KR101010794B1 - 레이저 비전 시스템의 레이저 빔 영상 분석 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이저 빔 영상의 중심(center)을 검출하는데 적합한 레이저 비전 시스템(LVS : Laser Vision System)의 레이저 빔 분석 기술에 관한 것이다. 종래의 레이저 비전 시스템에서는, 원본 영상에서 레이저 빔 영상을 분리하여 레이저 빔 영상의 중심을 검출하는데, 영상의 절대적인 밝기를 기준으로 하거나 주변 대비 상대적 밝기를 기준으로 레이저 빔 영상을 분리하도록 하기 때문에, 레이저 빔이 반사되는 피계측물의 표면 재질, 색 등의 원인으로 인해 레이저 빔 영상을 분리하기 위한 기준값이 변화되어 레이저 비전 시스템의 영상처리 신뢰성에 악영향을 끼칠 수 있다. 이에 본 발명은, 획득되는 레이저 빔 영상에 대해 에지 추출 및 컨벌루션(convolution)을 진행하여 레이저 빔 영상의 중심을 결정함으로써, 레이저 빔 영상 분리의 신뢰성을 확보할 수 있다.

레이저 비전 시스템, 에지 추출, 컨벌루션

Description

레이저 비전 시스템의 레이저 빔 영상 분석 장치 및 방법{METHOD AND APPARATUS FOR ANALYZING LASER BEAM IMAGE OF LASER VISION SYSTEM}

본 발명은 레이저 비전 시스템(LVS : Laser Vision System)의 레이저 빔 분석 기술에 관한 것으로, 특히 레이저 빔 영상의 중심(center)을 검출하는데 적합한 레이저 비전 시스템의 레이저 빔 영상 분석 장치 및 방법에 관한 것이다.

선박의 외부 패널은 추진저항을 감소시켜 수중을 효율적으로 항해하도록 하기 위해 복잡한 비전개성 곡면을 가지는 약 10mm 내지 30mm 두께의 곡판부재로 구성되며, 이러한 곡면의 외부 패널을 형성하기 위해서는 일반적으로 선형 가열이라고 하는 가공법을 통해 가스 버너 등을 이용하여 강판의 표면을 국부적으로 가열해서 발생되는 소성변형으로 인한 강판의 면외각변형 또는 면내수축변형을 통해 소망하는 형상으로 가공하고 있다.

또한, 가공된 선박의 곡판부재에 대해서는 원하는 형태로 정확한 가공이 되었는지 여부에 대한 계측이 필요한데, 종래 이러한 선박의 곡판부재의 계측 및 제작에는 줄자, 수공구, 나무재질의 상형곡형 등을 이용한 사람에 의한 계측이 수행 되고 있어 선박의 곡판부재 계측 및 제작에 많은 시간이 소요되며, 계측에 대한 정확성도 떨어지는 등 많은 어려움이 있었다.

특히, 선박의 선수미 부분에 사용되는 곡판부재는 그 형상이 더욱 다양하여 부위별로 사전 제작된 나무 재질의 상형곡형을 이용하여 가공하고, 계측하게 되는데, 상기 상형곡형의 재질이 대부분 나무로 제작되며 원하는 곡면 형상 부재로의 정확한 가공을 위해 하나의 곡판 부재가 완성될 때까지 다수번 반복적으로 사용됨에 따라, 주변 온도와 작업자의 관리 소홀 등과 같은 여러 가지 주변 요인에 의하여 소성변형이 일어나게 되어 형상 오차가 유발되는 등, 정확한 가공 및 계측이 어려운 문제점이 있었다.

위와 같은 문제점을 해결하기 위한 종래의 일환으로, 작업자에 의해 가공된 곡판부재를 정확하게 측정할 수 있도록 하는 레이저 비전 시스템(LVS : Laser Vision System)이 제안된 바 있다.

통상적인 레이저 비전 시스템은, 예컨대, 레이저 다이오드(Laser Diode)를 통해 출사되는 레이저 빔에 의한 영상을 카메라 등을 통해 획득하고, 획득되는 레이저 빔 영상을 영상 처리하여 레이저 빔 영상의 직선성분 각도, 중심 등을 검출하는 일련의 작업을 수행한다.

종래의 레이저 비전 시스템에서는, 원본 영상에서 레이저 빔 영상을 분리하여 레이저 빔 영상의 중심을 검출하는데, 영상의 절대적인 밝기를 기준으로 하거나 주변 대비 상대적 밝기를 기준으로 레이저 빔 영상을 분리하도록 한다.

이때, 레이저 빔이 반사되는 피계측물의 표면 재질, 색 등의 원인으로 인해 레이저 빔 영상을 분리하기 위한 기준값이 변화되어 레이저 비전 시스템의 영상처리 신뢰성에 악영향을 끼칠 수 있다. 즉, 레이저 빔 영상의 중심을 찾기 위한 과정이 부정확하며, 임의로 입력한 기준값이 필요하기 때문에 영상처리 결과에 대한 신뢰성이 낮다는 문제가 있다.

이에 본 발명은, 획득되는 레이저 빔 영상에 대해 에지 추출 및 컨벌루션(convolution)을 진행하여 레이저 빔 영상의 중심을 결정함으로써, 레이저 빔 영상 분리의 신뢰성을 확보할 수 있는 레이저 비전 시스템의 레이저 빔 영상 분석 방안을 제공하고자 한다.

본 발명의 과제를 해결하기 위한 일 관점에 따르면, 일정 파장의 레이저 빔을 피계측물로 출사하여 레이저 빔 영상을 생성하는 레이저 빔 출사부와, 상기 레이저 빔 출사부에 의해 상기 피계측물 상에 표시되는 레이저 빔 영상을 획득하는 레이저 빔 영상 획득부와, 상기 레이저 빔 영상 획득부를 통해 획득되는 레이저 빔 영상에 대해 에지 추출 및 컨벌루션을 진행하고, 상기 에지 추출 및 컨벌루션을 진행한 결과에 의거하여 상기 레이저 빔 영상의 중심 위치를 결정하는 제어부를 포함하는 레이저 비전 시스템의 레이저 빔 영상 분석 장치를 제공한다.

본 발명의 과제를 해결하기 위한 다른 관점에 따르면, 피계측물 상에 표시되는 레이저 빔 영상을 획득하는 레이저 비전 시스템의 레이저 빔 영상 분석 방법으로서, 획득되는 레이저 빔 영상에 대해 에지를 추출하여 레이저 빔 영상의 명암 레벨 변화 함수로 변환하는 과정과, 변환되는 레이저 빔 영상의 명암 레벨 변화 함수 결과에 대해 컨벌루션을 진행하는 과정과, 상기 컨벌루션 결과에 따라 레이저 빔 영상 명암 레벨의 최대값을 검색하는 과정과, 상기 검색되는 최대값에 대응하는 픽셀 정보를 상기 레이저 빔 영상의 중심 위치로 결정하는 과정을 포함하는 레이저 비전 시스템의 레이저 빔 영상 분석 방법을 제공한다.

본 발명에 의하면, 레이저 비전 시스템에서 레이저 빔 영상을 원본 영상에서 분리하고자 할 때, 레이저 빔 영상의 에지 추출 및 컨벌루션 과정을 통해 레이저 빔 영상의 중심을 정확히 검출함으로써, 레이저 빔 영상의 잡음성분을 최대한 배제하면서도 실제 레이저 빔 영상만을 효율적으로 분리할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 구체적으 로 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 레이저 빔 영상 분석 방법을 구현하기 위한 레이저 비전 시스템의 레이저 빔 분석 장치에 대한 개략적인 구성 블록도로서, 레이저 빔 출사부(100), 레이저 빔 영상 획득부(102), 레이저 빔 영상 처리부(104), 제어부(106)를 포함한다.

도시한 바와 같이, 레이저 빔 출사부(100)는, 예를 들면 레이저 다이오드 등으로 구성될 수 있으며, 제어부(106)로부터의 제어에 따라 일정 파장의 레이저 빔을 피계측물(10)로 출사하여 레이저 빔 영상을 생성한다.

레이저 빔 영상 획득부(102)는, 예를 들면 카메라 등으로 구성될 수 있으며, 상기 레이저 빔 출사부(100)에 의해 피계측물(10) 상에 표시되는 레이저 빔 영상을 획득하는 역할을 한다.

레이저 빔 영상 처리부(104)는, 상기 레이저 빔 영상 획득부(102)를 통해 획득되는 레이저 빔 영상에 대해 원본 영상의 Y축에 대한 변화량으로 미분하여 에지를 추출하고, 에지 추출 영상에 대해 컨벌루션(convolution)을 진행하여 최대값을 검색함으로써, 레이저 빔 영상의 중심을 결정하는 역할을 한다.

제어부(106)는, 상기 레이저 빔 출사부(100)와 레이저 빔 영상 획득부(102)와 레이저 빔 영상 처리부(104)를 제어한다. 이와 같은 제어부(106)의 구체적인 제어 과정에 대해서는 하기 도 2에서 상세히 기술될 것이다.

이하, 상술한 구성과 함께, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저 비전 시스템의 레이저 빔 영상 분석 방법에 대해 첨부한 도 2의 흐름도를 참조하여 상세 히 설명하기로 한다.

도 2에 도시한 바와 같이, 단계(S200)에서 제어부(106)는 레이저 빔 출사부(100)와 레이저 빔 영상 획득부(102)를 제어하여 임의의 피계측물(10) 상에 표시되는 레이저 빔 영상을 획득하도록 한다.

도 3에 예시한 바와 같이, 레이저 빔 영상 획득부(102)를 통해 획득되는 레이저 빔 영상은 가운데 부분이 밝게 나타나므로, 이 부분에서의 레이저 빔 영상의 명암 레벨이 높게 나타난다.

이후, 영상 처리부(104)는 단계(S204)에서와 같이, Y축에 대한 변화량으로 미분하여 원본 영상에서 에지를 추출하는 과정을 수행한다.

이와 같이 에지를 추출하는 과정(미분 과정)을 통해 생성되는 영상에서 레이저 빔이 존재하는 영상의 밝기는 도 4에 예시한 바와 같다.

도 4에서 x축의 인덱스(index)는 레이저 빔 영상의 픽셀(pixel)을 의미하며, y축은 색의 변화량, 즉 레이저 빔 영상의 명암 레벨을 의미한다. 예컨대, y축의 수치가 높으면 색의 변화량이 크다는 것을 의미한다.

도 4에서 영상 명암 레벨의 변화는 플러스(+) → 영(0) → 마이너스(-)의 형태를 취하게 되는데, 영(0)이 되는 위치가 레이저 빔 영상의 중심이 되게 된다.

이때, 본 실시예에서는 상기 도 4의 레이저 빔 영상의 명암 레벨 변화량 그래프에 대해 컨벌루션을 진행한다(S206).

본 실시예에서 컨벌루션이라 함은, 예컨대 도 4의 레이저 빔 영상의 명암 레벨 변화량 그래프에 대해 기설정 픽셀 범위의 윈도우(window), 즉 관심영역을 사용하여 x축 방향으로 스캔(scan)하는 과정을 포함한다. 여기서, 기설정 픽셀 범위의 윈도우는, 예컨대 플러스(+) 값을 갖는 5개의 픽셀과 마이너스(-) 값을 갖는 5개의 픽셀, 총 10 픽셀 범위의 윈도우를 적용할 수 있을 것이다. 이와 같이 10 픽셀 범위의 윈도우를 적용하여 컨벌루션을 진행하는 이유는, 통상의 레이저 빔 영상의 폭이 10 픽셀 이하로 검출되기 때문이다.

한편, 영상 처리부(106)는 상기 단계(S206)에서와 같은 컨벌루션을 진행한 결과에 따라 레이저 빔 영상 명암 레벨의 최대값을 검색하고, 검색되는 최대값에 대응하는 픽셀 정보를 레이저 빔 영상의 중심 위치로 결정한다(S208)(S210).

예컨대, 레이저 빔 영상의 폭이 5 픽셀보다 작다면 영상 상에서 관측위치 좌측 5 픽셀값을 모두 더하고, 레이저 빔 영상의 폭이 5 픽셀보다 크면 우측 5픽셀 값을 모두 뺀 후, 도 5와 같은 그래프 형태로 변경하는데, 도 5에서 레이저 빔 영상 명암 레벨의 최대값이 존재하는 위치를 검색하여 레이저 빔 영상의 중심 위치로 확정한다.

도 5에서는, 레이저 빔 영상의 명암 레벨이 275일 때가 최대가 되며, 이때의 픽셀 위치는 대략 14가 되므로, 레이저 빔 영상의 픽셀 위치 14를 레이저 빔 영상의 중심 위치로 최종 확정하게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은, 레이저 비전 시스템에서 레이저 빔 영상을 분석하고자 할 때, 레이저 빔 영상의 에지 추출 및 컨벌루션을 통해 레이저 빔 영상의 중심 위치를 정확히 검출하도록 구현한 것이다.

한편, 본 발명의 실시예에 대해 상세히 기술하였으나 본 발명은 이러한 실시 예에 국한되는 것은 아니며, 후술하는 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상과 범주 내에서 당업자로부터 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.

도 1은 본 발명의 일 관점에 따른 레이저 비전 시스템의 레이저 빔 영상 분석 장치에 대한 구성 블록도,

도 2는 본 발명의 다른 관점에 따른 레이저 비전 시스템의 레이저 빔 영상 분석 방법을 설명하는 흐름도,

도 3은 본 발명의 실시예에 따라 생성된 가우시안 분포도를 예시한 도면,

도 4는 도 3의 가우시안 분포도에 대해 Y축에 대한 변화량으로 미분하여 에지를 추출한 결과를 예시한 그래프,

도 5는 도 4의 결과 그래프에 대해 컨벌루션을 진행한 이후의 결과를 예시한 그래프.

Claims (6)

1. 피계측물 상에 표시되는 레이저 빔 영상을 획득하는 레이저 비전 시스템의 레이저 빔 영상 분석 방법으로서,

   획득된 영상에 대해 에지를 추출하여 레이저 빔 영상의 명암 레벨 변화 함수로 변환하는 과정과,

   변환되는 레이저 빔 영상의 명암 레벨 변화 함수 결과에 대해 컨벌루션을 진행하는 과정과,

   상기 컨벌루션 결과에 따라 레이저 빔 영상 명암 레벨의 최대값을 검색하는 과정과,

   상기 검색되는 최대값에 대응하는 픽셀 정보를 상기 레이저 빔 영상의 중심 위치로 결정하는 과정

   을 포함하는 레이저 비전 시스템의 레이저 빔 영상 분석 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 레이저 빔 영상의 명암 레벨 변화 함수로 변환하는 과정은,

   상기 획득되는 레이저 빔 영상의 가우시안 분포 함수 그래프의 Y축에 대한 변화량으로 미분하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 비전 시스템의 레이저 빔 영상 분석 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 컨벌루션을 진행하는 과정은,

   상기 레이저 빔 영상의 명암 레벨 변화 함수에 대해 기설정 픽셀 범위의 관심영역을 사용하여 상기 명암 레벨 변화 함수 그래프의 x축 방향으로 스캔(scan)하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 비전 시스템의 레이저 빔 영상 분석 방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 기설정 픽셀 범위는, 상기 레이저 빔 영상의 폭에 대응하는 것을 특징으로 하는 레이저 비전 시스템의 레이저 빔 영상 분석 방법.
5. 일정 파장의 레이저 빔을 피계측물로 출사하여 레이저 빔 영상을 생성하는 레이저 빔 출사부와,

   상기 레이저 빔 출사부에 의해 상기 피계측물 상에 표시되는 레이저 빔 영상을 획득하는 레이저 빔 영상 획득부와,

   상기 획득된 영상에 대해 에지 추출 및 컨벌루션을 진행하고, 상기 에지 추출 및 컨벌루션을 진행한 결과에 의거하여 상기 레이저 빔 영상의 중심 위치를 결정하는 제어부

   를 포함하는 레이저 비전 시스템의 레이저 빔 영상 분석 장치.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 제어부는,

   상기 에지 추출 및 컨벌루션을 진행한 결과에서 상기 레이저 빔 영상의 명암 변화 레벨의 최대값에 대응하는 픽셀 정보를 상기 레이저 빔 영상의 중심 위치로 결정하는 것을 특징으로 하는 레이저 비전 시스템의 레이저 빔 영상 분석 장치.

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