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OpenCV 컴퓨터 비전 프로젝트 : 증강현실부터 자동차 번호판, 얼굴 인식, 3D 머리 포즈 추적까지

원제 : Mastering OpenCV with Practical Computer Vision Projects
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    책소개

    증강현실부터 자동차 번호판, 얼굴 인식, 3D 머리 포즈까지

    OpenCV에 대한 기본 지식을 갖췄으며, 관심 있는 프로젝트를 시도하면서 컴퓨터 비전 이론을 적용하려는 독자를 위한 책이다. 컴퓨터 비전 분야의 실시간 모바일 앱, 증강현실, 3D 모양 재구성, 자동차 번호판 인식, 3D 머리 포즈 추적, 얼굴 검출, 얼굴 추적, 얼굴 인식 등 다양한 OpenCV 기반 프로젝트 구현 과정을 이론과 연계해 상세하게 설명함으로써 현장에서 접할 수 있는 문제를 해결하는 데 지름길을 제공한다.

    출판사 서평

    ★ 이 책에서 다루는 내용 ★

    ■ 간단한 얼굴, 눈, 피부 검출, 피셔 얼굴, 얼굴 인식, 3D 머리 방향과 복잡한 얼굴 특징 추적을 이용한 얼굴 분석
    ■ SVM과 신경망을 포함한 인공지능(AI)을 이용해 자동차 번호판 검출과 광학 문자 인식(OCR)
    ■ 간단한 인공 마커나 복잡한 자연 영상으로 데스크톱과 아이폰 및 아이패드용 증강현실 구현
    ■ 3D SfM 카메라 재투영 방법을 이용해 평면 2D 카메라를 이동한 후 3D 객체 모델 생성
    ■ 실시간 데스크톱 컴퓨터 비전 애플리케이션을 안드로이드와 iOS 모바일 앱으로 훨씬 적합하게 재설계
    ■ 엑스박스 키넥트 센서로 동적 입력인 몸 전체를 사용해 인간-컴퓨터 상호작용 실행

    ★ 이 책의 대상 독자 ★

    이 책은 자신의 기술에 컴퓨터 비전 기술을 더 추가하려는 노련한 OpenCV 전문가뿐만 아니라 실전 컴퓨터 비전 프로젝트를 개발하기 위한 OpenCV 기본 지식을 가진 개발자에게도 완벽한 책이다. 실전 단계별 지침을 통해 OpenCV C++ 인터페이스를 사용하여 실제 문제를 해결하려는 컴퓨터과학 대학 고학년이나 대학원생, 연구자, 컴퓨터 비전 전문가를 대상으로 한다.

    ★ 이 책의 구성 ★

    1장, '안드로이드용 만화 생성기와 피부 변환기'에서는 완벽한 지침서와 피부색 변환기를 비롯해 가능한 여러 가지 가능한 만화 유형과 실제 카메라 영상으로부터 만화나 그림을 자동으로 만드는 데스크톱 애플리케이션과 안드로이드 앱 모두에 대한 완벽한 튜토리얼과 소스코드를 다룬다.

    2장, '아이폰과 아이패드의 마커 기반 증강현실'에서는 각 단계에 대한 설명과 소스코드로 아이패드와 아이폰 기기용 마커 기반 증강현실(AR) 애플리케이션을 구축하는 방법을 알아본다.

    3장, '비마커 증강현실'에서는 비마커 AR에 대한 설명과 소스코드로 비마커 증강현실 데스크톱 애플리케이션을 개발하는 방법에 대해 다룬다.

    4장, 'OpenCV를 활용한 SfM 탐색'에서는 OpenCV의 SfM 개념 구현을 통해 SfM을 소개한다. 독자는 다중 2D 영상과 카메라 위치 추정으로부터 3D 기하학을 재구성하는 방법을 배운다.

    5장, 'SVM과 신경망을 활용한 번호판 인식'에서는 완벽한 지침서와 서포트 벡터 머신(SVM, Support Vector Machine)과 신경망을 이용해 자동차 번호판 인식 애플리케이션을 구축하는 는 소스코드를 다룬다. 독자는 학습하고 영상이 번호판인지 아닌지 결정하는 패턴 인식 알고리즘을 익히고 예측하는 방법을 배운다. 특징 집합을 문자로 분류할 때 도움이 될 것이다.

    6장, '비강체 얼굴 추적'에서는 완벽한 지침서와 사람 얼굴에서 복잡한 부분들을 모델링하고 추적하는 동적 얼굴 시스템을 구축에 대한 튜토리얼과 소스코드를 다룬다.

    7장, 'AAM과 POSIT을 활용한 3D 머리 포즈 추정'에서는 능동 외양 모델(AAM, Active Apperance Model)이 무엇인지 이해할 때 필요한 모든 배경과 OpenCV로 서로 다른 얼굴 표현이 있는 얼굴 프레임 집합을 이용해 AAM을 생성하는 방법을 살펴본다. 또한 AAM이 제공하는 맞춤 기능을 통해 주어진 프레임과 어떻게 정합하는지에 대해 설명한다. 그 다음에는 3D 머리 포즈자세를 찾을 수 있는 POSIT 알고리즘을 적용한다.

    8장, '고유얼굴과 피셔 얼굴을 활용한 얼굴 인식'에서는 완벽한 지침서와 영상 내의 회전된 얼굴과 다양한 조명 조건을 제어하는 기본 얼굴과, 눈 검출을 포함한 실시간 얼굴 인식 애플리케이션에 대한 튜토리얼과 소스코드를 다룬다.

    9장, '마이크로소프트 키넥트를 이용한 플루이드 월 개발'에서는 키넥트 센서를 이용해 플루이드 월이라고 불리는 대화식 유체 시뮬레이션 개발을 완벽하게 다룬다. OpenCV의 옵티컬 플로우 방법과 유체 해석기를 통합해 키넥트 데이터를 다루는 방법도 설명한다.

    목차

    1 안드로이드용 만화 생성기와 피부 변환기
    웹캠에 접근
    데스크톱 앱용 주 카메라 처리 반복문
    흑백 스케치 생성
    컬러 페인팅과 만화 생성
    에지 필터를 이용한 '악마' 모드 생성
    피부 검출을 이용한 '에일리언' 모드 생성
    __피부 검출 알고리즘
    __얼굴이 있는 곳 보여주기
    __피부색 변환기 구현
    데스크톱에서 안드로이드로 이식
    __OpenCV를 이용한 안드로이드 프로젝트 설정
    ____안드로이드의 영상 처리에 사용하는 컬러 포맷
    ____카메라의 입력 컬러 포맷
    ____띄우기 위한 결과 컬러 포맷
    __안드로이드 NDK 앱에 만화 생성기 코드 추가
    ____안드로이드 앱 검토
    ____사용자가 화면을 탭하면 영상을 만화로 생성
    ____영상을 파일로 저장하고 안드로이드 사진 갤러리에 저장
    __저장한 영상에 관한 안드로이드 통지 메시지 보여주기
    ____안드로이드 메뉴 바를 통해 만화 모드로 변경
    __스케치 영상에 있는 무작위 후추 잡음 줄이기
    ____앱에 FPS 보여주기
    ____여러 카메라 해상도 사용
    ____앱을 사용자 정의
    요약

    2 아이폰과 아이패드상의 마커 기반 증강현실
    OpenCV를 이용한 iOS 프로젝트 생성
    __OpenCV 프레임워크 추가
    __OpenCV 헤더 인클루드
    애플리케이션 구조
    __카메라 접근
    마커 검출
    __마커 식별
    ____그레이스케일 변환
    ____영상 이진화
    ____외곽선 검출
    ____후보 검색
    __마커 코드 인식
    ____마커 코드 읽기
    ____마커 위치 정제
    3D에서 마커 배치
    __카메라 보정
    __마커 포즈 추정
    3D 가상 객체 렌더링
    __OpenGL 렌더링 레이어 생성
    __AR 장면 렌더링
    요약
    참고 문헌

    3 비마커 증강현실
    마커 기반 AR과 비마커 AR
    비디오에 있는 임의 영상을 찾기 위한 특징 기술자 사용
    __특징 추출
    __패턴 객체 정의
    __특징점 정합
    ____PattternDector.cpp
    __이상치 제거
    ____교차 정합 필터
    ____비율 판정법
    ____호모그래피 추정
    ____호모그래피 정제
    __클래스에 모두 넣기
    패턴 포즈 추정
    __PattternDetector.cpp
    __카메라 내부 행렬 얻기
    ____Pattern.cpp
    애플리케이션 인프라스트럭처
    __ARPipeline.hpp
    __ARPipeline.cpp
    __OpenCV의 3D 시각화 지원 활성화
    __OpenCV를 이용한 OpenGL 창 생성
    __OpenCV를 이용한 비디오 캡처
    __증강현실 렌더링
    ____ARDrawingContext.hpp
    ____ARDrawingContext.cpp
    __시연
    ____main.cpp
    요약
    참고 문헌

    4 OpenCV를 활용한 SfM 탐색
    SfM 개념
    영상 쌍으로부터 카메라 모션 추정
    __풍부한 특징 기술자를 이용한 점 정합
    __옵티컬 플로우를 이용한 점 정합
    __카메라 행렬 찾기
    장면 재구성
    많은 시점으로부터 재구성
    재구성 정제
    PCL로 3D 점 구름 시각화
    예제 코드 사용
    요약
    참고 문헌

    5 SVM과 신경망을 활용한 번호판 인식
    ANPR 소개
    ANPR 알고리즘
    번호판 검출
    __분할
    __분류
    번호판 인식
    __OCR 분할
    __특징 추출
    __OCR 분류
    평가
    요약

    6 비강체 얼굴 추적
    개요
    유틸리티
    __객체지향 설계
    __데이터 컬렉션: 영상과 비디오 주석
    ____학습 데이터 유형
    ____주석 도구
    ____사전 주석 데이터(MUCT 데이터 집합)
    기하학적 제약
    __프로크러스티즈 분석
    __선형 모양 모델
    __국부-전역 표현 조합
    __학습 후 시각화
    얼굴 특징 검출기
    __상관관계 기반 패치 모델
    ____식별 패치 모델 학습
    ____생성와 식별 패치 모델
    __전역 기하 변환 처리
    __학습과 시각화
    얼굴 검출과 초기화
    얼굴 추적
    __얼굴 추적기 구현
    __학습과 시각화
    __범용 모델과 개인 고유 모델
    요약
    참고 문헌

    7 AAM과 POSIT를 활용한 3D 머리 포즈 추정
    능동 외양 모델 살펴보기
    능동 모양 모델
    __PCA 감 잡기
    __삼각화
    __삼각 텍스처 워핑
    모델 인스턴스 생성: 능동 외양 모델 활용
    AAM 탐색과 맞춤
    POSIT
    __POSIT에 빠져 보기
    __POSIT과 머리 모델
    __웹캠이나 비디오 파일에서 추적
    요약
    참고 문헌

    8 고유 얼굴과 피셔 얼굴을 활용한 얼굴 인식
    얼굴 인식과 얼굴 검출 소개
    __1단계: 얼굴 검출
    ____OpenCV를 이용한 얼굴 검출 구현
    ____객체나 얼굴 검출을 위한 하르 혹은 LBP 검출기 적재
    ____웹캠 접근
    ____하르나 LBP 분류기를 이용한 객체 검출
    __얼굴 검출
    __2단계: 얼굴 전처리
    ____눈 검출
    ____눈 탐색 영역
    __3단계: 얼굴을 수집하고 학습
    ____학습하기 위한 전처리 얼굴 수집
    ____수집한 얼굴로 얼굴 인식 시스템 학습
    ____배운 지식 살펴보기
    ____평균 얼굴
    ____고윳값, 고유 얼굴과 피셔 얼굴
    __4단계: 얼굴 인식
    ____얼굴 식별: 얼굴로 사람 인식
    ____얼굴 검증: 요청 받은 사람이 맞는지 입증
    __마무리: 파일 저장과 적재
    __마무리: 멋진 대화형 GUI 개발
    ____GUI 요소 그리기
    ____마우스 클릭을 확인하고 제어
    요약
    참고문헌

    9 마이크로소프트 키넥트를 이용한 플루이드 월 개발
    플루이드 월이란?
    __단일 컬러 모드
    __다중 컬러/다중 사용자 모드
    __흰 배경을 갖는 다중 사용자 모드
    __속도 벡터 모드
    키넥트 센서
    깊이와 사용자 추적 데이터를 검색하기 위해 키넥트 센서 설정
    유체 시뮬레이션
    __시뮬레이션 렌더링
    옵티컬 플로우
    유체 시뮬레이션에서 키넥트 데이터와 옵티컬 플로우 통합
    옵티컬 플로우를 이용한 키넥트 사용자 추적과 깊이
    유체 방출과 시각화 모드
    요약

    본문중에서

    이 책은 9장으로 구성되어 있으며, 각 장은 OpenCV의 C++ 인터페이스를 기반으로 한 전체 코드를 포함하며, 시작부터 끝까지 프로젝트의 모든 내용을 담은 지침서다. 각 장은 저자들이 OpenCV 커뮤니티에 해당 주제에 대해 잘 작성해 기여했던 것 중에서 선택했으며, 주요 OpenCV 개발자 중 한 명이 이 책을 감수했다. OpenCV 함수의 기본을 설명하지는 않지만, 여러 가지 3D 카메라 프로젝트(증강현실, 움직임에 따른 3D 구조, 키넥트 상호작용)와 다양한 얼굴 분석 프로젝트(피부 검출, 간단한 얼굴과 눈 검출, 복잡한 얼굴 특징 추적, 3D 머리 방향 추정과 얼굴 인식)를 포함한 전체 문제를 해결하기 위해 OpenCV를 어떻게 적용하는지를 보여주는 첫 번째 책이다. 그러므로 기존 OpenCV 책들과 훌륭한 동반자가 될 것이다.
    (/ '지은이의 말' 중에서)

    지금 생각해도 까마득한 2012년 겨울, 이 책의 원서인 [Mastering OpenCV with Practical Computer Vision Projects]의 목차를 보자마자 OpenCV로 컴퓨터 비전 애플리케이션을 제대로 만들고 싶은 독자에게 한 줄기 빛이 될 것이라 믿어 의심치 않았고 이 책에 대해 큰 책임을 느꼈다. 번역에 대한 부담감이 밀려오면서 한편으로는 "이런 책이 우리나라에서 출간됐다면 얼마나 좋았을까"라는 씁쓸하면서도 부러운 마음을 감출 수 없었다. 다른 분야도 그렇겠지만, 우리나라에서는 안타깝게도 자신이 힘들게 만든 소스를 자유롭게 활용하길 바라는 마음으로 온라인에 공개하고, 노하우를 함께 공유해 더 나은 결과를 얻을 수 있는 환경이 아직까지 무르익지 않았다.
    컴퓨터 비전은 실제로 이론서에서 무수하게 접하는 영상 처리부터 증강현실, 패턴 인식, 신경망 등 다양한 분야를 아우르는 이론에 대해 많은 이해가 필요한 분야다. 아무리 노련한 전문가라도 구현 환경이 서로 다른 상황에서 이론을 어떻게 실무에 적용할지 한계에 부딪칠 때가 많을 진데, 하물며 OpenCV를 갓 뗀 입문자에게는 어디서부터 시작해야 하는지에 대한 안내서가 없어 시작부터 커다란 벽과 마주하게 된다. 이러다 보니 특히 실무에 즉시 활용할 수 있는 책이 국내외에 거의 없어 좌절할 수도 있다. 고생해가면서 만든 결과가 너무 아까워 남에게 잘 공유하지 않아 누군가가 또다시 같은 길을 반복하는 것이 작금의 현실이 아닌가 싶다.
    이 책은 저자 세르빈이 컴퓨터 비전 분야에서 OpenCV를 이용해 만든 프로그램 소스를 공개하며 기고하는 열정적인 전문가이자 블로거인 여덟 저자를 섭외하고 협업해 세계 각지에 흩어져 있는 어려운 현실을 딛고 공동 집필한 책이다. 글로만 두리뭉실 접했을 카메라 응용, 증강현실, 자동차 번호판 인식, 얼굴 검출, 얼굴 추적, 얼굴 인식에 이어 안드로이드/iOS 앱 개발 프로젝트까지 제공하고 있어, 독자에게 "컴퓨터 비전은 결국 사람이 하는 분야다."라는 불변의 진리를 일깨워주는 책이라고 할 수 있다.
    이 책은 흔히 볼 수 있는 따라 하기 방식의 책이 아니다. OpenCV를 설치하면 딸려 나오는 예제의 부족함을 많이 채워주면서, 독자가 관심 분야에 맞는 장을 골라 읽으며 이론을 실무 프로젝트로 풀어 나갈 수 있도록 지름길을 제시한다. 특히 얼굴 검출부터 얼굴 추적, 얼굴 인식 과정까지 상세하게 다루고 있으며, 함수 위주의 기존 OpenCV 책과 상당히 차별화되어 있다. 다만 입문자가 쉽게 볼만한 책이 아니므로, C/C++로 OpenCV를 어느 정도 다룰 수 있게 해당 분야의 이론에 대한 선수 배경 지식을 미리 습득할 것을 권장한다. 그 전까지는 OpenCV의 기본을 설명한 OpenCV 책을 이론서와 함께 공부하면 더욱 좋다.
    이 책과 더불어 최신 OpenCV 기반의 다양한 컴퓨터 비전 프로젝트 실습과 이론에 대해 깊이 있는 이해를 다룬 책인 [OpenCV By Example]과 [OpenCV Blueprints]를 참고한다면 자신만의 컴퓨터 비전 애플리케이션 프로젝트 개발에 더 많은 도움이 될 것이다.
    (/ '옮긴이의 말' 중에서)

    저자소개

    다니엘 렐리스 바지우(Daniel Lelis Baggio) [저] 신작알림 SMS신청 작가DB보기
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    상파울로에 있는 InCor(Instituto do Cora??o, 심장연구소)에서 의학 영상 처리로 컴퓨터 비전 분야에서 일하기 시작했고, 혈관 초음파 영상 분할을 연구했다. GPGPU에 주력했으며, 엔디비아의 쿠다(CUDA)로 작업해 분할 알고리즘을 이식했다. 에치(ehci, http://code.google.com/p/echi) 프로젝트를 통해 내추럴 유저 인터페이스 그룹에서 6 자유도 머리 추적에 참여하기도 했다. 현재 브라질 공군에서 근무하고 있다.

    셰르빈 이마미(Shervin Emami) [저] 신작알림 SMS신청 작가DB보기
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    이란 태생으로 호주에서 10대 초반에 전자공학을 독학했고, 로봇공학(로보틱스?)을 취미로 삼았다. 15살에 첫 로봇을 만들면서 RAM과 CPU 작업을 어떻게 하는지 공부했다. 즉시 로봇을 제어하는 전체 Z80 마더보드를 설계하고 만든 후 0과 1에 대응하는 두 개의 누름 버튼을 사용해 순수 이진 기계 코드로 소프트웨어를 작성하는 개념으로 모두를 놀라게 했다. 어셈블리어는 물론 고급 컴파일러 같이 훨씬 쉬운 방법으로 컴퓨터 프로그램을 작성하는 방법을 배운 후 컴퓨터 프로그래밍에 빠졌으며, 그 후 거의 매일 데스크톱, 로봇과 스마트폰을 프로그래밍했다. 10대 후

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    다비드 밀란 에스크리바(David Millan Escriva) [저] 신작알림 SMS신청 작가DB보기
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    8살 때 8086 PC에서 베이직 언어로 기본 방정식의 2D 플로팅이 가능한 첫 프로그램을 만들었다. 2005년, 컴퓨터 비전이 바탕인 인간-컴퓨터 상호작용 분야에서 OpenCV(v0.96)로 상을 받았으며, 발렌시아 공과대학에서 학업을 마쳤다. 오픈소스이자 3D 소프트웨어 프로젝트인 블렌더에 참여했고, 컴퓨터 그래픽스 소프트웨어 개발자로서 첫 상업 영화인 [프리버즈: 밍쿠와 찌아의 도시 대탈출]을 제작했다.
    컴퓨터 비전, 컴퓨터 그래픽스와 패턴 인식 분야에서 경험을 쌓고, 다른 프로젝트와 스타트업에서 컴퓨터 비전, 광학 문자 인식, 증강현실의 지식을 활용하면서 근무

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    크베드체니아 아이에브젠(Khvedchenia Ievgen) [저] 신작알림 SMS신청 작가DB보기
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    우크라이나의 컴퓨터 비전 전문가다. 하르만 인터내셔널에서 카메라 기반 드라이버 보조 시스템 연구 개발로 경력을 시작했다. 그 후에는 ESG의 컴퓨터 비전 컨설턴트로 일했다. 현재는 증강현실 애플리케이션 개발에 중점을 둔 개인 사업을 하는 개발자다. Computer Vision Talks 블로그(http://computer-vision-talks.com)를 운영하고 있으며, 컴퓨터 비전과 증강현실에 관계 있는 연구 논문과 튜토리얼을 게재한다.

    노린 마흐무드(Naureen Mahmood) [저] 신작알림 SMS신청 작가DB보기
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    텍사스 A&M 대학교의 시각화 학부를 최근 졸업했다. 다양한 프로그래밍 환경, 애니메이션 소프트웨어와 마이크로컨트롤러 전자공학에서 경험을 쌓았다. 센서 기반 전자공학과 소프트웨어 엔지니어링을 이용한 대화식 애플리케이션을 만들었다. 애니메이션 특수 효과에 사용하는 물리 기반 시뮬레이션 개발에도 참여했다.

    제이슨 사라기(Jason Saragih) [저] 신작알림 SMS신청 작가DB보기
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    호주 캔버라에 있는 호주 국립 대학교에서 2004년에 기계공학 공학석사 학위를 받았고(우등생으로), 2008년에 컴퓨터과학 박사학위를 취득했다. 2008년부터 2010년까지 피츠버그에 있는 카네기멜론 대학교의 로봇 연구소에서 박사 후 과정을 수료했다. 2010년부터 2012년까지 연구 과학자로서 연방 과학 산업 기구(CSIRO)에서 근무했다. 현재는 호주 기술 스타트업 회사인 비주얼 피쳐스(Visual Features)의 수석 연구 과학자다.
    컴퓨터 비전 분야, 특히 변형 가능한 모델 등록 및 모델링 주제에 많이 공헌했다. 과학 커뮤니티에서 널리 사용하는 두 개의 비영리적인 오픈

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    로이 실크롯(Roy Shilkrot) [저] 신작알림 SMS신청 작가DB보기
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    스토니 브룩 대학교(Stony Brook University)의 컴퓨터 과학 조교수로서 인간 상호 작용(human interaction) 그룹을 이끌고 있다. 현재 수행하는 연구는 컴퓨터 비전, 휴먼-컴퓨터 인터페이스라는 두 도메인 간의 교차점에 관한 것으로 미국 연방, 뉴욕 주와 산업 보조금으로부터 자금을 지원받고 있다. MIT에서 박사 학위를 받았고 CHI와 SIGGRAPH 같은 최고의 컴퓨터 과학 콘퍼런스와 「ACM Transaction on Graphics(TOG: 그래픽 트랜잭션)」, 「Transactions on Computer-Human Interaction(TOCHI: 컴퓨터-인간 상호 작용)」과 같은 주요 학술 저널에 25개 이상의 동료 검

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    관심 분야는 정보 검색이며, 매일 4시간 이상 걸리는 출퇴근 시간에 다방면의 원서를 읽는 쏠쏠한 즐거움에 빠져 사는 아날로그 세대다. 영상처리를 전공으로 석사를 마쳤고, 현재 문헌정보학 박사 과정에 있으며, 컴퓨터 비전 기반 IoT 솔루션 개발에 전념하고 있다. 오픈소스 자바 검색 엔진인 루씬(Lucene)에 관한 첫 국내서인 [루씬 인 액션](에이콘, 2005)을 공역했으며, 오픈소스 영상처리 라이브러리를 다룬 오픈소스 라이브러리 실무 시리즈 도서를 펴낸 저자로도 잘 알려져 있다. [MATLAB을 활용한 실용 디지털 영상처리](홍릉과학, 2005), [오픈소스 OpenCV를

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