KR101614116B1

KR101614116B1 - 휴대형 3차원 스캐너

Info

Publication number: KR101614116B1
Application number: KR1020150013077A
Authority: KR
Inventors: 이상현; 박대원
Original assignee: 호남대학교 산학협력단
Priority date: 2015-01-27
Filing date: 2015-01-27
Publication date: 2016-04-21

Abstract

본 발명은 피사체에 광을 조사하고, 피사체로부터 반사된 광을 수신하여 피사체에 대한 입체 형상정보를 생성하는 3차원 스캐너에 관한 것으로서, 피사체로부터 반사된 적외선 광을 수신하여 적외선 영상정보를 출력하는 적외선 카메라모듈과, 전면에 적외선 카메라 모듈이 장착되어 있으며 사용자가 파지할 수 있도록 형성된 휴대 본체와, 휴대본체의 전면에 장착되어 적외선 도트 광을 출사하는 적외선 프로젝터와, 휴대본체의 전면에 장착되어 피사체를 촬상하여 컬러 영상정보를 출력하는 컬러 카메라모듈과, 휴대본체의 전면에 장착되어 피사체를 향해 백색광을 조사하는 백색광원부와, 백색광원부와 적외선 프로젝터의 구동을 제어하고, 적외선 카메라 모듈과, 컬러 카메라모듈로부터 수신된 정보를 이용하여 입체영상정보를 생성하는 제어 유니트를 구비한다. 이러한 3차원 스캐너에 의하면, 파지하여 스캐닝시 피로감을 줄일 수 있어 사용자의 편리성이 향상되고, 피사체로부터 컬러영상정보를 획득시 백색광을 외부조도에 따라 조명할 수 있어 3차원 영상획득 품질을 높일 수 있다.

Description

휴대형 3차원 스캐너{hand held type 3D scanner}

본 발명은 휴대형 3차원 스캐너에 관한 것으로서, 상세하게는 사용자가 휴대상태로 피사체에 대해 입체영상을 확보할 수 있도록 지원하는 3차원 스캐너에 관한 것이다.

일반적인 이차원(2D) 스캐너는 문서나 그림 등을 재치하는 평면 유리판 하부에 CCD 카메라와 광원을 설치하고 CCD 카메라를 수평이동시켜 스캐닝하는 구조로 되어 있다.

최근에는 2D 영상뿐만 아니라 입체 물건을 스캐닝하여 3차원 이미지를 제공할 수 있는 3차원 스캐너가 개발되어 이용되고 있고, 그 예가 한국 등록특허 제10-1183161호 등 다양하게 게시되어 있다.

이러한 3차원 스캐너 중 광학 스캔 방식은 특정 패턴의 광을 피사체에 조사하고, 피사체로부터 반사되어 수신된 광으로부터 투사패턴과의 왜곡 정도를 연산하여 깊이(depth) 정보를 산출하고, 산출될 깊이 정보를 이용하여 3차원적으로 이미지를 맵핑하는 방식으로 3차원 영상정보를 생성한다.

또한, 3차원 컬러 스캐너의 경우 컬러 이미지를 촬상하는 카메라를 더 부가하여 수신된 컬러영상정보 활용하여 컬러 정보가 반영된 3차원 입체영상을 생성한다.

그런데, 이러한 3차원 스캐너에서 촬상 환경이 어두운 경우 정밀한 컬러 입체 영상정보를 생성하기 어려운 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 피사체에 대해 조명용 광을 조사하여 피사체의 컬러 정보 수집효율을 높일 수 있는 3차원 스캐너를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 사용자의 휴대가 용이하면서 스캔작업의 편리성을 높일 수 있는 3차원 스캐너를 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 3차원 스캐너는 피사체에 광을 조사하고, 상기 피사체로부터 반사된 광을 수신하여 피사체에 대한 입체 형상정보를 생성하는 3차원 스캐너에 있어서, 피사체로부터 반사된 적외선 광을 수신하여 적외선 영상정보를 출력하는 적외선 카메라모듈과; 전면에 상기 적외선 카메라 모듈이 장착되어 있으며 사용자가 파지할 수 있도록 형성된 휴대 본체와; 상기 휴대본체의 상기 전면에 장착되어 적외선 도트 광을 출사하는 적외선 프로젝터와; 상기 휴대본체의 상기 전면에 장착되어 피사체를 촬상하여 컬러 영상정보를 출력하는 컬러 카메라모듈과; 상기 휴대본체의 전면에 장착되어 피사체를 향해 백색광을 조사하는 백색광원부와; 상기 백색광원부와 상기 적외선 프로젝터의 구동을 제어하고, 상기 적외선 카메라 모듈과, 상기 컬러 카메라모듈로부터 수신된 정보를 이용하여 입체영상정보를 생성하는 제어 유니트;를 구비한다.

바람직하게는 상기 휴대본체에 장착되어 외부 조도를 검출하는 조도센서;를 더 구비하고, 상기 제어유니트는 상기 조도센서로부터 수신된 조도가 설정된 기준조도 이하이면 상기 컬러카메라 모듈의 촬상시 상기 백생광원부가 발광되게 제어한다.

또한, 상기 컬러 카메라모듈과, 상기 적외선 카메라모듈에는 피사체에 대한 초점거리가 50cm 내지 1m가 되게 형성된 렌즈를 구비하는 것이 바람직하다.

상기 휴대본체는 상기 전면으로부터 후방으로 연장된 메인부분과; 상기 메인부분의 상부로부터 상기 메인부분으로부터 멀어지는 방향으로 연장된 제1연장부와; 상기 메인부분의 하부로부터 상기 메인부분으로부터 멀어지는 방향으로 연장되되 상기 제1연장부와 이격되게 형성된 제2연장부와; 상기 제1연장부와 상기 제2연장부의 양단을 상호 연결하도록 형성되어 상기 메인 부분과의 사이에 파지홈을 형성하는 자루부분;을 구비하고, 상기 자루부분은 상기 전면과 나란한 기준선에 대해 13 내지 17°의 각도로 기울어지되 상기 제1연장부로부터 상기 제2연장부를 향하는 방향으로 연장될수록 상기 전면과의 이격거리가 멀어지게 경사지게 형성되어 있다.

본 발명에 따른 3차원 스캐너에 의하면, 파지하여 스캐닝시 피로감을 줄일 수 있어 사용자의 편리성이 향상되고, 피사체로부터 컬러영상정보를 획득시 백색광을 외부조도에 따라 조명할 수 있어 3차원 영상획득 품질을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 3차원 스캐너를 나타내 보인 사시도이고,
도 2는 도 1의 3차원 스캐너의 제어 계통에 대한 블록도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 3차원 스캐너를 더욱 상세하게 설명한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 3차원 스캐너(100)는 휴대 본체(110), 적외선 카메라 모듈(120), 적외선 프로젝터(130), 컬러 카메라모듈(150), 백색광원부(155), 조도센서(160), 제어 유니트(170)를 구비한다.

적외선 카메라 모듈(120)은 휴대 본체(110)의 전면(111)에 장착되어 피사체로부터 반사된 적외선 광을 수신하여 적외선 영상정보를 스캐닝 제어부(173)에 출력한다.

적외선 카메라 모듈(120)의 선단에는 피사체에 대한 초점거리가 50cm 내지 1m가 되게 형성된 제1렌즈(121)이 장착되어 있다.

적외선 프로젝터(130)는 휴대본체(110)의 전면(111)에 적외선 카메라모듈(120)과 이격된 위치에 장착되어 있다.

적외선 프로젝터(130)는 적외선 도트(dot) 광을 출사한다.

적외선 프로젝터(130)는 설정된 패턴의 도트 광을 출사하도록 구축되면 되고, 일 예로서, 적외선 광빔을 출사하는 광원과, 상기 광원에서 출사되는 광빔 전면에 설치되어 다수의 상호 이격된 도트광을 생성하는 필터를 갖는 구조가 적용될 수 있다.

이와는 다르게 적외선 프로젝터(130)는 다수의 적외선 레이저를 구비하여, 다수의 도트광을 출력하도록 구축될 수 있음은 물론이다.

적외선 프로젝터(130)의 선단에도 피사체에 대한 초점거리가 50cm 내지 1m가 되게 형성된 제2렌즈(131)이 마련되어 있다.

컬러 카메라 모듈(150)은 휴대본체(110)의 전면(111)에 설치되어 피사체에 대해 촬상된 컬러영상을 출력한다.

컬러 카메라 모듈(150)의 전면에도 피사체에 대한 초점거리가 50cm 내지 1m가 되게 형성된 제3렌즈(151)이 장착되어 있다.

백색광원부(155)는 휴대본체(110)의 전면(111)에 컬러 카메라 모듈(150)을 중심으로 주변에서 원주방향을 따라 복수개가 설치되어 있다.

백색광원부(155)는 백색광을 출사하는 백색 발광다이오드가 적용되는 것이 바람직하다.

조도 센서(160)는 휴대 본체(110)의 전면에 장착되어 외부 조도를 감지하고, 감지된 조도에 해당하는 신호를 출력한다.

휴대 본체(110)는 앞서 설명된 적외선 카메라 모듈(120)를 포함한 요소들이 전면(111)에 장착되어 있으며 사용자가 파지하여 피사체를 향하여 다양한 방향에서 스캔작업을 할 수 있도록 되어 있다.

휴대 본체(110)는 사용자가 파지상태에서 무게감에 대한 피로도를 저감할 수있도록 형성되어 있고, 이를 설명의 편의를 위해 구분하면, 메인부분(112), 제1 및 제2연장부(113)(114)와, 자루부분(115)으로 되어 있다.

메인 부분(112)은 적외선 카메라모듈(120)이 장착된 전면(111)으로부터 후방으로 연장된 사각패널 형태로 된 부분이다.

제1연장부(113)는 메인부분(112)의 전면(112) 반대편에서 메인부분(112)의 상부로부터 메인부분(112)으로부터 멀어지는 방향으로 연장된 부분이며, 제2연장부(114)는 제1연장부(113) 하방의 메인부분(112)의 하부로부터 메인부분(112)으로부터 멀어지는 방향으로 연장되되 제1연장부(113)와 이격되게 형성된 부분이다.

자루부분(115)은 제1연장부(113)와 제2연장부(114)의 양단을 상호 연결하도록 형성되어 메인 부분(112)과의 사이에 파지홈(116)을 형성하는 부분이다.

여기서 자루부분(115)은 전면(111)과 나란한 기준선(S)에 대해 13 내지 17°의 사이각(a)을 갖게 기울어지게 연장되되 제1연장부(113)로부터 제2연장부(114)를 향하는 방향으로 연장될수록 전면(111)과의 이격거리가 멀어지게 경사지게 형성되어 있다.

이러한 휴대본체(110)는 자루부분(115)을 손으로 파지한 상태에서 전면(111)이 지면에 수직한 방향이 되게 한 상태로 위치를 이동하면서 파사체에 대향시키는 스캔작업시 손목의 무리가 덜 감으로써 스캔작업의 편리성을 향상시킬 수 있다.

제어유니트(170)는 백색광원부(155), 적외선 프로젝터(130)의 구동을 제어하고, 적외선 카메라 모듈(120)과, 컬러 카메라모듈(150)로부터 수신된 정보를 이용하여 입체영상정보를 생성한다.

제어유니트(170)는 조작부(171), 스캐닝 제어부(173), 삼차원객체모델링부(175) 및 인터페이스부(177)를 구비한다.

조작부(171)는 스캔시작, 종료 등 스캐닝 제어부(173)에 의해 지원되는 기능을 설정할 수 있는 키가 마련되어 있다.

스캐닝 제어부(173)는 스캔을 수행하는 스캔모드에서는 설정된 제1주기에는 적외선 프로젝터(130)를 가동시켜 적외선 카메라모듈(120)에 의해 촬상된 영상정보를 수신처리하고, 설정된 제2주기에는 컬러카메라 모듈(150)에 의해 피사체에 대한 컬러영상정보를 수신한다.

스캐닝 제어부(173)는 제1주기와 제2주기를 교대로 진행하면서 수집된 영상정보를 삼차원객체모델링부(175)에 제공하고, 삼차원객체모델링부(175)는 3차원 영상생성 알고리즘에 따라 피사체에 대한 3차원 영상을 생성한다.

인터페이스부(177)는 스캔작업 완료 후 삼차원객체모델링부(175)에 의해 생성된 3차원 컬러 영상을 스캐닝 제어부(173)에 제어되어 외부로 제공한다.

바람직하게는 스캐닝 제어부(173)는 스캔모드시 조도센서(160)로부터 수신된 조도가 설정된 기준조도 이하이면 컬러카메라 모듈(150)의 촬상시 즉, 제2주기마다 백생광원부(155)가 발광되게 제어한다.

이러한 3차원 스캐너(100)는 피사체에 적외선 도트광을 조사하고, 적외선 카카메라모듈(120)을 통해 수신된 도트 패턴의 왜곡정도로부터 깊이를 산출한 후 컬러 카메라 모듈(150)에 의해 촬상된 컬러 정보를 이용하여 3차원적으로 맵핑한 입체 형상정보를 생성한다.

스캔과정을 통해 피사체에 대한 입체 영상을 획득하는 방식은 국내 등록특허 제10-1458986호 등 다양하게 게시되어 있어 더욱 상세한 설명은 생략한다.

이상에서 설명된 바와 같이 본 발명에 따른 3차원 스캐너(100)에 의하면, 파지하여 스캐닝시 피로감을 줄일 수 있어 사용자의 편리성이 향상되고, 피사체로부터 컬러영상정보를 획득시 백색광을 외부조도가 낮을 때 조명할 수 있어 3차원 영상획득 품질을 높일 수 있다.

110: 휴대 본체 120: 적외선 카메라 모듈
130: 적외선 프로젝터 150: 컬러 카메라모듈
155: 백색광원부 160: 조도센서
170: 제어 유니트

Claims

삭제
피사체에 광을 조사하고, 상기 피사체로부터 반사된 광을 수신하여 피사체에 대한 입체 형상정보를 생성하는 3차원 스캐너에 있어서,
피사체로부터 반사된 적외선 광을 수신하여 적외선 영상정보를 출력하는 적외선 카메라모듈과;
전면에 상기 적외선 카메라 모듈이 장착되어 있으며 사용자가 파지할 수 있도록 형성된 휴대 본체와;
상기 휴대본체의 상기 전면에 장착되어 적외선 도트 광을 출사하는 적외선 프로젝터와;
상기 휴대본체의 상기 전면에 장착되어 피사체를 촬상하여 컬러 영상정보를 출력하는 컬러 카메라모듈과;
상기 휴대본체의 전면에 장착되어 피사체를 향해 백색광을 조사하는 백색광원부와;
상기 백색광원부와 상기 적외선 프로젝터의 구동을 제어하고, 상기 적외선 카메라 모듈과, 상기 컬러 카메라모듈로부터 수신된 정보를 이용하여 입체영상정보를 생성하는 제어 유니트와;
상기 휴대본체에 장착되어 외부 조도를 검출하는 조도센서;를 구비하고,
상기 제어유니트는 상기 조도센서로부터 수신된 조도가 설정된 기준조도 이하이면 상기 컬러카메라 모듈의 촬상시 상기 백생광원부가 발광되게 제어하는 것을 특징으로 하는 3차원 스캐너.
제2항에 있어서, 상기 컬러 카메라모듈과, 상기 적외선 카메라모듈에는 피사체에 대한 초점거리가 50cm 내지 1m가 되게 형성된 렌즈를 구비하는 것을 특징으로 하는 3차원 스캐너.
제2항에 있어서, 상기 휴대본체는
상기 전면으로부터 후방으로 연장된 메인부분과;
상기 메인부분의 상부로부터 상기 메인부분으로부터 멀어지는 방향으로 연장된 제1연장부와;
상기 메인부분의 하부로부터 상기 메인부분으로부터 멀어지는 방향으로 연장되되 상기 제1연장부와 이격되게 형성된 제2연장부와;
상기 제1연장부와 상기 제2연장부의 양단을 상호 연결하도록 형성되어 상기 메인 부분과의 사이에 파지홈을 형성하는 자루부분;을 구비하고,
상기 자루부분은 상기 전면과 나란한 기준선에 대해 13 내지 17°의 각도로 기울어지되 상기 제1연장부로부터 상기 제2연장부를 향하는 방향으로 연장될수록 상기 전면과의 이격거리가 멀어지게 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 3차원 스캐너.