KR100641401B1 - Three dimensional laser scanner system having multi-heads and video signal processing method thereof - Google Patents
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Abstract
인접한 스캐너 헤드와의 서로 다른 파장을 갖는 레이저의 사용 및 상기 설정된 레이저의 파장만을 필터링하는 필터를 사용하여 인접하는 스캐너 헤드로부터 출력되는 레이저의 간섭현상을 제거하는 멀티 헤드형 레이저 스캐너 시스템이 제공된다. 상기 멀티 헤드형 레이저 스캐너 시스템은, 입체적 형상을 갖는 피사체로 미리 설정된 파장 대역의 레이저를 출력하는 레이저 발생기와, 상기 레이저 발생기로부터 출력되는 파장대역의 레이저만을 선택적으로 필터링하는 대역통과필터와, 상기 대역통과필터를 통한 레이저를 전기적 영상신호로 변환하는 촬상모듈로 구성되어 피사체의 주변에 위치되는 적어도 둘 이상의 레이저 스캐너 헤드를 포함하며, 상기 레이저 스캐닝 헤드들 각각은 서로 다른 파장의 레이저를 출력하고 미리 설정된 파장의 레이저만을 필터링함을 특징으로 한다.A multi-head laser scanner system is provided which eliminates interference of laser output from adjacent scanner heads by using lasers having different wavelengths from adjacent scanner heads and using filters for filtering only the wavelengths of the set lasers. The multi-head laser scanner system includes a laser generator for outputting a laser having a predetermined wavelength band to an object having a three-dimensional shape, a bandpass filter for selectively filtering only lasers in the wavelength band output from the laser generator, and the band It is composed of an imaging module for converting a laser through the pass filter into an electrical image signal, and comprises at least two laser scanner heads positioned around the subject, each of the laser scanning heads output a laser of different wavelengths and is set in advance It is characterized by filtering only the laser of the wavelength.
멀티헤드, 스캐너헤드, 입체 스캐너, 레이저파장, 레이저다이오드. Multihead, scanner head, stereo scanner, laser wavelength, laser diode.
Description
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멀티 헤드형 삼차원 레이저 스캐너 시스템의 블록 구성도.1 is a block diagram of a multi-head three-dimensional laser scanner system according to a preferred embodiment of the present invention.
도 2는 도 1에 도시된 레이저 스캐너 헤드의 블록 구성을 나타낸 도면.2 is a block diagram of the laser scanner head shown in FIG. 1;
본 발명은 멀티 헤드형 레이저 스캐너 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 특히 피사체를 다수의 레이저 스캐너 헤드(laser scanner head)로 스캔 시 이웃하는 레이저 스캐너 헤드로부터 출사(output beam)되는 레이저의 간섭(interference) 현상을 제거하여 화상 데이터의 획득 및 그 처리를 보다 신속하게 하는 구조를 갖는 멀티 헤드형 레이저 스캐너 시스템 및 영상 신호 처리 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a multi-head laser scanner system and a control method thereof. In particular, an interference of a laser output beam from a neighboring laser scanner head when a subject is scanned with a plurality of laser scanner heads is disclosed. The present invention relates to a multi-head laser scanner system and a video signal processing method having a structure that eliminates a phenomenon to more quickly acquire and process image data.
통상적으로 입체적인 형상을 가지는 피사체를 스캐닝 하여 비교적 정확한 3차원 영상 데이터를 획득하기 위해서는 적어도 2대 이상의 레이저 스캐너 헤드가 요구된다. 즉, 하나의 물체를 여러 대의 레이저 스캐너로 촬영하여 정밀한 3차원 영상 데이터를 획득하기 위해서는, 물체를 정중앙에 놓고 사방으로 상기 물체를 향해 레이저 스캐너를 위치시켜야 한다. In general, at least two laser scanner heads are required to obtain relatively accurate three-dimensional image data by scanning a three-dimensional object. In other words, in order to obtain an accurate three-dimensional image data by photographing a single object with a plurality of laser scanners, the laser scanner should be positioned toward the object in the center of the object.
상기와 같이 여러 대, 예컨대 3대의 레이저 스캐너를 물체의 주변에 위치시킨 상태에서 물체를 촬영할 경우, 첫 번째 레이저 스캐너는 두 번째 및 세 번째 레이저 스캐너로부터 출사되는 레이저빔의 간섭현상에 의해 불필요한 영상을 획득하게 된다. 또한, 두 번째 및 세 번째 레이저 스캐너 역시 인접하는 레이저 스캐너로부터 출사된 레이저빔의 간섭현상의 발생에 의해 불필요한 영상을 획득하게 된다. When photographing an object with multiple laser scanners, such as three laser scanners, as described above, the first laser scanner captures unnecessary images due to the interference of the laser beams emitted from the second and third laser scanners. You get it. In addition, the second and third laser scanners also obtain unnecessary images by the interference of laser beams emitted from adjacent laser scanners.
레이저 스캐너와 이에 이웃하는 레이저 스캐너들의 레이저 간섭현상을 없애는 방법으로는 피사체의 주변에 설치되는 모든 레이저 스캐너의 수평위치가 정확하게 맞도록 하여야 하며, 레이저 스캐너들이 움직이는 타이밍 및 움직이는 속도 역시 오차가 없이 정확하여야만 가능하다. 그러나 이와 같은 멀티 헤드형 레이저 스캐닝 시스템을 제작하게 위해서는 많은 구성요소들(각종 센서와 이들 센서의 출력에 의해 레이저 스캐너의 움직임을 제어하는 드라이버 및 제어기)이 추가되어야 하고, 높은 정밀도와 고난이도의 작업이 요구됨으로써 시스템의 구성이 복잡하고 가격이 높아지는 문제가 있었다. In order to eliminate the laser interference between the laser scanner and the neighboring laser scanners, the horizontal position of all the laser scanners installed near the subject must be exactly aligned, and the timing and the moving speed of the laser scanners must be accurate without errors. It is possible. However, in order to manufacture such a multi-head laser scanning system, many components (drivers and controllers that control the movement of the laser scanner by various sensors and their outputs) need to be added. There was a problem that the configuration of the system is complicated and the price is increased as required.
다른 방법으로는, 피사체의 주변에 설치되는 레이저 스캐너들을 따로 동작시킴으로 해서 각각의 레이저 스캐너에서 촬영하는 영역 자체가 겹쳐지지 않게 하는 것이 있다. 그러나 이와 같은 방법은 다수의 레이저 스캐너들을 서로 다른 타이밍에서 독립적으로 동작시킴으로 만큼 촬영시간이 길어지는 문제가 있어서 고속 스캐닝 작업을 할 수 없는 문제가 있었다. Another method is to operate the laser scanners installed around the subject separately so that the regions photographed by the respective laser scanners do not overlap each other. However, this method has a problem in that a high-speed scanning operation cannot be performed because the shooting time is long as many laser scanners operate independently at different timings.
따라서 본 발명의 목적은 인접하는 레이저 스캐너들과 서로 상이한 파장의 레이저를 사용하여 인접하는 레이저 스캐너들 상호간의 레이저 간섭현상을 제거한 멀티 헤드형 레이저 스캐너 시스템 및 영상신호처리방법을 을 제공함에 있다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a multi-head laser scanner system and an image signal processing method that eliminate laser interference between adjacent laser scanners using adjacent laser scanners and lasers having different wavelengths.
본 발명의 다른 목적은 피사체를 촬영 시 인접하는 레이저 스캐너들로부터 출력되는 레이저를 차단하여 다수의 레이저 스캐너들 각각으로부터 양질의 영상데이터를 획득할 수 있는 구조를 갖는 멀티 헤드형 레이저 스캐너 시스템 및 영상 신호 처리 방법을 제공함에 있다. It is another object of the present invention to block a laser output from adjacent laser scanners when photographing a subject, thereby obtaining a high quality image data from each of a plurality of laser scanners and a multi-head laser scanner system and an image signal. To provide a treatment method.
본 발명의 또 다른 목적은 미리 설정된 파장 대역의 레이저를 발생하는 레이저 발생기 및 상기 발생된 레이저만을 필터링하는 광 대역통과필터(optical band pass filter)를 갖는 레이저 스캐너들에 의해 이웃하는 레이저 스캐너로부터의 레이저 간섭현상을 제거한 멀티헤드형 레이저 스캐너 시스템 및 영상신호 처리방법을 제공함에 있다. Another object of the present invention is to provide a laser from a neighboring laser scanner by laser scanners having a laser generator for generating a laser of a predetermined wavelength band and an optical band pass filter for filtering only the generated laser. The present invention provides a multihead laser scanner system and an image signal processing method which eliminate interference.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 입체적 형상을 갖는 피사체로 미리 설정된 파장 대역의 레이저를 출력하는 레이저 발생기와, 상기 레이저 발생기에서 출력되는 파장대역의 레이저만을 선택적으로 필터링하는 대역통과필터와, 상기 대 역통과필터를 통한 레이저를 전기적 영상신호로 변환하는 촬상모듈(imaging module)로 구성되어 피사체의 주변에 위치되는 적어도 둘 이상의 레이저 스캐너 헤드를 포함하며, 상기 레이저 스캐닝 헤드들 각각은 서로 다른 파장의 레이저를 출력함을 특징으로 멀티 헤드형 레이저 스캐닝 시스템으로 구성된다. The present invention for achieving the above object is a laser generator for outputting a laser of a predetermined wavelength band to the subject having a three-dimensional shape, a bandpass filter for selectively filtering only the laser of the wavelength band output from the laser generator, An imaging module converts a laser through the bandpass filter into an electrical image signal, and includes at least two laser scanner heads positioned around a subject, each of the laser scanning heads having different wavelengths. It consists of a multi-head laser scanning system characterized in that the output of the laser.
상기 다수의 레이저 스캐너 헤드내의 레이저 발생기들 각각은 미리 설정된 서로 다른 파장의 레이저를 발생하며, 상기 레이저 발생기들에 대응하여 설치된 대역통과필터들 각각은 미리 설정된 파장의 레이저만을 선택적으로 필터링함을 특징으로 한다. Each of the laser generators in the plurality of laser scanner heads generates lasers having different preset wavelengths, and each of the bandpass filters installed corresponding to the laser generators selectively filters only lasers having a predetermined wavelength. do.
상기 다수의 레이저 스캐너 헤드내의 레이저 발생기와 촬상모듈은 영상획득명령에 응답하여 상기 피사체로 미리 설정된 레이저를 출력하고 그로부터 반사되어진 레이저를 전기적 영상 신호로 변환하도록 작동하도록 하는 것이 좋다.Laser generators and imaging modules in the plurality of laser scanner heads may be configured to operate to output a preset laser to the subject in response to an image acquisition command and convert the laser reflected from the laser into an electrical image signal.
또한, 상기 다수의 레이저 스캐너 헤드내의 촬상모듈은 수신되는 레이저를 전기적 영상신호로 변환하고, 미리 설정된 수준이하의 밝기로 들어오는 레벨의 신호를 차단하여 인접하는 레이저 스캐너 헤드의 레이저 간섭현상을 제거함을 특징으로 한다. In addition, the imaging module in the plurality of laser scanner head converts the received laser into an electrical image signal, and cuts the signal of the incoming level at a brightness below a predetermined level to eliminate the laser interference phenomenon of the adjacent laser scanner head It is done.
상기와 같이 구성된 본 발명의 멀티 헤드형 레이저 스캐너 시스템은 입체 형상을 가지는 피사체를 중심으로 그 주변에 설치된 레이저 스캐너 헤드들 각각이 서로 다른 파장의 레이저를 사용함으로써 인접하는 레이저 스캐너 헤드들 간의 레이저 간섭 현상을 제거할 수 있다. 또한, 각각의 레이저 스캐너 헤드들 내부의 촬상모듈이 일정한 수준 이하의 레벨(밝기)로 수신되는 레이저를 차단함으로서 인접하 는 레이저 스캐너 헤드의 레이저 간섭현상을 보다 정확하게 제거할 수 있다.
In the multi-head type laser scanner system of the present invention configured as described above, laser interference phenomena between adjacent laser scanner heads are generated by using lasers of different wavelengths, each of which is installed around the subject having a three-dimensional shape. Can be removed. In addition, it is possible to more accurately eliminate the laser interference phenomenon of the adjacent laser scanner head by blocking the laser received by the imaging module inside the respective laser scanner head at a level (brightness) below a certain level.
이하 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 첨부 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명된다. 그러나 본 발명은 다수의 상이한 형태로 구현될 수 있고, 기술된 실시 예에 제한되지 않음을 이해하여야 한다. 하기에 설명되는 본 발명의 실시 예는 당업자에게 본 발명의 사상을 충분하게 전달하기 위한 것임에 유의하여야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 당 업계의 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명이 생략됨에 유의하여야 한다. DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings in which: FIG. It should be understood, however, that the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth. It should be noted that the embodiments of the present invention described below are intended to sufficiently convey the spirit of the present invention to those skilled in the art. It should also be noted that detailed descriptions of well-known functions and configurations in the art that may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention are omitted.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멀티 헤드형 삼차원 레이저 스캐너 시스템의 블록 구성도이다. 도 1을 참조하면, 입체적 형상을 가지는 피사체(10)를 중심으로 그 주변에는 적어도 둘 이상의 레이저 스캐너 헤드(이하 "스캐너 헤드"라 칭하며, 제1, 제2 및 제3의 순서를 병기하여 구분함)(12,14,16)들이 위치되어 있다. 본 발명의 실시예를 나타낸 도 1에서는 3대의 스캐너 헤드가 배열된 것을 도시하였으나 그 이상이어도 무방하다. 상기 스캐너 헤드(12,14,16)는 퍼스날 컴퓨터(personal computer)(18)의 제어에 의해 동작되어 서로 다르게 설정된 파장을 각각 가지는 레이저를 상기 피사체(10)로 출력하고, 그로부터 반사되는 레이저들 중 미리 설정된 파장의 레이저만을 선택적으로 수신하여 3차원 영상 데이터를 상기 퍼스날 컴퓨터(18)로 전송한다. 1 is a block diagram of a multi-head three-dimensional laser scanner system according to a preferred embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, at least two or more laser scanner heads (hereinafter referred to as “scanner heads”) around the
본 발명의 실시 예에서는 퍼스날 컴퓨터(18)로서 제1~제3스캐너 헤드(12,14,16)의 동작을 제어하는 예를 설명하고 있으나, 독립적인 프로세서에 의해서도 상기 제1~제3스캐너 헤드(12,14,16)의 동작을 제어할 수 있다.In the embodiment of the present invention, an example of controlling the operation of the first to
도 2는 도 1에 도시된 레이저 스캐너 헤드의 블록 구성도로서, 본 발명에 따른 제1~제3스캐너 헤드(12,14,16) 각각은 미리 설정된 파장의 레이저를 발생하여 피사체(10)로 출력하는 레이저 발생기(20)와, 상기 피사체(10)로부터 반사되어 수신되는 레이저를 수신하여 미리 설정된 파장 대역의 레이저만을 선택적으로 필터링하는 광 대역통과필터(이하 "필터"라 칭함)(22)와, 영상획득명령에 응답하여 상기 필터(22)를 통한 레이저를 수신하여 전기적 영상신호로 변환하고, 미리 설정된 수준이하의 휘도 레벨의 영상신호를 차단하여 간섭영상을 제거한 후 그로부터 3차원 영상을 추출하여 상기 퍼스널컴퓨터(18)로 공급하는 촬상모듈(imaging module)(24)로 구성되어 있다. FIG. 2 is a block diagram of the laser scanner head shown in FIG. 1, wherein each of the first to
상기한 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 멀티 헤드형 레이저 스캐너 시스템의 구체적인 동작을 상세하게 설명한다. 1 and 2 will be described in detail the specific operation of the multi-head laser scanner system according to an embodiment of the present invention.
도 2와 같이 구성된 제1~제3스캐너 헤드(12,14,16) 각각은 퍼스날 컴퓨터(18)로부터 출력되는 영상획득명령에 응답하여 서로 다른 파장의 레이저를 출력하고, 서로 다른 파장 대역의 레이저만을 선택적으로 필터링하여 수신되는 레이저를 전기적 영상신호로 처리하도록 되어 있다. 이와 같은 동작을 위하여 상기 제1~제3스캐너 헤드(12,14,16) 내의 레이저 발생기(20)의 레이저 파장 및 필터(22)들의 필터링 대역은 하기 표 1과 같이 설정되어있다.Each of the first to
상기 표 1과 같이 각각의 레이저 파장 및 필터링 대역이 서로 다르게 설정된 제1~제3스캐너 헤드(12,14,16)내의 레이저 발생기(20) 각각은 영상획득명령의 입력에 응답하여 서로 다른 파장의 레이저를 피사체(10)로 출력(출사)한다. 상기 제1~제3스캐너 헤드(12,14,16)로부터 출력되는 레이저들은 피사체(10)에 반사되어 그 반사 위치에 놓여진 제1~제3스캐너 헤드 (12,14,16)내의 필터(22)에 의해 필터링 된 후 촬상모듈(24)로 수신된다. As shown in Table 1, each of the
이때, 상기 제1~제3스캐너 헤드(12,14,16)내 각 필터(22)들의 대역통과필터링 대역이 표 1과 같이 서로 상이하게 설정되어 있어 대응하는 스캐너 헤드로부터 출력되는 레이저만을 통과시키고 인접하는 스캐너 헤드로부터 출력되는 레이저는 차단되어진다. 따라서 제1~제3스캐너 헤드(12,14,16)내의 각각의 촬상모듈(24)은 동일한 하우징에 내장된 레이저 발생기(20)로부터 출력되어 피사체(10)에 반사되어 만들어진 레이저만을 선택적으로 수신하여 디지털 영상신호로 변환하게 된다.At this time, the band pass filtering bands of the
이때, 상기 촬상모듈(24)들 각각은 통상의 디지털 카메라와 같이 광원으로부터 아날로그 영상신호를 획득하기 위한 영상 센서(image sensor), 상기 영상 센서로부터 출력되는 아날로그 영상신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC(anlog to digital converter) 및 디지털 영상 데이터를 처리하는 영상신호처리모듈(video signal processing module) 등을 포함하여 구성된다. 여기서 상기 영상신호처리모 듈은 DSP(digital signal processor)로 구성할 수 있다. 상기와 같이 구성되는 촬상모듈(24)은 퍼스날 컴퓨터(18)로부터 전송된 영상획득명령에 응답하여 상기 필터(22)에 의해 선택적으로 필터링된 레이저로부터 아날로그 영상신호를 획득하고, 상기 획득된 아날로그 영상신호를 디지털 영상신호로 변환한다. 이러한 아날로그 영상신호의 획득과 디지털 영산신호의 변환은 영상 센서 및 ADC에 의해 이루어진다. At this time, each of the
상기와 같이 디지털 영상 데이터를 획득한 촬상모듈(24)은 내부의 영상신호처리모듈에 의해 간섭영상을 제거하는 단계를 거쳐 3차원 영상 데이터가 추출하여 상기 퍼스날 컴퓨터(18)로 전송된다. 여기서, 간섭영상을 제거하는 단계를 실행하는 이유는 일정한 파장대역의 레이저만을 필터링하는 광 대역통과필터를 제작하더라고 다른 파장의 빛을 100% 완벽하게 차단하지는 못하기 때문이다. 따라서 촬상모듈(24)의 영상센서 및 ADC의 동작에 의해 촬영되어 디지털 변환된 영상데이터로부터 3차원 영상을 추출하는 과정에서 일정 수준 이하의 세기(밝기)로 수신된 디지털 영상신호를 차단함으로서 인접하는 스캐너 헤드로부터 출력되는 레이저 간섭 현상을 보다 정확하게 제거할 수 있다. The
상기와 같은 과정에 의해 인접하는 스캐너 헤드들로부터 출력되는 레이저들의 간섭현상을 제거한 촬상모듈(24)은 3차원 영상 데이터를 추출하여 퍼스날 컴퓨터(18)로 전송한다. 이때 상기 퍼스날 컴퓨터(18)는 3대의 스캐너 헤드들로부터 전송되는 3차원 영상 데이터를 내부 메모리에 저장한다.The
본 발명의 실시예에서는 인접하는 스캐너 헤드들로부터의 레이저 간섭현상을 제거하기 위해 각각의 레이저의 파장과 필터링 대역을 30nm 내외로 설정하였으나, 이에 국한되는 것은 아니다. 또한, 상기한 실시예에서는 스캐너 헤드내의 촬상모듈(24)에서 간섭영상을 제거하는 것을 예를 들어 설명하였으나, 본 발명의 기술 내용을 이해한 자라면 촬상모듈(24)로부터 디지털 영상 데이터를 전송받아 퍼스날 컴퓨터(18)에서 간섭영상을 제거할 수도 있음에 유의하여야 하며 이러한 내용 역시 본 발명의 기술적 사상의 범주 내에 속한다는 것은 매우 자명한 것이다. In an embodiment of the present invention, the wavelength and the filtering band of each laser are set to about 30 nm to remove laser interference from adjacent scanner heads, but the present invention is not limited thereto. In addition, in the above-described embodiment, the removal of the interference image from the
상술한 바와 같이 본 발명은 상호 인접하는 스캐너 헤드와의 서로 다른 파장의 레이저를 사용하여 레이저 간섭현상을 제거하고, 상기 레이저로부터 획득된 영상데이터의 레벨이 일정 수준 이하의 세기(밝기)를 일 때 이를 차단하여 간섭영상을 제거함으로써 멀티 헤드형 레이저 스캐너에서 양질의 3차원 영상 데이터를 얻을 수 있다. 또한, 인접하는 스캐너 헤드들로부터 출력되는 레이저의 간섭현상을 간단한 구조에 의해 제거함으로써 전체 스캐너 헤드를 동시에 작동시킬 수 있어 촬영시간을 최대로 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라, 각 스캐너 헤드의 움직이는 타이밍 및 속도 등 여러 대의 스캐너와의 정확한 동기화가 필요 없게 되어 구성을 간단히 할 수 있다.
As described above, the present invention eliminates laser interference by using lasers of different wavelengths with adjacent scanner heads, and when the level of image data obtained from the laser is less than a certain level of intensity (brightness). By removing the interference image by blocking it, high quality 3D image data can be obtained from a multi-head laser scanner. In addition, by eliminating the interference of laser output from adjacent scanner heads with a simple structure, the entire scanner head can be operated at the same time to maximize the shooting time as well as the timing and speed of movement of each scanner head. This eliminates the need for accurate synchronization with multiple scanners.
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