KR101562467B1 - 3 dimensional measurement device using smart phone - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 스마트 폰를 이용한 3차원 형상 측정 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 모아레 현상에 기초한 스마트 폰를 이용한 3차원 형상 측정 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a three-dimensional shape measuring apparatus using a smart phone, and more particularly, to a three-dimensional shape measuring apparatus using a smart phone based on a moire phenomenon.
대한민국 등록특허 제0982050호에 기재된 배경기술을 참조하면, 종래 관찰 대상물의 높이를 측정할 수 있는 3차원 형상 측정 방법이 다수 제안되었다. 제안된 기술로는 광삼각법(optical triangulation), 광촉침식(optical profilometry), 공초점현미경(confocal microscopy), 모아레(moire) 무늬 등을 이용한 비접촉식 측정법 등이 있다. 상기 기술들은 대상물에 손상을 입히지 않는 장점으로 인하여 널리 이용되고 있었다.With reference to the background art disclosed in Korean Patent No. 0982050, a number of methods for measuring a three-dimensional shape capable of measuring the height of a conventional observation object have been proposed. The proposed techniques include optical triangulation, optical profilometry, confocal microscopy, and contactless measurement using moire patterns. These techniques have been widely used due to the advantages of not damaging the object.
상기 3차원 형상 측정 방법 중 모아레 무늬를 이용한 형상 측정 방식은 측정하고자 하는 물체의 표면에 일정 형태를 가지는 두 개 이상의 주기적인 패턴이 겹쳐지는 간섭 무늬를 측정 및 해석하여 물체 표면의 높이에 대한 정보를 획득하는 것이다.Among the above three-dimensional shape measuring methods, a shape measuring method using a moire pattern is a method of measuring and analyzing an interference pattern in which two or more periodic patterns having a certain shape are superimposed on a surface of an object to be measured, .
일반적으로, 모아레 무늬를 이용한 3차원 형상 측정 방법에는 그림자식 모아레(shadow moire)와 투영식 모아레(projection moire) 방법으로 구분된다.Generally, a method of measuring a three-dimensional shape using a moire pattern is classified into a shadow moire and a projection moire method.
상기 그림자식 모아레(shadow moire)는 렌즈를 사용하지 않고 피사체의 표면에 나타나는 격자무늬의 그림자로부터 생성된 모아레 무늬를 이용하여 피사체의 형상을 측정하는 방식이고, 투영식 모아레(projection moire)는 피사체의 백색광 내지는 단색광 프로젝터를 이용하여 격자패턴을 주사하고 물체의 형상에 따라 변형되어진 격자 이미지를 주사하여 한 격자와 동일한 피치를 가지는 기준격자에 겹침으로써 모아레 무늬를 획득하는 기술이 있었다.The shadow moire is a method of measuring a shape of a subject using a moire pattern generated from a shadow of a grid pattern appearing on a surface of a subject without using a lens, and a projection moire is a method of measuring a shape of a subject There has been a technique of scanning a grid pattern using a white light or a monochromatic projector and scanning a distorted lattice image according to the shape of the object and superimposing the lattice image on a reference lattice having the same pitch as one lattice to obtain a moire pattern.
그러나, 상술한 그림자식 모아레를 이용한 3차원 형상 측정 장치는 설비가 간단한 장점이 있지만 격자의 그림자를 이용해야 하기 때문에 격자와 피사체를 충분히 근접시킬 수 있는 경우에만 적용되는 문제점이 있었다.However, although the apparatus for measuring the three-dimensional shape using the above-mentioned picture element moiré has a simple merit, it has a problem that it is applied only when the lattice and the object can be sufficiently brought close to each other because the shadow of the lattice must be used.
아울러, 상술한 투영식 모아레는 격자의 크기에 의해서 대상 물체의 크기가 제한받지 않고, 작은 높이 차를 갖는 미세한 물체의 측정 시 물체에 가까이 위치시켜야 하는 제한이 없기 때문에 선호되고 있지만, 투영식 모아레 방식은 일정한 각도로 기울여서 피사체에 격자무늬를 투영하므로 상기 기울어진 각도에 의해서 피사체의 높이에 의해 투영되는 곳의 반대편은 그림자가 발생되며, 상기 발생된 그림자를 제거하기 위하여 한쪽 투영방식에서 투영체를 중심으로 양쪽에서 격자무늬를 투영하는 방식이 사용되었다.In addition, the above-mentioned projection moire is preferred because it is not limited in size of the object by the size of the grating and there is no restriction that it should be placed close to the object when measuring a minute object having a small height difference. However, Since a grid pattern is projected on a subject at a predetermined angle, a shadow is generated on the opposite side of a place projected by the height of the subject due to the tilted angle, and in order to remove the generated shadow, A method of projecting a grid pattern on both sides was used.
종래에는 액추에이터와 같은 기계적인 장치를 이용하여 위상 천이를 수행한 격자 이미지를 이용하여 3차원 형상을 측정하였다.Conventionally, a three-dimensional shape is measured using a lattice image obtained by phase shifting using a mechanical device such as an actuator.
그러나, 기계적인 방식으로 위상 천이를 수행하는 경우, 위치 에러값 때문에 정밀한 결과를 얻는데 한계가 있으며, 위상 천이 속도가 느리고, 격자 이미지의 간격을 조절하기도 복잡한 문제가 있었다.However, when a phase shift is performed in a mechanical manner, there is a limitation in obtaining a precise result due to the position error value, a slow phase shift speed, and a complicated control of the interval of the lattice image.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 정밀한 방식으로 위상 천이를 수행하여 격자 무늬의 조절을 통해 형상 정밀도의 조절이 가능하고 위상 천이 영상을 카메라로 촬영할 수 있는 스마트 폰를 이용한 3차원 형상 측정 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made in order to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a three-dimensional (3D) image display device capable of adjusting a shape precision by adjusting a lattice pattern and performing phase shift in a precise manner, And an object of the present invention is to provide a shape measuring apparatus.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 모아레를 이용한 3차원 형상 측정 장치에 있어서, 스마트 폰; 상기 스마트 폰의 일단에 구비되며, 대상 물체에 격자 무늬를 형성하도록 격자 무늬의 영상을 송출하는 프로젝터; 상기 스마트 폰의 일면에 구비되며, 상기 대상 물체로부터 반사되는 격자 무늬의 영상을 촬영하는 카메라; 상기 스마트 폰의 일단에 구비되며, 상기 프로젝터에서 송출되는 영상을 상기 대상 물체로 반사시키는 반사경; 상기 카메라와 상기 대상 물체 사이의 거리를 측정하는 거리측정수단; 및 상기 스마트 폰에 구비되며, 상기 카메라에서 촬영한 격자 이미지에 대한 영상 처리를 수행하는 영상 처리부를 포함하되, 상기 프로젝터에는 발산된 광을 제어하여 위상 천이된 격자 이미지를 생성하고, 위상 천이된 격자 이미지를 발산하는 DMD(Digital Micromirror Device)가 구비되며, 상기 DMD는 다수 개의 미세 거울을 제어하여 위상 천이가 수행된 격자 이미지를 발산하고, 상기 영상 처리부는 위상 확장 기법과 격자 이미지 오버랩 매칭 기법을 이용하여 영상 처리 시 발생되는 오류를 보정하는 것을 특징으로 하는 스마트 폰을 이용한 3차원 형상 측정 장치를 제공한다.In order to achieve the above object, there is provided a three-dimensional shape measuring apparatus using moiré, comprising: a smartphone; A projector disposed at one end of the smart phone for transmitting a grid pattern image to form a grid pattern on a target object; A camera provided on one side of the smart phone for photographing a grid pattern image reflected from the target object; A reflector provided at one end of the smart phone for reflecting an image transmitted from the projector to the object; Distance measuring means for measuring a distance between the camera and the object; And an image processing unit provided in the smart phone and performing image processing on the grid image captured by the camera, wherein the projector controls the diverged light to generate a phase-shifted grid image, and the phase- And a DMD (Digital Micromirror Device) that emits an image. The DMD controls a plurality of micro mirrors to emit a phase-shifted lattice image, and the image processing unit uses a phase expansion technique and a lattice image overlap matching technique And corrects an error occurring in the image processing.
본 발명에 따른 스마트 폰을 이용한 3차원 형상 측정 장치에 있어서, 상기 반사경은 상기 프로젝터에서 송출되는 영상을 상기 대상 물체로 경사지게 반사시킬 수 있다.In the apparatus for measuring a three-dimensional shape using a smartphone according to the present invention, the reflector may reflect an image transmitted from the projector to be inclined with respect to the object.
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상기 거리측정수단으로는 레이저 변위 센서 또는 초음파 센서와 같은 거리측정센서가 이용될 수 있다.As the distance measuring means, a distance measuring sensor such as a laser displacement sensor or an ultrasonic sensor may be used.
본 발명에 따른 스마트 폰을 이용한 3차원 형상 측정 장치는 프로젝터와 DMD를 이용하여 격자를 생성하기 때문에 이미지의 격자 무늬 간격의 조절을 통해 형상 정밀도의 조절이 가능하고, 거리측정수단을 이용하여 대상 물체의 정확한 치수를 측정할 수 있다.The apparatus for measuring a three-dimensional shape using a smartphone according to the present invention generates a grid using a projector and a DMD, so that the shape precision can be adjusted by adjusting the grid pattern interval of the image, Can be measured.
도 1은 본 발명의 따른 스마트 폰을 이용한 3차원 형상 측정 장치를 이용하여 대상 물체를 측정하는 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2 내지 도 5는 프로젝터 또는 DMD가 위상 천이 방식에 따라 격자 이미지를 생성하는 일례를 도시한 도면이다.
도 6 내지 도 8은 영상 처리부에서 측정 오류가 발생한 지점을 측정하는 기법의 개념을 설명하는 도면이다.FIG. 1 is a view schematically showing a state in which a target object is measured using a three-dimensional shape measuring apparatus using a smartphone according to the present invention.
Figs. 2 to 5 are diagrams showing an example in which a projector or a DMD generates a lattice image according to a phase shift method.
6 to 8 are diagrams for explaining the concept of a technique for measuring a point where a measurement error occurs in the image processing unit.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately interpret the concepts of the terms appropriately The present invention should be construed in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.
도 1은 본 발명의 따른 스마트 폰을 이용한 3차원 형상 측정 장치를 이용하여 대상 물체를 측정하는 상태를 개략적으로 도시한 도면, 도 2 내지 도 5는 프로젝터 또는 DMD가 위상 천이 방식에 따라 격자 이미지를 생성하는 일례를 도시한 도면, 도 6 내지 도 8은 영상 처리부에서 측정 오류가 발생한 지점을 측정하는 기법의 개념을 설명하는 도면이다.FIG. 1 schematically illustrates a state in which a target object is measured using a three-dimensional shape measuring apparatus using a smartphone according to the present invention. FIGS. 2 to 5 show a case where a projector or a DMD FIGS. 6 to 8 are diagrams illustrating a concept of a technique for measuring a point at which a measurement error occurs in the image processing unit. FIG.
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 스마트 폰를 이용한 3차원 형상 측정 장치(100)는, 스마트 폰(110)과, 프로젝터(120)와, 카메라(130)와, 반사경(140)과, 거리측정수단(150)를 포함하며, 영상 처리부(160)를 더 포함할 수 있다.The apparatus for measuring three-dimensional shape using a smartphone 100 according to the present invention includes a smart phone 110, a projector 120, a camera 130, a reflector 140, (150), and may further include an image processing unit (160).
상기 스마트 폰(110)은 시중에 널리 유통되는 스마트 폰을 말하며, 상기 스마트 폰(110)의 일면에는 카메라(130)가 일체로 구비되는 것이 바람직하다. 상기 스마트 폰(110)는 일반적인 것으로 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.The smartphone 110 may be a smartphone that is widely distributed on the market, and a camera 130 may be integrally provided on one side of the smartphone 110. The smart phone 110 is general and a detailed description thereof will be omitted.
상기 스마트 폰(110)의 일단에는 프로젝터(120)가 구비되며, 상기 프로젝터(120)는 형상을 측정하고자 하는 대상 물체(10)에 격자 무늬를 형성하도록 격자 무늬의 영상을 송출하는 역할을 한다. 상기 프로젝터(120)에는 발산된 광을 제어하여 위상 천이된 격자 이미지를 생성하고 위상 천이된 격자 이미지를 발산하는 DMD(Digital Micromirror Device;122)가 구비되는 것이 바람직하다.A projector 120 is provided at one end of the smartphone 110 and the projector 120 transmits a grid pattern image to form a grid pattern on a target object 10 to be measured. The projector 120 is preferably provided with a DMD (Digital Micromirror Device) 122 for generating a phase-shifted lattice image by controlling the divergent light and diverging the phase-shifted lattice image.
상기 DMD(Digital Micromirror Device;122)는 다수개의 미세 거울을 제어하여 위상 천이가 수행된 격자 이미지를 발산하는 역할을 하며, 상기 DMD(122)는 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 기술을 이용하여, 수십 만개의 미세 거울을 반도체 칩으로 집적화시킨 장비로서, 광 변조 등의 다양한 동작을 수행한다.The DMD 122 functions to control a plurality of micro mirrors to diverge the phase-shifted lattice image. The DMD 122 is fabricated by using MEMS (Micro Electro Mechanical System) It is a device that integrates a micro mirror of a million in a semiconductor chip, and performs various operations such as optical modulation.
별도의 광원(미도시)을 통해 발산된 빛이 DMD에 입력되는 경우, 상기 DMD(122)는 상기 광원(미도시)에 의한 빛을 이용하여 격자 이미지를 발산할 수 있다. 도 2 내지 도 5는 DMD(122)가 위상 천이(PSI) 방식에 따라 격자 이미지를 생성하는 일례를 나타낸다. 광원의 빛을 반사/무반사 시키도록, 도시된 바와 같이, 1024*768 개의 픽셀 수를 가지는 DMD(122)의 픽셀을 선택적으로 On/Off 시켜 격자 이미지를 생성하고, 이를 DMD(122)의 내부 또는 외부에 구비되는 프로젝션 렌즈(124)를 통해 측정 대상물 등에 투영할 수 있다. When light emitted through a separate light source (not shown) is input to the DMD, the DMD 122 can emit a lattice image using light from the light source (not shown). FIGS. 2 to 5 show an example in which the DMD 122 generates a lattice image according to a phase shift (PSI) scheme. A grid image is generated by selectively turning on / off the pixels of the DMD 122 having the number of pixels of 1024 * 768 as shown in the figure so that the light of the light source is reflected / And can be projected onto a measurement object or the like through a projection lens 124 provided outside.
도 2 내지 도 5에 도시된 각각의 격자 이미지는 서로 λ/4 만큼의 위상차가 발생하므로, 도 2 내지 도 5와 같은 4개의 격자 이미지를 순차적으로 투영한 이후, 순차적으로 투영된 격자 이미지가 반사된 결과를 종래의 위상 천이 기법(PSI)에 따라 처리하여 3차원 영상을 획득할 수 있다.Each of the lattice images shown in Figs. 2 to 5 has a phase difference of? / 4, so that after sequentially projecting the four lattice images shown in Figs. 2 to 5, the sequentially projected lattice images are reflected And the result is processed according to a conventional phase shift technique (PSI) to obtain a three-dimensional image.
본 발명에 따른 스마트 폰를 이용한 3차원 형상 측정 장치(100)는 DMD(122)를 이용하여 격자 이미지를 생성하므로, 기계적인 방법으로 격자 이미지를 생성하던 종래 기법에 비해, 격자 이미지의 위상 천이를 신속하게 수행할 수 있고, 소프트웨어적인 간단한 제어를 통해 격자 이미지의 간격(Pitch)을 용이하게 제어할 수 있으며, 기계적인 오차 없이 정확한 격자 이미지의 생성이 가능하다.The apparatus for measuring three-dimensional shape using a smartphone 100 according to the present invention generates a lattice image using the DMD 122, so that compared with the conventional technique of generating a lattice image by a mechanical method, And it is possible to easily control the pitch of the grid image through a simple software control, and it is possible to generate a precise grid image without any mechanical error.
특정한 시계(field of view) 상의 측정 대상물을 측정하는 경우, 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 일정한 간격(Pitch)를 갖는 격자 이미지를 순차적으로 투영한다. 격자 이미지의 간격은 분해능과 관련되므로, 우선 정밀한 측정을 위해 상대적으로 작은 크기의 간격으로 격자 이미지를 생성하고, 만약 측정 대상물의 높이의 측정범위가 기존 격자 이미지의 간격으로 측정 불가한 경우, 격자 이미지의 간격을 증가시키는 것이 바람직하다.When a measurement object on a specific field of view is measured, a grid image having a constant pitch is successively projected, as shown in Figs. 2 to 5. Since the intervals of the grid images are related to the resolution, first, a grid image is generated at a relatively small interval for precise measurement. If the measurement range of the height of the measurement object can not be measured at the interval of the existing grid image, It is preferable to increase the interval between the two.
상기 스마트 폰(110)의 일면에는 카메라(130)가 구비되며, 상기 카메라(130)는 대상 물체(10)로부터 반사되는 격자 무늬의 영상을 촬영하는 역할을 한다. 상기 카메라(130)는 상기 스마트 폰(110)의 일면에 일체로 구비되는 것이 바람직하며, 상기 카메라(130)는 일반적인 것으로 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.A camera 130 is provided on one side of the smart phone 110 and the camera 130 captures an image of a lattice pattern reflected from the object 10. The camera 130 is integrally provided on one side of the smartphone 110, and the camera 130 is generally used, and a detailed description thereof will be omitted.
상기 프로젝터(120)가 구비되는 상기 스마트 폰(110)의 일단에는 반사경(140)이 구비된다. 상기 반사경(140)은 상기 프로젝터(120)에서 송출되는 영상을 상기 대상 물체(10)로 반사시키는 역할을 하며, 상기 반사경(140)은 상기 프로젝터(120)에서 송출되는 영상을 상기 대상 물체(10)로 경사지게 반사시켜 투영하는 역할을 한다. 상기 반사경(140)을 통해 상기 대상 물체(10)로 투영된 격자 이미지는 상기 카메라(130)를 통해 촬영되게 된다.A reflector 140 is provided at one end of the smartphone 110 where the projector 120 is installed. The reflector 140 reflects the image transmitted from the projector 120 to the object 10 and the reflector 140 transmits the image transmitted from the projector 120 to the object 10 ) And reflects the projected light. The grid image projected onto the object 10 through the reflector 140 is photographed through the camera 130.
상기 카메라(130)가 구비되는 상기 스마트 폰(110)의 일면에는 거리측정수단(150)이 구비되며, 상기 거리측정수단(150)은 상기 카메라(130)와 상기 대상 물체(10) 사이의 거리를 측정하는 역할을 한다.A distance measuring unit 150 is provided on one side of the smartphone 110 having the camera 130 and the distance measuring unit 150 measures a distance between the camera 130 and the object 10 .
상기 거리측정수단(150)으로는 레어저 변위 센서 또는 초음파 센서와 같은 거리측정센서가 이용되는 것이 바람직하며, 상기 거리측정수단(150)이 구비됨으로 인하여 3차원 형상을 가지는 상기 대상 물체(10)의 정확한 치수가 측정 가능해지며, 상기 거리측정수단(150)은 일반적인 것으로 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.The distance measuring means 150 may be a distance measuring sensor such as a rare-earth displacement sensor or an ultrasonic sensor. The distance measuring means 150 may be installed on the object 10, And the distance measuring means 150 is generally used, and a detailed description thereof will be omitted.
상기 스마트 폰(110)에는 상기 카메라(130)에서 촬영한 격자 이미지에 대한 영상 처리를 수행하는 영상 처리부(160)가 구비되며, 상기 영상 처리부(160)에서 상기 카메라(130)에서 촬영한 복수개의 격자 이미지를 중첩시켜 최종적인 3차원 영상을 얻을 수 있다.The smart phone 110 is provided with an image processing unit 160 for performing image processing on the grid image captured by the camera 130. The image processing unit 160 may include a plurality of And the final three-dimensional image can be obtained by superimposing the grid images.
반사된 격자 이미지를 이용하여 3차원 영상을 얻는 방법은 종래의 위상 천이 기법(PSI)에 따를 수 있다. 예를 들어, 도 2 내지 도 4와 같이, 1/4 주기로 4 개의 격자 이미지를 순차적으로 투영하는 경우, 4 개의 격자 이미지 각각에 상응하는 광 강도(I1, I2, I3, I4)를 얻을 수 있다. 이 경우, 특정한 위치(x,y)에서의 위상Φ는 다음과 같이 결정된다.A method of obtaining a three-dimensional image using a reflected grid image may be based on a conventional phase shift technique (PSI). For example, as shown in FIGS. 2 to 4, when four grid images are sequentially projected in a quarter cycle, light intensities I1, I2, I3 and I4 corresponding to four grid images can be obtained . In this case, the phase? At a specific position (x, y) is determined as follows.
즉, 4 개의 광 강도는 해당 위치에서의 위상으로 변환되고, 해당 위치에서의 위상 값을 알게 되면, 기준 파장을 이용하여 해당 측정 위치의 높이를 산출할 수 있다.That is, the four light intensities are converted into the phase at the corresponding position, and if the phase value at the corresponding position is known, the height of the corresponding measurement position can be calculated using the reference wavelength.
상기 영상 처리부(160)는 상기 카메라(130)에서 1차로 촬영한 격자 이미지가 반사된 결과상에서 오류가 발생된 부분에 상기 카메라(130)가 2차로 촬영한 격자 이미지가 반사된 결과를 중첩시켜 오류 발생 부분을 보정할 수 있다.The image processing unit 160 superimposes the result of reflection of the grid image captured by the camera 130 in a second place on an area where an error occurs on the result of reflection of the grid image photographed by the camera 130, The generated portion can be corrected.
도 6 내지 도 8은 상기 영상 처리부(160)에서 측정 오류가 발생한 지점을 측정하는 기법의 개념을 설명하는 도면이다.6 to 8 are diagrams for explaining the concept of a technique for measuring a point at which a measurement error occurs in the image processing unit 160. FIG.
도 6에 도시된 바와 같이, 복수 개의 정현파를 이용하여 위상을 획득시에, '-PI/2' 초과 'PI/2' 미만의 위상들이 하나의 주기를 이루며, 그 주기는 측정 영역을 통해 반복적으로 나타난다.As shown in FIG. 6, when acquiring a phase using a plurality of sine waves, phases less than '-PI / 2' and less than 'PI / 2' form one cycle, .
도 6의 경우는 특정한 위상 값들이 '-PI/2' 초과 'PI/2' 미만의 영역에 고정되므로 한 주기 내에서의 변화량 만을 판단할 수 있으므로, 각각의 주기들을 순차적으로 연결하는 위상 확장 기법이 적용된다.In the case of FIG. 6, since the specific phase values are fixed in a region less than 'PI / 2' and 'PI / 2', only the variation in one period can be determined. Therefore, Is applied.
도 7의 일례는 위상 확장 기법이 적용된 경우의 일례이다. 도시된 바와 같이, 주기가 N번째인 영역에 속하는 701 지점의 위상은 원래의 위상 A1에 (PI*N)이 더해진 값으로 결정된다. 또한, N번째인 영역에 속하는 702 지점의 위상은 원래의 위상 A2에 (PI*N)이 더해진 값으로 결정된다. 같은 방식으로 703 지점에서의 위상(원래 위상은 B1)은 B1+(PI*(N+1)), 704 지점에서의 위상(원래 위상은 B2)은 B2+(PI*(N+1))로 결정된다.7 is an example of a case where the phase expansion technique is applied. As shown in the figure, the phase of the point 701 belonging to the region having the period N is determined as a value obtained by adding (PI * N) to the original phase A1. The phase of the point 702 belonging to the Nth region is determined by adding (PI * N) to the original phase A2. In the same manner, the phase at the point 703 (original phase B1) is B1 + (PI * (N + 1)) and the phase at point 704 (original phase B2) is determined as B2 + do.
위와 같은 위상 확장 기법을 적용하면 수광된 격자 이미지의 위상은 어느 한 방향으로 계속 증가하는 방식으로 측정되어야 하지만, 도 8과 같이 측정 대상물(160)의 형상에 의해 그림자 영역이 발생하는 경우에는 위상이 계속 증가하지 않으므로 오류가 발생한 것을 알 수 있다.However, when a shadow region is generated due to the shape of the measurement object 160 as shown in FIG. 8, the phase of the grid image is increased It does not continue to increase, so you can see that an error has occurred.
위와 같이 오류가 발생한 지점은 다른 방향에서 투영하여 반사된 격자 이미지를 통해 획득한 결과로 중첩시켜 그림자 영역이 없는 측정 결과를 얻을 수 있다. 상기와 같은 위상 확장 기법 이외에도 종래에 제안된 격자 이미지 오버랩 매칭 기법 등이 추가적으로 적용되어 더 정확한 측정 결과를 얻는 것도 가능하다.The point at which the error occurs is projected from the other direction and superimposed on the result obtained through the reflected grid image to obtain the measurement result without the shadow region. In addition to the above-described phase expansion technique, a conventional grating image overlap matching technique may be further applied to obtain more accurate measurement results.
상기 프로젝터(120)가 상기 스마트 폰(110)의 일단에 구비되는 것으로 설명되었으나 이에 한정되는 것은 아니며, 도 9에 도시한 바와 같이 상기 프로젝터(120)가 상기 카메라(130)가 구비되는 상기 스마트 폰(110)의 일면에 구비될 수 있다. 상기 프로젝터(120)가 상기 카메라(130)가 구비되는 상기 스마트 폰(110)의 동일 면에 구비됨으로 인하여 상기 프로젝터(130)에서 조사되는 격자 무늬의 영상을 대상 물체(10)로 반사시키는 반사경(140)을 생략할 수 있게 된다. 상기 반사경(140)을 생략함으로 인하여 장치의 구성을 단순화시킬 수 있고, 그로 인한 비용을 절감시킬 수 있게 된다.The projector 120 is provided at one end of the smartphone 110 but the present invention is not limited thereto and the projector 120 may be connected to the smart phone 110, (Not shown). Since the projector 120 is provided on the same surface of the smartphone 110 on which the camera 130 is provided, the reflector reflecting the image of the grid pattern illuminated by the projector 130 to the object 10 140 can be omitted. By omitting the reflector 140, the structure of the apparatus can be simplified, and the cost can be reduced.
따라서, 프로젝터(120)와 DMD(122)를 이용하여 격자를 생성하기 때문에 이미지의 격자 무늬 간격의 조절을 통해 형상 정밀도의 조절이 가능하고, 거리측정수단(150)을 이용하여 대상 물체의 정확한 치수를 측정할 수 있다.
Therefore, since the grating is generated using the projector 120 and the DMD 122, the shape precision can be adjusted by adjusting the grating spacing of the image, and the accurate measurement of the object Can be measured.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
100 : 스마트 폰를 이용한 3차원 형상 측정 장치
110 : 스마트 폰 120 : 프로젝터
122 : DMD 124 : 프로젝션 렌즈
130 : 카메라 140 : 반사경
150 : 거리측정수단 160 : 영상 처리부100: 3D shape measuring device using smart phone
110: Smartphone 120: Projector
122: DMD 124: projection lens
130: camera 140: reflector
150: Distance measuring means 160: Image processing unit
Claims (6)
스마트 폰;
상기 스마트 폰의 일단에 구비되며, 대상 물체에 격자 무늬를 형성하도록 격자 무늬의 영상을 송출하는 프로젝터;
상기 스마트 폰의 일면에 구비되며, 상기 대상 물체로부터 반사되는 격자 무늬의 영상을 촬영하는 카메라;
상기 스마트 폰의 일단에 구비되며, 상기 프로젝터에서 송출되는 영상을 상기 대상 물체로 반사시키는 반사경;
상기 카메라와 상기 대상 물체 사이의 거리를 측정하는 거리측정수단; 및
상기 스마트 폰에 구비되며, 상기 카메라에서 촬영한 격자 이미지에 대한 영상 처리를 수행하는 영상 처리부를 포함하되,
상기 프로젝터에는 발산된 광을 제어하여 위상 천이된 격자 이미지를 생성하고, 위상 천이된 격자 이미지를 발산하는 DMD(Digital Micromirror Device)가 구비되며,
상기 DMD는 다수 개의 미세 거울을 제어하여 위상 천이가 수행된 격자 이미지를 발산하고,
상기 영상 처리부는 위상 확장 기법과 격자 이미지 오버랩 매칭 기법을 이용하여 영상 처리 시 발생되는 오류를 보정하는 것을 특징으로 하는 스마트 폰을 이용한 3차원 형상 측정 장치
A three-dimensional shape measuring apparatus using moiré,
Smartphone;
A projector disposed at one end of the smart phone for transmitting a grid pattern image to form a grid pattern on a target object;
A camera provided on one side of the smart phone for photographing a grid pattern image reflected from the target object;
A reflector provided at one end of the smart phone for reflecting an image transmitted from the projector to the object;
Distance measuring means for measuring a distance between the camera and the object; And
And an image processing unit provided in the smart phone for performing image processing on a grid image captured by the camera,
The projector is provided with a DMD (Digital Micromirror Device) for generating a phase-shifted lattice image by controlling divergent light and emitting a phase-shifted lattice image,
The DMD controls a plurality of micro mirrors to emit a phase-shifted lattice image,
Wherein the image processor corrects an error occurring in image processing using a phase expansion technique and a grid image overlap matching technique.
상기 반사경은 상기 프로젝터에서 송출되는 영상을 상기 대상 물체로 경사지게 반사시키는 것을 특징으로 하는 스마트 폰을 이용한 3차원 형상 측정 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the reflector reflects the image transmitted from the projector to be inclined to the object.
상기 거리측정수단으로는 레이저 변위 센서 또는 초음파 센서와 같은 거리측정센서가 이용되는 것을 특징으로 하는 스마트 폰을 이용한 3차원 형상 측정 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the distance measuring means is a distance measuring sensor such as a laser displacement sensor or an ultrasonic sensor.
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