KR19990003331A - 스칼라 로봇을 이용한 3차원 스캐닝장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3차원 형상 복원시스템에 있어서 스칼라 로봇을 이용하여 대상물체의 측면 및 윗면에 대한 거리영상을 획득하기 위한 3차원 스캐닝장치에 관한 것이다. 이를 위하여 본 장치는, 소정 대상물체(Object)의 3차원 형상을 복원하는 시스템에 있어서, 소정 대상물체에 대해 박스구조로 설정된 소정의 안전영역의 소정 경계지점을 상하 좌우로 이동하는 스칼라 로봇; 소정 경계지점에 대한 좌표정보를 인가하기 위한 명령인가부; 스칼라 로봇의 엔드지점에 장착되어 스칼라 로봇에 의해 촬영방향이 제어되면서 소정 대상물체에 대한 거리영상을 획득하는 카메라; 카메라와 나란히 스칼라 로봇의 엔드지점에 장착되어 카메라와 같은 방향으로 스칼라 로봇에 의해 회전제어가 이루어지면서 소정 대상물체로 소정의 광선을 비추는 광선 발생부;명령인가부로부터 전송되는 좌표정보를 이용하여 스칼라 로봇의 동작을 제어하고, 소정 경계지점에서 카메라를 통해 획득된 거리영상에 대해 카메라의 해당 위치와 대상물체간의 거리정보(d 또는 d')를 이용하여 스케일 보정한 거리영상을 소정 경계지점에서의 해당되는 거리영상으로 처리하는 프로세서를 포함하도록 구성된다.

Description

스칼라 로봇을 이용한 3차원 스캐닝장치

본 발명은 3차원 스캐닝장치에 관한 것으로, 특히 3차원 형상 복원시스템에 있어서 스칼라 로봇(Scara Robot)을 이용한 3차원 스캐닝장치에 관한 것이다.

3차원 형상 복원시스템은 컴퓨터 시각(Computer Vision)분야에서 최근 활발하게 연구되고 있는 것중 하나로서, 여러 방향에서 획득한 대상 물체의 2차원 거리영상(Range Image)에 대한 3차원 거리정보(또는 거리데이타라고도 함)를 획득하고, 획득된 거리정보를 이용하여 거리영상간의 변환계수(Transformation Parameters)와 대응점(Correspondance Point) 등을 구하는 등록과정(Registration) 및 완전한 모델로 합성하는 인티그레이션(Integration) 과정을 거쳐 대상 물체의 3차원 형상을 복원하는 것이다.

이러한 3차원 형상 복원시 이용되는 거리영상 획득방식이 대부분 물체의 측면에서 획득하도록 구현되어 있어, 대상 물체의 윗부분에 대한 거리영상을 획득하기 위해서는 대상물체를 눕혀야만 했다. 그러나 대상물체를 눕힌 상태에서 대상물체의 윗부분에 대한 거리영상을 획득한다 하여도 획득된 거리영상에 대한 변환계수를 구하는 과정이 복잡해져 복원과정이 비효율적으로 이루어지게 된다.

이를 해결하기 위하여 6관절 로봇을 이용한 거리영상 획득방법이 제안된 바 있다. 이 거리영상 획득방법은 6관절 로봇의 팔을 반구상으로 움직이면서 해당되는 거리영상을 획득하도록 되어 있는데, 관절로봇의 이동범위가 제한되어 있어 원하는 지점의 거리영상을 획득하지 못하는 경우가 존재하므로 처음부터 위치선택을 고려해야 할 뿐아니라 이러한 고려로 인한 로봇의 위치 계산이 상당량 요구된다.

따라서 본 발명은 상술한 문제를 개선하기 위하여 안출한 것으로서, 3차원 형상 복원시스템에 있어서 스칼라 로봇을 이용하여 대상물체의 측면 및 윗면에 대한 거리영상을 획득하기 위한 3차원 스캐닝장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 3차원 스캐닝장치는, 소정 대상물체(Object)의 3차원 형상을 복원하는 시스템에 있어서, 소정 대상물체에 대해 박스구조로 설정된 소정의 안전영역의 소정 경계지점을 상하 좌우로 이동하는 스칼라 로봇; 소정 경계지점에 대한 좌표정보를 인가하기 위한 명령인가부; 스칼라 로봇의 엔드지점에 장착되어 스칼라 로봇에 의해 촬영방향이 제어되면서 소정 대상물체에 대한 거리영상을 획득하는 카메라; 카메라와 나란히 스칼라 로봇의 엔드지점에 장착되어 카메라와 같은 방향으로 스칼라 로봇에 의해 회전제어가 이루어지면서 소정 대상물체로 소정의 광선을 비추는 광선 발생부;명령인가부로부터 전송되는 좌표정보를 이용하여 스칼라 로봇의 동작을 제어하고, 소정 경계지점에서 카메라를 통해 획득된 거리영상에 대해 카메라의 해당 위치와 대상물체간의 거리정보(d 또는 d')를 이용하여 스케일 보정한 거리영상을 소정 경계지점에서의 해당되는 거리영상으로 처리하는 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 3차원 스캐닝장치를 구비한 3차원 형상 복원시스템의 블럭도,

도 2는 본 발명에 따라 스캐닝시 스칼라 로봇의 이동범위에 대한 관계도,

도 3은 스칼라 로봇에 부착된 카메라 및 프로젝터의 위치와 스칼라 로봇의 이동방향에 대한 관계도,

도 4a는 스칼라 로봇을 이용한 스캐닝 예시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100:대상물체(Object)110:명령인가부

120:프로세서130:프로젝터

140:카메라 150:그래버(Grabber)

160:스칼라 로봇

본 발명의 상술한 목적 및 기타 목적과 여러 가지 장점은 이 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 하기에 기술되는 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 3차원 스캐닝장치를 구비한 3차원 형상 복원시스템의 블럭도로서, 3차원 형상을 복원하기 위한 대상물체(100), 운용자의 명령을 인가하기 위한 명령인가부(110), 명령인가부(110)로부터 인가되는 명령에 따라 본 발명에 따른 3차원 스캐닝이 이루어지도록 제어하기 위한 프로세서(120), 소정의 안정(Safety)영역에서 대상물체(100)의 3차원 스캐닝을 위해 구동하는 스칼라 로봇(160), 스칼라 로봇(160)의 엔드지점에 부착되고 프로세서(120)에 의해 제어되어 대상물체(100)의 거리영상을 획득하는 카메라(140), 카메라(140)와 같이 스칼라 로봇(160)의 엔드지점에 부착되고 프로세서(120)에 의해 제어되어 대상물체(100)로 소정의 광선을 비추는 프로젝터(130), 카메라(140)를 통해 출력되는 소정의 거리영상을 프로세서(120)가 처리할 수 있는 데이터로 변환시켜 전송하는 그래버(Grabber, 150)로 구성된다.

이와 같이 구성된 도 1은 다음과 같이 구동된다.

우선, 스칼라 로봇(160)은 도 2에 도시된 바와 같이 대상물체(100)에 대한 안전영역의 경계부분을 따라 구동되도록 기구적으로 설계되고, 카메라(140) 및 프로젝터(130)는 도 3에 도시된 바와 같이 스칼라 로봇(160)의 엔드지점(End Position)에 나란히 설치된다. 여기서 안전영역은 스칼라 로봇(160) 이동시 카메라(140)와 프로젝터(130)가 대상물체(100)에 부딪치지 않는 영역으로 박스구조를 이루어진다. 그리고, 스칼라 로봇(160)은 정해진 촬영지점(거리영상 획득지점)에 따라 카메라(140) 및 프로젝터(130)의 이동 및 회전을 제어할 수 있도록 구성된다.

이와 같이 스칼라 로봇(160)이 구성된 상태에서 명령인가부(110)를 통해 촬영지점정보가 인가되면, 프로세서(120)로 전송된다. 여기서 촬영지점정보는 상술한 안전영역을 고려한 3차원 좌표정보가 된다.

프로세서(120)는 인가된 좌표정보에 따라 스칼라 로봇(160)의 이동이 이루어지도록 제어한다. 이에 따라 스칼라 로봇(160)의 엔드지점이 해당 지점으로 이동되게 된다. 이 때 스칼라 로봇(160)은 카메라(140)와 프로젝터(130)의 회전도 제어하게 되는데, 회전제어는 스칼라로봇(160)이 해당 촬영지점에 도달하였을 때, 프로젝터(130)와 카메라(140)가 안전영역의 중심을 향하도록 하기 위해 이루어진다.

예를 들어 현재 촬영지점이 도 4a에 도시된 A지점에 해당되는 경우에, A지점이 안전영역의 중심점과 동일한 수평축에 존재하기 때문에 스칼라 로봇(160)은 엔드지점을 A지점으로 옮기기는 하나 엔드지점에 위치하는 카메라(140)와 프로젝터(140)에 대한 회전제어는 하지 않는다. 이와 같이 스칼라 로봇(160)의 동작이 제어되면, 프로세서(120)는 프로젝터(130)와 카메라(140)를 제어하여 A지점에서의 거리영상을 획득한다. 획득된 거리영상은 그래버(150)를 통해 프로세서(120)로 전송된다.

프로세서(120)는 A지점에서의 거리영상이 인가되면, 인가된 거리영상 평면(u, v)와 프로젝터(130)의 좌표(w)를 이용한 삼각측량법에 의하여 해당 거리영상의 대상물체(100)와 카메라(140)간의 거리(d)를 측정한다(도 4a도 참조). 여기서 u는 거리영상의 수평축 값이고, v는 수직축 값이다.

그리고 프로세서(120)는 그 다음 촬영지점으로 카메라(140) 및 프로젝터(130)가 이동되도록 스칼라 로봇(160)을 구동시킨다. 즉, 도 4a에서와 같이 다음 촬영지점이 B지점인 경우에 스칼라 로봇(160)의 엔드지점은 B지점까지 이동된다. 그러나 B지점은 도 4a에 도시된 바와 같이 안전영역의 모서리 부분에 해당되므로 카메라(140) 및 프로젝터(130)의 초점이 안전영역의 중심을 향하고 있지 않으므로 스칼라 로봇(160)은 엔드지점이 B지점에 도달되면, 정해진 θ각만큼 카메라(140) 및 프로젝터(130)를 회전시켜 안전영역의 중심을 향하도록 한다. 여기서 θ각은 사전에 계산된 값이다. 즉, 해당 촬영지점이 안전영역의 중심점과 동일한 수평축에 존재하거나 동일한 수직축에 존재하지 않는 한 각 지점에서의 카메라(140) 및 프로젝터(130)의 회전각도는 프로세서(120)에 미리 기억되어 명령인가부(110)로부터 인가된 촬영지점정보에 따라 대응되는 회전각도정보를 스칼라 로봇(160)으로 제공하여 해당 회전제어를 할 수 있도록 한다.

B지점에서의 카메라(140) 및 프로젝터(130)의 회전이 이루어지면, 프로세서(120)는 카메라(140)를 제어하여 상술한 A지점에서와 같이 B지점에서의 거리영상을 획득한다. 획득된 거리영상은 그래버(150)를 통해 프로세서(120)로 전송된다. 프로세서(120)는 인가된 거리영상에 대하여 상술한 A지점에서의 거리영상에서와 같이 삼각측정법에 의해 카메라와 대상물체(100)간의 거리(d')를 측정한다.

프로세서(120)는 2지점에서 획득된 거리영상에서 측정된 거리정보 d 및 d'를 이용하여 2 거리영상간의 스케일(Scale)을 보정한다.

그리고 보정된 거리영상간의 중첩영역에 존재하는 대응점(Correspondance Point)들을 종전과 같이 수식 1에 의해 구한다.

[수식 1]

Q=R_P+ t

여기서 Q는 도 4b에 도시된 A지점에서 획득된 거리영상에 존재하는 P지점에 대한 도 4c에 도시된 B지점에서 획득된 거리영상에 존재하는 대응점에 대한 정보이고, R은 회전이동정보이고, t는 평행이동정보이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 3차원 형상 복원시스템에 있어서, 스칼라 로봇을 이용하여 대상물체에 대한 측면 및 윗면에 대한 거리영상을 획득하는 3차원 스캐닝장치를 제공함으로서, 적은 계산량으로 대상물체의 윗부분에 대한 거리영상을 획득할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 상술한 실시예로서 설명되었으나 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어 프로젝터 대신 레이저 등을 이용하여 구현할 수도 있다. 따라서 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구의 범위에 의하여 정하여져야 한다.

Claims (1)

1. 소정 대상물체(Object)의 3차원 형상을 복원하는 시스템에 있어서,

   상기 소정 대상물체에 대해 박스구조로 설정된 소정의 안전영역의 소정 경계지점을 상하 좌우로 이동하는 스칼라 로봇;

   상기 소정 경계지점에 대한 좌표정보를 인가하기 위한 명령인가부;

   상기 스칼라 로봇의 엔드지점에 장착되어 상기 스칼라 로봇에 의해 촬영방향이 제어되면서 상기 소정 대상물체에 대한 거리영상을 획득하는 카메라;

   상기 카메라와 나란히 상기 스칼라 로봇의 엔드지점에 장착되어 상기 카메라와 같은 방향으로 상기 스칼라 로봇에 의해 회전제어가 이루어지면서 상기 소정 대상물체로 소정의 광선을 비추는 광선 발생부;

   상기 명령인가부로부터 전송되는 상기 좌표정보를 이용하여 상기 스칼라 로봇의 동작을 제어하고, 상기 소정 경계지점에서 상기 카메라를 통해 획득된 거리영상에 대해 상기 카메라의 해당 위치와 상기 대상물체간의 거리정보(d 또는 d')를 이용하여 스케일 보정한 거리영상을 상기 소정 경계지점에서의 해당되는 거리영상으로 처리하는 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 스캐닝장치.