KR970001140B1 - 거리측정 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

거리측정 방법 및 장치
제1도는 본 발명에 의한 거리측정방법의 원리를 사용하는 기본 광학시스템의 설명도.
제2도는 본 발명에 의한 거리측정방법의 원리의 후로우챠트.
제3도는 본 발명의 원리의 개통도.
제4도는 본 발명에 의한 제1실시예의 거리측정방법의 구성 개통도.
제5도는 본 발명에 의한 거리측정방법의 일반 후로우챠트.
제6도는 본 발명에 의해 한정된 테이블을 사용하는 제2실시예의 개통도.
제7도는 본 발명에 의한 거리측정방법의 화상입력부의 제1예의 개통도.
제8도는 본 발명에 의한 거리측정방법의 화상입력부의 제2예의 개통도.
제9도는 본 발명에 의한 거리측정방법의 화상입력부의 제3예의 개통도.
제10도는 본 발명에 의한 거리측정방법의 화상입력부의 제4예의 개통도.
제11도는 일정시간에 2지점에서 얻은 2화상을 처리하기 위한 제3실시예의 거리 측정장치의 개통도.
제12도는 일정기간에 한 지점에서 2화상을 수신하기 위한 거리측정방법의 제4예도.
본 발명은 촬상면상에 렌즈를 통해 물체의 화상을 형성하도록 텔레비죤 카메라 등의 화상입력부를 통해 물체의 화상을 얻어서, 물체로부터 렌즈까지의 거리 데이터를 얻는 거리 측정방법 및 장치에 관한 것이며, 특히 동일한 광축을 따라 서로간에 미소거리만큼 떨어진 위치에 제공된 상이한 물선명상(blur)을 갖는 2관측된 화상들을 기초로하여 단일 관망점을 사용하여 쉽게 거리데이타를 얻을 수 있는 거리측정방법 및 장치에 관한 것이다.
거리측정방법을 제공하기 위한 여러 시도가 있었다. 인간과 같은 시계(視界)시스템이 각종 산업에서 아주 크게 요구됨에도 불구하고, 그러한 인간시계 시스템과 동일한 방법이 아직 실현되지 못하고 있다.
현재, 자동장치용으로 사용되는 거리측정방법은 복잡한 기술과 구성을 필요로 한다.
이는 특히 자동주행자동차용 시계시스템으로서 사용할 때 그러하다. 자동차가 자율적으로 행선지까지 갈 수 있도록 하기 위해서는 외부 상황을 순시 자동으로 판단하고 또한 도로상의 장애물을 인지하여 정지하거나 피할 수 있어야 한다. 그러나 응용에 사용될 거리측정방법은 도로상에서 검출된 장애물까지의 거리를 정확하게 순시적으로 판단할 수 있어야 한다.
그러나, 완전한 거리화상데이타를 얻는 방법이 없었다. 각종 산업분야에서 인가시계시스템과 같이 3차원 공간내에서 거리감각을 갖는 시계센서가 필요함은 두말할 필요가 없다.
최근에, 텔레비죤 카메라와 같은 화상입력장치에서 입력된 화상을 컴퓨터처리하여 거리화상데이타를 얻는 방법이 공장자동화(OA)분야에서 시력 시험 또는 제어를 위해 사용된 바 있다.
삼각측정원리에 기초한 몸체까지의 거리측정방법은 복수의 텔레비죤 카메라들을 사용하여 압력화상들간의 상응하는 지점들을 찾아내어 카라메간의 거리 및 상응하는 지점들간의 거리를 측정하여 상응하는 지점들간의 시계차를 측정하는 화상처리방법을 포함한다.
한편 화상처리를 사용하지 않고 레이저를 갖춘 포인팅(pointing)장치를 사용하여 몸체까지의 거리를 측정하는 거리측정방법이 일반 엔지니어링 작업과 건축 분야에서 널리 사용되고 있다. 레이저주사를 사용하는 2차원 화상들에 기초하여 거리데이타를 얻을 수 있는 레인지 센서(range sensor)와 레인지 화인더(range finder)를 시장에서 구입할 수 있다.
화상처리를 사용하는 전자의 방법은 적어도 2 텔레비죤 카메라로부터 입력된 화상을 사용하여 얻은 연산에 기초하여 각 화상내의 상응하는 화소들을 탐색한다 이러하 스테레어 장면을 사용하는 방법을 위해 상대적인 방법 또는 다이나믹 프로그래밍 방법이 상응하는 지점들의 탐색을 위해 제안된 바 있다.
그러나, 비록 이 방법은 3차원 공간내의 상황을 인식할 수 있지만, 전체 화면을 주사할 때 대량의 데이터가 필요하고, 그에따라 거리데이타를 연산하는데 많은 시간이 걸리고 특히 화상의 명과 암 변화가 크므로 잡음에 의해 쉽게 영향을 받는 연부에서와 같은 부분의 거리를 구할 때 상당히 많은 시간이 걸이므로 완전한 화상데이타를 구할 수 없는 결함이 있다.
화상처리를 사용하지 않는 후자의 방법은 2차원 거리데이타를 추출할 수 있지만 고해상의 데이터가 어렵고 또한 3차원 거리 데이터를 구하는데 많은 시간이 걸이는 결함이 있다.
본 발명은 화상입력부로부터 입력화상들을 처리하여 화상데이타를 구하고 또한 동일광축을 따라 단일계를 사용하여 상기한 불선명상을 갖는 2상이한 관측된 화상들을 기초로 하여 거리데이타를 연산하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기한 불선명상을 갖는 관측된 2입력화상들(is,Is')에 제각기 필터들(가보함수:Gaborfunction)을 사용하여 일정주파수 범위내의 각각의 소정주파수(K)에 대해 출력화상들(Fs,Fs')을 구한다.
본 발명은 출력화상들(Fs,Fs')과 그들의 불선명상의 방경(S)들간의 관계를 나타내는 식과 불선명상의 반경(S)과 렌즈로부터 몸체까지의 거리(a)간의 관계를 나타내는 식을 사용하여 상기식들의 각 변수들에 수치값을 대입한다.
또한 본 발명은 관측량과 물체까지의 거리간의 탐색테이블(look-up-table)을 참조한다.
이 테이블은 실험교정을 통해 사전에 준비된다.
따라서 본 발명은 물체까지의 거리데이타를 연산할 수 있다.
우선, 본 발명에 의한 거리측정방법을 설명한다.
제1도는 본 발명의 원리를 설명하기 위한 것으로, f는 렌즈(L)의 정촛점거리 r은 렌즈의 반경, a는 렌즈의 중심으로부터 물체(M)까지의 거리, b는 렌즈의 중심으로부터 화상(p)까지의 거리이다.
렌즈공식은 다음과 같이 주어진다.
그러므로 렌즈(L)의 중심으로부터 거리(a)만큼 앞선 위치에 제공된 물체(M)는 렌즈의 중심으로부터 거리(b=af/(a-f)만큼 진행된 위치에 영상을 잡는다. 렌즈로부터 물체까지의 거리를 검출해보자. 예를들어 텔레비죤 카메라의 초점이 무한지점과 일치할 때 렌즈(L) 또는 촬상면(S)은 이동한다.
그다음, 렌즈중심으로부터 거리(a) 만큼 진행된 위치에 제공된 물체의 화상은 다음과 같은 불선명상을 제공한다.
불선명상에 반경(s)은 다음과 같은 기하학적 상사관계에 준하여 제공된다.
상기식중 불선명상의 반경(s)은 물체 즉, 점광원이 렌즈의 중심이전 거리(a)의 위치에 제공될때의 촬상명의 반경(s)으로서 정의된다.
간략히 하기 위해 광축상에 제공된 일차원화상을 생각해보자. 이경우에, 촬상면(s)의 평면상에 X축과 Y축을 부여하고, 광축의 방향으로 Z축을 부여하면, 3차원 좌표가 제공된다. Io(x)를 정촛점 즉 촛점내의상(미지의 상), Io(x)를 (관측된 상의) 반경(s)의 불선명상인 외촛점 즉, 촛점을 벗어난상으로 할 경우, 불선명상은 정촛점의 상에 필터 처리를 함으로써 얻을 수 있다.
하기식으로 나타낸 함수 p(x-x')는 필터함수이다.
필터함수는 불선명필터에 해당하는 것으로, 그것은 불선명상의 직경(2s)의 외부에 0의 값을 제공하며 또한 불선명상의 직경(2s)의 내부에 함수에 의해 주어진 값을 제공한다. 식(4)에서 역변환을 행하면, 정촛점의 상이 불선명상으로부터 얻어질 수 있다.
그러므로, 관측된 상 Io(x)에 공간필터처리(카버기능)를 행한다.
즉, 불선명상에 필터처리를 행함으로썽 불선명상을 제거하고 정촛점상을 얻을 수 있다.
상기식에서, exp(-x2/σ2)는 가우스함수(Gaussianfunction)를 나타내고 또한 exp(ikx)는 후리에르변환(Fourier transformation)의 핵심을 나타낸다.
이 식(6)은 관측된 상(Is)에 필터처리하여 후리에르 변환을 행하는 가우스필터를 나타내고, K는 소정의 공간주파수를 나타내고, 또한 Fs는 필터의 중심이 x,y 및 z축에 의해 형성된 좌표의 원점에 위치될때의 출력을 나타낸다.
즉, 출력(Fs)은 광축이 원점을 통해 주어질 때 좌표 원점의 양측에 대해 각각의 소정이 공간주파수(K)에 대해 화상의 후리에르 변환을 행하여 구한 데이터이다.
하기식은 식(4)로부터 구한다.
x에 대해 적분연산을 행하면 아래와 같다.
그러므로, 하기식이 구해진다.
그 다음 텔레비죤 카메라가 광축을 따라서 △z만큼 물체(M)를 향해 이동함으로써 관측된 상 Is'(x)의 사전이 찍힌다. 그다음 불선명상의 반경은 s'로 변경되고 또한 하기식으로 나타낸다.
동일한 필터를 제2관측된 상 Is'(x)에 가하면, 식(9)에서와 동일한 방식으로 하기식(11)이 구해진다.
미지의 양을 포함하는 적분항을 삭제하기 위해 식(9)를 식(11)로부터 삭제한 다음 식(9)으로 나눈다.
하기와 같다고 가정하면,
식(12)의 좌측은 미분방정식(13)의 정의를 나타낸다. 즉, 카메라의 이동량이 충분히 작다고 하면, 식(12)의 양측을 △z로 나눠 하기식(14)을 구한다.
상기식(14)은 그의 좌측의 관측량과 불선명상의 반경(s)간의 관계를 나타내며, k는 소정의 공간주파수, 즉, 상수이고, f와 r은 공지값이고, Fs,Fs' 및 △z는 카메라가 이동될 때 화상을 처리하여 얻은 값들이다.
텔레비죤 카메라가 광축의 방향으로 이동될 때 2지점들의 화상들은 텔레비죤 카메라에 입력되어 식(6)에 의해 나타낸 필터처리가 각 화상에 가해진다. 식(14)의 연산을 행함으로써 불선명상의 반경(s)을 구할 수 있다. 식(3)을 식(14)에 대입하면, 관측량(식의 좌측)과 물체까지의 거리(a)간의 관계를 나타내는 식이 유도된다. 그 식에 Fs,Fs',△z,k,y, 및 r의 수치값을 대입하여 연산하면 물체까지의 거리(a)가 구해진다.
상술한 바와 같이 관측량(좌측)과 물체까지의 거리(a)간의 관계를 나타내는 식을 사용하여 연산함으로써 거리(a)가 구해질 수 있고 또한 식(14)를 조작함으로써 구해진다.
거리(a)는 또한 변환 테이블을 참조하여 구할 수가 있다. 탐색테이블은 식의 좌측의 연산값과 연산에 의해 실제로 측정된 물체까지의 거리(a)에 대한 각각의 소정의 공간주파수(k)에 대해 사전에 준비된다. 변환테이블은 화상데이타의 입력을 사용하여 참조함으로써 식(14)의 좌측에 관측량을 계산하여 구한 입력값으로부터 거리(a)를 출력함으로서 구할 수 있다.
본 발명의 거리측정방법은 다음과 같은 처리들을 포함한다.
제2도는 본 발명의 동작원리의 후로우챠트를 포함한다.
단계(ST1)는 렌즈의 위치, 활상면의 위치, 또는 렌즈와 촬상면 양자의 위치들을 동일축상에서 물체로부터 미소거리(△z)만큼 두에 위치시킴으로써 화상입력부로부터 상이한 불선명량들을 갖는 2관측된 화상들(Is,Is')을 수신하는 화상입력처리단계를 나타낸다.
단계(ST2)는 입력된 관측화상들(Is,Is')에 식(6)과 (7)에 나타낸 필터처리를 가함으로써 2출력화상들(Fs,Fs')을 얻는 필터처리단계를 나타낸다.
단계(ST3)는 불선명상의 반경(s)과 렌즈로부터 물체까지의 거리(a)간의 관계를 나타내는 식(3)에 기초하는 필터처리에 의해 구한 2출력화상들을 사용하여 물체까지의 거리(a)를 구하기 위한 거리데이타연산처리 단계를 나타낸다.
본 발명의 거리측정방법을 시작하면, 동일한 광축상에서 미소거리만큼 서로 상이한 위치에서 얻고 또한 상이한 불선명량을 갖는 2관측된 화상들을 화상입력부(6)로부터 입력시키는 단계(ST1)가 진행된다.
그 다음 2 입력된 관측화상들에 가보함수(Gabor function)를 적용하여 소정의 공간주파수에 대해 정촛점의 2출력화상들을 구하는 필터 처리단계(ST2)가 진행된다. 단계(ST2)는 식(6)으로 나타낸 계산을 참조하여 수행된다.
그다음, 관측량과 물체까지의 거리(a)간의 관계를 나타내는 식에 기초하여 거리데이타를 연산하는 단계를 진행한다. 상기식은 식(14)에 식(3)을 대입한 다음 그 식에 수리값을 대입하여 구한다.
거리데이타는 또한 소정의 공간주파수(k)에 대해 관측량과 물체까지의 거리(a)간의 사전에 준비된 탐색 테이블을 참조하여 구할 수도 있다. 그러므로, 거리데이타는 상기 필터처리단계(ST2)에 의해 구한 외촛점의 2출력화상에 기초한 식을 사용하여 연산된다.
상술한 바와 같이, 단일시계를 사용하여 거리측정동작을 고속으로 쉽게 효율적으로 행함으로써 인간보다 더 좋은 성능을 얻을 수 있다.
제3도는 본 발명의 원리구성을 나타낸다. 화상입력부(1)는 렌즈와 촬상면을 포함하여 렌즈를 통해 촬상면상에 관측된 물체의 화상을 얻어서 관측된 상을 출력한다.
연산처리부(2)는 연산제어부(2-1)와 기억부(2-2)를 포함하며, 식(6)과 (7)에 기초하여 화상입력부(1)로부터 입력된 관측된 화상으로부터 출력화상의 연산을 행하여 식(14)와 (3)을 기초하여 출력화상으로부터 물체까지의 거리(a)를 구한다.
화상입력부(1)가 아나로그신호를 출력할 때 연산처리부(2)는 아날로그신호를 처리할 수 있어야 하므로 연산제어부(2-1)와 메모리부(2-2)는 아나로그신호를 처리 또는 기억해야 한다. 연산처리부(2)는 디지탈신호를 처리할 수 있다.
식(6)과 (7)은 디지털 신호들을 제공하기 위한 기본식을 나타낸다. 식(6)과 (7)의 물리적 의미와 가능한 전개에 대해 하기에 설명한다.
식(6)과(7)은 입력신호 Is(x)와 Is'(x)에 대한 가보함수를 나타낸다. 즉, 입력신호 즉, 필드(field)의 정보의 중심에 대한 가우스함수를 구한다. 다시말해, 가우스분포에 의한 웨스트(weight)는 입력 신호에 가하고, 또한 후리에르변환을 상기 필드에 관한 정보의 중심의 양방향 또는 음방향으로 주파수(k)에 대해 필드에 가한다.
비데오신호에서, 필드의 정보는 일반적인 2차원이다. 그러나 본 발명에서는 물체로부터 촬상기(카메라)까지의 거리를 그거리 방향에 수직한 방향(즉, z축)으로 즉, x축과 y축 방향으로 직선을 따라 일차원정보만을 사용하여 구한다.
본 실시예에서는 x방향의 정보만을 사용하여 거리를 구한다.
그러나 y축 방향의 정보를 사용할 수도 있고, 또한 x축과 y축 양방향의 정보를 사용하여 가보함수를 구할 수도 있고 또한 더큰 신호에너지를 갖는 정보를 사용할 수도 있다.
시그마(σ)는 웨이팅연산의 함수 즉, 필터의 사이즈를 제공하기 위한 분포함수를 나타내는 파라메터이다.
σ는 화상사이즈의 한계를 구하기 위한 연산을 거리를 구하기 위해 사용하는 식으로 결정한다. 특히 소정의 화소를 생각해보면, 그 화소부근의 상관관계는 강하고 또한 화소로부터 먼곳의 관계는 약하다.
그러므로, σ는 화소부근만을 고려하며 그 처리단계를 수행하는 식으로 제어된다.
σ는 무한대(∞)일수도 있고, 이 경우 exp(-x2/σ2)이라는 가정하에 연산을 행한다.
즉, 상수로된 웨이트로서 연산을 행한다.
제4도는 본 발명의 거리측정동작을 수행하기 위한 거리측정장치의 개략 구성의 개통로를 나타낸다.
거리측정장치는 전술한 설명에 기초하여 단일시계를 사용하여 거리데이타를 구한다.
제1도에서 원리설명을 위해 사용된 심볼들과 코드들은 또한 하기설명의 동일부분과 동일 내용에 대해서도 사용된다.
제4도에서, 화상입력부(6)는 예를들어 렌즈(L)와 촬상면(S)을 포함하는 텔레비죤 카메라를 포함한다. 동일한 관축상의 소정위치에서 불선면하게 측정된 물체의 관측된 화상(Is)과 소정위치에서 미소거리(△z) 만큼 이동된 위치에서 관측된 화상(Is')은 렌즈(L)를 통해 촬상면(S)상에 맺힌다.
2관측된 화상들(Is,Is')은 불선명량이 서로 다르다. 촬상면(s)상에 찍힌 2관측된 화상들을 예를들어 A/D변환기를 포함하는 변환부를 통해 디지털 형으로 변환되어 연산처리부(3)로 출력된다.
연산처리부(3)는 공지된 CPU3a, ROM3b 및 RAM3c를 포함한다. CPU3a를 제어하기 위한 프로그램은 ROM3b내에 가입된다. CPU3a는 ROM3b내에 기억된 프로그램에 따라 관측된 화상입력부(6)로부터 필요한 데이타를 수신하여 CPU3a와 RAM3c간에 데이터를 교환하여 연산처리를 행한다. CPU3a는 처리결과 즉, 거리데이타를 필요한 경우 RAM3c에 기억시키거나 외부장치로 출력한다. CPU3a는 시스템의 용량에 따라 하기 동작을 수행한다.
CPU3a의 처리속도가 변환부(7)에 구비된 A/D변환기의 변환속도보다 고속일 때, A/D변환에 의해 얻은 결과 데이터는 화소의 유니트들 내의 RAM3c의 화상기억영역(3c1)내에 순차로 기억되고 또한 위에서 언급한 연산을 수행하여 출력화상들 Fs와 Fs'를 제공한다.
그 다음 연산처리부는 출력화상들 Fs,Fs' 및 미소거리 △z의 값에 기초하여 거리를 구한다.
CPU3a의 처리속도가 변환부(7)내에 구비된 A/D 변환기의 변환속도보다 저속일 때, A/D변환결과 데이터는 화소의 유니트들내의 RAM3c의 화상기억영역(3c1)내에 순차로 기억된다.
예를들어 CPU3a의 데이터의 데이터전송속도가 또한 저속이어서 CPU3a가 RAM3c내에 데이터를 가억시킬 수 없을때는 DMAC를 구비할 수도 있다. 그후, Fs와 Fs'는 전술한 바와 같이 구한다. 거리(a)는 출력화상들(Fs,Fs',△z)을 사용하여 구할 수 있다.
CPU의 고처리속도의 경우에 대해 이하에 설명한다. CPU3a는 화상입력부(6)로부터 입력된 관측된 화상에 대해 식(6)으로 나타낸 연산을 행하여 출력화상들(Fs,Fs')을 구하여 RAM3c내의 화상기억영역(3C1)에 기억된다.
또한 CPU3a는 상술한 거리화상들(Fs,Fs')와 물선명상의 반경(s)간의 관계를 나타내는 식(14)과 불선명상의 반경(s)과 렌즈(L)에서 물체(M)까지의 거리를 나타내는 식(3)에 소정의 공간주파수(k), 렌즈(L)의 초점거리(f), 렌즈의 반경(r), 카메라의 미소운동량(△z) 및 출력화상들(Fs,Fs')을 대입하고 관측된 량과 식(14) 및 (3)에서 얻은 거리(a)간의 관계를 나타내는 식에 기초하여 물체까지의 거리(a)를 연산한다. 그다음 CPU3a는 RAM3c내에 거리데이타를 기억하고 또한 외부장치에도 출력한다.
거리데이타를 관측하여 얻은 값들(Fs,Fs',△z)을 사용하는 식(14)의 좌측을 연산하여 얻은 값과 물체까지의 거리를 실제 측정하여 얻은 값간의 관계를 나타내는 탐색테이블로부터 구할때와, 거리데이타를 RAM3c내에 기억된 탐색테이블(3c2)로부터 구할 때, CPU3a는 임의로 관측된 화상들(Is,Is')에 대해 연산하여 얻은 출력화상들(Fs,Fs')과 미소이동량(△z)으로부터 식(14)의 좌측을 연산하여 탐색테이블을 참조하여 거리데이타를 구한다.
제5도는 제4도에 보인 거리측정장치내의 CPU3a에 의해 행하는 본 발명의 거리측정방법의 후로우챠트를 나타낸다.
이하에 거리측정장치에 대해 상세히 설명한다.
처음 단계(S1)에서는 텔레비죤 카메라와 같은 화상입력부(6)를 사용하여 렌즈(L)를 통해 촬상면(S)의 광축상의 소정위치에서 물체(M)의 관측된 화상(Is)을 구하고 또한 변환부(7)를 통해 연산처리부(3)내에 관측된 화상(Is)을 입력시킨다.
관측된 반경(S)의 불선명한 화상(Is)은 정촛점의 화상(Io)에 불선명 필터처리를 가하여 얻어지며 또한 식(4)로 나타낼 수 있다.
반대로, 식(4)에 의해 불선명필터 p(x-x')의 조건을 결정할 수 있다. 즉, 광축상의 어떤 위치에서 관측된 화상을 얻을 수 있는지를 결정할 수 있으므로 역변환을 행할 수 있다. 그다음 관측된 화상(Is)으로부터 정촛점화상(Io)을 얻을 수도 있다.
그 다음, 단계(S2)에서는 관측된 화상(Is)에 대해 식(6)에 의해 정의된 필터(가보함수)를 가하여, 소정의 공간주파수(K)에 대해 출력화상(Fs)을 구하고, 또한 RAM3c내에 화상기억영역(3c1)내에 출력화상(Fs)을 기억한다.
화상출력(Fs)은 상술한 바와 같이, 식(6)으로 나타낼 수 있고 또한 필터중심이 필터의 원점과 일치할때 구한 출력이다.
또한 단계(S3)에서는 동일광축에서 텔레비죤 카메라를 미소거리(△z)만큼 떨어진 위치에서 관측된 화상(Is')을 구한다. 관측된 화상(Is')은 반경이 S에서 S'까지 변경된 불선명한 화상으로서, 불선명량이 화상(Is)과 다르다.
그다음, 단계(S4)에서는 단계(S2)에서와 같이 관측된 화상(Is')에 필터처리를 가하여, 소정의 공간주파수(k)에 대해 출력화상(Fs')을 구하고 또한 RAM3c내의 화상기억영역(3c1)내에 기억시킨다. 따라서, 화상출력(Fs')은 식(11)로 나타낼 수 있다.
그다음, 물체까지의 거리에 관한 거리데이타(a)를 연산할 때, 단계(S5)로 전진한다.
이 단계에서 식(14)에 식(3)을 대입하여 유도한 식 즉, 관측에 의해 얻은 량과 물체까지의 거리간의 관계에 관한식에 출력화상(Fs,Fs'), 미소 운동량(△z), 렌즈(L)의 촛점거리(5), 소정의 주파수(k) 및 렌즈의 반경(r)에 대한 값들을 대입한다.
한편, 물체까지의 거리(a)에 관한 거리 데이터를 탐색테이블을 참조하여 구할 경우, 단계(S4)는 단계(S6)로 전진하여, 식(14)의 좌측의 출력화상(Fs,Fs')과 , 미소이동량(△z)과 물체까지의 실거리데이타(a)를 사용하여 변환 테이블을 참조한다.
단계(S6)에서 사용된 탐색테이블에 관하여, 연산을 통해 상기 테이블을 준비하는 방법 또는 실제의 실험적 교정을 사용하여 상기 테이블을 준비하는 방법을 생각할 수 있다. 어느 방법이던지 물체까지의 거리에 관한 거리 데이터를 제공할 수 있다.
실험적 교정은 스테레오 장면을 사용하는 종래의 거리측정방법에서 사용되었다.
그러나, 카메라 렌즈와 같은 광학부재들을 특성들이 상이하므로 본 발명의 본질이 아니다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에서는 광축상의 소정위치에서 얻은 관측된 화상과상기 관측된 화상에서 약간 떨어진 위치에서 얻은 관측된 화상은 촬상면의 동일한 지점에서 상이한 불선명량을 갖는다. 식(6)에 의해 지정된 필터는 상이한 불선명량을 갖는 2입력의 관측된 화상들에 적용된다.
또한 일정주파수 범위내의 소정의 공간주파수들에 대해 각각의 출력화상들을 구하여 관측량과 불선명량의 반경간의 관계에 대한 식(14)를 구한다.
그 단계에서는 식(14)와 (3)에 각각의 값들을 대입하여 거리를 연산하는 방법을 사용하거나 또는 관측량과 물체까지의 거리간의 사전준비된 탐색테이블을 참조하여 물체까지의 거리에 관한 데이터를 연산한다.
제6도는 탐색테이블이 사용된 본 발명의 제 2실시에의 구성을 나타낸다. 각각의 소정의 공간주파수를 (k)에 대해 식(6)의 좌측의 관측된 값과 실제값간의 관계는 교정의 실해에 의해 측정되어 탐색 테이블내에 기억된다. 그다음, 임의의 화상데이타가 입력될 때, 필터처리의 결과들(Fs,Fs')과 이동량(△z)에 기초한 상기식의 좌측을 연산하여 얻은 탐색테이블을 참조하여 거리데이타를 제공한다. 즉, 제6도에 나타낸 바와 같이 화상데이타(GA,GB)가 필터연산부들(FXA,FXB)에 입력되어 출력(Fs,Fs')이 제공된다.
필터연산부(FXA,FXB)는 동일한 회로를 포함하지만 그들의 입력은 상이하다.
결과적으로 입력데이타는 출력(Fs,Fs')과 거리(△z)를 사용하여 테이블내에 기억되고, 그에의해 렌즈 또는카메라는 이들 화상데이타가 상기 테이블의 어드레스로서 입력될시에 이동된다. 그러므로, 테이블(TBL)은 교정의 실행에 의해 사전에 얻는 실제거리를 나타내는 거리데이타를 출력한다.
이 실시에는 스테레오장면을 사용하는 종래의 거리측정방법에서 필요한 그 텔레비죤 카메라들의 화상입력들간에서 상응하는 지점을 찾지 위한 대량의 연산을 행할 필요가 없으며 단일 시계를 사용하므로 오측정을 하는 인간 보다 간단한 구성으로 신속하게 더 훌륭하게 거리측정을 행할 수 있다.
상기 실시예를 광축상의 일차원 화상을 사용하여 설명한다. 전체 화상에 상기식(6)에 보인 필터처리를 적용하고 또한 식(14)와 (3)에 따라 각 화소들에 대해 물체까지의 거리와 측정된 량간의 관계에 관한 식을 연산하거나 또는 탐색테이블을 참조하여 거리데이타를 연산하여 3차원 거리화상을 얻을 수도 있다. 외부공간의 상황을 이거리 화상에 기초하여 검출할 수 있다.
예를들어 컴퓨터 비죤(commputer vision)의 연구분야에서는 컴퓨터가 인간과 같이 물체를 이해하여 물체들의 상관위치를 판정하는 연구를 광범위하게 해왔다. 그러나, 3차원공간에서 거리화상을 얻는 수단에 문제가 있어 3차원 공간의 구성과 물체들의 위치관계를 쉽게 알 수가 없었다. 본 발명은 거리데이타와 3차원 환경을 쉽게 얻을 수 있으므로 3차원 환경을 잘 이해할 수 있다.
영상속도와 같이 고속으로 거리화상을 유도하는 것이 가능하다. 거리화상의 특수해석은 그의 분포에 관한 것이다.
본 발명의 기본원리는 필터처리를 통한 2화상들에 기초하여 거리를 측정하는데 있다. 필터처리는 필터사이즈를 σ로 결정함으로써 화상의 분포도를 제한한다. 따라서, σ는 얻어진 거리화상데이타에 나쁜 영향을 주고 또한 거리화상데이타의 정밀성은 분포 σ에 따라 다르다. 다시말해, 실제의 거리는 본 발명에 의해 얻은 거리로부터 정밀성을 환산한 분포 σ만큼 다르다.
본 발명의 방법을 인간의 시계감도와 비교하면, 인간은 고정밀성으로 거리를 측정할 수는 없지만 본 발명보다 작업환경을 더 잘 알 수 있다. 그러므로 본 발명에 의해 측정된 거리가 실제의 거리로부터 분포시그마(σ)만큼 다르기 때문에 본 발명은 충분한 정밀성을 성취할 수 있다고 말할 수 있다.
상술한 설명에서, 텔레비죤 카메라는 동일 광축상에서 이동한다.
카메라가 이동하는 대신에 카메라내의 렌즈 또는 찰상면을 광축상에서 이동시키거나 또는 카메라내의 상이한 지점들에 복수의 이동면들을 위치시킬 수 있으므로 상술한 것과 동일한 방법으로 거리데이타를 연산할 수 있다.
제7도는 제4도에 보인 거리측정장치의 화상입력부(6)의 제1예의 개략구성을 나타낸다.
제7도에서, 화상입력부(11)는 렌즈실린더(13)내에서 렌즈(12)의 광축(12a)을 따라 렌즈실린더(13)내에 설비된 렌즈(12)를 슬라이딩시켜 렌즈(12)에 의해 제공된 촬상면(15)과 카메라 몸체(14)에 제공된 촬상면(15)간의 거리를 변경시키기 위한 렌즈이동구조를 갖고 있다.
렌즈이동구조를 제어함으로써 상이한 불선명량을 갖는 제각기 관측된 화상들(Is,Is')을 렌즈(12)가 이동하기전의 실선으로 나타낸 위치와 렌즈가 이동한후 쇄선으로 내타낸 위치에 대한 촬상면(15)에서 제각기 얻을 수 있다. 2관측된 화상들은 연산처리부(3)에 입력되어 전술한 일련의 단계들을 거쳐서 단일시력을 사용하여 쉽게 거리데이타를 구할 수 있다.
제8도는 본 발명에 의한 제 4도에 나타낸 거리측정장치를 나타내며 또한 화상입력부(6)의 제2에의 구조의 개략도를 나타낸다.
제8도에 보인 바와 같이, 화상입력부(21)는 카메라 몸체(24)내의 렌즈실린더(23)의 설비된 렌즈의 광축(22a)을 따라 카메라 몸체(24)에 구비된 촬상면(25)을 이동시키는 촬상면 이동구조를 갖고 있으므로 촬상면들(25,22)간의 거리를 변동시길 수 있다.
촬상면 이동구조를 제어함으로써 상이한 불선명량을 갖는 각각의 관측된 화상들(Is,Is')을 촬상면(25)이 이동하기전의 실선으로 보인 위치와 촬상면(25)이 이동한후의 쇄선으로 보인 위치에 관한 촬상면(25)에서얻을 수 있다. 이들 2관측된 화상들은 도시안된 연산처리부(3)에 입력되어 상술한 처리가 되므로 단일시계를 사용하여 쉽게 거리데이타를 구할 수 있다.
제9도는 제4도에 보인 거리측정장치와 화상입력부(6)의 제3예의 개량구성도를 나타낸다.
제9도에 보인 봐와 같이 화상입력부(31)는 조절기등과 같은 카메라몸체 이동구조(36)를 갖는다.
이는 카메라몸체(34)에 구비된 촬상면(35)와 렌즈실린더(33)내에 구비된 렌즈들(32)간의 거리차를 고정한 다음 렌즈(32)의 광축(32a)을 따라 카메라 몸체(34)를 이동시킨다.
카메라몸체 이동구조(36)를 조절함으로써, 상이한 불선명량을 갖는 각각의 관측된 화상들(Is,Is')은 카메라 몸체가 이동하기전의 위치와 카메라 몸체(34)가 이동한 후의 위치에 관한 촬상면(35)에서 얻을 수 있다.
이들 2관측된 화상들은 도시안된 연산 처리부(3)에 입력되어 상술한 처리가 되므로 단일시계를 사용하여 쉽게 거리데이타를 구할 수 있다.
제10도는 제4도에 보인 거리측정장치내의 화상입력부(6)의 제4에의 개략구성도를 나타낸다.
제10도에 보인 바와 같이, 화상입력부(41)는 카메라몸체(44)내의 프리즘과 같은 분광기(46)와 상기 분광기로부터 상이한 거리 위치에 제공된 촬상면들(45b,45c)을 갖고 있으며, 렌즈실린더(43)내에 구비된 렌즈(42)의 광축(42a)은 분광기(46)에 의해 2광축(42b,42c)으로 분활된다.
렌즈실린더(43)내에서 렌즈(42)를 이동시킬 필요없고 또한 카메라몸체(44) 내에서 촬상면들(45b,45c)을 이동시킬 필요가 없다.
또한 케마라몸체(44)를 이동시킬 필요가 없다. 렌즈(42)와 촬상면들(44b,44c)을 고정위치에 두고 분광기(46)와 2촬상면들(45b,45c)간의 거리를 변동시켜서 상이한 불선명상을 갖는 각각의 관측된 화상들(Is,Is')을 각각 촬상면들(45b,45c)에서 얻을 수 있다.
이들 2관측된 화상들은 도시안된 연산처리부(3)에 입력되어 상술한 바와 같이 처리되므로 단일시계를 사용하여 용이하게 거리데이타를 구할 수 있다.
또한 본 실시예에서는 렌즈와 촬상면과 같은 이동구조가 설비되어 있지 않으므로 본예에서는 2관측된 화상들을 동일광축시스템을 사용하여 동시에 얻을 수 있어, 이동구조 설비에 의한 정밀성의 저하가 방지될 수 있다.
렌즈, 촬상면 및 카메라몸체를 렌즈의 초점거리(f)와 렌즈의 반경(r)은 변경시키지 않고 광축을 따라 이동시키는 방법은 렌즈와 물체간의 거리 또는 렌즈와 촬상면간의 거리(f)도는 둘다가 변경되는 경우 기본식(3)의 만족할 수 있다. 따라서, 본 발명의 물체측정방법을 카메라 몸체내에서 렌즈가 이동되고 촬상면이 이동되고, 카메라 전체가 이동되고 또한 카메라 몸체내의 상이한 위치에 복수의 촬상면들이 제공되는 경우들에 적용될 수 있다.
만일 그 방법이 기본식(3)을 만족시킨다면, 식(14)도 만족시키므로 본 발명의 거리 측정방법을 각각의 이동방법들에 적용할 수도 있다.
제11도는 화상을 2회 찍는 본 발명에 의한 거리측정장치의제 3실시에의 개통도를 나타낸다.
본 실시예에서 화상입력부는 제7,8 및 9도에 보인 구조를 사용한다.
제1위치에서 1차로 찍힌 아나로그화상은 A/D변환회로(51)에 의해 디지털 신호로 변환된다. 디지털 화상은 필터 연산회로(52)에 입력되고 그결과 Fs는 화상메모리(53)에 입력된다.
그다음, 카메라, 렌즈 또는 촬상면이 △z만큼 이동된 후, 2차로 찍힌 아나로그 화상이 A/D 변환기(51)에 의해 디지털 화상으로 변환된 다음, 그 결과는 필터연산회로(52)에 입력되어 Fs'를 구한 다음, 그결과 Fs'는 화상메모리(54)에 기억된다.
이와 같은 순차처리에 의해 얻은 Fs 및 Fs'와 이동거리(△z)는 테이블(TBL)에 입력되므로 이 테이블로부터 거리데이타를 구할 수 있다.
제12도는 1회 촬영시에 그와 동시에 화상들을 처리하는 본 발명에 의한 거리측정장치의 제4실시예를 나타낸다.
제3실시예에서는 거리(△z)만큼 이동시키는 것으로 족했으나 제4실시예에서는 제10도에 보인 바와 같이 2촬상면들(45b,45c)에 의해 얻은 2아나로그 화상들을 1회촬영시에 도시처리하여 거리데이타를 구할 수 있다.
2촬상면들(45b,45c)로부터 얻은 아나로그 화상들은 A/D변환회로들(61,62)에 입력되어 디지털 화상으로 변환된 다음 필터연산회로들(63,64)에 입력되어 Fs와 Fs'를 구한다.
이결과들은 테이블(TBL)의 어드레스를 제공하도록 화상메모리(65,66)에 기억된다.
이 구조에서는 상기 동작에서 거리 △z를 고정한 다음, 1회 촬영시에 거리△z만큼 상이한 촬상면들의 아나로그화상을 찍을 수 있다.
A/D변환동작과 필터처리동작을 2화상들에 대해 동시에 행할 수도 있으므로 제3실시예에서 필요한 기간을 절반으로 줄일 수 있다.

Claims (12)

  1. 촬상면상에 렌즈를 통해 물체의 화상을 형성하기 위한 화상입력부에 의해 얻은 물체의 화상을 근거하여 물체로부터 렌즈까지의 거리데이타를 구하는 방법에 있어서, 상기 촬상면상에 렌즈를 통해 물체의 2관측된 화상(Is와 Is')을 형성하도록 렌즈와 촬상면을 포함하는 단일 화상입력부를 제공하는 단계와, 렌즈의 위치와 촬상면의 위치중 적어도 하나를 상기 물체에 관하여 상기 2화상 각각마다 동일 광축상에서 미소거리(△z)만큼 상이하게 설정함으로써 상기 화상입력부를 사용하여 상이한 제1 및 제2불선명상들을 갖는 상기 화상들(Is,Is')을 구하는 단계와, 상기 2 관측된 화상들(Is,Is') 각각에 필터를 가하여 필터처리하여 2 출력화상들(Fs,Fs')을 생성하는 단계와, 상기 렌즈의 중심으로부터 거리(a)의 물체에대해 상기 촬상면상에서 상기 2출력화상들(Fs,Fs')과 제 1불선명상의 반경(s) 및 제2불선명상의 반경(s')간의 관계와 제1불선명상의 반경(s) 및 제2불선명상(s')과 렌즈에서 물체까지의 거리(a)간의 관계에 따라 상기 생성된 2출력 화상들(Fs,Fs')에 기초하여 렌즈로부터 물체까지의 거리(a)를 연산하는 단계를 포함하는 것이 특징인 거리측정방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 필터처리를 하기 식들(A)와 (B)로 나타내는 단계와,
    상기 식중 k는 가우스공간 필터처리에서 소정공간주파수, σ는 가우스공간 필터처리의 분포, x는 x축 방향의 좌표이며, 상기 2출력화상들(Fs,Fs')과 제1불선명상의 반경(s)간의 관계를 하기식(c)으로 나타내는 단계와,
    상기 제1불선명상의 반경(s)의 렌즈에서 물체까지의 거리(a)간의 관계를 하기식(D)으로 나타내는 단계를 더 포함하는 것이 특징인 거리측정방법,
    상기식중 γ은 렌즈의 반경, f는 렌즈의 촛점거리임.
  3. 제1항에 있어서, 상기 연산 단계는 상기시(C)의 연산값과 물체까지의 거리(a)간의 관계를 나타내도록 사전에 준비한 탐색테이블을 참조하여 거리를 연산하는 단계를 더 포함하는 것이 특징인 거리측정방법.
  4. 렌즈와 촬상면을 포함하며, 또한 상기 촬상면상에 물체의 2관측된 화상을 얻어서 출력하기 위한 단일 화상입력수단과, 상기 화상입력수단으로부터 관측된 상기 2화상들중 제1화상을 수신하여 수신된 제1화상에 대해 각각의 소정 주파수(k)에 대해 후리에르변환을 수행하여 필터처리하는 제1연산수단과, 상기 화상입력수단으로부터 상기 2관측된 화상들의 제2화상을 수신하고, 또한 렌즈의 위치, 촬상면의 위치 및 화상입력수단의 위치중 적어도 하나가 상기 제1화상의 위치로부터 이동할 때 화상입력수단으로부터 수신된 제2화상에 대해 제1연산수단의 필터처리를 하기 위한 제2연산수단과, 상기 제1화상에 대한 제1연산수단의 결과와, 제2화상에 대한 제2연산수단의 결과와, 렌즈, 촬상면 및 화상입력수단중 적어도 하나가 이동한 거리에 기초하여 렌즈로부터 물체까지의 거리를 구하기 위한 제3연산수단을 포함하는 것이 특징인 거리측정장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1 및 제2연산수단은 상기 화상입력수단으로부터 입력된 관측된 화상을 가우스 함수 및 후리에르함수와 승산하여 얻은 결과의 적분산연산을 포함하는 것이 특징인 거리측정장치.
  6. 제4항에 있어서, 사익 제3연산수단은 하기식으로부터 거리(a)를 구하는 수단을 포함하는 것이 특징인 거리측정장치.
    상기식중 Fs는 제1연산수단의 결과, Fs'는 제2연산수단과의 결과, △z는 렌즈, 촬상면 및 화상입력수단중 적어도 하나가 이동하는 거리를 나타내는 이동량, k는 가우스 공간필터처리시의 소정 공간주파수, r은 렌즈의 반경, f는 렌즈의 촛점거리, s는 화상의 불선명상, a는 물체까지의 거리임.
  7. 제5항에 있어서, 제1연산수단의 결과, 제2연산수단의 결과 및 물체까지의 거리에 대해 사전에 준비된 탐색테이블을 기억하기 위한 메모리 수단을 더 포함하여, 상기 제3연산수단은 상기 탐색테이블을 참조하여 거리를 구하는 것이 특징인 거리측정장치.
  8. 제7항에 있어서, 제1연산수단의 결과와 이동거리에 대해 얻은 제2연산수단의 결과와 관련된 데이타의 연산을 수행하여 상기 탐색테이블을 구하는 수단을 더 포함하는 것이 특징인 거리측정장치.
  9. 제4항에 있어서, 상기 화상입력수단을 광축을 따라 렌즈를 이동시키고, 또한 렌즈의 이동전과 이동후의 촬상면들에서 얻은 제1 및 제2관측된 화상들을 출력하는 렌즈이동 구조를 포함하는 것이 특징인 거리측정장치.
  10. 제4항에 있어서, 상기 화상입력수단은 광축을 따라 촬상면을 이동시키고, 또한 촬상면이 이동하기 전과 이동한 후의 촬상면들상에서 얻은 제1 및 제2관측된 화상들을 출력하는 촬상면 이동구조를 포함하는 것이 특징인 거리측정장치.
  11. 제4항에 있어서, 상기 화상입력수단은 렌즈와 촬상면의 위치를 고정시킨 채로 광축을 따라 카메라 몸체를 이동시키고, 또한 카메라 몸체가 이동하기전과 이동한 후의 촬상면들에서 얻은 제1 및 제2관측된 화상들을 출력시키는 카메라 몸체 이동구조를 포함하는 것이 특징인 거리측정장치.
  12. 제4항에 있어서, 상기 화상입력수단은 분광기와 이로부터 상이한 거리에 각각의 촬상면을 구비하며, 또한 상기 각각의 촬상면에 제1 및 제2관측된 화상들을 출력하는 것이 특징인 거리측정장치.
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