3D imaging is a visualization of depth and color and can be applied to object recognition and AR/VR. Light field imaging, which is a representative 3D imaging technology, uses a lens array, so the system is complicated and the resolution is low. Therefore, a method of obtaining a light field with a traditional camera has been studied, but a large number of images are required and an additional device for shifting the sensor is required. There is also a problem that the quality of the obtained light field is rather low.
To solve these problems, in this paper, I propose high-precision 3D imaging using a pair of defocused images. High-precision depth is obtained by using chromatic aberration. In addition, by synthesizing R, G, and B images, a focal stack with chromatic aberration-corrected is generated, and high-quality light field is reconstructed using depth, enabling high-precision 3D imaging. I design a lens with specific chromatic aberration and verify the improvement of the accuracy of depth sensing. In addition, the quality of the light field reconstructed through the focal stack and depth based on the two images is verified using the no-reference image evaluation model. The depth error of the proposed method is smaller than that of the conventional light field imaging, and the image quality is also improved by 20-40%. The proposed method can be implemented as a compact optical system with one liquid lens, two solid lenses and a color filter, and is suitable for real-time applications.
3차원 이미징이란 깊이와 색상을 시각화 한 것으로 사물 인식, AR/VR 등에 적용될 수 있다. 대표적인 3차원 이미징 기술인 라이트 필드 이미징은 렌즈 어레이를 이용하기 때문에 시스템이 복잡하고, 해상도가 낮다. 따라서 일반 카메라로 라이트 필드를 얻는 방법이 연구되었지만 수많은 이미지가 요구되고 센서 이동을 위한 별도의 장치가 필요하다. 또한 획득한 라이트 필드의 품질이 다소 낮다는 문제가 있다.
본 논문에서는 이를 해결하기 위해 흐린 초점 이미지 한 쌍을 이용한 고정밀 3차원 이미징을 제안한다. 색 수차 정보를 이용하여 고정밀의 깊이를 획득한다. 또한 R, G, B 이미지를 합성해 색 수차가 보정된 다초점 이미지를 생성하고 깊이를 이용해 고품질의 라이트 필드를 복원, 고정밀 3차원 이미징을 가능케 한다. 본 연구에서는 특정 색수차의 렌즈를 설계하여 깊이 정보의 정확도 향상에 대해 검증한다. 또한 두 장의 이미지를 이용해 생성된 다초점 이미지와 깊이 정보를 통해 복원된 라이트 필드의 품질을 무참조 이미지 평가 모델을 이용하여 평가하고 성능을 검증한다. 제안 기술의 깊이 오차는 기존 라이트 필드의 깊이 오차보다 작고, 이미지의 품질도 20~40% 향상됐다. 제안 기술은 액체 렌즈 1개와 고체 렌즈 2개의 단순한 광학계로 구현 가능하며 실시간 어플리케이션에도 적합하다.
