KR100752545B1 - 2개 영상을 이용한 물체 표면 형상 및 반사율 정보 획득 시스템 - Google Patents

2개 영상을 이용한 물체 표면 형상 및 반사율 정보 획득 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR100752545B1
KR100752545B1 KR1020050112703A KR20050112703A KR100752545B1 KR 100752545 B1 KR100752545 B1 KR 100752545B1 KR 1020050112703 A KR1020050112703 A KR 1020050112703A KR 20050112703 A KR20050112703 A KR 20050112703A KR 100752545 B1 KR100752545 B1 KR 100752545B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
reflectance
shape
surface shape
images
reflectance information
Prior art date
Application number
KR1020050112703A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20070054784A (ko
Inventor
제창수
Original Assignee
에이티아이 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 에이티아이 주식회사 filed Critical 에이티아이 주식회사
Priority to KR1020050112703A priority Critical patent/KR100752545B1/ko
Publication of KR20070054784A publication Critical patent/KR20070054784A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100752545B1 publication Critical patent/KR100752545B1/ko

Links

Images

Classifications

    • 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
    • G06T7/55—Depth or shape recovery from multiple images
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/25—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/25—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
    • G01B11/2509—Color coding
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02001—Interferometers characterised by controlling or generating intrinsic radiation properties
    • G01B9/0201—Interferometers characterised by controlling or generating intrinsic radiation properties using temporal phase variation

Abstract

본 발명은 2개 영상을 이용한 물체 표면 형상 및 반사율 정보 획득 시스템 에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 능동조명(active light: light for active vision)과 수동조명(passive light: light for passive vision)으로 구성된 조명시스템으로 정현파 패턴(sinusoidal pattern)의 위상천이(phase shifting)와 반구면조명(hemispherical lighting)의 근사 조명을 구현하고, 이를 이용하여 최소 2개 영상으로부터 위상(phase)을 복원하고 이를 바탕으로 대상 물체의 표면 형상 정보를 얻는 동시에 대상 물체의 표면 반사율 정보를 획득하도록 하는 2개 영상을 이용한 물체 표면 형상 및 반사율 정보 획득 시스템에 관한 것으로서,
본 발명을 적용하면, 2개 영상에서 위상천이 및 반구면 근사 조명을 기반으로 하여 물체 표면 형상 및 반사율 정보를 동시에 획득할 수 있게 되고, 조명 소스의 ON/OFF 동작이나 조명의 개폐 동작 없이도 물체 표면 형상 및 반사율 정보의 동시 획득이 가능함에 따라 조명 사용의 제약을 한층 감소시킬 수 있게 되어, 표면 형상 데이터 획득 시간 및 반사율 데이터 획득 시간을 획기적으로 줄일 수 있게 되고, 고해상도 데이터를 보다 쉽게, 보다 고속으로, 보다 적은 비용으로 획득할 수 있게 되며, 위상천이 기술을 활용하는 분야의 다양성을 높이게 되는 효과가 있다.

Description

2개 영상을 이용한 물체 표면 형상 및 반사율 정보 획득 시스템{SYSTEM FOR OBTAINING SHAPE AND REFLECTANCE INFORMATION OF OBJECT SURFACES FROM TWO IMAGES}
도 1은 본 발명의 2개 영상을 이용한 물체 표면 형상 및 반사율 정보 획득 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 도면
도 2는 도 1의 2개 영상을 이용한 물체 표면 형상 및 반사율 정보 획득 시스템에서 형상/반사율 획득장치의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도
도 3은 본 발명의 2개 영상을 이용한 물체 표면 형상 및 반사율 정보 획득 방법을 개략적으로 설명하는 흐름도
도 4는 3개 정현파 위상천이의 각 광도 분포곡선과 각 패턴영상을 나타내는 도면
도 5는 정현파 조명패턴을 대상물체의 표면에 영사하여 카메라로 촬영한 영상을 나타내는 도면
도 6은 도 5의 영상에서 위상을 복원하기 위해 2개 위치에서 광도값을 취하는 방식을 나타내는 도면
도 7은 본 발명의 일실시예에 의한 물체 표면 형상 및 반사율 정보 획득 시 스템의 개략적인 구성을 나타내는 도면
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100 : 대상물체 200 : 능동조명(active light) 장치
300 : 수동조명(passive light) 장치 400 : 촬영장치
500 : 형상/반사율 획득장치 500-1 : 형상복원 모듈
510 : 제1 광도값 산출부 520 : 뺄셈기
530 : 제2 광도값 산출부 540 : 역변환부
550 : 곱셈기 560 : 형상 복원부
500-2 : 반사율 획득 모듈 570 : 덧셈기
590 : 반사율 획득부
본 발명은 2개 영상을 이용한 물체 표면 형상 및 반사율 정보 획득 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 능동조명(active light: light for active vision)과 수동조명(passive light: light for passive vision)으로 구성된 조명시스템으로 정현파 패턴(sinusoidal pattern)의 위상천이(phase shifting)와 반구면조명(hemispherical lighting)의 근사 조명을 구현하고, 이를 이용하여 최소 2개 영상으로부터 위상(phase)을 복원하고 이를 바탕으로 대상 물체의 표면 형상 정보를 얻는 동시에 대상 물체의 표면 반사율 정보를 획득하도록 하는 2개 영상을 이용한 물체 표면 형상 및 반사율 정보 획득 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 물체 표면의 외관은 물체의 질적, 양적 및 구조적 특성을 추정하는 중요한 단서가 된다. 물체 고유의 특성 중에서도 주로 표면 형상 및 반사율이 물체의 외관을 결정짓게 된다. 이 때문에 그 동안의 많은 연구 및 응용에서는, 물체의 외관을 기술하기 위해, 주로 표면의 형상 정보와 반사율 정보를 각기 이용해 왔다.
실제 물체 표면의 형상 및 반사율 정보를 취득하는 경우에, 그 동안의 많은 연구는 이들 각각을 독립적으로 획득하는 경우가 대부분이었으며, 두 가지 종류의 정보를 동시에 획득하는 연구에서조차도 이들을 따로 획득하는 데 소요되는 양과 유사한 데이터 수 (이를테면, 영상의 개수), 시간, 계산양 등을 필요로 하였다.
일반적으로, 물체 표면의 기하학적 형상 정보를 획득하는 방법은 접촉식과 비접촉식으로 구분된다. 이 중에서 본 발명은 비접촉식 방법에 관한 것으로, 표면 형상 획득 대상에 접촉하지 않는 비접촉 방식으로는 광학식 방법이 대표적이다.
광학식 거리영상(표면 형상 정보) 획득방법 중에서도 거리영상을 고해상도로 복원하기 위해서는 특수한 조명패턴을 이용하는 능동비전(active vision) 방식을 주로 사용한다.
능동비전 방식의 대표적인 기술로는 K.L.Boyer et al.의 컬러코드 구조광(color-encoded structured light), P.S. Huang et al.의 컬러 줄무늬패턴(color fringe pattern), C. Je et al.의 고대비 컬러띠 패턴(high-contrast color-stripe pattern), J. Tajima et al.의 무지개 패턴(rainbow pattern), D. Caspi et al.의 적응 컬러 구조광(adaptive color structured light), O. Hall-Holt et al.의 흑백경계코드(black/white boundary codes) 등이 있다.
한편, 물체 표면의 반사율 정보를 취득하는 방법으로는 G. Ward의 비등방성 반사율 측정, S.R. Marschner et al.의 영상기반 BRDF(Bidirectional Reflectance Distribution Function) 측정, Y. Yu et al.의 역(inverse) 광역 조명 등이 대표적이다.
최근에 와서는, 물체 표면의 형상 및 반사율 정보를 동시에 획득할 수 있는 방법이 절실히 요구되었고, 이에 따라 Y. Sato et al.의 형상 및 반사율 모델링, 대한민국특허 10-0449175 "광학식 2차원 및 3차원 형상 측정 시스템" 및 미국특허출원 20040047517 "Shadow-free 3D and 2D measurement system and method" 등과 같은 기술들이 개발되었다.
그러나, 상기와 같은 기술들을 사용하여도 소요되는 데이터 수(예를 들어, 영상의 개수), 시간, 계산양 등을 크게 줄이는 데는 한계가 있었다. 또한, 형상 및 반사율 정보 획득을 위한 조명 기구 및 장치에 있어서, 정확한 반사율 정보 획득을 위한 반구면 조명법 등에 기초하지 않거나, 조명 소스의 ON/OFF 동작이나 조명의 개폐 동작을 필요로 하는 등 보다 정확한 정보 획득이나 보다 광범위한 응용 등에는 제약이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 그 목적은 능동조명(active light: light for active vision)과 수동조명(passive light: light for passive vision)으로 구성된 조명시스템으로 정현파 패턴(sinusoidal pattern)의 위상천이(phase shifting)와 반구면조명(hemispherical lighting)의 근사 조명을 구현하고, 이를 이용하여 최소 2개 영상으로부터 위상(phase)을 복원하고 이를 바탕으로 대상 물체의 표면 형상 정보를 얻는 동시에 대상 물체의 표면 반사율 정보를 획득하도록 하는 2개 영상을 이용한 물체 표면 형상 및 반사율 정보 획득 시스템을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 능동조명과 수동조명으로 구성된 조명시스템으로 인하여 얻어진 최소 2개의 영상만으로 물체 표면 형상 및 반사율 정보를 획득함으로써, 표면 형상 획득 시간 및 반사율 획득 시간을 획기적으로 줄일 수 있는 2개 영상을 이용한 물체 표면 형상 및 반사율 정보 획득 시스템을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 능동조명과 수동조명으로 구성된 조명시스템으로 인하여 얻어진 최소 2개의 영상을 이용함으로써 고해상도 데이터를 보다 쉽게, 보다 고속으로, 보다 적은 비용으로 구현할 수 있도록 하는 2개 영상을 이용한 물체 표면 형상 및 반사율 정보 획득 시스템을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 조명 소스의 ON/OFF 동작이나 조명의 개폐 동작 없이도 물체 표면 형상 및 반사율 정보의 동시 획득이 가능함에 따라 조명 사용의 제약을 한층 감소시킬 수 있도록 하는 2개 영상을 이용한 물체 표면 형상 및 반사율 정보 획득 시스템을 제공하는 데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 특징에 따르면, 대상물체에 정현파 패턴 구조광(structured-light)을 영사하는 능동조명장치와, 상기 대상물체에 비(非)구조광(unstructured-light)을 조사하는 적어도 하나의 수동조명장치와, 상기 대상물체의 영상을 촬영하는 촬영장치와, 상기 촬영장치에 연결되어 촬영된 영상을 처리하여 표면 형상 및 반사율을 획득하는 형상/반사율 획득장치를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 2개 영상을 이용한 물체 표면 형상 및 반사율 정보 획득 시스템을 제공한다.
이때, 본 발명의 부가적인 특징에 따르면, 상기 형상/반사율 획득장치는 촬영된 영상의 임의의 위치에서의 제1 광도값들을 산출하는 제1 광도값 산출부와, 산출된 제1 광도값들에 대하여 감산처리를 행하는 뺄셈기와, 상기 뺄셈기의 결과에 설정된 값을 적용하여 제2 광도값들을 산출하는 제2 광도값 산출부와, 상기 제2 광도값 산출부의 하나의 제2 광도값에 역수처리를 행하는 역변환부와, 상기 제2 광도값 산출부의 나머지 제2 광도값과 상기 역변환부의 결과값에 대하여 곱셈처리를 행하는 곱셈기와, 상기 곱셈기의 결과를 통해 위상을 복원하고 그 값을 이용하여 대상물체의 형상정보를 획득하는 형상복원부를 포함하여 구성된 형상복원모듈; 및
상기 제1 광도값 산출부로부터 산출된 제1 광도값들에 대하여 가산처리를 행하는 덧셈기와, 상기 덧셈기의 결과로부터 반사율 정보를 획득하는 반사율 획득부를 포함하여 구성된 반사율 획득 모듈로 구성되는 것이 바람직하다.
이때, 본 발명의 부가적인 특징에 따르면, 상기 적어도 하나의 수동조명장치는, 상기 수동조명장치가 1개인 경우에, 상기 능동조명장치의 정현파 패턴 구조광에 대하여 대칭이 되는 각도로 수동조명을 조사할 수 있는 위치에 설치되는 것이 바람직하다.
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.
첨부도면 도 1은 본 발명의 2개 영상을 이용한 물체 표면 형상 및 반사율 정 보 획득 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1의 2개 영상을 이용한 물체 표면 형상 및 반사율 정보 획득 시스템에서 형상/반사율 획득장치의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이며, 도 3은 본 발명의 2개 영상을 이용한 물체 표면 형상 및 반사율 정보 획득 방법을 개략적으로 설명하는 흐름도이고, 도 4는 3개 정현파 위상천이의 각 광도 분포곡선과 각 패턴영상을 나타내는 도면이며, 도 5는 정현파 조명패턴을 대상물체의 표면에 영사하여 카메라로 촬영한 영상을 나타내고, 도 6은 도 5의 영상에서 위상을 복원하기 위해 2개 위치에서 광도값을 취하는 방식을 나타내며, 도 7은 본 발명의 일실시예에 의한 물체 표면 형상 및 반사율 정보 획득 시스템의 개략적인 구성을 나타낸다.
상기 첨부도면 도 1을 참조하면, 대상물체(100)와, 상기 대상물체(100)에 정현파 패턴 구조광(structured-light)을 영사하는 능동조명장치(200)와, 상기 대상물체(100)에 비(非)구조광(unstructured-light)을 조사하는 수동조명장치(300)와, 영상을 획득하는 촬영장치(400) 및 상기 촬영장치(400)에 연결되어 상기 대상물체(100)로부터 표면 형상 및 반사율 정보를 획득하는 형상/반사율 획득장치(500)가 구비된다.
이때, 상기 능동조명장치(200)는 조명소스(light source), 조명패턴, 렌즈, 거울, 프리즘, 필터 등의 적절한 조합을 포함한다.
상기 능동조명장치(200)에서는 도 4에 도시된 바와 같은 정현파 패턴 구조광이 영사되게 되는데, 정현파 패턴은 빔 프로젝터, 격자 슬라이드 등 다양한 종류의 조명 시스템에 의해 생성될 수 있다.
상기 수동조명장치(300)는 비(非)구조광이 상기 대상물체(100)에 조사되게 한다.
이때, 상기 수동조명장치(300)는 적어도 한 개 이상의 수동조명을 능동조명과 다른 방향에서 소정의 각으로 입사시킴으로써, 상기 대상물체(100)의 표면에서 경면반사성분과 기하학적 음영성분에 의한 영향을 최소화시키는 반구면 조명법의 근사적 조명 방식으로 상기 대상물체(100) 표면의 반사율 정보를 정확하게 획득할 수 있다.
여기에서, 상기 수동조명이 하나일 때, 입사되는 소정의 각은 상기 능동조명이 입사되는 각과 대칭이 되는 것이 바람직하다(도면 1 참조).
상기 촬영장치(400)는 카메라, 렌즈, 필터 등의 적절한 조합을 포함하게 된다.
본 발명에서는 능동조명과 수동조명이 상기 능동조명장치(200) 및 수동조명장치(300)로부터 상기 대상물체(100)에 조사되었을 때, 상기 촬영장치(400)로 그 장면을 촬영한다. 이 때 정현파 패턴의 위상 천이를 통해 2개의 영상을 획득한다. 이 동작에 의해 도 5에 도시된 바와 같은 영상이 얻어지며, 상기 형상/반사율 획득장치(500)에서 2개 영상에서의 광도값의 차를 이용하여 영상의 각 지점(픽셀)에서의 위상(phase)을 복원하고 이를 바탕으로 대상 물체의 표면형상을 획득하며, 2개 영상에서의 광도값의 합을 이용하여 대상물체의 반사율을 획득하게 된다.
일반적인 정현파 위상천이 방식에서는 임의의 위치에서의 광도값(
Figure 112005067777328-pat00026
)이 위 상천이에 따라 달라진다.
Figure 112005067777328-pat00027
이 식에서 a, b는 상수, x는 위치좌표,
Figure 112005067777328-pat00028
는 x 위치에서의 위상값,
Figure 112005067777328-pat00029
는 각 위상천이에서의 천이값을 나타낸다. 여기서 3개의 미지수, a, b,
Figure 112005067777328-pat00030
가 있으므로, 위상을 복원하기 위해서는 일반적으로 3개 이상의 식이 필요하다. 즉, 동일 위치에서 얻은 3개 이상의 위상천이 광도 정보가 필요한 것이다.
잘 알려진 3개 위상천이의 위상은 아래 식으로 구할 수 있다.
Figure 112005067777328-pat00031
여기서 3개의 천이값은
Figure 112005067777328-pat00032
이다. 이렇게 해서 일반적으로 3개 이상의 위상천이로 각각의 영상을 얻으면, 이를 통해 각 위치에서의 위상을 복원할 수 있다. 위상을 복원한 뒤에는 적절한 기하학적 보정(geometric calibration)을 통해 물체 표면의 형상 정보를 획득할 수 있다.
본 발명에서는 2개의 영상으로부터 위상을 복원하고, 물체 표면 형상과 반사율 정보를 획득하고자 한다. 우선 충분히 높은 공간주파수(
Figure 112005067777328-pat00033
)를 갖는 정현파 패턴의 능동조명을 사용한다. 상기 정현파 패턴을 상기 대상물체(100)의 표면에 영사한 후 그 장면을 촬영장치(400)으로 촬영한다. 그 뒤, 상기 형상/반사율 획득장치(500)를 통해 상기 대상물체(100) 표면의 형상 및 반사율 정보를 획득한다.
상기 첨부도면 도 2를 참조하여 상기 형상/반사율 획득장치(500)의 구성을 상세히 설명하면, 도면번호 500-1은 형상복원모듈 및 500-2는 반사율획득모듈을 나타낸다.
상기 형상복원모듈(500-1)은 제1 광도값 산출부(510), 뺄셈기(520), 제2 광도값 산출부(530), 역변환부(540), 곱셈기(550) 및 형상복원부(560)을 포함한다.
상기 제1 광도값 산출부(510)는 촬영한 각 영상의 임의의 위치 x에서의 2개의 제1 광도값들을 산출한다.
상기 뺄셈기(520)는 상기 제1 광도값 산출부(510)로부터 전송된 상기 2개의 제1 광도값들에 대하여 감산처리를 행한다.
상기 제2 광도값 산출부(530)는 상기 뺄셈기(520)로부터 전송된 결과에 설정된 값을 적용하여 2개의 제2 광도값들을 산출한다.
상기 역변환부(540)는 상기 제2 광도값 산출부(530)로부터 전송된 하나의 결과에 역수처리를 행한다.
상기 곱셈기(550)는 상기 제2 광도값 산출부(530)로부터 전송된 나머지 하나의 결과와 상기 역변환부(540)로부터 전송된 역수처리된 결과에 대하여 곱셈처리를 행한다.
상기 형상복원부(560)는 상기 곱셈기(550)로부터 전송된 결과에서 얻어진 위상 정보를 이용하여 대상물체의 표면형상을 획득한다.
상기 반사율 획득 모듈(500-2)은 덧셈기(570)와 반사율획득부(590)를 포함한다.
상기 덧셈기(570)는 상기 제1 광도값 산출부(510)로부터 산출된 제1 광도값 들에 대하여 가산처리를 행한다.
상기 반사율 획득부(590)는 상기 덧셈기(570)의 결과로부터 상기 대상물체(100)의 임의의 위치 x에서의 반사율 정보를 획득한다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 의한 2개 영상을 이용한 물체 표면 형상 및 반사율 정보 획득 시스템의 동작을, 첨부한 도 3의 흐름도를 참조하여 설명하고자 한다.
상기 수동조명장치(300)는 비(非)구조광을 상기 대상물체(100)에 조사한다. 동시에, 상기 능동조명장치(200)는 상기 정현파 패턴 구조광을 위상을 달리하여 2회에 걸쳐 상기 대상물체(100)에 영사한다. 그 뒤, 상기 촬영장치(400)는 상기 비구조광 및 상기 정현파 패턴 구조광이 조사된 장면을 촬영한다(S10 단계 참조).
여기에서, 상기 2회의 정현파 구조광 영사 및 촬영에서 정현파 패턴의 위상차는 π인 것이 바람직하다.
그 뒤, 상기 형상/반사율 획득장치(500)의 상기 형상복원모듈(500-1)의 제1 광도값 산출부(510)는 아래의 수학식 1을 기반으로, 촬영한 각 영상의 임의의 위치 x에서의 제1 광도값들을 산출한다(S20 단계 참조).
Figure 112005067777328-pat00034
상기 수학식 1에서 p(x)는 상기 촬영한 영상에서 상기 임의의 위치 x에서의 전체 수동조명에 의한 광도값 증가분을 나타낸다.
상기 수동조명장치(300)는 적어도 하나 이상이므로 상기 p(x)는 하기의 식으 로 표현될 수 있다.
Figure 112005067777328-pat00035
여기에서 수동조명장치(300)의 개수는 M이며 p j (x)는 j번째 수동조명장치(300)에 의한 상기 임의의 위치 x에서의 광도값 증가분을 나타낸다.
상기 2회의 정현파 구조광 영사 및 촬영에서 그 위상차가 π라면 상기 제1 광도값 산출부(510)는 각각
Figure 112005067777328-pat00036
Figure 112005067777328-pat00037
인 제1 광도값들을 얻는다.
여기서 x를
Figure 112005067777328-pat00038
두면 이차원 좌표로 확장이 가능하다.
상기 덧셈기(570)는 상기 S20 단계에서 얻어진 2개의 제1 광도값들에 대하여 가산처리를 행하여 아래의 수학식 2와 같은 값을 산출한다.(S30 단계 참조)
Figure 112005067777328-pat00039
여기서,
Figure 112005067777328-pat00040
,
Figure 112005067777328-pat00041
,
Figure 112005067777328-pat00042
이다.
이때, 수동조명(비구조광)과 능동조명(구조광)의 조도에서,
Figure 112005067777328-pat00043
와
Figure 112005067777328-pat00044
를 같게 설정하면 경면 반사(specular reflection), 기하학적 음영(geometric shading) 및 그림자(shadow) 등의 영향을 효과적으로 감소시킬 수 있어서, 더욱 정확한 물체 표면 고유의 반사율 정보를 획득할 수 있다.
상기 반사율 획득부(590)는 상기 덧셈기(570)의 결과로부터 대상물체의 표면 반사율 정보를 획득한다(S40 단계 참조).
상기 뺄셈기(520)는 제1 광도값 산출부(510)에서 얻어진 2개의 제1 광도값들 중 하나의 값에서 나머지 값을 빼 아래의 수학식 3과 같은 값을 산출한다.(S50 단계 참조)
Figure 112005067777328-pat00045
상기 수학식 3은
Figure 112005067777328-pat00046
에서 각각
Figure 112005067777328-pat00047
으로 정의하여 산출한 식이다.
상기 수학식 3에서 알 수 있듯이 상기 뺄셈기(520)는 무패턴의 조명의 추가 여부 및 추가 개수와 상관없이 위상을 복원할 수 있도록 상기 수동조명장치(300)로 인하여 증가된 전체 광도값
Figure 112005067777328-pat00048
및 그 외의 바이어스 a(x) 를 제거하는 기능을 한다.
상기 제2 광도값 산출부(530)는 뺄셈기(520)에서 산출된 결과값과 상기 수학식 3을 기반으로 상기 임의의 위치 x에서 충분히 작은 일정 변위
Figure 112005067777328-pat00049
만큼 떨어진 위치에서의 광도값을 나타내는 아래의 수학식 4를 산출하고 미리 설정된
Figure 112005067777328-pat00050
값 2개를 적용하여 제2 광도값들을 산출한다(S60 단계 참조).
Figure 112005067777328-pat00051
상기 수학식 4의 산출과정을 자세히 설명하면, x에서 일정 변위
Figure 112005067777328-pat00052
만큼 떨어진 위치를 상기 수학식 3에 적용하면
Figure 112005067777328-pat00053
가 되고,
Figure 112005067777328-pat00054
가 충분히 작은 값이므로 근사(approximation)된 수학식 4가 산출된다. 이때,
Figure 112005067777328-pat00055
이고, 형상(geometry)이나 반사특성(reflectance)이 x에서
Figure 112005067777328-pat00056
까지의 영역에서 급격하게 변하지 않는 것으로 가정한다.
상기 미리 설정된 각
Figure 112005067777328-pat00057
값에 의하여
Figure 112005067777328-pat00058
의 값이 정의되고, 상기
Figure 112005067777328-pat00059
값을 각각
Figure 112005067777328-pat00060
,
Figure 112005067777328-pat00061
로 정하면 아래와 같은 제 2 광도값들을 얻을 수 있다.
Figure 112005067777328-pat00062
Figure 112005067777328-pat00063
즉,
Figure 112005067777328-pat00064
Figure 112005067777328-pat00065
를 얻는다.
상기 두 식으로부터 아래의 수학식 5와 같은 위상복원 등식을 얻을 수 있다:
Figure 112005067777328-pat00066
이 위상복원 등식으로 위상을 쉽게 획득할 수 있으나, 특정 조건을 통해 사용할 수 있는 보다 계산양이 적은 위상복원 등식을 유도하면 다음과 같다.
경우에 따라 정현파 패턴의 공간주파수를 조절할 수 있으므로,
Figure 112005067777328-pat00067
=0, -π/2 일 때, 수학식 4로부터 2개의 광도값
Figure 112005067777328-pat00068
와
Figure 112005067777328-pat00069
Figure 112005067777328-pat00070
를 얻게 된다.
상기 역변환부(540)는 상기 제2 광도값 산출부(530)로부터 전송된 값들 중 하나에 대하여 역수를 취하여 소정의 값을 얻는다(S70 단계 참조).
즉,
Figure 112005067777328-pat00071
를 획득한다.
이때, 임의의 위상차를 갖는 일반적인
Figure 112005067777328-pat00072
값들에 대한 위상복원 등식인 상기 수학식 5를 적용하는 경우에는 상기 제2 광도값 산출부(530)로부터 산출된 상기 2개의 제 2 광도값들에 대하여 가산처리를 행한 후 상기 역변환부(540)을 이용하여 상기 가산처리의 결과값에 대하여 역수값을 얻는다.
상기 곱셈기(550)는 상기 제2 광도값 산출부(530)로부터 전송된 값들 중 나 머지 하나에 상기 역변환부(540)로부터 전송된 하나의 제2 광도값의 역수를 곱하여 아래의 수학식 6과 같은 계산양이 적은 위상복원 등식의 값을 얻어 위상을 복원한다(S80 단계 참조).
이때, 임의의 위상차를 갖는 일반적인
Figure 112005067777328-pat00073
값들에 대한 위상복원 등식인 상기 수학식 5를 적용하는 경우에는 상기 제2 광도값 산출부(530)로부터 산출된 상기 2개의 제 2 광도값들에 대하여 감산처리를 행한 후 상기 곱셈기(550)을 이용하여 상기 감산처리의 결과값 및 상기 역변환부(540)로부터 산출된 상기 2개의 제 2 광도값들에 대한 가산처리의 역수값에 대하여 곱셈값을 얻게되고, 그 곱셈값을 이용하여 위상을 복원한다.
Figure 112005067777328-pat00074
즉,
Figure 112005067777328-pat00075
가 되어 상기 수학식 6이 얻어진다.
그 뒤, 상기 형상복원부(560)는 상기 곱셈기(550)로부터 전송된 결과로부터 위상 정보 얻어 이를 토대로 기하학적 보정을 실시하여 상기 대상물체(100)의 표면형상을 획득한다(S90 단계 참조).
본 발명의 일실시예에 의한 물체 표면 형상 및 반사율 정보 획득 시스템을 도면 7을 참조하여 설명하고자 한다.
상기 일실시예의 물체 표면 형상 및 반사율 정보 획득 시스템은 대상물체 (100), 1개의 능동조명장치(200), 다수개의 수동조명장치들(300), 촬영장치(400) 및 형상/반사율 획득장치(500)로 구성된다.
여기서, 상기 능동조명장치(200)에 의한 정현파 패턴 구조광(structured-light)과 균일한 입체각의 간격으로 고르게 배치된 상기 수동조명장치들(300)에 의한 다수의 비(非)구조광(unstructured-light)들로 인하여 반구명 조명(hemispherical lighting)을 근사적으로 실현한다.
상기 본 발명에 의한 2개 영상을 이용한 물체 표면 형상 및 반사율 정보 획득 시스템 및 방법에 의하면, 상기 능동조명장치(200)의 사용에 따른 물체 표면 형상과 능동조명장치(200) 및 수동조명장치(300)의 사용에 따른 반사율 정보를 시간차를 두지 않고 동시에 얻을 수 있다.
따라서, 조명 소스의 ON/OFF 동작이나 조명의 개폐 동작 없이 상기 능동조명장치(200)의 정현파 패턴 구조광 및 상기 수동조명장치(300)의 비(非)구조광이 동시에 조사된 상태에서 물체 표면 형상 및 반사율 정보의 동시 획득이 가능함에 따라 조명 사용의 제약을 한층 감소시키게 된다.
이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.
예를 들어, 본 발명에서 제안된 위상복원 방식 및 이를 통한 표면형상의 획득은 2개 이상의 정현파 패턴이 중첩된 간섭계에도 역시 적용이 가능하다. 또한, 보다 정확한 위상 및 표면형상 획득을 위해, 조명 구성품 일체, 카메라 구성품 일 체, 대상물체 중 일부의 변이를 통한 2개 이상의 위상 또는 표면형상 데이터를 획득하고, 이를 토대로 보다 정확한 위상 또는 표면형상 획득이 가능하다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 2개 영상을 이용한 물체 표면 형상 및 반사율 정보 획득 시스템 및 방법을 적용하면, ON/OFF 동작이나 개폐 동작의 필요 없이 함께 조사되는 능동조명과 수동조명으로 구성된 조명시스템에 의해 획득한 최소 2개의 영상에서 위상천이를 기반으로 하여 위상복원을 통한 물체 표면 형상 정보 획득 및 물체 표면 반사율 정보 획득을 동시에 할 수 있게 되는 효과가 있다.
또한, 그에 따라, 표면 형상 획득 및 표면 반사율 획득에 소요되는 시간, 비용, 데이터양, 계산양 등을 획기적으로 줄일 수 있게 되는 효과가 있다.
또한, 그에 따라, 고해상도 표면 형상 및 반사율 데이터를 보다 쉽게, 보다 고속으로, 보다 적은 비용으로 구현할 수 있게 되는 효과가 있다.
또한, 그에 따라, 표면 형상 및 반사율 데이터의 활용분야를 넓히는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 대상물체에 정현파 패턴 구조광(structured-light)을 영사하는 능동조명장치와, 상기 대상물체에 비(非)구조광(unstructured-light)을 조사하는 적어도 하나의 수동조명장치와, 상기 대상물체의 영상을 촬영하는 촬영장치와, 상기 촬영장치에 연결되어 촬영된 영상을 처리하여 표면 형상 및 반사율을 획득하는 형상/반사율 획득장치를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 2개 영상을 이용한 물체 표면 형상 및 반사율 정보 획득 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 형상/반사율 획득장치는 촬영된 영상의 임의의 위치에서의 제1 광도값들을 산출하는 제1 광도값 산출부와, 산출된 제1 광도값들에 대하여 감산처리를 행하는 뺄셈기와, 상기 뺄셈기의 결과에 설정된 값을 적용하여 제2 광도값들을 산출하는 제2 광도값 산출부와, 상기 제2 광도값 산출부의 하나의 제2 광도값에 역수처리를 행하는 역변환부와, 상기 제2 광도값 산출부의 나머지 제2 광도값과 상기 역변환부의 결과값에 대하여 곱셈처리를 행하는 곱셈기와, 상기 곱셈기의 결과를 통해 위상을 복원하고 그 값을 이용하여 대상물체의 형상정보를 획득하는 형상복원부를 포함하여 구성된 형상복원모듈; 및
    상기 제1 광도값 산출부로부터 산출된 제1 광도값들에 대하여 가산처리를 행하는 덧셈기와, 상기 덧셈기의 결과로부터 반사율 정보를 획득하는 반사율 획득부를 포함하여 구성된 반사율 획득 모듈; 을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 2개 영상을 이용한 물체 표면 형상 및 반사율 정보 획득 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 수동조명장치는, 상기 수동조명장치가 1개인 경우에, 상기 능동조명장치의 정현파 패턴 구조광에 대하여 대칭이 되는 각도로 수동조명을 조사할 수 있는 위치에 설치되는 것을 특징으로 하는 2개 영상을 이용한 물체 표면 형상 및 반사율 정보 획득 시스템.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
KR1020050112703A 2005-11-24 2005-11-24 2개 영상을 이용한 물체 표면 형상 및 반사율 정보 획득 시스템 KR100752545B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050112703A KR100752545B1 (ko) 2005-11-24 2005-11-24 2개 영상을 이용한 물체 표면 형상 및 반사율 정보 획득 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050112703A KR100752545B1 (ko) 2005-11-24 2005-11-24 2개 영상을 이용한 물체 표면 형상 및 반사율 정보 획득 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20070054784A KR20070054784A (ko) 2007-05-30
KR100752545B1 true KR100752545B1 (ko) 2007-08-29

Family

ID=38276404

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020050112703A KR100752545B1 (ko) 2005-11-24 2005-11-24 2개 영상을 이용한 물체 표면 형상 및 반사율 정보 획득 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100752545B1 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10368053B2 (en) 2012-11-14 2019-07-30 Qualcomm Incorporated Structured light active depth sensing systems combining multiple images to compensate for differences in reflectivity and/or absorption
KR20160100663A (ko) 2015-02-16 2016-08-24 엄태성 활성탄 숯 타일제조방법
US10733473B2 (en) * 2018-09-20 2020-08-04 Uber Technologies Inc. Object verification for a network-based service
US10999299B2 (en) 2018-10-09 2021-05-04 Uber Technologies, Inc. Location-spoofing detection system for a network service

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11108643A (ja) 1997-05-15 1999-04-23 Owens Brockway Glass Container Inc 容器密封面領域検査方法及び装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11108643A (ja) 1997-05-15 1999-04-23 Owens Brockway Glass Container Inc 容器密封面領域検査方法及び装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR20070054784A (ko) 2007-05-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhang Absolute phase retrieval methods for digital fringe projection profilometry: A review
Feng et al. High dynamic range 3D measurements with fringe projection profilometry: a review
US7970177B2 (en) Enhancing stereo depth measurements with projected texture
Lin et al. Review and comparison of high-dynamic range three-dimensional shape measurement techniques
US7274470B2 (en) Optical 3D digitizer with enlarged no-ambiguity zone
JP5043023B2 (ja) 画像処理方法および装置
JP5484133B2 (ja) 鏡面反射物体の３ｄ姿勢を推定する方法
KR20070047309A (ko) 투명한 객체 높이 측정법
Wang et al. A novel and fast three-dimensional measurement technology for the objects surface with non-uniform reflection
JP3690212B2 (ja) ３次元形状計測方法
KR100752545B1 (ko) 2개 영상을 이용한 물체 표면 형상 및 반사율 정보 획득 시스템
WO2018219442A1 (en) Deriving topology information of a scene
Suresh et al. PMENet: phase map enhancement for Fourier transform profilometry using deep learning
Pei et al. Profile measurement of non-Lambertian surfaces by integrating fringe projection profilometry with near-field photometric stereo
KR100585270B1 (ko) 2개 영상을 이용한 물체 표면 형상 및 컬러 정보 획득시스템 및 방법
JP5441752B2 (ja) 環境内の３ｄ物体の３ｄ姿勢を推定する方法及び装置
KR100585272B1 (ko) 단색 정현파 위상천이 기반 2개 영상을 이용한 거리영상 획득 장치 및 방법
KR100714821B1 (ko) 단일영상을 이용한 거리영상 획득방법
KR101555027B1 (ko) 3차원 형상 측정 장치 및 방법
Hahn et al. Digital Hammurabi: design and development of a 3D scanner for cuneiform tablets
Sitnik et al. Processing paths from integrating multimodal 3D measurement of shape, color and BRDF
Talebi et al. Binary code pattern unwrapping technique in fringe projection method
Ziebarth et al. Modeling the unified measurement uncertainty of deflectometric and plenoptic 3-D sensors
Bae et al. 3-D reconstruction of human face using the derivative moiré topography
CA2475391C (en) Optical 3d digitizer with enlarged non-ambiguity zone

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20101228

Year of fee payment: 4

LAPS Lapse due to unpaid annual fee