한 장의 영상에 보다 많은 영상정보를 담기 위해서는 넓은 시야각이 필요하다. 넓은 시야각을 갖는 영상은 보안, 감시, 원격화상회의, 이동로봇 등의 산업분야에서 사용된다. 본 논문에서는 광각의 파노라마 영상을 획득하기 위해 쌍곡면 실린더형 반사체를 이용한 영상획득 방법을 제안한다. 일반적인 응용 예에서 수직화각 보다 수평화각이 중요하므로 수직방향으로는 평면거울과 같고, 수평방향으로 쌍곡선 형태를 갖는 실린더형 반사체를 설계하였다. 광학적 성능 분석을 위해 광선추적법을 통해 본 쌍곡면 실린더형 반사체 영상계의 영상획득 모델을 구하였으며, 쌍곡면 실린더형 반사체를 실제 제작하였고, 영상 실험을 통해 광각 영상획득 성능을 검증하였다. 제안하는 영상 시스템은 기존 방법에 비해 경제적이며, 별도의 영상처리 없이 수평화각 210도에 이르는 광각의 실시간 파노라마 영상을 획득할 수 있었다.
A wide field-of-view (FOV) image contains more visual information than a conventional image. This study proposes a new type of hyperbolic mirror for wide FOV image acquisition. The proposed mirror consists of a hyperbolic cylindrical section and a bowl-shaped hyperbolic omnidirectional section. Using an imaging system with this mirror, it is possible to achieve a $213.8^{\circ}$ horizontal and a $126.94^{\circ}$ vertical maximum FOV. Parameters of each section of the mirror are designed to be continuous at the junction of the two parts, and the resultant image is seamless. The image-acquisition model is obtained using ray-tracing optics. To rectify the geometrical distortion of the original image due to the mirror, an image-restoration algorithm based on conformal projection is presented in this study. The performance of the proposed imaging system with the hyperbolic mirror and its image-restoration algorithm are verified by experiments.
수차가 적고 넓은 시야각에 걸쳐 높은 회절효율을 보이는 홀로그래픽 HMD 소자를 설계, 제작하였다. 적은 수차를 갖는 홀로그래픽 광학소자를 설계하기 위하여 recursive 설계 방법이 사용되었다. 적은 수차뿐만 아니라 넓은 FOV에 걸쳐 높은 회절효율을 갖도록 하기 위해 매개 홀로그램을 사용하였으며, 이를 이용해 수차가 보정된 홀로그램의 격자 함수를 최종적인 홀로그램에 전송하였다. 제작된 최종의 HMD용 홀로그래픽 광학소자의 수차는 보정 전보다 10배 가량 향상되었으며 FOV는 $\pm$$10^{\circ}$를 나타내었다.
Wide FOV imaging systems are important for acquiring rich visual information. A conventional catadioptric imaging system deploys a camera in front of a curved mirror to acquire a wide FOV image. This is a cumbersome setup and causes unnecessary occlusions in the acquired image. In order to reduce both the burden of the camera deployment and the occlusions in the images, this study uses a secondary planar mirror in the catadioptric imaging system. A compact design of the catadioptric imaging system and a condition for the position of the secondary planar mirror to satisfy the central imaging are presented. The image acquisition model of the catadioptric imaging system with a secondary planar mirror is discussed based on the principles of geometric optics in this study. As a backward mapping, the acquired image is restored to a distortion-free image in the experiments.
In order to contain as much information as possible in a single image, a wide FOV(Field-Of-View) imaging system is required. The catadioptric imaging system with hyperbolic cylinder mirror can acquire over 180 degree horizontal FOV realtime panorama image by using a conventional camera. Because the hyperbolic cylinder mirror has a curved surface in horizontal axis, the original image acquired from the imaging system has the geometrical distortion, which requires the image processing algorithm for reconstruction. In this paper, the image reconstruction algorithms for two cases are studied: (1) to obtain an image with uniform angular resolution and (2) to obtain horizontally rectilinear image. The image acquisition model of the hyperbolic cylinder mirror imaging system is analyzed by the geometrical optics and the image reconstruction algorithms are proposed based on the image acquisition model. To show the validity of the proposed algorithms, experiments are carried out and presented in this paper. The experimental results show that the reconstructed images have a uniform angular resolution and a rectilinear form in horizontal axis, which are natural to human.
본 논문은 넓은 시야각을 갖는 어안렌즈로 촬영 시, 발생하는 방사 왜곡을 보정하는데 있어 왜곡의 중심을 추정하는 방법을 제안한다. FOV 왜곡 보정 모델의 경우 렌즈의 왜곡중심을 별도로 추정하지 않기 때문에 영상의 중심점과 렌즈의 왜곡중심의 오차가 클수록 왜곡보정의 정확도가 떨어지는 단점이 있다. 이에 본 논문은 광각 렌즈에서 FOV 모델과 2D 패턴을 이용하여 렌즈의 왜곡중심 추정을 통해 보다 정밀한 왜곡 보정 방법을 제안한다. 이를 위해 FOV 모델로부터 발생하는 왜곡곡선을 직선과 비교하여 곡선과 직선의 차가 가장 적은 위치를 왜곡의 중심으로 설정한다. 이 방법을 통하여 렌즈와 센서 중심점의 오차에 의해 발생하는 왜곡 중심 추정의 정확도를 향상시킬 수 있었고 실험결과를 통하여 확인할 수 있었다.
Light-measuring devices (LMDs) are frequently used to measure luminance and color coordinates of displays. However, it is very difficult to use a conventional LMD for measuring the optical properties of virtual-reality (VR) devices with a wide field of view (FOV), because of their confined spaces where the entrance pupil of a LMD is located. In this paper, a new LMD that can measure the optical properties of wide-FOV VR devices, without physical conflict with the goggles of the VR device, is proposed. The LMD is designed to fully satisfy the requirements of IEC 63145-20-10, and a pivot-point correction method for the LMD is applied to improve its accuracy. To show the feasibility of the developed LMD and the correction method, seven VR devices with wide FOV are measured with it. From the results, all of them are successfully measured without any physical conflict, and a comparison to their nominal values shows that the FOVs have been properly measured.
Compound eyes in nature present intriguing topics in physiological optics due to their unique optical scheme for imaging. For example, a bee's eye has thousands of integrated photonic units called ommatidia spherically arranged along a curvilinear surface so that each unit points in a different direction. The omni-directionally arranged ommatidium collects incident light with a narrow range of angular acceptance and independently contributes to the capability of wide field-of-view (FOV) detection. Artificial implementation of compound eyes has attracted a great deal of research interest because the wide FOV exhibits a huge potential for medical, industrial, and military applications. So far, imaging with a FOV over $90^{\circ}$ has been achieved only with fisheye lenses which rely on bulky and expensive multiple lenses and require stringent alignment. In this talk, we will discuss about the spherical 3D arrangement of the photonic structures of biologically inspired artificial compound eyes in a small form-factor to have and the functional and anatomical similiarity with natural compound eyes.
Despite the continuous development of software, it is continuously pursued to enlarge the examination area of FOV in order to reduce the factors of inconsistency in images that appear in continuous examination during wide area examination using contrast agent such as whole body angiography. In this study, we investigated the optimal FOV by comparing the SNR values according to the changes of FOV. The change of the FOV was gradually changed to $270{\times}200$, $300{\times}223$, $330{\times}244$, $360{\times}266$ and $380{\times}281$. SE images at TR 450 msec and TE 10 msec, FSE images at TR 2,000 msec, TE 80 msec, and GE images were scanned at TR 117 msec, and TE 16 msec. SNR values were calculated from the mean values of signal intensities of five phantom images and the signal intensity values of four background standard deviations. As a result of the study, the signal intensity and the SNR value according to the change of the FOV value gradually increased as the FOV was increased, but it was found that the SNR value decreased at a constant size. In conclusion, the results are different from previous studies that the SNR increases as the FOV increases. The cause of these results could not be confirmed. However methods that can be imaged and included within the effective FOV should be considered.
A lot of research about camera calibration and lens distortion for wide-angle lens has been made. Especially, calibration for fish-eye lens which has 180 degree FOV(field of view) or above is more tricky, so existing research employed a huge calibration pattern or even 3D pattern. And it is important that calibration parameters (such as distortion coefficients) are suitably initialized to get accurate calibration results. It can be achieved by using manufacturer information or lease-square method for relatively narrow FOV(135, 150 degree) lens. In this paper, without any previous manufacturer information, camera calibration and barrel undistortion for fish-eye lens with over 180 degree FOV are achieved by only using one calibration pattern image. We applied QR decomposition for initialization and Regularization for optimization. With the result of experiment, we verified that our algorithm can achieve camera calibration and image undistortion successfully.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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