KR101173668B1 - 다중 공간 주파수를 이용한 3차원 물체의 깊이 측정 방법 및 그 장치 - Google Patents

다중 공간 주파수를 이용한 3차원 물체의 깊이 측정 방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

다중 공간 주파수를 이용한 3차원 물체의 깊이 측정 방법은 임의의 공간 주파수를 갖는 광패턴을 투사기를 이용하여 3차원 물체에 투사하고, 디지털 카메라를 이용하여 물체를 촬영한다. 임의의 공간 주파수를 갖는 패턴은 물체 표면에서 깊이에 따라 상이한 굴곡과 형태를 보여주므로, 깊이에 따른 특정 굴곡과 형태를 기하학적 변수를 이용하여 물체의 형상 즉, 깊이를 측정한다.

Description

다중 공간 주파수를 이용한 3차원 물체의 깊이 측정 방법 및 그 장치{method and apparatus for measuring depth of three dimensional object with multiple spatial frequencies}
본 발명은 3차원 물체의 깊이를 측정하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게 말하자면, 다중 공간 주파수를 이용하여 3차원 물체의 깊이를 측정하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
3차원 물체의 깊이를 측정하는 방법으로는 모아레 기술(Moirㅹ technology)을 이용한 방법이 있다. 모아레 기술이란 격자무늬의 패턴을 다양한 광원을 이용하여 물체의 표면에 투사하여 물체의 표면에 나타난 상이한 굴곡과 형태로 물체 고유의 깊이를 추출하는 방법이다.
그러나 기존의 방법은 실험을 통해 촬영한 영상에서 3차원 물체의 깊이를 추출하는데 있어, 언랩핑(Unwrapping) 알고리즘이라는 부가적인 알고리즘이 필요하다. 구체적으로 3차원 물체의 표면에 투사된 빛의 신호가 삼각함수 형태를 가지는데, 이러한 신호를 깊이 정보를 가지는 신호로 변환하기 위해서는 언랩핑 알고리즘이 필요하다. 그러나 언랩핑 알고리즘은 매우복잡하기 때문에 이를 수행하는데 많은 시간이 요구되고 경우에 따라 오차가 발생하기가 용이하다.
또한 기존의 방법은 복수의 불연속적인 물체들의 깊이를 추출하는데 있어서 한계가 있다.
또한 기존의 방법은 투사기의 위치, 디지털 카메라의 위치 및 시야각(view-angle)만을 이용하여 영상으로부터 3차원 물체의 깊이를 추출함으로써, 추출된 물체의 깊이에 오차가 발생하기가 쉽다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 보다 간단하게 3차원 물체의 깊이를 측정하는 방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.
또한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 다중 공간 주파수 패턴을 이용하여 3차원 물체의 깊이를 보다 간단하면서도 정확하게 측정하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
또한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 언랩핑 알고리즘을 수행하지 않고도 3차원 물체의 깊이를 보다 간단하면서도 정확하게 측정하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 특징에 따른 깊이 측정 장치는, 3차원 물체의 깊이를 측정하는 장치이며, 상기 3차원 물체로 적어도 2개 이상의 공간 주파수에 따른 패턴을 포함하는 다중 공간 주파수 패턴에 따라 해당하는 광을 투사하는 투사기; 상기 광이 투사되는 3차원 물체의 영상을 촬영하고 그에 해당하는 디자털 영상 신호를 출력하는 촬영부; 및 상기 디지털 영상 신호를 토대로 상기 물체의 깊이를 산출하는 측정부를 포함한다.
또한, 본 발명의 다른 특징에 따른 깊이 측정 방법은, 3차원 물체의 깊이를 측정하는 방법이며, 상기 3차원 물체로 적어도 2개 이상의 공간 주파수에 따른 패턴을 포함하는 다중 공간 주파수 패턴을 생성하는 단계; 투사기를 이용하여, 상기 다중 공간 주파수 패턴을 구성하는 공간 주파수에 따른 패턴을 설정 단계별로 위상을 천이시키면서 해당하는 광을 상기 3차원 물체로 투사하고, 촬영부를 이용하여 광을 투사할 때마다 상기 3차원 물체의 영상을 촬영하는 단계; 및 상기 촬영된 영상으로부터 상기 물체의 깊이를 산출하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 3차원 물체의 깊이를 산출하기 위한 부가적인 알고리즘을 수행하지 않고도, 효율적으로 3차원 불연속적 물체의 깊이 측정할 수 있다. 그 결과, 깊이 측정에 따른 오류나 시간적 낭비를 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 주파수를 이용한 깊이 측정 장치의 구조도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 주파수를 이용한 깊이 측정 방법의 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 공간 주파수 패턴을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 공간 주파수 패턴의 광을 물체에 투사한 경우의 결과를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 깊이 측정 장치에서, 물체의 깊이 측정을 위한 개념을 나타낸 도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이제 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 주파수를 이용한 깊이 측정 장치의 구조도이다.
첨부한 도 1에 도시되어 있듯이, 본 발명의 실시 예에 따른 다중 주파수를 이용한 깊이 측정 장치(이하, 설명의 편의를 위하여 깊이 측정 장치라고 명명함)는 투사기(10), 촬영부(20), 및 측정부(30)를 포함한다.
투사기(10)는 측정하고자 하는 물체로 광을 투사하며 특히, 본 발명의 실시 예에 따른 다중 공간 주파수 패턴을 가지는 광을 물체로 투사한다. 이를 위하여, 본 발명의 실시 예에 따른 투사기(10)는 다중 공간 주파수 패턴을 생성하는 투사 패턴 생성부(11), 다중 공간 주파수 패턴에 따라 광을 생성하여 물체로 투사하는 광 투사부(12)를 포함한다. 다중 공간 주파수 패턴을 생성하는 방법에 대해서는 이후에 구체적으로 설명하기로 한다.
촬영부(20)는 물체를 촬영하여 그에 해당하는 디지털 영상 신호를 출력하며, 특히 다중 공간 주파수 패턴이 투사된 물체를 촬영하여 그에 해당하는 디지털 영상 신호를 출력한다. 이러한 촬영부(20)는 디지털 카메라일 수 있으며, 물체를 촬영하여 디지털 영상 신호를 생성하는 것은 공지된 기술임으로 여기서는 상세 설명을 생략한다.
측정부(30)는 디지털 영상 신호로부터 촬영된 물체에 대한 깊이 정보를 추출한다. 깊이 정보를 추출 즉, 깊이 정보를 측정하는 방법에 대해서는 이후에 구체적으로 설명하기로 한다.
다음에는 이러한 구조를 토대로 본 발명의 실시 예에 따른 다중 주파수를 이용한 3차원 물체의 깊이 측정 방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 실시 예에 따른 깊이 측정 방법은 다중 공간 주파수를 갖는 패턴을 이용한 위상 천이 방식을 토대로 물체로 광을 투사하는, 국부적 조명을 통한 물체 주사 방식을 제공하면서, 이러한 물체 주사 방식을 토대로 획득되는 3차원 물체의 영상을 토대로 해당 물체의 깊이 정보를 추출한다. 즉, 임의의 공간 주파수를 갖는 광을 물체에 투사한 경우, 해당 패턴은 물체 표면에서 깊이에 따라 상이한 굴곡과 형태를 보여주므로, 깊이에 따른 특정 굴곡과 형태를 기하학적 변수를 이용하여 물체의 깊이를 추출한다.
이러한 본 발명의 실시 예에 따른 깊이 측정 방법은 다중 공간 주파수를 이용한 위상 천이 프로파일로메트리(profilometry)로 명명될 수도 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 주파수를 이용한 깊이 측정 방법의 순서도이다.
본 발명의 실시 예에서는 3차원 물체의 깊이를 추출하기 위해, 촬영부(20)로 촬영되는 도메인(domain) 상에서 임의의 한 지점을, 다른 지점과 구별되도록 설정값 이상의 휘도량을 가지고 다중 공간 주파수 패턴을 가지는 강한 빛으로 투사하고, 그 때의 공간 주파수 조합, 위상 천이(Phase-shifting) 과정과 기하학적 변수를 고려하여 물체의 깊이를 추출한다.
이를 위하여, 첨부한 도 2에 도시되어 있듯이, 먼저 다중 주파수 패턴을 생성한다(S100).
본 발명의 실시 예에서 물체를 포함한 도메인의 x축 상의 한 지점을 가장 강한 빛으로 투사하는 임의의 공간 주파수를 갖는 패턴은 다음 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112010006158241-pat00001
여기서, s는 도메인의 x축 상에서 함수 값이 가장 큰 위치를 나타낸다. 예를 들어, 도메인이 1부터 1024까지 정의되는 경우, s가 512라는 값을 가질 때, x축 상에서 512가 되는 지점에 꼭지점을 갖는 임펄스 신호를 갖는다. n은 공간 주파수의 계수를 나타낸다.
공간 주파수 fn은 다음 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112010006158241-pat00002
패턴의 공간 주파수는 푸리에 전개식(Fourier expansion)의 계수를 이용한 함수로 정의될 수 있다.
임의 공간 주파수를 가지는 하나의 패턴은 위상 천이 방식(Phase-shifting method)에 의해 4개의 단계로 각각 위상 천이된다. 예를 들어, 0, π/2, π, 3π/2의 4단계별로 위상이 각각 천이되어, 하나의 공간 주파수에 대하여 총 4개의 패턴이 생성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에서는 위의 수학식 2를 만족하는 공간 주파수별로 설정된 수의 단계를 가지는 위상 천이를 수행하여 복수의 공간 주파수 패턴을 생성한다. 예를 들어,
Figure 112010006158241-pat00003
,
Figure 112010006158241-pat00004
, …,
Figure 112010006158241-pat00005
와 같이 총 9개의 공간 주파수별로 4단계 즉, 0, π/2, π, 3π/2의 단계별 위상 천이를 각각 수행하여, 총 36개의 공간 주파수 패턴을 생성할 수 있다. 이와 같이 서로 다른 공간 주파수별로 설정수 이상의 위상 천이를 통하여 생성되는 공간 주파수 패턴들을 통합하여 "다중 공간 주파수 패턴"이라고 명명할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 공간 주파수 패턴을 나타낸 그래프이다. 특히 도 3은 본 발명의 실시 예에서 다중 공간 주파수를 갖는 패턴을 이용하는데 있어, 어떤 주파수를 얼마나 많이 합성해야 하는지를 가늠하기 위한 그래프들이다.
본 발명의 실시 예에 따른 다중 공간 주파수 패턴은 공간 주파수를 합성함에 따른 임펄스 신호들로 정의될 수 있다. 예를 들어 한 화면이 촬영부(20)를 이용하여 촬영될 수 있는 영역이라고 볼 때, x축의 중심에 원하는 임펄스 신호를 발생시킨다고 임의 설정할 수 있다. 이 때 임펄스 신호는 물체 표면의 작은 굴곡에도 반응할 수 있도록 설정 각도 이상의 급각도로 발생해야 한다.
도 3의 (a)는 단일 공간 주파수가
Figure 112010006158241-pat00006
일 때의 임펄스 신호를 나타낸 것이며, 도 3의 (b)는 두 개의 공간 주파수를 합성했을 경우의 임펄스 신호들을 나타낸 것이다. 이 경우 공간 주파수는 각각
Figure 112010006158241-pat00007
와
Figure 112010006158241-pat00008
이다.
도 3의 (c)는 도 3의 (b)와 마찬가지로 두 개의 공간 주파수를 합성했을 경우의 임펄스 신호들을 나타낸 것이지만, 공간 주파수가 다르다. 이 때 공간 주파수는 각각
Figure 112010006158241-pat00009
와
Figure 112010006158241-pat00010
이다.
도 3의 (d)는 9개의 공간 주파수들 합성했을 경우의 임펄스 신호들을 나타낸 것이다. 이 때 합성된 공간 주파수들은
Figure 112010006158241-pat00011
,
Figure 112010006158241-pat00012
, …,
Figure 112010006158241-pat00013
이다.
이러한 도 3의 (a) 내지 (d)의 그래프들을 참조하면, 도 3의 (d)와 같이 9개와 같이 다수개의 공간 주파수들을 합성하였을 경우 다른 경우((a) 내지 (c))와 비교하여 가장 급각도의 임펄스 신호들이 발생함을 알 수 있다.
그러므로 본 발명의 실시 예에서, 투사기(10)의 투사 패턴 생성부(11)는 수학식 2를 만족하는 공간 주파수들을 적어도 2개 이상을 합성하여 각 공간 주파수들에 대한 패턴들을 포함하는 다중 공간 주파수 패턴을 생성한다.
다음, 광 투사부(12)는 투사 패턴 생성부(11)로부터 제공되는 다중 공간 주파수 패턴에 포함되는 각 공간 주파수 패턴에 따른 광 신호들에 해당하는 광 패턴을 물체의 표면에 투사하고(S110), 촬영부(20)는 광 패턴이 투사되는 물체를 촬영한다. 촬영부(20)는 다중 공간 주파수 패턴에 해당하는 광 패턴이 투사되는 물체를 촬영하고, 촬영된 물체에 해당하는 영상의 디지털 영상 신호를 생성한다. 이 때 영상을 디지털 신호로 처리함에 따라, 디지털 방식 특유의 양자화에 의해 임의의 패턴으로 투사한 광에 따른 영상 신호가 획득된다.
예를 들어, 9개의 공간 주파수를 이용하는 경우, 하나의 공간 주파수별로 위상 천이를 4단계로 각각 수행하면서 위상 천이별 패턴의 광신호를 물체로 투사하고 투사된 물체를 촬영한다. 이러한 투사 및 촬영 과정을 각 공간 주파수별로 위상 천이 단계별로 수행함에 따라, 총 36개의 영상 신호가 획득된다. 이러한 과정을 통하여 획득된 36개의 영상을 통해 일련의 연산과정을 거치면, 하나의 물체에 대하여 세로로 가는 빛을 소정 방향에서부터 스캔하는 것과 같은 효과를 갖게 된다.
보다 구체적으로 설명하면, 3차원 물체의 표면으로 하나의 패턴에 따른 광을 투사하게 되면, 투사된 패턴과 촬영시 이용되는 디지털 카메라의 양자화 특성상 하나의 물체 위에 두 개의 패턴이 겹친 것 같은 효과를 갖게 된다. 이러한 현상은, 물체 표면에 물체의 굴곡과 형태에 따라 임의의 특유 산란 패턴이 생성된다. 특히, 본 발명의 실시 예에 따른 투사기(10)에서 투사되는 패턴은 복수개의 공간 주파수의 합성으로 급각도의 임펄스 신호들을 가지므로, 이 임펄스 신호들이 물체를 포함한 영상 전체를 대상으로 위상 천이 방식에 의해 이동되면서 물체로 주사된다.
구체적으로,
Figure 112010006158241-pat00014
의 공간 주파수를 갖는 제1 패턴을 물체로 투사하여 촬영하고, 위상 천이 방식으로 제1 패턴을 이동시키면서 연속하여 촬영하여 영상을 얻는다. 본 발명의 실시 예에 따른 위상 천이 방식은 4개의 단계 방식으로, 0, π/2, π, 3π/2의 단계들을 포함한다.
이와 같이 하나의 공간 주파수 패턴을 4개의 단계별로 위상 천이시키면서 투사함에 따라, 하나의 공간 주파수 패턴에 대하여 4개의 영상들이 획득된다. 따라서 본 발명의 실시 예에 따라 도 3의 (d)와 같이 9개의 공간 주파수를 사용할 경우 총 36개의 영상들이 획득된다. 이 영상들을 기초로 하여 Fourier expansion의 계수를 적절히 연산하면, 물체의 각 지점에서 그 지점이 가장 밝게 빛나게 될 주파수와 위상 천이 단계의 조합을 찾을 수 있게 되며, 이러한 조합을 역추적하여 그 때의 기하변수를 적용하면 깊이를 추출해낼 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 공간 주파수 패턴의 광을 물체에 투사한 경우의 결과를 나타낸 도면이다.
도 4의 (a)는 설정 주파수 보다 낮은 공간 주파수를 가지는 패턴을 물체에 투사했을 경우를 나타낸 도면이며, 도 4의 (b)는 설정 주파수보다 높은 공간 주파수를 가지는 패턴을 물체에 투사했을 경우의 도면이다. 이러한 도 4의 (a) 및 (b)를 참조하면, 물체의 깊이에 따라 패턴의 굴곡과 형태가 상이하게 나타남을 알 수 있다.
또한 도 4의 (c)는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 공간 주파수를 이용한 패턴으로 국부적 조명을 만들어 물체에 주사한 경우를 나타낸 도면이고, 도 4의 (d)는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 공간 주파수 패턴을 투사기를 이용하여 투사한 경우, 물체 표면상에 투사된 광의 강도를 나타낸 도면이다. 이러한 도 4의 (c) 및 (d)를 참조하면, 좌측 물체가 우측 물체에 비해 전면에 위치되어 있으므로, 좌측 물체 표면상의 광의 강도가 우측 물체의 표면상의 광의 강도보다 큼을 알 수 있다.
이와 같이 3차원 물체의 표면 굴곡과 표면 형태에 따라 상이한 굴곡과 형태의 패턴이 나타나므로 광의 강도가 서로 다르게 나타난다. 본 발명의 실시 예에서는 촬영부(20)가 투사기(10)로부터 다중 공간 주파수 패턴에 따라 적어도 2개 이상의 공간 주파수들이 위상 천이되면서 해당하는 광이 투사된 상기 3차원 물체의 영상들을 획득하고, 획득한 영상들을 겹쳐서 3차원 물체의 각 부분의 광의 강도가 서로 다르게 나타내는 디지털 영상을 생성한다(S120). 그리고 이러한 디지털 영상에 나타난 광의 강도 차이를 토대로, 본 발명의 실시 예에 따른 기하학적 변수들을 이용하여 물체의 깊이를 계산한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 깊이 측정 장치에서, 물체의 깊이 측정을 위한 개념을 나타낸 도이다.
측정부(30)는 촬영부(20)로부터 획득되는 디지털 영상 신호들과 기하학적 변수들을 토대로 다음과 같이 물체의 깊이를 측정한다(S130).
본 발명의 실시 예에서는 광 패턴이 점의 형태로 물체에 투사되는 것이 아니라 예를 들어 세로줄 패턴으로 투사됨으로써, 물체에 대한 x, z를 이용하여 해당 물체의 깊이를 측정한다.
먼저, 획득된 영상 신호로부터 획득되는 좌표 x', z'는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112010006158241-pat00015
Figure 112010006158241-pat00016
여기서, xCCD와 zCCD는 촬영부(20)의 위치를 나타내고, xPRJ 와 zPRJ는 투사기(10)의 위치를 나타낸다.
촬영부(20)와 투사기(10)가 물체에 대하여 수직으로 위치하지 않으므로, 촬영부(20)와 투사기(10)의 시야각이 서로 겹쳐지도록 하기 위해서 물체에 대한 수직 기준선을 설정하고, 수직 기준선에 대한 각 시야각의 경사각을 정의한다. 즉, 수직 기준선에 대한 촬영부의 시야각의 경사각(또는 제1 경사각)을
Figure 112010006158241-pat00017
로 정의하고, 수직 기준선에 대한 투사기의 시야각의 경사각(또는 제2 경사각)을
Figure 112010006158241-pat00018
로 정의한다.
또한 도메인의 x축 상에서 임의의 한 지점에 투사되는 광의 양이 가장 큰 경우에, 촬영부의 시야각 중 촬영부가 측정한 상기 지점에 대한 각도(또는 제1 각도)를 θDetect 라고 정의하며, 투사기의 시야각 중 투사기가 투사하는 상기 지점에 대한 각도(또는 제2각도)를 θLocal 이라고 정의한다.
본 발명 실시 예에 따른 기하학적 변수들은 xCCD, zCCD, xPRJ, zPRJ, θDetect, θLocal,
Figure 112010006158241-pat00019
,
Figure 112010006158241-pat00020
를 포함하며, 각 변수의 기하학적 의미는 도 5에 도시된 바와 같다. 이러한 변수들은 깊이 측정 장치가 물체 형상 측정 전에 미리 알고 있는 값들이다. 또한, 도 5에서
Figure 112010006158241-pat00021
는 촬영부의 시야범위(field of view)이며,
Figure 112010006158241-pat00022
는 투사기의 시야범위를 나타낸다.
이러한 수학식 3 및 4를 토대로, 실제적으로 측정하고자 하는 물체의 위치(x, z)를 구하기 위하여, x'와 z'를 소거하면 다음과 같은 식을 얻을 수 있다.
Figure 112010006158241-pat00023
투사기(10)의 위치에 대해서도 위의 수학식 5와 같이 x', z'를 소거하면 다음과 같은 수학식 6이 획득된다.
Figure 112010006158241-pat00024
위에 기술된 바와 같이 산출되는 수학식 5 및 수학식 6을 정리하면 다음과 같이, 실제적으로 측정하는 하는 물체의 위치 관련 좌표 x, z를 구할 수 있다.
Figure 112010006158241-pat00025
Figure 112010006158241-pat00026
측정부(30)는 측정하고자 하는 물체의 위치 (x, z)를 위에 기술된 바와 같이 측정하고, 측정된 물체의 위치를 토대로 z축을 따라 물체의 깊이를 산출한다.
이러한 본 발명의 실시 예에 따르면, 다중 공간 주파수를 이용한 광 패턴들과 광 패턴들의 위상 이동, 그리고 광 패턴들의 위상 이동에 따라 획득된 영상들로부터 미리 설정된 기하학적 변수를 이용하여 3차원 물체의 깊이를 추출함으로써, 물체의 깊이 산출을 위한 별도의 알고리즘(예를 들어, 언랩핑 알고리즘)이 필요하지 않으므로, 부가적인 연산을 하는데 있어 발생할 수 있는 연산 오류와 시간을 절약할 수 있다. 그 결과, 보다 효율적으로 3차원 물체의 깊이를 추출할 수 있다.
또한 본 발명의 실시 예에 따라 측정된 물체의 위치 좌표 x, z는 절대 좌표이므로, 물체의 불연속적인 표면에 대한 깊이를 용이하게 추출할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10 : 투사기, 20 : 촬영부, 30 : 측정부

Claims (10)

  1. 3차원 물체의 깊이를 측정하는 장치에서,
    상기 3차원 물체로 적어도 2개 이상의 공간 주파수에 따른 패턴을 포함하는 다중 공간 주파수 패턴에 따라 해당하는 광을 투사하는 투사기;
    상기 광이 투사되는 3차원 물체의 영상을 촬영하고 그에 해당하는 디지털 영상 신호를 출력하는 촬영부;
    상기 디지털 영상 신호를 토대로 상기 물체의 깊이를 산출하는 측정부
    를 포함하고,
    상기 투사기는
    상기 다중 공간 주파수 패턴을 구성하는 공간 주파수에 따른 패턴을 설정 단계별로 각각 위상을 천이시키면서 해당하는 광을 상기 3차원 물체로 투사하는, 다중 공간 주파수를 이용한 3차원 물체의 깊이 측정 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서
    상기 촬영부는
    상기 투사기로부터 상기 다중 공간 주파수 패턴에 따라 적어도 2개 이상의 공간 주파수들이 위상 천이되면서 해당하는 광이 투사된 상기 3차원 물체의 영상들을 획득하고,
    상기 획득한 영상들을 겹쳐서 상기 3차원 물체의 각 부분의 광의 강도가 다르게 나타난 디지털 영상 신호를 출력하는, 다중 공간 주파수를 이용한 3차원 물체의 깊이 측정 장치.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서
    상기 측정부는 상기 디지털 영상 신호로부터, 상기 촬영부의 위치, 상기 투사기의 위치, 상기 물체에 대하여 설정된 수직 기준선을 기준으로 경사진 상기 촬영부의 시야각의 경사각, 상기 수직 기준선에 대한 투사기의 시야각의 경사각, 상기 디지털 영상 신호의 설정 지점에 해당하는 상기 촬영부의 각도, 상기 설정 지점에 해당하는 상기 투사기의 각도를 토대로, 상기 물체의 깊이를 산출하는, 다중 공간 주파수를 이용한 3차원 물체의 깊이 측정 장치.
  5. 제4항에 있어서
    상기 설정 지점은 상기 디지털 영상 신호에서 광의 강도가 가장 큰 지점인, 다중 공간 주파수를 이용한 3차원 물체의 깊이 측정 장치.
  6. 3차원 물체의 깊이를 측정하는 방법에서,
    상기 3차원 물체로 적어도 2개 이상의 공간 주파수에 따른 패턴을 포함하는 다중 공간 주파수 패턴을 생성하는 단계;
    투사기를 이용하여, 상기 다중 공간 주파수 패턴을 구성하는 공간 주파수에 따른 패턴을 설정 단계별로 각각 위상을 천이시키면서 해당하는 광을 상기 3차원 물체로 투사하고, 촬영부를 이용하여 광을 투사할 때마다 상기 3차원 물체의 영상을 촬영하는 단계; 및
    상기 촬영된 영상으로부터 상기 물체의 깊이를 산출하는 단계
    를 포함하는 다중 공간 주파수를 이용한 3차원 물체의 깊이 측정 방법.
  7. 제6항에 있어서
    상기 촬영하는 단계는,
    상기 투사기로부터 상기 다중 공간 주파수 패턴에 따라 적어도 2개 이상의 공간 주파수들이 위상 천이되면서 해당하는 광이 투사된 상기 3차원 물체의 영상들을 획득하고, 상기 획득한 영상들을 겹쳐서 상기 3차원 물체의 각 부분의 광의 강도가 다르게 나타난 디지털 영상을 획득하는, 다중 공간 주파수를 이용한 3차원 물체의 깊이 측정 방법.
  8. 제7항에 있어서
    상기 산출하는 단계는 상기 디지털 영상으로부터, 상기 촬영부의 위치, 상기 투사기의 위치, 상기 물체에 대하여 설정된 수직 기준선을 기준으로 경사진 상기 촬영부의 시야각의 경사각, 상기 수직 기준선에 대한 투사기의 시야각의 경사각, 상기 디지털 영상 신호의 설정 지점에 해당하는 상기 촬영부의 각도, 상기 설정 지점에 해당하는 상기 투사기의 각도를 토대로, 상기 물체의 깊이를 산출하는, 다중 공간 주파수를 이용한 3차원 물체의 깊이 측정 방법.
  9. 제8항에 있어서
    상기 물체의 깊이는 다음의 조건을 토대로 산출되는, 다중 공간 주파수를 이용한 3차원 물체의 깊이 측정 방법.
    Figure 112012014969084-pat00027

    Figure 112012014969084-pat00028

    xCCD, zCCD : 촬영부의 위치
    xPRJ, zPRJ : 투사기의 위치
    Figure 112012014969084-pat00029
    : 물체에 대하여 설정된 수직 기준선에 대한 촬영부의 시야각의 경사각
    Figure 112012014969084-pat00030
    : 물체에 대하여 설정된 수직 기준선에 대한 투사기의 시야각의 경사각
    θDetect : 도메인의
    Figure 112012014969084-pat00031
    축 상에서 임의의 한 지점에 투사되는 광의 양이 가장 큰 경우에, 촬영부의 시야각 중 촬영부가 측정한 상기 지점에 대한 각도
    θLocal : 도메인의
    Figure 112012014969084-pat00032
    축 상에서 임의의 한 지점에 투사되는 광의 양이 가장 큰 경우에, 투사기의 시야각 중 투사기가 투사한 상기 지점에 대한 각도
  10. 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서
    상기 공간 주파수를 정의하는 함수는 푸리에 전개식의 계수를 이용하는, 다중 공간 주파수를 이용한 3차원 물체의 깊이 측정 방법.















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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101434026B1 (ko) * 2012-09-11 2014-08-26 제주대학교 산학협력단 3차원 측정 장치 및 방법
US10268885B2 (en) 2013-04-15 2019-04-23 Microsoft Technology Licensing, Llc Extracting true color from a color and infrared sensor
US9158161B2 (en) 2013-10-01 2015-10-13 Kyungpook National University Industry-Academic Cooperation Foundation Pattern generator using liquid crystal and method thereof
KR102365721B1 (ko) * 2016-01-26 2022-02-22 한국전자통신연구원 모바일 기기를 이용한 3차원 얼굴 모델 생성 장치 및 방법
KR101842141B1 (ko) * 2016-05-13 2018-03-26 (주)칼리온 3차원 스캐닝 장치 및 방법
KR102317278B1 (ko) * 2017-07-06 2021-10-26 엘지이노텍 주식회사 3차원 물체의 깊이 정보 획득방법
TWI676781B (zh) * 2018-08-17 2019-11-11 鑑微科技股份有限公司 三維掃描系統
CN115096203B (zh) * 2022-06-02 2024-06-07 深圳市二郎神视觉科技有限公司 一种激光测量轮胎胎纹深度的方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111473745A (zh) * 2020-06-23 2020-07-31 南京理工大学智能计算成像研究院有限公司 一种基于多频相移方案的发光表面微观三维测量方法

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