KR102503998B1 - 수중 취득 점군 데이터 왜곡 보정 방법 및 프로그램 - Google Patents

수중 취득 점군 데이터 왜곡 보정 방법 및 프로그램 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 수중 취득 점군 데이터 왜곡 보정 방법은, 레이저 광을 생성하여 외부로 발신하는 광원 및 외부의 타겟에 반사된 레이저 광을 수신하는 카메라를 구비하는 스캐너를 수중에 배치하고, 상기 스캐너를 이용하여 수중에 배치된 타겟의 위치와 관련된 수중 점군 데이터를 취득하는 단계; 사전에 설정된 왜곡 보정 계산식에 포함된 복수의 지오메트리 파라메타를 최적화하는 단계 및 상기 수중 점군 데이터를 상기 복수의 지오메트리 파라메타가 최적화된 왜곡 보정 계산식을 통해 보정하는 단계를 포함한다.

Description

수중 취득 점군 데이터 왜곡 보정 방법 및 프로그램{METHOD AND PROGRAM FOR CORRECTING DISTORTION OF POINT CLOUD DATA ACQUIRED UNDERWATER}
본 발명은 수중 취득 점군 데이터 왜곡 보정 방법 및 프로그램에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 3차원 스캐너를 수중에서 사용하여 얻어진 수중 취득 점군 데이터의 왜곡을 보정하는 수중 취득 점군 데이터 왜곡 보정 방법 및 프로그램에 관한 것이다.
원전 핵심설비 해체 공정 중 방사화 정도가 심한 내부구조물은 수중에서 절단 작업이 수행된다. 내부구조물의 수중 절단 작업에 로봇을 적용하여 안전성과 생산성을 향상하고자 할 경우 로봇에 정확한 작업위치를 지시하기 위해 작업 대상에 대한 3차원 위치 계측은 필수적이다. 이러한 3차원 위치 계측에는 삼각법 기반의 3차원 스캐너가 사용될 필요가 있다.
그러나 3차원 스캐너를 수중에서 사용할 경우 레이저가 진행하는 경로에서 매질이 변경되고 매질이 변경되는 경계면에서 굴절현상이 발생한다. 따라서 공기중에서 사용될 목적으로 제작된 3차원 스캐너를 통해서는 수중에 위치하는 대상체의 정확한 3차원 위치를 계측하기 어렵다.
한편, 수중용으로 개발된 3차원 스캐너가 존재하지만 아직 그 활용 분야가 적어 공기중에서 사용되는 일반 상용 3차원 스캐너에 비해 성능은 낮으면서 가격은 높은 문제가 있다. 특히 원전 핵심설비 해체 공정에서는 내방사선 성능이 요구되는데, 종래 수중 3차원 스캐너 중에는 이를 만족하는 제품은 아직까지 선보이지 못하고 있는 실정이다.
등록특허 제10-1740538호
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 수중에서 취득되어 형상이 왜곡된 점군의 정확한 3차원 위치를 산출하는 수중 취득 점군 데이터 왜곡 보정 방법 및 프로그램을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 레이저 광을 생성하여 외부로 발신하는 광원 및 외부의 타겟에 반사된 레이저 광을 수신하는 카메라를 구비하는 스캐너를 수중에 배치하고, 상기 스캐너를 이용하여 수중에 배치된 타겟의 위치와 관련된 수중 점군 데이터를 취득하는 단계; 사전에 설정된 왜곡 보정 계산식에 포함된 복수의 지오메트리 파라메타를 최적화하는 단계 및 상기 수중 점군 데이터를 상기 복수의 지오메트리 파라메타가 최적화된 왜곡 보정 계산식을 통해 보정하는 단계를 포함하는 수중 취득 점군 데이터 왜곡 보정 방법이 제공된다.
이때, 상기 복수의 지오메트리 파라메타는 매질 변경면과 관련되어 있을 수 있다.
또한, 상기 복수의 지오메트리 파라메타는 상기 카메라의 렌즈 시스템의 원점 좌표 기준 상기 광원의 좌표를 포함할 수 있다.
또한, 상기 광원에 의해 생성된 레이저 광은 제 1 윈도우를 통과하여 외부로 발신되고, 상기 타겟에 반사된 레이저 광은 제 2 윈도우를 통과하여 상기 카메라에 수신되며, 상기 복수의 지오메트리 파라메타는 상기 제 1 윈도우 및 상기 제 2 윈도우와 관련된 파라메타를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1 윈도우 및 상기 제 2 윈도우와 관련된 파라메타는 상기 원점에서 상기 제 1 윈도우까지의 거리, 상기 원점에서 상기 제 2 윈도우까지의 거리, 상기 제 1 윈도우의 법선 벡터 및 상기 제 2 윈도우의 법선 벡터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1 윈도우의 법선 벡터는 (txl, tyl, 1)로 정의(여기서, txl는 상기 제 1 윈도우의 법선을 x-z면에 투영했을 때 투영된 벡터와 z축이 이루는 각도의 탄젠트 값이고, tyl은 상기 제 1 윈도우의 법선을 y-z면에 투영했을 때 투영된 벡터와 z축이 이루는 각도의 탄젠트 값을 의미)될 수 있다.
또한, 상기 제 2 윈도우의 법선 벡터는 (txc, tyc, 1)로 정의(여기서, txc는 상기 제 2 윈도우의 법선을 x-z면에 투영했을 때 투영된 벡터와 z축이 이루는 각도의 탄젠트 값이고, tyc는 상기 제 2 윈도우의 법선을 y-z면에 투영했을 때 투영된 벡터와 z축이 이루는 각도의 탄젠트 값을 의미)될 수 있다.
또한, 상기 최적화하는 단계는 상기 스캐너의 외형 정보로부터 상기 복수의 지오메트리 파라메타 각각의 초기값을 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 최적화하는 단계는 상기 복수의 지오메트리 파라메타 각각을 상기 초기값을 기준으로 변화시키며 상기 복수의 지오메트리 파라메타 각각에 대해 수정값을 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 수정값을 추정하는 단계에서, 상기 복수의 지오메트리 파라메타 중 임의의 지오메트리 파라메타에 대한 수정값은 해당 지오메트리 파라메타를 제외한 나머지 지오메트리 파라메타를 고정시켜 놓은 상태에서 해당 지오메트리 파라메타만을 변화시키는 과정을 통해 추정될 수 있다.
또한, 상기 최적화하는 단계는 상기 복수의 지오메트리 파라메타 각각에 대한 수정값을 추정한 상태에서 상기 복수의 지오메트리 파라메타를 동시에 변화시켜가며 오차를 최소화시켜주는 상기 복수의 지오메트리 파라메타 각각의 최적값을 추정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 레이저 광을 생성하여 외부로 발신하는 광원 및 외부의 타겟에 반사된 레이저 광을 수신하는 카메라를 구비하는 스캐너를 수중에 배치하고, 상기 스캐너를 이용하여 수중에 배치된 타겟의 위치와 관련된 수중 점군 데이터를 취득하는 단계; 사전에 설정된 왜곡 보정 계산식에 포함된 복수의 지오메트리 파라메타를 최적화하는 단계 및 상기 수중 점군 데이터를 상기 복수의 지오메트리 파라메타가 최적화된 왜곡 보정 계산식을 통해 보정하는 단계를 컴퓨터 상에서 실행하도록 매체에 저장된 수중 취득 점군 데이터 왜곡 보정 프로그램이 제공된다.
본 발명의 실시예에 따른 수중 취득 점군 데이터 왜곡 보정 방법 및 프로그램에 의하면, 복수의 지오메트리 파라메타를 포함하는 계산식과 최적화 과정을 통해 산출된 복수의 지오메트리 파라메타의 최적값을 이용하여 수중에서 취득된 점군 데이터에 포함된 왜곡이 정확하게 보정될 수 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 취득 점군 데이터 왜곡 보정 방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 취득 점군 데이터 왜곡 보정 방법에서 점군 데이터의 취득을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 수중에서 취득된 타겟의 스캔이미지를 나타낸 도면이다.
도 4는 수중에서 취득된 스캔 점군을 나타낸 도면이다.
도 5는 복수의 지오메트리 파라메타를 포함하는 왜곡 보정 계산식을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 공기중에서 취득된 타겟의 스캔이미지를 나타낸 도면이다.
도 7은 공기중에서 취득된 스캔 점군을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 취득 점군 데이터 왜곡 보정 방법에서 최적화하는 단계의 순서도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 취득 점군 데이터 왜곡 보정 방법에 따라 왜곡이 보정된 점군의 이미지의 예를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 도면에서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 설명하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 취득 점군 데이터 왜곡 보정 방법의 순서도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 취득 점군 데이터 왜곡 보정 방법에서 점군 데이터의 취득을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수중 취득 점군 데이터 왜곡 보정 방법은 수중에서 취득된 점군 데이터의 왜곡이 복수의 지오메트리 파라메타를 포함하는 계산식과, 최적화 과정을 통해 산출된 복수의 지오메트리 파라메타의 최적값을 이용하여 정확하게 보정될 수 있게 해준다. 이에 따라 본 발명의 일 실시예에 의할 경우 공기중에서 사용될 목적으로 제작된 스캐너를 수중에서 사용할 때, 형상이 왜곡된 점군의 정확한 3차원 위치를 산출하는 것이 가능해진다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 취득 점군 데이터 왜곡 보정 방법은, 레이저 광을 생성하여 외부로 발신하는 광원(11) 및 외부의 타겟(30)에 반사된 레이저 광을 수신하는 카메라(12)를 구비하는 스캐너(10)를 수중에 배치하고, 스캐너(10)를 이용하여 수중에 배치된 타겟의 위치와 관련된 수중 점군 데이터를 취득하는 단계(S10), 사전에 설정된 왜곡 보정 계산식에 포함된 복수의 지오메트리 파라메타를 최적화하는 단계(S20) 및 상기 수중 점군 데이터를 상기 복수의 지오메트리 파라메타가 최적화된 왜곡 보정 계산식을 통해 보정하는 단계(S30)를 포함한다.
수중 점군 데이터를 취득하는 단계(S10)에서, 스캐너(10)와 타겟(30)은 수중에 배치된다. 이때, 스캐너(10)는 공기중 사용을 전제로 제작된 것으로, 방수 케이스(20)에 의해 수밀성이 확보된 상태에서 수중에 배치될 수 있다.
광원(11)에 의해 생성된 레이저 광은 제 1 윈도우(21)를 통과하여 외부로 발신되고, 타겟(30)에 반사된 레이저 광은 제 2 윈도우(22)를 통과하여 카메라(12)에 수신될 수 있다. 예를 들면, 제 1 윈도우(22) 및 제 2 윈도우(22)는 방수 케이스(20)에서 스캐너(10)가 배치되는 수납공간을 구비하는 본체(23)의 일측면에 배치될 수 있다.
도 3은 수중에서 취득된 타겟의 스캔이미지를 나타낸 도면이다. 도 4는 수중에서 취득된 스캔 점군을 나타낸 도면이다.
도 3과 도 4를 참조하면, 타겟(30)으로 격자 무늬의 플레이트가 선택되어 있다. 도 3은 스캐너(10)로부터 소정 거리 떨어진 위치에 타겟(30)이 고정된 상태에서 카메라(12)에 의해 얻어진 이미지이며, 도 4는 타겟(30)의 위치를 소정의 범위에서 50㎜ 간격으로 변경해가며 각 위치에서 카메라(12)에 의해 얻어진 타겟(30)의 스캔이미지를 모두 나타낸 것이다.
수중 점군 데이터는 광원(11)에서 생성된 레이저 광이 공기중에서 제 1 윈도우(21)를 통해 수중으로 진행하고, 수중에서 타겟(30)에 반사되어 제 2 윈도우(22)를 통해 공기중으로 진행한 후 카메라(12)에 도달함으로써 얻어진다. 따라서 수중 점군 데이터는 매질이 변경되는 경계면에서 발생하는 굴절현상으로 인한 왜곡을 내포하고 있다.
복수의 지오메트리 파라메타를 최적화하는 단계(S20)에서, 사전에 설정된 왜곡 보정 계산식에 포함된 복수의 지오메트리 파라메타를 최적화된다. 여기서, 상기 왜곡 보정 계산식은 수중 점군 데이터에 내포된 왜곡을 제거하기 위한 계산식을 의미한다.
일반적으로 3차원 스캐너에서 타겟의 위치와 관련하여 얻어진 점군 데이터의 왜곡을 보정하기 위해서는 해당 스캐너의 데이터 처리 알고리즘, 레이저 광원 위치와 카메라 광학계의 초점거리와 같은 파라메타가 요구된다. 그러나 이러한 정보는 3차원 스캐너 제조사의 노하우로 비공개 사항인 경우가 많다.
그러나 본 발명의 일 실시예는 스캐너의 데이터 처리 알고리즘, 레이저 광원 위치와 카메라 광학계의 초점거리와 같은 파라메타를 블랙박스로 가정하고, 매질 변경 면과 관련된 지오메트리 파라메타를 정의하여 사용한다. 다시 말하면, 상기 왜곡 보정 계산식은 매질 변경면과 관련된 복수의 지오메트리 파라메타를 포함하여 구성될 수 있다.
더욱 상세하게, 상기 왜곡 보정 계산식은 상기 복수의 지오메트리 파라메타를 이용한 삼각법 기반의 위치 계산식으로 얻어질 수 있다. 즉, 상기 왜곡 보정 계산식은 스캐너(10)의 내부 알고리즘을 블랙박스로 가정하고 일반적인 삼각법 기반 3차원 위치 계산식에 매질 변경 면을 추가하여 구축될 수 있다.
도 5를 참조하면, 광원(11)에 의해 생성된 레이저 광은 제 1 윈도우(21)를 통과하여 외부로 발신되고, 타겟(30)에 반사된 레이저 광은 제 2 윈도우(22)를 통과하여 카메라(12)에 수신된다. 그러므로 광원(11)에서 출발한 레이저 광은 제 1 윈도우(21)에 진입하면서 굴절하고 수중으로 나갈 때 굴절하며, 타겟(30)에 반사되어 제 2 윈도우(22)에 진입하면서 굴절하고 다시 공기중으로 진행하면서 굴절하여 총 4번 굴절한다. 따라서 매질 변경면은 제 1 윈도우(21) 및 제 2 윈도우(22)에서 각각 2개씩 정의될 수 있다(이때, Ppc는 감지된 좌표, Pw는 실제 좌표가 될 수 있음).
이러한 사실을 전제로, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 복수의 지오메트리 파라메타는 카메라(12)의 렌즈 시스템의 원점 좌표 기준 광원(11)의 좌표, 제 1 윈도우(21) 및 제 2 윈도우(22)와 관련된 파라메타를 포함할 수 있다.
이때, 제 1 윈도우(21) 및 제 2 윈도우(22)와 관련된 파라메타는 상기 원점에서 제 1 윈도우(21)까지의 거리(dl), 상기 원점에서 제 2 윈도우(22)까지의 거리(dc), 제 1 윈도우(21)의 법선 벡터 및 제 2 윈도우(22)의 법선 벡터를 포함할 수 있다.
제 1 윈도우(21)의 법선 벡터는 (txl, tyl, 1)로 정의(여기서, txl는 상기 제 1 윈도우(21)의 법선을 x-z면에 투영했을 때 투영된 벡터와 z축이 이루는 각도의 탄젠트 값이고, tyl은 제 1 윈도우(21)의 법선을 y-z면에 투영했을 때 투영된 벡터와 z축이 이루는 각도의 탄젠트 값을 의미)될 수 있다.
또한, 제 2 윈도우(22)의 법선 벡터는 (txc, tyc, 1)로 정의(여기서, txc는 상기 제 2 윈도우(22)의 법선을 x-z면에 투영했을 때 투영된 벡터와 z축이 이루는 각도의 탄젠트 값이고, tyc는 제 2 윈도우(22)의 법선을 y-z면에 투영했을 때 투영된 벡터와 z축이 이루는 각도의 탄젠트 값을 의미)될 수 있다.
정리하면, 본 발명의 일 실시예에서 지오메트리 파라메타는 다음과 같이 정의될 수 있다.
1) 카메라 렌즈 시스템 원점 좌표 기준 광원 위치: (x, y, z)
2) 원점~카메라 관찰창 거리: dc
3) 광원~광원 관찰창 거리: dl
4) 카메라 관찰창 법선 벡터: (txc, tyc, 1)
txc = tan(θnc), tyc = tan(
Figure 112021055707720-pat00001
nc)
5) 광원 관찰창 법선 벡터: (txl, tyl, 1)
txl = tan(θnl), tyl = tan(
Figure 112021055707720-pat00002
nl)
여기서, θnc 제 2 윈도우(22)의 법선 벡터를 x-z 면에 투영했을 때 투영된 벡터와 z 축이 이루는 각도이고
Figure 112021055707720-pat00003
nc는 제 2 윈도우(22)의 법선 벡터를 y-z 면에 투영했을 때 투영된 벡터와 z 축이 이루는 각도이다. 또한, θnl은 제 1 윈도우(21)의 법선 벡터를 x-z 면에 투영했을 때 투영된 벡터와 z 축이 이루는 각도이고
Figure 112021055707720-pat00004
nl은 제 1 윈도우(21)의 법선 벡터를 y-z 면에 투영했을 때 투영된 벡터와 z 축이 이루는 각도이다.
도 5에는 위와 같이 정의되는 지오메트리 파라메타를 이용하여, 카메라 측에 설치된 제 2 윈도우(22)의 내측면(매질이 공기에서 유리로 변경)(Glass Plane_camera), 카메라(12) 측에 설치된 제 2 윈도우(22)의 외측면(매질이 유리에서 물로 변경)(Water Plane_camera), 광원(11) 측에 설치된 제 1 윈도우(21)의 내측면(매질이 공기에서 유리로 변경)(Glass Plane_laser), 광원(11) 측에 설치된 제1 윈도우(21)의 외측면(매질이 유리에서 물로 변경)(Water Plane_laser) 각각에 대해 도출된 왜곡 보정 계산식이 나타나 있다.
제 1 윈도우(21)의 두께가 균일하다고 가정하면 제 1 윈도우(21)의 내측면 및 외측면은 각각 평행하므로 계수 A,B,C(평면의 노멀 벡터)는 같고 D가 제 1 윈도우(21)의 두께 만큼 달라지게 된다. 마찬가지로 제 2 윈도우(22)의 두께가 균일하다고 가정하면 제 2 윈도우(22)의 내측면 및 외측면은 각각 평행하므로 계수 A,B,C(평면의 노멀 벡터)는 같고 D가 제 2 윈도우(22)의 두께 만큼 달라지게 된다.
한편, 제 2 윈도우(22)의 내측면에서 이상적인 θ값은 0도이고, 제 1 윈도우(21)의 내측면에서 이상적인 θ값은 18.8 도가 될 수 있다. 또한, 제 2 윈도우(22)의 내측면 및 제 1 윈도우(21)의 내측면에서 이상적인
Figure 112021055707720-pat00005
값은 0도가 될 수 있다.
이와 같이 정의된 복수의 지오메트리 파라메타를 포함하는 왜곡 보정 계산식을 통해 상기 수중 점군 데이터의 왜곡을 보정하기 위해서는 상기 복수의 지오메트리 파라메타를 최적화할 필요가 있다.
상기 복수의 지오메트리 파라메타의 최적화를 위해 공기중에 취득된 스캔이미지가 비교 데이터로 사용될 수 있다. 즉, 레이저 광을 생성하여 외부로 발신하는 광원(11) 및 외부의 타겟(30)에 반사된 레이저 광을 수신하는 카메라(12)를 구비하는 스캐너(10)를 공기중에 배치하고, 스캐너(10)를 이용하여 공기중에 배치된 타겟의 위치와 관련된 수중 점군 데이터를 취득하여 활용될 수 있다.
도 6은 공기중에서 취득된 타겟의 스캔이미지를 나타낸 도면이다. 또한, 도 7은 공기중에서 취득된 스캔 점군을 나타낸 도면이다.
도 6과 도 7을 참조하면, 타겟(30)으로 격자 무늬의 플레이트가 선택되어 있다. 도 6은 스캐너(10)로부터 소정 거리 떨어진 위치에 타겟(30)이 고정된 상태에서 카메라(12)에 의해 얻어진 이미지이며, 도 7은 타겟(30)의 위치를 소정의 범위에서 50㎜ 간격으로 변경해가며 각 위치에서 카메라(12)에 의해 얻어진 타겟(30)의 스캔이미지를 모두 나타낸 것이다.
도 8을 참조하면, 최적화하는 단계(S20)는 스캐너(10)의 외형 정보로부터 상기 복수의 지오메트리 파라메타 각각의 초기값을 추정하는 단계(S21), 상기 복수의 지오메트리 파라메타 각각을 상기 초기값을 기준으로 변화시키며 상기 복수의 지오메트리 파라메타 각각에 대해 수정값을 추정하는 단계(S22) 및 상기 복수의 지오메트리 파라메타 각각에 대한 수정값을 추정한 상태에서 상기 복수의 지오메트리 파라메타를 동시에 변화시켜가며 오차를 최소화시켜주는 상기 복수의 지오메트리 파라메타 각각의 최적값을 추정하는 단계(S23)를 포함할 수 있다.
초기값을 추정하는 단계(S21)에서, 상기 복수의 지오메트리 파라메타 각각의 초기값은 스캐너(10)의 외형 정보로부터 추정될 수 있다. 예를 들면, 상기 외형 정보는 스캐너(10)의 제조사에서 제공하는 초점거리 등의 정보가 될 수 있다.
수정값을 추정하는 단계(S22)에서 상기 복수의 지오메트리 파라메타 각각에 대해 수정값은 상기 복수의 지오메트리 파라메타 각각을 상기 초기값을 기준으로 변화시키며 추정될 수 있다. 더욱 상세하게, 상기 복수의 지오메트리 파라메타 중 임의의 지오메트리 파라메타에 대한 수정값은 해당 지오메트리 파라메타를 제외한 나머지 지오메트리 파라메타를 고정시켜 놓은 상태에서 해당 지오메트리 파라메타만을 변화시키는 과정을 통해 추정될 수 있다.
최적값을 추정하는 단계(S23)에서, 상기 복수의 지오메트리 파라메타 각각의 최적값은 상기 복수의 지오메트리 파라메타 각각에 대한 수정값을 추정한 상태에서 상기 복수의 지오메트리 파라메타를 동시에 변화시켜가며 오차를 최소화시키는 과정을 통해 추정될 수 있다.
정리하면, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 복수의 지오메트리 파라메타의 최적값은 스캐너(10)의 외형 정보로부터 초기값을 추정한 후, 각 지오메트리 파라메타를 넓은 범위에서 1개씩 변화시키면서 오차를 최소화시키는 값을 추정하여 수정값을 추정한 다음, 추정된 수정값에서 출발하여 복수의 지오메트리 파라메타를 동시에 변화시켜 오차를 최소화시키는 과정을 통해 산출될 수 있다.
보정하는 단계(S30)에서, 상기 수중 점군 데이터는 상기 복수의 지오메트리 파라메타가 최적화된 왜곡 보정 계산식을 통해 보정될 수 있다. 앞서 살펴본 바와 같은 단계를 통해 상기 왜곡 보정 계산식에 포함된 복수의 지오메트리 파라메타가 최적화되면, 상기 왜곡 보정 계산식을 통해 수중 점군 데이터에 포함된 왜곡을 보정할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 취득 점군 데이터 왜곡 보정 방법에 따라 왜곡이 보정된 점군의 이미지를 나타낸 도면이다. 도 9에 나타난 이미지는 타겟(30)이 소정의 위치에 있을 때 얻어진 수중 점군 데이터를 보정하여 얻어진 결과를 나타낸 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수중 취득 점군 데이터 왜곡 보정 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 즉, 본 발명은 수중 취득 점군 데이터 왜곡 보정 프로그램을 함께 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수중 취득 점군 데이터 왜곡 보정 프로그램은, 레이저 광을 생성하여 외부로 발신하는 광원(11) 및 외부의 타겟(30)에 반사된 레이저 광을 수신하는 카메라(12)를 구비하는 스캐너(10)를 수중에 배치하고, 스캐너(10)를 이용하여 수중에 배치된 타겟(30)의 위치와 관련된 수중 점군 데이터를 취득하는 단계(S10), 사전에 설정된 왜곡 보정 계산식에 포함된 복수의 지오메트리 파라메타를 최적화하는 단계(S20) 및 상기 수중 점군 데이터를 상기 복수의 지오메트리 파라메타가 최적화된 왜곡 보정 계산식을 통해 보정하는 단계(S30)를 컴퓨터 상에서 실행하도록 매체에 저장된다.
취득하는 단계(S10), 최적화하는 단계(S20) 및 보정하는 단계(S30)는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 취득 점군 데이터 왜곡 보정 방법과 관련하여 살펴본 바와 같다.
한편, 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령 및 데이터 구조 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들면, 컴퓨터 판독 가능 기록 매체는 하드 디스크와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시예에 의해 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이다. 그러나 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
10: 스캐너
11: 광원 12: 카메라
20: 방수 케이스
21: 제 1 윈도우 22: 제 2 윈도우
30: 타겟

Claims (12)

  1. 레이저 광을 생성하여 외부로 발신하는 광원 및 외부의 타겟에 반사된 레이저 광을 수신하는 카메라를 구비하는 스캐너를 수중에 배치하고, 상기 스캐너를 이용하여 수중에 배치된 타겟의 위치와 관련된 수중 점군 데이터를 취득하는 단계;
    사전에 설정된 왜곡 보정 계산식에 포함된 복수의 지오메트리 파라메타를 최적화하는 단계 및
    상기 수중 점군 데이터를 상기 복수의 지오메트리 파라메타가 최적화된 왜곡 보정 계산식을 통해 보정하는 단계를 포함하고,
    상기 복수의 지오메트리 파라메타는 매질 변경면과 관련되어 있고,
    상기 복수의 지오메트리 파라메타는 상기 카메라의 렌즈 시스템의 원점 좌표 기준 상기 광원의 좌표를 포함하고,
    상기 광원에 의해 생성된 레이저 광은 제 1 윈도우를 통과하여 외부로 발신되고, 상기 타겟에 반사된 레이저 광은 상기 제 1 윈도우와 별개로 마련되는 제 2 윈도우를 통과하여 상기 카메라에 수신되며,
    상기 복수의 지오메트리 파라메타는 상기 제 1 윈도우 및 상기 제 2 윈도우와 관련된 파라메타를 더 포함하는 수중 취득 점군 데이터 왜곡 보정 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 윈도우 및 상기 제 2 윈도우와 관련된 파라메타는 상기 원점에서 상기 제 1 윈도우까지의 거리, 상기 원점에서 상기 제 2 윈도우까지의 거리, 상기 제 1 윈도우의 법선 벡터 및 상기 제 2 윈도우의 법선 벡터를 포함하는 수중 취득 점군 데이터 왜곡 보정 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 윈도우의 법선 벡터는 (txl, tyl, 1)로 정의(여기서, txl는 상기 제 1 윈도우의 법선을 x-z면에 투영했을 때 투영된 벡터와 z축이 이루는 각도의 탄젠트 값이고, tyl은 상기 제 1 윈도우의 법선을 y-z면에 투영했을 때 투영된 벡터와 z축이 이루는 각도의 탄젠트 값을 의미)되는 수중 취득 점군 데이터 왜곡 보정 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 윈도우의 법선 벡터는 (txc, tyc, 1)로 정의(여기서, txc는 상기 제 2 윈도우의 법선을 x-z면에 투영했을 때 투영된 벡터와 z축이 이루는 각도의 탄젠트 값이고, tyc는 상기 제 2 윈도우의 법선을 y-z면에 투영했을 때 투영된 벡터와 z축이 이루는 각도의 탄젠트 값을 의미)되는 수중 취득 점군 데이터 왜곡 보정 방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 최적화하는 단계는 상기 스캐너의 외형 정보로부터 상기 복수의 지오메트리 파라메타 각각의 초기값을 추정하는 단계를 포함하는 수중 취득 점군 데이터 왜곡 보정 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 최적화하는 단계는 상기 복수의 지오메트리 파라메타 각각을 상기 초기값을 기준으로 변화시키며 상기 복수의 지오메트리 파라메타 각각에 대해 수정값을 추정하는 단계를 포함하는 수중 취득 점군 데이터 왜곡 보정 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 수정값을 추정하는 단계에서, 상기 복수의 지오메트리 파라메타 중 임의의 지오메트리 파라메타에 대한 수정값은 해당 지오메트리 파라메타를 제외한 나머지 지오메트리 파라메타를 고정시켜 놓은 상태에서 해당 지오메트리 파라메타만을 변화시키는 과정을 통해 추정되는 수중 취득 점군 데이터 왜곡 보정 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 최적화하는 단계는 상기 복수의 지오메트리 파라메타 각각에 대한 수정값을 추정한 상태에서 상기 복수의 지오메트리 파라메타를 동시에 변화시켜가며 오차를 최소화시켜주는 상기 복수의 지오메트리 파라메타 각각의 최적값을 추정하는 단계를 더 포함하는 수중 취득 점군 데이터 왜곡 보정 방법.
  12. 레이저 광을 생성하여 외부로 발신하는 광원 및 외부의 타겟에 반사된 레이저 광을 수신하는 카메라를 구비하는 스캐너를 수중에 배치하고, 상기 스캐너를 이용하여 수중에 배치된 타겟의 위치와 관련된 수중 점군 데이터를 취득하는 단계;
    사전에 설정된 왜곡 보정 계산식에 포함된 복수의 지오메트리 파라메타를 최적화하는 단계 및
    상기 수중 점군 데이터를 상기 복수의 지오메트리 파라메타가 최적화된 왜곡 보정 계산식을 통해 보정하는 단계를 포함하고,
    상기 복수의 지오메트리 파라메타는 매질 변경면과 관련되어 있고,
    상기 복수의 지오메트리 파라메타는 상기 카메라의 렌즈 시스템의 원점 좌표 기준 상기 광원의 좌표를 포함하고,
    상기 광원에 의해 생성된 레이저 광은 제 1 윈도우를 통과하여 외부로 발신되고, 상기 타겟에 반사된 레이저 광은 상기 제 1 윈도우와 별개로 마련되는 제 2 윈도우를 통과하여 상기 카메라에 수신되며,
    상기 복수의 지오메트리 파라메타는 상기 제 1 윈도우 및 상기 제 2 윈도우와 관련된 파라메타를 더 포함하는 수중 취득 점군 데이터 왜곡 보정 방법을 컴퓨터 상에서 실행하도록 매체에 저장된 수중 취득 점군 데이터 왜곡 보정 프로그램.
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