KR100391413B1 - 차량용 연료 게이지의 각도 검출방법 - Google Patents

차량용 연료 게이지의 각도 검출방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량용 연료 게이지의 각도 검출방법에 관한 것으로, 차량용 연료 게이지의 각도 검출 시스템에서, (a) 샘플로 선택한 연료 게이지의 지침을 그 이동영역의 최상단에서 최하단에 걸쳐 이동하는 단계, (b) 상기 샘플로 선택한 연료 게이지를 일정 주기로 카메라로 영상 캡쳐하는 단계, (c) 상기 캡쳐된 이미지를 필터링하는 단계, (d) 상기 필터링된 이미지로부터 연료 게이지의 각도를 컴퓨터로 연산하여 룩업 테이블을 작성하는 단계 및 (e) 성능을 검사할 연료 게이지를 작동하고, 상기 룩업 테이블을 참조하여 연료 게이지의 각도를 검출하는 단계를 포함한다. 본 발명에 의하면, 연료탱크내 유면의 유동에 대한 연료 게이지의 정확한 시간적 변위를 파악할 수 있어 이를 연료 게이지에 대한 특성평가 및 시뮬레이션 데이터 등으로 활용할 수 있다. 또한, 미리 작성되어진 룩업 테이블을 참조하여 연료 게이지의 각도를 산출하게 되므로 이미지 처리시간을 대폭 절감하고 지침 각도의 검출 속도를 보다 향상시킬 수 있다.

Description

차량용 연료 게이지의 각도 검출방법{A FUEL GAUGE ANGLE IMAGE DETECT ALGORITHM}
본 발명은 차량용 연료 게이지의 각도 검출방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 컴퓨터에 의해 연료 게이지의 각도를 정확하고 신속하게 검출하는 차량용 연료 게이지의 각도 검출방법에 관한 것이다.
예컨대, 차량에는 주행시에 운전자에게 차량의 속도나 엔진 회전 속도 및 연료, 엔진 온도, 오디오 등의 상태를 운전자가 알 수 있도록 계기판에 표시를 함으로써 운전자에게 편의를 제공하고자 하는 다양한 액세서리가 장착되어 있는데 그 중의 하나가 연료 게이지이다. 이러한 연료 게이지는 부우개 등을 이용하여 연료의 잔량을 검출하여 계기판에 아날로그 또는 디지털로 표시하였다.
본 발명은 앞의 연료 게이지 중에서 아날로그 방식으로 연료의 잔량을 표시하는 연료 게이지에 관한 것으로서, 통상의 아날로그식 연료 게이지는 연료의 잔량을 시각적으로 파악할 수 있는 연료눈금을 갖추고 있고, 이 연료눈금 사이로 연료량에 따라 상단에서 하단으로 움직이는(Sweeping) 게이지 지침을 장착하고 있다.
한편, 연료 게이지 등을 포함한 액세서리는 차량에 장착되기 이전에 보통 정상적인 작동 검사를 거치게 되는데, 아날로그식 연료 게이지와 같은 경우에는 실차매칭(Matching) 시험 단계에서 오일 탱크와 연결하고, 오일 탱크의 작동 상태에 정확하게 반응하여 게이지 지침이 작동되고 있는지 게이지 지침의 각도를 각도기에 의하여 육안으로 파악해 내는 방법에 의하여 연료 게이지의 성능평가를 실시해 오고 있었다.
그런데 앞에서와 같이 각도기를 연료 게이지에 붙여 육안에 의해 각도를 읽어내는 경우, 검출자의 자세 및 위치에 따라서 게이지 각도에 대한 읽기 오차가 발생할 수 있었으므로 연료 게이지의 정확한 성능 평가가 어려운 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 수동에 의한 각도 검출의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 연료 게이지의 각도를 컴퓨터로 정확히 검출하고 동시에 검출속도를 보다 향상시킬 수 있는 차량용 연료 게이지의 각도 검출방법을 제공하는 데 있다.
도 1은 차량용 연료 게이지 각도 검출 시스템의 구성도이며,
도 2는 본 발명에 따른 각도 검출방법의 순서도이며,
도 3 내지 도 5는 연료 게이지를 캡쳐한 이미지를 나타내는 도면이며,
도 6은 본 발명에 따른 룩업 테이블을 나타내는 도면이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량용 연료 게이지의 각도 검출방법은
차량용 연료 게이지의 각도 검출 시스템에서, (a) 샘플로 선택한 연료 게이지의 지침을 그 이동영역의 최상단에서 최하단에 걸쳐 이동하는 단계, (b) 상기 샘플로 선택한 연료 게이지를 일정 주기로 카메라로 영상 캡쳐하는 단계, (c) 상기 캡쳐된 이미지를 필터링하는 단계, (d) 상기 필터링된 이미지로부터 연료 게이지의 각도를 컴퓨터로 연산하여 룩업 테이블을 작성하는 단계 및 (e) 성능을 검사할 연료 게이지를 작동하고, 상기 룩업 테이블을 참조하여 연료 게이지의 각도를 검출하는 단계를 포함한다.
이하, 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 의한 연료 게이지의 각도 검출방법의 실행을 위한 검출 장치를 도시한다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 관계하는 검출 장치는 검출하고자 하는 연료 게이지(12)를 이미지(image) 캡쳐하기 위한 카메라(14)와, 이 카메라(14)가 캡쳐(capture)한 연료 게이지(12)의 이미지를 필터링(filtering)하는 신호 처리부(16)와, 신호 처리부(16)에서 필터링한 이미지에서 연료 게이지(12)의 각도를 연산하여 룩업(look-up) 테이블을 작성하는 각도 검출 처리부(18)를 갖춘다.
카메라(14)는 흑백(Monochrome)모드로 이미지를 촬영하며, 768 ×524 개의 화소를 갖추며, 연료 게이지(12)의 이미지를 프레임(frame)단위로 캡쳐하여 시리얼 데이터(serial data)의 형태로 신호 처리부(16)로 전송한다. 신호 처리부(16)는통상의 디지털 신호 처리 프로세서(Digital Signal Processor; DSP)이며, 768 ×524 개의 화소를 가진 흑백 모니터로 필터링 상태를 디스플레이하고, 카메라(14)가 캡쳐한 연료 게이지(12)의 이미지를 노이즈 필터링(Noise Filtering)하여 외부의 빛에 의한 조도의 영향이나 기타 이미지를 혼탁하게 할 수 있는 외부인자의 영향을 배제하여 이미지를 보다 정확히 판독할 수 있는 상태로 변환하고, 이를 각도 검출 처리부(18)로 전송하는 역할을 한다. 이에 각도 검출 처리부(18)는 내부에 저장된 각도 연산 알고리즘에 따라 필터링된 연료 게이지(12)의 이미지로부터 지침의 지시 각도를 연산하여, 지침의 각도별로 그 좌표값을 파악할 수 있도록 지침 각도와, 지침의 X,Y축 좌표값을 내용으로 하는 룩업 테이블을 작성한다. 각도 검출 처리부(18)는 지침 각도의 연산을 위한 연산장치(도시하지 않음)와 룩업 테이블을 저장하기 위한 저장장치(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다. 이 연산장치와 저장장치는 통상의 컴퓨터에 적용되는 중앙처리장치(CPU)와 하드디스크를 이용할 수 있으며, 연산장치에 의해 수행되는 각도 연산 알고리즘은 통상의 비주얼 베이직이나 C++ 등의 컴퓨터 언어로 작성될 수 있다.
도 2는 본 발명에 의한 연료 게이지의 각도 검출방법의 각 단계를 순차적으로 도시한다.
먼저, 연료 게이지 중에서 샘플을 추출하고, 샘플이 되는 연료 게이지를 작동한다(S210). 여기에서, 연료 게이지(12)를 작동할 때 그 지침이 이동영역의 최상단에서 최하단에 걸쳐 이동하도록 한다. 연료 게이지가 작동하는 동안에 이 연료 게이지(12)를 일정 주기별(여기서는 1초간격임)로 카메라(14)로 영상캡쳐한다(S220). 이 때, 카메라가 연료 게이지를 촬영하는 지점이 변경되지 않아야 하므로 카메라와 연료 게이지는 마운팅 장치(도시하지 않음)로 고정되어 있다.
그런 다음, 캡쳐한 각각의 이미지에 잔존할 수 있는 영상 노이즈(Noise)를 제거하기 위해 각각의 이미즈를 신호 처리부(16)가 필터링한다(S230). 신호 처리부(16)가 필터링한 연료 게이지의 각각의 이미지는 각도 검출 처리부(18)로 전송된다.
각도 검출 처리부(18)는 각각의 연료 게이지의 이미지로부터 지침의 각도를 각도 연산 알고리즘에 따라 연산한다(S240). 이 각도 연산 알고리즘은 다음의 단계에 따라 수행된다.
먼저, 정확한 지침의 각도를 연산하기 위해서 연료 게이지의 눈금 중의 하나를 기준으로 지침의 각도를 보상한다. 이를 위하여, 기준이 되는 눈금의 실제 각도를 구한다. 예컨대, 연료 게이지에 상단, 중간, 하단의 세개의 눈금이 있다면 그 중 하나인 상단의 눈금을 기준으로 하여 그 좌표를 읽어서 눈금의 각도를 연산한다. 도 3의 (a)는 게이지 눈금을 포함하는 연료 게이지의 이미지이며, 도 3의 (b)는 게이지 눈금부분만을 확대한 것이다. 이를 참조하여 설명하면, 먼저 상단의 눈금에 대하여 네개의 지점(A1,B1,C1,D1)의 좌표값을 읽어들인다. 이 때, 네개의 좌표를 정하는 순서로는 먼저 눈금에서 상단선(L1)의 일정 지점을 A1지점으로 정하고, 이로부터 수직으로 연장하여 하단선(L2)과 만나는 점을 B1지점으로 정하며, 이 B1지점으로부터 수평으로 연장하여 상단선(L1)과 만나는 점을 C1지점으로 정하고, 마지막으로 C1지점으로부터 수직으로 연장하여 하단선(L2)과 만나는 점을 D1지점으로 정한다. 각각의 지점에서의 좌표값을 읽어들여 이를 각각 A1(x1,y1), B1(x1,y2), C1(x2,y2), D1(x2,y3)라 하면 상단선(L1)의 각도 θ1과 하단선(L2)의 각도 θ2는 다음과 같이 표현된다.
,
한편, 실제 눈금의 각도는 상단선(L1)의 각도 θ1과 하단선(L2)의 각도 θ2의 평균값으로 보면 되므로 눈금의 각도를 θi라 하면 이를 다음과 같이 표현할 수 있다.
따라서, 기준 눈금의 보상값 θoffset은 중간 눈금으로부터 상단 눈금까지 미리 정해져 있는 각도인 게이지 기준각 θG으로부터 눈금의 실제값을 빼주면 된다. 즉, 기준 눈금의 보상값 θoffset은 다음과 같이 표현할 수 있다.
이와 같이, 게이지의 기준 눈금의 보상값 θoffset을 구한 후에는, 게이지의 지침 각도를 연산한다. 도 4의 (a)는 연료 게이지의 지침이 일정 위치에 있을 때의이미지이며, 도 4의 (b)는 지침부분만을 확대한 것이다. 이를 참조하여 설명하면, 먼저, 연료 게이지의 지침에 대하여 6개의 지점(A2,B2,C2,A3,B3,C3)의 좌표값을 읽어들인다. 이 때, 6개의 지점을 정하는 순서로는 먼저 지침에서 상단선(L3)의 일정 지점을 A2지점으로 정하고, 이로부터 수직으로 연장하여 하단선(L4)과 만나는 점을 B2지점으로 정하며, 이 B2지점으로부터 수평으로 연장하여 상단선(L1)과 만나는 점을 C2지점으로 정한다. 그리고 지침에서 하단선(L4)의 일정 지점을 A3지점으로 정하고, 이로부터 수평으로 연장하여 상단선(L3)과 만나는 지점을 B3지점으로 정하며, 마지막으로 B3지점으로부터 수직으로 연장하여 하단선(L4)과 만나는 지점을 C3지점으로 정한다. 각각의 지점에서의 좌표값을 읽어들여 이를 각각 A2(x3,y3), B2(x3,y4), C2(x4,y4), A3(x5,y5), B3(x6,y5), C3(x6,y6)라 하면 상단선(L3)의 각도 θ3와 하단선(L4)의 각도 θ4는 다음과 같이 표현할 수 있다.
,
여기서, 실제 지침의 각도는 상단선(L3)의 각도 θ3와 하단선(L4)의 각도θ4의 평균값으로 보면 되므로 지침의 각도를 θg라 하면 다음과 같이 표현할 수 있다.
한편, 앞에서 구한 실제 지침의 각도는 아직 보정되지 아니한 값이므로 이에 대하여 앞에서 구한 기준 눈금의 보상값 θoffset을 합산해 주어야만 정확한 지침의 각도를 구할 수 있다. 따라서, 최종적인 지침의 각도 θ는 다음과 같이 표현할 수 있다.
이와 같이 이루어지는 지침의 각도값을 연산하는 각도 연산 알고리즘에 따라서 지침의 각도를 구한 후에는 도 6에 도시한 바와 같은 참조용 룩업 테이블을 작성한다(S250). 지침은 상단의 최대치에서 하단의 최소치까지 스위핑하는데 이 때 지침이 일정 각도를 가리킬 때 예컨대, 40도, 39.5도, 39도, ... 0도, -0.5도, -1도 등의 각도를 가리킬 때의 지침의 위치를, 도 5에 도시한 바와 같이, 기준 X좌표 Xa, Xb별(여기서 기준 좌표는 임의로 정해질 수 있음)로 상단선과 하단선의 Y좌표 Ya-m, Ya-n, Yb-m, Yb-n좌표를 읽어들어 이로부터 룩업 테이블을 작성한다.
즉, 도 5에서 지침의 각도를 수학식 1 내지 수학식 6에 의해 연산하고, 이 때 구한 게이지 각도가 42.5도라면, X100의 좌표에서 지침의 상단선과 하단선의 Y좌표는 각각 Y56, Y75가 되고, X150의 좌표에서 Y좌표는 각각 Y87,Y111로 읽혀지므로 이를 룩업 테이블에 저장시키는 방법으로 룩업 테이블을 작성한다.
룩업 테이블을 작성한 후에는, 실제로 성능을 검사하고자 하는 연료 게이지의 각도를 검출한다(S260). 이 때의 연료 게이지의 각도 검출은 룩업 테이블을 참조하여 실행되는데, 즉, 연료탱크와 연동하는 연료 게이지의 지침이 룩업 테이블에 있는 지침의 위치에 오게 되면, 이 때의 이미지를 바로 캡쳐하게 된다. 이 때, 각 지침의 위치에 대한 연료 게이지의 각도는 이미 룩업 테이블에 표시되어 있으므로 별도로 각도 연산 알고리즘을 수행할 필요가 없다. 따라서, 그만큼 각각의 연료 게이지에 대한 각도 검출 속도는 향상될 수 있다.
한편, 지침의 각도 검출 속도를 보다 향상시키기 위하여 연료 게이지의 이미지를 캡쳐한 후에 도 7에 도시한 바와 같이 지침의 작동범위만을 다시 잘라내어 이를 기준하여 지침 각도를 연산하거나 룩업 테이블과 비교하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 연료탱크내 유면의 유동에 대한 연료 게이지의 정확한 시간적 변위를 파악할 수 있어 이를 연료 게이지에 대한 특성평가 및 시뮬레이션 데이터 등으로 활용할 수 있다. 또한, 미리 작성되어진 룩업 테이블을 참조하여 연료 게이지의 각도를 산출하게 되므로 이미지 처리시간을 대폭 절감하고 지침 각도의 검출 속도를 보다 향상시킬 수 있다.

Claims (4)

  1. 차량용 연료 게이지의 각도 검출 시스템에서,
    (a) 샘플로 선택한 연료 게이지의 지침을 그 이동영역의 최상단에서 최하단에 걸쳐 이동하는 단계,
    (b) 상기 샘플로 선택한 연료 게이지를 일정 주기로 카메라로 영상 캡쳐하는 단계,
    (c) 상기 캡쳐된 이미지를 필터링하는 단계,
    (d) 상기 필터링된 이미지로부터 연료 게이지의 각도를 컴퓨터로 연산하여 룩업 테이블을 작성하는 단계 및
    (e) 성능을 검사할 연료 게이지를 작동하고, 상기 룩업 테이블을 참조하여 연료 게이지의 각도를 검출하는 단계를 포함하는
    차량용 연료 게이지의 각도 검출방법.
  2. 제1항에서,
    상기 (d)단계에서 연료 게이지의 각도 연산은 연료 게이지의 눈금 중의 하나의 각도를 연산하여 기준 눈금의 보상값을 구하고 이 보상값을 실제 지침의 각도에 합산하여 연료 게이지의 각도를 구하는 각도 검출방법.
  3. 제1항에서,
    상기 (d)단계에서 룩업 테이블은 지침의 일정 각도별로, 기준 X좌표에 대한 이에 대응하는 지침의 상단선 및 하단선의 Y좌표값을 읽어들여 이들 좌표값을 테이블의 내용으로 하는 각도 검출방법.
  4. 제1항에서,
    카메라로 영상 캡쳐된 연료 게이지의 이미지를 지침의 작동범위만 나타낼 수 있는 영역만 잘라내어 새로운 이미지로 저장하고 이를 필터링용 신호 처리부로 전송하는 단계를 더 포함하는 각도 검출방법.
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