햇빛과 어둠속에서 3D 정보를 알아내는 깊이감지 카메라
비디오 게임에 사용되는 MS 키네틱 콘트롤러와 같은 깊이감지 카메라에서는 3D 센서가 폭넓게 사용되고 있다. 현재 카네기멜런대학교(Carnegie Mellon University)와 토론토대학교(University of Toronto)가 개발한 새로운 영상기술은 이러한 카메라의 주요한 문제점들을 해결할 수 있게 될 것이다. 즉, 밝은 조명, 특히 햇빛 아래에서 동작하지 못하는 문제점을 해결해줄 것이다.
중요한 점은 카메라가 실제로 필요로 하는 단지 작은 빛들을 모으는 것이다. 연구원들은 이러한 기기들을 프로그램하는데 도움이 되는 수학적 모델을 개발하였다. 그래서 카메라와 카메라의 빛 소스가 같이 효율적으로 동작하였으며, 외부적인 빛 즉, 노이즈를 제거하게 되었다. 그렇지 않다면, 노이즈는 장면의 윤곽을 감지하기 위해서 필요한 신호들이 없어지게 될 것이다.
“우리는 캡처하기를 원하는 광선과 단지 이것에 대한 빛을 선택할 방법을 가지고 있다. 우리는 새로운 영상처리 알고리즘을 필요로 하지 않으며, 노이즈를 제거하기 위해 또 다른 처리과정을 필요로 하지 않는다. 왜냐하면, 우리가 노이즈를 모으고 있지 않기 때문이다. 이것은 센서로 할 수 있는 모든 것”이라고 CMU 로봇학과의 Srinivasa Narasimhan 교수가 말했다.
이러한 모델에 기초한 한 가지 프로토타입은 대부분의 스마트폰에서 사용되고 있는 카메라 종류인 일반적인 롤링셔터(rolling-shutter) 카메라를 가지고 레이저 프로젝터를 동기화하게 된다. 그래서 카메라는 장면을 통해서 스캔하게 될 때 레이저에 의해서 빛나는 지점에서만 빛을 감지하게 된다.
이것은 매우 밝은 빛 조명 아래에서 카메라가 동작하는 것이 가능하도록 만들어줄 뿐만 아니라 반사되거나 확산된 빛 가운데에서도 동작하게 해준다. 그래서 이것은 켜져 있는 백열전구의 형태를 캡처할 수 있고 연기 속에서도 볼 수 있으며, 또한 에너지를 매우 효율적으로 만들어주게 된다. 이러한 특징들의 결합은 영상 기술이 많은 애플리케이션에 적합하도록 만들어줄 수 있다. 즉, 의료 영상과 달과 행성들을 조사하는데 반짝이는 부품 검사와 로봇을 위한 감지가 사용될 수 있도록 해줄 것이다.
연구원들은 이러한 연구결과를 LA에서 열리는 SIGGRAPH 2015에서 발표할 예정이다.
깊이 카메라는 장면에 대한 점이나 줄의 패턴을 감지함으로써 동작하게 된다. 이러한 패턴들을 변형시키는 방법 또는 카메라에서 역반사되는 빛을 취하는데 걸리는 시간을 통해서 이것은 장면에 대한 3D 윤곽의 계산을 가능하도록 해준다.
문제점은 이러한 기기들이 매우 저전력으로 동작하는 초소형 프로젝터를 사용한다는 것이다. 그래서 이러한 희미한 패턴들이 제거되며, 카메라가 장면에 있는 흐릿한 빛을 캡처하게 될 때 감지할 수 없게 된다는 것이다. 그러나 프로젝터가 장면을 통한 레이저를 스캔하게 될 때, 매우 간단하다면 레이저빔에 의해서 투영된 점들은 더 밝아지게 된다고 토론토대학교 컴퓨터과학과의 Kyros Kutulakos가 지적했다.
“매우 짧은 시간에 우리가 거대한 양의 포톤을 전송하지 못할지라도, 태양에 의해서 보내진 에너지보다 그러한 부분에 더 많은 에너지를 보내게 되었다”고 그가 말했다. 이러한 기술은 완전히 밝은 장면에서 부분들을 선택하려고 시도하는 것이 아니라 투영된 부분에서부터 빛을 기록할 수 있는 것이다.
롤링셔터 카메라를 사용한 프로토타입에서 이것은 프로젝터를 동기화함으로써 성공하게 되었다. 이것은 레이저를 특별한 평면에서 스캔하여 카메라가 단지 평면만의 빛을 받아들이도록 하는 것이다. 또한 다른 카메라 하드웨어가 사용된다면, 연구팀에 의해서 개발된 수학적인 기반이 카메라에 미치는 에너지의 양을 최적화하도록 에너지 효율적인 코드를 계산할 수 있게 되는 것이다.
야외에서 비디오 게임을 하기 위해서 키네틱과 같은 기기들을 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 새로운 방법은 피부 구조와 같은 의료 영상을 사용하는데 사용될 수 있을 것이다. 이 기술이 없다면, 피부에 빛이 유입될 때 빛이 확산되어져서 흐릿해지게 될 것이다. 이 시스템은 일반적으로 카메라가 관통할 수 있도록 만드는 빛의 확산에도 불구하고 연기 속에서도 볼 수 있도록 해줄 것이다. 그리고 제조업체들은 빛나거나 거울에 비춰진 구성요소들에서 변칙적인 것들을 조사하기 위해서 이 시스템을 사용할 수 있을 것이다.
CMU 로봇학과 William "Red" Whittaker 교수는 이 시스템이 외계 로봇을 위한 다양한 혜택들을 제공할 것이라고 말했다. 왜냐하면 깊이 카메라가 실제로 장면을 밝혀주기 때문에 그것이 내부의 분화구와 같은 어둠 속에서 사용하는데 적합할 것이라고 그가 지적했다. 태양이 항상 낮은 각도에 있는 달의 극지방에서 눈부심을 제거할 수 있는 비전시스템은 필수적인 것이다.
“저전력 센싱은 매우 중요하다. 우주 미션에서 모든 와트가 문제가 된다”고 Whittaker가 말했다. 그리고 로봇의 센서는 항상 켜져 있는 상태이기 때문에 방대한 에너지를 사용하게 된다고 덧붙였다. Narasimhan은 짧은 간격을 따라서 이동하는 자율주행 자동차 간의 공간을 유지하는 것과 같이 자동차 애플리케이션이 사용될 수 있는 야외에서 깊이 카메라가 동작할 수 있을 것이라고 말했다.
원문출처 : http://www.sciencedaily.com/releases/2015/08/150810123614.htm
KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2015-08-17
http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?record_no=257630&cont_cd=GT