KR100921995B1 - Measurement System - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따르면, 피사체를 촬상하는 라인스캔 카메라와, 라인스캔 카메라를 장착한 이동수단의 이동거리를 측정하고 이동수단의 일정한 이동거리마다 트리거 신호를 출력하는 거리측정 및 트리거 출력장치와, 라인스캔 카메라의 기울어진 정도를 측정하는 기울기 센서 및 라인스캔 카메라에서 제공되는 영상과 거리측정 및 트리거 출력장치에서 트리거 단위로 제공하는 정보와 기울기 센서에서 제공되는 측정값을 이용하여 피사체의 규격을 연산하는 연산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 라인스캔 카메라를 이용한 피사체의 규격 측정시스템이 개시된다.According to the present invention, a line scan camera for photographing a subject, a distance measuring and trigger output device for measuring a moving distance of a moving means equipped with a line scan camera and outputting a trigger signal for every fixed moving distance of the moving means, and a line scan Gradient sensor and tilt scan to measure the tilt of the camera The calculation unit that calculates the specification of the subject by using the image provided from the camera and the information provided in the unit of trigger from the distance measurement and trigger output device and the measured value provided from the tilt sensor Disclosed is a system for measuring a standard of a subject using a line scan camera.
개시된 라인스캔 카메라를 이용한 피사체의 규격 측정시스템에 의하면, 한 대의 카메라를 이용하여 피사체의 규격 측정시스템의 구성이 가능하기 때문에 비용 절감의 효과가 있으며, 카메라 정렬이 용이하고 간단한 절차를 통해 보정이 가능하다. 또한 영상으로부터 정보를 산출하는 과정이 간단 명료한 장점이 있다. According to the disclosed system for measuring the size of a subject using a line scan camera, it is possible to configure the subject measuring system using a single camera, thereby reducing the cost, and allowing easy camera alignment and correction through a simple procedure. Do. In addition, the process of calculating information from an image has a simple and clear advantage.
라인스캔 카메라, 높이측정, 가로측정, 측정장치, 측정시스템 Line scan camera, height measurement, horizontal measurement, measuring device, measuring system
Description
본 발명은 피사체의 규격을 측정하는 측정시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 라인스캔 카메라를 이용하여 촬상한 영상을 통해, 피사체의 규격을 측정하는 라인스캔 카메라를 이용한 피사체의 규격 측정시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a measurement system for measuring a standard of a subject, and more particularly, to a system for measuring a standard of a subject using a line scan camera measuring a standard of a subject through an image photographed using a line scan camera. .
일반 카메라로 피사체를 촬상한 영상은, 소실점에 의한 원근감 때문에 실제로 같은 길이인 피사체의 근접면(近接面)과 원접면(遠接面)의 가로길이가 서로 다른 길이로 보이게 된다. 즉, 카메라와 가까운 근접면의 가로길이는 카메라와 거리가 먼 원접면의 가로길이보다 길게 보이는 것이다. 이러한 영상에서 피사체의 가로길이 및 높이를 알기 위해서는 먼저 카메라와 피사체까지의 거리를 알아야 한다. 일반적으로 카메라에서 피사체까지의 거리를 얻는 방법으로는 스테레오 카메라를 주로 이용한다. 이는 일정한 간격을 둔 두 대의 스테레오 카메라를 이용하여 동일한 피사체를 촬영한 후, 두 영상을 이용해 카메라와 피사체까지의 거리를 삼각법을 이용하여 산출하며, 산출된 거리 정보를 토대로 영상 내에서 이미지의 원근에 따른 크기 변화비를 구하여 피사체의 가로길이 및 높이를 구할 수 있다.In the image photographed with a general camera, the horizontal lengths of the near plane and the far contact plane of the subject, which are actually the same length, appear to be different lengths because of the perspective caused by the vanishing point. That is, the horizontal length of the near surface close to the camera is longer than the horizontal length of the far contact surface far from the camera. In order to know the width and height of the subject in such an image, the distance between the camera and the subject must first be known. Generally, a stereo camera is mainly used to obtain a distance from a camera to a subject. The same subject is photographed using two stereo cameras at regular intervals, and then the distance between the camera and the subject is calculated using triangulation using the two images, and based on the calculated distance information, The width and height of the subject can be obtained by obtaining the ratio of the size change.
그러나, 상술한 스테레오 카메라를 이용하여 피사체의 규격을 측정하기 위해 서는, 반드시 두 대의 카메라가 필요하여 이에 따른 비용 증가의 문제점이 있으며, 두 대의 카메라를 정확히 정렬해야 하는 어려움이 있다. 게다가, 이와 같은 방법을 통해 촬상한 두 영상으로부터 피사체까지의 거리를 산출하기 위해서는 복잡한 이미지 프로세싱을 통한 영상 정합의 절차가 필요하며, 촬상지역과 피사체와의 거리가 멀어짐에 따라 산출되는 측정 결과값의 오차가 크게 증가하는 문제점이 있다.However, in order to measure the size of a subject using the above-described stereo camera, two cameras are required, and thus there is a problem of increasing the cost, and there is a difficulty in accurately aligning the two cameras. In addition, in order to calculate the distance from the two images captured by the above method to the subject, an image matching procedure is required through complex image processing, and the measurement result calculated as the distance between the image pickup area and the subject becomes farther away. There is a problem that the error is greatly increased.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 한 대의 라인 스캔 카메라를 이용한 피사체의 규격 측정시스템을 통하여 피사체의 영상을 획득하고, 이 영상을 통하여 측정값의 오차를 최소화함으로써, 정확한 피사체의 규격을 측정하도록 그 구성을 개선한 라인스캔 카메라를 이용한 피사체의 규격 측정시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above-described problems, by obtaining an image of a subject through a standard measurement system of the subject using a single line scan camera, and by minimizing the error of the measured value through this image, An object of the present invention is to provide a system for measuring a standard of a subject using a line scan camera whose configuration is improved to measure a standard.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 라인스캔 카메라를 이용한 피사체의 규격 측정시스템은, 피사체를 촬상하는 라인스캔 카메라와 상기 라인스캔 카메라를 장착한 이동수단의 이동거리를 측정하며 상기 이동수단의 일정한 이동거리마다 트리거 신호를 출력하는 거리측정 및 트리거 출력장치와 상기 라인스캔 카메라의 기울어진 정도를 측정하는 기울기 센서 및 상기 라인스캔 카메라에서 제공되는 영상과 상기 거리측정 및 트리거 출력장치에서 트리거 단위로 제공되는 정보와 상기 기울기 센서에서 제공되는 측정값을 이용하여 피사체의 규격을 산출하는 연산부를 포함한다.In order to achieve the above object, a standard measurement system for a subject using a line scan camera of the present invention measures a moving distance between a line scan camera for photographing a subject and a moving means equipped with the line scan camera, The distance measuring and trigger output device for outputting a trigger signal for each moving distance, the tilt sensor for measuring the inclination degree of the line scan camera, the image provided by the line scan camera, and the distance measuring and trigger output device provided in a trigger unit. It includes a calculation unit for calculating the standard of the subject by using the information and the measured value provided by the tilt sensor.
또한, 상기 연산부는 상기 라인스캔 카메라에서 제공되는 영상과 상기 거리측정 및 트리거 출력장치에서 트리거 단위로 제공되는 정보와 상기 기울기 센서에서 제공되는 측정값과 미리 측정한 라인스캔 카메라의 촬상 높이(H) 및 하기의 수학식 1을 이용하여 피사체의 높이(y)를 연산하는 것을 특징으로 하는 라인스캔 카 메라를 이용한 피사체의 규격 측정시스템을 포함할 수 있다.The operation unit may include an image provided from the line scan camera, information provided in a trigger unit from the distance measurement and trigger output device, a measurement value provided from the tilt sensor, and a photographing height H of a pre-measured line scan camera. And a standard measurement system of a subject using a line scan camera, wherein the height y of the subject is calculated using Equation 1 below.
수학식Equation 1 One
여기서, L은 라인스캔 카메라의 세로 픽셀수(pixel)이고, k는 영상 하단에서 피사체 하단까지의 픽셀수이며, x는 영상속의 피사체 높이(픽셀 단위)이다.Here, L is the number of vertical pixels of the line scan camera, k is the number of pixels from the bottom of the image to the bottom of the subject, and x is the height of the subject in pixels.
게다가, 상기 연산부는 상기 라인스캔 카메라에서 제공되는 영상과 상기 거리측정 및 트리거 출력장치에서 트리거 단위로 제공되는 정보와 상기 기울기 센서에서 제공되는 측정값 및 하기의 수학식 2를 이용하여 피사체의 가로길이(폭)를 연산하는 것을 특징으로 하는 라인스캔 카메라를 이용한 피사체의 규격 측정시스템을 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the calculation unit may use the image provided from the line scan camera, the information provided in units of triggers from the distance measurement and trigger output device, the measured value provided from the tilt sensor, and the horizontal length of the subject using Equation 2 below. It is preferable to include a standard measurement system of a subject using a line scan camera, characterized in that (width) is calculated.
수학식Equation 2 2
피사체의 가로길이[mm] = 피사체의 가로 픽셀수 × 라인스캔 카메라의 촬상간격[mm]Width of the subject [mm] = Number of horizontal pixels of the subject × Line scan interval of camera [mm]
아울러, 상기 연산부는 피사체의 규격을 표시하는 출력기능이 구비되는 것을 특징으로 하는 라인스캔 카메라를 이용한 피사체의 규격 측정시스템을 포함할 수 있다.In addition, the operation unit may include a standard measurement system of a subject using a line scan camera, characterized in that the output function for displaying the specification of the subject is provided.
본 발명의 라인스캔 카메라를 이용한 피사체의 규격 측정시스템에 따르면, 한 대의 카메라를 이용하여 시스템 구성을 할 수 있어 비용 절감의 효과가 있으며, 영상으로부터 정보를 도출해내는 과정이 간단 명료하고 측정값의 오차를 최소화하여 정확한 피사체의 규격을 측정할 수 있는 장점이 있다. According to the standard measurement system of the subject using the line scan camera of the present invention, the system can be configured using a single camera, thereby reducing the cost, and the process of deriving information from the image is simple and clear, and the error of the measured value. There is an advantage that can measure the exact size of the subject to minimize.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to the common or dictionary meanings, and the inventors should properly explain the concept of terms in order to best explain their own invention. Based on the principle that it can be defined, it should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention.
도 1a와 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 라인스캔 카메라(10)를 이용한 피사체의 규격 측정시스템의 개략도이며, 도 2는 라인스캔 카메라(10)를 이용한 피사체의 규격 측정시스템을 공간좌표로 나타낸 도면이다.1A and 1B are schematic views of a system for measuring a standard of a subject using a
도 1a와 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 라인스캔 카메라를 이용한 피사체의 규격 측정시스템은 라인스캔 카메라(10), 거리측정 및 트리거 출력장치(20), 기울기 센서(30), 연산부(40)를 포함한다. 1A and 2, a standard measurement system for a subject using a line scan camera according to an embodiment of the present invention includes a
상기 라인스캔 카메라(10)를 이용하여 피사체(100)의 높이(y)를 측정하는 방법에 대하여 이하에서 살펴보도록 한다. A method of measuring the height y of the
도 1a와 도 1b에서 도시하는 바와 같이 본 발명에 의한 피사체 규격 측정시스템은 이동하며 촬상할 수 있도록 상기 라인스캔 카메라(10)를 이동수단에 장착하며, 상기 라인스캔 카메라(10)는 이미 측정한 상기 라인스캔 카메라(10)의 설치 높 이(H)에 맞추어 고정한다. 또한, 상기 라인스캔 카메라(10)의 일측부에는 상기 기울기 센서(30)와 상기 연산부(40)를 구비한다. As shown in FIGS. 1A and 1B, the system for measuring a subject standard according to the present invention mounts the
여기서, 고려되어야 할 사항은 상기 라인스캔 카메라(10)의 정렬이 지표면을 기준으로 하여 평행하도록 수평정렬되어야 한다는 것이다. 그러나 실제로 움직이는 이동수단에 상기 라인스캔 카메라(10)가 고정되어 있고, 상기 이동수단이 이동하며 발생하는 상하 진동으로 인하여 상기 라인스캔 카메라(10)의 지면에 대한 수평정렬이 흐트러짐은 필연적이다. 따라서, 이를 보정하기 위해서 상기 라인스캔 카메라(10)의 상하 진동에 의한 기울기 변화값(수평정렬의 흐트러진 정도)을 측정할 필요가 있으며, 이는 상기 라인스캔 카메라(10)에 구비된 기울기 센서(30)에 의해 측정할 수 있다. 상기 기울기 센서(30)로부터 획득한 상기 라인스캔 카메라(10)의 수평정렬 상태의 변화값에 대한 데이터를 이용하여, 촬상된 이미지의 상하 기울어진 정도를 알 수 있으며, 상기 라인스캔 카메라의 기울기 변화값에 따라 촬상된 영상의 상하 옵셋(Offset)을 설정하여 이미지를 재구성함으로써, 상기 라인스캔 카메라(10)의 흐트러진 수평정렬에 따른 측정값의 오차를 보정을 할 수 있다.Here, the matter to be considered is that the alignment of the
한편, 상기 라인스캔 카메라(10)는 미리 설정된 높이(H)에 고정 설치되어, 피사체(100)와 평행하게 이동하며 피사체(100)를 촬상한다. 여기서, 이동수단의 일측부에는 상기 거리측정 및 트리거 출력장치(20)를 구비하여, 이동수단의 이동거리를 측정하고, 이동수단의 일정한 이동거리에 비례하여 트리거 출력신호를 라인스캔 카메라로 보낸다. 이에 따라, 상기 거리측정 및 트리거 출력장치(20)에서 트리거 출력신호를 입력받은 상기 라인스캔 카메라(10)는 트리거 출력신호를 기초로 하여 일정한 거리간격으로 피사체(100)에 대한 촬상을 하게 된다. Meanwhile, the
또한, 상기 연산부(40)는 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 라인스캔 카메라(10)가 촬상한 2차원 영상을 전송받아 저장하며, 상기 기울기 센서(30)가 측정한 결과값을 전송받아, 상기 라인스캔 카메라(10)에서 전송받은 영상의 이미지를 재구성하여 보정한다. 이와 같이 상기 연산부(40)는 각 구성 장치들로부터 전송받은 정보들을 종합적으로 연산하고 오차를 수정하는 과정을 거쳐 피사체의 높이 및 폭을 산출한다.In addition, as shown in FIG. 3, the
이때, 상기 연산부(40)는 피사체의 규격을 표시하는 출력기능을 구비하는 것이 바람직하다. In this case, the
한편, 상기 라인스캔 카메라(10)를 설치한 후 촬상되는 피사체와 영상과의 위치관계를 XZ축의 평면상에 도시하면, 도 2와 같이 표현할 수 있으며. 도 2의 각 변수는 아래의 의미를 가진다.On the other hand, if the positional relationship between the subject and the image captured after the
H : 지면으로부터 카메라까지의 높이H: height from the ground to the camera
L : 카메라의 세로 픽셀수L: Number of vertical pixels of camera
k : 영상하단에서 피사체 하단까지의 픽셀수k: Number of pixels from the bottom of the image to the bottom of the subject
x : 영상속의 피사체 높이x: Subject height in the image
y : 피사체의 실제 높이y: the actual height of the subject
여기서, y는 x와 k의 함수이며, 이 관계식을 구해보면,Where y is a function of x and k.
수학식Equation 1 One
과 같이 된다. 여기서 H와 L은 이미 알고 있는 상수이며, k와 x는 영상 속에서 간단히 산출될 수 있다. Becomes Where H and L are known constants, and k and x can simply be calculated in the image.
따라서, 상기 수학식 1을 이용하면 상기 라인스캔 카메라(10)를 이용하여 획득한 영상으로부터 피사체의 연직 높이(y)를 간단히 산출할 수 있다.Therefore, by using Equation 1, the vertical height y of the subject can be easily calculated from the image acquired using the
한편, 상기 라인스캔 카메라(10)를 이용하여 피사체(100)의 가로길이를 측정하는 방법에 대하여 이하에서 살펴보도록 한다. Meanwhile, a method of measuring the horizontal length of the
상술한 피사체의 높이(y)를 측정하기 위해 측정시스템에 포함된 장비들이 설치된 정렬상태와 동일한 상태로 상기 장비들을 설치하고, 상기 라인스캔 카메라(10)를 일정한 이동거리마다 촬영되도록 촬상간격을 설정한다. 예를 들어 설명하면, 상기 거리측정 및 트리거 출력장치(20)에서 이동거리에 따른 트리거 출력 간격을 1mm로 설정하였을 때, 상기 거리측정 및 트리거 출력장치(20)는 1mm를 이동할 때마다 1트리거의 출력신호를 상기 라인스캔 카메라(10)로 보내주게 되면, 상기 라인스캔 카메라(10)는 1트리거의 출력신호를 받을 때마다, 1픽셀이 세로방향으로 줄지어 이루어진 1라인 단위로 촬영을 하게 된다. 따라서, 상기 라인스캔 카메라(10)가 이동하며 촬상한 영상에서 가로방향으로 1픽셀(pixel)(또는 1픽셀이 세로방향으로 줄지어 이루어진 라인과 다른 라인 사이의 간격)은 정확히 1mm의 거리에 해당하게 된다. In order to measure the height (y) of the above-described subject, the equipment is installed in the same state as the arrangement of the equipment included in the measurement system, and the imaging interval is set so that the
이 점을 이용하면 피사체의 가로길이를 획득한 영상으로부터 용이하게 산출할 수 있다. 즉, 원근에 관계없이 영상 내에서 피사체의 가로 픽셀 수(라인의 개수)만 측정할 수 있으면, 하기 수학식 2에 의해 피사체의 가로방향 길이를 구할 수 있다. 여기서, 가로 픽셀 수(라인의 개수)에서 초기점은 그 개수에서 포함하지 않는다. By using this point, the horizontal length of the subject can be easily calculated from the acquired image. That is, if only the number of horizontal pixels (number of lines) of the subject can be measured in the image regardless of the perspective, the horizontal length of the subject can be obtained by the following equation (2). Here, the initial point in the horizontal pixel number (the number of lines) is not included in the number.
수학식Equation 2 2
피사체의 가로길이[mm] = 피사체의 가로 픽셀수 × 라인스캔 카메라의 촬상간격[mm]Width of the subject [mm] = Number of horizontal pixels of the subject × Line scan interval of camera [mm]
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다. As mentioned above, although this invention was demonstrated by the limited embodiment, this invention is not limited by this and it will be described below by the person of ordinary skill in the art, and the following. Of course, various modifications and variations are possible within the scope of the claims.
도 1a와 도 1b는 라인스캔 카메라를 이용한 피사체의 규격 측정시스템을 나타낸 개략도,1A and 1B are schematic diagrams illustrating a standard measurement system of a subject using a line scan camera;
도 2는 라인스캔 카메라를 이용한 피사체의 규격 측정시스템을 나타낸 공간좌표,2 is a spatial coordinate showing a standard measurement system of a subject using a line scan camera;
도 3은 라인스캔 카메라를 이용한 피사체의 규격 측정시스템의 전체 구성도이다. 3 is an overall configuration diagram of a standard measurement system of a subject using a line scan camera.
<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10...라인스캔 카메라 20...거리측정 및 트리거 출력장치10 ...
30...기울기 센서 40...연산부
50...이동수단의 바퀴 100...피사체(측정 대상물)50 Wheel of transport means 100 ... Subject (object to be measured)
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