This dissertation deals with the issues for the automation of a monitoring system based on the sensor planning method. As an essential function of a monitoring system, the camera should be able to observe a target object continuously during a task. However, the line-of-sight of the camera may be occluded because of the movement of the target object or the surrounding object. In order to observe the target object continuously during the operation, the camera should modify its position and orientation according to the change of the environment. In this dissertation, automatic selection and modification of the camera position is proposed.
The camera position should be selected so as to guarantee for a continuous observation of the target object regardless of the motion of the target object and the surrounding object. Therefore, the camera position should be within the visibility region at which whole of the target object is visible. Moreover, for a continuous observation of the target object in a dynamic environment, fast modification of the camera configurations is required. To cope with this request, the visibility of a camera and the manipulability of an active camera system is considered simultaneously when determine the optimal camera position.
To obtain visual information of the target object, the camera should be located within the visibility region. As the visibility region is dependent on the relative position of the target object and the surrounding object, the visibility region should be recalculated whenever there exists a change of the environment. For a fast computation of the visibility region, I propose a spherical projection method. In the spherical projection method, the radius of sphere is equal to the distance between the target object and the camera position assumed pre-determined. And, the projected boundary of the visibility region onto a sphere is calculated in θ-φ spaces instead of x-y-z spaces.
The visibility measure is proposed as a quantitative measure that is representing the ability of a continuous observation of the target object by considering the visibility constraint, the distance between the camera position and the boundary of the visibility region, and the perpendicularity of the viewing direction to the face of the target object. From the consideration of the visibility measure, the continuous observation of the target object even the change of the environment is guaranteed. While, the manipulability measure represents the ability of the manipulation according to the posture of the manipulator. When the configuration of the manipulator is in singular, the manipulator loses its ability of manipulation in some direction. Therefore, the consideration of the manipulability measure guarantees a rapid modification of the configurations of the active camera system by avoiding singular posture of the manipulator. As a result, the simultaneous consideration of the visibility and manipulability measure makes it possible for the automatic selection of the optimal camera position and the rapid modification of the camera configurations.
본 논문에서는 센서 계획 방법에 기반을 둔 모니터링 시스템의 자동화에 관련된 문제를 다룬다. 모니터링 시스템의 근본적인 기능으로서 카메라는 작업이 진행되는 동안 지속적으로 대상물을 관찰할 수 있어야 한다. 하지만, 작업장을 구성하는 주변 물체의 움직임으로 인하여 카메라의 시야가 가려져 대상물을 지속적으로 관찰할 수 없는 경우가 발생한다. 따라서, 지속적인 대상물의 관찰을 위해서는 대상물이나 주변 물체의 움직임에 따라서 카메라의 위치와 방향을 변경해 주어야 한다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 본 논문에서는 주변 물체의 움직임에 따라서 카메라의. 위치 선정과 자세 변경을 자동적으로 수행하는 방법을 제안한다.
카메라의 위치를 선정할 때에는 주변 물체의 움직임에 상관없이 지속적으로 대상물을 관찰할 수 있는 위치여야 한다. 따라서, 카메라는 대상물 전체를 관찰할 수 있는 가시영역 내에 위치하여야 한다. 뿐만 아니라, 동적인 환경에서 대상물을 지속적으로 관찰하기 위해서는 주변 물체의 움직임에 따라 신속하게 카메라의 자세를 변경할 수 있어야 한다. 이러한 조건을 만족시키기 위하여 카메라의 가시성과 능동 카메라 시스템의 조작성을 동시에 고려하여 카메라의 위치를 선정한다.
대상물을 관찰하기 위해 카메라는 가시영역 내에 존재하여야 한다. 가시영역은 대상물과 주변물체의 상대적인 위치 관계에 의해서 결정되기 때문에 물체가 움직일 때마다 재계산이 필요하다. 빠른 가시영역의 계산을 위하여 구면 투영법을 제안한다. 구면 투영법에서의 구면 반경은 대상물과 카메라와의 거리에 해당하며, 이는 미리 결정된다고 가정한다. 그리고, 구면에 투영된 가시영역의 경계를 x-y-z의 3차원 공간 대신에 θ-φ의 2차원 공간에서 구한다.
가시성은 대상물을 지속적으로 관찰할 수 있는 능력을 나타내는 양으로서, 카메라가 가시영역 내에 존재하는가, 가시영역 경계와 카메라의 거리, 대상물을 수직으로 바라보는가를 고려하여 결정한다. 가시성을 고려함으로써 주변 물체의 움직임에 관계없이 지속적인 대상물의 관찰이 가능해진다. 반면에, 조작성은 메니퓰레이터가 얼마나 신속하게 자세를 변경할 수 있는가를 나타내는 지표이다. 메니퓰레이터가 특이점에 놓이면 움직임에 제약이 나타난다. 조작성을 고려함으로써 메니퓰레이터의 특이점을 피할 수 있으며, 이를 통하여 능동 카메라 시스템의 신속한 자세 변경이 가능하다. 따라서, 능동 카메라 시스템의 카메라 위치 선정과 자세 변경에 있어서 가시성과 조작성을 함께 고려함으로써 작업이 진행되는 동안 대상물을 지속적으로 관찰할 수 있으며 작업장의 변화에 대하여 신속하게 대응할 수 있다.
