WO2018088610A1 - 레이저 스캐너를 이용한 대상 물체의 실시간 동적 위치 추적이 가능한 3ｄ 레이저 스캐너 시스템 - Google Patents

레이저 스캐너를 이용한 대상 물체의 실시간 동적 위치 추적이 가능한 3ｄ 레이저 스캐너 시스템 Download PDF

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WO2018088610A1
WO2018088610A1 PCT/KR2016/013518 KR2016013518W WO2018088610A1 WO 2018088610 A1 WO2018088610 A1 WO 2018088610A1 KR 2016013518 W KR2016013518 W KR 2016013518W WO 2018088610 A1 WO2018088610 A1 WO 2018088610A1
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laser scanner
target object
scanning
laser
point
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PCT/KR2016/013518
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이용안
백승기
김해동
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(주)안세기술
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    • G—PHYSICS
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    • G06T7/00—Image analysis
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/50—Depth or shape recovery
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    • G06T2200/00—Indexing scheme for image data processing or generation, in general
    • G06T2200/08—Indexing scheme for image data processing or generation, in general involving all processing steps from image acquisition to 3D model generation

Definitions

  • the present invention relates to a 3D laser scanner system using a laser scanner, and more particularly, to a 3D scanning system including a 2D laser scanner having a scan head, a rotating unit, a step motor, a control processor, an input unit and a storage unit.
  • the laser beam is scanned by changing a vertical irradiation angle from a 2D laser scanner to a target object that is stationary or moving at a long distance or near distance, and collects a three-dimensional scanning image of the target object in real time. It provides a technique for tracking velocity information, and goes beyond the method of scanning the object by firing the laser beam vertically and horizontally, which is similar to the method of image processing of a 2D laser scanner, Track the path and calculate the position and velocity of the object. Capable of using the method, real-time tracking of the object using the 3D scanning method using a laser scanner 3D relates to laser scanner systems.
  • a 3D scanner mainly acquires depth information (Depth, Z) of an object and forms a point cloud in which geometric information (mainly X, Y, Z) is sampled from the surface of the object.
  • geometric information mainly X, Y, Z
  • 3D laser scanners use a method of collecting geometric data by scanning static objects for a long time to form geometric information.
  • Patent Publication No. 10-2015-0028400 discloses a "3D information providing apparatus using a 2D laser scanner, a rotating means and an omnidirectional fixed camera”.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the main configuration of a conventional three-dimensional information providing apparatus.
  • Prior art 1 relates to a three-dimensional information providing device that enables the remote operator of the robot to more easily grasp the situation by simultaneously measuring and matching information about the surrounding environment of the robot with a camera and a laser scanner, and in particular, expensive sensor equipment. It relates to a three-dimensional information providing device that can improve the operability of the robot by measuring and matching the three-dimensional surroundings without using a.
  • the three-dimensional information providing apparatus includes a laser scanner unit 10 including a 2D laser scanner 11 for acquiring laser scan information A; Rotating means 20 for rotating the laser scanner unit 10; A camera unit (30) for acquiring image information (B) of 360 degrees in all directions based on the laser scanner unit (10); And an information processor 40 communicating with the laser scanner unit 10 and the camera unit 30 and matching the laser scan information A and the image information B.
  • a laser scanner unit 10 including a 2D laser scanner 11 for acquiring laser scan information A; Rotating means 20 for rotating the laser scanner unit 10; A camera unit (30) for acquiring image information (B) of 360 degrees in all directions based on the laser scanner unit (10); And an information processor 40 communicating with the laser scanner unit 10 and the camera unit 30 and matching the laser scan information A and the image information B.
  • the rotating means 20 is characterized in that for rotating the laser scanner unit 10 on the same axis as the scan center axis of the 2D laser scanner (11).
  • the laser scanner unit 10 is disposed above, the rotating unit 0 is disposed below the laser scanner unit 10, and the camera unit 30 is disposed below the rotating unit 20.
  • the information processor 40 communicates with the 2D laser scanner 11 and Wi-Fi by wire communication with the camera 31 provided in the camera unit 30.
  • the 3D information providing apparatus uses a method of scanning an object by firing a laser beam vertically and horizontally, which is a technique similar to that of an image processing method of a 2D laser scanner, but furthermore, by connecting the history of the acquired image point groups It did not use the method of tracking the path and calculating the position and velocity of the object, and irradiating the laser beam from the 2D laser scanner to collect three-dimensional scanning image of a stationary object or moving object at a distance or near distance in real time. No technique for tracking moving position and speed information has been applied.
  • An object of the present invention for solving the above problems is furthermore in the method of scanning the object by firing the laser beam vertically and horizontally, which is a technique similar to the image processing method technique in a general laser scanner, the history of the image point group thus obtained It is to provide a 3D laser scanner system capable of real-time position tracking of a target object using a 3D scanning method using a laser scanner using a method of tracking the path and calculating the position and velocity of the target object by connecting.
  • a 3D laser scanner system capable of real-time position tracking of a target object using a 3D scanning method using a laser scanner, 2D laser scanner having a scan head; A rotating part which is engaged with the 2D laser scanner and rotates; And a step motor for rotating the rotating part coupled to the 2D laser scanner, the 3D laser scanner system comprising:
  • the rotating unit is controlled by rotating the rotating unit to change the angle of vertical irradiation angle of the 2D laser scanner, and the driving unit is primarily driven by using the software including a static and dynamic scanning image tracking algorithm.
  • the rotating 2D laser scanner irradiates a laser beam from the scan head to the target object to scan and acquires and stores a 3D scanned image of the target object.
  • a history point group formed by acquiring an image is displayed, the point groups are connected to calculate a moving distance and time of the 2D laser scanner and the target object, and a speed is calculated, and the moving direction and speed of the moving target object are continuously calculated.
  • a control processor to track with; And
  • a display unit connected to the control processor and displaying a position value of a history of an image point group and displaying a moving direction and a velocity of a moving target object
  • the 2D laser scanner tracks the path of the moving object by calculating the position and velocity of the moving object by connecting the history of the image point groups acquired in the method of scanning the object by vertically and horizontally firing the laser beam. It is done.
  • the 3D laser scanner system capable of real-time position tracking of a target object using the 3D scanning method using the laser scanner of the present invention as described above can be utilized for LIDAR (Light Detection and Ranging) and driverless vehicles or military search vehicles. It can be used for aircraft, drone mounted aerial 3D image survey, aerial laser survey, etc.
  • LIDAR Light Detection and Ranging
  • driverless vehicles or military search vehicles It can be used for aircraft, drone mounted aerial 3D image survey, aerial laser survey, etc.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the main configuration of a conventional three-dimensional information providing apparatus.
  • 2A to 2B are photographs showing 2D laser scanners having a scan head.
  • FIG 3 is a diagram illustrating a scan head and a step motor interlocked with a rotating part of a 2D laser scanner.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating spatial three-dimensional vector coordinates when a laser scanner uses a 3D scanning algorithm capable of stationary scanning and dynamic position tracking of a target object during dynamic scanning.
  • FIG. 5 is a view illustrating a position value of a history of an image point group, and the values are expressed on a screen as shown in the figure.
  • FIG. 6 is a configuration diagram of a 3D laser scanner system capable of real-time position tracking of a target object using a 3D scanning method using a laser scanner according to the present invention.
  • 2A to 2B are photographs showing 2D laser scanners having a scan head.
  • FIG 3 is a diagram illustrating a scan head and a step motor interlocked with a rotating part of a 2D laser scanner.
  • FIG. 6 is a configuration diagram of a 3D laser scanner system capable of real-time position tracking of a target object using a 3D scanning method using a laser scanner according to the present invention.
  • the 3D scanning method using the laser scanner of the present invention and the 3D laser scanner system capable of real-time position tracking of a target object using the same are provided with a 2D laser scanner 10 having a scan head therein and a rotating part ( 20, a 3D scanning system including a step motor 21, a control processor 30, an input unit 31, a storage unit 32, and a display unit (not shown), and an image processing scheme of a 2D laser scanner. Similar to the method of scanning a target object by firing a laser beam vertically and horizontally, a method of tracking the path and calculating the position and velocity of the target object by linking the history of the image point groups thus obtained.
  • the 3D laser scanner system of the present invention collects, in real time, a 3D scanning image of a target object that is stationary or moves at a distant or near distance by irradiating a laser beam from the 2D laser scanner 10 to obtain moving position and velocity information of the target object. Provide tracking techniques.
  • the 2D laser scanner 10 may include a scan head therein, and may include a control processor 30, a storage unit 32, an input unit 31, and a display unit (not shown) therein. have.
  • control processor 30 may include an image data collecting unit that first collects scanned image data of the target object, a scanning image data processing unit that processes the scanned image data of the second collected object, and statically or thirdly.
  • a display unit for displaying a simulation result using software including a dynamic scanning image tracking algorithm is provided.
  • the collected 3D image data of the target object needs to be rearranged, and the data fixing environment setting, angle value, and existing setting information are compared and reviewed based on the center line.
  • the 2D laser scanner 10 and the rotating unit 20 having a scan head therein to obtain a 3D scanning image of the target object by scanning by irradiating a laser beam to a stationary or moving target object mechanically.
  • the step motor 21 are combined to drive the step motor 21 according to the control of the control processor 30 to change the vertical irradiation angle of the 2D laser scanner 10 to obtain a 3D scan image.
  • the present invention is configured such that the rotating unit 20 surrounding the 2D laser scanner 10 having a scan head in which a dynamic scanning image tracking algorithm is operated and the step motor 21 are connected to each other.
  • Rotating part 20 around 10 is rotated using a stepper motor 21 to obtain a three-dimensional image of the object, and secondly, when the object moves, two images per second are acquired to obtain a history point group. It connects the history point group to form a tracking line in which direction and speed the moving object moves.
  • the speed can be calculated by calculating the moving distance and time of the moving object, and since the absolute distance is detected by the 2D laser scanner, it is possible to track in which direction and speed the moving object moves.
  • History point group is a point where the 2D laser scanner scans to form a cloud.
  • the focus is on dynamic scanning, when the 2D laser scanner is fixed, the target object moves. Since the cumulative position information about the movement of such a point group is acquired, such information is defined as a history point group.
  • the method for calculating the location of the history of the point group uses a linear equation, in the case of two-dimensional, the position of the 2D laser scanner 10 as the origin, respectively, the point and the imaginary line scanning the surface of the target object, respectively.
  • the slope of the equation is obtained, and the X and Y coordinates are calculated using a two-dimensional trigonometric function calculation.
  • two-dimensional data can be calculated.
  • the X, Y, Z coordinates are calculated by the three-dimensional trigonometric function calculation using the slope by adding one point (Z) to the X, Y coordinates in this manner as well.
  • interpolation is used to estimate the values between the points using discretely given data points.
  • the value of the point where no data value is given is calculated by substituting the value of the independent variable into the estimation function.
  • a plurality of point groups calculated in this way can be set as a tracking target by entering a data point group of priority in the rectangular box area through a comparison function, and can continuously track the moving direction and speed when the target object moves.
  • the device implementing the 3D laser scanner is a combination of a commercially available 2D laser scan head and a step motor.
  • the position and angle of the window glass suitable for the characteristics of the laser beam become an important variable in obtaining valid data. This content is represented by the drawing.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating spatial three-dimensional vector coordinates when a laser scanner uses a 3D scanning algorithm capable of stationary scanning and dynamic position tracking of a target object during dynamic scanning.
  • the laser light source of the 2D laser scanner used a laser in the infrared wavelength region of 905nm.
  • the 2D laser scanner emits a laser beam to a stationary or moving object to perform static scanning or dynamic scanning.
  • Algorithms for scanning in three dimensions that are driven by the control process can be calculated using the formula for calculating the slope, as in the two-dimensional method, but mathematically, the three-dimensional vectors are calculated.
  • values for three-dimensional coordinates can be calculated, and more specifically, the vector differential equation is calculated as follows.
  • the 3D scanning algorithm that can track the dynamic position of the object is a sequence of three-dimensional vectors in space.
  • the vector is more systematically calculated using the nth order determinant.
  • Is a point scanned by dynamic position tracking, and is defined as a calculation of position coordinates.
  • N N is an integer of 1 or more
  • the result value for the position tracking is as follows.
  • the above formula can calculate the position value of the point group's history, and the values are displayed on the display as shown on the screen.
  • 5 is a position value of the history of the image point group can be calculated, the values are displayed on the screen as shown in the figure.
  • FIG. 6 is a configuration diagram of a 3D laser scanner system capable of real-time position tracking of a target object using a 3D scanning method using a laser scanner according to the present invention.
  • the 3D laser scanner system capable of real-time position tracking of a target object using a 3D scanning method using a laser scanner includes a scan head which irradiates and scans a laser beam on the target object and acquires a 3D scanned image of the target object.
  • a rotating part 20 which is fastened and rotated by the fastening means in the 'D' shape of the 2D laser scanner 10;
  • In the 3D laser scanner system having a step motor 21 for controlling and rotating the angle by a predetermined angle of the rotating unit 20 coupled to the 2D laser scanner 10,
  • step motor By controlling the step motor to rotate the rotating unit to change the angle of the upper and lower irradiation angle of the 2D laser scanner, by irradiating the laser beam to the target object from the scan head to scan and collect the 3D image data of the target object
  • a 2D laser scanner that rotates the rotating part by using the software including the static and dynamic scanning image tracking algorithm, which rotates the rotating part.
  • Calculate distance by calculating distance and time,
  • the control processor calculates the moving direction and the speed of the target object to continuously track; And
  • a display unit (not shown) connected to the control processor and displaying a position value of a history of an image point group and displaying a moving direction and a speed of a moving object.
  • the 2D laser scanner tracks the path of the moving object by connecting the history of the image point group thus obtained and moves the position and velocity of the moving object. It is characterized by calculating the.
  • the 3D laser scanner system has a structure in which a 2D laser scanner 10 having a scan hand and the step motor 21 are coupled, and the step motor coupled to one side of the 2D laser scanner 10 and the rotating part 20. On the other side of the 21 is fastened by the fastening means, and further includes a support 23 for supporting in a state lying on the floor downward.
  • the 3D laser scanner system is connected to the control processor 30, the input unit 31 for inputting the data fixed configuration and the angle value and the existing setting information based on the center line of the scan head; And a storage unit 32 connected to the control processor 30, storing 3D image data of the object, and storing software including the still and dynamic scanning image tracking algorithms.
  • the control processor 30 includes: an image data collecting unit which collects primarily scanned image data; An image data collection and processing unit for collecting secondly scanned image data after a unit time (1 second); When the target object is moved by software including 3rd stationary and dynamic scanning image tracking algorithms, 2 images are taken per unit time to form a history point group, and the point groups are connected to move the 2D laser scanner and the target object. Calculate the speed by calculating the distance and time, display the moving direction and the speed of the target object, and the calculated plurality of point groups are set as the tracking target by bringing the data point group of priority into the rectangular box area through a comparison function. And a display output unit for continuously tracking the moving point and outputting the history position value of the point group to the display unit.
  • the 3D laser scanner system capable of real-time position tracking of a target object using a 3D scanning method using a laser scanner is used for LIDAR (Light Detection and Ranging) and driverless vehicles or military search vehicles. This is possible and can also be used for aircraft or drone mounted aerial 3D image surveying.
  • LIDAR Light Detection and Ranging
  • driverless vehicles or military search vehicles This is possible and can also be used for aircraft or drone mounted aerial 3D image surveying.
  • the method of the present invention may be implemented as a program and read to a recording medium (CD-ROM, RAM, ROM, memory card, hard disk, magneto-optical disk, storage device, etc.) in a form readable by software of a computer. Can be stored.
  • a recording medium CD-ROM, RAM, ROM, memory card, hard disk, magneto-optical disk, storage device, etc.
  • step motor 30 control processor
  • the 3D laser scanner system capable of real-time position tracking of a target object using the 3D scanning method using the laser scanner of the present invention as described above can be utilized for LIDAR (Light Detection and Ranging) and driverless vehicles or military search vehicles. It can be used for aircraft, drone mounted aerial 3D image survey, aerial laser survey, etc.
  • LIDAR Light Detection and Ranging
  • driverless vehicles or military search vehicles It can be used for aircraft, drone mounted aerial 3D image survey, aerial laser survey, etc.

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Abstract

본 발명은 레이저 스캐너를 이용한 3D 스캐닝 방식을 사용한 대상 물체의 실시간 위치 추적이 가능한 3D 레이저 스캐너 시스템에 관한 것으로, 스캔 헤드(scan head)를 구비하는 2D 레이저 스캐너, 회전부, 스텝 모터, 제어 프로세서, 입력부와 저장부를 포함하는 3D 스캐닝 시스템을 구비하며, 2D 레이저 스캐너로부터 상하 조사각을 변경하여 원거리 또는 근거리에서 정지 또는 이동하는 대상물체로 레이저 빔을 조사하여 스캐닝하고 대상물체의 3차원 스캐닝 이미지를 실시간으로 수집하며, 대상 물체의 이동 위치 및 속도 정보를 추적하는 기술을 제공하며, 2D 레이저 스캐너의 이미지 처리 방식 기법과 유사한 기법인 레이저 빔을 수직과 수평으로 발사하여 대상물체를 스캐닝하는 방법에서 더 나아가 그렇게 취득된 이미지 점군의 히스토리를 연결하여 경로를 추적하고 대상물체의 위치 및 속도를 계산하는 방식을 사용한다.

Description

레이저 스캐너를 이용한 대상 물체의 실시간 동적 위치 추적이 가능한 3Ｄ 레이저 스캐너 시스템
본 발명은 레이저 스캐너를 이용한 3D 레이저 스캐너 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스캔 헤드(scan head)를 구비하는 2D 레이저 스캐너, 회전부, 스텝 모터, 제어 프로세서, 입력부와 저장부를 포함하는 3D 스캐닝 시스템을 구비하며, 2D 레이저 스캐너로부터 상하 조사각을 변경하여 원거리 또는 근거리에서 정지 또는 이동하는 대상물체로 레이저 빔을 조사하여 스캐닝하고 대상물체의 3차원 스캐닝 이미지를 실시간으로 수집하며, 대상 물체의 이동 위치 및 속도 정보를 추적하는 기술을 제공하며, 2D 레이저 스캐너의 이미지 처리 방식 기법과 유사한 기법인 레이저 빔을 수직과 수평으로 발사하여 대상물체를 스캐닝하는 방법에서 더 나아가 그렇게 취득된 이미지 점군의 히스토리를 연결하여 경로를 추적하고 대상물체의 위치 및 속도를 계산하는 방식을 사용하는, 레이저 스캐너를 이용한 3D 스캐닝 방식을 사용한 대상 물체의 실시간 위치 추적이 가능한 3D 레이저 스캐너 시스템에 관한 것이다.
3차원 스캐너(3D 스캐너)는 주로 물체의 깊이 정보(Depth, Z)를 취득하여 물체의 표면으로부터 기하정보(주로 X,Y,Z)가 샘플링 된 점군(Point Cloud)을 형성하는 작업으로, 일반적으로 통용되는 3D 레이저 스캐너는 정적인 물체를 장시간 스캐닝하여 이미지 데이터를 수집하여 기하정보를 형성하는 방식을 사용한다.
그런데, 예를 들면, 사람, 자동차, 항공기와 같은 움직이는 대상의 경우에는 기존의 3D 레이저 스캐너 이미지 수집 방식으로는 스캐닝 이미지 취득이 어려우므로, 새로운 알고리즘을 적용하여 움직이는 물체로부터 취득한 이미지를 처리하는 영상필름과 같은 이미지 데이터를 생성하여 대상 물체의 동적 움직임을 실시간으로 수집하여 그 위치 정보를 실시간으로 분석하는 것이 필요하다.
이와 관련 선행기술1으로써, 특허 공개번호 10-2015-0028400에서는 "2D 레이저 스캐너와 회전수단 및 전방향 고정 카메라를 이용한 3차원 정보 제공 장치"가 개시되어 있다.
도 1은 종래의 3차원 정보 제공 장치의 주요 구성을 나타낸 블럭도이다.
선행기술1은 카메라와 레이저스캐너로 로봇의 주변환경에 대한 정보를 동시에 측정하고 정합하여 로봇의 원격운용자가 상황 파악을 더 쉽게 할 수 있도록 하는 3차원 정보 제공 장치에 관한 것으로, 특히 고가의 센서장비를 사용하지 않고도 3차원의 주변환경을 측정하고 정합하여 로봇의 운용성을 향상시킬 수 있는 3차원 정보 제공 장치에 관한 것이다.
3차원 정보 제공 장치는 레이저 스캔 정보(A)를 취득하는 2D 레이저 스캐너(11)를 포함하는 레이저 스캐너부(10); 상기 레이저 스캐너부(10)를 회전시키는 회전수단(20); 상기 레이저 스캐너부(10)를 기준으로 360도 전방향의 영상 정보(B)를 취득하는 카메라부(30); 및 상기 레이저 스캐너부(10) 및 카메라부(30)와 통신되고, 상기 레이저 스캔 정보(A)와 영상 정보(B)를 정합하기 위한 정보처리부(40)를 포함하여 구성된다.
상기 회전수단(20)은 상기 2D 레이저 스캐너(11)의 스캔 중심축과 같은 축으로 상기 레이저 스캐너부(10)를 회전시키는 것을 특징으로 한다.
상기 레이저 스캐너부(10)는 상부에, 회전수단(0)은 레이저 스캐너부(10)의 하부에, 카메라부(30)는 회전수단(20)의 하부에 배치된다.
상기 정보처리부(40)는 2D 레이저 스캐너(11)와 와이파이(Wi-Fi)로, 카메라부(30)에 구비된 카메라(31)와는 유선통신으로 통신한다.
그러나, 3차원 정보 제공 장치는 2D 레이저 스캐너의 이미지 처리 방식 기법과 유사한 기법인 레이저 빔을 수직과 수평으로 발사하여 대상물을 스캐닝하는 방법을 사용하였으나, 더 나아가 그렇게 취득된 이미지 점군의 히스토리를 연결하여 경로를 추적하고 대상물의 위치 및 속도를 계산하는 방식을 사용하지 않았으며, 2D 레이저 스캐너로부터 레이저 빔을 조사하여 원거리 또는 근거리에서 정지된 대상물 또는 움직이는 대상물에 대한 3차원 스캐닝 이미지를 실시간 수집하여 대상물의 이동 위치 및 속도 정보를 추적하는 기술이 적용되지 않았다.
상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 일반적인 레이저 스캐너에서의 이미지 처리 방식 기법과 유사한 기법인 레이저 빔을 수직과 수평으로 발사하여 대상물체를 스캐닝하는 방법에서 더 나아가 그렇게 취득된 이미지 점군의 히스토리를 연결하여 경로를 추적하고 대상물체의 위치 및 속도를 계산하는 방식을 사용하는, 레이저 스캐너를 이용한 3D 스캐닝 방식을 사용한 대상 물체의 실시간 위치 추적이 가능한 3D 레이저 스캐너 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위해, 레이저 스캐너를 이용한 3D 스캐닝 방식을 사용한 대상 물체의 실시간 위치 추적이 가능한 3D 레이저 스캐너 시스템은, 스캔 헤드(scan head)를 구비하는 2D 레이저 스캐너; 상기 2D 레이저 스캐너와 체결되어 회전되는 회전부; 및 상기 2D 레이저 스캐너와 체결된 상기 회전부 회전시키는 스텝 모터를 구비하는 3D 레이저 스캐너 시스템에 있어서,
상기 스텝 모터를 제어하여 상기 회전부를 회전시켜 상기 2D 레이저 스캐너의 상하 조사각의 각도를 변경하며, 정지 및 동적 스캐닝 이미지 추적 알고리즘이 포함된 소프트웨어를 사용하여 1차적으로 상기 스텝 모터를 구동하여 상기 회전부를 회전시키며 회전되는 2D 레이저 스캐너가 스캔 헤드로부터 대상 물체에 레이저 빔을 조사하여 스캐닝하고 상기 대상 물체의 3D 스캔 이미지를 취득하여 저장하며, 2차적으로 상기 대상 물체가 이동할 때 단위 시간 당 2컷의 이미지를 취득하여 형성된 히스토리 점군을 표시하고, 그 점군을 연결하여 상기 2D 레이저 스캐너와 상기 대상 물체의 이동거리와 시간을 계산하여 속도를 산출하고, 이동하는 대상 물체의 이동 방향과 속도를 계산하여 지속적으로 추적하는 제어 프로세서; 및
상기 제어 프로세서에 연결되고, 이미지 점군의 히스토리의 위치값을 표시하며 이동하는 대상 물체의 이동 방향과 속도를 표시하는 표시부를 포함하며,
상기 2D 레이저 스캐너가 레이저 빔을 수직과 수평으로 발사하여 대상물체를 스캐닝하는 방법에서 취득된 이미지 점군의 히스토리를 연결하여 이동하는 대상물체의 경로를 추적하고 대상물체의 위치 및 속도를 계산하는 것을 특징으로 한다.
이상에서와 같은 본 발명의 레이저 스캐너를 이용한 3D 스캐닝 방식을 사용한 대상 물체의 실시간 위치 추적이 가능한 3D 레이저 스캐너 시스템은 LIDAR(Light Detection and Ranging) 및 무인 자동차나 군사용 탐색차 등에 활용이 가능하며, 또한, 항공기나 드론 탑재 항공 3D 이미지 측량, 항공 레이저 측량 등에 사용 가능하다.
도 1은 종래의 3차원 정보 제공 장치의 주요 구성을 나타낸 블럭도이다.
도 2a 내지 2b는 스캔 헤드(Scan Head)를 구비하는 2D 레이저 스캐너를 나타낸 사진이다.
도 3은 2D 레이저 스캐너의 회전부와 연동된 스캔 헤드와 스텝 모터를 도시한 도면이다.
도 4는 레이저 스캐너가 대상 물체에 대하여 정지 스캐닝과, 동적 스캐닝 시의 대상 물체의 동적 위치 추적이 가능한 3D 스캐닝 알고리즘을 사용시의 공간상의 3차원 벡터 좌표를 나타낸 도면이다.
도 5는 이미지 점군의 히스토리의 위치값을 계산할 수 있고, 그 값들은 화면상에 그림과 같은 디스플레이로 표현한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 레이저 스캐너를 이용한 3D 스캐닝 방식을 사용한 대상 물체의 실시간 위치 추적이 가능한 3D 레이저 스캐너 시스템의 구성도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 발명의 구성 및 동작을 상세하게 설명한다.
도 2a 내지 2b는 스캔 헤드(Scan Head)를 구비하는 2D 레이저 스캐너를 나타낸 사진이다.
도 3은 2D 레이저 스캐너의 회전부와 연동된 스캔 헤드와 스텝 모터를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 레이저 스캐너를 이용한 3D 스캐닝 방법을 이용한 대상 물체의 실시간 위치 추적이 가능한 3D 레이저 스캐너 시스템의 구성도이다.
본 발명의 레이저 스캐너를 이용한 3D 스캐닝 방법 및 이를 이용한 대상 물체의 실시간 위치 추적이 가능한 3D 레이저 스캐너 시스템은 스캔 헤드(scan head)를 내부에 구비하는 2D 레이저 스캐너(Laser Scanner)(10), 회전부(20), 스텝 모터(21), 제어 프로세서(30), 입력부(31)와 저장부(32)와 표시부(미도시)를 포함하는 3D 스캐닝 시스템을 구비하며, 2D 레이저 스캐너의 이미지 처리 방식 기법과 유사한 기법인 레이저 빔을 수직과 수평으로 발사하여 대상물체를 스캐닝하는 방법에서 더 나아가 그렇게 취득된 이미지 점군의 히스토리를 연결하여 경로를 추적하고 대상물체의 위치 및 속도를 계산하는 방식을 사용한다.
본 발명의 3D 레이저 스캐너 시스템은 2D 레이저 스캐너(10)로부터 레이저 빔을 조사하여 원거리 또는 근거리에서 정지 또는 이동하는 대상물체에 대한 3차원 스캐닝 이미지를 실시간으로 수집하여 대상 물체의 이동 위치 및 속도 정보를 추적하는 기술을 제공한다.
그런데, 정적인 대상 물체의 경우, 2D 레이저 스캐너(10)로부터 움직이지 않는 고정된 대상 물체로 레이저 빔을 발사하여 '정지 스캐닝' 작업을 반복적으로 수행하더라도 대상 물체의 위치가 고정되어 있으므로 이미지 데이터 수집 및 축적이 순조로우나,
동적인 대상 물체의 경우, 2D 레이저 스캐너(10)로부터 이미지 데이터를 수집하여 실시간으로 이미지 컷들을 연결하는 별도의 기술이 요구되는데, 대상 물체가 움직이지 않고 2D 레이저 스캐너(10)가 움직이는 경우에도 마찬가지로 상기 언급한 '동적 스캐닝'이 필요하다.
2D 레이저 스캐너(10)는 내부에 스캔 헤드(Scan Head)를 포함하고, 내부에 제어 프로세서(30)와 저장부(32), 입력부(31), 및 표시부(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다.
구체적으로는, 제어 프로세서(30)는 1차로 대상 물체의 스캐닝 된 이미지 데이터를 수집하는 이미지 데이터 수집부, 2차로 수집된 대상 물체의 스캐닝 된 이미지 데이터를 처리하는 스캐닝 이미지 데이터 처리부, 3차로 정적 또는 동적 스캐닝 이미지 추적 알고리즘이 포함된 소프트웨어를 사용하여 시뮬레이션 결과를 표시하는 디스플레이부를 구비한다.
이때, 수집된 대상 물체의 3D 이미지 데이터는 재배치가 필요하고, 중심선을 기준으로 데이터 고정 환경 설정 및 Angle 값과 기존 setting 정보 비교 및 검토가 이루어진다.
이때, 기구적으로는 정지 또는 이동하는 대상 물체로 레이저 빔을 조사하여 스캐닝하여 대상 물체의 3D 스캐닝 이미지를 획득하는 스캔 헤드(Scan Head)를 내부에 구비하는 2D 레이저 스캐너(10)와 회전부(20)와 스텝모터(21)를 결합하여 제어 프로세서(30)의 제어에 따라 스텝 모터(21)를 구동하여 2D 레이저 스캐너(10)의 상하 조사각을 변경하여 3D 스캔 이미지를 취득하는 메카니즘으로 구성된다.
본 발명은 동적 스캐닝 이미지 추적 알고리즘이 동작되는 스캔 헤드(scan head)를 구비하는 2D 레이저 스캐너(10)를 감싼 회전부(20)와 스텝 모터(21)가 연결되도록 구성하고, 1차적으로 2D 레이저 스캐너(10)를 둘러싼 회전부(20)를 스텝 모터(21)를 이용하여 회전시켜 대상 물체를 3차원 이미지를 취득하고, 2차적으로 대상 물체가 이동할 때 1초당 2컷의 이미지를 취득하여 히스토리 점군을 형성하며, 그 히스토리 점군을 연결하여 이동하는 대상물체가 어느 방향과 속도로 이동하는지 추적 라인을 형성하도록 한다.
이때, 이동하는 대상물체의 그 이동거리 및 시간을 계산하여 속도를 산출할 수 있으며, 2D 레이저 스캐너에 의한 절대적인 거리를 감지하기 때문에 이동하는 대상물체가 어느 방향과 속도로 이동하는지 추적이 가능하다.
“히스토리 점군”은 2D 레이저 스캐너가 스캐닝하는 Point(점)이 모여 하나의 군(Cloud)를 형성하며, 본 발명에서는 동적 스캐닝에 초점이 맞춰져 있기 때문에 2D 레이저 스캐너가 고정된 상태에서 대상 물체가 이동시에 그러한 점군이 이동한 것들에 대한 누적 위치 정보를 취득하고 있기 때문에, 그러한 정보를 히스토리 점군으로 정의한다.
상기 점군의 히스토리의 위치를 계산하는 방법은 직선의 방정식을 사용하며, 2차원의 경우, 2D 레이저 스캐너(10)의 위치를 각각 원점으로 정하고, 대상 물체의 표면을 각각 스캐닝한 점과 가상의 선을 연결하여 그 기울기를 구하며 2차원 삼각함수 계산법으로 X,Y좌표를 구하며, 그렇게 2차원의 데이터 산출이 가능하다. 3차원의 경우, 마찬가지로 이러한 방식에 X,Y 좌표에 한 개의 점(Z)을 더하여 기울기를 이용하여 3차원 삼각함수 계산법에 의해 X,Y,Z 좌표를 계산한다.
또한, 불연속적으로 주어진 데이터 점들을 이용하여 그 점들 사이의 값을 추정하는 방법으로 보간법을 사용하는데, 먼저 주어진 데이터 점들을 모두 지나는 추정 함수(Estimated Function)을 계산하고 이 추정 함수를 이용하여 알고자 하는 함수값을 계산하는 방법으로 즉, 추정 함수에 독립 변수의 값을 대입하여 데이터 값이 주어져 있지 않은 점의 값을 계산한다.
이렇게 하여 계산된 다수의 점군은 비교 함수를 통하여 우선 순위의 데이터 점군을 사각박스 영역에 들어오게 하여 추적대상으로 설정하고 대상 물체가 이동시에 지속적으로 이동 방향과 속도 추적이 가능하다.
이러한 3D 레이저 스캐너를 구현하는 장치는 상용품 2D 레이저 스캔 헤드와 스텝 모터를 결합하여 구성하는데, 레이저 빔의 특성에 맞는 윈도우 글라스(window glass)의 위치 및 각도는 유효데이터를 취득하는데 중요한 변수가 되며, 이 내용은 도면으로 표현하였다.
도 4는 레이저 스캐너가 대상 물체에 대하여 정지 스캐닝과, 동적 스캐닝 시의 대상 물체의 동적 위치 추적이 가능한 3D 스캐닝 알고리즘을 사용시의 공간상의 3차원 벡터 좌표를 나타낸 도면이다.
일 실시예에서는, 2D 레이저 스캐너의 레이저 광원은 905nm의 적외선 파장영역의 레이저를 사용하였다.
2D 레이저 스캐너는 정지 또는 이동하는 대상 물체에 대하여 레이저 빔을 발사하여 정지 스캐닝 또는 동적 스캐닝을 실시한다.
1) 정지 스캐닝 할 때
2D 레이저 스캐너(10)로부터 고정된 대상 물체로 레이저 빔을 발사하여 정지 스캐닝하는 경우,
*우선, 2차원적으로 순수한 거리값을 기울기로 하고 한 점의 위치를 계산한다면,
Figure PCTKR2016013518-appb-I000001
이므로, 구하는 직선의 방정식은
Figure PCTKR2016013518-appb-I000002
으로 그 점의 좌표값의 위치를 쉽게 알 수 있다.
제어 프로세스에서 구동되는 3차원으로 스캐닝하는 알고리즘은 2차원의 방식과 같이 기울기를 구하는 공식으로 계산하면 되지만, 수학적으로 3차원 벡터의 개념으로 계산한다.
2D 레이저 스캐너(10)에서 레이저가 발사되는 시점을 A점이라고 가정하고, 레이저가 발사되어 도달한 대상 물체의 표면의 임의의 한점을 B점이라고 가정하며 그 점의 값들을 Cartesian 좌표계로 정의하면,
그 길이값
Figure PCTKR2016013518-appb-I000003
=
Figure PCTKR2016013518-appb-I000004
로 나타낼 수 있다.
이때, 벡터의 좌표 성분 표시는
Figure PCTKR2016013518-appb-I000005
이라고 할 때, 스칼라
Figure PCTKR2016013518-appb-I000006
를 벡터 a의 크기라 하고
Figure PCTKR2016013518-appb-I000007
로 쓴다. 크기가 1인 벡터를 단위벡터라 하는데, 여기서 벡터 a를
Figure PCTKR2016013518-appb-I000008
을 시점,
Figure PCTKR2016013518-appb-I000009
을 종점으로 하는 벡터로 볼 수 있다.
이러한 벡터 정의를 기준으로 3차원의 좌표에 대한 값을 계산이 가능하며, 좀더 구체적으로는 다음과 같은 벡터 미분 방정식으로 계산하였다.
Figure PCTKR2016013518-appb-M000001
2) 동적 스캐닝 할 때
움직이며 이동하는 대상 물체를 '동적 스캐닝'하는 경우, 대상 물체의 동적 위치 추적이 가능한 3D 스캐닝 알고리즘은 공간상의 3차원 벡터를 순서쌍으로써
Figure PCTKR2016013518-appb-I000010
로 이해할 수 있기 때문에, n차 행렬식을 이용하여 벡터를 보다 체계적으로 계산한다.
Figure PCTKR2016013518-appb-M000002
여기서, i는 수행 회수,
Figure PCTKR2016013518-appb-I000011
는 동적 위치 추적으로 스캐닝되는 한점으로 위치좌표의 계산식으로 정의한다.
따라서, N(N은 1이상의 정수)번째 시도 후 위치 추적에 대한 결과값은 아래와 같다.
Figure PCTKR2016013518-appb-M000003
위와 같은 공식으로 점군의 히스토리의 위치값을 계산할 수 있고, 그 값들은 화면상에 그림과 같이 표시부의 디스플레이로 표현해 준다.
도 5는 이미지 점군의 히스토리의 위치값을 계산할 수 있고, 그 값들은 화면상에 그림과 같이 디스플레이로 표현한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 레이저 스캐너를 이용한 3D 스캐닝 방법을 사용한 대상 물체의 실시간 위치 추적이 가능한 3D 레이저 스캐너 시스템의 구성도이다.
레이저 스캐너를 이용한 3D 스캐닝 방식을 사용한 대상 물체의 실시간 위치 추적이 가능한 3D 레이저 스캐너 시스템은, 대상 물체에 레이저 빔을 조사하여 스캐닝하고 대상 물체의 3D 스캔 이미지를 획득하는 스캔 헤드(scan head)를 구비하는 2D 레이저 스캐너(10); 상기 2D 레이저 스캐너(10)를 'ㄷ'형상으로 체결수단에 의해 체결되어 회전되는 회전부(20); 상기 2D 레이저 스캐너(10)와 체결된 상기 회전부(20)의 단계별로 일정 각도씩 각도를 제어하여 회전시키는 스텝 모터(21)를 구비하는 3D 레이저 스캐너 시스템에 있어서,
상기 스텝 모터를 제어하여 상기 회전부를 회전시켜 상기 2D 레이저 스캐너의 상하 조사각의 각도를 변경하며, 상기 스캔 헤드로부터 상기 대상 물체에 레이저 빔을 조사하여 스캐닝하고 상기 대상 물체의 3D 이미지 데이터를 수집하여 저장되도록 제어하며, 정지 및 동적 스캐닝 이미지 추적 알고리즘이 포함된 소프트웨어를 사용하여 1차적으로 상기 스텝 모터를 구동하여 상기 회전부를 회전시키며 회전되는 2D 레이저 스캐너가 대상 물체에 레이저 빔을 조사하여 스캐닝하고 상기 대상 물체의 3D 스캔 이미지를 취득하며, 2차적으로 상기 대상 물체가 이동할 때 단위 시간 당 2컷의 이미지를 취득하여 형성된 히스토리 점군을 표시하고, 그 점군을 연결하여 상기 2D 레이저 스캐너와 상기 대상 물체의 이동거리와 시간을 계산하여 속도를 산출하고, 이동하는 대상 물체의 이동 방향과 속도를 계산하여 지속적으로 추적하는 제어 프로세서; 및
상기 제어 프로세서에 연결되고, 이미지 점군의 히스토리의 위치값을 표시하며 이동하는 대상 물체의 이동 방향과 속도를 표시하는 표시부(미도시)를 포함하며,
상기 2D 레이저 스캐너가 레이저 빔을 수직과 수평으로 발사하여 대상물체를 스캐닝하는 방법에서 더 나아가 그렇게 취득된 이미지 점군의 히스토리를 연결하여 이동하는 대상물체의 경로를 추적하고 이동하는 대상물체의 위치 및 속도를 계산하는 것을 특징으로 한다.
3D 레이저 스캐너 시스템은 스캔 헨드를 구비하는 2D 레이저 스캐너(10)와 상기 스텝 모터(21)가 결합된 구조이며, 상기 2D 레이저 스캐너(10)의 일측과 상기 회전부(20)와 체결된 상기 스텝 모터(21)의 타측에서 체결 수단에 의해 체결되며, 하방으로 바닥에 놓인 상태로 지지하는 지지대(23)를 더 포함한다.
3D 레이저 스캐너 시스템은 제어 프로세서(30)와 연결되며, 상기 스캔 헤드의 중심선을 기준으로 데이터 고정 환경 설정 및 Angle 값과 기존 setting 정보를 입력하는 입력부(31); 및 제어 프로세서(30)와 연결되며, 상기 대상물체의 3D 이미지 데이터를 저장하며, 상기 정지 및 동적 스캐닝 이미지 추적 알고리즘이 포함된 소프트웨어가 저장된 저장부(32)를 더 포함한다.
제어 프로세서(30)는, 1차로 스캐닝 된 이미지 데이터를 수집하는 이미지 데이터 수집부; 단위 시간(1초) 후에, 2차로 스캐닝 된 이미지 데이터를 수집하는 이미지 데이터 수집 및 처리부; 3차로 정지 및 동적 스캐닝 이미지 추적 알고리즘이 포함된 소프트웨어에 의해 상기 대상 물체가 이동할 때 단위 시간당 2컷의 이미지를 취득하여 히스토리 점군을 형성하고 그 점군을 연결하여 상기 2D 레이저 스캐너와 상기 대상 물체의 이동거리와 시간을 계산하여 속도를 산출하고, 상기 대상 물체의 이동 방향 및 속도를 표시하고, 계산된 다수의 점군은 비교 함수를 통하여 우선 순위의 데이터 점군을 사각박스 영역에 들어오게 하여 추적대상으로 설정하고 이동시에 지속적으로 추적하여 점군의 히스토리 위치 값을 표시부로 출력하는 디스플레이 출력부를 포함한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에서는 레이저 스캐너를 이용한 3D 스캐닝 방식을 사용한 대상 물체의 실시간 위치 추적이 가능한 3D 레이저 스캐너 시스템은 LIDAR (Light Detection and Ranging) 및 무인자동차나 군사용 탐색차 등에 활용이 가능하며, 또한, 항공기나 드론 탑재 항공 3D 이미지 측량에 사용가능하다.
전술한 바와 같이 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터의 소프트웨어를 이용하여 읽을 수 있는 형태로 기록매체(CD-ROM, RAM, ROM, 메모리 카드, 하드 디스크, 광자기 디스크, 스토리지 디바이스 등)에 저장될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자가 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
부호의 설명
10: 2D 레이저 스캐너 20: 회전부(스캔헤드)
21: 스텝 모터 30: 제어 프로세서
31: 입력부 32: 저장부
이상에서와 같은 본 발명의 레이저 스캐너를 이용한 3D 스캐닝 방식을 사용한 대상 물체의 실시간 위치 추적이 가능한 3D 레이저 스캐너 시스템은 LIDAR(Light Detection and Ranging) 및 무인 자동차나 군사용 탐색차 등에 활용이 가능하며, 또한, 항공기나 드론 탑재 항공 3D 이미지 측량, 항공 레이저 측량 등에 사용 가능하다.

Claims (8)

  1. 스캔 헤드(scan head)를 구비하는 2D 레이저 스캐너; 상기 2D 레이저 스캐너와 체결되어 회전되는 회전부; 및 상기 2D 레이저 스캐너와 체결된 상기 회전부 회전시키는 스텝 모터를 구비하는 3D 레이저 스캐너 시스템에 있어서,
    상기 스텝 모터를 제어하여 상기 회전부를 회전시켜 상기 2D 레이저 스캐너의 상하 조사각의 각도를 변경하며, 정지 및 동적 스캐닝 이미지 추적 알고리즘이 포함된 소프트웨어를 사용하여 1차적으로 상기 스텝 모터를 구동하여 상기 회전부를 회전시키며 회전되는 2D 레이저 스캐너가 스캔 헤드로부터 대상 물체에 레이저 빔을 조사하여 스캐닝하고 상기 대상 물체의 3D 스캔 이미지를 취득하여 저장하며, 2차적으로 상기 대상 물체가 이동할 때 단위 시간 당 2컷의 이미지를 취득하여 형성된 히스토리 점군을 표시하고, 그 점군을 연결하여 상기 2D 레이저 스캐너와 상기 대상 물체의 이동거리와 시간을 계산하여 속도를 산출하고, 이동하는 대상 물체의 이동 방향과 속도를 계산하여 지속적으로 추적하는 제어 프로세서; 및
    상기 제어 프로세서에 연결되고, 이미지 점군의 히스토리의 위치값을 표시하며 이동하는 대상 물체의 이동 방향과 속도를 표시하는 표시부를 포함하며,
    상기 2D 레이저 스캐너가 레이저 빔을 수직과 수평으로 발사하여 대상물체를 스캐닝하는 방법에서 취득된 이미지 점군의 히스토리를 연결하여 이동하는 대상물체의 경로를 추적하고 대상물체의 위치 및 속도를 계산하는 것을 특징으로 하는 레이저 스캐너를 이용한 3D 스캐닝 방식을 사용한 대상 물체의 실시간 위치 추적이 가능한 3D 레이저 스캐너 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 3D 레이저 스캐너 시스템은
    상기 스캔 헤드의 중심선을 기준으로 데이터 고정 환경 설정 및 Angle 값과 기존 setting 정보를 입력하는 입력부; 및
    상기 대상물체의 3D 이미지 데이터를 저장하며, 상기 정지 및 동적 스캐닝 이미지 추적 알고리즘이 포함된 소프트웨어가 저장된 저장부;
    를 더 포함하는 레이저 스캐너를 이용한 3D 스캐닝 방식을 사용한 대상 물체의 실시간 위치 추적이 가능한 3D 레이저 스캐너 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 3D 레이저 스캐너 시스템은
    상기 스캔 헨드를 구비하는 2D 레이저 스캐너와 상기 스텝 모터가 결합된 구조이며, 상기 2D 레이저 스캐너의 일측과 상기 회전부와 체결된 상기 스텝 모터의 타측에서 체결수단에 의해 체결되며 하방으로 바닥에 놓여 지지하는 지지대를 더 포함하는 레이저 스캐너를 이용한 3D 스캐닝 방식을 사용한 대상 물체의 실시간 위치 추적이 가능한 3D 레이저 스캐너 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 2D 레이저 스캐너의 레이저 광원은 905nm의 적외선 파장영역의 레이저를 사용하는 것을 특징으로 하는 레이저 스캐너를 이용한 3D 스캐닝 방식을 사용한 대상 물체의 실시간 위치 추적이 가능한 3D 레이저 스캐너 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어 프로세서는
    1차로 스캐닝 된 이미지 데이터를 수집하는 이미지 데이터 수집부;
    단위 시간(1초) 후에, 2차로 스캐닝 된 이미지 데이터를 수집하는 이미지 데이터 수집 및 처리부; 및 3차로 정지 및 동적 스캐닝 이미지 추적 알고리즘이 포함된 소프트웨어에 의해 상기 대상 물체가 이동할 때 단위 시간당 2컷의 이미지를 취득하여 히스토리 점군을 형성하고 그 점군을 연결하여 상기 2D 레이저 스캐너와 상기 대상 물체의 이동거리와 시간을 계산하여 속도를 산출하고, 상기 대상 물체의 이동 방향 및 속도를 표시하며, 계산된 다수의 점군은 비교 함수를 통하여 우선 순위의 데이터 점군을 사각박스 영역에 들어오게 하여 추적대상으로 설정하고 이동시에 지속적으로 추적하여 이미지 점군의 히스토리의 위치값을 상기 표시부로 출력하는 디스플레이 출력부;
    를 포함하는 레이저 스캐너를 이용한 3D 스캐닝 방식을 사용한 대상 물체의 실시간 위치 추적이 가능한 3D 레이저 스캐너 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 점군의 히스토리 위치 계산 방식은 직선의 방정식에 의해 계산하며, 2차원의 경우, 상기 2D 레이저 스캐너의 위치를 원점으로 정하고 스캐닝한 점과 가상의 선을 연결하여 그 기울기를 구하고 2차원 데이터의 삼각함수 계산법으로 X,Y좌표를 구하며,
    3차원의 경우, 마찬가지로 이러한 방식에 X,Y 좌표에 한 개의 점(Z)을 더하여 기울기를 이용하여 3차원 삼각함수 계산법에 의해 X,Y,Z 좌표를 계산하고,
    이렇게 계산된 다수의 점군은 비교 함수를 통하여 우선 순위의 데이터 점군을 사각박스 영역에 들어오게 하여 추적대상으로 설정하고, 상기 대상 물체가 이동시에 지속적으로 이동 방향과 속도를 추적하는 것을 특징으로 하는 레이저 스캐너를 이용한 3D 스캐닝 방식을 사용한 대상 물체의 실시간 위치 추적이 가능한 3D 레이저 스캐너 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 2D 레이저 스캐너로부터 고정된 대상 물체로 레이저 빔을 발사하여 '정지 스캐닝'하는 경우,
    상기 2D 레이저 스캐너에서 레이저가 발사되는 시점을 A점이라고 가정하고, 레이저가 발사되어 도달한 대상 물체의 표면의 임의의 한점을 B점이라고 가정하며, 그 점의 값들을 Cartesian 좌표계로 정의하면, 그 길이값
    Figure PCTKR2016013518-appb-I000012
    =
    Figure PCTKR2016013518-appb-I000013
    로 나타내며,
    이때, 벡터의 좌표 성분 표시는
    Figure PCTKR2016013518-appb-I000014
    이라고 할 때, 스칼라
    Figure PCTKR2016013518-appb-I000015
    를 벡터 a의 크기라 하고
    Figure PCTKR2016013518-appb-I000016
    로 쓰고, 크기가 1인 벡터를 단위벡터라 하는데, 여기서 벡터 a를
    Figure PCTKR2016013518-appb-I000017
    을 시점,
    Figure PCTKR2016013518-appb-I000018
    을 종점으로 하는 벡터로 볼 수 있으며, 이 벡터 정의를 기준으로 3차원의 좌표에 대한 값을 계산이 가능하며,
    Figure PCTKR2016013518-appb-I000019
    (식1) 벡터 미분 방정식으로 계산하는 것을 특징으로 하는 레이저 스캐너를 이용한 3D 스캐닝 방식을 사용한 대상 물체의 실시간 위치 추적이 가능한 3D 레이저 스캐너 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    이동하는 대상 물체를 '동적 스캐닝'하는 경우, 대상 물체의 동적 위치 추적이 가능한 3D 스캐닝 알고리즘은 공간상의 3차원 벡터를 순서쌍으로써
    Figure PCTKR2016013518-appb-I000020
    로 이해할 수 있기 때문에, n차 행렬식을 이용하여 벡터를 보다 체계적으로 계산하며,
    Figure PCTKR2016013518-appb-I000021
    (식2)
    여기서, i는 수행 회수,
    Figure PCTKR2016013518-appb-I000022
    는 동적 위치 추적으로 스캐닝되는 한점으로 위치좌표의 계산식으로 정의되며,
    N(N은 1이상의 정수)번째 시도 후 위치 추적에 대한 결과값은
    Figure PCTKR2016013518-appb-I000023
    (식3)과 같은 공식으로 점군의 히스토리의 위치값을 계산할 수 있고, 그 값들은 표시부 화면상에 디스플레이되는 것을 특징으로 하는 레이저 스캐너를 이용한 3D 스캐닝 방식을 사용한 대상 물체의 실시간 위치 추적이 가능한 3D 레이저 스캐너 시스템.
PCT/KR2016/013518 2016-11-09 2016-11-23 레이저 스캐너를 이용한 대상 물체의 실시간 동적 위치 추적이 가능한 3ｄ 레이저 스캐너 시스템 WO2018088610A1 (ko)

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