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KR101920012B1 - Depth Extraction Apparatus and Method Using Retroreflective Film - Google Patents

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KR101920012B1
KR101920012B1 KR1020170127786A KR20170127786A KR101920012B1 KR 101920012 B1 KR101920012 B1 KR 101920012B1 KR 1020170127786 A KR1020170127786 A KR 1020170127786A KR 20170127786 A KR20170127786 A KR 20170127786A KR 101920012 B1 KR101920012 B1 KR 101920012B1
Authority
KR
South Korea
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image
retroreflective film
distance
lens module
contrast ratio
Prior art date
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KR1020170127786A
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Korean (ko)
Inventor
민성욱
최성원
Original Assignee
경희대학교 산학협력단
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Publication date
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C3/00Measuring distances in line of sight; Optical rangefinders
    • G01C3/02Details
    • G01C3/06Use of electric means to obtain final indication
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0004Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed
    • G02B19/0009Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed having refractive surfaces only
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00Optical elements other than lenses
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    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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Abstract

The present invention relates to an apparatus and a method for measuring a distance using a retroreflective film. A light and dark region is formed on the photographed image of an object to be measured using the retroreflective film having the reflective surface and the non-reflective surface, and the retroreflective film is inclined so that a contrast ratio is clearly displayed at a position corresponding to the focal plane of a camera. Therefore, it is possible to calculate the distance of the object to be measured by detecting the position of a point having the standard contrast ratio. Thus, it is not necessary to irradiate the object to be measured with separate measurement light, and the distance can be sufficiently measured with natural light alone. The apparatus for measuring distance is compact and easy to be used, can obtain more accurate measurement results even in an external environment, and can calculate a position of object image to be measured in real time through analysis of a camera shooting screen. Therefore, the distance to the object can be measured more quickly and conveniently in real time.

Description

재귀 반사 필름을 이용한 거리 측정 장치 및 방법{Depth Extraction Apparatus and Method Using Retroreflective Film}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a retroreflective film,

본 발명은 재귀 반사 필름을 이용한 거리 측정 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 반사면 및 비반사면을 갖는 재귀 반사 필름을 이용하여 측정 대상 물체에 대한 촬영 영상에 명암 영역을 형성하고 재귀 반사 필름을 경사지게 배치하여 카메라의 초점면과 대응되는 지점에서 명암비가 선명하게 나타나도록 함으로써, 기준 명암비를 갖는 지점의 위치를 검출하여 측정 대상 물체의 거리를 산출할 수 있고, 이에 따라 측정 대상 물체에 별도의 측정광을 조사할 필요가 없고 자연광만으로 충분히 거리를 측정할 수 있고, 장치를 소형화할 수 있어 사용이 편리하며, 외부 사용 환경에서도 더욱 정확한 측정 결과를 얻을 수 있으며, 카메라 촬영 화면의 분석을 통해 측정 대상 물체 영상의 위치를 실시간으로 산출할 수 있어 측정 대상 물체에 대한 거리를 실시간으로 더욱 신속하고 편리하게 측정할 수 있는 재귀 반사 필름을 이용한 거리 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and a method for measuring a distance using a retroreflective film. More particularly, the present invention relates to a retroreflective film having a reflective surface and a non-retroreflective surface to form a light and dark region on a photographed image of an object to be measured, It is possible to calculate the distance of the object to be measured by detecting the position of the point having the standard contrast ratio. Accordingly, it is not necessary to irradiate the object to be measured with another measuring light, and the distance can be sufficiently measured with natural light alone , It is possible to miniaturize the device, and it is convenient to use, and more accurate measurement results can be obtained even in an external use environment, and the position of the measurement object image can be calculated in real time through analysis of the camera shooting screen, A retroreflective film that can measure distances more quickly and conveniently in real time Yonghan relates to a distance measuring apparatus and method.

일반적으로 측정 대상 물체에 대한 거리 측정은 대표적인 2가지 방법이 주로 이용되고 있다. 첫번째는 키넥트(Kinect)와 같이 패턴 광과 광 삼각법을 이용하는 방법이고, 두번째는 피사체에 적외선(Infra Red, IR)을 조사하고, 피사체에 반사되어 돌아오는 비행시간(Time-Of-Flight, TOF)으로부터 거리를 추출하는 방법이다. 이때, 적외선 뿐만 아니라 레이저 등이 사용되기도 한다.Generally, two representative methods of distance measurement are mainly used for the object to be measured. The first is a method using a pattern light and a photon triangulation method like a Kinect. The second is a method of irradiating an Infra Red (IR) to a subject. A time-of-flight (TOF) ) From the distance. At this time, not only an infrared ray but also a laser may be used.

최근 들어서는 패턴 광과 광 삼각법을 이용하는 방식보다는 그 정확도 및 편리함 등에 의해 TOF 방식이 더 많이 사용되고 있다. Recently, the TOF method has been used more and more because of its accuracy and convenience, rather than the method using the pattern light and the optical triangulation method.

TOF 카메라는 눈에 보이지 않는 850nm 대역의 근적외선을 수십 MHz 주파수로 광량 변조(modulation)하여 물체에 조명으로 조사하고, 물체로부터 되돌아오는 광의 위상지연(phase delay)을 영상센서로 측정하여 영상센서의 각 화소(pixel)에서 물체와 카메라 사이의 거리를 얻는다.The TOF camera irradiates an object with illumination by modulating the near-infrared rays of 850nm band invisible to light at a frequency of several tens of MHz and measures the phase delay of the light coming back from the object with the image sensor, Obtain the distance between the object and the camera at the pixel.

이러한 TOF 방식은 명암차이가 많이 나는 환경에서 측정할 경우나, 주변 사물의 표면의 반사율이 차이가 많이 나는 경우에, 주변 사물에 반사되어 스캐너로 돌아는 적외선의 강도가 너무 약하거나 강해서 거리 측정 오류가 쉽게 발생하는 단점을 가지고 있다. Such a TOF method is very weak or strong because the intensity of infrared rays reflected to surrounding objects is too weak or strong when the measurement is performed in an environment with a large contrast difference or when the reflectance of the surface of surrounding objects is greatly different. Is easily generated.

특히, 별도의 조명 광학계가 반드시 필요하므로, 외부 환경에서 사용하는데 불편함이 있으며, 장치의 크기가 증가하게 되는 등 사용 편의성이 좋지 않고 정확도 또한 저하되는 등의 문제가 있다.Particularly, since a separate illumination optical system is necessarily required, there is a problem that it is inconvenient to use in an external environment, the size of the apparatus is increased, and the usability is not good and the accuracy is lowered.

국내공개특허 제10-2015-0065473호Korean Patent Publication No. 10-2015-0065473

본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 본 발명의 목적은 반사면 및 비반사면을 갖는 재귀 반사 필름을 이용하여 측정 대상 물체에 대한 촬영 영상에 명암 영역을 형성하고 재귀 반사 필름을 경사지게 배치하여 카메라의 초점면과 대응되는 지점에서 명암비가 선명하게 나타나도록 함으로써, 기준 명암비를 갖는 지점의 위치를 검출하여 측정 대상 물체의 거리를 산출할 수 있고, 이에 따라 측정 대상 물체에 별도의 측정광을 조사할 필요가 없고 자연광만으로 충분히 거리를 측정할 수 있고, 장치를 소형화할 수 있어 사용이 편리하며, 외부 사용 환경에서도 더욱 정확한 측정 결과를 얻을 수 있는 재귀 반사 필름을 이용한 거리 측정 장치 및 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a retroreflective film which forms a light and dark region on an image of an object to be measured using a retroreflective film having a reflective surface and a non-reflective surface, The distance of the object to be measured can be calculated by detecting the position of the point having the standard contrast ratio so that the contrast ratio is clearly displayed at the position corresponding to the focal plane of the camera. A distance measuring apparatus and method using a retroreflective film which can measure a distance sufficiently without using light alone and can sufficiently measure the distance, can be miniaturized and is convenient to use, and can obtain more accurate measurement results even in an external environment .

본 발명의 다른 목적은 카메라 촬영 화면의 분석을 통해 측정 대상 물체 영상의 위치를 실시간으로 산출할 수 있어 측정 대상 물체에 대한 거리를 실시간으로 더욱 신속하고 편리하게 측정할 수 있는 재귀 반사 필름을 이용한 거리 측정 장치 및 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method and apparatus for measuring the distance of an object to be measured in real time, And to provide a measurement apparatus and method.

본 발명의 또 다른 목적은 집광 렌즈 모듈 및 재귀 반사 필름의 배치 상태를 조절하여 측정 대상 물체 영상의 촬영을 더욱 편리하게 하여 측정 대상 물체에 대한 거리 산출을 더욱 신속하고 편리하게 수행할 수 있는 재귀 반사 필름을 이용한 거리 측정 장치 및 방법을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a retroreflective lens capable of more easily and conveniently performing distance calculation on an object to be measured by adjusting an arrangement state of a condenser lens module and a retroreflective film, And an apparatus and a method for measuring a distance using a film.

본 발명은, 측정 대상 물체로부터 반사된 광을 집광시켜 측정 대상 물체의 영상을 결상시키는 집광 렌즈 모듈; 상기 집광 렌즈 모듈의 광축에 대해 경사진 방향으로 배치되며, 입사된 영상을 재귀 반사하는 반사면이 형성되어 상기 집광 렌즈에 의해 결상된 영상을 재귀 반사시켜 재결상하며, 상기 반사면에는 일부 영역에 비반사면이 형성되는 재귀 반사 필름; 상기 재귀 반사 필름에 의해 재결상된 영상을 기준으로 초점면이 형성되도록 초점 조절되어 상기 재결상된 영상과 함께 상기 재귀 반사 필름의 전체 영역을 촬영하는 카메라; 및 상기 카메라에 의해 촬영된 영상 중 상기 재귀 반사 필름의 반사면 및 비반사면에 의해 발생하는 명암 영역에 대해 미리 설정된 기준 명암비를 갖는 지점의 위치를 검출하여 상기 측정 대상 물체와의 거리를 계산하는 거리 측정 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 재귀 반사 필름을 이용한 거리 측정 장치를 제공한다.A condensing lens module for condensing light reflected from an object to form an image of the object to be measured; A reflective surface for retroreflecting the incident image is formed so as to be inclined with respect to an optical axis of the condensing lens module so that an image formed by the condensing lens is retroreflected and re- A retroreflective film on which a non-reflecting surface is formed; A camera for focusing the entire area of the retroreflective film together with the re-reflected image so as to form a focal plane based on the image re-formed by the retroreflective film; And a distance calculating unit for detecting a position of a point having a predetermined reference contrast ratio with respect to a light and dark region generated by the reflective surface and the non-reflective surface of the retroreflective film, A distance measurement device using a retroreflective film is provided.

이때, 상기 재귀 반사 필름에 의해 재귀 반사되는 영상의 반사 경로를 변경할 수 있도록 상기 집광 렌즈 모듈과 상기 재귀 반사 필름 사이에는 별도의 빔 스플리터가 구비되며, 상기 카메라는 상기 빔 스플리터에 의해 경로 변경된 영상을 촬영하도록 배치될 수 있다.In this case, a separate beam splitter is provided between the focusing lens module and the retroreflective film so as to change the reflection path of the image retroreflected by the retroreflective film, and the camera moves the image changed by the beam splitter And can be arranged to photograph.

또한, 상기 카메라의 초점면은 상기 재귀 반사 필름에 의해 재결상된 영상을 기준으로 상기 집광 렌즈 모듈의 광축에 대해 직각 방향으로 형성될 수 있다.The focal plane of the camera may be formed in a direction perpendicular to an optical axis of the condenser lens module based on an image re-formed by the retroreflective film.

또한, 상기 거리 측정 모듈은, 상기 카메라에 의해 촬영된 재귀 반사 필름의 전체 영역에 대한 영상 중 기준 명암비를 갖는 지점의 위치를 검출하는 명암비 검출부; 및 상기 명암비 검출부를 통해 검출된 기준 명암비 지점의 위치와 상기 재귀 반사 필름의 경사 각도를 이용하여 상기 측정 대상 물체에 대한 거리를 연산하는 연산부를 포함할 수 있다.The distance measuring module may include a contrast ratio detector for detecting a position of a point having a standard contrast ratio among images of the entire region of the retroreflective film photographed by the camera; And an arithmetic unit operable to calculate a distance to the object using the position of the reference contrast ratio point detected through the contrast ratio detector and the inclination angle of the retroreflective film.

또한, 상기 연산부는, 상기 명암비 검출부를 통해 검출된 기준 명암비 지점의 위치와 상기 재귀 반사 필름의 경사 각도를 이용하여 상기 집광 렌즈 모듈에 의해 결상된 영상의 위치를 산출하고, 산출된 영상의 위치로부터 상기 집광 렌즈 모듈까지의 거리(b)를 렌즈 공식에 적용하여 상기 측정 대상 물체에 대한 거리(a)를 연산할 수 있다.The operation unit may calculate the position of the image formed by the focusing lens module using the position of the reference contrast ratio point detected through the contrast ratio detecting unit and the inclination angle of the retroreflective film, And the distance (b) to the condenser lens module is applied to the lens formula to calculate the distance (a) with respect to the measurement object.

또한, 상기 집광 렌즈 모듈과 상기 재귀 반사 필름과의 가장 가까운 이격 거리를 Dn 이라 하고, 상기 집광 렌즈 모듈과 상기 재귀 반사 필름과의 가장 먼 이격 거리를 Df 라 할 때, 상기 집광 렌즈 모듈은 상기 측정 대상 물체의 영상이 Dn 과 Df 사이에 결상되도록 위치 조절 가능하게 형성될 수 있다.When the distance between the condenser lens module and the retroreflective film is Dn and the distance between the condenser lens module and the retroreflective film is Df, The image of the object may be formed to be positionally adjustable so as to form an image between Dn and Df.

또한, 상기 집광 렌즈 모듈은 적어도 2개 이상의 렌즈가 광축 방향을 따라 이동 가능하게 배치되는 형태로 구성될 수 있다.Also, the condensing lens module may be configured such that at least two or more lenses are arranged movably along the optical axis direction.

또한, 상기 재귀 반사 필름은 동일 형상을 갖는 다수개의 단위 셀이 서로 접촉 결합되는 형태로 형성되며, 각각의 단위 셀에는 상기 반사면과 비반사면이 형성될 수 있다.Also, the retroreflective film may be formed such that a plurality of unit cells having the same shape are in contact with each other, and the reflective surface and the non-reflective surface may be formed in each unit cell.

또한, 상기 재귀 반사 필름의 단위 셀은 3개의 빗면이 서로 직교하는 형태로 밑면이 개방된 삼각뿔 형태로 형성될 수 있다.In addition, the unit cells of the retroreflective film may be formed in a triangular pyramid shape in which three oblique planes are orthogonal to each other and the bottom surface is opened.

한편, 본 발명은, (a) 측정 대상 물체로부터 반사된 광을 집광 렌즈 모듈을 통해 집광시켜 측정 대상 물체의 영상을 결상시키는 단계; (b) 입사된 영상을 재귀 반사하는 반사면과, 상기 반사면의 일부 영역에 비반사면이 형성되고 상기 집광 렌즈 모듈의 광축에 대해 경사진 방향으로 배치되는 재귀 반사 필름을 이용하여 상기 집광 렌즈 모듈에 의해 결상된 영상을 재귀 반사시켜 재결상하는 단계; (c) 상기 재귀 반사 필름에 의해 재결상된 영상을 기준으로 초점면이 형성되도록 카메라의 초점을 조절하여 상기 재결상된 영상과 함께 상기 재귀 반사 필름의 전체 영역을 촬영하는 단계; (d) 상기 카메라에 의해 촬영된 영상 중 상기 재귀 반사 필름의 반사면 및 비반사면에 의해 발생하는 명암 영역에 대해 미리 설정된 기준 명암비를 갖는 지점의 위치를 검출하는 단계; 및 (e) 상기 (d) 단계를 통해 검출된 기준 명암비 지점의 위치를 이용하여 상기 측정 대상 물체와의 거리를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 재귀 반사 필름을 이용한 거리 측정 방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided an imaging apparatus comprising: (a) focusing an image of an object to be measured by condensing light reflected from an object to be measured through a condensing lens module; (b) a retroreflective film for retroreflecting an incident image, and a retroreflective film having a non-reflective surface formed on a part of the reflective surface and disposed in a direction inclined with respect to an optical axis of the condensing lens module, Retroreflecting an image formed by the light source; (c) photographing the entire area of the retroreflective film together with the re-formed image by adjusting the focus of the camera so that a focal plane is formed based on the image re-formed by the retroreflective film; (d) detecting a position of a point having a predetermined reference contrast ratio with respect to a light and dark region generated by the reflective surface and the non-reflective surface of the retroreflective film, the image being photographed by the camera; And (e) calculating a distance to the measurement object using the position of the reference contrast ratio point detected through the step (d). .

이때, 상기 (d) 단계에서 기준 명암비가 검출되지 않는 경우, 상기 집광 렌즈 모듈의 배치 상태를 조절한 후 상기 (a) 내지 (d) 단계를 다시 수행할 수 있다.In this case, if the reference contrast ratio is not detected in the step (d), the arrangement of the condenser lens module may be adjusted and the steps (a) to (d) may be performed again.

본 발명에 의하면, 반사면 및 비반사면을 갖는 재귀 반사 필름을 이용하여 측정 대상 물체에 대한 촬영 영상에 명암 영역을 형성하고 재귀 반사 필름을 경사지게 배치하여 카메라의 초점면과 대응되는 지점에서 명암비가 선명하게 나타나도록 함으로써, 기준 명암비를 갖는 지점의 위치를 검출하여 측정 대상 물체의 거리를 산출할 수 있고, 이에 따라 측정 대상 물체에 별도의 측정광을 조사할 필요가 없고 자연광만으로 충분히 거리를 측정할 수 있고, 장치를 소형화할 수 있어 사용이 편리하며, 외부 사용 환경에서도 더욱 정확한 측정 결과를 얻을 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, a dark region is formed on a photographed image of an object to be measured by using a retroreflective film having a reflective surface and a non-reflective surface, and the retroreflective film is disposed obliquely, It is possible to calculate the distance of the object to be measured by detecting the position of the point having the standard contrast ratio. Accordingly, it is not necessary to irradiate the object to be measured with a separate measuring light, It is possible to miniaturize the device, which is convenient to use, and it is possible to obtain more accurate measurement results even in an external environment.

또한, 카메라 촬영 화면의 분석을 통해 측정 대상 물체 영상의 위치를 실시간으로 산출할 수 있어 측정 대상 물체에 대한 거리를 실시간으로 더욱 신속하고 편리하게 측정할 수 있는 효과가 있다.In addition, since the position of the object image can be calculated in real time through the analysis of the camera shooting screen, the distance to the object can be measured more quickly and conveniently in real time.

또한, 집광 렌즈 모듈 및 재귀 반사 필름의 배치 상태를 조절하여 측정 대상 물체 영상의 촬영을 더욱 편리하게 하여 측정 대상 물체에 대한 거리 산출을 더욱 신속하고 편리하게 수행할 수 있는 효과가 있다.In addition, the arrangement of the condenser lens module and the retroreflective film is adjusted to make the photographing of the measurement object image more convenient, and the distance to the measurement object can be calculated more quickly and conveniently.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 재귀 반사 필름을 이용한 거리 측정 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 재귀 반사 필름을 이용한 거리 측정 장치의 구성을 기능적으로 도시한 기능 블록도,
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 장치의 재귀 반사 필름의 구조를 설명하기 위한 도면,
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 장치의 거리 측정 원리를 설명하기 위한 도면,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 장치의 실제 카메라 촬영 영상을 도시한 도면,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 초점 위치 변경에 따라 변화하는 재귀 반사 필름에 대한 실제 촬영 영상을 도시한 도면,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 촬영 영상에 대한 변조 전달 함수값을 그래프화하여 예시적으로 도시한 도면이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view showing a configuration of a distance measuring apparatus using a retroreflective film according to an embodiment of the present invention;
2 is a functional block diagram functionally showing a configuration of a distance measuring apparatus using a retroreflective film according to an embodiment of the present invention.
3 and 4 are views for explaining a structure of a retroreflective film of a distance measuring apparatus according to an embodiment of the present invention,
5 and 6 are views for explaining the principle of distance measurement of a distance measuring apparatus according to an embodiment of the present invention,
7 is a view showing an actual camera photographed image of the distance measuring apparatus according to an embodiment of the present invention,
FIG. 8 is a view showing an actual photographed image of a retroreflective film changing according to a change of a focus position of a camera according to an embodiment of the present invention;
FIG. 9 is a graph illustrating modulation transfer function values for a camera image according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to designate the same or similar components throughout the drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 재귀 반사 필름을 이용한 거리 측정 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 재귀 반사 필름을 이용한 거리 측정 장치의 구성을 기능적으로 도시한 기능 블록도이고, 도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 장치의 재귀 반사 필름의 구조를 설명하기 위한 도면이고, 도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 장치의 거리 측정 원리를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 1 is a view schematically showing a configuration of a distance measuring apparatus using a retroreflective film according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a view illustrating a configuration of a distance measuring apparatus using a retroreflective film according to an embodiment of the present invention. FIGS. 3 and 4 are views for explaining the structure of a retroreflective film of a distance measuring apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 5 and 6 are views FIG. 3 is a view for explaining the principle of distance measurement of the distance measuring apparatus according to the embodiment. FIG.

본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 장치는 집광 렌즈 모듈(100)과, 재귀 반사 필름(200)과, 빔 스플리터(500)와, 카메라(300)와, 거리 측정 모듈(400)을 포함하여 구성된다.A distance measuring apparatus according to an embodiment of the present invention includes a focusing lens module 100, a retroreflective film 200, a beam splitter 500, a camera 300, and a distance measuring module 400 .

집광 렌즈 모듈(100)은 측정 대상 물체(10)로부터 반사된 광을 집광시켜 측정 대상 물체(10)의 영상(20)을 결상시키는 구성으로, 단일 렌즈 또는 다수개의 렌즈 군으로 형성될 수 있다. 단일 렌즈로 형성되는 경우, 광을 집광시킬 수 있는 볼록 렌즈가 사용될 수 있으며, 다수개의 렌즈 군으로 형성되는 경우, 다수개의 렌즈 군을 통해 집광이 가능한 형태로 사용자의 필요에 따라 다양한 렌즈가 사용될 수 있다. The condensing lens module 100 is configured to condense the light reflected from the measurement object 10 to image the image 20 of the measurement object 10 and may be formed of a single lens or a plurality of lens groups. When the lens is formed of a single lens, a convex lens capable of condensing light can be used. In the case of being formed of a plurality of lens groups, various lenses can be used according to the needs of the user, have.

본 발명의 일 실시예에 따른 집광 렌즈 모듈(100)은 도 1에 도시된 바와 같이 적어도 2개 이상의 렌즈(110)가 광축(C) 방향을 따라 이동 가능하게 배치되는 형태로 구성될 수 있다. 이러한 집광 렌즈 모듈(100)은 별도의 렌즈 조절 수단(101)을 통해 렌즈(110)가 광축(C) 방향을 따라 자동으로 이동하도록 구성될 수 있으며, 이러한 렌즈(110)의 이동을 통해 광이 집광되는 초점 위치를 조절할 수 있다. 렌즈 조절 수단(101)은 세부 구성이 도시되지는 않았으나 렌즈(110)를 직선 이동시킬 수 있는 다양한 기계 요소를 통해 다양한 방식으로 구성될 수 있다.The light collecting lens module 100 according to an embodiment of the present invention may be configured such that at least two or more lenses 110 are arranged to be movable along the optical axis C direction as shown in FIG. The condensing lens module 100 may be configured such that the lens 110 is automatically moved along the optical axis C direction through the separate lens adjusting means 101. Through the movement of the lens 110, The focus position to be condensed can be adjusted. The lens adjusting means 101 may be configured in various ways through various mechanical elements that are not shown in detail but which can move the lens 110 linearly.

재귀 반사 필름(200)은 집광 렌즈 모듈(100)에 의해 결상된 영상(20)을 재귀 반사시켜 재결상시키는 구성으로, 집광 렌즈 모듈(100)의 광축(C)에 대해 경사진 방향으로 배치된다. 일반적으로 재귀 반사 필름이란 입사된 광을 입사된 방향으로 그대로 반사시켜 되돌아가도록 하는 특성을 갖는 부재로서, 다양한 형태 및 구조로 형성되며, 집광 렌즈 모듈(100)의 광축(C)에 대해 경사진 방향으로 배치되더라도, 입사된 광을 입사된 방향으로 그대로 반사시켜 되돌아가게 한다.The retroreflective film 200 is arranged in a direction inclined with respect to the optical axis C of the condensing lens module 100 in such a manner that the image 20 formed by the condensing lens module 100 is retroreflected and re- . In general, the retroreflective film is a member having various characteristics such that incident light is reflected as it is in the incident direction and is returned. The retroreflective film is formed in various shapes and structures, and is disposed in a direction inclined with respect to the optical axis (C) The incident light is reflected in the incident direction as it is.

본 발명의 일 실시예에 따른 재귀 반사 필름(200)은 입사된 영상을 재귀 반사하는 반사면(210)을 가지며, 반사면(210)의 일부 영역에는 입사된 영상이 반사되지 않도록 하는 비반사면(220)이 형성된다. 이러한 반사면(210) 및 비반사면(220)에 의해 재귀 반사 필름(200)으로부터 재귀 반사된 영상은 명암 영역이 형성된다. 즉, 반사면(210)으로 입사된 영상은 반사면(210)에 의해 재귀 반사되어 밝은 영역으로 나타나고, 비반사면(220)으로 입사된 영상은 비반사면(220)에 의해 반사되지 않고 흡수되어 어두운 영역으로 나타나므로, 재귀 반사 필름(200)으로부터 재귀 반사된 영상에는 명암 영역이 존재하게 된다.The retroreflective film 200 according to an exemplary embodiment of the present invention has a reflective surface 210 that retroreflects an incident image and a non-reflective surface 210 that prevents an incident image from being reflected on a part of the reflective surface 210 220 are formed. An image retroreflected from the retroreflective film 200 by the reflective surface 210 and the non-reflective surface 220 forms a dark region. That is, the image incident on the reflective surface 210 is retroreflected by the reflective surface 210 to appear as a bright region, and the image incident on the non-reflective surface 220 is absorbed without being reflected by the non- And thus, the retroreflected image from the retroreflective film 200 has a dark region.

이러한 재귀 반사 필름(200)은 본 발명의 일 실시예에 따라 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 동일 형상을 갖는 다수개의 단위 셀(201)이 서로 접촉 결합하는 형태로 형성되며, 각각의 단위 셀(201)에는 반사면(210)과 비반사면(220)이 형성되도록 구성될 수 있다.3 and 4, the retroreflective film 200 is formed in such a manner that a plurality of unit cells 201 having the same shape are in contact with each other, The cell 201 may be configured to form the reflective surface 210 and the non-reflective surface 220.

이때, 각각의 단위 셀(201)은 도 3에 도시된 바와 같이 3개의 빗면이 서로 직교하는 형태로 밑면이 개방된 삼각뿔 형태로 형성될 수 있다. 이러한 구조에 따라 3개의 빗면 중 어느 하나에 입사되는 영상은 나머지 2개의 빗면에 의해 순차적으로 반사되어 입사된 방향으로 그대로 다시 반사된다. 이 경우, 이와 같은 단위 셀(201)의 기하학적 형상에 따라 밑면의 3개 꼭지점과 인접한 부위에서는 3개 빗면에 입사된 영상이 반사 경로상 재귀 반사되지 못하고 다른 방향으로 반사되어 입사 방향에서 관찰 시 비반사된 것처럼 보이게 된다. 즉, 이와 같은 삼각뿔 형태의 단위 셀(201)은 별도의 부가적인 광 흡수 부재 또는 또 다른 반사 부재를 부착하는 등의 작업 없이도 단순히 그 기하학적 형상에 의해 3개 꼭지점 부위에서 비반사면(220)이 형성된다.At this time, each unit cell 201 may be formed as a triangular pyramid having three oblique planes perpendicular to each other as shown in FIG. According to this structure, an image incident on any one of the three oblique planes is sequentially reflected by the remaining two oblique faces, and is reflected again in the incident direction. In this case, according to the geometric shape of the unit cell 201, the image incident on the three oblique planes at three vertexes adjacent to the bottom surface is not refracted on the reflection path but reflected in the other direction, It appears to be reflected. In other words, the triangular-pyramidal unit cell 201 may be formed by merely forming the non-reflecting surface 220 at three vertex portions by the geometric shape without attaching an additional light absorbing member or another reflecting member do.

따라서, 이러한 재귀 반사 필름(200)에 의해 재귀 반사된 영상(20)은 각 단위 셀(201) 영역의 3개 꼭지점 부위마다 어두운 영역이 형성되므로, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 전체적으로 도트 형태의 어두운 영역이 형성된다.Therefore, the retroreflected image 20 of the retroreflective film 200 has a dark region formed at each of three vertexes of each unit cell 201 region. Therefore, as shown in FIGS. 7 and 8, A dark region of the shape is formed.

본 발명의 일 실시예에 따른 재귀 반사 필름(200)은 집광 렌즈 모듈(100)의 광축(C)에 대해 경사진 방향으로 배치되는데, 이러한 경사 배치 구조에 따라 도 8에 도시된 바와 같이 카메라(300)의 초점면(SF)에 대응되는 어느 한 지점에서만 재귀 반사 필름(200)의 명암비가 선명하게 나타나고, 해당 지점으로부터 멀어질수록 명암비가 흐릿하게 나타나게 된다. 본 발명에서는 이러한 명암비 차이가 나타나는 특성을 이용하여 측정 대상 물체(10)와의 거리를 측정한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따라 재귀 반사 필름(200)의 경사 각도를 조절할 수 있는 각도 조절 수단(201)이 구비될 수 있으며, 각도 조절 수단(201)을 통해 재귀 반사 필름(200)의 각도를 자동으로 조절할 수 있다.The retroreflective film 200 according to an embodiment of the present invention is disposed in an inclined direction with respect to the optical axis C of the condensing lens module 100. According to this inclined arrangement structure, The contrast ratio of the retroreflective film 200 is clearly displayed only at one point corresponding to the focal plane SF of the display screen 300 and the contrast ratio is blurred as the screen 200 moves away from the point. In the present invention, the distance to the measurement object 10 is measured using the characteristic that the contrast ratio difference appears. The retroreflective film 200 may be provided with an angle adjusting means 201 for adjusting the angle of inclination of the retroreflective film 200 according to an embodiment of the present invention. The angle can be adjusted automatically.

카메라(300)는 재귀 반사 필름(200)에 의해 재결상된 영상(20)을 촬영하는 구성으로, 초점 조절이 가능한 카메라 렌즈(310)와 이미지 센서(320)를 포함하여 구성될 수 있다. 이러한 카메라(300)는 재귀 반사 필름(200)에 의해 재결상된 영상(20)을 기준으로 초점면(SF)이 형성되도록 초점 조절되어 재결상된 영상(20)과 함께 재귀 반사 필름(200)의 전체 영역을 촬영하도록 구성된다. 이때, 카메라(300)의 초점면(SF)은 도 5에 도시된 바와 같이 집광 렌즈 모듈(100)의 광축(C)에 대해 직각 방향으로 형성된다.The camera 300 may include a camera lens 310 and an image sensor 320 that are configured to capture an image 20 that has been re-formed by the retroreflective film 200. The camera 300 is focused to form a focal plane SF on the basis of the image 20 reconstructed by the retroreflective film 200 and is combined with the refracted reflective film 200 together with the re- As shown in FIG. At this time, the focal plane SF of the camera 300 is formed in a direction perpendicular to the optical axis C of the condensing lens module 100 as shown in FIG.

이 경우, 카메라 렌즈(310)는 가능한 좁은 피사계 심도(Depth of Field)를 갖도록 형성되는 것이 바람직하며, 마찬가지로 집광 렌즈 모듈(100)의 렌즈 또한 좁은 피사계 심도를 갖는 것이 바람직하다. 렌즈의 초점은 단 하나의 면에 정해지게 되어 있으나 실제 사진에서는 초점면을 중심으로 멀어질수록 서서히 흐려지는 현상이 나타나는데, 이때 충분히 초점이 맞은 것으로 인식되는 범위의 한계를 피사계 심도라 한다. 따라서, 카메라 렌즈(310)는 가능한 한 좁은 피사계 심도를 갖는 것이 재귀 반사 필름 촬영시 초점면에 대한 명암비 차이가 분명하여 거리 산출을 더욱 정확하게 수행할 수 있다.In this case, it is preferable that the camera lens 310 is formed to have as narrow a depth of field as possible, and similarly, the lens of the condensing lens module 100 also has a narrow depth of field. Although the focus of the lens is determined on only one plane, in real photographs, the phenomenon of gradual blurring increases as the focal plane moves away from it. The limit of the range that is considered to be sufficiently focused is called the depth of field. Accordingly, the camera lens 310 has a narrow depth of field as much as possible, so that the difference in contrast ratio with respect to the focal plane during the retroreflective film photographing is clear, so that the distance calculation can be performed more accurately.

빔 스플리터(500)는 재귀 반사 필름(200)에 의해 재귀 반사되는 영상(20)의 반사 경로를 변경할 수 있도록 집광 렌즈 모듈(100)과 재귀 반사 필름(200) 사이에 배치된다. 이때, 카메라(300)는 빔 스플리터(500)에 의해 경로 변경된 영상을 촬영하도록 배치된다. 이러한 배치 구조를 통해 영상의 경로에 대한 간섭없이 카메라(300)를 통해 영상을 원활하게 촬영할 수 있다. 이러한 빔 스플리터(500)에 의해 도 1 및 도 5에 도시된 바와 같이 카메라(300)의 촬영시 영상 경로에 대한 간섭이 발생하지 않도록 카메라(300)는 집광 렌즈 모듈(100)의 광축(C)으로부터 이격된 측방 위치에 위치할 수 있다. 그러나, 이 경우에도 카메라(300)에 입사되는 영상은 빔 스플리터(500)에 의해 반사된 영상이므로, 실질적으로 카메라(300)의 촬영 방향은 도 6의 굵은 화살표 방향, 즉, 집광 렌즈 모듈(100)의 광축(C)과 평행한 방향이 된다. 다시 말하면, 카메라(300)의 촬영 방향은 도 6에 도시된 Z축 방향이 된다.The beam splitter 500 is disposed between the condenser lens module 100 and the retroreflective film 200 so that the reflection path of the image 20 retroreflected by the retroreflective film 200 can be changed. At this time, the camera 300 is arranged to photograph a path-changed image by the beam splitter 500. Through this arrangement, an image can be smoothly photographed through the camera 300 without interfering with the path of the image. 1 and 5, the camera 300 is mounted on the optical axis C of the condensing lens module 100 such that interference with the image path is not generated during photographing of the camera 300 by the beam splitter 500, As shown in Fig. In this case, since the image to be incident on the camera 300 is an image reflected by the beam splitter 500, the photographing direction of the camera 300 is substantially the same as the photographing direction of the condensing lens module 100 The direction of the optical axis C is parallel to the optical axis C. In other words, the photographing direction of the camera 300 becomes the Z-axis direction shown in Fig.

거리 측정 모듈(400)은 카메라(300)에 의해 촬영된 영상(301) 중 재귀 반사 필름(200)의 반사면 및 비반사면에 의해 발생하는 명암 영역에 대해 미리 설정된 기준 명암비를 갖는 지점의 위치를 검출하여 측정 대상 물체(10)와의 거리를 계산한다.The distance measuring module 400 measures a position of a point having a predetermined reference contrast ratio with respect to a light and dark region generated by the reflective surface and the non-reflective surface of the retroreflective film 200, And calculates the distance to the object 10 to be measured.

이러한 거리 측정 모듈(400)은 카메라(300)에 의해 촬영된 재귀 반사 필름(200)의 전체 영역에 대한 영상(301) 중 기준 명암비를 갖는 지점의 위치를 검출하는 명암비 검출부(410)와, 명암비 검출부(410)를 통해 검출된 기준 명암비 지점의 위치와 재귀 반사 필름(200)의 경사 각도(θ)를 이용하여 측정 대상 물체(10)에 대한 거리를 연산하는 연산부(420)를 포함하여 구성된다. 여기서, 기준 명암비는 사용자에 의해 미리 설정된 명암비의 값으로, 재귀 반사 필름(200)의 영역 중 카메라(300)의 초점면과 대응되는 지점에서 명암비가 가장 선명하게 나타나는 지점의 명암비로 설정할 수 있다.The distance measuring module 400 includes a contrast ratio detector 410 for detecting a position of a point having a standard contrast ratio among images 301 of the entire area of the retroreflective film 200 photographed by the camera 300, And an operation unit 420 for calculating the distance to the measurement object 10 using the position of the reference contrast ratio point detected through the detection unit 410 and the tilt angle? Of the retroreflective film 200 . Here, the reference contrast ratio may be a contrast ratio preset by the user, and may be set to a contrast ratio at a point where the contrast ratio is most clearly displayed at a point corresponding to the focal plane of the camera 300 among the areas of the retroreflective film 200.

이때, 연산부(420)는 명암비 검출부(410)를 통해 검출된 기준 명암비 지점의 위치와 재귀 반사 필름(200)의 경사 각도(θ)를 이용하여 집광 렌즈 모듈(100)에 의해 결상된 영상의 위치를 산출하고, 산출된 영상의 위치로부터 집광 렌즈 모듈(100)까지의 거리(b)를 렌즈 공식에 적용하여 상기 측정 대상 물체에 대한 거리(a)를 연산한다.At this time, the operation unit 420 calculates the position of the image formed by the condensing lens module 100 using the position of the reference contrast ratio point detected through the contrast ratio detector 410 and the tilt angle [theta] of the retroreflective film 200 And calculates the distance a to the measurement object by applying the distance b from the position of the calculated image to the condenser lens module 100 to the lens formula.

즉, 거리 측정 모듈(400)은 집광 렌즈 모듈(100)에 의해 결상된 영상의 위치를 산출하여 이를 렌즈 공식에 적용하여 측정 대상 물체(10)에 대한 거리를 산출한다.That is, the distance measurement module 400 calculates the position of the image formed by the condensing lens module 100 and applies the calculated position to the lens formula to calculate the distance to the measurement object 10.

이상에서 설명한 재귀 반사 필름을 이용한 거리 측정 장치의 거리 측정 원리를 좀더 자세히 살펴본다.The distance measurement principle of the distance measuring apparatus using the above-described retroreflective film will be described in more detail.

본 발명에서는 렌즈 공식을 이용하여 측정 대상 물체(10)에 대한 거리를 산출하는데, 렌즈 공식은 다음과 같다.In the present invention, the distance to the measurement object 10 is calculated using the lens formula. The lens formula is as follows.

렌즈 공식: 1/a + 1/b = 1/fLens formula: 1 / a + 1 / b = 1 / f

여기에서, a는 렌즈와 물체와의 거리, b는 물체에 대한 영상의 결상 위치와렌즈와의 거리, f: 렌즈의 초점거리이다.Where a is the distance between the lens and the object, b is the imaging position of the image with respect to the object and the distance from the lens, and f is the focal length of the lens.

이때, 집광 렌즈 모듈(100)의 사양을 통해 f 값은 알 수 있고, 측정 대상 물체(10)의 영상 위치와 집광 렌즈 모듈(100)과의 거리 b 값을 산출하면, 렌즈 공식에 대입하여 측정 대상 물체(10)에 대한 거리 a 값을 알 수 있다.At this time, the f value can be known through the specification of the condenser lens module 100. When the image position of the measurement object 10 and the distance b between the condenser lens module 100 and the image position are calculated, The distance a value to the target object 10 can be known.

먼저, 집광 렌즈 모듈(100)은 전술한 바와 같이 측정 대상 물체(10)에 대한 영상(20)을 결상시키는 그 초점거리를 렌즈 조절 수단(101)을 통해 조절할 수 있도록 구성되는데, 이 경우, 집광 렌즈 모듈(100)은 측정 대상 물체(10)의 영상(20)이 도 6에 도시된 Dn 과 Df 사이에 결상되도록 조절된다. 이때, Dn은 집광 렌즈 모듈(100)과 재귀 반사 필름(200)과의 가장 가까운 이격 거리를 의미하고, Df는 집광 렌즈 모듈(100)과 재귀 반사 필름(200)과의 가장 먼 이격 거리를 의미한다.The condensing lens module 100 is configured to adjust the focal length of the image 20 with respect to the measurement object 10 through the lens adjustment unit 101. In this case, The lens module 100 is adjusted such that the image 20 of the measurement object 10 is imaged between Dn and Df shown in FIG. Dn denotes the closest separation distance between the condenser lens module 100 and the retroreflective film 200 and Df denotes the farthest separation distance between the condenser lens module 100 and the retroreflective film 200 do.

이에 따라 측정 대상 물체(10)로부터 반사된 광은 집광 렌즈 모듈(100)을 통과한 후 집광되어 해당 위치에 영상(20)이 결상되고, 이후 재귀 반사 필름(200)에 의해 재귀 반사되어 동일한 위치에 영상(20)이 재결상된다. Accordingly, the light reflected from the measurement object 10 passes through the condensing lens module 100 and is condensed so that the image 20 is formed at the corresponding position. Then, the reflected light is retroreflected by the retroreflective film 200, The image 20 is re-displayed.

이 상태에서 카메라(300)를 이용하여 재결상된 영상(20)과 함께 재귀 반사 필름(200)의 전체 영역을 촬영하는데, 이때, 카메라(300)는 재결상된 영상(20)을 기준으로 초점면이 형성되도록 초점 조절된다. 이 경우, 카메라(300)에 의해 촬영된 영상은 빔 스플리터(500)에 의해 반사된 영상을 촬영하게 되므로, 카메라(300)의 촬영 방향은 집광 렌즈 모듈(100)의 광축(C) 방향과 평행한 Z축 방향이 되며, 초점면(SF)은 광축(C)과 직각 방향인 X축 방향이 된다.In this state, the entire area of the retroreflective film 200 is photographed together with the re-formed image 20 using the camera 300. At this time, the camera 300 focuses the re- So that the surface is formed. In this case, since the image photographed by the camera 300 photographs the image reflected by the beam splitter 500, the photographing direction of the camera 300 is parallel to the direction of the optical axis C of the condensing lens module 100 Axis direction, and the focal plane SF is in the X-axis direction perpendicular to the optical axis C.

카메라(300)에 의해 촬영된 화면(301)은 측정 대상 물체(10)의 영상(20)에 초점면(SF)을 맞추어 촬영한 것이므로, 도 5 및 도 7에 도시된 바와 같이 측정 대상 물체(10)의 영상(20)이 선명하게 나타나며, 이와 동시에 초점면(SF)에 대응되는 재귀 반사 필름(200)의 어느 한 지점(E1)에서만 재귀 반사 필름(200)의 명암비가 선명하게 나타나고, 해당 지점으로부터 멀어질수록(E2,E3,E4) 명암비가 순차적으로 흐릿하게 나타난다. 5 and 7, the screen 301 photographed by the camera 300 is obtained by photographing the image 20 of the measurement object 10 with the focal plane SF aligned with the focal plane SF. The contrast 20 of the retroreflective film 200 is clearly visible only at one point E1 of the retroreflective film 200 corresponding to the focal plane SF, As the distance from the point (E2, E3, E4) increases, the contrast ratio gradually becomes blurred.

예를 들면, 도 8에 도시된 바와 같이 재귀 반사 필름(200)의 영역을 5개 영역으로 분할하여 각각의 지점에 대응되도록 초점면(SF1,SF2,SF3,SF4,SF5)을 형성하여 각각 재귀 반사 필름(200)의 전체 영역을 촬영하면, 촬영 영상에서는 해당 초점면의 위치에 각각 대응되는 지점에서만 명암비가 선명하게 나타나고, 해당 지점으로부터 멀어질수록 명암비가 흐리게 나타난다. 예를 들어, 초점면이 SF1 지점에 형성되도록 하여 촬영한 영상에서는 SF1 초점면에 대응되는 E1 영역에서 명암비가 선명하게 나타나고, E1 영역으로부터 멀어지는 E2,E3,E4,E5 영역으로 갈수록 명암비가 흐릿하게 나타난다. 다른 초점면에 대해서도 마찬가지로 나타난다.For example, as shown in FIG. 8, the area of the retroreflective film 200 is divided into five regions and the focal planes SF1, SF2, SF3, SF4, and SF5 are formed to correspond to the respective points, When the entire area of the reflective film 200 is photographed, the contrast ratio appears clearly only at the positions corresponding to the positions of the corresponding focal planes in the photographed image, and the contrast ratio becomes blurred as the positions are further away from the corresponding points. For example, in the image obtained by forming the focal plane at the SF1 point, the contrast ratio is clearly displayed in the E1 region corresponding to the SF1 focal plane, and the contrast ratio is blurred toward the E2, E3, E4 and E5 regions away from the E1 region appear. The same is true for other focal planes.

카메라(300)에 의해 촬영된 화면(301)은 2차원 평면으로 X축 방향 성분이 나타나므로, 재귀 반사 필름(200)에 의해 재결상된 영상(20)의 위치와, 카메라(300)의 초점면(SF)에 대응되는 재귀 반사 필름(200) 영역에 대한 위치는, 카메라 촬영 화면(301)에서 X2 지점과, 명암비가 선명한 영역인 X1 지점으로 나타난다.Since the X-axis direction component appears in the two-dimensional plane on the screen 301 captured by the camera 300, the position of the image 20 re-formed by the retroreflective film 200, The position with respect to the area of the retroreflective film 200 corresponding to the plane SF appears at point X2 in the camera photographing screen 301 and at point X1 in which the contrast ratio is clear.

카메라 촬영 화면(301)에서 재귀 반사 필름(200)의 끝단에서부터 명암비가 선명한 영역인 X1 지점에 대한 거리 M에 대해 화면 상의 거리를 측정할 수 있고, 이러한 거리 M을 이용하여 집광 렌즈 모듈(100)로부터 측정 대상 물체(10)의 영상(20)까지의 거리 b를 구할 수 있다.It is possible to measure the distance on the screen with respect to the distance M from the end of the retroreflective film 200 to the point X1 at which the contrast ratio is clear in the camera shooting screen 301. By using the distance M, The distance b to the image 20 of the measurement object 10 can be obtained.

도 6에 도시된 바와 같이 집광 렌즈 모듈(100) 및 재귀 반사 필름(200)의 초기 배치 상태에 따라 Dn 및 Df 값은 세팅된 값이므로, Dn 값에 K 값을 더하면 b 값을 구할 수 있다. 이때, K 값은 카메라 촬영 화면(301) 상에서 측정한 거리 M 값에 tanθ를 곱하면 구할 수 있다.As shown in FIG. 6, the values of Dn and Df are set according to the initial arrangement state of the condenser lens module 100 and the retroreflective film 200, so that the value b can be obtained by adding K to the Dn value. At this time, the K value can be obtained by multiplying the distance M measured on the camera photographing screen 301 by tan &thetas;.

정리하면, b = Dn + Mtanθ 이고, 여기에서 산출한 b 값을 렌즈 공식에 대입하면, a 값을 산출할 수 있다.In summary, if b = Dn + M tan?, And the b value calculated here is substituted into the lens formula, a value can be calculated.

한편, X1 지점에 대한 거리 산출은 X 축 방향에 대한 각 지점에서의 명암비를 변조 전달 함수를 통해 변환한 값을 도출하여 좀더 편리하고 간편하게 구할 수 있다. 도 9에는 이러한 명암비에 대한 변조 전달 함수값(MTF: Modulation Transfer Function)을 X축 지점에 대해 그래프화하여 나타낸 그림이 도시되어 있으며, 이를 통해 변조 전달 함수값이 최고인 지점의 좌표를 알 수 있다.On the other hand, the distance calculation to the X1 point can be more conveniently and easily obtained by deriving the value obtained by converting the contrast ratio at each point in the X-axis direction through the modulation transfer function. FIG. 9 is a graph showing a modulation transfer function (MTF) for the contrast ratio with respect to an X-axis point, and the coordinates of the point at which the modulation transfer function value is the highest can be obtained.

이상에서 설명한 측정 원리에 따라 측정 대상 물체(10)의 거리 a를 용이하게 측정할 수 있으며, 특히, 카메라 촬영 화면을 실시간으로 분석하여 실시간으로 측정 대상 물체(10)의 거리를 측정할 수 있다.The distance a of the measurement object 10 can be easily measured according to the measurement principle described above. In particular, the distance of the measurement object 10 can be measured in real time by analyzing the camera taken screen in real time.

한편, 집광 렌즈 모듈(100)은 집광 렌즈 모듈(100)에 의해 결상된 측정 대상 물체(10)의 영상(20) 위치가 Dn 과 Df 사이 영역에 나타나도록 조절 가능하게 형성되는데, 이때, 집광 렌즈 모듈(100)의 조절 작업이 잘못되어 측정 대상 물체(10)의 영상(20)이 해당 구간에 결상되지 않을 수 있다. 이 경우, 측정 대상 물체(10)의 영상(20)에 초점을 맞추어 재귀 반사 필름(200)의 전체 영역을 카메라(300)로 촬영하게 되면, 카메라(300)의 초점면(SF)이 재귀 반사 필름(200)에 대응되지 않게 되므로, 카메라 촬영 화면(301)에는 기준 명암비를 갖는 영역이 나타나지 않게 된다. 즉, 명암비가 선명한 영역이 나타나지 않는다. 이 경우, 집광 렌즈 모듈(100)의 배치 상태를 다시 조절하여 측정 대상 물체(10)의 영상(20)을 촬영하고, 촬영 화면에 기준 명암비 위치를 확인하며, 이러한 작업을 반복하는 방식으로 집광 렌즈 모듈(100)의 배치 상태를 조절할 수 있다.The condensing lens module 100 is formed such that the position of the image 20 of the measurement object 10 imaged by the condenser lens module 100 appears in a region between Dn and Df. The adjustment operation of the module 100 is incorrect and the image 20 of the measurement object 10 may not be formed in the corresponding section. In this case, when the entire area of the retroreflective film 200 is photographed by the camera 300 while focusing on the image 20 of the measurement object 10, the focal plane SF of the camera 300 is refracted The area having the standard contrast ratio is not displayed on the camera photographing screen 301 because it does not correspond to the film 200. [ That is, the area having a clear contrast ratio does not appear. In this case, the arrangement state of the condensing lens module 100 is adjusted again to photograph the image 20 of the measurement object 10, confirm the reference contrast ratio position on the photographing screen, The arrangement state of the module 100 can be adjusted.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are intended to illustrate rather than limit the scope of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.

100: 집광 렌즈 모듈 101: 렌즈 조절 수단
200: 재귀 반사 필름 201: 각도 조절 수단
300: 카메라
400: 거리 측정 모듈
410: 명암비 검출부 420: 연산부
500: 빔 스플리터
100: condensing lens module 101: lens adjusting means
200: Retroreflective film 201: Angle adjusting means
300: camera
400: Distance measurement module
410: contrast ratio detection unit 420:
500: beam splitter

Claims (11)

측정 대상 물체로부터 반사된 광을 집광시켜 측정 대상 물체의 영상을 결상시키는 집광 렌즈 모듈;
상기 집광 렌즈 모듈의 광축에 대해 경사진 방향으로 배치되며, 입사된 영상을 재귀 반사하는 반사면이 형성되어 상기 집광 렌즈에 의해 결상된 영상을 재귀 반사시켜 재결상하며, 상기 반사면에는 일부 영역에 비반사면이 형성되는 재귀 반사 필름;
상기 재귀 반사 필름에 의해 재결상된 영상을 기준으로 초점면이 형성되도록 초점 조절되어 상기 재결상된 영상과 함께 상기 재귀 반사 필름의 전체 영역을 촬영하는 카메라; 및
상기 카메라에 의해 촬영된 영상 중 상기 재귀 반사 필름의 반사면 및 비반사면에 의해 발생하는 명암 영역에 대해 미리 설정된 기준 명암비를 갖는 지점의 위치를 검출하여 상기 측정 대상 물체와의 거리를 계산하는 거리 측정 모듈
을 포함하는 것을 특징으로 하는 재귀 반사 필름을 이용한 거리 측정 장치.
A condensing lens module for condensing the light reflected from the measurement object to image an image of the measurement object;
A reflective surface for retroreflecting the incident image is formed so as to be inclined with respect to an optical axis of the condensing lens module so that an image formed by the condensing lens is retroreflected and re- A retroreflective film on which a non-reflecting surface is formed;
A camera for focusing the entire area of the retroreflective film together with the re-reflected image so as to form a focal plane based on the image re-formed by the retroreflective film; And
A distance measuring unit which detects a position of a point having a predetermined reference contrast ratio with respect to a light and dark region generated by a reflective surface and a non-reflective surface of the retroreflective film, module
And a distance measuring device using the retroreflective film.
제 1 항에 있어서,
상기 재귀 반사 필름에 의해 재귀 반사되는 영상의 반사 경로를 변경할 수 있도록 상기 집광 렌즈 모듈과 상기 재귀 반사 필름 사이에는 별도의 빔 스플리터가 구비되며,
상기 카메라는 상기 빔 스플리터에 의해 경로 변경된 영상을 촬영하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 재귀 반사 필름을 이용한 거리 측정 장치.
The method according to claim 1,
A separate beam splitter is provided between the condenser lens module and the retroreflective film so as to change the reflection path of the image retroreflected by the retroreflective film,
Wherein the camera is arranged to capture an image of a path changed by the beam splitter.
제 2 항에 있어서,
상기 카메라의 초점면은 상기 재귀 반사 필름에 의해 재결상된 영상을 기준으로 상기 집광 렌즈 모듈의 광축에 대해 직각 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 재귀 반사 필름을 이용한 거리 측정 장치.
3. The method of claim 2,
Wherein the focal plane of the camera is formed in a direction perpendicular to an optical axis of the condenser lens module based on an image re-formed by the retroreflective film.
제 3 항에 있어서,
상기 거리 측정 모듈은
상기 카메라에 의해 촬영된 재귀 반사 필름의 전체 영역에 대한 영상 중 기준 명암비를 갖는 지점의 위치를 검출하는 명암비 검출부; 및
상기 명암비 검출부를 통해 검출된 기준 명암비 지점의 위치와 상기 재귀 반사 필름의 경사 각도를 이용하여 상기 측정 대상 물체에 대한 거리를 연산하는 연산부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 재귀 반사 필름을 이용한 거리 측정 장치.
The method of claim 3,
The distance measurement module
A contrast ratio detector for detecting a position of a point having a standard contrast ratio among images of the entire area of the retroreflective film photographed by the camera; And
An arithmetic operation unit for calculating a distance to the measurement object using the position of the reference contrast ratio point detected through the contrast ratio detection unit and the inclination angle of the retroreflective film,
And a distance measuring device using the retroreflective film.
제 4 항에 있어서,
상기 연산부는
상기 명암비 검출부를 통해 검출된 기준 명암비 지점의 위치와 상기 재귀 반사 필름의 경사 각도를 이용하여 상기 집광 렌즈 모듈에 의해 결상된 영상의 위치를 산출하고, 산출된 영상의 위치로부터 상기 집광 렌즈 모듈까지의 거리(b)를 렌즈 공식에 적용하여 상기 측정 대상 물체에 대한 거리(a)를 연산하는 것을 특징으로 하는 재귀 반사 필름을 이용한 거리 측정 장치.
5. The method of claim 4,
The operation unit
The position of the image formed by the condenser lens module is calculated using the position of the reference contrast ratio point detected by the contrast ratio detector and the inclination angle of the retroreflective film, and the position of the image from the calculated image position to the condenser lens module And the distance (b) is applied to the lens formula to calculate the distance (a) with respect to the object to be measured.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 집광 렌즈 모듈과 상기 재귀 반사 필름과의 가장 가까운 이격 거리를 Dn 이라 하고, 상기 집광 렌즈 모듈과 상기 재귀 반사 필름과의 가장 먼 이격 거리를 Df 라 할 때,
상기 집광 렌즈 모듈은 상기 측정 대상 물체의 영상이 Dn 과 Df 사이에 결상되도록 위치 조절 가능하게 형성되는 것을 특징으로 하는 재귀 반사 필름을 이용한 거리 측정 장치.
6. The method according to any one of claims 1 to 5,
Dn is the closest distance between the condensing lens module and the retroreflective film and Df is the farthest distance between the condensing lens module and the retroreflective film.
Wherein the condenser lens module is formed to be position-adjustable so that an image of the measurement object is imaged between Dn and Df.
제 6 항에 있어서,
상기 집광 렌즈 모듈은 적어도 2개 이상의 렌즈가 광축 방향을 따라 이동 가능하게 배치되는 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 재귀 반사 필름을 이용한 거리 측정 장치.
The method according to claim 6,
Wherein the focusing lens module is configured such that at least two or more lenses are arranged to be movable along the optical axis direction.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 재귀 반사 필름은 동일 형상을 갖는 다수개의 단위 셀이 서로 접촉 결합되는 형태로 형성되며, 각각의 단위 셀에는 상기 반사면과 비반사면이 형성되는 것을 특징으로 하는 재귀 반사 필름을 이용한 거리 측정 장치.
6. The method according to any one of claims 1 to 5,
Wherein the retroreflective film is formed such that a plurality of unit cells having the same shape are in contact with each other, and each of the unit cells has the reflective surface and the non-reflective surface.
제 8 항에 있어서,
상기 재귀 반사 필름의 단위 셀은 3개의 빗면이 서로 직교하는 형태로 밑면이 개방된 삼각뿔 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 재귀 반사 필름을 이용한 거리 측정 장치.
9. The method of claim 8,
Wherein the unit cell of the retroreflective film is formed in a triangular pyramid shape in which three oblique planes are orthogonal to each other and the bottom surface thereof is opened.
(a) 측정 대상 물체로부터 반사된 광을 집광 렌즈 모듈을 통해 집광시켜 측정 대상 물체의 영상을 결상시키는 단계;
(b) 입사된 영상을 재귀 반사하는 반사면과, 상기 반사면의 일부 영역에 비반사면이 형성되고 상기 집광 렌즈 모듈의 광축에 대해 경사진 방향으로 배치되는 재귀 반사 필름을 이용하여 상기 집광 렌즈 모듈에 의해 결상된 영상을 재귀 반사시켜 재결상하는 단계;
(c) 상기 재귀 반사 필름에 의해 재결상된 영상을 기준으로 초점면이 형성되도록 카메라의 초점을 조절하여 상기 재결상된 영상과 함께 상기 재귀 반사 필름의 전체 영역을 촬영하는 단계;
(d) 상기 카메라에 의해 촬영된 영상 중 상기 재귀 반사 필름의 반사면 및 비반사면에 의해 발생하는 명암 영역에 대해 미리 설정된 기준 명암비를 갖는 지점의 위치를 검출하는 단계; 및
(e) 상기 (d) 단계를 통해 검출된 기준 명암비 지점의 위치를 이용하여 상기 측정 대상 물체와의 거리를 계산하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 재귀 반사 필름을 이용한 거리 측정 방법.
(a) focusing an image of an object to be measured by condensing light reflected from an object to be measured through a condensing lens module;
(b) a retroreflective film for retroreflecting an incident image, and a retroreflective film having a non-reflective surface formed on a part of the reflective surface and disposed in a direction inclined with respect to an optical axis of the condensing lens module, Retroreflecting an image formed by the light source;
(c) photographing the entire area of the retroreflective film together with the re-formed image by adjusting the focus of the camera so that a focal plane is formed based on the image re-formed by the retroreflective film;
(d) detecting a position of a point having a predetermined reference contrast ratio with respect to a light and dark region generated by the reflective surface and the non-reflective surface of the retroreflective film, the image being photographed by the camera; And
(e) calculating a distance to the measurement object using the position of the reference contrast ratio point detected in the step (d)
Wherein the distance measuring method comprises the steps of:
제 10 항에 있어서,
상기 (d) 단계에서 기준 명암비가 검출되지 않는 경우,
상기 집광 렌즈 모듈의 배치 상태를 조절한 후 상기 (a) 내지 (d) 단계를 다시 수행하는 것을 특징으로 하는 재귀 반사 필름을 이용한 거리 측정 방법.
11. The method of claim 10,
If the reference contrast ratio is not detected in the step (d)
Wherein the step (a) to (d) are repeated after adjusting the arrangement state of the condenser lens module.
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