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영상 데이터베이스 구축과 히스토그램 매칭에 기반한 실내 위치 추정 시스템 개발에 관한 연구 : A Study on the Development of Indoor Positioning System Based on Image Database Construction and Histogram Matching

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Authors

이누리

Advisor
김용일
Major
공과대학 건설환경공학부
Issue Date
2015-02
Publisher
서울대학교 대학원
Keywords
실내 위치 추정광학 영상영상 매칭 BoW데이터베이스 구축
Description
학위논문 (석사)-- 서울대학교 대학원 : 건설환경공학부, 2015. 2. 김용일.
Abstract
최근 실내 위치 기반 서비스가 많은 관심을 받으며 실내 위치정보에 대한 필요성 또한 증대되고 있다. 기존의 Wi-Fi, 블루투스 등의 네트워크 기반의 측위 기술은 접근성은 좋으나, 통신의 제약으로 신호 음영 및 불균등 지역에서는 한계를 가진다. 반면 데이터베이스 영상과 질의 영상 간의 매칭을 통해 사용자의 위치를 추정하는 방식은 통신의 제약 없이 안정적인 위치 추정이 가능하며 시스템 구축비용이 저렴하다. 그러나 영상을 이용한 실내 위치 추정에 주로 사용되는 실내의 인공적인 랜드마크를 식별하는 방식은 실내 환경에 대한 유연성이 떨어지며 보행 약자를 포함한 모든 사용자가 사용하기에 한계가 있다. 이에 본 연구에서는 실용성과 효율성을 고려하여 영상을 이용한 통합적인 실내 위치 추정 시스템을 제안하였다.
우선 2차원 레이저 스캐너와 광학 카메라가 부착된 모바일 로봇을 이용해 보행 공간과 활동 공간에 대해 영상을 촬영하고, 촬영된 영상에 대해 위치를 등록하여 영상 데이터베이스를 구축하였다. 다음으로 영상의 특징점에 대한 빈도 히스토그램을 생성하고 이들 간의 유사도를 측정하여 영상을 매칭하는 BoW 알고리즘을 이용해 사용자의 위치를 추정하였다. 또한, 시스템의 정확도 및 효율성에 영향을 미칠 수 있는 요소들에 대해 분석하여 최적의 시스템 설계 방안을 제안하였다. 본 연구에서는 영상 데이터베이스 구축 과정에서 모바일 로봇을 이용하므로 수동 구축보다 효율적이며, 본 연구를 통해 구축된 영상 데이터베이스는 지속적인 관리 및 갱신에 용이하다. 구축된 영상 데이터베이스를 기반으로 여러 위치와 방향에서 촬영 된 질의 영상에 대해 위치를 추정한 결과, 80% 이상의 정확도를 확인하였다. 또한, 최적의 시스템을 설계하기 위해서는 구축자는 소요 시간과 사용 목적을 고려하여 코드북의 크기와 데이터베이스 영상 수를 결정해야 하며, 보행 공간에 대해 사방 촬영으로 데이터베이스를 획득하는 것이 적합함을 확인하였다. 더불어, 영상 간의 해상도 차이를 줄인다면 영상 데이터베이스를 손쉽게 갱신해 나갈 수 있다.
제안 시스템은 고층 건물, 건설 현장, 지하 공간 등에서 위급 상황이 발생하여 네트워크 기반의 위치 추정 기술을 사용하기 어려운 환경에서 유용하게 활용될 수 있으며, 기존 네트워크 기반의 기술이 갖는 신호 음영 및 불균등 지역에서의 불안정성을 극복할 수 있다. 또한, 특징적인 물체가 많은 전시 공간에서의 관람자의 목적에 맞춰 관람 경로를 안내하는 내비게이션, 음성으로 위치정보 및 이동 경로를 제공해 줄 수 있는 시력 약자를 위한 실내 내비게이션 등의 다양한 위치 기반 서비스로 확장될 수 있다.
Language
Korean
URI
https://hdl.handle.net/10371/124273
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