KR20170051752A - Tof 카메라 제어방법 - Google Patents

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안정석
김경환
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Abstract

TOF 카메라를 통하여 측정대상물의 1차 측정면 정보를 도출하는 단계; 측정대상물의 측정면 정보를 이용하여 TOF 카메라 측정정밀도를 도출하는 단계; 도출한 측정정밀도가 미리 설정된 허용정밀도 미만인지 판단하는 단계; 및 측정정밀도가 미리 설정된 허용정밀도 미만인 경우, 측정정밀도를 보정하는 단계;를 포함하는 TOF 카메라 제어방법이 소개된다.

Description

TOF 카메라 제어방법{CONTROL METHOD OF TOF CAMERA}
본 발명은 물체의 형상을 측정하는데 사용되는 TOF 카메라의 형상 측정 정밀도를 향상시킬 수 있는 TOF 카메라 제어방법에 관한 것이다.
사람 같은 물체의 3차원 형상 및 움직임 복원은 많은 활용가능성을 가지고 있다. 3차원 물체의 복원은 능동형과 수동형, 그리고 하이브리드 방법이 있으며 능동형 방법은 마커, 레이저, 구조광 또는 TOF(Time Of Flight) 카메라를 사용하여 피사체의 깊이 정보를 직접 취득하여 사용한다.
그 중 TOF 카메라는 카메라 모듈과 적외선 송출 모듈을 포함하며, 특정 주파수를 가진 적외선을 방출하여 전방으로 투사한 후 돌아오는 빛의 위상 차이를 통해서 물체의 위치 및 자세정보를 파악한다.
최근 TOF 카메라에 대한 관심이 증가하면서 많은 연구가 활발하게 이루어지고 있으며 공개특허공보 KR 10-2015-0090777 A "TOF 카메라 장치"에서도 높은 광효율로 인하여 원거리의 깊이 정보도 정밀하게 추출할 수 있을 뿐만 아니라 소비전력을 줄일 수 있는 소형 TOF 카메라에 대하여 기재하고 있다.
그러나, 이러한 종래의 TOF 카메라는 많은 문제점을 가지고 있다. 특히 종래의 TOF 카메라는 한번에 거리를 파악할 수 있는 데이터의 수에 제한이 있으며, 데이터 또한 거리 및 물체의 종류에 따라 많은 왜곡을 가지므로 데이터 신뢰성이 현저히 떨어지는 문제점이 발생하였다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 2015-0090777 A
본 발명은 TOF 카메라 측정대상의 다양한 위치 및 형상에도 불구하고 정밀하게 형상을 측정할 수 있는 TOF 카메라 제어방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 TOF 카메라 제어방법은 TOF 카메라를 통하여 측정대상물의 1차 측정면 정보를 도출하는 단계; 측정대상물의 측정면 정보를 이용하여 TOF 카메라 측정정밀도를 도출하는 단계; 도출한 측정정밀도가 미리 설정된 허용정밀도 미만인지 판단하는 단계; 및 측정정밀도가 미리 설정된 허용정밀도 미만인 경우, 측정정밀도를 보정하는 단계;를 포함한다.
TOF 카메라 측정정밀도를 도출하는 단계는 TOF카메라와 측정면 간의 평균거리를 도출하는 단계; TOF 카메라에 의해 측정면에 방사된 측정포인트들 간의 평균간격을 도출하는 단계; 및 도출한 평균거리 또는 평균간격을 통하여 측정 정밀도를 도출하는 단계;를 포함한다.
측정정밀도를 보정하는 단계는 측정 정밀도를 이용하여 이송량을 도출하고, 도출된 이송량만큼 측정면을 이송시키는 단계; 측정면이 이송된 후 TOF 카메라를 통하여 측정대상물의 2차 측정면 정보를 도출하는 단계; 이송량을 감안하여 2차 측정면 정보를 가공하는 단계; 및 1차 측정면 정보와 가공된 2차 측정면 정보를 이용하여 최종 측정면 정보를 도출하는 단계;를 포함한다.
측정 정밀도는 TOF 카메라에 의해 측정면에 방사된 측정포인트들 간의 평균간격이며, 이송량은 평균간격의 1/2 값인 것을 특징으로 한다.
측정면을 이송시키는 단계는 측정면을 측정대상물과 카메라 간의 이송자유도 방향으로 각각 이송량만큼 이송시키는 것을 특징으로 한다.
2차 측정면 정보를 가공하는 단계는 TOF 카메라를 통하여 측정된 측정대상물의 2차 측정면 정보를 이송량만큼 역으로 이동되도록 가공하는 것을 특징으로 한다.
최종 측정면 정보를 도출하는 단계는 1차 측정면 정보와 가공된 2차 측정면 정보를 통합하여 최종 측정면 정보를 도출하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 이용하면 아래와 같은 효과를 얻을 수 있다.
첫째, 측정대상물의 설치 위치 및 입체적 형상에 따라 정밀도가 저하되는 현상을 방지할 수 있다.
둘째, 하드웨어 구성의 추가없이 소프트웨어 업그레이드만을 통해 실시가 가능하므로 본 발명 실시에 따른 원가 상승의 우려가 없다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 TOF 카메라 제어방법의 순서도
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 살펴본다.
본 발명의 실시에 따른 TOF 카메라 제어방법은 도1에서 도시한 바와 같이 TOF 카메라를 통하여 측정대상물의 1차 측정면 정보를 도출하는 단계(S100); 측정대상물의 측정면 정보를 이용하여 TOF 카메라 측정정밀도를 도출하는 단계(S200); 도출한 측정정밀도가 미리 설정된 허용정밀도 미만인지 판단하는 단계(S300); 및 측정정밀도가 미리 설정된 허용정밀도 미만인 경우, 측정정밀도를 보정하는 단계;를 포함한다.
여기서 1차 측정면 정보를 도출하는 단계(S100)는 TOF 카메라를 이용하여 측정대상물의 3차원 좌표 즉, x,y,z축의 직교좌표 정보를 도출하는 것을 의미한다. TOF 카메라의 기본적인 원리는 카메라로부터 강한 빛을 전방에 쏜 후에 반사되어 돌아오는 빛을 감지하여 측정물의 형상을 감지하는 것으로, 이와 같은 원리를 이용하여 본 발명에서도 TOF 카메라에서 측정대상물로 빛을 쏘아 1차적으로 측정대상물의 측정면 정보를 도출하는 것이다.
측정대상물의 1차 측정면 정보를 도출한 이후에는 이를 바탕으로 TOF 카메라 측정정밀도를 도출하는 단계(S200)를 거치게 되는데, 이는 앞서 발명의 배경이 되는 기술에서도 밝혔듯이 TOF 카메라의 고질적인 단점이 낮은 측정정밀도에 있기 때문이다. 따라서 측정정밀도를 향상시키기 위한 단계를 수행하기 이전에 측정정밀도 향상 필요 유무를 판단하기 위하여 1차로 측정된 측정면 정보의 측정정밀도를 도출하는 것이다.
TOF 카메라 측정정밀도를 도출하는 방법은 다양한 방법이 있을 수 있을 것이나, 본 발명에서는 TOF 카메라의 특성을 이용하여 손쉽게 측정정밀도를 도출할 수 있는 방법으로 두 가지 방법을 제시하고 있는바, 하나는 TOF 카메라와 측정면 간의 평균거리를 이용한 방법이고, 다른 하나는 TOF 카메라에 의해 측정면에 방사된 측정포인트들 간의 평균간격을 이용한 방법이다.
TOF 카메라와 측정면 간의 평균거리를 이용하는 방법은 평균거리가 짧을수록 TOF 카메라가 한 번에 방사하는 측정대상물의 면적이 감소하므로 동일한 측정대상물이라고 하더라도 TOF 카메라가 측정데이터 도출을 자주하게 되므로 측정정밀도가 향상될 것이다. 따라서 평균거리와 측정정밀도는 반비례의 관계에 있는바, 본 발명은 이를 이용하여 평균거리가 일정거리일 때의 측정정밀도를 일정기준값으로 설정하고 일정기준값일 때의 평균거리와 1차 측정면 정보를 도출했을 때의 평균거리간 비례식을 이용하여 1차로 측정한 측정면 정보의 측정정밀도를 도출하게 된다.
TOF 카메라에 의해 측정면에 방사된 측정포인트들 간의 평균간격도 평균거리를 이용하는 경우와 동일하게 측정정밀도와 반비례의 관계에 있는바, 앞선 방법과 동일한 방식으로 측정정밀도를 도출할 수 있다.
이와 같은 방식을 이용하여 측정정밀도가 도출되었다면, 도출한 측정정밀도가 미리 설정된 허용정밀도 미만에 해당하는지 판단하는 단계(S300)를 수행하게 되는데, 이는 1차로 측정면 정보에 따른 측정정밀도가 사용자가 요구하는 허용정밀도 이상을 만족하는 경우에는 추후에서 설명할 측정 정밀도 보정을 통하여 측정정밀도를 향상시킬 필요가 없기 때문이다. 따라서 여기에서 허용정밀도는 사용자의 필요에 따라 다양한 값으로 설정이 가능할 것이다.
앞서 설명한 경우와 반대로 측정정밀도가 허용정밀도 미만인 경우에는, 1차 측정면 정보가 사용자가 허용할 수 있는 정밀도 범위 내의 데이터가 아니기 때문에 사용자의 이러한 요구를 만족시켜 줄 수 있는 새로운 방법이 필요한바, 본 발명에서는 이를 위하여 측정정밀도를 보정하는 방법을 제시하고 있다.
구체적으로 측정정밀도를 보정하는 방법은 도1에서 도시하고 있는 바와 같이 측정 정밀도를 이용하여 이송량을 도출하고, 도출된 이송량만큼 측정면을 이송시키는 단계(S320); 측정면이 이송된 후 TOF 카메라를 통하여 측정대상물의 2차 측정면 정보를 도출하는 단계(S340); 이송량을 감안하여 2차 측정면 정보를 가공하는 단계(S360); 및 1차 측정면 정보와 가공된 2차 측정면 정보를 이용하여 최종 측정면 정보를 도출하는 단계(S380);를 포함하게 된다.
여기서의 측정정밀도는 앞서 말한 바와 같이 TOF 카메라와 측정면 간의 평균거리 또는 TOF 카메라에 의해 측정면에 방사된 측정포인트들 간의 평균간격으로 손쉽게 도출이 가능하나, 본 발명은 일례로써 직접적으로 TOF 카메라에 의해 측정면에 방사된 측정포인트들 간의 평균간격을 측정 정밀도로 도출하는 방법을 제시하고 있으며, 더불어 도1의 측정면 이송단계(S320)에서 이송량을 TOF 카메라에 의해 측정면에 방사된 측정포인트들 간 평균간격의 1/2인 값이 되도록 하는 방법을 제시하고 있다.
이송량은 다양한 값으로 설정이 가능할 것이나 본 발명에서 달성하고자 하는 목적인 측정정밀도의 향상을 위해서는 측정정밀도에 해당하는 평균간격의 1/2를 이송량을 설정하는 것이 가장 바람직할 것이다.
또한, 본 측정면 이송단계(S320)에서의 측정면 이송은 측정대상물과 카메라 간의 이송자유도 방향으로 각각 이송시키는 것을 특징으로 하는데, 일반적으로 TOF 카메라가 3차원 형상의 물체를 측정한다고 가정하였을 때, TOF 카메라에 의하여 측정된 측정면의 x,y,z축 좌표정보를 앞서 언급한 이송량만큼 이송시키는 방법을 통하여 수행될 수 있을 것이다.
측정면 이송단계(S320) 이후에는, 다시 TOF 카메라를 통하여 측정대상물의 2차 측정면 정보를 도출하는 단계(S340)를 수행하는데, 이는 앞서 설명한 1차 측정면 정보 도출단계와 동일한 방식으로 측정면의 정보를 도출한다. 즉, 본 2차 측정면 정보 도출단계(S340)를 통하여 이송된 측정면에서의 x,y,z축 직교좌표 정보를 도출할 수 있을 것이다.
2차 측정면 정보 도출단계(S340)를 통하여 도출한 3차원 직교좌표 정보를 다시 1차 측정면 정보 도출단계(S100)에서 도출한 3차원 직교좌표 정보와 통합하기 위해서는 2차 측정면의 직교좌표 기준을 1차 측정면의 직교좌표 기준으로 변환하여야 할 필요가 있다. 왜냐하면 1차 측정면과 2차 측정면은 좌표기준이 이송량만큼 이송되어 있으므로 서로 차원이 맞지 않기 때문이다.
따라서 이를 위하여 본 발명에서는 2차 측정면 정보 가공단계(S360)를 수행하고 있는바, 구체적으로는 TOF 카메라를 통하여 측정된 측정대상물의 2차 측정면 정보를 이송량만큼 역으로 이동되도록 하는 방법을 제시하고 있다. 예를 들어 본 발명에 따라 측정면 이송단계(S320)에서 평균간격이 10mm로 설정되어 이송량을 +5mm로 설정하였다면, 2차 측정면 정보 가공단계(S360)에서는 2차 측정면 정보 도출단계(S340)에서 도출한 2차 측정면의 x,y,z축 직교좌표를 -5mm만큼 이동하게 될 것이다. 즉, 측정면 이송단계(S320)에 의하여 이송된 직교좌표기준을 2차 측정면 정보 가공단계(S360)를 통하여 다시 역이송시킴으로써 본래의 1차 측정면 정보 도출단계(S100)에서 도출한 직교좌표기준으로 되돌아가게 되는 것이다.
이러한 방식을 통하여 2차 측정면 정보가 1차 측정면 정보의 좌표기준으로 가공되었다면 마지막으로 최종 측정면 정보를 도출하는 단계(S380)를 수행하게 된다. 본 단계에 있어서 1차 측정면 정보와 2차 측정면 정보의 신뢰성에 따라 다양하게 최종 측정면 정보를 도출하는 방법이 있을 수 있겠지만, 1,2차 측정면 정보의 신뢰성이 동일하다고 보는 것이 일반적일 것이므로 본 발명에서는 최종 측정면 정보를 도출하는 방법으로써 1차 측정면 정보와 가공된 2차 측정면 정보를 통합하여 최종 측정면 정보를 도출하는 방법을 제시하고 있다. 즉, 이를 통하여 1차 측정면 정보만 가지고 측정정밀도를 판단하였을 때보다, 측정표본의 수가 2차 측정면 정보의 수만큼 많아지게 되는바 훨씬 정밀한 측정정밀도를 도출할 수 있게 되는 것이다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
S100: 1차 측정면 정보 도출단계 S120: 평균거리 도출단계
S140: 평균간격 도출단계 S200: 측정 정밀도 도출단계
S320: 측정면 이송단계 S340: 2차 측정면 정보 도출단계
S360: 2차 측정면 정보 가공단계 S380: 최종 측정면 정보 도출단계

Claims (7)

  1. TOF 카메라를 통하여 측정대상물의 1차 측정면 정보를 도출하는 단계;
    측정대상물의 측정면 정보를 이용하여 TOF 카메라 측정정밀도를 도출하는 단계;
    도출한 측정정밀도가 미리 설정된 허용정밀도 미만인지 판단하는 단계; 및
    측정정밀도가 미리 설정된 허용정밀도 미만인 경우, 측정정밀도를 보정하는 단계;를 포함하는 TOF 카메라 제어방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    TOF 카메라 측정정밀도를 도출하는 단계는,
    TOF 카메라와 측정면 간의 평균거리를 도출하는 단계;
    TOF 카메라에 의해 측정면에 방사된 측정포인트들 간의 평균간격을 도출하는 단계; 및
    도출한 평균거리 또는 평균간격을 통하여 측정 정밀도를 도출하는 단계;를 포함하는 TOF 카메라 제어방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    측정정밀도를 보정하는 단계는,
    측정 정밀도를 이용하여 이송량을 도출하고, 도출된 이송량만큼 측정면을 이송시키는 단계;
    측정면이 이송된 후 TOF 카메라를 통하여 측정대상물의 2차 측정면 정보를 도출하는 단계;
    이송량을 감안하여 2차 측정면 정보를 가공하는 단계; 및
    1차 측정면 정보와 가공된 2차 측정면 정보를 이용하여 최종 측정면 정보를 도출하는 단계;를 포함하는 TOF 카메라 제어방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    측정 정밀도는 TOF 카메라에 의해 측정면에 방사된 측정포인트들 간의 평균간격이며, 이송량은 평균간격의 1/2 값인 것을 특징으로 하는 TOF 카메라 제어방법.
  5. 청구항 3에 있어서,
    측정면을 이송시키는 단계는 측정면을 측정대상물과 카메라 간의 이송자유도 방향으로 각각 이송량만큼 이송시키는 것을 특징으로 하는 TOF 카메라 제어방법.
  6. 청구항 3에 있어서,
    2차 측정면 정보를 가공하는 단계는 TOF 카메라를 통하여 측정된 측정대상물의 2차 측정면 정보를 이송량만큼 역으로 이동되도록 가공하는 것을 특징으로 하는 TOF 카메라 제어방법.
  7. 청구항 3에 있어서,
    최종 측정면 정보를 도출하는 단계는 1차 측정면 정보와 가공된 2차 측정면 정보를 통합하여 최종 측정면 정보를 도출하는 것을 특징으로 하는 TOF 카메라 제어방법.
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