Calibrating Stereoscopic 3D Position Measurement Systems Using Artificial Neural Nets

3차원 위치측정을 위한 스테레오 카메라 시스템의 인공 신경망을 이용한 보정

Stereo cameras are the most widely used sensing systems for automated machines including robots to interact with their three-dimensional(3D) working environments. The position of a target point in the 3D world coordinates can be measured by the use of stereo cameras and the camera calibration is an important preliminary step for the task. Existing camera calibration techniques can be classified into two large categories - linear and nonlinear techniques. While linear techniques are simple but somewhat inaccurate, the nonlinear ones require a modeling process to compensate for the lens distortion and a rather complicated procedure to solve the nonlinear equations. In this paper, a method employing a neural network for the calibration problem is described for tackling the problems arisen when existing techniques are applied and the results are reported. Particularly, it is shown experimentally that by utilizing the function approximation capability of multi-layer neural networks trained by the back-propagation(BP) algorithm to learn the error pattern of a linear technique, the measurement accuracy can be simply and efficiently increased.

로봇을 비롯한 자동화 기계의 3차원 작업에서 스테레오 카메라는 가장 널리 사용되는 센서 장치이다. 스테레오 카메라를 사용함으로써 3차원 실세계 공간내 임의 목표점의 위치를 측정할 수 있으며, 카메라의 보정은 이를 위한 중요한 선행작업이다. 기존의 카메라 보정법은 크게 선형과 비선형의 기법으로 나눌 수 있는데, 선형의 기법은 간단하나 정확도의 면에서 문제점을 지니고, 비선형 기법은 렌즈의 왜곡을 보상하기 위한 모델링 과정과 이의 비선형 해를 구하는 비교적 복잡한 과정을 필요로 한다는 문제가 있다. 본 논문에서는 이러한 문제의 한 해결방안으로 인공신경망을 적용하는 방법을 연구하고 그 결과를 제시한다. 특히 역전파 알고리즘에 의해 학습된 다층 신경망의 함수 근사화 능력을 활용하여 선형기법의 오차 패턴을 학습함으로써 간단하고 효과적으로 계측의 정확도를 향상시킬 수 있음을 실험을 통하여 보인다.