KR101033167B1 - 카메라 및 레이저 센서의 캘리브레이션 장치, 캘리브레이션 시스템 및 캘리브레이션 방법 - Google Patents

카메라 및 레이저 센서의 캘리브레이션 장치, 캘리브레이션 시스템 및 캘리브레이션 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 캘리브레이션 장치, 캘리브레이션 시스템 및 캘리브레이션 방법에 관한 것으로, 상기 캘리브레이션 장치는, 이미지 정보를 촬영하는 카메라와, 거리 정보를 감지하는 레이저 센서, 및 상기 이미지 정보 및 거리 정보의 대응관계를 산출하여 상기 카메라 및 레이저 센서의 캘리브레이션을 수행하는 캘리브레이션 모듈을 포함하고, 상기 캘리브레이션 모듈은, 교차선분이 생성되도록 상기 레이저 센서의 주사면과 교차하도록 배치되고 상기 카메라에 의하여 촬영되도록 상기 카메라의 촬영범위내에 배치되는 평면부재, 및 상기 평면부재의 일변과 상기 교차선분의 비율과 상기 이미지 정보 내의 평면부재 이미지를 이용하여 상기 이미지 정보 및 거리 정보의 사이에서 좌표를 변환하는 제어부를 포함한다. 이에 의하여 본 발명은 이미지 정보 및 거리 정보의 사이에서 직접적인 좌표 변환을 통한 캘리브레이션을 구현한다.

Description

카메라 및 레이저 센서의 캘리브레이션 장치, 캘리브레이션 시스템 및 캘리브레이션 방법{DEVICE, SYSTEM AND METHOD FOR CALIBRATION OF CAMERA AND LASER RANGE FINDER}
본 발명은 카메라 및 레이저 센서의 사이에서 좌표변환을 수행하는 캘리브레이션 장치, 캘리브레이션 시스템 및 캘리브레이션 방법에 관한 것이다.
각도 및 거리 정보를 가지는 레이저 센서(또는 레이저 거리센서)의 사용 범위는 로봇 및 자율이동차량 등의 분야의 발전에 따라 점점 넓어지고 있다. 산업분야 또는 군수분야는 더 많은 정보를 활용하기 위하여 최근에 상기 레이저 센서와 함께 카메라 이미지를 많이 사용한다. 다만, 레이저 센서와 카메라를 함께 사용하기 위해서는 레이저 센서와 카메라 간의 대응 관계를 알아내는 캘리브레이션이 필수적으로 선행되어야 한다.
기존의 캘리브레이션 기법으로 레이저 거리센서 기준의 레이저 포인트를 카메라 기준으로 변환한 후 해당 포인트를 다시 카메라 이미지 상으로 변환하여 카메라 이미지와 레이저 거리센서간의 대응관계를 계산하는 방법(도 10 참조)이 주로 사용된다. 이 때에, 레이저 포인트의 카메라 이미지 상의 위치를 추정하기 위하여 가시 레이저 거리센서를 이용하거나, 격자무늬 평면(checkboard)에 대한 카메라 이미지, 카메라 그리고 레이저 거리센서의 위치적 제한조건을 이용하거나, 격자무늬 평면의 기하학적 특성을 이용하는 방법이 제시되어 있다.
그러나, 상기 방법들은 레이저 포인트를 카메라 이미지로 옮기기 위하여 카메라 내부변수를 선행적으로 계산하고 카메라 좌표계와 카메라 이미지의 회전 및 병진행렬인 외부변수를 계산하여야 한다. 또한, 상기 방법들은 다시 카메라 좌표계와 레이저 거리센서의 좌표계 사이의 회전 및 병진행렬을 계산하여야 하며, 이로 인하여 계산시간 및 복잡성이 증가하는 문제점을 가진다.
본 발명은 종래와 다른 방법으로 보다 신속하게 카메라 및 레이저 센서의 캘리브레이션을 수행하는 캘리브레이션 장치, 캘리브레이션 시스템 및 캘리브레이션 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 카메라 및 레이저 센서 사이에서 변환행렬을 산출하는 캘리브레이션 장치, 캘리브레이션 시스템 및 캘리브레이션 방법을 제공하기 위한 것이다.
이와 같은 본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르는 캘리브레이션 장치는, 이미지 정보를 촬영하는 카메라와, 거리 정보를 감지하는 레이저 센서, 및 상기 이미지 정보 및 거리 정보의 대응관계를 산출하여 상기 카메라 및 레이저 센서의 캘리브레이션을 수행하는 캘리브레이션 모듈을 포함하고, 상기 캘리브레이션 모듈은, 교차선분이 생성되도록 상기 레이저 센서의 주사면과 교차하도록 배치되고 상기 카메라에 의하여 촬영되도록 상기 카메라의 촬영범위내에 배치되는 평면부재, 및 상기 평면부재의 일변과 상기 교차선분의 비율과 상기 이미지 정보 내의 평면부재 이미지를 이용하여 상기 이미지 정보 및 거리 정보의 사이에서 좌표를 변환하는 제어부를 포함한다.
상기 평면부재의 일변은 상기 주사면과 평행하도록 배치된다. 상기 평면부재는 상기 일변을 밑변으로 하는 삼각형 또는 사다리꼴로 이루어진다.
상기 제어부는, 상기 비율을 이용하여 상기 평면부재 이미지에서 상기 교차선분에 대응하는 교차선분 이미지의 제2 위치 데이터를 산출하고, 상기 제2 위치데이터와 상기 레이저 센서에서 측정되는 상기 교차선분의 제1 위치 데이터를 이용하여 좌표 변환을 수행한다.
상기 제어부는, 상기 제1 및 제2 위치데이터를 이용하여 상기 이미지 정보 및 거리 정보의 사이에서 변환행렬을 산출하고, 상기 변환행렬을 이용하여 상기 좌표변환를 수행할 수 있다.
또한 상기한 과제를 실현하기 위하여 본 발명은, 이미지 정보를 촬영하는 카메라와, 거리 정보를 감지하는 레이저 센서와, 상기 카메라의 촬영범위와 상기 레이저 센서의 감지범위내에 각각 배치되는 평면부재를 구비하고 상기 레이저 센서의 주사면과 상기 평면부재의 교차선분을 이용하여 상기 이미지 정보 및 거리 정보의 사이에서 좌표를 변환하는 캘리브레이션 장치, 및 상기 평면부재를 롤, 피치, 요 방향 중 적어도 하나의 방향으로 자세 변경시키도록 상기 평면부재와 결합하는 구동장치를 포함하는 캘리브레이션 시스템을 개시한다.
상기 캘리브레이션 시스템은 자세 감지부 및 자세 제어부를 포함한다. 상기 자세 감지부는 상기 평면부재의 자세를 감지하도록 형성된다. 상기 자세 제어부는 상기 자세 감지부 또는 구동장치와 연결되며, 상기 평면부재의 일변이 상기 레이저 센서의 주사면과 평행하도록 상기 구동장치를 제어한다.
상기 캘리브레이션 시스템은 지지부를 포함할 수 있다. 상기 지지부는 상기 구동장치를 지지하도록 형성되며, 상기 평면부재의 높낮이를 조절하도록 길이가 가변되되도록 이루어진다.
또한 상기한 과제를 실현하기 위하여 본 발명은, 이미지 정보를 촬영하는 카메라와, 거리 정보를 감지하는 레이저 센서의 사이에서 좌표변환을 수행하는 캘리브레이션 방법을 제시한다. 상기 캘리브레이션 방법은, 상기 레이저 센서의 감지범위내에 배치된 평면부재와 상기 레이저 센서의 주사면의 교차선분을 검출하는 단계와, 상기 평면부재의 기설정된 일변과 상기 교차선분과 상기 카메라에서 촬영된 평면부재 이미지를 이용하여 상기 카메라에서 촬영된 교차선분 이미지의 위치 데이터를 연산하는 단계, 및 상기 교차선분 이미지의 위치 데이터와 상기 레이저 센서에서 측정되는 상기 교차선분의 위치 데이터를 이용하여 상기 카메라와 상기 레이저 센서의 위치관계를 나타내는 변환행렬을 산출하는 단계를 포함한다.
상기 연산하는 단계는 상기 평면부재의 일변 및 교차선분의 비율과 함께, 상기 평면부재의 일변에 대응하며 상기 카메라에서 촬영된 일변 이미지를 이용하여, 상기 평면부재 이미지 상에서 레이저 포인트들의 위치를 연산하는 단계가 될 수 있다. 상기 레이저 포인트들은 상기 교차선분 이미지에서 상기 교차선분의 양끝점들에 대응하는 픽셀들의 위치가 될 수 있다.
상기 캘리브레이션 방법은 상기 레이저 포인트들의 개수가 상기 변환행렬을 산출할 수 있는 기준값에 해당하는지 여부를 판단하는 단계, 및 상기 개수가 상기 기준값에 모자라면 상기 평면부재의 자세를 변화시키는 단계를 포함한다. 상기 평면부재의 자세는 상기 평면부재의 일변이 상기 주사면과 평행하게 배치되는 조건하에서 변화될 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 관련된 캘리브레이션 장치, 캘리브레이션 시스템 및 캘리브레이션 방법은 평면부재와, 레이저 센서에 의한 교차선분 및 카메라에 의한 평면부재의 이미지를 이용함으로써, 상기 카메라와 상기 레이저 센서의 위치관계를 나타내는 변환행렬을 산출한다.
보다 구체적으로, 상기 변환행렬은 카메라의 내부변수, 외부변수 및 카메라와 레이저 센서간의 좌표변환 행렬을 포함하며, 이를 통하여 이미지 정보 및 거리 정보의 사이에서 직접적인 좌표 변환이 가능하게 된다.
또한, 본 발명의 캘리브레이션 시스템에 따르면, 구동장치 구동으로 인하여 카메라와 레이저 센서의 위치관계의 가변이 가능하게 된다. 이를 통하여, 평면부재 상의 레이저 포인트들과 그에 대응되는 카메라 이미지 상의 픽셀들이 기준값 이상으로 검출될 수 있으며, 이들을 이용하여 변환행렬이 정확하게 도출될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 캘리브레이션 시스템을 나타내는 개념도.
도 2는 본 발명과 관련한 캘리브레이션 방법을 나타내는 흐름도.
도 3은 평면부재와 레이저 센서 간의 기하학적 관계도.
도 4는 도 3의 평면부재와 이미지 상의 평면부재 간의 관계도.
도 5는 삼각형 평면부재를 사용하는 캘리브레이션의 예를 나타내는 개념도.
도 6은 사다리꼴 평면부재를 사용하는 캘리브레이션의 예를 나타내는 개념도.
도 7은 도 2의 캘리브레이션 방법의 상세 흐름도.
도 8은 도 1의 캘리브레이션 장치의 확대도.
도 9는 도 1의 평면부재가 장착된 구동장치 및 지지부의 상세도.
도 10은 종래의 카메라 및 레이저 센서의 캘리브레이션 수행 과정도.
이하, 본 발명에 관련된 카메라 및 레이저 센서의 캘리브레이션 장치, 캘리브레이션 시스템 및 캘리브레이션 방법에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 캘리브레이션 시스템을 나타내는 개념도이다.
캘리브레이션 시스템(S)은 레이저 센서(10, 또는 레이저 거리센서), 카메라(20) 및 캘리브레이션 장치(100)를 포함한다.
레이저 센서(10)는 감지 대상체들의 거리 정보를 감지하며, 전방을 향하여 레이저 빔을 주사하여 대상 물체로부터 반사된 레이저를 수광하는 2D 레이저 스캐너의 형태로 구현될 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되는 것을 아니며, 레이저 센서(10)는 2D 레이저 스캐너보다 먼 거리에 있는 대상물의 거리 정보를 획득할 수 있는 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) 레이더 또는 3D 레이저 스캐너 등이 될 수 있다.
카메라(20)는 이미지 정보를 촬영하며, CCD(Charge Coupled-Device) 카메라, 복수의 카메라가 하나의 마운트에 고정되는 스테레오 카메라 등의 형태를 가질 수 있다.
캘리브레이션 장치(100)는 상기 카메라(20)의 촬영범위와 상기 레이저 센서(10)의 감지범위(측정범위)내에 각각 배치되는 평면부재(110)를 구비한다. 평면부재(110)는, 예를 들어 밑변과 이에 맞닿은 빗변들이 예각을 이루는 형태로 이루어질 수 있다.
캘리브레이션 장치(100)는 상기 레이저 센서(10)의 주사면(11)과 상기 평면부재(110)의 교차선분(112, 이상 도 3 참조)을 이용하여 상기 이미지 정보 및 거리 정보의 사이에서 좌표를 변환한다. 여기서 레이저 센서(10)의 주사면(11)은 레이저 센서(10)의 센싱 방향과 수직하게 형성되는 면을 의미한다.
상기 캘리브레이션 장치(100)는 상기 평면부재(110)의 일변과 교차선분(112)의 비율과 함께, 상기 이미지 정보 내의 평면부재 이미지(120, 도 4 참조)를 이용하여 상기 이미지 정보 및 거리 정보의 사이에서 좌표를 변환하도록 이루어진다.
상기 평면부재(110)의 일변은, 예를 들어 밑변이 될 수 있으며, 따라서 상기 교차선분(112)은 상기 주사면(11)이 상기 빗변들을 가로지름에 의하여 생성될 수 있다. 즉, 캘리브레이션 장치(100)는 평면부재(110)의 밑변과 교차선분(112)의 비율로부터 평면부재 이미지(120)내의 위치 데이터를 산출하고, 이를 이용하여 이미지 정보 및 거리 정보의 사이에서 직접적인 좌표 변환을 수행한다.
이하, 상기 캘리브레이션 시스템(S)에 적용가능한 캘리브레이션 방법에 대하여 보다 상세히 설명한다. 도 2는 본 발명과 관련한 캘리브레이션 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 캘리브레이션 방법은 먼저, 레이저 센서의 감지범위내에 배치된 평면부재와 레이저 센서의 주사면의 교차선분을 검출한다(S100).
교차선분을 검출을 위하여 평면부재는 레이저 센서의 감지범위내에서 일변이 상기 주사면과 평행하도록 배치된다. 상기 주사면과 평행한 일변은, 예를 들어 평면부재의 밑변이 될 수 있다.
평면부재는 교차선분이 평면부재의 밑변에 대하여 일정 비율로 축소되는 길이를 가지도록 이루어진다. 이러한 예로서, 평면부재는 삼각형 또는 사다리꼴의 형태로 형성된다.
다음은, 상기 평면부재의 기설정된 일변과, 상기 교차선분과, 상기 카메라에서 촬영된 평면부재 이미지를 이용하여 상기 카메라에서 촬영된 교차선분 이미지의 위치 데이터를 연산한다(S200).
보다 구체적으로, 상기 연산하는 단계(S200)는 평면부재의 밑변 및 교차선분의 비율과 함께, 상기 평면부재의 밑변에 대응하며 상기 카메라에서 촬영된 밑변 이미지를 이용하여, 상기 평면부재 이미지 상에서 레이저 포인트들의 위치를 연산하는 단계가 될 수 있다. 상기 레이저 포인트는 상기 평면부재(또는 교차선분)에 주사된 레이저 빔의 주사점을 의미한다.
예를 들어, 기설정된 밑변의 길이와 교차선분의 길이간의 비율을 산출하고, 평면부재 이미지의 밑변의 길이와 상기 비율의 대응관계로부터 상기 평면부재 이미지 상의 레이저 포인트들의 위치를 산출한다.
다음은 상기 레이저 포인트들의 개수가 변환행렬을 산출할 수 있는 기준값에 해당하는지 여부를 판단한다(S300).
상기 변환행렬은 레이저 센서의 좌표값을 카메라에 의하여 촬영된 이미지 정보의 좌표값으로 변환하는 행렬을 의미한다. 만약, 변환행렬이 3 X 4 행렬이면, 레이저 포인트들의 개수는 12개 이상이 되어야만 변환행렬의 산출이 가능하게 될 것이다.
다음은, 상기 개수가 상기 기준값에 모자라면, 상기 평면부재의 자세를 변화시킨다(S400). 상기 평면부재의 자세는 상기 평면부재의 일변이 상기 주사면과 평행하게 배치되는 조건하에서 변화된다. 또한, 상기 평면부재의 자세는 상기 카메라의 촬영범위 및 레이저 센서의 감지범위 내에서 변화된다.
상기 평면부재의 자세가 변화되면, 다시 검출 단계(S100), 연산 단계(S200) 및 판단 단계(S300)를 거치게 되며, 레이저 포인트들의 개수가 기준값을 충족하면, 변환행렬을 산출한다(S500).
산출 단계(S500)는 상기 교차선분 이미지의 위치 데이터와, 상기 레이저 센서에서 측정되는 상기 교차선분의 위치 데이터를 이용하여 상기 카메라와 상기 레이저 센서의 위치관계를 나타내는 변환행렬을 산출한다.
이를 통하여, 레이저 센서를 기준으로 한 레이저 포인트를 카메라 기준으로 변환하는 과정이 없이 상기 레이저 포인트가 카메라 이미지 상의 좌표로 직접 변환될 수 있다(S600).
보다 구체적으로, 종래 기술의 캘리브레이션 기법(도 10 참조)은, 레이저 센서의 기준 좌표축을 카메라-레이저 센서 간의 위치 변환를 이용하여 카메라의 기준 좌표축으로 변환한 후 카메라-이미지 간의 위치변환을 수행한다. 본 발명에서는 레이저 센서의 주사면과 평면부재의 밑면을 평행하게 위치시키는 기하학적 제약 조건을 사용하여 레이저 센서 기준의 좌표축을 이미지 기준 좌표축으로 옮기는 하나의 변환행렬을 산출한다. 또한 이를 통하여 종래의 캘리브레이션 방법에서 계산시간 및 복잡성이 증가하는 문제점을 해결한다.
이하, 상기 캘리브레이션 방법에 대하여 도 3 내지 도 7을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 3은 평면부재와 레이저 센서 간의 기하학적 관계도이고, 도 4는 도 3의 평면부재와 이미지 상의 평면부재 간의 관계도이며, 도 5는 삼각형 평면부재를 사용하는 캘리브레이션의 예를 나타내는 개념도이고, 도 6은 사다리꼴 평면부재를 사용하는 캘리브레이션의 예를 나타내는 개념도이며, 도 7은 도 2의 캘리브레이션 방법의 상세 흐름도이다.
도 3에서는 레이저 센서의 주사면과 평면부재의 밑면을 평행하게 위치시킴으로서 얻을 수 있는 기하학적 조건이 개시된다.
레이저 센서(10)의 중심(12)에서 주사된 레이저 센서(10)의 주사면(11)은, 주사면에 평행한 밑면(111)을 가지는 삼각형의 평면부재(110)와 교차된다. 상기 교차를 통하여 교차선분(112) ab가 생성된다.
주사면(11)과 밑면(111)이 평행하기 때문에 교차선분(112) ab는 평면부재(110)의 밑면(111) AB와 평행하게 된다. 레이저 센서(10)의 감지범위(측정범위) 안에 평면부재(110)가 존재하므로, 평면부재(110)의 양 빗변 AC와 BC에는 주사면(11)과 교차되는 교점이 반드시 존재하고, 두 교점을 연결한 선분이 상기 교차선분(112)이 된다.
도 4는 상기 기하학적 조건을 이용하여 이미지 상의 비가시 레이저 포인트 위치를 추정할 수 있는 방법을 나타낸다. 평면부재(110)를 카메라(20, 도 1 참조)로 측정하면 이미지 상의 평면부재 이미지(120)로 옮겨지는데, 상기 과정에서 평면부재 이미지(120)는 평면부재(110)에 비해 일정 비율을 가지고 줄어들거나 커지게 된다.
이러한 조건을 이용하여 평면부재(110)의 밑변 AB와 교차선분 ab 간의 비율과 평면부재 이미지(120)의 밑변 이미지(121) A'B'와 교차선분 이미지(122) a'b'의 비율을 비교하여, 평면부재 이미지(120)에서의 레이저 센서의 주사면과 평면부재의 교차 선분의 위치인 a'b' 선분의 위치를 계산한다.
교차선분 ab의 위치와 교차선분 이미지 a'b'의 위치를 통하여 두 선분 간의 위치관계 즉, 레이저 거리센서와 카메라 이미지간의 위치관계를 계산한다. 이 경우에, 삼각형과 사다리꼴의 성질에 따라 밑변에 평행한 선분의 길이는 위치에 따라 달라지게 된다.
도 5는 삼각형을 이용한 캘리브레이션의 수행 예시이다. 삼각형의 평면부재(110)는 카메라 이미지(21) 내에서 평면부재 이미지(120)로 측정되고, 교차선분(112), 평면부재(110)의 밑면(111), 교차선분 이미지(122) 및 밑변 이미지(121)을 이용하여 카메라-레이저 센서의 캘리브레이션이 구현될 수 있다.
도 6은 사다리꼴을 이용한 캘리브레이션 수행 예시로서, 사다리꼴의 평면부재(210)의 밑면(211), 교차선분(212), 교차선분 이미지(222) 및 밑변 이미지(221)을 이용하여 캘리브레이션이 구현될 수 있다.
도 7은 본 발명의 카메라-레이저 센서의 캘리브레이션을 수행하는 전체 과정을 나타낸 순서도이다. 이를 개념적으로 구체화 하면 다음과 같다.
Step 1(S101): 삼각형 혹은 사다리꼴의 평면부재의 밑변의 길이를 측정
Step 2(S102): 카메라와 레이저 센서의 측정범위에 평면부재가 들어가고, 평면부재의 밑변과 레이저 센서의 주사면이 평행하도록 카메라, 레이저 센서 그리고 평면부재를 위치시킴
Step 3-1-1(S103): 카메라로 평면부재를 측정
Step 3-1-2(S104): 카메라로 측정된 평면부재의 밑변의 길이를 픽셀(pixel)단위로 측정
Step 3-2-1(S111): 레이저 센서로 평면부재를 측정
Step 3-2-2(S112): 레이저 센서의 주사면과 평면부재의 교차선분의 길이를 측정
Step 4(S121): 앞선 단계에서 측정된 평면부재의 밑변 및 교차선분의 길이와, 카메라로 측정된 평면부재의 밑변의 길이를 이용하여 카메라로 측정한 평면부재 이미지상의 레이저 포인트의 위치를 계산
Step 5(S131): 레이저 센서와 이미지 간의 위치관계를 나타내는 변환행렬을 계산할 만큼 샘플(레이저 포인트)의 개수가 충분한지 그리고 요구되는 카메라-레이저 센서 캘리브레이션의 정확도에 충분한지 판단
Step 6-1(S141): 샘플의 개수가 충분하지 않은 경우에, 평면부재의 Step 2의 조건을 해치지 않는 범위에서 평면부재의 자세를 변경한 후, Step 3으로 돌아감
Step 6-2(S151): 카메라와 레이저 센서간의 위치관계를 나타내는 변환행렬을 계산
여기서, 상기 레이저 포인트들은 상기 교차선분 이미지에서 상기 교차선분의 양끝점들에 대응하는 픽셀들의 위치가 될 수 있다.
예를 들어 카메라의 내부변수가 3 X 3 이고, 외부변수가 3 X 4 인 경우에, 변환행렬은 3 X 4 가 되며, 측정을 6번 수행하면 3 X 4 의 변환행렬의 연산이 가능하도록 상기 픽셀들의 위치가 12번 검출될 수 있다.
이하, 상기 캘리브레이션 방법이 적용되는 캘리브레이션 장치 및 시스템을 도 8 및 도 9를 참조하여 보다 상세히 설명한다. 도 8은 도 1의 캘리브레이션 장치의 확대도이고, 도 9는 도 1의 평면부재가 장착된 구동장치 및 지지부의 상세도이다.
도 8은 상기 설명된 캘리브레이션을 수행하는 캘리브레이션 장치의 개념도로서 평면부재(110)가 레이저 센서(10) 및 카메라(20)의 측정범위에 들어오도록 위치된다. 이 경우, 삼각형의 평면부재(110)은 사다리꼴로 대체 가능하다.
도시에 의하면, 평면부재(110)와 제어부(130)는 캘리브레이션 모듈로서 구성되며, 캘리브레이션 모듈은 카메라(20)의 이미지 정보 및 레이저 센서(10)의 거리 정보의 대응관계를 산출하여 상기 카메라(20) 및 레이저 센서(10)의 캘리브레이션을 수행한다.
예를 들어, 평면부재(110)는 교차선분이 생성되도록 레이저 센서(10)의 주사면과 교차하도록 배치되고, 카메라(20)에 의하여 촬영되도록 상기 카메라(20)의 촬영범위내에 배치된다.
제어부(130)는 평면부재(110)의 일변(예를 들어, 삼각형의 밑변)과 교차선분의 비율과, 이미지 정보 내의 평면부재 이미지를 이용하여 상기 이미지 정보 및 거리 정보의 사이에서 좌표를 변환한다. 상기 비율을 산출하기 위하여 평면부재(110)의 일변은 주사면과 평행하도록 배치된다.
보다 구체적으로, 제어부(130)는 상기 비율을 이용하여 평면부재 이미지에서 교차선분에 대응하는 교차선분 이미지의 제2 위치 데이터를 산출한다. 상기 제2 위치 데이터는 상기 교차선분 이미지에서 상기 교차선분의 양끝점들에 대응하는 픽셀들의 위치가 될 수 있다.
또한, 제어부(130)는 상기 제2 위치데이터와, 상기 레이저 센서에서 측정되는 상기 교차선분의 제1 위치 데이터를 이용하여 좌표 변환을 수행한다. 상기 제1 위치 데이터는 교차선분의 양끝점에 주사되는 레이저 포인트가 될 수 있다. 좌표 변환의 수행을 위하여 제어부(130)는 상기 제1 및 제2 위치데이터를 이용하여 상기 이미지 정보 및 거리 정보의 사이에서 변환행렬을 산출한다. 즉, 제어부(130)는 상기 변환행렬을 이용하여 좌표변환을 수행하게 된다.
도 9를 참조하면, 캘리브레이션 시스템(S, 도 1 참조)은 구동장치(140), 자세 감지부(150) 및 자세 제어부(160) 중 적어도 하나를 포함한다.
구동장치(140)는 평면부재(110)와 결합하며, 상기 평면부재(110)를 롤(Roll), 피치(Pitch) 및 요(Yaw) 방향 중 적어도 하나의 방향으로 자세 변경시키도록 이루어진다. 예를 들어, 구동장치(140)는 평면부재(110)의 뒤에 장착되어, 롤, 피치 및 요 방향으로 각각 평면부재(110)의 자세를 변경시킨다.
자세 감지부(150)는 평면부재(110)의 자세를 감지하도록 형성되고, 자세 제어부(160)는 상기 자세 감지부(150) 또는 구동장치(140)와 연결되며, 상기 평면부재(110)의 밑변이 레이저 센서의 주사면과 평행하도록 구동장치(140)를 제어한다.
예를 들어, 평면부재(110)의 뒤에 장착된 복수의 자세감지 센서들이 평면부재(110)의 롤, 피치, 요의 자세정보를 제공하며, 감지된 자세정보를 이용하여 자세 제어부(160)가 평면부재(110)를 제어하게 된다.
도시에 의하면, 지지부(170)가 구동장치(140)를 지지하도록 형성된다. 지지부(170)는 평면부재(110)의 높낮이를 조절하도록 길이가 가변되게 이루어진다.
예를 들어, 지지부(170)는 고정축(171) 및 지지대(172)를 포함한다.
고정축(171)은 일단이 구동장치(140)와 연결되고, 이에 의하여 평면부재(110)가 고정된다. 고정축(171)의 타단은 지지대(172)에 연결되며, 평면부재(110)의 상하 높이의 제어가 가능하게 높낮이를 조절할 수 있도록 형성된다. 이러한 구조를 통하여, 평면부재(110)는 레이저 센서(10) 및 카메라(20)의 측정 범위에 위치될 수 있다.
상기와 같은 카메라 및 레이저 센서의 캘리브레이션 장치, 캘리브레이션 시스템 및 캘리브레이션 방법은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (16)

  1. 이미지 정보를 촬영하는 카메라;
    거리 정보를 감지하는 레이저 센서; 및
    상기 이미지 정보 및 거리 정보의 대응관계를 산출하여 상기 카메라 및 레이저 센서의 캘리브레이션을 수행하는 캘리브레이션 모듈을 포함하고,
    상기 캘리브레이션 모듈은,
    교차선분이 생성되도록 상기 레이저 센서의 주사면과 교차하도록 배치되고, 상기 카메라에 의하여 촬영되도록 상기 카메라의 촬영범위내에 배치되는 평면부재; 및
    상기 평면부재의 일변과 상기 교차선분의 비율과, 상기 이미지 정보 내의 평면부재 이미지를 이용하여 상기 이미지 정보 및 거리 정보의 사이에서 좌표를 변환하는 제어부를 포함하는 캘리브레이션 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 평면부재의 일변은 상기 주사면과 평행하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 캘리브레이션 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 평면부재는 상기 일변을 밑변으로 하는 삼각형 또는 사다리꼴인 것을 특징으로 하는 캘리브레이션 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 비율을 이용하여 상기 평면부재 이미지에서 상기 교차선분에 대응하는 교차선분 이미지의 제2 위치 데이터를 산출하고,
    상기 제2 위치데이터와, 상기 레이저 센서에서 측정되는 상기 교차선분의 제1 위치 데이터를 이용하여 좌표 변환을 수행하는 것을 특징으로 하는 캘리브레이션 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 및 제2 위치데이터를 이용하여 상기 이미지 정보 및 거리 정보의 사이에서 변환행렬을 산출하고, 상기 변환행렬을 이용하여 상기 좌표변환을 수행하는 것을 특징으로 하는 캘리브레이션 장치.
  6. 이미지 정보를 촬영하는 카메라;
    거리 정보를 감지하는 레이저 센서;
    상기 카메라의 촬영범위와 상기 레이저 센서의 감지범위내에 각각 배치되는 평면부재를 구비하고, 상기 레이저 센서의 주사면과 상기 평면부재의 교차선분을 이용하여 상기 이미지 정보 및 거리 정보의 사이에서 좌표를 변환하는 캘리브레이션 장치; 및
    상기 평면부재를 롤, 피치, 요 방향 중 적어도 하나의 방향으로 자세 변경시키도록 상기 평면부재와 결합하는 구동장치를 포함하는 캘리브레이션 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 평면부재의 자세를 감지하도록 형성되는 자세 감지부; 및
    상기 자세 감지부 또는 구동장치와 연결되며, 상기 평면부재의 일변이 상기 레이저 센서의 주사면과 평행하도록 상기 구동장치를 제어하는 자세 제어부를 더 포함하는 캘리브레이션 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 평면부재는 상기 일변을 밑변으로 하는 삼각형 또는 사다리꼴인 것을 특징으로 하는 캘리브레이션 시스템.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 구동장치를 지지하도록 형성되며, 상기 평면부재의 높낮이를 조절하도록 길이가 가변되는 지지부를 더 포함하는 캘리브레이션 시스템
  10. 제6항에 있어서,
    상기 캘리브레이션 장치는,
    상기 평면부재의 일변과 상기 교차선분의 비율과, 상기 이미지 정보 내의 평면부재 이미지를 이용하여 상기 이미지 정보 및 거리 정보의 사이에서 좌표를 변환하는 제어부를 포함하는 캘리브레이션 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 비율을 이용하여 상기 평면부재 이미지에서 상기 교차선분에 대응하는 교차선분 이미지의 제2 위치 데이터를 산출하고,
    상기 제2 위치데이터와, 상기 레이저 센서에서 측정되는 상기 교차선분의 제1 위치 데이터를 이용하여 좌표 변환을 수행하는 것을 특징으로 하는 캘리브레이션 시스템.
  12. 이미지 정보를 촬영하는 카메라와, 거리 정보를 감지하는 레이저 센서의 사이에서 좌표변환을 수행하는 캘리브레이션 방법에 있어서,
    상기 레이저 센서의 감지범위내에 배치된 평면부재와 상기 레이저 센서의 주사면의 교차선분을 검출하는 단계;
    상기 평면부재의 기설정된 일변과, 상기 교차선분과, 상기 카메라에서 촬영된 평면부재 이미지를 이용하여 상기 카메라에서 촬영된 교차선분 이미지의 위치 데이터를 연산하는 단계; 및
    상기 교차선분 이미지의 위치 데이터와, 상기 레이저 센서에서 측정되는 상기 교차선분의 위치 데이터를 이용하여 상기 카메라와 상기 레이저 센서의 위치관계를 나타내는 변환행렬을 산출하는 단계를 포함하는 캘리브레이션 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 연산하는 단계는,
    상기 평면부재의 일변 및 교차선분의 비율과 함께, 상기 평면부재의 일변에 대응하며 상기 카메라에서 촬영된 일변 이미지를 이용하여, 상기 평면부재 이미지 상에서 레이저 포인트들의 위치를 연산하는 단계인 것을 특징으로 하는 캘리브레이션 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 레이저 포인트들은 상기 교차선분 이미지에서 상기 교차선분의 양끝점들에 대응하는 픽셀들의 위치인 것을 특징으로 하는 캘리브레이션 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 레이저 포인트들의 개수가 상기 변환행렬을 산출할 수 있는 기준값에 해당하는지 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 개수가 상기 기준값에 모자라면, 상기 평면부재의 자세를 변화시키는 단계를 더 포함하는 캘리브레이션 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 평면부재의 자세는 상기 평면부재의 일변이 상기 주사면과 평행하게 배치되는 조건하에서 변화되는 것을 특징으로 하는 캘리브레이션 방법.
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