KR20130038487A - 싱글 카메라를 이용한 물체 거리 측정 장치 및 방법 - Google Patents

싱글 카메라를 이용한 물체 거리 측정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 싱글 카메라를 이용한 물체 거리 측정 장치는 싱글 카메라의 움직임을 이용하여 물체에 대한 복수의 영상을 획득하는 카메라 조작부; 상기 싱글 카메라의 움직임을 감지하여 상기 싱글 카메라의 이동 거리를 측정하는 모션 감지부; 상기 복수의 영상 각각을 비교하여 상기 복수의 영상 각각에서 상기 물체의 각도를 측정하는 영상 비교부; 및 상기 물체의 각도 및 상기 싱글 카메라의 이동 거리에 기초하여 상기 싱글 카메라와 상기 물체 간의 거리를 산출하는 거리 산출부를 포함한다.

Description

싱글 카메라를 이용한 물체 거리 측정 장치 및 방법{APPARATUS FOR MEASURING DISTANCE OF OBJECT USING SINGLE CAMERA AND METHOD FOR THE SAME}
본 발명의 실시예들은 물체의 거리 측정에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 싱글 카메라를 이용하여 물체의 거리를 측정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
사람은 두 눈이 보는 영상의 차이를 이용하여, 3차원 물체를 인식할 수 있다. 이것을 그대로 적용한 것이 스테레오 카메라를 사용하여 거리를 인식하는 방법이며, 3D 영화를 제작할 때에도 이 방법을 사용한다.
사람 눈처럼 일정 간격 떨어져 있는 2대의 카메라로 촬영한 두 영상을 가지고 떨어진 물체까지의 거리를 측정하기 위해서는, 찍힌 물체가 얼마나 변화하는지, 즉 화면에서 얼마나 이동되었는지를 보면 된다.
한편, 위와 비슷한 방법으로 한 쪽 눈이 실명된 사람도 3차원을 인식할 수 있다. 사람은 움직일 수 있기 때문에 고개를 돌리거나 걷는 동작만으로도 물체가 3차원인지 2차원인지 알 수 있다. 즉, 두 영상을 동시에 볼 수는 없지만, 짧은 시간 동안 연속적으로 촬영된 영상들을 가지고 물체와의 거리를 인식할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예들에서는 이처럼 한 쪽 눈이 실명된 사람이 3차원을 인식하는 방법을 응용하여, 싱글 카메라를 이용하여 물체의 거리를 측정할 수 있는 장치 및 방법을 제안하고자 한다.
관련 선행기술로는 국내공개특허 제2005-0000766호가 있다.
본 발명의 일 실시예는 싱글 카메라를 이용하여 물체의 거리를 측정함으로써 제품을 소형화, 단순화시킬 수 있으며, 거리 측정의 정확도도 기존만큼 유지할 수 있는 싱글 카메라를 이용한 물체 거리 측정 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 싱글 카메라를 이용한 물체 거리 측정 장치는 싱글 카메라의 움직임을 이용하여 물체에 대한 복수의 영상을 획득하는 카메라 조작부; 상기 싱글 카메라의 움직임을 감지하여 상기 싱글 카메라의 이동 거리를 측정하는 모션 감지부; 상기 복수의 영상 각각을 비교하여 상기 복수의 영상 각각에서 상기 물체의 각도를 측정하는 영상 비교부; 및 상기 물체의 각도 및 상기 싱글 카메라의 이동 거리에 기초하여 상기 싱글 카메라와 상기 물체 간의 거리를 산출하는 거리 산출부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 싱글 카메라를 이용한 물체 거리 측정 장치는 상기 복수의 영상 각각으로부터 상기 물체에 관한 경계선을 추출하여 복수의 점 또는 벡터로 분해하는 경계선 추출부를 더 포함하고, 상기 영상 비교부는 상기 복수의 영상 각각을 비교하여 서로 대응되는 점 또는 벡터를 찾고, 상기 싱글 카메라에 구비된 렌즈의 화각에 근거하여 상기 서로 대응되는 점 또는 벡터의 각도를 산출함으로써 상기 복수의 영상 각각에서 상기 물체의 각도를 측정할 수 있다.
상기 거리 산출부는 상기 싱글 카메라가 수평 방향으로 이동하여 상기 복수의 영상을 획득한 경우, 상기 카메라의 수평 이동 거리, 및 이동 전/후 상기 물체의 각도를 이용하여 상기 싱글 카메라와 상기 물체 간의 거리를 산출할 수 있다.
상기 거리 산출부는 상기 싱글 카메라가 전후 방향으로 이동하여 상기 복수의 영상을 획득한 경우, 상기 카메라의 전후 이동 거리, 및 이동 전/후 상기 물체의 각도를 이용하여 상기 싱글 카메라와 상기 물체 간의 거리를 산출할 수 있다.
상기 거리 산출부는 상기 싱글 카메라가 회전 이동하여 상기 복수의 영상을 획득한 경우, 상기 카메라의 회전 각도, 상기 카메라의 회전 이동 거리, 및 이동 전/후 상기 물체의 각도를 이용하여 상기 싱글 카메라와 상기 물체 간의 거리를 산출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 싱글 카메라를 이용한 물체 거리 측정 장치는 영상 왜곡 보정을 위한 파라미터 값을 렌즈의 종류별로 미리 저장하는 저장부; 및 상기 미리 저장된 파라미터 값들 중, 상기 카메라에 구비된 렌즈의 종류에 대응하는 파라미터 값을 이용하여 상기 복수의 영상 각각에 대한 왜곡 보정을 실시하는 왜곡 보정부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 싱글 카메라를 이용한 물체 거리 측정 방법은 싱글 카메라의 움직임을 이용하여 물체에 대한 복수의 영상을 획득하는 단계; 상기 싱글 카메라의 움직임을 감지하여 상기 싱글 카메라의 이동 거리를 측정하는 단계; 상기 복수의 영상 각각을 비교하여 상기 복수의 영상 각각에서 상기 물체의 각도를 측정하는 단계; 및 상기 물체의 각도 및 상기 싱글 카메라의 이동 거리에 기초하여 상기 싱글 카메라와 상기 물체 간의 거리를 산출하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 싱글 카메라를 이용한 물체 거리 측정 방법은 상기 복수의 영상 각각으로부터 상기 물체에 관한 경계선을 추출하여 복수의 점 또는 벡터로 분해하는 단계를 더 포함하고, 상기 물체의 각도를 측정하는 단계는 상기 복수의 영상 각각을 비교하여 서로 대응되는 점 또는 벡터를 찾는 단계; 및 상기 싱글 카메라에 구비된 렌즈의 화각에 근거하여 상기 서로 대응되는 점 또는 벡터의 각도를 산출함으로써 상기 복수의 영상 각각에서 상기 물체의 각도를 측정하는 단계를 포함한다.
상기 거리를 산출하는 단계는 상기 싱글 카메라가 수평 방향으로 이동하여 상기 복수의 영상을 획득한 경우, 상기 카메라의 수평 이동 거리, 및 이동 전/후 상기 물체의 각도를 이용하여 상기 싱글 카메라와 상기 물체 간의 거리를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 거리를 산출하는 단계는 상기 싱글 카메라가 전후 방향으로 이동하여 상기 복수의 영상을 획득한 경우, 상기 카메라의 전후 이동 거리, 및 이동 전/후 상기 물체의 각도를 이용하여 상기 싱글 카메라와 상기 물체 간의 거리를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 거리를 산출하는 단계는 상기 싱글 카메라가 회전 이동하여 상기 복수의 영상을 획득한 경우, 상기 카메라의 회전 각도, 상기 카메라의 회전 이동 거리, 및 이동 전/후 상기 물체의 각도를 이용하여 상기 싱글 카메라와 상기 물체 간의 거리를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 첨부 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 싱글 카메라를 이용하여 물체의 거리를 측정함으로써 제품을 소형화, 단순화시킬 수 있으며, 거리 측정의 정확도도 기존만큼 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 싱글 카메라를 이용한 물체 거리 측정 장치를 설명하기 위해 도시한 블록도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 싱글 카메라를 수평 방향으로 움직여 물체의 거리를 산출하는 방법을 도시한 도면이다.
도 5, 도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따라 싱글 카메라를 전후 방향으로 움직여 물체의 거리를 산출하는 방법을 도시한 도면이다.
도 7 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 싱글 카메라를 회전 이동하여 물체의 거리를 산출하는 방법을 도시한 도면이다.
도 9 내지 도 18은 본 발명의 일 실시예에 따라 싱글 카메라를 이용하여 물체의 거리를 측정하는 일례를 도시한 예시도이다.
도 19는 본 발명의 다른 실시예에 따른 싱글 카메라를 이용한 물체 거리 측정 장치를 설명하기 위해 도시한 블록도이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 싱글 카메라를 이용한 물체 거리 측정 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
도 21은 도 20의 물체 각도 측정 과정을 상세히 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 싱글 카메라를 이용한 물체 거리 측정 장치를 설명하기 위해 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 싱글 카메라를 이용한 물체 거리 측정 장치(100)는 카메라 조작부(110), 모션 감지부(120), 경계선 추출부(130), 영상 비교부(140), 거리 산출부(150), 및 제어부(160)를 포함할 수 있다.
상기 카메라 조작부(110)는 싱글 카메라의 움직임을 이용하여 물체에 대한 복수의 영상을 획득한다. 즉, 기존에는 2안식(二眼式) 입체 카메라인 스테레오 카메라를 이용하여 2개의 영상을 얻는 방법으로 물체의 거리를 측정하였지만, 본 발명의 일 실시예에서는 싱글 카메라의 움직임을 이용하여 이동 전/후에 2개 또는 그 이상의 영상을 얻는 방법으로 물체의 거리를 측정할 수 있다.
상기 모션 감지부(120)는 상기 싱글 카메라의 움직임을 감지하여 그 이동 거리를 측정한다. 즉, 상기 모션 감지부(120)는 상기 싱글 카메라의 모션을 감지하여 그 모션 시작/종료 시간 및 속도를 측정하고, 상기 측정된 시간 및 속도를 이용하여 상기 싱글 카메라의 이동 거리를 측정할 수 있다.
상기 경계선 추출부(130)는 상기 카메라 조작부(110)에 의해 획득된 복수의 영상 각각으로부터 물체에 관한 경계선을 추출하여 복수의 점 또는 벡터로 분해한다. 여기서, 상기 경계선 추출부(130)는 예컨대 라플라시안 마스크(Laplacian Mask)를 이용하여 복수의 영상 각각으로부터 물체에 관한 경계선을 추출할 수 있다. 물론, 상기 경계선 추출부(1300는 경계선 추출을 위해 그 밖의 다양한 종류의 영상 처리 기법을 이용할 수 있다.
상기 영상 비교부(140)는 상기 카메라 조작부(110)에 의해 획득된 복수의 영상 각각을 비교하여 상기 복수의 영상 각각에서 상기 물체의 각도를 측정한다.
구체적으로, 상기 영상 비교부(140)는 상기 복수의 영상 각각을 비교하여, 상기 경계선 추출부(130)에 의해 분해된 점이나 벡터 중에서 서로 대응되는 점 또는 벡터를 찾을 수 있다. 그리고, 상기 영상 비교부(140)는 상기 싱글 카메라에 구비된 렌즈의 화각(angle of view)에 근거하여, 상기 서로 대응되는 점 또는 벡터의 각도를 산출함으로써, 상기 복수의 영상 각각에서 상기 물체의 각도를 측정할 수 있다.
상기 거리 산출부(150)는 상기 물체의 각도 및 상기 싱글 카메라의 이동 거리에 기초하여 상기 싱글 카메라와 상기 물체 간의 거리를 산출한다. 이때, 상기 거리 산출부(150)는 상기 싱글 카메라의 이동 방향, 즉 수평(좌우) 이동, 전후 이동, 및 회전 이동 등을 고려하여 상기 싱글 카메라와 상기 물체 간의 거리를 산출할 수 있다.
예를 들면, 상기 싱글 카메라가 수평 방향으로 이동하여 상기 복수의 영상을 획득할 수 있다. 이러한 경우, 상기 거리 산출부(150)는 상기 싱글 카메라의 수평 이동 거리, 및 이동 전/후 상기 물체의 각도를 이용하여 상기 싱글 카메라와 상기 물체 간의 거리를 산출할 수 있다.
또한, 상기 싱글 카메라가 전후 방향으로 이동하여 상기 복수의 영상을 획득할 수 있다. 이러한 경우, 상기 거리 산출부(150)는 상기 싱글 카메라의 전후 이동 거리, 및 이동 전/후 상기 물체의 각도를 이용하여 상기 싱글 카메라와 상기 물체 간의 거리를 산출할 수 있다.
또한, 상기 싱글 카메라가 회전 이동하여 상기 복수의 영상을 획득할 수 있다. 이러한 경우, 상기 거리 산출부(150)는 상기 싱글 카메라의 회전 이동 거리, 및 이동 전/후 상기 물체의 각도를 이용하여 상기 싱글 카메라와 상기 물체 간의 거리를 산출할 수 있다.
상기 제어부(160)는 본 발명의 일 실시예에 따른 싱글 카메라를 이용한 물체 거리 측정 장치(100), 즉 상기 카메라 조작부(110), 상기 모션 감지부(120), 상기 경계선 추출부(130), 상기 영상 비교부(140), 상기 거리 산출부(150) 등의 동작을 전반적으로 제어할 수 있다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 싱글 카메라를 수평 방향으로 움직여 물체의 거리를 산출하는 방법을 도시한 도면이다.
먼저, 도 2에 도시된 바와 같이 싱글 카메라는 수평(좌우) 방향으로 움직여 물체를 촬영할 수 있다(참고로, 도 2는 위에서 내려다 본 그림이다). 상기 싱글 카메라가 우측으로 움직여 물체를 촬영할 경우, 그 물체는 사진상에서 도 3에 도시된 바와 같이 좌측으로 움직일 것이다. 이때, 상기 싱글 카메라의 위치를 위에서 내려다보면 도 4에 도시된 바와 같이 나타낼 수 있다.
도 4에서 T는 물체의 위치, C0는 카메라의 이전 위치(이동 전 위치), C1은 카메라의 현재 위치(이동 후 위치), a는 카메라가 이전 위치에 있을 때 물체의 각도(이동 전 물체의 각도), b는 카메라가 현재 위치에 있을 때 물체의 각도(이동 후 물체의 각도), d0는 카메라가 이전의 위치에 있을 때 카메라와 물체와의 거리, d1은 카메라가 현재의 위치에 있을 때 카메라와 물체와의 거리를 나타낸다.
카메라 이동 거리 L과 물체의 이전 각도 a, 물체의 현재 각도 b를 알고 있으므로, 본 실시예에서는 아래의 수식을 이용하여 현재 카메라와 물체와의 거리 d1을 구할 수 있다.
즉, 각도 θ는 하기 수학식 1과 같다.
Figure pat00001
여기서, F는 카메라 렌즈의 화각(angle of view)을 나타낸다.
따라서, 각도 TC0C1은 하기 수학식 2와 같이 나온다.
Figure pat00002
위와 비슷한 방법으로, 각도 TC1C0는 하기 수학식 3과 같이 나온다.
Figure pat00003
삼각형 내각의 합은 180도이므로, 각도 C0TC1은 하기 수학식 4와 같다.
Figure pat00004
삼각형의 내각과 변의 길이는 다음의 수학식 5와 같은 관계에 있다.
Figure pat00005
구하고자 하는 것은
Figure pat00006
이므로, 이를 수식으로 나타내면 다음의 수학식 6과 같다.
Figure pat00007
한편, 싱글 카메라가 좌측으로 움직여 물체를 촬영할 경우, 구하고자 하는 카메라와 물체까지의 거리는 도 4에 도시된 d0와 같다. d0는 다음의 수학식 7과 같다.
Figure pat00008
도 5, 도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따라 싱글 카메라를 전후 방향으로 움직여 물체의 거리를 산출하는 방법을 도시한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이 싱글 카메라는 전후 방향으로 움직여 물체를 촬영할 수 있다(참고로, 도 5는 위에서 내려다 본 그림이다).
즉, 상기 싱글 카메라가 앞으로 이동하여 물체를 촬영하고, 물체의 위치가 카메라로부터 좌측에 있을 경우, 상기 싱글 카메라의 위치를 위에서 내려다보면 도 6a에 도시된 바와 같이 나타낼 수 있다.
도 6a에서 T는 물체의 위치, C0는 카메라의 이전 위치(이동 전 위치), C1은 카메라의 현재 위치(이동 후 위치), a는 카메라가 이전 위치에 있을 때 물체의 각도(이동 전 물체의 각도), b는 카메라가 현재 위치에 있을 때 물체의 각도(이동 후 물체의 각도), d0는 카메라가 이전의 위치에 있을 때 카메라와 물체와의 거리, d1은 카메라가 현재의 위치에 있을 때 카메라와 물체와의 거리를 나타낸다.
카메라 이동 거리 L과 물체의 이전 각도 a, 물체의 현재 각도 b를 알고 있으므로, 본 실시예에서는 아래의 수식을 이용하여 현재 카메라와 물체와의 거리 d1을 구할 수 있다.
즉, 각도 θ는 하기 수학식 8과 같다.
Figure pat00009
여기서, F는 카메라 렌즈의 화각(angle of view)을 나타낸다.
따라서, 각도 TC0C1은 하기 수학식 9와 같이 나온다.
Figure pat00010
위와 비슷한 방법으로, 각도 TC1C0는 하기 수학식 10과 같이 나온다.
Figure pat00011
삼각형 내각의 합은 180도이므로, 각도 C0TC1은 하기 수학식 11과 같다.
Figure pat00012
삼각형의 내각과 변의 길이는 다음의 수학식 12와 같은 관계에 있다.
Figure pat00013
구하고자 하는 것은
Figure pat00014
이므로, 이를 수식으로 나타내면 다음의 수학식 13과 같다.
Figure pat00015
또한, 상기 싱글 카메라가 뒤로 이동하여 물체를 촬영하고, 물체의 위치가 카메라로부터 좌측에 있을 경우, 구하고자 하는 카메라와 물체까지의 거리는 도 6a에 도시된 d0와 같다. d0는 다음의 수학식 14와 같다.
Figure pat00016
한편, 상기 싱글 카메라가 앞으로 이동하여 물체를 촬영하고, 물체의 위치가 카메라로부터 우측에 있을 경우, 상기 싱글 카메라의 위치를 위에서 내려다보면 도 6b에 도시된 바와 같이 나타낼 수 있다. 참고로, 도 6b의 기호들은 도 6a의 그것들과 동일한 의미를 가진다.
구하고자 하는 카메라와 물체까지의 거리 d1은 다음 수학식 15와 같다.
Figure pat00017
또한, 상기 싱글 카메라가 뒤로 이동하여 물체를 촬영하고, 물체의 위치가 카메라로부터 우측에 있을 경우, 구하고자 하는 카메라와 물체까지의 거리는 도 6-2에 도시된 d0와 같을 것이다. d0는 다음의 수학식 16과 같다.
Figure pat00018
도 7 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 싱글 카메라를 회전 이동하여 물체의 거리를 산출하는 방법을 도시한 도면이다.
먼저, 도 7에 도시된 바와 같이 싱글 카메라는 회전 이동하여 물체를 촬영할 수 있다(참고로, 도 7은 위에서 내려다 본 그림이다). 상기 싱글 카메라가 좌측 방향으로 회전 이동하여 물체를 촬영할 경우, 상기 싱글 카메라의 위치를 위에서 내려다보면 도 8에 도시된 바와 같이 나타낼 수 있다.
도 8에서 T는 물체의 위치, C0는 카메라의 이전 위치(이동 전 위치), C1은 카메라의 현재 위치(이동 후 위치), a는 카메라가 이전 위치에 있을 때 물체의 각도(이동 전 물체의 각도), b는 카메라가 현재 위치에 있을 때 물체의 각도(이동 후 물체의 각도), O는 회전축, f는 회전축과 카메라 간의 거리, p는 카메라의 회전 각도, d0는 카메라가 이전의 위치에 있을 때 카메라와 물체와의 거리, d1은 카메라가 현재의 위치에 있을 때 카메라와 물체와의 거리를 나타낸다.
카메라 회전 각도 p를 통해 카메라 이동 거리 L을 알 수 있고, 물체의 이전 각도 a, 물체의 현재 각도 b를 알고 있으므로, 본 실시예에서는 아래의 수식을 이용하여 현재 카메라와 물체와의 거리 d1을 구할 수 있다.
즉, 각도 θ는 하기 수학식 17과 같다.
Figure pat00019
여기서, F는 카메라 렌즈의 화각(angle of view)을 나타낸다.
따라서, 각도 TC0C1은 하기 수학식 18과 같이 나온다.
Figure pat00020
위와 비슷한 방법으로, 각도 TC1C0는 하기 수학식 19와 같이 나온다.
Figure pat00021
삼각형 내각의 합은 180도이므로, 각도 C0TC1은 하기 수학식 20과 같다.
Figure pat00022
카메라의 회전 이동 거리는 하기 수학식 21과 같이 나온다.
Figure pat00023
삼각형의 내각과 변의 길이는 다음의 수학식 22와 같은 관계에 있다.
Figure pat00024
구하고자 하는 것은
Figure pat00025
이므로, 이를 수식으로 나타내면 다음의 수학식 23과 같다.
Figure pat00026
한편, 상기 싱글 카메라가 우측 방향으로 회전 이동하여 물체를 촬영할 경우, 구하고자 하는 카메라와 물체까지의 거리는 도 8에 도시된 d0와 같다. d0는 다음의 수학식 24와 같다.
Figure pat00027
도 9 내지 도 18은 본 발명의 일 실시예에 따라 싱글 카메라를 이용하여 물체의 거리를 측정하는 일례를 도시한 예시도이다.
먼저, 싱글 카메라를 이용하여 물체를 촬영함으로써 도 9와 같은 영상을 획득한다.
다음으로, 상기 싱글 카메라를 수평(우측)으로 이동시켜 물체를 촬영함으로써 도 10과 같은 영상을 획득한다.
다음으로, 라플라시안 마스크를 적용하기 위해 도 11에 도시된 바와 같이 도 9의 영상을 흑백 처리한다. 도면에는 도시되지 않았지만 도 10의 영상에 대해서도 도 9의 영상과 마찬가지로 흑백 처리한다.
다음으로, 도 11과 같이 흑백 처리된 영상에 라플라시안 마스크를 적용하여 경계선(윤곽선)을 검출한다. 도 12는 상기 라플라시안 마스크를 적용한 결과를 나타낸 도면이고, 도 13은 도 12에서 편의상 직육면체 부분만 강조하여 나타낸 도면이다.
상기와 같은 방식으로, 카메라를 이동시킨 뒤 찍은 사진(도 10의 영상)에 대해서도 라플라시안 마스크를 적용하여 도 14와 같이 경계선을 검출한다. 도 14는 편의상 직육면체 부분만 강조하여 나타낸 도면이다.
다음으로, 도 13과 도 14의 두 영상을 비교하여 도 15 및 도 16에 도시된 바와 같이 선분(벡터) 혹은 점들이 각각 어디에 대응하는지를 알아낸다. 즉, 두 영상에서 서로 대응되는 벡터나 점을 찾아낸다. 도 15 및 도 16에서는 빨간색, 초록색, 파란색, 이렇게 3개의 점이 서로 매칭되었다고 가정한다. 카메라의 화각이 60도라 가정하고, 도 17 및 도 18과 같이 사진에 눈금을 매기고 각 점들의 각도를 측정한다. 여기서, 상기 서로 대응되는 벡터나 점을 찾아내는 작업은 본 실시예의 장치에 의해 자동으로 수행될 수도 있고, 사용자의 수동 작업으로 행해질 수도 있다.
다음으로, 각 점들의 각도 측정 결과를 이용하여 물체의 거리를 측정한다.
도 17 및 도 18의 빨간 점을 예로 들어 설명하면, X축으로는 약 20도에서 약 30도로 이동하였고, Y축은 변화가 없다.
카메라의 이동 거리가 우측으로 5cm라고 할 때, 상기 수학식 6의 공식을 적용하면,
Figure pat00028
Figure pat00029
상기 공식에 의하면, 현재 카메라의 위치에서 빨간 점까지의 거리, 즉 카메라와 물체 간의 거리는 약
Figure pat00030
가 된다.
한편, 두 영상의 비교 시 매칭만 잘 된다면 상기 3개의 점 말고도 그 점들을 잇는 선분들을 분해하여 물체의 거리를 측정할 수도 있다. 예를 들어, 빨간 점과 녹색 점을 잇는 선분의 중점도 거리를 측정함으로써, 카메라와 물체 간의 거리를 측정할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에서는 측정하고자 하는 지점(물체)가 있을 때, 이전 카메라의 위치에서 카메라와 지점이 이루는 각도(a)와 카메라를 이동시킨 후 카메라와 지점이 이루는 각도(b)를 구함으로써, 카메라와 물체 간의 거리를 측정할 수 있다.
이처럼 본 발명의 일 실시예에 의하면, 카메라 1대만을 사용하여 물체의 거리를 측정함으로써 제품의 소형화에 매우 유리하며, 카메라 2대를 이용한 것(스테레오 카메라)만큼의 높은 정확도를 요하고자 할 경우 단순히 많이 움직이며 사진을 찍음으로써 높은 정확도를 얻을 수 있다.
도 19는 본 발명의 다른 실시예에 따른 싱글 카메라를 이용한 물체 거리 측정 장치를 설명하기 위해 도시한 블록도이다.
도 19를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 싱글 카메라를 이용한 물체 거리 측정 장치(1900)는 카메라 조작부(1910), 모션 감지부(1920), 저장부(1930), 왜곡 보정부(1940), 경계선 추출부(1950), 영상 비교부(1960), 거리 산출부(1970), 및 제어부(1980)를 포함할 수 있다.
상기 물체 거리 측정 장치(1900)는 도 1의 물체 거리 측정 장치(100)와 대동소이하다. 따라서, 본 실시예에서는 동일한 구성요소인 상기 카메라 조작부(1910), 상기 모션 감지부(1920), 상기 경계선 추출부(1950), 상기 영상 비교부(1960), 상기 거리 산출부(1970), 및 상기 제어부(1980)에 대한 설명은 생략하고, 상이한 구성요소인 상기 저장부(1930)와 상기 왜곡 보정부(1940)에 대해서만 설명하기로 한다.
상기 저장부(1930)는 영상 왜곡 보정을 위한 파라미터 값을 렌즈의 종류별로 미리 저장할 수 있다. 여기서, 상기 렌즈의 종류로는 광각 렌즈, 망원 렌즈 등이 있으며, 이러한 렌즈의 종류별로 상기 저장부(1930)는 영상 왜곡 보정을 위한 파라미터 값을 미리 저장할 수 있다.
상기 왜곡 보정부(1940)는 상기 미리 저장된 파라미터 값들 중, 상기 카메라에 구비된 렌즈의 종류에 대응하는 파라미터 값을 이용하여 상기 카메라 조작부(1910)에 의해 획득된, 복수의 영상 각각에 대한 왜곡 보정을 실시할 수 있다. 상기 경계선 추출부(1950)는 상기 왜곡 보정이 된 영상 각각에 대해 경계선을 추출할 수 있다.
참고로, 광각 렌즈를 사용할 때에는 볼록 렌즈로 물체를 보는 것 같은 베럴 디스토션(barrel distortion)이 생기고, 망원 렌즈를 사용할 때에는 반대로 오목 렌즈로 물체를 보는 것 같은 핀쿠션 디스토션(pincushion distortion)이 생긴다. 이는 렌즈를 통과한 광원의 불균형으로 생기는데, 이를 자이델의 5수차(Seidel's five aberrations) 중 왜곡 수차라 한다. 왜곡 수차는 렌즈의 화각과 초점 거리에 따라 그 양상과 왜곡률이 달라진다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 싱글 카메라를 이용한 물체 거리 측정 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다. 여기서, 상기 물체 거리 측정 방법은 도 1의 물체 거리 측정 장치(100)에 의해 수행될 수 있다.
도 20을 참조하면, 단계(2010)에서 상기 물체 거리 측정 장치는 싱글 카메라의 움직임을 이용하여 물체에 대한 복수의 영상을 획득한다.
다음으로, 단계(2020)에서 상기 물체 거리 측정 장치는 상기 싱글 카메라의 움직임을 감지하여 상기 싱글 카메라의 이동 거리를 측정한다.
다음으로, 단계(2030)에서 상기 물체 거리 측정 장치는 상기 복수의 영상 각각을 비교하여 상기 복수의 영상 각각에서 상기 물체의 각도를 측정한다.
다음으로, 단계(2040)에서 상기 물체 거리 측정 장치는 상기 물체의 각도 및 상기 싱글 카메라의 이동 거리에 기초하여 상기 싱글 카메라와 상기 물체 간의 거리를 산출한다.
도 21은 도 20의 물체 각도 측정 과정(2030)을 상세히 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
도 21을 참조하면, 단계(2110)에서 상기 물체 거리 측정 장치는 상기 복수의 영상 각각으로부터 물체에 관한 경계선을 추출한다.
다음으로, 단계(2120)에서 상기 물체 거리 측정 장치는 상기 추출된 경계선을 복수의 점 또는 벡터로 분해한다.
다음으로, 단계(2130)에서 상기 물체 거리 측정 장치는 상기 복수의 영상 각각을 비교하여 서로 대응되는 점 또는 벡터를 찾는다.
다음으로, 단계(2140)에서 상기 물체 거리 측정 장치는 상기 싱글 카메라에 구비된 렌즈의 화각에 근거하여 상기 서로 대응되는 점 또는 벡터의 각도를 산출함으로써, 상기 복수의 영상 각각에서 상기 물체의 각도를 측정한다.
본 발명의 실시예들은 다양한 컴퓨터로 구현되는 동작을 수행하기 위한 프로그램 명령을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함한다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 로컬 데이터 파일, 로컬 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크와 같은 자기-광 매체, 및 롬, 램, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허 청구의 범위뿐 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
110, 1910: 카메라 조작부
120, 1920: 모션 감지부
130, 1950: 경계선 추출부
140, 1960: 영상 비교부
150, 1970: 거리 산출부
160, 1980: 제어부
1930: 저장부
1940: 왜곡 보정부

Claims (11)

  1. 싱글 카메라의 움직임을 이용하여 물체에 대한 복수의 영상을 획득하는 카메라 조작부;
    상기 싱글 카메라의 움직임을 감지하여 상기 싱글 카메라의 이동 거리를 측정하는 모션 감지부;
    상기 복수의 영상 각각을 비교하여 상기 복수의 영상 각각에서 상기 물체의 각도를 측정하는 영상 비교부; 및
    상기 물체의 각도 및 상기 싱글 카메라의 이동 거리에 기초하여 상기 싱글 카메라와 상기 물체 간의 거리를 산출하는 거리 산출부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 싱글 카메라를 이용한 물체 거리 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 영상 각각으로부터 상기 물체에 관한 경계선을 추출하여 복수의 점 또는 벡터로 분해하는 경계선 추출부
    를 더 포함하고,
    상기 영상 비교부는
    상기 복수의 영상 각각을 비교하여 서로 대응되는 점 또는 벡터를 찾고, 상기 싱글 카메라에 구비된 렌즈의 화각에 근거하여 상기 서로 대응되는 점 또는 벡터의 각도를 산출함으로써 상기 복수의 영상 각각에서 상기 물체의 각도를 측정하는 것을 특징으로 하는 싱글 카메라를 이용한 물체 거리 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 거리 산출부는
    상기 싱글 카메라가 수평 방향으로 이동하여 상기 복수의 영상을 획득한 경우, 상기 카메라의 수평 이동 거리, 및 이동 전/후 상기 물체의 각도를 이용하여 상기 싱글 카메라와 상기 물체 간의 거리를 산출하는 것을 특징으로 하는 싱글 카메라를 이용한 물체 거리 측정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 거리 산출부는
    상기 싱글 카메라가 전후 방향으로 이동하여 상기 복수의 영상을 획득한 경우, 상기 카메라의 전후 이동 거리, 및 이동 전/후 상기 물체의 각도를 이용하여 상기 싱글 카메라와 상기 물체 간의 거리를 산출하는 것을 특징으로 하는 싱글 카메라를 이용한 물체 거리 측정 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 거리 산출부는
    상기 싱글 카메라가 회전 이동하여 상기 복수의 영상을 획득한 경우, 상기 카메라의 회전 각도, 상기 카메라의 회전 이동 거리, 및 이동 전/후 상기 물체의 각도를 이용하여 상기 싱글 카메라와 상기 물체 간의 거리를 산출하는 것을 특징으로 하는 싱글 카메라를 이용한 물체 거리 측정 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    영상 왜곡 보정을 위한 파라미터 값을 렌즈의 종류별로 미리 저장하는 저장부; 및
    상기 미리 저장된 파라미터 값들 중, 상기 카메라에 구비된 렌즈의 종류에 대응하는 파라미터 값을 이용하여 상기 복수의 영상 각각에 대한 왜곡 보정을 실시하는 왜곡 보정부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 싱글 카메라를 이용한 물체 거리 측정 장치.
  7. 싱글 카메라의 움직임을 이용하여 물체에 대한 복수의 영상을 획득하는 단계;
    상기 싱글 카메라의 움직임을 감지하여 상기 싱글 카메라의 이동 거리를 측정하는 단계;
    상기 복수의 영상 각각을 비교하여 상기 복수의 영상 각각에서 상기 물체의 각도를 측정하는 단계; 및
    상기 물체의 각도 및 상기 싱글 카메라의 이동 거리에 기초하여 상기 싱글 카메라와 상기 물체 간의 거리를 산출하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 싱글 카메라를 이용한 물체 거리 측정 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 영상 각각으로부터 상기 물체에 관한 경계선을 추출하여 복수의 점 또는 벡터로 분해하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 물체의 각도를 측정하는 단계는
    상기 복수의 영상 각각을 비교하여 서로 대응되는 점 또는 벡터를 찾는 단계; 및
    상기 싱글 카메라에 구비된 렌즈의 화각에 근거하여 상기 서로 대응되는 점 또는 벡터의 각도를 산출함으로써 상기 복수의 영상 각각에서 상기 물체의 각도를 측정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 싱글 카메라를 이용한 물체 거리 측정 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 거리를 산출하는 단계는
    상기 싱글 카메라가 수평 방향으로 이동하여 상기 복수의 영상을 획득한 경우, 상기 카메라의 수평 이동 거리, 및 이동 전/후 상기 물체의 각도를 이용하여 상기 싱글 카메라와 상기 물체 간의 거리를 산출하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 싱글 카메라를 이용한 물체 거리 측정 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 거리를 산출하는 단계는
    상기 싱글 카메라가 전후 방향으로 이동하여 상기 복수의 영상을 획득한 경우, 상기 카메라의 전후 이동 거리, 및 이동 전/후 상기 물체의 각도를 이용하여 상기 싱글 카메라와 상기 물체 간의 거리를 산출하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 싱글 카메라를 이용한 물체 거리 측정 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 거리를 산출하는 단계는
    상기 싱글 카메라가 회전 이동하여 상기 복수의 영상을 획득한 경우, 상기 카메라의 회전 각도, 상기 카메라의 회전 이동 거리, 및 이동 전/후 상기 물체의 각도를 이용하여 상기 싱글 카메라와 상기 물체 간의 거리를 산출하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 싱글 카메라를 이용한 물체 거리 측정 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2015178542A1 (ko) * 2014-05-23 2015-11-26 경북대학교 산학협력단 카메라 파라미터 측정 장치 및 그 방법
KR101991094B1 (ko) 2018-04-23 2019-06-19 주식회사 울프슨랩 거리 측정 방법, 거리 측정 장치, 컴퓨터 프로그램 및 기록매체
WO2022145616A1 (ko) * 2020-12-31 2022-07-07 전북대학교산학협력단 비접촉 방식으로 물체의 길이를 측정하기 위한 장치 및 이를 위한 방법

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