KR20230123278A - 3차원 이미지 획득 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 3차원 이미지 획득 장치에 관한 것으로, 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 이미지 획득 장치는, 목표물 측으로 레이저를 발신하고 상기 목표물에 반사되는 반사광을 수신하는 광 송수신 유닛(200); 및 상기 광 송수신 유닛(200)을 제어하고, 상기 반사광을 이용하여 상기 목표물의 3차원 공간 구조를 측정하는 제어부 기판(300);을 포함하고, 상기 광 송수신 유닛(200)은, 다수의 도트(dot)가 어레이 형태로 모듈화되어, 상기 목표물 측으로 펄스 패턴의 레이저를 면 발광하여 발신하는 VCSEL 모듈(220); 상기 VCSEL 모듈(220)로부터 면 발광하여 발신된 레이저를 투과 또는 차단하는 다수의 셀(cell)의 어레이를 포함하는 액정 모듈(211); 및 상기 목표물에 반사되는 반사광을 수신하는 TOF 수신센서(230);를 포함하여 구성된다.
Description
본 발명은 3차원 이미지 획득 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주변 지형 및 피사체 등의 목표물에 대한 이미지를 획득하며, 액정을 이용하여 보다 정밀하게 공간 구조를 측정하는 3차원 이미지 획득 장치에 관한 것이다.
종래의 3차원 영상획득 장치로 두 개의 카메라를 사용하여 대상 물체의 대응하는 화소와의 거리 정보를 얻는 수동형 스테레오 비전과 이 스테레오 비전의 카메라 하나를 프로젝터로 대체한 능동형 스테레오 비전과 같은 방식을 적용하고 있다. 그러나 수동형 스테레오 비전은 고속의 장점을 가지고 있으나, 단조로운 환경이나 주위의 조명으로 인해 심각한 영향을 받기 때문에 정확한 3차원 영상을 얻는데 한계가 있으며, 또한 가시광 기반의 구조 광(structural)을 사용한 능동형 스테레오 비전은 어느 정도 향상된 3차원 영상을 제공하지만, 가시광 패턴으로 인해 가정용 로봇 등에 사용할 경우, 사람의 눈에 거슬리게 될 수 있다.
이에 최근에는 TOF(Time Of Flight) 방식으로서, 광을 인식 대상체에 조사하여 발광시간과 인식 대상체로부터 반사되는 광의 수광시간 사이의 시간적 차이를 이용함으로써, 카메라와 인식 대상체와의 거리 또는 깊이(depth)를 측정하고 이로부터 3차원 영상을 획득하는 방식이 제공되고 있다.
또한, 3차원 영상획득의 종래의 기술로서 대한민국 공개특허 10-2005-0026949(2005.03.16.)에서는 적외선 플래시 방식의 능동형 3차원 거리 영상 측정 장치가 공지되어 있다. 이에 상기 기술은 플래시 방식의 적외선 광원을 사용하고, 다양한 광 조사 패턴을 이용하여 실시간 거리 측정을 수행하기 위해 DMD(Digital Micromirror Device) 소자를 사용하는 3차원 거리 영상 측정 장치에 관한 것이다.
이와 같은 종래 기술들을 개선하여 보다 정밀하게 공간 구조를 측정할 수 있는 기술에 대한 요구가 높아지고 있다.
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명에 따른 3차원 이미지 획득 장치는 액정 모듈을 사용하여, VCSEL 모듈로부터 면 발광하여 발신되는 레이저를 조절하여 보다 정밀하게 공간 구조를 측정하고자 한다.
또한, 본 발명에 따른 3차원 이미지 획득 장치는 VCSEL 모듈로부터 발신된 레이저가 액정 모듈을 통해 3차원 이미지를 획득하고자 하는 목표물에 집중하여 레이저를 조사하도록 하여, 보다 정밀도 높은 3차원 이미지를 획득하고자 한다.
또한, 본 발명에 따른 3차원 이미지 획득 장치는 액정 모듈의 셀(S)들의 열, 행 또는 영역 별로, 제어를 위한 전류를 일괄적으로 미리 인가하거나, 또는 순차적으로 인가하여, 3차원 이미지 획득의 지연 시간을 최소화하고자 한다.
또한, 본 발명에 따른 3차원 이미지 획득 장치는 획득되는 3차원 공간 구조의 영상을 네트워크를 통하여 연동되는 스마트폰이나 컴퓨팅 장치에 출력될 수 있도록 하여, 외부 장치에서 데이터를 재가공하여 활용하거나 보다 다양한 장치에서 3차원 이미지를 제공받을 수 있도록 하고자 한다.
전술한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 이미지 획득 장치는, 목표물 측으로 레이저를 발신하고 상기 목표물에 반사되는 반사광을 수신하는 광 송수신 유닛(200); 및 상기 광 송수신 유닛(200)을 제어하고, 상기 반사광을 이용하여 상기 목표물의 3차원 공간 구조를 측정하는 제어부 기판(300);을 포함하고, 상기 광 송수신 유닛(200)은, 다수의 도트(dot)가 어레이 형태로 모듈화되어, 상기 목표물 측으로 펄스 패턴의 레이저를 면 발광하여 발신하는 VCSEL 모듈(220); 상기 VCSEL 모듈(220)로부터 면 발광하여 발신된 레이저를 투과 또는 차단하는 다수의 셀(cell)의 어레이를 포함하는 액정 모듈(211); 및 상기 목표물에 반사되는 반사광을 수신하는 TOF 수신센서(230);를 포함하여 구성된다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 제어부 기판(300)은, 상기 VCSEL 모듈(220)의 상기 레이저의 발신을 제어하고, 상기 액정 모듈(211)에 포함되는 다수의 셀 또는 상기 셀들로 이루어진 셀 영역의 상기 레이저의 투과 또는 차단을 제어하는 제어 모듈(310); 및 상기 TOF 수신센서(230)로부터 수신한 상기 반사광의 정보와, 상기 제어 모듈(310)로부터 수신한 상기 레이저를 투과 또는 차단하도록 제어된 셀 또는 상기 셀 영역의 정보를 이용하여, 상기 목표물의 3차원 공간 구조를 구성하는 3D 이미지처리 모듈(320);을 포함하여 구성된다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 제어 모듈(310)은 상기 TOF 수신센서(230)로부터 수신한 상기 반사광의 정보를 이용하여, 상기 액정 모듈(211)의 상기 목표물에 대응되는 상기 셀 또는 상기 셀 영역이 상기 레이저를 투과시키도록 제어할 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 제어 모듈(310)은 상기 3D 이미지처리 모듈(320)로부터 수신한 상기 목표물의 3차원 공간 구조를 이용하여, 상기 액정 모듈(211)의 상기 목표물에 대응되는 상기 셀 또는 상기 셀 영역이 상기 레이저를 투과시키도록 제어할 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 제어 모듈(310)은 상기 액정 모듈(211)의 상기 셀들의 열, 행 또는 영역 별로, 상기 셀들의 제어를 위한 전류를 일괄적으로 미리 인가할 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 제어 모듈(310)은 상기 액정 모듈(211)의 상기 셀들의 열, 행 또는 영역 별로, 상기 셀들의 제어를 위한 전류를 순차적으로 인가할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 3차원 이미지 획득 장치는, 목표물 측으로 레이저를 발신하고 상기 목표물에 반사되는 반사광을 수신하는 광 송수신 유닛(200); 및 상기 광 송수신 유닛(200)을 제어하고, 상기 반사광을 이용하여 상기 목표물의 3차원 공간 구조를 측정하는 제어부 기판(300);을 포함하고, 상기 광 송수신 유닛(200)은, 다수의 도트(dot)가 어레이 형태로 모듈화되어, 상기 목표물 측으로 펄스 패턴의 레이저를 면 발광하여 발신하는 VCSEL 모듈(220); 상기 VCSEL 모듈(220)로부터 면 발광하여 발신된 레이저를 투과 또는 차단하는 다수의 셀(cell)의 어레이를 포함하는 액정 모듈(211); 상기 목표물에 반사되어 수신되는 반사광은 투과시키고, 상기 목표물로부터 입사되는 가시광은 반사시키는 빔 스플리터(240);상기 빔 스플리터(240)를 통해 반사광을 수신하는 TOF 수신센서(230); 및 상기 빔 스플리터(240)를 통해 가시광을 수신하는 이미지 센서(250);를 포함하여 구성된다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 제어부 기판(300)은, 상기 VCSEL 모듈(220)의 상기 레이저의 발신을 제어하고, 상기 액정 모듈(211)에 포함되는 다수의 셀 또는 상기 셀들로 이루어진 셀 영역의 상기 레이저의 투과 또는 차단을 제어하는 제어 모듈(310); 및 상기 TOF 수신센서(230)로부터 수신한 상기 반사광의 정보와, 상기 제어 모듈(310)로부터 수신한 상기 레이저를 투과 또는 차단하도록 제어된 셀 또는 상기 셀 영역의 정보와, 상기 이미지 센서(250)로부터 수신한 상기 가시광의 정보를 이용하여, 컬러 영상 데이터가 결합된 상기 목표물의 3차원 공간 구조를 구성하는 3D 이미지처리 모듈(320);을 포함하여 구성된다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 제어 모듈(310)은 상기 TOF 수신센서(230)로부터 수신한 상기 반사광의 정보를 이용하여, 상기 액정 모듈(211)의 상기 목표물에 대응되는 상기 셀 또는 상기 셀 영역이 상기 레이저를 투과시키도록 제어할 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 제어 모듈(310)은 상기 3D 이미지처리 모듈(320)로부터 수신한 상기 목표물의 3차원 공간 구조를 이용하여, 상기 액정 모듈(211)의 상기 목표물에 대응되는 상기 셀 또는 상기 셀 영역이 상기 레이저를 투과시키도록 제어할 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 제어 모듈(310)은 상기 액정 모듈(211)의 상기 셀들의 열, 행 또는 영역 별로, 상기 셀들의 제어를 위한 전류를 일괄적으로 미리 인가할 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 제어 모듈(310)은 상기 액정 모듈(211)의 상기 셀들의 열, 행 또는 영역 별로, 상기 셀들의 제어를 위한 전류를 순차적으로 인가할 수 있다.
본 발명에 따른 3차원 이미지 획득 장치는 액정 모듈을 사용하여, VCSEL 모듈로부터 면 발광하여 발신되는 레이저를 조절하여 보다 정밀하게 공간 구조를 측정할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 3차원 이미지 획득 장치는 VCSEL 모듈로부터 발신된 레이저가 액정 모듈을 통해 3차원 이미지를 획득하고자 하는 목표물에 집중하여 레이저를 조사하도록 하여, 보다 정밀도 높은 3차원 이미지를 획득할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 3차원 이미지 획득 장치는 액정 모듈의 셀(S)들의 열, 행 또는 영역 별로, 제어를 위한 전류를 일괄적으로 미리 인가하거나, 또는 순차적으로 인가하여, 3차원 이미지 획득의 지연 시간을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 3차원 이미지 획득 장치는 획득되는 3차원 공간 구조의 영상을 네트워크를 통하여 연동되는 스마트폰이나 컴퓨팅 장치에 출력될 수 있도록 하여, 외부 장치에서 데이터를 재가공하여 활용하거나 보다 다양한 장치에서 3차원 이미지를 제공받을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 이미지 획득 장치의 외관도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 이미지 획득 장치의 내부 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 이미지 획득 장치의 구성도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 이미지 획득 장치의 구조 및 동작 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 3차원 이미지 획득 장치의 내부 구조를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 3차원 이미지 획득 장치의 구성도이다.
도 11 내지 도 13은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 3차원 이미지 획득 장치의 구조 및 동작 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 3차원 이미지 획득 장치를 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 이미지 획득 장치의 내부 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 이미지 획득 장치의 구성도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 이미지 획득 장치의 구조 및 동작 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 3차원 이미지 획득 장치의 내부 구조를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 3차원 이미지 획득 장치의 구성도이다.
도 11 내지 도 13은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 3차원 이미지 획득 장치의 구조 및 동작 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 3차원 이미지 획득 장치를 도시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 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 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
다만, 실시형태를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 이미지 획득 장치의 외관도이고, 도 2 및 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 이미지 획득 장치의 내부 구조를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 이미지 획득 장치의 구성도이다.
또한, 도 5 및 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 이미지 획득 장치의 구조 및 동작 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1에서와 같이 본 발명의 3차원 이미지 획득 장치는 밀폐된 내부 공간을 가지는 본체 하우징(100)과, 본체 하우징(100)의 일 측면에서 면 발광의 펄스 레이저광을 외부로 방출하며 외부에서 들어오는 광의 투과를 용이하게 하는 윈도우(110)를 포함하여 구성된다.
상기 본체 하우징(100)은 일정 높이의 사각 박스 형태로 구성될 수 있으며, 상기 윈도우(110)는 3차원 이미지 획득 장치의 내외부로 광 투과를 용이하게 하기 위하여, 광투과성 부재로 이루어질 수 있다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 이미지 획득 장치는 광 송수신 유닛(200) 및 제어부 기판(300)을 포함하여 구성된다.
상기 광 송수신 유닛(200)은 목표물 측으로 레이저를 발신하고 상기 목표물에 반사되는 반사광을 수신하며, 상기 제어부 기판(300)은 상기 광 송수신 유닛(200)을 제어하고, 상기 반사광을 이용하여 상기 목표물의 3차원 이미지를 구성한다.
보다 구체적으로, 상기 광 송수신 유닛(200)은 하우징(201) 내에 전면 렌즈(210), 액정 모듈(211), VCSEL(Vertical-Cavity Surface Emitting Laser) 모듈(220), 모듈레이션(221), TOF 수신 센서(230) 및 A/D 컨버터(223)를 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 제어부 기판(300)은 제어 모듈(310), 3D 이미지처리 모듈(320) 및 통신 모듈(330)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 VCSEL 모듈(220)은 다수의 도트(dot)가 어레이 형태로 모듈화 되어 구성될 수 있으며, 상기 목표물 측으로 펄스 패턴의 레이저를 면 발광하여 발신한다. 보다 상세하게 설명하면, 상기 VCSEL 모듈(220)은 수직 캐비티 표면 광방출 레이저(VCSEL, Vertical-Cavity Surface Emitting Laser)가 다수의 도트(dot) 어레이 형태로 모듈화 되어 빠른 펄스 패턴의 레이저를 면 발광으로 발신하는 모듈로서, 상기 모듈레이션(modulation: 221)은 상기 제어부 기판(300)의 제어 모듈(310)에 의해 제어되어, 상기 VCSEL 모듈(220)이 레이저를 점멸하도록 한다.
상기 액정 모듈(211)은 다수의 셀(cell)의 어레이를 포함하도록 구성될 수 있으며, 상기 셀들의 어레이를 통해 상기 VCSEL 모듈(220)로부터 면 발광하여 발신된 레이저를 투과시키거나 또는 차단할 수 있다.
따라서, 도 5에서와 같이 TOF 수신센서(230)는 상기 전면 렌즈(210)를 통해 상기 목표물에 반사되는 반사광을 수신할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 TOF 수신센서(230)는 각각의 셀이 2개씩의 감지 센서(receptor) 쌍으로 구성되어, 상기 모듈레이션(221)의 점멸 간격과 동기화되어 출사된 적외선 광 펄스와 정확히 동기화되도록 실행됨으로써, 시간 타이밍에 따른 위상차를 측정할 수 있다. 즉, 일반적인 적외선(IR) 센서는 신호 강도만 측정하고 사물의 반사율에 영향을 받기 쉽지만, 상기 TOF 수신센서(230)는 상기 VCSEL 모듈(220)에서 발신되는 레이저를 수광하여 이에 따른 비행시간 방식 거리를 계산하기 때문에 더 정밀한 값을 얻을 수 있다.
이와 같은 상기 TOF 수신센서(230)는 일정 픽셀 피치 및 일정 프레임(예를 들어 초당 최대 150 프레임)의 속도에서 일정 해상도(예를 들어 VGA 640x480)의 분해능 데이터를 제공할 수 있으며, APD(avalanche photodiode), SPAD(Single-Photon Avalanche Detector) 또는 SiPM(Silicon Photomultiplier)으로 구성될 수 있다.
또한, 상기 TOF 수신센서(230)에 수신된 반사광의 정보는 A/D 컨버터(223)를 통해 상기 제어부 기판(300)의 3D 이미지처리 모듈(320)로 제공될 수 있다.
따라서, 상기 3D 이미지처리 모듈(320)은 상기 TOF 수신센서(230)로부터의 상기 반사광의 정보를 수신하여 상기 목표물의 3차원 공간 구조를 구성할 수 있다. 즉, 상기 3D 이미지처리 모듈(320)은 목표물에 대한 영상 데이터를 수신 받아 노이즈를 제거하는 전처리 과정을 수행할 수 있으며, 상기 TOF 수신센서(230)에서 수광된 목표물에 대한 적외선 영역에서의 일그러진 구조 영상에 대한 깊이 정보를 계산하고, 계산한 깊이 정보를 이용해 3차원 이미지를 생성하거나, 또는 3차원 공간 구조를 측정한 결과를 구성하여 2차원 이미지 데이터를 생성할 수도 있으며, 이를 통해 보다 다양한 영상처리와 영상정보를 제공하는 것이 가능하다.
이를 위하여, 본 발명의 일실시예에 따르면, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제어 모듈(310)은 상기 VCSEL 모듈(220)의 상기 레이저의 발신을 제어할 뿐만 아니라, 상기 액정 모듈(211)에 포함되는 다수의 셀(S) 또는 상기 셀(S)들로 이루어진 셀 영역을 제어하여, 상기 셀(S) 또는 상기 셀 영역에서의 레이저를 투과하거나 또는 차단하도록 할 수 있다.
그에 따라, 상기 3D 이미지처리 모듈(320)은 상기 TOF 수신센서(230)로부터 상기 반사광의 정보를 수신하고, 상기 제어 모듈(310)로부터 상기 레이저를 투과 또는 차단하도록 제어된 셀(S) 또는 상기 셀 영역의 정보를 수신하고, 이를 이용해 상기 목표물의 3차원 공간 구조를 구성할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 이미지 획득 장치는 상기 VCSEL 모듈(220)로부터 조사되는 면 발광의 레이저를 상기 액정 모듈(211)의 셀(S) 또는 셀 영역에서 투과 또는 차단되도록 하여, 보다 정밀하게 공간 구조를 측정할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 이미지 획득 장치는 VCSEL 모듈(220)로부터 발신된 레이저가 액정 모듈(211)을 통해 3차원 이미지를 획득하고자 하는 영역에서 목표물에 집중하여 레이저를 조사하도록 할 수 있다.
이를 위하여, 상기 제어 모듈(310)은, 상기 TOF 수신센서(230)로부터 수신한 상기 반사광의 정보를 이용하여, 상기 액정 모듈(211)의 상기 목표물에 대응되는 상기 셀(S) 또는 상기 셀 영역이 상기 레이저를 투과시키도록 제어하거나, 또는 상기 3D 이미지처리 모듈(320)로부터 수신한 상기 목표물의 3차원 공간 구조를 이용하여, 상기 액정 모듈(211)의 상기 목표물에 대응되는 상기 셀(S) 또는 상기 셀 영역이 상기 레이저를 투과시키도록 제어할 수 있다.
그 뿐만 아니라, 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 이미지 획득 장치는 상기 제어 모듈(310)이 상기 액정 모듈(211)의 상기 셀(S)들의 열, 행 또는 영역 별로, 상기 셀(S)들의 제어를 위한 전류를 일괄적으로 미리 인가하거나, 또는 순차적으로 인가할 수 있다.
이를 통해, 상기 VCSEL 모듈(220)로부터 발신되는 면 발광 형태의 레이저를 목표물에 상응하도록 보다 신속하고 효율적으로 조절하여, 3차원 이미지 획득의 지연 시간을 최소화할 수 있다.
또한, 상기 모듈레이션(221)에 의해 상기 VCSEL 모듈(220)의 도트(dot)의 레이저 점멸 영역에 상응하도록, 상기 액정 모듈(211)의 셀(S)들이 동작하도록 구성될 수 있다. 즉, 제어 모듈(310)의 제어에 의해, VCSEL 모듈(220)의 점멸하는 도트(dot)에 대응되는 액정 모듈(211)의 셀(S)이 레이저를 투과하도록 하거나, 또는 액정 모듈(211)의 셀(S)의 레이저 투과 영역에 대응되도록 VCSEL 모듈(220)의 점멸하는 도트(dot)를 제어함으로써, 불필요한 전력 소모를 최소화할 수 있다.
또한, 상기 제어부 기판(300)은 논리회로, 프로그래밍 로직 컨트롤러, 마이컴, 마이크로프로세서 등에서 선택되는 적어도 어느 하나의 장치로 구현될 수 있고, 이를 포함하는 FPGA(Field-Programmable Logic Array) 보드로 구현될 수 있다.
또한, 상기 제어부 기판(300)은 무선의 Wi-Fi 또는 유선의 LAN(Local Area Network) 연결을 위한 통신 연결 수단을 위한 통신 모듈(330)을 별도로 구비하거나 일체로 결합되어 구성될 수 있다. 상기 통신 모듈(330)은 인트라넷, 인터넷, 차량 네트워크 등을 통해 외부의 사용자 PC 또는 스마트폰과 같은 사용자 모바일 장치와 통신하게 되며, 감지한 주변 지형 및 피사체 등의 목표물에 대한 정보 데이터를 이러한 사용자 장치에 전송할 수 있다. 이를 통해 인터넷과 같은 외부 네트워크에서 연동되는 사용자 컴퓨팅 장치에서 디지털 영상으로 변환되어 데이터를 재가공 할 수 있는 편의를 제공할 수 있다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 3차원 이미지 획득 장치의 내부 구조를 도시한 도면이고, 도 10은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 3차원 이미지 획득 장치의 구성도이다.
또한, 도 11 내지 도 13은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 3차원 이미지 획득 장치의 구조 및 동작 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 14는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 3차원 이미지 획득 장치를 도시한 도면이다.
도 7 내지 도 10을 참조하면, 본 발명의 다른 일실시예에 따른 3차원 이미지 획득 장치는 광 송수신 유닛(200) 및 제어부 기판(300)을 포함하고, 상기 광 송수신 유닛(200)은 이미지 센서(250)를 더 포함하여 구성된다.
상기 광 송수신 유닛(200)은 목표물 측으로 레이저를 발신하고 상기 목표물에 반사되는 반사광을 수신하며, 상기 제어부 기판(300)은 상기 광 송수신 유닛(200)을 제어하고, 상기 반사광을 이용하여 상기 목표물의 3차원 이미지를 구성하며, 이때 컬러 영상 데이터가 결합된 3차원 이미지를 생성한다.
보다 구체적으로, 상기 광 송수신 유닛(200)은 하우징(201) 내에 전면 렌즈(210), 액정 모듈(211), VCSEL 모듈(220), 모듈레이션(221), TOF 수신 센서(230) 및 A/D 컨버터(223), 빔 스플리터(240) 및 이미지 센서(250)를 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 제어부 기판(300)은 제어 모듈(310), 3D 이미지처리 모듈(320) 및 통신 모듈(330)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 VCSEL 모듈(220)은 다수의 도트(dot)가 어레이 형태로 모듈화 되어 구성될 수 있으며, 상기 목표물 측으로 펄스 패턴의 레이저를 면 발광하여 발신한다.
상기 모듈레이션(modulation: 221)은 상기 제어부 기판(300)의 제어 모듈(310)에 의해 제어되어, 상기 VCSEL 모듈(220)이 레이저를 점멸하도록 한다.
또한, 상기 액정 모듈(211)은 다수의 셀(cell)의 어레이를 포함하도록 구성될 수 있으며, 상기 셀들의 어레이를 통해 상기 VCSEL 모듈(220)로부터 면 발광하여 발신된 레이저를 투과시키거나 또는 차단할 수 있다.
상기 빔 스플리터(240)는 상기 목표물에 반사되어 수신되는 반사광은 투과시키고, 상기 목표물로부터 입사되는 가시광은 반사시킨다. 즉, 상기 빔 스플리터(240)를 통해 투과된 반사광은 TOF 수신센서(230)로 전달되고, 상기 빔 스플리터(240)를 통해 반사된 가시광은 이미지 센서(250)로 전달된다.
따라서, 도 11에서와 같이 TOF 수신센서(230)는 상기 전면 렌즈(210)를 통해 상기 목표물에 반사되는 반사광을 수신할 수 있다.
이와 같이 상기 TOF 수신센서(230)에 수신된 반사광의 정보는 A/D 컨버터(223)를 통해 상기 제어부 기판(300)의 3D 이미지처리 모듈(320)로 제공될 수 있다.
또한, 상기 이미지 센서(250)는 상기 빔 스플리터(240)를 통해 수신되는 가시광을 수신한다.
보다 구체적으로, 상기 이미지 센서(250)는 카메라 렌즈(251), 렌즈 구동부(252) 및 센싱부(253)를 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 카메라 렌즈(251)와 상기 렌즈 구동부(252)를 통해 초점을 조절하여 상기 센싱부(253)에서 목표물에 대한 컬러 영상을 획득할 수 있다.
이때, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 센싱부(253)는 일정 프레임(예를 들어 30fps)과 일정 해상도(예를 들어 1280 x 720)를 지원하는 CMOS(Complementary metal-oxide-semiconductor)형의 RGB Image 센서로 구성될 수 있다.
따라서, 상기 3D 이미지처리 모듈(320)은 상기 TOF 수신센서(230)로부터의 상기 반사광의 정보를 수신하고, 상기 이미지 센서(250)로부터 수신한 상기 가시광의 정보를 이용하여, 컬러 영상 데이터가 결합된 목표물의 3차원 공간 구조를 구성할 수 있다. 즉, 상기 3D 이미지처리 모듈(320)은 목표물에 대한 영상 데이터를 수신 받아 노이즈를 제거하는 전처리 과정을 수행할 수 있으며, 상기 TOF 수신센서(230)에서 수광된 목표물에 대한 적외선 영역에서의 일그러진 구조 영상에 대한 깊이 정보를 계산하고, 수신된 컬러 영상과의 텍스쳐 성분의 대비를 비교하여, 알고리즘을 이용해 영상의 선명도가 높은 영상값을 선택하는 방식으로 두 영상을 융합할 수 있다. 상기 알고리즘을 통해 결합된 영상을 통하여 목표물에 대한 3차원 공간 구조를 정밀하게 측정할 수 있다. 이때, 상기 3D 이미지처리 모듈(320)은 이와 같이 구성되는 3차원 이미지를 생성하거나, 또는 3차원 공간 구조를 측정한 결과를 이용하여 2차원 이미지 데이터를 생성할 수도 있으며, 이를 통해 보다 다양한 영상처리와 영상정보 제공이 가능하다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 광 송수신 유닛(200)의 구조 및 경로를 설명하기 위한 도면으로서, 적외선을 면 발광하는 VCSEL 모듈(220)에서 방출된 광이 액정 모듈(211)를 통해 목표물에 조사되고, 목표물에서 반사되어 입사되는 반사광과 가시광이 빔 스플리터(240)에 의하여 따로 분리되고, 반사광을 수신하는 TOF 수신센서(230)에서의 구조 영상일 보여주고 있으며, 카메라 렌즈(251)와 렌즈 구동부(252)를 통해 초점을 조절하여 센싱부(253)에서 목표물에 대한 컬러 영상이 획득됨을 보여주고 있다.
또한, 도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광 송수신 유닛(200)의 구조 및 경로를 설명하기 위한 도면으로서, 도 11의 실시예와의 차이점은 카메라 렌즈(251)와 렌즈 구동부(252)에 의한 초점 조절 과정을 거치지 않고 직접적으로 센싱부(253)에서 가시광을 수신하여 목표물의 컬러 영상을 획득함을 보여주고 있으며, 이를 통해 보다 간단한 구조의 소형화된 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 제어 모듈(310)은 상기 VCSEL 모듈(220)의 상기 레이저의 발신을 제어할 뿐만 아니라, 상기 액정 모듈(211)에 포함되는 다수의 셀(S) 또는 상기 셀(S)들로 이루어진 셀 영역을 제어하여, 상기 셀(S) 또는 상기 셀 영역에서의 레이저를 투과하거나 또는 차단하도록 할 수 있다.
그에 따라, 상기 3D 이미지처리 모듈(320)은 상기 TOF 수신센서(230)로부터 상기 반사광의 정보를 수신하고, 상기 제어 모듈(310)로부터 상기 레이저를 투과 또는 차단하도록 제어된 셀(S) 또는 상기 셀 영역의 정보를 수신하고, 이를 이용해 상기 목표물의 컬러 영상 데이터가 결합된 3차원 공간 구조를 구성할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 이미지 획득 장치는 상기 VCSEL 모듈(220)로부터 조사되는 면 발광의 레이저를 상기 액정 모듈(211)의 셀(S) 또는 셀 영역에서 투과 또는 차단되도록 하여, 목표물에 조사되는 레이저를 최적화하여 조절함으로써, 보다 정밀하게 공간 구조를 측정할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 이미지 획득 장치는 VCSEL 모듈(220)로부터 발신된 레이저가 액정 모듈(211)을 통해 3차원 이미지를 획득하고자 하는 영역에서 목표물에 집중하여 레이저를 조사하도록 할 수 있다.
이를 위하여, 상기 제어 모듈(310)은, 상기 TOF 수신센서(230)로부터 수신한 상기 반사광의 정보를 이용하여, 상기 액정 모듈(211)의 상기 목표물에 대응되는 상기 셀(S) 또는 상기 셀 영역이 상기 레이저를 투과시키도록 제어하거나, 또는 상기 3D 이미지처리 모듈(320)로부터 수신한 상기 목표물의 3차원 공간 구조를 이용하여, 상기 액정 모듈(211)의 상기 목표물에 대응되는 상기 셀(S) 또는 상기 셀 영역이 상기 레이저를 투과시키도록 제어할 수 있다.
그 뿐만 아니라, 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 이미지 획득 장치는 상기 제어 모듈(310)이 상기 액정 모듈(211)의 상기 셀(S)들의 열, 행 또는 영역 별로, 상기 셀(S)들의 제어를 위한 전류를 일괄적으로 미리 인가하거나, 또는 순차적으로 인가할 수 있다.
이를 통해, 상기 VCSEL 모듈(220)로부터 발신되는 면 발광 형태의 레이저를 목표물에 상응하도록 보다 신속하고 효율적으로 조절하여, 3차원 이미지 획득의 지연 시간을 최소화할 수 있다.
또한, 상기 모듈레이션(221)에 의해 상기 VCSEL 모듈(220)의 도트(dot)의 레이저 점멸 영역에 상응하도록, 상기 액정 모듈(211)의 셀(S)들이 동작하도록 구성될 수 있다. 즉, 제어 모듈(310)의 제어에 의해, VCSEL 모듈(220)의 점멸하는 도트(dot)에 대응되는 액정 모듈(211)의 셀(S)이 레이저를 투과하도록 하거나, 또는 액정 모듈(211)의 셀(S)의 레이저 투과 영역에 대응되도록 VCSEL 모듈(220)의 점멸하는 도트(dot)를 제어함으로써, 불필요한 전력 소모를 최소화할 수 있다.
한편, 상기 제어부 기판(300)은 논리회로, 프로그래밍 로직 컨트롤러, 마이컴, 마이크로프로세서 등에서 선택되는 적어도 어느 하나의 장치로 구현될 수 있고, 이를 포함하는 FPGA(Field-Programmable Logic Array) 보드로 구현될 수 있다.
또한, 상기 제어부 기판(300)은 무선의 Wi-Fi 또는 유선의 LAN(Local Area Network) 연결을 위한 통신 연결 수단을 위한 통신 모듈(330)을 별도로 구비하거나 일체로 결합되어 구성될 수 있다. 상기 통신 모듈(330)은 인트라넷, 인터넷, 차량 네트워크 등을 통해 외부의 사용자 PC 또는 스마트폰과 같은 사용자 모바일 장치와 통신하게 되며, 감지한 주변 지형 및 피사체 등의 목표물에 대한 정보 데이터를 이러한 사용자 장치에 전송할 수 있다. 이를 통해 인터넷과 같은 외부 네트워크에서 연동되는 사용자 컴퓨팅 장치에서 디지털 영상으로 변환되어 데이터를 재가공 할 수 있는 편의를 제공할 수 있다.
도 14는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 3차원 이미지 획득 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 다른 일실시예에 따른 3차원 이미지 획득 장치는 본체 하우징(100a)은 원통형으로 구성되고, 상기 본체 하우징(100a)의 측면에 액정 모듈(211)이 형성되고, 제어 모듈(310)이 액정 모듈(211)에 포함되는 다수의 셀(S) 또는 상기 셀(S)들로 이루어진 셀 영역을 제어함으로써, VCSEL 모듈에서 발신된 레이저가 상기 셀(S) 또는 상기 셀 영역에서의 레이저를 투과하거나 또는 차단하도록 할 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 전술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 3차원 이미지 획득 장치
200: 광 송수신 유닛
210: 전면 렌즈
211: 액정 모듈
220: VCSEL 모듈
221: 모듈레이션
230: TOF 수신센서
223: A/D 컨버터
250: 이미지 센서
251: 카메라 렌즈
252: 렌즈 구동부
253: 센싱부
300: 제어부 기판
310: 제어 모듈
320: 3D 이미지처리 모듈
330: 통신 모듈
200: 광 송수신 유닛
210: 전면 렌즈
211: 액정 모듈
220: VCSEL 모듈
221: 모듈레이션
230: TOF 수신센서
223: A/D 컨버터
250: 이미지 센서
251: 카메라 렌즈
252: 렌즈 구동부
253: 센싱부
300: 제어부 기판
310: 제어 모듈
320: 3D 이미지처리 모듈
330: 통신 모듈
Claims (12)
- 목표물 측으로 레이저를 발신하고 상기 목표물에 반사되는 반사광을 수신하는 광 송수신 유닛(200); 및
상기 광 송수신 유닛(200)을 제어하고, 상기 반사광을 이용하여 상기 목표물의 3차원 공간 구조를 측정하는 제어부 기판(300);을 포함하고,
상기 광 송수신 유닛(200)은,
다수의 도트(dot)가 어레이 형태로 모듈화되어, 상기 목표물 측으로 펄스 패턴의 레이저를 면 발광하여 발신하는 VCSEL 모듈(220);
상기 VCSEL 모듈(220)로부터 면 발광하여 발신된 레이저를 투과 또는 차단하는 다수의 셀(cell)의 어레이를 포함하는 액정 모듈(211); 및
상기 목표물에 반사되는 반사광을 수신하는 TOF 수신센서(230);를 포함하는 3차원 이미지 획득 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 제어부 기판(300)은,
상기 VCSEL 모듈(220)의 상기 레이저의 발신을 제어하고, 상기 액정 모듈(211)에 포함되는 다수의 셀 또는 상기 셀들로 이루어진 셀 영역의 상기 레이저의 투과 또는 차단을 제어하는 제어 모듈(310); 및
상기 TOF 수신센서(230)로부터 수신한 상기 반사광의 정보와, 상기 제어 모듈(310)로부터 수신한 상기 레이저를 투과 또는 차단하도록 제어된 셀 또는 상기 셀 영역의 정보를 이용하여, 상기 목표물의 3차원 공간 구조를 구성하는 3D 이미지처리 모듈(320);
을 포함하는 3차원 이미지 획득 장치.
- 청구항 2에 있어서,
상기 제어 모듈(310)은,
상기 TOF 수신센서(230)로부터 수신한 상기 반사광의 정보를 이용하여, 상기 액정 모듈(211)의 상기 목표물에 대응되는 상기 셀 또는 상기 셀 영역이 상기 레이저를 투과시키도록 제어하는, 3차원 이미지 획득 장치.
- 청구항 2에 있어서,
상기 제어 모듈(310)은,
상기 3D 이미지처리 모듈(320)로부터 수신한 상기 목표물의 3차원 공간 구조를 이용하여, 상기 액정 모듈(211)의 상기 목표물에 대응되는 상기 셀 또는 상기 셀 영역이 상기 레이저를 투과시키도록 제어하는, 3차원 이미지 획득 장치.
- 청구항 2에 있어서,
상기 제어 모듈(310)은,
상기 액정 모듈(211)의 상기 셀들의 열, 행 또는 영역 별로, 상기 셀들의 제어를 위한 전류를 일괄적으로 미리 인가하는, 3차원 이미지 획득 장치.
- 청구항 2에 있어서,
상기 제어 모듈(310)은,
상기 액정 모듈(211)의 상기 셀들의 열, 행 또는 영역 별로, 상기 셀들의 제어를 위한 전류를 순차적으로 인가하는, 3차원 이미지 획득 장치.
- 목표물 측으로 레이저를 발신하고 상기 목표물에 반사되는 반사광을 수신하는 광 송수신 유닛(200); 및
상기 광 송수신 유닛(200)을 제어하고, 상기 반사광을 이용하여 상기 목표물의 3차원 공간 구조를 측정하는 제어부 기판(300);을 포함하고,
상기 광 송수신 유닛(200)은,
다수의 도트(dot)가 어레이 형태로 모듈화되어, 상기 목표물 측으로 펄스 패턴의 레이저를 면 발광하여 발신하는 VCSEL 모듈(220);
상기 VCSEL 모듈(220)로부터 면 발광하여 발신된 레이저를 투과 또는 차단하는 다수의 셀(cell)의 어레이를 포함하는 액정 모듈(211);
상기 목표물에 반사되어 수신되는 반사광은 투과시키고, 상기 목표물로부터 입사되는 가시광은 반사시키는 빔 스플리터(240);
상기 빔 스플리터(240)를 통해 반사광을 수신하는 TOF 수신센서(230); 및
상기 빔 스플리터(240)를 통해 가시광을 수신하는 이미지 센서(250);를 포함하는 3차원 이미지 획득 장치.
- 청구항 7에 있어서,
상기 제어부 기판(300)은,
상기 VCSEL 모듈(220)의 상기 레이저의 발신을 제어하고, 상기 액정 모듈(211)에 포함되는 다수의 셀 또는 상기 셀들로 이루어진 셀 영역의 상기 레이저의 투과 또는 차단을 제어하는 제어 모듈(310); 및
상기 TOF 수신센서(230)로부터 수신한 상기 반사광의 정보와, 상기 제어 모듈(310)로부터 수신한 상기 레이저를 투과 또는 차단하도록 제어된 셀 또는 상기 셀 영역의 정보와, 상기 이미지 센서(250)로부터 수신한 상기 가시광의 정보를 이용하여, 컬러 영상 데이터가 결합된 상기 목표물의 3차원 공간 구조를 구성하는 3D 이미지처리 모듈(320);
을 포함하는 3차원 이미지 획득 장치.
- 청구항 8에 있어서,
상기 제어 모듈(310)은,
상기 TOF 수신센서(230)로부터 수신한 상기 반사광의 정보를 이용하여, 상기 액정 모듈(211)의 상기 목표물에 대응되는 상기 셀 또는 상기 셀 영역이 상기 레이저를 투과시키도록 제어하는, 3차원 이미지 획득 장치.
- 청구항 8에 있어서,
상기 제어 모듈(310)은,
상기 3D 이미지처리 모듈(320)로부터 수신한 상기 목표물의 3차원 공간 구조를 이용하여, 상기 액정 모듈(211)의 상기 목표물에 대응되는 상기 셀 또는 상기 셀 영역이 상기 레이저를 투과시키도록 제어하는, 3차원 이미지 획득 장치.
- 청구항 8에 있어서,
상기 제어 모듈(310)은,
상기 액정 모듈(211)의 상기 셀들의 열, 행 또는 영역 별로, 상기 셀들의 제어를 위한 전류를 일괄적으로 미리 인가하는, 3차원 이미지 획득 장치.
- 청구항 8에 있어서,
상기 제어 모듈(310)은,
상기 액정 모듈(211)의 상기 셀들의 열, 행 또는 영역 별로, 상기 셀들의 제어를 위한 전류를 순차적으로 인가하는, 3차원 이미지 획득 장치.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220020231A KR20230123278A (ko) | 2022-02-16 | 2022-02-16 | 3차원 이미지 획득 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220020231A KR20230123278A (ko) | 2022-02-16 | 2022-02-16 | 3차원 이미지 획득 장치 |
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| KR20230123278A true KR20230123278A (ko) | 2023-08-23 |
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ID=87849004
Family Applications (1)
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| KR1020220020231A KR20230123278A (ko) | 2022-02-16 | 2022-02-16 | 3차원 이미지 획득 장치 |
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2022
- 2022-02-16 KR KR1020220020231A patent/KR20230123278A/ko not_active Application Discontinuation
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