KR101726776B1 - 3차원 형상 획득 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3차원 형상 데이터 획득 장치에 관한 것으로서, 상기 3차원 형상 데이터 획득 장치는 2차원용 영상을 획득하기 위해 서로 다른 색상의 광을 대상체로 출력하는 복수의 2차원용 광원부, 3차원용 영상을 획득하기 위해 레이저 광을 출력하는 3차원용 광원부, 상기 2차원용 광원부의 광을 이용하여 상기 대상체를 촬상하여 상기 2차원용 영상을 생성하고, 상기 3차원용 광원부의 광을 이용하여 상기 대상체를 촬상하여 상기 3차원용 영상을 획득하는 영상 데이터 획득부, 그리고 상기 영상 데이터 획득부, 상기 복수의 2차원용 광원부 및 상기 3차원용 광원부에 연결되어 있는 제어 유닛을 포함한다. 상기 제어 유닛은 상기 영상 데이터 획득부가 제1 이동량을 이동할 때마다 상기 복수의 2차원용 광원부 중 하나의 2차원용 광원부를 점등시키고, 상기 영상 데이터 획득부를 동작시켜 점등된 2차원용 광원부의 색상에 해당하는 2차원용 영상을 획득하고, 상기 2차원용 영상을 획득 한 뒤, 상기 영상 데이터 획득부가 제2 이동량을 이동할 때마다, 상기 3차원용 광원부를 점등시키고, 상기 영상 데이터 획득부를 동작시켜 3차원용 영상을 획득하고, 상기 3차원용 영상을 분석하여 높이 정보를 생성한다.

Description

3차원 형상 획득 장치 및 그 제어 방법{APPARATUS FOR ACQUIRING 3D IMAGE DATA AND METHOD FOR CONTROLLING THE SAME}

본 발명은 3차원 형상 획득 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로, 이미지 센서로 대상체를 스캔하여 컬러 영상이 입혀진 3차원 형상을 획득하는 3차원 형상 획득 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

3차원의 대상체를 온전하게 모델링하기 위해서는 3차원용 영상을 이용하여 획득된 높이 정보에 대상체 표면의 컬러 영상인 3원색(즉, 적색, 녹색 및 청색)의 2차원용 영상을 입혀주는 작업이 필요하다.

이때, 3차원용 영상을 이용한 높이 정보를 획득하는 방법으로는 레이저(laser) 라인빔(line beam)과 이미지 센서로 대상체를 스캔(scan)하여 대상체의 높이를 측정하는 광 삼각법(optical triangulation method)이 대표적이다.

이때 사용되는 이미지 센서(image sensor)는 컬러가 아닌 모노크롬 이미지 센서(monochrome image sensor)가 적합하며, 광 삼각법으로 대상체의 형상을 얻는 경우 이미지 센서가 일정 간격만큼 이동 후 정지하여 영상을 획득하는 일련의 과정을 반복하는 것 보다 이미지 센서가 대상체를 일정한 간격으로 스캔하는 방식이 시간적인 면에서 보다 효율적이다.

그리고 대상체의 표면 컬러에 대한 영상(즉, 2차원용 영상)을 획득하는 가장 쉬운 방법은 컬러 이미지 센서(color image sensor)를 이용하는 것이나, 컬러 이미지 센서는 높이를 측정하기 위한 3차원용 영상을 획득하는데 적합하지 않다.

따라서 2차원용 영상과 3차원용 영상을 하나의 이미지 센서를 이용하여 모두 얻고자 할 때에는, 모노크롬 이미지 센서와 적색, 녹색, 청색의 광원을 사용하여 2차원용 영상을 얻고, 동일한 모노크롬 이미지 센서와 레이저 라인빔(line beam)을 이용하여 높이 정보를 위한 3차원용 영상을 획득한다.

이때, 보통 정지 상태에서 적색 광원을 이용하여 적색 광원 영상을 획득하고, 녹색 광원을 이용하여 녹색 광원 영상을 획득하며, 청색 광원을 이용하여 청색 광원 영상을 각각 획득하여, 각각 얻어진 3개의 영상을 조합하는 방법으로 2차원용 영상을 만든다.

상기한 것과 같은 방법으로 3차원용 영상과 2차원용 영상을 획득한다면, 3차원용 영상을 위해 대상체를 스캔하는 동작뿐만 아니라, 2차원용 영상을 위해 추가로 정지 상태에서 3번의 영상을 획득해야 하므로, 필요한 영상을 획득하는데 너무 많은 시간이 요구된다.

한국 공개특허공보 공개번호 특2002-0068725(공개일자: 2002년 08월 28일, 발명의 명칭: 3차원 영상 데이터 획득 센서, 출원인: 주식회사 파미)

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 3차원 형상을 모델링하기 위해 필요한 3차원용 영상과 2차원용 영상을 한 번의 스캔 동작으로 모두 획득하는 것이다.

본 발명의 한 특징에 따른 3차원 형상 데이터 획득 장치는 2차원용 영상을 획득하기 위해 서로 다른 색상의 광을 대상체로 출력하는 복수의 2차원용 광원부, 3차원용 영상을 획득하기 위해 레이저 광을 출력하는 적어도 하나의 3차원용 광원부, 상기 2차원용 광원부의 광을 이용하여 상기 대상체를 촬상하여 상기 2차원용 영상을 생성하고, 상기 3차원용 광원부의 광을 이용하여 상기 대상체를 촬상하여 상기 3차원용 영상을 획득하는 영상 데이터 획득부, 그리고 상기 영상 데이터 획득부, 상기 복수의 2차원용 광원부 및 상기 적어도 하나의 3차원용 광원부에 연결되어 있는 제어 유닛을 포함하고, 상기 제어 유닛은 상기 영상 데이터 획득부가 제1 이동량을 이동할 때마다 상기 복수의 2차원용 광원부 중 하나의 2차원용 광원부를 점등시키고 상기 영상 데이터 획득부를 동작시켜, 점등된 2차원용 광원부의 색상에 해당하는 2차원용 영상을 획득하고, 상기 2차원용 영상을 획득한 뒤, 상기 영상 데이터 획득부가 제2 이동량을 이동할 때마다, 상기 3차원용 광원부를 점등시키고 상기 영상 데이터 획득부를 동작시켜, 3차원용 영상을 획득하고, 상기 3차원용 영상을 분석하여 높이 정보를 생성한다.

상기 제1 이동량은 상기 제2 이동량 보다 큰 것이 좋다.

상기 영상 데이터 획득부는 전체 이미징 영역 중 일부만을 영상 추출 영역으로 설정하고 상기 영상 추출 영역을 이용하여 상기 2차원용 영상과 상기 3차원용 영상을 획득할 수 있다.

상기 복수의 2차원용 광원부는 적색 광을 출력하는 적색 광원부, 녹색 광을 출력하는 녹색 광원부 및 청색 광을 출력하는 청색 광원부를 포함할 수 있다.

상기 적어도 하나의 3차원용 광원부의 개수가 복수 개인 경우, 복수의 3차원용 광원부는 정해진 순서대로 하나씩 점등되는 것이 좋다.

본 발명의 다른 특징에 따른 3차원 형상 데이터 획득 장치의 제어 방법은 영상 데이터 획득부가 제1 이동량을 이동할 때마다, 복수의 2차원용 광원부 중 하나의 2차원용 광원부를 점등시켜 대상체의 촬상 영역으로 해당 색상의 광을 조사하는 단계, 상기 해당 색상의 광의 조사 동작에 대응하여 영상 데이터 획득부가 상기 대상체의 촬상 영역에 대한 촬상 동작을 실시하도록 하여 점등된 2차원용 광원부의 색상에 해당하는 2차원용 영상을 획득하는 단계, 상기 해당 색상의 광을 조사한 후, 상기 영상 데이터 획득부가 제2 이동량을 이동할 때마다, 3차원용 광원부를 동작시켜 대상체의 촬상 영역으로 상기 3차원용 광원부에 해당하는 광을 조사하는 단계, 그리고 영상 데이터 획득부가 상기 3차원용 광원부에 해당하는 광이 조사된 촬상 영역에 대한 촬상 동작을 실시하도록 하여 3차원용 영상을 획득하는 단계를 포함한다.

상기 제1 이동량은 상기 제2 이동량보다 큰 것이 좋다.

이러한 특징에 따르면, 영상 데이터 획득부의 한 번의 스캔 동작으로 3차원용 영상과 2차원용 영상을 함께 획득할 수 있어, 컬러가 입혀진 3차원 형상을 만들기 위한 데이터 획득 시간을 크게 줄일 수 있다.

또한, 한 번의 스캔으로 3차원용 영상과 2차원용 영상 획득이 가능하므로, 대상체가 영상 데이터 획득부 아래로 이동해서 지나 가버리는 경우와 같이 단 1번의 스캔 동작만 허용되는 경우에도 적용 가능하다.

또한, 영상 데이터 획득부는 적색, 녹색, 청색의 2차원용 영상과, 3차원용 영상이 하나의 공통된 영상 추출 영역에서 획득되므로 영상 획득과 관련된 제어가 간단하다.

특히, 특정 시점에 적색 광원, 녹색 광원, 청색 광원 및 3차원용 광원 중 한 종류의 광원만 켜지고, 켜진 해당 광원을 통한 영상이 획득되므로, 다른 종류의 광원이 동시에 켜졌을 때 발생할 수 있는 빛 간섭 문제를 고려할 필요가 없어 광원부의 설계 및 제작의 난이도가 낮아진다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 3차원 형상 획득 장치의 블럭도이다.
도 2는 도 1에 도시한 영상 데이터 획득부와 복수의 광원부의 배치 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 영상 데이터 획득부의 전체 이미징 영역과 영상 추출 영역을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 3차원 형상 획득 장치의 동작 원리를 설명하기 위한 개념적인 동작 타이밍도이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 3차원 형상 획득 장치에서 2차원용 영상과 3차원용 영상의 획득 상황을 도시한 도면이다.

첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "접속되어" 있다거나 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 접속되어 있거나 연결되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다.

그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 3차원 형상 획득 장치 및 그 제어 방법에 대하여 설명한다.

도 1 및 도 2에 도시한 것과 같이, 본 발명의 한 실시예에 따른 3차원 형상 획득 장치는 대상체의 한 예인 검사대상(100)에 대한 영상을 획득하여 출력하는 영상 데이터 획득부(10), 레이저 광, 적색 광, 녹색 광 및 청색 광을 검사대상(100)으로 출력하는 광원 유닛(20), 영상 데이터 획득부(10)와 광원 유닛(20)에 연결되어 있고, 광원 제어부(31)와 이동 제어부(32) 및 영상 데이터 처리부(33)를 구비한 제어 유닛(30), 제어 유닛(30)에 연결되어 있는 저장 유닛(40), 제어 유닛(30)에 연결되어 있는 이동 유닛(50), 그리고 제어 유닛(30)에 연결되어 있는 영상 출력부(60)를 구비한다.

영상 데이터 획득부(10)는 검사대상(100)을 스캔하면서 일정 간격마다 영상을 획득하여 영상 데이터 처리부(33)로 출력한다.

영상 데이터 획득부(10)는 광원 유닛(20)의 동작에 연동되어 레이저 광, 적색 광, 녹색 광 및 청색 광 중 특정 시점에서 하나의 광만이 검사대상(100)의 해당 영역에 조사될 때 영상을 획득한다.

레이저 광이 조사될 때 획득한 영상으로부터 3차원용 영상이 만들어지고, 적색 광, 녹색 광 및 청색 광중 하나의 광이 조사될 때 획득한 영상으로부터 2차원용 영상이 만들어진다.

본 예의 영상 데이터 획득부(10)와 광원 유닛(20)은 검사대상(100) 위에 위치하며, 이동 유닛(50)의 제어에 따라 가로 방향인 X 방향과 세로 방향인 Y 방향과 같이 정해진 방향으로 이동하며, 검사대상(100)의 특정 영역에 대한 2차원용 영상과 3차원용 영상을 획득한다.

이러한 영상 데이터 획득부(10)는 CCD(charge coupled device) 소자 혹은 CMOS(complementary metal-oxide semiconductor) 이미지 센서와 이미징 렌즈로 구성될 수 있다. 본 예의 경우, 영상 데이터 획득부(10)는 도 3에 도시한 것처럼 화소(Pixel)들이 2차원 배열로 구성된 CMOS 이미지 센서이며, 도 3과 같이 이용 가능한 전체 이미징 영역(AR)중에서 일부 영역만을 영상 추출 영역(ROI, Region of Interest)으로 지정하여 사용한다. 예를 들어, 전체 이미징 영역(AR)의 크기가 1000×1000일 때, 영상 추출 영역(ROI)의 크기는 1000×300일 수 있다. 이로 인해, 영상 데이터 획득부(10)는 필요에 따라 전체 이미징 영역(AR)이 아닌 영상 추출 영역(ROI)에 대한 영상만 획득하므로, 영역의 크기가 줄어 든 만큼 영상 획득 시간을 줄일 수 있다.

또한, 영상 데이터 획득부(10)는 하나의 영상 추출 영역(ROI)만을 이용하여 2차원용 영상과 3차원용 영상을 획득한다.

만일 영상 데이터 획득부(10)가 복수개의 영상 추출 영역(ROI)를 가지고 복수개의 광원을 동시에 구동한다면, 동시에 구동되는 광원 간의 간섭에 의해 영상 왜곡문제가 발생할 수 있다. 하지만, 본 예의 경우, 영상 데이터 획득부(10)가 하나의 영상 추출 영역(ROI)을 구비하고 특정 시점에 한 종류의 광원만이 검사대상(100)의 해당 영역에 조사되므로, 광원들 간에 빛 간섭의 문제가 발생하지 않는다.

광원 유닛(20)은 광원 제어부(31)에 의해 점등이 제어되며, 레이저 광을 출력하는 3차원용 광원부(21), 적색 광을 출력하는 복수의 적색 광원(2211)을 구비한 적색 광원부(221), 녹색 광을 출력하는 복수의 녹색 광원(2221)을 구비한 녹색 광원부(222) 및 청색 광을 출력하는 복수의 청색 광원(2231)을 구비한 청색 광원부(223)를 구비한다.

3차원용 광원부(21)는 3차원용 영상을 획득할 때 라인빔(line beam)형태의 레이저 광을 검사대상(100)의 해당 영역에 조사하며, 이때 얻어진 영상은 광 삼각법을 이용한 높이 정보 추출에 이용된다.

도 2에는 하나의 레이저 광원(즉, 3차원용 광원)이 도시되어 있지만, 추가의 레이저 광원을 구비할 수 있다. 예를 들어, 두 개의 레이저 광원이 구비되고, 이들 두 레이저 광원이 서로 마주보는 방향(예, 좌측 방향과 우측 방향)으로 위치한다면, 그림자 영역 제거 및 높이 정보의 정확도 향상을 기대할 수 있다. 이때, 두 개의 레이저 광원은 동시에 동작되어 레이저빔을 동시에 출력하는 것이 아니고, 하나씩 정해진 순서대로 교대로 동작하여 레이저 빔을 교대로 출력하게 된다.

필요할 경우, 사용되는 레이저 광원의 개수는 3개 이상일 수 있고, 이 경우에도 복수의 레이저 광원은 정해진 순서대로 차례로 동작하여 서로 중복되지 않게 해당 시점에 정해진 레이저 광원에서 레이저 빔이 조사된다.

적색 광원부(221), 녹색 광원부(222) 및 청색 광원부(223)는 2차원용 영상을 획득하기 위한 광원이며, 광원 제어부(31)의 제어에 따라 정해진 순서대로 정해진 위치에서 순차적으로 동작한다.

광원 제어부(31)에서 인가되는 구동 신호에 따라 해당 광원부(221-223)가 동작하여 검사대상(100)의 해당 영역으로 해당 색상의 빛이 조사되면, 영상 데이터 획득부(10)는 해당 영역에 대한 2차원용 적색 광원 영상, 녹색 광원 영상 또는 청색 광원 영상을 획득한다.

본 예에서, 영상 데이터 획득부(10)가 X 방향으로 제1 이동량(D1)을 이동할 때마다, 2차원용 영상을 위한 광원부(221, 222, 223) 중 하나가 점등되고, 이후 다음 순서의 2차원용 광원부(221-223)가 점등될 때까지, 2차원용 광원부(221-223)의 미 점등 구간이 있으며, 2차원용 영상을 위한 광원부가 미 점등인 구간에서는 영상 데이터 획득부(10)가 X 방향으로 제2 이동량(D2)을 이동할 때마다 3차원용 광원부(21)가 동작한다.

이와 같이 동작하는 3차원용 광원부(21)와 2차원용 광원부(221-223)의 동작에 맞춰 영상을 획득하는 영상 데이터 획득부(10)의 동작으로 인해 한 번의 스캔 동작으로 2차원용 영상과 3차원용 영상을 모두 획득할 수 있다.

이러한 광원 유닛(20)은 영상 데이터 획득부(10)와 같이 위치하며, 3차원용 광원부(21), 적색 광원부(221), 녹색 광원부(222) 및 청색 광원부(223)는 서로 정해진 거리 간격만큼 이격 되어 위치한다. 본 예의 경우, 3차원용 광원부(21)-적색 광원부(221)-녹색 광원부(222)-청색 광원부(223)의 순으로 가장 높은 곳에서부터 가장 낮은 곳으로 차례로 위치하고 있다.

광원 유닛(20)의 적색 광원부(221), 녹색 광원부(222), 청색 광원부(223)는 각각 복수의 적색 광원(2211), 복수의 녹색 광원(2221) 및 복수의 청색 광원(2231)으로 구성되며 각 광원부(221-223)를 구성하는 광원의 개수는 필요에 따라 증감될 수 있다.

제어 유닛(30)은 이미 설명한 것처럼 광원 제어부(31)와 이동 제어부(32) 및 영상 데이터 처리부(33)를 구비한다.

광원 제어부(31)는 광원 유닛(20)의 동작을 제어한다.

이동 제어부(32)는 이동 유닛(50)의 동작을 제어한다.

영상 데이터 처리부(33)는 영상 데이터 획득부(10)의 동작을 제어하며 또한 정해진 위치에서 획득된 2차원용 영상을 저장 유닛(40)의 대응하는 위치에 저장하고, 정해진 위치에서 획득된 3차원용 영상을 분석하여 해당 위치의 높이 정보를 추출하고, 추출된 높이 정보를 저장 유닛(40)의 대응하는 위치에 저장한다.

또한, 영상 데이터 처리부(33)는 한 패스에 대한 모든 2차원용 영상과 높이 정보가 저장 유닛(40)에 저장되면, 높이 정보에 컬러 영상인 2차원용 영상을 텍스처 맵핑(texture mapping)하여 형성된 3차원 형상을 영상 출력부(60)로 출력한다.

저장 유닛(40)은 2차원용 영상을 저장하는 2차원 컬러 영상 저장부(41)와 높이 정보를 저장하는 3차원 높이 정보 저장부(42)를 구비한다.

이동 유닛(50)은 이동 제어부(32)의 제어에 따라 영상 데이터 획득부(10)의 위치를 X 방향과 Y 방향으로 이동시키기 위한 것으로써, X 방향 이동부(51)와 Y 방향 이동부(52)를 구비한다. 이들 X 방향 이동부(51)와 Y 방향 이동부(52)는 모터(motor) 등을 구비하고 있어, 영상 데이터 획득부(10)를 정해진 양만큼 X 방향과 Y 방향으로 이동시킨다.

본 예의 경우, 검사대상(100)의 위치를 고정하고 영상 데이터 획득부(10)가 이동하여 검사대상(100)의 모든 영역에 대한 스캔 동작이 이루어지지만, 반대로 영상 데이터 획득부(10)가 고정되어 있고 검사대상(100)이 위치한 지지대가 X 방향과 Y 방향으로 이동하여 검사대상(100)에 대한 스캔 동작이 이루어질 수도 있다.

영상 출력부(60)는 텍스처 맵핑된 3차원 형상을 외부로 표시하며, 액정 표시 장치나 유기 발광 표시 장치 등으로 이루어질 수 있다.

본 예에 따른 3차원 형상 획득 장치에서 검사대상(100)에 대한 3차원 형상을 획득하는 과정은 아래와 같다.

X 방향 이동부(51)에 의해 X 방향으로 영상 데이터 획득부(10)와 광원 유닛(20)이 이동되며, X 방향으로 정해진 이동량[예를 들어, 1 화소(pixel) 간격]을 이동할 때마다 광원 유닛(20) 중 하나의 광원부(21, 221-223)가 켜지고, 해당 광원부(21, 221-223)에서 조사되는 빛이 조사된 검사대상(100)의 영상을 영상 데이터 획득부(10)가 캡쳐한다. 이때, 영상 획득을 위해 X 방향으로의 이동은 멈출 필요가 없다.

X 방향으로 이동하면서 영상 데이터 획득부(10)에 의해 획득되는 검사대상(100)의 영역들을 패스(path)라 하고, 한 패스에 대한 연속적인 캡쳐 동작들을 스캔(scan)이라 한다.

만일 하나의 패스로 검사대상(100) 전체 영역의 영상을 획득할 수 없다면, 한 패스에 대한 스캔 동작이 완료된 이후, Y 방향 이동부(52)를 이용하여 영상 데이터 획득부(10)과 광원 유닛(20)을 정해진 양만큼 Y 방향으로 이동한 뒤, 다시 스캔 동작을 수행하여 Y 방향으로 검사 영역을 확장할 수 있다.

따라서, 도 4에 도시한 것처럼, 검사대상(100)의 검사 영역이 한 패스 보다 큰 경우, 이동 유닛(50)의 동작에 의해 영상 데이터 획득부(10)와 광원 유닛(20)은 지그재그 방향(C1)으로 이동하면서 스캔 동작을 수행하여 검사대상(100)의 모든 패스(PATH1-PATH4)를 스캔 할 수 있다. 도 4의 경우, 예시적으로 검사대상(100)의 스캔 영역은 모두 4개의 패스(PATH1-PATH4)를 구비하지만, 이에 한정되지 않는다.

한 패스(PATH1-PATH4)에 대한 스캔 동작은 아래 설명된 동작 1.0 ~ 동작 4.1으로 이루어진다.

도 4에서, 영상 데이터 획득부(10)에서 영상 추출 영역(ROI)에 대응하는 검사대상(100)이 촬상되는 영역의 크기가 A와 같다라고 가정한다.

동작 1.0: X 방향 이동부(51)는 한 패스(예, PATH1)를 스캔 하기 위해 영상 데이터 획득부(10)와 광원 유닛(20)을 스캔 방향(X 방향)으로 이동시킨다.

동작 1.1: 이동을 시작한 후, 광원 제어부(31)는 적색 광원 영상(RD)을 획득하기 위해, 적색 광원부(221)로 적색 광원 구동 펄스(RP)를 출력하여 적색 광원부(221)를 발광시킨다. 적색 광원부(221)의 적색 광이 검사대상(100)에 조사되면, 영상 데이터 획득부(10)는 영상 데이터 처리부(33)의 제어에 의해 해당 위치 부분(A11)을 캡쳐하고, 영상 데이터 획득부(10)에 의해 캡쳐된 적색 광원 영상(RD)은 영상 데이터 처리부(33)에 의해 2차원 컬러 영상 저장부(41)에 저장된다.

동작 1.2: 다음, 영상 데이터 획득부(10)와 광원 유닛(20)이 X 방향 이동부(51)에 의해 X 방향으로 제2 이동량(D2)만큼 이동되면, 3차원용 영상을 획득하기 위해, 광원 제어부(31)는 3차원용 광원부(21)에 레이저 구동 펄스(LP)를 인가하여, 레이저 광을 검사대상(100)에 조사시킨다. 영상 데이터 획득부(10)는 레이저 광이 조사된 검사대상(100)의 영상을 캡쳐하여 3차원용 영상인 레이저 빔 영상을 획득하고, 영상 데이터 처리부(33)는 획득된 레이저 빔 영상을 분석하여 해당 위치의 높이 정보(HD)를 추출하여, 3차원 높이 정보 저장부(42)에 저장한다.

동작 1.3: X 방향 이동부(51)에 의해 영상 데이터 획득부(10)과 광원 유닛(20)이 제2 이동량(D2)만큼 이동될 때마다 1.2의 동작을 반복하고, 1.1의 동작부터 1.2의 동작을 반복하는 동안 X 방향으로 이동한 누적량이 제1 이동량(D1)과 같아 지면, 다음 동작(동작 2.1)으로 넘어간다.

동작 2.1: 동작 1.1을 수행한 이후 X 방향으로 제1 이동량(D1)만큼 이동하게 되면, 광원 제어부(31)는 녹색 광원 영상(GD)를 획득하기 위해, 녹색 광원부(222)로 녹색 광원 구동 펄스(GP)를 출력하여 녹색 광원부(222)를 발광시킨다. 녹색 광원부(222)의 녹색 광이 검사대상(100)에 조사되면, 영상 데이터 획득부(10)는 해당 위치 부분(A12)을 캡쳐하고, 영상 데이터 획득부(10)에 의해 캡쳐된 녹색 광원 영상(GD)은 영상 데이터 처리부(33)에 의해 2차원 컬러 영상 저장부(41)에 저장된다.

동작 2.2: 이후 동작 1.2과 동작 1.3과 같이 3차원용 영상의 획득과 이를 이용한 높이 정보(HD) 추출 및 높이 정보(HD)를 저장하는 동작을 동일하게 수행한다.

동작 3.1: 동작 2.1을 수행한 이후 X 방향으로 제1 이동량(D1) 만큼 이동하게 되면, 광원 제어부(31)는 청색 광원 영상(BD)을 획득하기 위해, 청색 광원부(223)로 청색 광원 구동 펄스(BP)를 출력하여 청색 광원부(223)를 발광시킨다. 청색 광원부(223)의 청색 광이 검사대상(100)에 조사되면, 영상 데이터 획득부(10)는 해당 위치 부분(A13)을 캡쳐하고, 영상 데이터 획득부(10)에 의해 캡쳐된 청색 광원 영상(BD)은 영상 데이터 처리부(33)에 의해 2차원 컬러 영상 저장부(41)에 저장된다.

동작 3.2: 이후 동작 1.2과 동작 1.3과 같이 3차원용 영상의 획득과 이를 이용한 높이 정보(HD) 추출 및 높이 정보(HD)를 저장하는 동작을 동일하게 수행한다.

동작 4.1: 동작 3-1 수행 이후 X 방향으로 제1 이동량(D1) 만큼 이동하게 되면, 제어 유닛(30)의 제어 의해 다시 동작 1.1을 시작으로 동작 3.2까지의 동작이 다시 수행되고, 이러한 일련의 과정은 하나의 패스가 모두 스캔될 때까지 계속 반복된다.

여기서 영상 데이터 획득부(10)는 스캔이 진행되는 동안 X 방향으로 계속 이동하므로 2차원용 영상이 획득되는 검사대상(100)의 위치 또한 A11→A12→A13과 같이 제1 이동량(D1) 간격으로 변한다.

그리고 제1 이동량(D1)은 동작 1.1에서 캡쳐된 적색 광원 영상(RD)과 동작 4.1에서 캡쳐된 적색 광원 영상(RD) 사이에 캡쳐되지 않은 검사대상(100)의 영역이 존재하지 않도록 설정된다. 또한 마찬가지로 캡쳐되는 인접한 녹색 광원 영상(GD) 사이 및 인접한 청색 광원 영상(BD) 사이에도 캡쳐되지 않는 검사대상(100)의 영역은 존재하지 않는다.

그리고 2차원용 적, 녹 및 청색 광원 영상(RD, GD, BD)과 3차원용 영상의 분석을 통해 얻어진 높이 정보(HD)는 영상 데이터 처리부(33)에 의해 2차원 컬러 영상 저장부(41)와 3차원 높이 정보 저장부(42)의 각 영상이 캡쳐된 위치에 대응하는 위치에 각각 저장된다.

제1 이동량(D1)은 제2 이동량(D2) 보다 크기 때문에, 3차원용 영상으로부터 얻어지는 높이 정보(HD)는 2차원용 영상(RD, GD, BD)이 획득된 후 다음 순서의 2차원용 영상(RD, GD, BD)이 획득되기 전까지 제2 이동량(D2) 간격으로 정해진 개수가 획득된다.

도 5를 예로 들어 설명하면, 영상 추출 영역(ROI)의 크기가 X 방향으로 300 화소, Y 방향으로 1000 화소라 가정하면 제2 이동량(D2)은 영상 데이터 획득부(10)의 한 화소에 대응하는 거리가 될 수 있고, 제1 이동량(D1)은 100 화소(= X 방향 화소 수 ÷ 3)에 대응하는 거리가 될 수 있다.

따라서 도 5에서 도시된 것과 같이 영상이 캡쳐되는 순서로 보면, 1번째, 301번째, 601번째, …, (300×n+1)번째는 적색 광원 영상(RD)이고, 101번째, 401번째, 701번째, …, (300×n + 101)번째는 녹색 광원 영상(GD)이며, 201번째, 501번째, 801번째, …, (300×n + 201)번째는 청색 광원 영상(BD)이 된다(여기서, n=1, 2, 3, 4, …).

그리고 적색, 녹색, 청색 광원 영상(RD, GD, BD)이 캡쳐되는 프레임을 제외하고는 모두 3차원용 영상이 캡쳐된다.

따라서 도 4에 도시한 것과 같이 2차원용 영상(RD, GD, BD)은 정해진 간격(매 100 프레임)마다 하나씩 순서대로 획득되고, 3차원용 영상도 정해진 간격(1 프레임)마다 획득되나, 2차원용 영상(RD, GD, BD)의 획득 시기와는 중첩되지 않는다.

따라서 2차원용 영상(RD, GD, BD)이 획득 되는 시기에는 3차원용 영상을 획득할 수 없어 해당 위치의 높이 정보(HD)를 직접적으로 알 수 없으나, 영상 데이터 처리부(33)는 보간법등의 방법으로 해당 위치의 높이 정보(HD)를 추정하여 생성할 수 있다.

그리고 3차원용 광원부(21)가 영상 데이터 획득부(10)의 좌우에 하나씩 총 2개로 구비되는 경우에는, 도 5에서 3차원용 광원부(21)가 점등되어 영상을 획득하는 프레임 중, 홀수 번째 프레임에서는 좌측의 3차원용 광원부가 점등되어 영상을 획득하고, 짝수 번째 프레임에서는 우측의 3차원용 광원부가 점등되어 영상을 획득하게 되며, 혹은 그 반대(홀수 번째 프레임-우측의 3차원용 광원부, 짝수 번째 프레임-좌측의 3차원용 광원부)로 동작하여 2개의 3차원용 광원부가 교대로 하나씩 점등되어 해당 영상을 획득한다.

이러한 동작을 통해 검사대상(100)에 대한 2차원용 영상(RD, GD, BD)과 높이 정보(HD)가 얻어져 저장 유닛(40)의 해당 저장부(41, 42)에 저장되며, 영상 데이터 처리부(33)가 해당 저장부(41, 42)에 저장되어 있는 2차원용 영상(RD, GD, BD)과 높이 정보(HD)를 읽어 텍스쳐 맵핑(Texture mapping)하여 3차원 형상을 생성하여 영상 출력부(60)로 출력하면, 영상 출력부(60)는 검사대상(100)에 대한 2차원 컬러가 입혀진 3차원 형상을 표현한다. 2차원용 영상(RD, GD, BD)과 높이 정보(HD)를 조합하여 컬러로 표현된 3차원 형상을 생성하는 텍스쳐 맵핑 동작은 이미 공지 되어 있으므로, 본 명세서에서는 이에 대한 자세한 설명을 생략한다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

10: 영상 데이터 획득부 20: 광원 유닛
21: 3차원용 광원부 221, 222, 223: 각각 적색, 녹색, 청색 광원부
30: 제어 유닛 31: 광원 제어부
32: 이동 제어부 33: 영상 데이터 처리부
40: 저장 유닛 41: 2차원 컬러 영상 저장부
42: 3차원 높이 정보 저장부 50: 이동 유닛
51: X 방향 이동부 52: Y 방향 이동부
60: 영상 출력부

Claims (7)

1. 2차원용 영상을 획득하기 위해 서로 다른 색상의 광을 대상체로 출력하는 복수의 2차원용 광원부;
   3차원용 영상을 획득하기 위한 레이저 광을 출력하는 적어도 하나의 3차원용 광원부;
   상기 2차원용 광원부의 광을 이용하여 상기 대상체를 촬상하여 상기 2차원용 영상을 생성하고, 상기 3차원용 광원부의 광을 이용하여 상기 대상체를 촬상하여 상기 3차원용 영상을 획득하는 영상 데이터 획득부; 및
   상기 영상 데이터 획득부, 상기 복수의 2차원용 광원부 및 상기 적어도 하나의 3차원용 광원부에 연결되어 있는 제어 유닛;을 포함하고,
   상기 제어 유닛은,
   상기 영상 데이터 획득부가 제1 이동량을 이동할 때마다 상기 복수의 2차원용 광원부 중 하나의 2차원용 광원부를 점등시키고 상기 영상 데이터 획득부를 동작시켜, 점등된 2차원용 광원부의 색상에 해당하는 2차원용 영상을 획득하고,
   상기 2차원용 영상을 획득한 뒤, 상기 영상 데이터 획득부가 제2 이동량을 이동할 때마다, 상기 3차원용 광원부를 점등시키고 상기 영상 데이터 획득부를 동작시켜, 3차원용 영상을 획득하고, 상기 3차원용 영상을 분석하여 높이 정보를 생성하고,
   상기 제1 이동량은 상기 제2 이동량 보다 큰 3차원 형상 데이터 획득 장치.
2. 삭제
3. 제1항에서,
   상기 영상 데이터 획득부는 전체 이미징 영역 중 일부만을 영상 추출 영역으로 설정하고 상기 영상 추출 영역을 이용하여 상기 2차원용 영상과 상기 3차원용 영상을 획득하는 3차원 형상 데이터 획득 장치.
4. 제1항에서,
   상기 복수의 2차원용 광원부는 적색 광을 출력하는 적색 광원부, 녹색 광을 출력하는 녹색 광원부 및 청색 광을 출력하는 청색 광원부를 포함하는 3차원 형상 데이터 획득 장치.
5. 제1항에서,
   상기 적어도 하나의 3차원용 광원부의 개수가 복수 개인 경우, 복수의 3차원용 광원부는 정해진 순서대로 하나씩 점등되는 3차원 형상 데이터 획득 장치.
6. 영상 데이터 획득부가 제1 이동량을 이동할 때마다, 복수의 2차원용 광원부 중 하나의 2차원용 광원부를 점등시켜 대상체의 촬상 영역으로 해당 색상의 광을 조사하는 단계;
   상기 해당 색상의 광의 조사 동작에 대응하여 영상 데이터 획득부가 상기 대상체의 촬상 영역에 대한 촬상 동작을 실시하도록 하여 점등된 2차원용 광원부의 색상에 해당하는 2차원용 영상을 획득하는 단계;
   상기 해당 색상의 광을 조사한 후, 상기 영상 데이터 획득부가 제2 이동량을 이동할 때마다, 3차원용 광원부를 동작시켜 대상체의 촬상 영역으로 상기 3차원용 광원부에 해당하는 광을 조사하는 단계; 및
   영상 데이터 획득부가 상기 3차원용 광원부에 해당하는 광이 조사된 촬상 영역에 대한 촬상 동작을 실시하도록 하여 3차원용 영상을 획득하는 단계;를 포함하고,
   상기 제1 이동량은 상기 제2 이동량보다 큰 3차원 형상 데이터 획득 장치의 제어 방법.
7. 삭제

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