KR101268515B1 - 3차원 스캔 장치 및 3차원 형상 복원 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 3차원 형상 복원 방법에 관한 것이다. 본 발명의 3차원 형상 복원 방법은 대상 물체에 다중 구조광을 투사하는 단계, 다중 구조광이 투사된 다중 구조광 영상을 획득하는 단계, 그리고 획득된 다중 구조광 영상을 이용하여 대상 물체의 3차원 형상을 복원하는 단계로 구성된다.

Description

3차원 스캔 장치 및 3차원 형상 복원 방법{3-DIMENSIONAL SCANNER AND METHOD OF RECONSTRUCTING 3-DIMENSIONAL IMAGE}
본 발명은 전자 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 3차원 스캔 장치 및 3차원 형상 복원 방법에 관한 것이다.
영상 처리 기술이 발전하면서, 대상 물체의 영상으로부터 대상 물체의 3차원 형상을 획득하는 3차원 스캐너가 개발되고 있다. 3차원 스캐너는 대상 물체의 3차원 형상을 사용자에게 제공한다. 따라서, 3차원 스캐너를 통해 획득된 3차원 형상은 사용자가 대상 물체를 직접 보는 것과 같은 효과를 갖는다.
예를 들면, 건축, 토목 등과 같이 대상 물체의 크기로 인해 사용자가 대상 물체의 형상을 인지하기 어려운 분야에서, 3차원 스캐너 및 3차원 형상이 활용되고 있다. 그리고, 치의학 등과 같이 대상 물체의 구조적 특징으로 인해 사용자가 대상 물체의 형상을 인지하기 어려운 분야에서도 3차원 스캐너 및 3차원 형상이 활용되고 있다. 또한, 혹한지역, 혹서지역, 오염지역 등과 같이 사용자가 접근하기 어려운 지역의 대상 물체를 인지하는 수단으로, 3차원 스캐너 및 3차원 형상이 활용되고 있다.
본 발명의 목적은 향상된 스캔 속도를 갖는 3차원 스캔 장치 및 3차원 형상 복원 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 3차원 형상 복원 방법은, 대상 물체에 다중 구조광을 투사하는 단계; 상기 다중 구조광이 투사된 다중 구조광 영상을 획득하는 단계; 그리고 상기 획득된 다중 구조광 영상을 이용하여 상기 대상 물체의 3차원 형상을 복원하는 단계를 포함한다.
실시 예로서, 상기 다중 구조광은 서로 다른 패턴을 갖는다.
실시 예로서, 상기 서로 다른 패턴에 기반하여, 상기 다중 구조광 영상이 획득된다.
실시 예로서, 상기 다중 구조광은 서로 다른 색을 갖는다.
실시 예로서, 상기 서로 다른 색에 기반하여, 상기 다중 구조광 영상이 획득된다.
실시 예로서, 상기 다중 구조광은 서로 다른 위치에서 투사된다.
실시 예로서, 상기 다중 구조광은 서로 다른 투사각으로 투사된다.
본 발명의 실시 예에 따른 3차원 스캔 장치는, 제 1 구조광을 투사하고, 상기 제 1 구조광이 투사된 제 1 구조광 영상을 출력하도록 구성되는 제 1 3차원 스캐너; 제 2 구조광을 투사하고, 상기 제 2 구조광이 투사된 제 2 구조광 영상을 출력하도록 구성되는 제 2 3차원 스캐너; 그리고 상기 제 1 3차원 스캐너와 상기 제 2 3차원 스캐너로부터 상기 제 1 구조광 영상과 상기 제 2 구조광 영상을 수신하여 3차원 형상을 복원하도록 구성되는 3차원 형상 복원기를 포함한다.
실시 예로서, 상기 제 1 3차원 스캐너와 상기 제 2 3차원 스캐너는 서로 다른 패턴의 구조광을 투사하도록 구성된다.
실시 예로서, 상기 제 1 3차원 스캐너와 상기 제 2 3차원 스캐너는 서로 다른 색의 구조광을 투사하도록 구성된다.
본 발명의 실시 예에 따른 3차원 스캔 장치는, 제 1 구조광을 투사하도록 구성되는 제 1 프로젝터; 제 2 구조광을 투사하도록 구성되는 제 2 프로젝터; 상기 제 1 구조광이 투사된 제 1 구조광 영상을 출력하도록 구성되는 제 1 카메라; 상기 제 2 구조광이 투사된 제 2 구조광 영상을 출력하도록 구성되는 제 2 카메라; 그리고 상기 제 1 구조광 영상 및 상기 제 2 구조광 영상에 기반하여, 3차원 형상을 복원하도록 구성되는 3차원 형상 복원기를 포함한다.
실시 예로서, 상기 제 1 구조광과 상기 제 2 구조광은 서로 다른 패턴을 갖는다.
실시 예로서, 상기 제 1 구조광과 상기 제 2 구조광은 서로 다른 색을 갖는다.
본 발명에 따르면, 다중 구조광을 이용하여 3차원 스캔이 수행된다. 따라서, 향상된 스캔 속도를 갖는 3차원 스캔 장치 및 3차원 형상 복원 방법이 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 형상 복원 방법을 보여주는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 3차원 스캔 장치를 보여준다.
도 3은 도 2의 3차원 스캐너를 보여주는 블록도이다.
도 4는 제 1 3차원 스캐너와 제 2 3차원 스캐너에 의해 투사되는 구조광의 예를 보여준다.
이하에서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 형상 복원 방법을 보여주는 순서도이다. 도 1을 참조하면, S110 단계에서 다중 구조광이 투사된다. 예를 들어, 둘 또는 그 이상의 구조광이 대상 물체에 투사될 수 있다. 둘 또는 그 이상의 구조광은 서로 다른 위치에서, 또는 서로 다른 투사각으로 투사될 수 있다.
S120 단계에서, 다중 구조광 영상이 획득된다. 예를 들어, 대상 물체에 둘 또는 그 이상의 구조광이 투사된 둘 또는 그 이상의 구조광 영상이 촬영될 수 있다. 둘 또는 그 이상의 구조광 영상은 서로 다른 위치에서, 또는 서로 다른 각도로 촬영될 수 있다.
S130 단계에서, 다중 구조광 영상을 이용하여 3차원 형상이 복원된다. 예를 들어, 둘 또는 그 이상의 구조광 영상을 이용하여, 3차원 형상이 복원될 수 있다. 다중 구조광 영상을 통해 다중 구조광이 대상 물체에 투사되어 변형된 정도가 판별되고, 판별 결과에 따라 3차원 형상이 복원될 수 있다.
S140 단계에서, 3차원 형상이 표시된다. 예를 들어, 모니터와 같은 사용자 인터페이스를 이용하여, 복원된 3차원 형상이 표시될 수 있다. 표시되는 3차원 형상은 3차원 스캔이 정상적으로 수행되었는지를 판별하는 자료로 사용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 3차원 스캔 장치(100)를 보여준다. 도 2를 참조하면, 3차원 스캔 장치(100)는 제 1 3차원 스캐너(200a), 제 2 3차원 스캐너(200b), 그리고 3차원 형상 복원기(300)를 포함한다.
제 1 3차원 스캐너(200a) 및 제 2 3차원 스캐너(200b) 각각은 대상 물체(TO)에 구조광을 투사하고, 대상 물체(TO)에 구조광이 투사된 구조광 영상을 획득하도록 구성된다. 제 1 3차원 스캐너(200a) 및 제 2 3차원 스캐너(200b)는 서로 다른 위치에서, 또는 서로 다른 투사각으로 구조광들을 투사할 수 있다. 제 1 3차원 스캐너(200a) 및 제 2 3차원 스캐너(200b)는 서로 다른 위치에서, 도는 서로 다른 각도로 구조광 영상들을 촬영하도록 구성된다. 제 1 3차원 스캐너(200a) 및 제 2 3차원 스캐너(200b)에 의해 획득된 구조광 영상들은 3차원 형상 복원기(300)로 제공된다.
3차원 형상 복원기(300)는 제 1 3차원 스캐너(200a)와 제 2 3차원 스캐너(200b)로부터 구조광 영상들을 수신한다. 3차원 형상 복원기(300)는 수신된 구조광 영상들을 이용하여, 3차원 형상을 복원할 수 있다. 예를 들어, 3차원 형상 복원기(300)는 구조광 영상들에서 구조광들이 변형된 정도를 판별하고, 판별 결과에 따라 3차원 형상을 복원할 수 있다. 3차원 형상 복원기(300)는 복원된 3차원 형상을 표시하는 모니터를 포함할 수 있다.
예시적으로, 제 1 3차원 스캐너(200a)와 제 2 3차원 스캐너(200b) 각각은 단일 구조광을 이용하여 스캔을 수행하는 3차원 스캐너일 수 있다.
예시적으로, 3차원 형상 복원기(300)는 다중 구조광 영상들을 이용한 3차원 형상 복원을 위해 프로그램된 컴퓨터일 수 있다.
도 3은 도 2의 3차원 스캐너(200)를 보여주는 블록도이다. 도 3을 참조하면, 3차원 스캐너(200)는 프로젝터(210), 카메라(220), 프로세서(230), 메모리(240), 그리고 인터페이스(250)를 포함한다.
프로젝터(210)는 대상 물체에 광(light)을 투사하도록 구성된다. 예를 들면, 프로젝터(210)는 대상 물체에 구조광(structured light)을 투사하도록 구성된다. 프로젝터(210)는 예를 들어 LED (Light Emitting Diode) 또는 레이저 광원을 이용하여 대상 물체에 구조광을 투사하도록 구성된다. 프로젝터(210)는 예를 들어 대상 물체에 2차원 구조광을 투사하도록 구성된다. 프로젝터(210)는 프로세서(230)의 제어에 따라 대상 물체에 구조광을 투사하도록 구성된다.
카메라(220)는 대상 물체에 구조광이 투사된 구조광 영상을 획득하도록 구성된다. 예를 들면, 카메라(220)는 대상 물체의 형상에 따라 변형된 2차원 구조광의 영상을 획득하도록 구성된다. 카메라(220)는 프로세서(230)의 제어에 따라 영상을 획득하도록 구성된다.
프로세서(230)는 3차원 스캐너(200)의 제반 동작을 제어하도록 구성된다. 예를 들면, 프로세서(230)는 구조광이 투사되도록 프로젝터(210)를 제어한다. 프로세서(230)는 투사된 구조광의 영상을 획득하도록 카메라(220)를 제어한다.
메모리(240)는 3차원 스캐너(200)의 동작 메모리로서 제공된다. 예를 들면, 메모리(240)는 SRAM (Static RAM), DRAM (Dynamic RAM), SDRAM (Synchronous DRAM) 등과 같은 휘발성 메모리, 그리고 ROM (Read Only Memory), PROM (Programmable ROM), EPROM (Electrically Programmable ROM), EEPROM (Electrically Erasable and Programmable ROM), 플래시 메모리 장치, PRAM (Phase-change RAM), MRAM (Magnetic RAM), RRAM (Resistive RAM), FRAM (Ferroelectric RAM) 등과 같은 불휘발성 메모리를 포함할 수 있다.
인터페이스(250)는 3차원 스캐너(200)가 3차원 형상 복원기(300)와 통신하는 채널을 제공할 수 있다. 인터페이스(250)는 유선 인터페이스 또는 무선 인터페이스일 수 있다. 예를 들면, 인터페이스(250)는 USB (Universal Serial Bus), 파이어와이어(Firewire), 이더넷(Ethernet) 등과 같은 유선 채널을 제공할 수 있다. 예를 들면, 인터페이스(250)는 블루투스(Bluetooth), 와이파이(WiFi), 와이브로(Wibro), LTE (Long Term Evolution), 802.11 등과 같은 무선 채널을 제공할 수 있다.
카메라(220)에 의해 촬영된 구조광 영상은 프로세서(230) 및 인터페이스(250)를 통해 3차원 형상 복원기(300)로 전달될 수 있다. 카메라(220)에 의해 촬영된 구조광 영상은 인터페이스(250)를 통해 3차원 형상 복원기(300)로 전달될 수 있다.
도 4는 제 1 3차원 스캐너(200a)와 제 2 3차원 스캐너(200b)에 의해 투사되는 구조광의 예를 보여준다. 도 4를 참조하면, 제 1 3차원 스캐너(200a)와 제 2 3차원 스캐너(200b)는 서로 다른 패턴의 구조광들을 투사할 수 있다. 따라서, 제 1 3차원 스캐너(200a)와 제 2 3차원 스캐너(200b)로부터 구조광들이 동시에 투사되어도, 제 1 3차원 스캐너(200a)와 제 2 3차원 스캐너(200b)에 의해 투사된 구조광들이 구조광 영상들에서 구별될 수 있다. 따라서, 다중 구조광 영상에서 3차원 형상이 복원될 수 있다. 예시적으로, 투사되는 구조광은 가시광선과 같이 사람의 시각에 의해 인지될 수 있는 광 또는 적외선과 같이 사람의 시각에 의해 인지될 수 없는 광일 수 있다.
예시적으로, 제 1 3차원 스캐너(200a)와 제 2 3차원 스캐너(200b)로부터 투사되는 구조광들은 서로 다른 색들을 가질 수 있다. 따라서, 제 1 3차원 스캐너(200a)와 제 2 3차원 스캐너(200b)로부터 구조광들이 동시에 투사되어도, 제 1 3차원 스캐너(200a)와 제 2 3차원 스캐너(200b)에 의해 투사된 구조광들이 구조광 영상들에서 구별될 수 있다. 따라서, 다중 구조광 영상에서 3차원 형상이 복원될 수 있다. 예시적으로, 투사되는 구조광은 가시광선과 샅이 사람의 시각에 의해 인지될 수 있는 광일 수 있다.
예시적으로, 제 1 3차원 스캐너(200a)와 제 2 3차원 스캐너(200b)는 서로 다른 위치에서, 또는 서로 다른 각도로 구조광들을 투사할 수 있다. 제 1 3차원 스캐너(200a)와 제 2 3차원 스캐너(200b)는 서로 다른 위치에서, 또는 서로 다른 각도로 구조광 영상들을 획득할 수 있다. 한 번의 스캔을 통해 대상 물체(TO)의 서로 다른 부분들의 구조광 영상들이 획득되므로, 3차원 형상 복원 속도가 향상될 수 있다.
예시적으로, 두 개의 3차원 스캐너들(200a, 200b)을 포함하는 3차원 스캔 장치(100)가 설명되었다. 그러나, 3차원 스캔 장치(100)의 3차원 스캐너들의 수는 한정되지 않는다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 3차원 스캔 장치(100a)를 보여주는 블록도이다. 도 5를 참조하면, 3차원 스캔 장치(100a)는 제 1 내지 제 n 프로젝터들(110_1~110_n), 제 1 내지 제 n 카메라들(120_1~120_n), 3차원 형상 복원기(130a), 메모리(140), 그리고 인터페이스(150)를 포함한다.
제 1 내지 제 n 프로젝터들(110_1~110_n)은 서로 다른 구조광들을 투사하도록 구성된다. 제 1 내지 제 n 프로젝터들(110_1~110_n)은 서로 다른 패턴, 서로 다른 색, 또는 서로 다른 패턴과 색을 갖는 구조광들을 투사할 수 있다. 제 1 내지 제 n 프로젝터들(110_1~110_n)은 서로 다른 위치 또는 서로 다른 투사각으로 구조광들을 투사할 수 있다.
제 1 내지 제 n 카메라들(120_1~120_n)은 서로 다른 구조광 영상들을 촬영하도록 구성된다. 제 1 내지 제 n 카메라들(120_1~120_n)은 서로 다른 위치 또는 서로 다른 각도로 구조광 영상들을 촬영할 수 있다. 제 1 내지 제 n 카메라들(120_1~120_n)이 촬영하는 구조광 영상들의 위치 또는 각도는 제 1 내지 제 n 프로젝터들(110_1~110_n)이 투사하는 구조광들의 위치 또는 각도에 각각 대응할 수 있다.
3차원 형상 복원기(130a)는 제 1 내지 제 n 카메라들(120_1~120_n)로부터 수신되는 구조광 영상들을 이용하여 3차원 형상을 복원하도록 구성된다. 3차원 형상 복원기(130a)는 다중 구조광 영상을 이용하여 3차원 형상을 복원하도록 프로그램된 프로세서일 수 있다.
메모리(140)는 3차원 스캔 장치(100a)의 동작 메모리일 수 있다.
인터페이스(150)는 외부와 통신하는 장치일 수 있다. 인터페이스(150)는 복원된 3차원 형상을 표시하는 모니터일 수 있다. 인터페이스(150)는 무선 또는 유선 통신을 수행하는 통신기일 수 있다.
도 6은 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 3차원 스캔 장치(100b)를 보여주는 블록도이다. 도 5를 참조하면, 3차원 스캔 장치(100b)는 제 1 내지 제 n 프로젝터들(110_1~110_n), 제 1 내지 제 n 카메라들(120_1~120_n), 프로세서(130b), 메모리(140), 인터페이스(150), 그리고 3차원 형상 복원기(300)를 포함한다.
제 1 내지 제 n 프로젝터들(110_1~110_n)은 서로 다른 구조광들을 투사하도록 구성된다. 제 1 내지 제 n 프로젝터들(110_1~110_n)은 서로 다른 패턴, 서로 다른 색, 또는 서로 다른 패턴과 색을 갖는 구조광들을 투사할 수 있다. 제 1 내지 제 n 프로젝터들(110_1~110_n)은 서로 다른 위치 또는 서로 다른 투사각으로 구조광들을 투사할 수 있다.
제 1 내지 제 n 카메라들(120_1~120_n)은 서로 다른 구조광 영상들을 촬영하도록 구성된다. 제 1 내지 제 n 카메라들(120_1~120_n)은 서로 다른 위치 또는 서로 다른 각도로 구조광 영상들을 촬영할 수 있다. 제 1 내지 제 n 카메라들(120_1~120_n)이 촬영하는 구조광 영상들의 위치 또는 각도는 제 1 내지 제 n 프로젝터들(110_1~110_n)이 투사하는 구조광들의 위치 또는 각도에 각각 대응할 수 있다.
프로세서(130b)는 제 1 내지 제 n 프로젝터들(110_1~110_n) 및 제 1 내지 제 n 카메라들(120_1~120_n)을 제어하도록 구성된다.
메모리(140)는 3차원 스캔 장치(100b)의 동작 메모리일 수 있다.
인터페이스(150)는 외부와 통신하는 장치일 수 있다. 인터페이스(150)는 3차원 형상 복원기(300)와 통신하는 통신기일 수 있다.
3차원 형상 복원기(300)는 제 1 내지 제 n 카메라들(120_1~120_n)에 의해 촬영된 구조광 영상들을 이용하여 3차원 형상을 복원하도록 구성된다. 3차원 형상 복원기는 다중 구조광 영상을 이용하여 3차원 형상을 복원하도록 프로그램된 컴퓨터일 수 있다.
구조광 영상들을 프로세서(130b) 및 인터페이스(150)를 통해 3차원 형상 복원기(300)로 전달될 수 있다. 구조광 영상들은 인터페이스(150)를 통해 3차원 형상 복원기(300)로 전달될 수 있다.
상술된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 다중 구조광이 투사되고 다중 구조광 영상을 이용하여 3차원 형상이 복원된다. 한 번에 복수의 구조광 영상들이 획득되고 연산되므로, 3차원 스캔 속도가 향상될 수 있다.
100; 3차원 스캔 장치 200; 3차원 스캐너
300; 3차원 형상 복원기

Claims (13)

  1. 대상 물체에 서로 다른 패턴 또는 서로 다른 색 중 적어도 어느 하나를 갖는 다중 구조광을 투사하는 단계;
    상기 다중 구조광이 투사된 다중 구조광 영상을 획득하는 단계; 그리고
    상기 획득된 다중 구조광 영상을 이용하여 상기 대상 물체의 3차원 형상을 복원하는 단계를 포함하는 3차원 형상 복원 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 서로 다른 패턴에 기반하여, 상기 다중 구조광 영상이 획득되는 3차원 형상 복원 방법.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 서로 다른 색에 기반하여, 상기 다중 구조광 영상이 획득되는 3차원 형상 복원 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 다중 구조광은 서로 다른 위치에서 투사되는 3차원 형상 복원 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 다중 구조광은 서로 다른 투사각으로 투사되는 3차원 형상 복원 방법.
  8. 제 1 구조광을 투사하고, 상기 제 1 구조광이 투사된 제 1 구조광 영상을 출력하도록 구성되는 제 1 3차원 스캐너;
    상기 제 1 구조광과 다른 패턴 또는 다른 색 중 적어도 어느 하나를 갖는 제 2 구조광을 투사하고, 상기 제 2 구조광이 투사된 제 2 구조광 영상을 출력하도록 구성되는 제 2 3차원 스캐너; 그리고
    상기 제 1 3차원 스캐너와 상기 제 2 3차원 스캐너로부터 상기 제 1 구조광 영상과 상기 제 2 구조광 영상을 수신하여 3차원 형상을 복원하도록 구성되는 3차원 형상 복원기를 포함하는 3차원 스캔 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 구조광 및 상기 제 2 구조광은 서로 다른 위치에서 투사되는 3차원 스캔 장치
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 구조광 및 상기 제 2 구조광은 서로 다른 투사각으로 투사되는 3차원 스캔 장치
  11. 제 1 구조광을 투사하도록 구성되는 제 1 프로젝터;
    상기 제 1 구조광과 다른 패턴 또는 다른 색 중 적어도 어느 하나를 갖는 제 2 구조광을 투사하도록 구성되는 제 2 프로젝터;
    상기 제 1 구조광이 투사된 제 1 구조광 영상을 출력하도록 구성되는 제 1 카메라;
    상기 제 2 구조광이 투사된 제 2 구조광 영상을 출력하도록 구성되는 제 2 카메라; 그리고
    상기 제 1 구조광 영상 및 상기 제 2 구조광 영상에 기반하여, 3차원 형상을 복원하도록 구성되는 3차원 형상 복원기를 포함하는 3차원 스캔 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 프로젝터 및 상기 제 2 프로젝터는 서로 다른 위치에서 투사하는 3차원 스캔 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 프로젝터 및 상기 제 2 프로젝터는 서로 다른 투사각으로 투사하는 3차원 스캔 장치.

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