KR101513103B1 - 멀티카메라 제어장치 - Google Patents

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KR101513103B1
KR101513103B1 KR1020140062465A KR20140062465A KR101513103B1 KR 101513103 B1 KR101513103 B1 KR 101513103B1 KR 1020140062465 A KR1020140062465 A KR 1020140062465A KR 20140062465 A KR20140062465 A KR 20140062465A KR 101513103 B1 KR101513103 B1 KR 101513103B1
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vehicle
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KR1020140062465A
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곽기호
김준
심성대
민지홍
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국방과학연구소
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Abstract

본 발명은, 차량에 회전 가능하게 장착되어 상기 차량 주변의 영상을 획득하는 제1 및 제2 카메라부, 상기 차량의 속도값 및 조향각을 포함하는 차량주행상태로부터 상기 제1 및 제2 카메라부에 대한 제어신호를 생성하는 제어신호 발생부, 및 상기 차량주행상태에 따라 상기 제어신호 발생부로부터 전달받은 상기 제어신호에 근거하여 상기 제1 및 제2 카메라부를 각각 독립적으로 회전시키는 제1 및 제2 제어부를 포함하고, 상기 제1 및 제2제어부는, 상기 영상의 시야각(angle of field)을 증가시키고 상기 제1 및 제2 카메라부와 상기 영상의 중첩되는 영역 사이의 이격거리 및 각도로부터 거리정보를 획득하도록 상기 영상의 중첩되는 영역의 크기를 조절하는 것을 특징으로 하는 멀티카메라 제어장치를 제공한다.

Description

멀티카메라 제어장치{MULTI-CAMERA CONTROLLING APPARATUS}
본 발명은 복수의 카메라의 기하학적 관계를 제어하는 장치에 관한 것이다.
무인차량의 원활한 자율주행을 위해서는 탑재된 센서정보로부터 주변 환경을 정확하게 인식하여야 한다. 이를 위해서는 무인차량의 속도와 조향에 따라 적합한 센서의 구성이 필요하다. 예를 들어, 전방을 주시하도록 카메라가 차량에 고정된 상태에서 좌측 또는 우측으로 조향할 경우, 차량의 헤딩방향 측 센서의 데이터 밖에 얻지 못하고, 이렇게 측정된 센서 정보로는 원활한 자율주행이 불가능하다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 여러 대의 카메라를 장착하여 더욱 넓은 가시영역(field of View)을 확보하거나 차량 주변을 한번에 확인할 수 있는 센서를 이용할 수 있다.
무인차량은 안전한 주행을 위해 차량의 속도에 따라 관심 영역의 범위와 센서로부터 획득하는 정보를 변화시켜야 한다. 예를 들어, 야지에서처럼 차량의 속도가 빨라지면 좁은 영역의 상세한 정보보다는 넓은 영역의 많은 정보가 요구된다. 그리고 안정성을 확보해야하는 도심에서는 좁지만 좀 더 상세한 정보가 요구된다. 예를 들어, 야지에서는 넓은 가시영역을 확보하도록 두 대의 카메라의 가시영역을 조금만 겹치도록하여 파노라믹 영상처럼 사용하고, 도심에서는 두 대의 카메라를 평행하게 배치하여 거리정보(disparity map)를 확보하도록 할 수 있다.
하지만, 종래의 무인차량에 사용되는 카메라들은 일반적으로 용도에 맞게 고정된 초기의 구성을 그대로 유지하였다. 따라서, 넓은 시야각을 확보하고 카메라로부터 거리정보를 동시에 얻고자 할 경우에는, 각각의 기능을 수행할 수 있는 서로 다른 카메라 모듈이 장착되었다. 이에 따라, 시스템의 복잡도 및 중량의 증가와 함께 제작 비용이 증가할 수 있다.
따라서, 카메라 두 대의 구성으로 좁은 영역 및 넓은 영역의 영상정보를 획득 가능하도록, 차량의 속도값 및 조향각에 따라 실시간으로 카메라의 기하학적인 관계(geometric relationship)를 재구성할 수 있는 제어장치의 개발이 고려될 수 있다.
본 발명은 차량의 속도값와 조향각에 근거하여 차량에 장착된 두 대의 카메라의 기하학적 관계를 실시간으로 재구성하는 멀티카메라 제어장치를 제공하기 위한 것이다.
이와 같은 본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티카메라 제어장치는, 차량에 회전 가능하게 장착되어 상기 차량 주변의 영상을 획득하는 제1 및 제2 카메라부, 상기 차량의 속도값 및 조향각을 포함하는 차량주행상태로부터 상기 제1 및 제2 카메라부에 대한 제어신호를 생성하는 제어신호 발생부, 및 상기 차량주행상태에 따라 상기 제어신호 발생부로부터 전달받은 상기 제어신호에 근거하여 상기 제1 및 제2 카메라부를 각각 독립적으로 회전시키는 제1 및 제2 제어부를 포함하고, 상기 제1 및 제2제어부는, 상기 영상의 시야각(angle of field)을 증가시키고 상기 제1 및 제2 카메라부와 상기 영상의 중첩되는 영역 사이의 이격거리 및 각도로부터 거리정보를 획득하도록 상기 영상의 중첩되는 영역의 크기를 조절한다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 제1 및 제2 카메라부는 각각, 상기 제1 및 제2 제어부에 의해 정방향 또는 역방향으로 회전되는 제1 및 제2 모터, 상기 제1 및 제2 모터의 회전축에 연결되는 제1 및 제2 모터기어, 상기 제1 및 제2 모터기어에 연결되는 제1 및 제2 구동기어, 및 상기 제1 및 제2 구동기어의 회전축에 연결되고, 상기 제1 및 제2 모터의 회전에 따라 회전하며 상기 영상을 획득하는 제1 및 제2 카메라구동부를 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 카메라구동부는 각각, 상기 제1 및 제2 구동기어의 회전축과 연결되는 제1 및 제2 몸체, 상기 제1 및 제2 몸체에 장착되어 상기 영상을 획득하고 상기 제1 및 제2 몸체의 회전에 따라 회전되는 제1 및 제2 렌즈부재, 및 상기 제1 및 제2 렌즈부재의 적어도 일측을 지지하도록 배치되고 상기 제1 및 제2 렌즈부재의 상기 일측을 지지한 상태에서 상기 제1 및 제2 렌즈부재를 이동시키는 제1 및 제2 베이링부재를 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 카메라부는 각각, 제1 및 제2 구동기어에 연결되어 상기 제1 및 제2 카메라구동부의 회전각의 크기를 측정하는 제1 및 제2 엔코더를 더 포함하고, 상기 제1 및 제2 제어부는, 상기 제1 및 제2 엔코더로부터 상기 회전각의 크기를 전달받고 상기 전달받은 회전각의 크기에 근거하여 상기 제1 및 제2 모터를 제어할 수 있다.
상기 제1 및 제2 모터기어와 상기 제1 및 제2 구동기어의 서로 맞물리는 톱니수가 서로 다르도록 형성될 수 있다.
본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 멀티카메라 제어장치는, 상기 제어신호 발생부로부터 전달받은 상기 제어신호에 따라 상기 영상에 대한 정합을 수행하도록 이루어지는 영상처리부를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 차량의 속도값의 변화에 따라 넓은 시야각을 확보하거나, 거리정보를 획득하여 차량의 보다 원활한 주행이 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명은 차량이 좌측 또는 우측으로 조향시, 제1 카메라부 또는 제2 카메라부가 회전하여 차량의 주행경로에 대하여 보다 넓은 시야각을 확보할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티카메라 제어장치를 나타낸 개념도.
도 2a 및 도 2b는 각각 도 1에 도시된 제1 및 제2 카메라부의 측면도 및 평면도.
도 3a는 도 1에 도시된 제1 및 제2 카메라구동부의 광축이 서로 평행한 상태를 나타낸 개념도.
도 3b는 도 1에 도시된 제1 및 제2 카메라구동부가 서로 반대 방향으로 모두 회전되는 상태를 나타낸 개념도.
도 3c는 도 1에 도시된 제1 및 제2 카메라구동부 중 제1 카메라구동부가 회전되는 상태를 나타낸 개념도.
도 3d는 도 1에 도시된 제1 및 제2 카메라구동부 중 제2 카메라구동부가 회전되는 상태를 나타낸 개념도.
이하, 본 발명의 멀티카메라 제어장치에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 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 따른 멀티카메라 제어장치(100)를 나타낸 개념도이고, 도 2a 및 도 2b는 각각 도 1에 도시된 제1 및 제2 카메라부(110,120)의 측면도 및 평면도이다.
도 1 내지 도 2b를 참조하면, 멀티카메라 제어장치(100)는, 제1 및 제2 카메라부(110,120), 제어신호 발생부(130) 및 제1 및 제2 제어부(140,150)를 포함한다.
제1 및 제2 카메라부(110,120)는 차량(미도시)에 회전 가능하게 장착되어, 상기 차량 주변의 영상을 획득하도록 이루어진다. 구체적으로, 상기 제1 및 제2 카메라부(110,120)의 회전은 상기 영상을 획득하는 광축을 이동시키도록 이루어진다.
제어신호 발생부(130)는 상기 차량의 속도값 및 조향각을 포함하는 차량주행상태로부터, 제1 및 제2 카메라부(110,120)에 대한 제어신호를 생성한다. 예를 들어, 제어신호 발생부(130)는 차량의 속도값 또는 조향각을 기 설정된 크기와 비교하여 상기 제어신호를 생성할 수 있다. 상기 차량주행상태는 지면을 기준으로 측정된 상기 차량의 기울기를 더 포함할 수 있다.
제1 및 제2 제어부(140,150)는 제어신호 발생부(130)로부터 전달받은 상기 제어신호에 근거하여, 제1 및 제2 카메라부(110,120)를 각각 독립적으로 회전시키킨다. 구체적으로, 상기 제어신호는 상기 차량주행상태에 따라 제1 및 제2 카메라부(110,120) 사이의 기하학적 관계에 대한 정보를 포함한다. 그리고, 제1 및 제2 제어부(140,150)는 상기 제어신호에 따라 제1 카메라부(110) 또는 제2 카메라부(120) 중 적어도 하나의 광축을 이동시키도록 제1 및 제2 카메라부(110,120)를 이동시킨다.
제1 및 제2 제어부(140,150)는 상기 영상의 시야각(angle of field)을 증가시키고, 거리정보를 획득하도록, 상기 영상의 중첩되는 영역의 크기를 조절하도록 이루어진다. 보다 구체적으로, 제1 및 제2 카메라부(110,120)의 이격된 거리가 고정된 상태에서, 제1 및 제2 카메라부(110,120)의 광축을 서로 멀어지도록 이동시키면 제1 및 제2 카메라부(110,120)에 의해 획득되는 상기 영상의 영역이 확장되므로 상기 영상의 시야각을 증가시킬 수 있다.
그리고, 제1 및 제2 제어부(140,150)는 상기 거리정보 즉, 제1 및 제2 카메라부(110,120)로부터 대상체(미도시)까지의 거리를 획득하도록, 제1 및 제2 카메라부(110,120)와 상기 영상의 중첩되는 영역 사이의 이격거리 및 각도로부터 상기 거리정보를 획득할 수 있다. 예를 들어, 상기 거리정보는 삼각측량(triangulation) 방법에 의해 이루어질 수 있다. 상기 삼각측량 방법에 대해서는 종래부터 잘 알려져 있는 것을 이용할 수 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 멀티카메라 제어장치(100)는, 제1 및 제2 카메라부(110,120)와 상기 영상의 중첩되는 영역 사이의 이격거리 및 각도로부터 상기 거리정보를 산출하도록 이루어지는 산출부를 더 포함할 수 있다.
한편, 제1 및 제2 카메라부(110,120)는 각각, 제1 및 제2 모터(112,122), 제1 및 제2 모터기어(113,123), 제1 및 제2 구동기어(114,124) 및 제1 및 제2 카메라구동부(115,125)를 포함할 수 있다.
제1 및 제2 모터(112,122)는 제1 및 제2 제어부(140,150)에 의해 정방향 또는 역방향으로 회전된다.
제1 및 제2 모터기어(113,123)는 제1 및 제2 모터(112,122)의 회전축에 연결된다.
제1 및 제2 구동기어(114,124)는 제1 및 제2 모터기어(113,123)에 연결된다.
제1 및 제2 카메라구동부(115,125)는 제1 및 제2 구동기어(114,124)의 회전축에 연결되고, 제1 및 제2 모터(112,122)의 회전에 따라 회전하며 상기 영상을 획득한다. 이에 따라, 제1 및 제2 카메라구동부(115,125)는 상기 제어신호에 의해 상기 광축을 각각 이동시키도록 이루어질 수 있다.
또한, 제1 및 제2 카메라구동부(115,125)는 각각, 제1 및 제2 몸체(116,126), 제1 및 제2 렌즈부재(117,127) 및 제1 및 제2 베어링부재(118,128)를 포함할 수 있다.
제1 및 제2 몸체(116,126)는 제1 및 제2 구동기어(114,124)의 회전축과 연결되어 제1 및 제2 구동기어(114,124)의 회전에 따라 함께 회전되도록 이루어진다.
제1 및 제2 렌즈부재(117,127)는 제1 및 제2 몸체(116,126)에 장착되어 상기 영상을 획득하고, 제1 및 제2 몸체(116,126)의 회전에 따라 함께 회전되도록 이루어진다.
제1 및 제2 베어링부재(118,128)는 제1 및 제2 렌즈부재(117,127)의 적어도 일측을 지지하도록 배치되고, 제1 및 제2 렌즈부재(117,127)의 상기 일측을 지지한 상태에서, 제1 및 제2 렌즈부재(117,127)를 이동시키도록 형성된다. 이에 따라, 상기 제어신호에 의해 회전되는 제1 및 제2 렌즈부재(117,127)의 이동이 안정적으로 이루어질 수 있다.
또한, 제1 및 제2 카메라부(110,120)는 각각, 제1 및 제2 엔코더(119,129)를 더 포함할 수 있다.
제1 및 제2 엔코더(119,129)는 제1 및 제2 구동기어(114,124)에 연결되고, 제1 및 제2 카메라구동부(115,125)의 회전이 발생되는 경우, 상기 회전에 대한 회전각의 크기를 측정하도록 이루어진다. 그리고, 제1 및 제2 제어부(140,150)는, 제1 및 제2 엔코더(119,129)로부터 상기 회전각의 크기를 전달받고, 상기 전달받은 회전각의 크기에 따라 제1 및 제2 모터(112,122)를 제어한다. 예를 들어, 제1 및 제2 제어부(140,150)는, 상기 제어신호에 의해 회전된 상기 회전각의 크기를 제1 및 제2 엔코더(119,129)를 통하여 전달받고, 상기 회전각이 상기 제어신호에 포함된 회전각의 크기와 오차가 발생되는 경우, 상기 오차를 보정하는 보정신호를 제 1 및 제2 모터(112,122)로 전달하여 상기 회전각을 보정하도록 이루어질 수 있다.
또한, 제1 및 제2 모터기어(113,123)와 제1 및 제2 구동기어(114,124)의 서로 맞물리는 톱니수는 서로 다르도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1 및 제2 카메라구동부(115,125)의 회전되는 속도를 조절할 수 있다.
한편, 멀티카메라 제어장치(100)는 영상처리부(160)를 더 포함할 수 있다.
영상처리부(160)는 제어신호 발생부(130)로부터 전달받은 상기 제어신호에 따라, 상기 영상에 대한 정합을 수행하도록 이루어진다. 예를 들어, 상기 영상에 대한 정합은, 상기 영상의 중첩되는 영역을 왜곡 없이 보정하도록 이루어질 수 있다.
이하, 상기 차량주행상태에 따라 변화되는 제1 및 제2 카메라구동부(115,125)의 기하학적 관계에 대하여 도 3a 내지 도 3d를 참조하여 설명한다.
도 3a는 도 1에 도시된 제1 및 제2 카메라구동부(115,125)의 광축이 서로 평행한 상태를 나타낸 개념도이고, 도 3b는 도 1에 도시된 제1 및 제2 카메라구동부(115,125)가 서로 반대 방향으로 모두 회전되는 상태를 나타낸 개념도이며, 도 3c는 도 1에 도시된 제1 및 제2 카메라구동부(115,125) 중 제1 카메라구동부(115)가 회전되는 상태를 나타낸 개념도이고, 도 3d는 도 1에 도시된 제1 및 제2 카메라구동부(115,125) 중 제2 카메라구동부(125)가 회전되는 상태를 나타낸 개념도이다.
도 3a 내지 도 3d를 참조하면, 예를 들어, 상기 차량이 저속으로 주행하는 상태에서는 상기 시야각의 확보보다는 상기 영상으로부터 상세한 정보를 획득하는 것이 보다 유리하므로, 도 3a에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 카메라구동부(115,125)의 광축은 서로 평행하게 회전되어 상기 거리정보를 획득하도록 이루어질 수 있다. 반면, 도 3b에 도시된 바와 같이 상기 차량이 고속으로 주행하는 상태에서는 상기 거리정보보다는 상기 시야각을 확보하는 것이 보다 유리하므로, 제1 및 제2 카메라구동부(115,125)의 광축을 서로 멀어지도록 회전시킬 수 있다.
또한, 상기 차량이 좌측 또는 우측으로 조향하는 경우, 도 3c 및 도 3d에 각각 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 카메라구동부(115,125) 중 제1 카메라구동부(115) 또는 제2 카메라구동부(125)를 상기 차량의 조향방향으로 회전시켜 상기 영상의 상기 시야각을 증가시킬 수 있다.
여기서, 제1 및 제2 카메라구동부(115,125)의 기하학적 관계는 반드시 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니다.
다만, 본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정됨은 아니고, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다. 또한, 특허청구범위로부터 파악되는 본 발명의 권리범위와 비교하여 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자 수준에서 변형, 부가, 삭제, 치환 가능한 발명 등 모든 균등한 수준의 발명에 대하여는 모두 본 발명의 권리 범위에 속함은 자명하다.
100 : 멀티카메라 제어장치 110 : 제1 카메라부
120 : 제2 카메라부 130 : 제어신호 발생부
140 : 제1 제어부 150 : 제2 제어부
160 : 영상처리부

Claims (6)

  1. 차량에 회전 가능하게 장착되어, 상기 차량 주변의 영상을 획득하는 제1 및 제2 카메라부;
    상기 차량의 속도값 및 조향각을 포함하는 차량주행상태로부터, 상기 제1 및 제2 카메라부에 대한 제어신호를 생성하는 제어신호 발생부; 및
    상기 차량주행상태에 따라 상기 제어신호 발생부로부터 전달받은 상기 제어신호에 근거하여, 상기 제1 및 제2 카메라부를 각각 독립적으로 회전시키는 제1 및 제2 제어부를 포함하고,
    상기 제1 및 제2제어부는, 상기 영상의 시야각(angle of field)을 증가시키고, 상기 제1 및 제2 카메라부와 상기 영상의 중첩되는 영역 사이의 이격거리 및 각도로부터 거리정보를 획득하도록, 상기 영상의 중첩되는 영역의 크기를 조절하는 것을 특징으로 하는 멀티카메라 제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 카메라부는 각각,
    상기 제1 및 제2 제어부에 의해 정방향 또는 역방향으로 회전되는 제1 및 제2 모터;
    상기 제1 및 제2 모터의 회전축에 연결되는 제1 및 제2 모터기어;
    상기 제1 및 제2 모터기어에 연결되는 제1 및 제2 구동기어; 및
    상기 제1 및 제2 구동기어의 회전축에 연결되고, 상기 제1 및 제2 모터의 회전에 따라 회전하며 상기 영상을 획득하는 제1 및 제2 카메라구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티카메라 제어장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 카메라구동부는 각각,
    상기 제1 및 제2 구동기어의 회전축과 연결되는 제1 및 제2 몸체;
    상기 제1 및 제2 몸체에 장착되어 상기 영상을 획득하고, 상기 제1 및 제2 몸체의 회전에 따라 회전되는 제1 및 제2 렌즈부재; 및
    상기 제1 및 제2 렌즈부재의 적어도 일측을 지지하도록 배치되고, 상기 제1 및 제2 렌즈부재의 상기 일측을 지지한 상태에서, 상기 제1 및 제2 렌즈부재를 이동시키는 제1 및 제2 베이링부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티카메라 제어장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 카메라부는 각각,
    제1 및 제2 구동기어에 연결되어 상기 제1 및 제2 카메라구동부의 회전각의 크기를 측정하는 제1 및 제2 엔코더를 더 포함하고,
    상기 제1 및 제2 제어부는, 상기 제1 및 제2 엔코더로부터 상기 회전각의 크기를 전달받고, 상기 전달받은 회전각의 크기에 근거하여 상기 제1 및 제2 모터를 제어하는 것을 특징으로 하는 멀티카메라 제어장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 모터기어와 상기 제1 및 제2 구동기어의 서로 맞물리는 톱니수가 서로 다르도록 형성되는 것을 특징으로 하는 멀티카메라 제어장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어신호 발생부로부터 전달받은 상기 제어신호에 따라, 상기 영상에 대한 정합을 수행하도록 이루어지는 영상처리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티카메라 제어장치.
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