Single-shot active 3D sensing based on stereo vision and adaptable speckle pattern projection : 적응형 스펙클패턴 조사를 통한 단일 프레임 구조광 방식 스테레오 3D 센서 시스템
저자
발행사항
대구 : 경북대학교 대학원, 2020
학위논문사항
Thesis (doctoral)-- 경북대학교 대학원 : 전자공학부 임베디드시스템 및 제어공학전공 2020. 8
발행연도
2020
작성언어
영어
주제어
DDC
621.39 판사항(23)
발행국(도시)
대한민국
형태사항
xii, 110 p. : ill. ; 26 cm.
일반주기명
Thesis Advisor: 김민영.
Includes bibliographical references.
UCI식별코드
I804:22001-000000097949
소장기관
일반적으로 단일 프레임 구조방식은 스캔 과정의 움직임에는 강인하나, 높은 정확도를 구현하기 어렵다. 최신의 레이저 라인 프로파일러 또는 구조 광 3D 센서들은 조밀하고 정확한 3D 형상을 생성하기 위하여 여러 가지 패턴의 사용이 요구된다. 그러나 스캔 과정에서 자주 발생되는 물체의 움직임은 정확하지 않은 측정 결과를 초래한다. 스테레오 영상 기반의 시스템에서 영상 매칭을 위한 특징점 추적을 사용하는 것은 단일 패턴의 경우 더 높은 정확도를 얻을 수 있지만, 3D 프로파일 결과의 낮은 밀도와 추가적인 노이즈 발생에 따라 자주 활용되지 않는다.
본 논문에서는, 스테레오 카메라 시스템으로 단일 스펙클 패턴을 획득하여 저밀도 3D 프로파일 구현과 고밀도 깊이 추정방법을 제안한다. 실험 과정에서, 기존의 단일 프레임을 이용한 3D 프로파일 구현 방법과 비교하여 제안한 방법이 노이즈를 효과적으로 제거하고 더 높은 정확도의 3D 프로파일을 생성함을 보여준다. 일반적으로 스테레오스코픽 시스템에서 스펙클 패턴 생성을 위해 두 가지 방법이 사용된다. 하나는 고정되어 있는 레이저의 빛을 디퓨저에 투과시킴으로 생성되는 스펙클 패턴을 활용하는 것이고, 다른 하나는 컴퓨터 프로그램을 통해 스펙클 패턴을 생성하여 빔프로젝터로 조사하는 방법이다. 두 가지 방법의 목적은 스테레오 매칭 과정의 문제를 해결하는 것이지만, 동일한 3D 생성 알고리즘을 사용하여도 스펙클 필드를 생성하는 방법에 따라 정확도가 달라진다.
이 논문은 인간의 피부 표면 및 기타 물체의 재구성을 비교하여 제안된 저밀도 및 조밀한 스테레오 매칭 프레임워크에 대한 두 가지 프로젝션 방법의 성능을 비교 분석한다. 레이저는 초점 깊이가 길지만 거리에 따른 스패클의 크기 변화로 레이저 스패클 기반 3D 센서의 효율적인 작동 범위는 제한된다. 또한 모든 스테레오 기반의 방법은 큰 스펙클 크기가 균일하고 작은 크기로 이어지기 때문에 조밀하고 정확한 측정을 위해 최적의 스펙클 크기가 필요하다. 이 문제를 해결하기 위해 적응형 레이저 스펙클 프로젝션 시스템을 제안한다. 제안된 시스템은 최신 디지털 카메라의 자동 초점 시스템과 마찬가지로, 카메라 렌즈를 조정하여 물체에 초점을 맞추고 물체의 측정 거리가 변경될 때 원하는 스펙클 크기가 설정되는 과정에서 스스로 적응한다. 실험 결과는 제안된 방법을 사용하여 프로젝션 성능이 향상되며, 레이저 스펙클 프로젝션 시스템의 작동 범위를 늘릴 수 있음을 보여준다.
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