 회전 시키는 방법은 실시간 영상을 얻기 어렵다는 문제가 있으며, 다수의 카메라 배열을 사용하는 방법은 카메라의 수에 따른 비용문제와 함께 시점(view point)이 다른 각 카메라의 영상을 이어 붙이는데 어려움이 있다.
참고문헌 (8)
R. Szeliski and H. Shum, "Creating Full View Panoamic Image Mosaics and Environment Maps," Proc. of the 24thannual conf. on Computer Graphics and Interactive Techniques (SIGGRAPH'97), pp.251-258, 1997.
J. Foote and D. Kimber, "FlyCam: Practical Panoramic Video and Automatic Camera Control", Proc. of IEEE Int'l Conf. on Multimedia and Expo, vol. 3, 2000, pp. 1419-1422. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/ICME.2000.871033
G. Kim and Y. Choi, "Image-processing Based Panoramic Camera Employing Single Fisheye Lens," Jour. of Optical Society of Korea, Vol. 14, no3, pp. 245-259, 2010. DOI: http://dx.doi.org/10.3807/JOSK.2010.14.3.245
S. Baker and S. Nayar, "A Theory of Single-Viewpoint Catadioptric Image Formation", Int'l Jour. of Computer Vision, vol. 35, no. 2, pp. 175-196, 1999. DOI: http://dx.doi.org/10.1023/A:1008128724364
V. Nalwa, "A true omnidirectional viewer", Bell Lab. Technical Report, 1996.
H. Hua and N. Ahuja, "A High-Resolution Panoramic Camera," Proc. of IEEE Conf. on Computer Vision and Pattern Recognition, vol. 1, pp. I-960-I-967, 2001. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/CVPR.2001.990634
J. Gluckman and S. Nayar, "Rectified catadioptric stereo sensors," IEEE Trans. on Pattern Analysis and Machine Intelligence, vol. 24, no. 2, pp.224-236, 2002. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/34.982902
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