KR101223800B1 - Ｒｇｂ 컬러가 적용된 모아레를 이용한 형상 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 RGB 컬러가 적용된 모아레를 이용한 형상 측정장치에 관한 것으로, 모아레 무늬를 획득하여 측정 대상물의 형상을 측정하는 모아레를 이용한 형상 측정장치에 있어서, 상기 측정 대상물에 대해 다른 색상을 가지는 2개 이상의 조명부와, 상기 조명부에 각각 구비되어 격자광을 발생시키기 위해 구비되되, 상기 측정대상물의 동일한 위치에 대해 서로 다른 격자광을 획득할 수 있도록 구비되는 격자를 통해 다른 색상을 가지는 2개 이상의 광을 측정 대상물에 조사한 후 격자광을 통해 상기 측정 대상물에서 반사된 모아레 무늬를 컬러 카메라를 이용하여 획득한 후 격자 색상을 분리하여 측정 대상물의 형상을 획득하는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 구성되는 본 발명은 하나의 조명을 이용하여 모아레 무늬를 획득 시 격자 이동(버킷)에 따른 기존의 발명과 달리 다수의 조명색을 이용하여 서로 격자 간격으로 한 번에 촬영한 후 색상을 분리하여 형상을 획득함으로써 측정 대상물을 고속으로 획득할 수 있는 이점이 있다.

Description

ＲＧＢ 컬러가 적용된 모아레를 이용한 형상 측정장치{RGB color is applied using moire image measuring device}

본 발명은 RGB 컬러가 적용된 모아레를 이용한 형상 측정장치에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 측정 속도를 향상시킬 수 있는 RGB 컬러가 적용된 모아레를 이용한 형상 측정장치에 관한 것이다.

모아레 무늬를 이용한 3차원 형상 측정 방법에는 그림자식 모아레(shadow moire)와 영사식 모아레(projection moire) 두 가지 방식으로 구분된다. 그림자식 모아레(shadow moire)는 렌즈를 사용하지 않고 피사체의 표면에 나타나는 격자 무늬의 그림자로부터 생성된 모아레 무늬를 이용하여 피사체의 형상을 측정하는 방식이고, 영사식 모아레(projection moire)는 피사체에 백색광 내지는 단색광 프로젝터를 이용해서 격자패턴을 주사하고 물체의 형상에 따라서 변형되어진 격자 이미지를 주사를 한 격자와 동일한 피치를 가지는 기준격자에 겹침으로써 모아레 무늬를 얻는 방법이다.

그림자식 모아레를 이용한 3차원 형상 측정장치는 설비가 간단한 장점이 있지만 격자의 그림자를 이용해야 하기 때문에 격자와 피사체를 충분히 근접시킬 수 있는 경우에만 적용할 수 있는 단점이 있고, 영사식 모아레는 격자의 크기에 의해서 대상 물체의 크기가 제한 받지 않고, 작은 높이 차를 갖는 미세한 물체의 측정 시 물체 가까이 위치시켜야 하는 제한이 없기 때문에 선호되고 있다.

영사식 모아레(projection moire) 측정 방법에 이용되는 3차원 형상 측정장치의 구성도로, 이를 이용한 3차원 형상 측정 방법을 설명하면, 광원으로부터 조사된 광이 격자(103)를 통과하면서 형상된 이미지를 제 1결상 렌즈에 의해 피사체에 결상시키고, 상기 격자가 투영된 피사체의 영상을 얻는다. 여기서 3차원 형상 추출을 위해 격자 패턴을 수평으로 이동시킴으로써 변위된 투영 격자를 얻는다.

이와 같은 측정장치는 격자에 빛을 조사하여 피사체에 격자 무늬를 투영시킨 후 피사체로부터 변형되어 반사되는 빛을 결상 렌즈를 통해 카메라에 결상시켜 피사체의 형상에 따라 변형된 격자 무늬를 획득한다. 이후에 기준 격자와 변형된 격자를 논리 연산을 이용하는 방식(논리 모아레 방식) 또는 기준 격자와 변형된 격자를 중첩시킨 뒤 저주파 통과 필터(Low pass filter)를 이용하여 모아레 무늬만을 분리해내는 방식(저주파 통과 방법)을 통해 3차원 형상을 측정한다.

이러한 촬상소자를 이용한 영상획득장치의 일예로 도 1에 도시된 모아레 측정법을 이용한 예로 3차원 표면형상을 측정하기 위해 널리 사용되어 왔다.

도 1은 영사식 모아레 측정장치를 개략적으로 나타낸 것으로, 측정물(7)이 놓이는 기준면(S)에서 제 1간격(L_L)만큼 이격된 위치에는 광을 발생하는 광원(1)이 설치되어 있고, 상기 기준면(S)과 상기 광원(1)사이에는 투영격자 무늬가 새겨진 투영격자(3)가 배설되어 있으며, 상기 기준면(S)에 놓이는 측정물(7)에서 반사된 광이 통과하도록 상기 광원(1)과 상기 투영격자(7)가 이루는 영사광학계의 광축(A1)에서 소정거리 이격된 위치에는 결상렌즈(9)가 설치되어 있고, 상기 결상렌즈(9)를 통과한 광이 수광되도록 상기 결상렌즈의 일측에는 수광부(11)가 설치되어 있고, 상기 투영격자(3)에는 격자 이송수단(5)이 결합되어, 투영격자(3)를 이송하게 되어 있다.

상기 광원(1)과 투영격자(3)가 이루는 영사광학계의 광축(A1)과, 결상렌즈(9)와 수광부(11)가 이루는 결상광학계의 광축(A2)은 평행하게 되어 있고, 상기 기준면(S)에서 상기 광원(1)까지의 거리와 상기 기준면(S)에서 상기 결상렌즈(9)까지의 거리는 동일하게 되어 있으며, 영사광학계의 광축(A1)과 결상광학계의 광축(A2)은 기준면에 수직을 이루고 있다.

상기 광원(1)은 소형이고 경량이며 가격이 저렴한 반도체 레이저라고 불리는 레이저 다이오드나 혹은 할로겐광원으로 되어 있는 것이 바람직하다. 상기 수광부(11)는 2차원 이미지 센서로서, CCD(charge coupled device) 카메라인 것이 바람직하다. 상기 투영렌즈(3)와 결상렌즈(9)는 공지의 렌즈로 되어 있다.

이와 같이 구성된 구조에서, 상기 광원(1)에서 나온 광이 상기 투영격자(3)를 통과하여 상기 측정물(7)에서 반사된 다음, 상기 결상렌즈(9)를 통하여 상기 수광부(11)에 도달하여 상이 맺히고, 결국 모아레 무늬를 획득하게 된다. 이때, 3, 4, 5버킷 혹은 n버킷 등의 알고리즘을 구현하기 위해서 상기 투영격자 이송수단(5)을 이용하여 투영격자를 등간격으로 이송하면서 그에 따른 격자 무늬를 획득하고 이를 해석하여 대상물의 형상을 검출한다.

하지만, 이러한 종래의 모아레 무늬를 이용한 형상 측정장치는 측정 대상물의 모아레 무늬를 획득하기 위해서 격자를 이동시키면서(3버킷 or 4버킷) 각각의 모아레 무늬를 획득하고 다시 전체 이동 후 버킷 구동에 따른 모아레 무늬를 각각 획득해야 하기 때문에 측정 속도가 느려질 수밖에 없는 문제점이 있었다.

상기와 같은 목적을 달성하기 기존의 모아레 장치에서 격자 이동, 즉 버킷에 따른 속도 저하의 문제점을 해결하여 고속으로 형상을 측정할 수 있는 RGB 컬러를 이용한 모아레 형상 측정장치를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 모아레 무늬를 획득하여 측정 대상물의 형상을 측정하는 모아레를 이용한 형상 측정장치에 있어서, 상기 측정 대상물에 대해 다른 색상을 가지는 2개 이상의 조명부와, 상기 조명부에 각각 구비되어 격자광을 발생시키기 위해 구비되되, 상기 측정대상물의 동일한 위치에 대해 서로 다른 격자광을 획득할 수 있도록 구비되는 격자를 통해 다른 색상을 가지는 2개 이상의 광을 측정 대상물에 조사한 후 격자광을 통해 상기 측정 대상물에서 반사된 모아레 무늬를 컬러 카메라를 이용하여 획득한 후 격자 색상을 분리하여 측정 대상물의 형상을 획득하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 조명부는, 상기 측정 대상물에 적색 격자광을 조사하는 하나의 격자와 적색 조명부, 상기 측정 대상물에 녹색 격자광을 조사하는 하나의 격자와 녹색 조명부 및 상기 측정 대상물에 청색 격자광을 조사하는 하나의 격자와 청색 조명부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 단말기는, 상기 컬러 카메라에 획득한 모아레 무늬를 저장하는 영상 저장부, 상기 영상 저장부에 저장된 RGB가 혼용된 모아레 무늬를 각 색상별로 분리하는 색 분리부 및 상기 색 분리부에서 분리된 색상별 모아레 무늬를 통해 측정 대상물의 형상을 알고리즘을 통해 해석하는 모아레 해석부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 조명부는, 각각 RGB 색상을 선택적으로 출력 가능한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 조명부는, 선택적으로 RGB 색상을 출력하는 상기 조명부 2개 또는 그 3개 이상을 사용하여 조사하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 격자는, 2개 이상의 조명부 각각에 구비되되, 상기 측정대상물의 동일한 위치에 대해 서로 다른 격자광이 발생되도록 나란히 배치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 다수의 상기 격자는, 각각의 상기 조명부를 통해 격자광이 측정 대상물에 조사되었을 때 버킷 구동되어 격자광이 생성되는 간격에 대응하는 격자광이 생성되도록 배치되는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성되는 본 발명은 적색, 녹색, 청색 조명과 해당 조명에 따라 서로 다른 격자광을 발생시킬 수 있도록 배치되는 격자를 사용하여 측정 대상물에 조사한 후 각각의 색상을 분리하여 형상을 측정하기 때문에 각 지점에 해당 모아레 무늬를 한번에 획득함으로써 별도의 격자 이동(버킷) 없이 고속으로 측정 대상물의 형상을 측정할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 종래기술에 따른 모아레를 이용한 형상 측정장치의 개략적인 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 RGB 컬러가 적용된 모아레를 이용한 형상 측정장치의 개략적인 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 RGB 컬러가 적용된 모아레를 이용한 형상 측정장치의 평면 상태도,
도 4는 본 발명에 따른 RGB 컬러가 적용된 모아레를 이용한 형상 측정장치의 상세 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 격자 배치의 상세도,
도 6은 본 발명과 종래기술에 따른 격자광을 도시한 도면.

이하, 본 발명에 따른 RGB 컬러가 적용된 모아레를 이용한 형상 측정장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 RGB 컬러가 적용된 모아레를 이용한 형상 측정장치는, 모아레 무늬를 획득하여 측정 대상물의 형상을 측정하는 모아레를 이용한 형상 측정장치에 있어서, 상기 측정 대상물에 대해 다른 색상을 가지는 2개 이상의 조명부와, 상기 조명부에 각각 구비되어 격자광을 발생시키기 위해 구비되되, 상기 측정대상물의 동일한 위치에 대해 서로 다른 격자광을 획득할 수 있도록 구비되는 격자를 통해 다른 색상을 가지는 2개 이상의 광을 측정 대상물에 조사한 후 격자광을 통해 상기 측정 대상물에서 반사된 모아레 무늬를 컬러 카메라를 이용하여 획득한 후 격자 색상을 분리하여 측정 대상물의 형상을 획득하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 RGB 컬러가 적용된 모아레를 이용한 형상 측정장치는 기존의 모아레 장치의 경우 하나의 색상(흑백)을 이용하여 모아레 무늬를 검출할 때 모아레 무늬 획득을 위하여 격자를 이동시키는 구동(3버킷 또는 4버킷)을 통해 격자 이동에 따른 격자광(모아레 무늬)를 획득하고 이를 통해 측정 대상물의 형상을 획득하였으나, 본 발명에서는 격자 이동에 대응하기 위하여 서로 다른 격자 위치와 여기에 각각 다른 색상(RGB) 조사하여 모아레 무늬를 획득하고 각각의 색상을 분리하면 격자 이동을 통해 획득한 모아레 무늬에 각각 해당함으로 이를 통해 측정 대상물의 형상을 측정하는 것을 주요 기술적 요지로 한다.

한편, 본 발명의 가장 바람직한 실시예로 RGB 컬러를 이용한 조명부 3개를 채택하였지만, 구성에 따라서는 2개 또는 4개 이상 서로 다른 색상과 각각의 격자를 사용하여 격자광을 조사하고 이를 분리하여 모아레 무늬를 해석할 수도 있다.

도 2는 본 발명에 따른 RGB 컬러가 적용된 모아레를 이용한 형상 측정장치의 개략적인 사시도, 도 3은 본 발명에 따른 RGB 컬러가 적용된 모아레를 이용한 형상 측정장치의 평면 상태도이다. 본 발명에 따른 형상 측정장치는 크게, 적색, 청색, 녹색 조명에 해당하는 조명부와 상기 조명부에 각각 구비되되, 동일한 위치에 대해 서로 다른 격자광을 생성시킬 수 있는 격자, 상기 측정 대상물에서 반사되는 모아레 무늬를 촬영하는 컬러 카메라를 포함하여 구성된다. 앞서 설명한 바와 같이 세 개의 컬러 조명을 사용하는 것은 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 해당하며 조명의 개수나 조명의 색상은 변경될 수 있다.

적색(R) 조명부(200), 녹색(G) 조명부(210), 청색(B) 조명부(220)는 각각 해당 조명에 따른 격자 무늬를 측정 대상물(400)에 조사하기 위하여 적색 격자(201), 녹색 격자(211), 청색 격자(221)를 구비하여 한 쌍의 격자와 조명부로 구성된다. 상기 각 조명부는 일반적으로 LED 발광소자를 이용하여 RGB 컬러 조명을 조사하도록 설치되며, 상기 각 조명부에 구비된 격자의 배치는 버킷 구동시 획득되는 격자광과 동일하도록 위치적으로 배치된다. 따라서, 종래기술에서 격자 구동에 따른 대상물에 생성되는 무늬를 달라지는데, 본 발명에서는 각 격자들이 구동에 따라 발생되는 다른 무늬를 각각 제공한다. 따라서, 본 발명에서는 격자 구동에 따라 획득하여야 할 모아레 무늬를 서로 다른 색상을 조명광을 제공하는 한 쌍의 격자와 조명부에서 제공한다.

따라서, 본 발명에 따른 격자 이동이 불필요하고 이를 대신해서 RGB조명부와 각 격자를 통해 조사함으로써 한번에 측정 대상물에 해당하는 여러개의 모아레 무늬를 획득할 수 있는 것이다.

또한, 상기 각 조명부는 RGB 컬러 조명을 모두 조사할 수 있도록 구성할 수 있다. 예를 들어 RGB 조명광을 출사하는 LED소자를 모두 구성한 후 위치별로 조명색 출력을 제어할 수 있는 것이다.

또한, 다른 실시예로 3개의 조명부가 구성되었을 경우 하나의 조명부가 고장을 일으키게 되면 2개 조명부를 통해서도 모아레 무늬를 획득한 후 형상을 측정할 수도 있다.

도 3은 본 발명에 따른 RGB 컬러가 적용된 모아레를 이용한 형상 측정장치의 상세 구성도이다. 상기 적색, 녹색, 청색 조명부를 통해 3가지의 색상이 혼용된 모아레 무늬를 이용하여 측정 대상물의 이미지를 획득하기 위해서는 색상 분리가 필요하다. 컬러 카메라(100)를 통해 각 조명부에서 조사된 광이 측정 대상물에서 다시 반사되어 모아레 무늬를 발생시키는 각 색상에 해당하는 모아레 무늬는 컬러 카메라를 이용하여 획득한다. 여기서 상기 컬러 카메라는 CCD 또는 CMOS 이미지 센서에 해당한다. 상기 센서를 통해 획득한 모아레 무늬는 단말기(300)로 제공하여 색상을 분리한 후 3차원 형상을 해석한다.

상기 단말기(300)는 일반적인 공지의 퍼스널 컴퓨터에 해당할 수 있으며, 상기 단말기는 카메라로 획득한 모아레 영상을 저장하는 영상 저장부(310), 저장된 영상의 색상을 분리하는 색 분리부(320), 분리된 모아레 무늬를 소정의 알고리즘을 통해 해석하여 측정 대상물의 형상을 해석하는 모아레 해석부(330)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 영상 저장부(310)는 메모리 소자에 해당할 수 있으며, 카메라에서 획득한 모아레 무늬를 저장한다. 반드시 저장 과정을 거치지 않아도 무관하나, 본 발명에서는 한 번에 여러개의 모아레 무늬를 획득한 후 분리 과정을 필요로 하기 때문에 저장하는 것이 바람직하다.

색 분리부(320)는 RGB 컬러가 혼용된 모아레 무늬에서 색상별, 즉 이는 격자별 무늬를 분리하기 위한 것으로, 이것은 히스토그램 분포 해석과 같은 해석 알고리즘을 통해 RGB로 획득한 모아레 무늬를 분리할 수 있다. 여기서 분리된 각각의 모아레 무늬는 모아레 해석부(330)를 통해 각 격자에 해당하는 모아레 패턴을 공지의 알고리즘을 통해 형상으로 변환하여 측정 대상물에 대한 형상 정보를 검출할 수 있는 것이다.

도 5는 본 발명에 따른 격자 배치의 상세도이다. 각각의 격자는 버킷 구동에 따른 단위만큼 단위적으로 배치됨으로써 측정대상물의 측정 위치에는 조명광 색상에 따라 여러개의 모아레 무늬를 가지는 하나의 격자광이 맺히게 된다. 도 6은 본 발명과 종래기술에 따른 격자광을 도시한 도면이다. (a)는 본 발명에 따른 격자광 생성상태이며, (b)는 종래기술에 따른 격자광 생성 상태다. 종래 1버킷에 따른 격자광은 적색 조명과 쌍을 이루는 격자를 통해 획득하고, 2버킷에 따른 격자광은 녹색 조명과 쌍을 이루는 격자, 3버킷에 따른 격자광은 청색 조명과 쌍을 이루는 격자를 통해 획득되는 것이다. 서로 다른 색상을 가지는 조명부와 격자 배치에 따른 격자광 획득은 격자의 각도와 위치, 조명광을 출사각도와 위치를 조절하여 획득할 수 있다. 즉, 다수의 격자는 버킷 구동에 따라 발생되는 격자광에 상응하는 여러개의 격자광이 생성될 수 있도록 배치된다.

이와 같이 구성되는 본 발명은 서로 다른 간격을 가지는 격자를 RGB 컬러 각각에 적용하여 한 번에 모아레 무늬를 획득하고 색 분리를 통해 형상을 획득할 수 있어 고속으로 형상을 측정할 수 있는 장점이 있다.

이상, 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

100 : 컬러 카메라 200 : 적색 조명부
201 : 적색 격자 210 : 녹색 조명부
211 : 녹색 격자 220 : 청색 조명부
221 : 청색 격자 300 : 단말기
310 : 이미지 저장부 320 : 색 분리부
330 : 모아레 해석부 400 : 측정 대상물

Claims (7)

1. 모아레 무늬를 획득하여 측정 대상물의 형상을 측정하는 모아레를 이용한 형상 측정장치에 있어서,
   상기 측정 대상물에 대해 다른 색상을 가지는 2개 이상의 조명부와, 상기 조명부에 각각 구비되어 격자광을 발생시키기 위해 구비되되, 상기 측정대상물의 동일한 위치에 대해 서로 다른 격자광을 획득할 수 있도록 구비되는 격자를 통해 다른 색상을 가지는 2개 이상의 광을 측정 대상물에 조사한 후 격자광을 통해 상기 측정 대상물에서 반사된 모아레 무늬를 컬러 카메라를 이용하여 획득한 후 격자 색상을 분리하여 측정 대상물의 형상을 획득하는 것을 특징으로 하는 RGB 컬러가 적용된 모아레를 이용한 형상 측정장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 조명부는,
   상기 측정 대상물에 적색 격자광을 조사하는 하나의 격자와 적색 조명부;
   상기 측정 대상물에 녹색 격자광을 조사하는 하나의 격자와 녹색 조명부; 및
   상기 측정 대상물에 청색 격자광을 조사하는 하나의 격자와 청색 조명부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 RGB 컬러가 적용된 모아레를 이용한 형상 측정장치.
3. 제 1항에 있어서,
   격자 생상을 분리하여 측정 대상물의 형상을 획득하는 단말기를 더 포함하고,
   상기 단말기는,
   상기 컬러 카메라에 획득한 모아레 무늬를 저장하는 영상 저장부;
   상기 영상 저장부에 저장된 RGB가 혼용된 모아레 무늬를 각 색상별로 분리하는 색 분리부; 및
   상기 색 분리부에서 분리된 색상별 모아레 무늬를 통해 측정 대상물의 형상을 알고리즘을 통해 해석하는 모아레 해석부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 RGB 컬러가 적용된 모아레를 이용한 형상 측정장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 조명부는,
   각각 RGB 색상을 선택적으로 출력 가능한 것을 특징으로 하는 RGB 컬러가 적용된 모아레를 이용한 형상 측정장치.
5. 제 4항에 있어서, 상기 조명부는,
   선택적으로 RGB 색상을 출력하는 상기 조명부 2개 또는 그 3개 이상을 사용하여 조사하는 것을 특징으로 하는 RGB 컬러가 적용된 모아레를 이용한 형상 측정장치.
6. 제 1항에 있어서, 상기 격자는,
   2개 이상의 조명부 각각에 구비되되, 상기 측정대상물의 동일한 위치에 대해 서로 다른 격자광이 발생되도록 나란히 배치되는 것을 특징으로 하는 RGB 컬러가 적용된 모아레를 이용한 형상 측정장치.
7. 제 1항 또는 제 6항에 있어서, 다수의 상기 격자는,
   각각의 상기 조명부를 통해 격자광이 측정 대상물에 조사되었을 때 버킷 구동되어 격자광이 생성되는 간격에 대응하는 격자광이 생성되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 RGB 컬러가 적용된 모아레를 이용한 형상 측정장치.

Images