KR101600769B1 - 대상의 형상에 대한 멀티프레임 표면 측정을 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

대상의 형상에 대한 멀티프레임 표면 측정을 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

물질적 대상의 형상에 대한 멀티프레임 표면 측정을 위한 시스템 및 방법이 제공된다. 시스템 및 방법은 측정 대상의 표면의 부분에 대하여 복수의 이미지를 획득하는 단계와, 획득된 이미지를 공통 기준계에서 다같이 통합하는 단계를 포함한다. 복잡한 형상을 갖는 대상의 형상 및/또는 질감은, 서로 다른 투시도법으로부터 다수의 이미지를 획득하고, 뒤이어 공통 좌표계에서 이미지들을 통합하여 통합된 이미지를 다같이 정렬함으로써 3D 스캐너를 통해 측정될 수 있다. 정렬은 대상의 표면의 부분과, 해당업계에 잘 알려진 특성(가령, 형상 및/또는 질감)을 갖는 기준 대상 모두의 이미지를 획득함으로써 이루어진다. 이로 인해서, 대상 스캐너의 위치와 배향이 기준 대상의 좌표계에서 결정될 수 있다.

Description

대상의 형상에 대한 멀티프레임 표면 측정을 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR MULTIFRAME SURFACE MEASUREMENT OF THE SHAPE OF OBJECTS}
본 발명은 물질적 대상(material object)의 3차원(3D) 표면 측정에 관한 것이다.
가령, 구조광(structured-light) 또는 입체적 삼각측량법을 이용하는 것과 같이, 물질적 대상의 3D 표면 형상에 대하여 비접촉 측정을 수행하기 위한 해당업계에 잘 알려진 장치와 방법이 있다. 물질적 대상(material object)의 표면 형상을 측정하는 구조광 삼각측량법은, 구조광(일반적으로 진폭-변조, 시간-변조, 및/또는 파장-변조된 구조광)을 대상의 표면에 투영하는 방법을 이용한다. 대상의 표면에 투영된 구조광의 이미지(이하에서는, "이미지"라 함)가, 구조광이 투영된 방향과는 다른 방향에서 카메라에 의해 획득된다. 그 후 이러한 이미지가 분석되어 대상 표면의 형상을 계산한다.
3D 스캐너가 대상 전체의 표면 형상을 측정하기 위해 이러한 삼각측량법을 이용한다. 그러나, 3D 스캐너는 통상적으로 대상의 표면의 일부만을 동시에 측정할 수 있고, 통상적으로 다양한 각도로부터 일련의 스캔작업을 필요로 하며, 그 후 스캔된 3D 이미지들을 다함께 통합하여 전체 표면의 형상을 측정한다. 일련의 스캔 이미지를 다함께 통합할 때 눈에 띄는 실수를 피하기 위해, 각각의 스캔의 정확성 못지 않게 각각의 스캔이 이루어진 지점 및 방향을 정확히 알 필요가 있다.
이러한 정도의 정확성을 이루기 위해 다수의 해결방안이 시도되어 왔으며, 해결 방안으로는 1) 3D 스캐너를 제 위치에 고정시키고, 대상을 위치시킬 정교한 회전 테이블 이용하기, 2) 대상 주위로 스캐너를 이동시키기 위한 정교한 장치 이용하기, 3) 대상 부근의 주위에 위치되는 센서(가령, 무선, 광학, 또는 자기 센서) 배열을 이용함으로써 스캐너의 위치와 배향을 식별하여, 3D 스캐너 내부에 설치되는 이미터의 위치 결정하기, 4) 대상 주위에 분배된 강구조(rigid structure) 위에 설치된 여러 개의 3D 스캐너 이용하기 등이 있다.
그러나, 앞서 시도되어 왔던 이러한 해결 방안들 각각은, 고비용, 큰 부피, 비이동성(non-portability), 긴 스캔 시간, 움직이는 대상에 대한 스캔의 어려움, 특정 이용에 있어서의 제한(가령, 박물관 전시물과 같이 이동할 수 없거나 만질 수 없는 민감한 대상을 스캔할 수 없다) 등과 같이 다수의 결점이 있었다.
일 이상의 실시예에 따라, 물질적 대상의 형상에 대한 멀티프레임 표면 측정을 위한 시스템 및 방법이 제공된다. 이러한 시스템 및 방법은, 측정 대상의 표면의 부분들에 대하여 복수의 이미지를 획득하는 단계, 획득된 이미지를 공통 기준계(reference system)에서 다함께 통합하는 단계를 포함한다. 일형태에서, 복잡한 형상을 갖는 대상의 형상 및/또는 질감이, 3D 스캐너를 이용하여 여러 다른 위치 및 투시도법으로부터 다수의 이미지를 획득하고, 뒤이어 공통 좌표계에서 이미지들을 통합하여 다함께 정렬함으로써 측정될 수 있다. 정렬은, 대상의 표면의 부분, 및 해당업계에 잘 알려진 특성(가령, 형상 및/또는 질감)을 갖는 기준 표면 모두의 이미지를 획득함으로써 이루어진다. 이로 인해서, 대상 스캐너의 위치와 배향이 기준 대상의 좌표계에서 결정될 수 있다. 대상의 이미지를 획득하는 장치의 위치가 기준 대상의 이미지를 획득하는 장치에 대해 추가로 제어되어, 대상에 대하여 획득된 이미지들 간의 정밀성에 있어서 일관성을 확보할 수 있다.
전술된 본 발명의 특징 및 목적이 첨부된 도면과 결부된 설명에 의해 더 명확해질 것이며, 동일한 도면 부호는 동일한 구성요소를 표시한다.
도 1은 본 발명의 일 이상의 실시예에 따라 물질적 대상의 형상에 대한 멀티프레임 표면 측정을 위한 시스템의 블록도 투시도이다.
도 2는 본 발명의 일 이상의 실시예에 따라 물질적 대상의 형상에 대한 멀티프레임 표면 측정을 위한 방법의 선택적 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 이상의 실시예에 따라 물질적 대상의 형상에 대한 멀티프레임 표면 측정을 위한 시스템의 블록도 투시도이다.
도 4a 내지 4b는 본 발명의 일 이상의 실시예에 따라 물질적 대상의 형상에 대한 멀티프레임 표면 측정을 위한 시스템의 블록도 투시도이다.
도 5는 본 발명의 일 이상의 실시예에 따라 물질적 대상의 형상에 대한 멀티프레임 표면 측정을 위한 시스템의 블록도 투시도이다.
도 6은 본 발명의 일 이상의 실시예에 따라 물질적 대상의 형상에 대한 멀티프레임 표면 측정을 위한 시스템의 블록도 표현이다.
도 7은 본 발명의 일 이상의 실시예에 따라 물질적 대상의 형상에 대한 멀티프레임 표면 측정을 위한 시스템의 블록도 표현이다.
일반적으로, 본 발명은 본 발명의 일 이상의 실시예에 따라 물질적 대상의 형상에 대한 멀티프레임 표면을 측정하기 위한 시스템 및 방법을 개시한다. 본 발명의 특정 실시예는 전술된 도면을 참조하여 논의된 것이며, 여기서 동일한 도면 부호는 동일한 구성요소를 의미한다.
도 1을 참조하면, 일 이상의 실시예를 따라, 물질적 대상(material object)의 형상에 대한 멀티프레임 표면 측정을 위한 시스템(100)의 블록도가 일반적으로 도시된다. 시스템(100)은 대상(104)의 표면을 스캔하기 위한 스캔 장치(102)를 포함한다. 스캔 장치(102)는, 대상의 이미지를 획득하기 위한 3D 스캐너, 대상(104)의 광도 특성(가령, 2D이미지 질감, 색채, 광도(brightness) 등)을 획득하기 위한 광도 스캐너(photometric scanner)/카메라, 또 다른 유형의 이미지 획득 장치, 또는 이들의 조합을 포함한다. 이하에서는, 간결함을 위해, 대상(104) 표면의 3D 측정(가령, 형상) 결정과 관련하여 수행되는 스캔을 "표면 스캔"이라 언급할 것이며, 대상(104)의 광도 특성, 질감 또는 그 밖의 다른 2D 측정과 관련하여 수행되는 스캔을 "질감 스캔"이라 언급할 것이다. 더 나아가, 본원에서 사용되는 이미지라는 용어는, 그 자체로서 사용될 때, 3D 이미지, 2D 이미지, 그 밖의 다른 유형의 이미지, 또는 전술된 유형의 이미지 중 임의의 것의 조합을 의미한다. 대상(104)은 기준 대상(106)과 인접하여 위치된다. 일 이상의 실시예에서, 스캔 장치(102)는, 대상(104)의 일부분과 기준 대상(106)의 일부분을 부분적으로 또는 전체적으로 포함하는 시야각(108)을 포함한다. 시야각(108)은 원추형인 것이 바람직하나, 그 밖의 다른 형태의 시야각도 포함될 수 있다.
도 2를 참조하면, 대상(104)의 형상에 대한 멀티프레임 표면 측정을 위한 시스템(100)에 의해 이용되는 프로세스가 선택적 흐름도로서 도시된다. 처음에, 단계(200)에서, 스캔 장치(102)가 대상(104)에 대해 요구되는 관계로 위치된다. 그 후 스캔 장치(102)는 단계(202)에서 대상(104)의 일부분 이상에 대한 이미지를 획득하며, 스캔 장치(102)는 또한 단계(204)에서 기준 대상(106)의 일부분 이상에 대한 이미지를 획득한다. 일 이상의 실시예에서, 스캔 장치(102)에 의해 획득된 대상(104)의 이미지는 최소한 대상(104)의 3D 이미지를 포함하며, 또한2D 이미지 또는 또 다른 유형의 이미지를 선택적으로 포함한다. 일 이상의 실시예에서, 스캔 장치(102)에 의해 획득된 기준 대상(106)의 이미지는 3D 이미지 또는 2D 이미지 중 하나 이상이다. 단계(202 및 204)는, 동일한 이미지 획득 단계의 부분으로서 또는 대안적으로 역순서로서, 독립적으로 또는 대안적으로 수행될 수 있다. 일 이상의 실시예에서, 기준 대상(106)은 부호화 패턴 및/또는 특정 형상(단, 이에 한정되지 않음)과 같은 특정 기준 특성을 포함한다. 일 실시예에서, 대상(104)은, 이미지가 획득되는 동안 기준 대상(106)과의 관계에서 정지 상태로 유지된다(가령, 기준 대상(106) 위에 대상(104)을 위치시킴으로써, 또는 그 역 또한 같음). 또 다른 실시예에서, 대상(104) 및 기준 대상(106)은 스캔하는 동안 서로와의 관계에서 움직일 수 있다.
그 후 단계(206)에서, 스캔이 완료되고 대상(104)의 필요한 이미지가 전체로서 획득되었는지 여부를 판단한다. 이미지 획득이 완료되지 않은 경우, 대상(104)의 또 다른 부분의 이미지를 획득하기 위해, 스캔 장치(102)의 시야각(108)은 단계(208)에서 대상(104)에 대해 조정된다. 예를 들어, 전체 스캔 장치(102)의 위치가 이동되거나, 카메라 시야각(108)이 조정될 수 있다. 그 후 프로세스는 단계(202/204)로 되돌아가 대상(104)의 일부분 이상과 기준 대상(106)의 일부분 이상에 대한 또 다른 이미지 획득을 수행한다. 대상(104)의 필요한 부분에 대한 충분한 이미지(가령, 프레임)가 획득될 때까지 전술한 단계가 연속하여 반복된다. 스캔 장치(102)의 부분 각각에서, 시야각(108)은, 기준 대상(106)의 좌표계에서 스캔 장치(102)의 위치와 배향을 결정하는데 충분하도록 기준 대상(106)의 일부분 이상을 포함해야 한다. 단계(210)에서, 획득된 다수의 이미지 또는 프레임이, 해당업계에 잘 알려진 임의의 좌표 변환 기법을 이용하여 기준 대상(106)의 공통 좌표계로 다함께 조합된다. 획득된 이미지 각각이 프레임으로서 고려되고, 상기 프레임이 다같이 통합되어 대상(104)의 멀티프레임 이미지를 형성함으로써 대상(104)의 표면 측정을 계산하는데 이용될 수 있다.
이러한 방식 및 일형태에서, 복잡한 형상을 갖는 대상(104)의 형상 및/또는 질감이, 스캔 장치(102)를 이용하여 서로 다른 시야와 방향으로부터 대상(104)에 대한 다수의 이미지를 획득하고, 공통 좌표계에서 획득된 이미지 또는 프레임을 뒤이어 통합하여 통합된 이미지를 다같이 정렬함으로써 측정될 수 있다. 정렬은, 대상(104)의 표면의 부분 및 잘 알려진 특성(가령, 형상 및 질감)을 갖는 기준 대상(106) 모두를 획득함으로써 이루어진다. 이로 인해서, 스캔 장치(102)의 위치와 배향이 기준 대상(106)의 좌표계에서 결정될 수 있다.
도 3을 참조하면, 일 이상의 실시예에서, 스캔 장치(102)는, 형상 측정(가령, 표면 스캔)을 획득하기 위한 일 이상의 시야각(112) 및 표면 질감(가령, 질감 스캔)을 획득하기 위한 일 이상의 시야각(114) 등 다수의 시야각을 갖는 다수의 스캐너 또는 카메라를 포함할 수 있다. 시야각(112 및 114) 각각은 이미지화 되어야 할 대상(104)의 일부분 이상을 둘러 싸며, 시야각(112 및 114) 중 하나 이상은 또한, 기준 대상(106)의 좌표계에서 기준 대상(106)의 위치와 배향을 결정하는데 충분하도록 기준 대상(106)의 일부분 이상을 포함해야 한다. 이미지를 획득하는 프로세스 동안, 스캔 장치(102)의 위치 또는 배향이 연속적으로 변경되어, 시야각(112 및 114)을 위해 필요한 모든 위치를 커버하여 대상(104)의 필요한 전체 표면을 획득할 수 있도록 한다. 이들 배향 중 각각의 배향에서, 시야각(112 및 114) 중 하나 이상은 기준 대상(106)의 일부분을 포함해야만 한다. 표면 스캔과 질감 스캔에 의해 획득된 이미지는 그 후 기준 대상(106)의 공통 좌표계에서 조합될 수 있다.
일 이상의 실시예에서, 시야각(112 및 114) 중 하나가 기준 이미지를 위해 사용되어, 시야각(112 및 114) 중 또 다른 시야각에 대하여 스캔 장치(102)의 위치와 배향이 기준 대상(106)의 좌표계에서 변환될 수 있다.
도 4a를 참조하면, 일 이상의 실시예에서, 물질적 대상에 대한 멀티프레임 표면 측정을 위한 시스템(100)은, 해당업계에 잘 알려진 특성(가령, 이미 잘 알려졌거나 또는 이전에 계산된 형상 및/또는 질감)을 갖는 대상(104)의 부분(120)을 이용하여, 별개의 기준 대상을 대신해 기준 특성을 제공할 수 있다. 획득되어야 할 대상(104)의 제 1 부분(120)은 이미 알려졌거나, 이전에 계산된, 또는 쉽게 계산되는 형상 및 질감 특징부를 포함하도록 선택된다. 스캔 장치(102)에 의해 대상(104)의 서로 다른 부분 상에서 뒤이어 획득된 이미지가, 이미 획득된 부분(120)의 좌표계로 만들어질 것이다. 이미지화될 대상(104)의 부분에 대한 시야각(108)이, 미리 획득된 부분(120)과의 관계에서 스캔 장치(102)의 위치와 배향을 결정하는데 충분하도록 상기 부분(120)의 일부를 포함한다. 현재 획득되고 있는 부분(122)에 있어서, 대상(104) 위에 앞서 획득된 부분(120)의 일부를 포함하는 겹침 영역이 존재할 것이다. 이러한 방식에서, 앞서 획득된 부분(120)은 기준 대상의 역할을 한다. 도 4a에 도시된 스캔 장치(102)는 단일의 시야각(108)을 갖도록 도시되어 있으나, 본원에 기재된 이번 실시예와 그 밖의 다른 모든 실시예에서 시야각(108)은 복수의 시야각(가령, 한 쌍의 표면 스캔 시야각(112)과 질감 스캔 시야각(114))도 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 4b를 참조하면, 일 이상의 실시예에서, 이미 알려진 부분(120)은, 가령, 스캔 장치(102)의 이전 시야각(108)의 이동을 나타내는 화살표(126)에 의해 도시되는 바과 같이, 연이은 이미지 획득을 계속 전개해 나갈 것이다. 이미지화되어야 할 대상(104)의 뒤이은 섹션 각각이, 앞서 획득된 부분(120)과의 관계에서 스캔 장치(102)의 위치와 배향을 결정하는데 충분하도록 상기 부분(120)의 일부를 포함하는 방식으로 시야각(108)이 이동한다. 따라서, 각각의 연이은 이미지 획득을 이용하여, 이미 알려진 부분(120)은, 획득되어야 할 대상(104)의 필요한 부분 전체를 둘러쌀 때까지 크기가 증가한다(축적됨).
도 5를 참조하면, 일 이상의 실시예에서, 물질적 대상의 형상에 대한 멀티프레임 표면 측정을 위한 시스템(100)은, 추가적인 시야각(132)을 갖는 추가적 스캔 장치(130)를 포함할 수 있으며, 이러한 추가적인 시야각(132)은 표면 스캔 시야각(112)과 질감 스캔 시야각(114) 모두를 포함할 수 있다. 스캔 장치(102)가 대상의 형상 및/또는 표면 질감을 측정하기 위해 대상(104)의 이미지를 획득하는 반면, 나머지 스캔 장치(130)는 대상(104)으로부터 서로 다른 방향의 시야각(132)을 포함하여 스캔 장치(130)의 공간적 위치를 결정하기 위해 기준 대상의 이미지를 획득한다. 해당업계에 잘 알려진, 대상 스캔 장치(102)와 기준 대상 스캔 장치(130) 사이의 관계를 통해, 대상 스캔 장치(102)의 위치와 배향이 기준 대상(106)의 좌표계에서 변환될 수 있다.
도 6을 참조하면, 일 이상의 실시예에서, 물질적 대상의 형상에 대한 멀티프레임 표면 측정을 위한 시스템(100)은 복수의 스캔 장치(140)(가령, 140a, 140b, 140c, 140d, 140e...)를 포함할 수 있으며, 이들 복수의 스캔 장치(140) 각각은 자신에 위치된 각자의 기준 대상(106)(가령, 106a, 106b, 106c, 106d, 106e...)을 갖는다. 도 5와 관련해 기술된 실시예와 유사하게, 각각의 스캔 장치(140)는, 획득되어야 할 대상(104)의 각각의 시야각(또는 한 쌍의 시야각(112 및 114)을 포함할 수 있고, 인접한 스캔 장치(140)에 위치된 인접한 기준 대상(106) 각각의 기준 대상 시야각(132) 또한 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 스캔되어야 할 대상(104)의 부분을 획득하는 각각의 스캔 장치(140)의 시야각(108)을 갖는 스캔 장치(140)가 대상(104) 주위에 연달아 위치되며, 제 2 시야각(132)이 그 다음 스캔 장치(140)에 위치된 기준 대상(106)의 일부분 이상을 연속하여 획득한다. 예를 들어, 스캔 장치(140a)가 대상(104)의 시야각(108a)(또는 한 쌍의 시야각(112a 및 114a)을 가질 것이고, 인접한 스캔 장치(140b)에 위치된 기준 대상(160b)의 시야각(132b) 또한 가질 것이다. 스캔 장치(140) 각각은 기준 대상(106)의 좌표계에서 자신의 위치를 결정할 수 있으며, 자신의 시야각(132)을 획득한다. 이러한 연속적 배치의 연속성으로 인해, 기준 대상(106)(가령, 106a, 106b, 106c, 106d, 106e...)에 대하여 획득된 이미지 모두가 공통 좌표계로 변환될 수 있다. 일 이상의 실시예에서, 도 5와 함께 기술된 배치와 유사하게, 각각의 스캔 장치(140)는 한 쌍의 스캔 장치(102 및 130)를 포함할 수 있으며, 각각의 대상 스캔 장치(102)와 상기 스캔 장치(102) 각각의 기준 대상 스캔 장치(130) 사이에 대한 해당업계에 잘 알려진 관계를 통해, 대상 스캔 장치(102)의 위치와 배향이 기준 대상(106)의 공통 좌표계로 변환될 수 있다.
도 7을 참조하면, 일 이상의 실시에에서, 물질적 대상의 형상에 대한 멀티프레임 표면 측정을 위한 시스템(100)은, 도 6의 연속적 시스템과 유사하나 서로의 관계에서 차례로 대상(104) 주위의 다양한 위치로 이동하는 오직 두 개의 스캔 장치(150a및 150b)만을 이용함으로써, 대상(104) 주위의 위치에서 연속적인 획득을 통해 연속적인 대상 획득과 기준 대상 획득을 수행할 수 있다. 각각의 스캔 장치(150a 및 150b)는, 도 6과 함께 기술된 실시예와 유사하게, 시야각(108)을 갖는 대상 스캔 장치(102)와, 기준 대상 시야각(132)을 갖는 기준 대상 스캔 장치(130)를 포함한다. 스캔 장치(150a 및 150b) 각각은 또한, 자신에 위치된 각자의 기준 대상(160a 및 160b)을 포함한다.
일 이상의 실시에에서, 스캔 장치(150a 및 150b)를 대상(104) 주위의 그 밖의 다른 위치로 이동시키기 위한 각각의 단계는, a) 이동된 스캔 장치가 획득되어야 할 대상(104)의 표면의 일부분 이상에 대한 각각의 시야각을 갖도록, 그리고, 이동되지 않은 스캔 장치(150)가 이동된 스캔 장치(150)에 위치된 기준 대상(106)의 표면의 일부분 이상에 대한 각각의 시야각(132)을 갖도록, 스캔 장치(150a 및 150b) 중 하나를 또 다른 위치로 이동시키는 단계와, b) 스캔 장치(150a 및 150b) 각각의 시야각(108a 및 108b)에서 획득되어야 할 대상(104)의 표면 각각의 부분에 대한 이미지를 획득하는 단계와, 이동되지 않은 스캔 장치(150)의 시야각(132)에서 기준 대상(106) 표면의 각각의 부분에 대한 이미지를 획득하는 단계와, c) 측정 대상(104)의 부분에 대하여 이전 구성으로부터 획득되고 통합된 이미지와 마찬가지로, 측정 대상(104)의 표면의 각각의 부분에 대하여 획득된 이미지를 기준 대상(106) 중 하나(일 이상의 실시예에서, 이동되지 않은 스캔 장치(150) 위에 설치된 기준 대상(106)일 수 있음)의 공통 기준 좌표계로 변환하는 단계, d) 기준 대상(106) 중 하나의 좌표계에서, 측정 대상(104)의 표면의 각각의 부분에 대한 이미지를, 측정 대상(104)의 부분에 대하여 이전 구성으로부터 획득되고 통합된 이미지와 통합하는 단계를 포함한다. 일 이상의 실시예에서, 스캔 장치(150a 및 150b) 중 하나를 또 다른 위치로 이동시키는 제 1 단계에서, 스캔 장치(150a 및 150b) 중 하나가 이동될 수 있다. 일 이상의 실시예에서, 제 1 위치 설정 단계를 제외한 각각의 단계에서, 이동되는 스캔 장치(150)는 이전의 위치 재설정 단계에서 이동되지 않은 스캔 장치(150)이어야 한다.
도 7의 시스템(100)의 전술한 동작의 예시가 지금 설명될 것이다. 스캔 장치(150a 및 150b) 각각이 대상(104)과의 관계에서 위치되어 스캔 장치(150a)의 시야각(132a)이 스캔 장치(150b) 상의 기준 대상(106b)을 관측할 수 있도록 한다. 스캔 장치(150a)가 시야각(108a)으로부터 대상(104)의 부분의 이미지를 획득하고, 스캔 장치(150b)가 시야각(108b)으로부터 대상(104)의 또 다른 부분의 이미지를 획득한다. 스캔 장치(150a)는 또한, 스캔 장치(150b) 상의 기준 대상(106b)의 이미지를 획득하고, 스캔 장치(150b)의 기준 대상(106b)의 좌표계에서 스캔 장치(150a)의 위치를 결정한다. 스캔 장치(150a 및 150b)에 의해 시야각(108a 및 108b)에서 획득된 대상(104)의 이미지가 그 후 기준 대상(160b)의 좌표계로 변환되며, 기준 대상(160b)의 좌표계에서 다같이 통합된다.
그 후 스캔 장치(150) 중 하나(가령, 스캔 장치(150a))가 대상(104)과의 관계에서 서로 다른 위치로 이동되어, 스캔 장치(150b)의 기준 대상 시야각(132b)이 스캔 장치(150a) 상에 위치된 기준 대상(106a)을 관측할 수 있도록 한다. 예를 들어, 스캔 장치(150a)는 화살표(152)가 가리키는 바와 같이 이동될 수 있다.
그 후 스캔 장치(150a)는, 새로운 위치(154)에서 시야각(108a)으로부터 대상(104)의 부분의 이미지를 획득하고, 획득된 이미지를 기준 대상(106a)의 좌표계로 변환한다. 스캔 장치(150b)는 또한, 스캔 장치(150a) 상에 위치된 기준 대상(106a)의 이미지를 획득하고, 기준 대상(106a) 좌표계에서 스캔 장치(150b)의 위치를 결정한다. 그 후, 스캔 장치(150a 및 150b)에 의해 이전에 획득되어 다함께 통합된 대상(104)의 부분이 기준 대상(106a)의 좌표계로 변환되며, 새로운 위치(154)에서 시야각(108a)으로부터 획득된 대상(104)의 부분의 이미지와 통합된다.
바로 이전에 이동되었던 것이 아닌 또 다른 스캔 장치(150)(가령, 스캔 장치(150b))가 그 후 대상(104)과의 관계에서 서로 다른 위치로 이동되어, 스캔 장치(150a)의 기준 대상 시야각(132a)이 스캔 장치(150b) 상에 위치된 기준 대상(106b)을 관측할 수 있도록 한다. 예를 들어, 스캔 장치(150b)는 화살표(156)가 가리키는 바와 같이 새로운 위치(158)로 이동될 수 있다. 그 후 스캔 장치(150b)는, 위치(158)에서 대상(104)의 새로운 이미지를 획득한다. 스캔 장치(150a)는 기준 대상(106b)의 이미지를 획득하고, 기준 대상(150b)의 좌표계에서 스캔 장치(150a)의 위치를 결정한다. 앞서 스캔되어 기준 대상(150a) 좌표계에서 통합된 대상(104)의 표면의 부분이 기준 대상(150b) 좌표계로 변환되고, 위치(158)에서 스캔 장치(150b)에 의해 획득된 대상 이미지와 통합된다. 대상(104)의 전체 표면이 프레임별(frame-by-frame) 형식으로 획득되고 공통 좌표계에서 멀티프레임 이미지로 통합될 때까지, 교대로 스캔 장치(150a 및 150b)의 위치를 재설정하는 절차가 반복된다.
일 이상의 실시예에서, 스캔 장치(102, 130, 140 및 150)는, 스캔 장치(102, 130, 140 및 150)의 동작을 제어하기 위해, 또한, 좌표 변환에 필요한 계산을 수행하고, 통합 및 그 밖의 다른 이미지 처리를 위해 컴퓨터 시스템(도시되지 않음)에 연결될 수 있다. 컴퓨터 시스템은, 본 발명을 따라 물질적 대상의 형상에 대한 멀티프레임 표면 측정을 위한 방법을 구현하기에 적합한 범용 컴퓨터 시스템을 포함할 수 있다. 컴퓨터 시스템은 단지 적합한 컴퓨터 환경의 한 예시일 뿐, 본 발명 이용의 범위 또는 기능성에 관하여 어떠한 제한을 가하려는 의도는 아니다. 다양한 실시예에서, 물질적 대상의 형상에 대한 멀티프레임 표면 측정을 위한 본 발명의 시스템 및 방법은, 수많은 그 밖의 다른 범용 또는 특별 용도 컴퓨터 시스템 환경/구성을 선택적으로 이용할 수 있다. 본 발명에의 이용에 적합한 해당업계에 잘 알려진 컴퓨터 시스템, 환경, 및/또는 구성의 예시로는, 개인용 컴퓨터, 서버 컴퓨터, 소형 또는 랩탑 컴퓨터, 멀티프로세서 시스템, 마이크로프로세서-기반 시스템, 프로그래밍 가능한 가전제품, 네트워크로 연결된 PC, 미니컴퓨터, 메인프레임 컴퓨터, 위에 기술된 임의의 시스템을 포함하는 분산 컴퓨팅 환경, 등을 포함하나 이에 한정되지는 않는다.
다양한 실시예에서, 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같이 컴퓨터-실행가능 명령어의 일반적인 맥락에서, 물질적 대상의 형상에 대한 멀티프레임 표면 측정을 위한 삼각측량 알고리즘 및 방법이 설명될 것이다. 일반적으로, 프로그램 모듈은, 특정 작업을 수행하거나 특정 추상 데이터형을 구현하는 루틴(routine), 프로그램, 항목(object), 구성요소, 데이터 구조, 등을 포함한다. 이들 알고리즘과 방법은 또한, 통신 네트워크를 통해 연결된 원격 처리 장치에 의해 작업이 수행되는 분산 컴퓨팅 환경에서 실행될 수도 있다. 분산 컴퓨팅 환경에서, 프로그램 모듈은, 메모리 저장 장치를 포함하는 지역 및 원격 컴퓨터 저장 매체 모두에 위치될 수 있다. 일 실시예에서, 컴퓨터 시스템은 일 이상의 컴퓨터 프로그램을 실행함으로써 물질적 대상의 형상에 대한 멀티프레임 표면 측정을 수행할 수 있다. 컴퓨터 프로그램은, 메모리 매체 또는 저장 매체(가령, 메모리 및/또는 ROM)에 저장될 수 있고, 또는, 네트워크 연결 또는 그 밖의 다른 I/O 연결을 통해 CPU로 제공될 수도 있다.
본 명세서에서 기술된 실시예에 따라 형성된 시스템 및 방법은, 크거나 복잡한 형상을 갖는 대상 또는 크기가 크면서 복잡한 형상을 갖는 대상의 표면 및/또는 질감의 정확한 측정을 위해 제공되어, 이미지의 다수의 프레임이 공통 좌표계에서 다같이 통합될 수 있도록 한다. 이러한 내용이, 대상의 표면, 표면까지의 거리, 또는 표면의 공간적 배향에 관한 정확한 데이터를 필요로 하는 전범위의 과학적 및 공학적 문제에 적용될 수 있다. 본 발명의 시스템 및 방법은 다양한 분야(가령, 디지털 이미징, 부분 형상의 제어, 컴퓨터 애니메이션, 문화적/ 역사적/과학적 가치를 갖는 대상의 형상 획득, 형상 인식, 지형도(topography), 기계 시각(machine vision), 의학적 절차, 장치의 특별한 위치설정, 및 로봇 등을 포함하나 이에 한정되지 않음)에서 유용하게 응용될 수 있다.

Claims (20)

  1. 물체의 자동 표면 측정을 위한 방법으로서,
    측정 대상 물체의 표면의 적어도 일부분의 적어도 하나의 3D 이미지를 캡처하는 단계,
    기준 물체의 표면의 적어도 일부분의 적어도 하나의 3D 이미지를 캡처하는 단계,
    좌표 변환 기법을 이용해 측정 대상 물체의 표면의 일부분의 캡처된 3D 이미지를 기준 물체의 좌표계로 변환하는 단계,
    좌표 변환 기법을 이용해 기준 물체의 좌표계에서 측정 대상 물체의 표면의 일부분의 캡처된 3D 이미지를 변경(convert)하는 단계
    를 포함하는, 물체의 자동 표면 측정을 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서, 측정 대상 물체의 표면의 일부분의 캡처된 3D 이미지는 측정 대상 물질에 대한 정보를 더 포함하는, 물체의 자동 표면 측정을 위한 방법.
  3. 제1항에 있어서, 3D 이미지는 측정 대상 물체의 3D 이미지와 기준 물체의 3D 이미지 모두를 동시에 캡처하기 위해 제공되도록 구성되는 시야각(field of view)에 의해 특징지어지는 스캐닝 장치에 의해 획득되는, 물체의 자동 표면 측정을 위한 방법.
  4. 제2항에 있어서, 기준 물체는 특정 기준 특성을 식별하도록 이전에 측정된 적 있는 측정 대상 물체의 일부분을 포함하는, 물체의 자동 표면 측정을 위한 방법.
  5. 제4항에 있어서, 좌표 변환 기법을 통해, 측정 대상 물체의 표면의 일부분의 캡처된 3D 이미지를 기준 물체 3D 이미지에 의해 변경(convert)하는 단계를 더 포함하고, 변경된 3D 이미지는 차후 측정 대상 물체의 표면의 일부분의 3D 이미지에 대한 기준 물체 3D 이미지로서 사용되는, 물체의 자동 표면 측정을 위한 방법.
  6. 제1항에 있어서, 측정 대상 물체의 표면의 일부분의 3D 이미지는 기준 물체의 일부분의 3D 이미지를 캡처하기 위한 시야각과 분리된 시야각에서 캡처되는, 물체의 자동 표면 측정을 위한 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 방법은
    스캐닝 장치들 각각이 상기 측정 대상 물체의 적어도 일부분을 향해 배향된 각자의 제 1 시야각을 갖도록, 복수의 스캐닝 장치를 상기 측정 대상 물체에 대해 다양한 위치로 위치설정하는 단계
    를 더 포함하며,
    상기 복수의 스캐닝 장치 각각 상에 특정 기준 특성을 갖는 기준 물체가 위치되고,
    상기 복수의 스캐닝 장치 각각은 기준 물체의 적어도 일부분을 향해 배향된 각자의 제 2 시야각을 가지며,
    스캐닝 장치들 중 적어도 하나의 제 2 시야각이 타 스캐닝 장치의 기준 물체의 표면의 적어도 일부분을 지향하도록 상기 복수의 스캐닝 장치 각각은 서로에 대해 위치설정되며, 상기 방법은
    스캐닝 장치들 각각의 제 1 시야각에서 측정 대상 물체의 표면의 각자의 일부분의 3D 이미지를 캡처하는 단계,
    각자의 기준 물체를 관측하는 스캐닝 장치들 각각의 제 2 시야각에서 기준 물체의 표면의 각자의 일부분의 3D 이미지를 캡처하는 단계,
    좌표 변환 기법을 통해, 상기 측정 대상 물체의 표면의 각자의 일부분의 캡처된 3D 이미지를 기준 물체 중 하나의 공통 기준 좌표계로 변환하는 단계, 및
    좌표 변환 기법을 통해, 상기 측정 대상 물체의 표면의 각자의 일부분의 캡처된 모든 이미지를 다 함께 기준 물체 중 하나의 공통 좌표계에서 변경하는 단계
    를 더 포함하는, 물체의 자동 표면 측정을 위한 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 방법은
    제 1 스캐닝 장치 및 제 2 스캐닝 장치 각각이 측정 대상 물체의 표면의 적어도 일부분의 각자의 제 1 시야각을 갖도록 상기 측정 대상 물체에 대해 제 1 구성(configuration)으로 제 1 스캐닝 장치 및 제 2 스캐닝 장치를 위치설정하는 단계
    를 더 포함하며,
    스캐닝 장치들 각각 상에 특정 기준 특성을 갖는 기준 물체가 위치되고,
    스캐닝 장치들 각각은 기준 물체의 표면의 적어도 일부분을 향해 배향된 각자의 제 2 시야각을 가지며,
    스캐닝 장치들 중 하나의 제 2 시야각이 다른 한 스캐닝 장치 상에 위치된 기준 물체의 표면의 적어도 일부분을 관측하도록 상기 스캐닝 장치는 서로에 대해 위치설정되며, 상기 방법은
    스캐닝 장치들 각각의 제 1 시야각에서 상기 측정 대상 물체의 표면의 각자의 일부분의 3D 이미지를 캡처하는 단계,
    기준 물체의 표면의 각자의 일부분을 향해 배향된 스캐닝 장치의 제 2 시야각에서 기준 물체의 표면의 각자의 일부분의 3D 이미지를 캡처하는 단계,
    제 1 구성에서 캡처된 측정 대상 물체의 표면의 각자의 일부분의 캡처된 3D 이미지를 기준 물체들 중 하나의 좌표계로 변환하는 단계,
    좌표 변환 기법을 통해, 제 1 구성으로 캡처된 상기 측정 대상 물체의 표면의 각자의 일부분의 3D 이미지를 기준 물체들 중 하나의 좌표계에서 변경하는 단계,
    제 1 스캐닝 장치 또는 제 2 스캐닝 장치를 하나씩 교대로 상이한 구성으로 반복적으로 재위치설정하는 단계, 및
    상기 측정 대상 물체의 표면의 각자의 일부분의 3D 이미지를 스캐닝 장치들 각각의 제 1 시야각에서 캡처하는 각각의 구성으로 단계,
    기준 물체의 표면의 각자의 일부분을 관측하는 스캐닝 장치의 제 2 시야각에서 기준 물체의 표면의 각자의 일부분의 3D 이미지를 각각의 구성으로 캡처하는 단계,
    좌표 변환 기법을 통해, 각각의 구성으로 상기 측정 대상 물체의 표면의 각자의 일부분의 캡처된 3D 이미지 및 이전 구성으로부터 캡처 및 변경된 측정 대상 물체의 일부분의 3D 이미지를 기준 물체들 중 하나의 좌표계로 변환하는 단계,
    좌표 변환 기법을 통해, 측정 대상 물체의 표면의 각자의 일부분의 3D 이미지를 이전 구성으로부터 캡처 및 병합 변경된 측정 대상 물체의 일부분의 3D 이미지에 의해 기준 물체들 중 하나의 좌표계에서 변경하는 단계
    를 더 포함하는, 물체의 자동 표면 측정을 위한 방법.
  9. 제1항에 있어서, 측정 대상 물체의 표면의 일부분의 캡처된 3D 이미지가 구조광 삼각측량법에 의해 획득되는, 물체의 자동 표면 측정을 위한 방법.
  10. 물체의 표면 측정을 위한 자동 시스템으로서, 상기 시스템은
    측정 대상 물체의 표면의 적어도 일부분의 적어도 하나의 3D 이미지를 캡처하고 기준 물체의 표면의 적어도 일부분의 적어도 하나의 3D 이미지를 캡처하기 위한 적어도 하나의 스캐닝 장치, 및
    측정 대상 물체의 표면의 일부분의 캡처된 3D 이미지를 기준 물체의 좌표계로 자동으로 변환하고, 측정 대상 물체의 표면의 일부분의 캡처된 3D 이미지를 기준 물체의 좌표계에서 자동으로 변경하기 위한 컴퓨팅 장치
    를 포함하는, 물체의 표면 측정을 위한 자동 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 측정 대상 물체의 표면의 일부분의 캡처된 3D 이미지가 상기 측정 대상 물체에 대한 색채 정보를 더 포함하는, 물체의 표면 측정을 위한 자동 시스템.
  12. 제10항에 있어서, 적어도 하나의 스캐닝 장치는 시야각에 의해 특징지어지고 상기 시야각은 측정 대상 물체의 3D 이미지와 기준 물체의 3D 이미지 모두를 동시에 캡처하도록 구성되는, 물체의 표면 측정을 위한 자동 시스템.
  13. 제10항에 있어서, 상기 기준 물체는 특정 기준 특성을 식별하기 위해 이전에 측정된 적 있는 측정 대상 물체의 일부분을 포함하는, 물체의 표면 측정을 위한 자동 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 상기 컴퓨팅 장치는 기준 물체 3D 이미지에 의해 측정 대상 물체의 표면의 일부분의 캡처된 3D 이미지를 더 변환하며, 변환된 3D 이미지는 측정 대상 물체의 표면의 일부분의 차후 3D 이미지를 위한 기준 물체로서 사용되는, 물체의 표면 측정을 위한 자동 시스템.
  15. 제10항에 있어서, 스캐닝 장치는 기준 물체의 일부분의 3D 이미지를 캡처하기 위한 시야각과 분리된 시야각에서 측정 대상 물체의 표면의 일부분의 3D 이미지를 캡처하는, 물체의 표면 측정을 위한 자동 시스템.
  16. 제10항에 있어서, 상기 시스템은
    스캐닝 장치들 각각이 측정 대상 물체의 적어도 일부분의 각자의 제 1 시야각을 갖도록 측정 대상 물체에 대해 다양한 위치에서 위치설정 가능한 복수의 스캐닝 장치
    를 더 포함하며,
    복수의 스캐닝 장치 각각 상에 특정 기준 특성을 갖는 기준 물체가 위치되며,
    복수의 스캐닝 장치 각각은 기준 물체의 적어도 일부분을 향해 배향되는 각자의 제 2 시야각을 갖고,
    스캐닝 장치들 중 적어도 하나의 스캐닝 장치의 제 2 시야각이 타 스캐닝 장치의 기준 물체의 표면의 적어도 일부분을 향해 배향되도록 복수의 스캐닝 장치 각각이 서로에 대해 위치설정되고,
    복수의 스캐닝 장치는 스캐닝 장치들 각각의 제 1 시야각에서 측정 대상 물체의 표면의 각자의 일부분의 3D 이미지를 캡처하도록 동작하며,
    복수의 스캐닝 장치는 각자의 기준 물체를 관측하는 스캐닝 장치들 각각의 제 2 시야각에서 기준 물체의 표면의 각자의 일부분의 3D 이미지를 캡처하도록 동작하고,
    상기 컴퓨팅 장치는 측정 대상 물체의 표면의 각자의 일부분의 캡처된 3D 이미지를 기준 물체들 중 하나의 공통 기준 좌표계로 자동으로 변환하도록 동작하며,
    상기 컴퓨팅 장치는 측정 대상 물체의 표면의 각자의 일부분의 캡처된 모든 3D 이미지를 다 함께 기준 물체들 중 하나의 공통 좌표계에서 변경하도록 동작하는, 물체의 표면 측정을 위한 자동 시스템.
  17. 제10항에 있어서, 상기 시스템은
    스캐닝 장치들 각각이 측정 대상 물체의 표면의 적어도 일부분의 각자의 제 1 시야각을 갖도록 상기 측정 대상 물체에 대해 제 1 구성으로 위치설정 가능한 제 1 스캐닝 장치 및 제 2 스캐닝 장치
    를 더 포함하고,
    상기 스캐닝 장치들 각각 상에 특정 기준 특성을 갖는 기준 물체가 위치되고,
    상기 스캐닝 장치들 각각은 기준 물체의 표면의 적어도 일부분을 향해 배향된 각자의 제 2 시야각을 갖고,
    상기 스캐닝 장치들 중 하나의 스캐닝 장치의 제 2 시야각이 타 스캐닝 장치 상에 위치하는 기준 물체의 표면의 적어도 일부분을 향해 배향되도록 스캐닝 장치들은 서로에 대해 위치설정되며,
    상기 스캐닝 장치들은 스캐닝 장치들 각각의 제 1 시야각에서 측정 대상 물체의 표면의 각자의 일부분의 3D 이미지를 캡처하도록 동작하며,
    상기 스캐닝 장치들은 기준 물체의 표면의 각자의 일부분을 관측하는 스캐닝 장치의 제 2 시야각으로 기준 물체의 표면의 각자의 일부분의 3D 이미지를 캡처하도록 동작하고,
    상기 컴퓨팅 장치는 제 1 구성에서 캡처된 측정 대상 물체의 표면의 각자의 일부분의 캡처된 3D 이미지를 기준 물체들 중 하나의 좌표계로 자동으로 변환하도록 동작하며,
    상기 컴퓨팅 장치는 제 1 구성으로 캡처된 측정 대상 물체의 표면의 각자의 일부분의 3D 이미지를 기준 물체들 중 하나의 좌표계에서 자동으로 변경하도록 동작하고,
    상기 스캐닝 장치들은 하나씩 교대로 상이한 구성으로 반복적으로 재위치설정 가능하며,
    상기 스캐닝 장치들은 스캐닝 장치들 각각의 제 1 시야각에서 측정 대상 물체의 표면의 각자의 일부분의 이미지를 각각의 구성에서 캡처하도록 동작하고,
    상기 스캐닝 장치들은 기준 물체의 표면의 각자의 일부분을 관측하는 스캐닝 장치의 제 2 시야각으로 기준 물체의 표면의 각자의 일부분의 이미지를 각각의 구성으로 캡처하도록 동작하며,
    상기 컴퓨팅 장치는 측정 대상 물체의 표면의 각자의 일부분의 각각의 구성에서 캡처된 3D 이미지 및 이전 구성으로부터 캡처 및 변경된 측정 대상 물체의 일부분의 3D 이미지를 기준 물체들 중 하나의 좌표계로 자동으로 변환하도록 동작하고,
    상기 컴퓨팅 장치는 기준 물체들 중 하나의 좌표계에서 측정 대상 물체의 표면의 각자의 일부분의 각각의 구성에서의 3D 이미지를 이전 구성으로부터 캡처되고 변경된 측정 대상 물체의 일부분의 3D 이미지에 의해 자동으로 변경하도록 동작하는, 물체의 표면 측정을 위한 자동 시스템.
  18. 제10항에 있어서, 측정 대상 물체의 표면의 일부분의 캡처된 3D 이미지가 구조광 삼각측량법에 의해 획득되는, 물체의 표면 측정을 위한 자동 시스템.
  19. 삭제
  20. 삭제
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