KR101624120B1 - System and method for illuminating pattern light of structured light for measuring 3d forming - Google Patents
System and method for illuminating pattern light of structured light for measuring 3d forming Download PDFInfo
- Publication number
- KR101624120B1 KR101624120B1 KR1020150153680A KR20150153680A KR101624120B1 KR 101624120 B1 KR101624120 B1 KR 101624120B1 KR 1020150153680 A KR1020150153680 A KR 1020150153680A KR 20150153680 A KR20150153680 A KR 20150153680A KR 101624120 B1 KR101624120 B1 KR 101624120B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- pattern
- unit
- light
- image
- coordinates
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
- G01B11/25—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
- G01B11/25—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
- G01B11/254—Projection of a pattern, viewing through a pattern, e.g. moiré
Abstract
Description
본 발명은 3차원 형상 계측용 구조광의 국소 영역별 패턴 광원 조사 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반사율이 다양하게 존재하면서 정밀한 3차원 촬영을 요구하는 분야에서 별도의 추가 장치없이 카메라와 빔 프로젝터 각각 한 대씩만을 이용해 3차원 영상으로 복원할 수 있는 3차원 형상 계측용 구조광의 국소 영역별 패턴 광원 조사 시스템 및 방법에 관한 것이다.
Field of the Invention The present invention relates to a method and apparatus for irradiating a pattern light source for a local area of a three-dimensional shape measuring structural light, and more particularly, And more particularly, to a system and method for irradiating a pattern light source for a local area of structured light for three-dimensional shape measurement, which can be reconstructed into three-dimensional images using only one of the projectors.
구조광 시스템은 액티브 광원(빔 프로젝터)을 카메라 입장에서 깊이정보로 해석해 2차원 카메라에서 3차원 정보로 복원하는 시스템이다. 즉, 구조광 시스템은 1개의 액티브 빔 프로젝트부(빔 프로젝터 혹은 라인레이저)를 이용해 1개 이상의 카메라로 3차원 공간에 대한 대응점을 코드화 시켜 3차원 정보를 복원하는 것이다. 이러한 구조광과 같은 액티브 시스템은 능동적으로 공간의 대응점을 검출하기 때문에 수동적인 스테레오 카메라에 비해 높은 공간 해상력에 강점이 있고, 패턴 설계에 따라 실시간처리도 가능하다. The structural optical system is a system that reconstructs an active light source (beam projector) from 2D camera to 3D information by interpreting it as depth information. In other words, the structured optical system is to reconstruct three-dimensional information by encoding the corresponding points in the three-dimensional space with one or more cameras using one active beam project part (beam projector or line laser). Since active systems such as structured light actively detect the corresponding points of space, they have a stronger spatial resolution than passive stereo cameras, and real-time processing is possible according to pattern design.
또한, 구조광 카메라 시스템에서 3차원 데이터의 신뢰성은 패턴의 형태, 카메라의 성능, 빔 프로젝터의 성능 등 다양한 요소에 의해 영향을 받지만 카메라에 의해 획득된 데이터가 가장 중요하다.Also, the reliability of three-dimensional data in a structural optical camera system is influenced by various factors such as pattern shape, camera performance, and beam projector performance, but the data acquired by the camera is most important.
그러나, 이러한 3차원을 구성하기 위한 스테레오 카메라는 2개의 카메라가 바라보는 시전에 대한 대응점을 맞춰야 정확한 3차원 모델링이 가능하지만 대응점을 검출하기엔 어려움이 따른다.However, the stereoscopic camera for constructing such a three-dimensional camera must match the correspondence to the casting of two cameras, so that accurate three-dimensional modeling is possible, but it is difficult to detect the corresponding point.
또한, 빔 프로젝터의 성능이 뛰어나 다양한 패턴을 타겟 오브젝트에 조사(照射)해도 카메라 입장에서 패턴이 정확하게 획득되지 않으면 액티브 시스템의 특성상 신뢰성 높은 3차원 데이터를 복원하는데 어려움이 따른다.In addition, since the performance of the beam projector is excellent, if patterns are not accurately obtained from the viewpoint of a camera even if various patterns are irradiated onto the target object, it is difficult to restore highly reliable three-dimensional data due to the characteristics of the active system.
또한, 카메라와 빔 프로젝터의 성능이 우수해도 빛은 타겟 오브젝트의 매질에 따른 굴절률, 반사율, 투과율이 파장에 따라 모두 다르기 때문에 정확한 패턴을 카메라에서 획득하는데 어려움이 따른다.Also, even though the performance of the camera and the beam projector is excellent, since the refractive index, the reflectance, and the transmittance depend on the wavelength depending on the medium of the target object, there is a difficulty in obtaining accurate patterns from the camera.
특히, 산업검사(industrial inspection)분야에서 PCB 기판을 검사할 때 반사율이 낮은 칩(검정색상 계열), 반사율이 높은 금속체(납, 전기가 흐르는 패턴 등), 노멀한 반사율(텍스트 프린팅 영역, 기판 표면 등)과 같이 다양한 반사율이 존재 할 때 카메라 입장에서 노출의 정도를 글로벌하게 단일인자(factor)로 가져가는 것은 다양한 에러를 초래한다.Particularly, when inspecting PCB boards in the field of industrial inspection, there is a tendency that a chip having a low reflectance (black color series), a metal body having high reflectance (lead, electric current flowing pattern), a normal reflectance Surface, etc.), taking a degree of exposure globally as a single factor in the camera's perspective, will result in various errors.
예를 들어, 글로벌 노출을 금속체에 맞추면 전체적으로 빛을 받아들이는 양이 줄어들어 빛을 대부분 흡수하고 반사하지 못하는 어두운색 계열 색상 부분의 측정이 불가능하다. 반대로, 노출을 어두운색 계열로 맞추면 금속체와 같이 반사가 강하게 발생하는 부분에서 포화상태(Saturation)가 발생하여 이 또한 3차원 측정이 불가능하다. For example, matching a global exposure to a metal body reduces the amount of light received as a whole, making it impossible to measure dark-colored areas that do not absorb and reflect most of the light. Conversely, when the exposure is adjusted to a dark color system, saturation occurs at a portion where strong reflection occurs, such as a metal body, which also makes it impossible to measure in three dimensions.
이를 해결하기 위해, 대한민국등록특허 제10-0914961호 ("3차원 카메라의 최적 노출 결정방법 및 시스템", 등록일 2009.08.25.)는 카메라의 노출을 조정해서 문제를 해결하려 했지만 실질적으로 단순 단일요인인 노출값으로 문제를 완전히 해결하지 못하는 문제점을 가지고 있다.
In order to solve this problem, Korean Patent No. 10-0914961 ("Optimal Exposure Determination Method and System of 3D Camera", registered Aug. 25, 2009) tried to solve the problem by adjusting the exposure of the camera, The problem is not completely solved by the exposure value of the phosphor.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 반사율이 다양하게 존재하면서 정밀한 3차원 촬영을 요구하는 분야에서 별도의 추가 장치없이 카메라와 빔 프로젝터 각각 한 대씩만을 이용해 3차원 영상으로 복원할 수 있는 3차원 형상 계측용 구조광의 국소 영역별 패턴 광원 조사 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a three-dimensional And to provide a system and method for illuminating a pattern light source for a local area of a structure light for three-dimensional shape measurement that can be reconstructed into an image.
본 발명은 3차원 형상 계측용 구조광의 국소 영역별 패턴 광원 조사 시스템에 관한 것으로, 측정대상물(10)로 광원을 조사하는 빔 프로젝트부(100); 상기 광원이 조사된 상기 측정대상물(10)의 영상을 촬영하는 카메라부(200); 및 상기 측정대상물(10)의 국소 위치에 따른 밝기를 조절하기 위해 상기 빔 프로젝트부(100)를 제어하는 제어부(300); 를 포함하는 것을 특징으로 한다. The present invention relates to a pattern light source illumination system for a local area of a structure light for three-dimensional shape measurement, comprising a beam project part (100) for irradiating a light source with a measurement object (10); A camera unit (200) for capturing an image of the measurement object (10) irradiated with the light source; A
또한, 상기 제어부(300)는 상기 빔 프로젝트부(100)의 광원에 패턴을 생성하는 패턴생성부(310); 상기 카메라부(200)의 영상에 좌표를 생성하는 좌표계 분석부(320); 상기 빔 프로젝트부(100)의 패턴과 상기 카메라부(200)의 좌표를 매칭시키는 패턴제어부(330); 상기 패턴과 좌표가 매칭된 데이터에서 상기 카메라부(200)로 촬영된 영상의 좌표에 해당하는 상기 빔 프로젝트부(100)의 좌표에 대한 밝기를 조절하는 패턴분석부(340); 및 밝기가 조절된 상기 영상을 3차원 영상으로 복원하는 3차원 렌더링부(350); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.The
또한, 상기 패턴분석부(330)는 상기 패턴과 좌표가 매칭된 데이터에서 광세기가 포화영역이 존재할 경우, 상기 포화영역을 추출하여, 상기 카메라부(200)의 영상의 좌표에서 상기 포화영역에 해당하는 상기 빔 프로젝트부(100)의 좌표에 대한 밝기를 기저장된 표준밝기값으로 낮추는 것을 특징으로 한다. The
또한, 상기 패턴분석부(330)는 상기 패턴과 좌표가 매칭된 데이터에서 광세기가 기저장된 표준밝기값보다 낮을 경우, 상기 카메라부(200)의 영상의 좌표에서 상기 기저장된 표준밝기값보다 밝기가 낮은 영역에 해당하는 상기 빔 프로젝트부(100)의 좌표에 대한 밝기를 기저장된 표준밝기값으로 높이는 것을 특징으로 한다.When the pattern intensity and the coordinate data are less than the previously stored standard brightness value, the
한편, 본 발명의 3차원 형상 계측용 구조광의 국소 영역별 패턴 광원 조사 방법은 빔 프로젝트부(100)를 이용하여, 측정대상물(10)로 백색광을 조사하는 백색광 조사 단계(S100); 카메라부(200)를 이용하여, 상기 백색광이 조사된 상기 측정대상물(10)을 촬영하는 영상 촬영 단계(S200); 상기 카메라부(200)에서 획득된 영상의 밝기 분포도를 모델링하는 밝기 분포도 모델링 단계(S300); 상기 빔 프로젝트부(100)를 이용하여, 상기 측정대상물(10)로 패턴형상의 광원을 조사하는 패턴조사단계(S400); 상기 패턴형상의 광원이 조사된 상기 측정대상물(10)의 영상을 촬영하여, 상기 영상에서 각 패턴의 영역별 광세기를 추출하는 광세기 추출단계(S500); 상기 광세기 추출단계(S400)에서 추출한 각 패턴의 영역별 광세기의 밝기를 조절하는 영역별 광세기 조절단계(S600); 및 각 패턴의 영역별 광세기가 조절된 상기 영상을 획득한 후 3차원으로 복원하는 3차원 복원단계(S700); 로 이루어진다.On the other hand, the method of irradiating the pattern light source for the local area of the three-dimensional shape measuring structural light of the present invention includes a white light irradiation step (S100) for irradiating white light to the
또한, 상기 패턴조사단계(S400)는 상기 카메라부(200)에서 획득한 상기 측정대상물(10)의 영상에 좌표를 생성하고, 상기 빔 프로젝트부(100)를 통해 조사되는 패턴과 상기 좌표를 매칭시키는 것을 특징으로 한다.The pattern irradiating step S400 may include generating coordinates on the image of the
또한, 상기 광세기 조절단계(S600)는 상기 광세기 추출단계(S500)에서 추출한 각 영역별 광세기 중 광세기가 포화영역에 해당하는 영역이 존재할 경우, 상기 카메라부(200)의 영상 좌표에서 상기 포화영역이 해당하는 상기 빔 프로젝트부(100)의 좌표에 대한 밝기를 기저장된 표준밝기값으로 낮추는 것을 특징으로 한다.In the light intensity control step S600, when the light intensity of each region extracted in the light intensity extraction step S500 exists in a region corresponding to the saturation region, The brightness of the saturation region with respect to the coordinates of the corresponding
또한, 상기 광세기 조절단계(S500)는 상기 광세기 추출단계(S500)에서 추출한 각 영역별 광세기 중 광세기가 기 저장된 표준 밝기값보다 이하인 경우, 상기 카메라부(200)의 영상 좌표에서 상기 기 저장된 표준 밝기값 이하에 해당하는 상기 빔 프로젝트부(100)의 좌표에 대한 밝기를 기저장된 표준밝기값으로 높이는 것을 특징으로 한다.
In the light intensity control step S500, when the light intensity among the light intensities of the respective regions extracted in the light intensity extraction step S500 is less than the previously stored standard brightness value, The brightness of the coordinates of the
상술한 바와 같이 본 발명은 3차원 형상 계측용 구조광의 국소 영역별 패턴 광원 조사 시스템 및 방법에 관한 것으로, 반사율이 다양하게 존재하면서 정밀한 3차원 촬영을 요구하는 분야에서 별도의 추가 장치없이 카메라와 빔 프로젝터 각각 한 대씩만을 이용해 3차원 영상으로 복원할 수 있는 효과가 있다.
As described above, the present invention relates to a system and method for irradiating a pattern light source for a local area of a three-dimensional shape measuring structural light, and more particularly, It is possible to reconstruct three-dimensional images using only one projector each.
도 1은 본 발명에 따른 3차원 형상 계측용 구조광의 국소 영역별 패턴 광원 조사 시스템의 개념도
도 2는 본 발명에 따른 3차원 형상 계측용 구조광의 국소 영역별 패턴 광원 조사 시스템의 구성도
도 3은 본 발명에 따른 3차원 형상 계측용 구조광의 국소 영역별 패턴 광원 조사 시스템을 통해 복원된 3차원 영상의 전후사진
도 4는 본 발명에 따른 3차원 형상 계측용 구조광의 국소 영역별 패턴 광원 조사 방법의 순서도1 is a conceptual diagram of a pattern light source illuminating system for a local region of a three-dimensional shape measuring structural light according to the present invention
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a pattern light source illuminating system for a local region of a three-dimensional shape measuring structured light according to the present invention
FIG. 3 is a front and rear photographs of a three-dimensional image reconstructed by a pattern light source illuminating system for a local region of the three-dimensional shape measuring light beam according to the present invention
4 is a flowchart of a method of irradiating a pattern light source for a local region of a three-dimensional shape measuring structural light according to the present invention
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the technical idea of the present invention will be described more specifically with reference to the accompanying drawings.
첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are included to provide a further understanding of the technical concept of the present invention, are incorporated in and constitute a part of the specification, and are not intended to limit the scope of the present invention.
도 1은 본 발명에 따른 3차원 형상 계측용 구조광의 국소 영역별 패턴 광원 조사 시스템의 개념도이며, 도 2는 본 발명에 따른 3차원 형상 계측용 구조광의 국소 영역별 패턴 광원 조사 시스템의 구성도이다.
FIG. 1 is a conceptual diagram of a pattern light source illuminating system for a three-dimensional shape measuring structural light according to the present invention, and FIG. 2 is a structural diagram of a pattern light source illuminating system for a three- .
본 발명은 3차원 형상 계측용 구조광의 국소 영역별 패턴 광원 조사 시스템에 관한 것으로, 빔 프로젝트부(100), 카메라부(200) 및 제어부(300)를 포함하여 이루어진다.The present invention relates to a pattern light source illuminating system for a local area of a structure light for three-dimensional shape measurement, and comprises a
빔 프로젝트부(100)는 측정대상물(10)로 광원을 조사하는 역할을 한다. 즉, 상기 빔 프로젝트부(100)는 측정대상물(10)로 백색광이나 패턴형태의 광원을 조사한다. The
카메라부(200)는 광원이 조사된 상기 측정대상물(10)의 영상을 획득(촬영)한다. 이때, 상기 카메라부(200)는 일반적인 카메라를 사용하며, 제어부(300)에 의해 카메라의 렌즈가 자동으로 조정되기도 하고, 수동으로 조절되기도 한다. The
제어부(300)는 상기 측정대상물(10)의 국소 위치에 따른 밝기를 조절하기 위해 상기 빔 프로젝트부(100)를 제어한다. 즉, 상기 제어부(300)는 상기 카메라부(200) 입장에서 균일한 광원이 조사될 수 있도록, 상기 빔 프로젝트부(100)를 제어한다. 이때, 상기 빔 프로젝트부(100)는 상기 제어부(300)에 의해 상기 측정대상물(10)의 국소 위치에 따른 광량이 조절된다. 또한, 상기 제어부(300)는 컴퓨터와 같은 장치로 사용될 수 있으며, 카메라의 초점과 조리개, 빔 프로젝트부(100)의 국소적 밝기를 조절할 수 있다.
The
상기 제어부(300)에 대해 더욱 상세하게 설명하면, 상기 제어부(300)는 패턴생성부(310), 좌표계 분석부(320), 패턴제어부(330), 패턴분석부(340) 및 3차원 렌더링부(350)를 포함하여 이루어진다. The
상기 빔 프로젝트부(100), 카메라부(200), 패턴제어부(300)의 구성은 개별구성으로 별도의 PC 환경에서 모듈처럼 구성될 수 있으며, 임베디드 형태로 빔 프로젝트부(100), 카메라부(200) 및 패턴제어부(300)가 하나의 보드로 구동될 수도 있다. 또한, 상기 빔 프로젝트부(100)와 패턴제어부(300)가 임베디드 형태로 구성될 수 있으며, 카메라는 웹캠, 디지털카메라, cctv 와 같은 별도의 카메라로 구동 될 수 있다.
The
패턴생성부(310)는 상기 빔 프로젝트부(100)의 광원에 패턴을 생성한다. 더욱 상세하게 설명하면, 상기 빔 프로젝트부(100)는 측정대상물(10)로 백색광의 광원을 조사한다. 이러한, 빔 프로젝트부(100)의 백색광은 상기 패턴생성부(310)에 의해 패턴 형태로 광원이 조사된다. The
또한, 패턴의 경우 상기 패턴생성부(310)에서 사전에 저장된 패턴 그림파일을 읽어 들이거나 상황에 맞게 필요한 패턴을 생성해 패턴을 측정대상물(10)에 조사할 수 있다. Also, in the case of a pattern, the
또한, 영사기처럼 미리 저장된 패턴을 모터가 제어해서 백색광원을 패턴처럼 조사할 수도 있다. In addition, the motor can control a pattern that is stored in advance, such as a projector, so that a white light source can be inspected as a pattern.
위와 같이 어떠한 경우라도 패턴을 조사할 때, 해당 시퀀스의 패턴과 사전에 모델링한 가중치를 같이 고려함으로 측정대상물에 포화상태 없는 균일한 광원을 카메라 관점에서 획득할 수 있다.
When examining a pattern in any of the above cases, it is possible to acquire a uniform light source having no saturation from the camera viewpoint by considering the pattern of the corresponding sequence and the weighted value previously modeled.
좌표계 분석부(320)는 측정대상물(10)을 촬영한 상기 카메라부(200)의 영상에 좌표를 생성한다.The coordinate
패턴제어부(330)는 상기 빔 프로젝트부(100)에서 조사되는 패턴형태의 광원과 카메라부(200)로 획득한 영상의 좌표를 서로 매칭시킨다. 즉, 상기 패턴제어부(330)는 카메라 좌표에 해당하는 빔 프로젝트부 좌표의 대응점을 모델링한다.
The
패턴분석부(330)는 상기 패턴과 좌표가 매칭된 데이터에서 상기 카메라부(200)로 촬영된 영상의 좌표에 해당하는 상기 빔 프로젝트부(100)의 좌표에 대한 밝기를 조절한다. 더욱 상세하게 설명하면, 카메라부(200)로 촬영한 영상의 좌표에 해당하는 영역 중 광세기가 존재할 경우(포화영역), 이러한 포화영역의 광세기를 줄여 표준밝기로 조절한다. 반대로, 광세기가 표준밝기값보다 낮을 경우(어두운 영역), 상기 패턴분석부(330)는 표준밝기값으로 조절한다. 이때 중요한 것은, 각 영역의 밝기가 카메라부(200)의 영상에서 볼 때, 균일한 밝기로 조절되어야 한다. The
예를 들어 설명하면, 상기 패턴분석부(330)는 상기 패턴과 좌표가 매칭된 데이터에서 광세기가 포화영역이 존재할 경우, 상기 포화영역을 추출하여, 상기 카메라부(200)의 영상의 좌표에서 상기 포화영역에 해당하는 상기 빔 프로젝트부(100)의 좌표에 대한 밝기를 기저장된 표준밝기값으로 낮춘다. For example, the
반대로, 패턴분석부(330)는 상기 패턴과 좌표가 매칭된 데이터에서 광세기가 기저장된 표준밝기값보다 낮을 경우, 상기 카메라부(200)의 영상의 좌표에서 상기 기저장된 표준밝기값보다 밝기가 낮은 영역에 해당하는 상기 빔 프로젝트부(100)의 좌표에 대한 밝기를 기저장된 표준밝기값으로 높인다. On the other hand, when the pattern intensity is lower than the previously stored standard brightness value, the
이때, 카메라 밝기가 특정 역치(Threshold)를 기준으로 높을 경우, 역치값까지 카메라 대응점에 해당하는 빔프로젝트 좌표의 광세기를 약하게 조사할 수 있다. 또한, 가우시안 형태의 가중치를 빔프로젝트가 고려해 광 세기를 약하게 빼줄 수도 있다.
At this time, if the camera brightness is higher than a certain threshold value, the light intensity of the beam project coordinates corresponding to the camera corresponding point can be lightly examined up to the threshold value. In addition, the weight of the Gaussian form can be subtracted from the light intensity by considering the beam project.
3차원 렌더링부(340)는 밝기가 조절된 상기 영상을 3차원 영상으로 복원하는 역할을 한다. 더욱 상세하게 설명하면, 각 영역의 밝기가 균일하게 조절된 영상은 상기 카메라부(200)에서 획득한 영상에서 균일한 밝기이며, 이러한 영상을 3차원 영상으로 복원한다. The
도3을 참조하여 설명하면, 도 3은 본 발명에 따른 3차원 형상 계측용 구조광의 국소 영역별 패턴 광원 조사 시스템을 통해 복원된 3차원 영상의 전후사진이다. Referring to FIG. 3, FIG. 3 is a front and a rear view of a three-dimensional image reconstructed by a pattern light source illuminating system for a local region of the three-dimensional shape measuring structural light according to the present invention.
일반 패턴의 경우, 조리개에 따라 글로벌 밝기가 제어되기 때문에 카메라 관점에서 영상을 측정하면, 일반 패턴의 카메라 영상에서 보는 바와 같이 패턴의 굵기가 위치에 따라 다르게 나타난다. 이를 2진화 처리하면, 일반패턴의 2진화 결과에서 보는 바와 같이, 밝기가 강한부분에서 패턴의 누락이 발생하며, 이는 3차원 재구성시 에러로 발생된다. In the case of the general pattern, since the global brightness is controlled according to the aperture, when the image is measured from the camera viewpoint, the thickness of the pattern is different according to the position as shown in the camera image of the general pattern. As shown in the binarization result of the general pattern, when the binarization process is performed, a pattern is missed in a part having a high brightness, and this occurs as an error in three-dimensional reconstruction.
그러나, 본 발명의 3차원 형상 계측용 구조광의 국소 영역별 패턴 광원 조사 시스템은 카메라가 바라보는 위치에 국소 좌표에 따라 밝기를 적응적으로 별도 제어하면, 적응적 패턴의 카메라 영상에서 보는 바와 같이, 금속과 같이 글레어(난반사) 현상이 강하게 일어나는 측정대상물도 정확한 패턴이 카메라 관점에서 취득이 가능하게 된다. 또한, 이를 2진화 시키면, 적응적 패턴의 2진화 결과와 같이 패턴이 끊어짐 없이 정확하게 측정 가능하게 된다.
However, according to the pattern light source illuminating system for the three-dimensional shape measuring structural light of the present invention, when the brightness is adaptively controlled according to the local coordinates at the position viewed by the camera, as shown in the camera image of the adaptive pattern, A precise pattern can be obtained from a camera viewpoint even in a measurement object in which a glare (diffuse reflection) phenomenon is strongly caused, such as a metal. In addition, when the data is binarized, the pattern can be accurately measured without interruption as in the case of the binary result of the adaptive pattern.
도 4는 본 발명에 따른 3차원 형상 계측용 구조광의 국소 영역별 패턴 광원 조사 방법의 순서도이다. 4 is a flowchart of a method of irradiating a pattern light source for a local region of a three-dimensional shape measuring structural light according to the present invention.
본 발명의 3차원 형상 계측용 구조광의 국소 영역별 패턴 광원 조사 방법은 백색광조사단계(S100), 영상촬영단계(S200), 모델링단계(S300), 패턴조사단계(S400), 광세기 추출단계(S500), 광세기 조절단계(S600) 및 3차원 복원단계(S700)로 이루어진다.
The method for irradiating the pattern light source for the three-dimensional shape measurement structural light according to the present invention may further comprise the steps of irradiating white light (S100), imaging (S200), modeling (S300), pattern irradiation (S400) S500, a light intensity adjusting step S600, and a three-dimensional restoring step S700.
백색광조사단계(S100)는 빔 프로젝트부(100)를 이용하여, 측정대상물(10)로 백색광을 조사한다. The white light irradiation step (S100) irradiates the measurement object (10) with white light using the beam project part (100).
영상 촬영 단계(S200)는 카메라부(200)를 이용하여, 상기 백색광이 조사된 상기 측정대상물(10)을 촬영한다. The image capturing step S200 captures the
모델링 단계(S300)는 상기 카메라부(200)에서 획득된 영상의 밝기 분포도를 모델링한다. 카메라부에서 획득한 영상이 전체적으로 균일한 밝기일 경우, 적응적 패턴을 조사하며, 반대로 전체적으로 균일하지 않은 밝기일 경우, 다시 모델링한다. The modeling step S300 models a brightness distribution diagram of the image obtained by the
패턴조사단계(S400)는 상기 빔 프로젝트부(100)를 이용하여, 상기 측정대상물(10)로 패턴형상의 광원을 조사한다. The pattern irradiation step S400 irradiates the light source of the pattern shape with the
또한, 상기 패턴조사단계(S400)는 상기 카메라부(200)에서 획득한 상기 측정대상물(10)의 영상에 좌표를 생성하고, 상기 빔 프로젝트부(100)를 통해 조사되는 패턴과 상기 좌표를 매칭시킨다. The pattern irradiating step S400 may include generating coordinates on the image of the
광세기 추출단계(S500)는 상기 패턴형상의 광원이 조사된 상기 측정대상물(10)의 영상을 촬영하여, 상기 영상에서 각 패턴의 영역별 광세기를 추출한다. 즉, 상기 광세기 추출단계(S500)는 카메라부를 통해 획득한 영상에서 각 패턴의 영역별로 표준 밝기값보다 높은 영역이나 낮은 영역을 추출한다.
In the light intensity extracting step S500, the image of the
광세기 조절단계(S600)는 상기 광세기 추출단계(S400)에서 추출한 각 패턴의 영역별 광세기의 밝기를 조절한다. 더욱 상게하게 설명하면, 상기 광세기 조절단계(S600)는 상기 광세기 추출단계(S500)에서 추출한 각 영역별 광세기 중 광세기가 포화영역에 해당하는 영역이 존재할 경우, 상기 카메라부(200)의 영상 좌표에서 상기 포화영역이 해당하는 상기 빔 프로젝트부(100)의 좌표에 대한 밝기를 기저장된 표준밝기값으로 낮춘다. The light intensity adjusting step S600 adjusts the brightness of the light intensity of each pattern extracted in the light intensity extracting step S400. More specifically, in the light intensity control step S600, when the light intensity of each region extracted in the light intensity extraction step S500 exists in a region corresponding to the saturation region, The brightness of the saturation region with respect to the coordinates of the
또한, 상기 광세기 조절단계(S500)는 상기 광세기 추출단계(S500)에서 추출한 각 영역별 광세기 중 광세기가 기 저장된 표준 밝기값보다 이하인 경우, 상기 카메라부(200)의 영상 좌표에서 상기 기 저장된 표준 밝기값 이하에 해당하는 상기 빔 프로젝트부(100)의 좌표에 대한 밝기를 기저장된 표준밝기값으로 높인다.
In the light intensity control step S500, when the light intensity among the light intensities of the respective regions extracted in the light intensity extraction step S500 is less than the previously stored standard brightness value, The brightness of the coordinates of the
3차원 복원단계(S700)는 각 패턴의 영역별 광세기가 조절된 상기 영상을 획득한 후 3차원으로 복원한다.In the three-dimensional reconstruction step (S700), the image obtained by adjusting the light intensity of each pattern region is reconstructed in three dimensions.
더욱 상세하게 설명하면, 일반 패턴의 경우, 조리개에 따라 글로벌 밝기가 제어되기 때문에 카메라 관점에서 영상을 측정하면, 일반 패턴의 카메라 영상에서 보는 바와 같이 패턴의 굵기가 위치에 따라 다르게 나타난다. 이를 2진화 처리하면, 일반패턴의 2진화 결과에서 보는 바와 같이, 밝기가 강한부분에서 패턴의 누락이 발생하며, 이는 3차원 재구성시 에러로 발생된다. More specifically, in the case of a general pattern, global brightness is controlled according to a diaphragm. Therefore, when an image is measured from a camera viewpoint, the thickness of the pattern varies depending on the position as seen from a camera image of a general pattern. As shown in the binarization result of the general pattern, when the binarization process is performed, a pattern is missed in a part having a high brightness, and this occurs as an error in three-dimensional reconstruction.
그러나, 3차원 복원단계(S700)는 카메라가 바라보는 위치에 국소 좌표에 따라 밝기를 적응적으로 별도 제어하면, 적응적 패턴의 카메라 영상에서 보는 바와 같이, 금속과 같이 글레어(난반사) 현상이 강하게 일어나는 측정대상물도 정확한 패턴이 카메라 관점에서 취득이 가능하게 된다. 또한, 이를 2진화 시키면, 적응적 패턴의 2진화 결과와 같이 패턴이 끊어짐 없이 정확하게 측정 가능하게 된다.
However, in the three-dimensional reconstruction step (S700), as shown in the camera image of the adaptive pattern, if the brightness is adaptively controlled according to the local coordinates at the position viewed by the camera, the glare (diffuse reflection) Accurate measurement of the object to be measured can be obtained from the viewpoint of the camera. In addition, when the data is binarized, the pattern can be accurately measured without interruption as in the case of the binary result of the adaptive pattern.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
10 : 측정대상물
100 : 빔 프로젝트부
200 : 카메라부
300 : 제어부
310 : 패턴생성부
320 : 좌표계분석부
330 : 패턴제어부
340 : 패턴분석부
350 : 3차원 렌더링부
S100 : 백색광조사단계
S200 : 영상촬영단계
S300 : 모델링단계
S400 : 패턴조사단계
S500 : 광세기 추출단계
S600 : 광세기 조절단계
S700 : 3차원 복원단계10: object to be measured
100: beam project part
200: camera unit
300:
310: pattern generator
320: Coordinate system analysis unit
330: pattern control unit
340: pattern analysis section
350: 3D rendering unit
S100: white light irradiation step
S200:
S300: Modeling step
S400: pattern irradiation step
S500: Light intensity extraction step
S600: Light intensity control step
S700: 3D restoration step
Claims (8)
상기 광원이 조사된 상기 측정대상물(10)의 영상을 촬영하는 카메라부(200); 및
상기 측정대상물(10)의 국소 위치에 따른 밝기를 조절하기 위해 상기 빔 프로젝트부(100)를 제어하는 제어부(300);를 포함하되,
상기 제어부(300)는
상기 빔 프로젝트부(100)의 광원에 패턴을 생성하는 패턴생성부(310);
상기 카메라부(200)의 영상에 좌표를 생성하는 좌표계 분석부(320);
상기 빔 프로젝트부(100)의 패턴과 상기 카메라부(200)의 좌표를 매칭시키는 패턴제어부(330); 및
상기 패턴과 좌표가 매칭된 데이터에서 광세기가 포화영역이 존재할 경우, 상기 포화영역을 추출하고 상기 빔 프로젝트부(100)의 광세기를 조절하여, 상기 카메라부(200)의 영상의 좌표에서 상기 포화영역에 해당하는 상기 빔 프로젝트부(100)의 좌표에 대한 밝기를 기저장된 표준밝기값으로 낮추거나, 상기 패턴과 좌표가 매칭된 데이터에서 광세기가 기저장된 표준밝기값보다 낮은 영역이 존재할 경우, 상기 빔 프로젝트부(100)의 광세기를 조절하여, 상기 카메라부(200)의 영상의 좌표에서 상기 기저장된 표준밝기값보다 밝기가 낮은 영역에 해당하는 상기 빔 프로젝트부(100)의 좌표에 대한 밝기를 기저장된 표준밝기값으로 높이는 패턴분석부(340);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 형상 계측용 구조광의 국소 영역별 패턴 광원 조사 시스템.
One beam project part (100) for irradiating a light source with the measurement object (10);
A camera unit (200) for capturing an image of the measurement object (10) irradiated with the light source; And
And a control unit (300) for controlling the beam project unit (100) to adjust brightness according to a local position of the measurement object (10)
The control unit 300
A pattern generating unit 310 for generating a pattern in a light source of the beam projecting unit 100;
A coordinate system analyzer 320 for generating coordinates on the image of the camera unit 200;
A pattern control unit 330 for matching the pattern of the beam project unit 100 with the coordinates of the camera unit 200; And
When the saturation region is present in the data in which the pattern and the coordinates are matched, the saturation region is extracted and the light intensity of the beam project unit 100 is adjusted, If the brightness of the coordinates of the beam projecting unit 100 corresponding to the saturation region is lowered to a previously stored standard brightness value or an area where the light intensity is lower than the standard brightness value stored in the data in which the pattern and coordinates match is present , And adjusts the light intensity of the beam project unit 100 to adjust the coordinates of the image of the camera unit 200 to the coordinates of the beam project unit 100 corresponding to a region having a brightness lower than the previously stored standard brightness value A pattern analysis unit 340 for increasing the brightness of the image to a previously stored standard brightness value;
Wherein the pattern light source irradiates the pattern light source for each local region of the structured light for three-dimensional shape measurement.
상기 제어부(300)는
밝기가 조절된 상기 영상을 3차원 영상으로 복원하는 3차원 렌더링부(350);
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 형상 계측용 구조광의 국소 영역별 패턴 광원 조사 시스템.
The method according to claim 1,
The control unit 300
A three-dimensional rendering unit 350 for reconstructing the brightness-adjusted image into a three-dimensional image;
Wherein the pattern light source irradiates the pattern light source for each local region of the structured light for three-dimensional shape measurement.
카메라부(200)를 이용하여, 상기 백색광이 조사된 상기 측정대상물(10)을 촬영하는 영상 촬영 단계(S200);
상기 카메라부(200)에서 획득된 영상의 밝기 분포도를 모델링하는 밝기 분포도 모델링 단계(S300);
상기 빔 프로젝트부(100)를 이용하여, 상기 측정대상물(10)로 패턴형상의 광원을 조사하는 패턴조사단계(S400);
상기 패턴형상의 광원이 조사된 상기 측정대상물(10)의 영상을 촬영하여, 상기 영상에서 각 패턴의 영역별 광세기를 추출하는 광세기 추출단계(S500);
상기 광세기 추출단계(S500)에서 추출한 각 영역별 광세기 중 광세기가 포화영역에 해당하는 영역이 존재할 경우, 상기 빔 프로젝트부(100)의 광세기를 조절하여, 상기 카메라부(200)의 영상 좌표에서 상기 포화영역이 해당하는 상기 빔 프로젝트부(100)의 좌표에 대한 밝기를 기저장된 표준밝기값으로 낮추거나, 상기 광세기 추출단계(S500)에서 추출한 각 영역별 광세기 중 광세기가 기 저장된 표준 밝기값보다 이하의 영역이 존재할 경우, 상기 빔 프로젝트부(100)의 광세기를 조절하여, 상기 카메라부(200)의 영상 좌표에서 상기 기 저장된 표준 밝기값 이하에 해당하는 상기 빔 프로젝트부(100)의 좌표에 대한 밝기를 기저장된 표준밝기값으로 높이는 광세기 조절단계(S600); 및
각 패턴의 영역별 광세기가 조절된 상기 영상을 획득한 후 3차원으로 복원하는 3차원 복원단계(S700);
로 이루어지는 것을 특징으로 하는 3차원 형상 계측용 구조광의 국소 영역별 패턴 광원 조사 방법.
A white light irradiation step (S100) of irradiating white light to the measurement object (10) using the beam project part (100);
An image capturing step (S200) of capturing the measurement object (10) irradiated with the white light using the camera unit (200);
A brightness distribution modeling step S300 for modeling the brightness distribution of the image obtained by the camera unit 200;
A pattern irradiating step (S400) of irradiating a light source of a pattern shape to the measurement object (10) using the beam project part (100);
A light intensity extracting step (S500) of photographing an image of the measurement object (10) irradiated with the pattern-shaped light source and extracting light intensity of each pattern region in the image;
When the light intensity of each region extracted in the light intensity extracting step (S500) exists in a region corresponding to the saturation region, the light intensity of the beam projecting unit 100 is adjusted, The brightness of the coordinates of the saturation region corresponding to the coordinates of the beam project unit 100 may be lowered to a previously stored standard brightness value or the light intensity of each region extracted in the light intensity extraction step S500 may be If there is an area below the pre-stored standard brightness value, the light intensity of the beam project unit 100 is adjusted to adjust the light intensity of the beam project corresponding to the pre-stored standard brightness value in the image coordinates of the camera unit 200 A light intensity adjusting step (S600) of increasing the brightness of the coordinates of the unit (100) to a previously stored standard brightness value; And
A three-dimensional reconstruction step (S700) for reconstructing the image obtained by adjusting the light intensities of the respective regions of each pattern to three dimensions after acquiring the image;
Wherein the pattern light source irradiates the pattern light source for local region of the three-dimensional shape measuring structural light.
상기 패턴조사단계(S400)는
상기 카메라부(200)에서 획득한 상기 측정대상물(10)의 영상에 좌표를 생성하고, 상기 빔 프로젝트부(100)를 통해 조사되는 패턴과 상기 좌표를 매칭시키는 것을 특징으로 하는 3차원 형상 계측용 구조광의 국소 영역별 패턴 광원 조사 방법.
6. The method of claim 5,
The pattern irradiation step (S400)
Dimensional coordinates of the object to be measured 10 obtained by the camera unit 200 and matches the coordinates of the pattern to be irradiated through the beam projecting unit 100. [ A method of irradiating a pattern light source by local region of structured light.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020150153680A KR101624120B1 (en) | 2015-11-03 | 2015-11-03 | System and method for illuminating pattern light of structured light for measuring 3d forming |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020150153680A KR101624120B1 (en) | 2015-11-03 | 2015-11-03 | System and method for illuminating pattern light of structured light for measuring 3d forming |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR101624120B1 true KR101624120B1 (en) | 2016-05-26 |
Family
ID=56104806
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020150153680A KR101624120B1 (en) | 2015-11-03 | 2015-11-03 | System and method for illuminating pattern light of structured light for measuring 3d forming |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101624120B1 (en) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107945268A (en) * | 2017-12-15 | 2018-04-20 | 深圳大学 | A kind of high-precision three-dimensional method for reconstructing and system based on binary area-structure light |
CN108088386A (en) * | 2017-12-15 | 2018-05-29 | 深圳大学 | The binary area-structure light detection method and system of a kind of micro-nano magnitude |
KR101932216B1 (en) * | 2017-09-13 | 2018-12-24 | 주식회사 에프앤디파트너스 | Apparatus and Method for measuring 3D shape by using light characteristic controlled pattern light |
WO2019022285A1 (en) * | 2017-07-27 | 2019-01-31 | 주식회사 엘로이즈 | Three-dimensional scanning device |
KR102103560B1 (en) * | 2019-02-01 | 2020-04-22 | 주식회사 에이치비테크놀러지 | Apparatus for Inspecting the Height of a Substrate with High Reflectivity Surfaces |
CN112014408A (en) * | 2020-09-04 | 2020-12-01 | 东莞市盟拓智能科技有限公司 | Detection method for reconstructing pcb (printed circuit board) based on structured light principle |
-
2015
- 2015-11-03 KR KR1020150153680A patent/KR101624120B1/en active IP Right Grant
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2019022285A1 (en) * | 2017-07-27 | 2019-01-31 | 주식회사 엘로이즈 | Three-dimensional scanning device |
KR101932216B1 (en) * | 2017-09-13 | 2018-12-24 | 주식회사 에프앤디파트너스 | Apparatus and Method for measuring 3D shape by using light characteristic controlled pattern light |
CN107945268A (en) * | 2017-12-15 | 2018-04-20 | 深圳大学 | A kind of high-precision three-dimensional method for reconstructing and system based on binary area-structure light |
CN108088386A (en) * | 2017-12-15 | 2018-05-29 | 深圳大学 | The binary area-structure light detection method and system of a kind of micro-nano magnitude |
CN108088386B (en) * | 2017-12-15 | 2019-11-29 | 深圳大学 | A kind of the binary area-structure light detection method and system of micro-nano magnitude |
KR102103560B1 (en) * | 2019-02-01 | 2020-04-22 | 주식회사 에이치비테크놀러지 | Apparatus for Inspecting the Height of a Substrate with High Reflectivity Surfaces |
CN112014408A (en) * | 2020-09-04 | 2020-12-01 | 东莞市盟拓智能科技有限公司 | Detection method for reconstructing pcb (printed circuit board) based on structured light principle |
CN112014408B (en) * | 2020-09-04 | 2024-04-12 | 东莞市盟拓智能科技有限公司 | Detection method for reconstructing pcb based on structured light principle |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101624120B1 (en) | System and method for illuminating pattern light of structured light for measuring 3d forming | |
JP5133626B2 (en) | Surface reflection characteristic measuring device | |
JP6519265B2 (en) | Image processing method | |
JP4872035B2 (en) | Imaging apparatus, captured image distance measuring method, captured image distance measuring program, and recording medium | |
CN110441323B (en) | Product surface polishing method and system | |
KR101296780B1 (en) | Obstacle Detecting system using of laser, and method thereof | |
KR20120058828A (en) | System for extracting 3-dimensional coordinate and method thereof | |
EP3382645B1 (en) | Method for generation of a 3d model based on structure from motion and photometric stereo of 2d sparse images | |
KR101371376B1 (en) | Three dimensional shape measurment apparatus | |
WO2004086016A1 (en) | Optical inspection system and method for displaying imaged objects in greater than two dimensions | |
JP2019194670A (en) | Range differentiators for auto-focusing in optical imaging systems | |
CN106895793A (en) | The method and apparatus of double mode depth survey | |
US20210148694A1 (en) | System and method for 3d profile determination using model-based peak selection | |
JP7056131B2 (en) | Image processing system, image processing program, and image processing method | |
US11168976B2 (en) | Measuring device for examining a specimen and method for determining a topographic map of a specimen | |
KR20150071228A (en) | Apparatus of inspecting glass of three dimensional shape | |
Rantoson et al. | 3D reconstruction of transparent objects exploiting surface fluorescence caused by UV irradiation | |
JP5441752B2 (en) | Method and apparatus for estimating a 3D pose of a 3D object in an environment | |
CN111033566B (en) | Method and system for non-destructive inspection of an aircraft part | |
KR20080099431A (en) | Imaging system for shape measurement of partially-specular object and method thereof | |
CN116106318A (en) | Object surface defect detection method and device and three-dimensional scanner | |
CN111601097B (en) | Binocular stereo matching method, device, medium and equipment based on double projectors | |
JP6939501B2 (en) | Image processing system, image processing program, and image processing method | |
JP2020129187A (en) | Contour recognition device, contour recognition system and contour recognition method | |
US10255671B1 (en) | System and method for capture of high resolution/high magnification images |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20190311 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20200309 Year of fee payment: 5 |