KR102303727B1 - System for noise removal of point clouds based on ai - Google Patents

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KR102303727B1
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KR
South Korea
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noise
point cloud
processor
artificial intelligence
outlier
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Application number
KR1020200051546A
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이철희
이희진
이희연
강태욱
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주식회사 딥인스펙션
주식회사 수성엔지니어링
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Abstract

The present invention relates to an artificial intelligence-based point cloud noise removing system. According to an embodiment of the present invention, the artificial intelligence-based point cloud noise removing system includes: an input unit for receiving a photographed image; a memory for storing a program which removes noise based on artificial intelligence for the photographed image; and a processor for executing the program. The processor distinguishes outliers and near-field noises based on the 3D point cloud, and removes outliers and near-field noises by using a plurality of noise filters.

Description

인공지능 기반의 포인트 클라우드 노이즈 제거 시스템{SYSTEM FOR NOISE REMOVAL OF POINT CLOUDS BASED ON AI}AI-based point cloud noise removal system {SYSTEM FOR NOISE REMOVAL OF POINT CLOUDS BASED ON AI}

본 발명은 인공지능 기반의 포인트 클라우드 노이즈 제거 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to an artificial intelligence-based point cloud noise removal system.

3D 포인트 클라우드의 노이즈를 제거하기 위한 다양한 기술이 제안되었다. Various techniques have been proposed to remove the noise of the 3D point cloud.

종래 기술에 따르면, 노이즈 제거를 위한 필터 기능을 사용하더라도 노이즈가 완벽하게 제거되지 않아, 사용자가 수동으로 노이즈를 장시간 제거하여야 하는 불편함이 있다. According to the prior art, even if the filter function for removing noise is used, the noise is not completely removed, so it is inconvenient for the user to manually remove the noise for a long time.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 자동화된 프로세스로 인력투입시간을 획기적으로 절감시키며 높은 노이즈 제거율을 확보하는 것이 가능한 인공지능 기반의 포인트 클라우드 노이즈 제거 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention has been proposed to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide an artificial intelligence-based point cloud noise removal system that can dramatically reduce manpower input time and secure a high noise removal rate through an automated process. .

본 발명의 실시예에 따른 인공지능 기반의 포인트 클라우드 노이즈 제거 시스템은 촬영영상을 수신하는 입력부와, 촬영영상에 대해 인공지능 기반으로 노이즈를 제거하는 프로그램이 저장된 메모리 및 프로그램을 실행시키는 프로세서를 포함하되, 프로세서는 3D 포인트 클라우드를 기준으로 아웃라이어 및 근거리 노이즈를 구분하고, 복수의 노이즈 필터를 이용하여 아웃라이어 및 근거리 노이즈를 제거하는 것을 특징으로 한다. An artificial intelligence-based point cloud noise removal system according to an embodiment of the present invention includes an input unit for receiving a captured image, a memory in which a program for removing noise based on artificial intelligence for a captured image is stored, and a processor for executing the program , the processor distinguishes outliers and near-field noises based on the 3D point cloud, and removes outliers and near-field noises using a plurality of noise filters.

본 발명의 실시예에 따르면, 영상 데이터의 크기에 관계 없이 대형 토목 구조물(도로, 교량, 건물)의 아웃라이어 및 C-noise(close noise, 근거리 노이즈)에 대한 동시 처리가 가능하고, 노이즈 제거의 정확도와 성능을 향상시키는 효과가 있다. According to an embodiment of the present invention, it is possible to simultaneously process outliers and C-noise (close noise) of large civil structures (roads, bridges, buildings) regardless of the size of image data, and It has the effect of improving accuracy and performance.

본 발명의 효과는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 인공지능 기반의 포인트 클라우드 노이즈 제거 시스템을 도시한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 아웃라이어와 C-noise를 도시한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 인공지능 기반의 포인트 클라우드 노이즈 제거 시스템의 딥러닝 아키텍처 구조를 도시한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 인공지능 기반의 포인트 클라우드 노이즈 제거 시스템의 네트워크 및 모듈 구성을 도시한다.
도 5은 본 발명의 실시예에 따른 인공지능 기반의 포인트 클라우드 노이즈 제거 시스템의 3D 기반 노이즈 필터 프로그램 구성을 도시한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 UAV 촬영 데이터셋 영상을 도시한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 테스트 적용 데이터셋 영상을 도시한다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 아웃라이어 디텍터를 이용한 노이즈 제거 전/후 영상을 도시한다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 실시예에 따른 C-noise 디텍터 및 BL 필터를 이용한 노이즈 제거 영상을 도시한다.
1 shows an artificial intelligence-based point cloud noise removal system according to an embodiment of the present invention.
2 shows an outlier and C-noise according to an embodiment of the present invention.
3 shows a deep learning architecture structure of an artificial intelligence-based point cloud noise removal system according to an embodiment of the present invention.
4 shows a network and module configuration of an artificial intelligence-based point cloud noise removal system according to an embodiment of the present invention.
5 shows a 3D-based noise filter program configuration of an artificial intelligence-based point cloud noise removal system according to an embodiment of the present invention.
6 shows a UAV photographed dataset image according to an embodiment of the present invention.
7 shows a test application dataset image according to an embodiment of the present invention.
8A and 8B show images before/after noise removal using an outlier detector according to an embodiment of the present invention.
9A and 9B show noise-removed images using a C-noise detector and a BL filter according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 전술한 목적 및 그 이외의 목적과 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. The above and other objects, advantages and features of the present invention, and a method of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings.

그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 이하의 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 목적, 구성 및 효과를 용이하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐으로서, 본 발명의 권리범위는 청구항의 기재에 의해 정의된다. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but can be implemented in various different forms, and only the following examples are provided to those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains to the purpose of the invention, It is only provided to easily inform the configuration and effect, and the scope of the present invention is defined by the description of the claims.

한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자가 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가됨을 배제하지 않는다.On the other hand, the terms used herein are for the purpose of describing the embodiments and are not intended to limit the present invention. As used herein, the singular also includes the plural unless specifically stated otherwise in the phrase. As used herein, "comprises" and/or "comprising" means that a referenced element, step, operation and/or element is the presence of one or more other elements, steps, operations and/or elements. or added.

이하에서는, 당업자의 이해를 돕기 위하여 본 발명이 제안된 배경에 대하여 먼저 서술하고, 본 발명의 실시예에 대하여 서술하기로 한다. Hereinafter, in order to facilitate the understanding of those skilled in the art, the background to which the present invention is proposed will be first described, and embodiments of the present invention will be described.

3D 포인트 클라우드의 노이즈를 제거하기 위한 다양한 기술이 제안되었다. Various techniques have been proposed to remove the noise of the 3D point cloud.

LiDAR 기술의 발전으로 인해, 3D 촬영비용이 절감되고, 스테레오 이미징 기술이 진보하면서, 노이즈 제거를 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. Due to the development of LiDAR technology, 3D imaging cost is reduced, and as stereo imaging technology advances, research for noise reduction is actively being conducted.

그런데, 종래 기술에 따르면 특정 3D 영상에 대해 파라미터 튜닝이 필요한 문제점, 정확도가 낮은 문제점, 다듬기 정도가 과해 원본의 surface를 손상시키는 문제점, 아웃라이어(outlier, 평균치에서 크게 벗어나서 다른 대상들과 확연히 구분되는 표본)의 제거 능력이 떨어지는 문제점 등이 있다. However, according to the prior art, the problem that parameter tuning is required for a specific 3D image, the problem of low accuracy, the problem of damaging the original surface due to the excessive degree of smoothing, the outlier There is a problem in that the removal ability of the sample) is lowered.

노이즈 필터의 종류에 대해 설명하면, Outlier Removal(1995~2015년)은 고전적이고 통계학적 방법에 기반한 알고리즘으로서, 특정 3D영상에 대해 파라미터 튜닝이 필요하고, 이러한 파라미터 튜닝을 위해 많은 시간과 노력이 소요되며, 다양한 3D 영상에 대해 보편적으로 높은 정확도를 기대하기 어려운 문제점이 있다. Regarding the types of noise filters, Outlier Removal (1995~2015) is an algorithm based on a classical and statistical method. It requires parameter tuning for a specific 3D image, and it takes a lot of time and effort for parameter tuning. However, there is a problem in that it is difficult to expect high accuracy for various 3D images in general.

Local Surface Fitting(2003~2011년)은 노이즈로 판단되는 포인트 클라우드를 객체(표면, Surface)로 이동시키는 방법으로서, 이동 최소 제곱법(MLS)이 보편적으로 사용되며, 이와 유사하고 재투영 방식을 활용하는 Robust Jet Fitting도 많이 사용된다. Local Surface Fitting (2003~2011) is a method of moving the point cloud, which is judged as noise, to an object (surface, surface), and the moving least squares method (MLS) is commonly used. Robust Jet Fitting is also widely used.

Non Local Mean(2010~2018)은 유사한 형상이 포함된 부분(part)을 찾은 후 일관성있고 노이즈가 없는 포인트 클라우드로 통합하는 방법이다. Non Local Mean (2010~2018) is a method of finding parts with similar shapes and integrating them into a consistent and noise-free point cloud.

Denoising in Image(2005~2010)은 2D 이미지에 포함되어 있는 3D 노이즈 발생요인을 미리 제거하는 방법으로서, 연산량이 매우 많고 이미지를 선별하는 것이 어려운 문제점이 있다. Denoising in Image (2005~2010) is a method of removing 3D noise generating factors included in 2D images in advance.

드론촬영영상의 3D정합을 위한 범용 프로그램에서 기본적으로 제공하는 노이즈 제거를 위한 필터 기능을 사용하는 경우, 노이즈가 완벽하게 제거되지 않아(제거율 약 50% 미만), 사용자가 노이즈를 수동으로 장시간(수 시간~수 일) 제거해야 하는 불편함이 있다. When using the filter function for noise removal provided by default in the general-purpose program for 3D registration of drone footage, the noise is not completely removed (removal rate is less than about 50%), so the user can manually reduce the noise for a long time Hours to days) There is an inconvenience that needs to be removed.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 영상처리 및 인공지능 기반의 노이즈 제거(필터) 시스템을 제안하는 것으로, 사용이 편리하고, 노이즈 제거율이 90% 이상이며, 자동화된 프로세스로 인력투입시간을 획기적으로 절감시키는 인공지능 기반의 노이즈 제거 시스템을 제공한다. The present invention has been proposed to solve the above problems, and proposes a noise removal (filter) system based on image processing and artificial intelligence. It provides an artificial intelligence-based noise removal system that dramatically reduces input time.

본 발명의 실시예에 따르면, 딥 뉴럴 네트워크를 사용하여, 3D 정합을 위한 범용프로그램에서 출력된 포인트 클라우드에서 노이즈를 제거하고, 사용자의 설정 입력에 따라 노이즈 제거를 자동화 처리하는 것이 가능하다. According to an embodiment of the present invention, it is possible to remove noise from a point cloud output from a general-purpose program for 3D matching using a deep neural network, and to automate noise removal according to a user's setting input.

본 발명의 실시예에 따르면, 3D 포인트 클라우드 전용 딥러닝 기반 알고리즘을 적용하여, 도로, 교량, 건물 등 대형 토목 구조물에 적합한 노이즈 제거 시스템을 제안하며, 아웃라이어와 C-noise를 동시 처리하여 LAS 파일을 변환없이 처리할 수 있고, 영상 데이터의 크기에 관계 없이 높은 정확도로 노이즈를 제거하는 것이 가능하며, 지속적으로 성능을 향상시키는 것이 가능하다. According to an embodiment of the present invention, by applying a deep learning-based algorithm dedicated to 3D point cloud, a noise removal system suitable for large civil structures such as roads, bridges, and buildings is proposed, and LAS files are processed simultaneously with outliers and C-noise. can be processed without conversion, it is possible to remove noise with high accuracy regardless of the size of image data, and it is possible to continuously improve performance.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 인공지능 기반의 포인트 클라우드 노이즈 제거 시스템을 도시한다. 1 shows an artificial intelligence-based point cloud noise removal system according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 인공지능 기반의 포인트 클라우드 노이즈 제거 시스템은 촬영영상을 수신하는 입력부(110)와, 촬영영상에 대해 인공지능 기반으로 노이즈를 제거하는 프로그램이 저장된 메모리(120) 및 프로그램을 실행시키는 프로세서(130)를 포함하되, 프로세서(130)는 3D 포인트 클라우드를 기준으로 아웃라이어 및 근거리 노이즈를 구분하고, 복수의 노이즈 필터를 이용하여 아웃라이어 및 근거리 노이즈를 제거한다. An artificial intelligence-based point cloud noise removal system according to an embodiment of the present invention includes an input unit 110 for receiving a captured image, a memory 120 storing a program for removing noise based on artificial intelligence for a captured image, and a program. It includes a processor 130 that executes, but the processor 130 classifies outliers and near-field noises based on the 3D point cloud, and removes outliers and near-field noises using a plurality of noise filters.

프로세서(130)는 3D 모델인 촬영영상을 분할하고, 다운 샘플링한다. The processor 130 divides the captured image, which is the 3D model, and down-samples it.

프로세서(130)는 공간 변환 네트워크, 완전연결 뉴럴 네트워크 및 포인트 특징 벡터를 이용하여 아웃라이어 및 근거리 노이즈를 제거한다. The processor 130 removes outliers and near-field noise using a spatial transformation network, a fully connected neural network, and a point feature vector.

프로세서(130)는 BL필터를 이용하여 근거리 노이즈에 대한 제거를 수행한다. The processor 130 removes near-field noise by using a BL filter.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 아웃라이어와 노이즈를 도시한다. 2 illustrates an outlier and noise according to an embodiment of the present invention.

노이즈는 3D 포인트 클라우드에서 표면(surface)를 구성하는 포인트 이외의 것으로, 제거해야할 노이즈는 아웃라이어(outlier) 및 C-noise로 구분하여 정의한다. Noise is anything other than points constituting a surface in the 3D point cloud, and noise to be removed is defined by dividing it into outlier and C-noise.

아웃라이어는 육안으로 확실히 구분될 정도로 표면에서 일정거리 이상 떨어져 있는 제거 대상 포인트로 정의되며, 떨어진 거리는 일반적으로 GSD(Ground Spatial Distance, 촬영시 기준 픽셀 간격)의 3~5배 이상이다. 알고리즘은 이 기준치(3~5 GSD)를 초과하는 경우 제거하는 방식을 적용한다. An outlier is defined as a point to be removed that is more than a certain distance away from the surface enough to be clearly distinguished with the naked eye, and the distance is generally 3 to 5 times or more of GSD (Ground Spatial Distance, reference pixel interval when shooting). The algorithm applies a method to remove when this threshold value (3~5 GSD) is exceeded.

C-noise는 표면과 근접하여 위치해 있는 제거 대상 포인트로 정의되며, 벡터를 계산하여 표면 근처로 이동시키는 제거 방식을 적용한다. C-noise is defined as a point to be removed that is located close to the surface, and a removal method that calculates a vector and moves it closer to the surface is applied.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 인공지능 기반의 노이즈 제거 시스템의 딥러닝 아키텍처 구조를 도시한다. 3 shows a deep learning architecture structure of an artificial intelligence-based noise removal system according to an embodiment of the present invention.

STN(spatial transform network)로서, 공간 변환 네트워크이고, FNN(fully connected neural network)는 완전연결 뉴럴 네트워크이고, C1 내지 Cn은 포인트 특징 벡터(point feature vector)이다. As a spatial transform network (STN), it is a spatial transform network, a fully connected neural network (FNN) is a fully connected neural network, and C1 to Cn are point feature vectors.

STN은 네트워크 성능이 구형마스크 내부의 포인트 클라우드의 회전각(방향)에 영향을 받지 않도록 포인트 클라우드를 회전시키며 아웃라이어를 탐지한 후 마지만 단계에서 포인트 클라우드의 회전각을 복원시키는 기능을 한다. STN rotates the point cloud so that the network performance is not affected by the rotation angle (direction) of the point cloud inside the spherical mask.

FNN은 세 개의 파트로 구성되는데 첫째, 포인트 클라우드의 특징을 추출하는 파트, 둘째, 계산된 각각의 특징을 불변량 특징벡터로 통합하는 파트, 셋째, 특징벡터로부터 거리와 방향을 평가하는 회기 파트로 구성된다.FNN consists of three parts: first, a part that extracts the features of the point cloud, second, a part that integrates each calculated feature into an invariant feature vector, and third, a regression part that evaluates the distance and direction from the feature vector do.

포인트 클라우드는 제1 네트워크인 아웃라이어 탐지 네트워크로 입력되고, 제1 네트워크는 제1 STN, 제1 FNN, C1 내지 Cn, 제2 FNN, 제3 FNN으로 구성된다. The point cloud is input to the outlier detection network which is a first network, and the first network is composed of a first STN, a first FNN, C1 to Cn, a second FNN, and a third FNN.

아웃라이어를 정확히 탐지하기 위해 cross-entropy loss에 비해 실험적으로 성능이 우수한 것으로 확인된 아웃라이어 전용 손실함수(Loss Function)로 GT(ground truth)와 인퍼런싱 결과 사이의 L1 Distance가 적용되었다. In order to accurately detect outliers, the L1 distance between GT (ground truth) and inference results was applied as a loss function for outliers that was experimentally confirmed to have superior performance compared to cross-entropy loss.

또한 아웃라이어 탐지 네트워크는 거대한 토목구조물의 부재별 특성(도로포장면, 교량표면, 건축물 표면, 비포장면, 숲풀, 강재구조물 등)과 재질별 빛 반사정도를 고려하여 효과적으로 노이즈를 제거하기 위해 특정 크기의 구형마스크(전체 모델 크기의 1/10~1/50)를 생성하고 구형마스크 내부에 있는 포인트들, 포인트들간의 상관관계, 포인트들의 벡터만을 고려하여 아웃라이어를 탐지한다. In addition, the outlier detection network takes into account the characteristics of each member of huge civil engineering structures (road pavement, bridge surface, building surface, unpaved surface, forest grass, steel structure, etc.) and the degree of light reflection by material to effectively remove noise in a specific size. Creates a spherical mask (1/10 to 1/50 of the total model size) of , and detects outliers by considering only the points inside the spherical mask, correlation between points, and vectors of points.

이 구형마스크는 일정간격으로 이동하며 모델 전체의 아웃라이어를 고르게 제거한다. This spherical mask moves at regular intervals and evenly removes outliers throughout the model.

아웃라이어가 제거된 포인트 클라우드는 제2 네트워크인 C-noise 탐지 네트워크로 입력되고, 제2 네트워크는 제2 STN, 제4 FNN, C1 내지 Cn, 제5 FNN, 제6 FNN으로 구성되며, 노이즈가 제거된 포인트 클라우드를 출력한다. The point cloud from which the outlier is removed is input to the second network, the C-noise detection network, and the second network is composed of the second STN, the fourth FNN, C1 to Cn, the fifth FNN, and the sixth FNN. Output the removed point cloud.

c-noise를 정확히 탐지하기 위해 c-noise 전용 손실함수(Loss Function)로 GT(ground truth)와 인퍼런싱 결과 사이의 L2 Distance가 적용되었다.In order to accurately detect c-noise, the L2 Distance between GT (ground truth) and the inferencing result was applied as a loss function dedicated to c-noise.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 인공지능 기반의 노이즈 제거 시스템의 네트워크 및 모듈 구성을 도시한다. 4 shows a network and module configuration of an artificial intelligence-based noise removal system according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따르면, 3D 포인트 클라우드의 C-Noise와 아웃라이어를 제거하기 위한 필터 설계 시, 노이즈 제거 정확도와 노이즈 제거 속도를 우선적으로 고려해야 하는 점, 토목구조물의 특성상 규모가 거대하고 도로, 교량, 건물, 섬, 택지 등 종류가 매우 다양한 점을 고려하여, 복수 개의 노이즈 필터를 동시에 활용한다. According to an embodiment of the present invention, when designing a filter for removing C-Noise and outliers of 3D point cloud, the noise removal accuracy and noise removal speed must be considered first, and the scale is huge and the road, Considering the wide variety of types such as bridges, buildings, islands, and residential land, a plurality of noise filters are used at the same time.

제1 노이즈 필터는 아웃라이어 디텍터로서, 원거리 노이즈를 제거하며, 뉴럴 네트워크 기반으로 학습시간과 연산 시간이 오래 소요된다. The first noise filter is an outlier detector, which removes far-field noise, and takes a long time to learn and calculate based on a neural network.

제2 노이즈 필터는 C-noise 디텍터로서, 근거리 노이즈를 Surface 방향으로 이동시키며, 뉴럴 네트워크 기반으로 학습시간과 연산 시간이 오래 소요된다. The second noise filter is a C-noise detector, which moves the near-field noise toward the surface, and takes a long time to learn and calculate based on a neural network.

제3 노이즈 필터는 BL filter로서, 근거리 노이즈를 Surface 방향으로 이동시키며, 룰 베이스(rule base) 기반으로 학습이 필요 없고 연산 시간이 매우 빠르다. 단 BL Filter는 다양한 형식의 토목구조물의 근거리 노이즈를 높은 정확도로 이동시키기 위해 Surface의 표면에 해당하는 포인트로 과도하게 이동시키는 단점이 있어 Surface 보존율은 C-noise 디텍터에 비해 상대적으로 성능이 떨어진다.The third noise filter is a BL filter, which moves the near-field noise in the direction of the surface, does not require learning based on a rule base, and has a very fast calculation time. However, the BL filter has the disadvantage of moving excessively to the point corresponding to the surface of the surface in order to move the near-field noise of various types of civil structures with high accuracy, so the surface retention rate is relatively inferior to that of the C-noise detector.

본 발명의 실시예에 따르면, 뉴럴네트워크의 트레이닝을 직관적이고 효율적으로 하기 위한 Training Tool(개발자 버전), 3D Viewer, 3D Pre-Processor(3D 모델의 분할), 3D Edit(포인트 클라우드의 삭제)기능이 프로그램 설계 시 포함된다. According to an embodiment of the present invention, Training Tool (developer version), 3D Viewer, 3D Pre-Processor (segmentation of 3D model), 3D Edit (deletion of point cloud) functions for intuitive and efficient training of neural networks are provided. Included in program design.

도 5은 본 발명의 실시예에 따른 인공지능 기반의 노이즈 제거 시스템의 3D 기반 노이즈 필터 프로그램 구성을 도시한다. 5 shows a 3D-based noise filter program configuration of an artificial intelligence-based noise removal system according to an embodiment of the present invention.

풀 포인트 클라우드(full point cloud)는 입력 데이터로서, 3D pre-processor로 입력된다. A full point cloud (full point cloud) is input to the 3D pre-processor as input data.

3D pre-processor는 방대한 3D 모델을 분할(split)하고, 다운 샘플링 처리를 수행한다. The 3D pre-processor splits a massive 3D model and performs downsampling processing.

3D 모델을 분할하는 이유는 토목 구조물의 특성상 규모가 거대하고 수천만~수억개의 포인트 클라우드가 한번에 네트워크로 입력되면 최적의 구형 마스크 크기를 연산하는데 시간이 많이 소요되고 거대한 전체 3D 모델에 적합한 특정 구형 마스크 크기를 정할 수 없어 비효율적이며 마스크의 이동(스크롤링) 시간도 많이 소요되어 split한 경우에 비해 전체적인 효율과 성능이 저하된다. The reason for dividing the 3D model is that the scale is huge due to the nature of civil structures, and when tens of millions to hundreds of millions of point clouds are input into the network at once, it takes a lot of time to calculate the optimal spherical mask size, and a specific spherical mask size suitable for the huge 3D model. It is inefficient because it cannot be determined, and it takes a lot of time to move (scroll) the mask, so overall efficiency and performance are lowered compared to the split case.

반면 적절한 크기로 split한 후 마스크의 크기를 정하고 노이즈를 제거하면 최적의 Mask크기를 정하는 시간과 Mask 이동시간이 줄고 split된 각 영역별 최적의 Mask 크기로 노이즈 제거 성능도 향상된다. On the other hand, if the size of the mask is determined and noise is removed after splitting to an appropriate size, the time to set the optimal mask size and mask movement time are reduced, and the noise removal performance is improved with the optimal mask size for each split area.

제1 노이즈 필터는 아웃라이어 디텍터로서 원거리 노이즈를 제거하고, 제2 노이즈 필터 및 제3 노이즈 필터는 근거리 노이즈를 제거하며, 3D viewer는 노이즈 제거 결과를 3D로 확인 가능하도록 지원한다. The first noise filter as an outlier detector removes far-field noise, the second and third noise filters remove near-field noise, and the 3D viewer supports the 3D view of the noise removal result.

본 발명의 실시예에 따르면, 뉴럴 네트워크의 트레이닝 및 탐지 단계에서 고려할 파라미터 및 하이퍼 파라미터를 정의한다. According to an embodiment of the present invention, parameters and hyperparameters to be considered in training and detection of a neural network are defined.

트레이닝의 주요 파라미터는 epoch, learning rate, save interval, mini batch size, learning rate, momentum, point per mask이고, 추론(인퍼런싱)의 주요 파라미터는 batch(dataset) size, mask size, worker(CPU vs GPU thread) 이다. The main parameters of training are epoch, learning rate, save interval, mini batch size, learning rate, momentum, point per mask, and the main parameters of inference (inferencing) are batch (dataset) size, mask size, worker (CPU vs. GPU thread).

본 발명의 실시예에 따르면, [표 1]과 같은 6개의 6개의 포인트 클라우드 데이터셋 중 정답 데이터셋(Ground Truth: GT)을 작성하고 성능을 확인하기 용이한 5개의 데이터셋을 선별하여 테스트 데이터셋을 구성하였다. According to an embodiment of the present invention, five datasets that are easy to create a correct answer dataset (Ground Truth: GT) and check performance are selected from among the six six point cloud datasets as shown in [Table 1], and test data three were formed.

[표 1] [Table 1]

Figure 112020043863897-pat00001
Figure 112020043863897-pat00001

포인트 클라우드 데이터셋은 포인트 클라우드 수가 1,000만 내지 5,700만 개로 연산시간이 수 시간 이상 소요되므로, 테스트의 용이함을 위해 데이터 셋을 1/10~1/20 정도로 분할하여 대표성을 보유한 구간을 선정한 후 테스트 데이터셋으로 활용하였다(이 때, 데이터셋을 구성하는 여러 요소 중 수목은 무의미하므로 정확도 산정 시 배제함). Since the point cloud dataset has 10 to 57 million point clouds and it takes more than several hours to calculate, the data set is divided into 1/10 to 1/20 for ease of testing, and after selecting a representative section, test data It was used as a set (at this time, trees are meaningless among various elements constituting the data set, so they are excluded from the calculation of accuracy).

테스트 기준에 대해 설명하면, 테스트는 노이즈 제거 정확도를 확인할 수 있는 방법으로 실시하였으며 일반적인 정확도를 의미하는 Accuracy를 계산하여 정확도를 산출하였다.Regarding the test criteria, the test was conducted in a way that can confirm the noise removal accuracy, and the accuracy was calculated by calculating Accuracy, which means general accuracy.

또한 인공지능 영상처리 분야에서 객체인식시 표준적으로 사용하는 Precision 점수도 참고로 측정하였다. In addition, the precision score, which is standard used for object recognition in the field of artificial intelligence image processing, was measured as a reference.

Figure 112020043863897-pat00002
(노이즈 제거 정확도(%))
Figure 112020043863897-pat00002
(Noise Rejection Accuracy (%))

Figure 112020043863897-pat00003
(노이즈 제거 성능 참고치(%))
Figure 112020043863897-pat00003
(Reference value of noise removal performance (%))

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 UAV 촬영 데이터셋 영상을 도시하고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 테스트 적용 데이터셋 영상을 도시한다. 6 shows a UAV photographing dataset image according to an embodiment of the present invention, and FIG. 7 shows a test application dataset image according to an embodiment of the present invention.

이하에서는, [표 2]와 같이 테스트 적용 데이터셋 집계표를 도시하며, 이는 아웃라이어 디텍터에 의한 결과로서 전술한 c-noise 디텍터 및 BL 필터는 거치지 않은 결과이다. Hereinafter, an aggregate table of test application datasets is shown as shown in [Table 2], which is a result of the outlier detector and the above-described c-noise detector and BL filter are not passed.

[표 2][Table 2]

Figure 112020043863897-pat00004
Figure 112020043863897-pat00004

[표 3]은 accuracy와 precision 계산을 위한 팩터를 도시한다. [Table 3] shows the factors for calculating accuracy and precision.

[표 3][Table 3]

Figure 112020043863897-pat00005
Figure 112020043863897-pat00005

도 8a 및 도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 아웃라이어 디텍터를 이용한 노이즈 제거 전/후 영상을 도시한다. 이는 아웃라이어 디텍터에 의한 결과로서 전술한 c-noise 디텍터 및 BL 필터는 거치지 않은 결과이다. 8A and 8B show images before/after noise removal using an outlier detector according to an embodiment of the present invention. This is a result of the outlier detector, and the above-mentioned c-noise detector and BL filter are not passed through.

도 9a 및 도 9b는 본 발명의 실시예에 따른 C-noise 디텍터 및 BL 필터를 이용한 노이즈 제거 영상을 도시한다. 9A and 9B show noise-removed images using a C-noise detector and a BL filter according to an embodiment of the present invention.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 인공지능 기반의 노이즈 제거 방법은 컴퓨터 시스템에서 구현되거나, 또는 기록매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 시스템은 적어도 하나 이상의 프로세서와, 메모리와, 사용자 입력 장치와, 데이터 통신 버스와, 사용자 출력 장치와, 저장소를 포함할 수 있다. 전술한 각각의 구성 요소는 데이터 통신 버스를 통해 데이터 통신을 한다.Meanwhile, the AI-based noise removal method according to an embodiment of the present invention may be implemented in a computer system or recorded in a recording medium. The computer system may include at least one processor, a memory, a user input device, a data communication bus, a user output device, and storage. Each of the above-described components performs data communication through a data communication bus.

컴퓨터 시스템은 네트워크에 커플링된 네트워크 인터페이스를 더 포함할 수 있다. 프로세서는 중앙처리 장치(central processing unit (CPU))이거나, 혹은 메모리 및/또는 저장소에 저장된 명령어를 처리하는 반도체 장치일 수 있다. The computer system may further include a network interface coupled to the network. The processor may be a central processing unit (CPU) or a semiconductor device that processes instructions stored in a memory and/or storage.

메모리 및 저장소는 다양한 형태의 휘발성 혹은 비휘발성 저장매체를 포함할 수 있다. 예컨대, 메모리는 ROM 및 RAM을 포함할 수 있다.The memory and storage may include various types of volatile or non-volatile storage media. For example, memory may include ROM and RAM.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 인공지능 기반의 노이즈 제거 방법은 컴퓨터에서 실행 가능한 방법으로 구현될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 인공지능 기반의 노이즈 제거 방법이 컴퓨터 장치에서 수행될 때, 컴퓨터로 판독 가능한 명령어들이 본 발명에 따른 인공지능 기반의 노이즈 제거 방법을 수행할 수 있다.Accordingly, the AI-based noise removal method according to an embodiment of the present invention may be implemented as a computer-executable method. When the AI-based noise removal method according to an embodiment of the present invention is performed in a computer device, computer readable instructions may perform the AI-based noise removal method according to the present invention.

한편, 상술한 본 발명에 따른 인공지능 기반의 노이즈 제거 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현되는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체로는 컴퓨터 시스템에 의하여 해독될 수 있는 데이터가 저장된 모든 종류의 기록 매체를 포함한다. 예를 들어, ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 자기 테이프, 자기 디스크, 플래시 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있을 수 있다. 또한, 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체는 컴퓨터 통신망으로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 읽을 수 있는 코드로서 저장되고 실행될 수 있다.On the other hand, the artificial intelligence-based noise removal method according to the present invention described above may be implemented as a computer-readable code on a computer-readable recording medium. The computer-readable recording medium includes any type of recording medium in which data that can be read by a computer system is stored. For example, there may be a read only memory (ROM), a random access memory (RAM), a magnetic tape, a magnetic disk, a flash memory, an optical data storage device, and the like. In addition, the computer-readable recording medium may be stored and executed as code readable in a distributed manner by being distributed in a computer system connected through a computer communication network.

이제까지 본 발명의 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다. So far, the embodiments of the present invention have been mainly looked at. Those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments are to be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is indicated in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the present invention.

Claims (4)

촬영영상을 수신하는 입력부;
상기 촬영영상에 대해 인공지능 기반으로 노이즈를 제거하는 프로그램이 저장된 메모리; 및
상기 프로그램을 실행시키는 프로세서를 포함하되,
상기 프로세서는 3D 포인트 클라우드를 기준으로 아웃라이어 및 근거리 노이즈를 구분하고, 복수의 노이즈 필터를 이용하여 상기 아웃라이어 및 근거리 노이즈를 제거하되,
상기 프로세서는 상기 3D 포인트 클라우드를 회전시키며 상기 아웃라이어를 탐지하고 상기 3D 포인트 클라우드의 회전각을 복원하는 공간 변환 네트워크, 상기 3D 포인트 클라우드의 특징을 불변량 특징 벡터로 통합하고 특징 벡터로부터 거리 및 방향을 평가하는 완전연결 뉴럴 네트워크 및 포인트 특징 벡터를 이용하여 상기 아웃라이어 및 근거리 노이즈를 제거하고, 건축 구조물과 교량, 도로, 섬, 택지를 포함하는 토목구조물의 부재별 특성, 재질별 빛 반사 정도를 고려한 기설정 크기의 구형 마스크를 생성하는 아웃라이어 탐지 네트워크를 이용하여 상기 아웃라이어를 탐지하고,
상기 프로세서는 토목 구조물의 규모와 딥러닝 네트워크의 파라미터를 고려하여 포인트 클라우드에 대한 분할을 수행하고, 상기 포인트 클라우드에 대한 다운 샘플링 처리를 수행하는 것
인 인공지능 기반의 포인트 클라우드 노이즈 제거 시스템.
an input unit for receiving a photographed image;
a memory in which a program for removing noise based on artificial intelligence for the captured image is stored; and
A processor for executing the program,
The processor separates outliers and near-field noises based on the 3D point cloud, and removes the outliers and near-field noises using a plurality of noise filters,
The processor rotates the 3D point cloud, detects the outlier, and integrates the feature of the 3D point cloud into an invariant feature vector, a spatial transformation network that detects the outlier and restores the rotation angle of the 3D point cloud, and determines the distance and direction from the feature vector. The outlier and near-field noise are removed by using the fully-connected neural network and point feature vector to be evaluated, and the characteristics of each member of the civil structure including building structures, bridges, roads, islands, and residential land, and the degree of light reflection by materials are considered. Detect the outlier using an outlier detection network that generates a spherical mask of a preset size;
The processor performs segmentation on the point cloud in consideration of the scale of the civil structure and the parameters of the deep learning network, and performs downsampling processing on the point cloud
A point cloud noise removal system based on artificial intelligence.
제1항에 있어서,
상기 프로세서는 3D 모델인 상기 촬영영상을 분할하고, 다운 샘플링하는 것
인 인공지능 기반의 포인트 클라우드 노이즈 제거 시스템.
According to claim 1,
The processor divides the captured image, which is a 3D model, and down-samples
A point cloud noise removal system based on artificial intelligence.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 프로세서는 BL 필터를 이용하여 상기 근거리 노이즈에 대한 제거를 수행하는 것
인 인공지능 기반의 포인트 클라우드 노이즈 제거 시스템.
According to claim 1,
The processor is to perform the removal of the near-field noise using a BL filter
A point cloud noise removal system based on artificial intelligence.
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