KR20200109264A

KR20200109264A - 광 라인 삼각측량 장치

Info

Publication number: KR20200109264A
Application number: KR1020200029901A
Authority: KR
Inventors: 로메인 뮬러; 플로리안 슈나이더; 마티아스 요하네손
Original assignee: 식아게
Priority date: 2019-03-12
Filing date: 2020-03-11
Publication date: 2020-09-22
Also published as: EP3708948B1; CN111692989B; CN111692989A; US11567203B2; JP2020148773A; JP7071426B2; EP3708948A1; US20200292705A1; KR102341537B1

Abstract

본 발명은 광 라인 삼각측량 장치에 관한 것이며,
- 측정 대상물을 수용하기 위한 측정 공간,
- 상기 측정 공간 내로 및/또는 상기 측정 대상물 상에 광 라인을 투사하도록 구성되는 광 프로젝터,
- 상기 측정 공간에서 상기 광 라인을 검출하는 이미저(imager)를 포함하고, 상기 이미저는 복수의 열과 행으로 배열된 이미징 픽셀을 포함한다.
상기 장치는 상기 이미저가 편광 필터의 다수의 동일한 세트를 포함하고, 상기 편광 필터의 각 세트는 서로 다른 편광 방향을 가지는 적어도 2 개의 편광 필터를 포함하며, 각 편광 필터는 상기 칼럼의 하나를 커버하는 것을 특징으로 한다.

Description

광 라인 삼각측량 장치{A light line triangulation apparatus}

본 발명은 측정 대상물을 수용하기 위한 측정 공간을 갖는 광 라인 삼각측량 장치 및 측정 공간 및/또는 측정 대상물 상에 광 라인(light line)을 투사하도록 구성된 광 프로젝터(light projector)에 관한 것이다. 장치는 측정 공간에서 광 라인을 검출하기 위한 이미저(imager)를 더 포함하고, 이미저는 복수의 열(columns)과 행(rows)으로 배열된 이미징 픽셀(imaging pixels)을 포함한다.

이러한 광 라인 삼각측량 장치는 측정 대상물의 윤곽(contour)의 비접촉식 결정에 사용된다. 측정 대상물의 윤곽을 결정하기 위해, 광 프로젝터는 광 라인, 바람직하게는 직선 형태의 광 라인을 측정 대상물에 투사한다. 측정 대상물은 광 프로젝터로부터의 광을 반사시키며, 측정 대상물에 의해 반사된 광은 이미저에 의해 검출된다. 이미저는 광 프로젝터로부터 이격되어 배치되므로, 바람직하게는 90° 미만의 각도가 광 프로젝터, 측정 공간 및/또는 측정 대상물 및 이미저에 의해 형성된다. 상기 각도로 인해, 삼각측량에 기초하여 측정 대상물의 윤곽을 결정할 수 있다.

따라서 광 라인 삼각측량 장치는 측정 대상물의 윤곽의 비접촉식 결정을 허용한다. 이러한 장치는 광-섹션 장치(light-section apparatus) 또는 레이저 라인 삼각측량 장치(laser line triangulation apparatus)로도 알려져 있다.

측정 대상물의 윤곽을 올바르게 감지하려면 광 라인의 실제 위치를 명확하게 식별해야 한다. 그러나 광 라인의 직접 반사(direct reflections)는 이미저의 픽셀을 국부적으로 포화시키거나 이미저의 잘못된 위치에 투사될 수 있으며 그로 인해 불가능하지 않은 경우 라인 분석을 어렵게 한다.

그러므로 본 발명의 목적은 직접 반사의 영향을 완화시킬 수 있는 광 라인 삼각측량 장치를 제공하는 것이다.

이 목적은 청구항 1에 따른 광 라인 삼각측량 장치에 의해 달성된다.

본 발명의 광 라인 삼각측량 장치는, 이미저가 다수의 동일한 편광 필터 세트를 포함하고, 각각의 편광 필터 세트는 상이한 편광 방향을 갖는 적어도 2 개의 편광 필터를 포함하며, 각각의 편광 필터는 열(columns)의 하나를 커버하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 원하지 않는 직접 반사(즉, 정반사(specular reflections))가 편광에 의해 일반적으로 검출되는 확산 반사(diffuse reflections)와 구별될 수 있다는 통찰에 기초한다.

그러나, 측정 대상물이 알려져 있고 그에 따라 반사 광의 편광이 알려져 있으면, 전체 이미저에 대해 예를 들어 하나의 편광 필터만을 사용하는 것이 사용 가능한 결과를 산출할 것이다. 각각의 편광 필터 세트에서 적어도 2 개의 상이한 편광 필터로 인해, 본 발명은 알려지지 않은/다른 측정 대상물의 윤곽을 정확하게 결정할 수 있게 한다. 나아가, 각각의 편광 필터가 컬럼 중 하나, 바람직하게는 전체 컬럼을 커버한다는 사실은 (전체) 컬럼에 대해 동일한 편광 필터 특성을 가질 수 있게 한다. 이에 의해, 원치 않는 직접 반사를 검출하는 이점을 위해 높이 검출의 정확성(즉, 측정 대상물의 윤곽 검출의 정확성)이 희생되지 않는다.

광 라인 삼각측량 장치에서, 편광 필터 세트는 바람직하게는 반복된다. 이는 다수의 편광 필터 세트가 이미저의 픽셀의 다수의 열에 배열됨을 의미한다.

이미저는 픽셀의 직사각형 어레이를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 각각의 열(column)은 각각의 편광 필터에 의해 커버된다. 행(row)을 따라 보면, 편광 필터는 바람직하게는 각각의 픽셀 후에 교대된다.

편광 필터에 의해 "커버되는"이라는 용어는 각각의 편광 필터에 의해 커버되는 픽셀들에 입사된 광이 각각의 편광 필터를 통과하는 것으로 이해되어야 한다. 이에 의해, 편광 필터의 상이한 위치, 예를 들어 빔 경로(beam path) 상의 어느 위치가 가능하다.

상술한 바와 같이, 광 라인은 직선(straight line)인 것이 바람직하다. 더욱이, 이미저는 특히 10 ° 내지 80 ° 사이의 각도, 바람직하게는 약 45 °의 각도로 광 프로젝터로부터 떨어져 배치된다. 이미저는 카메라(camera) 및 렌즈(lens)를 포함할 수 있고, 렌즈는 측정 공간으로부터 및/또는 측정 대상물로부터의 광을 이미저의 픽셀 상에 집속시킨다.

측정 공간에 측정 대상물이 존재하지 않는 경우, 광 라인은 이미저의 픽셀에 직선으로서 투사/반사되는 것이 바람직하다. 그런 다음 측정 대상물이 측정 공간에 삽입될 때, 측정 대상물의 높이로 인해, 이미저의 픽셀 상의 광 라인이 벗어난다. 측정 대상물의 높이가 측정 대상물의 특정 위치에서 더 크면, 픽셀 상의 광 라인의 벗어남(deviation)이 더 크다.

바람직하게는, 장치는 각각의 열에서 픽셀(즉, 반사된 광 라인)을 사용하여 광 라인의 벗어남을 개별적으로 측정하여 측정 대상물에 대한 복수의 높이 측정을 결정하도록 구성된다. 복수의 높이 측정으로부터, 측정 대상물의 윤곽이 도출될 수 있다.

본 발명의 다른 유리한 실시예들은 상세한 설명, 도면 및 종속항으로부터 명백할 것이다.

일 실시 예에 따르면, 각각의 편광 필터 세트는 상이한 편광 방향을 갖는 정확히 4 개의 편광 필터를 포함한다. 따라서, 각 편광 필터 세트는 편광 필터 # 1, 편광 필터 # 2, 편광 필터 # 3 및 편광 필터 # 4를 포함할 수 있다. 이 4 개의 필터는 이미저의 인접한 열에 배열될 수 있다. 따라서, 이러한 일련의 편광 필터가 반복되면, 이미저의 연속 열은 # 1, # 2, # 3, # 4, # 1, # 2, # 3, # 4, # 1, # 2, # 3, ... 순서의 편광 필터를 구비할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 편광 필터는 (단지) 선형 편광을 가지며, 인접 컬럼을 커버하는 적어도 2 개의 편광 필터의 편광 방향은 45°의 각도만큼 다르다. 상기 언급된 편광 필터의 세트는 0°, 45°, 90° 및 135°의 선형 편광을 가질 수 있다. 이 값들은 편광 필터 # 1, # 2, # 3 및 # 4에 각각 유효하다. 편광 방향의 상기한 각도를 사용함으로써, 광 라인 삼각측량 장치는 반사된 광 라인을 따라 각 위치에서 실제 편광을 충분한 정밀도로 결정할 수 있다.

세트당 상이한 개수의 편광 필터가 또한 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 각각 0° 및 90°의 편광 방향을 갖는 2 개의 필터만이 사용될 수 있다. 대안적으로, 세트당 정확히 6 개 또는 8 개의 필터가 사용될 수 있으며, 여기서 8 개의 필터 세트는 0°, 22.5°, 45°, 67.5°, 90°, 112.5 °, 135°, 157.5°의 편광 방향을 이용할 수 있다.

다른 실시 예에 따르면, 광 라인 삼각측량 장치는 평가 유닛을 포함하고, 평가 유닛은 광 라인의 위치를 검출하기 위해 상이한 열의 적어도 2 개, 바람직하게는 4 개의 픽셀의 픽셀 값을 결합하도록 구성된다. 바람직하게는, 평가 유닛은 편광 필터 세트에서 각각의 편광 필터에 대한 편광 필터 당 적어도 하나의 픽셀을 결합한다. 더욱 바람직하게는, 결합된 픽셀은 한 행의 픽셀에서 서로 인접하게 배열된다. 픽셀 값은 각각의 픽셀에 의해 검출된 광 강도(light intensity)를 나타낼 수 있다. 픽셀의 조합은 논리적 및/또는 수학적 조합일 수 있다. 픽셀 값의 조합은 또한 픽셀 값의 비교를 포함할 수 있다. 다시 말해서, 상이한 열의 상이한 픽셀에 의해 획득된 편광 정보가 평가 유닛에 의해 사용된다. 편광 정보를 이용하여, 평가 유닛은 광 라인의 실제 위치를 결정하도록 구성될 수 있으며, 여기서 직접 반사(즉, 정반사)가 식별될 수 있고 광 라인의 실제 위치를 평가할 때 무시될 수 있다.

따라서, 상이한 열의 픽셀의 픽셀 값의 조합된 평가는 직접 반사에 의해 생성되는 잘못된 신호를 무시할 수 있게 한다.

일 실시 예에 따르면, 평가 유닛은 2 개의 상이한 편광 필터에 의해 커버되는 상이한 픽셀의 픽셀 값을 감산하도록 구성되며, 2 개의 상이한 편광 필터는 바람직하게는 90°의 편광 방향의 차이를 가진다. 편광 방향의 차이가 90°인 편광 필터에 의해 커버되는 픽셀의 픽셀 값을 감산함으로써, 스토크스 벡터(Stokes vector)의 성분이 결정될 수 있다. 스토크스 벡터는 S = (S0, S1, S2, S3)인 4 개의 항목으로 구성되며, S0은 전체 강도(total intensity), S1 및 S2는 선형 편광 성분(수직 및 수평), S3은 원형 편광 성분을 나타낸다. 이하의 설명에서 S3은 더 이상 고려되지 않는다.

스토크스 벡터의 성분 S0, S1 및 S2의 계산이 이제 예시 적으로 설명된다. 예를 들어, S1 성분을 계산하기 위해, 90°의 편광 방향을 갖는 편광 필터에 의해 커버되는 픽셀의 강도(이하 I90으로 표시됨)가 0°의 편광 방향을 갖는 편광 필터에 의해 커버되는 픽셀의 픽셀 값(이하, I0으로 표시됨)으로부터 감산된다. 따라서 S1 = I0 - I90이다.

이에 따라, 스토크스 벡터의 성분 S2는 45°의 편광 방향을 갖는 편광 필터에 의해 커버되는 픽셀의 픽셀 값(I45)으로부터 135°의 편광 방향에 의해 커버되는 픽셀의 픽셀 값(I135)을 감산함으로써 계산될 수 있다. 따라서 S2 = I45 - I135이다.

스토크스 벡터의 전체 강도 S0은 S0 = I0 + I90 또는 S0 = I45 + I135로 계산될 수 있다.

평가 유닛이 상기한 감산 및 S0의 계산을 수행할 수 있다.

S1 및 S2의 결과 값은 대응하는 결과 맵(result map)에 저장 및/또는 표시될 수 있다. 결과 값의 위치는 각각 S1 또는 S2의 계산에 픽셀 값이 사용된 픽셀들 중 하나의 위치일 수있다. 대안적으로, 이 위치는 S1 또는 S2를 계산하는데 사용된 모든 픽셀의 위치의 평균일 수 있다. 결과 값은 컬러 코딩(color-coded) 또는 그레이 스케일 코딩(greyscale-coded)될 수 있으며, 이에 의해 각각의 결과 맵 내의 상이한 위치에서 상이한 편광 거동을 신속하게 결정할 수 있게 한다. S1에 대한 값을 포함하는 결과 맵은 S1-맵으로 표시될 수 있고 S2에 대한 값을 나타내는 결과 맵은 S2-맵으로 표시될 수 있다.

평가 유닛은 또한 S1과 S2의 서로 다른 선형 조합에 대한 결과 맵을 계산하도록 구성될 수 있다. 이에 의해, 편광 필터의 편광 방향을 사실상 회전시킬 수 있다.

S1-맵 및/또는 S2-맵을 저장 및/또는 표시하기 전에, 각각의 편광 방향에 대한 강도 맵이 저장 및/또는 표시될 수 있다. 예를 들어, 0°의 편광 방향을 갖는 편광 필터에 의해 커버된 모든 픽셀에 대한 강도 맵이 생성될 수 있다(0°-맵). 강도 맵은 또한 이미저 상의 입사 광의 상이한 위치를 쉽게 인식할 수 있도록 컬러-코딩될 수 있다. 또한 컬러 코딩은 이미저에 의해 검출된 상이한 강도 레벨을 용이하게 인식할 수 있게 한다.

다른 실시 예에 따르면, 평가 유닛은 이미저의 픽셀 위로 단계적으로 이동하는 이동 윈도우(moving window) 내에서 감산을 수행하도록 구성된다. 이동 윈도우는 윈도우가 한 번에 한 픽셀 앞으로 이동하도록 이동될 수 있다. 윈도우를 이동시킨 후, 전술한 계산이 다시 수행될 수 있고 새로 계산된 결과 값이 결과 맵에 포함될 수 있다. 이동 윈도우는 한 세트의 편광 필터에 의해 커버되는 것과 동일한 수의 픽셀을 포함할 수 있다. 예를 들어, 이동 윈도우는 동일한 행(row)에 배열된 4 개의 픽셀을 포함 할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 측정 방향으로 광 라인에 대해 측정 대상물을 기계적으로 이동시키도록 구성된 기계적 운송 메커니즘이 제공된다. 다시 말해서, 운송 메커니즘은 측정 대상물의 상이한 세그먼트가 광 라인을 통해 차례로 검출될 수 있도록 측정 대상물을 이동시킬 수 있다. 이에 의해, 측정 대상물의 상이한 세그먼트의 윤곽이 검출될 수 있으며, 평가 유닛은 상이한 윤곽을 함께 스티칭(stitch) 하여 측정 대상물의 3 차원 모델을 계산할 수 있다.

측정 대상물이 측정 방향을 따라 충분한 속도로 이동하게 하기 위해, 바람직하게는 적어도 50 kHz, 더욱 바람직하게는 적어도 100 kHz의 라인 주파수(line frequency)가 사용된다. 다시 말해, 이미저의 모든 픽셀은 각각 적어도 50 kHz 또는 100 kHz의 주파수로 판독된다. 바람직하게는, 측정 방향은 광 라인에 수직이다. 광 라인에 수직인 측정 방향의 이러한 배열은 측정 대상물의 모든 부분에서 측정 대상물의 윤곽을 단계적으로 결정할 수 있게 한다. 그 후, 평가 유닛은 측정 대상물의 3 차원 모델을 결정하기 위해 상이한 윤곽을 함께 스티칭 할 수 있다.

또한, 광 라인에 수직인 측정 방향의 배열로 인해, 높이가 다르면 반사 광 라인이 이미저의 열을 따라 다르게 이동하기 때문에, 측정 대상물의 다른 위치에서의 높이가 높은 정밀도로 결정될 수 있다. 따라서 이미저의 광에 대한 해상도는 이미저의 동일한 열에서 2 개의 픽셀의 거리와 동일하다. 대조적으로, 예를 들어 4 개의 픽셀이 편광 정보를 평가하기 위해 결합될 때, 광 라인을 따른 위치의 해상도의 일부가 희생된다. 이러한 희생은 직접 반사로 인해 잘못 검출된 광 라인의 부분이 무시될 수 있다는 이점을 갖는다.

다시 말해서, 측정 대상물이 존재하지 않으면, 이미저 상에 입사하는 광 라인으로부터의 광은 이미징 픽셀 상에 직선을 형성할 수 있고, 이미저 상의 반사된 광 라인은 칼럼에 의해 정의된 방향에 수직일 수 있다. 전술한 바와 같이, 측정 대상물의 높이 차이는 열을 따라 반사된 광 라인의 이동을 초래한다. 따라서 측정 방향과 열은 "평행(parallel)"이다.

일 실시 예에 따르면, 광 프로젝터는 레이저 소스(laser source)를 포함하고, 레이저 소스는 광 라인을 투사하고, 광 라인은 바람직하게는 균일하게 편광된 광, 즉 레이저 광에 의해 형성된다. 광 라인은 또한 레이저 라인(laser line)으로 지칭될 수 있다. 균일한 편광은 편광 상태의 평가를 용이하게 한다. 예를 들어, 측정 대상물이 금속으로 만들어진 경우 직접 반사 시 입사광의 편광을 유지할 수 있다. 이에 의해, 레이저 소스에 의해 생성된 바와 같이 광 라인의 편광과 동일할 수 있는 그들의 편광에 기초하여 직접 반사가 검출될 수 있다.

측정 대상물의 상이한 재료는 반사된 광의 완전히 상이한 편광을 초래할 수 있음에 유의해야 한다. 예를 들어, 유기 물질은 편광 방향의 이동 또는 회전을 야기할 수 있다. 또한 반사된 광의 편광 방향은 광 라인이 측정 대상물에 투사되는 각도에 의존할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 편광 필터 중 적어도 일부 또는 전부는 이미징 픽셀에 직접 결합된다. 이에 의해, 이미저는 제조가 간단하여 제조 비용이 낮아질 수 있다.

대안적으로, 편광 필터는 빔 경로에, 특히 이미징 픽셀로부터 떨어지게, 예를 들어, 이미저의 렌즈 유닛에 배열될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 평가 유닛은 광 라인의 변형(deformation)에 기초하여 측정 대상물의 상이한 부분의 높이를 결정하도록 구성된다. 전술한 바와 같이, 광 라인의 변형은 삼각측량을 사용하여 측정 대상물의 상이한 부분의 높이를 결정할 수 있게 한다.

본 발명은 또한 광 라인 삼각측량을 사용하여 측정 대상물의 상이한 부분의 높이를 검출하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은: 광 라인을 측정 공간 내로 및/또는 측정 대상물 상에 투사하는 단계; 이미저로 광 라인을 검출하는 단계, 상기 이미저는 다수의 동일한 편광 필터 세트를 포함하고, 각 편광 필터 세트는 상이한 편광 방향을 갖는 적어도 2 개의 편광 필터를 포함하고; 상기 광 라인의 변형 및 편광 정보에 기초하여 측정 대상물의 상이한 부분의 높이를 검출하는 단계를 포함한다.

높이는 측정 대상물의 적어도 100 또는 200 개의 상이한 부분에 대해 결정될 수 있다. 대안적으로, 높이는 적어도 이미저의 열의 개수를 세트당 편광 필터의 개수로 나눈 값으로 결정될 수 있다.

광 라인 삼각측량 장치와 관련하여 본 명세서에 설명된 장점 및 바람직한 실시 예는 또한 본 발명의 방법에 유효하다.

본 발명은 이제 도면을 참조하여 예로서 설명 될 것이다.
도 1은 광 라인 삼각측량 장치의 개략도이다.
도 2는 이미저(imager)의 이미지 센서를 평면도로 도시한다.
도 3은 이미지 센서를 측면도로 도시한다.
도 4는 상이한 편광 방향에 대해 검출된 강도(intensities)를 도시한다.
도 5는 스토크스 벡터(Stokes vector) S1에 대한 결과 맵(result map)을 도시한다.
도 6은 스토크스 벡터 S2에 대한 결과 맵을 도시한다.

도 1은 컨베이어 벨트(conveyor belt)(12) 위의 공간에 의해 형성되는 측정 공간을 포함하는 광 라인 삼각측량 장치(10)를 도시한다. 자동차(14) 형태의 측정 대상물이 컨베이어 벨트(12) 상에 놓여 있고 측정 방향(M)으로 이동된다.

레이저 소스(laser source)(도시되지 않음)를 포함하는 광 프로젝터(light projector)(16)는 컨베이어 벨트(12) 상으로 광 라인(light line)(18)을 투사한다.

광 라인(18)은 이미저(imager)(20)에 의해 모니터링되고, 이미저(20)는 렌즈(22)를 포함하고 평가 유닛(24)에 연결된다.

이미저(20)는 광 프로젝터(16)와 이격되어 배치되고, 광 라인(18)에서 광 프로젝터(16)와 이미저(20) 사이에 약 45°의 각도(a)가 형성된다.

측정 대상물, 즉 자동차(14)가 측정 방향(M)을 따라 이동하여 광 라인(18)에 도달하면, 광 라인(18)이 변형된다. 그리고 나서 광 라인(18)의 변형은 이미저(20)에 의해 검출된다. 광 라인의 검출된 변형으로부터, 자동차(14)의 윤곽(26)이 결정될 수 있다. 윤곽(26)은 도 1의 우측에 도시되어 있다. 자동차(14)가 측정 방향(M)을 따라 이동함에 따라, 복수의 윤곽(26)이 결정될 수 있다. 이러한 윤곽들(26)이 함께 스티칭(stitch) 되어 자동차(14)의 3D 모델(28)을 형성할 수 있다.

도 2는 이미저(20)의 이미지 센서(30)를 도시한다. 이미지 센서(30)는 열(columns)(C) 및 행(rows)(R)으로 배열된 복수의 픽셀(pixels)(32)(도 3)을 포함한다. 이미지 센서(30) 상에 배열된 것은 편광 필터(polarization filters)(34)이며, 이는 픽셀(32)의 완전한 열(C)을 각각 커버한다.

측정 대상물이 존재하지 않는 경우, 광 라인(18)은 행들(R) 중 하나를 따르는 직선으로서 이미지 센서(30) 상에 투사되고 따라서 열(C)의 방향에 수직이다.

본 예에서, 4 개의 상이한 편광 필터(34)가 사용되는데, 여기서 제 1 편광 필터(34a)는 0°의 편광 방향을 가지고, 제 2 편광 필터(34b)는 45°의 편광 방향을 가지며, 제 3 편광 필터(34c)는 90°의 편광 방향 그리고 제 4 편광 필터(34d)는 135°의 편광 방향을 가진다. 4 개의 편광 필터(34a, 34b, 34c, 34d)는 필터 세트(36)를 형성한다. 다수의 필터 세트(36)가 전체 이미지 센서(30) 위에 배열된다. 이에 의해, 상술된 필터 세트(36)가 여러 번 반복된다.

도 3은 이미지 센서(30)의 단면도를 도시한다. 도 3은 상이한 열(C)이지만 동일한 행(R)의 복수의 픽셀(32)을 도시하며, 여기서 상이한 편광 필터(34)는 픽셀(32) 상에 접합된다.

도 4 내지 도 6은 작동 동안 생성된 결과를 보여준다. 결과는 그레이 스케일(greyscale)로 코딩되어 강도 값(intensity values) 또는 계산된 값을 나타낸다. 도 4 내지 도 6의 예에서, V 자형 그루브(46)를 갖는 직육면체(cuboid)(44)가 측정 대상물로서 사용되었다. 레이저 소스의 편광은 0°로 정렬되었다.

V 자형 그루브(46)에서 원하지 않는 직접 반사가 발생한다는 점에 유의해야 한다. 대조적으로, 직육면체 (44)의 나머지 형태는 일반적으로 "산란된 광(scattered light)", 즉 원하는 확산 반사(diffuse reflection)를 생성한다. 또한, V 형 홈(46)은 광 프로젝터(16)로부터의 광을 직육면체(44)의 다른 부분 또는 V 형 홈(46)의 다른 부분으로 반사시킬 수 있으며, 이는 광 라인(18)의 원하지 않는 "변위(displacement)"를 야기할 수 있다(이미저(20)의 관점에서). 그러나, 이 변위는 여기에 설명된 바와 같이 편광 방향을 사용하여 검출될 수 있다.

도 4는 각각 0°, 45°, 90° 및 135°의 편광 방향을 갖는 편광 필터로 커버된 픽셀의 결과 세기 값(즉, 픽셀 값)을 도시한다. 다시 말해, 도 4는 0° 맵, 45° 맵, 90° 맵 및 135° 맵을 보여준다. 예를 들어 0°의 픽셀 강도는 대부분 V 자형 그루브(46)만을 나타내게 되어 원하지 않는 직접 반사를 나타낸다는 것을 알 수 있다.

대조적으로, 90° 편광 필터(34)로 커버된 픽셀의 강도는 직육면체(44)의 형태뿐만 아니라 V 자형 그루브(46)를 나타낸다.

원하지 않는 직접 반사와 원하는 확산 반사를 구별할 수 있도록, 스토크스 벡터 S1 및 S2가 계산되며, 여기서 S1 = I0 - I90 및 S2 = I45 - I135이다.

도 5는 스토크스 벡터 S1(S1-맵)의 결과 맵(result map)을 도시하고, 도 6은 스토크스 벡터 S2(S2-맵)의 결과 맵을 도시한다. 도 6에서, V-형 그루브(46)와 직육면체(44)의 형태 사이의 차이는 모든 결과 값이 양이고 > 150의 범위에 있기 때문에 명확하게 결정될 수 없음이 명백하다. 그러나, 도 5에 도시된 S1에 대한 결과 맵은 원치 않는 직접 반사(40)와 원하는 확산 반사(42)를 명확하게 구별한다. 직접 반사(40)는 대략 150보다 큰 값을 포함하고 확산 반사(42)는 대략의 -150 보다 작은 값을 포함하기 때문에 양자가 구별될 수 있다.

따라서, 편광 필터(34)의 사용은 원하는 확산 반사(42)로부터 원하지 않는 직접 반사(40)를 명확하게 구별하는 것을 허용한다. 이에 의해 직육면체(44)의 형태가 정확하게 식별될 수 있다.

10 광 라인 삼각측량 장치(light line triangulation apparatus)
12 컨베이어 벨트(conveyor belt)
14 자동차
16 광 프로젝터(light projector)
18 광 라인(light line)
20 이미저(imager)
22 렌즈(lens)
24 평가 유닛(evaluation unit)
26 윤곽(contour)
28 3D 모델(3D-model)
30 이미지 센서(image sensor)
32 픽셀(pixel)
34 편광 필터(polarization filter)
36 필터 세트(filter set)
38 결과 맵(result map)
40 직접 반사(direct reflection)
42 확산 반사(diffuse reflection)
44 직육면체(cuboid)
46 V- 형 그루브(V-shaped groove)
M 측정 방향(measurement direction)
C 열(column)
R 행(row)
a 각도(angle)

Claims

- 측정 대상물(14)을 수용하기 위한 측정 공간(12),
- 상기 측정 공간 내로 및/또는 상기 측정 대상물(14) 상에 광 라인(18)을 투사하도록 구성되는 광 프로젝터(16),
- 상기 측정 공간(12)에서 상기 광 라인(18)을 검출하는 이미저(imager)(20)
를 포함하고, 상기 이미저(20)는 복수의 열(C)과 행(R)으로 배열된 이미징 픽셀(32)을 포함하며,
상기 이미저(20)는 편광 필터(34)의 다수의 동일한 세트(36)를 포함하고, 상기 편광 필터(34)의 각 세트(36)는 서로 다른 편광 방향을 가지는 적어도 2 개의 편광 필터(34)를 포함하며, 각 편광 필터(34)는 상기 칼럼(C)의 하나를 커버하는 것을 특징으로 하는
광 라인 삼각측량 장치(10).
제1항에서,
상기 편광 필터(34)의 각 세트(36)는 상이한 편광 방향을 가지는 정확히 4 개의 편광 필터(34)를 포함하는
광 라인 삼각측량 장치(10).
제1항 또는 제2항에서,
상기 편광 필터(34)는 선형 편광을 가지며, 이웃하는 칼럼(C)을 커버하는 적어도 2 개의 편광 필터(34)의 상기 편광 방향은 45°의 각도만큼 다른
광 라인 삼각측량 장치(10).
제1항 내지 제3항 중 적어도 한 항에서,
평가 유닛(24)을 더 포함하고,
상기 평가 유닛(24)은, 상기 광 라인(16)의 위치를 검출하기 위해, 상이한 열(C)의 적어도 2개, 바람직하게는 4개의 픽셀(32)의 픽셀 값을 조합하도록 구성되는
광 라인 삼각측량 장치(10).
제4항에서,
상기 평가 유닛(24)은 90°의 편광 방향의 차이를 갖는 2 개의 상이한 편광 필터 (34)에 의해 커버되는 상이한 픽셀(32)의 픽셀 값을 감산하도록 구성되는
광 라인 삼각측량 장치(10).
제5항에서,
상기 평가 유닛(24)은 상기 이미저의 픽셀 위로 단계적으로 이동하는 이동 윈도우(moving window) 내에서 상기 감산을 수행하도록 구성되는
광 라인 삼각측량 장치(10).
제1항 내지 제6항 중 적어도 한 항에서,
상기 측정 대상물(14)을 상기 광 라인(18)에 대해 측정 방향(M)으로 이동시키도록 구성되는 운송 메커니즘(12)을 더 포함하는
광 라인 삼각측량 장치(10).
제1항 내지 제7항 중 적어도 한 항에서,
상기 이미저(20)에 입사하는 광 라인(18)으로부터의 광은, 측정 대상물(14)이 존재하지 않는 경우, 상기 이미징 픽셀(32) 상에 직선 이미지 라인을 형성하고, 상기 이미지 라인은 상기 열(C)에 의해 정의되는 방향에 수직인
광 라인 삼각측량 장치(10).
제1항 내지 제8항 중 적어도 한 항에서,
상기 광 프로젝터(16)는 레이저 소스(laser source)를 포함하고, 상기 레이저 소스는 상기 광 라인(18)을 투사하며, 상기 광 라인(18)은 바람직하게는 균일하게 편광된 광에 의해 형성되는
광 라인 삼각측량 장치(10).
제1항 내지 제9항 중 적어도 한 항에서,
상기 편광 필터(34)의 적어도 일부는 상기 이미징 픽셀(32) 상에 직접 결합되는
광 라인 삼각측량 장치(10).
제1항 내지 제10항 중 적어도 한 항에서,
상기 평가 유닛(24)은 상기 광 라인의 변형에 기초하여 상기 측정 대상물(14)의 상이한 부분의 높이를 결정하도록 구성되는
광 라인 삼각측량 장치(10).
광 라인 삼각측량을 이용하여 측정 대상물(14)의 상이한 부분의 높이를 검출하는 방법으로서,
- 광 라인(18)을 측정 공간(12) 내로 및/또는 측정 대상물(14) 상에 투사하는 단계,
- 이미저(20)로 상기 광 라인(18)을 검출하는 단계, 상기 이미저(20)는 편광 필터(34)의 다수의 동일한 세트(36)를 포함하며, 편광 필터(34)의 각 세트(36)는 상이한 편광 방향을 가지는 적어도 2 개의 편광 필터(34)를 포함하고,
- 상기 광 라인(18)의 변형에 기초하고 편광 정보에 기초하여 상기 측정 대상물(14)의 상이한 부분의 높이를 검출하는 단계
를 포함하는 방법.