KR100429766B1 - 휴대용 스캐닝 장치 및 그에 따른 스캐닝 방법 - Google Patents

Abstract

평면상에 음각 또는 양각으로 새겨진 각종 형상물 예컨대 팔만 대장경 등과 같은 문화재를 스캐닝 하여 3차원 형상정보로 저장하는 휴대용 스캐닝 장치가 개시되어 있다. 그러한 휴대용 스캐닝 장치는, 측정대상물에 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 프레임과, 상기 메인 프레임의 일측면에 고정되어 상기 측정대상물이 상기 프로파일러의 이동범위 내에 놓여지도록 하는 지지부를 구비함에 의해, 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 있다.

Description

휴대용 스캐닝 장치 및 그에 따른 스캐닝 방법 {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.

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.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해소하여 휴대할 수 있고 3차원 형상을 정확히 스캐닝 하는 장치를 제공함에 있다.

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.

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.

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.

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.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 휴대용 스캐닝 장치의 외관 구조를 보인 도면.

도 2는 도 1의 휴대용 스캐닝 장치내의 3차원 프로파일러의 기능블록도.

도 3은 도 2에 따라 3차원 형상을 도출하는 동작 제어흐름도.

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.

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.

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.

또한, 프로파일러를 측정대상물의 양면에 설치하여 측정대상물의 양면을 동시에 스캐닝할 수 있도록 하면 스캐닝 속도 및 운용면에서 이점을 갖는다.

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.

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.

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.

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.

상기 휴대용 스캐닝 장치를 휴대할 경우에 전원은 바테리를 사용할 수 있으며 전원공급처와 거리가 멀지 않은 경우에는 상용전원과 연결하여 사용할 수도 있다.

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.

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.

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.

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.

Claims (7)

1. 휴대용 스캐닝 장치에 있어서:

   측정대상물의 양면에 대한 3차원 단면을, 레이저 쉬트 빔으로 주사하고 영상을 획득함에 의해 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 하는 휴대용 스캐닝 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 메인 프레임의 일측면에 고정되어 상기 측정대상물이 상기 프로파일러의 이동범위 내에 놓여지도록 하는 지지부를 더 구비함을 특징으로 하는 휴대용 스캐닝 장치.
3. (삭제)
4. 제1항에 있어서, 상기 프로파일러는 광삼각법으로 대상물 양면에 대한 단면을 촬영함을 특징으로 하는 휴대용 스캐닝 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 제1,2 프로파일러 이동부는 각기 선형 모션 가이드를 가지며, 리드 스크류에 의한 이동을 각기 수행함을 특징으로 하는 휴대용 스캐닝 장치.
6. (삭제)
7. 측정대상물의 양면을 스캐닝하여 3차원 영상을 얻기 위한 방법에 있어서:

   레이저 쉬트 빔을 측정대상물에 수직으로 주사하고, 일정 거리 떨어진 지점에서 카메라로써 영상을 촬영하는 단계와;

   주사되는 레이저의 파장에 해당하는 광학필터를 부착하여 레이저 선이 영상에 맺히고 나머지는 검게 나타나도록 하는 단계와;

   시간당 설정된 프레임들의 수만큼 영상을 획득하고 영상처리 알고리즘을 적용하여 레이저 중심선을 추출하는 단계와;

   상기 추출된 중신선의 위치정보를 미리 측정된 데이터와 비교하여 상대적인 3차원 위치 데이터를 얻는 단계와;

   추출된 3차원 위치 데이터를 조합하고 이동시간에 맞추어 완전한 3차원 영상을 획득하는 단계를 구비함을 특징으로 하는 방법.