KR101898541B1 - 이동체 거리 산출 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이동체 주변의 정보를 영상으로 촬영하는 촬영부 및 상기 촬영부에 의하여 촬영된 영상의 정보를 처리하는 처리부를 포함하여 형성되되, 상기 촬영부는 복수의 카메라가 360도 전방위에 설치되어, 임의의 한 지점을 둘 이상의 카메라가 촬영하여 상기 처리부로 촬영 정보를 송신하는 이동체 거리 산출 시스템 및 이를 이용한 거리 산출 방법이다.

Description

이동체 거리 산출 시스템{Distance calculation system of moving device}

본 발명은 이동하는 물체에 탑재되는 거리 산출 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전방향의 물체와의 거리를 산출하는 이동체 거리 산출 시스템에 관한 것이다.

정해진 경로를 따라 이동하는 물체에 탑재되는 거리 산출 시스템은 장애물을 탐지할 뿐만 아니라 시스템에서 탐지한 장애물을 회피하는 구성을 포함한 시스템까지 발전이 이루어졌다. 특히, 자동차의 경우에는 운전자가 확인하지 못한 장애물을 스스로 탐지하고 페달 작동 여부에 관계없이 자동차가 정지하는 시스템을 비롯하여, 최근에는 상기한 시스템을 바탕으로 자율주행 자동차까지 상용화되었고, 무인비행을 하는 항공기에서도 필요한 시스템이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래에 장애물을 탐지하는 시스템은 스테레오 카메라를 장애물 탐지 센서 중 하나로 사용하였다. 스테레오 카메라는 2대의 카메라를 사용해 얻어진 입체영상으로 거리를 판단하게 된다. 이는 사람의 두 눈이 인지하는 시각 정보를 통하여 거리감을 파악하는 것과 같은 원리로 볼 수 있다. 인체의 두 눈을 통하여 얻어진 시각 정보가 뇌로 전달되고, 뇌는 두 개의 정보를 융합함으로써 3차원적인 원근감을 인지하게 된다. 스테레오 카메라 또한 이와 마찬가지로 2대의 카메라를 통하여 얻어진 복수의 영상 정보를 통하여 별도의 처리부에서 정보를 재처리함으로써 거리를 탐지하게 된다.

그러나 스테레오 카메라를 통한 장애물 탐지 시스템은 단방향이 아닌 비교적 넓은 탐지 구역을 설정하는 데 있어서 제한적이거나 비효율적이라는 문제점을 야기하게 된다. 두 개의 카메라가 하나의 개체를 이루는 스테레오 카메라는 하나의 개체마다 처리부를 각각 구성해야만 한다.

또한 스테레오 카메라는 두 카메라에서 촬영한 중첩되지 않는 영역에 대해서는 장애물에 대한 거리를 계산할 수 없다. 두 개의 카메라가 촬영한 중첩된 수평 영역은 하나의 카메라에서 촬영할 수 있는 수평 영역보다 좁기 때문에 전방향을 탐지하여 장애물의 거리를 측정하기 위해서는 추가적인 스테레오 카메라의 장착이 필요할 수도 있다. 또한, 처리부에서는 스테레오 카메라의 중첩되지 않은 영역에 대한 선처리도 수행하여야 하기 때문에 처리부의 처리용량에 영향을 줄 수도 있어 불필요한 처리연산에 따른 처리부 성능의 증가가 필요할 수 있다.

국내공개특허공보 제10-2010-0112853호 ("3차원 거리 인식장치")

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 광범위한 구역의 장애물을 탐지할 시에 불필요한 데이터 처리를 최소화하는 이동체 거리 산출 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명은 동일 평면상에 방사형으로 설치되는 복수의 카메라(110)를 포함하고, 상기 복수의 카메라(110)는 전 방향에 대하여 상기 복수의 카메라(110) 중 인접하는 카메라들이 촬영하는 구역이 중첩되게 형성되어, 이동체 주변의 정보를 촬영하는 촬영부(100) 및 상기 촬영부(100)에 의하여 촬영된 영상의 정보를 처리하는 처리부(200)를 포함하되, 상기 촬영부(100)는 임의의 한 지점을 동일 평면상에 방사형으로 설치된 상기 복수의 카메라(110) 중 인접하는 어느 둘 이상의 카메라가 촬영한 촬영 정보를 상기 처리부(200)로 송신하며, 상기 처리부(200)는 동일 평면상에 방사형으로 설치된 상기 복수의 카메라(110) 중 상기 인접하는 카메라들이 촬영한 촬영정보를 통해 상기 이동체와 상기 임의의 한 지점과의 거리정보를 연산하는 것을 특징으로 한다.

상기 촬영부는 임의의 한 지점을 두 개의 카메라가 촬영하여 상기 처리부로 촬영 정보를 송신한다.

상기 처리부는 상기 촬영부의 영상 정보를 바탕으로 이동체와 상기 물체와의 거리정보를 연산하여 출력한다.

상기 처리부는 상기 촬영부의 복수의 카메라에서 수신한 영상 정보에 탐지된 물체의 상의 크기 및 각도 차이 값을 이용하여 상기 촬영부 및 물체 간의 거리를 측정한다.

이동체 거리 산출 시스템을 이용하는 거리 산출 방법에 있어서, 상기 촬영부가 이동체의 주변을 촬영하는 촬영 단계 및 상기 촬영 단계에서 획득한 영상 정보를 바탕으로 상기 이동체와 물체 간의 거리를 산출하는 거리 산출 단계를 포함하여 이루어진다.

상기 거리 산출 단계에서 처리하는 상기 영상 정보는 상기 이동체와 물체 간의 각도 정보인 것을 특징한다.

본 발명을 탑재함으로 인하여 상기 카메라가 중첩되어 촬영하는 구역이 360도 모든 방향에 형성되어, 이동체 주변의 어떤 지점에서든지 장애물 탐지가 가능하다.

또한 같은 시야각을 갖는 카메라를 사용할 시에, 종래보다 더 적은 카메라로 전 방향 탐지가 가능하여 경제적인 비용절감 효과를 가져올 수 있다.

도 1은 종래에 사용된 스테레오 카메라를 이용한 이동체 거리 산출 시스템의 촬영범위를 도시한 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 촬영부 및 처리부의 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 이동체 거리 산출 시스템의 촬영 범위를 도시한 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 이동체 거리 산출 시스템을 이용하여 주변의 물체와 이동체와의 거리를 산출하는 방법을 도시한 예시도이다.

이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 종래에 사용된 스테레오 카메라(10)를 이용한 장애물 탐지 시스템의 촬영범위를 도시한 예시도이다. 상기 스테레오 카메라(10)를 배치하는 방식에는 평행식과 직교식으로 구분할 수 있고, 반사율이 약 50%정도 되는 코팅 유리를 이용한 광선분리기가 형성되어 있지 않는 경우에는 도 1에 도시된 바와 같이 평행식으로 배치하게 된다. 두 개의 카메라가 촬영하는 중첩된 구역(a)를 촬영함으로써 형성된 정보를 통하여 거리를 탐지하게 된다. 이 경우 두 카메라에서 촬영한 영역 중 중첩된 구역(a)를 제외한 나머지 구역에 대해서는 거리를 탐지할 수 없다.

상기한 종래 시스템으로 360도 전 방향의 장애물을 탐지하는 시스템을 구축하려면, 두 개의 카메라가 중첩하여 촬영되는 구역이 360도 전 방향을 모두 포함하여야 한다. 즉 두 카메라가 촬영하는 영역 중 중첩된 구역(a)만에 대한 거리를 탐지하기 때문에 한 대의 카메라가 촬영할 수 있는 영역보다 적은 영역에 대한 거리 탐지가 가능하다. 이 결과 전방위에 대한 거리 측정을 위해 카메라를 배치할 경우 한 대의 카메라가 촬영할 수 있는 영역을 기준으로 배치하는 것이 아니라 두 대의 카메라가 중첩하여 촬영할 수 있는 중첩된 구역(a)를 기준으로 배치하여야 하기 때문에 추가적인 스테레오 카메라가 요구 될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 촬영부 및 처리부의 예시도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 다수의 카메라로 형성된 촬영부(100)가 촬영하는 정보를 하나의 처리부(200)에서 장애물을 탐지하고 거리 정보를 연산하는 구조를 취한다. 상기 촬영부(100)가 촬영하는 구역은 하나의 카메라가 촬영할 수 있는 영역을 기준으로 360도 전 방향을 촬영할 수 있도록 카메라를 배치하여 촬영함과 동시에, 어떤 임의의 한 점에서 탐지되는 장애물은 반드시 두 대의 카메라(110)가 중복 촬영한다. 상기 도 1에서 설명한 상기 스테레오 카메라(10)와 마찬가지로 상기 복수의 카메라(110)가 촬영하는 복수의 영상 정보를 통하여 상기 처리부(200)에서 장애물을 탐지 및 거리를 연산하기 위함이다.

도 2는 상기 카메라(110) 하나의 촬영 범위가 90도일 경우, 상기 카메라(110)를 같은 간격으로 8개를 배치하여 360도 전 방향을 촬영하는 예시도로써, 상기 카메라(110)가 촬영하는 각도의 제원에 따라 상기 카메라(110)의 개수 및 배치는 다른 양태로 형성될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 이동체 장애물 탐지 시스템의 촬영 범위를 도시한 예시도이다. 이는 도 2에 도시한 상기 카메라(110)의 개수가 8개로 배치되고, 각각의 촬영구역 제원은 90도일 경우를 나타내었다. 이와 같은 제원을 가진 상기 카메라(110)로 도 2와 같이 배치하게 되는 경우, 상기 카메라(110)는 등간격으로 배치되어 이중으로 중첩되어 촬영하게 되는 구역이 45도씩 총 8구간이 형성된다. 또한 중첩되어 촬영되는 구역이 360도 모든 방향에 형성이 되기 때문에, 장애물이 형성되는 어떤 지점에서든지 촬영하고 탐지가 가능한 구조이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, (b)와 (c)구역은 임의의 제1카메라(111)가 촬영하는 구역에 해당한다. 그러나 (b)구역은 상기 제1카메라(111)의 좌측에 인접한 제2카메라(112)가 촬영하여 장애물을 탐지하게 되고, (c)구역은 상기 제1카메라(111)의 우측에 인접한 제3카메라(113)가 촬영함으로써 장애물을 탐지하게 된다. 이러한 방식으로 두 대의 카메라가 중첩되어 촬영하는 구역을 360도 전 방향에 형성되도록 배치하여 상기 시스템의 주변 장애물을 탐지하게 된다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 이동체 장애물 탐지 시스템의 예시도이다. 도 2 및 도 3에서 도시하여 설명한 시스템을 바탕으로 장애물의 위치 및 거리를 탐지한 후, 회피여부를 판단하여 경로를 변경하는 구성을 더 포함한 양태로 형성된다. 우선 일차적으로 상기 복수의 카메라(110)로 형성되는 상기 촬영부(100)에서 촬영한 영상 정보를 상기 처리부(200)로 송신하게 된다.

상기 처리부(200)는 상기 촬영부(100)가 촬영한 영상 정보에 장애물이 탐지 되었는지 탐지 여부를 판단하는 장애물 탐지부(210)과 장애물의 방향 및 거리를 판단하는 위치 판단부(220)로 형성된다. 상기 위치 판단부(220)에서 장애물과 이동체의 거리를 판단할 시에는 기본적으로 수신한 영상 정보에서 탐지되는 장애물의 상 크기와 각도 차이 값을 통하여 판단하게 된다. 영상 정보에서 촬영된 장애물의 크기가 커질수록 이동체와 장애물 사이에 형성된 거리가 가깝다고 판단하는 것과 두 대의 상기 카메라(110)가 인지하는 장애물의 형상을 기반으로 한 각도 차이값을 이용하게 되는데, 이는 사람의 두 눈이 피사체의 거리를 판단하는 양안시차(binocular parallax)와 같은 원리이다.

상기 처리부(200)를 통하여 장애물을 탐지하고 위치를 판단한 후, 제어부(300)로 장애물에 대한 위치 연산 정보를 전달한다. 상기 제어부(300)에서는 수신한 정보를 바탕으로 현재 이동체의 속도 및 진행 방향을 고려하여 진행 경로를 유지 및 변경하는 명령을 각각의 구동 제어부로 전달하게 된다. 상기 제어부(300)의 기능으로 인하여 무인으로 운영되는 이동체에도 본 발명의 탑재가 가능하다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 이동체 장애물 탐지 시스템을 이용하여 주변의 장애물을 탐지하여 회피하는 방법을 도시한 예시도이다. 먼저 상기 복수의 카메라(110)가 전 방향에 배치된 상기 촬영부(100)가 상시로 이동체 주변을 촬영하는 촬영 단계(S100)롤 실시한다. 이 때, 이동체 주변의 임의의 한 지점을 항상 두 대의 상기 카메라(110)가 촬영하게 된다.

상기 촬영단계(S100)를 수행하여 얻어지는 영상 정보를 통하여 상기 처리부(200)는 이동체 주변의 물체와 상기 촬영부(100)간의 거리를 산출하는 거리 산출 단계(S200)를 수행한다.

상기 거리 산출단계(S200)에서 거리 산출 방법은 상기 촬영단계(S100)에서 얻어지는 영상 정보 중 물체와 이동체와의 각도 정보를 활용하여 거리를 산출하게 되는 방법을 사용할 수 있다.

상기한 시스템과 이를 이용한 거리 산출 방법을 통하여 무인기 또는 자율주행차와 같은 다양한 분야에서 활용이 가능하다. 구체적으로, 별도의 제어 없이 이동함에 있어서 주변의 장애물을 스스로 탐지하여 각도 및 거리를 산출하고 회피여부를 결정하여 상기 이동체와 장애물과의 충돌을 방지할 수 있다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

10 : 종래 스테레오 카메라 촬영부
20 : 종래 스테레오 카메라 처리부
100 : 촬영부 110 : 카메라
111 : 제1카메라 112 : 제2카메라
113 : 제3카메라
200 : 처리부
1000 : 이동체 장애물 탐지 시스템
S100 : 촬영 단계 S200 : 거리 산출 단계
a : 종래 스테레오 카메라 시스템의 중첩 촬영 구역
b : 제1카메라와 제2카메라의 중첩 촬영 구역
c : 제1카메라와 제3카메라의 중첩 촬영 구역

Claims (6)

1. 동일 평면상에 방사형으로 설치되는 복수의 카메라(110)를 포함하고, 상기 복수의 카메라(110)는 전 방향에 대하여 상기 복수의 카메라(110) 중 인접하는 카메라들이 촬영하는 구역이 중첩되게 형성되어, 이동체 주변의 정보를 촬영하는 촬영부(100); 및
   상기 촬영부(100)에 의하여 촬영된 영상의 정보를 처리하는 처리부(200);
   를 포함하되,
   상기 촬영부(100)는
   임의의 한 지점을 동일 평면상에 방사형으로 설치된 상기 복수의 카메라(110) 중 인접하는 어느 둘 이상의 카메라가 촬영한 촬영 정보를 상기 처리부(200)로 송신하며,
   상기 처리부(200)는
   동일 평면상에 방사형으로 설치된 상기 복수의 카메라(110) 중 상기 인접하는 카메라들이 촬영한 촬영정보를 통해 상기 이동체와 상기 임의의 한 지점과의 거리정보를 연산하는 것을 특징으로 하는 이동체 거리 산출 시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 촬영부(100)는
   임의의 한 지점을 두 개의 카메라가 촬영하여 상기 처리부(200)로 촬영 정보를 송신하는 이동체 거리 산출 시스템.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 처리부(200)는
   상기 촬영부(100)의 영상 정보를 바탕으로 이동체와 상기 임의의 한 지점과의 거리정보를 연산하여 출력하는 것을 특징으로 하는 이동체 거리 산출 시스템.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 처리부(200)는
   상기 촬영부(100)의 복수의 카메라(110)에서 수신한 영상 정보에 탐지된 장애물의 상의 크기 및 각도 차이 값을 이용하여 상기 촬영부(100) 및 장애물 간의 거리를 측정하는 이동체 거리 산출 시스템.
   
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 이동체 거리 산출 시스템을 이용하는 거리 산출 방법에 있어서,
   상기 촬영부(100)가 이동체의 주변을 촬영하는 촬영 단계(S100); 및
   상기 촬영 단계(S100)에서 획득한 영상 정보를 바탕으로 상기 이동체와 물체 간의 거리를 산출하는 거리 산출 단계(S200);
   를 포함하여 이루어지는 이동체 거리 산출 방법.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 거리 산출 단계(S200)에서 처리하는 상기 영상 정보는
   상기 이동체와 물체 간의 각도 정보인 것을 특징으로 하는 이동체 거리 산출 방법.

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