KR101555027B1 - 3차원 형상 측정 장치 및 방법 - Google Patents

3차원 형상 측정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 3차원 형상 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 스테이지 유닛, 광 및 격자 이미지를 발생하여 투사하는 광영사 유닛, 상기 광영사 유닛에 의해 형성된 광 및 격자 이미지를 수광하고 반사하는 스크린 유닛, 상기 스크린 유닛에서 피측정물 표면을 통해 반사된 이미지를 캡쳐하기 위한 카메라 유닛 및 상기 캡쳐된 이미지를 3차원 형상으로 산출하는 이미지 처리유닛으로 구비되는 것을 특징으로 하는 3차원 형상 측정 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 피측정물의 변위에 따른 위상 변화를 조정하며 피측정물을 3차원적으로 측정하는데 정확성을 나타낼 수 있으며, 핸드폰에 이미 장착된 카메라와 내부 소프트웨어 및 응용 소프트웨어 등을 이용하여 간편하게 3차원 형상을 이미지화할 수 있어서 비용, 시간 및 공간적인 측면에서 효율적으로 관리가 가능한 효과가 있다.

Description

3차원 형상 측정 장치 및 방법{APPAPATUS FOR THREE-DIMENSIONAL SHAPE MEASURMENT AND METHOD THE SAME}
본 발명은, 3차원 형상 측정 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 핸드폰의 카메라부 및 소프트웨어를 이용하여 다양한 형상을 측정할 수 있는 3차원 형상 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
3차원 형상 측정 기술은 장비의 정밀도, 해상도 및 신뢰도가 높아짐에 따라 산업현장에서 정밀 부품의 측정 기술에 사용되어지고 있다. 또한, 최근 3차원 형상 측정 기술이 공학 분야 이외에도 다양한 응용분야에서 중요성이 부각되고 있다.
물체의 표면의 형상을 측정하는 방법에는 접촉식과 비접촉식으로 나누어질 수 있다. 그러나 접촉식은 촉침(Probe)과 측정 제품의 표면 접촉을 통하여 직접 데이터를 얻는 방법으로 제품의 손상을 줄 수 있는 단점이 있어서, 비접촉식을 이용한 측정 방법이 증가되는 추세이다.
비접촉식 방법으로는 레이저 라인 스캔 방식, 위상 쉬프팅 방법, 퓨리에 변환법, 프린지 반사법등 다양한 방법이 있다.
종래 컴퓨터의 발달로 인하여 패턴을 투영하는 방법이 사용되어 왔으나, 피측정물의 종류에 따라서 정확성과 반복성의 문제점이 있었고, 기술개발에 따라 새로운 소프트웨어를 구입하여야 한다는 비용문제와 카메라의 장비의 규모로 인한 공간적 제약의 문제가 있었다.
한국등록특허번호 제 10-1196219호
본 발명의 목적은, 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 검사의 정확성 및 반복성을 향상시킬 수 있는 3차원 형상 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 정밀한 3차원 형상을 측정할 수 있는 핸드폰을 이용하여 간편하게 피측정 물체의 형상 모델을 생성하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 3차원 형상 측정 장치는 스테이지 유닛, 광 및 격자 이미지를 발생하여 투사하는 광영사 유닛, 상기 광영사 유닛에 의해 형성된 광 및 격자 이미지를 수광하고 반사하는 스크린 유닛, 상기 스크린 유닛에서 피측정물 표면을 통해 반사된 이미지를 캡쳐하기 위한 카메라 유닛 및 상기 캡쳐된 이미지를 3차원 형상으로 산출하는 이미지 처리유닛을 구비한다.
또한 상기 카메라 유닛은 핸드폰 내에 구비된 카메라를 이용하여 상기 피측정물 표면을 통해 반사된 이미지를 캡쳐할 수 있다.
또한 상기 이미지 처리유닛은 핸드폰 내부 및 외부 소프트웨어를 이용하며, 핸드폰 내에 구비된 카메라로부터 받은 캡쳐 이미지를 3차원 형상으로 처리할 수 있다.
그리고 상기 스테이지 유닛은 상기 피측정물을 안착시킬 수 있고, 상기 피측정물이 이동이 가능하도록 구동부를 더 포함할 수 있다.
더욱이 상기 광영사 유닛에 의해 조사되는 격자 이미지는 컴퓨터 프로그래밍을 이용한 정현파 패턴을 가질 수 있으며, 상기 광영사 유닛은 상기 스크린 유닛에 조사되는 광의 강도를 조절하고 격자 이미지의 거리 조정이 가능한 제어부를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 이미지 처리유닛은 데이터 프로세싱에 의한 퓨리에 변환을 통한 위상추출 및 표면을 재구성하여 상기 피측정물의 표면 형상 데이터를 획득할 수 있으며, 구체적으로 상기 이미지 처리유닛은 퓨리에 변환으로 위상 정보를 가진 1차 무늬를 획득하는 제 1처리부, 마스크 필터와 역 퓨리에 변환에 의한 위상맵을 획득하는 제 2처리부 및 위상 추출 및 위상 펼침에 의한 3차원 영상을 획득하는 제 3처리부를 더 포함할 수 있다.
그리고 상기 카메라 유닛은 상기 피측정물과 거리 또는 반사되는 각이 조정 가능한 이동수단을 구비하고, 광범위한 면적을 측정하기 위한 광각 렌즈를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 3차원 형상 측정 방법은 스테이지 유닛에 피측정물이 안착되는 단계, 광영사 유닛에서 광 및 격자 이미지를 투사하는 단계, 상기 광영사 유닛에서 투사된 광 및 격자 이미지를 스크린 유닛에서 수광하는 단계, 상기 스크린 유닛에서 피측정물 표면을 통해 반사된 이미지를 카메라 유닛에서 캡쳐하는 단계 및 상기 캡쳐된 이미지를 이미지 처리유닛에서 3차원 형상으로 산출하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명에 따른 3차원 형상 측정 장치는 피측정물의 변위에 따른 위상 변화를 조정하며 피측정물을 3차원적으로 측정하는데 정확성을 나타내는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 핸드폰에 이미 장착된 카메라와 내부 소프트웨어 및 응용 소프트웨어 등을 이용하여 간편하게 3차원 형상을 이미지화할 수 있어서 비용, 시간 및 공간적인 측면에서 효율적으로 관리가 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 형상 측정 장치의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대폰을 이용한 3차원 형상 측정 장치의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 정현파 패턴의 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 왜곡수차를 측정하기 위한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 형상 측정 장치의 변위와 위상에 따른 개념도 및 실험에 따른 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 형상 측정 방법의 순서도이다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 형상 측정 장치 및 방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그러나 본 실시예의 이하에서 개시되는 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이를 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 형상 측정 장치에 관한 개념도이다.
첨부한 도 1 및 도2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 형상 측정 장치(10)는 스테이지 유닛(100), 광 및 격자 이미지를 발생하여 투사하는 광영사 유닛(200), 상기 광영사 유닛(200)에 의해 형성된 광 및 격자 이미지를 수광하고 반사하는 스크린 유닛(300), 상기 스크린 유닛(300)에서 피측정물(S) 표면을 통해 반사된 이미지를 캡쳐하기 위한 카메라 유닛(400) 및 상기 캡쳐된 이미지를 3차원 형상으로 산출하는 이미지 처리유닛(500)로 구성될 수 있다.
스테이지 유닛(100)은 상기 피측정물(S)을 안착시킬 수 있는 공간을 마련한다. 피측정물(S)은 실시예에 의하면 유리 기판 및 작은 물체를 사용하였으나, 이외에도 3차원으로 측정하기 위한 다양한 형상의 물체에 대하여 적용이 가능하다.
스테이지 유닛(100)은 피측정물(S)이 이동이 가능하도록 구동부를 더 포함하여 구성될 수 있다.
구동부는 변위를 측정할 수 있는 이동장치에 해당하며, X, Y축으로 평면상에 이동이 가능할 수 있도록 하여, 스테이지 유닛(100)에 놓인 피측정물(S)이 3차원적으로 정확하게 측정될 수 있도록 도움을 준다.
또한, 스테이지 유닛(100)은 최소 90에서 360도 회전이 가능하도록 구성되어 카메라 유닛(400) 등의 기타 유닛의 이동을 최소화하면서 피측정물(S)의 모든 면을 검측할 수 있도록 구비될 수 있다.
따라서 실시간으로 피측정물(S)에 따라 X, Y축의 변위를 이동하거나 360도 회전하면서 카메라 유닛(400)의 시야에 들어올 수 있도록 조절할 수 있으며, 구동부에 이미 각각의 피측정물(S)에 따라 정확한 이동거리 및 반사각 등을 세팅한 상태로 구동할 수 있게 조절할 수 있다.
구동부는 필요에 따라 수직축의 이동을 추가적으로 구성하여 카메라 유닛(400)과의 거리조절이 손쉽게 가능하도록 구성될 수 있다.
스테이지 유닛(100)의 크기는 다양하게 형성할 수 있으며, 핸드폰을 사용하는 3차원 형상 장치에서는 비교적 작은 물체의 표면형상 및 사이즈에 맞추는 것이 적절하기 때문에 스테이지 유닛(100)의 크기를 가로, 세로 300mm이하로 제작하는 것이 바람직하다.
광영사 유닛(200)은 스테이지 유닛(100)과 인접하게 배치되어, 광 및 격자 이미지를 스크린 유닛(300)로 투사하는 역할을 한다.
광영사 유닛(200)은 스크린 유닛(300)에 우선 광 및 이미지를 투사하고 이후 카메라 유닛(400)으로 분석하는 과정의 하나로 격자 무늬 반사 방법을 사용한다. 이는 기존의 격자 투영 방식으로 측정이 어려운 3차원 형상의 몸체나 투명한 유리처럼 반사율이 큰 물체들을 위한 방법이다.
이 방법에 따르면, 격자를 직접 물체에 투영하지 않고, 편평한 스크린에 격자를 투영하고 물체에서 규칙 반사되는 정보를 획득하여 데이터를 처리할 수 있게 할 수 있다.
따라서 본 발명의 광영사 유닛(200)에 의해 조사되는 격자 이미지는 정현파를 가지는 격자 패턴을 사용할 수 있다.
정현파 패턴을 만드는 방법으로는, 간섭계를 이용하는 방법도 있으나, 컴퓨터를 이용하여 패턴의 재생되는 주기와 세기를 변조할 수 있는 정현파 패턴을 만드는 방법이 간편하고 정확성 측면에서 유리할 수 있다.
따라서 정현파 무늬 패턴을 투사하는 면과 피측정물(S)이 위치하는 스테이지 유닛(100)의 면 및 카메라 유닛(400)으로 수광되는 면이 정반사되도록 세팅할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 정현파 패턴의 그래프이다.
피측정물(S)에 투영된 도 3에 제시된 정현파 패턴은 투영면에 광 강도에 대한 정보를 가지는 방식으로 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112013082796976-pat00001
a(x, y): 정현파 패턴 무늬의 평균 강도
b(x, y): 명암 대비 △: 위상 이동량
φ(x, y): 측정하고자 하는 초기 위상값
광영사 유닛(200)은 스크린 유닛(300)에 조사되는 광의 강도를 조절하고 격자 이미지의 거리 조정이 가능한 제어부를 더 포함하여 구성될 수 있다.
광영사 유닛(200)에서 조사되는 광원은 레이저를 이용할 수 있으며, 핸드폰 내에 구비된 조명부(201)에서 LED광원을 이용하고 정현파 패턴을 별도로 장착하여 광 및 격자 이미지를 투사할 수 있다. 또한 핸드폰 중 스마트 폰(20)을 이용하여 좀 더 손쉽고 빠르게 광영사 유닛(200)으로 활용될 수 있다.
스마트 폰(20)을 이용하여 스마트 폰(20) 내에 장착된 조명부(201)를 이용하는 경우에는 따로 광원 관련 장비를 설비하지 않으므로 휴대에 간편하고 즉각적인 정보를 실시간으로 얻을 수 있는 장점이 발생할 수 있다.
최근 스마트 폰(20)의 발달로 더욱 빠른 정보처리와 기존의 프로젝터와 같은 효과를 가질 수 있다.
카메라 유닛(400)은 스테이지 유닛(100)에 놓인 피측정물(S)을 정확히 촬영할 수 있게 스테이지 유닛(100) 상측에 배치될 수 있다.
카메라 유닛(400)은 스크린 유닛(300)에서 피측정물(S) 표면을 통해 반사된 이미지를 캡쳐하는 역할을 한다.
격자 무늬 반사 방법에 의해 스크린 유닛(300)에 나타난 정현파 패턴을 피측정물(S)에서 투영하게 되고, 이러한 투영된 패턴에 다시 반사된 이미지를 카메라 유닛(400)에서 캡쳐할 수 있다.
카메라 유닛(400)은 피측정물(S)과의 거리 또는 반사되는 각이 조정 가능할 수 있는 이동수단을 구비할 수 있으며, 또한 광범위한 면적을 측정하기 위한 광각 렌즈(401)를 더 포함하여 구성할 수 있다.
카메라 유닛(400)은 CCD카메라가 사용될 수 있으며, 피측정물(S) 표면에서 반사되는 격자무늬 일그러짐을 이용하여 위상을 추출하고 표면을 재구성하므로 왜곡수차를 보정할 수 있다.
도 4에서는 본 발명의 실시예에 따른 시야각(0도, 50도, 76도)에 따른 왜곡 수차를 보정하기 위한 개념도를 나타낸다.
넓은 면적을 측정하기 위해서는 큰 시야각을 가진 광각의 렌즈를 사용하여야 하지만, 왜곡수차가 그만큼 크게 발생하기 때문에, 시야각과 물체와 카메라의 거리 조정이 요구될 수 있다.
구체적으로, 렌즈계에서 요구되는 시야각이 커지면 수차의 영향이 커지고, 피측정물(S)과 카메라 유닛(400)의 거리가 멀어지면 피측정물(S)에 투사되는 유효 정현파 패턴의 주기 간격이 작게 결상된다. 또한, 정현파 주기 수가 커질수록, 이를 받아들이는 카메라의 분해능이 저하되므로, 각 카메라 유닛(400) 및 스테이지 유닛(100) 사이에는 CCD픽셀 사이즈와 FOV, 광학계의 f/수에서 적절한 간격의 조절이 이루어져야 한다.
적절한 조절이 이루어지는 방법으로 피측정물(S)의 종류에 맞춰서 왜곡수차를 조절하여야 하며, 기존의 고정적으로 사용되는 피측정물(S)의 경우 이미 세팅된 값을 이용하여 간편하게 왜곡수차를 조절하는 방법을 사용할 수 있다.
카메라 유닛(400)의 렌즈는 광범위한 면적을 촬영하기 위해 광각렌즈(401)를 사용할 수 있고, 정확한 정현파 패턴을 인식하고 처리하기 위해선 물체면 높이 단차 최소 분해능값을 갖도록 할 수 있다.
하기에서는 물체면 높이 단차 최소 분해능 값을 나타내기 위한 실시예를 나타낸다.
측정시스템에서 위상 분해능은 반복측정으로부터 실험적으로 구한 위상의 반복적 노이즈를 불확정값 약 0.1pixel(광학계 배율이 100:1인 경우)로 측정되었다.
Figure 112013082796976-pat00002
k: 카메라 광학계, f/수
Figure 112013082796976-pat00003
: 카메라 CCD픽셀 사이즈
N.A : 카메라 광학계 수치구경
△φ: 디스플레이 및 측정계의 최소 위상 분해능
상기의 수학식 2를 사용하여 실시예에서 적절한 분해능을 가질 수 있는 값을 계산하였다.
Figure 112013082796976-pat00004
실시예에서 높이 단차 최소 분해능 값은 0.053㎛이며(오차 범위ㅁ0.003㎛), 이를 사용하여 보다 좋은 분해능을 가지면서 3차원 형상을 측정할 수 있다.
카메라 유닛(400)은 핸드폰 내에 장착된 카메라를 이용하여 측정할 수 있다. 구체적으로 스마트 폰(20) 내의 카메라를 실시예에 따라 스테이지 유닛(100) 위에 설치하고 상기 피측정물(S)을 통해 반사된 이미지를 캡쳐할 수 있다. 스마트 폰(20) 내에 설치된 카메라 부의 설정값의 조절을 통해 피측정물(S)에서 반사된 이미지를 정확하게 캡쳐할 수 있다.
또한, 실시예에 따르면 3차원 측정 광학 시스템의 배치 및 피측정물(S)의 변위에 따른 위상변화에 대한 계산식에 따라 적절한 기준면 변위값을 설정하여 왜곡을 줄이고 피측정물(S)의 정확한 위상을 설정할 수 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 측정계의 변위과 위상 관련한 실험적 측정값을 나타낸다.
Figure 112013082796976-pat00005
p= 디스플레이 정현파 무늬의 주기
φ= 디스플레이 면과 기준면의 사이각
θ= 기준면과 카메라 광축의 사이각
Figure 112013082796976-pat00006
= 최대 물체광선들과 광축의 사이각
상기 수학식 3은 3차원 측정계의 광학시스템 배치 및 물체면 변위에 따른 위상변화에 대한 계산식이다.
본 발명의 실시예에 따라 구성된 측정 시스템 변위값을 나타내면 다음과 같다.
p= 5.6mm~28mm φ= 30°~80°
θ=45°~80°
Figure 112013082796976-pat00007
=9°~38°
또한, 도 6에 제시된 그래프는, φ=30˚(PII), θ=60˚ (Tz),
Figure 112013082796976-pat00008
=13˚(Ta)의 값을 이용하여 피측정물(S)의 반사면 변위에 따른 위상값을 나타낸 것이다.
이미지 처리유닛(500)은 카메라 유닛(400)에서 캡쳐된 이미지를 분석하여 3차원 형상으로 산출할 수 있다.
이미지 처리유닛(500)은 데이터 처리용 컴퓨터를 이용할 수 있으며, 퓨리에 변환으로 위상을 추출하고 표면을 재구성하여 피측정물(S)의 표면 형상 데이터를 획득할 수 있다. 여기서 퓨리에 변환을 이용하여 하나의 변형 격자 영상만으로 형상정보의 구현이 가능하게 할 수 있고, 실시간 데이터 처리가 가능할 수 있다.
또한, 움직이는 피측정물(S)에 대해 측정이 가능하여 유리하며, 위상 쉬프팅 격자를 이송함으로써 발생한 오차를 고려하지 않아도 되는 장점을 가지고 있다.
구체적으로 이미지 처리유닛(500)은 제 1처리부(501), 제 2처리부(503) 및 제 3처리부(505)로 구성될 수 있다.
제 1처리부(501)는 퓨리에 변환으로 위상 정보를 가진 1차 무늬를 얻을 수 있다. 카메라 유닛(400)에 의하여 캡쳐된 영상을 전송 받은 후에 이미지 처리유닛(500)에서 가장 먼저 수행하는 과정에 해당하며 시간축의 신호를 주파수 축으로 변환해주는 처리시스템일 수 있다.
제 2처리부(503)는 마스크 필터 및 역퓨리에 변환을 통하여 위상맵을 얻을 수 있다. 제 2처리부(503)는 제 1처리부(501)에서 획득한 위상 정보를 가진 1차 무늬를 마스크 필터를 통하여 필터링을 거친 후에 시간축으로 전환하는 처리를 수행할 수 있다.
제 3처리부(505)는 제 2처리부(503)에서 획득한 위상맵을 이용하여 위상을 추출하고 위상 펼침을 이용하여 3차원 영상을 얻는 과정을 수행할 수 있다.
위상 펼침 방법을 이용하는 이유는 상기 격자 투영 방식에 의하여 얻어지는 형상 정보가 아크탄젠트 함수로 표현되어, 2п 이상의 표면높이를 가지는 물체에 대하여 얻어지는 형상정보가 비연속적으로 나타날 수 있기 때문에 이를 보완하기 위해 고안된 방법이다. 따라서 위상 펼침 방법을 이용하면 일련의 알고리즘을 이용하여 구겨진 위상맵을 펼쳐 원래의 형상정보를 재구성할 수 있다.
이미지 처리유닛(500)은 핸드폰 내의 소프트웨어를 이용하여 형상정보를 구현할 수 있도록 구비될 수 있다. 구체적으로 스마트 폰(20) 내의 소프트웨어에 제 1처리부(501), 제 2처리부(503) 및 제 3처리부(505)를 구비하여 스마트 폰(20) 카메라 유닛(400)을 이용하여 받은 이미지를 손쉽고 빠르게 구현할 수 있다.
또한, 상기 처리부의 기능을 외부의 응용 소프트웨어(어플리케이션)를 다운로드하여 설치할 수 있고, 기존의 핸드폰 내의 소프트웨어의 추가적인 최신 정보 및 기능을 다운로드 할 수 있다.
상기처럼 스마트 폰(20) 내의 조명부(401), 카메라 기능 및 이미지 처리 기능을 한 장비에서 동시에 처리할 경우에 기존의 방식보다 빠르고 간편한 절차를 통해 3차원 형상의 이미지를 획득할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 형상 측정 방법에 관한 순서도이다.
스테이지 유닛(100)에 피측정물(S)이 안착되는 단계가 진행된다.(S10)
스테이지 유닛(100)은 피측정물(S)이 정확하게 측정되기 위하여 회전 및 직선 운동이 가능할 수 있는 구동부를 포함하여 구성되며, 되도록 전면이 촬영될 수 있도록 한다.
그리고 광영사 유닛(200)에서 광 및 격자 이미지를 투사하는 단계가 진행된다.(S20)
광영사 유닛(200)은 핸드폰에 이미 구비된 조명부를 이용하여 광 및 격자를 투사할 수 있으며, 제어부를 통하여 스크린 유닛(300)에 조사되는 광의 강도를 조절하고 격자 이미지의 거리 조정이 가능하도록 할 수 있다.
그리고 상기 광영사 유닛(200)에서 투사된 광 및 격자 이미지를 스크린 유닛(300)에서 수광하는 단계가 진행된다.(S30)
광영사 유닛(200)에 조사되는 격자 이미지는 컴퓨터 프로그램밍을 이용하여 정현파 패턴을 이용할 수 있으며, 패턴별 이미지를 세팅한 상태에서 측정시에 맞추어 내보낼 수 있다.
그리고 스크린 유닛(300)에서 피측정물(S) 표면을 통해 반사된 이미지를 카메라 유닛(400)에서 캡쳐하는 단계를 수행할 수 있다.(S40)
마지막으로 캡쳐된 이미지를 이미지 처리유닛(500)을 이용하여 3차원 형상으로 산출하는 단계가 진행될 수 있다.(S50)
이미지 처리유닛(500)에서 행하는 단계는 제 1 내지 3의 처리부(501,503,505)에 따라 달리 구성될 수 있고, 제 1처리부(501)에서는 퓨리에 변환을 이용하여 위상 정보를 가진 무늬를 획득하는 과정을 수행한다.
이후, 제 2처리부(503)에서 마스크 필터에서 필터링을 거치며, 필터링을 거친 무늬를 다시 역 퓨리에 변환에 의해 위상맵을 획득하고, 획득된 위상맵을 이용하여 위상을 추출하고 위상 펼침 방법을 이용하여 최종적으로 3차원 영상을 얻을 수 있다.
상기 카메라 유닛(400) 및 이미지 처리유닛(500)은 핸드폰에 내부 장착된 카메라 유닛(400)을 이용하여 이미지를 캡쳐할 수 있으며, 내 외부에 구비된 소프트웨어를 이용한 이미지 처리유닛(500)로 위상을 추출하여 3차원 형상을 획득할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징들이 변경되지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것으로 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 3차원 형상 측정 장치
S: 피측정물 20: 스마트 폰
100: 스테이지 유닛 200: 광영사 유닛
300: 스크린 유닛 400: 카메라 유닛
500: 이미지 처리유닛 501: 제 1처리부
503: 제 2처리부 505: 제 3처리부

Claims (17)

  1. 스테이지 유닛;
    광 및 격자 이미지를 발생하여 투사하는 광영사 유닛;
    상기 광영사 유닛에 의해 형성된 광 및 격자 이미지를 수광하고 반사하는 스크린 유닛;
    상기 스크린 유닛에서 피측정물 표면을 통해 반사된 이미지를 캡쳐하기 위한 카메라 유닛; 및
    상기 캡쳐된 이미지를 3차원 형상으로 산출하는 이미지 처리유닛을 포함하며,
    상기 카메라 유닛은 상기 피측정물과 거리 또는 반사되는 각이 조정 가능한 이동수단을 구비하고, 광범위한 면적을 측정하기 위한 광각 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 형상 측정 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 카메라 유닛은 핸드폰 내에 구비된 카메라를 이용하여 상기 피측정물 표면을 통해 반사된 이미지를 캡쳐하는 것을 특징으로 하는 3차원 형상 측정 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 이미지 처리유닛은 핸드폰 내부 또는 외부 소프트웨어를 이용하며, 핸드폰 내에 구비된 카메라로부터 받은 캡쳐 이미지를 3차원 형상으로 처리하는 것을 특징으로 하는 3차원 형상 측정 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 스테이지 유닛은 상기 피측정물을 안착시킬 수 있고, 상기 피측정물이 이동이 가능하도록 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 형상 측정 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 광영사 유닛에 의해 조사되는 격자 이미지는 컴퓨터 프로그래밍을 이용한 정현파 패턴을 가지는 것을 특징으로 하는 3차원 형상 측정 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 광영사 유닛은 상기 스크린 유닛에 조사되는 광의 강도를 조절하고 격자 이미지의 거리 조정이 가능한 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 형상 측정 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 이미지 처리유닛은 데이터 프로세싱에 의한 퓨리에 변환을 통한 위상추출 및 표면을 재구성하여 상기 피측정물의 표면 형상 데이터를 획득하는 것을 특징으로 하는 3차원 형상 측정 장치.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 이미지 처리유닛은
    퓨리에 변환으로 위상 정보를 가진 1차 무늬를 획득하는 제 1처리부;
    마스크 필터와 역 퓨리에 변환에 의한 위상맵을 획득하는 제 2처리부; 및
    위상 추출 및 위상 펼침에 의한 3차원 영상을 획득하는 제 3처리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 형상 측정 장치.
  9. 삭제
  10. 스테이지 유닛에 피측정물이 안착되는 단계;
    광영사 유닛에서 광 및 격자 이미지를 투사하는 단계;
    상기 광영사 유닛에서 투사된 광 및 격자 이미지를 스크린 유닛에서 수광하는 단계;
    상기 스크린 유닛에서 피측정물 표면을 통해 반사된 이미지를 카메라 유닛에서 캡쳐하는 단계; 및
    상기 캡쳐된 이미지를 이미지 처리유닛에서 3차원 형상으로 산출하는 단계;를 포함하며,
    상기 카메라 유닛은 이동수단을 구비하여, 상기 피측정물과 거리 또는 반사되는 각이 조정 가능하도록 하고, 광각 렌즈를 통해 광범위한 면적을 측정하는 것을 특징으로 하는 3차원 형상 측정 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 반사 이미지를 카메라 유닛에서 캡쳐하는 단계에서,
    상기 카메라 유닛은 핸드폰 내에 구비된 카메라를 이용하여 상기 피측정물 표면을 통해 반사된 이미지를 캡쳐하는 것을 특징으로 하는 3차원 형상 측정 방법.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 이미지 처리유닛에서 3차원 형상을 산출하는 단계에서,
    상기 이미지 처리유닛은 핸드폰 내부 또는 외부 소프트웨어를 이용하며, 핸드폰 내에 구비된 카메라로부터 받은 캡쳐 이미지를 3차원 형상으로 처리하는 것을 특징으로 하는 3차원 형상 측정 방법.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 이미지 처리유닛에서 3차원 형상을 산출하는 단계에서,
    제 1처리부에서 퓨리에 변환으로 위상 정보를 가진 1차 무늬를 획득하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 형상 측정 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 이미지 처리유닛에서 3차원 형상을 산출하는 단계에서,
    제 2처리부에서 마스크 필터와 역 퓨리에 변환에 의한 위상맵을 획득하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 형상 측정 방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 이미지 처리유닛에서 3차원 형상을 산출하는 단계에서,
    제 3처리부는 위상 추출 및 위상 펼침에 의한 3차원 영상을 획득하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 형상 측정 방법.
  16. 제 10항에 있어서,
    스테이지 유닛에 피측정물이 안착되는 단계에서,
    구동부에서 상기 피측정물에 정확한 반사가 이루어지도록 이동하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 형상 측정 방법.
  17. 제 10항에 있어서,
    상기 광영사 유닛에서 광 및 격자 이미지를 투사하는 단계에서,
    상기 광영사 유닛에 의해 조사되는 격자 이미지는 컴퓨터 프로그래밍을 이용한 정현파 패턴을 가지는 것을 특징으로 하는 3차원 형상 측정 방법.
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