KR101932216B1 - 광특성가변식 패턴광을 이용한 3차원 형상 측정 방법 및 그 장치 - Google Patents

광특성가변식 패턴광을 이용한 3차원 형상 측정 방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 3차원 형상 측정 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 블럽 또는 픽셀별로 광특성을 부분적으로 가변하는 광특성가변식 패턴광을 이용한 3차원 형상 측정 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 광특성가변식 패턴광을 이용한 3차원 형상 측정장치는 패턴광의 광특성을 부분적으로 가변할 대상이나 위치를 인식하고, 블럽 또는 픽셀별로 광량 또는 색상을 조정하여 패턴광을 생성하고, 3차원 형상을 측정하고자 하는 대상물에 생성된 패턴광을 조사하는 프로젝터; 및 패턴광이 조사된 측정 대상물에 대해 촬영하여 측정 대상물의 3차원 형상을 측정하는 카메라;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

광특성가변식 패턴광을 이용한 3차원 형상 측정 방법 및 그 장치{Apparatus and Method for measuring 3D shape by using light characteristic controlled pattern light}
본 발명은 3차원 형상 측정 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 측정영역에 따라 광특성을 부분적으로 가변하는 광특성가변식 패턴광을 이용한 3차원 형상 측정 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
최근 3차원 형상 측정 기술은 전자 공학, 기계 공학, 자동차 공학과 같은 공학 분야뿐만 아니라, 요업(ceramics industry), 신발 산업, 보석류 산업, 치과 기술(dental technology) 등 한층 더 우리 생활과 밀접한 관계를 갖는 분야로 그 응용범위를 확장하고 있다.
3차원 물체의 형상을 측정하기 위한 종래 기술의 일 예로서, 피사체에 복수의 패턴의 패턴 광을 투영하고, 패턴 광 화상들이 투영된 피사체를 촬상함으로써 패턴의 변형에 의거한 삼각계측의 원리를 사용해서 형상계측을 행하는 패턴 투영법이 알려져 있다. 이 방법들 중에서, 명부와 암부가 임의의 폭으로 교대로 배치하는 줄무늬 패턴 광을 투영해서 공간을 2진 부호화하는 공간부호화법은, 삼차원 계측의 분야에서 잘 알려져 있다. 종래의 공간부호화법에 따른 3차원 형상 측정 과정을 살펴보면, 먼저 측정 대상물을 CCD 카메라 세트로 촬영하기에 앞서, 대상이나 위치 좌표계로부터 카메라의 상대적위치(외부변수)와 초점거리 및 렌즈 왜곡계수(내부 변수)를 구하고(카메라 보정, Calibration), 제1 카메라가 촬영한 이미지의 특정한 선이 제2 카메라가 촬영한 이미지의 어느 선에 해당하는지에 대한 대응성을 찾기 위하여, 일련의 패턴을 측정대상물에 순차적으로 투사하고 이를 각 카메라로 반복 촬영한다. 다음으로, 컴퓨터 제어부에서 패턴 이미지 정보를 이용하여 3차원 점 데이터를 구한다. 이를 위하여 각각의 촬영 이미지에 투영된 마지막 패턴에 해당하는 선들 중에서 동일한 이력(History)을 갖는 하나의 선을 샘플로 취하며, 그 선을 이루는 점들의 3차원 좌표를 구한다.
또 다른 종래 예에 따른 검사물체의 3차원 측정장치는 조명부와 영상입력부를 포함하여 구성되어 검사물체의 3차원 측정을 수행한다. 먼저 조명부는 격자패턴투영기와 격자초점조절용 렌즈로 구성되며, 격자패턴투영기에서 조사되는 광은 검사물체의 표면에 조사되며, 검사물체의 표면에 투영된 격자패턴의 영상은 카메라로 입력된다. 그러므로 격자패턴을 순차적으로 검사물체의 표면에 조사한 후 카메라에 입력된 격자패턴 영상을 이용하여 검사물체의 3차원 위치에 대한 좌표점을 산출할 수 있다. 기존의 격자패턴투영장치는 다양한 방식으로 구현할 수가 있는 데, 광원, 조명집광 및 초점조절에 필요한 렌즈와 격자패턴필름으로 구성되어 있는 격자패턴 투영장치의 일 예의 구조로서 렌즈를 조절하여 검사물체의 투영위치에 대한 격자패턴의 영상의 초점을 맞추어야 한다. 대부분의 격자패턴투영장치는 패턴필름을 이용한 기계식패턴투영장치 및 LCD, TFT, DLP 등의 영상 프로젝터용 라이트엔진(Light engine)을 이용하여 패턴의 모양을 다양하게 바꿀 수 있는 전자식패턴투영장치로 구분할 수 있다.
전자식패턴투영장치는 입력된 격자패턴 정보를 이용하여 카메라의 영상입력 시점과 동기화를 한 후 다양한 격자패턴을 조사하며, 광원으로 LED, 레이저, 할로겐 등을 이용한다.
한편, 종래의 3차원 물체의 형상을 측정하는 장치에 있어서는, 안면의 3차원 형상 측정시 기존 어두운 부분은 측정이 잘 안되어 최대한 밝게 측정하며, 어두운 부분이 있을 경우 빛의 밝기를 달리하여 추가적으로 패턴 측정이 필요하다.
또한 얼굴의 안구 부분은 감아도 밝은 빛을 감지하여 미세하게 떨림이 생겨 측정이 잘 안되는 문제가 있다.
KR 10-2013-0042989 A
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 종래기술에서는 밝기가 다른 광원을 사용하였으나, 본 발명은 패턴광 조사시에 부분적으로 어둡거나 광 예민한 부분에 대하여 그 부분에 대응하는 영역을 부분적으로 광특성을 조절하여 패턴을 조사하는 방법으로 더욱 정확한 3D 형상 측정이 가능하게 하는 형상 측정 방법과 그에 대한 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한 안면 측정시 안구부위의 광량은 적게 하도록 부분적으로 광량을 조정하는 형상 측정 방법과 그에 대한 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
그러나 본 발명의 목적은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 광특성가변식 패턴광을 이용한 3차원 형상 측정장치는 패턴광에 광특성을 부분적으로 가변할 대상이나 위치를 인식하고, 블럽 또는 픽셀별로 광량 또는 색상을 조정하여 패턴광을 생성하고, 3차원 형상을 측정하고자 하는 대상물에 생성된 패턴광을 조사하는 프로젝터; 및 패턴광이 조사된 측정 대상물에 대해 촬영하여 측정 대상물의 3차원 형상을 측정하는 카메라;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 카메라는 측정 대상물에 대한 스캔된 화상을 획득하여 스캔된 화상을 프로젝터로 전송하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 프로젝터는 전송된 스캔된 화상에서 패턴광에 밝기를 부분적으로 가변할 대상이나 위치를 인식하기 위해, 밝기가 대상이나 위치밝기에 비해 어둡거나 밝아서 노이즈로 인식되는 대상이나 위치를 인식하고, 상기 대상이나 위치가 인식되면 부분적으로 광량을 다르게 하여 패턴광을 조사하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 측정 대상물은 제1 측정영역과 제2 측정영역으로 구분되고, 상기 제2 측정영역은 제1 측정영역에 비하여 반사도가 더 높은 영역인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 측정대상물에 조사되는 패턴광은 줄무늬 패턴광이고, 패턴광이 조사되는 패턴 영역은 제1 측정영역에 조사되는 제1 패턴 영역과 제2 측정 영역에 조사되는 제2 패턴 영역을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 제2 측정영역은 제1 측정영역에 비하여 반사도가 높은 영역이므로 여기에 조사되는 제2 패턴 영역의 밝기(광량)은 제1 패턴 영역 보다 어둡게 되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 측정 대상물은 제1 측정영역과 제2 측정영역으로 구분되고, 상기 제2 측정영역은 제1 측정영역에 비하여 광에 민감한 영역이고, 제2 측정영역에 조사되는 제2 패턴 영역의 밝기(광량)은 제1 패턴 영역 보다 어둡게 되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제2 측정영역은 얼굴의 안구 영역인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 일실시예에 따른 광특성가변식 패턴광을 이용한 3차원 형상 측정방법은 측정 대상물에 대한 스캔된 화상을 획득하여 스캔된 화상을 프로젝터로 전송하는 스캔 화상 생성 단계; 패턴광에 광특성을 부분적으로 가변할 대상이나 위치를 인식하고, 부분적으로 광량 또는 색상을 조정하여 패턴광을 생성하고, 3차원 형상을 측정하고자 하는 대상물에 생성된 패턴광을 조사하는 패턴광 조사 단계 ; 및 패턴광이 조사된 측정 대상물에 대해 촬영하고, 촬영된 측정 대상물의 3차원 형상을 측정하는 형상 측정 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 측정 대상물은 제1 측정영역과 제2 측정영역으로 구분되고, 상기 제2 측정영역은 제1 측정영역에 비하여 반사도가 더 높은 영역이고, 측정대상물에 조사되는 패턴광은 줄무늬 패턴광이고, 패턴광이 조사되는 패턴 영역은 제1 측정영역에 조사되는 제1 패턴 영역과 제2 측정 영역에 조사되는 제2 패턴 영역을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 제2 측정영역은 제1 측정영역에 비하여 반사도가 높은 영역이므로 여기에 조사되는 제2 패턴 영역의 밝기(광량)은 제1 패턴 영역 보다 어둡게 되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 측정 대상물은 제1 측정영역과 제2 측정영역으로 구분되고, 상기 제2 측정영역은 제1 측정영역에 비하여 광에 민감한 영역이고, 측정대상물에 조사되는 패턴광은 줄무늬 패턴광이고, 패턴광이 조사되는 패턴 영역은 제1 측정영역에 조사되는 제1 패턴 영역과 제2 측정 영역에 조사되는 제2 패턴 영역을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 제2 측정영역에 조사되는 제2 패턴 영역의 밝기(광량)은 제1 패턴 영역 보다 어둡게 되는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 종래 형상측정방법에서 패턴광의 전체가 광량이 동일하여, 이에 반사율이 다른 물체를 측정 시 광량을 다르게 하여 여러 번 측정하였으나, 본 발명에 의한 형상측정장치는 반사율을 대상이나 위치로 광량을 부분적으로 조정하기에 측정 횟수를 줄이는 효과가 있다.
종래에는 물품의 제조과정에서 물픔의 불량 여부 검사를 위해 물품 마다 조사되는 광량을 달리하여 2번 이상 측정하고 이미지를 합성하여 물품의 검사를 수행하였으나, 본 발명은 초기 세팅시에 물품을 스캔하여 패턴광의 광량을 가변할 위치를 인식하여 패턴광을 조정하는 과정을 수행하지만, 그 이후 물품 검사과정에서는 한번의 측정으로 물품의 검사를 수행하여 측정 횟수를 줄이는 효과가 있다.
또한 얼굴의 안구 측정 시 안구 부분은 감아도 밝은 빛을 감지하여 미세하게 떨림이 생겨 측정이 잘 안되지 않으나, 안구 부분을 어둡게 패턴광을 조사하여 보다 더 좋은 화질로 얼굴을 측정할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 형상을 측정하는 형상측정장치를 도시한 것이다.
도 2는 프로젝터로 줄무늬 패턴광을 측정대상물에 조사한 상태를 도시한 것이다.
도 3은 측정 대상물이 얼굴인 경우에 측정영역을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 형상측정방법을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 형상측정방법을 나타낸 것이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "구성된다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 3차원 형상을 측정하는 형상측정장치(1000)를 도시한 것이다. 본 발명의 형상측정장치는 프로젝터(100)와 카메라(200)를 포함하여 구성된다. 또한 본 형상측정장치는 3차원 영상을 구성하는 화상처리부(미도시)와 3차원 영상을 디스플레이하는 디스플레이부(미도시)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 광특성가변식 패턴광을 이용한 3차원 형상 측정장치는 패턴광의 광특성을 부분적으로 가변할 대상이나 위치를 인식하고, 블럽(blob) 또는 픽셀별로 광량 또는 색상을 조정하여 패턴광을 생성하고, 3차원 형상을 측정하고자 하는 대상물에 생성된 패턴광을 조사하는 프로젝터; 및 패턴광이 조사된 측정 대상물에 대해 촬영하여 측정 대상물의 3차원 형상을 측정하는 카메라;를 포함하여 구성된다.
여기에서 블럽이란 동일하거나 유사한 밝기를 갖는 인접 픽셀들의 모임 또는 영역을 말한다.
또한, 본 발명의 광특성가변식 패턴광을 이용한 3차원 형상 측정장치는 3차원 영상을 측정함에 있어서, 측정 대상물의 특정 대상이나 위치에 해당하는 영역의 광특성을 다른 영역과 상이하게 가변한 패턴광을 측정 대상물에 조사하여 3차원 영상을 측정하는 것을 특징으로 하나, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 광특성을 구성하는 광량 및 색상 중에서 주로 광량을 가변하는 경우를 예로 들어 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 프로젝터(100)는 3차원 형상을 측정하고자 하는 대상물(300)에 패턴광(400)을 조사한다. 상기 패턴광은 조사되기 전에 가변 될 수 있다. 패턴광에 사용되는 패턴 정보는 화상처리부로부터 프로젝터가 입력받거나 프로젝터 내부의 화상처리부에 기 저장된 것일 수 있다. 다음으로 카메라(200)는 패턴광이 조사된 측정 대상물에 대해 촬영하여 측정 대상물의 3차원 형상을 측정하게 된다.
프로젝터(100)가 패턴광을 조사하기 전에, 화상처리부는 패턴광에 밝기를 부분적으로 가변할 부분(대상이나 위치)를 인식하는 과정을 수행하게 된다. 먼저 형상 측정 대상물에 대해 카메라(200)로 촬영하여 측정 대상물에 대한 스캔된 화상을 획득한다. 이 경우에 조사되는 조명은 일반광일 수도 있고 패턴광일 수도 있다. 스캔된 화상을 화상처리부로 보내지게 된다. 여기서, 화상처리부는 별도로 구성되거나, 프로젝터의 일부 구성요소로 포함될 수 있으며, 화상처리부가 프로젝터에 포함된다면 스캔된 화상은 프로젝터로 보내지게 된다. 화상처리부는 스캔된 화상에서 패턴광에 밝기를 부분적으로 가변할 부분(대상이나 위치)를 인식하는 과정을 수행한다. 예를 들어 밝기가 기준밝기에 비해 어둡거나 밝아서(즉, 반사율이 낮거나 높아서) 노이즈로 인식되는 대상이나 위치를 인식한다. 대상이나 위치가 인식되면 패턴 정보를 프로젝터로 전송하게 된다. 패턴 정보를 수신한 프로젝터(100)는 패턴 정보를 기초로 픽셀별로 광량, 색상 등을 조절하게 되고, 측정 영역에 따라 광량을 다르게 하여 패턴광을 조사할 수 있다.
측정 대상물의 제2 측정영역(320)은 제1 측정영역(310)에 비하여 반사도가 더 높은 영역이다. 반사도가 높다는 것은 제2 측정영역(320)이 제1 측정영역(310)에 비하여 돌출되어 있는 경우일 수 있고, 돌출되어 있지 않더라도 더 높은 반사특성을 보이는 재질일 수 있다.
화상처리부는 카메라로부터 촬영된 패턴광 영상을 입력받아 저장하고, 입력받은 측정대상물의 패턴광 영상을 이용하여 3차원 좌표를 추출하여 3차원 영상을 구성한다.
디스플레이부는 화상처리부에서 구성된 3차원 영상을 디스플레이하게 된다.
도 2는 프로젝터로 줄무늬 패턴광을 측정대상물에 조사한 상태를 도시한 것이다.
도 2에서 보듯이, 프로젝터로 줄무늬 패턴광(400)을 측정대상물(300)에 조사한 상태가 도시되어 있는데, 패턴광이 조사되는 패턴 영역은 제1 측정영역(310)에 조사되는 제1 패턴 영역(410)과 제2 측정 영역(320)에 조사되는 제2 패턴 영역(420)을 포함한다.
여기에서 제2 측정영역(320)은 제1 측정영역(310)에 비하여 반사도가 높은 영역이므로 여기에 조사되는 제2 패턴 영역(420)의 밝기(광량)은 제1 패턴 영역(410) 보다 어둡게 하는 것이 본 발명의 특징이다. 도 2에서 보듯이 제2 패턴 영역의 색(옅은 색)이 제1 패턴 영역의 색 보다 더 어두운(짙은 색) 것을 볼 수 있다.
본 발명의 패턴광을 조사하는 수단은 프로젝터(100)이고 프로젝터는 일반 조명과 달리 픽셀별로 광량, 색상 등을 조절할 수 있으므로 본 발명과 같이 측정 영역에 따라 광량을 다르게 하여 패턴광을 조사할 수 있다.
도 3은 측정 대상물이 얼굴인 경우에 측정영역을 도시한 것이다.
도 3에서 보듯이, 측정 대상물이 얼굴인 경우에 있어서는 본 발명의 제2 측정영역(320)으로 정의되는 부분은 반사도가 높은 영역일 수 있지만 광에 민감한 부분을 제2 측정영역으로 정의할 수도 있다. 예를 들면 안면의 안구 부위는 다른 부분에 비하여 광에 민감하여 밝은 광을 쬐였을 때 인구를 찌푸리거나 미세한 떨림이 발생하여 3차원 영상이 제대로 측정되지 않을 수 있다.
그러므로 프로젝터(100)는 안구처럼 광에 민감한 부위를 제2 측정영역으로 하여 여기에 조사되는 패턴광의 제2 패턴영역(420)에 대해서는 제1 패턴 영역(410)에 비하여 밝기를 어둡게 하여 패턴광을 조사하게 된다.
본 발명은 측정 대상물에서 반사도가 높거나 광민감성이 있는 부위는 제2 측정영역으로 정의하고 제2 측정영역에 조사되는 제2 패턴영역의 밝기는 제1 측정영역에 조사되는 제1 패턴영역의 밝기보다 어둡게 함으로써 3차원 영상을 더욱 정확하고 깨끗하게 획득할 수 있게 된다.
도 4는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 형상측정방법을 나타낸 것이다. 도 4에서 보듯이, 본 발명에 따른 형상측정방법은 패턴광 가변 부분 위치 인식단계(S110), 패턴광 조정 단계(S120), 패턴광 조사 단계(S130), 형상 측정 단계(S140), 및 출력단계(S150)를 포함하여 구성된다.
본 발명의 다른 일실시예에 따른 광량가변식 패턴광을 이용한 3차원 형상 측정방법은 화상처리부가 패턴광에 밝기를 부분적으로 가변할 대상이나 위치를 인식하는 패턴광 가변 부분 위치 인식단계(S110); 프로젝터가 인식된 가변 위치를 기초로 측정 대상물에 조사할 패턴광을 조정하는 패턴광 조정 단계(S120); 프로젝터가 조정된 패턴광을 측정 대상물로 조사하는 패턴광 조사 단계(S130); 카메라가 패턴광이 조사된 측정 대상물을 측정하여 패턴광 영상을 획득하는 형상 측정 단계(S140); 및 카메라가 획득한 패턴광 영상을 입력받아 저장하고, 입력받은 측정대상물의 패턴광 영상을 이용하여 3차원 좌표를 추출하여 3차원 영상을 구성하고, 3차원 영상을 디스플레이부에 의해 디스플레이 하는 출력단계(S150);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
패턴광 가변 부분 위치 인식단계(S110)는 패턴광에 밝기를 부분적으로 가변할 부분(대상이나 위치)를 인식하는 단계이다. 먼저 형상 측정 대상물에 대해 카메라로 촬영하여 측정 대상물에 대한 스캔을 수행한다. 이 때 형상 측정 대상물에 조사되는 조명은 일반광일 수도 있고 패턴광일 수도 있다. 스캔된 화상에서 패턴광에 밝기를 부분적으로 가변할 부분(대상이나 위치)를 인식한다. 예를 들어 밝기가 기준밝기에 비해 어둡거나 밝아서(즉, 반사율이 낮거나 높아서) 노이즈로 인식되는 대상이나 위치를 인식한다. 패턴광에 밝기를 가변할 대상이나 위치를 찾기 위해, 스캔된 측정 대상물의 밝기를 참조하여 기준밝기를 계산한다. 다음으로, 화상을 블럽단위로 또는 픽셀단위로 밝기를 계산한다.
다음, 기준밝기와 계산된 블럽단위 또는 픽셀단위 밝기를 서로 비교하여 밝기를 가변할 영역으로 인식하게 된다. 픽셀단위의 가변할 대상이나 위치를 결정하기 위해서, 화상의 해상도가 큰 경우 기준밝기와 픽셀단위로 비교하면 계산량이 많아지므로, 블럽단위로 가변할 대상이나 위치를 계산한 후, 가변할 대상이나 위치에 해당하는 블럽에 대해서만 픽셀단위로 가변할 위치 픽셀인지 여부를 판단하여 가변할 픽셀 위치를 구하게 된다. 이를 통해 화상내 모든 픽셀에 대해 가변 위치인지 판단하는 경우보다 인식 속도를 높일 수 있다.
패턴광 조정 단계(S120)는 측정 대상물에 조사할 패턴광을 조정하는 단계이다. 패턴광 조정 단계(S120)에서는 가변할 대상이나 위치로 인식된 대상이나 위치에 광량을 기준밝기 수준이 되도록 패턴광을 조정하게 된다. 또한 패턴광 조정 단계(S120)에서는 빛이 강한 자극이 되어 측정결과에 영향을 줄 정도로 안구가 떨릴 경우도 패턴광을 조정할 수도 있다. 즉 측정 대상물의 안구 부분에 대해서는 얼굴의 다른 부분 보다 광량을 더 어둡게 하게 된다.
패턴광 조사 단계(S130)는 패턴광이 조정된 경우에 패턴광을 측정 대상물로 조사하는 단계이다. 프로젝터는 조정된 패턴광을 측정 대상물로 조사하게 된다. 이를 통해 가변할 대상이나 위치로 인식된 대상이나 위치에 광량을 기준밝기 수준이 되도록 한다.
형상 측정 단계(S140)는 측정 대상물의 형상을 측정하는 단계이다. 조사된 패턴광에 의해 측정대상물에 구형태의 금속표면이 형성되어 있어서 측정 시 카메라로 빛이 과하게 들어올 경우 금속표면에 대한 패턴광의 광량을 줄이고, 금속 표면 아래 PCB와 같은 어두운 기판에 대한 패턴광의 광량을 올려서 측정하게 된다. 이를 통해 광포화가 되지 않은 고화질의 패턴광 영상을 획득하게 된다.
출력단계(S150)는 3차원 영상을 디스플레이 화면에 표시하는 단계이다.
화상처리부는 카메라로부터 촬영된 패턴광 영상을 입력받아 저장하고, 입력받은 측정대상물의 패턴광 영상을 이용하여 3차원 좌표를 추출하여 3차원 영상을 구성하고, 3차원 영상을 디스플레이부에 의해 디스플레이하게 된다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 형상측정방법을 나타낸 것이다. 도 5에서 보듯이, 본 발명에 따른 형상측정방법은 스캔화상생성단계(S210), 패턴광 조사 단계(S220), 및 형상 측정 단계(S230)를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 형상측정방법은 광량가변식 패턴광을 이용한 3차원 형상 측정방법으로서, 카메라가 형상 측정 대상물에 대해 촬영하여 측정 대상물에 대한 스캔된 화상을 획득하여 스캔된 화상을 프로젝터로 전송하는 스캔 화상 생성 단계(S210); 프로젝터가 패턴광에 밝기를 부분적으로 가변할 대상이나 위치를 인식하고, 부분적으로 광량 또는 색상을 조정하여 패턴광을 생성하고, 3차원 형상을 측정하고자 하는 대상물에 생성된 패턴광을 조사하는 패턴광 조사 단계(S220); 및 카메라가 패턴광이 조사된 측정 대상물에 대해 촬영하고, 촬영된 측정 대상물의 3차원 형상을 측정하는 형상 측정 단계(S230);를 포함하여 구성된다.
패턴광 조사 단계(S220)는 상기 프로젝터가 전송한 스캔된 화상에서 패턴광에 밝기를 부분적으로 가변할 대상이나 위치를 인식하기 위해, 밝기가 기준밝기에 비해 어둡거나 밝아서(즉, 반사율이 낮거나 높아서) 노이즈로 인식되는 대상이나 위치를 인식하는 과정; 대상이나 위치가 인식되면 부분적으로 광량 또는 색상을 조절하는 과정; 측정 영역에 따라 광량을 다르게 하여 패턴광을 조사하는 과정;을 수행한다.
또한 상기 측정 대상물은 제1 측정영역과 제2 측정영역으로 구분되고, 상기 제2 측정영역은 제1 측정영역에 비하여 반사도가 더 높은 영역이고, 측정대상물에 조사되는 패턴광은 줄무늬 패턴광이고, 패턴광이 조사되는 패턴 영역은 제1 측정영역에 조사되는 제1 패턴 영역과 제2 측정 영역에 조사되는 제2 패턴 영역을 포함한다.
상기 제2 측정영역은 제1 측정영역에 비하여 반사도가 높은 영역이므로 여기에 조사되는 제2 패턴 영역의 밝기(광량)은 제1 패턴 영역 보다 어둡게 된다.
한편, 상기 측정 대상물은 제1 측정영역과 제2 측정영역으로 구분되고, 상기 제2 측정영역은 제1 측정영역에 비하여 광에 민감한 영역이고, 제2 측정영역에 조사되는 제2 패턴 영역의 밝기(광량)은 제1 패턴 영역 보다 어둡게 될 수 있다. 여기서 상기 민간 영역은 얼굴의 안구 영역일 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 형상측정방법은 다양한 전자적으로 정보를 처리하는 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 저장 매체에 기록될 수 있다. 저장 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.
저장 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 소프트웨어 분야 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 저장 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media) 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 전자적으로 정보를 처리하는 장치, 예를 들어, 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (13)

  1. 광특성가변식 패턴광을 이용한 3차원 형상 측정장치에 있어서,
    3차원 형상을 측정하고자 하는 대상물에 생성된 패턴광을 조사하는 프로젝터; 및
    측정 대상물에 대한 스캔된 화상을 획득하여 스캔된 화상을 프로젝터로 전송하고, 패턴광이 조사된 측정 대상물에 대해 촬영하여 측정 대상물의 3차원 형상을 측정하는 카메라;를 포함하며,
    상기 프로젝터는,
    전송받은 스캔된 화상에서 밝기가 기준밝기에 비해 어둡거나 밝아서 노이즈로 인식되는 대상이나 위치를 블럽단위로 계산하고, 가변할 대상이나 위치에 해당되는 블럽을 픽셀단위로 가변할 대상이나 위치를 계산하며,
    픽셀단위로 조사되는 패턴광의 광량을 부분적으로 다르게 하여 패턴광을 조사하는 것을 특징으로 하는 광특성가변식 패턴광을 이용한 3차원 형상 측정장치.
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  4. 제 1 항에 있어서,
    측정 대상물은 제1 측정영역과 제2 측정영역으로 구분되고, 상기 제2 측정영역은 제1 측정영역에 비하여 반사도가 더 높은 영역인 것을 특징으로 하는 광특성가변식 패턴광을 이용한 3차원 형상 측정장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    측정대상물에 조사되는 패턴광은 줄무늬 패턴광이고, 패턴광이 조사되는 패턴 영역은 제1 측정영역에 조사되는 제1 패턴 영역과 제2 측정 영역에 조사되는 제2 패턴 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 광특성가변식 패턴광을 이용한 3차원 형상 측정장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    제2 측정영역은 제1 측정영역에 비하여 반사도가 높은 영역이므로 여기에 조사되는 제2 패턴 영역의 밝기(광량)은 제1 패턴 영역 보다 어둡게 되는 것을 특징으로 하는 광특성가변식 패턴광을 이용한 3차원 형상 측정장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    측정 대상물은 제1 측정영역과 제2 측정영역으로 구분되고, 상기 제2 측정영역은 제1 측정영역에 비하여 광에 민감한 영역이고, 제2 측정영역에 조사되는 제2 패턴 영역의 밝기(광량)은 제1 패턴 영역 보다 어둡게 되는 것을 특징으로 하는 광특성가변식 패턴광을 이용한 3차원 형상 측정장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제2 측정영역은 얼굴의 안구 영역인 것을 특징으로 하는 광특성가변식 패턴광을 이용한 3차원 형상 측정장치.
  9. 제 1 항, 제 4 항 내지 제8항 중 선택되는 어느 한 항의 광특성가변식 패턴광을 이용한 3차원 형상 측정장치를 이용한 측정방법에 있어서,
    상기 카메라가 측정 대상물에 대한 스캔된 화상을 획득하여 스캔된 화상을 프로젝터로 전송하는 스캔 화상 생성 단계;
    상기 프로젝터가 스캔된 화상에서 블럽단위로 패턴광에 밝기를 부분적으로 가변할 대상이나 위치를 1차로 계산하고, 가변할 대상이나 위치에 해당되는 블럽을 픽셀단위로 가변할 대상이나 위치를 2차로 계산하는 패턴광 가변 부분 위치 인식 단계;
    패턴광을 가변해야하는 부분의 광량 또는 색상을 조정하는 패턴광 조정 단계;
    조정된 패턴광을 생성하고, 3차원 형상을 측정하고자 하는 대상물에 생성된 패턴광을 조사하는 패턴광 조사 단계 ; 및
    패턴광이 조사된 측정 대상물에 대해 촬영하고, 촬영된 측정 대상물의 3차원 형상을 측정하는 형상 측정 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 광특성가변식 패턴광을 이용한 3차원 형상 측정방법.

















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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2015010844A (ja) * 2013-06-26 2015-01-19 キヤノン株式会社 情報処理装置、制御装置、組み付け装置、情報処理方法、及びプログラム
KR101624120B1 (ko) * 2015-11-03 2016-05-26 한국기계연구원 3차원 형상 계측용 구조광의 국소 영역별 패턴 광원 조사 시스템 및 방법

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