KR102163951B1 - 기준자 영상 반영을 이용한 비접촉식 거리측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비접촉 방식으로 이격된 대상체의 거리를 측정할 수 있는 기준자 영상 반영을 이용한 비접촉식 거리측정장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 측정 대상체에 기준자가 표식되도록 하면서 기준자가 표식된 측정 대상체를 촬영하고 영상신호를 출력하는 영상촬영부; 및 상기 영상촬영부에서 출력된 영상신호를 전달받으며, 전달된 영상신호로부터 대상체 이미지를 추출하고, 추출한 이미지에 표식된 기준자의 크기를 비교 분석하여 대상체 간의 거리를 측정하는 거리측정부;를 포함하는 것이 특징이다.

Description

기준자 영상 반영을 이용한 비접촉식 거리측정장치{Non-contact distance measuring apparatus using standard ruler image}

본 발명은 거리측정장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 비접촉 방식으로 이격된 대상체의 거리를 측정할 수 있는 거리측정장치에 관한 것이다.

일반적으로 이격된 대상체의 거리를 측정하기 위해서 다양한 장치들이 제안되고 있다.

일 예로, 건축현장이나 실내 인테리어와 같은 산업전반이나 일상 생활에 있어서 길이나 거리 측정을 하기 위해 줄자가 사용되어 왔다. 그러나 줄자는 천정 등과 같이 손이 미치지 못하는 길이가 긴 경우에서는 측정시 2 명 이상의 인원이 필요하며, 줄자의 휘어짐으로 인해서 정확한 측정이 어려운 문제점이 있었다.

이를 개선하기 위해 종래기술에서는 전자소자를 이용한 초음파 측정기나 레이저의 반사파를 이용한 비접촉 거리 측정 장치들이 제안되어 관측자의 편의성이 향상되록 수 있도록 하였다.

그러나 초음파 측정기의 경우는 굴곡면에서의 난반사에 의한 측정값의 부정확도가 크며, 레이저 측정기의 경우에는 반사파의 위상변화나 펄스 카운트 내지는 삼각법에 의한 반사파 수광 방법 등이 있으나, 이러한 종래 비접촉 거리 측정장치들은 기기와 거리측정 알고리즘이 복잡하여 제조 단가가 높으며 그에 따른 유지비가 많이 발생하기 때문에 실용적이지 못한 문제점이 있다.

공개특허공보 제10-2014-0045631호(2014.04.17.)

따라서 본 발명의 목적은 이격된 대상체의 거리를 측정함에 있어 측정 대상체에 기준자가 표식되도록 하고 대상체에 대한 영상에 표식된 기준자를 분석하여 대상체 간의 거리를 측정함으로써 장치 구조의 단순화를 도모하면서 제조단가 및 유지비를 절감할 수 있도록 한 기준자 영상 반영을 이용한 비접촉식 거리측정장치를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 기준자 영상 반영을 이용한 비접촉식 거리측정장치(이하 '본 발명의 거리측정장치'라 칭함)는, 측정 대상체에 기준자가 표식되도록 하면서 기준자가 표식된 측정 대상체를 촬영하고 영상신호를 출력하는 영상촬영부; 및 상기 영상촬영부에서 출력된 영상신호를 전달받으며, 전달된 영상신호로부터 대상체 이미지를 추출하고, 추출한 이미지에 표식된 기준자의 크기를 비교 분석하여 대상체 간의 거리를 측정하는 거리측정부;를 포함하는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 영상촬영부는, 측정 대상체를 촬영하고 영상신호를 출력하는 카메라부; 및 상기 카메라부의 선택된 일 측면에 장착되고 상기 카메라부의 촬영방향과 평행하게 기준자를 광조사하여 측정 대상체에 기준자가 표시되도록 하는 하나 이상의 광조사부;를 포함하는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 영상촬영부는, 측정 대상체를 촬영하고 영상신호를 출력하는 카메라부; 상기 카메라부의 전방에서 이격되면서 상기 카메라부와 동일한 화상 각도를 갖도록 고정 설치되는 기준자가 마련되어 측정 대상체에 기준자가 조영되도록 하는 렌즈부;를 포함하는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 측정 대상체에 표시 또는 조영되도록 하는 기준자는 원형의 상을 가지며, 상기 거리측정부는, 추출한 이미지에 표식된 기준자의 지름을 산출하고, 산출한 기준자의 지름을 비교 분석하여 대상체 간의 거리를 측정하는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 거리측정부는, 이미지에 표식된 기준자의 지름을 산출하는 지름산출모듈; 상기 광조사부의 조사각도 또는 상기 렌즈부의 화상각도가 사전 입력 및 저장되고, 입력된 광조사부의 조사각도 또는 렌즈부의 화상각도에 따른 가상의 두변과 상기 지름산출모듈에서 산출된 기준자의 지름 길이에 기반하여 삼각측량을 통해 대상체 간의 거리를 측정하는 거리측정모듈; 및 상기 거리측정모듈로부터 측정한 거리값을 표시하는 표시모듈;를 포함하는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 지름산출모듈은, 이미지에 표식된 기준자의 해상도를 분석하는 분석모듈; 상기 기준자에 대하여 해상도별로 기정의된 지름값이 저장된 데이터베이스모듈; 및 상기 분석모듈에서 분석된 기준자의 해상도에 대응하는 지름값을 상기 데이터베이스모듈로부터 추출하는 지름값추출모듈;을 포함하는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 데이터베이스모듈에 저장된 데이터는 기계 학습을 통해 학습된 데이터가 업데이트되는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 영상촬영부는, 동일 측정 대상체에 위치가 상이한 복수의 기준자가 표식되도록 영상을 촬영하며, 각 촬영영상에 대한 복수의 영상신호를 출력하며, 상기 거리측정부는, 상기 영상촬영부로부터 전달된 복수의 영상신호로부터 영상신호별 대상체 이미지를 추출하고, 추출한 각 이미지별로 거리 측정을 수행하여 동일 측정 대상체의 촬영면에 대한 입체화된 정보를 제공하는 것이 특징이다.

앞서 설명한 바와 같이 본 발명의 거리측정장치는, 이격된 대상체의 거리를 측정함에 있어 측정 대상체에 기준자가 표식되도록 하고 대상체에 대한 영상에 표식된 기준자를 분석하여 대상체 간의 거리를 측정함으로써 장치 구조의 단순화를 도모하면서 제조단가 및 유지비를 절감할 수 있는 효과가 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 거리측정장치의 구성을 나타내는 블록도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 영상촬영부의 구성을 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 영상촬영부의 구성을 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 거리측정부의 구성을 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 지름산출모듈의 구성을 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 거리측정부의 입체화 정보 제공을 나타내는 도면.

본 발명을 설명함에 있어서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

도 1은 본 발명의 거리측정장치의 구성을 나타내는 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 영상촬영부의 구성을 나타내는 도면이며, 도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 영상촬영부의 구성을 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 거리측정장치는 측정 대상체(1)에 대한 영상을 촬영하기 위한 영상촬영부(10)와 상기 영상촬영부(10)에서 촬영된 영상을 기반으로 대상체(1) 간의 거리를 측정하는 거리측정부(20)를 포함한다.

상기 영상촬영부(10)는 측정 대상체(1)에 기준자가 표식되도록 하면서 기준자가 표식된 측정 대상체(1)를 촬영하고 영상신호를 출력한다.

일 예로 상기 영상촬영부(10)는 도 2에 도시된 바와 같이 측정 대상체(1)를 촬영하고 영상신호를 출력하는 카메라부(100) 및 상기 카메라부(1000의 선택된 일 측면에 장착되고 상기 카메라부(100)의 촬영방향과 평행하게 기준자(2)를 광조사하여 측정 대상체(1)에 기준자(2)가 표시되도록 하는 하나 이상의 광조사부(110)를 포함할 수 있다.

상기 광조사부(110)에 의해 광조사되는 기준자(2)는 대상체(1)와의 거리에 비례하여 그 크기가 커지게 되며, 대상체(1)의 일면에 기준자(2)의 상이 직접적으로 표시될 수 있다.

다른 예로 상기 영상촬영부(20)는 도 3에 도시된 바와 같이 측정 대상체(1)를 촬영하고 영상신호를 출력하는 카메라부(100)

상기 카메라부(100)의 전방에서 이격되면서 상기 카메라부(100)와 동일한 화상 각도를 갖도록 고정 설치되는 기준자(2-1)가 마련되어 측정 대상체(1)에 기준자(2-1)가 조영되도록 하는 렌즈부(120)를 포함할 수 있다.

즉 본 실시 예에 의한 영상촬영부(20)는 상기 카메라부(100)의 전방에 거리측정을 위해 기준이 되는 기준자(2-1)를 배치하고, 이러한 기준자(2-1)의 그림자(2-2)가 상기 대상체(1)에 조영되도록 하며, 상기 카메라부(100)는 상기 그림자(2-2)가 조영된 대상체(1)를 촬영하게 되는 것이다.

이때 상기 영상촬영부(10)는 도면에 도시된 바 없으나, 공지의 다양한 이미지 처러 기법을 이용하여 잡음 제거와 선명화 과정을 수행하여 촬영된 영상을 출력함으로써 이하에서 설명하는 거리측정부의 이미지 분석에 신뢰도가 더욱 향상될 수 있도록 한다.

상기 거리측정부(20)는 상기 영상촬영부(10)에서 출력된 영상신호 즉 기준자가 표식된 측정 대상체에 대한 영상을 전달받으며, 전달된 영상신호로부터 대상체 이미지를 추출한다.

그리고 상기 거리측정부(20)는 추출한 이미지에 표식된 기준자의 크기를 비교 분석하여 대상체(1) 간의 거리를 측정한다.

본 발명의 거리측정장치는 상기 거리측정부(20)에서 측정된 대상체(1) 간의 거리값 정보를 수신하고 이를 표시하는 모니터링장치(30)를 더 포함할 수 있다.

상기 모니터링장치(30)는 관측자가 소지한 휴대전화단말 또는 태블릿 등과 같은 모바일 단말일 수 있으며, 본 발명의 거리측정장치와 데이터 접속이 가능하고 설정 정보의 입력과 다양한 그래픽 환경 등을 제공하는 사용자인터페이스(UI ; user interface)을 포함하는 App(application)이 사전 설치된 단말일 수 있다.

한편 상기 실시 에에서 측정 대상체에 표시 또는 조영되도록 하는 기준자는 원형의 상을 가질 수 있다.

그리고 상기 거리측정부(20)는 추출한 이미지에 표식된 기준자의 지름을 산출하고, 산출한 기준자의 지름을 비교 분석하여 대상체(1) 간의 거리를 측정할 수 있다.

즉 본 발명에서는 상기 기준자의 형상을 원형으로 구성하면서 선행적으로 기준자의 지름 길이를 산출한 후, 이러한 지름 길이를 기반으로 대상체(1)와의 거리를 측정하게 되는 바, 이는 한번의 데이터만을 취득할 수 있는 단일 직선형 기준자와 대비하여 수많은 지름 데이터를 취득할 수 있으므로 거리 측정에 있어 정밀도를 향상시킬 수 있게 된다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 거리측정부의 구성을 나타내는 도면이며, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 지름산출모듈의 구성을 나타내는 도면이다.

구체적으로 상기 거리측정부(20)는 상기 대상체(1)에 반영되는 기준자의 지름 길이를 기반으로 대상체(1) 간의 거리를 측정함에 있어 도 4에 도시된 바와 같이 지름산출모듈(200)과 거리측정모듈(210)을 포함할 수 있다.

상기 지름산출모듈(200)은 추출한 이미지에 표식된 기준자의 지름을 산출한다.

이때 상기 지름산출모듈(200)은 공지된 다양한 이미지 처리 기법을 통해 이미지 상 표식된 원형의 지름을 산출할 수 있으나, 본 발명의 일 실시예에서는 이미지에 표식되는 기준자의 해상도를 분석하고 이를 기저장된 데이터와 비교 분석하여 기준자의 지름 길이를 추정할 수 있다.

도 5를 참조하면 상기 지름산출모듈(200)은, 이미지에 표식된 기준자의 해상도를 분석하는 분석모듈(201)과, 상기 기준자에 대하여 해상도별로 기정의된 지름값이 저장된 데이터베이스모듈(202) 및 상기 분석모듈(201)에서 분석된 기준자의 해상도에 대응하는 지름값을 상기 데이터베이스모듈(20)로부터 추출하는 지름값추출모듈(203)을 포함할 수 있다.

상기 분석모듈(201)은 추출된 이미지의 기준자를 복수의 단위 픽셀로 분할하고 단위 픽셀에 대한 해상도를 분석할 수 있다. 해상도의 분석은 공지 기술을 통해 다양하게 실시될 수 있는 바, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

또한 상기 데이터베이스모듈(202)에 저장된 데이터는 인공 지능(AI ; Artificial Intelligence) 기법에 기반한 기계 학습을 통해 누적 및 학습된 데이터가 업데이트되어 지름값 추정에 신뢰도가 향상될 수 있도록 함이 바람직하다.

즉 본 실시 예의 지름산출모듈(200)은 대상체(1)와의 거리에 반비례하여 이미지의 해상도가 저하되는 것을 감안하여, 과거 기계 학습을 통해 누적된 해상도별 데이터로부터 실제 촬영된 이미지의 해상도에 대응하는 데이터를 추출하고 이를 지름값으로 추청하게 되는 것이다.

이와 같은 실시 예에 의한 지름산출모듈(200)의 산출 방법은 이미지 분석 알고리즘을 통하여 객체의 길이 등을 분석하게 되는 복잡한 연산 과정을 요구하지 않기 때문에 거리측정에 있어 보다 신속한 데이터 처리가 가능한 이점이 있다.

상기 거리측정모듈(210)은 상기 광조사부(110)의 조사각도 또는 상기 렌즈부(120)의 화상각도가 사전 입력 및 저장되고, 입력된 광조사부(110)의 조사각도 또는 렌즈부(120)의 화상각도에 따른 가상의 두변과 상기 지름산출모듈(200)에서 산출된 기준자의 지름 길이에 기반하여 삼각측량을 통해 대상체(1) 간의 거리를 측정할 수 있다.

도 2 및 도 3을 참조하여 설명하면, 상기 거리측정모듈(210)은 입력된 광조사부(110)의 조사각도 또는 렌즈부(120)의 화상각도를 통해 카메라부(100)의 촬영지점에서의 내각(α)과 대상체(1)에 표식된 기준자의 지름길이(R)을 특정할 수 있게 되며, 이를 통해 가상의 두변이 대상체(1)에 표식된 기준자에 접하는 내각(a, b)를 분석할 수 있는 바, 이와 같이 특정 및 분석된 정보들을 기반으로 삼각측량을 통해 대상체(1) 간의 거리를 산출할 수 있게 되는 것이다.

그리고 본 발명의 거리측정부(20)는 상기 거리측정모듈(210)로부터 측정한 거리값을 표시하는 표시모듈(220)을 더 포함할 수 있다.

상기 표시모듈(220)은 도면에 도시된 바 없으나 상기 거리측정부(20)을 보호하는 하우징에 노출되도록 구성되어 관측자가 거리측정부(20)에서 측정된 거리값을 현장에서 직접 확인할 수 있도록 한다.

이와 같은 본 발명의 거리측정장치는 측정 대상체(1)로서 일반적인 객체뿐 아니라 액체 종류일 경우라도 거리 측정이 가능하다. 다만 액체 상태의 수면 등 과의 거리 측정을 위해서는 수중 또는 바닥면에 상기 기준자가 표식되지 않도록 상기 광조사부(110)의 조사각도 또는 렌즈부(120)의 화상각도가 수면에서 굴절될 수 있는 각도 즉 수면에 직각이 되지 않는 각도를 갖도록 해야한다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 거리측정부의 입체화 정보 제공을 나타내는 도면이다.

한편 본 발명의 거리측정장치는 측정 대상체(1)가 평면이 아닌 입체적인 객체일 경우, 상기 영상촬영부(10)가 동일 측정 대상체(1)에 대하여 각각 상이한 위치를 촬영하도록 하고 상기 거리측정부(20)는 상기 영상촬영부(10)에서 촬영한 각각의 영상을 분석하여 측정 대상체(1)의 위치별 거리를 측정하여, 입체화된 거리 정보를 제공할 수 있도록 한다.

즉 상기 영상촬영부(10)는 도 6에 도시된 바와 같이 동일 측정 대상체(1)에 위치가 상이한 복수의 기준자가 표식되도록 영상을 각각 촬영하며, 각 촬영영상에 대한 복수의 영상신호를 출력한다.

그리고 상기 거리측정부(20)는 상기 영상촬영부(10)로부터 전달된 복수의 영상신호로부터 영상신호별 대상체 이미지를 추출하고, 추출한 각 이미지별로 거리 측정을 수행하여 동일 측정 대상체(1)의 촬영면에 대한 입체화된 거리 정보를 상기 표시모듈(220) 등을 통해 제공하도록 한다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

10 : 영상촬영부 20 : 거리측정부
30 : 모니터링장치 100 : 카메라부
110 : 광조사 120 : 렌즈부
200 : 지름산출모듈 201 : 분석모듈
202 : 데이터베이스모듈 203 : 지름값추출모듈
210 : 거리측정모듈 220 : 표시모듈

Claims (8)

1. 측정 대상체에 기준자가 표식되도록 하면서 기준자가 표식된 측정 대상체를 촬영하고 영상신호를 출력하는 영상촬영부; 및
   상기 영상촬영부에서 출력된 영상신호를 전달받으며, 전달된 영상신호로부터 대상체 이미지를 추출하고, 추출한 이미지에 표식된 기준자의 크기를 비교 분석하여 대상체 간의 거리를 측정하는 거리측정부;를 포함하며,
   상기 영상촬영부는,
   측정 대상체를 촬영하고 영상신호를 출력하는 카메라부;
   상기 카메라부의 전방에서 이격되면서 상기 카메라부와 동일한 화상 각도를 갖도록 고정 설치되고 원형의 상을 가지는 기준자가 마련되어 측정 대상체에 기준자가 조영되도록 하는 렌즈부;를 포함하고,
   상기 거리측정부는,
   이미지에 표식된 기준자의 지름을 산출하는 지름산출모듈;
   상기 렌즈부의 화상각도가 사전 입력 및 저장되고, 입력된 렌즈부의 화상각도에 따른 가상의 두변과 상기 지름산출모듈에서 산출된 기준자의 지름 길이에 기반하여 삼각측량을 통해 대상체 간의 거리를 측정하는 거리측정모듈; 및
   상기 거리측정모듈로부터 측정한 거리값을 표시하는 표시모듈;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기준자 영상 반영을 이용한 비접촉식 거리측정장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제 1항에 있어서,
   상기 지름산출모듈은,
   이미지에 표식된 기준자의 해상도를 분석하는 분석모듈;
   상기 기준자에 대하여 해상도별로 기정의된 지름값이 저장된 데이터베이스모듈; 및
   상기 분석모듈에서 분석된 기준자의 해상도에 대응하는 지름값을 상기 데이터베이스모듈로부터 추출하는 지름값추출모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 기준자 영상 반영을 이용한 비접촉식 거리측정장치.
   
7. 제 6항에 있어서,
   상기 데이터베이스모듈에 저장된 데이터는 기계 학습을 통해 학습된 데이터가 업데이트되는 것을 특징으로 하는 기준자 영상 반영을 이용한 비접촉식 거리측정장치.
   
8. 제 1항에 있어서,
   상기 영상촬영부는,
   동일 측정 대상체에 위치가 상이한 복수의 기준자가 표식되도록 영상을 촬영하며, 각 촬영영상에 대한 복수의 영상신호를 출력하며,
   상기 거리측정부는,
   상기 영상촬영부로부터 전달된 복수의 영상신호로부터 영상신호별 대상체 이미지를 추출하고, 추출한 각 이미지별로 거리 측정을 수행하여 동일 측정 대상체의 촬영면에 대한 입체화된 정보를 제공하는 것을 특징으로 하는 기준자 영상 반영을 이용한 비접촉식 거리측정장치.

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