KR19990045027A - 거리 측정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차 충돌 사고를 방지하기 위하여 사용되는 차간 거리 측정 장치 등의 거리 측정 장치에 관한 것으로, 본 발명의 거리 측정 장치는 한쌍의 결상렌즈 및 광센서 어레이로 구성되는 촬상수단과, 이 촬상수단에 의해 촬상한 거리 측정 대상물의 2개의 화상에서 거리 측정 대상물까지의 거리를 삼각측량의 원리에 의거해 계산하는 연산수단을 구비하고, 연산수단은 한쌍의 결상렌즈의 광축간 거리와 동일한 간격마다 반복되는 주기구조의 패턴을 갖춘 기준 대상물을 촬상 화상에서 미리 검출해서 기억한 변위량과, 이 변위량을 사용해서 검출한 거리측정 대상물과의 사이에 존재하는 매질에 의한 광센서 어레이 위의 결상 위치의 차이와 거리 측정 대상물을 거리 측정할 때에 검출되는 변위량을 사용해서 거리 측정 대상물까지의 거리를 구하는 것을 특징으로 한다.

Description

거리 측정 장치

본 발명은 자동차의 충돌사고를 방지하기 위해 사용되는 차간거리 측정장치등의 거리측정장치에 관한 것이다.

먼저 선행차와의 거리를 측정하는 차간거리 측정장치의 종래의 기술을 설명한다.

종래의 차간거리 측정장치로서는 좌우 2개의 광학계에 의해 결상된 상을 전기적으로 비교해서 삼각측량의 원리에 의해 거리측정을 하는 방식이 공지되어 있다.

도 4는 이 종류의 차간거리 측정장치(50)를 도시하는 구성도이고, 거리측정 대상물(51)을 촬상하는 한쌍의 촬상수단(52)과 촬상수단(52)에 의해 얻어진 화상에서 거리측정 대상물(51)까지의 거리를 계산하는 연산수단(53)을 구비한다.

촬상수단(52)은 한쌍의 결상렌즈(61, 62)와 한쌍의 광센서 어레이(63, 64)로 구성된다.

연산수단(53)은 신호처리부(65)와 거리 검출 회로(66)로 구성된다.

도 4에 있어서 결상렌즈(61, 62)는 광축간격(B)을 거쳐서 설치되어 있다.

광센서 어레이(63, 64)는 예를 들면 CCD 리니어센서이고, 각각 결상렌즈(61, 62)에 대해서 초점거리(f)의 위치에 설치되어 있다.

이들 광센서 어레이(63, 64)는 결상렌즈(61, 62)에 의해 각각 결상된 거리측정 대상물(51)의 상을 상신호(s61, s62)로 변환하여 신호처리부(65)로 출력한다.

신호처리부(65)는 증폭기(67, 68), A/D 변환기(69, 70), 기억장치(71)로 이루어진다.

광센서 어레이(63, 64)로 부터의 상신호(s61, s62)는 증폭기(67, 68)에 의해 증폭되어서 A/D 변환기(69, 70)에 의해 디지탈 데이타로 변환되어 상데이타(s63, s64)로서 기억장치(71)로 출력된다.

신호 처리부(65)의 출력측에 설치된 거리 검출 회로(66)는 마이크로 컴퓨터에 의해 구성되어 있고, 기억장치(71)에 기억된 좌우의 상데이타(s63, s64)를 비교해서 거리측정 대상물(51)까지의 거리를 산출하여 거리 신호(s65)로서 외부로 출력한다.

다음으로 거리산출의 원리를 도 5를 사용해서 설명한다.

각 결상렌즈(61, 62)의 광축간의 중점을 원점(O)으로 하여 횡축(X), 종축(Y)을 설정하고 결상위치(L₁, L₂)의 좌표를 각각 (-a_L1-B/2, -f), (a_R1+B/2, -f)로 한다. 여기에서 a_L1, a_R1는 도시하는 바와 같이 광센서 어레이(63, 64)상의 거리이다.

결상렌즈(61)의 중심점(O_L)의 좌표는(-B/2, 0), 결상렌즈(62)의 중심점(O_R)의 좌표는 (B/2, 0)이고 대상물(51)의 점(M)의 좌표를 (x, y)라 하면 점(M)에서 X축으로 내려진 수선과 X축과의 교점(N)의 좌표는(x, 0), 점(O_L)에서 광센서 어레이(63)에 내린 수선의 위치(L_O)의 좌표는 (-B/2, -f), 점(O_R)에서 광센서 어레이(64)에 내려진 수선의 위치(R_O)의 좌표는 (B/2, -f)이다. 이때 삼각형 MO_LN와 삼각형 O_LL₁L_O, 삼각형 MO_RN와 삼각형 O_RR₁R_O는 각각 닮은꼴이므로 수학식 1, 수학식 2가 성립한다.

(x + B/2)f = a_L1·y

(-x + B/2)f = a_R1·y

수학식 1, 수학식 2에서 수학식 3을 얻을 수가 있다.

이 수학식 3으로부터 결상위치(L₁, R₁)에 관한 거리(a_L1, a_R1)를 알 수 있으면 거리측정 대상물(51)까지의 거리(y)를 산출할 수가 있다.

y = B·f/(a_R1+ a_L1)

다음에 거리 검출 회로(66)의 동작을 상세히 설명한다.

거리 검출 회로(66)는 도 6에 실선으로 도시된 바와 같은 좌우의 데이타(63L, 64R)를 별도로 설정한 거리측정범위(73; 도 7 참조)의 부분에 대해서 비교하여 상이 일치하지 아니하면 같은 도면의 파선과 같이 예를 들자면 좌측의 상(63L)을 우측으로 또는 우측의 상(64R)을 좌측으로 이동시켜서 좌우의 상데이타가 일치한 상태에 가장 가까운 때의 이동량(a_R1+ a_L1)을 검출한다.

좌우의 상데이타는 완전히 일치한다고는 한정하지 않는다. 왜냐하면 광센서 어레이(63, 64)의 공간적인 화소사이에 상의 일치점이 있을 수 있기 때문이다.

검출회로(66)는 변위량(a_R1+ a_L1)에서 대상물(51)까지의 거리(y)를 수학식 3에 의해 산출한다.

도 7은 선행차량(51a)과의 차간 거리 검출에 있어서 정상시의 화상을 도시하는 모식도이다.

같은 도면에 있어서 측정시야(72) 내에 거리측정범위(73)를 설정하여 거리측정범위(73)내의 대상물 즉 선행차량(51a)에 대한 거리를 상술한 거리검출의 원리에 의거해서 차간거리로서 검출한다.

차간거리 측정장치(50)를 차실내에 설치하는 이점은 차간거리 측정장치를 방진, 방수처리할 필요가 없어지고 우천시에도 자동차의 와이퍼를 이용할 수가 있다는 것이다.

도 8은 차간거리 측정장치(50)를 차실내의 룸 밀러(74)와 전방 유리(75)사이에 설치한 외관도이다.

차간거리 측정장치(50)는 방향조정 장석(76)을 거쳐서 룸 밀러(74)에 고정된다.

도 9는 차간거리 측정장치(50)의 각도 조정기구의 한 예를 도시한 것이다.

각도 조정기구는 방향조정 장석(76), 평행핀(77), 고정용 볼트(78), 편심 드라이버(79)로 구성된다.

방향조정 장석(76)은 도시되지 않은 룸 밀러의 일부분에 고정된다.

차간거리 측정장치(50)의 각도조정은 다음과 같이 행해진다.

고정용 볼트(78)를 느슨하게 풀어 편심 드라이버(79)를 회전시킨다. 이때 방향조정 장석(76)에 고정된 차간거리 측정장치(50)는 평행핀(77)을 중심으로 회전시킬 수가 있다. 편심 드라이버(79)를 회전시켜 차간거리 측정장치(50)의 각도(방향)를 조정한 후 고정용 볼트(78)를 죄어준다.

차간거리 측정장치(50)를 차량 실내에 설치하는 것은 상술한 바와 같이 이점이 많으나 다음과 같은 불합리함이 존재한다.

즉, 측정장치(50)와 거리측정 대상물(51)과의 사이에 존재하는 전방 유리(75)의 영향에 의해 거리신호(65)에 오차가 생겨 차간거리 측정장치(50)의 측정 정밀도가 악화하는 불합리함이 있다.

전방 유리(75)의 영향으로서는 전방 유리(75) 두께의 비균일과, 결상렌즈(61, 62) 각각에 입사하는 광선의 전방 유리(75)에 대한 상이한 입사각과, 전방 유리(75)의 굴절율의 장소에 의한 분산등이 고려된다.

도 10은 전방 유리(75)이 두께의 비균일 상태에 의해 거리측정 정밀도에 주어지는 영향을 도시한 도면이다.

도 15에 있어서는 설명의 편의상 결상렌즈(61)의 광축에 대해서 평행한 무한원으로 부터의 광선이 두께의 균일하지 아니한 전방 유리(75)를 투과해서 결상렌즈(61) 및 광센서 어레이(63)로 이루어지는 촬상수단(52)에 입사하는 경우에 대해서 도시하였다. 여기에서는 전방 유리(75)의 표면(제 1면)은 결상렌즈(61)의 광축에 대해서 각도 α_L기울어 있고 전방 유리(75)의 뒷면(제 2면)은 광축에 대해서 수직으로 가정한다.

광축에 대해서 평행한 무한원으로 부터의 광선은 전방 유리(75)의 제 1면 및 제 2면에서 굴절하여 수학식 4에서 주어지는 각도(θ_L)만큼 광축에 대해서 기울어진다.

θ_L≒ (n-1)α_L

위의 수학식 4에 있어서, n은 입사광선의 파장에 대한 전방 유리(75)의 굴절율이다.

따라서, 광센서 어레이(63) 위의 결상점의 위치는 전방 유리(75)가 존재하지 아니하는 경우의 결상위치(점선으로 표시함)에 대해서 수학식 5에서 주어지는 △a_L1만큼 위치가 벗어난다.

△a_L1= θ_L·f

위의 수학식 5에 있어서, f는 결상렌즈(61)의 초점거리이다.

이상 촬상수단(52)을 구성하는 한편의 결상렌즈(61) 및 광센서 어레이(63)에 대해서 설명하였으나 다른편의 결상렌즈(62) 및 광센서 어레이(64)에 대해서도 같이 생각할 수가 있다.

전방 유리(75)를 투과한 광선의 결상 렌즈(62)의 광축에 대한 기울기를 θ_R, 해당 광선의 광센서 어레이(64) 위에서의 결상위치의 어긋남(전방 유리(75)가 존재하지 아니하는 경우의 결상위치에 대한 위치의 어긋남)을 △a_R1라 한다.

도 8에서 명백한 바와 같이 실제상은 도 10과는 다르고 입사광선에 대한 전방 유리 각면의 법선의 기울기는 상당히 큰 값이 된다.

또, 2개의 결상렌즈(61)와 결상렌즈(62)는 거리 B만큼 떨어져서 설치되어 있기 때문에, 각각의 결상렌즈에 입사하는 광선은 전방 유리(75)의 다른 위치(광선 통과부; 80, 81)를 투과한다. 이때문에, 위치(80, 81)에서의 전방 유리(75)의 두께, 각각의 입사광선과 전방 유리의 법선이 이루는 각도는 상이해진다. 따라서, 일반적으로 △a_L1와 △a_R1, θ_L와 θ_R는 다른 값으로 취한다. 상기한 결상위치의 어긋남(△a_L1와 △a_R1)의 차(△a)는 수학식 6에 의해 주어진다.

△a = △a_L1- △a_R1= f(θ_L- θ_R)

위의 수학식 6에서 주어지는 량(△a)이 변위량의 오차가되어 최종적으로는 거리신호(s65)의 오차가 된다.

여기서, 본 발명은 거리측정장치와 거리측정 대상물과의 사이에 전방 유리등의 매질이 존재한 경우에도 해당매질에 의한 거리측정의 오차를 보정하여 거리측정 정밀도가 높은 거리측정장치를 제공하려는 것이다.

상기한 과제를 해결하기 위해 제 1 항에 기재된 발명은 한쌍의 결상렌즈의 광축간 거리의 동일한 간격마다 반복되는 주기구조의 패턴을 갖춘 기준 대상물의 촬상 화상으로부터 변위량을 미리 검출해 기억해 둔다.

그래서, 연산수단은 변위량을 사용해서 거리측정 대상물과의 사이에 존재하는 매질에 의한 광센서 어레이 위의 결상위치의 차이를 구해 해당 차이와 거리측정 대상물을 거리측정할 때에 검출되는 변위량을 사용해서 거리측정대상물까지의 거리를 구한다.

제 2 항에 기재된 발명은 제 1 항에 기재된 거리측정장치에 있어서 기준대상물이 광센서 어레이의 소정의 위치에 결상되도록 거리측정장치의 설치각도를 조절하는 방향조정기구를 갖춘것이다.

제 3 항에 기재된 발명은 제 1 항에 기재된 거리측정장치에 있어서 결상렌즈의 광축과 평행한 광축을 갖춘 파인더를 구비한 것이다.

제 4 항에 기재된 발명은 제 3 항에 기재된 거리측정장치에 있어서 파인더를 착탈이 가능하게 한 것이다.

도 1은 제 1 실시예를 도시한 개념도.

도 2는 제 1 실시예의 작용을 도시한 도면.

도 3은 제 1 실시예의 작용을 도시한 도면.

도 4는 종래의 차간거리 측정장치를 도시하는 구성도.

도 5는 거리 산출의 원리를 도시한 설명도.

도 6은 거리 검출 회로의 동작을 설명한 도면.

도 7은 화상을 도시하는 모식도.

도 8은 차간거리 측정장치의 설치 상황을 도시한 외관도.

도 9는 차간거리 측정장치의 각도 조정 기구의 외관도.

도 10은 전방 유리의 두께의 비균일한 정도가 거리측정 정밀도에 주는 영향을 도시한 설명도.

※ 도면의 주요부분에 대한 도면의 설명

1 : 기준 대상물 1d : 조정용 챠트

2 : 자동차 3 : 차간거리 측정장치

20 : 패턴

다음에 도면을 따라 본 발명의 실시예를 설명한다.

먼저 제 1 실시예(제 1 항에 관한 발명에 해당함)에 대해서 설명한다.

도 1은 제 1 실시예를 도시한 개념도이다.

먼저, 기준대상물(1)을 자동차(2)의 차내에 설치된 차간거리 측정장치(3)에서 임의의 거리(y₁)의 위치에 설치한다.

기준 대상물(1)위에 조정용 챠트(1d)가 그려져있다.

조정용 챠트(1d)의 패턴(20)으로서는 밝은 시야와 어두운 시야의 폭이 동일한(w1 = w2) 횡선의 패턴(20a, 20b)이 차간거리 측정장치(3) 내부의 한쌍의 결상렌즈(61, 62)의 광축간 거리(B; 도 4 참조)와 동일한 간격으로 설치된다.

도 1에 있어서 패턴(20)은 2개의 횡선으로 형성이되나 간격(B)마다 반복되는 주기구조의 패턴이면 3개 이상의 횡선이 되는 패턴이나 어두운 시야에 대한 밝은 시야의 패턴을 갖는 챠트라도 동일한 작용, 효과를 갖는다.

다음에, 기준 대상물(1)위의 조정용 챠트(1d)의 상이 차간거리를 측정장치(3)의 광센서 어레이(63, 64)위에 결상되어 있는 것을 확인한다.

제 1 실시예는 연산수단(53)이 기준 대상물(1)의 조정용 차트(1d)를 거리측정할 때에 검출되는 변위량을 사용해서 거리측정 대상물과의 사이에 존재하는 매질에 의한 광센서 어레이(63, 64) 위의 결상 위치의 차이를 구하고 해당 결상 위치의 차이와 거리측정 대상물을 거리측정할 때에 검출되는 변위량을 사용해서 거리측정 대상물까지의 거리를 구하는 것을 특징으로 한다.

제 1 실시예의 작용을 도 2, 도 3에 의거해서 설명한다.

상술한 바와 같이 거리측정 대상물까지의 거리(y)는 수학식 3에 의해 주어진다.

수학식 3 및 도 5에서 명백한 바와 같이 이론적으로는 거리(y₁)가 무한히 멀때 변위량은 0이 될 것이다.

그러나, 도 1과 같이 전방 유리(75)등의 매질을 통과해서 거리측정한 경우에 해당 매질에 의한 오차가 생겨 변위량은 0이 되지 않고 값(S∽)를 갖는다.

따라서, 오차를 고려한 경우의 거리측정 대상물까지의 거리(y)는 수학식 11에서 주어진다.

y = B·f/(a_R1+ a_L1- S∽)

따라서, 거리(y₁)가 무한히 멀때 차이(S∽)를 측정할 수 있다면 매질에 의한 오차를 보정할 수가 있다.

도 2는 거리측정 대상물(51)이 차간거리를 측정장치(3)에서 무한이 멀리 떨어진 위치에 존재하는 경우를 도시한다.

도 2에 있어서 거리측정 대상물(51)에서 결상렌즈(61, 62)에 입사하는 광속중 주광선(52L, 52R)은 서로 평행하고 광센서 어레이(63, 64)위에 있어서 결상렌즈(61, 62)의 광축간 거리(B)만큼 격리된 위치(L_O, R_O)에 각각 결상된다.

도 3은 기준대상물(1)의 조정용 챠트(1d)를 차간거리를 측정장치(3)에서 임의의 거리(y₁)에 설치한 경우를 도시하고 있다.

도 3에 있어서 거리(y₁)에 관계없이 조정용 챠트(1d)의 패턴(20a)은 광센서 어레이(64)위의 L_O의 위치에 패턴(20b)은 광센서 어레이(64)위의 R_O의 위치에 각각 결상된다.

이때, 패턴(20a), 패턴(20b)는 동일한 형상이기 때문에 도 2와 같이 기준 대상물(1)이 무한이 멀게 있는 것과 같은 작용을 얻을 수가 있다.

따라서, 기준 대상물(1)의 조정용 챠트(1d)를 거리측정한 경우의 변위량은 거리측정 대상물(51)이 차간거리 측정장치(3)에서 무한히 멀리 떨어진 위치에 존재하는 경우에 얻어지는 차이(S∽)와 동일하다.

이와 같이 결상 렌즈(61, 62)의 광축간 거리(B)와 동일 간격마다 반복되는 주기구조의 패턴을 거리측정하므로서 차이(S∽)를 구할 수가 있다.

차이(S∽)는 거리 검출 회로(66; 도 4 참조)에 기억된다. 연산수단(53)은 차이(S∽)와 거리측정 대상물을 거리측정한 때에 검출되는 변위량을 사용해서 거리측정 대상물까지의 거리(y)를 수학식 11에 의해 구한다.

또한, 수학식 11의 결상렌즈(61, 62)의 광축간 거리(B), 결상렌즈(61, 62)의 초점거리(f)는 일반적으로 설계값을 사용한다.

그래서, 수학식 11에 의해 구한 거리측정 대상물까지의 거리(y)는 거리신호(s65)로서 외부로 출력된다.

실시예에 있어서, 차간거리 측정장치(3)와 거리측정 대상물(51)사이에 존재하는 전방 유리(75)에 의한 오차의 보정에 대해서 설명하였으나 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들자면 차간거리 측정장치(3)의 케이스의 수광부에 창 유리를 설치하는 경우에 있어서도 동일하게 해당 창 유리에의한 오차를 보정하여 거리측정 대상물(1)까지의 정확한 거리측정이 가능해 지기 때문에, 고가인 정밀도가 높은 유리판이나 플라스틱판을 사용할 필요가 없고 비용을 저감할 수가 있다.

또, 차간거리 측정장치(3)를 차밖에서 일반적인 거리측정장치로서 사용할 수도 있고 이와 같이 거리측정장치와 기준대상물(1)과의 사이에 오차요인이 되는 전방 유리 등의 매질이 존재하지 아니하는 경우에는 본 발명에 의해 거리측정장치 그 자체의 평가(거리측정 정밀도의 확인등)나 수학식 8에 있어서 설명한 B·f의 값을 산출할 수도 있다.

이상과 같이 제 1 항 내지 제 4 항에 기재된 발명에 의하면 거리측정장치와 거리측정 대상물 사이에 전방 유리등의 매질이 존재하는 경우에도 해당 매질에 의한 거리측정의 오차를 보정할 수가 있어 거리측정 정밀도가 높은 거리측정장치를 제공할 수가 있다.

또한, 전방 유리등의 매질이 존재해도 거리측정 정밀도에는 영향이 없기 때문에 차간거리 측정장치를 방진, 방수처리가 불필요한 차내에 설치해도 정밀도가 저하하는 일이 없다.

제 1 항에 기재된 발명에 의하면 거리측정장치에서 기준대상물 위의 조정용 챠트 까지의 거리를 임의로 할 수가 있기 때문에 공간을 절약할 수 있다.

또, 기준 대상물의 조정용 챠트를 거리측정하는 것만으로 거리측정장치와 거리측정 대상물과의 사이에 존재하는 매질에 의한 오차를 보정할 수 있기 때문에 기준 대상물을 설치하기 위한 번거로움이나 시간을 필요로 하지 아니하고 매우 간편하다.

또한, 콜리메이터를 필요로 하지 않고 비용을 저감 할 수가 있다.

즉, 거리측정장치와 거리측정 대상물 사이에 전방 유리등의 매질이 존재한 경우도 해당 매질에 의한 거리측정의 오차를 염가로 간편한 장치에 의해 보정하여 거리측정 정밀도가 높은 거리측정장치를 제공할 수가 있다.

제 2 항, 제 3 항 또는 제 4 항에 기재된 발명에 의하면 간단하고 또한 확실하게 거리측정장치의 방향을 결정할 수가 있고 측정자의 부담을 경감함과 함께 거리측정 정밀도가 높은 거리 측정 장치를 제공할 수가 있다.

Claims (4)

1. 한쌍의 결상렌즈 및 광센서 어레이로 구성되는 촬상수단과, 이 촬상수단에 의해 촬상한 거리 측정 대상물의 2개의 화상으로부터 거리 측정 대상물까지의 거리를 삼각측량의 원리에 의거해 계산하는 연산수단을 구비하는 거리측정장치에 있어서,

   상기 연산수단은 상기 한쌍의 결상렌즈의 광축간 거리와 동일한 간격마다 반복되는 주기구조의 패턴을 갖춘 기준 대상물을 촬상 화상으로부터 미리 검출해서 기억한 변위량과, 이 변위량을 사용해서 검출한 거리측정 대상물과의 사이에 존재하는 매질에 의한 광센서 어레이 상의 결상 위치의 차이와, 거리 측정 대상물을 거리 측정할 때에 검출되는 변위량을 사용해서 거리 측정 대상물까지의 거리를 구하는 것을 특징으로 하는 거리측정장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 기준 대상물이 상기 광센서 어레이의 소정의 위치에 결상되도록 거리측정장치의 부착 각도를 조절하는 방향 조정기구를 가지는 것을 특징으로 하는 거리측정장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 결상렌즈의 광축과 평행한 광축을 가진 파인더를 구비하는 것을 특징으로 하는 거리측정장치.
4. 제 3 항에 있어서, 파인더를 착탈 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 거리측정장치.