KR20160046745A - 3차원 왜곡의 측정 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반사체(1)상 반사에 의해 형성되는 대상(5)의 이미지 왜곡을 측정하기 위한 방법에 관한 것이다. 용이하고 비용 효율적으로 왜곡을 측정하기 위해, 반사체(1) 표면(2)의 3차원 형상이 먼저 측정되고, 인식된 표면의 3차원 형상을 기초로 대상(5)의 이미지의 왜곡이 다양한 조망 방향에서 계산되고, 이를 바탕으로 3차원 왜곡이 측정된다. 이에 상응하는 장치 또한 개시된다.

Description

3차원 왜곡의 측정 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING A THREE-DIMENSIONAL DISTORTION}

본 발명은 반사체상 반사에 의해 형성되는 대상의 이미지 왜곡을 측정하기 위한 방법 및 그러한 장치에 관한 것이다.

대상이 반사 표면이 제공되는 물체에 비추어질 때, 치수 변화, 축소, 확대 또는 곡률 변화와 같은 왜곡이, 특히 물체의 표면상 불규칙함으로 인해 야기된다. 왜곡은 대상의 이미지가 대상의 실제 형상과 다른 형상이 되도록 한다.

거울로 마감된 건물 표면 또는 자동차의 창유리와 같은 반사체를 고려하여 볼 때, 상기 물체의 반사 표면상에 가능한 적은 왜곡과 함께 외부 세상이 비추어지는 것이 종종 요구된다. 대상을 비춤에 있어 왜곡은 종종 반사체 자체에 대한 심미적 문제를 일으키기도 한다. 자동차의 경우, 예를 들어, 가능한 일정한 윤곽이 인식되도록 보장되어야 한다. 반사에서 큰 왜곡은 관찰자가 자동차에 대해 받아들일 수 없는 인식을 갖게 한다.

따라서, 본 발명의 목적은 반사체상 반사에 의해 형성되는 대상의 이미지상 왜곡을 평가하기 위한 단순하고 비용 효율적이고 신속한 방법을 제공하고, 상기 방법을 수행하기 위한 단순하고 비용 효율적인 장치를 만드는 것이다.

상기한 목적은, 반사체 표면의 3차원 형상이 먼저 측정되고, 인지된 상기 표면의 3차원 형상을 기초로 다양한 가시선으로부터 대상 물체의 이미지의 왜곡이 계산되고, 이를 바탕으로 3차원 왜곡이 결정되는 방법에 의해 해결된다.

상기 언급한 발명은 반사상 시각적 왜곡이 곡률에 의해, 특히 곡률의 변화에 의해 야기된다는 결과를 기초로 한다. 특히 짧은 거리상 곡률의 큰 변화는, 예를 들어 관찰자에 대한 반사체의 이동으로 시각이 변할 때, 반사체의 가현운동(apparent movement)을 야기한다. 반사체의 표면상 곡률 또는 곡률의 변화는 해당 지점에서의 굴절률의 변화로 기술될 수도 있다.

본 발명에 따르면, 반사체의 표면의 3차원 형상이 먼저 측정된다. 상기 표면의 3차원 형상은 모든 그러한 지점에서의 표면의 곡률에 관한 정보를 포함한다. 반사체의 표면상 특정 지점에서의 곡률은 해당 지점에서의 구체적인 굴절률에 상응한다.

바람직한 실시형태에서, 반사체 표면의 3차원 형상, 즉, 각 지점에서의 표면의 곡률은 카메라를 이용한 굴절측정법에 의해 측정된다. 굴절측정이 참조 표식(reference marks)의 필요없이 물체의 3차원 형상을 확인하기 위해 사용된다. 그러한 목적달성을 위해, 큰 표면을 가진 큰 반사체의 경우 바람직한 접근은 복수의 카메라를 이용하여 반사체를 먼저 부분별로 측정하는 것이다. 이러한 측정된 값을 기초로 하는 지형도가 표면의 전체 3차원 형상을 컴퓨터로 구성하는데 사용될 수 있다. 대안으로, 반사체의 표면의 3차원 형상은 참조 마크를 사용하는 방법에 의해, 순수 기계적, 촉각 측정에 의하여, 또는 삼각 측량을 통한 확산성 반사 표면의 측정에 의하여 측정될 수 있다.

상기 기술한 바와 같이, 해당 지점에서의 굴절력은 반사체의 곡률을 기초로 컴퓨터로 측정될 수 있고, 특정 가시선 및 표면상 특정 지점에 대해 유효하다. 이러한 맥락에서, 관찰자가 다른 각도에서 반사체를 볼 때, 곡률을 기초로 계산될 수 있는 굴절력이 변한다는 것이 인지된다. 따라서 인식된 물체의 3차원 지형도를 기초로 시야각 변경에 의해 야기되는 왜곡에 관한 효과를 측정하는 것이 가능하다. 그러므로, 계산에 있어, 가상 카메라가 모든 바람직한 조망 방향에 배치된다고 가정된다. 대상 물체의 반사된 이미지가 그러한 가상 카메라의 관점에서 측정된다. 다른 시야각으로 야기되는 대상 이미지의 왜곡은 또한 총칭하여 3차원 왜곡으로 지칭된다.

본 발명에 따른 방법은 단지 한 번의 반사체의 측정 후에 3차원 왜곡이 측정될 수 있다는 장점이 있다. 반사체의 3차원 지형도를 측정하는 것만 필요하기 때문에, 본 발명에 따른 방법은 3차원 왜곡에 관하여 반사체를 검토하는데 필요한 시간을 최소화한다. 본 발명에 따른 방법 덕분에, 다른 시야각에서 실제 카메라를 이용하여 3차원 왜곡을 측정하는 측정 장치를 더 이상 재설정할 필요가 없고, 따라서 반사체를 검토하는데 필요한 시간 또한 최소화된다.

본 발명에 따른 방법의 또 다른 장점은 이미지화되는 어떠한 유형의 대상에 대해서도 사용될 수 있다는 것이다. 대상은 예를 들어 직사각형 격자 모양이거나 어떠한 유형의 2 또는 3차원 물체일 수 있다.

나아가, 왜곡은 반사체의 표면에 대하여 어떤 시야각에 대해서도 분석될 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 방법은 매우 유연하고 특정 고객에 의해 명시되는 다양한 시야각 요건에 신속하게 조정될 수 있다.

본 발명에 따른 방법은 바람직하게는 자동화된 반사체의 품질 검사에서 사용된다. 상기 기술한 바와 같이, 이러한 목적을 달성하기 위해, 표면의 3차원 형상이 측정되고, 이를 바탕으로, 3차원 왜곡이 반사체에 관한, 예를 들어 시야각 또는 물체의 형상이나 위치에 관한 특정 고객의 요구를 기초로 자동으로 측정된다. 왜곡 데이타는 왜곡에 관한 고객의 요건과 비교된다. 명시된 왜곡 데이타와 표면의 3차원 형상을 기초로 수득된 왜곡 데이타의 비교에 따라, 반사체가 특정 고객의 품질 요건에 부합하는지 결정된다. 고객의 품질 요건에 부합하지 않으면, 예를 들어 에러가 시각적 또는 청각적으로 표시되는 방식으로 보고되거나 해당 물체가 생산 과정에서 제외된다.

본 발명에 따른 방법에 있어, 3차원 왜곡을 계산함에 있어 변할 수 있기 때문에, 반사체가 100% 반사율을 가질 필요는 없다. 반사체의 반사율은 예를 들어 100%와 같이 어떤 값으로든 설정될 수 있다. 이 경우, 반사율은 입사광 세기에 대한 반사광 세기의 비율을 가리킨다. 본 발명에 따른 방법은 비반사체에 대해 100%의 반사율을 배정하고 3차원 왜곡을 조사하는 것 또한 가능하게 한다.

더 나아가 상기 언급한 과제는, 예를 들어 적합한 측정 장치에 의해 반사체 표면의 3차원 형상을 먼저 측정하고, 상기 인식된 표면의 3차원 형상을 기초로 컴퓨팅 유닛을 이용하여 다양한 조망 방향에서 대상의 이미지의 왜곡을 계산하고, 이를 바탕으로 3차원 왜곡을 결정하도록 형성된 장치에 의해 해결된다.

본 발명에 따른 장치는 특히 다양한 조망 방향에서 대상의 이미지의 왜곡을 계산하도록 형성되고, 이러한 목적을 달성하기 위해, 컴퓨팅 유닛이 모든 바람직한 조망 방향에 가상 카메라를 배치하고 표면의 3차원 형상에 관한 데이타를 기초로 가상 카메라의 관점에서 대상의 반사된 이미지를 측정한다.

본 발명에 따른 장치의 측정 유닛은 바람직하게는 굴절측정법에 의해, 카메라를 이용하여 반사체의 표면의 형상을 측정한다.

더 나아가 본 발명에 따른 장치의 컴퓨팅 유닛은, 표면상 모든 지점에 관하여, 특정 지점에서 반사체의 표면에 수직으로 상응하는 조망 방향에서, 대상 이미지의 왜곡을 측정하도록 구성된다.

추가적으로, 반사체의 표면의 반사율은 컴퓨팅 유닛에 의해 변할 수 있다.

본 발명에 따른 장치는 상기 언급한 방법과 동일한 장점이 있고 상기 언급한 방법의 단계를 수행하도록 구성된다.

측정된 결과는, 예를 들어 품질 검사에서, 기준 형상, 치수 변화, 곡률, 곡률 변화, 반사될 때 대상의 확대 또는 축소에 의거, 예를 들어 자동차의 창유리 또는 건물 표면 판유리 같은 반사체(또는 비반사체)를 검토하는데 사용될 수 있다. 이러한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 방법 및 장치에 의해 다양한 제한 값(limit values)이 검토될 수 있고, 제한 값은 이러한 유형의 반사체를 생산하기 위해 고객으로부터의 다양한 요구 목록에 명시된다.

바람직한 실시형태에서, 반사체의 표면상 각 지점에 관하여, 특정 지점(표면상 조망선의 충돌 지점)에서 법선(surface normal)에 상응하는 조망 방향에서 대상 이미지의 왜곡이 측정된다. 반사체의 형상으로 한정될 수밖에 없는 최소한의 시각적 효과를 측정하는 것이 가능하기 때문에, 특히 반사체인 공산품에 관하여 이러한 유형의 방법은 장점이 있다.

본 발명의 다른 이점들, 특징들 및 가능한 적용예들은 아래의 도면 및 실시예들을 참조하여 설명될 것이다. 모든 설명된 및/또는 도식적으로 표현된 특징들은 청구항의 문언 또는 이들의 참조와 별개로 그 자체로 또는 어떠한 조합에 의하든 본 발명의 대상의 일부에 해당한다.

도 1은 3차원 왜곡을 측정하기 위한 본 발명에 따른 장치의 제1 서브시스템의 측면도,
도 2는 3차원 왜곡을 측정하기 위한 본 발명에 따른 장치의 제2 서브시스템을 나타낸다.

도 1은 자동차의 창문용 유리창(1) 형태인 반사체를 나타내고, 유리창은 실제 카메라(3)에 의해 관찰되는 반사 표면(2)을 가진다. 특히, 카메라(3)는 유리창(1)의 표면(2)상 반사를 통해 형성되는 대상의 이미지를 관찰하고, 대상은, 예를 들어 직사각형 격자 또는 정사각형 격자(5)와 같이 격자의 형태이다. 또한 다른 유형의 대상이 굴절측정에 사용될 수 있다. 큰 유리창(1)의 경우, 유리창(1) 표면의 다른 부분을 감지하는 복수의 카메라를 사용하는 것도 가능하다.

유리창(1)의 표면(2)의 3차원 형상은 카메라(3)에 의해 포착된 물체의 이미지를 기초로 본 발명에 따른 장치의 측정 장치를 사용하는 굴절측정법에 의해 측정된다. 복수의 카메라가 사용되는 경우, 다양한 측정이 유리창(1)의 표면(2)의 3차원 형상을 구성하기 위해 사용된다.

격자(5)의 3차원 왜곡을 측정하기 위해, 본 발명에 따른 장치는, 수득된 표면(2)의 3차원 형상, 표면(2)상 모든 지점에서의 곡률 및 다양한 조망 방향에서의 굴절력을 기초로 하여, 도 2에 도식된 바와 같이, 적절하게 디자인된 컴퓨팅 유닛으로 다양한 조망 방향에서 격자(5)의 왜곡을 계산한다. 이러한 목적을 달성하기 위해, 컴퓨팅 유닛은 가상 카메라(7)가 특정 조망 방향에서 반사체(1)를 본다고 가정한다. 이를 바탕으로, (가상) 격자(5)의 이미지 및 왜곡은 격자(5)가 반사체(1)의 표면(2)상 반사되는 동안, 예를 들어 광선 추적(ray tracing)에 의해 계산된다. 이를 기초로, 컴퓨팅 유닛은 시각이 변할 때 왜곡 효과, 즉 3차원 왜곡을 용이하게 측정할 수 있다. 격자(5)는 또한 3차원 왜곡을 계산하기 위한 가상 격자로 제공되기도 한다.

품질 검사에 있어, 컴퓨팅 유닛은 수득된 유리창의 3차원 왜곡을 고객의 요건과 비교할 수 있고, 수득된 유리창(1)의 왜곡이 요건에 부합하는지에 대해 결정을 내릴 수 있다. 부합하지 않으면, 유리창(1)은 생산 과정에서 제외된다.

Claims (10)

1. 반사체(1) 상의 반사에 의해 형성되는 대상(5)의 이미지 왜곡을 측정하는 방법에 있어서, 반사체(1) 표면(2)의 3차원 형상이 먼저 측정되고, 인식된 표면(2)의 3차원 형상을 기초로 대상(5)의 이미지 왜곡이 다양한 조망 방향에서 계산되고, 이를 바탕으로 3차원 왜곡이 측정되는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서,
   다양한 조망 방향에서 대상(5)의 이미지 왜곡을 계산하기 위해, 가상 카메라(7)가 모든 바람직한 조망 방향에 배치되고 대상(5)의 반사된 이미지가 상기 가상 카메라(7)의 관점에서 측정된다고 가정되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 반사체의 표면(2)의 형상이 카메라(3)를 이용한 굴절측정법에 의해 측정되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 대상(5)의 이미지의 왜곡이, 표면(2) 상의 모든 지점에 대해, 특정 지점에서 반사체(1)의 표면(2)에 수직에 대응하는 조망 방향에서 측정되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 반사체의 표면의 반사율이 변하는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 반사체(1) 상의 반사에 의해 형성되는 대상(5)의 이미지의 3차원 왜곡을 카메라(3)에 의해 측정하는 장치에 있어서, 반사체(1) 표면(2)의 3차원 형상을 먼저 측정하고, 인식된 표면(2)의 3차원 형상을 기초로 대상(5)의 이미지의 왜곡을 다양한 조망 방향에서 계산하고, 이를 바탕으로 3차원 왜곡을 측정하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
7. 제6항에 있어서,
   다양한 조망 방향에서 대상의 이미지의 왜곡을 계산하고, 가상 카메라(7)를 모든 바람직한 조망 방향에 배치하고, 상기 가상 카메라(7)의 관점에서 대상(5)의 반사된 이미지를 측정하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
   상기 카메라(3)를 이용한 굴절측정법에 의해 반사체의 표면(2)의 형상을 측정하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 표면(2) 상의 모든 지점에 대해, 특정 지점에서의 반사체(1)의 표면(2)의 수직에 대응하는 조망 방향에서 대상(5)의 이미지 왜곡을 측정하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
10. 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반사체의 표면의 반사율이 변할 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.

Images