KR102564708B1 - 멀티 스캔 기능을 이용한 3차원 데이터 성능 향상 장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스마트 생산 자동화 다관절 로봇 정합용 3차원 DLP 검사 통합시스템에 적용하는 멀티 스캔 기능을 이용한 3차원 데이터 성능 향상 장치에 관한 것으로서, 구체적인 구성의 해결 수단으로는 3차원 스캐너의 전체적인 제어와 데이터 생성에 관련된 프로그램이 실행되는 PC 메인 컨트롤러, 모든 픽셀이 반사 미러가 되도록 구성된 칩을 구비하는 DMD(Digital Mirror Device)소자를 제어하는 DLP 컨트롤러, 상기 DLP 컨트롤러에서 준비된 패턴 이미지를 카메라 동기에 맞추어 이미지를 획득할 수 있도록 DLP 컨트롤러에 광학 패턴 디스플레이 트리거를 전송하고, 그 동시에 투사된 광학 패턴을 획득하는 카메라 컨트롤러, R,G,B LED 광원을 사용하고, 상기 DLP 컨트롤러에 의해 R,G,B LED 각각 소자의 선택적 인가가 가능하며, 광 투사계 렌즈를 통해 상기 DMD 소자에서 만들어낸 광학 패턴을 대상물에 빛을 투사하는 옵티컬(Optical) 유닛을 포함하는 기술적 구성을 통해 3D Point Data 취득 방법 중 대상물을 여러 번 스캔 하여 스캔 된 데이터를 머지하여 하나의 명확하고 정확한 데이터의 품질을 향상하는 효과가 있다.

Description

멀티 스캔 기능을 이용한 3차원 데이터 성능 향상 장치 및 그 방법{Device and method for improving 3D data performance using multi-scan function}

본 발명은 스마트 생산 자동화 다관절 로봇 정합용 3차원 DLP 검사 통합시스템에 적용하는 멀티 스캔 기능을 이용한 3차원 데이터 성능 향상 장치에 관한 것으로 보다 구체적으로는 3D Point Data 취득 방법 중 대상물을 여러 번 스캔 하여 스캔 된 데이터를 머지하여 하나의 명확하고 정확한 데이터의 품질을 취득하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 3D Scanner의 속성값을 적절하게 설정하여 여러 번 데이터를 취득하여 하나의 완벽한 데이터를 취득함으로써 검사의 고신뢰성과 효율성을 향상할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

일반적으로 다관절 로봇 시스템에서 DLP(Digital Light Processing)를 이용한 3D Camera의 경우 대상 물체에 대한 데이터를 취득하기 위해 Structure Light을 대상물에 투사하여 3D 데이터를 취득하게 된다. 그 때 대상물에 Structure Light가 선명하게 나오게 설정한 다음 데이터를 취득한다.

이와 관련된 선행기술로서, DLP컨트롤 IC 인 DLPC 900의 SPI컨트롤부를 통하여 외부 마이컴과 연결되어 DLP 프로젝터에서 구조광(Structured Light) 패턴 이미지 분사 방법이 개시되어 있다. 선행기술은 DLP기반의 프로젝터에서 3차원 영상을 획득하기 위한 목적으로 구조광(Structured Light) 이미지를 순차적으로 주사하고, 주사된 이미지의 개수를 카운트하여, 원하는 이미지의 개수만큼 디스플레이가 되면 구조광(Structured Light)이미지 디스플레이를 중지시키는 방법에 관한 것이다. 구체적인 내용으로 도1 에서 DLP Controller는 Microcontroller로 부터 SPI 프로토콜 명령을 받는다. Microcontroller는 DLP Controller에 Structured Light 이미지 디스플레이 명령을 내리며 DLP Controller는 이 명령을 수행한다.

또한, 선행기술은 Structured Light 이미지를 주사하는데 있어 Microcontroller와 DLP Controller를 SPI(Serial Peripheral Interface) 프로토콜로 통신하면서 DLP Controller에서 Structured Light 이미지를 주사할 때마다 Microcontroller의 인터럽트 단자에 연결하여 디스플레이되는 이미지 개수를 카운트한다. 원하는 개수만큼의 이미지가 주사되고 나면 Microcontroller는 DLP Controller에 디스플레이를 중지시키는 명령을 내리고 Microcontrol와 DLP Controller는 다음 동작을 위하여 대기 상태를 유지한다.

그러나 선행기술은 대상물들 가운데 어두운 물체와 반사가 심한 물체가 혼재되어 있는 경우, 빛을 너무 밝게 투사하게 되면 반사가 심한 물체는 취득이 어렵고 또한 빛을 너무 약하게 투사하는 경우에는 어두운 물체에 대한 취득이 어렵게 되어 대상물 형태와 위치 등의 상황을 고려하는 촬상의 한계와 문제점이 대두된다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 어두운 물체와 반사가 심한 물체에 대해 최적화된 속성 값을 설정하여 각각의 대상물에 대응하는 데이터를 취득한 후 정확한 하나의 데이터를 만들어 내는 멀티 스캔 기능을 이용한 3차원 데이터 성능 향상 장치를 발명하였다.

공개특허공보 제10-2016-0148852호(공개일 2016.12.27.)

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로 3D Point Data 취득 방법 중 대상물을 여러 번 스캔 하여 스캔 된 데이터를 머지하여 하나의 명확하고 정확한 데이터의 품질을 취득하는 것은 물론 3D Scanner의 속성값을 적절하게 설정하여 여러 번 데이터를 취득하여 하나의 완벽한 데이터를 취득함으로써 검사의 고신뢰성과 효율성을 향상할 수 있도록 하는 과제를 해결하고자 한다.

발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시 예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다.

또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 스마트 생산 자동화 다관절 로봇 정합용 3차원 DLP 검사 통합시스템에 적용하는 멀티 스캔 기능을 이용한 3차원 데이터 성능 향상 장치에 관한 것으로서, 구체적인 구성의 해결 수단으로는 3차원 스캐너의 전체적인 제어와 데이터 생성에 관련된 프로그램이 실행되는 PC 메인 컨트롤러, 모든 픽셀이 반사 미러가 되도록 구성된 칩을 구비하는 DMD(Digital Mirror Device)소자를 제어하는 DLP 컨트롤러, 상기 DLP 컨트롤러에서 준비된 패턴 이미지를 카메라 동기에 맞추어 이미지를 획득할 수 있도록 DLP 컨트롤러에 광학 패턴 디스플레이 트리거를 전송하고, 그 동시에 투사된 광학 패턴을 획득하는 카메라 컨트롤러, R,G,B LED 광원을 사용하고, 상기 DLP 컨트롤러에 의해 R,G,B LED 각각 소자의 선택적 인가가 가능하며, 광 투사계 렌즈를 통해 상기 DMD 소자에서 만들어낸 광학 패턴을 대상물에 빛을 투사하는 옵티컬(Optical) 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 PC 메인 컨트롤러가 DLP 컨트롤러와 USB 통신을 통해 DLP 패턴 투사방법에 대한 명령을 내리고, 상기 DLP 컨트롤러에 투사할 패턴 이미지를 로딩하는 것을 해결 수단으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 PC 메인 컨트롤러가 카메라 컨트롤러와도 통신을 통한 카메라 속성을 설정하고 스캔 이미지를 획득하는 것을 해결 수단으로 한다.

또한, 본 발명에서 상기 PC 메인 컨트롤러는 획득된 패턴 이미지를 분석하여 3차원 측정 데이터를 생성하는 어플리케이션 모듈을 포함하는 것을 해결 수단으로 한다.

또한, 본 발명에서 상기 DLP 컨트롤러는 옵티컬(Optical) 유닛을 제어하면서 빛의 밝기 또는 R,G,B LED 의 선택적 인가를 통해 다양한 광 색깔을 구현할 수 있는 것을 해결 수단으로 한다.

또한, 본 발명에서 상기 카메라 컨트롤러는 상기 DLP 컨트롤러의 빠른 디스플레이 속도에서도 상기 패턴 이미지를 취득할 수 있는 고속 카메라가 구비되는 것을 해결 수단으로 한다.

또한, 본 발명은 멀티 스캔 기능을 이용한 3차원 데이터 성능 향상 방법에 관한 것으로서, 구체적인 구성의 해결 수단으로는 DLP 컨트롤러에 투사할 패턴 광의 이미지를 로드하는 단계, DLP 컨트롤러와 옵티컬(Optical) 유닛의 속성을 N개 만큼 설정하는 단계, 카메라 컨트롤러의 속성을 N개 만큼 설정하는 단계, 카메라 그랩(Grab) 동기화에 의한 DLP 패턴을 N개 만큼 투사하는 단계, 대상물에 투사된 패턴 이미지를 N개 만큼 획득하는 단계, 상기 획득된 이미지로부터 3차원 패턴 이미지(Disparity map)를 N개 만큼 생성하는 단계, N개 획득된 패턴 이미지(Disparity map)를 머지하여 3차원 데이터로 생성하는 단계가 시계열적으로 수행하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.

본 발명은 3D Point Data 취득 방법 중 대상물을 여러 번 스캔 하여 스캔 된 데이터를 머지하여 하나의 명확하고 정확한 데이터의 품질을 향상하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 3D Scanner의 속성값을 적절하게 설정하여 여러 번 데이터를 취득하여 하나의 완벽한 데이터를 취득함으로써 검사의 고신뢰성과 효율성을 향상할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술인 DLP 컨트롤러와 마이크로컨트롤러의 연결도.
도 2는 본 발명의 구조광을 이용한 3D 카메라 모듈 구성도.
도 3은 본 발명의 3D 멀티 스캔 및 데이터 머지시?스 챠트도.
도 4는 본 발명의 검사대상물 도면
도 5는 본 발명의 데이터 취득시 영향을 주는 요소들을 변경하여 취득한 단계별 이미지도.
도 6은 도 5에서 머지된 3D 데이터 생성 이미지도.
도 7은 본 발명의 DLP 컨트롤러에서 디스플레이된 패턴 이미지도.
도 8은 본 발명의 LED R,G,B 광학 모듈을 나타내는 도면.
도 9는 본 발명의 PC 메인 컨트로러와 DLP 컨트롤러 구성도.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.

본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.

이하에서 구성요소의 "상부(또는 하부)" 또는 구성요소의 "상(또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면(또는 하면)에 접하여 배치되는 것뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에(또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다.

또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성 요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 발명에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

명세서 전체에서, "A 및/또는 B" 라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, A, B 또는 A 및 B를 의미하며, "C 내지 D" 라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, C 이상이고 D 이하인 것을 의미한다.

이하에서는, 본 발명의 몇몇 실시 예에 따른 멀티 스캔 기능을 이용한 3차원 데이터 성능 향상 장치를 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 구조광을 이용한 3D 카메라 모듈 구성도이고, 도 3은 본 발명의 3D 멀티 스캔 및 데이터 머지시?스 챠트도이고, 도 4는 본 발명의 검사대상물 도면이며, 도 5는 본 발명의 데이터 취득시 영향을 주는 요소들을 변경하여 취득한 단계별 이미지도이고, 도 6은 도 5에서 머지된 3D 데이터 생성 이미지도이며, 도 7은 본 발명의 DLP 컨트롤러에서 디스플레이된 패턴 이미지도이고, 도 8은 본 발명의 LED R,G,B 광학 모듈을 나타내는 도면이고, 도 9는 본 발명의 PC 메인 컨트로러와 DLP 컨트롤러 구성도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명은 멀티 스캔기능을 이용한 3차원 데이터 성능 향상 장치에 관한 것으로 보다 구체적인 구성의 특징을 살펴보면, 스마트 생산 자동화 다관절 로봇 정합용 3차원 DLP 검사 통합시스템에 있어서, 3차원 스캐너의 전체적인 제어와 데이터 생성에 관련된 프로그램이 실행되는 PC 메인 컨트롤러(10);, 모든 픽셀이 반사 미러가 되도록 구성된 칩을 구비하는 DMD(Digital Mirror Device)소자를 제어하는 DLP 컨트롤러(20);, 상기 DLP 컨트롤러(20)에서 준비된 패턴 이미지를 카메라 동기에 맞추어 이미지를 획득할 수 있도록 DLP 컨트롤러(20)에 광학 패턴 디스플레이 트리거를 전송하고, 그 동시에 투사된 광학 패턴을 획득하는 카메라 컨트롤러(30);, R,G,B LED 광원을 사용하고, 상기 DLP 컨트롤러(20)에 의해 R,G,B LED 각각 소자의 선택적 인가가 가능하며, 광 투사계 렌즈를 통해 상기 DMD 소자에서 만들어낸 광학 패턴을 대상물에 빛을 투사하는 옵티컬(Optical) 유닛(40)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에서 상기 PC 메인 컨트롤러(10)는 DLP 컨트롤러(20)와 USB 통신을 통해 DLP 패턴 투사방법에 대한 명령을 내리고, 상기 DLP 컨트롤러(20)에 투사할 패턴 이미지를 로딩하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 PC 메인 컨트롤러(10)는 카메라 컨트롤러(30)와도 통신을 통한 카메라 속성을 설정하고 스캔 이미지를 획득하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에서 상기 PC 메인 컨트롤러(10)는 획득된 패턴 이미지를 분석하여 3차원 측정 데이터를 생성하는 어플리케이션 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에서 상기 DLP 컨트롤러(20)는 옵티컬(Optical) 유닛(40)을 제어하면서 빛의 밝기 또는 R,G,B LED 의 선택적 인가를 통해 다양한 광 색깔을 구현할 수 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에서 상기 카메라 컨트롤러(30)는 상기 DLP 컨트롤러(20)의 빠른 디스플레이 속도에서도 상기 패턴 이미지를 취득할 수 있는 고속 카메라가 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 도 3을 참조하면, 스마트 생산 자동화 다관절 로봇 정합용 3차원 DLP 검사 통합시스템에 있어서, DLP 컨트롤러(20)에 투사할 패턴 광의 이미지를 로드하는 단계(S10);, DLP 컨트롤러(20)와 옵티컬(Optical) 유닛(40)의 속성을 N개 만큼 설정하는 단계(S20);, 카메라 컨트롤러(30)의 속성을 N개 만큼 설정하는 단계(S30);, 카메라 그랩(Grab) 동기화에 의한 DLP 패턴을 N개 만큼 투사하는 단계(S40);, 대상물에 투사된 패턴 이미지를 N개 만큼 획득하는 단계(S50);, 상기 획득된 이미지로부터 3차원 패턴 이미지(Disparity map)를 N개 만큼 생성하는 단계(S60);, N개 획득된 패턴 이미지(Disparity map)를 머지하여 3차원 데이터로 생성하는 단계(S70);,가 시계열적으로 수행하는 것을 특징으로 한다.

이하에서 본 발명의 작동관계를 도 2 내지 도 9를 기준으로 설명하기로 한다.

도 2는 PC 메인 컨트롤러(10)와 DLP 컨트롤러(20) 그리고 카메라 컨트롤러(30)간의 시스템 구성도를 보여주고 있다. 도 2에서 본 발명의 PC 메인 컨트롤러(10)는 3차원 스캐너의 전체적인 제어와 데이터 생성에 관련된 프로그램이 실행되는 모듈로서, DLP Controller와 USB 통신을 통해 DLP 패턴 투사 방법에 대한 명령을 내리고 또한 DLP Controller(20)에 투사할 패턴 이미지를 로딩하며, DLP Controller(20)에 패턴 디스플레이 트리거 신호를 보낸다.

또한, PC 메인 컨트롤러(10)는 Camera 모듈과도 통신을 통한 Camera 속성 설정 및 스캔된 이미지을 획득하여 어플리케이션 모듈에 의해 획득된 패턴 이미지를 분석하여 3차원 측정 데이터를 생성하고 카메라 컨트롤러(30)에 이미지 신호를 보낸다.

또한, 본 발명의 상기 PC 메인 컨트롤러(10)는 획득된 패턴 이미지를 분석하여 3차원 측정 데이터를 생성하는 어플리케이션 모듈을 포함하는데, 상기 3차원 측정 데이터를 생성하는 어플리케이션 모듈은 도 2의 DLP 컨트롤러(20)에 투사 패턴 이미지를 로드시키고 도 2의 카메라 컨트롤러(30)에 촬상 신호를 보내어 물체에 투사된 패턴 이미지를 분석하여 3D 데이터를 생성하게 되고, 각각의 스캔샷마다 설정된 값(카메라 Exposure, Gain, LED 밝기, LED Color 등)을 DLP 컨트롤러(20)와 카메라 컨트롤러(30)에 반영하여 각각에 해당하는 3D 데이터를 취득하게 된다.

본 발명의 DLP 컨트롤러(20)는 모든 픽셀이 반사 미러가 되도록 구성된 칩을 구비하는 DMD(Digital Mirror Device)소자를 제어한다. 상기 DMD소자는 모든 픽셀이 반사 미러가 되도록 구성된 칩 유형으로서, 원하는 디스플레이 해상도와 미러 Tilt 속도에 제어되는 방식에 따라 다양한 패턴을 빠른 속도로 디스플레이 제어할 수 있으며, 기존의 LCD 방식보다 광 반사율이 높은 특징이 있고, Optical System을 제어하면서 빛의 밝기 및 R,G,B LED의 선택적인 인가를 통해 다양한 광 색깔을 구현할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 카메라 컨트롤러(30)는 DLP 컨트롤러(20)에서 준비된 패턴 이미지를 카메라 동기에 맞추어 이미지를 획득 할 수 있도록 DLP 컨트롤러(20)에 광학 패턴 디스플레이 트리거를 보내주고 그 동시에 투사된 광학 패턴을 획득한다. 또한 카메라 컨트롤러(30)는 DLP 컨트롤러(20)의 빠른 디스플레이 속도에도 이미지를 취득할 수 있도록 고속 카메라가 필요하다.

한편, 상기 광학 패턴 디스플레이 트리거 및 DLP 패턴 투사방법은 도 2의 DLP 컨트롤러(20)에 도 7과 같은 패턴 이미지를 메모리에 로드 시킨다. 상기 DLP 컨트롤러(20)를 트리거 입력 모드로 대기시킨 후 도 2의 카메라 컨트롤러(30)인 카메라로부터 이미지 촬상 시 카메라 Strobe 신호를 통해 DLP 컨트롤러(20)에 트리거 신호를 보낸다. 이후 상기 트리거 입력 신호와 동기화 되어 DLP 컨트롤러(20)가 도 7과 같은 패턴 이미지를 순차적으로 디스플레이하게 된다. 상기한 패턴이 물체에 순차적으로 디스플레이 되면 카메라는 검사대상물에 디스플레이 된 패턴 이미지를 순차적으로 촬상하게 된다.

본 발명의 옵티컬(Optical) 유닛(40)은 LED R,G,B 광원을 이용한 광학 유닛으로서 DLP 컨트롤러(20)에 의해 밝기와 R, G, B LED 각각 소자의 선택적 인가가 가능하며, 광 투사계 렌즈를 통해서 DMD 소자에서 만들어내 광학 패턴을 대상물에 빛을 투사한다.

상기 R,G,B LED 광원은 도 8과 같이 LED R,G,B 광학 모듈을 사용하여 단색광이 아닌 칼라 광을 구현할 수 있는 모듈을 사용하여 다양한 물체에 다양한 색깔의 빛을 조사함으로써 보다 유연한 빛 반사 효과를 구현할 수 있다. 이는 밝은 백색광 뿐만 아니라 R,G,B 밝기 값을 다양하게 조절함으로써 빛 색깔을 다양하게 구현 할 수 있어 멀티 스캔 기능 시 다양한 빛의 조건들을 설정 할 수 있는 효과가 있다.

본 발명에서 PC 메인 컨트롤러(10)와 DLP 컨트롤러(20)의 제어 요소들간의 작동관계를 설명하면, 먼저 상기 DMD에 표시할 패턴을 DLP 컨트롤러(20)에 DLP 컨트롤러(20)의 상태를 제어(Display Start, Display Stop)하고, 상기 DLP 컨트롤러(20)을 통한 옵티컬(Optical) 유닛(40) 제어(밝기, RGB LED 선택적 인가)를 로드 한다.

또한, 본 발명의 상기 PC 메인 컨트롤러(10)는 DLP 컨트롤러(20)와 USB 통신을 함에 있어서 실시예로, DLP 컨트롤러(20) 칩과 DMD를 제공하는 Texas Instruments 社로부터 제공하는 사용자 USB 통신 컨맨드를 사용하여 DLP 컨트롤러(20)와 PC 메인 컨트롤러(10)간의 USB 통신 API 모듈을 만들었다. 이렇게 만들어진 모듈은 프로그래밍 언어에 사용하기 쉽도록 클래스 화하여 다양한 언어에 대응하도록 하였다.

도 9는 본 발명의 PC 메인 컨트롤러(10)와 DLP 컨트롤러(20)간의 USB 통신 모듈 기능에 대한 것이다. 이러한 단위별 모듈 기능들을 통해 컨트롤 제어를 단순화 시키고 사용하기 편리하게 제작함으로써 검사의 효율성을 향상하였다.

또한, 본 발명의 PC 메인 컨트롤러(10)와 카메라 컨트롤러(30)의 제어 요소들간의 작동관계에서 제어 요소로서, 촬상속도(Frame Rate) 설정, 노출값(Exposure) 설정, Gain 설정, Sharpness 설정, Strobe Line 설정, Trigger 모드 설정, Image Grab Start, Stop 설정, Grab된 Image를 전송하게 된다.

보다 구체적으로 본 발명의 Frame Rate(촬상 속도)는 카메라의 촬상 속도로서 1초에 몇 번을 찍을 수 있는지에 대한 값으로서, DLP 3D 스캔방식은 빠른 속도로 투사된 패턴 이미지를 고속 카메라로 촬상을 해야만 빠른 속도에 대응하여 데이터를 얻을 수 있는데 바람직하게는 고속 카메라의 속도는 160fps(1초에 160번)로 찍을 수 있어야 한다.

또한, 본 발명의 상기 노출값(Exposure)은 카메라의 셔터 노출값으로 촬상 된 이미지의 밝기를 조절할 수 있으며, DLP로부터 투사된 패턴 빛이 물체에 밝게 또는 어둡게 반응하느냐에 따라 카메라의 노출값을 조절하여 촬상된 이미지의 밝기를 조절 할 수 있다.

또한, 본 발명의 Gain은 카메라 센서의 신호 증폭을 제어하는 디지털 카메라 설정 부분으로서, 이를 조정함으로써 카메라의 이미지 감도를 더 좋게 만들 수 있다. 또한, Sharpness 설정은 이미지 윤곽이 얼마나 뚜렷하게 표시할지에 대한 설정값인데, 패턴 이미지에 대한 윤곽을 뚜렷하게 만들어 데이터 추출 시 노이즈를 감소시킬 수 있는 특징이 있다.

또한, 본 발명의 Strobe Line은 카메라 촬상 시 외부 장치에 출력 신호를 보내는 선으로, 이를 이용해 카메라 촬상과 DLP 패턴 투사를 동기화하여 이미지를 취득할 수 있다. 또한, Image Grab Start & Stop은 카메라 촬상 시작 및 중지하는 역할을 한다.

도 4는 본 발명의 3차원 스캔 카메라에 의해 촬영하기 위한 검사대상물이고, 도 5는 본 발명의 3차원 스캔 카메라에 의해 촬영한 검사대상물에 대한 투사된 패턴 이미지들을 획득하고 획득된 이미지로부터 패턴 이미지(Disparity map)를 머지하여 3차원 데이터로 생성한 결과물의 일실시예이다. 이를 설명하면, 도 5에서 1차 단계는 3D 스캔 카메라 파라미터 중 LED 밝기 값을 200 (0~255), 카메라 노출 값을 10ms, Gain 값을 1 (0~10), Sharpness 값을 10 (0~100), 카메라 촬상 속도를 90fps으로 설정하여 도 4에 보여 지는 대상물을 3D 스캔하여 얻어진 3D 높이 데이터 맵 이미지이다. 상기한 이미지 중에서 칼라 값으로 표시되는 부분은 3D 데이터가 얻어진 높이 값을 칼라 값으로 표시하고 있으며, 검정색 부분은 높이 데이터가 없음을 보여주고 있으며, 도 5의 1차는 도 4의 물체를 위조건 아래에 얻어진 이미지 부분인데, 전체적인 부분에 대해서 3D 데이터는 취득되나 빛 반사가 심한 물체에는 측정 불가한 상황으로 빛 반사가 심한 물체 영역은 3D 데이터가 측정되지 않음을 보여주고 있다.

또한, 도 5에서 2차 단계는 3D 스캔 카메라 파라미터 중 LED 밝기 값을 100 (0~255), 카메라 노출 값을 5ms, Gain 값을 0 (0~10), Sharpness 값을 20 (0~100), 카메라 촬상 속도를 90fps으로 설정하여 도 4에 보여 지는 물체를 3D 스캔하여 얻어진 3D 높이 데이터 맵 이미지이다. 도 5에서 2차 단계는 도 4의 물체를 위조건 아래에 반사가 심한 물체만 3D 데이터를 얻을 수 있고 나머지 영역에 대해서는 취득되지 않고 있음을 보여주고 있다.

또한, 도 5에서 3차 단계는 3D 스캔 카메라 파라미터 중 LED 밝기 값을 150 (0~255), 카메라 노출 값을 7ms, Gain 값을 0.5 (0~10), Sharpness 값을 15 (0~100), 카메라 촬상 속도를 90fps으로 설정하여 도 4에 보여 지는 물체를 3D 스캔하여 얻어진 3D 높이 데이터 맵 이미지이다. 도 5에서 3차 단계는 도 4의 물체를 위조건 아래에 전체 놓여져 있는 물체에 대한 3D 데이터를 취득하였으나 바닥 면에 대한 데이터는 취득되지 않고 있음을 보여주고 있다.

도 6은 위 도 5에서 1차, 2차, 3차 단계의 3D Depth Map Image를 보았듯이 서로 다른 설정 조건 아래에 3D 데이터를 측정하여 얻었지만 전체 영역에 대한 데이터를 얻기에는 어려운 부분이 있었다. 또한, 전체 영역에 대한 3D 데이터를 얻기 위해서는 각각의 취득된 영역들을 취득되지 않은 영역에 대해 보완하여 취득할 수 있다. 도 6은 이러한 영역들을 하나의 전체적인 데이터로 취합하기 위해서 이미지 논리 연산(XOR, OR)과 영역 분리 기법을 통하여 3개의 3D Depth Map Image을 하나의 이미지로 합친 이미지이다.

이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다.

아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

10 PC 메인 컨트롤러
20 DLP 컨트롤러
30 카메라 컨트롤러
40 옵티컬(Optical)유닛

Claims (7)

1. 스마트 생산 자동화 다관절 로봇 정합용 3차원 DLP 검사 통합시스템에 있어서,
   3차원 스캐너의 전체적인 제어와 데이터 생성에 관련된 프로그램이 실행되도록 DLP 컨트롤러(20)와 USB 통신을 통해 DLP 패턴 투사방법에 대한 명령을 내리고, 상기 DLP 컨트롤러(20)에 투사할 패턴 이미지를 로딩하며, 획득된 패턴 이미지를 분석하여 3차원 측정 데이터를 생성하는 어플리케이션 모듈과, 카메라 컨트롤러(30)와 통신을 통해 카메라 속성을 설정하고 스캔 이미지를 획득하는 PC 메인 컨트롤러(10);,
   모든 픽셀이 반사 미러가 되도록 구성된 칩을 구비하는 DMD(Digital Mirror Device)소자를 제어하고, 빛의 밝기 또는 R,G,B LED 의 선택적 인가를 통해 다양한 광 색깔을 구현하도록 제어하게 하는 DLP 컨트롤러(20);,
   상기 DLP 컨트롤러(20)에서 준비된 패턴 이미지를 카메라 동기에 맞추어 이미지를 획득할 수 있도록 DLP 컨트롤러(20)에 광학 패턴 디스플레이 트리거를 전송하고, 그 동시에 투사된 광학 패턴을 획득하도록 상기 DLP 컨트롤러(20)의 빠른 디스플레이 속도에서도 상기 패턴 이미지를 취득할 수 있는 고속 카메라가 구비되는 카메라 컨트롤러(30);,
   R,G,B LED 광원을 사용하고, 상기 DLP 컨트롤러(20)에 의해 R,G,B LED 각각 소자의 선택적 인가가 가능하며, 광 투사계 렌즈를 통해 상기 DMD 소자에서 만들어낸 광학 패턴을 대상물에 빛을 투사하는 옵티컬(Optical) 유닛(40)을 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 스캔기능을 이용한 3차원 데이터 성능 향상 장치.
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