KR20180093313A - 단말 위치/각도 식별 방법 및 장치 - Google Patents

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KR20180093313A KR1020170019212A KR20170019212A KR20180093313A KR 20180093313 A KR20180093313 A KR 20180093313A KR 1020170019212 A KR1020170019212 A KR 1020170019212A KR 20170019212 A KR20170019212 A KR 20170019212A KR 20180093313 A KR20180093313 A KR 20180093313A
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Abstract

본 발명은 복수 개의 기준점을 포함하는 마커 이미지를 이용하여 단말의 위치 및/또는 각도를 식별하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명은 복수개의 기준점을 포함하는 마커 이미지를 이용하여 단말의 위치 및/또는 각도를 식별하는 방법에 있어서, 상기 마커 이미지를 획득하는 단계, 상기 마커 이미지에 포함된 복수개의 기준점을 추출하는 단계, 제 1 기준점 및 제 2 기준점이 이루는 수직선을 이용하여 상기 마커 이미지와 상기 단말 간 거리 d를 측정하는 단계를 포함하는 것을 일 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 간단한 이미지 처리를 통해 단말의 위치와 각도를 동시에 측정할 수 있으며, 모션 센서, GPS 모듈, 레이저 등의 장치 없이도 단말의 위치와 각도를 손쉽게 식별 할 수 있어, 본 발명은 증강 현실 구현에 효과적으로 활용될 수 있다.

Description

단말 위치/각도 식별 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR IDENTIFYING LOCATION/ANGLE OF TERMINAL}
본 발명은 단말의 위치/각도 식별 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 복수 개의 기준점을 포함하는 마커 이미지를 이용하여 단말의 위치 및/또는 각도를 식별하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근의 전자장치는 점점 더 많은 기능을 탑재하고 있다. 특히 휴대용 단말 장치의 경우 과거에는 음성 통화 또는 영상 통화를 주 기능으로 하였으나, 최근에는 휴대용 단말 장치에서의 통화 기능보다 응용 프로그램 실행이 오히려 더 주된 기능으로 자리잡고 있다.
특히, 휴대용 단말에 내장되는 프로세서의 성능이 강화되고, 단말에 구비되는 센서가 증가하면서 단말이 활용할 수 있는 정보도 급속도로 늘어났는데, 이러한 기술적 진보를 바탕으로 증강 현실과 같은 응용 프로그램을 단말에서 실행할 수 있게 되었다.
증강 현실(Augmented Reality)은 사용자가 눈으로 보는 현실세계와 부가정보를 갖는 가상세계를 합쳐 새로운 환경을 생성하는 기술이다. 증강 현실은 사용자가 보고 있는 실사 영상에 3차원 가상영상을 정합함(register)으로써 실제환경과 가상환경과의 구분이 모호해지도록 한다. 가상현실기술은 가상환경에 사용자를 몰입하게 하여 실제환경을 볼 수 없다. 하지만 실제환경과 가상의 객체가 혼합된 증강 현실기술은 사용자가 실제환경을 볼 수 있게 하여 보다 나은 현실감을 제공한다.
증강 현실에서 가장 중요한 것은 정합도가 될 것이며, 이는 단말이 사용자의 위치와 움직임을 정확하게 식별할 수 있어야 함을 의미한다.
단말의 위치를 식별하기 위하여 가장 일반적으로 사용되는 방법은 GPS 기반의 위치 측정 기술이다. GPS 정보를 활용하기 어려운 실내에서는 비콘을 이용한 위치 측정 기술 등이 사용되고 있다.
단말의 움직임을 식별하는 방법으로는 단말에 부착된 지자기 센서, 가속도 센서, 자이로스코프 센서를 이용하여 움직임을 센싱하는 기술이 있다. 센서를 이용하면 움직임의 변화량을 식별할 수 있으므로 변화각 측정에는 용이하다. 그러나 이는 상대적인 값이어서 다축 센서를 이용한 기술을 가상 객체와의 이미지 정합도를 높일 수 있는 방법으로 보기는 어렵다.
이밖에도 레이저를 이용하여 단말의 위치나 각도를 식별하는 기술이 종래에 개시된 바 있으나, 센서나 레이저는 노이즈에 민감하여 정확도가 떨어질 수 있다는 단점이 있다.
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위한 것으로, 간단한 이미지 처리를 통해 단말의 위치와 각도를 동시에 측정할 수 있는 단말 위치/각도 식별 방법 및 장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 모션 센서, GPS 모듈, 레이저 등의 장치 없이도 단말의 위치와 각도를 손쉽게 식별 할 수 있는 방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 단말의 위치와 각도 측정의 정확도를 높일 수 있는 방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 복수개의 기준점을 포함하는 마커 이미지를 이용하여 단말의 위치 및/또는 각도를 식별하는 방법에 있어서, 상기 마커 이미지를 획득하는 단계, 상기 마커 이미지에 포함된 복수개의 기준점을 추출하는 단계, 제 1 기준점 및 제 2 기준점이 이루는 수직선을 이용하여 상기 마커 이미지와 상기 단말 간 거리 d를 측정하는 단계를 포함하는 것을 일 특징으로 한다.
또한 본 발명은 복수개의 기준점을 포함하는 마커 이미지를 이용하여 단말의 위치 및/또는 각도를 식별하는 장치에 있어서, 상기 마커 이미지를 획득하는 카메라부, 상기 마커 이미지에 포함된 복수개의 기준점을 추출하고, 제 1 기준점 및 제 2 기준점이 이루는 수직선을 이용하여 상기 마커 이미지와 상기 단말 간 거리 d를 측정하는 제어부, 기준 위치에서 기준 각도로 촬영하여 획득한 수직선의 기준 픽셀 수 및 수평선의 기준 픽셀 수를 저장하는 데이터베이스부, 상기 마커 이미지를 표시하고, 상기 마커 이미지를 획득하기 위한 가이드를 제공하는 디스플레이부를 포함하는 것을 일 특징으로 한다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 간단한 이미지 처리를 통해 단말의 위치와 각도를 동시에 측정할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 모션 센서, GPS 모듈, 레이저 등의 장치 없이도 단말의 위치와 각도를 손쉽게 식별 할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 단말의 위치와 각도 측정의 정확도를 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 단말 위치/각도 식별 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 단말 위치/각도 식별 장치의 제어부 구성을 설명하기 위한 블록도,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마커 이미지를 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 단말 위치/각도 식별 방법을 설명하기 위한 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 단말 위치/각도 식별 방법을 설명하기 위한 순서도,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마커 이미지-단말 간 거리 측정 방법을 설명하기 위한 순서도,
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마커 이미지-단말 간 수평각 측정 방법을 설명하기 위한 순서도,
도 8은 거리와 픽셀 수와의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.
도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용되며, 명세서 및 특허청구의 범위에 기재된 모든 조합은 임의의 방식으로 조합될 수 있다. 그리고 다른 식으로 규정하지 않는 한, 단수에 대한 언급은 하나 이상을 포함할 수 있고, 단수 표현에 대한 언급은 또한 복수 표현을 포함할 수 있음이 이해되어야 한다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정 예시적 실시 예들을 설명할 목적을 가지고 있으며 한정할 의도로 사용되는 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같은 단수적 표현들은 또한, 해당 문장에서 명확하게 달리 표시하지 않는 한, 복수의 의미를 포함하도록 의도될 수 있다. 용어 "및/또는," "그리고/또는"은 그 관련되어 나열되는 항목들의 모든 조합들 및 어느 하나를 포함한다. 용어 "포함한다", "포함하는", "포함하고 있는", "구비하는", "갖는", "가지고 있는" 등은 내포적 의미를 갖는바, 이에 따라 이러한 용어들은 그 기재된 특징, 정수, 단계, 동작, 요소, 및/또는 컴포넌트를 특정하며, 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계, 동작, 요소, 컴포넌트, 및/또는 이들의 그룹의 존재 혹은 추가를 배제하지 않는다. 본 명세서에서 설명되는 방법의 단계들, 프로세스들, 동작들은, 구체적으로 그 수행 순서가 확정되는 경우가 아니라면, 이들의 수행을 논의된 혹은 예시된 그러한 특정 순서로 반드시 해야 하는 것으로 해석돼서는 안 된다. 추가적인 혹은 대안적인 단계들이 사용될 수 있음을 또한 이해해야 한다.
또한, 각각의 구성요소는 각각 하드웨어 프로세서로 구현될 수 있고, 위 구성요소들이 통합되어 하나의 하드웨어 프로세서로 구현될 수 있으며, 또는 위 구성요소들이 서로 조합되어 복수 개의 하드웨어 프로세서로 구현될 수도 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 단말 위치/각도 식별 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 단말 위치/각도 식별 장치의 제어부 구성을 설명하기 위한 블록도이다. 도 1 및 도 2을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 단말 위치/각도 식별 장치는 카메라부(130), 제어부(150), 데이터베이스부(170), 디스플레이부(190)를 포함할 수 있다.
카메라부(130)는 마커 이미지를 획득한다. 카메라부(130)는 렌즈와 이미지 센서를 포함하며, 마커 이미지 이외에도 영상을 획득할 수 있다.
제어부(150)는 마커 이미지에 포함된 복수개의 기준점을 추출하고, 제 1 기준점 및 제 2 기준점이 이루는 수직선을 이용하여 마커 이미지와 단말 간 거리 d를 측정할 수 있다. 여기서 복수개의 기준점은 복수개의 기준점을 연결한 도형이 직각 삼각형의 일부 또는 전부를 이루도록 배치된 것일 수 있다.
예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이 마커 이미지가 a, b, c 세 개의 기준점을 포함하는 경우, 직선 ab와 직선 ac가 서로 직각을 이루는 위치에 각 기준점이 배치될 수 있다.
마커 이미지가 a, b, c, d 4 개의 기준점을 포함하는 경우에도, a, b, c가 직각삼각형의 꼭지점이 되는 위치에 배치되거나, a, b, c가 직각삼각형의 꼭지점이 되는 위치에 배치될 수 있다.
마커 이미지는 기 지정된 기준점과 동일한 높이에서 촬영된 것일 수 있다. 예를 들어, a와 같은 높이에서 촬영된 이미지 또는 b와 같은 높이에서 촬영된 이미지일 수 있다. 촬영 높이에 대한 가이드 정보는 디스플레이부(190)를 통해 제공될 수 있으며, 이는 정확한 위치/각도 식별에 필요한 마커 이미지를 획득하기 위함이다.
제어부(150)는 복수 개의 기준 점 중에서 두 개의 기준점이 이루는 수평선을 이용하여 마커 이미지와 단말의 수평각을 측정할 수 있다.
보다 구체적으로 제어부(150)는 이미지 분석부(153), 연산부(155), 각도 보정부(156), 방향 판단부(157), 위치 산출부(159)를 포함할 수 있다.
이미지 분석부(153)는 마커 이미지에서 수직선의 픽셀 수 및/또는 수평선의 픽셀 수를 계산할 수 있다. 또한 이미지 처리를 통해 마커 이미지에서 기준점을 추출할 수 있다. 기준점은 미리 설정된 형태 또는 무늬를 갖는 것일 수 있다. 예를 들어 도 3에 도시된 바와 같이 기 설정된 간격으로 떨어져있는 사각형, 원형 등의 도형일 수 있으며, 기 설정된 코드일 수 있다.
연산부(155)는 기준 위치에서 기준 각도로 촬영하여 획득한 수직선의 기준 픽셀 수와 픽셀 수, 기준 위치와 마커 이미지 간 기준 거리를 이용하여, 거리 d를 산출할 수 있다.
연산부(155)는 단말과 마커 이미지 간 수평각을 측정하는 실시 예에서, 기준 위치에 대응하는 수평선의 기준 픽셀 수 abhrz 및 이미지 분석부(153)에서 계산된 수평선의 픽셀 수 abv를 이용하여 수평각 βp를 [수학식 1]과 같이 연산할 수 있다. 이때 상기 기준 위치는 상기 수평선에 수직하며 기 설정된 수평각 기준점과의 거리가 상기 단말과 상기 수평각 기준점 간 거리와 동일한 지점일 수 있다.
예를 들어, 도 4에 도시된 수평선 ab의 픽셀 수를 abv라고 하고, 기준 위치에 대응하는 수평선의 기준 픽셀 수를 abhrz 라고 하자. 기준 위치는 수평선에 수직하며 기 설정된 수평각 기준점과의 거리가 상기 단말과 상기 수평각 기준점 간 거리와 동일한 지점을 의미한다.
도 4의 예시 <A>에서 단말의 위치를 100b, 수평각 기준점을 a라고 했을 때, 기준 위치는 단말(100b)과 수평각 기준점(a) 간 거리 d와 동일한 거리를 갖고, 수평선 ab에 수직인 지점 100a가 될 것이다.
만약, 예시 <B>와 같이 수평각 기준점이 a가 아닌 다른 지점, 예를 들어 수평선 ab의 중점 M으로 설정된 경우, 기준 위치는 M에서 수평선 ab와 수직이고, 수평각 기준점(M)과 이루는 거리가, 단말(100b)과 수평각 기준점(M) 간 거리 l과 동일한 지점인 100a가 될 것이다. 이 경우, ac를 이용하여 ac와 단말(100b)간 거리를 구한 것과 동일한 방법으로, 도 3에 도시된 MM’를 이용하여 거리 l을 구하고, 수평각 기준점(M)의 정면(수평선 ab와 수직인) 지점(100a)를 기준 위치로 하여 수평각을 구할 수 있다.
또 다른 실시 예에서, 수평선ab 상의 임의의 지점을 수평각 기준점으로 설정하는 경우, 해당 수평각 기준점에서 단말(100b)과의 거리 ㅣ을 따로 구하지 않고, 수직선 ac를 기준으로 측정한 단말과의 거리 d를 사용할 수도 있다. 이는 실험 결과에 의하여 유의미한 오차가 발생하지 않았음에 근거한다. 연산을 간소화하면 빠른 처리가 가능하므로, 정확도와 처리 속도 간 우선순위를 고려하여 처리 방법을 선택할 수 있다.
도 4의 예시 <A>와 <B> 모두, 기준 위치(100a)에서 바라본 수평선의 픽셀 수를 abhrz 라고 하면, 기준 위치(100a)에서 βp 만큼 이동한 단말 위치(100b)에서 바라보는 수평선의 픽셀 수 abv는 abhrzcos(βp)가 될 것이다. 따라서 βp는 [수학식 1]과 같이 산출된다.
Figure pat00001
각도 보정부(156)는 연산부(155)에서 연산된 수평각을 보정할 수 있다. 각도 보정부(156)는 수직선의 픽셀 수 acv, 수평선의 픽셀 수 abv, 실제 수평선의 길이 abreal 및 실제 수직선의 길이 acreal을 이용하여 수평각 보정값 βf를 [수학식 2]와 같이 연산할 수 있다.
Figure pat00002
각도 보정부(156)는 이렇게 연산된 수평각 보정값 βf를 이용하여 수평각 βp를 보정할 수 있으며, 이렇게 보정된 수평각 βc는 수학식 3과 같이 연산될 수 있다.
Figure pat00003
방향 판단부(157)는 제 5 기준점(c) 및 제 6 기준점(d)을 이용하여 마커 이미지에 포함된 수평각 기준점을 기준으로 수평각이 양의 값을 갖는지 음의 값을 갖는지를 판단할 수 있다. 도 3의 예시에서 수평각 기준점은 제 3 기준점(a) 및 제 4 기준점(b)이 이루는 수평선의 중점(M)으로 설정되어 있다.
도 3을 참조하면, 방향 판단부(157)는 제 3 기준점(a)과 제 5 기준점(c)이 이루는 수직선의 길이 A와 제 4 기준점(b)과 제 6 기준점(d)이 이루는 수직선의 길이 B를 비교하여 A가 B 보다 크거나 같으면 수평각이 음의 값을 갖는 것으로 판단하고, A가 B 보다 작으면 수평각이 양의 값을 갖는 것으로 판단할 수 있다.
즉, 도 3에 도시된 각 기준점의 좌표를 참조하여 설명하면, (x1-x3)2 >=(x2-x3)2 이면, 방향 판단부(157)는 사용자(단말)이 마커 이미지의 중심에서 왼쪽에 위치한 것으로 판단하며, 따라서 방향 판단부(157)는 수평각 βc가 음의 값을 갖는 것으로 판단한다. 만약 (x1-x3)2 <(x2-x3)2 이면, 방향 판단부(157)는 사용자(단말)이 마커 이미지의 중심에서 오른쪽에 위치한 것으로 판단하며, 따라서 방향 판단부(157)는 수평각 βc가 양의 값을 갖는 것으로 판단한다.
전술한 연산부(155)와 각도 보정부(156)에서 산출된 수평각은 양수 값을 가지므로, 방향 판단부(157)는 최종적으로 수평각이 음수인지 양수인지를 판단함으로써, 마커 이미지를 바라보는 단말의 정확한 방향을 식별할 수 있도록 한다.
위치 산출부(159)는 마커 이미지의 좌표, 거리 d 및 수평각을 이용하여 단말의 좌표 값을 산출할 수 있다. 마커 이미지의 좌표는 마커 이미지에 포함된 하나 이상의 기준점의 좌표 중 어느 하나일 수 있으며, 단말과 마커 이미지 사이의 거리 d와 수평각은 기준점을 이용하여 연산된 것이므로, 마커 이미지의 좌표를 기준으로 하여 단말의 좌표 값을 손쉽게 도출할 수 있다.
전술한 실시 예에서, 마커 이미지와 단말간 거리, 마커 이미지와 단말 간 수평각 등을 연산함에 있어, 거리와 수평각 계산에서 단말 위치/각도 식별 장치(100)가 참조하는 기준이 다소 상이할 수도 있다. 예를 들어, 수평각을 산출할 때는 수평각 기준점을 기준으로 삼고, 마커 이미지와 단말간의 거리 d를 산출할 때는 마커 이미지의 수직선 ac를 기준으로 거리를 측정할 수 있다.
그러나 데이터베이스부(170)에는 수평각 기준점의 좌표, 수직선 ac를 이루는 기준점들의 좌표가 모두 저장되어 있으므로, 임의의 좌표가 마커 이미지를 대표하는 ‘마커 이미지 좌표’로 미리 설정되어 있다면, 마커 이미지 좌표와 수평각 기준점, 마커 이미지 좌표와 수직선을 이루는 기준점 간의 거리 또는 각도를 도출할 수 있다. 따라서 거리 측정의 기준점과 수평각 산출의 기준점이 상이하더라도, 본발명에 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자 마커 이미지 좌표, 수평각, 마커 이미지와 단말 간 거리를 기초로 단말의 좌표 값을 손쉽게 도출할 수 있다.
데이터베이스부(170)는 기준 위치에서 기준 각도로 촬영하여 획득한 수직선의 기준 픽셀 수 및 수평선의 기준 픽셀 수를 저장할 수 있다. 또한 데이터베이스부(170)는 마커 이미지에 포함된 기준점의 좌표와 ‘마커 이미지의 좌표’로 설정된 좌표 값을 저장한다. 또한 데이터베이스부(170)는 전술한 본 발명의 단말 위치/각도 식별 장치의 각 구성의 연산 등에 필요한 정보들을 미리 저장하고 있는 것으로 이해할 수 있다.
디스플레이부(190)는 마커 이미지를 표시하고, 마커 이미지를 획득하기 위한 가이드를 제공할 수 있다. 일 예로, 단말의 위치/각도 식별을 위해 카메라부(130)가 획득하는 마커 이미지는 미리 설정된 일 기준점과 동일한 높이에서 촬영된 것일 수 있다. 이 경우, 사용자가 어느 높이에서 마커 이미지를 획득해야 하는지 알 수 없을 가능성이 있으므로, 디스플레이부(190)는 화면에 가이드 도형을 표시함으로써, 화면에 표시된 도형 안에 미리 설정된 기준점이 들어가도록 촬영을 유도할 수 있다.
또는 디스플레이부(190)는‘화면에 표시된 선을 기준점 a 에 맞추세요’등과 같이 사용자가 특정 높이에서 마커 이미지를 촬영할 수 있도록 가이드하는 설명을 표시할 수 있다.
이하에서는 도 5 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 단말 위치/각도 식별 방법을 설명한다.
도 5를 참조하면, 단말은 복수개의 기준점을 포함하는 마커 이미지를 획득하고(S100), 마커 이미지에 포함된 복수개의 기준점을 추출한다(S200). 다음으로 단말은 제 1 기준점 및 제 2 기준점이 이루는 수직선을 이용하여 마커 이미지와 단말 간 거리 d를 측정한다(S300).
단말은 마커 이미지의 좌표 정보를 저장하고 있으므로, 마커 이미지와 단말 간 거리 d와 마커 이미지와 단말 간 수평각을 식별하면, 단말의 위치 정보를 획득할 수 있다.
마커 이미지에 포함된 복수개의 기준점은 복수개의 기준점을 연결한 도형이 직각 삼각형의 일부 또는 전부를 이루도록 배치된 것일 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 기준점 a, b, c는 직선 ab와 직선 ac가 수직을 이루도록 기준점이 배치되어 있는데, 기준점 a, b, c를 연결한 도형은 직각 삼각형을 이룬다.
바람직하게 마커 이미지는 기 지정된 기준점과 동일한 높이에서 촬영된 것일 수 있으며, 기 지정된 기준점은 수평선에 포함되는 기준점 또는 수직선에 포함되는 일 기준점일 수 있다. 이는 미리 지정된 높이에서 마커 이미지를 획득하게 되면, 수직각을 고려할 필요가 없어 더욱 정확한 단말의 위치/각도 정보를 얻어낼 수 있기 때문이다. 또한, 수직각을 측정하더라도 사용자가 어느 높이에서 마커 이미지를 획득하였는지 판단하기는 쉽지 않으므로, 단말은 화면을 통해 사용자가 미리 지정된 높이에서 마커 이미지를 촬영할 수 있도록 가이드를 제공하고, 특정 높이에서 촬영된 마커이미지를 사용하여 본 발명의 일 실시 예에 따라 단말의 위치/각도를 식별할 수 있다.
단계 300에서 단말은 도 6에 도시된 바와 같이 수직선의 픽셀 수를 계산하고(S310), 기준 거리에서 촬영하여 획득한 수직선의 기준 픽셀 수와 수직선의 픽셀 수를 이용하여 거리 d를 산출할 수 있다.(S330)
마커 이미지에 포함된 수직선의 픽셀 수는 마커 이미지와 단말 간 수평각의 영향을 받지 않으며, 마커 이미지와 단말 간 거리에만 영향을 받는다. 즉, 단말의 방향과는 무관하게, 가까이에서 수직선을 촬영하면 촬영된 마커 이미지에 포함된 수직선의 픽셀 수는 많을 것이고, 멀리서 수직선을 촬영하면 할수록 마커 이미지에 포함된 수직선의 픽셀 수는 적어질 것이다.
이는 역으로, 마커 이미지 내의 수직선의 픽셀 수를 계산하면 거리를 산출할 수 있음을 의미한다. 단말은 임의의 거리에서 마커 이미지를 촬영하여 수직선의 픽셀 수를 계산하고, 기준 거리 별 픽셀 수 테이블을 생성할 수 있다. 예를 들어, 수직선의 픽셀 수가 1이면 d는 20미터, 픽셀수가 1000개면 d는 10센티미터에 매칭되는 식이다. 이러한 기준 거리별 픽셀 수 테이블은 화소별로 생성될 수 있으며, 렌즈 또는 이미지 센서의 특성 등을 반영하여 생성된 것일 수 있다.
단말은 거리 d를 산출함에 있어서, 기준 거리별 픽셀 수 테이블을 참조하여 거리를 연산할 수 있으며, 이 경우 수직선의 픽셀 수를 계산하고, 픽셀 수에 매칭되는 기준 거리를 탐색하여 마커 이미지와 단말 간 거리를 산출할 수 있다.
또 다른 실시 예로 단말은 기준 거리와 픽셀 수의 관계를 나타내는 함수식에 계산된 수직선의 픽셀 수를 대입하여 기준 거리를 산출할 수 있다. 단말과 마커 이미지 간 거리와 픽셀 수의 관계는 도 8에 도시된 바와 같은 형태를 나타내므로(x: 픽셀 수, y: 단말과 마커 이미지 간 거리), 단말은 도 8에 도시된 것과 유사한 형태를 나타내는 함수를 미리 저장하고, 함수에 수직선의 픽셀 수를 대입하여 거리 d를 산출할 수 있다. 단말에 저장된 함수는 해당 단말에 포함된 카메라의 화소 등 단말에 구비된 카메라의 특성이 반영된 함수인 것으로 이해될 수 있다.
단말은 거리를 측정한 후, 마커 이미지에 포함된 하나 이상의 기준점이 이루는 수평선을 이용하여 마커 이미지-단말 간 수평각을 측정할 수 있다(S400). 단계 400은 도 7에 도시된 바와 같은 방법으로 수행될 수 있다. 먼저, 단말은 수평선의 픽셀 수를 계산하고(S410), 수평선의 기준 픽셀 수와 단계 410에서 계산된 수평선의 픽셀 수를 이용하여 수평각을 산출할 수 있다(S430).
예를 들어, 도 4에 도시된 수평선 ab의 픽셀 수를 abv라고 하고, 기준 위치에 대응하는 수평선의 기준 픽셀 수를 abhrz 라고 하자. 기준 위치에 대응하는 수평선의 기준 픽셀 수란 기준 위치에서 촬영한 마커 이미지에 포함된 수평선의 픽셀 수를 의미한다. 단계 430에서 수평각 βp 는 전술한 [수학식 1]과 같이 계산될 수 있으며, 기준 위치는 상기 수평선에 수직하며 기 설정된 수평각 기준점과의 거리가 상기 단말과 상기 수평각 기준점 간 거리와 동일한 지점일 수 있다.
예를 들어, 도 4에 도시된 수평선 ab의 픽셀 수를 abv라고 하고, 기준 위치에 대응하는 수평선의 기준 픽셀 수를 abhrz 라고 하자. 기준 위치는 수평선에 수직하며 기 설정된 수평각 기준점과의 거리가 상기 단말과 상기 수평각 기준점 간 거리와 동일한 지점을 의미한다.
도 4의 예시 <A>에서 단말의 위치를 100b, 수평각 기준점을 a라고 했을 때, 기준 위치는 단말(100b)과 수평각 기준점(a) 간 거리 d와 동일한 거리를 갖고, 수평선 ab에 수직인 지점 100a가 될 것이다.
만약, 예시 <B>와 같이 수평각 기준점이 a가 아닌 다른 지점, 예를 들어 수평선 ab의 중점 M으로 설정된 경우, 기준 위치는 M에서 수평선 ab와 수직이고, 수평각 기준점(M)과 이루는 거리가, 단말(100b)과 수평각 기준점(M) 간 거리 l과 동일한 지점인 100a가 될 것이다. 이 경우, ac를 이용하여 ac와 단말(100b)간 거리를 구한 것과 동일한 방법으로, 도 3에 도시된 MM’를 이용하여 거리 l을 구하고, 수평각 기준점(M)의 정면(수평선 ab와 수직인) 지점(100a)를 기준 위치로 하여 수평각을 구할 수 있다.
도 4의 예시 <A>와 <B> 모두에서, 기준 위치(100a)에서 바라본 수평선의 픽셀 수를 abhrz 라고 하면, 기준 위치(100a)에서 βp 만큼 이동한 단말 위치(100b)에서 바라보는 수평선의 픽셀 수 abv는 abhrzcos(βp)가 될 것이다. 따라서 βp는 [수학식 1]과 같이 산출된다.
단계 450에서, 단말은 수평각을 보정하는데, 수직선의 픽셀 수 acv, 수평선의 픽셀 수 abv, 수평선의 실제 길이 abreal 및 수직선의 실제 길이 acreal을 이용하여 수평각 보정값 βf를 전술한 [수학식 2]와 같이 연산할 수 있다. 그리고 수평각 보정값 βf를 이용하여 수평각 βp를 전술한 [수학식 3]과 같이 보정하여 보정된 수평각 βc를 획득할 수 있다.
수평선을 이용하여 수평각을 측정하는 단계 400이 완료되면, 단말은 수평각의 방향을 판단할 수 있다. 전술한 단계 400에서 획득한 것은 수평각의 크기이므로, 단말은 복수 개의 기준점을 이용하여 기 설정된 수평각 기준점으로부터 수평각이 양의 값을 갖는지 음의 값을 갖는지 판단할 수 있다(S400).
보다 구체적으로 도 3을 참조하여 일 실시 예를 설명하면, 단말은 제 3 기준점(a)과 제 5 기준점(c)이 이루는 수직선의 길이 A와 제 4 기준점(b)과 제 6 기준점(d)이 이루는 수직선의 길이 B를 비교하여 A가 B 보다 크거나 같으면 수평각이 음의 값을 갖는 것으로 판단하고, A가 B 보다 작으면 수평각이 양의 값을 갖는 것으로 판단할 수 있다.
즉, 도 3 에 도시된 각 기준점의 좌표를 참조하여 설명하면, (x1-x3)2 >=(x2-x3)2 이면, 단말은 사용자(단말)이 마커 이미지의 중심에서 왼쪽에 위치한 것으로 판단하며, 따라서 단말은 수평각 βc가 음의 값을 갖는 것으로 판단한다. 만약 (x1-x3)2 <(x2-x3)2 이면, 단말은 사용자(단말)이 마커 이미지의 중심에서 오른쪽에 위치한 것으로 판단하며, 따라서 단말은 수평각 βc가 양의 값을 갖는 것으로 판단한다.
수평각 βp 또는 βc는 양수 값을 가지므로, 단말은 최종적으로 수평각이 음수인지 양수인지를 판단함으로써, 마커 이미지를 바라보는 단말의 정확한 방향을 식별할 수 있도록 한다.
마지막으로 단말은 마커 이미지의 좌표, 거리 d 및 수평각을 이용하여 단말의 좌표 값을 산출할 수 있다(S600). 마커 이미지의 좌표는 마커 이미지에 포함된 하나 이상의 기준점의 좌표 중 어느 하나일 수 있으며, 단말과 마커 이미지 사이의 거리 d와 수평각은 기준점을 이용하여 연산된 것이므로, 단말은 마커 이미지의 좌표를 기준으로 하여 단말의 좌표 값을 손쉽게 도출할 수 있다.
본 명세서에서는 기준점이 이루는 수직선 또는 수평선의 픽셀 수를 이용하여 단말의 위치와 각도를 산출하는 방법을 설명하였으나, 또 다른 실시 예로, 마커 이미지와 단말 간 거리 산출에 있어서는 마커 이미지에 포함된 수직선뿐 아니라 기준점 그 자체의 픽셀 수를 이용하는 것도 가능하다.
본 명세서에서 설명되는 방법들은 하나 이상의 프로세서들에 의해 실행되는 하나 이상의 컴퓨터 프로그램들에 의해 구현될 수 있다. 컴퓨터 프로그램들은 비-일시적인 유형의 컴퓨터 판독가능 매체에 저장되는 프로세서-실행가능 명령들을 포함한다. 컴퓨터 프로그램들은 또한 저장된 데이터를 포함할 수 있다. 비-일시적인 유형의 컴퓨터 판독가능 매체(non-transitory tangible computer readable medium)의 비한정적 예들은 비휘발성 메모리 시스템, 자기 저장소 및 광학 저장소이다.
앞서 설명된 기법들의 특정 실시형태들은 알고리즘 형태로 본 명세서에서 설명되는 처리 단계들 및 명령들을 포함한다. 앞서 설명된 처리 단계들 및 명령들은 소프트웨어, 펌웨어, 혹은 하드웨어로 구현될 수 있고, 소프트웨어로 구현되는 경우 실시간 네트워크 오퍼레이팅 시스템(real time network operating system)들에서 사용되는 다른 플랫폼들 상에 상주하도록 다운로드 될 수 있고 이로부터 동작될 수 있음에 유의해야만 한다.
본 발명은 또한 본 명세서에서의 동작들을 수행하기 위한 장치와 관련된다. 이러한 장치는 원하는 목적을 위해 특별히 구성될 수 있거나, 또는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 컴퓨터 판독가능 매체 상에 저장된 컴퓨터 프로그램에 의해 선택적으로 활성화되거나 재구성되는 범용 컴퓨터를 포함할 수 있다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 유형의 컴퓨터 판독가능 저장 매체에 저장될 수 있는바, 이러한 유형의 컴퓨터 판독가능 저장 매체는, 예를 들어, 플로피 디스크들, 광학 디스크들, CD-ROM들, 자기-광학 디스크들(magnetic-optical disks), 판독-전용 메모리(Read-Only Memory, ROM)들, 랜덤 액세스 메모리(Random Access Memory, RAM)들, EPROM들, EEPROM들, 자기 혹은 광학 카드들, 애플리케이션 특정 집적 회로(ASIC)들을 포함하는 임의 타입의 디스크, 또는 전자 명령들을 저장하기에 적합하고 그 각각이 컴퓨터 시스템 버스에 결합되는 임의 타입의 매체들이 있지만 이러한 것으로만 한정되는 것은 아니다. 더욱이, 본 명세서에서 지칭되는 컴퓨터들은 단일 프로세서를 포함할 수 있거나, 또는 컴퓨팅 능력 증진을 위해 복수의 프로세서 설계를 사용하는 아키텍처들일 수 있다.
본 명세서에 제시되는 알고리즘들 및 동작들은 본질적으로 임의의 특정 컴퓨터 혹은 다른 장치들과 관련되지 않는다. 다양한 범용 시스템들이 또한, 본 명세서에서의 가르침에 따른 프로그램들과 함께 사용될 수 있고, 또는 원하는 방법의 단계들을 수행하기 위해 더 특수하게 설계된 장치들을 구성하는 것이 편리한 것으로 판명될 수 있다. 다양한 이러한 시스템들을 위해 그 요구되는 구조는 그 등가적 변형물들과 함께 본 발명의 기술 분야에서 숙련된 자들에게 명백할 것이다. 추가적으로, 본 개시내용은 임의의 특정 프로그래밍 언어와 관련되어 설명되는 것이 아니다. 다양한 프로그래밍 언어가 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 본 개시내용의 가르침들을 구현하기 위해 사용될 수 있고, 특정 언어에 대한 임의의 언급은 본 발명의 실시예 및 최상의 모드를 설명하기 위한 것임을 이해해야 한다.
본 명세서에서 생략된 일부 실시 예는 그 실시 주체가 동일한 경우 동일하게 적용 가능하다. 또한, 전술한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
100: 위치/각도 식별 장치

Claims (24)

  1. 복수개의 기준점을 포함하는 마커 이미지를 이용하여 단말의 위치 및/또는 각도를 식별하는 방법에 있어서,
    상기 마커 이미지를 획득하는 단계;
    상기 마커 이미지에 포함된 복수개의 기준점을 추출하는 단계;
    제 1 기준점 및 제 2 기준점이 이루는 수직선을 이용하여 상기 마커 이미지와 상기 단말 간 거리 d를 측정하는 단계를 포함하는 단말 위치/각도 식별 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 기준점은
    상기 복수개의 기준점을 연결한 도형이 직각 삼각형의 일부 또는 전부를 이루도록 배치된 것을 특징으로 하는 단말 위치/각도 식별 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 마커 이미지는
    기 지정된 기준점과 동일한 높이에서 촬영된 것을 특징으로 하는 단말 위치/각도 식별 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 거리 d를 측정하는 단계는,
    상기 수직선의 픽셀 수를 계산하는 단계;
    기준 거리에서 촬영하여 획득한 상기 수직선의 기준 픽셀 수와 상기 수직선의 픽셀 수를 이용하여 상기 거리 d를 산출하는 단계를 포함하는 단말 위치/각도 식별 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    제 3 기준점 및 제 4 기준점이 이루는 수평선을 이용하여 상기 마커 이미지와 상기 단말의 수평각을 측정하는 단계를 더 포함하는 단말 위치/각도 식별 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 마커 이미지의 좌표, 상기 거리 d 및 상기 수평각을 이용하여 상기 단말의 좌표 값을 산출하는 단계를 더 포함하는 단말 위치/각도 식별 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 수평각을 측정하는 단계는
    상기 수평선의 픽셀 수 abv를 계산하는 단계;
    기준 위치에 대응하는 상기 수평선의 기준 픽셀 수 abhrz 및 상기 수평선의 픽셀 수 abv를 이용하여 상기 수평각 βp를 연산하는 단계를 포함하는 단말 위치/각도 식별 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 기준 위치는 상기 수평선에 수직하며 기 설정된 수평각 기준점과의 거리가 상기 단말과 상기 수평각 기준점 간 거리와 동일한 지점인 단말 위치/각도 식별 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 수평각 βp는 다음 수식에 의하여 연산되는 것을 특징으로 하는 단말 위치/각도 식별 방법.
    Figure pat00004

  10. 제7항에 있어서,
    상기 수직선의 픽셀 수 acv, 상기 수평선의 픽셀 수 abv, 상기 수평선의 실제 길이 abreal 및 상기 수직선의 실제 길이 acreal을 이용하여 상기 수평각 보정값 βf를 연산하는 단계;
    상기 수평각 보정값 βf를 이용하여 상기 수평각 βp를 보정하는 단계를 더 포함하는 단말 위치/각도 식별 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 수평각 보정값 βf는 다음 수식에 의하여 연산되는 것을 특징으로 하는 단말 위치/각도 식별 방법.
    Figure pat00005

  12. 제5항에 있어서,
    제 5 기준점 및 제 6 기준점을 이용하여 기 설정된 수평각 기준점으로부터 상기 수평각이 양의 값을 갖는지 음의 값을 갖는지 판단하는 방향 판단 단계를 더 포함하며,
    상기 방향 판단 단계는,
    상기 제 3 기준점과 상기 제 5 기준점이 이루는 수직선의 길이 A와 상기 제 4 기준점과 상기 제 6 기준점이 이루는 수직선의 길이 B를 비교하는 단계;
    상기 A가 상기 B 보다 크거나 같으면 상기 수평각이 음의 값을 갖는 것으로 판단하고,
    상기 A가 상기 B 보다 작으면 상기 수평각이 양의 값을 갖는 것으로 판단하는 단계를 포함하는 단말 위치/각도 식별 방법.
  13. 복수개의 기준점을 포함하는 마커 이미지를 이용하여 단말의 위치 및/또는 각도를 식별하는 장치에 있어서,
    상기 마커 이미지를 획득하는 카메라부;
    상기 마커 이미지에 포함된 복수개의 기준점을 추출하고, 제 1 기준점 및 제 2 기준점이 이루는 수직선을 이용하여 상기 마커 이미지와 상기 단말 간 거리 d를 측정하는 제어부;
    기준 위치에서 기준 각도로 촬영하여 획득한 수직선의 기준 픽셀 수 및 수평선의 기준 픽셀 수를 저장하는 데이터베이스부;
    상기 마커 이미지를 표시하고, 상기 마커 이미지를 획득하기 위한 가이드를 제공하는 디스플레이부를 포함하는 단말 위치/각도 식별 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 복수개의 기준점은
    상기 복수개의 기준점을 연결한 도형이 직각 삼각형의 일부 또는 전부를 이루도록 배치된 것을 특징으로 하는 단말 위치/각도 식별 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 마커 이미지는
    기 지정된 기준점과 동일한 높이에서 촬영된 것을 특징으로 하는 단말 위치/각도 식별 장치.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 수직선의 픽셀 수를 계산하는 이미지 분석부;
    기준 거리에서 촬영하여 획득한 상기 수직선의 기준 픽셀 수와 상기 수직선의 픽셀 수를 이용하여 상기 거리 d를 산출하는 연산부를 포함하는 단말 위치/각도 식별 장치.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 제어부는
    제 3 기준점 및 제 4 기준점이 이루는 수평선을 이용하여 상기 마커 이미지와 상기 단말의 수평각을 측정하는 단말 위치/각도 식별 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 마커 이미지의 좌표, 상기 거리 d 및 상기 수평각을 이용하여 상기 단말의 좌표 값을 산출하는 위치 산출부를 더 포함하는 단말 위치/각도 식별 장치.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 수평선의 픽셀 수 abv를 계산하는 이미지 분석부;
    기준 위치에 대응하는 상기 수평선의 기준 픽셀 수 abhrz 및 상기 수평선의 픽셀 수 abv를 이용하여 상기 수평각 βp를 연산하는 연산부를 포함하는 단말 위치/각도 식별 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 기준 위치는 상기 수평선에 수직하며 기 설정된 수평각 기준점과의 거리가 상기 단말과 상기 수평각 기준점 간 거리와 동일한 지점인 단말 위치/각도 식별 장치.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 수평각 βp는 다음 수식에 의하여 연산되는 것을 특징으로 하는 단말 위치/각도 식별 장치.
    Figure pat00006

  22. 제19항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 수직선의 픽셀 수 acv, 상기 수평선의 픽셀 수 abv, 실제 수평선의 길이 abreal 및 실제 수직선의 길이 acreal을 이용하여 상기 수평각 보정값 βf를 연산하고, 상기 수평각 보정값 βf를 이용하여 상기 수평각 βp를 보정하는 각도 보정부를 더 포함하는 단말 위치/각도 식별 장치.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 수평각 보정값 βf는 다음 수식에 의하여 연산되는 것을 특징으로 하는 단말 위치/각도 식별 장치.
    Figure pat00007

  24. 제17항에 있어서,
    상기 제어부는
    제 5 기준점 및 제 6 기준점을 이용하여 기 설정된 수평각 기준점을 기준으로 상기 수평각이 양의 값을 갖는지 음의 값을 갖는지 판단하는 방향 판단부를 더 포함하며,
    상기 방향 판단부는,
    상기 제 3 기준점과 상기 제 5 기준점이 이루는 수직선의 길이 A와 상기 제 4 기준점과 상기 제 6 기준점이 이루는 수직선의 길이 B를 비교하여 상기 A가 상기 B 보다 크거나 같으면 상기 수평각이 음의 값을 갖는 것으로 판단하고, 상기 A가 상기 B 보다 작으면 상기 수평각이 양의 값을 갖는 것으로 판단하는 단말 위치/각도 식별 장치.
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