KR101327433B1 - 역구배를 가지는 대상물체의 입체형상 측정 장치 - Google Patents

역구배를 가지는 대상물체의 입체형상 측정 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 역구배를 가지는 대상 물체의 입체 형상을 측정하는 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 적외선 레이저를 대상 물체에 조사하고 대상 물체에서 반사되는 적외선 레이저를 필터링한 대상 물체의 이미지로부터 대상 물체의 형상을 측정함으로써 대상 물체의 색상에 상관없이 3차원 대상 물체의 형상을 정확하게 측정할 수 있으며, 대상 물체의 수직 중심축을 기준으로 경사지게 배치되는 다수의 카메라를 통해 대상 물체의 다수 반사 영상을 획득하고 획득한 다수 반사 영상을 정합하여 역구배를 가지는 대상 물체의 형상을 정확하게 측정할 수 있는 3차원 입체형상 측정 장치에 관한 것이다.

Description

역구배를 가지는 대상물체의 입체형상 측정 장치{Apparatus for monitoring three-dimensional shape of target object}
본 발명은 역구배를 가지는 대상 물체의 입체 형상을 측정하는 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 적외선 레이저를 대상 물체에 조사하고 대상 물체에서 반사되는 적외선 레이저를 필터링한 대상 물체의 반사 영상으로부터 대상 물체의 형상을 측정함으로써 대상 물체의 색상에 상관없이 대상 물체의 입체형상을 정확하게 측정할 수 있으며, 대상 물체의 수직 중심축을 기준으로 경사지게 배치되는 다수의 카메라를 통해 대상 물체의 다수 반사 영상을 획득하고 획득한 다수 반사 영상을 정합하여 역구배를 가지는 대상 물체의 형상을 정확하게 측정할 수 있는 3차원 입체형상 측정 장치에 관한 것이다.
일반적으로 대상물체의 3차원 입체 형상을 측정하기 위해 빛의 간섭무늬를 이용한 방법이나 레이저를 대상물체에 조사하고 대상물체에서 반사된 레이저의 영상으로부터 대상물체의 입체 형상을 측정하는 방법들이 사용되고 있다.
도 1은 간섭무늬를 이용하여 대상물체의 입체형상을 측정하는 종래 입체형상 측정장치를 설명하는 기능블록도로서, 도 1을 참고로 살펴보면 종래 입체형상 측정장치는 조명광을 조사하는 광원(2)에서 빔분할기(4)를 통해 광원(2)으로부터의 조명광을 분할시킨다. 빔분할기(4)로부터 나온 조명광의 일부는 최고점과 최저점 단차를 가지는 측정 대상물체(6)에 조사되며 또한 빔분할기(4)로부터 나온 조명광의 나머지 일부는 기준면(5)에 조사되어 반사된다. 측정 대상물체(6)의 표면과 기준면(5)으로부터 반사되어 합쳐진 간섭무늬를 촬영장치(1)를 통해 촬영하고, 제어 컴퓨터를 이용하여 촬영장치(1)를 통해 촬영된 영상을 처리한다. 기준면(5)은 측정 대상물(6)의 최고점의 반사거리 및 측정 대상물(6)의 최저점 반사거리와 각각 동일한 반사거리를 제공하는 반사거리 조절수단(3)을 더 구비함으로써 다양한 측정 대상물의 형상을 측정할 수 있다.
그러나, 간섭무늬를 이용하여 대상물체의 입체형상을 측정하는 종래 입체형상 측정장치는 불투명한 물체의 형상을 측정할 때는 조명광이 측정 대상물체에 반사되어 간섭무늬가 발생하기 때문에 측정가능하나, 반투명하거나 투명한 물체의 형상을 측정할때는 조명광이 측정 대상물체를 거의 투과함으로써 간섭무늬가 발생하지 않아 측정이 불가능한 단점이 있다.
도 2는 레이저를 이용한 종래 입체 형상 측정장치를 설명하기 위한 기능블록도로서, 도 2를 참고로 살펴보면 발광부(11)에서 빛을 조사하고, 조사된 빛(14)은 대상물체(13)에 반사되어 카메라부(12)를 통해 입력된 빛을 처리하여 대상물체(13)의 형상을 측정할 수 있다. 레이저를 이용한 종래 입체형상 측정장치는 도 1에서 설명한 간섭무늬를 이용한 종래 입체형상 측정장치와 달리 빛의 간섭현상을 이용하지 않으므로 반투명하거나 투명한 측정 대상물의 형상을 측정할 수 있다.
그러나 레이저를 이용한 종래 입체형상 측정장치에서 조사되는 레이저와 같은 색상을 가지는 대상 물체의 입체 형상을 측정하고자 하는 경우, 카메라부(12)를 통해 촬영한 반사 영상에서 대상 물체와 레이저를 구분하기 곤란하여 대상 물체의 입체 형상을 정확하게 측정하기 곤란하며 존재하는 주변광에 의해 대상 물체의 입체 형상을 정확하게 측정하기 곤란하다는 문제점을 가진다.
더욱이 간섭 무늬를 이용한 종래 입체형상 측정 장치 또는 레이저를 이용한 종래 입체형상 측정 장치는 대상물체로부터 반사되는 간섭 무늬 또는 대상 물체에서 반사되는 레이저의 반사 영상으로부터 대상물체의 입체 형상을 측정하기 때문에, 역구배를 가지는 대상물체의 경우 입체 형상을 정확하게 측정할 수 없다는 문제점을 가진다.
본 발명은 위에서 언급한 종래 입체형상 측정 장치가 가지는 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 본 발명이 이루고자 하는 목적은 적외선 레이저를 대상 물체에 조사하고 대상 물체에서 반사되는,적외선 필터링된 반사 영상으로부터 대상 물체의 입체 형상을 정확하게 측정할 수 있는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 목적은 대상 물체의 수직 중심선을 기준으로 경사지게 배치되는 다수 카메라를 통해 적외선 필터링된 다수 반사 영상을 획득하고 획득한 다수 반사 영상을 정합하여 역구배를 가지는 대상물체의 입체 형상을 정확하게 측정할 수 있는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 목적은 역구배를 가지는 대상 물체의 입체 형상을 정확하게 측정하고 측정한 대상 물체의 입체 형상에 기초하여 대상 물체의 체적을 정확하게 계산할 수 있는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 3차원 입체형상 측정 장치는 대상 물체에 적외선 레이저를 조사하는 레이저 조사부와, 대상 물체에서 반사되는 적외선 레이저만을 필터링하는 적외선 필터와 적외선 필터에 의해 적외선 필터링된 대상 물체의 반사 영상을 획득하는 카메라를 구비하는 영상 획득부와, 획득한 반사 영상으로부터 대상 물체의 3차원 입체형상을 측정하는 측정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서 영상 획득부는 대상 물체의 수직 중심축을 기준으로 경사지게 배치되어 적외선 필터링된 대상 물체의 반사 영상을 획득하는 다수 카메라를 구비하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 영상 획득부는 대상 물체의 수직 중심축을 기준으로 경사지게 배치되는 다수 레이저 조사부와, 다수의 레이저 조사부 각각에 쌍을 이루어 대상 물체의 수직 중심축을 기준으로 경사지게 배치되며 적외선 필터링된 대상 물체의 반사 영상을 획득하는 다수 카메라를 구비하며, 다수 카메라는 각 카메라에서 획득한 대상 물체의 반사 영상이 서로 겹치도록 3차원 대상 물체의 수직 중심축을 기준으로 경사지게 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 3차원 입체형상 측정 장치는 제1 그룹을 이루는 레이저 조사부와 카메라를 통해 획득한 반사 영상의 단위 픽셀당 길이와 제2 그룹을 이루는 레이저 조사부와 카메라를 통해 획득한 반사 영상의 단위 픽셀당 길이가 서로 동일하도록 교정하는 교정부를 더 포함한다.
본 발명에 따른 3차원 입체형상 측정 장치의 측정부는 획득한 반사 영상의 영상값을 임계값과 비교하여 획득한 반사 영상에서 대상 물체의 영역을 판단하는 영역 판단부와, 판단한 대상 물체의 영역 영상을 단위 픽셀로 세선화하여 세선화 영역 영상을 생성하는 세선화부와, 제1 그룹의 카메라를 통해 획득한 대상 물체의 제1 세선화 영역 영상과 제2 그룹의 카메라를 통해 획득한 대상 물체의 제2 세선화 영역 영상을 정합시켜 정합 영상을 생성하는 정합부와, 생성된 정합 영상의 단면으로부터 대상 물체의 3차원 입체 형상을 측정하는 입체형상 측정부를 포함한다. 바람직하게, 측정부는 정합된 제1 세선화 영역 영상과 제2 세선화 영역 영상에서 중복된 영역을 판단하며, 판단한 중복 영역을 보간하여 최종 정합 영상을 생성하는 중복 영역 보간부를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 입체형상 측정 장치에서 정합부는 제1 세선화 영역 영상을 구성하는 점 집합과 제2 세선화 영역 영상을 구성하는 점 집합 사이에서 가장 가까운 위치의 점들을 짝으로 설정하는 단계(이하 a1단계)와, 짝으로 설정된 점들의 거리 합을 계산하는 단계(이하 b1단계)와, 계산한 거리 합이 제1 임계값보다 작은지 판단하여 계산한 거리 합이 제1 임계값보다 작은 경우 제1 세선화 영역과 제2 세선화 영역을 정합하는 단계(이하 c1단계)를 수행하며, 계산한 거리 합이 제1 임계값보다 큰 경우 설정 거리 범위 또는 설정 각도 범위에서 제1 세선화 영역 영상과 제2 세선화 영역 영상의 거리 또는 각도를 변경하며 (a1) 단계 내지 (c1)단계를 반복하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 입체형상 측정 장치에서 정합부는 제1 세선화 영역 영상을 구성하는 점 집합과 제2 세선화 영역 영상을 구성하는 점 집합 사이에서 가장 가까운 위치의 점들을 짝으로 설정하는 단계(이하 a2단계)와, 짝으로 설정된 점들의 거리 합을 계산하는 단계(이하 b2단계)와, 계산한 거리 합의 오차가 제2 임계값 이내인지 판단하여 계산한 거리 합의 오차가 제2 임계값보다 작은 경우 제1 세선화 영역과 제2 세선화 영역을 정합하는 단계(이하 c2단계)를 수행하며, 계산한 거리 합의 오차가 제2 임계값보다 큰 경우 설정 거리 범위 또는 설정 각도 범위에서 제1 세선화 영역 영상과 제2 세선화 영역 영상의 거리 또는 각도를 변경하며 (a2) 단계 내지 (c2)단계를 반복하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 짝으로 설정된 점들의 거리 합은 평균 제곱근 에러(Mean Square Error)로 계산되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 3차원 입체형상 측정 장치는 종래 3차원 입체형상 측정 장치와 비교하여 다음과 같은 다양한 효과들을 가진다.
첫째, 본 발명에 따른 3차원 입체형상 측정 장치는 적외선 레이저를 대상 물체에 조사하고 대상 물체에서 반사되는, 적외선 필터링된 반사 영상으로부터 대상 물체의 입체 형상을 측정함으로써, 대상물체의 색상 또는 주변광에 영향을 받지않고 정확하게 대상물체의 입체형상을 측정할 수 있다.
둘째, 본 발명에 따른 3차원 입체형상 측정 장치는 대상 물체의 수직 중심선을 기준으로 경사지게 배치되는 다수 카메라를 통해 적외선 필터링된 다수 반사 영상을 획득하고 획득한 다수 반사 영상을 정합하여 입체형상을 측정함으로써, 역구배를 가지는 대상물체의 입체 형상을 정확하게 측정할 수 있다.
셋째, 본 발명에 따른 3차원 입체형상 측정 장치는 적외선 필터링된 반사 영상으로부터 대상물체의 입체 형상을 측정함으로써, 대상물체의 영역 판단 또는 다수 반사 영역의 정합을 빠르고 정확하게 수행할 수 있다.
넷째, 본 발명에 따른 3차원 입체형상 측정 장치는 역구배를 가지는 대상 물체의 입체 형상을 정확하게 측정하고 측정한 대상 물체의 입체 형상에 기초하여 대상 물체의 체적을 정확하게 계산할 수 있다.
도 1은 간섭무늬를 이용하여 대상물체의 입체형상을 측정하는 종래 입체형상 측정장치를 설명하는 기능블록도이다.
도 2는 레이저를 이용한 종래 입체 형상 측정장치를 설명하기 위한 기능블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 입체 형상 측정 장치를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 3차원 입체영상 측정장치에서 레이저 조사부와 카메라의 배치 상태의 일 예를 도시하다.
도 5는 제1 그룹의 카메라와 제2 그룹의 카메라에서 획득한 대상물체의 반사 영상이 서로 겹치도록 배치되어 있는 일 예를 도시하고 있다.
도 6은 본 발명에 따른 측정부를 보다 구체적으로 설명하기 위한 기능 블록도이다.
도 7은 판단한 대상물체 영역의 영상을 단위 픽셀로 세선화한 일 예를 도시하고 있다.
도 8은 본 발명에 따른 정합부에서 제1 세선화 영역 영상과 제2 세선화 영역 영상을 정합하는 일 예를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 9는 본 발명에 따른 정합부에서 제1 세선화 영역 영상과 제2 세선화 영역 영상을 정합하는 다른 예를 설명하기 위한 흐름도이다.
이하 첨부한 도면을 참고로 본 발명에 따른 3차원 입체형상 측정 장치에 대해 보다 구체적으로 살펴본다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 입체 형상 측정 장치를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참고로 보다 구체적으로 살펴보면, 3차원 입체 형상 측정 장치는 대상 물체(1)로 적외선 레이저를 조사하는 다수의 레이저 조사부(110, 130), 각 레이저 조사부(110, 130)에서 조사되어 대상물체(1)로부터 반사되는 적외선 레이저의 반사 영상을 촬영하는 영상 획득부(120, 140)을 구비한다. 영상 획득부(120, 140)는 레이저 조사부(110, 130)에서 조사되어 대상물체(1)로부터 반사되는 적외선 레이저만을 필터링하는 적외선 필터링부(121, 141)와 적외선 필터링된 대상물체(1)의 반사 영상을 촬영하는 카메라(123, 143)를 구비하고 있다. 적외선 필터링부(121, 141)는 각 카메라(123, 143)의 촬영 전면에 배치되어, 적외선 필터링된 반사 영상이 각 카메라(123, 143)에서 획득된다. 각 카메라(123, 143)에서 획득한 반사 영상은 유선 또는 무선 네트워크를 이용하여 측정부(200)로 송신되며, 측정부(200)는 획득한 반사 영상으로부터 대상 물체(1)의 3차원 입체형상을 측정한다.
레이저 조사부(110)와 카메라(123)는 제1 그룹을 이루고 있으며 레이저 조사부(130)와 카메라(143)는 제2 그룹을 이루고 있다. 제1 레이저 조사부(110)로부터 조사되어 대상물체(1)로부터 반사되는 적외선 레이저의 반사 영상은 제1 카메라(123)를 통해 획득되며, 제2 레이저 조사부(130)로부터 조사되어 조사물체(1)로부터 반사되는 적외선 레이저의 반사 영상은 제2 카메라(143)를 통해 획득된다. 즉, 1개의 레이저 조사부와 1개의 카메라는 1개의 그룹을 이루며 다수의 그룹이 대상물체(1)의 적외선 레이저의 반사 영상을 획득한다. 본 발명에서는 제1 그룹을 구성하는 레이저 조사부(110)와 카메라(123) 및 제2 그룹을 구성하는 레이저 조사부(130)와 카메라(143)를 구비하는 3차원 입체형상 측정 장치의 일 예를 도시하여 설명하고 있으나, 본 발명이 적용되는 분야에 따라 2 이상의 다수 그룹을 구비할 수 있다.
본 발명에 따른 3차원 입체영상 측정장치에서 레이저 조사부와 카메라의 배치 상태의 일 예를 도시하고 있는 도 4를 참고로 살펴보면, 제1 그룹과 제2 그룹의 레이저 조사부(110, 130)는 대상물체(1)의 수직 중심축(C)을 기준으로 경사지게 이격 조사 각도(θ1, θ2)로 배치되어 있으며, 대상물체(1)로 이격 각도로 일정 패턴, 예를들어 선 레이저 패턴의 적외선 레이저를 조사한다. 제1 그룹과 제2 그룹의 카메라(123, 144)는 대상물체(1)로부터 반사되는 적외선 필터링된 반사 영상을 이격 촬영 각도(θ3, θ4)에서 획득한다.
한편, 제1 그룹의 레이저 조사부(110)와 카메라(123)는 서로 이격 배치 각도(θ3-θ1)와 이격 배치 거리만큼 떨어져 배치되며, 제2 그룹의 레이저 조사부(110)와 카메라(143)는 서로 이격 배치 각도(θ4-θ2)와 이격 배치 거리만큼 떨어져 배치되어 있다. 여기서 제1 그룹의 레이저 조사부(110)와 카메라(123)의 이격 배치 각도와 이격 배치 거리 또는 제2 그룹의 레이저 조사부(110)와 카메라(143)의 이격 배치 각도와 이격 배치 거리는 삼각 측량법에 의해 레이저 조사부(110, 130)에서 조사된 적외선 레이저의 반사 영상을 카메라(123, 143)에서 정확하게 촬영하기 위해 필요한 이격 배치 각도와 이격 배치 거리로 대상물체(1)와 제1 그룹 또는 제2 그룹의 거리 및 대상물체의 종류에 따라 상이하게 설정된다.
바람직하게, 제1 그룹의 카메라(123)와 제2 그룹의 카메라(143)는 각각 획득한 대상물체(1)의 반사 영상이 서로 겹치도록 대상물체(1)의 수직 중심축(C)을 기준으로 경사지게 배치되는데, 도 5는 제1 그룹의 카메라(123)와 제2 그룹의 카메라(143)에서 획득한 대상물체(1)의 반사 영상이 서로 겹치도록 배치되어 있는 일 예를 도시하고 있다. 제1 그룹의 카메라(123)와 제2 그룹의 카메라(143)에서 획득한 대상물체(1)의 반사 영상이 서로 겹치도록 배치함으로써, 제1 그룹의 카메라(123)를 통해 획득한 반사 영상과 제2 그룹의 카메라(143)를 통해 획득한 반사 영상을 정확하게 정합시킬 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 측정부를 보다 구체적으로 설명하기 위한 기능 블록도이다.
도 6을 참고로 보다 구체적으로 살펴보면, 교정부(210)는 제1 그룹의 카메라(123)를 통해 획득한 반사 영상의 단위 픽셀당 길이와 제2 그룹의 카메라(143)를 통해 획득한 반사 영상의 단위 픽셀당 길이가 서로 동일하도록 교정한다. 제1 그룹의 카메라(123)와 제2 그룹의 카메라(143)의 위치에 따라 동일 대상물체(1)로부터 획득한 반사 영상의 단위 픽셀당 길이는 서로 상이할 수 있다. 따라서 교정부(210)는 제1 그룹의 카메라(123) 또는 제2 그룹의 카메라(143)의 위치를 조정하거나 제1 그룹의 카메라(123) 또는 제2 그룹의 카메라(143)를 통해 획득한 반사 영상을 조정하여 제1 그룹의 카메라(123) 또는 제2 그룹의 카메라(143)를 통해 획득한 반사 영상의 단위 픽셀당 길이가 서로 동일하도록 교정한다.
영역 판단부(220)는 교정된 반사 영상의 영상값을 임계 영상값과 비교하여 획득한 반사 영상에서 대상 물체의 영역을 판단한다. 대상물체(1)의 영역을 판단하는 방법의 일 예를 살펴보면, 조사된 적외선 레이저는 대상물체에서 대상물체가 없는 부분보다 상대적으로 높은 영상값, 예를 들어 픽셀 명도값으로 반사되며, 영역 판단부(220)는 영상값에 기초하여 임계 영상값보다 높은 값을 가지는 픽셀을 대상 물체의 영역으로 판단한다.
세선화부는(230)는 판단한 대상물체 영역의 영상을 단위 픽셀로 세선화(thinning)하여 세선화 영역 영상을 생성한다. 세선화는 두께를 가진 이진 이미지를 그 형태 특성만 남은, 즉 두께가 1인 이미지로 바꾸어 주는 것을 의미한다. 세선화 방법의 일 예는 Zhang-Suen 알고리즘으로 한쌍의 함수 중 제1 함수는 해당 픽셀을 지울지 남겨둘지를 결정하는 역할을 하며, 제1 함수를 이미지 전체의 픽셀에 적용한 후 제2 함수를 이미지 전체의 픽셀에 적용하는 것으로 한번의 처리가 완료된다. 본 발명에서 대상물체 영역 영상의 세선화는 line Following 알고리즘, Stentiford 알고리즘, Holt Combined 알고리즘 등과 같은 종래 세선화 알고리즘을 통해 수행할 수 있으며, 구체적인 세선화 방법에 대한 설명은 생략한다.
도 7은 판단한 대상물체 영역의 영상을 단위 픽셀로 세선화한 일 예를 도시하고 있는데, 도 7과 같이 대상물체 영역의 영상을 단위 픽셀 폭으로 세선화함으로써, 이후 반사 영상 정합 또는 중복 영상 제거를 보다 적은 프로세스로 빠르게 수행할 수 있다.
정합부(240)는 제1 그룹의 카메라(123)를 통해 획득한 대상물체의 제1 세선화 영역 영상과 제2 그룹의 카메라(143)를 통해 획득한 대상물체의 제2 세선화 영역 영상을 정합시켜 대상물체의 정합 영상을 생성하고, 중복 영역 보간부(250)는 생성한 정합 영상에서 정합된 제1 세선화 영역 영상과 제2 세선화 영역 영상의 중복된 영역을 판단하며, 판단한 중복 영역을 보간하여 중복 영역을 제거한 최종 정합 영상을 생성한다. 여기서 중복 영역은 정합된 제1 세선화 영역 영상과 제2 세선화 영역 영상에서 서로 겹치지 않은 영역으로 판단된다.
입체형상 측정부(260)는 생성된 최종 정합 영상으로부터 대상 물체의 3차원 입체형상을 측정한다. 중복 영역 보간부(250)에서 생성된 정합 영상은 대상물체의 단면 영상으로 입체형상 측정부(260)는 단위 간격으로 생성된 대상물체의 단면 영상을 연장하고 연장된 단면 영상을 결합하여 대상물체의 3차원 입체형상을 측정한다.
도 8은 본 발명에 따른 정합부에서 제1 세선화 영역 영상과 제2 세선화 영역 영상을 정합하는 일 예를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8을 참고로 살펴보면, 제1 그룹의 카메라(123)를 통해 획득한 대상물체의 제1 세선화 영역 영상을 구성하는 점 집합(P)과 제2 그룹의 카메라(143)를 통해 획득한 대상물체의 제2 세선화 영역 영상을 구성하는 점 집합(M) 사이에서 가장 가까운 위치의 점들을 짝으로 설정한다(S10). 예를 들어, 제1 세선화 영역 영상을 구성하는 점 집합(P)의 점(p1)과 가장 가까운 거리에 위치하는 점 집합(M)의 점(m1)을 검색하고, 검색한 가장 가까운 거리에 위치하는 점(p1, m1)을 짝으로 설정한다. 짝으로 설정된 점들의 거리 합을 계산하고(S20), 계산한 거리 합이 제1 임계값보다 작은지 판단하여(S30), 계산한 거리 합이 제1 임계값보다 큰 경우 설정 거리 범위 또는 설정 각도 범위에서 제1 세선화 영역 영상과 제2 세선화 영역 영상의 거리 또는 각도를 변경하며 S10 단계 내지 S30단계를 반복한다(S40). 한편, 계산한 거리 합이 제1 임계값보다 작은 경우 제1 세선화 영역 영상과 제2 세선화 영역 영상을 정합한다.
여기서 짝으로 설정된 점들의 거리 합을 계산하는 단계는 제1 세선화 영역 영상과 제2 세선화 영역 영상의 정합 오차를 판단하기 위한 방법으로 본 발명에서 짝으로 설정된 점들의 평균 제곱근 에러(Mean Square Error)를 이용한다.
여기서 계산한 거리 합이 제1 임계값보다 큰 경우 설정 거리 범위에서 제1 세선화 영역 영상 또는 제2 세선화 영역 영상 사이의 거리를 단위 설정 거리만큼씩 순차적으로 증감 변경하거나 설정 각도 범위에서 제1 세선화 영역 영상 또는 제2 세선화 영역 영상을 단위 설정 각도만큼씩 순차적으로 증감 변경하며, 변경한 거리 또는 각도에서 S10 단계 내지 S30단계를 반복하여 계산한 거리 합이 제1 임계값보다 작은 경우 제1 세선화 영역 영상과 제2 세선화 영역 영상을 정합한다.
도 9는 본 발명에 따른 정합부에서 제1 세선화 영역 영상과 제2 세선화 영역 영상을 정합하는 다른 예를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 9를 참고로 살펴보면, 제1 그룹의 카메라(123)를 통해 획득한 대상물체의 제1 세선화 영역 영상을 구성하는 점 집합(P)과 제2 그룹의 카메라(143)를 통해 획득한 대상물체의 제2 세선화 영역 영상을 구성하는 점 집합(M) 사이에서 가장 가까운 위치의 점들을 짝으로 설정한다(S110). 짝으로 설정된 점들의 거리 합을 계산하고(S120), 계산한 거리 합이 제1 임계값보다 작은지 판단하여(S30), 계산한 거리 합이 제1 임계값보다 큰 경우 이전 계산한 거리 합(S1)과 현재 계산한 거리 합(S2)의 차이가 제2 임계값보다 작은지 판단한다(S140). 이전 계산한 거리 합(S1)과 현재 계산한 거리 합(S2)의 차이가 제2 임계값보다 큰 경우 설정 거리 범위 또는 설정 각도 범위에서 제1 세선화 영역 영상과 제2 세선화 영역 영상의 거리 또는 각도를 변경하며 S110 단계 내지 S140단계를 반복한다(S150).
한편, 계산한 거리 합(S2)이 제1 임계값보다 작거나, 이전 계산한 거리 합(S1)과 현재 계산한 거리 합(S2)의 차이가 제2 임계값보다 작은 경우 제1 세선화 영역 영상과 제2 세선화 영역 영상을 정합한다. 계산한 거리 합(S2)이 제1 임계값보다 크더라도 이전 계산한 거리 합(S1)과 현재 계산한 거리 합(S2)의 차이가 제2 임계값보다 작은 경우, 즉 거리 합의 변화 폭이 제2 임계값보다 작아지는 경우 제1 세선화 영역 영상과 제2 세선화 영역 영상을 정합 처리하여, 계산한 거리 합(S2)이 제1 임계값보다 커서 무한 루프에 빠지는 것을 방지한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
110, 130: 레이저 조사부 120, 140: 영상 획득부
121, 141: 적외선 필터부 123, 143: 카메라
210: 교정부 220: 영역 판단부
230: 세선화부 240: 정합부
250: 중복 영역 보간부 260: 입체 형상 측정부

Claims (10)

  1. 대상 물체의 수직 중심축을 기준으로 경사지게 배치되며 상기 대상 물체로 적외선 레이저를 조사하는 다수의 레이저 조사부;
    상기 대상 물체에서 반사되는 적외선 필터링된 상기 대상 물체의 반사 영상을 획득하는 영상 획득부; 및
    상기 획득한 반사 영상으로부터 상기 대상 물체의 3차원 입체형상을 측정하는 측정부를 포함하며,
    상기 영상 획득부는
    상기 다수의 레이저 조사부 각각에 그룹을 이루어 상기 대상 물체의 수직 중심축을 기준으로 경사지게 배치되는 다수의 카메라와,
    상기 다수의 카메라 전면에 각각 배치되어 적외선 필터링된 상기 대상 물체의 반사 영상을 카메라로 제공하는 적외선 필터를 구비하는 것을 특징으로 하는 3차원 입체형상 측정 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 다수 카메라는
    각 카메라에서 획득한 상기 대상 물체의 반사 영상이 서로 겹치도록 상기 대상 물체의 수직 중심축을 기준으로 경사지게 배치되는 것을 특징으로 하는 3차원 입체형상 측정 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 3차원 입체형상 측정 장치는
    제1 그룹의 카메라를 통해 획득한 반사 영상의 단위 픽셀당 길이와 제2 그룹의 카메라를 통해 획득한 반사 영상의 단위 픽셀당 길이가 서로 동일하도록 교정하는 교정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 입체형상 측정 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 측정부는
    상기 획득한 반사 영상의 영상값을 임계값과 비교하여 상기 획득한 반사 영상에서 상기 대상 물체의 영역을 판단하는 영역 판단부;
    상기 판단한 대상 물체의 영역 영상을 단위 픽셀로 세선화하여 세선화 영역 영상을 생성하는 세선화부;
    상기 다수 카메라 중 제1 카메라를 통해 획득한 상기 대상 물체의 제1 세선화 영역 영상과 상기 다수 카메라 중 제2 카메라를 통해 획득한 상기 대상 물체의 제2 세선화 영역 영상을 정합시켜 정합 영상을 생성하는 정합부; 및
    상기 생성된 정합 영상의 단면으로부터 상기 대상 물체의 3차원 입체형상을 측정하는 3차원 입체형상 측정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 입체형상 측정 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 정합부는
    (a1) 상기 제1 세선화 영역 영상을 구성하는 점 집합과 상기 제2 세선화 영역 영상을 구성하는 점 집합 사이에서 가장 가까운 위치의 점들을 짝으로 설정하는 단계;
    (b1) 상기 짝으로 설정된 점들의 거리 합을 계산하는 단계; 및
    (c1) 상기 계산한 거리 합이 제1 임계값보다 작은지 판단하여 상기 계산한 거리 합이 제1 임계값보다 작은 경우 상기 제1 세선화 영역 영상과 제2 세선화 영역 영상을 정합하는 단계를 수행하며,
    상기 계산한 거리 합이 상기 제1 임계값보다 큰 경우 설정 거리 범위 또는 설정 각도 범위에서 제1 세선화 영역 영상과 제2 세선화 영역 영상의 거리 또는 각도를 변경하며 상기 (a1) 단계 내지 (c1)단계를 반복하는 것을 특징으로 하는 3차원 입체형상 측정 장치.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 정합부는
    (a2) 상기 제1 세선화 영역 영상을 구성하는 점 집합과 상기 제2 세선화 영역 영상을 구성하는 점 집합 사이에서 가장 가까운 위치의 점들을 짝으로 설정하는 단계;
    (b2) 상기 짝으로 설정된 점들의 거리 합을 계산하는 단계; 및
    (c2) 상기 계산한 거리 합의 오차가 제2 임계값 이내인지 판단하여 상기 계산한 거리 합의 오차가 제2 임계값보다 작은 경우 상기 제1 세선화 영역 영상과 제2 세선화 영역 영상을 정합하는 단계를 수행하며,
    상기 계산한 거리 합의 오차가 상기 제2 임계값보다 큰 경우 설정 거리 범위 또는 설정 각도 범위에서 제1 세선화 영역 영상과 제2 세선화 영역 영상의 거리 또는 각도를 변경하며 상기 (a2) 단계 내지 (c2)단계를 반복하는 것을 특징으로 하는 3차원 입체형상 측정 장치.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 짝으로 설정된 점들의 거리 합은 평균 제곱근 에러(Mean Square Error)로 계산되는 것을 특징으로 하는 3차원 입체형상 측정 장치.
  10. 제 6 항에 있어서, 상기 측정부는
    상기 정합된 제1 세선화 영역 영상과 제2 세선화 영역 영상에서 중복된 영역을 판단하며, 상기 판단한 중복 영역을 보간하여 중복 영역을 제거한 최종 정합 영상을 생성하는 중복 영역 생성부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 입체형상 측정 장치.
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