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RGB-D 카메라를 이용한 실시간 가상 현실 평면 추정
A Real-time Plane Estimation in Virtual Reality Using a RGB-D Camera in Indoors 원문보기

디지털융복합연구 = Journal of digital convergence, v.14 no.11, 2016년, pp.319 - 324  

이주호 (LG전자 ADAS팀) ,  조정원 (제주대학교 컴퓨터교육과)

초록
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실내에서 카메라를 이용한 로봇 응용이나 가상현실(Virtual Reality) 응용의 경우 평면을 찾고 추정하는 기술은 매우 중요한 기술이다. RGB-D 카메라의 경우 실내의 평면에서 질감 정보가 없는 평면에서도 3차원 관측 데이터를 얻을 수 있지만, 이미지 영역에서 점군 데이터(Point-cloud Data)를 처리하기 위해서는 많은 연산량이 필요하다. 더군다나 현재 관측되고 있는 평면의 개수가 몇 개인지 미리 알 수 없으며, 평면으로 검출(Plane Detection) 하더라도 강인하게 3차원에서 평면을 추정(Plane Estimation)하려면 추가적인 연산이 필요하다. 본 논문에서는 연속 데이터를 이용해 실시간으로 평면의 개수를 선택하며 평면을 추정하는 방법을 제시하고자 한다. 실험 결과를 통해 제안하는 방법이 전체 데이터를 처리하는 것에 비해 약 22배의 속도 개선을 가져 올 수 있음을 보였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In the case of robot and Argument Reality applications using a camera in environments, a technology to estimate planes is a very important technology. A RGB-D camera can get a three-dimensional measurement data even in a flat which has no information of the texture of the plane;, however, there is a...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 같은 평면을 이루는 점들은 3차원 공간에서 같은 법선 벡터를 갖는다는 가정을 이용하여 평면을 검출하고 추정하고자 한다[11, 12]. 본 논문에서는 Holz가 제안한 방법으로 평면을 검출하고자 한다[8]. 이 방법은 실시간으로 평면을 뽑아내기 위한 방법을 제시하였는데 그 과정은 다음의 순서로 표현되어 있다.
  • 본 논문에서는 RGBD카메라를 이용하여 빠르고 강인하게 평면을 추정하는 방법을 제안하였다. 각 포인트의 데이터를 벡터로 변환하고 외적을 구해서 쉽게 법선 벡터의 방향성을 계산하고 이를 계층적 군집화 알고리즘으로 같은 평면에 속하는 포인트 들을 하나의 집합으로 만들었다.
  • 이 데이터를 사용하여 적은 연산량으로 평면을 추정 하는 방법은 여러 접근 방법이 있는데 본 논문에서는 Holtz [8]의 각 포인트 들에서 법선 벡터(Normal vector) 를 계산하여 같은 평면에 속했는지 방향성을 보는 방법을 적용하고자 한다. 이후 각 포인트들의 법선 벡터 데이터를 계층적 클러스터링 방법으로 유사한 데이터 끼리 같은 모으는 방법을 제시한다.

가설 설정

  • 1]에서 측정된 거리데이터로 복도 구조를 분석하기 위해서는 우선 평면 후보 점들을 검출하는 것이 가장 중요하다. 같은 평면을 이루는 점들은 3차원 공간에서 같은 법선 벡터를 갖는다는 가정을 이용하여 평면을 검출하고 추정하고자 한다[11, 12]. 본 논문에서는 Holz가 제안한 방법으로 평면을 검출하고자 한다[8].
  • 매트랩의 경우 일반적인 C 코드에 비해 상대적으로 느리기 때문에 측정된 연산 시간이 일반적인 프로그램의 속도보다 매우 느릴 수 있다[18]. 만약 본 논문의 내용을 C 코드로 작성하게 되면 비교하게 되는 결과보다 훨씬 빠를 것이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
평명 방정식을 결정하기 위해 이상 포인트들을 걸러내야 하는데 이때 본 논문에서 적용한 방법은 무엇인가? 이 때 3차원의 데이터를 이용하게 되는데 평면 방정식을 결정하기 위해서는 이상 포인트들(Outlier points)을 걸러내고 안정적으로 참 포인트들(Inlier points)을 선택하는 것이 매우 중요하다. 본 논문에서는 임의의 세 포인트를 선택하고 전체 데이터들이 평면에서 가장 근접하게 위치하게 되며 이상 포인트들을 쉽게 걸러낼 수 있는 방법인 RANSAC을 이용한 평면 추정 방법을 적용하였다[13]. 이 때 나온 결과는 [Fig.
RGBD 카메라의 단점은 무엇인가? 최근 Kinect 등의 RGBD 카메라가 중저가로 구매할 수 있기 때문에 많은 사람들이 사용하고 있으며 개발자를 위한 SDK 소프트웨어도 배포되어 있다[5, 6]. 하지만 이때 관측되는 픽셀의 정보가 가로픽셀*세로픽셀* 깊이 데이터 까지 합쳐서 수백만 가지의 3차원 데이터를 가질 수 있기 때문에 이를 관리하기 위한 데이터 용량과 처리하기 위한 연산량이 필요하다.
RGBD 카메라의 장점은 무엇인가? 특히 실내에서 주행을 하거나 사람들을 안내하고 요리를 하는 등의 복잡한 작업의 경우 카메라를 이용해 실내구조를 파악하거나 작업대 위의 평면을 추정하는 등의 평면 추정은 가장 중요하고 기본적인 기능이다. 많이 사용되는 카메라 센서 중에서 RGBD 카메라는 적외선의 패턴을 이용해 이를 수광하여 대상 픽셀까지의 거리를 한 번에 알아 낼 수 있다는 장점이 있다. 최근 Kinect 등의 RGBD 카메라가 중저가로 구매할 수 있기 때문에 많은 사람들이 사용하고 있으며 개발자를 위한 SDK 소프트웨어도 배포되어 있다[5, 6].
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참고문헌 (18)

  1. C. Roh and W. Na, "Acceleration sensor, and embedded system using location-aware," Journal of IT Convergence Society for SMB, Vol.3, No.2, pp.51-56, 2013 

  2. B. Chung and W. Na, "A Study on the Smart Fire Detection System using the Wireless Communication," Journal of IT Convergence Society for SMB, Vol.6, No.3, pp.37-41, 2016 

  3. J. Han, "Color and Brightness Calibration Convergence Technology for 5D Virtual Reality Attractions," Journal of the Korea Convergence Society, Vol. 7. No. 1, pp. 25-30, 2016 

  4. B. Kang and K. Lee, "Fire Alarm Solutions Through the Convergence of Image Processing Technology and M2M," Journal of the Korea Convergence Society, Vol. 7. No. 1, pp. 37-42, 2016 

  5. K. Orland, "News - Microsoft Announces Windows Kinect SDK For Spring Release," Gamasutra, March 16, 2011. 

  6. R. El-Laithy, J. Huang, and M. Yeh, "Study on the use of Microsoft Kinect for robotics applications," 2012 IEEE/ION Position Location and Navigation Symposium (PLANS), 2012. 

  7. J. Yoon, "A Motion Capture and Mapping System: Kinect Based Human-Robot Interaction Platform," Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, Vol. 16, No. 12, pp. 8563-8567, 2015. 

  8. D. Holz, S. Holzer, R. B. Rusu, and S. Behnke, "Real-time Plane Segmentation using RGB-D Camera," RoboCup Symposium, 2011. 

  9. P. Kovesi, MATLAB and Octave Functions for Computer Vision and Image Processing, From: http://www.peterkovesi.com/matlabfns/ 

  10. S.-W. Jang and M.-H. Huh, "Target Object Detection Based on Robust Feature Extraction," Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, Vol. 15, No. 12, pp. 7302-7308, 2014. 

  11. R. Hartley and A. Zisserman, "Multiple View Geometry in Computer Vision," pp 101-113, Cambridge University Press, 2001. 

  12. G. Y. Kim and S. M. Son, "Realistic 3D model generation of a real product based on 2D-3D registration," Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, Vol. 14, No. 11, pp. 5385-5391, 2013. 

  13. L. Rokach and O. Maimon, "Clustering methods," Data mining and knowledge discovery handbook, Springer US, pp. 321-352, 2005. 

  14. S.-W. Jang, H.-J. Choi, and M.-H. Huh, "Segmentation of Target Objects Based on Feature Clustering in Stereoscopic Images," Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, Vol. 13, No. 10, pp. 4807-4813, 2012. 

  15. M. Fishler and R. Boles, "Random sample concensus: A paradigm for model fitting with applications to image analysis and automated cartography," Comm. Assoc. Comp, Mach., Vol 24, No 6, pp. 381-395, 1981. 

  16. Guide, MATLAB User'S, "The mathworks," Inc., Natick, MA 5, 1998. 

  17. Y.-S. Heo, J.-G. Kim, J.-M. Kim, B.-M. Kwon, and H.-J. Song, "Prediction and Analysis of Photovoltaic Modules's Output using MATLAB," Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, Vol. 11, No. 8, pp. 2963-2967, 2010. 

  18. F. Cornelissen, P. Enno, and J. Palmer, "The Eyelink Toolbox: eye tracking with MATLAB and the Psychophysics Toolbox," Behavior Research Methods, Instruments, & Computers 34.4, pp. 613-617, 2002. 

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