KR102084756B1 - Slam 공간 지도의 완성도 판단 방법 - Google Patents

Slam 공간 지도의 완성도 판단 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 SLAM(Simultaneous Localization And Mapping) 공간 지도의 완성도 판단 방법이다. 본 발명은 공간정보 수신부가 단말기로부터 공간 지도를 생성하기 위한 공간 정보를 수신하는 단계와, 공간지도 생성부가 상기 공간 정보 수신부에서 수신된 공간 정보에 기초하여 공간 지도를 생성하는 단계와, 공간지도 완성도 판단부가 공간지도 생성부에서 생성된 공간 지도의 완성도를 판단하는 단계를 포함한다.

Description

SLAM 공간 지도의 완성도 판단 방법{BIOMETRIC AUTHENTICATION SYSTEM AND METHOD BASED ON RESTING STATE EEG}
본 발명은 SLAM 공간 지도의 완성도 판단 방법에 관한 것으로, 특히 생성된 SLAM 공간지도의 완성도를 판단하여 미비한 영역을 보강함으로써 완성도가 높은 공간 지도를 제공할 수 있는 SLAM 공간 지도의 완성도 판단 방법에 관한 것이다.
SLAM(Simultaneous Localization And Mapping) 기술은 로봇이 미지의 환경을 돌아다니면서 로봇에 부착되어 있는 센서만으로 외부의 도움 없이 환경에 대한 정확한 지도를 작성하는 기술을 말한다.
최근 주변 환경에 대하여 지도를 작성하고 이를 활용하여 자신의 위치를 추정하는 SLAM 기술을 통해 증강현실 콘텐츠를 즐기고자 하는 연구가 늘고 있다.
관련 선행문헌으로, 대한민국 공개특허 제2013-0023433호(SLAM기술 기반 이동 로봇의 지도를 관리하기 위한 장치 및 그 방법)가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 생성된 SLAM 공간지도의 완성도를 판단하여 미비한 영역을 보강함으로써 완성도가 높은 공간 지도를 생성하며, 안정적으로 사용자의 위치 추정이 가능해져 공간 지도 시스템을 활용한 다양한 증강현실 콘텐츠 개발이 가능한 SLAM 공간 지도의 완성도 판단 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 SLAM(Simultaneous Localization And Mapping) 공간 지도의 완성도 판단 방법은 공간정보 수신부가 단말기로부터 공간 지도를 생성하기 위한 공간 정보를 수신하는 단계와, 공간지도 생성부가 상기 공간 정보 수신부에서 수신된 공간 정보에 기초하여 공간 지도를 생성하는 단계와, 공간지도 완성도 판단부가 공간지도 생성부에서 생성된 공간 지도의 완성도를 판단하는 단계를 포함한다.
본 발명에 의하면, 생성된 SLAM 공간지도의 완성도를 판단하여 사용자단말에 제공하고 이를 기초로 추가 정보를 획득하여 보강함으로써 완성도가 높은 공간 지도를 획득할 수 있다.
또한, 공간 지도를 활용한 증강현실 시스템에서도 안정적으로 사용자의 위치 추정이 가능해져 공간 지도 시스템을 활용한 다양한 증강현실 콘텐츠 개발이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 SLAM 공간 지도를 제작하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 SLAM 공간 지도의 완성도 판단 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 SLAM 공간 지도의 완성도 판단 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 4 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 SLAM 공간 지도의 완성도 판단 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 명세서에 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 SLAM 공간 지도를 제작하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 1을 참조하면, SLAM 공간 지도를 제작하는 방법은 SLAM서버(100)에 마련된 공간정보 수신부가 사용자단말(200)로부터 공간 지도를 생성하기 위한 공간 정보를 수신한다(S110). 사용자단말(200)은 스마트폰 또는 이동 로봇과 같이 측위의 대상이 되는 모든 이동체를 포괄할 수 있다. 상기 공간 정보는 사용자단말(200)의 카메라부와 센서부에서 측정된 데이터일 수 있다. 사용자단말(200)이 폐쇄된 공간에서 이동을 시작할 수 있으며 폐쇄된 공간을 돌아다니며 카메라부와 센서부를 통해 공간에 대한 정보를 획득할 수 있다.
공간지도 생성부가 상기 공간 정보 수신부에서 수신된 공간 정보에 기초하여 공간 지도를 생성한다(S120). 이때, SLAM알고리즘에 의해 공간 지도를 작성할 수 있다.
공간지도 완성도 판단부가 공간지도 생성부에서 생성된 공간 지도의 완성도를 판단한다(S130).
공간 지도의 완성도를 판단하여 판단결과를 사용자단말(200)에 제공하고, 사용자단말은 미비한 영역에 대해 추가 정보를 획득하여 SLAM서버에 전송할 수 있고 이러한 과정을 반복하여 완성도 높은 공간 지도가 생성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 SLAM 공간 지도의 완성도 판단 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2를 참조하면, SLAM 공간 지도의 완성도를 판단하는 방법은, 생성된 공간 지도에서 적어도 한번의 루프 결합을 포착하고, 상기 공간 지도의 y축을 법선 벡터로 가지는 평면으로 변환한다(S210). 루프 결합은 지도상에서 사용자단말이 이미 등록한 위치를 다시 방문하였을 때, 현재 측정된 센서 데이터와 지도상에 존재하는 데이터 사이의 일치 여부를 판단하고 관련 데이터를 연결할 수 있으며 이를 통해 누적된 오차를 감소시켜 지도의 정확도를 향상시킬 수 있다. 즉, 루프 결합을 포착하여 공간의 전체적인 영역의 완성을 파악할 수 있다. 또한, 평면으로 변환함으로써 중복되는 값들은 해당 위치에 값을 증가시킬 수 있다.
루프 결합을 포착한 결과에 기초하여 생성된 공간 지도에 필터를 이용하여 아웃라이어(outlier)를 제거한다(S220). 이후에 아웃라이어를 제거한 공간 지도의 영역을 계산한다(S230).
공간 지도의 중심을 기준으로 일정 각도로 나누어 각각의 부분을 분할한다(S240).
분할된 부분의 존재하는 측정된 센서 데이터 수를 측정하여 일정 개수 이상을 가지는지 판단한다(S250). 이때 측정되는 센서 데이터가 이전에 지도를 만들 때 측정된 데이터와 일치할 때 각각의 획득한 센서의 위치 정보의 거리를 비교하여 거리 차가 지도의 전체 영역에서의 일정 거리 차이가 나는지 확인할 수 있다. 즉, SLAM공간 지도는 같은 공간이라도 처음에 초기화를 잡는 지점에 따라 만들어지는 지도의 크기가 달라질 수 있어 일정한 거리가 아닌 만들어지는 지도의 전체 크기를 기준으로 비율을 통하여 거리를 계산할 수 있다.
동일한 측정 데이터에 대하여 일정 거리 이상의 거리의 차이를 가진 센서의 위치 정보가 확인되면 해당 측정 데이터를 새로운 공간 지도에 저장한다(S260). 일정 거리 이상의 위치에서 동일하게 측정된 데이터들을 통해서 생성이 되는 지도와 원본 지도의 유사도를 비교하여 다른 위치에서도 동일한 데이터를 획득 할 수 있음을 확인할 수 있다.
이러한 과정을 통해 SLAM 공간 지도의 완성도를 판단할 수 있으며, 완성도 판단 결과를 사용자단말(200)에 제공하여 미비한 영역을 보강할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 SLAM 공간 지도의 완성도 판단 시스템을 설명하기 위한 구성도이다. 도 3을 참조하면, SLAM 공간 지도의 완성도 판단 시스템(10)은 SLAM서버(100)와 사용자단말(200)로 구성된다.
SLAM서버(100)는 공간정보 수신부(110), 공간지도 생성부(120), 공간지도 완성도 판단부(130), 제어부(140), 공간지도 송신부(150), 저장부(160)로 구성된다.
공간지도 수신부(110)는 사용자단말(200)로부터 공간 정보를 수신할 수 있다. 사용자단말(200)의 카메라부와 센서부를 통해 획득한 주변 환경에 대한 공간 정보를 수신할 수 있다. 카메라부에서 촬영된 영상으로부터 특징점 정보 또는 공간 점유 정보를 수신하고, 센서부로부터 사용자단말의 위치 정보를 수신할 수 있다.
공간지도 생성부(120)는 수신된 공간 정보에 기초하여 공간지도를 생성할 수 있다. SLAM 알고리즘은 먼저 제어 벡터로부터 사용자단말의 위치를 추정한다. 이후 특징점들에 대한 센서의 측정치를 이용하여 코베리언스 행렬(Covariance matrix)를 계산할 수 있다. 이를 바탕으로 칼만 게인을 계산하고, 사용자단말의 위치 및 특징점들의 위치를 갱신하고, 코베리언스 행렬을 갱신한다. SLAM 알고리즘에 대한 설명은 논문 IEEE Transactions on Robotics and Automation, Vol 17, No. 3, June 2001의 'A Solution to the Simultaneous Localization and Map Building Problem' 등에 게시되어 있기에 상세한 설명은 생략하기로 한다.
공간지도 완성도 판단부(130)는 생성된 공간 지도의 완성도를 판단하여 사용자단말(200)에 제공할 수 있다. 공간지도 완성도 판단부(130)는 생성된 공간 지도에서 적어도 한 번의 루프 결합을 포착하고, 상기 공간 지도의 y축을 법선 벡터로 가지는 평면으로 변환할 수 있다. 공간지도 완성도 판단부(130)는 루프 결합을 포착한 결과에 기초하여 생성된 공간 지도에 필터를 이용하여 아웃라이어(outlier)를 제거할 수 있다. 공간지도 완성도 판단부(130)는 아웃라이어를 제거한 공간 지도의 영역을 계산할 수 있다. 공간지도 완성도 판단부(130)는 공간 지도의 중심을 기준으로 일정 각도로 나누어 각각의 부분을 분할할 수 있다. 공간지도 완성도 판단부(130)는 분할된 부분의 존재하는 측정된 센서 데이터 수를 측정하여 일정 개수 이상을 가지는지 판단할 수 있다. 이때 측정되는 센서 데이터가 이전에 지도를 만들 때 측정된 데이터와 일치할 때 각각의 획득한 센서의 위치 정보의 거리를 비교하여 거리 차가 지도의 전체 영역에서의 일정 거리 차이가 나는지 확인할 수 있다. 공간지도 완성도 판단부(130)는 동일한 측정 데이터에 대하여 일정 거리 이상의 거리의 차이를 가진 센서의 위치 정보가 확인되면 해당 측정 데이터를 새로운 공간 지도에 저장할 수 있다.
제어부(140)는 장치의 동작에 관련한 프로세스의 처리를 제어하며, 각 구성의 동작을 제어한다.
공간지도 송신부(150)는 완성된 공간지도를 사용자단말(200)에 송신할 수 있다.
저장부(160)는 생성된 공간지도를 저장할 수 있다.
사용자단말(200)은 카메라부(210), 센서부(220), 제어부(230), 공간정보 송신부(240), 공간지도 수신부(250), 공간지도 보강부(260)로 구성된다.
카메라부(210)는 주변 환경을 촬영하는 센서로 단안 카메라, 양안 카메라를 포함할 수 있으나 이에 대해 한정하는 것은 아니고, 사용자단말(200)에 따라 레이저센서, 초음파 센서로 구성될 수 있다.
센서부(220)는 사용자단말(200)의 움직임을 감지하는 적어도 하나의 센서로 구성될 수 있다. 센서부(220)는 사용자단말(200)의 가속도를 측정하는 가속도 센서(acceleration sensor)와 사용자단말(200)의 각속도를 측정하는 자이로 센서(gyro sensor)로 구성될 수 있으나 이에 대해 한정하는 것은 아니고, 사용자단말(200)이 어떤 종류의 기기로 구현되는 가에 따라 센서부(200)의 센서 종류가 달라질 수 있다.
제어부(230)는 사용자단말의 동작에 관련한 프로세스의 처리를 제어하며, 각 구성의 동작을 제어한다. 공간정보 송신부(240)는 카메라부(210)와 센서부(220)를 통해 획득한 공간 정보를 SLAM서버(100)에 송신할 수 있다. 공간지도 수신부(250)는 SLAM서버로부터 생성된 공간지도를 수신할 수 있다.
공간지도 보강부(260)는 SLAM서버로부터 판단된 공간지도 완성도를 수신하여 미비한 영역에 대해 추가적인 공간 정보를 획득하여 SLAM서버에 전송할 수 있다. 이러한 과정을 반복하여 보다 정확한 공간 지도가 완성될 수 있다.
도 4 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 SLAM 공간 지도의 완성도 판단 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 4 내지 도 5를 참조하면, 도 4(a)에서 생성된 공간 지도에서 최소 한 번의 루프 결합을 포착하여 이 공간의 전체적인 영역의 완성을 파악하고 만들어진 공간 지도의 y축을 법선 벡터로 가지는 평면으로 변환한다. 도 4(b)에서 루프 결합을 통해 알아낸 공간의 공간 지도에 필터를 통하여 아웃라이어(outlier)를 제거한다. 도 4(c)에서 아웃라이어(outlier)를 제거하여 알아낸 지도의 영역을 계산한다.
도 5(a)에서 알아낸 지도의 중심을 기준으로 일정 각도로 나누어 각각의 부분으로 나눈 도면이다. 도 5(b)에서 각 부분의 존재하는 측정된 데이터의 수를 측정하여 모든 부분이 일정 이상의 개수를 가지는지 판단하는 도면이다. 즉, 각 부분에 해당되는 맵 포인트(map point)를 추출한다. 도 5(c)에서 동일한 측정 데이터에 대하여 일정 거리 이상의 거리의 차이를 가진 센서의 위치 정보가 확인이 되면 해당 측정 데이터를 새로운 공간 지도에 저장하는 도면이다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10; SLAM 공간 지도 완성도 판단 시스템 100; SLAM서버
110; 공간정보 수신부 120; 공간지도 생성부
130; 공간지도 완성도 판단부 140; 제어부
150; 공간지도 송신부 160; 저장부
200; 사용자단말 210; 카메라부
220; 센서부 230; 제어부
240; 공간정보 송신부 250; 공간지도 수신부
260; 공간지도 보강부

Claims (4)

  1. SLAM(Simultaneous Localization And Mapping) 공간 지도의 완성도 판단 방법에 있어서,
    공간정보 수신부가 단말기로부터 공간 지도를 생성하기 위한 공간 정보를 수신하는 단계;
    공간지도 생성부가 상기 공간 정보 수신부에서 수신된 공간 정보에 기초하여 공간 지도를 생성하는 단계; 및
    공간지도 완성도 판단부가 공간지도 생성부에서 생성된 공간 지도의 완성도를 판단하는 단계를 포함하고,
    공간 지도의 완성도를 판단하는 단계는,
    생성된 공간 지도에서 적어도 한 번의 루프 결합을 포착하고, 상기 공간 지도의 y축을 법선 벡터로 가지는 평면으로 변환하는 단계;
    루프 결합을 포착한 결과에 기초하여 필터를 통해 아웃라이어(outlier)를 제거하는 단계; 및
    아웃라이어를 제거한 공간 지도의 영역을 계산하는 단계를 포함하고,
    상기 공간 지도의 완성도를 판단하는 단계는,
    공간 지도의 중심을 기준으로 일정 각도로 나누어 각각의 부분을 분할하는 단계를 포함하고,
    분할된 부분의 존재하는 측정된 센서 데이터 수를 측정하여 일정 이상의 개수를 가지는지 판단하는 단계를 포함하는 SLAM 공간 지도의 완성도 판단 방법.
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