KR101923373B1

KR101923373B1 - 보정체를 이용한 3d 스캐닝 객체 측정 서비스 제공 방법

Info

Publication number: KR101923373B1
Application number: KR1020170133676A
Authority: KR
Inventors: 윤영노; 최혁; 권희원
Original assignee: 윤영노; 최혁; 권희원
Priority date: 2017-10-14
Filing date: 2017-10-14
Publication date: 2018-11-29

Abstract

보정체를 이용한 3D 스캐닝 객체 측정 서비스 제공 방법이 제공되며, 3D 스캐너와 연동하여 연결하는 단계, 연결된 3D 스캐너의 베이스면 상에 위치한 보정체의 스펙을 입력 및 저장하는 단계, 보정체 상에 위치하고 3D 스캔이 실시될 피사체를, 보정체와 함께 3D 스캔을 실시하는 단계, 3D 스캔의 결과로 3D 모델을 생성하고, 생성된 3D 모델의 오차를 보정하기 위하여 보정체의 스펙을 이용하여 피사체를 이루는 좌표를 재조정하는 단계, 및 재조정된 좌표를 이용하여 3D 모델을 보정하는 단계를 포함한다.

Description

보정체를 이용한 3D 스캐닝 객체 측정 서비스 제공 방법{METHOD FOR 3D-SCANNING A SUBJECT USING A CALIBRATION OBJECT}

본 발명은 3D 스캐너를 이용한 객체 측정 서비스 제공 방법에 관한 것으로, 이미 치수를 알고있는 보정체 위에 피사체를 위치한 후 3D 스캔으로 함께 3D 모델을 생성한 후 보정체를 이용하여 피사체의 측정 오차나 왜곡을 보정할 수 있는 방법을 제공한다.

디지털 3D 모델은 실제 물체의 형상을 수치적인 3D 데이터로 표현하는 것이며, 오늘날, 3D 모델의 적용분야는 매우 광범위하고, 더욱이 3D 그래픽 장치의 성능향상과 컴퓨터와 같은 계산장치의 가격하락으로 3D 모델 관련산업은 더욱 성장하고 있는 추세이다. 신체나 산업제품의 3D모델을 활용한 분야로는 패션디자인, 생산제품의 디자인 및 개발, 그리고 마케팅 산업에서도 이용되고 있으며, 건축 디자인과 역설계(reverse engineering) 등의 분야에도 적용할 수 있다.

이때, 3D 모델을 얻는 방법은 3D 센서를 이용하는 방법으로 이루어지고 있다. 이와 관련하여, 선행기술인 한국공개특허 제2016-0105598호(2016년09월07일 공개)에는, 3D센서를 이용하여 체형진단의 객관화 및 체형질환 진단플랫폼으로서 과학적으로 접근하고, 각종 체형 진단 및 척추질환, 수술전후 등을 비교, 진단 예측하여 질환, 질병의 특성 판단에 대한 객관화된 기준을 제시하기 위하여, 기둥의 상부에 3D센서가 구비되고, 상기 기둥과 떨어져서 턴테이블이 구비되는데, 상기 턴테이블에는 측정대상자가 올라가 서있게 되며, 상기 3D센서가 작동되면 제어부를 통하여 상기 턴테이블이 한방향으로 회전되면서 3D센서의 빔이 전신에 조사되어 3차원의 신체측정을 하는 구성을 개시한다.

다만, 3D 스캐닝을 이용한 3D 형상정보를 구축하기 위해서는 피측정물의 촬영부터 시작하여 획득된 데이터의 합성과정까지 여러 단계를 거치는데, 이는 많은 시간과 복잡하며 번거로운 수작업을 요구하며, 스캐너 자체의 캘리브레이션이 완벽하지 않음이나 여러 각도에서 스캔한 데이터를 하나로 합치는 과정에서 오차와 왜곡이 발생한다.

본 발명의 일 실시예는, 턴테이블형 3D 스캐닝 시스템을 사용하여 물체의 3D 모델을 자동적으로 재구성 및 오차를 보정하는 방법을 제공하고, 치수를 이미 알고 있는 보정체를 피사체와 함께 촬영함으로써, 보정체의 수치를 이용하여 오차가 발생하는 피사체를 이루는 각 점의 좌표를 보정하고, 정확한 3D 점군집 데이터를 이용하여 면표현(facet representation)에 의해 3D 모델로 재구성하고, 이는 쉽게 STL 포맷으로 변환이 가능하여 CAD 소프트웨어 및 3D 프린팅 프로세서에도 쉽게 접목할 수 있고, 턴테이블형 스캐너 뿐만 아니라 턴테이블 없이 궤도를 따라 움직이며 스캔하는 단수나 복수의 스캐너 시스템, 고정된 장소에 위치한 단수의 스캐너 시스템, 여러 방향에 위치한 복수의 스캐너 구조에도 적용가능한, 보정체를 이용한 3D 스캐닝 객체 측정 서비스 제공 방법을 제공할 수 있다. 다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 실시예는, 3D 스캐너와 연동하여 연결하는 단계, 연결된 3D 스캐너의 베이스면(턴테이블 시스템의 턴테이블면이나 턴테이블이 없는 경우 베이스 플로어를 칭함) 상에 위치한 보정체의 스펙을 입력 및 저장하는 단계, 보정체 상에 위치하고 3D 스캔이 실시될 피사체를, 보정체와 함께 기 설정된 3D 스캔을 실시하는 단계, 3D 스캔의 결과로 3D 모델을 생성하고, 생성된 3D 모델의 오차를 제거하기 위하여 보정체의 스펙을 이용하여 피사체를 이루는 좌표를 재조정하는 단계, 및 재조정된 좌표를 이용하여 3D 모델을 보정하는 단계를 포함한다.

전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 복잡하고 많은 시간이 소요되는 과정에서 생기는 불필요한 준비과정이나 진행단계별 수작업 요소들을 자동화하여 작업자의 숙련도에 따라 발생하는 데이터 품질의 차이를 최소화 할 수 있도록 하였으며, 작업자의 실수로 인해 발생하는 데이터의 부재를 사전에 예방 할 수 있어 결과적으로 3D 스캐너를 통한 3 차원데이터 획득과정의 시간적, 데이터적 효율성과 형상정밀도를 증가시킬 수 있으며, 오차를 최소화할 수 있으며, 다양한 종류의 스캐너라도 간단한 방법으로 오차를 보정할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 보정체를 이용한 3D 스캐닝 객체 측정 서비스 제공 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 턴테이블형 3D 스캐너의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 보정체를 이용한 3D 스캐닝 객체 측정 서비스 중 3D 모델 생성 및 보정체의 XY 좌표를 생성하는 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 4는 도 1의 보정체를 이용하여 피사체의 3D 모델에서의 오차를 보정하기 위한 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 객체 측정 서비스가 적용되는 스캐너의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 보정체를 이용한 3D 스캐닝 객체 측정 서비스 제공 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본 발명의 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~ 를 위한 단계"를 의미하지 않는다.

본 명세서에 있어서 '부(部)'란, 하드웨어에 의해 실현되는 유닛(unit), 소프트웨어에 의해 실현되는 유닛, 양방을 이용하여 실현되는 유닛을 포함한다. 또한, 1개의 유닛이 2개 이상의 하드웨어를 이용하여 실현되어도 되고, 2개 이상의 유닛이 1개의 하드웨어에 의해 실현되어도 된다.

본 명세서에 있어서 단말, 장치 또는 디바이스가 수행하는 것으로 기술된 동작이나 기능 중 일부는 해당 단말, 장치 또는 디바이스와 연결된 서버에서 대신 수행될 수도 있다. 이와 마찬가지로, 서버가 수행하는 것으로 기술된 동작이나 기능 중 일부도 해당 서버와 연결된 단말, 장치 또는 디바이스에서 수행될 수도 있다.

본 명세서에서 있어서, 단말과 매핑(Mapping) 또는 매칭(Matching)으로 기술된 동작이나 기능 중 일부는, 단말의 식별 정보(Identifying Data)인 단말기의 고유번호나 개인의 식별정보를 매핑 또는 매칭한다는 의미로 해석될 수 있다.

본 명세서에 있어서, 적어도 하나의(At least one)의 의미는 단수 또는 복수로 해석될 수 있고, 적어도 하나의 라는 용어를 사용한 경우, 이하에서 중복으로 삭제할 수 있고, 이는 정의된 용어와 동일한 용어로 해석될 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 보정체를 이용한 3D 스캐닝 객체 측정 서비스 제공 시스템을 설명하기 위한 구성도이다. 도 1을 참조하면, 보정체를 이용한 3D 스캐닝 객체 측정 서비스 제공 시스템(1)은, 턴테이블형 3D 스캐너(100), 사용자 단말(300)을 포함할 수 있다. 다만, 이러한 도 1의 보정체를 이용한 3D 스캐닝 객체 측정 서비스 제공 시스템(1)은, 본 발명의 일 실시예에 불과하므로, 도 1을 통해 본 발명이 한정 해석되는 것은 아니다.

이때, 도 1의 각 구성요소들은 일반적으로 네트워크(network, 200)를 통해 연결된다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 턴테이블형 3D 스캐너(100)는, 네트워크(200)를 통하여 사용자 단말(300)과 연결될 수 있다. 또한, 사용자 단말(300)은, 네트워크(200)를 통하여 턴테이블형 3D 스캐너(100)와 연결될 수 있다.

여기서, 네트워크(200)는, 복수의 단말 및 서버들과 같은 각각의 노드 상호 간에 정보 교환이 가능한 연결 구조를 의미하는 것으로, 이러한 네트워크(200)의 일 예에는 RF, 3GPP(3rd Generation Partnership Project) 네트워크, LTE(Long Term Evolution) 네트워크, 5GPP(5rd Generation Partnership Project) 네트워크, WIMAX(World Interoperability for Microwave Access) 네트워크, 인터넷(Internet), LAN(Local Area Network), Wireless LAN(Wireless Local Area Network), WAN(Wide Area Network), PAN(Personal Area Network), 블루투스(Bluetooth) 네트워크, NFC 네트워크, 위성 방송 네트워크, 아날로그 방송 네트워크, DMB(Digital Multimedia Broadcasting) 네트워크, 네트워크에 USB 등 유무선 통신 등이 포함되나 이에 한정되지는 않는다.

턴테이블형 3D 스캐너(100)는, 피사체를 스캔 및 촬영하고 사용자 단말(300)로 데이터를 전송하는 장치일 수 있다. 이때, 3D 스캐너(100)의 컴퓨팅 자원이 기 설정된 조건을 충족한다면 사용자 단말(300)은 구비되지 않을 수 있고, 일체로 구현될 수 있음은 물론이라 할 것이다. 이에 따라, 턴테이블형 3D 스캐너(100)와 사용자 단말(300)이 분리되어 구현되는 것이 필수적인 것은 아니고, 네트워킹 자원 및 컴퓨팅 자원에 따라 다양하게 구현될 수 있음은 자명하다 할 것이다. 또한, 턴테이블형 3D 스캐너(100)는, 피사체(130)를 보정체(120)와 함께 스캔하여 3D 모델을 생성하는 장치일 수 있다. 그리고, 턴테이블 3D 스캐너(100)는, 피사체(130)의 오차를 보정체(120)를 통하여 사용자 단말(300)에서 보정하도록 스캔 결과 등의 데이터를 사용자 단말(300)로 제공하는 장치일 수 있다. 여기서, 턴테이블 3D 스캐너(100)는, 턴테이블(110)을 회전하여 피사체(130) 및 보정체(120)가 360도로 촬영되도록 하는 장치일 수도 있고 턴테이블이 없이 단수나 복수의 스캐너가 궤도를 따라 움직이며 스캔을 하는 장치일 수도 있고 고정된 단수의 스캐너가 스캔을 하는 장치일 수도 있고 여러 방향에 위치한 복수의 스캐너가 스캔을 하는 장치일 수도 있다.

사용자 단말(300)은, 턴테이블형 3D 스캐너(100)와 연결되어 피사체(130)와 보정체(120)를 촬영한 결과를 이용하여 3D 모델을 생성 및 화면에 출력하는 단말일 수 있다. 그리고, 사용자 단말(300)은, 턴테이블형 3D 스캐너(100)에서 출력된 정보를 이용하여 피사체(130)가 그대로 3D 모델로 형성되지 못하는 현상(오차 발생)을 제거하는 보정 작업을 수행하는 단말일 수 있다. 이를 위하여, 사용자 단말(300)은, 보정체(120)의 스펙을 이용하여 보정을 수정하는 단말일 수 있다.

여기서, 사용자 단말(300)은, 네트워크(200)를 통하여 원격지의 서버나 단말에 접속할 수 있는 컴퓨터로 구현될 수 있다. 여기서, 컴퓨터는 예를 들어, IPTV, 셋탑 박스, 웹 브라우저(WEB Browser)가 탑재된 노트북, 데스크톱(Desktop), 랩톱(Laptop) 등을 포함할 수 있다. 이때, 사용자 단말(300)은, 네트워크(200)를 통해 원격지의 서버나 단말에 접속할 수 있는 단말로 구현될 수 있다. 사용자 단말(300)은, 예를 들어, 휴대성과 이동성이 보장되는 무선 통신 장치로서, PCS(Personal Communication System), GSM(Global System for Mobile communications), PDC(Personal Digital Cellular), PHS(Personal Handyphone System), PDA(Personal Digital Assistant), IMT(International Mobile Telecommunication)-2000, CDMA(Code Division Multiple Access)-2000, W-CDMA(W-Code Division Multiple Access), Wibro(Wireless Broadband Internet) 단말, 스마트폰(smartphone), 스마트 패드(smartpad), 타블렛 PC(Tablet PC) 등과 같은 모든 종류의 핸드헬드(Handheld) 기반의 무선 통신 장치를 포함할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 턴테이블형 3D 스캐너의 동작을 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 도 1에 도시된 보정체를 이용한 3D 스캐닝 객체 측정 서비스 중 3D 모델 생성 및 보정체의 XY 좌표를 생성하는 일 실시예를 도시한 도면이고, 도 4는 도 1의 보정체를 이용하여 피사체의 3D 모델에서의 오차를 보정하기 위한 일 실시예를 설명하기 위한 도면이고, 도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 객체 측정 서비스가 적용되는 스캐너의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.

도 2를 설명할 때, 도 1의 사용자 단말(300)의 블록 구성을 함께 설명하기로 한다. 이때, 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 단말(300)은, 연결부(310), 저장부(320), 실시부(330), 조정부(340), 보정부(350)를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 서버(미도시) 또는 서버와 연동되어 동작하는 다른 서버(미도시)가 사용자 단말(300)로 보정체를 이용한 3D 스캐닝 객체 측정 서비스 애플리케이션, 프로그램, 앱 페이지, 웹 페이지 등을 전송하는 경우, 턴테이블형 사용자 단말(300)은, 보정체를 이용한 3D 스캐닝 객체 측정 서비스 애플리케이션, 프로그램, 앱 페이지, 웹 페이지 등을 설치하거나 열 수 있다. 또한, 웹 브라우저에서 실행되는 스크립트를 이용하여 서비스 프로그램이 사용자 단말(300)에서 구동될 수도 있다. 여기서, 웹 브라우저는 웹(WWW: world wide web) 서비스를 이용할 수 있게 하는 프로그램으로 HTML(hyper text mark-up language)로 서술된 하이퍼 텍스트를 받아서 보여주는 프로그램을 의미하며, 예를 들어 넷스케이프(Netscape), 익스플로러(Explorer), 크롬(chrome) 등을 포함한다. 또한, 애플리케이션은 단말 상의 응용 프로그램(application)을 의미하며, 예를 들어, 모바일 단말(스마트폰)에서 실행되는 앱(app)을 포함한다.

이때, 네트워크(200)의 연결은, 턴테이블형 3D 스캐너(100), 사용자 단말(300)이 네트워크(200)로 연결되어 있는 단말과 통신을 위해 통신 접점에 통신 객체를 생성하는 것을 의미한다. 사용자 단말(300)는 통신 객체를 통해 서로 데이터를 교환할 수 있다.

이하에서, 도 2를 통하여 3D 스캐닝의 개념을 설명한 후, 사용자 단말(100)의 구성을 설명한 도 1의 블록 구성도를 설명하기로 한다.

도 2를 참조하면, 스캐닝이란 물체의 기하학적인 형상을 전자동 혹은 반자동적인 방법으로 물체의 3D 모델을 구하는 과정을 말한다. 일반적으로 스캔된 데이터는 점군집(point cloud) 데이터라고 불리는데, 이는 각각의 스캔된 점 데이터는 3차원 공간상에서 하나의 위치좌표 값을 가지기 때문이다.

3D 스캐닝 시스템은 스캐닝을 하는 방법에 따라 구분될 수 있다. 광학적 방법은 포토그래피 원리(photographic principle)를 이용하고, 초음파방식은 스캐닝을 하는데 초음파 파형(wave)을 이용하며, 그 외에도 RTG 방사선을 이용하는 x-ray 방법, 그리고 삼각법(triangulation principle)을 이용하는 레이저방법, 구조광(Structured light)과 TOF(Time of Flight) 방식등이 있다.

그 중에서 삼각법은 기준선(base line)의 양 끝단 점의 위치를 알고 있으면 기준선으로부터 한점까지의 거리를 계산할 수 있는 방법을 사용한다. (a)를 참조하면, 한 개의 레이저 프로젝터와 한 개의 카메라를 사용한 형태로 삼각법을 이용할 수 있는 전형적인 레이저-비전 장치 시스템이다. 레이저 프로젝터는 물체를 스캔하기 위하여 물체의 표면에 레이저 라인을 주사하게 된다. 이때, 물체의 표면에 형성된 레이저 띠(laser stripe)가 카메라에 의해 획득된다. 레이저 띠의 각 점들은 영상화면 상의 각 픽셀에 해당된다.

이때, 기준선의 길이 l과 두 사이각 α, β를 알고 있으면 삼각법에 의하여 기준선으로부터 목표점 까지의 거리 d는 이하 수학식 1과 같이 쉽게 구할 수 있다.

[수학식 1]

d=lsinαsinβ/sin(α+β)

이에 따라, 스캔된 물체의 표면에 대한 모든 점군집(point cloud) 데이터를 수집할 수 있다.

이러한 3D 점군집 데이터를 이용하여 스캔된 물체의 3D 모델을 재구성(reconstruction)할 수 있다. 그리고, 재구성된 3D 모델은 3D 프린터로 출력될 수 있거나 다른 다양한 목적으로 사용될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 턴테이블형 3D 스캐너(100)는, (b)와 같이 레이저 프로젝터, 카메라, 턴테이블(110)로 3개의 모듈로 구성될 수 있다. 다만, 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다. 여기서, 레이저 프로젝터는 스캔하고자 하는 물체의 표면에 레이저 띠를 주사하는데 사용되고, 카메라 모듈은 촛점조절렌즈와 CMOS 영상센서를 가진 GigE(Gigabit Ethernet) 고속카메라를 포함할 수 있다. 이때, CMOS 영상센서의 픽셀 사이즈는 1312 x 1082 픽셀이고, 그레이 영상(gray image)을 제공할 수 있고, GigE 카메라는 100m 정도 되는 LAN 케이블의 거리를 초당 135 프레임까지 고속으로 영상을 전송할 수 있다. 턴테이블(110)은 스캔하고자 하는 물체를 360도 회전시켜서 물체의 전체 표면에 대한 3D 점군집 데이터를 형성할 수 있게 한다. 회전기구가 일정한 각도로 회전할 때마다 레이저 띠에 의해 형성된 점군집 데이터는 LAN 카드를 통해서 사용자 단말(300)로 전송될 수 있다.

상술한 구성 및 동작 과정으로 구동되는 턴테이블형 3D 스캐너(100)를 이용하여 본 발명의 일 실시예에 따른 객체 측정 서비스를 도 1의 블록 구성도, 도 3 및 도 4를 이용하여 설명하기로 한다.

연결부(310)는, 턴테이블형 3D 스캐너(100)와 연동하여 연결할 수 있다.

저장부(320)는, 연결된 턴테이블형 3D 스캐너(100)의 턴테이블(110)(베이스면) 상에 위치한 보정체(120)의 스펙을 입력 및 저장할 수 있다. 이때, 스펙은, 길이, 넓이, 높이, 너비, 두께, 및 지름 중 적어도 하나를 포함하는 보정체(120)를 측정한 결과 일 수 있다.

실시부(330)는, 보정체(120) 상에 위치하고 3D 스캔이 실시될 피사체(130)를, 턴테이블형 3D 스캐너(100)의 턴테이블(110)(베이스면) 및 보정체(120)와 함께 기 설정된 횟수의 턴(Turn)으로 3D 스캔을 실시할 수 있다.

조정부(340)는, 3D 스캔의 결과로 3D 모델을 생성하고, 생성된 3D 모델의 오차를 제거하기 위하여 보정체(120)의 스펙을 이용하여 피사체(130)를 이루는 좌표를 재조정할 수 있다.

도 3을 참조하면, (a) 조정부(340)는, 3D 스캔의 결과로 3D 모델을 생성하고, 생성된 3D 모델의 오차를 제거하기 위하여 보정체(120)의 스펙을 이용하여 피사체(130)를 이루는 좌표를 재조정할 때, (b) 턴테이블(110)의 면을 0으로 설정하고, 베이스면에 수직인 방향을 Z 축으로 정의하고, 보정체(120)의 높이를 이용하여 피사체(130)를 이루는 모든 점들의 Z 축 방향의 좌표를 재조정할 수 있다.

그리고, 조정부(340)는, (c) 스캔으로 생성된 3D 모델에서 턴테이블(110)을 제거하고(모델에서 베이스면을 제거하고), 보정체(120)의 전면, 후면, 좌면, 우면, 상부면을 인식하고, (d) 형성된 3D 모델의 턴테이블(110)의 상부면(베이스면)에서부터 보정체의 상부면까지의 3D 모델의 측정된 높이(보정체의 3D 모델상의 두께)를 tm이라고 설정하고, (e) 보정체(120)의 Z 좌표를 무시하여 인식된 좌, 우, 앞, 뒤 각각 면에 해당하는 X, Y 평면상의 직선의 방정식을 생성할 수 있다.

도 4를 참조하면, 보정체(120)는 길이(Lengh), 너비(Width), 높이(Thickness)가 각각 l, w, t인 직육면체라고 가정하면, 조정부(340)에서 피사체(130)를 이루는 모든 점에 대하여 XYZ 좌표를 재계산할 때에는 이하의 조건을 가지고 재계산할 수 있다.

즉, (b) 보정체(120)의 전면 및 후면을 이루는 직선이, 기 설정된 방향으로 피사체(130) 상의 점인 p를 지나는 직선과 만나는 점 중 p의 좌측의 점을 L, p의 우측의 점을 R로 설정하고, p를 기준으로 L까지의 거리를 pL, R에서 L까지의 거리를 RL로 설정한다.

또한, (c) 보정체(120)의 좌면 및 우면을 이루는 직선이, 기 설정된 방향으로 피사체(130) 상의 점인 p를 지나는 직선과 만나는 점 중 p의 후방측의 점을 B, p의 전방측의 점을 F로 설정하고, p를 기준으로 B까지의 거리를 pB, F에서 B까지의 거리를 FB로 설정한다.

또한, p를 기준으로 L이 오른쪽에 위치한 경우 pL의 부호는 음수로 설정하고, p를 기준으로 B가 전방측에 위치하면 pB의 부호는 음수로 설정하며, (d) 이하 수학식 2를 통하여 오차가 보정될 수 있다.

[수학식 2]

x' = w * pL / RL

y' = l * pB / FB

z' = ( z - tm ) * t / tm

이때, tm은 턴테이블(110) 상부면부터(베이스면으로부터) 보정체(120)의 상부면까지의(3D 모델상의 측정된) 높이를 의미한다.

그리고 나서, 조정부(340)는, 피사체(130)를 이루는 모든 점에 대하여 XYZ 좌표를 재계산할 수 있고, 보정부(350)는, 재조정된 좌표를 이용하여 3D 모델을 보정할 수 있다.

한편, 턴테이블형 3D 스캐너(100)로 촬영되는 영상평면(Image Plane)과 레이저 평면(Laser Plane) 좌표계 사이의 상대위치값을 보정하기 위하여 캘리브레이션 물체(Calibration Object)인 보정체(120)가 이용될 수 있다.

그리고, 보정체(120)의 너비 및 길이는 피사체(130)의 너비 및 길이보다 클 수 있다.

덧붙여서, 본 발명의 일 실시예에 따른 객체 측정 서비스는 본 연구에서는 영상평면(image plane)과 레이저 평면(laser plane) 좌표계 사이의 상대위치값을 캘리브레이션 물체(calibration object)를 이용하여 바로 구하는 방법을 이용할 수도 있고, 이때의 캘리브레이션 물체는 격자 무늬의 물체일 수 있다.

이하, 상술한 구성을 가지는 보정체를 이용한 3D 스캐닝 객체 측정 서비스는 도 5 및 도 6과 같은 스마트 단말부터 사람이나 물체를 스캔하는 시스템이라면 어디든지 이용될 수 있다.

이와 같은 도 2 내지 도 6의 보정체를 이용한 3D 스캐닝 객체 측정 서비스 제공 방법에 대해서 설명되지 아니한 사항은 앞서 도 1을 통해 보정체를 이용한 3D 스캐닝 객체 측정 서비스 제공 방법에 대하여 설명된 내용과 동일하거나 설명된 내용으로부터 용이하게 유추 가능하므로 이하 설명을 생략하도록 한다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 보정체를 이용한 3D 스캐닝 객체 측정 서비스 제공 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다. 이하, 도 7을 통해 각 구성들 상호간에 데이터가 송수신되는 과정의 일 예를 설명할 것이나, 이와 같은 실시예로 본원이 한정 해석되는 것은 아니며, 앞서 설명한 다양한 실시예들에 따라 도 7에 도시된 데이터가 송수신되는 과정이 변경될 수 있음은 기술분야에 속하는 당업자에게 자명하다.

도 7을 참조하면, 사용자 단말은, 3D 스캐너와 연동하여 연결하고(S7100), 연결된 3D 스캐너의 베이스면 상에 위치한 보정체의 스펙을 입력 및 저장할 수 있다(S7200).

또한, 사용자 단말은, 보정체 상에 위치하고 3D 스캔이 실시될 피사체를, 3D 스캔을 실시하고(S7300), 3D 스캔의 결과로 3D 모델을 생성하고, 생성된 3D 모델의 오차를 제거하기 위하여 보정체의 스펙을 이용하여 피사체를 이루는 좌표를 재조정할 수 있다(S7400).

마지막으로, 사용자 단말은, 재조정된 좌표를 이용하여 3D 모델을 보정한다(S7500).

상술한 단계들(S7100~S7500)간의 순서는 예시일 뿐, 이에 한정되지 않는다. 즉, 상술한 단계들(S7100~S7500)간의 순서는 상호 변동될 수 있으며, 이중 일부 단계들은 동시에 실행되거나 삭제될 수도 있다.

이와 같은 도 7의 보정체를 이용한 3D 스캐닝 객체 측정 서비스 제공 방법에 대해서 설명되지 아니한 사항은 앞서 도 1 내지 도 6을 통해 보정체를 이용한 3D 스캐닝 객체 측정 서비스 제공 방법에 대하여 설명된 내용과 동일하거나 설명된 내용으로부터 용이하게 유추 가능하므로 이하 설명을 생략하도록 한다.

알고리즘은 정리하면 다음과 같다. 베이스면 위에 이미 치수를 알고있는 보정체 (예를 들어 넓이 w, 길이 l, 두깨 t 인 직육면체)를 올려놓고 스캔하고자하는 물체 (피사체)를 그 위에 올려 놓는다. 보정체의 넓이와 길이는 피사체의 그것보다 약간 더 크도록 한다. 3D 스캔을 실시하여 베이스면, 보정체, 피사체가 함께있는 3D 모델을 생성한다.

3D 모델에서 베이스 면을 인식하고 그 면에 수직인 방향을 z 방향으로 정의하고 그 면의 z 좌표를 0 으로 모든 점들의 좌표를 새로 계산한다. 베이스 면을 제거해 보정체위에 피사체가 놓여진 모양을 분리해낸다. 보정체의 좌, 우, 앞, 뒤, 윗 면을 인식한다. 3D 모델 상의 베이스 면으로부터 보정체 윗면까지의 측정된 높이를 tm 이라한다. 보정체의 윗면을 기준으로 보정체와 물체를 분리한다.

보정체의 좌, 우, 앞, 뒤 각각 면의 z 좌표를 무시하여 각각 면에 해당하는 x, y 평면 상의 직선의 방정식을 구한다. 물체를 이루는 모든 점 p에 대하여 다음과 같이 x, y, z 좌표를 새로 계산한다. 앞면과 뒷면에 해당하는 직선들이 정의하는 방향으로 p를 지나는 가상의 직선을 그어 그것이 왼쪽의 직선과 만나는 점을 구하여 L 이라하고 오른쪽의 직선과 만나는 점을 구하여 R 이라한다. p와 L 사이의 거리를 pL 이라고 하고 R과 L 사이의 거리를 RL 이라고한다. p가 L 보다 왼쪽에 있으면 pL 의 부호는 음수로 한다. 왼쪽면과 오른쪽 면에 해당하는 직선들이 정의하는 방향으로 p를 지나는 가상의 직선을 그어 그것이 뒤쪽의 직선과 만나는 점을 구하여 B 라하고 앞쪽의 직선과 만나는 점을 구하여 F 라한다. p와 B 사이의 거리를 pB 라 하고 F 와 B 사이의 거리를 FB 라한다. p가 B 보다 뒤에 있으면 pB 의 부호는 음수로 한다.

점 p(x, y, z) 의 새로운 좌표 x', y', z' 를 다음과 같이 계산한다.

x' = w * pL / RL

y' = l * pB / FB

z' = ( z - tm ) * t / tm

도 7을 통해 설명된 일 실시예에 따른 보정체를 이용한 3D 스캐닝 객체 측정 서비스 제공 방법은, 컴퓨터에 의해 실행되는 애플리케이션이나 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다.

전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 보정체를 이용한 3D 스캐닝 객체 측정 서비스 제공 방법은, 단말기에 기본적으로 설치된 애플리케이션(이는 단말기에 기본적으로 탑재된 플랫폼이나 운영체제 등에 포함된 프로그램을 포함할 수 있음)에 의해 실행될 수 있고, 사용자가 애플리케이션 스토어 서버, 애플리케이션 또는 해당 서비스와 관련된 웹 서버 등의 애플리케이션 제공 서버를 통해 마스터 단말기에 직접 설치한 애플리케이션(즉, 프로그램)에 의해 실행될 수도 있다. 이러한 의미에서, 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 보정체를 이용한 3D 스캐닝 객체 측정 서비스 제공 방법은 단말기에 기본적으로 설치되거나 사용자에 의해 직접 설치된 애플리케이션(즉, 프로그램)으로 구현되고 단말기에 등의 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록될 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

사용자 단말에서 실행되는 객체 측정 서비스 제공 방법에 있어서,
3D 스캐너와 연동하여 연결하는 단계;
상기 3D 스캐너의 베이스면 상에 위치한 보정체의 스펙을 입력 및 저장하는 단계;
상기 보정체 상에 위치하고 3D 스캔이 실시될 피사체를, 상기 3D 스캐너의 베이스면 및 보정체와 함께 3D 스캔을 실시하는 단계;
상기 3D 스캔의 결과로 3D 모델을 생성하고, 상기 생성된 3D 모델의 오차를 제거하기 위하여 상기 보정체의 스펙을 이용하여 상기 피사체를 이루는 좌표를 재조정하는 단계; 및
상기 재조정된 좌표를 이용하여 상기 3D 모델을 보정하는 단계;
를 포함하며,
상기 3D 스캔을 실시하는 단계는, 상기 3D 스캐너의 베이스면 위에 적어도 하나의 이미 치수를 알고있는 상기 보정체를 놓고 그 위에 피사체를 올려놓고 함께 스캔하는 것인
보정체를 이용한 3D 스캐닝 객체 측정 서비스 제공 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 피사체를 이루는 좌표를 재조정하는 단계는,
상기 3D 스캐너의 베이스면에 수직인 방향을 Z 축으로 정의하고, 상기 3D 스캐너의 베이스면을 Z 축 0으로 하고, 상기 보정체의 높이를 이용하여 상기 피사체를 이루는 모든 점들의 Z 축 방향의 좌표를 재조정하는 단계를 포함하는 것인, 보정체를 이용한 3D 스캐닝 객체 측정 서비스 제공 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 스펙은, 길이, 넓이, 높이, 너비, 두께, 지름 중 적어도 하나를 포함하는 상기 보정체를 측정한 결과인 것인, 보정체를 이용한 3D 스캐닝 객체 측정 서비스 제공 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 보정체의 스펙을 이용하여 상기 피사체를 이루는 좌표를 재조정하는 단계는,
3D 모델에서 베이스 면을 인식하고 그 면에 수직인 방향을 z 방향으로 정의하고 이것에 맞추어 3D 모델을 이루는 점들의 좌표를 새로 계산하는 단계;
베이스 면을 제거해 보정체위에 피사체가 놓여진 모양을 분리해내는 단계;
보정체의 좌, 우, 앞, 뒤, 윗 면을 인식하는 단계;
보정체의 윗면을 기준으로 보정체와 피사체를 분리하는 단계;
상기 피사체를 이루는 모든 점에 대하여 XYZ 좌표를 재계산하는 단계;
를 수행함으로써 실행되는 것인, 보정체를 이용한 3D 스캐닝 객체 측정 서비스 제공 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 보정체는 길이(Lengh), 너비(Width), 높이(Thickness)가 각각 l, w, t인 직육면체이고, 생성된 3D 모델 상의 베이스 면으로부터 보정체 윗면까지의 측정된 높이(보정체의 3D 모델상의 두께)를 tm 이라할때,
상기 피사체를 이루는 모든 점에 대하여 XYZ 좌표를 재계산하는 단계는,
보정체의 좌, 우, 앞, 뒤 각각 면의 z 좌표를 무시하여 각각 면에 해당하는 x, y 평면 상의 직선의 방정식들을 구하는 단계;
앞면과 뒷면에 해당하는 직선들이 정의하는 방향으로 p를 지나는 가상의 직선을 그어 그것이 왼쪽의 직선과 만나는 점을 구하여 L 이라 설정하고 오른쪽의 직선과 만나는 점을 구하여 R 이라 설정하고, p와 L 사이의 거리를 pL 이라고 하고 R과 L 사이의 거리를 RL 이라고하며. p가 L 보다 왼쪽에 있으면 pL 의 부호는 음수로 설정 하는 단계;
왼쪽면과 오른쪽 면에 해당하는 직선들이 정의하는 방향으로 p를 지나는 가상의 직선을 그어 그것이 뒤쪽의 직선과 만나는 점을 구하여 B 라설정하고 앞쪽의 직선과 만나는 점을 구하여 F 라 설정하고, p와 B 사이의 거리를 pB 라 하고 F 와 B 사이의 거리를 FB 라하며. p가 B 보다 뒤에 있으면 pB 의 부호는 음수로 설정하는 단계;
피사체를 이루는 각각의 점 p(x, y, z) 의 새로운 좌표 x', y', z' 를 다음과 같이 계산하는 보정체를 이용한 3D 스캐닝 객체 측정 서비스 제공 방법
x' = w * pL / RL
y' = l * pB / FB
z' = ( z - tm ) * t / tm