KR101465036B1 - 피사체의 표면 밝기에 따른 오차 보정이 가능한 거리측정 장치 및 방법 - Google Patents

피사체의 표면 밝기에 따른 오차 보정이 가능한 거리측정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 피사체의 표면 밝기에 따른 오차 보정이 가능한 거리측정장치 및 거리측정방법에 관한 것으로, 광원을 이용하는 거리측정 센서 외에 RGB 카메라 및 조도센서를 함께 구비하고, 2 이상의 기준피사체에 대한 측정 데이터를 이용하며 밝기 가중치 개념을 도입함으로써, 측정 대상물체의 표면 색깔이나 밝기 및 조명으로 인한 거리오차를 보정할 수 있게 되어, 거리측정 센서의 광원에 의한 영향 없이 센서 주변에 있는 물체까지의 거리를 정확하게 측정할 수 있는 효과가 있다.

Description

피사체의 표면 밝기에 따른 오차 보정이 가능한 거리측정 장치 및 방법{DISTANCE MEASUREMENT APPARATUS AND METHOD ENABLING CORRECTION OF DISTANCE ERROR INDUCED BY TARGET BRIGHTNESS}
본 발명은 거리측정 센서 등을 이용한 거리측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 피사체의 표면 밝기에 따른 오차 보정이 가능한 거리측정장치 및 거리측정방법에 관한 것이다.
종래의 광원을 이용한 거리측정 센서로 물체와의 거리를 측정하는 거리 측정 장치는 측정하고자 하는 목표물이 같은 거리에 존재하더라도 목표물의 표면 밝기, 색깔 및 조명으로 인해 거리측정에 많은 오차를 유발하는 단점이 있었다.
이러한 문제를 해결하는 방법의 하나로 레이저에서 조사된 광신호와 산란광의 극대점의 위치를 정확하게 찾기 위하여 고속 아날로그 디지털 변화기(ADC)를 이용하여 산란신호를 컴퓨터에 기억시킨 후 다시 재처리하여 극대점을 찾는 방법이 있다. 그러나, 상기 방법은 실시간 측정이 어렵고 고가의 아날로그 디지털 변화기를 사용하여야 하는 단점이 있다.
그리고, 한국 등록특허 제10-1082463호(레이저를 이용하여 거리 측정이 가능한 로봇눈용 거리측정장치)에서는 두 개의 레이저광을 시차를 두고 피사체에 발사한 후 반사되는 반사광이 되돌아오는 시간을 측정하고 이를 통해 거리를 측정하고 좌표를 계산하는 거리측정장치를 개시하고 있다.
그러나, 상기 한국 등록특허 제10-1082463호의 비행시간(time to flight)을 기반으로 하는 레이저를 이용한 거리측정장치는 장거리에 있는 피사체의 거리를 측정하는 데에는 적당하나, 근거리에 있는 피사체의 거리를 정확히 측정하기 어려울 뿐만 아니라, 피사체의 표면 밝기, 색깔 및 조명으로 인한 거리측정 오차를 감소하는 것은 불가능하다.
그리고, 한국 공개특허공보 제10-2010-0019576호(거리 센서 시스템 및 방법)에서는 조명된 물체의 색상 및 반사력의 영향을 감소하고자 주파수대 변동 가능한 레이저 출력 소스를 사용하거나 필터를 사용하여 특정 주파수를 제거한 센서를 사용하는 거리 센서 시스템을 개시하고 있다.
그러나, 상기 한국 공개특허공보 제10-2010-0019576호에서는 소스의 출력을 변화시키는 것은 이미 센서로 측정한 후 측정치의 모호성이 있을 때 다시 측정하기 위해 출력을 변화시켜야 하고, 유용한 출력이 어떤 것인지 정확히 산출하거나 판단할 수 없어서 시간의 낭비와 실시간 측정이 방해되는 문제점이 있으며, 필터를 사용하는 것 역시 조명된 물체의 색상이나 반사력에 맞게 준비된 필터를 사용해야 하는데 많은 필터를 준비하는 문제와 어떤 필터를 사용해야 할지 결정하는데 문제가 있다.
본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 광원을 이용하는 거리측정 센서를 포함하되, 피사체의 표면 밝기에 따른 거리측정 센서의 거리오차 보정이 가능한 거리측정장치 및 거리측정방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 거리측정장치는 거리측정 센서, RGB 카메라 및 조도센서를 포함하는 측정부가 하나의 제어부로 연결되어, 상기 제어부에 의하여 상기 거리측정 센서로 얻은 대상물체의 측정거리에 상기 RGB 카메라로 얻은 상기 대상물체의 밝기와 상기 조도센서로 얻은 상기 대상물체가 놓인 조명을 고려하여 상기 측정거리의 오차를 보정하는 것으로서, 상기 제어부는 서로 다른 색깔이나 밝기를 갖는 2 이상의 기준피사체에 대하여 상기 RGB 카메라 및 상기 조도센서로 얻은 조도변화에 따른 Gray값 측정 데이터 및 상기 거리측정 센서로 얻은 거리변화에 따른 거리오차 데이터로 상기 대상물체의 측정거리 오차를 보정하되, 상기 제어부는 상기 2 이상의 기준피사체에 대한 조도변화에 따른 Gray값 측정 데이터로 상기 대상물체의 밝기 가중치(
Figure 112014040157938-pat00068
)를 구하고, 상기 2 이상의 기준피사체에 대한 거리변화에 따른 거리오차 데이터에 상기 의 밝기 가중치(
Figure 112014040157938-pat00069
)를 적용하여 상기 대상물체의 측정거리 오차(
Figure 112014040157938-pat00070
)를 보정하는 것을 특징으로 한다.
삭제
삭제
상기 제어부는 상기 2 이상의 기준피사체에 대한 조도변화에 따른 Gray값 측정 데이터를 보간법이나 곡선맞춤법으로 Gray값-조도 그래프로 구현하고, 상기 밝기 가중치(
Figure 112013023047824-pat00004
)는 상기 Gray값-조도 그래프 상에서 상기 대상물체가 놓인 조명에서 상기 대상물체의 밝기로 표현되는 점(P)의 Gray값(
Figure 112013023047824-pat00005
)과 이에 인접한 상기 Gray값-조도 그래프 상 두 점(A, B)의 Gray값(
Figure 112013023047824-pat00006
,
Figure 112013023047824-pat00007
)으로, [수학식 1]
Figure 112013023047824-pat00008
로 계산되는 것을 본 발명에 의한 거리측정장치의 다른 특징으로 한다.
상기 제어부는 상기 2 이상의 기준피사체에 대한 거리변화에 따른 거리오차 데이터를 보간법이나 곡선맞춤법으로 거리오차-거리 그래프로 구현하고, 상기 대상물체의 측정거리 오차(
Figure 112013023047824-pat00009
)는 상기 거리오차-거리 그래프 상에서 상기 대상물체가 놓인 거리에서 상기 Gray값-조도 그래프 상 두 점(A, B)의 Gray값을 갖는 2개 기준피사체의 측정거리 오차[
Figure 112013023047824-pat00010
,
Figure 112013023047824-pat00011
]를 구하고 상기 밝기 가중치(
Figure 112013023047824-pat00012
)를 적용하여 [수학식 2]
Figure 112013023047824-pat00013
로 계산되고, 상기 대상물체의 보정된 거리(
Figure 112013023047824-pat00014
)는 상기 거리측정 센서로 얻은 대상물체의 측정거리(
Figure 112013023047824-pat00015
)에 상기 대상물체의 측정거리 오차(
Figure 112013023047824-pat00016
)를 반영하여,[수학식 3]
Figure 112013023047824-pat00017
로 계산된 것을 본 발명에 의한 거리측정장치의 다른 특징으로 한다.
상기 제어부는, 상기 거리측정 센서, 상기 RGB 카메라 및 상기 조도센서에서 얻은 측정 데이터를 처리하고 연산하는 연산부; 및 상기 측정 데이터, 상기 연산부의 연산 결과 및 제어프로그램을 저장하는 저장부가 더 연결된 것을 본 발명에 의한 거리측정장치의 다른 특징으로 한다.
상기 제어부는 상기 저장부에 저장된 내용을 보여주는 디스플레이부가 더 연결된 것을 본 발명에 의한 거리측정장치의 다른 특징으로 한다.
상기 저장부는 서로 다른 색깔이나 밝기를 갖는 2 이상의 기준피사체에 대하여 상기 RGB 카메라 및 상기 조도센서로 얻은 조도변화에 따른 Gray값 측정 데이터와 상기 거리측정 센서로 얻은 거리변화에 따른 거리오차 데이터를 포함하여 저장된 것을 본 발명에 의한 거리측정장치의 다른 특징으로 한다.
상기 2 이상의 기준피사체는 0~255 중 서로 다른 Gray값을 갖는 것을 본 발명에 의한 거리측정장치의 다른 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 의한 거리측정방법은 거리측정 센서, RGB 카메라 및 조도센서를 포함하는 거리 측정 장치로 피사체의 거리를 측정하는 방법에 있어서, 서로 다른 색깔이나 밝기를 갖는 2 이상의 기준피사체에 대한 기준데이터를 이용하여 보정된 거리데이터를 산출하는 단계를 포함하여 구성되되, 상기 기준데이터가 소정의 저장부에 저장되어 있지 않을 경우에는 상기 보정된 거리데이터를 산출하는 단계 이전에 상기 기준데이터를 산출하는 단계를 더 진행하고, 상기 기준데이터를 산출하는 단계는, 상기 기준피사체를 정의하는 제 1-1 단계; 상기 기준피사체의 RGB값을 서로 다른 조도에서 측정, Gray값 산출 및 저장하는 제 1-2 단계; 및 상기 기준피사체의 거리값을 서로 다른 거리에서 측정, 거리오차 산출 및 저장하는 제 1-3 단계로 구성된 것을 특징으로 한다.
삭제
상기 보정된 거리데이터를 산출하는 단계는, 상기 거리측정 센서로 대상물체의 거리를 측정하며 동시에 상기 RGB 카메라 및 상기 조도센서로 각각 RGB값 및 조도를 측정하는 제 2-1 단계; 상기 조도센서로 측정된 조도에서 상기 대상물체의 Gray값과 상기 기준피사체의 Gray값을 활용하여 밝기 가중치를 계산하는 제 2-2 단계; 상기 기준피사체의 측정거리 오차를 활용하여 상기 대상물체의 측정거리 오차를 계산하는 제 2-3 단계; 상기 대상물체의 측정거리 오차를 반영하여 상기 대상물체의 측정된 거리값을 보정하는 제 2-4 단계; 및 상기 대상물체의 보정된 거리값을 디스플레이하는 제 2-5 단계로 구성되는 것을 본 발명에 의한 거리측정방법의 다른 특징으로 한다.
본 발명은 광원을 이용하는 거리측정 센서 외에 RGB 카메라 및 조도센서를 함께 구비하고, 2 이상의 기준피사체에 대한 측정 데이터를 이용하며 밝기 가중치 개념을 도입함으로써, 측정 대상물체의 표면 색깔이나 밝기 및 조명으로 인한 거리오차를 보정할 수 있게 되어, 거리측정 센서의 광원에 의한 영향 없이 센서 주변에 있는 물체까지의 거리를 정확하게 측정할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 거리측정장치를 간략하게 나타낸 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 의한 기준피사체의 표면 밝기를 보여주는 기준피사체의 표면도이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 의한 거리측정방법에 따른 거리측정 센서의 거리오차 보정 방법을 보여주는 순서도이다.
도 6은 도 2의 기준피사체를 대상으로 서로 다른 조도에서 RGB 카메라와 조도센서로 측정하여 얻은 Gray값-조도 그래프이다.
도 7은 도 2의 기준피사체를 대상으로 서로 다른 거리에서 측정하여 얻은 거리의 측정오차 양상을 나타내는 거리오차-거리 그래프이다.
도 8은 도 6에서 동일 조도 상에 대상물체 P와 유사한 Gray값을 갖는 2개의 기준피사체에 대한 도 7의 거리 측정오차 양상과 대상물체 P의 산출된 거리 측정오차 양상을 함께 나타낸 거리오차-거리 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하며 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 실시 예에 의한 거리측정장치는, 도 1과 같이, 적어도 거리측정 센서(110), RGB 카메라(120) 및 조도센서(130)를 포함하는 측정부(100)와 상기 측정부에 연결된 제어부(200)로 구성되어, 상기 제어부(200)에 의하여 상기 거리측정 센서(110)로 얻은 대상물체의 측정거리에 상기 RGB 카메라(120)로 얻은 상기 대상물체의 밝기와 상기 조도센서(130)로 얻은 상기 대상물체가 놓인 조명을 고려하여 상기 측정거리의 오차를 보정하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 측정부(100)는 대상물체인 피사체까지의 거리, 피사체의 표면 밝기 및 피사체가 놓여진 공간의 조명 세기를 측정하는 측정수단으로, 거리측정 센서(110), RGB 카메라(120) 및 조도센서(130)를 포함하여 구성된다.
상기 거리측정 센서(110)는 광원을 이용하여 피사체의 거리를 측정하는 거리측정 센서이면 어떠한 것이든 가능하다.
상기 RGB 카메라(120)는 피사체의 표면 밝기를 측정하는 디지털 카메라로, 표면의 색깔과 반사율이 반영된 피사체를 R(red), G(green), B(blue) 세 개로 나누어 각각 0~255 사이의 Gray값으로 측정한다. 이때, 피사체의 RGB에 해당하는 3 개의 Gray값은 RGB 카메라 자체 또는 소정의 연산수단에 의해 평균으로 계산되어 최종 0~255 값을 갖는 하나의 Gray값으로 피사체 표면의 밝기를 나타낼 수 있다.
상기 조도센서(130)는 피사체가 놓인 공간의 조명 세기, 즉 광량을 측정하는 것으로 단위는 럭스(lx)로 표현된다.
상기 측정부(100)를 이루는 각 구성은 물리적으로 서로 연결되어 하나의 측정 유닛으로 구현됨이 바람직하나, 일부 구성(예컨대, 조도센서)은 다른 구성과 이격되어 구현될 수도 있다.
상기 제어부(200)는 상기 측정부(100)의 각 구성뿐만 아니라 후술하는 각 실시 예에서 제어부(200)에 연결된 일체의 구성을 제어하는 것으로, 중앙처리장치 등 각종 제어장치로 다양한 방식으로 구현될 수 있다.
따라서, 상기 제어부(200)에는, 도 1과 같이, 상기 거리측정 센서(110), 상기 RGB 카메라(120) 및 상기 조도센서(130)에서 얻은 측정 데이터를 처리하고 연산하는 연산부(300); 및 상기 측정 데이터, 상기 연산부의 연산 결과 및 제어프로그램을 저장하는 저장부(400)가 더 연결될 수 있다.
여기서, 상기 연산부(300)는 상기 제어부(200)와 하나의 중앙처리장치로 구현될 수도 있고, 별도 독립된 연산 모듈장치로 구현될 수 있으며, 상기 저장부(400)는 공지의 각종 저장장치(RAM 포함)로 구현될 수 있다.
나아가, 상기 제어부(200)에는, 도 1과 같이, 상기 저장부(400)에 저장된 내용을 보여주는 디스플레이부(500)가 더 연결될 수 있다.
여기서, 상기 디스플레이부(500)는 본 실시 예에 의한 거리측정장치의 출력수단으로 터치 스크린 방식 등으로 소정의 입력수단과 함께 구현될 수 있다.
상술한 각 실시 예에 따른 거리측정장치의 핵심 기술적 사상은, 상기 제어부(200)에 의하여 상기 거리측정 센서(110)로 얻은 대상물체의 측정거리에 상기 RGB 카메라(120)로 얻은 상기 대상물체의 밝기와 상기 조도센서(130)로 얻은 상기 대상물체가 놓인 조명을 고려하여 상기 측정거리의 오차를 보정함으로써, 거리측정 센서의 광원 등 대상물체의 주변 빛에 의한 영향 없이 물체까지의 거리를 정확하게 측정할 수 있게 하는 데 있다.
따라서, 이하에서는 상기 기술적 사상을 구체화하는 실시 예를 중심으로 설명한다.
상기 제어부(200)에 의하여 임의 대상물체에 대한 밝기와 조명 데이터로 측정거리의 오차를 보정하기 위해서는, 먼저, 도 2와 같이, 서로 다른 색깔이나 밝기를 갖는 2 이상의 기준피사체(10, 20, 30, 40, 50, 60)에 대하여, 도 3과 같이, 기준데이터를 산출하고(S100, 제 1 단계), 대상물체의 보정된 거리데이터를 산출하는 과정(S200, 제 2 단계)을 거치게 된다.
여기서, 상기 2 이상의 기준피사체는 서로 다른 색깔이나 밝기를 갖는 것으로 2 이상 다양하게 선택될 수 있으나, 상기 RGB 카메라(120)로 측정하고자 하는 것은 최종 Gray값이므로 0~255 중 서로 다른 Gray값을 갖는 것으로 2 이상 선택함이 바람직하다.
구체적인 예로, 도 2와 같이, 0(Black, 10), 51(Gray1, 20), 102(Gray2, 30), 153(Gray3, 40), 204(Gray4, 50) 및 255(White, 60)의 서로 다른 Gray값을 갖는 6개의 기준피사체를 선택하여 정의할 수 있다.
상기 제 1 단계로 기준데이터를 산출하는 단계는, 도 4와 같이, 상기 기준피사체를 정의하는 제 1-1 단계(S110); 상기 기준피사체의 RGB값을 상기 RGB 카메라(120) 및 상기 조도센서(130)를 이용하여 서로 다른 조도에서 측정, Gray값 산출 및 저장하는 제 1-2 단계(S120); 및 상기 기준피사체의 거리값을 거리측정 센서(110)를 이용하여 서로 다른 거리에서 측정, 거리오차 산출 및 저장하는 제 1-3 단계(S130)로 구성될 수 있다.
상기 기준데이터를 산출하는 단계는 어느 하나의 기준피사체에 대하여 상기 제 1-1 단계(S110) 내지 상기 제 1-3 단계(S130)로 연속 진행한 다음, 다른 기준피사체에 대해서 진행하는 방식으로 할 수도 있고, 상기 각 단계에서 모든 기준피사체에 대하여 진행한 다음, 다음 단계로 진행하는 방식으로 진행될 수 있다.
또한, 상기 제 1-2 단계(S120) 및 상기 제 1-3 단계(S130)는 서로 다른 별개의 측정 데이터를 얻기 위한 것이므로 순서를 바꾸어 진행될 수 있다.
그리고, 상기 제 1-2 단계(S120) 및 상기 제 1-3 단계(S130)에서 각각 얻은 조도변화에 따른 Gray값 데이터와 거리변화에 따른 거리오차 데이터는 기준데이터로 상기 저장부(400)에 저장될 수 있다.
이와 같이, 소정의 저장부(400)에 상기 기준데이터가 이미 저장되어 있을 경우에는 상기 제 1 단계를 진행할 필요 없이 바로 저장부(400)에 저장된 기준데이터를 이용하여 대상물체의 보정된 거리데이터를 산출하는 제 2 단계(S200)로 진행할 수 있다.
상기 보정된 거리데이터를 산출하는 제 2 단계(S200)는, 도 5와 같이, 상기 거리측정 센서(110)로 대상물체의 거리를 측정하며 동시에 상기 RGB 카메라(120) 및 상기 조도센서(130)로 각각 RGB값 및 조도를 측정하는 제 2-1 단계(S210); 상기 조도센서(130)로 측정된 조도에서 상기 대상물체의 Gray값과 상기 기준피사체의 Gray값을 활용하여 밝기 가중치(
Figure 112013023047824-pat00018
)를 계산하는 제 2-2 단계(S220); 상기 기준피사체의 측정거리 오차를 활용하여 상기 대상물체의 측정거리 오차(
Figure 112013023047824-pat00019
)를 계산하는 제 2-3 단계(S230); 상기 대상물체의 측정거리 오차를 반영하여 상기 대상물체의 측정된 거리값을 보정하는 제 2-4 단계(S240); 및 상기 대상물체의 보정된 거리값을 디스플레이부(500)로 디스플레이하는 제 2-5 단계(S250)로 구성될 수 있다.
여기서, 상기 제 2-1 단계에서 상기 RGB 카메라(120) 및 상기 조도센서(130)로 각각 RGB값 및 조도를 측정하는 것은 대상물체의 거리 측정과 시차를 두며 할 수도 있으나, 상기 제어부(200)에 의하여 동시에 이루어지도록 함이 바람직하다. 이렇게 대상물체의 거리 측정과 동시에 RGB값 및 조도를 측정함으로써, 후술하는 바와 같이, 2 이상의 기준피사체에 대한 조도변화에 따른 Gray값 측정 데이터 및/또는 Gray값-조도 그래프 상에서 동일 조도하에 대상물체와 유사한 Gray값을 갖는 2개의 기준피사체를 찾을 수 있다.
그리고, 상기 제 2-5 단계는 하드웨어 즉, 거리측정장치의 구성에 따라 대상물체의 보정된 거리값이 디스플레이되지 않고 제3의 구성을 제어하는 방식으로 진행될 수도 있다.
이상 설명된 거리측정방법은 도 1에 예시적으로 도시된 거리측정장치에 한하여 적용되는 것이 아니고, 도 1의 거리측정장치에 적용될 경우 저장부(400)에 저장된 제어프로그램으로 구현될 수 있다.
이하에서는 상기 거리측정방법에 따라 상기 기준데이터를 이용하여 대상물체의 보정된 거리값을 구하는 구체적인 실시 예에 대하여 설명한다.
먼저, 상기 기준데이터는 소정의 저장부(400)에 저장되어 사용하게 되는데, 보간법(interporation)이나 곡선맞춤법(curve fitting) 등을 이용하여 연속적인 수치 테이블이나 그래프 형태로 표현될 수 있다.
구체적인 예로, 도 6은 도 2와 같은 6개의 기준피사체(Black, Gray1, Gray2, Gray3, Gray4, White)를 대상으로 상기 제 1-2 단계(S120)를 진행하여 얻은 조도변화에 따른 Gray값 데이터를 선형 보간법과 선형 추세선을 이용하여 Gray값-조도 그래프로 표현한 것이다.
도 7은 도 2와 같은 6개의 기준피사체(Black, Gray1, Gray2, Gray3, Gray4, White)를 대상으로 상기 제 1-3 단계(S130)를 진행하여 얻은 거리변화에 따른 거리오차 데이터를 선형 보간법을 이용하여 거리오차-거리 그래프로 표현한 것이다.
도 6에서 알 수 있는 바와 같이, 동일한 기준피사체라도 조도가 증가함에 따라 기준피사체의 Gray값이 증가함을 알 수 있다. 특히, 조도가 75 럭스 이하일 경우 Gray값은 조도가 감소함에 따라 급격하게 낮아지지만, 조도가 75 럭스 이상일 경우에 측정된 Gray값은 조도가 증가함에 따라 완만한 기울기로 단조 증가하는 형태를 나타내고 있다. 이는 75~400 럭스 범위에서 임의의 대상물체에 대해서도 동일한 단조 증가 경향을 가질 것임을 예측할 수 있다.
그리고, 도 6과 같은 기준피사체에 대한 Gray값-조도 그래프 상에서 거리를 측정하고자 하는 대상물체의 Gray값 및 조도로 점(P)을 찍고, 대상물체의 점(P)에서 조도가 일정하게 수직한 연장선을 그으면 이웃한 그래프와 만나는 두 점(A, B)을 찾을 수 있다.
여기서, 중요한 것은 대상물체의 특정 조도에서 측정되는 Gray값이 아니라 기준피사체에 대한 Gray값-조도 그래프 상에서 대상물체가 위치하는 점(P)과 이웃하는 두 점(A, B)의 Gray값을 갖는 기준피사체(Gray2, Gray3)와의 상대적 밝기이다.
따라서, 본 발명은 기준피사체에 대한 상대적 밝기의 정도를 밝기 가중치(
Figure 112013023047824-pat00020
)로 대상물체의 거리측정시 발생하는 거리오차에 반영한 것을 핵심 기술적 사상으로 한다.
구체적으로, 상기 밝기 가중치(
Figure 112013023047824-pat00021
)는, 도 6과 같은 기준피사체에 대한 Gray값-조도 그래프 상에서 상기 대상물체가 놓인 조명에서 상기 대상물체의 밝기로 표현되는 점(P)의 Gray값(
Figure 112013023047824-pat00022
)과 이에 인접한 상기 Gray값-조도 그래프 상 두 점(A, B)의 Gray값(
Figure 112013023047824-pat00023
,
Figure 112013023047824-pat00024
)으로, 하기 수학식 1로 계산될 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112013023047824-pat00025
상기 밝기 가중치(
Figure 112013023047824-pat00026
)가 극단적으로 0이면 대상물체는 점 B를 지나는 기준피사체(Gray2), 1이면 점 A를 지나는 기준피사체(Gray3)와 각각 동일하게 조명에 따라 Gray값이 단조 증가 경향을 가질 것임을 예측할 수 있다
한편, 도 7의 6개 기준피사체(Black, Gray1, Gray2, Gray3, Gray4, White)에 대한 거리오차-거리 그래프를 살펴보면, 거리오차(거리측정오차)는 기준피사체의 표면 밝기에 크게 영향을 받는 것을 볼 수 있다. 즉, 표면이 밝아질수록 오차 양상은 직선 bias 형태로 수렴하며, 표면이 어두워질수록 1000~1500 mm 구간에서 오차양상이 크게 변화되는 것을 볼 수 있다.
따라서, 특정거리에서 특정 표면 밝기를 갖는 대상물체를 상기 기준피사체와 동일한 거리측정 센서로 거리를 측정할 경우, 도 7과 같이, 해당 거리에서 특정 거리오차를 갖게 된다고 예측할 수 있다.
이러한 근거로, 상기 기준피사체를 대상으로 동일한 거리측정 센서로 거리변화에 따른 거리오차 데이터 및/또는 이를 선형 보간법을 이용하여 거리오차-거리 그래프로 표현한 것을 기초로 임의의 대상물체에 대한 거리오차를 산출할 수 있게 된다.
구체적으로, 2 이상의 기준피사체에 대한 조도변화에 따른 Gray값 측정 데이터 및/또는 Gray값-조도 그래프로부터 대상물체와 동일한 조명하에서 유사한 Gray값을 갖는 2개의 기준피사체를 찾아 대상물체의 밝기 가중치(
Figure 112013023047824-pat00027
)를 구하고, 상기 2 이상의 기준피사체에 대한 거리변화에 따른 거리오차 데이터 및/또는 거리오차-거리 그래프에 상기 밝기 가중치(
Figure 112013023047824-pat00028
)를 적용하여 대상물체의 측정거리 오차(
Figure 112013023047824-pat00029
)를 구할 수 있다.
상기 밝기 가중치(
Figure 112013023047824-pat00030
)를 적용하여 대상물체의 측정거리 오차(
Figure 112013023047824-pat00031
)를 구하는 방법은 다양할 수 있으나, 아래의 예와 같이 상기 밝기 가중치(
Figure 112013023047824-pat00032
)에 일차적으로 비례하는 것으로 계산될 수 있다.
즉, 상기 대상물체의 측정거리 오차(
Figure 112013023047824-pat00033
)는 상기 2 이상의 기준피사체에 대한 거리오차-거리 그래프 상에서 대상물체가 놓인 거리에서 상기 Gray값-조도 그래프 상 두 점(A, B)의 Gray값을 갖는 2개 기준피사체의 측정거리 오차[
Figure 112013023047824-pat00034
,
Figure 112013023047824-pat00035
]를 구하고, 상기 밝기 가중치(
Figure 112013023047824-pat00036
)를 하기 수학식 2와 같이 적용하여 계산될 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112013023047824-pat00037
도 8은 도 6에서 동일 조도 상에 대상물체(P)와 유사한 Gray값을 갖는 2개의 기준피사체(Gray2, Gray3)에 대한 도 7의 거리 측정오차 양상과 상기 수학식 2로 대상물체(P)의 산출된 거리 측정오차 양상을 함께 나타낸 거리오차-거리 그래프이다.
상기 수학식 2와 같이 계산된 대상물체의 측정거리 오차(
Figure 112013023047824-pat00038
)를 거리측정 센서로 얻은 대상물체의 측정거리(
Figure 112013023047824-pat00039
)에 반영(보정)하게 되면, 하기 수학식 3과 같이, 대상물체의 보정된 거리(
Figure 112013023047824-pat00040
)를 얻게 된다.
[수학식 3]
Figure 112013023047824-pat00041
상기와 같이 얻은 보정된 거리값(
Figure 112013023047824-pat00042
)은 디스플레이부(500)로 디스플레이되거나, 저장부(400)에 저장되었다가 제3의 구성을 제어하는데 사용될 수 있다.
본 발명은 피사체의 표면 밝기에 따른 거리측정 오차(거리오차)를 효과적으로 보정할 수 있게 되어, 특히 근거리 제어시 거리측정 센서의 광원에 의한 영향으로 정확한 거리 측정이 어려웠던 문제점을 해결할 수 있게 됨으로써, 근거리 정밀한 거리측정이 요구되는 산업용 로봇 등의 분야에서 널리 이용될 수 있다.
100: 측정부
110: 거리측정 센서
120: RGB 카메라
130: 조도센서
200: 제어부
300: 연산부
400: 저장부
500: 디스플레이부

Claims (12)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 거리측정 센서, RGB 카메라 및 조도센서를 포함하는 측정부가 하나의 제어부로 연결되어,
    상기 제어부에 의하여 상기 거리측정 센서로 얻은 대상물체의 측정거리에 상기 RGB 카메라로 얻은 상기 대상물체의 밝기와 상기 조도센서로 얻은 상기 대상물체가 놓인 조명을 고려하여 상기 측정거리의 오차를 보정하는 것으로서,
    상기 제어부는 서로 다른 색깔이나 밝기를 갖는 2 이상의 기준피사체에 대하여 상기 RGB 카메라 및 상기 조도센서로 얻은 조도변화에 따른 Gray값 측정 데이터 및 상기 거리측정 센서로 얻은 거리변화에 따른 거리오차 데이터로 상기 대상물체의 측정거리 오차를 보정하되,
    상기 제어부는 상기 2 이상의 기준피사체에 대한 조도변화에 따른 Gray값 측정 데이터로 상기 대상물체의 밝기 가중치(
    Figure 112014040157938-pat00043
    )를 구하고,
    상기 2 이상의 기준피사체에 대한 거리변화에 따른 거리오차 데이터에 상기 의 밝기 가중치(
    Figure 112014040157938-pat00044
    )를 적용하여 상기 대상물체의 측정거리 오차(
    Figure 112014040157938-pat00045
    )를 보정하는 것을 특징으로 하는 거리측정장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 2 이상의 기준피사체에 대한 조도변화에 따른 Gray값 측정 데이터를 보간법이나 곡선맞춤법으로 Gray값-조도 그래프로 구현하고,
    상기 밝기 가중치(
    Figure 112013023047824-pat00046
    )는 상기 Gray값-조도 그래프 상에서 상기 대상물체가 놓인 조명에서 상기 대상물체의 밝기로 표현되는 점(P)의 Gray값(
    Figure 112013023047824-pat00047
    )과 이에 인접한 상기 Gray값-조도 그래프 상 두 점(A, B)의 Gray값(
    Figure 112013023047824-pat00048
    ,
    Figure 112013023047824-pat00049
    )으로,
    [수학식 1]
    Figure 112013023047824-pat00050

    로 계산되는 것을 특징으로 하는 거리측정장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 2 이상의 기준피사체에 대한 거리변화에 따른 거리오차 데이터를 보간법이나 곡선맞춤법으로 거리오차-거리 그래프로 구현하고,
    상기 대상물체의 측정거리 오차(
    Figure 112013023047824-pat00051
    )는 상기 거리오차-거리 그래프 상에서 상기 대상물체가 놓인 거리에서 상기 Gray값-조도 그래프 상 두 점(A, B)의 Gray값을 갖는 2개 기준피사체의 측정거리 오차[
    Figure 112013023047824-pat00052
    ,
    Figure 112013023047824-pat00053
    ]를 구하고 상기 밝기 가중치(
    Figure 112013023047824-pat00054
    )를 적용하여
    [수학식 2]
    Figure 112013023047824-pat00055

    로 계산되고,
    상기 대상물체의 보정된 거리(
    Figure 112013023047824-pat00056
    )는 상기 거리측정 센서로 얻은 대상물체의 측정거리(
    Figure 112013023047824-pat00057
    )에 상기 대상물체의 측정거리 오차(
    Figure 112013023047824-pat00058
    )를 반영하여,
    [수학식 3]
    Figure 112013023047824-pat00059

    로 계산된 것을 특징으로 하는 거리측정장치.
  6. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 거리측정 센서, 상기 RGB 카메라 및 상기 조도센서에서 얻은 측정 데이터를 처리하고 연산하는 연산부; 및
    상기 측정 데이터, 상기 연산부의 연산 결과 및 제어프로그램을 저장하는 저장부가 더 연결된 것을 특징으로 하는 거리측정장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 저장부에 저장된 내용을 보여주는 디스플레이부가 더 연결된 것을 특징으로 하는 거리측정장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 저장부는 서로 다른 색깔이나 밝기를 갖는 2 이상의 기준피사체에 대하여 상기 RGB 카메라 및 상기 조도센서로 얻은 조도변화에 따른 Gray값 측정 데이터와 상기 거리측정 센서로 얻은 거리변화에 따른 거리오차 데이터를 포함하여 저장된 것을 특징으로 하는 거리측정장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 2 이상의 기준피사체는 0~255 중 서로 다른 Gray값을 갖는 것을 특징으로 하는 거리측정장치.
  10. 삭제
  11. 거리측정 센서, RGB 카메라 및 조도센서를 포함하는 거리측정장치로 피사체의 거리를 측정하는 방법에 있어서,
    서로 다른 색깔이나 밝기를 갖는 2 이상의 기준피사체에 대한 기준데이터를 이용하여 보정된 거리데이터를 산출하는 단계를 포함하여 구성되되,
    상기 기준데이터가 소정의 저장부에 저장되어 있지 않을 경우에는 상기 보정된 거리데이터를 산출하는 단계 이전에 상기 기준데이터를 산출하는 단계를 더 진행하고,
    상기 기준데이터를 산출하는 단계는,
    상기 기준피사체를 정의하는 제 1-1 단계;
    상기 기준피사체의 RGB값을 서로 다른 조도에서 측정, Gray값 산출 및 저장하는 제 1-2 단계; 및
    상기 기준피사체의 거리값을 서로 다른 거리에서 측정, 거리오차 산출 및 저장하는 제 1-3 단계로 구성된 것을 특징으로 하는 거리측정방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 보정된 거리데이터를 산출하는 단계는,
    상기 거리측정 센서로 대상물체의 거리를 측정하며 동시에 상기 RGB 카메라 및 상기 조도센서로 각각 RGB값 및 조도를 측정하는 제 2-1 단계;
    상기 조도센서로 측정된 조도에서 상기 대상물체의 Gray값과 상기 기준피사체의 Gray값을 활용하여 밝기 가중치를 계산하는 제 2-2 단계;
    상기 기준피사체의 측정거리 오차를 활용하여 상기 대상물체의 측정거리 오차를 계산하는 제 2-3 단계;
    상기 대상물체의 측정거리 오차를 반영하여 상기 대상물체의 측정된 거리값을 보정하는 제 2-4 단계; 및
    상기 대상물체의 보정된 거리값을 디스플레이하는 제 2-5 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 거리측정방법.
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