KR102040629B1 - 카메라를 이용한 거리 측정 장치 - Google Patents

카메라를 이용한 거리 측정 장치 Download PDF

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KR102040629B1 KR1020190007418A KR20190007418A KR102040629B1 KR 102040629 B1 KR102040629 B1 KR 102040629B1 KR 1020190007418 A KR1020190007418 A KR 1020190007418A KR 20190007418 A KR20190007418 A KR 20190007418A KR 102040629 B1 KR102040629 B1 KR 102040629B1
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민성욱
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경희대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 카메라를 이용한 거리 측정 장치에 관한 것으로, 반사부 및 비반사부를 갖는 거리 측정 타겟을 이용하여 측정 대상 물체에 대한 촬영 영상에 명암 영역을 형성하고 거리 측정 타겟을 경사지게 배치하여 카메라의 초점면과 대응되는 지점에서 명암비가 선명하게 나타나도록 함으로써, 기준 명암비를 갖는 지점의 위치를 검출하여 측정 대상 물체의 거리를 산출할 수 있고, 이에 따라 측정 대상 물체에 별도의 측정광을 조사할 필요가 없고 자연광만으로 충분히 거리를 측정할 수 있고, 장치를 소형화할 수 있어 사용이 편리하며, 외부 사용 환경에서도 더욱 정확한 측정 결과를 얻을 수 있고, 별도의 부가적인 구성이 없이 단순한 구조로 구현 가능하며 측정 대상 물체에 대한 거리를 실시간으로 신속하고 편리하게 측정할 수 있는 카메라를 이용한 거리 측정 장치를 제공한다.

Description

카메라를 이용한 거리 측정 장치{Depth Extraction Apparatus Using Camera}
본 발명은 카메라를 이용한 거리 측정 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 반사부 및 비반사부를 갖는 거리 측정 타겟을 이용하여 측정 대상 물체에 대한 촬영 영상에 명암 영역을 형성하고 거리 측정 타겟을 경사지게 배치하여 카메라의 초점면과 대응되는 지점에서 명암비가 선명하게 나타나도록 함으로써, 기준 명암비를 갖는 지점의 위치를 검출하여 측정 대상 물체의 거리를 산출할 수 있고, 이에 따라 측정 대상 물체에 별도의 측정광을 조사할 필요가 없고 자연광만으로 충분히 거리를 측정할 수 있고, 장치를 소형화할 수 있어 사용이 편리하며, 외부 사용 환경에서도 더욱 정확한 측정 결과를 얻을 수 있고, 별도의 부가적인 구성이 없이 단순한 구조로 구현 가능하며 측정 대상 물체에 대한 거리를 실시간으로 신속하고 편리하게 측정할 수 있는 카메라를 이용한 거리 측정 장치에 관한 것이다.
일반적으로 측정 대상 물체에 대한 거리 측정은 대표적인 2가지 방법이 주로 이용되고 있다. 첫번째는 키넥트(Kinect)와 같이 패턴 광과 광 삼각법을 이용하는 방법이고, 두번째는 피사체에 적외선(Infra Red, IR)을 조사하고, 피사체에 반사되어 돌아오는 비행시간(Time-Of-Flight, TOF)으로부터 거리를 추출하는 방법이다. 이때, 적외선 뿐만 아니라 레이저 등이 사용되기도 한다.
최근 들어서는 패턴 광과 광 삼각법을 이용하는 방식보다는 그 정확도 및 편리함 등에 의해 TOF 방식이 더 많이 사용되고 있다.
TOF 카메라는 눈에 보이지 않는 850nm 대역의 근적외선을 수십 MHz 주파수로 광량 변조(modulation)하여 물체에 조명으로 조사하고, 물체로부터 되돌아오는 광의 위상지연(phase delay)을 영상센서로 측정하여 영상센서의 각 화소(pixel)에서 물체와 카메라 사이의 거리를 얻는다.
이러한 TOF 방식은 명암차이가 많이 나는 환경에서 측정할 경우나, 주변 사물의 표면의 반사율이 차이가 많이 나는 경우에, 주변 사물에 반사되어 스캐너로 돌아오는 적외선의 강도가 너무 약하거나 강해서 거리 측정 오류가 쉽게 발생하는 단점을 가지고 있다.
특히, 별도의 조명 광학계가 반드시 필요하므로, 외부 환경에서 사용하는데 불편함이 있으며, 장치의 크기가 증가하게 되는 등 사용 편의성이 좋지 않고 정확도 또한 저하되는 등의 문제가 있다.
국내공개특허 제10-2015-0065473호
본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 본 발명의 목적은 반사부 및 비반사부를 갖는 거리 측정 타겟을 이용하여 측정 대상 물체에 대한 촬영 영상에 명암 영역을 형성하고 거리 측정 타겟을 경사지게 배치하여 카메라의 초점면과 대응되는 지점에서 명암비가 선명하게 나타나도록 함으로써, 기준 명암비를 갖는 지점의 위치를 검출하여 측정 대상 물체의 거리를 산출할 수 있고, 이에 따라 측정 대상 물체에 별도의 측정광을 조사할 필요가 없고 자연광만으로 충분히 거리를 측정할 수 있고, 장치를 소형화할 수 있어 사용이 편리하며, 외부 사용 환경에서도 더욱 정확한 측정 결과를 얻을 수 있는 카메라를 이용한 거리 측정 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 흑백 라인 형태의 반사부 및 비반사부를 갖는 거리 측정 타겟을 경사지게 배치하여 측정 대상 물체의 결상 영상과 함께 촬영함으로써, 촬영 영상의 분석을 통해 측정 대상 물체의 거리를 산출할 수 있어 별도의 부가적인 구성이 없이 단순한 구조로 구현 가능하며 측정 대상 물체에 대한 거리를 실시간으로 신속하고 편리하게 측정할 수 있는 카메라를 이용한 거리 측정 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은, 측정 대상 물체로부터 반사된 광을 집광시켜 측정 대상 물체의 영상을 결상시키는 집광 렌즈 모듈; 상기 집광 렌즈 모듈의 광축에 대해 경사진 방향으로 배치되며 전체 영역에 걸쳐 다수개의 반사부 및 비반사부가 균일한 분포로 형성되는 거리 측정 타겟; 상기 집광 렌즈 모듈에 의해 결상된 영상을 기준으로 초점면이 형성되도록 초점 조절되어 상기 집광 렌즈 모듈에 의해 결상된 영상과 함께 상기 거리 측정 타겟의 전체 영역을 촬영하는 카메라; 및 상기 카메라에 의해 촬영된 영상 중 상기 거리 측정 타켓의 반사부 및 비반사부에 의해 발생하는 명암 영역에 대해 미리 설정된 기준 명암비를 갖는 지점의 위치를 검출하여 상기 측정 대상 물체와의 거리를 계산하는 거리 측정 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라를 이용한 거리 측정 장치를 제공한다.
이때, 상기 거리 측정 타겟은 상기 집광 렌즈 모듈과 상기 카메라 사이 공간에 배치될 수 있다.
또한, 상기 집광 렌즈 모듈은 상기 집광 렌즈 모듈과 상기 카메라 사이 공간에 측정 대상 물체의 영상을 결상시킬 수 있다.
또한, 상기 카메라의 초점면은 상기 집광 렌즈 모듈에 의해 결상된 영상을 기준으로 상기 집광 렌즈 모듈의 광축에 대해 직각 방향으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 거리 측정 타겟은, 상기 집광 렌즈 모듈의 광축에 대해 경사진 방향으로 길이를 갖도록 배치되는 베이스 기판; 및 상기 베이스 기판의 일면에 폭 방향으로 길게 형성된 흑백 라인이 길이 방향을 따라 순차적으로 교번 배치되어 상기 반사부 및 비반사부를 이루도록 형성되는 타겟 문양을 포함할 수 있다.
또한, 상기 거리 측정 모듈은, 상기 카메라에 의해 촬영된 거리 측정 타켓의 전체 영역에 대한 영상 중 기준 명암비를 갖는 지점의 위치를 검출하는 명암비 검출부; 및 상기 명암비 검출부를 통해 검출된 기준 명암비 지점의 위치와 상기 거리 측정 타겟의 경사 각도를 이용하여 상기 측정 대상 물체에 대한 거리를 연산하는 연산부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 연산부는 상기 명암비 검출부를 통해 검출된 기준 명암비 지점의 위치와 상기 거리 측정 타겟의 경사 각도를 이용하여 상기 집광 렌즈 모듈에 의해 결상된 영상의 위치를 산출하고, 산출된 영상의 위치로부터 상기 집광 렌즈 모듈까지의 거리(b)를 렌즈 공식에 적용하여 상기 측정 대상 물체에 대한 거리(a)를 연산할 수 있다.
또한, 상기 집광 렌즈 모듈과 상기 거리 측정 타켓과의 가장 가까운 이격 거리를 Dn 이라 하고, 상기 집광 렌즈 모듈과 상기 거리 측정 타겟과의 가장 먼 이격 거리를 Df 라 할 때, 상기 집광 렌즈 모듈은 상기 측정 대상 물체의 영상이 Dn 과 Df 사이에 결상되도록 초점 조절 가능하게 형성될 수 있다.
또한, 상기 집광 렌즈 모듈은 적어도 2개 이상의 렌즈가 광축 방향을 따라 이동 가능하게 배치되는 형태로 구성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 반사부 및 비반사부를 갖는 거리 측정 타겟을 이용하여 측정 대상 물체에 대한 촬영 영상에 명암 영역을 형성하고 거리 측정 타겟을 경사지게 배치하여 카메라의 초점면과 대응되는 지점에서 명암비가 선명하게 나타나도록 함으로써, 기준 명암비를 갖는 지점의 위치를 검출하여 측정 대상 물체의 거리를 산출할 수 있고, 이에 따라 측정 대상 물체에 별도의 측정광을 조사할 필요가 없고 자연광만으로 충분히 거리를 측정할 수 있고, 장치를 소형화할 수 있어 사용이 편리하며, 외부 사용 환경에서도 더욱 정확한 측정 결과를 얻을 수 있는 효과가 있다.
또한, 흑백 라인 형태의 반사부 및 비반사부를 갖는 거리 측정 타겟을 경사지게 배치하여 측정 대상 물체의 결상 영상과 함께 촬영함으로써, 촬영 영상의 분석을 통해 측정 대상 물체의 거리를 산출할 수 있어 별도의 부가적인 구성이 없이 단순한 구조로 구현 가능하며 측정 대상 물체에 대한 거리를 실시간으로 신속하고 편리하게 측정할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라를 이용한 거리 측정 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라를 이용한 거리 측정 장치의 구성을 기능적으로 도시한 기능 블록도,
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 장치의 거리 측정 원리를 설명하기 위한 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 장치의 카메라 촬영 영상에서 거리 측정 타겟에 대한 변조 전달 함수값을 그래프화하여 예시적으로 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라를 이용한 거리 측정 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라를 이용한 거리 측정 장치의 구성을 기능적으로 도시한 기능 블록도이고, 도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 장치의 거리 측정 원리를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 장치의 카메라 촬영 영상에서 거리 측정 타겟에 대한 변조 전달 함수값을 그래프화하여 예시적으로 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 장치는 집광 렌즈 모듈(100)과, 거리 측정 타겟(200)과, 카메라(300)와, 거리 측정 모듈(400)을 포함하여 구성된다.
집광 렌즈 모듈(100)은 측정 대상 물체(10)로부터 반사된 광을 집광시켜 측정 대상 물체(10)의 영상(20)을 결상시키는 구성으로, 단일 렌즈 또는 다수개의 렌즈 군으로 형성될 수 있다. 단일 렌즈로 형성되는 경우, 광을 집광시킬 수 있는 볼록 렌즈가 사용될 수 있으며, 다수개의 렌즈 군으로 형성되는 경우, 다수개의 렌즈 군을 통해 집광이 가능한 형태로 사용자의 필요에 따라 다양한 렌즈가 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 집광 렌즈 모듈(100)은 도 1에 도시된 바와 같이 적어도 2개 이상의 렌즈(110)가 광축(C) 방향을 따라 이동 가능하게 배치되는 형태로 구성될 수 있다. 이러한 집광 렌즈 모듈(100)은 별도의 렌즈 조절 수단(101)을 통해 렌즈(110)가 광축(C) 방향을 따라 자동으로 이동하도록 구성될 수 있으며, 이러한 렌즈(110)의 이동을 통해 광이 집광되는 초점 위치를 조절할 수 있다. 렌즈 조절 수단(101)은 세부 구성이 도시되지는 않았으나 렌즈(110)를 직선 이동시킬 수 있는 다양한 기계 요소를 통해 다양한 방식으로 구성될 수 있다.
이때, 집광 렌즈 모듈(100)은 집광 렌즈 모듈(100)과 카메라(300) 사이 공간에 측정 대상 물체의 영상을 결상시키도록 형성되며, 다수개의 렌즈 군으로 형성되는 경우, 렌즈 조절 수단(101)을 통해 집광되는 초점 위치(즉, 결상 위치)가 집광 렌즈 모듈(100)과 카메라(300) 사이 공간에 형성되도록 렌즈 배치 상태가 조절될 수 있다.
거리 측정 타겟(200)은 집광 렌즈 모듈(100)의 광축(C)에 대해 경사진 방향으로 배치되며 전체 영역에 걸쳐 다수개의 반사부 및 비반사부가 균일한 분포로 형성된다. 이러한 거리 측정 타겟(200)은 집광 렌즈 모듈(100)과 카메라(300) 사이 공간에 배치되어 카메라(300)에 의해 촬영되는데, 카메라(300)의 촬영 이미지 상에서 가장자리에 나타나도록 배치되는 것이 바람직하다.
이러한 거리 측정 타겟(200)은 집광 렌즈 모듈(100)의 광축(C)에 대해 경사진 방향으로 길이를 갖도록 배치되는 베이스 기판(210)과, 베이스 기판(210)의 일면에 폭 방향으로 길게 형성된 흑백 라인이 길이 방향을 따라 순차적으로 교번 배치되어 반사부(222) 및 비반사부(221)를 이루도록 형성되는 타겟 문양(220)을 포함하여 구성된다.
반사부(222) 및 비반사부(221)를 통해 명암 영역이 형성되며, 반사부(222) 및 비반사부(221)는 흑색 및 백색 라인의 형태로 형성될 수도 있으나, 백색 바탕면에 흑색 도트가 균일한 분포로 형성될 수도 있는 등 빛을 반사 및 비반사하는 다양한 형태로 형성될 수 있다.
이러한 거리 측정 타겟(200)은 집광 렌즈 모듈(100)의 광축(C)에 대해 경사진 방향으로 배치되는데, 이러한 경사 배치 구조에 따라 카메라(300)의 초점면(SF)에 대응되는 어느 한 지점에서만 거리 측정 타겟(200)의 명암비가 선명하게 나타나고, 해당 지점으로부터 멀어질수록 명암비가 흐릿하게 나타나게 된다. 본 발명에서는 이러한 명암비 차이가 나타나는 특성을 이용하여 측정 대상 물체(10)와의 거리를 측정한다. 또한, 도시되지는 않았으나, 거리 측정 타겟(200)의 경사 각도를 조절할 수 있는 별도의 각도 조절 수단(미도시)이 구비될 수 있으며, 각도 조절 수단을 통해 거리 측정 타겟(200)의 각도를 자동으로 조절하도록 구성할 수도 있다.
카메라(300)는 집광 렌즈 모듈(100)에 의해 결상된 영상(20)을 촬영하는 구성으로, 초점 조절이 가능한 카메라 렌즈(310)와 이미지 센서(320)를 포함하여 구성될 수 있다. 이러한 카메라(300)는 집광 렌즈 모듈(100)에 의해 결상된 영상(20)을 기준으로 초점면(SF)이 형성되도록 초점 조절되어 결상된 영상(20)과 함께 거리 측정 타겟(200)의 전체 영역을 촬영하도록 구성된다. 이때, 카메라(300)의 초점면(SF)은 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이 집광 렌즈 모듈(100)에 의해 결상된 영상을 기준으로 집광 렌즈 모듈(100)의 광축(C)에 대해 직각 방향으로 형성된다.
이 경우, 카메라 렌즈(310)는 가능한 좁은 피사계 심도(Depth of Field)를 갖도록 형성되는 것이 바람직하며, 마찬가지로 집광 렌즈 모듈(100)의 렌즈 또한 좁은 피사계 심도를 갖는 것이 바람직하다. 렌즈의 초점은 단 하나의 면에 정해지게 되어 있으나 실제 사진에서는 초점면을 중심으로 멀어질수록 서서히 흐려지는 현상이 나타나는데, 이때 충분히 초점이 맞은 것으로 인식되는 범위의 한계를 피사계 심도라 한다. 따라서, 카메라 렌즈(310)는 가능한 한 좁은 피사계 심도를 갖는 것이 거리 측정 타겟(200) 촬영시 초점면에 대한 명암비 차이가 분명하여 거리 산출을 더욱 정확하게 수행할 수 있다.
또한, 카메라 렌즈(310)는 집광 렌즈 모듈(100)에 의해 결상된 영상(301)을 기준으로 초점면(SF)이 형성되도록 초점 조절되는 것이 바람직하므로, 오토 포커싱 기능을 갖는 형태로 구성될 수 있다. 이를 위해 2개 이상의 렌즈(311)가 광축(C) 방향에 대해 직선 이동 가능한 형태로 구성될 수 있으며, 별도의 초점 조절 수단(330)을 통해 자동으로 이동하며 초점 조절되도록 할 수 있다.
거리 측정 모듈(400)은 카메라(300)에 의해 촬영된 영상(301) 중 거리 측정 타겟(200)의 반사부(222) 및 비반사부(221)에 의해 발생하는 명암 영역에 대해 미리 설정된 기준 명암비를 갖는 지점의 위치를 검출하여 측정 대상 물체(10)와의 거리를 계산한다.
이러한 거리 측정 모듈(400)은 카메라(300)에 의해 촬영된 거리 측정 타겟(200)의 전체 영역에 대한 영상(301) 중 기준 명암비를 갖는 지점의 위치를 검출하는 명암비 검출부(410)와, 명암비 검출부(410)를 통해 검출된 기준 명암비 지점의 위치와 거리 측정 타겟(200)의 경사 각도(θ)를 이용하여 측정 대상 물체(10)에 대한 거리를 연산하는 연산부(420)를 포함하여 구성된다. 여기서, 기준 명암비는 사용자에 의해 미리 설정된 명암비의 값으로, 거리 측정 타겟(200)의 영역 중 카메라(300)의 초점면(SF)과 대응되는 지점에서 명암비가 가장 선명하게 나타나는 지점의 명암비로 설정할 수 있다.
이때, 연산부(420)는 명암비 검출부(410)를 통해 검출된 기준 명암비 지점의 위치와 거리 측정 타겟(200)의 경사 각도(θ)를 이용하여 집광 렌즈 모듈(100)에 의해 결상된 영상의 위치를 산출하고, 산출된 영상의 위치로부터 집광 렌즈 모듈(100)까지의 거리(b)를 렌즈 공식에 적용하여 측정 대상 물체에 대한 거리(a)를 연산한다.
즉, 거리 측정 모듈(400)은 집광 렌즈 모듈(100)에 의해 결상된 영상의 위치를 산출하여 이를 렌즈 공식에 적용하여 측정 대상 물체(10)에 대한 거리를 산출한다.
이상에서 설명한 거리 측정 타겟(200)을 이용한 거리 측정 장치의 거리 측정 원리를 좀더 자세히 살펴본다.
본 발명에서는 렌즈 공식을 이용하여 측정 대상 물체(10)에 대한 거리를 산출하는데, 렌즈 공식은 다음과 같다.
렌즈 공식: 1/a + 1/b = 1/f
여기에서, a는 렌즈와 물체와의 거리, b는 물체에 대한 영상의 결상 위치와렌즈와의 거리, f: 렌즈의 초점거리이다.
이때, 집광 렌즈 모듈(100)의 사양을 통해 f 값은 알 수 있고, 측정 대상 물체(10)의 영상 위치와 집광 렌즈 모듈(100)과의 거리 b 값을 산출하면, 렌즈 공식에 대입하여 측정 대상 물체(10)에 대한 거리 a 값을 알 수 있다.
먼저, 집광 렌즈 모듈(100)은 전술한 바와 같이 측정 대상 물체(10)에 대한 영상(20)을 결상시키는 그 초점거리를 렌즈 조절 수단(101)을 통해 조절할 수 있도록 구성되는데, 이 경우, 집광 렌즈 모듈(100)은 측정 대상 물체(10)의 영상(20)이 도 3 및 도 4에 도시된 Dn 과 Df 사이에 결상되도록 조절된다. 이때, Dn은 집광 렌즈 모듈(100)과 거리 측정 타겟(200)과의 가장 가까운 이격 거리를 의미하고, Df는 집광 렌즈 모듈(100)과 거리 측정 타겟(200)과의 가장 먼 이격 거리를 의미한다.
이에 따라 측정 대상 물체(10)로부터 반사된 광은 집광 렌즈 모듈(100)을 통과한 후 집광되어 집광 렌즈 모듈(100)과 카메라(300) 사이 공간, 좀더 구체적으로는 Dn 과 Df 사이에 영상(20)이 결상된다.
이 상태에서 카메라(300)를 이용하여 결상된 영상(20)과 함께 거리 측정 타겟(200)의 전체 영역을 촬영하는데, 이때, 카메라(300)는 결상된 영상(20)을 기준으로 초점면(SF)이 형성되도록 초점 조절된다. 이 경우, 카메라(300)의 촬영 방향은 집광 렌즈 모듈(100)의 광축(C) 방향과 평행한 X축 방향이며, 초점면(SF)은 광축(C)과 직각 방향인 Z축 방향이 된다.
카메라(300)에 의해 촬영된 화면(301)은 측정 대상 물체(10)의 영상(20)에 초점면(SF)을 맞추어 촬영한 것이므로, 도 3에 도시된 바와 같이 측정 대상 물체(10)의 영상(20)이 선명하게 나타나며, 이와 동시에 초점면(SF)에 대응되는 거리 측정 타겟(200)의 어느 한 지점(M)에서만 거리 측정 타겟(200)의 명암비가 선명하게 나타나고, 해당 지점으로부터 멀어질수록 명암비가 순차적으로 흐릿하게 나타난다.
카메라(300)에 의해 촬영된 화면(301)은 2차원 평면으로 Z축 방향 성분이 나타나므로, 거리 측정 타겟(200)의 길이가 L인 경우, 촬영 화면(301)에서 거리 측정 타겟(200)의 전체 길이는 Lsinθ로 나타나며, 초점면(SF)에 대응되는 거리 M 지점에서 명암비가 선명하게 나타난다.
카메라 촬영 화면(301)에서 거리 측정 타겟(200)의 끝단에서부터 명암비가 선명한 영역의 지점에 대한 거리 M에 대해 화면상의 거리를 측정할 수 있고, 이러한 거리 M을 이용하여 집광 렌즈 모듈(100)로부터 측정 대상 물체(10)의 영상(20)까지의 거리 b를 구할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이 집광 렌즈 모듈(100) 및 거리 측정 타겟(200)의 초기 배치 상태에 따라 Dn 및 Df 값은 세팅된 값이므로, Dn 값에 K 값을 더하면 b 값을 구할 수 있다. 이때, K 값은 카메라 촬영 화면(301) 상에서 측정한 거리 M 값에 tanθ를 곱하면 구할 수 있다.
정리하면, b = Dn + Mtanθ 이고, 여기에서 산출한 b 값을 렌즈 공식에 대입하면, a 값을 산출할 수 있다.
한편, M 지점에 대한 거리 산출은 Z축 방향에 대한 각 지점에서의 명암비를 변조 전달 함수를 통해 변환한 값을 도출하여 좀더 편리하고 간편하게 구할 수 있다. 도 5에는 이러한 명암비에 대한 변조 전달 함수값(MTF: Modulation Transfer Function)을 Z축 지점에 대해 그래프화하여 나타낸 그림이 도시되어 있으며, 이를 통해 변조 전달 함수값이 최고인 지점의 좌표(M)를 알 수 있다.
이상에서 설명한 측정 원리에 따라 측정 대상 물체(10)의 거리 a를 용이하게 측정할 수 있으며, 특히, 카메라 촬영 화면을 실시간으로 분석하여 실시간으로 측정 대상 물체(10)의 거리를 측정할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 집광 렌즈 모듈
101: 렌즈 조절 수단
200: 거리 측정 타겟
210: 베이스 기판
220: 타겟 문양
221: 비반사부
222: 반사부
300: 카메라
310: 카메라 렌즈
320: 이미지 센서
400: 거리 측정 모듈
410: 명암비 검출부
420: 연산부

Claims (9)

  1. 측정 대상 물체로부터 반사된 광을 집광시켜 측정 대상 물체의 영상을 결상시키는 집광 렌즈 모듈;
    상기 집광 렌즈 모듈의 광축에 대해 경사진 방향으로 배치되며 전체 영역에 걸쳐 다수개의 반사부 및 비반사부가 균일한 분포로 형성되는 거리 측정 타겟;
    상기 집광 렌즈 모듈에 의해 결상된 영상을 기준으로 초점면이 형성되도록 초점 조절되어 상기 집광 렌즈 모듈에 의해 결상된 영상과 함께 상기 거리 측정 타겟의 전체 영역을 촬영하는 카메라; 및
    상기 카메라에 의해 촬영된 영상 중 상기 거리 측정 타켓의 반사부 및 비반사부에 의해 발생하는 명암 영역에 대해 미리 설정된 기준 명암비를 갖는 지점의 위치를 검출하여 상기 측정 대상 물체와의 거리를 계산하는 거리 측정 모듈
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라를 이용한 거리 측정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 거리 측정 타겟은 상기 집광 렌즈 모듈과 상기 카메라 사이 공간에 배치되는 것을 특징으로 하는 카메라를 이용한 거리 측정 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 집광 렌즈 모듈은 상기 집광 렌즈 모듈과 상기 카메라 사이 공간에 측정 대상 물체의 영상을 결상시키는 것을 특징으로 하는 카메라를 이용한 거리 측정 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 카메라의 초점면은 상기 집광 렌즈 모듈에 의해 결상된 영상을 기준으로 상기 집광 렌즈 모듈의 광축에 대해 직각 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 카메라를 이용한 거리 측정 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 거리 측정 타겟은
    상기 집광 렌즈 모듈의 광축에 대해 경사진 방향으로 길이를 갖도록 배치되는 베이스 기판; 및
    상기 베이스 기판의 일면에 폭 방향으로 길게 형성된 흑백 라인이 길이 방향을 따라 순차적으로 교번 배치되어 상기 반사부 및 비반사부를 이루도록 형성되는 타겟 문양
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라를 이용한 거리 측정 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 거리 측정 모듈은
    상기 카메라에 의해 촬영된 거리 측정 타켓의 전체 영역에 대한 영상 중 기준 명암비를 갖는 지점의 위치를 검출하는 명암비 검출부; 및
    상기 명암비 검출부를 통해 검출된 기준 명암비 지점의 위치와 상기 거리 측정 타겟의 경사 각도를 이용하여 상기 측정 대상 물체에 대한 거리를 연산하는 연산부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라를 이용한 거리 측정 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 연산부는
    상기 명암비 검출부를 통해 검출된 기준 명암비 지점의 위치와 상기 거리 측정 타겟의 경사 각도를 이용하여 상기 집광 렌즈 모듈에 의해 결상된 영상의 위치를 산출하고, 산출된 영상의 위치로부터 상기 집광 렌즈 모듈까지의 거리(b)를 렌즈 공식에 적용하여 상기 측정 대상 물체에 대한 거리(a)를 연산하는 것을 특징으로 하는 카메라를 이용한 거리 측정 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 집광 렌즈 모듈과 상기 거리 측정 타켓과의 가장 가까운 이격 거리를 Dn 이라 하고, 상기 집광 렌즈 모듈과 상기 거리 측정 타겟과의 가장 먼 이격 거리를 Df 라 할 때,
    상기 집광 렌즈 모듈은 상기 측정 대상 물체의 영상이 Dn 과 Df 사이에 결상되도록 초점 조절 가능하게 형성되는 것을 특징으로 하는 카메라를 이용한 거리 측정 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 집광 렌즈 모듈은 적어도 2개 이상의 렌즈가 광축 방향을 따라 이동 가능하게 배치되는 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 카메라를 이용한 거리 측정 장치.

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