KR100767621B1 - 레이저 스캐너의 스캔 면적 산출장치 및 그 방법 - Google Patents

레이저 스캐너의 스캔 면적 산출장치 및 그 방법 Download PDF

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KR100767621B1
KR100767621B1 KR1020070025991A KR20070025991A KR100767621B1 KR 100767621 B1 KR100767621 B1 KR 100767621B1 KR 1020070025991 A KR1020070025991 A KR 1020070025991A KR 20070025991 A KR20070025991 A KR 20070025991A KR 100767621 B1 KR100767621 B1 KR 100767621B1
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황해령
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Abstract

본 발명은 레이저 스캐너의 스캔 면적 산출장치 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 피스캔물(1)에 부착되어 피스캔물(3)의 3차원 위치정보인 좌표값을 출력하는 피스캔물 위치센서(100); 피스캔물(1)의 피부 각 위치에 레이저광을 조사하는 레이저 스캐너(200); 레이저 스캐너(200)에 부착되어, 레이저 스캐너(200)의 3차원 위치정보인 좌표값을 출력하는 스캐너 위치센서(300); 및 피스캔물 위치센서(100) 및 스캐너 위치센서(300)의 3차원 좌표값을 토대로, 스캔되는 평면 또는 곡면 영역인 3차원 닫힌 면의 외곽선을 표시함과 동시에 그 닫힌 면의 영역을 다수개의 삼각형 또는 사각형으로 나눈 후 각 도형의 면적을 구하고, 이후 그 각 도형의 면적을 모두 합산한 스캔 영역의 면적을 시술자에게 디스플레이하는 컴퓨터(400)로 구성된 것을 특징으로 하며, 이러한 본 발명에 의하면 레이저 스캐너에 부착된 위치센서와 피스캔물의 기준점에 부착된 위치센서를 통해 3차원 좌표값을 획득한 후, 그 3차원 좌표값을 토대로 피스캔물의 스캔 영역의 면적을 산출하여 시술자에게 디스플레이시켜줌으로써, 시술자로 하여금 스캔 영역의 면적을 실시간으로 확인하면서 스캔하도록 해주어 시술자 및 피시술자에게 신뢰성을 높여주는 효과가 있다.
레이저 스캐너, 레이저광, 위치 센서, 스캔 면적산출, 3차원 좌표,

Description

레이저 스캐너의 스캔 면적 산출장치 및 그 방법{Computation System of Scan Area for Laser Scanner and Method thereof}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 스캐너의 스캔 면적 산출장치의 구성을 나타낸 정면도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 스캐너의 스캔 면적 산출방법을 나타낸 동작 플로우챠트,
도 3은 도 2에 따른 레이저 스캐너의 스캔 면적 산출방법을 설명하기 위한 참조도면,
도 4는 본 발명의 이 실시예에 따른 레이저 스캐너의 스캔 면적 산출방법을 나타낸 동작 플로우챠트,
도 5는 도 4에 따른 레이저 스캐너의 스캔 면적 산출방법을 설명하기 위한 참조도면,
도 6은 본 발명의 삼 실시예에 따른 레이저 스캐너의 스캔 면적 산출방법을 나타낸 동작 플로우챠트,
도 7은 도 6에 따른 레이저 스캐너의 스캔 면적 산출방법을 설명하기 위한 참조도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 피스캔물 위치센서 200 : 레이저 스캐너
300 : 스캐너 위치센서 400 : 컴퓨터
본 발명은 레이저 스캐너(Laser Scaner)의 스캔(Scan) 면적 산출장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 레이저 스캐너에 부착된 위치센서와 피스캔물의 기준점에 부착된 위치센서를 통해 3차원 좌표값을 획득한 후, 그 3차원 좌표값을 토대로 피스캔물의 스캔 영역의 면적을 산출하여 시술자에게 디스플레이(Display)시켜주는 레이저 스캐너의 스캔 면적 산출장치 및 그 방법에 관한 것이다.
주지하다시피, 의료용 레이저 스캐너는 주로 피부과에서 사용되던 의료기기로서, 점차 의료계의 다른 분야로 이용분야가 확대되고 있는 추세이다. 이때, 상술한 바와 같은 의료용 레이저 스캐너를 통해 시술자가 시술을 진행하는 경우, 피부에 조사되는 레이저광의 직경이 수 um 정도로 작아, 시술자는 피부에 조사된 레이저 영역을 육안으로 확인할 수 없었다.
특히, 스캔 대상자의 피부는 평면이 아니고 곡면으로 이루어져 있을 뿐만 아니라, 레이저가 조사되는 면의 모양이 피조사자와 치료 조건에 따라 외곽선이 달라지기 때문에, 레이저 에너지의 조사면적을 산출하기가 어렵고, 이로 인해 스캔하고자 하는 영역에 레이저 에너지를 시술자의 의지대로 분포시킬 수 없었다.
이러한 상황 가운데, 종래에 개발되어 사용되고 있는 레이저 스캐너 장치들은 조사된 레이저의 총 에너지에 대해서는 표시할 수 있지만, 레이저가 조사되는 부분의 면적은 알 수 없어 정확한 단위 면적당 레이저 에너지를 파악할 수 없는 문제점이 있었고, 이로 인해 시술자 입장에서는 레이저 시술시 스캔할 지역의 넓이를 육안으로 확인하거나 격자를 부착하여 스캔 영역에 해당되는 격자의 수를 세는 방법으로 면적을 측정할수밖에 없는 실정이었다.
하지만, 상술한 종래 레이저 스캔 방법에 의하면, 레이저 스캐너를 통해 시술을 진행할 때, 정확한 데이터에 근거한 시술이 아니라 시술자의 숙련도에 의지해야 하기 때문에 정확성이 떨어지고 안전성이 취약한 단점이 있었고, 시술시간이 오래 걸릴 뿐만 아니라 시술 후처리에 많은 에너지와 시간이 낭비되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 레이저 스캐너에 부착된 위치센서와 피스캔물의 기준점에 부착된 위치센서를 통해 3차원 좌표값을 획득한 후, 그 3차원 좌표값을 토대로 피스캔물의 스캔 영역의 면적을 산출하여 시술자에게 디스플레이시켜줌으로써, 시술자로 하여금 스캔 영역의 면적을 실시간으로 확인하면서 스캔하도록 해주어 시술자 및 피시술자에게 신뢰성을 높여주기 위한 레이저 스캐너의 스캔 면적 산출장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적으로는, 스캔 면적 산출을 위한 장치 구조가 간단하여 제조단가를 절감할 수 있으며, 시술자와 피시술자에게 편리성을 제공할 뿐만 아니라, 이로 인해 시술시간의 낭비 및 시술 후처리의 에너지낭비를 없애주기 위한 레이저 스캔 에너지분포 측정장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명 레이저 스캐너의 스캔 면적 산출장치는, 피스캔물의 기준점에 부착되어 피스캔물의 3차원 위치정보인 좌표값을 출력하는 피스캔물 위치센서;
피스캔물의 피부 각 위치에 레이저광을 조사하는 레이저 스캐너;
상기 레이저 스캐너에 부착되어, 상기 레이저 스캐너의 3차원 위치정보인 좌표값을 출력하는 스캐너 위치센서; 및
상기 레이저 스캐너를 통해 스캔이 진행될 때, 상기 피스캔물 위치센서 및 상기 스캐너 위치센서로부터 각각의 3차원 좌표값을 입력받으면, 그 3차원 좌표값을 이용해 스캔되는 평면 또는 곡면 영역인 3차원 닫힌 면의 외곽선을 표시함과 동 시에 그 닫힌 면의 영역을 다수개의 삼각형 또는 사각형으로 나눈 후 각 도형의 면적을 구하고, 이후 그 각 도형의 면적을 모두 합산한 스캔 영역의 면적을 시술자에게 디스플레이하는 컴퓨터로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명 레이저 스캐너의 스캔 면적 산출방법은, 피스캔물의 기준점에 부착된 피스캔물 위치센서, 피스캔물에 레이저광을 조사하는 레이저 스캐너, 상기 레이저 스캐너에 부착된 스캐너 위치센서, 및 컴퓨터로 구성된 레이저 스캐너의 스캔 면적 산출장치를 이용한 레이저 스캐너의 스캔 면적 산출방법에 있어서,
상기 컴퓨터가 상기 피스캔물 위치센서로부터 피스캔물의 3차원 좌표값을 입력받음과 동시에 상기 스캐너 위치센서로부터 상기 레이저 스캐너의 3차원 좌표값을 입력받는 제 101 단계;
상기 컴퓨터가 각 3차원 좌표값을 토대로 스캔하고자하는 영역의 외곽을 따라 3차원 닫힌 공간의 외곽선(K)을 표시하는 제 102 단계;
상기 컴퓨터가 3차원 닫힌 면의 내부에 임의로 정한 한 점(P)과 외곽선을 n등분한 각 점(Q, R, S, T, ...)을 연결하여 다수개의 삼각형으로 근사하여 표시하는 제 103 단계;
상기 컴퓨터가 상기 피스캔물 위치센서 및 스캐너 위치센서로부터 입력받은 각 3차원 좌표값을 이용해 각 삼각형(ΔPQR, ΔPRS, ...)의 꼭지점 좌표를 구한 후, 이를 이용해 각 삼각형(ΔPQR, ΔPRS, ...)의 면적을 각각 구하여 합산하는 제 104 단계; 및
상기 컴퓨터가 그 합산한 스캔 영역의 면적을 시술자에게 디스플레이하는 제 105 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명 레이저 스캐너의 스캔 면적 산출방법은, 피스캔물의 기준점에 부착된 피스캔물 위치센서, 피스캔물에 레이저광을 조사하는 레이저 스캐너, 상기 레이저 스캐너에 부착된 스캐너 위치센서, 및 컴퓨터로 구성된 레이저 스캐너의 스캔 면적 산출장치를 이용한 레이저 스캐너의 스캔 면적 산출방법에 있어서,
상기 컴퓨터가 상기 피스캔물 위치센서로부터 피스캔물의 3차원 좌표값을 입력받음과 동시에 상기 스캐너 위치센서로부터 상기 레이저 스캐너의 3차원 좌표값을 입력받는 제 201 단계;
상기 컴퓨터가 각 3차원 좌표값을 토대로 스캔하고자하는 곡면의 외곽을 따라 3차원 닫힌 공간의 외곽선(K0)을 표시하는 제 202 단계;
상기 컴퓨터가 측정 면의 외곽선(K0) 위에서 시작하는 나란한 곡선들(K1, K2, K3, ...)을 일정한 간격으로 전 영역에 걸쳐 그리는 제 203 단계;
상기 컴퓨터가 측정 면의 외곽선(K0)과 상기 곡선들(K1, K2, K3, ...)이 만나는 점(P, R, ...)들을 연결하고, 그 점들을 시작으로 일정 거리만큼 떨어진 점들을 (T, S, U, V, ...)을 정한 후 이를 각각 연결하여 다수개의 사각형(□QRST, □STUV, ...) 및 삼각형(ΔPQR, ...)의 꼭지점 좌표를 구하며, 이를 이용해 각 사각형(□QRST, □STUV, ...) 및 삼각형(ΔPQR, ...)의 면적을 각각 구하여 합산하는 제 204 단계; 및
상기 컴퓨터가 그 합산한 스캔 영역의 면적을 시술자에게 디스플레이하는 제 205 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명 레이저 스캐너의 스캔 면적 산출방법은, 피스캔물의 기준점에 부착된 피스캔물 위치센서, 피스캔물에 레이저광을 조사하는 레이저 스캐너, 상기 레이저 스캐너에 부착된 스캐너 위치센서, 및 컴퓨터로 구성된 레이저 스캐너의 스캔 면적 산출장치를 이용한 레이저 스캐너의 스캔 면적 산출방법에 있어서,
상기 컴퓨터가 상기 피스캔물 위치센서로부터 피스캔물의 3차원 좌표값을 입력받음과 동시에 상기 스캐너 위치센서로부터 상기 레이저 스캐너의 3차원 좌표값을 입력받는 제 301 단계;
상기 컴퓨터가 각 3차원 좌표값을 토대로 스캔하고자하는 곡면의 외곽을 따라 3차원 닫힌 공간의 외곽선(K0)을 표시하는 제 302 단계;
상기 컴퓨터가 측정 면 위에 수평방향으로 나란한 곡선들(K1, K2, K3, ...)과 수직방향으로 나란한 곡선들(L1, L2, L3, ...)을 그리는 제 303 단계;
상기 컴퓨터가 상기 수평곡선들(K1, K2, K3, ...)과 수직곡선들(L1, L2, L3, ...)이 교차하는 점들(P, Q, R, S, T, U, V, ...)로 형성된 다수의 사각형(□QRST, □STUV, ...) 및 삼각형(ΔPQR, ...)의 꼭지점 좌표를 구한 후, 이를 이용해 각 사각형(□QRST, □STUV, ...) 및 삼각형(ΔPQR, ...)의 면적을 각각 구하여 합산하는 제 304 단계; 및
상기 컴퓨터가 그 합산한 스캔 영역의 면적을 시술자에게 디스플레이하는 제 305 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 의한 레이저 스캐너의 스캔 면적 산출장치 및 그 방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 스캐너의 스캔 면적 산출장치의 구성을 나타낸 도면으로서, 이는 피스캔물 위치센서(100), 레이저 스캐너(200), 스캐너 위치센서(300) 및 컴퓨터(Computer)(400)로 구성되어 있다.
이때, 상기 피스캔물 위치센서(100)는 도 1과 같이 피스캔물(1)의 기준점에 부착되어, 피스캔물(1)의 3차원 위치정보인 좌표값을 상기 컴퓨터(400)로 출력하는 역할을 한다.
또한, 상기 레이저 스캐너(200)는 시술자의 시술동작에 따라 피스캔물(1)의 피부 각 위치에 레이저광을 조사하는 역할을 한다.
한편, 상기 스캐너 위치센서(300)는 상기 레이저 스캐너(200)에 부착되어, 상기 레이저 스캐너(200)의 3차원 위치정보인 좌표값을 상기 컴퓨터(400)로 출력하는 역할을 한다.
또한, 상기 컴퓨터(400)는 상기 레이저 스캐너(200)를 통해 스캔이 진행될 때, 상기 피스캔물 위치센서(100) 및 상기 스캐너 위치센서(300)로부터 각각의 3차원 좌표값을 입력받으면, 그 3차원 좌표값을 이용해 스캔되는 평면 또는 곡면 영역인 3차원 닫힌 면의 외곽선을 표시함과 동시에 그 닫힌 면의 영역을 다수개의 삼각형 또는 사각형으로 나눈 후 각 도형의 면적을 구하고, 이후 그 각 도형의 면적을 모두 합산한 스캔 영역의 면적을 시술자에게 디스플레이하는 역할을 한다.
이때, 상기 컴퓨터(400)가 스캔 영역이 작고 평면일 경우의 면적을 산출하는 방식은 상기 피스캔물 위치센서(100) 및 상기 스캐너 위치센서(300)로부터 입력받은 각각의 3차원 좌표값을 토대로, 스캔하고자하는 영역의 외곽을 따라 3차원 닫힌 공간의 외곽선(K)을 표시하고, 그 닫힌 면의 내부에 임의로 정한 한 점(P)과 외곽선을 n등분한 각 점(Q, R, S, T, ...)을 연결하여 다수개의 삼각형으로 근사하여 표시하며, 이후 각 삼각형(ΔPQR, ΔPRS, ...)의 면적을 각각 구하여 합산하는 방식으로 산출한다.
한편, 스캔 영역이 크고 곡면일 경우에는 상기 컴퓨터(400)가 상기 피스캔물 위치센서(100) 및 상기 스캐너 위치센서(300)로부터 입력받은 각각의 3차원 좌표값을 토대로, 스캔하고자하는 곡면의 외곽을 따라 3차원 닫힌 공간의 외곽선(K0)을 표시하고, 측정 면 위에 수평방향으로 나란한 곡선들(K1, K2, K3, ...)과 수직방향으로 나란한 곡선들(L1, L2, L3, ...)을 그린 후, 수직과 수평선이 교차하는 다수의 사각형 및 삼각형으로 근사 된 면적을 각각 구하여 합산하는 방식으로 산출한다.
그러면, 상기와 같은 구성을 가지는 장치를 이용한 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 스캐너의 스캔 면적 산출방법, 즉 스캔 영역이 작고 평면일 경우의 스캔 면적 산출방법에 대해 도 2 및 도 3을 참조하여 설명하기로 한다.
먼저, 상기 컴퓨터(400)는 상기 피스캔물 위치센서(100)로부터 피스캔물(1) 의 3차원 좌표값을 입력받음과 동시에 상기 스캐너 위치센서(300)로부터 상기 레이저 스캐너(200)의 3차원 좌표값을 입력받는다(S101).
그런 후, 상기 컴퓨터(400)는 각 3차원 좌표값을 토대로, 도 3과 같이 스캔하고자하는 영역의 외곽을 따라 3차원 닫힌 공간의 외곽선(K)을 표시한다(S102).
또한, 상기 컴퓨터(400)는 도 3과 같이, 3차원 닫힌 면의 내부에 임의로 정한 한 점(P)과 외곽선을 n등분한 각 점(Q, R, S, T, ...)을 연결하여 다수개의 삼각형으로 근사하여 표시한다(S103). 이때, 외곽선(K) 위의 점의 수가 많고, 이웃한 두 점간의 거리를 작게 하면 할수록 정확한 면적을 산출할 수 있다.
이어서, 상기 컴퓨터(400)는 상기 피스캔물 위치센서(100) 및 스캐너 위치센서(300)로부터 입력받은 각 3차원 좌표값(즉, 3차원 닫힌 면의 내부에 임의로 정한 한 점(P)과 외곽선을 n등분한 각 점(Q, R, S, T, ...))으로부터 각 삼각형(ΔPQR, ΔPRS, ...)의 꼭지점 좌표를 구한 후, 이를 이용해 각 삼각형(ΔPQR, ΔPRS, ...)의 면적을 각각 구하여 합산한다(S104).
이때, 상기 제 104 단계(S104)에서 상기 컴퓨터(400)가 각 삼각형(ΔPQR, ΔPRS, ...)의 면적을 산출하는 방법은 각각의 좌표가 P(x0, y0, z0), Q(x1, y1, z1), R(x2, y2, z2)인 ΔPQR의 면적 산출을 가정할 때, ΔPQR의 면적은
Figure 112007021349741-pat00001
와
Figure 112007021349741-pat00002
벡터의 외적 벡터
Figure 112007021349741-pat00003
의 노음의 반으로 구할 수 있는 한편, 두 벡터
Figure 112007021349741-pat00004
의 외적 벡터와 그 노음은 하기의 [수학식 1]과 같이 표현되므로, 하기의 [수학식 2]을 이용하여 산출가능하다.
Figure 112007021349741-pat00005
,
Figure 112007021349741-pat00006
Figure 112007021349741-pat00007
단,
Figure 112007021349741-pat00008
이때, 상기 [수학식 2]는 삼각형 ΔPQR의 면적 산출에 적용한 것으로, 얼마든지 스캔 영역 내의 삼각형들(ΔPRS, ...)의 면적 산출에 이용 가능하다.
그런 후, 상기 컴퓨터(400)는 그 합산한 스캔 영역의 면적을 시술자에게 디스플레이한다(S105). 따라서, 시술자는 레이저 스캔 시술시 스캔 영역의 면적을 실시간으로 확인하면서 스캔할 수 있게 되는 것이다.
한편, 하기에서는 본 발명의 이 실시예에 따른 레이저 스캐너의 스캔 면적 산출방법, 즉 스캔 영역이 크고 곡면일 경우의 스캔 면적 산출방법에 대해 도 4 및 도 5를 참조하여 설명하기로 한다.
먼저, 상기 컴퓨터(400)는 상기 피스캔물 위치센서(100)로부터 피스캔물(1)의 3차원 좌표값을 입력받음과 동시에 상기 스캐너 위치센서(300)로부터 상기 레이저 스캐너(200)의 3차원 좌표값을 입력받는다(S201).
그런 후, 상기 컴퓨터(400)는 각 3차원 좌표값을 토대로, 도 5와 같이 스캔하고자하는 영역의 외곽을 따라 3차원 닫힌 공간의 외곽선(K0)을 표시한다(S202).
또한, 상기 컴퓨터(400)는 도 5와 같이, 측정 면의 외곽선(K0) 위에서 시작하는 나란한 곡선들(K1, K2, K3, ...)을 일정한 간격으로 전 영역에 걸쳐 그린다(S203).
이어서, 상기 컴퓨터(400)는 도 5와 같이, 측정 면의 외곽선(K0)과 상기 곡선들(K1, K2, K3, ...)이 만나는 점(P, R, ...)들을 연결하고, 그 점들을 시작으로 일정 거리만큼 떨어진 점들을 (T, S, U, V, ...)을 정한 후 이를 각각 연결하여 다수개의 사각형(□QRST, □STUV, ...) 및 삼각형(ΔPQR, ...)의 꼭지점 좌표를 구하며, 이를 이용해 각 사각형(□QRST, □STUV, ...) 및 삼각형(ΔPQR, ...)의 면적을 각각 구하여 합산한다(S204).
이때, 상기 제 204 단계(S204)에서 상기 컴퓨터(400)가 다수개의 사각형(□QRST, □STUV, ...) 및 삼각형(ΔPQR, ...)의 면적을 산출하는 방법에 대해 도 5를 참조하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 컴퓨터(400)는 스캔 영역의 외곽선(K0) 위에서 시작하는 나란한 두 곡선(K2, K3)이 외곽선(K0)와 만나 시작하는 점을 P, R이라 하고 R에서 K3에 수선을 올려 K2와 곡면의 내부에서 만나는 점을 Q라 가정할 때,
(ⅰ) 점 Q, R에서 미리 정한 임의의 거리(d) 만큼 떨어진 T, S점을 찾고, 사각형 □QRST의 면적을 구하는 단계;
(ⅱ) 점 P와 Q가 다르다면 삼각형 ΔPQR의 면적을 상기 [수학식 2]를 이용하여 구하는 단계;
(ⅲ) 점 Q, R에서 외곽선(K0)까지의 거리가 임의의 거리(d)보다 작은 경우, 점 T, S를 곡선 K2 및 K0와의 교점으로 찾고, 사각형 □QRST의 면적을 구하는 단계; 및
(ⅳ) 만일 점 Q나 R이 외곽선(K0) 위에 있다면 상기 (ⅱ)인 경우로 (ⅱ)과정을 진행하는 단계를 모든 스캔 영역의 각 사각형(□QRST, □STUV, ...) 및 삼각형(ΔPQR, ...)의 조건에 맞춰 적절히 적용하여 면적을 구하면 된다.
이때, 상기 (ⅰ)단계에서 상기 컴퓨터(400)가 사각형 □QRST의 면적을 구하는 방법은 4점이 같은 평면에 있지 않으므로, 점 Q, S를 잇는 대각선을 그어 2개의 삼각형(ΔQRS, ΔQTS)으로 나눈 후 각각의 면적을 구하여 합산하는 방식을 사용한다. 여기서, 상기 2개의 삼각형(ΔQRS, ΔQTS)의 면적은 상기 [수학식 2]를 이용하여 구할 수 있다.
그런 후, 상기 컴퓨터(400)는 상기의 과정을 통해 구해진 각 사각형(□QRST, □STUV, ...) 및 삼각형(ΔPQR, ...)의 면적의 합을 시술자에게 디스플레이한다(S205). 따라서, 시술자는 레이저 스캔 시술시 스캔 영역의 면적을 실시간으로 확인하면서 스캔할 수 있게 되는 것이다.
한편, 하기에서는 본 발명의 삼 실시예에 따른 레이저 스캐너의 스캔 면적 산출방법, 즉 스캔 영역이 크고 곡면일 경우의 스캔 면적 산출방법에 대해 도 6 및 도 7을 참조하여 설명하기로 한다.
먼저, 상기 컴퓨터(400)는 상기 피스캔물 위치센서(100)로부터 피스캔물(1)의 3차원 좌표값을 입력받음과 동시에 상기 스캐너 위치센서(300)로부터 상기 레이저 스캐너(200)의 3차원 좌표값을 입력받는다(S301).
그런 후, 상기 컴퓨터(400)는 각 3차원 좌표값을 토대로, 도 7과 같이 스캔하고자하는 영역의 외곽을 따라 3차원 닫힌 공간의 외곽선(K0)을 표시한다(S302).
또한, 상기 컴퓨터(400)는 도 7과 같이 측정 면 위에 수평방향으로 나란한 곡선들(K1, K2, K3, ...)과 수직방향으로 나란한 곡선들(L1, L2, L3, ...)을 그린다(S303).
이어서, 상기 컴퓨터(400)는 도 7과 같이 상기 수평곡선들(K1, K2, K3, ...)과 수직곡선들(L1, L2, L3, ...)이 교차하는 점들(P, Q, R, S, T, U, V, ...)로 형성된 다수의 사각형(□QRST, □STUV, ...) 및 삼각형(ΔPQR, ...)의 꼭지점 좌표를 구한 후, 이를 이용해 각 사각형(□QRST, □STUV, ...) 및 삼각형(ΔPQR, ...)의 면적을 각각 구하여 합산한다(S304).
이때, 상기 제 304 단계(S304)에서 상기 컴퓨터(400)가 다수개의 사각형(□QRST, □STUV, ...) 및 삼각형(ΔPQR, ...)의 면적을 산출하는 방법에 대해 도 7을 참조하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 컴퓨터(400)는 수평방향으로 이웃한 두 곡선(K2, K3)과 수직방향으로 이웃한 두 곡선(L1, L2)이 만나는 점을 각각 Q, S, V, T라 가정할 때,
(ⅰ) 점 Q, S, V, T가 모두 곡면의 내부 또는 외곽선(K0) 위에 존재하면 사각형 □QRST의 면적을 구하는 단계;
(ⅱ) 점 Q와 R은 곡면의 내부 또는 외곽선(K0) 위에 있지만 점 T(또는 Q)가 외부에 있는 경우, 점 T(또는 Q)는 곡선 K2(또는 K3)와 외곽선(K0)의 교점으로 잡고, 사각형 □QRST의 면적을 구하는 단계;
(ⅲ) 점 Q, R에서 왼쪽으로 외곽선(K0)까지의 면적도 상기 (ⅱ)단계와 같은 방법으로 곡선 K2, K3와 외곽선(K0)의 교점을 구하여 사각형 □QRST의 면적을 구하는 단계;
(ⅳ) 만일 점 R, S, V, W 등이 수평방향의 곡선 중에서 가장 낮은 곳에 위치한 곡선 K3와 수직방향 곡선들과의 교점이라면 수직과 수평방향을 반대로 적용하여 상기 (ⅱ)와 (ⅲ)의 과정을 되풀이하는 단계;
(ⅴ) 점 S와 같은 점에 대해서는 곡선 K3와 외곽선(K0)의 교점 R, 곡선 L2와 외곽선(K0)의 교점 Y를 구하여 삼각형 ΔSRY를 계산하는 단계를 모든 스캔 영역의 각 사각형(□QRST, □STUV, ...) 및 삼각형(ΔPQR, ...)의 조건에 맞춰 적절히 적 용하여 면적을 구하면 된다.
이때, 상기 (ⅰ)단계에서 상기 컴퓨터(400)가 사각형 □QRST의 면적을 구하는 방법은 4점이 같은 평면에 있지 않으므로, 점 Q, R을 잇는 대각선을 그어 2개의 삼각형(ΔQRS, ΔQTS)으로 나눈 후 각각의 면적을 구하여 합산하는 방식을 사용한다. 여기서, 상기 2개의 삼각형(ΔQRS, ΔQTS)을 포함한 모든 스캔 영역에 포함된 삼각형은 상기 [수학식 2]를 이용하여 구할 수 있다.
그런 후, 상기 컴퓨터(400)는 상기의 과정을 통해 구해진 각 사각형(□QRST, □STUV, ...) 및 삼각형(ΔPQR, ...)의 면적의 합을 시술자에게 디스플레이한다(S305). 따라서, 시술자는 레이저 스캔 시술시 스캔 영역의 면적을 실시간으로 확인하면서 스캔할 수 있게 되는 것이다.
이상에서 몇 가지의 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것이 아니고 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의한 레이저 스캐너의 스캔 면적 산출장치 및 그 방법에 의하면, 레이저 스캐너에 부착된 위치센서와 피스캔물의 기준점에 부착 된 위치센서를 통해 3차원 좌표값을 획득한 후, 그 3차원 좌표값을 토대로 피스캔물의 스캔 영역의 면적을 산출하여 시술자에게 디스플레이시켜줌으로써, 시술자로 하여금 스캔 영역의 면적을 실시간으로 확인하면서 스캔하도록 해주어 시술자 및 피시술자에게 신뢰성을 높여주는 뛰어난 효과가 있다.

Claims (12)

  1. 피스캔물의 기준점에 부착되어 피스캔물의 3차원 위치정보인 좌표값을 출력하는 피스캔물 위치센서;
    피스캔물의 피부 각 위치에 레이저광을 조사하는 레이저 스캐너;
    상기 레이저 스캐너에 부착되어, 상기 레이저 스캐너의 3차원 위치정보인 좌표값을 출력하는 스캐너 위치센서; 및
    상기 레이저 스캐너를 통해 스캔이 진행될 때, 상기 피스캔물 위치센서 및 상기 스캐너 위치센서로부터 각각의 3차원 좌표값을 입력받으면, 그 3차원 좌표값을 이용해 스캔되는 평면 또는 곡면 영역인 3차원 닫힌 면의 외곽선을 표시함과 동시에 그 닫힌 면의 영역을 다수개의 삼각형 또는 사각형으로 나눈 후 각 도형의 면적을 구하고, 이후 그 각 도형의 면적을 모두 합산한 스캔 영역의 면적을 시술자에게 디스플레이하는 컴퓨터로 구성된 것을 특징으로 하는 레이저 스캐너의 스캔 면적 산출장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 컴퓨터가 스캔 영역이 작고 평면일 경우의 면적을 산출하는 방식은, 상기 피스캔물 위치센서 및 상기 스캐너 위치센서로부터 입력받은 각각의 3차원 좌표값을 토대로, 스캔하고자하는 영역의 외곽을 따라 3차원 닫힌 공간의 외곽선(K)을 표시하고, 그 닫힌 면의 내부에 임의로 정한 한 점(P)과 외곽선을 n(n: 2이상의 자연수)등분한 각 점(Q, R, S, T, ...)을 연결하여 다수개의 삼각형으로 근사하여 표시하며, 이후 각 삼각형(ΔPQR, ΔPRS, ...)의 면적을 각각 구하여 합산하는 방식으로 산출가능함을 특징으로 하는 레이저 스캐너의 스캔 면적 산출장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 컴퓨터가 스캔 영역이 크고 곡면일 경우의 면적을 산출하는 방식은, 상기 피스캔물 위치센서 및 상기 스캐너 위치센서로부터 입력받은 각각의 3차원 좌표값을 토대로, 스캔하고자하는 곡면의 외곽을 따라 3차원 닫힌 공간의 외곽선(K0)을 표시하고, 측정 면 위에 수평방향으로 나란한 곡선들(K1, K2, K3, ...)과 수직방향으로 나란한 곡선들(L1, L2, L3, ...)을 그린 후, 수직과 수평선이 교차하는 다수의 사각형 및 삼각형으로 근사 된 면적을 각각 구하여 합산하는 방식으로 산출가능함을 특징으로 하는 레이저 스캐너의 스캔 면적 산출장치.
  4. 피스캔물의 기준점에 부착된 피스캔물 위치센서, 피스캔물에 레이저광을 조사하는 레이저 스캐너, 상기 레이저 스캐너에 부착된 스캐너 위치센서, 및 컴퓨터로 구성된 레이저 스캐너의 스캔 면적 산출장치를 이용한 레이저 스캐너의 스캔 면적 산출방법에 있어서,
    상기 컴퓨터가 상기 피스캔물 위치센서로부터 피스캔물의 3차원 좌표값을 입력받음과 동시에 상기 스캐너 위치센서로부터 상기 레이저 스캐너의 3차원 좌표값을 입력받는 제 101 단계;
    상기 컴퓨터가 각 3차원 좌표값을 토대로 스캔하고자하는 영역의 외곽을 따라 3차원 닫힌 공간의 외곽선(K)을 표시하는 제 102 단계;
    상기 컴퓨터가 3차원 닫힌 면의 내부에 임의로 정한 한 점(P)과 외곽선을 n(n: 2이상의 자연수)등분한 각 점(Q, R, S, T, ...)을 연결하여 다수개의 삼각형으로 근사하여 표시하는 제 103 단계;
    상기 컴퓨터가 상기 피스캔물 위치센서 및 스캐너 위치센서로부터 입력받은 각 3차원 좌표값을 이용해 각 삼각형(ΔPQR, ΔPRS, ...)의 꼭지점 좌표를 구한 후, 이를 이용해 각 삼각형(ΔPQR, ΔPRS, ...)의 면적을 각각 구하여 합산하는 제 104 단계; 및
    상기 컴퓨터가 그 합산한 스캔 영역의 면적을 시술자에게 디스플레이하는 제 105 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 레이저 스캐너의 스캔 면적 산출방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제 104 단계에서 상기 컴퓨터가 각 삼각형(ΔPQR, ΔPRS, ...)의 면적을 산출하는 방법은, 각각의 좌표가 P(x0, y0, z0), Q(x1, y1, z1), R(x2, y2, z2)인 ΔPQR의 면적 산출을 가정할 때, ΔPQR의 면적은 하기의 [수학식 1] 및 [수학식 2]에 의한 "
    Figure 112007053070556-pat00009
    와
    Figure 112007053070556-pat00010
    의 외적 벡터
    Figure 112007053070556-pat00011
    의 노음의 반"을 이용하여 산출가능함을 특징으로 하는 레이저 스캐너의 스캔 면적 산출장치.
    [수학식 1]
    Figure 112007053070556-pat00013
    ,
    Figure 112007053070556-pat00014
    [수학식 2]
    Figure 112007053070556-pat00015
    단,
    Figure 112007053070556-pat00016
  6. 피스캔물의 기준점에 부착된 피스캔물 위치센서, 피스캔물에 레이저광을 조사하는 레이저 스캐너, 상기 레이저 스캐너에 부착된 스캐너 위치센서, 및 컴퓨터로 구성된 레이저 스캐너의 스캔 면적 산출장치를 이용한 레이저 스캐너의 스캔 면적 산출방법에 있어서,
    상기 컴퓨터가 상기 피스캔물 위치센서로부터 피스캔물의 3차원 좌표값을 입력받음과 동시에 상기 스캐너 위치센서로부터 상기 레이저 스캐너의 3차원 좌표값을 입력받는 제 201 단계;
    상기 컴퓨터가 각 3차원 좌표값을 토대로 스캔하고자하는 곡면의 외곽을 따라 3차원 닫힌 공간의 외곽선(K0)을 표시하는 제 202 단계;
    상기 컴퓨터가 측정 면의 외곽선(K0) 위에서 시작하는 나란한 곡선들(K1, K2, K3, ...)을 일정한 간격으로 전 영역에 걸쳐 그리는 제 203 단계;
    상기 컴퓨터가 측정 면의 외곽선(K0)과 상기 곡선들(K1, K2, K3, ...)이 만나는 점(P, R, ...)들을 연결하고, 그 점들을 시작으로 일정 거리만큼 떨어진 점들을 (T, S, U, V, ...)을 정한 후 이를 각각 연결하여 다수개의 사각형(□QRST, □STUV, ...) 및 삼각형(ΔPQR, ...)의 꼭지점 좌표를 구하며, 이를 이용해 각 사각형(□QRST, □STUV, ...) 및 삼각형(ΔPQR, ...)의 면적을 각각 구하여 합산하는 제 204 단계; 및
    상기 컴퓨터가 그 합산한 스캔 영역의 면적을 시술자에게 디스플레이하는 제 205 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 레이저 스캐너의 스캔 면적 산출방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제 204 단계에서 상기 컴퓨터가 다수개의 사각형(□QRST, □STUV, ...) 및 삼각형(ΔPQR, ...)의 면적을 산출하는 방법은, 스캔 영역의 외곽선(K0) 위에서 시작하는 나란한 두 곡선(K2, K3)이 외곽선(K0)와 만나 시작하는 점을 P, R이라 하고 R에서 K3에 수선을 올려 K2와 곡면의 내부에서 만나는 점을 Q라 가정할 때,
    (ⅰ) 점 Q, R에서 미리 정한 임의의 거리(d) 만큼 떨어진 T, S점을 찾고, 사각형 □QRST의 면적을 구하는 단계;
    (ⅱ) 점 P와 Q가 다르다면 삼각형 ΔPQR의 면적을 구하는 단계;
    (ⅲ) 점 Q, R에서 외곽선(K0)까지의 거리가 임의의 거리(d)보다 작은 경우, 점 T, S를 곡선 K2 및 K0와의 교점으로 찾고, 사각형 □QRST의 면적을 구하는 단계; 및
    (ⅳ) 만일 점 Q나 R이 외곽선(K0) 위에 있다면 상기 (ⅱ)인 경우로 (ⅱ)과정을 진행하는 단계를 모든 스캔 영역의 각 사각형(□QRST, □STUV, ...) 및 삼각형(ΔPQR, ...)의 조건에 맞춰 적용하여 면적을 구한 후 합산하는 방식을 사용함을 특징으로 하는 레이저 스캐너의 스캔 면적 산출방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 (ⅰ)단계에서 상기 컴퓨터가 사각형 □QRST의 면적을 구하는 방법은, 점 Q, S를 잇는 대각선을 그어 2개의 삼각형(ΔQRS, ΔQTS)으로 나눈 후 각각의 면적을 구하여 합산하는 방식을 사용함을 특징으로 하는 레이저 스캐너의 스캔 면적 산출방법.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 (ⅱ)단계에서 상기 컴퓨터가 삼각형(ΔPQR)의 면적을 산출하는 방법은, 각각의 좌표가 P(x0, y0, z0), Q(x1, y1, z1), R(x2, y2, z2)인 ΔPQR의 면적 산출을 가정할 때, ΔPQR의 면적은 하기의 [수학식 1] 및 [수학식 2]에 의한 "
    Figure 112007053070556-pat00032
    와
    Figure 112007053070556-pat00033
    의 외적 벡터
    Figure 112007053070556-pat00034
    의 노음의 반"을 이용하여 산출가능함을 특징으로 하는 레이저 스캐너의 스캔 면적 산출장치.
    [수학식 1]
    Figure 112007053070556-pat00021
    ,
    Figure 112007053070556-pat00022
    [수학식 2]
    Figure 112007053070556-pat00023
    단,
    Figure 112007053070556-pat00024
  10. 피스캔물의 기준점에 부착된 피스캔물 위치센서, 피스캔물에 레이저광을 조사하는 레이저 스캐너, 상기 레이저 스캐너에 부착된 스캐너 위치센서, 및 컴퓨터로 구성된 레이저 스캐너의 스캔 면적 산출장치를 이용한 레이저 스캐너의 스캔 면적 산출방법에 있어서,
    상기 컴퓨터가 상기 피스캔물 위치센서로부터 피스캔물의 3차원 좌표값을 입력받음과 동시에 상기 스캐너 위치센서로부터 상기 레이저 스캐너의 3차원 좌표값을 입력받는 제 301 단계;
    상기 컴퓨터가 각 3차원 좌표값을 토대로 스캔하고자하는 곡면의 외곽을 따라 3차원 닫힌 공간의 외곽선(K0)을 표시하는 제 302 단계;
    상기 컴퓨터가 측정 면 위에 수평방향으로 나란한 곡선들(K1, K2, K3, ...)과 수직방향으로 나란한 곡선들(L1, L2, L3, ...)을 그리는 제 303 단계;
    상기 컴퓨터가 상기 수평곡선들(K1, K2, K3, ...)과 수직곡선들(L1, L2, L3, ...)이 교차하는 점들(P, Q, R, S, T, U, V, ...)로 형성된 다수의 사각형(□QRST, □STUV, ...) 및 삼각형(ΔPQR, ...)의 꼭지점 좌표를 구한 후, 이를 이용해 각 사각형(□QRST, □STUV, ...) 및 삼각형(ΔPQR, ...)의 면적을 각각 구하여 합산하는 제 304 단계; 및
    상기 컴퓨터가 그 합산한 스캔 영역의 면적을 시술자에게 디스플레이하는 제 305 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 레이저 스캐너의 스캔 면적 산출방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제 304 단계에서 상기 컴퓨터가 다수개의 사각형(□QRST, □STUV, ...) 및 삼각형(ΔPQR, ...)의 면적을 산출하는 방법은, 수평방향으로 이웃한 두 곡선(K2, K3)과 수직방향으로 이웃한 두 곡선(L1, L2)이 만나는 점을 각각 Q, S, V, T라 가정할 때,
    (ⅰ) 점 Q, S, V, T가 모두 곡면의 내부 또는 외곽선(K0) 위에 존재하면 사각형 □QRST의 면적을 구하는 단계;
    (ⅱ) 점 Q와 R은 곡면의 내부 또는 외곽선(K0) 위에 있지만 점 T(또는 Q)가 외부에 있는 경우, 점 T(또는 Q)는 곡선 K2(또는 K3)와 외곽선(K0)의 교점으로 잡고, 사각형 □QRST의 면적을 구하는 단계;
    (ⅲ) 점 Q, R에서 왼쪽으로 외곽선(K0)까지의 면적도 상기 (ⅱ)단계와 같은 방법으로 곡선 K2, K3와 외곽선(K0)의 교점을 구하여 사각형 □QRST의 면적을 구하는 단계;
    (ⅳ) 만일 점 R, S, V, W 등이 수평방향의 곡선 중에서 가장 낮은 곳에 위치한 곡선 K3와 수직방향 곡선들과의 교점이라면 수직과 수평방향을 반대로 적용하여 상기 (ⅱ)와 (ⅲ)의 과정을 되풀이하는 단계;
    (ⅴ) 점 S와 같은 점에 대해서는 곡선 K3와 외곽선(K0)의 교점 R, 곡선 L2와 외곽선(K0)의 교점 Y를 구하여 삼각형 ΔSRY를 계산하는 단계를 모든 스캔 영역의 각 사각형(□QRST, □STUV, ...) 및 삼각형(ΔPQR, ...)의 조건에 맞춰 적용하여 면적을 구한 후 합산하는 방식을 사용함을 특징으로 하는 레이저 스캐너의 스캔 면적 산출방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 (ⅰ)단계에서 상기 컴퓨터가 사각형 □QRST의 면적을 구하는 방법은, 점 Q, R을 잇는 대각선을 그어 2개의 삼각형(ΔQRS, ΔQTS)으로 나눈 후 각각의 면적을 구하여 합산하는 방식을 사용함을 특징으로 하는 레이저 스캐너의 스캔 면적 산출방법.
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