Single View Metrology 를 활용한 다양한 각도로 위치한 물체 길이 추정 방법 = Method for estimating the length of objects positioned at various angles using Single View Metrology

국문 초록 (Abstract)

Single-View Metrology(단일 영상 기반 계측) 기법은 단안 카메라의 한 장의 이미지로 물체의 실제 길이를 추정할 수 있다. CCTV 와 같은 단안 카메라 환경에서 실제 공간에 대한 장면을 이해하는데 높은 실용성을 가진다. 그러나 Single-View Metrology 와 그 외의 물체 길이 추정 방식은 동일한 평면 위에 측정하고자 물체와 실제 길이를 알고 있는 물체가 지면에 대해 수직 방향을 유지해야 한다는 한계점을 가지고 있다. 이는 실제 공간 현장에서는 제한적인 적용만 가능하다. 본 연구는 이러한 한계점을 극복하여 지면과 수직 방향이 아닌 기울어지거나 서로 다른 평면 위에 놓인 물체까지도 실제 길이를 추정할 수 있는 새로운 단일 영상 기반 길이 추정 기법을 제안한다. 제안 방법은 세 가지 핵심 요소로 구성된다. 먼저 소실점과 교차비율(cross-ratio)로 참고 물체의 실제 길이를 기반으로 측정하고자 하는 대상 물체의 Vertical Component 길이를 추정한다. 이후 Gravity Direction Detection 을 통해 자동으로 획득한 소실점과 카메라 파라미터(피치각, 화각, 초점거리)를 사용하여 이미지 상의 물체의 위치 좌표를 실제 거리로 변환하여 대상 물체의 Horizontal component 길이를 추정한다. 마지막으로, 소실점들로부터 물체가 위치한 평면의 법선 벡터를 산출하고 참고 물체의 실제 수직 길이를 이용해 깊이 스케일을 복원하여 측정 대상 물체로부터 평면에 내린 수직 교차점을 자동으로 계산한다. 이를 통해 측정 대상 물체의 Vertical, Horizontal component 기준점을 찾고 길이를 추정할 수 있어서 물체가 기울어져 있거나 다른 평면 위에 존재하더라도 정확한 실제 길이 추정이 가능하다. 직접 촬영한 180 장의 이미지로 성능을 확인했다. 이 이미지는 동일하거나 서로 다른 평면을 포함한 환경이다. 지면과 수직이거나 기울어진 물체도 포함되었다. 실험 결과는 카메라의 촬영 설정이 바뀌더라도 오차가 일정했고 길이 추정 정확도는 최고 97.49%에 도달했다. 기울어진 물체가 바닥과 교차하는 지점을 자동으로 검출하여 복잡한 장면 구조에서도 안정적인 길이 추정이 가능했다. 기존 방식은 수직 물체가 참고 물체와 같은 평면에 있어야 적용가능했지만 제안 방법은 평면이 달라도 물체의 길이를 계산해낸다. 기존 SVM 기반 계측의 제약을 이런 점에서 실질적으로 확장했다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Single-viewpoint measurement (single image based measurement) is a technique that can estimate the actual length of an object from a single image of a monocular camera. This technique is very useful for understanding real-space scenes in monocular camera environments such as CCTV. However, existing object length estimation methods including single-view measurement have limitations that the object to be measured and the object of known actual length must be located perpendicular to the ground on the same plane. This has limited coverage in real spatial environments. In this study, we overcome these limitations and propose a new single image based length estimation technique that can also estimate the actual length of an object inclined or placed on a plane other than perpendicular to the ground. The proposed method consists of three key components. First, the vertical component length is estimated based on the actual length of the object to be measured by using the vanishing point and the intersection ratio. After that, the horizontal component length of the target object is estimated by converting the object position coordinates on the image to the actual distance using the vanishing point and camera parameters (pitch angle, viewing angle, focal length) automatically acquired by detecting the direction of gravity. Finally, we recover the depth scale by calculating the normal vector of the plane where the object is located from the vanishing point, and automatically calculating the vertical intersection point falling from the object to be measured to that plane using the actual vertical length of the reference object. This enables accurate estimation of the actual length even if the object is tilted or present in a different plane by finding the vertical and horizontal component reference points of the object to be measured. The performance was verified using 180 directly shot images. This image is an environment that includes the same plane or different planes, including objects that are perpendicular or inclined to the ground. As a result of the experiments, the error remained constant even when the camera shooting setting was changed, and the length estimation accuracy reached up to 97.49%. Stable length estimation was possible even in complex scene structures by automatically detecting the point where the tilted object meets the floor. Existing methods were applicable only when the vertical object was in the same plane as the reference object, but the proposed method can calculate the length of the object even if the plane is different. In this respect, we greatly extended the limitations of existing SVM-based measurements.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서론 1
• 2. 관련 연구 3
• 2.1 Single-View Metrology 3
• 2.2 이외의 길이 추정 관련 연구 6
• 3 제안하는 방법 8
• 3.1 수평선 자동 검출 8
• 3.2 지면점(Ground Point) 자동 검출 11
• 3.3 Vertical conponent 길이 추정 15
• 3.4 Horizontal conponent 길이 추정 15
• 3.5 기울어진 물체 길이 계산 17
• 3.6.다른 평면 위 물체 길이 추정 18
• 4. 실험 및 결과 21
• 5. 결론 및 향후 연구 28
• 6. 참고 문헌 30