KR102032156B1 - 패턴을 이용한 회전 감지 시스템 - Google Patents

패턴을 이용한 회전 감지 시스템 Download PDF

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Abstract

패턴을 이용한 회전 감지 시스템이 개시된다. 상기 패턴을 이용한 회전 감지 시스템은 회전체형상을 가지는 대상물의 외주면에 결합된 원통 나선(helix) 패턴의 흐름이 이동하는 방향 또는 속도를 감지하여 대상물의 회전방향 또는 회전속도를 판단할 수 있다. 또는, 상기 패턴을 이용한 회전 감지 시스템은 판형상의 대상물의 제 1 면 또는 제 2 면에 결합된 평면 와선(spiral) 패턴이 팽창 또는 수축하는지를 감지하거나 팽창 또는 수축하는 속도를 감지함으로써 상기 대상물의 회전방향 또는 회전속도를 판단할 수 있다. 즉, 본 발명은 대상물에 결합된 패턴의 흐름 변화를 이용하여 대상물의 회전방향 또는 회전속도를 판단할 수 있으므로 상기 대상물이 매우 빠른 속도로 회전하는 경우나 느린 속도로 회전하는 경우 등 모든 경우에 있어서 상기 대상물의 회전방향 또는 회전속도를 쉽고 효율적으로 판단할 수 있다.

Description

패턴을 이용한 회전 감지 시스템{System for sensing rotation using pattern}
본 발명은 회전 감지 시스템에 관한 것으로, 특히 회전하는 대상물에 표시되어 있는 원통 나선(helix) 패턴 또는 평면 와선(spiral) 패턴의 움직임을 감지하여 상기 대상물의 회전 방향 또는 회전 속도를 감지할 수 있는 패턴을 이용한 회전 감지 시스템에 관한 것이다.
종래 회전하는 대상물의 회전속도 또는 회전방향을 감지하기 위하여 다양한 방법들이 개발되어 왔다. 가장 일반적인 기술로 회전하는 대상물을 비전카메라 등으로 촬영하여 회전하는 대상물의 회전방향이나 회전속도를 감지하는 기술이 있다. 그러나 CCD(Charged Coupled Device) 센서, CMOS(Complementary Metal-oxide Semiconductor) 센서, ToF(Time-of-Flight) 카메라 등 어떤 이미징 센서를 장착한 비전 센싱 방식이더라도 공간 해상도(가로 화소수 X 세로 화소수 X 색 깊이(color depth)) 및 시간 해상도(초당 찍을 수 있는 사진의 장수, 초당 프레임수, frames per second)에 분해능력의 제한이 걸릴 수밖에 없어 빠르게 회전하는 대상물의 회전방향 및 회전속도를 정확하게 감지하기 어려운 문제가 있었다. 예를 들어, 비전 센싱 방식의 카메라를 이용하더라도 너무 작은 공간(공간 해상도 상의 너무 작은 영역)에서 일어나는 현상이거나 너무 작은 공간 움직임(공간해상도 상의 작은 변화) 혹은 너무 빠른 움직임(시간 해상력보다 빨리 일어나는 변화)는 인식에 한계가 올 수 밖에 없으므로, 정확하게 회전방향 및 회전속도를 감지하기 어려운 문제가 있었다.
이를 해결하기 위한 방법으로 대한민국 등록특허 제10-0446196호(2004. 08. 30. 공개) 등이 있는데, 상기 특허에는 상호 반사율이 다른 2개의 패턴이 교대로 형성된 디스크가 회전체와 연동하여 회전을 하고, 회전하는 디스크에 빛을 조사하여 상기 패턴들로부터 반사되는 빛을 서로 이격된 다른 위치에서 수광하며, 수광된 빛의 세기에 따라 미리 정해진 펄스 시그널을 생성하고, 생성된 펄스 시그널로부터 회전체의 회전한 각도, 속도 및 방향을 산출함으로써 회전체의 각도, 속도, 방향 및 같은 회전 특성치를 측정하는 기술이 개시되어 있다. 그러나 상기 특허와 같은 패턴이 표시되어 있는 디스크를 이용하더라도 상기 디스크의 회전속도가 빨라지게 되면 카메라 등을 이용하여 촬영한 영상을 분석하여서는 상기 디스크의 회전속도 및 회전방향을 감지하기 어려운 문제가 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 회전하는 대상물에 표시되어 있는 원통 나선(helix) 패턴 또는 평면 와선(spiral) 패턴의 움직임을 감지하여 상기 대상물의 회전 방향 또는 회전 속도를 감지할 수 있는 패턴을 이용한 회전 감지 시스템을 제공하는데 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 감지 시스템은, 평면도형의 한 변을 회전축으로 1회전시킨 회전체형상을 가지고, 상기 회전체형상의 길이방향의 회전축을 중심으로 회전하며, 상기 길이방향의 외주면에는 원통 나선(helix) 패턴이 결합되어 있는 대상물, 상기 대상물이 회전하는 경우 상기 대상물의 외주면에 결합된 상기 원통 나선 패턴의 일부 또는 전부를 촬영하는 촬영부 및 상기 촬영부로부터 상기 촬영된 이미지를 수신하고, 상기 수신된 이미지를 이용하여 상기 대상물이 회전하면서 상기 원통 나선 패턴의 흐름이 이동하는 방향을 감지하여 상기 대상물의 회전방향을 판단하거나 상기 원통 나선 패턴의 흐름이 이동하는 속도를 감지하여 상기 대상물의 회전속도를 판단하는 감지부를 구비할 수 있다.
상기 감지부는, 컴퓨터 비전(computer vision) 알고리즘 또는 옵티컬 플로우(optical flow) 알고리즘을 이용하여 상기 수신된 이미지를 분석함으로써 상기 대상물의 회전방향 또는 상기 대상물의 회전속도를 판단할 수 있다.
상기 회전체는, 원기둥형상, 원뿔형상 또는 원뿔대형상일 수 있다.
상기 회전 감지 시스템은, 상기 대상물에 결합되고 상기 대상물의 회전축과 동일한 회전축을 중심으로 상기 대상물과 함께 회전하는 감지대상물을 더 구비하고, 상기 감지부는, 상기 감지대상물과 결합되어 있는 상기 대상물이 회전하면서 상기 원통 나선 패턴의 흐름이 이동하는 방향을 감지하여 상기 감지대상물의 회전방향을 판단하거나 상기 원통 나선 패턴의 흐름이 이동하는 속도를 감지하여 상기 감지대상물의 회전속도를 판단할 수 있다.
상기 대상물에는 상이한 나선각을 가지는 상기 원통 나선 패턴이 외주면에 결합되어 있고, 상기 촬영부는 상기 원통 나선 패턴 중 상기 상이한 나선각을 가지는 부분들 각각을 촬영하며, 상기 감지부는 상기 촬영부에서 각각 촬영된 이미지들 중 적어도 하나를 수신하고, 상기 수신된 적어도 하나의 이미지를 이용하여 상기 대상물이 회전하면서 상기 원통 나선 패턴의 흐름이 이동하는 방향을 감지하여 상기 대상물의 회전방향을 판단하거나 상기 원통 나선 패턴의 흐름이 이동하는 속도를 감지하여 상기 대상물의 회전속도를 판단할 수 있다.
상기 대상물의 외주면에는 상기 원통 나선 패턴이 탈부착 가능하게 결합될 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 회전 감지 시스템은, 판형상을 가지고 상기 판형상의 제 1 면과 제 2 면을 관통하는 길이방향의 회전축을 중심으로 회전하며, 상기 제 1 면 또는 상기 제 2 면에는 회전각이 커질수록 반경이 커지는 평면 와선(spiral) 패턴이 결합되어 있는 대상물, 상기 대상물이 회전하는 경우 상기 대상물의 제 1 면 또는 제 2 면에 형성된 상기 평면 와선 패턴의 일부 또는 전부를 촬영하는 촬영부 및 상기 촬영부로부터 상기 촬영된 이미지를 수신하고, 상기 수신된 이미지를 이용하여 상기 대상물이 회전하면서 상기 평면 와선 패턴이 팽창 또는 수축하는지를 감지하여 상기 대상물의 회전방향을 판단하거나 상기 평면 와선 패턴이 팽창 또는 수축하는 속도를 감지하여 상기 대상물의 회전속도를 판단하는 감지부를 구비할 수 있다.
상기 판형상은, 상기 제 1 면 또는 상기 제 2 면이 평면형상, 볼록면형상, 오목면형상 또는 반구형상일 수 있다.
상기 회전 감지 시스템은, 상기 대상물에 결합되고 상기 대상물의 회전축과 동일한 회전축을 중심으로 상기 대상물과 함께 회전하는 감지대상물을 더 구비하고, 상기 감지부는 상기 감지대상물과 결합되어 있는 상기 대상물이 회전하면서 상기 평면 와선 패턴이 팽창 또는 수축하는지를 감지하여 상기 감지대상물의 회전방향을 판단하거나 상기 평면 와선 패턴이 팽창 또는 수축하는 속도를 감지하여 상기 감지대상물의 회전속도를 판단할 수 있다.
상기 대상물의 제 2 면에는 상기 제 1 면에 결합되어 있는 평면 와선 패턴과 상이한 와선 설계 상수를 가지는 평면 와선 패턴이 결합되어 있거나 상기 대상물의 제 2 면에는 상기 제 1 면에 결합되어 있는 평면 와선 패턴과 상이한 형상을 가지는 평면 와선 패턴이 결합되어 있고, 상기 촬영부는 상기 제 1 면에 형성된 상기 평면 와선 패턴의 일부 또는 전부를 촬영하거나 상기 제 2 면에 형성된 상기 평면 와선 패턴의 일부 또는 전부를 촬영하며, 상기 감지부는 상기 촬영부로부터 상기 제 1 면을 촬영된 이미지 및 상기 제 2 면을 촬영한 이미지 중 적어도 하나를 수신하고, 상기 수신된 적어도 하나의 이미지를 이용하여 상기 대상물이 회전하면서 상기 평면 와선 패턴이 팽창 또는 수축하는지를 감지하여 상기 대상물의 회전방향을 판단하거나 상기 평면 와선 패턴이 팽창 또는 수축하는 속도를 감지하여 상기 대상물의 회전속도를 판단할 수 있다.
상기 대상물의 제 1 면 또는 제 2 면에는 상기 평면 와선 패턴이 탈부착 가능하게 결합될 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 패턴을 이용한 회전 감지 시스템은 회전하는 대상물에 결합되어 있는 원통 나선(helix) 패턴 또는 평면 와선(spiral) 패턴을 촬영한 영상을 분석하여 상기 패턴의 흐름 변화를 감지함으로써 상기 대상물의 회전방향 또는 회전속도를 판단할 수 있다는 점에서, 상기 대상물이 매우 빠른 속도로 회전하는 경우에도 상기 대상물의 회전방향 또는 회전속도를 효율적으로 판단할 수 있다는 장점이 있다. 즉, 별도의 패턴을 표시하지 않고 단순히 회전하거나 일반적인 격자패턴을 표시한 대상물을 촬영한 영상만으로는 CCD(Charged Coupled Device) 센서, CMOS(Complementary Metal-oxide Semiconductor) 센서, ToF(Time-of-Flight) 카메라 등 어떤 이미징 센서를 장착한 비전 센싱 방식을 이용하더라도 센서의 공간 및 시간 해상력의 한계로 인해 고속 회전하는 대상물의 회전방향 또는 회전속도를 감지하기 어려우나, 본 발명의 경우 상기 대상물에 결합되어 있는 원통 나선 패턴 또는 평면 와선 패턴의 흐름 변화를 감지하여 상기 대상물의 회전방향 또는 회전속도를 판단할 수 있으므로 고속으로 회전하는 대상물의 경우에도 쉽고 효율적으로 회전방향 또는 회전속도를 판단할 수 있는 장점이 있다.
공간상의 한 점(P)은 서로 직교(orthogonal)하는 x 축, y 축, z 축(x, y, z)으로 표현할 수 있고 이러한 좌표계 시스템을 직교좌표계(rectangular coordinate system) 혹은 데카르트좌표계(Cartesian coordinate system)라 한다. 그리고, 동일한 점 P 를 서로 직교하는(orthogonal) r 축, θ 축, z 축(r, θ, z)으로 표현할 수 있고, 이러한 좌표계 시스템을 원통좌표계(cylindrical coordinate system) 라고 한다. 일반적으로 회전하는 물체는 θ 축 방향의 움직임을 θ 축 방향 선속도로 인식하여 측정하는 방식을 택하는데 본 발명의 경우에는 θ 축 방향과 직교하는 z 축 방향을 측정의 주축으로 택하여 z 방향에서 일어나는 변화량(원통 나선 패턴의 흐름량)을 측정함으로서 θ 축 방향의 움직임을 유추해내는 것으로, 분해능에 있어서 이론상 무한에 가까운 효율을 얻을 수 있게 된다.
또한, 평면 혹은 곡면상의 한 점 P 는 서로 직교(orthogonal)하는 u 축, v 축(u, v)으로 표현할 수 있고, 이러한 좌표계 시스템을 직교좌표계 혹은 데카르트좌표계라 한다. 동일한 점 P 를 서로 직교하는(orthogonal) r 축, φ 축(r, φ)으로 표현할 수 있고, 이러한 좌표계 시스템을 극좌표계(polar coordinate)라고 한다.
일반적으로 회전하는 물체는 φ 축 방향의 움직임을 φ 축 방향 선속도로 인식하여 측정하는 방식을 택하는데, 본 발명의 경우 φ 축 방향과 직교하는 r 축 방향을 측정의 주축으로 택하여 r 방향에서 일어나는 변화량(평면 와선 패턴의 흐름량)을 측정함으로서 φ 축 방향의 움직임을 유추해내는 것으로, 분해능에 있어서 이론상 무한에 가까운 효율을 얻을 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 패턴을 이용한 회전 감시 시스템은 상기 대상물에 표시되는 원통 나선 패턴의 나선각이나 평면 와선 패턴의 와선 설계상수가 다른 패턴을 사용함으로써 저속으로 회전하는 경우, 고속으로 회전하는 경우, 회선 속도가 선형으로 변하는 경우, 회전 속도가 지수적으로 변하는 경우 등과 같이 다양한 경우에 있어서도 정확하고 효율적으로 상기 대상물의 회전방향 또는 회전속도를 판단할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 회전 감지 시스템의 블록도이다.
도 2는 도 1의 대상물의 일 실시예에 따른 대상물을 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 대상물을 감지부에서 감지하는 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 2의 대상물에 감지대상물이 결합되어 있는 경우를 도시한 도면이다.
도 5는 도 2 내지 도 4의 원통 나선 패턴의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 6은 도 2 내지 도 4의 원통 나선 패턴의 다른 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 7은 도 2의 대상물에 도 5의 원통 나선 패턴과 도 6의 원통 나선 패턴이 모두 결합되어 있는 경우를 도시한 도면이다.
도 8은 도 1의 대상물의 다른 일 실시예에 따른 대상물을 도시한 도면이다.
도 9는 도 8의 대상물의 일면에 표시된 패턴의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 10은 도 8의 대상물의 일면에 표시된 패턴의 다른 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 11은 도 8의 대상물을 감지부에서 감지하는 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 도 8의 대상물에 결합되는 패턴을 변경하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 도면에 기재된 내용을 참조하여야 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 회전 감지 시스템(100)의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 회전 감지 시스템(100)은 대상물(110), 촬영부(120) 및 감지부(130)를 구비할 수 있다. 대상물(110)은 회전대상이 되는 물체일 수 있다. 예를 들어, 대상물(110)은 평면도형의 한 변을 회전축으로 1회전시킨 회전체형상을 가지고, 상기 회전체형상의 길이방향의 상기 회전축을 중심으로 회전할 수 있는 물체일 수 있다. 또는, 대상물(110)은 판형상을 가지고 상기 판형상의 양 측면인 제 1 면과 제 2 면을 관통하는 길이방향의 회전축을 중심으로 회전할 수 있는 물체일 수 있다. 상기 길이방향은 상기 회전체형상의 상기 회전축 방향 또는 상기 판형상의 양 측면인 제 1 면과 제 2 면 사이의 방향일 수 있으며, 상기 길이방향으로 다양한 길이를 가질 수 있다. 대상물(110)은 상기 길이방향의 외주면에 패턴이 표시되거나 상기 제 1 면 또는 상기 제 2 면에 패턴이 표시되어 있을 수 있다. 대상물(110)의 상기 제 1 면 또는 상기 제 2 면에 상기 패턴이 표시되어 있는 경우, 이하에서 설명하는 것과 같이 한쪽 면의 패턴만 이용하여 대상물(110)의 회전방향 또는 회전속도를 감지하거나 양쪽 면의 패턴을 모두 이용하여 대상물(110)의 회전방향 또는 회전속도를 감지할 수 있다. 대상물(110)에 상기 패턴이 표시되는 실시예에 대하여는 도 2 내지 도 12를 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
촬영부(120)는 대상물(110)이 회전하는 경우 대상물(110)의 외주면 또는 상기 제 1 면이나 상기 제 2 면에 형성된 패턴의 일부 또는 전부를 촬영할 수 있다. 촬영부(120)는 대상물(110)이 회전하는 동안 상기 패턴이 표시되어 있는 부분을 촬영할 수 있는 다양한 장치일 수 있다.
감지부(130)는 촬영부(120)로부터 촬영된 이미지를 수신할 수 있다. 상기 촬영된 이미지는 동영상일 수도 있고 복수의 사진 이미지(프레임 이미지)들일 수도 있다. 감지부(130)는 대상물(110)이 회전하면서 상기 패턴의 흐름이 이동하는 방향을 감지하여 대상물(110)의 회전방향을 판단하거나 상기 패턴의 흐름이 이동하는 속도를 감지하여 대상물(110)의 회전속도를 판단할 수 있다. 또는, 감지부(130)는 대상물(110)이 회전하면서 상기 패턴이 팽창 또는 수축하는지를 감지하여 대상물(110)의 회전방향을 판단하거나 상기 패턴이 팽창 또는 수축하는 속도를 감지하여 대상물(110)의 회전속도를 판단할 수 있다. 감지부(130)는 상기 수신된 이미지를 컴퓨터 비전(computer vision) 알고리즘 또는 옵티컬 플로우(optical flow) 알고리즘을 이용하여 대상물(110)의 회전방향 또는 대상물(110)의 회전속도를 판단할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터 비전 알고리즘 중 하나인 상기 옵티컬 플로우 알고리즘은 영상(프레임)에서 객체가 어떻게 움직이고 있는지 추적할 수 있는 기술이다. 즉, 상기 옵티컬 플로우 알고리즘은 이전 프레임과 현재 프레임 사이의 변화를 이용하여 객체의 움직임을 추적할 수 있는 기술인데, 이전 프레임에서 특징점을 추출한 후 다음 프레임(현재 프레임)에서 같은 특징점을 찾아 얼마만큼 위치변화가 있었는지 보는 방식이다. 상기 옵티컬 플로우는 객체 인식 및 추적을 위하여 일반적으로 사용되는 기술이므로 이하 상세한 설명은 생략한다. 다만, 본 발명에서 상기 옵티컬 플로우 알고리즘을 사용하는 경우로 한정되는 것은 아니며 다른 다양한 컴퓨터 비전 알고리즘 또는 머신 비전(machine vision) 알고리즘이 사용될 수도 있다.
도 2는 도 1의 대상물의 일 실시예에 따른 대상물(110')을 도시한 도면이고, 도 3은 도 2의 대상물(110')을 감지부(130)에서 감지하는 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 대상물(110')은 평면도형의 한 변을 회전축(a-b)으로 1회전시킨 회전체형상을 가지고, 상기 회전체형상의 길이방향의 상기 회전축(a-b)을 중심으로 회전할 수 있다. 상기 회전체형상은 원기둥형상, 원뿔형상 또는 원뿔대형상 등일 수 있으며, 옆면이 곡면일 수 있다. 예를 들어, 상기 회전체형상은 직사각형의 한 변을 회전축(a-b)으로 일회전시킨 원기둥형상, 직각삼각형의 한 변을 회전축(a-b)으로 일회전시킨 원뿔형상, 두 각이 직각인 사다리꼴의 한 변을 회전축(a-b)으로 일회전시킨 원뿔대형상 등일 수 있다. 다만, 본 발명이 이 경우에 한정되는 것은 아니며 대상물(110')의 형상은 이하에서 설명하는 것과 같이 대상물(110')의 길이방향의 외주면에 결합된 패턴의 이동방향이나 이동속도를 알 수 있다면 다른 형상을 가질 수도 있다. 이하에서는 설명의 편의상 상기 회전형상이 원기둥형상인 경우에 대하여 설명한다.
또한, 대상물(110')의 길이방향의 외주면에는 원통 나선(helix) 패턴이 결합되어 있을 수 있다. 즉, 대상물(110')의 길이방향의 외주면에는 회전축(a-b) 주위를 평행하게 이동하는 동안 회전축(a-b)과의 거리가 일정하거나 연속적으로 변화하는 3차원 곡선으로 정의될 수 있다. 상기 원통 나선 패턴은 헬릭스 패턴이라고도 부르고, 나사선의 형상, 코일 스프링의 형상, 나선형 계단의 형상, 바버폴(barber's pole) 형상 등과 같이 다양하게 표현할 수 있으나, 이하에서는 원통 나선 패턴으로 칭한다. 대상물(110')의 길이방향의 외주면에는 상기 원통 나선 패턴이 탈부착 가능하게 결합될 수도 있고, 상기 외주면 상에 인쇄되어 있을 수도 있다. 도 2의 실시예에서, 대상물(110')이 시계방향으로 회전하는 경우 대상물(110')의 외주면에 표시되어 있는 원통 나선 패턴의 흐름은 우에서 좌로 이동하는 것처럼 보이고, 대상물(110')이 반시계방향으로 회전하는 경우 대상물(110')의 외주면에 표시되어 있는 원통 나선 패턴의 흐름은 좌에서 우로 이동하는 것처럼 보일 수 있다. 이하에서는, 상기 대상물이 회전하는 경우 상기 원통 나선 패턴이 좌에서 우로 또는 우에서 좌로 이동하는 것처럼 보이는 것을 원통 나선 패턴의 흐름이라고 정의한다.
촬영부(120)는 이와 같이 대상물(110')이 회전하는 경우 대상물(110')의 외주면에 인쇄되어 있는 원통 나선 패턴의 일부 또는 전부를 촬영하게 되고, 감지부(130)는 촬영부(120)에서 촬영한 이미지(영상)을 이용하여 대상물(110')의 회전방향 또는 회전속도를 판단할 수 있다. 즉, 감지부(130)는 대상물(110')이 회전하면서 상기 원통 나선 패턴의 흐름이 이동하는 방향을 감지하여 상기 대상물의 회전방향을 판단하거나 상기 원통 나선 패턴의 흐름이 이동하는 속도를 감지하여 상기 대상물의 회전속도를 판단할 수 있다. 예를 들어, 촬영부(120)에서 촬영한 이미지를 감지부(130)에서 분석한 결과, 상기 원통 나선 패턴이 좌에서 우로 이동하는 것으로 감지된 경우 대상물(110')은 반시계방향으로 회전하고 있는 것으로 판단할 수 있고, 상기 원통 나선 패턴이 우에서 좌로 이동하는 것으로 감지된 경우 대상물(110')은 시계방향으로 회전하고 있는 것으로 판단할 수 있다. 다른 예로, 촬영부(120)에서 촬영한 이미지를 감지부(130)에서 분석하여 상기 원통 나선 패턴이 이동하는 속도를 감지함으로써 대상물(110')의 회전속도를 판단할 수 있다. 이와 같이 원통 나선 패턴의 이동방향 또는 이동속도를 감지하기 위하여 각 프레임에서의 특징점이 이후의 프레임에서 어디로 이동하였는지를 감지할 수 있으며, 앞서 설명한 것과 같이 상기 컴퓨터 비전 알고리즘 또는 상기 옵티컬 플로우 알고리즘을 이용할 수도 있다. 도 3은 상기 옵티컬 플로우 알고리즘을 이용하는 경우 특징점이 어떻게 이동하는지를 예시적으로 도시한 도면이다. 다만, 본 발명이 이 경우에 한정되는 것은 아니며 상기 원통 나선 패턴의 이동방향이나 이동속도를 알 수 있다면 다른 알고리즘 또는 다른 방법을 이용할 수도 있다.
도 4는 도 2의 대상물(110')에 감지대상물(410)이 결합되어 있는 경우를 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 회전속도 또는 회전방향을 감지하고자 하는 대상물이 감지대상물(410)인 경우, 감지대상물(410)에 앞서 설명한 것과 같은 대상물(110')을 결합하고 대상물(110')을 감지함으로써 감지대상물(410)의 회전방향 또는 회전속도를 감지할 수도 있다. 즉, 감지부(130)는 감지대상물(410)과 결합되어 있는 대상물(110')이 회전하면서 대상물(110')에 표시되어 있는 상기 원통 나선 패턴의 흐름이 이동하는 방향을 감지하여 감지대상물(410)의 회전방향을 판단하거나 상기 원통 나선 패턴의 흐름이 이동하는 속도를 감지하여 감지대상물(410)의 회전속도를 판단할 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 것과 같이 대상물(110')의 일측에 감지대상물(410)이 결합되어 있고, 대상물(110')의 회전축(a-b)과 동일한 회전축(a-b)을 중심으로 대상물(110')과 함께 회전할 수 있다. 즉, 감지대상물(410)과 대상물(110')은 함께 회전하므로, 감지부(130)는 감지대상물(410)과 대상물(110')의 직경의 비를 이용하여 감지대상물(410)의 회전방향 또는 회전속도를 판단할 수 있다.
도 5는 도 2 내지 도 4의 원통 나선 패턴(500)의 일 실시예를 도시한 도면이고, 도 6은 도 2 내지 도 4의 원통 나선 패턴(600)의 다른 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 도 5의 원통 나선 패턴(500) 또는 도 6의 원통 나선 패턴(600)을 회전체형상의 대상물(110')을 둘러싸도록 결합함으로써 이상에서 설명한 원통 나선 패턴이 대상물(110')의 외주면에 표시되도록 할 수 있다. 대상물(110')의 반지름이 R인 경우 상기 원통 나선 패턴의 세로방향 길이는 2πR이 될 수 있다. 그리고 d는 대상물(110')이 1회전하는 동안 상기 원통 나선 패턴의 흐름이 이동하는 거리이고 s는 상기 원통 나선 패턴의 폭을 의미한다. 상기 원통 나선 패턴의 폭(s)은 d의 절반이 되도록 함으로써 감지부(130)에서의 감지 효율을 극대화시킬 수 있다. 다만, 본 발명에서 반드시 s가 d의 절반이 되어야 하는 것은 아니며, s는 다른 크기를 가질 수도 있다. 그리고 상기 원통 나선 패턴의 흐름이 이동하는 거리(d)는 아래의 수학식 1과 같이 상기 원통 나선 패턴의 나선각(θ)에 의하여 결정될 수 있다.
Figure 112019080972730-pat00001
따라서 θ가 커질수록 d가 작아져서 대상물(110')이 상대적으로 더 빨리 회전하는 경우에도 용이하게 감지할 수 있고, θ가 작아질수록 d가 커져서 대상물(110')이 상대적으로 더 느리게 회전하는 경우에도 용이하게 감지할 수 있다. 예를 들어, 도 5의 원통 나선 패턴(500)의 나선각(θ1)이 도 6의 원통 나선 패턴(600)의 나선각(θ2)보다 크므로, 원통 나선 패턴(500)을 이용하여 대상물(110')의 고속회전을 감지하고 원통 나선 패턴(600)을 이용하여 대상물(110')의 저속회전을 감지할 수 있다. 대상물(110')의 길이방향의 외주면에는 상기 원통 나선 패턴이 탈부착 가능하도록 결합될 수 있으므로, 상황에 따라 적절한 원통 나선 패턴을 결합하여 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 대상물이 주로 고속회전을 하는 경우에는 도 5의 원통 나선 패턴(500)을 사용하고, 상기 대상물이 주로 저속회전을 하는 경우에는 도 6의 원통 나선 패턴(500)을 사용할 수 있다. 또는 이하의 도 7에서 설명하는 것과 대상물(110')에 서로 다른 나선각을 가지는 원통 나선 패턴들을 함께 표시하여 놓고 저속인 경우와 고속인 경우를 모두 효율적으로 감지할 수도 있다.
도 7은 도 2의 대상물(110')에 도 5의 원통 나선 패턴(500)과 도 6의 원통 나선 패턴(600)이 모두 결합되어 있는 경우를 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 대상물(110')에는 도 7과 같이 서로 상이한 나선각을 가지는 상기 원통 나선 패턴이 외주면에 결합되어 있을 수 있다. 이 경우 촬영부(120)는 상기 원통 나선 패턴 중 상기 상이한 나선각을 가지는 부분들 각각을 촬영하며, 감지부(130)는 촬영부(120)에서 각각 촬영된 이미지들 중 적어도 하나를 수신하고, 상기 수신된 적어도 하나의 이미지를 이용하여 대상물(110')이 회전하면서 상기 원통 나선 패턴의 흐름이 이동하는 방향을 감지하여 대상물(110')의 회전방향을 판단하거나 상기 원통 나선 패턴의 흐름이 이동하는 속도를 감지하여 대상물(110')의 회전속도를 판단할 수 있다. 예를 들어, 대상물(110')이 고속회전하는 경우 감지부(130)는 촬영부(120)에서 원통 나선 패턴(500)을 촬영한 이미지를 이용하여 대상물(110')의 회전방향 또는 회전속도를 판단하고, 대상물(110')이 저속회전하는 경우 감지부(130)는 촬영부(120)에서 원통 나선 패턴(600)을 촬영한 이미지를 이용하여 대상물(110')의 회전방향 또는 회전속도를 판단할 수 있다. 또는, 감지부(130)는 촬영부(120)에서 원통 나선 패턴(500)과 원통 나선 패턴(600) 각각을 촬영한 이미지들을 이용하여 대상물(110')의 회전방향 또는 회전속도를 각각 판단한 후, 상기 판단된 회전속도가 임계값 이상인 경우에는 원통 나선 패턴(500)을 촬영한 이미지를 이용한 결과를 이용하고 상기 판단된 회전속도가 상기 임계값 미만인 경우에는 원통 나선 패턴(600)을 촬영한 이미지를 이용한 결과를 이용함으로써 보다 정밀하게 판단할 수도 있다.
이상에서 살펴본 것과 같이, 도 2 내지 도 7의 실시예는 대상물(110')이 고속으로 회전하더라도 대상물(110')의 외주면에 결합된 원통 나선 패턴의 축방향 진행속도(나선 진행속도)는 저속으로 만들 수 있어 이미지 기반 센싱 효율을 극대화시킬 수 있으므로, 촬영부(예를 들어, 이미징 센서)의 해상력 내에서 측정이 가능하여 대상물(110')의 회전방향 또는 회전속도를 정확하게 측정할 수 있다.
도 8은 도 1의 대상물의 다른 일 실시예에 따른 대상물(110")을 도시한 도면이고, 도 9는 도 8의 대상물(110")의 일면에 표시된 패턴의 일 실시예를 도시한 도면이며, 도 10은 도 8의 대상물(110")의 일면에 표시된 패턴의 다른 일 실시예를 도시한 도면이다. 도 11은 도 8의 대상물(110")을 감지부(130)에서 감지하는 경우를 설명하기 위한 도면이고, 도 12는 도 8의 대상물(110")에 결합되는 패턴을 변경하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 12를 참조하면, 대상물(110")은 판형상을 가지고 상기 판형상의 양 측면인 제 1 면(810)과 제 2 면(820)을 관통하는 길이방향의 회전축(a-b)을 중심으로 회전할 수 있다. 상기 판형상은 제 1 면(810) 또는 제 2 면(820)이 평면형상, 볼록면형상, 오목면형상 또는 반구형상 일 수 있다. 예를 들어, 대상물(110")은 도 8에 도시된 것과 같이 제 1 면(810)과 제 2 면(820)이 평면형상을 가지고 제 1 면(810)과 제 2 면(820) 사이를 관통하는 길이방향으로 두께를 가지는 판형상일 수 있다. 다만, 본 발명이 이 경우에 한정되는 것은 아니며 대상물(110")의 형상은 이하에서 설명하는 것과 같이 대상물(110")의 길이방향의 외주면에 결합된 패턴의 팽창 또는 수축여부나 팽창 또는 수축하는 속도를 알 수 있다면 다른 형상을 가질 수도 있다. 이하에서는 설명의 편의상 대상물(110")이 평면형상의 제 1 면(810) 및 제 2 면(820)을 가지는 판형상인 경우에 대하여 설명한다.
또한, 대상물(110")의 제 1 면(810) 또는 제 2 면(820)에는 도 9 또는 도 10에 도시된 것과 같이 회전각이 커질수록 반경이 커지는 평면 와선(spiral) 패턴이 결합되어 있을 수 있다. 상기 평면 와선 패턴은 제 1 면(810) 또는 제 2 면(820) 상의 고정된 중심점 주위에서 상기 중심점과의 거리가 연속적으로 증가하는 평면상의 곡선으로 정의될 수 있다. 또는 상기 평면 와선 패턴은 상기 중심점을 중심으로 감기는 듯한 부드러운 곡선으로 상기 중심점을 중심으로 멀어지면서 회전하는 곡선으로 정의될 수 있다. 상기 평면 와선 패턴은 스파이럴 패턴, 달팽이 나선 패턴이라고도 부르고, 롤리팝(lollipop) 형상 등과 같이 표현할 수 있으나, 이하에서는 평면 와선 패턴으로 칭한다. 도 9의 평면 와선 패턴(900)은 아르키메데스 와선이라고 불리우고, 도 10의 평면 와선 패턴(1000)은 대수와선, 로그 스파이럴, 등각 스파이럴, 베르누이 스파이럴 등과 같이 불리운다. 다만, 본 발명의 상기 평면 와선 패턴이 도 9 또는 도 10의 형상으로 한정되는 것은 아니며, 다른 다양한 형태의 평면 와선 패턴이 이용될 수도 있다. 대상물(110")의 제 1 면(810) 또는 제 2 면(820)에는 상기 평면 와선 패턴이 탈부착 가능하게 결합될 수도 있고, 상기 제 1 면(810) 또는 제 2 면(820) 상에 인쇄되어 있을 수도 있다.
대상물(110")은 도 8에 도시된 것과 같이 회전축기둥(850)에 결합되어 회전할 수 있으며, 이 경우 회전축기둥(850)은 회전하지 않고 고정되어 있는 상태에서 대상물(110")만 회전할 수 있다. 또는, 도 8에서 회전축기둥(850)은 대상물(110")과 함께 회전하고 회전축기둥(850)이 감지대상물(850)이 될 수도 있다. 회전축기둥(850)이 감지대상물(850)인 경우는 이하에서 보다 상세하게 설명한다.
도 9 또는 도 10의 실시예에서, 대상물(110")이 시계방향으로 회전하는 경우 대상물(110')의 제 1 면(810)에 결합되어 있는 상기 평면 와선 패턴은 팽창(패턴이 제 1 면(810)의 중심에서 바깥 방향으로 점점 팽창)하는 것처럼 보이고, 대상물(110")이 반시계방향으로 회전하는 경우 대상물(110")의 제 1 면(810)에 결합되어 있는 상기 평면 와선 패턴은 수축(패턴이 제 1 면(810)의 바깥에서 중심방향으로 점점 수축)하는 것처럼 보일 수 있다.
촬영부(120)는 이와 같이 대상물(110")이 회전하는 경우 대상물(110")의 제 1 면(810) 또는 제 2 면(820)에 결합되어 있는 상기 평면 와선 패턴의 일부 또는 전부를 촬영하게 되고, 감지부(130)는 촬영부(120)에서 촬영한 영상을 이용하여 대상물(110")의 회전방향 또는 회전속도를 감지할 수 있다. 즉, 감지부(130)는 대상물(110")이 회전하면서 상기 평면 와선 패턴이 팽창 또는 수축하는지를 감지하여 상기 대상물의 회전방향을 판단하거나 상기 평면 와선 패턴이 팽창 또는 수축하는 속도를 감지하여 상기 대상물의 회전속도를 판단할 수 있다. 예를 들어, 촬영부(120)에서 촬영한 이미지를 감지부(130)에서 분석한 결과, 상기 평면 와선 패턴이 팽창하는 것으로 감지된 경우 대상물(110")은 시계방향으로 회전하고 있는 것으로 판단할 수 있고, 상기 평면 와선 패턴이 수축하는 것으로 감지된 경우 대상물(110")은 반시계방향으로 회전하고 있는 것으로 판단할 수 있다. 다른 예로, 촬영부(120)에서 촬영한 이미지를 감지부(130)에서 분석하여 상기 평면 와선 패턴이 팽창 또는 수축하는 속도를 감지함으로써 대상물(110")의 회전속도를 판단할 수 있다. 이와 같이 패턴의 이동방향 또는 이동속도를 감지하기 위하여 각 프레임에서의 특징점이 이후의 프레임에서 어디로 이동하였는지를 감지할 수 있으며, 앞서 설명한 것과 같이 상기 컴퓨터 비전 알고리즘 또는 상기 옵티컬 플로우 알고리즘을 이용할 수도 있다. 도 11은 상기 옵티컬 플로우 알고리즘을 이용하는 경우 특징점이 어떻게 이동하는지를 예시적으로 도시한 도면이다. 다만, 본 발명이 이 경우에 한정되는 것은 아니며 상기 평면 와선 패턴의 팽창 또는 수축여부나 팽창 또는 수축하는 속도를 알 수 있다면 다른 알고리즘 또는 다른 방법을 이용할 수도 있다.
이하에서는 회전축기둥(850)이 대상물(110")과 함께 회전하고 회전축기둥(850)이 감지대상물(850)인 경우에 대하여 설명한다. 회전속도 또는 회전방향을 감지하고자 하는 대상물이 감지대상물(850)인 경우, 감지대상물(850)에 앞서 설명한 것과 같은 대상물(110")을 결합하고 대상물(110")을 감지함으로써 감지대상물(850)의 회전방향 또는 회전속도를 감지할 수도 있다. 즉, 감지부(130)는 감지대상물(850)과 결합되어 있는 대상물(110")이 회전하면서 대상물(110")에 표시되어 있는 상기 평면 와선 패턴이 팽창 또는 수축하는지를 감지하여 감지대상물(850)의 회전방향을 판단하거나 상기 평면 와선 패턴이 팽창 또는 수축하는 속도를 감지하여 감지대상물(850)의 회전속도를 판단할 수 있다. 예를 들어, 도 8에 도시된 것과 같이 대상물(110')의 일측에 감지대상물(850)이 결합되어 있고, 대상물(110")의 회전축(a-b)과 동일한 회전축(a-b)을 중심으로 대상물(110")과 함께 회전할 수 있다. 대상물(110")의 제 1 면(810)에 도 9와 같은 평면 와선 패턴(900)이 결합되어 있다고 가정하면, 감지대상물(850)과 대상물(110")은 함께 회전하므로 감지부(130)는 대상물(110")에 결합된 평면 와선 패턴(900)을 이용하여 판단한 결과와 감지대상물(850)과 대상물(110")의 직경의 비를 이용하여 감지대상물(850)의 회전방향 또는 회전속도를 판단할 수 있다.
도 9 및 도 10에서와 같이 평면 와선 패턴의 폭(s)은 인접한 패턴까지 거리(d)의 절반이 되도록 함으로써 감지부(130)에서의 감지 효율을 극대화시킬 수 있다. 즉, 상기 평면 와선 패턴은 상기 평면 와선 패턴의 폭과 이웃하는 패턴까지의 공간(여백)의 폭이 동일하게 함으로써 감지부(130)에서의 감지 효율을 극대화시킬 수 있다. 다만, 본 발명에서 반드시 s가 d의 절반이 되어야 하는 것은 아니며, s는 다른 크기를 가질 수도 있다.
도 12와 같이 상기 중심점에서 상기 평면 와선 패턴 중 하나의 점까지의 거리인 반지름을 'r'이라고 하고 그 각도인 회전각을 'θ'라고 하자. 이 경우 도 9의 평면 와선 패턴(900)은 수학식 2의 관계를 가지고 도 10의 평면 와선 패턴(1000)은 수학식 3의 관계를 가질 수 있다.
Figure 112019080972730-pat00002
여기서, a와 b는 상수
Figure 112019080972730-pat00003
여기서, a와 b는 상수
수학식 2 및 수학식 3에서 a 및 b는 각각 상수로써 상기 평면 와선 패턴의 형태를 결정하는 설계변수가 되는데 이하에서 a와 b를 와선 설계 상수라고 정의한다. 상기 와선 설계 상수를 변경함으로써 상기 평면 와선 패턴의 간격을 조절할 수도 있고 상기 평면 와선 패턴의 폭을 조절할 수도 있다. 즉, 상기 와선 설계 상수를 조절하여 대상물(110")의 목표 회전 속도 또는 촬영부(예를 들어, 이미지 센서)의 해상력에 맞추어 상기 평면 와선 패턴을 최적화할 수 있다. 또는, 상기 평면 와선 패턴의 형태를 다르게 함으로써 대상물(110")의 회전 특성에 따라 보다 효율적으로 감지할 수도 있다. 예를 들어, 대상물(110")이 고속회전을 하는 경우 도 9의 평면 와선 패턴(900)에서 와선 설계 상수(b)가 작은 형태의 평면 와선 패턴을 대상물(110")에 결합시키고, 대상물(110")이 저속회전을 하는 경우 도 9의 평면 와선 패턴(900)에서 와선 설계 상수(b)가 큰 형태의 평면 와선 패턴을 대상물(110")에 결합시킬 수 있다. 다른 예로, 대상물(110")의 속도가 선형적으로 변하는 경우에는 도 9의 평면 와선 패턴(900)을 이용하고, 대상물(110")의 속도가 지수적으로 변하는 경우에는 도 10의 평면 와선 패턴(900)을 이용함으로써 대상물(110")의 회전 특성에 따라 보다 효율적으로 감지할 수도 있다. 이를 위하여, 상기 평면 와선 패턴은 대상물(110")의 제 1 면(810) 또는 제 2 면(820)에 탈부착 가능하도록 결합될 수 있다.
또는, 제 1 면(810)에 결합된 상기 평면 와선 패턴과 제 2 면(820)에 결합된 상기 평면 와선 패턴이 서로 상이한 설계 상수를 가지거나 서로 상이한 형상을 가질 수 있다. 이 경우, 촬영부(120)는 제 1 면(810)에 형성된 상기 평면 와선 패턴의 일부 또는 전부를 촬영하거나 제 2 면(820)에 형성된 상기 평면 와선 패턴의 일부 또는 전부를 촬영할 수 있다. 그리고 감지부(130)는 촬영부(120)로부터 제 1 면(810)을 촬영된 이미지 및 제 2 면(820)을 촬영한 이미지 중 적어도 하나를 수신하고, 상기 수신된 적어도 하나의 이미지를 이용하여 대상물(110")이 회전하면서 상기 평면 와선 패턴이 팽창 또는 수축하는지를 감지하여 대상물(110")의 회전방향을 판단하거나 상기 평면 와선 패턴이 팽창 또는 수축하는 속도를 감지하여 대상물(110")의 회전속도를 판단할 수 있다.
예를 들어, 대상물(110")의 제 1 면(810)에 도 9의 평면 와선 패턴(900)이 결합되어 있고 제 2 면(820)에 도 10의 평면 와선 패턴(1000)이 결합되어 있다고 가정한다. 이 경우, 대상물(110")의 속도가 선형적으로 변하는 경우 감지부(130)는 촬영부(120)에서 제 1 면(810)의 평면 와선 패턴(900)을 촬영한 이미지를 이용하여 대상물(110")의 회전방향 또는 회전속도를 판단하고, 대상물(110")의 속도가 지수적으로 변하는 경우 감지부(130)는 촬영부(120)에서 제 2 면(820)의 평면 와선 패턴(900)을 촬영한 이미지를 이용하여 대상물(110")의 회전방향 또는 회전속도를 판단할 수 있다. 또는, 감지부(130)는 촬영부(120)에서 평면 와선 패턴(900)과 평면 와선 패턴(1000) 각각을 촬영한 이미지들을 이용하여 대상물(110")의 회전방향 또는 회전속도를 각각 판단한 후, 상기 판단된 회전속도가 선형적으로 변하는지 지수적으로 변하는지 판단할 수 있다. 그 결과, 대상물(110")의 회전속도가 선형적으로 변하면 평면 와선 패턴(900)을 촬영한 이미지를 이용한 결과를 이용하고, 대상물(110")의 회전속도가 지수적으로 변하면 평면 와선 패턴(1000)을 촬영한 이미지를 이용함으로써 보다 정밀하게 판단할 수도 있다.
이상에서 살펴본 것과 같이, 도 8 내지 도 12의 실시예는 대상물(110")이 고속으로 회전하더라도 대상물(110")의 제 1 면 또는 제 2 면에 결합된 평면 와선 패턴의 확장 또는 수축 흐름 속도(와선 진행 속도)는 저속으로 만들 수 있어 이미지 기반 센싱 효율을 극대화시킬 수 있으므로, 촬영부(예를 들어, 이미징 센서)의 해상력 내에서 측정이 가능하여 대상물(110")의 회전방향 또는 회전속도를 정확하게 측정할 수 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (12)

  1. 평면도형의 한 변을 회전축으로 1회전시킨 회전체형상을 가지고, 상기 회전체형상의 길이방향의 회전축을 중심으로 회전하며, 상기 길이방향의 외주면에는 원통 나선(helix) 패턴이 결합되어 있는 대상물;
    상기 대상물이 회전하는 경우 상기 대상물의 외주면에 결합된 상기 원통 나선 패턴의 일부 또는 전부를 촬영하는 촬영부; 및
    상기 촬영부로부터 상기 촬영된 이미지를 수신하고, 상기 수신된 이미지를 이용하여 상기 대상물이 회전하면서 상기 원통 나선 패턴의 흐름이 이동하는 방향을 감지하여 상기 대상물의 회전방향을 판단하거나 상기 원통 나선 패턴의 흐름이 이동하는 속도를 감지하여 상기 대상물의 회전속도를 판단하는 감지부를 구비하는 것을 특징으로 하는 패턴을 이용한 회전 감지 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 감지부는,
    컴퓨터 비전(computer vision) 알고리즘 또는 옵티컬 플로우(optical flow) 알고리즘을 이용하여 상기 수신된 이미지를 분석함으로써 상기 대상물의 회전방향 또는 상기 대상물의 회전속도를 판단하는 것을 특징으로 하는 패턴을 이용한 회전 감지 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 회전체는,
    원기둥형상, 원뿔형상 또는 원뿔대형상인 것을 특징으로 하는 패턴을 이용한 회전 감지 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 회전 감지 시스템은,
    상기 대상물에 결합되고 상기 대상물의 회전축과 동일한 회전축을 중심으로 상기 대상물과 함께 회전하는 감지대상물을 더 구비하고,
    상기 감지부는,
    상기 감지대상물과 결합되어 있는 상기 대상물이 회전하면서 상기 원통 나선 패턴의 흐름이 이동하는 방향을 감지하여 상기 감지대상물의 회전방향을 판단하거나 상기 원통 나선 패턴의 흐름이 이동하는 속도를 감지하여 상기 감지대상물의 회전속도를 판단하는 것을 특징으로 하는 패턴을 이용한 회전 감지 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 대상물에는 상이한 나선각을 가지는 상기 원통 나선 패턴이 외주면에 결합되어 있고,
    상기 촬영부는,
    상기 원통 나선 패턴 중 상기 상이한 나선각을 가지는 부분들 각각을 촬영하며,
    상기 감지부는,
    상기 촬영부에서 각각 촬영된 이미지들 중 적어도 하나를 수신하고, 상기 수신된 적어도 하나의 이미지를 이용하여 상기 대상물이 회전하면서 상기 원통 나선 패턴의 흐름이 이동하는 방향을 감지하여 상기 대상물의 회전방향을 판단하거나 상기 원통 나선 패턴의 흐름이 이동하는 속도를 감지하여 상기 대상물의 회전속도를 판단하는 것을 특징으로 하는 패턴을 이용한 회전 감지 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 대상물의 외주면에는 상기 원통 나선 패턴이 탈부착 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 패턴을 이용한 회전 감지 시스템.
  7. 판형상을 가지고 상기 판형상의 제 1 면과 제 2 면을 관통하는 길이방향의 회전축을 중심으로 회전하며, 상기 제 1 면 또는 상기 제 2 면에는 회전각이 커질수록 반경이 커지는 평면 와선(spiral) 패턴이 결합되어 있는 대상물;
    상기 대상물이 회전하는 경우 상기 대상물의 제 1 면 또는 제 2 면에 형성된 상기 평면 와선 패턴의 일부 또는 전부를 촬영하는 촬영부; 및
    상기 촬영부로부터 상기 촬영된 이미지를 수신하고, 상기 수신된 이미지를 이용하여 상기 대상물이 회전하면서 상기 평면 와선 패턴이 팽창 또는 수축하는지를 감지하여 상기 대상물의 회전방향을 판단하거나 상기 평면 와선 패턴이 팽창 또는 수축하는 속도를 감지하여 상기 대상물의 회전속도를 판단하는 감지부를 구비하는 것을 특징으로 하는 패턴을 이용한 회전 감지 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 감지부는,
    컴퓨터 비전(computer vision) 알고리즘 또는 옵티컬 플로우(optical flow) 알고리즘을 이용하여 상기 수신된 이미지를 분석함으로써 상기 대상물의 회전방향 또는 상기 대상물의 회전속도를 판단하는 것을 특징으로 하는 패턴을 이용한 회전 감지 시스템.
  9. 제7항에 있어서, 상기 판형상은,
    상기 제 1 면 또는 상기 제 2 면이 평면형상, 볼록면형상, 오목면형상 또는 반구형상인 것을 특징으로 하는 패턴을 이용한 회전 감지 시스템.
  10. 제7항에 있어서, 상기 회전 감지 시스템은,
    상기 대상물에 결합되고 상기 대상물의 회전축과 동일한 회전축을 중심으로 상기 대상물과 함께 회전하는 감지대상물을 더 구비하고,
    상기 감지부는,
    상기 감지대상물과 결합되어 있는 상기 대상물이 회전하면서 상기 평면 와선 패턴이 팽창 또는 수축하는지를 감지하여 상기 감지대상물의 회전방향을 판단하거나 상기 평면 와선 패턴이 팽창 또는 수축하는 속도를 감지하여 상기 감지대상물의 회전속도를 판단하는 것을 특징으로 하는 패턴을 이용한 회전 감지 시스템.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 대상물의 제 2 면에는 상기 제 1 면에 결합되어 있는 평면 와선 패턴과 상이한 와선 설계 상수를 가지는 평면 와선 패턴이 결합되어 있거나 상기 대상물의 제 2 면에는 상기 제 1 면에 결합되어 있는 평면 와선 패턴과 상이한 형상을 가지는 평면 와선 패턴이 결합되어 있고,
    상기 촬영부는,
    상기 제 1 면에 형성된 상기 평면 와선 패턴의 일부 또는 전부를 촬영하거나 상기 제 2 면에 형성된 상기 평면 와선 패턴의 일부 또는 전부를 촬영하며,
    상기 감지부는,
    상기 촬영부로부터 상기 제 1 면을 촬영된 이미지 및 상기 제 2 면을 촬영한 이미지 중 적어도 하나를 수신하고, 상기 수신된 적어도 하나의 이미지를 이용하여 상기 대상물이 회전하면서 상기 평면 와선 패턴이 팽창 또는 수축하는지를 감지하여 상기 대상물의 회전방향을 판단하거나 상기 평면 와선 패턴이 팽창 또는 수축하는 속도를 감지하여 상기 대상물의 회전속도를 판단하는 것을 특징으로 하는 패턴을 이용한 회전 감지 시스템.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 대상물의 제 1 면 또는 제 2 면에는 상기 평면 와선 패턴이 탈부착 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 패턴을 이용한 회전 감지 시스템.
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