천장의 반복 무늬를 이용한 로봇의 방향 및 위치 계산

진홍신(Hongxin Chen),양창주(Changju Yang),이왕희(Wanghee Lee),김형석(Hyongsuk Kim) 大韓電子工學會 2010 電子工學會論文誌-SC (System and control) Vol.47 No.3

천장의 반복 무늬를 이용하여 로봇의 방향과 위치를 계산하는 새로운 알고리즘을 제안하였다. 방향 계산을 위해서 천장 영상으로부터 검출한 직선과 로봇의 현재 방향 간의 상대 각도를 계산한 후, 천장무늬에 포함된 여러 기준 직선의 방향들에 상기 상대각도를 더하여 로봇의 절대방향 후보 집합을 구성한다. 로봇 방향은 이 절대방향 후보 집합 중, 이전의 로봇 방향과 가장 가까운 방향으로 결정한다. 로봇의 위치도, 영상에서의 격자점의 화소 위치를 이용하여 로봇의 격자점과 로봇 간의 상대 위치를 계산 한 후, 이전 로봇 주변의 격자점들에 상기 상대위치 벡터를 더하여 절대 위치 후보 집합을 구성하며, 이들 중 이전 로봇의 위치와 가장 가까운 위치를 현재 로봇 위치로 결정한다. 제안한 알고리즘을 이용하여 구한 위치 및 방향의 정확성을 검증하기 위한 실험을 수행하였다. A novel algorithm which computes the orientations and the locations of mobile robots with repeating feature of ceiling textures is proposed. For orientation computation, the relative angle between a strait line on a ceiling image and the center line of the robot is firstly computed. The relative angle is added to the global reference angles of straight lines of the ceiling and a group of robot orientation candidates is composed. The robot orientation is determined from such orientation candidate group by choosing the closest one to the previous robot orientation. Similarly, the location of the robot is determined from the robot location candidate group by choosing the closest one to the previous robot location, where robot location candidate group is composed by adding the relative location of the robot to global locations of neighboring nodes of the previous robot locations. The experiment has been done to test the accuracy of the algorithm in computing locations and orientations.

Mobile Robot Localization Based on Hexagon Distributed Repeated Color Patches in Large Indoor Area

진홍신(Hongxin Chen),왕실(Shi Wang),한후석(Hoosek Han),김형석(Hyongsuk Kim) 제어로봇시스템학회 2009 제어·로봇·시스템학회 논문지 Vol.15 No.4

This paper presents a new mobile robot localization method for indoor robot navigation. The method uses hexagon distributed color-coded patches on the ceiling and a camera is installed on the robot facing the ceiling to recognize these patches. The proposed “cell-coded map”, with the use of only seven different kinds of color-coded landmarks distributed in hexagonal way, helps reduce the complexity of the landmark structure and the error of landmark recognition. This technique is applicable for navigation in an unlimited size of indoor space. The structure of the landmarks and the recognition method are introduced. And 2 rigid rules are also used to ensure the correctness of the recognition. Experimental results prove that the method is useful.

Precise Localization for Mobile Robot Based on Cell-coded Landmarks on the Ceiling

진홍신(Chen Hongxin),왕실(Wang Shi),양창주(Changju Yang),이준호(junho Lee),김형석(Hyongsuk Kim) 대한전자공학회 2009 電子工學會論文誌-CI (Computer and Information) Vol.46 No.2

실내 로봇의 자율 운행에 효과적인 새로운 로봇 위치 계산 방법을 제안하였다. 천정에 칼라 코드로 만든 위치 지시용 랜드마크를 부착하고, 천정을 향해 설치된 카메라에 의해 랜드마크가 인식되게하는 구조이다. 칼라 랜드마크에 사용한 코드는 9개의 다른 조합이 되도록 하여 상대적 위치를 지시하게 하며, 위치 계산이 모듈로 9 계산에 의해 용이하도록 하는 특별한 배치방법을 사용하였다. 천정에 부착된 랜드마크 인식을 기반으로 한 위치 계산 알고리즘이므로, 실내에서 사용하는 것을 특징으로 하며, 상대적인 위치 코드를 사용하므로 사용 넓이에 제한이 없다. 이 논문에서는 랜드마크의 구조와 인식방법을 소개하며, 위치계산 결과의 정확성 실험결과도 제시하였다. This paper presents a new mobile robot localization method for indoor robot navigation. The method uses color-coded landmarks on the ceiling and a camera is installed on the robot facing the ceiling. The proposed “cell-coded map”, with the use of only nine different kinds of color-coded landmarks distributed in a particular way, helps reduce the complexity of the landmark structure. This technique is applicable for navigation in an unlimited size of indoor space. The structure of the landmarks and the recognition method are introduced. And 2 rigid rules are also used to ensure the correctness of the recognition. Experimental results prove that the method is useful.

Mobile Robot Localization using Ceiling Landmark Positions and Edge Pixel Movement Vectors

Hongxin Chen(진홍신),Shyam Prasad Adhikari(아디카리 써얌프),Sungwoo Kim(김성우),Hyongsuk Kim(김형석) 제어로봇시스템학회 2010 제어·로봇·시스템학회 논문지 Vol.16 No.4

A new indoor mobile robot localization method is presented. Robot recognizes well designed single color landmarks on the ceiling by vision system, as reference to compute its precise position. The proposed likelihood prediction based method enables the robot to estimate its position based only on the orientation of landmark.The use of single color landmarks helps to reduce the complexity of the landmark structure and makes it easily detectable. Edge based optical flow is further used to compensate for some landmark recognition error. This technique is applicable for navigation in an unlimited sized indoor space. Prediction scheme and localization algorithm are proposed, and edge based optical flow and data fusing are presented. Experimental results show that the proposed method provides accurate estimation of the robot position with a localization error within a range of 5 cm and directional error less than 4 degrees.

Mobile Robot Localization using Ceiling Landmark Positions and Edge Pixel Movement Vectors

진홍신,아디카리 써얌프,김성우,김형석,Chen, Hong-Xin,Adhikari, Shyam Prasad,Kim, Sung-Woo,Kim, Hyong-Suk Institute of Control 2010 제어·로봇·시스템학회 논문지 Vol.16 No.4

A new indoor mobile robot localization method is presented. Robot recognizes well designed single color landmarks on the ceiling by vision system, as reference to compute its precise position. The proposed likelihood prediction based method enables the robot to estimate its position based only on the orientation of landmark.The use of single color landmarks helps to reduce the complexity of the landmark structure and makes it easily detectable. Edge based optical flow is further used to compensate for some landmark recognition error. This technique is applicable for navigation in an unlimited sized indoor space. Prediction scheme and localization algorithm are proposed, and edge based optical flow and data fusing are presented. Experimental results show that the proposed method provides accurate estimation of the robot position with a localization error within a range of 5 cm and directional error less than 4 degrees.

High Performance Object Recognition with Application of the Size and Rotational Invariant Feature of the Fourier Descriptor to the 3D Information of Edges

왕실,진홍신,이준호,임해평,김형석,김종만,Wang, Shi,Chen, Hongxin,I, Jun-Ho,Lin, Haiping,Kim, Hyong-Suk,Kim, Jong-Man The Institute of Electronics and Information Engin 2008 電子工學會論文誌-CI (Computer and Information) Vol.38 No.12

3 차원 정보로부터 정확한 에지를 추출하고 푸리 변환하여 물체를 인식할 수 있는 고 효율의 물체 인식방법을 제안하였다. 물체의 윤곽은 인식에 유용한 많은 정보를 포함하고 있지만, 정확한 윤곽정보를 얻기가 어려우며, 정확한 윤곽정보를 얻었다고 하더라도 물체의 크기나 방향 마다 윤곽이 달라지기 때문에 물체 인식에 획기적 대안으로 활용되지 못하고 있다. 제안한 물체 인식 알고리즘은 1) 레이저 스캔 디바이스를 사용하여 얻는 3 차원 물체정보로부터 정밀한 물체 윤곽을 획득하고 2) 크기 및 회전 불변한 푸리에 표시 자를 이용하여 윤곽을 표현함으로써, 필요 데이터 베이스의 크기를 대폭 줄인다. 이렇게 얻어진 물체에 대한 푸리에 표식자 정보는 미리 준비된 푸리에 표식자 데이터 베이스로부터 최적 정합되는 물체를 찾아 인식한다. 이 알고리즘은 MPEG7 Part B의 방대한 영상 데이터 베이스를 대상으로 실험하였으며, 그에 대한 결과를 논문에 포함시켰다. A high performance object recognition algorithm using Fourier description of the 3D information of the objects is proposed. Object boundaries contain sufficient information for recognition in most of objects. However, it is not well utilized as the key solution of the object recognition since obtaining the accurate boundary information is not easy. Also, object boundaries vary highly depending on the size or orientation of object. The proposed object recognition algorithm is based on 1) the accurate object boundaries extracted from the 3D shape which is obtained by the laser scan device, and 2) reduction of the required database using the size and rotational invariant feature of the Fourier Descriptor. Such Fourier information is compared with the database and the recognition is done by selecting the best matching object. The experiments have been done on the rich database of MPEG 7 Part B.

Hybrid Algorithm for Interpolation Based on Macro-block Gray Value Gradient under H.264

왕실(Wang, Shi),진홍신(Chen, Hongxin),유현중(Yoo Hyun-Joong),김형석(Kim, Hyong-Suk) 한국산학기술학회 2009 한국산학기술학회논문지 Vol.10 No.2

H.264에서는 2-D 6-tap wiener filter가 1/2 화소의 위치로부터 1/4 화소 위치를 보간해 내는데 사용되고 있다. 이 방법은 비교적 간단하지만 이웃 화소들의 변화율을 무시하고, 4 방향의 이웃 화소들의 영향만 고려하게 되므로, 결과적으로 저역 필터의 특성을 갖게 된다. 그런데, 큐빅 보간 법을 사용하면 보다 넓은 영역의 화소 값을 고려하여 보간하는 장점은 있지만 계산이 복잡하다는 단점이 있다. 이 연구에서는 H.264에서 bilinear와 cubic 보간 법을 사용할 경우의 특성들을 해석하여, 임의의 큰 블록에 보다 적합한 보간 방법을 자동 선택할 수 있도록 하였다. 실험에서 물체영상의 움직임 탐색과 보간에 요구되는 계산 량을 보간의 정밀화를 통하여 대폭 감소시킬 수 있음을 보였다. H.264 suggests applying a 2-D 6-tap wiener filter to realize the interpolation for half-pixel positions, followed by a bilinear interpolation to get the data of quarter-pixels precision. This method is comparatively simpler; however, it only considers the affection of 4-connection neighborhood ignoring the influence that comes from the changing rate between respective neighborhoods. As a result, it has the characteristics of a Low-pass filter under the risk of losing high-frequency weights. The Cubic interpolation uses the gray-values within the larger regions of points to be sampled for interpolation. Nevertheless, the cubic interpolation is more complicated and computational. We give a deep analysis on the features while applying both bilinear and cubic interpolation in H.264 presenting a proper selection of interpolation algorithm with respect to specific distribution of gray-value in a certain grand block. The experiments point out that load for motion searching and interpolation are reduced when promoting the precision of interpolation simultaneously.

천정 부착 칼라 패치 배열을 이용한 이동로봇의 자기위치 인식

왕실(Shi Wang),진홍신(Hongxin Chen),마이클스트르젤레키(Michal Stzelecki),김형석(Hyongsuk Kim) 제어로봇시스템학회 2008 제어·로봇·시스템학회 논문지 Vol.14 No.2

A localization system to estimate the position as well as movement direction of mobile robots is proposed in this paper. This system implements a camera fixed on a robot and color patches evenly distributed and mounted on the planar ceiling. Different permutations of patch colors code information about robot localization. Thus, extraction of color information from patch images leads to estimation of robot position. Additionally, simple geometric indicators are combined with patch colors to estimate robot"s movement direction. Since only the distribution of patch colors has to be known, the analysis of patch images to is relatively fast and simple. The proposed robot localization system has been successfully tested for navigation of sample mobile robot. Obtained test results indicate the robustness and reliability of proposed technique for robot navigation.

High Performance Object Recognition with Application of the Size and Rotational Invariant Feature of the Fourier Descriptor to the 3D Information of Edges

왕실(Shi Wang),진홍신(Hongxin Chen),이준호(junho I),임해평(Haiping Lin),김형석(Hyongsuk Kim),김종만(Jongman Kim) 대한전자공학회 2008 電子工學會論文誌-CI (Computer and Information) Vol.45 No.6

3차원 정보로부터 정확한 에지를 추출하고 푸리 변환하여 물체를 인식할 수 있는 고 효율의 물체 인식방법을 제안하였다. 물체의 윤곽은 인식에 유용한 많은 정보를 포함하고 있지만, 정확한 윤곽정보를 얻기가 어려우며, 정확한 윤곽정보를 얻었다고 하더라도 물체의 크기나 방향 마다 윤곽이 달라지기 때문에 물체 인식에 획기적 대안으로 활용되지 못하고 있다. 제안한 물체 인식 알고리즘은 1) 레이저 스캔 디바이스를 사용하여 얻는 3 차원 물체정보로부터 정밀한 물체 윤곽을 획득하고 2) 크기 및 회전 불변한 푸리에 표시 자를 이용하여 윤곽을 표현함으로써, 필요 데이터 베이스의 크기를 대폭 줄인다. 이렇게 얻어진 물체에 대한 푸리에 표식자 정보는 미리 준비된 푸리에 표식자 데이터 베이스로부터 최적 정합되는 물체를 찾아 인식한다. 이 알고리즘은 MPEG7 Part B의 방대한 영상 데이터 베이스를 대상으로 실험하였으며, 그에 대한 결과를 논문에 포함시켰다. A high performance object recognition algorithm using Fourier description of the 3D information of the objects is proposed. Object boundaries contain sufficient information for recognition in most of objects. Howeveer, it is not well utilized as the key solution of the object recognition since obtaining the accurate boundary information is not easy. Also, object boundaries vary highly depending on the size or orientation of object. The proposed object recognition algorithm is based on 1) the accurate object boundaries extracted from the 3D shape which is obtained by the laser scan device, and 2) reduction of the required database using the size and rotational invariant feature of the Fourier Descriptor. Such Fourier information is compared with the database and the recognition is done by selecting the best matching object. The experiments have been done on the rich database of MPEG 7 Part B.

구조화 조명 영상에 Dynamic Programming 을 사용한 신뢰도 높은 거리 측정 방법

왕실 ( Shi Wang ),김형석 ( Hyong-suk Kim ),런천신 ( Chun-shin Lin ),진홍신 ( Hong-xin Chen ),임해평 ( Hai-ping Lin ) 한국인터넷정보학회 2008 인터넷정보학회논문지 Vol.9 No.3

구조화 조명을 사용한 거리측정에 동적계획법을 적용함으로써 거리 측정의 정확성이 대폭 향상된 방법을 제안하였다. 구조화 조명을 사용한 거리 측정방법은 거리정보가 조명에 해당하는 화소의 위치에 의해 계산될 수 있다는 점을 이용한 것이다. 그러나, 이 구조화 조명 빛이 물체의 표면에서 흡수되거나 반사됨으로서 흐리거나 잘 보이지 않는 경우가 많다. 이 문제를 해결하기 위해서 본 연구에서는 동적계획법을 사용하였다. 동적 계획법을 위한 셀간 비용(cost)값은 화소 밝기 값의 역수를 사용하였으며, 상단과 하단에 각각 시작선 혹은 목표선을 설정하였다. 이 알고리즘의 장점은 동적 계획 법의 최적화 능력을 사용하므로, 구조화 조명선의 약한 흔적이나 부분적으로 절단된 조명선 위치도 잘 찾아낼 수 있다. 이 알고리즘을 사용하여 다양한 3 차원 물체를 복원한 실험 결과를 제시하였다. An algorithm for tracking the trace of structured light is proposed to obtain depth information accurately. The technique is based on the fact that the pixel location of light in an image has a unique association with the object depth. However, sometimes the projected light is dim or invisible due to the absorption and reflection on the surface of the object. A dynamic programming approach is proposed to solve such a problem. In this paper, necessary mathematics for implementing the algorithm is presented and the projected laser light is tracked utilizing a dynamic programming technique. Advantage is that the trace remains integrity while many parts of the laser beam are dim or invisible. Experimental results as well as the 3-D restoration are reported.