WO2016068353A1 - 영상처리기반의 거리 측정장치 및 그 방법 - Google Patents

영상처리기반의 거리 측정장치 및 그 방법 Download PDF

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WO2016068353A1
WO2016068353A1 PCT/KR2014/010172 KR2014010172W WO2016068353A1 WO 2016068353 A1 WO2016068353 A1 WO 2016068353A1 KR 2014010172 W KR2014010172 W KR 2014010172W WO 2016068353 A1 WO2016068353 A1 WO 2016068353A1
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laser pointer
image
distance
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laser
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PCT/KR2014/010172
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이주성
홍종선
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이주성
홍종선
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    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01C3/00—Measuring distances in line of sight; Optical rangefinders
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    • G01C3/06—Use of electric means to obtain final indication
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00

Definitions

  • the present invention relates to an image processing-based distance measuring device and a method thereof.
  • the actual size information of a laser pointer image is displayed on a screen.
  • the present invention relates to an image processing-based distance measuring apparatus and method for accurately measuring a distance to a subject through image processing based on width information of a laser pointer image and focal length of a camera.
  • An ultrasonic sensor is a method of calculating a distance by measuring a reflection time of a wave
  • an infrared sensor is a device that detects a physical quantity or a chemical quantity such as temperature, pressure, and radiation intensity by using infrared rays, and converts it into an electrical quantity capable of signal processing.
  • the distance is measured according to the amount of infrared light reflected using infrared light.
  • Patent Document 2 Korean Unexamined Patent Publication No. 10-2013-00089403 (published Aug. 12, 2013)
  • Korean Unexamined Patent Publication No. 10-2012-0034352 2012.04.12.
  • Patent Document 2 Korean Unexamined Patent Publication No. 10-2012-0034352
  • ⁇ Patent Document 1> discloses a technique for measuring a distance using fixed measured distance information.
  • the laser beam is projected on a fixed horizontal axis (vertical axis), and the measured distance is calculated by calculating the number of pixels on the camera and the number of pixels up to the target point, and then using the difference to the target point. The distance is measured.
  • Patent Document 2> discloses a technique for recognizing the shape of an obstacle using a laser and detecting the presence of the obstacle in a state where a predetermined distance is already determined.
  • the above-described general distance measuring sensor uses a reflected wave or light amount, so there is a problem in that the distance cannot be accurately measured in a section (for example, a corner of a building) where interference occurs.
  • ⁇ Patent Document 1> is a method using fixed measured distance information
  • distance information must be obtained through actual measurement in advance
  • ⁇ Patent Document 2> uses a method using preset distance information.
  • distance measuring technology has not been considered.
  • An object of the present invention has been proposed to solve the above-mentioned problems occurring in the general distance measuring device and the prior art, in order to use augmented reality and to implement spatial information calculation and BIM (Building Information Modeling), a laser pointer Image processing-based distance measuring device for accurately measuring the distance to the subject through image processing based on the actual size information of the image, the width size information of the laser pointer image represented on the screen, and the focal length of the camera and its To provide a way.
  • BIM Building Information Modeling
  • Another object of the present invention is to provide an image processing-based distance measuring apparatus and method for accurately and accurately measuring distances without the need for actual measurement work to be performed based on information on an object or a terrain.
  • Another object of the present invention is to provide an image processing-based distance measuring apparatus and method for accurately measuring a distance without limiting a place.
  • the image processing-based distance measuring apparatus comprises a laser pointer for emitting visible light of the laser beam; A camera for photographing a laser pointer image formed by the laser pointer; A memory for storing the actual size information of the laser pointer image and the focal length information when focusing; Controlling the display of the laser pointer image photographed by the camera and calculating a distance based on the width size information of the laser pointer image displayed on the screen and the actual size information and the focal length information of the laser pointer image stored in the memory. It characterized in that it comprises a control unit.
  • the control unit includes a laser driver for driving the laser pointer; An image receiver for receiving an image captured by the camera and displaying the image on a screen; A focal length calculator for adjusting a focus of the camera and calculating an adjusted focal length; A laser width size information calculator configured to calculate width size information of a laser pointer image displayed on a screen; And a distance calculator configured to calculate a distance based on the actual size information of the laser pointer image, the focal length, and the width size information of the laser pointer image.
  • the laser width size information calculating unit extracts a brighter image than the surrounding image from the on-screen image as a laser pointer image by using blob detection, and uses an actual physical distance of one pixel on the screen of the extracted laser pointer image. The laser width size information is calculated.
  • the distance calculator is characterized in that for calculating the distance using the following formula.
  • an image processing-based distance measuring method comprises the steps of: (a) storing the actual size information of the laser pointer image; (b) driving a laser pointer, adjusting a focus of a camera photographing a laser pointer image formed by the laser pointer, and storing adjusted focal length information; (c) controlling the display of the laser pointer image photographed by the camera and calculating width size information of the laser pointer image displayed on the screen; And (d) calculating a distance based on the calculated width size information of the laser pointer image on the screen, the actual size information and the focal length information of the laser pointer image.
  • the blob detection extracts a brighter image from the on-screen image than the surrounding image as a laser pointer image, and lasers a pixel through an actual physical distance of one pixel on the screen of the extracted laser pointer image.
  • the width size information is calculated.
  • step (c) the actual physical distance of one pixel on the screen of the extracted laser pointer image is extracted as much as the image of the laser pointer, and the laser width size information is calculated by adding all the extracted physical distances. It is characterized by.
  • step (d) the distance may be calculated using the following Equation.
  • the distance to the subject can be accurately measured through image processing based on the size information of the laser pointer image, the width size information of the laser pointer image represented on the screen, and the focal length of the camera.
  • the distance can be accurately and conveniently measured without the need for an actual measurement to be performed based on the information of the object or terrain.
  • the distance can be measured using a mobile device such as a smart phone, there is a convenience that the distance can be accurately measured without limitation.
  • FIG. 1 is a block diagram of an apparatus for measuring distance based on image processing according to an exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a block diagram of an embodiment of the controller of FIG. 1;
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a distance measurement method based on image processing according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram of an apparatus for measuring distance based on image processing according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • An image processing based distance measuring apparatus includes a laser pointer 10, a camera 20, an image processing unit 30, a control unit 40, a memory 50, a display unit 60, and an input unit ( 70).
  • the laser pointer 10 serves to emit visible light of the laser beam, and the camera 20 plays a role of photographing a laser pointer image formed by the laser pointer 10.
  • the camera 20 preferably has a function of automatically adjusting the focus.
  • the image processor 30 serves to process the image processed by the camera 30 to a frame-by-frame image by a conventional image processing technique, and to transfer it to the controller 40.
  • the memory 50 stores the actual size information of the laser pointer image and the focal length information when the focus is adjusted, and the display unit 60 serves to display the image of the laser pointer photographed on the screen. 70 serves to receive the user's operation information.
  • the controller 40 controls the display of the laser pointer image photographed by the camera 20, and displays the width size information of the laser pointer image displayed on the screen and the laser pointer image stored in the memory 50.
  • the distance is calculated based on the actual size information and the focal length information.
  • the controller 40 includes a laser driver 41 for driving the laser pointer 10; An image receiver 42 for receiving an image photographed by the camera 20 and displaying the image on a screen; A focal length calculator 43 for adjusting a focus of the camera 20 and calculating an adjusted focal length; A laser width size information calculator 44 for calculating width size information of a laser pointer image displayed on a screen; The distance calculator 45 calculates a distance based on the actual size information of the laser pointer image, the focal length, and the width size information of the laser pointer image.
  • the actual size information of the laser pointer formed by the laser beam emitted from the laser pointer 10 is stored in the memory 50 before the distance is measured using a mobile device such as a smartphone.
  • the control unit 40 drives the laser driver 41 so that the laser beam is launched to the desired position through the laser pointer 10.
  • the laser pointer 10 is considered to be provided in the mobile device.
  • the focal length calculator 43 of the controller 40 adjusts the focus of the laser pointer image through the camera 20.
  • the auto focus method that is basically installed in the existing camera.
  • the focal length calculator 43 calculates the focal length and stores the focal length in the memory 50, and the camera 20 performs a photographing operation to capture a laser pointer image indicating a specific position.
  • the image of the laser pointer photographed as described above is processed by a conventional image processing technique through the image processor 30, and is transmitted to the controller 40 as an image in a frame unit.
  • the image receiving unit 42 of the control unit 40 stores the received laser pointer image in the frame unit in the memory 50 and simultaneously displays it on the display unit 60. As a result, a laser pointer image is displayed on the screen.
  • the laser width size information calculator 44 calculates width size information of the laser pointer displayed on the display unit 60.
  • the laser width size information calculator 44 extracts an image brighter than the surrounding image from the image on the screen as a laser pointer image by using blob detection.
  • blob detection is an image processing technique for finding an image of a stepped or darker area than the surroundings.
  • the color information of the laser pointer recognizes white most brightly due to the characteristics of the camera module. Therefore, the search on the view of the laser pointer preferably uses blob detection.
  • the laser pointer image search may also fail.
  • a labeling technique is a technique of assigning the same ID value to all adjacent pixels and different ID values to other non-adjacent pixels. In this way, when image search is performed by combining blob detection and labeling, a search error can be minimized.
  • 8-channel labeling is used.
  • the laser width size information is calculated through the actual physical distance of one pixel on the screen of the extracted laser pointer image.
  • the laser width size information can be calculated by calculating the number of pixels from the laser pointer image and adding all the physical distances to the calculated number of pixels.
  • the distance calculator 45 calculates the distance by applying the actual size information, the focal length, and the width size information of the laser pointer image to Equation 1 below.
  • the calculated distance information about the specific position is displayed on the screen through the display unit 60, and this distance information is used when creating a drawing using 3D modeling technology to implement augmented reality or BIM later. Distance information is essential for working with design drawings using three-dimensional modeling techniques.
  • the present invention it is possible to accurately measure the distance between the camera and the subject by using a simple algorithm in a mobile device such as a smartphone equipped with a laser pointer, without requiring any specific equipment.
  • S represents a step and illustrates a process of measuring distance by software in the controller 40 of FIG. 1.
  • the image processing-based distance measuring method includes: (a) storing actual size information of a laser pointer (S10); (b) driving a laser pointer 10, adjusting a focus of a camera photographing a laser pointer image formed by the laser pointer 10, and storing adjusted focal length information (S20 to S30); (c) controlling display of the laser pointer image photographed by the camera and calculating width size information of the laser pointer image displayed on the screen (S40 to S60); (D) calculating a distance based on the calculated width size information of the laser pointer image on the screen, the actual size information and the focal length information of the laser pointer image (S70); And displaying the calculated distance information on the screen (S80).
  • the actual size information of the laser pointer image formed by the laser beam emitted from the laser pointer 10 before measuring the distance by using a mobile device such as a smartphone equipped with the laser pointer 10 in step S10 It stores in the memory 50.
  • the beam size of the laser pointer may be known through a manufacturer or an instruction manual in advance for the laser pointer to be purchased or mounted.
  • control unit 40 drives the laser driver 41 so that the laser beam is launched to the desired position through the laser pointer 10. .
  • the focal length calculator 43 of the controller 40 adjusts the focus of the laser pointer image through the camera 20.
  • the auto focus method that is basically installed in the existing camera.
  • the focal length calculator 43 calculates the focal length and stores the focal length in the memory 50.
  • the camera 20 captures a laser pointer image indicating a specific position by performing a photographing operation. .
  • the image of the laser pointer photographed as described above is processed by a conventional image processing technique through the image processor 30, and is transmitted to the controller 40 as an image in a frame unit.
  • the image receiver 42 of the controller 40 stores the received laser pointer image in the frame unit in the memory 50 and simultaneously displays the laser pointer image on the display unit 60. As a result, a laser pointer image is displayed on the screen.
  • step S60 the laser width size information calculator 44 calculates width size information of the laser pointer image displayed on the display unit 60.
  • the laser width size information calculator 44 extracts an image brighter than the surrounding image from the image on the screen as a laser pointer image by using blob detection.
  • blob detection is an image processing technique for finding an image of a stepped or darker area than the surroundings.
  • the color information of the laser pointer image recognizes white lightest due to the characteristics of the camera module. Therefore, the search on the view of the laser pointer image preferably uses blob detection.
  • the laser pointer image search may also fail.
  • a labeling technique is a technique of assigning the same ID value to all adjacent pixels and different ID values to other non-adjacent pixels. In this way, when image search is performed by combining blob detection and labeling, a search error can be minimized.
  • 8-channel labeling is used.
  • the laser width size information is calculated through the actual physical distance of one pixel on the screen of the extracted laser pointer image.
  • the laser width size information can be calculated by calculating the number of pixels from the laser pointer image and adding all the physical distances to the calculated number of pixels.
  • the distance calculator 45 calculates the distance by applying the actual size information, the focal length, and the width size information of the laser pointer image to Equation 1 above.
  • the distance information on the specific position calculated in step S80 is displayed on the screen through the display unit 60, and this distance information is used when creating a drawing using 3D modeling technology to implement augmented reality or BIM later. do. Distance information is essential for working with design drawings using three-dimensional modeling techniques.
  • the present invention it is possible to accurately measure the distance between the camera and the subject by using a simple algorithm in a mobile device such as a smartphone equipped with a laser pointer, without requiring any specific equipment.
  • the present invention is effectively applied to a technique for measuring distance based on an image processor using a laser pointer and a camera.

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Abstract

증강현실을 이용하고 공간정보 산출과 BIM(Building Information Modeling)을 구현하기 위해서, 레이저 포인터 영상의 실제 크기 정보, 화면상에 표현된 레이저 포인터 영상의 폭 크기 정보 및 카메라의 초점 거리를 기반으로 영상처리를 통해 피사체까지의 거리를 정확하게 측정할 수 있도록 한 영상처리기반의 거리 측정장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 레이저 빔의 가시광선을 발사하는 레이저 포인터; 상기 레이저 포인터에 의해 형성된 레이저 포인터 영상을 촬영하는 카메라; 상기 레이저 포인터 영상의 실제 크기 정보 및 초점 조절시 초점 거리 정보를 저장하는 메모리; 및 상기 카메라에 의해 촬영된 레이저 빔의 디스플레이를 제어하고, 화면상에 디스플레이된 레이저 포인터의 폭 크기 정보와 상기 메모리에 저장된 레이저 포인터 영상의 실제 크기 정보 및 초점 거리 정보를 기반으로 거리를 산출하는 제어부를 포함하여 영상처리기반의 거리 측정장치를 구현한다.

Description

영상처리기반의 거리 측정장치 및 그 방법
본 발명은 영상처리기반의 거리 측정장치 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 증강현실을 이용하고, 공간정보 산출 및 BIM(Building Information Modeling)을 구현하기 위해서, 레이저 포인터 영상의 실제 크기 정보, 화면상에 표현된 레이저 포인터 영상의 폭 크기 정보 및 카메라의 초점 거리를 기반으로 영상처리를 통해 피사체까지의 거리를 정확하게 측정할 수 있도록 한 영상처리기반의 거리 측정장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 증강현실을 이용하고, 공간정보 산출 및 BIM을 구현하기 위해서는 3차원 모델링 기술을 이용하여 도면을 작성한다. 3차원 모델링 기술을 이용하여 설계 도면을 작업하기 위해서는 필수적으로 피사체까지의 거리를 정확히 알아야 한다.
피사체까지의 거리를 산출하기 위해 알려진 기술로서는 다양하며, 초음파와 적외선 센서를 주로 사용한다.
초음파 센서는 파동의 반사 시간을 측정하여 거리를 산출하는 방식이고, 적외선 센서는 적외선을 이용해 온도, 압력, 방사선의 세기 등의 물리량이나 화학 량을 검지하여 신호처리가 가능한 전기량으로 변환하는 장치로서, 적외선을 이용하여 반사되는 적외선의 양에 따라 거리를 측정하게 된다.
거리를 검출하기 위한 종래의 기술이 대한민국 공개특허 공개번호 10-2013-00089403호(2013.08.12. 공개)(이하 '<특허문헌 1>') 및 대한민국 공개특허 공개번호 10-2012-0034352호(2012.04.12. 공개)(이하 '<특허문헌 2>')에 개시되었다.
<특허문헌 1>에 개시된 종래기술은 고정된 실측 거리정보를 이용하여 거리를 측정하는 기술이 개시된다. 즉, 고정된 횡축(종축)의 라인 형태의 레이저를 투사하고, 고정된 실측 거리가 카메라상 화면에 표현된 픽셀 수와 목표지점까지의 픽셀 수를 산출한 후, 그 차이를 이용하여 목표지점까지 거리를 측정하게 된다.
<특허문헌 2>에 개시된 종래기술은 레이저를 이용하여 장애물의 형상을 인식하고, 설정된 거리가 이미 확정되어 있는 상태에서 장애물의 존재를 감지하기 위한 기술이 개시된다.
그러나 상기와 같은 일반적인 거리 측정 센서는 반사되는 파나 광량을 이용하는 방식이므로 파에 간섭이 발생하는 구간(예를 들어, 건물의 모서리)에서는 정확하게 거리를 측정할 수 없는 문제점이 있다.
또한, <특허문헌 1>에 개시된 종래기술은 고정된 실측 거리 정보를 이용하는 방식이므로, 반드시 사전에 실측을 통해 거리 정보를 획득해야하는 단점이 있으며, <특허문헌 2>는 미리 설정된 거리 정보를 이용하는 방식으로서, 거리를 측정하는 기술이 고려되지 않았다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 일반적인 거리측정장치 및 종래기술에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서, 증강현실을 이용하고 공간정보 산출과 BIM(Building Information Modeling)을 구현하기 위해서, 레이저 포인터 영상의 실제 크기 정보, 화면상에 표현된 레이저 포인터 영상의 폭 크기 정보 및 카메라의 초점 거리를 기반으로 영상처리를 통해 피사체까지의 거리를 정확하게 측정할 수 있도록 한 영상처리기반의 거리 측정장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 물체나 지형의 정보를 바탕으로 선행되어야 할 실측 작업이 필요없이 편리하게 거리를 정확하게 측정할 수 있도록 한 영상처리기반의 거리 측정장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 장소에 제한 없이 거리를 정확하게 측정할 수 있도록 한 영상처리기반의 거리 측정장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 영상처리기반의 거리 측정장치는 레이저 빔의 가시광선을 발사하는 레이저 포인터; 상기 레이저 포인터에 의해 형성된 레이저 포인터 영상을 촬영하는 카메라; 레이저 포인터 영상의 실제 크기 정보 및 초점 조절시 초점 거리 정보를 저장하는 메모리; 상기 카메라에 의해 촬영된 레이저 포인터 영상의 디스플레이를 제어하고, 화면상에 디스플레이된 레이저 포인터 영상의 폭 크기 정보와 상기 메모리에 저장된 레이저 포인터 영상의 실제 크기 정보 및 초점 거리 정보를 기반으로 거리를 산출하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 제어부는 상기 레이저 포인터를 구동하기 위한 레이저 구동부; 상기 카메라에 의해 촬영된 영상을 수신하여 화면에 디스플레이하기 위한 영상 수신부; 상기 카메라의 초점을 조절하고, 조절된 초점 거리를 산출하는 초점거리 산출부; 화면에 디스플레이되는 레이저 포인터 영상의 폭 크기 정보를 산출하는 레이저 폭 크기 정보 산출부; 상기 레이저 포인터 영상의 실제 크기 정보와 초점 거리 및 레이저 포인터 영상의 폭 크기 정보를 기초로 거리를 산출하는 거리 산출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 레이저 폭 크기 정보 산출부는 Blob detection을 이용하여 화면상의 영상에서 주변 영상보다 밝은 영상을 레이저 포인터 영상으로 추출하고, 추출한 레이저 포인터 영상의 화면상 화소 하나의 실제 물리적 거리(pixel per inch)를 통해 레이저 폭 크기 정보를 산출하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 거리 산출부는 하기의 <수식>을 이용하여 거리를 산출하는 것을 특징으로 한다.
거리 = (레이저 포인터 영상의 실제 크기 정보 × 카메라 초점 거리)/카메라상의 레이저 포인터 영상의 폭 크기 정보
또한, 본 발명에 따른 영상처리기반의 거리 측정방법은 (a) 레이저 포인터 영상의 실제 크기 정보를 저장하는 단계; (b) 레이저 포인터를 구동하고, 상기 레이저 포인터에 의해 형성된 레이저 포인터 영상을 촬영하는 카메라의 초점을 조절하며, 조절된 초점 거리 정보를 저장하는 단계; (c) 상기 카메라에 의해 촬영된 레이저 포인터 영상의 디스플레이를 제어하고, 화면상에 디스플레이된 레이저 포인터 영상의 폭 크기 정보를 산출하는 단계; 및 (d) 상기 산출한 화면상의 레이저 포인터 영상의 폭 크기 정보와 상기 레이저 포인터 영상의 실제 크기 정보 및 초점 거리 정보를 기반으로 거리를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 (c)단계는 Blob detection을 이용하여 화면상의 영상에서 주변 영상보다 밝은 영상을 레이저 포인터 영상으로 추출하고, 추출한 레이저 포인터 영상의 화면상 화소 하나의 실제 물리적 거리(pixel per inch)를 통해 레이저 폭 크기 정보를 산출하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 (c)단계는 추출한 레이저 포인터 영상의 화면상 화소 하나의 실제 물리적 거리(pixel per inch)를 레이저 포인터의 영상만큼 추출하고, 추출한 화소의 물리적 거리를 전부 가산하여 레이저 폭 크기 정보를 산출하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 (d)단계는 하기의 <수식>을 이용하여 거리를 산출하는 것을 특징으로 한다.
거리 = (레이저 포인터 영상의 실제 크기 정보 × 카메라 초점 거리)/카메라상의 레이저 포인터 영상의 폭 크기 정보
본 발명에 따르면 레이저 포인터 영상의 크기 정보, 화면상에 표현된 레이저 포인터 영상의 폭 크기 정보 및 카메라의 초점 거리를 기반으로 영상처리를 통해 피사체까지의 거리를 정확하게 측정할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면 물체나 지형의 정보를 바탕으로 선행되어야 할 실측 작업이 필요없이 편리하게 거리를 정확하게 측정할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면 스마트폰과 같은 모바일기기를 이용하여 거리 측정이 가능하므로, 장소에 제한 없이 거리를 정확하게 측정할 수 있는 편리함이 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 영상처리기반의 거리 측정장치의 블록 구성도,
도 2는 도 1의 제어부의 실시 예 구성도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 영상처리기반의 거리 측정방법을 보인 흐름도.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 영상처리기반의 거리 측정장치 및 그 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 영상처리기반의 거리 측정장치의 블록 구성도이다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 영상처리기반의 거리 측정장치는 레이저 포인터(10), 카메라(20), 영상 처리부(30), 제어부(40), 메모리(50), 표시부(60) 및 입력부(70)를 포함한다.
상기 레이저 포인터(10)는 레이저 빔의 가시광선을 발사하는 역할을 하며, 카메라(20)는 상기 레이저 포인터(10)에 의해 형성된 레이저 포인터 영상을 촬영하는 역할을 한다. 이러한 카메라(20)는 초점을 자동 조절하는 기능을 구비하는 것이 바람직하다.
상기 영상 처리부(30)는 상기 카메라(30)에 의해 처리된 영상을 통상의 영상 처리 기법으로 처리하여 프레임 단위의 영상으로 만들고, 이를 제어부(40)에 전달하는 역할을 한다.
상기 메모리(50)는 상기 레이저 포인터 영상의 실제 크기 정보 및 초점 조절시 초점 거리 정보를 저장하는 역할을 하며, 상기 표시부(60)는 촬영된 레이저 포인터의 영상을 화면에 디스플레이해주는 역할을 하고, 입력부(70)는 사용자의 조작 정보를 입력받기 위한 역할을 한다.
또한, 상기 제어부(40)는 상기 카메라(20)에 의해 촬영된 레이저 포인터 영상의 디스플레이를 제어하고, 화면상에 디스플레이된 레이저 포인터 영상의 폭 크기 정보와 상기 메모리(50)에 저장된 레이저 포인터 영상의 실제 크기 정보 및 초점 거리 정보를 기반으로 거리를 산출하는 역할을 한다.
이러한 제어부(40)는 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 레이저 포인터(10)를 구동하기 위한 레이저 구동부(41); 상기 카메라(20)에 의해 촬영된 영상을 수신하여 화면에 디스플레이하기 위한 영상 수신부(42); 상기 카메라(20)의 초점을 조절하고, 조절된 초점 거리를 산출하는 초점거리 산출부(43); 화면에 디스플레이되는 레이저 포인터 영상의 폭 크기 정보를 산출하는 레이저 폭 크기 정보 산출부(44); 상기 레이저 포인터 영상의 실제 크기 정보와 초점 거리 및 레이저 포인터 영상의 폭 크기 정보를 기초로 거리를 산출하는 거리 산출부(45)를 포함한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 영상처리기반의 거리 측정장치의 동작을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 스마트폰과 같은 모바일 기기를 이용하여 거리를 측정하기 이전에 레이저 포인터(10)로부터 출사되는 레이저 빔에 의해 형성되는 레이저 포인터의 실제 크기 정보를 메모리(50)에 저장한다.
이후, 입력부(70)를 통해 사용자에 의해 거리 측정이 요청되면, 제어부(40)는 레이저 구동부(41)를 구동시켜 레이저 포인터(10)를 통해 레이저 빔이 원하는 위치로 발사되도록 한다. 여기서 레이저 포인터(10)는 모바일 기기에 구비된 것으로 간주한다.
레이저 빔의 발사에 의해 레이저 포인터 영상이 원하는 위치를 지시하면, 제어부(40)의 초점 거리 산출부(43)는 카메라(20)를 통해 레이저 포인터 영상의 초점을 조절하도록 한다. 여기서 초점 조절 방식은 기존 카메라에 기본적으로 장착된 자동 초점 조절 방식을 그대로 채택하는 것이 바람직하다.
초점 조절이 완료되면 초점 거리 산출부(43)는 초점 거리를 산출하여 메모리(50)에 저장하게 되고, 카메라(20)는 촬영 동작을 하여 특정 위치를 지시하는 레이저 포인터 영상을 촬영한다.
이렇게 촬영되는 레이저 포인터의 영상은 영상 처리부(30)를 통해 통상의 영상 처리 기법으로 처리되어 프레임 단위의 영상으로 제어부(40)에 전달된다.
제어부(40)의 영상 수신부(42)는 수신한 프레임 단위의 레이저 포인터 영상을 메모리(50)에 저장함과 동시에 표시부(60)에 디스플레이한다. 이로써 화면에는 레이저 포인터 영상이 디스플레이된다.
다음으로, 레이저 폭 크기 정보 산출부(44)는 상기 표시부(60)에 디스플레이되는 레이저 포인터의 폭 크기 정보를 산출한다.
예컨대, 레이저 폭 크기 정보 산출부(44)는 Blob detection을 이용하여 화면상의 영상에서 주변 영상보다 밝은 영상을 레이저 포인터 영상으로 추출한다. 여기서 blob detection은 주변보다 더 밟거나 어두운 지역 영상을 찾기 위한 영상 처리 기법이다. 통상, 카메라 모듈의 특성상 레이저 포인터의 색상 정보는 흰색을 가장 밝게 인식한다. 따라서 레이저 포인터의 뷰(view) 상의 검색은 Blob detection을 이용하는 것이 바람직하다.
이때, 레이저 포인터가 먼 거리를 지시하기 때문에 레이저 포인터 영상 검색에 실패할 경우도 발생할 수 있다. 이러한 에러 문제를 개선하기 위해서 본 발명에서는 상기 Blob detection과 함께 라벨링(Labeling) 기법을 병합하여 사용하는 것이 바람직하다. 라벨링은 인접한 화소에 모두 같은 ID값을 부여하고, 인접하지 않은 다른 화소에는 다른 ID값을 부여하는 기법이다. 이와 같이 Blob detection과 라벨링을 병합하여 영상 검색을 하면, 검색 오류를 최소화할 수 있다. 본 발명에서는 8채널 라벨링을 이용한다.
이렇게 하여 화면상에서 레이저 포인터 영상을 추출하게 되면, 추출한 레이저 포인터 영상의 화면상 화소 하나의 실제 물리적 거리(pixel per inch)를 통해 레이저 폭 크기 정보를 산출한다. 통상, 스마트폰 카메라 CMOS마다 각각이 가지는 실제 물리적 거리(pixel per inch)가 존재한다. 따라서 레이저 포인터 영상으로부터 화소 개수를 산출하고, 산출한 화소의 개수에 대한 물리적 거리를 전부 가산함으로써, 레이저 폭 크기 정보를 산출할 수 있다.
다음으로, 거리 산출부(45)는 상기 레이저 포인터 영상의 실제 크기 정보와 초점 거리 및 레이저 포인터 영상의 폭 크기 정보를 하기의 <수학식 1>에 적용하여 거리를 산출한다.
[수학식 1]
거리 = (레이저 포인터 영상의 실제 크기 정보 × 카메라 초점 거리)/카메라상의 레이저 포인터 영상의 폭 크기 정보
이렇게 산출되는 특정 위치에 대한 거리 정보는 표시부(60)를 통해 화면에 표시되며, 이러한 거리 정보는 추후 증강현실이나 BIM을 구현하기 위해 3차원 모델링 기술을 이용하여 도면을 작성할 때 이용된다. 3차원 모델링 기술을 이용하여 설계 도면을 작업하기 위해서는 필수적으로 거리 정보가 필요하다.
이러한 본 발명에 따르면 특정의 장비가 필요 없이, 레이저 포인터를 장착한 스마트폰과 같은 모바일 기기에서 간단한 알고리즘을 이용하여, 카메라와 피사체와의 거리를 정확에 측정할 수 있게 되는 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 영상처리기반의 거리 측정방법을 보인 흐름도로서, S는 단계를 나타내며 도 1의 제어부(40)에서 소프트웨어적으로 거리를 측정하는 과정을 나타낸 것이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 영상처리기반의 거리 측정방법은 (a) 레이저 포인터의 실제 크기 정보를 저장하는 단계(S10); (b) 레이저 포인터(10)를 구동하고, 상기 레이저 포인터(10)에 의해 형성된 레이저 포인터 영상을 촬영하는 카메라의 초점을 조절하며, 조절된 초점 거리 정보를 저장하는 단계(S20 ~ S30); (c) 상기 카메라에 의해 촬영된 레이저 포인터 영상의 디스플레이를 제어하고, 화면상에 디스플레이된 레이저 포인터 영상의 폭 크기 정보를 산출하는 단계(S40 ~ S60); 및 (d) 상기 산출한 화면상의 레이저 포인터 영상의 폭 크기 정보와 상기 레이저 포인터 영상의 실제 크기 정보 및 초점 거리 정보를 기반으로 거리를 산출하는 단계(S70); 산출한 거리 정보를 화면에 디스플레이하는 단계(S80)를 포함한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 영상처리기반의 거리 측정방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 단계 S10에서 레이저 포인터(10)가 장착된 스마트폰과 같은 모바일 기기를 이용하여 거리를 측정하기 이전에 레이저 포인터(10)로부터 출사되는 레이저 빔에 의해 형성되는 레이저 포인터 영상의 실제 크기 정보를 메모리(50)에 저장한다. 여기서 레이저 포인터(10)의 구매시 또는 장착되는 레이저 포인터에 대해서는 사전에 제조업체 또는 사용 설명서 등을 통해 레이저 포인터의 빔 크기를 알 수 있다.
다음으로, 단계 S20에서 입력부(70)를 통해 사용자에 의해 거리 측정이 요청되면, 제어부(40)는 레이저 구동부(41)를 구동시켜 레이저 포인터(10)를 통해 레이저 빔이 원하는 위치로 발사되도록 한다.
이후, 단계 S30에서 레이저 빔의 발사에 의해 레이저 포인터 영상이 원하는 위치를 지시하면, 제어부(40)의 초점 거리 산출부(43)는 카메라(20)를 통해 레이저 포인터 영상의 초점을 조절하도록 한다. 여기서 초점 조절 방식은 기존 카메라에 기본적으로 장착된 자동 초점 조절 방식을 그대로 채택하는 것이 바람직하다.
초점 조절이 완료되면 초점 거리 산출부(43)는 초점 거리를 산출하여 메모리(50)에 저장하게 되고, 단계 S40에서 카메라(20)는 촬영 동작을 하여 특정 위치를 지시하는 레이저 포인터 영상을 촬영한다.
이렇게 촬영되는 레이저 포인터의 영상은 영상 처리부(30)를 통해 통상의 영상 처리 기법으로 처리되어 프레임 단위의 영상으로 제어부(40)에 전달된다.
단계 S50에서 제어부(40)의 영상 수신부(42)는 수신한 프레임 단위의 레이저 포인터 영상을 메모리(50)에 저장함과 동시에 표시부(60)에 디스플레이한다. 이로써 화면에는 레이저 포인터 영상이 디스플레이된다.
다음으로, 단계 S60에서 레이저 폭 크기 정보 산출부(44)는 상기 표시부(60)에 디스플레이되는 레이저 포인터 영상의 폭 크기 정보를 산출한다.
예컨대, 레이저 폭 크기 정보 산출부(44)는 Blob detection을 이용하여 화면상의 영상에서 주변 영상보다 밝은 영상을 레이저 포인터 영상으로 추출한다. 여기서 blob detection은 주변보다 더 밟거나 어두운 지역 영상을 찾기 위한 영상 처리 기법이다. 통상, 카메라 모듈의 특성상 레이저 포인터 영상의 색상 정보는 흰색을 가장 밝게 인식한다. 따라서 레이저 포인터 영상의 뷰(view) 상의 검색은 Blob detection을 이용하는 것이 바람직하다.
이때, 레이저 포인터가 먼 거리를 지시하기 때문에 레이저 포인터 영상 검색에 실패할 경우도 발생할 수 있다. 이러한 에러 문제를 개선하기 위해서 본 발명에서는 상기 Blob detection과 함께 라벨링(Labeling) 기법을 병합하여 사용하는 것이 바람직하다. 라벨링은 인접한 화소에 모두 같은 ID값을 부여하고, 인접하지 않은 다른 화소에는 다른 ID값을 부여하는 기법이다. 이와 같이 Blob detection과 라벨링을 병합하여 영상 검색을 하면, 검색 오류를 최소화할 수 있다. 본 발명에서는 8채널 라벨링을 이용한다.
이렇게 하여 화면상에서 레이저 포인터 영상을 추출하게 되면, 추출한 레이저 포인터 영상의 화면상 화소 하나의 실제 물리적 거리(pixel per inch)를 통해 레이저 폭 크기 정보를 산출한다. 통상, 스마트폰 카메라 CMOS마다 각각이 가지는 실제 물리적 거리(pixel per inch)가 존재한다. 따라서 레이저 포인터 영상으로부터 화소 개수를 산출하고, 산출한 화소의 개수에 대한 물리적 거리를 전부 가산함으로써, 레이저 폭 크기 정보를 산출할 수 있다.
다음으로, 단계 S70에서 거리 산출부(45)는 상기 레이저 포인터 영상의 실제 크기 정보와 초점 거리 및 레이저 포인터 영상의 폭 크기 정보를 상기 <수학식 1>에 적용하여 거리를 산출한다.
이후, 단계 S80에서 산출되는 특정 위치에 대한 거리 정보는 표시부(60)를 통해 화면에 표시되며, 이러한 거리 정보는 추후 증강현실이나 BIM을 구현하기 위해 3차원 모델링 기술을 이용하여 도면을 작성할 때 이용된다. 3차원 모델링 기술을 이용하여 설계 도면을 작업하기 위해서는 필수적으로 거리 정보가 필요하다.
이러한 본 발명에 따르면 특정의 장비가 필요 없이, 레이저 포인터를 장착한 스마트폰과 같은 모바일 기기에서 간단한 알고리즘을 이용하여, 카메라와 피사체와의 거리를 정확에 측정할 수 있게 되는 것이다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
본 발명은 레이저 포인터와 카메라를 이용한 영상처리기 기반으로 거리를 측정하는 기술에 효과적으로 적용된다.

Claims (8)

  1. 레이저 빔의 가시광선을 발사하는 레이저 포인터;
    상기 레이저 포인터에 의해 형성된 레이저 포인터 영상을 촬영하는 카메라;
    상기 레이저 포인터 영상의 실제 크기 정보 및 초점 조절시 초점 거리 정보를 저장하는 메모리; 및
    상기 카메라에 의해 촬영된 레이저 포인터 영상의 디스플레이를 제어하고, 화면상에 디스플레이된 레이저 포인터 영상의 폭 크기 정보와 상기 메모리에 저장된 레이저 포인터 영상의 실제 크기 정보 및 초점 거리 정보를 기반으로 거리를 산출하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상처리기반의 거리 측정장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 제어부는 상기 레이저 포인터를 구동하기 위한 레이저 구동부; 상기 카메라에 의해 촬영된 영상을 수신하여 화면에 디스플레이하기 위한 영상 수신부; 상기 카메라의 초점을 조절하고, 조절된 초점 거리를 산출하는 초점거리 산출부; 화면에 디스플레이되는 레이저 포인터 영상의 폭 크기 정보를 산출하는 레이저 폭 크기 정보 산출부; 상기 레이저 포인터 영상의 실제 크기 정보와 초점 거리 및 레이저 포인터 영상의 폭 크기 정보를 기초로 거리를 산출하는 거리 산출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상처리기반의 거리 측정장치.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 레이저 폭 크기 정보 산출부는 Blob detection을 이용하여 화면상의 영상에서 주변 영상보다 밝은 영상을 레이저 포인터 영상으로 추출하고, 추출한 레이저 포인터 영상의 화면상 화소 하나의 실제 물리적 거리(pixel per inch)를 통해 레이저 폭 크기 정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 영상처리기반의 거리 측정장치.
  4. 청구항 2에 있어서, 상기 거리 산출부는 하기의 <수식>을 이용하여 거리를 산출하는 것을 특징으로 하는 영상처리기반의 거리 측정장치.
    <수식>
    거리 = (레이저 포인터 영상의 실제 크기 정보 × 카메라 초점 거리)/카메라상의 레이저 포인터 영상의 폭 크기 정보
  5. 영상처리기반의 거리를 측정하는 방법으로서,
    (a) 레이저 포인터 영상의 실제 크기 정보를 저장하는 단계;
    (b) 레이저 포인터를 구동하고, 상기 레이저 포인터에 의해 형성된 레이저 포인터 영상을 촬영하는 카메라의 초점을 조절하며, 조절된 초점 거리 정보를 저장하는 단계;
    (c) 상기 카메라에 의해 촬영된 레이저 포인터 영상의 디스플레이를 제어하고, 화면상에 디스플레이된 레이저 포인터 영상의 폭 크기 정보를 산출하는 단계; 및
    (d) 상기 산출한 화면상의 레이저 포인터 영상의 폭 크기 정보와 상기 레이저 포인터 영상의 실제 크기 정보 및 초점 거리 정보를 기반으로 거리를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상처리기반의 거리 측정방법.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 (c)단계는 Blob detection을 이용하여 화면상의 영상에서 주변 영상보다 밝은 영상을 레이저 포인터 영상으로 추출하고, 추출한 레이저 포인터 영상의 화면상 화소 하나의 실제 물리적 거리(pixel per inch)를 통해 레이저 폭 크기 정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 영상처리기반의 거리 측정방법.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 (c)단계는 추출한 레이저 포인터 영상의 화면상 화소 하나의 실제 물리적 거리(pixel per inch)를 레이저 포인터의 영상만큼 추출하고, 추출한 화소의 물리적 거리를 전부 가산하여 레이저 폭 크기 정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 영상처리기반의 거리 측정방법.
  8. 청구항 5에 있어서, 상기 (d)단계는 하기 <수식>을 이용하여 거리를 산출하는 것을 특징으로 하는 영상처리기반의 거리 측정방법.
    <수식>
    거리 = (레이저 포인터 영상의 실제 크기 정보 × 카메라 초점 거리)/카메라상의 레이저 포인터 영상의 폭 크기 정보
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