KR20200114860A - 광각 고해상도 거리 측정 장치 - Google Patents

광각 고해상도 거리 측정 장치 Download PDF

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Abstract

본 개시의 일 측면에 따르는 광각 고해상도 거리 측정 장치는 구조광을 조사하는 광원; 상기 광원에서 조사된 구조광이 장애물에서 반사되어 입사되는 반사광을 포착하여 이미지를 형성하는 카메라; 및 상기 카메라의 전방에 설치되며, 상기 장애물에서 반사되어 상기 카메라로 입사되는 반사광을 보정하여 상기 카메라에 의해 형성되는 이미지의 해상도가 거리에 관계 없이 균일해지도록 하는 해상도 보정 렌즈;를 포함한다.

Description

광각 고해상도 거리 측정 장치{Wide-angle high resolution distance measuring device}
본 개시는 구조광을 이용한 거리 측정 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 넓은 수평 화각과 원거리 고해상도를 갖는 광각 고해상도 거리 측정 장치에 관한 것이다.
청소 로봇, 안내 로봇 등과 같은 이동 로봇은 이동을 하거나 작업을 수행하기 위해 자율적으로 경로 계획을 세우고, 장애물을 탐지하며, 충돌을 회피할 수 있는 능력이 요구된다. 이를 위해 이동 로봇은 스스로 자기의 위치를 검출할 필요가 있으며, 자기 위치의 검출을 위해 장애물과의 거리를 측정할 수 있는 능력이 필요하다.
장애물과의 거리 측정을 위해 구조광(structured light)과 이미지 센서를 이용한 거리 측정 장치가 널리 사용되고 있다.
종래 기술에 의한 거리 측정 장치의 일 예가 도 1 내지 도 3에 도시되어 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 거리 측정 장치를 나타낸 사시도이다. 도 2는 도 1의 카메라가 포착한 이미지를 나타낸 도면이고, 도 3은 도 1의 거리 측정 장치를 나타낸 측면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 의한 거리 측정 장치(100)는 레이저와 같은 광원(101)을 이용하여 라인 형태의 구조광(105)을 장애물(107)에 비추고, 카메라(103)와 같은 센서를 이용하여 도 2와 같은 반사된 광의 이미지(110)를 획득한다. 도 2에서 참조 번호 112는 장애물을 나타낸다.
그 후, 획득한 이미지(110)로부터 카메라(103)의 이미지 좌표, 그 때의 주사각도, 및 카메라(103)와 구조광의 발사지점까지의 거리를 이용하여 구조광 발사지점과 장애물(107) 사이의 거리를 삼각측량에 의해 계산할 수 있다.
그러나, 종래 기술에 의한 거리 측정 장치는 도 3에 도시된 바와 같이 장애물(107)의 거리가 멀어질수록 해상도가 저하된다. 즉, 광원(101)으로부터 장애물(107)까지의 거리가 멀어질수록 동일 각도 간격에서의 거리 변화가 증가하므로 원거리의 거리 오차가 증가한다.
도 3에서는, 일 예로서 카메라(103)의 이미지 센서에 4개의 픽셀(미도시)이 있고, 레이저 광원(101)에서 조사되는 구조광이 카메라(103)를 기준으로 동일한 각도 간격으로 이격된 5개의 위치에서 카메라(103)로에 입력되는 경우를 도시하고 있다.
도 3에서, P1 점과 P2 점 사이를 지나는 광이 하나의 픽셀에 입력되고, P2 점과 P3 점 사이를 지나는 광이 하나의 픽셀에 입력되며, P3 점과 P4 점 사이를 지나는 광이 하나의 픽셀에 입력되며, P4 점과 P5 점 사이를 지나는 광이 하나의 픽셀에 입력된다. 이때, 5개 점들(P1,P2,P3,P4,P5) 사이의 간격은 P1에서 P5로 갈 수록 커진다. 즉, P1 점과 P2 점사이의 간격(G1)에 비해 P4 점과 P5 점 사이의 간격(G5)이 훨씬 크다. 따라서, 장애물(107)까지의 거리가 멀어질수록 픽셀당 입력되는 거리가 증가하므로 카메라(103)가 구분할 수 있는 원거리 장애물의 해상도가 저하된다. 즉, 종래 기술에 의한 거리 측정 장치(100)는 원거리 해상도가 낮다.
이와 같이 원거리에서의 해상도가 낮은 문제는 높은 해상도를 갖는 센서를 사용하면 해결할 수 있다. 그러나, 높은 해상도를 갖는 센서는 가격이 비싸고, 이를 처리하는 프로세서도 높은 성능이 요구되므로 거리 측정 장치의 가격이 상승한다는 문제점이 있다.
원거리 해상도를 높이는 다른 방법으로는 광원과 카메라 사이의 간격을 증가시킬 수 있다. 그러나, 광원과 카메라 사이의 간격을 증가시키면 거리 측정 장치의 크기가 커진다. 그러면, 거리 측정 장치가 탑재되는 이동 로봇과 같은 장치의 크기를 줄일 수 없다는 문제점이 있다.
원거리 해상도를 높이는 또 다른 방법으로는 좁은 화각의 광학계를 사용할 수 있다. 그러나, 좁은 화각의 광학계를 사용하면 수평 화각도 작아지므로 넓은 수평 시야(Field of View)를 요구하는 거리 측정 장치에 적합하지 않다는 문제점이 있다.
따라서, 비용과 크기가 증가하지 않고 수평 시야도 저하되지 않으면서도 원거리 해상도를 향상시킬 수 있는 거리 측정 장치가 요구되고 있다.
본 개시는 상기와 같은 문제점을 감안하여 창안한 것으로서, 수평 방향으로 넓은 화각을 가지면서 동시에 원거리 해상도가 높은 광각 고해상도 거리 측정 장치와 관련된다.
본 개시의 일 측면에 따르는 광각 고해상도 거리 측정 장치는, 구조광을 조사하는 광원; 상기 광원에서 조사된 구조광이 장애물에서 반사되어 입사되는 반사광을 포착하여 이미지를 형성하는 카메라; 및 상기 카메라의 전방에 설치되며, 상기 장애물에서 반사되어 상기 카메라로 입사되는 반사광을 보정하여 상기 카메라에 의해 형성되는 이미지의 해상도가 거리에 관계 없이 균일해지도록 하는 해상도 보정 렌즈;를 포함할 수 있다.
이때, 상기 해상도 보정 렌즈는 중심부는 고해상도를 갖고 외주부는 저해상도를 갖도록 해상도가 순차적으로 변하도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 카메라는 이미지 센서를 포함하며, 상기 광원은 원거리의 장애물에서 반사되는 반사광이 상기 이미지 센서의 제1단 쪽으로 입사되고, 근거리의 장애물에서 반사되는 반사광이 상기 이미지 센서의 제2단 쪽으로 입사되도록 배치되며, 상기 해상도 보정 렌즈는 상기 중심부가 상기 이미지 센서의 제1단에 인접하고, 상기 외주부가 상기 이미지 센서의 제2단에 인접하도록 배치될 수 있다.
또한, 상기 해상도 보정 렌즈는 원형 단면을 가지며, 상기 이미지 센서는 직사각형 평판으로 형성되며, 상기 이미지 센서의 제1단이 상기 해상도 보정 렌즈의 중심을 지나는 직선에서 아래쪽으로 일정 거리 이격되고, 상기 이미지 센서의 제2단의 양 모서리가 상기 해상도 보정 렌즈의 원형 단면의 내면에 접하도록 설치될 수 있다.
또한, 상기 해상도 보정 렌즈는 원형 단면을 가지며, 상기 이미지 센서는 직사각형 평판으로 형성되며, 상기 이미지 센서의 제1단이 상기 해상도 보정 렌즈의 중심을 지나는 직선에서 아래쪽으로 일정 거리 이격되고, 상기 이미지 센서의 제2단이 상기 해상도 보정 렌즈의 원형 단면의 외주면과 접하도록 설치될 수 있다.
또한, 상기 해상도 보정 렌즈는 광각 렌즈를 포함할 수 있다.
또한, 상기 해상도 보정 렌즈는 외주면을 따라 일단 부분의 해상도가 가장 높고, 상기 일단 부분을 마주하는 타단 부분의 해상도가 가장 낮도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 카메라는 이미지 센서를 포함하며, 상기 광원은 원거리의 장애물에서 반사되는 반사광이 상기 해상도 보정 렌즈의 일단 부분을 통해 상기 이미지 센서의 제1단 쪽으로 입사되고, 근거리의 장애물에서 반사되는 반사광이 상기 해상도 보정 렌즈의 타단 부분을 통해 상기 이미지 센서의 제2단 쪽으로 입사되도록 배치되며, 상기 해상도 보정 렌즈는 그 중심이 상기 이미지 센서의 중심과 일치하도록 배치될 수 있다.
또한, 상기 해상도 보정 렌즈는 제1축과 상기 제1축에 수직한 제2축을 포함하며, 상기 해상도 보정 렌즈는 제2축 방향의 왜곡이 제1축 방향의 왜곡보다 크도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 카메라가 수평 방향으로 광각일 경우, 상기 해상도 보정 렌즈는 하프 실린더 렌즈이며, 상기 하프 실린더 렌즈는 상기 제1축이 상기 광원에서 조사되는 구조광에 평행하게 배치될 수 있다.
또한, 상기 카메라가 수평 방향으로 협각일 경우, 상기 해상도 보정 렌즈는 양오목 실린더 렌즈이며, 상기 양오목 실린더 렌즈는 상기 제2축이 상기 광원에서 조사되는 구조광에 평행하게 배치될 수 있다.
또한, 상기 광원과 상기 카메라를 제어하는 프로세서를 더 포함하며, 상기 프로세서는 일정 시간 간격으로 상기 광원을 온시켜 구조광을 조사하고 상기 카메라가 이미지를 포착하도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 광원이 온되지 않은 상태에서 상기 카메라가 이미지를 포착한 경우에는, 상기 프로세서는 상기 광원을 온시키는 타이밍을 일정 시간 쉬프트시킬 수 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 거리 측정 장치를 나타낸 사시도;
도 2는 도 1의 카메라가 포착한 이미지를 나타낸 도면;
도 3은 도 1의 거리 측정 장치를 나타낸 측면도;
도 4는 본 개시의 일 실시예에 의한 광각 고해상도 거리 측정 장치를 나타낸 측면도;
도 5는 도 4에 사용되는 카메라의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도;
도 6은 카메라의 렌즈와 이미지 센서의 관계를 나타낸 도면;
도 7은 카메라의 렌즈와 이미지 센서의 관계를 나타낸 도면;
도 8은 도 4의 광각 고해상도 거리 측정 장치에서 이미지 센서와 해상도 보정 렌즈 사이의 배치관계를 나타낸 도면;
도 9는 도 4의 광각 고해상도 거리 측정 장치에서 이미지 센서와 해상도 보정 렌즈 사이의 배치관계의 다른 예를 나타낸 도면;
도 10은 도 4의 광각 고해상도 거리 측정 장치에서 이미지 센서와 해상도 보정 렌즈 사이의 배치관계의 다른 예를 나타낸 도면;
도 11은 본 개시의 다른 실시예에 의한 광각 고해상도 거리 측정 장치를 나타낸 측면도;
도 12는 도 11의 광각 고해상도 거리 측정 장치를 나타낸 평면도;
도 13은 도 11의 광각 고해상도 거리 측정 장치에 사용되는 하프 실린더 렌즈를 나타낸 사시도;
도 14는 본 개시의 다른 실시예에 의한 광각 고해상도 거리 측정 장치를 나타낸 측면도;
도 15는 도 14의 광각 고해상도 거리 측정 장치를 나타낸 평면도;
도 16은 도 14의 광각 고해상도 거리 측정 장치에 사용되는 양오목 실린더 렌즈를 나타낸 사시도;
도 17은 본 개시의 일 실시예에 의한 광각 고해상도 거리 측정 장치를 나타내는 기능 블록도;
도 18은 2대의 이동 로봇에 설치된 본 개시의 일 실시예에 의한 광각 고해상도 거리 측정 장치가 광 간섭되는 경우의 광원의 타임 차트 나타내는 도면;
도 19는 2대의 이동 로봇에 설치된 본 개시의 일 실시예에 의한 광각 고해상도 거리 측정 장치의 광 간섭을 회피한 경우의 광원의 타임 차트를 나타내는 도면;이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 개시에 의한 광각 고해상도 거리 측정 장치의 실시예들에 대해 상세하게 설명한다.
이하에서 설명되는 실시예는 본 개시의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 개시는 여기서 설명되는 실시예들과 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 다만, 이하에서 본 개시를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 개시의 이해를 돕기 위하여 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 개시의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 개시의 실시예들에서 사용되는 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.
또한, 본 개시에서 사용한 '선단', '후단', '상부', '하부', '상단', '하단' 등의 용어는 도면을 기준으로 정의한 것이며, 이 용어에 의해 각 구성요소의 형상 및 위치가 제한되는 것은 아니다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 의한 광각 고해상도 거리 측정 장치를 나타낸 측면도이다. 도 5는 도 4에 사용되는 카메라의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 6은 카메라의 렌즈와 이미지 센서의 관계를 나타낸 도면이고, 도 7은 카메라의 렌즈와 이미지 센서의 관계를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 의한 광각 고해상도 거리 측정 장치(1)는 광원(10), 카메라(20), 해상도 보정 렌즈(30)를 포함할 수 있다.
광원(10)은 일정한 형태를 갖는 구조광(structured light)을 조사할 수 있도록 형성된다. 본 실시예의 경우에 광원(10)은 라인 레이저(Line laser)를 사용한다. 라인 레이저(10)는 도 1에 도시된 바와 같이 장애물(107)에 직선 형태의 구조광을 조사할 수 있도록 형성된다. 즉, 라인 레이저(10)는 부채꼴 형태의 평면광을 출력할 수 있도록 형성된다.
카메라(20)는 광원(10)의 하측에 배치된다. 즉 광원(10)의 중심선과 카메라의 중심선이 동일한 가상의 수직 평면에 위치하도록 배치될 수 있다. 카메라(20)는 광원(10)에서 조사된 구조광이 장애물에서 반사되어 입사되는 반사광을 포착하여 이미지를 형성하도록 형성된다. 도 5에 도시된 바와 같이 카메라(20)는 이미지 센서(21)와 이미지 센서(21)에 광이 초점을 맺도록 하는 초점 렌즈(23)를 포함할 수 있다.
이미지 센서(21)는 장애물에서 반사되는 반사광을 포착하여 이미지를 형성한다. 이미지 센서(21)는 대략 직사각형 형상의 평판으로 형성되며, 복수의 픽셀이 집적된 형태로 형성된다. 이미지 센서(21)는 종래 기술에 의한 거리 측정 장치에서 사용되는 것과 동일한 이미지 센서를 사용할 수 있다. 예를 들면, 500만 픽셀 내지 1000만 픽셀의 이미지 센서를 사용할 수 있다. 이미지 센서(21)의 종횡비는 4:3 또는 16:9일 수 있다.
초점 렌즈(23)는 장애물에서 반사되는 반사광이 입사되어 이미지 센서(21)에 결상되도록 형성된다. 도 5에 도시된 실시예에서는 초점 렌즈(23)가 한 개의 렌즈로 형성된 경우를 도시하고 있으나, 초점 렌즈(23)는 이에 한정되는 것은 아니다. 초점 렌즈(23)는 반사광을 이미지 센서에 결상시킬 수 있는 한 2개 이상의 렌즈를 포함하는 렌즈 조립체로 형성될 수 있다.
일반적으로, 렌즈로 입사되는 전 방향의 광경로는 동일하므로 이미지 센서(21)의 크기에 따라 화각이 결정된다. 예를 들어, 수평 화각이 90도인 렌즈(25)를 사용하고, 이미지 센서(21)가 도 6과 같이 4:3의 종횡비를 갖는 경우에는, 수직 화각은 67.5도가 된다. 만일, 도 7에 도시된 바와 같이 이미지 센서(21')가 16:9의 종횡비를 갖는 경우에는 수직 화각은 50.6도가 된다. 즉, 시야(Field of View)를 넓히기 위해 수평 화각이 넓은 광각 렌즈를 사용할 경우, 수직 화각도 동시에 증가하게 된다. 수직 화각이 증가하면 거리 측정 장치의 원거리 해상도가 나빠지게 된다. 원거리 해상도를 향상시키기 위해서는 수직 화각을 줄일 필요가 있다.
따라서, 본 개시의 일 실시예에 의한 광각 고해상도 거리 측정 장치(1)는 수평 화각을 넓히고, 수직 화각은 좁게 하기 위해 해상도 보정 렌즈(30)를 사용한다.
해상도 보정 렌즈(30)는 카메라(20)의 전방에 설치되며, 장애물에서 반사되어 카메라(20)로 입사되는 반사광을 보정하여 카메라(20)의 이미지 센서(21)에 형성되는 이미지의 해상도가 균일하도록 보정할 수 있도록 형성된다. 해상도 보정 렌즈(30)는 카메라(20)와 별도로 제작하여 카메라(20)의 앞에 설치할 수 있다. 또는 다른 예로서, 해상도 보정 렌즈(30)는 카메라(20)의 초점 렌즈(23)의 앞에 초점 렌즈(23)와 일체로 형성할 수도 있다. 다른 예로서, 해상도 보정 렌즈(30)는 한 개의 렌즈가 아니라 2개 이상의 렌즈를 포함하는 렌즈 조립체로 형성될 수도 있다.
여기서, 해상도가 균일하다는 것은 도 4에 도시된 바와 같이 광원(10)에서 조사된 광선(L) 상에 위치하는 복수의 점들(P1,P2,P3,P4,P5,P6) 사이의 간격이 동일하다는 것을 의미한다. 이때, 복수의 점들 사이의 간격(G)은 각각 이미지 센서(21)의 한 개의 픽셀에 대응한다. 이와 같이 복수의 점들 사이의 간격(G)이 동일하면, 거리에 관계 없이 동일한 간격의 광이 한 개의 픽셀로 입력되므로 이미지 센서(21)는 거리에 관계 없이 장애물을 정확하게 인식할 수 있다. 따라서, 거리 측정 장치(1)의 원거리 해상도가 향상된다.
도 4에서는 해상도와 장애물의 거리 사이의 관계를 설명하기 위해 카메라(20)의 이미지 센서(21)에 5개의 픽셀(미도시)이 있고, 광원(10)에서 조사되는 구조광이 6개의 위치(P1,P2,P3,P4,P5,P6)에서 이미지 센서(21)의 픽셀에 입력되는 경우를 도시하고 있다. 도 4에서, P1 점과 P2 점 사이를 지나는 광이 하나의 픽셀에 입력되고, P2 점과 P3 점 사이를 지나는 광이 하나의 픽셀에 입력되며, P3 점과 P4 점 사이를 지나는 광이 하나의 픽셀에 입력되며, P4 점과 P5 점 사이를 지나는 광이 하나의 픽셀에 입력되고, P5 점과 P6 점 사이를 지나는 광이 하나의 픽셀에 입력된다. 이때, 6개의 점들 사이의 간격(G)은 동일하다. 즉, P1 점과 P2 점 사이의 간격(G), P2 점과 P3 점 사이의 간격(G), P3 점과 P4 점 사이의 간격(G), P4 점과 P5 점 사이의 간격(G), P5 점과 P6 점 사이의 간격(G)은 모두 동일하다.
그러나, 종래 기술에 의한 거리 측정 장치(100)와 달리 이미지 센서(21)의 픽셀과 각 점(P1,P2,P3,P4,P5,P6)을 연결하는 선들(L1,L2,L3,L4,L5,L6) 사이의 각도는 상이하다. 즉, 한 개의 픽셀과 P1 점과 P2 점을 지나는 2개의 선(L1,L2) 사이의 각도, 한 개의 픽셀과 P2 점과 P3 점을 지나는 2개의 선 사이의 각도(L2,L3), 한 개의 픽셀과 P3 점과 P4 점을 지나는 2개의 선(L3,L4) 사이의 각도, 한 개의 픽셀과 P4 점과 P5 점을 지나는 2개의 선(L4,L5) 사이의 각도, 한 개의 픽셀과 P5 점과 P6 점을 지나는 2개의 선(L5,L6) 사이의 각도는 모두 상이하다. 한 개의 픽셀과 P1 점과 P2 점을 지나는 2개의 선(L1,L2) 사이의 각도가 제일 크고, 각도가 점점 줄어 한 개의 픽셀과 P5 점과 P6 점을 지나는 2개의 선(L5,L6) 사이의 각도가 가장 작다.
이와 같이 이미지 센서(21)로 입력되는 광의 해상도가 균일하도록 하기 위해 본 실시예의 경우에는 해상도 보정 렌즈(30)로 중심부(31)는 고해상도를 가지며, 외주부(32)는 저해상도를 갖는 광각 렌즈를 사용한다. 이와 같은 해상도 보정 렌즈(30)는 렌즈 왜곡을 이용하여 중심부(31)는 고해상도를 갖고 외주부(32)는 저해상도를 가지며 중심부(31)와 외주부(32) 사이의 해상도는 순차적으로 변하도록 설계할 수 있다.
이때, 원거리에서 반사되는 반사광이 해상도 보정 렌즈(30)의 중심부(31)를 통과하여 이미지 센서(21)로 입사되도록 광원(10)과 이미지 센서(21)를 배치한다. 구체적으로, 광원(10)은 원거리의 장애물에서 반사되는 반사광이 이미지 센서(21)의 제1단(21a)(도 8 참조) 쪽으로 입사되고, 근거리의 장애물에서 반사되는 반사광이 제1단(21a)과 마주하는 이미지 센서(21)의 제2단(21b)(도 8 참조) 쪽으로 입사되도록 배치된다. 이때, 해상도 보정 렌즈(30)는 중심부(31)가 이미지 센서(21)의 제1단(21a)에 인접하고, 외주부(32)가 이미지 센서(21)의 제2단(21b)에 인접하도록 배치된다.
이하, 도 8과 도 9를 참조하여 해상도 보정 렌즈와 이미지 센서의 배치에 대해 상세하게 설명한다.
도 8은 도 4의 광각 고해상도 거리 측정 장치에서 이미지 센서와 해상도 보정 렌즈 사이의 배치관계를 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 해상도 보정 렌즈(30)는 원형 단면을 가지며, 중심부(31)에서 외주부(32)를 향해 해상도가 낮아지도록 형성된다. 즉, 해상도 보정 렌즈(30)의 중심부(31)는 고해상도이고, 외주부(32)는 저해상도이다. 해상도 보정 렌즈(30)의 일 예로 일반적인 광각 렌즈가 사용될 수도 있다.
이미지 센서(21)는 직사각형 평판으로 형성된다. 본 실시예의 경우에는 이미지 센서(21)는 4:3의 종횡비를 갖는다. 이미지 센서(21)의 제1단(21a)가 해상도 보정 렌즈(30)의 중심을 지나는 중심선(CL)과 평행하게 중심선(CL)에서 일정 거리(d) 아래에 위치하고, 이미지 센서(21)의 제2단(21b)의 양 모서리가 해상도 보정 렌즈(30)의 원형 단면의 내면에 접하도록 설치된다. 이때, 이미지 센서(21)가 해상도 보정 렌즈(30)의 중심선(CL)과 이격되는 거리(d)는 원거리의 해상도를 높일 수 있는 해상도 보정 렌즈(30)의 고해상도 영역에 의해 정해질 수 있다. 다른 예로는, 도시하지는 않았지만, 이미지 센서(21)의 제1단(21a)이 해상도 보정 렌즈(30)의 중심선(CL)과 일치하도록 배치될 수도 있다.
도 8에서, 근거리에서 입사되는 반사광은 이미지 센서(21)의 상단부, 즉 제2단(21b) 쪽으로 입사되고 원거리에서 입사되는 반사광은 이미지 센서(21)의 하단부, 즉 제1단(21a) 쪽으로 입사된다. 즉, 근거리에서 반사되는 반사광은 저해상도를 갖는 해상도 보정 렌즈(30)의 외주부(32)를 통해 이미지 센서(21)로 입사되며, 원거리에서 반사되는 반사광은 고해상도를 갖는 해상도 보정 렌즈(30)의 중심부(31)를 통해 이미지 센서(21)로 입사된다.
도 9는 도 4의 광각 고해상도 거리 측정 장치에서 이미지 센서와 해상도 보정 렌즈 사이의 배치관계의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 9를 참조하면, 해상도 보정 렌즈(30)는 원형 단면을 가지며, 중심부(31)에서 외주부(32)를 향해 해상도가 낮아지도록 형성된다. 즉, 해상도 보정 렌즈(30)의 중심부(31)는 고해상도이고, 외주부(32)는 저해상도이다. 해상도 보정 렌즈(30)의 일 예로 일반적인 광각 렌즈가 사용될 수도 있다.
이미지 센서(21)는 직사각형 평판으로 형성된다. 본 실시예의 경우에는 이미지 센서(21)는 4:3의 종횡비를 갖는다. 이미지 센서(21)의 제1단(21a)이 해상도 보정 렌즈(30)의 중심을 지나는 중심선(CL)과 평행하게 중심선(CL)에서 일정 거리(d) 아래에 위치하고, 이미지 센서(21)의 제2단(21b)이 해상도 보정 렌즈(30)의 원형 단면의 외주면과 접하도록 설치된다. 이때, 이미지 센서(21)가 해상도 보정 렌즈(30)의 중심선(CL)과 이격되는 거리(d)는 원거리의 해상도를 높일 수 있는 해상도 보정 렌즈(30)의 고해상도 영역에 의해 정해질 수 있다. 다른 예로는, 도시하지는 않았지만, 이미지 센서(21)의 제1단(21a)이 해상도 보정 렌즈(30)의 중심선(CL)과 일치하도록 배치될 수도 있다.
도 9에서, 근거리에서 입사되는 반사광은 이미지 센서(21)의 상단부, 즉 제2단(21b) 쪽으로 입사되고 원거리에서 입사되는 반사광은 이미지 센서(21)의 하단부, 즉 제1단(21a) 쪽으로 입사된다. 따라서, 근거리에서 반사되는 반사광은 저해상도를 갖는 해상도 보정 렌즈(30)의 외주부(32)를 통해 이미지 센서(21)로 입사되며, 원거리에서 반사되는 반사광은 고해상도를 갖는 해상도 보정 렌즈(30)의 중심부(31)를 통해 이미지 센서(21)로 입사된다.
따라서, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 해상도 보정 렌즈(30)와 이미지 센서(21)의 배치를 이용하면, 도 4에 도시된 바와 같이 이미지 센서(21)의 각 픽셀로 입력되는 광 간격을 대략 동일하게 할 수 있다. 따라서, 거리 측정 장치의 원거리 해상도가 향상된다.
예를 들면, 상술한 바와 같이 해상도 보정 렌즈(30)와 이미지 센서(21)를 배치하면, 본 개시의 일 실시예에 의한 광각 고해상도 거리 측정 장치(1)는 실내에서는 원거리(예를 들면, 6M)에서 약 1%의 오차로 장애물을 검출할 수 있고, 실외에서는 원거리(예를 들면 15M)에서 약 1%의 오차로 장애물을 검출할 수 있다.
또한, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 해상도 보정 렌즈(30)를 원형으로 형성하면, 제작이 용이하다는 이점이 있다.
이상에서는 이미지 센서(21)의 중심과 해상도 보정 렌즈(30)의 중심이 편심되도록 배치된 경우에 대해 설명하였으나, 이미지 센서와 해상도 보정 렌즈는 도 10과 같이 중심이 일치되도록 설치될 수도 있다.
도 10은 도 5의 광각 고해상도 거리 측정 장치에서 이미지 센서와 해상도 보정 렌즈 사이의 배치관계의 다른 예를 나타낸 도면이다.
해상도 보정 렌즈(30')는 원형 단면을 가지며, 외주면을 따라 일단 부분의 해상도가 가장 높고, 이와 마주하는 타단 부분의 해상도가 가장 낮도록 형성된다. 예를 들면, 도 10에서 상단(30a)에서 하단(30b)을 향해 해상도가 점차로 낮아지도록 형성된다. 즉, 해상도 보정 렌즈(30')의 상단(30a) 부분은 고해상도이고, 하단(30b) 부분은 저해상도이다. 또한, 상단(30a)과 하단(30b) 사이의 중간 부분의 해상도는 이미지 센서(21)의 상단과 평행하게 순차적으로 변하도록 형성된다. 도 10에서 복수의 평행한 점선(30c)은 해상도가 변화하는 영역을 나타낸다.
이미지 센서(21)는 직사각형 평판으로 형성된다. 본 실시예의 경우에는 이미지 센서(21)는 4:3의 종횡비를 갖는다. 이미지 센서(21)의 중심이 해상도 보정 렌즈(30')의 중심과 일치하도록 설치된다.
도 10에서, 근거리에서 입사되는 반사광은 이미지 센서(21)의 하단 부분, 즉 제1단(21a) 쪽으로 입사되고 원거리에서 입사되는 반사광은 이미지 센서(21)의 상단 부분, 즉 제2단(21b) 쪽으로 입사된다. 따라서, 근거리에서 반사되는 반사광은 저해상도를 갖는 해상도 보정 렌즈(30')의 하단 부분을 통해 이미지 센서(21)로 입사되며, 원거리에서 반사되는 반사광은 고해상도를 갖는 해상도 보정 렌즈(30')의 상단 부분을 통해 이미지 센서(21)로 입사된다.
도 10에 도시한 실시예의 경우에는, 도시하지는 않았지만, 해상도 보정 렌즈는 원형이 아니라 이미지 센서(21)에 대응하는 직사각형의 단면을 갖도록 형성할 수도 있다.
이하, 도 11 내지 도 13을 참조하여 본 개시의 다른 실시예에 의한 광각 고해상도 거리 측정 장치에 대해 상세하게 설명한다.
도 11은 본 개시의 다른 실시예에 의한 광각 고해상도 거리 측정 장치를 나타낸 측면도이다. 도 12는 도 11의 광각 고해상도 거리 측정 장치를 나타낸 평면도이고, 도 13은 도 11의 광각 고해상도 거리 측정 장치에 사용되는 하프 실린더 렌즈를 나타낸 사시도이다.
도 11 내지 도 13을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 의한 광각 고해상도 거리 측정 장치(2)는 광원(10), 카메라(20), 해상도 보정 렌즈(40)를 포함할 수 있다.
광원(10)은 일정한 형태를 갖는 구조광(structured light)을 조사할 수 있도록 형성된다. 본 실시예의 경우에 광원(10)은 라인 레이저(Line laser)를 사용한다. 라인 레이저(10)는 도 1에 도시된 바와 같이 장애물(107)에 직선 형태의 구조광을 조사한다. 즉, 라인 레이저(10)는 부채꼴 형태의 평면광을 출력할 수 있도록 형성된다.
카메라(20)는 광원(10)의 하측에 배치된다. 즉 광원(10)의 중심선(CL1)과 카메라(20)의 중심선(CL2)이 동일한 가상의 수직 평면에 위치하도록 배치될 수 있다. 카메라(20)는 광원(10)에서 조사된 구조광이 장애물에서 반사되어 입사되는 반사광을 포착하여 이미지를 형성하도록 형성된다. 카메라(20)는 이미지 센서(21)와 이미지 센서(21)에 광이 초점을 맺도록 하는 초점 렌즈(23)를 포함할 수 있다(도 5 참조). 또한, 카메라(20)는 수평 방향으로 광각인 렌즈를 사용할 수 있다. 예를 들면, 수평 화각이 90도이고 수직 화각이 약 60도인 카메라(20)가 사용될 수 있다.
해상도 보정 렌즈(40)는 한 쪽 방향이 다른 방향보다 왜곡이 큰 렌즈를 사용할 수 있다. 예를 들면, 해상도 보정 렌즈(40)는 제1축(A1)과 상기 제1축(A1)에 수직한 제2축(A2)을 포함하며, 제2축(A2) 방향의 왜곡이 제1축(A1) 방향의 왜곡보다 크도록 형성될 수 있다. 이때, 해상도 보정 렌즈(40)는 왜곡이 큰 제2축(A2) 방향이 화각을 변경시키고자 하는 방향과 일치되도록 설치한다. 따라서, 해상도 보정 렌즈(40)는 왜곡이 작은 제1축(A1) 방향이 광원(10)에서 조사되는 구조광에 의해 형성되는 광 평면(LP)에 평행하도록 카메라(20)의 앞에 설치된다.
도 11 및 도 12에 도시된 본 실시예와 같이 카메라(20)가 수평 방향으로 광각인 렌즈를 사용하는 경우, 해상도 보정 렌즈(40)로 수직 방향의 화각을 줄일 수 있도록 하프 실린더 렌즈를 사용할 수 있다. 예를 들면, 약 60도의 수직 화각을 약 20도로 줄일 수 있도록 하프 실린더 렌즈(40)를 사용할 수 있다. 도 13에 하프 실린더 렌즈(40)의 일 예가 도시되어 있다.
도 13을 참조하면, 하프 실린더 렌즈(40)는 직사각형의 평면(41) 상에 서로 수직한 제1축(A1)과 제2축(A2)을 포함한다. 제1축(A1)은 하프 실린더 렌즈(40)의 상하 방향의 축이며, 제2축(A2)은 직사각형 평면(41) 상에서 제1축(A1)과 직각으로 하프 실린더 렌즈(40)의 폭 방향의 축이다. 제1축(A1) 방향으로는 형상이 균일하여 왜곡이 거의 없으나, 제2축(A2) 방향, 즉 하프 실린더 렌즈(40)의 폭 방향으로는 왜곡이 존재한다. 따라서, 제2축(A2) 방향의 왜곡이 제1축(A1) 방향의 왜곡보다 크다.
따라서, 수직 방향의 화각을 줄일 수 있도록, 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 하프 실린더 렌즈(40)의 제2축(A2)이 광원(10)과 카메라(20)가 설치된 가상의 수직 평면과 평행하도록 하프 실린더 렌즈(40)를 카메라(20)의 앞에 설치할 수 있다. 이와 같이 하프 실린더 렌즈(40)를 카메라(20) 앞에 배치하면, 카메라(20)의 수직 방향 화각을 줄일 수 있으므로 카메라(20)에 입사되는 반사광의 광 간격을 거리에 관계 없이 균일하게 하여 해상도를 높일 수 있다.
따라서, 도 11 및 도 12에 도시된 본 개시의 일 실시예에 의한 광각 고해상도 거리 측정 장치(2)에 의하면, 수평 방향의 화각은 광각으로 유지하면서 수직 방향의 화각은 협각으로 할 수 있으므로 원거리의 해상도를 높일 수 있다.
이하, 도 14 내지 도 16을 참조하여 본 개시의 다른 실시예에 의한 광각 고해상도 거리 측정 장치에 대해 상세하게 설명한다.
도 14는 본 개시의 다른 실시예에 의한 광각 고해상도 거리 측정 장치를 나타낸 측면도이다. 도 15는 도 14의 광각 고해상도 거리 측정 장치를 나타낸 평면도이고, 도 16은 도 14의 광각 고해상도 거리 측정 장치에 사용되는 양오목 실린더 렌즈를 나타낸 사시도이다.
도 14 내지 도 16을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 의한 광각 고해상도 거리 측정 장치(3)는 광원(10), 카메라(20), 해상도 보정 렌즈(50)를 포함할 수 있다.
광원(10)은 일정한 형태를 갖는 구조광을 조사할 수 있도록 형성된다. 본 실시예의 경우에 광원(10)으로 라인 레이저를 사용한다. 라인 레이저(10)는 도 1에 도시된 바와 같이 장애물(107)에 직선 형태의 구조광을 조사한다. 즉, 라인 레이저(10)는 부채꼴 형태의 평면광을 출력할 수 있도록 형성된다.
카메라(20)는 광원(10)의 하측에 배치된다. 즉 광원(10)의 중심선(CL1)과 카메라(20)의 중심선(CL2)이 동일한 가상의 수직 평면에 위치하도록 배치될 수 있다. 카메라(20)는 광원(10)에서 조사된 구조광이 장애물에서 반사되어 입사되는 반사광을 포착하여 이미지를 형성하도록 형성된다. 카메라(20)는 이미지 센서(21)와 이미지 센서(21)에 광이 초점을 맺도록 하는 초점 렌즈(23)를 포함할 수 있다(도 5 참조). 또한, 카메라(20)는 수평 방향으로 협각인 렌즈를 사용할 수 있다. 예를 들면, 수평 방향의 화각이 30도 이고 수직 방향의 화각이 20도인 카메라(20)가 사용될 수 있다. 이 경우에는 거리 측정 장치(3)의 시야를 넓히기 위해 카메라(20)의 수평 방향의 화각을 넓힐 필요가 있다.
해상도 보정 렌즈(50)는 수평 방향의 화각을 증가시킬 수 있도록, 예를 들면, 수평 방향의 화각을 30도에서 90도로 하기 위해, 한 쪽 방향이 다른 방향보다 왜곡이 큰 렌즈를 사용할 수 있다. 예를 들면, 해상도 보정 렌즈(50)는 제1축(A1)과 상기 제1축(A1)에 수직한 제2축(A2)을 포함하며, 제2축(A2) 방향의 왜곡이 제1축(A1) 방향의 왜곡보다 크도록 형성될 수 있다. 이때, 해상도 보정 렌즈(50)는 왜곡이 큰 제2축(A2) 방향이 화각을 변경시키고자 하는 방향과 일치되도록 설치한다. 따라서, 해상도 보정 렌즈(50)는 왜곡이 큰 제2축(A2) 방향이 광원(10)에서 조사되는 구조광에 평행하도록 카메라(20)의 앞에 설치된다.
도 14 및 도 15에 도시된 본 실시예와 같이 카메라(20)가 수평 방향으로 협각인 렌즈를 사용하는 경우, 해상도 보정 렌즈(50)로 수평 방향의 화각을 늘릴 수 있도록 양오목 실린더 렌즈를 사용할 수 있다. 예를 들면, 카메라(20)의 수평 화각을 30도에서 90도로 늘릴 수 있는 양오목 실린더 렌즈(50)가 사용될 수 있다. 도 16에 양오목 실린더 렌즈(50)의 일 예가 도시되어 있다.
도 16을 참조하면, 양오목 실린더 렌즈(50)는 직사각형의 평판 상에 길이 방향으로 오목한 홈이 형성된 형태로 형성되어 있다. 즉, 양오목 실린더 렌즈(50)는 평판의 중앙부분이 가장자리보다 얇아 양쪽면이 오목한 형상이다. 양오목 실린더 렌즈(50)는 일반적인 오목 렌즈의 기능을 하므로 입사된 광을 퍼지게 하는 기능을 한다. 양오목 실린더 렌즈(50)는 가상의 중심면(51) 상에 서로 수직한 제1축(A1)과 제2축(A2)을 포함한다. 제1축(A1)은 중심면(51) 상에서 양오목 실린더 렌즈(50)의 상하 방향으로 연장되는 축이며, 제2축(A2)은 중심면(51) 상에서 제1축(A1)과 직각으로 양오목 실린더 렌즈(50)의 좌우 방향으로 연장되는 축이다. 제1축(A1) 방향으로는 형상이 균일하여 왜곡이 거의 없으나, 제2축(A2) 방향, 즉 양오목 실린더 렌즈(50)의 폭 방향으로는 왜곡이 존재한다. 따라서, 제2축(A2) 방향의 왜곡이 제1축(A1) 방향의 왜곡보다 크다.
따라서, 수평 방향의 화각을 늘릴 수 있도록, 도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이, 양오목 실린더 렌즈(50)의 제2축(A2)이 광원(10)에서 조사되는 구조광이 형성하는 광 평면(LP)과 평행하도록 양오목 실린더 렌즈(50)를 카메라(20)의 앞에 설치할 수 있다. 이와 같이 양오목 실린더 렌즈(50)를 카메라(20) 앞에 배치하면, 카메라(20)의 수평 방향 화각을 늘릴 수 있으므로 카메라(20)의 수평 화각을 광각으로 할 수 있다.
따라서, 도 14 및 도 15에 도시된 본 개시의 일 실시예에 의한 광각 고해상도 거리 측정 장치(3)에 의하면, 카메라(20)의 수직 방향의 화각은 협각으로 유지하면서 수평 방향의 화각은 광각으로 늘릴 수 있으므로 원거리의 해상도를 높게 유지하면서 시야를 늘릴 수 있다.
이상에서는 카메라(20)의 앞에 설치되어 화각을 조절하는 광학계로 해상도 보정 렌즈(40,50)를 사용한 경우에 대해 설명하였으나, 화각을 조절하는 광학계로 반드시 렌즈를 사용해야 하는 것은 아니다. 다른 예로서, 도시하지는 않았지만, 렌즈와 동일한 기능을 할 수 있는 오목 거울이나 볼록 거울을 사용하여 본 개시의 일 실시예에 의한 광각 고해상도 거리 측정 장치를 구성할 수도 있다.
상술한 본 개시의 일 실시예에 의한 광각 고해상도 거리 측정 장치(1,2,3)를 구비한 이동 로봇이 복수개 사용될 수 있다. 이러한 경우, 복수의 광각 고해상도 거리 측정 장치의 광원에서 조사되는 구조광에 의해 광간섭이 발생할 수 있다.
이하, 복수의 광각 고해상도 거리 측정 장치를 사용하는 경우에 발생하는 광간섭을 방지할 수 있는 방법에 대해 도 17 내지 도 19를 참조하여 상세하게 설명한다.
도 17은 본 개시의 일 실시예에 의한 광각 고해상도 거리 측정 장치를 나타내는 기능 블록도이다. 도 18은 2대의 이동로봇에 설치된 본 개시의 일 실시예에 의한 광각 고해상도 거리 측정 장치가 광 간섭되는 경우의 광원의 타임 차트를 나타내는 도면이다. 도 19는 2대의 이동로봇에 설치된 본 개시의 일 실시예에 의한 광각 고해상도 거리 측정 장치의 광 간섭을 회피한 경우의 광원의 타임 차트를 나타내는 도면이다.
도 17을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 의한 광각 고해상도 거리 측정 장치(1)는 광원(10), 카메라(20), 및 프로세서(60)를 포함할 수 있다.
광원(10)은 구조광을 조사할 수 있도록 구성되며, 카메라(20)는 장애물에 반사되어 입사되는 반사광을 포착하여 이미지를 형성하도록 구성된다. 광원(10)과 카메라(20)는 상술한 실시예에 의한 광원(10) 및 카메라(20)와 동일하거나 유사하므로 상세한 설명은 생략한다.
프로세서(60)는 광원(10)과 카메라(20)를 제어하고, 광원(10)이 발광할 때의 위치를 이용하여 장애물까지의 거리를 측정할 수 있도록 형성된다. 구체적으로, 프로세서(60)는 일정 간격으로 광원(10)을 온시켜 구조광을 조사하고, 구조광이 장애물에 반사되어 카메라(20)로 입사되는 반사광을 포착하여 이미지를 형성하도록 카메라(20)를 제어한다. 이때, 프로세서(60)는 광원(10)이 온된 경우에만 이미지를 형성하도록 광원(10)과 카메라(20)를 동기 제어한다. 또한, 프로세서(60)는 광원(10)과 카메라(20) 사이의 거리, 및 획득한 이미지를 이용하여 장애물까지의 거리를 산출할 수 있다.
프로세서(60)는 도 18에 도시된 바와 같이 일정 시간 간격으로 구조광을 방출하도록 광원(10)을 제어할 수 있다.
그런데, 본 개시의 일 실시예에 의한 광각 고해상도 거리 측정 장치(1)를 구비한 2대 이상의 이동 로봇(R1, R2)이 사용되는 경우에, 각각의 거리 측정 장치(1)의 광원(10)이 구조광을 방출하므로 2개의 거리 측정 장치(1) 사이에 광간섭이 발생할 수 있다.
예를 들어, 제1이동 로봇(R1)의 거리 측정 장치(1)의 프로세서(60)는 광원(10)을 온시키지 않은 상태에서 카메라(20)로 구조광 신호를 포착한 경우에는, 제2이동 로봇(R2)의 거리 측정 장치(1)에 의해 광간섭이 발생한 것으로 판단한다. 그러면, 제1이동로봇(R1)의 거리 측정 장치(1)의 프로세서(60)는 광원(10)을 온시키는 타이밍을 일정 시간 쉬프트시켜 광간섭을 회피한다.
구체적으로, 도 18에 도시된 바와 같이 제1이동 로봇(R1)의 거리 측정 장치(1)의 광원(10)이 펄스 형태로 일정 시간 간격으로 구조광을 방출하고, 제2이동 로봇(R2)의 거리 측정 장치(1)의 광원(10)이 펄스 형태로 구조광을 방출할 수 있다. 이때, 제1이동 로봇(R1)의 거리 측정 장치(1)의 프로세서(60)가 광원(10)을 온시킬 타이밍에 광원(10)을 온시키지 않은 상태에서 카메라(20)를 통해 구조광 신호를 검출한 경우(도 18의 C 부분)에는 제2이동 로봇(R2)의 광원(10)에서 조사된 구조광에 의해 광간섭이 발생한 것으로 볼 수 있다.
이 경우, 제1이동 로봇(R1)의 거리 측정 장치의 프로세서(60)는 광원(10)을 온하는 타이밍을 도 19에 도시된 바와 같이 일정 시간(ΔT) 쉬프트 시킨다. 이때, 쉬프트 시키는 시간(ΔT)은 광원(10)이 온되는 시간 간격(T)보다 작게 할 수 있다. 그러면, 제1이동 로봇(R1)의 거리 측정 장치(1)가 광을 발광하는 타이밍과 제2이동 로봇(R2)의 거리 측정 장치(1)가 광을 발광하는 타이밍이 어긋나도록 할 수 있다. 따라서, 2대의 이동 로봇(R1,R2)의 거리 측정 장치 사이의 광간섭을 회피할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 개시의 일 실시예에 의한 광각 고해상도 거리 측정 장치에 의하면, 넓은 수평 화각을 확보하기 위해 광각 렌즈를 사용하여 원거리 해상도가 저하되는 경우에, 해상도 보정 렌즈를 사용하여 수평 화각은 유지하면서 원거리 해상도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 개시의 일 실시예에 의한 광각 고해상도 거리 측정 장치에 의하면, 좁은 수직 화각을 확보하기 위해 협각 렌즈를 사용하여 수평 화각이 좁은 경우에, 해상도 보정 렌즈를 사용하여 수직 화각은 유지하면서 수평 화각을 광각으로 증가시킬 수 있다.
이와 같이 본 개시의 일 실시예에 의한 광각 고해상도 거리 측정 장치는 고해상도의 이미지 센서를 사용하지 않고 광학계를 변경하여 원거리 해상도를 높일 수 있으므로 제조비용을 줄일 수 있다.
또한, 본 개시의 일 실시예에 의한 광각 고해상도 거리 측정 장치는 거리 측정 장치의 크기의 증가를 가져오는 광원과 카메라 사이의 간격을 증가시키지 않고, 광학계를 변경하여 원거리 해상도를 높일 수 있으므로 거리 측정 장치가 탑재되는 이동 로봇 등의 소형화가 가능하다는 이점이 있다.
상기에서 본 개시는 예시적인 방법으로 설명되었다. 여기서 사용된 용어들은 설명을 위한 것이며, 한정의 의미로 이해되어서는 안 될 것이다. 상기 내용에 따라 본 개시의 다양한 수정 및 변형을 할 수 있다. 따라서, 따로 부가 언급하지 않는 한 본 개시는 청구범위의 범주 내에서 자유로이 실시될 수 있을 것이다.
1,2,3; 광각 고해상도 거리 측정 장치 10; 광원
20; 카메라 21; 이미지 센서
23; 초점 렌즈 30,40,50; 해상도 보정 렌즈
60; 프로세서 100; 거리 측정 장치
101; 광원 103; 카메라
105; 구조광 107; 장애물
L; 구조광 LP; 광 평면

Claims (15)

  1. 구조광을 조사하는 광원;
    상기 광원에서 조사된 구조광이 장애물에서 반사되어 입사되는 반사광을 포착하여 이미지를 형성하는 카메라; 및
    상기 카메라의 전방에 설치되며, 상기 장애물에서 반사되어 상기 카메라로 입사되는 반사광을 보정하여 상기 카메라에 의해 형성되는 이미지의 해상도가 거리에 관계 없이 균일해지도록 하는 해상도 보정 렌즈;를 포함하는, 광각 고해상도 거리 측정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 해상도 보정 렌즈는 중심부는 고해상도를 갖고 외주부는 저해상도를 갖도록 해상도가 순차적으로 변하는, 광각 고해상도 거리 측정 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 카메라는 이미지 센서를 포함하며,
    상기 광원은 원거리의 장애물에서 반사되는 반사광이 상기 이미지 센서의 제1단 쪽으로 입사되고, 근거리의 장애물에서 반사되는 반사광이 상기 이미지 센서의 제2단 쪽으로 입사되도록 배치되며,
    상기 해상도 보정 렌즈는 상기 중심부가 상기 이미지 센서의 제1단에 인접하고, 상기 외주부가 상기 이미지 센서의 제2단에 인접하도록 배치되는, 광각 고해상도 거리 측정 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 해상도 보정 렌즈는 원형 단면을 가지며,
    상기 이미지 센서는 직사각형 평판으로 형성되며, 상기 이미지 센서의 제1단이 상기 해상도 보정 렌즈의 중심을 지나는 직선에서 아래쪽으로 일정 거리 이격되고, 상기 이미지 센서의 제2단의 양 모서리가 상기 해상도 보정 렌즈의 원형 단면의 내면에 접하도록 설치되는, 광각 고해상도 거리 측정 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 해상도 보정 렌즈는 원형 단면을 가지며,
    상기 이미지 센서는 직사각형 평판으로 형성되며, 상기 이미지 센서의 제1단이 상기 해상도 보정 렌즈의 중심을 지나는 직선에서 아래쪽으로 일정 거리 이격되고, 상기 이미지 센서의 제2단이 상기 해상도 보정 렌즈의 원형 단면의 외주면과 접하도록 설치되는, 광각 고해상도 거리 측정 장치.
  6. 제3 항에 있어서,
    상기 해상도 보정 렌즈는 광각 렌즈를 포함하는, 광각 고해상도 거리 측정 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 해상도 보정 렌즈는 외주면을 따라 일단 부분의 해상도가 가장 높고, 상기 일단 부분을 마주하는 타단 부분의 해상도가 가장 낮도록 형성되는, 광각 고해상도 거리 측정 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 카메라는 이미지 센서를 포함하며,
    상기 광원은 원거리의 장애물에서 반사되는 반사광이 상기 해상도 보정 렌즈의 일단 부분을 통해 상기 이미지 센서의 제1단 쪽으로 입사되고, 근거리의 장애물에서 반사되는 반사광이 상기 해상도 보정 렌즈의 타단 부분을 통해 상기 이미지 센서의 제2단 쪽으로 입사되도록 배치되며,
    상기 해상도 보정 렌즈는 그 중심이 상기 이미지 센서의 중심과 일치하도록 배치되는, 광각 고해상도 거리 측정 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원은 라인 레이저(Line laser)를 포함하는, 광각 고해상도 거리 측정 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 카메라는 상기 반사광을 포착하여 이미지를 형성하는 이미지 센서와 상기 반사광이 상기 이미지 센서에 결상되도록 형성된는 초점 렌즈를 포함하며,
    상기 해상도 보정 렌즈는 상기 초점 렌즈의 앞에 상기 초점 렌즈와 일체로 형성되는, 광각 고해상도 거리 측정 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 해상도 보정 렌즈는 제1축과 상기 제1축에 수직한 제2축을 포함하며,
    상기 해상도 보정 렌즈는 제2축 방향의 왜곡이 제1축 방향의 왜곡보다 크도록 형성되는, 광각 고해상도 거리 측정 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 카메라가 수평 방향으로 광각일 경우,
    상기 해상도 보정 렌즈는 하프 실린더 렌즈이며,
    상기 하프 실린더 렌즈는 상기 제1축이 상기 광원에서 조사되는 구조광에 평행하게 배치되는, 광각 고해상도 거리 측정 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 카메라가 수평 방향으로 협각일 경우,
    상기 해상도 보정 렌즈는 양오목 실린더 렌즈이며,
    상기 양오목 실린더 렌즈는 상기 제2축이 상기 광원에서 조사되는 구조광에 평행하게 배치되는, 광각 고해상도 거리 측정 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원과 상기 카메라를 제어하는 프로세서를 더 포함하며,
    상기 프로세서는 일정 시간 간격으로 상기 광원을 온시켜 구조광을 조사하고 상기 카메라가 이미지를 포착하도록 제어하는, 광각 고해상도 거리 측정 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 광원이 온되지 않은 상태에서 상기 카메라가 이미지를 포착한 경우에는, 상기 프로세서는 상기 광원을 온시키는 타이밍을 일정 시간 쉬프트 시키는, 광각 고해상도 거리 측정 장치.


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