KR20110010636U - 3 Three-dimension scanner having a rotary stage - Google Patents

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KR20110010636U KR2020100004811U KR20100004811U KR20110010636U KR 20110010636 U KR20110010636 U KR 20110010636U KR 2020100004811 U KR2020100004811 U KR 2020100004811U KR 20100004811 U KR20100004811 U KR 20100004811U KR 20110010636 U KR20110010636 U KR 20110010636U
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김종성
오병선
김무진
신성철
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주식회사 포디컬쳐
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Abstract

본 고안은 3차원 스캐너에 관한 것으로, 본 고안에 따른 3차원 스캐너는, 피사체 표면을 따라 이동하는 레이저 라인을 촬영하여 라인레이저의 높이정보 및 굴곡정보를 포함하는 스캔데이터를 생성하는 카메라와; 라인 레이저를 상기 피사체로 반사하기 위한 반사체와, 상기 반사체가 고정되며 일정각도로 회전하는 회전판을 구비하여, 상기 라인레이저를 상기 피사체를 향해 반사시키기 위한 회전 스테이지와; 상기 회전스테이지에 부착된 상기 반사체를 향하여 상기 라인레이저를 주사하는 라인레이저 주사기와; 상기 회전스테이지의 회전제어, 상기 라인레이저 주사기의 동작제어, 및 상기 카메라를 통해 생성된 상기 스캔데이터로부터 상기 피사체에 대한 3차원 데이터를 구하여 이를 3차원 형상화시키는 제어부를 구비한다. 본 고안에 따르면, 스캔정밀도를 향상시킬 수 있다.The present invention relates to a three-dimensional scanner, the three-dimensional scanner according to the present invention, a camera for generating a scan data including the height information and bending information of the line laser by photographing the laser line moving along the subject surface; A rotating stage for reflecting the line laser toward the subject, comprising a reflector for reflecting a line laser to the subject, and a rotating plate to which the reflector is fixed and rotated at an angle; A line laser syringe for scanning the line laser toward the reflector attached to the rotating stage; And a controller configured to obtain three-dimensional data of the subject from the scan data generated by the camera, rotate the rotation stage, control the operation of the line laser syringe, and shape the three-dimensional image of the subject. According to the present invention, scan accuracy can be improved.

Description

회전 스테이지를 구비한 3차원 스캐너{Three-dimension scanner having a rotary stage}Three-dimensional scanner having a rotary stage

본 고안은 3차원 스캐너에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 반사체를 이용하여 라인레이저를 반사시켜 주사함에 의해 스캔정밀도를 높일 수 있는 3차원 스캐너에 관한 것이다.The present invention relates to a three-dimensional scanner, and more particularly to a three-dimensional scanner that can increase the scanning accuracy by reflecting and scanning the line laser using a reflector.

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.In general, a method of acquiring three-dimensional data of a scan object having a three-dimensional shape is a method of digitizing three-dimensional coordinate points by a contact method using a mechanical mechanism, but generally a laser is applied to a subject. Optical triangulation, which is an optical method of scanning to obtain a three-dimensional image, is well known.

종래의 광삼각법을 이용한 3차원 스캐너는, 일반적으로, 피사체에 쉬트빔 형태의 레이저 라인을 주사(조사)하고, 이를 일정각을 유지하며 고속영상카메라로 촬영하는 센서헤드와, 상기 센서 헤드로부터 카메라의 영상을 입력받아 영상해석을 통하여 3차원 데이터를 생성하는 이미지 처리부를 구비한다.In general, a three-dimensional scanner using an optical triangulation method includes a sensor head which scans (irradiates) a sheet beam-type laser line on a subject, and shoots it with a high speed image camera while maintaining a constant angle, and the camera from the sensor head. And an image processor for receiving 3D image and generating 3D data through image analysis.

이러한 종래의 3차원 스캐너는 라인레이저 주사기가 회전하면서 레이저를 주사하는 방법을 취하고 있었다. 즉 회전스테이지에 장착된 라인레이저가 직접적인 회전을 통해 피사체에 주사되어 스캔을 하는 방식이었다.This conventional three-dimensional scanner has taken a method of scanning a laser while the line laser syringe rotates. That is, the line laser mounted on the rotating stage was scanned by scanning the subject by direct rotation.

그러나, 이러한 종래의 3차원 스캐너는 회전 스테이지의 움직임에 의한 미세한 진동으로 인해 레이저주사기 자체에 진동이 발생하여, 획득하는 3차원 데이터의 정밀도가 불안정하고 불명확하다는 문제점이 있었다.However, this conventional three-dimensional scanner has a problem that the vibration occurs in the laser scanner itself due to the minute vibration caused by the movement of the rotating stage, the accuracy of the three-dimensional data obtained is unstable and unclear.

또한, 피사체가 작을 경우, 피사체가 존재하지 않는 불필요한 영역까지 전부 스캔이 됨으로 인해 영상처리 소요시간이 늘어나 궁극적으로는 스캔 소요시간이 길어지는 문제점이 있었다.In addition, when the subject is small, since all the unnecessary regions where the subject does not exist are scanned, the image processing time is increased, and ultimately, the scanning time is long.

따라서, 본 고안의 목적은 상기한 종래의 문제점을 극복할 수 있는 회전 스테이지를 구비한 3차원 스캐너를 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a three-dimensional scanner having a rotating stage that can overcome the above-mentioned conventional problems.

본 고안의 다른 목적은 스캔 정밀도를 향상시킬 수 있는 회전 스테이지를 구비한 3차원 스캐너를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a three-dimensional scanner having a rotating stage that can improve the scanning accuracy.

본 고안의 또 다른 목적은 스캔영역을 설정함에 의해 피사체가 존재하지 않는 불필요한 영역을 제외하고 스캔을 수행함에 의해 스캐닝 시간 및 영상처리 시간을 줄일 수 있는 3차원 스캐너를 제공하는데 있다.It is still another object of the present invention to provide a three-dimensional scanner that can reduce scanning time and image processing time by performing a scan by excluding an unnecessary area where a subject does not exist by setting a scan area.

상기한 기술적 과제들의 일부를 달성하기 위한 본 고안의 구체화에 따라, 본 고안에 따른 피사체에 라인레이저를 주사하고 이를 카메라로 촬영하여 3차원 데이터를 생성하는 3차원 스캐너는, 수동모드에서는 사용자에 의해 설정되는 회전각도를 따라 상기 피사체에 라인레이저를 주사하고, 주사된 라인레이저의 인텐시티(밝기 강도) 변화를 감지하여 상기 피사체에 주사된 라인 레이저를 검출함에 의해 상기 3차원 데이터를 생성하고, 자동모드에서는 원점에서부터 최대회전각도까지 회전하면서 라인레이저를 주사하고, 주사된 라인 레이저의 인텐시티(밝기 강도) 변화를 감지하여 상기 레이저 라인이 검출되는 영역을 계산함에 의해 스캐닝에 필요한 최소회전각도를 자동으로 설정하고, 상기 피사체에 주사된 라인 레이저를 검출함에 의해 상기 3차원 데이터를 생성하는 것을 특징으로 한다.According to an embodiment of the present invention for achieving some of the technical problems described above, a three-dimensional scanner that scans a line laser to a subject according to the present invention and photographs it with a camera to generate three-dimensional data, by the user in the manual mode Scan the line laser to the subject according to the set rotation angle, detect the change in intensity (brightness intensity) of the scanned line laser to generate the 3D data by detecting the line laser scanned to the subject, and the automatic mode Scans the line laser while rotating from the origin to the maximum rotation angle, detects the change in intensity (brightness intensity) of the scanned line laser, and automatically sets the minimum rotation angle required for scanning by calculating the area where the laser line is detected. And detecting the line laser scanned by the subject. It characterized in that to generate the data.

상기한 기술적 과제들의 일부를 달성하기 위한 본 고안의 다른 구체화에 따라, 본 고안에 따른 피사체에 라인레이저를 주사하고 이를 카메라로 촬영하여 3차원 데이터를 생성하는 3차원 스캐너는, 수동모드에서는 사용자에 의해 스캔영역이 설정되면, 일정 회전각도를 따라 상기 피사체에 라인레이저를 주사하고, 상기 피사체를 향해 주사된 라인레이저의 인텐시티(밝기 강도) 변화를, 상기 스캔영역 내에서만 감지하여 피사체에 주사된 라인 레이저를 검출함에 의해 상기 3차원 데이터를 생성하고, 자동모드에서는, 스캔영역을 자동으로 설정하여, 라인레이저를 일정회전 각도를 따라 순차적으로 회전하면서 피사체를 향해 주사하고, 상기 카메라를 통해 주사된 라인 레이저의 인텐시티(밝기 강도) 변화를, 상기 스캔영역 내에서만 감지하고 검출함에 의해 상기 3차원 데이터를 생성하되, 상기 스캔영역의 설정은, 상기 라인레이저가 최초로 검출된 지점 및 마지막으로 검출된 지점의 수평좌표들(X좌표)과, 검출된 각각의 레이저 라인에서 가장 높은 지점과 가장 낮은 지점의 수직좌표들(y좌표)을 검출하여, 상기 피사체가 존재하는 영역과 유사한 직사각형 영역을 정의하고, 상기 직사각영 영역의 좌우상하의 경계점에 미리 정해진 여유 영역을 더하여 설정함을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention for achieving some of the technical problems described above, a three-dimensional scanner that scans the line laser to the subject according to the present invention and photographs it with a camera to generate three-dimensional data, the user in the manual mode When the scan area is set, the line is scanned on the subject along a predetermined rotation angle, and the line scanned on the subject by detecting a change in intensity (brightness intensity) of the line laser scanned toward the subject only within the scan area. The 3D data is generated by detecting a laser, and in the automatic mode, the scan area is automatically set, the line laser is scanned toward the subject while rotating the line laser sequentially along a predetermined rotation angle, and the line scanned through the camera. Detects and detects changes in the intensity of the laser (light intensity) only within the scan area. To generate the three-dimensional data, the scan area is set, the horizontal coordinates (X coordinate) of the first and last detected point of the line laser and the highest point in each detected laser line And the vertical coordinates (y coordinates) of the lowest point, and define a rectangular area similar to the area in which the subject exists, and add a predetermined margin area to the left, right, top and bottom boundary points of the rectangular area. do.

상기 3차원 스캐너는, 피사체 표면을 따라 이동하는 레이저 라인을 촬영하여 라인레이저의 높이정보 및 굴곡정보를 포함하는 스캔데이터를 생성하는 카메라와; 라인 레이저를 상기 피사체로 반사하기 위한 반사체와, 상기 반사체가 고정되며 일정각도로 회전하는 회전판을 구비하여, 상기 라인레이저를 상기 피사체를 향해 반사시키기 위한 회전 스테이지와; 상기 회전스테이지에 부착된 상기 반사체를 향하여 상기 라인레이저를 주사하는 라인레이저 주사기와; 상기 회전스테이지의 회전제어, 상기 라인레이저 주사기의 동작제어, 및 상기 카메라를 통해 생성된 상기 스캔데이터로부터 상기 피사체에 대한 3차원 데이터를 구하여 이를 3차원 형상화시키는 제어부를 구비할 수 있다The 3D scanner includes: a camera for photographing a laser line moving along a surface of a subject to generate scan data including height information and bending information of a line laser; A rotating stage for reflecting the line laser toward the subject, comprising a reflector for reflecting a line laser to the subject, and a rotating plate to which the reflector is fixed and rotated at an angle; A line laser syringe for scanning the line laser toward the reflector attached to the rotating stage; It may be provided with a control unit for obtaining the three-dimensional data for the subject from the rotation control of the rotating stage, the operation control of the line laser syringe, and the scan data generated by the camera and three-dimensionally shape it.

상기 3차원 스캐너는, 포인트 레이저를 주사하여 상기 피사체에 주사되는 상기 라인레이저와 교차점을 형성하고 이를 통해 상기 3차원 스캐너와 상기 피사체의 최적의 스캐닝 거리를 산정하기 위한 포인트 레이저 주사기를 더 구비할 수 있다.The three-dimensional scanner may further include a point laser syringe for scanning a point laser to form an intersection point with the line laser scanned to the subject and thereby calculating an optimal scanning distance between the three-dimensional scanner and the subject. have.

상기 제어부는 스캔영역의 설정, 스캔시작점과 스캔 종료점의 설정, 상기 회전스테이지의 회전각도 및 회전속도 조절, 및 상기 라인레이저의 세기조절을 포함하는 제어동작을 수행할 수 있다.The controller may perform a control operation including setting a scan area, setting a scan start point and a scan end point, adjusting a rotation angle and a rotation speed of the rotating stage, and adjusting the intensity of the line laser.

상기 반사체는 거울일 수 있다. 상기 반사체는 알루미늄, 은, 금을 포함하는 금속물질이나 플라스틱 중에서 선택된 적어도 하나의 물질이 코팅된 반사막을 가질 수 있다.The reflector may be a mirror. The reflector may have a reflective film coated with at least one material selected from a metal material or plastic including aluminum, silver, and gold.

본 고안에 따르면, 라인레이저 주사기를 고정하고, 회전스테이지에 반사체를 장착하여 라인레이저를 반사하는 방식을 사용함에 따라, 안정된 레이저 빛을 이용할 수 있으며, 3차원 데이터의 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또한 스캔영역 설정, 회전각도의 설정 등을 자동 또는 수동으로 수행함에 의해 스캐닝 속도를 향상시킬 수 있게 된다.According to the present invention, by using a method of fixing a line laser syringe and mounting a reflector on a rotating stage to reflect the line laser, stable laser light can be used and the accuracy of three-dimensional data can be improved. In addition, the scanning speed can be improved by automatically or manually performing the scan area setting and the rotation angle setting.

도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 3차원 스캐너의 구성블록도를 나타낸 것이고,
도 2 및 도 3은 도 1의 3차원 스캐너의 구현 사시도를 나타낸 것이고,
도 4는 도 2 및 도 3의 구조를 간략화한 것이고,
도 5는 스캐닝 거리를 설정하는 과정을 나타낸 것이고,
도 6 및 도 7은 스캔영역 설정 및 스캔과정을 나타낸 것이다.1 shows a block diagram of a three-dimensional scanner according to an embodiment of the present invention,
2 and 3 show an implementation perspective view of the three-dimensional scanner of FIG.
4 is a simplified view of the structure of FIGS. 2 and 3,
5 shows a process of setting a scanning distance,
6 and 7 illustrate a scan area setting and a scanning process.

이하에서는 본 고안의 바람직한 실시예가, 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 고안의 철저한 이해를 제공할 의도 외에는 다른 의도 없이, 첨부한 도면들을 참조로 하여 상세히 설명될 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings without any intention other than to provide a thorough understanding of the present invention to those skilled in the art.

도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 3차원 스캐너의 구성블록도를 나타낸 것이고, 도 2 및 도 3은 도 1의 3차원 스캐너의 구현 사시도를 나타낸 것이고, 도 4는 이해의 편의를 위해 도 2 및 도 3의 구조를 간략화한 것이다.1 is a block diagram showing a configuration of a three-dimensional scanner according to an embodiment of the present invention, Figures 2 and 3 show a perspective view of the implementation of the three-dimensional scanner of Figure 1, Figure 4 is for convenience of understanding 2 and 3 are simplified.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 고안의 일 실시예에 따른 3차원 스캐너(100)는, 카메라(120), 회전스테이지(140), 라인레이저 주사기(130), 및 제어부(110)를 구비한다. 이외에 포인트 레이저 주사기(도2 및 도 3의 150)를 더 구비할 수 있다.As shown in FIGS. 1 to 4, the 3D scanner 100 according to an embodiment of the present invention includes a camera 120, a rotating stage 140, a line laser syringe 130, and a controller 110. It is provided. In addition to the point laser syringe (150 of FIGS. 2 and 3) may be further provided.

상기 카메라(120)는, 피사체 표면을 따라 이동하는 레이저 라인을 촬영하여 라인레이저의 높이정보 및 굴곡정보를 포함하는 스캔데이터를 생성하기 위한 것으로, 고해상도의 CCD 카메라가 이용된다. 상기 카메라(120)는 필터를 구비하여 상기 라인레이저의 높이정보 및 굴곡정보 등을 포함하는 스캔데이터만을 획득한다. 즉 라인 레이저 만을 획득하게 된다.The camera 120 is to generate scan data including the height information and the bending information of the line laser by photographing the laser line moving along the surface of the subject. A high resolution CCD camera is used. The camera 120 includes a filter to obtain only scan data including height information and bending information of the line laser. That is, only the line laser is obtained.

상기 카메라(120)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 4각 형상의 케이스의 특정부분에 배치될 수 있다. 예를 들면, 정면에서 볼때 좌측 측면부분에 배치될 수 있다.As illustrated in FIGS. 2 and 3, the camera 120 may be disposed at a specific portion of a quadrangular case. For example, it may be arranged in the left side portion when viewed from the front.

상기 회전스테이지(140)는 상기 라인 레이저를 피사체로 반사하기 위한 반사체(144)와 상기 반사체(144)가 고정되고 일정각도로 회전하는 회전판(142)를 구비하여, 상기 라인레이저 주사기(130)를 통해 주사되는 상기 라인레이저를 상기 반사체를 통해 반사시켜, 상기 라인레이저가 상기 피사체를 향해 주사되도록 한다.The rotating stage 140 includes a reflector 144 for reflecting the line laser to a subject and a rotating plate 142 on which the reflector 144 is fixed and rotated at an angle, thereby providing the line laser syringe 130. The line laser which is scanned through is reflected through the reflector so that the line laser is scanned toward the subject.

상기 회전판(142)은 상기 제어부(110)에 의해 제어되는 모터에 의해 회전하도록 할 수 있다. 상기 회전판(142)의 회전각도는 상기 제어부(150)에 의해 정해지며, 상기 피사체의 사이즈에 따라 달라질 수 있다.The rotating plate 142 may be rotated by a motor controlled by the control unit 110. The rotation angle of the rotating plate 142 is determined by the controller 150 and may vary depending on the size of the subject.

상기 반사체(144)는 일반적인 거울을 사용할 수도 있으나, 반사효율을 높이기 위해서 상기 반사체(144)는 알루미늄, 은, 금을 포함하는 금속물질들이나 플라스틱 중에서 선택된 적어도 하나의 물질이 코팅된 반사막을 가지도록 할 수 있다.The reflector 144 may use a common mirror, but in order to increase the reflection efficiency, the reflector 144 may have a reflective film coated with at least one material selected from metals or plastics including aluminum, silver, and gold. Can be.

상기 라인레이저 주사기(130)는 상기 회전스테이지(140)에 부착된 상기 반사체(144)를 향하여 상기 라인레이저를 발사한다. 상기 라인레이저 주사기(130)는 고정부착되어 있으며, 회전이나 별도의 움직임이 없이 라인레이저를 주사하게 된다.The line laser syringe 130 launches the line laser toward the reflector 144 attached to the rotating stage 140. The line laser syringe 130 is fixedly attached and scans the line laser without rotation or additional movement.

상기 제어부(110)는 상기 회전스테이지(140)의 회전제어, 상기 라인레이저 주사기(130)의 동작제어, 및 상기 카메라(120)를 통해 생성된 상기 스캔데이터로부터 상기 피사체에 대한 3차원 데이터를 구하여 이를 3차원 형상화시키는 등의 제어동작을 수행한다. 또한, 상기 제어부(110)는 피사체를 위한 스캔영역의 설정, 스캔 시작점과 스캔 종료점의 설정, 상기 회전스테이지(140)의 회전각도 및 회전속도 조절, 및 상기 라인레이저의 세기조절을 포함하는 제어동작을 수행할 수 있다.The control unit 110 obtains three-dimensional data of the subject from the rotation control of the rotating stage 140, the operation control of the line laser syringe 130, and the scan data generated through the camera 120 Control operations such as three-dimensional shaping are performed. In addition, the control unit 110 includes a control operation including setting a scan area for a subject, setting a scan start point and a scan end point, adjusting the rotation angle and rotation speed of the rotating stage 140, and adjusting the intensity of the line laser. Can be performed.

상기 포인트 레이저주사기(150)는 포인트 레이저를 주사하여 상기 피사체에 주사되는 상기 라인레이저와 교차점을 형성하고 이를 통해 상기 3차원 스캐너와 상기 피사체의 최적의 스캐닝 거리를 산정하기 위한 것이다.The point laser scanner 150 scans a point laser to form an intersection point with the line laser scanned to the subject, and calculates an optimal scanning distance between the three-dimensional scanner and the subject.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 3차원 스캐너(100)는 일정 높이를 가지는 직육면체 구조를 가지며, 좌측에 전방을 주시하도록(전방의 피사체를 향하여 촬영이 가능하도록) 카메라(120)가 배치되고, 카메라(120)에 인접되는 위치에 상기 포인트 레이저 주사기(150)가 전방의 피사체를 통해 레이저 주사가 가능하도록 배치된다.As shown in FIGS. 2 and 3, the three-dimensional scanner 100 has a rectangular parallelepiped structure having a predetermined height, so that the camera 120 looks forward at the left side (to allow shooting toward the front subject). The point laser syringe 150 is disposed at a position adjacent to the camera 120 to enable laser scanning through the subject in front of the camera 120.

그리고, 우측에는 상기 반사체(144)가 전방의 피사체를 향하여 회전이 가능하도록 배치된 회전스테이지(140)가 구비된다. 상기 회전스테이지(140)에 좌측인접부위에는 상기 라인레이저 주사기(130)가 주사방향이 상기 반사체(144)를 향하도록 배치된다.The right side includes a rotating stage 140 in which the reflector 144 is rotated toward the front subject. The line laser syringe 130 is disposed on the left side adjacent to the rotating stage 140 so that the scanning direction is directed toward the reflector 144.

상기 포인트 레이저 주사기(150) 배치영역과 상기 라인레이저 주사기(130) 배치영역 사이에는 상기 제어부(110)를 구성하는 컨트롤 보드(110)가 구비된다.The control board 110 constituting the control unit 110 is provided between the point laser syringe 150 arrangement region and the line laser syringe 130 arrangement region.

상기 컨트롤보드(110a)는 3차원 스캐너의 하드웨어 구동을 위한 회로들이 형성된 구조를 가지며, 마이크로 컨트롤러를 통해 PC를 통해 전송되는 명령을 수행하는 역할을 수행한다. 또한, 상기 회전 스테이지(140)의 동작, 상기 라인레이저 주사기(130)의 온/오프를 포함한 제어동작, 상기 포인트레이저 주사기(150)의 온/오프를 포함한 동작, 그리고 상기 카메라(120)의 트리거 신호를 제어하게 된다.The control board 110a has a structure in which circuits for driving a hardware of the 3D scanner are formed, and serves to execute a command transmitted through a PC through a microcontroller. In addition, the operation of the rotation stage 140, the control operation including the on / off of the line laser syringe 130, the operation including the on / off of the point laser syringe 150, and the trigger of the camera 120 To control the signal.

상기 PC(미도시)는 상기 제어부(110)를 일부구성으로 별도의 소프트웨어를 통하여 스캔동작의 제어, 상기 소프트웨어를 이용한 프로세싱을 통해 3차원 형상을 형성하며, 이외에 스캔영역의 설정, 스캔시작점과 스캔 종료점의 설정 등 상기 3차원 스캐너의 전반적인 동작을 제어하게 된다. 상기 PC는 상기 3차원 스캐너(100)와 별도의 케이블을 통해 연결된다.The PC (not shown) forms the three-dimensional shape through the control of the scan operation and processing using the software in a separate configuration of the control unit 110 in addition to the configuration, in addition to the setting of the scan area, the scan start point and the scan The overall operation of the 3D scanner, such as setting an end point, is controlled. The PC is connected to the 3D scanner 100 through a separate cable.

이하 도 5 내지 도 7을 통하여 상기 3차원 스캐너를 이용한 스캔동작을 설명한다. 도 5는 스캐닝 거리를 설정하는 과정을 나타낸 것이고, 도 6및 도 7은 스캔영역 설정 및 스캔과정을 나타낸 것이다.Hereinafter, a scan operation using the 3D scanner will be described with reference to FIGS. 5 to 7. 5 illustrates a process of setting a scanning distance, and FIGS. 6 and 7 illustrate a process of setting a scan area and a process of scanning.

도 5에 도시된 바와 같이, 우선 피사체가 준비되고, 상기 3차원 스캐너(100) 전원이 들어오면 상기 포인트 레이저 주사기(150)와 스캔을 위한 라인레이저 주사기(130)가 동시에 피사체(200)로 주사가 된다. 이는 최적의 스캐닝 거리를 설정하기 위한 것이다.As shown in FIG. 5, first, a subject is prepared, and when the power of the 3D scanner 100 is turned on, the point laser syringe 150 and the line laser syringe 130 for scanning simultaneously scan the subject 200. Becomes This is to set the optimum scanning distance.

상기 포인트 레이저 주사기(150)를 통해 주사된 포인트 레이저(152)와 상기 라인레이저 주사기(130)를 통해 주사된 라인레이저(146)의 교차점이 상기 피사체(200)에 위치하도록 하여 최적의 스캐닝 거리를 설정하게 된다.The intersection of the point laser 152 scanned through the point laser syringe 150 and the line laser 146 scanned through the line laser syringe 130 is positioned on the subject 200 to provide an optimal scanning distance. Will be set.

최적의 스캐닝 거리가 설정되면, 상기 PC의 소프트웨어에서는 스캔명령을 상기 컨트롤 보드(110a)에 전송하게 되고, 상기 컨트롤보드(110a)에서는 상기 스캔명령에 응답하여 상기 카메라(120)를 구동하게 된다.When the optimal scanning distance is set, the software of the PC transmits a scan command to the control board 110a, and the control board 110a drives the camera 120 in response to the scan command.

그리고, 상기 라인레이저 주사기(130)를 통해 라인레이저(146)를 상기 반사체(144)에 주사하게 된다. 상기 반사체(144)에 주사된 라인레이저(146)는 상기 회전스테이지(140)의 회전에 따라 상기 피사체 위를 이동하게 된다.Then, the line laser 146 is injected into the reflector 144 through the line laser syringe 130. The line laser 146 scanned by the reflector 144 moves on the subject as the rotation stage 140 rotates.

상기 피사체 위를 움직이는 레이저 라인을 상기 카메라(120)가 촬영하고 촬영된 스캔데이터를 상기 컨트롤보드(110a)를 통해 상기 PC로 전달하게 되면, 상기 PC에서는 운용 소프트웨어에서의 프로세싱을 통해 3차원 데이터 및 3차원 형상 생성하게 된다.When the camera 120 captures a laser line moving on the subject and transfers the photographed scan data to the PC through the control board 110a, the PC may process the 3D data and You will create a three-dimensional shape.

이때는 상기 라인레이저(146)의 밝기 수준에 따라 피사체를 식별하고 3차원 데이터 및 3차원 형상을 구성하게 된다. 일반적으로, 피사체에 주사된 라인레이저의 밝기(intensity)가 피사체가 아닌 다른 부분에 주사된 라인레이저의 밝기 보다 더 밝기 때문에 가능하다.At this time, the subject is identified according to the brightness level of the line laser 146 and the 3D data and the 3D shape are configured. In general, this is possible because the intensity of the line laser scanned on the subject is higher than the brightness of the line laser scanned on the portion other than the subject.

상기 스캔영역 설정 및 스캔과정은 수동모드 및 자동모드에서의 동작이 가능하다.The scan area setting and scanning process can be performed in the manual mode and the automatic mode.

상기 제어부(110)의 일부를 구성하는 PC를 통한 부가적인 기능으로는, 스캔영역 미리보기(preview)기능이 있다. 이 기능은 실시간으로 상기 카메라(120)가 현재 보고 있는 영상을 볼 수 있으며, 수동모드의 경우 스캔을 하고 싶은 영역을 마우스로 드래그 하여 설정하는 것이 가능하고, 자동모드의 경우 스캐너(100)가 자동으로 스캔영역을 설정하여 스캔동작을 진행하는 것이 가능하다.An additional function through a PC constituting a part of the controller 110 is a scan area preview function. This function can see the image currently being viewed by the camera 120 in real time, in the manual mode can be set by dragging the area you want to scan with the mouse, in the automatic mode the scanner 100 automatically It is possible to set the scan area and to perform the scan operation.

우선 수동모드인 수동동작의 경우를 설명한다.First, the case of the manual operation in the manual mode will be described.

수동모드의 경우, 도 6에 도시된 바와 같이, 미리보기 창 안(330)에 작은 피사체(200)가 있는 경우에, 미리보기 창에 보이는 모든 화면(330)을 스캐닝하는 것이 아니라, 스캐닝 하고 싶은 영역(320) 만큼을 마우스로 드래그 하여 설정하는 것이 가능하다.In the manual mode, as shown in FIG. 6, when there is a small subject 200 in the preview window 330, instead of scanning all the screens 330 shown in the preview window, It is possible to set as much as the area 320 by dragging with a mouse.

이는 불필요한 부분에 대한 영상 획득을 제거하여 스캐닝 속도 향상 및 메모리 성능 향상에 도움을 줄 수 있다. 모든 화면에 대해서 3차원 스캐닝을 한다면 시간도 그만큼 많이 걸릴 뿐 더러 불필요한 쓰레기 값도 많이 획득하게 되기 때문이다.This may help to improve scanning speed and memory performance by eliminating image acquisition for unnecessary portions. If you do 3D scanning of all screens, it takes a lot of time and you get a lot of unnecessary garbage.

또한 상기 PC에 구비된 제어버튼(자판)을 이용하여 상기 회전 스테이지(140)를 동작시켜 상기 반사체(144)의 반사방향(라인 레이저의 주사방향)을 좌/우로 움직이는 것이 가능하다.In addition, it is possible to move the reflection direction (scanning direction of the line laser) of the reflector 144 to the left and right by operating the rotating stage 140 using a control button (keyboard) provided in the PC.

그리고, 스캐닝 영역(320)이 지정되는 경우, 상기 라인 레이저가 움직일 시작 지점(310)과 끝 지점(340)을 설정하는 것도 가능하다. 상기 라인 레이저가 움직일 시작지점(310)과 끝지점(340)을 설정하고 스캐닝을 시작하면 상기 라인 레이저는 설정된 시작 지점(310)에서 끝 지점(340)까지 움직이며 이 부분에 대한 영상을 상기 카메라(120)가 촬영하게 된다.In addition, when the scanning area 320 is designated, it is also possible to set the start point 310 and the end point 340 at which the line laser moves. After setting the start point 310 and the end point 340 to move the line laser and start scanning, the line laser moves from the set start point 310 to the end point 340 and displays an image of the portion of the camera. 120 is to shoot.

상기 카메라(120)를 통해 획득한 영상 상기 PC로 제공되고, 상기 PC에서는 소프트웨어를 통해 촬영된 영상에서 설정된 영역(320) 내부의 데이터만 처리하여 3차원 데이터를 형성하게 된다. 여기서 3차원 형상 데이터는 광삼각법을 이용하여 형성될 수 있다.An image acquired through the camera 120 is provided to the PC, and the PC forms three-dimensional data by processing only data in the region 320 set in the image photographed through software. The three-dimensional shape data may be formed using the optical triangulation method.

그리고 자동 모드의 경우에는 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 미리보기 창 내부에 들어온 물체를 자동으로 포착하여 스캐닝 하게 된다. 이때 상기 회전스테이지(140)의 회전각도도 자동으로 조절하게 된다.In the case of the automatic mode, as shown in FIG. 7, an object entered into the preview window is automatically captured and scanned. At this time, the rotation angle of the rotation stage 140 is automatically adjusted.

우선 회전각도는 다음과 같은 과정에 의해 자동 설정된다.First, the rotation angle is automatically set by the following process.

자동모드에서 레이저 라인(146)이 최초 출발점(원점)을 출발하여 최대 회전각까지 회전하면서 피사체(200)에 주사된 라인레이저(146)의 인텐시티(밝기 강도) 변화를 감지하여 라인레이저(146)가 검출되는 영역을 자동으로 검출하게 된다. 이는 피사체(200)가 없는 곳은 레이저 라인이 맺히지 않아 인텐시티가 낮기 때문이다.In the automatic mode, the laser line 146 detects a change in intensity (brightness intensity) of the line laser 146 scanned on the subject 200 while rotating from the initial starting point (origin) to the maximum rotation angle, thereby detecting the line laser 146. The area where is detected is automatically detected. This is because the laser line does not form in the place where the subject 200 is not present, so the intensity is low.

따라서 스캐닝에 필요한 최소회전각도는 주사된 라인레이저(146)의 인텐시티(밝기 강도) 변화를 감지하여 설정하는 것이 가능하다. 최소회전각도의 설정은 실제 스캐닝전에 시험적인 스캐닝 동작에 의해 미리 수행되는 것도 가능하고, 스캐닝 과정에서 인텐시티의 정도에 따라 인텐시티가 낮아 라인레이저(146)의 인텐시티의 변화가 감지되지 않는 곳에서 스캐닝을 멈추는 것으로도 가능할 것이다.Therefore, the minimum rotation angle required for scanning can be set by detecting a change in intensity (brightness intensity) of the scanned line laser 146. Setting of the minimum rotation angle may be performed in advance by an experimental scanning operation before actual scanning, and scanning is performed where the intensity of the line laser 146 is not detected because the intensity is low depending on the intensity of the intensity during the scanning process. It would be possible to stop.

스캔영역의 자동 설정과정은 다음과 같다.The automatic setting process of the scan area is as follows.

상기 라인레이저(146)가 순차적으로 움직이면서 카메라(120)에서 라인레이저(146)가 최초로 검출된 지점의 수평 좌표(L)를 기억한다. 여기서 라인레이저(146)의 검출지점이란, 라인레이저(146)의 인텐시티(밝기)가 피사체(200)에 주사된 라인레이저로 인식될 수 있을 정도를 가지는 경우의 라인레이저가 주사된 지점을 말한다. 최초로 상기 라인레이저(146)가 검출된 지점에서 부터 피사체(200)의 오른쪽 끝과 가장 가까운 n+m 번째 위치까지 이동하면서 라인 레이저(146)을 검출한다.The line laser 146 sequentially moves to store the horizontal coordinate L of the point where the line laser 146 is first detected by the camera 120. Here, the detection point of the line laser 146 means a point at which the line laser is scanned when the intensity (brightness) of the line laser 146 has a degree that can be recognized as a line laser scanned on the subject 200. First, the line laser 146 is detected while moving from the point where the line laser 146 is detected to the n + m th position closest to the right end of the subject 200.

이렇게 검출된 각각의 라인레이저에서 가장 높은 점의 y 좌표(Tmax)와 가장 낮은 점의 y 좌표 (Bmin)를 검출하고, 마지막에 검출된 라인의 수평 좌표(R)을 추출한다. 이로부터 피사체(200)가 존재하는 영역과 유사한 직사각형 박스(L, R, Tmax, Bmin)를 정의한다.The y coordinate (Tmax) of the highest point and the y coordinate (Bmin) of the lowest point are detected in each of the detected line lasers, and the horizontal coordinate (R) of the last detected line is extracted. From this, rectangular boxes L, R, Tmax, and Bmin that are similar to areas in which the subject 200 exists are defined.

이후 스캔 범위는 직사각형의 좌우상하의 경계점(L, R, Tmax, Bmin)에 미리 정한 Wx, Wy 만큼의 여유를 각각 더하여 영상 처리를 해야 할 스캔영역(320)을 자동으로 정의한다.Thereafter, the scan range automatically defines a scan area 320 to which image processing is performed by adding predetermined margins of Wx and Wy to the boundary points L, R, Tmax, and Bmin of the rectangle.

상술한 바와 같이, 스캔영역을 자동 또는 수동으로 설정하여 스캐닝 동작을 수행함에 따라 불필요한 부분에 대한 영상 획득을 제거하여 스캐닝 속도 향상 및 메모리 성능 향상에 도움을 줄 수 있다. 모든 화면에 대해서 3차원 스캐닝을 한다면 시간도 그만큼 많이 걸릴 뿐 더러 불필요한 쓰레기 값도 많이 획득하게 되기 때문이다.As described above, as the scanning operation is performed by automatically or manually setting the scan area, it is possible to improve the scanning speed and the memory performance by removing the image acquisition for the unnecessary portion. If you do 3D scanning of all screens, it takes a lot of time and you get a lot of unnecessary garbage.

이외에 상기 3차원 스캐너(100)의 기능으로는, 별도의 레이저 미리보기 창을 이용하여 피사체에 주사된 라인레이저의 세기 조절이나 카메라의 조리개 설정 등의 제어가 가능하다.In addition, as a function of the 3D scanner 100, it is possible to control the intensity of the line laser scanned on the subject or the aperture setting of the camera using a separate laser preview window.

그리고 3차원 해상도 변경이나256 / 512 / 1024 프레임 등으로 카메라 프레임 변경이 가능하다. 카메라 프레임이 높을수록 해상도가 높은 대신 스캐닝 속도가 느려지게 된다.The camera frame can be changed to 3D resolution or 256/512/1024 frames. The higher the camera frame, the higher the resolution, but the slower the scanning speed.

상술한 바와 같이, 본 고안에 따르면, 라인레이저 주사기를 고정하고, 회전스테이지에 반사체를 장착하여 라인레이저를 반사하는 방식을 사용함에 따라, 안정된 레이저 빛을 이용할 수 있으며, 3차원 데이터의 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또한 스캔영역 설정, 회전각도의 설정 등을 자동 또는 수동으로 수행함에 의해 스캐닝 속도를 향상시킬 수 있게 된다.As described above, according to the present invention, by using the method of fixing the line laser syringe and mounting the reflector on the rotating stage to reflect the line laser, stable laser light can be used and the accuracy of three-dimensional data is improved. You can. In addition, the scanning speed can be improved by automatically or manually performing the scan area setting and the rotation angle setting.

상기한 실시예의 설명은 본 고안의 더욱 철저한 이해를 위하여 도면을 참조로 예를 든 것에 불과하므로, 본 고안을 한정하는 의미로 해석되어서는 안될 것이다. 또한, 본 고안이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 고안의 기본적 원리를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 변경이 가능함은 명백하다 할 것이다.Since the description of the above embodiment is merely an example with reference to the drawings for a more thorough understanding of the present invention, it should not be construed as limiting the present invention. In addition, it will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made without departing from the basic principles of the present invention.

110 : 제어부 120 : 카메라
130 : 라인레이저 주사기 140 : 회전 스테이지
150 : 포인트 레이저 주사기110: control unit 120: camera
130: line laser syringe 140: rotating stage
150: Point Laser Syringe

Claims (6)

피사체에 라인레이저를 주사하고 이를 카메라로 촬영하여 3차원 데이터를 생성하는 3차원 스캐너에 있어서:
수동모드에서는 사용자에 의해 설정되는 회전각도를 따라 상기 피사체에 라인레이저를 주사하고, 주사된 라인레이저의 인텐시티(밝기 강도) 변화를 감지하여 상기 피사체에 주사된 라인 레이저를 검출함에 의해 상기 3차원 데이터를 생성하고,
자동모드에서는 원점에서부터 최대회전각도까지 회전하면서 라인레이저를 주사하고, 주사된 라인 레이저의 인텐시티(밝기 강도) 변화를 감지하여 상기 레이저 라인이 검출되는 영역을 계산함에 의해 스캐닝에 필요한 최소회전각도를 자동으로 설정하고, 상기 피사체에 주사된 라인 레이저를 검출함에 의해 상기 3차원 데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 3차원 스캐너.In a three-dimensional scanner which scans a line laser on a subject and photographs it with a camera to generate three-dimensional data:
In the manual mode, the 3D data is detected by scanning a line laser on the subject according to a rotation angle set by a user, detecting a change in intensity (brightness intensity) of the scanned line laser, and detecting a line laser scanned on the subject. Creates a,
In the automatic mode, the line laser is scanned while rotating from the origin to the maximum rotation angle, and the minimum rotation angle required for scanning is automatically calculated by detecting the change in intensity (brightness intensity) of the scanned line laser and calculating the area where the laser line is detected. And the three-dimensional data is generated by detecting a line laser scanned to the subject. 피사체에 라인레이저를 주사하고 이를 카메라로 촬영하여 3차원 데이터를 생성하는 3차원 스캐너에 있어서:
수동모드에서는 사용자에 의해 스캔영역이 설정되면, 일정 회전각도를 따라 상기 피사체에 라인레이저를 주사하고, 상기 피사체를 향해 주사된 라인레이저의 인텐시티(밝기 강도) 변화를, 상기 스캔영역 내에서만 감지하여 피사체에 주사된 라인 레이저를 검출함에 의해 상기 3차원 데이터를 생성하고,
자동모드에서는, 스캔영역을 자동으로 설정하여, 라인레이저를 일정회전각도를 따라 순차적으로 회전하면서 피사체를 향해 주사하고, 상기 카메라를 통해 주사된 라인 레이저의 인텐시티(밝기 강도) 변화를, 상기 스캔영역 내에서만 감지하고 김출함에 의해 상기 3차원 데이터를 생성하되,
상기 스캔영역의 설정은, 상기 라인레이저가 최초로 검출된 지점 및 마지막으로 검출된 지점의 수평좌표들(X좌표)과, 검출된 각각의 레이저 라인에서 가장 높은 지점과 가장 낮은 지점의 수직좌표들(y 좌표)을 검출하여, 상기 피사체가 존재하는 영역과 유사한 직사각형 영역을 정의하고, 상기 직사각영 영역의 좌우상하의 경계점에 미리 정해진 여유 영역을 더하여 설정함을 특징으로 하는 3차원 스캐너.In a three-dimensional scanner which scans a line laser on a subject and photographs it with a camera to generate three-dimensional data:
In the manual mode, when the scan area is set by the user, a line laser is scanned on the subject along a predetermined rotation angle, and a change in intensity (brightness intensity) of the line laser scanned toward the subject is detected only within the scan area. The three-dimensional data is generated by detecting a line laser scanned on a subject,
In the automatic mode, the scanning area is set automatically, and the line laser is scanned toward the subject while rotating the line laser sequentially along a predetermined rotational angle, and the intensity (brightness intensity) of the line laser scanned by the camera is changed. The three-dimensional data is generated by detecting and extracting only from within,
The setting of the scan area may include horizontal coordinates (X coordinates) of the point where the line laser is first detected and last detected, and vertical coordinates of the highest point and the lowest point in each laser line detected. and (y coordinates) to define a rectangular area similar to the area where the subject exists, and set a predetermined margin area by adding a predetermined margin area to the left, right, top and bottom boundary points of the rectangular area. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 3차원 스캐너는,
피사체 표면을 따라 이동하는 레이저 라인을 촬영하여 라인레이저의 높이정보 및 굴곡정보를 포함하는 스캔데이터를 생성하는 카메라와;
라인 레이저를 상기 피사체로 반사하기 위한 반사체와, 상기 반사체가 고정되며 일정각도로 회전하는 회전판을 구비하여, 상기 라인레이저를 상기 피사체를 향해 반사시키기 위한 회전 스테이지와;
상기 회전스테이지에 부착된 상기 반사체를 향하여 상기 라인레이저를 주사하는 라인레이저 주사기와;
상기 스캔영역의 설정, 스캔시작점과 스캔 종료점의 설정, 상기 회전스테이지의 회전각도 및 회전속도 조절, 상기 라인레이저의 세기조절, 및 상기 라인레이저 주사기의 동작제어를 포함하는 제어동작을 수행하고, 상기 카메라를 통해 생성된 상기 스캔데이터로부터 상기 피사체에 대한 3차원 데이터를 구하여 이를 3차원 형상화시키는 제어부를 구비함을 특징으로 하는 3차원 스캐너.The method according to claim 1 or 2, wherein the three-dimensional scanner,
A camera for photographing a laser line moving along a surface of a subject to generate scan data including height information and bending information of the line laser;
A rotating stage for reflecting the line laser toward the subject, comprising a reflector for reflecting a line laser to the subject, and a rotating plate to which the reflector is fixed and rotated at an angle;
A line laser syringe for scanning the line laser toward the reflector attached to the rotating stage;
Performing a control operation including setting the scan area, setting a scan start point and a scan end point, adjusting the rotation angle and rotation speed of the rotating stage, adjusting the intensity of the line laser, and controlling the operation of the line laser syringe, And a controller configured to obtain three-dimensional data of the subject from the scan data generated by the camera and to three-dimensionalize the three-dimensional data of the subject. 청구항 3에 있어서,
상기 3차원 스캐너는, 포인트 레이저를 주사하여 상기 피사체에 주사되는 상기 라인레이저와 교차점을 형성하고 이를 통해 상기 3차원 스캐너와 상기 피사체의 최적의 스캐닝 거리를 산정하기 위한 포인트 레이저 주사기를 더 구비함을 특징으로 하는 3차원 스캐너.The method according to claim 3,
The 3D scanner may further include a point laser syringe for scanning a point laser to form an intersection point with the line laser scanned to the subject, thereby calculating an optimal scanning distance between the 3D scanner and the subject. 3D scanner featuring. 청구항 3에 있어서,
상기 반사체는 거울임을 특징으로 하는 3차원 스캐너.The method according to claim 3,
And the reflector is a mirror. 청구항 3에 있어서,
상기 반사체는 알루미늄, 은, 금을 포함하는 금속물질들 및 플라스틱 물질 중에서 선택된 적어도 하나의 물질이 코팅된 반사막을 가짐을 특징으로 하는 3차원 스캐너.The method according to claim 3,
And the reflector has a reflective film coated with at least one selected from metals and plastics including aluminum, silver and gold.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2016144027A1 (en) * 2015-03-06 2016-09-15 김석조 Object dimension information obtaining device using laser beam

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