KR102015219B1 - 복합 패턴을 이용한 초고속 편향 측정법을 이용한 자유곡면의 3차원 형상측정시스템 및 측정방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 복합 패턴을 이용한 초고속 편향 측정법을 이용한 형상측정시스템 및 측정방법에 대한 것이다. 보다 상세하게는 형상측정시스템에 있어서, 서로 주파수가 다른 패턴을 합성한 복합패턴을 측정대상물에 투영하는 복합패턴발생부; 상기 측정대상물로부터 반사되는 변형된 복합패턴의 영상을 획득하는 디텍터; 및 상기 복합패턴으로부터 각 주파수별 접힌(wrapped) 위상을 획득하고, 각 접힌 위상으로부터 펼친(unwrapped) 위상을 획득하는 위상획득부; 및 획득된 상기 위상으로부터 상기 측정대상물의 3D 형상을 측정, 분석하는 분석수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 패턴을 이용한 초고속 편향 측정법을 이용한 형상측정시스템에 관한 것이다.
Description
본 발명은 복합 패턴을 이용한 초고속 편향 측정법을 이용한 자유곡면의 3차원 형상측정시스템 및 측정방법에 대한 것이다.
자유곡면이란 어떠한 축에 대해서도 비대칭성을 가진 임의의 면을 말하며 최근 등장한 스마트 안경과 헤드 마운티드 디스플레이(HMD, Head Mounted Display) 등의 최첨단 광학기기의 핵심 부품들은 모두 자유곡면으로 이루어져 있다. 이러한 자유곡면은 기존의 구면이나 비구면으로만 이루어진 광학계의 광학적 성능의 한계를 뛰어넘을 뿐만 아니라 디자인적인 요소도 동시에 충족시킬 수 있기 때문에 전세계적으로 많은 연구가 이루어지고 있다. 편향측정법은 이러한 자유곡면의 삼차원 형상을 측정할 수 있은 대표적인 기술로서 기존의 간섭계와 달리 별도의 기준면 없이도 측정 대상물에 대한 삼차원 형상 측정이 가능하기 때문에 차세대 자유곡면 형상측정기로 각광을 받고 있다.
편향측정법의 기본 원리는 주기적인 패턴을 가진 줄무늬 패턴을 측정하고자 하는 측정대상물 표면에 입사시킨 후 측정 대상물의 형태에 의해 변형된 패턴의 위상을 분석함으로써 각 표면의 기울기 변화를 측정하게 된다. 즉 측정하고자 하는 대상물의 형상이 z=z(x,y)라고 가정을 하면 편향측정법을 통해 얻게되는 측정값은 입사된 패턴의 방향에 따라 x축 방향 기울기 성분(∂z/∂x)과 y축 방향 기울기 성분(∂z/∂y)을 각각 얻을 수 있다. 따라서 측정된 위상으로부터 획득된 x축과 y축 방향의 두 기울기 성분을 적분을 하게 되면 측정 대상물에 대한 삼차원 형상을 복원하여 얻을 수 있게 된다.
이때, 외부 진동과 환경변화에 의해 측정 과정 중에 생기는 오차를 최대한 줄이고 삼차원 표면 형상을 정확하기 측정하기 위해서는 무엇보다도 빠른 속도로 위상을 측정할 수 있어야 한다. 측정 과정 중에 외부 환경 오차로 인해 측정 대상물에 영향을 주게 되면 이로 인해 측정 결과에 심각한 오차를 유발하게 된다.
LCD를 비롯한 대다수의 상업용 디스플레이는 일반적으로 인간의 시각적 인식을 높이기 위해 감도 특성이 비선형적이고 특히 더 밟은 색조보다 어두운 색조간의 상대적 차이가 크게 된다. 그러나 휘도에 따른 카메라와 같은 디지털 장비의 감도 특성은 사람의 눈과 틀리다.
위상천이 편향측정법에서 측정을 위해 디스플레이에서 생성된 정현파 패턴의 강도는 카메라를 통해 측정하게 되면 실제 정현파 패턴이 아닌 왜곡된 패턴을 얻게 된다. 이러한 디스플레이와 카메라에서 위발된 비선형 성분은 주로 측정 결과값에 심각한 측정 오차를 유발하게 된다.
F. Liu, Y.We and F.Wu 2015 Correction of phase extraction error in phase-shifting interferometry based on Lissajous figure and ellipse fitting technology Optic Express. 23 10794-10807
C.Wei, M.Chen, H.Guo, and Z.Wang, "General phase-stepping algorithm using Lissajous figure technique", Proc.SPIE 3478, 0277(1998))
J.Xu, Q.Xu, and H. Peng, ""Spatial carrier phase-shifting algorithm based on least-squares iteration"", Applied Optics, 47(29) 5446-5453 (2008)
Zhichao Dong and Haobo Cheng, "Hybrid algorithm for phase retrieval from a single spatial carrier fringe pattern", Applied Optics 55 7565-7573
C.E.Towers, et al, "Absolute fringe order calculation using optimised multi-frequency selection in full-field profilometry, Opt.Eng 43, 788-800, 2005
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 실시예에 따르면, 복수의 서로 다른 주파수를 갖는 패턴을 합성한 복합패턴을 측정대상물에 전사하여 복합패턴 영상을 획득하고 이러한 복합패턴에 대해 푸리에 변환을 통해 각 주파수별 접힌(wrapped) 위상을 획득하고 복수의 접힌 위상으로부터 펼친(unwrapped) 위상을 획득하여 신속하고 정확하게 자유곡면을 갖는 측정대상물의 형상을 측정, 분석할 수 있는 복합 패턴을 이용한 초고속 편향 측정법을 이용한 형상측정시스템 및 측정방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 2개의 서로 다른 주파수를 갖는 패턴을 합성한 복합패턴에 대해 서로 다른 주파수를 갖는 복수의 복합패턴을 측정대상물에 전사하여 복수의 복합패턴 영상을 획득하고, 이러한 복합패턴에 대해 푸리에 변환을 통해 각 주파수별 접힌(wrapped) 위상을 획득하고 복수의 접힌 위상으로부터 펼친(unwrapped) 위상을 획득하여 신속하고 정확하게 자유곡면을 갖는 측정대상물의 형상을 측정, 분석할 수 있는 복합 패턴을 이용한 초고속 편향 측정법을 이용한 형상측정시스템 및 측정방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 제1목적은, 형상측정시스템에 있어서, 서로 주파수가 다른 패턴을 합성한 복합패턴을 측정대상물에 투영하는 복합패턴발생부; 상기 측정대상물로부터 반사되는 변형된 복합패턴의 영상을 획득하는 디텍터; 및 상기 복합패턴으로부터 각 주파수별 접힌(wrapped) 위상을 획득하고, 각 접힌 위상으로부터 펼친(unwrapped) 위상을 획득하는 위상획득부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 패턴을 이용한 초고속 편향 측정법을 이용한 형상측정시스템으로서 달성될 수 있다.
그리고 상기 복합패턴은, 수직방향패턴인 제1방향패턴과, 수평방향패턴인 제2방향패턴과, 수평방향에서 시계방향으로 45도 회전된 제3방향패턴과, 수평방향에서 반시계방향으로 45도 회전된 제4방향패턴을 합성하여 생성된 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 위상획득부는, 획득된 상기 복합패턴의 이미지를 푸리에 변환을 통해 제1 내지 제4방향패턴 각각의 독립된 패턴으로 분리하는 독립패턴추출부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 위상획득부는, 독립패턴추출부에 의해 추출된 각 독립된 패턴에 대해 사인패턴을 정규화하는 정규화부와, 정규화된 사인패턴으로부터 픽셀 단위로 이동시킨 복수의 공간 위상천이된 패턴으로부터 접힌 위상을 추출하는 접힌위상추출부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 정규화부는, 비정규화된 사인패턴 신호에 대해 Lissajous figure와, Ellipse fitting 방법을 적용하여 사인패턴을 정규화하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 접힌위상추출부는, 정규화된 사인패턴으로부터 제1 내지 제4방향패턴 각각에 대해 픽셀단위로 이동시킨 복수의 공간위상천이된 패턴을 얻고, 상기 공간위상천이된 패턴 각각에 대해 위상천이량을 획득하고 이로부터 제1 내지 제4방향패턴 각각에 대해 접힌 위상을 추출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 제1방향패턴과 상기 제2방향패턴에 대한 한주기 위상을 구하여, 상기 제1방향패턴과 상기 제2방향패턴에 대한 펼친 위상을 획득하는 펼친위상획득부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 획득된 상기 위상으로부터 상기 측정대상물의 3D 형상을 측정, 분석하는 분석수단을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제2목적은 형상측정방법에 있어서, 복합패턴발생부가 수직방향패턴인 제1방향패턴과, 수평방향패턴인 제2방향패턴과, 수평방향에서 시계방향으로 45도 회전된 제3방향패턴과, 수평방향에서 반시계방향으로 45도 회전된 제4방향패턴을 합성하여 획득한 복합패턴을 측정대상물에 투영하는 단계; 디텍터가 상기 측정대상물로부터 반사되는 변형된 복합패턴의 영상을 획득하는 단계; 위상획득부가 상기 복합패턴으로부터 각 주파수별 접힌(wrapped) 위상을 획득하고, 각 접힌 위상으로부터 펼친(unwrapped) 위상을 획득하는 단계; 및 분석수단이 획득된 상기 위상으로부터 상기 측정대상물의 3D 형상을 측정, 분석하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 패턴을 이용한 초고속 편향 측정법을 이용한 형상측정방법으로서 달성될 수 있다.
그리고 상기 위상을 획득하는 단계는, 독립패턴추출부가 획득된 상기 복합패턴의 이미지를 푸리에 변환을 통해 제1 내지 제4방향패턴 각각의 독립된 패턴으로 분리하는 단계; 정규화부가 독립패턴추출부에 의해 추출된 각 독립된 패턴에 대해 사인패턴을 정규화하는 단계; 접힌위상추출부가 정규화된 사인패턴으로부터 픽셀 단위로 이동시킨 복수의 공간 위상천이된 패턴으로부터 접힌 위상을 추출하는 단계; 및 펼친위상획득부가 상기 제1방향패턴과 상기 제2방향패턴에 대한 한주기 위상을 구하여, 상기 제1방향패턴과 상기 제2방향패턴에 대한 펼친 위상을 획득하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 패턴을 이용한 초고속 편향 측정법을 이용한 형상측정방법으로서 달성될 수 있다.
또한, 상기 정규화하는 단계는, 비정규화된 사인패턴 신호에 대해 Lissajous figure와, Ellipse fitting 방법을 적용하여 사인패턴을 정규화하고, 상기 접힌 위상을 추출하는 단계는, 정규화된 사인패턴으로부터 제1 내지 제4방향패턴 각각에 대해 픽셀단위로 이동시킨 복수의 공간위상천이된 패턴을 얻고, 상기 공간위상천이된 패턴 각각에 대해 위상천이량을 획득하고 이로부터 제1 내지 제4방향패턴 각각에 대해 접힌 위상을 추출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제3목적은 형상측정시스템에 있어서, 수직방향패턴인 제1방향패턴과 수평방향패턴인 제2방향패턴을 합성한 복합패턴에 대해 서로 다른 주파수를 갖는 복수의 복합패턴을 측정대상물에 투영하는 복합패턴발생부; 상기 측정대상물로부터 반사되는 변형된 복수의 복합패턴의 영상을 획득하는 디텍터; 및 복수의 복합패턴 각각에 대해 제1방향패턴과 제2방향패턴으로 분리하고, 상기 제1방향패턴에 대한 각 주파수별 접힌(wrapped) 위상과 제2방향패턴에 대한 각 주파수별 접힌 위상을 획득하고, 복수의 각 접힌 제1방향패턴의 접힌 위상으로부터 펼친(unwrapped)된 제1방향패턴의 위상을 획득하고 복수의 각 접힌 제2방향패턴의 접힌 위상으로부터 펼친(unwrapped) 제2방향패턴의 위상을 획득하는 위상획득부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 패턴을 이용한 초고속 편향 측정법을 이용한 형상측정시스템으로서 달성될 수 있다.
그리고 상기 위상획득부는, 획득된 복수의 상기 복합패턴의 이미지 각각을 푸리에 변환을 통해 복수의 제1방향패턴과 복수의 제2방향패턴 각각의 독립된 패턴으로 분리하는 독립패턴추출부; 독립패턴추출부에 의해 추출된 복수의 제1방향패턴과 복수의 제2방향패턴 각각의 독립된 패턴에 대해 사인패턴을 정규화하는 정규화부; 및 정규화된 사인패턴으로부터 픽셀 단위로 이동시킨 복수의 공간 위상천이된 패턴으로부터 제1방향패턴에 대한 복수의 접힌 위상과 제2방향패턴에 대한 복수의 접힌 위상을 추출하는 접힌위상추출부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 위상획득부는, 상기 제1방향패턴에 대한 복수의 접힌 위상의 위상차에 기반하여 제1방향패턴에 대한 펼친위상을 획득하고, 상기 제2방향패턴에 대한 복수의 접힌 위상의 위상차에 기반하여 제2방향패턴에 대한 펼친위상을 획득하는 펼친위상획득부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제4목적은 형상측정방법에 있어서, 복합패턴발생부가 수직방향패턴인 제1방향패턴과 수평방향패턴인 제2방향패턴을 합성한 복합패턴에 대해 서로 다른 주파수를 갖는 복수의 복합패턴을 측정대상물에 투영하는 단계;디텍터가 상기 측정대상물로부터 반사되는 변형된 복수의 복합패턴의 영상을 획득하는 단계; 독립패턴추출부가 획득된 복수의 상기 복합패턴의 이미지 각각을 푸리에 변환을 통해 복수의 제1방향패턴과 복수의 제2방향패턴 각각의 독립된 패턴으로 분리하는 단계; 정규화부가 독립패턴추출부에 의해 추출된 복수의 제1방향패턴과 복수의 제2방향패턴 각각의 독립된 패턴에 대해 사인패턴을 정규화하는 단계; 접힌위상추출부가 정규화된 사인패턴으로부터 픽셀 단위로 이동시킨 복수의 공간 위상천이된 패턴으로부터 복수의 제1방향패턴 각각에 대한 접힌 위상과 복수의 제2방향패턴 각각에 대한 접힌 위상을 추출하는 단계; 펼친위상획득부가 상기 제1방향패턴에 대한 복수의 접힌 위상의 위상차에 기반하여 제1방향패턴에 대한 펼친위상을 획득하고, 상기 제2방향패턴에 대한 복수의 접힌 위상의 위상차에 기반하여 제2방향패턴에 대한 펼친위상을 획득하는 단계; 및 분석수단이 획득된 상기 위상으로부터 상기 측정대상물의 3D 형상을 측정, 분석하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 패턴을 이용한 초고속 편향 측정법을 이용한 형상측정방법으로서 달성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 복합 패턴을 이용한 초고속 편향 측정법을 이용한 형상측정시스템 및 측정방법에 따르면, 복수의 서로 다른 주파수를 갖는 패턴을 합성한 복합패턴을 측정대상물에 전사하여 복합패턴 영상을 획득하고 이러한 복합패턴에 대해 푸리에 변환을 통해 각 주파수별 접힌(wrapped)위상을 획득하고 복수의 접힌 위상으로부터 펼친 위상을 획득하여 신속하고 정확하게 자유곡면을 갖는 측정대상물의 형상을 측정, 분석할 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복합 패턴을 이용한 초고속 편향 측정법을 이용한 형상측정시스템 및 측정방법에 따르면, 2개의 서로 다른 주파수를 갖는 패턴을 합성한 복합패턴에 대해 서로 다른 주파수를 갖는 복수의 복합패턴을 측정대상물에 전사하여 복수의 복합패턴 영상을 획득하고, 이러한 복합패턴에 대해 푸리에 변환을 통해 각 주파수별 접힌(wrapped) 위상을 획득하고 복수의 접힌 위상으로부터 펼친(unwrapped) 위상을 획득하여 신속하고 정확하게 자유곡면을 갖는 측정대상물의 형상을 측정, 분석할 수 있는 효과를 갖는다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 편향측정법을 이용한 3차원 형상 측정 시스템의 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 복합 패턴을 이용한 초고속 편향 측정법을 이용한 형상측정시스템의 구성도,
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 복합패턴을 이용한 초고속 편향 측정법을 이용한 형상측정방법의 흐름도,
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 복합패턴발생부에 의한, 4개의 상이한 패턴을 합성한 복합패턴 생성방법의 흐름을 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 독립패턴추출부에 의한 푸리에 변환을 통한 복합패턴으로부터 독립된 4개의 위상을 추출하는 방법을 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 푸리에 영역에서의 복합패턴의 주파수 성분분석 및 각 필터의 위치를 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따라 복합패턴을 4개의 패턴으로 분리하기 위한 푸리에 영역에서의 각 필터의 모양
도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 공간 반송 주파수 위상천이방법(spatial-carrier frequency phase-shifting method(SCFPS))을 적용하기 위한 Lissajous figure의 생성 및 패턴 정규화방법을 나타낸 도면,
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 복합패턴을 이용한 초고속 편향 측정법을 이용한 형상측정방법의 흐름도,
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 3개의 서로 다른 주파수를 갖는 복합패턴에서의 공간 반송 주파수 위상천이방법을 이용한 펼친 위상을 획득하기 위한 흐름을 나타낸 도면,
도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 독립패턴추출부에 의한 푸리에 변환을 통한 복합패턴으로부터 독립된 제1방향패턴과 제2방향패턴을 추출하는 방법을 도시한 것이다.
도 1은 편향측정법을 이용한 3차원 형상 측정 시스템의 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 복합 패턴을 이용한 초고속 편향 측정법을 이용한 형상측정시스템의 구성도,
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 복합패턴을 이용한 초고속 편향 측정법을 이용한 형상측정방법의 흐름도,
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 복합패턴발생부에 의한, 4개의 상이한 패턴을 합성한 복합패턴 생성방법의 흐름을 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 독립패턴추출부에 의한 푸리에 변환을 통한 복합패턴으로부터 독립된 4개의 위상을 추출하는 방법을 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 푸리에 영역에서의 복합패턴의 주파수 성분분석 및 각 필터의 위치를 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따라 복합패턴을 4개의 패턴으로 분리하기 위한 푸리에 영역에서의 각 필터의 모양
도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 공간 반송 주파수 위상천이방법(spatial-carrier frequency phase-shifting method(SCFPS))을 적용하기 위한 Lissajous figure의 생성 및 패턴 정규화방법을 나타낸 도면,
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 복합패턴을 이용한 초고속 편향 측정법을 이용한 형상측정방법의 흐름도,
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 3개의 서로 다른 주파수를 갖는 복합패턴에서의 공간 반송 주파수 위상천이방법을 이용한 펼친 위상을 획득하기 위한 흐름을 나타낸 도면,
도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 독립패턴추출부에 의한 푸리에 변환을 통한 복합패턴으로부터 독립된 제1방향패턴과 제2방향패턴을 추출하는 방법을 도시한 것이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.
이하에서는 본 발명에 따른 본 발명에 따른 복합 패턴을 이용한 초고속 편향 측정법을 이용한 형상측정시스템(100)의 구성, 기능 및 형성측정방법에 대해 설명하도록 한다. 도 1은 편향측정법을 이용한 3차원 형상 측정 시스템(100)의 개략도를 도시한 것이다. 그리고 도 2는 본 발명에 따른 복합 패턴을 이용한 초고속 편향 측정법을 이용한 형상측정시스템(100)의 구성도를 도시한 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 편향측정법에서 빠른 속도로 측정 대상물의 삼차원 형상을 측정하기 위한 시스템(100) 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 복합 패턴을 이용한 초고속 편향 측정법을 이용한 형상측정시스템(100)은, 복합패턴을 생성하여 측정대상물(1)에 투영하는 복합패턴발생부(10)와, 측정대상물(1)로부터 반사되는 변형된 복합패턴의 영상을 획득하는 디텍터(20)와, 복합패턴으로부터 각 주파수별 접힌(wrapped) 위상을 획득하고, 각 접힌 위상으로부터 펼친(unwrapped) 위상을 획득하는 위상획득부(30)와, 획득된 상기 위상으로부터 상기 측정대상물의 3D 형상을 측정, 분석하는 분석수단(40)을 포함하여 구성될 수 있다.
도 1은 편향측정법을 이용한 3차원 형상 측정 시스템(100)의 개략도를 도시한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 복합패턴발생부(10)는 서로 주파수가 다른 패턴을 합성한 복합패턴을 측정대상물에 투영하게 된다. 그리고 디텍터(20)는 측정대상물로부터 반사되는 변형된 복합패턴의 영상을 획득하게 된다. 그리고, 위상획득부(30)는 복합패턴으로부터 각 주파수별 접힌 위상을 획득하고, 각 접힌 위상으로부터 펼친(unwrapped) 위상을 획득하게 된다. 또한, 분석수단(40)은 이러한 디텍터(20)에서 측정된 변형된 복합패턴으로부터 위상을 분석하여 측정대상물(1)에 대한 3D 형상을 얻게 된다. 또한, 제어부는 스크린(10)과 디텍터(20) 모두에 연결되어 이들을 제어하게 된다. 후에 상세히 설명되는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 위상획득부(30)는 독립패턴추출부(31)와, 정규화부(32), 접힌위상측정부, 펼친위상획득부(34)를 포함하여 구성될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제1실시예에 따른 복합패턴을 이용한 초고속 편향 측정법을 이용한 형상측정방법에 대해 보다 상세하게 설명하도록 한다. 먼저, 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 복합패턴을 이용한 초고속 편향 측정법을 이용한 형상측정방법의 흐름도를 도시한 것이다.
본 발명의 제1실시예는 편향측정법에서 4개의 다른 주파수를 갖은 복합 패턴을 이용한 위상 펼침(unwrapping) 알고리즘에 관한 것으로, 도 4 및 도 5에서 도시된 바와 같이 푸리에 변환을 통해 각 주파수별 접힌 위상을 획득하고 4개의 접힌(wrapped) 위상으로부터 펼친(unwrapped) 위상을 획득하는 방법이다.
본 발명의 제1실시예에 따른 복합패턴생성부는 4개의 상이한 패턴을 생성한다. 생성된 패턴은 수직 방향 패턴인 제1방향패턴, 수평 방향 패턴인 제2방향패턴, 수평 방향 패턴에서 시계방향으로 45도 회전된 제3방향패턴, 수평 방향 패턴에서 반시계방향으로 45도 회전된 제4방향패턴이다. 각 패턴은 수학적 1 내지 4로 아래와 같이 표현된다.
[수학식 1] 제1방향패턴
[수학식 2] 제2방향 패턴
[수학식 3] 제3방향 패턴
[수학식 4] 제4방향 패턴
그리고 수학식 1에서 4까지의 패턴을 합성하면 아래의 수학식 5와 같이 복합 패턴을 생성하게 된다(S1). 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 복합패턴발생부(10)에 의한, 4개의 상이한 패턴을 합성한 복합패턴 생성방법의 흐름을 도시한 것이다.
[수학식 5]
또는,
여기서, f는 스크린에 주사하고자 하는 패턴의 주파수를 나타낸다.
그리고 복합 패턴을 측정대상물에 전사하고 디텍터(카메라, 20)를 통해 반사된 복합패턴의 이미지를 획득한다(S3).
그리고 독립패턴추출부(31)는 획득된 상기 복합패턴의 이미지를 푸리에 변환을 통해 제1 내지 제4방향패턴 각각의 독립된 패턴으로 분리하게 된다(S4).
즉, 독립패턴추출부(31)는 획득된 복합패턴의 이미지를 푸리에 변환을 통해 4개의 독립된 패턴으로 분리한다. 본 특허의 기술적 특징은 푸리에 변환을 통해 4개의 독립된 패턴으로부터 위상을 측정하기 위해 공간 반송 주파수 위상천이 방법(spatial-carrier frequency phase-shifting method(SCFPS))을 이용하는 것이다. 도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 독립패턴추출부(31)에 의한 푸리에 변환을 통한 복합패턴으로부터 독립된 4개의 위상을 추출하는 방법을 도시한 것이다. 그리고 도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 푸리에 영역에서의 복합패턴의 주파수 성분분석 및 각 필터의 위치를 도시한 것이다. 또한, 도 7은 본 발명의 제1실시예에 따라 복합패턴을 4개의 패턴으로 분리하기 위한 푸리에 영역에서의 각 필터의 모양을 나타낸 것이다.
이러한 방법은 푸리에 변환 방법의 가장자리 오차 문제를 해결함과 동시에 위상천이방법을 이용해 정확한 위상을 추출할 수 있는 장점이 있다. 주파수 변환을 통해 획득된 복합 패턴은 도 5에 도시된 바와 같이, 주파수 영역에서 나타나고 아래와 같은 수학식 7로 표현된다.
[수학식 7]
여기서 대문자는 푸리에 영역에서의 각 주파수 성분을 나타내고, u, v는 푸리에 영역에서의 좌표, f는 반송주파수값을 나타낸다. 이때, 반송주파수 f값은 충분히 큰 값을 주어 각 주파수 성분들끼리 겹치는 일이 없도록 한다. 도 6의 푸리에 영역에서의 주파수 분포 성분에 도 7에서 제시된 4개의 필터를 각각 적용하게 되면 아래의 수학식 8 내지 11의 주파수 성분을 얻게 된다.
[수학식 8]
[수학식 9]
[수학식 10]
[수학식 11]
또한, 위에서 획득된 각 주파수 성분에 역푸리에 변환을 하게 되면 아래와 같은 수학식 12 내지 15의 신호를 같은 얻게 된다.
[수학식 12]
[수학식 13]
[수학식 14]
[수학식 15]
여기서 | | 는 절대값을 나타낸다.
그리고 공간 반송주파수 위상천이방법(spatial-carrier frequency phase-shifting method(SCFPS))을 통한 주파수별 접힌(wrapped) 위상을 측정한다. 즉, SCFPS방법을 통해 각 주파수별 분리된 사인 패턴의 접힌(wrapped) 위상을 추출하는 것이다.
본 발명의 제1실시예에 따른 위상획득부(30)는, 독립패턴추출부(31)에 의해 추출된 각 독립된 패턴에 대해 사인패턴을 정규화하는 정규화부(32)와, 정규화된 사인패턴으로부터 픽셀 단위로 이동시킨 복수의 공간 위상천이된 패턴으로부터 접힌 위상을 추출하는 접힌위상추출부(33)를 포함하여 구성된다.
정규화부(32)는 비정규화된 사인패턴 신호에 대해 Lissajous figure와, Ellipse fitting 방법을 적용하여 사인패턴을 정규화하게 된다(S5). 즉, 위상 추출시 외부 환경 및 측정 시편의 상태에 의해 사인 패턴이 변형됨으로써 오차가 발생하는 것을 최소화시키기 위해 Lissajous figure와 Ellipse fitting 방법을 사용한다. 이러한 방법을 통해 사인 패턴을 정규화시킴으로써 위상 추출의 정확성을 높이게 된다. 일반적으로 비정규화된 사인 패턴의 신호는 아래의 수학식 16과 같다.
[수학식 16]
여기서, A(x,y)와 B(x,y)는 사인 패턴의 배경광 크기와 진폭 값을 나타낸다. 도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 공간 반송 주파수 위상천이방법(spatial-carrier frequency phase-shifting method(SCFPS))을 적용하기 위한 Lissajous figure의 생성 및 패턴 정규화방법을 나타낸 것이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 비정규화된 사인 패턴의 신호로부터 5개의 픽셀 정보[1, 2, 3, 4, 5]값을 차례로 얻고 이를 Ni(i=1, 2, 3, 4, 5)에 저장하고, 한 픽셀을 이동시켜 Ni와 차례로 5개의 픽셀[2, 3, 4, 5, 6] 정보 값을 얻어 Di (i=1, 2, 3, 4, 5)에 저장한다. 그 다음 x축을 Ni값으로 y축을 Di으로 하는 Lissajous figure를 생성한다. Lissajous figure를 생성하기 위해서는 최소한 5개 이상의 측정 값이 필요하고 측정 값이 많을수록 측정의 정확도는 높아지지만 계산시간이 오래 걸리는 단점이 있다. 생성된 Lissajous figure는 타원형태로 표현되고 아래의 수학식 17과 같이 conic 방정식으로 표현된다.
[수학식 17]
여기서, I1 = Ni , I2 = Di(C1, C2, C3, C4, C5, C6)는 conic 상수로이다. (이때, C6는 방정식의 편의성을 위해 보통 -1로 주어진다).
최소 자승 맞춤법(least square fitting method)에 의해 사인 패턴의 배경광 및 진폭의 크기는 아래와 같이 계산된다.
[수학식 18]
이때, α와 △는 아래의 수학식 19와 같다.
[수학식 19]
그리고 배경광 및 진폭 값을 획득하면 아래의 수학식 20과 같이, 사인 패턴을 정규화시킬 수 있다.
[수학식 20]
그리고 접힌위상추출부(33)는 정규화된 사인패턴으로부터 픽셀 단위로 이동시킨 복수의 공간 위상천이된 패턴으로부터 접힌 위상을 추출하게 된다(S6). 즉, 접힌위상추출부(33)는 정규화된 사인패턴으로부터 제1 내지 제4방향패턴 각각에 대해 픽셀단위로 이동시킨 복수의 공간위상천이된 패턴을 얻고, 상기 공간위상천이된 패턴 각각에 대해 위상천이량을 획득하고 이로부터 제1 내지 제4방향패턴 각각에 대해 접힌 위상을 추출하게 된다.
구체적으로, 정규화된 사인패턴으로부터, 아래와 같이 픽셀 단위로 이동시킨 4개의 공간 위상 천이된 패턴을 얻는다. 수직방향패턴인 제1방향패턴의 경우는 아래의 수학식 21 내지 24와 같다.
[수학식 21]
[수학식 22]
[수학식 23]
[수학식 24]
그리고 수평방향패턴인 제2방향패턴의 경우는 아래의 수학식 25 내지 29와 같다.
[수학식 25]
[수학식 26]
[수학식 27]
[수학식 28]
그리고 수평방향패턴에서 시계방향으로 45도 방향으로 회전된 제3방향패턴의 경우 아래의 수학식 29 내지 32와 같다.
[수학식 29]
[수학식 30]
[수학식 31]
[수학식 32]
그리고 수평방향패턴에서 반시계방향으로 45도 방향으로 회전된 제4방향패턴의 경우 아래의 수학식 33 내지 36와 같다.
[수학식 33]
[수학식 34]
[수학식 35]
[수학식 36]
그리고 위에서 언급된 공간 위상 천이된 패턴으로부터 접힌 위상을 추출하는 방법은 아래와 같다. 수직방향 패턴을 예를 들어 설명하면 아래와 같다. 먼저, 정규화된 수직방향패턴인 제1방향패턴은 아래의 수학식 37과 같이 표현된다.
[수학식 37]
여기서, 
는 정규화된 배경광, 
는 정규화된 진폭을 나타낸다. 이론적으로는, 
= 0, 
= 1이 된다.
실제로는 외부 잡음으로 인해 , 
와, 
가 사인 패턴 내에서 크기를 변하지만 인접한 4개의 픽셀 내에서는 아래와 같이 수학식 38로 가정할 수 있다.
[수학식 38]
수학식 21에서 24로 표현된 수직 방향 패턴에서 위상을 구하는 방법은 다음과 같다. 위상천이량은 각 픽셀마다 동일하거나 상이할 수 있지만 외부 진동 및 환경 잡음에 의해 변화된 위상천이량을 보상하기 위해 푸리에 변환(Fourier transform method) 또는 최소자승반복연산(least square iterative method)을 수행하게 된다. 본 발명의 제1실시예에서느 푸리에 변환을 통한 위상천이량을 획득하고 이로부터 위상을 구하는 방법을 설명하도록 한다. 수학식 21로 표현된 수직 방향의 패턴을 푸리에 변환을 하게 되면 아래 수학식 39과 같이 표현된다.
[수학식 39]
그리고 필터를 통해 특정 주파수 f 성분만 획득하고 이를 역 푸리에 변환을 하면 수학식 40과 같다.
[수학식 40]
그 다음 
의 위상은 아래와 같이 수학식 41과 같이 주어진다.
[수학식 41]
이와 마찬가지로, 
의 위상을 아래의 수학식 42 내지 44와 같이 구한다.
[수학식 42]
[수학식 43]
[수학식 44]
그리고 획득된 위상으로부터 각 위상천이량은 아래의 수학식 45 내지 48과 같이 구해진다.
[수학식 45]
[수학식 46]
[수학식 47]
[수학식 48]
그리고 획득된 각 위상천이량을 최소자승반복알고리즘에 넣어 각 패턴에 대한 위상값을 아래와 같이 구할 수 있다. 수학식 21에서부터 24로 표현된 수직 방향의 패턴은 아래와 같이 수학식 49로 표현된다.
[수학식 49]
여기서,
최소자승알고리즘에 의하면 이하의 수학식 50으로 표현된 오차 값이 최소가 될 때의 위상 값을 구하면 된다.
[수학식 50]
여기서 
는 실험을 통해 획득된 정규화된 패턴 값, N은 총 획득된 패턴의 개수를 나타낸다. 수학식 50이 최소가 될 때의 위상 값은 아래 조건을 만족한다.
[수학식 51]
그리고 위의 수학식 51는 아래와 같이 표현된다.
[수학식 52]
여기서,
[수학식 53]
[수학식 54]
[수학식 55]
여기서, 
는 간단히 δnx로 표현되었다.
위에서 획득된 E(x,y)와 F(x,y)를 이용하여 패턴 Ix(x,y) 로부터 위상은 다음의 수학식 56과 같이 구해진다.
[수학식 56]
마찬가지로 각 패턴 Iy(x,y),I1xy(x,y),I2xy(x,y)으로부터 패턴 별 위상 값 
, 
, 
를 구하게 된다.
그리고 본 발명의 제1실시예에 따른 위상획득부(30)는 펼친위상획득부(34)를 포함하며, 펼친위상획득부(34)는 제1방향패턴과 제2방향패턴에 대한 한주기 위상을 구하여, 제1방향패턴과 제2방향패턴에 대한 펼친 위상을 획득하게 된다(S7).
즉, 획득된 4개의 접힌 위상으로부터 아래와 같은 방법을 통해 펼친(unwrapped) 위상을 계산할 수 있다. 맨처음 아래의 수학식 57과 58과 같이 수직방향패턴인 제1방향패턴과 수평방향패턴인 제2방향패턴에 대한 한주기 위상을 구하게 된다.
[수학식 57]
[수학식 58]
여기서, wrapToPi는 위상 값을 [-π, π]의 범위로 재 구성해 주는 변환 연산자로 아래와 같이 표현된다.
[수학식 59]
여기서, "mod" 는 2π로 값을 나눈 후 나머지 값을 의미한다. 그 다음 수직과 수평 방향 패턴에 대한 펼친(unwrapped) 위상은 아래의 수학식 60과 61과 같이 주어진다.
[수학식 60]
[수학식 61]
그리고 분석수단(40)은 획득된 상기 위상으로부터 상기 측정대상물의 3D 형상을 측정, 분석하게 된다(S8).
이하에서는 본 발명의 제2실시예에 따른 복합패턴을 이용한 초고속 편향 측정법을 이용한 형상측정방법에 대해 설명하도록 한다. 먼저 도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 복합패턴을 이용한 초고속 편향 측정법을 이용한 형상측정방법의 흐름도를 도시한 것이다. 그리고 도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 3개의 서로 다른 주파수를 갖는 복합패턴에서의 공간 반송 주파수 위상천이방법을 이용한 펼친 위상을 획득하기 위한 흐름을 나타낸 것이다.
도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에서는 제1실시예에서와 같이, 수직방향패턴인 제1방향패턴과 수평방향인 제2방향패턴을 합성한 복합패턴에 대해 서로 다른 주파수를 갖는 복수의 복합패턴을 생성하여(S10) 측정대상물에 주사하게 된다(S20). 디텍터(20)는 이러한 반사된 복합패턴을 획득하게 되며(S30) 위상획득부(30)는 복수의 복합패턴에 대해 각각 제1방향패턴과 제2방향패턴으로 독립추출한 후(S40), 정규화하고(S50), 각각의 제1방향패턴, 제2방향패턴에 대해 복수의 접힌 위상을 추출한 후(S60), 복수의 제1방향패턴의 접힌 위상으로부터 펼친 위상을 획득하고, 복수의 제2방향패턴의 접힌 위상으로부터 펼친 위상을 획득하게 된다(S70). 그리고 획득된 펼친 위상에 기반하여 측정대상물의 형상을 분석하게 된다(S80).
구체적으로 먼저, 복합패턴생성부는 서로 다른 주파수를 이용한 복합 패턴을 생성한다. 복합 패턴은 수직방향패턴인 제1방향패턴과 수평방향패턴인 제2방향패턴의 합으로 표현되고 서로 다른 주파수를 갖는 복합패턴을 여러 개 형성한다. 복합패턴의 숫자가 작으면 측정시간이 짧지만 정확도가 낮아지고 복합 패턴의 숫자가 많으면 정확도가 높아지지만 측정 시간이 오래 걸리게 된다. 일반적으로 복합 패턴은 아래와 같이 수학식 62로 표현된다.
[수학식 62]
그리고 나머지 복합 패턴은 아래의 수학식 63, 64와 같이 표현된다.
[수학식 63]
[수학식 64]
여기서, 1≤n≤N, N=3,4,5. N은 복합패턴의 개수이다.
그리고 여러 개의 복합 패턴을 측정대상물에 주사하고 디텍터(20)는 반사된 복합패턴의 이미지를 측정한다.
도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 독립패턴추출부(31)에 의한 푸리에 변환을 통한 복합패턴으로부터 독립된 제1방향패턴과 제2방향패턴을 추출하는 방법을 도시한 것이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 측정된 복합패턴을 푸리에 변환을 통해 수직 방향과 수평 방향 패턴으로 분리함과 동시에 외부잡음에 의한 노이즈 성분을 제거한다. 푸리에 변환된 복합 패턴은 아래와 같이 수학식 65로 표현된다.
[수학식 65]
수학식 65에서, x와 y 주파수 성분만 따로 분리해 내면 이하의 수학식 66와 67로 표현된다.
[수학식 66]
[수학식 67]
그리고 역 푸리에 변환을 통해 수직 방향(x-방향)과 수평 방향(y-방향) 패턴을 각각 분리해 복원할 수 있다. 동일한 방법으로 여러 개의 복합 패턴에 적용하게 되면 아래의 수학식 68과 같이 수직 방향과 수평 방향에 대한 패턴을 획득하게 된다.
[수학식 68]
그리고 앞서 제1실시예에서 설명한 공간 반송 주파수 위상천이방법을 통해 각패턴별 접힌 위상을 구하게 된다. 즉, 
와
패턴으로부터 위상값
와 
을 얻는다.
그리고 접힌 위상 
와 
으로부터 펼친 위상 
와 
를 획득하는 방법은 아래와 같다. 수직 방향(x-방향) 패턴과 수평 방향(y-방향)에 대해서 동일한 과정이므로 수직 방향에 대해서만 설명하도록 한다.
맨 처음 가장 높은 주파수 성분과 이보다 낮은 주파수 성분과의 위상 차를 아래의 수학식 69와 같이 구한다. 참고로 n=0일 때 제일 높은 주파수 성분을 가진다.
[수학식 69]
1≤n≤N(N은 사용된 복합패턴의 개수, 3≤N≤5)
wrapToPi는 앞서 정의된 연산자이다.
사용된 복합 패턴의 개수에 따라 크게 3가지 경우로 나누어 설명하도록 한다.
Case 1 : 3개의 복합패턴을 사용할 경우(N=3)
Step 1 : θx,1-0를 이용하여 θx,2-0를 아래의 수학식 70과 같이 위상 펼침을 수행한다.
[수학식 70]
Step 2 : θux,2-0를 이용하여 Φ0wx를 아래의 수학식 71과 같이 위상 펼침을 수행함으로써 위상을 구하게 된다.
[수학식 71]
Case 2 : 4개의 복합패턴을 사용할 경우(N=4)
Step 1 : θx,1-0를 이용하여 θx,2-0를 아래의 수학식 72와 같이 위상 펼침을 수행한다.
[수학식 72]
Step 2 : 수학식 72에서 획득된 위상값을 이용하여 이하의 수학식 73에서와 같이, θx,3-0를 위상 펼침한다.
[수학식 73]
Step 3 : θux,3-0를 이용하여 Φ0wx를 아래의 수학식 74와 같이 위상 펼침을 수행함으로써 위상을 구하게 된다.
[수학식 74]
Case 3 : 5개의 복합패턴을 사용할 경우(N=5)
Step 1 : θx,1-0를 이용하여 θx,2-0를 아래의 수학식 75와 같이 위상 펼침을 수행한다.
[수학식 75]
Step 2 : 수학식 75에서 획득된 위상값을 이용하여 이하의 수학식 76에서와 같이, θx,3-0를 위상 펼침을 수행한다.
[수학식 76]
Step 3 : 수학식 76에서 획득된 위상값을 이용하여 이하의 수학식 77에서와 같이, θx,4-0를 위상 펼침을 수행한다.
[수학식 77]
Step 4 : θux,4-0를 이용하여 Φ0wx를 아래의 수학식 78과 같이 위상 펼침을 수행함으로써 위상을 구하게 된다.
[수학식 78]
위에서 언급된 방법들을 이용하여 수평방향 패턴(y-방향 패턴)에 대한 위상(
)도 동일하게 아래의 수학식 79와 같이 획득할 수 있다.
[수학식 79]
앞서 설명한 수직 및 수평 방향 위상을 편향 측정법에 도입함으로써 자유곡면과 같은 다양한 형태의 측정 대상물을 실시간으로 측정할 수 있게 된다.
또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
1:측정대상물
10:복합패턴발생부
20:디텍터
30:위상획득부
31:독립패턴추출부
32:정규화부
33:접힌위상추출부
34:펼친위상획득부
40:분석수단
100:복합 패턴을 이용한 초고속 편향 측정법을 이용한 형상측정시스템
10:복합패턴발생부
20:디텍터
30:위상획득부
31:독립패턴추출부
32:정규화부
33:접힌위상추출부
34:펼친위상획득부
40:분석수단
100:복합 패턴을 이용한 초고속 편향 측정법을 이용한 형상측정시스템
Claims (15)
- 형상측정시스템에 있어서,
서로 주파수가 다른 패턴을 합성한 복합패턴을 측정대상물에 투영하는 복합패턴발생부;
상기 측정대상물로부터 반사되는 변형된 복합패턴의 영상을 획득하는 디텍터; 및
상기 복합패턴으로부터 각 주파수별 접힌(wrapped) 위상을 획득하고, 각 접힌 위상으로부터 펼친(unwrapped) 위상을 획득하는 위상획득부;를 포함하고,
상기 복합패턴은, 수직방향패턴인 제1방향패턴과, 수평방향패턴인 제2방향패턴과, 수평방향에서 시계방향으로 45도 회전된 제3방향패턴과, 수평방향에서 반시계방향으로 45도 회전된 제4방향패턴을 합성하여 생성되며,
상기 위상획득부는,
획득된 상기 복합패턴의 이미지를 푸리에 변환을 통해 제1 내지 제4방향패턴 각각의 독립된 패턴으로 분리하는 독립패턴추출부와, 독립패턴추출부에 의해 추출된 각 독립된 패턴에 대해 사인패턴을 정규화하는 정규화부와, 정규화된 사인패턴으로부터 픽셀 단위로 이동시킨 복수의 공간 위상천이된 패턴으로부터 접힌 위상을 추출하는 접힌위상추출부와, 상기 제1방향패턴과 상기 제2방향패턴에 대한 한주기 위상을 구하여, 상기 제1방향패턴과 상기 제2방향패턴에 대한 펼친 위상을 획득하는 펼친위상획득부를 포함하고,
상기 접힌위상추출부는, 정규화된 사인패턴으로부터 제1 내지 제4방향패턴 각각에 대해 픽셀단위로 이동시킨 복수의 공간위상천이된 패턴을 얻고, 상기 공간위상천이된 패턴 각각에 대해 위상천이량을 획득하고 이로부터 제1 내지 제4방향패턴 각각에 대해 접힌 위상을 추출하는 것을 특징으로 하는 복합 패턴을 이용한 초고속 편향 측정법을 이용한 형상측정시스템.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 정규화부는,
비정규화된 사인패턴 신호에 대해 Lissajous figure와, Ellipse fitting 방법을 적용하여 사인패턴을 정규화하는 것을 특징으로 하는 복합 패턴을 이용한 초고속 편향 측정법을 이용한 형상측정시스템.
- 삭제
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
획득된 상기 위상으로부터 상기 측정대상물의 3D 형상을 측정, 분석하는 분석수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 패턴을 이용한 초고속 편향 측정법을 이용한 형상측정시스템.
- 복합 패턴을 이용한 초고속 편향 측정법을 이용한 형상측정방법에 있어서,
복합패턴발생부가 수직방향패턴인 제1방향패턴과, 수평방향패턴인 제2방향패턴과, 수평방향에서 시계방향으로 45도 회전된 제3방향패턴과, 수평방향에서 반시계방향으로 45도 회전된 제4방향패턴을 합성하여 획득한 복합패턴을 측정대상물에 투영하는 단계;
디텍터가 상기 측정대상물로부터 반사되는 변형된 복합패턴의 영상을 획득하는 단계;
독립패턴추출부가 획득된 상기 복합패턴의 이미지를 푸리에 변환을 통해 제1 내지 제4방향패턴 각각의 독립된 패턴으로 분리하는 단계;
정규화부가 독립패턴추출부에 의해 추출된 각 독립된 패턴에 대해 사인패턴을 정규화하는 단계;
접힌위상추출부가 정규화된 사인패턴으로부터 픽셀 단위로 이동시킨 복수의 공간 위상천이된 패턴으로부터 접힌 위상을 추출하는 단계;
펼친위상획득부가 상기 제1방향패턴과 상기 제2방향패턴에 대한 한주기 위상을 구하여, 상기 제1방향패턴과 상기 제2방향패턴에 대한 펼친 위상을 획득하는 단계;
분석수단이 획득된 상기 위상으로부터 상기 측정대상물의 3D 형상을 측정, 분석하는 단계;를 포함하고,
상기 접힌 위상을 추출하는 단계는, 정규화된 사인패턴으로부터 제1 내지 제4방향패턴 각각에 대해 픽셀단위로 이동시킨 복수의 공간위상천이된 패턴을 얻고, 상기 공간위상천이된 패턴 각각에 대해 위상천이량을 획득하고 이로부터 제1 내지 제4방향패턴 각각에 대해 접힌 위상을 추출하는 것을 특징으로 하는 복합 패턴을 이용한 초고속 편향 측정법을 이용한 형상측정방법.
- 삭제
- 제 9항에 있어서,
상기 정규화하는 단계는, 비정규화된 사인패턴 신호에 대해 Lissajous figure와, Ellipse fitting 방법을 적용하여 사인패턴을 정규화하는 것을 특징으로 하는 복합 패턴을 이용한 초고속 편향 측정법을 이용한 형상측정방법.
- 형상측정시스템에 있어서,
수직방향패턴인 제1방향패턴과 수평방향패턴인 제2방향패턴을 합성한 복합패턴에 대해 서로 다른 주파수를 갖는 복수의 복합패턴을 측정대상물에 투영하는 복합패턴발생부;
상기 측정대상물로부터 반사되는 변형된 복수의 복합패턴의 영상을 획득하는 디텍터; 및
복수의 복합패턴 각각에 대해 제1방향패턴과 제2방향패턴으로 분리하고, 상기 제1방향패턴에 대한 각 주파수별 접힌(wrapped) 위상과 제2방향패턴에 대한 각 주파수별 접힌 위상을 획득하고, 복수의 각 접힌 제1방향패턴의 접힌위상으로부터 펼친(unwrapped) 제1방향패턴의 위상을 획득하고 복수의 각 접힌 제2방향패턴의 접힌위상으로부터 펼친(unwrapped) 제2방향패턴의 위상을 획득하는 위상획득부;를 포함하고,
상기 위상획득부는,
획득된 복수의 상기 복합패턴의 이미지 각각을 푸리에 변환을 통해 복수의 제1방향패턴과 복수의 제2방향패턴 각각의 독립된 패턴으로 분리하는 독립패턴추출부와,
독립패턴추출부에 의해 추출된 복수의 제1방향패턴과 복수의 제2방향패턴 각각의 독립된 패턴에 대해 사인패턴을 정규화하는 정규화부와, 정규화된 사인패턴으로부터 픽셀 단위로 이동시킨 복수의 공간 위상천이된 패턴으로부터 제1방향패턴에 대한 복수의 접힌 위상과 제2방향패턴에 대한 복수의 접힌 위상을 추출하는 접힌위상추출부와, 상기 제1방향패턴에 대한 복수의 접힌 위상의 위상차에 기반하여 제1방향패턴에 대한 펼친 위상을 획득하고, 상기 제2방향패턴에 대한 복수의 접힌 위상의 위상차에 기반하여 제2방향패턴에 대한 펼친 위상을 획득하는 펼친위상획득부를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 패턴을 이용한 초고속 편향 측정법을 이용한 형상측정시스템.
- 삭제
- 삭제
- 형상측정방법에 있어서,
복합패턴발생부가 수직방향패턴인 제1방향패턴과 수평방향패턴인 제2방향패턴을 합성한 복합패턴에 대해 서로 다른 주파수를 갖는 복수의 복합패턴을 측정대상물에 투영하는 단계;
디텍터가 상기 측정대상물로부터 반사되는 변형된 복수의 복합패턴의 영상을 획득하는 단계;
독립패턴추출부가 획득된 복수의 상기 복합패턴의 이미지 각각을 푸리에 변환을 통해 복수의 제1방향패턴과 복수의 제2방향패턴 각각의 독립된 패턴으로 분리하는 단계;
정규화부가 독립패턴추출부에 의해 추출된 복수의 제1방향패턴과 복수의 제2방향패턴 각각의 독립된 패턴에 대해 사인패턴을 정규화하는 단계;
접힌위상추출부가 정규화된 사인패턴으로부터 픽셀 단위로 이동시킨 복수의 공간 위상천이된 패턴으로부터 복수의 제1방향패턴 각각에 대한 접힌 위상과 복수의 제2방향패턴 각각에 대한 접힌 위상을 추출하는 단계;
펼친위상획득부가 상기 제1방향패턴에 대한 복수의 접힌 위상의 위상차에 기반하여 제1방향패턴에 대한 펼친위상을 획득하고, 상기 제2방향패턴에 대한 복수의 접힌 위상의 위상차에 기반하여 제2방향패턴에 대한 펼친 위상을 획득하는 단계; 및
분석수단이 획득된 상기 위상으로부터 상기 측정대상물의 3D 형상을 측정, 분석하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 패턴을 이용한 초고속 편향 측정법을 이용한 형상측정방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180047456A KR102015219B1 (ko) | 2018-04-24 | 2018-04-24 | 복합 패턴을 이용한 초고속 편향 측정법을 이용한 자유곡면의 3차원 형상측정시스템 및 측정방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180047456A KR102015219B1 (ko) | 2018-04-24 | 2018-04-24 | 복합 패턴을 이용한 초고속 편향 측정법을 이용한 자유곡면의 3차원 형상측정시스템 및 측정방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102015219B1 true KR102015219B1 (ko) | 2019-10-22 |
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|---|---|---|---|
| KR1020180047456A KR102015219B1 (ko) | 2018-04-24 | 2018-04-24 | 복합 패턴을 이용한 초고속 편향 측정법을 이용한 자유곡면의 3차원 형상측정시스템 및 측정방법 |
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| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102015219B1 (ko) |
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