KR20180022070A - 3ｄ 스캐너 겸용 실물 화상기 - Google Patents

3ｄ 스캐너 겸용 실물 화상기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 물체가 놓여지는 실물 배치대; 상기 실물 배치대의 일측에 회동 가능하게 설치되는 회동 아암; 및 상기 회동 아암의 단부에 장착되는 3D 스캐너를 포함하고, 상기 3D 스캐너는, 상기 실물 배치대에 놓여진 물체의 이미지를 획득하는 듀얼 카메라 및 저장된 이미지를 외부로 투영하는 프로젝터를 포함하는 것을 특징으로 하여, 고가의 광학 줌 렌즈 및 별도의 조명을 사용하지 않고도, 3D 스캐너를 이용하여 2D 및 3D 실물 화상기를 구현할 수 있는 3D 스캐너 겸용 실물 화상기이다.

Description

3Ｄ 스캐너 겸용 실물 화상기{Visual presenter with 3D scanner}
본 발명은 물체를 촬상하여 얻은 영상 데이터를 영상기기로 전송하는 실물 화상기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 3D 스캐너를 이용하여 2D 및 3D 실물 화상기를 구현할 수 있는 3Ｄ 스캐너 겸용 실물 화상기에 관한 것이다.
일반적으로 실물 화상기는 촬상소자를 이용하여 필름이나 사진 등의 물체를 촬상한 다음 이를 영상 데이터 신호로 변환하여 모니터나 비디오기기 또는 컴퓨터 등의 영상기기로 전송하는 장치이다.
도 1은 종래의 2D 실물 화상기를 도시한 도면으로서, 종래의 실물 화상기는 물체가 놓여지는 실물 배치대(10), 실물 배치대(10) 상에 놓여진 물체를 비추기 위한 조명(20) 및 실물 배치대(10)에 놓여진 물체를 독취하여 디스플레이 장치로 제공하기 위한 카메라(30)를 포함한다.
그리고, 카메라(30)는 회동식 아암(40)에 의해 회동 가능하게 구성되고, 조명(20)은 실물 배치대(10)의 양측단에 각각 구비되며, 실물 배치대(10)에 놓여진 물체에 따라 회동식 아암(40)이 회동하여 카메라(30)가 조명(20)에 비춰진 물체를 촬영하게 된다.
여기서, 카메라(30)는 렌즈 초점 거리를 조정할 수 있는 광학 줌(zoom) 렌즈를 구비하여 아날로그 방식으로 물체를 촬영하게 된다.
그런데, 종래의 2D 실물 화상기의 카메라(30)에 구비된 광학 줌 렌즈는 상당히 고가의 부품이다. 또한, 종래의 실물 화상기는 물체를 비추기 위한 조명들(20)이 실물 배치대(10)에 별도로 구비되므로 실물 화상기의 구성이 조잡해지고 커진다는 단점이 있다.
한편, 종래의 3D 실물 화상기는 카메라가 획득한 영상을 디지털 줌(digital zoom) 처리할 수 있으므로 고가의 광학 줌 렌즈를 사용할 필요가 없지만, 여전히 별도의 조명들이 실물 배치대의 외측에 구비되어 있는 구조이다.
이와 같이 종래의 실물 화상기들은 아날로그 방식의 카메라를 이용한 2D 실물 화상기 및 디지털 카메라를 이용한 3D 실물 화상기가 각각 독자적으로만 구성되어 있으며, 실물 화상기의 종류에 따라 전술한 단점을 지니고 있었다.
선행기술문헌 1: 대한민국 등록특허공보 제10-1456550호
선행기술문헌 2: 대한민국 등록특허공보 제10-1324444호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로서, 고가의 광학 줌 렌즈 및 별도의 조명을 사용하지 않고도, 3D 스캐너를 이용하여 2D 및 3D 실물 화상기를 구현할 수 있는 3D 스캐너 겸용 실물 화상기에 관한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 물체가 놓여지는 실물 배치대; 상기 실물 배치대의 일측에 회동 가능하게 설치되는 회동 아암; 및 상기 회동 아암의 단부에 장착되는 3D 스캐너를 포함하고, 상기 3D 스캐너는, 상기 실물 배치대에 놓여진 물체의 이미지를 획득하는 듀얼 카메라 및 저장된 이미지를 외부로 투영하는 프로젝터를 포함하는 것을 특징으로 하다.
바람직하게는, 상기 3D 스캐너는, 상기 듀얼 카메라로부터 취득한 2장의 양안시 이미지에서 주변보다 화질이 높은 부분을 취사 선택하고 선택된 스테레오 이미지들을 합성하여 해상도를 높이는 초고해상도 기법 및 상기 듀얼 카메라의 픽셀을 확대 표시하는 디지털 줌 프로세스를 이용하여 물체에 대한 고해상도의 2D 또는 3D 이미지를 얻는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 듀얼 카메라의 촬영 시에, 상기 프로젝터의 광원은 상기 실물 배치대에 놓여진 물체를 비추는 조명 역할을 하는 것을 특징으로 하다.
바람직하게는, 2D/3D 전환 스위치를 구비한 사용자 인터페이스를 더 포함하는 것을 특징으로 하다.
여기서, 상기 3D 스캐너는 상기 회동 아암으로부터 분리 가능하게 구성되어 휴대용 스캐너로 사용 가능한 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 3D 스캐너 겸용 실물 화상기로부터 취득한 3D 이미지 데이터는 가상 또는 증강 현실 장치에 이용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 기존의 2D 실물 화상기에 적용된 고가의 광학 줌 렌즈를 사용하지 않고도, 이에 버금가는 고화질의 이미지를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 3D 스캐너 겸용 실물 화상기는, 종래의 실물 화상기에서 물체를 촬영할 때 필요했던 광원을 실물 배치대에 별도로 설치할 필요없이 프레젝터의 광원을 조명으로 사용 가능하다.
도 1은 종래의 2D 실물 화상기를 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 3D 스캐너 겸용 실물 화상기를 도시한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 3D 스캐너 겸용 실물 화상기의 제어 계통을 나타낸 블럭도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 3D 스캐너 겸용 실물 화상기의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 참고로, 아래에서 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 구성요소를 지칭하는 용어들은 각각의 구성요소들의 기능을 고려하여 명명된 것이므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 안 될 것이다.
도 2와 3을 참조하면, 본 발명에 따른 3D 스캐너 겸용 실물 화상기는 촬영 또는 스캔 대상 물체가 놓여지는 실물 배치대(100), 실물 배치대(100)의 일측에 회동 가능하게 설치되는 회동 아암(200) 및 회동 아암(200)의 단부에 장착되어 실물 배치대(100) 상의 물체를 촬영 또는 스캔하는 3D 스캐너(300)를 포함한다.
실물 배치대(100)는 판 형상 부재로서, 중앙에 회전 가능한 턴-테이블(110)을 구비한다. 물체는 이 턴-테이블(110)에 배치된 상태로, 턴-테이블(110)의 회전에 의해 360도 회전할 수 있다.
회동 아암(200)은 실물 배치대(100)의 한 모서리 부분에 설치되고, 모터 및 기어에 의해 회동 축을 중심으로 회동하면서, 3D 스캐너(300)가 턴-테이블(110) 상에 놓여진 물체 주변으로 이동할 수 있게 해준다.
3D 스캐너(300)는 회동 아암(200)의 회동에 의해 턴-테이블(110) 상에 놓여진 물체 주변에서 이동하면서 물체를 촬영 또는 스캔하여, 물체의 이미지 정보를 취득한다.
여기서, 3D 스캐너(300)는 실물 배치대(100)의 턴-테이블(110) 상에 놓여진 물체의 이미지를 획득하기 위한 듀얼 카메라(310)를 포함한다. 이 듀얼 카메라(310)는 3D 스캐너(300)의 본체에서 턴-테이블(110)을 향하여 배치되고, 한 위치에서 물체에 대한 서로 다른 2장의 이미지 정보를 획득한다.
또한, 3D 스캐너(300)를 통해 얻어진 이미지 정보들은 제어부(400)를 통해 이미지 처리부(500)에 전달되고, 이미지 처리부(500)는 듀얼 카메라(310)로부터 획득한 이미지 정보를 처리하여 물체에 대한 2D 이미지를 얻을 수 있다. 또한, 이미지 처리부(500)는 턴-테이블(110)의 회전 및 회동 아암(200)의 회동 작동과 함께 듀얼 카메라(310)로 여러 위치에서 물체를 촬영하여 얻은 이미지 정보들을 처리하여 물체의 3D 이미지 데이터를 얻을 수 있다.
바람직하게는, 이미지 처리부(500)는 듀얼 카메라(310)로부터 취득한 물체에 대한 이미지들을 초고해상도 기법(super-resolution algorithm)을 이용하여 이미지의 해상도를 높이는 프로세스를 수행할 수 있다.
여기서, 초고해상도 기법에는 결상계(結像系)에서 공간 주파수 영역을 몇 개로 분할하여 각각 결상을 하고, 상면(像面)에서 그 성분을 간섭에 의해 합성하는 방법, 또는 물체를 격자로 변조시켜 결상을 하고, 상면에서 복조하는 방법 등이 있다. 또한, 상의 강도 분포가 기록된 후에도 물체의 존재 범위가 유한하고 점상(點像) 분포 함수를 알고 있으면 해석적으로 초고해상을 실현할 수 있다.
예를 들면, 초고해상도 기법은 듀얼 카메라(310)로부터 취득한 2장의 양안시 이미지에서 잘 촬영된 부분(예를 들면, 주변보다 화질이 우수한 부분)을 취사선택하고, 취득된 스테레오 이미지들을 합성하여 화질을 높이고 휘어진 표면을 반듯하게 펼쳐진 형태로 스캔할 수 있도록 한다.
또한, 이미지 처리부(500)는 듀얼 카메라(310)로부터 취득한 물체에 대한 이미지들을 디지털 줌(digital zoom) 처리하는 프로세스를 수행할 수 있다.
여기서, 디지털 줌 프로세스는 촬영한 화상 데이터의 일부 화면을 디지털 처리 방식으로 확대 표시하여 줌 효과를 얻는 것으로서, 렌즈 등의 하드웨어를 변경하지 않고 소프트웨어적으로 간단하게 줌 효과를 얻을 수 있다.
예를 들면, 듀얼 카메라의 픽셀을 확대하여 기존 광학 줌 렌즈의 효과를 얻을 수 있다. 이때 카메라의 픽셀 확대는 취득한 이미지의 화질 저하를 동반하지만, 전술한 초고해상도 기법을 이용하여 디지털 줌 프로세스에 따른 화질 저하를 방지할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 3D 스캐너 겸용 실물 화상기는 초고해상도 기법 및 디지털 줌 프로세스를 이용하여 듀얼 카메라(310)로부터 취득한 이미지들의 해상도를 초고해상도로 높일 수 있다. 따라서, 기존의 2D 실물 화상기에 적용된 고가의 광학 줌 렌즈를 사용하지 않고도, 이에 버금가는 고화질의 이미지를 얻을 수 있다.
또한, 3D 스캐너(300)는 듀얼 카메라(310)로부터 획득한 이미지 또는 미리 저장된 이미지를 외부로 투영하는 프로젝터(320)를 포함한다. 이 프로젝터(320)는 저장된 이미지를 외부로 투영하는 역할을 하고, 이미지 투영을 위해 광원을 구비한다.
여기서, 프로젝터(320)의 광원은 3D 스캐너(300)의 듀얼 카메라(310)가 물체를 촬영 또는 스캔할 때 실물 배치대(100)에 놓여진 물체에 빛을 조사하여 물체를 비추는 조명 역할을 한다.
따라서, 종래의 실물 화상기에서, 물체를 촬영할 때 필요했던 광원을 실물 배치대에 별도로 설치하지 않고도, 물체에 빛을 비출 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 3D 스캐너 겸용 실물 화상기는 전원, 2D/3D 전환 스위치 등의 조작 버튼(610)을 구비한 사용자 인터페이스(600)를 포함한다. 이 전환 스위치 등의 조작 버튼(610)은 실물 배치대(100)의 일측에 조작 가능하게 설치된다.
2D/3D 전환 스위치의 조작에 의해, 3D 스캐너(300)의 듀얼 카메라(310), 회동 아암(200) 및 턴-테이블(110)의 작동이 제어부(400)에 설정된 프로세스에 따라 실행되고, 이미지 처리부(500)는 3D 스캐너(300)의 듀얼 카메라(310)로부터 취득한 이미지 정보를 처리하여 물체에 대한 2D 또는 3D 이미지를 만든다.
예를 들면, 3D 모드 작동 시에, 제어부(400)는 DLP 방식의 디지털 프로젝터를 이용하여 복원하고자 하는 물체의 표면 전체에 대하여 구조광을 투사하도록 프로젝터(320)를 제어하고, 이후 이미지 처리부(500)는 듀얼 카메라(310)로부터 취득한 이미지를 스테레오 정합 과정을 통해 3차원 형상으로 복원할 수 있다.
바람직하게는, 3D 스캐너(300)는 회동 아암(200)으로부터 분리 가능하게 구성된다. 예를 들면, 3D 스캐너(300)는 텅 앤 그루브(tongue and groove) 방식으로 또는 나사 체결 방식으로 회동 아암(200)의 단부에 착탈 가능하게 구성될 수 있다. 그리고, 회동 아암(200)으로부터 분리된 3D 스캐너(300)는 휴대용 스캐너로서 독립적으로 사용 가능하다.
한편, 본 발명에 따른 3D 스캐너 겸용 실물 화상기로부터 취득한 이미지 데이터는 가상 현실 장치(virtual reality device) 또는 증강 현실 장치(augmented reality device)에 이용될 수 있다.
예를 들면, 이미지 처리부(500)는 3D 스캐너(300)의 듀얼 카메라(310)로부터 취득한 양안시 이미지로부터 배경을 제외한 대상 물체에 대한 데이터만을 입체 영상으로 처리하고, 처리된 입체 영상 데이터를 가상 현실 장치 또는 증강 현실 장치에 전송하여 가상 현실 장치 또는 증강 현실 장치에 디스플레이할 수 있다.
여기서, 이미지 처리부(500)는 스캔 결과로 얻은 물체의 3차원 데이터에 컬러 데이터를 올바른 위치에 정합하여, 물체의 입체 영상에 본래 물체의 색을 입히는 작업을 수행할 수 있다. 그리고, 색상이 입혀진 물체에 대한 컬러 데이터는 가상 현실 장치 또는 증강 현실 장치에 디스플레이될 수 있다. 이때, 3D 스캐너(300)는 쉐이프 프럼 모션(shape from motion) 방법으로 3차원 형상 및 색상을 취득할 수 있다.
이상에서 설명된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 보여준 것에 불과하며, 본 발명의 보호 범위는 이하 특허청구범위에 의하여 해석되어야 마땅할 것이다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것인 바, 본 발명과 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (6)

  1. 물체가 놓여지는 실물 배치대;
    상기 실물 배치대의 일측에 회동 가능하게 설치되는 회동 아암; 및
    상기 회동 아암의 단부에 장착되는 3D 스캐너를 포함하고,
    상기 3D 스캐너는, 상기 실물 배치대에 놓여진 물체의 이미지를 획득하는 듀얼 카메라 및 저장된 이미지를 외부로 투영하는 프로젝터를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 스캐너 겸용 실물 화상기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 3D 스캐너는, 상기 듀얼 카메라로부터 취득한 2장의 양안시 이미지에서 주변보다 화질이 높은 부분을 취사 선택하고 선택된 스테레오 이미지들을 합성하여 해상도를 높이는 초고해상도 기법 및 상기 듀얼 카메라의 픽셀을 확대 표시하는 디지털 줌 프로세스를 이용하여 물체에 대한 고해상도의 2D 또는 3D 이미지를 얻는 것을 특징으로 하는 3D 스캐너 겸용 실물 화상기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 듀얼 카메라의 촬영 시에, 상기 프로젝터의 광원은 상기 실물 배치대에 놓여진 물체를 비추는 조명 역할을 하는 것을 특징으로 하는 3D 스캐너 겸용 실물 화상기.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    2D/3D 전환 스위치를 구비한 사용자 인터페이스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 스캐너 겸용 실물 화상기.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 3D 스캐너는 상기 회동 아암으로부터 분리 가능하게 구성되어 휴대용 스캐너로 사용 가능한 것을 특징으로 하는 3D 스캐너 겸용 실물 화상기.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 3D 스캐너 겸용 실물 화상기로부터 취득한 3D 이미지 데이터를 이용한 가상 또는 증강 현실 장치.
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KR102646612B1 (ko) 2022-12-19 2024-03-13 주식회사 리퓨터 식물용 3차원 스캔 자동화 장치

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