KR20220084500A - Ｔｏｆ 센서를 이용한 거리 측정 시스템 및 그 측정 방법 - Google Patents

Ｔｏｆ 센서를 이용한 거리 측정 시스템 및 그 측정 방법 Download PDF

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Abstract

TOF 센서를 이용한 거리 측정 시스템은, 대상체의 컬러 이미지를 획득하는 카메라; 상기 대상체의 거리 정보 이미지를 획득하는 TOF 센서; 및 상기 컬러 이미지를 이용하여, 상기 거리 정보 이미지를 보정하는 보정부;를 포함하되, 상기 보정부는, 상기 컬러 이미지 및 상기 거리 정보 이미지를 정합하는 정합기; 상기 정합기에 의해 정합 후, 상기 컬러 이미지에서 픽셀 단위별 색상 정보를 추출하는 색상 정보 추출기; 및 상기 색상 정보 추출기에서 추출된 픽셀 단위별 색상 정보를 이용하여, 상기 거리 정보 이미지의 픽셀 단위별 측정된 거리 정보를 보정하는 거리 보정기;를 포함한다.

Description

ＴＯＦ 센서를 이용한 거리 측정 시스템 및 그 측정 방법{DISTANCE MEASUREMENT SYSTEM USING TOF SENSOR AND MEASUREMENT METHOD THEREFOR}
본 발명은 TOF(Time-of-Flight) 센서를 이용한 거리 측정 시스템 및 그 측정 방법에 관한 것이다.
TOF(Time-of-Flight) 센서를 이용한 거리 측정을 하는 것에 의해, 3차원 이미지를 생성하는 기술은 근래 많은 진보를 이루고 있다. TOF 센서는, SPAD(Single Photon Avalanche Diode)와 같은 수광 소자를 이용하여 반사된 광량을 측정하는 것에 의해 대상체의 거리를 측정할 수 있다.
크게 TOF 센서에 의한 거리 측정 방식은 직접 TOF 방식, 간접 TOF 방식 및 혼합 TOF 방식으로 나뉜다.
그런데, 대상체의 색상에 따라 반사되어 TOF 센서에 의해 측정되는 광량은 크게 달라질 수 있어, 정확한 거리 측정에 어려움이 있다.
예를 들면, 피부가 희고 검은 머리의 사람이 대상체인 경우, 검은 머리 부분은 실제 보다 아주 먼 거리로, 피부는 실제 보다 가까운 거리로 측정될 수 있다.
국내공개특허 제10-2012-0091970호 : 객체 이미지 정합 시스템, 정합 장치 및 정합 방법과 상기 방법을 기록한 기록 매체(2012년 08월 20일 공개).
본 발명은 전술한 바와 같은 기술적 과제를 해결하는 데 목적이 있는 발명으로서, 대상체의 색상에 따른 반사되는 광량의 차이를 보정하는 것에 의해 보다 정확한 거리 측정이 가능한 TOF 센서를 이용한 거리 측정 시스템 및 그 측정 방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.
본 발명의 TOF 센서를 이용한 거리 측정 시스템에 있어서, 대상체의 컬러 이미지를 획득하는 카메라; 상기 대상체의 거리 정보 이미지를 획득하는 TOF 센서; 및 상기 컬러 이미지를 이용하여, 상기 거리 정보 이미지를 보정하는 보정부;를 포함하여 구성된다.
구체적으로, 상기 보정부는, 상기 컬러 이미지 및 상기 거리 정보 이미지를 정합하는 정합기; 상기 정합기에 의해 정합 후, 상기 컬러 이미지에서 픽셀 단위별 색상 정보를 추출하는 색상 정보 추출기; 및 상기 색상 정보 추출기에서 추출된 픽셀 단위별 색상 정보를 이용하여, 상기 거리 정보 이미지의 픽셀 단위별 측정된 거리 정보를 보정하는 거리 보정기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명의 거리 측정 시스템은, 상기 컬러 이미지의 획득 환경의 조도를 측정하는 조도 센서;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 보정부는, 상기 조도 센서에 의해 측정된 조도 및 미리 설정된 기준 조도 정보를 이용하여, 상기 카메라로부터 획득된 컬러 이미지를 보정하는 조도 보정기;를 더 포함하되, 상기 정합기가 상기 조도 보정기로부터 출력된 컬러 이미지를 이용하거나, 상기 조도 보정기가 상기 정합기로부터 출력된 컬러 이미지를 이용할 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 TOF 센서를 이용한 거리 측정 방법은, (a) 대상체의 컬러 이미지를 획득하는 단계; (b) 상기 대상체의 거리 정보 이미지를 획득하는 단계; 및 (c) 상기 컬러 이미지를 이용하여, 상기 거리 정보 이미지를 보정하는 단계;를 포함한다.
구체적으로, 상기 (c) 단계는, (c-1) 상기 컬러 이미지 및 상기 거리 정보 이미지를 정합하는 단계; (c-2) 상기 (c-1) 단계에 의해 정합 후, 상기 컬러 이미지에서 픽셀 단위별 색상 정보를 추출하는 단계; 및 (c-3) 상기 (c-2) 단계에서 추출된 픽셀 단위별 색상 정보를 이용하여, 상기 거리 정보 이미지의 픽셀 단위별 측정된 거리 정보를 보정하는 단계;를 포함한다.
또한, 본 발명의 TOF 센서를 이용한 거리 측정 방법은, (d) 상기 컬러 이미지의 획득 환경의 조도를 측정하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
아울러, 상기 (c) 단계는, (c-4) 상기 (d) 단계에서 측정된 조도 및 미리 설정된 기준 조도 정보를 이용하여, 컬러 이미지를 보정하는 단계;를 도 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 (c-4) 단계가 상기 (c-1) 단계로부터 출력된 컬러 이미지를 이용하거나, 상기 (c-1) 단계가 상기 (c-4) 단계로부터 출력된 컬러 이미지를 이용할 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 TOF 센서를 이용한 거리 측정 시스템 및 그 측정 방법에 따르면, 대상체의 색상에 따른 반사되는 광량의 차이를 보정하는 것에 의해 보다 정확한 거리 측정이 가능하다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 TOF 센서를 이용한 거리 측정 시스템의 구성도.
도 2는 보정부에 의한 보정 방법에 대한 설명도.
도 3은 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 TOF 센서를 이용한 거리 측정 시스템의 구성도.
도 4는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 TOF 센서를 이용한 거리 측정 방법의 흐름도.
도 5는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 TOF 센서를 이용한 거리 측정 방법의 흐름도.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예들에 따른 TOF 센서를 이용한 거리 측정 시스템 및 그 측정 방법에 대해 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 하기의 실시예들은 본 발명을 구체화하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리 범위를 제한하거나 한정하는 것이 아님은 물론이다. 본 발명의 상세한 설명 및 실시예들로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 전문가가 용이하게 유추할 수 있는 것은 본 발명의 권리 범위에 속하는 것으로 해석된다.
먼저, 도 1은 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 TOF 센서를 이용한 거리 측정 시스템(100)의 구성도를 나타낸다.
도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 TOF 센서를 이용한 거리 측정 시스템(100)은, 카메라(110), TOF 센서(120) 및 보정부(140)를 포함하여 구성된다.
카메라(110)는 일반 카메라로서, 대상체의 컬러 이미지를 획득하는 역할을 한다.
TOF 센서(120)는, SPAD(Single Photon Avalanche Diode)와 같은 수광 소자 어레이를 이용하여 구성될 수 있으며, 대상체의 거리 정보 이미지를 획득하는 역할을 한다.
보정부(140)는, 컬러 이미지를 이용하여, 거리 정보 이미지를 보정하는 역할을 한다. 보정부(140)는, 프로세서를 포함하는 컴퓨팅 장치를 이용하여 구현될 수 있다. 또는, 보정부(140)는, 프로세서, 회로 또는 프로세서와 회로의 조합에 의해 구현될 수도 있을 것이다.
구체적으로 보정부(140)는, 정합기(141), 색상 정보 추출기(142) 및 거리 보정기(143)를 포함하여 구성될 수 있다.
도 2는 보정부(140)에 의한 보정 방법에 대한 설명도이다.
먼저, 정합기(141)는, 컬러 이미지 및 거리 정보 이미지를 정합하는 역할을 한다.
즉, 카메라(110)로부터 획득된 컬러 이미지와 TOF 센서(120)에 의해 획득된 거리 정보 이미지는, 서로 해상도가 다를 수 있다. 아울러, 카메라(110) 및 TOF 센서(120)가 완전 동일한 위치에 배치될 수 없는 등의 이유로, 이미지의 획득 영역이 서로 상이할 수 있다.
정합기(141)는, 컬러 이미지 또는 거리 정보 이미지의 해상도를 동일하게 변환한다. 아울러, 정합기(141)는, 컬러 이미지 또는 거리 정보 이미지 중 적어도 이미지의 좌표를 변환하는 것에 의해 컬러 이미지 및 거리 정보 이미지의 이미지 획득 영역을 서로 동일하게 조정한다.
색상 정보 추출기(142)는, 정합기(141)에 의해 정합 후, 컬러 이미지에서 픽셀 단위별 색상 정보를 추출하는 역할을 한다.
거리 보정기(143)는, 색상 정보 추출기(142)에서 추출된 픽셀 단위별 색상 정보를 이용하여, 정합기(141)에 의해 정합 후의 거리 정보 이미지의 픽셀 단위별로 측정된 거리 정보를 보정하는 역할을 한다.
구체적으로 거리 보정기(143)는, 픽셀 단위로 추출된 색상 정보에 대해 제 1 보정 계수를 이용하여, 픽셀 단위로 거리 정보 이미지의 측정된 거리를 보정하는 것이 바람직하다. 만약 정합기(141)에 의해 정합 후의 거리 정보 이미지가 10 픽셀×10 픽셀의 이미지라면, 1번째 픽셀부터 100번째 픽셀까지 하나의 픽셀씩 그 측정된 거리 정보가, 컬러 이미지의 1번째 픽셀부터 100번째 픽셀에 의한 1번째 제 1 보정 계수로부터 100번째 제 1 보정 계수에 의해 각각 보정되게 된다.
제 1 보정 계수는, 메모리에 미리 저장되어 있을 수도 있고, 수식에 의해 산출될 수도 있을 것이다. 참고로, 제 1 보정 계수는, 대상체의 색상 정보에 따라 반사율이 다르게 나타나는 것을 보정하기 위한 계수이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 TOF 센서를 이용한 거리 측정 시스템(200)의 구성도를 나타낸다.
도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 TOF 센서를 이용한 거리 측정 시스템(200)은, 카메라(210), TOF 센서(220), 조도 센서(230) 및 보정부(240)를 포함하여 구성된다.
본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 TOF 센서를 이용한 거리 측정 시스템(200)에 포함된 카메라(210), TOF 센서(220) 및 보정부(240)의 역할은, 별도의 설명이 없는 한 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 TOF 센서를 이용한 거리 측정 시스템(100)에서 설명한 바와 같다.
아울러, 조도 센서(230)는, 컬러 이미지 및/또는 거리 정보 이미지의 획득 환경의 조도를 측정하는 역할을 한다.
본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 TOF 센서를 이용한 거리 측정 시스템(200)은 카메라(210)에 의해 획득된 컬러 이미지의 밝기 정보를, 측정된 조도 정보에 따라 보정하고자 한다. 즉, 조도에 따라 획득된 컬러 이미지의 밝기가 변하는 것을 이용하여, 기준 조도에 대한 기준 색상으로 변환하기 위한 제 2 보정 계수를 미리 산출해서 메모리에 저장하거나, 수식으로서 설정해 둘 필요가 있을 것이다.
구체적으로, 보정부(240)는, 조도 센서(230)에 의해 측정된 조도 및 미리 설정된 기준 조도 정보를 이용하여, 카메라(210)로부터 획득된 컬러 이미지를 보정하는 조도 보정기(244)를 더 포함하는 것이 바람직하다.
정합기(241)는, 조도 보정기(244)로부터 출력된 컬러 이미지를 이용할 수 있다. 또는, 정합기(241)에 의한 컬러 이미지 및 거리 정보 이미지의 정합 후, 조도 보정기(244)에 의해 컬러 이미지가 보정될 수도 있다.
즉, 정합기(241)가 조도 보정기(244)로부터 출력된 컬러 이미지를 이용하거나, 조도 보정기(244)가 정합기(241)로부터 출력된 컬러 이미지를 이용할 수도 있는 것을 특징으로 한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 TOF 센서를 이용한 거리 측정 방법의 흐름도를 나타낸다.
본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 TOF 센서를 이용한 거리 측정 방법은 본 발명의 바람직한 제 1 실시에에 따른 TOF 센서를 이용한 거리 측정 시스템(100)을 이용하므로, 별도의 설명이 없더라도, 본 발명의 바람직한 제 1 실시에에 따른 TOF 센서를 이용한 거리 측정 시스템(100)의 모든 특징을 포함하고 있음은 물론이다.
도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 TOF 센서를 이용한 거리 측정 방법은, 대상체의 컬러 이미지를 획득하는 단계(S110); 대상체의 거리 정보 이미지를 획득하는 단계(S120); 및 S110 단계에서 획득된 컬러 이미지를 이용하여, S120 단계에서 획득된 거리 정보 이미지를 보정하는 단계(S130);를 포함한다.
구체적으로 S130 단계는, 컬러 이미지 및 거리 정보 이미지를 정합하는 단계(S131); S131 단계에 의해 정합 후, 컬러 이미지에서 픽셀 단위별 색상 정보를 추출하는 단계(S132); 및 S132 단계에서 추출된 픽셀 단위별 색상 정보를 이용하여, 거리 정보 이미지의 픽셀 단위별 측정된 거리 정보를 보정하는 단계(S133);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 TOF 센서를 이용한 거리 측정 방법의 흐름도를 나타낸다.
본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 TOF 센서를 이용한 거리 측정 방법은 본 발명의 바람직한 제 2 실시에에 따른 TOF 센서를 이용한 거리 측정 시스템(200)을 이용하므로, 별도의 설명이 없더라도, 본 발명의 바람직한 제 2 실시에에 따른 TOF 센서를 이용한 거리 측정 시스템(200)의 모든 특징을 포함하고 있음은 물론이다.
도 5로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 TOF 센서를 이용한 거리 측정 방법은, 대상체의 컬러 이미지를 획득하는 단계(S210); 대상체의 거리 정보 이미지를 획득하는 단계(S220); 컬러 이미지 및/또는 거리 정보 이미지의 획득 환경의 조도를 측정하는 단계(S230); 및 S210 단계에서 획득된 컬러 이미지를 이용하여, S220 단계에서 획득된 거리 정보 이미지를 보정하는 단계(S240);를 포함한다.
구체적으로 S240 단계는, S240 단계에서 측정된 조도 및 미리 설정된 기준 조도 정보를 이용하여, S210 단계의 컬러 이미지를 보정하는 단계(S231); 컬러 이미지 및 S220 단계에서 획득된 거리 정보 이미지를 정합하는 단계(S232); S232 단계에 의해 정합 후, 컬러 이미지에서 픽셀 단위별 색상 정보를 추출하는 단계(S233); 및 S233 단계에서 추출된 픽셀 단위별 색상 정보를 이용하여, 거리 정보 이미지의 픽셀 단위별 측정된 거리 정보를 보정하는 단계(S234);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
다만, S231 단계는, S232 단계 이후에 실시될 수도 있다. 즉, 컬러 이미지 및 거리 정보 이미지를 정합 후, 컬러 이미지가 보정될 수도 있다.
즉, S231 단계가 S232 단계로부터 출력된 컬러 이미지를 이용하거나, S232 단계가 S231 단계로부터 출력된 컬러 이미지를 이용할 수도 있는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 TOF 센서를 이용한 거리 측정 시스템(100, 200) 및 그 측정 방법에 따르면, 대상체의 색상에 따른 반사되는 광량의 차이를 보정하는 것에 의해 보다 정확한 거리 측정이 가능함을 알 수 있다.
100, 200 : 거리 측정 시스템
110, 210 : 카메라
120, 220 : TOF 센서
230 : 조도 센서
140, 240 : 보정부
141, 241 : 정합기
142, 242 : 색상 정보 추출기
143, 243 : 거리 보정기
244 : 조도 보정기

Claims (10)

  1. TOF 센서를 이용한 거리 측정 시스템에 있어서,
    대상체의 컬러 이미지를 획득하는 카메라;
    상기 대상체의 거리 정보 이미지를 획득하는 TOF 센서; 및
    상기 컬러 이미지를 이용하여, 상기 거리 정보 이미지를 보정하는 보정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보정부는,
    상기 컬러 이미지 및 상기 거리 정보 이미지를 정합하는 정합기; 및
    상기 정합기에 의해 정합 후, 상기 컬러 이미지에서 픽셀 단위별 색상 정보를 추출하는 색상 정보 추출기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 보정부는,
    상기 색상 정보 추출기에서 추출된 픽셀 단위별 색상 정보를 이용하여, 상기 거리 정보 이미지의 픽셀 단위별 측정된 거리 정보를 보정하는 거리 보정기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 거리 측정 시스템은,
    상기 컬러 이미지의 획득 환경의 조도를 측정하는 조도 센서;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 보정부는,
    상기 조도 센서에 의해 측정된 조도 및 미리 설정된 기준 조도 정보를 이용하여, 상기 카메라로부터 획득된 컬러 이미지를 보정하는 조도 보정기;를 더 포함하되,
    상기 정합기가 상기 조도 보정기로부터 출력된 컬러 이미지를 이용하거나, 상기 조도 보정기가 상기 정합기로부터 출력된 컬러 이미지를 이용할 수 있는 것을 특징으로 하는 거리 측정 시스템.
  6. TOF 센서를 이용한 거리 측정 방법에 있어서,
    (a) 대상체의 컬러 이미지를 획득하는 단계;
    (b) 상기 대상체의 거리 정보 이미지를 획득하는 단계; 및
    (c) 상기 컬러 이미지를 이용하여, 상기 거리 정보 이미지를 보정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 (c) 단계는,
    (c-1) 상기 컬러 이미지 및 상기 거리 정보 이미지를 정합하는 단계; 및
    (c-2) 상기 (c-1) 단계에 의해 정합 후, 상기 컬러 이미지에서 픽셀 단위별 색상 정보를 추출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 (c) 단계는,
    (c-3) 상기 (c-2) 단계에서 추출된 픽셀 단위별 색상 정보를 이용하여, 상기 거리 정보 이미지의 픽셀 단위별 측정된 거리 정보를 보정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 거리 측정 방법은,
    (d) 상기 컬러 이미지의 획득 환경의 조도를 측정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 (c) 단계는,
    (c-4) 상기 (d) 단계에서 측정된 조도 및 미리 설정된 기준 조도 정보를 이용하여, 컬러 이미지를 보정하는 단계;를 더 포함하되,
    상기 (c-4) 단계가 상기 (c-1) 단계로부터 출력된 컬러 이미지를 이용하거나, 상기 (c-1) 단계가 상기 (c-4) 단계로부터 출력된 컬러 이미지를 이용할 수 있는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
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