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효과적인 평면 호모그래피 추정을 위한 CS-RANSAC 기반의 특징점 필터링 방법
Feature Point Filtering Method Based on CS-RANSAC for Efficient Planar Homography Estimating 원문보기

정보처리학회논문지. KIPS transactions on software and data engineering. 소프트웨어 및 데이터 공학, v.5 no.6, 2016년, pp.307 - 312  

김대우 (인하대학교 컴퓨터정보공학과) ,  윤의녕 (인하대학교 컴퓨터정보공학과) ,  조근식 (인하대학교 컴퓨터정보공학과)

초록
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증강현실 분야에서 호모그래피(Homography)를 이용한 비마커 기반의 객체 추적 기술(Markerless tracking)은 카메라의 방향, 위치를 파악하여 실세계의 영상에 가상의 객체를 정확하고 자연스럽게 증강할 수 있는 기술이다. 이와 같은 호모그래피를 추정하기 위한 방법으로 RANSAC 알고리즘이 많이 사용되고 있으며, 최근 기존의 RANSAC 알고리즘에 제약 조건 문제(Constraint Satisfaction Problem)를 적용하여 정확도를 향상시키고, 처리시간을 줄인 CS-RANSAC 알고리즘에 대한 연구가 진행되고 있다. 하지만 CS-RANSAC 알고리즘은 샘플링 단계에서 정확도가 낮은 호모그래피를 추정하게 하는 특징점이 선택되어 불필요한 연산으로 인해 알고리즘의 효율성이 저하되는 경우가 있다. 따라서 본 논문에서는 효과적인 평면 호모그래피 추정을 위한 CS-RANSAC 기반의 특징점 필터링 방법을 제안한다. 제안하는 방법은 호모그래피 평가 단계에서 Symmetric Transfer Error로 정확도가 높은 호모그래피를 추정하게 하는 특징점인지를 평가하고 불필요한 특징점들을 다음 샘플링 단계에서 제외함으로써 정확도를 향상키고 처리시간을 줄였다. 제안하는 CS-RANSAC 기반의 특징점 필터링 방법의 성능평가를 위하여 제안하는 방법을 적용한 알고리즘과 기존의 RANSAC 알고리즘, CS-RANSAC 알고리즘의 수행시간과 오차율(Symmetric Transfer Error), 참정보 포함비율을 비교하였다. 실험 결과 본 논문에서 제안한 방법이 기존 CS-RANSAC 알고리즘보다 수행시간이 평균적으로 약 5% 단축되었고 오차율은 약 14% 줄어들어 더욱 정확한 호모그래피를 추정 할 수 있게 되었다.

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Markerless tracking for augmented reality using Homography can augment virtual objects correctly and naturally on live view of real-world environment by using correct pose and direction of camera. The RANSAC algorithm is widely used for estimating Homography. CS-RANSAC algorithm is one of the novel ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 Symmetric Transfer Error를 이용하여 호모그래피를 추정하기 좋은 특징점만을 남기고 다른 특징점들을 제거해 샘플링 범위를 줄이는 방법으로 CS-RANSAC 알고리즘의 효율성을 향상시키는 방법을 제안 하였다. 각각의 이미지 그룹은 특징점의 분포가 다른 그룹이고 각각의 이미지 그룹에 대해 제안하는 CS-RANSAC 알고리즘보다 효율성이 좋지만 특징점이 이미지의 중앙에 많이 분포되어있는 이미지 그룹에 대해서는 다른 알고리즘에 비해 처리시간이 늦어졌다.
  • 본 논문에서는 효율적인 호모그래피 추정을 위하여 CS-RANSAC 기반의 특징점 필터링 방법을 제안한다. 제안하는 방법은 호모그래피를 구하기 위한 CS-RANSAC 알고리즘의 비효율성(낮은 정확도의 호모그래피를 추정하게 하는 특징점을 다시 선택하여 불필요한 연산을 하는 경우 알고리즘의 효율성이 저하됨)을 개선하기 위해 호모그래피 평가 과정에서 구한 Symmetric Transfer Error[11]를 이용하여 단위격자 내의 대표 특징점(정확도가 높은 호모그래피를 추정하게 하는 특징점)만 남기고 나머지는 제거한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
RANSAC 알고리즘에 제약 조건 문제를 적용한 CS-RANSAC 알고리즘의 한계점은 무엇인가? 이와 같은 호모그래피를 추정하기 위한 방법으로 RANSAC 알고리즘이 많이 사용되고 있으며, 최근 기존의 RANSAC 알고리즘에 제약 조건 문제(Constraint Satisfaction Problem)를 적용하여 정확도를 향상시키고, 처리시간을 줄인 CS-RANSAC 알고리즘에 대한 연구가 진행되고 있다. 하지만 CS-RANSAC 알고리즘은 샘플링 단계에서 정확도가 낮은 호모그래피를 추정하게 하는 특징점이 선택되어 불필요한 연산으로 인해 알고리즘의 효율성이 저하되는 경우가 있다. 따라서 본 논문에서는 효과적인 평면 호모그래피 추정을 위한 CS-RANSAC 기반의 특징점 필터링 방법을 제안한다.
비마커 기반의 객체 추적 기술은 어떤 기술인가? 증강현실 분야에서 호모그래피(Homography)를 이용한 비마커 기반의 객체 추적 기술(Markerless tracking)은 카메라의 방향, 위치를 파악하여 실세계의 영상에 가상의 객체를 정확하고 자연스럽게 증강할 수 있는 기술이다. 이와 같은 호모그래피를 추정하기 위한 방법으로 RANSAC 알고리즘이 많이 사용되고 있으며, 최근 기존의 RANSAC 알고리즘에 제약 조건 문제(Constraint Satisfaction Problem)를 적용하여 정확도를 향상시키고, 처리시간을 줄인 CS-RANSAC 알고리즘에 대한 연구가 진행되고 있다.
비마커 기반의 객체 추적 기술은 무엇을 이용하는가? 증강현실 분야에서 호모그래피(Homography)를 이용한 비마커 기반의 객체 추적 기술(Markerless tracking)은 카메라의 방향, 위치를 파악하여 실세계의 영상에 가상의 객체를 정확하고 자연스럽게 증강할 수 있는 기술이다. 이와 같은 호모그래피를 추정하기 위한 방법으로 RANSAC 알고리즘이 많이 사용되고 있으며, 최근 기존의 RANSAC 알고리즘에 제약 조건 문제(Constraint Satisfaction Problem)를 적용하여 정확도를 향상시키고, 처리시간을 줄인 CS-RANSAC 알고리즘에 대한 연구가 진행되고 있다.
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참고문헌 (15)

  1. R. T. Azuma, "A survey of augmented reality," Presence: Teleoperators and Virtual Environments, Vol.6, pp.355-385, 1997. 

  2. Z. Feng, H. B. -L. Duh, and M. Billinghurst, "Trends in augmented reality tracking, interaction and display: A review of ten years of ISMAR," Proceedings of International Symposium on Mixed and Augmented Reality, pp.193-202, 2008. 

  3. P. Sturm, "Algorithms for plane-based pose estimation," International Conference on Computer Vision and Pattern Recognition, pp.706-711, 2000. 

  4. S. J. D. Prince, K. Xu, and A. D. Cheok, "Augmented reality camera tracking with homographies," Computer Graphics, Vol.22, No.6, pp.39-45, 2002. 

  5. H. Bay, A. Ess, T. Tuytelaars, and L. V. Gool, "SURF: Speeded Up Robust Features," Computer Vision and Image Understanding, Vol.110, No.3, pp.346-359, 2008. 

  6. M. A. Fischler and R. C. Bolles, "Random sample consensus: a paradigm for model fitting with applications to image analysis and automated cartography," Communications of the ACM, Vol.24, pp.381-395, 1981. 

  7. RANSAC [Internet], http://en.wikipedia.org/wiki/RANSAC, 2015. 

  8. O. Chum, J. Matas, and J. Kittler, "Locally Optimized RANSAC," in Proceedings of Deutsche Arbeitsgemeinschaft fur Mustererkennung, Germany, 2003. 

  9. G. S. Jo, K. S. Lee, C. Devy, C. H. Jang, and M. H. Ga, "RANSAC versus CS-RANSAC," American Association for Artificial Intelligence(AAAI), pp.1350-1356, 2015. 

  10. C. H. Jang, K. S. Lee, and G. S. Jo, "CSP Driven RANSAC Algorithm for Improving Accuracy of Planar Homography," Journal of Korean Institute of Information Science and Engineers, Vol.39, No.11, pp.876-888, 2012. 

  11. R. Hartley and A. Zisserman, "Multiple View Geometry in computer vision," 2nd ed., Cambridge University Press, 2000. 

  12. A. Criminisi, I. Reid, and A. Zisserman, "A Plane Measuring Device," Image and Vision Computing, Vol.17, pp.625-634, 1999. 

  13. Q. Wang, J. Mooser, S. You, and U. Neumann, "Augmented exhibitions using natural features," Int. J. Virtual Reality, Vol.7, No.4, pp.1-8, 2008. 

  14. S. J. Russell and P. Norving, "Artificial Intelligence: A Modern Approach," 3rd ed., Pearson, 2009. 

  15. UKbench dataset(Center for Visualization&Virtual Environments) [Internet], http://vis.uky.edu/-stewe/ukbench/. 

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