KR101087172B1 - 고온 금속 표면 3차원 형상 추출 시스템 및 방법 - Google Patents

고온 금속 표면 3차원 형상 추출 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고온 금속 표면 3차원 형상 추출 시스템 및 방법으로서, 고온의 대상 물체가 발산하는 광의 파장 대역과 다른 파장 대역으로서, 서로 다른 파장 대역을 갖는 2개의 광과, 상기 2개의 광과 동일한 파장 대역을 갖는 2개의 광에서, 서로 동일한 파장 대역을 갖는 광들을 서로 다른 방향으로 편광시켜 서로 간섭없는 4개의 광으로 발산하는 광원부; 상기 광원부로부터 편광된 4개의 광을 동시에 상기 대상 물체에 조사하여 상기 대상 물체에 대한 2차원 영상을 획득하기 위한 영상획득부; 및 상기 영상획득부가 획득한 2차원 영상을 포토메트릭 스테레오(Photometric Stereo) 기법을 이용하여 합성하고 상기 대상 물체의 표면에 대한 3차원 형상을 추출하는 영상처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고온 금속 표면 3차원 형상 추출 시스템과 이를 이용하여 고온 금속 표면에 대한 3차원 형상을 추출하는 방법이며, 이와 같은 본 발명에 의하면 접근이 불가능한 고온의 철강 제품의 표면 결함의 3차원 형상 정보를 제공할 수 있으므로 이를 바탕으로 결함이 발생된 제품 또는 결함 부위에 대하여 미리 적절한 조치를 취할 수 있어 제품의 품질관리 및 제품 생산의 비용절감에 크게 기여할 수 있다.

Description

고온 금속 표면 3차원 형상 추출 시스템 및 방법 {Extraction system of 3 dimensional shape of high temperature metallic surface and method thereof}
본 발명은 고온 금속 표면 3차원 형상 추출 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 선편광된 광들을 고온의 금속 물체에 동시에 조사하고 포토메트릭 스테레오(Photometric Stereo) 기법을 이용하여 고온 금속 물체 표면의 3차원 형상을 추출하는 시스템 및 이를 이용하여 고온 금속 표면에 대한 3차원 형상을 추출하는 방법에 대한 것이다.
3차원 형상 추출 기술은 실세계에 존재하는 물체에 대한 3차원 형상을 추출하는 디지털 기술로서, 종래의 컴퓨터 그래픽스에 기반하여 수작업에 의해 대상물체의 3차원 형상을 시현하는 방식의 경우에는 숙련된 디자이너가 수작업으로 3차원 모델을 제작하므로 시간이 많이 소요되고 디자이너의 숙련도에 따라서 품질의 차이가 많은 단점이 있으며, 실세계에 존재하는 물체를 모델링할 때는 일일이 측정을 하는 과정을 거쳐야 하는 단점이 있다. 이와 같은 문제점을 해결하고자 제시된 것이 3차원 형상 추출 기술로써, 이미 많은 응용 분야에서 활용되고 있다.
물체의 3차원 형상 추출 기술은 접촉식과 비접촉식으로 구분할 수 있는데, 접촉식 3차원 형상 추출의 경우에는 복원 대상 물체의 측정부위를 측정 센서가 맞닿은 상태에서 3차원 좌표를 측정하는 방식으로 고정밀의 3차원 측정 데이터를 획득할 수는 있으나 압력이 가해지면 형태가 변하는 물체나 고온 물체의 경우에는 측정이 불가능하여 이에 대한 대안으로 비접촉식 3차원 형상 추출 기술이 제시되고 있다.
비접촉식 3차원 형상 추출 기술은 물체에서 반사하거나 투과되는 광을 이용하여 3차원 형상을 추출하는 방식으로서, 여러 산업 분야에서는 제품 품질 관리를 위해 제품 자체 또는 표면의 3차원 형상을 비접촉식이면서 실시간으로 추출할 수 있는 시스템에 대한 기술 개발이 꾸준히 요구되고 있는 실정이다.
포토메트릭 스테레오(Phometric Stereo) 기법은 대상 물체에 여러 개의 조명을 순차적으로 적용하고 카메라를 통해 획득한 최소 3개 이상의 영상을 이용하여 물체의 3차원 형상을 추출하는 기법이며 조명의 개수가 많을수록 보다 신뢰성 있게 물체의 3차원 형상을 추출할 수 있다.
최근에는 RGB 카메라와 R(빨강색), G(초록색), B(파란색)의 서로 다른 3개의 파장대역의 조명을 동시에 물체에 조사하여 얻은 3장의 영상에 포토메트릭 스테레오 기법을 적용하여 3차원 형상 정보를 추출하는 기법이 개발된 상황이다.
그러나 고온의 금속 물체의 경우에 노란색부터 붉은색 및 적외선 영역까지 넓은 영역의 주파수 대역을 갖는 광을 발산하기 때문에 상기의 RGB 카메라와 R(빨강색), G(초록색), B(파란색)의 조명을 이용한 방법으로는 포토메트릭 스테레오 기법에 적용할 최소 3개 이상의 조명이 적용된 효과를 갖는 3개 이상의 영상을 얻을 수 없으며 따라서 현재 고온 금속 물체의 3차원 형상을 추출 할 수 없는 실정이다.
철강 산업에서는 제품의 생산 단계에서 정지 또는 이동중인 고온 철강재 표면 결함의 3차원 정보를 추출하고 이를 바탕으로 미리 적절한 조치를 취하는 것이 품질관리 및 비용절감 면에서 매우 중요한데, 현재까지 물체가 스스로 광을 발산하는 고온인 상황에서 물체 표면의 3차원 형상 정보를 비접촉식이면서 실시간으로 추출하는 시스템은 개발되지 않았으며 이와 같은 3차원 형상 추출 시스템의 시급한 개발이 절실히 요구되고 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, 정지 또는 이동 중인 고온의 금속 물체의 표면에 대한 3차원 형상을 추출할 수 있는 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
특히, 철강 산업에서는 스스로 광을 발산하는 고온 철강재를 이용해서 여러 가지 제품을 생산하고 있는데, 제품의 생산 단계에서의 철강재는 고온의 열을 발산하므로 접근이 불가능하여 제품의 결함 여부를 판단하기 어려운 문제점을 해결하고자 한다.
나아가서 고온의 금속 물체의 경우에 노란색부터 붉은색 및 적외선 영역까지 넓은 영역의 주파수 대역을 갖는 광을 발산하기 때문에 종래의 3차원 형상 정보를 추출하는 기법을 적용하여 고온 금속 물체의 3차원 형상을 추출 할 수 없는 문제점을 해결하고자 한다.
상기 기술적 과제를 달성하고자 본 발명은, 고온의 대상 물체가 발산하는 광의 파장 대역과 다른 파장 대역으로서, 서로 다른 파장 대역을 갖는 2개의 광과, 상기 2개의 광과 동일한 파장 대역을 갖는 2개의 광에서, 서로 동일한 파장 대역을 갖는 광들을 서로 다른 방향으로 선편광시켜 서로 간섭없는 4개의 광으로 발산하는 광원부; 상기 광원부로부터 편광된 4개의 광을 동시에 상기 대상 물체에 조사하여 상기 대상 물체에 대한 2차원 영상을 획득하기 위한 영상획득부; 및 상기 영상획득부가 획득한 2차원 영상을 포토메트릭 스테레오(Photometric Stereo) 기법을 이용하여 합성하고 상기 대상 물체의 표면에 대한 3차원 형상을 추출하는 영상처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고온 금속 표면 3차원 형상 추출 시스템을 포함한다.
바람직하게는 상기 광원부는, 상기 서로 다른 파장 대역을 갖는 2개의 광을 각각 2개씩 발산하는 4개의 조명; 및 상기 조명으로부터 발산된 서로 동일한 파장 대역을 갖는 광들을 서로 다른 방향으로 선편광시키는 편광 필터를 포함할 수 있다.
여기서 상기 편광 필터는 상기 서로 동일한 파장 대역을 갖는 광들을 서로 직교 방향으로 편광시키는 선편광 필터 또는 원편광 필터가 될 수 있으며, 상기 영상획득부는 상기 선편광 필터가 서로 직교하도록 배치되거나, 상기 원편광필터의 선편광 필터 부분이 서로 직교하도록 배치되거나, 상기 선편광 필터와 상기 원편광 필터의 선편광 필터 부분이 서로 직교하도록 배치된 2개의 카메라를 포함할 수 있다.
또한 본 발명은, 고온의 대상 물체가 발산하는 광의 파장 대역과 다른 파장 대역으로서, 서로 다른 파장 대역을 갖는 2개의 광과, 상기 2개의 광과 동일한 파장 대역을 갖는 2개의 광에서, 서로 동일한 파장 대역을 갖는 광들을 서로 다른 방향으로 편광시켜 서로 간섭없는 4개의 광으로 상기 고온의 대상 물체를 동시에 조사하는 단계; 상기 편광된 4개의 광으로 조사된 상기 대상 물체에 대한 2차원 영상을 획득하는 단계; 및 상기 획득된 2차원 영상을 포토메트릭 스테레오(Photometric Stereo) 기법을 이용하여 합성하고 상기 대상 물체의 표면에 대한 3차원 형상을 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고온 금속 표면 3차원 형상 추출 방법을 포함한다.
바람직하게는 상기 조사하는 단계는 상기 서로 동일한 파장 대역을 갖는 광들을 선편광 필터 또는 원편광 필터를 이용하여 서로 직교 방향으로 선편광시켜 선편광된 광들로 상기 고온의 대상 물체를 조사하고, 상기 2차원 영상을 획득하는 단계는 서로 직교 방향으로 선편광된 광들이 투과되도록 선편광 필터 또는 원편광 필터가 배치된 카메라를 이용하여 2차원 영상을 획득할 수 있다.
여기서 상기 2차원 영상을 획득하는 단계는 상기 편광된 4개의 광에 대한 각각의 독립적인 4개의 2차원 영상을 획득하며, 상기 3차원 형상을 추출하는 단계는 획득한 상기 4개의 2차원 영상 중 적어도 3개 이상의 영상을 포토메트릭 스테레오(Photometric Stereo) 기법으로 합성하여 상기 대상 물체의 표면에 대한 3차원 형상을 추출할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따르면, 정지 또는 이동 중인 고온의 금속 물체의 표면에 대한 3차원 형상을 추출할 수 있는 시스템 및 방법을 제공할 수 있다.
특히 본 발명에 의하면 접근이 불가능한 고온의 철강 제품의 표면 결함의 3차원 형상 정보를 제공할 수 있으므로 이를 바탕으로 결함이 발생된 제품 또는 결함 부위에 대하여 미리 적절한 조치를 취할 수 있어 제품의 품질관리 및 제품 생산의 비용절감에 크게 기여할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 고온 금속 표면 3차원 형상 추출 시스템의 일 실시예에 대한 개략적인 구성을 도시하며,
도 2는 본 발명에 따른 도 1의 실시예에서 영상획득부의 구성을 도시하며,
도 3은 본 발명에 따른 도 1의 실시예에서 영상획득부와 영상처리부의 동작 관계를 도시한다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 설명하기 위하여 이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하고 이를 참조하여 살펴본다.
먼저, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니며, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 또한 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명은 고온의 대상 금속 물체가 발산하는 광의 파장 대역과 다른 파장 대역이면서 선편광된 광들을 고온의 금속 물체에 동시에 조사하고 포토메트릭 스테레오(Photometric Stereo) 기법을 이용하여 고온 금속 물체 표면의 3차원 형상을 추출하는 시스템 및 이를 이용하여 고온 금속 표면에 대한 3차원 형상을 추출하는 방법이다.
물체의 3차원 형상 추출 기법중 하나인 포토메트릭 스테레오 기법은 1개의 고정된 카메라와 최소 3개 이상의 조명을 서로 다른 위치에서 순차적으로 물체에 조사하여 취득한 영상이 필요하다. 최근 개발된 포토메트릭 스테레오 기법은 RGB 카메라 1대와 R(빨강색), G(초록색), B(파란색)의 서로 다른 3개의 파장대역의 조명으로 구성되며 이러한 3개의 조명을 동시에 물체에 조사하여 독립적인 3개의 조명을 순차적으로 적용한 것과 같은 효과를 갖는 3장의 영상을 이용하여 물체의 3차원 형상을 추출한다.
그러나 고온의 금속 물체는 스스로 붉은색 및 노란색 계열의 빛을 발산하므로 이러한 방법으로는 붉은색 계열의 조명을 조사한 영상을 취득 할 수 없으며 특히, 철강산업분야에서 철강재를 제조하는 공정 중에는 철강 제품의 부피가 너무 크고 생산 환경이 대기 및 물에 노출되어 있기 때문에 측정 대상 물체인 고온의 철강재는 넓은 영역의 온도 분포를 가지게 되며, 이로 인해 고온의 철강재는 상당히 넓은 영역의 파장을 갖는 광을 발산하므로 일반적인 종래 기술의 3차원 형상 추출 방식을 도입하여 효과적인 3차원 영상을 추출하는 것은 불가능하다.
이에 본 발명에서는 고온 금속 물체에서 열에너지가 광 에너지로 변환되어 발산되는 광의 파장대역을 피해서 선택된 2개의 서로 다른 파장 대역의 조명을 선편광시켜 만든 4개의 서로 다른 조명을 이용하여 영상을 취득하고, 취득된 영상에 포토메트릭 스테레오 기법을 적용하여 고온 금속 물체에 대한 3차원 형상을 추출하게 된다.
이하에서는 본 발명에 따른 고온 금속 표면 3차원 형상 추출 시스템과 이를 이용한 고온 금속 표면 3차원 형상 추출 방법을 본 발명에 따른 실시예의 구성들의 동작관계를 통해 같이 살펴보기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 고온 금속 표면 3차원 형상 추출 시스템의 일 실시예에 대한 개략적인 구성을 도시한다.
본 발명에 따른 고온 금속 표면 3차원 형상 추출 시스템(100)은 개략적으로 서로 간섭이 없는 선편광된 4개의 광을 발산하는 광원부(110, 120), 상기 선편광된 4개의 광으로 고온의 대상 금속 물체(10)를 조사하여 2차원 영상을 획득하는 영상획득부(150) 및 획득된 2차원 영상을 포토메트릭 스테레오 기법으로 합성하여 대상 금속 물체(10)의 표면에 대한 3차원 형상을 추출하는 영상 처리부로 구성된다.
도 1을 참조하여 본 발명의 구성을 살펴보면, 고온의 금속 물체가 발산하는 광의 파장 대역과 다른 파장 대역으로서 서로 다른 파장 대역을 갖는 2개의 광이 선택되는데, 여기서 각 선택된 파장 대역의 중심 파장(central wavelength)을 λ1과 λ2라 하자.
상기 λ1 및 λ2와 관련하여 본 발명에 따라 고온 금속 물체에서 발산되는 광의 파장대역을 피해서 선택된 서로 다른 파장 대역의 광을 살펴보자면, 통상적으로 600~1400℃ 정도의 고온 철강재는 600nm이상의 파장을 갖는 광을 방사하며, 600nm이하의 파장을 갖는 광도 방사를 하지만 그 방사되는 양이 너무 작아 무시할 정도의 수준이다.
그리고 일반적인 조명에서는 가시광선 영역부터 근적외선 영역까지를 포함하여 대략 380~900nm 파장 대역 내의 광을 방사하는데, 본 발명에서는 고온 철강재에서 방사되는 600nm이상의 파장 대역과 다른 파장 대역으로서 대략적으로 380~560nm 범위 내의 파장 대역을 갖는 광이 선택될 수 있다.
이와 같은 파장 대역의 범위 내에서 복수개의 광이 선택될 수 있지만, 그 파장 대역의 범위가 넓지 못한 상황에서 3개 이상의 광이 선택된다면 선택된 각각의 광이 가질 수 있는 파장대역의 폭이 너무 협소하게 되어 그 밝기가 급감하므로 대상 물체를 조사하기에는 너무 약한 광이 되는 문제점이 발생될 수 있다.
따라서 본 발명에서는 적절한 밝기를 유지시키면서 효과적으로 고온 대상 물체를 조사할 수 있도록 380~560nm 범위 내에서 서로 다른 파장 대역을 갖는 2개의 광을 이용하는 것이다.
바람직하게는 2개 광의 파장대역에 대한 중심파장인 상기 λ1과 λ2는 대략적으로 각각 420nm와 520nm 근방에서 선택될 수 있으며, 따라서 2개 광이 각각 가질 수 있는 파장대역은 380~460nm의 범위와 480~560nm의 범위가 될 수 있다.
도 1에서와 같이 동일한 중심 파장 λ1을 갖는 2개 광을 발산하는 제1 조명(110)과 동일한 중심 파장 λ2를 갖는 2개 광을 발산하는 제2 조명(120)이 준비되고, 제1 조명(110)과 제2 조명(120)의 각 조명들에는 선편광 필터(linear polarizing filter)또는 원편광필터(circular polarizing filter)가 배치된다.
원편광 필터는 선편광 필터 부분과 1/4 파장 플레이트 부분의 2부분으로 이루어져 있으며, 상기 조명에 장착하면 최종적으로 선편광 필터 부분을 지나 선편광된 광을 발산하는 조명이 될 수 있다.
따라서 서로 다른 방향으로 선편광된 광들은 상기 조명에 선편광 필터 또는 원편광 필터를 설치해서 얻을 수 있으며, 본 발명에서는 상기 선편광 필터 또는 원편광 필터를 이용하여 동일한 파장 대역을 갖는 조명으로부터의 광들을 서로 직교 방향으로 선편광시킨다.
즉, 제1 조명(110)에 포함된 동일한 중심 파장 λ1을 갖는 2개 조명 각각에 선편광필터를 직교하게 배치하거나 또는 원편광 필터의 선편광 필터 부분이 서로 직교하도록 배치하며, 예시적으로 수평과 수직 방향으로 각각 편광된 서로 간섭이 없는 2개의 조명인 조명 A(110a)와 조명 a(110b)를 만들고, 제2 조명(120)에 포함된 동일한 중심 파장 λ2를 갖는 2개의 조명 각각에 선편광 필터를 직교하게 배치하거나 또는 원편광 필터의 선편광 필터 부분이 서로 직교 하도록 배치하여 서로 간섭이 없는 2개의 조명인 조명 B(120a)와 조명 b(120b)를 만든다.
이렇게 함으로써 조명 A(110a)는 중심 파장이 λ1인 횡파 성분만을 가지게 되며 조명 a(110b)는 중심 파장이 λ1인 종파 성분만을 가지게 된다. 또한 조명 B(120a)는 중심 파장이 λ2인 횡파 성분만을 가지게 되며 조명 b(120b)는 중심 파장이 λ2인 종파 성분만을 가지게 된다.
이와 같은 구성을 통해 서로 다른 2개의 파장 대역을 갖는 조명들을 각각 편광시켜 총 4개의 서로 간섭이 없는 조명(110a, 110b, 120a, 120b)이 만들어진다.
그리고 도 1에 도시된 바와 같이 서로 간섭이 없는 4개의 조명(110a, 110b, 120a, 120b)을 고온의 대상 금속 물체(10)에 조사하여 영상획득부(150)가 2차원 영상을 획득하며, 영상처리부(170)는 영상획득부(150)가 획득된 영상을 포토메트릭 스테레오 기법으로 합성하여 대상 물체(10)의 표면에 대한 3차원 형상을 추출하게 된다.
도 2는 본 발명에 따른 도 1의 실시예에서 영상획득부(150)의 구성을 도시하는데, 도 2를 참조하여 영상획득부(150)를 살펴보기로 한다.
영상획득부(150)는, 선편광된 4개 광을 발산하는 4개의 조명(110a, 110b, 120a, 120b)으로 대상 금속 물체(10)를 조사하여 이에 대한 2차원 영상을 획득하는데, 도 2에 도시된 바와 같이 영상획득부(150)는 서로 직교하도록 선편광된 해당 조명을 동시에 금속 물체에 조사했을 때 반사되는 서로 직교 방향으로 선편광된 광을 구분하기 위한, 서로 직교하는 선편광 필터가 배치되거나, 또는 원편광 필터의 선편광 필터 부분이 서로 직교하도록 배치되거나, 또는 선편광 필터와 원편광 필터의 선편광 필터 부분이 서로 직교하도록 배치된 2개의 카메라(151, 153)를 포함한다.
상기 원편광 필터를 카메라에 장착하는 경우에는, 금속 물체에 조사되어 반사되는 광이 먼저 원편광 필터의 선편광 필터 부분을 지난 후 1/4 파장 플레이트 부분을 지나게 되어 원편광된 광이 카메라의 이미지 센서를 통해 그 강도가 감지된다. 즉, 카메라에서 영상을 획득하는 입장에서는 카메라에 선편광 필터를 장착한 경우와 원편광 필터를 장착한 경우 모두 동일한 효과를 얻을 수 있다.
여기서 제1 카메라(153)에는 횡파 성분으로 편광된 광을 투과시키기 위한 선편광 필터 또는 원편광 필터가 배치되어, 횡파성분으로 편광된 광을 발산하는 조명 A(110a)와 조명 B(120a)에 의해 조사된 2차원 영상을 제1 카메라(153)가 획득하며, 마찬가지로 제2 카메라(151)에는 종파 성분으로 편광된 광을 투과시키기 위한 선편광 필터 또는 원편광 필터가 배치되어, 종파성분으로 편광된 광을 발산하는 조명 a(110b)와 조명 b(120b)에 의해 조사된 2차원 영상을 제2 카메라(151)가 획득하게 된다. 즉, 편광된 4개의 광으로 동시에 대상 금속 물체(10)를 조사했을 때 제1 카메라(153)와 제2 카메라(151)가 각각의 조명에 대한 독립적인 4개의 2차원 영상(155)을 획득하게 된다.
예시적으로 제1 카메라(153)와 제2 카메라(151)는 R, G 및 B의 3개 파장 대역을 구분하여 촬영이 가능한 RGB 카메라가 적용될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 도 1의 실시예에서 영상획득부(150)와 영상처리부(170)의 동작을 도시하는데, 영상획득부(150)에 의해 획득된 4개의 2차원 영상(155)은 영상처리부(170)로 전송되고, 영상처리부(170)는 포토메트릭 스테레오 기법을 적용하여 획득된 4개의 영상(155) 중 적어도 3개 이상의 영상을 합성하여 고온 금속 물체(10) 표면의 3차원 형상을 추출하게 된다.
이와 같은 본 발명에 의한 서로 간섭없는 선편광된 4개의 광을 통해 고온의 대상 물체를 조사하고 선편광된 4개의 광에 대응되는 광학필터가 배치된 영상획득부를 통해 4개의 2차원 영상을 획득하여 포토메트릭 스테레오 기법으로 대상 물체의 3차원 형상을 추출할 수 있게 되어, 접근이 불가능한 고온의 철강 제품의 표면 결함의 3차원 형상 정보를 제공할 수 있으므로 이를 바탕으로 결함이 발생된 제품 또는 결함 부위에 대하여 미리 적절한 조치를 취할 수 있어 제품의 품질관리 및 제품 생산의 비용절감에 크게 기여할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상이 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 고온 금속 표면 3차원 형상 추출 시스템,
110, 120, 130, 140 : 편광된 조명,
150 : 영상획득부,
170 : 영상 추출부.

Claims (7)

  1. 고온의 대상 물체가 발산하는 광의 파장 대역과 다른 파장 대역으로서, 서로 다른 파장 대역을 갖는 2개의 광과, 상기 2개의 광과 동일한 파장 대역을 갖는 2개의 광에서, 서로 동일한 파장 대역을 갖는 광들을 서로 다른 방향으로 편광시켜 서로 간섭없는 4개의 광으로 발산하는 광원부;
    상기 광원부로부터 편광된 4개의 광을 동시에 상기 대상 금속 물체에 조사하여 상기 대상 금속 물체에 대한 2차원 영상을 획득하기 위한 영상획득부; 및
    상기 영상획득부가 획득한 2차원 영상을 포토메트릭 스테레오(Photometric Stereo) 기법을 이용하여 합성하고 상기 대상 금속 물체의 표면에 대한 3차원 형상을 추출하는 영상처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고온 금속 표면 3차원 형상 추출 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원부는,
    상기 서로 다른 파장 대역을 갖는 2개의 광을 각각 2개씩 발산하는 4개의 조명; 및
    상기 조명으로부터 발산된 서로 동일한 파장 대역을 갖는 광들을 서로 다른 방향으로 편광시키는 편광 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 고온 금속 표면 3차원 형상 추출 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 편광 필터는,
    상기 서로 동일한 파장 대역을 갖는 광들을 서로 직교 방향으로 편광시키는 선편광 필터 또는 원편광 필터인 것을 특징으로 하는 고온 금속 표면 3차원 형상 추출 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 영상획득부는,
    상기 선편광 필터가 서로 직교하도록 배치되거나, 상기 원편광 필터의 선편광 필터 부분이 서로 직교하거나, 상기 선편광 필터와 상기 원편광 필터의 선편광 필터 부분이 서로 직교하도록 배치된 2개의 카메라를 포함하는 것을 특징으로 하는 고온 금속 표면 3차원 형상 추출 시스템.
  5. 고온의 대상 물체가 발산하는 광의 파장 대역과 다른 파장 대역으로서, 서로 다른 파장 대역을 갖는 2개의 광과, 상기 2개의 광과 동일한 파장 대역을 갖는 2개의 광에서, 서로 동일한 파장 대역을 갖는 광들을 서로 다른 방향으로 편광시켜 서로 간섭없는 4개의 광으로 상기 고온의 대상 금속 물체를 동시에 조사하는 단계;
    상기 편광된 4개의 광으로 조사된 상기 대상 금속 물체에 대한 2차원 영상을 획득하는 단계; 및
    상기 획득된 2차원 영상을 포토메트릭 스테레오(Photometric Stereo) 기법을 이용하여 합성하고 상기 대상 금속 물체의 표면에 대한 3차원 형상을 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고온 금속 표면 3차원 형상 추출 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 조사하는 단계는,
    상기 서로 동일한 파장 대역을 갖는 광들을 선편광 필터 또는 원편광 필터를 이용하여 서로 직교 방향으로 선편광시켜 선편광된 광들로 상기 고온의 대상 물체를 조사하고,
    상기 2차원 영상을 획득하는 단계는,
    서로 직교 방향으로 선편광된 광들이 투과되도록 선편광 필터 또는 원편광 필터가 배치된 카메라를 이용하여 2차원 영상을 획득하는 것을 특징으로 하는 고온 금속 표면 3차원 형상 추출 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 2차원 영상을 획득하는 단계는,
    상기 편광된 4개의 광에 대한 각각의 독립적인 4개의 2차원 영상을 획득하며,
    상기 3차원 형상을 추출하는 단계는,
    획득한 상기 4개의 2차원 영상 중 적어도 3개 이상의 영상을 포토메트릭 스테레오(Photometric Stereo) 기법으로 합성하여 상기 대상 물체의 표면에 대한 3차원 형상을 추출하는 것을 특징으로 하는 고온 금속 표면 3차원 형상 추출 방법.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104677307A (zh) * 2013-12-02 2015-06-03 财团法人工业技术研究院 结合三维及二维形貌的量测方法及装置
KR20150124195A (ko) 2014-04-28 2015-11-05 한국원자력연구원 비가시 환경에 강한 영상 획득 장치
KR20160039378A (ko) 2014-10-01 2016-04-11 한국원자력연구원 저시정 환경에 강한 영상 획득 장치
KR101630856B1 (ko) * 2015-03-09 2016-06-15 한국과학기술원 다분광 포토메트릭 스테레오 시스템 그리고 이의 동작 방법

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2526866A (en) * 2014-06-05 2015-12-09 Univ Bristol Apparatus for and method of inspecting surface topography of a moving object
EP3179205B1 (en) * 2015-05-29 2018-09-05 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation Metal body shape inspection apparatus and metal body shape inspection method
CN107003115B (zh) * 2015-06-05 2019-08-09 日本制铁株式会社 金属体的形状检查装置和金属体的形状检查方法
JP6394514B2 (ja) * 2015-06-25 2018-09-26 Ｊｆｅスチール株式会社 表面欠陥検出方法、表面欠陥検出装置、及び鋼材の製造方法
JP6387909B2 (ja) * 2015-06-25 2018-09-12 Ｊｆｅスチール株式会社 表面欠陥検出方法、表面欠陥検出装置、及び鋼材の製造方法
JP6697680B2 (ja) * 2016-08-17 2020-05-27 ソニー株式会社 信号処理装置、信号処理方法、およびプログラム
CN106529039B (zh) * 2016-11-11 2019-11-26 中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司 三维钢筋生成二维钢筋型式图的方法
US20230342963A1 (en) * 2019-12-13 2023-10-26 Sony Group Corporation Imaging device, information processing device, imaging method, and information processing method

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100239223B1 (ko) 1997-05-22 2000-01-15 김은석 입체 영상 구현 방법 및 이를 수행하기 위한 시스템
KR100479983B1 (ko) 2001-09-14 2005-03-30 이상욱 혼성 반사 모델에서의 포토 메트릭 스테레오 방법
JP2007017401A (ja) 2005-07-11 2007-01-25 Central Res Inst Of Electric Power Ind 立体画像情報取得方法並びに装置
KR101012691B1 (ko) 2010-07-05 2011-02-09 주훈 3차원 입체 열상 카메라 시스템

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5005147A (en) * 1988-12-30 1991-04-02 The United States Of America As Represented By The Administrator, The National Aeronautics And Space Administration Method and apparatus for sensor fusion
US5016173A (en) * 1989-04-13 1991-05-14 Vanguard Imaging Ltd. Apparatus and method for monitoring visually accessible surfaces of the body
US6273571B1 (en) * 1995-05-23 2001-08-14 Colorlink, Inc. Display architectures using an electronically controlled optical retarder stack
US6497540B1 (en) * 1998-02-05 2002-12-24 Kabushiki Kaisha Toshiba Endmill and cutting method
US6563105B2 (en) * 1999-06-08 2003-05-13 University Of Washington Image acquisition with depth enhancement
EP1334623A2 (en) * 2000-10-12 2003-08-13 Reveo, Inc. 3d projection system with a digital micromirror device
NZ511255A (en) * 2001-04-20 2003-12-19 Deep Video Imaging Ltd Multi-focal plane display having an optical retarder and a diffuser interposed between its screens
US7036935B2 (en) * 2003-03-25 2006-05-02 Shpizel Matvey B Light projection apparatus for projection in three-dimensions
US7777870B2 (en) * 2006-12-12 2010-08-17 Evident Technologies, Inc. Method and system for the recognition of an optical signal
JP2009294509A (ja) * 2008-06-06 2009-12-17 Sony Corp ３次元像表示装置
WO2010015086A1 (en) * 2008-08-06 2010-02-11 Creaform Inc. System for adaptive three-dimensional scanning of surface characteristics
US8319976B2 (en) * 2009-06-23 2012-11-27 Honda Motor Co., Ltd. Three-dimensional shape measuring system and three-dimensional shape measuring method
WO2012176944A1 (ko) * 2011-06-22 2012-12-27 동국대학교 경주캠퍼스 산학협력단 신뢰성 있는 금속 표면 3차원 형상 추출 기법 및 시스템

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100239223B1 (ko) 1997-05-22 2000-01-15 김은석 입체 영상 구현 방법 및 이를 수행하기 위한 시스템
KR100479983B1 (ko) 2001-09-14 2005-03-30 이상욱 혼성 반사 모델에서의 포토 메트릭 스테레오 방법
JP2007017401A (ja) 2005-07-11 2007-01-25 Central Res Inst Of Electric Power Ind 立体画像情報取得方法並びに装置
KR101012691B1 (ko) 2010-07-05 2011-02-09 주훈 3차원 입체 열상 카메라 시스템

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104677307A (zh) * 2013-12-02 2015-06-03 财团法人工业技术研究院 结合三维及二维形貌的量测方法及装置
KR20150124195A (ko) 2014-04-28 2015-11-05 한국원자력연구원 비가시 환경에 강한 영상 획득 장치
KR20160039378A (ko) 2014-10-01 2016-04-11 한국원자력연구원 저시정 환경에 강한 영상 획득 장치
KR101630856B1 (ko) * 2015-03-09 2016-06-15 한국과학기술원 다분광 포토메트릭 스테레오 시스템 그리고 이의 동작 방법

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