KR20180071764A - 3차원맵을 이용한 비정형 라인 길이측정시스템 - Google Patents

3차원맵을 이용한 비정형 라인 길이측정시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 복수개의 영상촬영부를 통해 촬영된 영상을 정합하여 3원맵을 생성하고, 3차원맵을 통해 특정물체의 라인 포인트를 인식하여 비정형 라인의 길이 측정이 가능한 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 복수개의 영상촬영부를 통해 촬영된 영상의 정합을 통해 3차원맵을 생성하며, 3차원맵을 통해 특정물체의 라인 포인트를 인식하여 비정형 라인의 길이 측정함으로써, 비정형 라인의 길이를 정확하게 측정할 수 있는 효과가 있다.

Description

3차원맵을 이용한 비정형 라인 길이측정시스템{DISTANCE MEASURING SYSTEM FOR ATYPICAL LINE USING 3-DIMENSION MAP}
본 발명은 3차원맵을 이용하여 비정형 라인의 길이를 측정하는 시스템으로써, 보다 상세하게는 복수개의 영상촬영부를 통해 촬영된 영상을 정합하여 3원맵을 생성하고, 3차원맵을 통해 특정물체의 라인 포인트를 인식하여 비정형 라인의 길이 측정이 가능한 비정형 라인의 길이측정시스템에 관한 것이다.
전자제품내에 사용되는 와이어링 하네스 등의 장치의 경우는 비정형으로 랜덤하게 이루어져 있기 때문에 사람이 와이어링 하네스를 하나씩 펴서 길이를 측정한다. 사람에 의해 와이어링 하네스의 길이를 측정함에 따라 길이를 정밀하게 측정하지 못하며, 측정을 위해 많은 인력 및 시간이 소모되고 있다. 와이어링 하네스의 경우는 비정형의 형태뿐 아니라, 제품모델에 따른 각기 다른 측정도구 및/또는 측정정보가 구비됨에 따라 원가 상승요소로 작용된다.
한국 등록특허 제10-0473682호(이하 '선행문헌'이라 칭함)는 길이방향의 중심축이 진행방향과 평행하지 않은 상태로 가열로로 진입하는 슬래브 또는 비정형적인 슬래브의 폭을 정확하게 측정할 수 있는 비정형적인 슬래브의 폭 측정장치 및 그 방법에 관한 것이다. 슬래브의 길이방향 중심축과 슬래브의 진행방향이 평행하지 않은 비정형적인 상태로 이송되는 슬래브의 폭을 정확하게 측정할 수 있으며, 또한, 슬래브의 평면이 직사각형이 아닌 형상으로 폭의 오차가 발생하는 슬래브일지라도 슬래브의 폭을 정확하게 측정할 수 있다는 장점이 있다.
선행문헌은 강재와 같이 정형의 물체의 길이를 측정하는데 용이하지만, 비선형의 물체를 측정하기 위한 수단은 구비하고 있지 않다. 따라서 랜덤한 형태 이루어진 비선형의 물체를 측정할 수 있는 장치가 필요한 실정이다.
한국 등록특허 제10-0473682호(발명의 명칭 : 비정형적인 슬래브의 폭 측정장치 및 그 방법, 등록일 : 2005.02.18)
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 복수개의 영상촬영부를 통해 촬영된 영상의 정합을 통해 3차원맵을 생성하며, 3차원맵을 통해 특정물체의 라인 포인트를 인식하여 비정형 라인의 길이 측정하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 측정 시스템을 운용하며, 공정데이터를 입력하여 측정된 비정형 라인 길이가 정상인지 여부를 판별하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 관점에 따른 3차원맵을 통한 비정형라인의 길이측정시스템은 영상촬영을 위한 적어도 하나의 영상촬영장치와 상기 영상으로부터 상기 특정물체를 인식하는 물체인식부, 상기 적어도 하나의 영상촬영장치를 통해 촬영된 영상으로부터 상기 특정물체의 모서리, 꼭지점과 같은 특징점을 각각 추출하는 특징추출부, 상기 추출된 각각 특징점을 정합하여 상기 특정물체의 3차원맵을 복원하는 영상복원부, 상기 3차원맵을 특정방향으로 미분하여 상기 특정물체의 윤곽선을 검출하는 윤곽선검출부, 상기 특정물체의 윤곽선으로부터 비정형 라인을 식별하는 라인식별부를 포함하는 영상처리부와 상기 비정형 라인의 길이를 측정하는 길이측정부 및 측정된 상기 비정형 라인의 길이를 기 설정된 표준길이와 비교하여 정상여부를 판단하는 길이판정부를 포함한다.
본 발명에 따른 상기 영상처리부는 식별된 상기 비정형 라인의 시작포인트를 추정하여, 상기 비정형 라인의 포인트를 식별하는 라인포인트추정부 및 상기 시작포인트를 기점으로 상기 식별된 비정형 라인의 포인트를 순차적으로 배열하는 포인트배열부, 상기 통해 상기 포인트배열부에 의해 배열된 비정형 라인의 포인트의 3차원데이터를 생성하는 데이터생성부 및 상기 생성된 3차원데이터의 높이오차를 보간하는 포인트보간부를 더 포함한다.
본 발명에 따른 상기 길이측정부는 상기 3차원데이터를 상기 각 영상촬영부의 서로 다른 촬영 시점에 따른 정사영 함수를 기준으로 길이적분하여 상기 비정형 라인의 3차원 곡선의 길이를 식별하는 길이식별부, 및 기 설정된 보간법을 적용시켜 상기 3차원 곡선의 포인트 연결을 매끄럽게 보정하는 곡선보정부를 포함한다.
본 발명은 복수개의 영상촬영부를 통해 촬영된 영상의 정합을 통해 3차원맵을 생성하며, 3차원맵을 통해 특정물체의 라인 포인트를 인식하여 비정형 라인의 길이 측정함으로써, 비정형 라인의 길이를 정확하게 측정할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 측정 시스템을 운용하며, 공정데이터를 입력하여 측정된 비정형 라인 길이가 정상인지 여부를 판별함으로써, 비정형 라인의 길이측정시간을 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 3차원맵을 이용한 비정형 라인 길이측정시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 본 발명에 따른 3차원맵을 이용한 비정형 라인 길이측정을 설명하기 위한 플로우챠트이다.
도 3은 본 발명에 따른 비정형 라인의 식별 및 포인트 배열을 설명하기 위한 플로우챠트이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 3차원맵을 이용한 비정형 라인 길이측정시스템의 구성도이다. 도 1을 살펴보면, 본 발명에 따른 비정형 라인 길이측정시스템은 영상촬영장치(100), 영상처리부(200), 길이측정부(300), 길이판정부(400)를 포함할 수 있다.
영상촬영부(100)는 영상촬영을 위한 장치이다. 영상촬영부(100)는 정밀한 영상측정을 통한 오차범위를 확보하기 위한 고해상도의 고감도 카메라를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 영상촬영부(100)는 렌즈를 포함할 수 있다. 이를 통해 작업자로 하여금 촬영하고자 하는 시계(Filed of View, FOV)만큼 볼 수 있도록 하며, 촬영하고자 하는 물체와의 작동거리에 구애받지 않고 설치할 수 있다.
또한, 영상촬영부(100)는 촬영된 영상을 영상처리부(200)로 전송하기 위한 USB, 시리얼 port 등의 유선 또는 wifi, bluetooth, LAN 등의 무선모듈을 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 영상처리부(200)는 물체인식부(210), 특징추출부(220), 영상복원부(230), 윤곽선검출부(240), 라인식별부(250), 라인포인트추정부(260), 포인트배열부(270), 데이터생성부(280), 포인트보간부(290)를 포함할 수 있다. 한편, 영상처리부로부터 영상정보를 유/무선으로 수신하기 위한 통신부를 포함할 수 있다.
물체인식부(210)는 영상촬영부(100)에서 촬영된 영상으로부터 특정물체를 인식하는 장치이다. 물체인식부(210)는 관심영역을 추출하여 관심영역 내의 특정물체를 인식한다.
특징추출부(220) 적어도 하나의 영상촬영장치를 통해 촬영된 영상으로부터 특정물체의 모서리, 꼭지점과 같은 특징점을 각각 추출하는 장치이다. 특징점 추출은 led corner edge detection, Image descriptor, SURF(Speeded Up Robust Feature) 방법이 사용될 수 있다. 한편, 영상에서 추출된 물체의 특징점의 개수에 따라 3차원 영상의 정확도가 결정된다.
영상복원부(230)는 추출된 각각 특징점을 정합하여 특정물체의 3차원맵을 생성한다. 특징점은 면의 꼭지점의 하나가 되어 최소 세 개의 점들이 모여 삼각형 면(triangular mesh)을 만든다. 삼각형 면들을 연결하여 3차원맵을 생성한다.
윤곽선검출부(240)는 인식된 특정물체의 윤곽선을 검출하는 장치이다. 윤곽선검출부(320)는 관심영역이 포함된 영상을 제1축 및 제2축을 기점으로 각 미분하고, 각 미분된 영상의 병합을 통해 특정 물체의 윤곽선을 검출한다. 한편, 윤곽선검출부(320)는 윤곽선의 빈공간 및 끊긴영역을 제거하기 위한 보정수단을 포함할 수 있다.
라인식별부(250)는 특정물체의 윤곽선으로부터 비정형 라인을 식별하는 장치이다.
라인포인트추정부(260)는 비정형 라인의 시작포인트를 추정하여, 비정형 라인의 포인트를 식별하는 장치이다. 라인포인트추정부(260)는 비정상 라인의 특징점을 추출하여 포인트를 식별할 수 있다. 특징점 추출방식은 led corner edge detection, Image descriptor, SURF(Speeded Up Robust Feature) 방법 등이 사용될 수 있다.
포인트배열부(270)는 시작포인트를 기점으로 식별된 비정형 라인의 포인트를 순차적으로 배열하는 장치이다.
데이터생성부(280)는 3차원맵을 통해 포인트배열부(350)에 의해 배열된 비정형 라인의 포인트의 3차원데이터를 생성하는 장치이다. 3차원데이터는 3차원의 곡선포인트정보를 포함할 수 있다. 데이터생성부(280)는 추출된 특정점들을 삼각형으로 연결하여 공간을 분할한다. 이때, 삼각형들의 내각의 최소값이 최대가 되도록한다. 이러한 삼각분할을 통해 데이터생성부(280)는 비정상 라인의 3차원 곡선포인트를 획득한다. 따라서, 데이터생성부(280)에 의해 생성된 3차원데이터는 X,Y축의 2차원정보뿐 아니라 Z축의 3차원정보도 포함한다.
데이터보간부(290)는 3차원데이터의 높이오차를 보간하는 장치이다. 영상촬영부(100)가 특정물체를 촬영함에 있어 수직방향으로만 촬영되는 것이 아닌 다각도의 방향으로 촬영된다. 따라서 3차원데이터를 생성함에 있어 높이의 오차가 발생하게 된다. 이에 데이터보간부(290)는 3차원데이터의 높이오차를 보간하는 장치이다. 데이터보간부(290)는 3차원데이터의 포인트간의 간격을 보정한다. 포인트간의 거리가 가까울수록 원형의 형태를 가지게 되지만, 멀어질수록 각진 형태가 됨에 따라 오차가 발생된다. 데이터보간부(290)는 3차인데이터의 포인트 중 최소거리를 유지하지 못하는 포인트가 발생할 경우, 상호 포인트 사이에 추가 포인트를 생성할 수도 있다.
도 1의 길이측정부(300)는 3차원데이터를 통해 비정형라인의 길이를 측정하는 장치이다. 도 1과 같이, 길이측정부(300)는 길이식별부(310), 및 곡선보정부(320)를 포함할 수 있다.
길이식별부(310)는 3차원데이터를 각 영상촬영부의 서로 다른 촬영 시점에 따른 정사영 함수를 기준으로 길이적분하여 비정형 라인의 3차원 곡선길이를 식별하는 장치이다.
예를 들어, 영상촬영부(100)가 제1 영상촬영부, 제2 영상촬영부로 구비되어 있으며, 제1 영상촬영부 및 제2 영상촬영부는 Y축 좌표(높이)를 같으며, X, Z축 좌표를 다르게(시점변경) 설치된다. 따라서 제1 영상촬영부의 정사영 함수는 z= f(y)가 되며, 제2 영상촬영부는 x=g(y)가 된다. 길이식별부(310)는 촬영시점에 따른 정사영 함수를 기준으로 3차원 곡선포인트를 길이적분하게 된다.
곡선보정부(320)는 기 설정된 보간법을 적용시켜 3차원 곡선의 포인트 연결을 매끄럽게 보정하는 장치이다. 영상처리부(200)에 의해 추출된 비정형 라인의 3차원 포인트가 직선으로 연결되어 있을 경우 비정형 라인의 길이가 정확하게 측정되지 않을 수 있다. 따라서 곡선보정부(320)는 기 설정된 보간법을 적용시켜 3차원 곡선의 포인트 연결을 매끄럽게 보정한다. 여기서 기 설정된 보간법은 서로 떨어져 있는 두 점 사이를 연결하기 위해 두 점을 잇는 곡선을 3차 다항식(a0 + a1x + a2x2 + a3x3)을 사용한다. 따라서 두 점사이의 연결되는 선이 3차 다항식으로 만들어짐에 따라 매끄러운 곡선의 형태를 갖게 된다. 한편, 길이측정부(300)에서 측정된 비정형라인 길이는 길이판정부(400)로 전송된다.
도 1의 길이판정부(400)는 측정된 비정형라인의 길이를 기 설정된 표준길이와 비교하여 정상여부를 판단하는 장치이다.
길이판정부(400)는 길이측정부(300)로부터 전송된 비정형 라인 길이정보와 데이터베이스에 저장된 표준길이를 비교한다. 예를 들어, 데이터베이스에 특정 A라는 제품의 표준길이가 10.00cm이고, 길이측정부(300)로부터 전송된 비정형 라인정보가 10.00cm 일 경우 정상 라인으로 판별한다. 한편, 길이판정부(400)는 일정량 오차범위를 허용한다. 오차범위는 위의 수치로 한정하지 않으며, 제조사, 사용자 등에 의해 지정된다.
도 2는 본 발명에 따른 본 발명에 따른 3차원맵을 이용한 비정형 라인 길이측정을 설명하기 위한 플로우챠트이다. 앞서 설명된 사항에 대한 설명은 생략하거나 간단히 한다. 이하의 설명에 의해 앞서 본 발명의 비정형 라인 길이측정시스템이 보다 명확해질 수 있다.
먼저, 길이판정부(200)에 비정형라인을 측정할 모델정보를 입력받는다(S100). 모델에 따른 라인의 길이가 각 지정되어 있으며, 각 모델에 따른 라인길이는 데이터베이스에 저장된다.
영상처리부(200)가 적어도 하나의 영상촬영부(100)에서 촬영된 영상을 수신한다(S200). 영상처리부(200)가 수신된 영상으로부터 특정물체를 인식 및 특정물체의 특징점을 각 추출한다(S300).
영상처리부(200)의 영상복원부(230)가 추출된 각각 특징점을 정합하여 특정물체의 3차원맵을 생성한다(S400).
영상처리부(200)가 3차원맵을 통해 3차원데이터를 생성한다(S500). 도 3을 통해 S500단계를 상세히 설명한다.
도 3을 살펴보면, 영상처리부(200)의 윤곽선검출부(240)가 인식된 특정물체의 윤곽선을 검출한다.(S510). 영상처리부(200)의 라인식별부(250)가 특정물체의 윤곽선으로부터 비정형 라인을 식별한다(S520). 영상처리부(200)의 라인포인트추정부(260)가 비정형 라인의 시작포인트를 추정하여, 비정형 라인의 포인트를 식별한다(S530). 영상처리부(200)의 포인트배열부(270)가 시작포인트를 기점으로 식별된 비정형 라인의 포인트를 순차적으로 배열한다(S540). 영상처리부(200)의 데이터생성부(280)가 3차원맵을 통해 포인트배열부(270)에 의해 배열된 비정형 라인의 포인트의 3차원데이터를 생성한다(S550). 영상처리부(200)의 포인트보간부(290)가 생성된 3차원데이터의 높이오차를 보간한다(S560).
다시 도 1을 살펴보면, 영상처리부(200)에 의해 생성된 3차원데이터는 길이측정부(300)로 전송된다(S600). 곡선보정부(320)가 기 설정된 보간법을 적용시켜 3차원 곡선의 포인트 연결을 매끄럽게 보정한다(S700).
길이측정부(300)의 길이식별부(310)가 수신된 3차원데이터를 각 영상촬영부의 서로 다른 촬영 시점에 따른 정사영 함수를 기준으로 길이적분하여 비정형 라인의 3차원 곡선길이를 측정한다(S800).
길이측정부(300)에 의해 측정된 비정형 라인길이정보가 길이판정부(500)로 전송된다(S900).
길이판정부(400)가 측정된 비정형라인의 길이를 기 설정된 표준길이와 비교하여 정상여부를 판단한다(S1000).
길이판정부(400)에 의해 수신된 비정형라인의 길이가 적합할 경우, 적합에 대응되는 알림이 디스플레이된다(S1100). 반면, 길이판정부(500)에 의해 수신된 비정형라인의 길이가 부적합할 경우, 부적합에 대응되는 알림이 디스플레이되며, 사용자가 부적합을 인식할 수 있도록, 청각, 촉각, 시각 등의 알람이 발생된다(S1100).
100 : 영상촬영장치 200 : 영상처리부
210 : 물체인식부 220 : 특징점추출부
230 : 영상복원부 240 : 윤곽선검출부
250 : 라인식별부 260 : 라인포인트추정부
270 : 포인트배열부 280 : 데이터생성부
290 : 데이터보간부 300 : 길이측정부
310 : 길이식별부 320 : 곡선보정부
400 : 길이판정부

Claims (4)

  1. 영상촬영을 위한 적어도 하나의 영상촬영장치;
    상기 영상으로부터 상기 특정물체를 인식하는 물체인식부; 상기 적어도 하나의 영상촬영장치를 통해 촬영된 영상으로부터 상기 특정물체의 모서리, 꼭지점과 같은 특징점을 각각 추출하는 특징추출부; 상기 추출된 각각의 특징점을 정합하여 상기 특정물체의 3차원맵을 생성하는 영상복원부; 상기 3차원맵을 특정방향으로 미분하여 상기 특정물체의 윤곽선을 검출하는 윤곽선검출부; 상기 특정물체의 윤곽선으로부터 비정형 라인을 식별하는 라인식별부를 포함하는 영상처리부;
    상기 비정형 라인의 길이를 측정하는 길이측정부; 및
    측정된 상기 비정형 라인의 길이를 기 설정된 표준길이와 비교하여 정상여부를 판단하는 길이판정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원맵을 이용한 비정형라인의 길이측정시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 영상처리부는
    식별된 상기 비정형 라인의 시작포인트를 추정하여, 상기 비정형 라인의 포인트를 식별하는 라인포인트추정부; 및
    상기 시작포인트를 기점으로 상기 식별된 비정형 라인의 포인트를 순차적으로 배열하는 포인트배열부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원맵을 이용한 비정형라인의 길이측정시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 영상처리부는
    상기 포인트배열부에 의해 배열된 비정형 라인의 포인트의 3차원데이터를 생성하는 데이터생성부; 및
    상기 3차원데이터의 높이오차를 보간하는 데이터보간부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원맵을 이용한 비정형라인의 길이측정시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 길이측정부는
    상기 3차원데이터를 상기 각 영상촬영부의 서로 다른 촬영 시점에 따른 정사영 함수를 기준으로 길이적분하여 상기 비정형 라인의 3차원 곡선의 길이를 식별하는 길이식별부; 및
    기 설정된 보간법을 적용시켜 상기 3차원 곡선의 포인트연결을 매끄럽게 보정하는 곡선보정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원맵을 이용한 비정형라인의 길이측정시스템.
KR1020160174764A 2016-12-20 2016-12-20 3차원맵을 이용한 비정형 라인 길이측정시스템 KR101916203B1 (ko)

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