KR101962755B1 - 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집 장치 - Google Patents

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Abstract

롤(roll), 피치(pitch) 및 요우(yaw) 방향의 3방향 자유도(Degree of Freedom, DOF)를 가지는 데이터 수집 장치에 있어서, 깊이 센서, 위치 센서 및 이미지 센서를 포함하는 센서부, 센서부의 양 방향으로 수평 연장되는 연결 부재, 연결 부재의 끝단에서 수직 방향으로 연장되며, 연결 부재와 힌지 결합되어 센서부를 피치 방향으로 회전시키기 위한 지지 부재, 지지 부재가 슬라이딩 가능하도록 관통 결합되어, 센서부를 상기 요우 방향으로 회전시키기 위한 관통 부재 및 관통 부재와 힌지 결합되어, 센서부를 롤 방향으로 회전 시키기 위한 고정 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집 장치에 관한 것이다.

Description

3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집 장치{APPARATUS FOR COLLECTING DATA FOR 3-D MAPPING}
본 발명은 깊이 센서가 수집한 깊이값과 이미지 센서가 수집한 이미지를 매칭하여 3차원 지도를 작성하기 위해, 3차원 지도 작성을 위한 데이터를 수집하는 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집 장치에 관한 것이다.
SLAM(Simultaneous Localization And Mapping) 기술은 미지의 환경에서 데이터 수집 장치에 포함된 센서만으로 외부의 도움 없이 해당 미지의 환경에 대한 지도를 작성하는 기술로 자율주행, 드론 등 각종 기술에 광범위하게 활용되는 기술로, GPS 정보, 주행 거리 정보, 관성 센서 등을 활용하여 관측 지점을 추정하고, 관측 지점 마다 얻어진 깊이값을 이용하여 지형지도를 작성하는 기술이다.
이러한 SLAM 기술에서는, 관측 지점에 대한 정확한 위치 정보와 관측 지점별로 얻어진 정확한 깊이값을 취득하는 것이 정밀한 지도를 얻기 위해 중요한 요소로 작용한다.
종래에는, 관측 지점에 대한 정확한 위치 정보를 얻기 위하여, 미지의 환경에 특정한 무늬나 형상을 가지는 인공의 랜드마크(Landmark)를 설치한 뒤, 이러한 랜드마크를 감지하여 위치 정보를 보정하는 방법을 사용하였으나, 이러한 방법을 이용하더라도 위치 정보를 정확하게 보정하기는 어려운 문제가 있었다.
한편, SLAM 기술에서 관측 지점별로 깊이값을 취득하기 위해서는 레이저(Laser), 적외선, 라이다(Lidar) 등의 각종 깊이 센서가 활용될 수 있으나, 이러한 각종 깊이 센서는 카메라를 비롯한 각종 이미지 센서에 비하여 관측 시야(Field of View, FoV)가 좁은 한계가 있다.
즉, 특정 관측 지점에서 이미지 센서를 통해 획득한 이미지에 깊이값을 매칭시키기 위해서는, 하나의 이미지 당 복수개의 깊이값이 필요하게 되며, 이러한 문제를 해결하기 위해 종래에는, 이미지 센서 및 깊이 센서를 포함하는 데이터 수집 장치를 지지대 등을 통하여 특정 관측 지점의 바닥에 설치한 뒤, 특정 관측 지점에 대한 이미지를 수집하고 깊이 센서를 요우(yaw) 방향, 피치(pitch) 방향 및 롤(roll) 방향으로 흔들어 특정 관측 지점에 대한 이미지에 매칭되는 복수 개의 깊이값을 취득한 뒤, 이동하여 다른 관측 지점의 바닥에 설치하는 동작을 반복하는 스톱 앤 고(Stop and Go) 방식을 활용하였다.
그러나, 이러한 스톱 앤 고 방식은 데이터 수집 장치를 특정 관측 지점의 바닥에 흔들리지 않도록 설치한 뒤, 이미지 및 깊이값을 취득하고, 다시 이동하여 데이터 수집 장치를 다른 관측 지점의 바닥에 흔들리지 않도록 설치하는 과정을 반복해야 하기 때문에, 이미지 및 깊이값의 수집 시간이 지나치게 길어져, 실내 공간의 크기에 따라 길게는 여러 날에 걸쳐 데이터를 수집하는 과정을 반복해야 하는 문제가 있다.
한국 공개특허공보 제10-2009-0058413호(2009.12.17.)
본 발명의 목적은, 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 3차원 지도 작성을 위한 각종 데이터를 수집하는 데이터 수집 장치를 사용자가 휴대할 수 있도록 하며, 롤(roll), 피치(pitch) 및 요우(yaw) 방향의 3방향 자유도(Degree of Freedom, DOF)를 가지도록 하기 위함이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 롤(roll), 피치(pitch) 및 요우(yaw) 방향의 3방향 자유도(Degree of Freedom, DOF)를 가지는 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집 장치는, 깊이 센서, 위치 센서 및 이미지 센서를 포함하는 센서부, 센서부의 양 방향으로 수평 연장되는 연결 부재, 연결 부재의 끝단에서 수직 방향으로 연장되며, 연결 부재와 힌지 결합되어 센서부를 피치 방향으로 회전시키기 위한 지지 부재, 지지 부재가 슬라이딩 가능하도록 관통 결합되어, 센서부를 요우 방향으로 회전시키기 위한 관통 부재 및 관통 부재와 힌지 결합되어, 센서부를 롤 방향으로 회전 시키기 위한 고정 부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따라, 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집 장치는 센서부의 양 방향으로 수평 연장되며, 하방으로 절곡되어 형성되는 손잡이부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
예컨대, 연결 부재는, 센서부의 양 방향으로 수평 연장되며, 하방으로 절곡되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
예를 들어, 연결 부재 및 지지 부재를 수직 관통하는 제1 회전축이 형성되며, 연결 부재가 제1 회전축을 기준으로 회전하여, 센서부가 피치 방향으로 회전하는 것을 특징으로 한다.
예컨대, 관통 부재 및 상기 고정 부재를 수직 관통하는 제2 회전축이 형성되며, 관통 부재가 제2 회전축을 기준으로 회전하여, 센서부가 롤 방향으로 회전하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따라, 깊이 센서는 연결 부재의 상부에 배치되고, 이미지 센서는 연결 부재의 하부에 배치되고, 위치 센서는 깊이 센서와 이미지 센서 사이에 배치되는 것을 특징으로 한다.
예를 들어, 깊이 센서, 위치 센서 및 이미지 센서 각각의 수직 방향 중심축은 서로 일치하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따라, 지지 부재의 일단에는, 지지 부재가 슬라이딩하여 관통 부재를 이탈하지 않도록 하는 스토퍼가 형성되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따라, 데이터 수집 장치는 사용자의 어깨에 착용할 수 있도록 형성된 착용 부재를 더 포함하며, 고정 부재는 착용 부재의 상부에 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 3차원 지도 작성을 위한 각종 데이터를 수집하는 데이터 수집 장치를 사용자가 휴대할 수 있도록 하기 때문에, 데이터 수집 장치가 이동함과 동시에 지속적으로 롤(roll), 피치(pitch) 및 요우(yaw) 방향에 대한 깊이값을 취득할 수 있도록 하여, 더욱 조밀한 깊이값 정보를 취득하면서도 깊이값 정보의 취득 시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른, 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른, 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집 장치의 센서부가 롤(roll), 피치(pitch) 및 요우(yaw) 방향으로 회전해야 하는 이유를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른, 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집 장치의 센서부의 피치(pitch) 방향 회전을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른, 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집 장치의 센서부의 롤(roll) 방향 회전을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른, 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집 장치의 센서부의 요우(yaw) 방향 회전을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른, 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집 장치의 센서부를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 아래와 같다.
이제 도 1을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집 장치를 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른, 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집 장치(100)의 사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집 장치(100)는 롤(roll), 피치(pitch) 및 요우(yaw) 방향의 3방향 자유도(Degree of Freedom, DOF)를 가지는 데이터 수집 장치를 의미할 수 있다.
예컨대, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집 장치(100)는 롤(roll) 방향, 피치(pitch) 방향 및 요우(yaw) 방향의 3가지 회전 방향 각각에 대하여 센서부(110)를 자유롭게 회전시키며, 실내 공간에서 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집 장치(100)가 이동함과 동시에 복수의 깊이값을 취득하는 데이터 수집 장치를 의미할 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집 장치(100)는 센서부(110), 연결 부재(120), 지지 부재(131, 132), 관통 부재(141, 142) 및 고정 부재(151, 152)를 포함한다.
일 실시예에 따라, 센서부(110)는 깊이 센서(111), 위치 센서(112) 및 이미지 센서(113)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 깊이 센서(111)는 라이다(LIDAR), 소나(SONAR), 적외선(Infra-Red) 센서, TOF(Time of Flight) 거리탐지기를 비롯하여, 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집 장치(100)로부터 인접하는 각종 구조물까지의 거리값 또는 깊이값을 측정하는 각종 깊이값 수집 장치를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 깊이 센서(111)는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집 장치(100)가 이동하는 동안 거리값 또는 깊이값을 연속적으로 취득할 수 있다.
예컨대, 위치 센서(112)는 가속도 및 회전을 측정하여 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집 장치(100)의 이동 거리를 측정하는 관성 센서(IMU, Inertial Measurement Unit), 위성 정보를 이용하여 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집 장치(100)의 위치를 측정하는 GPS 센서를 비롯하여 위치 정보를 얻기 위한 각종 센서를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 이미지 센서(113)는 전 방향 각도에 대한 이미지를 수집하는 전방향(Omni-Directional) 카메라, 넓은 화각의 영역에 대한 이미지를 수집하는 어안 렌즈 카메라를 비롯하여 RGB 데이터를 얻기 위한 각종 이미지 수집 장치를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 이미지 센서(113)는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집 장치(100)가 잠시 멈춰있는 동안 이미지를 수집할 수 있다.
예컨대, 깊이 센서(111)가 수집한 복수의 깊이값을 나타내는 점군 데이터(Point Cloud Data, PCD), 위치 센서(112)가 수집한 각각의 점군 데이터의 취득 위치 및 취득 각도를 의미하는 포즈, 이미지 센서(113)가 수집한 RGB 데이터를 매핑하면 3차원 지도가 생성될 수 있다.
예컨대, 연결 부재(120)는 센서부(110)의 양 방향으로 수평 연장될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 연결 부재(120)는, 센서부(110)의 양 방향으로 수평 연장되며, 하방으로 절곡되어 형성될 수 있다.
지지 부재(131, 132)는 연결 부재(120)의 끝단에서 수직 방향으로 연장되며, 연결 부재(120)와 힌지 결합되어 센서부(110)를 피치 방향으로 회전시킬 수 있다.
설명의 편의를 위하여, 지지 부재(131, 132)를 각각 제1 지지 부재(131) 및 제2 지지 부재(132)로 나누어 설명하도록 한다.
예컨대, 제1 지지 부재(131) 및 제2 지지 부재(132) 각각은 연결 부재(120)의 하방으로 절곡된 끝단과 각각 힌지 결합될 수 있으며, 제1 지지 부재(131) 및 제2 지지 부재(132) 각각과 연결 부재(120)의 힌지 결합을 통해, 센서부(110)는 제1 지지 부재(131) 및 제2 지지 부재(132)의 사이에서 연결 부재(120)와 함께 회전할 수 있으며, 이러한 회전 방향은 피치 방향을 의미할 수 있다.
관통 부재(141, 142)는 지지 부재(131, 132)가 슬라이딩 가능하도록 관통 결합되어, 센서부(110)를 요우 방향으로 회전시킬 수 있다.
설명의 편의를 위하여, 관통 부재(141, 142)를 각각 제1 관통 부재(141) 및 제2 관통 부재(142)로 나누어 설명하도록 한다.
예컨대, 제1 관통 부재(141) 및 제2 관통 부재(142) 각각에는 관통공(미도시)이 형성될 수 있다.
이 경우, 제1 지지 부재(131)는 제1 관통 부재(141)의 관통공(미도시)을 관통하여 제1 관통 부재(141)와 관통 결합될 수 있으며, 제1 지지 부재(131)는 제1 관통 부재(141)의 관통공(미도시)의 내주면을 따라 슬라이딩할 수 있으며, 제2 지지 부재(132) 또한 제2 관통 부재(142)의 관통공(미도시)을 관통하여 제2 관통 부재(142)와 결합될 수 있으며, 제2 지지 부재(132)는 제2 관통 부재(142)의 관통공(미도시)의 내주면을 따라 슬라이딩 할 수 있다.
고정 부재(151, 152)는 관통 부재(141, 142)와 힌지 결합되어, 센서부(110)를 롤 방향으로 회전 시킬 수 있다.
설명의 편의를 위하여, 고정 부재(151, 152)를 각각 제1 고정 부재(151) 및 제2 고정 부재(152)로 나누어 설명하도록 한다.
예컨대, 제1 고정 부재(151)는 제1 관통 부재(141)와 힌지 결합될 수 있으며, 제2 고정 부재(152)는 제2 관통 부재(152)와 힌지 결합될 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집 장치(100)는 손잡이부(161, 162)를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 손잡이부(161, 162)는 센서부(110)의 양 방향으로 수평 연장되며, 하방으로 절곡되어 형성될 수 있다.
예를 들어, 손잡이부(161, 162)는 연결 부재(120)의 하방으로 돌출 형성될 수도 있다.
예컨대, 사용자가 손잡이부(161, 162)를 쥐고 본 발명의 실시예에 따른, 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집 장치(100)를 흔드는 경우, 센서부(110)는 3가지 회전 방향인 롤 방향, 피치 방향 및 요우 방향으로 복합적으로 회전하여 복수의 깊이값을 보다 손쉽게 취득하게 된다.
예를 들어, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집 장치(100)는 착용 부재(171, 172)를 더 포함할 수 있다.
예컨대, 착용 부재(171, 172)는 사용자의 어깨에 착용할 수 있도록 형성될 수 있으며, 고정 부재(151, 152)는 착용 부재(171, 172)의 상부에 연결될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 착용 부재(171, 172)는 수납 부재(173)와 연결될 수 있으며, 수납 부재(173)에는 노트북, 스마트폰, 스마트 패드를 비롯한 각종 전자 기기가 수납되어, 센서부(110)가 수집한 복수의 깊이값을 나타내는 점군 데이터(Point Cloud Data), 각각의 점군 데이터의 취득 위치 및 취득 각도, RGB 데이터를 비롯한 각종 데이터가 저장되도록 형성될 수 있다.
예컨대, 수납 부재(173)에는 별도의 저장부(미도시)가 포함될 수 있으며, 이 경우, 노트북, 스마트폰, 스마트 패드를 비롯한 별도의 전자 기기를 수납하지 않고도, 센서부(110)가 수집한 각종 데이터가 저장부(미도시)에 저장될 수 있다.
예컨대, 착용 부재(171, 172) 및 수납 부재(173)를 결합하면, 사용자가 어깨에 착용하여 등에 수납 공간이 있는 배낭 형태가 될 수도 있으나, 본 발명의 실시예에 따른, 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집 장치(100)의 착용 부재(171, 172) 및 수납 부재(173)는 배낭 형태에 한정되지 않는다.
일 실시예에 따르면, 고정 부재(151, 152)는 착용 부재(171, 172)의 상부뿐만 아니라, 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집을 위해 별도로 제작된 드론, 로봇 등 각종 장비에 연결될 수도 있다.
일 실시예에 따르면, 지지 부재(131, 132)의 일단에는, 지지 부재(131, 132)가 슬라이딩하여 관통 부재(141, 142)를 이탈하지 않도록 하는 스토퍼(181, 182)가 형성될 수 있다.
예컨대, 스토퍼(181, 182)는 관통 부재(141, 142)의 관통공(미도시)의 단면적보다 큰 단면적을 가지도록 형성되어, 관통 부재(141, 142)의 관통공(미도시)을 통과하지 못하도록 형성될 수 있다.
이를 통해, 스토퍼(181, 182)는 지지 부재(131, 132)가 관통공(미도시)의 내주면을 따라 슬라이딩하면서, 센서부(110)를 요우 방향으로 회전시킬 때, 지지 부재(131, 132)가 관통 부재(141, 142)를 이탈하지 않도록 할 수 있다.
이제 도 2를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른, 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집 장치(100)의 센서부(110)가 3가지 회전 방향으로 회전해야 하는 이유를 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른, 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집 장치의 센서부가 롤(roll), 피치(pitch) 및 요우(yaw) 방향으로 회전해야 하는 이유를 설명하기 위한 도면이다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른, 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집 장치의 센서부(110)는 깊이 센서(111), 위치 센서(112) 및 이미지 센서(113)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 이미지 센서(113)가 전방향(Omni-Directional) 카메라, 어안 렌즈 카메라를 비롯한 각종 RGB 데이터 수집 장치이고, 깊이 센서(111)가 라이다(LIDAR)인 경우, 깊이 센서(111)는 이미지 센서(113)에 비해 좁은 관측 시야(Field of View, FoV)를 가지게 되며, 이미지 센서(113)가 수집한 특정 RGB 데이터를 이용하여 3차원 지도를 생성하기 위해서는 해당 RGB 데이터에 대응되는 복수의 깊이값을 나타내는 점군 데이터(Point Cloud Data, PCD)가 필요하게 된다.
따라서, 깊이 센서(111)의 관측 시야의 한계를 극복하기 위해서는, 센서부(110)가 롤(roll), 피치(pitch) 및 요우(yaw) 방향으로 자유롭게 흔들릴 수 있도록 3방향 자유도(Degree of Freedom, DOF)를 가진 채 설계되는 것이 바람직할 수 있다.
예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른, 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집 장치의 센서부(110)가 수직 방향의 축(파란축)을 기준으로 회전한다면, 깊이 센서(111)의 관측 시야가 외곽 원통형 영역(보라색 영역)으로 확장될 수 있는 것이다.
이제 도 3을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집 장치(100)의 센서부(110)가 피치 방향으로 회전하는 보다 구체적인 동작에 대해 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른, 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집 장치의 센서부의 피치(pitch) 방향 회전을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른, 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집 장치(100)에는, 연결 부재(120) 및 지지 부재(131, 132)를 수직 관통하는 제1 회전축(191, 192)이 형성되며, 연결 부재(120)가 제1 회전축(191, 192)을 기준으로 회전하여, 센서부(110)가 피치 방향으로 회전할 수 있다.
설명의 편의를 위하여, 지지 부재(131, 132)를 각각 제1 지지 부재(131) 및 제2 지지 부재(132)로 나누어 설명하도록 한다.
일 실시예에 따르면, 제1 지지 부재(131)는 연결 부재(120)의 하방으로 절곡된 끝단과 힌지 결합한 뒤, 제1 지지 부재(131)와 연결 부재(120) 간의 힌지 결합 지점에서 제1 지지 부재(131) 및 연결 부재(120)의 절곡된 끝단을 수직 관통하도록 제1 회전축(191)이 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제2 지지 부재(132)는 연결 부재(120)의 하방으로 절곡된 끝단과 힌지 결합한 뒤, 제2 지지 부재(132)와 연결 부재(120) 간의 힌지 결합 지점에서 제2 지지 부재(132) 및 연결 부재(120)의 절곡된 끝단을 수직 관통하도록 제1 회전축(192)이 형성될 수 있다.
이 경우, 연결 부재(120) 및 센서부(110)는 제1 회전축(191, 192)을 기준으로 회전할 수 있으며, 센서부(110)의 깊이 센서(111)의 관측 시야는 제1 회전축(191, 192)을 기준으로 하는 회전 방향인 피치 방향으로 확장될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 센서부(110)가 제1 회전축(191, 192)을 기준으로 하는 회전 방향인 피치 방향 회전 각도는 연결 부재(120)의 하방으로 절곡된 끝단과 지지 부재(131, 132)가 연장된 방향이 서로 대략 수평이 되도록 하는 2 개의 지점 간의 각도인 180도 일 수 있으나, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집 장치(100)의 피치 방향 회전 각도는 180도에 한정되지 않는다.
이제 도 4를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집 장치(100)의 센서부(110)가 롤 방향으로 회전하는 보다 구체적인 동작에 대해 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른, 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집 장치의 센서부의 롤(roll) 방향 회전을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른, 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집 장치(100)에는, 관통 부재(141, 142) 및 고정 부재(151, 152)를 수직 관통하는 제2 회전축(193, 194)이 형성되며, 관통 부재(141, 142)가 제2 회전축(193, 194)을 기준으로 회전하여, 센서부(110)가 롤 방향으로 회전할 수 있다.
설명의 편의를 위하여, 관통 부재(141, 142)를 각각 제1 관통 부재(141) 및 제2 관통 부재(142)로, 고정 부재를 각각 제1 고정 부재(151) 및 제2 고정 부재(152)로, 지지 부재(131, 132)를 각각 제1 지지 부재(131) 및 제2 지지 부재(132)로 나누어 설명한다.
예를 들면, 제1 관통 부재(141)는 제1 고정 부재(151)와 힌지 결합될 수 있으며, 제1 관통 부재(141)와 제1 고정 부재(151)를 수직으로 관통하는 제2 회전축(193)을 기준으로 제1 관통 부재(141)는 틸팅할 수 있고, 제1 관통 부재(141)가 틸팅함에 따라서, 제1 지지 부재(131)는 제2 회전축(193)을 기준으로 회전할 수 있다.
예컨대, 제2 관통 부재(142)는 제2 고정 부재(152)와 힌지 결합될 수 있으며, 제2 관통 부재(142)와 제2 고정 부재(152)를 수직으로 관통하는 제2 회전축(194)을 기준으로 제2 관통 부재(142)는 틸팅할 수 있고, 제2 관통 부재(142)가 틸팅함에 따라서, 제2 지지 부재(132)는 제2 회전축(194)을 기준으로 회전할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 지지 부재(131)와 제2 지지 부재(132)는 서로 독립적으로 회전 운동을 할 수 있다.
예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 관통 부재(141)가 특정 방향으로 틸팅하고, 제2 관통 부재(142)가 특정 방향과 반대 방향으로 틸팅하는 경우, 제1 지지 부재(131)와 제2 지지 부재(132)는 서로 반대 방향으로 회전하게 되고, 제1 지지 부재(131)와 제2 지지 부재(132) 각각과 연결된 연결 부재(120) 및 센서부(110)는 롤 방향으로 회전할 수 있다.
예컨대, 제1 관통 부재(141)가 틸팅을 하지 않는 경우 제1 지지 부재(131)는 지면과 대략적으로 수평한 방향으로 배치된 상태를 유지하게 되며, 제2 관통 부재(142)가 센서부(110)와 멀어지는 방향으로 틸팅하는 경우 연결 부재(120)와 결합된 제2 지지 부재(132)의 일단은 지면과 멀어지는 방향으로 회전할 수 있으며, 그 결과, 센서부(110)는 롤 방향으로 회전할 수도 있다.
상술한 예시에서와 같이, 본 발명의 실시예에 따른, 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집 장치(100)의 제1 관통 부재(141) 및 제2 관통 부재(142)는 서로 독립적으로 틸팅할 수 있으며, 제1 관통 부재(141) 및 제2 관통 부재(142) 각각이 틸팅함에 따라서, 제1 지지 부재(131) 및 제2 지지 부재(132)는 각각 독립적으로 회전하게 되고, 그 결과 센서부(110)는 롤 방향으로 회전할 수 있다.
이 경우, 연결 부재(120) 및 센서부(110)가 롤 방향으로 회전함에 따라, 센서부(110)의 깊이 센서(111)의 관측 시야는 롤 방향으로 확장될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 센서부(110)가 관통 부재(141, 142)의 틸팅에 따라 회전하는 방향인 롤 방향 회전 각도는 연결 부재(120)가 지면과 평행한 경우를 0도로 할 때 연결 부재(120)가 지면과 수직으로 위치하는 각도인 -90도 내지 90도 범위인 180도 일 수 있으나, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집 장치(100)의 롤 방향 회전 각도는 180도에 한정되지 않는다.
이제 도 5를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집 장치(100)의 센서부(110)가 요우 방향으로 회전하는 보다 구체적인 동작에 대해 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른, 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집 장치의 센서부의 요우(yaw) 방향 회전을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른, 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집 장치(100)의 지지 부재(131, 132)는 관통 부재(141, 142)의 내주면을 따라 슬라이딩 할 수 있으며, 지지 부재(131, 132)가 관통 부재(141, 142)의 내주면을 따라 슬라이딩 하여, 센서부(110)가 요우 방향으로 회전할 수 있다.
설명의 편의를 위하여, 관통 부재(141, 142)를 각각 제1 관통 부재(141) 및 제2 관통 부재(142)로, 지지 부재(131, 132)를 각각 제1 지지 부재(131) 및 제2 지지 부재(132)로 나누어 설명한다.
예를 들면, 제1 지지 부재(131)는 제1 관통 부재(141)의 내주면을 따라 앞 뒤로 슬라이딩할 수 있고, 제2 지지 부재(132)는 제2 관통 부재(142)의 내주면을 따라 앞 뒤로 슬라이딩 할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 지지 부재(131)와 제2 지지 부재(132)는 서로 독립적으로 슬라이딩 할 수 있다.
예를 들면, 제1 지지 부재(131)와 제2 지지 부재(132)가 서로 반대 방향으로 슬라이딩 하는 경우, 제1 지지 부재(131)와 제2 지지 부재(132) 각각과 연결된 연결 부재(120) 및 센서부(110)는 요우 방향으로 회전할 수 있다.
예컨대, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 지지 부재(131)가 센서부(110)와 가까워지는 방향으로 슬라이딩하고, 제2 지지 부재(132)가 센서부(110)와 멀어지는 방향으로 슬라이딩 하는 경우, 연결 부재(120)는 제1 지지 부재(131) 및 제2 지지 부재(132)의 슬라이딩에 기초하여 회전하게 되며, 연결 부재(120)의 회전 결과 센서부(110) 또한 함께 회전할 수 있다.
이와 같이, 연결 부재(120) 및 센서부(110)가 요우 방향으로 회전함에 따라, 센서부(110)의 깊이 센서(111)의 관측 시야는 요우 방향으로 확장될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 센서부(110)가 지지 부재(131, 132)의 슬라이딩에 따라 회전하는 방향인 요우 방향 회전 각도는 지지 부재(131, 132)의 길이 및 스토퍼(181, 182)의 위치에 따라 조절될 수 있다.
예를 들면, 센서부(110)가 지지 부재(131, 132)의 슬라이딩에 따라 회전하는 방향인 요우 방향 회전 각도는 180도 일 수 있으나, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집 장치(100)의 요우 방향 회전 각도는 180도에 한정되지 않는다.
이제 도 6을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집 장치(100)의 센서부(110)를 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른, 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집 장치의 센서부를 설명하기 위한 도면이다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집 장치(100)의 센서부(110)는 깊이 센서(111), 위치 센서(112) 및 이미지 센서(113)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 깊이 센서(111)는 연결 부재(120)의 상부에 배치되고, 이미지 센서(113)는 연결 부재(120)의 하부에 배치되고, 위치 센서(112)는 깊이 센서(111)와 이미지 센서(113) 사이에 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 위치 센서(112)는 깊이 센서(111)의 하부에 배치되되 깊이 센서(111)와 일정 거리 이격하여 배치될 수도 있다.
예를 들면, 센서부(110)의 피치 방향 회전축은 연결 부재(120)의 하방으로 절곡된 끝단에 형성된 제1 회전축(191, 192)이기 때문에, 깊이 센서(111)가 연결 부재(120)의 상부에 배치되는 경우, 깊이 센서(111)와 제1 회전축(191, 192) 간의 수직 방향 높이가 상대적으로 멀어지게 되어, 적은 움직임으로도 깊이 센서(111)의 관측 시야가 피치 방향으로 크게 확장될 수 있다.
예컨대, 이미지 센서(113)는 정지 상태에서 주변의 RGB 데이터를 수집할 수 있으며, 이 경우, 이미지 센서(113)가 연결 부재(120)의 하부에 배치되면 이미지 센서(113)와 제1 회전축(191, 192) 간의 수직 방향 높이가 상대적으로 가까워지게 되어, 깊이 센서(111)가 이동하며 깊이값을 취득하는 중간에 잠시 정지된 상태에서 상대적으로 흔들림이 적은 RGB 데이터를 수집할 수 있다.
예컨대, 깊이 센서(111), 위치 센서(112) 및 이미지 센서(113) 각각의 수직 방향 중심축은 서로 일치할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 깊이 센서(111)가 수집한 점군 데이터를 비롯한 각종 깊이값, 위치 센서(112)가 수집한 깊이값을 취득한 위치인 취득 위치 및 깊이값을 취득한 방향인 취득 각도, 이미지 센서(113)가 수집한 RGB 데이터가 정확하게 정합될 수 있도록, 깊이 센서(111), 위치 센서(112) 및 이미지 센서(113)는 서로 하나의 좌표축을 공유할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 깊이 센서(111) 및 이미지 센서(113) 각각의 중심간의 기하학적 관계를 이용하여, 깊이 센서(111) 및 이미지 센서(113)는 서로 캘리브레이션(Calibration)될 수도 있다.
예를 들면, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집 장치(100)는 착용 부재(171, 172)에 형성되어 사용자가 착용할 수 있도록 구성되거나, 별도로 제작된 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집을 위해 별도로 제작된 드론, 로봇 등 각종 장비에 형성될 수 있기 때문에, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집 장치(100)의 깊이 센서(111)는 이동하는 동시에 롤 방향, 피치 방향 및 요우 방향으로 흔들리며, 좁은 관측 시야를 극복한 넓은 영역에 대한 점군 데이터를 비롯한 각종 깊이값을 취득할 수 있다.
예를 들면, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집 장치(100)는 깊이 센서(111)의 스펙에 따라 롤 방향, 피치 방향 및 요우 방향 각각에 대한 회전 반경이 각기 다르도록 설정될 수 있다.
예컨대, 깊이 센서(111)가 롤 방향 및 피치 방향으로 좁은 시야를 가지되 요우 방향으로 넓은 시야를 가지는 센서인 경우, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집 장치(100)의 센서부(110)의 회전 반경은 롤 방향 및 피치 방향으로 넓은 회전 반경을 가지되 요우 방향으로는 좁은 회전 반경을 가지도록 설정될 수 있다.
상술한 예시와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집 장치(100)의 센서부(110)는 깊이 센서(111)의 스펙에 따른 관측 시야의 한계를 극복하는 방향으로 회전하거나 흔들리도록 설정될 수 있다.
예를 들면, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집 장치(100)는 깊이값을 취득하는 지점의 환경에 따라 롤 방향, 피치 방향 및 요우 방향 각각에 대한 회전 반경이 각기 다르도록 설정될 수 있다.
예컨대, 깊이 센서(111)가 요우 방향으로 넓은 시야를 가지는 센서인 경우에서, 비좁은 통로와 같이 얇고 깊은 환경의 깊이값을 측정하는 경우, 센서부(110)는 롤 방향으로 90도 회전한 상태에서 롤 방향, 피치 방향 및 요우 방향 각각으로 흔들리며 깊이값을 취득하도록 설정될 수도 있다.
예컨대, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집 장치(100)는 Wifi 신호, 조명, 물체의 재질, 온도를 비롯한 지형지도 작성에 도움이 되는 다양한 정보를 추가로 수집할 수 있는 각종 센서를 더 포함할 수도 있다.
예컨대, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집 장치(100)는 이동함과 동시에 깊이값을 수집할 수 있기 때문에, 종래의 기술에 비하여 빠른 시간내로 넓은 지역에 대한 깊이값을 수집할 수 있는 효과가 있다.
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 다양한 형태로 변형이 가능하며, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형예 및 수정예를 실시할 수 있을 것으로 이해된다.
100: 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집 장치
110: 센서부 111: 깊이 센서
112: 위치 센서 113: 이미지 센서
120: 연결 부재 131, 132: 지지 부재
141, 142: 관통 부재 151, 152: 고정 부재
161, 162: 손잡이부 171, 172: 착용 부재
173: 수납 부재 181, 182: 스토퍼
191, 192: 제1 회전축 193, 194: 제2 회전축

Claims (9)

  1. 롤(roll), 피치(pitch) 및 요우(yaw) 방향의 3방향 자유도(Degree of Freedom, DOF)를 가지는 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집 장치에 있어서,
    깊이 센서, 위치 센서 및 이미지 센서를 포함하는 센서부;
    상기 센서부의 양 방향으로 수평 연장되는 연결 부재;
    상기 연결 부재의 끝단에서 수직 방향으로 연장되며, 상기 연결 부재와 힌지 결합되어 상기 센서부를 상기 피치 방향으로 회전시키기 위한 지지 부재;
    상기 지지 부재가 슬라이딩 가능하도록 관통 결합되어, 상기 센서부를 상기 요우 방향으로 회전시키기 위한 관통 부재; 및
    상기 관통 부재와 힌지 결합되어, 상기 센서부를 상기 롤 방향으로 회전 시키기 위한 고정 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는, 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 센서부의 양 방향으로 수평 연장되며, 하방으로 절곡되어 형성되는 손잡이부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 연결 부재는,
    상기 센서부의 양 방향으로 수평 연장되며, 하방으로 절곡되어 형성되는 것을 특징으로 하는, 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 연결 부재 및 상기 지지 부재를 수직 관통하는 제1 회전축이 형성되며,
    상기 연결 부재가 상기 제1 회전축을 기준으로 회전하여, 상기 센서부가 상기 피치 방향으로 회전하는 것을 특징으로 하는, 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 관통 부재 및 상기 고정 부재를 수직 관통하는 제2 회전축이 형성되며,
    상기 관통 부재가 상기 제2 회전축을 기준으로 회전하여, 상기 센서부가 상기 롤 방향으로 회전하는 것을 특징으로 하는, 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 깊이 센서는 상기 연결 부재의 상부에 배치되고,
    상기 이미지 센서는 상기 연결 부재의 하부에 배치되고,
    상기 위치 센서는 상기 깊이 센서와 상기 이미지 센서 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는, 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 깊이 센서, 상기 위치 센서 및 상기 이미지 센서 각각의 수직 방향 중심축은 서로 일치하는 것을 특징으로 하는, 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 지지 부재의 일단에는,
    상기 지지 부재가 슬라이딩하여 상기 관통 부재를 이탈하지 않도록 하는 스토퍼가 형성되는 것을 특징으로 하는, 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    사용자의 어깨에 착용할 수 있도록 형성된 착용 부재를 더 포함하며,
    상기 고정 부재는 상기 착용 부재의 상부에 연결되는 것을 특징으로 하는, 3차원 지도 작성을 위한 데이터 수집 장치.
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