KR100218933B1 - 위치보정용 랜드마크의 검출방법 및 이를 이용한이동로봇제어 시스템 - Google Patents

Abstract

위치보정용 랜드마크의 검출방법과 이를 적용한 이동로봇제어시스템에 관한 것으로서, 위치보정용 랜드마크를 카메라로 촬상한 화상을 탐색하여 체인코딩을 위한 초기점을 검출하고 그 초기점을 기준으로 체인코드데이터 생성을 위한 체인코딩을 하는 단계(S1~S5), 생성된 체인코드 데이터를 검사하여 적합하지 않으면 상기 체인코딩의 단계를 다시 수행하고 적합하면 이를 랜드마크 후보로 인식하여 그 체인코드데이터로 둘러싸인 부분의 중심점을 계산하는 단계(S6~S7), 인식된 랜드마크 후보로부터 마크점을 표시하여 위치보정을 하는 단계(S8~S10)를 수행한다. 이 랜드마크의 검출방법으로 노이즈가 많은 조건에서도 랜드마크를 정확히 검출하여 초기위치를 인식할 수 있게 된다.

Description

위치보정용 랜드마크의 검출방법 및 이를 이용한 이동로봇제어시스템

본 발명은 위치보정용 랜드마크의 검출방법 및 이를 이용한 이동로봇(mobile robot) 제어시스템에 관한 것으로서, 특히 노이즈가 많은 조건에서도 랜드마크를 정확히 검출하여 초기위치를 인식할 수 있게 하는 방법과 이 방법을 적용한 이동로봇제어 시스템에 관한 것이다.

이동로봇 시스템은 목표위치로 스스로 이동하여 거기서 주어진 작업, 예를 들면 물건을 집거나 갖다놓는 일을 하도록 제어되는 것으로, 도 1과 같이 물건을 집는 핸드(1), 핸드(1)를 공간상에 이동시키는 팔(2), 팔(2)을 구동지지하는 로봇 본체(3), 로봇 본체(3)를 이동지지하는 이동로봇(4), 그리고 이동로봇(4)의 이동 및 동작을 통제하는 제어부(5)로 구성된다.

또한 이동로봇 시스템은 보다 정밀하고 정확한 위치로 이동할 수 있도록 하기 위하여 현재의 위치를 정확히 인식한 후 그 위치로부터 목표위치로 오차없이 이동할 수 있어야 한다. 이를 위해 이동로봇에는 도 1에 함께 도시된 바와 같이 소정의 위치보정용 랜드마크(land mark; 6)가 설계되고, 이 랜드마크(6)를 촬상하는 카메라(7)가 부착되며, 카메라(7)에 의하여 촬상된 화상의 화상처리 알고리즘으로 현재의 위치를 인식하고 위치편차를 보정하여 제어기(5)에 알리는 위치보정기(8)가 사용된다.

위치보정용 랜드마크(6)는 여러 가지 형태로 설계되어질 수 있으며, 이동로봇으로 하여금 현재의 위치를 인식할 수 있도록 하는 위치정보를 제공하는 것이다. 도 2는 위치보정용 랜드마크(6)의 한 설계예를 보여준다. 한편, 그 위치보정용 랜드마크(6)를 카메라(7)로 촬상하여 얻어지는 화상을 보면 이동로봇이 놓이는 작업현장의 주변환경에 따라 도 3과 같이 본래의 위치보정용 랜드마크 화상(9)의 주위에 다른 여러 가지 복잡한 모양의 노이즈화상(10)이 생기는 경우가 대부분이다.

그런데 문제는 종래의 상기한 위치보정기(8)가 가지는 화상처리 알고리즘으로는 그 노이즈화상(10)으로부터 원하는 랜드마크 화상(9)을 정확히 인식할 수 없다는데 있으며, 심지어 노이즈화상(10)을 잘못 인식함으로써 엉뚱한 장소로 이동하거나 물건을 잘못 집거나 가져다 놓는 오동작을 하는 경우가 종종 발생하였던 것이다.

본 발명의 목적은 첫째, 상기한 문제점을 해결하고자 노이즈화상이 있는 화상에서 원하는 위치보정용 랜드마크를 정확하고 더욱 빠르게 검출할 수 있는 위치보정용 랜드마크 검출방법을 제공하는 것이며,

둘째, 노이즈화상이 있는 화상에서 원하는 위치보정용 랜드마크를 정확하고 더욱 빠르게 검출할 수 있는 위치보정용 랜드마크 검출방법을 이용하여 이동로봇을 제어하는 로봇제어시스템을 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명의 위치보정용 랜드마크의 검출방법이 적용된 모빌로봇의 제어시스템을 보인 블록도.

도 2는 위치보정용 랜드마크를 보인 표면도.

도 3은 위치보정용 랜드마크를 카메라로 촬상한 화상의 예시도.

도 4는 본 발명에 따른 위치보정용 랜드마크의 검출방법의 알고리즘 흐름도.

도 5는 본 발명에 따라 위치보정용 랜드마크의 화상에서의 초기점 검출을 위한 주변 8개의 화소값 모형도.

도 6은 본 발명에 따라 위치보정용 랜드마크의 화상서치를 설명하는 모형도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 핸드 2 : 팔

4 : 이동로봇 5 : 제어기

6 : 위치보정용 랜드마크 7 : 카메라

8 : 위치보정기

상기한 첫 번째 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

위치보정용 랜드마크를 카메라로 촬상한 화상을 탐색하여 체인코딩을 위한 초기점을 검출하고 그 초기점을 기준으로 체인코드데이터(chain code data) 생성을 위한 체인코딩(chain coding)을 하고,

상기 생성된 체인코드 데이터를 검사하여 적합하지 않으면 상기 체인코딩의 단계를 다시 수행하고 적합하면 이를 랜드마크 후보로 인식하여 그 체인코드데이터로 둘러싸인 부분의 중심점을 계산하고,

상기 인식된 랜드마크 후보를 카운트하여 그 카운트된 랜드마크 후보가 3개가 아닌 경우 3개를 초과하는지를 검사하여 초과되지 않으면 상기 체인코딩의 단계를 반복하고 3개를 초과하면 그 초과된 마크들의 중심점간 거리를 비교하고 원하는 마크점을 검출하고,

상기 카운트된 랜드마크 후보가 3개이거나 상기 검출된 마크점의 중심점을 표시하는 단계를 수행하는 것이다.

한편, 상기한 두 번째 목적은, 본 발명에 따라,

위치보정용 랜드마크와,

상기한 위치보정용 랜드마크를 촬상하는 카메라,

상기한 카메라로 촬상된 위치보정용 랜드마크의 화상을 탐색하여 체인코딩을 위한 초기점을 검출하고 그 초기점을 기준으로 체인코드데이터(chain code data) 생성을 위한 체인코딩(chain coding)을 하고, 그 생성된 체인코드 데이터를 검사하여 적합하지 않으면 상기 체인코딩의 단계를 다시 수행하고 적합하면 이를 랜드마크 후보로 인식하여 그 체인코드데이터로 둘러싸인 부분의 중심점을 계산하고, 인식된 랜드마크 후보를 카운트하여 그 카운트된 랜드마크 후보가 3개가 아닌 경우 3개를 초과하는지를 검사하여 초과되지 않으면 상기 체인코딩의 단계를 반복하고 3개를 초과하면 그 초과된 마크들의 중심점간 거리를 비교하고 원하는 마크점을 검출하고, 상기 카운트된 랜드마크 후보가 3개이거나 상기 검출된 마크점의 중심점을 표시하는 알고리즘으로 위치를 보정하는 위치보정기와,

상기한 위치보정기에서 보정된 위치정보를 참조하여 이동로봇을 제어하는 제어기를 구비하여 구성된 이동로봇제어시스템에 의하여 달성된다.

이러한 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 위치보정용 랜드마크의 검출방법이 적용된 이동로봇제어시스템은 기존 시스템(도 1)의 구성과 같고, 다만, 도 1에 있어서, 위치보정기(8)가 도 4에 도시된 알고리즘으로 위치보정을 처리하게 된다.

위치보정기(8)의 알고리즘은 도 4와 같이, 랜드마크를 0으로 초기화하는 단계(S1), 카메라(7)로 촬상된 위치보정용 랜드마크(6)의 화상을 2치화하는 단계(S2), 2치화된 화상의 전(全) 영역을 탐색(serach)하여 체인코딩을 위한 초기점을 검출하는 단계(S3), 검출된 초기점이 기 코딩된 데이터 내부에 있는지의 여부를 판단하는 단계(S4), 검출된 초기점이 기 코딩된 데이터와 외부에 있는 것으로 판단되면 그 검출된 초기점을 기준으로 체인코딩을 하는 단계(S5), 체인코딩된 데이터의 길이와 면적 그리고 원형도 등이 적합한가를 비교하는 단계(S6), 체인코딩된 데이터가 적합하면 그 데이터를 랜드마크 후보로 인식하여 체인코드데이터로 둘러싸인 부분의 중심점을 계산하는 단계(S7), 상기 초기화된 랜드마크 개수에 1을 더하는 단계(S8), 더해진 랜드마크 개수를 카운트하여 상기 인식되어진 랜드마크 후보가 3개인지를 판단하는 단계(S9), 그 랜드마크 후보의 개수가 3개이면 그 인식된 랜드마크 후보의 마크중심점을 표시하는 단계(S10)로 위치보정을 하도록 된다.

한편, 상기한 초기점 검출 이후의 판단하는 단계(S4)에서 검출된 초기점이 기 코팅된 데이터 내부에 있는 것이라면 그 검출된 초기점 부분을 건너 뛰고 다른 부분의 초기점 검출을 하도록 통과하는 단계(S11)와, 상기 카운트된 랜드마크 개수가 3개가 아닌 경우에는 3개를 초과할 때까지 다른 부분에 대한 초기점 검출을 계속하도록 3개를 초과하였는지의 여부를 판단하는 단계(S12), 그리고 3개를 초과하였으면 랜드마크들의 중심점간 거리를 비교하여 원하는 마크점을 검출하는 단계(S13)를 포함하며 원하는 마크점이 검출되면 상기한 위치보정을 위한 마크중심점 표시의 단계를 수행하는 것이다.

이러한 위치보정기(8)의 알고리즘에 있어서 도 5는 체인코딩을 위한 초기점을 검출하는 과정을 보여준다. 즉, 도면에 나타난 화살표 방향으로 탐색하여 화상의 픽셀값이 255에서 0으로 되는 P점을 색출하고, P점에 대한 4,5,6,7의 픽셀값이 255인지 비교한다. 그리고 P점에 대한 1,2,3의 픽셀값이 0인지 비교한다. 이 조건을 만족하는 점이면 P점에서 수직방향으로 픽셀을 읽어서 픽셀값이 0에서 255로 변하는 Q점을 찾은 후 P와 Q를 잇는 거리가 일정한 값 이상인지 비교하여, 이 조건을 만족하는 P,Q의 중심인 U점을 검출한다. 다음 U점에서 수평방향으로 픽셀 값을 읽어서 픽셀 값이 변하는 S점 및 T점을 검출한다. 그런다음 S점과 T점을 잇는 길이가 일정한 값 이상인지 비교하고, 이 조건을 만족하면 P점과 Q점 사이의 길이와 S점과 T점 사이의 길이의 차이를 비교하여 이 값이 일정한 값 미만이면 P점과 Q점 사이의 길이와 S점과 T점 사이의 길이가 일정한 값 이하인지 비교하여 이 조건도 만족하면 이를 체인코딩을 위한 초기점하여 체인코딩을 하는 것이다.

다음 도 6은 상기한 초기점 검출 이후의 판단하는 단계(S4)에서 검출된 초기점이 기 코팅된 데이터 내부에 있는 것일 때 기 검출된 마크점 A,B,C,D으로 인식하고 건너뛸 수 있도록 하는 과정을 보여준다. 즉, 처음의 체인코딩후 다시 화상을 탐색하여 다음의 초기점을 검출하는 단계에서 검출되는 초기점이 앞의 모든 조건을 만족하는 경우라도, 기 체인코딩된 데이터 내에 있는 것이라면 위치보정 알고리즘이 무한반복되는 에러를 일으킴은 물론 위치보정이 불가능해지는데, 이러한 에러를 방지할 수 있도록 하는 것이다.

상기한 바와 같이 본 발명에 따르면 노이즈가 많고 그림자가 많이 생기는 복잡한 환경에서도 위치보정용 랜드마크를 오차없이 정확하게 인식할 수 있어서 이동로봇의 오동작을 방지하는 효과가 제공된다.

이러한 본 발명은 이동로봇의 위치보정을 위한 랜드마크의 인식뿐 아니라 유사한 각종 산업응용기계의 시각적 검사공정인 위치인식이나 검사 등의 형상계측 등 각종 화상처리에도 그 응용가능함은 물론이다.

Claims (5)

1. 위치보정용 랜드마크를 카메라로 촬상한 화상을 탐색하여 체인코딩을 위한 초기점을 검출하고 그 초기점을 기준으로 체인코드데이터 생성을 위한 체인코딩을 하는 단계와,

   상기 생성된 체인코드 데이터를 검사하여 적합하지 않으면 상기 체인코딩의 단계를 다시 수행하고 적합하면 이를 랜드마크 후보로 인식하여 그 체인코드데이터로 둘러싸인 부분의 중심점을 계산하는 단계와,

   상기 인식된 랜드마크 후보를 카운트하여 그 카운트된 랜드마크 후보가 3개가 아닌 경우 3개를 초과하는지를 검사하여 초과되지 않으면 상기 체인코딩의 단계를 반복하고 3개를 초과하면 그 초과된 마크들의 중심점간 거리를 비교하고 원하는 마크점을 검출하는 단계와,

   상기 카운트된 랜드마크 후보가 3개인 경우의 그 인식된 랜드마크 또는 상기 검출된 마크점의 중심점간 거리를 비교하여 검출된 마크점을 표시하여 위치보정을 하는 단계가 구비된 것을 특징으로 하는 위치보정용 랜드마크의 검출방법.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 체인코딩의 단계에서,

   랜드마크를 0으로 초기화하고, 위치보정용 랜드마크의 화상을 2치화한 후 2치화된 화상의 전 영역을 탐색하여 체인코딩을 위한 초기점을 검출하는 것을 특징으로 하는 위치보정용 랜드마크의 검출방법.
3. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기한 체인코딩의 단계가

   검출된 초기점이 기 코딩된 데이터 내부에 있는지의 여부를 판단하는 단계를 포함하여, 기 코딩된 데이터의 외부에 있는 것으로 판단되는 초기점에 대해서만 체인코딩하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 위치보정용 랜드마크의 검출방법.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기한 체인코딩된 데이터를 랜드마크 후보로 인식하기 위해 그 데이터의 길이와 면적 그리고 원형도를 비교하는 것을 특징으로 하는 랜드마크의 검출방법.
5. 위치보정용 랜드마크와,

   상기한 위치보정용 랜드마크를 촬상하는 카메라,

   상기한 카메라로 촬상된 위치보정용 랜드마크의 화상을 탐색하여 체인코딩을 위한 초기점을 검출하고 그 초기점을 기준으로 체인코드데이터 생성을 위한 체인코딩을 하고, 그 생성된 체인코드 데이터를 검사하여 적합하지 않으면 상기 체인코딩의 단계를 다시 수행하고 적합하면 이를 랜드마크 후보로 인식하여 그 체인코드데이터로 둘러싸인 부분의 중심점을 계산하고, 인식된 랜드마크 후보를 카운트하여 그 카운트된 랜드마크 후보가 3개가 아닌 경우 3개를 초과하는지를 검사하여 초과되지 않으면 상기 체인코딩의 단계를 반복하고 3개를 초과하면 그 초과된 마크들의 중심점간 거리를 비교하고 원하는 마크점을 검출하고, 상기 카운트된 랜드마크 후보가 3개이거나 상기 검출된 마크점의 중심점을 표시하는 알고리즘으로 위치를 보정하는 위치보정기와,

   상기한 위치보정기에서 보정된 위치정보를 참조하여 이동로봇을 제어하는 제어기가 구비된 것을 특징으로 하는 이동로봇제어시스템.

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