KR20200005932A - 구조광 기반 3차원 카메라 시스템 - Google Patents

구조광 기반 3차원 카메라 시스템 Download PDF

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KR20200005932A
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김대식
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임현규
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현대중공업지주 주식회사
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Abstract

본 발명은 유지보수 편의성을 향상시킴과 함께 로봇 등의 이동장치로의 장착을 가능하게 함과 함께 필요에 따라 카메라모듈의 각도 변경 및 렌즈 교체가 가능한 구조광 기반 3차원 카메라 시스템에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 구조광 기반 3차원 카메라 시스템은 프로젝터모듈이 장착되는 공간을 제공하는 프로젝터모듈 거치프레임; 카메라모듈이 거치되는 카메라모듈 거치프레임; 프로젝터모듈 거치프레임의 양측부에 구비되며, 일단이 카메라모듈 거치프레임과 연결되는 외팔보 프레임; 상기 카메라모듈 거치프레임의 일측에 구비되며, 카메라모듈 거치프레임과 직각을 이루는 카메라모듈 고정판; 카메라모듈 고정판의 하부에 구비되며, 평면 방향으로 회전이 가능한 카메라모듈 회전플레이트; 상기 프로젝터모듈 거치프레임 내에 장착되며, 패턴 비디오신호에 따라 물체에 패턴을 투사하는 프로젝터모듈; 및 카메라모듈 회전플레이트의 일측에 고정되며, 프로젝터모듈이 투사하는 패턴을 포함한 물체 이미지를 촬영하는 카메라모듈;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

구조광 기반 3차원 카메라 시스템{3D image obtaining system based on structured light}
본 발명은 구조광 기반 3차원 카메라 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유지보수 편의성을 향상시킴과 함께 로봇 등의 이동장치로의 장착을 가능하게 함과 함께 필요에 따라 카메라모듈의 각도 변경 및 렌즈 교체가 가능한 구조광 기반 3차원 카메라 시스템에 관한 것이다.
카메라를 이용하여 물체의 3차원 형상을 복원하는 기술은 크게 능동형 기술과 수동형 기술로 나뉠 수 있다. 능동형 기술의 대표적인 기술로는 레이저 삼각법과 구조광 기반 기술이 있고, 수동형 기술의 대표적인 기술로는 스테레오 비전이 있다. 능동형 기술은 수동형 기술에 비해 정밀도가 높아 산업용 또는 연구용으로 주로 사용된다.
구조광(Structured Light)을 사용하는 3차원 카메라는 스테레오 카메라(Stereo Camera)의 변형으로, 두 개의 동일한 카메라를 사용하는 스테레오 카메라와 달리, 그 중 하나의 카메라 대신 빔 프로젝터(beam projector)와 같은 투사 장치를 사용하여 구성된다. 이러한 구조광 카메라 시스템에서는, 물체에 투사 수단을 이용하여 패턴을 투사한 다음, 패턴이 투사된 물체를 카메라 등과 같은 영상 촬영 수단을 이용하여 촬영하고, 획득된 이미지를 분석하여 3차원 정보를 얻게 된다.
스테레오 카메라 시스템은 수동적으로 영상으로부터의 특징점(feature)만을 이용하는 반면, 구조광 카메라 시스템은 능동적으로 투사 수단으로부터 투사된 패턴을 특징점으로 이용하기 때문에, 높은 처리속도 및 공간 해상도를 가진다. 이러한 장점 때문에, 구조광 카메라 시스템은 물체의 모델링/인식, 3차원 계측, 산업검사, 리버스 엔지니어링(reverse engineering) 등에 널리 사용되고 있다.
한편, 상술한 바와 같은 구조광 기반 3차원 카메라 시스템은 카메라모듈이 고정된 형태를 이루고, 카메라모듈을 설치하기 위한 별도의 고정장치가 요구되며, 카메라 모듈의 렌즈 교체 및 초점 조절이 불가능하다. 이에 따라, 측정 가능한 환경이 특정되어 있고 유지보수 편의성이 제한되며, 로봇 등의 이동장치에 장착하는 것이 어렵다.
한국등록특허공보 제1697200호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 유지보수 편의성을 향상시킴과 함께 로봇 등의 이동장치로의 장착을 가능하게 함과 함께 필요에 따라 카메라모듈의 각도 변경 및 렌즈 교체가 가능한 구조광 기반 3차원 카메라 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 구조광 기반 3차원 카메라 시스템은 프로젝터모듈이 장착되는 공간을 제공하는 프로젝터모듈 거치프레임; 카메라모듈이 거치되는 카메라모듈 거치프레임; 프로젝터모듈 거치프레임의 양측부에 구비되며, 일단이 카메라모듈 거치프레임과 연결되는 외팔보 프레임; 상기 카메라모듈 거치프레임의 일측에 구비되며, 카메라모듈 거치프레임과 직각을 이루는 카메라모듈 고정판; 카메라모듈 고정판의 하부에 구비되며, 평면 방향으로 회전이 가능한 카메라모듈 회전플레이트; 상기 프로젝터모듈 거치프레임 내에 장착되며, 패턴 비디오신호에 따라 물체에 패턴을 투사하는 프로젝터모듈; 및 카메라모듈 회전플레이트의 일측에 고정되며, 프로젝터모듈이 투사하는 패턴을 포함한 물체 이미지를 촬영하는 카메라모듈;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 외팔보 프레임은 외부 외팔보 프레임과 내부 외팔보 프레임으로 구성되며, 외부 외팔보 프레임 내에 전후 이동이 가능한 내부 외팔보 프레임이 구비되며, 내부 외팔보 프레임의 전후 이동을 통해 외팔보 프레임의 길이를 선택적으로 조절할 수 있다.
외팔보 프레임의 양단은 고정부재를 매개로 각각 프로젝터 프레임과 카메라모듈 거치프레임에 연결되며, 고정부재의 착탈을 통해 탈부착이 가능하다.
상기 프로젝터모듈 거치프레임은 전면이 개구된 직육면체 형상을 이루며, 프로젝터모듈 프레임 내에 프로젝터모듈이 구비된다.
본 발명에 따른 구조광 기반 3차원 카메라 시스템은 다음과 같은 효과가 있다.
외팔보 프레임 및 카메라모듈 거치프레임이 선택적으로 착탈 가능한 구조임에 따라, 유지보수 편의성이 향상된다. 또한, 카메라모듈이 카메라모듈 회전플레이트를 매개로 고정된 형태임으로 인해 다양한 각도를 대상으로 촬영이 가능하다. 또한 카메라 모듈의 렌즈 교체 및 초점 조절이 가능하여 작업물과 카메라간의 거리(stand-off distance), 카메라 시각영역 (field of view) 등을 작업 환경에 따라 조절 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 구조광 기반 3차원 카메라 시스템의 평면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 구조광 기반 3차원 카메라 시스템의 배면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 구조광 기반 3차원 카메라 시스템의 측면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 구조광 기반 3차원 카메라 시스템의 후면도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 구조광 기반 3차원 카메라 시스템을 상세히 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 구조광 기반 3차원 카메라 시스템은 프로젝터모듈(10) 및 카메라모듈(20)을 포함하여 이루어진다. 상기 프로젝터모듈(10)은 패턴 비디오신호에 따라 물체에 패턴을 투사하는 장치이며, 상기 카메라모듈(20)은 프로젝터모듈(10)이 투사하는 패턴을 포함한 물체 이미지를 촬영하는 역할을 한다. 상기 프로젝터모듈(10) 및 카메라모듈(20)은 패턴 비디오 신호 및 카메라 트리거 신호를 생성하는 시스템(도시하지 않음)과 통신연결관계를 갖는다.
상기 프로젝터모듈(10) 및 카메라모듈(20)은 기구적 장치에 의해 일체형 구조를 이룬다. 프로젝터모듈(10)은 프로젝터모듈 거치프레임(110)에 장착되며, 카메라모듈(20)은 카메라모듈 거치프레임(120)에 장착된다. 프로젝터모듈 거치프레임(110)은 전면이 개구된 직육면체 형상을 이루며, 프로젝터모듈(10) 프레임 내에 프로젝터모듈(10)이 구비된다. 카메라모듈 거치프레임(120)은 평판 형태를 이루며, 카메라모듈 거치프레임(120)의 일측에 카메라모듈(20)이 구비된다.
프로젝터모듈 거치프레임(110)의 양측부에는 각각 외팔보 프레임(130)이 구비되며, 외팔보 프레임(130)의 일단에 카메라모듈 거치프레임(120)이 연결된다. 상기 외팔보 프레임(130)은 피스톤 방식으로 구성하여 그 길이를 선택적으로 조절될 수 있도록 구성할 수 있다. 즉, 외부 외팔보 프레임(130) 내에 전후 이동이 가능한 내부 외팔보 프레임(130)이 구비되도록 하고, 내부 외팔보 프레임(130)의 전후 이동을 통해 외팔보 프레임(130)의 길이를 선택적으로 조절할 수 있다. 또한, 외팔보 프레임(130)의 양단은 고정부재(140)를 매개로 각각 프로젝터 프레임과 카메라모듈 거치프레임(120)에 연결되며, 고정부재(140)의 착탈을 통해 용이하게 탈부착이 가능하다.
상기 카메라모듈 거치프레임(120)의 일측에는 카메라모듈 거치프레임(120)과 직각을 이루는 카메라모듈 고정판(151)이 구비되며, 카메라모듈 고정판(151)의 하부에는 평면 방향으로 회전이 가능한 카메라모듈 회전플레이트(152)가 구비되며, 상기 카메라모듈 회전플레이트(152)의 일측에는 카메라모듈(20)이 장착된다. 이와 같은 구조 하에, 카메라모듈 회전플레이트(152)의 회전을 통해 카메라모듈(20)을 특정 각도로 위치시킬 수 있다.
10 : 프로젝터모듈 20 : 카메라모듈
110 : 프로젝터모듈 거치프레임 120 : 카메라모듈 거치프레임
130 : 외팔보 프레임 140 : 고정부재
151 : 카메라모듈 고정판 152 : 카메라모듈 회전플레이트

Claims (4)

  1. 프로젝터모듈이 장착되는 공간을 제공하는 프로젝터모듈 거치프레임;
    카메라모듈이 거치되는 카메라모듈 거치프레임;
    프로젝터모듈 거치프레임의 양측부에 구비되며, 일단이 카메라모듈 거치프레임과 연결되는 외팔보 프레임;
    상기 카메라모듈 거치프레임의 일측에 구비되며, 카메라모듈 거치프레임과 직각을 이루는 카메라모듈 고정판;
    카메라모듈 고정판의 하부에 구비되며, 평면 방향으로 회전이 가능한 카메라모듈 회전플레이트;
    상기 프로젝터모듈 거치프레임 내에 장착되며, 패턴 비디오신호에 따라 물체에 패턴을 투사하는 프로젝터모듈; 및
    카메라모듈 회전플레이트의 일측에 고정되며, 프로젝터모듈이 투사하는 패턴을 포함한 물체 이미지를 촬영하는 카메라모듈;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 구조광 기반 3차원 카메라 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 외팔보 프레임은 외부 외팔보 프레임과 내부 외팔보 프레임으로 구성되며,
    외부 외팔보 프레임 내에 전후 이동이 가능한 내부 외팔보 프레임이 구비되며, 내부 외팔보 프레임의 전후 이동을 통해 외팔보 프레임의 길이를 선택적으로 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 구조광 기반 3차원 카메라 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 외팔보 프레임의 양단은 고정부재를 매개로 각각 프로젝터 프레임과 카메라모듈 거치프레임에 연결되며, 고정부재의 착탈을 통해 탈부착이 가능한 것을 특징으로 하는 구조광 기반 3차원 카메라 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 프로젝터모듈 거치프레임은 전면이 개구된 직육면체 형상을 이루며, 프로젝터모듈 프레임 내에 프로젝터모듈이 구비되는 것을 특징으로 하는 구조광 기반 3차원 카메라 시스템.
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