KR101842141B1 - 3차원 스캐닝 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

3차원 스캐닝 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 스캐닝 장치는 3차원 스캐닝하고자 하는 피사체에 미리 설정된 복수의 패턴들을 프로젝션하는 프로젝터; 상기 피사체에 프로젝션되는 상기 복수의 패턴들 각각을 미리 설정된 복수의 노출 레벨들 각각으로 촬영하는 촬영부; 상기 복수의 노출 레벨들 각각에 의해 촬영된 상기 복수의 패턴들에 기초하여 상기 피사체의 각 화소에 대한 뎁스(depth) 값을 계산하는 계산부; 및 상기 계산된 뎁스 값에 기초하여 상기 촬영되는 피사체를 3차원 스캐닝하는 스캐닝부를 포함하고, 상기 계산부는 상기 복수의 노출 레벨들 각각에서, 상기 피사체의 각 화소에 대한 뎁스 값을 계산하고, 상기 복수의 노출 레벨들 각각에서 계산된 화소에 대한 뎁스 값을 조합함으로써, 상기 피사체의 각 화소에 대한 뎁스 값을 계산할 수 있다.

Description

3차원 스캐닝 장치 및 방법 {3 DIMENSIONAL SCANNING APPARATUS AND METHOD THEREFOR}
본 발명의 실시예들은 3차원(3D) 스캐닝 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 피사체로 프로젝션되는 패턴과 같은 코드의 뎁스 값에 기초하여 촬영되는 피사체를 3D로 스캐닝할 수 있는 장치 및 방법과 관련된 것이다.
3차원(3D) 스캐닝 장치는 물체의 3D 형상 및 색상 정보를 획득하는 광학기기로서 상업, 건축, 의학, 공업, 학술, 문화 등 광범위한 분야에 걸쳐 사용된다. 3D 스캐닝 장치는 레이저 삼각법, 구조광 투영, TOF(Time Of Flight) 등 여러 가지의 방법으로 구현이 가능하며, 획득된 물체의 3차원 형상 정보를 컴퓨터에서 사용할 수 있는 3차원 파일 형식으로 저장한다.
3D 스캐닝 기술은 물체의 형상 정보를 획득하여 컴퓨터 모델로 저장하며, 로봇의 주행, 부품의 결함 검사, 리버스(reverse) 엔지니어링, HCI (Human Computer Interaction), 문화재복원 등의 분야에서 그 요구가 점차 증가하고 있다.
종래 3D 스캐닝에 대한 일 실시예 기술은, 촬영하고자 하는 피사체를 상이한 노출 레벨들로 촬영한 후 촬영된 영상들을 합침으로써, 피사체를 영상 조합을 통해 3D 스캐닝할 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 피사체로 프로젝션되는 패턴과 같은 코드의 뎁스 값에 기초하여 촬영되는 피사체를 3D로 스캐닝할 수 있는 3D 스캐닝 장치 및 방법을 제공한다.
구체적으로, 본 발명의 실시예들은 피사체로 프로젝션되는 복수의 패턴들을 서로 다른 노출 레벨들로 촬영하고, 서로 다른 노출 레벨들로 촬영된 복수의 패턴들을 이용하여 촬영되는 피사체의 각 화소에 대한 뎁스 값을 계산함으로써, 촬영되는 피사체를 3D로 스캐닝할 수 있는 3D 스캐닝 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 스캐닝 장치는 3차원 스캐닝하고자 하는 피사체에 미리 설정된 복수의 패턴들을 프로젝션하는 프로젝터; 상기 피사체에 프로젝션되는 상기 복수의 패턴들 각각을 미리 설정된 복수의 노출 레벨들 각각으로 촬영하는 촬영부; 상기 복수의 노출 레벨들 각각에 의해 촬영된 상기 복수의 패턴들에 기초하여 상기 피사체의 각 화소에 대한 뎁스(depth) 값을 계산하는 계산부; 및 상기 계산된 뎁스 값에 기초하여 촬영되는 피사체를 3차원 스캐닝하는 스캐닝부를 포함한다.
상기 계산부는 상기 복수의 노출 레벨들 각각에서, 상기 피사체의 각 화소에 대한 뎁스 값을 계산하고, 상기 복수의 노출 레벨들 각각에서 계산된 화소에 대한 뎁스 값을 조합함으로써, 상기 피사체의 각 화소에 대한 뎁스 값을 계산할 수 있다.
상기 계산부는 상기 복수의 노출 레벨들 각각에 대해 촬영된 상기 복수의 패턴들에 기초하여 상기 복수의 노출 레벨들 각각에 대한 계산 영역을 결정하고, 상기 결정된 계산 영역 각각에서 계산된 화소에 대한 뎁스 값을 조합함으로써, 상기 피사체의 각 화소에 대한 뎁스 값을 계산할 수 있다.
상기 촬영부는 상기 복수의 노출 레벨들 각각으로 조절 가능한 하나의 카메라를 이용하여 상기 복수의 패턴들 각각을 상기 복수의 노출 레벨들 각각으로 촬영하거나 또는 상기 복수의 패턴들 각각을 상기 복수의 노출 레벨들 각각으로 설정된 복수의 카메라들을 이용하여 상기 복수의 패턴들 각각을 촬영할 수 있다.
상기 촬영부는 상기 복수의 패턴들 각각이 프로젝션되는 시점에 동기되어 상기 복수의 패턴들 각각을 상기 복수의 노출 레벨들 각각으로 촬영할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 스캐닝 방법은 3차원 스캐닝하고자 하는 피사체에 미리 설정된 복수의 패턴들을 프로젝션하는 단계; 상기 피사체에 프로젝션되는 상기 복수의 패턴들 각각을 미리 설정된 복수의 노출 레벨들 각각으로 촬영하는 단계; 상기 복수의 노출 레벨들 각각에 의해 촬영된 상기 복수의 패턴들에 기초하여 상기 피사체의 각 화소에 대한 뎁스(depth) 값을 계산하는 단계; 및 상기 계산된 뎁스 값에 기초하여 촬영되는 피사체를 3차원 스캐닝하는 단계를 포함한다.
상기 뎁스 값을 계산하는 단계는 상기 복수의 노출 레벨들 각각에서, 상기 피사체의 각 화소에 대한 뎁스 값을 계산하고, 상기 복수의 노출 레벨들 각각에서 계산된 화소에 대한 뎁스 값을 조합함으로써, 상기 피사체의 각 화소에 대한 뎁스 값을 계산할 수 있다.
상기 뎁스 값을 계산하는 단계는 상기 복수의 노출 레벨들 각각에 대해 촬영된 상기 복수의 패턴들에 기초하여 상기 복수의 노출 레벨들 각각에 대한 계산 영역을 결정하고, 상기 결정된 계산 영역 각각에서 계산된 화소에 대한 뎁스 값을 조합함으로써, 상기 피사체의 각 화소에 대한 뎁스 값을 계산할 수 있다.
상기 촬영하는 단계는 상기 복수의 노출 레벨들 각각으로 조절 가능한 하나의 카메라를 이용하여 상기 복수의 패턴들 각각을 상기 복수의 노출 레벨들 각각으로 촬영하거나 또는 상기 복수의 패턴들 각각을 상기 복수의 노출 레벨들 각각으로 설정된 복수의 카메라들을 이용하여 상기 복수의 패턴들 각각을 촬영할 수 있다.
상기 촬영하는 단계는 상기 복수의 패턴들 각각이 프로젝션되는 시점에 동기되어 상기 복수의 패턴들 각각을 상기 복수의 노출 레벨들 각각으로 촬영할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 3차원 스캐닝 장치는 3차원 스캐닝하고자 하는 피사체에 미리 결정된 상이한 광 강도로 미리 설정된 복수의 패턴들을 프로젝션하는 프로젝터; 상기 피사체에 프로젝션되는 상기 복수의 패턴들 각각을 미리 설정된 노출 레벨로 촬영하는 촬영부; 상기 촬영된 복수의 패턴들에 기초하여 상기 피사체의 각 화소에 대한 뎁스(depth) 값을 계산하는 계산부; 및 상기 계산된 뎁스 값에 기초하여 상기 촬영되는 피사체를 3차원 스캐닝하는 스캐닝부를 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 피사체로 프로젝션되는 복수의 패턴들을 서로 다른 노출 레벨들로 촬영하고, 서로 다른 노출 레벨들로 촬영된 복수의 패턴들을 이용하여 촬영되는 피사체의 각 화소에 대한 뎁스 값을 계산함으로써, 촬영되는 피사체를 3D로 스캐닝할 수 있다.
촬영되는 피사체에 밝은 영역과 어두운 영역이 존재한다 가정할 때, 노출을 높이면 밝은 영역은 saturation exposure가 발생해서 하얗게 되어서 식별이 불가능하고, 노출을 낮추면 어두운 영역은 under exposure가 발생해서 검정색으로 되어서 식별이 불가능해 진다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 복수의 노출 레벨들로 피사체로 프로젝션되는 복수의 패턴들을 촬영하기 때문에 촬영되는 피사체의 밝은 영역에 대한 뎁스 값은 저 노출 레벨로 촬영된 복수의 패턴들에 대한 영상 데이터를 이용하여 계산하고, 어두운 영역에 대한 뎁스 값은 고 노출 레벨로 촬영된 복수의 패턴들에 대한 영상 데이터를 이용하여 계산할 수 있으며, 따라서 촬영되는 피사체의 밝은 영역과 어두운 영역 모두에 대한 뎁스 값을 계산하여 촬영되는 피사체의 모드 화소에 대해 3D 스캐닝할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 장치를 설명하기 위한 일 예시도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 스캐닝 장치에 대한 구성을 나타낸 것이다.
도 3은 한 대의 카메라에서 노출 레벨을 조절하여 복수의 패턴들을 촬영하는 방법을 설명하기 위한 일 예시도를 나타낸 것이다.
도 4는 세 대의 카메라에서 노출 레벨을 조절하여 복수의 패턴들을 촬영하는 방법을 설명하기 위한 일 예시도를 나타낸 것이다.
도 5는 피사체에 프로젝션되는 패턴들에 대한 예시도를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 스캐닝 방법에 대한 동작 흐름도를 나타낸 것이다.
도 7은 도 6의 단계 S630에 대한 일 실시예 동작 흐름도를 나타낸 것이다.
이하, 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 설명한다. 아래에서는 한정된 실시예들이 기술되지만, 이러한 실시예들은 본 발명의 예이며, 당업자는 이러한 실시예들을 용이하게 변경할 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 복수의 노출 레벨들 각각에 의해 촬영되는 복수의 패턴들에 기초하여 촬영되는 피사체의 각 화소에 대한 뎁스 값을 계산하고, 이렇게 계산된 뎁스 값에 기초하여 피사체를 3D 스캐닝하는 것을 그 요지로 한다.
이 때, 피사체를 촬영하는 적어도 하나의 카메라는 프로젝터(projector)에 의해 피사체로 프로젝션되는 복수의 패턴들 예를 들어, 1초에 36번 프로젝션되는 복수의 패턴들을 촬영할 수 있으며, 복수의 패턴들은 상이한 복수의 노출 레벨들 각각에 대하여 촬영될 수 있다.
본 발명에서 각 화소에 대한 뎁스 값을 계산한다는 것은 각 화소에 대한 3차원 좌표를 계산하는 개념을 포함할 수 있다.
이러한 본 발명의 실시예들에 따른 장치 및 방법에 대해 도 1 내지 도 7을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 장치를 설명하기 위한 일 예시도를 나타낸 것이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 스캐닝 장치에 대한 구성을 나타낸 것이다.
도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 스캐닝 장치(100)는 스캐닝하고자 하는 피사체를 3D 스캐닝하는 장치로, 촬영부(110), 프로젝터(120), 계산부(130) 및 스캐닝부(140)를 포함한다.
프로젝터(120)는 3차원 스캐닝하고자 하는 피사체(200)에 일정 형태를 가지는 미리 설정된 복수의 패턴들을 프로젝션한다.
여기서, 프로젝터(120)는 제어 수단 예를 들어, 장치의 MCU에 의해 일정 시간 예를 들어, 1초 동안 미리 설정된 상이한 패턴을 가지는 광 예를 들어, 36개의 상이한 패턴의 광을 피사체로 프로젝션할 수 있다. 물론, 프로젝터(120)에 의해 피사체(200)로 프로젝션되는 광의 개수와 패턴은 본 발명을 제공하는 사업자에 의해 결정될 수 있다.
프로젝터(120)에 의해 피사체로 프로젝션되는 패턴은 도 5a에 도시된 일 예와 같이, 가로 방향으로 상이한 폭을 가지는 다양한 스트라이프(stripe) 패턴을 가질 수도 있고, 도 5b에 도시된 일 예와 같이, 세로 방향으로 상이한 폭을 가지는 다양한 스트라이프 패턴을 가질 수도 있으며, 도 5c에 도시된 일 예와 같이, 격자 패턴 또는 체크 패턴을 가질 수도 있다. 물론, 프로젝터에 의해 프로젝션되는 패턴이 도 5에 도시된 패턴들로 한정되지 않으며, 십자가 패턴, X자 패턴 등 적용 가능한 다양한 패턴들을 포함할 수 있다.
이러한 프로젝터(120)는 패턴들을 피사체로 수직으로 프로젝션할 수 있는 위치에 배치될 수 있다. 물론, 프로젝터(120)의 위치가 피사체의 위치에 수직인 위치가 아닌 다른 위치에 배치될 수도 있는데, 이 경우 배치 위치에 의하여 피사체로 프로젝션된 패턴이 기본적으로 왜곡이 생기기 때문에 촬영되는 피사체의 각 화소에 대한 뎁스 값을 계산하기 위해서는, 이러한 왜곡을 고려하여야 한다.
또한, 프로젝터(120)는 복수의 패턴들을 촬영부(110)의 촬영 시점과 동기시켜 피사체로 프로젝션하는 것으로, 프로젝션 시점과 촬영 시점 또한 장치의 제어 수단에 의해 제어될 수 있다.
촬영부(110)는 피사체에 프로젝션되는 복수의 패턴들 각각을 촬영하는 구성 수단으로, 장치의 제어 수단에 의한 제어에 의해 복수의 패턴들 각각이 피사체로 프로젝션되는 시점에 기초하여 피사체에 프로젝션되는 복수의 패턴들 각각을 미리 설정된 복수의 노출 레벨들로 촬영한다.
즉, 촬영부(110)는 촬영되는 피사체의 각 화소에 대한 뎁스 값을 계산하기 위하여, 3D 스캐닝하고자 하는 피사체로 프로젝션되는 복수의 패턴들을 복수의 노출 레벨들 각각으로 촬영한다. 물론, 복수의 노출 레벨들 각각으로 촬영된 복수의 패턴들 각각에 대한 영상 데이터는 계산부(130)로 제공된다.
본 발명에서의 촬영부(110)는 복수의 노출 레벨들 각각으로 복수의 패턴들을 촬영하기 때문에 제1 노출 레벨로 촬영된 복수의 패턴들 각각의 촬영 영역 중 일부에 오류가 발생하거나 인식을 할 수 없더라도, 다른 노출 레벨로 촬영된 복수의 패턴들 각각의 영상 데이터에서 이를 보완할 수 있으며, 따라서 피사체의 모든 화소에 대한 뎁스 값을 계산할 수 있는 영상 데이터를 획득할 수 있다.
이 때, 촬영부(110)는 노출 레벨 조절이 가능한 한 대의 카메라를 이용하여 피사체에 프로젝션되는 복수의 패턴들 각각을 복수의 노출 레벨들 각각으로 촬영할 수도 있고, 각각의 노출 레벨로 고정된 복수의 카메라들을 이용하여 복수의 패턴들 각각을 촬영할 수도 있다. 물론, 한 대의 카메라를 이용하여 복수의 노출 레벨들 각각으로 복수의 패턴들을 촬영하기 위해서는, 제1 노출 레벨로 복수의 패턴들을 순차적으로 촬영한 후 제2 노출 레벨로 조절하여 복수의 패턴들을 순차적으로 촬영하고 다시 제3 노출 레벨로 조절하여 복수의 패턴들을 순차적으로 촬영할 수 있다. 본 발명의 촬영부(110)에서 패턴들을 촬영하는 노출 레벨은 미리 설정된 고 노출 레벨, 중간 노출 레벨, 저 노출 레벨을 포함할 수 있으며, 각각의 노출 레벨은 본 발명의 기술을 제공하는 사업자에 의해 결정되는 것으로, 주변 환경과 스캐닝하고자 하는 대상 피사체에 따라 달라질 수도 있다.
일 예로, 촬영부(110)가 노출 레벨을 조절할 수 있는 한 대의 카메라를 이용하는 경우에는 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 노출 레벨(예를 들어, 고 노출 레벨)로 설정한 상태에서 피사체로 순차적으로 프로젝션되는 복수의 패턴들을 프로젝션 시점에서 촬영하고, 노출 레벨을 제2 노출 레벨(예를 들어, 중간 노출 레벨)로 설정한 상태에서 피사체로 순차적으로 프로젝션되는 복수의 패턴들을 프로젝션 시점에서 촬영하며, 노출 레벨을 제3 노출 레벨(예를 들어, 저 노출 레벨)로 설정한 상태에서 피사체로 순차적으로 프로젝션되는 복수의 패턴들을 프로젝션 시점에서 촬영함으로써, 제1 노출 레벨에서 복수의 패턴들에 대한 영상 데이터, 제2 노출 레벨에서 복수의 패턴들에 대한 영상 데이터 및 제3 노출 레벨에서 복수의 패턴들에 대한 영상 데이터를 획득한다. 물론, 도 3의 경우에는 노출 레벨을 순차적으로 변경하면서 촬영하기 때문에 촬영 시간이 복수의 카메라를 이용하는 경우에 비해 더 길어질 수 있다.
다른 일 예로, 촬영부(110)가 노출 레벨이 상이한 세 대의 카메라를 이용하는 경우에는 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 노출 레벨로 고정된 제1 카메라와 제2 노출 레벨로 고정된 제2 카메라 그리고 제3 노출 레벨로 고정된 제3 카메라에서 피사체로 순차적으로 프로젝션되는 복수의 패턴들을 프로젝션 시점에서 동시에 촬영함으로써, 제1 노출 레벨에서의 복수의 패턴들에 대한 영상 데이터, 제2 노출 레벨에서의 복수의 패턴들에 대한 영상 데이터와 제3 노출 레벨에서의 복수의 패턴들에 대한 영상 데이터를 한번에 획득할 수 있다.
나아가, 촬영부(110)가 주변 환경 센서를 구비한 경우 주변 밝기를 센싱하여 복수의 노출 레벨들 중 센싱된 주변 밝기에 대응하는 적어도 하나 이상의 노출 레벨을 결정하고, 결정된 적어도 하나 이상의 노출 레벨로 피사체로 프로젝션되는 복수의 패턴들을 촬영할 수도 있다. 예를 들어, 주변 밝기가 어두운 경우에는 고 노출 레벨과 중간 노출 레벨로만 피사체로 프로젝션되는 복수의 패턴들을 촬영할 수 있으며, 주변 밝기가 아주 밝은 경우에는 저 노출 레벨과 중간 노출 레벨로만 피사체로 프로젝션되는 복수의 패턴들을 촬영할 수도 있다.
계산부(130)는 복수의 노출 레벨들 각각에서 촬영된 복수의 패턴들 각각에 대한 영상 데이터에 기초하여 촬영되는 피사체의 각 화소에 대한 뎁스(depth) 값을 계산한다.
이 때, 계산부(130)는 프로젝터(120)에서 프로젝션되는 복수의 패턴들과 각 노출 레벨에서 촬영된 복수의 패턴들에 기초하여 피사체의 각 화소에 대한 뎁스 값을 추정 및 계산할 수 있다.
이러한 계산부(130)는 복수의 노출 레벨들 각각에서, 피사체의 각 화소에 대한 뎁스 값을 계산하고, 복수의 노출 레벨들 각각에서 계산된 화소에 대한 뎁스 값을 조합함으로써, 피사체의 각 화소에 대한 뎁스 값을 계산한다.
구체적으로, 계산부(130)는 복수의 노출 레벨들 각각에 대해 촬영된 복수의 패턴들에 대한 영상 데이터로부터 피사체의 각 화소에 대한 뎁스 값을 계산하기 위한 계산 영역을 결정하고, 노출 레벨들 각각에 대하여 결정된 계산 영역에서의 화소 값에 대한 뎁스 값을 계산한 후 이를 조합함으로써, 피사체의 각 화소에 대한 뎁스 값을 계산할 수 있다.
이는 각 노출 레벨에서 촬영된 복수의 패턴들에 대한 영상 데이터에서, 인지 불가능한 영역이 발생할 수 있기 때문에 각 노출 레벨에서 인지 가능한 영역에 대해서만 뎁스 값을 계산하고, 이 값들을 복수의 노출 레벨들 모두에 대해 조합함으로써, 피사체의 모든 영역의 화소에 대한 뎁스 값을 계산할 수 있다.
나아가, 계산부(130)는 복수의 노출 레벨들 각각에서 계산된 화소의 뎁스 값을 조합 또는 합칠 때 동일한 화소에 대하여 상이한 뎁스 값이 발생할 수도 있는데, 이러한 경우에는 각 노출 레벨과 촬영된 영상 데이터를 이용하여 저 노출 레벨에서 saturation exposure가 일어난 것인지 고 노출 레벨에서 under exposure가 일어난 것인지 등을 고려함으로써, 해당 화소의 뎁스 값을 결정할 수 있다. 물론, 상술한 내용은 해당 화소의 뎁스 값을 결정하는 한 방법에 대한 예를 설명한 것으로, 본 발명에서 해당 화소에 대한 복수의 뎁스 값에서 어느 하나의 뎁스 값을 결정하는 방법은 이에 한정되지 않으며 적용 가능한 모든 방법이 사용될 수 있다.
이러한 계산부(130)에서 피사체의 모든 영역의 화소에 대한 뎁스 값을 계산한다는 것은 피사체의 모든 영역의 화소에 대한 3차원 좌표를 계산하는 개념을 포함할 수 있다.
스캐닝부(140)는 계산부(130)에 의해 계산된 각 화소의 뎁스 값에 기초하여 촬영부에 의해 촬영되는 피사체를 3차원 스캐닝한다.
구체적으로, 스캐닝부(140)는 계산된 각 화소의 뎁스 값에 기초하여 촬영부에 의해 촬영되는 피사체의 각 화소에 대한 뎁스 값을 보정함으로써, 피사체를 3차원으로 스캐닝할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 3D 스캐닝 장치는 피사체로 프로젝션되는 복수의 패턴들을 복수의 노출 레벨들 각각으로 촬영하고, 복수의 노출 레벨들 각각으로 촬영된 복수의 패턴들에 대한 영상 데이터에 기초하여 촬영되는 피사체의 각 화소에 대한 뎁스 값을 계산함으로써, 계산된 각 화소의 뎁스 값을 이용하여 촬영되는 피사체를 3D로 스캐닝할 수 있다. 물론, 이렇게 스캐닝된 3D 데이터는 장치에 구비되거나 별도로 구비된 저장 수단에 저장될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 3D 스캐닝 장치는 복수의 노출 레벨들로 피사체로 프로젝션되는 복수의 패턴들을 촬영하기 때문에 촬영되는 피사체의 밝은 영역에 대한 뎁스 값은 저 노출 레벨로 촬영된 복수의 패턴들에 대한 영상 데이터를 이용하여 계산하고, 어두운 영역에 대한 뎁스 값은 고 노출 레벨로 촬영된 복수의 패턴들에 대한 영상 데이터를 이용하여 계산할 수 있으며, 따라서 촬영되는 피사체의 밝은 영역과 어두운 영역 모두에 대한 뎁스 값을 계산하여 촬영되는 피사체의 모드 화소에 대해 3D 스캐닝할 수 있다.
나아가, 본 발명의 다른 실시예에 따른 3D 스캐닝 장치는 카메라의 노출을 변화시키지 않은 상태에서 프로젝터에서 프로젝션되는 복수의 패턴들에 대한 광의 강도를 변화시키면서 피사체에 프로젝션함으로써, 동일한 노출 상태에서 촬영되는 상이한 광의 강도를 가지는 패턴들에 기초하여 촬영되는 피사체의 각 화소에 대한 뎁스 값을 계산하고, 이렇게 계산된 뎁스 값에 기초하여 피사체를 3D 스캐닝할 수도 있다.
즉, 프로젝터는 피사체에 일정 형태를 가지는 복수의 패턴들을 상이한 광 강도로 프로젝션한다.
이 때, 프로젝터는 복수의 패턴들 각각에 대하여 상이한 광 강도로 프로젝션할 수도 있고, 복수의 패턴들에 대해 제1 광 강도로 프로젝션한 후 그 다음 복수의 패턴들에 대해 제2 광 강도로 프로젝션하는 방식으로 광 강도를 조절할 수도 있다.
촬영부는 미리 결정된 노출 레벨로 피사체에 상이한 광 강도로 프로젝션되는 복수의 패턴들 각각을 촬영한다.
계산부는 프로젝터에서 프로젝션되는 상이한 광 강도를 가지는 복수의 패턴들과 촬영부에 의해 촬영된 복수의 패턴들에 기초하여 피사체의 각 화소에 대한 뎁스 값을 추정 및 계산한다.
스캐닝부(140)는 계산부에 의해 계산된 각 화소의 뎁스 값에 기초하여 촬영부에 의해 촬영되는 피사체를 3차원 스캐닝한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 스캐닝 방법에 대한 동작 흐름도를 나타낸 것으로, 상술한 도 1 내지 도 5의 3D 스캐닝 장치에서의 동작 흐름도를 나타낸 것이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 스캐닝 방법은 3차원 스캐닝하고자 하는 피사체에 미리 설정된 복수의 패턴들을 프로젝션하고, 피사체에 프로젝션되는 복수의 패턴들 각각을 미리 설정된 복수의 노출 레벨들 각각으로 촬영한다(S610, S620).
여기서, 피사체로 프로젝션되는 복수의 패턴들 각각의 프로젝션 시점과 복수의 패턴들 각각을 촬영하는 시점은 동기되어 이루어질 수 있고, 피사체로 프로젝션되는 복수의 패턴들은 노출 레벨이 조절 가능한 하나의 카메라를 이용하여 피사체에 프로젝션되는 복수의 패턴들 각각을 복수의 노출 레벨들 각각으로 촬영할 수도 있으며, 복수의 패턴들 각각을 복수의 노출 레벨들 각각으로 설정된 복수의 카메라들을 이용하여 복수의 패턴들 각각을 촬영할 수도 있다.
단계 S620에 의해 복수의 노출 레벨들 각각에 의하여 피사체로 프로젝션되는 복수의 패턴들 각각의 영상 데이터가 획득되면, 복수의 노출 레벨들 각각에 의하여 촬영된 피사체로 프로젝션되는 복수의 패턴들 각각의 영상 데이터에 기초하여 피사체의 각 화소에 대한 뎁스 값을 계산한다(S630).
이 때, 단계 S630은 복수의 노출 레벨들 각각에서, 복수의 패턴들 각각의 영상 데이터에 기초하여 피사체의 각 화소에 대한 뎁스 값을 계산하고, 복수의 노출 레벨들 각각에서 계산된 화소에 대한 뎁스 값을 조합함으로써, 피사체의 각 화소에 대한 뎁스 값을 계산할 수 있다.
나아가, 단계 S630은 도 7에 도시된 바와 같이, 복수의 노출 레벨들 각각에 대해 촬영된 복수의 패턴들에 기초하여 복수의 노출 레벨들 각각에 대한 계산 영역을 결정하고, 결정된 계산 영역 각각에서 계산된 화소에 대한 뎁스 값을 조합함으로써, 촬영되는 피사체의 각 화소에 대한 뎁스 값을 계산한다(S710, S720).
여기서, 단계 S630 또는 S720에서 피사체의 각 화소에 대한 뎁스 값을 계산한다는 것은 피사체의 각 화소에 대한 3차원 좌표를 계산하는 개념을 포함할 수 있다.
단계 S630에 의해 피사체의 각 화소에 대한 뎁스 값이 계산되면, 계산된 각 화소의 뎁스 값에 기초하여 촬영되는 피사체를 3차원 스캐닝한다(S640).
물론, 본 발명의 실시예에 따른 3D 스캐닝 방법은 도 1 내지 도 5에서 설명한 3D 스캐닝 장치에서의 동작을 모두 포함할 수 있다.
이상에서 설명된 시스템 또는 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 시스템, 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예들에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (11)

  1. 3차원 스캐닝하고자 하는 피사체에 미리 설정된 복수의 패턴들을 프로젝션하는 프로젝터;
    상기 피사체에 프로젝션되는 상기 복수의 패턴들 각각을 미리 설정된 복수의 노출 레벨들 각각으로 촬영하는 촬영부;
    상기 복수의 노출 레벨들 각각에 의해 촬영된 상기 복수의 패턴들에 기초하여 상기 피사체의 각 화소에 대한 뎁스(depth) 값을 계산하는 계산부; 및
    상기 계산된 뎁스 값에 기초하여 촬영되는 피사체를 3차원 스캐닝하는 스캐닝부
    를 포함하고,
    상기 계산부는
    상기 복수의 노출 레벨들 각각에 의해 촬영된 상기 복수의 패턴들에 대한 영상 데이터에서, 상기 노출 레벨들 각각의 각 화소에 대한 뎁스 값을 계산하며, 상기 노출 레벨들 각각에서 계산된 화소에 대한 뎁스 값을 조합함으로써, 상기 피사체의 각 화소에 대한 뎁스 값을 계산하는 3차원 스캐닝 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 촬영부는
    상기 복수의 노출 레벨들 각각으로 조절 가능한 하나의 카메라를 이용하여 상기 복수의 패턴들 각각을 상기 복수의 노출 레벨들 각각으로 촬영하거나 또는 상기 복수의 패턴들 각각을 상기 복수의 노출 레벨들 각각으로 설정된 복수의 카메라들을 이용하여 상기 복수의 패턴들 각각을 촬영하는 것을 특징으로 하는 3차원 스캐닝 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 촬영부는
    상기 복수의 패턴들 각각이 프로젝션되는 시점에 동기되어 상기 복수의 패턴들 각각을 상기 복수의 노출 레벨들 각각으로 촬영하는 것을 특징으로 하는 3차원 스캐닝 장치.
  6. 3차원 스캐닝하고자 하는 피사체에 미리 설정된 복수의 패턴들을 프로젝션하는 단계;
    상기 피사체에 프로젝션되는 상기 복수의 패턴들 각각을 미리 설정된 복수의 노출 레벨들 각각으로 촬영하는 단계;
    상기 복수의 노출 레벨들 각각에 의해 촬영된 상기 복수의 패턴들에 기초하여 상기 피사체의 각 화소에 대한 뎁스(depth) 값을 계산하는 단계; 및
    상기 계산된 뎁스 값에 기초하여 촬영되는 피사체를 3차원 스캐닝하는 단계
    를 포함하고,
    상기 뎁스 값을 계산하는 단계는
    상기 복수의 노출 레벨들 각각에 의해 촬영된 상기 복수의 패턴들에 대한 영상 데이터에서, 상기 노출 레벨들 각각의 각 화소에 대한 뎁스 값을 계산하며, 상기 노출 레벨들 각각에서 계산된 화소에 대한 뎁스 값을 조합함으로써, 상기 피사체의 각 화소에 대한 뎁스 값을 계산하는 3차원 스캐닝 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제6항에 있어서,
    상기 촬영하는 단계는
    상기 복수의 노출 레벨들 각각으로 조절 가능한 하나의 카메라를 이용하여 상기 복수의 패턴들 각각을 상기 복수의 노출 레벨들 각각으로 촬영하거나 또는 상기 복수의 패턴들 각각을 상기 복수의 노출 레벨들 각각으로 설정된 복수의 카메라들을 이용하여 상기 복수의 패턴들 각각을 촬영하는 것을 특징으로 하는 3차원 스캐닝 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 촬영하는 단계는
    상기 복수의 패턴들 각각이 프로젝션되는 시점에 동기되어 상기 복수의 패턴들 각각을 상기 복수의 노출 레벨들 각각으로 촬영하는 것을 특징으로 하는 3차원 스캐닝 방법.
  11. 3차원 스캐닝하고자 하는 피사체에 미리 결정된 상이한 광 강도로 미리 설정된 복수의 패턴들을 프로젝션하는 프로젝터;
    상기 피사체에 프로젝션되는 상기 복수의 패턴들 각각을 미리 설정된 노출 레벨로 촬영하는 촬영부;
    상기 촬영된 복수의 패턴들에 기초하여 상기 피사체의 각 화소에 대한 뎁스(depth) 값을 계산하는 계산부; 및
    상기 계산된 뎁스 값에 기초하여 상기 촬영되는 피사체를 3차원 스캐닝하는 스캐닝부
    를 포함하고,
    상기 계산부는
    상기 복수의 노출 레벨들 각각에 의해 촬영된 상기 복수의 패턴들에 대한 영상 데이터에서, 상기 노출 레벨들 각각의 각 화소에 대한 뎁스 값을 계산하며, 상기 노출 레벨들 각각에서 계산된 화소에 대한 뎁스 값을 조합함으로써, 상기 피사체의 각 화소에 대한 뎁스 값을 계산하는 3차원 스캐닝 장치.
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