KR20060069398A - 레이저출력 레벨을 제어할 수 있는 3차원 스캐너 및 레이저출력 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이저출력 레벨을 제어할 수 있는 3차원 스캐너 및 레이저 출력 제어방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 3차원 형상의 추출을 위하여 스캔 대상물체에 레이저를 주사하는 3차원 스캐너에서의 상기 레이저 빔 발생기는, 스캔 대상 물체에 레이저를 주사하는 레이저 빔 발생부와; 상기 스캔대상물체의 밝기 정보에 따라, 상기 레이저 빔 발생부의 레이저 출력 레벨을 가변적으로 제이하기 위한 레이저 출력 제어부를 구비한다. 본 발명에 따르면,스캔대상물체의 밝기 정보에 따라서 레이저의 출력레벨을 가변적으로 제어함에 의하여 3차원 스캐너의 효율성을 향상시킬 수 있다.

3차원, 스캐너, 레이저, 출력레벨, 레벨코드신호

Description

레이저출력 레벨을 제어할 수 있는 3차원 스캐너 및 레이저 출력 제어방법{Three-dimension scanner controllable laser output level and method for controlling laser output}

도 1은 일반적인 3차원 스캐너의 개략도

도 2는 종래의 3차원 스캐너를 구성하는 레이저 빔 발생기의 블록도

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 스캐너를 구성하는 레이저 빔 발생기의 블록도

도 4는 도 3의 레이저 출력 제어부의 구체 블록도

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100 : 레이저 빔 발생기 110 : 호스트 제어부

130 : 레이저 출력 제어부 104 : 레이저 빔 발생부

LC : 레벨 코드 신호 CS : 레이저 출력 제어신호

132 : D/A 컨버터 134 : 전력증폭기

본 발명은 레이저를 이용하여 피사체에 대한 3차원 형상을 구성하기 위한 3 차원 스캐너에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는, 스캔 대상 물체의 상태에 따라 레이저의 출력레벨을 제어할 수 있는, 레이저출력 레벨을 제어할 수 있는 3차원 스캐너 및 레이저 출력 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 3차원 형상을 가진 스캔대상물체에 대한 3차원 데이터를 획득하는 방법은 기계적인 메카니즘을 이용하여 3차원 좌표점을 접촉식으로 디지타이징(digitizing)하는 방법이 있으나, 일반적으로는 피사체에 레이저를 주사하여 3차원 이미지를 획득하는 광학식 방법인 광삼각법이 잘 알려져 있다.

종래의 광삼각법을 이용한 3차원 스캐너는, 일반적으로, 피사체에 쉬트빔 형태의 레이저 라인 빔을 조사하고, 이를 일정각을 유지하며 고속영상카메라로 촬영하는 센서헤드와, 상기 센서 헤드로부터 카메라의 영상을 입력받아 영상해석을 통하여 3차원 데이터를 생성하는 이미지 처리부를 구비한다.

이러한 종래의 3차원 스캐너를 구성하는 센서헤드가 도 1에 나타나 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 3차원 스캐너를 구성하는 센서헤드(6)는, 레이저 라인 빔을 스캔대상물체(40)에 주사하는 레이저 빔 발생기(4)와, 상기 스캔대상물체(40)에 대하여 일정 각도를 유지하며 스캔대상물체에 맺힌 레이저의 높이정도 또는 굴곡 정보를 읽기 위한 카메라(2)가 구비된다. 그리고, 상기 이미지 처리부에서 상기 카메라(2)를 통하여 얻어진 레이저의 높이정보 또는 굴곡 정보로부터 3차원 데이터를 구하고, 이를 3차원 형상화시킨다.

상술한 바와 같은 종래의 3차원 스캐너의 레이저 빔 발생기는 도 2와 같은 구동시스템을 구비하고 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 레이저 빔 발생기의 레이저 구동시스템은, 호스트 제어부(10), 레이저 온/오프(on/off)회로(20), 및 레이저 빔 발생부(14)를 구비한다.

상기 호스트 제어부(10)는 스캔 대상물체에 대한 스캔동작을 제어한다. 즉, 스캔이 개시되면 레이저 온/오프 회로(20)에 인가되는 제어신호(S1)로써 온 신호(on)를 발생시킨다. 이후 스캔이 종료되면, 레이저 온/오프 회로(20)에 인가되는 제어신호(S1)로써 오프 신호(off)를 발생시킨다.

상기 레이저 온/오프 회로(20)는 상기 호스트 제어부(10)에서 인가되는 제어신호(S1)에 응답하여 실제 레이저 빔을 주사하는 레이저 빔 발생부(14)를 제어한다. 즉 상기 호스트 제어부(10)에서 온 신호(on)가 인가되면, 이에 응답하여 상기 레이저 빔 발생부(14)에서 레이저를 주사하도록 하는 제어신호(S2)를 발생시켜 상기 레이저 빔 발생부(14)를 인에이블 (enable)시킨다. 또한 상기 호스트 제어부(10)에서 오프 신호(off)가 인가되면, 이에 응답하여 상기 레이저 빔 발생부(14)에서 더 이상 레이저를 주사하지 않도록 하는 제어신호(S2)를 발생시켜 상기 레이저 빔 발생부(14)를 디세이블(disable)시킨다.

상기 레이저 빔 발생부(14)는 상기 레이저 온/오프 회로(20)에서 인가되는 제어신호(S2)에 응답하여, 스캔대상물체(40)에 레이저를 주사할지의 여부를 결정한다.

일반적으로, 3차원 스캐너는 레이저(빛)를 이용하여 스캔동작을 수행하기 때문에 레이저(빛)의 밝기에 많은 영향을 받게 된다. 즉 스캔대상물체가 광택이 있거 나 어두운 계열의 색을 가지는 경우에 스캔 데이터의 질이 낮아지는 문제점이 있다. 그러나 종래의 3차원 스캐너의 경우에는 레이저의 밝기가 미치는 영향을 최소화하기 위한 구성을 가지고 있지 않으며, 단순히 스캔대상물체에 조명을 비추는 등의 인위적인 조작을 통하여 극복하고자 하였으나, 이 경우에는 시간이나 비용이 과다하게 든다는 문제점이 있다.

예를 들어, 레이저의 출력레벨이 높게 고정되어 있는 3차원 스캐너의 경우에, 스캔대상 물체의 표면에 광택이 있어서 반사가 많으면, 스캔대상물체에 맺힌 레이저가 번져 보이는 현상이 발생된다. 이 경우는 레이저의 출력레벨을 낮추면 해결할 수 있으나 종래의 3차원 스캐너의 경우에는 단순히 온/오프 기능만을 가지고 있어, 인위적인 조작이외에는 이러한 문제를 해결할 수 없다는 문제점이 있다. 반대로, 레이저의 출력레벨이 낮게 고정되어 있는 3차원 스캐너의 경우에, 만약 스캔 대상물체의 표면에 광택이 없고 어두운 계열의 색이면, 스캔 대상물체에 맺힌 레이저가 카메라에 촬영되지 않는 경우가 발생된다. 이 경우는 레이저의 출력 레벨을 높여주게 되면 해결할 수 있으나 종래의 3차원 스캐너의 경우에는 상술한 이유로 인하여 이러한 문제를 해결할 수 없다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 종래의 문제점을 극복할 수 있는 레이저출력 레벨을 제어할 수 있는 3차원 스캐너 및 레이저 출력 제어방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 스캔대상물체의 상태에 따라 레이저출력 레벨을 제 어할 수 있는 3차원 스캐너 및 레이저 출력 제어방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 3차원 스캐너의 효율성을 향상시킬 수 있는 레이저 출력 레벨을 제어할 수 있는 3차원 스캐너 및 레이저 출력 제어방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 스캔 데이터의 질을 향상시킬 수 있는 레이저 출력 레벨을 제어할 수 있는 3차원 스캐너 및 레이저 출력 제어방법을 제공하는데 있다.

상기한 기술적 과제들의 일부를 달성하기 위한 본 발명의 양상(aspect)에 따라, 본 발명에 따른 3차원 형상의 추출을 위하여 스캔 대상 물체에 레이저를 주사하는 레이저 빔 발생기를 구비하는 3차원 스캐너에서의 상기 레이저 빔 발생기는, 스캔 대상 물체에 레이저를 주사하는 레이저 빔 발생부와; 상기 스캔대상물체의 밝기 정보에 따라, 상기 레이저 빔 발생부의 레이저 출력 레벨을 가변적으로 제어하기 위한 레이저 출력 제어부를 구비한다.

상기 레이저 빔 발생기는, 상기 레이저 출력 레벨에 대응되는 레벨 코드 신호를 저장하고, 상기 스캔 대상 물체의 밝기 정보에 따른 최적의 레벨 코드 신호를 상기 레이저 출력 제어부에 인가하는 호스트 제어부를 더 구비할 수 있다. 또한, 상기 레이저 출력 제어부는, 상기 호스트 제어부에서 인가되는 레벨 코드 신호를 아날로그 전류 또는 전압 신호로 변환하여 출력하기 위한 D/A 컨버터와; 상기 D/A 컨버터의 출력신호를 증폭하기 위한 전력증폭기를 구비할 수 있다. 그리고, 상기 스캔대상물체의 밝기 정보는 상기 스캔대상물체의 색깔, 광택유무 등을 포함할 수 있다.

상기한 기술적 과제들의 일부를 달성하기 위한 본 발명의 다른 양상에 따라, 본 발명에 따른, 스캔 대상 물체에 레이저를 주사하고 반사되는 레이저를 카메라로 입력받아 3차원 형상을 추출하는 3차원 스캐너에서의 레이저 출력 제어방법은, 레이저 출력 레벨에 대응되는 레벨코드 신호들을 미리 저장하고, 스캔대상물체의 밝기 정보를 파악하여 이에 대응되는 최적의 레벨코드신호를 선택하여 발생시키는 단계와; 발생된 최적의 레벨코드신호에 응답하여 레이저 출력 레벨을 가변적으로 제어하여, 출력레벨이 제어된 레이저를 주사하는 단계를 구비한다.

상기 스캔대상물체의 밝기 정보는 상기 스캔대상물체의 색깔, 광택유무 등을 포함할 수 있다.

상기한 구성에 따르면, 레이저의 출력레벨을 스캔대상물체의 밝기 정보에 따라서 가변적으로 제어함에 의하여 3차원 스캐너의 효율성을 향상시킬 수 있다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예가, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 철저한 이해를 제공할 의도 외에는 다른 의도 없이, 첨부한 도면들을 참조로 하여 상세히 설명될 것이다.

본 발명에 따른 3차원 스캐너는, 이하에서 설명하는 레이저 빔 발생기를 제외하고는 종래의 3차원 스캐너와 동일 또는 유사한 구조를 가질 수 있다. 즉 본 발명에 따른 3차원 스캐너는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의하여, 레이저 빔 발생기 이외의 다른 구성요소에 대한 별도의 설명이 없더라 도, 이하에서 설명되는 레이저 빔 발생기의 구성을 토대로 하여 본 발명이 용이하게 실시될 수 있다는 것은 명백하다. 따라서, 이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 스캐너의 레이저 빔 발생기만을 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 스캐너를 구성하는 레이저 빔 발생기의 레이저 구동시스템을 나타낸 블록도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 빔 발생기(100)는, 호스트 제어부(110), 레이저 출력 제어부(130), 및 레이저 빔 발생부(104)를 구비하여 구동된다.

상기 호스트 제어부(110)는 스캔 대상물체에 대한 스캔동작을 제어한다. 즉 레이저 출력을 컨트롤하는 주체이다. 상기 호스트 제어부(110)는 상기 레이저 빔 발생부(104)에서 발생되는 레이저의 출력레벨을 제어하기 위한 레벨 코드신호(LC)들을 저장하고 있다가, 스캔동작이 개시되면, 스캔대상물체의 밝기정보에 대응되는 최적의 레벨 코드 신호(LC)를 상기 레이저 출력 제어부(130)에 인가한다.

여기서 상기 호스트 제어부(110)에 저장되는 레벨코드 신호(LC)들은, 상기 레이저 빔 발생부(104)에서 발생되는 레이저의 출력레벨(밝기)을 일정범위 내에서 가변시키기 위한 신호들이다. 예를 들면, 상기 레벨 코드 신호(LC)들은, 레이저의 출력레벨을 최저 출력레벨 상태(레이저 오프 상태)에서부터 최고 출력레벨(발생 가능한 최고 레벨의 레이저 출력 상태)까지의 범위 내에서 일정개수로 분할된 신호들로써, 복수개의 레이저의 출력레벨들 중 특정 레벨을 선택하기 위한 신호들이다. 가령, 출력레벨을 16개로 분할한 경우에, 레벨 코드 신호가 '0000' 인 경우에는 최 저출력레벨을 의미하고 상기 레벨코드 신호가 '1111' 인 경우에는 최고 출력레벨을 의미할 수 있으며, 상기 레벨 코드 신호가 '1000' 인 경우에는 중간정도(최저레벨에서부터 8번째 밝기)의 출력레벨을 의미할 수 있다.

상기 호스트 제어부(110)에서는 작업자에 의해 스캔대상물체에 대한 밝기 정보가 입력되는 경우에, 이에 대응되는 최적의 레벨코드 신호를 상기 레이저 출력 제어부(120)에 인가하도록 하는 구성을 가질 수 있다. 이 경우에는 외부에서 작업자의 눈(eye)을 통하여 스캔 대상물체의 밝기 정도(색깔이나 광택유무 등)가 파악되고, 파악된 스캔 대상물체의 밝기정보가 입력되면, 상기 호스트 제어부(110)에서는 이를 토대로 하여 복수의 레벨 코드신호들 중 파악된 스캔 대상물체의 밝기정보에 대응되는 최적의 레벨 코드 신호(LC)가 선택하고, 선택된 최적의 레벨 코드 신호(LC)를 상기 레이저 출력 제어부(120)에 인가하게 된다.

다른 실시예의 경우에, 상기 호스트 제어부(110)는 스캔대상물체에 대한 밝기 정보들과 이에 대응되는 레벨코드 신호들을 미리 저장하고 있다가, 스캔 대상물체가 선택되면, 스캔 대상물체의 밝기 정보를 스스로 파악하고, 파악된 밝기 정보를 토대로 최적의 레벨코드 신호를 선택하여 출력하는 구성을 가질 수 있다. 이 경우에는, 상기 스캔 대상물체의 밝기정보를 파악하기 위한 카메라 등 별도의 수단이 필요하거나, 기존의 3차원 스캐너에서 사용되는 카메라를 이용하여 이를 수행할 수 있다.

상기 레이저 출력 제어부(120)는 상기 스캔대상물체의 밝기 정보에 따라, 상기 레이저 빔 발생부(104)에서 발생되는 레이저의 출력 레벨을 가변적으로 제어한 다.

상기 레이저 출력 제어부(120)의 구성은 도 4에서 블록도록 나타나 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 레이저 출력제어부(120)는 D/A 컨버터(D/A convertor)(132) 및 전력증폭기(134)를 구비한다.

상기 D/A 컨버터(132)는, 상기 호스트 제어부(110)에서 인가되는 레벨 코드신호(LC)를 아날로그 전류 또는 전압 신호로 변환하여 출력한다.

상기 D/A 컨버터(132)는 상기 호스트 제어부(110)에서 제공되는 레벨 코드신호의 비트수와 동일한 비트수를 가지며, 일반적인 D/A 컨버터 회로가 이용될 수 있다.

상기 전력증폭기(134)는 상기 D/A 컨버터(132)의 출력신호를 증폭하여, 레이저 빔 발생기(104)의 레이저 출력레벨을 제어하기 위한 레이저 출력 제어신호(CS)를 발생시킨다. 상기 레이저 출력 제어신호(CS)는 상기 레이저 빔 발생기(104)의 전원으로서 공급되는 전압 또는 전류신호일 수 있다.

상기 전력증폭기(134)는 경우에 따라서 필요하지 않을 수 있다. 상기 D/A 컨버터(132)의 출력신호가 상기 레이점 빔 발생기(104)를 구동하기에 충분한 전력 레벨을 가질 경우에는 상기 전력증폭기(134)가 필요하지 않고, 상기 D/A 컨버터(132)의 출력신호가 상기 레이저 출력 제어신호(CS)로 이용될 수 있다. 그러나 대부분의 경우에 상기 D/A 컨버터(132)의 출력신호가 레이저를 구동시키기에 전력이 많이 부족하므로, 상기 전력증폭기(134)가 필요하게 된다.

상기 레이저 빔 발생부(104)는 상기 레이저 출력 제어신호(CS)에 의해 동작 되어, 그에 대응되는 출력레벨을 갖는 레이저를 상기 스캔 대상물체에 주사한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 스캔대상물체의 밝기 정보를 파악하고, 상기 스캔대상물체의 밝기정보에 따라 스캔대상물체에 주사되는 레이저의 출력레벨을 가변적으로 변화시킴에 의하여, 스캔 데이터의 질을 향상시킬 수 있게 된다.

상기한 실시예의 설명은 본 발명의 더욱 철저한 이해를 위하여 도면을 참조로 예를 든 것에 불과하므로, 본 발명을 한정하는 의미로 해석되어서는 안 될 것이다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기본적 원리를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 변경이 가능함은 명백하다 할 것이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 스캔대상물체의 밝기 정보를 파악하고, 상기 스캔대상물체의 밝기정보에 따라 스캔대상물체에 주사되는 레이저의 출력레벨을 가변적으로 변화시킴에 의하여, 스캔 데이터의 질을 향상시킬 수 있게 된다. 또한, 스캐너의 효율성을 향상시킬 수 있게 된다. 그리고, 스캔대상물체에 대하여 별도의 인위적인 조치를 취하지 않으므로 시간과 비용을 절약할 수 있게 된다.

Claims (6)

1. 3차원 형상의 추출을 위하여 스캔 대상 물체에 레이저를 주사하는 레이저 빔 발생기를 구비하는 3차원 스캐너에 있어서:

   상기 레이저 빔 발생기는,

   스캔 대상 물체에 레이저를 주사하는 레이지 빔 발생부와;

   상기 스캔대상물체의 밝기 정보에 따라, 상기 레이저 빔 발생부의 레이저 출력 레벨을 가변적으로 제어하기 위한 레이저 출력 제어부를 구비함을 특징으로 하는 3차원 스캐너.
2. 제1항에 있어서, 상기 레이저 빔 발생기는,

   상기 레이저 출력 레벨에 대응되는 레벨 코드 신호를 저장하고, 상기 스캔 대상 물체의 밝기 정보에 따른 레벨 코드 신호를 상기 레이저 출력 제어부에 인가하는 호스트 제어부를 더 구비함을 특징으로 하는 3차원 스캐너.
3. 제2항에 있어서, 상기 레이저 출력 제어부는,

   상기 호스트 제어부에서 인가되는 레벨 코드 신호를 아날로그 전류 또는 전압 신호로 변환하여 출력하기 위한 D/A 컨버터와;

   상기 D/A 컨버터의 출력신호를 증폭하기 위한 전력증폭기를 구비함을 특징으로 하는 3차원 스캐너.
4. 제1항 또는 제3항에 있어서,

   상기 스캔대상물체의 밝기 정보는 상기 스캔대상물체의 색깔, 광택 유무 등을 포함함을 특징으로 하는 3차원 스캐너.
5. 스캔 대상 물체에 레이저를 주사하고, 반사되는 레이저를 카메라로 입력받아 3차원 형상을 추출하는 3차원 스캐너에서의 레이저 출력 제어방법에 있어서:

   레이저 출력 레벨에 대응되는 레벨코드 신호들을 미리 저장하고, 스캔대상물체의 밝기 정보를 파악하여 이에 대응되는 최적의 레벨코드신호를 선택하여 발생시키는 단계와;

   발생된 최적의 레벨코드신호에 응답하여 레이저 출력 레벨을 가변적으로 제어하여, 출력레벨이 제어된 레이저를 주사하는 단계를 구비함을 특징으로 하는 레이저 출력 제어방법.
6. 제5항에 있어서,

   상기 스캔대상물체의 밝기 정보는 상기 스캔대상물체의 색깔, 광택 유무 등을 포함함을 특징으로 하는 레이저 출력 제어방법.

Images