3차원 집적 영상 시스템에서의 영상 화질 개선 = Image Quality Enhancement of Three-Dimensional Visualization in Integral Imaging Systems

국문 초록 (Abstract)

본 논문에서는 3차원 집적 영상 시스템에서의 영상 화질 개선 기법을 제시한다. 3차원 영상은 기술의 발전과 더불어 다양한 분야에서 활용되고 있다. 특히 양안 시차를 이용한 스테레오 영상이 가장 많이 활용되고 있으나 보조 도구로서의 안경이 필요하고 장시간 시청 시 피로감을 가져오며 수평 방향 시차만 제공된다는 한계점이 있다. 이를 극복하기 위해 3차원 영상 기술로 집적 영상 기술이 차세대 기술로서 주목받고 있다. 집적 영상 기술은 무안경식 방식으로 수직 수평방향의 연속적인 시차를 제공하여 장시간 시청이 용이한 환경을 제공한다. 집적 영상에서의 획득은 렌즈 배열 혹은 카메라 배열과 같은 광학적 장비가 필요하다. 이에 따라 기존 3차원 획득 방식으로부터 실시간으로 집적 영상을 생성하는 것이 요구된다. 한편 집적 영상의 특징을 이용한 응용 분야 확대가 필요하다.
본 논문에서는 범용화 된 2D-plus-depth 영상을 기반으로 집적 영상을 생성하는 방법에 대해 제시하고, 여기서 발생하는 문제점에 대해 해석하고 이에 대한 해결책을 제안한다. 또한 집적 영상을 활용한 응용분야로서 저 에너지 환경에서 얻은 영상의 에너지를 집적하여 고해상도 영상으로 복원하는 방법을 제안한다. 제안된 방법의 실험 결과는 2D-plus-depth 영상에서 집적 영상을 생성하는 과정에서 발생하는 화질 열화 문제를 효율적으로 해결할 수 있음을 보여주고, 응용 분야 실험에서는 산란 매질 환경에서 얻어진 영상의 화질이 획기적으로 개선됨을 알 수 있다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This thesis presents image quality enhancement of three-dimensional visualization in integral imaging systems. Three-dimensional images are widely used in various areas with advance in technology. Especially, stereo images based on binocular disparity mostly use in three-dimensional techniques. However, the stereo imaging has several limits of requiring eyeglasses, providing horizontal parallax only, and inducing fatigue. To overcome these limits, integral imaging has been studied as a next-generation technique since it does not require eyeglasses and can provide autostereoscopic 3D images that have full color and both horizontal and vertical parallax. Optical pickup in integral imaging demands a lens array or a camera array. Thus, a technique is required to generate integral images from traditional acquisition method of three-dimensional images for real-time processing. On the other hand, integral imaging needs more variant applications.
This thesis describes a rendering method from 2D-plus-depth imaging to integral imaging. Analyses on the generation process offer a technique for integral imaging. In addition, an improved reconstruction method is introduced to integrate energy of images in low energy environment. Experiment results with respect to generating integral image indicates that a proposed rendering from 2D-plus-depth imaging to integral imaging efficiently improves image quality. Also, a experiment result of an application in integral imaging shows that image quality in scattering medium is significantly enhanced.

목차 (Table of Contents)

• 그림 차례 ⅰ
• 표 차례 ⅲ
• 국문 요약 ⅳ
• 1. 서론 1
• 2. 집적 영상 획득에서 2D-plus-depth 영상 기반 컴퓨터 3차원 집적 영상 생성 기법 분석 10
• 2.1. 기존 방법 10
• 2.2. 백워드 매핑과 포워드 매핑에 따른 분석 11
• 2.2.1 복잡도 분석 14
• 2.2.2 홀 현상 발생에 관한 분석 15
• 2.3. 실험 결과 17
• 2.3.1 수행 속도 실험 18
• 2.3.2 화질 측정 실험 21
• 2.3.3 ground truth 2D-plus-depth 영상 적용 실험 23
• 2.4. 토의 25
• 3. 집적 영상 획득에서 2D-plus-depth 영상 기반 반사 평면을 갖는 광선 추적 기법을 이용한 개선된 컴퓨터 3차원 집적 영상 생성 26
• 3.1. 기존 연구 26
• 3.2. 반사 평면을 갖는 광선 추적 기법을 이용한 컴퓨터 집적 영상 생성 28
• 3.2.1 제안하는 방법 28
• 3.2.2 반사 조건 31
• 3.2.3 알고리즘 32
• 3.3. 실험 결과 34
• 3.4. 토의 47
• 4. 집적 영상 응용에서 산란 매질 환경에 대한 3차원 집적 영상과 주파수 분석을 이용한 화질 개선 48
• 4.1. 기존연구 48
• 4.2. 집적 영상과 주파수 분석을 이용한 3차원 영상 화질 개선 49
• 4.2.1 공식화 49
• 4.2.2 제안하는 방법 52
• 4.2.3 산란 매질 정도 예측 53
• 4.2.4 가시도 저하 계수 예측 54
• 4.3. 실험 결과 56
• 4.4. 토의 64
• 5. 결론 65
• 참고문헌 66
• ABSTRACT 73