한국항공우주학회지 (Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences)

  • 제38권7호
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  • Pages.693-701
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  • 2010
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  • 1225-1348(pISSN)
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  • 2287-6871(eISSN)
한국항공우주학회 (The Korean Society for Aeronautical and Space Sciences)
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스테레오 영상을 이용한 헬멧의 자세 및 위치 추정

Attitude and Position Estimation of a Helmet Using Stereo Vision

  • 신옥식 (서울대학교 기계항공공학부 대학원) ;
  • 허세종 (서울대학교 기계항공공학부 대학원, 두산 DST) ;
  • 박찬국 (서울대학교 기계항공공학부, 항공우주신기술 연구소)
  • 투고 : 2010.03.10
  • 심사 : 2010.06.13
  • 발행 : 2010.07.01
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초록

본 논문에서는 스테레오 카메라 시스템을 이용하여 헬멧의 자세 및 위치를 추정하는 알고리즘을 제안한다. 본 논문에서 구축한 시스템은 두 대의 CCD카메라와 헬멧 그리고 적외선 LED, 영상편집 보드로 구성된다. 이 중 15개의 적외선 LED는 헬멧에 서로 다른 길이로 삼각형 패턴으로 고정되어, 헬멧의 자세 및 위치를 결정하기 위한 특징점이 된다. 본 논문에서 제안한 알고리즘은 특징점 추출, 투영 재구성, 모델 인덱싱 과정으로 구성되며, 단위 쿼터니언(UQ, Unit Quaternion)을 이용하여 자세 및 위치를 추정한다. UQ를 이용하여 회전행렬를 구하면, 회전 행렬이 유니터리 행렬(Unitary Matrix)이 되는 것을 보장할 수 있다. 제안된 알고리즘은 시뮬레이션과 실제 실험 데이터를 이용하여 그 성능을 검증하였다.

In this paper, it is proposed that an attitude and position estimation algorithm based on a stereo camera system for a helmet tracker. Stereo camera system consists of two CCD camera, a helmet, infrared LEDs and a frame grabber. Fifteen infrared LEDs are feature points which are used to determine the attitude and position of the helmet. These features are arranged in triangle pattern with different distance on the helmet. Vision-based the attitude and position algorithm consists of feature segmentation, projective reconstruction, model indexing and attitude estimation. In this paper, the attitude estimation algorithm using UQ (Unit Quaternion) is proposed. The UQ guarantee that the rotation matrix is a unitary matrix. The performance of presented algorithm is verified by simulation and experiment.

키워드

참고문헌

  1. W. P. Tun Ma, G. Hamarneh, G. Mori, K. Kinelle, V. Sossi, "Motion Estimation for Functional Medical Imaging Studies Using a Stereo Video Head Pose Tracking System", IEEE Nuclear Science Symposium Conf. Record, Dresden, Germany, 2008, pp. 4086-4090. https://doi.org/10.1109/NSSMIC.2008.4774180
  2. Y. Matsumoto , A. Zelinsky, "An Algorithm for Real-Time Stereo Vision Implementation of Head Pose and Gaze Direction Measurement", IEEE 4th Intl. Conf. on Automatic Face and Gesture Recognition, Grenoble, France, 2000, pp. 499-pp. 504. https://doi.org/10.1109/AFGR.2000.840680
  3. B. Luo, Y. Wang, Y. Liu, "Sensor Fusion for Vision-based Indoor Head Pose Tracking", IEEE 5th Intl. Conf. on Image and Graphics, Xi'an, China, 2009, pp. 677-682. https://doi.org/10.1109/ICIG.2009.145
  4. 홍석기, 박찬국, “두 대의 적외선 카메라를 이용한 헤드 트랙커 시스템”, 한국항공우주학회지, 제34권, 제5호, 2006, pp. 81-87. https://doi.org/10.5139/JKSAS.2006.34.5.081
  5. 이영준, 박찬국, “광학방식 헤드 트랙커를 위한 맵 생성 알고리즘과 초기자세 추정기법”, 한국항공우주학회지, 제36권, 제7호, 2008, pp. 680-687. https://doi.org/10.5139/JKSAS.2008.36.7.680
  6. 김영일, 박찬국, “초기자세 획득을 위한 패턴 매칭을 이용한 광학 방식 헤드 트랙커”, 한국항공우주학회지, 제37권, 제5호, 2009, pp. 470-475. https://doi.org/10.5139/JKSAS.2009.37.5.470
  7. 김종훈, 조겸래, 이대우, “인공표식의 면적을 이용하는 영상 기반 헤드 트랙커 설계”, 한국항공우주학회지, 제34권, 제7호, 2006, pp. 63-70. https://doi.org/10.5139/JKSAS.2006.34.7.063
  8. 허세종, 신옥식, 박찬국, “기하학적 해싱을 이용한 모델 기반 자세 추정”, 한국항공우주학회 추계학술발표회 논문집, 2009, pp. 348-351.
  9. 허세종, 신옥식, 박찬국, “기하학적 제약조건을 이용한 스테레오 영상 정합”, 한국항공우주학회 춘계학술발표회 논문집, 2009, pp. 997-1000.
  10. 신옥식, 허세종, 박찬국, “영상기반 헤드트랙커 시스템에서 기하학적 해싱을 이용한 기하학적 패턴인식”, 군사과학기술학회 종합학술발표회, 2009.
  11. R. Hartley, A. Zisserman, Multiple View Geometry in Computer Vision, 2nd Edition, Cambridge University Press, 2003.
  12. D. W. Eggert, A. Lorusso, R. B. Fisher, "Estimating 3D rigid body transformations: a comparison of four major algorithms", Machine Vision and Application, Vol.9, Issue5-6, 1997, pp. 272-290. https://doi.org/10.1007/s001380050048