KR101923599B1 - 이동체의 실내 위치 인식 시스템 및 방법 - Google Patents

이동체의 실내 위치 인식 시스템 및 방법 Download PDF

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KR101923599B1 KR1020170130067A KR20170130067A KR101923599B1 KR 101923599 B1 KR101923599 B1 KR 101923599B1 KR 1020170130067 A KR1020170130067 A KR 1020170130067A KR 20170130067 A KR20170130067 A KR 20170130067A KR 101923599 B1 KR101923599 B1 KR 101923599B1
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최영재
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Abstract

이동체의 실내 위치 인식 시스템 및 방법이 개시된다. 인식 장치는, 수광 특성이 각각 상이하게 지정된 복수의 조도 모듈을 구비하되, 각 조도 모듈은 하나 이상의 조명 기구에서 편광되어 조사되는 빛을 미리 지정된 수광 특성에 따라 수광하여 조도값을 측정하는 조도 유닛; 및 각 조도 모듈에서 측정된 조도값과 미리 규정된 선편광 현상 규칙을 이용하여 상기 조도 유닛에 수광된 빛을 조사한 하나 이상의 조명 기구의 광원 편광축 각도값을 산출하는 해석부를 포함한다.

Description

이동체의 실내 위치 인식 시스템 및 방법{System and method for perceiving indoor position of moving object}
본 발명은 이동체의 실내 위치 인식 시스템 및 방법에 관한 것이다.
위치 기반 서비스(LBS, Location Based Service)는 위치 측위 기술을 이용하여 사용자의 위치를 파악하고, 이 파악한 결과에 기초하여 각종 정보 또는 서비스를 제공하는 것이다.
위치 기반 서비스는 실외 측위 시스템(outdoor localization system)을 중심으로 연구되고 있으며, 최근 들어 실내 측위에 관한 관심 및 필요성이 점차 증대되고 있다.
실내 측위와 관련하여, 한국공개특허 제2009-0090540호(음영 지역에서 위치 기반 서비스를 제공하는 방법과 그를 위한 시스템, 조명기구 및 이동통신 단말기)는 조명 기구가 기저장된 위치 정보를 조합하여 FSK(Frequency Shift Keying) 등으로 변조되거나 부호확산 코드로 조합된 ID 정보를 생성하고, 생성한 ID 정보를 조명 모듈을 통해 미리 지정된 주기로 송출하는 발명을 개시하고 있다.
ID 정보 수신 모듈이 장착된 이동 통신 단말기는 실내에 설치된 조명 기구들로부터 ID 정보가 수신되면, 수신된 ID 정보를 서비스 제공 서버로 전송하고, 서비스 제공 서버로부터 맵 정보 등의 위치 기반 정보를 제공받아 디스플레이하도록 동작된다.
그러나 한국공개특허 제2009-0090540호는 사용자에게 맵 정보 등을 제공할 수 있도록 하기 위해, 조명기구에 ID 정보 생성기와 ID 정보를 송출하는 조명 모듈이 구비되어야 하기 때문에 조명기구가 고가화되는 문제점이 있었다.
또한 이동 통신 단말기에도 ID 정보 수신 모듈이 추가적으로 구비되어야 하며, 수신된 ID 정보는 이동 통신 단말기의 위치 인식을 위해 서비스 제공 서버로 전달되어 분석되어야 하며, 서비스 제공 서버에 의해 인식된 이동 통신 단말기의 위치 정보도 부정확한 문제점도 있었다.
한국공개특허 제2009-0090540호(음영 지역에서 위치 기반 서비스를 제공하는 방법과 그를 위한 시스템, 조명기구 및 이동통신 단말기)
본 발명은 조명 기구로부터 조사되는 편광된 빛을 이동체가 수광하는 것만으로도 이동체의 위치, 이동 방향 및 자세가 효과적으로 인식될 수 있는 이동체의 실내 위치 인식 시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 실내에 위치한 이동체의 이동 방향, 위치 및 자세(예를 들어, XYZ축으로 구성된 공간좌표계의 3차원 공간상에서의 회전각)의 인식을 통해 실내 위치 기반 서비스 등 다양한 부가 서비스를 제공할 수 있는 이동체의 실내 위치 인식 시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 인식 장치를 포함하는 실내 위치 인식 시스템에 있어서, 상기 인식 장치는, 수광 특성이 각각 상이하게 지정된 복수의 조도 모듈을 구비하되, 각 조도 모듈은 하나 이상의 조명 기구에서 편광되어 조사되는 빛을 미리 지정된 수광 특성에 따라 수광하여 조도값을 측정하는 조도 유닛; 및 각 조도 모듈에서 측정된 조도값과 미리 규정된 선편광 현상 규칙을 이용하여 상기 조도 유닛에 수광된 빛을 조사한 하나 이상의 조명 기구의 광원 편광축 각도값(θ1)을 산출하는 해석부를 포함하되, 실내 공간에 설치되는 복수의 조명 기구는, 중첩 조명 기구간에 유일 점등 시간 구간을 가지도록 설정되고, 편광된 빛을 조사하기 위한 광원 편광축 각도값(θ1)이 각각 상이하게 지정되는 것을 특징으로 하는 실내 위치 인식 시스템이 제공된다.
상기 산출된 광원 편광축 각도값(θ1)은 미리 지정된 매칭 맵 정보를 이용하여 실내 공간 내의 상기 인식 장치의 위치 정보로 매핑 처리될 수 있다.
상기 조도 유닛은, 조명 기구로부터 직선 편광되어 조사된 빛을 수광하여 비편광 조도값(Y1)을 산출하는 비편광 조도 모듈; 및 미리 지정된 모듈 편광축 각도값(θ2)을 가지는 모듈 편광부가 구비되고, 조명 기구에서 편광되어 조사된 빛을 상기 모듈 편광부를 통해 수광하여 편광 조도값(Y2)을 산출하는 편광 조도 모듈을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 해석부는 상기 비편광 조도값(Y1)과 상기 편광 조도값(Y2) 사이의 관계에 대해 미리 규정된 선편광 현상 규칙을 이용하여 광원 편광축 각도값(θ1)과 모듈 편광축 각도값(θ2)의 각도 차이(X)를 산출하고, 산출된 각도 차이(X)를 이용하여 상기 광원 편광축 각도값(θ1)을 산출할 수 있다.
상기 인식 장치는, 미리 지정된 기준 방향에 대한 상기 인식 장치의 회전각(R)에 상응하는 센싱 정보를 생성하는 센서부를 더 포함하되, 상기 해석부는 상기 산출된 각도 차이(X)에 상기 센싱 정보에 상응하는 회전각(R)을 적용한 상기 기준 방향에 대한 상기 광원 편광축 각도값(θ1)을 산출할 수 있다.
상기 조도 유닛은, 미리 지정된 제1 모듈 편광축 각도값(θ2)을 가지는 제1 모듈 편광부가 구비되고, 조명 기구에서 편광되어 조사된 빛을 상기 제1 모듈 편광부를 통해 수광하여 제1 편광 조도값(Y1)을 산출하는 제1 편광 조도 모듈; 및 미리 지정된 제2 모듈 편광축 각도값(θ3)을 가지는 제2 모듈 편광부가 구비되고, 조명 기구에서 편광되어 조사된 빛을 상기 제2 모듈 편광부를 통해 수광하여 제2 편광 조도값(Y2)을 산출하는 제2 편광 조도 모듈을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 해석부는 상기 제1 조도값(Y1)과 상기 제2 조도값(Y2) 사이의 관계에 대해 미리 규정된 선편광 현상 규칙을 이용하여 광원 편광축 각도값(θ1)과 제1 모듈 편광축 각도값(θ2)의 각도 차이(X)를 산출하고, 산출된 각도 차이(X)를 이용하여 수광된 빛을 조사한 조명 기구의 광원 편광축 각도값(θ1)을 산출할 수 있다.
상기 인식 장치는, 미리 지정된 기준 방향에 대한 상기 인식 장치의 회전각(R)에 상응하는 센싱 정보를 생성하는 센서부를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 해석부는 상기 산출된 각도 차이(X)에 상기 센싱 정보에 상응하는 회전각(R)을 적용한 상기 기준 방향에 대한 상기 광원 편광축 각도값(θ1)을 산출할 수 있다.
복수의 서브 조도 모듈로 구성된 조도 모듈들 각각이 입체 도형의 복수의 면에 개별적으로 부착되고, 조도 모듈에 포함되는 복수의 서브 조도 모듈 각각은 미리 지정된 서브 모듈 편광축 각도값을 가지는 서브 모듈 편광부와 조도계를 포함하며, 각 서브 조도 모듈별로 서브 모듈 편광축 각도값은 상이하게 지정되고, 상기 입체 도형의 복수의 면 중 선택되는 3개의 고려 대상면은 조명 기구에서 편광되어 조사되는 빛이 도달되는 위치에 존재하고, 다른 2개의 고려 대상면의 면벡터의 합성을 통해 나머지 다른 하나의 고려 대상면의 면벡터가 만들어지지 않는 조건을 만족하도록 설정될 수 있다.
상기 입체 도형은 유형의 입체 도형이거나, 조도 모듈 각각이 부착된 고려 대상면을 가상으로 연장하여 형성되는 가상의 입체 도형일 수 있다.
상기 해석부는 각 고려 대상면에 부착된 조도 모듈 각각에서 측정된 조도값 및 각 고려 대상면의 법선 벡터를 이용하여 각 고려 대상면의 조도 모듈에 수광되는 빛을 조사하는 조명 기구에 상응하는 조명 방향 벡터를 산출하도록 미리 규정된 선편광 현상 규칙을 이용하여 상기 조명 방향 벡터를 산출할 수 있다.
상기 인식 장치는, 미리 지정된 기준 방향에 대한 상기 인식 장치의 회전각(R)에 상응하는 센싱 정보를 생성하는 센서부를 더 포함하되, 상기 해석부는 상기 산출된 조명 방향 벡터에 상기 센싱 정보에 상응하는 회전각(R)을 적용하여 미리 지정된 기준 좌표계에서의 조명 방향 벡터로 보정할 수 있다.
상기 해석부는 각 고려 대상면에 배치된 서브 조도 모듈에서 측정된 조도값을 이용하여 각 고려 대상면에 대한 교선 벡터를 산출하고, 각 고려 대상면에 대한 교선 벡터를 이용하여 상기 입체 도형상의 획득 편광면 정보를 산출하며, 상기 산출된 획득 편광면 정보에서 상기 광원 편광축 각도값(θ1)을 획득할 수 있다.
상기 인식 장치는, 미리 지정된 기준 방향에 대한 상기 인식 장치의 회전각(R)에 상응하는 센싱 정보를 생성하는 센서부를 더 포함하되, 상기 해석부는 상기 산출된 획득 편광면에 상기 센싱 정보에 상응하는 회전각(R)을 적용하여 미리 지정된 기준 좌표계에서의 획득 편광면으로 보정한 후, 상기 광원 편광축 각도값(θ1)을 획득할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 인식 장치에서 수행되는 실내 위치 인식 방법에 있어서, 수광 특성이 각각 상이하게 지정된 복수의 조도 모듈 각각에서 미리 지정된 수광 특성에 따라 측정한 조도값들을 제공받는 단계; 및 각 조도 모듈에서 측정된 조도값과 미리 규정된 선편광 현상 규칙을 이용하여 상기 조도 유닛에 수광된 빛을 조사한 하나 이상의 조명 기구의 광원 편광축 각도값(θ1)을 산출하는 단계를 포함하되, 실내 공간에 설치되는 복수의 조명 기구는, 중첩 조명 기구간에 유일 점등 시간 구간을 가지도록 설정되고, 편광된 빛을 조사하기 위한 광원 편광축 각도값(θ1)이 각각 상이하게 지정되는 것을 특징으로 하는 실내 위치 인식 방법이 제공된다.
상기 산출된 광원 편광축 각도값(θ1)은 미리 지정된 매칭 맵 정보를 이용하여 실내 공간 내의 상기 인식 장치의 위치 정보로 매핑 처리될 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 조명 기구로부터 조사되는 빛을 이동체가 수광하는 것만으로도 이동체의 위치, 이동 방향 및 자세가 즉시적으로 인식될 수 있는 효과가 있다.
또한 실내에 위치한 이동체의 이동 방향, 위치 및 자세(예를 들어, XYZ축으로 구성된 공간 좌표계의 3차원 공간상에서의 회전각)의 인식을 통해 실내 위치 기반 서비스 등 다양한 부가 서비스를 제공할 수 있는 효과도 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 실내 위치 인식 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 인식 장치의 실내 위치 인식 기법을 설명하기 위한 도면.
도 5는 선편광 현상 규칙 중 일 예인 뮬러 행렬을 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 인식 장치의 실내 위치 인식 기법을 설명하기 위한 도면.
도 7 내지 도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 인식 장치의 실내 위치 인식 기법의 실내 위치 인식 기법을 설명하기 위한 도면.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 명세서에 기재된 "…부", "…유닛", "…모듈", "…기" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
제1, 제2, 102-1, 102-2 등의 용어는 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하여 설명하기 위해 사용되며, 상기 용어가 해당 구성요소들을 한정하지는 않는다. 따라서 일 부분에서 제1 구성요소라고 기재되었을지라도 다른 부분에서는 제2 구성요소라고 기재될 수도 있다.
또한, 각 도면을 참조하여 설명하는 실시예의 구성 요소가 해당 실시예에만 제한적으로 적용되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상이 유지되는 범위 내에서 다른 실시예에 포함되도록 구현될 수 있으며, 또한 별도의 설명이 생략될지라도 복수의 실시예가 통합된 하나의 실시예로 다시 구현될 수도 있음은 당연하다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 실내 위치 인식 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이고, 도 2 내지 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 인식 장치의 실내 위치 인식 기법을 설명하기 위한 도면이며, 도 5는 선편광 현상 규칙 중 일 예인 뮬러 행렬을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 실내 위치 인식 시스템은 인식 장치(100)와 복수의 조명 기구(130)를 포함할 수 있다. 도시되지는 않았으나, 실내 위치 인식 시스템은 관리 서버를 더 포함할 수도 있다.
복수의 조명 기구(130)는 도 2의 (a) 및 (b)에 각각 예시된 바와 같이, 실내의 상측(예를 들어 천장면 등) 또는/및 벽면에 각각 설치될 수 있고, 미리 지정된 각도값의 광원 편광축에 의해 직선 편광된 빛을 조사하도록 구성된다.
이하, 조명 기구(130) 각각에 대해 구분하여 설명할 필요가 있는 경우에는 130-1, 130-2 등과 같이 식별 부호를 구분하여 설명하지만, 구분이 불필요한 경우에는 130으로 통칭하기로 한다.
도 1에 예시된 바와 같이, 조명 기구(130) 각각은 편광 광원부(132)와 광원 제어부(135)를 포함할 수 있다.
편광 광원부(132)는 미리 지정된 편광 특성에 따라 편광된 빛을 외부로 조사하도록 구성된다. 이때, 각 조명 기구(130)에 구비되는 편광 광원부(132)는 서로 상이한 편광 특성을 가지도록 형성된다.
편광 광원부(132)는 예를 들어 편광 필름이 부착된 광원체, 편광 램프, 편광 필터가 설치된 광원체 등으로 구현될 수 있다. 각 조명 기구(130)가 상이한 편광 특성을 가지도록 하기 위하여, 예를 들어 각 조명 기구(130)의 편광 광원부(132)는 서로 상이한 편광축 각도값을 가지도록 편광 필름 등이 부착될 수 있으며, 이에 의해 각 조명 기구(130)는 서로 상이한 광원 편광축 각도값에 따라 편광된 빛을 조사하게 된다.
여기서, 광원 편광축 각도값은 도 3의 (a)에 θ로 도시된 바와 같이, 미리 지정된 기준 방향(BD)(예를 들어 정북 방향, 중력 방향 등 중 하나 이상)에 대해 광원 투과축이 회전하거나 기울어진 각도를 나타낸다.
예를 들어 천장면에 설치된 조명 기구(130)인 경우 중력 방향인 회전축에 수직한 형태로 소정의 각도값을 가지도록 편광 방향(즉, 직선 편광)이 지정될 수 있다. 즉, 각각의 조명 기구(130)는 회전축과 정북 방향을 기준으로 0도, 30도, 60도 등으로 광원 편광축 각도값이 상이하게 미리 지정될 수 있을 것이다(도 2의 (a) 참조).
마찬가지로, 만일 벽면에 설치된 조명 기구인 경우라면 정북 방향인 회전축에 수직한 직선 편광으로 지정되고, 회전축과 중력 방향을 기준으로 광원 투과축 각도값이 지정될 수도 있을 것이다(도 2의 (b) 참조).
다시 도 1을 참조하면, 편광 광원부(132)는 광원 제어부(135)의 제어에 의해 미리 지정된 주기로 점멸 조작된다.
미리 지정된 크기의 영역 범위(즉, 단위 영역) 내에 설치된 복수의 편광 광원부(132)들 간에는 인식 장치(100)의 실내 위치 인식을 위해 어느 하나의 편광 광원부(132)만이 유일하게 점등된 시간 구간(즉, 유일 점등 시간 구간)이 각각 할당되도록 미리 설정된다(도 4의 (b) 및 (c) 참조).
여기서, 단위 영역은 예를 들어 인식 장치(100)가 실내 공간 내에서 위치할 수 있는 각 지점에 도달되는 빛을 조사하는 조명 기구들이 포함되는 영역으로 미리 지정될 수 있다.
예를 들어 도 4의 광 도달 영역 ①에서는 단위 영역에 설치된 조명 기구(130)가 제1 조명 기구이고, 광 도달 영역 ②에서는 단위 영역에 설치된 조명 기구(130)가 제1 조명 기구와 제2 조명 기구라 할 수 있다. 설명의 편의상 광 도달 영역 ②에서의 제1 조명 기구와 제2 조명 기구는 중첩 조명 기구라 칭해질 수 있다.
또한, 유일 점등 시간 구간과 관련하여, 예를 들어 각 조명 기구(130)별로 1초당 0.05초의 소등 구간을 가지도록 점멸 주기가 지정된 경우를 가정하면, 제1 조명 기구(130-1)는 0.05초-0.5초 및 0.55초-1초까지의 구간에서 점등되고, 인접 배치된 중첩 조명 기구인 제2 조명 기구(130-2)는 0-0.45초 및 0.5-0.95초까지의 구간에서 점등되도록 지정될 수 있을 것이다.
이 경우, 도 4에 예시된 바와 같이 중첩 조명 기구가 모두 점등된 시간 구간, 어느 하나의 조명 기구만이 점등된 시간 구간(즉, 0초-0.05초 구간에는 제2 조명기구만, 0.45초-0.5초 구간에는 제1 조명기구만 점등)이 각각 존재하게 된다.
따라서, 인식 장치(100)가 도 2의 (a)에 예시된 바와 같이 제2 조명 기구(130-2)에서 조사된 빛만이 도달되는 영역에서 제1 조명 기구(130-1)와 제2 조명 기구(130-2) 모두에서 조사된 빛이 도달되는 영역으로 이동하는 경우, 후술될 조도값 연산 과정 등을 통해 현재의 위치가 어떤 조명 기구(130)의 광 도달 영역에 해당되는지를 인식할 수 있고, 이를 통해 인식 장치(100)의 위치, 이동 방향, 이동 거리와 자세 등이 인식될 수 있는 것이다.
참고로, 본 명세서에서 '자세'라는 용어는 예를 들어, 3차원 공간상에서의 회전각 정보에 상응하는 회전 상태를 포함하는 용어로 해석되어야 하며, 인식 장치(100)는 이동체가 수평 또는/및 수직 방향상에서 어느 정도 회전되고 기울어졌는지를 해석함으로써 이동체가 어떤 자세를 취하고 있는지를 인식할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 광원 제어부(135)는 대응되는 편광 광원부(132)가 미리 지정된 주기로 점멸 동작하도록 제어한다.
각 광원 제어부(135)는 예를 들어 설치된 모든 또는 인접 설치된 조명 기구들의 광원 제어부와 유선 또는 무선으로 연결되어 서로의 점멸 제어 정보를 주고받아 각 조명 기구(130)가 유일 점등 시간 구간을 가지도록 제어할 수 있다.
또는, 각각의 광원 제어부(135)는 유선 또는 무선 통신망을 통해 연결된 관리 서버로부터 점멸 제어 신호를 개별적으로 수신하고, 수신된 점멸 제어 신호에 따라 대응되는 편광 광원부(132)가 점멸되도록 제어할 수도 있다.
또는 각각의 광원 제어부(135)는 관리 서버로부터 점멸 제어를 위한 정보를 수신하여 조명 기구(130) 내의 저장부(도시되지 않음)에 저장하거나, 조명 기구(130)의 설치 과정에서 저장부에 미리 저장된 점멸 제어를 위한 정보를 이용하여 편광 광원부(132)의 점멸 동작을 제어할 수도 있다.
이외에도, 적어도 단위 영역 내에 위치된 각각의 편광 광원부(132) 간에는 유일 점등 시간 구간이 확보되도록, 광원 제어부(135)가 편광 광원부(132)의 동작을 제어하는 방법이 다양할 수 있음은 당연하다.
또한, 도 1에는 각 조명 기구(130)별로 광원 제어부(135)가 포함되는 경우가 예시되었으나, 하나의 광원 제어부가 복수의 조명 기구(130)의 동작을 개별적으로 제어하도록 구현되어, 각 조명 기구(130)에 구비된 편광 광원부(132)를 미리 지정된 주기로 점멸 조작하도록 제어하도록 구성될 수도 있음은 당연하다.
인식 장치(100)는 조도 유닛(102), 센서부(104) 및 해석부(106)를 포함할 수 있다.
실내 공간 내에서 위치 이동되는 인식 장치(100)는 예를 들어 하부에 동력 구동되는 바퀴가 구비된 이동체(예를 들어 로봇 청소기)의 일측에 구비되거나, 실내 공간 상에서 이동하는 이동체(예를 들어 미술관 내의 관람객)의 몸체 일측에 부착되거나 휴대 가능하도록 구현되는 등 그 구현 방식은 다양할 수 있다.
조도 유닛(102)은 둘 이상의 조도 모듈을 포함할 수 있다. 각각의 조도 모듈은 상이한 수광 특성을 가지도록 미리 지정될 수 있다.
예를 들어, 후술될 제1 실시예와 같이, 조도 유닛(102)에는 편광부를 구비하지 않은 조도 모듈(즉, 비편광 조도 모듈)인 제1 조도 모듈(102-1)과, 편광부가 구비된 조도 모듈(즉, 편광 조도 모듈)인 제2 조도 모듈(102-2)이 포함될 수 있다(도 2의 (c) 참조).
즉, 편광 조도 모듈은 수광되는 빛을 편광 처리한 후 조도값을 측정하기 위해 모듈 편광부와 조도계를 포함한다. 이에 비해, 비편광 조도 모듈은 수광된 빛에 상응하는 조도값을 측정하는 조도계는 구비하지만, 모듈 편광부는 구비하지 않는다.
다른 예로서, 후술될 제2 실시예와 같이, 조도 유닛(102)에는 편광 조도 모듈들인 제1 조도 모듈(102-1)과 제2 조도 모듈(102-2)이 포함될 수 있다. 다만, 제1 조도 모듈(102-1)과 제2 조도 모듈(102-2)에 포함되는 각 모듈 편광부는 서로 다른 모듈 편광축 각도값을 가지도록 설치될 수 있다(도 6의 (a) 참조).
또 다른 예로서, 후술될 제3 실시예와 같이, 조도 유닛(102)에는 세개의 편광 조도 모듈(102-1, 102-2, 102-3)이 포함될 수 있다. 각 편광 조도 모듈은 입체 도형을 이루는 면들 각각에 배치되되, 각 면에 설치된 모듈 편광부의 모듈 편광축 각도값은 서로 상이하게 형성될 수 있다(도 7 참조).
우선, 제1 실시예에 관하여 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명하기로 한다.
도 3에 예시된 바와 같이, 편광 광원부(132)는 광원 편광축 각도값(θ)으로 지정된 광원 편광축(도 3의 PD1)으로 직선 편광된 광을 조사하고, 조도 유닛(102)에 구비된 비편광 조도 모듈(즉, 제1 조도 모듈(102-1))과 편광 조도 모듈(즉, 제2 조도 모듈(102-2))은 조명 기구(130)로부터 조사되어 수광되는 빛에 상응하는 조도값을 측정하여 해석부(106)로 제공한다. 이때, 편광 조도 모듈은 유입되는 빛이 구비된 모듈 편광부에 의해 다시 편광되어 수광되는 빛에 상응하는 조도값을 측정한다.
도 2의 (c)에는 인식 장치(100)의 평평한 상부면에 비편광 조도 모듈과 편광 조도 모듈이 각각 장착되는 경우가 예시되었으나, 인식 장치(100)는 경사진 상부면을 가지도록 구현될 수도 있다.
또한 비편광 조도 모듈과 편광 조도 모듈 각각은 복수개의 쌍으로 미리 지정된 위치에 각각 장착될 수도 있으며, 이 경우 후술될 조도값(Y1, Y2) 각각은 예를 들어 비편광 조도 모듈(102-1)들에서 측정된 조도값의 평균과 편광 조도 모듈들에서 측정된 조도값들의 평균 등으로 지정될 수도 있다.
비편광 조도 모듈은 모듈 편광부(예를 들어 편광 필름 등)를 구비하지 않는 조도 모듈로서, 조도계가 조명 기구(130)로부터 편광되어 조사되는 빛을 직접 수광하여 제1 조도값(도 3의 (b)의 Y1, 비편광 조도값)을 측정한다.
이에 비해, 편광 조도 모듈은 미리 지정된 모듈 편광축(도 3의 PD2)을 가지도록 모듈 편광부가 구비되고, 조도계는 조명 기구(130)로부터 편광되어 조사되는 빛이 모듈 편광부에 의해 한번 더 편광되어 유입되는 빛에 상응하는 제2 조도값(도 3의 (b)의 Y2, 편광 조도값)을 측정한다.
유입되는 빛을 직선 편광시키기 위해 편광 조도 모듈이 구비하는 모듈 편광부의 모듈 편광축은 미리 지정된 기준 방향(BD)(예를 들어 정북 방향(DN), 중력 방향 등 중 하나 이상)에 대해 임의의 각도값을 가지도록 미리 지정될 수 있다. 예를 들어, 모듈 편광축 각도값이 0도로 지정된 경우라면, 해석부(106)는 모듈 편광축이 정북 방향(DN)으로 지정된 것으로 인식할 수 있을 것이다.
이와 같이, 편광 조도 모듈은 편광 광원부(132)에서 광원 편광축에 의해 편광되어 조사된 빛이 모듈 편광부에 의해 한번 더 편광되어 유입된 빛에 상응하는 조도값을 측정한다. 따라서, 편광 조도값(Y2)는 광원 편광축과 모듈 편광축 사이의 각도 차이에 따라 비편광 조도값(Y1)과 같거나 상대적으로 작은 크기의 값으로 측정될 것이다.
해석부(106)는 비편광 조도 모듈과 편광 조도 모듈 각각에서 측정된 조도값과 미리 규정된 선편광 현상 규칙을 이용하여 인식 장치(100)에 수광된 빛을 조사한 하나 이상의 조명 기구(130)의 광원 편광축 각도값을 각각 산출할 수 있다.
각각의 조명 기구(130)는 비일치하는 광원 편광축 각도값을 가지도록 광원 편광축이 설정되므로, 해석부(106)는 산출한 광원 편광축 각도값을 이용하여 어느 하나의 조명 기구를 특정할 수 있고, 미리 지정된 매칭 맵 정보에 의해 실내 공간에서의 위치 정보로 매칭 처리될 수도 있다. 즉, 해석부(106)는 수광되는 빛을 조사하는 조명 기구(130)를 인식함으로써 실내 공간에서의 인식 장치(100)의 위치를 해석할 수 있는 것이다.
여기서, 미리 규정된 선편광 현상 규칙은 편광 현상과 관련된 예를 들어 말러스 법칙, 뮬러 행렬, 존슨 행렬 등 중 하나 이상을 이용하여 정의되는 규칙이며, 광원 편광축 각도값의 산출을 위해 삼각 함수의 원리를 적용하여 규정된 규칙이다. 말러스 범칙, 뮬러 행렬, 존슨 행렬의 원리 및 구체적인 내용은 당업자에게 자명한 사항이므로 이에 관한 상세한 설명은 생략하기로 하고, 이하에서는 각 선편광 현상 규칙을 이용한 본 실시예에 따른 인식 장치(100)의 처리 과정에 대해서만 간략히 설명하기로 한다.
일 예로, 미리 규정된 선편광 현상 규칙이 말러스 법칙을 중심으로 하여 규정된 경우를 가정한다. 말러스 법칙에 따른 조도 변화 곡선(도 3의 (b) 참조)을 참조하면, 편광 조도 모듈에 의해 측정되는 편광 조도값(Y2)은 모듈 편광축(PD2)과 광원 편광축(PD1) 간의 각도 차이가 0도 또는 180도일 때 최대값으로 측정된다.
이 경우, 측정되는 최대값은 비편광 조도 모듈에 의해 측정되는 비편광 조도값(Y1)과 같은 값이 될 것이다. 다만, 편광 조도 모듈에 구비된 모듈 편광부의 최대 투과율값(Z)에 의해 제1 조도값(Y1)과 제2 조도값(Y2)의 최대값 간에 차이가 존재할 수도 있음은 당연하다(하기 수학식 1 참조).
다시 도 1을 참조하면, 센서부(104)는 인식 장치(100)의 자세(예를 들어, XYZ축으로 구성된 공간 좌표계의 3차원 공간상에서의 회전각 등)에 관한 센싱 정보를 생성하여 해석부(106)로 제공한다.
센서부(104)는 미리 지정된 기준 방향(예를 들어 정북 방향 및/또는 중력 방향 등)에 기반하는 센싱 정보가 생성될 수 있도록 하기 위해, 예를 들어 지자기 센서, 중력 센서 등 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 편광 조도 모듈의 모듈 편광축이 초기 설정 방향을 유지하도록 인식 장치(100)가 정자세를 지속적으로 유지하는 경우라면 인식 장치(100)의 회전 여부는 고려될 필요가 없을 수 있다.
그러나, 도 3의 (a)와 (c)에서 비교되는 바와 같이, 인식 장치(100)가 수평 및/또는 수직 방향으로 임의의 각도만큼 회전되는 경우에는, 그 회전 각도만큼 편광 조도 모듈의 모듈 편광축 각도값이 변화된다.
이로 인하여, 인식 장치(100)가 동일한 위치를 유지될지라도, 모듈 편광축 각도값이 변화되는 경우에는 모듈 편광축과 광원 편광축에 의해 야기되는 편광 특성에 의해 인식 장치(100)의 자세에 따라 상이한 편광 조도값(Y2)이 측정될 수 밖에 없다. 본 명세서에서는 수평 방향으로 회전된 경우를 중심으로 설명하지만, 수직 방향으로 회전(기울어짐)된 경우에도 동일한 기술적 사상이 적용될 수 있음은 당연하다.
따라서 해석부(106)가 직선 편광된 빛을 조사한 조명 기구(130)의 광원 편광축 각도값을 정확히 판별할 수 있기 위해서는, 모듈 편광축 각도값의 변화를 야기한 인식 장치(100)의 자세를 인식하고, 정자세(즉, 모듈 편광축이 초기 설정 방향을 유지하는 인식 장치(100)의 자세)로 복귀시켜 해석할 필요가 있는 것이다.
다시 도 1을 참조하면, 해석부(106)는 비편광 조도 모듈 및 편광 조도 모듈에서 측정된 편광 조도값과 비편광 조도값을 제공받고, 센서부(104)로부터 인식 장치(100)의 자세에 상응하는 센싱 정보를 제공받아, 인식 장치(100)에 도달되는 편광된 빛을 조사하는 조명 기구(130)의 광원 편광축 각도값(PD1)을 산출한다. 또한 해석부(106)가 센싱 정보를 이용하여 인식 장치(100)의 자세도 인식할 수 있음은 당연하다.
해석부(106)는 광원 편광축 각도값에 관한 정보를 관리 서버(도시되지 않음)로 전송하여, 관리 서버로부터 인식 장치(100)의 현재 위치에 관한 정보(예를 들어, 특정의 조명 기구에 상응하는 광 도달 영역 내부 등)를 제공받을 수 있다. 이를 위해, 관리 서버에는 예를 들어 각 조명 기구별 광원 편광축 각도값 및 광 도달 영역에 대한 매칭 맵 정보 등이 미리 저장되어 관리될 수 있을 것이다.
물론 인식 장치(100) 내에 전술한 매칭 맵 정보가 저장된 저장부가 구비되는 경우라면, 해석부(106)는 저장부에 저장된 매칭 맵 정보를 참조하여 인식 장치(100)의 현재 위치를 인식할 수 있을 것이다.
이하, 해석부(106)가 조도값 및 센싱 정보를 이용하여, 인식 장치(100)가 어떤 조명 기구(130)에 상응하는 광 도달 영역 내에 위치하는지를 인식하는 방법에 대해 간략히 설명한다.
도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 특정 편광 광원부(132)가 광원 편광축 각도값(θ1)을 가지도록 설정되어 편광된 빛을 조사하더라도, 비편광 조도 모듈에서는 일정한 제1 조도값(Y1)이 측정된다.
이에 비해, 모듈 편광축축 각도값(θ2)을 가지는 모듈 편광부가 구비된 편광 조도 모듈의 경우에는, 편광 특성으로서 광원 편광축 각도값과 모듈 편광축 각도값의 각도 차이(X = θ1- θ2)에 따라 측정되는 제2 조도값(Y2)이 달라진다.
이때, 편광 조도 모듈에서 측정된 편광 조도값(Y2)은 말러스 법칙에 따른 cos2의 조도 변화 곡선에 따라 변화한다. 이때, 최대값은 비편광 조도 모듈에서 측정된 비편광 조도값(Y1)에 상응하고, 각도 차이(X)가 0 또는 180도일 때 최대의 조도값으로 측정된다.
따라서, 편광 조도 모듈에서 측정된 편광 조도값(Y2), 비편광 조도 모듈에서 측정된 비편광 조도값(Y1) 및 각도 차이(X)의 관계는 하기 수학식 1과 같이 정리될 수 있다.
Figure 112017098308785-pat00001
수학식 1에서 비편광 조도값(Y1), 편광 조도값(Y2) 및 편광 조도 모듈에 구비된 모듈 편광부의 최대 투과율값(Z)은 이미 아는 값이므로, 수학식 1에 의해 광원 편광축 각도값과 모듈 편광축 각도값의 각도 차이(X)가 산출될 수 있다.
수학식 1에서 산출된 각도 차이(X)는 인식 장치(100)가 정자세를 유지하는 경우라면, 각도 차이(X = θ1- θ2)의 관계에서 모듈 편광축 각도값(θ2)이 미리 지정된 값이므로 조명 기구(130)의 광원 편광축 각도값(θ1)이 바로 산출될 수 있다.
그러나, 인식 장치(100)가 정자세를 유지하지 않는 경우라면, 인식 장치(100)의 자세가 추가적으로 고려될 필요가 있다.
여기서, 해석부(106)는 센서부(104)로부터 제공되는 센싱 정보를 이용하여 미리 지정된 기준 방향(예를 들어 정북 방향, 중력 방향 등 중 하나 이상)에 대한 회전각(R)을 인식할 수 있다.
따라서, 해석부(106)는 각도 차이(X = θ1- θ2)의 관계에서 산출된 θ1 또는 θ2에 인식 장치(100)의 정자세에 대한 차이값인 회전각(R)을 추가적으로 적용하여 광원 투과축 각도값(θ1)을 산출할 수 있다. 물론, 해석부(106)가 회전각(R)을 참조하여 인식 장치(100)의 자세를 인식할 수 있음은 당연하다.
도 1에는 이동체의 위치, 자세 등을 인식하는 해석부(106)가 인식 장치(100)에 포함되는 경우가 예시되었으나, 해석부(106)는 인식 장치(100)가 통신망을 통해 접속되는 독립된 장치에 구비되어 유기적으로 동작하도록 구현될 수도 있다. 이 경우 인식 장치(100)는 각 조도 모듈에 의해 측정된 조도값에 관한 정보를 해석부(106)가 구비된 장치로 전송하기 위한 전송부가 포함될 것이다. 다만, 본 명세서에서는 해석부(106)가 독립된 장치에 구비될지라도 상호 연결되어 유기적으로 동작되므로 해석부(106)가 인식 장치(100)의 일 구성요소로 포함되는 것으로 설명한다.
아울러, 도 4를 참조하여 실내 공간에서 이동하는 인식 장치(100)가 현재 위치를 광 도달 영역 ①, ② 또는 ③으로 인식하는 방법을 간략히 설명하면 다음과 같다.
전술한 바와 같이, 단위 영역에 배치된 각각의 조명 기구는 비일치하는 점멸 구간과 비일치하는 광원 편광축 각도값을 가지도록 설정된다.
따라서, 광 도달 영역 ①에 위치하고 있는 인식 장치(100)는 미리 지정된 시간 동안 제1 조명 기구에서 조사되는 편광된 빛만을 수광하게 되며, 따라서 제1 조명 기구에 대한 광원 편광축 각도값(예를 들어 0도)만을 산출하게 된다. 따라서, 인식 장치(100)는 매칭 맵 정보에 의해 현재 위치가 실내 공간 중 제1 조명 기구만의 광 도달 영역 내부인 것으로 인식할 수 있다.
이에 비해, 광 도달 영역 ②에 위치하고 있는 인식 장치(100)는 미리 지정된 시간 구간 내에 제1 조명 기구에서 조사되는 편광된 빛과 제2 조명 기구에서 조사되는 편광된 빛을 교번하여 수광하게 된다.
이 과정에서, 인식 장치(100)는 제1 조명 기구에 대한 광원 편광축 각도값(예를 들어 0도)과 제2 조명 기구에 대한 광원 편광축 각도값(예를 들어 45도)을 교번하여 산출하게 된다. 따라서, 인식 장치(100)는 매칭 맵 정보에 의해 현재 위치가 실내 공간 중 제1 조명 기구의 광 도달 영역과 제2 조명 기구의 광 도달 영역의 교집합 영역 내부인 것으로 인식할 수 있다.
또한 만일 광 도달 영역 ③에 위치하고 있는 인식 장치(100)인 경우라면, 미리 지정된 시간 동안 제2 조명 기구에서 조사되는 편광된 빛만을 수광하게 되며, 따라서 제2 조명 기구에 대한 광원 투과축 각도값(예를 들어 45도)만을 산출하게 된다. 따라서, 인식 장치(100)는 매칭 맵 정보에 의해 현재 위치가 실내 공간 중 제2 조명 기구만의 광 도달 영역 내부인 것으로 인식할 수 있다.
전술한 바와 같이, 인식 장치(100)는 각각의 조명 기구(130)로부터 조사되는 편광된 빛을 수광하여 측정한 조도값을 이용하여 상응하는 조명 기구(130)의 광원 편광축 각도값을 산출할 수 있고, 이를 이용하여 실내 공간 중 어디에 위치하고 있는지를 인식할 수 있다.
또한 산출되는 광원 편광축 각도값의 변화를 이용하여 인식 장치(100)는 이동 방향과 이동 거리를 인식할 수 있고, 센서부(104)로부터 제공되는 센싱 정보를 이용하여 인식 장치(100)가 구비된 이동체의 자세를 인식할 수도 있다.
인식 장치(100)에 의해 인식된 실내 위치 정보와 자세 정보는 예를 들어 미술관 내부의 관람객에게 최적의 작품 설명 정보를 제공하는 등 실내 공간에서의 다양한 부가 서비스 제공을 위해 활용될 수 있을 뿐 아니라, 로봇 청소기 등과 같이 실내에서 이동하며 작업하는 전자 장치에 대한 효과적인 제어를 위해 다양하게 활용될 수 있을 것이다.
앞서 선편광 현상 규칙의 일 예로서 말러스 법칙이 이용된 경우를 중심으로 설명하였으나, 이외에도 뮬러 행렬뿐 아니라 존슨 행렬 등도 선편광 현상 규칙으로 적용되어 이용될 수 있음은 앞서 설명한 바와 같다.
다른 예로서, 도 5에는 편광축 배치에 따른 광량 변화 특성을 해석하기 위하여 뮬러 행렬에 의해 정의되는 3차원 공간이 도시되어 있다. 도시된 3차원 공간에서 편광축 배치 및 빛의 조사 방향에 대한 회전각을 정의할 수 있고, 이를 이용하여 하기 수학식 2가 도출될 수 있다.
참고로, 도 5에 도시된 3차원 공간 이미지는 논문 "Polarized light and the Mueller matrix approach"(CRC Press, A Taylor & Francis Book. (Gil Perez, Jose Jorge; Ossikovski, Razvigor))의 52 내지 53 페이지에 제시된 것을 본 출원인이 개선한 것이다.
우선 XYZ축으로 이루어진 3차원 공간에 대해 X축을 θ만큼 회전시키고, Z축을 Ф-90도만큼 회전시켜 형성한 X'Y'Z'축으로 이루어진 3차원 공간의 Z'축을 α만큼 회전시킨다.
각각의 3차원 공간을 본 실시예에 따른 실내 위치 인식 시스템과 대비하면, X축은 조도 모듈 상의 모듈 편광축 벡터, Z축은 조도 모듈에 구비된 편광부의 면벡터, Y축은 X축 및 Z축 각각에 수직인 벡터라 할 수 있다. 또한, X'축은 조명 기구(130)에서 조사되는 편광된 빛에 관한 광원 편광축 벡터, Z'축은 조명 기구(130)에서 조사되는 편광된 빛의 조사방향 벡터, Y'축은 X'축과 Z'축 각각에 수직인 벡터라 할 수 있다.
또한, θ는 Z축과 Z'축의 사잇각이고, Ф는 Z'축상의 한 점에서 XY 평면에 수선의 발(foot of perpendicular)을 내렸을 때 형성되는 XY 평면상의 벡터와 X축간의 사잇각이며, α는 XY 평면과 X'Y' 평면의 교차축으로부터 X'축까지의 사잇각이다.
위와 같이 정의될 때, 인식 장치(100)의 조도 유닛(102)에 구비된 조도 모듈과 조명 기구(130)의 광원 편광부가 모두 선편광 상태라고 가정하면, 조도 모듈의 좌표계(즉, XYZ축으로 이루어진 좌표계)에서 조명 기구(130)의 편광축은 하기 수학식 2와 같이 행렬식화되어 표현될 수 있다.
Figure 112017098308785-pat00002
여기서, ε은 전자기장의 진폭(즉, 편광된 빛의 파동의 진폭)이고, I는 편광 광원의 광량(즉, 편광된 빛의 세기)를 의미한다.
이때, 조도 모듈의 모듈 편광축은 X축에 해당되므로, 수학식 2에 제시된 행렬상의 x성분인 sinФcosα + cosθcosФsinα의 제곱이 모듈 편광부를 거쳐 최종적으로 조도계에서 관측되는 광량에 비례하는 값이 된다.
만일 조명 기구(130) 및 조도 모듈이 서로 평행한 자세로 고정된다면 Z축과 Z'축이 일치하게 되어 회전각 중 θ는 0도이고, Ф는 90도로 고정되어, 말러스 법칙과 마찬가지로 광량은 cosα의 제곱에 비례하는 관계를 가짐을 알 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 인식 장치(100)는 미리 규정된 선편광 현상 규칙을 이용하여 조도 모듈에 수광된 빛을 조사하는 하나 이상의 조명 기구의 광원 편광축 각도값을 각각 산출할 수 있다. 여기서, 미리 규정된 선편광 현상 규칙은 편광 현상과 관련된 예를 들어 말러스 법칙, 뮬러 행렬, 존슨 행렬 등 중 하나 이상을 이용하여 정의되는 규칙이며, 광원 편광축 각도값의 산출을 위해 삼각 함수의 원리를 적용하여 규정된 규칙이다.
또한, 산출된 광원 편광축 각도값은 미리 지정된 매칭 맵 정보에 의해 실내 공간에서의 위치 정보로 매칭 처리될 수 있어, 인식 장치(100)가 실내 공간 상에서 현재 어디에 위치하는지를 인식될 수 있다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 인식 장치의 실내 위치 인식 기법을 설명하기 위한 도면이다. 이하, 본 발명의 제2 실시예를 설명함에 있어, 앞서 제1 실시예를 참조하여 설명한 사항과 중복되거나 쉽게 유추될 수 있는 사항에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도 6의 (a)를 참조하면, 이동체에 구비된 인식 장치(100)의 조도 유닛(102)에는 각각 모듈 편광부를 구비한 조도 모듈인 제1 조도 모듈(102-1)과 제2 조도 모듈(102-2)을 포함한다. 다만, 제1 조도 모듈(102-1)과 제2 조도 모듈(102-2)에는 서로 상이한 각도값의 모듈 편광축을 가지는 구비한 편광부가 구비된다.
예를 들어, 제1 조도 모듈(102-1)이 구비하는 제1 모듈 편광부는 미리 지정된 기준 방향(예를 들어, 정북 방향)과 일치하는 각도값의 제1 모듈 편광축을 가지도록 설정될 수 있다. 이에 비해, 제2 조도 모듈(102-2)이 구비하는 제2 모듈 편광부는 기준 방향과 상이한 각도값(예를 들어, 기준 방향과 90도 각도 차이)의 제2 모듈 편광축을 가지도록 설정될 수 있다.
제1 조도 모듈(102-1)과 제2 조도 모듈(102-2)에 구비된 조도계 각각은 제1 모듈 편광부와 제2 모듈 편광부에 의해 편광된 빛에 따른 제1 조도값(Y1)과 제2 조도값(Y2)을 각각 측정한다.
이때, 각 조도계에서 측정되는 조도값은 모듈 편광부의 모듈 편광축 각도값에 따라 상이하게 측정되며, 제1 조도 모듈(102-1)과 제2 조도 모듈(102-2)에 각각 구비된 모듈 편광부들의 모듈 편광부 각도값의 차이가 90도인 경우의 조도값 그래프는 도 6의 (b)에 예시된 바와 같다.
여기서, 조명 기구(130)의 편광 방향(즉, 광원 편광축 각도값)과 제1 조도 모듈(102-1)의 모듈 편광부의 편광 방향(즉, 제1 모듈 편광축 각도값) 사이의 각도 차이를 X라 하고, 제1 모듈 편광축과 제2 모듈 편광축은 90도 차이를 가지며, 조명 기구(130)의 조명 밝기를 LUX라고 가정하자. 이 경우, 제1 조도값(Y1)은 cos2(X) x LUX로 측정되고, 제2 조도값(Y2)은 cos2(X+90) x LUX이므로 sin2(X) x LUX로 측정된다.
따라서, 해석부(106)는 광원 편광축 각도값과 제1 모듈 편광축 각도값 사이의 각도 차이(X)를 하기 수학식 3과 같이 산출할 수 있다.
Figure 112017098308785-pat00003
그러나, 인식 장치(100)가 정자세를 유지하지 않는 경우라면, 앞서 설명한 바와 같이 인식 장치(100)의 자세가 추가적으로 고려될 필요가 있다. 즉, 해석부(106)가 센서부(104)로부터 제공되는 센싱 정보를 이용하여 미리 지정된 기준 방향(예를 들어 정북 방향, 중력 방향 등 중 하나 이상)과의 회전각(R)을 인식할 수 있고, 회전각(R)을 추가적으로 적용하여 광원 투과축 각도값(θ1)을 산출할 수 있음은 앞서 설명한 바와 같다.
이제까지 도 6을 참조하여, 제1 조도 모듈(102-1)과 제2 조도 모듈(102-2)에 각각 구비된 모듈 편광부들이 90도 모듈 편광축 각도값의 차이를 가지도록 설치된 경우에 광원 편광축 각도값과 제1 모듈 편광축 각도값 사이의 각도 차이(X)를 산출하는 방법을 설명하였다.
그러나 제1 모듈 편광축 각도값과 제2 모듈 편광축 각도값이 90도 이외의 편광 방향의 차이를 가지도록 설치되는 경우일지라도, 일반적인 삼각 함수의 원리를 이용하여 광원 편광축 각도값과 제1 모듈 편광축 각도값 사이의 각도 차이(X)를 산출하는 수학식이 다양하게 재구성되어 이용될 수 있음은 별도의 설명을 생략할지라도 당연하다.
도 7 내지 도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 인식 장치의 실내 위치 인식 기법의 실내 위치 인식 기법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 이동체에 구비된 인식 장치(100)의 조도 유닛(102)에는 각각 모듈 편광부를 구비한 조도 모듈인 제1 조도 모듈(102-1), 제2 조도 모듈(102-2) 및 제3 조도 모듈(102-3)을 포함한다.
다만, 제1 내지 제3 조도 모듈(102-1, 102-2, 102-3) 각각은 인식 장치(100)의 일 측에 형성된 입체 도형 형상의 각 면에 하나씩 위치된다. 각 조도 모듈이 위치될 입체 도형은 유형의 형상을 가지는 입체도형일 수도 있고, 각 조도 모듈이 위치된 면을 연장할 때 연장된 면이 상호 연결되어 가상으로 형성되는 입체 도형일 수도 있다.
다만, 각 조도 모듈이 개별적으로 배치될 면(이하, '고려 대상면'이라 칭해질 수 있음)을 가지는 입체 도형은 첫째, 적어도 세 개의 고려 대상면이 조명 기구(130)로부터 조사되는 빛을 수광할 수 있는 위치 및 각도를 가져야 하고, 둘째, 해석부(106)의 해석을 위해 요구되는 조도값을 측정할 조도 모듈 각각이 배치된 세 개의 고려 대상면의 면벡터(area vector)는 다른 두 개의 고려 대상면의 면벡터의 합성을 통해 다른 하나의 고려 대상면의 면벡터가 만들어지지 않는 독립성이 존재하여야 하는 조건을 만족하여야 한다.
예를 들어, 입체 도형은 도 7의 (a)에 예시된 바와 같이 정육면체의 서로 인접하지 않은 세개의 꼭지점을 기준하여 자른 직각사면체일 수 있다. 도 2의 (b)에 예시된 바와 같이, 밑면을 제외한 나머지 세면(즉, 고려 대상면들인 F1, F2 및 F3)에 각각 하나씩의 조도 모듈이 배치될 수 있을 것이다. 여기서, 전술한 입체도형의 형성 조건이 만족되기만 하면, 각 조도 모듈이 배치될 세개의 고려 대상면을 가지는 입체 도형은 각 고려 대상면이 물리적으로 상호 인접되지 않는 형태를 가지는 가상의 입체 도형 또는/및 다른 형태의 다면체의 형상을 가질 수도 있음은 당연하다.
각 고려 대상면에 배치되는 조도 모듈은 복수의 서브 조도 모듈을 포함할 수 있고, 각 서브 조도 모듈은 서브 모듈 편광부와 서브 조도계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수의 서브 모듈 편광부 각각은 도 2의 (c)와 (d)에 각각 예시된 바와 같이 0도, 45도, 90도, 135도 등으로 상이한 모듈 편광축 각도값을 가지도록 설정될 수 있다. 각 서브 조도계는 대응되는 서브 모듈 편광부에 의해 편광되어 수광되는 빛에 상응하는 조도값을 측정하여 해석부(106)로 제공할 것이다.
각 고려 대상면에 대한 복수의 서브 모듈 편광부의 배치 형상이 도 7의 (c)와 (d)에 1x4, 2x2가 예시되었으나, 편광모듈(110)에 포함되는 편광부의 수량과 그 배치 형상이 이에 제한되지 않음은 당연하다.
각 고려 대상면에 서브 모듈 편광부들이 동일한 형상 및 구성으로 배치되더라도, 입체 도형상의 면들인 각 고려 대상면의 형성 각도 관계상 각 고려 대상면에 배치된 조도 모듈의 모듈 편광축은 서로 다르게 형성된다(도 7의 (e) 참조).
이하 도 8을 참조하여 해석부(106)가 각 조도 모듈에서 측정한 조도값을 이용하여 수광된 빛을 조사한 조명 기구(130)를 인식하는 과정을 설명한다.
도 8의 (a)는 조명 기구(130)의 편광 광원부(132)로부터 조사되는 빛의 개념적 형상, 즉 편광면(Fp)를 나타낸다. 즉, 조명 기구(130)에서 조사된 빛은 편광 광원부(132)의 광 투과축에 따라 직선 편광되어 발산된다.
도 8의 (a)에서
Figure 112017098308785-pat00004
은 빛이 발산되는 방향 벡터(즉, 조명 방향 벡터)를 나타내고,
Figure 112017098308785-pat00005
는 광원 편광부를 투과하여 편광된 빛의 진동 방향을 나타내며, Fp는
Figure 112017098308785-pat00006
과
Figure 112017098308785-pat00007
를 포함하는 평면인 편광면을 나타낸다.
우선, 조명 기구(130)에서 발산된 빛에 대하여, 해석부(106)가 각 고려 대상면에 배치된 조도 모듈을 기준하여 조명 방향 벡터를 산출하는 과정을 설명한다.
세개의 고려 대상면 각각에 도달되는 빛의 양(예를 들어, 상응하는 서브 조도 모듈에 측정된 조도값들의 총합, 특정된 어느 하나의 서브 조도 모듈에 의해 측정된 조도값 등)을 각각 PLI(Polarized Light Intensity) 1, PLI 2 및 PLI 3이라 하고, 조명 방향 벡터(
Figure 112017098308785-pat00008
)의 좌표를 (Lx, Ly, Lz)라 하며, 각 고려 대상면의 법선 벡터(
Figure 112017098308785-pat00009
)를 각각 (Q1x, Q1y, Q1z), (Q2x, Q2y, Q2z) 및 (Q3x, Q3y, Q3z)라 하고, 인식 장치(100)에 도달하는 빛의 세기를 I0로 가정한다.
여기서, 조명 방향 벡터는 길이가 1인 단위 벡터로 지정할 수 있다. 또한 빛의 세기 I0는 인식 장치(100)의 미리 지정된 위치에서 관측될 수 있는 빛의 세기의 최대값으로 정의될 수 있으며, 예를 들어 임의의 고려 대상면의 기울기 각도가 0도일 때 수광되는 빛의 세기로 가정될 수 있다.
이때, 조명 방향 벡터(
Figure 112017098308785-pat00010
)와 이 빛을 수광하는 각 고려 대상면의 법선벡터 간의 사잇각을 θ라고 하면, 광량은 입사각의 코사인 값에 비례한다는 램버트 코사인 법칙(Lambert's cosine law)에 의해 각 고려 대상면에 도달하는 빛의 세기(PLI)는 PLI = I0 x cosθ의 관계를 가진다.
그리고, 두 벡터의 내적은 두 벡터의 사잇각의 코사인 값과 일치(즉, a·b=|a|·|b|cosθ)하기 때문에, 각 고려 대상면의 법선 벡터(
Figure 112017098308785-pat00011
)와 조명 방향 벡터(
Figure 112017098308785-pat00012
)를 길이가 1인 단위벡터로 지정한다면
Figure 112017098308785-pat00013
이 성립된다.
따라서, 전술한 사항들을 하나의 행렬식으로 표현하면 하기 수학식 4와 같이 정리할 수 있다.
Figure 112017098308785-pat00014
위 수학식 3에서 각 고려 대상면의 법선 벡터를 종합한 3x3 역행렬을 우변의 PLI 행렬에 내적함으로써 빛의 세기 I0가 곱해진 조명 방향 벡터(
Figure 112017098308785-pat00015
)가 산출될 수 있다.
그러나 위에서 산출된 조명 방향 벡터는 각 고려 대상면에 조도 모듈 각각이 배치된 인식 장치(100)의 현재 자세를 기준으로 산출된 벡터이다.
따라서 해석부(106)는 센서부(104)에서 제공되는 센싱 정보, 예를 들어 미리 지정된 기준 방향인 정북 방향 및 중력 방향을 기준으로 인식 장치(100)가 회전하거나 기울어진 정도를 인식하고, 인식된 미리 지정된 기준 방향과의 차이를 산출된 조명 방향 벡터에 보상함으로써 미리 지정된 정자세(즉, 기준 좌표계)에서의 조명 방향 벡터를 산출할 수 있다.
즉, 센서부(104)의 센싱 정보를 이용함으로써, 해석부(106)는 인식 장치(100)가 정자세를 취하는 상태에서의 조명 방향 벡터를 산출할 수 있다. 이는 인식 장치(100)가 정자세를 취한 상태(즉, 기준 좌표계)를 기준하여 각 조명 기구(130)의 광원 편광축 각도값에 대한 정보가 저장부 등에 저장되어 있기 때문에, 저장된 정보의 활용하여 조명 기구(130)를 식별하기 위해서는 기준 좌표계에서의 조명 방향 벡터의 산출이 필요하기 때문이다.
해석부(106)는 인식 장치(100)의 미리 지정된 정자세에서 산출한 조명 방향 벡터를 참조하여, 해석부(106)는 인식 장치(100)와 인식 장치(100)에서 수광되는 빛을 조사하는 조명 기구(130) 간의 상대적인 위치 관계 및/또는 방향 관계를 인식할 수 있다.
이어서, 해석부(106)가 조명 방향 벡터와 조명 기구(130)의 광원 편광축이 포함된 면인 획득 편광면을 산출하는 과정에 대해 설명한다.
편광 광원부(132)의 빛 조사에 의해, 도 8의 (b)와 같이 복수의 조도 모듈이 배치된 입체도형상에 가상의 편광면(Fp)이 형성된다.
설명의 편의상, 편광 광원부(132)의 실제적인 빛 조사에 의해 형성되는 가상의 편광면을 획득 편광면(Fp)이라 칭하고, 획득 편광면들 중 인식 장치(100)가 조명 기구(130)의 수직 하부에 위치할 때 수직한 형상으로 형성된 획득 편광면은 기준 편광면(Fp')이라 별칭하기로 한다.
각 조명 기구(130)의 편광축 정보(또는 기준 편광면(Fp')에 관한 정보)는 인식 장치(100)에 구비된 저장부(도시되지 않음) 등에 미리 저장되어 관리될 수 있다.
예를 들어, 이동체가 조명 기구(130)의 수직 하부에 위치하고 있다면 획득 편광면은 도 8의 (a)에 예시된 바와 같이 수직한 형상으로 형성될 것이나, 이동체가 조명 기구(130)의 수직 하부 이외의 장소에 위치하고 있다면 획득 편광면은 도 8의 (b)와 같이 기울어진 형상으로 형성될 것이다.
즉, 획득 편광면(Fp)은 편광 광원부(132)에서 발산된 빛이 인식 장치(100)에 도달되는 경로에 따라 다양할 수 있지만, 획득 편광면에는 현재 수광되는 빛을 발산하는 조명 기구(130)의 편광축 정보를 포함하는 공통점이 있다.
획득 편광면은 조도 모듈들이 배치한 고려 대상면에 가상의 선분을 형성하게 된다. 즉, 고려 대상면들 중 임의의 한 면(제1 면인 F1으로 가정함)에도 가상의 선분이 형성되고, 해당 선분은 교선벡터
Figure 112017098308785-pat00016
으로 표현될 수 있다. 여기서, 해석부(106)는 예를 들어 가상의 선분을 상응하는 조도 모듈에 의해 측정되는 조도값에 관한 정보를 참조하여 인식할 수 있다.
획득 편광면을 구하기 위한 교선 벡터(
Figure 112017098308785-pat00017
)를 구하는 과정을 간략히 설명하면 다음과 같다.
교선 벡터는 해당 고려 대상면에 입사되는 편광된 빛의 파장의 진동 방향(즉, 해당 고려 대상면에서 관측되는 편광축)에 관한 것이므로, 도 7의 (c)에 예시된 바와 같이, 임의의 고려 대상면에 0도, 45도, 90도 및 135도의 광 투과축을 가지는 서브 모듈 편광부들이 배치되어 있고, 교선 벡터와 제1 서브 조도 모듈(예를 들어, 광투과축 0도인 서브 모듈 편광부에 상응하는 서브 조도 모듈)간의 사잇각을 θ라 하면, 각 서브 조도 모듈에서 측정된 조도값 ln1, ln2, ln3 및 ln4는 말러스 법칙에 의해
Figure 112017098308785-pat00018
,
Figure 112017098308785-pat00019
,
Figure 112017098308785-pat00020
,
Figure 112017098308785-pat00021
로 각각 산출된다.
이와 같이 산출된 수식을 조합하면 삼각함수 원리에 의해 교선 벡터와 제1 서브 조도 모듈간의 사잇각 θ는 하기 수학식 5에 의해 산출될 수 있다.
Figure 112017098308785-pat00022
이때, 제1 서브 조도 모듈에 상응하는 제1 서브 모듈 편광부의 모듈 편광축 방향은 상응하는 고려 대상면에 고정되어 있기 때문에, 인식 장치(100)의 현재 자세를 기준으로 한 좌표계에서 해당 모듈 편광축 방향이 3차원 벡터로 정의될 수 있다. 해당 3차원 벡터를 수학식 5에서 산출된 사잇각 θ만큼 회전시킴으로서 해당 고려 대상면에 대한 교선 벡터가 산출될 수 있다.
해석부(106)는 전술한 과정을 각 고려 대상면에 대해 실시함으로써 각 고려 대상면에 대한 교선 벡터를 산출할 수 있다.
따라서, 입체 도형상에서 조도 모듈들이 각각 배치된 세개의 고려 대상면에 대해 교선 벡터와 교선 벡터들로 형성되는 획득 편광면이 해석될 수 있고, 이 중 2개의 교선벡터간의 외적(outer product)을 수행하면 획득 편광면(Fp)에 수직한 벡터인 획득 법선벡터
Figure 112017098308785-pat00023
가 산출될 수 있다.
이는, 각 면의 접선인 2개 또는 3개의 교선벡터들이 하나의 획득 편광면(Fp)상에 존재하기 때문이다. 물론, 고려되는 입체도형의 형상이 직각사면체 이외의 형상인 경우 획득되는 교선벡터의 수는 달라질 수 있을 것이다.
해석부(106)는 전술한 방식으로 획득된 획득 편광면을 센서부(104)에서 수신한 센싱 정보, 예를 들어 미리 지정된 기준 방향인 정북 방향 및 중력 방향을 기준으로 인식 장치(100)가 회전하거나 기울어진 정도를 인식하고, 인식된 미리 지정된 기준 방향과의 차이를 산출된 획득 편광면에 보상함으로써 미리 지정된 기준 자세(즉, 기준 좌표계)에서의 획득 편광면을 산출한다.
전술한 바와 같이, 획득 편광면에 대한 정보에는 인식 장치(100)로 빛을 조사하는 조명 기구(130)에 설정된 광원 편광축 정보가 포함되어 있으며, 해석부(106)는 미리 저장된 각 조명 기구(130)의 광원 편광축 정보와 대비하여 어떤 조명 기구(130)로부터 조사된 빛이 인식 장치(100)에 수광되고 있는지를 인식할 수 있다.
이때, 저장부에 미리 저장된 각 조명 기구(130)의 광원 편광축 정보는 인식 장치(100)가 정자세를 취한 상태인 기준 좌표계에 대한 정보이므로, 해석부(106)는 교선 벡터들을 이용하여 산출한 획득 편광면을 센서부(104)에서 제공되는 센싱 정보를 이용하여 기준 좌표계에 대한 획득 편광면으로 회전시킨 후 획득한 광원 편광축 정보를 이용하여 인식 장치(100)로 빛을 조사하는 조명 기구(130)를 특정할 수 있음은 당연하다.
해석부(106)는 앞서 설명한 바와 같이, 센서부(104)에서 수신되는 센싱 정보를 참조하여 인식 장치(100)(이동체)의 자세를 인식할 수도 있다. 또한 해석부(106)가 각 조명 기구의 설치 위치와 높이에 대한 정보를 미리 알고 있는 경우, 조명 방향 벡터를 참조하여 빛이 수광되는 조명 기구의 위치를 기준으로 인식 장치(100)의 상대적인 위치도 인식할 수 있다.
이외에도, 해석부(106)는 센서 정보 이외에, 획득 편광면과 기준 편광면과의 관계를 이용하여서도 인식 장치(100)의 자세 및 위치를 인식할 수도 있다. 이에 대해 설명하면 다음과 같다.
저장부에는 기준 편광면(Fp')에 관한 정보와, 기준 편광면(Fp)에 수직한 벡터인 기준 법선벡터
Figure 112017098308785-pat00024
가 미리 저장되어 관리되고 있으므로, 해석부(106)는 전술한 과정에 의해 산출한 획득 법선벡터
Figure 112017098308785-pat00025
와 기준 법선 벡터
Figure 112017098308785-pat00026
간의 3차원 공간상에서의 기울어짐 각도 Tp를 산출될 수 있다(도 8의 (c) 참조). 기울어짐 각도 Tp만큼 획득 편광면을 3차원 공간상에서 회전시키면 기준 편광면과 획득 편광면은 서로 합치될 것이다.
기준 편광면과 획득 편광면의 합치 작업이 완료(즉, 인식 장치(100)가 특정 조명 기구(130)의 수직 하부에 위치하는 경우를 전제로 인식 장치(100)의 자세를 해석하기 위한 선행 작업이 완료)되면 이동체의 자세 정보를 생성하기 위한 자세 후보군이 결정될 수 있다.
이는, 도 9에 예시된 바와 같이, 3차원 회전을 통해 획득 편광면과 합치되는 기준 편광면이 입체도형을 자르는 가상의 절단면으로 인식한 상태에서, 기준 편광면에 수직인 기준 법선벡터
Figure 112017098308785-pat00027
를 중심으로 인식 장치(100)(즉, 이동체에 부착된 조도 모듈에 의해 결정되는 입체도형)를 회전시키면, 고려 대상인 세 면에서의 교선벡터의 기울어짐 각도는 변하지 않지만 인식 장치(100)의 자세는 달라지는 현상이 발생되기 때문에, 세 면에서의 교선벡터의 기울어짐 각도가 변하지 않는 상태에서 인식 장치(100)가 가질 수 있는 자세 정보들을 자세 후보군으로 특정하는 것이다.
따라서, 자세 후보군을 대상으로 인식 장치(100)가 어느 각도만큼 회전되었는지를 더 판단하여야 인식 장치(100)의 자세 정보가 확정될 수 있다.
해석부(106)가 자세 후보군을 대상으로 인식 장치(100)의 자세 정보를 확정하는 과정을 간략히 설명하면 다음과 같다.
우선 해석부(106)는 복수의 조도 모듈을 포함하는 조도 유닛(102)으로부터 제공되는 각각의 조도값 정보를 이용하여 고려 대상면들에 도달하는 빛의 양(조도값)을 인식할 수 있고, 또한 각 고려 대상면들간의 조도값의 비를 산출할 수 있다.
따라서, 해석부(106)는 기준 법선벡터
Figure 112017098308785-pat00028
를 중심축으로 하여 회전각 θ만큼 회전시키는 변환식인 하기 수학식 6을 이용하여 인식 장치(100)의 자세정보를 획득할 수 있다.
Figure 112017098308785-pat00029
수학식 1에서의,
Figure 112017098308785-pat00030
은 유입되는 빛의 방향벡터(조명 방향 벡터)이고, PLI 1은 제1 고려 대상면의 조도값이고, (A1, B1, C1)은 기울어짐 각도 Tp만큼 회전시킨 이후의 제1 고려 대상면의 면벡터를 나타내며, PLI 2는 제2 고려 대상면의 조도값이고, (A2, B2, C2)는 기울어짐 각도 Tp만큼 회전시킨 이후의 제2 고려 대상면의 면벡터를 나타낸다. 고려 대상면의 조도값은 예를 들어 조도 유닛(102)에 포함된 각 조도계의 출력값을 산술합산, 가중치적용 합산, 곱셈연산 등 미리 지정된 방식을 이용하여 해석부(106)에 의해 산출될 수 있을 것이다.
여기서, PLI 1, PLI 2,
Figure 112017098308785-pat00031
, (A1, B1, C1) 및 (A2, B2, C2)를 알고 있는 반면 회전각 θ만이 미지수이므로, 해석부(106)는 수학식 6을 이용하여 회전각 θ를 산출할 수 있고, 산출된 회전각 θ를 인식 장치(100)의 자세 정보로서 저장부에 저장할 수 있다.
또한 해석부(106)는 조도 유닛(102)으로부터 제공되는 조도값 정보를 이용하여 위치 정보를 산출할 수 있다. 이하 도 10을 참조하여 위치 정보 산출 과정을 간략히 설명한다.
전술한 자세 정보 해석 과정에서 3개의 고려 대상면이 선택되면, 앞서 설명한 바와 같이 각 고려 대상면의 면벡터 (Ai, Bi, Ci)는 하기 수학식 7과 같이 각 평면의 방정식으로 표현될 수 있다.
Figure 112017098308785-pat00032
여기서, i는 각 고려 대상면을 특정하기 위한 인수로서, 고려 대상면이 세개인 경우 i는 1, 2 또는 3일 수 있다.
만일 편광 광원부(132)의 위치를 (0,0,0)이라 하고, 인식 장치(100)의 위치를 (x,y,z)라 가정하면 하기 수학식 8 내지 11을 이용하여 인식 장치(100)의 위치가 결정될 수 있다.
이때, 인식 장치(100)에 도달되는 빛의 양과 광원의 위치 관계는 첫째, 편광 광원(140)과 인식 장치(100)간의 거리(즉, f(d), 하기 수학식 8 참조), 둘째, 고려 대상면들 각각이 편광 광원부(132)에 대해 어느 정도의 각도로 기울어져 있는가(즉, g(β), 하기 수학식 9 참조), 셋째, 편광 광원부(132)로부터 빛이 구 형태로 균일하게 발산할 것(하기 수학식 10 참조)이라는 세가지 요소로 구성된다.
Figure 112017098308785-pat00033
여기서, k는 미리 지정된 상수이다.
Figure 112017098308785-pat00034
Figure 112017098308785-pat00035
여기서 수학식 10은 항상 편광 광원부(132)가 천장에 있고, 편광 광원부(132)가 반구 형태로 빛을 균일하게 발산함은 전제하기 위한 것이다.
전술한 수학식 8 내지 10의 곱셈연산에 의해 조도 모듈의 조도값(PLI)이 연산될 수 있다.
Figure 112017098308785-pat00036
수학식 11에 의해 표현되는 수식은 각 고려 대상면에 대해 도출된다. 여기서, PLI, k, (Ai, Bi, Ci)는 미리 알고 있는 값인데 반해, 이동체의 위치를 결정하기 위한 x, y, z는 미지수이다.
그러나, 해석부(106)는 수학식 11에 의해 표현되는 각 고려 대상면에 대한 3개의 수식을 이용한 연립 방정식을 연산하여 3개의 미지수 x, y, z가 연산할 수 있고, 결과적으로 인식 장치(100)의 위치 정보를 산출하여 저장부에 저장할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 인식 장치(100)는 편광 광원부(132)으로부터 발산된 빛을 수광하여 이동체 정보, 즉 이동체의 자세 정보와 위치 정보를 연산할 수도 있다.
상술한 실내 위치 인식 기법은 디지털 처리 장치에 내장되거나 설치된 프로그램 등에 의해 시계열적 순서에 따른 자동화된 절차로 수행될 수도 있음은 당연하다. 상기 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다. 또한, 상기 프로그램은 디지털 처리 장치가 읽을 수 있는 정보저장매체(computer readable media)에 저장되고, 디지털 처리 장치에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써 상기 방법을 구현한다. 상기 정보저장매체는 자기 기록매체, 광 기록매체 등을 포함한다.
상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 인식 장치 102 : 조도 유닛
102-1, 102-2, 102-3 : 조도 모듈
104 : 센서부 106 : 해석부
130 : 조명 기구 132 : 편광 광원부
135 : 광원 제어부

Claims (15)

  1. 인식 장치를 포함하는 실내 위치 인식 시스템에 있어서,
    상기 인식 장치는,
    수광 특성이 각각 상이하게 지정된 복수의 조도 모듈을 구비하되, 각 조도 모듈은 하나 이상의 조명 기구에서 편광되어 조사되는 빛을 미리 지정된 수광 특성에 따라 수광하여 조도값을 측정하는 조도 유닛; 및
    각 조도 모듈에서 측정된 조도값과 미리 규정된 선편광 현상 규칙을 이용하여 상기 조도 유닛에 수광된 빛을 조사한 하나 이상의 조명 기구의 광원 편광축 각도값(θ1)을 산출하는 해석부를 포함하되,
    실내 공간에 설치되는 복수의 조명 기구는, 중첩 조명 기구간에 유일 점등 시간 구간을 가지도록 설정되고, 편광된 빛을 조사하기 위한 광원 편광축 각도값(θ1)이 각각 상이하게 지정되는 것을 특징으로 하는 실내 위치 인식 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 산출된 광원 편광축 각도값(θ1)은 미리 지정된 매칭 맵 정보를 이용하여 실내 공간 내의 상기 인식 장치의 위치 정보로 매핑 처리되는 것을 특징으로 하는 실내 위치 인식 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 조도 유닛은,
    조명 기구로부터 직선 편광되어 조사된 빛을 수광하여 비편광 조도값(Y1)을 산출하는 비편광 조도 모듈; 및
    미리 지정된 모듈 편광축 각도값(θ2)을 가지는 모듈 편광부가 구비되고, 조명 기구에서 편광되어 조사된 빛을 상기 모듈 편광부를 통해 수광하여 편광 조도값(Y2)을 산출하는 편광 조도 모듈을 포함하고,
    상기 해석부는 상기 비편광 조도값(Y1)과 상기 편광 조도값(Y2) 사이의 관계에 대해 미리 규정된 선편광 현상 규칙을 이용하여 광원 편광축 각도값(θ1)과 모듈 편광축 각도값(θ2)의 각도 차이(X)를 산출하고, 산출된 각도 차이(X)를 이용하여 상기 광원 편광축 각도값(θ1)을 산출하는 것을 특징으로 하는 실내 위치 인식 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 인식 장치는,
    미리 지정된 기준 방향에 대한 상기 인식 장치의 회전각(R)에 상응하는 센싱 정보를 생성하는 센서부를 더 포함하되,
    상기 해석부는 상기 산출된 각도 차이(X)에 상기 센싱 정보에 상응하는 회전각(R)을 적용한 상기 기준 방향에 대한 상기 광원 편광축 각도값(θ1)을 산출하는 것을 특징으로 하는 실내 위치 인식 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 조도 유닛은,
    미리 지정된 제1 모듈 편광축 각도값(θ2)을 가지는 제1 모듈 편광부가 구비되고, 조명 기구에서 편광되어 조사된 빛을 상기 제1 모듈 편광부를 통해 수광하여 제1 편광 조도값(Y1)을 산출하는 제1 편광 조도 모듈; 및
    미리 지정된 제2 모듈 편광축 각도값(θ3)을 가지는 제2 모듈 편광부가 구비되고, 조명 기구에서 편광되어 조사된 빛을 상기 제2 모듈 편광부를 통해 수광하여 제2 편광 조도값(Y2)을 산출하는 제2 편광 조도 모듈을 포함하고,
    상기 해석부는 상기 제1 편광 조도값(Y1)과 상기 제2 편광 조도값(Y2) 사이의 관계에 대해 미리 규정된 선편광 현상 규칙을 이용하여 광원 편광축 각도값(θ1)과 제1 모듈 편광축 각도값(θ2)의 각도 차이(X)를 산출하고, 산출된 각도 차이(X)를 이용하여 수광된 빛을 조사한 조명 기구의 광원 편광축 각도값(θ1)을 산출하는 것을 특징으로 하는 실내 위치 인식 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 인식 장치는,
    미리 지정된 기준 방향에 대한 상기 인식 장치의 회전각(R)에 상응하는 센싱 정보를 생성하는 센서부를 더 포함하되,
    상기 해석부는 상기 산출된 각도 차이(X)에 상기 센싱 정보에 상응하는 회전각(R)을 적용한 상기 기준 방향에 대한 상기 광원 편광축 각도값(θ1)을 산출하는 것을 특징으로 하는 실내 위치 인식 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    복수의 서브 조도 모듈로 구성된 조도 모듈들 각각이 입체 도형의 복수의 면에 개별적으로 부착되고,
    조도 모듈에 포함되는 복수의 서브 조도 모듈 각각은 미리 지정된 서브 모듈 편광축 각도값을 가지는 서브 모듈 편광부와 조도계를 포함하며,
    각 서브 조도 모듈별로 서브 모듈 편광축 각도값은 상이하게 지정되고,
    상기 입체 도형의 복수의 면 중 선택되는 3개의 고려 대상면은 조명 기구에서 편광되어 조사되는 빛이 도달되는 위치에 존재하고, 다른 2개의 고려 대상면의 면벡터의 합성을 통해 나머지 다른 하나의 고려 대상면의 면벡터가 만들어지지 않는 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 실내 위치 인식 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 입체 도형은 유형의 입체 도형이거나, 조도 모듈 각각이 부착된 고려 대상면을 가상으로 연장하여 형성되는 가상의 입체 도형인 것을 특징으로 하는 실내 위치 인식 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 해석부는 각 고려 대상면에 부착된 조도 모듈 각각에서 측정된 조도값 및 각 고려 대상면의 법선 벡터를 이용하여 각 고려 대상면의 조도 모듈에 수광되는 빛을 조사하는 조명 기구에 상응하는 조명 방향 벡터를 산출하도록 미리 규정된 선편광 현상 규칙을 이용하여 상기 조명 방향 벡터를 산출하는 것을 특징으로 하는 실내 위치 인식 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 인식 장치는,
    미리 지정된 기준 방향에 대한 상기 인식 장치의 회전각(R)에 상응하는 센싱 정보를 생성하는 센서부를 더 포함하되,
    상기 해석부는 상기 산출된 조명 방향 벡터에 상기 센싱 정보에 상응하는 회전각(R)을 적용하여 미리 지정된 기준 좌표계에서의 조명 방향 벡터로 보정하는 것을 특징으로 하는 실내 위치 인식 시스템.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 해석부는 각 고려 대상면에 배치된 서브 조도 모듈에서 측정된 조도값을 이용하여 각 고려 대상면에 대한 교선 벡터를 산출하고, 각 고려 대상면에 대한 교선 벡터를 이용하여 상기 입체 도형상의 획득 편광면 정보를 산출하며, 상기 산출된 획득 편광면 정보에서 상기 광원 편광축 각도값(θ1)을 획득하는 것을 특징으로 하는 실내 위치 인식 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 인식 장치는,
    미리 지정된 기준 방향에 대한 상기 인식 장치의 회전각(R)에 상응하는 센싱 정보를 생성하는 센서부를 더 포함하되,
    상기 해석부는 상기 산출된 획득 편광면에 상기 센싱 정보에 상응하는 회전각(R)을 적용하여 미리 지정된 기준 좌표계에서의 획득 편광면으로 보정한 후, 상기 광원 편광축 각도값(θ1)을 획득하는 것을 특징으로 하는 실내 위치 인식 시스템.
  13. 인식 장치에서 수행되는 실내 위치 인식 방법에 있어서,
    수광 특성이 각각 상이하게 지정된 복수의 조도 모듈 각각에서 미리 지정된 수광 특성에 따라 측정한 조도값들을 제공받는 단계; 및
    각 조도 모듈에서 측정된 조도값과 미리 규정된 선편광 현상 규칙을 이용하여 상기 복수의 조도 모듈 각각에 수광된 빛을 조사한 하나 이상의 조명 기구의 광원 편광축 각도값(θ1)을 산출하는 단계를 포함하되,
    실내 공간에 설치되는 복수의 조명 기구는, 중첩 조명 기구간에 유일 점등 시간 구간을 가지도록 설정되고, 편광된 빛을 조사하기 위한 광원 편광축 각도값(θ1)이 각각 상이하게 지정되는 것을 특징으로 하는 실내 위치 인식 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 산출된 광원 편광축 각도값(θ1)은 미리 지정된 매칭 맵 정보를 이용하여 실내 공간 내의 상기 인식 장치의 위치 정보로 매핑 처리되는 것을 특징으로 하는 실내 위치 인식 방법.
  15. 제13항 내지 제14항 중 어느 한 항에 기재된 실내 위치 인식 방법을 수행하기 위하여 디지털 처리 장치에 의해 판독될 수 있는 프로그램을 기록한 기록매체.
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JP2001060140A (ja) 1999-08-20 2001-03-06 Taiyo Yuden Co Ltd 偏光ユニット及びその製造方法並びに遠隔指示位置検出方法及び遠隔位置指示装置及び遠隔指示位置検出装置及びポインティング装置
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Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001060140A (ja) 1999-08-20 2001-03-06 Taiyo Yuden Co Ltd 偏光ユニット及びその製造方法並びに遠隔指示位置検出方法及び遠隔位置指示装置及び遠隔指示位置検出装置及びポインティング装置
KR101618795B1 (ko) 2014-11-28 2016-05-12 주식회사 폴라리언트 이동체의 3차원 자세 및 위치 인식 장치

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