KR101724440B1

KR101724440B1 - 위치 계측 장치

Info

Publication number: KR101724440B1
Application number: KR1020150117905A
Authority: KR
Inventors: 김성한; 강태선; 이정태; 표진휘
Original assignee: 삼성중공업(주)
Priority date: 2015-08-21
Filing date: 2015-08-21
Publication date: 2017-04-07
Also published as: KR20170022642A

Abstract

본 발명은 위치 계측 장치에 관한 것으로, 본 실시 예에 따른 위치 계측 장치는 작업자가 착용할 수 있는 안전모에 부착된 복수의 타겟; 안전모의 외부에 구비되고, 복수의 타겟을 인식하여 안전모에 설치된 영상 촬영 장치의 위치 및 자세를 산출하는 센서부; 및 센서부가 복수의 타겟을 추종하도록 센서부를 구동하는 추종부를 포함한다. 본 실시 예에 의하면 작업자가 착용한 안전모에 설치된 영상 촬영 장치의 위치 및 자세를 정확하게 측정하여 고품질의 증강 영상을 구현할 수 있다.

Description

위치 계측 장치{APPARATUS FOR MEASURING POSITION}

본 발명은 위치 계측 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 작업자가 착용한 안전모를 추종하면서 안전모에 설치된 영상 촬영 장치의 위치 및 자세를 정확하게 계측하기 위한 위치 계측 장치에 관한 것이다.

조선소의 건조 작업시 작업에 도움을 줄 수 있는 정보를 작업자에게 증강 현실을 통해 제공하는 기술이 연구 중에 있다. 이와 같은 증강 현실을 정확하게 구현하기 위해서는 증강 현실 영상을 생성하는 모바일 장비의 정확한 위치 및 자세 정보를 알아야 한다. 증강 현실 기술을 이용하여 대형 구조물의 실제 촬영 이미지에 구조물 3D 모델을 중첩시키기 위해서는, 구조물을 촬영하는 카메라의 위치와 자세를 정확하게 계산할 수 있어야 한다.

현재 모바일 장비의 위치 정보를 측정하는 기술로 GPS(Global Positioning System) 모듈이 알려져 있으나, GPS 모듈은 측정 오차가 수미터 이상으로 크기 때문에 증강 현실의 구현과 같이 정밀한 위치 측정이 요구되는 경우에는 활용되기 어렵다. 또한 GPS 모듈의 경우 밀폐 공간 내에서는 모바일 장비의 위치를 측정하지 못하거나, 위치를 측정할 수 있다 하더라도 오차가 커지는 문제점을 갖는다. 모바일 장비의 방향 정보는 IMU 센서와 같은 관성 센서를 이용하는 방식이 활용될 수 있으나, IMU 센서를 이용한 방향 측정 방식은 누적 오차로 인하여 정확성이 담보되지 않는다는 단점이 있다.

본 발명은 작업자의 안전모에 설치된 영상 촬영 장치의 위치 및 자세를 정확하게 측정하여 고품질의 증강 영상을 구현할 수 있는 위치 계측 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 위치 계측 장치는 작업자가 착용할 수 있는 안전모에 부착된 복수의 타겟; 상기 안전모의 외부에 구비되고, 상기 복수의 타겟을 인식하여 상기 안전모에 설치된 영상 촬영 장치의 위치 및 자세를 산출하는 센서부; 및 상기 센서부가 상기 복수의 타겟을 추종하도록 상기 센서부를 구동하는 추종부를 포함한다.

상기 위치 계측 장치는 상기 영상 촬영 장치의 위치 및 자세를 기반으로, 상기 영상 촬영 장치에 의해 촬영된 영상에 작업 정보를 증강하는 증강부를 더 포함할 수 있다.

상기 복수의 타겟은 상기 안전모의 상부 측에 설치되는 적어도 3개 이상의 타겟을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 의하면 작업자의 안전모에 설치된 영상 촬영 장치의 위치 및 자세를 정확하게 측정하여 고품질의 증강 영상을 구현할 수 있다.

본 발명의 효과는 상술한 효과들로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 위치 계측 장치(100)를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 위치 계측 장치(100)를 구성하는 센서부(180)의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 위치 계측 장치(100)를 구성하는 안전모(120)에 설치된 영상 촬영 장치(140)의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 위치 계측 장치(100)를 구성하는 휴대형 단말(200)의 구성도이다.

본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술하는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 공지된 구성에 대한 일반적인 설명은 본 발명의 요지를 흐리지 않기 위해 생략될 수 있다. 본 발명의 도면에서 동일하거나 상응하는 구성에 대하여는 가급적 동일한 도면부호가 사용된다. 본 발명의 이해를 돕기 위하여, 도면에서 일부 구성은 다소 과장되거나 축소되어 도시될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다", "가지다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서 전체에서 사용되는 '~부'는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위로서, 예를 들어 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미할 수 있다. 그렇지만 '~부'가 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다.

일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함할 수 있다. 구성요소와 '~부'에서 제공하는 기능은 복수의 구성요소 및 '~부'들에 의해 분리되어 수행될 수도 있고, 다른 추가적인 구성요소와 통합될 수도 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 위치 계측 장치는 작업자가 착용할 수 있는 안전모에 복수의 타겟을 설치하고, 안전모에 설치된 복수의 타겟을 추종하면서 안전모에 설치되어 있는 영상 촬영 장치의 위치 및 자세를 산출한다. 본 실시 예에 의하면 작업자가 착용한 안전모에 설치된 영상 촬영 장치의 위치 및 자세를 정확하게 측정하여 고품질의 증강 영상을 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 위치 계측 장치(100)를 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 위치 계측 장치(100)는 작업자가 착용할 수 있는 안전모(120)에 부착된 복수의 타겟(160); 및 안전모(120)의 외부에 구비되고, 복수의 타겟(160)을 인식하여 안전모(120)에 설치된 영상 촬영 장치(140)의 위치 및 자세를 산출하는 센서부(180)를 포함한다. 작업자의 이동 혹은 머리 회전시 타겟(160)의 검출 확률을 높이고, 복수의 타겟(160)의 기하학적 특성을 이용하여 작업자 위치 산출의 신뢰성을 높이기 위해, 적어도 3개의 타겟(160)이 안전모(120)에 부착될 수 있다.

타겟(160)의 3차원 정보를 정확하게 측정하기 위해, 서로 다른 위치에 2개의 센서부(180)가 제공될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 위치 계측 장치(100)를 구성하는 센서부(180)의 구성도이다. 도 2를 참조하면, 센서부(180)는 영상 촬영부(181), 메모리(182), 추종부(183), 통신부(184), 추종부(183)의 부정확한 각도 정보를 보완하기 위한 IMU 센서(186) 및 센서부(180)의 각종 기능을 제어하는 제어부(185)를 포함한다.

영상 촬영부(181)는 복수의 타겟(160)에 대해 영상을 촬영한다. 센서부(180)의 영상 촬영부(181)는 타겟(160)의 3차원 정보를 측정하는 스테레오 카메라로 제공될 수 있다. 메모리(182)는 영상 촬영부(181)과 복수의 타겟(160)을 추종하면서 영상을 촬영하도록 하는 프로그램, 영상 촬영부(181)에 의해 촬영된 영상을 저장한다.

추종부(183)는 영상 촬영부(181)가 복수의 타겟(160)을 추종하도록 영상 촬영부(181)를 구동한다. 추종부(183)는 영상에서 타겟들을 추출하고, 해당 객체의 영상 내의 픽셀 정보, 타겟들의 움직임 정보를 이용하여 타겟들의 객체가 영상에서 이탈하지 않도록 영상 촬영부(181)를 구동한다. 추종부(183)는 센서부(180)의 휴대성을 확보하기 위하여 소형의 구동부로 구성될 수 있다. 일 실시 예로, 추종부(183)는 팬틸트(pan/tilt) 구동 장치로 제공될 수 있다.

추종부(183)에 의해 변화되는 영상 촬영부(181)의 촬영 방향 정보는 영상촬영부(181)에 설치된 IMU 센서(186)에 의해 실시간으로 측정된다. 영상 촬영부(181)의 촬영 방향 정보는 추종부(183)의 회동 각도 등에 기초하여 측정될 수 있다. 영상 촬영부(181)에 의해 촬영된 영상 프레임들과, 각 영상 프레임에 대응하는 촬영 방향 정보는 영상 촬영 장치(140)의 위치 및 자세를 측정하는데 활용된다.

통신부(184)는 영상 촬영부(181)에 의해 촬영된 영상과, 영상 촬영부(181)의 촬영 자세 정보를 휴대형 단말로 전송한다. 두 개의 영상 촬영부(181)의 영상과, IMU 센서(186)에 의해 획득된 영상 촬영부(181)의 자세 정보를 활용하여, 영상에서 작업자의 안전모(120)에 구비된 타겟(160)의 정보로부터 영상 촬영 장치(140)의 위치와 자세 정보를 휴대형 단말(200)에서 산출할 수 있다. 영상 촬영 장치(140)에 의해 촬영된 영상과 영상 촬영 장치(140)에 설치된 IMU 센서(도 3의 도면부호 147)에 의해 획득된 영상 촬영 장치(140)의 방향 정보가 작업자의 휴대형 단말(200)로 전송되면, 전송된 영상에 작업 정보가 증강되어 디스플레이된다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 위치 계측 장치(100)를 구성하는 안전모(120)에 설치된 영상 촬영 장치(140)의 구성도이다. 도 3을 참조하면, 영상 촬영 장치(140)는 영상 촬영부(141), 추종부(142), 측정부(143), 메모리(144), 통신부(145), 추종부(142)의 부정확한 방향 정보를 보완하기 위한 IMU 센서(147) 및 영상 촬영 장치(140)의 기능을 제어하는 제어부(146)를 포함한다.

영상 촬영부(141)는 작업 대상인 구조물(도시 생략)에 대해 영상을 촬영한다. 추종부(142)는 작업자가 촬영하고자 하는 구조물을 입력시 해당 구조물을 추종하도록 영상 촬영 장치(140)를 구동하기 위해 제공된다. 추종부(142)는 영상에서 구조물의 객체를 추출하고, 해당 객체의 영상 내의 픽셀 정보, 객체의 움직임 정보를 이용하여 구조물의 객체가 영상에서 이탈하지 않도록 영상 촬영부(141)를 구동한다. 특정한 객체에 대한 영상을 촬영하는 대신, 작업자가 현재 바라보고 있는 객체에 대하여 영상을 촬영할 필요가 있는 경우에는 객체의 추적을 위한 추종부(142)는 생략될 수도 있다.

측정부(143)는 센서부(180)로부터 제공된 정보(센서부의 영상 촬영부에 의해 촬영된 영상, 센서부의 영상 촬영부의 촬영 자세, 영상 내의 타겟들의 픽셀 정보 등)와, IMU 센서(147)의 측정값을 이용하여 작업자가 착용한 안전모(120)에 설치된 영상 촬영 장치(140)의 위치 및 자세를 측정한다. 영상 촬영 장치(140)의 위치 및 자세를 측정하는 측정부(143)는 휴대형 단말(200)에 제공될 수도 있다.

메모리(144)는 작업자의 위치 및 자세를 측정하고, 영상을 증강하기 위한 일련의 프로그램과, 영상 촬영부(141)에 의해 획득된 영상을 저장한다. 통신부(145)는 센서부(180)로부터 정보를 제공받기 위해 제공된다.

IMU 센서(147)는 안전모(120)에 부착되어 있는 영상 촬영부(141)의 자세를 측정하기 위하여 안전모(120)에 구비될 수 있다. 영상 촬영 장치(140)에 설치된 IMU 센서(147)에 의해 획득된 영상 촬영 장치(140)의 방향 정보가 작업자의 휴대형 단말(200)로 전송되면, 센서부(180)의 영상 정보를 통해 산출한 안전모(120)의 영상 촬영 장치(140)의 위치와 안전모(120)의 영상 촬영 장치(140)에 대한 IMU 센서(147)의 측정 정보가 융합되어, 영상 촬영 장치(140)로부터 전송된 영상에 작업 정보가 증강되며, 증강된 영상이 휴대형 단말(200)을 통해 디스플레이된다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 위치 계측 장치(100)를 구성하는 휴대형 단말(200)의 구성도이다. 도 4를 참조하면, 휴대형 단말(200)은 사용자 인터페이스부(210), 메모리(220), 통신부(230), 위치 및 자세 측정부(240), 증강부(250), 디스플레이부(260) 및 제어부(270)를 포함한다.

사용자 인터페이스부(210)는 구조물에 대한 증강 영상을 디스플레이하는 명령을 입력하기 위해 제공된다. 메모리(220)는 증강 영상을 생성하고 디스플레이하기 위한 일련의 프로그램과, 영상 정보를 저장한다. 통신부(230)는 센서부(180) 또는 영상 촬영 장치(140)로부터 데이터를 전송받기 위해 제공된다.

위치 및 자세 측정부(240)는 센서부(180)에서 촬영한 영상, 센서부(180)의 촬영 자세 정보를 기반으로 영상 촬영 장치(140)의 위치 및 자세를 측정한다. 증강부(250)는 영상 촬영 장치(140)의 위치 및 자세를 기반으로, 영상 촬영 장치(140)에 의해 촬영된 영상에 작업 정보를 증강한다.

증강부(250)는 영상 촬영 장치(140)의 위치 및 자세를 기반으로, 영상 촬영 장치(140)에 의해 촬영된 영상에 작업 정보를 증강하여 증강 영상을 생성한다. 작업 정보는 구조물의 자재 정보, 작업 순서 정보, 구조물 주변 환경 정보 등을 포함할 수 있다. 증강부(250)에 의해 생성된 증강 영상은 디스플레이부(260)를 통해 표시된다.

본 실시 예에 의하면 작업자가 착용한 안전모에 타겟을 부착하고, 외부의 센서부에서 타겟을 트랙킹하여 안전모에 설치된 영상 촬영 장치의 위치 및 방향을 산출토록 하여, 설치하기 용이하고 저렴하게 위치 계측 시스템을 구성할 수 있으며, 외부에 장착한 센서부(180)의 커버 영역 내에서 영상 촬영 장치(140)의 위치 및 자세를 정확하게 측정하여 보다 신뢰성 있는 증강 현실을 구현할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따라 작업자의 안전모에 설치된 영상 촬영 장치의 위치 및 자세를 측정하는 방법은 안전모의 외부에 구비된 센서부에 의하여 안전모에 부착된 복수의 타겟을 인식하여, 안전모에 설치된 영상 촬영 장치의 위치 및 자세를 산출하는 단계와, 센서부가 복수의 타겟을 추종하도록 센서부를 구동하는 단계와, 영상 촬영 장치의 위치 및 자세를 기반으로, 영상 촬영 장치에 의해 촬영된 영상에 작업 정보를 증강하여 증강 영상을 생성하는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시 예에 따른 방법은 예를 들어 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 SRAM(Static RAM), DRAM(Dynamic RAM), SDRAM(Synchronous DRAM) 등과 같은 휘발성 메모리, ROM(Read Only Memory), PROM(Programmable ROM), EPROM(Electrically Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable and Programmable ROM), 플래시 메모리 장치, PRAM(Phase-change RAM), MRAM(Magnetic RAM), RRAM(Resistive RAM), FRAM(Ferroelectric RAM)과 같은 불휘발성 메모리, 플로피 디스크, 하드 디스크 또는 광학적 판독 매체 예를 들어 시디롬, 디브이디 등과 같은 형태의 저장매체일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.

이상의 실시 예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시 예들도 본 발명의 범위에 속하는 것임을 이해하여야 한다. 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 문언적 기재 그 자체로 한정되는 것이 아니라 실질적으로는 기술적 가치가 균등한 범주의 발명에 대하여까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.

100: 위치 계측 장치 120: 안전모
140: 영상 촬영 장치 141: 영상 촬영부
142: 추종부 143: 측정부
144: 메모리 145: 통신부
146: 제어부 160: 타겟
180: 센서부 181: 영상 촬영부
182: 메모리 183: 추종부
184: 통신부 185: 제어부
210: 사용자 인터페이스부 220: 메모리
230: 통신부 240: 위치 및 자세 측정부
250: 증강부 260: 디스플레이부
270: 제어부

Claims

작업자가 착용할 수 있는 안전모에 부착된 복수의 타겟;
상기 안전모의 외부에 구비되고, 상기 복수의 타겟을 인식하여 상기 안전모에 설치된 영상 촬영 장치의 위치 및 자세를 산출하는 센서부; 및
상기 센서부가 상기 복수의 타겟을 추종하도록, 상기 복수의 타겟의 움직임에 따라 상기 센서부의 방향이 조절되도록 상기 센서부를 구동하는 추종부를 포함하는 위치 계측 장치.
제1 항에 있어서,
상기 영상 촬영 장치의 위치 및 자세를 기반으로, 상기 영상 촬영 장치에 의해 촬영된 영상에 작업 정보를 증강하는 증강부를 더 포함하는 위치 계측 장치.
제1 항에 있어서,
상기 센서부는,
상기 복수의 타겟에 대해 영상을 촬영하는 영상 촬영부; 및
상기 영상 촬영부의 촬영 자세 정보를 측정하는 촬영자세 측정부를 포함하는 위치 계측 장치.
제1 항에 있어서,
상기 복수의 타겟은 상기 안전모의 상부 측에 설치되는 적어도 3개 이상의 타겟을 포함하는 위치 계측 장치.