KR102158026B1 - 캘리브레이션 장치 및 카메라 시스템 - Google Patents

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KR102158026B1 KR1020140010590A KR20140010590A KR102158026B1 KR 102158026 B1 KR102158026 B1 KR 102158026B1 KR 1020140010590 A KR1020140010590 A KR 1020140010590A KR 20140010590 A KR20140010590 A KR 20140010590A KR 102158026 B1 KR102158026 B1 KR 102158026B1
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 캘리브레이션 장치는 제1카메라의 몸체에 배치되는 제1반사부재, 제2카메라의 몸체에 배치되는 제2반사부재, 제1빔을 출사하는 광원부, 상기 제1빔을 진행경로가 서로 다른 제2 및 제3빔으로 분리하고, 상기 제2빔이 상기 제1반사부재에 의해 반사된 제1반사빔과 상기 제3빔이 상기 제2반사부재에 의해 반사된 제2반사빔이 입사하면, 상기 제1반사빔과 상기 제2반사빔을 제4빔으로 결합하는 빔 스플리터, 상기 제4빔에 대응하는 영상신호를 검출하는 검출기, 그리고 상기 영상신호로부터 간섭패턴을 검출하고, 상기 간섭패턴과 기 저장된 간섭패턴을 비교하여 상기 제1 및 제2카메라 간의 변위정보를 산출하는 변위검출부를 포함한다.

Description

캘리브레이션 장치 및 카메라 시스템{calibaraton device and camera system}
본 발명은 캘리브레이션 장치 및 카메라 시스템에 관한 것으로서, 스테레오카메라 시스템의 캘리브레이션 장치 및 이를 포함하는 스테레오 카메라 시스템에 관한 것이다.
차량 전방 또는 후방을 촬영한 영상으로부터 물체를 감지하여 운전자의 안전 운전을 돕는 시스템의 일환으로, 두 대의 카메라를 이용하여 차량과 차량 전방의 물체와의 거리정보를 추출하는 스테레오 카메라 시스템(stereo camera system)이 제안되었다.
스테레오 카메라 시스템에서, 정확한 거리정보를 획득하기 위해서는 초기 설치 시 카메라 간의 거리와 상대적인 자세에 따른 캘리브레이션(calibration) 과정이 수행될 필요가 있다.
일반적으로 스테레오 카메라 시스템의 캘리브레이션은, 특정 패턴이 그려진 체커 보드(checker board)를 이용하여 수행된다. 체커 보드를 이용한 캘리브레이션 과정은 스테레오 카메라로 서로 다른 각도에서 체커 보드를 촬영하여 서로 다른 장면인 10장 이상의 스테레오 카메라 이미지를 획득하고, 획득한 이미지들을 이용한 수학적 계산을 통해 두 카메라 사이의 변위 파라미터를 도출하는 순으로 이루어진다.
이러한 캘리브레이션 과정은 체커 보드와 스테레오 카메라 시스템간의 거리가 차량용 스테레오 카메라 시스템의 실 사용 거리인 5m 내지 100m를 만족할 필요가 있다. 이에 따라, 캘리브레이션에 넓은 공간을 필요로 한다.
또한, 10장 이상의 이미지를 촬영한 후 촬영된 이미지를 계산 프로그램에 대입하여 변위 파라미터를 도출하므로 캘리브레이션에 많은 시간이 소요된다.
또한, 캘리브레이션이 완료된 스테레오 카메라 시스템을 차량에 장착하여 사용하는 중에 차량의 기계적, 열적 변형으로 인해 캘리브레이션 파라미터가 달라져도 실시간 캘리브레이션이 어려운 문제가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 스테레오 카메라 시스템의 실시간 캘리브레이션이 가능한 캘리브레이션 장치 및 카메라 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 캘리브레이션 장치는 제1카메라의 몸체에 배치되는 제1반사부재, 제2카메라의 몸체에 배치되는 제2반사부재, 제1빔을 출사하는 광원부, 상기 제1빔을 진행경로가 서로 다른 제2 및 제3빔으로 분리하고, 상기 제2빔이 상기 제1반사부재에 의해 반사된 제1반사빔과 상기 제3빔이 상기 제2반사부재에 의해 반사된 제2반사빔이 입사하면, 상기 제1반사빔과 상기 제2반사빔을 제4빔으로 결합하는 빔 스플리터, 상기 제4빔에 대응하는 영상신호를 검출하는 검출기, 그리고 상기 영상신호로부터 간섭패턴을 검출하고, 상기 간섭패턴과 기 저장된 간섭패턴을 비교하여 상기 제1 및 제2카메라 간의 변위정보를 산출하는 변위검출부를 포함한다.
상기 캘리브레이션 장치는 상기 제3빔과 상기 제2반사빔의 광경로 상에 배치되며, 상기 제3빔을 상기 제2반사부재로 전달하고, 상기 제2반사빔을 상기 빔 스플리터로 전달하는 미러를 더 포함할 수 있다.
상기 캘리브레이션 장치에서 상기 광원부, 상기 빔 스플리터, 및 상기 검출기는 일체형으로 결합할 수 있다.
상기 캘리브레이션 장치에서 상기 광원부, 상기 빔 스플리터, 상기 미러 및 상기 검출기는 상기 제2반사부재에 일체형으로 결합할 수 있다.
상기 캘리브레이션 장치에서 상기 제1빔은 결맞는 빔을 포함할 수 있다.
상기 캘리브레이션 장치에서 상기 변위정보는 상기 제1 및 제2카메라 간의 거리 이동정보를 포함하며, 상기 변위검출부는 상기 간섭패턴에 포함된 원형 프린지(fringe)를 토대로 상기 거리 이동정보를 획득할 수 있다.
상기 캘리브레이션 장치에서 상기 변위정보는 상기 제1 및 제2카메라 간의 상대적인 회전정보를 포함하며, 상기 변위검출부는 상기 간섭패턴에 포함된 직선형 프린지를 토대로 상기 회전정보를 획득할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면 카메라 시스템은, 서로 이격되어 배치되는 복수의 카메라, 상기 복수의 카메라 각각의 몸체에 배치되는 제1 및 제2반사부재를 포함하며, 상기 제1 및 제2반사부재 각각에 의해 반사된 복수의 빔 간의 간섭패턴을 포함하는 영상신호를 획득하는 간섭계, 그리고 상기 영상신호로부터 상기 간섭패턴을 검출하고, 상기 간섭패턴과 기 저장된 간섭패턴을 비교하여 상기 제1 및 제2카메라 간의 변위정보를 산출하는 변위검출부를 포함할 수 있다.
상기 카메라 시스템에서 상기 간섭계는, 광원부, 그리고 상기 광원부로부터 조사된 빔을 광경로가 다른 복수의 빔으로 분리하여 상기 제1 및 제2반사부재로 각각 전달하는 빔 스플리터를 더 포함할 수 있다.
상기 캘리브레이션 장치에서 상기 간섭계는, 상기 빔 스플리터에서 분리된 빔을 상기 제2반사부재로 전달하는 미러를 더 포함할 수 있다.
상기 캘리브레이션 장치에서 상기 광원부는 레이저 또는 레이저 다이오드를 포함할 수 있다.
상기 캘리브레이션 장치에서 상기 변위정보는 상기 제1 및 제2카메라 간의 거리 이동정보를 포함하며, 상기 변위검출부는 상기 간섭패턴에 포함된 원형 프린지를 토대로 상기 거리 이동정보를 획득할 수 있다.
상기 캘리브레이션 장치에서 상기 변위정보는 상기 제1 및 제2카메라 간의 상대적인 회전정보를 포함하며, 상기 변위검출부는 상기 간섭패턴에 포함된 직선형 프린지를 토대로 상기 회전정보를 획득할 수 있다.
상기 카메라 시스템은 상기 복수의 카메라를 통해 복수의 영상 데이터를 획득하고, 상기 복수의 카메라 간의 거리정보 및 상대적인 기울기정보를 토대로 상기 복수의 영상 데이터로부터 검출되는 객체와의 거리정보를 산출하는 제어장치를 더 포함하며, 상기 제어장치는 상기 변위정보를 토대로 상기 거리정보 및 기울기정보를 업데이트할 수 있다.
본 문서에 개시된 캘리브레이션 장치 및 카메라 시스템은, 차량 운행 중 실시간으로 카메라 시스템의 캘리브레이션을 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 캘리브레이션 장치를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 간섭계를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 3는 본 발명의 일 실시 예에 따른 캘리브레이션 장치에서 간섭패턴으로부터 변위정보를 획득하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 캘리브레이션 장치를 포함하는 스테레오 카메라 시스템을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 캘리브레이션 장치가 카메라에 결합하는 예들을 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스테레오 카메라 시스템에서 객체와의 거리를 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 캘리브레이션 장치를 포함하는 스테레오 카메라 시스템의 캘리브레이션 방법을 도시한 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
또한, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
아래에서 도면을 참조하여 설명하는 구성요소들은 필수적인 것은 아니어서, 본 발명의 실시 예에 따른 카메라 시스템 및 캘리브레이션 장치는 그 보다 더 많거나 더 적은 구성요소를 포함하도록 마련될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 캘리브레이션 장치를 개략적으로 도시한 블록도이다. 또한, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 간섭계를 개략적으로 도시한 블록도이다. 도 3는 본 발명의 일 실시 예에 따른 캘리브레이션 장치에서 간섭패턴으로부터 변위정보를 획득하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 캘리브레이션 장치(10)는 간섭계(interferometer, 11), 변위검출부(12) 등을 포함할 수 있다.
간섭계(11)는 서로 이격되는 복수의 카메라(미도시) 각각에 배치되는 복수의반사부재(114, 115)를 포함하며, 하나의 광원부(111)에서 출사되는 빔을 복수의 빔(또는 복수의 광속)으로 분리하여 각 반사부재(114, 115)로 입사시키고, 각 반사부재(114, 115)에 의해 반사된 복수의 빔이 간섭하는 간섭패턴에 대응하여 영상신호를 획득한다.
간섭계(11)는 마이켈슨 간섭계(Michelson Interferometer)로 구현될 수 있다.
간섭계(11)는 광원부(111), 빔 스플리터(beam splitter, 112), 복수의 반사부재(reflector, 114, 115), 검출기(116) 등을 포함할 수 있다. 또한, 간섭계(11)는 미러(mirror, 113)를 더 포함할 수 있다.
광원부(111)는 빔(beam, L1)을 출사한다.
간섭계(11)에서 검출되는 간섭패턴으로부터 변위(displacement)를 검출하기 위해서는 광원부(111)로부터 출사되는 빔은 결맞는(coherent) 빔을 포함할 수 있다. 여기서, 변위는 두 객체 간의 상대적인 위치변화를 나타내는 파라미터로서, 두 객체 중 어느 하나를 기준으로 나머지 객체가 어느 정도 회전(rotation)하였는지와 어느 정도 이동(translation)하였는지를 나타내는 파라미터이다.
본 발명의 실시 예에서, 변위는 복수의 카메라 중 어느 하나를 기준으로 나머지 카메라가 어느 정도 회전하였는지와 어느 정도 이동하였는지를 나타내는 파라미터이다.
광원부(111)는 결맞는 빔을 출사하는 레이저, 레이저 다이오드 등을 포함할 수 있다.
광원부(111)에서 출사된 빔(L1)은 빔 스플리터(112)로 입사할 수 있다. 이를 위해, 광원부(111)의 출사면은 빔 스플리터(112)와 대향하도록 배치된다.
빔 스플리터(112)는 광원부(111)에서 출사되는 결맞는 빔(L1)을 진행방향이 서로 다른 복수의 빔(L11, L12)으로 분리할 수 있다. 예를 들어, 빔 스플리터(112)는 광원부(111)로부터 빔 스플리터(112)로 입사하는 빔(L1) 중 일부(L11)는 투과시키고 나머지 일부(L12)는 반사하여 복수의 빔으로 분리할 수 있다. 이 경우, 빔 스플리터(112)는 반투명 미러 등 반투과 유전체 박판을 포함할 수 있다.
빔 스플리터(112)에 의해 서로 다른 진행경로로 분리된 빔들(L11, L12)은 각각 제1 및 제2반사부재(114, 115)로 전달될 수 있다. 예를 들어, 빔 스플리터(112)에 의해 투과된 빔은 제1반사부재(114)로 전달되고, 빔 스플리터(112)에 의해 반사된 빔은 제2반사부재(115)로 전달될 수 있다.
제1 및 제2반사부재(114, 115)는 빔 스플리터(112)에 의해 분리된 빔들(L11, L12)이 입사하면, 이를 반사하여 빔 스플리터(112)로 전달할 수 있다.
한편, 빔 스플리터(112)의 특성에 따라 다르지만, 일반적으로 빔 스플리터(112)에 의해 분리된 빔들은 서로 평행하지 않고 소정의 각도를 이루도록 진행된다. 예를 들어, 빔 스플리터(112)에 의해 분리된 빔들은 서로 직교하도록 진행될 수 있다. 따라서, 일렬로 이격되어 배치되는 복수의 카메라(미도시)에 제1 및 제2반사부재(114, 115)가 각각 배치되고, 공간 효율을 위해 그 사이에 빔 스플리터(112)가 배치되는 경우, 빔 스플리터(112)에서 분리되어 출사되는 빔들을 제1 및 제2반사부재(114, 115)에 각각 입사시키기 위해, 간섭계(11)는 미러(113)를 더 포함할 수 있다.
미러(113)는 빔 스플리터(112)와 제2반사부재(115)의 광 경로 상에 배치되며, 빔 스플리터(112)와 제2반사부재(115) 사이에 빔을 전달하는 기능을 수행할 수 있다.
도 2를 참조하면, 미러(113)는 빔 스플리터(112)에 의해 반사된 빔(L12)의 진행경로 상에 배치되며, 빔 스플리터(112)에 의해 반사된 빔을 다시 반사하여 제2반사부재(115)로 진행시킬 수 있다. 또한, 미러(114)는 제2반사부재(115)에 의해 반사된 빔(L22)이 입사하면, 이를 반사하여 빔 스플리터(112)로 입사시킬 수도 있다.
즉, 빔 스플리터(112)에 의해 투과된 빔(L11)은 제1반사부재(114)로 바로 진행되나, 빔 스플리터(112)에 의해 반사된 빔(L12)은 미러(113)에 의해 다시 한번 반사되어 제2반사부재(115)로 진행될 수 있다. 또한, 제1반사부재(114)에 의해 반사된 빔(L21)은 빔 스플리터(112)로 바로 진행되나, 제2반사부재(115)에 의해 반사된 빔(L22)은 미러(113)에 의해 다시 한번 반사되어 빔 스플리터(112)로 진행될 수 있다.
전술한 바에 따르면, 하나의 광원부(111)에서 출사된 빔은 빔 스플리터(112)에 의해 분리되어 진행경로에 차이가 발생하며, 제1 및 제2반사부재(114, 115)에 의해 반사되어 빔 스플리터(112)에서 간섭하게 된다.
빔 스플리터(112)에서 간섭한 빔들(L21, L22)은 빔 스플리터(112)에 의해 하나의 빔(L2)으로 결합되고, 빔 스플리터(112)는 이를 검출기(116)로 전달할 수 있다.
검출기(116)는 빔 스플리터(112)로부터 반사되어 재결합된 빔(L2)이 입사하면, 이를 수신하여 영상 신호를 획득한다. 검출기(116)에 의해 획득되는 영상신호는 간섭패턴(interference fringe)를 포함한다. 여기서, 간섭패턴은 빔의 간섭에 의하여 생기는 격자 또는 동심원 모양으로 된 명암의 무늬를 나타낸다.
제1반사부재(114)와 제2반사부재(115)에 의해 반사된 빔들은 광경로 차로 인해 빔 스플리터(112)에서 만났을 때 간섭을 발생시킨다. 이러한 간섭은 검출기(116)로 입사되는 빔의 영상신호에서 명암의 무늬를 발생시킨다.
다시, 도 1을 보면, 변위검출부(12)는 간섭계(11)를 통해 획득한 영상신호를 신호처리하여 영상데이터를 획득하고, 이로부터 간섭패턴을 추출한다.
또한, 변위검출부(12)는 기 저장된 간섭패턴과 새로 추출한 간섭패턴을 비교하여, 제1 및 제2반사부재(114, 115) 사이의 거리 변화와 회전을 포함하는 변위정보를 산출할 수 있다. 여기서, 비교에 사용되는 기 저장된 간섭패턴은 변위정보를 검출하기 위한 기준이 되는 간섭패턴으로서, 이하 설명의 편의를 위해 '기준 간섭패턴'이라 명명하여 사용한다.
기준 간섭패턴은 변위검출부(12)가 캘리브레이션 장치(10)를 카메라 시스템(미도시)에 초기 장착 시 간섭계(11)를 이용하여 획득한 간섭패턴일 수 있다. 또한, 기준 간섭패턴은 변위검출부(12)가 이전 캘리브레이션 시 간섭계(11)를 이용하여 획득한 간섭패턴일 수 있다. 전자의 경우, 변위검출부(12)는 캘리브레이션 장치(10)를 카메라 시스템(미도시)에 초기 장착 시 간섭계(11)를 이용하여 획득한 간섭패턴을 내부 메모리(미도시) 또는 외부 메모리(미도시)에 저장하여 기준 간섭패턴으로 사용할 수 있다. 또한, 후자의 경우, 변위검출부(12)는 간섭계를 통해 획득되는 간섭패턴을 매번 내부 메모리(미도시) 또는 외부 메모리(미도시)에 저장하거나, 변위 변화가 있을 시에만 내부 메모리(미도시) 또는 외부 메모리(미도시)에 저장하여 기준 간섭패턴으로 사용할 수 있다.
한편, 변위검출부(12)에서 검출되는 간섭패턴과 측정 대상의 변위의 관계는 아래의 수학식 1로 나타낼 수 있다.
Figure 112014009291134-pat00001
여기서, d는 측정 대상의 변위, 즉, 제1반사부재(114)와 제2반사부재(115) 간의 변위를 나타내고, n은 간섭패턴 내 프린지(fringe)의 변화 개수,
Figure 112014009291134-pat00002
는 광원부(111)에서 출사되는 빔의 파장을 나타낸다.
도 3의 (a)를 참조하면, 제1반사부재(114)의 위치가 M1에서 M2'로 이동하면 즉, 제1반사부재(114)의 위치가 제2반사부재(115)로부터 멀어지면, 빔의 경로 변화로 인해 광원부(111)로부터 출사되는 소스 빔(source beam)의 허상의 위치가 S1'에서 S2'로 변경된다. 이에 따라, 검출기(116)에서 검출되는 영상신호 내 적어도 일부의 원형 프린지가 밖으로 퍼져나가면서 변화한다.
반면에, 제1반사부재(114)의 위치가 M2'에서 M1으로 이동하면 즉, 제1반사부재(114)의 위치가 제2반사부재(115)로 가까워지면, 빔의 경로 변화로 인해 광원부(111)로부터 출사되는 소스 빔(source beam)의 허상의 위치가 S2'에서 S1’로 변경된다. 이에 따라, 검출기(116)에서 검출되는 영상신호 내 적어도 일부의 원형 프린지가 안으로 모이면서 변화한다.
따라서, 변위검출부(12)는 검출기(116)에서 검출되는 영상신호 내에서 원형 프린지 패턴의 변화를 토대로 제1반사부재(114)와 제2반사부재(115) 간의 상대적인 거리 변화를 검출할 수 있다.
도 3의 (b)를 참조하면, 제1반사부재(114)의 각도가 M1에서 M2'로 회전하면, 광원부(111)로부터 출사되는 소스 빔의 허상의 위치가 S1'에서 S2’로 변경된다. 이에 따라, 검출기(116)에서 검출되는 영상신호에서 광축(Optical Axis) 근방의 직선형 프린지가 우측(또는 좌측)으로 이동하며 변화한다.
반면에, 제1반사부재(114)의 각도가 M2'에서 M1으로 회전하면, 광원부(111)로부터 출사되는 소스 빔의 허상의 위치가 S2'에서 S1'로 변경된다. 이에 따라, 검출기(116)에서 검출되는 영상신호에서 광축(Optical Axis) 근방의 직선형 프린지가 좌측(또는 우측)으로 이동하며 변화한다.
따라서, 변위검출부(12)는 검출기(116)에서 검출되는 영상신호 내 직선형 프린지 패턴의 변화를 토대로 제1반사부재(114)와 제2반사부재(115) 간의 상대적인 기울기 변화를 검출할 수 있다.
한편, 일반적으로 레이저의 파장은 400nm 내지 800nm이다. UV 레이저의 경우, 대략 400nm 이하의 파장도 가능하다.
따라서, 광원부(111)에서 조사되는 빔이 레이저인 경우, 수학식 1을 참조하면, 간섭계(11)의 분해능(resolution)은 10nm 이하를 만족할 수 있다. 즉, 광경로 차로 인해 위상이 반파장 변화하면, 간섭패턴 내 1개의 프린지가 변화할 수 있다.
따라서, 전술한 간섭계(11)를 사용하는 경우, 제1 및 제2반사부재(114, 115) 간의 변위정보를 10nm 이하 단위로 검출할 수 있다.
전술한 바에 따르면, 캘리브레이션 장치(10)는 간섭계(11)를 이용하여 서로 이격되어 배치되는 제1 및 제2반사부재(114, 115) 간의 변위정보를 검출할 수 있다. 또한, 제1 및 제2반사부재(114, 115) 간의 변위정보를 토대로 제1 및 제2반사부재(114, 115)가 배치된 복수의 카메라(미도시) 간의 변위정보를 검출할 수 있다.
전술한 캘리브레이션 장치(10)를 스테레오 카메라 시스템에 적용하는 경우, 스테레오 카메라 시스템의 실시간 카메라 캘리브레이션이 가능한 효과가 있다.
아래에서는 도 4 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 캘리브레이션 장치가 스테레오 카메라 시스템에 적용되는 경우를 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 캘리브레이션 장치를 포함하는 스테레오 카메라 시스템을 개략적으로 도시한 블록도이다. 또한, 도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 캘리브레이션 장치가 스테레오 카메라 시스템의 카메라들에 결합하는 예들을 도시한 것이다. 또한, 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스테레오 카메라 시스템에서 객체와의 거리를 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 스테레오 카메라 시스템은 복수의 카메라(21, 22), 캘리브레이션 장치(10), 제어장치(30) 등을 포함할 수 있다.
복수의 카메라(21, 22)는 서로 소정 간격 이격되어 배치되며, 대상체 외부의 영상 데이터를 획득할 수 있다. 예를 들어, 대상체가 차량인 경우, 복수의 카메라(21, 22)는 차량의 전/후에 장착되어, 차량 전방 또는 후방의 영상 데이터를 획득할 수 있다.
캘리브레이션 장치(10)는 전술한 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이, 간섭계(도 1의 도면부호 11 참조)를 포함하며, 간섭계(11)를 이용하여 복수의 카메라(21, 22) 간의 변위정보를 획득한다. 여기서, 변위정보는 복수의 카메라(21, 22) 간의 상대적인 거리 변화(translation)량 및 상대적인 각도 회전량(rotation)을 포함할 수 있다.
한편, 간섭계(11)를 통해 복수의 카메라(21, 22) 간의 상대적인 변위정보를 검출하기 위해서는, 각 카메라(21, 22)의 몸체에 간섭계(11)의 반사부재(도 2의 도면부호 114, 115 참조)를 일체형으로 배치할 필요가 있다.
도 5 및 도 6은 간섭계(11)를 카메라(21, 22)와 결합하는 예들을 도시한 것이다.
도 5를 참조하면, 복수의 카메라(21, 22)는 카메라 하우징(200)에 의해 소정 간격 이격되어 배치된다.
각 카메라(21, 22)의 몸체에는 간섭계(11)의 제1 및 제2반사부재(114, 115)가 각각 배치된다. 제1 및 제2반사부재(114, 115)는 각 카메라(21, 22)의 몸체 움직임에 대응하여 이동 또는 회전하도록 각 카메라(21, 22)의 몸체에 일체형으로 결합할 수 있다.
또한, 제1 및 제2반사부재(114, 115) 사이의 광경로 상에는 간섭계 케이스가(100)가 배치되고, 간섭계 케이스(100)는 내부에 간섭계(11)의 광원부(111), 빔 스플리터(112), 미러(113), 검출기(116) 등을 포함할 수 있다. 즉, 광원부(111), 빔 스플리터(112), 미러(113) 및 검출기(116)가 간섭계 케이스(100)에 의해 일체형으로 결합될 수 있다.
도 6을 참조하면, 복수의 카메라(21, 22)는 카메라 하우징(200)에 의해 소정 간격 이격되어 배치된다.
복수의 카메라(21, 22) 중 제1카메라(21)의 몸체에는 간섭계(11)의 제1반사부재(114)가 배치되고, 제2카메라(22)에는 간섭계 케이스(100')가 배치된다.
또한, 간섭계 케이스(100')는 내부에 간섭계(11)의 광원부(111), 빔 스플리터(112), 미러(113), 제2반사부재(115), 검출기(116) 등을 포함할 수 있다. 즉, 광원부(111), 빔 스플리터(112), 미러(113), 제2반사부재(115) 및 검출기(116)가 간섭계 케이스(100)'에 의해 일체형으로 결합될 수 있다.
다시, 도 4를 보면, 제어장치(30)는 복수의 카메라(21, 22)를 통해 대상체 외부의 영상 데이터를 지속적으로 수신한다. 또한, 제어장치(30)는 영상 인식을 통해 복수의 카메라(21, 22)로부터 수신한 영상 데이터에서 객체를 검출한다.
제어장치(30)는 영상 데이터로부터 객체가 검출되면, 각 영상 데이터 내에서의 객체 위치정보를 획득하고, 각 영상 데이터 내에서의 객체의 위치정보와 복수의 카메라(21, 22) 간 거리정보를 토대로 객체와의 거리정보를 획득할 수 있다.
도 7을 참조하면, 제1 및 제2카메라(21, 22) 각각의 초점 거리를 f, 제1 및제2카메라(21, 22) 간의 거리를 b, 제1 및 제2카메라(21, 22)를 통해 입력되는 영상 데이터 상에서 제1 및 제2카메라(21, 22)의 중심에 대응하는 지점과 객체(OB)간의 거리를 각각 DL 및 DR이라고 정의하는 경우, 복수의 카메라(21, 22)와 객체(OB) 간의 거리정보(Z)는 아래의 수학식 2과 같이 획득할 수 있다.
Figure 112014009291134-pat00003
위 수학식 2에서, 제1 및 제2카메라(21, 22) 각각의 초점 거리(f)는 제1 및 제2카메라(21, 22)의 사양에 따라 미리 설정된 값이 사용될 수 있다.
또한, 제1 및 제2카메라(21, 22) 간 거리(d)는 제1 및 제2카메라(21, 22)의 중심점 간의 거리로서, 제1 및 제2카메라(21, 22)의 설치 시 설정된 값이 초기 값으로 사용될 수 있다.
한편, 제1 및 제2카메라(21, 22)가 대상체인 차량에 설치된 이후 차량 진동, 온도 변화 등으로 인해, 제1 및 제2카메라(21, 22)의 위치, 자세 등이 변경될 수 있다. 따라서, 제1 및 제2카메라(21, 22)의 위치 또는 자세 변화를 반영하는 과정 없이, 제1 및 제2카메라(21, 22)의 초기 설치 시 설정된 스테레오 파라미터(stereo parameter)를 그대로 사용하여 물체와의 거리정보를 산출하는 경우, 거리정보의 정확도가 떨어지게 된다.
여기서, 객체와의 거리정보 산출에 사용되는 스테레오 파라미터는 제1 및 제2카메라(21, 22) 간의 거리정보와 제1 및 제2카메라(21, 22) 간의 상대적인 기울기(tilting)정보를 포함할 수 있다. 제1 및 제2카메라(21, 22)의 상대적인 기울기정보는 제1 및 제2카메라(21, 22) 중 어느 하나의 광축을 기준으로 나머지 카메라의 광축이 기울어진 정도를 나타낼 수 있다.
제어장치(30)는 제1 및 제2카메라(21, 22)의 위치, 자세 등이 변경됨에 따라 객체와의 거리정보 산출의 정확도가 떨어지는 것을 방지하기 위해, 캘리브레이션 장치(10)를 통해 획득한 변위정보를 토대로, 객체와의 거리정보 산출에 사용되는 변위 파라미터를 보정하여 사용할 수 있다. 즉, 제어장치(30)는 기 저장된 제1 및 제2카메라(21, 22) 간의 스테레오 파라미터를 캘리브레이션 장치(10)를 획득한 변위정보를 토대로 업데이트할 수 있다.
한편, 전술한 캘리브레이션 장치(10)의 변위검출부(12)는 제어장치(30) 내에구현될 수도 있고, 제어장치(30)와는 별도로 구현될 수도 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 캘리브레이션 장치를 포함하는 스테레오 카메라 시스템의 캘리브레이션 방법을 도시한 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 캘리브레이션이 시작되면, 간섭계(11)의 광원부(111)는 간섭패턴 발생을 위한 빔을 조사한다(S110).
이후, 캘리브레이션 장치(10)는 광원부(111)로부터 조사된 빔이 제1 및 제2반사부재(114, 115)에 의해 서로 다른 광경로로 반사되면, 간섭계(11)의 검출기(116)를 통해 이를 검출하고(S120), 검출기(116)는 반사된 빔에 대응하는 영상신호를 출력한다.
상기 S120 단계에서, 광원부(11)에서 조사된 빔은 빔 스플리터(112)에 의해 진행경로가 서로 다른 복수의 빔(또는 복수의 광속)으로 분리된다. 빔 스플리터(112)에 분리된 복수의 빔은 각각 제1 및 제2반사부재(114, 115)로 진행하고, 제1 및 제2반사부재(114, 115)에 의해 반사되어 빔 스플리터(112)에서 다시 결합된다. 빔 스플리터(112)는 반사빔들을 결합하여 검출기(116)로 진행시키며, 검출기(116)는 이를 수신하여 대응하는 영상신호를 출력한다.
상기 S120 단계에서 생성된 영상신호를 캘리브레이션 장치(10)의 변위검출부(12)로 입력된다.
변위검출부(12)는 검출기(16)로부터 입력되는 영상신호를 신호처리하여 영상 데이터를 획득하고, 이로부터 반사빔들 간의 간섭패턴을 검출한다(S130).
또한, 변위검출부(12)는 검출한 간섭패턴의 원형 프린지 또는 직선형 프린지를 분석하여 변위정보를 획득한다(S140). 변위정보 검출 방법은 전술한 도 3을 참조하여 상세히 설명하였으므로 아래에서는 상세한 설명을 생략한다.
상기 S140 단계에서, 변위검출부(12)에서 획득된 변위정보는 제어장치(30)로 전달된다.
제어장치(30)는 변위검출부(12)로부터 변위정보가 수신되면, 이를 토대로 객체와의 거리 검출에 사용되는 스테레오 파라미터를 보정한다(S150). 즉, 변위정보를 토대로 제1 및 제2카메라(21, 22) 간의 거리정보 및 기울기정보를 보정한다.
상기 S150 단계에서 보정된 스테레오 파라미터는 제어장치(30)의 내부 메모리(미도시) 또는 외부 메모리(미도시)에 저장된다.
전술한 본 발명의 일 실시 예에 따른 스테레오 카메라 시스템은 차량의 운행 중에 발생하는 진동, 온도 변화 등으로 복수의 카메라 간의 거리 및 기울기가 변하는 것을 실시간으로 감지하는 것이 가능하다. 또한, 더 나아가서 복수의 카메라 간의 변위정보를 실시간으로 획득하고, 획득한 변위정보를 토대로 객체와의 거리정보 산출에 사용되는 스테레오 파라미터를 보정함으로써 객체와의 거리정보 산출의 정확도를 향상시킬 수 있다.
또한, 간섭계의 특성 상 설치 공간을 많이 필요로 하지 않아, 카메라 시스템에 일체형으로 장착하여 사용하는 것이 가능하다.
본 실시예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA(field-programmable gate array) 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 기록 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (14)

  1. 제1카메라의 몸체에 배치되는 제1반사부재,
    제2카메라의 몸체에 배치되는 제2반사부재,
    제1빔을 출사하는 광원부,
    상기 제1빔을 진행경로가 서로 다른 제2 및 제3빔으로 분리하고, 상기 제2빔이 상기 제1반사부재에 의해 반사된 제1반사빔과 상기 제3빔이 상기 제2반사부재에 의해 반사된 제2반사빔이 입사하면, 상기 제1반사빔과 상기 제2반사빔을 제4빔으로 결합하는 빔 스플리터,
    상기 제4빔에 대응하는 영상신호를 검출하는 검출기, 그리고
    상기 영상신호로부터 간섭패턴을 검출하고, 상기 간섭패턴과 기 저장된 간섭패턴을 비교하여 상기 제1 및 제2카메라 간의 변위정보를 산출하는 변위검출부
    를 포함하는 캘리브레이션 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제3빔과 상기 제2반사빔의 광경로 상에 배치되며, 상기 제3빔을 상기 제2반사부재로 전달하고, 상기 제2반사빔을 상기 빔 스플리터로 전달하는 미러를 더 포함하는 캘리브레이션 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 광원부, 상기 빔 스플리터, 및 상기 검출기는 일체형으로 결합하는 캘리브레이션 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 광원부, 상기 빔 스플리터, 상기 미러 및 상기 검출기는 상기 제2반사부재에 일체형으로 결합하는 캘리브레이션 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1빔은 결맞는 빔을 포함하는 캘리브레이션 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 변위정보는 상기 제1 및 제2카메라 간의 거리 이동정보를 포함하며,
    상기 변위검출부는 상기 간섭패턴에 포함된 원형 프린지(fringe)를 토대로 상기 거리 이동정보를 획득하는 캘리브레이션 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 변위정보는 상기 제1 및 제2카메라 간의 상대적인 회전정보를 포함하며,
    상기 변위검출부는 상기 간섭패턴에 포함된 직선형 프린지를 토대로 상기 회전정보를 획득하는 캘리브레이션 장치.
  8. 서로 이격되어 배치되는 복수의 카메라,
    상기 복수의 카메라 각각의 몸체에 배치되는 제1 및 제2반사부재를 포함하며, 상기 제1 및 제2반사부재 각각에 의해 반사된 복수의 빔 간의 간섭패턴을 포함하는 영상신호를 획득하는 간섭계, 그리고
    상기 영상신호로부터 상기 간섭패턴을 검출하고, 상기 간섭패턴과 기 저장된 간섭패턴을 비교하여 상기 제1 및 제2카메라 간의 변위정보를 산출하는 변위검출부
    를 포함하는 카메라 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 간섭계는,
    광원부, 그리고
    상기 광원부로부터 조사된 빔을 광경로가 다른 복수의 빔으로 분리하여 상기 제1 및 제2반사부재로 각각 전달하는 빔 스플리터를 더 포함하는 카메라 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 간섭계는,
    상기 빔 스플리터에서 분리된 빔을 상기 제2반사부재로 전달하는 미러를 더 포함하는 카메라 시스템.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 광원부는 레이저 또는 레이저 다이오드를 포함하는 카메라 시스템.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 변위정보는 상기 제1 및 제2카메라 간의 거리 이동정보를 포함하며,
    상기 변위검출부는 상기 간섭패턴에 포함된 원형 프린지를 토대로 상기 거리 이동정보를 획득하는 카메라 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 변위정보는 상기 제1 및 제2카메라 간의 상대적인 회전정보를 포함하며,
    상기 변위검출부는 상기 간섭패턴에 포함된 직선형 프린지를 토대로 상기 회전정보를 획득하는 카메라 시스템
  14. 제13항에 있어서,
    상기 카메라 시스템은 상기 복수의 카메라를 통해 복수의 영상 데이터를 획득하고, 상기 복수의 카메라 간의 거리정보 및 상대적인 기울기정보를 토대로 상기 복수의 영상 데이터로부터 검출되는 객체와의 거리정보를 산출하는 제어장치를 더 포함하며,
    상기 제어장치는 상기 변위정보를 토대로 상기 거리정보 및 기울기정보를 업데이트하는 카메라 시스템.
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