WO2014003433A1 - 입체 열화상을 이용한 차량 내 온도계측 장치 - Google Patents

입체 열화상을 이용한 차량 내 온도계측 장치 Download PDF

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vehicle
temperature
stereo
side device
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PCT/KR2013/005646
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이정훈
김영길
송승철
백창현
김영민
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한라비스테온공조 주식회사
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Definitions

  • the present invention relates to an apparatus for measuring the temperature of a vehicle interior using an infrared sensor, and more particularly, to a vehicle interior including a passenger by a pair of left and right stereo infrared sensors arranged at a predetermined distance in front of the vehicle interior.
  • the present invention relates to an in-vehicle thermometer-side device using a three-dimensional thermal image for measuring temperature in the form of a three-dimensional thermal image.
  • the air conditioner In order to optimize the air conditioning of the vehicle's interior space, in particular, the air conditioner must first measure the temperature of the interior space accurately.
  • the most widely used method for this is the non-contact thermometer measurement method using an infrared sensor. According to this method, the temperature of the face of the occupant is non-contacted by an infrared sensor installed in the vehicle interior, and the air conditioning, in particular, the cooling state of the vehicle interior can be controlled according to the measurement result.
  • An example of an automotive air conditioner using the non-contact thermometer measuring method using the infrared sensor may be an automobile air conditioner illustrated in FIG. 1.
  • the vehicle air conditioner includes a front sensor 105 on a dashboard 103 positioned in front of an interior space, and a rear sensor 109 on a rear surface of a front seat back 107. ) Are mounted obliquely backwards, respectively, so that the temperature of the face region of the occupant such as the driver is directly measured as shown by the arrows by these front and rear infrared sensors 105 and 107.
  • the infrared sensor 203 to measure the whole body temperature of the rear occupant, for example, room lamp It is placed in the upper front position such as the unit, and the whole passenger occupants in the rear left and right seats 207 and 208 of the rear seat, and the front front left and right seats 203 and 204, even by one infrared sensor 203 having a narrow angle of view lens. It is possible to measure the temperature of the part of the occupant's face on the board.
  • the conventional infrared sensor 203 disposed as described above has a narrow viewing angle as shown by the solid line in FIG. 2, the wide viewing angle represented by the hidden line of FIG. 2 measured by the sensor having the wide-angle lens cannot be secured.
  • an expensive wide-angle lens sensor has to be employed or the number of use of the sensor must be increased, thereby increasing manufacturing costs such as equipment cost.
  • the present invention has been proposed to solve the problems of the conventional infrared sensor structure for a vehicle interior thermometer as described above, while a pair of stereo infrared sensors are arranged in the vehicle interior at an appropriate interval, and each infrared sensor To improve the accuracy of temperature measurement in the vehicle for refrigeration and air conditioning by three-dimensionally measuring each 2D thermal image of the vehicle interior measured by the 3D thermal image to accurately measure the temperature distribution of the vehicle interior. Its purpose is to.
  • the present invention is a pair of stereo infrared sensor and a pair of stereo infrared sensor which is disposed so as to be spaced apart from each other on the front side of the interior of the vehicle to measure the thermal image for the interior of the vehicle, and the pair of stereo infrared sensor And a control unit for stereoscopically converting the 2D thermal image measured by the 3D thermal image into a 3D thermal image, and a controller for correcting the 3D thermal image information stereoscopically processed by the calculating unit according to a parameter value affecting the temperature of the vehicle interior.
  • an in-vehicle thermometer side apparatus using a three-dimensional thermal image.
  • the pair of stereo infrared sensors are preferably arranged to measure the temperature of any one of the front seats and two rear seats of the vehicle seat.
  • the stereo infrared sensor is preferably disposed adjacent to the rear of the vehicle rearview mirror.
  • the stereo infrared sensor is preferably an infrared lens is a narrow angle lens.
  • the stereo infrared sensor is preferably an angle of view of 55 ° to 75 ° of the infrared lens.
  • the stereo infrared sensor is preferably disposed at the left and right ends of the room mirror of the vehicle.
  • the pair of stereo infrared sensors are preferably arranged to measure the temperature of any one of the two rear seats and two front seats of the vehicle seat.
  • the stereo infrared sensor is preferably disposed on each of the left and right A-pillars of the vehicle.
  • the stereo infrared sensor is preferably an infrared lens is a narrow angle lens.
  • the stereo infrared sensor is preferably an angle of view of 55 ° to 75 ° of the infrared lens.
  • the stereo infrared sensor is preferably disposed at the lower end of the left and right A-pillar of the vehicle, respectively.
  • the control unit may include a sensor correction step of calibrating a stereo infrared sensor disposed in a vehicle interior to correct distortion of the thermal image, and a thermal image measuring the thermal image of the interior of the vehicle by the sensor calibrated in the sensor correction step.
  • a stereo matching step of obtaining coordinate shifts between the corresponding points of each thermal image by comparing each of the thermal images measured in the measurement step and the thermal image measuring step, and mapping and mapping the coordinate shifts obtained in the stereo matching step. It is preferable to correct the temperature information on the 3D thermal image stereoscopicized by the calculating unit through the stereoscopic thermal image forming step to be obtained.
  • the control unit may further correct the temperature information of the 3D thermal image three-dimensionalized by the calculating unit through a temperature filtering step of removing thermal afterimages, shaking, and noise from the thermal image measured in the thermal image measurement step. .
  • the controller may further include a stereoscopic 3D image generated by the operation unit through a thermal image calibration step of digitizing a thermal image measured in the thermal image measurement step according to a calibration characteristic value of the sensor obtained in the sensor correction step. It is desirable to correct the temperature information for the thermal image.
  • the controller may be further configured to measure the temperature measured with respect to the specific coordinates when it is determined that the distance from the pair of stereo infrared sensors measuring the thermal image of the vehicle interior to a specific coordinate of the vehicle interior is greater than or equal to a certain distance. It is desirable to make a correction that compensates the measured value to a higher temperature value.
  • the control unit may further compare the temperature measurement values measured by each of the pair of stereo infrared sensors with respect to specific coordinates of the vehicle interior, and when the compared temperature difference is greater than or equal to the tolerance Ttol, the pair of stereo infrared rays. It is desirable to determine that a failure has occurred in the sensor.
  • the control unit reports the specific coordinate error point of the vehicle interior, counts the occurrence frequency of the error point, and counts the occurrence frequency of the counted error point.
  • the temperature is 50% or more, the temperature measurement values by the pair of stereo infrared sensors are collectively offset, and when the frequency of occurrence of the error point is less than 50%, the temperature difference outside the allowable value Ttol is generated. It is preferable to correct the temperature value of the corresponding pixel of the thermal image.
  • the control unit uses an infrared ray in which the error occurs among the pair of stereo infrared sensors by using a temperature measurement value prepared for a separate member located in the vehicle interior. It is desirable to detect the sensor and correct the temperature value of the thermal image measured by the faulty infrared sensor.
  • the controller may be configured to compensate for the temperature value of the three-dimensional thermal image by considering the inherent emissivity provided for each member of the member or for each part of the human body, which is previously determined according to the coordinate information of the vehicle interior. It is desirable to correct the temperature information for the stereoscopic 3D thermal image.
  • control unit in compensating the temperature value of the three-dimensional thermal image by the material of each member or the parts of the human body in advance according to the coordinate information of the interior of the vehicle, the weight of the radiation energy for each member or each part of the human body Compensate for the temperature value of the three-dimensional thermal image, the weight order is preferably applied in the order of the body, the ceiling of the vehicle, the door trim, clothing, the seat of the vehicle, the glass of the vehicle.
  • FIG. 1 is a schematic side view of a vehicle for explaining a vehicle indoor temperature measuring method using a conventional infrared sensor.
  • FIG. 2 is a partial plan view illustrating a vehicle interior temperature measurement method using another conventional infrared sensor.
  • Figure 3 is a partially cutaway plan view of a vehicle showing an embodiment of the in-vehicle thermometer-side device using a three-dimensional thermal image according to the present invention.
  • FIG. 4 is a side view of FIG. 3;
  • FIG. 5 is a perspective view of FIG. 3.
  • FIG. 6 is a plan view of FIG.
  • Figure 7 is a partial perspective view of the vehicle interior showing another embodiment of the in-vehicle thermometer-side device using a three-dimensional thermal image according to the present invention.
  • thermometer-side device 8 is a vehicle interior plan view of the thermometer-side device of FIG.
  • thermometer measuring method by the in-vehicle thermometer measuring apparatus using a three-dimensional thermal image according to the present invention.
  • FIG. 10 is a flowchart of the temperature measuring method shown in FIG. 9;
  • 11 is a graph showing temperature sensing characteristics according to distance from a stereo infrared sensor for the same member in a vehicle interior.
  • Thermometer side device as shown by the reference numeral 1 in Figure 3, a pair of left and right stereo infrared (IR) sensor (3, 4), the calculating unit 10, and the control unit 20 )
  • the stereo infrared sensor (3, 4) is first arranged to be spaced apart from each other on the front side of the vehicle interior means for respectively measuring the 2D thermal image for forming a stereoscopic thermal image for the vehicle interior, If left and right symmetrical with respect to the center line, it is possible to arrange at various points on the front of the vehicle, as shown in Figures 3 to 5, the left and right A-pillar 11 of the vehicle to include as many vehicle occupants in the viewing angle as possible In 12) may be arranged towards the rear respectively.
  • the stereo infrared sensor (3, 4) is that the support bracket 3 is disposed on the lower end of the left and right A-pillars (11, 12) of the vehicle. desirable.
  • the stereo infrared sensors 3 and 4 measure a 2D, or two-dimensional, thermal image of the interior of the vehicle including the occupant.
  • a narrow angle sensor in which the infrared lens is narrow.
  • the angle of view of the infrared lens is advantageously 55 ° to 75 °, more preferably 60 ° to 70 °, more preferably 60 °. This is because the infrared sensors 3 and 4 have almost twice the measurement range according to the viewing angle compared to the infrared sensor using the wide angle lens having an angle of view of 75 ° to 100 °, but the distortion of the measured thermal images is relatively low.
  • the angle of view narrows to 55 ° or less, even if the infrared sensors 3 and 4 are installed on the A-pillars 11 and 12 spaced apart from the rear seats at maximum in the vehicle interior, This is because the entire sheet cannot be included in the measurement range.
  • the left sensor 3 is a visible area in a range including the front right seat 4, that is, the upper right corner of the front passenger seat, from the left end edge portion of the front and rear seats 5, 7 disposed on the left side of the vehicle interior. It is intended to measure the temperature for.
  • the right sensor 4 includes the front left seat 3, that is, the upper left corner of the driver's seat, from the right end corner of the front and rear seats 6 and 8 disposed on the right side of the vehicle interior as opposed to the left sensor. The temperature of the visible region of the range is measured.
  • each of the infrared sensors 3 and 4 has a conical shape in which the measurement range of the viewing angle is about 60 ° of the hypotenuse, so that the occupant of either of the rear seats left and right as shown in FIGS.
  • the torso of the driver's front passenger and front passenger is measured. That is, the left infrared sensor 3 measures almost the entire body of the right occupant of the rear seat, but the left occupant barely covers the driver's seat, and on the contrary, the right infrared sensor 4 measures almost the whole body of the left occupant of the rear seat, Is occupied by the passenger seat, making it almost impossible to measure.
  • each of the infrared sensors 3 and 4 intersects each other to any one of two rear seats 7 and 8 and two front seats 5 and 6 of the vehicle seat.
  • the temperature of the occupant or the seat itself is measured, and a common area is formed for the front seats 5 and 6.
  • the stereo infrared sensor (3, 4) is another arrangement form, as shown in Figs. 7 and 8, is disposed in the central portion of the front of the vehicle, the rearview mirror (15) of the rearview 15, or may be arranged side by side at a predetermined interval between the room lamp and the sunglass storage box although not shown. In addition, it may be disposed at the left and right ends of the room mirror 15 of the vehicle to maximize the left and right viewing angle.
  • the left sensor 3 is the rear right seat 8 from the front left seat 5, that is, the left end corner of the driver's seat. Measures the temperature for the viewing area in the range including up to the right edge of the edge, and the right sensor 4 measures the front right seat 6, that is, the left end of the rear left seat 7 from the right edge of the passenger seat. The temperature is measured for the viewing area in the range including the edge.
  • the stereo infrared sensors 3 and 4 disposed in the front center portion of the vehicle cabin measure the temperature of one front seat 5 or 6 and two rear seats 7 and 8 of the vehicle seat.
  • common areas are formed in the rear sheets 7 and 8.
  • the calculation unit 10 is a part which stereoscopically transforms the 2D thermal image measured by the stereo infrared sensors 3 and 4 into the 3D thermal image, and the two 2D thermal images measured by the sensors 3 and 4.
  • the 3D coordinate matrix is obtained from the extracted 3D coordinates, and the 3D stereoscopic images are obtained from the respective 2D thermal images according to the stereo image splicing method. A detailed process will be described below.
  • the control unit 20 is a part for controlling the overall air conditioning situation of the vehicle like a general air conditioning control unit, and receives a variety of variables such as, for example, wind speed, humidity, etc. that affects the temperature of the vehicle interior and exterior temperature as well as the operation unit
  • the temperature information by the stereoscopic 3D thermal image is corrected at (10).
  • the controller 20 A correction is made to compensate the measured temperature reading for a particular coordinate to a higher temperature value.
  • the temperature compensation according to such a distance takes into account the temperature sensing characteristic according to the distance from the stereo infrared sensors 3 and 4 with respect to the same member of the vehicle interior as shown in FIG. 11. That is, the temperature of the thermal image of the same member in the vehicle interior decreases rapidly as the distance from the stereo infrared sensor 3, 4 increases, and the length of the thermal image of the same member of the vehicle interior is the stereo infrared sensor 3
  • the temperature compensation reflects the characteristic that the gradual decreases as the distance from (4) increases. Meanwhile, in the graph shown in FIG.
  • the horizontal axis is a distance (meter) from the stereo infrared sensors 3 and 4 with respect to the same member in the vehicle interior
  • the left side of the vertical axis is a measurement temperature (° C) with respect to the same member in the vehicle interior.
  • On the right of the vertical axis is the length of the thermal image (pixel) for the same member in the vehicle interior.
  • the controller 20 repeatedly compares the temperature measurement values measured by each of the pair of stereo infrared sensors 3 and 4 with respect to specific coordinates of the vehicle interior, and the compared temperature difference is equal to or greater than the allowable value Ttol. In this case, it is determined that a failure has occurred in the pair of stereo infrared sensors 3 and 4.
  • the control unit 20 reports a specific coordinate error point of the vehicle interior, counts the frequency of occurrence of the error point, and generates the counted error point.
  • the frequency is 50% or more
  • the temperature measurement values by the pair of stereo infrared sensors 3 and 4 are collectively offset, and when the frequency of occurrence of the error point is less than 50%, the temperature difference outside the tolerance Ttol is The temperature value of the corresponding pixel of the thermal image corresponding to the specific coordinates generated is corrected.
  • control unit 20 may use the pair of stereo infrared sensors 3, by using a temperature measurement value prepared for a separate member located in the vehicle interior. 4) Infrared sensor 3 and 4 having an error are detected and the temperature value of the thermal image measured by the infrared sensor 3 and 4 having an error is corrected.
  • the controller 20 compensates the temperature value of the stereoscopic thermal image by considering the inherent emissivity provided for each material of the member or for each part of the human body, which is previously determined according to the coordinate information of the vehicle interior, and the calculation unit
  • the temperature information on the stereoscopic 3D thermal image is corrected by (10).
  • the controller 20 compensates for the temperature value of the three-dimensional thermal image for each material of the member or the parts of the human body which are previously identified according to the coordinate information of the vehicle interior. Compensate the temperature value of the three-dimensional thermal image by placing an energy weight, and the order of the weight is applied to the body, the ceiling of the vehicle, the door trim, the clothing, the seat of the vehicle, and the glass of the vehicle.
  • thermometer side device using the three-dimensional thermal image configured as described above in more detail as follows.
  • thermometer-side device according to an embodiment of the present invention, as shown in Figure 9, the sensor correction step (S10), thermal image measurement step (S20), stereo matching step (S30), and three-dimensional thermal image forming step
  • the 3D stereoscopic image of the vehicle interior is formed through S40.
  • the temperature filtering step (S50), the thermal image correction step (S60), the temperature compensation step (S70), the temperature recompensation step (S80) further through to form a 3D stereoscopic thermal image of the vehicle interior.
  • the sensor correction step (S10) is a step of correcting the distortion of the thermal image of the stereo infrared sensor (3,4) disposed in the vehicle interior, as shown in Figure 9 and 10, the distortion of the optical image
  • the temperature correction is performed by changing the arrangement of the correction plates in which the cold and hot areas are alternately arranged like the checkered pattern at various positions with a certain distance from the sensors 3 and 4, and then A calibration matrix is extracted from the thermal image information by performing a calibration according to a general optical calibration method.
  • the thermal image measuring step S20 measures the thermal image of the vehicle interior by the stereo infrared sensors 3 and 4 calibrated in the sensor correction step S10, as shown in FIGS. 9 and 10.
  • each of the sensors 3 and 4 measures a thermal image of the same point on the virtual coordinates configured in the vehicle interior to form a thermal image of each 2D.
  • a temperature filtering step S50 may be performed.
  • the temperature filtering step S50 may be performed as illustrated in FIGS. 9 and 10.
  • the image quality of the thermal image is improved, for example, the heat output from the infrared sensors 3 and 4.
  • the image quality of the thermal image is improved by removing the noise in various ways such as removing fixed pattern noise from the image signal.
  • the thermal image calibration step (S60) may be performed before performing the stereo matching step (S30), the thermal image calibration step (S60). 9 and 10, the thermal image measured in the thermal image measurement step (S20) according to the calibration characteristic value of the infrared sensors (3,4) obtained in the sensor correction step (S10).
  • rectification is performed on the calibrated thermal image using a calibration characteristic value obtained in the sensor calibrating step S10, that is, a calibration matrix.
  • the rectification for the thermal image is a process of satisfying the epipolar constraint of the thermal image measured by each of the left and right infrared sensors 3 and 4, and according to the epipolar condition, the stereo sensor 3, When the optical axes of 4) are parallel, one point of the thermal image measured by one sensor 3 corresponds to one point of the thermal image measured by the other sensor 4, and at this time, the line connecting the two corresponding points It is called a line.
  • the stereo matching step S30 compares respective thermal images calibrated in the above-described thermal image correcting step S60, and coordinate disparities between corresponding points of the respective thermal images.
  • the thermal image measured by the stereo sensors 3 and 4 is referenced to the thermal image of any one of the thermal images, and the other thermal image is targeted.
  • the position in the thermal image of a specific pixel projected on the image and the target thermal image is obtained.
  • the variation is finally obtained by obtaining the difference in the thermal image coordinates between the corresponding points in the respective thermal images obtained as described above.
  • the stereoscopic thermal image forming step (S40) is a step of acquiring a stereoscopic thermal image by imaging and mapping coordinate shifts of the thermal image obtained in the stereo matching step (S30).
  • a 3D stereoscopic thermal image is obtained from each thermal image according to a stereo image bonding method.
  • the disparity obtained in the stereo matching step S30 is calculated for each pixel of the reference thermal image, and the disparity is stored in a single image to form a disparity map.
  • the above process is repeated to generate a plurality of disparity maps according to various viewpoint changes, and finally, by combining the generated disparity maps, a three-dimensional stereoscopic image may be finally obtained.
  • the temperature difference generated by the difference between the distances from the specific coordinates of the vehicle interior corresponding to the specific points of the three-dimensional thermal image to each of the sensors 3 and 4 is removed.
  • the temperature compensation step (S70) is a temperature comparison step (S71), a temperature difference check step (S72), a temperature error frequency count step (S73), and a temperature value correction step (S74), as shown in FIG. Is done.
  • the temperature comparison step (S71) is a step of comparing the temperature values for specific coordinates of the vehicle interior repeatedly measured as shown in Figure 10, obtained in the three-dimensional thermal image forming step (S40) After repeatedly measuring the temperature measurement values of the infrared sensors 3 and 4 with respect to various specific coordinates of the vehicle interior corresponding to various specific points of the three-dimensional thermal image, the measured temperature measurement values are compared with each other.
  • the temperature difference checking step S72 is a step of checking whether the difference between the temperature measurement values compared in the temperature comparing step S71 is within an allowable limit. It is checked whether the temperature difference between the temperature measurement values on each specific coordinate compared in S71 is outside the allowable value Ttol.
  • the temperature error frequency counting step S73 is a step of counting the frequency at which the temperature difference checked in the temperature difference checking step S72 is outside the allowable value Ttol, as shown in FIG. 10, and checking the temperature difference step S72. ).
  • the coordinates at which the difference in temperature measurement values measured by the left and right sensors 3 and 4 with respect to specific coordinates of the vehicle interior are outside the allowable value Ttol are viewed as error points, and the frequency of occurrence of such error points is counted.
  • the temperature value correcting step S74 is a step of resolving the temperature difference between the measured temperature values by the left and right stereo sensors 3 and 4 when it is outside the allowable value Ttol.
  • the frequency of occurrence of the error point counted in the temperature error frequency counting step S73 becomes 50% or more, for example, the temperature measurement values by the one-side sensors 3 and 4 which have caused the error are collectively offset and the left and right sensors 3, 4) Compensate for deviations in temperature readings.
  • the error point occurrence frequency is less than 50%, since the difference between the temperature values measured by the left and right sensors 3 and 4 does not deviate much from the allowable value Ttol, the pixel of the thermal image corresponding to the coordinate is corrected. To compensate for deviations in temperature readings.
  • the temperature recompensation step (S80) is a final step of determining the three-dimensional thermal image, as shown in Figure 10, through the temperature compensation step (S70) to the distance difference between the left and right sensors (3,4) After removing the temperature difference caused by the result, the variation according to the material of the temperature measurement target part is finally compensated again.
  • the temperature recompensation step (S80) takes into account the inherent emissivity of each member of the vehicle, that is, seat, ceiling, glass, etc., stored in advance according to the coordinate information of the vehicle interior or by body parts of the passenger.
  • the temperature compensation step (S70) the temperature value of the stereoscopic thermal image, in which the temperature difference according to the distance difference between the left and right sensors 3 and 4 is removed again, is compensated.
  • the intrinsic emissivity of each temperature measuring part is 1, such as a black body, an ideal body is 1, for example, the human body is 0.95, the glass is 0.5, the ceiling is 0.8.
  • the temperature distribution of the vehicle interior can be measured three-dimensionally by a pair of stereo infrared sensors arranged left and right on the front side of the vehicle interior, Measurement accuracy and accuracy of the distribution can be further improved.

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Abstract

본 발명은 입체 열화상을 이용한 차량 내 온도계측 장치에 관한 것으로, 차량 실내의 전면 일측에 상호 이격되도록 각각 배치되어 탑승자를 포함하여 상기 차량 실내에 대한 열화상을 계측하는 한 쌍의 스테레오 적외선 센서(3,4); 상기 한 쌍의 스테레오 적외선 센서(3,4)에 의해 계측되는 2D 열화상을 3D 열화상으로 입체화하는 연산부(10); 및 상기 차량 실내의 온도에 영향을 미치는 변수값에 따라 상기 연산부(10)에서 입체화된 3D 열화상 정보를 보정하는 제어부(20);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하며, 이와 같이 차량 실내의 전방 측에 좌우로 배치된 한 쌍의 스테레오 적외선 센서에 의해 차량 실내의 온도분포를 입체적으로 계측할 수 있게 되므로, 차량 실내를 냉방하기 위한 온도계측의 정밀도나 정확성을 일층 향상시킬 수 있게 된다.

Description

입체 열화상을 이용한 차량 내 온도계측 장치
본 발명은 적외선 센서를 이용하여 차량 실내의 온도를 계측하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량 실내의 전방에 일정 간격을 두고 배치된 좌우 한 쌍의 스테레오 적외선 센서에 의해 탑승자를 포함한 차량 실내의 온도를 입체 열화상 형태로 계측하는 입체 열화상을 이용한 차량 내 온도계측 장치에 관한 것이다.
차량의 실내 공간에 대한 공조 특히, 냉방을 최적화하기 위해서는 무엇보다 실내 공간의 온도를 정확하게 계측하는 것이 선행되어야 한다.
이를 위해 가장 널리 활용되고 있는 방법이 적외선 센서를 이용한 비접촉식 온도계측방법이다. 이 방법에 따르면 차량 실내에 설치된 적외선 센서에 의해 탑승자의 얼굴 부위의 온도를 비접촉식으로 계측하도록 되어 있으며, 그 계측 결과에 따라 차량 실내의 공조 특히, 냉방 상태를 제어할 수 있게 된다.
이와 같은 적외선 센서를 이용한 비접촉식 온도계측방법을 활용한 자동차 공조장치의 한 예로 도 1에 도시된 자동차 공조장치를 들 수 있다.
이 자동차 공조장치는 도 1에 도면부호 101로 도시된 바와 같이, 실내공간의 전면에 위치하는 대시보드(103) 상에 전방 센서(105)를, 앞좌석 등받이(107) 뒷면에 후방 센서(109)를 각각 후상향으로 경사지게 장착함으로써, 이들 전후방 적외선 센서(105,107)에 의해 화살표로 도시된 것처럼 운전자 등 탑승자의 얼굴 부위 온도를 직접적으로 계측하도록 되어 있다.
그런데, 이와 같은 전후방 센서(105,107)의 배치는 특히 뒷좌석의 탑승자 얼굴 온도를 계측함에 있어, 후방 센서(107)가 앞좌석 시트커버로 인해 덮일 수 있기 때문에, 후방 센서(107)가 외부로 노출될 수 있도록 앞좌석 시트를 제거하거나 변형시켜야 하는 등 활용 상으로 제약이 따르는 문제점이 있었다.
또한, 후방 센서(107)와 뒷좌석 탑승자 사이의 이격 거리가 너무 짧기 때문에, 뒷좌석 탑승자의 얼굴 뿐 아니라 상반신과 하반신의 온도를 동시에 계측하거나 하나의 센서로 뒷좌석 좌우측 탑승자의 온도를 계측하기 위해서는 필연적으로 시야각이 넓은 광각 렌즈를 구비한 적외선 센서를 사용하거나 센서의 갯수를 늘려야 하는 바, 센서의 설치비용이 배증되는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해소하기 위해, 종래의 또 다른 자동차 공조장치는 도 2에 도면부호 201로 도시된 바와 같이, 뒷좌석 탑승자의 전신 온도를 계측할 수 있도록 적외선 센서(203)를 차량 실내의 예컨대, 룸램프 유닛과 같은 전면 상단 위치에 배치하는 바, 시야각이 좁은 협각렌즈를 구비한 하나의 적외선 센서(203)에 의해서도 뒷좌석의 후방 좌우측 시트(207,208)에 탑승한 탑승자 전신과, 앞좌석 전방 좌우측 시트(203,204)에 탑승한 탑승자 얼굴 일부의 온도를 계측할 수 있게 된다.
그러나, 위와 같이 배치되는 종래의 적외선 센서(203)는 도 2에 실선으로 표시된 것처럼 시야각이 좁기 때문에, 광각렌즈를 구비한 센서에 의해서 계측한 도 2의 은선으로 표시된 넓은 시야각을 확보할 수 없게 되므로, 뒷좌석과 동시에 앞좌석의 전방 좌우측 시트(205,206)의 탑승자 온도를 동시에 계측하기 위해서는 고가의 광각렌즈 센서를 채용하거나 센서의 사용 갯수를 늘려야 하고, 따라서 설비 비용 등 제조원가가 상승하는 문제점이 있었다.
본 발명은 위와 같은 종래의 차량 실내 온도계측을 위한 적외선센서 구조가 가진 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 한 쌍의 스테레오 적외선 센서를 상호 적정 간격을 두고 차량 실내에 배치하는 한편, 각각의 적외선 센서에 의해 계측된 차량 실내에 대한 각각의 2D 열화상을 3D 열화상으로 입체화하여 차량 실내의 온도분포를 입체적으로 정밀하게 계측할 수 있도록 함으로써, 냉동 공조를 위한 차량 실내 온도 계측의 정확도를 향상시키고자 하는 데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 차량 실내의 전면 일측에 상호 이격되도록 각각 배치되어 탑승자를 포함하여 상기 차량 실내에 대한 열화상을 계측하는 한 쌍의 스테레오 적외선 센서와, 상기 한 쌍의 스테레오 적외선 센서에 의해 계측되는 2D 열화상을 3D 열화상으로 입체화하는 연산부와, 상기 차량 실내의 온도에 영향을 미치는 변수값에 따라 상기 연산부에서 입체화된 3D 열화상 정보를 보정하는 제어부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 입체 열화상을 이용한 차량 내 온도계측 장치를 제공한다.
또한, 상기 한 쌍의 스테레오 적외선 센서는 각각 차량 시트 중 전방시트 중 어느 하나와 후방시트 2석에 대한 온도를 계측하도록 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 스테레오 적외선 센서는 상기 차량의 룸미러 후방에 인접하여 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 스테레오 적외선 센서는 적외선 렌즈가 협각 렌즈인 것이 바람직하다.
또한, 상기 스테레오 적외선 센서는 적외선 렌즈의 화각이 55° 내지 75°인 것이 바람직하다.
또한, 상기 스테레오 적외선 센서는 상기 차량의 룸미러 좌우 끝단에 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 한 쌍의 스테레오 적외선 센서는 각각 차량 시트 중 후방시트 2석 중 어느 하나와 전방시트 2석에 대한 온도를 계측하도록 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 스테레오 적외선 센서는 상기 차량의 좌우 A-필러에 각각 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 스테레오 적외선 센서는 적외선 렌즈가 협각 렌즈인 것이 바람직하다.
또한, 상기 스테레오 적외선 센서는 적외선 렌즈의 화각이 55° 내지 75°인 것이 바람직하다.
또한, 상기 스테레오 적외선 센서는 상기 차량의 좌우 A-필러의 하단부에 각각 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제어부는, 차량 실내에 배치되는 스테레오 적외선 센서를 칼리브레이션하여 열화상의 왜곡을 보정하는 센서 보정단계와, 상기 센서 보정단계에서 칼리브레이션된 상기 센서에 의해 상기 차량 실내의 열화상을 계측하는 열화상 계측단계와, 상기 열화상 계측단계에서 계측된 각각의 열화상을 비교하여 각 열화상의 대응점 간 좌표 변이를 구하는 스테레오 매칭단계와, 상기 스테레오 매칭단계에서 구한 좌표 변이를 영상화하여 맵핑함으로써 입체 열화상을 획득하는 입체 열화상 형성단계를 거쳐서 상기 연산부에 의해 입체화된 3D 열화상에 대한 온도정보를 보정하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제어부는, 상기 열화상 계측단계에서 계측된 열화상에서 열 잔상 및 떨림 그리고 노이즈를 제거하는 온도 필터링단계를 더 거쳐서 상기 연산부에 의해 입체화된 3D 열화상에 대한 온도정보를 보정하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제어부는, 상기 센서 보정단계에서 획득한 상기 센서의 칼리브레이션 특성값에 따라 상기 열화상 계측단계에서 계측한 열화상을 렉티피케이션하는 열화상 교정단계를 더 거쳐서 상기 연산부에 의해 입체화된 3D 열화상에 대한 온도정보를 보정하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제어부는, 상기 차량 실내에 대한 열화상을 계측하는 한 쌍의 스테레오 적외선 센서로부터 차량 실내의 특정 좌표까지의 거리가 일정 거리 이상이 되어 멀다고 판단되는 경우, 상기 특정 좌표에 대해 계측된 온도 계측값을 더 높은 온도값으로 보상하는 보정을 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제어부는, 상기 차량 실내의 특정 좌표에 대한 상기 한 쌍의 스테레오 적외선 센서 각각에서 계측되는 온도 계측값을 반복하여 비교하고, 비교된 온도차가 허용치(Ttol) 이상인 경우 상기 한 쌍의 스테레오 적외선 센서에 고장이 발생한 것으로 판단하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제어부는, 상기 비교된 온도차가 상기 허용치(Ttol)를 벗어나는 경우, 상기 차량 실내의 특정 좌표 오류점으로 보고, 상기 오류점의 발생 빈도를 카운팅하고, 카운팅한 상기 오류점의 발생빈도가 50% 이상일 때는 상기 한 쌍의 스테레오 적외선 센서에 의한 온도 계측값을 일괄하여 오프셋 처리하고, 상기 오류점의 발생빈도가50% 미만일 때는 상기 허용치(Ttol)를 벗어난 온도차가 발생한 상기 특정 좌표에 해당하는 열화상의 해당 픽셀의 온도값을 보정하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제어부는, 상기 비교된 온도차가 상기 허용치(Ttol)를 벗어나는 경우, 상기 차량 실내에 위치하는 별도 부재에 대한 미리 마련된 온도 계측값을 이용하여 상기 한 쌍의 스테레오 적외선 센서 중 오류가 발생한 적외선 센서를 감지하고, 오류가 발생한 적외선 센서에 의해 계측된 열화상의 온도값을 보정하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제어부는, 상기 차량 실내의 좌표정보에 따라 사전에 파악되어 있는 각 부재의 재질 별로 또는 인체의 부위 별로 마련되는 고유 방사율을 감안하여, 상기 입체 열화상의 온도값을 보상하여 상기 연산부에 의해 입체화된 3D 열화상에 대한 온도정보를 보정하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제어부는, 상기 차량 실내의 좌표정보에 따라 사전에 파악되어 있는 각 부재의 재질 별로 또는 인체의 부위 별로 입체 열화상의 온도값을 보상함에 있어서, 각 부재 별로 또는 인체의 부위 별로 복사에너지 가중치를 두어 상기 입체 열화상의 온도값을 보상하되, 가중치의 크기 순서는 인체, 차량의 천정, 도어 트림, 의복, 차량의 시트,차량의 유리 순으로 적용하는 것이 바람직하다.
도 1은 종래의 적외선 센서를 이용한 차량 실내 온도 계측방법을 설명하는 차량의 개략 측면도.
도 2는 종래의 또 다른 적외선 센서를 이용한 차량 실내 온도 계측방법을 설명하는 부분 평면도.
도 3은 본 발명에 따른 입체 열화상을 이용한 차량 내 온도계측 장치의 일실시예를 도시한 차량의 부분 절결 평면도.
도 4는 도 3의 측면도.
도 5는 도 3의 사시도.
도 6은 도 3의 평면도.
도 7은 본 발명에 따른 입체 열화상을 이용한 차량 내 온도계측 장치의 다른 실시예를 도시한 차량 실내의 부분 발췌 사시도.
도 8은 도 7의 온도계측 장치를 도시한 차량 실내 평면도.
도 9는 본 발명에 따른 입체 열화상을 이용한 차량 내 온도계측 장치에 의한 온도계측 방법을 도시한 블록도.
도 10은 도 9에 도시된 온도 계측 방법의 흐름도.
도 11은 차량 실내의 동일 부재에 대한 스테레오 적외선 센서로부터의 거리에 따른 온도 감지 특성을 나타낸 그래프.
이하, 본 발명의 일실시예에 따른 입체 열화상을 이용한 차량 내 온도계측 장치를 첨부도면을 참조하여 설명한다.
본 발명의 일실시예에 따른 온도계측 장치는 도 3에 도면부호 1로 도시된 바와 같이, 크게 좌우 한 쌍의 스테레오 적외선(IR) 센서(3,4), 연산부(10), 그리고 제어부(20)를 포함하여 이루어진다.
여기에서, 먼저 상기 스테레오 적외선 센서(3,4)는 차량 실내의 전면 일측에 상호 이격된 상태로 배치됨으로써 차량 실내에 대한 입체 열화상을 형성하기 위한 2D 열화상을 각각 계측하는 수단으로서, 차량의 중심선에 대해 좌우 대칭을 유지 한다면, 차량 전면의 다양한 지점에 배치가 가능하며, 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 차량 탑승자를 시야각 내에 최대한 많이 포함시키도록 차량의 좌우 A-필러(11,12)에서 후방을 향하여 각각 배치될 수 있다.
한편, 제한된 차량 공간 내에서 상기 스테레오 적외선 센서(3,4)가 차량의 좌우 A-필러(11,12)의 하단에 위치할수록 상기 스테레오 적외선 센서(3,4)의 시야각은 넓어지게 된다. 따라서 상기 스테레오 적외선 센서(3,4)의 시야각을 최대한 넓히기 위해서 상기 상기 스테레오 적외선 센서(3,4)는 지지 브래킷(3)은 차량의 좌우 A-필러(11,12)의 하단부에 배치되는 것이 바람직하다.
상기 스테레오 적외선 센서(3,4)는 탑승자를 포함하여 차량 실내에 대한 2D 즉, 2차원 평면의 열화상을 계측하게 되는데, 이를 위해 통상 도시된 것처럼 적외선 렌즈가 협각인 협각 센서를 채용하는 것이 유리하다. 특히 적외선 렌즈의 화각은 55° 내지 75°, 보다 바람직하게는 60° 내지 70°, 더욱 바람직하게는 60°인 것이 유리하다. 왜냐하면, 적외선 센서(3,4)는 화각이 75° 이상 100° 정도 되는 광각렌즈를 사용하는 적외선 센서에 비해, 시야각에 따른 계측범위는 2배 가까이 좁지만, 상대적으로 계측한 열화상의 왜곡이 적고, 단가가 절반 이상 저렴하기 때문이며, 반대로 화각이 55°이하로 좁아지면, 적외선 센서(3,4)가 차량 실내에서 후방 시트로부터 최대로 이격되는 A-필러(11,12)에 설치되더라도, 후방 시트 전체를 계측범위로 포함시킬 수 없기 때문이다.
이때, 좌측 센서(3)는 차량 실내의 좌측에 배치되는 전후방 시트(5,7)의 좌측단 모서리 부분으로부터 전방 우측 시트(4) 즉, 조수석의 우측 상단 모서리 부분까지를 포함하는 범위의 시인영역에 대한 온도를 계측하도록 되어 있다. 반면, 우측 센서(4)는 좌측 센서와 반대로 차량 실내의 우측에 배치되는 전후방 시트(6,8)의 우측단 모서리 부분으로부터 전방 좌측 시트(3) 즉, 운전석의 좌측 상단 모서리 부분까지를 포함하는 범위의 시인영역에 대한 온도를 계측하도록 되어 있다.
이와 같이, 각각의 적외선 센서(3,4)는 도 3 내지 도 5에 도시된 것처럼 시야각의 계측범위가 빗변의 사잇각이 60°내외인 원추 형태로 형성되며, 따라서 뒷좌석 좌우 탑승자 중 어느 한 쪽 탑승자의 거의 전신과 앞좌석 탑승자 두 사람 즉, 운전자와 조수석 탑승자의 상반신을 계측하게 된다. 즉, 좌측 적외선 센서(3)는 뒷좌석 우측 탑승자의 거의 전신을 계측하지만, 좌측 탑승자는 운전석에 가려 거의 계측하지 못하고, 반대로 우측 적외선 센서(4)는 뒷좌석 좌측 탑승자의 거의 전신을 계측하지만, 우측 탑승자는 조수석에 가려 거의 계측하지 못하게 된다.
이에 따라, 각각의 적외선 센서(3,4)는 도 6에 도시된 바와 같이, 상호 교차하면서 차량 시트 중 후방시트 2석(7,8) 중 어느 하나와 전방시트 2석(5,6)에 탑승한 탑승자 또는 시트 자체에 대한 온도를 계측하게 되며, 전방시트(5,6)에 대해서는 공통 영역을 형성하게 된다.
한편, 상기 스테레오 적외선 센서(3,4)는 또 다른 배치 형태로서, 도 7 및 도 8에 도시된 것처럼, 차량 전면의 중앙 부분에 배치되는 바, 차량의 룸미러(15) 후방에서 룸미러(15)에 인접하게 배치되거나, 도시되지 않았으나 룸램프와 썬글래스 보관함 사이에 상호 일정 간격을 두고 나란히 배치될 수 있다. 또한, 좌우 시야각을 최대한 넓히기 위해 차량의 룸미러(15)의 좌우 끝단에 배치될 수 있다.
위와 같이, 차량 전면의 중앙 부분에 상기 스테레오 적외선 센서(3,4)가 배치될 때, 좌측 센서(3)는 전방 좌측 시트(5) 즉, 운전석의 좌측단 모서리 부분으로부터 후방 우측 시트(8)의 우측단 모서리 부분까지를 포함하는 범위의 시인영역에 대한 온도를 계측하고, 우측 센서(4)는 전방 우측 시트(6) 즉, 조수석의 우측단 모서리 부분으로부터 후방 좌측 시트(7)의 좌측단 모서리 부분까지를 포함하는 범위의 시인영역에 대한 온도를 계측한다.
따라서, 차량 실내의 전방 중앙 부분에 배치되는 스테레오 적외선 센서(3,4)는 차량 시트 중 전방시트 1석(5 또는 6)과 후방시트 2석(7,8)에 대한 온도를 계측하게 되며, 결과적으로, 도 6에 도시된 것처럼 후방시트(7,8)에서 공통영역을 형성하게 된다.
상기 연산부(10)는 각각의 스테레오 적외선 센서(3,4)에 의해 위와 같이 계측된 2D 열화상을 3D 열화상으로 입체화하는 부분으로, 센서(3,4)에 의해 계측된 2 개의 2D 열화상을 상호 대응시켜 추출되는 3D 좌표를 통해 3D 변환 매트릭스를 구하고, 스테레오 영상 접합 방식에 따라 각각의 2D 열화상으로부터 3D 입체 열화상을 얻게 되는데, 그 자세한 과정은 아래에 설명된다.
상기 제어부(20)는 일반적인 공조제어유닛과 같이 차량의 공조 상황 전반을 제어하는 부분으로서, 차량 실내외 온도는 물론, 차량 실내의 온도에 영향을 미치는 예컨대, 풍속, 습도 등 각종 변수값을 입력 받아 연산부(10)에서 입체화된 3D 열화상에 의한 온도정보를 보정한다.
여기서, 상기 제어부(20)는 상기 차량 실내에 대한 열화상을 계측하는 한 쌍의 스테레오 적외선 센서(3,4)로부터 차량 실내의 특정 좌표까지의 거리가 일정 거리 이상이 되어 멀다고 판단되는 경우, 상기 특정 좌표에 대해 계측된 온도 계측값을 더 높은 온도값으로 보상하는 보정을 한다.
이와 같은 거리에 따른 온도 보상은 도 11에 도시된 바와 같은, 차량 실내의 동일 부재에 대한 스테레오 적외선 센서(3,4)로부터의 거리에 따른 온도 감지 특성을 고려한 것이다. 즉, 차량 실내의 동일 부재에 대한 열화상의 온도는 상기 스테레오 적외선 센서(3,4)로부터의 거리가 멀어질수록 급속히 감소하고, 차량 실내의 동일 부재에 대한 열화상의 길이는 상기 스테레오 적외선 센서(3,4)로부터의 거리가 멀어질수록 완만이 감소하는 특성을 반영한 온도 보상이다. 한편, 도 11에 도시된 그래프에서 가로축은 차량 실내의 동일 부재에 대한 스테레오 적외선 센서(3,4)로부터의 거리(미터)이고, 세로축 좌측은 차량 실내의 동일 부재에 대한 측정 온도(℃)이며, 세로축 우측은 차량 실내의 동일 부재에 대한 열화상의 길이(pixel)이다.
또한, 상기 제어부(20)는 상기 차량 실내의 특정 좌표에 대한 상기 한 쌍의 스테레오 적외선 센서(3,4) 각각에서 계측되는 온도 계측값을 반복하여 비교하고, 비교된 온도차가 허용치(Ttol) 이상인 경우 상기 한 쌍의 스테레오 적외선 센서(3,4)에 고장이 발생한 것으로 판단한다.
또한, 상기 제어부(20)는 상기 비교된 온도차가 상기 허용치(Ttol)를 벗어나는 경우, 상기 차량 실내의 특정 좌표 오류점으로 보고, 상기 오류점의 발생 빈도를 카운팅하고, 카운팅한 상기 오류점의 발생빈도가 50% 이상일 때는 상기 한 쌍의 스테레오 적외선 센서(3,4)에 의한 온도 계측값을 일괄하여 오프셋 처리하고, 상기 오류점의 발생빈도가50% 미만일 때는 상기 허용치(Ttol)를 벗어난 온도차가 발생한 상기 특정 좌표에 해당하는 열화상의 해당 픽셀의 온도값을 보정한다.
또한, 상기 제어부(20)는 상기 비교된 온도차가 상기 허용치(Ttol)를 벗어나는 경우, 상기 차량 실내에 위치하는 별도 부재에 대한 미리 마련된 온도 계측값을 이용하여 상기 한 쌍의 스테레오 적외선 센서(3,4) 중 오류가 발생한 적외선 센서(3,4)를 감지하고, 오류가 발생한 적외선 센서(3,4)에 의해 계측된 열화상의 온도값을 보정한다.
또한, 상기 제어부(20)는 상기 차량 실내의 좌표정보에 따라 사전에 파악되어 있는 각 부재의 재질 별로 또는 인체의 부위 별로 마련되는 고유 방사율을 감안하여, 상기 입체 열화상의 온도값을 보상하여 상기 연산부(10)에 의해 입체화된 3D 열화상에 대한 온도정보를 보정한다.
또한, 상기 제어부(20)는 상기 차량 실내의 좌표정보에 따라 사전에 파악되어 있는 각 부재의 재질 별로 또는 인체의 부위 별로 입체 열화상의 온도값을 보상함에 있어서, 각 부재 별로 또는 인체의 부위 별로 복사에너지 가중치를 두어 상기 입체 열화상의 온도값을 보상하되, 가중치의 크기 순서는 인체, 차량의 천정, 도어 트림, 의복, 차량의 시트,차량의 유리 순으로 적용한다.
이제, 위와 같이 구성되는 입체 열화상을 이용한 차량 내 온도계측 장치의 작용을 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 일실시예에 따른 온도계측 장치에 의하면, 도 9에 도시된 바와 같이, 센서 보정단계(S10), 열화상 계측단계(S20), 스테레오 매칭단계(S30), 및 입체 열화상 형성단계(S40)를 거쳐 차량 실내에 대한 3D 입체 열화상을 형성하게 된다. 또한, 온도 필터링단계(S50), 열화상 교정단계(S60), 온도 보상단계(S70), 온도 재보상단계(S80)를 추가로 거쳐 차량 실내에 대한 3D 입체 열화상을 형성하게 된다.
여기에서, 먼저 상기 센서 보정단계(S10)는 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 차량 실내에 배치되는 스테레오 적외선 센서(3,4)의 열화상의 왜곡을 보정하는 단계로서, 광학 화상의 왜곡을 보정하기 위해 흑백 체크무늬 판재를 이용하는 것처럼 냉온 영역이 체크무늬와 같이 교대로 배치된 보정판을 센서(3,4)로부터 일정 거리를 두고 다양한 자세로 배치를 변경하면서 온도를 계측한 다음, 계측된 열화상 정보로부터 일반적인 광학 칼리브레이션 방법에 따라 칼리브레이션(calibration)을 수행하여 칼리브레이션 매트릭스(calibration matrix)를 추출한다.
다음으로, 상기 열화상 계측단계(S20)는 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 위 센서 보정단계(S10)에서 칼리브레이션된 스테레오 적외선 센서(3,4)에 의해 차량 실내의 열화상을 계측하는 단계로서, 센서(3,4) 각각이 차량 실내에 구성한 가상 좌표 상의 동일 지점에 대한 열화상을 계측하여 각각의 2D의 열화상을 형성한다.
위 열화상 계측단계(S20)에서 2D의 열화상이 계측된 뒤, 온도 필터링단계(S50)를 수행할 수 있는데, 상기 온도 필터링단계(S50)는 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 위 열화상 계측단계(S20)에서 계측된 열화상에 발생한 열 잔상 및 떨림이나 열화상 노이즈를 제거하는 단계로서, 열화상의 화질을 개선하도록 되어 있는 바, 예컨대 적외선 센서(3,4)로부터 출력되는 열화상 신호로부터 고정패턴 노이즈를 제거하는 등 다양한 방식으로 노이즈를 제거하여 열화상의 화질을 향상시킨다.
계속해서, 위 온도 필터링단계(S50) 또는 열화상 계측단계(S20) 이후, 스테레오 매칭단계(S30)를 수행하기 전에 열화상 교정단계(S60)를 수행할 수 있는데, 상기 열화상 교정단계(S60)는 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 위 센서 보정단계(S10)에서 획득한 적외선 센서(3,4)의 칼리브레이션 특성값에 따라 위 열화상 계측단계(S20)에서 계측한 열화상을 교정하는 단계로서, 센서 보정단계(S10)에서 구한 칼리브레이션 특성값 즉, 칼리브레이션 매트릭스를 이용하여 보정된 열화상에 대해 렉티피케이션(rectification)을 수행한다.
여기에서, 열화상에 대한 렉티피케이션은 좌우 각각의 적외선 센서(3,4)에 의 계측된 열화상의 에피폴라 조건(epipolar constraint)을 만족시키는 과정으로서, 에피폴라 조건에 따르면 스테레오 센서(3,4)의 광축이 평행하다고 할 때, 일측 센서(3)에 의해 계측된 열화상의 한 점이 타측 센서(4)에 의해 계측된 열화상의 한 점에 대응되며, 이때 두 대응점을 연결하는 선을 에피롤라 라인이라고 한다.
다음으로, 상기 스테레오 매칭단계(S30)는 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 위 열화상 교정단계(S60)에서 교정된 각각의 열화상을 비교하여 각 열화상의 대응점 간 좌표 변이(disparity)를 구하는 단계로서, 스테레오 센서(3,4)에 의해 계측된 열화상 중 어느 하나의 열화상을 기준으로 하고 다른 하나의 열화상을 표적으로 놓은 다음, 차량 실내의 가상 좌표 상의 특정 지점이 기준 열화상과 표적 열화상에 투영된 특정 픽셀의 열화상 내 위치를 구한다. 그리고 나서, 위와 같이 구해진 각각의 열화상 내 대응점 사이의 열화상 좌표 상의 차이를 구함으로써 최종적으로 변이를 획득하게 된다.
그 다음, 상기 입체 열화상 형성단계(S40)는 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 위 스테레오 매칭단계(S30)에서 구한 열화상의 좌표 변이를 영상화하여 맵핑함으로써 입체 열화상을 획득하는 단계로서, 2D 화상으로부터 3D 입체 정보를 얻는 여러 방법 중 예컨대, 스테레오 영상 접합 방식에 준하여 각각의 열화상으로부터 3D 입체 열화상을 얻게 된다. 이를 위해, 위 스테레오 매칭단계(S30)에서 구한 변이를 기준 열화상의 각각의 픽셀에 대하여 계산하여 하나의 화상 형태로 변이를 저장하여 변이지도(disparity map)를 형성한다. 그리고 나서, 위와 같은 과정을 반복하여 다양한 시점 변화에 따른 다수의 변이지도를 생성하고, 생성된 다수의 변이지도를 결합함으로써 최종적으로 3차원의 입체 열화상을 얻을 수 있게 된다.
한편, 상기 온도 보상단계(S70)는 도 10에 도시된 바와 같이, 위 입체 열화상 형성단계(S40)에서 획득한 입체 열화상에 대하여 각 센서(3,4)와의 거리차에 따른 편차를 제거하는 단계로서, 위와 같은 입체 열화상의 특정 지점에 해당하는 차량 실내의 특정 좌표에서 센서(3,4) 각각에 이르는 거리의 차이에 따라 발생하는 온도차를 제거한다.
이를 위해, 온도 보상단계(S70)는 도 10에 도시된 것처럼, 다시 온도 비교단계(S71), 온도차 확인단계(S72), 온도 오류빈도 계수단계(S73), 및 온도값 보정단계(S74)로 이루어진다.
여기에서, 상기 온도 비교단계(S71)는 도 10에 도시된 것처럼, 반복해서 계측한 차량 실내의 특정 좌표에 대한 온도값을 상호 비교하는 단계로서, 위 입체 열화상 형성단계(S40)에서 획득한 입체 열화상의 여러 특정 지점에 대응하는 차량 실내의 여러 특정 좌표에 대한 적외선 센서(3,4) 각각의 온도 계측값을 반복적으로 측정한 뒤, 측정된 온도 계측값을 서로 비교한다.
그 다음, 상기 온도차 확인단계(S72)는 도 10에 도시된 바와 같이, 위 온도 비교단계(S71)에서 비교한 온도 계측값의 차이가 허용 한도 내에 있는지 여부를 확인하는 단계로서, 위 온도 비교단계(S71)에서 비교한 각각의 특정 좌표 상의 온도 계측값들 상호 간의 온도차가 허용치(Ttol)를 벗어나는지 확인한다.
다음에, 상기 온도 오류빈도 계수단계(S73)는 도 10에 도시된 바와 같이, 위 온도차 확인단계(S72)에서 확인한 온도차가 허용치(Ttol)를 벗어나는 빈도를 세는 단계로서, 위 온도차 확인단계(S72)에서 차량 실내의 특정 좌표에 대해 좌우 센서(3,4)에 의해 계측한 온도 측정값 차이가 허용치(Ttol)를 벗어나는 좌표를 오류점으로 보고, 이와 같은 오류점이 발생하는 빈도를 카운팅한다.
끝으로, 상기 온도값 보정단계(S74)는 도 10에 도시된 바와 같이, 좌우 스테레오 센서(3,4)에 의한 온도 계측값의 온도차가 허용치(Ttol)를 벗어나는 경우 이를 해소하는 단계로서, 위 온도 오류빈도 계수단계(S73)에서 카운팅한 오류점의 발생빈도가 예컨대 50% 이상될 때 오류를 가져온 일측 센서(3,4)에 의한 온도 계측값을 일괄적으로 오프셋 처리하여 좌우 센서(3,4) 간의 온도 계측값 편차를 보상한다. 그러나, 반대로 오류점 발생빈도가 50% 미만일 때는 좌우 센서(3,4)에 의해 계측한 온도값의 차이가 허용치(Ttol)를 벗어난 오류점이 많지 않으므로, 해당 좌표에 대응하는 열화상의 픽셀을 보정 처리하여 온도 계측값 편차를 보상한다.
한편, 상기 온도 재보상단계(S80)는 입체 열화상을 결정하는 최종 단계로서, 도 10에 도시된 바와 같이, 위 온도 보상단계(S70)를 거치면서 좌우 센서(3,4) 간의 거리차에 의해 비롯된 온도차를 제거한 후, 최종적으로 온도 계측 대상 부위의 재질에 따른 편차를 재차 보상한다. 이를 위해, 온도 재보상단계(S80)는 차량 실내의 좌표정보에 따라 사전에 파악되어 저장되어 있는 좌표 별 차량부재 즉, 시트, 천정, 유리 등의 재질 별로 또는 탑승자의 신체 부위 별로 고유 방사율을 감안하여, 위 온도 보상단계(S70)에서 좌우 센서(3,4) 간의 거리차에 따른 온도차를 제거한 입체 열화상의 온도값을 재차 보상한다. 이때, 각 온도 측정부위의 고유 방사율은 흑체(black body)와 같은 이상체가 1이고 예컨대, 인체가 0.95, 유리가 0.5, 천정이 0.8이다.
본 발명에 따른 입체 열화상을 이용한 차량 내 온도계측 장치에 의하면, 차량 실내의 전방 측에 좌우로 배치된 한 쌍의 스테레오 적외선 센서에 의해 차량 실내의 온도분포를 입체적으로 계측할 수 있게 되므로, 온도분포의 계측 정밀도나 정확성을 일층 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 차량 실내에 형성된 가상 좌표 상의 일지점의 온도를 좌우 두 개의 적외선 센서에 의해 중복하여 계측하므로, 센서 간의 온도 보정이 용이하고, 따라서 온도 계측 정확도를 더욱 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 각 센서와 온도 계측 좌표 사이의 거리차로 인해 발생하는 입체 열화상 정보의 오류를 보정할 수 있고, 차량 실내의 온도 계측 지점에 대한 부재별 또는 신체 부위별로 방사율을 고려하여 입체 열화상 정보를 재보정할 수 있으므로, 온도 계측 정확도를 더욱 향상시킬 수 있게 된다.

Claims (20)

  1. 차량 실내의 전면 일측에 상호 이격되도록 각각 배치되어 탑승자를 포함하여 상기 차량 실내에 대한 열화상을 계측하는 한 쌍의 스테레오 적외선 센서(3,4);
    상기 한 쌍의 스테레오 적외선 센서(3,4)에 의해 계측되는 2D 열화상을 3D 열화상으로 입체화하는 연산부(10); 및
    상기 차량 실내의 온도에 영향을 미치는 변수값에 따라 상기 연산부(10)에서 입체화된 3D 열화상 정보를 보정하는 제어부(20);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 입체 열화상을 이용한 차량 내 온도계측 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 한 쌍의 스테레오 적외선 센서(3,4)는 각각 차량 시트 중 전방시트 중 어느 하나(5 또는 6)와 후방시트 2석(7,8)에 대한 온도를 계측하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 입체 열화상을 이용한 차량 내 온도계측 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 스테레오 적외선 센서(3,4)는 상기 차량의 룸미러(15) 후방에 인접하여 배치되는 것을 특징으로 하는 입체 열화상을 이용한 차량 내 온도계측 장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 스테레오 적외선 센서(3,4)는 적외선 렌즈가 협각 렌즈인 것을 특징으로 하는 입체 열화상을 이용한 차량 내 온도계측 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 스테레오 적외선 센서(3,4)는 적외선 렌즈의 화각이 55° 내지 75°인 것을 특징으로 하는 입체 열화상을 이용한 차량 내 온도계측 장치.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 스테레오 적외선 센서(3,4)는 상기 차량의 룸미러(15) 좌우 끝단에 배치되는 것을 특징으로 하는 입체 열화상을 이용한 차량 내 온도계측 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 한 쌍의 스테레오 적외선 센서(3,4)는 각각 차량 시트 중 후방시트 2석 중 어느 하나(7 또는 8)와 전방시트 2석(5,6)에 대한 온도를 계측하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 입체 열화상을 이용한 차량 내 온도계측 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 스테레오 적외선 센서(3,4)는 상기 차량의 좌우 A-필러(11,12)에 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 입체 열화상을 이용한 차량 내 온도계측 장치.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 스테레오 적외선 센서(3,4)는 적외선 렌즈가 협각 렌즈인 것을 특징으로 하는 입체 열화상을 이용한 차량 내 온도계측 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 스테레오 적외선 센서(3,4)는 적외선 렌즈의 화각이 55° 내지 75°인 것을 특징으로 하는 입체 열화상을 이용한 차량 내 온도계측 장치.
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 스테레오 적외선 센서(3,4)는 상기 차량의 좌우 A-필러(11,12)의 하단부에 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 입체 열화상을 이용한 차량 내 온도계측 장치.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부(20)는,
    차량 실내에 배치되는 스테레오 적외선 센서(3,4)를 칼리브레이션하여 열화상의 왜곡을 보정하는 센서 보정단계(S10);
    상기 센서 보정단계(S10)에서 칼리브레이션된 상기 센서(3,4)에 의해 상기 차량 실내의 열화상을 계측하는 열화상 계측단계(S20);
    상기 열화상 계측단계(S20)에서 계측된 각각의 열화상을 비교하여 각 열화상의 대응점 간 좌표 변이를 구하는 스테레오 매칭단계(S30); 및
    상기 스테레오 매칭단계(S30)에서 구한 좌표 변이를 영상화하여 맵핑함으로써 입체 열화상을 획득하는 입체 열화상 형성단계(S40);를 거쳐서 상기 연산부(10)에 의해 입체화된 3D 열화상에 대한 온도정보를 보정하는 것을 특징으로 하는 입체 열화상을 이용한 차량 내 온도계측 장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 제어부(20)는,
    상기 열화상 계측단계(S20)에서 계측된 열화상에서 열 잔상 및 떨림 그리고 노이즈를 제거하는 온도 필터링단계(S50);를 더 거쳐서 상기 연산부(10)에 의해 입체화된 3D 열화상에 대한 온도정보를 보정하는 것을 특징으로 하는 입체 열화상을 이용한 차량 내 온도계측 장치.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 제어부(20)는,
    상기 센서 보정단계(S10)에서 획득한 상기 센서(3,4)의 칼리브레이션 특성값에 따라 상기 열화상 계측단계(S20)에서 계측한 열화상을 렉티피케이션하는 열화상 교정단계(S60);를 더 거쳐서 상기 연산부(10)에 의해 입체화된 3D 열화상에 대한 온도정보를 보정하는 것을 특징으로 하는 입체 열화상을 이용한 차량 내 온도계측 장치.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부(20)는,
    상기 차량 실내에 대한 열화상을 계측하는 한 쌍의 스테레오 적외선 센서(3,4)로부터 차량 실내의 특정 좌표까지의 거리가 일정 거리 이상이 되어 멀다고 판단되는 경우, 상기 특정 좌표에 대해 계측된 온도 계측값을 더 높은 온도값으로 보상하는 보정을 하는 것을 특징으로 하는 입체 열화상을 이용한 차량 내 온도계측 장치.
  16. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부(20)는,
    상기 차량 실내의 특정 좌표에 대한 상기 한 쌍의 스테레오 적외선 센서(3,4) 각각에서 계측되는 온도 계측값을 반복하여 비교하고, 비교된 온도차가 허용치(Ttol) 이상인 경우 상기 한 쌍의 스테레오 적외선 센서(3,4)에 고장이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 입체 열화상을 이용한 차량 내 온도계측 장치.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 제어부(20)는,
    상기 비교된 온도차가 상기 허용치(Ttol)를 벗어나는 경우, 상기 차량 실내의 특정 좌표 오류점으로 보고, 상기 오류점의 발생 빈도를 카운팅하고, 카운팅한 상기 오류점의 발생빈도가 50% 이상일 때는 상기 한 쌍의 스테레오 적외선 센서(3,4)에 의한 온도 계측값을 일괄하여 오프셋 처리하고, 상기 오류점의 발생빈도가50% 미만일 때는 상기 허용치(Ttol)를 벗어난 온도차가 발생한 상기 특정 좌표에 해당하는 열화상의 해당 픽셀의 온도값을 보정하는 것을 특징으로 하는 입체 열화상을 이용한 차량 내 온도계측 장치.
  18. 청구항 16에 있어서,
    상기 제어부(20)는,
    상기 비교된 온도차가 상기 허용치(Ttol)를 벗어나는 경우, 상기 차량 실내에 위치하는 별도 부재에 대한 미리 마련된 온도 계측값을 이용하여 상기 한 쌍의 스테레오 적외선 센서(3,4) 중 오류가 발생한 적외선 센서(3,4)를 감지하고, 오류가 발생한 적외선 센서(3,4)에 의해 계측된 열화상의 온도값을 보정하는 것을 특징으로 하는 입체 열화상을 이용한 차량 내 온도계측 장치.
  19. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부(20)는,
    상기 차량 실내의 좌표정보에 따라 사전에 파악되어 있는 각 부재의 재질 별로 또는 인체의 부위 별로 마련되는 고유 방사율을 감안하여, 상기 입체 열화상의 온도값을 보상하여 상기 연산부(10)에 의해 입체화된 3D 열화상에 대한 온도정보를 보정하는 것을 특징으로 하는 입체 열화상을 이용한 차량 내 온도계측 장치.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 제어부(20)는,
    상기 차량 실내의 좌표정보에 따라 사전에 파악되어 있는 각 부재의 재질 별로 또는 인체의 부위 별로 입체 열화상의 온도값을 보상함에 있어서, 각 부재 별로 또는 인체의 부위 별로 복사에너지 가중치를 두어 상기 입체 열화상의 온도값을 보상하되, 가중치의 크기 순서는 인체, 차량의 천정, 도어 트림, 의복, 차량의 시트,차량의 유리 순으로 적용하는 것을 특징으로 하는 입체 열화상을 이용한 차량 내 온도계측 장치.
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