KR102058421B1

KR102058421B1 - 대상물의 표면 메시를 획득하는 방법 및 이를 이용한 장치

Info

Publication number: KR102058421B1
Application number: KR1020190012959A
Authority: KR
Inventors: 안영샘; 박은식; 주성수
Original assignee: 주식회사 팀엘리시움
Priority date: 2019-01-31
Filing date: 2019-01-31
Publication date: 2020-01-22

Abstract

본 개시서에는 대상물의 표면 메시를 획득하는 방법 및 이를 이용한 장치가 개시된다. 구체적으로, 본 개시서의 방법에 의하면, 회전체의 회전에 따라 상기 회전체에 놓인 상기 대상물이 회전하는 상태에서, 상기 회전의 축 방향인 수직 방향으로 움직이고 상기 수직 방향에 직각인 수평 방향으로 고정된 깊이 카메라(depth camera)로부터 컴퓨팅 장치가 상기 깊이 카메라로부터 상기 대상물의 표면을 이루는 점들까지의 거리를 획득하고, 상기 점들까지의 거리에 기초하여 상기 점들로 구성된 3차원 점 구름(three-dimensional point cloud)을 산출하고, 상기 3차원 점 구름에 속한 점들 가운데 원통 좌표계를 분할한 구역인 분할 구역 각각에 속하는 점들로 구성된 집합인 분할 점 집합들을 획득하여, 상기 분할 점 집합들 각각에 대하여, 상기 집합들 각각에 속한 점들로부터 대응 좌표를 산출함으로써, 상기 분할 점 집합들 각각에 대응하는 상기 대응 좌표들로부터 상기 대상물의 상기 표면 메시를 구한다.

Description

대상물의 표면 메시를 획득하는 방법 및 이를 이용한 장치{METHOD FOR OBTAINING SURFACE MESH OF OBJECT AND APPARATUS USING THE SAME}

깊이 카메라는 RGB 데이터와 같은 통상적인 이미지 정보가 아닌 깊이 정보를 제공하는 카메라이다. 깊이 카메라는 구조화된 광 기반 카메라와 같이 RGB 데이터를 제공하는 것일 수도 있으나, 카메라로부터 대상물에 이르는 거리, 즉, 깊이에 대응하는 깊이 데이터만을 포함할 수 있다.

도 1을 참조하면, 일반적으로 깊이 카메라로부터 프레임(frame)마다 촬영된 깊이 정보는 3차원 데카르트 좌표 (x, y, z)를 가지는 점들의 집합으로 표현될 수 있는바, 여기에서 y 축은 기저(base)에 대하여 수직인 축이고, z 축은 깊이 카메라의 촬영부에 대하여 수직인 축이며, x 축은 y 축과 z 축 모두에 대하여 수직인 축이다. 이러한 깊이 데이터를 이용하여 대상물을 3차원 모델링하는 것(도 1 참조), 예컨대, 3차원 메시(3D mesh)의 생성에는 상당한 난점이 있는데, 그 중 하나가 대상물의 3차원 모델링 시 깊이 카메라의 촬영(혹은 측정) 오차로 인하여 이론상으로 하나의 점으로서 동일하여야 할 좌표들이 군집의 형태로 분포하게 되는 문제이다.

특히, 3차원 모델링에 있어 깊이 카메라나 대상물을 회전시키면서 획득된 대상물 표면의 점 좌표를 모두 저장한 후에 이를 처리하여 3차원 메시를 구성하는 여러 방식들이 있는데, 이때, 깊이 카메라의 오차로 인하여 대상물의 표면에 속하는 점들이 점 구름(point cloud)을 이루므로, 겉 표면 외의 점 정보를 저장함으로 인한 구현 속도 및 표현 속도의 저하를 해결하기 위하여, 중복된 점들의 클러스터링(clustering) 또는 삭감(reduction)이 요구된다.

종래 이를 위한 기술에는 3차원 데카르트 좌표계를 이용하여 일정 부피의 직육면체 공간들로 구분하여 다수의 점들을 병합하는 방식이 있었는데, 도 2에 예시된 바와 같이, 다수의 점들이 인접한 공간들의 경계면에 걸쳐 있는 경우 동일한 것으로 처리되어야 할 점들이 서로 다른 위치로 병합되는 문제가 있었다.

따라서 본 개시서에서는 단면의 형상이 폐곡면인 경우에 대상물의 회전 촬영을 통하여 획득된 3차원 점 구름으로부터 효율적으로 대상물의 3차원 표면 메시를 획득하는 방법 및 이를 이용한 장치를 제안하고자 한다.

본 개시서는 깊이 카메라를 이용하여 효율적으로 대상물의 표면 메시를 생성하는 방안을 제시하는 것을 목적으로 한다.

구체적으로, 본 발명은 깊이 카메라를 이용하여 획득된 대상물의 3차원 점 구름 표현으로부터 효율적으로 3차원 표면 메시를 구성할 수 있게 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 계산량을 현저히 줄이고, 저장량을 저감하는 동시에 정확성을 손상시키지 않는, 폐곡면들로 이루어진 대상물의 3차원 표면 메시 구성을 가능하게 하는 것을 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하고, 후술하는 본 발명의 특징적인 효과를 실현하기 위한 본 발명의 특징적인 구성은 하기와 같다.

본 개시서의 일 태양에 따르면, 대상물(object)의 표면 메시(surface mesh)를 획득하는 방법이 제공되는바, 그 방법은, (a) 회전체의 회전에 따라 상기 회전체에 놓인 상기 대상물이 회전하는 상태에서, 컴퓨팅 장치가, 상기 회전의 축 방향인 수직 방향으로 움직이고 상기 수직 방향에 직각인 수평 방향으로 고정된 깊이 카메라(depth camera)로부터 상기 깊이 카메라로부터 상기 대상물의 표면을 이루는 점들까지의 거리를 획득하거나 상기 컴퓨팅 장치에 연동되는 타 장치로 하여금 상기 점들까지의 거리를 획득하도록 지원하는 단계; (b) 상기 컴퓨팅 장치가, 상기 점들까지의 거리에 기초하여 상기 점들로 구성된 3차원 점 구름(three-dimensional point cloud)을 상기 회전의 축 방향과 일치하는 축 방향을 가지는 원통 좌표계 상에 산출하거나 상기 타 장치로 하여금 상기 3차원 점 구름을 상기 원통 좌표계 상에 산출하도록 지원하는 단계; (c) 상기 컴퓨팅 장치가, 상기 3차원 점 구름에 속한 점들 가운데 상기 원통 좌표계를 분할한 구역인 분할 구역 각각에 속하는 점들로 구성된 집합인 분할 점 집합들을 획득하거나 상기 타 장치로 하여금 상기 분할 점 집합들을 획득하도록 지원하는 단계; (d) 상기 컴퓨팅 장치가, 상기 분할 점 집합들 각각에 대하여, 상기 집합들 각각에 속한 점들로부터 대응 좌표를 산출하거나 상기 타 장치로 하여금 상기 대응 좌표를 산출하도록 지원하는 단계; 및 (e) 상기 컴퓨팅 장치가, 상기 분할 점 집합들 각각에 대응하는 상기 대응 좌표들로부터 상기 대상물의 상기 표면 메시를 구하거나 상기 타 장치로 하여금 상기 표면 메시를 구하도록 지원하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 태양에 따르면, 본 발명에 따른 방법을 수행하도록 구현된 인스트럭션들(instructions)을 포함하는 컴퓨터 프로그램도 제공된다.

본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 대상물의 표면 메시를 획득하는 컴퓨팅 장치가 제공되는바, 그 장치는, 회전체의 회전에 따라 상기 회전체에 놓인 상기 대상물이 회전하는 상태에서, 상기 회전의 축 방향인 수직 방향으로 움직이고 상기 수직 방향에 직각인 수평 방향으로 고정된 깊이 카메라(depth camera)로부터 상기 깊이 카메라로부터 상기 대상물의 표면을 이루는 점들까지의 거리를 획득하는 통신부 및 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는, (i) 상기 점들까지의 거리에 기초하여 상기 점들로 구성된 3차원 점 구름(three-dimensional point cloud)을 상기 회전의 축 방향과 일치하는 축 방향을 가지는 원통 좌표계 상에 산출하는 프로세스; (ii) 상기 3차원 점 구름에 속한 점들 가운데 상기 원통 좌표계를 분할한 구역인 분할 구역 각각에 속하는 점들로 구성된 집합인 분할 점 집합들을 획득하는 프로세스; (iii) 상기 분할 점 집합들 각각에 대하여, 상기 집합들 각각에 속한 점들로부터 대응 좌표를 산출하는 프로세스; 및 (iv) 상기 분할 점 집합들 각각에 대응하는 상기 대응 좌표들로부터 상기 대상물의 상기 표면 메시를 구하는 프로세스를 수행하거나 상기 통신부를 통하여 연동되는 타 장치로 하여금 상기 (i) 프로세스 내지 (iv) 프로세스를 수행하도록 지원한다.

본 개시서의 예시적인 실시 예에 따르면, 깊이 카메라를 이용하여 효율적으로 대상물의 표면 메시를 생성할 수 있는 효과가 있다.

특히, 예시적인 실시 예에 따르면, 깊이 카메라를 이용하여 획득된 대상물의 3차원 점 구름 표현으로부터 효율적으로 3차원 표면 메시를 구성할 수 있는 효과가 있다.

또한, 예시적인 실시 예에 따르면, 폐곡면들로 이루어진 대상물의 3차원 표면 메시 구성에 있어 계산량이 현저히 줄어들고, 저장량이 저감되는 동시에 정확성이 손상되지 않는 효과가 있다.

본 발명의 실시 예의 설명에 이용되기 위하여 첨부된 아래 도면들은 본 발명의 실시 예들 중 단지 일부일 뿐이며, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람(이하 "통상의 기술자"라 함)에게 있어서는 발명에 이르는 노력 없이 이 도면들에 기초하여 다른 도면들이 얻어질 수 있다.
도 1은 깊이 카메라의 예시적 좌표 구성 및 깊이 카메라를 이용하여 획득된 3차원 점 구름을 개념적으로 도시한 도면이다.
도 2는 종래에 데카르트 좌표계에서 직육면체 구역들을 이용하여 3차원 점 구름의 점들을 병합(혹은 감축)하는 방식을 설명하기 위하여 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 개시서의 일 실시 예에 따라, 대상물의 표면 메시를 획득하는 방법(이하 "대상물 표면 메시 획득 방법"이라 함)을 수행하는 컴퓨팅 장치의 예시적 구성을 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 4는 본 개시서의 일 실시 예에 따른 대상물 표면 메시 획득 방법을 수행하는 컴퓨팅 장치의 하드웨어 및 소프트웨어 아키텍처를 예시적으로 도시한 개념도이다.
도 5는 본 개시서의 일 실시 예에 따른 대상물 표면 메시 획득 방법을 예시적으로 나타낸 흐름도이다.
도 6은 본 개시서의 일 실시 예에 따라 대상물의 표면 메시를 획득하기 위한 깊이 카메라의 촬영 상황을 개념적으로 예시한 도면이다.
도 7은 본 개시서의 일 실시 예에 따라 3차원 점 구름이 표현되는 원통 좌표계(cylindrical coordinates)를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 개시서의 일 실시 예에 따라 3차원 점 구름을 분할하고, 분할된 점 집합의 대응 좌표를 산출하는 방식을 예시한 도면이다.
도 9는 본 개시서의 일 실시 예에 따라 각 분할 점 집합에 대하여 산출된 대응 좌표 및 이로부터 구해진 표면 메시를 예시한 도면이다.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명의 목적들, 기술적 해법들 및 장점들을 분명하게 하기 위하여 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시 예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시 예는 통상의 기술자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

실시 예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 실시될 수 있다. 따라서, 실시 예들은 특정한 개시형태로 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.

제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 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.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

더욱이 본 발명은 본 명세서에 표시된 실시 예들의 모든 가능한 조합들을 망라한다. 본 발명의 다양한 실시 예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시 예에 관련하여 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시 예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시 예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.

본 명세서에서 달리 표시되거나 분명히 문맥에 모순되지 않는 한, 단수로 지칭된 항목은, 그 문맥에서 달리 요구되지 않는 한, 복수의 것을 아우른다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

이하, 통상의 기술자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시 예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 개시서의 일 실시 예에 따른 대상물 표면 메시 획득 방법을 수행하는 컴퓨팅 장치의 예시적 구성을 개략적으로 도시한 개념도이다.

도 3을 참조하면, 본 개시서의 일 실시 예에 따른 컴퓨팅 장치(300)는, 통신부(310) 및 프로세서(320)를 포함하며, 상기 통신부(310)를 통하여 외부 컴퓨팅 장치(미도시)와 직간접적으로 통신할 수 있다.

구체적으로, 상기 컴퓨팅 장치(300)는, 전형적인 컴퓨터 하드웨어(예컨대, 컴퓨터, 프로세서, 메모리, 스토리지(storage), 입력 장치 및 출력 장치, 기타 기존의 컴퓨팅 장치의 구성요소들을 포함할 수 있는 장치; 라우터, 스위치 등과 같은 전자 통신 장치; 네트워크 부착 스토리지(NAS; network-attached storage) 및 스토리지 영역 네트워크(SAN; storage area network)와 같은 전자 정보 스토리지 시스템)와 컴퓨터 소프트웨어(즉, 컴퓨팅 장치로 하여금 특정의 방식으로 기능하게 하는 인스트럭션들)의 조합을 이용하여 원하는 시스템 성능을 달성하는 것일 수 있다. 상기 스토리지는 하드 디스크, USB(universal serial bus) 메모리와 같은 기억 장치뿐만 아니라 클라우드 서버와 같은 네트워크 연결 기반의 저장 장치의 형태를 포함할 수 있다.

이와 같은 컴퓨팅 장치의 통신부(310)는 연동되는 타 컴퓨팅 장치와의 사이에서 요청과 응답을 송수신할 수 있는바, 일 예시로서 그러한 요청과 응답은 동일한 TCP(transmission control protocol) 세션(session)에 의하여 이루어질 수 있지만, 이에 한정되지는 않는 바, 예컨대 UDP(user datagram protocol) 데이터그램(datagram)으로서 송수신될 수도 있을 것이다.

구체적으로, 통신부(310)는 통신 인터페이스를 포함하는 통신 모듈의 형태로 구현될 수 있다. 이를테면, 통신 인터페이스는 WLAN(wireless LAN), WiFi(wireless fidelity) Direct, DLNA(digital living network alliance), Wibro(wireless broadband), Wimax(world interoperability for microwave access), HSDPA(high speed downlink packet access) 등의 무선 인터넷 인터페이스와 블루투스(Bluetooth™), RFID(radio frequency identification), 적외선 통신(infrared data association; IrDA), UWB(ultra-wideband), ZigBee, NFC(near field communication) 등의 근거리 통신 인터페이스를 포함할 수 있다. 뿐만 아니라, 통신 인터페이스는 외부와 통신을 수행할 수 있는 모든 인터페이스(예를 들어, 유선 인터페이스)를 나타낼 수 있다.

예를 들어, 통신부(310)는 이와 같이 적합한 통신 인터페이스를 통해 외부로부터, 예컨대 깊이 카메라로부터 깊이 데이터(depth data)를 획득할 수 있다. 덧붙여, 넓은 의미에서 상기 통신부(310)는 인스트럭션 또는 지시 등을 전달받기 위한 키보드, 마우스, 기타 외부 입력 장치, 인쇄 장치, 디스플레이, 기타 외부 출력 장치를 포함하거나 이들과 연동될 수 있다.

또한, 컴퓨팅 장치의 프로세서(320)는 MPU(micro processing unit), CPU(central processing unit), GPU(graphics processing unit), NPU(neural processing unit) 또는 TPU(tensor processing unit), 캐시 메모리(cache memory), 데이터 버스(data bus) 등의 하드웨어 구성을 포함할 수 있다. 또한, 운영체제, 특정 목적을 수행하는 애플리케이션의 소프트웨어 구성을 더 포함할 수도 있다.

도 4는 본 개시서의 일 실시 예에 따른 대상물 표면 메시 획득 방법을 수행하는 컴퓨팅 장치의 하드웨어 및 소프트웨어 아키텍처를 예시적으로 도시한 개념도이다.

도 2을 참조하여 본 발명에 따른 방법 및 장치의 구성을 개관하면, 컴퓨팅 장치(300)는 그 하드웨어 구성요소 그리고/또는 소프트웨어 구성요소로서 깊이 정보 획득 모듈(410)을 포함할 수 있다. 이 깊이 정보 획득 모듈(410)는 깊이 카메라 등의 외부의 데이터 소스 또는 저장 장치로부터 깊이 데이터를 획득한다. 그리고 획득된 깊이 데이터를 전달받은 좌표계 변환 모듈(420)은 깊이 데이터로부터 원통 좌표계 상에 3차원 점 구름을 생성하도록 구성되는바, 깊이 정보 획득 모듈(410) 및 좌표계 변환 모듈(420)를 포함하여 도 4에 도시된 개별 모듈들은, 예컨대, 컴퓨팅 장치(300)에 포함된 통신부(310), 또는 상기 통신부(310) 및 프로세서(320)의 연동에 의하여 구현될 수 있음은 통상의 기술자가 이해할 수 있을 것이다.

생성된 3차원 점 구름은 점 구름 분할 모듈(430)에 의하여 분할 구역에 따라 분할 점 집합들로 분할되고, 대응 좌표 산출 모듈(440)은 그 분할 점 집합들 각각에 대응하는 대응 좌표를 산출한다.

산출된 대응 좌표들은 표면 메시 획득 모듈(450)에 전달되고, 표면 메시 획득 모듈(450)은 대응 좌표들로부터 대상물의 표면 메시를 생성한다.

이제 도 4를 참조하여 개략적으로 설명된 각 구성요소들에 의하여 달성될 수 있는 구체적인 기능 및 효과에 관하여 도 5 내지 도 8을 참조하여 상세히 후술하기로 한다. 도 4에 나타난 구성요소들은 설명의 편의상 하나의 컴퓨팅 장치에서 실현되는 것으로 예시되었으나, 본 개시서의 방법을 수행하는 컴퓨팅 장치(300)는 복수개의 장치들이 서로 연동되도록 구성될 수도 있다는 점이 이해될 것이다. 예를 들어, 깊이 정보 획득 모듈(410), 좌표계 변환 모듈(420)는 제1 컴퓨팅 장치인 서버에서 수행되고, 점 구름 분할 모듈(430), 대응 좌표 산출 모듈(440), 표면 메시 획득 모듈(450)은 제1 컴퓨팅 장치에 연동되는 제2 컴퓨팅 장치인 클라이언트에서 수행될 수 있도록 구성할 수도 있을 것인바, 통상의 기술자는 다양한 방식으로 복수개의 장치들이 서로 연동하여 본 발명의 방법을 수행하도록 구성할 수 있을 것이다.

도 5는 본 개시서의 일 실시 예에 따른 대상물 표면 메시 획득 방법을 예시적으로 나타낸 흐름도이고, 도 6은 본 개시서의 일 실시 예에 따라 대상물의 표면 메시를 획득하기 위한 깊이 카메라의 촬영 상황을 개념적으로 예시한 도면이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 대상물 표면 메시 획득 방법은, 우선, 회전체(630)의 회전에 따라 상기 회전체에 놓인 대상물(610)이 회전하는 상태에서, 컴퓨팅 장치(300)에 의하여 구현되는 깊이 정보 획득 모듈(410)이, 상기 깊이 카메라(depth camera; 620)로부터 상기 대상물의 표면을 이루는 점들까지의 거리를 상기 회전의 축 방향인 수직 방향으로 움직이고 상기 수직 방향에 직각인 수평 방향으로 고정된 깊이 카메라(620)로부터 획득하거나 상기 컴퓨팅 장치에 연동되는 타 장치로 하여금 상기 점들까지의 거리인 깊이 정보를 획득하도록 지원하는 단계(S100)를 포함한다.

여기에서 회전체는 대상물을 올려놓고 이를 회전시키 위한 턴 테이블을 지칭하는 것일 수 있다.

다음으로, 본 발명에 따른 대상물 표면 메시 획득 방법은, 컴퓨팅 장치(300)에 의하여 구현되는 좌표계 변환 모듈(420)이, 상기 깊이 정보에 기초하여 상기 점들로 구성된 3차원 점 구름(three-dimensional point cloud)을 상기 회전의 축 방향과 일치하는 축 방향을 가지는 원통 좌표계(cylindrical coordinates) 상에 산출하거나 상기 타 장치로 하여금 상기 3차원 점 구름을 상기 원통 좌표계 상에 산출하도록 지원하는 단계(S200)를 더 포함한다.

도 7은 본 개시서의 일 실시 예에 따라 3차원 점 구름이 표현되는 원통 좌표계를 설명하기 위한 도면이다. 도 7을 참조하면, 축방향(y-방향)을 고정한 평면 상에서 원통 좌표계 상의 한 점은 반경(r), 즉, 축으로부터의 거리 및 방위각(θ)으로 표현된다. 방위각은 어느 한 방향, 예컨대 x 축의 양의 방향을 임의로 0으로 지정한 것일 수 있다. 예컨대, 깊이 카메라로부터 획득된 깊이 정보가 3차원 데카르트 좌표 (x, y, z)를 가지는 점들의 집합이면, y 좌표는 그대로 두고 2차원 데카르트 좌표 (x, z)를 각 좌표 (r, θ)로 변환함으로써 상기 3차원 데카르트 좌표를 원통 좌표계의 좌표 (y, r, θ)로 변환할 수 있다.

단계(S200)에서 상기 3차원 점 구름은 상기 점들까지의 거리, 상기 깊이 카메라에 의하여 초당 촬영되는 프레임 수(fps) 및 상기 회전체의 상기 회전의 각속도(rs)에 기초하여 상기 대상물의 표면을 이루는 점들을 원통 좌표계에 도출함으로써 산출될 수 있다. 계산의 간결성을 위하여 등속 회전임을 가정할 수 있으나, 등속 회전이 아닌 회전의 경우에도 상기 3차원 점 구름을 원통 좌표계에 도출할 수 있음은 물론이다.

단계(S200)에서 3차원 점 구름이 산출된 후, 본 발명에 따른 대상물 표면 메시 획득 방법은, 컴퓨팅 장치(300)에 의하여 구현되는 점 구름 분할 모듈(430)이, 상기 3차원 점 구름에 속한 점들 가운데 상기 원통 좌표계를 분할한 구역인 분할 구역 각각에 속하는 점들로 구성된 집합인 분할 점 집합들을 획득하거나 상기 타 장치로 하여금 상기 분할 점 집합들을 획득하도록 지원하는 단계(S300)를 더 포함한다.

도 8은 본 개시서의 일 실시 예에 따라 3차원 점 구름을 분할하고, 분할된 점 집합의 대응 좌표를 산출하는 방식을 예시한 도면이고, 도 9는 본 개시서의 일 실시 예에 따라 각 분할 점 집합에 대하여 산출된 대응 좌표 및 이로부터 구해진 표면 메시를 예시한 도면이다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 단계(S300)에서 분할 구역들(910)은 소정의 자연수 N에 대하여 상기 원통 좌표계의 방위각을 기준으로 상기 원통 좌표계를 N 등분할한 구역일 수 있다. 일반적으로, N은 3과 같거나 그보다 큰 자연수이다.

다음으로, 본 발명에 따른 대상물 표면 메시 획득 방법은, 컴퓨팅 장치(300)에 의하여 구현되는 대응 좌표 산출 모듈(440)이 상기 분할 점 집합들 각각에 대하여, 상기 집합들 각각에 속한 점들로부터 대응 좌표(912)를 산출하거나 상기 타 장치로 하여금 상기 대응 좌표를 산출하도록 지원하는 단계(S400)를 더 포함한다.

상기 대응 좌표는 상기 집합들 각각에 속한 점들의 좌표 중 반경들 및 방위각들 중 적어도 하나의 평균, 중앙값, 극대값, 최소값 및 최대값 중 하나일 수 있다.

단계(S400)에서 대응 좌표들이 구해진 후, 본 발명에 따른 대상물 표면 메시 획득 방법은, 컴퓨팅 장치(300)에 의하여 구현되는 표면 메시 획득 모듈(450)이, 상기 분할 점 집합들 각각에 대응하는 상기 대응 좌표들로부터 상기 대상물의 상기 표면 메시(920; 930)를 구하거나 상기 타 장치로 하여금 상기 표면 메시를 구하도록 지원하는 단계(S500)를 더 포함한다.

구체적으로, 단계(S100) 내지 단계(S400)가 상기 원통 좌표계의 축방향 위치들 각각에 대하여 반복되어 여러 축방향 위치들에 대하여 대응 좌표들이 구해지면, 단계(S500)에서는, 상기 원통 좌표계의 제1 축방향 위치에서 상기 원통 좌표계의 축에 수직한 평면에 속한 대응 좌표들이 상기 제1 축방향 위치에 인접한 상기 원통 좌표계의 제2 축방향 위치에서 상기 원통 좌표계의 축에 수직한 평면에 속한 대응 좌표들에 각각 대응 연결되는 방식으로 표면 메시(920; 930)가 구해질 수 있다.

일 예시로서, 상기 대응 연결은 순번(인덱스; index)이 서로 일치하는 대응 좌표들을 연결하는 것이되, 상기 순번은 대응되는 분할 점 집합들의 방위각 순서에 따라 부여된 것일 수 있다.

앞서 설명된 단계들(혹은 이에 대응되는 프로세스들)은 논리적으로 모순되거나 맥락상 달리 명시되어 있지 않는 한 기재된 순서대로 수행되어야 함을 의미하는 것이 아니며, 각각의 단계들(혹은 대응되는 프로세스들)은 동시에 또는 이시(異時)에 수행될 수 있다는 점을 통상의 기술자는 이해할 수 있을 것이다.

이처럼 본 발명의 전술한 단계들의 수행에 의하여 대상물을 센싱(sensing)하는 깊이 카메라 등으로부터 획득된 깊이 정보(혹은 길이 정보)로부터 효율적으로 최적화된 대상물의 표면 메시를 생성할 수 있다. 단계들은 1회 수행될 여지도 있으나, 바람직하게는, 원통 좌표계의 축방향에 대하여 연속적으로 깊이 데이터를 획득하고 이를 처리할 수 있도록, 전술한 바와 같이 단계들은 실시간(real-time)으로, 그리고/또는 반복적으로(iteratively) 수행될 수 있다. 다시 말하자면, 단계(S100) 내지 단계(S400)는 대상물의 표면 메시를 적어도 부분적으로 완성할 때까지 지속적으로 반복될 수 있다.

도 3 내지 도 5에 나타난 구성요소들은 설명의 편의상 하나의 컴퓨팅 장치, 예컨대, 서버에서 실현되는 것으로 예시되었으나, 본 발명의 방법을 수행하는 컴퓨팅 장치(300)는 복수개의 장치들이 서로 연동된 것으로 구성될 수도 있다는 점이 이해될 것이다. 따라서 전술한 본 발명 방법의 각 단계는, 하나의 컴퓨팅 장치가 직접 수행하거나 상기 하나의 컴퓨팅 장치가 상기 하나의 컴퓨팅 장치에 연동되는 타 컴퓨팅 장치로 하여금 수행하도록 지원(support)함으로써 수행될 수 있음이 자명하다.

지금까지 설명된 바와 같이 본 개시서의 방법 및 장치는 그 모든 실시 예 및 변형례에 걸쳐, 깊이 카메라로부터 획득한 대상물의 깊이 데이터에 해당하는 점들을 원통 좌표계 상에서 분할 구역별로 묶어 병합하여 그 대상물의 3차원 표면 메시를 효율적으로 생성할 수 있는 효과가 있다.

이상, 본 개시서의 다양한 실시 예들에 관한 설명에 기초하여 해당 기술분야의 통상의 기술자는, 본 발명의 방법 및/또는 프로세스들, 그리고 그 단계들이 하드웨어, 소프트웨어 또는 특정 용례에 적합한 하드웨어 및 소프트웨어의 임의의 조합으로 실현될 수 있다는 점을 명확하게 이해할 수 있다. 상기 하드웨어는 범용 컴퓨터 및/또는 전용 컴퓨팅 장치 또는 특정 컴퓨팅 장치 또는 특정 컴퓨팅 장치의 특별한 모습 또는 구성요소를 포함할 수 있다. 상기 프로세스들은 내부 및/또는 외부 메모리를 가지는, 하나 이상의 프로세서, 예컨대, 마이크로프로세서, 컨트롤러, 예컨대, 마이크로컨트롤러, 임베디드 마이크로컨트롤러, 마이크로컴퓨터, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 예컨대, 프로그래머블 디지털 신호 프로세서 또는 기타 프로그래머블 장치에 의하여 실현될 수 있다. 게다가, 혹은 대안으로서, 상기 프로세스들은 주문형 집적회로(application specific integrated circuit; ASIC), 프로그래머블 게이트 어레이(programmable gate array), 예컨대, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit) 혹은 프로그래머블 어레이 로직(Programmable Array Logic; PAL) 또는 기타 인스트럭션(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 임의의 다른 장치, 전자 신호들을 처리하기 위해 구성될 수 있는 임의의 다른 장치 또는 장치들의 조합으로 실시될 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 컨트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 인스트럭션(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치에 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 인스트럭션 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 기계 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.

더욱이 본 발명의 기술적 해법의 대상물 또는 선행 기술들에 기여하는 부분들은 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 수행될 수 있는 프로그램 인스트럭션의 형태로 구현되어 기계 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 기계 판독 가능 매체는 프로그램 인스트럭션, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 기계 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 인스트럭션은 실시 예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 통상의 기술자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 기계 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD, Blu-ray와 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 인스트럭션을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 인스트럭션의 예에는, 전술한 장치들 중 어느 하나뿐만 아니라 프로세서, 프로세서 아키텍처 또는 상이한 하드웨어 및 소프트웨어의 조합들의 이종 조합, 또는 다른 어떤 프로그램 인스트럭션들을 실행할 수 있는 기계 상에서 실행되기 위하여 저장 및 컴파일 또는 인터프리트될 수 있는, C와 같은 구조적 프로그래밍 언어, C++ 같은 객체지향적 프로그래밍 언어 또는 고급 또는 저급 프로그래밍 언어(어셈블리어, 하드웨어 기술 언어들 및 데이터베이스 프로그래밍 언어 및 기술들)를 사용하여 만들어질 수 있는 바, 기계어 코드, 바이트코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 이에 포함된다.

따라서 본 발명에 따른 일 태양에서는, 앞서 설명된 방법 및 그 조합들이 하나 이상의 컴퓨팅 장치들에 의하여 수행될 때, 그 방법 및 방법의 조합들이 각 단계들을 수행하는 실행 가능한 코드로서 실시될 수 있다. 다른 일 태양에서는, 상기 방법은 상기 단계들을 수행하는 시스템들로서 실시될 수 있고, 방법들은 장치들에 걸쳐 여러 가지 방법으로 분산되거나 모든 기능들이 하나의 전용, 독립형 장치 또는 다른 하드웨어에 통합될 수 있다. 또 다른 일 태양에서는, 위에서 설명한 프로세스들과 연관된 단계들을 수행하는 수단들은 앞서 설명한 임의의 하드웨어 및/또는 소프트웨어를 포함할 수 있다. 그러한 모든 순차 결합 및 조합들은 본 개시서의 범위 내에 속하도록 의도된 것이다.

예를 들어, 상기된 하드웨어 장치는 실시 예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다. 상기 하드웨어 장치는, 프로그램 인스트럭션을 저장하기 위한 ROM/RAM 등과 같은 메모리와 결합되고 상기 메모리에 저장된 인스트럭션들을 실행하도록 구성되는 MPU, CPU, GPU, TPU와 같은 프로세서를 포함할 수 있으며, 외부 장치와 신호를 주고받을 수 있는 통신부를 포함할 수 있다. 덧붙여, 상기 하드웨어 장치는 개발자들에 의하여 작성된 인스트럭션들을 전달받기 위한 키보드, 마우스, 기타 외부 입력 장치를 포함할 수 있다.

이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시 예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시 예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 사람이라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.

따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 본 개시서에 첨부된 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다. 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.

그와 같이 균등하게 또는 등가적으로 변형된 것에는, 예컨대 본 발명에 따른 방법을 실시한 것과 동일한 결과를 낼 수 있는, 논리적으로 동치(logically equivalent)인 방법이 포함될 것인 바, 본 발명의 진의 및 범위는 전술한 예시들에 의하여 제한되어서는 아니되며, 법률에 의하여 허용 가능한 가장 넓은 의미로 이해되어야 한다.

Claims

대상물(object)의 표면 메시(surface mesh)를 획득하는 방법에 있어서,
(a) 회전체의 회전에 따라 상기 회전체에 놓인 상기 대상물이 회전하는 상태에서, 컴퓨팅 장치가, 상기 회전의 축 방향인 수직 방향으로 움직이고 상기 수직 방향에 직각인 수평 방향으로 고정된 깊이 카메라(depth camera)로부터 상기 깊이 카메라로부터 상기 대상물의 표면을 이루는 점들까지의 거리를 획득하거나 상기 컴퓨팅 장치에 연동되는 타 장치로 하여금 상기 점들까지의 거리를 획득하도록 지원하는 단계;
(b) 상기 컴퓨팅 장치가, 상기 점들까지의 거리에 기초하여 상기 점들로 구성된 3차원 점 구름(three-dimensional point cloud)을 상기 회전의 축 방향과 일치하는 축 방향을 가지는 원통 좌표계 상에 산출하거나 상기 타 장치로 하여금 상기 3차원 점 구름을 상기 원통 좌표계 상에 산출하도록 지원하는 단계;
(c) 상기 컴퓨팅 장치가, 상기 3차원 점 구름에 속한 점들 가운데 상기 원통 좌표계를 분할한 구역인 분할 구역 각각에 속하는 점들로 구성된 집합인 분할 점 집합들을 획득하거나 상기 타 장치로 하여금 상기 분할 점 집합들을 획득하도록 지원하는 단계;
(d) 상기 컴퓨팅 장치가, 상기 분할 점 집합들 각각에 대하여, 상기 집합들 각각에 속한 점들로부터 대응 좌표를 산출하거나 상기 타 장치로 하여금 상기 대응 좌표를 산출하도록 지원하는 단계; 및
(e) 상기 컴퓨팅 장치가, 상기 분할 점 집합들 각각에 대응하는 상기 대응 좌표로부터 상기 대상물의 상기 표면 메시를 구하거나 상기 타 장치로 하여금 상기 표면 메시를 구하도록 지원하는 단계
를 포함하고,
상기 (a) 단계 내지 상기 (d) 단계는 상기 깊이 카메라가 수직 방향으로 움직임에 따라 변화되는, 상기 원통 좌표계의 축방향 위치들 각각에 대하여 반복되고,
상기 (e) 단계는,
상기 원통 좌표계의 제1 축방향 위치에서 상기 원통 좌표계의 축에 수직한 평면에 속한 대응 좌표들이 상기 제1 축방향 위치에 인접한 상기 원통 좌표계의 제2 축방향 위치에서 상기 원통 좌표계의 축에 수직한 평면에 속한 대응 좌표들에 각각 대응 연결되는 방식으로 수행되고,
상기 분할 구역은 소정의 자연수 N에 대하여 상기 원통 좌표계의 방위각을 기준으로 상기 원통 좌표계를 N 등분할한 구역이고,
상기 3차원 점 구름은 상기 점들까지의 거리, 상기 깊이 카메라에 의하여 촬영되는 초당 프레임 수 및 상기 회전체의 상기 회전의 각속도에 기초하여 상기 대상물의 표면을 이루는 점들을 원통 좌표계에 도출함으로써 산출되는 것을 특징으로 하는 대상물 표면 메시 획득 방법.
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제1항에 있어서,
상기 대응 좌표는 상기 집합들 각각에 속한 점들의 좌표 중 반경들 및 방위각들 중 적어도 하나의 평균, 중앙값, 극대값, 최소값 및 최대값 중 하나인 것을 특징으로 하는 대상물 표면 메시 획득 방법.
컴퓨팅 장치로 하여금, 제1항 및 제5항 중 어느 한 항의 방법을 수행하도록 구현된 명령어(instructions)를 포함하는, 기계 판독 가능한 기록 매체에 저장된, 컴퓨터 프로그램.
대상물(object)의 표면 메시(surface mesh)를 획득하는 컴퓨팅 장치에 있어서,
회전체의 회전에 따라 상기 회전체에 놓인 상기 대상물이 회전하는 상태에서, 상기 회전의 축 방향인 수직 방향으로 움직이고 상기 수직 방향에 직각인 수평 방향으로 고정된 깊이 카메라(depth camera)로부터 상기 깊이 카메라로부터 상기 대상물의 표면을 이루는 점들까지의 거리를 획득하는 통신부; 및
(i) 상기 점들까지의 거리에 기초하여 상기 점들로 구성된 3차원 점 구름(three-dimensional point cloud)을 상기 회전의 축 방향과 일치하는 축 방향을 가지는 원통 좌표계 상에 산출하는 프로세스; (ii) 상기 3차원 점 구름에 속한 점들 가운데 상기 원통 좌표계를 분할한 구역인 분할 구역 각각에 속하는 점들로 구성된 집합인 분할 점 집합들을 획득하는 프로세스; (iii) 상기 분할 점 집합들 각각에 대하여, 상기 집합들 각각에 속한 점들로부터 대응 좌표를 산출하는 프로세스; 및 (iv) 상기 분할 점 집합들 각각에 대응하는 상기 대응 좌표로부터 상기 대상물의 상기 표면 메시를 구하는 프로세스를 수행하거나 상기 통신부를 통하여 연동되는 타 장치로 하여금 상기 (i) 프로세스 내지 상기 (iv) 프로세스를 수행하도록 지원하는 프로세서
를 포함하고,
상기 거리의 획득, 상기 (i) 프로세스 내지 상기 (iii) 프로세스는 상기 깊이 카메라가 수직 방향으로 움직임에 따라 변화되는, 상기 원통 좌표계의 축방향 위치들 각각에 대하여 반복되고,
상기 (iv) 프로세스는,
상기 원통 좌표계의 제1 축방향 위치에서 상기 원통 좌표계의 축에 수직한 평면에 속한 대응 좌표들이 상기 제1 축방향 위치에 인접한 상기 원통 좌표계의 제2 축방향 위치에서 상기 원통 좌표계의 축에 수직한 평면에 속한 대응 좌표들에 각각 대응 연결되는 방식으로 수행되고,
상기 분할 구역은 소정의 자연수 N에 대하여 상기 원통 좌표계의 방위각을 기준으로 상기 원통 좌표계를 N 등분한 구역이고,
상기 3차원 점 구름은 상기 점들까지의 거리, 상기 깊이 카메라에 의하여 촬영되는 초당 프레임 수 및 상기 회전체의 상기 회전의 각속도에 기초하여 상기 대상물의 표면을 이루는 점들을 원통 좌표계에 도출함으로써 산출되는 것을 특징으로 하는 대상물 표면 메시 획득 장치.
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