KR101394634B1 - 스테레오 비전과 회전각을 이용한 대형 구조물의 길이 측정 방법 및 그 장치 - Google Patents

스테레오 비전과 회전각을 이용한 대형 구조물의 길이 측정 방법 및 그 장치 Download PDF

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후 쿠옹 응
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Abstract

본 발명은 회전 가능하도록 설치된 스테레오 카메라를 이용한 대형 구조물의 길이 측정 방법에 있어서, 소정 구조물의 양끝단 중 제1 끝단에 대한 상기 스테레오 카메라의 제1 포즈 상에서의 영상 위치와, 상기 스테레오 카메라에서 상기 제1 끝단에 대한 영상 위치까지의 제1 거리 값을 산출하는 단계, 상기 스테레오 카메라의 제1 포즈에서 수평축과 수직축에 대해 소정 회전각만큼 회전시켜 획득한 상기 구조물의 양끝단 중 제2 끝단에 대한 스테레오 카메라의 제2 포즈 상에서의 영상 위치와, 상기 스테레오 카메라에서 상기 제2 끝단에 대한 영상 위치까지의 제2 거리 값을 산출하는 단계 및, 상기 제1 거리 값과 상기 제2 거리 값을 이용해 상기 구조물의 양끝단 간의 거리를 산출하는 단계를 포함하여 이루어지는 스테레오 비전과 회전각을 이용한 대형 구조물의 길이 측정 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 스테레오 비전과 회전각을 이용하여, 줄자로 측정이 어려웠던 수십 미터(m) 혹은 수백 미터(m) 되는 대형 구조물이나 지형의 길이 등을 원격으로 측정할 수 있는 효과가 있다.

Description

스테레오 비전과 회전각을 이용한 대형 구조물의 길이 측정 방법 및 그 장치{Method for measuring length of large structure using stereo vision and turn angle and apparatus for the same}
본 발명은 스테레오 비전과 회전각을 이용한 대형 구조물의 길이 측정 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 줄자로 측정이 어려운 수십 미터(m) 혹은 수백 미터(m) 되는 대형 구조물이나 지형의 길이를 스테레오 비전과 회전각을 이용하여 원격으로 측정할 수 있도록 하는, 스테레오 비전과 회전각을 이용한 대형 구조물의 길이 측정 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
일반적으로 수 미터(m) 이내의 물체의 길이를 측정하기 위해서 줄자를 많이 사용하는 편이다.
이러한 줄자를 사용하여 한 사람이 목표물의 일 측에서 타 측까지의 길이를 측정하는 경우, 줄자의 테이프의 선단이 대상물의 일측부에 잘 고정되지 않는 문제가 있다.
특히, 대상물의 크기가 클 경우 이러한 문제는 더 심각해진다. 이를 해결하기 위한 종래의 방법은 두 사람이 한 조가 되어 수행된다.
즉, 한 사람이 줄자의 테이프 선단을 대상물의 일측부에 고정시키고, 다른 사람이 케이스를 대상물의 타측부에 위치시킨 상태로 테이프에 새겨진 눈금을 읽는 방식으로 대상물의 일 측에서 타 측까지의 길이를 측정한다.
그러나, 이와 같은 종래 기술에 따르면, 대상물의 길이를 측정하기 위해서 두 사람이 한 조를 이루어야 하기 때문에 인력운용이 비효율적이라는 문제가 발생된다.
또한, 일반적인 줄자를 사용하여 강판과 같은 대상물의 일측에서 개선면이 형성된 타측까지의 거리를 측정하는 경우, 사용자가 대상물의 타측에서 줄자의 테이프에 새겨진 눈금을 읽을 때, 개선면의 경사로 인해 정확한 값을 읽을 수 없는 문제가 발생된다.
더군다나, 특히 이러한 줄자로는 수십 미터(m) 혹은 수백 미터(m) 되는 물체(예: 대형 건물)나 지형의 길이를 측정하는 것은 거의 불가능한 일이다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 개발된 것으로, 줄자로 측정이 어려운 수십 미터(m) 혹은 수백 미터(m) 되는 대형 구조물이나 지형의 길이를 스테레오 비전과 회전각을 이용하여 원격으로 측정할 수 있도록 하는, 스테레오 비전과 회전각을 이용한 대형 구조물의 길이 측정 방법 및 그 장치를 제공하는데 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 스테레오 비전과 회전각을 이용한 대형 구조물의 길이 측정 방법은,
회전 가능하도록 설치된 스테레오 카메라를 이용한 대형 구조물의 길이 측정 방법에 있어서, 소정 구조물의 양끝단 중 제1 끝단에 대한 상기 스테레오 카메라의 제1 포즈 상에서의 영상 위치와, 상기 스테레오 카메라에서 상기 제1 끝단에 대한 영상 위치까지의 제1 거리 값을 산출하는 단계, 상기 스테레오 카메라의 제1 포즈에서 수평축과 수직축에 대해 소정 회전각만큼 회전시켜 획득한 상기 구조물의 양끝단 중 제2 끝단에 대한 스테레오 카메라의 제2 포즈 상에서의 영상 위치와, 상기 스테레오 카메라에서 상기 제2 끝단에 대한 영상 위치까지의 제2 거리 값을 산출하는 단계 및, 상기 제1 거리 값과 상기 제2 거리 값을 이용해 상기 구조물의 양끝단 간의 거리를 산출하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 제1 거리 값과 상기 제2 거리 값은 하기의 [변환 식]을 이용해 산출하는 것을 특징으로 한다.
[변환 식]
Figure 112012102580643-pat00001
여기서, c1=cos(θ1), c2=cos(θ2), s1=sin(θ1), s2=sin(θ2), θ1은 수직축에 대한 회전각, θ2는 수평축에 대한 회전각.
상기 목적을 달성하기 위한 또 다른 본 발명에 따른 스테레오 비전과 회전각을 이용한 대형 구조물의 길이 측정 장치는,
소정 구조물의 양끝단 중 제1 끝단의 영상 위치 산출을 위한 스테레오 카메라의 제1 포즈와, 상기 양끝단 중 제2 끝단의 영상 위치 산출을 위한 스테레오 카메라의 제2 포즈 간의 수평축 회전각과 수직축 회전각을 구하는 2채널 회전각 산출부 및, 상기 스테레오 카메라에서 소정 구조물의 양끝단 중 제1 끝단에 대한 스테레오 카메라의 제1 포즈 상에서의 영상 위치까지의 제1 거리 값과, 상기 스테레오 카메라에서 상기 스테레오 카메라의 제1 포즈에서 수평축과 수직축에 대해 소정 회전각만큼 회전시켜 획득한 상기 구조물의 양끝단 중 제2 끝단에 대한 스테레오 카메라의 제2 포즈 상에서의 영상 위치까지의 제2 거리 값을 이용해 상기 구조물의 양끝단 간의 거리를 산출하는 거리 산출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 거리 산출부는 소정 구조물의 양끝단 중 제1 끝단에 대한 스테레오 카메라의 제1 포즈 상에서의 영상 위치와, 상기 스테레오 카메라의 제1 포즈에서 수평축과 수직축에 대해 소정 회전각만큼 회전시켜 획득한 상기 구조물의 양끝단 중 제2 끝단에 대한 스테레오 카메라의 제2 포즈 상에서의 영상 위치를 산출하는 제1 산출부 및, 상기 스테레오 카메라에서 상기 제1 끝단에 대한 영상 위치까지의 제1 거리 값과, 상기 스테레오 카메라에서 상기 제2 끝단에 대한 영상 위치까지의 제2 거리 값을 산출하는 제2 산출부 및, 상기 제1 거리 값과 상기 제2 거리 값을 이용해 상기 구조물의 양끝단 간의 거리를 산출하는 제3 산출부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제1 거리 값과 상기 제2 거리 값은 하기의 [변환 식]을 이용해 산출하는 것을 특징으로 한다.
[변환 식]
Figure 112012102580643-pat00002
여기서, c1=cos(θ1), c2=cos(θ2), s1=sin(θ1), s2=sin(θ2), θ1은 수직축에 대한 회전각, θ2는 수평축에 대한 회전각.
본 발명에 따르면 스테레오 비전과 회전각을 이용하여, 줄자로 측정이 어려웠던 수십 미터(m) 혹은 수백 미터(m) 되는 대형 구조물이나 지형의 길이 등을 원격으로 측정할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 스테레오 카메라 장착용 2축 회전체를 도시한 도면
도 2는 본 발명에 따른 스테레오 비전과 회전각을 이용한 대형 구조물의 길이 측정 장치를 도시한 도면
도 3은 본 발명에 따른 스테레오 카메라 장착용 2축 회전체를 이용한 대형 구조물의 길이 측정 양태를 도식화한 도면
도 4는 본 발명에 따른 스테레오 비전과 회전각을 이용한 대형 구조물의 길이 측정 방법을 도시한 도면
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.
다만, 이하에서 설명되는 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 쉽게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로 인해 본 발명의 보호범위가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명에 따른 스테레오 카메라 장착용 2축 회전체를 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 2축 회전체에 연결된 본 발명에 따른 스테레오 비전과 회전각을 이용한 대형 구조물의 길이 측정 장치를 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 길이 측정 장치는 크게, 2채널 영상 처리부(201)와 2채널 회전각 산출부(202) 및, 거리 산출부(203)를 포함하여 이루어진 구조로 된 것이다.
여기서, 2채널 영상 처리부(201)는 스테레오 카메라로부터 촬영된 영상을 입력받고, 그 입력받은 영상을 신호 처리해 디지털 영상을 생성하여 거리 산출부(203)로 입력하는 것이다. 이렇게 입력된 디지털 영상은 목표물인 대형 구조물의 양끝단에 대한 영상 위치를 구하는데 사용된다.
2채널 회전각 산출부(202)는 목표물인 대형 구조물의 양끝단 중 기준 끝단(예: 좌측끝단)이 아닌 제2 끝단(예: 우측끝단)에 대한 스테레오 카메라의 제2 포즈 상에서의 영상 위치를 구하기 위해, 상기 기준 끝단(예: 좌측끝단)을 향하게 바라보는 스테레오 카메라의 제1 포즈에서 수평축과 수직축으로 각기 어느 정도로 회전되어 상기 스테레오 카메라가 제2 포즈를 취하게 되었는지 그 회전각을 구하는 것이다. 이렇게 구해진 회전각은 거리 산출부(203)로 입력되어 후술할 제1 거리 값과 제2 거리 값을 구하는데 사용된다.
거리 산출부(203)는 목표물인 대형 구조물의 양끝단 중 기준 끝단인 제1 끝단(예: 좌측끝단)에 대한 상기 스테레오 카메라의 제1 포즈 상에서의 영상 위치(즉, 작업자가 도 1의 2축 회전체를 움직여 대형 구조물의 제1 끝단에 해당하는 특정 포인트가 모니터의 적정 부분에 나타나는 경우 마우스를 이용하여 등록한 영상 위치)(예:
Figure 112012102580643-pat00003
)와, 상기 스테레오 카메라에서 상기 제1 끝단에 해당하는 영상 위치까지의 제1 거리 값을 하기의 [변환 식]을 사용해 산출한다.
[변환 식]
Figure 112012102580643-pat00004
여기서, c1=cos(θ1), c2=cos(θ2), s1=sin(θ1), s2=sin(θ2), θ1은 수직축에 대한 회전각, θ2는 수평축에 대한 회전각이다.
이때, 제1 끝단은 기준 끝단이기 때문에 θ1과 θ2는 모두 0으로 설정된다.
그 결과, 스테레오 카메라에서 제1 끝단까지의 거리 값(0P1)은 하기의 [식 1]과 같이 구해지게 된다.
[식 1]
Figure 112012102580643-pat00005
그리고, 상기 거리 산출부(203)는 스테레오 카메라를 현 위치에서 수평축에 대해 θ1, 수직축에 대해 θ2만큼 회전하여 제2 끝단(예: 우측끝단)에 대한 영상 위치(즉, 상기 스테레오 카메라의 제1 포즈에서 수평축과 수직축에 대해 소정 회전각만큼 회전시켜 획득한 상기 구조물의 양끝단 중 제2 끝단에 대한 스테레오 카메라의 제2 포즈 상에서의 영상 위치)(예:
Figure 112012102580643-pat00006
)를 설정한다.
그리고, 상기 스테레오 카메라에서 상기 제2 끝단까지의 제2 거리 값을 상기의 [변환 식]을 이용해 산출한다.
즉, 상기 제2 거리 값을 [식 2]와 같이 구하게 된다.
[식 2]
Figure 112012102580643-pat00007

결론적으로, 상기한 바에 따라 구해진 상기 제1 거리 값과 상기 제2 거리 값을 이용해 목표물인 상기 구조물의 양끝단 간의 거리를 [식 3]과 같이 구하게 된다.
[식 3]
Figure 112012102580643-pat00008
구체적으로, 상기 거리 산출부(203)는 소정 구조물의 양끝단 중 제1 끝단에 대한 스테레오 카메라의 제1 포즈 상에서의 영상 위치와, 상기 스테레오 카메라의 제1 포즈에서 수평축과 수직축에 대해 소정 회전각만큼 회전시켜 획득한 상기 구조물의 양끝단 중 제2 끝단에 대한 스테레오 카메라의 제2 포즈 상에서의 영상 위치를 산출하는 제1 산출부(미도시) 및, 상기 스테레오 카메라에서 상기 제1 끝단에 대한 영상 위치까지의 제1 거리 값과, 상기 스테레오 카메라에서 상기 제2 끝단에 대한 영상 위치까지의 제2 거리 값을 산출하는 제2 산출부(미도시) 및, 상기 제1 거리 값과 상기 제2 거리 값을 이용해 상기 구조물의 양끝단 간의 거리를 산출하는 제3 산출부(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 스테레오 카메라 장착용 2축 회전체를 이용한 대형 구조물의 길이 측정 양태를 도식화한 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 스테레오 비전과 회전각을 이용한 대형 구조물의 길이 측정 방법을 도시한 도면이다.
이하, 도 1의 본 발명에 따른 길이 측정 장치의 동작을 도 3과 도 4를 참조해 설명한다.
먼저, 도 3에 도시된 바와 같이, 측정하고자 하는 대형 구조물의 양 끝단을 각각 A점, B점이라고 한다.
다음, 작업자는 모니터를 보면서 스테레오 카메라의 2축 회전체(도 1 참조) 움직여 구조물의 A점이 모니터의 적정 부분에 나타나면 마우스 등을 이용하여 A점을 등록한다(S401).
그런 다음, 스테레오비전의 거리 측정원리를 이용하여 스테레오 카메라에서 A점까지의 거리를 구한다(S402).
예를 들어, A점의 위치를
Figure 112012102580643-pat00009
와 같이 정의하고 θ 1 과 θ2 는 모두 0°라고 설정한다.
그러면 변환 식은
Figure 112012102580643-pat00010
와 같이 된다.
그 결과, 스테레오 카메라에서 A점까지의 거리(0P1)는 다음과 같이 구할 수 있게 된다.
Figure 112012102580643-pat00011
다음, 스테레오 카메라를 현 위치에서 수평축에 대해 θ1 , 수직축에 대해 θ2 만큼 회전하여(S403), B점의 위치를 설정한다(S404).
예를 들어, B점의 공간상의 좌표를
Figure 112012102580643-pat00012
와 같이 정의하면, 변환 식은 다음과 같게 된다.
Figure 112012102580643-pat00013
그 결과, 스테레오카메라로부터 B점까지 거리는 다음 식으로부터 구해지게 된다(S405).
Figure 112012102580643-pat00014
결론적으로, 상기 정보를 이용해, 목표물인 대형 구조물의 점A와 점B 사이의 거리는 다음 식과 같이 계산된다(S406).
Figure 112012102580643-pat00015

이상과 같이, 본 발명에 따른 길이 측정 장치는 스테레오 비전과 회전각을 이용하여 수십 미터(m) 혹은 수백 미터(m) 되는 대형 구조물이나 지형의 길이를 원격 측정할 수 있게 된다.
참고로, 본 발명에 따른 회전각 θ1 과 회전각 θ2는 도 1의 수평축과 수직축의 끝에 부착되는 각도측정 센서를 이용하면 쉽게 측정할 수 있고, 각도 값은 2채널 회전각 산출부를 통해 거리 산출부로 전송된다. 그리고, 스테레오 카메라의 영상은 2채널 영상처리부를 통해 디지털 영상이 거리 산출부로 전달된다. 그러면 거리 산출부는 스테레오비전 알고리즘을 계산하고 회전각 θ1 과 회전각 θ2를 이용하여 목표물의 길이를 계산하게 된다. 모니터는 목표물의 영상을 보여주는 장치로, 작업자는 모니터를 통해 목표물의 특징점(좌우 끝점)을 마우스를 클릭하여 지정하게 된다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
201 : 2채널 영상 처리부 202 : 2채널 회전각 산출부
203 : 거리 산출부

Claims (5)

  1. 회전 가능하도록 설치된 스테레오 카메라를 이용한 대형 구조물의 길이 측정 방법에 있어서,
    소정 구조물의 양끝단 중 제1 끝단에 대한 상기 스테레오 카메라의 제1 포즈 상에서의 영상 위치와, 상기 스테레오 카메라에서 상기 제1 끝단에 대한 영상 위치까지의 제1 거리 값을 산출하는 단계;
    상기 스테레오 카메라의 제1 포즈에서 수평축과 수직축에 대해 소정 회전각만큼 회전시켜 획득한 상기 구조물의 양끝단 중 제2 끝단에 대한 스테레오 카메라의 제2 포즈 상에서의 영상 위치와, 상기 스테레오 카메라에서 상기 제2 끝단에 대한 영상 위치까지의 제2 거리 값을 산출하는 단계; 및
    상기 제1 거리 값과 상기 제2 거리 값을 이용해 상기 구조물의 양끝단 간의 거리를 산출하는 단계를 포함하여 이루어지고,
    상기 제1 거리 값과 상기 제2 거리 값은 하기의 [변환 식]을 이용해 산출하는 것을 특징으로 하는 대형 구조물의 길이 측정 방법.
    [변환 식]
    Figure 112013110355520-pat00022

    여기서, c1=cos(θ1), c2=cos(θ2), s1=sin(θ1), s2=sin(θ2), θ1은 수직축에 대한 회전각, θ2는 수평축에 대한 회전각.
  2. 삭제
  3. 소정 구조물의 양끝단 중 제1 끝단의 영상 위치 산출을 위한 스테레오 카메라의 제1 포즈와, 상기 양끝단 중 제2 끝단의 영상 위치 산출을 위한 스테레오 카메라의 제2 포즈 간의 수평축 회전각과 수직축 회전각을 구하는 2채널 회전각 산출부; 및
    상기 스테레오 카메라에서 소정 구조물의 양끝단 중 제1 끝단에 대한 스테레오 카메라의 제1 포즈 상에서의 영상 위치까지의 제1 거리 값과, 상기 스테레오 카메라에서 상기 스테레오 카메라의 제1 포즈에서 수평축과 수직축에 대해 소정 회전각만큼 회전시켜 획득한 상기 구조물의 양끝단 중 제2 끝단에 대한 스테레오 카메라의 제2 포즈 상에서의 영상 위치까지의 제2 거리 값을 이용해 상기 구조물의 양끝단 간의 거리를 산출하는 거리 산출부를 포함하고,
    상기 제1 거리 값과 상기 제2 거리 값은 하기의 [변환 식]을 이용해 산출하는 것을 특징으로 하는 대형 구조물의 길이 측정 장치.
    [변환 식]
    Figure 112013110355520-pat00023

    여기서, c1=cos(θ1), c2=cos(θ2), s1=sin(θ1), s2=sin(θ2), θ1은 수직축에 대한 회전각, θ2는 수평축에 대한 회전각.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 거리 산출부는
    소정 구조물의 양끝단 중 제1 끝단에 대한 스테레오 카메라의 제1 포즈 상에서의 영상 위치와, 상기 스테레오 카메라의 제1 포즈에서 수평축과 수직축에 대해 소정 회전각만큼 회전시켜 획득한 상기 구조물의 양끝단 중 제2 끝단에 대한 스테레오 카메라의 제2 포즈 상에서의 영상 위치를 산출하는 제1 산출부; 및
    상기 스테레오 카메라에서 상기 제1 끝단에 대한 영상 위치까지의 제1 거리 값과, 상기 스테레오 카메라에서 상기 제2 끝단에 대한 영상 위치까지의 제2 거리 값을 산출하는 제2 산출부; 및
    상기 제1 거리 값과 상기 제2 거리 값을 이용해 상기 구조물의 양끝단 간의 거리를 산출하는 제3 산출부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 스테레오 비전과 회전각을 이용한 대형 구조물의 길이 측정 장치.
  5. 삭제
KR1020120143104A 2012-12-10 2012-12-10 스테레오 비전과 회전각을 이용한 대형 구조물의 길이 측정 방법 및 그 장치 KR101394634B1 (ko)

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