KR101926405B1 - 거리 측정 카메라 거리의 측정 오차 보정 장치 - Google Patents

거리 측정 카메라 거리의 측정 오차 보정 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 거리 측정 카메라 거리의 측정 오차 보정 장치에 관한 것으로, 거리 측정 카메라의 LED로부터 출사되는 광의 경로를 조작함으로써 거리 측정 카메라와 평면 챠트간 실제 거리를 매우 작게 구현함에도 불구하고, 마치 거리 측정 카메라와 평면 챠트간 거리가 매우 큰 실거리 환경에서 거리 측정 카메라의 거리 측정 오차를 보정한 것과 같은 효과를 얻을 수 있도록 한 것이다.

Description

거리 측정 카메라 거리의 측정 오차 보정 장치{Distance measuring error calibration apparatus for distance measuring camera}
본 발명은 거리 측정 카메라에 관련한 것으로, 특히 거리 측정 카메라 거리의 측정 오차 보정 장치에 관한 것이다.
대한민국 공개특허 제10-2011-0011244호(2011.02.08)에서 광원으로부터 출사되는 빛의 변조 주파수(modulation frequency)를 조절함으로써 감지거리의 가변이 가능한 TOF(Time Of Flight) 카메라에 대해 제시하고 있다. 이 기술은 광원에서 출사되는 빛과 센서 어레이에서 감지된 빛의 위상을 대비하여 피사체까지의 거리를 연산한다.
TOF 카메라 등과 같은 거리 측정 카메라를 제조한 후 정확한 거리 측정을 위해서는 거리 측정 오차에 대한 보정이 이루어져야 한다. 통상적으로 거리 측정 카메라의 거리 측정은 거리 측정 카메라로부터 1∼2m 내외의 이격된 거리에 위치하는 평면 챠트에 거리 측정 카메라의 LED를 통해 광을 출사하고, 평면 챠트로부터 반사되어 거리 측정 카메라의 센서 어레이를 통해 수광되는 광량을 검출함에 의해 거리 측정 카메라와 챠트간의 거리를 측정할 수 있다.
특정 거리에서 수광되는 광의 시간 지연(Time Delay)이 정규화된 기준 시간 지연(Time Delay)과 비교하여 늦거나 빠르면, 거리 측정 카메라의 거리측정 오차가 있다는 것을 의미하고, 이러한 광량 차이에 따른 거리 측정 오차에 대한 보정을 해주어야 만 이후 거리 측정 카메라를 통해 정확한 거리 측정이 가능해 진다.
그런데, 거리 측정 카메라로부터 1∼2m 내외의 이격된 거리에 위치하는 평면 챠트를 이용해 거리 측정 카메라에 대한 거리 측정 오차를 보정할 경우, 거리 측정 카메라 렌즈 시야각 범위가 매우 크기 때문에 평면 챠트의 크기가 매우 커지게 된다.
거리 측정 카메라와 평면 챠트간 거리가 커질수록 평면 챠트의 크기가 커지고, 이에 따라 거리 측정 카메라 거리의 측정 오차 보정 장치의 크기 역시 매우 커지게 되며, 평면 챠트가 크면 클수록 구부러지게 되어 평면 챠트의 평탄도가 저하되므로, 거리 측정 보상 정밀도 역시 저하된다.
따라서, 본 발명자는 거리 측정 카메라의 LED로부터 출사되는 광의 경로를 조작함으로써 거리 측정 카메라와 평면 챠트간 실제 거리를 매우 작게 구현함에도 불구하고, 마치 거리 측정 카메라와 평면 챠트간 거리가 매우 큰 실거리 환경에서 거리 측정 카메라의 거리 측정 오차를 보정한 것과 같은 효과를 얻을 수 있는 기술에 대한 연구를 하게 되었다.
대한민국 공개특허 제10-2011-0011244호(2011.02.08)
본 발명은 상기한 취지하에 발명된 것으로, 거리 측정 카메라의 LED로부터 출사되는 광의 경로를 조작함으로써 거리 측정 카메라와 평면 챠트간 실제 거리를 매우 작게 구현함에도 불구하고, 마치 거리 측정 카메라와 평면 챠트간 거리가 매우 큰 실거리 환경에서 거리 측정 카메라의 거리 측정 오차를 보정한 것과 같은 효과를 얻을 수 있는 거리 측정 카메라 거리의 측정 오차 보정 장치를 제공함을 그 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따르면, 거리 측정 카메라 거리의 측정 오차 보정 장치가 거리 측정 카메라의 LED로부터 출사되는 광을 평행광으로 변환하는 평행광 형성부와; 거리 측정 카메라의 거리 측정 오차 보정을 위한 챠트 크기를 줄이기 위해 상기 평행광 형성부에 의해 변환된 평행광이 전파되는 굽은 광경로를 형성하는 굽은 광경로 형성부와; 상기 굽은 광경로 형성부에 의해 형성되는 굽은 광경로를 따라 전파되는 평행광을 집광하는 집광부를; 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 상기 굽은 광경로 형성부가 상기 평행광 형성부에 의해 변환되어 제1방향으로 전파되는 평행광을 제1방향과 수직한 제2방향으로 반사시키는 제1반사경과; 상기 제1반사경에 의해 반사되어 제2방향으로 전파되는 평행광을 제2방향과 수직하고 제1방향과 반대인 제3방향으로 반사시키는 제2반사경과; 상기 제2반사경에 의해 반사되어 제3방향으로 전파되는 평행광을 제3방향과 수직하고 제2방향과 반대인 제4방향으로 반사시키는 제3반사경과; 상기 제3반사경에 의해 반사되어 제4방향으로 전파되는 평행광을 제4방향과 수직하고 제3방향과 반대인 제1방향으로 반사시키는 제4반사경을; 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 상기 집광부가 집광부에 의해 집광되는 광의 초점과 챠트간의 거리와, 거리 측정 카메라와 챠트간의 거리가 동일하도록 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 상기 굽은 광경로 형성부에 의해 형성되는 굽은 광경로의 길이는 거리 측정 카메라와 챠트간의 거리에 따라 결정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 상기 굽은 광경로의 길이 결정시, 평행광이 전파되는 매질 차이에 의한 광 전송 속도 지연에 대한 보상을 반영하여 결정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 거리 측정 카메라의 LED로부터 출사되는 광의 경로를 조작함으로써 거리 측정 카메라와 평면 챠트간 실제 거리를 매우 작게 구현함에도 불구하고, 마치 거리 측정 카메라와 평면 챠트간 거리가 매우 큰 실거리 환경에서 거리 측정 카메라의 거리 측정 오차를 보정한 것과 같은 효과를 얻을 수 있으므로, 챠트 크기를 줄일 수 있는 동시에 장치를 소형화하면서도 정밀한 거리 측정 오차 보정이 가능한 효과가 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 거리 측정 카메라 거리의 측정 오차 보정 장치의 일 실시예의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 2 는 본 발명에 따른 거리 측정 카메라 거리의 측정 오차 보정 장치의 굽은 광경로 길이 결정을 위한 변수들을 도시한 평면도이다.
도 3 은 본 발명에 따른 거리 측정 카메라 거리의 측정 오차 보정 장치의 굽은 광경로 길이 결정을 위한 변수들을 도시한 측면도이다.
도 4 는 본 발명에 따른 거리 측정 카메라 거리의 측정 오차 보정 장치의 거리 측정 오차 보정을 위해 사용되는 챠트의 일 예를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 기술하기로 한다.
본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명 실시예들의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
본 발명 명세서 전반에 걸쳐 사용되는 용어들은 본 발명 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 사용자 또는 운용자의 의도, 관례 등에 따라 충분히 변형될 수 있는 사항이므로, 이 용어들의 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1 은 본 발명에 따른 거리 측정 카메라 거리의 측정 오차 보정 장치의 일 실시예의 구성을 도시한 블럭도이다. 도 1 에 도시한 바와 같이, 이 실시예에 따른 거리 측정 카메라 거리의 측정 오차 보정 장치(100)는 평행광 형성부(110)와, 굽은 광경로 형성부(120)와, 집광부(130)를 포함하여 이루어진다.
상기 평행광 형성부(110)는 거리 측정 카메라(200)의 LED(210)로부터 출사되는 광을 평행광으로 변환한다. 예컨대, 평행광 형성부(110)로 콜리메이터(Collimator)가 사용될 수 있다.
이 때, 일반 카메라의 광축 정렬 오차 보정시 챠트 크기를 줄이기 위해 일반 카메라의 렌즈에 사용되는 콜리메이터를 거리 측정을 위한 거리 측정 카메라(200)의 렌즈에 적용하는 것은 불가하고, 콜리메이터를 거리 측정 카메라(200)의 LED(210) 전면에만 배치하여 거리 측정 카메라(200)의 LED(210)로부터 출사되는 광을 평행광으로 변환한다.
상기 굽은 광경로 형성부(120)는 거리 측정 카메라(200)의 거리 측정 오차 보정을 위한 챠트(300) 크기를 줄이기 위해 상기 평행광 형성부(110)에 의해 변환된 평행광이 전파되는 굽은 광경로를 형성한다.
이 때, 상기 굽은 광경로 형성부(120)가 다수의 반사경들로 구현되거나, 광섬유로 구현될 수 있다. 예컨대, 굽은 광경로 형성부(120)가 제1반사경(121)과, 제2반사경(122)과, 제3반사경(123) 및 제4반사경(124)을 포함할 수 있다.
상기 제1반사경(121)은 상기 평행광 형성부(110)에 의해 변환되어 제1방향으로 전파되는 평행광을 제1방향과 수직한 제2방향으로 반사시킨다. 상기 제2반사경(122)은 상기 제1반사경(121)에 의해 반사되어 제2방향으로 전파되는 평행광을 제2방향과 수직하고 제1방향과 반대인 제3방향으로 반사시킨다.
상기 제3반사경(123)은 상기 제2반사경(122)에 의해 반사되어 제3방향으로 전파되는 평행광을 제3방향과 수직하고 제2방향과 반대인 제4방향으로 반사시킨다. 상기 제4반사경(124)은 상기 제3반사경(123)에 의해 반사되어 제4방향으로 전파되는 평행광을 제4방향과 수직하고 제3방향과 반대인 제1방향으로 반사시킨다.
이에 따라, 거리 측정 카메라(200)의 LED(210)로부터 출사되는 광의 경로를 굽은 광경로 형성부(120)를 통해 조작함으로써 거리 측정 카메라와 평면 챠트간 실제 거리를 매우 작게 구현할 수 있다. 그럼에도 불구하고 마치 거리 측정 카메라와 평면 챠트간 거리가 매우 큰 실거리 환경처럼 구현 가능될 수 있다.
상기 집광부(130)는 상기 굽은 광경로 형성부(120)에 의해 형성되는 굽은 광경로를 따라 전파되는 평행광을 집광한다. 예컨대, 상기 집광부(130)로 초점 거리가 고정되어 있는 고정 초점 렌즈(Fixed Focus Lens)가 사용될 수 있다. 이 때, 상기 집광부(130)가 집광부에 의해 집광되는 광의 초점과 챠트간의 거리와, 거리 측정 카메라와 챠트간의 거리가 동일하도록 설치되는 것이 바람직하다.
상기 굽은 광경로 형성부(120)에 의해 형성되는 굽은 광경로의 길이는 거리 측정 카메라(200)와 챠트(300)간의 거리에 따라 결정된다. 이 때, 굽은 광경로의 길이 결정시, 평행광이 전파되는 매질 차이에 의한 광 전송 속도 지연에 대한 보상을 반영하여 결정될 수 있다.
도 2 및 도 3 을 참조하여 굽은 광경로의 길이를 결정하는 알고리즘을 설명한다. 도 2 는 본 발명에 따른 거리 측정 카메라 거리의 측정 오차 보정 장치의 굽은 광경로 길이 결정을 위한 변수들을 도시한 평면도, 도 3 은 본 발명에 따른 거리 측정 카메라 거리의 측정 오차 보정 장치의 굽은 광경로 길이 결정을 위한 변수들을 도시한 측면도이다.
거리 측정 카메라(200)와 챠트(300)간의 거리가 먼 기존 환경과, 거리 측정 카메라(200)와 챠트(300)간의 거리가 짧은 본 발명에서의 광경로는 이론적으로 같아야 하므로,
Figure 112017049272860-pat00001
이어야 한다.
여기서
Figure 112017049272860-pat00002
가 결정되어야 할 굽은 광경로 길이로,
Figure 112017049272860-pat00003
이다.
이 때,
Figure 112017049272860-pat00004
이고,
Figure 112017049272860-pat00005
이고,
Figure 112017049272860-pat00006
이고,
Figure 112017049272860-pat00007
이다.
Figure 112017049272860-pat00008
이므로,
Figure 112017049272860-pat00009
이다.
Figure 112017049272860-pat00010
이고,
Figure 112017049272860-pat00011
이므로,
Figure 112017049272860-pat00012
이다.
여기서,
Figure 112017049272860-pat00013
이므로, 굽은 광경로 길이
Figure 112017049272860-pat00014
를 구할 수 있다.
따라서, 길이
Figure 112017049272860-pat00015
의 굽은 광경로를 사용할 경우 한 변의 크기가
Figure 112017049272860-pat00016
인 챠트를 사용할 수 있으므로, 굽은 광경로를 사용하지 않은 경우의 한변의 크기가
Figure 112017049272860-pat00017
인 챠트에 비해 상당히 작음을 알 수 있다.
도 4 는 본 발명에 따른 거리 측정 카메라 거리의 측정 오차 보정 장치의 거리 측정 오차 보정을 위해 사용되는 챠트의 일 예를 도시한 도면이다. 도 4 에 도시한 챠트상의 9점 위치에서 반사되는 광들의 경로 길이들을 측정해 거리 측정 카메라의 거리 측정 오차를 보정하는 경우에 대해 설명한다.
거리 측정 오차 보정 전의 거리 측정 카메라에 의해 9점 각각에서 반사된 광들의 광경로 길이가 각각 L1', L2', L3', L4', L5', L6', L7', L8', L9'이고, 거리 측정 오차가 없는 상태에서 측정되어 미리 저장된 기준 길이가 각각 L1, L2, L3, L4, L5, L6, L7, L8, L9라면, 거리 측정 오차 보정 전의 거리 측정 카메라의 9점 각각에 대한 거리 측정 오차는 L1-L1', L2-L2', L3-L3', L4-L4', L5-L5', L6-L6', L7-L7', L8-L8', L9-L9'이므로, 거리 측정 카메라 거리의 측정 오차 보정 장치를 통해 이 차이 만큼 거리 측정 오차를 소프트웨어적으로 보상하면, 거리 측정 카메라의 거리 측정 오차를 보정할 수 있다.
이와 같이 구현함에 의해 본 발명은 거리 측정 카메라의 LED로부터 출사되는 광의 경로를 조작함으로써 거리 측정 카메라와 평면 챠트간 실제 거리를 매우 작게 구현함에도 불구하고, 마치 거리 측정 카메라와 평면 챠트간 거리가 매우 큰 실거리 환경에서 거리 측정 카메라의 거리 측정 오차를 보정한 것과 같은 효과를 얻을 수 있다.
이에 따라, 거리 측정 카메라와 평면 챠트간 실제 거리를 매우 작게 구현함으로써 챠트 크기를 줄일 수 있는 동시에 장치를 소형화할 수 있고, 제조 비용도 저감할 수 있다.
또한, 챠트 크기가 작아 챠트가 구부러질 가능성이 적어 평탄도가 우수함으로써 챠트 구부러짐에 의한 거리 측정 편차 발생을 방지할 수 있어 거리 측정 정밀도를 높일 수 있다.
또한, 외부 광원을 사용하지 않고, 거리 측정 카메라 자체의 LED 광원을 사용하여 거리 측정 오차를 보정함으로써 외부 광원을 사용할 경우 발생할 수 있는 거리 측정 카메라 자체 LED 광원과의 색편차 등에 의한 거리 측정 오류를 방지할 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 의해 참조되는 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만, 이러한 기재로부터 후술하는 특허청구범위에 의해 포괄되는 범위내에서 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 다양한 변형이 가능하다는 것은 명백하다.
본 발명은 거리 측정 카메라 기술분야 및 이의 응용 기술분야에서 산업상으로 이용 가능하다.
100 : 거리 측정 카메라 거리의 측정 오차 보정 장치
110 : 평행광 형성부
120 : 굽은 광경로 형성부
121 : 제1반사경
122 : 제2반사경
123 : 제3반사경
124 : 제4반사경
130 : 집광부
200 : 거리 측정 카메라
300 : 챠트

Claims (5)

  1. 거리 측정 카메라의 LED로부터 출사되는 광을 평행광으로 변환하는 평행광 형성부와;
    거리 측정 카메라의 거리 측정 오차 보정을 위한 챠트 크기를 줄이기 위해 상기 평행광 형성부에 의해 변환된 평행광이 전파되는 굽은 광경로를 형성하는 굽은 광경로 형성부와;
    상기 굽은 광경로 형성부에 의해 형성되는 굽은 광경로를 따라 전파되는 평행광을 집광하는 집광부를;
    포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 거리 측정 카메라 거리의 측정 오차 보정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 굽은 광경로 형성부가:
    상기 평행광 형성부에 의해 변환되어 제1방향으로 전파되는 평행광을 제1방향과 수직한 제2방향으로 반사시키는 제1반사경과;
    상기 제1반사경에 의해 반사되어 제2방향으로 전파되는 평행광을 제2방향과 수직하고 제1방향과 반대인 제3방향으로 반사시키는 제2반사경과;
    상기 제2반사경에 의해 반사되어 제3방향으로 전파되는 평행광을 제3방향과 수직하고 제2방향과 반대인 제4방향으로 반사시키는 제3반사경과;
    상기 제3반사경에 의해 반사되어 제4방향으로 전파되는 평행광을 제4방향과 수직하고 제3방향과 반대인 제1방향으로 반사시키는 제4반사경을;
    포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 카메라 거리의 측정 오차 보정 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 집광부가:
    집광부에 의해 집광되는 광의 초점과 챠트간의 거리와, 거리 측정 카메라와 챠트간의 거리가 동일하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 거리 측정 카메라 거리의 측정 오차 보정 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 굽은 광경로 형성부에 의해 형성되는 굽은 광경로의 길이는 거리 측정 카메라와 챠트간의 거리에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 거리 측정 카메라 거리의 측정 오차 보정 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 굽은 광경로의 길이 결정시, 평행광이 전파되는 매질 차이에 의한 광 전송 속도 지연에 대한 보상을 반영하여 결정되는 것을 특징으로 하는 거리 측정 카메라 거리의 측정 오차 보정 장치.
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