[논문 리뷰] Code Minimization for Fringe Projection Based 3D Stereo Sensors by Calibration Improvement

Christian Bräuer-Burchardt, Peter Kühmstedt외 1명|arXiv (Cornell University)|2014. 04. 29.

Optical measurement and interference techniques참고 문헌 3인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 이중 삼각측량과 향상된 프로젝터 캘리브레이션을 활용하여 프ringe projection 3D 스테레오 센서에서 그레이 코드 또는 기타 단계 풀이 코드가 필요 없도록 하는 방법을 제시한다. 캘리브레이션 후, 근사 완전한 3D 재구성(최대 99.5% 완전성)을 달성하며, 임의의 추가 코딩 시퀀스 없이도 실시간 적용이 가능하고, 임의의 오류 검출률이 최소 1.0% 이하로 낮아진다.

ABSTRACT

Code minimization provides a speed-up of the processing time of fringe projection based stereo sensors and possibly makes them real-time applicable. This paper reports a methodology which enables such sensors to completely omit Gray code or other additional code. Only a sequence of sinusoidal images is necessary. The code reduction is achieved by involvement of the projection unit into the measurement, double triangulation, and a precise projector calibration or significant projector calibration improvement, respectively.

연구 동기 및 목표

• 프리즈 투영 3D 센서에서 그레이 코드와 같은 추가 단계 풀이 코드가 필요 없도록 하는 것.
• 투영 시퀀스 길이와 처리 시간을 단축시켜 실시간 3D 측정을 가능하게 하는 것.
• 향상된 프로젝터 캘리브레이션을 통해 측정 완전성 향상과 오류 검출률 감소를 도모하는 것.
• 외부 코딩에 최소한의 의존도를 두고 이중 삼각측량을 통해 기하학적 단계 풀이를 달성하는 것.
• 프로젝터 캘리브레이션 정확도가 3D 재구성 품질과 오류 검출률에 미치는 영향을 평가하는 것.

제안 방법

• 그레이 코드와 같은 추가 코드를 포함하지 않고, 오직 정현파 무늬 패턴만을 사용한다.
• 이중 삼각측량을 적용: 하나는 두 대의 카메라를 사용하는 CC-모드, 다른 하나는 카메라와 프로젝터를 사용하는 CP-모드.
• CC-모드와 CP-모드에서 유도된 3D 점 후보들을 매칭시켜 모호함을 해소한다.
• 대응되는 단계 값에 대한 검색 공간을 제약하기 위해 에피포라 기하학을 적용하여 계산 부담을 감소시킨다.
• 임계값 기반 매칭 기준( thr )을 적용하여 오류 검출을 걸러내며, thr 는 라디안 단위로 설정된다.
• 왜곡 보정을 포함한 광범위한 프로젝터 캘리브레이션을 수행하여 기준 거리 오차를 감소시키고 삼각측량 정확도를 향상시킨다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 프리즈 투영 3D 센서에서 추가 코딩 시퀀스 없이도 단계 풀이를 달성할 수 있는가?
• RQ2 프로젝터 캘리브레이션 향상은 3D 재구성 정확도와 완전성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 이중 삼각측량은 오류 검출률과 점의 유일성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 코딩 시퀀스를 제거함으로써 실시간 성능을 달성할 수 있는가?
• RQ5 다양한 임계값 설정( thr )은 완전성과 오류 검출률 간의 상호 보완적 관계에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 캘리브레이션 향상 후, Schiller의 불량 조각에 대해 thr = 0.01π 조건에서 99.1%의 완전성과 1.5%의 오류 검출률을 달성하였다.
• 피라미드 스텀프에 대해 최적 조건에서 완전성은 99.5%에 도달하였고, 오류 검출률은 0.0%에 머물렀다.
• 3D 점 간 거리 오차의 평균(cpд_mn)은 캘리브레이션 이전 1.1 mm에서 이후 0.2 mm로 감소하였다.
• 에피포라 선 오차는 0.1 픽셀 이하로 감소하여 정확한 기하학적 정렬을 확인하였다.
• 불량 조각에 대해 3D 점 측정의 표준편차는 11 μm, 스텀프에 대해 9 μm로 나타나 높은 정밀도를 보였다.
• 모드 m1은 더 적은 오류 검출률을 보였지만, 모드 m2보다 약간 낮은 완전성을 보였으며, 사용자 선호도에 따라 선택이 가능하다.