KR101735325B1 - 점군 정합 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 점군 정합 장치 및 점군 정합 방법에 관한 것으로, 본 실시 예에 따른 점군 정합 장치는 점군 데이터를 획득하는 계측기; 계측기의 스캔 위치 및 스캔 자세를 측정하는 위치 및 자세 측정부; 및 계측기의 스캔 위치 및 스캔 자세를 이용하여, 계측기에 의해 획득된 복수의 점군 데이터를 정합하는 정합부를 포함한다. 본 발명의 실시 예에 의하면 점군 데이터의 정합을 효율적으로 수행할 수 있다.

Description

점군 정합 장치{APPARATUS FOR REGISTRATION OF CLOUD POINTS}
본 발명은 점군 정합 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 계측기에 의해 서로 다른 스캔 위치 및 스캔 자세에서 획득된 복수의 점군 데이터(point cloud data)를 자동으로 정합할 수 있는 점군 정합 장치에 관한 것이다.
레이저 스캐너를 이용하여 대상 물체의 형상 데이터를 완성하기 위해서는 우선 스캔된 점군들에 대한 전처리 과정을 거쳐야 한다. 전처리 과정은 여러 지점에서 획득된 부분적인 데이터를 하나의 좌표계로 일치시키는 정합(registration) 과정과, 정합 후에 관심없는 부분의 데이터를 정리하는 과정이 있다. 전처리 과정에서 가장 중요한 것은 다수의 점군을 하나의 좌표계로 일치시키는 정합 과정이다. 정합 과정은 스캔 이후 품질을 결정하는 가장 중요한 단계이고 가장 많은 노력과 시간이 집중되는 과정이다.
정합 과정은 대략 두 단계로 요약될 수 있다. 첫 번째 단계는 서로 다른 지점에서 획득된 다수의 점군 데이터를 두 개씩 나누어 서로 좌표계를 대략적으로 일치시켜주는 초기 정합(initial registration) 과정이다. 이러한 초기 정합 과정이 모든 점군에 이루어져 서로 연결 관계를 가지게 되면, 두 번째 단계로서 모든 점군을 이용하여 다시 한 번 정밀 정합(fine registration)을 실시하게 되며, 이 과정에서 모든 점군들을 고려하여 최적 정합을 실시하게 된다.
정합 과정에서 가장 중요하고 어려운 것이 초기 정합이다. 초기 정합이 얼마나 잘 되었느냐에 따라 전체 정합의 품질에 많은 영향을 줄 수 있다. 종래에는 초기 정합을 위하여 두 개의 점군 데이터에서 일치점들을 찾고, 일치점들을 이용하여 두개의 점군 데이터의 좌표계를 일치시키는 정합을 수행한다. 점군 데이터는 수많은 점들로 이루어져 있어 두 개의 점군 데이터에서 일치점들을 찾는 것은 상당히 어려운 과정이며, 잘못된 일치점들을 이용하여 초기 정합을 수행하는 경우 정합 품질이 저하된다.
본 발명은 점군 데이터의 정합을 효율적으로 수행할 수 있는 점군 정합 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 점군 정합 장치는 점군 데이터를 획득하는 계측기; 상기 계측기의 스캔 위치 및 스캔 자세를 측정하는 위치 및 자세 측정부; 및 상기 스캔 위치 및 상기 스캔 자세를 이용하여, 상기 계측기에 의해 획득된 복수의 점군 데이터를 정합하는 정합부를 포함한다.
일 실시 예로, 상기 위치 및 자세 측정부는, 상기 계측기에 구비되어 상기 계측기의 스캔 자세를 측정하는 관성 측정 장치; 및 상기 계측기에 부착된 타겟을 계측하여, 상기 계측기의 스캔 위치를 측정하는 계측 장치를 포함할 수 있다.
다른 일 실시 예로, 상기 위치 및 자세 측정부는, 상기 계측기에 구비되어 상기 계측기의 스캔 자세를 측정하는 관성 측정 장치; 및 상기 계측기에 의해 측정된 공통 타겟의 위치 정보를 이용하여, 상기 계측기의 스캔 위치를 측정하는 위치 계측부를 포함할 수 있다.또 다른 실시 예로, 상기 위치 및 자세 측정부는, 상기 계측기에 설치된 복수의 타겟; 상기 계측기의 외부에 구비되고, 상기 복수의 타겟을 인식하여 상기 계측기의 위치 및 자세를 산출하는 센서부; 및 상기 센서부가 상기 복수의 타겟을 추종하도록 상기 센서부를 구동하는 추종부를 포함할 수 있다.
또 다른 실시 예로, 상기 위치 및 자세 측정부는, 상기 계측기에 구비되고, 레이저 빔을 발생하여 블록의 복수의 벽면에 이르는 거리 값들을 측정하는 레이저 거리센서; 상기 계측기에 구비되고, 상기 레이저 거리센서를 상기 복수의 벽면을 따라 회전시키는 구동부; 및 상기 레이저 거리센서에 의해 측정된 거리 값들을 이용하여 상기 블록 내에서의 상기 계측기의 위치를 추정하는 위치 추정부를 포함할 수 있다.
상기 위치 및 자세 측정부는, 상기 레이저 거리센서에서 벽면에 이르는 거리 값이 측정된 시점 및 상기 거리 값이 측정된 시점에서의 상기 레이저 거리센서의 회전 각도에 기초하여 상기 계측기의 스캔 자세를 추정하는 자세 추정부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 계측기의 스캔 위치 및 스캔 자세를 측정하는 단계; 및 상기 스캔 위치 및 상기 스캔 자세를 이용하여 상기 계측기에 의해 서로 다른 스캔 위치 및 스캔 자세에서 획득된 복수의 점군 데이터를 정합하는 단계를 실행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체가 제공된다.
본 발명의 실시 예에 의하면 점군 데이터의 정합을 효율적으로 수행할 수 있다.
본 발명의 효과는 상술한 효과들로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 점군 정합 장치(100)의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 정합부(160)의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 점군 정합 장치(100)를 구성하는 위치 및 자세 측정부(150)의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 점군 정합 장치(100)를 구성하는 위치 및 자세 측정부(150)의 다른 예를 보여주는 도면이다.
도 5 내지 도 8은 도 4에 도시된 실시 예에 따라 점군을 정합하는 과정을 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 점군 정합 장치(100)를 보여주는 도면이다.
도 10은 도 9에 도시된 센서부(151, 152)의 구성도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 점군 정합 장치(100)를 보여주는 도면이다.
도 12는 도 11에 도시된 점군 정합 장치(100)에서 위치 및 자세를 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 도 11에 도시된 점군 정합 장치(100)에서 위치 및 자세를 측정하는 다른 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 14은 본 발명의 일 실시 예에 따라 계측기(120)의 스캔 위치를 측정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 본 발명의 다른 실시 예에 따라 계측기(120)의 스캔 위치를 측정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 16 내지 도 18은 본 발명의 일 실시 예에 따른 복수의 점군 데이터를 초기 정합하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술하는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 공지된 구성에 대한 일반적인 설명은 본 발명의 요지를 흐리지 않기 위해 생략될 수 있다. 본 발명의 도면에서 동일하거나 상응하는 구성에 대하여는 가급적 동일한 도면부호가 사용된다. 본 발명의 이해를 돕기 위하여, 도면에서 일부 구성은 다소 과장되거나 축소되어 도시될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다", "가지다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서 전체에서 사용되는 '~부'는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위로서, 예를 들어 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미할 수 있다. 그렇지만 '~부'가 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다.
일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함할 수 있다. 구성요소와 '~부'에서 제공하는 기능은 복수의 구성요소 및 '~부'들에 의해 분리되어 수행될 수도 있고, 다른 추가적인 구성요소와 통합될 수도 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 점군 정합 장치는 점군 데이터(point cloud data)를 정합하기 위한 것으로, 융합 센서를 이용하여 계측기의 스캔 위치 및 스캔 자세를 측정하고, 측정된 스캔 위치 및 스캔 자세를 이용하여 서로 다른 스캔 위치 및 스캔 자세에서 획득된 복수의 점군 데이터를 정합한다. 본 실시 예에 의하면, 정합할 점군 데이터에서 일치점들을 찾지 않고, 점군 데이터의 정합을 효율적으로 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 점군 정합 장치(100)의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 점군 정합 장치(100)는 사용자 인터페이스부(110), 계측기(120), 메모리(130), 통신부(140), 위치 및 자세 측정부(150), 정합부(160) 및 제어부(170)를 포함한다.
사용자 인터페이스부(110)는 사용자가 점군 데이터의 정합을 위한 명령을 입력할 수 있도록 제공된다. 사용자 인터페이스부(110)는 버튼식 입력부, 터치 패널 등의 다양한 형태로 제공될 수 있다. 점군 정합 장치(100)가 작업자가 소지한 휴대형 단말과 무선 통신에 의해 연동되어 동작하는 경우, 사용자 인터페이스부(110)는 휴대형 단말에 제공될 수도 있다.
계측기(120)는 다양한 스캔 위치 및 스캔 자세에서 점군 데이터를 획득한다. 계측기(120)는 3차원 레이저 스캐너로 제공될 수 있다. 점군 데이터는 구조물의 면을 이루는 점들에 대한 3차원 좌표 정보를 포함한다. 계측기(120)는 구조물의 전체 형상에 대해 3D 모델을 얻기 위하여, 여러 지점에서 점군 데이터를 획득할 수 있다.
메모리(130)는 점군 데이터의 정합을 위한 프로그램과, 계측기(120)에 의해 획득된 점군 데이터 및 각종 데이터를 저장할 수 있다. 통신부(140)는 유선 또는 무선 통신을 통해 외부 단말과 통신하기 위하여 제공될 수 있다. 통신부(140)는 계측기(120)의 위치 및 자세의 측정을 위한 신호를 외부 단말(센서부)로부터 전송받기 위해 제공될 수 있다. 다만, 위치 및 자세 측정부(150)가 계측기(120) 측에 구비되어 있는 경우 통신부(140)는 생략될 수도 있다.
위치 및 자세 측정부(150)는 계측기(120)의 스캔 위치 및 스캔 자세를 측정한다. 일 실시 예로, 위치 및 자세 측정부(150)는 계측기(120)의 스캔 위치를 측정하는 GPS 모듈, 계측기(120)의 스캔 자세를 측정하는 관성 센서(예컨대 IMU 센서)로 제공될 수 있다.
예를 들면 관성 센서를 이용하여 계측기(120)의 초기 위치를 세팅하고, 다음 위치로 이동시 계측기(120)의 이동 거리와 자세 정보를 획득한 후 저장하고, 이러한 일련의 과정을 반복하여 모든 스캐닝이 끝난 후 스캔 데이터를 로딩하면서 계측기 위치와 자세 정보를 바탕으로 자동으로 초기 정합이 이루어진다. 초기 정합이 이루어지면, 이어서 정밀 정합이 자동으로 이루어지도록 하여 자동 정합을 실시할 수 있다.
계측기(120)의 스캔 위치와 스캔 자세를 제공하는 센서는 관성 센서가 될 수도 있고, 아니면 고정밀 3차원 센서의 조합으로 이루어질 수도 있다. 즉 계측기(120)의 자세 정보는 관성 센서를 사용하여 측정하고, 계측기(120)의 위치 정보는 3차원 토탈 스테이션을 이용하여 스캔 위치를 측정하여, 측정된 스캔 위치 정보와 스캔 자세 정보를 융합하는 식으로 센서의 융합에 의해 필요한 정보를 획득할 수 있다. 스캐닝하는 장소가 만약 천정이 없는 열린 장소인 경우, 계측기의 위치 정보를 측정하는 GPS 모듈과, 계측기의 자세 정보를 측정하는 관성 센서의 조합으로 자동 초기 정합이 가능하다.
정합부(160)는 위치 및 자세 측정부(150)에 의해 측정된 계측기(120)의 스캔 위치 및 스캔 자세를 이용하여, 계측기(120)에 의해 획득된 복수의 점군 데이터를 정합하여 통합 점군 데이터를 생성할 수 있다. 제어부(170)는 점군 정합 장치(100)의 각종 구성을 제어한다. 제어부(170)는 적어도 하나의 프로세서(processor)를 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 정합부(160)의 구성도이다. 도 2를 참조하면, 정합부(160)는 초기 정합부(162) 및 정밀 정합부(164)를 포함한다. 초기 정합부(162)는 계측기(120)에 의해 획득된 복수의 점군 데이터를 초기 정합하는 것으로, 서로 다른 좌표계에서 획득된 점군 데이터를 공통 좌표계로 정합하기 위해 제공된다.
정밀 정합부(164)는 초기 정합부(162)에 의하여 초기 정합된 점군 데이터에서 공통점을 찾아 정밀 정합하여 통합 점군 데이터를 생성한다. 초기 정합부(162)에 의해 복수의 점군 데이터의 좌표계가 일치되어 있기 때문에, 정밀 정합을 위한 대응점들은 용이하게 결정될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 점군 정합 장치(100)를 구성하는 위치 및 자세 측정부(150)의 일 예를 보여주는 도면이다. 도 3을 참조하면, 위치 및 자세 측정부(150)는 계측기(120)에 구비된 관성 측정 장치(IMU; Inertial Measurement Unit)(150a)와, 계측기(120) 외부에 구비되어 계측기(120)의 위치를 계측하는 계측 장치(150b)를 포함할 수 있다.
관성 측정 장치(150a)는 제1 점군 데이터를 획득한 시점의 계측기(120a)의 자세 [Rx0, Ry0, Rz0]와, 제2 점군 데이터를 획득한 시점의 계측기(120b)의 자세 [Rx1, Ry1, Rz1]를 측정한다. 계측 장치(150b)는 계측기(120)에 부착된 타겟(M)을 계측하여, 제1 점군 데이터를 획득한 시점의 계측기(120a)의 위치 [X0, Y0, Z0]와, 제2 점군 데이터를 획득한 시점의 계측기(120b)의 위치 [X1, Y1, Z1]를 측정한다. 계측 장치(150b)는 예를 들어, 토탈스테이션(total station)으로 제공될 수 있다. 도 3의 실시 예에 의하면, 계측 장치(150b)에 의해 획득한 계측기(120)의 위치 정보와, 관성 측정 장치(150a)에 의해 획득한 계측기(120)의 자세 정보를 이용하여, 자동으로 초기 정합을 수행할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 점군 정합 장치(100)를 구성하는 위치 및 자세 측정부(150)의 다른 예를 보여주는 도면이다. 도 4를 참조하면, 위치 및 자세 측정부(150)는 계측기(120)에 구비된 관성 측정 장치(150a)와, 계측기(120)에서 타겟(T)을 측정한 정보를 이용하여 계측기(120)의 위치를 계측하는 위치 계측부(150c)를 포함할 수 있다. 타겟(T)은 정합할 복수의 점군 데이터에 공통으로 포함되는 위치에 설치될 수 있다.
도 3의 실시 예와 마찬가지로, 관성 측정 장치(150a)는 제1 점군 데이터를 획득한 시점의 계측기(120a)의 자세 [Rx0, Ry0, Rz0]와, 제2 점군 데이터를 획득한 시점의 계측기(120b)의 자세 [Rx1, Ry1, Rz1]를 측정한다. 위치 계측부(150c)는 제1 점군 데이터를 획득한 위치 및 자세에서, 계측기(120a)에 의해 얻은 타겟(T)의 위치 정보 [X0, Y0, Z0]와, 제2 점군 데이터를 획득한 위치 및 자세에서, 계측기(120b)에 의해 얻은 타겟(T)의 위치 정보 [X1, Y1, Z1]를 이용하여, 계측기(120)의 위치 이동을 인식할 수 있다.
도 5 내지 도 8은 도 4에 도시된 실시 예에 따라 점군을 정합하는 과정을 보여주는 도면이다. 도 4 내지 도 6을 참조하면, 도 5는 제1 점군 데이터(PC1)를 획득한 위치 및 자세에서 계측기(120a)에 의해 얻은 제1 점군 데이터(PC1)와 타겟(T)을 보여주는 예시도이고, 도 6은 제2 점군 데이터(PC2)를 획득한 위치 및 자세에서 계측기(120b)에 의해 얻은 제2 점군 데이터(PC2)와 타겟(T)을 보여주는 예시도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 제2 점군 데이터(PC2)는 관성 측정 장치(150a)에 의해 획득된 제1 점군 데이터 획득 시점의 계측기(120a)의 자세 [Rx0, Ry0, Rz0]와, 제2 점군 데이터 획득 시점의 계측기(120b)의 자세 [Rx1, Ry1, Rz1]를 이용하여 회전 변환된다. 계측기(120)의 자세 정보를 이용하여 회전 변환된 제2 점군 데이터(PC3)는 제1 점군 데이터 획득 시점에 계측된 타겟(T)의 위치 정보 [X0, Y0, Z0]와, 제2 점군 데이터 획득 시점에 계측된 타겟(T)의 위치 정보 [X1, Y1, Z1]를 이용하여, 고정된 자세를 가진 채로 이동 변환된다.
도 4의 실시 예에 의하면, 관성 측정 장치(150a)에 의해 획득한 계측기(120)의 자세 정보와, 공통 타겟(T)의 위치 정보를 이용하여, 자동으로 초기 정합을 수행할 수 있다. 도 4의 예에서는 하나의 공통 타겟(T)을 계측하여 점군의 초기 정합을 수행하고 있으나, 계측기(120)의 위치 측정 신뢰도를 높이기 위하여, 공통 타겟을 추가로 설치하고, 복수의 타겟을 이용하여 계측기(120)의 스캔 위치를 측정하는 것도 가능하다.
도 9는 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 점군 정합 장치(100)를 보여주는 도면이다. 도 9를 참조하면, 점군 정합 장치(100)는 계측기(120)의 타겟 고정부(182)에 부착된 복수의 타겟(184, 186, 188)과, 복수의 타겟(184, 186, 188)을 추종하면서 영상을 획득하는 센서부(151, 152)를 포함한다.
도 10은 도 9에 도시된 센서부(151, 152)의 구성도이다. 도 10을 참조하면, 센서부(151, 152)는 영상 촬영부(153), 메모리(154), 추종부(155), 통신부(156) 및 센서부(151, 152)의 기능을 제어하기 위한 제어부(157)를 포함한다.
영상 촬영부(153)는 복수의 타겟(184, 186, 188)에 대해 영상을 촬영한다. 메모리(154)는 복수의 타겟(184, 186, 188)을 추종하면서 영상을 촬영하기 위한 프로그램, 영상 촬영부(153)에 의해 촬영된 영상 및 각종 데이터를 저장한다.
추종부(155)는 영상 촬영부(153)가 복수의 타겟(184, 186, 188)을 추종하도록 영상 촬영부(153)의 자세를 제어한다. 추종부(155)는 영상 처리를 통해 객체를 인식하고, 객체의 픽셀 위치와 움직임을 파악하여, 객체가 영상 내에 위치하도록 영상 촬영부(153)의 촬영 방향을 제어할 수 있다. 통신부(156)는 영상 촬영부(153)에 의해 촬영된 영상 데이터, 영상 촬영부(153)의 자세 정보를 계측기(120) 측으로 전송한다.
위치 및 자세 측정부(150)는 센서부(151, 152)로부터 전송된 영상을 분석하여 복수의 타겟(184, 186, 188)을 인식하고, 영상 촬영부(153)의 자세 정보 및 영상에서의 복수의 타겟(184, 186, 188)의 좌표 정보를 이용하여 계측기(120)의 위치 및 자세 정보를 산출한다.
센서부(151, 152)에는 관성 센서(예컨대 IMU 센서)(151a, 152a)가 구비될 수 있다. 관성 센서(151a, 152a)는 센서부(151, 152)의 자세를 측정할 수 있다. 위치 및 자세 측정부(150)는 계측기(120)에 구비된 관성 센서(예컨대 IMU 센서)(122)에 의해 계측기(120)의 스캔 자세를 측정하는 것도 가능하다.
도 11은 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 점군 정합 장치(100)를 보여주는 도면이다. 도 11을 참조하면, 점군 정합 장치(100)는 계측기(120)의 상면에 설치된 레이저 거리센서(190) 및 레이저 거리센서(190)를 블록의 복수의 벽면을 따라 회동시키는 구동부(192)를 포함한다. 도 11에 도시된 점군 정합 장치(100)는 예를 들어, 선체 블록의 내부에서 계측기(120)의 위치 및 자세를 측정하는데 활용될 수 있다.
도 12는 도 11에 도시된 점군 정합 장치(100)에서 위치 및 자세를 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 레이저 거리센서(190)는 계측기(120)에서 회전하면서 레이저 빔을 출력하고, 선체 블록의 벽면(10)으로부터 반사되어 돌아온 레이저 빔의 수신 시각에 기초하여 벽면(10)에 이르는 거리를 측정한다.
구동부(192)는 레이저 거리센서(190)를 블록을 이루는 복수의 벽면(측벽)을 따라 회전시킨다. 레이저 거리센서(190)에 의해 복수의 벽면(10)에 이르는 거리 값들(L1, L2, L3)이 측정되면, 위치 및 자세 측정부(150)는 측정된 거리 값들(L1, L2, L3)을 이용하여 계측기(120)의 스캔 위치(P) 및 스캔 자세를 측정한다.
위치 및 자세 측정부(150)는 계측기(120)의 방향 정보를 기초로 레이저 빔이 조사되는 벽면이 복수의 벽면 중 어떤 벽면인지를 인식하여 이동체의 위치를 추정할 수 있다. 이때, 계측기(120)의 방향 정보는 방향 센서(예컨대 IMU 센서)(122)에 의해 측정될 수 있다.
일 실시 예로, 위치 및 자세 측정부(150)는 선체 블록의 3D 설계 모델을 이용하여, 선체 블록의 벽면(10)들을 대응하는 거리 값(L1, L2, L3)만큼 이동시켜 교차선들(C1, C2, C3)을 생성하고, 교차선들(C1, C2, C3)의 교차점을 계측기(120)의 스캔 위치(P)로 측정할 수 있다.
위치 및 자세 측정부(150)는 레이저 거리센서(190)로부터 벽면(10)에 이르는 거리 값이 측정된 시점과, 해당 시점에서의 레이저 거리센서(190)의 회동 각도를 기반으로 계측기(120)의 스캔 자세를 측정할 수 있다.
위치 및 자세 측정부(150)는 레이저 거리센서(190)에서 벽면(10)에 이르는 거리 값이 측정된 시점과, 거리 값이 측정된 시점에서의 레이저 거리센서(190)의 회전 각도에 기초하여 계측기(120)의 스캔 방향 정보를 추정할 수 있다. 일 실시 예로, 레이저 거리센서(190)의 회전 각도는 구동부(도 11의 도면부호 192)의 구동모터의 회전량을 측정하는 엔코더에 의해 측정될 수 있다.
도 13은 도 11에 도시된 점군 정합 장치(100)에서 위치 및 자세를 측정하는 다른 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 13의 실시 예에 따른 점군 정합 장치(100)는 계측기(120)가 이동하면서 점군 데이터를 획득하는 경우, 이동하는 계측기(120)의 위치 및 자세를 실시간 추적할 수 있다.
도 13을 참조하여, 계측기가 제1 스캔 위치(P1)에서 제2 스캔 위치(P2)로 이동하면서 점군 데이터를 획득한 경우에 있어서, 제1 스캔 위치(P1) 및 제2 스캔 위치(P2)를 산출하는 방법을 설명한다.
도 13을 참조하면, 제1 스캔 위치(P1)에서 레이저 거리센서(190)로부터 제1 벽면(12)에 이르는 제1 거리 값(L1)과, 제2 스캔 위치(P2)에서 레이저 거리센서(190)로부터 제2 벽면(14)에 이르는 제2 거리 값(L2)이 측정되면, 위치 및 자세 측정부(150)는 먼저 선체 블록의 설계 모델에서 복수의 벽면(12, 14)의 좌표를 각 벽면(12, 14)에 대응하는 거리 값(L1, L2)만큼 블록 내부로 이동시켜 복수의 이동선(M1,M2)을 생성한다. 즉, 제1 벽면(12)으로부터 제1 거리 값(L1) 만큼 이동시킨 제1 이동선(M1)과, 제2 벽면(14)으로부터 제2 거리 값(L2) 만큼 이동시킨 제2 이동선(M2)을 생성한다.
계측기(120)의 이동거리(L)와 이동방향(θ)이 산출되면, 위치 및 자세 측정부(150)는 해당 이동거리(L)와 이동방향(θ)에 부합하는 두 개의 점을 제1 이동선(M1)과 제2 이동선(M2)에서 하나씩 결정하며, 이 두 개의 점을 제1 스캔 위치(P1)와 제2 스캔 위치(P2)로 측정할 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따라 계측기(120)의 스캔 위치를 측정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 14를 참조하면, 위치 및 자세 측정부(150)는 계측기(120)의 이동방향(θ)과 나란한 동시에 제1 교차선(M1) 위의 한 점과, 제2 교차선(M2) 위의 한 점을 잇는 선들 중 계측기(120)의 이동거리(L)에 부합되는 선을 찾고, 해당 점들을 이동전 스캔 위치(P1)와 이동후 스캔 위치(P2)로 산출할 수 있다.
도 15는 본 발명의 다른 실시 예에 따라 계측기(120)의 스캔 위치를 측정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 15를 참조하면, 위치 및 자세 측정부(150)는 계측기(120)의 이동거리(L)와 일치하는 동시에 제1 이동선(M1) 위의 한 점과 제2 이동선(M2) 위의 한 점을 잇는 선들 중 계측기(120)의 이동방향(θ)에 부합되는 선을 찾고, 해당 점들을 이동전 스캔 위치(P1)와 이동후 스캔 위치(P2)로 산출할 수 있다.
도 16 내지 도 18은 본 발명의 일 실시 예에 따른 복수의 점군 데이터를 초기 정합하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 계측기(120)에서 복수의 점군 데이터를 스캔한 스캔 위치 및 스캔 자세가 측정되면, 복수의 점군 데이터 간의 스캔 위치 및 스캔 자세를 비교하여 변환 행렬(T, R)을 결정한다.
변환 행렬(T, R)은 복수의 점군 데이터의 좌표계 중심 간의 평행 이동 관계를 나타내는 이동 행렬(T)과, 복수의 점군 데이터의 좌표계 간의 회전 변환 관계를 나타내는 회전 행렬(R)을 포함한다.
정합부(160)는 두 개의 점군 데이터 간의 변환 행렬(T, R)을 이용하여 점군 데이터(22, 26)를 이동 및 회전시켜 공통 점군 데이터(24, 28)를 생성하고, 공통 점군 데이터(24, 28)를 정합시켜, 도 18에 도시된 바와 같은 통합 점군 데이터(30)를 생성한다.
통합 점군 데이터(30)는 제1 점군 데이터(22)로부터 변환된 제1 공통 점군 데이터(24)의 제1 형상 정보(A, B, C)와, 제2 점군 데이터(26)로부터 변환된 제2 공통 점군 데이터(28)의 제2 형상 정보(B, C, D)가 모두 포함된 형상 정보(A, B, C, D)를 포함한다. 인접한 스캔 위치에서 획득된 두 개의 점군 데이터끼리 초기 정합하는 과정을 모든 점군 데이터에 대하여 완료함으로써, 블록 내부의 3차원 형상을 스캔할 수 있다.
본 발명에서는 초기 정합이 작업자의 수작업에 의해 이루어지는 것이 아니라 계측기의 스캔 위치와 스캔 자세 정보를 융합 센서를 통하여 획득하고 이를 이용하여 작업자의 개입 없이 바로 초기 정합(initial registration)이 이루어지도록 하며, 이후 초기 정합 결과를 바탕으로 자동으로 정밀 정합(fine registration)을 실시할 수 있다.
본 실시 예에 따라 계측기의 위치와 자세 정보를 융합 센서로부터 획득한 후 저장하는 일련의 과정을 반복하여 모든 스캐닝 과정이 끝나면, 스캔 데이터를 로딩하면서 계측기의 스캔 위치와 스캔 자세 정보를 바탕으로 자동으로 초기 정합이 이루어지고, 이어서 정밀 정합이 자동으로 이루어지게 된다.
본 실시 예에 따라 점군을 정합하는 방법은 계측기의 스캔 위치 및 스캔 자세를 측정하는 단계; 및 상기 스캔 위치 및 상기 스캔 자세를 이용하여 상기 계측기에 의해 서로 다른 스캔 위치 및 스캔 자세에서 획득된 복수의 점군 데이터를 정합하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따라 점군을 정합하기 위한 단계들은 예를 들어 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다.
컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 SRAM(Static RAM), DRAM(Dynamic RAM), SDRAM(Synchronous DRAM) 등과 같은 휘발성 메모리, ROM(Read Only Memory), PROM(Programmable ROM), EPROM(Electrically Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable and Programmable ROM), 플래시 메모리 장치, PRAM(Phase-change RAM), MRAM(Magnetic RAM), RRAM(Resistive RAM), FRAM(Ferroelectric RAM)과 같은 불휘발성 메모리, 플로피 디스크, 하드 디스크 또는 광학적 판독 매체 예를 들어 시디롬, 디브이디 등과 같은 형태의 저장매체일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
이상의 실시 예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시 예들도 본 발명의 범위에 속하는 것임을 이해하여야 한다. 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 문언적 기재 그 자체로 한정되는 것이 아니라 실질적으로는 기술적 가치가 균등한 범주의 발명에 대하여까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.
100: 점군 정합 장치 110: 사용자 인터페이스부
120: 계측기 130: 메모리
140: 통신부 150: 위치 및 자세 측정부
151,152: 센서부 153: 영상 촬영부
154: 메모리 155: 추종부
156: 통신부 157: 제어부
160: 정합부 162: 초기 정합부
164: 정밀 정합부 170: 제어부
184,186,188: 타겟 190: 레이저 거리센서
192: 구동부

Claims (7)

  1. 점군 데이터를 획득하는 계측기;
    상기 계측기의 스캔 위치 및 스캔 자세를 측정하는 위치 및 자세 측정부; 및
    상기 스캔 위치 및 상기 스캔 자세를 이용하여, 상기 계측기에 의해 획득된 복수의 점군 데이터를 정합하는 정합부를 포함하며,
    상기 위치 및 자세 측정부는,
    상기 계측기에 구비되어 상기 계측기의 스캔 자세를 측정하는 관성 측정 장치; 및
    상기 계측기에 의해 측정된 공통 타겟의 위치 정보를 이용하여, 상기 계측기의 스캔 위치를 측정하는 위치 계측부를 포함하는 점군 정합 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 점군 데이터를 획득하는 계측기;
    상기 계측기의 스캔 위치 및 스캔 자세를 측정하는 위치 및 자세 측정부; 및
    상기 스캔 위치 및 상기 스캔 자세를 이용하여, 상기 계측기에 의해 획득된 복수의 점군 데이터를 정합하는 정합부를 포함하며,
    상기 위치 및 자세 측정부는,
    상기 계측기에 설치된 복수의 타겟;
    상기 계측기의 외부에 구비되고, 상기 복수의 타겟을 인식하여 상기 계측기의 위치 및 자세를 산출하는 센서부; 및
    상기 센서부가 상기 복수의 타겟을 추종하도록 상기 센서부를 구동하는 추종부를 포함하는 점군 정합 장치.
  5. 점군 데이터를 획득하는 계측기;
    상기 계측기의 스캔 위치 및 스캔 자세를 측정하는 위치 및 자세 측정부; 및
    상기 스캔 위치 및 상기 스캔 자세를 이용하여, 상기 계측기에 의해 획득된 복수의 점군 데이터를 정합하는 정합부를 포함하며,
    상기 위치 및 자세 측정부는,
    상기 계측기에 구비되고, 레이저 빔을 발생하여 블록의 복수의 벽면에 이르는 거리 값들을 측정하는 레이저 거리센서;
    상기 계측기에 구비되고, 상기 레이저 거리센서를 상기 복수의 벽면을 따라 회전시키는 구동부; 및
    상기 레이저 거리센서에 의해 측정된 거리 값들을 이용하여 상기 블록 내에서의 상기 계측기의 위치를 추정하는 위치 추정부를 포함하는 점군 정합 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 위치 및 자세 측정부는,
    상기 레이저 거리센서에서 벽면에 이르는 거리 값이 측정된 시점 및 상기 거리 값이 측정된 시점에서의 상기 레이저 거리센서의 회전 각도에 기초하여 상기 계측기의 스캔 자세를 추정하는 자세 추정부를 더 포함하는 점군 정합 장치.
  7. 삭제
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