KR19990081876A - 거리 및 위치 결정용 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 측정 지점에 대한 목표물(19)의 거리 및/또는 위치 결정을 위한 장치에 관한 것으로, 이 장치는 광학 거리 측정 장치(3)를 포함하고, 목표물(19)을 촬영하기 위한 화상 인식 장치(5)를 포함하며, 화상 인식 장치(5)의 영상 신호를 전달받고, 거리 측정 장치(3)의 거리 수치와 촬영된 화상 내에서 목표물(19)이 차지하는 위치를 이용해서 목표물의 공간적인 위치를 파악하는 평가 장치(7)를 포함한다. 본 발명은 일정한 측정 지점에 대한 목표물(19)의 공간적인 위치를 파악하기 위한 과정에 관한 것이기도 하다. 이때 광학 거리 측정 장치(3)는 측정 지점과 목표물(19) 간의 거리를 제공하는데, 측정 지점으로부터 촬영한 목표물(19)의 화상을 이용해서 공간 좌표들을 화면과 평행한 면에서 파악한다. 제 3 공간 좌표는 거리 수치 및 두 개의 다른 공간 좌표로부터 파악한다.

Description

거리 및 위치 결정용 장치
이같은 측정 과정 및 이 측정 과정을 시행하기 위한 해당 장치는 종래의 기술에서도 소개되었다. 위치 결정을 위한 이같은 장치는 일례로 이른바 ACC 시스템(Adaptive Cruise Control; 적응 크루즈 제어)에 사용해서, 특히 앞서 주행하는 자동차의 거리와 위치에 따라 자동으로 가속하거나 제동을 걸도록 한다.
이 장치는 이를 위해 파악할 목표물을 찾아 자동차의 앞에 놓인 영역을 주사하는 거리 감지 센서(distance sensor)를 포함한다. 라이트 빔을 목표물에 반사시킨 다음 거리 감지 센서로 파악한다. 빛이 측정 지점, 즉, 자동차와 검출한 목표물 사이를 왕복하는 시간을 기초로 제 1 거리 수치(distance value)를 파악할 수 있다.
그러나, 이 거리 수치만으로는 측정 지점에 대한 목표물의 공간적인 위치를 결정하는 데 충분하지 않다. 거리 감지 센서를 움직이지 않도록 고정하지 않고, 최소한 하나의 축을 중심으로 선회할 수 있도록 배치하기 때문이다. 이를 보다 명확히 보여주기 위해 도 2에 원점이 측정 지점을 가리키는 좌표계를 그려 놓았다. 검출한 목표물은 0으로 표시했다.
이제 거리 감지 센서는 원점에서부터 목표물(0)에 이르는 벡터(0)의 길이를 제공한다. 그러나, 이 길이 내지 이 거리 수치로부터는 검출한 목표물의 공간적인 위치에 관한 단서를 아직 얻을 수 없다.
삼각 측량(triangulation)을 이용해서 정확한 공간적인 위치를 산출하기 위해서는 표시된 각도(α와 β)를 추가로 알아야 한다. 그런 다음 도 2에서처럼 점(0)의 좌표값(x, y, z)을 산출할 수 있다.
이 두 개의 각도(α와 β)는 각도 감지기들(angle sensors)로부터 제공된다. 각도 감지기는 거리 감지 센서에 할당되어 있으며, 각 하나의 축을 중심으로 일어나는 회전 이동을 파악한다.
그러나 이 장치로 각도를 파악하기 위해서는 포텐셔미터와 같은 전기 기계 장치(electromechanical system)를 사용해야 한다는 단점이 있다. 이같은 전기 기계 장치는 고가이고, 고장도 잦은 데다, 대개 수명도 짧기 때문이다.
본 발명은 측정 지점에 대한 목표물의 거리 및/또는 위치 결정을 위한 장치에 관한 것으로, 이 장치는 광학 거리 측정 장치를 포함한다. 본 발명은 측정 지점에 대한 목표물의 거리 및/또는 공간적인 위치를 파악하기 위한 과정에 관한 것이기도 하다.
다음에서는 실시예를 통해 도면을 참조하면서 본 발명에 관해 보다 상세히 설명하고자 한다. 여기서
도 1은 본 발명에 따른 장치를 도시한 도면.
도 2는 측정 과정을 설명하기 위해 좌표계를 나타낸 도면.
도 3은 위치 결정의 흐름도.
이에 비해 본 발명에 따라 청구항 1의 특징들을 가진 거리 및/또는 위치 결정 장치 내지 본 발명에 따라 공간적인 위치를 파악하기 위한 과정은 공간적인 위치를 파악하는데 거리 감지 센서의 각위치(angular position)에 관한 수치를 필요로 하지 않는다는 장점이 있다. 따라서 그외의 전기 기계 기소들도 필요로 하지 않기 때문에 고장 가능성도 감소된다.
화상 인식 장치(image recognition device)를 설치하기 때문에, 촬영된 화상을 이용해서 목표물의 상대 위치를 최소한 한 면에서 산출할 수 있다. 아직 구하지 않은 제 3 좌표는 거리 수치와 두 개의 다른 좌표로부터 간단하게 산출할 수 있다.
여기서 화상 인식 장치는 주로 전하 결합 소자 셀(CCD-cell)이 있는 비디오 카메라를 말한다. 이 셀의 화소 해상도(pixel resolution)가 측정의 정확도를 결정한다. 특히 거리 감지 센서에서 방사한 빛의 파장에 민감하게 반응하는 화상 인식 장치가 유리한 것으로 입증되었다.
본 발명에 따른 장치는 특히 자동차의 적응 크루즈 제어 시스템에 사용하기에 적합하다.
청구항 1에 설명된 장치를 그밖의 청구항에 제시된 조치들을 통해 유리하게 발전, 개선시킬 수 있다.
도 1은 위치 결정을 위한 측정 장치의 주요 구성요소들을 보여준다. 이 측정 장치(1)는 광학 거리 측정 센서(optical distance measuring sensor)(3)와 비디오 카메라(5), 제어 및 평가 장치(7)를 포함한다. 전선(9와 11)을 거쳐 거리 측정 센서(3) 내지 비디오 카메라(5)로부터 제어 및 평가 장치(7)로 데이터를 전달할 수 있다.
거리 측정 센서(3)는 도면에는 그려지지 않은 구동 장치에 의해 한편으로는 수직축(13)을 중심으로, 다른 한편으로는 수평축(15)을 중심으로 회전할 수 있도록 배치한다. 제어 장치(7)로 도면에는 그려지지 않은 구동 장치를 작동시킨다. 구동 장치를 적절히 작동시키면 거리 측정 센서에서 방사한 라이트 빔(17)으로 x-z 면을 주사할 수 있게 된다. 그 결과 측정 장치(1) 앞에 놓인 자동차 등의 목표물(19)을 라이트 빔(17)으로 파악할 수 있게 된다.
자동차(19)의 반사면(21)에 부딪힌 라이트 빔(17)은 반사되어, 측정 장치(1)로 되돌아온다. 거리 측정 센서에 설치된 적절한 광센서가 이 반사된 빔을 검출하면, 이 라이트 빔이 왕복한 시간을 기초로 측정 장치(1)와 목표물(19) 간의 거리를 파악할 수 있다.
그러나 이 거리만으로는 목표물(19)의 위치를 결정하는 데, 다시 말해 세 개의 모든 공간 좌표(x, y, z)를 결정하는 데 충분하지 않다.
거리 측정 센서(3) 옆에 배치한 비디오 카메라(5)는 거리 측정 센서가 주사한 면을 촬영해서, 렌즈 장치를 이용해서 이 면을 다수의 개별적인 셀(24)을 가진 전하 결합 소자 장치(CCD-unit)(23)와 같은 광전자 기소에 모사한다. 이에 관해 명확히 설명하기 위해 광전자 성분(23) 위에 생성된 영상을 그래프식으로 나타내었다.
비디오 카메라(5)의 위치 결정시 유의할 것은, 광전자 성분(23)이 z-x 면에 놓이기 때문에, 측정 결과를 왜곡하는 어떠한 일그러짐도 나타나지 않는다는 점이다.
전하 결합 소자 장치(23)의 개별적인 전하 결합 소자 셀(24)이 제공하는 신호들은 전선(9)을 거쳐 제어 및 평가 장치(7)로 전달된다.
이제 도 3을 이용해서 평가 장치(7)에서 이 신호들을 처리하는 과정에 관해서 설명하기로 한다.
목표물과의 거리는 광학적인 방법으로 파악하는 반면(스텝 101), 비디오 카메라는 화상을 촬영해서 목표물을 모사한다(스텝 102).
촬영 내지 화상을 평가하는 데 있어 우선 중요한 것은, 반사점(reflexion spot)(21)을 인식한 다음(스텝 103), 화상 내에서 반사점이 놓인 위치를 결정하는 것이다. 즉, 반사점(21)을 검출하는 전하 결합 장치 내 전하 결합 소자 셀의 위치를 이용해서 목표물의 위치를 추론할 수 있는 것이다. 그 결과 도면에 그려진 비디오 화상에서 알 수 있듯이 z 좌표(방위각 위치(azimuthal position))와 x 좌표(측면 위치(side position))가 제공된다(스텝 104). 이에 따르면 도 1에 도시된 예의 경우 x = 5이고, z = 4일 것이다.
목표물(19)의 위치를 완전히 결정하기 위해 이제 y 좌표만 구하면 된다. 도 2에서처럼 y 좌표는 거리 수치와 이미 파악한 두 개의 좌표로부터 다음 수학식 1 에 따라 산출한다(스텝 105, 106).
y = 거리 수치2-z2-x2
이로써 각도 측정 신호(angle measuring signal)를 이용하지 않고서도 측정 장치(1)에 대한 목표물(19)의 정확한 위치를 파악하였다.
다른 광전자 기기로 반사점을 검출할 수 있다면 비디오 카메라(5)외의 광전자 기기를 사용해도 무방함은 두말할 것도 없다.

Claims (6)

  1. 광학 거리 측정 장치(3)를 포함하는, 측정 지점에 대한 목표물(19)의 거리 및 위치 결정을 위한 장치에 있어서,
    목표물(19)을 촬영하기 위한 화상 인식 장치 및
    화상 인식 장치(5)의 영상 신호를 전달받고, 거리 측정 장치(3)의 거리 수치와 촬영된 화상 내에서 목표물(19)이 차지하는 위치를 이용해서 목표물의 공간적인 위치를 파악하는 평가 장치(7)를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 및 위치 결정용 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 거리 측정 장치(3)가 최소한 하나의 면, 특히 주로 두 개의 면에 회전가능하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 거리 및 위치 결정용 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 화상 인식 장치(5)가 광전자 성분(23), 특히 주로 전하 결합 소자 장치를 가진 비디오 카메라인 것을 특징으로 하는 거리 및 위치 결정용 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항중의 어느 한 항에 있어서, 거리 측정 장치(3)가 방사된 후 반사된 라이트 빔의 왕복 시간을 측정하는 것을 특징으로 하는 거리 및 위치 결정용 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항중의 어느 한 항에 있어서, 화상 인식 장치(5)가 목표물(19)에서 반사된 거리 측정 장치의 라이트 빔(17)에 민감하게 반응하도록 제작되는 것을 특징으로 하는 거리 및 위치 결정용 장치.
  6. 광학 거리 측정 장치(3)가 측정 지점과 목표물(19) 간의 거리를 제공하면서 일정한 측정 지점에 대한 목표물(19)의 거리 및 공간적인 위치를 결정하기 위한 방법에 있어서,
    측정 지점으로부터 촬영한 목표물(19)의 화상을 이용해서 두 개의 공간 좌표를 화면과 평행한 면에서 파악하고,
    제 3 공간 좌표를 거리 수치 및 두 개의 다른 공간 좌표로부터 파악하는 것을 특징으로 하는 거리 및 위치를 결정하기 위한 방법.
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