KR20180134484A - 3d coordinate acquisition method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 측정장치를 이용하여 특정 지점의 3차원 좌표를 획득하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전자기파를 이용하고 TOF(Time Of Flight) 기술을 적용하여 거리 측정이 가능한 측정장치를 통해 측정장치와 특정 지점의 3차원 상대좌표를 획득하고, 나아가 측정장치와 특정 지점의 3차원 절대좌표를 획득한 후 이를 응용하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of acquiring three-dimensional coordinates of a specific point using a measuring device, and more particularly, to a method of measuring three-dimensional coordinates of a specific point by using a measuring device capable of distance measurement using electromagnetic waves and applying time- Dimensional relative coordinates of a specific point, and further obtains a three-dimensional absolute coordinate of a measurement point and a specific point, and then applies it.
TOF(Time Of Flight) 기술은 소정의 주파수로 변조된 빛과 같은 전자기파가 대상체에서 반사되어 되돌아오는 과정에서 발생하는 위상(Phase)의 지연 등을 이용해 상기 대상체를 탐지하는 기술로서, 지형의 측량 분야 또는 대상체의 자세 제어 분야 등에 널리 이용되어 왔다.The TOF (Time Of Flight) technology is a technology for detecting the object by using a phase delay or the like which occurs when an electromagnetic wave such as light modulated at a predetermined frequency is reflected from a target object and is returned. Or posture control of a target object.
그리고 현재에는 위 분야 이외에도 건설, 로봇, 군사, 의료, 스포츠, AR, VR, 스케닝 등 다양한 산업분야에서 활용되고 있다.Currently, it is used in various industries such as construction, robotics, military, medical, sports, AR, VR, and scanning.
이러한 TOF 기술 또는 TOF 측정 기술의 기본적인 원리를 간략히 설명하면, TOF 출력회로에서 출력된 전기적 신호가 다이오드 등의 소자에 의해 레이저, 초음파, 적외선 등의 전자기파 신호로 변환되고, 상기 전자기파 신호는 대상체에 입사된 후 반사가 이루어지며, 상기 대상체에서 반사된 전자기파 신호가 수신 감지를 위한 센서에 수신됨으로써 기준 거리에 따라 상이 맺히는 위치 및 형태가 상이한 특징을 이용해 측정장치로부터 대상체까지의 거리 및 변위를 산출하게 된다.The basic principle of the TOF technique or the TOF measurement technique is briefly described. The electric signal output from the TOF output circuit is converted into an electromagnetic wave signal such as laser, ultrasonic wave or infrared ray by an element such as a diode, And the electromagnetic wave signal reflected from the object is received by the sensor for reception detection, thereby calculating the distance and the displacement from the measurement device to the object by using the feature having a different position and shape depending on the reference distance .
측정장치에서 대상체까지의 거리는 식 'd = c * tTOF/2'로 계산될 수 있으며, 여기에서 d는 '대상체까지의 거리', c는 '빛의 속도', tTOF는 '입사된 전자기파 신호가 대상체에 반사되어 수신 센서에 도달하는 시간'에 해당한다. 다만, 빛의 속도는 매우 빨라 시간 tTOF를 측정하기 어렵기 때문에 변조된 전자기파 신호를 방사하고 2개 이상의 위상을 이용하여 간접적으로 거리를 계산하는 것이 일반적이다.The distance from the measuring device to the object can be calculated as: d = c * t TOF / 2 where d is the distance to the object, c is the velocity of light, t TOF is the incident electromagnetic wave Corresponds to a time when a signal is reflected on a target and arrives at a receiving sensor. However, since the speed of light is so fast that it is difficult to measure the time t TOF , it is common to emit a modulated electromagnetic wave signal and calculate the distance indirectly using two or more phases.
이러한 종래의 TOF 기술은 대상체나 특정 지점의 좌표를 산출하는 대신 전자기파 신호가 이동하는 시간을 정확하게 산출하기 위한 정밀 광학장치, 신호 보정 메커니즘 등을 이용하여 스칼라값인 거리를 측정한다.Such conventional TOF technology measures a distance as a scalar value by using a precision optical device, a signal correction mechanism, and the like for accurately calculating the time when the electromagnetic wave signal travels, instead of calculating coordinates of a target object or a specific point.
이에 따라, 거리만을 측정할 수 있는 종래의 TOF 기술은 측정 결과를 이용하여 측정장치와 특정 지점의 3차원 좌표를 획득할 수 없는 점 및 상기 3차원 좌표들을 통해 특정 지점간에 형성되는 점, 선, 면 또는 입체를 파악하기가 어려운 점 등의 문제가 존재하였다.Accordingly, the conventional TOF technology capable of measuring only the distance can not acquire three-dimensional coordinates of a specific point with the measurement device using the measurement result, and points, lines, and lines formed between the specific points through the three- There is a problem that it is difficult to grasp the surface or the three-dimensional object.
결과적으로 측정장치와 대상체 사이의 거리를 측정할 수 있는 측정장치를 이용하여 측정장치와 대상체의 3차원 상대좌표를 도출해낼 수 있는 새로운 방법이 필요한 실정이다.As a result, there is a need for a new method of deriving the three-dimensional relative coordinates of the measuring device and the object using a measuring device capable of measuring the distance between the measuring device and the object.
뿐만 아니라 측정장치와 대상체의 3차원 절대좌표까지 측정해낼 수 있는 방법 또한 필요하며, 나아가 측정장치에 의해 측정된 결과값을 연동한 다른 장치들이 이용할 수 있도록 네트워크 활용이 가능한 기술도 요구되고 있다.In addition, there is a need for a method of measuring the absolute coordinates of a measurement device and a target object, and further, there is a demand for a technology capable of utilizing a network so that other devices connected to the measurement values measured by the measurement device can use the device.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, TOF 기술을 이용한 측정장치가 측정장치와 특정 지점의 3차원 상대좌표 및 3차원 절대좌표를 측정할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a measuring apparatus using a TOF technique capable of measuring a three-dimensional relative coordinate and a three-dimensional absolute coordinate of a measuring point and a specific point.
그리고 측정한 3차원 좌표들을 기반으로, 점, 선, 면 또는 입체를 구성하고 이를 다양한 분야에 활용할 수 있도록 하는데 또 다른 목적이 있다.There is another purpose of constructing points, lines, faces, or cubes based on the measured three-dimensional coordinates and making them available in various fields.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 본 발명의 기재로부터 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical objects to be achieved by the present invention are not limited to the above-mentioned technical problems, and other technical subjects which are not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description of the present invention .
상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 의하면, 측정장치를 이용한 3차원 좌표 획득 방법에 있어서, (a) 측정장치의 3차원 상대좌표를 설정하는 단계; (b) 상기 측정장치에서 제1지점까지의 거리를 측정하는 단계; 및 (c) 상기 제1지점의 3차원 상대좌표를 도출하는 단계; 를 포함하는 3차원 좌표 획득 방법을 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method for acquiring three-dimensional coordinates using a measurement device, the method comprising: (a) setting three-dimensional relative coordinates of a measurement device; (b) measuring a distance from the measuring device to a first point; And (c) deriving three-dimensional relative coordinates of the first point; Dimensional coordinates of the target object.
본 발명에서 상기 (b) 단계는, 상기 측정장치에서 제1지점으로 전자기파 신호를 방사하는 단계; 상기 제1지점에서 반사되는 전자기파 신호를 수신하는 단계; 및 TOF(Time Of Flight) 기술을 이용해 상기 측정장치에서 제1지점까지의 거리를 도출하는 단계; 를 포함하는 것이 바람직하다.In the present invention, the step (b) includes: radiating an electromagnetic wave signal to a first point in the measurement apparatus; Receiving an electromagnetic wave signal reflected at the first point; And deriving a distance from the measurement device to a first point using a TOF (Time Of Flight) technique; .
본 발명에서 상기 (c) 단계는, 상기 측정장치에서 전자기파가 방사되는 제1지점 방향을 제1축으로, 중력 방향을 제2축으로, 상기 제1축 및 제2축과 수직인 방향을 제3축으로 설정하는 단계; 및 상기 측정장치에서 제1지점까지의 거리를 이용해 상기 제1지점의 3차원 상대좌표를 도출하는 단계; 를 포함하는 것이 바람직하다.In the present invention, in the step (c), a first direction in which the electromagnetic waves are radiated from the measurement device is defined as a first axis, a gravity direction is defined as a second axis, and a direction perpendicular to the first axis and the second axis Setting three axes; And deriving a three-dimensional relative coordinate of the first point using a distance from the measuring device to a first point; .
본 발명에서 상기 (a) 단계는, 상기 측정장치의 3차원 상대좌표를 (0, 0, 0) 또는 임의의 (x, y, z)로 설정할 수 있다.In the present invention, the step (a) may set the three-dimensional relative coordinate of the measurement apparatus to (0, 0, 0) or arbitrary (x, y, z).
본 발명은 상기 (c) 단계 후, (d) 상기 측정장치의 절대좌표를 측정하는 단계; 및 (e) 상기 측정장치의 절대좌표를 기반으로 상기 제1지점의 절대좌표를 도출하는 단계; 를 더 포함할 수 있다.(D) measuring the absolute coordinates of the measuring device after the step (c); And (e) deriving the absolute coordinates of the first point based on the absolute coordinates of the measurement apparatus; As shown in FIG.
본 발명에서 상기 (d) 및 (e) 단계는, 상기 측정장치 또는 상기 측정장치와 연동하는 제3의 장치에 의해 수행되는 것이 바람직하다.In the present invention, it is preferable that the steps (d) and (e) are performed by the measuring apparatus or a third apparatus linked to the measuring apparatus.
본 발명에서 상기 측정장치의 3차원 상대좌표는 외부 입력에 의해 설정될 수 있다.In the present invention, the three-dimensional relative coordinate of the measuring apparatus can be set by an external input.
본 발명에서 상기 외부 입력은 블루투스, Wi-Fi 또는 Z-웨이브 중 어느 하나 이상의 무선통신방식을 이용하여 설정되는 것이 바람직하다.In the present invention, it is preferable that the external input is set using at least one of Bluetooth, Wi-Fi, and Z-wave.
본 발명은 상기 (c) 단계 후, 상기 측정장치와 제1지점의 각 3차원 상대좌표들 또는 각 3차원 상대좌표들을 이용한 점, 선, 면 또는 입체를 소정의 공간에 표현하는 단계; 를 더 포함할 수 있다.The method may further include, after the step (c), representing points, lines, planes, or three-dimensional objects using the measurement device and each three-dimensional relative coordinates or each three-dimensional relative coordinates at a first point in a predetermined space; As shown in FIG.
본 발명에서 상기 소정의 공간은 2차원 화면 또는 3차원 공간에 해당하고, 상기 점, 선, 면 또는 입체를 상기 2차원 화면에 평면적으로 표현하거나 상기 3차원 공간에 입체적으로 표현하는 것이 바람직하다.In the present invention, it is preferable that the predetermined space corresponds to a two-dimensional screen or a three-dimensional space, and the point, line, surface, or three-dimensional object is expressed in two dimensions on the two-dimensional screen or three-dimensionally in the three-dimensional space.
본 발명에서 상기 전자기파 신호는 레이저 신호, 초음파 신호 또는 적외선 신호 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.In the present invention, the electromagnetic wave signal may include at least one of a laser signal, an ultrasonic signal, and an infrared signal.
본 발명은 TOF 기술을 이용한 측정장치가 특정 지점과의 거리를 측정하여 측정장치와 특정 지점의 3차원 상대좌표 및 측정장치와 특정 지점의 3차원 절대좌표를 도출할 수 있는 효과가 있다.The present invention has the effect that the measurement apparatus using the TOF technique measures the distance to a specific point, thereby deriving a three-dimensional relative coordinate of a specific point, a measuring apparatus and a three-dimensional absolute coordinate of a specific point.
또한, 본 발명은 측정장치와 특정 지점의 절대좌표를 도출함에 있어서 제3의 장치와 연동하여 이를 수행할 수 있는 효과가 있으며, 아울러 얻어진 3차원 좌표들을 이용해 점, 선, 면 또는 입체를 제3의 화면 또는 공간에 형상화시킴으로써 다양한 기술분야에 응용할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of being able to perform this operation in conjunction with the third device in deriving the absolute coordinates of a specific point and the measuring device, and also has the effect of performing point, line, It is possible to apply the present invention to various technical fields by forming it in a screen or a space of a screen.
도 1a는 본 발명의 일실시예에 따른 측정장치의 측면도.
도 1b는 본 발명의 일실시예에 따른 측정장치의 사시도.
도 1c는 본 발명의 일실시예에 따른 측정장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 좌표 획득 방법의 순서도.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 측정장치, 제1지점 및 제2지점의 3차원 좌표 획득을 나타낸 예시도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1A is a side view of a measurement apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG.
1B is a perspective view of a measurement apparatus according to an embodiment of the present invention.
1C is a configuration diagram of a measuring apparatus according to an embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a flowchart of a three-dimensional coordinate acquisition method according to an embodiment of the present invention; FIG.
FIGS. 3A and 3B are diagrams illustrating acquisition of a three-dimensional coordinate of a measurement device, a first point and a second point, according to an embodiment of the present invention;
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms and words used in the present description and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary meanings, and the inventor should properly interpret the concepts of the terms in order to describe their invention in the best way. It should be interpreted in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be defined. Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are only the most preferred embodiments of the present invention, and not all of the technical ideas of the present invention are described. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되므로 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면 복수의 형태를 포함할 수 있다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. As used herein, the singular forms "a", "an", and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise.
전자기파를 이용하여 변위를 측정하는 장치는 빛을 매체로 하므로 매우 빠른 측정이 가능함과 동시에 측정하고자 하는 대상체에 센서를 접촉시켜야만 하는 기계식 측정 장치와 달리 비접촉 방식으로 측정이 가능하므로, 이동하는 물체나 고온의 물체 등 대상체의 특성과 환경에 영향을 받지 않는 장점으로 인하여 다양한 분야에 적용이 가능한 특징을 가진다.Unlike a mechanical measuring device, which is capable of measuring very rapidly, and which must contact a sensor with a target object, it is possible to measure the displacement using an electromagnetic wave because it uses light as a medium. Therefore, And it is applicable to various fields because it is not affected by the characteristics of the object and the environment.
또한, 레이저 빔과 같은 전자기파가 갖는 단색성, 직진성 및 집속 특성으로 인하여 정밀한 측정이 가능한데, 길이 측정의 원리는 두 변의 길이와 그 끼인각의 크기가 주어지면 나머지 한 변의 길이를 구할 수 있는 삼각형의 결정조건과 유사하다.In addition, it is possible to measure precisely because of the monochromaticity, the linearity, and the focusing characteristics of the electromagnetic wave such as the laser beam. The principle of the length measurement is a triangle of the triangle which can obtain the length of the other side Similar to the conditions.
따라서, 전자기파를 이용한 측정장치는 사용자가 측정하고자 하는 변위의 첫 번째 지점과의 거리, 두 번째 지점과의 거리 및 첫 번째 지점과 두 번째 지점 사이 회전각을 측정하면 계산을 통해 사용자가 원하는 변위를 얻을 수 있다.Therefore, the measurement device using the electromagnetic wave measures the distance between the first point of the displacement to be measured by the user, the distance to the second point, and the rotation angle between the first point and the second point, Can be obtained.
위와 같은 측정의 기본적인 원리를 이용하는 본 발명의 측정장치는 전자기파 신호를 송수신하여 거리를 측정할 수 있는 기능의 기기로서, 도 1a에는 본 발명의 일실시예에 따른 측정장치의 측면도가, 도 1b에는 본 발명의 일실시예에 따른 측정장치의 사시도가, 도 1c에는 본 발명의 일실시예에 따른 측정장치의 구성도가 도시되며, 이를 참조하여 본 발명을 수행하는 각 구성들에 대해서 간략히 설명하면 다음과 같다.1A is a side view of a measuring apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 1B is a side view of the measuring apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 1C is a perspective view of a measuring apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 1C is a structural view of a measuring apparatus according to an embodiment of the present invention. As follows.
본 발명의 상기 측정장치는 휴대 가능한 사이즈로 제작되어 대상체 또는 특정 지점까지의 변위를 측정할 수 있는 구성으로서, 부품들을 장착할 수 있도록 내부에 공간이 마련된 본체부(10), 상기 본체부에 장착되며 전자기파 발광부(111)와 전자기파 수광부(112)를 포함하는 변위센서(110) 및 상기 본체부 외부에 상기 결과값을 현시하는 출력부(200)를 구비하는 특징을 가진다.The measuring device of the present invention is constructed to be portable and capable of measuring a displacement to a target object or a specific point. The measuring device includes a
뿐만 아니라 상기 측정장치는 본체부(10)의 하부에 연결되는 손잡이부(20) 및 상기 손잡이부에 형성되어 대상체로의 전자기파 입사 여부를 제어하는 제어 버튼(21)을 더 포함할 수 있으며, 부가적으로 교체 가능한 배터리로 구성되는 전원부 및 상기 결과값을 통신망을 통해 외부 단말기로 전송할 수 있는 통신부를 포함하는 것이 바람직하다.The measuring device may further include a
위와 같은 구성만으로도 본 발명의 방법을 수행하는 것에는 무리가 없으나, 경우에 따라서 대상체가 이동하는 경우에도 원활한 측정을 수행하기 위하여 본 발명은, 상기 본체부에 장착되며 고정된 또는 이동하는 대상체의 가속도를 산출하는 가속도 센서(120), 고정된 또는 이동하는 대상체의 각가속도를 산출하는 자이로스코프 센서(130), 고정된 또는 이동하는 대상체의 절대위치를 측정하는 지자기 센서(140)를 더 포함할 수 있으며, 측정한 값들과 오차 보정 알고리즘을 이용해 측정장치와 대상체 사이의 거리, 제1지점과 제2지점 사이의 거리 또는 제1지점과 제2지점 사이의 각도 중 어느 하나 이상의 결과값을 산출하는 마이크로컨트롤러(100) 또한 더 포함할 수 있다.In order to perform smooth measurement even when the object moves as occasion demands, the present invention may be applied to the case where the acceleration of the fixed or moving object mounted on the body portion The
이러한 측정장치를 이용하여, 측정장치와 특정 지점의 3차원 상대좌표를 획득하고, 나아가 측정장치와 특정 지점의 3차원 절대좌표를 획득하기 위한 본 발명은, (a) 측정장치의 3차원 상대좌표를 설정하는 단계, (b) 상기 측정장치에서 제1지점까지의 거리를 측정하는 단계 및 (c) 상기 제1지점의 3차원 상대좌표를 도출하는 단계를 포함하는 3차원 좌표 획득 방법을 제공한다.The present invention for obtaining three-dimensional relative coordinates of a measuring point and a specific point by using such a measuring apparatus, and further for acquiring three-dimensional absolute coordinates of a measuring point and a specific point includes (a) (B) measuring a distance from the measuring device to a first point, and (c) deriving a three-dimensional relative coordinate of the first point, .
이에 대한 설명을 위해, 도 2에 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 좌표 획득 방법의 순서도가 도시된다.For the sake of explanation, FIG. 2 shows a flowchart of a three-dimensional coordinate acquisition method according to an embodiment of the present invention.
상기 순서도를 참조하여 본 발명을 통한 3차원 좌표 획득의 단계들을 설명하면, 먼저 측정장치의 3차원 상대좌표를 설정하는 단계가 수행된다(s10).The steps of acquiring three-dimensional coordinates through the present invention will be described with reference to the flowchart. First, a step of setting three-dimensional relative coordinates of the measurement apparatus is performed (s10).
상대좌표란 절대좌표의 원점이 아닌 주어진 시작점으로부터의 거리 개념에서 정의된 좌표로서, 추후 제1지점의 3차원 상대좌표를 획득하기 위하여 측정장치의 3차원 상대좌표를 설정해야 하며, 이는 위 설명 중 시작점에 해당하는 것으로 볼 수 있다.The relative coordinate is a coordinate defined by the concept of the distance from a given starting point, not the origin of the absolute coordinate. In order to obtain the three-dimensional relative coordinate of the first point, the three-dimensional relative coordinate of the measuring device must be set, It can be seen that it corresponds to the starting point.
이 때, 상기 측정장치의 3차원 상대좌표는 (0, 0, 0)으로 설정할 수 있으며, 경우에 따라서는 임의의 좌표인 (x, y, z)로 설정한 후 이후의 단계들을 수행할 수도 있다.In this case, the three-dimensional relative coordinate of the measuring apparatus can be set to (0, 0, 0), and in some cases, it is possible to perform the following steps after setting the coordinates to (x, y, z) have.
후술하겠지만, 도 3a에서는 측정장치의 3차원 상대좌표를 (0, 0, 0)으로 설정한 것을 확인할 수 있고, 도 3b에서는 측정장치의 3차원 상대좌표를 (x, y, z)로 설정한 것을 확인할 수 있다.3A, it is confirmed that the three-dimensional relative coordinate of the measuring apparatus is set to (0, 0, 0). In FIG. 3B, the three-dimensional relative coordinate of the measuring apparatus is set to (x, y, z) .
편의를 위해, 상기 측정장치의 3차원 상대좌표는 외부 입력에 의해 설정될 수도 있는 특징을 가진다. 사용자가 측정장치를 직접 조작하는 방법에 의해, 또는 사용자가 상기 측정장치와 연동하는 단말기를 조작하는 방법에 의해 측정장치의 3차원 상대좌표가 설정될 수 있으며, 설정되는 값에는 제한이 없는 특징을 가진다.For convenience, the three-dimensional relative coordinate of the measuring device may be set by an external input. The three-dimensional relative coordinate of the measuring apparatus can be set by a method in which the user operates the measuring apparatus directly or by a method in which the user operates the terminal in cooperation with the measuring apparatus, I have.
측정장치 또는 특정 지점에 대한 원하는 3차원 상대좌표값을 얻기 위하여 이러한 일련의 과정을 거칠 수도 있으며, 상기 외부 입력은 블루투스, Wi-Fi 또는 Z-웨이브 중 어느 하나 이상의 무선통신방식을 이용하여 설정되는 것이 바람직하다.The measurement may be performed through a series of processes to obtain a desired three-dimensional relative coordinate value for a measurement point or a specific point, and the external input may be set using at least one of Bluetooth, Wi-Fi, and Z-wave .
이후, 상기 측정장치에서 제1지점까지의 거리를 측정하는 단계가 수행된다(s20).Thereafter, a step of measuring the distance from the measuring apparatus to the first point is performed (s20).
본 단계는 상기 측정장치의 본연의 기능인 스칼라값 거리를 측정하는 단계에 해당하는 것으로서, 보다 구체적으로는 상기 측정장치에서 제1지점으로 전자기파 신호를 방사하는 단계, 상기 제1지점에서 반사되는 전자기파 신호를 수신하는 단계 및 TOF(Time Of Flight) 기술을 이용해 상기 측정장치에서 제1지점까지의 거리를 도출하는 단계를 포함하여 구성되는 특징을 가진다.This step corresponds to the step of measuring a scalar value distance which is a function of the measuring device. More specifically, the step of radiating an electromagnetic wave signal to the first point in the measuring apparatus, the step of radiating the electromagnetic wave signal reflected at the first point And deriving a distance from the measurement device to a first point using time of flight (TOF) techniques.
즉, 앞서 설명한 바와 같이 상기 측정장치가 내부에서 변환한 레이저 신호, 초음파 신호 또는 적외선 신호와 같은 전자기파 신호를 제1지점으로 방사하고, 이후 제1지점으로부터 반사되는 전자기파 신호를 수신하여 TOF 기술 즉, 기준 거리에 따라 상이 맺히는 위치 및 형태가 상이한 특징을 이용해 측정장치로부터 제1지점까지의 거리를 산출한다.That is, as described above, the measuring apparatus emits an electromagnetic wave signal such as a laser signal, an ultrasonic signal, or an infrared signal, which is internally converted, to a first point, receives an electromagnetic wave signal reflected from the first point, The distances from the measuring device to the first point are calculated by using features having different positions and shapes depending on the reference distances.
이 때, 측정장치에서 제1지점까지의 거리는 c * tTOF/2에 해당하며, 여기에서 c는 빛의 속도이고 tTOF는 방사된 전자기파 신호가 제1지점으로부터 반사되어 수신되는 시간이다.At this time, the distance from the measuring device to the first point corresponds to c * t TOF / 2, where c is the speed of light and t TOF is the time at which the radiated electromagnetic wave signal is reflected and received from the first point.
이어서 (c) 상기 제1지점의 3차원 상대좌표를 도출하는 단계(s30)가 수행되며, 발명에 대한 이해를 보다 돕기 위해, 도 3a 및 도 3b에 본 발명의 일실시예에 따른 측정장치, 제1지점 및 제2지점의 3차원 좌표 획득을 나타낸 예시도가 도시된다.(C) deriving a three-dimensional relative coordinate of the first point (s30) is performed. To facilitate the understanding of the invention, FIGS. 3A and 3B show a measurement apparatus according to an embodiment of the present invention, There is shown an example showing the acquisition of three-dimensional coordinates of a first point and a second point.
보다 구체적으로, 상기 (c) 단계는 상기 측정장치에서 전자기파가 방사되는 제1지점 방향을 제1축으로, 중력 방향을 제2축으로, 상기 제1축 및 제2축과 수직인 방향을 제3축으로 설정하는 단계 및 상기 측정장치에서 제1지점까지의 거리를 이용해 상기 제1지점의 3차원 상대좌표를 도출하는 단계를 포함하여 구성되며, 이를 도면을 통해 상세히 설명하면 다음과 같다.More specifically, in the step (c), the first direction in which the electromagnetic waves are radiated is defined as a first axis, the gravity direction is defined as a second axis, and the direction perpendicular to the first axis and the second axis Dimensional coordinate of the first point by using the distance from the measurement point to the first point and setting the three-dimensional relative coordinate of the first point using the distance to the first point in the measurement apparatus.
먼저 도 3a를 보면, 측정장치의 3차원 상대좌표를 (0, 0, 0)으로 설정해놓은 상태에서 측정장치에서 제1지점까지의 거리를 측정하게 된다. 이 때의 거리는 L1이 되는데, 측정장치에서 전자기파 신호가 방사되는 제1지점 방향을 y축으로 놓는 경우 해당 제1지점의 3차원 상대좌표는 (0, L1, 0)이 된다.3A, the distance from the measuring apparatus to the first point is measured while the three-dimensional relative coordinate of the measuring apparatus is set to (0, 0, 0). In this case, when the first point direction in which the electromagnetic wave signal is radiated in the measuring apparatus is set as the y-axis, the three-dimensional relative coordinate of the first point is (0, L1, 0).
만약 측정장치에서 전자기파 신호가 방사되는 제1지점 방향을 x축으로 놓으면 제1지점의 3차원 상대좌표는 (L1, 0, 0)이 될 것이며, z축으로 놓게 되면 제1지점의 3차원 상대좌표는 (0, 0, L1)이 될 것이다.If the direction of the first point at which the electromagnetic wave signal is radiated from the measuring device is placed on the x axis, the three-dimensional relative coordinate of the first point will be (L1, 0, 0) The coordinates will be (0, 0, L1).
한편, 제2지점에 대한 3차원 상대좌표 또한 획득하여야 할 필요성이 있는 경우에는, 동일한 방법으로 측정장치의 3차원 상대좌표를 (0, 0, 0)으로 설정하고 제2지점까지의 거리 L2를 구하면 된다.On the other hand, if there is a need to acquire three-dimensional relative coordinates with respect to the second point, the three-dimensional relative coordinate of the measuring apparatus is set to (0, 0, 0) .
마찬가지로, 도면에서는 측정장치에서 전자기파 신호가 방사되는 제2지점 방향을 y축으로 설정해놓았기 때문에 해당 제2지점의 3차원 상대좌표는 (0, L2, 0)이 된다.Similarly, in the figure, since the second point direction in which the electromagnetic wave signal is radiated in the measuring apparatus is set as the y-axis, the three-dimensional relative coordinate of the second point is (0, L2, 0).
동일하게, 제2지점 방향을 x축으로 하면 제2지점의 3차원 상대좌표는 (L2, 0, 0)이, z축으로 하면 제2지점의 3차원 상대좌표는 (0, 0, L2)가 될 것이다.Similarly, when the second point direction is the x-axis, the three-dimensional relative coordinates of the second point are (L2, 0, 0) and the three-dimensional relative coordinates of the second point are (0, .
측정장치의 3차원 상대좌표를 (0, 0, 0)으로 설정한 도 3a와는 달리, 도 3b에서는 측정장치의 3차원 상대좌표를 임의의 (x, y, z)로 설정한 경우를 나타낸다.Unlike FIG. 3A in which the three-dimensional relative coordinate of the measuring apparatus is set to (0, 0, 0), FIG. 3B shows a case where the three-dimensional relative coordinate of the measuring apparatus is set to any (x, y, z).
이 때에도, 측정장치에서 제1지점까지의 거리는 L1, 제2지점까지의 거리는 L2가 되며, 전자기파 신호가 방사되는 제1지점 방향을 y축으로 설정한 경우 제1지점의 3차원 상대좌표는 (x, y`, z), 제2지점의 3차원 상대좌표는 (x, y``, z)가 된다.In this case, when the distance from the measuring apparatus to the first point is L1, the distance to the second point is L2, and the first point direction in which the electromagnetic wave signal is radiated is set as the y-axis, the three- x, y ', z), and the three-dimensional relative coordinate of the second point is (x, y``, z).
만약, 제1지점과 제2지점까지의 거리 L1 및 L2를 측정하였고, 측정장치의 3차원 상대좌표 (0, 0, 0) 또는 (x, y, z)에 대한 제1지점 및 제2지점의 3차원 상대좌표를 아는 경우, 사이의 끼인 각 θ를 알면 제1지점과 제2지점 사이의 거리를 연산해낼 수 있으며, 그 외에도 측정장치, 제1지점 및 제2지점의 3차원 상대좌표를 이용해 더 많은 정보를 도출해낼 수 있음은 물론이다.If the distances L1 and L2 between the first point and the second point are measured and the first point and the second point relative to the three-dimensional relative coordinate (0,0,0) or (x, y, z) It is possible to calculate the distance between the first point and the second point by knowing the inclined angle &thetas;, and in addition, the three-dimensional relative coordinates of the measuring apparatus, the first point and the second point can be calculated Of course, you can use it to get more information.
상기 (a) 내지 (c) 단계들을 통해 측정장치와 제1지점(또는 그 외의 지점들 포함)의 3차원 상대좌표를 획득하여 이를 다른 기술분야나 작업에 그대로 이용할 수도 있지만, 경우에 따라서는 측정장치와 제1지점을 포함하는 특정 지점의 3차원 절대좌표를 필요로 할 수도 있다.The three-dimensional relative coordinates of the measuring device and the first point (or other points) may be obtained through the steps (a) to (c) and used for other technical fields or tasks as they are, And may require three-dimensional absolute coordinates of the device and a particular point including the first point.
따라서, 본 발명에서는 상기 (c) 단계 이후, (d) 상기 측정장치의 절대좌표를 측정하는 단계 및 (e) 상기 측정장치의 절대좌표를 기반으로 상기 제1지점의 절대좌표를 도출하는 단계를 더 포함할 수 있다.Accordingly, in the present invention, after the step (c), (d) measuring the absolute coordinates of the measuring apparatus and (e) deriving the absolute coordinates of the first point based on the absolute coordinates of the measuring apparatus .
절대좌표란 주소 가능점의 위치가 지정된 좌표계 원점을 기준으로 하여 표현되는 좌표로서, 절대좌표를 측정하고자 하는 장치가 지자기센서와 같은 구성을 포함함으로써 측정장치 및 제1지점의 3차원 절대좌표를 측정해낼 수 있다.Absolute coordinates are coordinates in which the positions of addressable points are expressed with reference to the origin of the coordinate system specified. The apparatus for measuring the absolute coordinates includes the same configuration as the geomagnetic sensor to measure the three-dimensional absolute coordinates of the measuring apparatus and the first point I can do it.
본 단계는 측정장치 및 제1지점 각각의 3차원 절대좌표를 측정하는 방법을 이용할 수도 있지만, 보다 효율적으로는 측정장치의 3차원 절대좌표를 측정한 후, 이미 알고 있는 상기 측정장치에 대한 제1지점의 3차원 상대좌표를 이용해 상기 제1지점의 3차원 절대좌표를 도출해내는 것이 바람직하다.This step may use a measuring apparatus and a method of measuring the three-dimensional absolute coordinates of each of the first points, but more efficiently, after measuring the three-dimensional absolute coordinates of the measuring apparatus, Dimensional absolute coordinates of the first point by using the three-dimensional relative coordinates of the point.
이러한 측정장치 및 제1지점의 3차원 절대좌표를 획득하는 단계는 상기 측정장치 자체에 의해서 수행될 수도 있지만, 경우에 따라서는 상기 측정장치와 연동하는 제3의 장치에 의해 수행될 수 있다.The step of acquiring the three-dimensional absolute coordinates of the measuring device and the first point may be performed by the measuring device itself, but in some cases, it may be performed by a third device that cooperates with the measuring device.
다시 말하면, 측정장치가 측정장치의 3차원 상대좌표 및 제1지점의 3차원 상대좌표를 도출한 상태에서, 측정장치의 절대좌표를 측정할 수 있는 기기(측정장치 자체 또는 제3의 장치)가 측정장치의 3차원 절대좌표를 측정한 경우, 측정장치의 3차원 절대좌표와 측정장치에 대한 제1지점의 3차원 상대좌표를 이용하여 제1지점의 3차원 절대좌표를 도출해낼 수 있게 되는 것이다.In other words, a device (a measuring device itself or a third device) capable of measuring the absolute coordinates of the measuring device in a state in which the measuring device derives the three-dimensional relative coordinate of the measuring device and the three- When the three-dimensional absolute coordinate of the measuring apparatus is measured, the three-dimensional absolute coordinate of the first point can be derived using the three-dimensional absolute coordinate of the measuring apparatus and the three-dimensional relative coordinate of the first point with respect to the measuring apparatus .
여기에서 상기 제3의 장치는 절대좌표의 측정이 가능한 공지의 측정장치 또는 휴대용 단말기일 수도 있으나 이에 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 측정장치와 연동하여 측정한 값들을 이용할 수 있도록 통신시스템이 갖춰진 구성인 것이 바람직하다.Here, the third device may be a known measuring device or a portable terminal capable of measuring the absolute coordinates, but the present invention is not limited thereto, and may be a configuration equipped with a communication system so as to use values measured in conjunction with the measuring device of the present invention .
측정장치 및 제1지점의 3차원 절대좌표를 획득하는 방법을 다시 말하면, In other words, the measuring apparatus and the method for acquiring the three-dimensional absolute coordinates of the first point,
또 다른 기술분야에서의 응용을 위해, 본 발명은 상기 측정장치와 제1지점의 각 3차원 상대좌표들 또는 각 3차원 상대좌표들을 이용한 점, 선, 면 또는 입체를 소정의 공간에 표현하는 단계를 더 포함할 수 있다.For application in another technical field, the present invention comprises the steps of expressing points, lines, faces or solid objects using the measurement device and each three-dimensional relative coordinates of the first point or each three-dimensional relative coordinates in a predetermined space As shown in FIG.
상기 소정의 공간이란 2차원 화면 또는 3차원 공간에 해당할 수 있으며, 상기 점, 선, 면 또는 입체를 상기 2차원 화면에 평면적으로 표현하거나 상기 3차원 공간에 입체적으로 표현함으로써 사용자에게 측정결과를 보다 쉽게 인지할 수 있도록 제공할 수 있으며, 측정결과를 이용해 특정 구성을 생성한다거나 또는 측정결과를 편집하도록 하여 다른 기술분야로의 확장성을 증대시킬 수도 있다.The predetermined space may correspond to a two-dimensional screen or a three-dimensional space, and the point, line, surface, or three-dimensional object may be represented on the two-dimensional screen in a planar manner or may be three- It may be easier to perceive, and the measurement results may be used to create a particular configuration or to edit the measurement results to increase scalability to other technologies.
나아가 3차원 상대좌표들뿐만 아니라 3차원 절대좌표들을 이용한 점, 선, 면 또는 입체를 소정의 공간에 표현할 수도 있음은 물론이다.Furthermore, it is needless to say that not only three-dimensional relative coordinates but also point, line, plane or three-dimensional object using three-dimensional absolute coordinates can be expressed in a predetermined space.
예를 들면, 외부의 컴퓨터나 스마트폰 등 현시 가능한 디스플레이를 구비한 외부 장치와 본 발명의 측정장치가 연동함으로써 측정 결과인 3차원 상대좌표 또는 3차원 절대좌표를 이용해 점, 선, 면 또는 입체를 2차원 평면적으로 또는 3차원 입체적으로 표현하게 된다.For example, when an external device having an externally visible display such as a computer or a smart phone is interlocked with the measuring device of the present invention, a point, a line, a face, or a three-dimensional object Dimensional two-dimensional or three-dimensional stereoscopic.
경우에 따라서는, 다수의 측정 결과를 중첩하여 표현함으로써 복잡한 대상체들을 보다 높은 시인성을 갖도록 사용자에게 제공할 수 있으며, 대상체들을 직관적으로 비교할 수 있도록 표현하여 여러 산업분야에 효과적으로 이용하도록 할 수 있고, 부가적으로 편집 기능이 있는 다른 장치나 프로그램과 연계하여 추가적인 작업이 수행되도록 할 수도 있음은 물론이다.In some cases, complex measurement objects can be provided to the user with higher visibility by representing a plurality of measurement results in a superimposed manner, and objects can be expressed intuitively and can be effectively used in various industrial fields. It is also possible to perform additional operations in conjunction with another device or program having an editing function.
결과적으로, 본 발명은 TOF 기술을 이용한 측정장치가 특정 지점과의 거리를 측정하여 측정장치와 특정 지점의 3차원 상대좌표 및 측정장치와 특정 지점의 3차원 절대좌표를 도출하고, 이를 활용할 수 있도록 하는 장점이 있다.As a result, according to the present invention, the measurement apparatus using the TOF technology measures the distance from a specific point, thereby obtaining a three-dimensional absolute coordinate of the specific point, a three-dimensional absolute coordinate of the specific point, .
그리고 본 발명은 측정장치와 특정 지점의 절대좌표를 도출함에 있어서 제3의 장치와 연동하여 이를 수행할 수 있는 효과가 있으며, 아울러 얻어진 3차원 좌표들을 이용해 점, 선, 면 또는 입체를 제3의 화면 또는 공간에 현시함으로써 이를 활용한 편집 등 다양한 기술분야에 응용할 수 있는 장점이 있다.In addition, the present invention has the effect of being able to perform this operation in conjunction with the third device in deriving the absolute coordinates of a specific point and the measuring device, and furthermore, the point, line, And can be applied to a variety of technical fields such as editing utilizing a display on a screen or a space.
이상 본 발명의 구체적 실시형태와 관련하여 본 발명을 설명하였으나, 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 설명된 실시형태를 변경 또는 변형할 수 있으며, 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.While the present invention has been described with reference to the specific embodiments, it is to be understood that the invention is not limited thereto. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims and their equivalents. Various modifications and variations are possible.
10: 본체부
20: 손잡이부
21: 제어 버튼
100: 마이크로컨트롤러
110: 변위센서
111: 전자기파 발광부
112: 전자기파 수광부
120: 가속도 센서
130: 자이로스코프 센서
140: 지자기 센서
200: 출력부10:
20: Handle portion
21: Control button
100: Microcontroller
110: displacement sensor
111: Electromagnetic wave emitting portion
112: Electromagnetic wave receiving section
120: Accelerometer
130: Gyroscope sensor
140: Geomagnetic sensor
200: Output section
Claims (11)
(a) 측정장치의 3차원 상대좌표를 설정하는 단계;
(b) 상기 측정장치에서 제1지점까지의 거리를 측정하는 단계; 및
(c) 상기 제1지점의 3차원 상대좌표를 도출하는 단계; 를 포함하는 3차원 좌표 획득 방법.
A three-dimensional coordinate acquisition method using a measurement apparatus,
(a) setting three-dimensional relative coordinates of the measuring device;
(b) measuring a distance from the measuring device to a first point; And
(c) deriving three-dimensional relative coordinates of the first point; Dimensional coordinates.
상기 측정장치에서 제1지점으로 전자기파 신호를 방사하는 단계;
상기 제1지점에서 반사되는 전자기파 신호를 수신하는 단계; 및
TOF(Time Of Flight) 기술을 이용해 상기 측정장치에서 제1지점까지의 거리를 도출하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 좌표 획득 방법.
The method of claim 1, wherein the step (b)
Radiating an electromagnetic wave signal to a first point in the measuring device;
Receiving an electromagnetic wave signal reflected at the first point; And
Deriving a distance from the measurement device to a first point using TOF (Time Of Flight) technology; Dimensional coordinates of the three-dimensional coordinate.
상기 측정장치에서 전자기파가 방사되는 제1지점 방향을 제1축으로, 중력 방향을 제2축으로, 상기 제1축 및 제2축과 수직인 방향을 제3축으로 설정하는 단계; 및
상기 측정장치에서 제1지점까지의 거리를 이용해 상기 제1지점의 3차원 상대좌표를 도출하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 좌표 획득 방법.
The method of claim 1, wherein the step (c)
Setting a first pointing direction in which electromagnetic waves are radiated in the measuring apparatus as a first axis, a gravity direction as a second axis, and a direction perpendicular to the first axis and the second axis as a third axis; And
Deriving a three-dimensional relative coordinate of the first point using a distance from the measuring device to the first point; Dimensional coordinates of the three-dimensional coordinate.
상기 측정장치의 3차원 상대좌표를 (0, 0, 0) 또는 임의의 (x, y, z)로 설정하는 것을 특징으로 하는 3차원 좌표 획득 방법.
The method of claim 1, wherein the step (a)
Wherein the three-dimensional relative coordinate of the measurement apparatus is set to (0, 0, 0) or any (x, y, z).
(d) 상기 측정장치의 절대좌표를 측정하는 단계; 및
(e) 상기 측정장치의 절대좌표를 기반으로 상기 제1지점의 절대좌표를 도출하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 좌표 획득 방법.
The method of claim 1, wherein, after the step (c)
(d) measuring the absolute coordinates of the measuring device; And
(e) deriving the absolute coordinates of the first point based on the absolute coordinates of the measurement apparatus; Dimensional coordinates of the three-dimensional coordinates.
상기 측정장치 또는 상기 측정장치와 연동하는 제3의 장치에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 3차원 좌표 획득 방법.
6. The method of claim 5, wherein the steps (d) and (e)
And a third device that interlocks with the measuring device or the measuring device.
상기 측정장치의 3차원 상대좌표는 외부 입력에 의해 설정될 수 있는 것을 특징으로 하는 3차원 좌표 획득 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the three-dimensional relative coordinate of the measurement device can be set by an external input.
상기 외부 입력은 블루투스, Wi-Fi 또는 Z-웨이브 중 어느 하나 이상의 무선통신방식을 이용하여 설정되는 것을 특징으로 하는 3차원 좌표 획득 방법
8. The method of claim 7,
Wherein the external input is set using at least one of a Bluetooth, Wi-Fi, and Z-wave wireless communication scheme
상기 측정장치와 제1지점의 각 3차원 상대좌표들 또는 각 3차원 상대좌표들을 이용한 점, 선, 면 또는 입체를 소정의 공간에 표현하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 좌표 획득 방법.
The method of claim 1, wherein, after the step (c)
Expressing points, lines, planes or solid objects using the measurement device and each of the three-dimensional relative coordinates or each three-dimensional relative coordinates of the first point in a predetermined space; Dimensional coordinates of the three-dimensional coordinates.
상기 소정의 공간은 2차원 화면 또는 3차원 공간에 해당하고, 상기 점, 선, 면 또는 입체를 상기 2차원 화면에 평면적으로 표현하거나 상기 3차원 공간에 입체적으로 표현하는 것을 특징으로 하는 3차원 좌표 획득 방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the predetermined space corresponds to a two-dimensional screen or a three-dimensional space, and the points, lines, planes, or three-dimensional objects are represented on the two-dimensional screen in two dimensions or three- Acquisition method.
상기 전자기파 신호는 레이저 신호, 초음파 신호 또는 적외선 신호 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 좌표 획득 방법.3. The method of claim 2,
Wherein the electromagnetic wave signal includes at least one of a laser signal, an ultrasonic signal, and an infrared signal.
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|---|---|---|---|
| KR1020170072241A KR20180134484A (en) | 2017-06-09 | 2017-06-09 | 3d coordinate acquisition method |
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| KR (1) | KR20180134484A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021002530A1 (en) * | 2019-07-03 | 2021-01-07 | (주)아키드로우 | Portable terminal for generating indoor structure information based on wall surface pointing, and operating method therefor |
| KR102218588B1 (en) * | 2019-12-19 | 2021-02-22 | 한국항공우주연구원 | Terrain Recognition and Positioning Method on the Ground Using Satellite SAR Signals |
-
2017
- 2017-06-09 KR KR1020170072241A patent/KR20180134484A/en not_active Application Discontinuation
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO2021002530A1 (en) * | 2019-07-03 | 2021-01-07 | (주)아키드로우 | Portable terminal for generating indoor structure information based on wall surface pointing, and operating method therefor |
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