KR101982650B1 - 거리 측정 장치 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 거리 측정 장치 및 시스템에 관한 것이다.
즉, 본 발명의 거리 측정 장치는 복수개의 픽셀들을 갖는 이미지의 각 픽셀들의 밝기값을 검출하는 휘도 검출부와; 상기 휘도 검출부에서 검출된 상기 이미지의 특정 픽셀의 밝기값과 그 특정 픽셀의 주변 픽셀들의 밝기값에 마스크(Mask)의 가중치 계수를 곱하여 마스크 곱셈값들을 추출하고, 상기 추출된 마스크 곱셉값들을 합산한 값을 상기 특정 픽셀의 디지털 레벨로 정의하고, 상기 특정 픽셀의 디지털 레벨에 대한 거리를 검출하는 거리 검출부를 포함한다.

Description

거리 측정 장치 및 시스템 { Apparatus and system for measuring distance }
본 발명은 거리 측정 장치 및 시스템에 관한 것이다.
정보통신 기술의 발전은 문자, 음성 및 영상을 고속 처리하는 디지털 단말기에 2차원 영상과 음성을 지원하는 멀티미디어 서비스를 가능하게 하였으며, 현재 입체적으로 실감나는 멀티미디어 서비스를 제공하는 3차원 입체 정보통신 서비스에 대한 연구가 시행되고 있다.
일반적으로 3차원 영상을 표현하는 입체 화상은 두 눈을 통한 스테레오 시각의 원리에 의하여 이루어지게 된다. 입체감의 중요한 요인은 사람의 두 눈이 약 65mm 정도 떨어져 있기 때문에 나타나게 되는 두 눈의 시차(parallax), 즉 양안시차(parallax)라 할 수 있다. 따라서 좌우의 눈이 각각 서로 다른 2 차원 화상을 보게 되고, 이 두화상이 망막을 통해 뇌로 전달되면 뇌는 이를 서로 융합하여 본래의 3차원 영상의 깊이감과 실제감을 재생하게 되는데 이를 통상적으로 스테레오그라피(stereography)라 한다.
한편 최근에는 전방에 있는 물체의 거리를 감지할 수 있는 스테레오 시각시스템에 대한 연구가 진행되고 있다.
종래의 거리 측정 방법은 픽셀 정보가 없는 홀 노이즈(Hole Noise) 및 수직으로 발생하는 선 노이즈인 스트릭 노이즈(Streak Noise)가 있어, 각 픽셀이 가지는 디지털 레벨을 거리 정보로 매칭하면 거리 오류 발생 빈도가 높아지는 문제점이 있었다.
본 발명은 해상도를 증가시켜 거리의 정확도를 높일 수 있고, 스트릭 노이즈(Streak Noise)를 감소시킬 수 있는 것이다.
본 발명은,
복수개의 픽셀들을 갖는 이미지의 각 픽셀들의 밝기값을 검출하는 휘도 검출부와;
상기 휘도 검출부에서 검출된 상기 이미지의 특정 픽셀의 밝기값과 그 특정 픽셀의 주변 픽셀들의 밝기값에 마스크(Mask)의 가중치 계수를 곱하여 마스크 곱셈값들을 추출하고, 상기 추출된 마스크 곱셉값들을 합산한 값을 상기 특정 픽셀의 디지털 레벨로 정의하고, 상기 특정 픽셀의 디지털 레벨에 대한 거리를 검출하는 거리 검출부를 포함하는 거리 측정 장치가 제공된다.
그리고, 본 발명의 일실시예는 상기 가중치 계수가 M X N 크기로 배열된 마스크가 저장되어 있는 저장부를 더 포함하고, 상기 거리 검출부는, 상기 저장부에 저장되어 있는 마스크의 가중치 계수를 독출하여 상기 마스크 곱셈값을 추출할 수 있다.
또, 상기 가중치 계수는, 가로 방향의 스트릭 노이즈의 영향을 줄이기 위해, M ＞ N일 수 있다.
게다가, 상기 가중치 계수의 합은 1일 수 있다.
또, 상기 디지털 레벨에 대한 거리가 룩업 테이블(Look-up table, LUT) 형태로 저장되어 있는 저장부가 더 포함하고, 상기 거리 검출부는, 상기 저장부에 저장되어 있는 룩업 테이블의 디지털 레벨에 대한 거리를 독출하여 출력할 수 있다.
또한, 상기 디지털 레벨은, 정수의 디지털 레벨 및 각 정수 사이에 0.5 단위의 디지털 레벨을 포함할 수 있다.
더불어, 상기 디지털 레벨은, 512레벨일 수 있다.
게다가, 상기 각 정수 사이에 0.5 단위의 디지털 레벨에 대한 거리값은, 가장 가까운 정수 2개의 중간값을 거리값으로 설정될 수 있다.
본 발명은,
피사체의 이미지를 촬상하고, 상기 촬상된 이미지를 출력하는 카메라부와,
복수개의 픽셀들을 갖는 이미지의 각 픽셀들의 밝기값을 검출하는 휘도 검출부와; 상기 휘도 검출부에서 검출된 상기 이미지의 특정 픽셀의 밝기값과 그 특정 픽셀의 주변 픽셀들의 밝기값에 마스크(Mask)의 가중치 계수를 곱하여 마스크 곱셈값들을 추출하고, 상기 추출된 마스크 곱셉값들을 합산한 값을 상기 특정 픽셀의 디지털 레벨로 정의하고, 상기 특정 픽셀의 디지털 레벨에 대한 거리를 검출하는 거리 검출부를 포함하는 거리 측정 장치를 포함하는 거리 측정 시스템이 제공된다.
그리고, 본 발명의 일실시예는 상기 가중치 계수가 M X N 크기로 배열된 마스크가 저장되어 있는 저장부를 더 포함하고, 상기 거리 검출부는, 상기 저장부에 저장되어 있는 마스크의 가중치 계수를 독출하여 상기 마스크 곱셈값을 추출할 수 있다.
또, 상기 디지털 레벨에 대한 거리가 룩업 테이블(Look-up table, LUT) 형태로 저장되어 있는 저장부가 더 포함하고, 상기 거리 검출부는, 상기 저장부에 저장되어 있는 룩업 테이블의 디지털 레벨에 대한 거리를 독출하여 출력할 수 있다.
또한, 상기 카메라부는, 좌안 이미지를 촬상하는 제 1 카메라와; 우안 이미지를 촬상하는 제 2 카메라부로 이루어질 수 있다.
더불어, 상기 제 1과 제 2 카메라부에서 촬상된 좌안 이미지와 우안 이미지를 정합시켜 처리하고, 상기 휘도 검출부로 상기 정합된 이미지를 출력하는 이미지 처리부를 더 포함할 수 있다.
게다가, 상기 거리 측정 장치와 신호를 교신하는 호스트 장치를 포함할 수 있다.
또, 상기 호스트 장치는, 상기 이미지의 좌표에 대한 거리 정보를 요청하는 신호를 상기 거리 측정 장치로 송신하고, 상기 거리 측정 장치는 상기 이미지의 좌표에 대한 거리를 측정하여, 그 거리 데이터에 해당하는 신호를 상기 호스트 장치로 전송할 수 있다.
그리고, 상기 제 1과 제 2 카메라부 및 상기 이미지 처리부는, 스테레오 카메라 장치에 포함되고, 상기 거리 측정 장치는, 호스트 장치에 포함할 수 있다.
본 발명은 정수 및 각 정수 사이에 0.5 단위의 디지털 레벨로 거리값을 검출함으로써, 거리를 표현할 수 있는 해상도를 2배로 증가시켜 거리의 정확도를 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 주변 픽셀의 정보를 이용하여 거리를 측정함으로써, 변화에 둔감하고, 스트릭 노이즈에 둔감하며, 더 정확한 거리값을 추출할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 거리 측정 장치의 구성 블록도
도 2는 본 발명의 일 실시예의 거리 측정 장치에서 마스크 곱셈값을 추출하는 것을 설명하기 위한 도면
도 3은 도 2에서 추출된 마스크 곱셈값을 도시한 도면
도 4는 도 3의 마스크 곱셈값으로 거리를 추출하는 것을 설명하기 위한 도면
도 5a와 도 5b는 본 발명의 일 실시예의 거리 측정 장치의 거리 측정 결과를 설명하기 위한 도면
도 6은 본 발명의 제 1 실시예의 거리 측정 시스템의 구성 블록도
도 7은 본 발명의 제 2 실시예의 거리 측정 시스템의 구성 블록도
도 8은 본 발명의 제 3 실시예의 거리 측정 시스템의 구성 블록도
도 9는 본 발명의 제 4 실시예의 거리 측정 시스템의 구성 블록도
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.
이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용은 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 거리 측정 장치의 구성 블록도이다.
본 발명의 일 실시예의 거리 측정 장치는 복수개의 픽셀들을 갖는 이미지의 각 픽셀들의 밝기값을 검출하는 휘도 검출부(110)와; 상기 휘도 검출부(110)에서 검출된 상기 이미지의 특정 픽셀의 밝기값과 그 특정 픽셀의 주변 픽셀들의 밝기값에 마스크(Mask)의 가중치 계수를 곱하여 마스크 곱셈값들을 추출하고, 상기 추출된 마스크 곱셉값들을 합산한 값을 상기 특정 픽셀의 디지털 레벨로 정의하고, 상기 특정 픽셀의 디지털 레벨에 대한 거리를 검출하는 거리 검출부(120)를 포함한다.
여기서, 상기 가중치 계수는 거리를 측정하고자 하는 상기 이미지의 특정 픽셀의 밝기값과 그 특정 픽셀의 주변 픽셀들의 밝기값에 곱해져서, 가로 방향의 스트릭(Streak) 노이즈의 영향을 줄이기 위한 것이다.
그리고, 상기 가중치 계수가 M X N 크기로 배열된 마스크는 도 1의 저장부(130)에 저장될 수 있고, 상기 거리 검출부(120)는 상기 저장부(130)에 저장되어 있는 마스크의 가중치 계수를 독출하여 상기 마스크 곱셈값을 추출한다.
또, 상기 디지털 레벨에 대한 거리가 룩업 테이블(Look-up table, LUT) 형태로 상기 저장부(130)에 저장될 수 있고, 상기 거리 검출부(120)는 상기 저장부(130)에 저장되어 있는 룩업 테이블의 디지털 레벨에 대한 거리를 독출하여 출력할 수 있다.
또한, 상기 가중치 계수는 가로 방향의 스트릭 노이즈의 영향을 줄이기 위해, M ＞ N이고, 측정 좌표 기준 세로 방향의 열에 가중치를 많이 부여할 수 있으며, 이때, 모든 계수의 합은 1이다.
그리고, 측정하고자 하는 중심 좌표에 가중치를 많이 두고, 해당하는 열의 다른 가중치는 중심 좌표의 50%로 하고, 나머지 가중치는 중심 좌표 가중치와 그 열의 가중치들의 합을 1에서 빼고 나머지 가중치들의 갯수로 나눈 가중치를 설정한다.
즉, 중심 좌표 가중치가 'a'이면, 중심 좌표를 포함하는 열의 가중치는 'a/4'이고, 이외 가중치는 '(1-(M+1)*a/4)/(M*(N-1))이다.
하기의 표 1에는 M X N의 일례로, 5 X 3의 마스크에 수록된 가중치 계수이다.
0.02 0.1 0.02
0.02 0.1 0.02
0.02 0.4 0.02
0.02 0.1 0.02
0.02 0.1 0.02
한편, 이미지가 표현하는 디지털 레벨 단계는 8-10비트이고, 정수로 환산되나, 본 발명에서는 각 정수 사이에 0.5 단위의 디지털 레벨을 개재하고, 각 정수의 디지털 레벨 및 각 정수 사이에 0.5 단위의 디지털 레벨에 대한 거리값을 하기의 표 2와 같이 룩업 테이블에 수록한다.
디지털 레벨 거리(m)
255 0.50
254.5 0.505
254 0.51
253.5 0.515
.
.		 .
.
2.5 6.55
2 6.7
1.5 6.85
1 7
0.5 7.05
0 7.1
여기서, 각 정수 사이에 0.5 단위의 디지털 레벨에 대한 거리값은 가장 가까운 정수 2개의 중간값을 거리값으로 설정하고, 0.5를 표시하기 위해 1을 비트할당한다.
예컨대, 255와 254 사이에 254.5를 설정하고, 254.5의 거리는 255와 254에 해당하는 거리의 중간값인 0.505이다.
따라서, 본 발명은 정수 및 각 정수 사이에 0.5 단위의 디지털 레벨로 거리값을 검출함으로써, 거리를 표현할 수 있는 해상도를 2배로 증가시켜 거리의 정확도를 높일 수 있는 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예의 거리 측정 장치에서 마스크 곱셈값을 추출하는 것을 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 도 2에서 추출된 마스크 곱셈값을 도시한 도면이며, 도 4는 도 3의 마스크 곱셈값으로 거리를 추출하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시예의 거리 측정 장치는 이미지에서 거리를 측정하고자하는 픽셀(X,Y)의 밝기값과 그 픽셀(X,Y)의 주변 픽셀들의 밝기값 각각에 마스크(Mask)의 가중치 계수를 곱하여 마스크 곱셈값들을 추출한다.
도 2를 참조하면, 거리를 측정하고자하는 픽셀(X,Y)의 밝기값이 '172'일 때, 5 X 3 마스크의 가중치 계수를 곱하여 마스크 곱셈값을 추출하고, 도 3과 같이, 그 마스크 곱셈값의 행렬의 합은 167.06이다.
그러므로, 도 4에 도시된 바와 같이, 룩업 테이블에서 167.06에 가장 가까운 디지털 레벨값 '0.77m'가 픽셀(X,Y)의 거리가 된다.
도 5a와 도 5b는 본 발명의 일 실시예의 거리 측정 장치의 거리 측정 결과를 설명하기 위한 도면이다.
전술된 바와 같이, 본 발명은 가중치 계수가 수록된 마스크와 디지털 레벨에 대한 거리가 수록된 룩업 테이블을 이용하여, 이미지의 픽셀에서 거리를 측정한다.
즉, 도 5a는 가중치 계수가 수록된 마스크가 적용되지 않은 경우, 이미지의 특정 픽셀(X,Y)의 디지털 레벨을 추출하고, 그에 해당하는 거리를 출력한 결과 0.50m이다.
반면에, 도 5b는 본 발명의 일 실시예의 거리 측정 장치에서 이미지의 특정 픽셀(X,Y) 및 주변 픽셀의 밝기값에 5 X 3 마스크의 가중치 계수를 곱하여 마스크 곱셈값을 추출하고, 그 마스크 곱셈값의 행렬의 합을 구해 디지털 레벨값을 추출한 다음, 그 디지털 레벨값에 대응하는 거리를 룩업 테이블에서 독출한 결과, 0.54m이다.
그러므로, 본 발명은 주변 픽셀의 정보를 이용하여 거리를 측정함으로써, 변화에 둔감하고, 스트릭 노이즈에 둔감하며, 더 정확한 거리값을 추출할 수 있는 것이다.
참고로, 본 발명은 디지털 레벨이 512레벨이다.
도 6은 본 발명의 제 1 실시예의 거리 측정 시스템의 구성 블록도이고, 도 7은 본 발명의 제 2 실시예의 거리 측정 시스템의 구성 블록도이고, 도 8은 본 발명의 제 3 실시예의 거리 측정 시스템의 구성 블록도이며, 도 9는 본 발명의 제 4 실시예의 거리 측정 시스템의 구성 블록도이다.
먼저, 본 발명의 제 1 실시예의 거리 측정 시스템은 도 6에 도시된 바와 같이, 피사체의 이미지를 촬상하고, 그 이미지를 거리 측정 장치(100)의 휘도 검출부(120)로 출력하는 카메라부(210)를 포함한다.
그리고, 도 7과 같이, 상기 카메라부(210)는 제 1과 제 2 카메라부(211,212)로 이루어진다.
여기서, 상기 제 1 카메라부(211)는 좌안 이미지를 촬상하는 카메라이고, 상기 제 2 카메라부(212)는 우안 이미지를 촬상하는 카메라이다.
그리고, 상기 제 1과 제 2 카메라부(211,212)에서 촬상된 좌안 이미지와 우안 이미지를 정합시켜 처리하는 이미지 처리부(213)를 포함한다.
또, 도 8을 참조하면, 본 발명의 제 3 실시예의 거리 측정 시스템은 상기 거리 측정 장치(100)와 신호를 교신하는 호스트 장치(310)를 포함하게 된다.
즉, 상기 호스트 장치(310)는 이미지의 좌표에 대한 거리 정보를 요청하는 신호(S1)를 상기 거리 측정 장치(100)로 송신하면, 상기 거리 측정 장치(100)는 상기 이미지의 좌표에 대한 거리를 측정하여, 그 거리 데이터에 해당하는 신호(S2)를 상기 호스트 장치(310)로 전송한다.
또한, 도 9를 참조하면, 본 발명의 제 4 실시예의 거리 측정 시스템은 도 7의 제 2 실시예의 거리 측정 시스템의 제 1과 제 2 카메라부(211,212) 이미지 처리부(213)를 스테레오 카메라 장치(200)에서 포함하고 있고, 거리 측정 장치(100)는 호스트 장치(300)에서 포함하는 시스템이다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하고, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

Claims (16)

  1. 복수개의 픽셀들을 갖는 이미지의 각 상기 픽셀들의 밝기값을 검출하는 휘도 검출부;
    상기 이미지의 특정 픽셀의 밝기값과 상기 특정 픽셀의 주변 픽셀들의 밝기값에 마스크(Mask)의 가중치 계수를 곱하여 마스크 곱셈값들을 추출하고, 상기 추출된 마스크 곱셉값들을 합산한 값을 상기 특정 픽셀의 디지털 레벨로 정의하고, 상기 특정 픽셀의 디지털 레벨에 대한 거리를 검출하는 거리 검출부; 및
    검출된 상기 디지털 레벨에 대한 거리가 룩업 테이블(Look-up table, LUT) 형태로 저장되어 있는 저장부를 포함하는 거리 측정 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 가중치 계수가 M X N 크기로 배열된 마스크가 저장되어 있는 저장부를 더 포함하고,
    상기 거리 검출부는 상기 저장부에 저장되어 있는 마스크의 가중치 계수를 이용하여 상기 마스크 곱셈값을 추출하는 거리 측정 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 가중치 계수는 가로 방향의 스트릭 노이즈의 영향을 줄이기 위해, M ＞ N인 거리 측정 장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 가중치 계수의 합은 1인 거리 측정 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 거리 검출부는 상기 룩업 테이블에서 상기 디지털 레벨에 대응되는 거리를 출력하는 거리 측정 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 디지털 레벨은 정수의 디지털 레벨 및 각 정수 사이에 0.5 단위의 디지털 레벨을 포함하는 거리 측정 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 디지털 레벨은 512레벨인 거리 측정 장치.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 각 정수 사이에 0.5 단위의 디지털 레벨에 대한 거리값은 가장 가까운 정수 2개의 중간값을 거리값으로 설정되어 있는 거리 측정 장치.
  9. 피사체를 촬상하고, 촬상된 상기 피사체의 이미지를 출력하는 카메라부;
    복수개의 픽셀들을 갖는 이미지의 각 픽셀들의 밝기값을 검출하는 휘도 검출부;
    검출된 상기 이미지의 특정 픽셀의 밝기값과 상기 특정 픽셀의 주변 픽셀들의 밝기값에 마스크(Mask)의 가중치 계수를 곱하여 마스크 곱셈값들을 추출하고, 상기 추출된 마스크 곱셉값들을 합산한 값을 상기 특정 픽셀의 디지털 레벨로 정의하고, 상기 특정 픽셀의 디지털 레벨에 대한 거리를 검출하는 거리 검출부; 및
    검출된 상기 디지털 레벨에 대한 거리가 룩업 테이블(Look-up table, LUT) 형태로 저장되어 있는 저장부를 포함하는
    거리 측정 장치를 포함하는 거리 측정 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 가중치 계수가 M X N 크기로 배열된 마스크가 저장되어 있는 저장부를 더 포함하고,
    상기 거리 검출부는 상기 저장부에 저장되어 있는 마스크의 가중치 계수를 이용하여 상기 마스크 곱셈값을 추출하는 거리 측정 시스템.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 거리 검출부는 상기 룩업 테이블에서 상기 디지털 레벨에 대응되는 거리를 출력하는 거리 측정 시스템.
  12. 청구항 9 내지 10 중 한 항에 있어서,
    상기 카메라부는 좌안 이미지를 촬상하는 제 1 카메라; 및
    우안 이미지를 촬상하는 제 2 카메라부로 이루어진 거리 측정 시스템.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 제 1과 제 2 카메라부에서 촬상된 좌안 이미지와 우안 이미지를 정합시켜 처리하고, 상기 휘도 검출부로 상기 정합된 이미지를 출력하는 이미지 처리부를 더 포함하는 거리 측정 시스템.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 거리 측정 장치와 신호를 교신하는 호스트 장치를 포함하는 거리 측정 시스템.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 호스트 장치는
    상기 이미지의 좌표에 대한 거리 정보를 요청하는 신호를 상기 거리 측정 장치로 송신하고,
    상기 거리 측정 장치는 상기 이미지의 좌표에 대한 거리를 측정하여, 그 거리 데이터에 해당하는 신호를 상기 호스트 장치로 전송하는 거리 측정 시스템.
  16. 청구항 13에 있어서,
    상기 제 1과 제 2 카메라부 및 상기 이미지 처리부는 스테레오 카메라 장치에 포함되고,
    상기 거리 측정 장치는 호스트 장치에 포함되는 거리 측정 시스템.
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