KR102434419B1 - Precision 3D scanning device and method using multi-point markers and stereo vision - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다점 마커 및 스테레오 비전을 이용한 정밀 3D 스캔 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대형 공작물의 정보를 추출하기 위해서, 대형 공작물을 다점(multi-points)의 인공 마커가 부착된 스테레오 비전 카메라로 측량하고, 촬영된 이미지에서 데이터를 추출하여 3D 좌표계를 생성하기 위한 다점 마커 및 스테레오 비전을 이용한 정밀 3D 스캔 장치 및 방법에 관한 것으로, N개의 다점(multi-point)을 가진 인공 마커가 부착된 대형의 공작기기를 스테레오 비전 카메라들을 통해서 촬영하는 스테레오촬영부;와 상기 스테레오촬영부로부터 촬영된 상기 대형 공작기기 촬영 2D 이미지에서 M개의 상기 마커의 위치를 탐색하고 2D좌표로 나타내는 마커인식부;와 상기 마커인식부로부터 탐색된 상기 M개 마커의 마커 포인트(marker points)들의 인식 위치를 3D(3-Dimension)으로 변환하는 3D매칭부; 및 상기 3D매칭부에서 도출된 상기 3D 마커 포인트들의 위치를 3D좌표계로 나타내는 3D좌표계표현부;를 포함한다.The present invention relates to a precision 3D scanning apparatus and method using multi-point markers and stereo vision, and more particularly, to extract information on large workpieces, stereo vision with multi-points artificial markers attached to large workpieces. It relates to a precision 3D scanning apparatus and method using a multi-point marker and stereo vision for generating a 3D coordinate system by measuring with a camera and extracting data from a photographed image, wherein an artificial marker with N multi-points is attached A stereo photographing unit for photographing a large machine tool using stereo vision cameras; and a marker recognition unit for searching the positions of the M markers in the 2D image of the large machine tool photographed from the stereo photographing unit and displaying in 2D coordinates; and a 3D matching unit converting the recognition positions of the M marker points searched by the marker recognition unit into 3D (3-Dimension); and a 3D coordinate system representation unit representing the positions of the 3D marker points derived from the 3D matching unit in a 3D coordinate system.

Description

다점 마커 및 스테레오 비전을 이용한 정밀 3D 스캔 장치 및 방법{Precision 3D scanning device and method using multi-point markers and stereo vision}Precision 3D scanning device and method using multi-point markers and stereo vision

본 발명은 다점 마커 및 스테레오 비전을 이용한 정밀 3D 스캔 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대형 공작물의 정보를 추출하기 위해서, 대형 공작물에 다점(multi-points)의 인공 마커를 부착하여, 스테레오 비전 카메라로 측량하고, 촬영된 이미지에서 데이터를 추출하여 3D 좌표계를 생성하기 위한 다점 마커 및 스테레오 비전을 이용한 정밀 3D 스캔 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a precision 3D scanning apparatus and method using multi-point markers and stereo vision, and more particularly, to extract information on large workpieces, by attaching artificial markers of multi-points to large workpieces, stereo It relates to a precision 3D scanning apparatus and method using a multi-point marker and stereo vision for generating a 3D coordinate system by surveying with a vision camera and extracting data from a photographed image.

현대 산업에서 컴퓨터 수치 제어(CNC) 기계는 가장 중요한 구성요소이다. 설계된 CAD 모델을 바탕으로 컴퓨터 수치 제어(CNC) 기계는 밀링, 선반, 라우터, 용접기, 레이저 및 여러 가지 작업을 처리한다. 이 과정에서 공작물은 기계 테이블에 임의로 적재되거나, 특별히 제작된 고정물을 이용하여 원하는 위치에 고정된다. 하지만 얇은 판재의 부품이나 탄소 섬유 강화 플라스틱 제품의 경우 기하학적 오차가 쉽게 발생할 수 있으며, 공작물의 위치가 이상적인 위치에서 벗어나거나 가공 중 변형이 발생할 수 있다. 이러한 문제들은 최종 제품의 품질에 영향을 미치기 때문에 공작물 위치 확인 프로세스를 통해 실제 공작물의 모양과 위치를 탐지한다. 여기서, 감지된 기하학적 정보는 유클리드 변환을 추정하고 도구 경로를 보정하는 데 사용된다.In modern industry, computer numerical control (CNC) machines are the most important components. Based on the designed CAD model, a computer numerical control (CNC) machine handles milling, lathes, routers, welding machines, lasers and many more. In this process, the workpiece is arbitrarily loaded on the machine table or fixed at the desired position using a specially manufactured fixture. However, in the case of thin plate parts or carbon fiber reinforced plastic products, geometrical errors can easily occur, and the position of the workpiece may deviate from the ideal position or deformation may occur during processing. Because these issues affect the quality of the final product, the workpiece positioning process detects the shape and position of the actual workpiece. Here, the sensed geometric information is used to estimate the Euclidean transform and to calibrate the tool path.

일반적으로 3축/5축 컴퓨터 수치 제어(CNC) 기계 또는 산업용 로봇에 부착되는 접촉 프로브는 프로브와 공작물 사이의 접촉점의 3D 좌표를 측정하기 위해, 터치 트리거 메커니즘을 사용한다. 이러한 유형의 스캐너는 높은 정확도와 자동화 수준을 가지고 있지만, 획득 시간 및 작업 범위는 컴퓨터 수치 제어(CNC)기계 또는 로봇의 물리적 이동으로 제한된다.A contact probe, usually attached to a 3-axis/5-axis computer numerical control (CNC) machine or industrial robot, uses a touch trigger mechanism to measure the 3D coordinates of the contact point between the probe and the workpiece. Although this type of scanner has a high level of accuracy and automation, the acquisition time and scope of work are limited by the physical movement of a computer numerical control (CNC) machine or robot.

대형 부품 측정 및 객체의 3 차원 형상을 재구성하기 위해 다수 라인 스캔 또는 이미지 슬라이스가 결합되는 수많은 스캐닝 기술이 사용되고 있다. 예를 들어 표면 CAD-CAM 재구성 애플리케이션에서 사용된 바와 같이 대상의 표면 라인 스캔을 생성하기 위한 레이저 삼각 측량, 및 내부 객체 3D 재구성 응용 프로그램에 대한 객체의 이미지 슬라이스 스캔을 생성하기 위해, 광 간섭 단층 촬영(OCT), 자기 공명 영상(MRI), 초음파 영상, 레이더 영상, 및 음파 탐지기 영상 탐색 방법이 있다.A number of scanning techniques are used, in which multiple line scans or image slices are combined to measure large parts and reconstruct the three-dimensional shape of objects. Laser triangulation to generate surface line scans of an object as used for example in surface CAD-CAM reconstruction applications, and optical coherence tomography to generate image slice scans of objects for internal object 3D reconstruction applications. (OCT), magnetic resonance imaging (MRI), ultrasound image, radar image, and sonar image search method.

이러한 모든 응용 프로그램에서, 3 차원 공간에서 상기 객체를 정확하게 재구성하기 위해 각 스캔 라인 또는 이미지 슬라이스 사이의 상기 공간 관계에 대한 정확한 지식으로 여러 개별 스캔 라인 또는 이미지 슬라이스를 재결합해야 한다. In all these applications, in order to accurately reconstruct the object in three-dimensional space, it is necessary to recombine several individual scan lines or image slices with accurate knowledge of the spatial relationship between each scan line or image slice.

레이저 삼각 측량 방법은 3차원 공간에서 객체를 스캔하는 과정에서 레이저 스트라이프가 공작물의 표면에 투영되어 표면에 투영 곡선이 생성되며, 투사된 곡선은 카메라에 잡히고, 곡선의 3D 프로파일은 카메라와 광원 사이의 공간 관계를 기반으로 계산된다. 하지만 이 또한, 이 스캐너의 측정 정확도는 반사 성질에 따라 달라지며, 표면이 반질반질하고 투명할 경우 스캔이 제대로 되지 않을 수 있으며, 대형 공작기기가 동적인 상황에서는 스캐닝(Scanning)하는데 제약이 있다는 문제점이 존재한다.In the laser triangulation method, in the process of scanning an object in three-dimensional space, a laser stripe is projected on the surface of the workpiece to generate a projection curve on the surface, the projected curve is captured by the camera, and the 3D profile of the curve is measured between the camera and the light source. It is calculated based on spatial relationships. However, the measurement accuracy of this scanner also depends on the reflective properties, and scanning may not work properly if the surface is smooth and transparent, and there are limitations to scanning in a dynamic situation with large machine tools. this exists

한국공개번호 (KR)제2020-0142392호 (2020.12.22)Korea Publication No. (KR) 2020-0142392 (2020.12.22)

본 발명은 이와 같은 문제점을 감안한 것으로써, 본 발명은 다점 마커 기반 포인트로 산업 현장 기계의 분할된 영역을 안정적으로 반복하여, 빠르게 감지할 수 있는 다점 마커 및 스테레오 비전을 이용한 정밀 3D 스캔 장치 및 방법을 제공하는 것이다. The present invention is in view of such a problem, and the present invention provides a precision 3D scanning apparatus and method using a multi-point marker and stereo vision that can stably repeat the divided area of an industrial field machine with a multi-point marker-based point and quickly detect it. is to provide

본 발명의 실시 예들에 따른, 다점 마커 및 스테레오 비전을 이용한 정밀 3D 스캔 장치는 N개의 다점(multi-point)을 가진 인공 마커가 부착된 대형의 공작기기를 스테레오 비전 카메라들을 통해서 촬영하는 스테레오촬영부;와 상기 스테레오촬영부로부터 촬영된 상기 대형 공작기기 촬영 2D 이미지에서 M개의 상기 마커의 위치를 탐색하고 2D좌표로 나타내는 마커인식부;와 상기 마커인식부로부터 탐색된 상기 M개의 마커 각각에서 N개의 마커 포인트(marker points)들의 인식 위치를 3D(3-Dimension)으로 변환하는 3D매칭부; 및 상기 3D매칭부에서 도출된 상기 NxM개의 3D 마커 포인트들의 위치를 3D좌표계로 나타내는 3D좌표계표현부;를 포함한다.According to embodiments of the present invention, a precision 3D scanning device using a multi-point marker and stereo vision is a stereo imaging unit for photographing a large machine tool attached with an artificial marker having N multi-points through stereo vision cameras. and a marker recognition unit that searches the positions of the M markers in the 2D image taken from the stereo photographing unit and represents the M markers in 2D coordinates; and N in each of the M markers searched from the marker recognition unit. a 3D matching unit that converts the recognition positions of marker points into 3D (3-Dimension); and a 3D coordinate system representation unit representing the positions of the NxM 3D marker points derived from the 3D matching unit in a 3D coordinate system.

본 발명의 실시 예들에 따른, 상기 스테레오촬영부는 상기 대형 공작기기 표면에 부착된 2D(2-Dimension)의 상기 다점(multi-points)의 인공마커를 촬영하며, 스테레오 비전(stereo vision) 기능을 갖춘 두 개 이상의 상기 스테레오 비전 카메라;를 포함한다.According to embodiments of the present invention, the stereo photographing unit photographs the artificial markers of the multi-points of 2D (2-Dimension) attached to the surface of the large machine tool, and has a stereo vision function and two or more of the stereo vision cameras.

본 발명의 실시 예들에 따른, 상기 스테레오촬영부는 두 개 이상의 상기 스테레오 비전 카메라들 각각으로부터, nxm으로 분할된 상기 대형 공작기기 표면을 반복해서 촬영하고, 상기 각각의 분할된 영역에 위치한 상기 스테레오 비전 카메라로부터 양쪽(오른쪽과 왼쪽)에서 촬영한다.According to embodiments of the present invention, the stereo imaging unit repeatedly photographs the surface of the large machine tool divided by nxm from each of the two or more stereo vision cameras, and the stereo vision camera located in each divided area From both sides (right and left).

본 발명의 실시 예들에 따른, 상기 마커인식부는 상기 스테레오촬영부로부터 획득된 상기 대형 공작기기 표면의 영역들에서 M개의 상기 2D의 다점 마커를 인식하는 마커체킹부; 및 상기 마커체킹부로부터 탐색된 이차원의 상기 인공마커 다점 포인트(multi-points)들의 위치를 탐색하는 마커포인트탐색부;를 포함한다.According to embodiments of the present invention, the marker recognition unit is a marker checking unit for recognizing the M number of 2D multi-point markers in the areas of the large machine tool surface obtained from the stereo imaging unit; and a marker point search unit that searches the positions of the two-dimensional artificial marker multi-points searched by the marker checking unit.

본 발명의 실시 예들에 따른, 상기 마커인식부는 상기 마커포인트탐색부로 탐색된 상기 2D 마커 포인트들의 위치를 좌표에 나타내는 2D좌표표현부;를 더 포함한다.According to embodiments of the present invention, the marker recognition unit further includes a 2D coordinate representation unit indicating the positions of the 2D marker points searched by the marker point search unit in coordinates.

본 발명의 실시 예들에 따른, 상기 3D매칭부는 상기 마커인식부에서 양쪽 방향(오른쪽 및 양쪽)으로부터 취득된 상기 2D의 인공마커 포인트의 위치 값들인 (xr, yr)과 (xl, yl)을 삼각측량방법을 이용하여 3D 마커 포인트값(x,y,z)으로 재구성하는 삼차원변환부;를 포함한다.According to embodiments of the present invention, the 3D matching unit triangularizes (xr, yr) and (xl, yl), which are the position values of the 2D artificial marker point obtained from both directions (right and both) in the marker recognition unit. and a three-dimensional transformation unit for reconstructing the 3D marker point values (x, y, z) using a survey method.

본 발명의 실시 예들에 따른, 상기 삼차원변환부는 상기 N개의 다점(multi-points)을 가진 상기 대형 공작기기의 외부용 기준 마커(reference marker)를 기준으로, 상기 3D 마커 포인트들의 상대적인 위치를 배열하여, 각각의 상기 3D 마커 포인트값(Xm,Ym,Zm)으로 표현한다.According to embodiments of the present invention, the three-dimensional transformation unit arranging the relative positions of the 3D marker points on the basis of the reference marker for external use of the large machine tool having the N multi-points (multi-points) , expressed as each of the 3D marker point values (Xm, Ym, Zm).

본 발명의 실시 예들에 따른, 상기 3D매칭부는 상기 삼차원변환부로부터 재구성된 3D 포인트들 각각을 행 방향으로 이어붙일 경우, 상기 왼쪽과 오른쪽의 3D 포인트들에서 상기 마커 포인트들이 중복되는 부분을 가로로 이어붙이(stitching)며, 상기 가로로 이어붙인 각각의 3D포인트들을 열 방향으로 상기 마커 포인트들이 중복되는 부분을 이어붙이며, 혹은 이와 정반대의 순서로 3D 포인트들을 이어붙이는(stitching) 3D포인트이음새부;를 더 포함한다.According to embodiments of the present invention, when the 3D matching unit connects each of the 3D points reconstructed from the 3D transform unit in the row direction, the overlapping portion of the marker points in the left and right 3D points is horizontally 3D point seam part for stitching, each of the 3D points connected horizontally in the column direction, where the marker points overlap, or for stitching 3D points in the opposite order; further includes

본 발명의 실시 예들에 따른, 상기 3D이미지이음새부는 분할된 상기 3D 이미지들을 이어붙이는(stitching) 것을 Y번 반복하여, 하나의 전체 3D 마커 포인트들 집합체를 생성한다.According to embodiments of the present invention, the 3D image seam unit repeats stitching the divided 3D images Y times to generate one whole 3D marker point aggregate.

본 발명의 실시 예들에 따른, 상기 3D좌표계표현부는 상기 3D매칭부에서 도출된 상기 M개의 3D 마커 각각에서 N개의 마커 포인트들의 위치들을 3차원 좌표계로 표현한다.According to embodiments of the present invention, the 3D coordinate system expression unit expresses the positions of N marker points in each of the M 3D markers derived from the 3D matching unit in a 3D coordinate system.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 다점 마커 및 스테레오 비전을 이용한 정밀 3D 스캔하는 장치에서 새로운 3D 포인트 좌표계를 생성하는 방법에 있어서, In a method for generating a new 3D point coordinate system in an apparatus for precise 3D scanning using a multipoint marker and stereo vision according to another embodiment of the present invention,

2D 인공 마커가 부착된 대형 공작기기를 스테레오 비전 카메라로부터 촬영하는 단계; 와 상기 2D 마커 포인트들이 3D 마커 포인트로 변환되는 단계;와 상기 3D 포인트의 좌표계 기준을 고정 값으로 지정하도록, 상기 대형 공작기기 외부에 기준 마커(reference marker)를 부착하는 단계; 및 상기 외부용 기준 마커(reference marker)를 기준으로, 상기 3D 마커 포인트들의 위치를 상대적인 회전(rotation)과 이동위치(translation)을 연산하여, 상기 각 마커 포인트들의 위치값(Xm,Ym,Zm)을 나타내는 좌표계를 생성하는 단계;를 포함한다.Taking pictures of a large machine tool attached with a 2D artificial marker from a stereo vision camera; and converting the 2D marker points into 3D marker points; and attaching a reference marker to the outside of the large machine tool to designate the coordinate system reference of the 3D point as a fixed value; and relative rotation and translation of the positions of the 3D marker points based on the external reference marker, and the position values (Xm, Ym, Zm) of each of the marker points. and generating a coordinate system representing

이상에서 설명한 바와 같은 다점 마커 및 스테레오 비전을 이용한 정밀 3D 스캔 방법에 따르면,According to the precise 3D scanning method using multi-point markers and stereo vision as described above,

첫째, 산업 현장 기계의 다이나믹한 기계의 위치변화를 마커 기반 포인트로 안정적이고 빠르게 감지할 수 있다.First, it is possible to reliably and quickly detect the change in the position of a dynamic machine in an industrial field with a marker-based point.

둘째, 공작물의 큰 영역은 여러 개의 이미지를 촬영하거나 카메라 해상도를 높여 정확하게 측정할 수 있다.Second, large areas of the workpiece can be accurately measured by taking multiple images or increasing the camera resolution.

셋째, 마커의 다점을 사용하여 새로운 좌표계를 생성할 수 있다.Third, a new coordinate system can be created using multiple points of a marker.

넷째, 본 발명만의 좌표계를 활용하여 3D 표면을 재구성하여 3D 진동 측정에도 적용할 수 있다.Fourth, it can be applied to 3D vibration measurement by reconstructing a 3D surface by utilizing the coordinate system unique to the present invention.

도1은 본 발명의 다점 마커이다.
도2는 본 발명의 광학프로브를 사용하여 3D 포인트를 탐색하는 방법의 흐름도이다.
도3은 본 발명의 전체 흐름도이다.
도4는 본 발명의 실시예인 마커인식부 및 3D매칭부의 구성도이다.
도5는 본 발명의 하나의 실시예인 3D좌표계를 생성하는 방법도이다.
도6는 본 발명의 하나의 실시 예들에 따른 실험결과도 및 결과표이다.
도7은 본 발명의 하나의 실시 예들에 따른 3D 스티칭 방법도이다.
1 is a multi-point marker of the present invention.
2 is a flowchart of a method for searching a 3D point using the optical probe of the present invention.
3 is an overall flowchart of the present invention.
4 is a block diagram of a marker recognition unit and a 3D matching unit according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram of a method for generating a 3D coordinate system according to an embodiment of the present invention.
6 is an experimental result diagram and result table according to one embodiment of the present invention.
7 is a 3D stitching method diagram according to an embodiment of the present invention.

첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들에 따른 다점 마커 및 스테레오 비전을 이용한 정밀 3D 스캔 장치 및 방법에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나, 개략적인 구성을 이해하기 위하여 실제보다 축소하여 도시한 것이다.A precise 3D scanning apparatus and method using a multi-point marker and stereo vision according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Since the present invention can have various changes and can have various forms, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to the specific disclosed form, it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing each figure, like reference numerals have been used for like elements. In the accompanying drawings, the dimensions of the structures are enlarged than the actual for clarity of the present invention, or shown reduced than the actual in order to understand the schematic configuration.

또한, 제1 및 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. Also, terms such as first and second may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may also be referred to as a first component. Meanwhile, unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. does not

도1은 본 발명의 다점 마커이다.1 is a multi-point marker of the present invention.

도1을 참고하면, 본 발명의 경우, 대형 공작물의 정보를 추출하기 위해서, 대형 공작물에 인공 마커가 부착된 사진측량 시스템을 기술이며, 공작물의 여러 사진은 다양한 위치와 방향에 위치한 카메라에 의해 캡처된다. 여기서, 마커의 영상 포인트는 영상 처리 기술을 통해 추출된다. 추출된 이미지 포인트에서 카메라 포즈와 마커의 3D 좌표 사이의 공간 관계가 추출되며, 인공 마커는 대형 공작물에 부착된다. 스테레오 비전 시스템에서 사용하는 두 카메라 사이의 공간 관계는 장(Jang)의 보정 방법을 사용하여 연산되고, 체커보드(Checkerboard)유형 마커는 하나의 마커에서 다점인 9개 이상의 포인트(points) 추출을 활성화한다. 또한 다점 마커는 표면의 로컬 정보인, 곡면성, 법선벡터를 제공하고 연결 프로세스의 정확도를 향상시킨다.Referring to Figure 1, in the case of the present invention, in order to extract information on the large workpiece, a photogrammetry system with artificial markers attached to the large workpiece is described, and several photos of the workpiece are captured by cameras located in various positions and directions. do. Here, the image point of the marker is extracted through image processing technology. From the extracted image points, the spatial relationship between the camera pose and the 3D coordinates of the marker is extracted, and the artificial marker is attached to the large workpiece. The spatial relationship between the two cameras used in the stereo vision system is calculated using Jang's correction method, and the Checkerboard type marker enables the extraction of 9 or more points, which are multi-point from one marker. do. In addition, multi-point markers provide surface local information, curvature and normal vectors, and improve the accuracy of the connection process.

도2는 본 발명의 광학프로브를 사용하여 3D 포인트를 탐색하는 방법의 흐름도이며, 도3은 본 발명의 전체 흐름도이다.Fig. 2 is a flowchart of a method for searching a 3D point using the optical probe of the present invention, and Fig. 3 is an overall flowchart of the present invention.

도2와 도3을 참고하면, N개의 다점(multi-point)을 가진 인공 마커가 부착된 대형의 공작기기를 스테레오 비전 카메라들을 통해서 촬영하는 스테레오촬영부(100);와 스테레오촬영부(100)로부터 촬영된 상기 대형 공작기기 촬영 2D 이미지에서 M개의 상기 마커의 위치를 탐색하고 2D좌표로 나타내는 마커인식부(200);와 마커인식부(200)로부터 탐색된 상기 M개의 마커 각각에서 N개의 마커 포인트(marker points)들의 인식 위치를 3D(3-Dimension)으로 변환하는 3D매칭부(300); 및 3D매칭부(300)에서 도출된 상기 MxN개의 3D 마커 포인트들의 위치를 3D좌표계로 나타내는 3D좌표계표현부(400)를 포함한다. 도3을 참고하면, 스테레오촬영부(100)는 상기 대형 공작기기 표면에 부착된 2D(2-Dimension)의 상기 다점(multi-points)의 인공마커를 촬영하며, 스테레오 비전(stereo vision) 기능을 갖춘 두 개 이상의 상기 스테레오 비전 카메라;를 포함하고 있다. 또한 두 개 이상의 상기 스테레오 비전 카메라들 각각으로부터, nxm으로 (랜덤하게) 분할된 상기 대형 공작기기 표면을 반복해서 촬영하고, 여기서 상기 각각의 분할된 대형 공작기기의 영역에 위치한 상기 분할된 영역을 상기 스테레오 비전 카메라의 양쪽(오른쪽과 왼쪽)에서 반복적으로 촬영한다. (즉, 스테레오촬영부(100) 포함된 두 개의 상기 스테레오 카메라가 분할된 영역에 대해 각각 오른쪽과 왼쪽에서 촬영한다.)2 and 3, a stereo imaging unit 100 for photographing a large machine tool attached with an artificial marker having N multi-points through stereo vision cameras; and a stereo imaging unit 100 A marker recognition unit 200 that searches for the positions of the M markers in the 2D image taken from the large machine tool and represents them in 2D coordinates; and N markers in each of the M markers searched from the marker recognition unit 200 3D matching unit 300 for converting the recognition positions of the points (marker points) into 3D (3-Dimension); and a 3D coordinate system representation unit 400 representing the positions of the MxN 3D marker points derived from the 3D matching unit 300 in a 3D coordinate system. Referring to FIG. 3, the stereo imaging unit 100 captures the artificial markers of the multi-points of 2D (2-Dimension) attached to the surface of the large machine tool, and performs a stereo vision function. at least two stereo vision cameras equipped with; Also, from each of the two or more of the stereo vision cameras, iteratively photographing the large machine tool surface divided by nxm (randomly), wherein the divided area located in the area of each of the divided large machine tool is said Repeat shots from both sides (right and left) of the stereo vision camera. (That is, the two stereo cameras included in the stereo photographing unit 100 take pictures on the right and left sides, respectively, for the divided area.)

도4는 본 발명의 실시예인 마커인식부(200) 및 3D매칭부(300)의 구성도이다.4 is a block diagram of the marker recognition unit 200 and the 3D matching unit 300 according to an embodiment of the present invention.

도4를 참고하면, 마커인식부(200)는 스테레오촬영부(100)로부터 획득된 상기 대형 공작기기 표면의 영역들에서 M개의 상기 2D의 다점 마커를 인식하는 마커체킹부(205); 및 마커체킹부(205)로부터 탐색된 이차원의 상기 인공마커 다점 포인트(multi-points)들의 위치를 탐색하는 마커포인트탐색부(210);를 포함한다. 또한, 마커포인트탐색부(210)로 탐색된 상기 2D 마커 포인트들의 위치를 좌표에 나타내는 2D좌표표현부(215);를 더 포함한다. 여기 마커포인트탐색부(210)은 스테레오촬영부(100)에서 상기 대형 공작기기의 분할된 영역들 중 어느 하나의 영역을, 상기 하나의 영역에 위치한 스테레오 비전 카메라에서 양쪽(오른쪽 및 왼쪽)으로 촬영한 2D 마커 포인트들의 위치를 탐색하여, 2D좌표표현부(215)는 상기 양쪽(오른쪽 및 왼쪽)방향의 2D 마커 포인트들의 위치를 (xr, yr)과 (xl, yl)로 표현한다.Referring to FIG. 4, the marker recognition unit 200 includes a marker checking unit 205 for recognizing the M number of 2D multi-point markers in the regions of the large machine tool surface obtained from the stereo imaging unit 100; and a marker point search unit 210 for searching the positions of the two-dimensional artificial marker multi-points searched by the marker checking unit 205 . In addition, it further includes; a 2D coordinate representation unit 215 indicating the positions of the 2D marker points searched by the marker point search unit 210 in coordinates. Here, the marker point search unit 210 captures any one of the divided areas of the large machine tool in the stereo photographing unit 100, both (right and left) in the stereo vision camera located in the one area. By searching for the positions of one 2D marker point, the 2D coordinate representation unit 215 expresses the positions of the 2D marker points in both (right and left) directions as (xr, yr) and (xl, yl).

3D매칭부(300)의 경우, 마커인식부(200)에서 양쪽 방향(오른쪽 및 양쪽)으로부터 취득된 상기 2D의 인공마커 포인트의 위치 값들인 (xr, yr)과 (xl, yl)을 삼각측량방법을 이용하여 3D 마커 포인트값(x,y,z)로 재구성하는 삼차원변환부(305);를 포함하며, 삼차원변환부(305)는 상기 N개의 다점(multi-points)을 가진 상기 대형 공작기기의 외부용 기준 마커(reference marker)를 기준으로 상기 3D 마커 포인트들의 상대적인 위치를 배열하여, 각각의 상기 3D 마커 포인트값(Xm,Ym,Zm)으로 표현한다. In the case of the 3D matching unit 300, the position values (xr, yr) and (xl, yl) of the 2D artificial marker points obtained from both directions (right and both) in the marker recognition unit 200 are triangulated. A three-dimensional transformation unit 305 for reconstructing a 3D marker point value (x, y, z) using a method; includes, and the three-dimensional transformation unit 305 is the large craft with the N multi-points. Relative positions of the 3D marker points are arranged with respect to an external reference marker of the device, and are expressed as each of the 3D marker point values (Xm, Ym, Zm).

좀 더 상세하게 설명하면, 상기 스테레오 비전의 왼쪽/오른쪽 카메라 이미지에서 각각 2D 포인트 얻고 난 뒤, 상기 한 쌍의 2D 포인트는 삼각측량을 통해 하나의 3D 포인트로 재구성된다. 또한, 3D매칭부(300)는 삼차원변환부(305)로부터 재구성된 3D 포인트들 각각을 열 방향으로 이어붙일 경우, 상기 왼쪽과 오른쪽의 3D 포인트들에서 상기 마커 포인트들이 중복되는 부분을 가로로 이어붙이(stitching)며, 상기 가로로 이어붙인 각각의 3D포인트들을 행 방향으로 상기 마커 포인트들이 중복되는 부분을 이어붙이며, 혹은 이와 정반대의 순서로 재구성된 3D 포인트들 각각을 행 방향으로 이어붙일 경우, 상기 위쪽과 아래쪽의 3D 포인트들에서 상기 마커 포인트들이 중복되는 부분을 세로로 이어붙이(stitching)며, 상기 세로로 이어붙인 각각의 3D포인트들을 열 방향으로 상기 마커 포인트들이 중복되는 부분을 가로로 이어붙이는(stitching) 3D포인트이음새부(310);를 더 포함한다. 여기서, 3D포인트이음새부(310)는, 분할된 상기 3D 포인트들을 이어붙이는(stitching) 것을 Y번 반복하여, 하나의 전체 3D 마커 포인트들 집합체를 생성한 후, 3D좌표계표현부(400)에서 3D매칭부(300)에서 도출된 상기 3D 마커 포인트 집합체들의에서 위치를 3차원 좌표계로 표현한다.More specifically, after obtaining 2D points from the left and right camera images of the stereo vision, the pair of 2D points are reconstructed into one 3D point through triangulation. In addition, the 3D matching unit 300 connects each of the 3D points reconstructed from the 3D transformation unit 305 in the column direction, horizontally connecting the overlapping portions of the marker points in the left and right 3D points In the case of stitching, each of the 3D points connected horizontally in the row direction is connected to the overlapping part of the marker points, or when each of the 3D points reconstructed in the opposite order are connected in the row direction, In the upper and lower 3D points, the overlapping part of the marker points is vertically stitched, and the part where the marker points overlap in the column direction is horizontally connected to each of the vertical 3D points. Attaching (stitching) 3D point seam 310; further includes. Here, the 3D point seam 310 repeats the stitching of the divided 3D points Y times to generate one whole 3D marker point aggregate, and then 3D in the 3D coordinate system expression unit 400 The positions of the 3D marker point aggregates derived from the matching unit 300 are expressed in a three-dimensional coordinate system.

도5는 본 발명의 하나의 실시예인 3D좌표계 생성하는 방법도이다.5 is a diagram illustrating a method of generating a 3D coordinate system according to an embodiment of the present invention.

도5를 참고하면 다점 마커 및 스테레오 비전을 이용한 정밀 3D 스캔하는 장치에서 새로운 3D 포인트 좌표계를 생성하는 방법에 있어서, 2D 인공 마커가 부착된 대형 공작기기를 스테레오 비전 카메라로부터 촬영하는 단계;와 기 2D 마커 포인트들이 3D 마커 포인트로 변환되는 단계;와 상기 3D 포인트의 좌표계 기준을 고정 값으로 지정하도록, 상기 대형 공작기기 외부에 기준 마커(reference marker)를 부착하는 단계; 및 기 외부용 기준 마커(reference marker)를 기준으로, 기 3D 마커 포인트들의 위치를 상대적인 회전(rotation)과 이동위치(translation)을 연산하여, 상기 각 마커 포인트들의 위치값(Xm,Ym,Zm)을 나타내는 좌표계를 생성하는 단계;를 포함한다. Referring to Figure 5, in a method of generating a new 3D point coordinate system in a precision 3D scanning device using a multi-point marker and stereo vision, photographing a large machine tool with a 2D artificial marker from a stereo vision camera; and 2D The steps of converting the marker points into 3D marker points; and attaching a reference marker to the outside of the large machine tool so as to designate the coordinate system reference of the 3D point as a fixed value; And based on the external reference marker (reference marker), by calculating the relative rotation (rotation) and movement position (translation) of the positions of the flag 3D marker points, the position values (Xm, Ym, Zm) of each of the marker points and generating a coordinate system representing

여기서, 상기 분할된 이미지에서 2D 마커 포인트를 감지하는 것은 3D 위치의 정확도에 상당한 영향을 미치기 때문에 가장 중요한 프로세스 중 하나이다. 상기 분할된 모든 이미지에서 상기 하나의 마커에서 9개의 점의 위치를 찾을 수 있다. 선형 컨볼루션 필터를 마커 이미지에 사용하여 2차 미분을 수행하면 관련 없는 점이 제거된다. 마지막으로, 상기 2D 이미지의 마커 점(포인트)의 위치는, 선택한 상기 마커 포인트(점) 주변의 점들과 이차 함수를 사용하여 정밀하게 검색된다. 상기 검출된 지점의 위치는 상기 외부의 기준 마커 포인트(점)를 기준으로 재배치된다. 본 발명에서는 3D 마커 포인트(점)를 찾는 데 선형 삼각 측량 방법이 사용되며, 점의 3D 위치인 P는 서로 다른 영상 평면에서 두 개의 2D 점, 즉 (α1 α1)^T와 (α2 β2)^T를 사용하여 재구성할 수 있다.Here, detecting 2D marker points in the segmented image is one of the most important processes because it significantly affects the accuracy of 3D position. In all the divided images, the positions of 9 points in the one marker can be found. A second-order differentiation is performed using a linear convolution filter on the marker image to remove irrelevant points. Finally, the position of the marker point (point) of the 2D image is precisely retrieved using a quadratic function with the points around the selected marker point (point). The position of the detected point is rearranged based on the external reference marker point (point). In the present invention, a linear triangulation method is used to find 3D marker points (points), and the 3D position of the point P is two 2D points in different image planes, i.e. (α1 α1)^T and (α2 β2)^ It can be reconstructed using T.

도6은 본 발명의 하나의 실시 예들의 실험 결과 모식도 및 결과표이다.6 is a schematic diagram and result table of experimental results of one embodiment of the present invention.

도6을 참고하면, 상기 하나의 마커에 9개의 포인트를 가지고 있으므로, 3차원의 좌표계를 형성하는 데 이점이 있다는 것을 나타내는 결과 모식도 및 결과표이다. 상기 대형 공작기기 외부에 상기 9개 포인트를 가진 하나의 기준 마커를 부착하고, 상기 스테레오 비전 카메라로 촬영된 상기 2D 이미지를 삼차원으로 변환하여, 상기 삼차원 스티칭(stitching) 과정을 통하여, 대면적 가공물 여러 개 이미지 붙여서 가공 가능하다. 한 마커에서 여러 개 포인트는 한 마커를 통해서 좌표계형성 연산을 가능하게 하며, 3차원 포인트 스티칭(stitching)을 할 때, 카메라 수직한 방향에 위치 값 생성이 용이하게 하는 점으로 도6에서 나타내고 있다. Referring to FIG. 6 , since the single marker has 9 points, it is a result schematic diagram and result table showing that there is an advantage in forming a three-dimensional coordinate system. Attaching one reference marker having the nine points to the outside of the large machine tool, converting the 2D image photographed with the stereo vision camera into three dimensions, through the three-dimensional stitching process, several large-area workpieces It is possible to process by attaching an image of a dog. Several points in one marker enable coordinate system formation operation through one marker, and are shown in FIG. 6 as points that facilitate generation of position values in the direction perpendicular to the camera when 3D point stitching is performed.

좀 더 상세하게 설명하자면, case1은 상기 9개 포인트를 가진 마커로 1st로 가로로 이미지들을 중복되는 마커 포인트 부분을 이어붙인 후, 2nd로 세로로 중복된 마커 포인트들을 이어붙인 결과 즉, 2개 line으로 중복된(오버래핑)된 가로와 세로 부분을 이어붙인 결과 그래프 및 결과표로, 반복성(Repeatability)이 0.025mm로 가장 우수한 것으로 나타났으며, case2의 경우는 상기 9개 포인트를 가진 마커로 가로 방향으로 1개 line으로 중복된(오버래핑) 부분을 이어붙인 후 세로 방향으로 2개 line으로 중복된(오버래핑) 결과를 나타낸 것으로 반복성(Repeatability)이 0.044mm로 도출되었다. case3의 경우, 하나의 마커의 9개 포인트 중중간의 1개의 포인트만을 사용하여, 1st로 가로로 이미지들을 중복되는 마커 포인트 부분을 이어붙인 후, 2nd로 세로로 중복된 마커 포인트들을 이어붙인 결과, 반복성(Repeatability)이 0.049mm로 가장 좋지 않은 성능 값이 도출되었다. 즉, 상기 3D이미지 변환 시, 상기 하나의 마커에 9개의 포인트를 갖고 있으며, 2개 줄로 오버랩핑에 정확성이 높아진다는 효과가 있음을 나타낸다.(z의 반복성에서)To explain in more detail, case1 is the result of concatenating overlapping marker point parts in 1st horizontally with the marker having 9 points, and then concatenating overlapping marker points vertically in 2nd, that is, 2 lines As a result graph and result table by connecting the overlapping (overlapping) horizontal and vertical parts with Repeatability was derived as 0.044mm as a result of overlapping (overlapping) parts in one line and then overlapping (overlapping) in two lines in the vertical direction. In case 3, using only one point in the middle out of the 9 points of one marker, after concatenating overlapping marker point parts in 1st horizontally, as a result of concatenating overlapping marker points vertically in 2nd, repeatability (Repeatability) was 0.049mm, and the worst performance value was derived. That is, when converting the 3D image, one marker has 9 points, indicating that there is an effect of increasing accuracy in overlapping with two lines. (In the repeatability of z)

도7은 본 발명의 하나의 실시 예들에 따른 3D 스티칭 방법도이다.7 is a 3D stitching method diagram according to an embodiment of the present invention.

도7을 참고하면, 두 줄의 마커 행과 열을 인접 이미지와 중복된 부분을 중첩하여 3D포인트를 이어 붙인다. 상기 행과 열을 한 줄씩 공유하면 필요한 사진 수를 줄일 수 있지만, 이 후, 순차적 스티치 프로세스 중에 오차가 비례적으로 증가하는 문제가 발생함. Referring to FIG. 7 , 3D points are connected by overlapping two marker rows and columns with adjacent images. Sharing the above rows and columns line by line reduces the number of required photos, but thereafter, there is a problem in that the error proportionally increases during the sequential stitching process.

도7과 같이 3D 포인트 세트가 순차적으로 두 방향으로 결합된다. 첫 번째 공정은 행 또는 열 방향으로 정렬된 3D 집합점을 연결한다. 두 번째 공정은 첫 번째 공정에서 스티칭(stitching)된 부분을 결합한다. 7, the 3D point set is sequentially combined in two directions. The first process connects 3D set points aligned in row or column direction. The second process joins the parts stitched in the first process.

좀 더 상세하게 설명하자면, 첫 번째 공정으로 행 방향으로 3D포인트를 스티칭 할 경우, 두 번째 공정에서는 첫 번째 공정으로 이어 붙은 3D포인트를 열 방향으로 이어 붙인다. 이와 반대로 첫 번째 공정의 방향을 열 방향으로 선택할 경우, 두 번째 공정의 방향은 행 방향이다. 첫 번째 연결 프로세스의 방향은 스티칭 과정 중 공유하는 행과 열의 수에 따라 정확도에 영향을 미칠 수 있다. 이상에서 설명한 바와 같은 다점 마커 및 스테레오 비전을 이용한 정밀 3D 스캔 방법에 따르면, 첫째, 산업 현장 기계의 다이나믹한 기계의 위치변화를 마커 기반 포인트로 안정적이고 빠르게 감지할 수 있다. 둘째, 공작물의 큰 영역은 여러 개의 이미지를 촬영하거나 카메라 해상도를 높여 정확하게 측정할 수 있다. 셋째, 마커의 다초점을 사용하여 새로운 좌표계를 생성할 수 있다. 넷째, 본 발명만의 좌표계를 활용하여 3D 표면을 재구성하여 3D 진동 측정에도 적용할 수 있다.To explain in more detail, if 3D points are stitched in the row direction in the first process, the 3D points connected in the first process are connected in the column direction in the second process. Conversely, if the direction of the first process is selected as the column direction, the direction of the second process is the row direction. The direction of the first concatenation process can affect accuracy depending on the number of rows and columns it shares during the stitching process. According to the precise 3D scanning method using multi-point markers and stereo vision as described above, first, it is possible to stably and quickly detect a change in the position of a dynamic machine in an industrial field machine with a marker-based point. Second, large areas of the workpiece can be accurately measured by taking multiple images or increasing the camera resolution. Third, a new coordinate system can be created using the multifocal point of the marker. Fourth, it can be applied to 3D vibration measurement by reconstructing a 3D surface by utilizing the coordinate system unique to the present invention.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. In the detailed description of the present invention described above, although it has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art or those having ordinary knowledge in the technical field will be described later in the claims of the present invention And it will be understood that various modifications and variations of the present invention can be made without departing from the technical scope.

100: 스테레오촬영부 200: 마커인식부
205: 마커체킹부 210: 마커포인트탐색부
215: 2D좌표표현부 300: 3D매칭부
305: 삼차원변환부 310: 3D이미지이음새부
400: 3D좌표계표현부
100: stereo recording unit 200: marker recognition unit
205: marker checking unit 210: marker point search unit
215: 2D coordinate expression unit 300: 3D matching unit
305: three-dimensional transformation unit 310: 3D image seam
400: 3D coordinate system expression unit

Claims (11)

N개의 다점(multi-point)을 가진 인공 마커가 부착된 대형의 공작기기를 스테레오 비전 카메라들을 통해서 촬영하는 스테레오촬영부;와
상기 스테레오촬영부로부터 촬영된 상기 대형 공작기기 촬영 2D 이미지에서 M개의 상기 마커의 위치를 탐색하고 2D좌표로 나타내는 마커인식부;와
상기 마커인식부로부터 탐색된 상기 M개의 마커 각각에서 N개의 마커 포인트(marker points)들의 인식 위치를 3D(3-Dimension)으로 변환하는 3D매칭부; 및
상기 3D매칭부에서 도출된 상기 NxM개의 3D 마커 포인트들의 위치를 3D좌표계로 나타내는 3D좌표계표현부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다점 마커 및 스테레오 비전을 이용한 정밀 3D 스캔 장치.
A stereo imaging unit that takes pictures of a large machine tool attached with artificial markers having N multi-points through stereo vision cameras; and
A marker recognition unit that searches for the positions of the M markers in the 2D image of the large machine tool taken from the stereo imaging unit and displays them in 2D coordinates; and
a 3D matching unit converting the recognition positions of N marker points in each of the M markers searched by the marker recognition unit into 3D (3-Dimension); and
and a 3D coordinate system representation unit representing the positions of the NxM 3D marker points derived from the 3D matching unit in a 3D coordinate system.
제1항에 있어서,
상기 스테레오촬영부는,
상기 대형 공작기기 표면에 부착된 2D(2-Dimension)의 상기 다점(multi-points)의 인공마커를 촬영하며,
스테레오 비전(stereo vision) 기능을 갖춘 두 개 이상의 상기 스테레오 비전 카메라;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다점 마커 및 스테레오 비전을 이용한 정밀 3D 스캔 장치.
According to claim 1,
The stereo recording unit,
Photographing the artificial markers of the multi-points of 2D (2-Dimension) attached to the surface of the large machine tool,
A precision 3D scanning device using a multi-point marker and stereo vision, comprising: two or more stereo vision cameras having a stereo vision function.
제2항에 있어서,
상기 스테레오촬영부는,
두 개 이상의 상기 스테레오 비전 카메라들 각각으로부터,
nxm으로 분할된 상기 대형 공작기기 표면을 반복해서 촬영하고,
상기 각각의 분할된 영역에 위치한 상기 스테레오 비전 카메라로부터 양쪽(오른쪽과 왼쪽)에서 촬영하는 것을 특징으로 하는 다점 마커 및 스테레오 비전을 이용한 정밀 3D 스캔 장치.
3. The method of claim 2,
The stereo recording unit,
from each of the at least two stereo vision cameras,
Repeatedly photographing the surface of the large machine tool divided by nxm,
A precision 3D scanning device using a multi-point marker and stereo vision, characterized in that images are taken from both sides (right and left) from the stereo vision camera located in each of the divided areas.
제1항에 있어서,
상기 마커인식부는,
상기 스테레오촬영부로부터 획득된 상기 대형 공작기기 표면의 영역들에서 M개의 상기 2D의 다점 마커를 인식하는 마커체킹부; 및
상기 마커체킹부로부터 탐색된 이차원의 상기 인공마커 다점(multi-points)들의 위치를 탐색하는 마커포인트탐색부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다점 마커 및 스테레오 비전을 이용한 정밀 3D스캔 장치.
According to claim 1,
The marker recognition unit,
a marker checking unit for recognizing the M number of 2D multi-point markers in the areas of the surface of the large machine tool obtained from the stereo imaging unit; and
A precision 3D scanning device using multi-point markers and stereo vision, comprising: a marker point search unit for searching the positions of the multi-points of the two-dimensional artificial markers found from the marker checking unit.
제4항에 있어서,
상기 마커인식부는,
상기 마커포인트탐색부로 탐색된 상기 2D 마커 포인트들의 위치를 좌표에 나타내는 2D좌표표현부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다점 마커 및 스테레오 비전을 이용한 정밀 3D스캔 장치.
5. The method of claim 4,
The marker recognition unit,
Precision 3D scanning device using multi-point markers and stereo vision, characterized in that it further comprises;
제1항에 있어서,
상기 3D매칭부는,
상기 마커인식부에서 양쪽 방향(오른쪽 및 왼쪽)으로부터 취득된 상기 2D의 인공마커 포인트의 위치 값들인 (xr, yr)과 (xl, yl)을 삼각측량방법을 이용하여 3D 마커 포인트값(x,y,z)로 재구성하는 삼차원변환부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다점 마커 및 스테레오 비전을 이용한 정밀 3D스캔 장치.
According to claim 1,
The 3D matching unit,
The 3D marker point value (x, A precision 3D scanning device using a multi-point marker and stereo vision, characterized in that it comprises;
제6항에 있어서,
상기 삼차원변환부는,
상기 N개의 다점(multi-points)을 가진 상기 대형 공작기기의 외부에 부착된 기준 마커(reference marker)를 기준으로,
상기 3D 마커 포인트들의 상대적인 위치를 배열하여,
각각의 상기 3D 마커 포인트값(x,y,z)으로 표현하는 것을 특징으로 하는 다점 마커 및 스테레오 비전을 이용한 정밀 3D스캔 장치.
7. The method of claim 6,
The three-dimensional transformation unit,
Based on a reference marker attached to the outside of the large machine tool having the N multi-points,
By arranging the relative positions of the 3D marker points,
A precision 3D scanning device using a multi-point marker and stereo vision, characterized in that it is expressed as each of the 3D marker point values (x, y, z).
제6항에 있어서,
상기 3D매칭부는,
상기 삼차원변환부로부터 재구성된 3D 포인트들 각각을 행 방향으로 이어붙일 경우,
상기 왼쪽과 오른쪽의 상기 마커 포인트들이 중복되는 부분을 가로로 이어붙이(stitching)며,
상기 가로로 이어붙인 각각의 3D포인트들을 열 방향으로 상기 마커 포인트들이 중복되는 부분을 이어붙이며,
혹은 이와 정반대의 순서로 3D 포인트들을 이어붙이는(stitching) 3D포인트이음새부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다점 마커 및 스테레오 비전을 이용한 정밀 3D스캔 장치.
7. The method of claim 6,
The 3D matching unit,
When each of the 3D points reconstructed from the three-dimensional transformation unit is connected in the row direction,
Horizontally stitching the part where the left and right marker points overlap,
Each of the 3D points connected horizontally is connected to the overlapping part of the marker points in the column direction,
Or a 3D point seam for stitching 3D points in the opposite order to this; precision 3D scanning device using a multi-point marker and stereo vision, characterized in that it further comprises.
제8항에 있어서,
상기 3D포인트이음새부는,
분할된 상기 3D 포인트들을 이어붙이는(stitching) 것을 Y번 반복하여,
하나의 전체 3D 마커 포인트들 집합체를 만드는 것을 특징으로 하는 다점 마커 및 스테레오 비전을 이용한 정밀 3D스캔 장치.
9. The method of claim 8,
The 3D point seam part,
Repeating the stitching of the divided 3D points Y times,
A precision 3D scanning device using a multi-point marker and stereo vision, characterized in that it creates an aggregate of all 3D marker points.
제1항에 있어서,
상기 3D좌표계표현부는,
상기 3D매칭부에서 도출된 상기 M개의 3D 마커 각각에서의 N개의 마커 포인트들의 위치들을 3차원 좌표계로 표현하는 것을 특징으로 하는 다점 마커 및 스테레오 비전을 이용한 정밀 3D스캔 장치.
According to claim 1,
The 3D coordinate system expression unit,
A precision 3D scanning apparatus using a multi-point marker and stereo vision, characterized in that the positions of N marker points in each of the M 3D markers derived from the 3D matching unit are expressed in a three-dimensional coordinate system.
다점 마커 및 스테레오 비전을 이용한 정밀 3D 스캔하는 장치에서 새로운 3D 포인트 좌표계를 생성하는 방법에 있어서,
2D 인공 마커가 부착된 대형 공작기기를 스테레오 비전 카메라로부터 촬영하는 단계;와
2D 마커 포인트들이 3D 마커 포인트로 변환되는 단계;와
상기 3D 포인트의 좌표계 기준을 고정 값으로 지정하도록, 상기 대형 공작기기 외부에 기준 마커(reference marker)를 부착하는 단계; 및
상기 외부용 기준 마커(reference marker)를 기준으로,
상기 3D 마커 포인트들의 위치를 상대적인 회전(rotation)과 이동위치(translation)을 연산하여, 상기 각 마커 포인트들의 위치값(Xm,Ym,Zm)을 나타내는 좌표계를 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다점 마커 및 스테레오 비전을 이용한 정밀 3D스캔 방법.
A method of generating a new 3D point coordinate system in a precision 3D scanning device using a multipoint marker and stereo vision, the method comprising:
Taking a large machine tool attached with a 2D artificial marker from a stereo vision camera; and
converting 2D marker points into 3D marker points; and
attaching a reference marker to the outside of the large machine tool so as to designate the coordinate system reference of the 3D point as a fixed value; and
Based on the external reference marker (reference marker),
generating a coordinate system representing the position values (Xm, Ym, Zm) of each of the marker points by calculating the relative rotation and translation of the positions of the 3D marker points; A precision 3D scanning method using multi-point markers and stereo vision.
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