KR20200034180A - 차량요소 부품 모션 측정 시스템 - Google Patents

차량요소 부품 모션 측정 시스템 Download PDF

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KR20200034180A
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(주)인사이트테크
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Abstract

본 발명은 차량요소 부품의 모션을 측정하는 차량요소 부품의 모션 측정 시스템에 관한 것으로서, 특히, 카메라와 마커부의 간단한 구성으로 차량요소 부품의 모션을 직접 측정할 수 있는 차량요소 부품 모션 측정 시스템에 관한 것이다.

Description

차량요소 부품 모션 측정 시스템{SYSTEM FOR MEASURING VEHICLE COMPONENT PARTS}
본 발명은 차량요소 부품의 모션을 측정하는 차량요소 부품의 모션 측정 시스템에 관한 것이다.
차량의 주행 중에 엔진과 같은 차량의 구동부의 진동 및 노면에서 전달되는 진동에 의해 차량의 차체에 반복적인 진동이 전달된다.
차량의 진동은 낮은 승차감의 원인이 될 뿐더러, 차체에 변형등을 일으키는 원인이 될 수 있다. 따라서, 차량의 진동을 방지하기 위해, 차량에는 진동을 감소시켜주는 서스펜션(suspension) 등과 같은 진동감쇠부가 구비된다.
진동감쇠부의 설계를 위해서는 차량요소 부품의 진동 모션 또는 진동에 의한 변위 등을 측정해야한다. 이러한 차량요소 부품의 진동에 의한 변위 등을 측정하는 시스템 또는 장비로는 한국등록특허 제10-1526775호(이하, '특허문헌 1'이라 한다), 한국공개특허 제10-2006-0131600호(이하, '특허문헌 2'라 한다), 한국공개특허 제10-2001-0059296호(이하, '특허문헌 3'이라 한다), 한국등록특허 제10-1014364호(이하, '특허문헌 4'라 한다), 일본공개특허 제2000-266533호(이하, '특허문헌 5'라 한다)에 공지된 것이 공개되어 있다.
전술한 특허문헌 1 내지 5의 경우, 관절을 갖는 지그 등에 차량요소 부품을 고정시킨 상태에서 진동을 부여함으로써, 차량요소 부품의 변위를 측정하게 된다. 따라서, 지그 등의 구조가 복잡하여, 측정할 수 있는 차량요소 부품이 제한적이고, 실제 주행 중인 차량의 진동 모션을 직접 측정할 수 없는 문제점이 있다.
위와 같은 문제점을 해결하기 위해, 더욱 간단한 구성으로, 차량의 차량요소 부품의 진동에 의한 모션을 직접적으로 측정할 수 있는 시스템 또는 장치의 개발이 필요하다.
한국등록특허 제10-1526775호 한국공개특허 제10-2006-0131600호 한국공개특허 제10-2001-0059296호 한국등록특허 제10-1014364호 5)일본공개특허 제2000-266533호
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 카메라와 마커부의 간단한 구성으로 차량요소 부품의 모션을 직접 측정할 수 있는 차량요소 부품 모션 측정 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 일 특징에 따른 차량요소 부품 모션 측정 시스템은, 카메라를 통해 차량요소 부품에 설치되는 마커부의 X-Z평면의 움직임을 촬영하는 촬영단계; 상기 촬영단계에서 촬영된 마커부의 X-Z평면 움직임에서 상기 마커부의 기준점의 X좌표 변화 값 및 Z좌표 변화 값을 추출하는 추출단계; 및 상기 추출단계에서 추출된 X좌표 변화 값 및 Z좌표 변화 값과 상기 마커부와 상기 카메라 사이의 거리를 이용하여 상기 기준점의 3차원 공간의 위치 변화 정보를 연산하는 연산단계;를 포함하되, 상기 연산단계는, 상기 마커부의 도형의 크기 변화와 상기 마커부와 상기 카메라 사이의 거리를 연산하여 상기 기준점의 Y좌표 변화 값을 연산하는 좌표연산단계; 및 상기 기준점의 X좌표 변화 값, Y좌표 변화 값 및 Z좌표 변화 값을 이용하여 상기 기준점의 X축 각도 변화 값, Y축 각도 변화 값 및 Z축 각도 변화 값을 연산하는 각도연산단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 추출단계는, 상기 마커부의 외곽성분을 추출하는 외곽성분추출단계; 상기 외곽성분추출단계에서 추출된 상기 외곽성분 중 추출영역을 선택하는 영역선택단계; 및 상기 영역선택단계에서 선택된 추출영역 내에서의 상기 마크부의 기준점의 X좌표 변화 값 및 Z좌표 변화 값을 추출하는 좌표추출단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 추출단계는, 상기 외곽성분추출단계 전에, 상기 카메라를 통해 측정된 상기 마커부의 X-Z평면의 이미지 해상도를 다운사이징하는 다운사이징단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 마커부는, 상기 마커부의 중심점과 동심을 이루는 제1정사각형; 및 상기 제1정사각형을 둘러싸는 제2 내지 제5정사각형;을 포함하되, 상기 제1정사각형의 4개의 꼭지점 각각은 상기 제2 내지 제5정사각형의 1개의 꼭지점 각각과 교점을 이루게 됨으로써, 4개의 교점이 형성되며, 상기 기준점은 상기 마커부의 중심점 및 상기 4개의 교점 중 적어도 어느 하나이고, 상기 도형은 상기 제1 내지 제5정사각형 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 마커부는, 상기 제1 내지 제5정사각형을 둘러싸며, 상기 제1정사각형의 중심점과 동심을 이루는 원형 띠;를 더 포함하고, 상기 추출단계는, 상기 마커부의 외곽성분을 추출하는 외곽성분추출단계; 상기 외곽성분 추출단계에서 추출된 상기 외곽성분 중 상기 원형 띠 내부 영역으로 이루어진 추출영역을 선택하는 영역선택단계; 및 상기 영역선택단계에서 선택된 추출영역 내에서의 상기 마크부의 기준점의 X좌표 변화 값 및 Y좌표 변화 값을 추출하는 좌표추출단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 마커부는, 상기 마커부의 중심점과 동심을 이루는 제1정사각형; 상기 제1정사각형을 둘러싸는 제2 내지 제5정사각형; 및 상기 제1정사각형의 중심점과 동심을 이루지 않도록 상기 제2 내지 제5정사각형 중 인접한 정사각형의 사이에 위치하는 원;을 포함하되, 상기 제1정사각형의 4개의 꼭지점 각각이 상기 제2 내지 제5정사각형의 1개의 꼭지점 각각과 교점을 이루게 됨으로써, 4개의 교점이 형성되며, 상기 기준점은 상기 마커부의 중심점 및 상기 4개의 교점 중 적어도 어느 하나이고, 상기 도형은 상기 제1 내지 제5정사각형 및 상기 원 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 차량요소 부품 모션 측정 시스템에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
하나의 카메라를 통해, 2차원인 마커부의 X-Z평면을 촬영하고, 연산부의 연산을 통해 마커부의 기준점의 3차원 공간의 위치 변화 정보를 얻어낼 수 있으므로, 종래 기술과 달리, 간단한 구성으로 3차원 공간의 위치 변화 정보, 즉, 6축 자유도의 변위 정보를 얻어낼 수 있다.
또한, 차량 요소 부품 모션 측정 시스템을 수행하는 구성요소가 간단하므로, 차량의 원하는 영역에서의 설치가 매우 용이하다. 따라서, 원하는 차량 영역의 진동에 의한 움직임을 쉽게 측정할 수 있다.
또한, 엔진룸과 같이, 차량의 차체 내부의 움직임도 쉽게 측정할 수 있으므로, 종래 기술로는 측정이 불가능한 영역의 진동에 의한 움직임의 측정이 가능하다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량요소 부품 모션 측정 시스템을 수행하는 구성을 예시적으로 나타낸 도면.
도 2은 도 1의 마크부의 X-Z평면을 예시적으로 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량요소 부품 모션 측정 시스템의 흐름도.
이하의 내용은 단지 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 발명의 원리를 구현하고 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시 예들은 원칙적으로, 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시 예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.
본 명세서에서 기술하는 실시 예들은 본 발명의 이상적인 예시 도인 단면도 및/또는 사시도들을 참고하여 설명될 것이다. 따라서, 본 발명의 실시 예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다.
설명에 들어가기에 앞서, 아래의 사항을 정의한다.
도 1의 카메라(300)와 마커부(200)는 Y축 방향으로 이격되어 있다. 따라서, 카메라(300)와 마커부(200) 사이의 거리(d)는 Y축 방향의 거리를 의미한다.
카메라(300)에 의해 촬영되는 마커부(200)는 X-Z평면을 촬영하는 것이며, 이에 대한 예시는 도 2에 도시되어 있다.
이하의 설명에서 언급되는 X좌표 변화 값은 X축 상에서 변화되는 좌표 값을 의미한다. Y좌표 변화 값은 Y축 상에서 변화되는 좌표 값을 의미한다. Z좌표 변화값은 Z축 상에서 변화되는 좌표 값을 의미한다.
또한, X축 각도 변화 값은 X축을 기준으로 회전되는 각도 값인 'Roll' 값을 의미한다. Y축 각도 변화 값은 Y축을 기준으로 회전되는 각도 값인 'Pitch' 값을 의미한다. Z축 각도 변화 값은 Z축을 기준으로 회전되는 각도 값인 'Yaw' 값을 의미한다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량요소 부품 모션 측정 시스템에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량요소 부품 모션 측정 시스템을 수행하는 구성을 예시적으로 나타낸 도면이고, 도 2은 도 1의 마크부의 X-Z평면을 예시적으로 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량요소 부품 모션 측정 시스템의 흐름도이다.
설명에 들어가기에 앞서, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량요소 부품 모션 측정 시스템이 수행되는 구성에 대해 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량요소 부품 모션 측정 시스템은, 차량요소 부품(100)에 설치되는 마커부(200)와, 마커부(200)를 촬영하는 카메라(300)와, 카메라(300)에 연결되어 마커부(200)의 기준점의 3차원 공간의 위치 변화 정보를 연산하는 연산부(400)와, 마커부(200)에 조명을 비추는 조명부(500)를 포함하는 구성으로 수행될 수 있다.
차량요소 부품(100)은 차량의 주행 또는 모의 주행 또는 차량의 엔진이 작동할 때, 진동에 따른 일정 부분의 움직임을 측정하기 위해 선택되는 차량의 부품을 의미한다.
예컨데, 차량의 엔진에 의한 진동에 따른 모션(움직임)을 측정하기 위해서, 차량요소 부품(100)은 엔진룸이 될 수 있으며, 차량 주행시 바퀴에 전달되는 진동에 따른 모션을 측정하기 위해서, 차량요소 부품(100)은 휠이 될 수 있다.
마커부(200)는 위와 같은 차량요소 부품(100)에 설치되며, X-Z평면에는 적어도 하나의 기준점과, 적어도 하나의 도형이 구비된다.
기준점은 마커부(200)의 X-Z평면 상에 형성되는 점이다. 차량요소 부품(100)이 진동할 때, 차량요소 부품 모션 측정 시스템이 기준점의 3차원 공간의 위치 변화 정보를 연산함으로써, 차량요소 부품의 모션, 즉, 움직임을 측정할 수 있다.
도형은 마커부(200)의 X-Z평면 상에 형성된다. 이러한 도형은 차량요소 부품이 진동 할 때, 카메라(300)에 의해 촬영된 이미지의 크기가 변화됨으로써, 후술할 연산단계(S300)에서 기준점의 Y좌표 변화 값, X축 각도 변화 값, Y축 각도 변화 값, Z축 각도 변화 값을 연산할 수 있는 요소가 된다.
본 발명의 경우, 하나의 예로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 5개의 기준점과 6개의 도형이 구비된 마커부(200)에 대해 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 마커부(200)는 마커부(200)의 중심점과 동심을 이루는 제1정사각형(211)과, 제1정사각형(211)을 둘러싸는 제2 내지 제5정사각형(212, 213, 214, 215)과, 제1정사각형(211)의 중심점과 동심을 이루지 않도록 제2, 3정사각형(212, 213)의 사이에 위치하는 원(220)과, 제1 내지 제5정사각형(211, 212, 213, 214, 215)을 둘러싸며, 제1정사각형(211)의 중심점과 동심을 이루는 원형 띠(230)를 포함하여 구성될 수 있다.
제1정사각형(211)은 마커부(200)의 중심점과 동일한 중심점을 갖는다. 따라서, 마커부(200)와 제1정사각형(211)은 동심을 이룬다.
제1 내지 제5정사각형(211, 212, 213, 214, 215)은 동일한 변의 크기를 갖는다. 하나의 예로써, 제1 내지 제5정사각형(211, 212, 213, 214, 215)은 변의 길이가 5mm일 수 있다.
제1정사각형(211)의 4개의 꼭지점 각각은 상기 제2 내지 제5정사각형(212, 213, 214, 215)의 4개의 꼭지점 중 1개의 꼭지점 각각과 동일하게 위치하게 된다.
따라서, 제1정사각형(211)의 4개의 꼭지점 각각은 제2 내지 제5정사각형(212, 213, 214, 215)의 4개의 꼭지점 중 1개의 꼭지점 각각과 교점(241)을 이루게 됨으로써, 4개의 교점(241)이 형성된다.
전술한 마커부(200)의 기준점은 마커부(200)의 중심점(또는 제1정사각형(211)의 중심점) 및 4개의 교점(241) 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
만약, 기준점이 복수개일 경우, 후술할 연산부(400)에서 수행되는 연산단계(S300)에서는, 복수개의 기준점의 평균 좌표 변화 값을 이용하여, 기준점의 3차원 공간의 위치 정보를 연산할 수 있다.
원(220)은 제2, 3정사각형(212, 213)의 사이에 위치하며, 제1정사각형(211)의 중심점 및 마커부(200)의 중심점과 동심을 이루지 않는다.
원(220)의 중심점은 제2, 3정사각형(212, 213)의 중심점과 일직선 상에 위치할 수 있으며, 하나의 예로써, 원(220)은 3mm의 직경을 갖을 수 있다.
원(220)은 기준점의 좌표 값이 진동에 의해 변화할 때, X-Z평면 상에서 (+), (-) 위치를 파악할 수 있는 기능을 한다.
예컨데, 도 2에 도시된 바와 같이, 원(220)이 제2, 3정사각형(212, 213)에 위치하여, 도 2의 X-Z평면상에 상부에 위치해 있을 때, 원(220)의 상부 방향은 Z축으로 (+) 방향, 원(220)의 오른쪽 방향은 X축으로 (+) 방향, 원(220)의 하부 방향은 Z축으로 (-) 방향, 원(220)의 왼쪽 방향은 X축으로 (-) 방향일 수 있는 것이다.
이러한 원(220)은 도 2에 도시된 바와 달리, 제2 내지 제5정사각형(212, 213, 214, 215) 중 인접한 정사각형의 사이에 위치할 수 있다. 예컨데, 원(220)은 제3, 4정사각형(213, 214) 사이, 제2, 4정사각형(212, 214) 사이, 제3, 5정사각형(213, 215) 사이, 제4, 5정사각형(214, 215) 사이에 위치할 수도 있다.
전술한 마커부(200)의 도형은 제1 내지 제5정사각형(211, 212, 213, 214, 215), 원(220) 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
만약, 도형이 복수개일 경우, 후술할 연산부(400)에서 수행되는 연산단계(S300)에서는, 복수개의 도형의 평균 크기 변화 값을 이용하여, 기준점의 3차원 공간의 위치 정보를 연산할 수 있다.
원형 띠(230)는 제1 내지 제5정사각형(211, 212, 213, 214, 215)을 둘러싸며, 제1정사각형(211)의 중심점 및 마커부(200)의 중심점과 동심을 이룬다. 따라서, 원형 띠(230)의 중심점은 마커부(200)의 중심점 및 제1정사각형(211)의 중심점과 동일하다. 하나의 예로써, 원형 띠(230)는 그 중심선의 직경이 30mm일 수 있다.
원형 띠(230)는 후술할 추출단계(S200)의 영역선택단계(S240)에서 추출영역을 구분 짓는 경계선이 될 수 있으며, 이에 대한 자세한 설명은 후술한다.
카메라(300)는 연산부(400)와 연결되며, 마커부(200)의 X-Z평면을 촬영하여 촬영된 이미지를 연산부(400)로 송신하는 기능을 한다.
이 경우, 카메라(300)와 연산부(400)는 유선 또는 무선으로 연결될 수 있으며, 무선일 경우, 무선 네트워크 망인 Wi-fi, 블루투스 등이 이용될 수 있다.
카메라(300)는 차량요소 부품(100)에 진동이 발생될 때, 마커부(200)의 X-Z평면을 실시간으로 촬영하여 이미지들의 집합인 동영상을 출력할 수 있다. 이러한 카메라(300)는 하나의 예로써, 초당 40 프레임, 즉, 40fps 의 동영상 촬영 성능을 가질 수 있으며, 이를 통해, 20Hz 이하의 마커부(200)의 움직임을 측정할 수 있다. 40fps 가 20Hz 이하의 마커부(200)의 움직임을 측정할 수 있는 이유는 카메라(300)의 fps 와 마커부(200)의 움직임을 정확히 측정할 수 있는 Hz의 비는 '2: 1' 이기 때문이다.
보다 정확한 마커부(200)의 X-Z평면의 움직임을 촬영하기 위해 카메라(300)는 '8M pixel'의 해상도를 갖는 것이 바람직하다.
카메라(300)와, 마커부(200)의 X-Z평면은 Y축 방향으로 이격되어 있으며, 이러한 카메라(300)와 마커부(200)의 X-Z평면 사이의 거리(d)는 설정 값이다. 하나의 예로써, 카메라(300)와 마커부(200) 사이의 거리는 10 ~ 15cm 일 수 있다.
연산부(400)는 카메라(300)에 연결되어 마커부(200)의 기준점의 3차원 공간의 위치 변화 정보를 연산하는 기능을 한다.
연산부(400)는 카메라(300)와 연결되어 카메라(300)에서 촬영된 이미지를 후술할 추출단계(S200) 및 연산단계(S300)를 거쳐 마커부(200)의 기준점의 3차원 공간의 위치 변화 정보를 연산한다.
이러한 연산부(400)는 PC, 모바일, 서버 등 연산처리 장치와 메모리를 구비한 장비에 설치되는 프로그램일 수 있으며, 전술한 바와 같이, 카메라(300)와 유선 또는 무선으로 연결될 수 있다.
연산부(400)에는 마커부(200)와 카메라(300) 사이의 거리(d)와, 마커부(200)의 도형의 크기가 기입력되어 있다. 이 경우, 마커부(200)와 카메라(300) 사이의 거리(d)는 Y축선 상의 길이이며, 도형의 크기는 X-Z평면 상의 크기이다.
조명부(500)는 마커부(200)에 조명을 비추는 기능을 한다. 이 경우, 조명부(500)는 백색광 또는 적외선광으로 마커부(200)에 빛을 발함으로써, 조명을 비출 수 있다.
위와 같은 조명부(500)는 차량요소 부품(100)이 어두운 곳에 위치할 때, 마커부(200)에 조명을 비춰, 카메라(300)로 선명한 이미지를 촬영할 수 있도록 도와주는 기능을 한다. 특히, 전술한 바와 같이, 40fps 이상의 높은 동영상 촬영 성능을 가진 카메라(300)의 경우, 카메라(300) 렌즈의 노출시간이 짧으므로 조명부(500)의 조명은 더욱 효과적이다.
이러한 조명부(500)는 카메라(300)의 양측에 각각 1개씩 총 2개가 배치되는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량 요소 부품 모션 측정 시스템에 대해 설명한다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량 요소 부품 모션 측정 시스템은, 카메라(300)를 통해 차량요소 부품(100)에 설치되는 마커부(200)의 X-Z평면의 움직임을 촬영하는 촬영단계(S100)와, 촬영단계(S100)에서 촬영된 마커부(200)의 X-Z평면 움직임에서 마커부(200)의 기준점의 X좌표 변화 값 및 Z좌표 변화 값을 추출하는 추출단계(S200)와, 추출단계(S200)에서 추출된 X좌표 변화 값 및 Z좌표 변화 값과 마커부(200)와 카메라(300) 사이의 거리(d)를 이용하여 기준점의 3차원 공간의 위치 변화 정보를 연산하는 연산단계(S300)를 포함하여 구성될 수 있다.
촬영단계(S100)는 카메라(300)를 통해 차량요소 부품(100)에 설치되는 마커부(200)의 X-Z평면의 움직임을 촬영하는 과정이 수행된다.
촬영단계(S100)에서는 차량의 주행 중 발생되는 진동 또는 모의 주행 중 발생되는 진동 또는 차량이 주행하지 않더라도 엔진 등을 작동하여 발생되는 진동에 의해 차량요소 부품(100)과 이에 설치되는 마커부(200)가 진동하게 되며, 카메라(300)는 마커부(200)의 X-Z평면의 움직임을 이미지로 촬영한다.
촬영단계(S100)가 완료된 후, 추출단계(S200)가 수행된다.
추출단계(S200)에서는 촬영단계(S100)에서 촬영된 마커부(200)의 X-Z평면 움직임에서 마커부(200)의 기준점의 X좌표 변화 값 및 Z좌표 변화 값을 추출하는 과정이 수행된다.
이러한 추출단계(S200)는 카메라(300)에서 연산부(400)에 송신된 마커부(200)의 X-Z평면 움직임의 이미지를 연산부(400)가 추출함으로써, 수행될 수 있다.
추출단계(S200)는, 카메라(300)가 촬영단계(S100)에서 촬영된 마커부(200)의 X-Z평면의 움직임의 이미지를 연산부(400)로 송신하는 송신단계(S210)와, 카메라(300)를 통해 측정되고, 송신단계(S210)에서 연산부(400)로 송신된 마커부(200)의 X-Z평면의 움직임의 이미지의 해상도를 다운사이징하는 다운사이징단계(S220)와, 다운사이징단계(S220)를 거친 마커부(200)의 X-Z평면의 움직임의 이미지의 외곽성분을 추출하는 외곽성분추출단계(S230)와, 외곽성분추출단계(S230)에서 추출된 마커부(200)의 X-Z평면의 움직임의 이미지의 외곽성분 중 추출영역을 선택하는 영역선택단계(S240)와, 영역선택단계(S240)에서 선택된 추출영역 내에서의 마커부(200)의 기준점의 X좌표 변화 값 및 Z좌표 변화 값을 추출하는 좌표추출단계(S250)를 포함하여 수행될 수 있다.
송신단계(S210)에서는 카메라(300)가 촬영단계(S100)에서 촬영된 마커부(200)의 X-Z평면의 움직임의 이미지를 유선 또는 무선을 통해 연산부(400)로 송신하는 과정이 수행된다.
만약, 전술한 바와 같이, 카메라(300)가 40fps의 성능을 갖고 있다면, 촬영단계(S100)에서 촬영되는 마커부(200)의 X-Z평면의 움직임의 이미지는 1초에 40프레임, 즉, 1초에 40장의 이미지가 연산부(400)로 송신된다.
송신단계(S210)가 완료된 후, 다운사이징단계(S220)가 수행된다.
다운사이징단계(S220)에서는 카메라(300)를 통해 측정되고, 송신단계(S210)에서 연산부(400)로 송신된 마커부(200)의 X-Z평면의 움직임의 이미지의 해상도를 다운사이징하는 과정이 수행된다.
이 경우, 연산부(400)는 연산부(400)로 송신된 마커부(200)의 X-Z평면의 이미지의 해상도를 '1/4' 로 다운사이징 하는 것이 바람직하다.
예컨데, 연산부(400)로 송신된 마커부(200)의 X-Z평면의 움직임의 이미지의 해상도가 '1280 × 1024 pixel' 일 경우, 연산부(400)는 이를 '640 × 512 pixel'로 다운사이징 함으로써, 마커부(200)의 X-Z평면의 이미지의 해상도를 '1/4' 로 다운사이징할 수 있다.
위와 같이, 다운사이징단계(S220)를 수행함에 따라 연산부(400)를 통한 연산단계(S300)가 용이하게 이루어질 수 있다.
상세하게 설명하면, 초당 수십 프레임 이상의 동영상 이미지의 경우, 용량이 대용량이므로, 이러한 동영상 이미지 데이터를 처리하는데에는 많은 연산 시간이 필요하다.
다운사이징단계(S220)에서, 마커부(200)의 X-Z평면의 움직임의 이미지의 해상도를 다운사이징 함으로써, 위와 같은 연산처리의 과부화를 방지할 수 있으며, 이를 통해, 더욱 고성능의 카메라(300)(즉, 높은 fps 및 높은 pixel 성능을 갖는 카메라(300))를 사용하더라도, 마커부(200)의 기준점의 3차원 공간의 위치 정보의 연산 용이하게 처리할 수 있다.
다운사이징단계(S220)가 완료된 후, 외곽성분추출단계(S230)가 수행된다.
외곽성분추출단계(S230)에서는 다운사이징단계(S220)를 거친 마커부(200)의 X-Z평면의 움직임의 이미지의 외곽성분을 추출하는 과정이 수행된다.
외곽성분은, 마커부(200)의 도형들의 경계 부분을 의미한다.
상세하게 설명하면, 제1 내지 제5정사각형(211, 212, 213, 214, 215)의 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 각 정사각형의 내부에 색을 갖고 있다. 이러한 제1 내지 제5정사각형(211, 212, 213, 214, 215)이 외곽성분추출단계(S230)를 거치게 되면, 선 성분만이 남아 내부의 색이 제거되고, 제1 내지 제5정사각형(211, 212, 213, 214, 215)의 최외곽선 만이 남게 되는 것이다.
또한, 원형 띠(230)의 경우, 두께를 갖는 원형 띠 형상이나, 외곽성분추출단계(S230)를 거치게 되면, 선 성분만이 남게되므로, 원형 선 형상만이 남게 된다. 이 경우, 원형 선은 원형 띠(230)의 최외곽선만이 남게 되므로, 원형 선의 직경은 원형 띠(230)의 최외곽선의 직경과 동일하다.
위와 같은 외곽성분추출단계(S230)를 수행함에 따라, 마커부(200)의 기준점과, 도형의 크기 변화를 더욱 명확하게 인식할 수 있으며, 이를 통해, 연산단계(S300)에서의 연산을 더욱 용이하게 수행할 수 있다.
또한, 다운사이징단계(S220)에서 해상도가 다운사이징된 이미지가 외곽성분추출단계(S230)를 수행함으로써, 더욱 이미지의 용량이 줄어들게 된다. 따라서, 연산단계(S300)에서의 연산을 더욱 빠르고 정확하게 수행할 수 있다.
외곽성분추출단계(S230)가 완료된 후, 영역선택단계(S240)가 수행된다.
영역선택단계(S240)에서는 외곽성분추출단계(S230)에서 추출된 마커부(200)의 X-Z평면의 움직임의 이미지의 외곽성분 중 추출영역을 선택하는 과정이 수행된다.
영역선택단계(S240)에서 선택되는 추출영역은 마커부(200)의 기준점 및 도형이 위치하는 영역이다.
예컨데, 마커부(200)가 도 2와 같은 구성을 갖을 경우, 추출영역은 원형 띠(230)의 내부 영역으로 이루어질 수 있다. 이는, 원형 띠(230)의 내부에는 제1 내지 제5정사각형(211, 212, 213, 214, 215), 기준점을 이루는 제1정사각형(211)의 중심점(또는, 마커부(200)의 중심점), 4개의 교점(241), 원(220)이 배치되어 있기 때문이다.
위와 같이, 영역선택단계(S240)를 수행함에 따라, 노이즈(noise)가 제거될 수 있다. 이는, 원형 띠(230)의 외부 영역의 성분들의 좌표 변화는 후술할 좌표추출단계(S250)에서 검출할 필요가 없는 것이기 때문이다.
상세하게 설명하면, 후술할 좌표추출단계(S250)에서 기준점의 좌표 변화를 추출하는 방법으로서, 마커부(200)의 도형의 직선 성분들을 검출하고, 직선 성분들의 교점들을 추출하는 방법을 사용할 수 있다.
이 경우, 마커부(200)가 진동에 의해 움직임이므로, 도형의 직선 성분들은 원형 띠(230)의 내부 영역뿐만 아니라 외부 영역에도 검출될 수 있다.
그러나, 교점(241)은 원형 띠(230) 내부 영역에 배치되므로, 원형 띠(230)의 외부 영역에 위치하는 직선 성분 및 이들의 교점은 기준점이 되는 교점(241)과는 다른 성분이다. 따라서, 영역선택단계(S240)에서 이러한 교점, 즉, 연산할 필요가 없는 노이즈 교점들의 추출을 차단함으로써, 후술할 좌표추출단계(S250)의 신뢰도를 높일 수 있는 것이다.
영역선택단계(S240)가 완료된 후, 좌표추출단계(S250)가 수행된다.
좌표추출단계(S250)는 영역선택단계(S240)에서 선택된 추출영역 내에서의 마커부(200)의 기준점의 X좌표 변화 값 및 Z좌표 변화 값을 추출하는 과정이 수행된다.
전술한 바와 같이, 마커부(200)가 도 2와 같은 구성을 갖는 경우, 기준점은 마커부(200)의 중심점(또는 제1정사각형(211)의 중심점) 및 4개의 교점(241) 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
만약, 기준점이 복수개일 경우, 예컨데, 4개의 교점(241) 및 마커부(200)의 중심점(또는 제1정사각형(211)의 중심점)이 모두 기준점일 경우, 좌표추출단계(S250)에서는 4개의 교점(241)의 X좌표 변화 값 및 Z좌표 변화 값과, 마커부(200)의 중심점(또는 제1정사각형(211)의 중심점)의 X좌표 변화 값 및 Z좌표 변화 값이 모두 추출될 수 있다.
좌표추출단계(S250)에서 추출되는 기준점의 X좌표 변화 값 및 Z좌표 변화 값은 특정 시간에서의 기준점의 X좌표 값 및 Z좌표 값을 포함한다.
전술한 추출단계(S200)가 완료된 후, 연산단계(S300)가 수행된다.
연산단계(S300)에서는, 추출단계(S200)에서 추출된 X좌표 변화 값 및 Z좌표 변화 값과 마커부(200)와 카메라(300) 사이의 거리(d)를 이용하여 기준점의 3차원 공간의 위치 변화 정보를 연산하는 과정이 수행된다.
이러한 연산단계(S300)는 연산부(400)에 의해 수행되며, 연산부(400)에는 마커부(200)와 카메라(300) 사이의 거리(d)가 기입력되어 있다.
연산단계(S300)는, 마커부(200)의 도형의 크기 변화와 마커부(200)와 카메라(300) 사이의 거리(d)를 연산하여 기준점의 Y좌표 변화 값을 연산하는 좌표연산단계(S310)와, 기준점의 X좌표 변화 값, Y좌표 변화 값 및 Z좌표 변화 값을 이용하여 기준점의 X축 각도 변화 값, Y축 각도 변화 값 및 Z축 각도 변화 값을 연산하는 각도연산단계(S320)와, 좌표연산단계(S310) 및 각도연산단계(S320)에서 연산된 마커부(200)의 기준점의 X, Y, Z좌표 변화 값 및 마커부(200)의 기준점의 X, Y, Z 각도 변화 값을 보정하는 보정단계(S330)를 포함하여 구성될 수 있다.
좌표연산단계(S310)에서는 마커부(200)의 도형의 크기 변화와 마커부(200)와 카메라(300) 사이의 거리(d)를 연산하여 기준점의 Y좌표 변화 값을 연산하는 과정이 수행된다.
전술한 바와 같이, 마커부(200)와 카메라(300) 사이의 거리(d)와, 마커부(200)의 도형의 크기가 연산부(400)에 기입력되어 있어 있다. 이 경우, 마커부(200)와 카메라(300) 사이의 거리(d)는 Y축 상의 거리 값이다. 또한, 마커부(200)의 도형의 크기 변화에는 진동에 의해 마커부(200)의 X-Z평면에 움직임이 발생할 때, 도형의 외곽선의 왜곡 또는 일그러짐에 대한 정보가 포함되어 있다. 따라서, 연산부(400)는 기입력된 마커부(200)와 카메라(300) 사이의 거리(d)와 도형의 크기 변화를 이용하여 기준점의 Y좌표 변화 값을 연산할 수 있다.
이렇게 좌표연산단계(S310)에서 연산되는 기준점의 Y좌표 변화 값은 특정 시간에서의 기준점의 Y좌표 값을 포함한다.
전술한 바와 같이, 마커부(200)의 도형이 복수개일 경우, 도형의 크기 변화는 복수개의 도형의 크기 변화의 평균 값을 이용할 수 있다. 따라서, 더욱 정확한 기준점의 Y좌표 변화 값이 연산될 수 있다.
좌표연산단계(S310)가 완료된 후, 각도연산단계(S320)가 수행된다.
각도연산단계(S320)에서는 기준점의 X좌표 변화 값, Y좌표 변화 값 및 Z좌표 변화 값을 이용하여 기준점의 X축 각도 변화 값, Y축 각도 변화 값 및 Z축 각도 변화 값을 연산하는 과정이 수행된다.
X축의 각도 변화 값은 특정시간에서의 기준점의 X축의 각도 값을 포함하고, Y축의 각도 변화 값은 특정시간에서의 기준점의 Y축의 각도 값을 포함하고, Z축의 각도 변화 값은 특정시간에서의 기준점의 Z축의 각도 값을 포함한다.
연산부(400)는 좌표연산단계(S310)에서 연산된 마커부(200)의 기준점의 Y좌표 변화 값과, 추출단계(S200)에서 추출된 마커부(200)의 기준점의 X, Z좌표 변화 값을 통해 X, Y, Z축의 각도 변화 값을 연산할 수 있다.
하나의 예로써, 연산부(400)는 하기의 '식 1 내지 식 3'을 통해 X축의 각도 값, Y축의 각도 값, Z축의 각도 값을 연산할 수 있다.
(식 1) X축의 각도 값(Roll) = -atan2(dx, sqrt(dy2+dz2)
(식 2) Y축의 각도 값(Pitch) = -atan2(dy, sqrt(dx2+dz2)
(식 3) Z축의 각도 값(Yaw) = -atan2(dz, dx) - 90°
상기 '식 1 내지 식 3'에서 'dx' 는 기준점의 X좌표 변화 값을 의미하고, 'dy' 는 기준점의 Y좌표 변화 값을 의미하고, 'dz' 는 기준점의 Z좌표 변화 값을 의미한다.
각도연산단계(S320)가 완료된 후, 보정단계(S330)가 수행된다.
보정단계(S330)에서는 좌표연산단계(S310) 및 각도연산단계(S320)에서 연산된 마커부(200)의 기준점의 X, Y, Z좌표 변화 값 및 마커부(200)의 기준점의 X, Y, Z 각도 변화 값을 보정하는 과정이 수행된다.
이러한 보정단계(S330)는 카메라(300)를 통해 2차원 평면, 즉, 마커부(200)의 X-Z평면을 3차원 공간의 위치 변화 정보로 연산하는 과정에서 발생되는 오차를 보정하기 위한 단계이다.
보정단계(S330)에서는 카메라(300)의 초점거리 등 카메라(300)의 기구적인 오차가 포함된 카메라 보정 파라미터를 통해 좌표연산단계(S310) 및 각도연산단계(S320)에서 연산된 X, Y, Z좌표 변화 값 및 X, Y, Z 각도 변화 값을 보정할 수 있다.
하나의 예로써, 보정단계(S330)는 보정 방법 중 하나인 'Zhang's method'가 사용될 수 있다.
전술한 구성을 갖는 차량 요소 부품 모션 측정 시스템은 다음과 같은 효과를 갖는다.
연산단계(S300)의 수행을 완료한 후, 연산된 마커부(200)의 기준점의 X, Y, Z좌표 변화 값 및 마커부(200)의 기준점의 X, Y, Z 각도 변화 값은, 특정 시간에서의 마커부(200)의 기준점의 X, Y, Z좌표 값 및 마커부(200)의 기준점의 X, Y, Z 각도 값을 포함하므로, 특정 시간에서의 마커부(200)의 기준점의 3차원 공간의 위치 정보라 할 수 있다. 따라서, 위와 같은 특정 시간에서의 마커부(200)의 마커부(200)의 기준점의 3차원 공간의 위치 정보 및 3차원 공간의 위치 변화 정보를 통해, 마커부(200)의 움직임을 알아낼 수 있다.
또한, 이러한 마커부(200)의 움직임은, 차량요소 부품(100)의 진동에 의해 발생된 움직임이므로, 이를 통해, 차량요소 부품(100)의 진동에 의한 움직임을 알 수 있다.
따라서, 전술한 차량 요소 부품 모션 측정 시스템을 통해, 차량요소 부품(100)의 진동에 의한 움직임, 즉, 모션을 측정할 수 있으며, 이를 토대로, 차량의 진동감쇠부의 설계를 할 수 있다.
하나의 카메라(300)를 통해, 2차원인 마커부(200)의 X-Z평면을 촬영하고, 연산부(400)의 연산을 통해 마커부(200)의 기준점의 3차원 공간의 위치 변화 정보를 얻어낼 수 있으므로, 종래 기술과 달리, 간단한 구성으로 3차원 공간의 위치 변화 정보, 즉, 6축 자유도의 변위 정보를 얻어낼 수 있다.
또한, 차량 요소 부품 모션 측정 시스템을 수행하는 구성요소가 간단하므로, 차량의 원하는 영역에서의 설치가 매우 용이하다. 따라서, 원하는 차량 영역의 진동에 의한 움직임을 쉽게 측정할 수 있다. 나아가, 엔진룸과 같이, 차량의 차체 내부의 움직임도 쉽게 측정할 수 있으므로, 종래 기술로는 측정이 불가능한 영역의 진동에 의한 움직임의 측정이 가능하다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 통상의 기술자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다.
100: 차량요소 부품 200: 마커부
211: 제1정사각형 212: 제2정사각형
213: 제3정사각형 214: 제4정사각형
215: 제5정사각형 220: 원
230: 원형 띠 241: 교점
300: 카메라 400: 연산부
500: 조명부
S100: 촬영단계 S200: 추출단계
S210: 송신단계 S220: 다운사이징단계
S230: 외곽성분추출단계 S240: 영역선택단계
S250: 좌표추출단계 S300: 연산단계
S310: 좌표연산단계 S320: 각도연산단계
S330: 보정단계

Claims (6)

  1. 카메라를 통해 차량요소 부품에 설치되는 마커부의 X-Z평면의 움직임을 촬영하는 촬영단계;
    상기 촬영단계에서 촬영된 마커부의 X-Z평면 움직임에서 상기 마커부의 기준점의 X좌표 변화 값 및 Z좌표 변화 값을 추출하는 추출단계; 및
    상기 추출단계에서 추출된 X좌표 변화 값 및 Z좌표 변화 값과 상기 마커부와 상기 카메라 사이의 거리를 이용하여 상기 기준점의 3차원 공간의 위치 변화 정보를 연산하는 연산단계;를 포함하되,
    상기 연산단계는,
    상기 마커부의 도형의 크기 변화와 상기 마커부와 상기 카메라 사이의 거리를 연산하여 상기 기준점의 Y좌표 변화 값을 연산하는 좌표연산단계; 및
    상기 기준점의 X좌표 변화 값, Y좌표 변화 값 및 Z좌표 변화 값을 이용하여 상기 기준점의 X축 각도 변화 값, Y축 각도 변화 값 및 Z축 각도 변화 값을 연산하는 각도연산단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량요소 부품 모션 측정 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 추출단계는,
    상기 마커부의 외곽성분을 추출하는 외곽성분추출단계;
    상기 외곽성분추출단계에서 추출된 상기 외곽성분 중 추출영역을 선택하는 영역선택단계; 및
    상기 영역선택단계에서 선택된 추출영역 내에서의 상기 마크부의 기준점의 X좌표 변화 값 및 Z좌표 변화 값을 추출하는 좌표추출단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량요소 부품 모션 측정 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 추출단계는,
    상기 외곽성분추출단계 전에, 상기 카메라를 통해 측정된 상기 마커부의 X-Z평면의 이미지 해상도를 다운사이징하는 다운사이징단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량요소 부품 모션 측정 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 마커부는, 상기 마커부의 중심점과 동심을 이루는 제1정사각형; 및 상기 제1정사각형을 둘러싸는 제2 내지 제5정사각형;을 포함하되, 상기 제1정사각형의 4개의 꼭지점 각각은 상기 제2 내지 제5정사각형의 1개의 꼭지점 각각과 교점을 이루게 됨으로써, 4개의 교점이 형성되며,
    상기 기준점은 상기 마커부의 중심점 및 상기 4개의 교점 중 적어도 어느 하나이고, 상기 도형은 상기 제1 내지 제5정사각형 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 차량요소 부품 모션 측정 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 마커부는, 상기 제1 내지 제5정사각형을 둘러싸며, 상기 제1정사각형의 중심점과 동심을 이루는 원형 띠;를 더 포함하고,
    상기 추출단계는,
    상기 마커부의 외곽성분을 추출하는 외곽성분추출단계;
    상기 외곽성분 추출단계에서 추출된 상기 외곽성분 중 상기 원형 띠 내부 영역으로 이루어진 추출영역을 선택하는 영역선택단계; 및
    상기 영역선택단계에서 선택된 추출영역 내에서의 상기 마크부의 기준점의 X좌표 변화 값 및 Y좌표 변화 값을 추출하는 좌표추출단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량요소 부품 모션 측정 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 마커부는, 상기 마커부의 중심점과 동심을 이루는 제1정사각형; 상기 제1정사각형을 둘러싸는 제2 내지 제5정사각형; 및 상기 제1정사각형의 중심점과 동심을 이루지 않도록 상기 제2 내지 제5정사각형 중 인접한 정사각형의 사이에 위치하는 원;을 포함하되, 상기 제1정사각형의 4개의 꼭지점 각각이 상기 제2 내지 제5정사각형의 1개의 꼭지점 각각과 교점을 이루게 됨으로써, 4개의 교점이 형성되며,
    상기 기준점은 상기 마커부의 중심점 및 상기 4개의 교점 중 적어도 어느 하나이고, 상기 도형은 상기 제1 내지 제5정사각형 및 상기 원 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 차량요소 부품 모션 측정 시스템.
KR1020180113618A 2018-09-21 2018-09-21 차량요소 부품 모션 측정 시스템 KR102126305B1 (ko)

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