KR20120072539A - 계측 시스템 및 이를 이용한 계측방법 - Google Patents
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Abstract
계측 시스템이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 계측 시스템은 계측 대상물을 촬영하기 위한 제 1 카메라 및 제 2 카메라를 포함하는 카메라부; 카메라부에 설치되어 카메라부의 좌우각도 및 상하각도를 조절하는 카메라 각도 조절 모듈; 카메라부가 설치된 카메라 각도 조절 모듈을 상하 방향 및 수평 방향으로 이동시키기 위한 카메라 이동 모듈; 제 2 카메라에 의하여 촬영된 계측 대상물의 제 2 카메라 영상으로부터 계측 대상물의 3차원 포인터 정보를 추출하는 계측 서버 및 카메라부, 카메라 각도 조절 모듈, 카메라 이동 모듈을 제어하는 제어부를 포함한다.
Description
본 발명은 계측 시스템 및 이를 이용한 계측방법에 관한 것이다.
조선 조립 공정에서 대형 블록을 제작하고 품질을 검사하기 위한 계측을 위해서 현재 줄자, 레벨기 및 3차원 계측기 등을 이용한다. 최근 생산되는 선박의 품질 향상을 위하여 3차원 계측기 사용이 많아지고 중요해지고 있다. 그리고 좀 더 품질 향상 및 생산성을 높이기 위하여 블록 조립 전 단계에 미리 시뮬레이션을 실시하여, 실제 조립시 발생할 수 있는 문제점들을 사전에 수정 및 보완 조치를 실행하려는 노력을 많이 하고 있고, 이러한 과정에서 블록의 품질 및 시뮬레이션을 위해 많은 계측 포인터들이 요구되고 있다.
현재 블록 생산 현장에서 정밀 3차원 계측에 사용되고 있는 장비는 광파기가 주로 사용되고 있다. 이러한 광파기는 열악한 조선소 생산 환경에 가장 효율적인 계측 장비로 인식되고 있다. 그러나 광파기의 계측 원리에 따라 아주 수많은 계측 포인터를 계측하기에는 작업자의 많은 노력과 시간이 집중되어야한다. 즉 작업자 1명이 계측 포인터에 타겟을 위치시키고 다른 작업자가 광파기를 시준하여 계측하는 일련의 과정을 수없이 반복하여야 한다. 이러한 과정에서 수많은 계측 포인터를 계측할 때 작업자의 피로도가 증가하여 계측 품질에 나쁜 영향을 미칠 뿐만 아니라, 작업자 집중도 저하에 따른 안전에도 심각한 영향을 줄 수 있다.
한편, 많은 계측 포인터를 보다 효율적으로 계측하는 방법 중의 하나인 포토그래메트리 방식의 계측은 일반적으로 하나의 카메라를 휴대하고 이를 이용하여 계측 대상을 다양한 각도에서 촬영하고, 이를 영상처리 및 포토그래메트릭 측정 방법(Photogrammetric Measurement Method)을 이용하여 계측 포인터의 3차원 정보를 산출하는 방식이다. 상기의 일반적인 포토그래메트리 방식은 작업자가 카메라를 휴대하고 아주 큰 대형 블록을 다양한 각도로 잡아 많은 촬영을 하기가 어렵고 거의 불가능하다.
한편, 대형 블록을 포토그래메트리 방식을 이용하여 효율적이고 편리하게 정밀 계측하기 위해서는 자동 시스템을 구성하여야 하고, 이러한 자동 시스템을 통하여 선명하고 최적의 영상을 획득하기 위해서는 여러 가지 조건을 맞추어 영상을 촬영하여야한다. 즉 현장의 조명 상태, 촬영을 위한 블록과 카메라 간의 최소 거리, 최소 거리에 따른 촬영영역(Field of View) 및 대형 블록의 모양에 맞추어 영상을 촬영하여야한다. 이를 위해서, 계측 시스템의 카메라를 적절한 촬영 위치로 이동을 시키면서 촬영함에 따라서, 최적으로 촬영하기 위한 세팅조건이 바뀌므로, 촬영을 위한 카메라의 좌우각도, 상하각도 및 카메라 수직높이를 조절할 필요가 있다.
이때, 작업자가 수동으로 상기의 상황이 발생할 때마다 조절을 하게 되면 작업자의 불편함이 증대되고, 또한 작업자 집중도가 증가함에 따라 작업자 피로도가 증가한다. 이에 따라 촬영오류가 발생할 확률이 높아질 수 있다. 이를 미연에 방지하고 작업자 부담을 줄이기 위해서, 자동으로 촬영을 위한 카메라의 최적조건을 찾아내고 조절할 수 있는 계측 시스템이 필요하다.
본 발명의 일 실시예는 정밀하게 3차원 포인터를 추출할 수 있는 계측 시스템 및 이를 이용한 계측방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 작업자가 보다 용이하고 안전하게 수많은 계측 포인터를 짧은 시간에 계측할 수 있는 계측 시스템 및 이를 이용한 계측방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 계측 대상물을 촬영하기 위한 제 1 카메라 및 제 2 카메라를 포함하는 카메라부; 상기 카메라부에 설치되어 상기 카메라부의 좌우각도 및 상하각도를 조절하는 카메라 각도 조절 모듈; 상기 카메라부가 설치된 카메라 각도 조절 모듈을 상하 방향 및 수평 방향으로 이동시키기 위한 카메라 이동 모듈; 상기 제 2 카메라에 의하여 촬영된 상기 계측 대상물의 제 2 카메라 영상으로부터 상기 계측 대상물의 3차원 포인터 정보를 추출하는 계측 서버 및 상기 카메라부, 상기 카메라 각도 조절 모듈, 상기 카메라 이동 모듈을 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 계측 서버는 상기 제 1 카메라가 촬영한 상기 계측 대상물의 제 1 카메라 영상으로부터 상기 제 2 카메라 촬영 조건을 추출하고, 상기 제 2 카메라 촬영 조건에 따라 상기 계측 대상물의 제 2 카메라 영상을 촬영하도록 상기 제 2 카메라를 제어하고, 상기 제 2 카메라 영상으로부터 상기 계측 대상물의 3차원 포인터 정보를 추출하는 것을 특징으로 하는 계측 시스템이 제공될 수 있다.
이 때, 상기 카메라 이동모듈은, 상기 카메라 각도 조절 모듈을 수직 이동 가능하게 하는 수직 이동 장치 및 상기 카메라 각도 조절 모듈을 수평 이동 가능하게 하는 수평 이동 장치를 포함할 수 있다.
한편, 상기 카메라부는 복수 개로 형성되며, 상기 복수 개의 카메라부는 상기 수직 이동 장치에 수직 방향으로 배열될 수 있다.
한편, 상기 제어부는 상기 복수 개의 카메라부에서 촬영된 영상이 설정된 중첩비율로 영상이 겹쳐지도록 상기 카메라 각도 조절 모듈을 제어할 수 있다.
이 때, 상기 계측 서버는 상기 제 1 카메라 영상을 이미지 처리하여 배경색과 상기 계측 대상물을 구별하여 상기 계측 대상물의 상부 및 하부의 에지 부분을 인식할 수 있다.
한편, 상기 계측 서버는 상기 제1 카메라의 촬영조건정보에 따라 상기 제2 카메라의 촬영 조건을 설정하는 정보인 관련정보를 미리 포함하고, 상기 제 1 카메라 영상을 이미지 처리하여 촬영조건정보를 추출하고, 상기 촬영조건정보, 상기 관련정보에 기초하여 상기 제2 카메라의 촬영 조건을 제어할 수 있다.
한편, 상기 계측서버는 상기 계측 서버에 기저장된 타겟 정보를 이용하여 상기 제 2 카메라 영상에 포함된 타겟을 인식하고, 인식된 타겟을 이용하여 상기 3차원 포인터 정보를 추출할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 계측 시스템이 계측 대상물을 계측하는 방법에 있어서, 계측 대상물을 제1 카메라로 촬영하여 획득한 제1 카메라 영상으로부터 제2 카메라의 촬영 조건을 추출하는 (a)단계; 상기 추출된 촬영 조건에 따라 상기 계측 대상물을 제2 카메라로 촬영하여 제2 카메라 영상을 획득하는 (b)단계; 및 상기 제2 카메라 영상으로부터 상기 계측 대상물의 3차원 포인터 정보를 추출하는 (c)단계를 포함하는 계측방법이 제공될 수 있다.
이 때, 상기 (b) 단계 이전에 상기 제1 카메라 영상에서 상기 계측 대상물의 에지(edge) 정보를 추출하는 단계; 및 상기 에지정보에 따라 상기 제1 카메라 영상이 상기 계측 대상물 전체를 포함하는지 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 제1 카메라 영상이 상기 계측 대상물 전체를 포함하지 않는 경우, 상기 (b) 단계 이후 상기 (c) 단계 이전에, 상기 제1 카메라 영상에 미추출된 상기 계측 대상물의 에지 정보가 추출될 때까지, 상기 제1 카메라 영상에서 추출되지 않은 상기 계측 대상물의 에지 방향으로 설정된 회전각도만큼 상기 제1 및 제2 카메라의 상하 각도를 이동하는 단계; 및 상기 (a)단계 및 (b)단계를 실시하는 단계를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 (a) 단계 이전에, 상기 제1 카메라 및 제2 카메라를 포함하는 복수개의 카메라부를 초기 촬영 위치로 이동하는 단계; 복수 카메라부의 상하방향 높이를 조절하는 단계 및 상기 제1 카메라에서 촬영되는 영상이 설정된 중첩비율로 중첩되도록 상기 복수의 카메라부의 상하각도를 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 계측 시스템 및 이를 이용한 계측방법은 고해상도 카메라 및 저해상도 카메라를 사용하여 정밀하게 3차원 포인터를 추출할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 계측 시스템 및 이를 이용한 계측방법을 사용하여 작업자가 보다 용이하고 안전하게 수많은 대형 블록의 계측 포인터를 짧은 시간에 계측할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 계측 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 제 1 카메라부 및 카메라 각도 조절 모듈의 개략적인 구성도이다.
도 3은 수직 이동 장치의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 계측 시스템을 사용하여 대형 블록을 촬영하는 사용 상태도이다.
도 5는 저해상도 카메라를 사용하여 대형 블록을 촬영한 촬영 예이다.
도 6은 고해상도 카메라를 사용하여 대형 블록을 촬영한 촬영 예이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 계측 시스템을 이용한 계측방법의 순서도이다.
도 2는 제 1 카메라부 및 카메라 각도 조절 모듈의 개략적인 구성도이다.
도 3은 수직 이동 장치의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 계측 시스템을 사용하여 대형 블록을 촬영하는 사용 상태도이다.
도 5는 저해상도 카메라를 사용하여 대형 블록을 촬영한 촬영 예이다.
도 6은 고해상도 카메라를 사용하여 대형 블록을 촬영한 촬영 예이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 계측 시스템을 이용한 계측방법의 순서도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 계측 시스템의 개략적인 구성도이다. 도 2는 제 1 카메라부 및 카메라 각도 조절 모듈의 개략적인 구성도이다. 도 3은 수직 이동 장치의 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 계측 시스템은 계측 대상물을 촬영하고 촬영된 계측 대상물의 영상으로부터 3차원 포인터 정보를 추출할 수 있다. 여기에서 계측 대상물은 본 발명의 일 실시예에 따른 계측 시스템에 의해서 촬영되는 대상물을 말한다. 이하, 본 명세서에서는 본 발명의 이해와 설명의 편의를 도모하기 위하여 계측 대상물이 대형 블록인 것으로 가정하여 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 계측 시스템은 카메라부(100), 카메라 각도 조절 모듈(200), 카메라 이동 모듈(800), 계측 서버(500) 및 제어부(600)로 구성될 수 있다. 이 때, 카메라 이동 모듈(800)은 수직 이동 장치(300) 및 수평 이동 장치(400)로 구성될 수 있다.
카메라부(100)는 대형 블록의 영상을 최적의 각도로 촬영한다. 이를 위해서 제 1 카메라(110) 및 제 2 카메라(120)가 한 세트로 구성될 수 있다. 그리고 카메라부(100)는 위에서 아래로 제 1 카메라부(101), 제 2 카메라부(102) 및 제 3 카메라부(103)의 복수의 세트로 구성될 수 있다. 이 때, 제 1 카메라부(101), 제 2 카메라부(102) 및 제 3 카메라부(103)는 각각 제 1 카메라(110) 및 제 2 카메라(120)가 한 세트로 구성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 계측 시스템은 제 1 카메라(110)로서 저해상도 카메라를 사용하고, 제 2 카메라(120)로서 고해상도 카메라를 사용할 수 있다.
이 때, 영상 촬영을 효과적이고 최적으로 촬영하기 위하여, 저해상도 카메라는 촬영영역, 촬영각도 및 조명정보 등과 같은 촬영조건정보를 추출하기 위해서 사용되고, 고해상도 카메라는 정밀계측을 위해서 사용된다.
한편, 실제 계측을 위한 고해상도 카메라는 20M 이상의 해상도를 가지는 카메라를 일 수 있고 촬영 조건 정보를 획득하기 위한 저해상도 카메라는 2M 이하의 해상도를 가지는 칼라 또는 흑백 카메라일 수 있다.
또한, 해상도를 제외하고는 같은 조건으로 촬영하기 위하여 촬영 거리에 따른 FOV를 같게 하기 위한 렌즈초점거리를 선정하여 장착할 수 있다. 예를 들어, 저해상도 카메라는 15 ~ 30 frame/sec Live View를 사용할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 저해상도 카메라와 고해상도 카메라를 세트로 구성하는 이유는 대형 블록(예를 들어, 15M 〉15M 〉7M)을 정밀하게 계측하기 위해서는 20M 이상의 해상도를 가지는 계측용 카메라가 필요하고, 이를 실시간으로 전송하고 처리하는 영상처리 시스템을 구성하기는 상당히 어렵고 비용이 많이 소요되기 때문이다.
이를 극복하기 위해서, 본 발명의 일 실시예에 따른 계측 시스템의 상기의 20M 이상의 계측용 카메라는 산업용 CCD 카메라가 아닌 시중에서 구할 수 있는 일반적인 상업용 DSLR 카메라일 수 있다. 이는 라이브 영상을 실시간으로 영상처리시스템에 전송할 수 없고 다만 촬영된 스틸 영상을 전송할 수 있다. 그래서 촬영을 위한 촬영 조건 정보를 획득하기 위하여 영상을 실시간으로 전송할 수 있는 산업용 CCD 카메라로 저해상도 카메라를 구성할 수 있다.
한편, 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 계측 시스템은 저해상도 카메라 및 고해상도 카메라로 구성된 카메라부(100)를 2세트 이상 복수 세트로 구성하고 이를 수직으로 이격되게 배치할 수 있다. 복수 세트로 구성된 카메라부(100)는 계측환경에 고정으로 설치되는 형태가 아니고 수직 이동 장치(300)에 의해서 수직으로 이동할 수 있다. 도 1을 참조하면, 카메라부(100)는 제 1 카메라부(101), 제 2 카메라부(102) 및 제 3 카메라부(103)로 구성될 수 있다.
계측정밀도를 신뢰성 있고 정확하게 산출하기 위해서는 계측 대상물의 부재를 다양한 각도에서 많은 영상을 촬영하여야 하나, 대형 블록과 같은 경우는 촬영 대상 부재가 상당히 크기 때문에 작업자가 다양한 위치로 이동하여 최적의 촬영 각도로 촬영을 하기가 불가능하다.
따라서, 한 번의 촬영으로 다양한 각도에서 많은 영상을 효율적으로 촬영하고, 3차원 계측 정보에 신뢰성을 확보하기 위해서 복수의 세트로 구성된 카메라부(100)를 일정한 간격을 두고 이격시킨다. 이와 같이, 최적의 좌우각도, 상하각도 및 수직높이로 각각 설정된 카메라부를 복수의 세트로 구성하여 많은 영상을 효과적이고 빠르고 최적의 각도로 촬영할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 계측 시스템은 저해상도 카메라의 저해상도 카메라 영상을 이미지 프로세싱하여 촬영영역의 촬영조건정보를 추출할 수 있다.
촬영조건정보에는 촬영영역, 촬영각도 및 조명정보등이 포함될 수 있다. 예를 들어, 전체적으로 고른 조명상태 인지, 어두운 조명상태인지, 부분적으로 밝은 조명(태양광 등)이 존재하는지 등의 상태를 이용하여 고해상도 카메라의 촬영조건을 설정할 수 있다. 여기서, 저해상도 카메라 촬영영상에서 추출된 촬영조건정보를 이용하여 고해상도 카메라의 촬영 조건을 설정하는 방법은 오프라인에서 수차례의 실험을 통하여 정리하고 이 관련정보를 계측 서버(500)에 미리 저장할 수 있다.
한편, 카메라부(100)는 수직높이, 좌우각도 및 상하각도로 이동할 수 있다. 여기에서 수직높이는 기준이 되는 수평선으로부터 측정된 카메라의 수직높이이다. 좌우각도는 카메라렌즈의 중심을 기준으로 좌에서 우 또는 우에서 좌로 측정한 각도이다. 상하각도는 카메라렌즈의 중심에서 수평선을 그었을 때 카메라렌즈의 중심을 기준으로 수평선으로부터 카메라의 상부방향으로 측정되는 각도를 말한다.
이하, 본 명세서에서, 카메라부(100)가 수직높이로 이동한다는 것은, 카메라부(100)가 상술한 수직높이로 이동한다는 의미이며, 좌우각도 및 상하각도로 이동한다는 것은 상술한 좌우각도 및 상하각도로 회전이동한다는 의미이다.
한편, 카메라 각도 조절 모듈(200)은 카메라부(100)를 구성하고 있는 저해상도 카메라 및 고해상도 카메라의 좌우방향 및 상하각도를 이동시킬 수 있다. 바람직하게는 카메라 각도 조절 모듈(200)은 전동팬/틸트장치일 수 있다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 전동팬/틸트장치에 저해상도 카메라 및 고해상도 카메라가 각각 설치가 되고, 전동팬/틸트 장치를 사용하여 저해상도 카메라 및 고해상도 카메라의 좌우각도 및 상하각도를 제어할 수 있다. 여기에서, 전동팬/틸트 장치는 당업자게에 공지된 구성이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
한편, 카메라 이동 모듈(800)은 카메라부(100)가 설치된 카메라 각도 조절 모듈(200)을 상하 방향 및 수평 방향으로 이동시킨다. 도 1에 도시된 바와 같이, 카메라 이동 모듈(800)은 수직 이동 장치(300) 및 수평 이동 장치(400)로 구성될 수 있다.
수직 이동 장치(300)는 카메라부(100) 및 카메라 각도 조절 모듈(200)을 수직으로 이동시킬 수 있다. 카메라부(100) 및 카메라 각도 조절 모듈(200)이 수직방향으로 길이가 변할 수 있는 수직 이동 장치(300) 상에 설치가 되고, 수직 이동 장치(300)에 의해서 대형 블록의 크기 및 다양한 촬영환경에 대응하여 자동으로 카메라부(100) 및 카메라 각도 조절 모듈(200)의 수직높이가 조절될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따르면, 수직 이동 장치(300) 및 카메라 각도 조절 모듈(200)을 사용하여 카메라부(100)의 수직높이와 카메라부(100)의 좌우각도 및 상하각도를 조절할 수 있어 3차원 포인터 정보를 추출하기 위한 최적의 영상을 촬영할 수 있다.
도 3을 참조하면, 일 실시예로서. 수직 이동 장치(300)는 가운데에 중공부가 형성된 수직바(302, 303)의 내부에 각각 공압실린더(304)가 설치될 수 있다. 수직바(301, 302)의 일측에 공압실린더(304)가 연결되고 공압실린더(304)에 의해서 수직으로 수직바(301, 302)가 이동할 수 있다.
한편, 수평 이동 장치(400)는 대형 블록 전체를 촬영하기 용이하게 하기 위하여 수직 이동 장치(300)를 이동시키기 위한 구성요소이다.
수평 이동 장치(400)는 후술하는 제어부(600)에 의해서 자동으로 제어됨으로써 이동될 수 있다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 수평 이동 장치(400) 일측 위에 수직 이동 장치(300)가 탑재되고, 탑재된 수직 이동 장치(300)에 카메라부(100) 및 카메라 각도 조절 모듈(200)이 위치될 수 있다.
이 때, 수평 이동 장치(400)는, 예를 들어, 배터리와 모터를 포함하는 전동장치일 수 있다. 배터리는 카메라부(100), 카메라 각도 조절 모듈(200) 및 수직 이동 장치(300)에 전원을 공급할 수 있다. 그리고 작업자가 카메라에 의해서 촬영된 영상을 확인하기 위한 디스플레이 장치가 수평 이동 장치(400) 내에 설치될 수도 있다.
한편, 계측 서버(500)는 카메라부(100)의 고해상도 카메라(120)에 의해서 촬영된 고해상도 카메라 영상을 입력받아 3차원 포인터 정보를 추출한다.
여기서, 고해상도 카메라(120)에서 촬영된 영상이 계측 서버(500)로 전송되기 위하여, 도 1에 예시된 카메라부(101,102 및 103)에 각각 통신모듈(미도시)가 구비되거나, 수직이동장치(300)를 통하여 유선상으로 수평이동장치(400)에 구비된 이동단말(미도시)에 연결되고, 이동단말(미도시)에서 계측서버(500)로 전송할 수 있다. 또한, 소정의 데이터를 유무선으로 전송하는 부분에 대해서는 다양한 공지기술이 적용될 수 있으므로, 상세한 설명은 생략한다.
촬영된 고해상도 카메라 영상에서 3차원 포인터를 추출하기 위해서 대형 블록의 촬영을 실시하기 전에 대형 블록에 타겟을 설치할 수 있다. 타겟은 3차원의 포인터를 형성하게 되고 영상처리시 계측 서버(500)가 이를 인식하게 된다. 예를 들어 타겟은 코디드 타겟(Coded Target)을 사용할 수 있다. 각각의 타겟 상에는 고유한 패턴이 형성될 수 있다. 타겟의 고유의 정보는 계측 서버(500)의 데이터베이스에 미리 저장될 수 있다.
계측 서버(500)는 전송된 고해상도 카메라 영상에서 패턴 인식 기법을 이용하여 타겟을 추출하고, 서브픽셀(Sub-Pixel) 기법을 사용하여 타겟의 중심좌표를 정확하게 추출할 수 있다. 그리고 인식된 타겟을 자동 레퍼런싱한다. 여기에서, 자동레퍼런싱(Auto referencing)이란 카메라 각각의 영상에서 인식된 타겟이 같은 포인터로 매칭되는 작업을 말한다. 즉 영상1에서 1번 포인터를 영상2에서 2번 포인터와 같은 타겟 포인터로 설정하는 것을 말한다.
상기의 레퍼런싱된 포인터 정보를 이용하여 역으로 영상을 촬영한 카메라의 위치와 자세 정보를 정밀하게 산출할 수 있고, 또한, 레퍼런싱된 각각 포인터의 3차원 포인터 정보를 추출할 수 있다. 이렇게 하여 3차원 공간상에 각 타겟 포인터가 구성되는데 이때에는 스케일 정보가 없어 좌표계 구성이 임의로 될 수 있다. 이 때, 스케일바를 통하여 스케일정보 및 좌표계 정보를 입력하게 된다. 두 점 간의 거리를 표시한 스케일바는 계측하기 위한 대형 블록의 다수의 위치에 부착될 수 있다. 그리고 계측 서버(500)가 영상을 처리할 때 고해상도 카메라 영상에 표시된 스케일바를 인식하게 된다.
또한, 계측 서버(500)는 저해상도 카메라로부터 전달된 저해상도 카메라 영상을 빠르게 영상처리를 하고, 실시간으로 촬영현장의 조명상태, 블록의 형상, 최소촬영거리에 따른 촬영영역(Field of View) 및 촬영영역(Field of View)에 따른 최적의 영상촬영위치와 카메라 각도 조절 모듈, 수직 이동 장치의 좌우각도, 상하각도, 수직높이 등을 추출하여 이를 제어부(600)에 전송할 수 있다.
한편, 계측 서버(500)는 대형 블록에 대하여 설계자가 작성한 설계데이터를 저장한 데이터베이스를 포함할 수 있다. 작업자는 본 발명의 일 실시예에 따른 계측 시스템이 촬영하는 영상과 데이터베이스에 저장되어 있는 설계데이터를 비교하여 촬영의 진행상황을 모니터링할 수 있다.
한편, 제어부(600)는 계측 서버(500)로부터 제어정보를 전달받아 카메라부(100), 카메라 각도 조절 모듈(200), 수직 이동 장치(300) 및 수평 이동 장치(400)를 제어할 수 있다. 여기에서, 제어정보는 좌우각도, 상하각도, 수직높이 및 최소촬영거리일 수 있다. 바람직하게는 제어부(600)는 계측 서버(500)에 포함되어 설치되거나 또는 계측 서버가 제어부의 역할을 포함할 수도 있다.
제어부(600)는 수직 이동 장치(300) 및 카메라 각도 조절 모듈(200)을 자동으로 제어하여 카메라부(100)를 최적의 좌우각도, 상하각도 및 수직높이로 이동시킬 수 있다. 또한, 제어부(600)는 최소 촬영 거리를 유지하며 수평 이동 장치(400)를 이동시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 계측 시스템은 카메라 각도 조절 모듈(200) 및 수직 이동 장치(300)를 이용하여 카메라부(100)의 좌우각도, 상하각도 및 수직높이를 자동으로 조절하여 대형 블록을 정밀하게 촬영할 수 있다.
이 때, 작업자는 디스플레이 장치에 나타나는 그래픽 유저 인터페이스를 통하여 촬영된 영상을 확인할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 계측 시스템은 계측 서버가 저해상도 카메라를 통하여 입력되는 저해상도 카메라 영상을 이미지 프로세싱 알고리즘을 이용하여 최적의 영상촬영위치를 자동으로 파악하여 이를 제어부에 전달하고, 제어부는 카메라 각도 조절 모듈(200) 및 수직 이동 장치(300)를 제어하여 카메라부(100)의 좌우각도, 상하각도 및 수직높이를 실시간으로 조절할 수 있다.
이런 과정을 거쳐서 본 발명의 일 실시예에 따른 계측 시스템은 용이하게 대형 블록의 영상을 촬영하고, 촬영된 영상을 이용하여 대형 블록의 수많은 계측 포인터를 짧은 시간에 정밀하게 계측할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 계측 시스템을 이용한 계측방법에 대하여 설명한다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 계측 시스템을 사용하여 대형 블록을 촬영하는 사용 상태도이다. 도 5는 저해상도 카메라를 사용하여 대형 블록을 촬영한 촬영 예이다. 도 6은 고해상도 카메라를 사용하여 대형 블록을 촬영한 촬영 예이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 계측 시스템을 이용한 계측방법의 순서도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 계측 시스템을 사용하여 3차원 포인터를 추출하기 위해서 초기 위치로 이동한 후에 일정한 거리씩 이동하여 대형 블록(700)을 촬영한다. 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 계측 시스템은 각각의 위치에서 저해상도 카메라 및 고해상도 카메라를 사용하여 대형 블록을 촬영하게 된다.
도 7을 참조하면, 먼저 본 발명의 일 실시예에 따른 계측 시스템은 수평 이동 장치를 초기 촬영위치로 이동한다(S110).
다음으로, 카메라의 수직 높이를 설정한다(S120). 제어부(600)에서 제어신호를 수직 이동 장치에 전달하면 수직 이동 장치가 수직으로 이동하여 카메라의 수직높이를 조절한다.
이후에, 설정된 중첩비율로 카메라의 상하각도를 조절한다(S130). 저해상도 카메라로 촬영되어 계측 서버로 전송된 저해상도 카메라 영상을 계측 서버가 처리하여 현재의 영상의 중첩비율을 구한 후에, 계측 서버가 설정된 영상 중첩 비율을 유지하기 위한 카메라 각각의 상하각도 이동량을 추출한다. 그리고 계측 서버가 제어부에 카메라 각각의 상하각도의 이동량을 전달하면 제어부가 카메라 각각의 상하각도를 설정하기 위한 제어신호를 생성한다. 생성된 제어신호는 카메라 각도 조절 모듈에 전달되고, 카메라 각도 조절 모듈이 카메라의 상하각도를 조절한다.
다음으로 블록상부 및 블록하부의 에지 부분을 인식한다(S140). 제 1 카메라부(101) 및 제 3 카메라부(103)의 저해상도 카메라로부터 전송된 저해상도 카메라 영상을 분석하여 블록상부 및 블록하부의 에지 부분의 위치를 추출할 수 있다. 이와 같이 블록상부 및 블록하부의 에지 부분을 추출하기 위해서, 각각의 카메라에 대하여 같은 상하각도 간격을 유지한 채, 제어부(600)가 각각의 카메라를 지지하고 있는 카메라 각도 조절 모듈(200)의 상하각도를 변경한다. 상하각도가 변경될 때마다 카메라의 각각의 저해상도 카메라로부터 전송되어 온 저해상도 카메라 영상을 계측 서버가 처리하여 블록상부 및 블록하부의 에지의 위치정보를 추출한다. 블록상부 및 블록하부의 에지의 위치정보를 추출할 때까지 이러한 과정은 반복될 수 있다.
이 때, 대형 블록의 블록상부 및 블록하부의 에지의 위치변화가 거의 없는 것으로 가정한다. 따라서 블록상부 및 블록하부의 에지의 위치변화가 심할 경우 블록상부 및 블록하부의 에지의 위치를 다시 조정하기 위해서 다음 촬영위치로 옮길 때마다 블록상부 및 블록하부의 에지 부분을 인식하는 과정을 다시 수행할 수도 있다.
다음으로 블록상부 및 블록하부의 에지 부분이 인식되면 카메라를 블록상부의 에지위치로 이동한다(S150). 블록상부 및 블록하부의 에지 부분이 인식되면 계측 서버가 제 1 카메라부(101)가 블록상부의 에지 부분을 포함하기 위한 상하각도와 현재의 제 1 카메라부(101)의 상하각도의 차이인 이동량 상하각도를 산출한다. 이동량 상하각도를 산출한 후에 각각의 카메라에 대하여 일정한 수직높이 및 상하각도 간격을 유지한 채 이동량 상하각도만큼 카메라 각도 조절 모듈을 이동시켜 블록상부 에지 위치에 제 1 카메라부(101)를 위치시킨다. 블록상부 에지 위치에 제 1 카메라부(101)를 위치시킨 후에 보다 정확하게 촬영하기 위해서 설정된 영상 중첩 비율에 따라 제 2 카메라부(102) 및 제 3 카메라부(103)를 다시 정렬할 수 있다.
다음으로 수직방향의 대형 블록 전체를 포함하는지 판단한다(S160). 계측 서버가 저해상도 카메라로부터 전송된 저해상도 카메라 영상을 처리하여 촬영된 영상이 수직방향의 대형 블록 전체를 포함하고 있는지 여부를 판단한다. 제 1 카메라부(101)의 저해상도 카메라 영상에 블록상부의 에지 부분이 촬영되어 있고 제 3 카메라부(103)의 저해상도 카메라 영상에 블록하부의 에지 부분이 촬영되어 있다면 카메라가 대형 블록 전체를 촬영영역으로 포함하고 있다고 할 수 있다.
여기에서 블록상부 및 블록하부의 에지 부분이란 배경색과 대형 블록이 구별되는 경계 또는 경계선을 말한다. 계측 서버는 저해상도 카메라 영상을 처리하여 이러한 에지 부분이 있는지를 판단함으로써 저해상도 카메라에 의해서 촬영된 영역이 계측하기 위한 수직방향의 대형 블록 전체를 포함하고 있는지 판단할 수 있다.
다음으로, 고해상도 카메라에 대한 촬영조건을 설정한다(S170). 저해상도 카메라에 의해서 촬영된 영역이 수직방향의 대형 블록 전체를 포함하고 있을 경우, 저해상도 카메라부터 전송된 저해상도 카메라 영상을 분석하여 고해상도 카메라 촬영조건을 추출하고 고해상도 카메라에 대한 촬영조건을 설정한다.
위에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 계측 시스템은 저해상도 카메라의 저해상도 카메라 영상을 이미지 프로세싱하여 촬영영역, 촬영각도 및 조명정보를 포함하는 촬영조건정보를 추출할 수 있다. 그리고, 상술한 바와 같이, 촬영조건정보를 참조하여 고해상도 카메라의 촬영조건을 설정할 수 있다. 고해상도 카메라의 촬영조건은 조명의 세기 및 셔터 스피드 외 다양한 촬영 조건 일 수 있다. 저해상도 카메라 영상을 처리하여 추출된 촬영조건정보에 따른 고해상도 카메라의 촬영조건은 다수의 실험을 통하여 계측 서버에 저장될 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 계측 시스템은 고해상도 카메라의 촬영조건을 구하기 위해서 저해상도 카메라로 저해상도 카메라 영상을 촬영한다. 그리고 저해상도 카메라 영상을 계측 서버(500)로 전송한다. 촬영된 저해상도 카메라 영상을 이미지로 변환하고, 변환된 이미지를 정규화하고 적절한 크기의 이미지로 분할한다. 분할된 각각의 이미지에서 밝기 정보를 산출한다. 분할된 각각의 이미지의 밝기 정보를 이용하여 조명상태를 종합분석하고, 종합분석 결과에 따른 고해상도 카메라의 촬영조건을 설정한다. 이 때, 조명상태에 따른 고해상도 카메라의 촬영조건은 계측 서버(500)에 미리 저장될 수 있다. 그리고 조명상태에 따른 고해상도 카메라의 촬영조건을 찾아 고해상도 카메라의 촬영조건을 설정할 수 있다.
다음으로, 고해상도 카메라 영상을 촬영한다(S180).
이후에, 다음 촬영 위치로 이동한다(S190). 고해상도 카메라 영상을 촬영한 다음에 수평 이동 장치(400)를 사용하여 다음 촬영 위치로 이동한다. 촬영을 위한 대형 블록의 크기에 따라 촬영위치는 다수 개로 분할될 수 있다. 각각의 촬영위치는 대형 블록의 설계데이터 등을 사용하여 대형 블록의 영상의 중첩비율을 고려하여 산출될 수 있다. 미리 산출된 촬영위치는 계측 서버(500)에 저장될 수 있다. 계측 서버(500)에 저장된 다음의 촬영위치로 제어부의 제어신호에 따라서 수평 이동 장치(400)가 이동한다.
다음으로, 마지막 촬영위치를 벗어났는지 판단한다(S200). 다음 촬영위치로 이동한 후에, 현재의 촬영위치가 마지막 촬영위치를 벗어난 위치인지를 판단한다.
마지막 촬영위치를 벗어났을 경우 다음으로, 3차원 포인터 정보를 추출한다(S210). 계측 서버(500)는 고해상도 카메라 영상을 이미지 처리하여 3차원 포인터 정보를 추출한다. 고해상도 카메라 영상에서 3차원 포인터를 추출하는 과정은 앞에서 설명하였으므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
한편, 저해상도 카메라에 의해서 촬영된 영역이 촬영하기 위한 수직방향의 대형 블록 전체를 포함하고 있지 않을 경우, 카메라가 대형 블록 전체를 한번에 촬영하지 못하므로 전체 카메라의 상하각도 간격을 일정하게 유지한 채 전체 카메라의 상하각도를 일정량씩 이동시켜 촬영을 실시한다. 카메라가 일정량씩 상하각도를 이동할 때마다 고해상도 카메라에 대한 촬영조건을 설정하여 고해상도 카메라 영상을 촬영한다.
좀 더 상세히 설명하면, 먼저 고해상도 카메라에 대한 촬영조건을 설정한다(S220). 계측 서버가 저해상도 카메라부터 전송된 저해상도 카메라 영상을 분석하여 고해상도 카메라 촬영조건을 추출하고 고해상도 카메라에 대한 촬영조건을 설정한다.
다음으로, 고해상도 카메라 영상을 촬영한다(S230).
다음으로 카메라의 상하각도를 일정량씩 이동한다(S240). 각각 카메라의 상하각도의 간격을 유지한 채 전체 카메라를 일정량의 상하각도씩 이동한다. 이 때, 이동하기 위한 일정량의 상하각도는 블록상부 및 블록하부의 에지 부분을 인식하면서 획득한 블록상부 및 블록하부의 에지 부분을 포함할 때의 카메라의 상하각도를 이용하여 구해질 수 있다. 즉 블록상부 및 블록하부의 에지 부분을 포함할 때의 카메라의 상하각도의 차이를 균분하여 얻을 수 있다.
다음으로, 블록하부의 에지를 포함하는지 판단한다(S250). 제 3 카메라부(103)의 저해상도 카메라로부터 전송되어온 저해상도 카메라 영상을 계측 서버가 분석하여 저해상도 카메라 영상에 블록하부의 에지가 포함되어 있는지 판단한다.
이 때, 저해상도 카메라 영상이 블록하부의 에지를 포함할 경우 고해상도 카메라에 대한 촬영조건을 설정하는 단계(S170)로 이동한다. 고해상도 카메라에 대한 촬영조건을 설정하는 단계(S170)로 이동한 후에는 앞서 상설하였다.
한편, 저해상도 카메라 영상이 블록하부의 에지를 포함하지 않을 경우 고해상도 카메라에 대한 촬영조건을 설정하는 단계(S220)로 이동한다. 고해상도 카메라에 대한 촬영조건을 설정하는 단계(S220)로 이동한 후에는 이후의 단계를 따라서 이동한다.
이상으로 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것이다.
100 : 카메라부 101 : 제 1 카메라부
102 : 제 2 카메라부 103 : 제 3 카메라부
110 : 제 1 카메라 120 : 제 2 카메라
200 : 카메라 각도 조절 모듈 300 : 수직 이동 장치
400 : 수평 이동 장치 500 : 계측 서버
600 : 제어부 700 : 대형 블록
800 : 카메라 이동 모듈
102 : 제 2 카메라부 103 : 제 3 카메라부
110 : 제 1 카메라 120 : 제 2 카메라
200 : 카메라 각도 조절 모듈 300 : 수직 이동 장치
400 : 수평 이동 장치 500 : 계측 서버
600 : 제어부 700 : 대형 블록
800 : 카메라 이동 모듈
Claims (11)
- 계측 대상물을 촬영하기 위한 제 1 카메라 및 제 2 카메라를 포함하는 카메라부;
상기 카메라부에 설치되어 상기 카메라부의 좌우각도 및 상하각도를 조절하는 카메라 각도 조절 모듈;
상기 카메라부가 설치된 카메라 각도 조절 모듈을 상하 방향 및 수평 방향으로 이동시키기 위한 카메라 이동 모듈;
상기 제 2 카메라에 의하여 촬영된 상기 계측 대상물의 제 2 카메라 영상으로부터 상기 계측 대상물의 3차원 포인터 정보를 추출하는 계측 서버 및
상기 카메라부, 상기 카메라 각도 조절 모듈, 상기 카메라 이동 모듈을 제어하는 제어부를 포함하되,
상기 계측 서버는
상기 제 1 카메라가 촬영한 상기 계측 대상물의 제 1 카메라 영상으로부터 상기 제 2 카메라 촬영 조건을 추출하고,
상기 제 2 카메라 촬영 조건에 따라 상기 계측 대상물의 제 2 카메라 영상을 촬영하도록 상기 제 2 카메라를 제어하고,
상기 제 2 카메라 영상으로부터 상기 계측 대상물의 3차원 포인터 정보를 추출하는 것을 특징으로 하는 계측 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 카메라 이동모듈은,
상기 카메라 각도 조절 모듈을 수직 이동 가능하게 하는 수직 이동 장치 및
상기 카메라 각도 조절 모듈을 수평 이동 가능하게 하는 수평 이동 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 계측 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 카메라부는 복수 개로 형성되며,
상기 복수 개의 카메라부는 상기 수직 이동 장치에 수직 방향으로 배열되는 것을 특징으로 하는 계측 시스템.
- 제 3항에 있어서,
상기 제어부는 상기 복수 개의 카메라부에서 촬영된 영상이 설정된 중첩비율로 영상이 겹쳐지도록 상기 카메라 각도 조절 모듈을 제어하는 것을 특징으로 하는 계측 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 계측 서버는 상기 제 1 카메라 영상을 이미지 처리하여 배경색과 상기 계측 대상물을 구별하여 상기 계측 대상물의 상부 및 하부의 에지 부분을 인식하는 것을 특징으로 하는 계측 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 계측 서버는
상기 제1 카메라의 촬영조건정보에 따라 상기 제2 카메라의 촬영 조건을 설정하는 정보인 관련정보를 미리 포함하고,
상기 제 1 카메라 영상을 이미지 처리하여 촬영조건정보를 추출하고,
상기 촬영조건정보, 상기 관련정보에 기초하여 상기 제2 카메라의 촬영 조건을 제어하는 것을 특징으로 하는 계측 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 계측서버는
상기 계측 서버에 기저장된 타겟 정보를 이용하여 상기 제 2 카메라 영상에 포함된 타겟을 인식하고, 인식된 타겟을 이용하여 상기 3차원 포인터 정보를 추출하는 것을 특징으로 하는 계측 시스템.
- 계측 시스템이 계측 대상물을 계측하는 방법에 있어서,
(a) 계측 대상물을 제1 카메라로 촬영하여 획득한 제1 카메라 영상으로부터 제2 카메라의 촬영 조건을 추출하는 단계;
(b) 상기 추출된 촬영 조건에 따라 상기 계측 대상물을 제2 카메라로 촬영하여 제2 카메라 영상을 획득하는 단계; 및
(c) 상기 제2 카메라 영상으로부터 상기 계측 대상물의 3차원 포인터 정보를 추출하는 단계를 포함하는 계측방법.
- 제 8항에 있어서,
상기 (b) 단계 이전에
상기 제1 카메라 영상에서 상기 계측 대상물의 에지(edge) 정보를 추출하는 단계; 및
상기 에지정보에 따라 상기 제1 카메라 영상이 상기 계측 대상물 전체를 포함하는지 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 계측방법.
- 제 9항에 있어서,
상기 제1 카메라 영상이 상기 계측 대상물 전체를 포함하지 않는 경우,
상기 (b) 단계 이후 상기 (c) 단계 이전에, 상기 제1 카메라 영상에 미추출된 상기 계측 대상물의 에지 정보가 추출될 때까지,
상기 제1 카메라 영상에서 추출되지 않은 상기 계측 대상물의 에지 방향으로 설정된 회전각도만큼 상기 제1 및 제2 카메라의 상하 각도를 이동하는 단계; 및
상기 (a)단계 및 (b)단계를 실시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 계측 방법.
- 제 8항에 있어서,
상기 (a) 단계 이전에,
상기 제1 카메라 및 제2 카메라를 포함하는 복수개의 카메라부를 초기 촬영 위치로 이동하는 단계;
복수 카메라부의 상하방향 높이를 조절하는 단계 및
상기 제1 카메라에서 촬영되는 영상이 설정된 중첩비율로 중첩되도록 상기 복수의 카메라부의 상하각도를 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 계측방법.
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