KR101802918B1 - 3차원 영상 획득 장치 및 그 동작방법 - Google Patents

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이수복
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Abstract

본 발명은 3차원 영상 획득 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 대상물에 부착되는 타깃과, 상이한 위치 또는 각도에서 상기 대상물 및 상기 대상물에 부착된 상기 타깃을 촬영하는 복수의 카메라를 포함하여, 복수의 카메라로부터 촬영된 각각의 이미지데이터로부터 상기 타깃을 검출하여 상기 이미지데이터로부터 상기 타깃의 형태를 분석하고, 상기 타깃의 자세정보를 산출하여 벡터방향을 연산하여 3차원의 이미지데이터를 생성함으로서, 하나의 타깃만을 대상물에 부착하여 이미지를 획득함으로써 처리해야 하는 타깃의 수가 적어 그에 따른 연산 시간이 크게 감소하고, 타깃의 형상을 분석함으로써 타깃의 자세 정보를 획득할 수 있어 빠르고 정확하게 대상물에 대한 3차원 이미지를 획득할 수 있는 효과가 있다.

Description

3차원 영상 획득 장치 및 그 동작방법{Apparatus for Scanning 3D Images and Operating Method thereof}
본 발명은 물체의 3차원 이미지를 획득하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 하나의 타깃을 이용하여 이미지를 촬영함으로써 3차원의 영상을 생성할 수 있는 3차원 영상 획득 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 물체의 3차원 이미지를 얻기 위해서는 복수의 위치에서 대상물을 촬영하고 각 이미지의 관련성을 분석하여 처리하는 과정이 요구된다.
특히 3차원 이미지를 처리하는데 일반적으로 사용되는 글로벌 레지스트레이션(Global Registration) 방식은 결과를 도출하는데 많은 연산시간이 소요되고 성공률도 낮아 신뢰성이 떨어지는 문제점이 있다.
그에 따라 이미지 간의 관련성을 임의로 부여하기 위해 복수의 타깃(Target)을 대상물에 부착하여, 글로벌 레지스트레이션을 수행하여 Coarse registration으로 수행하고 ICP 등의 Fine registration을 수행하는 방식이 많이 사용되고 있다.
이때, 사용되는 타깃은 계측대상에 부착하는 마커(Marker)로 일반적으로 타깃은 원형 코디드 타깃(Circular Coded Target)이 사용될 수 있다.
그러나 하나의 타깃만으로는 해당 지점에 대한 정보만을 확인할 수 있으므로, 글로벌 레지스트레이션을 수행하기 위해서는 적어도 3개 이상의 복수의 타깃이 필요하다.
가령, 3개의 타깃을 이용한 치아 인상물 3차원 스캔 기술로 한국공개특허 제2014-0079557호가 제안된 바 있다. 하지만, 상기 선행기술과 같이 복수의 타깃을 이용하는 경우, 이미지로부터 복수의 타깃을 각각 검출하여 처리해야 하고, 또한 복수의 타깃을 각각 구분한 후 이미지 간에 동일한 타깃을 찾아 매칭해야 하므로 복잡한 연산 과정이 필요하며, 그에 따라 신속하게 3차원 영상을 획득할 수 없는 문제가 있다.
대한민국 공개특허 제2014-0079557호 (2014.06.27. 공개)
본 발명의 목적은 3차원 영상 획득 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 대상물에 하나의 타깃을 부착하여 이미지를 촬영하고, 촬영된 이미지로부터 타깃의 형상을 분석하고 대상물의 위치관계를 분석하여 3차원의 이미지를 획득할 수 있는 3차원 영상 획득 장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.
본 발명에 따른 3차원 영상 획득 장치는, 대상물에 부착되는 타깃; 상이한 각도 또는 상이한 위치에서 상기 대상물 및 상기 대상물에 부착된 상기 타깃을 촬영하는 복수의 카메라; 상기 복수의 카메라에 의해 촬영된 각각의 이미지데이터로부터 상기 타깃을 검출하여 상기 이미지데이터로부터 상기 타깃의 형태를 분석하고, 상기 타깃의 중심점 및 상기 중심점으로부터 연장되는 기준축을 산출하여 상기 타깃의 자세정보를 생성하는 타깃분석부; 및 상기 중심점 및 상기 기준축에 대한 벡터방향을 연산하여 상기 타깃의 3차원 좌표를 생성하고 상기 타깃의 3차원 좌표로부터 3차원의 이미지데이터를 생성하는 영상처리부를 포함한다.
또한, 상기 타깃분석부는 상기 이미지데이터로부터 원형의 복수의 타깃후보를 검출하고, 각 타깃후보들 중 어느 하나의 원이 다른 원의 내부에 포함된 이중 원의 형태인지에 따라 상기 타깃을 검출할 수 있다.
또한, 상기 타깃은 중심에 원형으로 형성된 중심원, 상기 중심원으로부터 일정 거리 이격되어 상기 중심점으로부터 좌우 일단이 일정 각을 이루도록 형성된 제 1 원형띠, 상기 제 1 원형띠의 외부에 형성되는 제 2 원형띠를 포함할 수 있다.
또한, 상기 기준축은, 상기 제 1 원형띠의 좌우 일단을 각각 상기 중심점과 연결하여 검출되는 X축과 Y축 및, 상기 X축과 상기 Y축을 포함하는 평면의 법선방향으로 형성되는 Z축을 포함할 수 있다.
또한, 상기 타깃분석부는 상기 중심점, 상기 X축, 상기 Y축, 상기 Z축 및 상기 X축과 상기 Y축이 이루는 각도를 각각 산출하고, 상기 타깃에 대한 롤(Roll), 요(yaw), 핏치(pitch)를 연산하여 상기 자세정보를 산출할 수 있다.
또한, 상기 타깃분석부는 상기 제 1 원형띠의 일단을 기준점으로 하여 일정방향으로, 설정각도 단위로 0,1의 코드를 인식하여 상기 타깃에 대한 ID코드를 검출할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 3차원 영상 획득 장치의 동작방법은, 상이한 각도 또는 상이한 위치의 복수의 카메라로부터 대상물 및 상기 대상물에 부착된 타깃을 촬영하는 단계; 상기 복수의 카메라로부터 각각 촬영된 2차원의 이미지데이터로부터 상기 타깃을 검출하는 단계; 상기 검출된 타깃으로부터 상기 타깃의 형태를 분석하여 상기 타깃의 자세정보를 산출하는 단계; 및 상기 자세정보의 중심점 및 상기 중심점으로부터 연장되는 기준축에 대한 벡터방향을 연산하여 상기 타깃에 대한 3차원의 좌표를 산출하고, 상기 3차원의 좌료를 바탕으로, 상기 복수의 카메라로부터 촬영된 이미지데이터를 이용하여 3차원의 이미지데이터를 생성하는 단계를 포함한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 3차원 영상 획득 장치 및 그 동작방법에 따르면, 하나의 타깃만을 대상물에 부착하여 이미지를 획득함으로써 처리해야 하는 타깃의 수가 적어 그에 따른 연산 시간이 크게 감소하고, 타깃의 형상을 분석함으로써 타깃의 자세 정보를 획득할 수 있어 빠르고 정확하게 대상물에 대한 3차원 이미지를 획득할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 타깃의 자세정보를 통해 코드의 시작점을 확인할 수 있으므로 보다 많은 수의 코드 아이디를 사용할 수 있어 정보 처리 및 타깃 제작이 용이한 효과가 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 3차원 영상 획득 장치의 제어구성이 도시된 블록도이다.
도 2 는 본 발명에 따른 3차원 영상 획득 장치의 영상획득에 대한 구성이 도시된 도이다.
도 3 은 본 발명의 3차원 영상 획득 장치에서 사용되는 타깃의 구성이 도시된 도이다.
도 4 는 도 3의 타깃의 인식 방법을 설명하는데 참조되는 도이다.
도 5a 및 도 5b 은 촬영 각도에 따라 상이하게 나타나는 타깃의 형상에 대한 실시예가 도시된 예시도이다.
도 6 는 본 발명에 따른 3차원 영상 획득 장치의 동작방법이 도시된 순서도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해서 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1 은 본 발명에 따른 3차원 영상 획득 장치의 제어구성이 도시된 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 3차원 영상 획득 장치는 복수의 카메라(130, 140), 영상처리부(120), 타깃분석부(150), 데이터부(160), 입력부(170), 출력부(180) 그리고 동작전반을 제어하는 제어부(110)를 포함한다.
먼저, 카메라는 적어도 2 이상 구비된다.
제 1 카메라(130)와 제 2 카메라(140)는 각각 대상물을 촬영하여 2차원의 이미지데이터를 각각 영상처리부(120)로 입력한다. 또한, 제 1 카메라 및 제 2 카메라와는 상이한 위치 또는 각도에서 대상물 및 타깃을 촬영하는 제 3 카메라(미도시)가 더 포함될 수 있다.
이하, 제 1 카메라(130)와 제 2 카메라(140), 두대의 카메라가 사용되는 것을 예로 하여 설명하기로 한다.
제 1 카메라(130)와 제 2 카메라(140)는 대상물을 각각 상이한 각도 또는 상이한 위치에서 촬영하여 동일한 대상물에 대한 상이한 이미지를 영상처리부(120)로 입력한다. 이때 제 1 카메라(130)와 제 2 카메라(140)는 촬영된 이미지를 처리하기 용이하도록 동일한 화각의 렌즈와 동일한 화소의 이미지센서가 사용되는 것이 바람직하나 상이한 화각과 화소의 카메라가 사용되더라도 처리 가능함은 물론이다.
한편, 영상처리부(120)는 제 1 카메라(130) 및 제 2 카메라(140)로부터 2차원의 이미지를 입력받아 변환하고 분석한다. 이때 영상처리부(120)는 제 1 이미지와 제 2 이미지를 특정 포맷으로 변환하고, 불필요한 영역을 삭제하고 노이즈를 제거한다.
또한, 영상처리부(120)는 변환된 제 1 카메라(130)의 제 1 이미지데이터와 제 2 카메라(140)의 제 2 이미지데이터간의 관계를 분석하여 3차원의 데이터의 생성한다. 이때 영상처리부(120)는 타깃분석부(150)의 처리결과에 대응하여 제 1 이미지데이터와 제 2 이미지데이터로부터 3차원의 데이터를 생성한다. 영상처리부(120)는 타깃의 자세정보를 바탕으로 글로벌 레지스트레이션을 수행하여 3차원의 데이터를 생성한다.
한편, 타깃분석부(150)는 영상처리부(120)에 의해 1차 변환된 제 1 이미지데이터와, 제2 이미지데이터를 입력 받아 각각 타깃을 검출한다. 타깃분석부(150)는 타깃의 형상을 분석하여 중심점과 기준축을 검출한 후, 타깃에 대한 자세정보를 연산한다. 이때 타깃분석부(150)는 경우에 따라 타깃의 ID코드를 읽어 타깃을 구분할 수 있다.
타깃분석부(150)는 연산된 타깃의 자세정보를 영상처리부(120)로 입력하고, 영상처리부(120)의 타깃의 자세정보를 바탕으로 타깃에 대한 3차원의 좌표를 산출하고, 3차원의 좌표를 바탕으로 대상물에 대한 3차원의 데이터를 생성한다.
영상처리부(120)는 타깃의 좌표 산출 시, 복수의 카메라의 설치위치 및 설치각도(촬영각도)를 바탕으로 좌표를 산출할 수 있다.
데이터부(160)에는 제 1 카메라(130) 및 제 2 카메라(140)로부터 촬영된 이미지가 임시 저장되고, 영상처리부(120)에 의해 변환된 영상데이터, 특히 생성되는 3차원 데이터가 저장된다.
또한, 데이터부(160)에는 영상처리부(120)에서 타깃을 인식하고 타깃의 자세를 판단하기 위한 타깃데이터와, 제 1카메라(130)의 제 1 이미지와 제 2 카메라의 제 2 이미지의 관계를 분석하기 위한 데이터가 저장된다.
한편, 입력부(170)는 적어도 하나의 버튼 또는 스위치 등의 소정의 입력수단을 포함한다. 또한, 입력부(170)는 터치패드로 구성될 수 있다.
입력부(170)는 구비되는 입력수단이 조작됨에 따라 스캔, 데이터 인식 및 모델생성에 대한 제어명령이 입력되고, 대상물에 대한 인식방법이 설정되거나 또는 타깃 구분을 위한 기준데이터가 설정 또는 입력된다.
출력부(180)는 동작상태 및 메뉴화면이 표시되는 표시수단, 진행상태 및 경고가 효과음 또는 경고음으로 출력되는 스피커, 점등 또는 점멸에 의해 동작상태를 나타내는 램프를 포함한다. 표시수단은 디스플레이장치로써, 터치패드가 레이어드되는 경우 터치스크린으로 동작한다.
표시수단은 동작 상태 및 메뉴화면을 GUI기반으로 출력하며, 제 1 또는 제 2 카메라(130)(140)에 의해 촬영되는 이미지와, 타깃에 대한 정보가 표시되며, 생성되는 3차원의 데이터를 화면에 표시한다.
한편, 제어부(110)는 입력부(170), 출력부(180), 그리고 데이터부(160)에 대한 데이터의 입출력을 제어하고, 제 1카메라(130), 제 2 카메라(140), 영상처리부(120) 및 타깃분석부(150)로 제어명령을 인가하여 그 동작을 제어한다.
제어부(110)는 입력부(170)로부터 입력되는 데이터에 따라 제 1 카메라(130) 및 제 2 카메라(140)의 동작을 제어하여 대상물이 촬영되도록 하고, 영상처리부(120)에 의해 3차원의 데이터가 생성되도록 제어명령을 인가한다.
또한, 제어부(110)는 변환된 이미지데이터를 타깃분석부(150)로 입력하고 타깃의 자세정보와 영상처리부(120)의 생성되는 3차원의 데이터가 데이터부(160)에 저장되도록 한다.
제어부(110)는 3차원 영상을 처리하기 위한 프로그램 또는 제어메뉴가 출력부(180)를 통해 화면에 표시되도록 하고, 3차원의 이미지를 획득하는데 따른 과정 전반에 대한 진행상태가 표시되도록 제어한다. 제어부(110)는 제 1 카메라 및 제 2 카메라(130)(140)에 의해 촬영되는 이미지데이터가 화면에 표시되도록 하고, 타깃분석부(150)에 의해 검출되는 타깃의 자세정보와, 영상처리부(120)에 의해 생성되는 3차원의 데이터가 화면에 표시되도록 한다.
도 2 는 본 발명에 따른 3차원 영상 획득 장치의 영상획득에 대한 구성이 도시된 도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 3차원 영상 획득 장치는, 대상물(M)에 타깃을 어느 한 위치에 부착하고, 구비되는 제 1 카메라(130)와 제 2 카메라(140)로 각각 상이한 각도 또는 위치에서 대상물을 촬영하여, 촬영된 두 가지 2차원의 이미지를 분석하여 3차원의 데이터를 생성한다.
이때, 타깃은 2차원의 두 이미지 간의 관계성을 연산하고 이로부터 3차원의 데이터를 생성하기 위한 기준을 설정한 것으로, 제 1 카메라와 제 2카메라에서 촬영되는 이미지가 상이하므로, 이미지 내에 타깃의 형상 또한 상이하게 나타난다.
본 발명에 따른 3차원 영상 획득 장치는 제 1 카메라의 제 1 이미지데이터와 제 2 카메라의 제 2 이미지데이터에 대하여 각각 타깃의 형상을 분석하여 제 1 이미지데이터의 타깃의 자세정보와 제 2 이미지데이터의 자세정보를 각각 연산하고, 자세정보의 상대적 관계를 바탕으로 제 1 이미지데이터와 제 2 이미지데이터로부터 3차원의 데이터를 생성한다.
타깃은 대상물(M)에 한 개가 부착되며, 그 위치는 한정되지 않는다. 예를 들어 제 1 위치(P1) 또는 제 2 위치(P2)에 부착될 수 있으나 이는 예시일 뿐 특정 위치에 한정되지 않는다. 단, 제 1 카메라(130)와 제 2 카메라(140) 양측에서 촬영될 수 있는 위치에 부착되는 것이 바람직하다.
도 3 은 본 발명의 3차원 영상 획득 장치에서 사용되는 타깃의 구성이 도시된 도이다.
타깃(T)은 대략 원형의 형상을 하되, 중앙의 중심원(1)과, 중심원을 둘러싸는 원형의 복수의 원형의 띠(2)(3)로 구성된다. 각각의 원형의 띠는 중심으로부터 상이한 거리에 배치되며, 그 길이 또한 상이하게 구성된다.
중심원(1)은 타깃(T)의 중심점과 그 형태를 분석하기 위한 것이고, 제 1 원형띠(2)는 타깃의 자세를 확인하기 위한 것이며, 제 2 원형띠(3)에는 타깃의 ID코드가 기록된다.
타깃분석부(150)는 이미지데이터로부터 중심원(1)을 검출하여 타깃(T)을 구분하고, 중심원(1)의 중심점을 도출한 후, 제 1 원형띠(2)의 좌우 끝단에 대한 각도(R)를 산출하여 타깃의 자세정보를 연산한다. 이때 타깃(T)은 제 1 원형띠(2)의 좌우 끝단이 이루는 각도는 타깃의 형태에 따라 상이할 수 있다. 예를 들어 90도가 설정될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 본 발명은 3차원 영상 획득 장치는 하나의 타깃(T)을 대상물에 부착하므로, 타깃(T)은 하나의 형태가 사용될 수 있으나, 다양한 형태의 타깃의 사용 또한 가능하다.
타깃(T)은 중심원의 크기, 원형 티의 위치와 거리에 따라 그 형태는 일정하지 않고 상이하게 형성될 수 있고, 형상이 상이한 타깃에는 각각 상이한 ID코드가 부여될 수 있다.
상이한 형태의 복수의 타깃 중 어느 하나를 사용하는 경우에는 각 타깃에 부여된 ID코드 정보를 이용하여 타깃에 대한 기본정보를 바탕으로 타깃의 형태를 분석하는 것 또한 가능하다. 이때, 데이터부(160)에는 타깃의 ID코드와, ID코드에 대응하여 타깃에 대한 정보가 저장될 수 있다.
따라서 타깃분석부(150)는 제 2 원형띠(3)에 기재되는 ID코드를 바탕으로 타깃(T)의 기본 형태, 즉 타깃의 중심원의 크기 또는 제 2 원형띠의 기본 크기에 대한 정보를 바탕으로 자세정보를 도출할 수도 있다.
도 4 는 도 3의 타깃의 인식 방법을 설명하는데 참조되는 도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 타깃분석부(150)는 이미지데이터부터 복수의 타깃 후보를 선정하여 각 타깃후보의 형태 또는 ID태그에 따라 타깃(T)을 검출한다.
타깃(T)은 원형의 형태를 갖고, 중심원(1)은 원형이므로, 타깃분석부(150)는 중심원과 중심원을 둘러싸는 원형띠의 형태를 바탕으로 타깃을 설정할 수 있다.
이때 이미지데이터에서 타깃(T)은, 타깃이 부착된 위치 및 촬영 각도에 따라 타깃의 형상의 상이하게 촬영되므로, 중심원은 반드시 원형의 형태를 갖는 것은 아니며 타원의 형태가 될 수 있다.
타깃분석부(150)는 이미지데이터로부터, 어느 하나의 원이 다른 원의 내부에 포함된 '이중 원(double circle)'의 형태를 검출하여 타깃인지를 구분할 수 있다. 가령, 타깃분석부(150)는 도 3에 도시된 바와 같이, 촬영된 이미지데이터들 중 내부의 중심원(1)과, 그 중심원(1)을 외측에서 둘러싸는 제 2 원형띠(3)를 포함한 원을 검출하여, 이를 타깃인 것으로 구분하여 검출한다.
이와 같이, 어느 하나의 원(중심원)이 다른 원(제 2 원형띠를 포함하는 원)의 내부에 포함된 형상을 검출하여 타깃을 구분할 수도 있지만, 타깃분석부(150)는 타깃의 ID코드를 통해 복수의 타깃후보 중, 어느 타깃을 구분하는 것도 가능하다.
타깃분석부(150)는 중심원(1)의 형상, 원형띠가 중심과 이루는 거리와 각도에 따라 타깃의 형태를 분석할 수 있다.
타깃분석부(150)는 중심원(1)에서 중심점(C)을 검출하고, 중심점(C)로부터 제 2 원형띠(2)의 좌우 끝단으로 연장되는 기준축을 검출한다. 여기서, 상기 기준축은 중심점(C)로부터 제 2 원형띠(2)의 좌우 끝단을 각각 연결한 X축과 Y축을 포함한다. 또한 타깃분석부(150)는 X축과 Y축이 이루는 평면에 대하여, 중심점으로부터 법선방향으로 형성되는 Z축을 검출한다. 본 발명에서는 중심점(C)로부터 연장된 상기 X축, Y축, Z축을 기준축으로 정의한다.
타깃분석부(150)는 중심원(1)의 형태, 중심점을 기준으로 X축과 Y축이 이루는 각도(R)를 산출하여, 타깃(T)에 대한 롤(Roll), 요(yaw), 핏치(pitch)를 포함하는 자세정보를 산출한다. 롤은, 전후 수평축을 기준으로 하는 좌우회전각이고, 가로축을 기준으로 하는 전후회전각, 상하 축을 기준으로 수평회전에 대한 회전각을 나타낸다.
예를 들어 타깃(T)의 X축과 Y축이 이루는 각도가 90도 인 경우 촬영된 이미지데이터에서의 검출되는 각도와의 차이를 이용하여 타깃의 자세를 도출할 수 있게 된다.
또한, 타깃분석부(150)는 제 2 원형띠(3)로부터 타깃에 대한 ID코드를 확인할 수 있다. 이때, 타깃분석부(150)는 X축 또는 Y축을 기준으로 제 2 원형띠(2)에서의 ID코드의 시작점을 검출하여 코드를 확인할 수 있다.
가령, 타깃분석부(150)는 X축을 시작점으로 하여, 설정각도 단위로 구분하여 검정색은 0, 흰색은 1로 판단하여 코드를 인식한다. 이때 설정각도는 45도인 것을 예로하여 설명한다.
예를 들어 도 4에 도시된 타깃(T)은 X축으로부터 시계반대방향으로 10011000 이고, 20+23+24=1+8+16=25 가 되므로, ID코드는 25가 된다.
도 5a 및 도 5b 은 촬영 각도에 따라 상이하게 나타나는 타깃의 형상에 대한 실시예가 도시된 예시도이다.
도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이 타깃(T)이 부착되는 위치 및 카메라의 촬영 각도에 따라 이미지데이터에 나타나는 타깃(T)의 형태는 각각 상이하다.
도 5a에서 타깃분석부(150)는 타깃(T)을 검출한 후, 중심원(1)의 중심점(C1)을 추출한 후, 중심점(C1)으로부터 제 1 원형띠(2)의 좌우 끝단을 연결하여 X1축과 Y1축을 추출하고 X1축과 Y1축이 이루는 제 1 각(R1)을 연산한다. 또한, 타깃분석부(150)는 X1축과 Y1축에 의해 형성되는 평면에 대한 법선방향으로 Z1축을 추출한다.
또한, 도 5b와 같이, 타깃분석부(150)는 타깃(T)을 검출한 후, 중심원(1)의 중심점(C2)을 추출한 후, 중심점(C2)으로부터 제 1 원형띠(2)의 좌우 끝단을 연결하여 X2축과 Y2축을 추출하고 X2축과 Y2축이 이루는 제 2 각(R2)을 연산한다. 또한, 타깃분석부(150)는 X2축과 Y2축에 의해 형성되는 평면에 대한 법선방향으로 Z2축을 추출할 수 있다.
그에 따라 타깃분석부(150)는 타깃(T)의 전후회전각, 좌우회전각, 수평에 대한 회전각을 연산하여 자세정보를 산출한다.
타깃분석부(150)는 제 1 이미지데이터와 제 2 이미지데이터에 대하여 각각 자세정보를 추출하고, 두 자세정보에 대한 상대값을 통해 대상물(M)에 대한 자세정보를 확인할 수 있게 된다.
또한 타깃분석부(150)는 ID코드를 이용하는 경우, ID코드를 바탕으로 기본 타깃의 기본정보를 바탕으로 각각의 자세정보를 비교하여 대상물에 대한 자세정보를 확인 할 수 있다.
도 6 는 본 발명에 따른 3차원 영상 획득 장치의 동작방법이 도시된 순서도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 3차원 영상 획득 장치는, 제 1 카메라(130)와 제 2 카메라(140)를 통해 각각 대상물(M)에 대한 2차원의 이미지를 입력받는다(S310).
영상처리부(120)는 입력되는 2차원의 이미지를 특정 포맷으로 변환하고, 필터 또는 탬플릿을 이용하여 이미지에 포함된 노이즈 또는 불필요한 이미지를 제거하여 이미지데이터를 생성한다.
타깃분석부(150)는 영상처리부(120)에 의해 변환된 이미지데이터를 분석하여 타깃(T)을 검출하고(S320), 타깃(T)의 형상을 분석한다(S330). 이때 타깃분석부(150)는 중심원(1)이 원이 아닌 타원형인 경우 그 형태에 따라 타깃의 자세정보를 연산할 수 있다.
또한, 타깃분석부(150)는 타깃(T)의 중심점, 원형띠에 대한 X축, Y축, Z축을 기준축으로 검출하고, X축 Y축에 대한 각도를 연산하여 타깃의 자세정보를 연산한다(S340).
타깃분석부(150)는 제 1 이미지데이터와 제 2 이미지데이터에 대하여 각각의 자세정보를 연산한다.
영상처리부(120)는 제 1 이미지데이터와 제 2 이미지데이터의 자세정보를 바탕으로 제 1 및 제 2 이미지데이터를 비교 분석하고, 각 자세정보에 포함되는 중심점 및 기준축(X축, Y축, Z축)을 바탕으로 각 이미지데이터에 대한 벡터를 연산하여 타깃에 대한 3차원의 좌표를 산출하고(S360), 연산결과를 바탕으로 타깃의 3차원 좌표로부터 이미지데이터에 대한 3차원 데이터를 생성한다(S370)
이때 영상처리부(120)는 제1 이미지데이터와 제 2 이미지데이터에서의 타깃의 중심점은 동일지점이므로 이로부터 각 축에 대한 벡터 연산을 통해 타깃의 3차원 좌표를 산출하고, 타깃의 3차원 좌표를 바탕으로 대상물에 대한 3차원의 이미지 데이터를 생성할 수 있다. 제어부(110)는 생성된 3차원의 이미지 데이터를 출력부(180)를 통해 화면에 표시한다.
따라서 본 발명은 하나의 타깃을 대상물에 부착하여 상이한 각도 또는 위치에서 각각 촬영되는 두 개의 이미지로부터 타깃의 형상을 검출하고, 타깃의 형태로부터 자세정보를 검출함으로써, 두 개의 이미지데이터에 대한 관련성을 분석하여 대상물에 대한 3차원의 이미지를 획득할 수 있다.
본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 실시예에 따라서는 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
1: 중심원 2: 제 1 원형띠
3: 제 2 원형띠 110: 제어부
120: 영상처리부 130, 140: 카메라
150: 타깃분석부 160: 데이터부
C: 중심점 R: X축과 Y축이 이루는 각도

Claims (14)

  1. 대상물에 부착되는 타깃;
    상이한 각도 또는 상이한 위치에서 상기 대상물 및 상기 대상물에 부착된 상기 타깃을 촬영하는 복수의 카메라;
    상기 복수의 카메라에 의해 촬영된 각각의 이미지데이터로부터 상기 타깃을 검출하여 상기 이미지데이터로부터 상기 타깃의 형태를 분석하고, 상기 타깃의 중심점 및 상기 중심점으로부터 연장되는 기준축을 산출하여 상기 타깃의 자세정보를 생성하는 타깃분석부; 및
    상기 중심점 및 상기 기준축에 대한 벡터방향을 연산하여 상기 타깃의 3차원 좌표를 생성하고 상기 타깃의 3차원 좌표로부터 3차원의 이미지데이터를 생성하는 영상처리부를 포함하고,
    상기 타깃은 중심에 원형으로 형성된 중심원, 상기 중심원으로부터 일정 거리 이격되어 상기 중심점으로부터 좌우 일단이 일정 각을 이루도록 형성된 제 1 원형띠, 상기 제 1 원형띠의 외부에 형성되는 제 2 원형띠를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 획득 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 타깃분석부는 상기 이미지데이터로부터 원형의 복수의 타깃후보를 검출하고, 각 타깃후보들 중 어느 하나의 원이 다른 원의 내부에 포함되는 이중 원의 형태인지에 따라 상기 타깃을 검출하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 획득 장치.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 타깃은 상기 제 1 원형띠의 좌우 일단이 상기 중심점과 이루는 각이 90도가 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 획득장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 기준축은,
    상기 제 1 원형띠의 좌우 일단을 각각 상기 중심점과 연결하여 검출되는 X축과 Y축 및, 상기 X축과 상기 Y축을 포함하는 평면의 법선방향으로 형성되는 Z축을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 획득 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 타깃분석부는 상기 중심점, 상기 X축, 상기 Y축, 상기 Z축 및 상기 X축과 상기 Y축이 이루는 각도를 각각 산출하고, 상기 타깃에 대한 롤(Roll), 요(yaw), 핏치(pitch)를 연산하여 상기 자세정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 획득 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 타깃분석부는 상기 제 1 원형띠의 일단을 기준점으로 하여 일정 방향으로 설정각도 단위로 0, 1의 코드를 인식하여 상기 타깃에 대한 ID코드를 검출하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 획득장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 카메라는 적어도 2 이상의 카메라로 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 획득장치.
  9. 상이한 각도 또는 상이한 위치의 복수의 카메라로부터 대상물 및 상기 대상물에 부착된 타깃을 촬영하는 단계;
    상기 복수의 카메라로부터 각각 촬영된 2차원의 이미지데이터로부터 상기 타깃을 검출하는 단계;
    상기 검출된 타깃으로부터 상기 타깃의 형태를 분석하여 상기 타깃의 자세정보를 산출하는 단계; 및
    상기 자세정보의 중심점 및 상기 중심점으로부터 연장되는 기준축에 대한 벡터방향을 연산하여 상기 타깃에 대한 3차원의 좌표를 산출하고, 상기 3차원의 좌료를 바탕으로, 상기 복수의 카메라로부터 촬영된 이미지데이터를 이용하여 3차원의 이미지데이터를 생성하는 단계를 포함하고,
    상기 타깃을 검출하는 단계는,
    상기 이미지데이터로부터 원형의 복수의 타깃후보를 검출하고, 각 타깃후보들 중 어느 하나의 원이 다른 원의 내부에 포함된 이중 원의 형태인지에 따라 상기 타깃을 검출하는 단계를 포함하는 3차원 영상 획득 장치의 동작방법.
  10. 삭제
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 타깃을 검출하는 단계는,
    상기 타깃후보의 ID코드를 바탕으로 상기 이미지데이터에 포함된 타깃을 검출하는 단계를 포함하는 3차원 영상 획득 장치의 동작방법.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 타깃의 자세정보를 산출하는 단계는,
    상기 타깃의 중심원의 중심점을 검출하는 단계;
    상기 중심원으로부터 일정 거리 이격되어 원형을 이루도록 형성된 제 1 원형띠의 좌우 일단을 각각 상기 중심점과 연결하여 상기 타깃의 X축과 Y축을 검출하는 단계; 및
    상기 X축과 상기 Y축을 포함하는 평면의 법선방향으로 Z축을 검출하여 상기 기준축을 검출하는 단계를 포함하는 3차원 영상 획득 장치의 동작방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 X축과 상기 Y축이 이루는 각도를 연산하여,
    상기 중심점, 상기 X축, 상기 Y축, 상기 Z축에 대한 기준축, 상기 각도를 바탕으로 상기 타깃에 대한 롤(Roll), 요(yaw), 핏치(pitch)를 연산하여 상기 자세정보를 산출하는 단계를 더 포함하는 3차원 영상 획득 장치의 동작방법.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 타깃의 자세정보를 산출하는 단계는,
    상기 제 1 원형띠의 외각에 형성되는 제 2 원형띠에 대하여, 상기 X축을 기준으로 일정방향으로 설정각도 단위로 색상에 따라 0과 1을 인식하여 상기 타깃에 대한 ID코드를 검출하는 단계를 더 포함하는 3차원 영상 획득 장치의 동작방법.
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