KR940000019B1 - 거리측정장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

거리측정장치

제1도는 본원 발명이 제1실시예 및 제2실시예에 의한 거리측정장치의 구성도.

제2도는 제1실시예에 의한 윈도내의 화상을 비교하는 설명도 및 제2실시예에 의한 거리연산시의 비교 화상을 나타낸 도면.

제3도는 제1실시예에 의한 시각 t＝t₀와 다음의 시각 t＝t₁과의 화상을 비교하여 새로운 윈도를 설정하여 좌우의 화상을 비교하는 설명도 및 제2실시예에 의한 추미와 거리를 연산할 때의 비교화상을 나타낸 도면.

제4도는 종래의 거리측정장치의 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1,2 : 렌즈 3,4 : 이미지센서

5 : 대상물 8,9 : 메모리

10A : 마이크로컴퓨터 12 : 윈도형성장치

13,15 : 윈도.

본원 발명은 거리측정장치 특히 자동차등의 이동하는 대상물까지의 거리를 연속적으로 측정하는데 적합한 거리측정장치에 관한 것이다.

종래의 거리측정장치로서 예를들면 일본국 특공소 63(1988)－46363호 공보에 개시되어 있는 바와 같은 것이 있다. 제4도는 그 일예의 거리측정장치의 구성을 도시한 것이다. 제4도에 있어서, (1), (2)는 기선(基線)길이 L만큼 떨어진 좌우의 광학계로서의 렌즈, (3), (4)는 렌즈(1), (2)의 후방에 그 초점거리 f만큼 떨어진 각각의 위치에 배치된 이미지센서, (5)는 렌즈(1), (2)의 전방에 그 렌즈면으로부터 R의 거리에 있는 대상물이다. (6), (7)은 이미지센서 (3), (4)로부터 각각 아날로그신호를 입력하여 디지탈신호로 변환하는 아날로그디지탈변화기, (8), (9)는 아날로그디지탈변환기(6), (7)로부터 각각 디지탈신호를 입력하여 기억하는 메모리, (10)은 메모리(8), (9)에 스토어된 화상신호를 처리하여 대상물(5)까지의 거리를 구하는 마이크로프로세서이다.

다음에, 동작에 대해 설명한다. 대상물(5)은 각 렌즈(1), (2)에 의해 이미지센서(3), (4)상에 결상(結像)된다. 이미지센서(3), (4)로부터 각각 출력되는 아날로그의 화상신호는 아날로그디지탈변환기(6), (7)에서 각각 디지탈신호로 변환되어 메모리(8), (9)에 격납된다. 마이크로프로세서(10)는 먼저 메로리(8)로부터 이미지센서(3)의 좌상단의 화소에 상당하는 화소신호를 읽어내고, 다음에 메모리(9)로부터 마찬가지로 이미지센서(4)의 좌상단의 화소에 상당하는 화소신호를 읽어내고, 그 차의 절대치를 연산한다. 다음에, 마이크로프로세서(10)는 그 각각의 우측인접화소의 화소신호를 읽어내고, 상기와 같이 그 차의 절대치를 연산하여 최초의 값에 누적한다. 마이크로프로세서(10)는 이 조작을 순차로 이미지센서(3), (4)의 화면전체의 화소에 대해 행하고, 그 누적치를 구하여 제1의 값으로 한다. 다음에, 마이크로프로세서(10)는 상기와 마찬가지로 이미지센서(3)의 좌상단에 상당하는 화소의 화소신호와 이미지센서(4)의 좌상단으로부터 1화소우측의 화소에 상당하는 화소신호를 메모리(8), (9)로부터 읽어내고, 그 차의 절대치를 연산한다. 이와 같이, 마이크로프로세서(10)는 이미지센서(3)의 화소신호에 대해 이미지센서(4)의 전체에 1호소우측으로 어긋나게 한 화소신호와의 차의 절대치를 각각의 화소신호에 대해 이미지센서(4)의 전체에 1화소우측으로 어긋나게 한 화소신호와의 차의 절대치를 각각의 화소신호로 구하여, 누적한 값을 구해 제2의 값으로 한다.

이와 같이 마이크로프로세서(10)는 1화소씩 순차 우측으로 어긋나게 한 화소의 화상신호의 각각의 화소신호의 차의 절대치를 취하고, 누적한 값을 순차로 구한다. 이 누적한 값이 최소로 되는 경우가 이미지센서(3), (4)의 각 광축으로부터의 화상의 어긋난 양을 표시하고 있다. 이 어긋남이 n화소이고, 화소의 피치를 p라하면, 화상의 어긋난 양은 np이며, 이것으로부터 대상물(5)까지의 거리 R는 3각측량의 원리에 의해 ***의 식으로 구할 수 있다.

종래의 거리측정장치는 이상과 같이 구성되어 있으므로, 장치의 광축방향으로 존재하는 대상물까지의 거리밖에 측정할 수 없으며, 따라서 이동하고 있는 대상물까지의 거리를 측정하는데는 그 방향으로 장치의 광축을 향하게 할 필요가 있다. 종래 장치에서는 대상물의 움직임에 따라 장치를 움직여 줄 필요가 있으며, 안정적으로 거리측정을 할 수 없다는 등의 과제가 있었다.

본원 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 일단 대상물을 정하면 이것이 움직이고 있어도 촬상계의 시야내에 있는 한 연속적으로 그 대상물까지의 거리를 안정적으로 계측할 수 있고, 또 일순간 대상물을 검출할 수 없어도, 그 다음 순간에는 또 연속해서 거리를 측정할 수 있는 거리측정장치를 얻는 것을 목적으로 한다.

본원 발명의 제1실시예의 거리측정장치는 좌우 한쌍의 광학계에 의해 결상되는 화상을 검출하는 이미지센서를 가지며, 좌우의 화상신호를 비교하고, 그 어긋남을 검출하여 3각측량의 원리로 거리를 측정하는 거리측정장치에 있어서, 좌우 어느 한쪽의 화상신호의 특정부분에 윈도를 설정하는 윈도설정수단과, 소정의 시간간격으로 화상신호를 샘플링하여, 어떤 시각의 화상신호와 다음 시각의 화상신호를 비교하고, 양 화상신호가 가장 잘 일치하는 부분에서 거리에 따른 새로운 윈도를 설정하고, 윈도내의 화상신호를 사용하여 거리를 구하는 측정수단을 설치한 것이다.

또, 본원 발명의 제2실시예의 거리측정장치는 좌우 한쌍의 광학계에 의해 결상되는 화상을 검출하는 이미지센서와, 좌우 어느 한쪽의 화상신호의 특정부분에 윈도를 설정하는 윈도설정수단과, 윈도내의 화상신호를 기준으로 하여 좌우의 화상신호를 비교하고, 그 화상신호가 가장 잘 일치할 때의 좌우광학계의 화상의 광축으로부터의 어긋남에 의해 3각측량의 원리로 거리를 연산하여 그 화상신호를 소정의 시간간격으로 샘플링하여, 어떤 시각 t₀의 화상신호와 다음 시각 t₁의 화상신호를 비교하고, 그 화상신호가 가장 잘 일치하는 부분에서 새로운 윈도를 설정하고, 그 윈도내의 화상신호를 사용하여 좌우의 화상신호를 비교하여 거리를 구하는 측정수단을 구비하고, 화상신호의 일치가 얻어지지 않는 경우에는 어떤 시각 t₀의 화상신호를 기억해 두고, 다음 시각 t₂의 화상신호와 비교하고, 미리 정한 시간일치가 얻어지지 않을 경우에는 윈도를 해제하도록 한 것이다.

본원 발명에 있어서의 제1실시예의 거리측정장치는 대상물을 포함하는 넓은 시야를 화상화하여 윈도설정수단에 의해 이 대상물의 화상에 윈도를 설정하고, 대상물이 시야내에서 움직였을 때에 측정수단에 의해 시시각각 대상물의 화상의 화상신호를 어떤 시각과 다음 시각에서 비교하여, 양 화상신호가 가장 잘 일치하는 영역에 거리에 따른 새로운 윈도를 설정하고, 이 윈도내의 화상신호를 사용하여 좌우의 대응하는 화상신호의 어긋남을 검출하여 다음 시각에서의 대상물까지의 거리를 구하므로, 대상물의시야내에 있는 한은 광학계를 이동시키지 않고 이동하는 대상물까지의 거리를 구할 수 있다. 또, 거리에 따라 윈도의 크기를 변화시키므로 배경이나 여분의 신호의 영향을 잘 받지 않으며, 보다 안정적으로 정확한 거리를 측정할 수 있다.

또, 본원 발명에 있어서의 제2실시예의 거리측정장치는 대상물을 포함하는 넓은 시야의 화상을 검출하고 있으며, 대상물에 대해 윈도를 설정하고, 대상물이 시야내에서 움직였을 때에 측정수단에 의해 시시각각 대상물의 화상의 화상신호를 어떤 시각 t₀과 다음 시각 t₁에서 비교하여 양 화상신호가 가장 잘 일치하는 부분에 새로운 윈도를 설정하고, 윈도내의 화상신호를 사용하여 좌우의 화상신호를 비교하여 거리를 구한다. 만일 일시적으로 외란(外亂)이 들어와 양 화상신호의 일치가 얻어지지 않을 경우에는 시각 t₀의 화상신호를 기억해 두고, 다음 시각 t₂의 화상신호와 비교하여, 일시적인 외란이면 일치가 얻어지므로 거리를 구할 수 있으며, 추미(追尾)를 계속할 수 있다.

이하, 본원 발명의 제1실시예에 대하여 도면에 따라 설명한다.

제1도는 본원 발명의 제1실시예에 의한 거리측정장치의 구성도이며, 제1도에 있어서, 부호(1)~(9)는 제4도에 도시한 종래예의 장치와 동일부분이므로, 그 설명을 생략한다. (10A)는 메모리(8), (9)내에 격납되어 있는 화상신호의 데이터처리나 표시제어를 행하는 마이크로컴퓨터, (11)은 화상을 표시하는 디스플레이이며, 마이크로컴퓨터(10A)에 의해 제어된다. (12)는 마이크로컴퓨터(10A)에 접속되어 윈도를 형성하기 위한 윈도형성장치이고, 사람이 조작함으로써 윈도의 크기, 위치를 디스플레이(11)의 화면을 보면서 설정할 수 있다.

다음에, 제1도를 참조하여 본원 발명의 제1실시예의 동작에 대해 설명한다. 지금, 이미지센서(3)에 의한 화상을 제2도(a)에 도시한 바와 같이 디스플레이(11)에 표시했다고 하면, 운전자는 윈도형성장치(12)를 조작하여 윈도(13)를 형성한다. 이 윈도신호는 마이크로컴퓨터(10A)에 읽어넣어져 메모리(8)의 어느 부분의 화소신호를 거리연산의 기준으로서의 화소신호로 하면 되는지를 알 수 있다. 따라서, 비교할 메모리(8), (9)의 영역을 마이크로컴퓨터(10A)가 선택하여 좌측의 기준화상신호에 대해 우측의 화상신호를 1화소씩 순차 시프트하면서, 이 시프트마다 각 화소마다의 신호의 차의 절대치총합을 연산해 간다. 이때, 연산에 관여하는 영역은 제2도(a)에 도시한 바와 같이 대상물(5)의 화상을 포함하는 좌측의 윈도(13)에 대하여 제2도(b)에 도시한 바와 같이 이미지센서(4)에 의한 우측의 화상은 대상물(5)의 화상을 포함하는 화상비교영역(14)이 대응한다. 마이크로컴퓨터(10A)는 상기와 같이 좌우의 화소의 화상신호를 비교하고, 그 차신호의 절대치의 총합이 최소가 될 때의 화소의 시프트량을 구한다. 그 시프트량을 n화소, 화소피치를 p로하고, 렌즈(1), (2)의 기선길이를 L, 렌즈(1), (2)의 초점거리를 f, 대상물(5)까지의 거리를 R이라고 하면, R은 다음식으로 마이크로컴퓨터(10A)에 의해 구해진다.

다음에, 어떤 단시간 경과한 다음의 시각에서는 대상물(5)은 이동하고 있으며, 이미지센서(3), (4)상에서 그 전의 샘플링 시각과는 다른 위치에 결상하고 있다. 제3도는 최초의 시각 t₀, 다음 시각 t₁에서 화상신호를 샘플링했을 때의 윈도내의 화상의 비교를 도시한 것이다. 마이크로컴퓨터(10A)는 제3도(a)에 도시한 바와 같이 시각 t₀에서 설정한 윈도(13)를 기준화상신호로 하여, 제3도(b)에 도시한 바와 같이 시각 t₁에서 샘플링한 화상신호에 의한 화상중에서 미리 정한 방법에 의해 한정한 화상비교한정영역(16)을 순차 1화소씩 시프트시키면서 각 화소신호의 차의 절대치의 총합을 연산해간다. 마이크로컴퓨터(10A)는 그 총합이 가장 작아진 영역이 대상물(5)이 이동한 위치라는 것을 검지한다. 그래서, 마이크로컴퓨터(10A)는 제3도(b)에 도시한 바와 같이 이 영역에 새로운 윈도(15)를 설정한다.

다음에, 이 윈도(15)의 크기를 마이크로컴퓨터(10A)가 어떻게 정하는지에 대해 설명한다. 시각 t₁과 시각 t₀에서는 시간간격이 짧으므로, 대상물(5)까지의 거리는 거의 변화하고 있지 않다. 따라서, 윈도(15)의 크기를 결정하는 거리정보로서는 시각 t₀에서의 값을 사용할 수 있다. 그리고, 기준이 되는 윈도의 크기는 추미를 개시한 시각 t_s에 윈도형성장치(12)의 조작에 의해 설정된 윈도가 된다. 이때의 대상물(5)까지의 거리를 Rs라 하면, t＝t₀에서의 대상물(5)가지의 거리 R₀에서는 화면의 크기는 거리에 반비례하므로, 1변이 Rs/Ro배의 윈도를 설정하면 된다.

다음에, 제3도(c)에 도시한 바와 같은 이미지센서(4)에 의한 우측의 화상의 한정된 화상비교한정영역(17)과 제3도(b)의 윈도(15)내의 화상신호를 기준으로 하여, 순차 화소를 시프트시키면서 가장 화상의 일치가 얻어지는 시프트량으로 대상물(5)까지의 거리가 얻어진다. 이때, 시간을 t로하여 t＝t₁에서는 t＝t₀일때와 대상물(5)까지의 거리는 거의 변화하지 않으므로, t＝t₀에서 거리를 구한 영역의 주변만을 한정하면 된다.

또한, 광학계로서의 렌즈(1), (2)를 좌우 한쌍으로 하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 상하 한쌍 또는 경사방향으로 한쌍으로 해도 되며, 이것은 기선을 수평으로 하는가 수직으로 하는가 또는 경사지게 하는가의 문제이며, 어느 것이건 상기와 같은 작용을 얻을 수 있다. 또, 이미지센서(3), (4)는 좌우 별도의 센서로 하고 있으나, 1개의 센서의 영역을 좌우로 분할하여 사용해도 된다.

다음에, 본원 발명의 제2실시예에 대하여 도면에 따라 설명한다.

제1도는 본원 발명의 제2실시예에 의한 거리측정장치의 구성도이다.

다음에, 제1도를 참조하여 본원 발명의 제2실시예의 동작에 대해 설명한다. 지금, 이미지센서(3)에 의한 화상을 제2도(a)에 도시한 바와 같이 디스플레이(11)에 표시했다고 하면, 운전자는 윈도형성장치(12)를 조작하여 대상물(5)의 화상을 에워싸도록 윈도(13)를 형성한다. 이 윈도신호는 마이크로컴퓨터(10A)에 읽어넣어져 메모리(8)의 어느 부분의 화소신호를 거리연산의 기준으로서의 화소신호로 하면 되는지를 알 수 있다. 따라서, 비교할 메모리(8), (9)의 영역을 마이크로컴퓨터(10A)가 선택하여 좌측의 기준화상신호에 대해 우측의 화상신호를 1화소씩 순차 시프트하면서, 이 시프트마다 각 화소마다의 신호의 차의 절대치총합을 연산해간다. 이때, 연산에 관여하는 영역은 제2도(a)에 도시한 바와 같이 대상물(5)의 화상을 포함하는 좌측의 윈도(13)에 대하여 제2도(b)에 도시한 바와 같이 이미지센서(4)에 의한 우측의 화상은 대상물(5)의 화상을 포함하는 화상비교영역(14)이 대응한다. 마이크로컴퓨터(10A)는 상기와 같이 좌우의 화소의 화상신호를 비교하고, 그 차신호의 절대치의 총합이 최소가 될 때의 화소의 시프트량을 구한다. 그 시프트량을 n화소, 화소피치를 p로 하고, 렌즈(1),(2)의 기선길이를 L, 렌즈(1),(2)의 초점거리를 f, 대상물(5)까지의 거리를 R이라고 하면, R이라고 하면, R은 마이크로 컴퓨터(10A)에 의해 다음식으로 구해진다.

다음에, 어떤 단시간 경과한 다음의 시각에서는 대상물(5)은 이동하고 있으며, 이미지센서(3), (4)상에서 그 전의 샘플링 시각과는 다른 위치에 결상하고 있다. 제3도는 최초의 시각 t₀, 다음 시각 t₁에서 화상신호를 샘플링했을 때의 윈도내의 화상을 비교하기 위한 것이다. 마이크로컴퓨터(10A)는 제3도(a)에 도시한 바와 같이 시각 t₀에서 설정한 윈도(13)를 기준화상신호로 하여, 제3도(b)에 도시한 바와 같이 시각 t₁에서 샘플링한 화상신호에 의한 화상중에서 미리 정한방법에 의해 한정한 화상비교한정영역(16)을 순차 1화소씩 시프트시키면서 각 화소신호의 차의 절대치의 총합을 연산해 간다. 마이크로컴퓨터(10A)는 그 총합이 가장 작아진 영역이 대상물(5)이 이동한 위치라는 것을 검지한다. 그래서, 마이크로컴퓨터(10A)는 제3도(b)에 도시한 바와 같이 이 영역에 새로운 윈도(15)를 설정한다. 마이크로컴퓨터(10A)는 이 새로이 설정한 윈도(15)와 제3도(c)에 도시한 바와 같이 우측의 화상의 거리에 따른 영역(17)에서 좌우의 화상의 화상신호를 비교하여 대상물(5)까지의 거리를 구할 수 있다. 그러나, 화상에 일시적인 외란이 들어오는 수가 있다.

예를들면 거리측정장치를 차실내에 놓았을 때는 와이퍼의 플레이트가 화상에 들어간다든가, 새등이 시야내를 횡단한다든가, 육교에서 자동차가 그늘 부분으로 들어가 화상의 콘트라스트가 거의 없어지는 등의 외란이다. 이와 같은 때에는 순차 1화소씩 시프트시키면서 얻은 각 화소신호의 차의 절대치총합은 어느 것이건 거의 같은 값이 되며, 최소치와 최대치의 차이가 적고, 최소치를 구하기 어렵다. 즉, 마이크로컴퓨터(10A)는 그 최대치와 최소치의 차이가 어떤 소정치보다 작을 경우에는 외란이라고 판단하고, t＝t₁의 화상신호를 거리측정용으로 채용하지 않으며, 다음의 샘플링시각 t＝t₂에서는 t＝t₀의 화상과 화상신호로 비교한다. 이때에 하상의 일치가 얻어지면, 그대로 처리를 계속하면 된다. t＝t₂에서도 일치가 얻어지지 않으면 다음의 샘플링시각 t＝t₃에서 같은 비교를 행한다. 이와 같은 처리는 장시간 경과하면 화상이 대폭 변화될 염려가 있으므로, 이 시간의 한도는 차속에 따라 정하는 편이 좋다. 이와 같이 해서 정해진 시간내에 차례로 화상을 비교해도 일치가 얻어지지 않으면 윈도를 해제하고, 추미를 중지한다. 따라서, 거리의 계측은 행해지지 않는다. 또한, 광학계를 좌우 한쌍으로 하였으나, 표현상의 문제이며, 상하 한쌍 또는 경사지게 한 한쌍이라도 되며, 기선을 수평으로 하는가, 수직으로 하는가, 경사지게 하는가의 문제이고, 실질적으로는 어느것이건 같은 효과를 나타낸다.

또, 이미지센서는 좌우 별개의 센서를 사용하고 있으나, 1개의 센서의 영역을 좌우로 분할하여 사용해도 된다.

이상과 같이, 본원 발명의 제1실시예에 의하면 화상에 윈도를 설정할 수 있도록 하고, 소정의 시간간격으로 화상신호를 샘플링하고, 어떤 시각의 윈도내의 화상신호와 다음시각의 화상신호를 비교하고, 그 화상신호가 가장 잘 일치하는 부분에 거리에 따른 크기의 새로운 윈도를 설정하고, 윈도내의 화상신호를 사용하여 좌우의 대응하는 화상신호의 어긋남을 검출하여 다음 시각에서의 거리를 구하도록 구성하였으므로, 대상물과의 거리가 변화하여 그 화상의 크기가 변화해도, 배경이나 여분의 신호의 영향을 받지도 않으며, 또 최초에 설정한 윈도내의 대상물의 일부가 화상신호가 결락하는 일도 거의 없고, 안정적으로 대상물을 추미하여 거리를 측정할 수 있는 효과가 있다.

또, 본원 발명의 제2실시예에 의하면 화상안에 윈도를 설정함으로써 대상물까지의 거리를 3각측량의 원리로 구하는 거리측정장치로서, 외란이 있었다는 것을 검출하여 그 화상신호를 거리측정용으로 채용하지 않고, 외란 발생전의 화상신호를 기준으로 하여 다음 시각의 화상신호와 비교하도록 하며, 소정시간내에 화상신호의 일치가 얻어지면 그대로 추미를 계속하고, 소정시간내에 일치가 얻어지지 않으면 윈도를 해제하도록 하였으므로, 일시적인 외란이 있어도 대상물을 안정적으로 추미하여 차간(車間)등의 거리를 계측할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 실질적으로 좌우 한쌍의 광학계에 의해 이미지센서상에 대상물의 광상(光像)을 좌우에 형성하고, 상기 이미지센서로부터의 좌우의 화상신호를 비교하고, 양 화상의 어긋남을 전기적으로 검출하여, 3각측량의 원리로 상기 대상물까지의 거리를 측정하는 거리측정장치에 있어서, 좌우 어느 한쪽의 화상신호의 특정부분에 윈도를 설정하는 윈도설정수단과, 소정의 시간간격으로 상기 이미지센서로부터 화상신호를 샘플링하여, 어떤 시각의 윈도내의 화상신호와 다음 시각의 화상신호를 비교하고, 그 화상신호가 가장 잘 일치하는 영역에서 상기 대상물까지의 거리에 따른 크기의 새로운 윈도를 설정하고, 그 윈도내의 화상신호를 사용하여 좌우의 대응하는 화상신호의 어긋남을 검출하여, 상기 다음 시각에서의 상기 대상물까지의 거리를 구하는 측정수단을 구비한 것을 특징으로 하는 거리측정장치.
2. 실질적으로 좌우 한쌍의 광학계에 의해 이미지센서상에 대상물의 광상을 좌우에 형성하고, 상기 이미지센서로부터의 좌우의 화상신호를 비교하고, 양 화상의 어긋남을 전기적으로 검출하여, 3각측량의 원리로 상기 대상물까지의 거리를 측정하는 거리측정장치에 있어서, 좌우 어느 한쪽의 화상신호의 특정부분에 윈도를 설정하는 윈도설정수단과, 소정의 시간간격으로 상기 이미지센서로부터 화상신호를 샘플링하여, 어떤 시각 t₀의 윈도내의 화상신호와 다음 시각 t₁의 화상신호를 비교하고, 그 화상신호가 가장 잘 일치하는 부분에서 새로운 윈도를 설정하는 동시에, 그 윈도내의 화상신호를 사용하여 좌우의 대응하는 화상신호의 어긋남을 검출하여, 윈도내의 대상물까지의 거리를 구하는 측정수단을 구비하고, 어떤 시각 t₀의 윈도내의 화상신호와 다음 시각 t₁의 화상신호와의 일치가 소정의 판정기준으로 얻어지지 않을 때에는 어떤 시각 t₀의 화상신호와 그 다음 시각 t₂의 화상신호를 비교하도록 하고, 미리 정한 시간내에 화상신호의 일치가 얻어지지 않을 때에는 윈도를 해제하는 것을 특징으로 하는 거리측정장치.