KR100978148B1 - 컨테이너의 3차원 표면 영상획득 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 컨테이너의 외부 표면을 촬영하여 3차원의 표면 영상을 획득하는 기술에 관한 것으로, 이송장치의 진행방향으로 그 이송장치에 배열되어 컨테이너의 위치를 검출하기 위한 복수개의 센서로 이루어진 위치검출장치; 컨테이너와 일정간격으로 이격되도록 이송장치의 내측면에 적어도 두 대 이상의 레이저가 설치되며, 컨테이너의 외부 표면에 특정영역이 중첩되도록 레이저 슬릿광을 조사하여 단일 주사선을 형성하기 위한 슬릿광 발생장치; 상기 각 레이저와 일정간격으로 이격되도록 적어도 두 대 이상의 카메라부가 설치되며, 상기 단일 주사선을 촬상하여 컨테이너의 단면 형상에 대한 2차원 영상들을 획득하기 위한 영상획득장치; 상기 각부의 출력신호를 근거로 이송장치의 이동속도를 산출함과 아울러 획득된 2차원 영상을 처리하여 컨테이너의 3차원 전체 표면 영상 데이터를 출력하기 위한 제어장치; 상기 제어장치에 의해 구동되어 상기 이송장치에 구동력을 제공하는 구동모터; 상기 컨테이너의 좌측면, 우측면 및 상면과 소정 거리를 유지한 상태로 직선 이동이 가능하게 설치되어 상기 위치검출장치, 슬릿광 발생장치 및 영상획득장치를 장착하고, 상기 구동모터로부터 전달되는 구동력을 이용하여 상기 컨테이너의 외곽부를 따라 직선방향으로 주행하는 이송장치를 포함하여 구성함으로써, 양질의 표면영상을 제공할 수 있다.
컨테이너, 게이트 하우스, 표면영상

Description

컨테이너의 3차원 표면 영상획득 시스템{SYSTEM FOR 3D PLANE IMAGE PICK UP OF CONTAINER }
본 발명은 컨테이너의 외부 표면을 촬영하여 3차원의 표면 영상을 획득하는 기술에 관한 것으로, 특히 컨테이너 차량을 게이트 하우스 내에 정차시킨 상태에서 슬릿광 발생장치와 영상획득장치를 게이트 하우스 내에서 컨테이너 외곽부분을 따라 주행시키면서 표면 영상을 획득할 수 있도록 한 컨테이너의 3차원 표면 영상획득 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 컨테이너 운송차량에 의해 컨테이너 터미널에 운송된 컨테이너는 일단 야드 트랙터(yard tractor)에 의해 터미널 내의 야드에 며칠동안 야적되었다가, 야드 트랙터에 의해 컨테이너 크레인의 주변으로 이송된 후 그 컨테이너 크레인에 의해 부두에 정박중인 컨테이너 선박에 선적된다. 이와 반대로, 컨테이너 크레인에 의해 컨테이너 선박으로부터 하역된 컨테이너는 야드 트랙터에 의해 상기 야드에 야적되었다가, 컨테이너 차량에 의해 목적지로 운송된다.
이와 같이, 컨테이너가 컨테이너 차량에 의해 컨테이너 터미널로 운송된 후 야드에 야적되었다가 컨테이너 선박에 선적될 때 까지, 또는 컨테이너 선박에서 하역 되어 야드에 야적되었다가 컨테이너 터미널로부터 출고될 때 까지 손상될 우려가 있다.
따라서, 컨테이너가 컨테이너 터미널 내에서 손상되었는지의 여부를 판단하기 위한 증빙자료 확보 차원에서 컨테이너 터미널의 출입문에 설치된 게이트 하우스(gate house)에서 진입하거나 진출하는 컨테이너의 외부 측면(예: 상/좌/우측면)을 촬영하여 3차원 표면 영상을 획득하게 된다.
그런데, 종래의 3차원 표면 영상획득 시스템은 컨테이너 차량이 게이트 하우스를 통과하도록 하고, 이때 게이트 하우스 내에 설치된 슬릿광 발생장치와 두 대 이상의 카메라를 이용하여 2차원 영상을 획득한 후 이를 처리하여 3차원 전체 표면 영상을 획득하도록 되어 있었다.
따라서, 종래의 3차원 표면 영상획득 시스템에 있어서는 차량 이동에 따른 진동이 발생하여 피사체인 컨테이너가 상하좌우로 흔들리게 되고 이러한 상태에서 피사체를 촬영하게 되므로 양질의 2차원 영상을 획득하는데 어려움이 있었다.
또한, 컨테이너 차량이 게이트 하우스를 통과할 때 바람직하게는 정확하게 일직선으로 통과해야 되지만, 현실적으로 그렇게 통과하는데 어려움이 있어 이동 궤적이 불규칙하게 되고, 이로 인하여 올바른 2차원 영상을 획득하는데 어려움이 있었다.
또한, 컨테이너 차량이 게이트 하우스 통과시 통과속도가 가변적이어서 3차원 영상 데이터가 속도에 의해 왜곡되고, 이러한 이유로 인하여 검사자가 3차원 영상을 인식하는데 어려움이 있었다.
그리고, 이와 같은 각종 이유로 인하여 2차원 영상 데이터와 3차원 영상 데이터를 정확하게 매칭하는데 어려움이 있고, 이에 따라 컨테이너의 외부 측면에 대한 3차원 표면 영상의 품질이 저하되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 컨테이너 차량을 게이트 하우스를 통과시키면서 슬릿광 발생장치와 영상획득장치를 이용하여 영상을 획득하는 것이 아니라, 컨테이너 차량을 게이트 하우스 내에 정차시킨 상태에서 슬릿광 발생장치와 영상획득장치를 장착한 이송장치를 게이트 하우스 내에서 컨테이너 외곽부분을 따라 주행시키면서 영상을 획득할 수 있도록 하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 이송장치의 진행방향으로 그 이송장치에 배열되어 컨테이너의 위치를 검출하기 위한 복수개의 센서로 이루어진 위치검출장치; 컨테이너와 일정간격으로 이격되도록 이송장치의 내측면에 적어도 두 대 이상의 레이저가 설치되며, 컨테이너의 외부 표면에 특정영역이 중첩되도록 레이저 슬릿광을 조사하여 단일 주사선을 형성하기 위한 슬릿광 발생장치; 상기 각 레이저와 일정간격으로 이격되도록 적어도 두 대 이상의 카메라부가 설치되며, 상기 단일 주사선을 촬상하여 컨테이너의 단면 형상에 대한 2차원 영상들을 획득하기 위한 영상획득장치; 상기 위치검출장치로부터 검출된 컨테이너의 위치신호에 따라 이송장치의 이동속도를 산출함과 아울러 상기 슬릿광 발생장치, 상기 영상획득장치 및 상기 구동모터의 동작을 제어하고, 각 카메라부로부터 획득된 2차원 영상들에 대하여 단일 주사선을 추출하여 각 2차원 영상에 대한 Z 및 Y좌표 영상데이터를 생성하며, 카메라부간의 간격 및 카메라부와 컨테이너의 거리값을 이용하여 상기 생성된 각 2차원 영상에 대한 Y좌표 영상데이터의 중첩구간을 산출한 후, 상기 산출된 중첩구간을 조합하여 새로운 영상데이터들을 생성하며, 상기 산출된 이송장치의 이동속도를 이용하여 상기 생성된 새로운 영상데이터들을 조합하여 X좌표 영상데이터를 생성한 후, 상기 생성된 X, Y 및 Z좌표 영상데이터를 이용하여 컨테이너의 3차원 전체 표면 영상 데이터를 출력하기 위한 제어장치; 상기 제어장치에 의해 구동되어 상기 이송장치에 구동력을 제공하는 구동모터; 상기 컨테이너의 좌측면, 우측면 및 상면과 소정 거리를 유지한 상태로 직선 이동이 가능하게 설치되어 상기 위치검출장치, 슬릿광 발생장치 및 영상획득장치를 장착하고, 상기 구동모터로부터 전달되는 구동력을 이용하여 상기 컨테이너의 외곽부를 따라 직선방향으로 주행하는 이송장치를 포함하는 컨테이너의 3차원 표면 영상획득시스템을 제공하는 것이다.
본 발명은 컨테이너 차량을 게이트 하우스를 통과시키면서 슬릿광 발생장치와 영상획득장치를 이용하여 영상을 획득하는 것이 아니라, 컨테이너 차량을 게이트 하우스 내에 정차시킨 상태에서 슬릿광 발생장치와 영상획득장치를 장착한 이송장치를 게이트 하우스 내에서 컨테이너 외곽부분을 따라 주행시키면서 영상을 획득할 수 있도록 함으로써, 이송장치의 이동에 따른 진동이 발생되지 않아 피사체인 컨테 이너가 안정된 상태에서 피사체를 촬영하게 되므로 양질의 2차원 영상을 획득할 수 있는 효과가 있다.
또한, 이송장차가 정확하게 일직선으로 컨테이너의 외곽을 통과하게 되어 이동 궤적이 규칙적으로 되므로 올바른 2차원 영상을 획득할 수 있는 효과가 있다.
또한, 이송장치가 컨테이너의 외곽을 통과하는 속도가 등속이므로 3차원 영상 데이터가 속도에 의해 왜곡되지 않고, 이로 인하여 검사자가 3차원 영상을 보다 쉽게 인식할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 이와 같은 각종 이유로 인하여 2차원 영상 데이터와 3차원 영상 데이터를 정확하게 매칭시킬 수 있게 되어, 컨테이너의 외부 측면에 대한 3차원 표면 영상의 품질이 저하되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 컨테이너의 3차원 표면 영상획득시스템을 설명하기 위한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 적용된 슬릿광 발생장치 및 영상획득장치를 설명하기 위한 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 컨테이너의 3차원 표면 영상획득시스템을 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 컨테이너의 3차원 표면 영상획득시스템은, 크게 게이트 하우스(100), 위치검출장치(200), 슬릿광 발생 장치(300), 영상획득장치(400), 제어장치(500), 구동모터(700) 및 이송장치(800)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 게이트 하우스(100)는 컨테이너(10)를 실은 차량이 통과되도록 전/후방이 개방되어 지면에 고정설치되어 있다.
위치검출장치(200)는 컨테이너(10)의 진행방향으로 이송장치(800)에 배열된 복수개의 센서로 구성되는 바, 이는 게이트 하우스(100)의 내부에 정차된 컨테이너 차량에 적재된 컨테이너(10)의 좌우측 및 상면과 일정 거리 이격되어 그 컨테이너(10)의 외곽부를 따라 이송 가능하게 설치된 이송장치(800)의 주행 위치를 검출하는 기능을 수행하고, 그 수행 결과에 따라 이송장치(800)의 이동속도를 측정할 수 있다.
이러한 다수개의 센서는 상기 이송장치(800)의 내부 양측에 일정한 간격으로 각각 설치되며, 제1 내지 제3 발광부(200a 내지 200c)와 제1 내지 제3 수광부(200a' 내지 200c')가 서로 대향되어 한 조로 이루어진 투과형 센서로 구현됨이 바람직하다. 또한, 상기 투과형 센서의 개수는 보다 정밀한 위치의 검출을 위하여 적절하게 조정할 수 있다.
또한, 투과형 센서들 각각의 제1 내지 제3 발광부(200a 내지 200c)는 예컨대, 적외선들을 지속적으로 제1 내지 제3 수광부(200a' 내지 200c')에 각각 입사시킨다. 이에 따라, 투과형 센서들 각각의 제1 내지 제3 수광부(200a' 내지 200c')는 게이트 하우스(100) 내에서 이송장치(800)가 컨테이너(10)의 외곽부를 따라 주행할 때 특정 위치를 주행하고 있음을 알리는 신호들을 순차적으로 발생시킨다.
슬릿광 발생장치(300)는 컨테이너(10)의 외부 표면에 소정 영역이 중첩되도록 레이저 슬릿광을 이송장치(800)의 진행방향을 기준으로 컨테이너(10)에 수직으로 조사하여 단일 주사선을 형성하기 위한 것으로서, 게이트 하우스(100)를 통과하는 컨테이너(10)와 일정한 간격으로 이격되도록 설치되며, 복수개의 제1 내지 제3 레이저(300a 내지 300c)가 일직선상에 일정한 간격으로 예컨대, 이송장치(800)의 내측 벽면에 고정된 지지대(20)에 고정설치됨이 바람직하다.
이러한 제1 내지 제3 레이저(300a 내지 300c)로부터 조사된 각 레이저 슬릿광의 사이에는 소정 영역이 중첩되도록 제1 내지 제3 레이저(300a 내지 300c)간의 간격, 컨테이너(10)와 제1 내지 제3 레이저(300a 내지 300c)의 간격을 적절하게 조절됨이 바람직하다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 적용된 슬릿광 발생장치(300)는 제1 내지 제3 레이저(300a 내지 300c)로 구성하였지만, 이에 국한하지 않으며, 적어도 두 대 이상의 레이저로 구성할 수 있으며, 컨테이너(10)의 높이와 폭에 따라 레이저의 개수를 적절하게 조절됨이 바람직하다.
영상획득장치(400)는 슬릿광 발생장치(300)의 제1 내지 제3 레이저(300a 내지 300c)로부터 컨테이너(10)의 외부표면에 형성된 단일 주사선을 포함하도록 일정영역을 촬상하여 컨테이너(10)의 단면 형상(프로파일)에 대한 2차원 영상을 획득하기 위한 것으로서, 복수개의 제1 내지 제3 카메라부(400a 내지 400c)가 일직선상에 일정한 간격으로 예컨대, 이송장치(800)의 내측 벽면에 고정된 지지대(20)에 고정 설치됨이 바람직하다. 이러한 제1 내지 제3 카메라부(400a 내지 400c)는 제1 내지 제 3 레이저(300a 내지 300c)와 일정한 간격으로 이격되도록 대응되게 설치됨이 바람직하다.
또한, 제1 내지 제3 카메라부(400a 내지 400c)는 제1 내지 제3 레이저(300a 내지 300c)에 의해 컨테이너(10)의 외부 표면에 형성된 단일 주사선을 촬상할 수 있도록 소정의 각도로 기울어져 설치되며, 제1 내지 제3 레이저(300a 내지 300c)로부터 조사되는 레이저 슬릿광을 촬상할 수 있도록 소정의 필터를 포함하며 통상의 2차원 영상을 검출하는 고체촬상소자(Charge Coupled Device, CCD) 카메라로 구현됨이 바람직하다.
또한, 제1 내지 제3 카메라부(400a 내지 400c)는 제1 내지 제3 레이저(300a 내지 300c)와 동일하게 컨테이너(10)의 외부 표면에 소정영역이 중첩되게 촬상하여 컨테이너(10)의 외부 표면영상을 획득할 수 있도록 제1 내지 제3 카메라부(400a 내지 400c)간의 간격, 컨테이너(10)와 제1 내지 제3 카메라부(400a 내지 400c)의 간격을 제1 내지 제3 레이저(300a 내지 300c)와 동일하게 적용됨이 바람직하다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 적용된 영상획득장치(400)를 제1 내지 제3 카메라부(400a 내지 400c)로 구성하였지만, 이에 국한하지 않으며, 컨테이너(10)의 높이와 폭에 따라 카메라부의 개수를 적절하게 조절됨이 바람직하다.
다른 한편, 본 발명의 일 실시예에서는 제1 내지 제3 레이저(300a 내지 300c)와 제1 내지 제3 카메라부(400a 내지 400c)를 지지대(20)에 고정설치하였지만, 이에 국한하지 않으며, 컨테이너(10)와 일정한 간격으로 이격되도록 이송장치(800)의 내측 벽면에 통상의 고정수단 예컨대, 나사, 못, 용접 또는 강력 접착제 등으로 단단 히 고정설치할 수도 있다.
전술한 바와 같이 구성된 슬릿광 발생장치(300)와 영상획득장치(400)는 이송장치(800)의 내부 좌측면, 우측면 및 상면에 각각 설치됨이 바람직하다.
이때, 좌측면 및 우측면에 설치된 슬릿광 발생장치(300) 및 영상획득장치(400)는 서로 대향되도록 설치됨이 바람직하며, 상면에 설치된 슬릿광 발생장치(300) 및 영상획득장치(400)는 좌측면 및 우측면에 설치된 슬릿광 발생장치(300) 및 영상획득장치(400)와 수직 방향으로 설치됨이 바람직하다.
제어장치(500)는 위치검출장치(200)의 각 센서로부터 검출신호 즉, 이송장치(800)가 컨테이너(10)의 외곽부분을 따라 주행할 때 특정 위치를 주행하고 있음을 알리는 신호에 따라 슬릿광 발생장치(300)의 제1 내지 제3 레이저(300a 내지 300c)와 영상획득장치(400)의 제1 내지 제3 카메라부(400a 내지 400c) 및, 구동모터(700)의 동작을 제어한다.
또한, 제어장치(500)는 슬릿광 발생장치(300)와 동일선상에 있는 위치검출장치(200)의 센서가 이송장치(800)가 컨테이너(10)를 완전히 통과하였음을 알리는 신호를 발생시킬 때까지, 슬릿광 발생장치(300)의 제1 내지 제3 레이저(300a 내지 300c)와 영상 획득장치(400)의 제1 내지 제3 카메라부(400a 내지 400c) 및 구동모터(700)가 계속 동작하도록 제어함이 바람직하다.
또한, 제어장치(500)는 위치검출장치(200)의 각 센서로부터 이송장치(800)가 컨테이너(10)의 외곽부로 진입 및 진출함을 알리는 신호가 발생됨에 따라 그 이송장치(800)의 이동 속도를 산출하고, 제1 내지 제3 카메라부(400a 내지 400c)로부터 획득된 컨테이너(10)의 단면 형상에 대한 2차원 영상들에 대하여 각각의 단일 주사선을 추출하여, 각각의 2차원 영상에 대한 실좌표 영상데이터 즉, 3차원 공간좌표(X, Y, Z)에서의 Z좌표(카메라와 컨테이너의 거리) 영상데이터와 각 2차원 영상의 중심 픽셀(pixel)을 기준으로 화소해상도(영상의 크기/총화소수)를 계산하여 Y좌표(컨테이너의 높이) 영상데이터를 생성하는 기능을 수행한다.
이때, 상기 Z좌표(카메라와 컨테이너의 거리) 영상데이터는 상기 획득된 2차원 영상 면의 거리에 따라 변화되는 주사선의 위치를 통해 쉽게 구할 수 있다.
또한, 제어장치(500)는 제1 내지 제3 카메라부(400a 내지 400c)간의 간격 및 제1 내지 제3 카메라부(400a 내지 400c)와 컨테이너(10)의 거리값을 이용하여 상기 생성된 각 2차원 영상에 대한 Y좌표 영상데이터의 중첩구간을 산출한 후, 상기 산출된 각 2차원 영상에 대한 Y좌표 영상데이터의 중첩구간을 보정 및 조합하여 새로운 영상데이터들을 생성하는 기능을 수행한다.
또한, 제어장치(500)는 상기 산출된 컨테이너(10)의 이동 속도를 이용하여 상기 생성된 새로운 영상데이터들을 조합하여 3차원 공간좌표(X, Y, Z)에서의 X좌표 영상데이터를 생성한 후, 상기 생성된 3차원 공간좌표(X, Y, Z) 영상데이터를 통상의 면 형성기법을 이용하여 컨테이너(10)의 3차원 전체 표면 영상데이터로 출력하는 기능을 수행한다.
추가적으로, 제어장치(500)로부터 출력된 컨테이너(10)의 3차원 전체 표면영상데이터를 제공받아 이를 디스플레이, 컨테이너별로 데이터베이스화하여 저장 및 관리하기 위한 관리서버(600)가 더 포함될 수 있다.
제어장치(500)의 제어에 의해 구동모터(700)가 구동될 때 이로부터 발생되는 구동력(회전력)이 이송장치(800)에 전달된다. 이에 따라, 상기 이송장치(800)는 상기와 같이 전달되는 구동력을 이용하여 컨테이너(10)의 외곽부를 따라 소정 간격을 유지하면서 직선 방향으로 주행하게 된다. 이송장치(800)는 도면에 도시하지는 않았지만, 컨테이너(10)의 길이 방향으로 주행할 수 있도록 바닥(ground)과 본체 사이에 기계적인 동력전달장치 예를 들어, 볼스크류 또는 래크/피니언 또는 레일을 포함하여 구성된다.
상기 구동모터(700)는 보다 정밀한 주행 제어하 가능하도록 스텝핑 모터나 서보 모터로 구현하는 것이 바람직하다.
이하에는 전술한 구성을 가지는 본 발명의 컨테이너의 3차원 표면 영상획득시스템의 동작에 대해서 상세하게 설명한다.
도 4a 내지 4d는 본 발명의 일 실시예에 따른 컨테이너의 3차원 표면 영상획득시스템의 동작 상태를 설명하기 위한 개념도이다.
도 4a를 참조하면, 위치검출장치(200)의 각 센서가 동작된 상태에서 컨테이너(10)를 실은 차량이 게이트 하우스(100)에 진입하여 정지한 후, 이송장치(800)가 상기 게이트 하우스(100) 내의 일측 종단부에서 대기 상태로 있다가 컨테이너(10)의 외곽부로 진입하여 이송장치(800)에 설치된 제1 발광부(200a)와 제1 수광부(200a')의 사이에 컨테이너(10)가 위치할 때, 그 제1 수광부(200a')로부터 이송장치(800)의 진입을 알리는 신호가 발생된다. 이때, 시스템의 초기화 상태 예컨대, 제어장치(500)는 슬릿광 발생장치(300)의 제1 내지 제3 레이저(300a 내지 300c)와 영상획득장치(400)의 제1 내지 제3 카메라부(400a 내지 400c)가 동작될 수 있도록 준비한다.
도 4b를 참조하면, 이송장치(800)가 컨테이너(10)의 길이 방향으로 더 진입하여 제1 발광부(200a)와 제1 수광부(200a')는 물론 제2 발광부(200b)와 제2 수광부(200b')의 사이에 컨테이너(10)가 위치할 때 그 제2 수광부(200b')로부터도 이송장치(800)의 진입을 알리는 신호가 발생된다. 이때, 제어장치(500)는 슬릿광 발생장치(300)의 제1 내지 제3 레이저(300a 내지 300c)와 영상획득장치(400)의 제1 내지 제3 카메라부(400a 내지 400c)가 계속적인 동작을 수행하도록 소정의 제어신호를 출력하며, 제1 내지 제3 카메라부(400a 내지 400c)의 촬상 동작에 의해 컨테이너(10)의 길이 방향에 따라 컨테이너(10)의 좌측면, 우측면 및 상면에 대한 2차원 표면 영상을 획득하여 제어장치(500)로 전달한다.
또한, 제어장치(500)는 제1 및 제2 발광부(200a 및 200b)와 제1 및 제2 수광부(200a' 및 200b')로부터 발생되는 진입 신호를 제공받아 각 센서간의 거리와 도착시간을 근거로 이송장치(800)의 진입시의 이동속도를 산출할 수 있다.
도 4c를 참조하면, 이송장치(800)가 컨테이너(10)의 길이 방향으로 더 진입하여 제1 발광부(200a)와 제1 수광부(200a'), 제2 발광부(200b)와 제2 수광부(200b')는 물론 제3 발광부(200c)와 제3 수광부(200c')의 사이에 컨테이너(10)가 위치할 때, 그 제3 수광부(200c')로부터도 이송장치(800)의 진입을 알리는 신호가 발생된다. 이때, 제어장치(500)는 제1 내지 제3 수광부(200a'-200c')로부터 발생되는 진입신호를 제공받아 각 센서간의 거리와 도착시간을 이용하여 이송장치(800)의 중간 부 분 이동속도를 산출할 수 있다.
도 4d를 참조하면, 이송장치(800)가 컨테이너(10)의 길이 방향으로 더 진입하여 제1 발광부(200a)와 제1 수광부(200a')의 사이에서 완전히 벗어나고 및 제2 발광부(200b)와 제2 수광부(200b')의 사이에서 막 벗어나는 순간 제2 수광부(200b')에서 진출을 알리는 신호가 발생된다. 이때, 제어장치(500)는 슬릿광 발생장치(300)의 제1 내지 제3 레이저(300a 내지 300c)와 영상획득장치(400)의 제1 내지 제3 카메라부(400a 내지 400c)의 동작을 중지시키고, 구동모터부(700)의 구동을 중지시켜 이송장치(800)의 주행이 정지되도록 한다.
이로써, 게이트 하우스(100)에 진입하여 정지한 상태로 있는 컨테이너(10)에 대한 일련의 2차원 표면 영상 취득 과정이 완료된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 컨테이너의 3차원 표면 영상획득과정을 설명하기 위한 흐름도이며, 도 6a 내지 도 6f는 본 발명의 일 실시예에 따른 컨테이너의 3차원 표면 영상획득방법을 설명하기 위한 개념도로서, 별다른 설명이 없는 한 제어장치(500, 도 3 참조)가 주체가 되어 수행함을 밝혀둔다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 컨테이너의 3차원 표면 영상획득방법은, 먼저 위치검출장치(200, 도 3 참조)의 각 센서로부터 컨테이너(10, 도 4a 참조)의 진입 및 진출을 알리는 신호가 발생됨에 따라 컨테이너(10)로부터 일정한 간격으로 이격된 제1 내지 제3 레이저(300a 내지 310c, 도 3 참조)에 의해 컨테이너(10)의 외부 표면에 특정 영역이 중첩되도록 레이저 슬릿광을 조사하여 단일 주사선을 형성한다(S100).
이와 동시에, 상기 단계 S100에서 컨테이너(10)의 외부 표면에 형성된 단일 주사선을 영상획득장치(400)의 제1내지 제3 카메라부(400a 내지 400c, 도 3 참조)에 의해 촬상하여 컨테이너(10)의 단면 형상(프로파일)에 대한 2차원 영상들을 획득한다(S200).
다음으로, 상기 단계 S200에서 획득된 컨테이너(10)의 단면 형상(프로파일)에 대한 2차원 영상들에 대하여 각각 의 단일 주사선을 추출한 후(S300), 각각의 2차원 영상에 대한 실좌표 영상데이터 즉, 3차원 공간좌표(X, Y,Z)에서의 Z좌표(카메라와 컨테이너의 거리) 영상데이터와 각 2차원 영상의 중심 픽셀(pixel)을 기준으로 화소해상도(영상의 크기/총화소수)를 계산하여 Y좌표(컨테이너의 높이) 영상데이터를 생성한다(S400). 이때, 상기 Z좌표(카메라와 컨테이너의 거리) 영상데이터는 상기 획득된 2차원 영상 면의 거리에 따라 변화되는 주사선의 위치를 통해 쉽게 구할 수 있다.
이를 구체적으로 살펴보면, 도 6a는 각 카메라부로부터 획득된 2차원 영상 면의 거리에 따라 변화되는 단일 주사선의 위치를 나타낸 것으로서, 예컨대, 카메라부를 가로 87픽셀(pixel), 세로 767픽셀(pixel)로 셋팅(setting)하여 촬영하였을 때, 가장 가까운 촬영거리(D0)에서의 단일 주사선은 가장 좌측에 위치(P1 = 0픽셀)되어 있고, 중간 정도의 촬영거리(D1)에서의 단일 주사선은 약간 우측으로 치우친 위치(P2 = 약 47픽셀)되어 있으며, 가장 먼 곳의 촬영거리(D2)에서의 단일 주사선은 가장 우측에 위치(P3= 86픽셀)되어 있음을 보여주고 있다.
도 6b는 각 카메라부의 촬영거리(D0 ~ D2)와 각 레이저 주사선의 위치(P0 ~ P2)의 관계를 개략적으로 나타낸 그래프로서, 촬영거리(D00 ~ D2)에 따라 각 카메라부로 들어오는 영상의 크기(FOV)가 틀리기 때문에, 각 레이저 주사선의 위치 및 굵기도 틀려지지만, 레이저 주사선의 굵기는 카메라부의 해상도에 비해 거의 차이가 크기 않아 고려하지 않는다.
즉, 각 카메라부의 촬영거리(D0 ~ D2)와 레이저 주사선의 위치(P0 ~ P2)의 관계는 하기의 [수학식 1]에 의해 2차 곡선(포물선)으로 표현될 수 있다.
Figure 112008080942421-pat00001
도 6c는 각 카메라부로부터 획득된 2차원 영상으로부터 각 픽셀당 포인트(point)의 위치분포를 개략적으로 나타낸 도면으로서, 근거리에서는 각 픽셀당 포인트간의 간격이 작게 표시되어 있으며, 원거리에서는 각 픽셀당 포인트간의 간격이 크게 표시되어 있음을 알 수 있다.
이후에, 제1 내지 제3 카메라부(400a 내지 400c)간의 간격 및 제1 내지 제3 카메라부(400a 내지 400c)와 컨테이너(10)의 거리값을 이용하여 상기 단계S400에서 생성된 각 2차원 영상에 대한 Y좌표 영상데이터의 중첩구간을 산출한 후(S500), 상 기 산출된 각 2차원 영상에 대한 Y좌표 영상데이터의 중첩구간을 보정 및 조합하여 새로운 영상데이터들을 생성한다(S600).
이를 구체적으로 살펴보면, 도 6d는 각 카메라부의 촬영거리(D0 ~ D2)와 레이저 주사선의 실제길이(L0 ~ L2)의 관계를 개략적으로 나타낸 그래프로서, 각 카메라부마다 영상의 크기(FOV) 오차로 인해 길이차이가 다소 있으나, 카메라부의 해상도에 비해 차이가 심하지 않아 고려하지 않는다. 또한, 상기 레이저 주사선의 실제길이(L0 ~ L2)는 각 카메라부로부터 획득된 영상의 크기(FOV)와 동일하다.
즉, 각 카메라부의 촬영거리(D0 ~ D2)와 레이저 단일 주사선의 실제길이(L0 ~ L2)의 관계는 하기의 [수학식 2]에 의해 직선으로 표현될 수 있다.
Figure 112008080942421-pat00002
한편, 하기의 [수학식 3]에 의해 레이저 단일 주사선의 위치(P)로부터 각 카메라부의 촬영거리(D), 레이저 단일 주사선의 실제길이(L), 포인트 간격(M) 및 각 2차원 영상에 대한 Y좌표 영상데이터의 중첩구간(O)을 산출할 수 있다.
Figure 112008080942421-pat00003
여기서, PM은 최대 픽셀(pixel)이고, G는 각 카메라부간의 간격이다.
도 6e는 각 2차원 영상에 대한 Y좌표 영상데이터의 중첩구간을 보정 및 조합하여 새로운 영상데이터들을 생성하는 과정을 설명하기 위한 도면으로서, 각 2차원 영상에 대한 Y좌표 영상데이터의 중첩구간(O0 및 O1)의 중심(C)을 기준으로 접합한다. 이때, 각 2차원 영상의 중심위치(S0 및 S1)간의 간격(G)은 실제 각 카메라부간의 간격과 일치한다.
다음으로, 위치검출장치(200)의 각 센서로부터 컨테이너(10)의 진입 및 진출을 알리는 신호가 발생됨에 따라 산출되는 이송장치(800)의 이동 속도를 이용하여 상기 단계 S600에서 생성된 새로운 영상데이터들을 조합하여 3차원 공간좌표(X, Y, Z)에서의 X좌표 영상데이터를 생성한 후(S700), 상기 생성된 3차원 공간좌표(X, Y, Z) 영상데이터를 통상의 면 형성기법(예컨대, TRIANGLE 또는 QUARD 기법 등)을 이용하여 각 3차원 공간좌표(X, Y, Z)간의 면을 구성 즉, 컨테이너(10)의 3차원 전체 표면 영상데이터로 출력한다(S800).
이를 구체적으로 살펴보면, 도 6f는 이송장치(800)의 이동 속도를 개략적으로 나타낸 그래프로서, 이송장치(800)가 등속도로 이동되는 것을 알 수 있는데, 이 등속도와 각 영상의 프레임 수를 이용하여 이송장치(800)의 이동거리를 산출한다.
추가적으로, 상기 출력된 컨테이너의 3차원 전체 표면영상을 관리서버(600, 도 3 참조)로 전달하여 디스플레이, 컨테이너별로 데이터베이스화하여 저장 및 관리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것이 아니라 다음의 청구범위에서 정의하는 본 발명의 기본 개념을 바탕으로 보다 다양한 실시예로 구현될 수 있으며, 이러한 실시예들 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 컨테이너의 3차원 표면 영상획득시스템을 설명하기 위한 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 적용된 슬릿광 발생장치 및 영상획득장치를 설명하기 위한 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 컨테이너의 3차원 표면 영상획득시스템을 설명하기 위한 블록도.
도 4a 내지 4d는 본 발명의 일 실시예에 따른 컨테이너의 3차원 표면 영상획득시스템의 동작 상태를 설명하기 위한 개념도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 컨테이너의 3차원 표면 영상획득과정을 설명하기 위한 흐름도.
도 6a 내지 도 6f는 본 발명의 일 실시예에 따른 컨테이너의 3차원 표면 영상획득방법을 설명하기 위한 개념도.
***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명***
10 : 컨테이너, 20 : 지지대
100 : 게이트 하우스 101 : 이송용 프레임
200 : 위치검출장치 200a-200c : 제1 내지 제3 발광부
200a'-200c' : 제1 내지 제3 수광부 300 : 슬릿광 발생장치
300a - 300c : 제1 내지 제3 레이저 400 : 영상획득장치
400a - 400c : 제1 내지 제3 카메라 500 : 제어장치
600 : 관리서버 700 : 구동모터
800 : 이송장치

Claims (9)

  1. 게이트하우스 내에 구비된 이송장치의 진행방향으로 그 이송장치에 배열되어 컨테이너의 위치를 검출하기 위한 복수개의 센서로 이루어진 위치검출장치;
    컨테이너와 일정간격으로 이격되도록 이송장치의 내측면에 적어도 두 대 이상의 레이저가 설치되며, 컨테이너의 외부 표면에 특정영역이 중첩되도록 레이저 슬릿광을 조사하여 단일 주사선을 형성하기 위한 슬릿광 발생장치;
    상기 각 레이저와 일정간격으로 이격되도록 적어도 두 대 이상의 카메라부가 설치되며, 상기 단일 주사선을 촬상하여 컨테이너의 단면 형상에 대한 2차원 영상들을 획득하기 위한 영상획득장치;
    상기 위치검출장치로부터 검출된 컨테이너의 위치신호에 따라 이송장치의 이동속도를 산출함과 아울러 상기 슬릿광 발생장치, 상기 영상획득장치 및 구동모터의 동작을 제어하고, 각 카메라부로부터 획득된 2차원 영상들에 대하여 단일 주사선을 추출하여 각 2차원 영상에 대한 Z 및 Y좌표 영상데이터를 생성하며, 카메라부간의 간격 및 카메라부와 컨테이너의 거리값을 이용하여 상기 생성된 각 2차원 영상에 대한 Y좌표 영상데이터의 중첩구간을 산출한 후, 상기 산출된 중첩구간을 조합하여 새로운 영상데이터들을 생성하며, 상기 산출된 이송장치의 이동속도를 이용하여 상기 생성된 새로운 영상데이터들을 조합하여 X좌표 영상데이터를 생성한 후, 상기 생성된 X, Y 및 Z좌표 영상데이터를 이용하여 컨테이너의 3차원 전체 표면 영상 데이터를 출력하기 위한 제어장치;
    상기 제어장치에 의해 구동되어 상기 이송장치에 구동력을 제공하는 구동모터;
    게이트하우스 내에 구비되며, 상기 컨테이너의 좌측면, 우측면 및 상면과 소정 거리를 유지한 상태로 직선 이동이 가능하게 설치되어 상기 위치검출장치, 슬릿광 발생장치 및 영상획득장치를 장착하고, 상기 구동모터로부터 전달되는 구동력을 이용하여 상기 컨테이너의 외곽부를 따라 직선방향으로 주행하는 이송장치를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 컨테이너의 3차원 표면 영상획득 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 위치검출장치는, 상기 컨테이너의 진행방향으로 상기 이송장치의 내부 양측에 일정간격으로 각각 설치되며, 발광부와 수광부가 서로 대향되어 한 조로 이루어진 복수개의 투과형 센서로 이루어진 것을 특징으로 하는 컨테이너의 3차원 표면 영상획득시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 슬릿광 발생장치 및 상기 영상획득장치는 상기 컨테이너의 진행방향에 따른 상기 이송장치의 내부 좌측면, 우측면 및 상면에 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 컨테이너의 3차원 표면 영상획득시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 좌측면 및 우측면에 설치된 슬릿광 발생장치 및 영상획득장치는 서로 대향되도록 설치되며, 상기 상면에 설치된 슬릿광 발생장치 및 영상획득장치는 상기 좌측면 및 우측면에 설치된 슬릿광 발생장치 및 영상획득장치와 수직 방향으로 설치되는 것을 특징으로 하는 컨테이너의 3차원 표면 영상획득시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 슬릿광 발생장치의 각 레이저는 일직선상에 일정간격으로 설치되는 것을 특징으로 하는 컨테이너의 3차원 표면 영상획득시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 영상획득장치의 카메라부는 상기 슬릿광 발생장치의 레이저와 동일 수평선상에 대응되는 개수로 구비되고, 상기 각 레이저에 의해 컨테이너의 외부 표면에 형성된 단일 주사선을 촬상할 수 있도록 소정의 각도로 기울어져 설치되며, 고체촬상소자(CCD) 카메라인 것을 특징으로 하는 컨테이너의 3차원 표면 영상획득시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제어장치는, 상기 슬릿광 발생장치의 레이저와 동일선상에 있는 상기 위치검출장치의 센서가 컨테이너의 진출을 알리는 신호를 발생시킬 때까지, 상기 슬릿광 발생장치의 각 레이저, 상기 영상획득장치의 각 카메라부 및 구동모터의 동작을 계속적으로 수행하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 컨테이너의 3차원 표면 영상획득시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 구동모터는 상기 이송장치가 등속주행하도록 동력을 전달하는 것을 특징으로 하는 컨테이너의 3차원 표면 영상획득 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 이송장치는 볼스크류, 래크/피니언, 레일 형태 중 어느 하나의 동력전달장치를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 컨테이너의 3차원 표면 영상획득 시스템.
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