KR102159000B1

KR102159000B1 - 3d 스캐닝 장치 및 방법

Info

Publication number: KR102159000B1
Application number: KR1020190053264A
Authority: KR
Inventors: 김진홍
Original assignee: 오스템임플란트 주식회사
Priority date: 2019-05-07
Filing date: 2019-05-07
Publication date: 2020-09-23

Abstract

본 발명은 객체를 스캔하여 입체 영상을 획득하는 3D 스캐닝 장치 및 3D 스캐닝 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 스캐닝 장치는 상기 객체를 삼각측량하는 제1 스캔부 및 제2 스캔부, 상기 제1 스캔부 및 제2 스캔부의 간격을 조절하는 인터벌 컨트롤러, 상기 객체에 형성된 홈의 내부에 대한 삼각측량을 실패한 것으로 판단하는 경우, 상기 간격이 좁혀지도록 상기 인터벌 컨트롤러를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

3D 스캐닝 장치 및 방법{APPARATUS and method FOR 3D scanning}

본 발명은 3D 스캐닝 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 객체에 스캔이 용이하지 않은 구조로 홈이 형성된 경우에도, 홈의 내부까지 용이하게 스캔할 수 있는 3D 스캐닝 장치 및 3D 스캐닝 방법에 관한 것이다.

종래의 3D 스캐닝 장치는 카메라 또는 프로젝터의 위치가 고정되어 있기 때문에 고정된 상태에서만 객체를 스캐닝할 수밖에 없었다. 또한, 종래의 3D 스캐닝 장치는 두개 이상의 카메라가 적절한 간격 이상의 축간거리를 유지해야 피사체의 거리정보를 상대적으로 정확하게 획득할 수 있었고, 이에 따라 정확한 거리정보가 포함된 깊이 맵(Depth map) 영상을 획득할 수 있었다. 따라서, 종래의 3D 스캐닝 장치는 객체의 형태와 종류에 상관없이 카메라의 간격을 소정 간격으로 유지한 채 객체를 스캔할 수밖에 없었기 때문에, 다양한 형태의 객체를 섬세하게 스캔하는데 한계가 있었다. 특히, 객체의 표면에 형성된 홈의 내부를 스캔하는데 어려움이 존재하였는데, 치과용 인상재 등과 같이 객체에 홈이 다수 형성되거나 홈의 내부의 형태가 중요한 분야에서 고정된 위치의 카메라로 이루어진 3D 스캐닝 장치는 고품질 입체 영상을 획득하는데 어려움이 있었다.

이처럼 3D 스캐닝 장치의 고정된 카메라의 위치에 의해 발생되는 문제점을 해결하기 위해 종래에 공개특허 제10-2017-0127842호 “3차원 스캐너”는 스캔이 가능한 영역과 불가능한 영역을 구분하여 해당 영역에 따라 카메라를 제어하는 기술을 개시하고 있는데, 이는 단순히 카메라의 초점을 조절하는 기술만 개시되어 있고 객체에 형성된 홈을 스캔하기 위한 기술이 아니기 때문에 객체에 홈이 형성되더라도 여전히 홈의 내부를 용이하게 스캔할 수 없었다.

이에 따라, 높은 품질의 입체 영상을 획득하면서도 동시에 객체에 형성된 홈의 내부를 용이하게 스캔할 수 있는 3D 스캐닝 장치가 필요한 실정이다.

공개특허 제10-2017-0127842호 “3차원 스캐너”

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 객체에 형성된 홈에 의해 차폐된 홈의 내부를 스캔하는 3D 스캐닝 장치 및 3D 스캐닝 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명이 해결하고자 하는 또다른 기술적 과제는, 객체에 형성된 홈의 형태에 따라 적절한 제어 방법을 취사선택하여 입체감이 풍부한 고품질의 입체 영상을 획득하는 3D 스캐닝 장치 및 3D 스캐닝 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명의 기술분야에서의 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 스캐닝 장치는 객체를 스캔하여 상기 객체의 입체 영상을 획득하는 3D 스캐닝 장치에 있어서, 상기 객체를 스캔하는 제1 스캔부, 상기 제1 스캔부와 공동으로 상기 객체를 스캔함으로써 상기 객체를 삼각측량하는 제2 스캔부, 상기 제1 스캔부 및 제2 스캔부 사이의 간격을 조절하는 인터벌 컨트롤러, 상기 제1 스캔부 및 제2 스캔부에서 스캔된 결과에 따라 상기 객체에 대한 삼각측량을 수행하고, 상기 객체에 형성된 홈의 내부에 대한 삼각측량을 실패한 것으로 판단하는 경우, 상기 간격이 좁혀지도록 상기 인터벌 컨트롤러를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 제1 스캔부가 상기 객체의 표면에 식별광을 조사하고 상기 제2 스캔부가 상기 식별광을 인식하지 못하는 경우 상기 객체에 형성된 홈에 의해 상기 홈의 내부에 대한 삼각측량을 실패한 것으로 판단할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 제1 스캔부 및 제2 스캔부에서 스캔한 이미지를 이용하여 상기 객체까지의 거리 정보를 포함하는 깊이 맵(depth map) 이미지를 생성하고, 상기 깊이 맵 상에서 상기 거리 정보를 포함하지 않는 노이즈 픽셀이 쉐도우 영역을 형성하는 경우, 상기 객체에 형성된 홈에 의해 상기 홈의 내부에 대한 삼각측량을 실패한 것으로 판단하되, 상기 쉐도우 영역은 상기 노이즈 픽셀이 군집화된 영역일 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 쉐도우 영역을 주성분 분석(Principal Component Analysis)하여 상기 쉐도우 영역의 폭을 측정할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 쉐도우 영역의 폭에 따라 상기 제1 스캔부 및 제2 스캔부의 간격을 결정할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제1 스캔부 및 제2 스캔부의 간격이 조절됨에 따라 상기 제1 스캔부 및 제2 스캔부가 각각 상기 객체가 위치한 방향을 향하도록 회전하는 요잉 조인트부를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 요잉 조인트부는, 상기 제1 스캔부 및 제2 스캔부의 간격이 좁아지는 거리에 비례하는 각도로 상기 조인트부를 회전할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 3D 스캐닝 장치는 상기 객체를 스캔하는 제1 스캔부, 상기 제1 스캔부와 공동으로 상기 객체를 스캔함으로써 상기 객체를 삼각측량하는 및 제2 스캔부, 상기 제1 스캔부 및 제2 스캔부의 중심점을 기준으로 상기 제1 스캔부 및 제2 스캔부를 회전시키는 스캐닝 회전부, 상기 객체를 회전시키는 객체 회전부, 및 상기 제1 스캔부 및 제2 스캔부에서 스캔된 결과에 따라 상기 객체에 대한 삼각측량을 수행하고, 상기 객체에 형성된 홈의 내부에 대한 삼각측량을 실패한 것으로 판단하는 경우, 상기 제1 스캔부 및 제2 스캔부가 상기 객체를 스캔하는 상대적인 스캔각도를 조절하도록 상기 스캐닝 회전부 및 객체 회전부 중 적어도 하나를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 스캐닝 방법은 객체를 스캔하여 상기 객체의 입체 영상을 획득하는 3D 스캐닝 장치의 제어방법에 있어서, 제1 스캔부 및 제2 스캔부가 상기 객체를 스캔하는 단계, 상기 객체에 형성된 홈의 내부에 대한 삼각측량을 실패한 것으로 판단하는 경우, 상기 제1 스캔부 및 제2 스캔부 사이의 간격이 좁혀지도록 상기 간격을 조절하는 단계를 포함할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 스캐닝 장치의 사시도이다.
도 2는 3D 스캐닝 장치의 제1 스캔부와 제2 스캔부의 간격이 넓어 객체에 형성된 홈의 내부에 대한 삼각측량에 실패한 상태의 일 예시이다.
도 3은 도 2의 제1 스캔부와 제2 스캔부 사이의 간격이 좁혀지도록 제어하여 객체에 형성된 홈의 내부에 대한 삼각측량을 성공한 상태의 일 예시이다.
도 4는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 3D 스캐닝 장치가 객체를 삼각측량하는 일 예시이다.
도 5는 3D 스캐닝 장치가 객체에 형성된 홈의 형태에 따라 삼각측량하는 방법을 나타내는 일 예시이다.
도 6은 도 5에 따라 스캔된 객체를 객체의 상측에서 바라보았을 때 객체 상에 쉐도우 영역이 발생되는 범위를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 6에서 발생된 쉐도우 영역의 폭을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 7은 쉐도우 영역의 폭에 따라 제1 스캔부와 제2 스캔부의 간격을 좁혀 객체에 형성된 홈의 내부에 대한 삼각측량을 성공한 상태를 표현하는 일 예시이다.
도 9의 (a) 내지 도 9의 (c)는 제1 스캔부와 제2 스캔부의 간격이 좁아짐에 따라 객체가 위치한 방향을 향하도록 회전하는 일 예시이다.
도 10의 (a) 내지 도 10의 (d)는 3D 스캐닝 장치가 객체에 형성된 홈의 형태에 따라 삼각측량하는 과정을 나타내는 일 예시이다.
도 11은 도 10의 동작을 3D 스캐닝 장치의 상측에서 바라보았을 때 객체 상에 쉐도우 영역이 발생되는 범위의 일 예시이다.
도 12는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 3D 스캐닝 장치의 사시도이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 3D 스캐닝 방법의 순서도이다.
도 14는 도 13에서 설명된 3D 스캐닝 방법의 일부 동작에 대한 상세 순서도이다.
도 15는 도 13에서 설명된 3D 스캐닝 방법의 일부 동작에 대한 다른 상세 순서도이다.
도 16은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 3D 스캐닝 방법의 순서도이다.
도 17은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 3D 스캐닝 방법의 순서도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 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.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.

이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 몇몇 실시예들을 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 스캐닝 장치의 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 3D 스캐닝 장치(100)는 제1 스캔부(200_1), 제2 스캔부(200_2), 인터벌 컨트롤러(210) 및 제어부(300)를 포함할 수 있다.

제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)는 객체(i)를 스캔하여 이미지를 획득하는 카메라 또는 이미지 센서이다. 제2 스캔부는 제1 스캔부와 공동으로 객체(i)를 스캔할 수 있다. 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)는 도 1에서 스캐닝 장치로 표현되었으나, 본 발명의 3D 스캐닝 장치(100)는 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2) 모두 카메라로 이루어지거나, 또는 모두 이미지 센서로 이루어질 수 있다. 또한, 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2) 중 어느 하나가 카메라로 이루어지고 다른 하나가 이미지 센서로 이루어지거나, 어느 하나가 카메라 또는 이미지 센서 중 하나로 이루어지고 다른 하나가 빛을 조사하는 프로젝터로 이루어지는 등 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)는 상술한 용어로 한정되는 것이 아니라 피사체를 스캔하여 입체 영상을 획득하는 용도의 다양한 장치의 형태로 이루어질 수 있다. 또한, 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)는 도 1에서 각각 스캐닝 장치로 이루어져, 총 2개의 스캐닝 장치로 표현되었으나, 실시예에 따라 제3 스캔부(미도시), 제4 스캔부(미도시) 등등 더 많은 개수의 스캐닝 장치로 형성된 멀티비전 스테레오 스캐닝 장치일 수 있다. 또한, 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)는 카메라 또는 프로젝터 등 객체(i)를 향해 식별광(p)을 조사하거나 객체(i)를 스캐닝할 수 있는 다양한 형태의 장치로 변경가능하며, 이러한 장치의 용어는 도면 또는 청구항에 기재된 용어에 한정되지 않는다.

제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)는 객체(i)를 식별하고, 스캔된 결과를 기초로 후술하는 제어부에 의해 삼각측량이 수행될 수 있다. 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)가 객체를 식별하는 방식은 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2) 중 어느 하나가 식별광(p)을 객체로 조사하고, 다른 하나가 객체(i)에 조사된 식별광(p)을 식별할 수 있다. 즉, 제1 스캔부(200_1)가 식별광(p)을 객체로 조사하고, 제2 스캔부(200_2)가 객체(i)에 조사된 식별광(p)을 식별하거나, 제2 스캔부(200_2)가 식별광(p)을 객체로 조사하고, 제1 스캔부(200_1)가 객체(i)에 조사된 식별광(p)을 식별할 수 있다. 후술하는 제어부(300)는 스캔된 영상을 확인하여 제1 스캔부(200_1)에 의해 식별된 식별광(p)이 제2 스캔부(200_2)에 의해 조사된 식별광(p)에 매칭되는지, 또는 제2 스캔부(200_2)에 의해 식별된 식별광(p)이 제1 스캔부(200_2)에 의해 조사된 식별광(p)에 매칭되는지 판단할 수 있다.

제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)는 동시에 또는 다른 시간에 서로 동시에 식별광(p)을 조사한 뒤 서로 각각 객체(i)에 조사된 식별광(p)을 식별할 수 있다. 특히, 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)는 서로 동시에 식별광(p)을 조사한 뒤 서로 각각 객체(i)에 조사된 식별광(p)을 식별하는 경우, 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2) 각각으로부터 고유한 식별광(p)이 조사되기 때문에 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)는 각각 다른 스캔부에서 조사된 식별광(p)을 식별할 수 있다. 예를 들면, 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)가 조사하는 식별광(p)은 각각 색상이 서로 상이하거나, 패턴이 상이하거나, 모양이 상이하거나, 식별광(p) 내에 포함된 값이 상이하여 각각의 스캔부(200)가 조사하는 식별광(p)이 어떤 스캔부(200)로부터 조사된 식별광(p)인지 식별할 수 있다.

인터벌 컨트롤러(210)는 제어부(300)의 제어에 따라 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)의 간격을 조절한다. 인터벌 컨트롤러(210)는 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)와 결합되어 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)가 결합된 위치에 기어 및 모터 등의 이동 동작 수단을 이용하여 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)의 간격을 좁히거나 넓힐 수 있다. 인터벌 컨트롤러(210)가 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)의 간격을 조절하는 구체적인 메커니즘은 추후 상세하게 설명하도록 한다.

제어부(300)는 객체(i)를 스캔하여 객체(i)의 입체 영상을 획득하도록 제1 스캔부(200_1), 제2 스캔부(200_2) 및 인터벌 컨트롤러(210)를 제어할 수 있다. 제어부(300)는 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)에서 스캔된 결과에 따라 객체(i)에 대한 삼각측량을 수행하고, 객체(i)에 형성된 홈의 내부에 대한 삼각측량을 실패한 것으로 판단하는 경우, 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)의 간격을 좁혀지도록 인터벌 컨트롤러(210)를 제어할 수 있다. 제어부(300)가 객체(i)에 형성된 홈의 내부에 대한 삼각측량을 실패한 것으로 판단하는 기준과, 제어부(300)가 인터벌 컨트롤러(210)를 제어하는 구체적인 방식은 추후 상세하게 설명하도록 한다.

도 2는 3D 스캐닝 장치의 제1 스캔부와 제2 스캔부의 간격이 넓어 객체에 형성된 홈의 내부에 대한 삼각측량에 실패한 상태의 일 예시이다.

도 2의 (a)를 참조하면, 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)는 인터벌 컨트롤러(210)에 결합되어 객체(i)를 향하여 스캔할 수 있다. 이때, 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)는 요잉 조인트(230)부에 의해 인터벌 컨트롤러(210)와 결합될 수 있다. 요잉 조인트(230)부는 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)의 간격이 조절됨에 따라 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)가 객체(i)가 위치한 방향을 향하도록 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)를 회전할 수 있다.

3D 스캐닝 장치(100)는 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)의 간격이 넓어 홈의 내부를 스캔하지 못할 수 있다. 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)는 홈이 형성된 객체(i)의 홈의 내부를 스캔할 때 홈의 외측에 형성된 구조에 의해 홈의 내부가 차폐될 수 있다. 일례로, 도 2의 (a)와 같이 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)는 홈의 내부에 대한 스캔을 수행할 때, 홈의 외측 구조에 의해 홈의 내부 영역에 있는 X로 표시된 영역은 스캔될 수 없다. 따라서 3D 스캐닝 장치(100)는 이러한 영역에 대한 삼각측량을 실패할 수 있다.

도 2의 (b)를 참조하면, 제1 스캔부(200_1)는 객체(i)에 대하여 동시에 소정 영역에 식별광(p)을 조사할 수 있다. 제1 스캔부(200_1)는 도 2의 (b)와 같이 객체(i)에 대하여 동시에 소정 영역에 식별광(p)을 조사할 수 있으나, 몇몇 실시예에서는 소정 영역을 시간차를 두고 식별광(p)을 조사하거나 동시에 복수의 분리된 영역 각각에 식별광(p)을 조사할 수 있다. 본 실시예에서 제1 스캔부(200_1)가 식별광(p)을 조사하는 시간과 방법은 도면의 형태에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 변경될 수 있다.

제1 스캔부(200_1)는 i1영역 및 i3영역의 상측면 모두에 식별광(p)을 조사할 수 있으나, i2영역은 오른쪽 측벽에만 식별광(p)을 조사할 수 있고, i2영역의 왼쪽 측벽에는 식별광(p)을 조사할 수 없다. 이때 제2 스캔부(200_2)는 i1영역 및 i3영역의 상측면에 조사된 식별광(p)을 인식할 수 있다. 그러나, 제2 스캔부(200_2)는 i2의 오른쪽 측벽에 조사된 식별광(p)을 인식할 수 없고, i2의 왼쪽 측벽에는 조사된 식별광(p)이 없으므로 인식할 수 있는 식별광(p)을 찾지 못한다. 따라서, 3D 스캐닝 장치(100)는 i1영역 및 i3영역의 상측면만 삼각측량을 성공하고, i2영역의 내부 측벽 및 하면은 삼각측량을 실패하게 된다.

이때, 제어부(300)는 확인된 식별광(p)이 제1 스캔부가 조사한 식별광(p)과 매칭되지 않는 것으로 판단되는 경우, 깊이 맵(depth map) 이미지 상에 쉐도우 영역(s)이 형성되었는지 판단하여 쉐도우 영역(s)이 형성되는 경우 객체(i)에 홈이 형성된 것으로 판단할 수 있다. 제어부(300)는 확인된 식별광(p)이 제1 스캔부(200_1)가 조사한 식별광(p)과 매칭되지 않는 것으로 판단되면 이미 삼각측량은 실패한 것으로 판단할 수 있다.

깊이 맵 이미지는 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)가 객체(i)를 스캔한 이미지를 이용하여 객체(i)까지의 거리 정보를 포함하는 이미지일 수 있다. 깊이 맵 이미지는 거리 정보를 포함하는 픽셀과 거리 정보를 포함하지 않는 노이즈 픽셀로 이루어질 수 있는데, 노이즈 픽셀은 실시예에 따라 특정의 값을 갖도록 미리 설정될 수 있으며 이 경우 노이즈 픽셀은 깊이 맵 이미지 상에서 거리 정보를 포함하는 픽셀과 비교하여 시각적으로 구분되는 픽셀로 형성될 수도 있다. 깊이 맵 이미지 상에서 삼각측량에 실패한 위치에 해당하는 픽셀은 노이즈 픽셀로 구성될 수 있다.

깊이 맵 이미지는 거리의 원근에 따라 시각적으로 구분할 수 있는 색으로 객체(i)를 표현할 수 있다. 이때, 깊이 맵은 실시예에 따라 노이즈 픽셀의 경우 검정색으로 표현할 수 있으며, 실시예에 따라 숫자, 도형 또는 문자 등을 이용하여 노이즈 픽셀을 표현할 수도 있다. 3D 스캐닝 장치(100)는 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)에 의해 스캔된 이미지를 이용하여 객체(i)의 입체 형태를 표현하는 깊이 맵 이미지를 생성할 수 있다. 깊이 맵 이미지는 삼각측량에 성공한 영역은 거리 정보를 포함하는 픽셀로 이루어져 객체(i)의 입체 형태를 표현할 수 있고, 삼각측량을 실패한 영역은 거리 정보를 포함하지 않는 노이즈 픽셀로 구성될 수 있다. 상술한 바와 같이, 깊이 맵 이미지에 노이즈 픽셀이 존재하는 경우 제어부(300)는 노이즈 픽셀의 존재여부만으로 노이즈 픽셀에 해당하는 영역에 삼각측량에 실패하였다고 판단할 수도 있다.

노이즈 픽셀이 미리 설정된 범위 이상으로 군집화를 형성하는 경우 3D 스캐닝 장치(100)는 이러한 영역을 쉐도우 영역(s)으로 취급할 수 있다. 쉐도우 영역(s)은 객체(i)에 홈이 형성된 경우 홈의 외측에 의해 스캔부(200)로부터 차폐된 영역을 가리키는 사각지대일 수 있다.

깊이 맵의 생성 과정에서 노이즈 픽셀은 종종 발생되므로 삼각측량에 실패하여 노이즈 픽셀이 발생되었다고 언제나 객체(i)에 홈이 형성되었다고 볼 수 없기 때문에, 일 실시예에서 제어부(300)는 깊이 맵에 쉐도우 영역(s)이 형성된 것으로 판단되는 경우에만 객체(i)에 홈이 형성되었다고 판단할 수 있다.

이때, 깊이 맵 이미지 상에 쉐도우 영역(s)이 형성되는 경우 대부분의 쉐도우 영역(s)은 구조 자체에 의해 발생되므로 차폐된 구조는 홈에 의해 발생될 수 있다. 따라서, 깊이 맵 상에 쉐도우 영역(s)이 형성된 것으로 판단되는 경우 제어부(300)는 객체(i)에 홈이 형성된 것으로 판단할 수 있다.

만약, 노이즈 픽셀이 미리 설정된 범위 이상으로 군집화를 형성되지 않고 군데 군데 형성된 경우, 제어부(300)는 이러한 노이즈 픽셀을 일시적인 오류로 취급하고, 객체(i)에 홈이 형성된 것은 아니라고 판단할 수 있다.

도 3은 도 2의 제1 스캔부와 제2 스캔부 사이의 간격이 좁혀지도록 제어하여 객체에 형성된 홈의 내부에 대한 삼각측량을 성공한 상태의 일 예시이다.

도 3를 참조하면, 제1 스캔부(200_1)와 제2 스캔부(200_2) 사이의 간격이 좁혀진 후 제1 스캔부(200_1)와 제2 스캔부(200_2)는 객체(i)에 형성된 홈의 내부를 스캔할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 3D 스캐닝 장치(100)는 홈이 형성된 객체(i)의 홈의 내부를 원활하게 스캔하여 고품질의 입체 영상을 획득할 수 있는 효과가 있다. 또한, 3D 스캐닝 장치(100)는 객체(i)에 홈이 형성된 것으로 판단되면 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)의 간격을 좁혀가면서 객체(i)에 대한 삼각측량을 수행하고, 좁혀진 스캔부의 간격에 의해 홈의 내부를 스캔할 수 있는지 반복하여 스캔을 시도할 수 있고, 결국 스캔부의 간격을 가장 넓게 유지하면서도 홈의 내부를 용이하게 스캔할 수 있다

도 4는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 3D 스캐닝 장치가 객체를 삼각측량하는 일 예시이다.

도 4의 (a)는 제1 스캔부(200_1)가 식별광(p)을 조사하고, 제2 스캔부(200_2)가 식별광(p)을 인식하는 일 예시를 정면에서 바라본 상태일 수 있다. 제1 스캔부(200_1)는 미리 설정된 형태의 패턴으로 이루어진 식별광(p)을 객체(i)에 조사할 수 있다. 식별광(p)은 미리 설정된 형태의 패턴 이외에도 미리 설정된 값을 포함하는 광원 등 삼각측량이 실시될 수 있는 다양한 광원 등으로 변경 가능하다. 도 4의 (b)는 도 4의 (a)를 상측에서 바라본 상태로서 제1 스캔부(200_1)가 식별광(p)을 조사하고, 제2 스캔부(200_2)가 식별광(p)을 인식할 수 있다. 제어부(300)는 인식된 식별광(p)과 제1 스캔부(200_1)에 의해 조사된 식별광(p)을 매칭하여 삼각측량이 매칭을 성공하는 경우 삼각측량을 성공한 것으로 판단할 수 있다.

도 5는 3D 스캐닝 장치가 객체에 형성된 홈의 형태에 따라 삼각측량하는 방법을 나타내는 일 예시이다.

도 5의 (a)를 참조하면, 제1 스캔부(200_1)는 객체(i)의 i1영역에 식별광(p)을 조사하고 제2 스캔부(200_2)는 식별광(p)을 인식할 수 있다. 도 5의 (b)를 참조하면, 제1 스캔부(200_1)는 객체(i)의 홈에 위치한 i1영역과 i2영역의 경계 부분에 식별광(p)을 조사할 수 없고, 제2 스캔부(200_2)가 i1영역과 i2영역의 경계 벽 부분을 인식하더라도 식별광(p)이 없으므로 해당 영역에 대한 삼각측량을 실패하게 된다. 도 5의 (c)를 참조하면, 제1 스캔부(200_1)는 i2영역과 i3영역의 경계부분의 벽에 식별광(p)을 조사하지만 제2 스캔부(200_2)는 식별광(p)을 인식할 수 없어 해당 영역에 대한 삼각측량을 실패하게 된다. 도 5의 (d)를 참조하면, 제1 스캔부(200_1)는 객체(i)의 i3영역에 식별광(p)을 조사하고 제2 스캔부(200_2)는 식별광(p)을 인식할 수 있다. 이러한 과정을 살펴보면 3D 스캐닝 장치(100)는 i1 및 i3영역의 표면을 삼각측량할 수 있으나, i2영역의 표면에 대한 삼각측량을 실패하게 된다.

도 6은 도 5에 따라 스캔된 객체를 객체의 상측에서 바라보았을 때 객체 상에 쉐도우 영역이 발생되는 범위를 설명하기 위한 도면이다.

도 6를 참조하면, 제1 스캔부(200_1)는 객체(i)의 i1 및 i3영역에 대하여 삼각측량에 성공하고, i2영역에 대해서는 삼각측량을 실패할 수 있다. 이 경우 3D 스캐닝 장치(100)는 깊이 맵 이미지를 생성할 때 객체(i)의 i1 및 i3영역은 i1 및 i3영역에 해당하는 거리 정보를 포함하는 픽셀로 표현하고, 객체(i)의 i2영역은 노이즈 픽셀로 표현할 수 있다.

도 7은 도 6에서 발생된 쉐도우 영역의 폭을 설명하기 위한 도면이다.

도 7을 참조하면, 3D 스캐닝 장치(100)는 노이즈 픽셀을 좌표에 매핑한 뒤 주성분 분석(Principal Component Analysis)를 수행하여 노이즈 픽셀을 분석할 수 있다. 쉐도우 영역(s)은 복수의 노이즈 픽셀을 포함하고 있는데, 도 6의 쉐도우 영역은 복수의 노이즈 픽셀들로 이루어질 수 있고, 이러한 복수의 노이즈 픽셀들은 도 7과 같이 x 및 y축을 가진 2차원 배열에 매핑될 수 있다. 3D 스캐닝 장치(100)는 매핑된 노이즈 픽셀들을 주성분 분석을 통해 데이터를 간략화하고, 노이즈 픽셀들의 폭을 측정하여 쉐도우 영역(s)의 폭(r)을 측정할 수 있다.이하 쉐도우 영역(s)의 폭(r)을 측정하는 방법을 구체적으로 설명하도록 한다. 3D 스캐닝 장치(100)가 치아 인상재 등을 스캐닝하는 경우, 예를 들어, 치아 인상재의 치아와 치아의 사이를 스캐닝할 때 또는 치아 내에서 치아에 틈이 존재하는 경우 쉐도우 영역(s)이 발생되는데, 이때 쉐도우 영역(s)은 객체(i)에 형성된 홈의 형태에 따라 다양한 형태로 형성될 수 있다.

이 경우 치아와 치아 사이의 간격은 치아의 너비 또는 두께에 비해 좁은 영역이므로, 치아와 치아 사이 또는 치아 틈새에 형성된 쉐도우 영역(s)은 타원과 유사한 형태로 형성되는 경우가 종종 발생되었다. 즉, 3D 스캐닝 장치(100)가 치아와 치아 사이를 촬영하는 경우 치아와 치아 사이의 홈에 의해 쉐도우 영역(s)의 좁은 폭(r)에 해당되는 노이즈 픽셀이 형성되고, 쉐도우 영역(s)에서 치아의 전면과 후면 사이의 두께에 해당되는 영역에 의해 쉐도우 영역(s)의 주축(pc) 방향으로 노이즈 픽셀이 형성될 수 있다. 따라서, 쉐도우 영역(s)의 긴 방향의 형태는 치아의 두께에 따라 달라지고, 쉐도우 영역(s)의 짧은 방향의 형태는 치아의 간격 또는 치아에 형성된 틈새에 따라 다르게 발생되었다.

이때 3D 스캐닝 장치(100)는 쉐도우 영역(s)의 폭(r)의 방향과 거리를 분석하기 위해 주성분 분석을 이용할 수 있다. 주성분 분석을 이용하여 쉐도우 영역(s)의 폭을 분석하는 방법을 설명하면, 3D 스캐닝 장치(100)는 주성분 분석을 통해 쉐도우 영역(s)의 주축(pc)을 분석할 수 있다. 주성분 분석은 데이터의 긴 영역을 주축으로 분석하는 알고리즘이기 때문에, 3D 스캐닝 장치(100)는 주성분 분석을 통해 쉐도우 영역(s)의 긴 영역을 주축(pc)으로 판단할 수 있다. 상술한 바와 같이 인상재의 경우 쉐도우 영역(s)의 좁은 폭이 치아에 형성된 홈인 경우가 대부분이므로, 3D 스캐닝 장치(100)는 주축(pc)의 직각 방향을 쉐도우 영역(s)의 좁은 폭의 방향으로 판단할 수 있다. 3D 스캐닝 장치(100)는 쉐도우 영역(s)의 좁은 폭의 방향에 형성된 노이즈 픽셀을 통해 쉐도우 영역(s)의 폭(r)을 측정할 수 있다.

도 8은 7은 쉐도우 영역의 폭에 따라 제1 스캔부와 제2 스캔부의 간격을 좁혀 객체에 형성된 홈의 내부에 대한 삼각측량을 성공한 상태를 표현하는 일 예시이다.

도 8을 참조하면, 장치(100)인터벌 컨트롤러(210)는 쉐도우 영역(s)의 폭(r)을 기준으로 제1 스캔부(200_1)와 제2 스캔부(200_2)의 간격을 좁혀 i2영역에 삼각측량을 성공시킬 수 있다. 즉, 인터벌 컨트롤러(210)장치(100)는 쉐도우 영역(s)의 폭(r)에 따라 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)의 간격을 결정할 수 있다.

도 9의 (a) 내지 도 9의 (c)는 제1 스캔부와 제2 스캔부의 간격이 좁아짐에 따라 객체가 위치한 방향을 향하도록 회전하는 일 예시이다.

도 9를 참조하면, 인터벌 컨트롤러(210)는 거리를 좁혀가면서 쉐도우 영역의 폭(r)이 최소로 줄어들거나, 쉐도우 영역(s)이 완전히 사라질 때까지 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)가 서로 가까워지도록 간격을 좁힐 수 있다. 이처럼, 3D 스캐닝 장치(100)는 시행착오를 겪으며 trial-and-error 방식으로 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)의 거리를 좁혀가면서 여러 단계의 제어를 통해 객체(i)에 형성된 홈의 내부를 촬영하도록 시도할 수 있다.

다른 실시예에서, 3D 스캐닝 장치(100)는 객체(i)에 형성된 홈의 폭(r)을 이용하여 미리 좁혀야 할 거리(m1 및 m2)를 계산하고, 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)의 간격에 대한 한번의 제어에 의해 홈의 내부가 스캔되도록 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)의 간격을 m1 및 m2만큼 줄일 수 있다. 장치(100)3D 스캐닝 장치(100)는 쉐도우 영역(s)의 폭(r)이 좁으면 좁을수록 제1 스캔부(200_1)와 제2 스캔부(200_2)가 서로 더 가까워지도록 좁혀야 할 거리(m1 및 m2)를 계산할 수 있다. 3D 스캐닝 장치(100)는 쉐도우 영역(s)의 폭이 상대적으로 넓으면 제1 스캔부(200_1)와 제2 스캔부(200_2)의 간격을 상대적으로 덜 가까워지도록 좁혀야 할 거리(m1 및 m2)를 계산할 수 있다. 좁혀야 할 거리(m1 및 m2)는 쉐도우 영역(s)의 형태 또는 폭(r)에 따라 미리 설정된 값일 수 있다. 따라서, 3D 스캐닝 장치(100)는 객체(i)의 홈의 폭(r)이 외부에서 입력되면, 입력된 폭(r)에 해당하는 간격으로 제1 스캔부(200_1)와 제2 스캔부(200_2)의 간격을 한번에 좁힐 수 있다.

이때, 요잉 조인트(230)부는 객체(i)의 방향을 향하도록 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)가 마주보는 방향으로 점점 회전할 수 있다. 요잉 조인트(230)부는 인터벌 컨트롤러(210)의 간격이 좁아지는 거리에 비례하여 회전하여 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)가 수직방향을 기준으로 d1각도를 이루다가 간격이 점점 좁아지면서 d2각도 및 d3각도로 회전할 수 있다. 요잉 조인트(230)부는 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)의 각도를 간격과 무관하게 변경할 수도 있는데, 특히 외부 설정에 의해 간격에 따른 각도가 다양하게 변경될 수도 있다.

도 10의 (a) 내지 도 10의 (d)는 3D 스캐닝 장치가 객체에 형성된 홈의 형태에 따라 삼각측량하는 과정을 나타내는 일 예시이고, 도 11은 도 10의 동작을 3D 스캐닝 장치의 상측에서 바라보았을 때 객체 상에 쉐도우 영역이 발생되는 범위의 일 예시이다.

도 10의 (a)를 참조하면, 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)는 i1영역에 대한 스캔을 성공할 수 있고, 도 10의 (b)를 참조하면, 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)는 i2영역의 좌측 부분에 대한 스캔을 성공할 수 있다. 그러나 도 10의 (c)를 참조하면, 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)는 i2영역의 오른쪽에 형성된 측벽 때문에 i2영역의 우측 부분에 대한 스캔을 실패한다. 따라서, 도 10의 (d)를 참조하면, 3D 스캐닝 장치(100)는 객체(i)를 스캔할 때 쉐도우 영역(s)이 발생될 수 있다.

도 11을 참조하면, 3D 스캐닝 장치(100)는 객체(i)를 스캔할 때 도 13에서 쉐도우 영역(s)이 발생된 i2영역의 우측 부분에 대하여 쉐도우 영역(s)이 발생될 수 있다. 3D 스캐닝 장치(100) 제어 방법은 발생된 쉐도우 영역(s)의 폭을 측정하여 해당 폭에 따라 미리 설정된 거리만큼 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)의 폭을 좁혀가며 깊이 맵 이미지를 생성하고, 생성된 깊이 맵 이미지에서 쉐도우 영역(s)이 존재하는지 다시 판단해가면서 객체(i)에 형성된 홈의 내부를 스캔할 수 있다.

도 12는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 3D 스캐닝 장치의 사시도이다.

도 12를 참조하면, 본 실시예에 따른 3D 스캐닝 장치(100_2)는 객체(i)를 스캔하는 제1 스캔부(200_1) 및 제1 스캔부(200_1)와 공동으로 객체를 스캔하는 제2 스캔부(200_2), 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)의 중심점을 기준으로 상기 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)를 회전시키는 스캐닝 회전부(500), 객체(i)를 회전시키는 객체 회전부(400), 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)에서 스캔된 결과에 따라 객체(i)에 대한 삼각측량을 수행하고, 객체(i)에 형성된 홈의 내부에 대한 삼각측량을 실패한 것으로 판단하는 경우, 상기 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)가 객체(i)를 스캔하는 상대적인 스캔각도를 조절하도록 스캐닝 회전부(500) 및 객체 회전부(400) 중 적어도 하나를 제어하는 제어부(300) 를 포함할 수 있다.

본 실시예에 따른 3D 스캐닝 장치(100_2)의 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)는 일 실시예에 따른 3D 스캐닝 장치(100)의 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)와 동일한 구성이므로 설명을 생략하도록 한다.

객체 회전부(400)는 객체(i)를 회전시키거나 위치를 이동시킬 수 있다. 스캐닝 회전부(500)는 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)와 결합되어 객체(i)를 스캔하는 각도를 조절할 수 있다.

제어부(300)는 객체 회전부(400) 또는 스캐닝 회전부(500)를 제어하여 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)가 객체(i)를 스캔하는 각도를 조절하는데, 제어부(300)는 객체 회전부(400) 또는 스캐닝 회전부(500) 중 어느 하나만 제어하여 스캔 각도를 조절하거나, 두개 전부를 제어하여 스캔 각도를 조절할 수 있다.

이때, 제어부(300)는 홈의 내부가 명확히 스캔되는 각도까지 객체 회전부(400) 또는 스캐닝 회전부(500)를 제어하여 스캔 각도를 조절할 수 있는데, 이러한 각도는 스캔을 하는 과정동안 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)로부터 스캔된 영상을 이용하여 깊이 맵 이미지를 생성한뒤, 스캔 각도를 조절하면서 깊이 맵 이미지 내에 형성된 쉐도우 영역(s)의 면적이 좁아지는 것으로 판단되면, 홈이 점점 줄어드는 것으로 판단하여 스캔 각도를 계속하여 조절하고, 만약 스캔 각도를 조절하면서 쉐도우 영역(s)의 면적이 넓어지는 것으로 판단되면, 홈이 점점 커지는 것으로 판단하여 쉐도우 영역(s)의 면적이 넓어지기 직전까지의 각도로 객체 회전부(400) 또는 스캐닝 회전부(500)를 제어할 수 있다.

다른 실시예에 따른 3D 스캐닝 장치(100_2)는 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)의 간격을 조절하는 인터벌 컨트롤러(210)를 더 포함할 수 있다.

이때 제어부(300)는, 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)에서 스캔된 결과에 따라 객체(i)에 형성된 홈의 내부에 대한 삼각측량을 실패한 것으로 판단하는 경우, 간격이 좁혀지도록 인터벌 컨트롤러(210)를 제어하거나, 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)가 객체(i)를 스캔하는 상대적인 스캔각도를 조절하도록 상기 스캐닝 회전부(500) 및 객체 회전부(400) 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.

이때, 제어부(300)는, 객체(i)에 형성된 홈의 내부에 대한 삼각측량을 실패한 것으로 판단하는 경우, 스캐닝 회전부(500) 및 객체 회전부(400)를 먼저 제어하여 스캔의 상대적인 각도를 조절한 뒤, 홈의 내부에 대한 삼각측량을 실패한 것으로 다시 판단하는 경우 인터벌 컨트롤러(210)를 제어하여 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2) 사이의 간격을 좁히도록 제어할 수 있다. 한편, 또 다른 실시예에서, 제어부(300)는 스캐닝 회전부(500) 및 객체 회전부(400)를 인터벌 컨트롤러(210)와 동시에 제어하면서 객체(i)에 형성된 홈의 내부를 촬영할 수 있는 최적의 상태로 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)를 제어할 수도 있다.

이에 따라, 본 실시예에 따른 3D 스캐닝 장치(100_2)는 스캔부(200)의 간격을 좁히지 않고도 홈의 내부를 스캔하여 고품질의 입체 영상을 생성할 수 있는 효과가 있다.

도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 3D 스캐닝 방법의 순서도이고, 도 14는 도 13에서 설명된 3D 스캐닝 방법의 일부 동작에 대한 상세 순서도이며, 도 15는 도 13에서 설명된 3D 스캐닝 방법의 일부 동작에 대한 다른 상세 순서도이다.

도 13을 참조하면, 본 실시예에 따른 3D 스캐닝 방법(S100)은 단계 S110에서 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)에 의해 객체(i)가 스캔되고, 단계 S130에서 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)에서 스캔된 결과에 따라 객체(i)에 홈이 형성된 것으로 판단되는 경우, 단계 S150에서 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2) 사이의 간격이 좁혀지도록 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)의 간격이 조절될 수 있다. 이때, 단계 S110에서 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)가 객체(i)를 향하도록 조인트부가 회전될 수 있다.

이하 각 단계에 대해서 구체적으로 설명하면, 단계 S110에서 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)에 의해 객체(i)가 스캔되는데, 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)는 객체(i)를 스캔하는 수단으로 구성될 수 있음은 물론, 객체(i)를 삼각측량하기 위해 식별광(p)을 조사할 수 있는 수단으로 구성될 수도 있다.

단계 S130에서 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)에서 스캔된 결과에 따라 객체(i)에 홈이 형성된 것으로 판단될 수 있다. 단계 S130에서 객체(i)에 홈이 형성된 것으로 판단되는 방법은, 삼각측량이 실패하였는지 여부를 이용하여 판단되거나, 삼각측량에 실패하면 깊이 맵 상에 쉐도우 영역(s)이 형성되었는지 여부를 이용하여 판단될 수 있다.

단계 S130에서 삼각측량을 실패한 것으로 판단되는 경우, 객체(i)에 홈이 형성되어 홈에 의해 홈의 내부에 대한 삼각측량을 실패한 것으로 판단할 수도 있으며, 이에 대한 내용은 후술하도록 한다.

단계 S130에서 객체(i)에 홈이 형성된 것으로 판단되는 경우 단계 S150에서 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2) 사이의 간격이 조절될 수 있다.

단계 S150에서 쉐도우 영역(s)의 폭(r)을 기준으로 제1 스캔부(200_1)와 제2 스캔부(200_2)의 간격이 좁혀져 i2영역에 삼각측량이 수행될 수 있다. 즉, 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)의 간격은 쉐도우 영역(s)의 폭(r)에 따라 간격이 결정될 수 있다.

단계 S170에서 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)의 간격이 조절됨에 따라 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)가 객체(i)가 위치한 방향을 향하도록 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)가 회전될 수 있다. 또한, 단계 S170에서 제1 스캔부(200_1)와 제2 스캔부(200_2)의 간격이 좁아지는 거리에 비례하는 각도로 제1 스캔부(200_1)와 제2 스캔부(200_2)가 회전될 수 있다.

단계 S170을 수행한 뒤 3D 다시 단계 S110가 수행되어 객체(i)가 삼각측량될 수 있다. 이로서 3D 스캐닝 방법(S100)은 객체(i)에 삼각측량을 실패하는 경우 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)의 간격을 좁혀가면서 삼각측량을 시도할 수 있다.

단계 S130에서 객체(i)에 홈이 형성된 것으로 판단되지 않는 경우, 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)의 간격을 좁히지 않을 수 있다.

도 14를 참조하면, 본 실시예의 단계 S130에서 객체(i)에 홈이 형성되었는지 여부를 식별광(p)을 이용하여 판단될 수 있다. 먼저, 단계 S1301에서 제2 스캔부가 스캔한 영상 내에 식별광(p)이 인식되는지 여부가 확인될 수 있다. 단계 S1303에서 제2 스캔부(200_2)가 스캔한 영상 내에 확인된 식별광(p)이 제1 스캔부(200_1)에서 조사한 식별광(p)인지 여부를 판단하기 위해 제1 스캔부가 조사한 식별광(p)과 매칭시킬 수 있다. 제1 스캔부(200_1)는 다양한 형태, 모양, 패턴의 식별광(p)을 조사할 수 있기 때문에, 단계 S1303에서 먼저 식별광(p)의 존재를 확인하고, 식별광(p)의 존재가 확인되면 제1 스캔부에서 조사한 식별광(p)과 매칭할 수 있는데, 단계 S130에서 S1301과 S1303이 동시에 수행되거나, 순차적으로 수행되거나, 또는 S1301이 생략된 채 수행되는 등 삼각측량을 성공하는지 확인할 수 있도록 단계가 다양하게 변경될 수 있다.

단계 S1303에서 제2 스캔부(200_2)가 스캔한 영상 내에 포함된 식별광(p)이 제1 스캔부(200_1)에서 조사한 식별광(p)과 매칭되는 경우 삼각측량이 성공한 것으로 판단될 수 있다. 제2 스캔부(200_2)는 제1 스캔부(200_1)가 조사한 식별광(p)을 인식할 수 있다. 이때 제2 스캔부(200_2)가 식별광(p)을 인식하는 경우 삼각화가 성공한 것으로 판단되고, 객체(i)의 표면까지의 거리가 삼각측량될 수 있다. 삼각측량이 성공하면 객체(i)에 홈이 형성되지 않은 것으로 판단될 수 있다. 결국, 단계 S130에서 단계 S1301 및 단계 S1303가 수행되면, 삼각측량의 성공여부를 통해 홈의 형성여부가 판단될 수 있다.

도 14는 제1 스캔부(200_1)가 식별광(p)을 조사하고, 제2 스캔부(200_2)가 식별광(p)을 인식하는 것으로 표현되었으나, 제2 스캔부(200_2)가 식별광(p)을 조사하고, 제1 스캔부(200_1)가 식별광(p)을 인식하는 것으로 변경될 수도 있다. 예를 들어, 제2 스캔부(200_2)가 객체(i)의 표면에 식별광(p)을 조사하고 제1 스캔부(200_1)가 식별광(p)을 인식하지 못하는 경우 객체(i)에 홈이 형성되어 홈에 의해 홈의 내부에 대한 삼각측량을 실패한 것으로 판단할 수 있다.

다른 실시예에서, 3D 스캐닝 장치(100)의 제어부(300)는, 제1 스캔부(200_1)가 객체(i)의 표면에 식별광(p)을 조사하고 제2 스캔부(200_2)가 식별광(p)을 인식하지 못하는 경우 객체(i)에 형성된 홈에 의해 홈의 내부에 대한 삼각측량을 실패한 것으로 판단할 수 있다.

몇몇 실시예에서, 단계 S130에서 객체(i)가 스캔된 이미지를 비교하여 각각의 이미지에 객체(i)의 소정 위치가 각각의 이미지에 스캔되었는지 여부를 이용하여 삼각측량에 실패하였는지 여부, 즉, 제1 스캔부(200_1)에서 스캔된 이미지와 제2 스캔부(200_2)에서 스캔된 이미지 내의 픽셀의 위치와 값을 비교하는 픽셀 매칭을 이용하여 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2) 모두로부터 객체가 스캔되어 삼각화가 이루어 졌는지 여부가 판단될 수도 있다.

도 15는 도 13에서 설명된 3D 스캐닝 방법의 일부 동작에 대한 다른 상세 순서도이다.

도 15를 참조하면, 단계 S1301 및 S1303이 수행되고, 확인된 식별광(p)이 제1 스캔부(200_1)가 조사한 식별광(p)과 매칭되지 않는 것으로 판단되는 경우, S1305 단계에서 깊이 맵 이미지를 생성하고, 깊이 맵 이미지 상에 쉐도우 영역(s)이 형성되었는지 판단하여 쉐도우 영역(s)이 형성되는 경우 홈이 형성된 것으로 판단할 수 있다. S1305 단계에서, 깊이 맵 상에 거리 정보를 포함하지 않는 노이즈 픽셀이 군집화된 쉐도우 영역(s)을 형성하는 경우, 객체에 형성된 홈에 의해 홈의 내부에 대한 삼각측량을 실패한 것으로 판단할 수 있다. 쉐도우 영역(s)은 노이즈 픽셀이 미리 설정된 범위 이상으로 군집화된 영역일 수 있다.

단계 S1301 및 S1303이 수행되어 확인된 식별광(p)이 제1 스캔부(200_1)가 조사한 식별광(p)과 매칭되지 않는 것으로 판단되면 이미 삼각측량은 실패한 것으로 판단될 수 있다. 따라서, 단계 S1305에서 깊이 맵에 쉐도우 영역(s)이 형성된 것으로 판단되는 경우 어떠한 구조에 의해 차폐되었다고 판단될 수 있는데, 대부분의 차폐된 구조는 홈에 의해 발생되므로, 깊이 맵 상에 쉐도우 영역(s)이 형성된 것으로 판단되는 경우 객체(i)에 홈이 형성된 것으로 판단될 수 있다.

단계 S1305에서 노이즈 픽셀이 미리 설정된 범위 이상으로 군집화를 형성되지 않고, 군데 군데 형성된 경우, 이러한 노이즈 픽셀을 일시적인 오류로 취급하고, 객체(i)에 홈이 형성된 것은 아니라고 판단될 수 있다.

단계 S130에서 쉐도우 영역(s)의 폭(r)은 쉐도우 영역(s)을 주성분 분석(Principal Component Analysis)하여 측정될 수 있는데, 쉐도우 영역(s)의 폭(r)은 단계 S150에서 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)의 간격을 조절할 때 측정될 수도 있다.

이에 따라, 3D 스캐닝 방법(S100)은 객체(i)에 홈이 형성된 것으로 판단되면 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)의 간격을 좁혀가면서 객체(i)에 대한 삼각측량이 수행되고, 좁혀진 스캔부의 간격에 의해 홈의 내부를 스캔할 수 있는지 반복하여 스캔을 시도하고, 결국 스캔부의 간격을 가장 넓게 유지하면서도 홈의 내부를 용이하게 스캔할 수 있다.

도 16은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 3D 스캐닝 방법의 순서도이다.

도 16을 참조하면, 단계 S210에서 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)에 의해 객체(i)가 스캔되고, 단계 S230에서 객체(i)에 홈이 형성되었는지 판단될 수 있는데, 이러한 단계 S210 및 S230은 상술한 단계 S110 및 S130과 동일하므로 설명을 생략하도록 한다.

객체(i)에 홈이 형성된 것으로 판단되면, 단계 S240에서 객체(i)에 형성된 홈의 내부를 스캔하기 위해 스캐닝 회전부(500) 또는 객체 회전부(400)가 회전되어 객체(i)에 형성된 홈의 내부가 스캔될 수 있다. 이후 다시 단계 S310이 수행되어 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)에 의해 객체(i)가 스캔될 수 있다. 3D 스캐닝 방법(S200)은 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)의 간격을 좁히지 않고 스캔부(200) 또는 객체(i)를 회전하여 객체(i)에 형성된 홈의 내부를 스캔할 수 있는 장점이 있다.

도 17을 참조하면, 단계 S210에서 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)에 의해 객체(i)가 스캔되고, 단계 S230에서 객체(i)에 홈이 형성되었는지 판단될 수 있는데, 이러한 단계 S210 및 S230은 도 13에서 설명된 단계 S110 및 S130과 동일하므로 설명을 생략하도록 한다.

단계 S240에서 객체(i)에 형성된 홈의 내부를 스캔하기 위해 스캐닝 회전부(500) 또는 객체 회전부(400)가 제어되어 객체(i)에 형성된 홈의 내부가 스캔될 수 있는데, 이러한 단계는 도 16에서 설명된 단계 S240와 동일하므로 설명을 생략하도록 한다.

단계 S245에서 객체(i)에 여전히 홈이 형성되어 있는지 여부가 판단될 수 있다. 단계 S245에서 객체(i)에 여전히 홈이 형성되어 있는지 판단하는 방법은 도 13에서 설명된 단계 S130과 동일하므로 설명을 생략하도록 한다.

이후 단계 S250에서 이후 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)의 간격이 조절될 수 있되고, 단계 S270에서 스캔부가 객체(i)를 향하도록 회전될 수 있으며, 이후 단계 S210이 다시 수행될 수 있다. 이러한 단계 S250 및 S270은 도 13에서 설명된 단계 S150과 동일하므로 설명을 생략하도록 한다.

이에 따라, 본 발명의 다른 실시예에 따른 3D 스캐닝 장치(100_2)는 객체에 홈이 형성된 경우 스캐닝 회전부(500) 및 객체 회전부(400)를 먼저 제어함으로써, 스캔부(200)의 간격을 좁히지 않고도 홈의 내부를 스캔할 수 있고, 스캐닝 회전부(500) 및 객체 회전부(400)의 제어만으로 홈의 내부를 스캔할 수 없을 때에는 제1 스캔부(200_1) 및 제2 스캔부(200_2)의 간격을 조절함으로써 스캔 각도만으로 홈의 내부를 스캔할 수 없을 때 간격을 조절하여 간격조절을 최소한으로 줄여 고품질의 입체영상을 생성할 수 있는 장점이 있다.

지금까지 설명된 본 발명의 실시예에 따른 방법들은 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 구현된 컴퓨터프로그램의 실행에 의하여 수행될 수 있다.

상기 컴퓨터프로그램은 DVD-ROM, 플래시 메모리 장치 등의 기록매체에 저장된 것일 수도 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims

객체를 스캔하여 상기 객체의 입체 영상을 획득하는 3D 스캐닝 장치에 있어서,
상기 객체를 스캔하는 제1 스캔부;
상기 제1 스캔부와 공동으로 상기 객체를 스캔하는 제2 스캔부;
상기 제1 스캔부 및 제2 스캔부 사이의 간격을 조절하는 인터벌 컨트롤러;
상기 제1 스캔부 및 제2 스캔부에서 스캔된 결과에 따라 상기 객체에 대한 삼각측량을 수행하고, 상기 객체에 형성된 홈의 내부에 대한 삼각측량을 실패한 것으로 판단하는 경우, 상기 간격이 좁혀지도록 상기 인터벌 컨트롤러를 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 제1 스캔부 및 제2 스캔부에서 스캔한 이미지를 이용하여 상기 객체까지의 거리 정보를 포함하는 깊이 맵(depth map) 이미지를 생성하고, 상기 깊이 맵 상에서 상기 거리 정보를 포함하지 않는 노이즈 픽셀이 쉐도우 영역을 형성하는 경우, 상기 객체에 홈이 형성된 것으로 판단하되,
상기 노이즈 픽셀이 군집화된 영역은 상기 쉐도우 영역으로 판단하고,
상기 노이즈 픽셀이 군집화되지 않는 경우 상기 객체에 홈이 형성되지 않은 것으로 판단하는,
3D 스캐닝 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제1 스캔부가 상기 객체의 표면에 식별광을 조사하고 상기 제2 스캔부가 상기 식별광을 인식하지 못하는 경우 상기 객체에 형성된 홈에 의해 상기 홈의 내부에 대한 삼각측량을 실패한 것으로 판단하는,
3D 스캐닝 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 쉐도우 영역을 주성분 분석(Principal Component Analysis)하여 상기 쉐도우 영역의 폭을 측정하는,
3D 스캐닝 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 쉐도우 영역의 폭에 따라 상기 제1 스캔부 및 제2 스캔부의 간격을 결정하는,
3D 스캐닝 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 스캔부 및 제2 스캔부의 간격이 조절됨에 따라 상기 제1 스캔부 및 제2 스캔부가 각각 상기 객체가 위치한 방향을 향하도록 회전하는 요잉 조인트부를 더 포함하는,
3D 스캐닝 장치.
제6항에 있어서,
상기 요잉 조인트부는,
상기 제1 스캔부 및 제2 스캔부의 간격이 좁아지는 거리에 비례하는 각도로 상기 제1 스캔부 및 제2 스캔부를 회전하는,
3D 스캐닝 장치.
객체를 스캔하여 상기 객체의 입체 영상을 획득하는 3D 스캐닝 장치에 있어서,
상기 객체를 스캔하는 제1 스캔부;
상기 제1 스캔부와 공동으로 상기 객체를 스캔하는 제2 스캔부;
상기 제1 스캔부 및 제2 스캔부의 중심점을 기준으로 상기 제1 스캔부 및 제2 스캔부를 회전시키는 스캐닝 회전부;
상기 객체를 회전시키는 객체 회전부; 및
상기 제1 스캔부 및 제2 스캔부에서 스캔된 결과에 따라 상기 객체에 대한 삼각측량을 수행하고, 상기 객체에 형성된 홈의 내부에 대한 삼각측량을 실패한 것으로 판단하는 경우, 상기 제1 스캔부 및 제2 스캔부가 상기 객체를 스캔하는 상대적인 스캔각도를 조절하도록 상기 스캐닝 회전부 및 객체 회전부 중 적어도 하나를 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 제1 스캔부 및 제2 스캔부에서 스캔한 이미지를 이용하여 상기 객체까지의 거리 정보를 포함하는 깊이 맵(depth map) 이미지를 생성하고, 상기 깊이 맵 상에서 상기 거리 정보를 포함하지 않는 노이즈 픽셀이 쉐도우 영역을 형성하는 경우, 상기 객체에 홈이 형성된 것으로 판단하되,
상기 노이즈 픽셀이 군집화된 영역은 상기 쉐도우 영역으로 판단하고,
상기 노이즈 픽셀이 군집화되지 않는 경우 상기 객체에 홈이 형성되지 않은 것으로 판단하는,
3D 스캐닝 장치.
제8항에 있어서,
상기 제1 스캔부 및 제2 스캔부의 간격을 조절하는 인터벌 컨트롤러를 더 포함하고,
상기 제어부는,
상기 제1 스캔부 및 제2 스캔부에서 스캔된 결과에 따라 상기 객체에 대한 삼각측량을 수행하고, 상기 객체에 형성된 홈의 내부에 대한 삼각측량을 실패한 것으로 판단하는 경우, 상기 간격이 좁혀지도록 상기 인터벌 컨트롤러를 제어하거나, 상기 제1 스캔부 및 제2 스캔부가 상기 객체를 스캔하는 상대적인 스캔각도를 조절하도록 상기 스캐닝 회전부 및 객체 회전부 중 적어도 하나를 제어하는,
3D 스캐닝 장치.
제9항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제1 스캔부 및 제2 스캔부에서 스캔된 결과에 따라 상기 객체에 대한 삼각측량을 수행하고, 상기 객체에 형성된 홈의 내부에 대한 삼각측량을 실패한 것으로 판단하는 경우, 상기 스캐닝 회전부 및 객체 회전부를 먼저 제어한 뒤, 상기 홈의 내부에 대한 삼각측량을 실패한 것으로 다시 판단하는 경우 상기 인터벌 컨트롤러를 제어하는,
3D 스캐닝 장치.
객체를 스캔하여 상기 객체의 입체 영상을 획득하는 3D 스캐닝 장치의 제어방법에 있어서,
제1 스캔부 및 제2 스캔부가 상기 객체를 스캔하는 단계;
상기 제1 스캔부 및 제2 스캔부에서 스캔된 결과에 따라 상기 객체에 대한 삼각측량을 수행하고, 상기 객체에 형성된 홈의 내부에 대한 삼각측량을 실패한 것으로 판단하는 경우, 상기 제1 스캔부 및 제2 스캔부 사이의 간격이 좁혀지도록 상기 간격을 조절하는 단계를 포함하고,
상기 간격을 조절하는 단계는,
상기 제1 스캔부 및 제2 스캔부에서 스캔한 이미지를 이용하여 상기 객체까지의 거리 정보를 포함하는 깊이 맵(depth map) 이미지를 생성하고, 상기 깊이 맵 상에서 상기 거리 정보를 포함하지 않는 노이즈 픽셀이 쉐도우 영역을 형성하는 경우, 상기 객체에 홈이 형성된 것으로 판단하는 단계를 포함하되,
상기 노이즈 픽셀이 군집화된 영역은 상기 쉐도우 영역으로 판단하고,
상기 노이즈 픽셀이 군집화되지 않는 경우 상기 객체에 홈이 형성되지 않은 것으로 판단하는,
3D 스캐닝 방법.
제11항에 있어서,
상기 삼각측량을 실패한 것으로 판단하는 경우는,
상기 제1 스캔부가 상기 객체의 표면에 식별광을 조사하고 상기 제2 스캔부가 상기 식별광을 인식하지 못하는 경우 상기 객체에 형성된 홈에 의해 상기 홈의 내부에 대한 삼각측량을 실패한 것으로 판단하는,
3D 스캐닝 방법.
삭제
제11항에 있어서,
상기 제1 스캔부 및 제2 스캔부의 간격을 조절하는 단계는,
상기 쉐도우 영역을 주성분 분석(Principal Component Analysis)하여 상기 쉐도우 영역의 폭을 측정하는,
3D 스캐닝 방법.
제11항에 있어서,
상기 제1 스캔부 및 제2 스캔부의 간격을 조절하는 단계는,
상기 쉐도우 영역의 폭에 따라 상기 제1 스캔부 및 제2 스캔부의 간격을 결정하는,
3D 스캐닝 방법.
제11항에 있어서,
상기 제1 스캔부 및 제2 스캔부의 간격이 조절됨에 따라 상기 제1 스캔부 및 제2 스캔부가 상기 객체가 위치한 방향을 향하도록 상기 제1 스캔부 및 제2 스캔부를 회전하는 단계를 더 포함하는,
3D 스캐닝 방법.
제16항에 있어서,
상기 제1 스캔부 및 제2 스캔부를 회전하는 단계는,
상기 제1 스캔부 및 제2 스캔부의 간격이 좁아지는 거리에 비례하는 각도로 상기 제1 스캔부 및 제2 스캔부를 회전하는,
3D 스캐닝 방법.