KR20190063967A - 스테레오 카메라와 3d 바코드를 이용한 위치 측정 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

위치 측정 장치가 개시된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 위치 측정 장치는, 복수의 카메라를 통해 시차가 있는 영상을 촬영하는 스테레오 카메라; 스테레오 카메라를 통해 촬영한 영상에서 바코드 조형물을 3개 이상 식별하고, 바코드 조형물의 바코드를 식별하여 바코드 조형물의 위치 정보를 파악하고, 식별한 바코드 조형물까지의 거리를 영상에서 측량하고, 삼각 측량을 통해 자신의 위치 정보를 파악하는 위치 측정부를 포함할 수 있다.

Description

스테레오 카메라와 3D 바코드를 이용한 위치 측정 방법 및 장치 {Method and apparatus for measuring position using stereo camera and 3D barcode}

본 발명은 스테레오 카메라와 3D 바코드를 이용하여 위치를 측정하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 스테레오 카메라와 3D 바코드를 이용하여 로봇의 위치를 정확하게 측정하는 방법 및 그 방법을 수행하는 장치에 관한 것이다.

일반적으로 3차원 영상을 표현하는 입체 화상은 두 눈을 통한 스테레오 시각의 원리에 의하여 이루어지게 된다. 입체감의 중요한 요인은 사람의 두 눈이 약 65mm 정도 떨어져 있기 때문에 나타나게 되는 두 눈의 시차(Parallax), 즉 양안 시차라 할 수 있다.

따라서 좌우의 눈이 각각 서로 다른 2차원 화상을 보게 되고, 이 두 화상이 망막을 통해 뇌로 전달되면 뇌는 이를 서로 융합하여 본래의 3차원 영상의 깊이감과 실제감을 재생하게 된다. 이를 스테레오그라피(Stereography)라 한다.

한편, 장애물이 있는 환경에서 움직이는 로봇의 네비게이션을 위해서는 자신의 위치를 추적하는 것이 필수적이다. 이는 사전에 설정된 지도 또는 네비게이션 과정에서 작성된 지도를 이용하여 로봇의 위치를 파악하고, 경로를 설계하거나 객체의 조작 또는 사람과의 통신 등의 작업을 수행하기 위해서이다.

그러나, 기본적으로 잡음이 있는 적외선 센서 데이터를 사용하여 위치를 추적하는 것은 계산에 어려움이 있다. 특히 종래의 위치 추적은 여러 센서 정보와 자연 표식(natural landmark) 등을 이용하여 작업환경 내에서 로봇의 절대 위치를 파악한다.

그렇기 때문에, 로봇이 주행하는 동안 여러 원인(바퀴와 지면과의 미끄러짐 현상, 바퀴 직경의 변경 등)에 의해 오차가 발생하므로 주행이 진행될수록 로봇의 위치에 오차가 발생하게 되고, 이에 따른 보정이 필요하게 된다. 이에 스테레오 카메라를 이용하여 측정 장치의 위치를 측정하는 경우에 그 정확도를 높이기 위한 방법에 대한 연구가 필요하다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 스테레오 카메라와 3D 바코드를 이용하여 위치를 측정하는 방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 측정 장치는, 복수의 카메라를 통해 시차가 있는 영상을 촬영하는 스테레오 카메라; 스테레오 카메라를 통해 촬영한 영상에서 바코드 조형물을 3개 이상 식별하고, 바코드 조형물의 바코드를 식별하여 바코드 조형물의 위치 정보를 파악하고, 식별한 바코드 조형물까지의 거리를 영상에서 측량하고, 삼각 측량을 통해 자신의 위치 정보를 파악하는 위치 측정부를 포함할 수 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 위치 측정 방법은, 위치 측정 장치가, 복수의 카메라를 통해 시차가 있는 영상을 촬영하는 단계; 상기 위치 측정 장치가, 상기 영상을 분석하여 상기 영상에 포함된 3개 이상의 바코드 조형물까지의 거리를 측정하는 단계; 상기 위치 측정 장치가, 상기 바코드 조형물의 바코드를 식별하여 상기 바코드 조형물의 위치 정보를 파악하는 단계; 및 상기 위치 측정 장치가, 상기 바코드 조형물의 위치 정보와 상기 바코드 조형물까지의 거리 정보를 이용하여, 삼각 측량을 통해 자신의 위치를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 효과는 다음과 같다.

위치, 속도, 자세 정보는 항법 정보라 통칭되어 전파센서, 영상센서, GPS센서등 다양한 센서들의 조합에 의해 획득 된다. 다만 특정된 상황에서 해당 항법정보들의 정확성이 확보되지 않을 경우가 있으며 이는 작업 환경의 위험 또는 오작동을 초래하게 된다.

예를 들어 하우스 작물 재배 환경에서 로봇의 좌표를 각종 센서로 확인하기 어려워 좌표를 인식할수 있는 QR코드나 특수 라인 등을 바닥에 설치하는 경우도 있으나 환경에 따라 지워지거나 움직이는 등의 문제가 발생한다.

이에 비해 본 발명에서 제안하는 위치 측정 방법을 이용하면, 산업에 이용되는 로봇 응용에서 이동체의 위치좌표 자세 정보 등을 매우 정확하게 획득할 수 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에서 사용될 수 있는 위치 측정 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2a 내지 도 2b는 본 발명의 일 실시예에서 사용될 수 있는 3D 바코드를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 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 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 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 출원에서, "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.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에서 사용될 수 있는 위치 측정 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참고하면, 농작물을 재배하는 비닐하우스 내에서 수확 로봇을 이용하여 농작물을 수확하기 위한 과정을 볼 수 있다. 이때 로봇이 농작물을 수확하기 위해서는 비닐하우스 내에서 수확 대상이 되는 농작물까지 이동할 수 있어야 한다. 즉 로봇의 네비게이션이 필요하다.

이를 위해서는 로봇의 위치를 측정할 수 있어야 하는데 일반적으로 위치를 측정하기 위해서 사용하는 GPS 신호는 전파 수신 환경이 원활하지 않은 실내에서는 사용이 어렵고 오차도 수 미터에서 수십 미터에 달하기 때문에 로봇의 정확한 위치 좌표를 확인하기에는 문제가 있다.

이처럼 본 발명은 실내 건축물 및 하우스 등 GPS 신호를 수신하기 어렵거나 로봇의 이동 경로를 제외한 나머지 공간의 환경이 자주 변하는 등 좌표 정보를 얻기 어려운 여러 가지 환경에서 언제나 정확한 좌표를 얻기 위한 방법을 제공한다.

먼저 미리 좌표가 입력된 3D 바코드 조형물(130, 140)을 실내의 지정된 복수의 위치에 설치한다. 이후 로봇이 이동 중 스테레오 카메라(110, 120)로 바코드를 발견하게 되면 정지하여 해당 바코드를 인식하고 두 개의 카메라에서 측정된 이미지를 삼각 측정법으로 측량하여 로봇의 절대 위치를 계산한다.

다만 바코드 조형물은 어느 위치에서나 정확한 바코드 정보를 인식할 수 있어야 하기 때문에 원통형 구조물에 3D 형태로 바코드를 제작한 바코드를 부착하는 것이 바람직하다. 이를 통해서 로봇이 원통형 구조물의 어느 방향에 있더라도 안정적으로 3D 바코드를 식별할 수 있다.

정리하면 본 발명에서 제안하는 위치 측정 방법은 기 설정된 복수의 지점에 바코드 조형물을 설치하고, 로봇이 이동 중에 최소 3개 이상의 바코드 조형물을 촬영하고, 바코드를 식별하여 해당 바코드 조형물에 대한 정보를 얻고, 3각 측량을 통해 각각의 바코드 조형물로부터 로봇의 위치를 계산하여 로봇의 정확한 위치를 측정할 수 있다.

본 발명에서 제안하는 방법은 원통형 바코드 조형물이 움직이지 않는 한 실내에서의 정확한 절대 좌표를 얻을 수 있으며 이로 인하여 로봇들의 정확한 이동이 가능하다. 이를 통해 로봇을 이용한 다른 유관 분야에 로봇의 효율적인 작동 환경을 제공할 수 있다.

도 2a 내지 도 2b는 본 발명의 일 실시예에서 사용될 수 있는 3D 바코드를 설명하기 위한 도면이다.

도 2a를 참고하면 원통형 바코드 조형물(130)이 도시되어 있다. 이렇게 원통형의 조형물을 사용하는 이유는 로봇(100)이 어느 위치에 있더라도 원통형 바코드 조형물(130)은 동일한 모양으로 관찰이 가능하기 때문이다. 이를 통해 로봇(100)에서 스테레오 카메라(110, 120)를 통해 원통형 바코드 조형물(130)을 촬영하고, 원통형 바코드 조형물(130)과 로봇 사이의 거리를 측정할 수 있다.

이때 원통형 바코드 조형물에는 원기둥의 높이를 따라 3D 바코드(131)가 부착되어 있는 것을 볼 수 있다. 이처럼 원기둥의 높이를 따라 3D 바코드(131)를 부착하면 어느 방향에서든지 로봇(100)이 3D 바코드(131)를 용이하게 식별할 수 있다.

3D 바코드(131)에는 다양한 정보가 포함될 수 있다. 예를 들면 원통형 바코드 조형물(130)을 구분하기 위한 조형물의 식별자가 포함될 수 있다. 또는 원통형 바코드 조형물(130)의 공간상 위치 정보가 포함될 수 있다. 또는 이 둘을 모두 포함할 수 있다. 그 외 원통형 바코드 조형물(130)이 설치된 구역에 대한 정보나 농작물에 대한 정보들이 포함될 수도 있다.

이렇게 로봇(100)과 어느 한 원통형 바코드 조형물(130) 사이의 거리를 측정한 후에 나머지 최소 2개 이상의 원통형 바코드 조형물 사이의 거리를 더 측정하면 삼각 측량을 통해 로봇(100)의 위치를 측정할 수 있다. 도 2b를 참고하면 (x1, y1)으로부터 d1의 거리만큼 떨어져 있고, (x2, y2)으로부터 d2의 거리만큼 떨어져 있고, (x3, y3)으로부터 d3의 거리만큼 떨어져 있는 지점의 위치 (x,y)를 특정하는 과정을 볼 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 3을 참고하면, 우선 스테레오 카메라를 이용하여 영상을 촬영한다(S1100). 영상에서 식별된 바코드 조형물 중에서 최소 3개 이상의 조형물까지의 거리를 측정한다(S1200). 그 후에는 거리를 측정한 바코드 조형물에 새겨진 바코드를 식별하여 조형물의 위치 정보를 파악한다(S1300). 3개의 지점의 위치 정보와 각 지점까지의 거리를 알고 있으므로 삼각 측량을 이용하여 로봇의 위치를 파악한다(S1400).

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (2)

1. 복수의 카메라를 통해 시차가 있는 영상을 촬영하는 스테레오 카메라;
   스테레오 카메라를 통해 촬영한 영상에서 바코드 조형물을 3개 이상 식별하고, 바코드 조형물의 바코드를 식별하여 바코드 조형물의 위치 정보를 파악하고, 식별한 바코드 조형물까지의 거리를 영상에서 측량하고, 삼각 측량을 통해 자신의 위치 정보를 파악하는 위치 측정부를 포함하는,
   위치 측정 장치.
2. 위치 측정 장치가, 복수의 카메라를 통해 시차가 있는 영상을 촬영하는 단계;
   상기 위치 측정 장치가, 상기 영상을 분석하여 상기 영상에 포함된 3개 이상의 바코드 조형물까지의 거리를 측정하는 단계;
   상기 위치 측정 장치가, 상기 바코드 조형물의 바코드를 식별하여 상기 바코드 조형물의 위치 정보를 파악하는 단계; 및
   상기 위치 측정 장치가, 상기 바코드 조형물의 위치 정보와 상기 바코드 조형물까지의 거리 정보를 이용하여, 삼각 측량을 통해 자신의 위치를 측정하는 단계를 포함하는,
   위치 측정 방법.

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