KR101887946B1

KR101887946B1 - 포토센서를 이용한 광학식 3차원 영상획득 동기화 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR101887946B1
Application number: KR1020160153653A
Authority: KR
Inventors: 장현재; 박윤창; 김호열
Original assignee: 주식회사 에프앤디파트너스; 선문대학교 산학협력단
Priority date: 2016-11-17
Filing date: 2016-11-17
Publication date: 2018-08-13
Also published as: KR20180055611A

Abstract

본 발명은 포토센서를 이용한 광학식 3차원 영상획득 동기화 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 패턴화된 이미지를 프로젝션하는 영사부의 프로젝션 타이밍이 불안정할 때, 포토센서를 이용하여 영사부와 영상획득부를 동기화시키는 포토센서를 이용한 광학식 3차원 영상획득 동기화 시스템 및 방법에 관한 것이다.

Description

포토센서를 이용한 광학식 3차원 영상획득 동기화 시스템 및 방법{Optical 3D image acquisition synchronization system using Photo sensor and method}

일반적인 광학식 3차원형상 측정방법은 라인 스캔(Line Scan) 방식과 에어리어 스캔(Area Scan) 방식으로 나뉘며, 상기 에어리어 스캔(Area Scan) 방식의 경우에는 광원에서 조사되는 광을 기준 패턴화하여 측정물에 영사하고 그 측정물의 영상에 따라 변형된 광을 카메라로 다수의 영상을 획득하여 기준패턴과 비교함으로써 측정물의 형상을 측정하는 방식이다.

종래의 광학식 3차원 형상 측정시스템은 한 주기의 기준패턴을 분할하여 이송하여 영사하는데, 도 1은 패턴격자를 PZT(30)로 이송하여 영사하는 방식이고, 도 2는 기준 패턴을 DLP(Digital Light Processing)영사부와 컨트롤러을 이용하여 영사하는 방식이다.

도 1과 도 2를 참조하면, 영상획득부(50)는 영상을 찍는 카메라와 영상을 포획하는 장치로 구성되며, 동기화부(60)는 시스템을 제어하는 제어장치와 외부로 신호를 주고받는 신호장치로 구성되어 있다.

도 1을 참조하면, 기준 패턴을 영사하기 위한 조명장치(10)와 이를 제어하기 위한 조명컨트롤러(20)와 기준 패턴이 인쇄된 패턴 격자를 정밀 이송하는 PZT(30)와 PZT컨트롤러(40)가 영사부를 구성하고 있다.

이때, 동기화부(60)는 조명컨트롤러(20)와 PZT컨트롤러(40), 영상획득부(50)간에 신호를 주고받으며 이를 동기화하는 역할을 수행하게 된다.

도 2를 참조하면, 기준 패턴을 영사하기 위한 영사부(DLP, 80)와 컨트롤러(90)로 구성되어 있다.

이때, 동기화부(60)를 통해 컨트롤러(90)와 영상획득부(50) 간에 신호를 주고받으며, 이를 동기화하는 기능을 수행하게 된다.

상기와 같이, 종래 기술을 살펴보면, 도 1은 조명을 패턴 격자에 영사하며, 패턴 격자를 정밀 이송하기 위해 PZT(30)와 PZT(40)컨트롤러를 사용하였다.

이는 구조가 매우 복잡하고, 정밀 이송을 위한 고가의 이송 장치가 필요할 뿐만 아니라, 동기화부(60)에서 제어해야 할 구성수단들이 많아져 과부하와 효율성저하 및 제조 비용 상승을 발생시키게 된다.

도 2에 도시한 종래 기술은 영사부(DLP, 80)에서 패턴 격자를 영사하기에 도 1보다는 구조가 비교적 간단하지만, 이를 제어 및 동기화하기 위한 컨트롤러(90)를 포함한 전용 시스템을 제작해야 한다.

또한, 영사부(DLP, 80)의 구조적 특징으로 인한 낮은 해상도와 짧은 수명을 제공하고 있지만, 상기한 단점을 가지고 있음에도 불구하고, 비교적 고가의 장치이므로 대중적으로 활용 가치가 떨어지는 문제점이 있었다.

따라서, 상용화된 영사기를 자유롭게 적용이 가능하며, 고가의 영사기와 컨트롤러를 제작할 필요없이 저렴하게 3차원 영상획득 동기화를 수행할 수 있는 포토센서를 이용한 광학식 3차원 영상획득 동기화 시스템을 제안하게 된 것이다.

(등록특허문헌) 대한민국공개특허공보 제10-2012-0036724호

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 고가의 전용 동기화 컨트롤러를 사용하지 않고, 저가의 포토센서를 이용하여 광학식 3차원 영상획득 시스템의 동기화를 수행하도록 하는데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 포토센서를 이용한 광학식 3차원 영상획득 동기화 시스템은,

동기화부(400)로부터 구동 신호를 수신하면 패턴화된 이미지(95)를 대상체(97) 방향으로 프로젝션하는 영사부(100)와;

상기 영사부의 프로젝션을 감지하되, 영사부의 프로젝션이 감지될 경우에 동기화부(400)로 프로젝션 완료 신호를 전송하는 포토센서부(200)와;

동기화부로부터 영상획득 시작신호가 수신되면 영상 획득을 시작하는 영상획득부(300)와;

영사부(100)로 구동 신호를 전송하고, 포토센서부(200)로부터 프로젝션 완료신호가 수신되면 영상획득부로 영상획득 시작신호를 전송하는 동기화부(400);를 포함한다.

본 발명에 따른 포토센서를 이용한 광학식 3차원 영상획득 동기화 시스템 및 방법은, 상용화된 영사기를 자유롭게 적용이 가능하며, 고가의 영사기와 컨트롤러를 제작할 필요가 없으므로, 저렴하게 3차원 동기화가 가능한 영상획득 시스템을 구현하는 효과를 발휘하게 된다.

도 1은 종래의 광학식 영상 측정 시스템 중 패턴격자와 PZT를 사용한 시스템을 설명한 블록도이다.
도 2는 종래의 광학식 영상 측정 시스템 중 DLP를 이용한 영사부를 사용한 시스템을 설명한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 포토센서를 이용한 광학식 3차원 영상획득 동기화 시스템을 설명한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 포토센서를 이용한 광학식 3차원 영상획득 동기화 시스템의 동기화부 블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 포토센서를 이용한 광학식 3차원 영상획득 동기화 방법을 나타낸 흐름도이다.

이하의 내용은 단지 본 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만, 본 발명의 원리를 구현하고 본 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다.

또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시 예들은 원칙적으로, 본 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시 예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명에 의한 포토센서를 이용한 광학식 3차원 영상획득 동기화 시스템 및 방법의 실시예를 통해 상세히 설명하도록 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 포토센서를 이용한 광학식 3차원 영상획득 동기화 시스템을 설명한 블록도이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 상기 포토센서를 이용한 광학식 3차원 영상획득 동기화 시스템은, 영사부(100), 포토센서부(200), 영상획득부(300), 동기화부(400)를 포함하여 구성된다.

구체적으로 설명하면, 상기 영사부(100)는 후술할 동기화부(400)로부터 구동 신호를 수신하면 패턴화된 이미지(95)를 대상체(97) 방향으로 프로젝션하게 된다.

즉, 3차원 영상 획득을 위하여 패턴화된 기준패턴 이미지(95)를 대상체로 프로젝션하게 되고, 영상획득부에서 3차원 영상을 획득하게 되는 것이다.

상기 포토센서부(200)는 영사부의 프로젝션을 감지하되, 영사부의 프로젝션이 감지될 경우에 동기화부(400)로 프로젝션 완료 신호를 전송하는 기능을 수행하게 된다.

따라서, 상기 포토센서부(200)는 한 개를 구성할 수도 있으나, 정확성을 위하여 다수의 포토센서부를 구성하되, 그 설치 위치는 영사부(100)의 전면에 배치하게 된다.

이때, 상기 포토센서부(200)는 기준패턴 이미지 프로젝션 여부와 기준패턴 이미지의 변경 여부를 인식하게 되며, 인식 결과값으로 프로젝션 완료신호를 생성하여 동기화부(400)로 프로젝션 완료 신호를 보내는 것이다.
즉, 상기 포토센서부(200)는 기준패턴 이미지의 변경 여부를 인식함으로 영사부의 프로젝션을 감지하고, 영사부의 프로젝션이 감지되는 경우 프로젝션 완료신호를 생성하고, 생성된 프로젝션 완료신호를 영상획득을 위한 동기화 신호로 하여 동기화부(400)로 제공하는 것이다.

예를 들어, 광량이 변화하게 되면 이에 따라 프로젝션 완료신호를 생성하게 되는 것이다.

상기 영상획득부(300)는 후술할 동기화부로부터 영상획득 시작신호가 수신되면 영상 획득을 시작하게 되며, 영상획득이 완료되면 영상획득 완료신호를 동기화부로 보내게 된다.

한편, 바람직하게 상기 영상획득부(300)는 카메라장치와 영상포획장치를 포함하여 구성되게 된다.

따라서, 동기화부(400)에서 영상획득 시작신호를 수신하면 영상획득을 진행하며, 영상획득을 완료하면 동기화부(400)로 영상획득 완료신호를 보내게 되는 것이다.

상기 동기화부(400)는 영사부(100)로 구동 신호를 전송하고, 포토센서부(200)로부터 프로젝션 완료신호가 수신되면 영상획득부로 영상획득 시작신호를 전송하게 되는 것이다.

상기 동기화부의 제어 흐름을 간단하게 설명하자면, 영사부(100)로 구동신호를 보낸 후, 포토센서부(200)로부터 프로젝션 완료 신호를 수신한다.

그리고, 영상획득부(300)로 영상획득 시작신호를 보낸 후, 영상획득부(300)로부터 영상획득 완료신호를 수신한다.

본 발명의 시스템은 상기한 바와 같이, 포토센서부(200)를 구성함으로써, 동기화 컨트롤러를 사용하지 않고, 동기화를 수행하는 것을 특징으로 한다.

즉, 종래 기술에서 언급하였듯이, 제어 및 동기화를 수행하기 위한 컨트롤러를 구성할 필요없이 저렴한 포토센서부을 이용하여 동기화를 수행하는 것이다.

한편, 상기 영사부(100)는, 상용화된 프로젝터를 자유롭게 도입하게 되므로 고가의 영사기와 컨트롤러를 제작할 필요가 없으므로, 저렴하게 3차원 동기화가 가능하게 된다.

이때, 상기 상용화된 영사부는 동기화부(400)로부터 구동 신호를 수신하면 분할 이송된 기준패턴 이미지를 순서대로 별도의 제어 컨트롤 장치없이도 프로젝션하기만 하면 되는 것이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 포토센서를 이용한 광학식 3차원 영상획득 동기화 시스템의 동기화부 블록도이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 상기 동기화부(400)는, 제어와 신호를 전송하기 위하여, 하기와 같이 구성되게 된다.

즉, 영사부(100)로 구동 신호를 전송하기 위한 구동신호전송처리모듈(410)과,

포토센서부(200)로부터 프로젝션 완료신호를 획득하기 위한 프로젝션완료신호획득모듈(420)과,

상기 프로젝션 완료 신호를 획득할 경우에 영상획득부(300)로 영상획득 시작신호를 전송하기 위한 영상획득시작신호전송처리모듈(430)과,

영상획득부(300)로부터 영상획득 완료신호를 획득하기 위한 영상획득완료신호획득모듈(440)을 포함하여 구성되게 된다.

구체적으로 설명하자면, 상기 구동신호전송처리모듈(410)에 의해, 영사부(100)로 구동 신호를 전송하게 되며, 영사부에서 패턴화된 이미지(95)를 대상체(97) 방향으로 프로젝션하게 될 것이다.

이때, 상기 포토센서부(200)에 의해 영사부의 프로젝션이 감지될 경우에 프로젝션 완료 신호를 전송하게 될 것이며, 상기 프로젝션완료신호획득모듈(420)에 의해, 포토센서부(200)로부터 프로젝션 완료신호를 획득하게 되는 것이다.

이때, 상기 영상획득시작신호전송처리모듈(430)은 프로젝션 완료 신호를 획득하면, 영상획득부(300)로 영상획득 시작신호를 전송하게 될 것이다.

이후, 상기 영상획득부(300)에 의해, 영상획득 시작신호가 수신되면 영상 획득을 시작할 것이며, 영상 획득이 완료되면 영상획득 완료신호를 전송하게 될 것이다.

이때, 상기 영상획득완료신호획득모듈(440)은 영상획득부(300)로부터 영상획득 완료신호를 획득함으로써, 동작이 완료되는 것이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 포토센서를 이용한 광학식 3차원 영상획득 동기화 방법을 나타낸 흐름도이다.

도 5에 도시한 바와 같이, 상기 포토센서를 이용한 광학식 3차원 영상획득 동기화 방법은,

동기화부(400)에 의해, 영사부(100)로 구동 신호를 전송하기 위한 구동신호출력단계(S100)와;

영사부(100)에 의해, 동기화부(400)로부터 구동 신호를 수신하면 패턴화된 이미지(95)를 대상체(97) 방향으로 프로젝션하기 위한 패턴화이미지프로젝션단계(S200)와;

포토센서부(200)에 의해, 영사부의 프로젝션이 감지될 경우에 동기화부(400)로 프로젝션 완료 신호를 전송하기 위한 프로젝션완료신호전송단계(S300)와;

영상획득부(300)가 동기화부(400)에서 전송된 영상획득 시작신호를 수신하면 영상 획득을 시작하기 위한 영상획득단계(S400)와;

영상획득부(300)가 영상 획득 후, 영상 획득 완료 신호를 동기화부(400)로 전송하기 위한 영상획득완료신호전송단계(S500);를 포함하게 된다.

구체적으로 동작 과정을 설명하자면, 최초 동기화부(400)에 의해, 영사부(100)로 구동 신호를 전송(S100)하게 된다.

이후, 영사부(100)에 의해, 동기화부(400)로부터 구동 신호를 수신하면 패턴화된 이미지(95)를 대상체(97) 방향으로 프로젝션(S200)을 처리하게 된다.

이후, 포토센서부(200)에 의해, 기준패턴 이미지의 변경 여부를 인식함으로 영사부의 프로젝션을 감지하고, 영사부의 프로젝션이 감지되는 경우 프로젝션 완료신호를 생성하고, 생성된 프로젝션 완료신호를 영상획득을 위한 동기화 신호로 하여 동기화부(400)로 전송(S300)하게 된다.

이후, 영상획득부(300)가 동기화부(400)에서 전송된 영상획득 시작신호를 수신하면 영상 획득을 시작(S400)하게 되며, 영상 획득 후, 영상 획득 완료 신호를 동기화부(400)로 전송(S500)함으로써, 종료되게 되는 것이다.
상기 포토센서를 이용한 광학식 3차원 영상획득 동기화 방법의 구체적 과정들의 동작 특성은 상술한 포토센서를 이용한 광학식 3차원 영상획득 동기화 시스템에서 설명한 기술적 특징과 동일한바 구체적 설명은 생략하기로 한다.

상기와 같이, 동작하게 되면, 전반적인 제어를 수행하기 위한 고가의 컨트롤러를 도입하거나 별도로 제작할 필요가 없어지므로 저렴하게 3차원 동기화가 가능한 영상획득 시스템을 구현할 수가 있게 되는 것이다.

또한, 영사부의 경우에는 상용화된 영사기를 자유롭게 적용이 가능하므로 고가의 영사기를 도입할 필요가 없게 되는 것이다.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.

100 : 영사부
200 : 포토센서부
300 : 영상획득부
400 : 동기화부

Claims

광학식 3차원 영상획득 동기화 시스템에 있어서,
동기화부(400)로부터 구동 신호를 수신하면 패턴화된 기준패턴 이미지(95)를 대상체(97) 방향으로 프로젝션하는 영사부(100)와;
상기 영사부의 프로젝션을 감지하되, 영사부의 프로젝션이 감지될 경우에 동기화부(400)로 프로젝션 완료 신호를 전송하는 포토센서부(200)와;
동기화부로부터 영상획득 시작신호가 수신되면 영상 획득을 시작하는 영상획득부(300)와;
영사부(100)로 구동 신호를 전송하고, 포토센서부(200)로부터 프로젝션 완료신호가 수신되면 영상획득부로 영상획득 시작신호를 전송하는 동기화부(400);를 포함하여 구성되고,
상기 포토센서부(200)는 기준패턴 이미지의 변경 여부를 인식함으로 영사부의 프로젝션을 감지하고, 영사부의 프로젝션이 감지되는 경우 프로젝션 완료신호를 생성하고, 생성된 프로젝션 완료신호를 영상획득을 위한 동기화 신호로 하여 동기화부(400)로 제공하는 것을 특징으로 하는 포토센서를 이용한 광학식 3차원 영상획득 동기화 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 포토센서부(200)를 구성함으로써,
동기화 컨트롤러를 사용하지 않고, 동기화를 수행하는 것을 특징으로 하는 포토센서를 이용한 광학식 3차원 영상획득 동기화 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 영사부(100)는,
상용화된 프로젝터로써, 상기 동기화부(400)로부터 구동 신호를 수신하면 분할 이송된 기준패턴 이미지를 순서대로 프로젝션하는 것을 특징으로 하는 포토센서를 이용한 광학식 3차원 영상획득 동기화 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 동기화부(400)는,
영사부(100)로 구동 신호를 전송하기 위한 구동신호전송처리모듈(410)과,
포토센서부(200)로부터 프로젝션 완료신호를 획득하기 위한 프로젝션완료신호획득모듈(420)과,
상기 프로젝션 완료 신호를 획득할 경우에 영상획득부(300)로 영상획득 시작신호를 전송하기 위한 영상획득시작신호전송처리모듈(430)과,
영상획득부(300)로부터 영상획득 완료신호를 획득하기 위한 영상획득완료신호획득모듈(440)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 포토센서를 이용한 광학식 3차원 영상획득 동기화 시스템.
광학식 3차원 영상획득 동기화 방법에 있어서,
동기화부(400)에 의해, 영사부(100)로 구동 신호를 전송하기 위한 구동신호출력단계(S100)와;
영사부(100)에 의해, 동기화부(400)로부터 구동 신호를 수신하면 패턴화된 이미지(95)를 대상체(97) 방향으로 프로젝션하기 위한 패턴화이미지프로젝션단계(S200)와;
포토센서부(200)에 의해, 기준패턴 이미지의 변경 여부를 인식함으로 영사부의 프로젝션을 감지하고, 영사부의 프로젝션이 감지되는 경우 프로젝션 완료신호를 생성하고, 생성된 프로젝션 완료신호를 영상획득을 위한 동기화 신호로 하여 동기화부(400)로 전송하기 위한 프로젝션완료신호전송단계(S300)와;
영상획득부(300)가 동기화부(400)에서 전송된 영상획득 시작신호를 수신하면 영상 획득을 시작하기 위한 영상획득단계(S400)와;
영상획득부(300)가 영상 획득 후, 영상 획득 완료 신호를 동기화부(400)로 전송하기 위한 영상획득완료신호전송단계(S500);를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토센서를 이용한 광학식 3차원 영상획득 동기화 방법.