KR20120076112A - Distance measuring device using of laser scan focus - Google Patents

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KR20120076112A
KR20120076112A KR1020100138123A KR20100138123A KR20120076112A KR 20120076112 A KR20120076112 A KR 20120076112A KR 1020100138123 A KR1020100138123 A KR 1020100138123A KR 20100138123 A KR20100138123 A KR 20100138123A KR 20120076112 A KR20120076112 A KR 20120076112A
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Abstract

PURPOSE: A distance measuring device using a laser scan focus is provided to preciously measure a distance with a simple configuration and method, to reduce costs, to accurately measure a distance in various circumstances. CONSTITUTION: A distance measuring device using a laser scan focus comprises a laser light source, a camera(200), a stepping motor(300), and a central control unit(400). The camera photographs images including an optical point where laser light is reflected to a target and adjust a focus by adjusting a distance between lenses. The stepping motor is rotated by being connected to a timing belt so that the distance between the lenses is controlled. The central control unit calculates a focal distance by using the images photographed at a correct focus and a distance to the target by using the focal distance.

Description

레이저 스캔 촛점을 이용한 거리 측정장치.{distance measuring device using of laser scan focus}Distance measuring device using laser scan focus

본 발명은 거리 측정장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레이저 스캔 촛점을 이용하여 보다 용이하고 정확하게 다양한 환경에서 목표물의 거리를 측정할 수 있는 측정장치에 관한 것이다.The present invention relates to a distance measuring device, and more particularly, to a measuring device capable of measuring the distance of a target in various environments more easily and accurately by using a laser scan focus.

자동차의 주행 또는 주차시에 차체의 앞뒤에 존재하는 장애물과의 거리를 정확하게 식별하는데 어려움이 있었다. 특히, 운전기술이 미숙한 경우에는 거리식별의 잘못으로 차체가 장애물과 닿아 손상되는 것은 물론 타 차량에까지 피해를 주는 등의 문제를 갖고 있었다.When driving or parking a vehicle, there was a difficulty in accurately identifying a distance from obstacles existing in front and behind of the vehicle body. In particular, in the case of inexperienced driving technology, there was a problem in that the vehicle body was damaged by contact with an obstacle due to a distance identification error, as well as damage to other vehicles.

따라서 종래에는 차체의 전방 또는 후방에 초음파를 발사하는 발광수단과 이 발광수단에서 발사된 초음파가 장애물에 의해 반사되어 되돌아오는 빛을 수광하는 수광수단을 설치하여 거리를 식별하는 장치가 개발되어 있다.Therefore, in the related art, an apparatus for identifying a distance has been developed by installing light emitting means for emitting ultrasonic waves in front of or behind a vehicle body and light receiving means for receiving light reflected from obstacles by the ultrasonic waves emitted from the light emitting means.

그러나 이러한 장치는 발광수단과 수광수단을 각각 설치하여야 하므로 구조가 복잡하고, 고가라는 단점을갖고 있었다. 또한, 초음파를 이용하고 있으므로 운전자가 육안으로 확인 할 수 없으므로 좁은 공간에서의 주차시 등에는 효과적으로 이용될 수 없는 문제를 갖고 있었다.
However, such a device has a disadvantage in that the structure is complicated and expensive because the light emitting means and the light receiving means must be provided respectively. In addition, since the driver cannot visually check because the ultrasound is used, there is a problem that can not be effectively used when parking in a narrow space.

도 1에는 종래의 근접거리 감지장치의 개념을 설명하는 평면도가 도시되어 있다. 이에 따르면, 차체(10)의 전방 또는 후방 양측에 대칭되도록 각각 복수의 발광수단(20)(22)이 설치되어 있다. 이 발광 수단(20)(22)은 차체의 길이방향 중심을 향해 서로 다른 각도로 빛을 조사하여 차체로부터 서로 다른 거리에서 교차하여 촛점을 형성하게 된다. 각각의 발광수단(20)(22)은 상향하도록 설치되어 장애물(30)에 형성되는 촛점이 운전자의 시야에 들어오도록 구성된다.1 is a plan view illustrating the concept of a conventional proximity sensor. According to this, a plurality of light emitting means 20 and 22 are provided so as to be symmetrical to both the front and rear sides of the vehicle body 10. The light emitting means 20 and 22 irradiate light at different angles toward the longitudinal center of the vehicle body to cross at different distances from the vehicle body to form a focus. Each light emitting means 20, 22 is installed to be upward so that the focus formed on the obstacle 30 enters the driver's field of view.

도 2에는 발광수단의 구성을 확대하여 도시하고 있는데, 이에 따르면, 상기 발광수단은 차체(10)의 전방 또는 후방 양측에 차체의 길이방향 중심을 향해 빛을 조사하여 예정된 거리에서 교차하여 촛점을 형성하는 한 쌍의 제 1광원(20a)(22a)과, 이 한 쌍의 제 1광원(20a)(22a)과 다른 거리에서 촛점을 형성하는 한 쌍의 제 2광원(20b)(22b)으로 이루어진다.2 shows an enlarged configuration of the light emitting means, whereby the light emitting means irradiates light toward the longitudinal center of the vehicle body at both the front and rear sides of the vehicle body 10 to cross at a predetermined distance to form a focal point. A pair of first light sources 20a and 22a and a pair of second light sources 20b and 22b which focus at a different distance from the pair of first light sources 20a and 22a. .

제 1광원(20a)(22a)과 제 2광원(20b)(22b)은 서로 다른 각도로 빛을 조사하는 것에 의해 교차지점이 다르게 구성되는 것이다. 도 1에 따르면, 상기 각각의 제 1광원(20a)(22a) 및 제 2광원(20b)(22b)은 조사된 빛이 장애물(30)에 형성되는 형태가 상호 대향하는 부등호 형태(>)를 갖도록하여 장애물과 차간거리가 좁아짐에 따라 점차 근접하여 교차지점에서는 엑스(x)자의 형태의 촛점이 형성되도록 형성된다.The first light source 20a, 22a and the second light source 20b, 22b have different intersection points by irradiating light at different angles. According to FIG. 1, each of the first light sources 20a, 22a and the second light sources 20b, 22b has an inequality sign (>) in which shapes in which irradiated light is formed on the obstacle 30 are opposed to each other. As the distance between the obstacle and the vehicle becomes narrower, the cross point is gradually formed to form an X (x) -shaped focus.

이와 같은 구성을 갖는 종래의 발명은 주차시등에 운전자가 제 1광원(20a)(22a)에서 조사된 빛이 장애물(30) 에 비춰지면, 두 개의 상이 서로 이격되어 있는 상태에서 차간거리는 또는 장애물(30)과의 거리가 가까워짐에 따라 두 상의 거리가 점차 가까워진다. 따라서 차간거리가 예정된 거리에 도달하면 두 상이 만나며 촛점을 형성하게 되고, 운전자는 이를 인지하여 차간거리를 식별할 수 있게 된다. According to the related art, when the driver illuminates the obstacle 30 with the light emitted from the first light sources 20a and 22a at the time of parking, the inter-vehicle distance or the obstacle ( As the distance to 30) increases, the distance between the two phases becomes closer. Therefore, when the distance reaches the predetermined distance, the two images meet and form a focal point, and the driver can recognize the distance between them.

이때 제 2광원에서 조사된 빛은 서로 이격된 상태를 유지하게 된다. 따라서 차간거리가 더욱 근접하게 되면, 제 1광원(20a)(22a)의 상은 서로 이격되고, 제 2광원(20b)(22b)의 상이 근접하여 역시 예정된 차간거리가 유지되면 두개의 상이 서로 결합하여 예정된 표식을 헝성하게 되므로 차간거리가 더욱 근접하게 되었음을 식별할 수 있게 되는 것이다.At this time, the light irradiated from the second light source is kept spaced apart from each other. Therefore, when the inter-vehicle distances are closer, the phases of the first light sources 20a and 22a are spaced apart from each other, and if the phases of the second light sources 20b and 22b are close to each other and the predetermined inter-vehicle distances are maintained, the two phases are coupled to each other. The scheduled markers will be used to identify distances closer together.

이처럼, 종래에는 단순히 특정한 거리가 되면 2개의 광원으로 부터 조사되어 나타나는 상이 겹쳐질 때, 그 특정한 거리를 인식하는 방법으로 정확성이 떨어지고, 목표물의 구조에 따라서 상이 겹쳐지지 않는 경우도 발생할 수 있을 뿐만 아니라, 먼 거리에서는 겹쳐지는 상을 인식할 수 없다는 문제점이 있었다. 그 외에도 광 검출기를 이용한 방법, 삼각 측정법 등 다양한 방법이 있으나, 장치 구성이 용이하지 않고, 단가가 비싸다는 문제점이 있다.
As described above, when images that are irradiated from two light sources are overlapped with each other at a specific distance, the accuracy may be reduced by a method of recognizing the specific distance, and the image may not overlap depending on the structure of the target. However, there is a problem in that overlapping images cannot be recognized at a long distance. In addition, there are various methods such as a method using a light detector and a triangulation method, but there is a problem in that the device configuration is not easy and the unit cost is high.

상술한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 과제는, 간단한 구성과 방법으로, 정밀한 거리측정이 가능하고, 장치의 단가를 낮출 수 있을 뿐만 아니라, 다양한 환경에서도 정확하게 거리를 측정할 수 있는 장치를 제공하고자 함이다.An object of the present invention for solving the above problems is to provide a device capable of precise distance measurement with a simple configuration and method, can not only reduce the unit cost of the device, but also accurately measure the distance in various environments It is.

상술한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 과제는 레이저 광을 발생하는 레이저 광원; 상기 레이저 광이 목표물에 반사되는 광점을 포함하는 영상을 촬상하고, 렌즈간 거리를 조정하여 촛점을 맞추는 카메라; 상기 렌즈간 거리를 조정하기 위해 타이밍 밸트로 연결되어 회전 구동하는 스텝핑 모터; 상기 촛점을 맞추어 촬상된 영상에서 촛점거리를 산출하고, 상기 촛점거리를 통해 상기 목표물과의 거리를 산출하는 중앙 제어부를 포함한다.An object of the present invention for solving the above problems is a laser light source for generating laser light; A camera for capturing an image including a light point at which the laser light is reflected on a target, and focusing by adjusting a distance between lenses; A stepping motor connected to a timing belt to rotate to adjust the distance between the lenses; And a central control unit configured to calculate a focal length from the image captured by the focal point, and to calculate a distance to the target through the focal length.

여기서, 바람직하게는 상기 레이저 광원은 파장이 서로 다른 2개의 레이저인 것일 수 있고, 상기 중앙 제어부에서 렌즈간 거리를 조정하는 구동신호를 보내는 경우, 상기 구동신호를 받아 상기 스탭모터의 구동을 제어하는 드라이버를 더 포함하는 것일 수 있다.Here, preferably, the laser light source may be two lasers having different wavelengths, and when the central control unit sends a driving signal for adjusting the distance between the lenses, receiving the driving signal to control the driving of the step motor. It may be to include a driver further.

또한, 상기 중앙 제어부는 USB를 통해 연결된 외부 단말기를 포함하는 것이 바람직하고, 상기 촛점거리는 상기 레이저 광점의 콘트라스트 값이 최대일 때로 정하여 산출되는 것이 바람직하며, 상기 촛점거리는 상기 레이저 광점의 픽셀수가 가장 작은 경우로 정하여 산출되는 것이 바람직하다.In addition, the central control unit preferably includes an external terminal connected via USB, and the focal length is preferably calculated by determining when the contrast value of the laser light point is maximum, and the focal length is the smallest number of pixels of the laser light point. It is preferable to calculate it as the case.

본 발명에 따른 제2 특징은 레이저 광을 발생하는 레이저 광원; 목표물에서 반사된 레이저 광점의 초점을 조정하는 광학계; 상기 레이저 광이 목표물에 반사되어 상기 광학계를 통과하여 나온 광점을 포함하는 영상을 촬상하는 카메라; 상기 촛점을 맞추어 촬상된 영상에서 촛점거리를 산출하고, 상기 촛점거리를 통해 상기 목표물과의 거리를 산출하는 중앙 제어부를 포함한다.According to a second aspect of the present invention, there is provided a laser light source for generating laser light; An optical system for adjusting the focus of the laser light spot reflected from the target; A camera for capturing an image including a light point reflected by the laser light through the optical system by the laser light; And a central control unit configured to calculate a focal length from the image captured by the focal point, and to calculate a distance to the target through the focal length.

여기서, 상기 광학계는 적어도 하나는 길이 방향으로 두께가 달라지는 2개의 렌즈를 배열하여 형성된 것이 바람직하고, 상기 촛점은 상기 카메라를 이동하면서 스캔하여 맞추는 것이 바람직하다.Here, it is preferable that the optical system is formed by arranging at least two lenses having different thicknesses in the longitudinal direction, and the focus is preferably matched by scanning while moving the camera.

또한, 상기 광학계는, 적어도 하나는 길이 방향으로 두께가 달라지고, 일정거리를 두고 배열된 렌즈; 상기 렌즈를 통과해서 나온 레이저 광을 반사시키는 폴리건 미러를 포함하되, 상기 폴리건 미러를 회전하여 스캔하면서 촛점을 맞추는 것이 바람직하다.The optical system may include at least one lens having a thickness varying in a length direction and arranged at a predetermined distance; It includes a polygon mirror for reflecting the laser light emitted through the lens, it is preferable to focus while rotating and scanning the polygon mirror.

더하여, 상기 촛점거리는 상기 레이저 광점의 콘트라스트 값이 최대일 때로 정하여 산출되는 것이 바람직하고, 상기 촛점거리는 상기 레이저 광점의 픽셀수가 가장 작은 경우로 정하여 산출되는 것이 바람직하다.In addition, the focal length is preferably calculated by calculating when the contrast value of the laser light point is the maximum, and the focal length is preferably calculated by determining that the pixel number of the laser light point is the smallest.

이와 같이 본 발명을 제공하면, 종래의 거리 측정시스템과 달리, 간단한 구성과 방법으로, 정밀한 거리측정이 가능하고, 장치의 단가를 낮출 수 있을 뿐만 아니라, 다양한 환경에서도 정확하게 거리를 측정할 수 있는 장치를 제공한다.Thus, if the present invention is provided, unlike a conventional distance measuring system, a simple configuration and method, it is possible to precise distance measurement, lower the unit cost of the device, as well as a device that can accurately measure the distance in various environments To provide.

또한, 다양한 환경에서도 목표물의 식별성이 높여 거리를 측정할 수 있는 장치를 제공한다.In addition, the present invention provides a device capable of measuring a distance by identifying a target in various environments.

도 1는 종래의 근접거리 감지장치의 개념을 설명하는 평면도,
도 2는 종래의 근접거리 감지장치에서 발광수단의 구성을 확대하여 나타낸 도면,
도 3은 본 발명에 따른 거리 측정장치의 블럭 구성을 나타낸 도면,
도 4는 본 발명에 따른 거리 측정장치에 적용되는 거리 측정방법의 모식도를 나타낸 도면,
도 5는 본 발명에 따른 또 다른 실시예로서, 거리 측정장치에 사용되는 광학계와 사용 모식도를 나타낸 도면,
도 6은 본 발명에 따른 또 다른 실시예로서, 거리 측정장치에 사용되는 광학계와 사용 모식도를 나타낸 도면,
도 7은 본 발명에 따른 거리 측정장치를 이용해 측정 거리 및 렌즈 회전각의 실험 데이터를 나타낸 표,
도 8은 본 발명에 따른 거리 측정장치를 이용해 목표물 또는 장애물과의 거리, 렌즈각 및 픽셀수의 관계에 대한 실험 데이터에 대한 그래프,
도 9는 본 발명에 따른 거리 측정장치로서, 듀얼 레이저를 이용해 목표물 또는 장애물과의 거리, 렌즈각 및 픽셀수의 관계에 대한 실험 데이터에 대한 그래프이다.1 is a plan view illustrating the concept of a conventional proximity sensor;
Figure 2 is an enlarged view showing the configuration of the light emitting means in a conventional proximity sensor;
3 is a block diagram of a distance measuring device according to the present invention;
4 is a view showing a schematic diagram of a distance measuring method applied to the distance measuring device according to the present invention;
5 is a view showing a schematic diagram and an optical system used in the distance measuring device as another embodiment according to the present invention;
6 is a view showing a schematic diagram and an optical system used in the distance measuring device according to another embodiment of the present invention;
7 is a table showing experimental data of a measurement distance and a lens rotation angle using the distance measuring device according to the present invention;
8 is a graph of experimental data on the relationship between the distance to the target or obstacle, the lens angle and the number of pixels using the distance measuring device according to the present invention;
9 is a distance measuring apparatus according to the present invention, which is a graph of experimental data on the relationship between the distance to the target or obstacle, the lens angle, and the number of pixels using the dual laser.

이하에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 3은 본 발명에 따른 거리 측정장치의 블럭 구성을 나타낸 도면이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 거리 측정장치는 레이저 광을 발생하는 레이저 광원(100); 상기 레이저 광이 목표물에 반사되는 광점을 포함하는 영상을 촬상하고, 렌즈간 거리를 조정하여 촛점을 맞추는 카메라(200); 상기 렌즈간 거리를 조정하기 위해 타이밍 밸트로 연결되어 회전 구동하는 스텝핑 모터(300); 상기 촛점을 맞추어 촬상된 영상에서 촛점거리를 산출하고, 상기 촛점거리를 통해 상기 목표물과의 거리를 산출하는 중앙 제어부(400)를 포함한다.3 is a block diagram of a distance measuring apparatus according to the present invention. As shown in Figure 3, the distance measuring device of the present invention comprises a laser light source 100 for generating laser light; A camera (200) for capturing an image including an optical point at which the laser light is reflected on a target, and focusing by adjusting a distance between lenses; A stepping motor 300 connected to a timing belt to rotate to adjust the distance between the lenses; The central control unit 400 may be configured to calculate a focal length from the image captured by focusing the image, and calculate a distance to the target through the focal length.

이처럼, 본 발명은 렌즈간 거리를 조정하여 촛점을 맞추고, 촛점이 맞추어진 경우에 촛점거리를 산출하여, 이에 따라 목표물과의 거리를 산출하는 방법을 적용하는 시스템을 제안한다.As described above, the present invention proposes a system for adjusting a distance between lenses to focus, calculating a focus distance when the focus is focused, and applying a method for calculating a distance to a target accordingly.

먼저, 목표물를 정확히 파악하고, 보다 다양한 환경에서도 적용가능 하도록 목표물 탐지광을 레이저로 사용한다. 레이저 광을 발생하는 레이저 광원(100)에서 상기 목표물에 조사하게 되면, 목표물에서 반사되는 레이저 광점이 나타난다.First, the target is accurately identified, and the target detection light is used as a laser to be applicable in a variety of environments. When the laser light source 100 that emits laser light is irradiated to the target, the laser light spot reflected from the target appears.

레이저 광점을 포함하는 영상을 카메라(200)로 촬상하고, 카메라(200)에 구비된 줌렌즈의 이동(앵글각 변환)을 통하여 상기 광점의 촛점을 맞추게 되는데, 여기 줌렌즈의 이동은 스텝핑 모터(300)를 이용하여 앵글각을 변화시켜 이동시킨다. 이와 같은 렌즈의 이동은 중앙 제어부(400)에 의해 제어신호를 통해 자동으로 조정하게 되는데,(Auto focusing) 상기 중앙 제어부(400)와 스텝핑 모터(300)와의 제어신호의 연결은 구동 드라이버(330)를 통해 연결하고 제어하게 된다. An image including a laser light point is captured by the camera 200, and the light point is focused by the movement (angle angle conversion) of the zoom lens included in the camera 200. The movement of the zoom lens is performed by the stepping motor 300. Use to change the angle of movement. The movement of the lens is automatically adjusted by a control signal by the central control unit 400 (Auto focusing). The connection of the control signal between the central control unit 400 and the stepping motor 300 is driven by the driving driver 330. Connect and control via

카메라(200)에서 촬상된 광점은 렌즈의 위치에 따라 해상도 및 선명도가 달라지므로, 촛점을 맞추어지는 경우에 가장 선명한 영상이 나오게 된다. 이처럼 렌즈의 이동을 촛점이 맞추어 지는 경우, 이에 따른 촛점거리를 산출하게 되고, 산출된 촛점거리를 이용하여 실제 목표물과의 거리를 산출할 수 있게 된다.Since the light point captured by the camera 200 varies in resolution and clarity according to the position of the lens, the sharpest image comes out when the focus is focused. When the lens movement is focused as described above, the focal length is calculated, and the distance to the actual target can be calculated using the calculated focal length.

여기서, 광원(100)은 하나의 레이저 광원(100)을 사용할 수도 있고, 다수개의 레이저 광원(100)을 사용할 수도 있다. 또한 바람직하게는 파장이 서로 다른 2개의 레이저 광원(100)을 사용하는 것도 가능하다. 이는 서로 다른 파장의 레이저 광원(100)을 사용함으로써, 다양한 환경에서도 목표물에 반사되는 광점의 식별성이 높아져 촛점을 통한 거리측정이 용이한 장점이 있다.Here, the light source 100 may use one laser light source 100, or may use a plurality of laser light sources 100. Also preferably, two laser light sources 100 having different wavelengths may be used. This is because by using the laser light source 100 of different wavelengths, there is an advantage of easy distance measurement through the focus can be improved identification of the light spot reflected on the target in various environments.

여기서, 스텝핑 모터(300)는 타이밍 밸트를 통하여 렌즈와 연결되어 있는데, 모터의 구동으로 렌즈가 회전하게 되고, 렌즈가 특정한 각도록 회전하게 되면, 회전각도에 따라 일정하게 직선이동하게 된다. 그러므로, 정밀한 회전구동을 할 수 있도록 제어 가능한 모터를 사용하는 것이 바람직하다.Here, the stepping motor 300 is connected to the lens through the timing belt, the lens is rotated by the drive of the motor, if the lens rotates to a specific angle, it is constantly linearly moved according to the rotation angle. Therefore, it is desirable to use a motor that can be controlled to enable precise rotational driving.

스텝핑 모터(300)는 피드백이 없으면서도 정확한 위치제어를 할 수 있는 특징이 있으며, 서보 모터에 비하여 단가가 낮고 정확한 각도제어가 가능한 장점이 있기 때문에 본 발명의 시스템처럼, 이동량을 정밀하게 제어하는 시스템에 사용하는 것이 바람직하다.Stepping motor 300 has a feature that can be precise position control without feedback, has the advantage of low unit cost and accurate angle control compared to the servo motor, like the system of the present invention, a system for precisely controlling the movement amount It is preferable to use.

그리고, 중앙 제어부(400)은 측정 시스템 내부에 설치하여 일체화시키는 것도 바람직하고, NI USB(410)를 통하여 외부 단말기(노트북)(450)와 연결하여 사용하는 것도 가능하다.
In addition, the central control unit 400 may be installed and integrated inside the measurement system, or may be used in connection with an external terminal (laptop) 450 through the NI USB 410.

도 4는 본 발명에 따른 거리 측정장치에 적용되는 거리 측정방법의 모식도를 나타낸 도면이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 2개의 렌즈간 거리를 조정하여 촛점을 맞추게 되면, 촛점과 각 렌즈의 거리의 비를 통해 목표물의 거리를 산출할 수 있게된다. 4 is a view showing a schematic diagram of a distance measuring method applied to the distance measuring device according to the present invention. As shown in FIG. 4, when the distance between the two lenses is adjusted to focus, the distance of the target can be calculated through the ratio of the distance between the focus and each lens.

이처럼 본 발명에서는 종래의 방법처럼, 포토 다이오드를 사용하여 경과 시간 원칙에 따른 펄스 차이를 감지하여 거리를 측정하는 방법, 카메라(200)를 이용하여 입수된 영상에서의 레이저 위치에 따른 사물과 거리를 측정하는 삼각 측정방법이 아니라, 렌즈간 간격을 조정하여 촛점거리를 산출하고 이를 통해 목표물과의 거리를 측정하는 방법을 제안한다.As described above, in the present invention, a method of measuring a distance by detecting a pulse difference according to an elapsed time principle using a photodiode, and measuring an object and a distance according to a laser position in an image obtained using a camera 200 Rather than a triangulation method to measure, we propose a method to calculate the focal length by adjusting the distance between the lenses and to measure the distance to the target through this.

본 발명의 측정방법은 종래의 발명과 같이 중, 장거리에 적용되는 기술이 아니라, 100m 이내의 단거리에 최적화되어 측정하는 방법으로서, 차량등에 시스템이 설치되어 전방 또는 후방에 위치한 목표물(타 차량 등)과의 거리를 측정하는 기술에 적용된다.
The measuring method of the present invention is not a technology applied to medium and long distances as in the conventional invention, but is a method for optimizing and measuring a short distance within 100 m. Applied to the technique of measuring the distance between and.

도 5는 본 발명에 따른 또 다른 실시예로서, 거리 측정장치에 사용되는 광학계와 사용 모식도를 나타낸 도면이다. 본 발명의 측정장치는, 레이저 광을 발생하는 레이저 광원(100); 목표물에서 반사된 레이저 광점의 초점을 조정하는 광학계(150); 상기 레이저 광이 목표물에 반사되어 상기 광학계를 통과하여 나온 광점을 포함하는 영상을 촬상하는 카메라; 상기 촛점을 맞추어 촬상된 영상에서 촛점거리를 산출하고, 상기 촛점거리를 통해 상기 목표물과의 거리를 산출하는 중앙 제어부(400)를 포함하여 구성된다.5 is a view showing a schematic diagram and an optical system used in the distance measuring apparatus according to another embodiment of the present invention. The measuring device of the present invention, the laser light source 100 for generating a laser light; An optical system 150 for adjusting the focus of the laser light spot reflected from the target; A camera for capturing an image including a light point reflected by the laser light through the optical system by the laser light; The central control unit 400 may be configured to calculate a focal length from the image captured by focusing, and calculate a distance to the target through the focal length.

여기서 촛점을 조정하는 광학계(150)는 도 5에 나타낸 바와 같이, 적어도 어느 하나에 길이방향으로 두께가 달라지는 렌즈(153)가 일정한 간격을 두고 배열되는 구조이다. 이처럼 렌즈(153)의 두께가 달라지면 맺히는 촛점거리가 달라지기 때문에 렌즈 후방에 위치한 카메라(210)가 이동하면서, 레이저광이 조사되어 반사된 광점을 촬상하면서 촛점을 맞추게 된다. As shown in FIG. 5, the optical system 150 for adjusting focus has a structure in which at least one lens 153 having a different thickness in the longitudinal direction is arranged at regular intervals. In this way, since the focal length formed by changing the thickness of the lens 153 is different, while the camera 210 positioned behind the lens moves, the laser beam is irradiated to focus while capturing the reflected light spot.

이와 같은 구조의 장점은 렌즈(153,155)의 이동이 아닌, 카메라(210)가 러프하게 이동하면서도 정밀하게 촛점거리가 달라져, 고가의 정밀한 구동장비를 필요로 하지 않는 장점이 있다.
The advantage of such a structure is that the focus distance is precisely changed while the camera 210 is roughly moved, rather than the movement of the lenses 153 and 155, which does not require expensive and precise driving equipment.

도 6은 본 발명에 따른 또 다른 실시예로서, 거리 측정장치에 사용되는 광학계와 사용 모식도를 나타낸 도면이다. 본 발명에 적용되는 광학계(150')는 적어도 하나는 길이 방향으로 두께가 달라지고, 일정거리를 두고 배열된 렌즈(153,155); 상기 렌즈를 통과해서 나온 레이저 광을 반사시키는 폴리건 미러(157)를 포함하되, 상기 폴리건 미러(157)를 회전하여 스캔하면서 촛점을 맞추는 것을 특징으로 한다.6 is a view showing a schematic diagram and an optical system used in the distance measuring apparatus according to another embodiment of the present invention. The optical system 150 ′ applied to the present invention includes at least one lens 153 and 155 having a thickness varying in a length direction and arranged at a predetermined distance; It includes a polygon mirror 157 reflecting the laser light emitted through the lens, characterized in that to focus while rotating the polygon mirror 157 is scanned.

폴리건 미러(157)는 레이저 빔을 출사하는 출사 수단과, 일정속도로 회전하여 상기 레이저 빔을 결상면의 소정 위치로 편향시키기 위해 측부에 경면을 갖는 다각형 형상의 편향수단과, 상기 편향 수단에 의해 편향된 레이저 빔을 상기 결상면에 결상시키는 결상 수단을 포함하는 레이저 스캐닝 유닛 구조이다.The polygon mirror 157 includes: output means for emitting a laser beam, polygonal deflection means having a mirror surface at a side to rotate at a constant speed to deflect the laser beam to a predetermined position of an image plane, and the deflection means A laser scanning unit structure including imaging means for imaging a deflected laser beam on the imaging surface.

이처럼, 도 6에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예는 도 5의 실시예에서처럼, 길이 방향으로 적어도 어느 하나에 두께가 달라지는 렌즈를 간격을 두고 배열하고, 렌즈 후면에 폴리건 미러(157)를 통해 카메라로 반사영상을 전달하는 구조로서, 본 실시예는 도 5의 실시예와 달리, 카메라를 이동할 필요없이 폴리건 미러(157)를 회전시켜 스캔하여 촛점을 맞출 수 있는 구조이다.Thus, as shown in Figure 6, the embodiment of the present invention, as in the embodiment of FIG. As a structure for transmitting the reflected image to the camera, unlike the embodiment of FIG. 5, the polygon mirror 157 can be rotated to scan and focus without moving the camera.

즉, 본 실시예는 용이하게 폴리건 미러(157)를 조작하여 촛점 설정을 위한 스캔작동을 구동할 수 있다는 장점이 있고, 설치구성이 용이하고, 단가가 낮다는 장점이 있다.That is, the present embodiment has the advantage of easily operating the polygon mirror 157 to drive the scan operation for focus setting, there is an advantage that the installation configuration is easy, and the unit cost is low.

그리고, 이와 같은 본 발명에 따른 거리 측정장치를 이용하여 목표물과의 거리를 측정하는 방법에 사용되는 촛점의 인식방법으로, 카메라(210)에서 촬상되는 레이저 광점의 콘트라스트가 최대일 때 촛점이 맞추어지는 것으로 인식하거나, 광점의 픽셀수가 가장 적은 경우로 인식하는 방법이 적용된다.In addition, as a method of recognizing a focus used in a method of measuring a distance to a target using the distance measuring device according to the present invention, the focus is adjusted when the contrast of the laser light point captured by the camera 210 is maximum. Or a method of recognizing that the number of pixels of the light spot is the smallest.

최대 콘트라스트 법은 촬상된 영상 이미지에서 특정점의 콘트라스트가 높은 경우는 명암대비가 높아서 해상도 또는 선명도가 높은 것으로 볼 수 있기 때문에, 촛점이 맞춰진 것으로 인식하는 것이 바람직하다. 또한, 촬상된 영상에서 광점의 픽셀수가 가장 적은 경우는 선명도가 가장 높은 것으로 볼 수 있기 때문에 역시 촛점이 맞춰진 것으로 인식한다.In the maximum contrast method, when the contrast of a specific point is high in the captured image, it is preferable to recognize that the focus is focused because the contrast is high and the resolution or sharpness is high. In addition, the smallest number of pixels in the light spot in the picked-up image may be regarded as having the highest sharpness.

이와 같이 본 발명은 종래의 거리 측정시스템과 달리, 간단한 구성과 방법으로, 정밀한 거리측정이 가능하고, 장치의 단가를 낮출 수 있을 뿐만 아니라, 다양한 환경에서도 정확하게 거리를 측정할 수 있는 장치를 제공한다.
Thus, the present invention, unlike the conventional distance measuring system, by a simple configuration and method, it is possible to precise distance measurement, to lower the unit cost of the device, and to provide a device that can accurately measure the distance in various environments .

도 7은 본 발명에 따른 거리 측정장치를 이용해 측정 거리 및 렌즈 회전각의 실험 데이터를 나타낸 표이다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 목표물과의 거리가 많을수록 렌즈 회전각이 줄어드는 것을 알 수 있다. 물론 렌즈 회전각에 따른 목표물과의 거리의 변화는 다르게 나타날 수 있다. 이는 렌즈간 간격의 이동의 기준점을 어디에 두는지에 따라 다르기 때문이다.7 is a table showing experimental data of a measuring distance and a lens rotation angle using the distance measuring device according to the present invention. As shown in FIG. 7, it can be seen that the greater the distance to the target, the smaller the lens rotation angle. Of course, the change in distance from the target according to the lens rotation angle may appear differently. This is because it depends on where the reference point of the movement of the distance between the lenses is placed.

그리고, 도 7에서 각 렌즈각과 거리에서 가장 작은 픽셀수를 나타내는 것이 바로 광점의 촛점이 맞추어진 것을 의미하고, 이 상태의 거리가 목표물과의 거리로 측정되는 값이라는 것을 알 수 있다. 즉, 카메라 렌즈의 간격을 조정하다 보면 광점의 픽셀수가 가장 적게 나타나 가장 선명한 상을 보이는 경우가 촛점이 맞추어지 것이라 볼 수 있고, 이때 렌즈간 거리를 통해 사물과의 거리를 측정할 수 있게된다. 도 7은 상기의 관계를 표를 통해 나타내고 있는 것을 알 수 있다.In FIG. 7, the smallest number of pixels in each lens angle and distance means that the light spot is focused, and the distance in this state is a value measured by the distance from the target. In other words, when adjusting the distance between the camera lens, the case where the number of pixels of light spots is the smallest and shows the clearest image will be focused, and the distance between objects can be measured through the distance between lenses. 7 shows that the above relationship is shown through a table.

더하여, 목표물과의 거리가 35m 이상인 경우 렌즈각의 변위에 따른 촛점의 위치 변화에 영향이 줄어들고 있다는 것을 알 수 있는데, 이는 렌즈의 성능 등 카메라에 설치된 렌즈의 성능에 따라 최대 목표물의 감지 및 거리 측정능력이 달라지기 때문이다. 그러므로, 본 발명에 따른 측정장치의 초기 설계에 있어서, 측정되는 거리의 범위를 정하여 렌즈의 성능을 달리할 수 있음은 물론이다.
In addition, when the distance to the target is more than 35m, it can be seen that the influence on the change of the focus position according to the displacement of the lens angle is reduced. This is based on the performance of the lens installed in the camera, such as the lens performance, and the distance measurement. This is because their abilities change. Therefore, in the initial design of the measuring device according to the present invention, it is of course possible to vary the performance of the lens by determining the range of the measured distance.

도 8은 본 발명에 따른 거리 측정장치를 이용해 목표물 또는 장애물과의 거리, 렌즈각 및 픽셀수의 관계에 대한 실험 데이터에 대한 그래프이다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 대략 35m 이하의 거리에서 측정 실험을 하였고, 35m 이상에서는 장거리용 렌즈를 사용하는 경우 측정이 가능하다.8 is a graph of experimental data on the relationship between the distance to the target or obstacle, the lens angle and the number of pixels using the distance measuring device according to the present invention. As shown in FIG. 8, measurement experiments were conducted at a distance of about 35 m or less, and measurement is possible when using a long-range lens at 35 m or more.

또한, 도 7의 표에서 나타낸 바와 동일하게, 픽셀수가 가장 낮은 점을 촛점이 맞추어진 영상이라고 볼 수 있고, 렌즈각이 줄어들수록 목표물 또는 장애물의 거리가 줄어들고 있음을 알 수 있다. 이는 촛점거리와 목표물 또는 장애물과의 거리의 관계를 나타내는 것이고, 촛점거리를 알면 목표물과의 거리를 알 수 있음을 의미한다.
In addition, as shown in the table of FIG. 7, the lowest pixel number can be regarded as a focused image, and as the lens angle decreases, the distance of the target or obstacle decreases. This indicates the relationship between the focal length and the distance between the target or the obstacle, and means that the distance to the target can be known by knowing the focal length.

도 9는 본 발명에 따른 거리 측정장치로서, 듀얼 레이저를 이용해 목표물 또는 장애물과의 거리, 렌즈각 및 픽셀수의 관계에 대한 실험 데이터에 대한 그래프이다. 즉, 레이저 광원이 서로다른 파장(532nm 및 632nm)을 갖는 2개의 듀얼 레이저를 이용하여 목표물의 거리를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다. 도 8에 예시된 그래프와 동일한 결과를 나타내고 있지만, 이처럼 듀얼 레이저를 사용하는 경우, 어느 하나의 레이저에 의한 목표물 검출이 실패하는 경우 다른 파장의 레이저를 통해서 검출할 수 있기 때문에, 검출율 뿐만 아니라 이에 따른 거리 측정율도 높아지는 장점이 있다. 그리고, 서로 다른 파장을 사용하기 때문에 다양한 환경에서도 적용 가능한 광점을 검출할 수 있다는 점에서 측정장치의 응용범위가 높아지는 장점이 있다.
9 is a distance measuring apparatus according to the present invention, which is a graph of experimental data on the relationship between the distance to the target or obstacle, the lens angle, and the number of pixels using the dual laser. That is, it is a graph showing the result of measuring the distance of a target using two dual lasers having different wavelengths (532 nm and 632 nm). Although the same result as the graph illustrated in FIG. 8 is shown, in the case of using the dual laser in this way, if the detection of a target by one laser fails, it can be detected through the laser of different wavelengths. The distance measurement rate is also increased. In addition, since the different wavelengths are used, the application range of the measuring apparatus is increased in that it is possible to detect light spots applicable in various environments.

이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능 하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.
While the invention has been shown and described with respect to the specific embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Anyone with it will know easily.

100: 레이저 광원, 157: 폴리건 미러, 200: 카메라, 300: 스텝핑 모터,
330: 드라이버, 400: 중앙 제어부, 410: NI USB, 450: 노트북100: laser light source, 157: polygon mirror, 200: camera, 300: stepping motor,
330: driver, 400: central control, 410: NI USB, 450: notebook

Claims (12)

레이저 광을 발생하는 레이저 광원;
상기 레이저 광이 목표물에 반사되는 광점을 포함하는 영상을 촬상하고, 렌즈간 거리를 조정하여 촛점을 맞추는 카메라;
상기 렌즈간 거리를 조정하기 위해 타이밍 밸트로 연결되어 회전 구동하는 스텝핑 모터;
상기 촛점을 맞추어 촬상된 영상에서 촛점거리를 산출하고, 상기 촛점거리를 통해 상기 목표물과의 거리를 산출하는 중앙 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정장치.
A laser light source for generating laser light;
A camera for capturing an image including a light point at which the laser light is reflected on a target, and focusing by adjusting a distance between lenses;
A stepping motor connected to a timing belt to rotate to adjust the distance between the lenses;
And a central controller configured to calculate a focal length from the captured image by focusing the focal point, and calculate a distance to the target through the focal length.
제1항에 있어서,
상기 레이저 광원은 파장이 서로 다른 2개의 레이저인 것을 특징으로 하는 거리 측정장치.
The method of claim 1,
The laser light source is a distance measuring device, characterized in that the two lasers having different wavelengths.
제1항에 있어서,
상기 중앙 제어부에서 렌즈간 거리를 조정하는 구동신호를 보내는 경우, 상기 구동신호를 받아 상기 스탭모터의 구동을 제어하는 드라이버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정장치.
The method of claim 1,
And a driver for controlling the driving of the step motor in response to the driving signal when the central control unit sends a driving signal to adjust the distance between the lenses.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 중앙 제어부는 USB를 통해 연결된 외부 단말기를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정장치.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The central control unit comprises an external terminal connected via a USB.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 촛점거리는 상기 레이저 광점의 콘트라스트 값이 최대일 때로 정하여 산출되는 것을 특징으로 하는 거리 측정장치.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The focal length is a distance measuring device, characterized in that calculated by determining when the contrast value of the laser light point is the maximum.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 촛점거리는 상기 레이저 광점의 픽셀수가 가장 작은 경우로 정하여 산출되는 것을 특징으로 하는 거리 측정장치.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The focal length is a distance measuring device, characterized in that calculated by determining the smallest number of pixels of the laser light point.
레이저 광을 발생하는 레이저 광원;
목표물에서 반사된 레이저 광점의 초점을 조정하는 광학계;
상기 레이저 광이 목표물에 반사되어 상기 광학계를 통과하여 나온 광점을 포함하는 영상을 촬상하는 카메라;
상기 촛점을 맞추어 촬상된 영상에서 촛점거리를 산출하고, 상기 촛점거리를 통해 상기 목표물과의 거리를 산출하는 중앙 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정장치.
A laser light source for generating laser light;
An optical system for adjusting the focus of the laser light spot reflected from the target;
A camera for capturing an image including a light point reflected by the laser light through the optical system by the laser light;
And a central controller configured to calculate a focal length from the captured image by focusing the focal point, and calculate a distance to the target through the focal length.
제7항에 있어서,
상기 광학계는
적어도 하나는 길이 방향으로 두께가 달라지는 2개의 렌즈를 배열하여 형성된 것을 특징으로 하는 거리 측정장치.
The method of claim 7, wherein
The optical system
At least one distance measuring device, characterized in that formed by arranging two lenses of varying thickness in the longitudinal direction.
제8항에 있어서,
상기 촛점은 상기
카메라를 이동하면서 스캔하여 맞추는 것을 특징으로 하는 거리 측정장치.
The method of claim 8,
The focus is on the
Distance measuring device, characterized in that for scanning by moving the camera to fit.
제7항에 있어서,
상기 광학계는,
적어도 하나는 길이 방향으로 두께가 달라지고, 일정거리를 두고 배열된 렌즈;
상기 렌즈를 통과해서 나온 레이저 광을 반사시키는 폴리건 미러를 포함하되,
상기 폴리건 미러를 회전하여 스캔하면서 촛점을 맞추는 것을 특징으로 하는 거리 측정장치.
The method of claim 7, wherein
The optical system,
At least one lens having a thickness varying in the longitudinal direction and arranged at a predetermined distance;
A polygon mirror that reflects the laser light that has passed through the lens,
And focusing while rotating and scanning the polygon mirror.
제9항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 촛점거리는 상기 레이저 광점의 콘트라스트 값이 최대일 때로 정하여 산출되는 것을 특징으로 하는 거리 측정장치.
The method according to any one of claims 9 to 10,
The focal length is a distance measuring device, characterized in that calculated by determining when the contrast value of the laser light point is the maximum.
제9항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 촛점거리는 상기 레이저 광점의 픽셀수가 가장 작은 경우로 정하여 산출되는 것을 특징으로 하는 거리 측정장치.The method according to any one of claims 9 to 10,
The focal length is a distance measuring device, characterized in that calculated by determining the smallest number of pixels of the laser light point.
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