KR20190001860A - Object surface sensing device - Google Patents

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KR20190001860A
KR20190001860A KR1020170082040A KR20170082040A KR20190001860A KR 20190001860 A KR20190001860 A KR 20190001860A KR 1020170082040 A KR1020170082040 A KR 1020170082040A KR 20170082040 A KR20170082040 A KR 20170082040A KR 20190001860 A KR20190001860 A KR 20190001860A
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Abstract

Disclosed is an object surface sensing device capable of analyzing a pattern of a laser beam being reflected by an object and calculating a distance to the object, and deciding a state of a surface of the object such as surface inclination or obstacles of a surface of the object, etc. According to an embodiment of the present invention, a light emitting unit emitting a pattern laser beam having a set pattern; a light receiving unit receiving a reflective pattern laser beam, wherein the pattern laser beam is emitted in the light emitting unit and is formed to be reflected by the surface of the object; and a control unit calculating a distance to the object by using the reflective pattern laser beam received from the light receiving unit and deciding a state of the surface of the object.

Description

대상체 표면 감지장치 {Object surface sensing device}{Object surface sensing device}

본 발명은 대상체 표면 감지장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 레이저 빔을 대상체에 조사하고 대상체에 의해 반사되어 돌아오는 레이저 빔의 패턴을 분석하여 대상체까지의 거리를 산출하고, 대상체 표면의 기울어짐이나 대상체 표면에 장애물의 존재 여부 등의 대상체 표면 상태를 판단할 수 있는 대상체 표면 감지장치에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a device for detecting a surface of a target object, more specifically, a laser beam is irradiated on a target object, a pattern of a laser beam reflected by the target object is analyzed, a distance to the target object is calculated, And more particularly, to a surface sensing apparatus for a surface of a target object which can determine the surface state of the object, such as the presence of an obstacle.

레이저(Light Amplification by the Stimulated Emission of Radiation, LASER)는 빛의 유도방출(stimulated emission)을 일으켜 증폭해서 레이저 광을 조사한다.A laser (Light Amplification by the Stimulated Emission of Radiation (LASER)) emits a stimulated emission of light to amplify the laser light.

라이다(Light Detection and Ranging, LiDAR)는 레이저를 이용하여 거리를 측정하는 기술로써, 3차원 GIS(Geographic Information System) 정보 구축을 위한 지형 데이터를 구축하고, 이를 가시화하는 형태로 발전되어 건설, 국방 등의 분야에 응용되고 있다.Light Detection and Ranging (LiDAR) is a technology to measure the distance using a laser. It builds terrain data for 3-D GIS (Geographic Information System) information construction and visualizes it. And the like.

최근에는 자율주행 자동차, 이동 로봇, 드론 등에 적용되면서 핵심 기술로 주목을 받고 있다.Recently, it has been attracting attention as a core technology due to its application to autonomous vehicles, mobile robots, and drone.

자동차에 적용되는 경우, 라이다는 주행중인 차량이 앞차와의 충돌을 피하거나 또는 충격을 최소화할 수 있도록 차간거리를 실시간으로 측정하여 경고 또는 차량 자동제어를 수행할 수 있다.When applied to an automobile, Lada can perform alarm or vehicle automatic control by measuring the inter-vehicle distance in real time so as to avoid collision with the vehicle ahead or minimize the impact.

하기의 특허문헌 1 및 특허문헌 2에는 레이저를 이용해서 물체를 감지하는 물체 감지센서 기술이 개시되어 있다.The following Patent Documents 1 and 2 disclose an object sensor technology for detecting an object using a laser.

특허문헌 1에는 레이저 광을 발생하는 레이저 광원, 전방의 영상 및 레이저 광원에서 발생된 레이저 광을 조사하고 전방의 레이저 광 조사 영상을 촬영하는 카메라, 카메라에서 촬영된 영상을 처리하는 화상처리장치를 포함하고, 화상처리장치가 전방의 영상 및 레이저 광 조사 영상 중 어느 하나의 영상에서 타 영상을 차감하여, 차감된 영상에서 레이저 광이 피사체에 반사되는 광점이 있는 경우 장애물이 있는 것으로 판단하는 레이저를 이용한 장애물 감지장치 구성이 기재되어 있다.Patent Document 1 includes a laser light source for generating a laser beam, a front image and a camera for irradiating the laser light generated from the laser light source and photographing the front laser light irradiation image, and an image processing device for processing the image photographed by the camera And the image processing apparatus subtracts the other image from the front image and the laser light irradiated image and judges that there is an obstacle when the laser light is reflected on the subject in the subtracted image An obstacle sensing device configuration is described.

특허문헌 2에는 레이저빔을 발광하는 발광부, 발광부로부터 발광된 후 장애물에 의해 반사되어 되돌아오는 레이저빔을 수광하는 수광부, 수광부를 통해 수광된 레이저빔을 이용하여 장애물을 감지하는 장애물 감지부 및 장애물 감지부가 감지한 장애물을 화면상에 디스플레이하는 디스플레이부를 포함하고, 차량의 휠에 적어도 하나 이상의 감지 모듈(발광부 및 수광부)을 장착함으로써, 레이저빔의 송출 각도를 조절하는 구동 모터 없이 넓은 감지영역에서 차량주변의 장애물을 감지하는 차량 주변의 장애물 감지 장치 구성이 기재되어 있다.Patent Document 2 discloses an optical pickup device that includes a light emitting portion for emitting a laser beam, a light receiving portion for receiving a laser beam reflected by an obstacle after being emitted from the light emitting portion, an obstacle detecting portion for detecting an obstacle by using the laser beam received through the light receiving portion, And a display unit for displaying an obstacle detected by the obstacle detection unit on the screen. By mounting at least one detection module (light emitting unit and light receiving unit) on the wheel of the vehicle, Discloses an apparatus configuration for detecting an obstacle around a vehicle that detects an obstacle around the vehicle.

한편, 종래에는 무인 비행체(드론)의 착륙시, 착지면과의 거리 정보 획득을 위해 포인트 빔 거리 측정 센서를 사용하였다. 이러한 포인트 빔 거리 측정 센서는 무인 비행체와 착지면까지의 거리 측정은 가능하지만, 착지면의 장애물 유무, 착지면 표면의 기울기 등을 확인할 수 없는 문제가 있다.In the past, a point beam distance measuring sensor was used to acquire distance information from a landing surface when an unmanned aerial vehicle (drone) landed. This point beam distance measurement sensor is capable of measuring the distance from the unmanned aerial vehicle to the landing surface, but there is a problem that the obstacle on the landing surface and the inclination of the landing surface can not be confirmed.

1. 대한민국 특허 등록번호 제10-1296780호1. Korean Patent Registration No. 10-1296780 2. 대한민국 특허 등록번호 제10-1491289호2. Korean Patent Registration No. 10-1491289

본 발명은 레이저 빔을 대상체에 조사하고 대상체에 의해 반사되어 돌아오는 레이저 빔의 패턴을 분석하여 대상체까지의 거리를 산출하고, 대상체 표면의 기울어짐이나 대상체 표면에 장애물의 존재 여부 등의 대상체 표면 상태를 판단할 수 있는 대상체 표면 감지장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention irradiates a laser beam onto a target object, analyzes a pattern of the laser beam reflected by the target object, calculates a distance to the target object, and calculates a distance between the target surface and the object surface state such as tilting of the target object, And to provide a surface detecting apparatus for a target object which can determine the surface of the object.

본 발명의 실시예에 따른 대상체 표면 감지장치는,According to an embodiment of the present invention,

기설정된 패턴을 갖는 패턴 레이저 빔을 발광하는 발광부; 상기 발광부에서 발광된 패턴 레이저 빔이 대상체 표면에 의해 반사되어 형성된 반사 패턴 레이저빔을 수신하는 수광부; 및, 상기 수광부에서 수신된 반사 패턴 레이저빔을 이용해서 상기 대상체와의 거리를 산출하고, 상기 대상체 표면의 상태를 판단하는 제어부를 포함한다.A light emitting portion emitting a patterned laser beam having a predetermined pattern; A light receiving unit receiving a patterned laser beam emitted from the light emitting unit, the patterned laser beam being formed by reflecting the patterned laser beam by the surface of the object; And a control unit for calculating a distance to the object by using the reflection pattern laser beam received by the light receiving unit and determining the state of the surface of the object.

본 발명의 일 양상에 의하면, 상기 발광부는, 레이저 빔을 발생시키는 레이저 다이오드; 상기 레이저 다이오드의 후방에 위치하고, 상기 레이저 빔을 집광시키는 콜리메이팅 렌즈; 상기 콜리메이팅 렌즈의 후방에 위치하며, 집광된 레이저 빔을 기설정된 형상의 패턴을 갖는 레이저 빔으로 변환시키는 레이저 패턴 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, the light emitting unit includes: a laser diode for generating a laser beam; A collimating lens positioned behind the laser diode and condensing the laser beam; And a laser pattern lens positioned behind the collimating lens and converting the condensed laser beam into a laser beam having a pattern of a predetermined shape.

본 발명의 일 양상에 의하면, 상기 발광부는, 레이저 빔을 발생시키는 적어도 2 이상의 레이저 다이오드를 포함하며, 상기 적어도 2 이상의 레이저 다이오드는 서로 다른 파장의 레이저 빔을 발생시키는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, the light emitting unit includes at least two laser diodes for generating a laser beam, and the at least two laser diodes generate laser beams of different wavelengths.

본 발명의 일 양상에 의하면, 상기 제어부는, 상기 수광부가 수신한 반사 패턴 레이저 빔의 반사 패턴을 추출하는 패턴 추출모듈; 임의의 평면의 x축 기울기 및 y축 기울기에 따른 반사 패턴이 룩업(look-up) 테이블 형식으로 매칭되어 저장된 패턴 저장모듈; 상기 패턴 추출모듈에서 추출된 반사 패턴과 상기 패턴 저장모듈에 저장된 반사 패턴을 비교 검색하여 대상체 표면의 상태를 판단하는 상태 판단모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, the control unit may include: a pattern extracting module for extracting a reflection pattern of the reflection pattern laser beam received by the light receiving unit; A pattern storage module in which reflection patterns corresponding to x-axis inclination and y-axis inclination of an arbitrary plane are matched and stored in a look-up table format; And a status determination module for comparing the reflection pattern extracted from the pattern extraction module with the reflection pattern stored in the pattern storage module to determine the state of the surface of the object.

본 발명의 일 양상에 의하면, 상기 상태 판단모듈은, 상기 추출된 반사 패턴이 상기 발광부에 의해 조사된 패턴보다 위에 있는 경우, 대상체 표면이 멀어지는 것으로 판단하고, 상기 추출된 반사 패턴이 상기 발광부에 의해 조사된 패턴보다 아래에 있는 경우, 대상체 표면이 접근하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the present invention, the state determination module determines that the object surface is distant when the extracted reflection pattern is above the pattern irradiated by the light emitting unit, When it is lower than the pattern irradiated by the target surface, it is determined that the surface of the object approaches.

본 발명의 일 양상에 의하면, 상기 상태 판단모듈은, 상기 발광부에 의해 조사된 패턴 레이저 빔 형상의 유지 여부로부터 장애물의 존재 여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the present invention, the state determination module determines whether an obstacle exists from whether or not the pattern laser beam shape irradiated by the light emitting unit is maintained.

본 발명의 일 양상에 의하면, 전술한 대상체 표면 감지장치는 이동체에 탑재될 수 있다.According to one aspect of the present invention, the aforementioned object surface sensing apparatus can be mounted on a moving body.

기타 본 발명의 다양한 측면에 따른 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.Other specific embodiments of various aspects of the present invention are included in the detailed description below.

본 발명의 실시 형태에 따르면, 대상체에 의해 반사되어 돌아오는 레이저 빔의 패턴을 분석하여 대상체까지의 거리를 산출하고, 대상체 표면의 기울어짐이나 대상체 표면에 장애물의 존재 여부 등을 판단할 수 있다.According to the embodiment of the present invention, the distance to the target object can be calculated by analyzing the pattern of the laser beam reflected by the target object, and it is possible to determine inclination of the target object and existence of an obstacle on the target object surface.

또한, 무인 비행체(드론)에 장착되어 무인 비행체의 착륙시에 착륙 대상(착지면)의 기울기 정보, 장애물 정보, 거리 정보를 제공하여, 무인 비행체가 정확하고 안전하게 착륙할 수 있도록 할 수 있다.In addition, it can be mounted on a unmanned vehicle (drone) to provide tilt information, obstacle information, and distance information of the landing object (landing surface) when the unmanned air vehicle landing, so that the unmanned air vehicle can land correctly and safely.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 대상체 표면 감지장치의 동작 상태가 도시된 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 대상체 표면 감지장치가 도시된 블록도이다.
도 3은 패턴 레이저 빔을 발광하는 발광부가 도시된 도면이다.
도 4는 패턴 레이저 빔을 발광하는 발광부의 다른 실시예가 도시된 도면이다.
도 5는 삼각 측량법의 원리가 도시된 도면이다.
도 6 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 대상체 표면 감지장치의 대상체 표면 감지방법을 설명한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 대상체 표면 감지장치가 무인 비행체에 장착되어 동작하는 것이 도시된 도면이다.FIG. 1 is a diagram illustrating an operation state of an object surface sensing apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG.
2 is a block diagram illustrating an object surface sensing apparatus according to an embodiment of the present invention.
Fig. 3 is a diagram showing a light emitting portion for emitting a pattern laser beam. Fig.
4 is a diagram showing another embodiment of a light emitting portion for emitting a pattern laser beam.
5 is a diagram showing the principle of the triangulation method.
6 to 11 are views illustrating a method of sensing a surface of a target object in a target surface sensing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a diagram illustrating an apparatus for sensing a surface of a subject according to an embodiment of the present invention mounted on an unmanned aerial vehicle. Referring to FIG.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The present invention is capable of various modifications and various embodiments and is intended to illustrate and describe the specific embodiments in detail. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 대상체 표면 감지장치를 설명한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present invention, terms such as "comprises" or "having" are used to designate the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof. Hereinafter, an object surface sensing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 대상체 표면 감지장치의 동작 상태가 도시된 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 대상체 표면 감지장치가 도시된 블록도이다.FIG. 1 is a view showing an operation state of an object surface sensing apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram illustrating an object surface sensing apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 대상체 표면 감지장치는 대상체 표면으로 기설정된 패턴을 갖는 패턴 레이저 빔을 발광하고, 패턴 레이저 빔이 대상체 표면(T)에 의해 반사되어 형성된 반사 패턴 레이저빔을 수신하며, 수신된 반사 패턴 레이저빔을 이용해서 대상체와의 거리를 산출하고, 대상체 표면의 상태를 판단한다. 여기서, 대상체 표면의 상태는, 대상체 표면에 장애물이 존재하는 지 여부, 대상체 표면의 x축 또는 y축 방향 기울기, 대상체 표면이 대상체 표면 감지장치로 접근하는 것인지 또는 멀어지는 것인지를 포함할 수 있다. 또한 여기서, 대상체라 함은, 평지 또는 언덕 등이 형성된 지표면, 지상 또는 해상에 설치된 건물 또는 구조물일 수 있다.1, the object surface sensing apparatus according to an embodiment of the present invention emits a patterned laser beam having a predetermined pattern to a surface of a target object, and the patterned laser beam is reflected A reflection pattern laser beam is received, the distance to the object is calculated using the received reflection pattern laser beam, and the state of the surface of the object is determined. Here, the state of the object surface may include whether an obstacle exists on the object surface, an x-axis or y-axis inclination of the object surface, and whether the object surface is approaching or departing from the object surface sensing apparatus. Here, the object may be a ground surface or a building or a structure installed on the ground or the sea, on which flat or hills are formed.

이를 위해 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 대상체 표면 감지장치는, 발광부(100), 수광부(200), 제어부(300)를 포함한다.2, the object surface sensing apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention includes a light emitting unit 100, a light receiving unit 200, and a control unit 300. As shown in FIG.

발광부(100)는 레이저 빔을 기설정된 패턴을 갖는 패턴 레이저 빔으로 변환하여 발광한다. 패턴 레이저 빔은, 예를 들어 도 1에 도시된 바와 같이 십자 형상의 패턴을 갖는 레이저 빔일 수 있다. 물론, 이에 한정되지 않고 원형 빔, 타원형 빔, 다각 형상의 빔일 수 있다. The light emitting unit 100 converts the laser beam into a patterned laser beam having a predetermined pattern to emit light. The pattern laser beam may be, for example, a laser beam having a cross-shaped pattern as shown in Fig. Of course, it is not limited thereto, and it may be a circular beam, an elliptical beam, or a beam of a polygonal shape.

도 3 및 도 4를 참조하여 패턴 레이저 빔을 발광하는 발광부(100)에 대해 설명한다.The light emitting unit 100 that emits the patterned laser beam will be described with reference to Figs. 3 and 4. Fig.

도 3은 패턴 레이저 빔을 발광하는 발광부가 도시된 도면이고, 도 4는 패턴 레이저 빔을 발광하는 발광부의 다른 실시예가 도시된 도면이다.Fig. 3 is a diagram showing a light emitting section for emitting a pattern laser beam, and Fig. 4 is a diagram showing another embodiment of a light emitting section for emitting a pattern laser beam.

도 3에 도시된 바와 같이, 패턴 레이저 빔을 발광하는 발광부(100)는 레이저 다이오드(laser diode, 111), 콜리메이팅 렌즈(collimating lens, 112), 레이저 패턴 렌즈(laser pattern lens, 113)를 포함하여 이루어진다.3, the light emitting unit 100 that emits a pattern laser beam includes a laser diode 111, a collimating lens 112, a laser pattern lens 113, .

여기서, 레이저 다이오드(111)는 레이저 빔을 발생시키는 광학 소자이고, 콜리메이팅 렌즈(112)는 레이저 다이오드(111)를 통해 발생된 레이저 빔을 집광시키는 광학 렌즈로, 레이저 다이오드(111)의 후방에 위치한다. 레이저 패턴 렌즈(113)는 콜리메이팅 렌즈(112)를 통해 집광된 레이저 빔을 기설정된 형상의 패턴을 갖는 레이저 빔으로 변환시키는 광학 렌즈이다. 도 3에서는 기설정된 패턴이 십자 형상인 레이저 빔(b1)이 예시되어 있다. The collimating lens 112 is an optical lens for condensing the laser beam generated through the laser diode 111 and is disposed at the rear of the laser diode 111 Located. The laser pattern lens 113 is an optical lens that converts the laser beam condensed through the collimating lens 112 into a laser beam having a pattern of a predetermined shape. In Fig. 3, a laser beam b1 having a predetermined pattern in a cross shape is illustrated.

한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 다른 실시예에 따른 발광부(100)는 제1 레이저 모듈(120a) 및 제2 레이저 모듈(120b)을 포함하여 이루어진다.Meanwhile, as shown in FIG. 4, the light emitting unit 100 according to another embodiment includes a first laser module 120a and a second laser module 120b.

제1 레이저 모듈(120a)은 제1 레이저 다이오드(121a), 제1 콜리메이팅 렌즈(122a), 제1 라인 렌즈(line lens, 123c)를 포함하고, 제2 레이저 모듈(120b)는 제2 레이저 다이오드(121b), 제2 콜리메이팅 렌즈(122b), 제2 라인 렌즈(123b)를 포함한다.The first laser module 120a includes a first laser diode 121a, a first collimating lens 122a, a first line lens 123c, and the second laser module 120b includes a second laser A diode 121b, a second collimating lens 122b, and a second line lens 123b.

제1 레이저 다이오드(121a)는 레이저 빔을 발생시키는 광학 소자이며, 제1 콜리메이팅 렌즈(122a)는 제1 레이저 다이오드(121a)의 후방에 위치하여 레이저 빔을 집광시키며, 제1 라인 렌즈(123c)는 집광된 레이저 빔을 수평축 방향 또는 수직축 방향을 평행하는 선형의 제1 레이저 빔(b2)로 변환시킨다.The first collimating lens 122a is positioned behind the first laser diode 121a to condense the laser beam, and the first line lens 123c Converts the condensed laser beam into a linear first laser beam b2 parallel to the horizontal axis direction or the vertical axis direction.

제2 레이저 다이오드(121b)는 레이저 빔을 발생시키는 광학 소자이며, 제2 콜리메이팅 렌즈(122b)는 제2 레이저 다이오드(121b)의 후방에 위치하여 레이저 빔을 집광시키며, 제2 라인 렌즈(123b)는 집광된 레이저 빔을 선형의 제2 레이저 빔(b3)로 변환시킨다. 이때, 제2 레이저 빔(b3)이 제1 레이저 빔(b2)과 직교하도록, 제2 라인 렌즈(212)가 설치된다.The second collimating lens 122b is positioned behind the second laser diode 121b to condense the laser beam, and the second line lens 123b Converts the condensed laser beam into a linear second laser beam b3. At this time, the second line lens 212 is provided so that the second laser beam b3 is orthogonal to the first laser beam b2.

제1 레이저 다이오드(121a)와 제2 레이저 다이오드(121b)는 서로 다른 파장의 레이저 빔을 발생시키도록 구비될 수 있다. 제1 레이저빔(b2)과 상기 제2 레이저빔(b3)이 서로 다른 파장을 지니게 함으로써, 대상체 표면 감지시에 수직 및 수평에 대한 데이터 분할을 용이하게 할 수 있다.The first laser diode 121a and the second laser diode 121b may be provided to generate laser beams of different wavelengths. By having the first laser beam b2 and the second laser beam b3 have different wavelengths, it is possible to facilitate data division on the vertical and horizontal directions when the surface of the object is sensed.

수광부(200)는 대상체 표면에 의해 반사되는 반사 패턴 레이저 빔을 수신한다. 이러한 수광부(200)는 제3 콜리메이팅 렌즈(210) 및 이미지 센서(220)를 포함하여 이루어질 수 있다. (도 1 참조)The light receiving section 200 receives the reflection pattern laser beam reflected by the object surface. The light receiving unit 200 may include a third collimating lens 210 and an image sensor 220. (See Fig. 1)

제3 콜리메이팅 렌즈(210)는 대상체 표면에 의해 반사되는 반사 패턴 레이저 빔을 집광하는 광학 소자이고, 이미지 센서(220)는 제3 콜리메이팅 렌즈(210)에서 집광된 레이저 빔을 수광하는 광학 소자이다.The third collimating lens 210 is an optical element for condensing a reflection pattern laser beam reflected by the object surface, and the image sensor 220 is an optical element for receiving the condensed laser beam in the third collimating lens 210. [ to be.

제어부(300)는 수광부(200)에서 수신된 반사 패턴 레이저빔을 이용해서 대상체와의 거리를 산출하고, 대상체 표면의 상태를 판단한다. 이를 위해, 제어부(300)는 패턴 추출모듈(310)과 패턴 저장모듈(320)과 상태 판단모듈(330)을 포함한다.The control unit 300 calculates the distance to the target object by using the reflection pattern laser beam received from the light receiving unit 200 and determines the state of the surface of the target object. For this, the controller 300 includes a pattern extracting module 310, a pattern storing module 320, and a state determining module 330.

패턴 추출모듈(310)은 수광부(200)가 수신한 반사 패턴 레이저 빔의 반사 패턴을 추출한다.The pattern extracting module 310 extracts a reflection pattern of the reflection pattern laser beam received by the light receiving unit 200.

패턴 저장모듈(320)에는 다양한 반사 패턴이 저장된다. 패턴 저장모듈(320)에는 임의의 평면의 x축 기울기 및 y축 기울기에 따른 다양한 양상의 반사 패턴이 룩업(look-up) 테이블 형식으로 매칭되어 저장된다. 이때, x=0, y=0인 평면을 기준 평면으로 할 수 있으며, x축 기울기는 임의의 평면을 y축을 기준으로 회전하면서 획득된 반사 패턴이고, y축 기울기는 임의의 평면을 x축을 기준으로 회전하면서 획득된 반사 패턴이다.The pattern storage module 320 stores various reflection patterns. In the pattern storage module 320, various patterns of reflection patterns corresponding to the x-axis inclination and the y-axis inclination of an arbitrary plane are matched and stored in a look-up table format. In this case, a plane having x = 0 and y = 0 can be defined as a reference plane. The x-axis slope is a reflection pattern obtained by rotating an arbitrary plane about the y-axis, and the y- As shown in Fig.

상태 판단모듈(330)은 패턴 추출모듈(310)에서 추출된 반사 패턴과 패턴 저장모듈(320)에 저장된 반사 패턴을 비교하여 일치하는 반사 패턴을 검색하여 대상체 표면의 상태를 판단한다. 여기서, ‘일치하는 반사 패턴’은 반드시 일치하는 것에 한정되는 것이 아니라, 기설정된 유사도 범위를 만족하는 반사 패턴을 의미할 수 있다. 또한, 여기서, 대상체 표면의 상태는, 대상체 표면의 x축 또는 y축 방향 기울기일 수 있다.The state determination module 330 compares the reflection pattern extracted from the pattern extraction module 310 with the reflection pattern stored in the pattern storage module 320 and searches for a matching reflection pattern to determine the state of the object surface. Here, the " matching reflection pattern " is not limited to a matching pattern, but may mean a reflection pattern that satisfies a predetermined similarity degree range. Here, the state of the surface of the object may be the x-axis or y-axis inclination of the surface of the object.

또한, 상태 판단모듈(330)은 추출된 반사 패턴을 발광부(100)에서 조사된 패턴과 비교하여 대상체 표면이 접근하는 것인지 또는 멀어지는 지 여부를 판단할 수 있다. 상태 판단모듈(330)은, 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 추출된 반사 패턴이 조사된 패턴보다 위에 있는 경우, 대상체 표면이 멀어지는 것으로 판단하고, 추출된 반사 패턴이 조사된 패턴보다 아래에 있는 경우, 대상체 표면이 접근하는 것으로 판단한다. The state determination module 330 may compare the extracted reflection pattern with the pattern irradiated by the light emitting unit 100 to determine whether the surface of the object is approaching or moving away. 10 and 11, when the extracted reflection pattern is above the irradiated pattern, the state determination module 330 determines that the surface of the object is farther away, and when the extracted reflection pattern is lower than the irradiated pattern It is determined that the surface of the object is approaching.

또한, 상태 판단모듈(330)은 패턴 추출모듈(310)에서 추출된 반사 패턴으로부터 대상체 표면에 장애물이 존재하는 지 여부를 판단한다. 장애물의 존재 여부는 발광부(100)에서 발광된 패턴 레이저 빔 형상의 유지 여부로부터 판단할 수 있다. 즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 대상체 표면에 장애물이 있는 경우, 수광부(200)에서 수신된 반사 패턴 레이저 빔에는 단차가 발생하여 적어도 일부분이 잘려진 십자 형상을 띠게 된다. The state determination module 330 determines whether an obstacle exists on the surface of the object based on the reflection pattern extracted by the pattern extraction module 310. [ The existence of the obstacle can be determined from whether or not the shape of the pattern laser beam emitted from the light emitting unit 100 is maintained. 7, when there is an obstacle on the surface of the target object, the reflection pattern laser beam received by the light receiving unit 200 has a stepped portion, so that at least a part of the reflected laser beam is cross-shaped.

따라서, 상태 판단모듈(330)은 수신된 반사 패턴 레이저 빔의 형상을 이용하여 대상체 표면에 장애물의 존재 여부를 판단할 수 있게 된다. 나아가, 상태 판단모듈(330)은 삼각 측량법으로 대상체 표면 감지장치와 대상체 표면까지의 거리를 알 수 있으므로, 단차 발생 부분의 길이와 거리로부터 장애물의 크기를 판단할 수 있다.Accordingly, the state determination module 330 can determine whether an obstacle exists on the surface of the object using the shape of the received reflection pattern laser beam. Further, the state determination module 330 can determine the distance from the surface of the object to the surface of the object by the triangulation method. Therefore, the size of the obstacle can be determined from the length and distance of the step-generated portion.

다음으로, 도 5 내지 도 11을 참조하여 상기와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 대상체 표면 감지장치의 대상체 표면 감지방법을 설명한다.5 to 11, a method of detecting a surface of a target object in the target surface detecting apparatus according to an embodiment of the present invention will be described.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 대상체 표면 감지장치의 대상체 표면 감지방법은 삼각 측량법은 기반으로 한다. 삼각 측량법은 측정 대상체의 거리에 따라 대상체에 의해 반사되어 수신되는 레이저 빔이 맺히는 위치가 다른 원리를 이용한 거리 측정법이다. 이하의 설명에서, 발광부(100)에서 조사된 패턴 레이저 빔의 패턴을 기준 패턴이라 하고, 대상체 표면에 의해 반사되어 수광부(200)에 수신된 패턴을 반사 패턴이라 한다.As shown in FIG. 5, the object surface sensing method of the object surface sensing apparatus according to an embodiment of the present invention is based on a triangulation method. The triangulation method is a distance measurement method using a principle that a position of a laser beam reflected by a target and formed by a target varies depending on the distance of the target. In the following description, the pattern of the pattern laser beam irradiated by the light emitting portion 100 is referred to as a reference pattern, and the pattern reflected by the surface of the object and received by the light receiving portion 200 is referred to as a reflection pattern.

먼저, 도 6 및 도 7을 참조하여 대상체 표면에 장애물의 존재 여부를 감지하는 방법을 설명한다.6 and 7, a method of detecting the presence or absence of an obstacle on a surface of a target object will be described.

도 6에 도시된 바와 같이, 대상체 표면에 장애물이 존재하지 않는 경우, 발광부(100)에서 조사된 패턴 레이저 빔은 대상체 표면에 의해 반사되어 수광부(200)에 수신된다. 수신된 반사 패턴은 기준 패턴의 형상을 유지한다. 따라서, 제어부(300)의 상태 판단모듈(330)은 대상체 표면에 장애물이 없는 것으로 판단하고, 삼각 측량법에 따라 대상체와의 거리를 측정한다.6, when an obstacle does not exist on the object surface, the pattern laser beam irradiated by the light emitting unit 100 is reflected by the surface of the object and is received by the light receiving unit 200. The received reflection pattern maintains the shape of the reference pattern. Therefore, the state determination module 330 of the control unit 300 determines that there is no obstacle on the surface of the object, and measures the distance to the object based on the triangulation method.

한편, 도 7에 도시된 바와 같이, 대상체 표면에 장애물이 존재하는 경우, 반사 패턴에는 단차가 생겨서 기준 패턴의 형상이 유지되지 않는다. 이로부터 상태 판단모듈(330)은 대상체 표면에 장애물이 있는 것으로 판단할 수 있다. 나아가, 단차와 단차 사이의 길이(L1, L2)와 삼각 측량법에 따라 측정된 대상체와의 거리 정보를 이용하여 장애물의 크기를 측정할 수 있다.On the other hand, as shown in FIG. 7, when an obstacle exists on the surface of the object, a step is formed in the reflection pattern, and the shape of the reference pattern is not maintained. From this, the state determination module 330 can determine that there is an obstacle on the surface of the object. Furthermore, the size of the obstacle can be measured using the lengths (L1 and L2) between the step and the step and the distance information between the object and the object measured according to the triangulation method.

다음, 도 8 및 도 9를 참조하여 대상체 표면의 기울기를 감지하는 방법을 설명한다.Next, a method of detecting the inclination of the object surface will be described with reference to FIGS. 8 and 9. FIG.

도 8에 도시된 바와 같이, 대상체 표면이 x축과 소정의 각도(θ1)를 이루는 경우, 수광부(200)에 수신된 반사 패턴은 기준 패턴에 비해 y축 방향 패턴의 길이가 변화한다. 변화된 패턴 길이를 패턴 저장모듈(320)의 룩업 테이블과 매칭하여 대상체 표면의 x축 기울기(θ1)를 산출할 수 있다. 8, when the object surface forms a predetermined angle? 1 with the x-axis, the length of the y-axis direction pattern of the reflection pattern received by the light receiving section 200 changes as compared with the reference pattern. The x-axis inclination [theta] 1 of the surface of the object can be calculated by matching the changed pattern length with the lookup table of the pattern storage module 320. [

한편, 도 9에 도시된 바와 같이, 대상체 표면이 y축과 소정의 각도(θ2)를 이루는 경우, 수광부(200)에 수신된 반사 패턴은 기준 패턴에 비해 x축 방향 패턴의 각도가 변화한다. 변화된 패턴 각도를 패턴 저장모듈(320)의 룩업 테이블과 매칭하여 대상체 표면의 y축 기울기(θ2)를 산출할 수 있다.On the other hand, as shown in FIG. 9, when the surface of the object forms a predetermined angle? 2 with the y-axis, the angle of the x-axis direction pattern of the reflection pattern received by the light- The y-axis inclination [theta] 2 of the surface of the object can be calculated by matching the changed pattern angle with the look-up table of the pattern storage module 320. [

상기의 설명에서 대상체 표면 감지장치 내에 발광부(100)와 수광부(200)가 x축과 평행하도록 배치된 것을 전제로 한 것이며, 발광부(100)와 수광부(200)가 y축과 평행하도록 배치된 경우이면, x축 기울기 및 y축 기울기는 반대로 판단될 수 있다. 제조자는 발광부(보다 자세히는, 레이저 다이오드)와 수광부(보다 자세히는, 이미지 센서)를 잇는 가상의 선을 x축으로 설정하고, x축 기울기 및 y축 기울기를 달리하는 반복 실험으로 룩업 테이블을 작성하여 패턴 저장모듈(320)에 저장할 수 있다.In the above description, it is assumed that the light emitting unit 100 and the light receiving unit 200 are disposed in parallel with the x axis in the object surface sensing apparatus. The light emitting unit 100 and the light receiving unit 200 are arranged , The x-axis inclination and the y-axis inclination can be judged to be opposite. The manufacturer sets the imaginary line connecting the light emitting portion (more specifically, the laser diode) and the light receiving portion (more specifically, the image sensor) as the x axis and sets the lookup table as a repeated experiment with different x-axis tilt and y- And store it in the pattern storage module 320.

다음, 도 10 및 도 11을 참조하여 대상체의 접근 또는 멀어짐을 감지하는 방법을 설명한다.Next, a method of detecting the approach or departure of the object will be described with reference to FIGS. 10 and 11. FIG.

도 10에 도시된 바와 같이, 대상체 표면이 멀어지는 경우, 도 5에 도시된 삼각 측량법 원리에 의해 반사 패턴은 기준 패턴에 비해 위로 평행 이동한다. 이로부터 상태 판단모듈(330)은 대상체의 멀어짐을 감지할 수 있다.As shown in Fig. 10, when the object surface moves away from the reference pattern, the reflection pattern moves upwards in parallel with the reference pattern by the triangulation principle shown in Fig. From this, the state determination module 330 can detect the distant object.

한편, 도 11에 도시된 바와 같이, 대상체 표면이 가까워지는 경우, 반사 패턴은 기준 패턴에 비해 아래로 평행 이동하며, 따라서, 상태 판단모듈(330)은 대상체가 가까워짐을 감지할 수 있다.On the other hand, as shown in FIG. 11, when the surface of the object approaches, the reflection pattern moves parallel to the reference pattern downward, and thus the state determination module 330 can detect that the object is approaching.

상기한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 대상체 표면 감지장치는, 도 12에 도시된 바와 같이, 무인 비행체(드론)에 장착되어 무인 비행체의 착륙시에 착륙 대상(지표면)의 기울기 정보, 장애물 정보, 거리 정보를 제공하여, 무인 비행체가 정확하고 안전하게 착륙할 수 있도록 할 수 있다. 물론, 본 발명은 반드시 무인 비행체에 한정되는 것은 아니며, 차량이나 이동 로봇 등 다양한 이동체에 적용될 수 있다.As shown in FIG. 12, the object surface sensing apparatus according to an embodiment of the present invention may be mounted on an unmanned air vehicle (drones) to detect tilt information of an object to be landed (land surface) Information, and distance information so that the unmanned aerial vehicle can land correctly and safely. Of course, the present invention is not limited to the unmanned aerial vehicle, and may be applied to various vehicles such as vehicles and mobile robots.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit of the invention as set forth in the appended claims. The present invention can be variously modified and changed by those skilled in the art, and it is also within the scope of the present invention.

100 : 발광부 200 : 수광부
300 : 제어부 310 : 패턴 추출모듈
320 : 패턴 저장모듈 330 : 상태 판단모듈100: light emitting portion 200: light receiving portion
300: controller 310: pattern extracting module
320: pattern storage module 330: status determination module

Claims (7)

기설정된 패턴을 갖는 패턴 레이저 빔을 발광하는 발광부;
상기 발광부에서 발광된 패턴 레이저 빔이 대상체 표면에 의해 반사되어 형성된 반사 패턴 레이저빔을 수신하는 수광부; 및,
상기 수광부에서 수신된 반사 패턴 레이저빔을 이용해서 상기 대상체와의 거리를 산출하고, 상기 대상체 표면의 상태를 판단하는 제어부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 대상체 표면 감지장치.
A light emitting portion emitting a patterned laser beam having a predetermined pattern;
A light receiving unit receiving a patterned laser beam emitted from the light emitting unit, the patterned laser beam being formed by reflecting the patterned laser beam by the surface of the object; And
A control unit for calculating the distance to the target object by using the reflection pattern laser beam received by the light receiving unit,
And a sensor for detecting the surface of the object.
청구항 1에 있어서, 상기 발광부는,
레이저 빔을 발생시키는 레이저 다이오드;
상기 레이저 다이오드의 후방에 위치하고, 상기 레이저 빔을 집광시키는 콜리메이팅 렌즈;
상기 콜리메이팅 렌즈의 후방에 위치하며, 집광된 레이저 빔을 기설정된 형상의 패턴을 갖는 레이저 빔으로 변환시키는 레이저 패턴 렌즈
를 포함하는 것을 특징으로 하는 대상체 표면 감지장치.
The light emitting device according to claim 1,
A laser diode for generating a laser beam;
A collimating lens positioned behind the laser diode and condensing the laser beam;
A laser pattern lens positioned at the rear of the collimating lens and converting the condensed laser beam into a laser beam having a predetermined pattern,
And a sensor for detecting the surface of the object.
청구항 1에 있어서, 상기 발광부는,
레이저 빔을 발생시키는 적어도 2 이상의 레이저 다이오드를 포함하며, 상기 적어도 2 이상의 레이저 다이오드는 서로 다른 파장의 레이저 빔을 발생시키는 것을 특징으로 하는 대상체 표면 감지장치.
The light emitting device according to claim 1,
And at least two laser diodes for generating laser beams, wherein the at least two laser diodes generate laser beams of different wavelengths.
청구항 1에 있어서, 상기 제어부는,
상기 수광부가 수신한 반사 패턴 레이저 빔의 반사 패턴을 추출하는 패턴 추출모듈;
임의의 평면의 x축 기울기 및 y축 기울기에 따른 반사 패턴이 룩업(look-up) 테이블 형식으로 매칭되어 저장된 패턴 저장모듈;
상기 패턴 추출모듈에서 추출된 반사 패턴과 상기 패턴 저장모듈에 저장된 반사 패턴을 비교 검색하여 대상체 표면의 상태를 판단하는 상태 판단모듈
을 포함하는 것을 특징으로 하는 대상체 표면 감지장치.
The apparatus of claim 1,
A pattern extracting module for extracting a reflection pattern of the reflection pattern laser beam received by the light receiving unit;
A pattern storage module in which reflection patterns corresponding to x-axis inclination and y-axis inclination of an arbitrary plane are matched and stored in a look-up table format;
A state determination module for comparing the reflection pattern extracted from the pattern extraction module with the reflection pattern stored in the pattern storage module to determine the state of the object surface,
And a sensor for detecting the surface of the object.
청구항 4에 있어서, 상기 상태 판단모듈은,
상기 추출된 반사 패턴이 상기 발광부에 의해 조사된 패턴보다 위에 있는 경우, 대상체 표면이 멀어지는 것으로 판단하고,
상기 추출된 반사 패턴이 상기 발광부에 의해 조사된 패턴보다 아래에 있는 경우, 대상체 표면이 접근하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 대상체 표면 감지장치.
The system according to claim 4,
When the extracted reflection pattern is above the pattern irradiated by the light emitting portion, it is determined that the surface of the object is distant,
And determines that the object surface approaches if the extracted reflection pattern is below the pattern irradiated by the light emitting unit.
청구항 4에 있어서, 상기 상태 판단모듈은,
상기 발광부에 의해 조사된 패턴 레이저 빔 형상의 유지 여부로부터 장애물의 존재 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 대상체 표면 감지장치.
The system according to claim 4,
Wherein the presence or absence of an obstacle is determined based on whether or not the pattern laser beam shape irradiated by the light emitting unit is maintained.
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 따른 대상체 표면 감지장치가 탑재된 이동체.A moving object mounted with the object surface detecting apparatus according to any one of claims 1 to 6.
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