KR101465996B1 - 선택적 큰 주기를 이용한 고속 3차원 형상 측정 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 선택된 하나의 프로젝터에서만 서로 다른 크기의 주기를 갖는 격자 패턴광을 조사하고, 다른 프로젝터에서는 하나의 주기를 갖는 격자 패턴광만을 조사하여 높이 정보를 산출함으로써, 3차원 형상 측정 시간을 단축하면서도 정확한 형상 측정이 가능한 선택적 큰 주기를 이용한 고속 3차원 형상 측정 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 3차원 형상 측정 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 선택된 하나의 프로젝터에서만 서로 다른 크기의 주기를 갖는 격자 패턴광을 조사하고, 다른 프로젝터에서는 하나의 주기를 갖는 격자 패턴광만을 조사하여 높이 정보를 산출함으로써, 3차원 형상 측정 시간을 단축하면서도 정확한 형상 측정이 가능한 고속 3차원 형상 측정 방법에 관한 것이다.
3차원 형상 측정기술은 레이저를 이용하는 광삼각법, 스테레오를 이용하는 측정방법, 모아레 원리를 이용하는 측정방법 등이 개발 사용되고 있다. 이들 측정방법은 광학을 이용하기 때문에 빠르고, 또한 정확한 3차원 형상을 얻어낼 수 있다.
모아레를 이용한 3차원측정방법은 패턴조명을 검사대상물로 조사한 후 반사되는 패턴이미지를 이용하여 검사대상물의 3차원형상을 측정하는 것으로서, 패턴이미지를 이용하여 검사대상물의 3차원형상을 측정하기 위한 해석방법으로 위상 천이 방법(phase shifting method)이 있다.
위상천이방법은 검사대상물의 기준면을 이동시키면서 여러 장의 간섭신호에 따른 패턴이미지를 획득하고, 획득된 패턴이미지의 각 측정 점에서의 간섭신호의 형태와 높이와의 수학적 관계를 해석하여 검사대상물의 3차원형상을 측정하는 것이다.
이러한 위상 천이 방법을 이용한 3차원 형상 측정방법은 인접한 두 측정 점의 높이차가 광원 등가파장의 정수배 정도 이상일 경우에 측정 오차가 발생하는 2π 모호성이라는 문제가 발생하는 것으로서, 격자의 줄무늬 피치에 따라 검사대상물의 측정범위가 제한되는 문제점이 발생하게 된다.
이에, 종래에는 측정하고자 하는 지점의 위상변위가 주변 지점에 비해 2π 이상으로 차이가 나는 경우, 측정지점의 높이값에 2π를 보정하고서 이를 결과값에 반영하는 방식으로 2π 모호성의 문제점을 해결하고자 하였다.
하지만, 종래기술에 따른 위상 천이 방법을 이용하는 3차원 형상 측정방법은 2개의 측정 대상물들이 2π 이상으로 상호 떨어져 위치하는 경우, 그 측정 결과값이 2π 모호성에 의한 결과인지 아니면 2π 이상의 깊이를 갖는 측정 대상물인지를 구분하기가 어려워서, 부정확한 결과가 발생될 수 있는 문제점이 여전히 존재하였다. 즉, 2π 모호성을 가지고 있어 상대적인 3차원 정보를 얻을 수는 있지만, 정확한 3차원 정보를 얻는다는 것은 불가능하였다.
이에, 2π 모호성을 해결하기 위한 기술로서 한국등록특허 제0558325호에 "스테레오 비전과 모아레를 이용한 3차원 검사방법 및 장치"에 대한 기술이 제안된 바 있다.
한국등록특허 제0558325호는 광투영부가 일정한 패턴을 수차례 주사하고 측정 대상물을 모터로 위상천이 시키면, 매 시점마다 두 대의 카메라가 측정 대상물을 각각 측정하고, 이렇게 측정된 수많은 3차원 형상정보들을 상호 비교함으로써 최종적으로 측정 대상물의 3차원 형상정보를 측정하도록 구성하였다. 하지만, 이 공개기술 또한 2π 모호성을 완벽하게 해결하지 못하였다. 즉, 좌우 위상정보의 배수가 되는 위치에서 다시 2π 모호성이 발생하였다. 또한, 정합점 찾기 문제를 해결하지 못하였다.
또한, 하나의 영사식 모아레를 이용한 3차원형상 측정장치에서 측정범위가 다른 검사대상물을 측정하고자 하는 경우에, 2π 모호성의 문제를 개선하기 위해서는 각 검사대상물의 측정범위에 해당하는 격자를 교체하는 방식이 이용되기도 하지만 이 경우 격자 교체를 위한 시간이 소요되므로 검사 속도가 저하되는 단점이 있다.
이를 개선하기 위한 기술로서, 다수개의 프로젝터에 각각 서로 다른 등가파장을 갖는 패턴조명을 발생하여 검사대상물로 조사시켜 얻은 위상 정보를 이용하여 높이 정보를 산출함으로써 2π 모호성을 제거하여 검사대상물의 최대 측정 높이를 증가시킬 수 있도록 하는 기술로서 한국등록특허 제1190122호에 다중파장을 이용한 3차원형상 측정장치 및 측정방법이 제안된 바 있다.
도 1은 한국등록특허 제1190122호의 3차원형상 측정 방법을 설명하기 위한 참조도로서, 카메라 주변의 두 프로젝터에서 비슷한 주기 즉 제 1 주기를 갖는 경자 패턴광과 제 2 주기를 갖는 격자 패턴광을 각각 투영하여 맥놀이 성분에 따른 제 3 주기를 갖는 패턴 이미지를 획득하여 높이 정보를 산출한다.
구체적으로는 제 1 주기를 갖는 격자 패턴광을 검사 대상물의 표면에 조사하여 획득된 다수개의 제 1 패턴 이미지를 N-버킷 알고리즘을 이용하여 제1위상을 산출하고, 제 2 주기를 갖는 격자 패턴광을 검사 대상물의 표면에 조사하여 획득된 다수개의 제 2 패턴 이미지를 N-버킷 알고리즘을 이용하여 제 2 위상을 산출한다.
그리고, 제1 및 제2위상이 산출되면 제 1 주기를 갖는 격자 패턴광과 제 2 주기를 갖는 격자 패턴광에 의한 맥놀이 현상에 따른 제3위상을 산출한다
이어서, 제 3위상이 산출되면 제 3위상을 이용하여 제1위상의 제1차수와 제2위상의 제2차수를 산출하는 것으로서, 도 1에 도시된 바와 같이 제1차수를 A이라 하고 제2차수를 B이라 하면 제1차수 M은 φ1(x,y)=2πh/λ1+M·2π를 이용하여 산출하며, 제2차수 N은 φ1(x,y)=2πh/λ1+N·2π를 이용하여 산출하며 산출된 제1 및 제2차수와 제1 및 제2위상을 이용하여 제1 및 제2 높이정보를 산출한다
그런데, 이 경우에 패턴이 모두 정확하게 투영되지 않으면 정확한 측정이 어려운 단점이 있다. 즉, 검사 대상물 주변에 높이를 갖는 장애물이 위치한 경우 어느 하나의 프로젝터에서 투영한 패턴에 대하여 그림자가 발생할 수 있어, 이 경우에는 정확한 높이 측정이 불가능한 문제가 있었다.
예를 들어, 제 1 프로젝터에서 투영된 제 1 주파수 성분(f1)을 갖는 패턴은 정확하게 카메라를 통해 촬영되지만, 제 2 프로젝터에서 투영된 제 2 주파수 성분(f2)을 갖는 패턴은 검사 대상물에 의해 발생한 그림자에 의해 가려져 정확하게 촬영되지 않게 되는 문제가 발생하게 되므로, 2개의 파장의 맥놀이 성분에 의한 제 3 주파수 성분을 정확하게 획득할 수 없는 단점이 발생한다.
배경 기술의 단점을 해소하기 위한 본 발명은 복수의 프로젝터들 중에 선택된 프로젝터에서는 서로 다른 크기의 제 1 및 제 2 주기를 갖는 격자 패턴광을 조사하여 각 격자 패턴광에 대응되는 제 1 및 제 2 위상 정보를 획득하여 제 1 높이 정보를 산출하고, 다른 프로젝터에서는 제 3 주기의 격자 패턴광만을 조사하여 제 3 위상 정보를 획득한 후에 제 1 위상 정보와 제 3 위상 정보를 이용하여 제 2 높이 정보를 산출하도록 하는 선택적 큰 주기를 이용한 고속 3차원 형상 측정 방법을 제공함에 있다.
과제를 해결하기 위한 본 발명의 선택적 큰 주기를 이용한 고속 3차원 형상 측정 방법은 서로 다른 방향에 설치되며 격자 패턴광을 조사하는 복수의 프로젝터를 갖는 3차원 형상 측정 장치에서, 복수의 프로젝터들 중에 미리 설정된 기준에 따라 선택된 제 1 프로젝터에서 제 1 주기를 갖는 제 1 격자 패턴광과 제 1 주기보다 큰 제 2 주기를 갖는 제 2 격자 패턴광을 오브젝트 표면에 각각 투영하여 제 1 격자 패턴광에 대한 다수의 제 1 패턴 이미지와, 제 2 격자 패턴광에 대한 다수의 제 2 패턴 이미지를 획득하는 제 1 단계; 제 1 프로젝터와 다른 방향에 위치한 제 2 프로젝터에서 제 2 주기보다 작은 제 3 주기를 갖는 제 3 격자 패턴광만을 오브젝트 표면에 투영하여 다수의 제 3 패턴 이미지를 획득하는 제 2 단계; 다수의 제 1 패턴 이미지로부터 제 1 위상 정보를 산출하고, 다수의 제 2 패턴 이미지로부터 제 2 위상 정보를 산출하며 제 1 위상 정보와 제 2 위상 정보를 이용하여 제 1 높이 정보를 산출하는 제 3 단계; 다수의 제 3 패턴 이미지로부터 제 3 위상 정보를 산출하고, 제 1 위상 정보와 제 3 위상 정보를 이용하여 제 2 높이 정보를 산출하는 제 4 단계 및 제 1 높이 정보와 제 2 높이 정보를 이용하여 오브젝트의 최종 높이 정보를 산출하는 제 5 단계를 포함한다.
이때, 제 2 격자 패턴광은 제 1 격자 패턴광 또는 제 3 격자 패턴광보다 적어도 두배 이상의 주기를 갖는다.
또한, 제 1 프로젝터는 오브젝트 격자 패턴광 조사시에 오브젝트 표면에 그림자를 생성할 수 있는 주변의 장애물 정보를 참조하여 선택될 수 있다.
또, 1 단계에서 제 1 프로젝터가 선택되면 제 2 높이 정보 산출시에 제 2 패턴 이미지를 이용하기 위한 조건으로 제 2 프로젝터의 화소별 제 2주기와 제 3 주기의 비율을 산출하여 기준 보정 데이터로 설정하는 과정을 더 포함하고, 제 4 단계에서는 기준 보정 데이터를 반영하여 제 2 높이 정보를 산출할 수 있다.
여기서, 기준 보정 데이터 설정 과정은 오브젝트가 로딩될 위치에 제 1 주기에 해당하는 높이 보다 작은 높이를 갖는 평면 지그를 로딩하는 과정과, 제 1 프로젝터에서 평면 지그 표면에 제 1 격자 패턴광과 제 2 격자 패턴광을 투영하여 제 1 패턴 이미지와 제 2 패턴이미지를 획득하고, 제 1 패턴 이미지에 대한 위상 정보와 제 2 패턴 이미지에 대한 위상 정보를 산출하는 과정과, 제 2 프로젝터에서 평면 지그 표면에 제 3 격자 패턴광을 투영하여 제 3 패턴 이미지를 획득하고 제 3 패턴 이미지에 대한 위상 정보를 산출하는 과정과, 산출된 위상 정보들을 이용하여 제 2 프로젝터에서의 제 2 주기와 제 3 주기의 비율 정보를 산출하는 과정을 포함할 수 있다.
또, 제 2 주기와 제 3 주기의 비율 정보는 아래의 수학식에 의해 산출될 수 있다.
여기서, 
는 화소의 위치,
또, 제 2 주기와 제 3 주기의 비율 
을 산출한 후에 이를 이용하여 2π 모호성을 보정하기 위한 계수 N을 산출하고 이를 이용하여 2π 모호성을 보정할 수 있으며, 2π 모호성을 보정하기 위한 계수 N은 아래의 수학식에 의해 산출된다.
또, 2π 모호성은 아래의 수학식 의해 보정할 수 있다.
본 발명은 하나의 프로젝터에서는 서로 다른 주기를 갖는 격자 패턴광을 조사하여 패턴 이미지를 획득하고, 다른 프로젝터에서는 하나의 주기를 갖는 격자 패턴광을 조사하여 패턴이미지를 획득함으로써, 패턴 이미지 획득 시간을 단축시켜 3차원 형상의 측정 시간을 단축시킬 수 있도록 하는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 오브젝트 주변에 높이를 갖는 장애물이 존재하더라도 장애물에 의한 그림자가 발생하지 않는 방향에서 격자 패턴광을 조사하여 패턴 이미지를 획득함으로써, 측정 정확도를 높일 수 있는 이점이 있다.
도 1은 한국등록특허 제1190122호의 3차원형상 측정 방법을 설명하기 위한 참조도
도 2는 본 발명에 따른 선택적 큰 주기를 이용한 고속 3차원 형상 측정 방법에 적용되는 장치 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 선택적 큰 주기를 이용한 고속 3차원 형상 측정 방법을 순차로 나타낸 플로우 차트.
도 4는 본 발명에 따른 선택적 큰 주기를 이용한 고속 3차원 형상 측정 방법을 설명하기 위한 참조도
도 2는 본 발명에 따른 선택적 큰 주기를 이용한 고속 3차원 형상 측정 방법에 적용되는 장치 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 선택적 큰 주기를 이용한 고속 3차원 형상 측정 방법을 순차로 나타낸 플로우 차트.
도 4는 본 발명에 따른 선택적 큰 주기를 이용한 고속 3차원 형상 측정 방법을 설명하기 위한 참조도
본 발명에 관한 설명은 구조적 또는 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 선택적 큰 주기를 이용한 고속 3차원 형상 측정 방법을 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 선택적 큰 주기를 이용한 고속 3차원 형상 측정 방법에 적용되는 장치 구성도로서, 스테이지(10), 촬상부(20), 복수의 프로젝터(31,32), 영상 획득부(40) 및 컨트롤러(50)를 포함한다.
이때, 스테이지(10)는 오브젝트를 검사 영역에 위치시키기 위한 것이고, 촬상부(20)는 오브젝트 표면의 영상을 촬영하기 위한 것이다.
또한, 촬상부(20)는 스테이지(10)의 상부에 배치되어 오브젝트(60) 표면 영상을 촬영하는 것으로서, 카메라, 결상렌즈, 필터 등을 포함할 수 있다. 이때, 카메라는 오브젝트(60) 표면에서 반사되는 광을 인가받아 오브젝트(60)의 평면영상을 촬영하는 것으로서, CCD 카메라나 CMOS 카메라 등이 이용될 수 있다. 또, 결상렌즈는 카메라의 하부에 배치되어, 오브젝트(60)에서 반사되는 광을 카메라에서 결상시킨다. 필터는 결상렌즈의 하부에 배치되어, 상기 오브젝트(60)에서 반사되는 광을 여과시켜 결상렌즈로 제공하는 것으로서, 주파수 필터, 컬러필터 및 광세기 조절필터 등으로 이루어질 수 있다.
복수의 프로젝터(31,32)는 오브젝트의 상부에 촬상부(20)로부터 일정 각도 기울어진 측부의 서로 다른 방향에 설치되어 선택적으로 격자 패턴광을 조사하는 것으로서, 프린팅 격자 또는 액정패널 또는 디지털 마이크로미러 디스플레이(DMD: Digital Micromirror Display) 등으로 구성되는 격자와 광을 조사하는 광원을 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 복수의 프로젝터(31,32)는 제 1 방향에서 제 1 주기를 갖는 제 1 격자 패턴광과 제 1 주기보다 큰 주기를 갖는 제 2 격자 패턴광을 오브젝트 표면에 투영하는 제 1 프로젝터(31)와, 제 1 프로젝터(31)와는 다른 방향에 설치되어 제 3 주기를 갖는 제 3 격자 패턴광만을 조사하는 제 2 프로젝터(32)로 구성될 수 있다. 여기서, 제 1 주기 또는 제 3 주기는 동일하거나 다를 수 있으며 제 2 주기는 제 1 주기 또는 제 3 주기보다 적어도 두 배 이상의 크기를 갖는 것이 바람직하다.
또한, 서로 다른 파장을 조사하는 제 1 프로젝터는 미리 정해지는 것이 아닌 미리 설정된 기준에 따라 검사 과정에서 결정된다. 즉, 스테이지 상에 놓이는 오브젝트 주변에 높이를 갖는 장애물(70)이 있는 경우 특정 방향의 프로젝터에서 조사하는 패턴광에 의하여 그림자가 발생할 수 있다. 따라서, 제 1 격자 패턴광과 제 2 패턴광을 모두 조사하는 제 1 프로젝터로는 주변 장애물에 의한 그림자 발생 가능성이 없는 방향에 위치한 프로젝터가 선택된다. 이때, 제 1 프로젝터의 선택은 사용자가 직접 선택 신호를 입력하도록 하거나, 오브젝트의 배치 구조에 따라 주변 장애물의 정보에 기초하여 자동적으로 선택되도록 할 수 있다.
한편, 영상 획득부(40)는 촬상부(20)의 카메라와 전기적으로 연결되어 카메라로부터 패턴 이미지들을 획득하여 저장하고, 컨트롤러(50)는 프로젝터(31,32)의 구동을 제어하고, 영상 획득부(40)의 이미지시스템으로부터 획득된 패턴 이미지들을 이용하여 오브젝트의 높이를 산출하는 역할을 한다.
도 3은 본 발명에 따른 선택적 큰 주기를 이용한 고속 3차원 형상 측정 방법을 순차로 나타낸 플로우 차트이고, 도 4는 본 발명에 따른 선택적 큰 주기를 이용한 고속 3차원 형상 측정 방법을 설명하기 위한 참조도로서, 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 선택적 큰 주기를 이용한 고속 3차원 형상 측정 방법에 대하여 설명하도록 한다.
우선, 컨트롤러(50)는 복수의 프로젝터들 중에 미리 설정된 기준에 따라 2개의 등가파장을 조사하는 제 1 프로젝터(31)를 선택하는데, 스테이지(10) 상에 놓이는 오브젝트에 대하여 그림자를 발생시키지 않는 방향에 위치한 프로젝터를 제 1 프로젝터로 선택한다(S100).
그리고, 제 1 프로젝터가 선택되면 후술하는 제 2 높이 정보 산출시에 제 2 패턴 이미지를 이용하기 위한 조건으로 제 2 프로젝터의 화소별 제 3주기와 제 1 프로젝터의 제 2 주기의 비율을 산출하여 기준 보정 데이터로 설정한다(S102). 즉, 제 2 프로젝터에서는 제 3 주기를 갖는 격자 패턴광만을 투영시키고, 제 2 높이 정보 산출시에 제 1 프로젝터에서 투영한 제 2 격자 패턴광에 대한 제 2 패턴 이미지를 이용한다. 이 경우 제 2 프로젝터의 관점에서 제 2 주기와 제 3 주기의 비율이 화소의 위치마다 달라지게 되므로, 제 1 프로젝터와 다른 방향에 위치한 프로젝터들의 경우 화소마다 제 2 주기와 제 3 주기간의 비율을 계산하여 기준 보정 데이터로 설정하고, 실제 높이 정보 산출시에 보정 데이터를 적용한 보정 과정을 거쳐야 한다.
이때, 기준 보정 데이터 설정 과정은 아래의 과정에 의해 이루어진다.
우선, 오브젝트가 로딩될 위치에 제 1 주기에 해당하는 높이 보다 작은 높이를 갖는 평면 지그를 위치시킨다.
그리고, 제 1 프로젝터에서 평면 지그 표면에 제 1 격자 패턴광과 제 2 격자 패턴광을 투영하여 제 1 패턴 이미지와 제 2 패턴이미지를 획득하고, 제 1 패턴 이미지에 대한 위상 정보와 제 2 패턴 이미지에 대한 위상 정보를 산출한다.
이어서, 제 2 프로젝터에서 상기 평면 지그 표면에 제 3 격자 패턴광을 투영하여 제 3 패턴 이미지를 획득하고 제 3 패턴 이미지에 대한 위상 정보를 산출한다.
그리고, 산출된 위상 정보들을 이용하여 제 2 프로젝터에서의 제 2 주기와 제 3 주기의 비율 정보를 산출한다.
이때, 제 2 주기와 제 3 주기의 비율 정보는 아래의 수학식 1에 의해 산출한다.
[수학식 1]
여기서, 
는 화소의 위치,
아울러, 제 2 주기와 제 3 주기의 비율 
을 산출한 후에 이를 이용하여 2π 모호성을 보정하기 위한 계수 N을 산출한다.
이때, 2π 모호성을 보정하기 위한 계수 N은 아래의 수학식 2에 의해 산출한다.
[수학식 2]
그리고, 산출된 계수 N을 이용하여 2π 모호성을 보정하는 것으로서, 2π 모호성은 아래의 수학식 3에 의해 보정한다.
[수학식 3]
한편, 기준 보정 데이터가 설정되면 제 1 프로젝터와 제 2 프로젝터에서 선택적으로 격자 패턴광을 투영하여 격자 패턴광에 대응하는 패턴 이미지를 획득한다(S104).
구체적으로는, 제 1 프로젝터에서 제 1 주기를 갖는 제 1 격자 패턴광의 위상을 천이시키면서 오브젝트의 표면에 투영하여 다수개의 제 1 패턴 이미지를 획득하고, 제 1 프로젝터에서 제 1 주기보다 2배 이상의 크기인 제 2 주기를 갖는 제 2 격자 패턴광의 위상을 천이시키면서 오브젝트의 표면에 투영하여 다수개의 제 2 패턴 이미지를 획득하고 획득된 다수개의 제 2 패턴 이미지를 N-버킷 알고리즘을 이용하여 제 2 위상을 산출한다.
그리고, 제 1 프로젝터와 다른 방향에 위치한 제 2 프로젝터에서 제 3 주기를 갖는 제 3 격자 패턴광만을 위상 천이시키면서 오브젝트 표면에 투영하여 다수의 제 3 패턴 이미지를 획득한다.
이어서, 각각의 패턴 이미지들을 이용하여 위상 정보를 산출한다(S106).
구체적으로는, 다수의 제 1 패턴 이미지에 대하여 N-버킷 알고리즘을 이용하여 제 1 위상을 산출하고, 다수의 제 2 패턴 이미지에 대하여 N-버킷 알고리즘을 이용하여 제 2 위상을 산출하며, 다수의 제 3 패턴 이미지에 대하여 N-버킷 알고리즘을 이용하여 제 3 위상을 산출한다.
그리고, 제 1 내지 제 3 위상 정보를 이용하여 높이 정보를 산출한다(S108)
구체적으로는, 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 제 1 위상에 대한 제 1 차수 정보 A를 φ1(x,y)=2πh/λ1+A·2π를 이용하여 산출하고, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 제 2 위상에 대한 제 2 차수 정보 B를 φ1(x,y)=2πh/λ1+B·2π를 이용하여 산출하며, 도 3의 (c)에 도시된 바와 같이 제 3 위상에 대한 제 3 차수 정보 C를 φ1(x,y)=2πh/λ1+C·2ππ를 산출한다.
그리고, 제 1 차수와 제 2 차수를 이용하여 제 1 높이 정보를 산출하고, 제 1 차수와 제 3 차수를 이용하여 제 2 높이 정보를 산출한다.
즉, 제 1 프로젝터에서 투영한 제 1 격자 패턴광에 따라 얻어지는 제 1 위상 정보와 제 1 프로젝터에서 투영한 제 2 격자 패턴광에 따라 얻어지는 제 2 위상 정보를 이용하여 제 1 높이 정보를 산출하고, 제 1 프로젝터에서 투영한 제 2 격자 패턴광에 따라 얻어지는 제 2 위상 정보와 제 2 프로젝터에서 투영한 제 3 격자 패턴광에 따라 얻어지는 제 3 위상 정보를 이용하여 제 2 높이 정보를 산출함으로써, 기존 기술보다 적은 촬상 회수를 감소시켜 3차원 형상 측정 시간을 감소시킬 수 있다. 다시 말해, 종래에는 다수의 프로젝터들이 제 1 주기를 갖는 격자 패턴광과 제 2 주기를 갖는 격자 패턴광을 모두 조사하여 패턴 이미지를 획득하였지만, 본 발명에서는 제 2 프로젝터에서는 제 2 주기보다 작은 제 3 주기를 갖는 격자 패턴광만을 조사하여 위상 정보를 산출하고, 제 2 주기를 갖는 격자 패턴광에 대한 위상 정보는 제 1 프로젝터에서 투영한 격자 패턴광에 대응하는 위상 정보를 이용함에 따라 촬상 횟수를 줄일 수 있게 되는 것이다.
또한, 제 2 높이 정보 산출시에 상술한 바와 같이 제 1 프로젝터에서 투영한 격자 패턴광에 의해 얻어진 위상 정보를 이용하기 때문에, 제 2 프로젝터 관점에서 각 화소별 제 2 주기와 제 3 주기의 비율을 달라진다. 따라서, 제 2 높이 정보 산출시에는 앞서 설정한 기준 보정 데이터를 반영하여 제 2 높이 정보를 산출한다.
이후, 제 1 높이 정보와 제 2 높이 정보가 산출되면 이를 이용하여 오브젝트의 최종 높이 정보를 산출한다(S110).
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
10 : 스테이지 20 : 촬상부
30 : 복수의 프로젝터 40 : 영상 획득부
50 : 컨트롤러 60 : 오브젝트
70 : 장애물
30 : 복수의 프로젝터 40 : 영상 획득부
50 : 컨트롤러 60 : 오브젝트
70 : 장애물
Claims (9)
- 서로 다른 방향에 설치되며 격자 패턴광을 조사하는 복수의 프로젝터를 갖는 3차원 형상 측정 장치에서,
상기 복수의 프로젝터들 중에 미리 설정된 기준에 따라 선택된 제 1 프로젝터에서 제 1 주기를 갖는 제 1 격자 패턴광과 상기 제 1 주기보다 큰 제 2 주기를 갖는 제 2 격자 패턴광을 오브젝트 표면에 각각 투영하여 제 1 격자 패턴광에 대한 다수의 제 1 패턴 이미지와, 제 2 격자 패턴광에 대한 다수의 제 2 패턴 이미지를 획득하는 제 1 단계;
상기 제 1 프로젝터와 다른 방향에 위치한 제 2 프로젝터에서 제 2 주기보다 작은 제 3 주기를 갖는 제 3 격자 패턴광만을 오브젝트 표면에 투영하여 다수의 제 3 패턴 이미지를 획득하는 제 2 단계;
상기 다수의 제 1 패턴 이미지로부터 제 1 위상 정보를 산출하고, 상기 다수의 제 2 패턴 이미지로부터 제 2 위상 정보를 산출하며 상기 제 1 위상 정보와 제 2 위상 정보를 이용하여 제 1 높이 정보를 산출하는 제 3 단계;
상기 다수의 제 3 패턴 이미지로부터 제 3 위상 정보를 산출하고, 상기 제 1 위상 정보와 상기 제 3 위상 정보를 이용하여 제 2 높이 정보를 산출하는 제 4 단계;
상기 제 1 높이 정보와 제 2 높이 정보를 이용하여 오브젝트의 최종 높이 정보를 산출하는 제 5 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 큰 주기를 이용한 고속 3차원 형상 측정 방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 제 2 격자 패턴광은 상기 제 1 격자 패턴광 또는 제 3 격자 패턴광보다 적어도 두배 이상의 주기를 갖는 것을 특징으로 하는 선택적 큰 주기를 이용한 고속 3차원 형상 측정 방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 제 1 프로젝터는 오브젝트 격자 패턴광 조사시에 오브젝트 표면에 그림자를 생성할 수 있는 주변의 장애물 정보를 참조하여 선택되는 것을 특징으로 하는 선택적 큰 주기를 이용한 고속 3차원 형상 측정 방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 1 단계에서 제 1 프로젝터가 선택되면 제 2 높이 정보 산출시에 제 2 패턴 이미지를 이용하기 위한 조건으로 상기 제 2 프로젝터의 화소별 제 2주기와 제 3 주기의 비율을 산출하여 기준 보정 데이터로 설정하는 과정을 더 포함하고,
상기 제 4 단계에서는 상기 기준 보정 데이터를 반영하여 상기 제 2 높이 정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 선택적 큰 주기를 이용한 고속 3차원 형상 측정 방법.
- 제 4항에 있어서,
상기 기준 보정 데이터 설정 과정은
상기 오브젝트가 로딩될 위치에 상기 제 1 주기에 해당하는 높이 보다 작은 높이를 갖는 평면 지그를 로딩하는 과정과,
상기 제 1 프로젝터에서 상기 평면 지그 표면에 제 1 격자 패턴광과 제 2 격자 패턴광을 투영하여 제 1 패턴 이미지와 제 2 패턴이미지를 획득하고, 제 1 패턴 이미지에 대한 위상 정보와 제 2 패턴 이미지에 대한 위상 정보를 산출하는 과정과,
상기 제 2 프로젝터에서 상기 평면 지그 표면에 제 3 격자 패턴광을 투영하여 제 3 패턴 이미지를 획득하고 제 3 패턴 이미지에 대한 위상 정보를 산출하는 과정과,
상기 산출된 위상 정보들을 이용하여 제 2 프로젝터에서의 제 2 주기와 제 3 주기의 비율 정보를 산출하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 큰 주기를 이용한 고속 3차원 형상 측정 방법.
- 제 5항에 있어서,
상기 제 2 주기와 제 3 주기의 비율 정보는 아래의 수학식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 선택적 큰 주기를 이용한 고속 3차원 형상 측정 방법.
여기서,는 화소의 위치,
은 (제 1 프로젝터에서 투영하는 제 2 격자 패턴광의 제 2 주기)/(제 2 프로젝터에서 투영하는 제 3 격자 패턴광의 제 3 주기)의 비율,
은 제 1 프로젝터의 제 2 주기의 위상차
은 제 2 프로젝터의 제 3 주기의 위상차
- 제 6항에 있어서,
상기 제 2 주기와 제 3 주기의 비율을 산출한 후에 이를 이용하여 2π 모호성을 보정하기 위한 계수 N을 산출하고 이를 이용하여 2π 모호성을 보정하는 것을 특징으로 하는 선택적 큰 주기를 이용한 고속 3차원 형상 측정 방법.
- 제 7항에 있어서,
상기 2π 모호성을 보정하기 위한 계수 N은 아래의 수학식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 선택적 큰 주기를 이용한 고속 3차원 형상 측정 방법.
- 제 8항에 있어서,
상기 2π 모호성은 아래의 수학식에 의해 보정하는 것을 특징으로 하는 선택적 큰 주기를 이용한 고속 3차원 형상 측정 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140057760A KR101465996B1 (ko) | 2014-05-14 | 2014-05-14 | 선택적 큰 주기를 이용한 고속 3차원 형상 측정 방법 |
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| KR101465996B1 true KR101465996B1 (ko) | 2014-11-27 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR101766468B1 (ko) * | 2015-09-02 | 2017-08-09 | 주식회사 미르기술 | 트리플 주파수 패턴을 이용한 3차원 형상 측정 방법 |
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| KR20230126751A (ko) | 2022-02-23 | 2023-08-31 | 주식회사 미르기술 | 다파장 조명광을 이용한 미니 엘이디 3차원 측정 시스템 |
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2014
- 2014-05-14 KR KR1020140057760A patent/KR101465996B1/ko active IP Right Grant
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