WO2018221950A1 - 구 형상의 좌표계 장치 및 그를 이용한 위치 정보 산출 방법 - Google Patents

구 형상의 좌표계 장치 및 그를 이용한 위치 정보 산출 방법 Download PDF

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WO2018221950A1
WO2018221950A1 PCT/KR2018/006132 KR2018006132W WO2018221950A1 WO 2018221950 A1 WO2018221950 A1 WO 2018221950A1 KR 2018006132 W KR2018006132 W KR 2018006132W WO 2018221950 A1 WO2018221950 A1 WO 2018221950A1
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WO
WIPO (PCT)
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coordinate system
system body
axis
camera
mobile device
Prior art date
Application number
PCT/KR2018/006132
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English (en)
French (fr)
Inventor
홍을표
Original Assignee
홍을표
김영일
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 홍을표, 김영일 filed Critical 홍을표
Publication of WO2018221950A1 publication Critical patent/WO2018221950A1/ko

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S1/00—Beacons or beacon systems transmitting signals having a characteristic or characteristics capable of being detected by non-directional receivers and defining directions, positions, or position lines fixed relatively to the beacon transmitters; Receivers co-operating therewith
    • G01S1/02—Beacons or beacon systems transmitting signals having a characteristic or characteristics capable of being detected by non-directional receivers and defining directions, positions, or position lines fixed relatively to the beacon transmitters; Receivers co-operating therewith using radio waves
    • G01S1/68—Marker, boundary, call-sign, or like beacons transmitting signals not carrying directional information
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W64/00—Locating users or terminals or network equipment for network management purposes, e.g. mobility management

Definitions

  • the present invention provides an absolute coordinate and / or relative position of a mobile device having a camera using first to sixth markers displayed on each axis of a spherical coordinate system body and a reference information providing unit that provides diameters and absolute coordinates of the coordinate system body.
  • a spherical coordinate system device capable of extracting coordinates and a positional information calculation method using the same.
  • LBS Location Based Service
  • WiFi wireless data transmission system
  • BLE low-power Bluetooth
  • Such LBS-related technology has been proposed for providing various services in various documents including Korean Patent No. 10-0573191, Korean Patent No. 10-0628971, and Korean Patent No. 10-1610367.
  • LBS can range from relatively simple, such as current location lookup services, nearby building / road information retrieval services, friend finder services, public transportation retrieval services, route guidance services, to unmanned drone services, augmented reality games, and social network services. It appears as a variety of complex services, such as combined.
  • Beacon including WiFi, Pseudo-lite, HP IMES, UWB, Zigbee, Infrared, Ultrasonic, Geomagnetic ( geomagnetism), Camera and VBLC.
  • the camera-based image matching technology which is evaluated to have higher accuracy and precision than other conventional LDTs, requires multiple images for each zone to specify each zone in the room. There is no reality.
  • the present invention is to solve the above-mentioned problems, the first marker to sixth markers displayed on each axis of the spherical coordinate system body and the camera using the diameter and the absolute coordinate of the coordinate system body provided from the reference information providing unit
  • An object of the present invention is to provide a spherical coordinate system device capable of extracting absolute and / or relative coordinates of a mobile device and a method of calculating position information using the same.
  • a spherical coordinate system includes a coordinate system body that provides a reference of three-dimensional spatial coordinates, and has a sphere shape; A first marker displayed at a point where the + X axis of the rectangular coordinate system centering on the centroid of the coordinate system body and the surface of the coordinate system body meet; A second marker displayed at a point where the + Y axis of the rectangular coordinate system centering on the centroid of the coordinate system body and the surface of the coordinate system body meet; A third marker displayed at a point where the + Z axis of the rectangular coordinate system centering on the centroid of the coordinate system body and the surface of the coordinate system body meet; A fourth marker displayed at a point where the -X axis of the rectangular coordinate system centered on the centroid of the coordinate system body and the surface of the coordinate system body meet; A fifth marker displayed at a point where the -Y axis of the rectangular coordinate system centering on the centroid of the coordinate system body meets the surface
  • each of the first to sixth markers has a cross shape in which first and second lines are orthogonal to each other, and the first and second lines are each marked with a direction mark at one end thereof.
  • the first marker displayed on the + X axis is provided in a direction in which the direction indicators of the first line and the second line of the first marker face the + Y axis and the + Z axis on the surface of the coordinate system body, respectively, and the + Y axis
  • the second marker shown in is provided in the direction in which the direction indication symbols of the first line and the second line of the second marker are facing the + Z axis and the + X axis on the surface of the coordinate system body, respectively, and the third mark displayed on the + Z axis.
  • the marker is provided in a direction in which the direction indicators of the first and second lines of the third marker face + X and + Y axes on the surface of the coordinate system body, respectively, and the fourth marker displayed on the -X axis is the first marker.
  • the direction indicators of the first and second lines of the marker On the surface of the coordinate system body is provided in the direction looking to the + Y axis and + Z axis, the fifth marker displayed on the -Y axis is the direction indication code of the first line and the second line of the fifth marker, respectively, the surface of the coordinate system body
  • the sixth markers provided on the + Z axis and the + X axis in the above direction, and the sixth markers indicated on the -Z axis have + X axes on the surface of the coordinate system body, respectively, in which the direction indicators of the first line and the second line of the sixth marker are respectively. And a direction facing the + Y axis.
  • the reference information providing unit may further include partitioning the spherical coordinate system body into + X, + Y, + Z, -X, -Y and -Z axes by the first to sixth markers. It is preferable to mark each of the three zones.
  • the reference information providing unit may be a short range wireless communication device installed inside or outside the coordinate system body to communicate with the mobile device 20 having the camera.
  • the position information calculation method comprises the imaging step of photographing the coordinate system body with a camera mounted on the mobile device having the camera;
  • the distance calculation step may include a first positioning in which the optical axis of the camera passes through the center of the coordinate system body; A second position through which the optical axis of the camera passes through the surface of the coordinate system body at a radial distance from the center of the coordinate system body; A third location through which the optical axis of the camera passes between the center of the coordinate system body and the surface of the coordinate system body; And a fourth position where the optical axis of the camera deviates out of the coordinate system body. The distance between the mobile device having the camera and the camera is measured from the coordinate system body.
  • the step of calculating the distance may be the step of database each of the diameter of the coordinate system body image taken for each distance from the coordinate system body to the camera photographing the coordinate system body; And analyzing a diameter of the coordinate system body image photographed by the camera, and extracting a distance from the coordinate system body to the camera from the databaseized distance information.
  • the calculating of the position may include calculating a two-dimensional circular image of the coordinate system body photographed by the camera, and converting the two-dimensional circular image of the coordinate system body into a sphere; And a camera using the center points of the first to sixth markers included in the two-dimensional circular image of the coordinate system body and the two-dimensional circular image of the coordinate system body viewed from the position photographed by the camera. Comprising a step of calculating the relative position with respect to the coordinate system body of the.
  • a distortion correction method or algorithm suitable for the distortion characteristic for example, the average value of the long and short radius of the two-dimensional circular image is used. It is preferable to further include the step of restoring the complete circular image using a), and providing the restored circular two-dimensional image to the distance calculation or position calculation step.
  • the present invention as described above is provided with a spherical coordinate system body, and displays the first to sixth markers along the rectangular coordinate system on the coordinate system body and the diameter (or radius) of the coordinate system body in the reference information providing unit provided in the coordinate system body and Provides an absolute coordinate value.
  • FIG. 1 is a first installation state diagram of a spherical coordinate system device according to the present invention.
  • FIG. 2 is a second installation state diagram of a spherical coordinate system apparatus according to the present invention.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram of a spherical coordinate system according to the present invention.
  • FIG. 4 is a state diagram of use of a spherical coordinate system according to the present invention.
  • FIG. 5 is a first embodiment of a spherical coordinate system according to the present invention.
  • FIG. 6 is a second embodiment of the spherical coordinate system according to the present invention.
  • FIG. 7 is a third embodiment of the spherical coordinate system according to the present invention.
  • FIG. 8 is an exemplary view illustrating the coordinate values of FIG. 7.
  • FIG. 9 is a diagram showing the principle of coordinate calculation using a spherical coordinate system according to the present invention.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating a method of calculating location information according to the present invention.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a location information calculation application according to the present invention.
  • FIG. 12 is a first embodiment showing a distance calculation method in the present invention.
  • Fig. 13 is a second embodiment showing the distance calculation method in the present invention.
  • Fig. 16 is a fourth embodiment showing the distance calculation method in the present invention.
  • 17 is a diagram illustrating a position calculation method in the present invention.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating a coordinate calculation method in the present invention.
  • FIG. 19 is a diagram illustrating a location information calculation server according to the present invention.
  • the spherical coordinate system 10 is fixedly installed indoors or outdoors, and includes a mobile device 20 having a camera (hereinafter referred to as a “mobile device”). It is possible to extract the current position information by photographing the coordinate system 10 of the spherical shape.
  • the spherical coordinate system 10 may be installed outdoors in various buildings or relatively large spaces, such as on a roof of a building. Of course, the city is omitted, but may be installed in a room such as a stadium or department store. In addition, it may be inserted into a relatively narrow space such as inside the human body, as in the case of robot surgery.
  • This invention is particularly useful indoors where signal reception conditions of the GPS are poor.
  • the present invention can be applied outdoors, for example, it can be used outdoors for the mobile device 20 without a GPS module.
  • the building is semi-permanently installed in the fixed type, but when inserted into the human body for robot surgery, etc., use a material that is harmless to the human body, preferably may be used to melt away after a certain time.
  • the mobile device 20 may also be applied to smart phones, smart glasses, endoscopes / microscopes, cameras, telescopes, drones, airplanes, commercial or non-commercial robots, and autonomous vehicles.
  • the spherical coordinate system device 10 has a sphere shape.
  • the present invention is focused on the fact that the mobile device 20 can shoot a sphere in any direction, and all are seen as two-dimensional circles with the same difference in perspective.
  • the present invention is a virtual device in which a mobile device 20 is connected from a rectangular coordinate system X, Y, Z having a centripetal Os of the spherical coordinate system 10 as its origin, and a centripetal Os.
  • the line, position and distance L are used to provide the absolute position and / or relative coordinates of the mobile device 20.
  • the spherical coordinate system device 10 includes a coordinate system body 11, a marker 12 consisting of first to sixth markers, and a reference to three-dimensional space coordinates.
  • the reference information providing unit 13 is included.
  • the coordinate system body 11 is formed in a sphere (sphere) shape, the size (diameter) can be adjusted according to the installation position or purpose. For example, the larger the space to cover, the larger one is used.
  • the material of the coordinate system body 11 is not particularly limited, but as an example, a plastic material is used indoors, and a material such as a metal having a low light reflection is used to adapt to an external environment outdoors.
  • the coordinate system body 11 may be made of an opaque material so that the first to sixth markers displayed on the rear part in the direction of looking at the coordinate system body 11 are not projected forward.
  • the marker 12 which is composed of the first to sixth markers, is displayed (or marked) on the outer surface of the coordinate system body 11, and may be printed or drawn using general or special ink, or attached with adhesive tape or pieces. And so on.
  • first to sixth markers represent respective axes of the rectangular coordinate system whose origin is the centroid (Os) of the coordinate system body 11, and the first to sixth markers sequentially + X axis, + Y-axis, + Z-axis, -X-axis, -Y-axis and -Z-axis inform the direction.
  • the first marker is displayed at the point where the + X axis of the rectangular coordinate system having the centroid Os of the coordinate system body 11 as the origin meets the surface of the coordinate system body 11, and the second marker is + Y of the rectangular coordinate system.
  • the third marker is displayed at the point where the surface of the coordinate system body 11 meets the + Z axis of the Cartesian coordinate system.
  • the fourth marker is displayed at the point where the -X axis of the rectangular coordinate system centering on the centroid Os of the coordinate system body 11 and the surface of the coordinate system body 11 meet, and the fifth marker is of the rectangular coordinate system.
  • the sixth marker is displayed at the point where the surface of the coordinate system body 11 and the -Z axis of the rectangular coordinate system meet.
  • the present invention extracts its position using the marker 12 displayed on the coordinate system body 11 regardless of which direction the mobile device 20 photographs the coordinate system body 11 as described with reference to FIG. 3. Make it possible.
  • first to sixth markers can be distinguished from each other, various shapes including cross shapes, dot shapes, special characters, and geometric patterns may be applied, and if necessary, different shapes may be distinguished from each other in the photographed image. Makes it easy.
  • the reference information providing unit 13 is provided in the coordinate system body 11 and provides basic information to the mobile device 20.
  • the basic information provided by the reference information providing unit 13 is an absolute coordinate value based on the centroid (Os) of the coordinate system body 11 and the radius or diameter value of the coordinate system body 11 at the position where the coordinate system body 11 is installed. (Ie size).
  • the coordinate system body 11 has its absolute position different according to the installation place, and if necessary, its size may also vary, so the reference information provider 13 provides these basic information to the mobile device 20.
  • various methods applicable to the basic information including a method of reading an image and a method of short-range wireless communication.
  • the coordinate value is directly displayed as a number (eg, an actual value or a logical value) or displayed as a barcode.
  • the reference information providing unit 13 uses the first to sixth markers to move the coordinate system body 11 to the + X axis, the + Y axis, the + Z axis, and the -X so that the coordinate value can be read out in any direction.
  • Each of the eight zones separated by the axis, -Y axis, and -Z axis should be marked. That is, at least eight reference information providing units 13 including barcodes are required.
  • the short range wireless communication device is installed in the coordinate system body 11 or on or around the surface of the coordinate system body 11. Should be.
  • Bluetooth beacons are low energy (BLE) -based and have the advantage of operating at distances of up to 50 meters.
  • the first marker to the sixth marker as described above may be used a mark such as a simple cross shape (cross shape), respectively, but such marks do not indicate the direction as a vector (vector).
  • the first to sixth markers representing the + X axis, the + Y axis, and the + Z axis have a solid cross shape, but have different colors, and represent -X axis, -Y axis, and -Z axis.
  • the fourth to fourth markers may have a cross shape of a dotted line, but may distinguish six markers by different colors.
  • each marker 12 merely displays its own position, and does not indicate the direction or relative position to another marker by itself. Therefore, a problem occurs when a plurality of markers are not visible at the same time.
  • the center cross CR displayed at the image center of the coordinate system body 11 in FIG. 6 represents the image center of the coordinate system body 11 photographed by the camera at the current position (posture).
  • the coordinate value of the center cross CR is obtained by using the distance (or error from each axis) from each axis to the center cross CR. (E.g. X, Y, Z).
  • the first to sixth markers each have a cross shape in which the first line L and the second line L2 are orthogonal to each other, and the first line L1 and the second line L2, respectively.
  • the first to third markers of the solid line are respectively displayed in different colors (red / green / black), and the fourth to sixth markers of the dotted lines are also displayed in different colors (red / green / black). To make the division easier.
  • first to third markers face the + X, + Y and + Z axes of the Cartesian coordinate in each axis direction, and similarly, the fourth to sixth markers represent the -X, -Y and -Z axes. It uses the shape as viewed from each axis direction.
  • the first marker displayed on the + X axis line has a nodal point between the first line L1 and the second line L2 corresponding to the + X axis, and the first line L1 and the second line ( L2) corresponds to the + Y axis and the + Z axis, respectively, and the direction indication symbol A is provided in the direction toward the + Y axis and the + Z axis, respectively.
  • the first marker displayed on the + X axis has the direction indication symbols A of the first line L1 and the second line L2 facing the + Y axis and the + Z axis on the surface of the coordinate system body 11, respectively. It can be seen that the direction to look.
  • the second marker displayed on the + Y axis has the direction indication symbols A of the first line L1 and the second line L2 facing the + Z axis and the + X axis on the surface of the coordinate system body 11, respectively. It is provided in the viewing direction.
  • the third marker displayed on the + Z axis has the direction indication symbols A of the first line L1 and the second line L2 facing the + X axis and the + Y axis on the surface of the coordinate system body 11, respectively. Is provided in the direction.
  • the fourth marker displayed on the -X axis has the direction indication symbols A of the first line L1 and the second line L2 facing the + Y axis and the + Z axis on the surface of the coordinate system body 11, respectively. Is provided in the direction.
  • the direction indication symbol A is always defined to indicate the direction of the + axis, and the fifth and sixth markers are also the same below.
  • the direction indication symbols A of the first line L1 and the second line L2 face the + Z axis and the + X axis on the surface of the coordinate system body 11, respectively. Is provided in the direction.
  • the sixth marker displayed on the -Z axis has the direction indication symbols A of the first line L1 and the second line L2 facing the + X axis and the + Y axis on the surface of the coordinate system body 11, respectively. Is provided in the direction.
  • the direction indication symbol A displayed on the first line L1 and the second line L2 such that the marker 12 has a cross shape may have any shape including circular dots or square dots in addition to the arrow shapes shown. Can be applied.
  • the direction indication symbol A is always determined to look at the + X axis, the + Y axis, and the + Z axis in the positive direction.
  • two directional signs A adjacent to each other in each marker become 90 ° to each other.
  • the adjacent markers are determined in the order of X-> Y-> Z while rotating in the counterclockwise direction.
  • the-axis it rotates clockwise to judge nearby markers in the order X-> Y-> Z.
  • the center cross CR indicates the center of the image of the coordinate system body 11 photographed by the camera at the current position (posture). In particular, even when there is only one marker as shown in FIG. You can get the coordinate value for).
  • the coordinate value of the virtual center cross CR at the center of the image taken in FIG. 8h may be defined as (X, -Y, 0). Since the first marker in the + X axis direction is seen on the captured image, the first X value may be known.
  • 90 ° formed by the two direction indicators A on the first marker corresponds to a posture rotated counterclockwise (that is, rotated in the ⁇ 90 degree direction).
  • the first line L1) is + Y axis
  • the center cross CR at the center of the image is along the first line L1 (ie, + Y axis direction) provided with the arrow A at the upper side (reference to the drawing) based on the intersection point of the first marker. It is a -Y value because it is slightly spaced downward.
  • the Z component is It can be seen that it is '0'.
  • the first to sixth markers each have a cross shape in which the first line L1 and the second line L2 are orthogonal to each other, and one end portion of the first line L1 and the second line L2 is formed. It can be seen that the X, Y, and Z components (X, -Y, 0) can all be extracted even if only one marker is shown by adopting the ones in which the direction indication symbols (A) are respectively indicated.
  • the present invention calculates the absolute coordinate value and / or relative coordinate value of the mobile device 20 in the state of knowing the absolute coordinate value of the spherical coordinate system device 10 provided through the reference information providing unit (13).
  • the distance 'L' from the first spherical coordinate system device 10 to the mobile device 20 is required.
  • the position of the mobile device 20 looking at the centroid Os of the three-dimensional spherical coordinate system body 11 is specified as a point P, and the point P is a two-dimensional photographed image. It corresponds to the center cross CR (see FIGS. 6 to 8) of an image.
  • the angle with respect to each axis direction is extracted as an acute angle as an example.
  • the virtual line connecting the center and Os to the position Oc of the mobile device 20 can be extended. 20) can be extracted.
  • the position information calculation method using the spherical coordinate system according to the present invention as shown in Fig. 10 is the imaging step (S10), the distance calculation step (S20), the position calculation step (S30) and the coordinate calculation step (S40) ).
  • the imaging step (S10) to take a photograph of the coordinate system body 11 made of a spherical shape with a camera (see 21 in Fig. 11) mounted on the mobile device 20, such as a smart phone possessed by the user.
  • the two-dimensional circular image photographed as described above includes a marker visible at the current position among the markers 12 including the first to sixth markers, and when the reference information providing unit 13 is visually configured such as a barcode, The information provider 13 is also included.
  • the image captured by the camera 21 is signal-processed by the image processing unit 22, and the size (diameter or radius) of the image, the image of the marker 12 and the reference information providing unit 13 Read the image.
  • the spherical coordinate system body 11 may be photographed in a distorted shape (eg, an elliptical shape) according to a unique characteristic of the camera, not a complete circle.
  • a distorted shape eg, an elliptical shape
  • a method of restoring a distorted image by using a mean value of long and short radiuses of a photographed two-dimensional image may be applied.
  • the present invention is not limited thereto and various techniques applicable to other corrections may be applied. can do.
  • the ratio of the diameter (or radius) of the coordinate system body 11 provided from the reference information providing unit 13 and the diameter (or radius) of the coordinate system body image captured by the camera 21 is calculated.
  • the ratio of the distance from the centroid Os of the coordinate system body 11 to the camera lens and the focal length from the camera lens to the imaging surface is calculated.
  • the distance between the centroid Os of the coordinate system body 11 and the mobile device 20 is measured by combining the diameter (or radius) ratio and the distance ratio calculated as described above. More specific examples thereof will be described below with reference to FIGS. 12 to 16.
  • the angle between the virtual line passing through the center point (eg CR) of the surface of the coordinate system body 11 and the + X axis or -X axis at the position photographed by the camera is calculated.
  • the angle is calculated based on the + X axis or the -X axis to be 90 ° or less (acute angle).
  • the relative position with respect to the coordinate system body 11 of the mobile device 20 is calculated by calculating the angle between the imaginary line and the + Y or -Y axis and the angle between the imaginary line and the + Z or -Z axis, respectively. Calculate A more specific example thereof will be described with reference to FIG. 17 below.
  • any one of the distance calculation step S20 and the location calculation step S30 may be processed first. It may be.
  • the absolute coordinates and / or relative coordinates of the mobile device 20 are calculated by combining the absolute coordinate values of (11). A more specific example thereof will be described with reference to FIG. 18 below.
  • the position information calculation method using the spherical coordinate system according to the present invention as described above is mounted in the mobile device 20, such as a smartphone, for example, is executed by an application.
  • the position information calculating application 30 using the spherical coordinate system according to the present invention is stored in the memory of the mobile device 20 and executed by the processor.
  • the distance calculation unit 31, the position calculation unit 32, and the coordinate calculation unit 33 are implemented in the mobile device 20 by the execution of the application 30.
  • the camera 21, the image processing unit 22, the wireless communication unit 23 and the tag recognition unit 24 are basically mounted in the mobile device 20, and these configurations are executed by the execution of the application 30. Interworking takes place.
  • the image processing unit 22 and the tag recognition unit 24 may also be executed by executing the application 30. Can be implemented.
  • the camera 21 photographs the spherical coordinate system body 11.
  • the wireless communication unit 23 communicates with the reference information providing unit 13 when the reference information providing unit 13 included in the coordinate system body 11 is a short-range wireless communication means such as BLE beacon or WiFi. Receive basic information such as the size and absolute coordinate of.
  • the tag recognition unit 24 analyzes the captured barcode image when the reference information providing unit 13 included in the coordinate system body 11 uses an image reading method such as a barcode. Extract the coordinates.
  • the size (diameter or radius) of the coordinate system body 11 among the information confirmed through the wireless communication unit 23 or the tag recognition unit 24 is provided to the distance calculator 31 to move the mobile device 20 from the coordinate system body 11. It is used to calculate the distance L between).
  • the absolute coordinate value of the coordinate system body 11 among the information confirmed through the wireless communication unit 23 or the tag recognition unit 24 is provided to the position calculating unit 32 as described below to provide the position of the mobile device 20. (Direction) used for the calculation of ⁇ x , ⁇ y and ⁇ z .
  • the distance calculating unit 31 is the diameter ratio of the diameter of the coordinate system body 11 and the diameter of the image of the coordinate system body 11 and the distance from the centroid Os of the coordinate system body 11 to the camera lens and from the camera lens to the imaging surface.
  • the distance between the mobile devices 20 is extracted using the ratio of the focal lengths.
  • the position calculator 32 is configured such that the angle between the virtual line passing through the center point CR of the surface of the coordinate system body 11 and the + X axis or -X axis, and the virtual line and the + Y axis or -Y axis
  • the relative position of the mobile device 20 is calculated by calculating the angle and the angle between the imaginary line and the + Z or -Z axis, respectively.
  • the coordinate calculator 33 is a distance between the coordinate system body 11 provided from the distance calculator 31 and the movable device 20, and the relative position and coordinate system body of the movable device 20 provided from the position calculator 32.
  • the absolute coordinates and / or relative coordinates of the mobile device 20 are calculated by combining the absolute coordinate values provided from the reference information providing unit 13 of (11) with each other.
  • the calculation of the distance 'L' as described above is the camera lens from the diameter (ds) of the coordinate system body 11 and the diameter (di) ratio of the image of the coordinate system body 11 and the centroid (Os) of the coordinate system body 11
  • the distance calculation step (S20) of the present invention is classified into first to fourth positioning.
  • the first positioning is the case where the optical axis of the camera passes through the centroid Os of the coordinate system body 11, and the second positioning is the optical axis of the camera from the centripetal Os of the coordinate system body 11 from the coordinate system body 11. This is the case passing through the surface of the coordinate system body 11 at a radial distance of.
  • the third positioning is the case where the optical axis of the camera passes between the centroid Os of the coordinate system body 11 and the surface of the coordinate system body 11, and the fourth positioning is otherwise the optical axis of the camera is the coordinate system body. This is the case where it deviates to the outside of (11).
  • the diameter ds of the coordinate system body 11 in the above equation is a value already known by the reference information providing unit 13, the focal length f between the camera lens and the image plane (image plane) is also of the mobile device 20 A unique specification that is already known.
  • the size d i of the circular coordinate system body 11 captured on the X i / Y i two-dimensional image plane of the camera can be extracted by itself through data processing. Therefore, the distance L value can be calculated using these f, d s and d i values.
  • the optical axis of the camera passes through the surface p of the coordinate system body 11 corresponding to the radius of the coordinate system body 11 from the centroid Os of the coordinate system body 11. Correction is necessary to find the distance L value in the diagonal direction.
  • the radial distance Os (P) of the coordinate system body 11 (the radius is half of the diameter, which is the same as using the diameter in this case as well) and the L value as the base and the height are respectively known. Extract the distance L value.
  • the distance O sn between the centroid Os of the coordinate system body 11 and the point n on the optical axis represents the circular coordinate system body 11 and the optical axis X i captured on the X i / Y i two-dimensional image plane of the camera.
  • the ratio relationship between the lengths h 1 , h 2, and S values as reference can be obtained.
  • O sn (l * s) / f.
  • O sn (l * s) / f.
  • the distance H between the centroid Os of the coordinate system body 11 and the optical axis is determined by the coordinate system body ( 11) and the separation distance between the surface of the coordinate system body 11 and the point P on the optical axis.
  • the distance L value cannot be calculated in the above-described first to third positioning methods.
  • the database diameters of the images of the coordinate system body 11 photographed for each distance from the coordinate system body 11 to the camera photographing the coordinate system body 11 are respectively databased and the coordinate system body 11 photographed by the camera. Analyze the diameter of the image to extract the distance L from the coordinate system body 11 to the camera from the databased distance information.
  • the coordinate system body 11 is formed in a sphere shape, and the sphere has a difference in perspective depending on the distance from the camera. Recall that it looks like a circle.
  • a two-dimensional coordinate system body which is shown in different sizes by distance L (for example, 1 m) selected in advance from the first to third positioning by distance L or by various other methods.
  • the diameter (ds) of the image of (11) is databased and used for the extraction of the distance L, respectively.
  • the position of the mobile device 20 is calculated through the angles ⁇ x , ⁇ y and ⁇ z from each axis of the rectangular coordinate system with respect to the coordinate system body 11.
  • the calculated value means the relative position from the coordinate system body 11 in which the absolute coordinate value is known.
  • the present invention is calculated using a two-dimensional circular image of the coordinate system body 11 captured by the camera at the time of position calculation, the two-dimensional circular image of the coordinate system body 11 to a sphere (sphere) of the three-dimensional image again Converting the image.
  • An image of the coordinate system body 11 photographed by the camera as shown in FIG. 17 is displayed on a two-dimensional image plane, and the images of the first to sixth markers are also included in the image of the coordinate system body 11. Therefore, X-axis, Y-axis, and Z-axis on the coordinate system body 11 are displayed as U-axis, V-axis, and W-axis on the image plane to distinguish each marker after image processing.
  • the center 'O i ' of the coordinate system consisting of the U, V, and W axes may or may not coincide with the center of the image plane (when the photographed image is located at the center of the image plane).
  • the center of the two-dimensional circle coincides with the center of the image plane of the camera. That is, it is assumed that the optical axis of the camera passes through the centroid Os of the coordinate system body 11.
  • the size (i.e., the radius d i / 2) and the length O iU from O i to U of the image (or image converted into a spherical shape) of the captured coordinate system body 11 can be extracted from the processed data.
  • Calculate x sin -1 ((O iU ) / (d i / 2)).
  • ⁇ x sin ⁇ 1 ((O iU ) / (d i / 2))
  • ⁇ y sin ⁇ 1 ((O iV ) / (d i / 2))
  • ⁇ z sin as shown in FIG. 18.
  • the value of ⁇ 1 ((O iw ) / (d i / 2)) as described in FIG. 9 is determined by the coordinates X oc , Y oc , Substituting the equations (1) to (3) to obtain Z oc , respectively, finally calculates the absolute and / or relative coordinates of the mobile device 20.
  • 'L' is the distance from the centripetal point 'O S ' to the movable device position 'O c ' with the camera
  • X o , Y o , Z o are the absolute coordinates of the centripetal point 'O S '
  • the LBS Location Based Service
  • the location information calculation server corresponds to an embodiment showing an environment in which the location information calculation method using the spherical coordinate system according to the present invention is implemented.
  • the position information calculation server 40 replaces the calculation of the coordinate value on the server side so as to reduce the process throughput in the mobile device 20 and to receive the coordinate values precisely and accurately. Can be applied.
  • the mobile device 20 photographs the coordinate system body 11 of the coordinate system device 10, and then displays the identification ID provided from the reference information provider 13 of the coordinate system device 10 together with the captured image. Provided to the calculation server 40.
  • the position information calculation server 40 calculates a coordinate value using the information provided from the mobile device 20, and recalculates the calculated absolute and / or relative coordinate values of the mobile device 20 again. To provide.
  • the location information calculation server 40 includes a server-side database 41, a server-side wireless communication unit 42, a server-side distance calculation unit 43, and a server-side location calculation unit ( 44) and a server-side coordinate calculation unit 45.
  • the server-side database 41 includes the identification ID of each coordinate system device 10 and the diameter of the coordinate system body 11 and the absolute coordinate values of the coordinate system body 11 for each identification ID of the coordinate system device 10. Each basic information is stored.
  • the server-side database 41 at the position information calculation server 40 is provided. And provides the server-side coordinate calculation unit 45 with basic information necessary for calculating the coordinates, such as the absolute coordinate value of the coordinate system device 10 matching the corresponding identification ID, the diameter (or radius) of the coordinate system body.
  • the server-side wireless communication unit 42 receives information about the coordinate system body 11 (that is, the coordinate system body image and identification ID, etc.) from the mobile device 20. In addition, the absolute and / or relative coordinate values of the mobile device 20 are calculated using the received information and transmitted to the mobile device 20.
  • the server-side distance calculator 43 calculates the distance between the coordinate system body 11 and the mobile device 20 using information previously stored in the server-side database 41 and information provided from the mobile device 20.
  • the ratio of the diameter of the coordinate system body 11 and the diameter ratio of the image of the coordinate system body 11 captured by the camera and the distance from the centroid Os of the coordinate system body 11 to the camera lens and the focal length from the camera lens to the imaging surface The ratio is used to calculate the distance L between the coordinate system body 11 and the mobile device 20.
  • the method of calculating the distance L on the server side using such information is the same as the principle or method of calculating the distance L at the distance calculator 31 of the mobile device 20 such as a smartphone as described above.
  • the diameter of the coordinate system body 11 selects and uses information matching the identification ID from the information recorded in the server-side database 41 with reference to the identification ID transmitted from the mobile device 20 to the server 40. .
  • the diameter of the image of the coordinate system body 11 is a server-side distance calculator 43 after processing the image of the coordinate system body 11 transmitted from the mobile device 20 to the server 40 by the server-side image processor 40a. ), Etc.
  • the distance from the centroid Os of the coordinate system body 11 to the camera lens is also signal-processed by the server-side image processor 40a for the image of the coordinate system body 11 transmitted from the mobile device 20 to the server 40.
  • the server side distance calculation unit 43 then extracts the data.
  • the focal length from the camera lens to the imaging surface is provided from the mobile device 20 as one of basic information already known to the mobile device 20 itself as a unique specification of the camera mounted on the mobile device 20.
  • the server-side position calculation unit 44 calculates a relative position with respect to the coordinate system body 11 of the mobile device 20 using information previously stored in the server-side database 41 and information provided from the mobile device 20.
  • the angle between the virtual line passing through the centroid Os of the coordinate system body 11 and the + X or -X axis at the position of the camera, the angle between the virtual line and the + Y or -Y axis, and the virtual The relative position with respect to the coordinate system body 11 of the mobile device 20 is calculated by calculating the angle between the line and + Z axis or -Z axis, respectively.
  • the method of calculating the relative position of the mobile device 20 on the server side using such information may be based on the principle of calculating the relative position in the position calculator 32 of the mobile device 20 such as a smartphone as described above. It's the same way.
  • the angle between the above-mentioned imaginary line and the + X axis / -X axis, the + Y axis / -Y axis, and the + Z axis / -Z axis is the coordinate system body transmitted from the mobile device 20 to the server 40 ( 11), the server side image processor 40a extracts the signal from the server side position calculator 44 and the like.
  • the server-side coordinate calculation unit 45 includes a distance between the coordinate system body 11 and the mobile device 20, a relative position with respect to the coordinate system body 11 of the mobile device 20, and an absolute coordinate value of the coordinate system body 11. Are combined to calculate the absolute and / or relative coordinates of the mobile device 20. The calculated coordinate values are transmitted back to the mobile device 20 through the server-side wireless communication unit 42.
  • the present invention provides various location based services (LBS) by providing absolute coordinates or relative coordinates of a mobile device equipped with a camera by using first to sixth markers displayed on a spherical coordinate system body. To be able.
  • LBS location based services

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Abstract

본 발명은 구 형상의 좌표계 몸체의 각 축에 표시된 제1 마커 내지 제6 마커 및 좌표계 몸체의 직경과 절대좌표를 제공하는 기준정보 제공부를 이용하여 카메라를 구비한 이동식 장치의 절대좌표 및/또는 상대좌표를 추출할 수 있는 구 형상의 좌표계 장치와 그를 이용한 위치 정보 산출 방법에 관한 것이다.

Description

구 형상의 좌표계 장치 및 그를 이용한 위치 정보 산출 방법
본 발명은 구 형상의 좌표계 몸체의 각 축에 표시된 제1 마커 내지 제6 마커 및 좌표계 몸체의 직경과 절대좌표를 제공하는 기준정보 제공부를 이용하여 카메라를 구비한 이동식 장치의 절대좌표 및/또는 상대좌표를 추출할 수 있는 구 형상의 좌표계 장치와 그를 이용한 위치 정보 산출 방법에 관한 것이다.
최근 위성 위치 시스템(GPS)을 비롯한 무선 데이터 전송 시스템(WiFi) 및 저전력 블루투스(BLE) 등의 여러 기술과 연계된 위치 기반 서비스(LBS: Location Based Service)의 발전에 따라 언제 어디서나 사람이나 물건의 위치 및 주변 정보를 파악할 수 있게 되었다.
이러한 LBS 관련 기술은 한국등록특허 제10-0573191호, 한국등록특허 제10-0628971호 및 한국등록특허 제10-1610367호를 비롯한 다양한 문헌에서 다양한 서비스의 제공을 위해 제안되고 있다.
예를 들어, LBS로는 현재 위치 조회 서비스, 주변 건물/도로 정보 검색 서비스, 친구 찾기 서비스, 대중 교통 수단 검색 서비스, 경로 안내 서비스 등과 같이 상대적으로 단순한 것부터 무인 비행 드론 서비스, 증강현실 게임, 소셜 네트워크 서비스 등과 결합한 복잡한 서비스 등으로 다양하게 나타나고 있다.
한편, 현대인들의 고밀도화된 생활공간과 실내생활의 증가는 더욱더 다양하고 고품질인 LBS의 출현을 요구하게 되었다. 이를 위해서는 GPS가 적용될 수 있는 실외에서는 물론 음영지역이나 GPS 신호 수신이 어려운 실내에서도 끊임없이 서비스를 제공할 수 있어야 한다. 또한 고품질의 서비스를 위해서는 기본적으로 3차원의 공간좌표가 높은 정확도와 정밀도로 제공되어야 한다.
따라서, 종래에는 GPS 신호 수신이 어려운 실내에서의 LBS를 위한 측위 기술(LDT: Location Determination Technoogy)로써 WiFi를 비롯한 Beacon(BLE), Pseudo-lite, HP IMES, UWB, Zigbee, Infrared, Ultrasonic, 지자기(geomagnetism), Camera 및 VBLC 등의 다양한 기술을 이용하였다.
그러나, 위와 같은 종래 기술은 각각 단점이 존재한다. 예컨대, GPS와 같은 전파기반 기술들은 정밀도와 정확도를 높이는데 한계가 있다. 특히 3차원 공간좌표의 구현은 비용대비 효과가 미비하다.
또한 종래의 다른 LDT보다 상대적으로 정확도와 정밀도가 높다고 평가되는 카메라 기반의 이미지 매칭 기술의 경우에도 실내의 각 구역을 특정하기 위해 다수의 각 구역에 대한 다수의 이미지가 필요하여 아직까지 제품화된 LBS가 없는 것이 현실이다.
나아가 실내의 각 위치에 위치 정보를 제공할 수 있는 2차원 태그를 부착하여 삼각측량 등을 실시하여 이미지 매칭기술의 단점을 보완하려는 기술도 제시되고 있다. 그러나, 이러한 기술은 단말기의 접근성이 보장되지 않고 넓은 공간일수록 태그의 개수가 증가하는 문제가 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 구 형상 좌표계 몸체의 각 축에 표시된 제1 마커 내지 제6 마커 및 기준정보 제공부에서 제공되는 좌표계 몸체의 직경과 절대좌표를 이용하여 카메라를 구비한 이동식 장치의 절대좌표 및/또는 상대좌표를 추출할 수 있는 구 형상의 좌표계 장치와 그를 이용한 위치 정보 산출 방법을 제공하고자 한다.
이를 위해 본 발명은 구 형상의 좌표계 장치를 제공한다. 구 형상의 좌표계 장치는 3차원 공간 좌표의 기준을 제공하는 것으로, 구(sphere) 형상으로 이루어진 좌표계 몸체와; 상기 좌표계 몸체의 구심을 중심으로 하는 직각 좌표계의 +X축과 상기 좌표계 몸체의 표면이 만나는 지점에 표시된 제1 마커와; 상기 좌표계 몸체의 구심을 중심으로 하는 직각 좌표계의 +Y축과 상기 좌표계 몸체의 표면이 만나는 지점에 표시된 제2 마커와; 상기 좌표계 몸체의 구심을 중심으로 하는 직각 좌표계의 +Z축과 상기 좌표계 몸체의 표면이 만나는 지점에 표시된 제3 마커와; 상기 좌표계 몸체의 구심을 중심으로 하는 직각 좌표계의 -X축과 상기 좌표계 몸체의 표면이 만나는 지점에 표시된 제4 마커와; 상기 좌표계 몸체의 구심을 중심으로 하는 직각 좌표계의 -Y축과 상기 좌표계 몸체의 표면이 만나는 지점에 표시된 제5 마커와; 상기 좌표계 몸체의 구심을 중심으로 하는 직각 좌표계의 -Z축과 상기 좌표계 몸체의 표면이 만나는 지점에 표시된 제6 마커; 및 상기 좌표계 몸체에 구비되며, 설치된 위치에서의 상기 좌표계 몸체의 구심을 기준으로 하는 절대좌표값 및 상기 좌표계 몸체의 직경값을 제공하는 기준정보 제공부;를 포함하여, 카메라를 구비한 이동식 장치가 상기 제1 마커 내지 제6 마커, 상기 직경값 및 상기 절대좌표값을 이용하여 상기 카메라를 구비한 이동식 장치의 위치정보를 분석할 수 있게 하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제1 마커 내지 제6 마커는 각각 제1 선 및 제2 선이 서로 직교하는 십자 형상으로 이루어져 있고, 상기 제1 선 및 제2 선은 각각 일측 선단부에 방향 표시 부호가 표기되어 있으며, 상기 +X축에 표시된 제1 마커는 상기 제1 마커의 제1 선 및 제2 선의 방향 표시 부호가 각각 좌표계 몸체의 표면상에서 +Y축 및 +Z축을 바라보는 방향에 구비되고, 상기 +Y축에 표시된 제2 마커는 상기 제2 마커의 제1 선 및 제2 선의 방향 표시 부호가 각각 좌표계 몸체의 표면상에서 +Z축 및 +X축을 바라보는 방향에 구비되고, 상기 +Z축에 표시된 제3 마커는 상기 제3 마커의 제1 선 및 제2 선의 방향 표시 부호가 각각 좌표계 몸체의 표면상에서 +X축 및 +Y축을 바라보는 방향에 구비되고, 상기 -X축에 표시된 제4 마커는 상기 제4 마커의 제1 선 및 제2 선의 방향 표시 부호가 각각 좌표계 몸체의 표면상에서 +Y축 및 +Z축을 바라보는 방향에 구비되고, 상기 -Y축에 표시된 제5 마커는 상기 제5 마커의 제1 선 및 제2 선의 방향 표시 부호가 각각 좌표계 몸체의 표면상에서 +Z축 및 +X축을 바라보는 방향에 구비되고, 상기 -Z축에 표시된 제6 마커는 상기 제6 마커의 제1 선 및 제2 선의 방향 표시 부호가 각각 좌표계 몸체의 표면상에서 +X축 및 +Y축을 바라보는 방향에 구비되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 기준정보 제공부는 상기 제1 마커 내지 제6 마커에 의해 상기 구형의 좌표계 몸체를 +X축, +Y축, +Z축, -X축, -Y축 및 -Z축으로 구획한 8개의 구역에 각각 표시되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 기준정보 제공부는 상기 좌표계 몸체의 내부 또는 외부에 설치되어 상기 카메라를 구비한 이동식 장치(20)와 통신을 하는 근거리 무선통신 장치인 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 위치 정보 산출 방법은 상기 카메라를 구비한 이동식 장치(20)에 탑재된 카메라로 상기 좌표계 몸체를 촬영하는 촬상 단계와; 상기 기준정보 제공부로부터 제공된 상기 좌표계 몸체의 직경과 상기 카메라에 촬상된 상기 좌표계 몸체 이미지의 직경 비율 및 상기 좌표계 몸체의 구심으로부터 카메라 렌즈까지의 거리와 상기 카메라 렌즈로부터 촬상면까지의 초점 거리의 비율을 이용하여 상기 좌표계 몸체로부터 상기 카메라를 구비한 이동식 장치 사이의 거리를 측정하는 거리 산출 단계와; 상기 카메라의 위치에서 상기 좌표계 몸체의 구심을 지나는 가상의 선과 상기 +X축 또는 -X축 사이의 각도와, 상기 가상의 선과 상기 +Y축 또는 -Y축 사이의 각도 및 상기 중심점과 +Z축 또는 -Z축 사이의 각도를 각각 산출하여 상기 카메라를 구비한 이동식 장치의 상기 좌표계 몸체에 대한 상대위치를 산출하는 위치 산출 단계; 및 상기 좌표계 몸체로부터 상기 카메라를 구비한 이동식 장치 사이의 거리와, 상기 카메라를 구비한 이동식 장치의 상기 좌표계 몸체에 대한 상대위치 및 상기 좌표계 몸체로부터 제공된 상기 좌표계 몸체의 절대좌표값을 조합하여 상기 카메라를 구비한 이동식 장치의 절대좌표 또는 상대좌표를 산출하는 좌표 산출 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 거리 산출 단계는 상기 카메라의 광학축이 상기 좌표계 몸체의 구심을 통과하는 제1 측위와; 상기 카메라의 광학축이 상기 좌표계 몸체의 구심으로부터 상기 좌표계 몸체의 반경 거리에 있는 상기 좌표계 몸체의 표면을 통과하는 제2 측위와; 상기 카메라의 광학축이 상기 좌표계 몸체의 구심과 상기 좌표계 몸체의 표면 사이를 통과하는 제3 측위; 및 상기 카메라의 광학축이 상기 좌표계 몸체의 외측으로 벗어난 제4 측위;로 구분하여 상기 좌표계 몸체로부터 상기 카메라를 구비한 이동식 장치 사이의 거리를 측정하는 것이 바람직하다.
또한, 거리 산출 단계는 상기 좌표계 몸체로부터 상기 좌표계 몸체를 촬영한 카메라까지의 거리별로 촬상된 좌표계 몸체 이미지의 직경을 각각 데이터베이스화하는 단계; 및 상기 카메라에서 촬영한 상기 좌표계 몸체 이미지의 직경을 분석하여, 상기 데이터베이스화된 거리 정보로부터 상기 좌표계 몸체로부터 카메라까지의 거리를 추출하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 위치 산출 단계는 상기 카메라에서 촬상된 상기 좌표계 몸체의 2차원 원형 이미지를 이용하여 산출하되, 상기 좌표계 몸체의 2차원 원형 이미지를 구형으로 변환하는 단계; 및 상기 좌표계 몸체의 2차원 원형 이미지에 포함된 상기 제1 마커 내지 제6 마커와 상기 카메라로 촬영한 위치에서 바라보는 상기 좌표계 몸체의 2차원 원형 이미지의 중심점을 이용하여 상기 카메라를 구비한 이동식 장치의 상기 좌표계 몸체에 대한 상대위치를 산출하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 카메라에서 촬상된 상기 좌표계 몸체의 2차원 원형 이미지에 요구조건 보다 크게 왜곡이 발생한 경우, 해당 왜곡 특성에 적당한 왜곡 보정 방법 또는 알고리즘(예컨대, 2차원 원형 이미지의 장반경 및 단반경의 평균값을 이용)을 이용하여 완전한 원형의 이미지를 복원하고, 상기 복원된 원형의 2차원 이미지를 거리 산출 또는 위치 산출 단계에 제공하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
이상과 같은 본 발명은 구 형상의 좌표계 몸체를 설치하고, 좌표계 몸체에 직각좌표계를 따라 제1 내지 제6 마커를 표시하고 좌표계 몸체에 구비된 기준정보 제공부에서 좌표계 몸체의 직경(혹은 반경)과 절대좌표값을 제공한다.
따라서 스마트폰과 같이 카메라를 구비한 이동식 장치로 어느 위치에서든 구 형상의 좌표계 몸체를 촬영하면 거리와 위치를 산출할 수 있고, 높은 정밀도와 정확도를 갖는 3차원 공간정보의 위치 기반 서비스를 제공할 수 있게 한다.
도 1은 본 발명에 따른 구 형상의 좌표계 장치의 제1 설치 상태도이다.
도 2는 본 발명에 따른 구 형상의 좌표계 장치의 제2 설치 상태도이다.
도 3은 본 발명에 따른 구 형상의 좌표계 장치의 개념도이다.
도 4는 본 발명에 따른 구 형상의 좌표계 장치의 사용 상태도이다.
도 5는 본 발명에 따른 구 형상의 좌표계 장치의 제1 실시예이다.
도 6은 본 발명에 따른 구 형상의 좌표계 장치의 제2 실시예이다.
도 7은 본 발명에 따른 구 형상의 좌표계 장치의 제3 실시예이다.
도 8은 상기 도 7의 좌표값을 나타낸 예시도이다.
도 9는 본 발명에 따른 구 형상의 좌표계 장치를 이용한 좌표 산출 원리를 나타낸 도이다.
도 10은 본 발명에 따른 위치 정보 산출 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 11은 본 발명에 따른 위치 정보 산출 어플리케이션을 나타낸 도이다.
도 12는 본 발명에서의 거리 산출 방법을 나타낸 제1 실시예이다.
도 13은 본 발명에서의 거리 산출 방법을 나타낸 제2 실시예이다.
도 14 및 도 15는 본 발명에서의 거리 산출 방법을 나타낸 제3 실시예이다.
도 16은 본 발명에서의 거리 산출 방법을 나타낸 제4 실시예이다.
도 17은 본 발명에서의 위치 산출 방법을 나타낸 도이다.
도 18은 본 발명에서의 좌표 산출 방법을 나타낸 도이다.
도 19는 본 발명에 따른 위치 정보 산출 서버를 나타낸 도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 구 형상의 좌표계 장치와 그를 이용한 위치 정보 산출 방법에 대해 상세히 설명한다.
먼저, 도 1 및 도 2와 같이 본 발명에 따른 구 형상의 좌표계 장치(10)는 실내 또는 실외에 고정 설치되는 것으로, 카메라를 구비한 이동식 장치(20)(이하, '이동식 장치'라 함)로 구 형상의 좌표계 장치(10)를 촬영하여 현재 위치 정보를 추출할 수 있게 한다.
구 형상의 좌표계 장치(10)는 빌딩 옥상과 같이 다양한 건축물이나 상대적으로 넓은 공간의 실외에 설치될 수 있다. 물론, 도시는 생략되었지만 경기장이나 백화점과 같은 실내에도 설치될 수 있다. 또한 로봇 수술을 하는 경우처럼 인체 내부와 같이 상대적으로 협소한 공간에 삽입될 수도 있다.
이러한 본 발명은 위성 항법 시스템(GPS)의 신호 수신 상태가 좋지 못한 실내에서 특히 유용하다. 그러나, 본 발명은 실외에서도 그 적용이 가능하며 일 예로 GPS 모듈이 없는 이동식 장치(20)를 위해 실외에서도 사용할 수 있다.
또한 건축물에는 고정식으로 반영구적 설치를 하지만 로봇 수술 등을 위해 인체 내에 삽입하는 경우에는 인체에 무해한 재질을 사용하며 바람직하게는 일정 시간이 경과 후 녹아 없어지는 재질을 사용할 수도 있다.
또한 이동식 장치(20)로서 스마트 폰, 스마트 글래스, 내시경/현미경, 카메라, 망원경, 드론, 비행기, 상업 또는 비상업용 로봇 및 자율 주행 차량 등에도 적용될 수 있다.
한편, 도 3과 같이 본 발명에 따른 구 형상의 좌표계 장치(10)는 구(sphere) 형상으로 이루어진다. 이러한 본 발명은 이동식 장치(20)는 어느 방향에서나 구를 촬영할 수 있으며, 원근감에 차이가 있을 뿐 모두 동일하게 2차원의 원(circle)으로 보여진다는 점에 착안한 것이다.
도 4와 같이 본 발명은 구 형상의 좌표계 장치(10)의 구심(centripetal)(Os)을 원점으로 하는 직각 좌표계 X, Y, Z와 구심(Os)으로부터 이동식 장치(20)를 연결한 가상의 선과, 위치 및 거리 L을 이용하여 당해 이동식 장치(20)의 절대위치 및/또는 상대좌표를 제공한다.
예컨대, 이용자의 스마트폰으로 구 형상의 좌표계 장치(10)를 촬영하면 스마트폰은 그 절대 좌표값이 알려진 구심(Os)을 기준으로 X= +1.09m, Y= -0.51m, Z= +0.46m의 위치 즉, 공간좌표를 갖는다. 또한 구 형상의 좌표계 장치(10)와 스마트폰 사이의 거리 L=2.12m라는 정보를 제공받는다.
이를 위해, 도 5와 같이 본 발명에 따른 구 형상의 좌표계 장치(10)는 3차원 공간 좌표의 기준을 제공하도록, 좌표계 몸체(11), 제1 마커 내지 제6 마커로 이루어진 마커(12) 및 기준정보 제공부(13)를 포함한다.
여기서, 상기 좌표계 몸체(11)는 구(sphere) 형상으로 이루어져 있으며, 그 설치 위치나 목적에 따라 그 크기(직경)가 조절될 수 있다. 예컨대 커버할 공간이 넓을수록 큰 것이 사용된다.
또한 좌표계 몸체(11)의 재질에 특별한 제한은 없으나 일 예로 실내에서는 플라스틱 재질을 사용하고 실외에서는 외부 환경에 적응하도록 빛 반사가 적은 금속 등의 재질을 사용한다.
다만 좌표계 몸체(11)는 불투명 재질로 이루어져 있어서 좌표계 몸체(11)를 바라보는 방향의 후방부에 표시된 제1 마커 내지 제6 마커가 전방으로 투시되지 않도록 하는 것이 바람직하다.
제1 마커 내지 제6 마커로 이루어진 마커(12)는 좌표계 몸체(11)의 외표면에 표시(혹은 마킹)되는 것으로, 일반 또는 특수 잉크를 이용하여 프린트 또는 드로잉하거나 혹은 접착 테이프나 조각편을 부착하는 등의 방식으로 표시된다.
이러한 제1 마커 내지 제6 마커는 좌표계 몸체(11)의 구심(Os)을 원점으로 하는 직각 좌표계의 각 축(axis)을 나타내는 것으로, 제1 마커 내지 제6 마커는 순차로 +X축, +Y축, +Z축, -X축, -Y축 및 -Z축을 방향을 알리는 역할을 한다.
즉, 제1 마커는 좌표계 몸체(11)의 구심(Os)을 원점으로 하는 직각 좌표계의 +X축과 좌표계 몸체(11)의 표면이 만나는 지점에 표시되고, 제2 마커는 직각 좌표계의 +Y축과 좌표계 몸체(11)의 표면이 만나는 지점에 표시되며, 제3 마커는 직각 좌표계의 +Z축과 좌표계 몸체(11)의 표면이 만나는 지점에 표시된다.
같은 방식으로, 제4 마커는 좌표계 몸체(11)의 구심(Os)을 중심으로 하는 직각 좌표계의 -X축과 좌표계 몸체(11)의 표면이 만나는 지점에 표시되고, 제5 마커는 직각 좌표계의 -Y축과 좌표계 몸체(11)의 표면이 만나는 지점에 표시되며, 제6 마커는 직각 좌표계의 -Z축과 좌표계 몸체(11)의 표면이 만나는 지점에 표시된다.
이로써 본 발명은 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이 이동식 장치(20)가 어느 방향에서 좌표계 몸체(11)를 촬영하든지 무관하게 좌표계 몸체(11)에 표시된 마커(12)를 이용하여 자신의 위치를 추출할 수 있게 한다.
다만, 제1 마커 내지 제6 마커는 서로 구분이 가능하기만 하면 십자 형상, 도트 형상, 특수 문자 및 기하학적 무늬를 비롯한 다양한 형상이 적용되며, 필요시에는 색상에 차이를 두어 촬영된 이미지에서 서로 구별을 쉽게 한다.
기준정보 제공부(13)는 좌표계 몸체(11)에 구비되는 것으로, 기본 정보를 이동식 장치(20)에 제공한다. 기준정보 제공부(13)에서 제공되는 기본 정보는 좌표계 몸체(11)가 설치된 위치에서 좌표계 몸체(11)의 구심(Os)을 기준으로 하는 절대좌표값 및 좌표계 몸체(11)의 반경 또는 직경값(즉, 크기값)을 포함한다.
즉, 좌표계 몸체(11)는 설치 장소에 따라 그 절대위치가 다르고, 필요시에는 그 크기 역시 차이가 있을 수 있으므로 기준정보 제공부(13)는 이들 기본 정보를 이동식 장치(20)에 제공한다.
기준정보 제공부(13)에서 기본 정보를 제공하는 방법으로는 크게 영상 판독에 의한 방법 및 근거리 무선통신에 의한 방법을 비롯하여 적용가능한 다양한 방법이 적용될 수 있다.
일 예로 기본 정보를 제공하기 위해 이동식 장치(20)에서 인식 가능한 영상 판독 방식을 사용하는 경우에는 좌표값을 직접 숫자(예: 실제값이나 논리값)로 표시하거나 바코드 등으로 표시한다.
이 경우 어느 방향에서나 좌표값을 영상 판독할 수 있도록 기준정보 제공부(13)는 제1 마커 내지 제6 마커에 의해 좌표계 몸체(11)를 +X축, +Y축, +Z축, -X축, -Y축 및 -Z축으로 구획한 8개의 구역에 각각 표시되여야 한다. 즉, 바코드 등으로 구성된 기준정보 제공부(13)는 최소한 8개가 필요하게 된다.
반면, 기본 정보를 제공하기 위해 이동식 장치(20)에서 인식 가능한 근거리 무선통신 판독 방식을 사용하는 경우에는 근거리 무선통신 장치를 좌표계 몸체(11) 내부나 혹은 좌표계 몸체(11) 표면이나 그 주변에 설치해야 한다.
근거리 무선통신 장치로는 적외선 장치를 비롯한 다양한 것이 적용될 수 있으나, 바람직하게는 블루투스 비콘(beacon)이 적용될 수 있다. 블루투스 비콘은 저에너지(BLE) 기반으로써 최대 50m 거리에서 작동하는 장점이 있다.
한편, 위에서 설명한 바와 같은 제1 마커 내지 제6 마커는 각각 단순한 크로스 형상(십자 형상)과 같은 마크가 사용될 수 있으나, 이러한 마크는 벡터(vector)와 같이 방향을 나타내지는 못한다.
즉, 도 6과 같이 +X축, +Y축 및 +Z축을 나타내는 제1 마커 내지 제6 마커는 실선의 크로스 형상으로 하되 색상을 서로 다르게 하고, -X축, -Y축 및 -Z축을 나타내는 제4 마커 내지 제4 마커는 점선의 크로스 형상으로 하되 색상을 서로 다르게 하여 6개의 마커를 구분할 수 있다.
그러나, 위와 같은 제1 마커 내지 제6 마커는 각각의 마커(12)가 단순히 자신의 위치만을 표시할 뿐이며, 그 자체로써 방향이나 또 다른 마커에 대한 상대 위치를 표시하지는 못한다. 따라서 동시에 다수개의 마커가 보이지 않는 경우에는 문제가 발생한다.
예컨대, 도 6에서 좌표계 몸체(11)의 이미지 중심에 표시된 센터 크로스(CR)는 현재 위치(자세)에서 카메라로 촬영한 좌표계 몸체(11)의 이미지 중심을 나타낸다. 이때 (a) 내지 (f)는 촬영된 이미지상에 3개의 마커가 있기 때문에 각 축으로부터 센터 크로스(CR)까지의 거리(혹은 각 축으로부터의 오차)를 이용하여 센터 크로스(CR)의 좌표값(예: X, Y, Z)을 추출할 수 있다.
또한, 도 6의 (g)와 같이 제1 마커 및 제2 마커를 포함한 2개의 마커가 나타나 있고, 센터 크로스(CR)가 그 사이에 있는 경우에도 위와 같은 방식으로 센터 크로스(CR)의 좌표값(X, Y, 0)을 추출할 수 있다. 즉, 센터 크로스(CR)가 제3 마커인 +Z축과 일치하므로 Z=0으로 판단할 수 있다.
그러나, 도 6의 (h)와 같이 일 예로 제1 마커 하나만 보이는 경우에는 다른 마커와의 상대 위치나 다른 마커가 있는 방향을 추출할 수 없기 때문에, 센터 크로스(CR)가 제1 마커인 X축 근처라는 정보만 획득할 수 있다. 따라서, 센터 크로스(CR)가 정확히 어느 위치에 있는 것인지 추출할 수 없는 문제가 발생한다.
이에, 도 7과 같이 제1 마커 내지 제6 마커는 각각 제1 선(L) 및 제2 선(L2)이 서로 직교하는 십자 형상으로 이루어져 있고, 제1 선(L1) 및 제2 선(L2)은 각각 일측 선단부에 방향 표시 부호(A)(예: 화살표)가 표기된다.
다만, 실선의 제1 마커 내지 제3 마커는 각각 서로 다른 색(레드/그린/블랙)으로 표시되고, 점선의 제4 마커 내지 제6 마커 역시 각각 서로 다른 색(레드/그린/블랙)으로 표시되어 그 구분을 더욱 쉽게 한다.
이러한 제1 마커 내지 제3 마커는 직교좌표상의 +X축, +Y축 및 +Z축을 각 축 방향에서 바라보고, 유사하게 제4 마커 내지 제6 마커는 -X축, -Y축 및 -Z축을 각 축 방향에서 바라본 모양을 이용한 것이다.
일 예로 +X축 선상에 표시된 제1 마커는 제1 선(L1)과 제2 선(L2)의 교점(nodal point)이 +X축에 해당하고, 제1 선(L1)과 제2 선(L2)은 각각 +Y축선 및 +Z축선에 해당하며, 방향 표시 부호(A)는 각각 +Y축 및 +Z축을 향하는 방향에 구비된다.
그에 따라, +X축에 표시된 제1 마커는 제1 선(L1) 및 제2 선(L2)의 방향 표시 부호(A)가 각각 좌표계 몸체(11)의 표면상에서 +Y축 및 +Z축을 바라보는 방향을 지시함을 알 수 있게 된다.
유사하게, +Y축에 표시된 제2 마커는 제1 선(L1) 및 제2 선(L2)의 방향 표시 부호(A)가 각각 좌표계 몸체(11)의 표면상에서 +Z축 및 +X축을 바라보는 방향에 구비된다.
또한, +Z축에 표시된 제3 마커는 제1 선(L1) 및 제2 선(L2)의 방향 표시 부호(A)가 각각 좌표계 몸체(11)의 표면상에서 +X축 및 +Y축을 바라보는 방향에 구비된다.
또한, -X축에 표시된 제4 마커는 제1 선(L1) 및 제2 선(L2)의 방향 표시 부호(A)가 각각 좌표계 몸체(11)의 표면상에서 +Y축 및 +Z축을 바라보는 방향에 구비된다.
이와 같이 방향 표시 부호(A)는 언제나 +축(axis) 방향을 지시하는 것으로 규정하며 이하 제5 마커 및 제6 마커 역시 마찬가지이다.
따라서, -Y축에 표시된 제5 마커는 제1 선(L1) 및 제2 선(L2)의 방향 표시 부호(A)가 각각 좌표계 몸체(11)의 표면상에서 +Z축 및 +X축을 바라보는 방향에 구비된다.
또한, -Z축에 표시된 제6 마커는 제1 선(L1) 및 제2 선(L2)의 방향 표시 부호(A)가 각각 좌표계 몸체(11)의 표면상에서 +X축 및 +Y축을 바라보는 방향에 구비된다.
다만, 마커(12)가 크로스 형상을 갖도록 하는 제1 선(L1) 및 제2 선(L2)에 표시된 방향 표시 부호(A)는 도시된 화살표 형상 이외에, 원형 도트 혹은 사각 도트를 비롯한 어떠한 형상도 적용될 수 있다.
한편, 이상과 같이 방향 표시 부호(A)는 항상 양(+)의 방향의 +X축, +Y축 및 +Z축을 바라보도록 정해진다.
따라서, 도 8과 같이 각 마커에서 서로 인접한 2개의 방향 표시 부호(A)들은 서로 90°가 된다. 또한, +축의 경우는 '반시계 방향'으로 회전하면서 X->Y->Z의 순서로 인근 마커를 판단한다. -축의 경우는 '시계 방향'으로 회전하면서 X->Y->Z의 순서로 인근 마커를 판단하게 한다.
위와 같이 각각의 마커(12)에 상술한 방향 표시 부호(A)를 표시하면, 도 8의 (a) 내지 (f)와 같이 이동식 장치(20)가 바라보는 방향에서 3개의 마커가 보이는 경우는 물론, 도 8의 (g)와 같이 2개의 마커가 보이는 경우에도 센터 크로스(CR)의 좌표값을 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이 센터 크로스(CR)는 현재 위치(자세)에서 카메라로 촬영한 좌표계 몸체(11) 이미지의 중심을 나타내는데, 특히 도 8의 (h)와 같이 마커가 하나만 있는 경우에도 이동식 장치(20)에 대한 좌표값을 얻을 수 있다.
일 예로 도 8의 (h)에서 쵤영된 이미지의 중심에 있는 가상의 센터 크로스(CR)에 대한 좌표값은 (X, -Y, 0)으로 정의될 수 있다. 촬영된 이미지 상에서 +X축 방향인 제1 마커가 보이므로 우선 X값을 알 수 있는 것이다.
또한, 제1 마커에 있는 2개의 방향 표시 부호(A)들이 이루는 90°가 반시계 방향으로 회전(즉, -90도 방향 회전)된 자세에 해당하는데, 이때 위 규칙에 따르면 수직 배치(도면 기준)된 제1 선(L1)이 +Y축, 가로 배치(도면 기준)된 제2 선(L2)이 +Z축을 가리킨다.
따라서, 이미지의 중심에 있는 센터 크로스(CR)가 제1 마커의 교점을 기준으로 화살표(A)가 상측(도면 기준)에 구비된 제1 선(L1)(즉, +Y축 방향)을 따라 하측 방향으로 약간 이격되어 있으므로 -Y값임을 알 수 있다.
또한, 센터 크로스(CR)가 제1 마커의 교점을 기준으로 화살표(A)가 좌측(도면 기준)에 구비된 제2 선(L2)(즉, +Z축 방향)과 일치되어 있으므로 Z 성분은 '0'임을 알 수 있다.
그러므로, 제1 마커 내지 제6 마커가 각각 제1 선(L1) 및 제2 선(L2)이 서로 직교하는 십자 형상으로 이루어져 있고, 제1 선(L1) 및 제2 선(L2)의 일측 선단부에 각각 방향 표시 부호(A)가 표기되어 있는 것을 채택하면 하나의 마커만 보이는 경우에도 X, Y, Z 성분 (X,-Y,0) 모두를 추출할 수 있음을 알 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 이상과 같은 구 형상의 좌표계 장치(10)를 이용한 위치 정보 산출 방법에 대해 설명한다.
이러한 본 발명은 기준정보 제공부(13)를 통해 제공되는 구 형상의 좌표계 장치(10)의 절대좌표값을 알고 있는 상태에서 이동식 장치(20)의 절대좌표값 및/또는 상대좌표값을 산출하는 것을 목적으로 한다.
이를 위해, 첫째 구 형상의 좌표계 장치(10)로부터 이동식 장치(20)까지의 거리 'L'이 필요하다. 둘째 상대 위치의 산출을 위해 구 형상의 좌표계 장치(10)의 각 축과 좌표계 몸체(11)의 구심(Os)으로부터 이동식 장치(20)를 연결한 가상의 선 사이의 각도 'θx', 'θy' 및 'θz'가 필요하다.
즉, 도 9의 (a)와 같이 3차원의 구 형상의 좌표계 몸체(11)의 구심(Os)을 바라보는 이동식 장치(20)의 위치는 점 P로 특정되고, 점 P는 촬영된 2차원 영상의 센터 크로스(CR)(도 6 내지 도 8 참조)에 대응한다.
따라서, 각 축과 점 P 사이의 각도 θx, θy 및 θz를 추출하면, 구의 반경 'r'을 이용하여 점 P의 좌표값을 추출할 수 있다. 즉, 점 P의 좌표값 Xp=r*cos(θx), Yp=r*cos(θy) 및 Zp=r*cos(θz)가 추출된다. 각 축 방향에 대한 각도는 일 예로 예각(acute angle)으로 추출한다.
또한, 이러한 이론을 원거리에 있는 이동식 장치(20)까지 확장할 적용할 수 있도록 구심(Os)과 점 P를 잇는 가상의 선을 이동식 장치(20)의 위치(Oc)까지 연장하면 해당 이동식 장치(20)의 위치를 추출할 수 있다.
즉, 도 9의 (b)와 같이 좌표계 몸체(11)의 구심(Os) 좌표가 Xo, Yo, Zo인 상태에서 거리 'L(Os~Oc)' 및 각도 'θx', 'θy' 및 'θz'를 각각 산출하면, 이동식 장치(20)의 절대좌표값(혹은 상대좌표값)인 Xoc, Yoc, Zoc을 구할 수 있다.
이때, 이동식 장치(20)의 절대좌표값(혹은 상대좌표값) Xoc, Yoc, Zoc는 각각 Xoc=Xo+L*Cos(θx), Yoc=Yo+L*Cos(θy), Zoc=Zo+L*Cos(θz)의 식을 통해 산출할 수 있다.
이를 위해, 도 10과 같이 본 발명에 따른 구 형상의 좌표계 장치를 이용한 위치 정보 산출 방법은 촬상 단계(S10)와, 거리 산출 단계(S20)와, 위치 산출 단계(S30) 및 좌표 산출 단계(S40)를 포함한다.
이때, 촬상 단계(S10)에서는 이용자가 소지한 스마트폰 등과 같이 이동식 장치(20)에 탑재된 카메라(도 11의 21 참조)로 구 형상으로 이루어진 좌표계 몸체(11)를 촬영한다.
이와 같이 촬영된 2차원의 원형 이미지에는 제1 마커 내지 제6 마커로 이루어진 마커(12)들 중 현 위치에서 보이는 마커가 포함되고, 기준정보 제공부(13)가 바코드 등과 같은 시각적 구성된 경우에는 기준정보 제공부(13) 역시 포함된다.
따라서, 카메라(21)에 의해 촬상된 이미지를 영상처리부(22)에 의해 신호처리하고, 이미지의 크기(직경 혹은 반경)와, 촬영된 마커(12)의 이미지 및 기준정보 제공부(13)의 이미지를 판독한다.
다만, 이동식 장치(20)에서 좌표계 몸체(11)를 촬영시 구 형상의 좌표계 몸체(11)가 완전한 원이 아니라 카메라 고유의 특성에 따라 왜곡된 형상(예: 타원형 등)으로 촬영될 수 있다.
일 예로 좌표계 몸체(11)와 동일한 높이에서 촬영시에는 통상적으로 문제가 거의 없지만, 좌표계 몸체(11)보다 상대적으로 낮거나 높은 위치에서 촬영한 경우에는 완전한 원이 아니라 약간 타원형으로 촬영될 수 있다.
따라서, 카메라에서 촬상된 좌표계 몸체(11)의 2차원 원형 이미지에 왜곡이 발생한 경우 완전한 원형의 이미지로 보정(즉, 복원)을 하고, 복원된 원형의 2차원 이미지를 이하에서 설명하는 거리 산출 단계(S20) 및 위치 산출 단계(S30)에 제공하는 것이 바람직하다.
왜곡된 이미지의 복원은 일 예로 촬영된 2차원 이미지의 장반경 및 단반경의 평균값을 이용하여 완전한 원형의 이미지를 복원하는 기법이 적용될 수 있으나, 이에 한정하지 않고 그 외 보정을 위해 적용 가능한 여러 기법을 적용할 수 있다.
다음, 거리 산출 단계(S20)에서는 기준정보 제공부(13)로부터 제공된 좌표계 몸체(11)의 직경(혹은 반경)과 카메라(21)에 촬상된 좌표계 몸체 이미지의 직경(혹은 반경) 비율을 산출한다. 아울러 좌표계 몸체(11)의 구심(Os)으로부터 카메라 렌즈까지의 거리와 카메라 렌즈로부터 촬상면까지의 초점 거리의 비율을 산출한다.
따라서, 위와 같이 산출된 직경(혹은 반경) 비율 및 거리 비율을 조합하여 좌표계 몸체(11)의 구심(Os)으로부터 이동식 장치(20) 사이의 거리를 측정한다. 이에 대한 좀더 구체적인 예들은 아래에서 도 12 내지 도 16을 참조하여 설명한다.
다음, 위치 산출 단계(S30)에서는 카메라로 촬영한 위치에서 좌표계 몸체(11) 표면의 중심점(예: CR)을 지나는 가상의 선과 +X축 또는 -X축 사이의 각도를 산출한다. 각도는 일 예로 90°이하(예각)가 되도록 +X축 또는 -X축을 기준으로 산출한다.
나아가, 위에서 설명한 가상의 선과 +Y축 또는 -Y축 사이의 각도 및 가상의 선과 +Z축 또는 -Z축 사이의 각도를 각각 산출하여 이동식 장치(20)의 좌표계 몸체(11)에 대한 상대위치를 산출한다. 이에 대한 좀더 구체적인 예는 아래에서 도 17을 참조하여 설명한다.
다만, 위에서 설명한 거리 산출 단계(S20) 및 위치 산출 단계(S30)는 일 예로 도시한 바와 같이 동시에 처리될 수 있지만, 거리 산출 단계(S20)와 위치 산출 단계(S30) 중 어느 것이든 먼저 처리될 수도 있다.
다음, 좌표 산출 단계(S40)에서는 좌표계 몸체(11)로부터 이동식 장치(20) 사이의 거리와, 이동식 장치(20)의 좌표계 몸체(11)에 대한 상대위치 및 좌표계 몸체(11)로부터 제공된 좌표계 몸체(11)의 절대좌표값을 조합하여 이동식 장치(20)의 절대좌표 및/또는 상대좌표를 산출한다. 이에 대한 좀더 구체적인 예는 아래에서 도 18을 참조하여 설명한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 이상과 같은 구 형상의 좌표계 장치를 이용한 위치 정보 산출 어플리케이션에 대해 설명한다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 구 형상의 좌표계 장치를 이용한 위치 정보 산출 방법은 스마트폰과 같이 이동식 장치(20)에서 탑재되는 것으로, 일 예로 어플리케이션에 의해 실행된다.
도 11과 같이 본 발명에 따른 구 형상의 좌표계 장치를 이용한 위치 정보 산출 어플리케이션(30)은 이동식 장치(20)의 메모리에 저장되고, 그 프로세서에 의해 실행된다.
또한, 어플리케이션(30)의 실행에 의해 거리 산출부(31)와, 위치 산출부(32) 및 좌표 산출부(33)가 이동식 장치(20)에서 구현된다. 그외 카메라(21), 영상처리부(22), 무선통신부(23) 및 태그 인식부(24)는 이동식 장치(20)에 기본적으로 탑재된 것이 적용되며, 어플리케이션(30)의 실행에 의해 이들 구성과의 연동이 이루어진다.
다만, 이동식 장치(20)에 영상처리부(22) 및 태그 인식부(24)가 기본적으로 탑재되어 있지 않은 경우에는 영상처리부(22) 및 태그 인식부(24) 역시 어플리케이션(30)의 실행에 의해 구현될 수 있다.
위와 같은 구성에 있어서, 카메라(21)는 구 형상의 좌표계 몸체(11)를 촬영한다.
무선통신부(23)는 좌표계 몸체(11)에 구비된 기준정보 제공부(13)가 BLE Beacon나 WiFi등의 근거리 무선통신 수단인 경우 기준정보 제공부(13)와 통신을 하여 좌표계 몸체(11)의 크기 및 절대좌표값 등의 기본 정보를 수신한다.
태그 인식부(24)는 좌표계 몸체(11)에 구비된 기준정보 제공부(13)가 바코드 등과 같은 영상 판독 방식을 사용하는 경우 촬상된 바코드 이미지를 분석하여 역시 좌표계 몸체(11)의 크기 및 절대좌표값을 추출한다.
무선통신부(23) 또는 태그 인식부(24)를 통해 확인된 정보 중 좌표계 몸체(11)의 크기(직경 혹은 반경)는 거리 산출부(31)에 제공되어 좌표계 몸체(11)로부터 이동식 장치(20) 간의 거리 L의 산출에 사용된다.
그 외 무선통신부(23) 또는 태그 인식부(24)를 통해 확인된 정보 중 좌표계 몸체(11)의 절대좌표값은 후술하는 바와 같이 위치 산출부(32)에 제공되어 이동식 장치(20)의 위치(방향) θx, θy 및 θz의 산출에 사용된다.
따라서, 거리 산출부(31)는 좌표계 몸체(11)의 직경과 좌표계 몸체(11) 이미지의 직경 비율 및 좌표계 몸체(11)의 구심(Os)으로부터 카메라 렌즈까지의 거리와 카메라 렌즈로부터 촬상면까지의 초점 거리의 비율을 이용하여 이동식 장치(20) 사이의 거리를 추출한다.
위치 산출부(32)는 촬영된 좌표계 몸체(11) 표면의 중심점(CR)을 지나는 가상의 선과 +X축 또는 -X축 사이의 각도와, 상기 가상의 선과 +Y축 또는 -Y축 사이의 각도 및 상기 가상의 선과 +Z축 또는 -Z축 사이의 각도를 각각 산출하여 이동식 장치(20)의 상대위치를 산출한다.
좌표 산출부(33)는 거리 산출부(31)로부터 제공된 좌표계 몸체(11)로부터 이동식 장치(20) 사이의 거리와, 위치 산출부(32)로부터 제공된 이동식 장치(20)의 상대위치 및 좌표계 몸체(11)의 기준정보 제공부(13)로부터 제공된 절대좌표값을 서로 조합하여 이동식 장치(20)의 절대좌표 및/또는 상대좌표를 산출한다.
한편, 위에서 설명한 바와 같이 거리 'L'의 산출은 좌표계 몸체(11)의 직경(ds)과 좌표계 몸체(11) 이미지의 직경(di) 비율 및 좌표계 몸체(11)의 구심(Os)으로부터 카메라 렌즈까지의 거리(L)와 카메라 렌즈로부터 촬상면까지의 초점 거리(f)의 비율을 이용한다. 즉, L:f = ds:di의 관계를 이용하여 거리 L을 산출한다.
이때, L = f*(ds/di)를 산출함에 있어서 일부 오차가 있는 경우에는 피타고라스의 정리와 같은 공지의 다양한 방법을 이용하여 이를 보정할 필요가 있다. 즉, 카메라의 광학축(optical z-axis)이 좌표계 몸체(11)의 구심(Os)을 통과하지 않는 경우에는 이를 보정할 필요가 있다.
이에, 본 발명의 거리 산출 단계(S20)는 제1 측위 내지 제4 측위로 분류된다. 제1 측위는 카메라의 광학축이 좌표계 몸체(11)의 구심(Os)을 통과하는 경우이고, 제2 측위는 카메라의 광학축이 좌표계 몸체(11)의 구심(Os)으로부터 좌표계 몸체(11)의 반경 거리에 있는 좌표계 몸체(11)의 표면을 통과하는 경우이다.
제3 측위는 카메라의 광학축이 좌표계 몸체(11)의 구심(Os)과 좌표계 몸체(11)의 표면 사이를 통과하는 경우이고, 제4 측위는 그 이외의 경우로써 카메라의 광학축이 좌표계 몸체(11)의 외측으로 벗어난 경우이다.
도 12와 같이 상기 제1 측위의 경우, 카메라의 광학축이 좌표계 몸체(11)의 구심(Os)을 통과하므로 어떠한 보정 없이 거리 L = f*(ds/di)의 수학식을 이용하여 바로 산출된다. 도 9에서 Oi는 촬영된 이미지 평면의 중심점이고, Xi, Yi는 각각 촬영된 이미지 평면의 X축 및 Y축을 나타낸다.
이때, 위와 같은 수학식에서 좌표계 몸체(11)의 직경 ds는 기준정보 제공부(13)에 의해 이미 알려진 값이고, 카메라 렌즈와 이미지 평면(image plane) 사이의 초점 거리 f 역시 이동식 장치(20)의 고유 스펙으로써 이미 알려진 값이다.
또한, 이동식 장치(20)에 있어서, 카메라의 Xi/Yi 2차원 이미지 평면에 촬상된 원형의 좌표계 몸체(11)의 크기 di는 데이터처리를 통해 자체적으로 추출할 수 있다. 따라서, 이들 f, ds, di 값을 이용하여 거리 L값을 산출할 수 있다.
다음, 도 13과 같이 제2 측위의 경우 카메라의 광학축이 좌표계 몸체(11)의 구심(Os)으로부터 좌표계 몸체(11)의 반경에 해당하는 좌표계 몸체(11)의 표면(p)을 통과하므로 사선 방향의 거리 L값을 구하기 위해 보정이 필요하다.
이때, 좌표계 몸체(11)의 표면(p)부터 촬영된 이미지 평면의 중심(Oi)까지의 수평 거리 값은 ℓ=f*(ds/di)을 통해 바로 추출된다.
또한, 이미 알고 있는 좌표계 몸체(11)의 반경 거리(Os~P)(반경은 직경의 절반이므로 이 경우도 직경을 이용하는 것과 마찬가지임)와 상기 ℓ값을 각각 밑변과 높이로 하여 피타고라스 정리를 통해 거리 L값을 추출한다.
즉, L = (ℓ2 + (Os~P)2)1/2 = (ℓ2 + (ds/2)2)1/2의 수학식을 이용하여 거리 L값을 산출한다.
다음, 도 14와 같이 제3 측위의 경우, 제2 측위와 같이 거리 L 값을 구하기 위해 보정이 필요한데, 카메라의 광학축이 좌표계 몸체(11)의 구심(Os)과 좌표계 몸체(11)이 표면 사이를 통과하므로 보정이 필요하다.
이 경우 수평 거리 ℓ값은 ℓ=f*(ds/di)을 통해 추출된다. 나아가 좌표계 몸체(11)의 구심(Os)과 광학축 상의 점 n 간의 거리 Osn(Os~n) 및 상기한 수평 거리 ℓ값을 피타고라스 정리에 대입하여 거리 L 값을 구할 수 있다.
즉, L = (ℓ2 + Osn 2)1/2 = ℓ×(1+(s/f)2)1/2의 수학식을 이용하여 거리 L값을 산출하며, 여기서 상기 f는 카메라 렌즈로부터 이미지 평면 사이의 초점거리를 의미하고, s는 촬영된 이미지 평면의 중심점(Oi)과 X축(Xi) 사이의 거리를 의미한다.
이때, 좌표계 몸체(11)의 구심(Os)과 광학축 상의 점 n 간의 거리 Osn은 카메라의 Xi/Yi 2차원 이미지 평면에 촬상된 원형의 좌표계 몸체(11)와 광학축 Xi를 기준으로 하는 길이 h1, h2 및 S값 사이의 비율 관계로 얻을 수 있다.
예컨대, 도 15와 같이 Osn:s=ℓ:f 이므로 Osn=(ℓ*s)/f의 수학식을 통해 미지수인 Osn을 구할 수 있다. 다만, 본 발명은 이러한 수학식에 한정하는 것이 아니라 θα= tan-1(s/f) 또는 cosθα=ℓ/L를 비롯한 그 외 응용 가능한 다양한 수학식을 이용하여서도 구할 수도 있다.
마지막으로, 도 16과 같이 제4 측위의 경우 카메라의 광학축이 좌표계 몸체(11)로부터 벗어나 외측에 위치하므로, 좌표계 몸체(11)의 구심(Os)과 광학축 간의 이격 거리 H는 좌표계 몸체(11)의 반경과 좌표계 몸체(11)의 표면과 광학축 상의 점 P 사이의 이격 거리를 합산한 것이다.
그러나, 이격 거리 H 중 좌표계 몸체(11)의 표면과 광학축 상의 점 P 사이의 이격 거리는 미지의 값이므로 거리 L값은 이상과 같은 제1 측위 내지 제3 측위의 방식으로 계산할 수 없다.
따라서, 이러한 경우에는 좌표계 몸체(11)로부터 좌표계 몸체(11)를 촬영한 카메라까지의 거리별로 촬상된 좌표계 몸체(11) 이미지의 직경을 각각 데이터베이스화하는 단계 및 카메라에서 촬영한 상기 좌표계 몸체(11) 이미지의 직경을 분석하여, 데이터베이스화된 거리 정보로부터 좌표계 몸체(11)로부터 카메라까지의 거리 L을 추출하는 단계를 적용한다.
도 3을 참조하여 전술한 바와 같이 좌표계 장치(10)는 그 좌표계 몸체(11)가 구(sphere) 형상으로 이루어져 있고, 구는 카메라와의 거리에 따라 원근감에 차이가 있을 뿐 모두 2차원의 원(circle)으로 보인다는 점을 상기할 수 있다.
그러므로, 제4 측위의 경우에는 일 예로 제1 측위 내지 제3 측위에서 미리 추출한 거리 L별로 혹은 그 외 여러 방식을 통해 선택된 거리별(예: 1m)로 서로 다른 크기로 보여지는 2차원의 좌표계 몸체(11)의 이미지의 직경(ds)값을 각각 데이터베이스화하여 이를 거리 L의 추출에 사용한다.
다음, 위에서 설명한 바와 같이 이동식 장치(20)의 위치는 좌표계 몸체(11)를 기준으로 하는 직각 좌표계의 각 축으로부터의 각도 θx, θy 및 θz를 통해 산출된다. 산출된 값은 절대좌표값이 알려진 좌표계 몸체(11)로부터의 상대위치를 의미한다.
이에, 본 발명은 위치 산출시 카메라에서 촬상된 좌표계 몸체(11)의 2차원 원형 이미지를 이용하여 산출하되, 좌표계 몸체(11)의 2차원 원형 이미지를 다시 3차원 이미지의 구(sphere) 형상으로 이미지를 변환하는 단계를 포함한다.
또한, 좌표계 몸체(11)의 2차원 원형 이미지에 포함된 제1 마커 내지 제6 마커와 카메라로 촬영한 위치에서 바라보는 좌표계 몸체(11)의 2차원 원형 이미지의 중심점(즉, 센터 크로스 'CR')을 이용한다.
도 17과 같이 카메라에 촬영된 좌표계 몸체(11)의 이미지는 2차원 이미지 평면에 표시되고, 좌표계 몸체(11)의 이미지에는 제1 마커 내지 제6 마커의 이미지 역시 포함되어 있다. 따라서, 영상처리 후 각 마커의 구분을 위해 좌표계 몸체(11)상의 X축, Y축, 및 Z축은 이미지 평면상에서 U축, V축 및 W축으로 표시한다.
여기서, U축, V축 및 W축으로 이루어진 좌표계의 중심 'Oi'는 이미지 평면의 중심(촬영된 이미지가 이미지 평면의 중심에 위치한 경우)과 일치하거나 혹은 일치하지 않는 경우가 있다. 그러나, 도 17에서는 2차원 원(circle)의 중심이 카메라의 이미지 평면의 중심과 일치하는 것을 예로 든다. 즉, 좌표계 몸체(11)의 구심(Os)을 카메라의 광학축이 통과하는 것으로 가정한다.
또한, 촬영된 이미지를 변환한 가상의 구의 표면과 U축, V축 및 W축이 만나는 지점을 각각 U, V 및 W로 설정하면, 도 9에서 실제의 좌표계 몸체(11)를 통해 설명한 것과 같은 방식으로 구형의 좌표계 몸체(11)의 이미지에서도 θx, θy 및 θz를 구할 수 있다.
따라서, 촬영된 좌표계 몸체(11)의 이미지(혹은 구형으로 변환된 이미지)의 크기 즉 반지름인 di/2 값 및 Oi부터 U까지의 길이 OiU를 데이터처리된 이미지상에서 추출할 수 있으므로 θx=sin-1((OiU)/(di/2))를 산출한다.
같은 방식으로, 나머지 θy=sin-1((OiV)/(di/2)) 및 θz=sin-1((Oiw)/(di/2))를 산출하여 이동식 장치(20)의 상대위치를 구하게 된다.
나아가, 도 18과 같이 θx=sin-1((OiU)/(di/2)), θy=sin-1((OiV)/(di/2)) 및 θz=sin-1((Oiw)/(di/2)) 값을 도 9에서 설명한 바와 같이 이동식 장치(20)의 좌표 Xoc, Yoc, Zoc를 구하는 수학식(1) 내지 수학식(3)에 각각 대입하면 최종적으로 이동식 장치(20)의 절대좌표 및/또는 상대좌표를 산출한다.
수학식(1): Xoc = Xo+L*Cos(θx) = Xo+L*Cos{sin-1(OiU/(di/2))}
수학식(2): Yoc = Yo+L*Cos(θy) = Yo+L*Cos{sin-1(Oiv/(di/2))}
수학식(3): Zoc = Zo+L*Cos(θz) = Zo+L*Cos{sin-1(Oiw/(di/2))}
여기서, 'L'은 구심점 'OS' 부터 카메라를 구비한 이동식 장치 위치 'Oc'까지의 거리, Xo,Yo,Zo는 구심점 'OS'의 절대좌표이므로, 이를 통해 이동식 장치(20)에서 LBS(Location Based Service)를 제공할 수 있게 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 이상과 같은 구 형상의 좌표계 장치를 이용한 위치 정보 산출 서버에 대해 설명한다.
위치 정보 산출 서버는 본 발명에 따른 구 형상의 좌표계 장치를 이용한 위치 정보 산출 방법이 구현되는 또 환경을 나타내는 실시예에 해당한다.
도 19의 (a)와 같이, 위치 정보 산출 서버(40)는 이동식 장치(20)에서의 프로세스 처리량을 줄이고 좌표값을 정밀하고 정확하면서도 조속히 제공받을 수 있도록 서버측에서 좌표값 산출을 대신하는 경우 적용될 수 있다.
이를 위해 이동식 장치(20)는 좌표계 장치(10)의 좌표계 몸체(11)를 촬영한 후, 그 촬영된 이미지와 함께 좌표계 장치(10)의 기준정보 제공부(13)로부터 제공된 식별 ID를 위치 정보 산출 서버(40)로 제공한다.
따라서, 위치 정보 산출 서버(40)는 이동식 장치(20)로부터 제공된 정보를 이용하여 좌표값을 산출하고, 산출된 이동식 장치(20)의 절대좌표 및/또는 상대좌표값을 다시 이동식 장치(20)에 제공한다.
이를 위해, 도 19의 (b)와 같이, 위치 정보 산출 서버(40)는 서버측 데이터베이스(41), 서버측 무선통신부(42), 서버측 거리 산출부(43), 서버측 위치 산출부(44) 및 서버측 좌표 산출부(45)를 포함한다.
여기서, 서버측 데이터베이스(41)는 각각의 좌표계 장치(10)에 대한 식별 ID 및 상기 좌표계 장치(10)의 식별 ID별로 좌표계 몸체(11)의 직경 및 좌표계 몸체(11)의 절대좌표값을 비롯한 기본 정보를 각각 저장하고 있다.
따라서, 이동식 장치(20)에서 좌표계 장치(10)에 대한 절대좌표값(실제 좌표) 대신 식별 ID(논리 좌표)를 서버측에 제공하면, 위치 정보 산출 서버(40)에서 서버측 데이터베이스(41)를 검색하여 해당 식별 ID에 매칭되는 좌표계 장치(10)에 대한 절대좌표값, 좌표계 몸체의 직경(혹은 반경) 등 좌표 산출에 필요한 기본 정보를 서버측 좌표 산출부(45)에 제공한다.
서버측 무선통신부(42)는 이동식 장치(20)로부터 좌표계 몸체(11)에 대한 정보(즉, 좌표계 몸체 이미지 및 식별 ID 등)를 수신한다. 또한, 수신된 정보를 이용하여 이동식 장치(20)의 절대좌표값 및/또는 상대좌표값을 산출하여 이동식 장치(20)로 송신한다.
서버측 거리 산출부(43)는 서버측 데이터베이스(41)에 기 저장된 정보 및 이동식 장치(20)로부터 제공된 정보를 이용하여 좌표계 몸체(11)로부터 이동식 장치(20) 사이의 거리를 산출한다.
즉, 좌표계 몸체(11)의 직경과 카메라에 촬상된 좌표계 몸체(11) 이미지의 직경 비율 및 좌표계 몸체(11)의 구심(Os)으로부터 카메라 렌즈까지의 거리와 카메라 렌즈로부터 촬상면까지의 초점 거리의 비율을 이용하여 좌표계 몸체(11)로부터 이동식 장치(20) 사이의 거리 L을 산출한다.
이와 같은 정보를 이용하여 서버측에서 거리 L을 산출하는 방법은 전술한 바와 같이 스마트폰과 같은 이동식 장치(20)의 거리 산출부(31)에서 거리 L을 산출하는 원리나 방법과 같다.
다만, 좌표계 몸체(11)의 직경은 이동식 장치(20)에서 서버(40)로 전송한 식별 ID를 참고하여 서버측 데이터베이스(41)에 기록된 정보 중 식별 ID에 매칭되는 정보를 선택하여 사용한다.
또한, 좌표계 몸체(11) 이미지의 직경은 이동식 장치(20)에서 서버(40)로 전송한 좌표계 몸체(11)의 이미지를 서버측 영상처리부(40a)에서 신호처리 후 서버측 거리 산출부(43) 등에서 추출한다.
또한, 좌표계 몸체(11)의 구심(Os)으로부터 카메라 렌즈까지의 거리 역시 이동식 장치(20)에서 서버(40)로 전송한 좌표계 몸체(11)의 이미지를 서버측 영상처리부(40a)에서 신호처리 후 서버측 거리 산출부(43) 등에서 추출한다.
카메라 렌즈로부터 촬상면까지의 초점 거리는 이동식 장치(20)에 탑재된 카메라의 고유 스펙으로써 이동식 장치(20) 자체에서 이미 알고 있는 기본 정보 중 하나로써 이동식 장치(20)로부터 제공받는다.
서버측 위치 산출부(44)는 서버측 데이터베이스(41)에 기 저장된 정보 및 이동식 장치(20)로부터 제공된 정보를 이용하여 이동식 장치(20)의 좌표계 몸체(11)에 대한 상대위치를 산출한다.
즉, 카메라의 위치에서 좌표계 몸체(11)의 구심(Os)을 지나는 가상의 선과 +X축 또는 -X축 사이의 각도와, 상기 가상의 선과 +Y축 또는 -Y축 사이의 각도 및 상기 가상의 선과 +Z축 또는 -Z축 사이의 각도를 각각 산출하여 이동식 장치(20)의 좌표계 몸체(11)에 대한 상대위치를 산출한다.
이와 같은 정보를 이용하여 서버측에서 이동식 장치(20)의 상대위치를 산출하는 방법은 전술한 바와 같이 스마트폰과 같은 이동식 장치(20)의 위치 산출부(32)에서 상대위치를 산출하는 원리나 방법과 같다.
다만, 상술한 가상의 선과 +X축/-X축, +Y축/-Y축 및 +Z축/-Z축 사이의 각도는 이동식 장치(20)에서 서버(40)로 전송한 좌표계 몸체(11)의 이미지를 서버측 영상처리부(40a)에서 신호처리 후 서버측 위치 산출부(44) 등에서 추출한다.
서버측 좌표 산출부(45)는 좌표계 몸체(11)로부터 이동식 장치(20) 사이의 거리와, 이동식 장치(20)의 좌표계 몸체(11)에 대한 상대위치 및 좌표계 몸체(11)의 절대좌표값을 조합하여 이동식 장치(20)의 절대좌표 및/또는 상대좌표를 산출한다. 산출된 좌표값은 서버측 무선통신부(42)를 통해 다시 이동식 장치(20)로 송신된다.
본 발명은 구 형상의 좌표계 몸체에 표시된 제1 마커 내지 제6 마커를 이용하여 카메라가 구비된 이동식 장치의 절대좌표나 상대좌표를 제공함으로써, 다양한 위치 기반 서비스(LBS: Location Based Service)를 제공할 수 있게 한다.

Claims (9)

  1. 3차원 공간 좌표의 기준을 제공하는 구 형상의 좌표계 장치에 있어서,
    구(sphere) 형상으로 이루어진 좌표계 몸체와;
    상기 좌표계 몸체의 구심을 중심으로 하는 직각 좌표계의 +X축과 상기 좌표계 몸체의 표면이 만나는 지점에 표시된 제1 마커와;
    상기 좌표계 몸체의 구심을 중심으로 하는 직각 좌표계의 +Y축과 상기 좌표계 몸체의 표면이 만나는 지점에 표시된 제2 마커와;
    상기 좌표계 몸체의 구심을 중심으로 하는 직각 좌표계의 +Z축과 상기 좌표계 몸체의 표면이 만나는 지점에 표시된 제3 마커와;
    상기 좌표계 몸체의 구심을 중심으로 하는 직각 좌표계의 -X축과 상기 좌표계 몸체의 표면이 만나는 지점에 표시된 제4 마커와;
    상기 좌표계 몸체의 구심을 중심으로 하는 직각 좌표계의 -Y축과 상기 좌표계 몸체의 표면이 만나는 지점에 표시된 제5 마커와;
    상기 좌표계 몸체의 구심을 중심으로 하는 직각 좌표계의 -Z축과 상기 좌표계 몸체의 표면이 만나는 지점에 표시된 제6 마커; 및
    상기 좌표계 몸체에 구비되며, 설치된 위치에서의 상기 좌표계 몸체의 구심을 기준으로 하는 절대좌표값 및 상기 좌표계 몸체의 직경값을 제공하는 기준정보 제공부;를 포함하여,
    카메라를 구비한 이동식 장치가 상기 제1 마커 내지 제6 마커, 상기 직경값 및 상기 절대좌표값을 이용하여 상기 카메라를 구비한 이동식 장치의 위치정보를 분석할 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 구 형상의 좌표계 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 마커 내지 제6 마커는 각각 제1 선 및 제2 선이 서로 직교하는 십자 형상으로 이루어져 있고, 상기 제1 선 및 제2 선은 각각 일측 선단부에 방향 표시 부호가 표기되어 있으며,
    상기 +X축에 표시된 제1 마커는 상기 제1 마커의 제1 선 및 제2 선의 방향 표시 부호가 각각 좌표계 몸체의 표면상에서 +Y축 및 +Z축을 바라보는 방향에 구비되고,
    상기 +Y축에 표시된 제2 마커는 상기 제2 마커의 제1 선 및 제2 선의 방향 표시 부호가 각각 좌표계 몸체의 표면상에서 +Z축 및 +X축을 바라보는 방향에 구비되고,
    상기 +Z축에 표시된 제3 마커는 상기 제3 마커의 제1 선 및 제2 선의 방향 표시 부호가 각각 좌표계 몸체의 표면상에서 +X축 및 +Y축을 바라보는 방향에 구비되고,
    상기 -X축에 표시된 제4 마커는 상기 제4 마커의 제1 선 및 제2 선의 방향 표시 부호가 각각 좌표계 몸체의 표면상에서 +Y축 및 +Z축을 바라보는 방향에 구비되고,
    상기 -Y축에 표시된 제5 마커는 상기 제5 마커의 제1 선 및 제2 선의 방향 표시 부호가 각각 좌표계 몸체의 표면상에서 +Z축 및 +X축을 바라보는 방향에 구비되고,
    상기 -Z축에 표시된 제6 마커는 상기 제6 마커의 제1 선 및 제2 선의 방향 표시 부호가 각각 좌표계 몸체의 표면상에서 +X축 및 +Y축을 바라보는 방향에 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 구 형상의 좌표계 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기준정보 제공부는,
    상기 제1 마커 내지 제6 마커에 의해 상기 구형의 좌표계 몸체를 +X축, +Y축, +Z축, -X축, -Y축 및 -Z축으로 구획한 8개의 구역에 각각 표시되어 있는 것을 특징으로 하는 구 형상의 좌표계 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기준정보 제공부는,
    상기 좌표계 몸체의 내부 또는 외부에 설치되어 상기 카메라를 구비한 이동식 장치와 통신을 하는 근거리 무선통신 장치인 것을 특징으로 하는 구 형상의 좌표계 장치(10).
  5. 제1항과 같은 구 형상의 좌표계 장치를 이용한 위치 정보 산출 방법에 있어서,
    상기 카메라를 구비한 이동식 장치에 탑재된 카메라로 상기 좌표계 몸체를 촬영하는 촬상 단계와;
    상기 기준정보 제공부로부터 제공된 상기 좌표계 몸체의 직경과 상기 카메라에서 촬상된 상기 좌표계 몸체 이미지의 직경의 비율 및 상기 좌표계 몸체로부터 카메라 렌즈까지의 수평 거리와 상기 카메라 렌즈로부터 촬상면까지의 초점 거리의 비율을 이용하여 상기 좌표계 몸체의 구심으로부터 상기 카메라를 구비한 이동식 장치 사이의 거리를 측정하는 거리 산출 단계와;
    상기 카메라의 위치에서 상기 좌표계 몸체의 구심을 지나는 가상의 선과 상기 +X축 또는 -X축 사이의 각도와, 상기 가상의 선과 상기 +Y축 또는 -Y축 사이의 각도 및 상기 중심점과 +Z축 또는 -Z축 사이의 각도를 각각 산출하여 상기 카메라를 구비한 이동식 장치의 상기 좌표계 몸체에 대한 상대위치를 산출하는 위치 산출 단계; 및
    상기 좌표계 몸체로부터 상기 카메라를 구비한 이동식 장치 사이의 거리와, 상기 카메라를 구비한 이동식 장치의 상기 좌표계 몸체에 대한 상대위치 및 상기 좌표계 몸체로부터 제공된 상기 좌표계 몸체의 절대좌표값을 조합하여 상기 카메라를 구비한 이동식 장치의 절대좌표 또는 상대좌표를 산출하는 좌표 산출 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 정보 산출 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 거리 산출 단계는,
    상기 카메라의 광학축이 상기 좌표계 몸체의 구심을 통과하는 제1 측위와;
    상기 카메라의 광학축이 상기 좌표계 몸체의 구심으로부터 상기 좌표계 몸체의 반경 거리에 있는 상기 좌표계 몸체의 표면을 통과하는 제2 측위와;
    상기 카메라의 광학축이 상기 좌표계 몸체의 구심과 상기 좌표계 몸체의 표면 사이를 통과하는 제3 측위; 및
    상기 카메라의 광학축이 상기 좌표계 몸체의 외측으로 벗어난 제4 측위;로 구분하여 상기 좌표계 몸체로부터 상기 카메라를 구비한 이동식 장치 사이의 거리를 측정하는 것을 특징으로 하는 위치 정보 산출 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 거리 산출 단계는,
    상기 좌표계 몸체로부터 상기 좌표계 몸체를 촬영한 카메라까지의 거리별로 촬상된 좌표계 몸체 이미지의 직경을 각각 데이터베이스화하는 단계; 및
    상기 카메라에서 촬영한 상기 좌표계 몸체 이미지의 직경을 분석하여, 상기 데이터베이스화된 거리 정보로부터 상기 좌표계 몸체로부터 카메라까지의 거리를 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 정보 산출 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 위치 산출 단계는,
    상기 카메라에서 촬상된 상기 좌표계 몸체의 2차원 원형 이미지를 이용하여 산출하되,
    상기 좌표계 몸체의 2차원 원형 이미지를 구형으로 변환하는 단계; 및
    상기 좌표계 몸체의 2차원 원형 이미지에 포함된 상기 제1 마커 내지 제6 마커와 상기 카메라로 촬영한 위치에서 바라보는 상기 좌표계 몸체의 2차원 원형 이미지의 중심점을 이용하여 상기 카메라를 구비한 이동식 장치의 상기 좌표계 몸체에 대한 상대위치를 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 정보 산출 방법.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 카메라에서 촬상된 상기 좌표계 몸체의 2차원 원형 이미지에 왜곡이 발생한 경우 완전한 원형의 이미지를 복원하고, 상기 복원된 원형의 2차원 이미지를 거리 산출 또는 위치 산출 단계에 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 정보 산출 방법.
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