KR20160020690A - 2차원 이미지 변환을 통한 3차원 프린팅 파일 생성 장치 및 방법 - Google Patents

2차원 이미지 변환을 통한 3차원 프린팅 파일 생성 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 2차원 이미지 변환을 통한 3차원 프린팅 파일 생성 방법에 관한 것으로, 대상체가 포함된 정면, 후면 및 좌/우 측면을 포함하는 각 네 방향의 2차원 이미지를 입력받는 단계; 입력된 상기 각 방향의 2차원 이미지를 전처리하여 노이즈가 제거된 대상체를 추출하는 단계; 추출된 상기 대상체의 각 방향별 크기가 일치하도록 보정하고, 측면 이미지의 각 세로축 좌표별로 색상이 부여된 픽셀 갯수를 깊이 정보로 추출하는 단계; 상기 깊이 정보를 기반으로 각 방향별 대상체를 렌더링(rendering)하여 3차원 입체 이미지를 생성하는 단계; 및 삼각망(triangle mesh) 생성 및 절개(slice) 작업을 통해 상기 3차원 입체 이미지의 형상 정보가 포함된 3차원 프린트용 파일을 생성하는 단계를 포함한다.

Description

2차원 이미지 변환을 통한 3차원 프린팅 파일 생성 장치 및 방법{Apparatus and method for generating 3D printing file using 2D image converting}
본 발명은 사진 촬영된 2차원 이미지를 변환하여 3차원 프린팅 파일을 생성하는 것으로, 특히 정밀도 향상을 위해 실물 정보인 대상 물체의 측면 이미지를 이용하여 깊이 정보를 생성하는 2차원 이미지 변환을 통한 3차원 프린팅 파일 생성 장치 및 방법에 관한 것이다.
현재 3차원 입체 영상(stereoscopic image)에 대한 관심이 높아지면서 입체영상을 생성하기 위한 다양한 방법들이 개발되고 있으며, 입체 영상을 생성하는 방법 중에는 2차원 영상을 3차원 입체 영상으로 변환하는 방법이 있다.
상기 2차원 영상을 3차원 입체 영상으로 변환하는 경우, 이미 만들어진 영상을 활용할 수 있기에, 별도의 입체 영상을 위한 전문적인 촬영장비를 이용하지 않고도 3차원 입체 영상을 얻을 수 있다는 장점이 있으나 정밀도가 떨어지는 문제점이 발생한다.
예를 들면, 2차원 영상을 3차원 입체 영상으로 변환시키기 위해서는, 2차원 영상의 각 픽셀 좌표에 깊이(depth) 정보를 부여하고 이에 기초하여 좌측 영상과 우측 영상을 생성함으로써 2차원 평면 영상을 3차원 입체 영상으로 변환하고 있다.
상기 깊이 정보를 생성하는 방법으로는 자동 생성 방법과, 사용자가 직접 2차원 객체의 깊이 정보를 입력하는 수동 생성 방법이 있다.
상기 자동 생성 방법의 경우 2차원 영상의 픽셀 값들을 이용하여 깊이 정보를 추정하는 예측 알고리즘을 사용함으로써 고품질의 3차원 입체 영상을 생성하는 데에는 기술적 한계가 있으며, 상기 수동 생성 방법의 경우에는 사용자가 직접 픽셀 좌표를 선택하고 수치적인 깊이 정보를 일일이 입력해야 하므로 많은 시간이 소요되며 작업자의 숙련도에 따라 작업 시간이나 결과물의 품질이 크게 달라질 수 있다는 문제점이 있다.
또한, 3차원 모델 구현 방식인 전통적인 캐드 툴(CAD tool)을 이용하는 방법은 제작 비용이 비싸고 전문가가 아니라면 일반적으로 통용되기 어려운 문제점이 발생한다.
본 발명은 사진 촬영된 2차원 이미지로 자동 3차원 모델링을 수행하여 3차원 프린트용 파일을 생성하고, 특히 실물 기반의 측면 이미지를 이용하여 깊이 정보를 생성함으로써 정밀도가 향상된 2차원 이미지 변환을 통한 3차원 프린팅 파일 생성 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 2차원 이미지 변환을 통한 3차원 프린팅 파일 생성 방법은, 대상체가 포함된 정면, 후면 및 좌/우 측면을 포함하는 각 네 방향의 2차원 이미지를 입력받는 단계; 입력된 상기 각 방향의 2차원 이미지를 전처리하여 노이즈가 제거된 대상체를 추출하는 단계; 추출된 상기 대상체의 각 방향별 크기가 일치하도록 보정하고, 측면 이미지의 각 세로축 좌표별로 색상이 부여된 픽셀 갯수를 깊이 정보로 추출하는 단계; 상기 깊이 정보를 기반으로 각 방향별 대상체를 렌더링(rendering)하여 3차원 입체 이미지를 생성하는 단계; 및 삼각망(triangle mesh) 생성 및 절개(slice) 작업을 통해 상기 3차원 입체 이미지의 형상 정보가 포함된 3차원 프린트용 파일을 생성하는 단계를 포함한다.
실시 예에 따라, 상기 전처리 과정은 입력된 각 방향의 2차원 이미지에서 비트맵 변환, 배경색 제거 및 휘도 변환 작업을 수행하여 경계가 명확한 대상체를 추출한다.
실시 예에 따라, 상기 보정은 각 방향별 대상체의 촬영거리 오차를 보정하여 크기를 일치시키고, 촬영각도 오차를 보정하여 정면과 측면 이미지의 각도가 직각을 이루도록 보정한다.
실시 예에 따라, 상기 렌더링은 정면 및 좌/우 측면 이미지의 세로축 좌표를 일치시키고, 깊이 정보를 정면 및 후면 이미지 거리로 맵핑하여 3차원 입체 영상을 생성한다.
본 발명의 실시 예에 따른 2차원 이미지 변환을 통한 3차원 프린팅 파일 생성 장치는, 대상체가 포함된 정면, 후면 및 좌/우 측면을 포함하는 네가지 방향의 2차원 이미지를 입력받는 2차원 이미지 입력부; 입력된 상기 각 방향의 2차원 이미지를 전처리하여 노이즈가 제거된 대상체를 추출하는 3차원 영상 전처리부; 추출된 상기 대상체의 각 방향별 크기가 일치하도록 보정하는 3차원 이미지 보정부; 상기 각 방향 중 측면 이미지의 세로축 좌표별로 색상이 부여된 픽셀 갯수를 깊이 정보로 추출하여 3차원 입체 이미지를 생성하는 3차원 객체 모델링부; 및 삼각망(triangle mesh) 생성 및 절개(slice) 작업을 통해 상기 3차원 입체 이미지의 형상 정보가 포함된 3차원 프린트용 파일을 생성하는 3차원 프린팅 파일 생성부를 포함한다.
실시 예에 따라, 상기 3차원 영상 전처리부는 입력된 각 방향의 2차원 이미지에서 비트맵 변환, 배경색 제거 및 휘도 변환 작업을 수행한다.
실시 예에 따라, 상기 3차원 이미지 보정부는 촬영거리 오차를 보정하여 크기를 일치시키고, 촬영각도 오차를 보정하여 정면과 측면 이미지의 각도가 직각을 이루도록 보정한다.
본 발명은, 사진 촬영된 2차원 이미지를 이용한 자동 3차원 모델링 생성 방식을 제공함으로써, 캐드 등의 3차원 모델링 프로그램을 사용하기 위한 전문적인 지식이 없는 이용자도 사진 촬영만으로 원하는 대상 물체를 3차원 모델링하고 이를 이용하여 3차원 프린트용 파일을 생성할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은, 사진 촬영된 대상 물체의 2차원 이미지를 기반으로 3차원 모델링을 생성하고 이를 3차원 프린팅을 위한 파일 형식으로 변환되는 과정을 한번에 수행되도록 함으로써, 추가적인 작업 없이도 이용자가 프린팅하기 원하는 대상체의 3차원 프린팅 파일을 손쉽게 생성할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은, 사진 촬영된 실물 기반의 측면 이미지를 이용하여 깊이 정보를 생성함으로써 3차원 모델링시 정밀도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 2차원 이미지 변환을 통한 3차원 프린팅 파일 생성 장치를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 다른 2차원 이미지 변환을 통한 3차원 프린팅 파일 생성 방법을 나타내는 흐름도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 이미지 변환을 위한 전처리 방법을 나타내는 흐름도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 이미지 변환을 위한 보정 방법을 나타내는 흐름도.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 객체 모델링 방법을 나타내는 흐름도.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 정면/후면, 좌/우 측면으로 대상 물체가 포함된 2차원 이미지를 입력받는 예를 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 배경색 제거를 설명하기 위한 도면.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 휘도 변환을 설명하기 위한 도면.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 거리 오차 보정을 설명하기 위한 도면.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 각도 오차 보정을 설명하기 위한 도면.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 깊이 정보 생성을 설명하기 위한 도면.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 입체 영상의 편집 기능을 설명하기 위한 도면.
도 13는 본 발명의 실시 예에 따른 삼각망 생성을 설명하기 위한 도면.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 나타낸다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 2차원 이미지 변환을 통한 3차원 프린팅 파일 생성 장치를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 복수의 2차원 이미지를 입력받는 2차원 이미지 입력부(110), 3차원 이미지 변환을 위해 상기 입력된 2차원 이미지를 전처리하여 대상 물체를 추출하는 3차원 이미지 전처리부(120), 상기 추출된 대상 물체의 크기 및 각도를 보정하는 3차원 이미지 보정부(130), 상기 대상 물체의 각 픽셀 좌표에 깊이 정보를 부여하여 대상 물체를 3차원 입체 이미지로 모델링하는 3차원 객체 모델링부(140), 상기 3차원 입체 이미지로 모델링된 대상 물체의 형상을 표현한 데이터 정보가 포함된 3차원 프린트용 STL(STereoLithography) 파일을 생성하는 3차원 프린팅 파일 생성부(150), 상기 3차원 입체 이미지로 모델링된 대상 물체를 표시하는 디스플레이부(160), 상기 디스플레이부에 표시된 대상 물체의 회전, 이동, 크기조절 명령을 입력받는 사용자 입력부(170) 및 입력된 2차원 이미지를 3차원 입체 이미지로 변환하여 STL 파일을 생성하도록 전술한 각 구성 요소에 대한 전반적인 동작을 제어하는 영상처리 제어부(180)를 포함하여 구성된다.
2차원 이미지 입력부(110)는 3차원 이미지로 변환하고자 하는 대상 물체가 포함된 2차원 이미지를 입력 받는다.
여기서, 도시하지는 않았지만 대상 물체의 사진을 촬영하는 촬영부를 더 포함할 수 있으며, 촬영된 이미지가 상기 2차원 이미지 입력부(110)로 직접 입력될 수 있다. 또한, 상기 2차원 이미지는 스마트폰 등의 휴대 기기에서 촬영된 영상이 될 수 있다.
예를 들면, 상기 2차원 이미지 입력부(110)는 대상 물체의 정면, 좌/우 측면, 후면 방향을 포함하는 각 네 방향의 2차원 이미지를 입력받는다.
여기서, 상기 좌/우 측면 이미지는 각각 왼쪽 및 오른쪽의 2차원 이미지를 지칭하며, 설명의 편의를 위해 이하에서는 측면으로 기재하여 설명한다.
3차원 이미지 전처리부(120)는 입력된 상기 2차원 이미지를 3차원 이미지로 변환하기 위해 비트맵 작업, 휘도 변환 작업, 배경색 제거 작업을 포함하는 전처리 과정을 처리한다.
예를 들면, 상기 2차원 이미지를 비트맵(Bit Map)으로 변환하여 대상 물체의 픽셀별 좌표 정보 및 RGB 색상 정보를 획득한다.
여기서, 상기 비트맵 변환전에 대상 물체의 경계선(edge)를 명확히 검출하기 위해 벡터라이징(Vectorizing) 과정을 수행할 수 있다.
또한, 배경색 제거 작업을 통해 상기 2차원 이미지의 배경에서 소정 좌표의 RGB 값을 계산하고, 상기 RGB 값을 기준으로 소정 범위에 해당하는 색상은 모두 화이트 색상(white color)으로 변환한 후 다시 상기 화이트 색상을 투명하게 변환하여 배경을 제거하고, 휘도 변환 작업을 통해 배경 제거된 대상 물체의 색상을 회색(Gray color)으로 변환한다.
이와 같은, 전처리 과정을 수행하여 2차원 이미지의 불필요한 노이즈를 제거할 수 있으며, 상기 노이즈 제거를 통해 경계가 명확해진 대상 물체를 추출한다.
3차원 이미지 보정부(130)는 정면, 측면 및 후면을 포함하는 각 방향의 이미지에서 추출된 상기 대상 물체의 크기 및 각도를 보정한다.
예를 들면, 촬영거리 오차로 인해 발생되는 상기 각 방향에서 촬영된 대상 물체의 크기가 동일하도록 보정하며, 상기 정면, 측면에서 촬영된 대상 물체가 서로 직각(90도)을 이루도록 보정한다.
이와 같은, 대상 물체의 크기 및 각도 보정을 통해, 상기 각 방향의 대상 물체의 경계선(edge)이 서로 일치되도록 함으로써, 각 방향별 대상 물체의 픽셀 좌표가 서로 대응되도록 한다. 즉, 정면의 픽셀 좌표와 후면의 픽셀 좌표가 대응되고, 좌/우측 픽셀 좌표도 서로 대응된다.
3차원 객체 모델링부(140)는 상기 2차원 이미지인 대상 물체에 깊이(depth) 정보를 맵핑하여 3차원 입체 영상을 생성한다.
상기 깊이 정보는 측면 이미지의 각 세로축 좌표별로 색상 정보가 부여된 픽셀의 갯수가 될 수 있다.
즉, 정면, 후면간 서로 대응되어 마주보는 픽셀별 좌표의 거리는 상기 깊이 정보가 될 수 있으며, 정면, 후면 및 측면의 대상 물체를 조합하여 렌더링(rendering)함으로써 3차원 입체 이미지를 생성할 수 있다.
또한, 3차원 객체 모델링부(140)는 생성된 3차원 입체 이미지를 회전, 이동, 크기조절(확대/축소)되도록 처리한다. 상기 깊이 정보를 맵핑하여 3차원 입체 영상을 생성하는 방식은 이하에서 도 2를 참조하여 상세히 설명한다.
3차원 프린트용 파일 생성부(150)는 생성된 상기 3차원 입체 이미지를 삼각망(Triangle Mesh) 생성 및 3차원 절개(slice) 작업을 거쳐 3차원 프린트용 STL(STereoLithography) 파일을 생성한다.
예를 들면, 3차원 입체 이미지로 모델링된 대상 물체의 내부를 삼각형을 사용하여 미세한 단위 요소로 조각내어 삼각망을 생성한다. 상기 삼각망 생성은 공지된 다양한 방식으로 생성할 수 있기에 여기서 상세한 설명은 생략한다.
또한, 상기 삼각망 생성된 입체 이미지를 3차원 절개(Slice) 작업을 통해 3차원 프린터의 각 축에 정확한 명령을 전달할 수 있는 디지털 정보를 생성한다.
구체적으로, 상기 생성된 디지털 정보는 3차원 입체 이미지로 모델링된 대상 물체의 형상을 표현한 데이터 정보이며, 상기 디지털 정보는 3차원 프린팅을 위한 STL 파일 포맷으로 생성되어 메모리(미도시)에 저장된다.
여기서, 상기 생성된 STL 파일이 3차원 프린터에 입력되면 대상 물체를 제작하게 되고, 후 가공을 거쳐 3D 프린팅된 대상 물체의 조형물을 얻게 된다.
디스플레이부(160)는 상기 3차원 객체 모델링부(140)에서 생성된 3차원 입체 이미지를 사용자가 확인할 수 있도록 표시한다.
사용자는 사용자 입력부(170)를 통해 3차원 입체 이미지의 회전, 이동, 크기조절 등의 명령을 입력할 수 있으며, 그 입력된 명령에 해당하는 동작이 디스플레이부(160)에 표시된다.
영상 처리 제어부(180)는 입력된 2차원 이미지를 3차원 입체 이미지로 변환하여 STL 파일을 생성하도록 전술한 각 구성 요소에 대한 동작을 제어한다.
이와 같이, 본 발명은 사진 촬영된 2차원 이미지를 이용한 자동 3차원 모델링 생성 방식을 제공함으로써, 캐드 등의 3차원 모델링 프로그램을 사용하기 위한 전문적인 지식이 없는 이용자도 사진 촬영만으로 원하는 대상체를 편리하게 3차원 모델링하고 3차원 프린팅용 파일을 생성할 수 있다.
도 2 내지 5는 본 발명의 실시 예에 따른 2차원 이미지 변환을 통한 3차원 프린팅 파일 생성 방법을 나타내는 플로우 차트이며, 도 6 내지 13은 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 모델링 및 3차원 프린팅 파일 생성을 설명하기 위한 상세 도면이다.
도 2 내지 5를 참조하면, 3차원 이미지로 변환하고자 하는 대상 물체가 포함된 2차원 이미지를 입력 받는다(S100).
예를 들면, 도 6과 같이 대상 물체의 정면(X-Y축)(610), 좌측면(Y-Z축)(620), 우측면(Y-Z축)(630), 후면(X-Z축)(640) 방향을 포함하는 네 방향의 2차원 이미지를 입력받는다.
이후, 입력된 상기 2차원 이미지를 3차원 이미지로 변환하기 위한 전처리 작업을 수행한다(S200).
도 3을 참조하여 전처리 작업을 설명하면, 먼저 상기 2차원 이미지를 비트맵(Bit Map) 변환하여 대상 물체의 픽셀별 좌표를 지정하고 각 좌표에 따른 RGB 색상 정보를 획득한다(S210).
여기서, 상기 대상 물체의 경계선(edge)를 명확히 검출하기 위해 벡터라이징(Vectorizing) 과정을 우선 수행한 후 비트맵 변환 과정을 수행할 수 있다.
이후, 상기 2차원 이미지의 배경색을 제거하여 대상 물체만을 추출한다(S220).
예를 들면, 도 7과 같이 2차원 이미지 배경의 4개 소정 좌표에서 RGB 색상 값을 평균하여 평균값을 계산하고, 상기 평균값을 기준으로 소정 범위에 해당하는 배경 색상을 모두 화이트 색상으로 변환한 후, 다시 화이트 색상을 투명하게 변환하여 배경을 제거한다.
또한, 대상 물체의 색상과 배경 색상이 유사한 경우에는 경계선을 기준으로 배경색을 제거할 수 있다.
이후, 휘도(luminance) 변환 과정을 통해 대상 물체의 색상을 회색(gray)으로 변환한다(S230).
예를 들면, 도 8a 내지 8d와 같이 각 네 방향에서 추출된 대상 물체를 휘도 변환하며, 각 좌표별 색상 정보는 이후 색상 복원을 위해 메모리(미도시)에 저장된다.
이와 같이, 상기 전처리 과정을 통해 대상 물체 이외의 불필요한 노이즈를 제거함으로써 경계가 명확해진 대상 물체를 추출할 수 있다.
이후, 상기 전처리 과정을 통해 추출된 대상 물체 이미지를 3차원 이미지로 변환하기 위해 보정 작업을 수행한다(S300).
도 4를 참조하여 보정 작업을 설명하면, 먼저 촬영거리 오차를 보정하여, 상기 추출된 각 네 방향의 대상 물체가 동일한 크기를 갖도록 한다(S310).
예를 들면, 상기 각 네 방향으로 촬영된 대상 물체는 촬영거리 오차로 인해 그 크기에 차이가 발생하며, 상기 촬영거리 오차를 보정함으로써 촬영된 각 네 방향의 대상 물체 크기가 동일하도록 보정한다.
도 9를 참조하면, 먼저 대상 물체의 크기를 실측할 수 있는 도 9b와 같은 실측 템플릿에 각 네 방향의 이미지를 투영하여 치수를 실측화 한다.
상기 실측 템플릿에 투영된 정면측 대상 물체의 높이(h1)와 왼쪽 측면 대상 물체(h2)의 높이는 촬영거리 오차로 인해 차이가 발생하게 되며, 이를 보정하는 보정값(R)을 이용하여 높이를 일치시킨다.
예를 들면, 기준 정면 높이(h1) = 보정값(R) × 측면 높이(h2) 공식을 이용하여 보정값(R) = 정면 높이(h1) / 측면 높이(h2) 을 계산한다.
상기 측면 높이를 보정하기 위해 보정 측면 높이(h2') = 보정값(R) × 측면 높이(h2)를 계산하여 높이를 보정한다.
이와 같은 방법으로 각 네 방향의 대상 물체 높이를 일치시킬 수 있으며, 특히 대상 물체를 실측할 수 있는 템플릿을 이용하여 크기를 치수로 실측하고 계산함으로써 정밀도를 향상시킬 수 있다.
이후, 정면 및 측면에서 촬영된 대상 물체가 서로 직각(90도)을 이루도록 각도 오차를 보정한다(S320).
본 발명은 3차원 입체 영상을 형상하기 위한 깊이 정보를 획득하기 위해 촬영된 정면 및 측면측의 대상 물체는 90도를 이루어야 하며 이를 위해 촬영각도 오차를 보정하는 과정을 수행한다.
구체적으로, 도 10을 참조하면, 촬영 각도 오차(L1)은 L2 = L1×cosα로 계산할 수 있으며, 여기서 L1은 각도가 틀어진 대상물체의 길이로서, 예를 들면 도 10b와 같이의 각도가 틀어져서 노출되는 발 뒷면의 길이(L1)가 될 수 있다.
이와 같은, 대상 물체의 크기 및 각도 보정을 통해 각 방향별 대상 물체의 크기를 동일하게 일치시킴으로써, 상기 각 방향별 대상 물체의 경계선(edge)이 서로 일치되도록 한다.
이후, 전처리 및 보정 작업이 수행된 대상 물체를 3차원 객체로 모델링 한다(S400).
구체적으로, 3차원 객체 모델링을 위해 상기 대상 물체의 픽셀 좌표별로 깊이 정보를 부여하여 3차원 입체 영상을 생성한다.
예를 들면, 도 11a의 정면측 대상 물체 이미지의 가로(△X), 세로(△Y) 픽셀 좌표를 획득하고 상기 세로(△Y) 픽셀 좌표는 도 11b의 측면측 대상 물체의 세로(△Y) 픽셀 좌표와 일치하고, 각 세로(△Y) 픽셀 좌표에 깊이 정보(△Z)를 맵핑한다.
자세히, 상기 도 11b의 깊이 정보(△Z)는 측면(Y-Z축) 이미지에서 각 세로(Y)축 좌표별로 색상이 부여된 픽셀 갯수가 될 수 있다.
예를 들면, 도 11b에서 바닥을 딛고 있는 발 부위부터 머리방향으로 세로(Y)축의 좌표가 1씩 증가하고, 상기 세로(Y)축의 좌표가 1일 때의 색상이 부여된 픽셀 수, 세로(Y)축의 좌표가 2일 때의 색상이 부여된 픽셀 수를 깊이 정보(△Z)로 추출한다.
여기서, 상기 대상 물체 이미지는 각 방향별로 전처리 및 보정작업을 거쳐 그 크기가 동일하고 정면과 측면 이미지는 90도를 이루고 있어, 각 방향별 대상 물체의 픽셀 좌표는 서로 대응되어 일치하게 된다.
이를 이용하여 정면, 후면간 서로 대응되어 마주보는 거리는 상기 깊이 정보(△Z)가 될 수 있으며, 정면, 후면, 측면의 대상 물체 이미지를 조합하여 렌더링(rendering)함으로써 3차원 입체 이미지를 생성할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 사진 촬영된 실물 기반의 측면 이미지를 이용하여 깊이 정보를 부여함으로써 3차원 모델링시 정밀도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
여기서, 상기 생성된 3차원 입체 영상은 도 12와 같이 회전, 이동, 크기 조절을 통해 수정 보완이 가능하도록 편집 기능을 제공할 수 있으며, 이는 공지된 다양한 기술을 통해 구현 가능하기에 상세한 설명은 생략한다. 또한, 상기 생성된 3차원 입체 영상은 원래의 색상으로 복원 가능하다.
다시, 3차원 객체 모델링을 위해 도 5를 참고하여 설명하면, 상기 생성된 3차원 입체 영상에 대해 예를 들면 도 13과 같이 삼각망(Triangle Mesh)을 생성한다(S410).
이후, 3차원 절개(slice) 작업을 통해 상기 삼각망 데이터를 얇은 두께를 갖는 X-Y 평면과 평행한 수평층의 단면 데이터를 생성한다(S420).
이후, 삼각망(Triangle Mesh) 생성 및 3차원 절개(slice) 작업을 거쳐 3차원 프린트용 STL(STereoLithography) 파일을 생성한다(S500).
예를 들면, 3차원 입체 이미지로 모델링된 대상 물체의 내부를 삼각형을 사용하여 미세한 단위 요소로 조각내어 삼각망을 생성한다. 상기 삼각망 생성은 공지된 다양한 방식으로 생성할 수 있기에 여기서 상세한 설명은 생략한다.
또한, 상기 삼각망 생성된 입체 이미지를 3차원 절개(Slice) 작업을 통해 3차원 프린터의 각 축에 정확한 명령을 전달할 수 있는 디지털 정보를 생성한다.
구체적으로, 상기 생성된 디지털 정보는 3차원 입체 이미지로 모델링된 대상 물체의 형상을 표현한 데이터 정보이며, 상기 디지털 정보는 3차원 프린팅을 위한 STL 파일 포맷으로 생성되어 메모리(미도시)에 저장된다.
여기서, 상기 생성된 STL 파일이 3차원 프린터로 입력되면, 3차원 프린터는 STL 파일을 분석하여 액체나 분말 등의 재료를 이용하여 최하위층부터 순차적으로 층을 쌓아올리면서 연속적인 층을 생성하고 융합하여 대상 물체를 3차원 조형물로 프린팅하게 된다.
이와 같이, 본 발명은 사진 촬영된 2차원 이미지를 이용한 자동 3차원 모델링 생성 방식을 제공함으로써, 캐드(CAD)등의 3차원 모델링 프로그램을 사용하기 위한 전문적인 지식이 없는 이용자도 사진 촬영만으로 원하는 대상체를 편리하게 3차원 모델링 하고 3차원 프린팅을 위한 파일을 생성할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 사진 촬영된 대상 물체의 2차원 이미지를 기반으로 3차원 모델링을 생성하고 이를 3차원 프린팅을 위한 파일 형식으로 변환되는 과정을 한번에 수행되도록 함으로써, 추가적인 작업 없이도 이용자가 프린팅하기 원하는 대상체의 3차원 프린팅 파일을 손쉽게 생성할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 대상 물체의 측면 이미지를 이용한 실물 정보를 기반으로 깊이 정보를 생성함으로써 3차원 객체 모델링시에 정밀도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
110 : 2차원 이미지 영상부
120 : 3차원 이미지 전처리부
130 : 3차원 이미지 보정부
140 : 3차원 객체 모델링부
150 : 3차원 프린트용 파일 생성부
160 : 디스플레이부
170 : 사용자 입력부
180 : 영상 처리 제어부

Claims (7)

  1. 대상체가 포함된 정면, 후면 및 좌/우 측면을 포함하는 각 네 방향의 2차원 이미지를 입력받는 단계;
    입력된 상기 각 방향별 2차원 이미지를 전처리하여 노이즈가 제거된 대상체를 추출하는 단계;
    추출된 상기 대상체의 각 방향별 크기가 일치하도록 보정하고, 측면 이미지의 각 세로축 좌표별로 색상이 부여된 픽셀 갯수를 깊이 정보로 추출하는 단계;
    상기 깊이 정보를 기반으로 각 방향별 대상체를 렌더링(rendering)하여 3차원 입체 이미지를 생성하는 단계; 및
    삼각망(triangle mesh) 생성 및 절개(slice) 작업을 통해 상기 3차원 입체 이미지의 형상 정보가 포함된 3차원 프린트용 파일을 생성하는 단계를 포함하는 2차원 이미지 변환을 통한 3차원 프린팅 파일 생성 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전처리 과정은 입력된 각 방향의 2차원 이미지에서 비트맵 변환, 배경색 제거 및 휘도 변환 작업을 수행하여 경계가 명확한 대상체를 추출하는 2차원 이미지 변환을 통한 3차원 프린팅 파일 생성 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 보정은 각 방향별 대상체의 촬영거리 오차를 보정하여 크기를 일치시키고, 촬영각도 오차를 보정하여 정면과 측면 이미지의 각도가 직각을 이루도록 보정하는 2차원 이미지 변환을 통한 3차원 프린팅 파일 생성 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 렌더링은 정면 및 좌/우 측면 이미지의 세로축 좌표를 일치시키고, 깊이 정보를 정면 및 후면 이미지간 거리로 맵핑하여 3차원 입체 영상을 생성하는 2차원 이미지 변환을 통한 3차원 프린팅 파일 생성 방법.
  5. 대상체가 포함된 정면, 후면 및 좌/우 측면을 포함하는 각 네 방향의 2차원 이미지를 입력받는 2차원 이미지 입력부;
    입력된 상기 각 방향별 2차원 이미지를 전처리하여 노이즈가 제거된 대상체를 추출하는 3차원 영상 전처리부;
    추출된 상기 대상체의 각 방향별 크기가 일치하도록 보정하는 3차원 이미지 보정부;
    상기 각 방향 중 측면 이미지의 세로축 좌표별로 색상이 부여된 픽셀 갯수를 깊이 정보로 추출하여 3차원 입체 이미지를 생성하는 3차원 객체 모델링부; 및
    삼각망(triangl mesh) 생성 및 절개(slice) 작업을 통해 상기 3차원 입체 이미지의 형상 정보가 포함된 3차원 프린트용 파일을 생성하는 3차원 프린팅 파일 생성부를 포함하는 2차원 이미지 변환을 통한 3차원 프린팅 파일 생성 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 3차원 영상 전처리부는 입력된 각 방향의 2차원 이미지에서 비트맵 변환, 배경색 제거 및 휘도 변환 작업을 수행하는 2차원 이미지 변환을 통한 3차원 프린팅 파일 생성 장치.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 3차원 이미지 보정부는 촬영거리 오차를 보정하여 크기를 일치시키고, 촬영각도 오차를 보정하여 정면과 측면 이미지의 각도가 직각을 이루도록 보정하는 2차원 이미지 변환을 통한 3차원 프린팅 파일 생성 장치.
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