KR20150060020A - 3차원 스캐너 및 이의 3차원 스캐닝 방법 - Google Patents

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KR20150060020A
KR20150060020A KR1020130143915A KR20130143915A KR20150060020A KR 20150060020 A KR20150060020 A KR 20150060020A KR 1020130143915 A KR1020130143915 A KR 1020130143915A KR 20130143915 A KR20130143915 A KR 20130143915A KR 20150060020 A KR20150060020 A KR 20150060020A
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dimensional
dimensional scanning
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scanning
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손우람
오한
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삼성전자주식회사
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Abstract

3차원 스캐너 및 이의 3차원 스캐닝 방법이 제공된다. 본 3차원 스캐너의 3차원 스캐닝 방법에 따르면, 3차원 스캐닝 촬영을 수행하여 3차원 스캐닝 데이터를 생성하는 단계, 기설정된 사용자 명령이 입력되면, 3차원 스캐닝 촬영의 촬영 모드를 수정 모드로 변경하는 단계 및 수정 모드를 유지하는 동안 3차원 스캐닝 촬영이 재수행되면, 재수행된 촬영 결과에 따라 3차원 스캐닝 데이터를 수정하는 단계를 포함한다.

Description

3차원 스캐너 및 이의 3차원 스캐닝 방법 { THREE DIMENSIONAL SCANNER AND THREE DIMENSIONAL SCANNING METHOD THEREOF }
본 발명은 3차원 스캐너 및 이의 3차원 스캐닝 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 사용자가 용이하게 3차원 스캐닝 촬영을 수행할 수 있는 3차원 스캐너 및 이의 3차원 스캐닝 방법에 관한 것이다.
최근 3차원 영상을 구현하는 기술에 대한 연구가 활발해 지면서, 3차원 스캐너 및 3차원 프린터와 관련된 제품이 다양하게 출시되고 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 3차원 스캐너는 스캔하고자 하는 대상을 모든 방향에서 스캔하여, 3차원 영상을 구현할 수 있다.
특히, 3차원 스캐너는 사물을 다양한 각도에서 비디오 촬영하듯이 스캔하여 3차원 모델을 점진적으로 완성해 3차원 영상을 구현할 수 있다. 즉, 3차원 스캐너는 시간에 따라 누적되는 스캐닝 데이터를 3차원 모델에 병합하면서 더욱 정밀한 영상을 만들어 낼 수 있다.
상술한 3차원 스캐닝 방식은 3차원 스캐닝 데이터를 누적하면서 영상을 만들어내므로, 누적된 데이터의 평균값을 이용하여 3차원 영상을 구현할 수 있다. 따라서, 약간의 오차가 발생하여도 평균값을 구하는 과정에서 무시가 되는 등 안정감 있는 영상을 구현할 수 있다는 장점이 있다.
반면, 상술한 3차원 스캐닝 방식은 스캐닝의 대상이 되는 사물의 변화를 즉각적으로 반영하기 어렵다는 단점이 있다. 즉, 스캐닝 대상이 사람이고, 3차원 스캐닝 과정에서 사람의 움직임이 있거나 사람의 표정이 변하면, 기존에 스캐닝 된 데이터와 변화된 데이터의 평균값을 이용하여 3차원 영상을 만들게 된다. 따라서, 움직임 또는 표정의 변화가 서서히 변하면서 반영되는 것이 아니라, 결과적으로 3차원 영상이 일그러지거나 변형된다는 문제점이 존재한다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 사용자가 용이하게 3차원 스캐닝 촬영을 수행할 수 있는 3차원 스캐너 및 이의 3차원 스캐닝 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 3차원 스캐너의 3차원 스캐닝 방법은 3차원 스캐닝 촬영을 수행하여 3차원 스캐닝 데이터를 생성하는 단계, 기설정된 사용자 명령이 입력되면, 상기 3차원 스캐닝 촬영의 촬영 모드를 수정 모드로 변경하는 단계 및 상기 수정 모드를 유지하는 동안 3차원 스캐닝 촬영이 재수행되면, 재수행된 촬영 결과에 따라 상기 3차원 스캐닝 데이터를 수정하는 단계를 포함할 수 있다.
한편, 상기 수정하는 단계는, 상기 생성한 스캐닝 데이터를 상기 재수행된 촬영 결과에 따른 스캐닝 데이터로 대체하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 수정하는 단계는, 상기 재수행된 촬영 결과에 따른 스캐닝 데이터에 가중치를 부여하여 상기 생성한 데이터를 수정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
한편, 상기 3차원 스캐닝 데이터를 생성하는 단계는, 기준 단위마다 거리 정보를 입력받는 단계, 상기 3차원 스캐닝 촬영을 수행하는 3차원 스캐너의 위치를 추적하는 단계 및 상기 거리 정보를 상기 추적한 3차원 스캐너의 위치에 대응되는 위치 정보에 병합하는 단계를 포함하고, 상기 수정하는 단계는, 상기 생성한 3차원 스캐닝 데이터와 상기 재수행된 촬영 결과에 따른 3차원 스캐닝 데이터를 병합하여 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 사물을 검출하는 단계를 더 포함하고, 상기 수정하는 단계는, 상기 검출된 사물에 대한 3차원 스캐닝 데이터를 수정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
한편, 상기 3차원 스캐닝 촬영을 수행하는 영역의 일 영역을 선택하는 사용자 명령을 입력받는 단계를 더 포함하고, 상기 수정하는 단계는, 상기 사용자 명령에 의해 선택된 일 영역에 대한 3차원 스캐닝 데이터를 수정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 3차원 스캐너는, 3차원 스캐닝 촬영을 위한 촬영부, 사용자 명령을 입력받는 사용자 입력부, 상기 촬영부가 촬영한 데이터로부터 3차원 스캐닝 데이터를 생성하고, 상기 사용자 입력부를 통해 상기 3차원 스캐너의 촬영 모드를 수정하기 위한 사용자 명령이 입력되면 상기 촬영 모드를 수정 모드로 변경하며, 상기 수정 모드를 유지하는 동안 3차원 스캐닝 촬영이 재수행되면, 재수행된 촬영 결과에 따라 상기 3차원 스캐닝 데이터를 수정하는 제어부를 포함할 수 있다.
그리고 상기 촬영부는, 거리 정보를 센싱하는 뎁스 센서(Depth Sensor);를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
한편, 상기 제어부는, 상기 생성한 스캐닝 데이터를 상기 재수행된 촬영 결과에 따른 스캐닝 데이터로 대체하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 재수행된 촬영 결과에 따른 스캐닝 데이터에 가중치를 부여하여 상기 생성한 데이터를 수정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
한편, 상기 제어부는, 기준 단위마다 거리 정보를 입력받고, 상기 3차원 스캐너의 위치를 추적하며, 상기 거리 정보를 상기 추적한 3차원 스캐너의 위치에 따라 병합하여 상기 3차원 스캐닝 데이터를 생성하고, 상기 거리 정보를 상기 추적한 위치에 따라 병합하는 경우, 상기 생성한 3차원 스캐닝 데이터와 상기 재수행된 촬영 결과에 따른 3차원 스캐닝 데이터를 병합하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 사용자 입력부를 통해 사물을 검출하기 위한 사용자 명령을 입력 받는 경우, 상기 제어부는, 상기 사물을 검출하고, 상기 검출된 사물에 대한 3차원 스캐닝 데이터를 수정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
한편, 상기 사용자 입력부를 통해 상기 3차원 스캐닝 촬영이 수행되는 영역 중 일 영역을 선택하는 사용자 명령을 입력받는 경우, 상기 제어부는, 상기 사용자 명령에 의해 선택된 일 영역에 대한 3차원 스캐닝 데이터를 수정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 터치 패널을 구비하는 디스플레이부를 더 포함하고, 상기 3차원 스캐닝 촬영을 수행하는 영역의 일 영역을 선택하는 사용자 명령은 상기 디스플레이부를 통해 터치 입력으로 입력되는 것을 특징으로 할 수 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 3차원 스캐닝 방법은 3차원 스캐닝 촬영을 수행하여 3차원 스캐닝 데이터를 생성하는 단계, 기설정된 사용자 명령이 입력되면, 상기 3차원 스캐닝 촬영을 중단하는 단계 및 상기 스캐닝 촬영이 중단되는 동안 3차원 스캐닝 촬영이 재수행되면, 상기 3차원 스캐닝 데이터의 생성을 재개하는 단계를 포함할 수 있다.
그리고 상기 재개하는 단계는, 상기 스캐닝 촬영이 중단되는 동안, 기설정된 사용자 명령이 재입력되는 경우 상기 3차원 스캐닝 데이터의 생성을 재개하는 것을 특징으로 할 수 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 3차원 스캐너는 3차원 스캐닝 촬영을 위한 촬영부, 사용자 명령을 입력받는 사용자 입력부, 상기 촬영부가 촬영한 데이터로부터 3차원 스캐닝 데이터를 생성하고, 상기 사용자 입력부를 통해 상기 3차원 스캐너의 촬영을 중단하기 위한 사용자 명령이 입력되면 상기 촬영을 중단하며, 상기 촬영을 중단하는 동안 3차원 스캐닝 촬영이 재수행되면, 상기 3차원 스캐닝 데이터의 생성을 재개하는 제어부를 포함할 수 있다.
그리고 상기 제어부는, 상기 촬영이 중단되는 동안 상기 사용자 입력부를 통해 상기 사용자 명령이 재입력되는 경우 상기 3차원 스캐닝 데이터의 생성을 재개하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 사용자가 용이하게 3차원 스캐닝 촬영을 수행할 수 있는 3차원 스캐너 및 이의 3차원 스캐닝 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 3차원 스캐너의 스캔 과정 및 스캔 결과를 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 3차원 스캐너의 구성을 도시한 블럭도,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 3차원 스캐너를 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 사람을 3차원 스캐너로 스캔하는 과정 및 스캔 결과를 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 사람의 표정이 변한 경우 3차원 스캐닝 결과를 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 사람의 얼굴 부분을 스캔하는 3차원 스캐너를 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 사람의 얼굴 부분만 재 스캔하는 과정 및 결과를 도시한 도면,
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 3차원 스캐닝 화면에서 사물을 검출하는 과정을 도시한 도면,
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 3차원 스캐너의 디스플레이부에서 일 영역을 선택하는 과정을 도시한 도면,
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 3차원 스캐너의 디스플레이부에서 일 영역을 선택한 결과를 도시한 도면,
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 3차원 스캐닝 과정을 도시한 흐름도, 그리고,
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 3차원 스캐너의 3차원 스캐닝 방법을 도시한 흐름도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 다양한 실시 예를 좀더 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 그리고 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 3차원 스캐너(100)의 구성을 도시한 블럭도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 3차원 스캐너(100)는 촬영부(110), 사용자 입력부(120) 및 제어부(130)를 포함한다.
촬영부(110)는 3차원 스캐닝 촬영을 위한 구성요소이다. 즉, 촬영부(110)는 사물을 촬영하여 3차원 스캐닝 영상을 획득할 수 있다.
또한, 촬영부(110)는 거리 정보를 센싱하는 뎁스 센서(Depth Sensor)를 포함할 수 있다. 즉, 뎁스 센서(Depth Sensor)는 3차원 스캐너(100)로부터 스캔하는 사물까지의 거리를 센싱하여 3차원 영상을 획득할 수 있다. 구체적으로, 3차원 공간을 3차원 배열의 복셀(voxel)로 나누는 경우, 뎁스 센서(Depth Sensor)는 3차원 스캐너(100)로부터 각 복셀에 위치한 사물의 표면까지의 거리를 센싱할 수 있다.
한편, 사용자 입력부(120)는 사용자 명령을 입력하기 위한 구성요소이다. 사용자 입력부(120)는 3차원 스캐너(100)의 일 부분에 버튼과 같은 형태의 하드웨어로 존재할 수 있다. 또는, 3차원 스캐너(100)가 디스플레이부(140)를 포함하고 디스플레이부(140)가 터치패드를 포함하는 경우, 사용자 입력부(120)는 디스플레이부(140)의 터치패드에 포함될 수도 있다.
3차원 스캐너(100)의 일 면이 도 3에 도시된 바와 같은 경우, 사용자 입력부(120)는 3차원 스캐너(100)의 일 부분에 버튼(10, 20, 30, 40) 또는 원통형(50)의 하드웨어적 구성으로 포함될 수 있다.
사용자 입력부(120)는 3차원 스캐너(100)의 촬영 모드를 수정하기 위한 사용자 명령을 입력받을 수 있다. 즉, 사용자 입력부(120)는 3차원 스캐너(100)의 촬영 모드를 홀드 모드(Hold mode), 리셋 모드(Reset mode) 또는 가중치 모드(Weighting mode)로 촬영 모드를 수정하기 위한 사용자 명령을 입력받을 수 있다.
홀드 모드는 홀드 명령이 입력되는 동안 3차원 스캐닝 촬영을 일시적으로 중단하는 모드를 의미한다. 즉, 홀드 명령은 3차원 스캐닝 촬영을 일시적으로 중단하기 위한 사용자 명령일 수 있다.
한편, 리셋 모드는 리셋 명령이 입력되는 동안 기 촬영된 3차원 스캐닝 데이터를 삭제하고, 3차원 스캐닝 데이터를 재수행된 3차원 스캐닝 촬영 결과로 대체하는 모드를 의미한다.
마지막으로 가중치 모드는 입력된 가중치에 따라 기 촬영된 3차원 스캐닝 데이터를 재수행된 3차원 스캐닝 촬영 결과로 대체하는 속도에 가중치를 부여하는 모드를 의미한다. 예를 들어, 3차원 스캔 대상의 움직임이 크면 3차원 스캐너(100)는 가중치에 대한 민감도를 높여 기 촬영된 3차원 스캐닝 데이터를 재수행된 3차원 스캐닝 촬영 결과로 빠르게 대체 할 수 있다. 또는, 3차원 스캔의 대상의 움직임이 크지 않으면 3차원 스캐너(100)는 가중치에 대한 민감도를 낮춰 기 촬영된 3차원 스캐닝 데이터를 재수행된 3차원 스캐닝 촬영 결과로 느리게 대체 할 수 있다.
한편, 사용자 입력부(120)는 촬영 모드를 수정하기 위한 사용자 명령을 단계적으로 입력받을 수 있다. 예를 들면, 사용자 입력부(120)가 원통형으로 구현된 경우, 3차원 스캐너(100)는 사용자 입력부(120)를 통해 사용자가 원통을 돌리는 정도에 따라 단계적으로 촬영 모드를 변경하는 사용자 명령을 입력받을 수 있다.
제어부(130)는 3차원 스캐너(100)의 전반적인 동작을 제어하기 위한 구성요소이다. 제어부(130)는 촬영부(110)가 촬영한 데이터로부터 3차원 스캐닝 데이터를 생성한다. 촬영부(110)가 뎁스 센서를 포함하는 경우, 제어부(130)는 뎁스 센서가 센싱한 3차원 스캐너(100)로부터 스캔의 대상이 되는 사물까지의 거리 정보를 이용하여 3차원 스캐닝 데이터를 생성할 수 있다.
사용자 입력부(120)를 통해 3차원 스캐너의 촬영 모드를 수정하기 위한 사용자 명령이 입력되면, 제어부(130)는 촬영 모드를 수정 모드로 변경할 수 있다. 수정 모드는 홀드 모드, 리셋 모드 그리고 가중치 모드 중 어느 하나일 수 있다.
그리고 수정 모드를 유지하는 동안 촬영부(110)를 통해 3차원 스캐닝 촬영이 재수행되면, 제어부(130)는 재수행된 결과에 따라 3차원 스캐닝 데이터를 수정할 수 있다.
구체적으로, 홀드 모드로 촬영 모드를 변경하는 사용자 명령이 입력되면, 3차원 스캐닝 촬영이 중단된다. 그리고 3차원 스캐닝 촬영이 중단되는 동안 3차원 스캐닝 촬영이 재수행되면, 제어부(130)는 3차원 스캐닝 데이터의 생성을 재개한다. 즉, 홀드 모드에서는 3차원 스캐너의 전원이 온(on)되고 3차원 스캐닝 중인 것처럼 보이는 경우에도 3차원 스캐닝 촬영이 중단되어 3차원 스캐닝 데이터가 생성되지 않는다.
또한, 홀드 모드로 촬영 모드를 변경하기 위한 사용자 입력부(120)가 3차원 스캐너(100)에 버튼 형태의 하드웨어로 존재하는 경우, 홀드 모드는 사용자가 홀드 모드로 촬영 모드를 변경하기 위한 사용자 입력부(120)를 누르는 동안 유지될 수 있다.
한편, 리셋 모드로 촬영 모드를 변경하는 사용자 명령이 입력되면, 제어부(130)는 생성한 3차원 스캐닝 데이터를 재수행된 촬영 결과에 따른 스캐닝 데이터로 대체할 수 있다.
구체적으로, 리셋 모드로 촬영 모드를 변경하는 사용자 명령이 입력되면, 제어부(130)는 3차원 스캐닝 촬영으로 3차원 스캐닝 데이터가 기 생성된 경우에도, 3차원 스캐닝 촬영을 재수행하여 생성된 3차원 스캐닝 데이터로 기 생성된 3차원 스캐닝 데이터를 대체한다.
또한, 리셋 모드로 촬영 모드를 변경하기 위한 사용자 입력부(120)가 3차원 스캐너(100)에 버튼 형태의 하드웨어로 존재하는 경우, 리셋 모드는 사용자가 리셋 모드로 촬영 모드를 변경하기 위한 사용자 입력부(120)를 누르는 동안 유지될 수 있다. 즉, 제어부(130)는 사용자가 리셋 모드로 촬영 모드를 변경하기 위한 사용자 입력부(120)를 누르는 동안 생성된 3차원 스캐닝 데이터로 동일한 영역의 기 생성된 3차원 스캐닝 데이터를 대체할 수 있다.
한편, 가중치 모드로 촬영 모드를 변경하는 사용자 명령이 입력되면, 제어부(130)는 생성한 3차원 스캐닝 데이터를 재수행된 촬영 결과에 따른 스캐닝 데이터를 반영하여 설정된 가중치에 따라 수정할 수 있다.
예를 들면, 가중치의 민감도가 크면 3차원 스캐닝 대상의 움직임이 빠른 경우에도 제어부(130)는 3차원 스캐닝 대상의 움직임을 빠르게 반영하여 3차원 스캐닝 데이터를 수정할 수 있다. 또한, 가중치의 민감도가 작으면 3차원 스캐닝 대상의 움직임이 빠르지 않은 경우 제어부(130)는 3차원 스캐닝 대상의 움직임을 천천히 반영하여 3차원 스캐닝 데이터를 수정할 수 있다.
또한, 가중치 모드로 촬영 모드를 변경하기 위한 사용자 입력부(120)가 3차원 스캐너(100)에 원통형 형태의 하드웨어로 존재하는 경우, 사용자는 가중치 모드로 촬영 모드를 변경하기 위한 사용자 입력부(120)를 단계적으로 조절하여 가중치를 변경할 수 있다.
한편, 3차원 스캐닝 데이터는 거리 정보 및 위치 정보를 각각 획득하고 병합하여 얻을 수 있다. 거리 정보는 3차원 스캐너(100)로부터 스캔 대상이 되는 사물까지의 거리에 관한 정보를 의미하며, 촬영부(110)에 포함된 뎁스 센서를 이용하여 센싱할 수 있다. 위치 정보는 3차원 스캐너(100)의 위치를 의미한다. 즉, 제어부(130)는 3차원 스캐너(100)의 위치를 추적하여 추적한 3차원 스캐너(100)의 위치에 대응되는 위치 정보를 획득할 수 있다. 결과적으로 제어부(130)는 거리 정보 및 위치 정보를 병합하여 3차원 스캐닝 데이터를 획득할 수 있다.
또한, 거리 정보 및 위치 정보를 병합하는 경우, 제어부(130)는 생성한 3차원 스캐닝 데이터와 재수행된 촬영 결과에 따른 3차원 스캐닝 데이터를 병합하여 3차원 스캐닝 데이터를 수정할 수 있다. 즉, 제어부(130)는 거리 정보 및 위치 정보를 병합하는 단계에서, 3차원 스캐닝 데이터를 재수행된 촬영 결과에 따른 3차원 스캐닝 데이터로 대체할 수 있다. 그리고 제어부(130)는 거리 정보 및 위치 정보를 병합하는 단계에서, 3차원 스캐닝 데이터를 입력된 가중치에 따라 재수행된 촬영 결과를 반영하여 수정할 수 있다.
한편, 사용자 입력부(120)가 3차원 스캐닝을 수행하는 복수의 사물에서 적어도 하나의 사물을 검출하기 위한 사용자 명령을 입력받는 경우, 제어부(130)는 입력된 적어도 하나의 사물을 검출하고, 검출된 사물에 대해서만 3차원 스캐닝 데이터가 수정되도록 제어할 수 있다.
또는, 사용자 입력부(120)를 통해 3차원 스캐닝을 수행하는 영역에서 일 영역을 선택하기 위한 사용자 명령이 입력된 경우, 제어부(130)는 입력된 영역에 대해서만 3차원 스캐닝 데이터가 수정되도록 제어할 수 있다.
그리고 3차원 스캐너(100)는 터치 패널을 구비하는 디스플레이부(140)를 더 포함할 수 있다. 따라서, 3차원 스캐닝을 수행하는 영역에서 일 영역을 선택하기 위한 사용자 명령은 디스플레이부(140)를 통해 터치 입력으로 입력될 수 있다.
이하에서는 도 4 내지 도 7을 참조하여, 재수행된 촬영 결과에 따라 3차원 스캐닝 데이터를 수정하는 과정에 대해 구체적으로 설명한다.
도 4는 사람을 대상으로 3차원 스캐닝 데이터를 획득하는 경우를 도시한 도면이다. 즉, 3차원 스캐너(100)로 사람을 바라보고 수평방향으로 360도 회전하면, 도 4에 도시된 바와 같은 3차원 영상(400)을 획득할 수 있다.
그러나 도 4에 도시된 바와 같은 3차원 영상(400)을 획득하기 위해서는 3차원 스캔을 수행하는 동안 스캔 대상이 되는 사람은 움직임이 거의 없어야 하며 심지어 사람의 얼굴 표정도 변하지 않아야 한다.
즉, 상술한 바와 같이 3차원 스캐닝 데이터는 3차원 스캔이 수행되는 동안 획득한 데이터의 평균값으로 구해지기 때문에 사람의 얼굴 표정이 약간만 변해도 도 5에 도시된 바와 같이 사람의 얼굴을 전혀 알아볼 수 없는 3차원 영상이 획득된다. 따라서, 사람의 얼굴을 제외한 다른 부분의 3차원 영상은 사용 가능한 경우라도 사람의 얼굴이 알아볼 수 없는 형태로 구현되었으므로 3차원 스캔을 처음부터 다시 수행해야 한다.
상술한 불편을 줄이기 위해 리셋 모드를 사용할 수 있다. 즉, 도 6은 리셋 모드로 촬영 모드를 변경하는 버튼(11)이 선택되고 사람의 얼굴 부분에 대해 3차원 스캔을 수행하는 경우를 도시한 도면이다.
리셋 모드로 촬영 모드를 변경하는 버튼(11)이 선택되어 리셋 명령이 입력되는 동안 제어부(130)는 기 촬영된 사람의 얼굴 부분에 대한 3차원 스캐닝 데이터를 삭제하고, 재수행된 3차원 스캐닝 촬영 결과로 3차원 스캐닝 데이터를 대체한다.
결과적으로 도 7에 도시된 바와 같이 사람의 얼굴 부분에 대한 3차원 스캐닝 데이터만 변경된다.
상술한 바와 같은 3차원 스캐너(100)에 의해, 사용자는 3차원 스캔 결과가 잘못 생성된 경우, 일 영역에 대해서만 3차원 스캔을 재수행하여 3차원 스캐닝 데이터를 생성함으로써, 3차원 스캔을 전부 재수행해야하는 불편을 겪지 않을 수 있다.
반대로 홀드 모드로 촬영 모드를 변경하는 버튼이 선택되면, 제어부(130)는 홀드 명령이 입력되는 동안 3차원 스캐닝 촬영을 중단할 수 있다. 따라서, 촬영 모드를 홀드 모드로 변경하는 버튼이 재선택되면 제어부(130)는 3차원 스캐닝 촬영을 재수행하도록 제어할 수 있다.
또는 제어부(130)는 홀드 모드로 촬영 모드를 변경하는 버튼이 눌러지는 동안 3차원 스캐닝 촬영을 중단할 수도 있다.
한편, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 3차원 스캔의 대상 중 적어도 하나의 사물 또는 일 영역에 대해서만 3차원 스캐닝 데이터를 수정할 수 있다.
구체적으로 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 3차원 스캐닝 화면에서 사물을 검출하는 과정을 도시한 도면이다.
도 8에 도시된 바와 같이 책상 위에 놓여있는 모니터(90)와 컵(95)에 대해 3차원 스캔을 수행하는 경우, 모니터 또는 컵을 선택하는 사용자 명령 등에 의해 적어도 하나의 사물이 선택될 수 있다.
예를 들면, 3차원 스캐너(100)가 터치 패널을 구비하는 디스플레이부(140)를 포함하고, 사용자로부터 디스플레이부(140)에 컵(95)을 선택하는 터치 명령이 입력되면, 제어부(130)는 3차원 스캐닝 화면에서 컵(95)을 검출할 수 있다.
또는 컵(95)에 대한 3차원 스캐닝이 반복적으로 이루어진 경우, 제어부(130)는 사용자 명령의 입력이 없어도 컵(95)을 검출하여 디스플레이부(140)를 통해 사용자에게 추천할 수 있다.
상술한 바와 같이 수동 또는 자동으로 컵(95)이 검출되고, 사용자 입력부(130)를 통해 검출된 컵(95)이 선택되면, 제어부(130)는 컵(95)에 대해서만 3차원 스캐닝 데이터를 수정할 수 있다.
즉, 제어부(130)는 컵(95)에 대해서만 3차원 스캐닝 데이터를 재수행된 촬영 결과에 따른 스캐닝 데이터로 대체할 수 있다. 또는 제어부(130)는 컵(95)에 대해서만 재수행된 촬영 결과에 따른 스캐닝 데이터에 가중치를 부여하여 3차원 스캐닝 데이터를 수정할 수 있다. 제어부(130)는 컵(95)에 대해서만 3차원 스캐닝이 중단되도록 제어할 수도 있다.
한편, 도 9에 도시된 바와 같이 3차원 스캐너(100)가 터치 패널을 구비하는 디스플레이부(140)를 포함하는 경우, 3차원 스캐너(100)는 디스플레이부(140)에 일 영역을 선택하는 사용자 명령을 입력받을 수 있다. 그리고 도 10에 도시된 바와 같이 디스플레이부(140)는 터치 명령이 입력되어 선택된 일 영역(98)에 음영을 주어 디스플레이할 수 있다. 또는, 디스플레이부(140)는 터치 명령이 입력되어 선택된 일 영역(98)의 색깔을 다르게 디스플레이할 수 있다.
상술한 바와 같이 사용자 입력부(130)를 통해 일 영역(98)이 선택되면, 제어부(130)는 선택된 일 영역(98)에 대해서만 3차원 스캐닝 데이터를 수정할 수 있다.
즉, 제어부(130)는 선택된 일 영역(98)에 대해서만 3차원 스캐닝 데이터를 재수행된 촬영 결과에 따른 스캐닝 데이터로 대체할 수 있다. 또는 제어부(130)는 선택된 일 영역(98)에 대해서만 재수행된 촬영 결과에 따른 스캐닝 데이터에 가중치를 부여하여 3차원 스캐닝 데이터를 수정할 수 있다.
또한, 제어부(130)는 선택된 일 영역(98)에 대해서만 3차원 스캐닝이 중단되도록 제어할 수도 있다.
한편, 도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 3차원 스캐닝 과정을 도시한 흐름도이다.
구체적으로, 도 11은 3차원 스캐너(100)가 뎁스 센서를 포함하고, 뎁스 센서가 3차원 스캐너(100)로부터 스캔 대상의 표면까지의 거리를 센싱하여 3차원 스캐닝 영상을 구현하는 방법을 나타낸다.
구체적으로 뎁스 센서는 센싱한 거리 정보를 뎁스 맵(Depth map) 형태로 출력한다. 그리고 뎁스 맵 전환(Depth map conversion) 단계는 뎁스 센서의 U, V 좌표로 표현된 뎁스 맵 영상을 실 좌표로 변환하여 센싱한 좌표가 3차원 좌표 상 어디에 위치하는지 좌표 변화를 수행하여 포인트 클라우드(Point Cloud)를 만드는 단계이다.
카메라 트랙킹(Camera Tracking, ICP) 단계는 3차원 스캐너(100)의 움직임을 예측하는 단계이다. 즉, ICP 알고리즘을 이용하여 뎁스 맵을 취득한 3차원 스캐너(100)의 위치와 각도를 예측한다. ICP 알고리즘에 대해서는 다양한 문헌에서 공지된 바 있으므로, 더 이상의 구체적인 설명은 생략한다.
그리고 볼륨 인터그레이션(Volume Integration) 단계는 기 완선된 3차원 모델과 새로 취득한 포인트 클라우드를 병합(merge)하기 위한 단계이다. 즉, 볼륨의 기준 단위인 복셀(voxel)은 TSDF(truncated signed distance function)값과 가중치(weight) 값으로 표현된다. TSDF값은 3차원 스캔의 대상의 표면을 기준으로 3차원 스캐너(100)에서 가까운 빈 영역은 양수로 표현이 되고, 표면은 0으로 표현이 되며, 표면의 안쪽은 음수로 표현하는 함숫값이다. TSDF 데이터 구조에 대해서는 다양한 문헌에서 공지된 바 있으므로, 더 이상의 구체적인 설명은 생략한다.
새로운 포인트 클라우드를 기존의 TSDF 볼륨에 업데이트하여 3차원 스캐닝 데이터를 수정하기 위해서는 가중치 함수가 사용된다. 즉, TSDF 볼륨의 각 복셀마다 가지고 있는 TSDF 값은 새로운 포인트 클라우드와 가중치 함수를 이용하여 업데이트 된다. 구체적으로 TSDF를 D(x)로 표현하면 업데이트된 TSDF 값 Di +1 (x)은 수학식 1과 같다.
Figure pat00001
한편, 가중치 함수를 W(x)로 표현하면, 업데이트된 가중치 함수 Wi +1(x)은 수학식 2와 같다.
Figure pat00002
즉, 리셋 모드에서는 W(x)의 값이 0이 되고, 홀드 모드에서는 새로운 TSDF 값을 반영하지 않는다. 그리고 가중치 모드에서는 가중치 함수가 수학식 3과 같다.
Figure pat00003
즉, 사용자 명령에 의해 가중치의 민감도가 커지면, a는 1 이하의 양수 값이 된다. 또한, 사용자 명령에 의해 가중치의 민감도가 작아지면, a는 1 이상의 양수 값이 된다.
한편, 도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 3차원 스캐너의 3차원 스캐닝 방법을 도시한 흐름도이다.
먼저, 3차원 스캐너(100)는 3차원 스캔이 촬영을 수행하여 3차원 스캐닝 데이터를 생성한다(S1200). 3차원 스캐닝 데이터는 3차원 스캐너(100)로부터 스캔 대상까지의 거리 정보 및 3차원 스캐너(100)의 위치 정보를 병합하여 생성될 수 있다.
그리고 기 설정된 사용자 명령 입력 여부를 판단한다(S1210). 사용자 입력부(120)가 버튼 또는 원통형의 하드웨어로 존재하는 경우 사용자 명령은 버튼을 누르거나 원통을 돌려서 단계적으로 입력될 수 있다. 또는, 3차원 스캐너(100)가 터치 패널이 구비된 디스플레이부(140)를 포함하는 경우 사용자 명령은 터치 입력일 수 있다.
기 설정된 사용자 명령이 입력되면(S1210-Y), 3차원 스캐닝 촬영의 촬영모드를 수정모드로 변경한다. 수정모드는 홀드 모드(Hold mode), 리셋 모드(Reset mode) 또는 가중치 모드(Weighting mode)를 포함할 수 있다.
홀드 모드는 홀드 명령이 입력되는 동안 3차원 스캐닝 촬영을 일시적으로 중단하는 모드를 의미한다. 즉, 홀드 명령은 3차원 스캐닝 촬영을 일시적으로 중단하기 위한 사용자 명령일 수 있다.
한편, 리셋 모드는 리셋 명령이 입력되는 동안 기 촬영된 3차원 스캐닝 데이터를 삭제하고, 3차원 스캐닝 데이터를 재수행된 3차원 스캐닝 촬영 결과로 대체하는 모드를 의미한다.
마지막으로 가중치 모드는 입력된 가중치에 따라 기 촬영된 3차원 스캐닝 데이터를 재수행된 3차원 스캐닝 촬영 결과로 대체하는 속도를 조절하는 모드를 의미한다. 예를 들어, 3차원 스캔의 대상의 움직임이 크면 가중치에 대한 민감도를 높여 기 촬영된 3차원 스캐닝 데이터를 재수행된 3차원 스캐닝 촬영 결과로 빠르게 대체 할 수 있다. 또는, 3차원 스캔의 대상의 움직임이 크지 않으면 가중치에 대한 민감도를 낮춰 기 촬영된 3차원 스캐닝 데이터를 재수행된 3차원 스캐닝 촬영 결과로 느리게 대체 할 수 있다.
한편, 3차원 스캐닝 수정모드를 유지하는 동안 3차원 스캐닝 촬영이 재수행되는지 여부를 판단한다(S1230). 그리고, 3차원 스캐닝 촬영이 재수행된 것으로 판단되면(S1230-Y), 재수행된 촬영 결과에 따라 3차원 스캐닝 데이터를 수정한다(S1240).
예를 들면, 리셋 모드로 촬영 모드를 변경하기 위한 사용자 입력 버튼이 사용자에 의해 조작된 상태가 유지되는 동안, 촬영모드는 리셋 모드로 변경되어 리셋모드에서 3차원 스캐닝 촬영이 재수행될 수 있다. 따라서 재수행된 촬영 결과에 따라 3차원 스캐닝 데이터를 대체할 수 있다. 그리고 리셋 모드로 촬영 모드를 변경하기 위한 사용자 입력 버튼이 사용자에 의해 조작된 상태가 종료되면, 리셋 모드는 해제될 수 있다.
상술한 다양한 실시 예들에 따른 3차원 스캐너의 3차원 스캐닝 방법은 소프트웨어로 코딩되어 비일시적 판독 가능 매체(non-transitory readable medium)에 저장될 수 있다. 이러한 비일시적 판독 가능 매체는 다양한 장치에 탑재되어 사용될 수 있다.
일 예로, 3차원 스캐닝 촬영을 수행하여 3차원 스캐닝 데이터를 생성하는 단계, 기설정된 사용자 명령이 입력되면, 3차원 스캐닝 촬영의 촬영 모드를 수정 모드로 변경하는 단계 및 수정 모드를 유지하는 동안 3차원 스캐닝 촬영이 재수행되면, 재수행된 촬영 결과에 따라 3차원 스캐닝 데이터를 수정하는 단계를 수행하기 위한 프로그램 코드가 비일시적 판독 가능 매체에 저장되어 제공될 수 있다. 그 밖에도, 상술한 다양한 실시 예들에서 설명한 3차원 스캐닝 방법이 프로그램으로 코딩되어 비일시적 판독 가능 매체에 저장될 수 있다.
비일시적 판독 가능 매체란 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 구체적으로는, CD, DVD, 하드 디스크, 블루레이 디스크, USB, 메모리카드, ROM 등이 될 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
100 : 3차원 스캐너 110 : 촬영부
120 : 사용자 입력부 130 : 제어부
140 : 디스플레이부

Claims (18)

  1. 3차원 스캐닝 방법에 있어서,
    3차원 스캐닝 촬영을 수행하여 3차원 스캐닝 데이터를 생성하는 단계;
    기설정된 사용자 명령이 입력되면, 상기 3차원 스캐닝 촬영의 촬영 모드를 수정 모드로 변경하는 단계; 및
    상기 수정 모드를 유지하는 동안 3차원 스캐닝 촬영이 재수행되면, 재수행된 촬영 결과에 따라 상기 3차원 스캐닝 데이터를 수정하는 단계;를 포함하는 3차원 스캐닝 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수정하는 단계는,
    상기 생성하는 단계에서 생성한 3차원 스캐닝 데이터를 상기 재수행된 촬영 결과에 따른 스캐닝 데이터로 대체하는 것을 특징으로 하는 3차원 스캐닝 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수정하는 단계는,
    상기 재수행된 촬영 결과에 따른 스캐닝 데이터에 가중치를 부여하여 상기 생성하는 단계에서 생성한 3차원 스캐닝 데이터를 수정하는 것을 특징으로 하는 3차원 스캐닝 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 3차원 스캐닝 데이터를 생성하는 단계는,
    기준 단위마다 거리 정보를 입력받는 단계;
    상기 3차원 스캐닝 촬영을 수행하는 3차원 스캐너의 위치를 추적하는 단계; 및
    상기 거리 정보를 상기 추적한 3차원 스캐너의 위치에 대응되는 위치 정보에 병합하는 단계;를 포함하고,
    상기 수정하는 단계는,
    상기 생성한 3차원 스캐닝 데이터와 상기 재수행된 촬영 결과에 따른 3차원 스캐닝 데이터를 병합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 3차원 스캐닝 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    사물을 검출하는 단계;를 더 포함하고,
    상기 수정하는 단계는,
    상기 검출된 사물에 대한 3차원 스캐닝 데이터를 수정하는 것을 특징으로 하는 3차원 스캐닝 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 3차원 스캐닝 촬영을 수행하는 영역의 일 영역을 선택하는 사용자 명령을 입력받는 단계; 를 더 포함하고,
    상기 수정하는 단계는,
    상기 사용자 명령에 의해 선택된 일 영역에 대한 3차원 스캐닝 데이터를 수정하는 것을 특징으로 하는 3차원 스캐닝 방법.
  7. 3차원 스캐너에 있어서,
    3차원 스캐닝 촬영을 위한 촬영부;
    사용자 명령을 입력받는 사용자 입력부; 및
    상기 촬영부가 촬영한 데이터로부터 3차원 스캐닝 데이터를 생성하고, 상기 사용자 입력부를 통해 상기 3차원 스캐너의 촬영 모드를 수정하기 위한 사용자 명령이 입력되면 상기 촬영 모드를 수정 모드로 변경하며, 상기 수정 모드를 유지하는 동안 3차원 스캐닝 촬영이 재수행되면, 재수행된 촬영 결과에 따라 상기 3차원 스캐닝 데이터를 수정하는 제어부; 를 포함하는 3차원 스캐너.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 촬영부는,
    거리 정보를 센싱하는 뎁스 센서(Depth Sensor);를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 스캐너.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 생성한 3차원 스캐닝 데이터를 상기 재수행된 촬영 결과에 따른 스캐닝 데이터로 대체하여 상기 3차원 스캐닝 데이터를 수정하는 것을 특징으로 하는 3차원 스캐너.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 재수행된 촬영 결과에 따른 스캐닝 데이터에 가중치를 부여하여 상기 3차원 스캐닝 데이터를 수정하는 것을 특징으로 하는 3차원 스캐너.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    기준 단위마다 거리 정보를 입력받고, 상기 3차원 스캐너의 위치를 추적하며, 상기 거리 정보를 상기 추적한 3차원 스캐너의 위치에 따라 병합하여 상기 3차원 스캐닝 데이터를 생성하고,
    상기 거리 정보를 상기 추적한 위치에 따라 병합하는 경우, 상기 생성한 3차원 스캐닝 데이터와 상기 재수행된 촬영 결과에 따른 3차원 스캐닝 데이터를 병합하는 것을 특징으로 하는 3차원 스캐너.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 사용자 입력부를 통해 사물을 검출하기 위한 사용자 명령을 입력받는 경우, 상기 제어부는,
    상기 사물을 검출하고, 상기 검출된 사물에 대한 3차원 스캐닝 데이터를 수정하는 것을 특징으로 하는 3차원 스캐너.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 사용자 입력부를 통해 상기 3차원 스캐닝 촬영이 수행되는 영역 중 일 영역을 선택하는 사용자 명령을 입력받는 경우,
    상기 제어부는,
    상기 사용자 명령에 의해 선택된 일 영역에 대한 3차원 스캐닝 데이터를 수정하는 것을 특징으로 하는 3차원 스캐너.
  14. 제13항에 있어서,
    터치 패널을 구비하는 디스플레이부; 를 더 포함하고,
    상기 3차원 스캐닝 촬영을 수행하는 영역의 일 영역을 선택하는 사용자 명령은 상기 디스플레이부를 통해 터치 입력으로 입력되는 것을 특징으로 하는 3차원 스캐너.
  15. 3차원 스캐닝 방법에 있어서,
    3차원 스캐닝 촬영을 수행하여 3차원 스캐닝 데이터를 생성하는 단계;
    기설정된 사용자 명령이 입력되면, 상기 3차원 스캐닝 촬영을 중단하는 단계; 및
    상기 스캐닝 촬영이 중단되는 동안 3차원 스캐닝 촬영이 재수행되면, 상기 3차원 스캐닝 데이터의 생성을 재개하는 단계; 를 포함하는 3차원 스캐닝 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 재개하는 단계는,
    상기 스캐닝 촬영이 중단되는 동안, 기설정된 사용자 명령이 재입력되는 경우 상기 3차원 스캐닝 데이터의 생성을 재개하는 것을 특징으로 하는 3차원 스캐닝 방법.
  17. 3차원 스캐너에 있어서,
    3차원 스캐닝 촬영을 위한 촬영부;
    사용자 명령을 입력받는 사용자 입력부; 및
    상기 촬영부가 촬영한 데이터로부터 3차원 스캐닝 데이터를 생성하고, 상기 사용자 입력부를 통해 상기 3차원 스캐너의 촬영을 중단하기 위한 사용자 명령이 입력되면 상기 촬영을 중단하며, 상기 촬영을 중단하는 동안 3차원 스캐닝 촬영이 재수행되면, 상기 3차원 스캐닝 데이터의 생성을 재개하는 제어부; 를 포함하는 3차원 스캐너.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 촬영이 중단되는 동안 상기 사용자 입력부를 통해 상기 사용자 명령이 재입력되는 경우 상기 3차원 스캐닝 데이터의 생성을 재개하는 것을 특징으로 하는 3차원 스캐너.

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