3D-depth map is a map of 3D spatial information which contains position and orientation information of objects. Such 3D spatial information is essential in various engineering applications such as providing a user interface through gesture recognition, face recognition, obstacle detection of unmanned vehicle and intelligent robot, and its necessity is gradually increasing. Specifically, in the field of computer vision, 3D depth maps are very widely used for many purposes. Time of flight measurement method of measuring the 3D depth map is a method of measuring the distance by using traveling time of the light. Among this time of flight measurement technologies, the time of flight measurement method using amplitude modulated continuous wave (AMCW) has emerged in that it has a small amount of calculation and an advantage in terms of miniaturization. However, many commercialized time of flight measurement sensors which use AMCW have a disadvantage in that the measurement time is long due to the sequential phase demodulation. In addition, it can be used indoors only due to the limitation of the measurement distance. Although many previous studies have investigated the method to increase the measurement distance, all the studies have been applied to the sequential phase demodulation method. These methods result in the longer measurement time, which make it difficult to apply the investigated method to commercial sensors. This thesis overcomes these shortcomings by proposing a combination of the parallel phase demodulation method and dual-frequency modulation method. The proposed method dramatically reduces the measurement time for one-point distance by using parallel demodulation and simultaneously increases the measurement distance and measurement accuracy by using dual-frequency modulation method. Thanks to this measurement method, the proposed method can be combined with scanning type hardware which uses scanner for steering illumination source. The advantages of using scanning type hardware is wide and variable field of view. In this thesis, the formula for using the proposed method is derived and the performance of the proposed method is verified through the one-point distance measurement experiments. In addition, a scanner that can be combined with the proposed method is developed and the performance of the scanner is verified. After verification of the scanner, the scanner is combined with the proposed distance measurement method to measure 1D line shape of the object. As results of this research, it is possible to measure an object at long distance with high accuracy even by using the AMCW, thereby the application field of AMCW based time of flight measurement system can be expanded.
3차원 깊이 지도는 물체의 위치나 방향에 대한 3차원 공간 정보에 대한 지도이다. 이러한 3차원 공간 정보는 제스처 인식을 통한 사용자 인터페이스 제공, 얼굴 인식, 무인 자동차와 지능형 로봇의 장애물 감지 등 다양한 응용 공학 분야에서 필수적인 정보로써 그 필요성이 점차 증가하고 있다. 특히 4차 산업혁명 시대에 접어들면서 컴퓨터 비전분야에서 매우 널리 사용되고 있다. 3차원 깊이 지도를 측정하는 방법 중 비행시간 측정법은 빛의 비행시간을 이용하여 거리를 측정하는 방법이다. 그 중 연속적인 세기 변조를 이용한 비행시간 측정법은 계산 량이 적고, 소형화 관점에서 이점을 가진다는 점에서 최근 떠오르고 있는 방법이다. 그러나 많은 연속적인 세기 변조를 이용한 상용 제품들은 순차적인 복조를 하여 측정 시간이 길어진다는 단점이 있다. 또한 측정 거리의 제약으로 인해 실내에서만 사용이 가능하다. 기존의 많은 연구들이 측정 거리를 늘리기 위한 방법을 연구했지만 모든 연구들은 순차적인 복조 방식에 적용이 되었다. 이러한 방법은 측정 시간이 더욱 길어지게 하여 상용 제품에 적용이 힘들었다. 이 논문에서는 병렬적인 복조 방식과 이중 주파수 변조 방식을 결합한 방식을 제안하여 이러한 단점을 극복한다. 제안된 방식은 병렬적인 복조 방식을 이용하여 한 점에 대한 측정 시간을 비약적으로 줄이고 이중 주파수 변조 방식을 이용하여 측정 거리와 측정 정확성을 동시에 상승시켰다. 이러한 측정 방식 덕분에 제안된 방식은 스캐너를 이용한 하드웨어와 결합하여 넓은 시야각을 가지면서 실시간 가변이 가능하게 될 수 있다. 본 논문에서는 제안된 방식을 사용하기 위한 공식을 유도하고 한 점에 대한 거리 측정 실험을 통해 제안된 방식의 성능을 검증한다. 또한 제안된 방식과 결합될 수 있는 스캐너를 개발하여 스캐너에 대한 성능을 검증 후 스캐너와 병렬적인 복조 방식을 합하여 물체의 1차원 형상을 측정한다. 본 연구의 결과로서, 연속적인 세기 변조 방식을 이용하여도 먼 거리에 있는 물체를 높은 정확성으로 측정이 가능하게 하여 연속적인 세기 변조 방식의 응용 분야를 더욱 넓힐 수 있다.