KR20170131342A - 거리 측정 모듈, 3차원(3ｄ) 스캐닝 시스템 및 거리 측정 방법 - Google Patents

거리 측정 모듈, 3차원(3ｄ) 스캐닝 시스템 및 거리 측정 방법 Download PDF

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Abstract

거리 측정 모듈, 3차원(3D) 스캐닝 시스템 및 거리 측정 방법이 제공된다. 거리 측정 모듈은 카메라(100)를 포함하고, 이 카메라는 렌즈 어셈블리(10), 제1 및 제2 미러(21, 22), 및 제1 및 제2 이미지 센서(41, 42)를 포함한다. 렌즈 어셈블리(10)는 렌즈 그룹을 포함하며 광축(OA)을 갖는다. 제1 및 제2 미러(21, 22)는 렌즈 어셈블리(10)로부터의 촬상 광을 반사시키도록 구성된다. 제1 및 제2 이미지 센서(41, 42)는 제1 및 제2 미러(21, 22)에 각각 대응하고, 촬상을 위해 제1 및 제2 미러(21, 22)로부터 촬상 광(L)을 수신하도록 각각 구성된다. 제1 및 제2 이미지 센서(41, 42)는 제1 및 제2 감광면(S1, S2)을 각각 포함한다. 제1 및 제2 감광면(S1, S2)과 제1 및 제2 감광면의 중심점들의 연결선 사이에 제1 및 제2 끼인각(β1, β2)이 각각 형성된다. 제1 끼인각(β1) 또는 제2 끼인각(β2) 중 적어도 하나는 0이 아니다.

Description

거리 측정 모듈, 3차원(3Ｄ) 스캐닝 시스템 및 거리 측정 방법{DISTANCE MEASURING MODULE, THREE-DIMENSIONAL (3D) SCANNING SYSTEM AND DISTANCE MEASURING METHOD}
본 개시내용의 실시예들은 거리 측정 모듈, 3차원(3D) 스캐닝 시스템 및 거리 측정 방법에 관한 것이다.
3D 스캐닝 기술은 최근 몇 년 널리 관심을 받고 있는 기술이다. Microsoft Corporation의 Kinect, Apple Inc.에 의해 구매된 Primsense, 및 Intel Corporation에 의해 널리 보급된 Realsense는 모두 3D 스캐닝 기술에 속한다. 3D 스캐닝 기술의 기본은 3D 스캐너를 채택하여 3D 스캐너의 전방에 있는 특정 오브젝트 포인트로부터 3D 스캐너의 원점까지의 거리를 출력하는 것이다.
본 개시내용의 실시예들은 거리 측정 모듈, 3D 스캐닝 시스템 및 거리 측정 방법을 제공한다.
본 개시내용의 적어도 하나의 실시예에 따르면, 카메라를 포함하는 거리 측정 모듈이 제공된다. 카메라는, 렌즈 어셈블리; 제1 미러 및 제2 미러; 제1 이미지 센서; 및 제2 이미지 센서를 포함한다. 렌즈 어셈블리는 렌즈 그룹을 포함하며 광축을 갖는다. 제1 미러 및 제2 미러는 렌즈 어셈블리로부터의 촬상 광을 반사시키도록 구성된다. 제1 이미지 센서는 제1 미러에 대응하고, 촬상을 위해 제1 미러로부터 촬상 광을 수신한다. 제1 이미지 센서는 제1 중심점이 제공되는 제1 감광면을 포함한다. 제2 이미지 센서는 제2 미러에 대응하고, 촬상을 위해 제2 미러로부터 촬상 광을 수신한다. 제2 이미지 센서는 제2 중심점이 제공되는 제2 감광면을 포함한다. 제1 중심점과 제2 중심점의 연결선은 렌즈 어셈블리의 광축에 수직이다. 제1 감광면 및 제2 감광면은 제1 중심점과 제2 중심점의 연결선에 대하여 경사진다. 제1 감광면과 연결선 사이에 제1 끼인각이 형성된다. 제2 감광면과 연결선 사이에 제2 끼인각이 형성된다. 제1 끼인각 또는 제2 끼인각 중 적어도 하나는 0이 아니다.
본 개시내용의 적어도 하나의 실시예에 따르면, 거리 측정 모듈을 포함하는 3차원(3D) 스캐닝 시스템이 제공된다.
본 개시내용의 실시예에 따르면, 거리 측정 모듈을 사용하는 거리 측정 방법은, 거리 측정 모듈의 카메라를 통해 측정 대상 오브젝트의 이미지를 촬영하는 단계; 및 카메라의 제1 이미지 센서 및 제2 이미지 센서에 형성되는 측정 대상 오브젝트의 2개의 이미지들에 따라 측정 대상 오브젝트로부터 카메라까지의 수직 거리 h를 결정하는 단계를 포함한다. 카메라는, 렌즈 그룹을 포함하며 광축을 갖는 렌즈 어셈블리를 포함한다. 카메라는 렌즈 어셈블리로부터의 촬상 광을 반사시키도록 구성된 제1 미러와 제2 미러를 또한 포함한다. 제1 이미지 센서는 제1 미러에 대응하고, 촬상을 위해 제1 미러로부터 촬상 광을 수신하도록 구성된다. 제1 이미지 센서는 제1 중심점을 갖는 제1 감광면을 포함한다. 제2 이미지 센서는 제2 미러에 대응하고, 촬상을 위해 제2 미러로부터 촬상 광을 수신하도록 구성된다. 제2 이미지 센서는 제2 중심점을 갖는 제2 감광면을 포함한다. 제1 중심점과 제2 중심점의 연결선은 렌즈 어셈블리의 광축에 수직이다. 제1 감광면 및 제2 감광면은 제1 중심점과 제2 중심점의 연결선에 대하여 경사진다. 제1 감광면과 연결선 사이에 제1 끼인각이 형성된다. 제2 감광면과 연결선 사이에 제2 끼인각이 형성된다. 제1 끼인각 또는 제2 끼인각 중 적어도 하나는 0이 아니다.
관련분야에서의 통상의 기술자가 본 개시내용의 실시예들을 보다 명확하게 이해하게 하도록 첨부 도면들을 참조하여 본 개시내용의 실시예들이 이하 보다 상세히 설명될 것이다.
도 1은 대형 제품들에 대한 양안 거리 측정 시스템의 식별 거리와 측정 정밀도 사이의 관계를 도시한다.
도 2는 본 개시내용의 실시예에 의해 제공되는 거리 측정 모듈의 개략적인 구조도이다.
도 3은 본 개시내용의 실시예에 의해 제공되는 거리 측정 모듈의 구조 블록도이다.
도 4는 본 개시내용의 실시예에 의해 제공되는 다른 거리 측정 모듈의 개략적인 구조도이다.
도 5는 본 개시내용의 실시예에 의해 제공되는 또 다른 거리 측정 모듈의 개략적인 구조도이다.
본 개시내용의 실시예들의 목적들, 기술적 상세사항들 및 이점들을 명백하게 하기 위해, 본 개시내용의 실시예들에 따른 기술적 해결책들이 본 개시내용의 실시예들의 첨부 도면들과 함께 이하와 같이 명백하고 충분하게 설명될 것이다. 설명되는 실시예들은 본 개시내용의 실시예들의 전부가 아니라 단지 일부라는 점이 명백하다. 본 명세서에 설명되는 실시예들에 기초하여, 관련분야에서의 통상의 기술자는, 임의의 독창적인 작업 없이도, 본 개시내용의 범위 내에 있을 다른 실시예(들)를 획득할 수 있다.
달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 개시내용이 속하는 관련분야에서의 통상의 기술자에 의해 보통 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본 개시내용의 설명 및 청구항들에서 사용되는 "제1(first)", "제2(second)" 등과 같은 용어들은, 임의의 순서, 양 또는 중요성을 나타내고자 의도되는 것이 아니며, 다양한 컴포넌트들을 구별하기 위한 것이다. "포함하다/포함하는(comprise/comprising, include/including)" 등과 같은 용어들은, 이러한 용어들 이전에 언급된 엘리먼트들 또는 오브젝트들이 이러한 용어들 이후에 나열되는 엘리먼트들 또는 오브젝트들 및 그 등가물들 포함하지만, 다른 엘리먼트들 또는 오브젝트들을 배제하지 않는다는 점을 명시하고자 의도된다. "연결하다/연결하는/연결되는", "결합하다/결합하는/결합되는" 등과 같은 용어들이 물리적 연결 또는 기계적 연결을 정의하고자 의도되는 것이 아니며, 전기적 연결/결합을 직접적으로 또는 간접적으로 포함할 수 있다. "상에(on)", "아래에(under)", "좌측(left)", "우측(right)" 등의 용어들은 상대적 위치 관계를 나타내기 위해서만 사용되며, 설명되는 오브젝트의 위치가 변경될 때, 이러한 상대 위치 관계는 그에 따라 변경될 수 있다.
양안 시차 거리 측정을 위한 3D 스캐닝 기술은 스테레오 비전 거리 측정 기술에서 중요한 기술들 중 하나이며, 이는 카메라에 의해 오브젝트의 거리를 취득하여 2개의 촬상 영상들에서 동일한 오브젝트의 위치의 차이를 결정한다.
양안 시차 거리 측정에서는, 초점의 심도에 따라 심도가 계산되고, 오브젝트가 멀수록, 해상도가 낮아진다. 도 1은 대형 제품들에 대해 양안 스테레오 비전 디바이스(양안 거리가 12cm임)의 식별 거리와 측정 정밀도 사이의 관계를 도시하며, 여기서 x 좌표는 카메라와 오브젝트 사이의 거리를 나타내고, y 좌표는 이러한 거리에서 단위 데이터(예를 들어, 1)에 의해 표시되는 거리를 나타낸다. 도 1에 도시되는 바와 같이, 카메라와 오브젝트 사이의 거리가 멀수록, 단위 데이터에 의해 표현되는 거리가 커진다, 즉 측정 정밀도가 낮아진다. 적용시, 장거리 측정 정밀도를 향상시키기 위해서는, 2대의 카메라들 사이의 거리가 증가될 것이 일반적으로 요구된다. 2대의 카메라들 사이의 거리가 더 멀어질 때, 양안 거리 측정 디바이스에 의해 점유되는 공간이 커지게 되어, 양안 거리 측정 디바이스를 수용하기 위한 단말 디바이스의 부피가 증가되게 되고, 단말 디바이스의 소형화 및 초박형 설계가 영향을 받을 수 있다.
본 개시내용의 실시예들에 의해 제공되는, 거리 측정 모듈, 거리 측정 모듈을 포함하는 3D 스캐닝 시스템, 및 거리 측정 모듈을 사용하는 거리 측정 방법은, 거리 측정 모듈의 컴포넌트들 사이의 거리를 변경하지 않고, 즉 거리 측정 모듈의 크기를 증가시키지 않고, 거리 측정 정밀도를 향상시키고 측정 범위를 넓힐 수 있다.
거리 측정 모듈은 카메라를 포함한다. 카메라는, 렌즈 어셈블리, 제1 미러, 제2 미러, 제1 이미지 센서 및 제2 이미지 센서를 포함한다. 렌즈 어셈블리는 렌즈 그룹을 포함하며 광축을 갖는다. 제1 미러 및 제2 미러는 렌즈 어셈블리로부터의 촬상 광을 반사시키도록 구성된다. 제1 이미지 센서는 제1 미러에 대응하고, 촬상을 위해 제1 미러로부터 촬상 광을 수신하도록 구성된다. 제1 이미지 센서는 중심점을 갖는 제1 감광면을 포함한다. 제2 이미지 센서는 제2 미러에 대응하고, 촬상을 위해 제2 미러로부터 촬상 광을 수신하도록 구성된다. 제2 이미지 센서는 제2 중심점을 갖는 제2 감광면을 포함한다. 제1 중심점과 제2 중심점의 연결선은 렌즈 어셈블리의 광축에 수직이다. 제1 감광면 및 제2 감광면은 제1 중심점과 제2 중심점의 연결선에 대하여 경사진다. 제1 감광면과 연결선 사이에 제1 끼인각이 형성된다. 제2 감광면과 연결선 사이에 제2 끼인각이 형성된다. 제1 끼인각 또는 제2 끼움 각각의 중 적어도 하나는 0이 아니다.
거리 측정 모듈에서, 제1 이미지 센서와 제2 이미지 센서는 렌즈 어셈블리의 광축에 대해 경사지고 더 이상 수직이 아니므로, 2개의 이미지 센서들 각각에 형성되는 동일한 오브젝트의 이미지 포인트로부터 이미지 센서의 중심점까지의 거리가 증가될 수 있다. 이러한 방식으로, 거리 측정 정밀도가 향상될 수 있고, 측정 범위가 연장될 수 있다. 본 개시내용의 실시예들은 거리 측정 모듈의 컴포넌트들 사이의 거리를 변경하지 않고 장거리 오브젝트들에 대한 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다. 거리 측정 모듈의 크기를 증가시키지 않고 거리 측정 정밀도가 향상될 수 있다. 거리 측정 모듈 및 이러한 거리 측정 모듈을 수용하기 위한 3D 스캐닝 시스템의 소형화 및 초박형 설계가 실현될 수 있고, 휴대성이 향상된다. 이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 개시내용의 실시예들에 의해 제공되는, 거리 측정 모듈, 거리 측정 모듈을 포함하는 3D 스캐닝 시스템, 및 거리 측정 모듈을 사용하는 거리 측정 방법에 대한 상세한 설명이 주어질 것이다.
본 개시내용의 실시예는 거리 측정 모듈을 제공한다. 도 2는 3D 카메라 모듈의 개략적인 구조도이다. 도 2에 도시되는 바와 같이, 거리 측정 모듈은 카메라(100)를 포함한다. 카메라(100)는, 렌즈 어셈블리(10), 제1 미러(21), 제2 미러(22), 제1 이미지 센서(41) 및 제2 이미지 센서(42)를 포함한다. 렌즈 어셈블리(10)는 렌즈 그룹을 포함하고, 광축(OA)을 갖는다. 제1 미러(21) 및 제2 미러(22)는 렌즈 어셈블리(10)로부터의 촬상 광(L)을 반사시키도록 구성된다. 제1 이미지 센서(41)는 제1 미러(21)에 대응하고, 촬상을 위해 제1 미러(21)로부터 촬상 광(L1)을 수신한다. 제1 이미지 센서(41)는 제1 중심점(O1)을 갖는 제1 감광면(S1)을 포함한다. 제2 이미지 센서(42)는 제2 미러(22)에 대응하고, 촬상을 위해 제2 미러(22)로부터 촬상 광(L2)을 수신한다. 제2 이미지 센서(42)는 제2 중심점(O2)을 갖는 제2 감광면(S2)을 포함한다.
여기서, 제1 중심점(O1)과 제2 중심점(O2)의 연결선(O1O2)은 렌즈 어셈블리의 광축(OA)에 수직이고; 제1 감광면(S1) 및 제2 감광면(S2)은 연결선(O1O2)에 대하여 경사지고; 제1 감광면(S1)과 연결선(O1O2) 사이에 제1 끼인각(β1)이 형성되며; 제2 감광면(S2)과 연결선(O1O2) 사이에 제2 끼인각(β2)이 형성된다.
예를 들어, 본 개시내용의 실시예들에서, 제1 끼인각(β1) 또는 제2 끼인각(β2) 중 적어도 하나는 0이 아니다. 따라서, 렌즈 어셈블리의 광축(OA)에 대해 제1 감광면(S1)이 경사지고, 제2 감광면(S2)이 수직이거나; 또는 렌즈 어셈블리의 광축(OA)에 대해 제2 감광면(S2)이 경사지고, 제1 감광면(S1)이 수직이거나; 또는 제1 감광면(S1) 및 제2 감광면(S2) 양자 모두가 경사진다.
여기서, 설명의 편의상, 제1 끼인각 및 제2 끼인각은 각각 연결선(O1O2)과 감광면들 사이에 형성되는 각도들을 지칭한다. 예를 들어, 각각의 각도는 시계 방향 각도 또는 반시계 방향 각도일 수 있다.
본 개시내용의 실시예에서, 단순화 및 설명의 편의상, 감광면의 중심점은 이미지 센서의 중심점과 동일할 수 있다는 점이 주목된다.
예시적으로, 제1 끼인각(β1) 또는 제2 끼인각(β2) 중 적어도 하나는 0° 초과 90° 이하이다.
도 2에 도시되는 바와 같이, 감광면이 경사지기 때문에, 이미지 센서 상의 측정 대상 오브젝트의 이미지 포인트로부터 감광면의 중심점까지의 거리가 증가될 수 있으므로, 이미지 센서의 밀도가 일정하다는 조건하에 거리 측정 정밀도가 향상될 수 있다.
예를 들어, 거리 측정 정밀도를 더욱 향상시키기 위해서는, 제1 끼인각(β1) 또는 제2 끼인각(β2) 중 적어도 하나가 70° 이상 90° 미만일 수 있다. 그러나, 본 개시내용의 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 끼인각(β1) 또는 제2 끼인각(β2) 중 적어도 하나는 다른 각도들, 예를 들어, 50°, 55°, 60° 또는 65° 이상 90° 미만일 수 있다.
예시적으로, 제1 끼인각은 제2 끼인각과 동일할 수 있다. 도 2에서의 예는 제1 끼인각이 제2 끼인각과 동일한 경우만을 도시한다. 그러나, 본 개시내용의 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니다.
연결선(O1O2)에 대한 제1 이미지 센서의 경사각은 연결선(O1O2)에 대한 제2 이미지 센서의 경사각과 동일하지 않을 수 있으며, 2개의 경사각들은 약간 다를 수 있거나; 또는 제1 이미지 센서 또는 제2 이미지 센서 중 어느 하나는 경사질 수 있고, 나머지 하나는 경사지지 않을 수 있다는 점이 관련분야에서의 통상의 기술자에 의해 주목된다. 예시적으로, 제1 이미지 센서 및 제2 이미지 센서는, 도 2에 도시되는 바와 같이, 제1 중심점과 제2 중심점의 연결선(O1O2)의 중앙점을 관통하고 연결선에 수직인 축, 즉 렌즈 어셈블리의 광축(OA)에 대해 대칭으로 배열된다.
하나 이상의 실시예들에서, 단일 렌즈 양안 시차 거리 측정 모듈에 대해서, 도 2에 도시되는 바와 같이, 카메라(100)는, 렌즈 어셈블리(10)로부터 제1 미러(21) 및 제2 미러(22)로의 광학 경로에 배치되고, 렌즈 어셈블리(10)로부터 제1 미러(21) 및 제2 미러(22)에 각각 촬상 광(L)을 전송하도록 구성된 광학 분할 시스템(30)을 또한 포함할 수 있다.
설명의 편의상, 도 2에서는 렌즈 어셈블리에 수직으로 입사되는 광(L)을 예로서 취하여 설명이 주어진다는 점이 주목되어야 한다. 그러나, 본 개시내용의 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 측정 대상 오브젝트로부터의 광은 카메라 렌즈에 비스듬하게 입사될 수도 있다.
예시적으로, 도 3에 도시되는 바와 같이, 본 개시내용의 제1 실시예에 의해 제공되는 거리 측정 모듈은 카메라를 포함할 뿐만 아니라, 카메라에 의해 촬영된 이미지 정보를 저장하도록 구성된 메모리 유닛; 이미지 정보를 처리하도록 구성된 처리 유닛; 및 카메라의 촬영 동작을 제어하도록 구성된 제어 유닛을 또한 포함할 수 있다.
메모리 유닛은, 예를 들어, ROM(read-only memory) 또는 RAM(random access memory), 예를 들어 플래시 메모리일 수 있다. 제어 유닛은 모터 등일 수 있다.
예를 들어, 처리 유닛은 DSP(digital signal processor)일 수 있다. 2개의 이미지 센서들은 하나의 DSP를 공유하거나, 또는 각각의 DSP를 각각 채택할 수 있다. DSP들은 범용 컴퓨팅 디바이스 또는 특수 목적 컴퓨팅 디바이스에 의해 구현될 수 있다.
예시적으로, 본 개시내용의 실시예에서의 렌즈 어셈블리는 유리 또는 플라스틱 재료들로 이루어지는 임의의 마이크로 렌즈에 의해 구현될 수 있고, 카메라(100)는 적외선 필터가 제공되는 카메라일 수도 있다.
예시적으로, 카메라(100)는, 도 5에 도시되는 바와 같이, 제1 미러(21)와 제1 이미지 센서(41) 사이에 배치되고, 미러(21)로부터 방출되는 촬상 광을 제1 이미지 센서(41)로 유도하도록 구성된 제1 광학 모듈(61); 및 제2 미러(22)와 제2 이미지 센서(42) 사이에 배치되고, 제2 미러(22)로부터 방출되는 촬상 광을 제2 이미지 센서(42)로 유도하도록 구성된 제2 광학 모듈(62)을 또한 포함할 수 있다. 제1 광학 모듈(61) 및 제2 광학 모듈(62)은, 예를 들어, 광학 엘리먼트들, 예를 들어, 렌즈들 및/또는 미러들의 하나의 그룹이다.
이하, 거리 측정 모듈에서의 제1 이미지 센서 및 제2 이미지 센서의 경사진 배열 모드에 대한 예시적인 설명이 주어질 것이다.
제1 예
예시적으로, 이미지 센서들을 비스듬히 배열하기 위해서, 거리 측정 모듈은 로딩 플랫폼을 포함할 수 있고; 제1 이미지 센서(41) 및 제2 이미지 센서(42)는 로딩 플랫폼 상에 배치될 수 있으며; 로딩 플랫폼은 거리 측정 모듈의 외부 하우징 상에 직접 배치될 수 있다.
예시적으로, 단일 로딩 플랫폼이 제공될 수 있고; 로딩 플랫폼의, 제1 이미지 센서가 제공되는 측면과 제2 이미지 센서가 제공되는 측면은, 제1 중심점(O1)과 제2 중심점(O2)의 연결선(O1O2)에 대하여 경사지고, 측면의 경사각은, 측면에 배치되는, 제1 이미지 센서 또는 제2 이미지 센서와 연결선(O1O2) 사이의 끼인각과 동일하다. 반면, 공정 편차로 인해, 각도들이 엄밀히 동일하지는 않지만 약간 다를 수 있으며, 편차는 공차 또는 허용 가능한 에러 범위 내에 있다. 예를 들어, 제1 카메라가 제공되는 로딩 플랫폼의 측면과 제2 카메라가 제공되는 측면은 제1 중심점(O1)과 제2 중심점(O2)의 연결선(O1O2)의 중앙점을 관통하고 광축(OA)에 평행한 축에 대하여 대칭일 수 있다.
예를 들어, 2개의 로딩 플랫폼들이 제공될 수 있고; 각각의 이미지 센서는 독립적인 로딩 플랫폼 상에 각각 배치되고; 이미지 센서가 제공되는 각각의 로딩 플랫폼의 측면은 연결선(O1O2)에 대하여 경사지며; 연결선(O1O2)에 대한 경사각은, 연결선(O1O2)에 대하여, 로딩 플랫폼 상에 배치되는, 이미지 센서의 경사각과 동일하다. 도 4는 본 개시내용의 실시예에 의해 제공되는 거리 측정 모듈의 일 예의 구조도이다. 도 4에 도시되는 바와 같이, 제1 이미지 센서(41) 및 제2 이미지 센서(42)는 각각 로딩 플랫폼들(51, 52) 상에 배치된다.
예시적으로, 로딩 플랫폼의 단면은 도 4에 도시되는 바와 같이 삼각형일 수 있거나, 또는 사다리꼴일 수 있다. 그러나, 본 개시내용의 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 로딩 플랫폼의 단면의 형상은 연결선(O1O2)에 대한 제1 이미지 센서 및 제2 이미지 센서의 경사각들이 대응 이미지 센서들의 경사각들과 동일하게 하는 형상으로 설정될 수도 있다.
여기서, 로딩 플랫폼들은 지지 기능을 갖는 절연 재료들로 이루어질 수 있고, 이미지 센서들은 여러 방식들에 의해 로딩 플랫폼(들) 상에 탑재될 수 있다. 예를 들어, 로딩 플랫폼(들)에 탑재 그루브가 형성될 수 있고; 탑재 그루브의 내벽에는 나사산들이 제공될 수 있고; 각각의 이미지 센서는 쉘 내에 수용될 수 있고; 쉘의 외벽에는 나사산들이 제공될 수 있고; 이러한 방식으로, 나선형 맞물림에 의해 이미지 센서가 고정될 수 있거나; 또는 탑재 홀들이 로딩 플랫폼(들)에 형성될 수 있고, 이미지 센서는 리벳들, 볼트들 등에 의해 로딩 플랫폼(들) 상에 고정되거나 결속된다. 그러나, 본 개시내용의 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 예를 들어, 로딩 플랫폼(들)에 관통 홀들이 형성될 수 있고, 이러한 관통 홀들을 통해 이미지 센서의 커넥터가 인쇄 회로 보드(PCB) 또는 연성 회로 보드에 전기적으로 연결된다.
예시적으로, 강성 지지체의 얇은 단부에서 굴곡 각이 제공되는 강성 지지체를 통해 틸팅 방식으로 이미지 센서가 배치될 수도 있다. 예를 들어, 이미지 센서는 볼트들 및 리벳들에 의해 강성 지지체에 고정되고; 굴곡 각이 제공되는 강성 지지체의 일 단부는 거리 측정 모듈의 외부 하우징 상에 고정되며; 굴곡 각은 연결선(O1O2)에 대한 이미지 센서의 경사각과 동일할 수 있다.
제2 예
제1 이미지 센서(41) 및 제2 이미지 센서(42)는 2개의 PCB들 상에 각각 배치될 수 있고; 각각의 PCB는 틸트 방식으로 배치될 수 있으며; 연결선(O1O2)에 대한 이미지 센서의 기울기는 PCB의 기울어진 배열에 의해 달성된다.
예시적으로, 2개의 경사진 슬로프들이 제공되는 로딩 플랫폼(들) 상에, 이미지 센서들이 제공되는 2개의 PCB들이 추가로 배치될 수 있고; 로딩 플랫폼(들)은 거리 측정 모듈의 외부 하우징 상에 배치된다.
예를 들어, 2개의 경사진 슬로프들은 광축(OA)에 대하여 대칭일 수 있고, 각각의 경사진 슬로프의 슬로프 각도는 연결선(O1O2)에 대한 2개의 이미지 센서들의 경사각과 각각 동일하다. 경사진 슬로프의 슬로프 각도 및 이미지 센서의 경사각은 공차 범위 내에서 약간 다를 수 있으며, 이는 본 개시내용의 실시예들의 범위 내에 있을 것이다.
예시적으로, 경사진 슬로프들이 제공되는 로딩 플랫폼(들)의 단면은 이등변 삼각형 또는 이등변 사다리꼴일 수 있다. 본 개시내용의 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 제1 이미지 센서(41) 및 제2 이미지 센서(42)가 제공되는 2개의 PCB들은 하나의 로딩 플랫폼 상에 배치되거나 또는 2개의 로딩 플랫폼들 상에 각각 배치될 수 있다. 여기서, 제1 예에서의 로딩 플랫폼이 제2 예에 또한 적용될 수 있다. 이러한 방식으로, 로딩 플랫폼의 구조에 대해서는 더 이상의 설명이 제공되지 않을 것이다.
2개의 PCB들 및 로딩 플랫폼들의 탑재 모드는 리벳팅, 용접, 볼트 연결 등을 채택할 수 있으므로, PCB들의 고정된 연결이 달성될 수 있다. 그러나, 본 개시내용의 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니다.
위에서는 연결선(O1O2)에 대한 제1 카메라 및 제2 카메라의 경사각들이 서로 동일한 경우에 대한 연결 및 고정 방식들에 대해서만 설명이 주어졌다. 그러나, 관련분야에서의 통상의 기술자에 의하면 위 방식들이 동일하지 않은 경사각들의 경우에도 적용될 수 있다는 점이 용이하게 상정될 수 있다. 약간의 차이는, 예를 들어, 로딩 플랫폼에 대해, 경사각들이 서로 동일하지 않은 경우, 연결선(O1O2)에 대한 이미지 센서들이 제공되는 표면들의 경사각들이 이미지 센서들의 경사각들에 대응하므로, 연결선(O1O2)에 대한 이미지 센서들이 제공되는 표면들의 경사각들 또한 서로 다르다는 점이다. 다른 연결 및 고정 방식들도 또한 유사하다. 명확하고 간단한 설명을 위해, 여기서는 더 이상의 설명이 주어지지 않을 것이다.
본 개시내용의 실시예에서, 예를 들어, 해상도가 1280*720이고, 수평 및 수직 시야 FOV(α, β)가 FOV(75,60)이며, 초점 길이가 2.4mm인 카메라가 채택될 수 있다는 점이 관련분야에서의 통상의 기술자에 의해 주목되어야 한다.
예시적으로, 본 개시내용의 실시예들에서의 제1 이미지 센서 및 제2 이미지 센서는 동일한 타입의 또는 다른 타입들의 이미지 센서들일 수 있다. 이미지 센서는 CCD(charge-coupled device) 이미지 센서, CMOS(complementary metal-oxide semiconductor) 이미지 센서 등일 수 있거나; 또는 2개의 이미지 센서는 사양들이 상이한 CCD 이미지 센서들, CMOS 이미지 센서들 등일 수 있다. 그러나, 본 개시내용의 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니다.
본 개시내용의 실시예들에 의해 제공되는 거리 측정 모듈에서는, 2개의 이미지 센서들이 2개의 이미지 센서들의 2개의 감광면들의 중심점들의 연결선에 대하여 경사지므로, 2개의 이미지 센서들 각각에 형성되는 동일한 오브젝트의 이미지 포인트와 이미지 센서의 중심점 사이의 거리가 증가될 수 있다. 이러한 방식으로, 거리 측정 정밀도가 향상될 수 있고, 측정 범위가 확대될 수 있다. 더욱이, 본 개시내용의 실시예들에 의해 제공되는 거리 측정 모듈은 현재의 거리 측정 모듈의 크기를 변경하지 않고 장거리 오브젝트들에 대한 측정 정밀도를 향상시킬 수 있으며, 이는 거리 측정 모듈 및 이러한 거리 측정 모듈을 수용하기 위한 3D 스캐닝 시스템의 소형화 및 초박형 설계, 및 휴대성의 향상에서 유리하다. 또한, 예를 들어, 3D 카메라 모듈에서의 2개의 이미지 센서들이 정확히 동일한 경사각을 가지면, 장거리 오브젝트에 대한 거리 측정 정밀도가 더욱 향상될 수 있고, 이는 거리 측정 모듈 및 이러한 거리 측정 모듈을 수용하기 위한 3D 스캐닝 시스템의 소형화 및 초박형 설계가 달성되기 보다 바람직할 수 있으며; 휴대성이 더욱 향상될 수 있다는 점에서 보다 유리하다.
여기서, 전술한 내용은 이미지 센서들의 경사진 배열의 제안만을 설명한다는 점이 주목되어야 한다. 또한, 예를 들어, 거리 측정 모듈에서의 제1 미러 및 제2 미러의 편향각을 조정하는 것에 의해, 거리 측정 정밀도가 또한 향상될 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서 상의 미러에 의해 반사되는 촬상 광의 투영 위치 및 투영 각도는 미러의 편향을 조정하는 것에 의해 조정되어, 이미지 센서 상에 형성되는 오브젝트의 이미지 포인트로부터 이미지 센서의 감광면의 중심까지의 거리가 증가될 수 있고, 거리 측정 정밀도가 향상될 수 있다. 미러들을 조정하는 제안은 독립적으로 사용될 수 있거나, 이미지 센서들의 경사진 배열의 제안과 조합될 수 있다. 그러나, 본 개시내용의 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 이미지 센서 상에 형성되는 오브젝트의 이미지 포인트로부터 감광면의 중심까지의 거리를 증가시킬 수 있는 다른 사용 모드들이 또한 채택될 수 있다.
또한, 본 개시내용의 실시예는 거리 측정 방법, 특히 거리 측정 모듈들 중 임의의 것을 사용하는 거리 측정 방법을 또한 제공한다. 본 개시내용의 실시예에 의해 제공되는 거리 측정 방법은 다음 단계들을 포함한다.
S1: 거리 측정 모듈의 카메라를 통해 오브젝트의 이미지를 촬영하는 단계; 및
S2: 카메라의 제1 이미지 센서 및 제2 이미지 센서에 형성되는 측정 대상 오브젝트의 2개의 이미지 포인트들에 따라 측정 대상 오브젝트로부터 카메라까지의 수직 거리 h를 결정하는 단계.
카메라는 렌즈 어셈블리를 포함한다. 렌즈 어셈블리는 렌즈 그룹을 포함하며 광축을 갖는다. 카메라는 렌즈 어셈블리로부터의 촬상 광을 반사시키도록 구성된 제1 미러와 제2 미러를 또한 포함한다. 제1 이미지 센서는 제1 미러에 대응하고, 촬상을 위해 제1 미러로부터 촬상 광을 수신하도록 구성된다. 제1 이미지 센서는 제1 중심점을 갖는 제1 감광면을 포함한다. 제2 이미지 센서는 제2 미러에 대응하고, 촬상을 위해 제2 미러로부터 촬상 광을 수신하도록 구성된다. 제2 이미지 센서는 제2 중심점을 갖는 제2 감광면을 포함한다.
제1 중심점과 제2 중심점의 연결선은 렌즈 어셈블리의 광축에 수직이다. 제1 감광면 및 제2 감광면은 제1 중심점과 제2 중심점의 연결선에 대하여 경사진다. 제1 감광면과 연결선 사이에 제1 끼인각이 형성된다. 제2 감광면과 연결선 사이에 제2 끼인각이 형성된다. 제1 끼인각 또는 제2 끼인각 중 적어도 하나는 0이 아니다.
본 개시내용의 실시예에 의해 제공되는, 전술한 거리 측정 모듈을 사용하는 거리 측정 방법에서, 2개의 이미지 센서들은 감광면들의 중심점들의 연결선에 대하여 경사지고, 2개의 이미지 센서들 각각에서 형성되는 동일한 오브젝트의 이미지 포인트로부터 감광면의 중심점까지의 거리가 확장되거나 또는 연장될 수 있다. 이러한 방식으로, 거리 측정 정밀도가 향상될 수 있고, 측정 범위가 확대될 수 있다.
또한, 본 개시내용의 실시예는 실시예들에 의해 제공되는 거리 측정 모듈을 포함하는 3D 스캐닝 시스템을 또한 제공한다.
본 개시내용의 실시예에 의해 제공되는 3D 스캐닝 시스템은 하우징을 더 포함하며, 거리 측정 모듈이 하우징의 내부 또는 외부 상에 배치된다.
예를 들어, 거리 측정 모듈이 하우징의 내부 상에 배치될 때, 하우징에는 카메라 홀이 제공되고, 거리 측정 모듈의 렌즈 어셈블리는 카메라 홀을 통해 외부에 노출된다.
예를 들어, 거리 측정 모듈이 하우징의 외부 상에 배치될 때, 거리 측정 모듈은 거리 측정 모듈의 렌즈 어셈블리, 이미지 센서들, DSP들 등을 수용하기 위한 쉘을 또한 포함한다. 거리 측정 모듈은 납땜, USB(universal serial bus) 인터페이스, 직렬 인터페이스, 또는 병렬 인터페이스를 통해 3D 스캐닝 시스템의 주 제어 회로에 연결된다. 예를 들어, 3D 스캐닝 시스템은 디스플레이 스크린과 같은 출력 디바이스를 또한 포함한다.
예시적으로, 본 개시내용의 실시예에 의해 제공되는 3D 스캐닝 시스템은 태블릿 PC, 스마트 이동 전화, 노트북 컴퓨터, 데스크탑, 내비게이터 등일 수 있다. 본 개시내용의 실시예에 의해 제공되는 거리 측정 모듈은 다른 단말 디바이스들에도 적용될 수 있다. 본 개시내용의 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 2개의 이미지 센서들이 제공되는 양안 시차 거리 측정 모듈, 3D 스캐닝 시스템 및 2개의 이미지 센서들을 사용하는 거리 측정 방법만을 예들로서 취하는 것에 의해 본 개시내용의 실시예들에서 설명이 주어진 점이 주목되어야 하며, 복수의 이미지 센서들이 제공되는 거리 측정 모듈, 3D 스캐닝 시스템 및 복수의 이미지 센서들을 사용하는 거리 측정 방법에도 본 개시내용의 실시예들의 기술적 제안들이 적용될 수 있다. 예를 들어, 일부 이미지 센서들은 경사지고, 나머지 이미지 센서들은 경사지지 않거나, 또는 모든 이미지 센서들이 경사진다. 본 개시내용의 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 개시내용의 실시예들에서의 렌즈 어셈블리의 광축은 주 광축을 지칭하고, 렌즈 어셈블리의 렌즈 그룹에서의 동축 렌즈들의 렌즈 중심들의 연결선이라는 점이 주목되어야 한다.
본 개시내용의 실시예들에 의해 제공되는, 거리 측정 모듈을 포함하는 3D 스캐닝 시스템에서, 2개의 이미지 센서들은 2개의 이미지 센서들의 감광면들의 중심들의 연결선에 대하여 경사지고, 2개의 이미지 센서들 각각에서 형성되는 오브젝트의 이미지 포인트로부터 감광면의 중심까지의 거리가 증가될 수 있다. 이러한 방식으로, 거리 측정 정밀도가 향상될 수 있고, 측정 범위가 확대될 수 있다. 또한, 거리 측정 모듈의 크기를 증가시키지 않고 거리 측정 정밀도가 향상될 수 있으므로, 3D 스캐닝 시스템의 소형화 및 초박형 설계가 달성될 수 있고, 휴대성이 향상될 수 있다.
여기서, 전술한 내용은 이미지 센서들의 경사진 배열의 제안들이라는 점이 주목되어야 한다. 또한, 거리 측정 모듈에서의 제1 미러 및 제2 미러의 편향각을 조정하는 것에 의해, 거리 측정 정밀도가 또한 향상될 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서 상의 미러에 의해 반사되는 촬상 광의 투영 위치 및 투영 각도는 미러의 편향을 조정하는 것에 의해 조정되어, 이미지 센서 상에 형성되는 오브젝트의 이미지 포인트로부터 이미지 센서의 감광면의 중심까지의 거리가 증가될 수 있고, 거리 측정 정밀도가 향상될 수 있다. 미러를 조정하는 제안은 독립적으로 사용될 수 있거나, 이미지 센서들의 경사진 배열의 제안과 조합될 수 있다. 그러나, 본 개시내용의 실시예들이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 이미지 센서 상에 형성되는 오브젝트의 이미지 포인트로부터 감광면의 중심까지의 거리를 증가시킬 수 있는 다른 사용 모드들이 또한 채택될 수 있다. 위에 설명한 것은 단지 본 개시내용의 예시적인 실시예들이고, 본 개시내용이 이에 제한되는 것은 아니다. 관련분야에서의 통상의 기술자에 대해, 본 개시내용의 기술적 범위를 벗어나지 않고 다양한 변화들 및 변경들이 이루어질 수 있으며, 이러한 변화들 및 변경들 모두는 본 개시내용의 범위 내에 있을 것이다.
본 출원은 2016년 2월 23일자로 출원된 "Distance Measuring Module, 3D Scanning System and Distance Measuring Method"이라는 명칭의 중국 특허 출원 제201610099285.8호에 대한 우선권을 청구하며, 이는 본 명세서에서 그 전부가 참조로 원용된다.

Claims (18)

  1. 카메라를 포함하는 거리 측정 모듈로서,
    상기 카메라는,
    렌즈 그룹을 포함하며 광축(optical axis)을 갖는 렌즈 어셈블리;
    상기 렌즈 어셈블리로부터의 촬상 광(imaging light)을 반사시키도록 구성된 제1 미러와 제2 미러;
    상기 제1 미러에 대응하고, 촬상을 위해 상기 제1 미러로부터 촬상 광을 수신하도록 구성되고, 제1 중심점이 제공되는 제1 감광면을 포함하는 제1 이미지 센서; 및
    상기 제2 미러에 대응하고, 촬상을 위해 상기 제2 미러로부터 촬상 광을 수신하도록 구성되고, 제2 중심점이 제공되는 제2 감광면을 포함하는 제2 이미지 센서
    를 포함하고,
    상기 제1 중심점과 상기 제2 중심점의 연결선은 상기 렌즈 어셈블리의 광축에 수직이고; 상기 제1 감광면 및 상기 제2 감광면은 상기 제1 중심점과 상기 제2 중심점의 연결선에 대하여 경사지고; 상기 제1 감광면과 상기 연결선 사이에 제1 끼인각이 형성되고; 상기 제2 감광면과 상기 연결선 사이에 제2 끼인각이 형성되고; 상기 제1 끼인각 또는 상기 제2 끼인각 중 적어도 하나는 0이 아닌 거리 측정 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 끼인각 또는 상기 제2 끼인각 중 적어도 하나는 0° 초과 90° 미만인 거리 측정 모듈.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 끼인각 또는 상기 제2 끼인각 중 적어도 하나는 약 70° 이상 90° 미만인 거리 측정 모듈.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 끼인각과 상기 제2 끼인각은 실질적으로 서로 동일한 거리 측정 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 이미지 센서와 상기 제2 이미지 센서는, 상기 제1 중심점과 상기 제2 중심점의 연결선의 중점을 관통하며 상기 연결선에 수직인 축에 대하여 대칭으로 배열되는 거리 측정 모듈.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 끼인각은 상기 제2 끼인각과 동일하지 않은 거리 측정 모듈.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 카메라는, 상기 렌즈 어셈블리로부터 상기 제1 미러 및 상기 제2 미러로의 광학 경로에 배치되고, 상기 렌즈 어셈블리로부터 상기 제1 미러 및 상기 제2 미러로 각각 상기 촬상 광을 전송하도록 구성된 광학 분할 시스템을 더 포함하는 거리 측정 모듈.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 카메라에 의해 촬영된 이미지 정보를 저장하도록 구성된 메모리 유닛;
    상기 이미지 정보를 처리하도록 구성된 처리 유닛; 및
    상기 카메라의 촬영 동작을 제어하도록 구성된 제어 유닛
    을 더 포함하는 거리 측정 모듈.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    로딩 플랫폼을 더 포함하고,
    상기 제1 이미지 센서 및 상기 제2 이미지 센서는 상기 로딩 플랫폼 상에 배치되고,
    상기 로딩 플랫폼의, 상기 제1 이미지 센서가 제공되는 측면과 상기 제2 이미지 센서가 제공되는 측면은 상기 제1 중심점과 상기 제2 중심점의 연결선에 대하여 경사지는 거리 측정 모듈.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 이미지 센서 및 상기 제2 이미지 센서를 각각 탑재하도록 구성된 적어도 2개의 로딩 플랫폼을 더 포함하고,
    상기 2개의 로딩 플랫폼의, 상기 제1 이미지 센서가 제공되는 측면과 상기 제2 이미지 센서가 제공되는 측면은 상기 제1 중심점과 상기 제2 중심점의 연결선에 대하여 경사지는 거리 측정 모듈.
  11. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 2개의 인쇄 회로 보드(PCB)를 더 포함하고, 상기 제1 이미지 센서는 하나의 PCB 상에 배치되고, 상기 제2 이미지 센서는 다른 PCB 상에 배치되고; 상기 2개의 PCB는 상기 제1 중심점과 상기 제2 중심점의 연결선에 대하여 경사지는 거리 측정 모듈.
  12. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 이미지 센서 및 상기 제2 이미지 센서는 CCD(charge-coupled device) 이미지 센서들 또는 CMOS(complementary metal-oxide semiconductor) 이미지 센서들인 거리 측정 모듈.
  13. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 이미지 센서 및/또는 상기 제2 이미지 센서 상에 형성되는 측정 대상 오브젝트(object to be measured)의 이미지로부터 대응하는 이미지 센서의 감광면의 중심까지의 거리를 증가시키기 위해 상기 제1 미러의 편향각 및/또는 상기 제2 미러의 편향각이 조정되는 거리 측정 모듈.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 미러와 상기 제1 이미지 센서 사이에 배치되고, 상기 제1 미러로부터 방출되는 촬상 광을 상기 제1 이미지 센서로 유도하도록 구성된 제1 광학 모듈; 및 상기 제2 미러와 상기 제2 이미지 센서 사이에 배치되고, 상기 제2 미러로부터 방출되는 촬상 광을 상기 제2 이미지 센서로 유도하도록 구성된 제2 광학 모듈을 더 포함하는 거리 측정 모듈.
  15. 3차원(3D) 스캐닝 시스템으로서,
    제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 거리 측정 모듈을 포함하는 3D 스캐닝 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    하우징을 더 포함하고, 상기 하우징에는 카메라 홀이 제공되고; 상기 거리 측정 모듈은 상기 하우징의 내부 상에 탑재되고; 상기 렌즈 어셈블리는 상기 카메라 홀을 통해 외부에 노출되는 3D 스캐닝 시스템.
  17. 제15항에 있어서,
    하우징을 더 포함하고, 상기 거리 측정 모듈은 상기 하우징의 외부 상에 탑재되는 3D 스캐닝 시스템.
  18. 거리 측정 모듈을 사용하는 거리 측정 방법으로서,
    상기 거리 측정 모듈의 카메라를 통해 측정 대상 오브젝트의 이미지를 촬영하는 단계; 및
    상기 카메라의 제1 이미지 센서 및 제2 이미지 센서에 형성되는 상기 측정 대상 오브젝트의 2개의 이미지에 따라 상기 측정 대상 오브젝트로부터 상기 카메라까지의 수직 거리 h를 결정하는 단계
    를 포함하고,
    상기 카메라는, 렌즈 그룹을 포함하며 광축을 갖는 렌즈 어셈블리; 및 상기 렌즈 어셈블리로부터의 촬상 광을 반사시키도록 구성된 제1 미러와 제2 미러를 포함하고;
    상기 제1 이미지 센서는 상기 제1 미러에 대응하고, 촬상을 위해 상기 제1 미러로부터 촬상 광을 수신하도록 구성되고; 상기 제1 이미지 센서는 제1 중심점을 갖는 제1 감광면을 포함하고; 상기 제2 이미지 센서는 상기 제2 미러에 대응하고, 촬상을 위해 상기 제2 미러로부터 촬상 광을 수신하도록 구성되고; 상기 제2 이미지 센서는 제2 중심점을 갖는 제2 감광면을 포함하고;
    상기 제1 중심점과 상기 제2 중심점의 연결선은 상기 렌즈 어셈블리의 광축에 수직이고; 상기 제1 감광면 및 상기 제2 감광면은 상기 제1 중심점과 상기 제2 중심점의 연결선에 대하여 경사지고; 상기 제1 감광면과 상기 연결선 사이에 제1 끼인각이 형성되고; 상기 제2 감광면과 상기 연결선 사이에 제2 끼인각이 형성되고; 상기 제1 끼인각 또는 상기 제2 끼인각 중 적어도 하나는 0이 아닌 거리 측정 방법.
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