KR101616176B1 - 인체 고속 입체 스캔 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스캔 시간을 0.5~2초 이하로 단축하여 사람의 표정과 움직임 등을 정확히 3D 스캔할 수 있는 인체 고속 입체 스캔 장치에 관한 것으로, 스캔 대상인 인체를 중심으로 동심원상의 대칭 방향에 쌍을 이루고 일정한 방위각만큼 이격되어 설치된 2쌍 이상의 지지대와, 상기 각 지지대에 적어도 1대 이상 설치되어 각 방위에서 바라본 인체의 부분 입체 정보를 획득하는 3D 스캐너 센서와, 상기 3D 스캐너 센서의 스캐닝을 서로 간섭이 없도록 순차적으로 제어 하고, 상기 각 3D 스캐너 센서에서 획득한 인체의 부분 입체 정보를 이용하여 인체의 전체 입체 정보를 획득하는 컴퓨터를 포함한다.

Description

인체 고속 입체 스캔 장치{FULL BODY HIGH SPEED THREE DIMESIONAL SCANNING APPARATUS}

본 발명은 인체 입체 스캔 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 스캔 시간을 1~2초 이하로 단축하여 사람의 표정과 움직임 등을 정확히 3D 스캔할 수 있는 인체 고속 입체 스캔 장치에 관한 것이다.

입체 스캔 기술은 세상에 존재하는 물체의 3D 형상과 표면의 색상을 디지털화 하는 기술로 최근에 3D 프린터 기술의 발전을 계기로 함께 주목 받으며 비약적인 기술 발전이 이루어지고 있다.

가상현실, 게임, 애니메이션 등의 컴퓨터 그래픽스 분야에서는 숙련된 디자이너가 3D CAD 프로그램을 이용하여 수작업으로 3D 모델을 제작하는데, 이는 제작 시간도 많이 소요되고 디자이너의 숙련도에 따라서 품질의 차이가 많은 단점이 있다. 최근에는 두상을 비롯한 사람의 실제 3D 모델을 제작할 때도, 미리 제작된 사람의 기본 모형을 활용하여 3D CAD 프로그램 상에서 눈, 코, 입, 귀, 머리 형태 등을 수정하여 사람의 실제 3D 모델을 만들기도 한다. 그러나 이와 같이 하는 경우에는 촬영된 인체 사진을 보고 일일이 측정을 하는 과정을 무수히 반복하여야 하는 단점이 있고 세밀한 모델링을 하기 어려운 단점도 있다. 입체 스캔 기술은 이와 같은 디자이너의 수작업에 의한 CAD 모델링 작업과는 다른 기술로서, 이미 많은 응용 분야에서 다양한 종류의 기술이 활용되고 있다.

물체의 3D 스캔 기술은 크게 접촉식과 비접촉식으로 구분할 수 있는데, 접촉식 3D 스캔 기술은 센서가 직접 스캔 대상 물체의 측정부위를 맞닿은 상태에서 3차원 좌표를 획득하는 방식으로, 고정밀의 3차원 측정 데이터를 획득할 수 있으나, 인체의 표면, 옷 등과 같이 압력이 가해지면 형태가 변하는 경우에는 적용이 불가능한 단점이 있다. 따라서, 인체의 표면, 옷 등과 같이 압력이 가해지면 형태가 변하는 경우에는 비접촉식 스캔 기술이 사용되고 있다. 비접촉식은 물체에서 반사하거나 투과되는 에너지 양을 측정하여 3D 모델을 만드는 방법으로, 물체의 외형을 측정하기 위해 물체에서 반사되는 에너지를 측정하는데 컴퓨터 비젼 분야 기술을 적용하여 영상 정보를 활용하는 광학식 방법이 주로 사용된다.

광학식 3D 스캔 기술은 센싱 방식에 따라서 수동 방식과 능동 방식으로 나눌 수 있다. 수동 방식은, 건물 등의 구조물이나 자동차 등의 선과 면으로 이루어진 물체에 적용되어지는 기술로, 인위적으로 물체에 에너지를 투사하지 않은 상태에서 촬영한 영상의 명암(intensity), 시차(parallax) 등을 이용하여 3차원 위치를 계산한다. 수동방식은 능동 방식에 비해 다소 정밀도는 떨어지나 장비가 간편하고, 입력 영상으로부터 텍스처를 직접 획득할 수 있는 장점이 있다. 그러나 사람의 얼굴, 특히 표정 등에는 선과 면 등의 경계선을 구분하기 어려워서 인체의 3D 스캔 분야에는 수동 방식보다는 능동방식이 사용되고 있다.

능동 방식은 미리 정의된 패턴이나 음파 등을 물체에 투영하고 투영된 패턴의 이미지나 음파의 반사 에너지를 측정하여 물체의 3D 형상을 복원하는 방식으로, 대표적인 방법에는 구조광(structured light) 혹은 레이저광을 물체에 투사하여 거리에 따른 위상변화를 측정하는 방식이 있다.

레이저광을 이용하는 경우, 강한 에너지를 보유한 레이저를 물체에 투사하고 카메라를 이용하여 레이저가 투사된 물체의 영상을 촬영하면서, 물체를 360 회전시켜 물체의 3D 정보를 스캔할 수 있다. 사람을 스캔할 때 3D 스캔된 결과는 표정 등의 세밀한 정보까지도 표현할 수 있어야 하는데, 이 때 얼굴의 표정에서 90% 가까이 중요한 역할을 하는 것이 눈동자이다. 강한 레이저 광선을 사용하면 물체를 매우 정밀하게 3D 스캔할 수 있지만 사람에게 강한 레이저 광선을 조사는 것은 해로울 수 있으므로 인체에 대해서는 레이저 광선 조사 방식을 사용하지 않고 있다.

레이저 광선과 같은 1차원적인 직선광 대신에, 적외선 등으로 된 2차원의 구조광(structured light)을 물체에 투영하고 카메라를 이용하여 구조광이 투영된 물체의 영상을 촬영하면서, 물체를 360도 회전시켜가면서 물체의 3D 정보를 스캔하는 구조광을 이용한 능동 방식의 3D 스캔 방식이 인체를 스캔하는데 사용되기도 한다. 이때 인체에 투영된 결과 영상을 적외선 카메라로 촬영하여 3D 거리정보를 계산하는 방식이 주로 적용되고 있다.

도 1은 적외선 프로젝터와 적외선 카메라와 컬러 영상 카메라를 일체화한 3D 스캐너 센서(1)(이하에서는 단순히 "스캐너 센서" 또는 "센서"라고도 함)의 개략적인 구성도이다. 도 1에 도시된 3D 스캐너 센서(1)의 적외선 프로젝터(3)에서는 능동 방식에서 사용하는 적외선 구조광을 스캔하고자 하는 인체에 투영한다. 인체에 투영된 결과는 적외선이라서 사람의 눈에 보이지 않으며 일반적인 컬러 영상 카메라(5)로는 촬영되지 않고 적외선 카메라(7)에서 촬영되며 3D 거리 정보를 계산하는데 사용된다. 그리고 컬러 영상 카메라(5)에서는 인체의 색깔 등의 텍스처가 저장된다. 적외선 프로젝터와 적외선 카메라로 계산된 3D 거리정보와 컬러 영상 카메라로 촬영된 텍스처 정보(이하에서는 이들 정보를 "인체의 입체 정보"라고 함)를 결합하여 인체의 상세한 3D 스캔 모델을 얻을 수 있다. 이와 같은 3D 스캐너 센서(1)로 인체 전신의 입체 정보를 얻기 위해서는 도 2에서와 같이 스캔 대상 인체(9) 주변을 다른 사람이 1개의 스캐너 센서를 들고서 움직이면서, 3D 스캔하고자 하는 인체(1)의 모든 방위 및 고도에서 빈틈없이 조심스럽게 천천히 스캔해 주어야 인체 전체의 3D 스캔 모델링에 필요한 인체의 입체 정보를 얻을 수 있다.

그러나, 이러한 인체의 입체 스캔 방법은, 다음과 같은 이유로 3D 스캔 모델을 얻는 시간이 지나치게 많이 소요되고, 정확한 3D 스캔 정보를 얻을 수 없을 뿐만 아니라, 선명하고 정밀한 3D 스캔 정보를 얻을 수 없다.

인체의 전체 입체 정보를 얻기 위해서, 스캔 수행자는 스캐너 센서를 스캔 대상 인체의 360도 방위와 발부터 머리까지의 고도를 이동시켜 가면서 스캔해야 할 뿐만 아니라, 스캔 과정에서 손이 흔들리거나 너무 빠른 속도로 이동하면 카메라로 사진을 찍는 경우와 마찬가지로 3D 스캔 결과로 부정확한 결과가 얻어지게 되므로 매우 조심스럽게 진행하여야 한다. 따라서, 종래의 입체 스캔 방법에 의할 경우, 인체의 전체 입체 정보를 얻는 데 스캔시간이 지나치게 많이 소요되는 단점이 있다.

인체 전체에 대한 스캔 시간이 오래 걸릴 경우, 스캔 기간 동안 인체가 동일한 자세나 표정을 유지하기 어렵고, 표정을 바꾸거나 움직이게 되기 때문에 정확한 입체 정보를 얻기 어려운 단점도 있다.

적외선 프로젝터와 적외선 카메라와 컬러 영상 카메라를 일체화한 3D 스캐너 센서는 광학식 방법을 사용하는데, 이 광학식 방식은 일상생활의 사진 촬영할 때 피사체가 흔들리거나 사진기가 흔들리면 선명한 사진을 얻지 못하는 경우와 같이 3D 스캔하는 동안 대상이 되는 사람의 미세한 움직임이나 3D 스캔 수행자의 손의 미세한 떨림도 3D 스캔 결과물의 선명도와 정밀도가 떨어진다. 따라서, 종래의 입체 스캔 방법에 의할 경우, 선명하고 정밀한 인체의 입체 정보를 얻기 어려운 단점도 있다.

본 발명은 상술한 인체의 입체 정보 획득에 관한 종래 방법의 단점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 제1과제는, 인체가 표정과 자세를 일정하게 유지할 수 있는 짧은 시간(0.5초 내지 2초) 내에 인체 전체에 대한 정확한 입체 정보를 획득할 수 있는 인체 고속 입체 스캔 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 제2과제는 인체 전체에 대해 선명도와 정밀도가 뛰어난 입체 정보를 얻을 수 있는 인체 고속 입체 스캔 장치를 제공하는 데 있다.

상술한 본 발명의 과제들은, 스캔 대상인 인체를 중심으로 동심원상의 대칭 방향에 쌍을 이루고 일정한 방위각만큼 이격되어 설치된 2쌍 이상의 지지대와, 상기 각 지지대에 적어도 1대 이상 설치되어 각 방위에서 바라본 인체의 부분 입체 정보를 획득하는 3D 스캐너 센서와, 상기 3D 스캐너 센서의 스캐닝을 서로 간섭이 없도록 순차적으로 제어 하고, 상기 각 3D 스캐너 센서에서 획득한 인체의 부분 입체 정보를 이용하여 인체의 전체 입체 정보를 획득하는 컴퓨터를 포함하는 인체 고속 입체 스캔 장치에 의하여 해결될 수 있다.

상기 3D 스캐너 센서는 적외선 프로젝터와 적외선 카메라와 컬러 영상 카메라가 통합된 3D 스캐너 센서이고, 상기 3D 스캐너 센서는 상기 지지대에 상기 적외선 프로젝터와 적외선 카메라와 컬러 영상 카메라가 상하 방향으로 배치되도록 설치되는 것이 바람직하다.

상기 각 지지대에는 2개 이상의 3D 스캐너 센서가 고도를 달리하여 일정한 간격으로 설치되고, 각 지지대에 설치된 3D 스캐너 센서는 대칭 방향의 지지대에 설치된 3D 스캐너 센서와 같은 고도에 설치되며, 상기 컴퓨터는 서로 대칭 지점의 지지대에 설치된 3D 스캐너 센서들 가운데 서로 다른 높이에 설치된 3D 스캐너 센서들에서 동시에 인체의 부분 입체 정보를 획득하도록 상기 3D 스캐너 센서들을 제어하는 것이 바람직하다.

상술한 구성을 갖는 본 발명에 의하면, 통합하면 인체의 전체 입체 정보를 이루게 되는 인체의 부분 입체 정보를 얻을 수 있는 방위 및 고도에 다수의 스캐너 센서를 양면 투영 방식으로 고정하여 놓고, 컴퓨터에 의하여 각 스캐너 센서의 적외선이 서로 간섭이 없도록 순서를 정하여 순차 스캔함으로써, 스캔 대상 인체가 표정이나 자세를 바꾸지 않는 짧은 시간에 인체 전체의 입체 정보를 획득할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 스캐너 센서와 인체가 모두 정지된 상태에서 일정한 간격을 유지한 채 일정한 스캔 속도로 스캔할 수 있을 뿐만 아니라, 단위 스캐너 센서에서 구조광을 투영하는 프로젝터와 투영된 영상을 촬영하는 카메라 등을 수직으로 배열하여 3D 스캔 하고자 하는 인체에 의해 자연스럽게 정방향과 반대 방향에 위치한 스캐너 센서의 동작이 서로 가려지게 되어, 각 스캐너 센서의 스캐닝간에 간섭이 일어나지 않으므로, 선명하고 정밀한 3D 스캔 데이터를 획득할 수 있다.

도 1은 본 발명이 적용되는 3D 스캐너 센서에 대한 대략적인 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 3D 스캐너 센서를 사용한 스캔 방법을 도시한 사용상태도이다.
도 3은 본 발명에 따른 인체 고속 입체 스캔 장치의 지지대 및 3D 스캐너 센서의 배치도이다.
도 4는 본 발명에 따른 인체 고속 입체 스캔 장치의 구성도이다.
도 5 내지 도 12는 본 발명에 따른 인체 고속 입체 스캔 장치를 이용한 스캔 절차도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 인체 고속 입체 스캔 장치의 구체적인 실시예를 상세히 설명한다.

우선 도 5 내지 도 12를 참조하면 알 수 있는 바와 같인, 본 발명은, 다수의 스캐너 센서(h1 ~ h4)를 3D 스캔하고자 하는 인체의 360도 방위에 미리 배치하여, 기존의 스캔작업을 수행하는 전문가에 의한 움직임이나 회전 시키는 장치 등의 기계적인 움직임에 의해 소모되는 시간을 없애고, 각 스캐너 센서(h1 ~ h4)의 구조광을 다른 스캐너 센서(h1 ~ h4)의 구조광과 상호 간섭이 없도록 투영하면서 촬영하는 동작만을 제어하여 고속으로 3D 스캔 데이터를 획득하는 인체 고속 입체 스캔 장치이다.

이를 위해 본 발명은, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 스캔 대상인 인체(9)를 중심으로 동심원상의 대칭 방향에 쌍을 이루고 일정한 방위각만큼 이격되어 설치된 2쌍 이상의 지지대(1a ~ 1h)와, 상기 각 지지대(1a ~ 1h)에 적어도 1대 이상 설치되어 각 방위에서 바라본 인체(9)의 부분 입체 정보를 획득하는 3D 스캐너 센서(h1 ~ h4)와, 상기 3D 스캐너 센서(h1 ~ h4)의 스캐닝을 서로 구조광(적외선에 의하여 형성되는 구조광)의 간섭이 없도록 순차적으로 제어 하고, 상기 각 3D 스캐너 센서(h1 ~ h4)에서 획득한 인체(9)의 부분 입체 정보를 이용하여 인체(9)의 전체 입체 정보를 획득하는 컴퓨터(11)를 포함한다.

도 3 내지 도 12에는 360도 방위를 8개의 지지대(1a ~ 1h)을 적용하여 8개의 고정각도에 미리 배치한 구성의 형태를 보여주고 있다. 실제 사용에서는 약간의 정밀도 하락을 허용한다면 0도와 90도, 180도, 270도에 배치된 4방위을 사용하거나 0도와 60도, 120도, 180도, 240도, 300도에 지지대(1a ~ 1h)을 배치하여 6개 방위을 사용하여도 무방하다. 또한 각 지지대(1a ~ 1h)마다 고도를 달리하여 사용하는 스캐너 센서(h1 ~ h4)의 개수도 실시예의 도면에서와 같이 4개를 사용하는 대신에 얼굴을 위한 스캐너 센서와 상반신을 위한 스캐너 센서와 하반신을 위한 스캐너 센서의 3개만 사용하는 방법도 가능하다.

도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 3D 스캐너 센서(h1 ~ h4)는 적외선 프로젝터(3)와 적외선 카메라(7)와 컬러 영상 카메라(5)가 통합된 3D 스캐너 센서(h1 ~ h4)이고, 상기 3D 스캐너 센서(h1 ~ h4)는 상기 지지대(1a ~ 1h)에 상기 적외선 프로젝터(3)와 적외선 카메라(7)와 컬러 영상 카메라(5)가 상하 방향으로 배치되도록 설치되는 것이 바람직하다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 각 지지대(1a ~ 1h)에는 2개 이상의 3D 스캐너 센서(h1 ~ h4)가 고도를 달리하여 일정한 간격으로 설치되고, 각 지지대(1a ~ 1h)에 설치된 3D 스캐너 센서(h1 ~ h4)는 대칭 방향의 지지대(1a ~ 1h)에 설치된 3D 스캐너 센서(h1 ~ h4)와 같은 고도에 설치되는 것이 바람직하다.

도 3의 구성을 보면 360도 방위을 8개의 방위을 따라서 45도 간격으로 지지대(1a ~ 1h)가 배치되어 있다. 그리고 각각의 지지대(1a ~ 1h)에는 4개씩의 스캐너 센서(h1 ~ h4)가, 적외선 구조광을 투영하는 프로젝터(3)와 3D 스캔을 할 인체(9)에 투영된 구조광을 검출하기 위한 적외선 카메라(7)가 수직 방향 또는 상하 방향으로 배치되도록 고정되어 있다. 이때 지지대(1a ~ 1h)가 배치된 각도는 3D 스캔 작업을 위한 컴퓨터 비젼 알고리듬에서 윤곽선, 메쉬 검출 등의 소프트웨어 알고리듬을 활용하여 개별 방위 및 고도별로 스캔된 인체의 부분 입체 정보를 부드럽게 연결해가면서 인체의 전체 입체 정보를 만들게 되므로 반드시 매우 정밀하게 45도 간격으로 오차 없이 배치될 필요가 없고, 대략적으로 45도 단위로 배치되면 본 발명의 동작이 정확하게 이루어진다. 비슷하게 도 3과 같이 8개 방위별로 지지대(1a ~ 1h)을 처음 설치하거나 처음 동작시킬 때에도 45도 단위의 인체의 부분 입체 정보에서 인체의 전체 입체 정보를 결합하는 과정도 비젼 처리 소프트웨어가 설치된 컴퓨터(11)(이하에서는 단순히 "비젼 처리 컴퓨터" 또는 "컴퓨터"라고 함)에서 윤곽선, 메쉬 검출 등의 알고리듬을 활용하여 처리하므로 별도의 하드웨어를 사용하여 위치나 각도 보정을 하거나 위치나 각도 보정을 위한 별도의 예비 3D 스캔 동작을 수행할 필요는 없다.

도 4에서 통신선 및 전원선을 설명의 편의상 외부로 드러나도록 표시하였지만, 개별 스캐너 센서(h1 ~ h4)는 지지대(1a ~ 1h) 내부에 설치되어 있는 통신선 및 전원선을 통하여 비젼 처리 컴퓨터와 연결되어 있으며, 비젼 처리 컴퓨터(11)에서는 먼저 실시간으로 전체의 스캐너 센서(h1 ~ h4)에서 촬영된 인체의 부분 입체 정보를 컴퓨터(11)의 내부 저장 공간에 실시간으로 저장 한 후에 시간을 두고 비젼 처리 알고리듬을 적용하여 인체의 전체 입체 정보를 완성한다. 이 비젼 처리 알고리듬의 동작 속도는 컴퓨터의 연산능력, 그래픽 모듈의 성능에 따라 달라지는데 3D 스캔데이터가 복잡한 경우에는 30분이상 걸리기도 한다. 그러나 이 부분의 비젼 처리에 걸리는 시간은 인체의 표정이나 독특한 자세의 세밀하고 정밀한 3D 스캔 데이터 캡쳐가 이루어진 후에 걸리는 시간으로 본발명의 인체의 생생한 3D 스캔 데이터를 캡쳐 가능한 장점에는 영향을 주지 않는다.

정리하면 본 발명에서는 인체(9)의 표정이나 자세를 순간적으로 정밀하게 3D 스캔하기 위하여 360도 고정각에 설치되어 있는 스캐너 센서(h1 ~ h4)들로부터는 0.5 ~ 2초 이내에 인체의 부분별로 3D 스캔을 하고 컴퓨터에 저장하고, 컴퓨터에 스캐너 센서(h1 ~ h4)의 부분 3D 스캔 데이터(인체의 부분 입체 정보)들을 저장한 후에는 대략 30분에 걸쳐서 컴퓨터 비젼 처리 알고리듬을 반복적으로 여러번 수행하여 세밀하고 정확한 인체의 3D 스캔 데이터(인체의 전체 입체 정보)를 계산해 내도록 구성되어 있다. 향후에 컴퓨터 기술이 지금보다 더 발달하거나 전용 비젼처리 하드웨어가 사용된다면 이 부분도 실시간으로 1~2초 안에 이루어 질수 있을 것이다.

본 발명에 따른 인체 고속 입체 스캔 장치를 이용한 고속 인체 스캔 방법을 도 5 내지 도 12를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 5 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 컴퓨터(11)는 서로 대칭 지점의 지지대(1a ~ 1h)에 설치된 3D 스캐너 센서(h1 ~ h4)들 가운데 서로 다른 높이에 설치된 3D 스캐너 센서(h1 ~ h4)들에서 동시에 인체(9)의 부분 입체 정보를 획득하도록 상기 3D 스캐너 센서(h1 ~ h4)들을 순차 제어하는 것이 바람직하다. 스캐너 센서(h1 ~ h4)의 구조광을 투영할 때, 만약 인접한 스캐너 센서(h1 ~ h4)의 구조광을 동시에 투영하면 이를 촬영하는 카메라에서 인접한 스캐너 센서(h1 ~ h4)에서 중복 투영된 영역에서는 구조광의 간섭에 의해서 오동작하게 되므로 이를 방지하면서 고속의 3D 스캔이 가능하도록 하기 위하여, 0도와 180도 등의 반대 방위에 위치한 지지대(1a, 1b)을 한 쌍으로 묶어서 제어하며, 첫 번째 기준 시간에 도 5에 도시된 바와 같이, 0도 지점에 있는 지지대(1a)의 제일 상단과 구조광이 간섭이 되지 않도록 하나 건너뛴 스캐너 센서(h1, h3)와 180도 지점에 설치된 지지대(1b)의 0도 지점에서 사용하는 스캐너 센서(h1, h3)의 사이에 위치하여 어긋난 지점에 있는 스캐너 센서(h2, h4) 들을 동시에 구조광을 투영하고 촬영하고, 다음 시간에 , 도 6에 도시된 바와 같이, 0도와 180도 지점에 있는 지지대(1a, 1b)의 나머지 스캐너 센서(h1 ~ h4)도 구조광을 투영하고 촬영하도록 하고, 나머지 고정된 각도에 설치된 지지대(1c ~ 1h)들로 서로 반대 방위에 설치된 지지대(1c ~ 1h)과 쌍으로 묶어서 제어하여 빠른 시간 안에 구조광에 의한 간섭이 없이 인체의 3D 스캔을 고속으로 수행하도록 하여 인체의 움직임에 의한 3D 스캔 데이터의 선명도와 정밀도에 영향이 없도록 한다.

먼저 도 5는 제일 첫 번째 동작 단계로, 0도에 설치되어 있는 지지대(1a)의 제일 위에 있는 스캐너 센서(h1)와 그다음을 하나 건너 뛴 3번째에 설치되어 있는 스캐너 센서(h3)가 구조광을 인체(9)에게 투영하고 카메라에 의해서 촬영되고 있는 상황을 보여주는 예이다. 첫 번째 스캐너 센서(h1)와 하나 건너 뛴 스캐너 센서(h3)를 사용하는 이유는, 첫 번째와 두 번째 스캐너 센서(h1, h2)가 동시에 3D 스캔을 위해서 구조광을 투영할 때는 두 스캐너 센서(h1, h2)의 구조광이 중복되어 겹치는 부분이 생기게 되고 이를 각각의 카메라에서 촬영하게 되면, 부분 3D 스캔이 이루어진 후에 컴퓨터에서 전체 3D 스캔 데이터를 구성할 때 아무리 훌륭한 알고리듬을 적용하더라도 개별 스캐너 센서(h1, h2)에서 오류가 결합된 부분 3D 데이터에서 오류를 제거할 수 없기 때문이다. 그래서 개별 스캐너 센서(h1 ~ h4)에서 부분 3D 데이터의 취득시에 인접한 스캐너 센서(h1 ~ h4)에서 구조광을 투영할 때 생기는 간섭 효과를 원천적으로 없애기 위해 본 발명에서는 도 5에서와 같이 첫 번째와 세 번째 스캐너 센서(h1, h3)를 동시에 동작시키는 방법을 사용한다. 그리고 개별 스캐너 센서(h1 ~ h4)에서 구조광 투영부와 카메라를 수직으로 배치하여 도 5에서와 같이 180도에 설치된 지지대(1b)의 위에서부터 두 번째 스캐너 센서(h2)와 4번째 스캐너 센서(h4)를 동시에 동작시킬 경우, 3D 스캔의 대상이 되는 인체(9)에 의해 자연스럽게 가려지게 되어 컴퓨터의 비젼 처리 소프트웨어에서 전체 3D 스캔 데이터를 계산할 때 오류를 일으키지 않으면서 스캔에 걸리는 시간을 매우 효율적으로 줄일 수 있다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 달리, 0도와 180도에 설치된 지지대(1a ~ 1h)의 개별 스캐너 센서(h1 ~ h4)를 한번에 하나씩 순차적으로 동작시키면 하나당 0.25초가 필요하다고 할 때 0도 지지대(1a ~ 1h)에서 4번, 180도 지지대(1a ~ 1h)에서 4번의 전체 8번의 구조광을 투영하고 촬영하는 동작이 필요하므로 필요한 시간은 0.25초씩 8번으로 2초가 필요하나, 도 4과 도 5에 도시된 바와 같이 동작시키면 도 4에 0.25초 도 5에 0.25초로 0.5초면 0도와 180도의 부분 3D 스캔 데이터를 컴퓨터에 저장할 수 있다.

도 5 내지 도 12는 0도/180도에서부터 45도/225도, 90도/270도, 135도/225도의 동작을 순차적으로 보여준다. 도 6과 도14와 같이 8방위의 고정각에 설치되어 있는 지지대(1a ~ 1h)으로부터 부분 3D 스캔 데이터를 컴퓨터에 저장하기 위해서는 0.5초씩 4쌍으로 2초가 걸리게 된다. 3D 스캔을 위한 구조광을 투영하고 촬영하는 부분의 동작 제어가 보다 정밀하게 이루어지면 도 6과 도 7의 전체 동작을 1초 이내로 수행도 가능하다. 참고로 요즘의 구조광을 사용하는 3D 스캐너 센서(h1 ~ h4) 기술에서는 1초에 30번 정도 스캔을 수행할 수 있다. 그러므로 본발명의 장치는 전체 고정각에 설치된 스캐너 센서(h1 ~ h4)의 동작 제어를 정밀하게 할 수만 있다면 0.5초 이내에도 컴퓨터에 3D 스캔 데이터를 저장하는 것까지 포함하여 작업을 마무리 할 수 있다.

1a ~ 1h : 지지대 3 : 적외선 프로젝터
5 : 컬러 영상 카메라 7 : 적외선 카메라
9 : 인체 11 : 컴퓨터
h, h1 ~ h4 : 3D 스캐너 센서

Claims (3)

1. 스캔 대상인 인체를 중심으로 360도 방위의 고정각도 및 동심원상의 대칭 방향에 쌍을 이루고 일정한 방위각만큼씩 이격되어 이동 할 수 없게 설치된 2쌍 이상의 지지대;
   상기 각 지지대마다, 고도를 달리하여 적어도 2대 이상이, 스캐닝 도중에 기계적으로 움직일 수 없게 설치되어, 미리 배치된 각 지지대의 방위 및 설치 고도에서 바라본 인체의 부분 입체 정보를 획득하는 복수의 3D 스캐너 센서;
   상기 각 3D 스캐너 센서에서 획득한 인체의 부분 입체 정보를 이용하여 인체의 전체 입체 정보를 획득하는 컴퓨터;를 포함하되,
   상기 3D 스캐너 센서는 적외선 프로젝터와 적외선 카메라와 컬러 영상 카메라가 통합된 3D 스캐너 센서이고,
   상기 컴퓨터는 서로 대칭 지점의 지지대에 설치된 상기 3D 스캐너 센서들 가운데 서로 다른 높이에 설치된 3D 스캐너 센서들에서 동시에 인체의 부분 입체 정보를 획득하도록 상기 3D 스캐너 센서들을 순차 제어하는 것을 특징으로 하는 인체 고속 입체 스캔 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 3D 스캐너 센서는 상기 지지대에 상기 적외선 프로젝터와 적외선 카메라와 컬러 영상 카메라가 상하 방향으로 배치되도록 설치된 것을 특징으로 하는 인체 고속 입체 스캔 장치.
   
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 지지대는 8개의 방위을 따라서 45도 간격으로 배치되어 있고,
   상기 각 지지대에는 2개 내지 4개의 3D 스캐너 센서가 고도를 달리하여 일정한 간격으로 설치되고, 각 지지대에 설치된 3D 스캐너 센서는 대칭 방향의 지지대에 설치된 3D 스캐너 센서와 같은 고도에 설치된 것을 특징으로 하는 인체 고속 입체 스캔 장치.
   
   

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