움직이는 물체의 3D 형상과 속도 이미지의 동시 측정 방법

Abstract

실시간 3 차원 이미지 측정은 사용자 제스처 인식을 통한 UI 제공, 얼굴인식, 무인 자동차와 지능형 로봇의 주행 중 장애물 감지 등을 위한 핵심 센서 기술 중의 하나로, 기계의 지능화 추세와 더불어 그 필요성이 점차 증가하고 있다. 3 차원 이미지를 측정하는 방법 중 Time-of-Flight(ToF) 방법은 빛을 물체에 투사하고 반사파를 검출하여 빛의 왕복운동에 따른 시간 지연을 측정하고 거리로 환산하는 원리를 기반으로 한다. Time-of-Flight 방법에 속하는 Indirect Time-of-Flight 은 연속적인 변조 광신호를 물체에 투사하고, 반사파의 시간 지연의 직접 측정 대신에 위상차를 측정해 빛의 시간 지연을 간접적으로 얻는 방법이다. 이 방법을 통해서 많은 픽셀을 갖는 고품위의 3D image를 상용 CIS 를 활용하여 얻을 수 있는 장점을 갖는다. 한편, 무인자동차, 지능형 로봇 등의 움직임(mobility)이 있는 측정 환경에서는, 물체의 형상 (또는 위치) 뿐만이 아니라 센서로부터의 상대적인 속도도 중요한 물리량이다. 본 연구에서는 Indirect Time-of-Flight 방법을 개선하여 기존에 측정 가능하였던 3 차원 형상 이미지와 동시에 3 차원 속도 이미지를 추가적으로 얻는 방법을 제시한다. 또한, 3 차원 속도 이미지를 활용하여, 센서와 물체 간의 축 방향 상대 운동으로 인한 측정 오차를 보정토록 하는 방법을 제시한다. 본 연구의 결과로서, 움직이는 물체의 거리 및 형상 측정의 정확도를 높이고, 상대적인 운동을 파악하여 향후 지능적인 자율 주행 또는 정확한 물체 인식에 활용할 수 있다.