새로운 감지 기술: 기계공학의 힘

I. 포즈 인식

자세 인식은 비접촉식 위치 센서와 태도 센서를 결합하여 물체의 공간 위치와 방향의 변화를 추적함으로써 이루어집니다.

1) 비접촉식 위치 센서

접촉식 위치 센서와 달리 비접촉식 위치 센서는 홀 효과, 자기 저항, 전자기 유도 원리, 커패시턴스 원리 등의 기술을 사용하여 설계 및 제조됩니다. 이러한 센서는 상대적인 마찰이 발생하지 않으므로 수명이 향상됩니다.

지난 수십 년 동안 전위차계는 단순한 설계, 성숙한 제조 기술, 저렴한 비용으로 인해 위치 및 각도 측정에 사용되어 왔습니다.

그러나 비접촉식 위치 센서의 태생적 한계도 발전을 가로막고 있습니다. 세계적으로 유명한 자동차 부품 제조업체들은 10여 년 전부터 비접촉식 위치 센서에 대한 연구 개발 노력을 기울이기 시작했습니다.

2) 유도성 위치 센서

유도식 위치 센서는 자기장 선을 절단하기 위해 움직일 때 폐쇄 회로의 일부인 도체에 유도 전류를 생성하는 전자기 유도 원리를 기반으로 작동합니다.

다른 각도 센서와 마찬가지로 스테이터와 로터로 구성됩니다. 일반적으로 유도성 위치 센서에는 두 가지 유형이 있습니다.

첫 번째 유형은 유도 코일을 감는 데 큰 철심이 필요한 코일 와인딩 유형입니다. 이 유형은 크기가 크고 구조가 복잡하며 백엔드 신호 조절 회로가 필요합니다.

높은 측정 정확도에도 불구하고 상대적으로 고가이며 현재 주로 EPS 시스템의 토크 측정에 사용되며, 이 유형의 제품은 KOYO와 NSK에서 모두 구입할 수 있습니다.

두 번째 유형은 평면 코일 유형입니다. 평면 코일 유도 센서의 고정자는 평면 여기, 수신 코일, 표준 PCB 및 ASIC을 포함한 전자 부품으로 구성됩니다.

로터는 특정 기하학적 모양을 가진 전도성 와이어(전도성 소재 또는 PCB 부품으로 제작)로 스탬핑된 조각으로 만들어집니다.

현재 독일 회사 Hella에서 평면 코일 위치 센서 기술을 사용하여 개발한 위치 센서는 스로틀 페달과 액추에이터의 각도 피드백에 널리 사용되고 있습니다.

평면 코일 위치 센서는 비교적 단순한 설계 구조를 가지고 있습니다. PCB의 고정자는 여기 코일, 3개의 유도 수신 코일 및 기타 신호 처리 전자 부품으로 구성되며, 회 전자는 단순한 스탬프 금속 조각입니다.

유도성 위치 센서의 핵심은 평면 코일 그래픽 설계가 아니라 맞춤형 칩 기술에 있습니다.

칩의 신호 처리 장치는 코일에서 전압 신호를 수신하여 정류 및 증폭한 후 비례적으로 쌍으로 출력합니다.

출력 신호에는 아날로그 신호, 펄스 변조 신호, 버스 통신이 포함됩니다. 섭씨 -40~+50도의 온도 범위에서 작동하고 최대 30g의 진동을 견딜 수 있어 뛰어난 신뢰성, 수명 및 습도 저항성을 보여줍니다.

또한 다양한 형태의 전자기장에서도 작동할 수 있습니다. 유도성 위치 센서의 제조 과제는 평면 코일의 화학적 에칭 기술 수준과 맞춤형 신호 처리 장치의 패키징 기술에 있습니다.

맞춤형 칩을 사용하지 않으면 비용이 훨씬 더 많이 들 것입니다.

유도성 위치 센서는 기계적 오차의 영향을 최소화하고, 온도 보정 설정이 필요 없으며, 추가적인 자성 재료가 필요하지 않고, 자기장 및 전기 신호의 간섭에 영향을 받지 않는 등의 장점을 제공합니다.

자동차의 전자기 호환성에 대한 모든 요구 사항을 충족하고 최대 360도 이상의 각도를 측정할 수 있으며 매우 유연합니다.

각도 변위와 선형 변위를 모두 측정할 수 있습니다. 이 센서는 수명이 다할 때까지 전체 온도 범위에서 1% 이내의 정확도를 유지합니다.

전자 기계 장치에서 이 기술은 센서를 동일한 PCB의 다른 전자 부품과 통합할 수 있습니다.

Hella 센서의 단순한 레이아웃은 제어 장치에 통합할 때 추가 케이스나 배선 하니스가 필요하지 않다는 점에서 가장 큰 강점 중 하나입니다. 따라서 배선이 간소화되고 커넥터가 줄어들어 신뢰성이 더욱 향상됩니다.

3) 태도 센서

자세 센서는 MEMS 기술을 기반으로 하는 고성능 3차원 동작 자세 측정 시스템입니다.

3축 자이로스코프, 3축 가속도계, 3축 전자 나침반과 같은 보조 모션 센서가 내장된 저전력 ARM 프로세서를 통해 보정된 각속도, 가속도 및 자기 데이터를 출력합니다.

이 시스템은 쿼터니언 기반 센서 데이터 알고리즘을 사용하여 동작 자세를 측정하고 쿼터니언과 오일러 각으로 표현된 실시간 제로 드리프트 3차원 자세 데이터를 출력합니다.

자세 센서는 모형 항공기 드론, 로봇, 안테나 플랫폼, 집광형 태양광 발전, 지상 및 수중 장비, 가상 현실, 인체 동작 분석 등 저비용 고동적 3차원 자세 측정이 필요한 제품 및 장치에 널리 사용됩니다.

자이로스코프는 고속 회전하는 물체의 운동량과 관성 공간에 대한 민감한 외피를 사용하여 스핀 축에 직교하는 하나 또는 두 개의 축을 중심으로 각 운동을 감지하는 장치입니다.

동일한 기능을 수행하지만 다른 원리를 사용하여 만들어진 장치도 자이로스코프라고 합니다. (그림 1)

2. 유연한 감지

현재 다양한 센서가 여러 지능형 감지 장치에 광범위하게 사용되고 있습니다. 산업 생산, 해양 탐사, 환경 보호, 의료 진단, 생명 공학, 우주 개발, 스마트 홈 등 다양한 분야에 적용되고 있습니다.

정보화 시대의 요구가 증가함에 따라 측정 정보의 범위, 정밀도, 안정성과 같은 성능 매개변수에 대한 기대치가 점차 높아지고 있습니다.

이는 특히 특수한 환경과 신호에서 가스, 압력, 습도 측정 요구 사항 측면에서 표준 센서에 새로운 도전 과제를 제시했습니다.

특수 신호와 환경의 증가에 대응하여 새로운 센서 기술은 다음과 같은 추세로 발전했습니다. 신소재새로운 프로세스 및 혁신적인 센서, 센서 통합 및 인텔리전스 실현, 센서 기술 하드웨어 시스템 및 구성 요소의 소형화, 센서와 다른 분야의 통합 등이 있습니다.

동시에 투명성, 유연성, 확장성, 자유롭게 구부리거나 접을 수 있는 기능, 휴대성, 착용감을 갖춘 센서에 대한 요구도 커지고 있습니다. 유연한 기판 소재의 발전과 함께 이러한 트렌드 특성을 모두 충족하는 플렉서블 센서가 등장했습니다.

1) 플렉서블 센서의 특징

유연한 소재는 딱딱한 소재와 달리 일반적으로 부드러움, 낮은 모듈러스, 변형 용이성 등의 특성을 나타냅니다. 일반적인 연성 소재에는 폴리비닐알코올(PVA), 폴리에스테르(PET), 폴리이미드(PI), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 종이 시트, 섬유 소재 등이 있습니다.

플렉서블 센서는 이러한 유연한 소재로 제작된 센서로, 유연성과 확장성이 뛰어나고 자유롭게 구부리거나 접을 수 있는 기능까지 제공합니다.

다양한 구조 설계로 측정 조건에 따라 필요에 따라 배치할 수 있어 복잡한 피사체도 편리하게 검사할 수 있습니다.

이러한 새로운 플렉서블 센서는 전자 피부, 의료, 전자, 전기 공학, 스포츠 장비, 섬유, 항공 우주, 환경 모니터링 등 다양한 분야에서 널리 활용되고 있습니다.

2) 플렉서블 센서의 분류

플렉서블 센서는 분류 방식에 따라 다양한 종류가 있습니다. 용도별로 분류하면 압력 센서, 가스 센서(알코올 감지용), 습도 센서(일기 예보용), 온도 센서(온도계 등), 스트레인 센서, 자기 저항 센서, 열 흐름 센서(냉장고용) 등이 플렉서블 센서에 속합니다.

감지 메커니즘에 따라 분류되는 플렉시블 센서에는 저항성, 정전용량, 자기압축, 유도성 유형이 있습니다.

3) 일반적인 플렉서블 센서

(1) 유연한 가스 센서

유연한 가스 센서는 유연한 기판과 함께 전극 표면에 배열된 가스에 민감한 박막 소재를 활용합니다.

가볍고 유연하며 쉽게 구부릴 수 있고 대량 생산이 가능하다는 특징이 있습니다. 박막 소재는 높은 감도와 비교적 간단한 제조 공정으로 주목받으며 큰 주목을 받고 있습니다.

이는 특수 환경에서 가스 센서의 휴대성과 저전력 요구 사항을 완벽하게 충족하여 휴대성 부족, 불완전한 측정 범위, 작은 규모 및 높은 비용과 같은 기존 가스 센서의 한계를 극복합니다. NH, NO, 에탄올 가스를 간단하고 정밀하게 감지할 수 있어 많은 관심을 받고 있습니다.

(2) 유연한 압력 센서

유연한 압력 센서는 스마트 의류, 지능형 스포츠, 로봇 '피부' 등의 분야에서 널리 사용되고 있습니다.

플렉시블 압력 센서의 기본 재료로 사용되는 폴리불화비닐리덴, 실리콘 고무, 폴리이미드는 플렉시블 압력 센서 제조에 광범위하게 사용되고 있습니다.

이러한 소재는 뛰어난 유연성, 전도성 및 압전 저항 특성을 제공함으로써 금속 스트레인 게이지를 사용하는 힘 센서 및 n형 반도체 칩을 사용하는 일반적인 확산 압력 센서와 차별화됩니다. (그림 2)

(3) 유연한 습도 센서

습도 센서는 주로 저항식과 정전식의 두 가지 유형으로 구성됩니다. 습도계는 기판에 습도에 민감한 층이 코팅된 것이 특징이며, 공기 중의 수증기가 습도에 민감한 필름에 흡수되면서 저항과 저항률의 변화를 경험합니다.

이 특성을 습도 측정에 활용할 수 있습니다. 흡습 커패시터는 일반적으로 폴리스티렌, 폴리이미드, 아세트산 셀룰로스 부티레이트 등의 일반적인 재료로 폴리머 필름으로 만들어집니다.

습도 센서는 단순한 습도 구성 요소에서 통합형 지능형 다중 파라미터 감지 장치로 빠르게 진화하고 있습니다. 기존의 건구 및 습구 습도계나 모발 습도계는 더 이상 현대 과학의 요구를 충족할 수 없습니다.

유연한 습도 센서는 저렴한 비용, 낮은 에너지 소비, 제조의 용이성, 스마트 시스템과의 통합 등의 장점으로 인해 널리 연구되고 있습니다.

이러한 유연한 습도 센서를 만들기 위한 기본 재료는 다른 유연한 센서와 유사하며 습도에 민감한 필름을 만드는 방법에는 딥 코팅, 스핀 코팅, 스크린 인쇄 및 잉크젯 인쇄 등 여러 가지가 있습니다.

유연한 센서 구조는 다목적이며 측정 조건의 요구 사항을 충족하도록 배열할 수 있습니다. 특수한 환경과 신호를 편리하고 정확하게 측정할 수 있어 센서의 소형화, 통합, 지능형 개발 문제를 해결할 수 있습니다.

이러한 새로운 유연 센서는 전자 피부, 생물의학, 웨어러블 전자 제품, 항공우주 분야에서 중요한 역할을 합니다. 하지만 현재 플렉서블 센서용 탄소 나노튜브나 그래핀과 같은 소재를 제조하는 기술 수준은 아직 미숙하며 비용, 적용 범위, 수명과 관련된 문제도 여전히 남아 있습니다.

일반적인 플렉서블 기판은 내열성이 없기 때문에 플렉서블 기판과 필름 소재 사이의 응력이 높고 접착력이 약합니다. 플렉서블 센서를 조립, 배열, 통합 및 패키징하는 기술도 개선이 필요합니다.

4) 플렉서블 센서의 일반적인 재료

(1) 유연한 기판

유연한 전자 기기의 요구 사항을 충족하기 위해 가벼움, 투명성, 유연성, 신축성, 절연성, 내식성 등의 특성이 유연한 기판의 핵심 지표가 되었습니다.

다양한 플렉시블 기판 중에서 폴리디메틸실록산(PDMS)이 가장 많이 선택되고 있습니다. 쉬운 가용성, 안정적인 화학적 특성, 투명성, 우수한 열 안정성 등의 장점이 있습니다.

특히 자외선 아래에서 접착 영역과 비접착 영역이 뚜렷하게 구분되는 특성으로 인해 전자 소재가 표면에 쉽게 접착됩니다.

많은 유연한 전자 기기는 기판의 두께를 줄임으로써 상당한 구부러짐을 구현하지만, 이 방법은 거의 평평한 기판 표면으로 제한됩니다. 이와 달리 신축성 전자 기기는 복잡하고 고르지 않은 표면에도 완벽하게 부착할 수 있습니다.

현재 웨어러블 센서의 신축성을 확보하기 위해 일반적으로 두 가지 전략이 있습니다.

첫 번째 방법은 영 계수가 낮은 얇은 전도성 물질을 유연한 기판에 직접 접착하는 것이고, 두 번째 방법은 본질적으로 신축성이 있는 도체를 사용하여 장치를 조립하는 것으로, 일반적으로 전도성 물질을 탄성 베이스에 혼합하여 준비합니다.

(2) 금속 재료

일반적으로 금, 은, 구리와 같은 전도성 물질로 구성된 금속 재료는 주로 전극과 도체에 사용됩니다.

최신 인쇄 공정에서 전도성 재료는 종종 나노 입자와 나노 와이어를 포함한 전도성 나노 잉크를 사용합니다. 금속 나노 입자는 전도성이 뛰어날 뿐만 아니라 얇은 필름이나 와이어로 소결할 수 있습니다.

(3) 무기 반도체 재료

 ZnO와 ZnS로 대표되는 무기 반도체 소재는 뛰어난 압전 특성으로 웨어러블 유연 전자 센서 분야에서 광범위한 응용 가능성을 보여줍니다.

(4) 유기 재료

대규모 압력 센서 어레이는 향후 웨어러블 센서 개발에 매우 중요합니다. 압전 저항 및 정전 용량 신호 메커니즘을 기반으로 하는 압력 센서는 신호 누화가 발생하여 부정확한 측정으로 이어질 수 있습니다.

이 문제는 웨어러블 센서를 발전시키는 데 있어 가장 큰 과제 중 하나입니다. 트랜지스터를 사용하면 신호 누화를 줄일 수 있는 솔루션을 제공합니다.

따라서 웨어러블 센서 및 인공 지능 분야의 많은 연구는 대규모의 유연한 감압 트랜지스터를 얻는 방법에 초점을 맞추고 있습니다.

5) 플렉시블 센서 적용

플렉서블 전자 제품은 다양한 분야에 걸쳐 있으며, 화웨이에서 출시한 플렉서블 전자 기술을 적용한 플렉서블 폴더블 폰도 그 중 하나입니다.

일반적으로 플렉서블 전자기기는 유기 및 무기 소재를 혼합하여 제작되기 때문에 뛰어난 유연성을 자랑합니다. 유연한 소재로 제작된 플렉서블 센서는 뛰어난 환경 적응성을 보여줍니다.

사물 인터넷과 인공지능이 발전함에 따라 많은 유연한 센서가 고집적 및 지능형 기능을 갖춘 것이 특징입니다.

유연한 센서의 장점은 의료용 전자기기, 환경 모니터링, 웨어러블 등 유망한 애플리케이션 전망을 제시합니다.

예를 들어, 환경 모니터링 영역에서 과학자들은 유연한 센서를 장치에 배치하여 태풍과 폭풍의 강도를 모니터링할 수 있습니다.

웨어러블의 경우, 평평하지 않은 인체의 특성을 고려할 때 유연한 전자 제품은 피부 관련 매개변수를 테스트하는 데 더 적합합니다.

플렉시블 압력 센서는 스마트 의류, 지능형 스포츠, 로봇 '피부'에 널리 사용됩니다. 플렉시블 압력 센서의 제조에는 기본 재료로 사용되는 폴리비닐리덴 플루오르, 실리콘 고무, 폴리이미드가 광범위하게 적용되고 있습니다.

이 소재는 금속 스트레인 게이지를 사용하는 힘 센서나 n형 반도체 칩을 사용하는 일반 압력 센서와 달리 뛰어난 유연성, 전도성, 압전 저항 특성을 자랑합니다.

유젠핑과 그의 팀은 압력과 전단력을 동시에 측정할 수 있는 새로운 3차원 플렉시블 정전식 촉각 센서 어레이를 제안했습니다.

연성인쇄회로기판(FPCB) 기반의 유도 전극층과 폴리디메틸실록산(PDMS) 기반의 부동 전극층으로 구성되며, 하단의 유도 전극층에 취약한 인터페이스 회로를 처리해 센서 어레이의 굴곡 강성을 크게 향상시켰습니다.

웨이징 이와 그의 연구팀이 개발한 탄소 기반 전도성 복합 소재를 니트 원단에 코팅하여 만든 전도성 니트 원단은 뚜렷한 압전 저항 성능을 보여줍니다.

압력 범위 내에서 이 전도성 니트 직물의 압력과 저항 관계는 우수한 선형 관계와 뛰어난 반복성을 보여줍니다.

스마트 의류, 유연한 마네킹 등의 압력 측정에 활용될 수 있어 웨어러블 기기 연구에 중요한 의미를 지니고 있습니다. 유연한 기판으로 PEN을, 전도성 층으로 유기물을 사용해 제작한 플로팅 게이트 메모리는 성능이 뛰어나며, 그 결과물인 유연한 압력 센싱 어레이도 높은 해상도를 갖췄습니다.

SOHM 등은 수직으로 정렬된 탄소 나노 튜브 어레이에 PDMS 전극 층을 내장하여 촉각 감지 기능을 시뮬레이션하고 로봇의 '피부' 연구에 사용할 수 있는 유연한 압력 센서를 만들었습니다.

3. 공작물 인식 및 식별

공작물 식별은 산업 제조에서 없어서는 안 될 필수 단계입니다. 주요 목표는 가공을 위해 공작 기계에 공급되는 공작물 또는 블랭크가 실제로 의도한 공작물 또는 블랭크인지 여부를 식별하고 현재 위치 정보를 식별하는 것입니다.

소규모 작업이나 자동화 요구 사항이 낮은 산업에서는 이러한 공작물 감지 및 식별 작업을 수동으로 실행할 수 있습니다.

그러나 대규모 산업 제조 또는 유연한 자동화 제조 시스템에서는 수많은 다양한 공작물이 시스템 내의 다양한 처리 장치로 자동 라우팅되므로 자동 감지 및 식별이 필요합니다.

자동 공작물 식별 및 감지를 위한 컴퓨터 비전과 인공 지능의 결합은 현재 연구에서 필수적인 분야입니다.

통계에 따르면 인간이 처리하는 정보 중 80% 이상이 시각적 입력에서 비롯되므로 시각 센서는 작업 공간 및 공작물 정보를 획득하는 데 여러 가지 면에서 유리합니다:

(1) 시각 데이터의 상당 부분을 버린 후에도 주변 환경에 대한 나머지 정보는 LIDAR나 초음파 센서가 제공하는 정보보다 더 풍부하고 정확한 경우가 많습니다.

(2) LIDAR 및 초음파 센서는 펄스를 방출하고 반사된 펄스를 수신하여 거리를 측정하는 방식으로 작동합니다. 따라서 작업대에 여러 개의 공작물이 동시에 있을 경우 공작물 간에 간섭이 발생할 수 있습니다. 그러나 수동적인 육안 측정에서는 이러한 문제가 발생하지 않습니다.

(3) 라이다 및 초음파 센서의 데이터 샘플링 기간은 일반적으로 카메라보다 길기 때문에 고속 로봇에 정보를 제공하기에 효율성이 떨어집니다. 반대로 시각 센서는 훨씬 빠른 샘플링 속도를 제공합니다.

물론 시각 센서는 안개가 낀 상태, 직사광선, 야간에는 밀리미터파 레이더와 같은 능동형 센서에 비해 효율성이 떨어지는 단점이 있습니다.

액티브 센서는 대상의 거리와 속도와 같은 매개변수를 직접 측정할 수 있지만, 시각 센서는 이를 얻기 위해 계산이 필요합니다.

그러나 실험실이나 자동화된 생산 작업장과 같은 구조화된 환경에서는 정보 용량과 수집 속도 측면에서 시각 센서의 두 가지 이점이 자동 공작물 감지 및 인식 개발에 중요한 역할을 할 것입니다.

컴퓨터 성능이 지속적으로 향상되고 컴퓨터 비전 기술이 빠르게 발전하고 완성됨에 따라 이미지에서 대상을 인식하는 데 컴퓨터를 활용하는 것이 연구의 핫스팟이 되었습니다.

또한, 고속 하드웨어 구현 방법이 널리 채택되면서 실시간 이미지 인식 기술이 실제로 더 잘 적용될 수 있게 되었습니다.

따라서 컴퓨터 비전과 인공 지능을 결합하여 공작물을 자동으로 감지하고 인식하는 것은 실용적으로 중요한 의미를 갖습니다.

공작물 검사 및 식별의 초기 단계에서는 주로 수작업 방식에 의존했습니다. 그러나 온라인 속도가 지속적으로 빨라지고 공작물 검사 및 식별에 대한 요구가 증가함에 따라 수동 방식은 산업 요구 사항에 점점 더 부적합해졌습니다.

이로 인해 와전류 감지, 적외선 검사, 초음파 검사, 방사선 검사, 홀로그래피 검사, 머신 비전 검사 기술 등 공작물 검사 및 식별에 필요한 수많은 혁신적인 기술이 등장하게 되었습니다.

이러한 기술은 공작물 검사 및 식별에 새로운 활력을 불어넣어 자동화 수준을 크게 향상시켰습니다.

이러한 새로운 기술 중 머신 비전 시스템은 풍부하고 정확한 정보를 얻을 수 있다는 장점으로 인해 가장 널리 활용되고 있습니다.

예를 들어, 로봇 조립에서 비전 지원은 부품의 치수와 모양을 식별하여 조립의 정확성과 품질 관리를 보장할 수 있습니다.

또한 비전으로 인식한 정보를 바탕으로 자동화된 물류 시스템을 이용해 제품을 적재하고 하역할 수 있습니다.

이를 통해 빠르게 움직이는 공작물 식별, 좌표를 기준으로 한 물체의 위치 및 방향 결정, 물체 위치 및 분류 완료, 물체의 위치 거리 및 자세 각도 인식, 규정된 파라미터 특징 추출, 오류 감지 등을 수행할 수 있습니다.

현재 공작물 식별에는 주로 기존 카메라를 기반으로 한 보정 방법이 사용되고 있습니다.

계산적 사고의 관점에서 기존의 카메라 보정 방법은 최적화 알고리즘을 사용하는 보정 방법, 카메라 변환 행렬을 활용하는 방법, 왜곡 보정을 고려하는 2단계 방법, 보다 합리적인 카메라 이미징 모델을 사용하는 이중 평면 보정 방법의 네 가지 유형으로 분류할 수 있습니다.

이러한 방법은 해법 알고리즘의 특성에 따라 직접 비선형 최소화 방법(반복 방법), 폐쇄형 해법, 2단계 방법으로 나눌 수도 있습니다.

(1) 최적화 알고리즘을 활용한 캘리브레이션 방법

이러한 유형의 카메라 보정 방법은 매우 복잡한 광학 이미징 모델을 가정합니다. 이미징 프로세스에 다양한 요소를 통합하고 선형 방정식을 풀어서 카메라 모델 파라미터를 구합니다.

그러나 이 방법은 카메라 프로세스의 비선형 왜곡을 완전히 무시합니다. 보정 정확도를 높이려면 비선형 최적화 알고리즘을 적용하는 것이 불가피합니다.

이 방법에는 두 가지 주요 단점이 있습니다. 첫째, 카메라 보정 결과는 카메라에 주어진 초기 값에 따라 달라집니다.

초기값이 부적절하면 최적화 프로그램을 통해 정확한 보정 결과를 얻기 어렵습니다. 둘째, 최적화 프로세스는 시간이 오래 걸리고 실시간 보정 결과를 얻을 수 없습니다.

다이니스와 주버츠는 직접 선형 변환을 사용하고 카메라 보정을 위해 비선형 왜곡 계수를 도입하는 방법을 제안했습니다. 이들의 시스템은 로봇의 궤적을 정확하게 측정하도록 설계되었습니다.

이 시스템은 로봇의 궤적을 실시간으로 측정할 수 있지만 보정 알고리즘이 시스템에 실시간 보정을 제공할 필요는 없습니다.

(2) 카메라 변환 매트릭스의 보정 방법 활용하기

사진 측량의 전통적인 방법은 3차원 공간 좌표계와 2차원 이미지 좌표계 사이의 관계를 설명하는 방정식이 일반적으로 카메라의 내부 및 외부 매개변수의 비선형 방정식이라고 제안합니다.

카메라 렌즈의 비선형 왜곡을 무시하고 원근 변환 행렬의 요소를 미지수로 취급하면 3차원 제어점 세트와 해당 이미지 포인트를 사용하여 원근 변환 행렬의 각 요소를 선형 방식으로 풀 수 있습니다.

이러한 유형의 보정 방법의 장점은 카메라의 파라미터를 풀기 위해 최적화 방법을 사용할 필요가 없으므로 카메라 파라미터를 더 빠르게 계산하고 실시간으로 계산할 수 있다는 것입니다.

하지만 여전히 몇 가지 단점이 있습니다: 첫째, 보정 프로세스는 카메라 렌즈의 비선형 왜곡을 고려하지 않아 보정 정확도에 영향을 미칩니다.

둘째, 선형 방정식의 미지수 파라미터 수가 풀어야 할 독립 카메라 모델 파라미터 수를 초과하여 선형 방정식의 미지수가 상호 독립적이지 않다는 의미입니다.

이 과도한 매개변수화 문제는 이미지에 노이즈가 포함된 상황에서 선형 방정식의 미지수에 대한 해는 선형 방정식 집합에 잘 맞을 수 있지만, 여기서 도출된 매개변수가 실제 상황과 잘 맞지 않을 수 있다는 것을 의미합니다.

원근 변환 행렬을 이용한 카메라 보정 방법은 실제 시스템에서 널리 적용되어 만족스러운 결과를 얻었습니다.

(3) 2단계 방법

이 보정 방법의 아이디어는 먼저 직접 선형 변환 방법 또는 원근 변환 행렬 방법을 사용하여 카메라 파라미터를 푸는 것입니다.

그런 다음 얻은 파라미터를 초기값으로 사용하여 왜곡 요인을 고려하고 최적화 알고리즘을 사용하여 보정 정확도를 더욱 향상시킵니다.