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하이브리드 패턴 인코딩 및 패턴 방향성 분석을 통한 구조광 전역조명 오류 완화 기술 연구

Research on Structured Light Global Illumination Artifact Mitigation Using Hybrid Pattern Encoding and Directionality Analysis

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발행기관 서강대학교 일반대학원
지도교수 이주호
발행년도 2025
학위수여년월 2025. 8
학위명 석사
학과 및 전공 일반대학원 컴퓨터공학과
실제 URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000082027
UCI I804:11029-000000082027
본문언어 한국어
저작권 서강대학교 논문은 저작권 보호를 받습니다.

초록 (요약문)

구조광 시스템(structured light)은 광 패턴을 물체에 투사하고 이를 카메라로 촬 영하여 3차원 형상을 정밀하게 복원하는 광학 기반 3D 스캐닝 기술이다. 그러나 기존 구조광 기술은 난반사 물체를 가정하고 설계되었기 때문에 표면에 서의 산란, 정반사, 상호 반사 와 같은 전역 조명 효과(global illumination)으로 인해 깊이맵 해상도에 한계가 존재하며 깊이 오추정 문제가 발생한다. 본논문에는 구조광 기반 3차원 재구성이 직면한 두 가지 핵심 문제를 지적하고, 이를 동시에 해결할 수 있는 새로운 기법을 제안한다. 첫째, 고주파 패턴이 반투명 물체 내부에서 발생하는 하부표면 반사(subsurface scattering) 때문에 정보가 소실되는 문제를 해결하기 위해, 새롭게 설계한 스트라이 프 패턴에 기존 저주파 XOR 인코딩을 결합한 하이브리드 패턴 인코딩 방식을 최초로 도입하였다. 제안 방법은 고주파 해상도를 유지하면서도 하부표면 반사와 상호 반사 (inter-reflection)로 인한 패턴 오염을 효과적으로 완화해, 반투명·금속성·복합 재질 에서도 일관되고 정확한 3D 복원을 가능하게 한다. 둘째, 난반사 물체에 투사된 패턴이 금속과 같은 거울 반사 물체에 반사되어 잘 못 인식되는 문제가 발생할 수 있다. 이를 해결하기 위해, 본 논문은 패턴의 움직임 방향성을 분석하여 간접 반사를 식별하고 제거하는 알고리즘을 제안한다. 제안된 기법은 반투명, 금속성, 복합 재질 등 다양한 물체 표면에서 정확하고 일 관된 3D 복원 결과를 제공하며, 기존 구조광 방식이 실패한 환경에서도 탁월한 성능을 보인다. 기존 방법과의 비교 평가를 통해 최고 수준 성능을 입증하였다.

초록 (요약문)

Structured light is an optical 3D scanning technique that projects light patterns onto an object and captures them with a camera to precisely reconstruct its three-dimensional shape. Conventional structured light systems assume that projected patterns directly interact with object surfaces, making them vulnerable to global illumination effects frequently observed in real-world environments. This paper identifies two critical challenges in structured light-based 3D reconstruction and proposes a unified approach to address both. First, high-frequency patterns are susceptible to subsurface scattering within translucent materials, leading to loss of pattern information. To overcome this, we propose a hybrid pattern encoding technique that combines stripe patterns with selectively applied low-frequency patterns using XOR logic. This approach preserves the resolution of high-frequency patterns while significantly reducing contamination caused by subsurface scattering and inter-reflection. Second, projected patterns on diffuse surfaces may be reflected onto nearby specular surfaces, such as metal, resulting in misinterpretation during reconstruction. To mitigate this, we introduce an algorithm that analyzes the directional motion of projected patterns to detect and remove such indirect reflections. The proposed method demonstrates robust and consistent 3D reconstruction across a wide range of materials, including translucent, metallic, and composite surfaces. It significantly outperforms conventional structured light techniques under challenging illumination conditions where traditional methods often fail.

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초록 (요약문)

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