KR20010070594A

KR20010070594A - Photoball scanning apparatus and method for scanning

Info

Publication number: KR20010070594A
Application number: KR1020010029097A
Authority: KR
Inventors: 김종성; 심재창
Original assignee: 김종성
Priority date: 2001-05-25
Filing date: 2001-05-25
Publication date: 2001-07-27
Also published as: KR100429766B1

Abstract

PURPOSE: A portable scanner and a scanning method thereof are provided to reproduce a figure in a reduced or an enlarged form by storing an original figure as 3-dimensional digital data. CONSTITUTION: A profiler(40) is fixed in the first profiler movement unit(30) in order to measure a 3-dimensional section. The first profiler movement unit(30) includes a fixing unit for fixing the profiler(40) and moves the profiler(40) vertically. The second profiler movement unit(20) supports the first profiler movement unit(30). In addition, the second profiler movement unit(20) moves the first profiler movement unit(30) in the direction of the second axis, therefore, the profiler(40) is moved. A main frame(10) supports the second profiler movement unit(20). Support units(25,26) are fixed on one side of the main frame(10).

Description

Portable scanning device and its scanning method {PHOTOBALL SCANNING APPARATUS AND METHOD FOR SCANNING}

본 발명은 평면상에 음각 또는 양각으로 새겨진 각종 형상물 예컨대 팔만 대장경 등과 같은 문화재를 스캐닝하여 3차원 형상정보로 저장하는 휴대용 스캐닝 장치 및 그에 따른 스캐닝 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a portable scanning device and a scanning method according to the present invention for scanning a variety of shapes engraved in the intaglio or embossed on the plane, such as the eighty-eight million colonoscopy and storing the three-dimensional shape information.

종래에는 현장에 고정되어 있거나 이동이 곤란한 각종 문화재 형상물을 인쇄물로서 그대로 재현하고자 하는 경우에는 카메라로 촬영을 하거나 탁본을 떠서 행하였는데, 카메라 촬영의 경우에는 동일재질 내에서 양각 또는 음각의 형태로 된 형상이 그대로 재현되기 어렵고, 탁본의 경우에는 작업시간이 번거롭고 오래 걸리며 확대 축소, 이동 등의 기하학적 변형이 불가능한 문제점이 있어왔다.Conventionally, when reproducing various cultural assets that are fixed or difficult to move as a printed matter, they were photographed with a camera or scooped up with a tabletop. In the case of camera photography, an embossed or engraved shape of the same material was used. This is difficult to reproduce as it is, in the case of the table book has a problem that the geometric deformation, such as expansion and reduction, movement, etc. is cumbersome and takes a long time.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해소하여 휴대할 수 있고 3차원 형상을 정확히 스캐닝 하는 장치를 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to solve the conventional problems as described above and to provide a device that is portable and accurately scans a three-dimensional shape.

본 발명의 다른 목적은 평면상에 음각 또는 양각으로 새겨진 각종 형상물 예컨대 팔만 대장경 등과 같은 문화재를 스캐닝 하여 3차원 형상정보로 저장하는 휴대용 스캐닝 장치 및 스캐닝 방법을 제공함에 있다.It is another object of the present invention to provide a portable scanning device and a scanning method for scanning a variety of shapes engraved in an intaglio or embossed on a plane, such as eighteen colonoscopy and storing the three-dimensional shape information.

본 발명의 또 다른 목적은 음각 또는 양각으로 새겨진 각종 형상물의 양면을 동시에 스캐닝 하여 3차원 형상정보로 저장하는 휴대용 스캐닝 장치 및 스캐닝 방법을 제공함에 있다.Still another object of the present invention is to provide a portable scanning device and a scanning method for simultaneously scanning both sides of various shapes engraved in an intaglio or emboss and storing them as three-dimensional shape information.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 양태에 따라, 휴대용 스캐닝 장치는, 측정대상물의 양면에 대한 3차원 단면을 측정하는 프로파일러와, 상기 프로파일러를 고정시키기 위한 고정부를 가지며 제1축방향으로 상기 프로파일러를 이동시키는 제1 프로파일러 이동부와, 상기 제1 프로파일러 이동부를 지지하며 상기 제1축방향과는 직각인 제2축방향으로 상기 제1 프로파일러 이동부를 이동시킴에 의해 상기 프로파일러가 이동되도록 하는 제2 프로파일러 이동부와, 상기 제2 프로파일러 이동부를 지지하며 온습도의 변화에 둔감한 재질의 메인 프레임을 구비함을 특징으로 한다. 바람직하기로는 상기 메인 프레임의 일측면에 고정되어 상기 측정대상물이 상기 프로파일러의 이동범위 내에 놓여지도록 하는 지지부를 더 구비할 수 있다.In accordance with an aspect of the present invention for achieving the above objects, a portable scanning device has a profiler for measuring a three-dimensional cross section of both sides of a measurement object, and has a fixing portion for fixing the profiler in a first axial direction. The first profiler moving part for moving the profiler and moving the first profiler moving part in a second axis direction perpendicular to the first axial direction and supporting the first profiler moving part. And a second profiler moving part allowing the profiler to move, and a main frame made of a material insensitive to changes in temperature and humidity, supporting the second profiler moving part. Preferably, the main body may further include a support part fixed to one side of the main frame to allow the measurement object to be placed within a movement range of the profiler.

본 발명의 다른 양태에 따라, 측정대상물을 스캐닝 하는 방법은, 상기 측정대상물을 지지대에 얹고 스캔할 위치를 수치입력을 이용하여 설정하는 단계와; 스캔할 데이터의 해상도를 결정하고 계속 이동하면서 초당 다수 프레임의 영상을 촬영하는 단계와; 컴퓨터 프로그램을 통해서 중심선을 추출하여 3차원 형상 데이터를 구성하는 단계를 구비함을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, a method for scanning an object to be measured includes: setting the position to be scanned by placing the measurement object on a support using a numerical input; Determining a resolution of data to be scanned and photographing a plurality of frames per second while continuing to move; And extracting the center line through a computer program to construct three-dimensional shape data.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 휴대용 스캐닝 장치의 외관 구조를 보인 도면.1 is a view showing the appearance of a portable scanning device according to an embodiment of the present invention.

도 2는 도 1의 휴대용 스캐닝 장치내의 3차원 프로파일러의 기능블록도.2 is a functional block diagram of a three-dimensional profiler in the portable scanning device of FIG.

도 3은 도 2에 따라 3차원 형상을 도출하는 동작 제어흐름도.3 is an operation control flow diagram for deriving a three-dimensional shape in accordance with FIG.

상기한 본 목적들 및 타의 목적들, 특징, 그리고 구조상의 이점들은, 첨부된 도면들을 참조하여 이하에서 기술되는 본 발명의 상세하고 바람직한 실시 예의 설명에 의해 보다 명확해질 것이다.The above and other objects, features, and structural advantages described above will become more apparent from the detailed and preferred embodiment of the present invention described below with reference to the accompanying drawings.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 휴대용 스캐닝 장치의 외관 구조가 보여진다. 도면에서, 프로파일러(40)는 측정대상물의 양면에 대한 3차원 단면을 측정하기 위해 제1 프로파일러 이동부(30)에 고정되어 있다. 상기 제1 프로파일러 이동부(30)는 상기 프로파일러(40)를 고정시키기 위한 고정부를 가지며 제1축방향 예컨대 y 축방향으로 상기 프로파일러(40)를 직선 이동시킨다. 제2 프로파일러 이동부(20)상기 제1 프로파일러 이동부(30)를 지지하며 상기 제1축방향과는 직각인 제2축방향으로 상기 제1 프로파일러 이동부(30)를 이동시킴에 의해 상기 프로파일러(40)가 이동되도록 한다. 메인 프레임(10)은 상기 제2 프로파일러 이동부(20)를 지지하며 온습도의 변화에 둔감한 재질 예컨대 직사각형으로 가공된 석으로 형성된다. 지지부(25,26)는 상기 메인 프레임(10)의 일측면에 고정되어 상기 측정대상물이 상기 프로파일러(40)의 이동범위 내에 놓여지도록 한다.Referring to FIG. 1, an external structure of a portable scanning device according to an embodiment of the present invention is shown. In the figure, the profiler 40 is fixed to the first profiler moving part 30 to measure a three-dimensional cross section of both sides of the measurement object. The first profiler moving part 30 has a fixing part for fixing the profiler 40 to linearly move the profiler 40 in a first axis direction, for example, in the y axis direction. The second profiler moving part 20 supports the first profiler moving part 30 and moves the first profiler moving part 30 in a second axial direction perpendicular to the first axial direction. By this the profiler 40 is moved. The main frame 10 supports the second profiler moving part 20 and is formed of a material processed in a rectangular shape, for example, insensitive to changes in temperature and humidity. Supports 25 and 26 are fixed to one side of the main frame 10 so that the measurement object is placed within the movement range of the profiler 40.

상기 프로파일러(40)는 레이저 쉬트빔이 주사되어지는 물체의 한 단면에 대한 3차원 단면(프로파일)을 추출해내는 기능을 하며, 여기에 이동장치를 설치하면 전체 형상에 대한 3차원 프로파일을 얻을 수 있다. 상기 프로파일러(40)와 제1,2 프로파일러 이동부(30,20)는 3차원 스캐너 또는 3차원 카메라로서의 기능을 한다. 상기 제1,2 프로파일러 이동부(30,20)에는 리니어 모션 가이드가 부착되어 오차를 최소화하면서 리드 스크류의 회전에 의해 직선이동이 수행된다. 상기 제1 프로파일러 이동부(30)에 의해 경판 등의 측정대상물을 짧은 방향으로 수회에 나누어 스캔할 수 있으므로, 정확도가 높은 3차원 형상의 측정 값이 얻어진다. 상기 제2 프로파일러 이동부(20)에 의해 경판의 길이 방향이 한꺼번에 스캔된다.The profiler 40 extracts a three-dimensional cross section (profile) of one cross section of the object to which the laser sheet beam is scanned, and by installing a moving device, a three-dimensional profile of the entire shape can be obtained. have. The profiler 40 and the first and second profiler moving parts 30 and 20 function as a 3D scanner or a 3D camera. Linear motion guides are attached to the first and second profiler moving parts 30 and 20 to linearly move by rotation of the lead screw while minimizing errors. Since the first profiler moving part 30 can scan a measurement object such as a hard plate in several directions in a short direction, a highly accurate three-dimensional measured value can be obtained. The longitudinal direction of the hard plate is scanned by the second profiler moving part 20 at once.

또한, 프로파일러를 측정대상물의 양면에 설치하여 측정대상물의 양면을 동시에 스캐닝할 수 있도록 하면 스캐닝 속도 및 운용면에서 이점을 갖는다.In addition, by installing the profiler on both sides of the measurement object to be able to simultaneously scan both sides of the measurement object has an advantage in terms of scanning speed and operation.

도 2는 도 1의 휴대용 스캐닝 장치내의 3차원 프로파일러의 기능블록도이다. 도면을 참조하면, 레이저 빔 발생기(42)에서 생성된 레이저 빔은 렌즈(43)를 통과하면서 쉬트 빔(sheet beam)형태로 된다. 빔 발생기(42)에 의해 레이저 쉬트 빔은 위에서 아래로 경판 면에 수직으로 주사되고, 일정 거리 떨어진 지점에서 카메라(45)는 영상을 촬영한다. 즉, 광삼각법 측정에 의해서 양각 또는 음각의 높이를 측정한다. 높이 1mm 의 시편을 놓고 쉬트 빔을 주사할 경우와, 높이 2mm, 3mm 의 시편을 놓고 쉬트 빔을 주사할 경우에 화면에 나타나는 위치가 다른 것이다. 결국, 이는 실제 알고 있는 높이의 여러개의 시편을 놓았을 때 각각이 화면에 나타나는 위치를 기억 컴퓨터에 저장 시켜 두었다가 이 높이 값을 이용하여, 높이를 모르는 물체에 대한 높이 값을 측정하는 방법이다. 여기서, 상기 카메라(45)는 45도 정도 틀어진 위치에서 쉬트 빔을 보도록 설치된다.2 is a functional block diagram of a three-dimensional profiler in the portable scanning device of FIG. 1. Referring to the drawings, the laser beam generated by the laser beam generator 42 passes through the lens 43 to form a sheet beam. The laser sheet beam is scanned vertically from the top to the bottom by the beam generator 42, and the camera 45 captures an image at a predetermined distance. That is, the height of embossed or intaglio is measured by phototriangulation. The position on the screen is different when scanning a sheet beam with a specimen of 1 mm height and scanning a sheet beam with a specimen of 2 mm and 3 mm height. After all, this is a method of measuring the height value for an object whose height is unknown by storing the location on the screen when each of the specimens of actual height is placed on the storage computer. Here, the camera 45 is installed to see the sheet beam at a position shifted by 45 degrees.

카메라의 전면에 부착되는 필터(44)는 해당 레이저 주파수의 파장대만 대역 필터링을 한다. 이것은 외부의 광원에 대한 간섭이 줄어 들고 레이저 빔 만의 영상을 획득하기 위한 것이다. CCD 카메라(45)는 상기 대역 필터링된 영상을 촬영하고 촬영된 영상을 전기적 신호로 변환하여 컴퓨터 등과 같은 처리부(60)에 라인(L1)을 통해 보낸다. 주사되는 레이저의 파장에 해당하는 광학필터(44)가 부착되므로 레이저 선이 영상에 맺히고 나머지는 검게 나타난다.The filter 44 attached to the front of the camera performs band filtering only on the wavelength band of the corresponding laser frequency. This is to reduce the interference to the external light source and to acquire the image of the laser beam only. The CCD camera 45 captures the band filtered image, converts the captured image into an electrical signal, and sends the captured image to the processing unit 60 such as a computer through line L1. Since an optical filter 44 corresponding to the wavelength of the laser to be scanned is attached, a laser line forms on the image and the rest appear black.

모니터(61)에 나타나는 모형에 따라 3차원 프로파일이 획득되고, 이 획득된 3차원 데이터를 여러 개 모으면 완전한 3차원 형상이 상기 처리부(60)에 의해 구현된다. 상기 처리부(60)는 예컨데 1초에 120장의 영상을 획득하고 영상처리 알고리즘을 적용하여 레이저 중심선을 추출한다. 추출된 중신선의 위치정보를 미리 측정된 데이터와 비교하여 상대적인 3차원 위치를 얻을 수 있다. 여러 장에서 추출된 3차원 데이터를 조합하고 이동시간에 맞추어 완전한 3차원 영상을 획득한다.A three-dimensional profile is obtained according to the model appearing on the monitor 61, and when the obtained three-dimensional data is collected, a complete three-dimensional shape is realized by the processing unit 60. For example, the processor 60 obtains 120 images in one second and extracts a laser center line by applying an image processing algorithm. The position information of the extracted middle wire can be compared with the previously measured data to obtain a relative three-dimensional position. The 3D data extracted from several chapters are combined and a complete 3D image is obtained according to the movement time.

이와 같이, 일반적인 스캐너는 카메라처럼 영상을 획득하나, 본 실시예에서의 프로파일러(40)는 3차원의 높이 값을 읽어 들여 영상을 획득한다. 즉, 프로파일러에 의해 경판의 높낮이를 읽는 것이다. 따라서, 일반적인 스캐너에 의해 경판의 영상을 획득하는 경우에 검은색으로 된 글자와 배경간의 구별이 어려웠던 종래의 문제가 여기서 해결된다.As described above, a general scanner acquires an image like a camera, but the profiler 40 in this embodiment acquires an image by reading a three-dimensional height value. That is, the height of the hard board is read by the profiler. Therefore, the conventional problem that it is difficult to distinguish between black letters and a background when acquiring an image of a hard board by a general scanner is solved here.

상기 휴대용 스캐닝 장치를 휴대할 경우에 전원은 바테리를 사용할 수 있으며 전원공급처와 거리가 멀지 않은 경우에는 상용전원과 연결하여 사용할 수도 있다.In the case of carrying the portable scanning device, the battery may be used as a power source, and may be connected to a commercial power source when the portable scanning device is not far from the power supply source.

도 3은 도 2에 따라 3차원 형상을 도출하는 동작 제어흐름을 보인 것이다. 도 3을 참조하면, 먼저, 팔만대장경 등과 같은 경판을 도 1의 지지부(25,26)에 얹고 나서, 스캔할 위치를 컴퓨터의 마우스나 수치입력을 이용하여 설정하고, 스캔할 데이터의 DPI(dot per inch)를 정하면, 제300단계의 초기화가 완료된다. 계속 이동시키면서 초당 120 프레임의 영상을 촬영하고 저장하면, 제301,302,303단계가 구현된다. 제304단계에서 컴퓨터 프로그램을 통해서 레이저 중심선을 추출하고, 제305단계에서 3차원 형상 데이터를 구성한다. 한편, 제306단계는 구성된 3차원 형상을 저장 또는 전송하는 단계를 보인 것이다.3 illustrates an operation control flow for deriving a three-dimensional shape according to FIG. 2. Referring to FIG. 3, first, a hard plate such as an eighty-eight major diameter is placed on the supports 25 and 26 of FIG. per inch), the initialization of step 300 is completed. Taking and storing an image of 120 frames per second while moving continuously, steps 301, 302, and 303 are implemented. In operation 304, a laser center line is extracted through a computer program, and in operation 305, 3D shape data is configured. On the other hand, step 306 shows the step of storing or transmitting the configured three-dimensional shape.

상기한 바와 같이, 팔만대장경을 스캔하여 디지털 문화를 만들어 자손만대에 유물로 남길 수 있다. 화재 또는 천재지변으로 유실된 경우에도 원래의 모형의 100% 복원이 가능하다. 실물크기 축소 또는 확대된 형태로 문화상품을 만들수도 있다.As mentioned above, it is possible to scan the Eighty Thousand Colonies to create a digital culture and leave it as a relic in the offspring. In the event of a fire or natural disaster, 100% restoration of the original model is possible. Cultural products may be made in a reduced or enlarged form.

상기한 본 발명은 예시된 도면을 위주로 한 실시예에 의거하여 설명되었으나 이에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않은 범위 내에서 다양한 변화와 변경이 가능함은 물론, 균등한 타의 실시 예가 가능하다는 것은 명백하다. 예를 들어, 스캐너의 내부 및 외관의 형상이나 구조를 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 사안에 따라 달리 변경할 수 있음은 물론이다.The present invention described above has been described based on the embodiments based on the illustrated drawings, but is not limited thereto, and various modifications may be made without departing from the spirit of the present invention for those skilled in the art to which the present invention pertains. It is obvious that variations and modifications are possible, as well as other embodiments that are equivalent. For example, it is a matter of course that the shape and structure of the interior and exterior of the scanner can be changed depending on the matter within the scope without departing from the technical spirit of the present invention.

상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, 전형적인 카메라나 탁본에 의한 문제점을 해결하고, 원래형상을 3차원 디지털 데이터로서 저장하므로 오랜 시간이 지난 후에도 그대로 재현하거나, 축소 또는 확대된 형태로 재현하는 효과를 가지며 기록된 데이터를 디지털 문화상품으로서 응용할 수 있는 장점이 있다. 또한, 프로파일러에 의해 측정대상물의 양면을 동시에 스캐닝할 수 있는 이점이 있다.According to the present invention as described above, it solves the problems caused by the typical camera or tabletop, and stores the original shape as three-dimensional digital data, so that it is reproduced as it is after a long time, or reproduced in a reduced or enlarged form. There is an advantage that the recorded data can be applied as a digital cultural product. In addition, there is an advantage that can simultaneously scan both sides of the measurement object by the profiler.

Claims

In a portable scanning device:

A profiler for measuring a three-dimensional cross section of both surfaces of the measurement object;

A first profiler moving part having a fixing part for fixing the profiler to move the profiler in a first axial direction;

A second profiler moving part which supports the first profiler moving part and moves the profiler by moving the first profiler moving part in a second axial direction perpendicular to the first axial direction;

And a main frame made of a material that is insensitive to changes in temperature and humidity and supports the second profiler moving part.

The portable scanning device of claim 1, further comprising a support part fixed to one side of the main frame to allow the measurement object to be within a moving range of the profiler.

The portable scanning device of claim 1, wherein the main frame is made of a material that is insensitive to changes in temperature and humidity.

The portable scanning device of claim 1, wherein the profiler photographs cross sections of both surfaces of the object by an optical triangulation method.

The portable scanning device of claim 1, wherein each of the first and second profiler moving parts has a linear motion guide, and performs movement by a lead screw, respectively.

In the method of scanning an object:

Placing the measurement object on a support and setting a position to be scanned by using a numerical input;

Determining a resolution of data to be scanned and photographing a plurality of frames while continuing to move;

And extracting the center line through the set computer program to construct three-dimensional shape data.

In the method for obtaining a three-dimensional image by scanning both sides of the measurement object:

Scanning the laser sheet beam perpendicularly to the measurement object and taking an image with a camera at a predetermined distance;

Attaching an optical filter corresponding to the wavelength of the laser to be scanned so that the laser line forms on the image and the rest appear black;

Extracting a laser center line by acquiring an image by a set number of frames per hour and applying an image processing algorithm;

Obtaining the relative three-dimensional position by comparing the extracted position information of the core wire with previously measured data;

Combining the extracted three-dimensional data and acquiring a complete three-dimensional image according to a movement time.