WO2011059127A1

WO2011059127A1 - 적외선 센서 및 이를 이용한 감지 방법

Info

Publication number: WO2011059127A1
Application number: PCT/KR2009/006699
Authority: WO
Inventors: 강성철; 양기훈; 엄두간; 류동석
Original assignee: 한국과학기술연구원
Priority date: 2009-11-13
Filing date: 2009-11-13
Publication date: 2011-05-19
Also published as: KR20110057083A; US8854471B2; KR101182188B1; US20120013745A1

Abstract

본 발명은 적외선 센서 및 이를 이용한 감지 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는, 감지 영역 내에 적외선을 조사하여 물체를 감지하는 적외선 센서의 이용 시, 외부의 발광체에 의한 외란을 제거하여 보다 정확하고 정밀하게 물체의 위치 또는 거리를 감지할 수 있는 적외선 센서 및 이를 이용한 감지 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 센서는, 감지 영역에 적외선을 조사하는 조명부; 상기 감지 영역으로부터 입사되는 적외선에 감응하여 감지 영역 내의 적외선 이미지를 획득하는 촬상소자; 및 상기 조명부의 적외선을 조사하는 발광시간과 상기 촬상소자의 촬영시간을 조절하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는, 상기 조명부의 발광시간을 조절하는 조명 제어부; 상기 촬상소자의 촬영시간을 조절하는 촬상소자 제어부; 상기 촬상소자에서 획득된 적외선 이미지를 저장하는 메모리부; 및 상기 메모리부에 저장된 적외선 이미지 중, 상기 조명부에서 적외선을 조사했을 때 획득된 적외선 이미지와, 상기 조명부에서 적외선을 조사하지 않았을 때 획득된 적외선 이미지를 비교 연산 처리하여, 상기 감지 영역 내 물체의 위치 또는 거리를 산출하는 이미지처리부를 포함한다.

Description

적외선 센서 및 이를 이용한 감지 방법

본 발명은 적외선 센서 및 이를 이용한 감지 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는, 감지 영역 내에 적외선을 조사하여 물체를 감지하는 적외선 센서의 이용 시, 외부의 발광체에 의한 외란을 제거하여 보다 정확하고 정밀하게 물체의 위치 또는 거리를 감지할 수 있는 적외선 센서 및 이를 이용한 감지 방법에 관한 것이다.

근거리에 있는 물체 또는 장애물을 측정하기 위한 방법으로서, 감지 영역에 적외선을 조사하고 반사광을 측정함으로써 상기 감지 영역 내 물체 또는 장애물의 유무를 측정하는 센서가 산업현장에서 널리 사용되고 있다.

최근에는 이미지 촬상소자를 이용하여 적외선 이미지를 획득함으로써, 물체의 위치를 측정하는 기술이 개발되었다. 상기 기술을 통해 근거리 물체를 감지하는 방법은, 먼저 측광조명을 통해 감지 영역에 일정량의 빛을 조사한 후, 상기 감지 영역 내 존재하는 물체에 반사되어 회귀되는 빛을 적외선 필터를 통해 필터링하고, 촬상소자를 통해 적외선 이미지를 획득한다. 이어서, 상기 획득된 적외선 이미지를 분석함으로써, 감지 영역 내 존재하는 물체 또는 장애물의 위치를 파악한다.

그러나 종래 기술은, 측광조명 뿐만 아니라 외부에 또 다른 발광체가 존재하는 경우에, 측광조명에서 조사한 빛 뿐만 아니라, 외부의 발광체에서 발생한 빛이 혼합된 상태로 물체에 반사되어 촬상소자로 입력된다. 따라서, 외부의 발광체에 의한 적외선 이미지를 감지 영역 내 물체로 인식하여, 적외선 센서가 오작동할 수 있는 문제점을 갖는다.

예를 들어, 야외에서 적외선 센서를 사용하는 경우, 태양광에 의한 적외선 이미지와 측광조명에 의한 적외선 이미지는 구분하기 어렵다. 나아가, 태양광에 포함된 적외선의 광량이 매우 크기 때문에, 태양광에 의해 원거리 물체에서 반사되는 적외선 이미지를 적외선 센서가 감지 영역 내에 존재하는 물체로 잘못 인식할 소지도 있다.

또 다른 예로서, 실내에서 적외선 센서를 사용하는 경우에도, 백열전구나 형광등과 같은 실내조명 또는 창을 투과하는 채광조명에서 발생한 적외선 이미지와 측광조명에 의한 적외선 이미지를 구분하기 어렵다. 즉, 촬상소자를 통해 획득한 적외선 이미지에는 실내조명 또는 채광조명에 의한 적외선 이미지가 포함되어 있으므로, 원거리 물체, 실내조명 또는 채광조명을 감지 영역 내에 존재하는 물체로 잘못 인식할 소지가 있다.

따라서 종래 기술은 외부의 발광체에서 발생한 적외선 이미지가 측광조명에서 발생한 적외선 이미지와 혼합되어 있으므로, 감지 영역 내 물체 감지의 정확성이 저하되며, 외부의 발광체에 의한 영향을 최소화하기 위해 제한된 조명 조건 하에서만 적외선 센서를 사용해야 하는 한계점을 갖는다.

본 발명의 목적은 외부의 발광체에 의한 적외선 이미지를 제거하여, 감지 영역 내에 존재하는 물체를 정확하게 식별할 수 있는 적외선 센서 및 이를 이용한 감지 방법을 제공하는 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 센서는, 감지 영역에 적외선을 조사하는 조명부; 상기 감지 영역으로부터 입사되는 적외선에 감응하여 감지 영역 내의 적외선 이미지를 획득하는 촬상소자; 및 상기 조명부의 적외선을 조사하는 발광시간과 상기 촬상소자의 촬영시간을 조절하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는, 상기 조명부의 발광시간을 조절하는 조명 제어부; 상기 촬상소자의 촬영시간을 조절하는 촬상소자 제어부; 상기 촬상소자에서 획득된 적외선 이미지를 저장하는 메모리부; 및 상기 메모리부에 저장된 적외선 이미지 중, 상기 조명부에서 적외선을 조사했을 때 획득된 적외선 이미지와, 상기 조명부에서 적외선을 조사하지 않았을 때 획득된 적외선 이미지를 비교 연산 처리하여, 상기 감지 영역 내 물체의 위치 또는 거리를 산출하는 이미지처리부를 포함한다.

상기 조명부는 할로겐 램프 또는 적외선 LED로 구성될 수 있다.

상기 촬상 소자는 CCD 또는 CMOS로 구성될 수 있다.

상기 적외선 센서는, 상기 감지 영역으로부터 입사되는 빛을 필터링하여 적외선 파장 영역의 빛을 상기 촬상소자로 전달하는 적외선 투과 필터를 더 포함할 수 있다.

상기 이미지처리부는 상기 촬상소자의 각 픽셀에 기록된 반사광량으로부터 상기 적외선 센서와 상기 감지 영역 내 물체 사이의 거리를 산출할 수 있다.

상기 제어부는 미리 설정된 제1 시간간격을 따라 적외선을 조사했을 때와 적외선을 조사하지 않았을 때의 2장의 적외선 이미지를 획득하도록 제어하며, 미리 설정된 제2 시간간격 후에 다시 상기 2장의 적외선 이미지를 획득하도록 제어할 수 있다.

상기 조명부, 촬상소자, 메모리부 및 이미지 처리부의 동작은 하나의 주기를 이루면서, 연속적으로 수행되며, 상기 이미지 처리부에서 상기 획득된 2장의 적외선 이미지를 처리하는 동안 상기 촬상소자는 다음의 적외선 이미지를 촬영할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 센서를 이용한 감지 방법은, (a) 조명부에서 적외선을 조사하지 않도록 제어한 상태에서, 촬상소자를 통해 감지 영역 내의 적외선 이미지를 획득하는 단계; (b) 상기 조명부에서 적외선을 조사하도록 제어한 상태에서, 상기 촬상소자를 통해 상기 감지 영역 내의 적외선 이미지를 획득하는 단계; (c) 상기 (a), (b) 단계들에서 획득된 적외선 이미지들을 비교 연산 처리하여, 상기 조명부에서 조사한 적외선이 상기 감지 영역 내 물체에 반사되어 회귀한 적외선 이미지만을 추출하는 단계; 및 (d) 상기 추출된 적외선 이미지를 상기 제어부에서 처리하여, 상기 감지 영역 내 물체의 위치를 산출하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 적외선 센서를 이용한 감지 방법은, (a) 조명부에서 적외선을 조사하도록 제어한 상태에서, 촬상소자를 통해 감지 영역 내의 적외선 이미지를 획득하는 단계; (b) 상기 조명부에서 적외선을 조사하지 않도록 제어한 상태에서, 상기 촬상소자를 통해 상기 감지 영역 내의 적외선 이미지를 획득하는 단계; (c) 상기 (a), (b) 단계들에서 획득된 적외선 이미지들을 비교 연산 처리하여, 상기 조명부에서 조사한 적외선이 상기 감지 영역 내 물체에 반사되어 회귀한 적외선 이미지만을 추출하는 단계; 및 (d) 상기 추출된 적외선 이미지를 상기 제어부에서 처리하여, 상기 감지 영역 내 물체의 위치를 산출하는 단계를 포함한다.

상기 (a), (b) 단계들에서 획득된 적외선 이미지들은 차연산(subtract)을 통해 비교 연산 처리될 수 있다.

상기 (d) 단계는, 상기 추출된 적외선 이미지들의 반사광량을 분석하여 상기 적외선 센서와 상기 감지 영역 내 물체 사이의 거리를 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 적외선 센서 및 이를 이용한 감지 방법은, 외부의 발광체에 의한 적외선 이미지가 혼합되더라도, 적외선 이미지의 비교 분석을 통해, 외부의 발광체에 의한 적외선 이미지를 제거할 수 있으므로, 조명 조건에 의해 제한되지 않고, 정확하게 감지 영역 내 물체를 식별할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 센서의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 적외선 센서를 사용하여 적외선 이미지를 획득하는 과정을 설명하기 위한 도면들이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 센서를 이용한 감지 방법을 도시한 순서도이다.

도 5는 도 4에 도시한 순서도에 따라 적외선 센서가 작동하는 방식을 설명하기 위한 그래프이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 적외선 센서 및 이를 이용한 감지 방법에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 적외선 센서(100)는 조명부(200), 촬상소자(300) 및 제어부(400)를 포함하며, 선택적으로 적외선 투과 필터(500)를 더 포함할 수 있다.

조명부(200)는 감지 영역 내 물체를 감지하기 위해 빛을 조사한다. 조명부(200)는, 제한됨이 없이, 예를 들어, 적외선 파장을 포함하고 있는 일반적인 백색광원, 적색광원, 할로겐 램프 또는 적외선 LED가 될 수 있으며, 적외선 파장만을 포함하는 조명을 사용하면 더 효과적으로 적외선 센서(100)를 운영할 수 있다.

촬상소자(300)는 적외선 센서(100)의 감지 영역으로부터 입사되는 적외선에 감응하여 감지 영역 내의 적외선 이미지를 획득한다. 여기서, 촬상소자(300)는 조명부(200)에서 감지 영역으로 조사된 적외선이 물체에 반사되어 회귀되는 적외선 이미지를 촬영한다.

촬상소자(300)의 종류는 특별히 제한적이지 않으며, 빛과 반응하여 이미지를 촬영할 수 있는 모든 영상 수집 소자를 사용할 수 있고, 대표적으로는 CCD(Charge-Coupled Device) 또는 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)를 사용할 수 있다. 또한, 촬상소자(300)는 적외선 파장 대역에 민감한 소자를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에서, 적외선 투과 필터(500)가 촬상소자(300)의 전면에 장착되며, 감지 영역으로부터 입사되는 빛을 필터링하여 적외선 파장 영역의 빛을 촬상소자(300)로 전달한다. 일반적인 촬상소자(300)는 다양한 빛의 파장 영역에 대해 반응하기 때문에, 적외선 파장 영역만을 선별하여 투과할 수 있는 적외선 필터(500)를 장착하면 적외선 센서(100)의 감지 효과를 극대화할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에서, 촬상소자(300)의 렌즈에 직접 코팅 처리를 하여 적외선 파장 영역의 빛만을 투과시키도록 구성할 수 있다.

제어부(400)는 조명부(200)의 적외선을 조사하는 발광시간과 촬상소자(300)의 촬영시간을 조절하며, 구체적으로, 조명 제어부(410), 촬상소자 제어부(420), 메모리부(430) 및 이미지 처리부(440)를 포함한다.

조명 제어부(410)는 조명부(200)의 발광시간을 조절하며, 촬상소자 제어부(420)는 촬상소자(300)의 촬영시간을 조절한다. 본 발명의 적외선 센서(100)는 조명부(200)에서 빛을 조사하지 않은 상태에서 촬상소자(300)를 통해 촬영된 적외선 이미지를 획득할 수 있으며, 필요에 따라서 조명부(200)에서 빛을 조사한 상태에서 촬상소자(300)를 통해 촬영된 적외선 이미지를 획득할 수 있다.

메모리부(430)는 촬상소자(300)에서 획득된 적외선 이미지를 저장하며, 상기와 같이, 조명부(200)에서 빛을 조사하지 않은 상태와 조사한 상태에서 촬영된 적외선 이미지를 모두 저장한다.

이미지 처리부(440)는 메모리부(430)에 저장된 적외선 이미지 중, 조명부(200)에서 적외선을 조사했을 때 획득된 적외선 이미지와, 조명부(200)에서 적외선을 조사하지 않았을 때 획득된 적외선 이미지를 비교 연산 처리하여, 감지 영역 내 물체의 위치 또는 거리를 산출한다.

상기 조명부(200)에서 적외선을 조사했을 때 획득된 적외선 이미지에는, 조명부(200)와 외부의 발광체에 의한 적외선 이미지들이 혼합되어 있는 상태이며, 상기 조명부(200)에서 적외선을 조사하지 않았을 때 획득된 적외선 이미지는 외부의 발광체에 의한 적외선 이미지이다. 따라서, 상기 2개의 적외선 이미지를 분석하면, 조명부(200)에서 발생시킨 적외선에만 감응한 적외선 이미지를 획득할 수 있다.

도 2를 참조하면, 조명부(200)를 발광시키지 않은 상태에서 촬상소자(300)를 통해 획득된 적외선 이미지(30)는 외부의 발광체(20)에 의한 적외선 정보를 포함하고 있다.

또한, 조명부(200)를 발광시킨 상태에서 촬상소자(300)를 통해 획득된 적외선 이미지(40)는 외부의 발광체(20)에 의한 적외선 정보 뿐만 아니라, 조명부(200)에서 조사된 적외선이 근거리 물체(10)에 반사되어 회귀된 적외선 정보를 동시에 포함하고 있다.

따라서, 조명부(200)를 발광시킨 상태에서 획득한 적외선 이미지(40)와, 조명부(200)를 발광시키지 않은 상태에서 획득한 적외선 이미지(30)를 비교 연산 처리하여, 차연산(subtract)을 수행하면, 외부 발광체(20)에 의한 적외선 정보를 제거하고, 조명부(200)에 의한 적외선 정보만을 추출한 적외선 이미지(50)를 획득할 수 있다. 여기서, 비교 연산 처리 방법으로는, 차연산 뿐만 아니라, 배타적 논리합(exclusive or) 등 다양한 비교 연산 처리 방법이 사용될 수 있다.

한편, 상기 획득된 2개의 적외선 이미지(30, 40)에 대해 다양한 전처리를 수행하고 차연산을 수행하게 되면 더욱 정확한 근거리 물체(10) 정보를 갖는 적외선 이미지(50)를 추출할 수 있다.

예를 들어, 적외선 센서(100) 자체가 움직이는 경우, 상기 2개의 적외선 이미지(30, 40)가 획득되는 시간적 차이로 인하여, 외부의 발광체(20)에 의한 적외선 정보가 각각의 적외선 이미지(30, 40)에서 약간의 차이를 나타낼 수 있다. 이에 따라, 차연산을 수행하여 얻은 적외선 이미지(50)에 있어서 근거리 물체(10) 정보의 경계면에서 오차가 발생할 수도 있다.

이를 보상하기 위한 방법으로서, 외부 발광체(20)의 정보를 담고 있는 적외선 이미지(30)에 대해 모폴로지 확장 연산(morphology dilation operation)을 적용하고, 시간적 오차를 충분히 감안하도록 외부 발광체(20)의 적외선 영역을 확대하여 전처리를 수행한다. 상기 전처리 후, 차연산을 수행하게 되면, 적외선 이미지(30, 40)를 획득한 시간적 차이로 인한 오차를 보상할 수 있다.

시간적 오차를 보상하는 다른 방법으로서, 외부의 발광체(20)와 근거리 물체(10)의 정보를 담고 있는 적외선 이미지(40)에 대해서 모폴로지 축소 연산(morphology erosion operation)을 적용하여 전처리 과정을 적용한 후, 차연산을 수행할 수도 있다.

이와 같이 상기 2개의 적외선 이미지(30, 40)에 대해 다양한 전처리, 비교 연산 처리, 후처리를 적용하여 근거리 물체(10)의 정보만을 담은 적외선 이미지(50)를 추출하게 되면, 적외선 센서(100)의 신뢰성을 높일 수 있다.

이어서, 외부의 발광체(20)에 의한 적외선 정보를 제거하고, 조명부(200)에서 발생시킨 빛이 물체에 반사되어 회귀된 적외선 정보만을 담고 있는 적외선 이미지(50)를 분석하여, 감지 영역 내 물체(10)의 위치 또는 거리를 산출하는 방법을 도 3을 통해 상세히 설명한다.

도 3을 참조하면, 조명부(200)에서 감지 영역으로 조사된 적외선은 근거리에 존재하는 물체(10)에 반사되어 촬상소자(300)로 입력된다. 여기서, 물체(10)로부터 반사되는 광량은 물체(10)의 반사방향, 물체(10)의 재질, 물체(10)와 적외선 센서(100) 간의 거리 등과 상관관계를 갖게 된다.

따라서 촬상소자(300)의 각 픽셀에서 기록된 정보를 분석하면, 감지 영역 내 존재하는 물체(10)의 다양한 정보를 도출할 수 있다. 일반적으로 물체(10)로부터 반사된 광량은 거리의 제곱에 반비례하기 때문에, 각 픽셀에 기록된 광량으로부터 적외선 센서(100)와 물체(10) 사이의 거리(ρ)를 도출할 수 있다.

나아가, 촬상소자(300)의 픽셀 조건과 촬상소자(300)의 렌즈 효과 등을 고려하여, 반사광이 기록된 픽셀의 좌표를 분석하면, 적외선 센서(100)에 대한 물체(10)의 방향(θ,φ)을 계산할 수 있다. 결과적으로 3차원 공간상에서 구면좌표계를 적용하여 거리(ρ)와 방향(θ,φ)의 3가지 인자를 결정함으로써 적외선 센서(100)와 물체(10) 사이의 상대적인 위치를 산출할 수 있다.

도 4를 참조하면, 우선 조명부(200)에서 적외선을 조사하지 않도록 제어한 상태에서, 외부 발광체(20)에 의한 적외선 이미지(30)를 촬상소자(300)를 통해 획득한다(S510). 본 발명의 적외선 센서(100)의 실제적 운용에 있어서, 제어 상의 오차로 인해 본 단계(S510)에서 조명부(200)가 발광하더라도 촬상소자(300)의 촬영시간에 비해 상대적으로 짧은 시간 발광한 것이라면, 감지 결과에 별다른 영향을 미치지 않도록 처리할 수 있다.

이어서, 조명부(200)에서 적외선을 조사하도록 제어한 상태에서, 촬상소자(300)를 통해 적외선 이미지(40)를 획득한다(S520). 본 단계(S520)에서 획득된 적외선 이미지(40)는 외부 발광체(20)와 조명부(200)에 의한 적외선 정보들을 포함한다.

한편, 상기 510 단계와 520 단계는 진행 순서가 바뀌어도 무방하다. 또한, 상기 510 단계와 520 단계 진행의 시간적 차이를 최소화하도록, 조명부(200)가 발광하지 않을 때와 발광할 때 촬상소자(300)를 통한 촬영시간의 간격을 최소화하는 것이 바람직하다.

다음으로, 제어부(400)를 통해 상기 510 단계와 520 단계에서 획득된 적외선 이미지들(30, 40)을 비교 연산 처리하여, 조명부(200)에서 조사한 적외선이 감지 영역 내 물체(10)에 반사되어 회귀한 적외선 이미지(50)만을 추출한다(S530). 여기서, 비교 연산 처리를 위해 전술한 차연산이 사용될 수 있다.

이어서, 제어부(400)는 상기 추출된 적외선 이미지(50)를 처리하여, 감지 영역 내 물체(10)의 위치를 산출한다. 또한, 제어부(400)는 상기 추출된 적외선 이미지(50)의 반사광량을 분석하여, 적외선 센서(100)와 감지 영역 내 물체(10) 사이의 거리를 산출할 수도 있다(S540).

다음으로, 감지 영역 내 물체(10)를 연속 측정하고자 하는 경우, 상기 단계들을 반복하며, 그렇지 않은 경우, 측정을 종료한다(S550).

도 5에서, 횡축에 기재된 제1단계, 제2단계, 제3단계, 제4단계는 적외선 센서(100)의 각 소자가 작동하는 시간간격에 따라 임의적으로 구분된 단계이므로, 순서가 변경되거나, 시간간격이 변할 수 있다.

도 5를 참조하여, N 회차에 있어서 적외선 센서(100)의 구동을 살펴보면, 조명부(200)는 조명 제어부(410)의 제어 신호에 따라 동작하며, 주로 2단계에서 발광한다.

촬상소자(300)는 촬상소자 제어부(420)의 제어 신호에 따라 동작하며, 주로 1단계와 2단계에서 작동한다. 조명부(200)의 발광시간은 촬상소자(300)의 촬영시간과 밀접한 관계를 갖는다.

즉, 제1단계에서, 조명부(200)가 발광하지 않은 상태의 적외선 이미지(30) 획득을 위해, 촬상소자(300)는 조명부(200)가 발광하지 않는 시간간격동안 감지 영역을 촬영한다. 이후, 제2단계에서, 촬상소자(300)는 조명부(200)가 발광하고 있는 상태에서 감지 영역을 촬영한다. 여기서, 상기 제1단계와 제2단계는 순서가 바뀌어도 무방하다.

조명이 발광된 상태에서의 적외선 이미지와 조명없이 촬영된 적외선 이미지의 촬영 시간차이가 최소화되어야 동적인 장애물에 대해 신뢰성 있는 3차원측정이 가능해지며, 상기 촬영 시간 차이는 수 ms 이내로 유지하는 것이 바람직하다. 따라서 제어부(400)는 제1단계에서 촬상소자(300)의 촬영이 끝난후, 미리 정해진 제1 시간간격 후에 제2단계의 이미지촬영을 시작하도록 제어함으로써, 시간차가 최소화된 2장의 적외선 이미지(30, 40)가 획득될 수 있다.

또한, 제어부(400)는 제2단계에서 촬상소자(300)의 촬영이 끝난 후, 미리 설정된 제2 시간간격 후에 다시 제4단계에서 촬상소자(300)가 촬영을 시작하도록 제어하며, 상기 제2 시간간격을 최소화함으로써 연속적인 장애물 감지를 신속하게 수행할 수 있다. 상기 제1단계에서 제4단계의 작업을 반복하여 실시하면 연속적인 장애물 측정이 가능하다.

일반적으로 제2 시간간격을 최소화하더라도 제1 시간간격의 2배 이상 소요하게 되는데, 도 5의 제3단계 혹은 제4단계에서 이미지 처리를 수행하는 동안 다음번 작업주기를 위한 촬영을 실시하게 되면, 제2 시간간격을 최소화 할 수 있다.

메모리부(430)는 촬상소자(300)의 촬영시간이 종료되면, 촬상소자(300)를 통해 획득된 적외선 이미지(30, 40)를 저장한다.

이미지 처리부(440)는 메모리부(430)에 저장된 적외선 이미지들(30, 40)을 제3단계에서 비교 연산 처리하여, 조명부(200)에 의한 적외선 이미지(50)만을 추출한다. 다음으로, 이미지 처리부(440)는 제3단계에서 추출된 적외선 이미지(50)를 분석하여, 감지 영역 내 물체(10)의 위치 또는 거리를 산출한다.

상술한 4단계를 반복적으로 수행하여 연속적으로 감지 영역 내 물체(10)를 측정할 수 있다. 이러한 경우 N 회차의 제4단계를 다 마치기 전에, 다음에 수행하는 N+1 회차의 제1단계를 시작하여 적외선 센서(100)의 작동주기를 최소화할 수도 있다.

상기 과정을 통해 본 발명의 적외선 센서(100)는 외부의 발광체(20)에서 발생한 적외선 정보를 제거하고, 조명부(200)에서 조사한 적외선이 물체(10)에 반사된 정보만을 추출할 수 있다.

상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 단지 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims

감지 영역 내에 적외선을 조사하여 물체를 감지하는 적외선 센서에 있어서,

상기 감지 영역에 적외선을 조사하는 조명부;

상기 감지 영역으로부터 입사되는 적외선에 감응하여 감지 영역 내의 적외선 이미지를 획득하는 촬상소자; 및

상기 조명부의 적외선을 조사하는 발광시간과 상기 촬상소자의 촬영시간을 조절하는 제어부를 포함하며,

상기 제어부는,

상기 조명부의 발광시간을 조절하는 조명 제어부;

상기 촬상소자의 촬영시간을 조절하는 촬상소자 제어부;

상기 촬상소자에서 획득된 적외선 이미지를 저장하는 메모리부; 및

상기 메모리부에 저장된 적외선 이미지 중, 상기 조명부에서 적외선을 조사했을 때 획득된 적외선 이미지와, 상기 조명부에서 적외선을 조사하지 않았을 때 획득된 적외선 이미지를 비교 연산 처리하여, 상기 감지 영역 내 물체의 위치 또는 거리를 산출하는 이미지처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 적외선 센서.
제 1 항에 있어서, 상기 조명부는 할로겐 램프 또는 적외선 LED인 것을 특징으로 하는 적외선 센서.
제 1 항에 있어서, 상기 촬상 소자는 CCD 또는 CMOS인 것을 특징으로 하는 적외선 센서.
제 1 항에 있어서, 상기 감지 영역으로부터 입사되는 빛을 필터링하여 적외선 파장 영역의 빛을 상기 촬상소자로 전달하는 적외선 투과 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적외선 센서.
제 1 항에 있어서, 상기 이미지처리부는 상기 촬상소자의 각 픽셀에 기록된 반사광량으로부터 상기 적외선 센서와 상기 감지 영역 내 물체 사이의 거리를 산출하는 것을 특징으로 하는 적외선 센서.
제 1 항에 있어서, 상기 제어부는 미리 설정된 제1 시간간격을 따라 적외선을 조사했을 때와 적외선을 조사하지 않았을 때의 2장의 적외선 이미지를 획득하도록 제어하며, 미리 설정된 제2 시간간격 후에 다시 상기 2장의 적외선 이미지를 획득하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 적외선 센서.
제 6 항에 있어서, 상기 조명부, 촬상소자, 메모리부 및 이미지 처리부의 동작은 하나의 주기를 이루면서, 연속적으로 수행되며, 상기 이미지 처리부에서 상기 획득된 2장의 적외선 이미지를 처리하는 동안 상기 촬상소자는 다음의 적외선 이미지를 촬영하는 것을 특징으로 하는 적외선 센서.
감지 영역에 적외선을 조사하는 조명부와, 상기 감지 영역 내의 적외선 이미지를 획득하는 촬상소자와, 상기 조명부의 발광시간과 상기 촬상소자의 촬영시간을 조절하는 제어부를 포함하는 적외선 센서를 이용한 감지 방법으로서,

(a) 상기 조명부에서 적외선을 조사하지 않도록 제어한 상태에서, 상기 촬상소자를 통해 상기 감지 영역 내의 적외선 이미지를 획득하는 단계;

(b) 상기 조명부에서 적외선을 조사하도록 제어한 상태에서, 상기 촬상소자를 통해 상기 감지 영역 내의 적외선 이미지를 획득하는 단계;

(c) 상기 (a), (b) 단계들에서 획득된 적외선 이미지들을 비교 연산 처리하여, 상기 조명부에서 조사한 적외선이 상기 감지 영역 내 물체에 반사되어 회귀한 적외선 이미지만을 추출하는 단계; 및

(d) 상기 추출된 적외선 이미지를 상기 제어부에서 처리하여, 상기 감지 영역 내 물체의 위치를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 적외선 센서를 이용한 감지 방법.
감지 영역에 적외선을 조사하는 조명부와, 상기 감지 영역 내의 적외선 이미지를 획득하는 촬상소자와, 상기 조명부의 발광시간과 상기 촬상소자의 촬영시간을 조절하는 제어부를 포함하는 적외선 센서를 이용한 감지 방법으로서,

(a) 상기 조명부에서 적외선을 조사하도록 제어한 상태에서, 상기 촬상소자를 통해 상기 감지 영역 내의 적외선 이미지를 획득하는 단계;

(b) 상기 조명부에서 적외선을 조사하지 않도록 제어한 상태에서, 상기 촬상소자를 통해 상기 감지 영역 내의 적외선 이미지를 획득하는 단계;

(c) 상기 (a), (b) 단계들에서 획득된 적외선 이미지들을 비교 연산 처리하여, 상기 조명부에서 조사한 적외선이 상기 감지 영역 내 물체에 반사되어 회귀한 적외선 이미지만을 추출하는 단계; 및

(d) 상기 추출된 적외선 이미지를 상기 제어부에서 처리하여, 상기 감지 영역 내 물체의 위치를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 적외선 센서를 이용한 감지 방법.
제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 상기 (a), (b) 단계에서 획득된 적외선 이미지들을 차연산(subtract)을 통해 비교 연산 처리하는 것을 특징으로 하는 적외선 센서를 이용한 감지 방법.
제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 상기 (d) 단계는,

상기 추출된 적외선 이미지들의 반사광량을 분석하여 상기 적외선 센서와 상기 감지 영역 내 물체 사이의 거리를 산출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적외선 센서를 이용한 감지 방법.