KR100893883B1 - Apparatus and Method for Three Dimensional Measurement Using Moire and Dynamic Stereo Vision - Google Patents
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Abstract
본 발명은 모아레 측정방법을 이용하여 측정물체의 3차원 형상 측정하는 경우에 발생될 수 있는 2π 모호성을 개선하기 위한 모아레와 동적 스테레오 비젼을 이용한 3차원 측정장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a three-dimensional measuring apparatus and method using a moiré and dynamic stereo vision to improve the 2π ambiguity that may occur when measuring the three-dimensional shape of the measurement object using the moiré measurement method.
본 발명의 측정방법은 측정대상물이 제1측정위치로 이송되면 측정헤드에서 측정대상물로 모아레무늬조명을 투영한 후 반사되는 모아레무늬영상을 촬영하고 제어장치에서 이를 수신받아 4-버킷 알고리즘을 이용하여 제1위상지도를 산출하고 제1밝기영상을 저장하는 단계와, 측정헤드 이송부를 제어하여 측정헤드를 제2측정위치로 이송시키는 단계와, 측정헤드에서 측정대상물로 모아레무늬조명을 투영한 후 반사되는 모아레무늬영상을 촬영하고 제어장치에서 이를 수신받아 4-버킷 알고리즘을 이용하여 제2위상지도를 산출하고 제2밝기영상을 저장하는 단계와, 제어장치는 제1 및 제2위상지도에서 각각 2π 모호성이 발생된 지역을 산출한 후 2π 모호성이 발생된 지역의 제1 및 제2밝기영상의 특정치 사이의 거리 차를 산출하고 이를 이용하여 제1 및 제2위상지도를 보정한 후 통합하여 측정대상물의 3차원형상을 측정하는 단계로 구비됨을 특징으로 한다. In the measuring method of the present invention, when the measurement object is transferred to the first measurement position, the moiré pattern light is projected from the measurement head to the measurement object, and then the reflected moire pattern image is taken and received by the control device using a 4-bucket algorithm. Calculating a first phase map and storing a first brightness image; controlling a measuring head feeder to transfer the measuring head to a second measuring position; and projecting a moire pattern light from the measuring head to a measuring object and then reflecting Photographing the moiré pattern image and receiving it from the control device to calculate a second phase map using a 4-bucket algorithm and to store the second brightness image, and the control device 2π in the first and second phase maps, respectively. After calculating the area where ambiguity has occurred, calculate the distance difference between the specific values of the first and second brightness images of the area where the 2π ambiguity has occurred and using the first and second Compensating the phase map and then integrated to measure the three-dimensional shape of the measurement object.
모아레, 스테레오, 비젼, 동적, 3차원 Moiré, Stereo, Vision, Dynamic, 3D
Description
도 1은 종래의 모아레와 스테레오 비젼을 이용한 3차원 측정장치의 구성도,1 is a block diagram of a three-dimensional measuring apparatus using a conventional moiré and stereo vision,
도 2는 본 발명의 모아레와 동적 스테레오 비젼을 이용한 3차원 측정장치의 구성도, 2 is a block diagram of a three-dimensional measuring apparatus using a moiré and dynamic stereo vision of the present invention,
도 3은 본 발명의 모아레와 동적 스테레오 비젼을 이용한 3차원 측정방법을 나타낸 흐름도,3 is a flow chart showing a three-dimensional measurement method using the moiré and dynamic stereo vision of the present invention,
도 4a 내지 도 4f는 모아레와 동적 스테레오 비젼을 이용한 3차원 측정과정을 나타낸 도, 4A to 4F are views illustrating a three-dimensional measurement process using moiré and dynamic stereo vision;
도 5는 도 2에 도시된 본 발명의 모아레와 동적 스테레오 비젼을 이용한 3차원 측정장치의 다른 실시예를 나타낸 구성도.5 is a block diagram showing another embodiment of a three-dimensional measuring apparatus using the moiré and dynamic stereo vision of the present invention shown in FIG.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
10: 측정헤드 11: 투영부 10: measuring head 11: projection
12: 결상부 13: 측정헤드12: imaging part 13: measuring head
20: 측정헤드 이송부 30: 이송테이블20: measuring head feed section 30: transfer table
31: 모터 40: 제어장치31: motor 40: controller
본 발명은 모아레와 동적 스테레오 비젼을 이용한 3차원 측정장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 모아레 측정방법을 이용하여 측정물체의 3차원 형상 측정하는 경우에 발생될 수 있는 2π 모호성을 개선하기 위한 모아레와 동적 스테레오 비젼을 이용한 3차원 측정장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a three-dimensional measuring apparatus and method using a moiré and dynamic stereo vision, and more particularly to improve the 2π ambiguity that may occur when measuring the three-dimensional shape of the measurement object using the moiré measurement method The present invention relates to a three-dimensional measuring apparatus and method using moiré and dynamic stereo vision.
모아레를 이용한 3차원 측정시 발생될 수 있는 2π 모호성을 해결하기 위한 선행기술로 공개특허 제2005-31328호(2005.04.06)에 공개되어 있으며 이를 첨부된 도 1을 이용하여 개략적으로 설명하면 다음과 같다.The prior art for solving the 2π ambiguity that may occur when three-dimensional measurement using the moire is disclosed in the Patent Publication No. 2005-31328 (2005.04.06) and described schematically using the accompanying FIG. same.
도 1에 도시된 바와 같이 종래의 모아레와 스테레오 비젼을 이용한 3차원 측정장치는 투영부(2), 제1결상부(3), 제2결상부(4) 및 이송테이블(5)로 구성되며, 측정대상물(1)은 구동모터(5a)에 의해 구동되는 이송테이블(5)에 위치하게 된다. 측정대상물(1)로 모아레무늬조명을 투영하는 투영부(2)는 광원(2a), 집광렌즈(2b), 투영격자(2c), 구동부(2d) 및 투영렌즈(2e)로 이루어지며, 제1결상부(3)는 측정대상물(1)로부터 변형된 모아레무늬영상을 획득하기 위해 CCD 카메라(3a) 및 결상렌즈(3b)로 이루어진다. 제2결상부(4)는 측정대상물(1)의 영상을 획득하기 위해 CCD 카메라(4a) 및 결상렌즈(4b)로 이루어진다. As shown in FIG. 1, a three-dimensional measuring apparatus using a conventional moiré and stereo vision includes a
상기 구성을 갖는 종래의 모아레와 스테레오 비젼을 이용한 3차원 측정장치를 이용하여 측정대상물(1)의 3차원 형상을 측정하는 방법을 개략적으로 설명하면 다음과 같다. 제1결상부(3) 및 제2결상부(4) 중 어느 하나와 투영부(2)를 이용하여 측정대상물(1)의 모아레무늬영상을 획득한 후 위상을 추출하게 된다. 위상이 추출되면 제1결상부(3)와 제2결상부(4)를 이용하여 측정대상물(1)의 높이를 산출한다. 측정대상물(1)의 높이 산출시 측정대상물(1)이 종래에는 반도체 패키지의 리드(도시 않음)의 높이 측정이므로 각각의 리드에 대한 높이를 산출하게 된다. 각 리드의 높이가 산출되면 서로 이웃하는 리드의 높이 차를 산출한다. 높이 차가 산출되면 측정값의 실제 차수를 산출한다. 실제 차수가 산출되면 이를 이용하여 최종 측정값을 보상하게 된다.Referring to the method of measuring a three-dimensional shape of the
종래와 같은 모아레와 스테레오 비젼을 이용한 측정대상물의 3차원 측정방법은 단지 반도체 패키지의 각 리드들의 개별 높이를 측정하기 위한 방법만을 제공하는 것이므로 그 적용 범위가 매우 제한적인 문제점이 있다. 또한, 각 리드들의 개별 높이를 측정하기 위해 도 1에 도시된 바와 같이 하나의 투영부에 두개의 결상부를 구비함으로써 전체적으로 3차원 측정장치의 구성이 복잡해지는 문제점이 있다.Since the three-dimensional measurement method of the measurement object using the moiré and stereo vision as in the prior art only provides a method for measuring the individual height of each lead of the semiconductor package, there is a problem that its application range is very limited. In addition, there is a problem in that the configuration of the three-dimensional measuring apparatus is complicated by providing two imaging units in one projection unit as shown in FIG. 1 to measure individual heights of the leads.
본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 모아레 3차원 측정시 발생될 수 있는 2π 모호성을 개선시키기 위한 측정장치를 보다 컴팩트(compact)하게 구성할 수 있는 모아레와 동적 스테레오 비젼을 이용한 3차원 측정장치를 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and using moiré and dynamic stereo vision, which can more compactly configure a measuring device for improving the 2π ambiguity that may occur during moiré three-dimensional measurement. To provide a dimensional measuring device.
본 발명의 다른 목적은 측정대상물을 두개의 위치에서 위상을 산출하고 각각에서 산출된 위상추출값을 결합하여 위상 노이즈(phase noise)가 제거된 통합위상 을 획득함으로써 3차원 형상 측정작업의 신뢰성을 개선시킬 수 있는 모아레와 동적 스테레오 비젼을 이용한 3차원 측정방법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to improve the reliability of the three-dimensional shape measurement work by calculating the phase of the object to be measured at two positions and combining the phase extraction values calculated at each point to obtain an integrated phase from which phase noise is removed. To provide a 3D measurement method using moiré and dynamic stereo vision.
본 발명의 모아레와 동적 스테레오 비젼을 이용한 3차원 측정장치는 투영부와 결상부로 이루어져 측정대상물로 모아레무늬조명을 투영한 후 반사되는 모아레무늬영상을 촬영하는 측정헤드(head)와, 측정헤드가 이송 가능하도록 설치되는 측정헤드 이송부와, 측정헤드의 하측에 위치되도록 설치되어 측정대상물을 제1측정위치로 이송시키는 이송테이블(table)과, 이송테이블을 제어하여 측정대상물을 제1측정위치로 이송하고 동적 스테레오 비젼 촬영을 위해 측정헤드 이송부를 제어하여 측정헤드를 제2측정위치로 이송하며 측정헤드가 제1 및 제2측정위치에 위치되면 각 위치에서 측정헤드를 제어하여 촬영된 제1 및 제2위상정보와 제1 및 제2밝기영상을 각각 수신받아 측정대상물의 3차원형상을 측정하는 제어장치로 구비됨을 특징으로 한다.The three-dimensional measuring apparatus using the moiré and the dynamic stereo vision of the present invention comprises a projection part and an image forming part, and a measurement head for photographing the moiré pattern image reflected after projecting the moire pattern light to the measurement object, and the measurement head is transported. A measuring head conveying unit which is installed to be capable of being installed, a conveying table installed to be positioned below the measuring head to convey the measuring object to the first measuring position, and controlling the conveying table to convey the measuring object to the first measuring position; The measuring head feeder is controlled to move the measuring head to the second measuring position for dynamic stereo vision imaging. When the measuring head is positioned at the first and second measuring positions, the measuring head is controlled at each position to capture the first and second images. And a control device for receiving the phase information and the first and second brightness images, respectively, and measuring the three-dimensional shape of the measurement object.
본 발명의 모아레와 동적 스테레오 비젼을 이용한 3차원 측정방법은 이송테이블에 의해 측정대상물이 제1측정위치로 이송되면 측정헤드에서 측정대상물로 모아레무늬조명을 투영한 후 반사되는 모아레무늬영상을 촬영하고 제어장치에서 이를 수신받아 4-버킷 알고리즘을 이용하여 제1위상지도를 산출하고 제1밝기영상을 저장하는 단계와, 동적 스테레오 비젼 촬영을 위해 제어장치는 측정헤드 이송부를 제어하여 측정헤드를 제2측정위치로 이송시키는 단계와, 측정헤드가 제2측정위치로 이송되면 측정헤드에서 측정대상물로 모아레무늬조명을 투영한 후 반사되는 모아레무 늬영상을 촬영하고 제어장치에서 이를 수신받아 4-버킷 알고리즘(bucket algorithm)을 이용하여 제2위상지도를 산출하고 제2밝기영상을 저장하는 단계와, 제1 및 제2측정위치에서 각각 제1 및 제2위상지도가 산출되고 제1 및 제2밝기영상이 저장되면 제어장치는 제1 및 제2위상지도에서 각각 2π 모호성이 발생된 지역을 산출한 후 2π 모호성이 발생된 지역의 제1 및 제2밝기영상의 특정치 사이의 거리 차를 산출하고 이를 이용하여 제1 및 제2위상지도를 보정한 후 통합하여 측정대상물의 3차원형상을 측정하는 단계로 구비됨을 특징으로 한다.In the three-dimensional measurement method using the moiré and dynamic stereo vision of the present invention, when the measurement object is transported to the first measurement position by the transfer table, the moiré pattern image is reflected after projecting the moire pattern light from the measuring head to the measurement object. Receiving this from the control unit using the 4-bucket algorithm to calculate the first phase map and to store the first brightness image, and for dynamic stereo vision imaging, the control unit controls the measuring head transfer unit to measure the second measuring head Step to transfer to the measuring position, and when the measuring head is transferred to the second measuring position project the moire pattern light from the measuring head to the measuring object and then take the reflected moiré image and receive it from the control device 4-bucket algorithm calculating a second phase map and storing a second brightness image using a bucket algorithm, and storing the second brightness map at each of the first and second measurement positions. When the first and second phase maps are calculated and the first and second brightness images are stored, the controller calculates regions where 2π ambiguity is generated in the first and second phase maps, respectively, Computing the distance difference between the specific value of the first and second brightness image, and correcting the first and second phase map by using it, characterized in that it comprises the step of measuring the three-dimensional shape of the measurement object.
(실시예)(Example)
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 이용하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 모아레와 동적 스테레오 비젼을 이용한 3차원 측정장치의 구성도이다. 도시된 바와 같이 본 발명의 모아레와 동적 스테레오 비젼을 이용한 3차원 측정장치는 크게 측정헤드(10), 측정헤드 이송부(20), 이송테이블(30) 및 제어장치(40)로 구성되며, 각각의 구성을 순차적으로 설명하면 다음과 같다.2 is a block diagram of a three-dimensional measuring apparatus using the moiré and dynamic stereo vision of the present invention. As shown, the three-dimensional measuring apparatus using the moiré and the dynamic stereo vision of the present invention is largely composed of a
측정헤드(10)는 투영부(11)와 결상부(12)로 이루어져 측정대상물(1)로 모아레무늬조명을 투영한 후 반사되는 모아레무늬영상을 촬영하여 제어장치(40)로 전송하며, 측정헤드 프레임(frame)(11)이 더 구비된다. 측정헤드 프레임(11)은 측정헤드 이송부(20)에 이동 가능하도록 설치된다. 그 일측 즉, 측정헤드 프레임(11)의 내측의 일측에 조명원(12a), 격자소자(12b), 투영렌즈(12c) 및 격자 이송기구(12d)로 이루어져 측정대상물(1)로 모아레무늬조명을 투영하는 투영부(12)가 경사지게 설치된다. 측정헤드 프레임(11) 타측 즉, 측정헤드 프레임(11)의 내측의 타측에는 CCD 카메라(13a), 결상렌즈(13b), 광학필터(13c) 및 원형램프(13d)로 이루어져 측정대상물(1)에서 반사되는 모아레무늬영상을 촬영하는 결상부(13)가 설치된다. The
측정헤드 이송부(20)는 측정헤드(10)가 이송 가능하도록 설치된다. 측정헤드 이송부(20)에 측정헤드(10)를 이송 가능하도록 설치하는 경우에 측정헤드 프레임(11)이 측정헤드 이송부(20)에 이송 가능하도록 설치하게 된다. 측정헤드 이송부(20)는 측정헤드(10)를 제2측정위치(B2)로 이송시킬 수 있도록 하기 위해 볼스크류(ball screw), 리니어 모터(linear motor) 또는 공압 실린더(air cylinder) 이송기구 중 어느 하나를 적용하여 측정대상물(1)을 동적 스테레오 비젼 촬영할 수 있도록 측정헤드(10)를 이송시키게 된다. The measuring
이송테이블(30)은 모터(31)에 의해 구동되어 측정대상물(1)이 안착되면 측정대상물(1)을 측정헤드(10)가 촬영할 수 있도록 제1측정위치(B1)로 이송하게 된다. 측정대상물(1)을 이송하기 위해 이송테이블(30)은 X-Y축 방향으로 이동이 가능한 이송테이블(30)을 적용하여 측정대상물(10)을 제1측정위치(B1)로 이송하게 된다. 여기서, 이송 테이블(30)을 이용하여 제1측정위치(B1)로 측정대상물(10)을 이송할 수 있을 뿐만 아니라 이송 테이블(30)에 의해 측정대상물(10)이 임의의 측정위치로 이송되면 측정헤드 이송부(20)에 의해 측정헤드(10)를 측정대상물(1)의 제1측정위치(B1)로 이송시킬 수 있도록 구성할 수 있다. The transfer table 30 is driven by the
제어장치(40)는 구동제어부(41), 영상획득부(42) 및 중앙제어부(43)로 구성되어 이송테이블(30)을 제어하여 측정대상물(1)을 제1측정위치(B1)로 이송하고 동적 스테레오 비젼 촬영을 위해 측정헤드 이송부(20)를 제어하여 측정헤드(10)를 제 2측정위치(B2)로 이송하게 된다. 측정헤드(10)가 제1측정위치(B1)에서 화살표 'A'방향으로 이송되어 제2측정위치(B1,B2)에 위치되면 제어장치(40)는 각 위치(B1,B2)에서 측정헤드(10)를 제어하여 촬영된 제1 및 제2위상정보와 제1 및 제2밝기영상을 각각 수신받아 측정대상물(1)의 3차원형상을 측정하게 된다. 제어장치(40)의 구동제어부(41)는 테이블 제어기(41a), 조명제어기(41b), 격자제어기(41c) 및 측정헤드이송 제어기(41d)로 이루어져 조명원(12a), 격자 이송기구(12d), 원형램프(13d), 측정헤드 이송부(20) 및 이송테이블(30)의 모터(31)를 각각 구동하게 된다. 또한 영상획득부(42)는 CCD 카메라(13a)에서 촬영된 위상정보를 수신받아 영상처리하여 중앙제어부(43)로 전송하고, 중앙제어부(43)는 전송된 위상정보를 이용하여 측정대상물(1)의 3차원형상을 측정하게 된다.The
측정대상물(1)을 모아레와 동적 스테레오 비젼을 이용하여 측정시 측정장치의 구성을 보다 컴팩트하게 구성할 수 있도록 본원발명의 모아레와 동적 스테레오 비젼을 이용한 3차원 측정장치를 도 5와 같이 구성할 수 있다. 도 5에 도시된 본 발명의 3차원 측정장치는 측정대상물(10)에 대해 동적 스테레오 비젼 촬영을 위해 측정헤드 이송부(10)를 이용하지 않고 이송테이블(230)을 제어하여 측정대상물(1)이 화살표 'A'방향으로 이송되어 측정대상물(1)이 제1측정위치(B1)에서 제2측정위치(B2)로 이송할 수 있도록 구성할 수 있다. 이로 인해 추가적인 측정헤드 이송부(10)와 측정헤드이송 제어기(41d)의 구성을 생략할 수 있어 보다 컴팩트하게 3차원 측정장치를 구성할 수 있게 된다.The three-dimensional measuring device using the moiré and dynamic stereo vision of the present invention can be configured as shown in FIG. 5 so that the
측정헤드(10)나 이송 테이블(230)을 이송시켜 제1 및 제2측정위치(B1,B2)에 서 각각 측정대상물(1)을 모아레와 동적 스테레오 비젼 촬영을 실시하여 측정대상물(1)의 3차원형상을 측정하는 방법을 첨부된 도 2 및 도 3을을 이용하여 설명하면 다음과 같다.The measuring
도 2는 본 발명의 모아레와 동적 스테레오 비젼을 이용한 3차원 측정장치의 구성도이며, 도 3은 본 발명의 모아레와 동적 스테레오 비젼을 이용한 3차원 측정방법을 나타낸 흐름도이다. 도시된 바와 같이 본 발명의 측정방법은 먼저 이송테이블(230)에 의해 측정대상물(1)이 제1측정위치(B1)로 이송되면 측정헤드(10)에서 측정대상물(1)로 모아레무늬조명을 투영한 후 반사되는 모아레무늬영상을 촬영하고 제어장치(40)에서 이를 수신받아 4-버킷 알고리즘을 이용하여 도 4b에 도시된 제1위상지도(120)를 산출하고 도 4e에 도시된 제1밝기영상(130)을 저장한다(S10). 4-버킷 알고리즘을 이용하여 제1위상지도(120)를 산출하기 위해 제어장치(40)에서 격자 이송기구(12d)를 제어하여 격자소자(12b)를 0, π/2, π, 3π/2만큼 이송시키고 매 이송마다 결상부(13)에서 촬영하여 도 4a에서와 같은 4 프레임(frame) 영상(110)을 촬영하게 된다. 2 is a block diagram of a three-dimensional measuring apparatus using a moiré and dynamic stereo vision of the present invention, Figure 3 is a flow chart showing a three-dimensional measuring method using a moiré and dynamic stereo vision of the present invention. As shown in the measurement method of the present invention, first, when the
제1측정위치(B1)에서 측정대상물(1)의 제1위상지도(120)가 산출되고 제1밝기영상(130)이 저장되면, 동적 스테레오 비젼 촬영을 위해 제어장치(40)는 측정헤드 이송부(20)를 제어하여 측정헤드(10)를 제2측정위치(B2)로 이송시킨다(S20). 측정대상물(1)을 제2측정위치(B2)에서 측정하기 위해 측정헤드(10)를 이용하는 대신 제어장치(40)에서 이송테이블(230)을 제어하여 측정대상물(1)을 제2측정위치로 이송시킬 수 있다.When the
동적 스테레오 비젼 촬영을 위해 측정헤드(10)가 제2측정위치(B2)로 이송되면 측정헤드(10)에서 측정대상물(1)로 모아레무늬조명을 투영한 후 반사되는 모아레무늬영상을 촬영하고 제어장치(40)에서 이를 수신받아 4-버킷 알고리즘을 이용하여 도 4d에 도시된 제2위상지도(220)를 산출하고 도 4e에 도시된 제2밝기영상(230)을 저장한다(S30). 4-버킷 알고리즘을 이용하여 제2위상지도(220)를 산출하기 위해 제1측정위치(B1)에서와 같이 제어장치(40)에서 격자 이송기구(12d)를 제어하여 격자소자(12b)를 0, π/2, π, 3π/2만큼 이송시키고 매 이송마다 결상부(13)에서 촬영하여 도 4c에서와 같은 4 프레임(frame) 영상(210)을 촬영하게 된다. When the measuring
제1 및 제2측정위치(B1,B2)에서 각각 제1 및 제2위상지도(120,220)가 산출되고 제1 및 제2밝기영상(130,230)이 저장되면 제어장치(40)는 제1 및 제2위상지도(120,220)에서 각각 2π 모호성이 발생된 지역을 산출한 후 2π 모호성이 발생된 지역의 제1 및 제2밝기영상(130,230)의 특정치 사이의 거리 차를 산출하고 이를 이용하여 제1 및 제2위상지도(120,220)를 보정한 후 통합하여 측정대상물(1)의 3차원형상을 측정한다(S40).When the first and second phase maps 120 and 220 are calculated and the first and
2π 모호성이 발생된 지역의 제1 및 제2밝기영상(130,230)의 특정치 사이의 거리 차를 산출하고 이를 이용하여 제1 및 제2위상지도(120,220)를 보정한 후 통합하여 측정대상물(1)의 3차원형상을 측정하는 단계(S40)를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.The distance difference between the specific values of the first and
제1 및 제2위상지도(120,220)가 산출되면 제어장치(40)는 도 4b 및 도 4d에 각각 도시된 것과 같이 제1 및 제2위상지도(120,220)에 각각 포함된 위상 노이 즈(C)를 제거하기 위해 위상 언래핑(phase unwrapping)을 실시한다(S41). 위상 언래핑을 통해 제1 및 제2위상지도(120,220)에 포함된 위상 노이즈(C)가 제거되면 제어장치(40)는 제1 및 제2위상지도(120,220)에서 각각 2π 모호성이 발생된 영역을 미리 저장된 측정대상물(1)의 정보를 이용하여 제1 및 제2위상모호지역(D1,F1)으로 산출한다(S42). 측정대상물(1)의 정보는 측정대상물(1)의 두께 등의 정보를 미리 제어장치(40)에 입력하며, 입력된 정보를 이용해 제어장치(40)는 도 4b 및 도 4d에 각각 도시된 것과 같이 제1 및 제2위상지도(120,220)에서 각각 2π 모호성이 발생되지 않은 지역(D2,F2)과 제1 및 제2위상모호지역(D1,F1)으로 분리하여 산출하게 된다.When the first and second phase maps 120 and 220 are calculated, the
제1 및 제2위상모호지역(D1,F1)이 산출되면 제어장치(40)는 도 4e에 도시된 것과 같이 제1 및 제2밝기영상(130,230)에서 각각 제1 및 제2위상모호지역(D1,F1)의 밝기 특정치(E)를 제1 및 제2밝기영상(130,230)의 특정치(E)로 산출한다(S43).When the first and second phase ambiguities D1 and F1 are calculated, the
제1 및 제2밝기영상(130,230)의 특정치(E)가 산출되면 제어장치(40)는 제1 및 제2밝기영상(E)의 특정치(E) 사이의 거리(또는 시차(disparity))(L)를 산출한다(S44). 제1 및 제2밝기영상(130,230)의 특정치(E) 사이의 거리(L)를 산출은 도 4f에 도시된 양안 스테레오 방정식(binocular stereo equation)을 산출하기 위한 모델을 이용하여 다음과 같이 산출할 수 있다. When the specific values E of the first and
먼저, 도 4f에 도시된 측정대상물(1)과 CCD 카메라(13a) 사이의 관계를 양안 스테레오 방정식 모델식을 이용하여 아래 수학식 1 및 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.First, the relationship between the
여기서, x', x"은 각각 이동전, 후의 CCD 카메라(13a)에 맺혀진 영상이 광축 즉, 촬영영역의 중앙에서 벗어난 길이를 나타내며, d는 이동전, 후의 CCD 카메라(13a) 사이의 길이를 나타내는 베이스 라인(base line)의 절반을 나타낸다. 또한 x는 이동전, 후 CCD 카메라(13a)에 맺혀진 영상이 촬영영역의 중앙으로부터 벗어난 길이(영상 처리시는 화소수를 의미함)를 나타내며, f는 초점 거리를 나타내고, z는 모아레 위상면까지의 거리를 나타낸다. Here, x 'and x "represent the lengths of the images formed on the
이와 같이 변수 x', x", d 및 x 등을 이용하여 나타낸 수학식 1 및 2를 각각 x'와 x"으로 나타내면 하기 수학식 3 및 4로 표현된다.
로 각각 나타낼 수 있다. 여기서, x"-x'=L 이므로 수학식 3 및 수학식 4는 아래와 같이 수학식 5로 나타낼 수 있다.Each can be represented by Since x "-x '= L,
상기 수학식 5에서 제1 및 제2밝기영상(E)의 특정치(E) 사이의 거리(L)는 아래와 같은 수학식 6을 이용하여 산출한다.In Equation 5, the distance L between the specific value E of the first and second brightness images E is calculated by using Equation 6 below.
여기서, z: 모아레 위상면까지의 거리이고, f: 초점거리이며, 2d: 베이스라인 길이를 나타낸다. Where z is the distance to the moiré phase plane, f is the focal length, and 2d is the baseline length.
제1 및 제2밝기영상(130,230)의 특정치(E) 사이의 거리(L)가 산출되면 제어장치(40)는 제1 및 제2밝기영상(130,230)의 특정치(E) 사이의 거리(L)를 이용하여 실제 위상차수(n)를 산출한다(S45). 제1 및 제2밝기영상(130,230)의 특정치(E) 사이의 거리(L)를 이용하여 위상 모호지역(D1,F1)의 실제 위상차수(n)의 산출은 아래의 수학식 7을 이용한다. When the distance L between the specific values E of the first and
여기서, z: 모아레 위상면까지의 거리이고, z0: 모아레 기준 위상면까지의 거리이며, λ: 모아레무늬의 파장이다. Here, z is the distance to the moire phase plane, z 0 is the distance to the moire reference phase plane, and λ is the wavelength of the moire pattern.
실제 위상차수(n)가 산출되면 제어장치(40)는 실제 위상차수(n)를 이용하여 각각의 제1 및 제2위상지도(120,220)를 보정한다(S46). 실제 위상차수(n)를 이용하여 제1 및 제2위상지도(120,220)를 각각 보정하는 방법은 아래의 수학식 8을 이용한다. When the actual phase order n is calculated, the
여기서, φ': 실제 위상이고, n: 위상 모호지역의 실제차수이며, φ: 위상보정 전의 측정위상을 나타낸다. Here, φ 'is the actual phase, n is the actual order of the phase ambiguity region, and φ is the measurement phase before phase correction.
제1 및 제2위상지도(120,220)가 보정되면 제어장치(40)는 보정된 제1 및 제2위상지도(120,220)를 이용하여 통합위상지도를 산출하여 측정대상물(1)의 3차원형상을 측정한다(S47). When the first and second phase maps 120 and 220 are corrected, the
이상과 같이 보정된 제1 및 제2위상지도(120,220)를 이용하여 통합위상지도를 산출하고, 산출된 통합위상지도를 이용하여 측정대상물(1)의 높이를 측정하고, 이 높이 정보를 이용하여 측정대상물(1)의 3차원 형상을 측정함으로써 보다 신뢰성이 있는 3차원형상 정보를 추출할 수 있게 된다. The integrated phase map is calculated using the first and second phase maps 120 and 220 corrected as described above, the height of the
이상에 설명한 바와 같이 본 발명의 모아레와 동적 스테레오 비젼을 이용한 3차원 측정장치 및 방법은 하나의 투영부와 하나의 결상부를 이용하여 2π 모호성을 개선시키기 위한 측정장치를 보다 컴팩트하게 구성할 수 있는 이점을 제공하며, 위상 노이즈가 제거된 통합위상을 획득하여 3차원형상을 측정함으로써 3차원 측정작업의 신뢰성을 개선시킬 수 있는 이점을 제공할 수 있다. As described above, the three-dimensional measuring apparatus and method using the moiré and the dynamic stereo vision of the present invention have the advantage that the measuring apparatus for improving the 2π ambiguity using one projection unit and one imaging unit can be more compactly constructed. In addition, by obtaining an integrated phase from which phase noise is removed and measuring a three-dimensional shape, it is possible to provide an advantage of improving reliability of a three-dimensional measurement operation.
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