KR100996180B1 - Ｌｅｄ 광원을 이용한 이동체의 위치인식시스템 및 위치인식방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가정이나 빌딩 내에 설치되어 있는 LED 조명을 활용하여 저비용으로 안정적인 위치데이터를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 넓은 장소에서 다수의 이동체가 동시에 자기의 위치를 측정할 수 있는 이동체의 위치인식 시스템 및 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 위치인식 시스템은, LED 소자와, 상기 LED 소자의 위치정보를 상기 LED 소자를 통해 광신호로 송출하게 하는 광송신유닛을 포함하며 이동체의 이동환경에 배치되는 하나 이상의 LED 광송신모듈과, 상기 LED 소자의 이미지를 촬영하여 상기 LED 소자와 이동체 간의 상대위치를 측정하는 이미지센싱유닛과, 상기 LED 소자의 광원에 실려오는 광신호로부터 상기 LED 소자의 위치정보를 수신하는 광신호센싱유닛과, 상기 이미지센싱유닛과 광신호센싱유닛의 신호를 처리하는 제 1 프로세스 유닛을 포함하며 이동체에 장착되는 위치측정모듈을 포함하고, 상기 제1 프로세스 유닛이 측정된 상기 상대위치와 수신된 LED 소자의 위치정보를 통해 이동체의 현재위치를 산출하는 것을 특징으로 한다.

이동체, 위치인식, LED

Description

ＬＥＤ 광원을 이용한 이동체의 위치인식시스템 및 위치인식방법 {LOCALIZATION SYSTEM AND METHOD FOR MOBILE OBJECT USING LED LIGHT}

본 발명은 이동체의 위치와 방향을 측정하는 시스템 및 방법에 관한 것으로, 상세하게는 이동체가 움직이는 이동 환경 내의 천장이나 상부 벽면 등에 설치된 LED 소자로부터 방출되는 조명광원에 LED 소자의 설정위치 정보를 실어보내고 이동체에 장착된 수신수단을 통해 LED 소자의 설정위치 정보를 수신함으로써, 저렴한 비용으로 안정적인 위치데이터를 구할 수 있는 위치인식시스템 및 방법에 관한 것이다.

서비스용 로봇과 같은 이동체를 자율적으로 운용함에 있어서, 이동체는 자신의 현재 위치와 이동방향을 정확하게 산정할 수 있어야 올바른 서비스를 수행할 수 있다.

실외에서 움직이는 이동체의 경우, 차량용 네비게이션 시스템과 같이 공지의 GPS 또는 DGPS를 이용하면 자기의 위치와 방향에 대한 정확한 정보를 획득할 수 있다.

그러나 가정이나 빌딩과 같은 실내 환경에서는 상기한 GPS 정보를 수신하여 위치를 파악할 수 없기 때문에 실내 환경에서 이동체의 위치데이터를 획득하기 위한 방법으로 종래, 이동체가 카메라 시스템을 활용하여 인간과 동일하게 이동 환경 내의 특징 정보를 기억하고 이를 이용하여 위치를 인식하거나, GPS 송신 위성을 대신하는 위성 시스템을 실내에 설치하고 이동체에 수신기를 장착하여 위치를 수신받도록 하거나, 위치와 방향정보를 획득할 수 있는 인위적인 랜드마크를 천정이나 벽면 등에 부착하고 이동체가 카메라를 이용하여 위치를 추정하도록 하거나, 위치정보가 내장된 바코드나 RFID를 바닥재에 내장하고 이동체 바닥에 바코드 리더나 RFID 리더를 장착하여 위치정보를 획득하거나, 이동체가 무선통신을 이용하여 이동 환경 내에 설치된 특정 LED를 ON/OFF하도록 한 후 이를 카메라로 인식하여 위치를 추정하거나, 이동체에 설치된 LED를 이동체가 ON/OFF 하고 이동 환경에 설치된 센서가 이를 수신하여 이동체의 위치를 추정한 후 이를 무선통신을 통해 이동체에 알려주는 방법 등 다양한 방법이 제안되고 사용되어 왔다.

그런데 전술한 종래의 이동체의 위치 및 방향을 측정하는 방법들은 각각 다음과 같은 문제점 내지는 개선의 필요성이 있다.

먼저, 위성 시스템을 실내에 설치하는 방식의 경우, 위성 시스템이 송출하는 신호를 이동체가 받기 위해서는 반드시 개방된 공간이어야 하므로, 적용할 수 있는 영역이 제한적일 뿐 아니라, 위성 시스템을 구비하는데 비용이 많이 들기 때문에 실용화하는데 있어서 제한이 있다.

또한, 상기 랜드 마크를 사용하는 방식의 경우, 건물의 천장 등에 부착된 랜드마크에 근적외선을 투사하여 이동체에 장착된 위치인식센서가 랜드마크의 위치정 보를 획득하여 자기 위치를 계산하는 방법인데, 투사 빔의 인식범위가 좁아 위치 계산에 오류가 발생하기 쉬운 문제점이 있다.

또한, 상기 RFID 바코드를 사용하는 방식의 경우, 건물의 바닥재에 바코드 또는 RFID를 설치하는데 많은 비용이 소요될 뿐 아니라, 바닥이 오염되거나 손상을 입으면, 이동체가 위치정보를 제대로 인식하지 못하게 되는 문제점이 있으므로, 역시 실용성에 있어서 한계를 안고 있다.

또한, 이동체가 이동 환경 내에 설치된 LED를 무선으로 ON/OFF 하도록 지시하고 이를 이동체에 장착된 카메라가 인식하여 위치를 추정하는 방식의 경우, 여러 대의 이동체가 동시에 이용하기 어렵다는 문제점이 있다.

또한, 이동체에 설치된 LED를 ON/OFF하고 이동 환경 내에 설치된 센서가 수신하여 이동체의 위치를 계산하는 방식의 경우, 센서 네트워크를 설치하는데 많은 비용이 소요될 뿐 아니라, 센서 네트워크를 통한 정보의 처리 부담이 커서, 역시 실용성에 있어서 일정 부분 한계를 안고 있다.

이상과 같은 이유로, 청소 로봇이나 서비스 로봇과 같은 실내 지능형 로봇의 실내 네비게이션을 위한 위치인식 기술은 과거 수십 년 동안 연구가 지속되어 왔음에도 정확성, 편의성, 가격 문제 등을 모두 충족하는 기술이 제시되지 못하고 있는 것이 현실이다.

본 발명은 전술한 종래기술의 제 문제점을 개선하기 위한 것으로, 가정이나 빌딩내에 설치되어 있거나 설치할 LED 조명을 이용하여 시각적으로 조명에 영향을 주지 않으면서 LED의 위치정보를 이동체에 전달하여, 저비용으로 안정적인 위치 데이터를 얻을 수 있는 이동체의 위치인식시스템 및 위치인식방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

또한, 본 발명의 다른 과제는 다수의 이동체가 자기의 위치를 동시에 독립적으로 측정할 수 있는 이동체의 위치인식 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.

이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 위치인식시스템은, LED 소자와, 상기 LED 소자의 위치정보를 상기 LED 소자를 통해 광신호로 송출하게 하는 광송신유닛을 포함하며 이동체의 이동환경에 배치되는 하나 이상의 LED 광송신모듈;과 LED 소자와 이동체 간의 상대위치를 측정하는 이미지센싱유닛과, 상기 LED 소자의 광원에 실려오는 광신호로부터 상기 LED 소자의 위치정보를 수신하는 광신호센싱유닛과, 상기 이미지센싱유닛과 광신호센싱유닛의 신호를 처리하는 제 1 프로세스 유닛을 포함하며 이동체에 장착되는 위치측정모듈;을 포함하고, 상기 제1 프로세스 유닛이 측정된 상기 상대위치와 수신된 LED 소자의 위치정보를 통해 이동체의 현재위치를 산출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 LED 소자는 이동체의 이동환경의 조명환경에 따라 백색광, 적색광, 청색광, 녹색광, 적외선 등 다양한 종류가 적용될 수 있는데, 신호검출의 관점에서는 백색광보다는 단일 파장의 광이나 적외선 영역의 LED가 필터를 통한 외란 제거가 용이하므로 바람직하다.

또한, 상기 LED 소자의 ON/OFF 펄스 주기는 인간이 시각적으로 LED의 ON/OFF를 감지하지 못하는 수십에서 수백 kHz로 구동할 수 있으며, LED 광송신모듈에 포함된 주제어장치의 성능에 따라서는 수 MHz까지도 구동시킬 수 있다.

또한, 상기 LED 소자는 상기 이동환경 중, 가급적 환경의 변화나 간섭이 적은 천장이나 벽면의 상부에 위치하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 광송신유닛은 상기 LED 소자의 위치정보를 저장하고 주기적으로 위치정보를 송출하도록 지시하는 제 2 프로세스 유닛과 LED 소자의 위치정보를 특정 주파수대의 광신호로 변조하는 위치정보변조부를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 제 2 프로세스 유닛은 사용자가 부여한 X, Y, Z좌표를 기억하고 이 X, Y, Z좌표를 상기 위치정보변조부를 통해 이진코드(BINARY CODE)로 변환하여 특정주파수 대역의 반송파 주파수에 실어 변조한 후 변조된 신호를 상기 LED 소자의 ON/OFF 펄스를 통해 광신호로 송출하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 이미지센싱유닛은 상기 LED 광송신모듈의 이미지를 촬영하는 카메라와, 상기 카메라의 영상신호를 디지털 신호로 변환하여 상기 제 1 프로세스 유닛에 보내는 이미지 그래버를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 광신호센싱유닛은 상기 LED 소자로부터 송출되는 광신호를 필터링하는 광필터와, 광필터를 통해 광신호를 수신하는 포토 디텍터와, 수신된 광신호 를 복조하여 위치정보 신호를 추출하는 위치정보복조부를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 포토 디텍터로는 PIN Photo Diode, Avalanche Photo Diode 등이 사용될 수 있다.

또한, 본 발명은 (a) 이동체의 이동환경에 배치된 LED 소자의 조명광원에 LED 소자의 위치정보를 실어서 송출하는 단계와, (b) 이동체에 배치된 광신호센싱유닛을 통해 상기 LED 소자의 위치정보를 수신하는 단계와, (c) 상기 이동체에 배치된 이미지센싱유닛을 통해 상기 LED 소자의 이미지정보를 획득하여, 획득된 이미지 정보를 통해 LED 소자와 이동체 간의 상대위치를 산출하는 단계와, (d) 상기 상대위치와 LED 소자의 위치정보를 통해 이동체의 현재 위치를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동체의 위치인식방법을 제공한다.

이상과 같은 구성적 특징으로 갖는 본 발명에 따른 이동체의 위치인식방법의 기술적 사상을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

사용자가 LED 소자 설치시 유선 또는 무선의 방법으로 부여한 공간상의 (X, Y, Z)좌표를 상기 LED 광송신모듈을 통해 일정한 주기로 위치정보변조부(모듈제어기)를 통해 이진코드(BINARY CODE)로 변환하고 이를 다시 일정한 형식의 확산이진코드(EXTENDED BINARY CODE)로 변환한 후 특정주파수 대역의 반송파 주파수에 실어 변조한 후 변조된 신호를 LED 소자를 통해 송신하게 된다. 이때 비록 사람이 보기에는 LED가 연속적으로 켜져 있는 것처럼 보일 수 있으나 실제로는 송신속도에 따라 수 KHz ~ 수 MHz 주파수로 ON/OFF를 반복함으로써 자기의 위치정보를 송출하고 있다.

그리고 이동체가 이동중에 도 1에 도시된 바와 같이, LED 소자의 조명광원을 감지할 수 있는 감지영역 내에 접근하면 전면 또는 상부에 탑재된 상기의 위치측정모듈을 통해 자기의 위치정보를 알아내게 되는데, 이는 위치측정모듈에 구성된 이미지센싱유닛을 통해 LED 소자의 존재를 확인하고 LED까지의 상대거리를 측정함으로써 역으로 자기의 위치를 추정하는 원리를 이용한다.

또한 LED 소자로부터 광원은 위치측정모듈에 탑재된 이미지센싱유닛에서 LED소자와 이동체 간의 상대적 위치측정에 사용될 뿐 아니라 광신호센싱유닛에서 LED 소자의 조명광원에 포함되어 송출되는 LED 소자의 위치정보를 디코딩하는데 동시에 사용된다.

또한, 상기 위치인식방법에 있어서, (a) 단계의 LED 소자의 위치정보 송출은, LED 소자의 X, Y, Z좌표를 이진코드(BINARY CODE)로 변환하여 특정주파수 대역의 반송파 주파수에 실어 변조한 후 변조된 신호에 따라 상기 LED 소자를 ON/OFF함으로써 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 위치인식방법에 있어서, 상기 광신호센싱유닛은 상기 LED 소자의 조명광원을 필터링하고 이로부터 위치정보에 대한 광신호를 수신하고 이를 복조하여 위치정보에 대한 신호를 추출하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 위치인식방법에 있어서, 상기 이미지센싱유닛은 상기 LED 소자의 이미지를 촬영한 영상신호를 디지털신호로 변환하여 광원중심으로부터 이동체 간의 상대위치를 산출하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 위치인식방법에 있어서, 상기 (d) 단계의 이동체의 현재 위치 산 출은, 이동체의 이동방향에 대한 정보를 바탕으로, 수신된 LED 소자의 위치에서 LED 소자에서 이동체와의 상대위치를 가감하는 방식으로 산출되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 이동체의 위치인식시스템 및 방법은, 실내에서 조명으로 사용하는 LED 광원을 조명으로 사용함과 동시에, LED 광원에 LED의 위치정보를 주기적으로 실어보내고, 실내에 위치한 이동체가 LED의 위치정보를 통해 자신의 위치정보를 계산하는 방식이므로, 종래와 같이 이동 환경에 위성 시스템을 구축하거나, RFID를 설치하거나 이동체와 통신이 가능한 LED 네트워크를 설치하는 등의 이동 환경을 위한 시스템 구축 비용이 필요하지 않게 된다. 이에 따라 이동체의 위치데이터를 획득하는데 소요되는 비용이 크게 절감될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 위치인식시스템 및 방법은, 이동 환경 내에 놓여진 다수의 이동체가 동시에 LED의 위치정보를 획득할 수 있기 때문에, 다수의 이동체를 운용하기가 용이해진다.

또한, 본 발명에 따른 위치인식시스템 및 방법은, 이동체가 주기적으로 방출되는 LED 광원으로부터 정보를 획득하여 스스로 계산하면 되기 때문에 데이터 처리 부담이 크게 줄어든다.

또한, 본 발명에 따른 위치인식시스템 및 방법은, LED 가로등과 같이 LED가 구비된 곳이면, 실내외를 막론하고 적용할 수 있는 이점이 있다.

본 발명의 실시예들을 설명하기 위해 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함하는 의미이다. 그리고 "포함한다"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및 /또는 성분을 구체화하며 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외하는 것은 아니다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이동체의 위치인식시스템 및 그 방법을 상세하게 설명하겠지만 본 발명이 하기의 실시예에 제한되는 것은 아니다. 따라서 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변경할 수 있음은 자명하다.

본 발명의 실시예에 따른 위치측정시스템(1)은 도 1에 도시된 바와 같이 이동체(30)가 움직이는 공간상의 천장이나 벽면의 상부에 설치된 다수 개의 LED 광송신모듈(10)과, 상기 이동체(30)에 탑재되어 상기 LED 광송신모듈(10)로부터 방출되는 광원의 이미지와 신호를 감지하여 이동체의 위치를 산출하는 위치측정모듈(20)로 이루어진다.

상기 LED 광송신모듈(10)들은 각각 도 2에 도시된 바와 같이, 특정 파장대역의 광원을 방출하는 LED 소자(13), LED 광송신 모듈에 부여된 설정위치 정보를 이진화하여 특정 주파수 대역의 ON/OFF 광신호로 변조하는 위치정보 변조부(12), 자기 설정위치 정보를 저장하고 이를 주기적으로 방출하도록 모듈을 제어하는 프로세서 유닛(11)으로 구성된다.

한편 각각의 LED 광송신모듈(10)의 위치정보는 프로세서 유닛(11)의 비휘발성 데이터 영역에 펌웨어 다운로드시 유선 데이터 케이블을 통해 직접 입력하는 방식으로 저장할 수도 있으나, 사용자가 LED 광송신 모듈을 특정위치에 고정한 후 이 고정위치를 측정한 후 측정된 위치정보를 무선으로 송신하는 방식으로 설정하는 것이 시스템을 구성하는데 유리하다. 또한, 무선을 사용할 경우 LED 광송신모듈(10)을 운영하는데 필요한 평균조도 등과 같은 각종 파라미터 등의 셋팅 값을 환경에 따라 쉽게 변경하는 것이 가능하다.

이에 따라 본 발명의 바람직한 실시예에서는 무선으로 위치정보를 설정하고 파라미터 값을 변경할 수 있도록 하기 위해 무선 수신부(14)를 LED 광송신모듈(10)에 추가하였으며, 프로세서 유닛(11)에는 상기 무선 수신부(14)로부터 들어오는 신호를 처리할 수 있는 신호처리부가 구비되어 있다. 그리고 상기 무선 수신부(14) 는 일반적인 무선(Radio Frequency)를 이용하거나 IR 통신 등 다양한 방법을 사용할 수 있으며, 무선 통신 방식은 사용환경에 맞추어 사용자가 적절하게 선택할 수 있다.

상기 LED 소자(13)는 백색광뿐 아니라 적색광, 청색광, 녹색광, 또는 적외선 등 실내 인테리어에 맞게 선정이 가능하며, 백색광 LED 보다는 단일 파장의 칼라광이나 적외선 영역의 LED가 위치측정모듈(20)의 이미지센싱유닛(21) 또는 광신호센싱유닛(22)에서 광학필터를 사용하여 쉽게 외란을 제거할 수 있기 때문에 신호검출이 유리한 이점이 있다.

상기 위치측정모듈(10)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 크게 LED 발광 위치를 2차원적으로 측정하는 이미지센싱유닛(21)과, LED의 광원에 실려오는 LED 소자(13)의 위치정보를 수신하는 광신호센싱유닛(22)과, 상기 이미지센싱유닛(21)과 광신호센싱유닛(22)에 수신된 신호를 처리하여 이동체의 현재 위치를 연산하는 위치측정모듈의 프로세서 유닛(23)으로 구분된다.

상기 이미지센싱유닛(21)은 CCD 또는 CMOS 카메라 등과 같은 카메라(21b)와 카메라(21b)의 렌즈 전면에 부착되는 제 1 광학필터(21a)와, 상기한 카메라(21b)를 통해 수신한 아날로그 신호의 영상정보를 디지털화하여 상기 프로세서 유닛(23)으로 보내는 이미지 그래버(22c)로 구성된다.

상기 광신호센싱유닛(22)은 LED 조명광원 내에 포함된 LED 소자의 위치정보를 분리하여 코드화하는 부분으로 포토 디텍터(22b)와, 상기 포토 디텍터(22b)의 전부에 설치되어 외란을 걸러내는 제 2 광학 필터(22a)와, 광학 필터를 통해 걸러진 LED 소자에 관한 신호로부터 위치정보에 대한 데이터를 추출해내는 위치정보 복조부(22c)로 구성된다.

또한, 상기 포토 디텍터(22b)로는 일반적으로 수 MHz 이상의 분해능과 uW정도의 광량으로도 높은 출력특성을 보이는 Si PIN Photodiode, Si Avalanche Photodiode등을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제 1 및 2 광학 필터(21a,22a)로는 외부광원에 의한 노이즈를 충분히 제거하고 강한 LED 광원을 검출할 수 있도록 LED의 발광 파장 대역의 칼라 필터, 밴드패스 필터 등을 사용하는 것이 효율적이다.

또한, 위치측정모듈(10)을 구성하는 카메라와 같은 이미지센서와 포토다이오 드(Photodiode)와 같은 광신호센서는 일반적으로 도 5에 도시된 바와 같이 이동체의 이동방향에 대해 수직방향(천장)을 바라보도록 장착한다.

다음으로 상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 위치측정시스템(1)을 통해 이동체(30)의 위치를 산출하는 과정에 대해 설명한다.

본 발명의 실시예에 따른 위치측정시스템의 기본적인 위치 산출 과정은, LED 광송신모듈(10)이 사용자가 공간상에 설치시 부여한 설정위치 정보를 바이너리 정보데이터들로 변환하여 이를 발광소자인 LED 소자(13)를 통해 주기적으로 공간상으로 방출하는 역할을 수행하며, 위치측정모듈(20)은 LED 소자(13)의 광원으로부터 광신호를 검출하여 LED 설정위치 정보를 획득하고 또한 카메라 등을 사용하여 획득된 LED 이미지로부터의 상대적 위치를 산출하여 공간상의 자기 위치정보와 이동방향을 추정하고 이를 이동체의 중앙제어기에 전달하는 역할을 수행하는 것이다. 이에 대한 상세한 내용은 다음과 같다.

LED 조명 광원을 이용한 LED 소자 위치정보의 송출

먼저, LED 광송신모듈(10)에서 LED 소자(13)가 위치한 위치정보를 조명광원에 실어보내는 과정은 다음과 같다.

사용자가 각 LED 광송신모듈(10)의 LED 소자(13)의 위치를 측정한 후, 위치정보 및 LED 신호 발광 주기 등에 관한 정보를 무선으로 송신하면, 상기 LED 광송신모듈(10)에 구비된 무선수신부(14)가 이를 수신하여 LED 광송신모듈(10)에 구비 된 프로세서 유닛(11)으로 보내 저장한다.

이와 같이 저장한 LED 소자의 위치 값은 사용자가 설정한 주기로 위치정보변조부(12)에 전달되는데, 위치정보변조부(12)는 LED 소자(13)의 위치정보(X, Y, Z)를 LED 광으로 변조하기 위하여 인코딩을 한다.

이와 같은 LED 광송신모듈(10)의 설정 위치정보(X, Y, Z)를 LED 광으로 변조하는데 사용되는 인코딩 방법은 여러 가지가 있을 수 있는데, 일례로, LED 소자의 설정 위치정보(X, Y, Z)를 1BYTE 씩 총 3BYTE, 또는 2BYTE 씩 6BYTE로 표현하는 것이 가능하다.

이들 각각의 바이트 정보는 도 4에 도시된 바와 같이, 시리얼 통신에서 사용하는 방법과 같이 각각의 바이트에 스타트 비트와 스톱 비트를 더하여 10개의 비트로 구성된 30개 또는 60개의 확장이진코드로 변환할 수 있다. 이와 같이 변환된 확장이진 코드를 통해 상기 LED 소자(13)를 ON/OFF 시킴으로써, LED 소자(13)의 조명광원에 LED 소자의 위치정보를 실어보내게 된다.

이때 LED 발광은 위치측정모듈(20)의 포토 디텍터(22b)뿐만아니라 카메라(21b)와 같은 이미지 센서에 의해서도 검출이 되어야 하기 때문에 LED 발광 광량을 항상 일정하게 유지하는 것이 광센서 입력 이미지를 데이터 처리하는데 유리하며 이러한 일정한 광량을 유지할 수 있도록 하기 위해 '0'과 '1'에 해당하는 LED ON 시간을 동일하게 유지하는 방법을 사용하는 것이 바람직하다. 그리고 LED ON 시간과 OFF시간 간격의 비율과 시간은 속도와 시스템 성능에 따라 변화시킬 수 있다. 다만 LED 소자(13)가 조명으로서도 병용되어야 할 경우에는 인간이 LED의 ON/OFF를 인지할 수 없는 영역에서만 변화가 가능하다.

위치측정모듈의 위치정보 수신 및 위치정보의 산출

이상과 같이, LED 광송신모듈(10)에 의해 LED 소자(13)의 위치정보가 포함된 조명이 방출될 경우, 이동체(30)에 구비된 위치측정모듈(20)은 다음과 같은 과정을 통해 이동체(30)의 위치를 실시간으로 산출한다.

먼저, LED 소자(13)의 ON/OFF 신호는 위치측정모듈(20)의 프로세서 유닛(23)에 구비된 광신호센싱유닛(22)의 제 2 광학 필터(22a)를 통해 외란이 제거된 상태로 포토 디텍터(22b)로 수신되며, 포토 디텍터(22b)는 수신된 광신호를 전기신호로 변환시키고, 이와 같이 변환된 전기신호는 위치정보복조부(22c)를 통해 생성한 LED 소자(13)의 위치정보에 대한 이진화 코드는 위치측정모듈(20)에 구비된 프로세스 유닛(23)을 통해 디코딩되어 LED 소자(13)의 위치정보(X, Y, Z)가 분리된다.

이상과 같은 광신호센싱유닛(22)에 의해 LED 소자(13) 위치정보를 수신하는 작업과 동시에, 위치측정모듈(20)에 구비된 이미지센싱유닛(21)에서는 CCD 카메라(21b)를 통해 수신한 LED 광송신모듈(10)의 이미지에 대한 영상신호를 이미지 그래버(21c)를 통해 디지털 신호로 변환하여 위치측정모듈(20)에 구비된 프로세서 유닛(23)에 보내면, 프로세서 유닛(23)은 입력받은 이미지 신호로부터 LED 광원의 중심위치를 픽셀로 처리하여 이미 수신된 Z값과 CCD 카메라의 초점 값을 통해, 자신의 위치로부터 LED 까지의 2차원적인 상대적인 위치(X', Y')를 계산한다.

이어서, 위치측정모듈(20)의 프로세서 유닛(23)은 상대적인 위치(X', Y')와 이동체의 이동방향을 고려하여 이미 수신한 (X, Y, Z) 위치로부터 자신의 현재 위치를 역으로 산출한다.

그리고 산출된 좌표(x, y)값을 시리얼 통신이나 CAN 통신과 같은 통신 수단을 통해 이동체에 제공하며, 통신 주기는 적용하는 카메라의 프레임 스캔 속도와 프로세스 유닛의 성능에 의존적이지만 일반적으로 15~30 Hz 정도이면 충분하다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 위치측정시스템의 블록도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 위치측정시스템을 구성하는 위치측정모듈의 블록도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 위치측정시스템을 구성하는 LED 광송신모듈의 블록도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 위치측정시스템을 구성하는 LED 광송신모듈에서 위치정보를 변환하는 과정을 설명하는 도면이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 위치측정시스템을 구성하는 위치측정모듈에 있어서 이미지센싱유닛과 광신호센싱유닛이 이동체에 취부된 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.

Claims (12)

1. LED 소자와, 상기 LED 소자의 위치정보를 상기 LED 소자를 통해 광신호로 송출하게 하는 광송신유닛을 포함하며 이동체의 이동환경에 배치되는 하나 이상의 LED 광송신모듈과,

   상기 LED 소자의 이미지를 촬영하여 상기 LED 소자와 이동체 간의 상대위치를 측정하는 이미지센싱유닛과, 상기 LED 소자의 광원에 실려오는 광신호로부터 상기 LED 소자의 위치정보를 수신하는 광신호센싱유닛과, 상기 이미지센싱유닛과 광신호센싱유닛의 신호를 처리하는 제 1 프로세스 유닛을 포함하며 이동체에 장착되는 위치측정모듈을 포함하고,

   상기 제1 프로세스 유닛이 측정된 상기 상대위치와 수신된 LED 소자의 위치정보를 통해 이동체의 현재위치를 산출하는 것을 특징으로 하는 이동체의 위치인식시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 광송신유닛은 상기 LED 소자의 위치정보를 저장하고 주기적으로 위치정보를 송출하도록 지시하는 제 2 프로세스 유닛과 LED 소자의 위치정보를 특정 주파수대의 광신호로 변조하는 위치정보변조부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동체의 위치인식시스템.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 광송신유닛은 사용자가 부여한 X, Y, Z좌표를 기억하며 이 X, Y, Z좌표를 이진코드(BINARY CODE)로 변환하여 특정주파수 대역의 반송파 주파수에 실어 변조한 후 변조된 신호를 상기 LED 소자를 통해 광신호로 송출하도록 하는 것을 특징으로 하는 이동체의 위치인식시스템.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 이미지센싱유닛은 상기 LED 광송신모듈의 이미지를 촬영하는 카메라와, 상기 카메라의 영상신호를 디지털 신호로 변환하여 상기 제 1 프로세스 유닛에 보내는 이미지 그래버를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동체의 위치인식시스템.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 광신호센싱유닛은 상기 LED 소자로부터 송출되는 광신호를 필터링하는 광학 필터와, 광학 필터를 통해 광신호를 수신하는 포토 디텍터와, 수신된 광신호를 복조하여 위치정보 신호를 추출하는 위치정보복조부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동체의 위치인식시스템.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 위치측정모듈은 추가로 무선으로 광센싱모듈에 대한 정보를 수신할 수 있는 무선수신부를 추가로 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 이동체의 위치인식시스템.
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 LED 소자는 상기 이동환경 중, 천장이나 벽면의 상부에 위치하는 것을 특징으로 하는 이동체의 위치인식시스템.
8. (a) 이동체의 이동환경에 배치된 LED 소자의 조명광원에 LED 소자의 위치정보를 실어서 송출하는 단계와,

   (b) 이동체에 배치된 광신호센싱유닛을 통해 상기 LED 소자의 위치정보를 수신하는 단계와,

   (c) 상기 이동체에 배치된 이미지센싱유닛을 통해 상기 LED 소자의 이미지정보를 획득하여, 획득된 이미지 정보를 통해 LED 소자와 이동체 간의 상대위치를 산출하는 단계와,

   (d) 상기 상대위치와 LED 소자의 위치정보를 통해 이동체의 현재 위치를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동체의 위치인식방법.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 (a) 단계의 LED 소자의 위치정보 송출은, LED 소자의 X, Y, Z좌표를 이진코드(BINARY CODE)로 변환하여 특정주파수 대역의 반송파 주파수에 실어 변조한 후 변조된 신호에 따라 상기 LED 소자를 ON/OFF함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 이동체의 위치인식방법.
10. 제 8 항에 있어서, 상기 광신호센싱유닛은 상기 LED 소자의 조명광원을 필터링하고 이로부터 위치정보에 대한 광신호를 수신하고 이를 복조하여 위치정보에 대한 신호를 추출하는 것을 특징으로 하는 이동체의 위치인식방법.
11. 제 8 항에 있어서, 상기 이미지센싱유닛은 상기 LED 소자의 이미지를 촬영한 영상신호를 디지털신호로 변환하여 광원중심으로부터 이동체 간의 상대위치를 산출하는 것을 특징으로 하는 이동체의 위치인식방법.
12. 제 8 항에 있어서, 상기 (d) 단계의 이동체의 현재 위치 산출은,

    상기 (b) 단계에서 수신된 LED 소자의 위치 정보를 기준으로 하여, 이동체가 이동하는 방향에 따라, 상기 (c) 단계에서 산출된 LED 소자와 이동체 간의 상대위치 정보를, 상기 LED소자의 위치 정보에 가감하는 방식으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이동체의 위치인식방법.

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