Color Structured Light for Rapid Range Imaging : 고속 거리영상 획득을 위한 컬러 구조광
- 발행기관 서강대학교 영상대학원
- 지도교수 이상욱
- 발행년도 2008
- 학위수여년월 2008. 2
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 영상대학원
- 식별자(기타) 000000107789
- 본문언어 영어
목차
In computer vision, research on reconstructing geometric shape of physical objects by machines has been one of primary issues, and numerous methods for obtaining range information from images have been presented. Active range sensing using structured light based on triangulation is the most accurate and reliable method for obtaining 3D geometric information. Although the geometry of objects varies with time in most cases most previous structured-light methods have assumed that the object scene is static or near static. Moreover, the modeling of dynamic object has hardly been implemented even by the rare structured-light methods for range sensing of dynamic objects. For reliable range sensing of dynamic objects, range information should be acquired from one or slightly more video frames and the acquired range information should be insensitive to object color and ambient illumination. This dissertation presents color structured-light for rapid high-resolution range imaging which applicable to the modeling of dynamic objects. We propose color-phase processing methods to implement single-frame range imaging with color sinusoidal light. We analyze color-phase distortion for estimating accurate phase information, and propose a reliable unwrapping method for imaging with high-frequency sinusoidal light. In addition, we present color-stripe structured-light methods for single-frame or double-frame imaging based on novel color analysis, permutation overlapping and sign codification which maximizes acquisition speed, range resolution and accuracy.
The imaging area of a 3D object using a single projector is restricted since the structured light is projected only onto a limited area of the object surface. Employing additional projectors to broaden the imaging area is a challenging problem since simultaneous projection of multiple patterns results in their superposition in the light-intersected areas and the recognition of original patterns is by no means trivial. This dissertation presents a method of multi-projector color structured-light vision based on projector-camera triangulation. By analyzing the behavior of superposed-light colors in a chromaticity domain we show that the original light colors cannot be properly extracted by the conventional direct estimation. We disambiguate multiple projectors by multiplexing the orientation of projector pattern so that the superposed patterns can be separated by explicit derivative computations. Experimental studies are carried out to demonstrate the validity of the presented method. The proposed techniques can be applied to high-resolution motion capture for non-rigid dynamics, and to virtual creation of aesthetic scenes and animations in both of photorealistic and non-photorealistic senses.
목차
컴퓨터 비전 분야에서, 기계를 이용하여 물리적 대상의 기하학적 형상을 복원하는 일은 주요한 연구주제가 되어왔고, 그 동안 영상으로부터 거리 정보를 획득하는 많은 방법들이 제안되었다. 삼각측량법 기반으로 구조광을 이용하는, 거리정보 획득의 능동적 방식은 3차원 기하학적 정보를 얻는 가장 정확하고 신뢰할 수 있는 방법이다. 일반적으로 물체의 기하학적 형상은 시간에 따라 변화함에도 불구하고, 기존의 방식들은 대부분 대상 장면이 정적이거나 거의 정적인 것으로 가정하였다. 게다가 동적 물체의 거리 감지를 위해 제안된 소수의 구조광 방법들조차도 동적 물체의 모형화를 실제로 구현한 경우는 극히 드물었다. 동적 물체의 신뢰할 수 있는 거리 감지를 위해서는, 거리 정보가 단일 혹은 소수의 영상 프레임으로부터 획득 가능해야 하며, 획득된 거리 정보는 물체의 컬러나 주변광에 민감하지 않아야 한다. 본 논문에서는, 동적 물체의 모델링에 적용 가능한, 고속 고해상도 거리영상 획득을 위한 컬러 구조광 기술을 제안한다. 컬러 정현파 조명을 이용한, 단일-프레임 기반 거리영상 획득을 구현하기 위해 컬러위상 처리 방법들을 제안하며, 정확한 위상정보의 추정을 위해 컬러위상의 변형을 분석하고, 고주파 정현파 조명 기반 거리영상 획득을 위해 신뢰할 수 있는 전개 방법을 제안한다. 또한, 단일프레임 또는 이중프레임으로부터의 거리영상 획득을 위해, 거리정보의 획득 속도, 해상도 및 정확도를 극대화하는 컬러의 분석, 순열의 중첩 및 음양부호 코드화 등에 기반한 컬러띠 구조광을 제안한다.
단일 프로젝터를 이용한 3차원 물체의 이미징 영역은, 구조광이 물체 표면의 일정 부분에만 영사되기 때문에 제한된다. 이미징 영역을 넓히기 위해 프로젝터를 추가하는 것은, 다수 패턴의 동시 영사가 조명이 교차되는 영역에서 패턴들을 중첩되게 하여 본래의 패턴들을 인식하기 어렵게 하기 때문에 매우 도전적인 일이다. 본 논문에서는, 프로젝터와 카메라의 삼각측량에 기반한 다중프로젝터 컬러 구조광 비전 방식을 제안한다. 색도 공간에서 중첩된 컬러 광들의 행동을 분석하여 본래의 조명컬러가 일반적인 방식으로는 적절하게 추출될 수 없음을 보인 후, 프로젝터 패턴의 방향을 다중화하여 중첩된 패턴들이 명시적 도함수 연산을 통해 분리되게 함으로써 다중프로젝터를 쉽게 구분 지을 수 있음을 보인다. 제안된 방법들의 유효성을 입증하기 위해, 각기 다양한 실험 결과를 제시한다. 제안된 기술은 비강체 운동역학을 위한 고해상도 모션의 획득, 미학적 장면과 애니메이션의 사실적 및 비사실적 가상 합성 등에 사용될 수 있다.
