Development of a Low-cost Monocular PSD Motion Capture System with Two Active Markers at Fixed Distance

In this paper, we propose a low-cost and compact motion capture system which enables to play motion games in PS2(Play Station 2). Recently, motion capture systems which are being used as a part in film producing and making games are too expensive and enormous systems. Now days, motion games using common USB camera are slow and have two-dimension recognition. But PSD sensor has a few good points, such as fast and low-cost. In recently year, 3D motion capture systems using 2D PSD (Position Sensitive Detector) optic sensor for motion capturing have been developed. One is Multi-PSD motion capture system applying stereo vision and another is Single-PSD motion capture system applying optical theory ship. But there are some problems to apply them to motion games. The Multi-PSD is high-cost and complicated because of using two more PSD Camera. It is so difficult to make markers having omni-direction equal intensity in Single-PSD. In this research, we propose a new theory that solves aforementioned problems. It can measure 3D coordination if separated two marker's intensity is equal to. We made a system based on this theory and experimented for performance capability. As a result, we were able to develop a motion capture system which is a single, low-cost, fast, compact, wide-angle and an adaptable motion games. The developed system is expected to be useful in animation, movies and games.

일정간격의 두 능동마커를 이용한 저가형 단안 PSD 모션캡쳐 시스템 개발

본 논문에서는 가정용 게임에 적용 가능한 저가이면서 컴팩트한 모션캡쳐 시스템을 목표로 하고 있다. 현재 영화나 게임에 이용되는 모션캡쳐 시스템은 장비가 크고 상당히 고가이기 때문에 간단한 가정용 게임에는 적용하기 어렵다. 요즘 흔히 사용되는 USB CCD카메라를 이용한 모션캡쳐 게임은 속도가 느리고 2차원 인식만 하는 단점을 가지고 있다. 하지만 최근 연구에서 저가이면서 속도가 빠른 PSD센서를 이용하여 3차원 측정이 가능한 시스템을 구현할 수 있게 되었다. 2차원 측정이 가능한 PSD센서를 이용한 3차원 모션캡쳐 시스템에는 2개 이상의 PSD를 사용하는 스테레오 비전 기반의 PSD 모션캡쳐 시스템과 빛의 세기와 거리와의 관계를 이용하여 하나의 PSD만으로도 3차원 측정이 가능한 광량보정 기반의 단일 PSD 모션캡쳐 시스템 등이 소개되었다. 하지만 현재 개발된 두 시스템을 가정용 게임에 적용하기에는 다음과 같은 문제가 있다. 두 개 이상의 PSD 센서를 사용해야 하기 때문에 고가이고 복잡하다. 광량보정 기반의 단일 PSD 모션캡쳐 시스템의 경우에는 측정된 마커의 광량을 이용하여 거리를 계산하기 하기 때문에 거리측정을 위해 전방향으로 균일한 광량을 가지는 마커를 만들어야 하므로 매우 어렵다. 따라서 본 논문에서는 이러한 문제를 해결한 새로운 접근방법을 소개하고자 한다. 일정한 거리에 떨어져 있는 두 개의 마커가 광학적 특성만 동일하다면 두 마커 사이의 상대적 광량차이를 이용하여 3차원 측정을 할 수 있다는 것이다. 결과적으로 저가이며, 빠르고, 컴팩트하고, 광각이며, 게임에도 적용가능한 단일 PSD 모션 캡쳐 시스템을 개발했다. 이 개발된 시스템이 애니메이션이나 영화, 게임에도 사용되어질 것으로 기대한다.