DPM 기반의 커브형 집적영상 시스템을 이용한 원거리 3차원 물체의 효율적인 픽업 및 인식 :Efficient pickup and recognition of for 3-D objects using the direct-pixel-mapping (DPM) based curving-effective intergral imaging system

정한구

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자료유형: 학위논문

저자정보: 정한구 (광운대학교, 광운대학교 대학원)

지도교수: 김은수

발행연도: 2013

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2013

DPM 기반의 커브형 집적영상 시스템을 이용한 원거리 3차원 물체의 효율적인 픽업 및 인식

정한구 전자공 2013.01 학위논문

2012

커브형 집적영상에서 부분적으로 가려진 먼 거리 물체 인식 향상을 위한 DPM 방법

정한구 , 김은수 한국통신학회논문지 2012.02 학술저널

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집적영상(integral imaging)은 ‘홀로그래피(holography)와 달리 레이저(laser)가 아닌 자연광을 사용하여 총천연색, 수직, 수평시차 및 연속시점을 동시에 제공할 수 있다’는 장점 등으로 차세대 3차원 영상기술로 많은 연구가 이루어져 왔다. 그러나 이러한 장점에도 불구하고 낮은 해상도(low resolution), 적은 깊이감 (small depth of field), 좁은 시야각(narrow viewing angle) 및 깊이 역전(depth inversion) 현상과 같은 여러 가지
현실적인 문제점을 가지고 있어 이에 대한 개선이 요구되고 있다.
이 중, 저 해상도 문제점을 해결하기 위한 방법으로 최근 커브형 집적 영상 (curving-effective integral imaging: CEII) 시스템이 제안되었다. 즉, CEII 시스템은 픽업과정에 요소영상의 샘플링 비율(sampling rate)을 증가시킴으로써 복원영상의 해상도와 시야각을 향상시키는 장점을 가지고 있어, 잡음에 의해 부분적으로 가려진 3차원 물체인식에서 기존의 집적영상 시스템보다 우수한 인식성능을 보이고 있다.
그러나 CEII 시스템을 이용한 원거리 3차원 물체 인식의 경우는
요소영상의 낮은 샘플링 비율 때문에 인식성능이 크게 떨어지는 문제점을 가지고 있다. 따라서 본 논문에서는 CEII 시스템에서 원거리에 위치한 3차원 물체의 해상도를 향상시킬 수 있는 새로운 접근 방법으로 DPM (direct-pixel-mapping) 기법을 제안하고 이를 이용한 새로운 3차원 물체인식 시스템을 구현하였다.
먼저, CEII 시스템에서 원거리 3차원 물체로부터 획득된 요소영상을 제안된 DPM 기법을 이용함으로써 마치, 근거리에서 획득된 것과 같은 특성을 갖는 새로운 요소영상을 합성하게 되고 이를 통해 원거리 3차원 물체영상의 해상도가 크게 개선된 복원이 가능하게 된다. 즉, 새로이 합성된 물체 요소영상을 기존의 CIIR (computational integral imaging reconstruction) 및 C-CIIR (curved-computational integral imaging reconstruction) 기법으로 복원한 실험결과, 복원된 물체영상의 PSNR(Peak Signal-to-Noise-Ratio) 값이 기존 방식에 비해 평균적으로 4.16 dB, 3.26 dB 각각 향상된 것으로 나타났다.
또한, 제안된 DPM 기법은 집적영상 시스템에서 해상도가 개선된 원거리 물체영상 복원이 가능함으로, 제안된 DMP 기반의 새로운 3차원 물체인식 시스템을 구현이 가능하고 이를 통해 원거리 3차원 물체의 인식성능의 향상이 가능하게 된다. 즉, 제안된 시스템을 통해 부분적으로 가려진 원거리 3차원 물체영상에 대한 실험결과가 기존 시스템에 비해 복원영상의 PSNR 및 NCC (normalized cross-correlation) 값이 평균적으로 1.78 dB, 그리고 4.87 % 각각 향상되는 것으로 나타났다.
따라서, 이상의 실험결과 새로이 제안된 DPM 기반의 CEII 시스템을 통해 실제 원거리 3차원 물체의 고해상 복원 및 이를 통한 3차원 물체 검출 및 인식성능의 향상이 가능함을 검증하였다.

Integral imaging has been regarded as one of the most promising technique for three dimensional (3D) imaging and display techniques, because it can provide full color, full parallax and continuous viewing 3- 1) object images. Although the conventional integral imaging system has those advantages, it still has several drawbacks to be solved including low image resolution, small depth of field, narrow viewing angle and depth inVersion.
In this dissertation, a novel approach for resolution - enhanced reconstruction and performance enhanced recognition of far 3- D objects in the curving effective integral imaging (CEll) system by employing the direct pixel mapping (DPM) scheme is proposed.
That is, firstly, a new approach for resolution ?enhanced computational reconstruction of plane object images (P()Is) of a far 3- D object by employing the DPM scheme in the CEll system has been proposed. In this approach, with the DPM method the elemental image array(EIA) picked up from a far 3- D object in the CEll system can be computationally transformed into a new EIA that may virtually look like the EIA picked up from the 3- D object originally located close to the lenslet array.
Secondly, another approach for performance enhanced recognition of far and partially occluded 3- D objects by using the DPM based CEll system has been also presented. In this recognition system, basing on the DPM’s reduction effect of the pickup distance of a far 3- D object, the resolution and quality of the reconstructed object images have been much enhanced, which results in a significant improvement of detection and recognition performance of far and partially occluded 3- D objects.
Experiments with the test 3- D object are performed in the proposed system and the results are compared to those of the conventional method in terms of resolution of the reconstructed object image and recognition performance of far objects That is, the values of PSNR(Peak Signal to -Noise Ratio) of the object images reconstructed from the proposed system by using both of the conventional CuR (computational integral imaging reconstruction) and C- Cull (curved computational integral imaging reconstruction) methods have been improved by 4.16 dB and 3.26 dB on the average, respectively, compared to those
reconstructed from the conventional system.
In addition, a new configuration of 3?D object recognition system employing the DPM based CEll system has been implemented for enhancing the detection and recognition performance of far and partially occluded 3- D objects. Experimental results show that the values of PSNR and NCC(normalized cross correlation) of the reconstructed object image from the proposed object recognition system has been improved 1.78 dli and 4.87 %, respectively, compared to those of the conventional sys tern.
Finally, these successful results confirm the feasibility of the proposed system in the practical applications.

제 1 장 서 론
1.1 연구 배경 및 목적
제 2 장 3차원 디스플레이 기술
2.1 개요
2.1.1 양안시차와 두 눈의 수렴각
2.1.2 운동시차
2.1.3 단안의 초점 조절
2.1.4 기타 요인
2.2 기술 동향
2.2.1 편광안경 방식
2.2.2 액정셔터 방식
2.2.3 시차장벽 방식
2.2.4 렌티큘러 렌즈 방식
2.2.5 집적영상 방식
2.2.6 체적형 디스플레이 방식
2.2.7 홀로그래피 방식
제 3 장 집적영상 기술
3.1 개요
3.2 집적영상 기술동향
3.2.1 기술의 역사
3.2.2 NHK(일본)
3.2.3 De Montfort 대학(영국)
3.2.4 Connecticut 대학(미국)
3.2.5 광운대학교
3.2.6 서울대학교
3.3 픽업 방식
3.3.1 개요
3.3.2 컴퓨터적 픽업 방식
3.3.3 광학적 픽업 방식
3.4 디스플레이 방식
3.4.1 개요
3.4.2 컴퓨터적 디스플레이 방식
3.4.3 광학적 디스플레이 방식
제 4 장 커브형 집적영상 기술
4.1 개요
4.2 커브형 집적영상 방식
4.2.1 커브형 집적영상(CEII)의 개선된 컴퓨터 픽업 방식
4.2.2 커브형 집적영상의 효과적인 관측 영역
제 5 장 제안된 DPM 기반의 커브형 집적영상 시스템
5.1 개요
5.2 제안된 DPM 기반의 커브형 집적영상 시스템에서
해상도 향상 복원방법
5.2.1 제안된 CEII 시스템에서 DPM 과정
5.2.2 제안된 커브형 집적영상 시스템에서의 DPM 성능분석
5.3 실험 및 결과분석
5.4 결론
제 6 장 제안된 DPM 기반의 커브형 집적영상 물체인식 시스템
6.1 개요
6.2 제안된 DPM 기반 CEII 물체인식 시스템
6.2.1 원거리 3차원 물체의 기존 인식의 한계
6.2.2 DPM 기반 커브형 집적영상 물체인식 방식
6.3 실험 및 결과분석
6.4 결론
제 7 장 결론
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