KR20110093105A - 카메라 측정 시스템 및 이를 이용한 측정 방법 - Google Patents

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Abstract

카메라 측정 시스템은, 측정 대상을 향해 광을 조사하는 광원, 상기 측정 대상에서 반사되는 광에 의한 영상이 투영되는 이미지 플레인을 장착한 카메라 및 상기 이미지 플레인에 투영된 영상의 길이를 측정하고, 상기 측정된 영상의 길이를 저장된 수식에 대입하여 상기 측정 대상에 관련되는 수치를 연산하는 수치 연산 장치를 포함한다. 또한, 상기 카메라 측정 시스템을 이용한 측정 방법은, 측정 대상을 향해 광을 조사하는 단계, 상기 측정 대상에서 반사되는 광에 의한 영상이 카메라의 이미지 플레인에 투영되면, 상기 이미지 플레인에 투영된 영상의 길이를 측정하는 단계 및 상기 측정된 영상의 길이를 저장된 수식에 대입하여 측정 대상에 관련되는 수치를 연산하는 단계를 포함한다.

Description

카메라 측정 시스템 및 이를 이용한 측정 방법{CAMERA MEASUREMENT SYSTEM AND MEASUREMENT METHOD USING THE SAME}
본 발명은 광에 의한 카메라 영상으로부터 추출되는 정보를 활용하여, 측정 대상에 관련된 수치를 측정하는 카메라 측정 시스템 및 이를 이용한 측정 방법에 관한 것이다.
최근 카메라를 이용하여 물체의 크기를 측정하려는 연구가 진행되어 왔다. 기존 연구에서는, 투시도법(perspective projection) 특성으로 인하여 한 대의 카메라로 길이간의 비율(up to scale)밖에 측정하지 못하였다. 따라서, 기준이 되는 길이를 알고 있다거나, 카메라를 장착한 삼각대(tripod)의 길이를 알고 있다는 조건으로 측정 대상의 길이를 측정하는 방법을 연구하였다. 따라서, 종래의 접근 방법에는 미리 알아야 되는 기준 길이가 필요한 한계가 있었다.
상기한 과제를 실현하기 위해서 본 발명은, 광에 의한 카메라 영상으로부터 추출되는 정보를 활용하여 측정 대상에 관련된 수치를 측정하는 카메라 측정 시스템 및 이를 이용한 측정 방법을 제공하고자 한다.
상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예와 관련된 카메라 측정 시스템은, 측정 대상을 향해 광을 조사하는 광원, 상기 측정 대상에서 반사되는 광에 의한 영상이 투영되는 이미지 플레인을 장착한 카메라 및 상기 이미지 플레인에 투영된 영상의 길이를 측정하고, 상기 측정된 영상의 길이를 저장된 수식에 대입하여 상기 측정 대상에 관련되는 수치를 연산하는 수치 연산 장치를 포함할 수 있다.
또한, 상기 측정 대상에 관련되는 수치는, 직사각형 형태를 가진 측정 대상의 변의 길이 또는 상기 카메라 측정 시스템으로부터 측정 대상까지의 거리를 포함할 수 있다.
또한, 상기 광원에서 조사되는 광을 반사시켜 상기 측정 대상을 향해 조사시키는 반사 장치를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예와 관련된 카메라 측정 시스템을 이용한 측정 방법은, 측정 대상을 향해 광을 조사하는 단계, 상기 측정 대상에서 반사되는 광에 의한 영상이 카메라의 이미지 플레인에 투영되면, 상기 이미지 플레인에 투영된 영상의 길이를 측정하는 단계 및 상기 측정된 영상의 길이를 저장된 수식에 대입하여 측정 대상에 관련되는 수치를 연산하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 연산하는 단계는, 직사각형 형태를 가진 측정 대상의 변의 길이 또는 카메라 측정 시스템으로부터 측정 대상까지의 거리를 연산하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 조사하는 단계는, 반사 장치를 향해 광을 조사하는 단계 및 상기 반사 장치에서 반사된 광이 측정 대상을 향해 조사되는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 적어도 일 실시예와 관련된 카메라 측정 시스템 및 이를 이용한 측정 방법은, 미리 알아야 하는 기준 길이 없이 광을 활용하여 측정 대상의 길이를 측정할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 카메라 측정 시스템의 구성도.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따라 반사 장치를 포함하는 카메라 측정 시스템의 구성도.
도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따라 사각형 형태를 가지는 측정 대상의 길이를 측정하는 카메라 측정 시스템을 도시하는 도면.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제 4 실시예 및 제 5 실시예에 따라서 측정 대상의 변 위의 일지점으로부터 양 끝점에 대한 비율을 측정하는 카메라 측정 시스템을 도시하는 도면들.
도 5는 본 발명의 제 6 실시예에 따라서 측정 대상까지의 거리를 측정하는 카메라 측정 시스템을 도시하는 도면.
도 6은 본 발명의 제 7 실시예에 따라서 광원이 임의의 각도로 조사되는 카메라 측정 시스템을 도시하는 도면.
도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 카메라 측정 시스템을 이용한 길이 측정 과정을 도시하는 도면.
이하, 본 발명과 관련된 카메라 측정 시스템 및 이를 이용한 측정 방법에 대해서 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 도면을 참조 또는 변형하여 상기 구성에 대한 다양한 실시예를 유추할 수 있을 것이나, 본 발명은 상기 유추되는 다양한 실시예를 포함하며 이루어지며, 아래 도면에 도시된 실시예로 그 기술적 특징이 한정되지 아니한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 카메라 측정 시스템의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 측정 시스템(100)은 광원(110), 카메라(120) 및 수치 연산 장치(130)를 포함한다.
상기 광원(110)은 측정 대상(object)(200)을 향해 광을 조사한다. 상기 광원(110)으로부터 조사되는 광은 상기 측정 대상(200)에서 반사되고, 상기 측정 대상(200)에서 반사된 광은 카메라(120)의 이미지 플레인(image plane)(121)에 상기 측정 대상(200)의 영상을 투영한다. 상기 광원(110)은 회전 가능하도록 장착될 수 있고, 상기 측정 대상(200)을 향해 광을 수직 방향으로 조사하거나 회전에 의해 임의의 각도로 조사할 수 있다. 본 발명의 제 1 실시예에 따른 상기 광원(110)은 레이저 광을 조사하는 레이저 포인터를 포함할 수 있다.
상기 카메라(120)는 장착된 이미지 플레인(image plane)(121)을 포함한다. 상기 이미지 플레인(121)에는 상기 측정 대상(200)으로부터 반사된 광에 의한 영상이 투영된다. 본 발명의 제 1 실시예에 따른 카메라(120)는 수학적으로 핀홀 카메라(pinhole camera)로 모델링 될 수 있다.
상기 수치 연상 장치(130)는 상기 카메라(120)의 이미지 플레인(121)에 투영된 영상의 길이를 측정하고, 상기 측정된 영상의 길이를 이용하여 측정 대상에 관련되는 수치를 연산한다. 구체적으로, 상기 수치 연산 장치(130)는 길이 측정 모듈(131), 수식 저장 모듈(132) 및 수치 연산 모듈(133)을 포함할 수 있다. 상기 길이 측정 모듈(131)은 상기 이미지 플레인(121)에 투영된 영상의 길이를 측정하여 상기 수식 저장 모듈(132)을 통해 수치 연산 모듈(133)로 전달한다. 상기 수치 연산 모듈(133)은 상기 수식 저장 모듈(132)로부터 측정하고자하는 수치에 필요한 수식을 인출하고, 인출된 수식에 상기 길이 측정 모듈(131)로부터 전달된 길이 정보를 입력하여 측정해야 할 수치를 연산한다.
상기 수식 저장 모듈(132)에는 카메라 모델의 기본 정의가 저장된다. 구체적으로, 상기 수식 저장 모듈(132)은 2차원 점을 m=[u, v]T, 3차원 점을 M=[X, Y, Z]T와 같이 표시하여 저장할 수 있다. 그리고 각각의 점에 대한 동치 좌표계(homogeneous coordinate)에서 점들은
Figure pat00001
,
Figure pat00002
로 표시하여 저장할 수 있다. 본 발명의 제 1 실시예에 따라 카메라 측정 시스템(100)이 핀홀 카메라로 모델링되는 경우, 3차원 점 M과 상기 점 M이 이미지 플레인(121)에 투영된 카메라 이미지 점 m과의 관계는 아래와 같이 표시될 수 있다.
Figure pat00003
Figure pat00004
여기서, 상기 s는 임의의 스케일 요소(scale factor)이고, (R,t)는 카메라 회전(rotation) 및 변형(translation)을 나타내는 카메라의 외부 변수(extrinsic parameter)로 외부 좌표계(world coordinate)와 카메라 좌표계(camera coordinate)의 관계를 나타낸다. 상기
Figure pat00005
는 카메라의 내부 변수(intrinsic parameter)로, (u0, v0)는 주점(principal point)으로, α,β는 이미지의 u, v축 방향으로의 스케일 요소로 정의되어 저장된다. γ는 두 개의 이미지 축의 왜곡(skew)을 나타내는 변수이다. 상기 수식 저장 모듈(132)에는 상기 내부 변수 행렬인
Figure pat00006
가 미리 저장되어 있다. 또한, 상기 수식 저장 모듈(132)에는 이하 실시예에서 설명되는 측정 대상이 상기 카메라와 평행한 상태인 경우에서의 측정 대상의 길이 측정, 상기 측정 대상이 상기 카메라와 평행하지 않은 상태인 경우에서의 측정 대상의 길이 측정, 측정 대상의 일지점까지의 비율 측정 및 측정 대상까지의 거리 측정 등에 필요한 수식이 저장되어 있다.
상기 카메라 측정 시스템(100)은 휴대용 카메라, pc 카메라 또는 카메라 폰 등에 적용될 수 있다. 또한, 상기 카메라 측정 시스템(100)을 이동식 카메라 등에 장착하여 크기 측정과 텍스처의 두가지 기능을 동시에 수행하도록 함으로써, 실제 환경의 3차원 모델링(예, *** earth, virtual earth)에 활용될 수 있다.
상기 카메라 측정 시스템(100)이 길이를 측정하게 되는 측정 대상(object)(200)은 직사각형 등 다양한 형태를 가질 수 있으며, 다양한 곳에 위치할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따라 반사 장치를 포함하는 카메라 측정 시스템의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 도 1의 제 1 실시예에 따른 카메라 측정 시스템(100)에 반사 장치(140)가 더 포함된다. 상기 반사 장치(140)는 상기 광원(110)에서 조사되는 광의 방향을 제어하기 위한 장치이다. 구체적으로, 상기 광원(110)에서 조사되는 광은 상기 반사 장치(140)에서 반사되어 상기 측정 대상(200)으로 조사된다. 상기 반사 장치(140)의 예에는 거울 또는 프리즘이 포함될 수 있다.
도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따라 직사각형 형태를 가지는 측정 대상의 길이를 측정하는 카메라 측정 시스템을 도시하는 도면이다.
도 3은 상기 카메라의 이미지 플레인(121)에 투영된 영상을 이용하여 직사각형 형태를 가진 측정 대상(200)의 변의 길이를 측정하는 과정을 측면에서 도시하는 도면(a) 및 위에서 바라본 도면(b)을 포함한다. 상기 측정 대상(200)은 상기 카메라의 이미지 플레인(121)과 평행하게 위치한다. 상기 측정 대상(200)의 A,B 사이의 거리를 측정하고자 하는 경우, 상기 A,B 사이의 거리를
Figure pat00007
으로 지정한다. 상기 측정 대상(200)의 선 AB를 상기 카메라의 광축(optical axis)이 존재하는 평면에 평행하게 투영시킨 선을 선 EF라고 하면, 상기 선 EF의 길이는 상기 선 AB의 길이인
Figure pat00008
과 동일해진다. 이 때, 카메라의 중심(O)으로부터 공간에 존재하는 측정 대상(200)까지의 거리를 z라고 하고, 선 EF가 상기 이미지 플레인(121)에 투영된 영상의 선 ab의 길이를
Figure pat00009
라고 하면, 아래 수학식 2가 성립된다.
Figure pat00010
Figure pat00011
따라서, 상기 수학식 2가 상기 카메라 측정 시스템에 저장되어 있는 경우에는, 상기 카메라의 이미지 플레인(121)에 투영된 영상의 선 ab 길이를 대입하여, 상기 측정 대상(200)의 선 AB 길이를 연산할 수 있다.
만약, 상기 측정 대상(200)이 상기 카메라의 이미지 플레인(121)과 평행하지 않도록 위치하는 경우는, 상기 측정 대상의 지점까지의 거리를 이용하여 아래와 같이 상기 측정 대상(200)의 길이를 연산할 수 있다. 좌표 계산을 위해서 외부 좌표계(world coordinate)의 중심을 카메라의 중심(O)과 일치시키면, 상기 이미지 플레인(121)에 투영된 카메라 이미지 점과의 관계인 수학식 1에서 R=I이고, t=0이 된다. 따라서, 점 A의 좌표와 이미지 플레인(121)에 투영된 점 a의 좌표 사이의 관계는 아래와 같다.
Figure pat00012
Figure pat00013
여기서, sa는 (R,t)가 위와 같이 정해졌기 때문에 점 A까지의 거리인 za와 동일하게 된다. 같은 방법은 점 B에 적용하면 아래와 같다.
Figure pat00014
따라서, 선 AB의 길이는 위에서 구한 좌표들을 이용하여 아래와 같이 연산할 수 있다.
Figure pat00015
따라서, 상기 수학식 3, 수학식 4 및 수학식 5가 상기 카메라 측정 시스템에 저장되어 있는 경우에는, 상기 카메라 중심(O)에서 측정 대상(200)의 각 지점 A,B 까지의 거리를 대입하여, 상기 측정 대상(200)의 선 AB 길이를 연산할 수 있다.
상기 측정 대상(200)이 상기 카메라의 이미지 플레인(121)에 평행하지 않도록 위치하는 경우에는 상기 수학식 5의 방법 이외에도 상기 선 AB 상의 임의의 한 점까지의 거리와 상기 임의의 한 점을 중심으로 A,B 각각의 지점까지의 비율을 이용하여 길이를 연산할 수 있다.
선 AB 상에서 임의의 점을 C라고 하고, C에서 각각 A,B까지의 거리의 비율을 각각 ra, rb (ra+rb=1) 라고 하는 경우, 점 C는 아래와 같이 정의될 수 있다.
Figure pat00016
여기서, λa=rb, λb=ra가 된다. 점 C까지의 거리를 zc라고 하면, 수학식 3 및 수학식 4에 따라서
Figure pat00017
,
Figure pat00018
및
Figure pat00019
이 된다.
이를 수학식 6에 대입하고, 양변에서
Figure pat00020
를 소거하면 아래와 같이 정리된다.
Figure pat00021
상기 수학식 7의 양변에
Figure pat00022
를 ×(cross product) 연산하면
Figure pat00023
와 같이 되고, 이를 정리하면 아래와 같다.
Figure pat00024
같은 방식으로 수학식 7의 양변에
Figure pat00025
를 ×(cross product) 연산하면
Figure pat00026
와 같이 되고, 이를 정리하면 아래와 같다.
Figure pat00027
수학식 8 및 수학식 9를 수학식 3 및 수학식 4에 대입한 후, 이를 수학식 5에 적용하면 아래와 같이 정리될 수 있다.
Figure pat00028
따라서, 상기 수학식 10이 상기 카메라 측정 시스템에 저장되어 있는 경우에는, 상기 카메라의 중심(O)에서 측정 대상(200)의 일지점까지의 거리 zc및 점 C에서 양 끝점 A, B까지의 비율을 대입하여, 상기 측정 대상(200)의 선 AB 길이를 연산할 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제 4 실시예 및 제 5 실시예에 따라서 측정 대상의 변 위의 일지점으로부터 양 끝점에 대한 비율을 측정하는 카메라 측정 시스템을 도시하는 도면들이다.
도 4a는 소실점을 이용하여 직선의 비율을 측정하는 카메라 측정 시스템을 도시하는 도면이고, 도 4b는 동치 그래프(homography)를 이용하여 직선의 비율을 측정하는 카메라 측정 시스템을 도시하는 도면이다.
도 4a를 참조하면, 직사각형 형태를 갖는 측정 대상(직사각형 ABED)를 카메라로 투영한 경우, 직사각형의 한변인 직선 AB위에 점 C로부터 각각의 양 끝점인 A,B까지의 비율을 각각 ra, rb (ra+rb=1)라고 하면, 상기 각각의 비율은 아래와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00029
Figure pat00030
이때, 3차원 상에서 직선 AB와 직선 DE가 평행하므로, 이미지 플레인 영상에서의 상기 두 직선의 연장선은 소실점에서 만나게 된다. 제 1 소실점을 VX라고 하고, 이미지 플레인 영상에서 교차 비율(cross ratio)을 보존하는 특성을 이용하여 아래와 같이 정리할 수 있다.
Figure pat00031
여기서, vx, a, b, c는 각각 Vx, A, B, C의 점들이 카메라의 이미지 플레인의 영상에 투영된 점들이다. 이 때, Vx는 ∞에 있으므로, 상기 수학식 12는 아래와 같이 정리될 수 있다.
Figure pat00032
Figure pat00033
따라서, 수학식 6, 수학식 11 및 수학식 13을 통해 λa= r, λb=1-r이 된다. 이 때, 상기 측정 대상이 직사각형 형태를 가지고 있으므로, 직선 AB 및 직선 FG의 길이는 동일하다.
같은 방법으로, 직선 AD 및 직선 BE가 만드는 소실점을 Vy라고 하면, 직선 VyC와 직선 FG가 만나는 점 H도 직선 FG를 상기와 같은 비율로 나누게 된다. 따라서, 위에서 도출한 수학식을 직선 FG에 적용할 수 있다.
도 4b는 측정 대상인 직사각형 ABED를 정사각형 A'B'E'D'로 매핑하는 동치 그래프(homography) 또는 투영 변형(projective transformation)을 통해 직선상의 비율을 측정한다. 상기 매핑된 정사각형 A'B'E'D'의 각 꼭지점의 좌표를(0,0), (1,0), (1,1) 및 (0,1)으로 가정하면, 직접선형변환(DLT: Direct Linear Transformation) 방법을 통해 변형값을 구할 수 있다.
투영 변형은 교차 비율(cross ratio)을 보존하는 특성이 있으므로, 수학식 12는 아래와 같이 정리된다.
Figure pat00034
여기서, Vx는 직선 A'B' 및 직선 D'E'가 이루는 소실점으로, 두 직선이 평행하므로 ∞을 대입할 수 있다. 따라서, 수학식 13은 아래와 같이 정리된다.
Figure pat00035
Figure pat00036
이때, 직선 A'B'의 길이는 1이며, 따라서 r은
Figure pat00037
이 된다.
따라서, 상기 수학식 6, 수학식 10, 수학식 11 및 수학식 15가 저장된 상태에서, 3차원 공간상에 존재하는 직사각형 내부의 한점(H)까지의 거리를 대입하면, 상기 수학식 6, 수학식 11 및 수학식 15를 통해 점 H가 직선 FG를 나누는 비율을 알 수 있고, 따라서, 수학식 10을 이용해 직사각형의 한변의 길이까지 구할 수 있게 된다.
만약, 비율을 구하려는 직선이 사각형의 한변이 아닌 경우에는 주변에 같은 평면을 구성할 수 있는 다른 임의의 선분을 선택하고, 대상과 직선을 이용하여 가상의 사각형을 만들어 위와 같은 투영 변형을 적용하여 길이 또는 비율을 연산할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제 6 실시예에 따라서 측정 대상까지의 거리를 측정하는 카메라 측정 시스템을 도시하는 도면이다.
도 5를 참조하면, 카메라의 중심(O)에서 B만큼 거리를 두고 광원(110)을 설치한다. 이 때, 상기 광원(110)은 측정 대상(200)을 향해 카메라 중심(O)에서의 광축과 평행하고 상기 측정 대상(200)에 수직으로 조사되도록 배치된다. 상기 광원(110)이 측정 대상(200) 위의 P점으로 조사되어, 상기 카메라의 이미지 플레인(121)에 투영된 점을 p라고 한다. 또한, 상기 카메라 중심(O)에서의 광축이 각각 상기 측정 대상(200)과 만나는 점을 C, 상기 카메라의 이미지 플레인(121)과 만나는 점을 c라고 하는 경우, 형성되는 삼각형 Ocp 및 OCP는 닮은꼴이 된다. 따라서, 아래와 같은 식이 성립한다.
Figure pat00038
여기서, f는 카메라 측정 시스템의 초점 길이(focal length), b는 c와 p 사이의 거리, z는 카메라 측정 시스템으로부터 측정 대상 위의 P 점과의 거리이다. 상기 수학식 16이 저장된 상태에서, f 및 B는 미리 알 수 있는 값이므로 미리 저장되고, b는 상기 이미지 플레인에 투영된 영상에서 측정할 수 있는 값이므로 이를 측정하여 저장된 수식에 대입하면, 측정 대상(200) 위의 점 P까지의 거리 z를 연산할 수 있다. 즉, 영상에서의 점 p의 위치를 통해 상기 카메라 측정 시스템 및 측정 대상 사이의 거리 z를 연산할 수 있게 된다.
도 6은 본 발명의 제 7 실시예에 따라서 광원이 임의의 각도로 조사되는 카메라 측정 시스템을 도시하는 도면이다.
상기 도 5의 제 6 실시예에 따른 카메라 측정 시스템에서, 만약 측정 대상이 무한대에 있을 경우에는 점 p가 점 c로 수렴되고, 상기 카메라 중심(0)에서부터 측정 대상과의 거리가 z0가 될 때까지 측정 대상이 가까이 오는 경우에는 점 p가 상기 이미지 플레인의 가장 우측에 위치하게 되어, 거리 측정에는 이미지 플레인의 영상 중 오른쪽 부분 밖에 사용할 수 없게되므로, 제 7 실시예에 따른 측정 방법을 제공한다.
도 6을 참조하면, 상기 광원(110)이 측정 대상(200)에 조사되는 지점이 카메라의 이미지 플레인(121)의 영상에서 가장 우측에 위치하도록 측정 대상(200) 위치를 조정하여 D0을 측정한다. 이 때, 상기 측정 대상(200)까지의 거리는 수학식 16과 같이
Figure pat00039
를 통해 연산할 수 있다. 이 후, 상기 측정 대상(200)에 조사되는 지점이 카메라의 이미지 플레인(121)의 영상에서 중앙에 위치하도록 측정 대상의 위치를 조정하여 이동 거리 z1을 측정한다. 수학식 15에서와 같이, 점 P에서의 수학식을 정리하면 아래와 같다.
Figure pat00040
여기서, D는 카메라 중심(O)에서의 광축이 상기 측정 대상(200)과 만나는 점 C와 점 P 사이의 거리이다. 또한, 삼각형 QPC 및 삼각형 QTS가 닮은꼴이므로, 아래와 같은 수학식이 성립한다.
Figure pat00041
상기 수학식 18에서,
Figure pat00042
는 미리 구해놓은 값으로 미리 저장될 수 있다. 수학식 17 및 수학식 18에서 미지수 D를 소거한 후, 이를 z에 대해서 정리하면 아래와 같은 수학식이 성립한다.
Figure pat00043
즉, 상기 카메라 측정 시스템에 상기 수학식이 저장되어 있고, 이미지 플레인(121) 영상에서의 점 p와 점 c 사이의 거리 b를 측정하여, 대입하면 카메라 중심(O)으로부터 측정 대상(200) 사이의 거리 z를 연산할 수 있다.
만약, 점 P가 이미지 플레인(121) 영상에서 중앙보다 오른쪽에 있는 경우에는 왼쪽에 있는 경우와 같이 수학식 19를 이용하여 거리를 구한 다음, 이를 점 Q에 대해서 대칭 이동한 것으로 z-zc거리 만큼을 zc에서 뺄셈하여 z'=2zc-z을 연산할 수 있다.
제 7 실시예와 같이 광원(110)을 카메라 방향으로 회전시켜 임의의 각도로 조사되도록하면, 이미지 플레인(121)의 영상 전체를 측정에 이용할 수 있고, 거리 해상도를 높일 수 있다. 이 때, 광원(110)의 회전을 광의 진행 방향이 카메라 화각(field of view)의 왼쪽 경계선과 평행하도록하여, 측정 대상이 무한대에 위치하더라도 광이 상기 측정 대상에 조사될 수 있게 된다. 이 경우, 상기 광의 진행 방향이 카메라 화각의 왼쪽 경계선을 지나가게 되면, 일정 거리 이상에서는 광이 측정 대상으로 조사되지 못하게 되고, 반대로 광의 진행방향이 카메라 화각의 왼쪽 경계선보다 덜 회전하게 되면, 상기 측정에 영상의 일부만 사용하게 되어 해상도가 떨어지게 된다.
상기 측정 대상의 길이 측정시, 측정 대상이 보이는 구간 등 미리 기준 거리를 설정한 후, 광원을 회전시키는 방법도 고려될 수 있다. 또한, 장거리에서도 사용될 수 있도록 광원에서 조사되는 빛이 멀리 갈수록 퍼지도록 하여 장거리에서도 영상이 보일 수 있도록 하는 방법도 고려될 수 있다.
또한, 측정대상까지의 거리를 측정하는 방법으로는 카메라에서 렌즈의 위치를 변경시켜 초점 거리(f)를 조절하면서, 영상에 포커스(focus)를 맞춘 후, 초점 거리(f)를 이용하여 영상 중앙의 점 등을 포함하는 영상 위의 한 점까지의 거리를 측정하는 방법도 사용할 수 있다. 상기와 같은 초점 거리(f)를 이용한 방법은 광원 등의 추가 장치 없이 영상 위의 한 점까지의 거리를 측정할 수 있는 이점이 있다.
또한, 레이저 거리 측정기를 이용하여, 레이저가 조사되는 광원과 측정 대상 사이의 거리를 측정하는 방법도 사용할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 카메라 측정 시스템을 이용한 길이 측정 과정을 도시하는 도면이다.
도 7을 참조하면, 측정 대상을 향해 광을 조사하여(S710), 상기 측정 대상에서 반사되는 광이 카메라의 이미지 플레인에 투영되면(S720), 상기 이미지 플레인에 투영된 영상의 길이를 측정한다(S730). 이 후, 상기 측정된 영상의 길이를 저장된 수식에 대입하여 측정 대상에 관련된 수치를 연산한다(S740).
이 때, 상기 S710 단계는, 반사 장치를 향해 광을 조사하는 단계 및 상기 반사 장치에서 반사된 광이 측정 대상을 향해 조사되는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 S740 단계는, 직사각형 형태를 가진 측정 대상의 길이 또는 카메라로부터 측정 대상까지의 거리를 연산하는 단계를 포함할 수 있다.
상기와 같이 설명된 카메라 측정 시스템 및 이를 이용한 측정 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.
100: 카메라 측정 시스템
110: 광원
120: 카메라
121: 이미지 플레인
130: 수치 연산 장치

Claims (9)

  1. 측정 대상을 향해 광을 조사하는 광원;
    상기 측정 대상에서 반사되는 광에 의한 영상이 투영되는 이미지 플레인을 장착한 카메라; 및
    상기 이미지 플레인에 투영된 영상의 길이를 측정하고, 상기 측정된 영상의 길이를 저장된 수식에 대입하여 상기 측정 대상에 관련되는 수치를 연산하는 수치 연산 장치;를 포함하는 카메라 측정 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정 대상에 관련되는 수치는, 직사각형 형태를 가진 측정 대상의 변의 길이 또는 상기 카메라 측정 시스템으로부터 측정 대상까지의 거리를 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라 측정 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정 대상에 관련되는 수치는, 직사각형 형태를 가진 측정 대상의 변 위의 일지점으로부터 양 끝점까지의 비율을 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라 측정 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정 대상에 관련되는 수치는, 직선 형태를 가진 측정 대상의 일지점으로부터 양 끝점까지의 비율을 포함하고,
    상기 수치 연산 장치는 상기 측정 대상인 직선을 포함하는 가상의 사각형을 생성하여, 상기 가상의 사각형의 길이를 이용하여 직선 위의 일지점으로부터 양 끝점에 대한 비율을 연산하는 것을 특징으로 하는 카메라 측정 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원에서 조사되는 광을 반사시켜 상기 측정 대상을 향해 조사시키는 반사 장치;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라 측정 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원은 회전 가능하도록 장착되는 것을 특징으로 하는 카메라 측정 시스템.
  7. 측정 대상을 향해 광을 조사하는 단계;
    상기 측정 대상에서 반사되는 광에 의한 영상이 카메라의 이미지 플레인에 투영되면, 상기 이미지 플레인에 투영된 영상의 길이를 측정하는 단계; 및
    상기 측정된 영상의 길이를 저장된 수식에 대입하여 측정 대상에 관련되는 수치를 연산하는 단계;를 포함하는 카메라 측정 시스템을 이용한 측정 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 연산하는 단계는, 직사각형 형태를 가진 측정 대상의 변의 길이 또는 카메라 측정 시스템으로부터 측정 대상까지의 거리를 연산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라 측정 시스템을 이용한 측정 방법.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 조사하는 단계는,
    반사 장치를 향해 광을 조사하는 단계; 및
    상기 반사 장치에서 반사된 광이 측정 대상을 향해 조사되는 단계;;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라 측정 시스템을 이용한 측정 방법.
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