KR20140001766A

KR20140001766A - 입체 열화상을 이용한 차량 내 온도계측 장치

Info

Publication number: KR20140001766A
Application number: KR20130073438A
Authority: KR
Inventors: 이정훈; 김영길; 송승철; 백창현; 김영민
Original assignee: 한라비스테온공조 주식회사
Priority date: 2012-06-26
Filing date: 2013-06-26
Publication date: 2014-01-07
Also published as: WO2014003433A1; KR101724788B1; US10132666B2; CN104220854A; DE112013003301T5; CN104220854B; US20150103141A1

Abstract

본 발명은 입체 열화상을 이용한 차량 내 온도계측 장치에 관한 것으로, 차량 실내의 전면 일측에 상호 이격되도록 각각 배치되어 탑승자를 포함하여 상기 차량 실내에 대한 열화상을 계측하는 한 쌍의 스테레오 적외선 센서(3,4); 상기 한 쌍의 스테레오 적외선 센서(3,4)에 의해 계측되는 2D 열화상을 3D 열화상으로 입체화하는 연산부(10); 및 상기 차량 실내의 온도에 영향을 미치는 변수값에 따라 상기 연산부(10)에서 입체화된 3D 열화상 정보를 보정하는 제어부(20);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하며, 이와 같이 차량 실내의 전방 측에 좌우로 배치된 한 쌍의 스테레오 적외선 센서에 의해 차량 실내의 온도분포를 입체적으로 계측할 수 있게 되므로, 차량 실내를 냉방하기 위한 온도계측의 정밀도나 정확성을 일층 향상시킬 수 있게 된다.

Description

입체 열화상을 이용한 차량 내 온도계측 장치{Vehicle indoor temperature sensing apparatus using 3D thermal image}

본 발명은 적외선 센서를 이용하여 차량 실내의 온도를 계측하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량 실내의 전방에 일정 간격을 두고 배치된 좌우 한 쌍의 스테레오 적외선 센서에 의해 탑승자를 포함한 차량 실내의 온도를 입체 열화상 형태로 계측하는 입체 열화상을 이용한 차량 내 온도계측 장치에 관한 것이다.

차량의 실내 공간에 대한 공조 특히, 냉방을 최적화하기 위해서는 무엇보다 실내 공간의 온도를 정확하게 계측하는 것이 선행되어야 한다.

이를 위해 가장 널리 활용되고 있는 방법이 적외선 센서를 이용한 비접촉식 온도계측방법이다. 이 방법에 따르면 차량 실내에 설치된 적외선 센서에 의해 탑승자의 얼굴 부위의 온도를 비접촉식으로 계측하도록 되어 있으며, 그 계측 결과에 따라 차량 실내의 공조 특히, 냉방 상태를 제어할 수 있게 된다.

이와 같은 적외선 센서를 이용한 비접촉식 온도계측방법을 활용한 자동차 공조장치의 한 예로 도 1에 도시된 자동차 공조장치를 들 수 있다.

이 자동차 공조장치는 도 1에 도면부호 101로 도시된 바와 같이, 실내공간의 전면에 위치하는 대시보드(103) 상에 전방 센서(105)를, 앞좌석 등받이(107) 뒷면에 후방 센서(109)를 각각 후상향으로 경사지게 장착함으로써, 이들 전후방 적외선 센서(105,107)에 의해 화살표로 도시된 것처럼 운전자 등 탑승자의 얼굴 부위 온도를 직접적으로 계측하도록 되어 있다.

그런데, 이와 같은 전후방 센서(105,107)의 배치는 특히 뒷좌석의 탑승자 얼굴 온도를 계측함에 있어, 후방 센서(107)가 앞좌석 시트커버로 인해 덮일 수 있기 때문에, 후방 센서(107)가 외부로 노출될 수 있도록 앞좌석 시트를 제거하거나 변형시켜야 하는 등 활용 상으로 제약이 따르는 문제점이 있었다.

또한, 후방 센서(107)와 뒷좌석 탑승자 사이의 이격 거리가 너무 짧기 때문에, 뒷좌석 탑승자의 얼굴 뿐 아니라 상반신과 하반신의 온도를 동시에 계측하거나 하나의 센서로 뒷좌석 좌우측 탑승자의 온도를 계측하기 위해서는 필연적으로 시야각이 넓은 광각 렌즈를 구비한 적외선 센서를 사용하거나 센서의 갯수를 늘려야 하는 바, 센서의 설치비용이 배증되는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해소하기 위해, 종래의 또 다른 자동차 공조장치는 도 2에 도면부호 201로 도시된 바와 같이, 뒷좌석 탑승자의 전신 온도를 계측할 수 있도록 적외선 센서(203)를 차량 실내의 예컨대, 룸램프 유닛과 같은 전면 상단 위치에 배치하는 바, 시야각이 좁은 협각렌즈를 구비한 하나의 적외선 센서(203)에 의해서도 뒷좌석의 후방 좌우측 시트(207,208)에 탑승한 탑승자 전신과, 앞좌석 전방 좌우측 시트(203,204)에 탑승한 탑승자 얼굴 일부의 온도를 계측할 수 있게 된다.

그러나, 위와 같이 배치되는 종래의 적외선 센서(203)는 도 2에 실선으로 표시된 것처럼 시야각이 좁기 때문에, 광각렌즈를 구비한 센서에 의해서 계측한 도 2의 은선으로 표시된 넓은 시야각을 확보할 수 없게 되므로, 뒷좌석과 동시에 앞좌석의 전방 좌우측 시트(205,206)의 탑승자 온도를 동시에 계측하기 위해서는 고가의 광각렌즈 센서를 채용하거나 센서의 사용 갯수를 늘려야 하고, 따라서 설비 비용 등 제조원가가 상승하는 문제점이 있었다.

본 발명은 위와 같은 종래의 차량 실내 온도계측을 위한 적외선센서 구조가 가진 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 한 쌍의 스테레오 적외선 센서를 상호 적정 간격을 두고 차량 실내에 배치하는 한편, 각각의 적외선 센서에 의해 계측된 차량 실내에 대한 각각의 2D 열화상을 3D 열화상으로 입체화하여 차량 실내의 온도분포를 입체적으로 정밀하게 계측할 수 있도록 함으로써, 냉동 공조를 위한 차량 실내 온도 계측의 정확도를 향상시키고자 하는 데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 차량 실내의 전면 일측에 상호 이격되도록 각각 배치되어 탑승자를 포함하여 상기 차량 실내에 대한 열화상을 계측하는 한 쌍의 스테레오 적외선 센서와, 상기 한 쌍의 스테레오 적외선 센서에 의해 계측되는 2D 열화상을 3D 열화상으로 입체화하는 연산부와, 상기 차량 실내의 온도에 영향을 미치는 변수값에 따라 상기 연산부에서 입체화된 3D 열화상 정보를 보정하는 제어부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 입체 열화상을 이용한 차량 내 온도계측 장치를 제공한다.

또한, 상기 한 쌍의 스테레오 적외선 센서는 각각 차량 시트 중 전방시트 중 어느 하나와 후방시트 2석에 대한 온도를 계측하도록 배치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 스테레오 적외선 센서는 상기 차량의 룸미러 후방에 인접하여 배치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 스테레오 적외선 센서는 적외선 렌즈가 협각 렌즈인 것이 바람직하다.

또한, 상기 스테레오 적외선 센서는 적외선 렌즈의 화각이 55° 내지 75°인 것이 바람직하다.

또한, 상기 스테레오 적외선 센서는 상기 차량의 룸미러 좌우 끝단에 배치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 한 쌍의 스테레오 적외선 센서는 각각 차량 시트 중 후방시트 2석 중 어느 하나와 전방시트 2석에 대한 온도를 계측하도록 배치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 스테레오 적외선 센서는 상기 차량의 좌우 A-필러에 각각 배치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 스테레오 적외선 센서는 상기 차량의 좌우 A-필러의 하단부에 각각 배치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제어부는, 차량 실내에 배치되는 스테레오 적외선 센서를 칼리브레이션하여 열화상의 왜곡을 보정하는 센서 보정단계와, 상기 센서 보정단계에서 칼리브레이션된 상기 센서에 의해 상기 차량 실내의 열화상을 계측하는 열화상 계측단계와, 상기 열화상 계측단계에서 계측된 각각의 열화상을 비교하여 각 열화상의 대응점 간 좌표 변이를 구하는 스테레오 매칭단계와, 상기 스테레오 매칭단계에서 구한 좌표 변이를 영상화하여 맵핑함으로써 입체 열화상을 획득하는 입체 열화상 형성단계를 거쳐서 상기 연산부에 의해 입체화된 3D 열화상에 대한 온도정보를 보정하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제어부는, 상기 열화상 계측단계에서 계측된 열화상에서 열 잔상 및 떨림 그리고 노이즈를 제거하는 온도 필터링단계를 더 거쳐서 상기 연산부에 의해 입체화된 3D 열화상에 대한 온도정보를 보정하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제어부는, 상기 센서 보정단계에서 획득한 상기 센서의 칼리브레이션 특성값에 따라 상기 열화상 계측단계에서 계측한 열화상을 렉티피케이션하는 열화상 교정단계를 더 거쳐서 상기 연산부에 의해 입체화된 3D 열화상에 대한 온도정보를 보정하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제어부는, 상기 차량 실내에 대한 열화상을 계측하는 한 쌍의 스테레오 적외선 센서로부터 차량 실내의 특정 좌표까지의 거리가 일정 거리 이상이 되어 멀다고 판단되는 경우, 상기 특정 좌표에 대해 계측된 온도 계측값을 더 높은 온도값으로 보상하는 보정을 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제어부는, 상기 차량 실내의 특정 좌표에 대한 상기 한 쌍의 스테레오 적외선 센서 각각에서 계측되는 온도 계측값을 반복하여 비교하고, 비교된 온도차가 허용치(Ttol) 이상인 경우 상기 한 쌍의 스테레오 적외선 센서에 고장이 발생한 것으로 판단하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제어부는, 상기 비교된 온도차가 상기 허용치(Ttol)를 벗어나는 경우, 상기 차량 실내의 특정 좌표 오류점으로 보고, 상기 오류점의 발생 빈도를 카운팅하고, 카운팅한 상기 오류점의 발생빈도가 50% 이상일 때는 상기 한 쌍의 스테레오 적외선 센서에 의한 온도 계측값을 일괄하여 오프셋 처리하고, 상기 오류점의 발생빈도가50% 미만일 때는 상기 허용치(Ttol)를 벗어난 온도차가 발생한 상기 특정 좌표에 해당하는 열화상의 해당 픽셀의 온도값을 보정하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제어부는, 상기 비교된 온도차가 상기 허용치(Ttol)를 벗어나는 경우, 상기 차량 실내에 위치하는 별도 부재에 대한 미리 마련된 온도 계측값을 이용하여 상기 한 쌍의 스테레오 적외선 센서 중 오류가 발생한 적외선 센서를 감지하고, 오류가 발생한 적외선 센서에 의해 계측된 열화상의 온도값을 보정하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제어부는, 상기 차량 실내의 좌표정보에 따라 사전에 파악되어 있는 각 부재의 재질 별로 또는 인체의 부위 별로 마련되는 고유 방사율을 감안하여, 상기 입체 열화상의 온도값을 보상하여 상기 연산부에 의해 입체화된 3D 열화상에 대한 온도정보를 보정하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제어부는, 상기 차량 실내의 좌표정보에 따라 사전에 파악되어 있는 각 부재의 재질 별로 또는 인체의 부위 별로 입체 열화상의 온도값을 보상함에 있어서, 각 부재 별로 또는 인체의 부위 별로 복사에너지 가중치를 두어 상기 입체 열화상의 온도값을 보상하되, 가중치의 크기 순서는 인체, 차량의 천정, 도어 트림, 의복, 차량의 시트,차량의 유리 순으로 적용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 입체 열화상을 이용한 차량 내 온도계측 장치에 의하면, 차량 실내의 전방 측에 좌우로 배치된 한 쌍의 스테레오 적외선 센서에 의해 차량 실내의 온도분포를 입체적으로 계측할 수 있게 되므로, 온도분포의 계측 정밀도나 정확성을 일층 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 차량 실내에 형성된 가상 좌표 상의 일지점의 온도를 좌우 두 개의 적외선 센서에 의해 중복하여 계측하므로, 센서 간의 온도 보정이 용이하고, 따라서 온도 계측 정확도를 더욱 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 각 센서와 온도 계측 좌표 사이의 거리차로 인해 발생하는 입체 열화상 정보의 오류를 보정할 수 있고, 차량 실내의 온도 계측 지점에 대한 부재별 또는 신체 부위별로 방사율을 고려하여 입체 열화상 정보를 재보정할 수 있으므로, 온도 계측 정확도를 더욱 향상시킬 수 있게 된다.

도 1은 종래의 적외선 센서를 이용한 차량 실내 온도 계측방법을 설명하는 차량의 개략 측면도.
도 2는 종래의 또 다른 적외선 센서를 이용한 차량 실내 온도 계측방법을 설명하는 부분 평면도.
도 3은 본 발명에 따른 입체 열화상을 이용한 차량 내 온도계측 장치의 일실시예를 도시한 차량의 부분 절결 평면도.
도 4는 도 3의 측면도.
도 5는 도 3의 사시도.
도 6은 도 3의 평면도.
도 7은 본 발명에 따른 입체 열화상을 이용한 차량 내 온도계측 장치의 다른 실시예를 도시한 차량 실내의 부분 발췌 사시도.
도 8은 도 7의 온도계측 장치를 도시한 차량 실내 평면도.
도 9는 본 발명에 따른 입체 열화상을 이용한 차량 내 온도계측 장치에 의한 온도계측 방법을 도시한 블록도.
도 10은 도 9에 도시된 온도 계측 방법의 흐름도.
도 11은 차량 실내의 동일 부재에 대한 스테레오 적외선 센서로부터의 거리에 따른 온도 감지 특성을 나타낸 그래프.

이하, 본 발명의 일실시예에 따른 입체 열화상을 이용한 차량 내 온도계측 장치를 첨부도면을 참조하여 설명한다.

본 발명의 일실시예에 따른 온도계측 장치는 도 3에 도면부호 1로 도시된 바와 같이, 크게 좌우 한 쌍의 스테레오 적외선(IR) 센서(3,4), 연산부(10), 그리고 제어부(20)를 포함하여 이루어진다.

여기에서, 먼저 상기 스테레오 적외선 센서(3,4)는 차량 실내의 전면 일측에 상호 이격된 상태로 배치됨으로써 차량 실내에 대한 입체 열화상을 형성하기 위한 2D 열화상을 각각 계측하는 수단으로서, 차량의 중심선에 대해 좌우 대칭을 유지 한다면, 차량 전면의 다양한 지점에 배치가 가능하며, 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 차량 탑승자를 시야각 내에 최대한 많이 포함시키도록 차량의 좌우 A-필러(11,12)에서 후방을 향하여 각각 배치될 수 있다.

한편, 제한된 차량 공간 내에서 상기 스테레오 적외선 센서(3,4)가 차량의 좌우 A-필러(11,12)의 하단에 위치할수록 상기 스테레오 적외선 센서(3,4)의 시야각은 넓어지게 된다. 따라서 상기 스테레오 적외선 센서(3,4)의 시야각을 최대한 넓히기 위해서 상기 상기 스테레오 적외선 센서(3,4)는 지지 브래킷(3)은 차량의 좌우 A-필러(11,12)의 하단부에 배치되는 것이 바람직하다.

상기 스테레오 적외선 센서(3,4)는 탑승자를 포함하여 차량 실내에 대한 2D 즉, 2차원 평면의 열화상을 계측하게 되는데, 이를 위해 통상 도시된 것처럼 적외선 렌즈가 협각인 협각 센서를 채용하는 것이 유리하다. 특히 적외선 렌즈의 화각은 55° 내지 75°, 보다 바람직하게는 60° 내지 70°, 더욱 바람직하게는 60°인 것이 유리하다. 왜냐하면, 적외선 센서(3,4)는 화각이 75° 이상 100° 정도 되는 광각렌즈를 사용하는 적외선 센서에 비해, 시야각에 따른 계측범위는 2배 가까이 좁지만, 상대적으로 계측한 열화상의 왜곡이 적고, 단가가 절반 이상 저렴하기 때문이며, 반대로 화각이 55°이하로 좁아지면, 적외선 센서(3,4)가 차량 실내에서 후방 시트로부터 최대로 이격되는 A-필러(11,12)에 설치되더라도, 후방 시트 전체를 계측범위로 포함시킬 수 없기 때문이다.

이때, 좌측 센서(3)는 차량 실내의 좌측에 배치되는 전후방 시트(5,7)의 좌측단 모서리 부분으로부터 전방 우측 시트(4) 즉, 조수석의 우측 상단 모서리 부분까지를 포함하는 범위의 시인영역에 대한 온도를 계측하도록 되어 있다. 반면, 우측 센서(4)는 좌측 센서와 반대로 차량 실내의 우측에 배치되는 전후방 시트(6,8)의 우측단 모서리 부분으로부터 전방 좌측 시트(3) 즉, 운전석의 좌측 상단 모서리 부분까지를 포함하는 범위의 시인영역에 대한 온도를 계측하도록 되어 있다.

이와 같이, 각각의 적외선 센서(3,4)는 도 3 내지 도 5에 도시된 것처럼 시야각의 계측범위가 빗변의 사잇각이 60°내외인 원추 형태로 형성되며, 따라서 뒷좌석 좌우 탑승자 중 어느 한 쪽 탑승자의 거의 전신과 앞좌석 탑승자 두 사람 즉, 운전자와 조수석 탑승자의 상반신을 계측하게 된다. 즉, 좌측 적외선 센서(3)는 뒷좌석 우측 탑승자의 거의 전신을 계측하지만, 좌측 탑승자는 운전석에 가려 거의 계측하지 못하고, 반대로 우측 적외선 센서(4)는 뒷좌석 좌측 탑승자의 거의 전신을 계측하지만, 우측 탑승자는 조수석에 가려 거의 계측하지 못하게 된다.

이에 따라, 각각의 적외선 센서(3,4)는 도 6에 도시된 바와 같이, 상호 교차하면서 차량 시트 중 후방시트 2석(7,8) 중 어느 하나와 전방시트 2석(5,6)에 탑승한 탑승자 또는 시트 자체에 대한 온도를 계측하게 되며, 전방시트(5,6)에 대해서는 공통 영역을 형성하게 된다.

한편, 상기 스테레오 적외선 센서(3,4)는 또 다른 배치 형태로서, 도 7 및 도 8에 도시된 것처럼, 차량 전면의 중앙 부분에 배치되는 바, 차량의 룸미러(15) 후방에서 룸미러(15)에 인접하게 배치되거나, 도시되지 않았으나 룸램프와 썬글래스 보관함 사이에 상호 일정 간격을 두고 나란히 배치될 수 있다. 또한, 좌우 시야각을 최대한 넓히기 위해 차량의 룸미러(15)의 좌우 끝단에 배치될 수 있다.

위와 같이, 차량 전면의 중앙 부분에 상기 스테레오 적외선 센서(3,4)가 배치될 때, 좌측 센서(3)는 전방 좌측 시트(5) 즉, 운전석의 좌측단 모서리 부분으로부터 후방 우측 시트(8)의 우측단 모서리 부분까지를 포함하는 범위의 시인영역에 대한 온도를 계측하고, 우측 센서(4)는 전방 우측 시트(6) 즉, 조수석의 우측단 모서리 부분으로부터 후방 좌측 시트(7)의 좌측단 모서리 부분까지를 포함하는 범위의 시인영역에 대한 온도를 계측한다.

따라서, 차량 실내의 전방 중앙 부분에 배치되는 스테레오 적외선 센서(3,4)는 차량 시트 중 전방시트 1석(5 또는 6)과 후방시트 2석(7,8)에 대한 온도를 계측하게 되며, 결과적으로, 도 6에 도시된 것처럼 후방시트(7,8)에서 공통영역을 형성하게 된다.

상기 연산부(10)는 각각의 스테레오 적외선 센서(3,4)에 의해 위와 같이 계측된 2D 열화상을 3D 열화상으로 입체화하는 부분으로, 센서(3,4)에 의해 계측된 2 개의 2D 열화상을 상호 대응시켜 추출되는 3D 좌표를 통해 3D 변환 매트릭스를 구하고, 스테레오 영상 접합 방식에 따라 각각의 2D 열화상으로부터 3D 입체 열화상을 얻게 되는데, 그 자세한 과정은 아래에 설명된다.

상기 제어부(20)는 일반적인 공조제어유닛과 같이 차량의 공조 상황 전반을 제어하는 부분으로서, 차량 실내외 온도는 물론, 차량 실내의 온도에 영향을 미치는 예컨대, 풍속, 습도 등 각종 변수값을 입력 받아 연산부(10)에서 입체화된 3D 열화상에 의한 온도정보를 보정한다.

여기서, 상기 제어부(20)는 상기 차량 실내에 대한 열화상을 계측하는 한 쌍의 스테레오 적외선 센서(3,4)로부터 차량 실내의 특정 좌표까지의 거리가 일정 거리 이상이 되어 멀다고 판단되는 경우, 상기 특정 좌표에 대해 계측된 온도 계측값을 더 높은 온도값으로 보상하는 보정을 한다.

이와 같은 거리에 따른 온도 보상은 도 11에 도시된 바와 같은, 차량 실내의 동일 부재에 대한 스테레오 적외선 센서(3,4)로부터의 거리에 따른 온도 감지 특성을 고려한 것이다. 즉, 차량 실내의 동일 부재에 대한 열화상의 온도는 상기 스테레오 적외선 센서(3,4)로부터의 거리가 멀어질수록 급속히 감소하고, 차량 실내의 동일 부재에 대한 열화상의 길이는 상기 스테레오 적외선 센서(3,4)로부터의 거리가 멀어질수록 완만이 감소하는 특성을 반영한 온도 보상이다. 한편, 도 11에 도시된 그래프에서 가로축은 차량 실내의 동일 부재에 대한 스테레오 적외선 센서(3,4)로부터의 거리(미터)이고, 세로축 좌측은 차량 실내의 동일 부재에 대한 측정 온도(℃)이며, 세로축 우측은 차량 실내의 동일 부재에 대한 열화상의 길이(pixel)이다.

또한, 상기 제어부(20)는 상기 차량 실내의 특정 좌표에 대한 상기 한 쌍의 스테레오 적외선 센서(3,4) 각각에서 계측되는 온도 계측값을 반복하여 비교하고, 비교된 온도차가 허용치(Ttol) 이상인 경우 상기 한 쌍의 스테레오 적외선 센서(3,4)에 고장이 발생한 것으로 판단한다.

또한, 상기 제어부(20)는 상기 비교된 온도차가 상기 허용치(Ttol)를 벗어나는 경우, 상기 차량 실내의 특정 좌표 오류점으로 보고, 상기 오류점의 발생 빈도를 카운팅하고, 카운팅한 상기 오류점의 발생빈도가 50% 이상일 때는 상기 한 쌍의 스테레오 적외선 센서(3,4)에 의한 온도 계측값을 일괄하여 오프셋 처리하고, 상기 오류점의 발생빈도가50% 미만일 때는 상기 허용치(Ttol)를 벗어난 온도차가 발생한 상기 특정 좌표에 해당하는 열화상의 해당 픽셀의 온도값을 보정한다.

또한, 상기 제어부(20)는 상기 비교된 온도차가 상기 허용치(Ttol)를 벗어나는 경우, 상기 차량 실내에 위치하는 별도 부재에 대한 미리 마련된 온도 계측값을 이용하여 상기 한 쌍의 스테레오 적외선 센서(3,4) 중 오류가 발생한 적외선 센서(3,4)를 감지하고, 오류가 발생한 적외선 센서(3,4)에 의해 계측된 열화상의 온도값을 보정한다.

또한, 상기 제어부(20)는 상기 차량 실내의 좌표정보에 따라 사전에 파악되어 있는 각 부재의 재질 별로 또는 인체의 부위 별로 마련되는 고유 방사율을 감안하여, 상기 입체 열화상의 온도값을 보상하여 상기 연산부(10)에 의해 입체화된 3D 열화상에 대한 온도정보를 보정한다.

또한, 상기 제어부(20)는 상기 차량 실내의 좌표정보에 따라 사전에 파악되어 있는 각 부재의 재질 별로 또는 인체의 부위 별로 입체 열화상의 온도값을 보상함에 있어서, 각 부재 별로 또는 인체의 부위 별로 복사에너지 가중치를 두어 상기 입체 열화상의 온도값을 보상하되, 가중치의 크기 순서는 인체, 차량의 천정, 도어 트림, 의복, 차량의 시트,차량의 유리 순으로 적용한다.

이제, 위와 같이 구성되는 입체 열화상을 이용한 차량 내 온도계측 장치의 작용을 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 일실시예에 따른 온도계측 장치에 의하면, 도 9에 도시된 바와 같이, 센서 보정단계(S10), 열화상 계측단계(S20), 스테레오 매칭단계(S30), 및 입체 열화상 형성단계(S40)를 거쳐 차량 실내에 대한 3D 입체 열화상을 형성하게 된다. 또한, 온도 필터링단계(S50), 열화상 교정단계(S60), 온도 보상단계(S70), 온도 재보상단계(S80)를 추가로 거쳐 차량 실내에 대한 3D 입체 열화상을 형성하게 된다.

여기에서, 먼저 상기 센서 보정단계(S10)는 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 차량 실내에 배치되는 스테레오 적외선 센서(3,4)의 열화상의 왜곡을 보정하는 단계로서, 광학 화상의 왜곡을 보정하기 위해 흑백 체크무늬 판재를 이용하는 것처럼 냉온 영역이 체크무늬와 같이 교대로 배치된 보정판을 센서(3,4)로부터 일정 거리를 두고 다양한 자세로 배치를 변경하면서 온도를 계측한 다음, 계측된 열화상 정보로부터 일반적인 광학 칼리브레이션 방법에 따라 칼리브레이션(calibration)을 수행하여 칼리브레이션 매트릭스(calibration matrix)를 추출한다.

다음으로, 상기 열화상 계측단계(S20)는 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 위 센서 보정단계(S10)에서 칼리브레이션된 스테레오 적외선 센서(3,4)에 의해 차량 실내의 열화상을 계측하는 단계로서, 센서(3,4) 각각이 차량 실내에 구성한 가상 좌표 상의 동일 지점에 대한 열화상을 계측하여 각각의 2D의 열화상을 형성한다.

위 열화상 계측단계(S20)에서 2D의 열화상이 계측된 뒤, 온도 필터링단계(S50)를 수행할 수 있는데, 상기 온도 필터링단계(S50)는 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 위 열화상 계측단계(S20)에서 계측된 열화상에 발생한 열 잔상 및 떨림이나 열화상 노이즈를 제거하는 단계로서, 열화상의 화질을 개선하도록 되어 있는 바, 예컨대 적외선 센서(3,4)로부터 출력되는 열화상 신호로부터 고정패턴 노이즈를 제거하는 등 다양한 방식으로 노이즈를 제거하여 열화상의 화질을 향상시킨다.

계속해서, 위 온도 필터링단계(S50) 또는 열화상 계측단계(S20) 이후, 스테레오 매칭단계(S30)를 수행하기 전에 열화상 교정단계(S60)를 수행할 수 있는데, 상기 열화상 교정단계(S60)는 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 위 센서 보정단계(S10)에서 획득한 적외선 센서(3,4)의 칼리브레이션 특성값에 따라 위 열화상 계측단계(S20)에서 계측한 열화상을 교정하는 단계로서, 센서 보정단계(S10)에서 구한 칼리브레이션 특성값 즉, 칼리브레이션 매트릭스를 이용하여 보정된 열화상에 대해 렉티피케이션(rectification)을 수행한다.

여기에서, 열화상에 대한 렉티피케이션은 좌우 각각의 적외선 센서(3,4)에 의 계측된 열화상의 에피폴라 조건(epipolar constraint)을 만족시키는 과정으로서, 에피폴라 조건에 따르면 스테레오 센서(3,4)의 광축이 평행하다고 할 때, 일측 센서(3)에 의해 계측된 열화상의 한 점이 타측 센서(4)에 의해 계측된 열화상의 한 점에 대응되며, 이때 두 대응점을 연결하는 선을 에피롤라 라인이라고 한다.

다음으로, 상기 스테레오 매칭단계(S30)는 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 위 열화상 교정단계(S60)에서 교정된 각각의 열화상을 비교하여 각 열화상의 대응점 간 좌표 변이(disparity)를 구하는 단계로서, 스테레오 센서(3,4)에 의해 계측된 열화상 중 어느 하나의 열화상을 기준으로 하고 다른 하나의 열화상을 표적으로 놓은 다음, 차량 실내의 가상 좌표 상의 특정 지점이 기준 열화상과 표적 열화상에 투영된 특정 픽셀의 열화상 내 위치를 구한다. 그리고 나서, 위와 같이 구해진 각각의 열화상 내 대응점 사이의 열화상 좌표 상의 차이를 구함으로써 최종적으로 변이를 획득하게 된다.

그 다음, 상기 입체 열화상 형성단계(S40)는 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 위 스테레오 매칭단계(S30)에서 구한 열화상의 좌표 변이를 영상화하여 맵핑함으로써 입체 열화상을 획득하는 단계로서, 2D 화상으로부터 3D 입체 정보를 얻는 여러 방법 중 예컨대, 스테레오 영상 접합 방식에 준하여 각각의 열화상으로부터 3D 입체 열화상을 얻게 된다. 이를 위해, 위 스테레오 매칭단계(S30)에서 구한 변이를 기준 열화상의 각각의 픽셀에 대하여 계산하여 하나의 화상 형태로 변이를 저장하여 변이지도(disparity map)를 형성한다. 그리고 나서, 위와 같은 과정을 반복하여 다양한 시점 변화에 따른 다수의 변이지도를 생성하고, 생성된 다수의 변이지도를 결합함으로써 최종적으로 3차원의 입체 열화상을 얻을 수 있게 된다.

한편, 상기 온도 보상단계(S70)는 도 10에 도시된 바와 같이, 위 입체 열화상 형성단계(S40)에서 획득한 입체 열화상에 대하여 각 센서(3,4)와의 거리차에 따른 편차를 제거하는 단계로서, 위와 같은 입체 열화상의 특정 지점에 해당하는 차량 실내의 특정 좌표에서 센서(3,4) 각각에 이르는 거리의 차이에 따라 발생하는 온도차를 제거한다.

이를 위해, 온도 보상단계(S70)는 도 10에 도시된 것처럼, 다시 온도 비교단계(S71), 온도차 확인단계(S72), 온도 오류빈도 계수단계(S73), 및 온도값 보정단계(S74)로 이루어진다.

여기에서, 상기 온도 비교단계(S71)는 도 10에 도시된 것처럼, 반복해서 계측한 차량 실내의 특정 좌표에 대한 온도값을 상호 비교하는 단계로서, 위 입체 열화상 형성단계(S40)에서 획득한 입체 열화상의 여러 특정 지점에 대응하는 차량 실내의 여러 특정 좌표에 대한 적외선 센서(3,4) 각각의 온도 계측값을 반복적으로 측정한 뒤, 측정된 온도 계측값을 서로 비교한다.

그 다음, 상기 온도차 확인단계(S72)는 도 10에 도시된 바와 같이, 위 온도 비교단계(S71)에서 비교한 온도 계측값의 차이가 허용 한도 내에 있는지 여부를 확인하는 단계로서, 위 온도 비교단계(S71)에서 비교한 각각의 특정 좌표 상의 온도 계측값들 상호 간의 온도차가 허용치(Ttol)를 벗어나는지 확인한다.

다음에, 상기 온도 오류빈도 계수단계(S73)는 도 10에 도시된 바와 같이, 위 온도차 확인단계(S72)에서 확인한 온도차가 허용치(Ttol)를 벗어나는 빈도를 세는 단계로서, 위 온도차 확인단계(S72)에서 차량 실내의 특정 좌표에 대해 좌우 센서(3,4)에 의해 계측한 온도 측정값 차이가 허용치(Ttol)를 벗어나는 좌표를 오류점으로 보고, 이와 같은 오류점이 발생하는 빈도를 카운팅한다.

끝으로, 상기 온도값 보정단계(S74)는 도 10에 도시된 바와 같이, 좌우 스테레오 센서(3,4)에 의한 온도 계측값의 온도차가 허용치(Ttol)를 벗어나는 경우 이를 해소하는 단계로서, 위 온도 오류빈도 계수단계(S73)에서 카운팅한 오류점의 발생빈도가 예컨대 50% 이상될 때 오류를 가져온 일측 센서(3,4)에 의한 온도 계측값을 일괄적으로 오프셋 처리하여 좌우 센서(3,4) 간의 온도 계측값 편차를 보상한다. 그러나, 반대로 오류점 발생빈도가 50% 미만일 때는 좌우 센서(3,4)에 의해 계측한 온도값의 차이가 허용치(Ttol)를 벗어난 오류점이 많지 않으므로, 해당 좌표에 대응하는 열화상의 픽셀을 보정 처리하여 온도 계측값 편차를 보상한다.

한편, 상기 온도 재보상단계(S80)는 입체 열화상을 결정하는 최종 단계로서, 도 10에 도시된 바와 같이, 위 온도 보상단계(S70)를 거치면서 좌우 센서(3,4) 간의 거리차에 의해 비롯된 온도차를 제거한 후, 최종적으로 온도 계측 대상 부위의 재질에 따른 편차를 재차 보상한다. 이를 위해, 온도 재보상단계(S80)는 차량 실내의 좌표정보에 따라 사전에 파악되어 저장되어 있는 좌표 별 차량부재 즉, 시트, 천정, 유리 등의 재질 별로 또는 탑승자의 신체 부위 별로 고유 방사율을 감안하여, 위 온도 보상단계(S70)에서 좌우 센서(3,4) 간의 거리차에 따른 온도차를 제거한 입체 열화상의 온도값을 재차 보상한다. 이때, 각 온도 측정부위의 고유 방사율은 흑체(black body)와 같은 이상체가 1이고 예컨대, 인체가 0.95, 유리가 0.5, 천정이 0.8이다.

1 : 온도계측 장치 3, 4 : 스테레오 적외선 센서
5, 6 : 전방 좌우측 시트 7, 8 : 후방 좌우측 시트
10 : 연산부 11, 12 : 좌우 A-필러
20 : 제어부 S10 : 센서 보정단계
S20 : 열화상 계측단계 S30 : 스테레오 매칭단계
S50 : 온도 필터링단계 S60 : 열화상 교정단계
S70 : 온도 보상단계 S80 : 온도 재보상단계

Claims

차량 실내의 전면 일측에 상호 이격되도록 각각 배치되어 탑승자를 포함하여 상기 차량 실내에 대한 열화상을 계측하는 한 쌍의 스테레오 적외선 센서(3,4);
상기 한 쌍의 스테레오 적외선 센서(3,4)에 의해 계측되는 2D 열화상을 3D 열화상으로 입체화하는 연산부(10); 및
상기 차량 실내의 온도에 영향을 미치는 변수값에 따라 상기 연산부(10)에서 입체화된 3D 열화상 정보를 보정하는 제어부(20);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 입체 열화상을 이용한 차량 내 온도계측 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 한 쌍의 스테레오 적외선 센서(3,4)는 각각 차량 시트 중 전방시트 중 어느 하나(5 또는 6)와 후방시트 2석(7,8)에 대한 온도를 계측하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 입체 열화상을 이용한 차량 내 온도계측 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 스테레오 적외선 센서(3,4)는 상기 차량의 룸미러(15) 후방에 인접하여 배치되는 것을 특징으로 하는 입체 열화상을 이용한 차량 내 온도계측 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 스테레오 적외선 센서(3,4)는 적외선 렌즈가 협각 렌즈인 것을 특징으로 하는 입체 열화상을 이용한 차량 내 온도계측 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 스테레오 적외선 센서(3,4)는 적외선 렌즈의 화각이 55° 내지 75°인 것을 특징으로 하는 입체 열화상을 이용한 차량 내 온도계측 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 스테레오 적외선 센서(3,4)는 상기 차량의 룸미러(15) 좌우 끝단에 배치되는 것을 특징으로 하는 입체 열화상을 이용한 차량 내 온도계측 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 한 쌍의 스테레오 적외선 센서(3,4)는 각각 차량 시트 중 후방시트 2석 중 어느 하나(7 또는 8)와 전방시트 2석(5,6)에 대한 온도를 계측하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 입체 열화상을 이용한 차량 내 온도계측 장치.
청구항 7에 있어서,
상기 스테레오 적외선 센서(3,4)는 상기 차량의 좌우 A-필러(11,12)에 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 입체 열화상을 이용한 차량 내 온도계측 장치.
청구항 7에 있어서,
상기 스테레오 적외선 센서(3,4)는 적외선 렌즈가 협각 렌즈인 것을 특징으로 하는 입체 열화상을 이용한 차량 내 온도계측 장치.
청구항 9에 있어서,
상기 스테레오 적외선 센서(3,4)는 적외선 렌즈의 화각이 55° 내지 75°인 것을 특징으로 하는 입체 열화상을 이용한 차량 내 온도계측 장치.
청구항 7에 있어서,
상기 스테레오 적외선 센서(3,4)는 상기 차량의 좌우 A-필러(11,12)의 하단부에 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 입체 열화상을 이용한 차량 내 온도계측 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제어부(20)는,
차량 실내에 배치되는 스테레오 적외선 센서(3,4)를 칼리브레이션하여 열화상의 왜곡을 보정하는 센서 보정단계(S10);
상기 센서 보정단계(S10)에서 칼리브레이션된 상기 센서(3,4)에 의해 상기 차량 실내의 열화상을 계측하는 열화상 계측단계(S20);
상기 열화상 계측단계(S20)에서 계측된 각각의 열화상을 비교하여 각 열화상의 대응점 간 좌표 변이를 구하는 스테레오 매칭단계(S30); 및
상기 스테레오 매칭단계(S30)에서 구한 좌표 변이를 영상화하여 맵핑함으로써 입체 열화상을 획득하는 입체 열화상 형성단계(S40);를 거쳐서 상기 연산부(10)에 의해 입체화된 3D 열화상에 대한 온도정보를 보정하는 것을 특징으로 하는 입체 열화상을 이용한 차량 내 온도계측 장치.
청구항 12에 있어서,
상기 제어부(20)는,
상기 열화상 계측단계(S20)에서 계측된 열화상에서 열 잔상 및 떨림 그리고 노이즈를 제거하는 온도 필터링단계(S50);를 더 거쳐서 상기 연산부(10)에 의해 입체화된 3D 열화상에 대한 온도정보를 보정하는 것을 특징으로 하는 입체 열화상을 이용한 차량 내 온도계측 장치.
청구항 12에 있어서,
상기 제어부(20)는,
상기 센서 보정단계(S10)에서 획득한 상기 센서(3,4)의 칼리브레이션 특성값에 따라 상기 열화상 계측단계(S20)에서 계측한 열화상을 렉티피케이션하는 열화상 교정단계(S60);를 더 거쳐서 상기 연산부(10)에 의해 입체화된 3D 열화상에 대한 온도정보를 보정하는 것을 특징으로 하는 입체 열화상을 이용한 차량 내 온도계측 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제어부(20)는,
상기 차량 실내에 대한 열화상을 계측하는 한 쌍의 스테레오 적외선 센서(3,4)로부터 차량 실내의 특정 좌표까지의 거리가 일정 거리 이상이 되어 멀다고 판단되는 경우, 상기 특정 좌표에 대해 계측된 온도 계측값을 더 높은 온도값으로 보상하는 보정을 하는 것을 특징으로 하는 입체 열화상을 이용한 차량 내 온도계측 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제어부(20)는,
상기 차량 실내의 특정 좌표에 대한 상기 한 쌍의 스테레오 적외선 센서(3,4) 각각에서 계측되는 온도 계측값을 반복하여 비교하고, 비교된 온도차가 허용치(Ttol) 이상인 경우 상기 한 쌍의 스테레오 적외선 센서(3,4)에 고장이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 입체 열화상을 이용한 차량 내 온도계측 장치.
청구항 16에 있어서,
상기 제어부(20)는,
상기 비교된 온도차가 상기 허용치(Ttol)를 벗어나는 경우, 상기 차량 실내의 특정 좌표 오류점으로 보고, 상기 오류점의 발생 빈도를 카운팅하고, 카운팅한 상기 오류점의 발생빈도가 50% 이상일 때는 상기 한 쌍의 스테레오 적외선 센서(3,4)에 의한 온도 계측값을 일괄하여 오프셋 처리하고, 상기 오류점의 발생빈도가50% 미만일 때는 상기 허용치(Ttol)를 벗어난 온도차가 발생한 상기 특정 좌표에 해당하는 열화상의 해당 픽셀의 온도값을 보정하는 것을 특징으로 하는 입체 열화상을 이용한 차량 내 온도계측 장치.
청구항 16에 있어서,
상기 제어부(20)는,
상기 비교된 온도차가 상기 허용치(Ttol)를 벗어나는 경우, 상기 차량 실내에 위치하는 별도 부재에 대한 미리 마련된 온도 계측값을 이용하여 상기 한 쌍의 스테레오 적외선 센서(3,4) 중 오류가 발생한 적외선 센서(3,4)를 감지하고, 오류가 발생한 적외선 센서(3,4)에 의해 계측된 열화상의 온도값을 보정하는 것을 특징으로 하는 입체 열화상을 이용한 차량 내 온도계측 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제어부(20)는,
상기 차량 실내의 좌표정보에 따라 사전에 파악되어 있는 각 부재의 재질 별로 또는 인체의 부위 별로 마련되는 고유 방사율을 감안하여, 상기 입체 열화상의 온도값을 보상하여 상기 연산부(10)에 의해 입체화된 3D 열화상에 대한 온도정보를 보정하는 것을 특징으로 하는 입체 열화상을 이용한 차량 내 온도계측 장치.
청구항 19에 있어서,
상기 제어부(20)는,
상기 차량 실내의 좌표정보에 따라 사전에 파악되어 있는 각 부재의 재질 별로 또는 인체의 부위 별로 입체 열화상의 온도값을 보상함에 있어서, 각 부재 별로 또는 인체의 부위 별로 복사에너지 가중치를 두어 상기 입체 열화상의 온도값을 보상하되, 가중치의 크기 순서는 인체, 차량의 천정, 도어 트림, 의복, 차량의 시트,차량의 유리 순으로 적용하는 것을 특징으로 하는 입체 열화상을 이용한 차량 내 온도계측 장치.