유리에 반사된 '허상' 판별해 제거하는 라이다 스캐너 개발

[아이뉴스24 최상국 기자] 자율주행차 등에 사용되는 3차원 공간 인식 장치가 실제 물체와 유리에 반사된 물체를 혼동하지 않도록 허상을 자동 제거해 주는 기술이 개발됐다.

UNIST(총장 정무영) 전기전자컴퓨터공학부 심재영 교수팀은 라이다 스캐너로 획득한 대면적 3차원 영상에서 자동으로 유리면을 찾고, 여기에 반사된 허상을 제거하는 기술을 개발했다고 10일 발표했다.

라이다(LiDAR: Light Detection And Ranging)는 적외선 레이저를 피사체에 조사하고 빛이 반사돼 돌아오는 시간을 계산해 피사체까지의 거리를 계산하는 장비다. 각 레이저 펄스가 방출된 방향과 피사체까지의 거리를 이용해 3차원 공간상에 점을 생성, 360도 실세계를 구성한다. 가상현실(VR), 증강현실(AR), 자율주행 기술의 뒤에는 이러한 라이다 스캐너가 필수적이다.

하지만 빛을 이용하는 현재의 라이다 스캐너는 유리를 만나면 왜곡된 정보가 발생한다. 건물 외벽 등에 흔히 사용되는 유리 구조물은 레이저와 같은 빛을 투과 · 반사하는 특성을 갖기 때문에 유리 구조물이 많은 환경에서 라이다 스캐너를 사용하면, 레이저 펄스가 유리면에 투과·반사되면서 허상을 생성하게 된다. 이처럼 왜곡된 허상 데이터는 3차원 장면을 복원하고 분석하는 등 컴퓨터 비전 알고리즘의 성능을 저하하는 원인이 된다.

이번에 개발한 기술은 라이다 스캐너로 취득한 대용량 3차원 영상에서 왜곡된 허상을 자동으로 검출하고 제거하는 기술이다. 특히 유리 구조물이 여러 개 함께 존재하는 상황에서도 적용할 수 있다.

연구진은 두 단계의 과정을 통해 유리면에 의한 왜곡을 제거했다. 첫 번째는 유리면이 어디에 있는지를 인식하는 것이고, 두 번째는 인식된 유리면을 기준으로 허상의 위치를 추적해 제거하는 것이다.

유리면의 위치는 라이다 스캐너에서 회수되는 레이저 펄스의 개수를 통해 파악했다. 보통 레이저 하나가 발사되면 반사된 레이저는 한 번만 회수된다. 하지만 유리면에서는 ‘유리에 한 번 반사된 레이저’와 ‘유리를 통과해 물체에서 반사된 레이저’까지 나타나 반사된 레이저 숫자가 늘어난다. 즉, 돌아온 레이저가 많은 부분이 유리면인 것을 알 수 있다.

이렇게 유리면을 찾은 후에는 미리 프로그래밍된 알고리즘을 토대로 유리면에 반사된 허상의 위치를 계산한다. 연구진은 유리의 반사 경로를 거꾸로 추적하는 계산법을 통해 진상과 허상을 구분해 제거하는 기술까지 확보했다.

윤재성 연구원(제1저자, 전기전자공학과 석·박사통합과정)은 “건물에 설치된 유리는 공간 데이터를 정확하게 획득하는 데 어려움을 주는 존재”라며 “하지만 거꾸로 유리의 반사 특성을 이용하면 일일이 허상을 제거하지 않아도 정확한 3차원 데이터를 얻을 수 있다”고 설명했다.

심재영 교수는 "라이다 스캐너의 영상에서 허상을 제거하는 독창적인 원천기술로서 "추가 작업 없이도 정확한 데이터를 확보할 수 있어 자율주행 · VR · AR을 위한 3차원 세계 구현에 큰 힘이 될 것"이라고 설명했다.

이번 연구의 논문은 세계적인 권위의 국제학술지 ‘국제전기전자공학회 패턴분석 및 기계지능(IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence)’에 출판될 예정으로, 온라인에는 지난 8월 공개됐다.

※논문명: Virtual Point Removal for Large-Scale 3D Point Clouds With Multiple Glass Planes

※주저자: 윤재성(UNIST, 제1저자), 심재영(UNIST, 교신저자)

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