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ㅇ 연구개요
본 연구의 목표는 가변조리개를 포함한 실시간 거리 측정용 초소형 MEMS 카메라 거리 센서 시스템을 개발하는 것으로, 영상 획득만 가능했던 기존의 카메라에 거리 측정용 센서와 거리 측정 알고리즘을 결합하여 영상 획득 및 거리 측정이 동시에 가능한 초소형 MEMS 카메라 거리 센서 시스템을 구현하는 것이다. 개발한 카메라 거리 센서는 기존 자동차의 블랙박스 카메라와 매우 유사한 구조와 크기를 가지며 카메라 광학계의 앞부분에 간단한 가변조리개만 추가함으로써 구현 되는데 초소형 가변조리개는 반도체 공정을 기반으로 한 M

ㅇ 연구개요
본 연구의 목표는 가변조리개를 포함한 실시간 거리 측정용 초소형 MEMS 카메라 거리 센서 시스템을 개발하는 것으로, 영상 획득만 가능했던 기존의 카메라에 거리 측정용 센서와 거리 측정 알고리즘을 결합하여 영상 획득 및 거리 측정이 동시에 가능한 초소형 MEMS 카메라 거리 센서 시스템을 구현하는 것이다. 개발한 카메라 거리 센서는 기존 자동차의 블랙박스 카메라와 매우 유사한 구조와 크기를 가지며 카메라 광학계의 앞부분에 간단한 가변조리개만 추가함으로써 구현 되는데 초소형 가변조리개는 반도체 공정을 기반으로 한 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 기술을 통해 제작되며 5 V 이하의 낮은 구동 전압과 30 ms 이하의 빠른 응답시간을 가진다. 카메라 거리 센서의 광학계는 초점거리 8mm의 5매 렌즈군, FHD급 CMOS 이미지센서로 이루어진다. 개발된 카메라 거리 센서는 가변조리개를 조절하여 서로 다른 조리개 값으로 촬영된 두 장의 영상을 획득한 후, 영상으로부터 거리 정보를 추출하기 위하여 Depth from Defocus 알고리즘을 적용한다. 이 알고리즘은 딥러닝 기술 기반으로 개발하여 거리 오차를 줄이고 정확도를 향상 시킬 수 있으며 최종적으로 영상과 거리 정보를 동시에 얻을 수 있는 초소형 MEMS 카메라 거리 센서 시스템을 구현한다.

ㅇ 연구 목표대비 연구결과
본 연구의 목표는 거리 정보와 영상을 동시에 획득할 수 있는 카메라 거리 센서 및 거리 측정 알고리즘을 포함하는 카메라 거리 센서 시스템을 개발이며. 다음과 같은 4가지의 정량적 세부 목표를 가지며 아래와 같이 모든 세부 목표를 만족한다.
1) 구동 전압: 10 V 이하
- 개발된 가변조리개는 5V에서 구동 가능하며 최소 구동 전압은 3.2V이다.
2) 응답시간: 30 ms 이하 (30 fps (frame per second) 응답속도에 준함)
- 가변조리개의 응답속도는 11.59ms이고 알고리즘의 처리 과정은 16.57ms이며 이 두 가지의 병렬 처리가 가능하므로 본 센서의 응답시간은 16.57ms 이다. 실제 응용에서는 이미지 프레임 속도는 카메라 모듈의 이미지센서가 결정하므로 본 연구결과는 30ms이하 (30fps)의 목표를 만족한다. 만약에 60 fps 속도를 가지는 카메라보드를 사용한다면 16.67ms의 응답시간이 가능하다.
3) 화질: HD급
- 제작된 카메라 거리 센서의 화질은 FHD급(Full-HD, 1920x1080 pixel)으로 이는 목표인 HD급 보다 pixel수가 2.25배 많다.
4) 측정 거리 : 50m, 거리 오차 : ±1m
- 제작된 센서를 사용한 거리 측정 결과는 측정 거리 70m, 거리 오차 ±0.922m이며, 이는 기존 목표를 상회하는 결과이다. 아래는 각각의 알고리즘 및 물체의 환경에 따른 거리 측정 결과이다.
- 측정 거리: 50m, 오차 : ±0.826m (디텍터 기반)
- 측정 거리: 70m, 오차 : ±0.922m (거리맵 기반 전체 영역)
- 측정 거리: 70m, 오차 : ±0.619m (거리맵 기반 대상 물체 영역)
- 측정 거리: 70m, 오차 : ±1.000m (주간 주행 거리맵 기반 물체 영역)
- 측정 거리: 40m, 오차 : ±5.470m (야간 도로 주행 거리맵 기반 물체 영역)
* 디텍터 기반: 영상으로부터 대상 물체 영역을 선정하고 거리를 추출하는 방식
* 거리맵 기반: 영상 전체에 대하여 거리맵을 작성하고 거리를 추출하는 방식
* 전체 영역: 영상 전체에 대하여 오차를 계산
* 물체 영역: 특정한 차량 또는 사람에 대하여만 오차를 계산

ㅇ 연구개발결과의 중요성
본 연구에서는 한 층의 초소형 가변조리개를 추가함으로써 기존의 영상과 함께 거리정보의 획득이 가능한 거리 측정용 MEMS 카메라 기반 거리 센서 시스템을 개발하였다. 특히 본 센서의 기반이 되는 카메라는 별도의 수정 단계를 거치지 않고 공정 과정에서 간단하게 패키징 된 가변조리개를 카메라의 앞 단에 부착함으로써 거리센서를 구현하며 이러한 방식은 세계 최초이다. 이 센서 시스템은 10V 이하의 구동 전압으로 30ms 이하의 응답시간을 가지며 FHD급 화질과 70m 주행 간격에서도 오차가 1m 미만인 성능을 가진다. 이 센서 시스템을 자율주행차량 및 스마트카에 적용하면 전방 물체와의 충돌 방지 및 장애물 감지가 가능할 것으로 기대되며, 파장을 이용한 거리산출 방식인 LIDAR 및 RADAR 보다 작은 부피와 저렴한 비용으로 주행안전경고, 긴급제동보조 시스템, 제스처 인식 등에 활용 가능한 기반 기술 확보가 가능하다.


(출처 : 연구결과 요약문 2P)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 가. 연구 개발의 필요성 ... 4
• 나. 최종목표 ... 4
• 다. 연구 범위 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 5
• 가. LCD 방식 가변조리개 개발 ... 5
• 나. 카메라 광학계 개발 ... 7
• 다. 초소형 가변조리개를 포함한 카메라 거리 센서 ... 8
• 라. 거리 측정을 위한 알고리즘 ... 9
• 마. 거리 측정 실험 ... 11
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 16
• 4. 참고문헌 ... 16
• 5. 연구내용 APPENDIX ... 17
• 가. 초소형 가변조리개 개발 ... 17
• 나. 블랙박스 카메라와 초소형 가변조리개의 어셈블리 및 실험 결과 ... 17
• 다. 거리 측정을 위한 알고리즘 ... 18
• 라. 거리 측정 실험 ... 18
• 6. 연구성과 ... 19
• 대표적 연구실적 ... 21
• 끝페이지 ... 33