KR20040110887A - 3d shape measuring device and method using the correction of phase errors - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A three dimensional shape measuring device and a method thereof are provided to improve measurement performance for a three dimensional shape by minimizing a measurement error according to variation of a surface reflective rate of an object to be measured. CONSTITUTION: A three dimensional shape measuring device includes a short-period sine wave irradiating device(10), which is a first light source. A short-period sine wave image is converted into a plane wave while passing through a collimate optical system(16). Then, the plane wave passes through mirrors(22,24,26) and irradiates onto a surface of an object(30) to be measured through a light emitting optical system(28). An optical system includes three collimate optical systems(16,18,20), beam route adjustment mirrors(22,24,26) and the light emitting optical system(28).

Description

위상오차 보정을 이용한 삼차원 표면형상 측정장치 및 방법{3D SHAPE MEASURING DEVICE AND METHOD USING THE CORRECTION OF PHASE ERRORS}3D surface shape measurement device and method using phase error correction {3D SHAPE MEASURING DEVICE AND METHOD USING THE CORRECTION OF PHASE ERRORS}

본 발명은 3차원 표면형상 측정 시스템에 관한 것으로, 특히 위상오차 보정을 이용하여 3차원 형상을 측정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a three-dimensional surface shape measurement system, and more particularly, to an apparatus and method for measuring three-dimensional shape using phase error correction.

3차원 형상측정기술은 공학분야에 국한되지 않고 의학, 오락산업, 의복산업 등 그 용용 범위가 점차 확대되고 있다. 이러한 여러 응용 분야의 요구를 충족시킬 수 있는 3차원 형상측정 기술로 과거에는 3차원 좌표측정기(CMM)를 이용한 접촉식 측정장치가 사용되었으나 최근에는 광학이론을 바탕으로 하는 비접촉 3차원 형상측정장치가 널리 보급 사용되고 있다.The three-dimensional shape measurement technology is not limited to the engineering field, but its application range is gradually expanding, such as medicine, entertainment industry, and clothing industry. In the past, a contact measuring device using a three-dimensional coordinate measuring machine (CMM) was used as a three-dimensional shape measuring technology capable of satisfying the demands of various application fields, but recently, a non-contact three-dimensional shape measuring device based on optical theory is used. It is widely used.

이러한 비접촉 3차원 형상측정장치는 다시 한 순간에 한 번의 영상획득만으로 측정 대상체의 3차원 표면형상정보를 추출하는 3차원 형상측정장치가 있는가 하면, 여러 장의 영상을 획득한후 측정 대상체의 3차원 표면형상정보를 추출하는 3차원 형상측정장치도 존재한다.The non-contact three-dimensional shape measuring device has a three-dimensional shape measuring device that extracts the three-dimensional surface shape information of the measurement object with only one image acquisition once again, or the three-dimensional surface of the measurement object after obtaining several images There is also a three-dimensional shape measuring apparatus for extracting shape information.

하나의 영상만을 획득하여 측정 대상체의 3차원 표면형상 정보를 추출하는 형상측정장치는 위상 이동된 여러 개의 영상을 획득하는 3차원 형상측정장치와 비교해 볼 때, 측정 분해능은 떨어지지만 움직임이 있거나 진동이 있는 측정 대상체를 측정할 수 있는 장점이 있다.A shape measuring device that extracts three-dimensional surface shape information of a measurement object by acquiring only one image has a lower measurement resolution but less motion or vibration when compared to a three-dimensional shape measuring device that acquires a plurality of phase shifted images. There is an advantage in that the measuring object can be measured.

그러나 하나의 영상만을 획득하여 측정 대상체의 3차원 표면형상 정보를 추출하는 형상측정장치는 측정 대상체의 위상정보가 ATAN(sin/cos) 형태로 추출되므로, 추출된 위상정보가 2π 높이 단위로 끊어진 상태로 구해진다. 따라서 이를 연결시키기 위한 위상복원 알고리즘이 필요한 단점이 있다. 또한 측정 대상체에 조사된 정현파 영상의 정현파 1주기 내에 측정 대상체 표면반사율 변화가 발생하면 위상 오차가 발생할 수도 있다.However, a shape measuring apparatus for extracting three-dimensional surface shape information of a measurement object by acquiring only one image may include phase information of the measurement object. Is ATAN (sin / cos ), The extracted phase information is obtained in a state of being broken in units of 2π height. Therefore, there is a disadvantage that a phase recovery algorithm is required to connect them. In addition, if a change in the surface reflectance of the measurement object occurs within one period of the sine wave of the sine wave image irradiated to the measurement object, a phase error may occur.

따라서 본 발명의 목적은 측정 대상체의 표면 반사율 변화에 따른 측정오차를 최소화하여 3차원 형상의 측정성능을 향상시킬 수 있는 위상오차 보정을 이용한 3차원 표면형상 측정장치 및 방법을 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an apparatus and method for measuring a three-dimensional surface shape using phase error correction, which can improve measurement performance of a three-dimensional shape by minimizing a measurement error caused by a change in surface reflectance of a measurement object.

더 나아가 본 발명의 또 다른 목적은 서로 다른 주기의 정현파 패턴을 사용하여 측정 대상체의 분해능은 높이면서도 위상복원 과정에서 발생하는 에러의 유발을 최소화할 수 있는 위상오차 보정을 이용한 3차원 표면형상 측정장치 및 방법을 제공함에 있다.Furthermore, another object of the present invention is to use a sine wave pattern of different periods to increase the resolution of the measurement object while the three-dimensional surface shape measurement apparatus using a phase error correction that can minimize the error caused during the phase restoration process And providing a method.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 표면형상 측정장치의 블록구성도.1 is a block diagram of a three-dimensional surface shape measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 단주기 정현파가 조사된 측정 대상체의 영상 예시도.2 is an exemplary view showing an image of a measurement object irradiated with a short-period sine wave according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 장주기 정현파가 조사된 측정 대상체의 영상 예시도.3 is an exemplary view illustrating an image of a measuring object irradiated with a long period sine wave according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 직류 조명성분이 조사된 측정 대상체의 영상 예시도.4 is an exemplary view illustrating an image of a measurement object irradiated with a DC illumination component according to an embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 측정 대상체의 표면반사율 변화에 따른 위상오차 보정 그래프 예시도.5 is a diagram illustrating a phase error correction graph according to a surface reflectance change of a measurement object according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 장주기 정현파 패턴 영상으로부터 추출된 위상맵 영상 예시도.6 is a diagram illustrating a phase map image extracted from a long period sinusoidal pattern image according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 단주기 정현파 패턴 영상으로부터 추출된 위상맵 영상 예시도.7 is a diagram illustrating a phase map image extracted from a short-period sinusoidal pattern image according to an embodiment of the present invention.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 측정 대상체의 표면반사율 변화에 따른 위상오차 보정 전의 영상 예시도.8 illustrates an image before phase error correction according to a change in surface reflectance of a measurement object according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 측정 대상체의 표면반사율 변화에 따른 위상오차 보정 후의 영상 예시도.9 is a diagram illustrating an image after phase error correction according to a change in surface reflectivity of a measurement object according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 정현파 패턴 영상을 이용한 3차원 표면형상 측정장치의 간략구성 예시도.Figure 10 is a simplified configuration example of a three-dimensional surface shape measurement apparatus using a sine wave pattern image according to an embodiment of the present invention.

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 변조파 제거를 통한 저주파 사인(sin) 위상 영상 예시도.11 is an exemplary low frequency sin phase image through modulation wave cancellation according to an embodiment of the present invention.

도 12는 본 발명의 실시예에 따른 변조파 제거를 통한 저주파 코사인(cos)위상 영상 예시도.12 is a view illustrating a low frequency cosine (cos) phase image through modulation wave removal according to an embodiment of the present invention.

도 13은 본 발명의 실시예에 따른 위상 오차 보정을 수행한 후 단주기 정현파 패턴 영상으로 부터 추출된 위상맵 영상 예시도.13 is an exemplary diagram of a phase map image extracted from a short-period sinusoidal pattern image after performing phase error correction according to an embodiment of the present invention.

도 14는 본 발명의 실시예에 따른 위상 오차 보정을 수행한 후 측정한 3차원 형상의 영상 예시도.14 is an exemplary view of a three-dimensional image measured after performing a phase error correction according to an embodiment of the present invention.

도 15은 본 발명의 실시예에 따른 위상 오차 보정을 수행한 후 측정된 대상체의 3차원 형상 예시도.15 is an exemplary view illustrating a three-dimensional shape of an object measured after performing phase error correction according to an embodiment of the present invention.

도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 표면형상 측정장치의 블록구성도.Figure 16 is a block diagram of a three-dimensional surface shape measurement apparatus according to another embodiment of the present invention.

도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 표면형상 측정장치의 블록구성도.Figure 17 is a block diagram of a three-dimensional surface shape measuring apparatus according to another embodiment of the present invention.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 3차원 표면형상 측정장치는 서로 다른 색상의 단주기 정현파와 장주기 정현파 및 직류조명 패턴영상을 각각 발생시키는 세 개의 광원과, 광원들 각각에서 조사된 패턴 영상이 평행광으로서 측정 대상체상의 동일 위치에 동일 면적으로 조사되기 위한 광학계를 포함하되,The three-dimensional surface shape measuring apparatus according to an embodiment of the present invention for achieving the above object is three light sources for generating a short period sine wave, a long period sine wave and a DC illumination pattern image of different colors, respectively, The pattern image includes an optical system for irradiating the same area on the same position on the measurement object as parallel light,

서로 다른 색상의 측정 대상체 영상을 획득하기 위한 시준광학계와 그 후단에 위치하는 미러들을 통과한 영상에서 서로 다른 색상의 단주기 정현파와 장주기 정현파 및 직류조명 패턴영상을 각각 통과시키기 위한 광학필터들과;Optical filters for passing short-period sinusoidal waves, long-period sinusoidal waves, and direct-current illumination pattern images of different colors in an image passing through a collimating optical system for obtaining measurement object images of different colors and mirrors positioned at a rear end thereof;

상기 광학필터 각각의 출력 패턴영상을 전기적인 영상신호로 변환하기 위한 카메라들과 그 카메라 각각의 출력을 디지털화하기 위한 디지타이저들과;Cameras for converting the output pattern image of each of the optical filters into an electric video signal, and digitizers for digitizing the output of each of the cameras;

상기 디지타이저들중 하나에 저장된 직류조명 패턴영상으로부터 측정 대상체의 표면반사율 변화에 따른 위상오차 보정값을 계산하고 이를 통해 각각 단주기 정현파 패턴 영상과 장주기 정현파 패턴 영상의 위상오차를 보정하는 위상오차 보정부들과;Phase error correction units for calculating the phase error correction value according to the surface reflectivity change of the measurement object from the DC light pattern image stored in one of the digitizers and thereby correcting the phase error of the short-period sinusoidal pattern image and the long-period sinusoidal pattern image, respectively. and;

위상오차 보정된 단주기 및 장주기 정현파 패턴 영상 각각에서 고주파 성분을 제거하는 변조주파수 제거부들과;Modulation frequency removal units for removing high frequency components from phase error corrected short and long period sinusoidal pattern images, respectively;

고주파 성분 제거된 각각의 단주기 및 장주기 정현파 패턴 영상으로부터 위상맵을 얻기 위한 위상맵 추출부들과;Phase map extractors for obtaining a phase map from each of the short- and long-period sinusoidal pattern images from which the high frequency components are removed;

단주기 정현파 패턴 영상으로부터 얻어진 위상맵으로부터 위상을 복원하되, 2π 단위로 끊어진 위상 복원시에는 장주기 정현파 패턴영상으로부터 얻어진 위상값에 근사한 값을 갖도록 위상 복원하는 위상복원부;를 더 포함함을 특징으로 한다.And a phase restoring unit for restoring a phase from a phase map obtained from the short-period sinusoidal pattern image, and reconstructing the phase to have a value approximating a phase value obtained from the long-period sinusoidal pattern image when the phase is broken in 2π units. do.

한편 본 발명의 실시예에 따른 3차원 표면형상 측정방법은,On the other hand, the three-dimensional surface shape measurement method according to an embodiment of the present invention,

서로 다른 주기와 색상을 가지는 삼색 복합 정현파 패턴을 측정 대상체상에 조사하는 단계와;Irradiating a tricolor composite sinusoidal pattern having different periods and colors on the measurement object;

복합 색상의 측정 대상체 영상에서 단주기 정현파 패턴 영상, 장주기 정현파 패턴 영상 및 직류조명 패턴 영상을 획득하는 단계와;Obtaining a short-period sine wave pattern image, a long-period sine wave pattern image, and a direct-current illumination pattern image from the composite object image;

획득된 직류조명 패턴영상으로부터 측정 대상체의 표면반사율 변화에 따른 위상오차 보정값을 계산하는 단계와;Calculating a phase error correction value according to a change in surface reflectivity of the measurement object from the obtained DC illumination pattern image;

계산된 위상오차 보정값을 이용하여 상기 단주기 정현파 패턴 영상과 장주기정현파 패턴 영상의 위상오차를 보정하는 단계와;Correcting a phase error of the short period sine wave pattern image and the long period sine wave pattern image by using the calculated phase error correction value;

위상오차 보정된 단주기 및 장주기 정현파 패턴 영상 각각에서 고주파 성분을 제거하고, 고주파 성분 제거된 각각의 패턴영상으로부터 위상맵을 추출하는 단계와;Removing a high frequency component from each of the phase error corrected short- and long-period sinusoidal pattern images, and extracting a phase map from each of the high-frequency component removed pattern images;

단주기 정현파 패턴 영상으로부터 얻어진 위상맵으로부터 위상을 복원하되, 2π 단위로 끊어진 위상 복원시 장주기 정현파 패턴영상으로부터 얻어진 위상값에 근사한 값을 갖도록 위상 복원하는 단계;를 포함함을 특징으로 한다.And reconstructing the phase from the phase map obtained from the short-period sinusoidal pattern image, but reconstructing the phase to have a value close to the phase value obtained from the long-period sinusoidal pattern image when the phase is broken in 2π units.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.

우선 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 표면형상 측정장치의 블록구성도를 도시한 것이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 단주기 정현파가 조사된 측정 대상체의 영상 예시도를, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 장주기 정현파가 조사된 측정 대상체의 영상 예시도를, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 직류 조명성분이 조사된 측정 대상체의 영상 예시도를 각각 도시한 것이다.1 is a block diagram of a three-dimensional surface shape measurement apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is an exemplary view showing an image of a measurement object irradiated with a short period sinusoidal wave according to an embodiment of the present invention, 3 is a diagram illustrating an image of a measuring object irradiated with a long period sine wave according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a diagram illustrating an image of a measuring object irradiated with a DC illumination component according to an embodiment of the present invention. .

우선 도 1을 참조하면, 제1광원인 단주기 정현파 조사장치(10)는 레드(Red) 색상만으로 구성된 영상을 생성하며 도 2에 도시한 바와 같이 짧은 주기의 정현파로 구성되고 패턴 내부에 직류성분은 없다. 제2광원인 장주기 정현파 조사장치(12)는 그린(Green) 색상만으로 구성되어 있으며 도 3에 도시한 바와 같이 장주기의 정현파로 구성되며 패턴 내부에 직류성분은 없다. 제3광원인 직류조명조사장치(14)는 블루(Blue) 색상만으로 구성되어 있으며 도 4에 도시한 바와 같이 직류 패턴이 측정대상체의 표면에 조사된다.First, referring to FIG. 1, the short-period sine wave irradiation apparatus 10, which is the first light source, generates an image composed of only red colors. As shown in FIG. There is no. The long-period sine wave irradiation apparatus 12, which is the second light source, is composed of only green color, and is composed of long-period sine waves as shown in FIG. The DC light irradiation apparatus 14, which is the third light source, is composed of only blue color, and the DC pattern is irradiated onto the surface of the measurement object as shown in FIG.

도 1에 도시한 바와 같이 제1광원인 단주기 정현파 조사장치(10)에서 생성된 단주기 정현파 영상(색상 Red)은 시준광학계(16)를 통과하여 평면파로 변환된 후 미러 22,24,26을 통과한 후 발산광학계(28)를 거친 후 측정대상체(30) 표면에 조사된다. 참고적으로 광원들(10∼14) 각각에서 조사된 패턴 영상을 평행광으로 만드는 세 개의 시준광학계(16,18,20)와, 평행광이된 각 패턴영상들을 측정대상체상의 동일 위치에 동일 면적으로 조사시키는 빔 경로 조정용 미러들(22,24,26) 및 발산광학계(28)를 하나의 광학계로 표현할 수 있다.As shown in FIG. 1, the short-period sine wave image (color red) generated by the short-period sine wave irradiation apparatus 10 as the first light source passes through the collimation optical system 16 and is converted into a plane wave, and then mirrors 22, 24, and 26 After passing through the divergent optical system 28 and irradiated to the surface of the measurement object (30). For reference, three collimating optical systems 16, 18, and 20 which make the pattern image irradiated from each of the light sources 10 to 14 into parallel light, and each of the pattern images that become parallel light at the same location on the measurement object The beam path adjusting mirrors 22, 24, 26 and the diverging optical system 28 irradiated with each other may be represented by one optical system.

한편 제2광원인 장주기 정현파 조사장치(12)에서 생성된 장주기 정현파 영상(색상 Green)은 시준광학계(18)를 통과하여 평면파로 변환된 후 미러(24,26)를 통과한 후 발산광학계(28)를 거친 후 측정대상체 표면에 조사된다. 동시에 제3광원인 직류조명조사장치(14)에서 조사된 직류 조명영상(색상 Blue)은 시준광학계(20)를 통과하여 평면파로 변환된 후 미러(26)를 통과한 후 발산광학계(28)를 거쳐 측정대상체 표면에 조사된다.On the other hand, the long-period sine wave image (color green) generated by the long-period sine wave irradiation device 12, which is the second light source, passes through the collimation optical system 18, is converted into a plane wave, passes through mirrors 24 and 26, and then diverges optical system 28. And then irradiated to the surface of the object to be measured. At the same time, the DC illumination image (color blue) irradiated by the DC light irradiation device 14, which is the third light source, passes through the collimation optical system 20, converts into a plane wave, passes through the mirror 26, and then diverges the optical system 28. It is irradiated to the surface of the object to be measured.

측정대상체 표면(30)에 조사된 단주기 정현파 패턴 영상은 삼색의 측정대상체 영상을 획득하기 위한 하나의 시준광학계(32)를 통과한 후 미러(34,36,38)를 통과하여 제1광학(RED) 필터(40)를 거친 후 카메라(46)에서 전기적인 영상값으로 변환 출력된다. 그리고 전기적인 영상값으로 변환 출력된 단주기 정현파 패턴 영상은디지타이저(56)에서 디지털화되어 저장된다.The short-period sine wave pattern image irradiated onto the measurement object surface 30 passes through one collimation optical system 32 for acquiring the three-color measurement object image, and then passes through the mirrors 34, 36, 38, and the first optical ( RED) is passed through the filter 40, the camera 46 is converted into an electrical image value and output. The short period sinusoidal pattern image converted into an electrical image value is digitized and stored in the digitizer 56.

한편 측정대상체 표면(30)에 조사된 장주기 정현파 패턴 영상은 시준광학계(32)를 통과한 후 미러(34,36)를 통과하여 제2광학(Green)필터(42)를 거친 후 카메라(48)에 의해 전기적인 영상으로 변환된 후 디지타이저(54)에서 디지털화되어 저장된다.On the other hand, the long-period sine wave pattern image irradiated onto the surface of the measurement object 30 passes through the collimation optical system 32, passes through the mirrors 34 and 36, passes through the second optical filter 42, and then the camera 48. After converted into an electrical image by the digitizer 54 is stored digitized.

또한 측정대상체 표면(30)에 조사된 직류 조명 패턴영상은 시준광학계(32)를 통과한 후 미러(34)를 통과하여 제3광학(Blue) 필터(44)를 거친 후 카메라(50)에서 전기적인 영상값으로 변환된 후 디지타이저(52)에서 디지털화되어 저장된다.In addition, the DC illumination pattern image irradiated onto the surface of the measurement object 30 passes through the collimation optical system 32, passes through the mirror 34, passes through the third optical filter 44, and then is electrically transmitted from the camera 50. After conversion to the video value, the digitizer 52 is digitized and stored.

한편 두 개의 위상오차 보정부(58,60) 각각은 상기 디지타이저들(52,54,56)중 디지타이저 52에 저장된 직류조명 패턴영상으로부터 측정대상체의 표면반사율 변화에 따른 위상오차 보정값을 계산하고, 이를 통해 각각 단주기 정현파 패턴 영상과 장주기 정현파 패턴 영상의 위상오차를 보정(제거)하는 역할을 수행한다. 이러한 위상오차 보정부(58,60)는 도 5에 도시한 바와 같은 위상오차 보정 그래프를 이용한다.Meanwhile, each of the two phase error correction units 58 and 60 calculates a phase error correction value according to the surface reflectivity change of the measurement object from the DC light pattern image stored in the digitizer 52 among the digitizers 52, 54 and 56, Through this, it plays a role of correcting (removing) the phase error of the short period sine wave pattern image and the long period sine wave pattern image, respectively. The phase error correction unit 58, 60 uses a phase error correction graph as shown in FIG.

도 5에 도시한 위상오차 보정 그래프는 제3광원인 직류조명조사장치(14)에서 밝기 10부터 밝기 250까지 10씩 증가시키면서 순서적으로 직류조명을 측정대상체 표면(30)에 조사한 후 디지타이저(52)에 획득되는 측정대상체 영상의 밝기 분포도를 도시한 것이다.In the phase error correction graph shown in FIG. 5, the DC light irradiation device 14 serving as the third light source sequentially irradiates the DC light to the measurement target surface 30 while increasing the brightness from 10 to 250 by 10, and then the digitizer 52. ) Shows the brightness distribution of the measurement target image.

예를 들어 도 1에 도시한 직류조명조사장치(14)에서 밝기 100으로 조사하면 디지타이저(52)에 획득되는 측정대상체 영상은 도 4에 도시한 바와 같은 영상이며,이때 직류조명영상 전체에서 밝기 분포 범위는 W이며 평균 밝기 값은 V이다. 도 4에서 어두운 부분인 '가' 픽셀 위치에서의 밝기 변화는 도 5의 '가' 그래프이고, 도 4의 가장 밝은 부분인 '나' 픽셀 위치에서의 밝기 변화는 도 5의 '나' 그래프이다. 도 5의 '다' 그래프는 영상의 평균 밝기 값이다.For example, when the DC illumination device 14 shown in FIG. 1 irradiates with brightness 100, the measurement object image acquired by the digitizer 52 is an image as shown in FIG. The range is W and the average brightness value is V. In FIG. 4, the change in brightness at the dark pixel 'ga' pixel position is the 'fall' graph of FIG. 5, and the change in brightness at the brightest portion 'a' pixel position of FIG. 4 is the 'b' graph of FIG. 5. . 5 is an average brightness value of the image.

만약 본 발명에서와 같이 한번의 영상획득으로 3차원 표면형상정보를 추출하는 시스템은 디지타이저에 획득되는 정현파 측정대상체 영상의 1주기 내에서 측정대상체의 표면반사율 변화로 인하여 픽셀 밝기의 변화가 생기면 위상오차가 발생한다. 따라서 본 발명에서는 도 1에 도시한 위상오차 보정부(58, 60)를 통해 위상오차를 보정하였다.If the system for extracting three-dimensional surface shape information with a single image acquisition, as in the present invention, changes the pixel brightness due to a change in the surface reflectivity of the measurement object within one period of the sinusoidal measurement object image acquired by the digitizer, phase error. Occurs. Therefore, in the present invention, the phase error is corrected through the phase error correction units 58 and 60 shown in FIG.

상기 위상오차 보정부(58,60)는 디지타이저(52)에 저장된 직류조명 영상데이터 평균값 V를 계산한 다음, 이 값에 현재의 픽셀 강도값 I_i,j 값을 나누어서 각각의 픽셀에 곱할 가중치 값를 계산한다. 즉. 여기서는 직류조명 영상 (i,j)위치에서의 픽셀 강도값이다. 본 발명에서는 부드러운 연속적인 위상오차 보정을 위하여 디지타이저(52)에 획득되는 직류조명 패턴영상에 대하여 저주파통과필터를 사용하여 고주파 성분을 제거한 후에 위상오차 보정을 위한 가중치 값를 계산한다.The phase error correction unit 58, 60 calculates an average value V of the DC light image data stored in the digitizer 52, and then divides the current pixel intensity value I_i, j by this value and multiplies each pixel by a weight value. Calculate In other words . here Is the pixel intensity value at the DC illumination image (i, j) position. In the present invention, a weight value for phase error correction after removing high frequency components using a low pass filter on a DC light pattern image acquired by the digitizer 52 for smooth continuous phase error correction. Calculate

한편 위상오차 보정부(58)는 디지타이저 (54)에 저장된 장주기 정현파 패턴 영상 각각의 (i,j)픽셀 위치의 강도값에 앞서 구한 위상오차 보정 가중치 값를 곱하여 위상 오차를 보정한다. 또한 위상오차 보정부(60)는 디지타이저(56)에 저장된 단주기 정현파 패턴 영상 각각의 (i,j)픽셀 위치의 강도값에 앞서 구한 위상오차 보정 가중치 값를 곱하여 위상 오차를 보정한다. 이러한 위상오차 보정부(58,60)는 후술하는 삼색 그리고 이색 정현파 패턴을 이용한 3차원 표면형상 측정장치의 위상오차 보정부와 동일하다.On the other hand, the phase error correction unit 58 is an intensity value of the (i, j) pixel position of each long-period sinusoidal pattern image stored in the digitizer 54 Phase error correction weight value obtained before Multiply by to correct for phase error. In addition, the phase error correction unit 60 is an intensity value of the (i, j) pixel position of each short-period sinusoidal pattern image stored in the digitizer 56 Phase error correction weight value obtained before Multiply by to correct for phase error. The phase error correction unit 58, 60 is the same as the phase error correction unit of the three-dimensional surface shape measurement apparatus using the three-color and dichroic sinusoidal patterns described later.

참고적으로 도 8은 도 2에 도시된 영상을 90도 회전시킨 영상으로서, 이 영상은 표면반사율 변화에 따른 위상오차 보정 전의 영상을 나타낸 것이고, 도 9는 위상오차 보정부(58,60)에 의해 위상오차 보정된 후의 영상을 나타낸 것이다. 도 9에 도시된 바와 같이 위상오차 보정을 수행한 정현파 패턴은 S/N비가 상승되었음을 알 수 있다.For reference, FIG. 8 is an image obtained by rotating the image shown in FIG. 2 by 90 degrees, which shows an image before phase error correction according to a change in surface reflectance, and FIG. 9 shows an image of the phase error correctors 58 and 60. Shows an image after phase error correction. As shown in FIG. 9, it can be seen that the S / N ratio is increased in the sine wave pattern in which the phase error correction is performed.

상술한 위상오차 보정부(58,60)에 의해 위상오차 보정된 단주기 및 장주기 정현파 패턴 영상 각각은 변조주파수 제거부(64,62) 각각에 입력되어 고주파 성분은 제거되고 사인(sin) 위상과 코사인(cos) 위상만이 추출된후 위상맵 추출부(68,66)로 입력된다. 이와 같이 정현파 패턴이 조사된 측정대상체 영상에서 변조주파수를 제거하기 위한 변조주파수 제거부(64,62)의 원리를 설명하기에 앞서 측정대상체의 3차원 표면형상을 측정하는 원리를 보충 설명하면,The short- and long-period sine wave pattern images corrected by the phase error correcting units 58 and 60 are input to the modulation frequency removing units 64 and 62, respectively, so that high frequency components are removed and sin phase and Only the cosine phase is extracted and then input to the phase map extractors 68 and 66. As described above, the principle of measuring the three-dimensional surface shape of the measurement object is explained before explaining the principle of the modulation frequency removal unit 64 or 62 for removing the modulation frequency from the image of the object to which the sine wave pattern is irradiated.

우선 도 10은 정현파를 이용한 3차원 표면형상 측정장치의 구성을 간략 도시한 것으로, 기준면으로부터 같은 거리 L에 위치하는 P와 C는 정현파 패턴 조사장치와 카메라 이매징 옵틱스의 중앙에 위치한다. 거리 d는 P와 C 사이의 거리이다. 도 8에서 x축이 선택되고, y축은 이 면과 기준면 상에서 수직이며 z축은 측정대상체표면과 기준면 사이의 거리이다. P가 아주 멀다고 가정을 하면, 조사광은 평행광이고 이 광의 패턴은 하기 수학식 1과 같은 gp(x,y)를 갖는다.First, FIG. 10 briefly illustrates the configuration of a three-dimensional surface shape measuring apparatus using sinusoidal waves, and P and C located at the same distance L from the reference plane are located at the center of the sinusoidal pattern irradiation apparatus and the camera imaging optics. The distance d is the distance between P and C. In FIG. 8, the x axis is selected, the y axis is perpendicular to this plane and the reference plane, and the z axis is the distance between the measurement target surface and the reference plane. Assuming that P is very far, the irradiation light is parallel light and the pattern of this light has g p (x, y) as shown in Equation 1 below.

상기 수학식 1에서 p는 기준면에 조사되는 정현파의 주기를 의미한다. 만약 p가 O로부터 유한거리에 있다면 조사광은 방사하는 형태이므로 점 O로부터 멀리 떨어진 한 점은 점 O로부터 가까운 것 보다 더욱 멀리 움직인다. r(x)가 점 (x,y)에서 움직인 거리라고 가정하고, 이때 P는 점 O로부터 무한 거리로부터 움직였을 때, 기준면상의 정현파 패턴은 하기 수학식 2 처럼 표현될 수 있다.In Equation 1, p means the period of the sine wave irradiated to the reference plane. If p is at a finite distance from O, the irradiation light emits, so a point far from point O moves farther than from point O. Suppose r (x) is the distance moved at point (x, y), where P is a sinusoidal pattern on the reference plane when E is moved from an infinite distance from point O.

상기 수학식 2에서 Rr(x,y)는 기준면상에서 불균일 반사율 분포를 갖는 것을 나타내고, 이는 다음 수학식 3으로 표현할 수 있다.In Equation 2, R r (x, y) represents a nonuniform reflectance distribution on the reference plane, which may be expressed by Equation 3 below.

상기 수학식 3에서 Bn(x,y) = Rr(x,y)An(x,y)이고,는 기준면상에서 위상이 이동된 것을 나타낸다.In Equation 3, Bn (x, y) = Rr (x, y) An (x, y), Indicates that the phase is shifted on the reference plane.

도 10에 보이는 바와 같이 기준평면 약간 뒤쪽에 위치하는 측정 대상체의 표면상에 약간 변형된 정현파 패턴을 조사시킬 때, 이를 위치 C에서 보면 더욱 변형이 된 패턴을 얻는다. 예를 들어, 측정 대상체의 표면상 높이 h는 기준면상에서 b를 통하여 조사된다. 이것이 위치 C에서 관측이 되면, 기준면상에 a와 같다. 광축상에서 보면 h와 a는 이미지 평면상에서 같은 점으로 인식되므로 영상면에 기록된 것을 보면 기준면과 빛의 교차점은 b에서 a로 이동된 것처럼 보인다. 이제 교차점 (x,y)에서 더욱 움직인 거리를 s(x,y)라 할 때, 그때 측정 대상체 상의 정현파 패턴은 하기 수학식 4 혹은 수학식 5로 표현할 수 있다.As shown in FIG. 10, when a slightly deformed sinusoidal pattern is irradiated on the surface of the measurement object located slightly behind the reference plane, a more deformed pattern is obtained at the position C. FIG. For example, the height h on the surface of the measurement object is irradiated through b on the reference plane. When this is observed at position C, it is equal to a on the reference plane. On the optical axis, h and a are perceived as the same point on the image plane, so when we see what is recorded on the image plane, the intersection of the reference plane and the light appears to have moved from b to a. Now, when the distance moved further at the intersection point (x, y) is s (x, y), the sine wave pattern on the measurement object may be expressed by Equation 4 or 5 below.

상기 수학식 4,5에서 R o(x,y)는 측정대상체 표면의 불균일 분포의 반사율을 나타낸다. 한편(x,y) =(x,y)An(x,y)이고,는 측정대상체 표면상에서 위상 이동된 것을 나타낸다.In Equation 4, 5, R o (x, y) represents the reflectance of the non-uniform distribution of the surface of the measurement object. Meanwhile (x, y) = (x, y) An (x, y) Indicates phase shifted on the surface of the measurement object.

기준면과 측정대상체 표면 사이의 위상차이는 하기 수학식 6과 같다.The phase difference between the reference plane and the surface of the measurement object is expressed by Equation 6 below.

상기 수학식 6에서 측정대상체 표면상의 높이 h에 대한 s(x,y)는 도 10에서 b와 a사이의 거리이다.In Equation 6, s (x, y) for the height h on the surface of the measurement object is a distance between b and a in FIG.

정현파 변조 주파수에 의해서 위상이 변조된 측정대상체 영상에서 위상정보를 추출하기 위한 방법에서, 현재까지의 기술은 COS위상 성분과 SIN위상 성분을 추출하여 TAN위상 성분을 추출하는 방법이 가장 일반적이고 널리 사용되고 있다.In the method for extracting the phase information from the measurement object image modulated by the sinusoidal modulation frequency, the technique up to now is the method of extracting the TAN phase component by extracting the COS phase component and the SIN phase component. have.

이하 정현파 패턴이 조사된 측정대상체 영상에서 변조주파수를 제거하기 위한 변조주파수 제거부(62, 64)의 원리를 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 변조주파수 제거부(62,64)는 코사인(COS)성분의 변조 위상을 추출하기 위하여 코사인(COS)변조 주파수를 측정대상체 영상에 곱하여 준다. 측정대상체 영상에서 하나의 정현파 패턴을 고려하면 하기 수학식 7과 같고, 이 하나의 정현파 패턴에 코사인(COS)변조주파수를 곱한 식을 고려하면 하기 수학식 8과 같다.Hereinafter, the principle of the modulation frequency removing unit 62 or 64 for removing the modulation frequency from the measured object image irradiated with the sine wave pattern, the modulation frequency removing unit 62 or 64 according to the embodiment of the present invention is cosine ( In order to extract the modulation phase of the COS) component, the cosine (COS) modulation frequency is multiplied by the measurement object image. Considering one sinusoidal pattern in the measurement object image, it is shown in Equation 7 below, and considering the equation obtained by multiplying the cosine (COS) modulation frequency by this one sinusoidal pattern is shown in Equation 8 below.

상기 수학식 7과 8에서 위상(x,y)는 2πx/p에 비하여 천천히 변하는 원하는 정보를 포함하고 있다. 상기 수학식 8에서 보면 오직텀(term)만이 저주파 성분이다.Phase in Equations 7 and 8 (x, y) contains the desired information that changes slowly compared to 2πx / p. In Equation 8, only Only the term is a low frequency component.

따라서 변조주파수 제거부(62,64)는 이 저주파 성분을 분리해 내기 위하여 저주파 통과 필터를 사용하며 분리해낸 코사인 위상 성분은 하기 수학식 9와 같이 표현할 수 있다.Therefore, the modulation frequency removal unit 62, 64 uses a low pass filter to separate the low frequency components, and the cosine phase components can be expressed as shown in Equation 9 below.

위상 정보를 얻기 위해서는 이제 측정대상체 영상으로부터 사인(sin) 위상 성분을 추출하여야 한다. 본 발명의 실시예에 따른 변조주파수 제거부(62,64)는 사인성분의 변조위상을 추출하기 위하여 사인(sin) 변조 주파수를 측정대상체 영상에 곱하여 준다. 측정대상체 영상에서 사인변조 주파수 sin(2πx/p)를 곱한 식을 고려하면 하기 수학식 10과 같다.In order to obtain the phase information, it is now necessary to extract the sin phase component from the object image. In order to extract the modulation phase of the sinusoidal components, the modulating frequency removing units 62 and 64 multiply the sin modulation frequency by the measurement object image. Considering an expression obtained by multiplying the sinusoidal modulation frequency sin (2πx / p) in the measurement target image, it is expressed by Equation 10 below.

상기 수학식 10에서도 마찬가지로텀만이 저주파 성분이므로, 변조주파수 제거부(62,64)는 저주파 통과 필터를 사용하여 하기 수학식 11과 같이 사인 위상성분을 분리해 낸다.Similarly in Equation 10 Since only the term is a low frequency component, the modulation frequency remover 62 or 64 separates the sine phase component using the low pass filter as shown in Equation 11 below.

그러면 하기 수학식 12와 같은 위상정보를 추출할 수 있다.Then, phase information as shown in Equation 12 may be extracted.

측정대상체의 표면형상에 대한 위상정보(x,y)가 추출되면 실질적인 높이값은 하기 수학식 13과 같은 관계식에 의하여 하기 수학식 14와 같이 계산할 수 있다.Phase information on the surface shape of the object to be measured When (x, y) is extracted, the actual height value may be calculated as in Equation 14 by using a relational expression as in Equation 13.

참고적으로 도 11은 도 9의 영상에 대해 변조주파수를 제거한 다음 저주파 통과 필터링 처리하여 사인 위상 영상을 얻은 결과이고, 도 12는 도 9의 영상에 대해 변조주파수를 제거한 다음 저주파 통과 필터링 처리하여 코사인 위상 영상을 얻은 결과이다.For reference, FIG. 11 is a result of obtaining a sine phase image by removing a modulating frequency and then performing low pass filtering on the image of FIG. 9, and FIG. 12 is a cosine by removing a modulating frequency and then performing low frequency filtering on the image of FIG. 9. This is the result of the phase image.

한편 위상맵 추출부(66,68) 각각은 고주파 성분 제거된 각각의 단주기 및 장주기 정현파 패턴 영상으로부터 위상맵을 추출한다. 이러한 위상맵 추출부(66,68)에 의해 추출된 위상맵의 예를 도 6과 도 7에 도시하였다. 도 6과 도 7 각각은 장주기 및 단주기 정현파 패턴 영상으로부터 얻어진 위상맵 영상을 도시한 것이다. 참고적으로 도 13 역시 단주기 정현파 패턴을 사용하여 획득한 위상맵 영상을 나타낸 것이다.Meanwhile, each of the phase map extractors 66 and 68 extracts a phase map from each of the short- and long-period sinusoidal pattern images from which high frequency components are removed. 6 and 7 show examples of the phase maps extracted by the phase map extractors 66 and 68. 6 and 7 illustrate phase map images obtained from long and short period sinusoidal pattern images. For reference, FIG. 13 also shows a phase map image acquired using a short period sinusoidal pattern.

마지막으로 위상 복원부(70)는 단주기 정현파 패턴 영상으로부터 얻어진 위상맵으로부터 위상을 복원하되, 2π 단위로 끊어진 위상 복원시에는 장주기 정현파 패턴영상으로부터 얻어진 위상값에 가장 근사한 값을 갖도록 위상 복원하는 역할을 수행한다. 이러한 위상 복원부(70)에 대하여 보충 설명하면,Finally, the phase restoring unit 70 restores the phase from the phase map obtained from the short-period sinusoidal pattern image, and restores the phase to have a value closest to the phase value obtained from the long-period sinusoidal pattern image when the phase is broken in 2π units. Do this. The phase restoration unit 70 will be described in detail.

우선 위상맵 추출부(68)에 저장된 위상맵 정보는 단주기 정현파 패턴 영상으로부터 추출된 위상맵으로서 도 7과 같다. 도 7과 같이 단주기 정현파 패턴 영상으로부터 추출된 위상맵 정보는 측정분해능은 우수하나 도 7에 보이는 바와 같이 2π단위로 끊어진 형태로 얻어진다. 그러므로 끊어진 위상정보를 이어주는 위상복원 과정이 필연적으로 필요하다. 이러한 위상복원 과정은 현실적인 기술적 한계와 주변 노이즈 영향등으로 많은 오차를 포함할 확률이 높다.First, the phase map information stored in the phase map extractor 68 is a phase map extracted from a short-period sine wave pattern image as shown in FIG. 7. As shown in FIG. 7, the phase map information extracted from the short-period sine wave pattern image has excellent measurement resolution but is obtained in the form of being broken in units of 2π as shown in FIG. 7. Therefore, a phase restoration process inevitably connecting broken phase information is necessary. This phase restoration process is likely to include a lot of errors due to realistic technical limitations and ambient noise effects.

이와는 반대로 위상맵 추출부(66)에 저장된 위상맵 정보는 장주기 정현파 패턴 영상으로부터 추출된 위상맵으로 도 6과 같다. 도 6에 도시한 바와 같이 장주기정현파 패턴 영상으로부터 추출된 위상맵 정보는 측정분해능은 낮으나 위상맵이 끊어지지 않고 연결되어 있음을 알 수 있다. 그러므로 위상 복원부(70)는 측정분해능이 높은 단주기 정현파 영상으로부터 획득한 위상맵(68) 정보를 사용하여 위상정보를 얻으며, 끊어진 부분에 대한 위상 복원 과정에서는 위상의 끊어짐이 없는 위상맵(66)에 가장 근사한 방향으로 위상을 복원시킴으로서 측정분해능은 높으면서도 오차가 없는 위상을 복원할 수 있게 되는 것이다. 도 14는 위상 복원부(70)에 의하여 복원한 위상정보를 픽셀 강도값으로 표현한 3차원 형상 정보이며, 도 15는 도 14를 3차원으로 디스플레이한 경우의 영상이다.On the contrary, the phase map information stored in the phase map extractor 66 is a phase map extracted from a long period sinusoidal pattern image as shown in FIG. 6. As shown in FIG. 6, the phase map information extracted from the long-period sine wave pattern image has low measurement resolution, but it can be seen that the phase map is connected without disconnection. Therefore, the phase restoring unit 70 obtains the phase information using the phase map 68 information obtained from the short-period sinusoidal image having high measurement resolution, and the phase map 66 of the phase is not broken in the phase restoration process for the broken portion. By restoring the phase in the direction that is closest to), it is possible to restore the phase with high measurement resolution but without error. FIG. 14 is three-dimensional shape information in which the phase information restored by the phase restoring unit 70 is expressed by pixel intensity values, and FIG. 15 is an image when the display of FIG. 14 is three-dimensionally displayed.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 3차원 표면형상 측정장치의 위상 복원부(70)는 위상맵으로부터 위상을 복원하는 과정에서 측정분해능이 높은 단주기 정현파를 이용하여 측정대상체의 3차원 형상정보를 추출하며, 2π 높이 단위로 끊어진 부위에서는 장주기 정현파 패턴을 이용한 3차원 형상정보를 기준 비교 대상으로 하여 가장 근사한 위상을 갖도록 위상복원을 시도함으로서, 측정대상체의 분해능을 높이면서도 위상복원의 오차가 적은 위상 복원을 수행할 수 있게 되는 것이다.As described above, the phase restoring unit 70 of the apparatus for measuring a three-dimensional surface shape according to an exemplary embodiment of the present invention uses a short-period sine wave having a high measurement resolution in the process of restoring a phase from a phase map. The information is extracted, and in the part broken by 2π height unit, the phase restoration is attempted to have the closest phase by using three-dimensional shape information using a long-period sine wave pattern as a reference comparison target, thereby increasing the resolution of the measurement object and the error of phase restoration is increased. Less phase reconstruction can be performed.

이하 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 표면형상 측정장치에 대하여 설명하면,Hereinafter, a three-dimensional surface shape measuring apparatus according to another embodiment of the present invention will be described.

우선 도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 표면형상 측정장치의 블록도로서, 보다 구체적으로는 삼색복합 정현파 패턴을 이용한 3차원 표면형상 측정장치 구성을 도시한 것이다.First, FIG. 16 is a block diagram of an apparatus for measuring a three-dimensional surface shape according to still another embodiment of the present invention, and more specifically, illustrates a configuration of an apparatus for measuring a three-dimensional surface shape using a tricolor composite sinusoidal pattern.

도 16을 참조해 보면, 광원인 삼색복합 정현파 패턴 조사장치(80)는 R,G,B 칼라 색상으로 구성된 짧은 주기의 단주기 정현파 패턴과 긴 주기의 장주기 정현파 패턴 및 직류조명패턴이 합쳐진 삼색으로 구성된 하나의 칼라 패턴 영상을 생성하여 측정대상체(30)에 조사한다. 상기 삼색 복합 정현파 패턴 조사장치(80)는 본 발명의 구현을 위해 측정 대상체에 대한 위상맵에서 2π 단위로 끊어짐이 없는 장 주기를 가지는 장주기 정현파 패턴 영상을 발생시켜야 한다. 이러한 삼색복합 정현파 패턴 조사장치(80)를 제외한 나머지 구성은 도 1에 도시한 구성과 동일하기에 그에 대한 상세 설명은 생략하기로 하고, 이하에서는 측정대상체의 영상처리 과정을 통해 삼색복합 정현파 패턴을 이용한 3차원 표면형상 측정장치의 동작을 설명하기로 한다.Referring to FIG. 16, the tricolor composite sinusoidal pattern irradiation device 80, which is a light source, is a tricolor in which a short period sine wave pattern consisting of R, G, and B color colors, a long period sine wave pattern, and a DC lighting pattern are combined. One configured color pattern image is generated and irradiated to the measurement object 30. The tricolor composite sinusoidal pattern irradiation apparatus 80 should generate a long-period sinusoidal pattern image having a long period of uninterrupted 2π units in a phase map of a measurement object for implementing the present invention. Except for the three-color composite sinusoidal pattern irradiation device 80 is the same as the configuration shown in Figure 1, the detailed description thereof will be omitted, and the following three color composite sinusoidal pattern through the image processing process of the measurement object The operation of the three-dimensional surface shape measuring apparatus used will be described.

우선 측정 대상체의 영상은 시준광학계(32)를 통과한 후 미러 34,36,38을 통과한다. 복합 색상의 측정 대상체 영상에서 제1광학(R)필터(40)를 통과하는 영상은 단주기 정현파 패턴 영상이며, 이 영상은 카메라(46)에 영상이 맺히고 디지타이저(56)에 의하여 전기적인 디지털 값으로 변환된다. 또한 복합 색상의 측정 대상체 영상에서 제2광학(G)필터(42)를 통과하는 영상은 장주기 정현파 패턴 영상이며, 이 영상은 카메라(48)에 영상이 맺히고 디지타이저(54)에 의하여 전기적인 디지털 값으로 변환된다. 마지막으로 제3광학(B)필터(44)를 통과하는 영상은 직류조명패턴 영상으로, 이 영상 역시 카메라(50)에 영상이 맺히고 디지타이저(52)에 의하여 전기적인 디지털 값으로 변환된다.First, the image of the measurement object passes through the collimation optical system 32 and then passes through the mirrors 34, 36, 38. The image passing through the first optical (R) filter 40 in the composite color measurement object image is a short-period sine wave pattern image. The image forms an image on the camera 46 and is electrically digital by the digitizer 56. Is converted to. In addition, the image passing through the second optical (G) filter 42 in the composite color measurement object image is a long-period sine wave pattern image, and the image is formed on the camera 48 and is electrically digital by the digitizer 54. Is converted to. Finally, the image passing through the third optical (B) filter 44 is a DC illumination pattern image, which is also an image formed on the camera 50 and converted into an electrical digital value by the digitizer 52.

위상오차 보정부(60)는 도 5에 도시한 바와 같은 위상오차 보정 그래프를 사용하여 디지타이저(56)에 저장된 단주기 정현파 패턴 영상에 대한 위상오차를 보정한다. 위상오차가 보정된 단주기 영상은 변조주파수 제거부(64)에 의하여 고주파 성분은 제거되고 SIN위상과 COS위상만이 추출된 후, 위상맵 추출부(68)에 의하여 도 7과 같은 위상맵이 얻어진다. 같은 순서에 의하여 위상오차 보정부(58)도 상기 위상오차 보정 그래프를 사용하여 디지타이저(52)에 저장된 장주기 정현파 패턴 영상에 대한 위상오차를 보정한다. 위상오차가 보정된 장주기 영상은 변조주파수 제거부(62)에 의하여 고주파 성분은 제거되고 SIN위상 성분과 COS위상 성분만이 추출된 후, 위상맵 추출부(66)에 의하여 도 6과 같은 위상맵이 얻어진다.The phase error correction unit 60 corrects the phase error of the short-period sinusoidal pattern image stored in the digitizer 56 using the phase error correction graph as shown in FIG. 5. In the short-period image whose phase error is corrected, the high frequency component is removed by the modulating frequency removing unit 64, and only the SIN phase and the COS phase are extracted, and then the phase map extractor 68 displays the phase map as shown in FIG. Obtained. In the same manner, the phase error correction unit 58 also corrects the phase error of the long-period sinusoidal pattern image stored in the digitizer 52 using the phase error correction graph. In the long-period image whose phase error is corrected, the high frequency component is removed by the modulation frequency remover 62 and only the SIN phase component and the COS phase component are extracted, and then the phase map extractor 66 shows the phase map as shown in FIG. 6. Is obtained.

두 영상에 대한 위상맵이 얻어지면 위상복원부(70)는 두 영상으로부터 측정분해능은 높이면서도 위상복원 시 오차가 없는 최적의 위상정보를 추출하여 측정대상체의 높이 정보를 계산한다. 즉, 위상 복원부(70)는 위상맵으로부터 위상을 복원하는 과정에서 측정분해능이 높은 단주기 정현파를 이용하여 측정대상체의 3차원 형상정보를 추출하며, 2π 높이 단위로 끊어진 부위에서는 장주기 정현파 패턴을 이용한 3차원 형상정보를 기준 비교 대상으로 하여 가장 근사한 위상을 갖도록 위상복원을 시도함으로서, 측정대상체의 분해능을 높이면서도 위상복원의 오차가 적은 위상 복원을 수행할 수 있게 되는 것이다.When the phase maps of the two images are obtained, the phase restoring unit 70 calculates the height information of the measurement target by extracting the optimal phase information without increasing errors in the phase restoration while increasing the measurement resolution. That is, the phase restoring unit 70 extracts three-dimensional shape information of the measurement object by using a short period sine wave having a high measurement resolution in the process of restoring the phase from the phase map, and extracts a long period sine wave pattern at a portion broken by 2π height units. By reconstructing the phase to have the most approximate phase by using the three-dimensional shape information used as the reference comparison target, it is possible to increase the resolution of the measurement object and perform phase reconstruction with less error in phase recovery.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이색 정현파 패턴을 이용한 3차원 표면형상 측정장치가 도 17에 도시되어 있다.17 illustrates a three-dimensional surface shape measurement apparatus using a dichroic sinusoidal pattern according to another embodiment of the present invention.

도 17에 도시한 3차원 표면형상 측정장치는 직류조명영상이 포함된 단주기 정현파 패턴영상(Red)을 발생시키는 제1광원(90)과, 상기 제1광원(90)과는 다른 색상(Green)을 가지되 직류조명영상이 포함된 장주기 정현파 패턴영상을 발생시키는 제2광원(100)과, 광원들(90,100) 각각에서 조사된 패턴 영상이 평행광으로서 측정 대상체(30)상의 동일 위치에 동일 면적으로 조사되기 위한 광학계(16,18,22,24,28)를 기본적으로 포함한다.The three-dimensional surface shape measuring apparatus shown in FIG. 17 includes a first light source 90 for generating a short-period sinusoidal pattern image Red including a DC illumination image, and a color different from that of the first light source 90. The second light source 100 generating a long-period sine wave pattern image including the DC illumination image and the pattern image irradiated from each of the light sources 90 and 100 are parallel light and are identical at the same position on the measurement object 30. Basically, the optical system 16, 18, 22, 24, 28 for irradiating an area is included.

더 나아가 이색 정현파 패턴을 이용한 3차원 표면형상 측정장치는 서로 다른 색상의 측정 대상체 영상을 획득하기 위한 시준광학계(32)와, 그 후단에 위치하는 미러들(36,38)을 통과한 영상에서 서로 다른 색상의 단주기 정현파와 장주기 정현파 패턴영상을 각각 통과시키기 위한 광학필터들(40,42)과, 상기 광학필터(40,42) 각각의 출력 패턴영상을 전기적인 영상신호로 변환하기 위한 카메라들(46,48)과 그 카메라 각각의 출력을 디지털화하기 위한 디지타이저들(54,56)을 더 포함한다.Furthermore, the three-dimensional surface shape measurement apparatus using a dichroic sinusoidal pattern is a cross-sectional optical system 32 for acquiring the image of the measurement object of different colors and the image passing through the mirrors 36 and 38 positioned at the rear end of each other. Optical filters 40 and 42 for passing short and long period sinusoidal pattern images of different colors, and cameras for converting output pattern images of the optical filters 40 and 42 into electrical image signals, respectively. (46,48) and digitizers (54,56) for digitizing the output of each of the cameras.

아울러 상기 디지타이저(54,56) 각각에 저장된 단주기 정현파 패턴영상과 장주기 정현파 패턴영상을 각각 직류영상과 교류정현파 패턴으로 분리하는 영상신호 분할부들(110,120)을 더 포함한다. 상기 영상신호 분할부들(110,120)은 주파수영역에서 직접 저주파 통과 필터(LPF)를 씌어 직류성분인 조명성분과 교류성분인 정현파 패턴을 분리해 내는 역할을 수행한다. 이러한 영상신호 분할부들(110,120)은 평균화 창을 컨볼루션하고 스무딩(smoothing)시켜 조명성분인 직류영상을 추출할 수도 있다.The apparatus further includes image signal dividers 110 and 120 which separate the short-cycle sine wave pattern image and the long-cycle sine wave pattern image stored in each of the digitizers 54 and 56 into a DC image and an AC sine wave pattern, respectively. The image signal splitters 110 and 120 cover a low pass filter (LPF) directly in the frequency domain to separate the lighting component of the DC component and the sinusoidal pattern of the AC component. The image signal splitters 110 and 120 may extract a DC image that is an illumination component by convoluting and smoothing the averaging window.

한편 상기 3차원 표면형상 측정장치는 상기 영상신호 분할부(110,120)에 의해 분할된 직류영상과 교류정현파 패턴 영상 각각을 저장하기 위한 직류영상 및 정현파영상 저장부들(130,140,150,160)과, 상기 저장부 각각에 저장된 직류영상으로부터 측정 대상체의 표면반사율 변화에 따른 위상오차 보정값을 계산하고 이를 통해 각각 단주기 교류정현파 패턴 영상과 장주기 교류정현파 패턴 영상의 위상오차를 보정하는 위상오차 보정부들(58,60)과, 위상오차 보정된 단주기 및 장주기 정현파 패턴 영상 각각에서 고주파 성분을 제거하는 변조주파수 제거부들(62,64), 고주파 성분 제거된 각각의 단주기 및 장주기 정현파 패턴 영상으로부터 위상맵을 얻기 위한 위상맵 추출부들(66,68) 및 단주기 정현파 패턴 영상으로부터 얻어진 위상맵으로부터 위상을 복원하되, 2π 단위로 끊어진 위상 복원시에는 끊어짐이 없는 장주기 정현파 패턴영상으로부터 얻어진 위상값에 가장 근사한 값을 갖도록 위상 복원하는 위상 복원부(70)를 포함한다.On the other hand, the three-dimensional surface shape measuring apparatus is a DC image and sinusoidal image storage unit (130, 140, 150, 160) for storing each of the DC image and the AC sine wave pattern image divided by the image signal dividing unit (110, 120) and each of the storage unit Phase error correction units 58 and 60 for calculating phase error correction values according to surface reflectance changes of the measurement object based on the stored DC images, and correcting phase errors of the short period AC sine wave pattern image and the long period AC sine wave pattern image, respectively. Phase modulation for removing high frequency components from the short- and long-period sinusoidal pattern images, respectively, which are phase error corrected, and phase maps for obtaining a phase map from the respective short- and long-period sinusoidal pattern images for which high-frequency components have been removed. Reconstruct a phase from a phase map obtained from the extractors 66 and 68 and the short-period sinusoidal pattern image, wherein 2π When broken up, the phase restoration includes a phase recovery unit 70 for phase-restore to have the closest match to the phase values obtained from the long-cycle sinusoidal pattern image with no broken.

상술한 구성을 가지는 장치의 동작을 보다 구체적으로 설명하면,In more detail, the operation of the device having the above-described configuration,

우선 직류조명 성분이 포함된 단주기 정현파 조사장치(90)에서 생성된 단주기 정현파 영상(색상 Red)은 시준광학계(16)을 통과하여 평면파로 변환된 후 미러 (22, 24)를 통과한 후 발산광학계(28)를 거친 후 측정대상체(30) 표면에 조사된다. 또한 직류조명 성분이 포함된 장주기 정현파 조사장치(100)에서 생성된 장주기 정현파 영상(색상 Green) 역시 시준광학계(18)를 통과하여 평면파로 변환된 후 미러(24)를 통과한 후 발산광학계(28)를 거쳐 측정대상체 표면에 조사된다.First, the short-period sine wave image (color red) generated by the short-period sine wave irradiation device 90 including the DC lighting component is converted into plane wave through the collimation optical system 16, and then passes through the mirrors 22 and 24. After passing through the divergent optical system 28 is irradiated to the surface of the measurement object (30). In addition, a long period sine wave image (color green) generated by a long period sine wave irradiation apparatus 100 including a DC lighting component is also converted into a plane wave through the collimation optical system 18 and then passed through the mirror 24 and then a diverging optical system 28 Is irradiated to the surface of the measuring object.

측정 대상체(30) 표면에 조사된 단주기 정현파 패턴 영상은 시준광학계(32), 미러(36,38)를 통과하여 제1광학필터(40)를 거친 후 카메라(46)에 의해 전기적인 영상값으로 변환된 후 디지타이저(46)에 디지털 값으로 변환되어 저장된다. 영상신호 분할부(110)는 디지타이저(56)에 저장된 영상을 직류 성분과 교류 성분으로 분할하여 직류 성분은 직류영상 저장부(130)에 저장하고 교류 성분은 패턴영상 저장부(140)에 저장한다.The short-period sine wave pattern image irradiated on the surface of the measurement object 30 passes through the collimating optical system 32 and the mirrors 36 and 38, passes through the first optical filter 40, and then is electrically imaged by the camera 46. After conversion to the digitizer 46 is converted to a digital value and stored. The image signal dividing unit 110 divides the image stored in the digitizer 56 into a DC component and an AC component, and stores the DC component in the DC image storage unit 130 and stores the AC component in the pattern image storage unit 140. .

같은 원리로 측정 대상체 표면에 조사된 장주기 정현파 패턴 영상 역시 시준광학계(32), 미러(36)를 통과하여 제2광학필터(42)를 거친 후 카메라(48)에 의해 전기적인 영상값으로 변환된 후 디지타이저(54)에 디지털 값으로 저장된다. 영상신호 분할부(120)는 디지타이저(54)에 저장된 영상을 직류 성분과 교류 성분으로 분할하여 직류 성분은 직류영상저장부(150)에 저장하고 교류 성분은 패턴영상저장부(160)에 저장한다. 상술한 직류영상 저장부와 패턴영상 저장부는 하나의 메모리로 구현 가능하다.In the same principle, the long-period sine wave pattern image irradiated onto the surface of the measurement object is also passed through the collimation optical system 32 and the mirror 36 to pass through the second optical filter 42 and then converted into an electrical image value by the camera 48. The digitizer 54 is then stored as a digital value. The image signal dividing unit 120 divides the image stored in the digitizer 54 into a DC component and an AC component, and stores the DC component in the DC image storage unit 150 and stores the AC component in the pattern image storage unit 160. . The above-described DC image storage unit and the pattern image storage unit may be implemented as a single memory.

한편 위상오차 보정부(60)는 도 1에서와 같은 원리로 직류영상 저장부(130)에 저장된 영상에서 구해지는 위상오차 보정 값을 패턴영상저장부(140)에 저장된 영상에 곱하여 측정대상체 표면 반사율 변화에 의해서 발생하는 1주기 내의 위상오차를 보정한다. 마찬가지로 위상오차 보정부(58)는 직류영상저장부(150)에 저장된 영상에서 구해지는 위상오차 보정 값을 패턴영상저장부(160)에 저장된 영상에 곱하여 측정대상체 표면 반사율 변화에 의해서 발생하는 1주기 내의 위상오차를 보정한다.On the other hand, the phase error correction unit 60 multiplies the image error stored in the pattern image storage unit 140 by the phase error correction value obtained from the image stored in the DC image storage unit 130 on the same principle as in FIG. Correct the phase error within 1 cycle caused by the change. Similarly, the phase error correction unit 58 multiplies the phase error correction value obtained from the image stored in the DC image storage unit 150 by the image stored in the pattern image storage unit 160 to generate one cycle caused by the change in the surface reflectance of the measurement object. Correct the phase error inside.

위상오차가 보정된 단주기 패턴 영상은 변조주파수 제거부(64)에 의하여 고주파 성분은 제거된 후 SIN위상과 COS위상만이 추출되고, 이는 위상맵 추출부(68)에 의하여 도 7과 같은 위상맵이 얻어진다. 또한 위상오차가 보정된 장주기 영상은 변조주파수 제거부(62)에 의하여 고주파 성분은 제거된 후 SIN위상과 COS위상 성분이 추출된 후, 위상맵 추출부(66)에 의하여 도 6과 같은 위상맵이 얻어진다.In the short-period pattern image having the phase error corrected, only the SIN phase and the COS phase are extracted after the high frequency component is removed by the modulation frequency removing unit 64, which is the phase as shown in FIG. The map is obtained. In addition, the long period image of which phase error is corrected is obtained by removing the high frequency components by the modulating frequency removing unit 62, and then extracting the SIN phase and the COS phase components, and then, by the phase map extracting unit 66, a phase map as shown in FIG. Is obtained.

두 영상에 대한 위상맵이 얻어지는 위상복원부(70)는 두 영상으로부터 측정분해능은 높이면서도 위상복원 시 오차가 없는 최적의 위상정보를 추출하여 측정대상체의 높이 정보를 계산한다. 즉, 위상 복원부(70)는 위상맵으로부터 위상을 복원하는 과정에서 측정분해능이 높은 단주기 정현파를 이용하여 측정대상체의 3차원 형상정보를 추출하며, 2π 높이 단위로 끊어진 부위에서는 장주기 정현파 패턴을 이용한 3차원 형상정보를 기준 비교 대상으로 하여 가장 근사한 위상을 갖도록 위상복원을 시도함으로서, 측정대상체의 분해능을 높이면서도 위상복원의 오차가 적은 위상 복원을 수행할 수 있게 되는 것이다.The phase restoring unit 70, which obtains a phase map of two images, calculates the height information of the measurement object by extracting optimal phase information from the two images while increasing the measurement resolution and without error in the phase restoration. That is, the phase restoring unit 70 extracts three-dimensional shape information of the measurement object by using a short period sine wave having a high measurement resolution in the process of restoring the phase from the phase map, and extracts a long period sine wave pattern at a portion broken by 2π height units. By reconstructing the phase to have the most approximate phase by using the three-dimensional shape information used as the reference comparison target, it is possible to increase the resolution of the measurement object and perform phase reconstruction with less error in phase recovery.

결론적으로 본 발명의 실시예들에서는 측정분해능이 높은 단주기 정현파를 이용하여 측정대상체의 3차원 형상정보를 추출하며, 2π 높이 단위로 끊어진 부위에서는 장주기 정현파 패턴을 이용한 3차원 형상정보를 기준 비교 대상으로 하여 가장 근사한 위상을 갖도록 위상복원을 시도함으로서, 측정대상체의 분해능을 높이면서도 위상오차가 적은 위상을 복원할 수 있게 되는 것이다.In conclusion, in the embodiments of the present invention, the 3D shape information of the measurement object is extracted by using the short period sine wave with high measurement resolution, and the reference comparison object is based on the 3D shape information using the long period sine wave pattern at the portion broken by 2π height. By attempting to restore the phase to have the most approximate phase, it is possible to restore the phase with less phase error while increasing the resolution of the measurement object.

상술한 바와 같이 본 발명은 서로 다른 주기의 정현파 패턴을 사용하여 측정 대상체의 측정분해능은 높이면서도 위상 복원 과정에서 발생하는 에러의 유발을 최소화할 수 있기 때문에, 측정 대상체의 표면 반사율 변화에 따른 측정오차를 최소화하여 3차원 형상의 측정성능을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.As described above, the present invention uses the sinusoidal patterns of different periods to increase the measurement resolution of the measurement object while minimizing the incidence of errors occurring during the phase restoration process. There is an advantage that can be improved to minimize the measurement performance of the three-dimensional shape.

한편 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에 통상의 지식을 지닌자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.On the other hand, the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, which are merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be defined only by the appended claims.

Claims (11)

서로 다른 색상의 단주기 정현파와 장주기 정현파 및 직류조명 패턴영상을 각각 발생시키는 세 개의 광원과, 광원들 각각에서 조사된 패턴 영상이 평행광으로서 측정 대상체상의 동일 위치에 동일 면적으로 조사되기 위한 광학계를 가지는 3차원 표면형상 측정장치에 있어서,Three light sources for generating short-period sine wave, long-period sine wave, and DC illumination pattern images of different colors, and an optical system for irradiating the pattern image irradiated from each light source to the same location on the measurement object as parallel light In the three-dimensional surface shape measuring apparatus having, 서로 다른 색상의 측정 대상체 영상을 획득하기 위한 시준광학계와 그 후단에 위치하는 미러들을 통과한 영상에서 서로 다른 색상의 단주기 정현파와 장주기 정현파 및 직류조명 패턴영상을 각각 통과시키기 위한 광학필터들과;Optical filters for passing short-period sinusoidal waves, long-period sinusoidal waves, and direct-current illumination pattern images of different colors in an image passing through a collimating optical system for obtaining measurement object images of different colors and mirrors positioned at a rear end thereof; 상기 광학필터 각각의 출력 패턴영상을 전기적인 영상신호로 변환하기 위한 카메라들과 그 카메라 각각의 출력을 디지털화하기 위한 디지타이저들과;Cameras for converting the output pattern image of each of the optical filters into an electric video signal, and digitizers for digitizing the output of each of the cameras; 상기 디지타이저들중 하나에 저장된 직류조명 패턴영상으로부터 측정 대상체의 표면반사율 변화에 따른 위상오차 보정값을 계산하고 이를 통해 각각 단주기 정현파 패턴 영상과 장주기 정현파 패턴 영상의 위상오차를 보정하는 위상오차 보정부들과;Phase error correction units for calculating the phase error correction value according to the surface reflectivity change of the measurement object from the DC light pattern image stored in one of the digitizers and thereby correcting the phase error of the short-period sinusoidal pattern image and the long-period sinusoidal pattern image, respectively. and; 위상오차 보정된 단주기 및 장주기 정현파 패턴 영상 각각에서 고주파 성분을 제거하는 변조주파수 제거부들과;Modulation frequency removal units for removing high frequency components from phase error corrected short and long period sinusoidal pattern images, respectively; 고주파 성분 제거된 각각의 단주기 및 장주기 정현파 패턴 영상으로부터 위상맵을 얻기 위한 위상맵 추출부들과;Phase map extractors for obtaining a phase map from each of the short- and long-period sinusoidal pattern images from which the high frequency components are removed; 단주기 정현파 패턴 영상으로부터 얻어진 위상맵으로부터 위상을 복원하되,2π 단위로 끊어진 위상 복원시에는 장주기 정현파 패턴영상으로부터 얻어진 위상값에 근사한 값을 갖도록 위상 복원하는 위상복원부;를 포함함을 특징으로 하는 3차원 표면형상 측정장치.A phase restoring unit for restoring a phase from a phase map obtained from a short-period sine wave pattern image and reconstructing the phase to have a value approximating a phase value obtained from a long-period sine wave pattern image when the phase is broken in units of 2π. 3D surface profile measuring device. 청구항 1에 있어서, 상기 위상오차 보정부 각각은,The method according to claim 1, wherein each of the phase error correction unit, 저주파 통과 필터에 의하여 평균화된 직류조명영상의 평균값(V)을 계산한 다음, 이 값에 현재 직류조명영상의 픽셀 강도값()을 나누어서 교류정현파 패턴영상의 각 픽셀(i,j) 위치에 곱할 가중치값()을 계산한후, 이 값을 교류정현파 패턴 영상 각각의 (i,j) 픽셀 위치의 강도값()에 위상오차보정 가중치값()을 곱하여 교류정현파 패턴의 1주기 내에서 발생하는 위상오차를 보정함을 특징으로 하는 3차원 표면형상 측정장치.The average value (V) of the DC light image averaged by the low pass filter is calculated, and the pixel intensity value of the current DC light image ( ) By dividing by and multiplying each pixel (i, j) position in the AC sine wave pattern image ( And calculate the intensity value of the (i, j) pixel position of each AC sine wave pattern image. ), The phase error correction weight value ( 3) surface shape measuring device, characterized in that for correcting the phase error occurring within one period of the AC sine wave pattern by multiplying by). 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 세 개의 광원중 하나의 광원은 측정 대상체에 대한 위상맵에서 2π 단위로 끊어짐이 없는 장 주기를 가지는 장주기 정현파 패턴 영상을 발생시킴을 특징으로 하는 3차원 표면형상 측정장치.3. The 3D surface shape measurement of claim 1, wherein one of the three light sources generates a long-period sinusoidal pattern image having a long period of unbroken length in units of 2π in a phase map of the measurement object. Device. 삼색복합 정현파 패턴을 이용한 3차원 표면형상 측정장치에 있어서,In the three-dimensional surface shape measurement apparatus using a three-color composite sinusoidal pattern, 서로 다른 색상으로 구성된 단주기 정현파 패턴과 장주기 정현파 패턴 및 직류조명 패턴이 합쳐진 하나의 칼라 패턴 영상을 생성하여 조사하는 삼색 복합 정현파 패턴 광원과;A tricolor composite sinusoidal pattern light source for generating and irradiating one color pattern image in which a short period sinusoidal pattern composed of different colors, a long period sinusoidal pattern, and a direct current lighting pattern are combined; 서로 다른 색상의 측정 대상체 영상을 획득하기 위한 시준광학계와 그 후단에 위치하는 미러들을 통과한 영상에서 서로 다른 색상의 단주기 정현파와 장주기 정현파 및 직류조명 패턴영상을 각각 통과시키기 위한 광학필터들과;Optical filters for passing short-period sinusoidal waves, long-period sinusoidal waves, and direct-current illumination pattern images of different colors in an image passing through a collimating optical system for obtaining measurement object images of different colors and mirrors positioned at a rear end thereof; 상기 광학필터 각각의 출력 패턴영상을 전기적인 영상신호로 변환하기 위한 카메라들과 그 카메라 각각의 출력을 디지털화하기 위한 디지타이저들과;Cameras for converting the output pattern image of each of the optical filters into an electric video signal, and digitizers for digitizing the output of each of the cameras; 상기 디지타이저들중 하나에 저장된 직류조명 패턴영상으로부터 측정 대상체의 표면반사율 변화에 따른 위상오차 보정값을 계산하고 이를 통해 각각 단주기 정현파 패턴 영상과 장주기 정현파 패턴 영상의 위상오차를 보정하는 위상오차 보정부들과;Phase error correction units for calculating the phase error correction value according to the surface reflectivity change of the measurement object from the DC light pattern image stored in one of the digitizers and thereby correcting the phase error of the short-period sinusoidal pattern image and the long-period sinusoidal pattern image, respectively. and; 위상오차 보정된 단주기 및 장주기 정현파 패턴 영상 각각에서 고주파 성분을 제거하는 변조주파수 제거부들과;Modulation frequency removal units for removing high frequency components from phase error corrected short and long period sinusoidal pattern images, respectively; 고주파 성분 제거된 각각의 단주기 및 장주기 정현파 패턴 영상으로부터 위상맵을 얻기 위한 위상맵 추출부들과;Phase map extractors for obtaining a phase map from each of the short- and long-period sinusoidal pattern images from which the high frequency components are removed; 단주기 정현파 패턴 영상으로부터 얻어진 위상맵으로부터 위상을 복원하되, 2π 단위로 끊어진 위상 복원시에는 장주기 정현파 패턴영상으로부터 얻어진 위상값에 가장 근사한 값을 갖도록 위상 복원하는 위상복원부;를 포함함을 특징으로 하는 삼색복합 정현파 패턴을 이용한 3차원 표면형상 측정장치.A phase restoring unit for restoring a phase from a phase map obtained from a short-period sine wave pattern image, and reconstructing the phase to have a value closest to a phase value obtained from a long-period sine wave pattern image when the phase is broken in units of 2π. 3D surface shape measurement apparatus using a three-color composite sinusoidal pattern. 청구항 4에 있어서, 상기 위상오차 보정부 각각은,The method according to claim 4, wherein each of the phase error correction unit, 저주파 통과 필터에 의하여 평균화된 직류조명영상의 평균값(V)을 계산한 다음, 이 값에 현재 직류조명영상의 픽셀 강도값()을 나누어서 교류정현파 패턴영상의 각 픽셀(i,j) 위치에 곱할 가중치값()을 계산한후, 이 값을 교류정현파 패턴 영상 각각의 (i,j) 픽셀 위치의 강도값()에 위상오차보정 가중치값()을 곱하여 교류정현파 패턴의 1주기 내에서 발생하는 위상오차를 보정함을 특징으로 하는 삼색복합 정현파 패턴을 이용한 3차원 표면형상 측정장치.The average value (V) of the DC light image averaged by the low pass filter is calculated, and the pixel intensity value of the current DC light image ( ) By dividing by and multiplying each pixel (i, j) position in the AC sine wave pattern image ( And calculate the intensity value of the (i, j) pixel position of each AC sine wave pattern image. ), The phase error correction weight value ( Three-dimensional surface shape measurement apparatus using a three-color composite sinusoidal pattern characterized in that to correct the phase error occurring in one cycle of the AC sine wave pattern by multiplying the multiplier by. 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서, 상기 삼색 복합 정현파 패턴 광원은;The method of claim 4 or 5, wherein the tricolor composite sinusoidal pattern light source; 측정 대상체에 대한 위상맵에서 2π 단위로 끊어짐이 없는 장 주기를 가지는 장주기 정현파 패턴 영상을 발생시킴을 특징으로 하는 삼색복합 정현파 패턴을 이용한 3차원 표면형상 측정장치.A three-dimensional surface shape measurement apparatus using a three-color composite sinusoidal pattern, characterized in that to generate a long-period sinusoidal pattern image having a long period in the phase map for the object to be measured in 2π uninterrupted. 직류조명영상이 포함된 단주기 정현파 패턴영상을 발생시키는 제1광원과, 상기 제1광원과는 다른 색상을 가지되 직류조명영상이 포함된 장주기 정현파 패턴영상을 발생시키는 제2광원과, 광원들 각각에서 조사된 패턴 영상이 평행광으로서 측정 대상체상의 동일 위치에 동일 면적으로 조사되기 위한 광학계를 가지는 이색 정현파 패턴을 이용한 3차원 표면형상 측정장치에 있어서,A first light source for generating a short period sinusoidal pattern image including a direct current illumination image, a second light source having a color different from the first light source but generating a long period sinusoidal pattern image including a direct illumination image, and light sources In the three-dimensional surface shape measurement apparatus using a dichroic sinusoidal pattern having an optical system for irradiating the pattern image irradiated from each of the same image on the same position on the measurement object as parallel light, 서로 다른 색상의 측정 대상체 영상을 획득하기 위한 시준광학계와 그 후단에 위치하는 미러들을 통과한 영상에서 서로 다른 색상의 단주기 정현파와 장주기정현파 패턴영상을 각각 통과시키기 위한 광학필터들과;Optical filters for passing short-period sinusoidal and long-period sinusoidal pattern images of different colors in an image passing through a collimation optical system for obtaining measurement object images of different colors and mirrors positioned at the rear end thereof; 상기 광학필터 각각의 출력 패턴영상을 전기적인 영상신호로 변환하기 위한 카메라들과 그 카메라 각각의 출력을 디지털화하기 위한 디지타이저들과;Cameras for converting the output pattern image of each of the optical filters into an electric video signal, and digitizers for digitizing the output of each of the cameras; 상기 디지타이저 각각에 저장된 단주기 정현파 패턴영상과 장주기 정현파 패턴영상을 각각 직류영상과 교류정현파 패턴으로 분리하는 영상신호 분할부들과;Image signal dividing units for dividing the short-period sinusoidal pattern image and the long-period sinusoidal pattern image stored in each of the digitizers into DC and AC sinusoidal patterns, respectively; 각각의 영상신호 분할부에 의해 분할된 직류영상과 교류정현파 패턴 영상 각각을 저장하기 위한 직류영상 및 정현파영상 저장부들과;DC image and sinusoidal image storage units for storing each of the DC image and AC sine wave pattern image divided by each image signal divider; 상기 저장부 각각에 저장된 직류영상으로부터 측정 대상체의 표면반사율 변화에 따른 위상오차 보정값을 계산하고 이를 통해 각각 단주기 교류정현파 패턴 영상과 장주기 교류정현파 패턴 영상의 위상오차를 보정하는 위상오차 보정부들과;Phase error correction units for calculating the phase error correction value according to the surface reflectivity change of the measurement object from the DC image stored in each of the storage unit, and correcting the phase error of the short period AC sine wave pattern image and the long period AC sine wave pattern image, respectively; ; 위상오차 보정된 단주기 및 장주기 정현파 패턴 영상 각각에서 고주파 성분을 제거하는 변조주파수 제거부들과;Modulation frequency removal units for removing high frequency components from phase error corrected short and long period sinusoidal pattern images, respectively; 고주파 성분 제거된 각각의 단주기 및 장주기 정현파 패턴 영상으로부터 위상맵을 얻기 위한 위상맵 추출부들과;Phase map extractors for obtaining a phase map from each of the short- and long-period sinusoidal pattern images from which the high frequency components are removed; 단주기 정현파 패턴 영상으로부터 얻어진 위상맵으로부터 위상을 복원하되, 2π 단위로 끊어진 위상 복원시에는 끊어짐이 없는 장주기 정현파 패턴영상으로부터 얻어진 위상값에 가장 근사한 값을 갖도록 위상 복원하는 위상복원부;를 포함함을 특징으로 하는 이색 정현파 패턴을 이용한 3차원 표면형상 측정장치.A phase restoring unit for restoring a phase from a phase map obtained from a short-period sinusoidal pattern image, and reconstructing the phase to have a value closest to a phase value obtained from a long-period sinusoidal pattern image without breaks when the phase is broken in units of 2π; 3D surface shape measurement apparatus using a dichroic sine wave pattern characterized in that. 청구항 7에 있어서, 상기 위상오차 보정부 각각은,The method of claim 7, wherein each of the phase error correction unit, 저주파 통과 필터에 의하여 평균화된 직류조명영상의 평균값(V)을 계산한 다음, 이 값에 현재 직류조명영상의 픽셀 강도값()을 나누어서 교류정현파 패턴영상의 각 픽셀(i,j) 위치에 곱할 가중치값()을 계산한후, 이 값을 교류정현파 패턴 영상 각각의 (i,j) 픽셀 위치의 강도값()에 위상오차보정 가중치값()을 곱하여 교류정현파 패턴의 1주기 내에서 발생하는 위상오차를 보정함을 특징으로 하는 이색 정현파 패턴을 이용한 3차원 표면형상 측정장치.The average value (V) of the DC light image averaged by the low pass filter is calculated, and the pixel intensity value of the current DC light image ( ) By dividing by and multiplying each pixel (i, j) position in the AC sine wave pattern image ( And calculate the intensity value of the (i, j) pixel position of each AC sine wave pattern image. ), The phase error correction weight value ( 3D surface shape measurement apparatus using a dichroic sinusoidal pattern, characterized in that for correcting the phase error occurring in one cycle of the alternating sinusoidal pattern by multiplying). 청구항 7 또는 청구항 8에 있어서, 상기 제2광원은;The method of claim 7 or 8, wherein the second light source; 측정 대상체에 대한 위상맵에서 2π 단위로 끊어짐이 없는 장 주기를 가지는 장주기 정현파 패턴 영상을 발생시킴을 특징으로 하는 이색 정현파 패턴을 이용한 3차원 표면형상 측정장치.A three-dimensional surface shape measurement apparatus using a dichroic sinusoidal pattern, characterized in that to generate a long-period sinusoidal pattern image having a long period of continuous in 2π unit in the phase map for the measurement object. 측정 대상체의 3차원 표면형상을 측정하기 위한 방법에 있어서,In the method for measuring the three-dimensional surface shape of the measurement object, 서로 다른 주기와 색상을 가지는 삼색 복합 정현파 패턴을 측정 대상체상에 조사하는 단계와;Irradiating a tricolor composite sinusoidal pattern having different periods and colors on the measurement object; 복합 색상의 측정 대상체 영상에서 단주기 정현파 패턴 영상, 장주기 정현파 패턴 영상 및 직류조명 패턴 영상을 획득하는 단계와;Obtaining a short-period sine wave pattern image, a long-period sine wave pattern image, and a direct-current illumination pattern image from the composite object image; 획득된 직류조명 패턴영상의 평균값을 기준으로 측정 대상체의 표면반사율 변화에 따른 위상오차 보정값을 계산하는 단계와;Calculating a phase error correction value according to a change in surface reflectivity of the measurement object based on the average value of the obtained DC illumination pattern image; 계산된 위상오차 보정값을 이용하여 상기 단주기 정현파 패턴 영상과 장주기 정현파 패턴 영상의 위상오차를 보정하는 단계와;Correcting a phase error of the short period sine wave pattern image and the long period sine wave pattern image using the calculated phase error correction value; 위상오차 보정된 단주기 및 장주기 정현파 패턴 영상 각각에서 고주파 성분을 제거하고, 고주파 성분 제거된 각각의 패턴영상으로부터 위상맵을 추출하는 단계와;Removing a high frequency component from each of the phase error corrected short- and long-period sinusoidal pattern images, and extracting a phase map from each of the high-frequency component removed pattern images; 단주기 정현파 패턴 영상으로부터 얻어진 위상맵으로부터 위상을 복원하되, 2π 단위로 끊어진 위상 복원시 장주기 정현파 패턴영상으로부터 얻어진 위상값에 근사한 값을 갖도록 위상 복원하는 단계;를 포함함을 특징으로 하는 삼색 정현파 패턴을 이용한 3차원 표면형상 측정방법.Reconstructing a phase from a phase map obtained from a short-period sinusoidal pattern image, but reconstructing the phase to have a value close to the phase value obtained from the long-period sinusoidal pattern image when the phase is broken in units of 2π. 3D surface shape measurement method using. 측정 대상체의 3차원 표면형상을 측정하기 위한 방법에 있어서,In the method for measuring the three-dimensional surface shape of the measurement object, 서로 다른 색상을 가지며 각각 직류조명 성분을 포함하는 단주기 및 장주기 정현파 패턴을 측정 대상체에 조사하는 단계와;Irradiating the measurement object with a short period and a long period sine wave pattern having different colors and each comprising a DC lighting component; 측정 대상체 영상으로부터 각각 단주기 정현파 패턴과 장주기 정현파 패턴 영상을 획득하는 단계와;Obtaining a short period sinusoidal pattern and a long period sinusoidal pattern image from the measurement object image, respectively; 획득된 단주기 정현파 패턴과 장주기 정현파 패턴영상으로부터 각각 직류영상과 교류정현파 패턴을 분리하여 저장하는 단계와;Separately storing a DC image and an AC sine wave pattern from the acquired short period sinusoidal pattern and long period sinusoidal pattern image, respectively; 저장된 직류영상의 평균값을 기준으로 측정 대상체의 표면반사율 변화에 따른 위상오차 보정값을 계산하는 단계와;Calculating a phase error correction value according to a change in surface reflectivity of the measurement object based on the average value of the stored DC image; 계산된 위상오차 보정값을 이용하여 각각 단주기 교류정현파 패턴 영상과 장주기 교류정현파 패턴 영상의 위상오차를 보정하는 단계와;Correcting phase errors of the short-cycle AC sine wave pattern image and the long-cycle AC sine wave pattern image using the calculated phase error correction values; 위상오차 보정된 단주기 및 장주기 정현파 패턴 영상 각각에서 고주파 성분을 제거하고, 고주파 성분 제거된 각각의 패턴영상으로부터 위상맵을 추출하는 단계와;Removing a high frequency component from each of the phase error corrected short- and long-period sinusoidal pattern images, and extracting a phase map from each of the high-frequency component removed pattern images; 단주기 정현파 패턴 영상으로부터 얻어진 위상맵으로부터 위상을 복원하되, 2π 단위로 끊어진 위상 복원시에는 끊어짐 없는 장주기 정현파 패턴영상으로부터 얻어진 위상값에 가장 근사한 값을 갖도록 위상 복원하는 단계;를 포함함을 특징으로 하는 이색 정현파 패턴을 이용한 3차원 표면형상 측정방법.Restoring a phase from a phase map obtained from a short-period sinusoidal pattern image, and reconstructing the phase to have a value closest to a phase value obtained from a long-period sinusoidal pattern image without interruption when the phase is broken in units of 2π. 3D surface shape measurement method using a dichroic sine wave pattern.
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KR20150059472A (en) * 2013-11-22 2015-06-01 조춘식 Apparatus For Measuring 3-Dimensional Shape of Object
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KR20190103271A (en) * 2017-03-08 2019-09-04 오므론 가부시키가이샤 Cross reflection detection apparatus, cross reflection detection method and program

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