빨리 이동하는 피사체의 움직임을 상세히 분석하기 위해서는 고속 카메라가 필수 불가결하다. 본 논문에서는 고속 필름 카메라와 고속 디지털 카메라의 기본개념, 역사적 배경 및 향후 고속 카메라의 동향을 기술 하고자 한다. 또한 해외 및 국내 고속 카메라의 사용현황과 나로 우주센터에서 사용될 고속 카메라의 운용계획을 기술 하고자 한다.
본 논문에서는 고속의 이동체를 추적하기 위하여 적외선 스테레오 카메라 시스템을 이용하였다. 열원을 감지할 수 있는 적외선 카메라를 이용해 고온의 추진체를 찾는다, 그리고 고속 이동체의 3 차원 위치를 계산하기 위해 스테레오 카메라 시스템을 사용하여 카메라와 고속 이동체 사이의 거리를 계산하였다. 마지막으로 인공신경망을 이용한 회귀분석으로 고속 이동체의 궤적을 추정하였다. 제안한 시스템이 동작하는 것을 실험 결과를 통해 보인다.
본 논문에서는 3D 복원과 카메라 측정과정 없이 정확하게 카메라 자세를 계산하고 가상객체를 비디오에 합성하기 위한 단일 프레임 기반의 고속 계산 기법을 제안한다. 객체의 로컬 좌표와 단일 이미지에서의 대응되는 이미지 좌표로부터 카메라 자세를 계산한다. 정사영 투영모델에서의 분해기법에 기반한 구조 계산 방법으로 카메라 자세의 고속 추정이 가능하다. 정사영 투영모델에 기반하기 때문에 참조점의 설정에 따라 정확도가 달라진다. 객체에 따라 참조점을 설정하여 정확한 카메라 자세를 계산하는 방법을 제안한다. 카메라 자세 및 물체의 형태는 단일 프레임 기반으로 수행되며 카메라 자세 추정 결과가 즉시 비디오 합성에 사용될 수 있도록 하였다. 제안하는 기법의 유효성 입증을 위해 실사 비디오에 기반한 증강현실시스템을 구현하고 카메라 자세 계산과 비디오 합성의 전체 과정을 단일 프레임에 기반하여 실험을 수행하고 제안 기법의 실용성을 보였다.
애니메이션과 컴퓨터 게임 등의 다양한 산업에 이용되고 있는 모션캡쳐 시스템은 현재 카메라를 이용한 고가의 고속 카메라를 사용하여 일반인들이 범용으로 사용하기에는 많은 어려움이 따른다. 이에 본 연구에서는 고가의 고속카메라를 사용하는 대신 저가의 PSD 센서를 사용하여 광학방식의 모션캡쳐 시스템을 구성하였다. 또한 시스템에서 획득한 3 차원 데이터의 정확성을 위해 일반적으로 CCD 카메라에 사용되어지는 카메라 보정 알고리즘을 PSD 모션캡쳐 시스템에 적용하여 손쉽게 보정을 하면서 적은 오차를 가질 수 있는 방법을 제시하였다.(중략)
본 논문은 High speed image를 획득하기 위하여 CMOS Image Sensor를 사용한 고속카메라 구현에 관한 연구이다. Image Sensor로는 CCD Image Sensor와 CMOS Image Sensor가 있으며 CMOS Image Sensor는 CCD Image Sensor에 비해 전력소모가 적고 주변회로의 내장으로 소형화 할 수 있는 장점이 있다. 고속카메라는 충돌 테스트, 에어벡 제어 등의 자동차 분야와 골프 자세 교정 장치와 같은 스포츠 분야, 탄도 방향 측정 장비 등의 국방 분야 등 여러 분야에 많이 사용되고 있다. 본 논문에서 구현한 고속카메라 시스템은 CMOS Image Sensor를 사용하여 1280 * 1024의 해상도로 초당 약 500 frames의 영상을 획득할 수 있다. 또한 CMOS Image Sensor를 제어하고 획득한 이미지를 저장할 수 있도록 FPGA와 DDR2 메모리를 사용하고 저장된 데이터를 PC로 전송하기 위한 Camera Link 모듈 그리고 PC에서 카메라를 제어할 수 있도록 RS-422 통신기능 등으로 구성되었다.
본 논문에서는 깊이 영상의 해상도를 확장하기 위한 필터링 기술과 고속화 방법을 소개한다. 일반적으로 깊이 카메라를 통해 획득한 깊이 맵은 색상 카메라에 비해 낮은 해상도를 가진다. 다시점 카메라 시스템에서는 시점의 수가 제한되어 있기 때문에 가상 시점의 영상을 합성하기 위해서는 참조 시점의 색상영상과 깊이 맵이 필요하다. 본 논문에서는 깊이 맵의 해상도를 색상 영상의 해상도와 동일하게 확장하는 기술과 이를 실시간에 가깝게 효율적으로 수행하는 고속화 기술을 설명한다.
움직임 검출 시스템은 감시카메라에서 불필요한 녹화를 방지하는 방법으로 널리 사용되고 있다. 그러나 최근 출시되고 있는 고화질 CCTV 카메라에서는 연산의 복잡도 때문에 실시간 처리가 어려운 실정이다. 이를 해결하기 위해 본 논문에서는 CUDA를 이용한 고속 움직임 탐지 시스템을 구현하였다. 기존의 움직임 탐지 시스템은 처리 속도의 한계로 인해 고속의 탐지가 어려웠을 뿐 아니라 고속으로 동작하도록 하려면 고가의 시스템 부품을 사용하여야 하므로 사용자에게 부담을 안겨주었다. 그러나 최근 발전을 거듭하고 있는 고속의 GPU를 이용하여 움직임 탐지 시스템을 구현할 경우 보다 저렴한 가격에 보다 뛰어난 성능을 가질 수 있도록 할 수 있다. 따라서 본 논문에서는 이러한 범용 GPU 사용기술인 nVidia의 CUDA를 이용하여 움직임 탐지 시스템을 구현하였다. 실험 결과 GPU 기반 시스템은 CPU 기반 시스템보다 80배가량 속도의 향상이 있었다. 제안하는 방법은 nVidia 그래픽 카드가 설치된 시스템에서 고속의 감시카메라 서버 등으로 적용이 가능하다.
TV홈쇼핑은 Full HD로 방송이 제작되고 있으며, 방송제작 시 스튜디오 스텐다드 카메라, jimmy jib 카메라 외에 추가로 다양한 카메라가 방송제작에 활용된다. 다양한 카메라 중 4K 카메라를 스튜디오 제작에 활용하여 제작의 퀄리티를 높이고 있다. 4K 카메라는 제작 회사 마다의 특성에 따라 각각 다른 화질과 다양한 기능을 제공한다. 본 논문은 4K 카메라의 여러 기능 중 고속촬영 기능의 화질 비교에 관한 것이다. 홈쇼핑 방송제작에 활용되는 4K 카메라의 다양한 활용성을 제시하고자 한다.
나로우주센터에서는 한국형우주발사체(KSLV-II)의 이륙순간 발사체 주요부분에 대한 초고화질(UHD) 고속영상 획득 및 영상분석을 위해서 발사대 주변과 발사대 타워에 초고화질 고속 디지털카메라 시스템을 설치할 계획이다. 본 논문에서 현재 나로우주센터에서 운용중인 고속 디지털카메라 시스템의 구성과 한국형우주발사체 발사임무 수행을 위한 초고화질(UHD) 고속 디지털카메라 시스템의 구성을 비교하여 기술하였다.
본 논문에서는 레이저와 고속 CCD 카메라를 이용하여 대형 구조물의 3차원 거동 계측을 위해 진동 주파수 계측 방식을 확립하였다. 구조물에 부착한 대상판에 변동(fluctuation)이 작은 다이오드 레이저를 투사하고, 고속 CCD 카메라로 촬영한 영상에 고정도 상대측정 알고리즘을 적용하여 구조물의 변위를 측정하였다. 초당 120 프레임의 고속 카메라를 이용하고 변위에 FFT를 취해 진동주파수를 구한 경우, 0에서 40Hz까지 $\pm$0.5% 이내의 진동주파수의 정확도를 얻을 수 있다. 이를 이용하면 대형 구조물에 대해 보다 저렴하고 간단하게 고유진동수의 측정이 가능하다. 또한 GPS를 이용한 상대측위 기법과의 비교를 통해 레이저를 이용한 변위측정의 정확도를 입증함으로써, 제안한 진동주파수 측정 방법의 신뢰도와 경제성을 검증하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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