KR101840328B1 - 3-dimensional laser scanner - Google Patents

Abstract

The present invention relates to a three-dimensional laser scanner, which comprises: a range sensor for shining a laser beam and receiving a reflected beam from a scanning position; an operating unit for allowing the range sensor to be operated to be rotated in the parallel direction and the perpendicular direction; and a controller for calculating a range to the scanning position based on the shone laser beam and the reflected beam, and producing scanning data about objects having the scanning position based on the calculated range. The controller estimates a first probability distribution function on a valid position and a second probability distribution function a mixed pixel based on the scanning data. Moreover, the controller filters a data value with respect to the mixed pixel in the scanning data based on the first probability distribution function and the second probability distribution function. The valid position can be included in the object, and a portion of the mixed pixel can be included in the object.

Description

3D 레이저 스캐너{3-DIMENSIONAL LASER SCANNER}3D laser scanner {3-DIMENSIONAL LASER SCANNER}

본 발명은 3D 레이저 스캐너에 관한 것이다. 보다 상세하게는 진폭 변조 연속파(amplitude-modulated continuous-wave; AMCW) 레이저를 이용하는 3D 레이저 스캐너에 관한 것이다.The present invention relates to a 3D laser scanner. And more particularly to a 3D laser scanner using an amplitude-modulated continuous-wave (AMCW) laser.

제조, 측량 및 토목 공학과 같은 많은 분야에서 정확한 치수 측정(dimension estimation)이 요구된다. 최근에는, 레이저 거리 측정기(laser range finders)를 포함하는 3D 레이저 스캐너를 이용하여 치수 측정이 수행된다.Precise dimension estimation is required in many fields such as manufacturing, surveying and civil engineering. Recently, dimensional measurements have been performed using a 3D laser scanner including laser range finders.

3D 레이저 스캐너 중에서 TOF(time-of-flight, 비행시간) 스캐너와 AMCW 스캐너가 많이 사용된다. TOF 스캐너는 레이저 펄스를 방출하고 반사된 펄스를 감지하며, 반사된 펄스의 도달 시간에 기초하여 TOF 스캐너와 대상까지의 거리를 측정한다. AMCW 스캐너는 진폭 변조된 연속파를 방출하고, 발사된 신호와 반사된 신호(또는, 반송된 신호) 사이의 위상 차이를 측정하며, 진폭 변조된 연속파의 파장과 위상 차이에 기초하여 거리를 측정한다. 비록, AMCW 스캐너는 TOF 스캐너의 스캔 거리(예를 들어, 약 1Km 이상) 보다 짧은 스캔 거리(예를 들어, 약 100m 미만)를 가지나, TOF 스캐너의 정확도(예를 들어, 수 cm의 오차 범위)보다 높은 정확도(예를 들어, 수 mm 이내의 오차 범위)를 가진다.Among 3D laser scanners, time-of-flight (TOF) scanners and AMCW scanners are widely used. The TOF scanner emits a laser pulse, senses the reflected pulse, and measures the distance to the target from the TOF scanner based on the time of arrival of the reflected pulse. The AMCW scanner emits amplitude modulated continuous waves, measures the phase difference between the launched signal and the reflected signal (or the conveyed signal), and measures the distance based on the wavelength and phase difference of the amplitude modulated continuous wave. Although the AMCW scanner has a shorter scan distance (e.g., less than about 100 meters) than the scan distance of the TOF scanner (e.g., about 1 Km or more), the accuracy of the TOF scanner (e.g., And has a higher accuracy (for example, an error range within a few millimeters).

한편, AMCW 스캐너로 대상을 스캔하는 경우, 대상의 가장자리에서 오류(예를 들어, 혼합 화소)가 발생할 수 있다. 여기서, 오류는 레이저 빔이 특정 크기(또는 반경)를 가짐에 따라 대상의 가장자리에서 2개의 빔들로 분할되고, 이 중 하나의 분할된 빔은 대상의 표면에서 반사되며, 다른 하나의 분할된 빔은 배경 표면에 반사되고, 2개의 반사된 빔들(예를 들어, 다른 위상을 가지는 2개의 빔들)이 하나의 신호(또는, 혼합 화소)로서 AMCW 스캐너에 수신되기 때문이다.On the other hand, when scanning an object with an AMCW scanner, errors (e.g., mixed pixels) may occur at the edges of the object. Here, the error is divided into two beams at the edge of the object as the laser beam has a certain size (or radius), one of which is reflected at the surface of the object and the other of which is split Is reflected on the background surface, and the two reflected beams (e.g., two beams having different phases) are received by the AMCW scanner as a signal (or mixed pixel).

이러한 오류를 제거하기 위해 일부 알고리즘이 개발되었으나, 일부 알고리즘은 임의로 설정된 임계값을 이용하므로, AMCW 스캐너의 정확도가 낮아질 수 있다.Some algorithms have been developed to eliminate these errors, but some algorithms use arbitrarily set thresholds, which can reduce the accuracy of the AMCW scanner.

본 발명의 일 목적은 보다 정확하게 치수 측정을 수행할 수 있는 3D 레이저 스캐너를 제공하는데 그 목적이 있다.It is an object of the present invention to provide a 3D laser scanner capable of performing dimension measurement more accurately.

본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 3D 레이저 스캐너는 레이저 빔을 발사하고, 스캔 지점으로부터 반사된 빔을 수신하는 거리 센서; 상기 거리 센서를 수평 및 수직 방향으로 회전 구동시키는 구동부; 및 상기 발사된 레이저 빔과 상기 반사된 빔에 기초하여 상기 스캔 지점까지의 거리를 산출하며, 상기 산출된 거리에 기초하여 상기 스캔 지점을 포함하는 대상에 대한 스캔 데이터를 생성하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 스캔 데이터에 기초하여 유효한 점의 제1 확률 분포 함수 및 혼합 화소의 제2 확률 분포 함수를 추정하고, 상기 제1 확률 분포 함수 및 상기 제2 확률 분포 함수에 기초하여 상기 스캔 데이터에서 상기 혼합 화소에 대한 데이터 값을 필터링 할 수 있다. 여기서, 상기 유효한 점은 상기 대상에 포함되고, 상기 혼합 화소의 일부는 상기 대상에 포함 될 수 있다.In order to accomplish one object of the present invention, a 3D laser scanner according to embodiments of the present invention includes a distance sensor for emitting a laser beam and receiving a reflected beam from a scan point; A driving unit for rotationally driving the distance sensor in the horizontal and vertical directions; And a controller for calculating a distance to the scan point based on the emitted laser beam and the reflected beam and generating scan data for an object including the scan point based on the calculated distance, Wherein the control unit estimates a first probability distribution function of a valid point and a second probability distribution function of a mixed pixel on the basis of the scan data, and estimates a second probability distribution function of the mixed pixel based on the first probability distribution function and the second probability distribution function, The data values for the mixed pixels can be filtered. Here, the effective point may be included in the object, and a part of the mixed pixel may be included in the object.

일 실시예에 의하면, 상기 제어부는, 제1 임계값에 기초하여 상기 스캔 데이터에서 상기 대상에 포함되지 않는 배경 점에 대한 데이터 값을 필터링하고, 상기 필터링된 스캔 데이터를 제2 임계값에 기초하여 필터링하되, 상기 제2 임계값은 상기 필터링된 스캔 데이터에서 상기 유효한 점이 필터링될 제1 분류 오류 확률과 상기 혼합 화소가 필터링되지 않을 제2 분류 오류 확률의 총합이 최소가 되도록 할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the control unit may filter the data values for the background points not included in the target in the scan data based on the first threshold value, and to filter the filtered scan data based on the second threshold value The second threshold may be set such that the sum of the first classification error probability at which the effective point is filtered in the filtered scan data and the second classification error probability at which the mixed pixel is not filtered is minimized.

일 실시예에 의하면, 상기 제어부는, 상기 유효한 점의 상기 제1 확률 분포 함수에 기초하여 제1 지점이 상기 유효한 점일 확률을 산출하고, 상기 제2 임계값에 의해 상기 유효한 점이 상기 혼합 화소로 분류될 확률을 산출하며, 상기 유효한 점일 확률과 상기 혼합 화소로 분류될 확률을 곱 연산하여 상기 제1 분류 오류 확률을 산출 할 수 있다.According to one embodiment, the control unit calculates a probability that the first point is the effective point based on the first probability distribution function of the valid point, and the valid point is classified as the mixed pixel by the second threshold value , And calculate the first classification error probability by multiplying the effective point probability by the probability to be classified as the mixed pixel.

일 실시예에 의하면, 상기 제어부는, 상기 혼합 화소의 상기 제2 확률 분포 함수에 기초하여 상기 제1 지점이 상기 혼합 화소일 확률을 산출하고, 상기 제2 임계값에 의해 상기 혼합 화소가 상기 유효한 점으로 분류될 확률을 산출하며, 상기 혼합 화소일 확률과 상기 유효한 화소로 분류될 확률을 곱 연산하여 상기 제2 분류 오류 확률을 산출 할 수 있다.According to an embodiment, the control unit may calculate a probability that the first point is the mixed pixel based on the second probability distribution function of the mixed pixel, and determine, based on the second threshold, The second classification error probability can be calculated by multiplying the probability of the mixed pixel by the probability of being classified as the effective pixel.

일 실시예에 의하면, 상기 제어부는, 상기 스캔 지점이 인접한 스캔 지점과 중첩되는 경우, 상기 발사된 레이저 빔이 상기 대상의 에지에 중첩되는 폭과 상기 제2 확률 분포 함수에 기초하여 상기 혼합 화소의 데이터 값의 범위를 설정하고, 상기 설정된 데이터 값의 범위에 기초하여 상기 스캔 데이터로부터 상기 혼합 화소를 필터링 할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, when the scan point is overlapped with an adjacent scan point, the control unit controls the width of the mixed laser beam based on the width of overlapping of the emitted laser beam with the edge of the object and the second probability distribution function. A range of data values can be set, and the mixed pixels can be filtered from the scan data based on the range of the set data value.

본 발명의 실시예들에 따른 3D 레이저 스캐너는, 인접 스캔점들이 중첩되지 않는 경우, 스캔 데이터로부터 유효한 점의 데이터 값에 대한 제1 확률 분포 함수 및 혼합 화소의 데이터 값에 대한 제2 확률 분포 함수를 각각 추정하며, 제1 임계값에 기초하여 유효하지 않은 점들을 제거하고(즉, 스캔 데이터를 필터링하고), 각 행의 마지막에 남은 스캔점들을 혼합 화소 또는 유효한 점으로 오분류 확률(즉, 잘못 분류할 확률)을 최소화하는 제2 임계값을 산출하며, 제2 임계값에 기초하여 남은 스캔 데이터로부터 혼합 화소를 제거할 수 있다. 즉, 3D 레이저 스캐너는 임의로 설정된 제1 임계값뿐만 아니라 보다 최적화된 제2 임계값을 이용하여 혼합 화소를 제거하므로, 대상의 치수 측정의 정확도를 향상시킬 수 있다.The 3D laser scanner according to the embodiments of the present invention is characterized in that when the adjacent scan points are not overlapped, a first probability distribution function for data values of valid points from the scan data and a second probability distribution function (I.e., filtering the scan data) based on the first threshold value, and calculating the remaining scan points at the end of each row as a mixed pixel or a valid point as a misclassification probability (i.e., The probability of misclassification), and remove the mixed pixel from the remaining scan data based on the second threshold value. That is, the 3D laser scanner eliminates mixed pixels using a second threshold value that is more optimized as well as an arbitrarily set first threshold value, thereby improving the accuracy of dimension measurement of the object.

다만, 본 발명의 효과는 상기 효과들로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.However, the effects of the present invention are not limited to the above effects, and may be variously extended without departing from the spirit and scope of the present invention.

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 3D 레이저 스캐너를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 3D 레이저 스캐너의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 3a는 도 1의 3D 레이저 스캐너의 원리를 설명하는 도면이다.
도 3b 및 도 3c는 도 1의 3D 레이저 스캐너에서 발생하는 혼합 화소를 설명하는 도면이다.
도 4a 내지 도 4c는 도 1의 3D 레이저 스캐너에서 측정된 반사 신호의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 5a 내지 도 5d는 도 3c에 도시된 변수 x와 혼합 화소의 측정 거리간의 관계를 나타내는 도면들이다.
도 6은 도 1의 스캐너의 레이저 빔의 스캔 간격의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 7a 내지 도 7d는 도 3c에 도시된 변수 x와 혼합 화소의 측정 거리간의 관계를 나타내는 도면들이다.
도 8은 혼합 화소 및 유효한 점을 오분류할 확률의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 9는 도 1의 스캐너의 레이저 빔의 스캔 간격의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 10은 도 3c에 도시된 변수 x와 혼합 화소의 측정 거리간의 관계를 나타내는 도면이다.1 is a diagram illustrating a 3D laser scanner in accordance with embodiments of the present invention.
2 is a view showing an example of the 3D laser scanner of FIG.
3A is a view for explaining the principle of the 3D laser scanner of FIG.
FIGS. 3B and 3C are views for explaining mixed pixels generated in the 3D laser scanner of FIG. 1. FIG.
4A to 4C are views showing an example of a reflected signal measured by the 3D laser scanner of FIG.
5A to 5D are diagrams showing the relationship between the variable x shown in FIG. 3C and the measured distance of the mixed pixel.
6 is a diagram showing an example of a scan interval of a laser beam of the scanner of FIG.
FIGS. 7A to 7D are diagrams showing the relationship between the variable x shown in FIG. 3C and the measured distance of the mixed pixel.
8 is a diagram showing an example of the probability of misclassifying mixed pixels and valid points.
9 is a diagram showing an example of a scan interval of a laser beam of the scanner of FIG.
10 is a diagram showing the relationship between the variable x shown in FIG. 3C and the measured distance of the mixed pixel.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성 요소에 대해서는 동일하거나 유사한 참조 부호를 사용한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The same or similar reference numerals are used for the same components in the drawings.

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 3D 레이저 스캐너를 나타내는 도면이다. 도 2는 도 1의 3D 레이저 스캐너의 일 예를 나타내는 도면이다.1 is a diagram illustrating a 3D laser scanner in accordance with embodiments of the present invention. 2 is a view showing an example of the 3D laser scanner of FIG.

도 1 및 도 2를 참조하면, 3D 레이저 스캐너(100)는 대상(FG)에 레이저 빔을 발사(또는, 조사)하고, 대상(FG)에 의해 반사된 빔을 수신하며, 발사된 레이저 빔과 반사된 빔에 기초하여 대상(FG)의 형상을 측정할 수 있다.Referring to FIGS. 1 and 2, a 3D laser scanner 100 has a function of emitting (or irradiating) a laser beam to an object FG, receiving a beam reflected by the object FG, And the shape of the object FG can be measured based on the reflected beam.

3D 레이저 스캐너(100)는 거리 센서(110), 반사판(120), 수평 구동부(130) 및 수직 구동부(140)를 포함할 수 있다.The 3D laser scanner 100 may include a distance sensor 110, a reflector 120, a horizontal driver 130, and a vertical driver 140.

거리 센서(110)는 레이저 빔을 발사하고, 반사된 빔(RLB)을 수신하며, 발사된 레이저 빔(ELB)과 반사된 빔(RLB)에 기초하여 각 지점에 대한 거리(예를 들어, 3D 레이저 스캐너(100)로부터 대상(FG) 내 특정 지점까지의 거리)를 산출할 수 있다. 거리 센서(110)는 지점들 각각에 대해 산출된 거리에 기초하여 스캔 데이터를 생성할 수 있다.The distance sensor 110 emits a laser beam, receives the reflected beam RLB, and calculates a distance (e.g., 3D) to each point based on the emitted laser beam ELB and the reflected beam RLB The distance from the laser scanner 100 to a specific point in the object FG) can be calculated. The distance sensor 110 may generate scan data based on the calculated distances for each of the points.

일 실시예에서, 거리 센서(110)는 스캔 데이터로부터 유효하지 않은 점들(non-valid points)(예를 들어, 대상(FG)을 벗어난 지점으로서, 혼합 화소 및 배경점)을 제거할 수 있다. 거리 센서(110)가 스캔 데이터로부터 유효하지 않은 점들을 제거하는 구체적인 구성에 대해서는 도 6 내지 도 10을 참조하여 설명하기로 한다. In one embodiment, the distance sensor 110 may remove non-valid points (e.g., blend pixels and background points as points outside of the object FG) from the scan data. The specific configuration in which the distance sensor 110 removes invalid points from the scan data will be described with reference to FIGS. 6 to 10. FIG.

한편, 거리 센서(110)가 거리를 산출하고 스캔 데이터를 생성하는 것으로 설명하였으나, 3D 레이저 스캐너(100)는 이에 국한되는 것은 아니다. 예를 들어, 3D 레이저 스캐너(100)는 제어부(미도시)를 포함하고, 제어부는 거리 센서(110)에서 발사된 레이저 빔(ELB) 및 거리 센서(110)에서 수신한 반사된 빔(RLB)에 기초하여 거리를 산출하고 스캔 데이터를 생성할 수 있다.Meanwhile, although the distance sensor 110 calculates the distance and generates the scan data, the 3D laser scanner 100 is not limited thereto. For example, the 3D laser scanner 100 includes a control unit (not shown), and the control unit controls the laser beam ELB emitted from the distance sensor 110 and the reflected beam RLB received from the distance sensor 110, The distance can be calculated and the scan data can be generated.

반사판(120)은 발산된 레이저 빔(ELB)의 경로를 변경하며, 예를 들어, 반사판(120)은 거울(mirror)로 구현될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 거리 센서(110)는 반사판(120)을 향해 레이저 빔을 발사하고, 반사판(120)을 레이저 빔을 반사시키며, 발산된 레이저 빔(RLB)은 대상(FG)에 조사될 수 있다.The reflection plate 120 changes the path of the emitted laser beam ELB. For example, the reflection plate 120 may be implemented as a mirror. 2, the distance sensor 110 emits a laser beam toward the reflection plate 120, reflects the laser beam to the reflection plate 120, and the divergent laser beam RLB is incident on the object FG Can be investigated.

수평 구동부(130)는 상부에 거리 센서(110) 및 반사판(120)이 배치된 기판을 수평 방향으로 회전시킬 수 있다. 예를 들어, 수평 구동부(130)는 기 설정된 제1 시간 간격으로 기 설정된 제1 각도(또는, 간격)만큼 기판을 수평 방향을 회전시킬 수 있다. 예를 들어, 수평 구동부(130)는 기 설정된 제1 회전 속도를 가지고 기판을 수평 방향을 회전시킬 수 있다.The horizontal driving unit 130 can horizontally rotate the substrate on which the distance sensor 110 and the reflection plate 120 are disposed. For example, the horizontal driving unit 130 may rotate the substrate in the horizontal direction by a predetermined first angle (or interval) at a predetermined first time interval. For example, the horizontal driving unit 130 may rotate the substrate in the horizontal direction with a predetermined first rotation speed.

유사하게, 수직 구동부(140)는 반사판(120)을 수직 방향으로 회전시킬 수 있다. 예를 들어, 수직 구동부(140)는 기 설정된 제2 시간 간격으로 기 설정된 제2 각도(또는, 간격)만큼 반사판(120)을 수직 방향으로 회전 시킬 수 있다. 예를 들어, 수직 구동부(140)는 기 설정된 제2 회전 속도를 가지고 반사판(120)을 회전시킬 수 있다.Similarly, the vertical driving unit 140 may rotate the reflection plate 120 in the vertical direction. For example, the vertical driving unit 140 may rotate the reflection plate 120 in the vertical direction by a predetermined second angle (or interval) at a predetermined second time interval. For example, the vertical driving unit 140 may rotate the reflection plate 120 with a predetermined second rotation speed.

수평 구동부(130)의 동작 및 수직 구동부(140)의 동작을 조합하여, 3D 레이저 스캐너(100)는 전방(즉, 3D 레이저 스캐너(100)로부터 대상(FG)이 위치하는 방향)의 특정 영역(즉, 대상(FG)을 포함하는 영역)을 스캔 할 수 있다.The combination of the operation of the horizontal driving unit 130 and the operation of the vertical driving unit 140 causes the 3D laser scanner 100 to move to a specific region (i.e., a direction in which the object FG is located) That is, an area including the object FG).

한편, 수평 구동부(130) 및 수직 구동부(140)는 하나의 구동부에 포함될 수 있다.Meanwhile, the horizontal driving unit 130 and the vertical driving unit 140 may be included in one driving unit.

도 3a는 도 1의 3D 레이저 스캐너의 원리를 설명하는 도면이다. 3A is a view for explaining the principle of the 3D laser scanner of FIG.

3D 레이저 스캐너(100)는 위상 이동 방식(phase-shift method)을 이용하여 거리를 측정할 수 있다. 여기서, 거리는 아래의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.The 3D laser scanner 100 can measure the distance using a phase-shift method. Here, the distance can be expressed by the following equation (1).

[수학식 1][Equation 1]

여기서, D는 3D 레이저 스캐너(100)로부터 대상(FG)까지의 거리이고,

는 진폭 변조 연속파(이하, "변조파"라 함)의 파장이며,

는 발사된 레이저 빔과 반사된 빔간의 위상 차이 일 수 있다. Here, D is the distance from the 3D laser scanner 100 to the object FG,

Is a wavelength of an amplitude modulated continuous wave (hereinafter referred to as "modulated wave"),

May be the phase difference between the launched laser beam and the reflected beam.

는 0 내지 2π의 범위 이내이므로, 3D 레이저 스캐너(100)가 정확하게 측정할 수 있는 최대 측정 거리(Da)(또는, ambiguity interval)는 아래의 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.

The maximum measurement distance Da (or ambiguity interval) that the 3D laser scanner 100 can accurately measure can be expressed by the following equation (2): " (2) "

[수학식 2]&Quot; (2) "

3D 레이저 스캐너(100)로부터 대상까지의 실제 거리가 최대 측정 거리(Da)를 초과하는 경우, 3D 레이저 스캐너(100)의 치수 측정 결과는 정확하지 않을 수 있다.If the actual distance from the 3D laser scanner 100 to the object exceeds the maximum measurement distance Da, the dimensional measurement results of the 3D laser scanner 100 may not be accurate.

3D 레이저 스캐너(100)가 파장

의 변조파를 이용하는 경우, 측정된 위상 차이

와 실제 거리

간의 관계는 아래의 수학식 3 및 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.When the 3D laser scanner 100 detects the wavelength

, The measured phase difference < RTI ID = 0.0 >

And actual distance

Can be expressed by the following equations (3) and (4).

[수학식 3]&Quot; (3) "

[수학식 4]&Quot; (4) "

여기서,

는 정수이고,

이거나,

일 수 있다.here,

Is an integer,

Lt; / RTI &

Lt; / RTI >

3D 레이저 스캐너(100)는 상대적으로 긴 파장을 가지는 변조파를 이용함으로써, 최대 측정 거리(Da)를 증가시킬 수 있다. 그러나, 측정된 위상 변화(또는, 특정 위상 차이)는 일정한 측정 정밀도를 가지므로, 변조파의 파장이 길어지는 경우, 치수 측정의 정밀도가 떨어질 수 있다.The 3D laser scanner 100 can increase the maximum measurement distance Da by using a modulated wave having a relatively long wavelength. However, since the measured phase shift (or the specific phase difference) has a constant measurement accuracy, the accuracy of dimension measurement may deteriorate when the wavelength of the modulated wave becomes long.

따라서, 3D 레이저 스캐너(100)는 2개 이상의 파장을 가지는 변조파를 이용할 수 있다. 이 경우, 최대 측정 거리(Da)는 상대적으로 긴 파장에 의해 결정되고, 치수 측정의 정밀도는 상대적으로 짧은 파장에 의해 결정될 수 있다.Therefore, the 3D laser scanner 100 can use a modulated wave having two or more wavelengths. In this case, the maximum measurement distance Da is determined by the relatively long wavelength, and the precision of the dimensional measurement can be determined by the relatively short wavelength.

도 3a를 참조하면, 3D 레이저 스캐너(100)는 3개의 변조파들을 이용할 수 있다. 예를 들어, 제1 변조파는 50m의 파장을 가지고, 제2 변조파는 10m의 파장을 가지며, 제3 변조파는 1m의 파장을 가질 수 있다. 3D 레이저 스캐너(100)로부터 대상(FG)까지의 실제 거리는 3.412m로 가정할 수 있다. 또한, 측정의 정밀도는 파장의 1/1000 배인 것으로 가정할 수 있다. Referring to FIG. 3A, the 3D laser scanner 100 may use three modulated waves. For example, the first modulated wave may have a wavelength of 50 m, the second modulated wave may have a wavelength of 10 m, and the third modulated wave may have a wavelength of 1 m. The actual distance from the 3D laser scanner 100 to the object FG can be assumed to be 3.412 m. It can also be assumed that the accuracy of the measurement is 1/1000 times the wavelength.

예를 들어, 제1 내지 제3 변조파들을 이용하여 측정된 거리들(또는, 거리 측정값들)은 각각, 3.40m, 3.41m, 0.412m 일 수 있다. 이 경우, 3D 레이저 스캐너(100)는 제1 변조파를 이용한 제1 측정값, 제2 변조파를 이용한 제2 측정값 및 제3 변조파를 이용한 제3 측정값을 순차적으로 적용하여, 3.412m라는 최종 거리 측정값을 도출할 수 있다.For example, the distances (or distance measurements) measured using the first through third modulated waves may be 3.40 m, 3.41 m, 0.412 m, respectively. In this case, the 3D laser scanner 100 sequentially applies a first measured value using the first modulated wave, a second measured value using the second modulated wave, and a third measured value using the third modulated wave to calculate 3.412 m Lt; RTI ID = 0.0 > a < / RTI >

도 3b 및 도 3c는 도 1의 3D 레이저 스캐너에서 발생하는 혼합 화소를 설명하는 도면이다.FIGS. 3B and 3C are views for explaining mixed pixels generated in the 3D laser scanner of FIG. 1. FIG.

도 3b 및 도 3c를 참조하면, 3D 레이저 스캐너(100)로부터 대상(FG)까지의 거리는 제1 거리(D1)로 표현되고, 3D 레이저 스캐너(100)로부터 배경(BG)까지의 거리는 제2 거리(D2)로 표현될 수 있다. 제1 거리(D1) 및 제2 거리(D2)간의 거리 차이는 ΔD로 표현되고, 혼합 화소(mixed pixel; MP)의 측정된 거리는 Dm으로 표현될 수 있다.3B and 3C, the distance from the 3D laser scanner 100 to the object FG is represented by a first distance D1 and the distance from the 3D laser scanner 100 to the background BG is represented by a second distance (D2). The distance difference between the first distance D1 and the second distance D2 is represented by? D, and the measured distance of the mixed pixel MP is represented by Dm.

3D 레이저 스캐너(100)에서 발사된 레이저 빔은 대상(FG)(또는 대상 표면)의 경계에서 2개의 부분들(또는, 부분 빔들)로 분할되고, 제1 부분은 대상(FG)(또는, 제1 영역(A1))에 떨어지며, 제2 부분은 배경(BG)(또는 배경 표면)에 떨어질 수 있다. 이 경우, 3D 레이저 스캐너(100)는 반사된 2개의 부분들을 수신하므로, 정확하지 않은 거리를 가지는 혼합 화소가 발생할 수 있다.The laser beam emitted from the 3D laser scanner 100 is divided into two portions (or partial beams) at the boundary of the object FG (or the object surface) 1 area A1), and the second part may fall on the background BG (or the background surface). In this case, the 3D laser scanner 100 receives the reflected two portions, so that a mixed pixel having an inaccurate distance may occur.

이하에서는, 설명의 편의상, 하나의 변조파를 이용하여 혼합 화소를 설명하기로 한다.Hereinafter, for convenience of description, a mixed pixel will be described using one modulated wave.

3D 레이저 스캐너(100)에서 방출된 레이저 빔의 강도(

)는 아래의 수학식 6과 같이 코사인 함수로 표현될 수 있다.The intensity of the laser beam emitted from the 3D laser scanner 100 (

) Can be expressed by a cosine function as shown in Equation (6) below.

[수학식 6]&Quot; (6) "

여기서,

는 레이저 빔의 강도,

는 레이저 빔의 속도,

는 레이저 빔의 파장, t는 시간일 수 있다. 여기서, 제1 거리(D1) 및 제2 거리(D2)는 최대 측정 거리(Da) 이내일 수 있다.here,

The intensity of the laser beam,

The speed of the laser beam,

May be the wavelength of the laser beam, and t may be the time. Here, the first distance D1 and the second distance D2 may be within the maximum measurement distance Da.

대상(FG)으로부터 반사된 신호(또는, retuned signal, 제1 반환 신호, 이하 "제1 반사 신호"라 함)는

로 표현되고, 배경(BG)으로부터 반사된 신호(또는, 제2 반환 신호, 이하, "제2 반사 신호"라 함)는

로 표현될 수 있다. 이 경우, 반사된 신호들은 아래의 수학식 7과 같이 표현될 수 있다.A signal reflected from the object FG (or a retuned signal, hereinafter referred to as a "first reflected signal"

(Or a second return signal, hereinafter referred to as "second reflected signal") reflected from the background BG is expressed by

. ≪ / RTI > In this case, the reflected signals can be expressed by Equation (7) below.

[수학식 7]&Quot; (7) "

(단, i는 1 또는 2임)

(Provided that i is 1 or 2)

수학식 3에 따라, 반사 신호들 간의 위상 차이(

)는 아래의 수학식 8과 같이 표현될 수 있다.According to Equation (3), the phase difference (

) Can be expressed by the following equation (8).

[수학식 8]&Quot; (8) "

(단, i는 1 또는 2임)

(Provided that i is 1 or 2)

한편, 3D 레이저 스캐너(100)는 제1 반사 신호(Z1)와 제2 반사 신호(Z2)를 수신하므로, 결과 신호(z)(즉, 3D 레이저 스캐너(100)에서 하나로서 수신되는 반사 신호)는 아래의 수학식 9 및 수학식 10과 같이 표현될 수 있다.Since the 3D laser scanner 100 receives the first reflection signal Z1 and the second reflection signal Z2, the result signal z (i.e., the reflection signal received as one in the 3D laser scanner 100) Can be expressed by the following equations (9) and (10).

[수학식 9]&Quot; (9) "

[수학식 10]&Quot; (10) "

위상

는 수학식 7, 수학식 9 및 수학식 10에 따라 아래의 수학식 11 및 수학식 12와 같이 표현되며, 최종적으로, 혼합 화소(MP)의 측정 거리(Dm)는 수학식 1에 기초하여 아래의 수학식 13과 같이 표현될 수 있다.Phase

The measurement distance Dm of the mixed pixel MP is expressed by the following Equation 11 and Equation 12 according to Equations (7), (9) and (10) (13) " (13) "

[수학식 11]&Quot; (11) "

[수학식 12]&Quot; (12) "

[수학식 13]&Quot; (13) "

한편, 결과 신호(z)(즉, 2개의 반사 신호들이 합성된 신호)는 기하학적 해석을 통해 설명될 수 있다.On the other hand, the resulting signal z (i.e., the signal from which the two reflected signals are combined) can be described through a geometric analysis.

도 4a 내지 도 4c는 도 1의 3D 레이저 스캐너에서 측정된 반사 신호의 일 예를 나타내는 도면이다.4A to 4C are views showing an example of a reflected signal measured by the 3D laser scanner of FIG.

도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 제1 반사 신호(Z1) 및 제2 반사 신호(Z2)는 벡터 형태로 표현될 수 있다. 벡터의 길이는 반사 신호들 각각의 강도를 나타내고, 벡터의 각(angle)은 반사 신호들 각각의 위상에 대응할 수 있다. 따라서, 결과 신호(Z)는 2개의 벡터들의 합으로 표현될 수 있다.4A to 4C, the first reflection signal Z1 and the second reflection signal Z2 may be expressed in a vector form. The length of the vector represents the intensity of each of the reflected signals, and the angle of the vector may correspond to the phase of each of the reflected signals. Thus, the resulting signal Z can be represented by the sum of two vectors.

도 4a에 도시된 바와 같이, 제1 반사 신호(Z1)의 제1 위상(

)과 제2 반사 신호(Z2)의 제2 위상(

)간의 위상 차이가 π보다 작은 경우, 결과 신호(Z)의 위상(

)은 제1 위상(

)과 제2 위상(

) 사이에 위치할 수 있다. 이 경우, 수학식 8과 수학식 13에 따라 혼합 화소(MP)는 대상(FG)과 배경(BG) 사이에 위치할 수 있다(즉,

).As shown in FIG. 4A, the first phase of the first reflected signal Z1

And the second phase of the second reflected signal Z2

) Is smaller than?, The phase of the resulting signal (Z)

) Is a first phase (

) And the second phase (

). ≪ / RTI > In this case, the mixed pixel MP may be located between the object FG and the background BG according to Equations (8) and (13)

).

한편, 제1 반사 신호(Z1)의 제1 위상(

)과 제2 반사 신호(Z2)의 제2 위상(

)간의 위상 차이가 π보다 큰 경우, 결과 신호(Z)의 위상(

)은 도 4b에 도시된 바와 같이

이거나, 도 4c에 도시된 바와 같이

일 수 있다. 이 경우, 혼합 화소(MP)는 대상(FG)보다 앞에 위치하거나(즉,

), 배경(BG) 보다 뒤에 위치할 수 있다(즉,

).On the other hand, the first phase of the first reflected signal Z1

And the second phase of the second reflected signal Z2

) Is greater than?, The phase of the resulting signal (Z)

As shown in FIG. 4B,

, Or as shown in FIG. 4C

Lt; / RTI > In this case, the mixed pixel MP is located before the object FG (that is,

), Background (BG) (i.e.,

).

상술한 바와 같이, 혼합 화소(MP)의 측정 거리(Dm)는 변조파의 파장, 반사 신호들(Z1, Z2)의 위상들(보다 정확하게는, 제1 및 제2 측정 거리들(D1, D2)에 의해 결정된 반사 신호들(Z1, Z2)) 및 반사 신호들(Z1, Z2)의 강도(I1, I2)(보다 정확하게는, 수학식 12 및 수학식 13에 따라, 제1 강도(I1)와 제2 강도(I2)간의 비율(I1/I2))에 의해 결정되고, 아래의 수학식 14와 같이 표현될 수 있다.As described above, the measurement distance Dm of the mixed pixel MP depends on the wavelength of the modulated wave, the phases of the reflected signals Z1 and Z2 (more precisely, the first and second measured distances D1 and D2 (More precisely, the first intensity I1 and the second intensity I2 in accordance with Equations (12) and (13)) of the reflected signals (Z1 and Z2) (I1 / I2) between the first intensity I2 and the second intensity I2), and can be expressed by Equation (14) below.

[수학식 14]&Quot; (14) "

,

,

,

,

,

,

여기서, 변조파의 파장은 기 설정되고, 반사 신호들(Z1, Z2)의 위상들(또는, 위상들을 결정하는 제1 및 제2 측정 거리들(D1, D2))은 측정될 수 있다. 반사 신호들(Z1, Z2)의 강도(I1, I2)(또는, 제1 강도(I1)와 제2 강도(I2)간의 비율(I1/I2))는 도 3c에 도시된 제1 영역(A1)의 면적과 제2 영역(A2)의 면적과 관련되고, 제1 영역(A1)의 면적과 제2 영역(A2)의 면적 각각은 변수 x에 관련될 수 있다. 여기서, 변수 x는 레이저 빔이 대상(FG)의 에지(또는, 가장자리, 외곽)에 조사되는 경우, 레이저 빔이 대상(FG)에 떨어지는 지점인 제1 영역(A1)의 폭일 수 있다. 변수 x는 0 내지 d의 범위 이내일 수 있고, d는 레이저 빔의 폭일 수 있다.Here, the wavelength of the modulated wave is preset, and the phases (or the first and second measured distances D1 and D2) of the reflected signals Z1 and Z2 (or the first and second measured distances D1 and D2 that determine the phases) can be measured. The intensity I1 and I2 of the reflected signals Z1 and Z2 (or the ratio I1 / I2 between the first intensity I1 and the second intensity I2) And the area of the second area A2 and each of the area of the first area A1 and the area of the second area A2 can be related to the variable x. Here, the variable x may be the width of the first area A1 where the laser beam falls onto the object FG when the laser beam is irradiated to the edge (or edge, outer edge) of the object FG. The variable x may be in the range of 0 to d, and d may be the width of the laser beam.

결과적으로, 혼합 화소(MP)의 측정 거리(Dm)는 변수 x에 관한 함수로 표현될 수 있다.As a result, the measured distance Dm of the mixed pixel MP can be expressed by a function relating to the variable x.

도 5a 내지 도 5d는 도 3c에 도시된 변수 x와 혼합 화소의 측정 거리간의 관계를 나타내는 도면들이다.5A to 5D are diagrams showing the relationship between the variable x shown in FIG. 3C and the measured distance of the mixed pixel.

이하에서는, 3D 레이저 스캐너(100)는 307m, 19.2m, 2.4m의 변조파들을 이용하는 것으로 가정할 수 있다. 예를 들어, 3D 레이저 스캐너(100)의 스펙은 FARO Focus 3D 120 scanner와 동일할 수 있다. 한편, 설명의 편의상, 제1 강도(I1)와 제2 강도(I2)간의 강도 비율(I1/I2)은 제1 영역(A1) 및 제2 영역(A2) 간의 면적 비율(A1/A2)과 같은 것으로 가정할 수 있다. 참고로, 실제 강도 비율(I1/I2)이 면적 비율(A1/A2)보다 큰 경우, 제1 반사 신호(Z1)의 비율이 상대적으로 커지므로, 혼합 화소(Dm)의 측정 거리(Dm)는 대상(FG)에 상대적으로 더 가깝게 계산될 수 있다.In the following, it can be assumed that the 3D laser scanner 100 uses modulation waves of 307 m, 19.2 m, and 2.4 m. For example, the specification of the 3D laser scanner 100 may be the same as the FARO Focus 3D 120 scanner. On the other hand, for convenience of explanation, the intensity ratio I1 / I2 between the first intensity I1 and the second intensity I2 is expressed by the area ratio A1 / A2 between the first area A1 and the second area A2, The same can be assumed. For reference, when the actual intensity ratio I1 / I2 is larger than the area ratio A1 / A2, the ratio of the first reflection signal Z1 becomes relatively large, so that the measurement distance Dm of the mixed pixel Dm is Can be calculated relatively closer to the object FG.

도 5a 내지 도 5d에 도시된 바와 같이, 변수 x와 혼합 화소(MP)의 측정 거리(Dm)간의 관계는 대상(FG)과 배경(BG)간의 거리 차이(

)에 따라 4개의 경우들로 구분될 수 있다. 변조파들의 파장들 중 가장 짧은 파장을 기준으로, 1/4 파장 단위로 변수 x와 혼합 화소(MP)의 측정 거리(Dm)간의 관계가 4개의 경우들로 구분될 수 있다. 가장 짧은 파장이 2.4m 이므로, 0.6m 단위로 변수 x와 혼합 화소(MP)의 측정 거리(Dm)간의 관계가 4개의 경우들로 구분될 수 있다.5A to 5D, the relationship between the variable x and the measured distance Dm of the mixed pixel MP is a distance difference (distance) between the object FG and the background BG

). ≪ / RTI > The relationship between the variable x and the measured distance Dm of the mixed pixel MP in quarter wavelength units can be divided into four cases based on the shortest wavelength among the wavelengths of the modulated waves. Since the shortest wavelength is 2.4 m, the relationship between the variable x and the measured distance Dm of the mixed pixel MP can be divided into four cases in units of 0.6 m.

도 5a를 참조하면, 거리 차이(

)가 0.6m 보다 작은 경우(즉,

)에 대해 변수 x와 혼합 화소(MP)의 측정 거리(Dm)간의 관계가 도시되어 있다. 이 경우, 산출된 측정 거리(Dm)에 따라, 혼합 화소(MP)는 대상(FG)과 배경(BG) 사이에 위치할 수 있다.Referring to FIG. 5A,

) Is smaller than 0.6 m (that is,

The relationship between the variable x and the measured distance Dm of the mixed pixel MP is shown. In this case, the mixed pixel MP may be located between the object FG and the background BG, depending on the calculated measurement distance Dm.

도 5b를 참조하면, 거리 차이(

)가 0.6m 보다 크고 1.2m보다 작은 경우(즉,

), 혼합 화소(MP)는 대상(FG)의 앞(예를 들어, 대상(FG)을 기준으로 3D 레이저 스캐너(100) 측)에 위치하거나, 배경(BG)의 뒤(예를 들어, 배경(BG)을 기준으로 3D 레이저 스캐너(100) 측의 반대 방향)에 위치할 수 있다.Referring to FIG. 5B,

) Is greater than 0.6 m but less than 1.2 m (i.e.,

), The mixed pixel MP is located in front of the object FG (for example, on the side of the 3D laser scanner 100 with respect to the object FG), or behind the background BG (The direction opposite to the side of the 3D laser scanner 100 on the basis of the BG).

도 5c를 참조하면, 거리 차이(

)가 1.2m 보다 크고 1.8m 보다 작은 경우(즉,

), 혼합 화소(MP)는 대상(FG)과 배경(BG) 사이에 위치하나, 연속적이지 않을 수 있다. 예를 들어, 일부 혼합 화소(MP)는 대상(FG)에 인접하고, 다른 혼합 화소(MP)는 배경(BG)에 인접하여 위치하며, 혼합 화소(MP)가 위치하지 않는 간격(GAP)이 존재할 수 있다.Referring to FIG. 5C,

) Is larger than 1.2 m and smaller than 1.8 m (that is,

, The mixed pixel MP is located between the object FG and the background BG but may not be continuous. For example, some of the mixed pixels MP are adjacent to the object FG, the other mixed pixels MP are located adjacent to the background BG, and the gap GAP where the mixed pixels MP are not located is Can exist.

도 5d를 참조하면, 거리 차이(

)가 1.8m 보다 크고 2.4m 보다 작은 경우(즉,

), 혼합 화소(MP)는 상대적으로 좁은 3개의 범위들 내에 위치하고, 3개의 범위들은 2개의 간격들(GAP)에 의해 구분될 수 있다.Referring to FIG. 5D,

) Is greater than 1.8m and smaller than 2.4m (that is,

), The mixed pixel MP is located in three relatively narrow ranges, and the three ranges can be separated by two intervals GAP.

4개의 경우들에 공통적으로, 변수 x가 작아지면, 혼합 화소(MP)는 배경(BG)에 접근할 수 있다. 변수 x가 커지면, 혼합 화소(MP)는 대상(FG)에 접근할 수 있다.In common with the four cases, when the variable x becomes small, the mixed pixel MP can approach the background BG. When the variable x becomes larger, the mixed pixel MP can approach the object FG.

거리 차이(

)가 0.6m 이상인 경우(즉,

), 대상(FG)에 인접하는 혼합 화소(MP)가 존재할 수 있으며, 이들은, 도 5b 내지 도 5d에 도시된 바와 같이, 관심 혼합 화소(Mixed pixels of concern)로 표현될 수 있다. 특히, 관심 혼합 화소들은 유효한 점(valid point)(또는, 유효점, 유효 화소, 예를 들어, 대상(FG)에만 떨어지는 화소)과 쉽게 구분되지 않는다는 점에서, 관심 혼합 화소를 구별하는 것이 중요할 수 있다.Distance difference (

) Is 0.6 m or more (that is,

) And a mixed pixel MP adjacent to the object FG may exist, and they may be expressed as Mixed Pixels of Concern, as shown in FIGS. 5B to 5D. In particular, it is important to distinguish a mixed pixel of interest, in that the mixed pixels of interest are not easily distinguished from a valid point (or an effective point, an effective pixel, for example, a pixel falling only on the object FG) .

한편, 거리 차이(

)가 0.6m 이하인 경우(즉,

), 모든 혼합 화소(MP)가 관심 혼합 화소일 수 있다. On the other hand,

) Is 0.6 m or less (that is,

), And all mixed pixels (MP) may be mixed pixels of interest.

이하에서는, 3D 레이저 스캐너(100)의 스캔 데이터(또는, 스캔 결과)에서 혼합 화소를 구별(또는 제거, 필터링)하는 구체적인 구성에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a specific configuration for distinguishing (or eliminating, filtering) mixed pixels from scan data (or scan results) of the 3D laser scanner 100 will be described.

스캔 데이터는 3D 레이저 스캐너(100)를 이용하여 대상(FG)을 스캔하여 대상의 치수를 측정한 결과를 나타내고, 스캔 데이터는 대상(FG)에 속하는 유효한 점(예를 들어, 유효 화소), 혼합 화소 및 배경(BG)에 속하는 배경 점(background point)(예를 들어, 무효 화소)으로 구분될 수 있다. 여기서, 3D 레이저 스캐너(100)는 유효 화소를 유지하면서, 혼합 화소와 배경 점을 제거할 수 있다.The scan data represents a result of measuring a dimension of an object by scanning the object FG using the 3D laser scanner 100. The scan data represents a valid point (for example, an effective pixel) belonging to the object FG, And a background point belonging to the background BG (for example, an invalid pixel). Here, the 3D laser scanner 100 can remove mixed pixels and background points while maintaining effective pixels.

스캔 데이터는 도 3b에 도시된 좌표 공간(또는, 좌표 시스템)에 위치하는 것으로 가정할 수 있다. 여기서, 대상(FG)은 X-Y 평면 상에 위치할 수 있다. Z축은 대상(FG)에서 배경(BG)으로 향할 수 있다. 유효한 점, 혼합 화소 및 배경 점은 서로 다른 z값(즉, z축 방향으로의 값)을 가지므로, z값에 기초하여 혼합 화소 및 배경 점을 제거할 수 있다. 유효한 점의 제1 값은 Zv로 표현되고, 대상(FG)의 매끄러운 표면을 기준으로 0의 값을 가질 수 있다. 참고로, 대상(FG)의 표면 거칠기에 따라, 유효한 점의 제1 값(Zv)는 특정 범위 내에서 변할 수 있다. 한편, 혼합 화소(MP)의 제2 값은 Zm으로 표현되고, 측정 거리(Dm)로부터 획득되며, 제2 값(Zm)은 아래의 수학식 15와 같이 표현될 수 있다.It can be assumed that the scan data is located in the coordinate space (or coordinate system) shown in FIG. 3B. Here, the object FG may be located on the X-Y plane. The Z axis can be from the object FG to the background BG. Since the effective point, mixed pixel, and background point have different z values (i.e., values in the z-axis direction), the mixed pixel and the background point can be eliminated based on the z value. The first value of the valid point is represented by Zv and may have a value of zero based on the smooth surface of the object FG. For reference, depending on the surface roughness of the object FG, the first value Zv of the effective points may vary within a certain range. On the other hand, the second value of the mixed pixel MP is represented by Zm, and is obtained from the measurement distance Dm, and the second value Zm can be expressed by the following equation (15).

[수학식 15]&Quot; (15) "

여기서,

는, 도 3b에 도시된 바와 같이, 대상(FG)의 표면을 기준으로 레이저 빔의 입사각이다.here,

Is an incident angle of the laser beam with respect to the surface of the object FG as shown in Fig. 3B.

배경 점의 제3 값은 Zb로 표현되고,

와 같을 수 있다. 배경(BG)의 표면 거칠기에 따라 배경 점의 제3 값(Zb)은 특정 범위 내에서 변할 수 있다.The third value of the background point is represented by Zb,

≪ / RTI > Depending on the surface roughness of the background BG, the third value Zb of the background point may vary within a certain range.

도 2를 참조하여 설명한 바와 같이, 3D 레이저 스캐너(100)는 수평, 수직 방향으로 회전하면서 대상(BG)을 스캔 할 수 있다. 이 경우, 혼합 화소의 개수는 레이저 빔의 크기(d)(또는, 폭, 직경)와 인접 스캔점들간의 공간(s)(또는, 간격)에 의해 결정되며, 아래의 수학식 16과 같이 표현될 수 있다.As described with reference to FIG. 2, the 3D laser scanner 100 can scan the object BG while rotating in the horizontal and vertical directions. In this case, the number of mixed pixels is determined by the size (d) (or width, diameter) of the laser beam and the space s (or interval) between adjacent scan points, .

[수학식 16]&Quot; (16) "

여기서,

는 레이저 빔의 크기이고,

은 스캔 거리이며,

는 초점 거리,

는 레이저의 발산(divergence),

는 3D 레이저 스캐너(100)의 회전율,

는 스캔점(즉, 레이저 빔이 조사되는 점)의 샘플링 시간일 수 있다. 여기서, 레이저 빔은 대상(FG)의 경계에서 분할되므로,

은

과 같을 수 있다.

는 3D 레이저 스캐너(100)의 회전에 의해 발생될 수 있다. 3D 레이저 스캐너(100)의 수직 회전은 수평 회전보다 빠르므로, 레이저 빔의 수직 크기는 수평 크기보다 클 수 있다. 따라서, 인접 스캔점들간의 공간(s)은 아래의 수학식 17에 의해 획득될 수 있다.here,

Is the size of the laser beam,

Is the scan distance,

The focal length,

The divergence of the laser,

The rotation rate of the 3D laser scanner 100,

May be the sampling time of the scan point (i.e., the point at which the laser beam is irradiated). Here, since the laser beam is divided at the boundary of the object FG,

silver

≪ / RTI >

May be generated by rotation of the 3D laser scanner 100. [ Since the vertical rotation of the 3D laser scanner 100 is faster than the horizontal rotation, the vertical size of the laser beam may be larger than the horizontal size. Therefore, the space s between adjacent scan points can be obtained by the following equation (17).

[수학식 17]&Quot; (17) "

여기서,

는 3D 레이저 스캐너(100)의 각 해상도이다.here,

Is the resolution of the 3D laser scanner 100.

이하에서는, 레이저 빔의 크기(d)와 인접 스캔점들간의 공간(s)간의 관계를 고려하여 2개의 케이스들에 대해서 혼합 화소 및 배경점을 제거하는 구체적인 구성을 설명하기로 한다.Hereinafter, a specific configuration for eliminating mixed pixels and background points for two cases will be described taking into consideration the relationship between the size d of the laser beam and the space s between adjacent scan points.

도 6은 도 1의 스캐너의 레이저 빔의 스캔 간격의 일 예를 나타내는 도면이다.6 is a diagram showing an example of a scan interval of a laser beam of the scanner of FIG.

도 6을 참조하면, 제1 케이스로서, 인접 스캔점들 간의 공간(s)은 레이저 빔의 크기(d)보다 크거나 같을 수 있다(즉,

). 이 경우, 2개의 인접 스캔점들은 중첩되지 않고, 하나의 행에 최대 하나의 혼합 화소가 존재할 수 있다. 도 6은 3D 레이저 스캐너(100)가 수직 방향의 에지를 가로질러 수평 방향으로 스캔하는 경우를 예시적으로 나타내고 있다. 제1 지점(A)과 제2 지점(B)은 2개의 인접 스캔점들을 나타낼 수 있다. 제1 지점(A)은 유효한 점이고, 제2 지점(B)은 배경점으로 가정할 수 있다. 제1 지점(A) 및 제2 지점(B)의 위치들은 3개의 하위 케이스들(P1, P2, P3)에 명확하게 표시될 수 있다. 스캔점들은 동일한 확률을 가지고, 3개의 하위 케이스들(P1, P2, P3) 사이의 임의의 지점에 위치할 수 있다.Referring to FIG. 6, as a first case, the space s between adjacent scan points may be equal to or greater than the size d of the laser beam (i.e.,

). In this case, the two adjacent scan points are not overlapped, and there can be at most one mixed pixel in one row. 6 exemplarily shows a case where the 3D laser scanner 100 scans in the horizontal direction across the edge in the vertical direction. The first point A and the second point B may represent two adjacent scan points. The first point (A) is a valid point and the second point (B) is a background point. The positions of the first point A and the second point B can be clearly indicated in the three lower cases P1, P2 and P3. The scan points have the same probability and can be located at any point between the three lower cases P1, P2, P3.

제1 하위 케이스(P1)와 제2 하위 케이스(P2) 사이에서, 제2 지점(B)은 혼합 화소가 될 수 있다. 제2 하위 케이스(P2)와 제3 하위 케이스(P3) 사이에서, 제2 지점(B)은 배경점이 될 수 있고, 혼합 화소는 존재하지 않을 수 있다.Between the first lower case P1 and the second lower case P2, the second point B can be a mixed pixel. Between the second lower case P2 and the third lower case P3, the second point B may be a background point, and a mixed pixel may not exist.

이 경우를 일반화하면, 인접 스캔점들 간의 공간(s)이 레이저 빔의 크기(d)보다 큰 경우(즉,

), 하나의 행에 혼합 화소가 존재할 가능성은

이고, 혼합 화소가 존재하지 않을 가능성은

일 수 있다. If this case is generalized, if the space s between adjacent scan points is larger than the size d of the laser beam (that is,

), The possibility that mixed pixels exist in one row

, And the possibility that a mixed pixel does not exist

Lt; / RTI >

이 경우, 3D 레이저 스캐너(100)는 아래의 4개의 단계들을 통해 스캔 데이터로부터 혼합 화소 및 배경점을 제거할 수 있다.In this case, the 3D laser scanner 100 can remove mixed pixels and background points from the scan data through the following four steps.

제1 단계(step 1)에서, 3D 레이저 스캐너(100)는 유효한 점의 제1 값(Zv)에 대한 제1 확률 분포 함수(

)를 추정할 수 있다. 유효한 점은 스캔 데이터로부터 선택되고, 유효한 점의 제1 값(Zv)이 정규 분포에 맞춰지면 제1 확률 분포 함수(

)의 추정치로 사용될 수 있다.In a first step (step 1), the 3D laser scanner 100 calculates a first probability distribution function for a first value Zv of valid points

) Can be estimated. A valid point is selected from the scan data, and if the first value (Zv) of the valid point is fitted to the normal distribution, the first probability distribution function

). ≪ / RTI >

제2 단계(step 2)에서, 3D 레이저 스캐너(100)는 혼합 화소의 제2 값(Zm)에 대한 제2 확률 분포 함수(

)를 추정할 수 있다.

관계는 수학식 15와 같이 나타나므로,

은

에 관한 함수(

)가 획득될 수 있다. 먼저, 제2 값(

)의 누적 확률 함수(cumulative probability function; CDF)(

)는

로 풀릴 수 있다. 이후,

는

의 미분 형태(즉,

)로 도출될 수 있다.In a second step (step 2), the 3D laser scanner 100 calculates a second probability distribution function for the second value Zm of the mixed pixels

) Can be estimated.

Since the relationship is expressed by Equation (15)

silver

Function (

) Can be obtained. First, the second value (

) Cumulative probability function (CDF) (

)

Lt; / RTI > after,

The

(I.e.,

). ≪ / RTI >

제3 단계(step 3)에서, 제1 임계값(T1)에 기초하여 유효하지 않은 점들을 제거할 수 있다. 여기서, 유효하지 않은 점들은 제1 임계값(T1)을 초과하는 z 값을 가지고, 예를 들어, 대상(BG)으로부터 멀리 이격된 혼합 화소와, 배경 점을 포함할 수 있다.In the third step (step 3), invalid points may be eliminated based on the first threshold value T1. Here, the invalid points may have a z-value exceeding the first threshold T1, for example, mixed pixels away from the object BG, and a background point.

예를 들어,

인 경우, 제1 임계값(T1)은 제1 단계에서 획득한

에 기초하여

의 조건을 만족하도록 설정될 수 있다. 예를 들어,

인 경우, 도 7a 내지 도 7d에 도시된 바와 같이, 제1 임계값(T1)은 관심 혼합 화소의 z 값과, 다른 혼합 화소의 z값 사이의 임의의 값일 수 있다. 다만, 제1 임계값(T1)은 유효한 점이 제거되지 않도록 설정되어야 한다. 참고로, 제1 임계값(T1)은 유효한 점의 제1 값(Zv)보다 현저하게 크므로, 제1 임계값(T1)은 용이하게 설정될 수 있다.E.g,

, The first threshold value (T1) is the same as the first threshold value < RTI ID = 0.0 >

On the basis of

As shown in FIG. E.g,

, The first threshold value T1 may be any value between the z value of the mixed pixel of interest and the z value of the other mixed pixels, as shown in Figs. 7A to 7D. However, the first threshold value T1 must be set so that the effective point is not removed. For reference, since the first threshold value T1 is significantly larger than the first value Zv of the valid point, the first threshold value T1 can be easily set.

제3 단계 이후에, 남은 혼합 화소들은 도 7a 및 도 7c에 도시된 바와 같이 양의 값을 가지거나, 도 7b 및 도 7d에 도시된 바와 같이 음의 값을 가질 수 있다. 스캔 데이터에서 혼합 화소가 남는 확률(예를 들어, 잔존 확률)은

으로 표현될 수 있고, 제2 값(Zm)이 제1 임계값(T1)보다 낮을 확률과 같을 수 있다. 따라서, 하나의 행에 남은 점(즉, 제1 임계값(T1)에 기초하여 스캔 데이터로부터 일부 점들을 제거하고 남은 점)이 혼합 화소일 확률은 (

)은

이고, 남은 점이 유효한 점일 확률은

일 수 있다.After the third step, the remaining mixed pixels may have a positive value as shown in Figs. 7A and 7C, or may have a negative value as shown in Figs. 7B and 7D. The probability that the mixed pixel remains in the scan data (for example, the remaining probability)

And may be equal to a probability that the second value Zm is lower than the first threshold T1. Thus, the probability that a point remaining in one row (i.e., a point remaining after removing some points from the scan data based on the first threshold value T1 and remaining) is a mixed pixel is

)silver

, And the probability that the remaining points are valid points

Lt; / RTI >

제4 단계(step 4)에서, 3D 레이저 스캐너(100)는 제2 임계값(T2)에 기초하여 남은 점을 유효한 점 또는 혼합 화소로 구분할 수 있다. 각 행에는 최대 하나의 혼합 화소가 존재할 수 있으므로, 각 행의 마지막 점(예를 들어, 남은 점 중에서 가장 마지막에 위치하는 점)만이 구분되어야 한다.In the fourth step (step 4), the 3D laser scanner 100 can divide the remaining points based on the second threshold value T2 into valid points or mixed pixels. Since there may be a maximum of one blending pixel in each row, only the last point of each row (for example, the last one of the remaining points) should be distinguished.

남은 점을 구분함에 있어서, 2가지 형태의 분류 오류가 발생할 수 있다. 제1 분류 오류(

)는 유효한 점이 혼합 화소로 분류되는 경우이고, 제2 분류 오류(

)는 혼합 화소가 유효한 점으로 분류되는 경우일 수 있다.In distinguishing the remaining points, two types of classification errors may occur. First classification error (

) Is a case where valid points are classified as mixed pixels, and a second classification error

) May be a case where the mixed pixel is classified as a valid point.

도 8에 도시된 바와 같이, 2개의 곡선들은 각 행의 마지막 지점의 z 값의 확률 분포 함수를 나타내고, 남은 점이 유효한 화소일 확률(

)과 남은 점이 혼합 화소일 확률(

)을 나타낼 수 있다.As shown in Fig. 8, the two curves represent the probability distribution function of the z value at the end point of each row, and the remaining points are the effective pixel probability (

) And the remaining point is the mixed pixel probability (

). ≪ / RTI >

도 8에 도시된 곡선들은 제3 단계에서 남은 점들만을 고려하고, 재정규화 될 수 있다. 각 행의 마지막 점의 z 값이 임계값보다 큰 경우, 해당 점이 혼합 화소로 구분될 수 있다. 각 행의 마지막 점의 z 값이 임계값보다 작은 경우, 해당 점은 유효한 점으로 분류될 수 있다. The curves shown in Fig. 8 can be re-normalized considering only the points left in the third step. If the z value of the last point of each row is larger than the threshold value, the corresponding point may be classified as a mixed pixel. If the z value of the last point of each row is less than the threshold value, the point can be classified as a valid point.

따라서, 제1 분류 오류(

)에 대한 확률은

로 표현되고, "유효한 점일 확률"과 "유효한 화소로 오분류될 확률"의 곱 연산한 결과와 같을 수 있다(즉,

). 제2 분류 오류(

)에 대한 확률은

로 표현되고, "혼합 화소일 확률"과 "혼합 화소로 오분류될 확률"의 곱 연산한 결과 같을 수 있다(즉,

). Therefore, the first classification error (

The probability for

, And may be the same as the result of multiplying the "probability of effective point" and "probability of being misclassified as valid pixel &

). Second classification error (

The probability for

, And may be the same as the result of multiplying the "mixed pixel probability" and the " probability to be misclassified as a mixed pixel "

).

도 8에 도시된 바와 같이, 제1 분류 오류 확률(

)과 제2 분류 오류 확률(

)은 도 9와 같이 면적으로 표현될 수 있고, 이 둘의 전체 면적이 아래의 수학식 18과 같이 총 분류 오류 확률(

)과 같을 수 있다.As shown in FIG. 8, the first classification error probability (

) And the second classification error probability (

) Can be expressed by the area as shown in FIG. 9, and the total area of the two can be expressed by the total classification error probability (

).

[수학식 18]&Quot; (18) "

따라서, 제2 임계값(

)은 총 분류 오류 확률(

)을 최소화하도록 설정되고, 제2 임계값(

)은 2개의 확률 분포 함수가 교차하는 지점에 위치할 수 있다.Therefore, the second threshold value (

) Is the total classification error probability (

), And the second threshold value (

) Can be located at the intersection of the two probability distribution functions.

상술한 바와 같이, 3D 레이저 스캐너(100)는, 인접 스캔점들 간의 공간(s)은 레이저 빔의 크기(d)보다 크거나 같은 경우(즉,

), 스캔 데이터로부터 유효한 점의 제1 값(Zv)에 대한 제1 확률 분포 함수 및 혼합 화소의 제2 값(Zm)에 대한 제2 확률 분포 함수를 각각 추정하며, 제1 임계값(T1)에 기초하여 유효하지 않은 점들을 제거하고, 각 행의 마지막에 남은 스캔점들을 혼합 화소 또는 유효한 점으로 오분류 확률(즉, 잘못 분류할 확률)을 최소화하는 제2 임계값(T2)을 산출하며, 제2 임계값(T2)에 기초하여 남은 스캔 데이터로부터 혼합 화소를 제거할 수 있다. 즉, 3D 레이저 스캐너(100)는 임의로 설정된 제1 임계값(T1) 뿐만 아니라 보다 최적화된 제2 임계값(T2)을 이용하여 혼합 화소를 제거하므로, 대상(FG)의 치수 측정의 정확도를 향상시킬 수 있다.As described above, in the 3D laser scanner 100, when the space s between adjacent scan points is equal to or greater than the size d of the laser beam (i.e.,

A first probability distribution function for a first value Zv of a valid point from the scan data and a second probability distribution function for a second value Zm of the mixed pixel, , And calculates a second threshold value (T2) that minimizes the misclassification probability (i.e., the probability of misclassifying) of the remaining scan points at the end of each row as a mixed pixel or a valid point , And remove the mixed pixel from the remaining scan data based on the second threshold value (T2). That is, the 3D laser scanner 100 removes the mixed pixel using the second threshold value T2, which is optimized as well as the first threshold value T1, which is set arbitrarily, thereby improving the accuracy of dimension measurement of the object FG .

한편, 도 6 내지 도 8을 참조하여 설명한 스캔 데이터로부터 유효하지 않은 점을 제거하는 구성은 필터, 필터링 알고리즘 등으로 구현되어 3D 레이저 스캐너(100) 내에 저장될 수 있다. 이 경우, 3D 레이저 스캐너(100)는 필터링 알고리즘을 이용하여 스캔 데이터로부터 유효하지 않은 점을 보다 정확하게 제거할 수 있다.The structure for removing invalid points from the scan data described with reference to FIGS. 6 to 8 may be implemented by a filter, a filtering algorithm, or the like, and stored in the 3D laser scanner 100. In this case, the 3D laser scanner 100 can more accurately remove the invalid points from the scan data using the filtering algorithm.

도 9는 도 1의 스캐너의 레이저 빔의 스캔 간격의 일 예를 나타내는 도면이다.9 is a diagram showing an example of a scan interval of a laser beam of the scanner of FIG.

도 9를 참조하면, 제2 케이스로서, 인접 스캔점들 간의 공간(s)은 레이저 빔의 크기(d)보다 작을 수 있다(즉,

). 이 경우, 2개의 인접 스캔점들은 중첩되고, 하나의 행에 적어도 하나의 혼합 화소가 존재할 수 있다. 도 6을 참조하여 설명한 바와 같이, 도 9는 3D 레이저 스캐너(100)가 수직 방향의 에지를 가로질러 수평 방향으로 스캔하는 경우를 예시적으로 나타내고 있다. 제1 내지 제3 지점들(A, B, C)은 연속적인 3개의 스캔점들일 수 있다.Referring to Fig. 9, as a second case, the space s between adjacent scan points may be smaller than the size d of the laser beam (i.e.,

). In this case, two adjacent scan points may overlap and there may be at least one mixed pixel in one row. As described with reference to Fig. 6, Fig. 9 exemplarily shows the case where the 3D laser scanner 100 scans in the horizontal direction across the edge in the vertical direction. The first to third points A, B, C may be three consecutive scan points.

제1 지점(A)을 유효한 점으로 가정하면, 제2 지점(B) 및 제3 지점(C)은 유효하지 않은 점일 수 있다. 제1 내지 제3 지점들(A, B, C)의 위치들은 3개의 하위 케이스들(P1, P2, P3)에 명확하게 표시될 수 있다.Assuming that the first point A is a valid point, the second point B and the third point C may be invalid points. The positions of the first to third points A, B and C can be clearly indicated in the three lower cases P1, P2 and P3.

제1 하위 케이스(P1) 내지 제3 하위 케이스(P3) 사이에서, 제2 지점(B)은 항상 혼합 화소가 되고, 제2 지점(B)의 x 값은 d-s 내지 d 의 범위 이내일 수 있다. 제3 지점(C)은 제1 하위 케이스(P1)와 제2 하위 케이스(P2) 사이에서 혼합 화소이고, 제3 지점(C)이 혼합 화소일 확률은

일 수 있다. 또한, 제3 지점(C)은 제2 하위 케이스(P2)와 제3 하위 케이스(P3) 사이에서 배경 점이고, 이의 확률은

일 수 있다. 제3 지점(C)이 혼합 화소일 때 x 값은 0 내지 d-s 의 범위 이내일 수 있다.Between the first lower case P1 and the third lower case P3 the second point B is always a mixed pixel and the x value of the second point B may be in the range of ds to d . The third point C is a mixed pixel between the first lower case P1 and the second lower case P2 and the probability that the third point C is a mixed pixel is

Lt; / RTI > The third point C is also a background point between the second lower case P2 and the third lower case P3,

Lt; / RTI > When the third point C is a mixed pixel, the x value may be in the range of 0 to ds.

이 경우를 일반화하면,

가 2개의 정수

과

사이에 떨어지는 경우, 각 행에서

개의 유효하지 않은 점들이 존재할 수 있다. 첫 번째 내지

번째 유효하지 않은 점들은 항상 혼합 화소이고,

번째 유효하지 않은 점은 혼합 화소 또는 배경 점일 수 있다. i번째 유효하지 않은 점(단,

)의 x 값은

의 범위 이내일 수 있다.

번째 유효하지 않은 점의 x값은

의 범위 이내일 수 있다. 따라서,

번째 유효하지 않은 점이 배경 점일 확률은

일 수 있다.If this case is generalized,

Is two integers

and

In each row,

There may be invalid points. First,

The < RTI ID = 0.0 > ith < / RTI &

The second inactive point may be a mixed pixel or background point. i-th invalid point (However,

) ≪ / RTI >

Lt; / RTI >

The x value of the ith invalid point is

Lt; / RTI > therefore,

The probability that the ith invalid point is a background point

Lt; / RTI >

상술 한 바와 같이,

은 특정 스캔에 대해 일대일 함수로 나타나고, 혼합 화소의 제2 값(

)은 측정 거리(

)에 선형적이므로, 혼합 화소는 각각의 경우마다 제2 값(

)의 배타적인 범위를 가질 수 있다. 또한, 각 행의 첫 번째 혼합 화소는 가장 큰 x 값을 가지므로, 도 5a 내지 도 5d를 참조하여 설명한 바와 같이, 대상(FG)에 가장 인접할 가능성이 높다. 두 번째 및 후속 혼합 화소들(2nd and subsequent mixed pixels)은 대상(FG)으로부터 멀어 질 가능성이 높다. 따라서, 3D 레이저 스캐너(100)는 아래의 2개의 단계들을 통해 스캔 데이터로부터 혼합 화소 및 배경점을 제거할 수 있다.As described above,

Is a one-to-one function for a particular scan, and the second value of the mixed pixel (

) Is the measurement distance

), The mixed pixel has a second value (

). ≪ / RTI > In addition, since the first mixed pixel in each row has the largest x value, as described with reference to Figs. 5A to 5D, there is a high possibility of being closest to the object FG. The second and subsequent mixed pixels are more likely to be farther from the object FG. Accordingly, the 3D laser scanner 100 can remove mixed pixels and background points from the scan data through the following two steps.

제1 단계(step 1)에서, 3D 레이저 스캐너(100)는 각 행의 첫 번째 혼합 화소를 제외한 모든 유효하지 않은 점을 제거할 수 있다. 먼저, 제2 내지 후속 혼합 화소들의 z값과 배경 점의 z값은 추정될 수 있다. 이 중에서, 혼합 화소의 z값의 범위는 혼합 화소의 x값의 범위와

관계에 기초하여 획득될 수 있다. 배경 화소의 z값의 범위는 스캔 데이터로부터 일부 배경 점을 선택하고, 일부 배경 점의 z값을 검색함으로써 추정될 수 있다. 이후, z 값의 범위가 이 범위에 속하는 스캔 점들이 제거될 수 있다. 각 행의 첫 번째 혼합 화소가 제1 단계에서 제거되지 않는 것으로 가정할 수 있다.In a first step (step 1), the 3D laser scanner 100 may remove all invalid points except for the first mixed pixel in each row. First, the z value of the second to subsequent mixed pixels and the z value of the background point can be estimated. Among them, the range of the z value of the mixed pixel is the range of the x value of the mixed pixel and

Lt; / RTI > The range of z values of background pixels can be estimated by selecting some background points from the scan data and searching for the z values of some background points. Thereafter, the scan points belonging to the range of the z value can be removed. It can be assumed that the first mixed pixel of each row is not removed in the first step.

제2 단계(step 2)에서, 제1 거리(D1)는 1.0m, 제2 거리(D2)는 2.5m, 레이저 빔의 크기(d)는 4mm, 인접 스캔점들 간의 공간(s)의 크기는 1.5mm로 가정하면,

관계는 도 10에 도시된 바와 같이 이론적으로 획득될 수 있다.

는 2와 3 사이이고, 3개의 유효하지 않은 점들이 각 행에 존재할 수 있다.

관계에 따라, 제1 내지 제3 혼합 화소들의 z 값들은 각각

,

,

의 범위 이내 일 수 있다.In the second step (Step 2), the first distance D1 is 1.0 m, the second distance D2 is 2.5 m, the laser beam size d is 4 mm, the size of the space s between adjacent scan points Assuming 1.5 mm,

The relationship can be theoretically obtained as shown in FIG.

Is between 2 and 3, and three invalid points may be present in each row.

Depending on the relationship, the z values of the first through third mixed pixels are

,

,

Lt; / RTI >

또한, 유효한 점과 배경 점이 각각

,

의 범위 이내의 z 값을 가지는 것으로 가정하면,

의 범위 이내인 z 값을 가지는 스캔 점들이 제거되고, 각 행의 마지막 스캔 점들이 제거될 수 있다. 따라서, 혼합 화소 및 배경 점은 스캔 데이터로부터 제거될 수 있다.In addition, the valid points and the background points are

,

Lt; RTI ID = 0.0 > z, < / RTI >

, The last scan points of each row can be removed. Thus, the mixed pixel and the background point can be removed from the scan data.

도 10에 도시된 사례에 대해, 3D 레이저 스캐너(100)는 혼합 화소를 잘못 구분하는 것을 회피할 수 있다. 다만, 3D 레이저 스캐너(100)는 상기 제1 단계에서 각 행의 첫 번째 혼합 화소와 유효한 점이 제거되지 않는 것을 전제한다. 즉, 첫 번째 혼합 화소와 유효한 점의 z값의 범위가 두 번째 및 후속 혼합 화소들의 z값의 범위 및 배경 점의 z값의 범위가 중첩되지 않음을 전제한다. 이 전제는 아래의 두 가지 상황에서 유효하지 않을 수 있다.For the example shown in FIG. 10, the 3D laser scanner 100 can avoid misidentifying mixed pixels. However, the 3D laser scanner 100 assumes that the first mixed pixel of each row and the effective point are not removed in the first step. That is, it is assumed that the range of the z value of the first mixed pixel and the effective point is not overlapped with the range of the z value of the second and subsequent mixed pixels and the range of the z value of the background point. This premise may not be valid in the following two situations.

첫 번째 상황으로, 첫 번째 혼합 화소의 z값의 범위가 배경 점의 z값 범위와 중첩되는 경우, 제1 단계에서 제1 혼합 화소가 제거될 수 있다. 예를 들어, 인접 스캔점들간의 공간(s)이 x값에 비해 매우 큰 경우, 첫번째 혼합 화소는 배경점에 인접할 수 있다. 이 경우, 제2 케이스에 대한 제거 방식을 적용하면, 각 행의 마지막 점은 혼합 화소 또는 유효한 점일 수 있다. 따라서, 제2 케이스는 제1 케이스로 바뀌고, 제1 케이스에 대한 제거 방식이 적용될 수 있다. 즉, 3D 레이저 스캐너(100)는 제1 케이스에 대한 제거 방식을 이용하여 스캔 데이터로부터 혼합 화소를 제거할 수 있다.In the first case, if the range of z values of the first mixed pixel overlaps the range of z values of the background point, the first mixed pixel may be removed in the first step. For example, if the space (s) between adjacent scan points is very large relative to the x value, the first mixed pixel may be adjacent to the background point. In this case, applying the elimination method for the second case, the last point of each row may be a mixed pixel or a valid point. Therefore, the second case is changed to the first case, and the removing method for the first case can be applied. That is, the 3D laser scanner 100 can remove the mixed pixel from the scan data using the removal method for the first case.

두 번째 상황으로, 유효한 점의 z 값의 범위가 제2 및 후속 혼합 화소들의 z값의 범위와 중첩되는 경우, 제1 단계에서 유효한 화소가 제거될 수 있다. 예를 들어, 인접 스캔점들간의 공간(s)이 x값에 비해 매우 작은 경우, 혼합 화소는 배경점에 인접할 수 있다. 이 경우, 제1 단계에서 M개의 혼합 화소들(즉, 첫번째 혼합 화소 대신 M개의 혼합 화소들)을 제외한 유효하지 않은 점들을 제거하고, 제2 단계에서 M개의 마지막 스캔점들을 제거하는 방식으로 제2 필터링 알고리즘(즉, 제2 케이스에 대한 제거 방식)이 보정될 수 있다. 여기서, M은 2 이상의 정수이고, 제1 단계에서 유효한 점이 제거되지 않도록 설정될 수 있다. 즉, 3D 레이저 스캐너(100)는 제2 케이스에 대한 제거 방식의 제1 단계에서 하나의 혼합 화소 대신 복수의 혼합 화소를 유지시켜, 스캔 데이터로부터 혼합 화소만을 제거할 수 있다.In the second situation, if the range of z values of the valid points overlap with the range of z values of the second and subsequent mixed pixels, the effective pixels in the first step can be eliminated. For example, if the space (s) between adjacent scan points is very small compared to the x value, the mixed pixel may be adjacent to the background point. In this case, invalid points other than M mixed pixels (i.e., M mixed pixels instead of the first mixed pixel) are removed in the first step, and M last scan points are removed in the second step. 2 filtering algorithm (i.e., the elimination scheme for the second case) can be corrected. Here, M is an integer of 2 or more and can be set so that a valid point is not removed in the first step. That is, the 3D laser scanner 100 can remove a mixed pixel from the scan data by holding a plurality of mixed pixels in place of one mixed pixel in the first stage of the removal method for the second case.

상술한 바와 같이, 3D 레이저 스캐너(100)는, 인접 스캔점들간의 공간(s)은 레이저 빔의 크기(d)보다 작은 경우(즉,

), 레이저 빔이 대상(FG)의 에지에 중첩되는 폭(즉, 혼합 화소의 x값)과 혼합 화소의 제2 값(Zm)간의 관계에 기초하여 혼합 화소의 제2 값(Zm)의 범위를 설정하고, 혼합 화소의 제2 값(Zm)의 범위에 기초하여 스캔 데이터로부터 유효하지 않은 점을 제거할 수 있다. 따라서, 3D 레이저 스캐너(100)는 대상(FG)의 치수 측정의 정확도를 향상시킬 수 있다.As described above, in the 3D laser scanner 100, when the space s between adjacent scan points is smaller than the size d of the laser beam (i.e.,

), The range of the second value Zm of the mixed pixel based on the relationship between the width at which the laser beam overlaps the edge of the object FG (i.e., the x value of the mixed pixel) and the second value Zm of the mixed pixel And can remove an invalid point from the scan data based on the range of the second value Zm of the mixed pixel. Thus, the 3D laser scanner 100 can improve the accuracy of dimensional measurement of the object FG.

한편, 도 6 내지 도 10을 참조하여 설명한 스캔 데이터로부터 유효하지 않은 점을 제거하는 구성은 필터, 필터링 알고리즘 등으로 구현되어 3D 레이저 스캐너(100) 내에 저장될 수 있다. 이 경우, 3D 레이저 스캐너(100)는 필터링 알고리즘을 이용하여 스캔 데이터로부터 유효하지 않은 점을 보다 정확하게 제거할 수 있다.The structure for removing invalid points from the scan data described with reference to FIGS. 6 to 10 may be implemented by a filter, a filtering algorithm, or the like, and stored in the 3D laser scanner 100. In this case, the 3D laser scanner 100 can more accurately remove the invalid points from the scan data using the filtering algorithm.

이상, 본 발명의 실시예들에 따른 3D 레이저 스캐너에 대하여 도면을 참조하여 설명하였지만, 상기 설명은 예시적인 것으로서 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 수정 및 변경될 수 있을 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, Modifications and changes may be made.

본 발명의 실시예들에 따른 3D 레이저 스캐너는 치수 측정 장치에 적용될 수 있다.The 3D laser scanner according to embodiments of the present invention can be applied to a dimensional measurement apparatus.

100: 3D 레이저 스캐너 110: 거리 센서
120: 반사판 130: 수평 구동부
140: 수직 구동부100: 3D laser scanner 110: Distance sensor
120: reflection plate 130: horizontal driving unit
140:

Claims (5)

레이저 빔을 발사하고, 스캔 지점으로부터 반사된 빔을 수신하는 거리 센서;
상기 거리 센서를 수평 및 수직 방향으로 회전 구동시키는 구동부; 및
상기 발사된 레이저 빔과 상기 반사된 빔에 기초하여 상기 스캔 지점까지의 거리를 산출하며, 상기 산출된 거리에 기초하여 상기 스캔 지점을 포함하는 대상에 대한 스캔 데이터를 생성하는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는 상기 스캔 데이터에 기초하여 유효한 점의 제1 확률 분포 함수 및 혼합 화소의 제2 확률 분포 함수를 추정하고, 상기 제1 확률 분포 함수 및 상기 제2 확률 분포 함수에 기초하여 상기 스캔 데이터에서 상기 혼합 화소에 대한 데이터 값을 필터링하며,
상기 유효한 점은 상기 대상에 포함되고,
상기 혼합 화소의 일부는 상기 대상에 포함되는 것을 특징으로 하는 3D 레이저 스캐너.
A distance sensor for emitting a laser beam and receiving a reflected beam from a scan point;
A driving unit for rotationally driving the distance sensor in the horizontal and vertical directions; And
And a control unit for calculating a distance to the scan point based on the emitted laser beam and the reflected beam and generating scan data for an object including the scan point based on the calculated distance,
Wherein the control unit estimates a first probability distribution function of a valid point and a second probability distribution function of a mixed pixel on the basis of the scan data, and estimates a second probability distribution function of the mixed pixel based on the first probability distribution function and the second probability distribution function, Filtering the data values for the mixed pixels,
Wherein the valid point is included in the object,
And a part of the mixed pixel is included in the object.
제 1 항에 있어서, 상기 제어부는,
제1 임계값에 기초하여 상기 스캔 데이터에서 상기 대상에 포함되지 않는 배경 점에 대한 데이터 값을 필터링하고,
상기 필터링된 스캔 데이터를 제2 임계값에 기초하여 필터링하되,
상기 제2 임계값은 상기 필터링된 스캔 데이터에서 상기 유효한 점이 필터링될 제1 분류 오류 확률과 상기 혼합 화소가 필터링되지 않을 제2 분류 오류 확률의 총합이 최소가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 3D 레이저 스캐너.
The apparatus of claim 1,
Filtering data values for background points not included in the target in the scan data based on a first threshold value,
Filtering the filtered scan data based on a second threshold,
Wherein the second threshold value is such that a sum of the first classification error probability to be filtered by the effective point and the second classification error probability to be filtered by the mixed pixel is minimized in the filtered scan data.
제 2 항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 유효한 점의 상기 제1 확률 분포 함수에 기초하여 제1 지점이 상기 유효한 점일 확률을 산출하고,
상기 제2 임계값에 의해 상기 유효한 점이 상기 혼합 화소로 분류될 확률을 산출하며,
상기 유효한 점일 확률과 상기 혼합 화소로 분류될 확률을 곱 연산하여 상기 제1 분류 오류 확률을 산출하는 것을 특징으로 하는 3D 레이저 스캐너.
3. The apparatus of claim 2,
Calculating a probability that the first point is the effective point based on the first probability distribution function of the valid points,
Calculates a probability that the valid point is classified as the mixed pixel by the second threshold value,
Wherein the first classification error probability is calculated by multiplying the effective point probability by the probability of being classified as the mixed pixel.
제 3 항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 혼합 화소의 상기 제2 확률 분포 함수에 기초하여 상기 제1 지점이 상기 혼합 화소일 확률을 산출하고,
상기 제2 임계값에 의해 상기 혼합 화소가 상기 유효한 점으로 분류될 확률을 산출하며,
상기 혼합 화소일 확률과 상기 유효한 화소로 분류될 확률을 곱 연산하여 상기 제2 분류 오류 확률을 산출하는 것을 특징으로 하는 3D 레이저 스캐너.
The apparatus of claim 3,
Calculating a probability that the first point is the mixed pixel based on the second probability distribution function of the mixed pixel,
Calculates a probability that the mixed pixel is classified as the valid point by the second threshold value,
Wherein the second classification error probability is calculated by multiplying the probability of the mixed pixel by the probability of being classified as the effective pixel.
제 1 항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 스캔 지점이 인접한 스캔 지점과 중첩되는 경우, 상기 발사된 레이저 빔이 상기 대상의 에지에 중첩되는 폭과 상기 제2 확률 분포 함수에 기초하여 상기 혼합 화소의 데이터 값의 범위를 설정하고, 상기 설정된 데이터 값의 범위에 기초하여 상기 스캔 데이터로부터 상기 혼합 화소를 필터링하는 것을 특징으로 하는 3D 레이저 스캐너.The apparatus of claim 1,
Sets a range of the data value of the mixed pixel based on the width of overlapping of the emitted laser beam with the edge of the object and the second probability distribution function when the scan point overlaps with the adjacent scan point, And filtering the mixed pixels from the scan data based on a range of data values.

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