KR20220138937A - 3차원 스캔 데이터 추출을 위한 레퍼런스 프레임 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3차원 스캔 데이터 추출을 위한 레퍼런스 프레임에 관한 것으로서, 측정하고자 하는 측정 대상체 및 복수의 포인트들이 연결된 폐곡선의 형태로 형성되며, 중심에 위치하는 상기 측정 대상체에 대한 3차원 스캔 데이터 추출을 위한 기준 좌표를 제공하여 구성된다.

Description

3차원 스캔 데이터 추출을 위한 레퍼런스 프레임{REFERENCE FRAME FOR EXTRACTING 3D SCAN DATA}

본 발명은 3차원 스캔 데이터 추출을 위한 레퍼런스 프레임에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 중심에 위치한 측정 대상체에 대한 3차원 스캔 데이터 추출을 위한 기준 좌표를 제공하는 기술에 관한 것이다.

3차원 스캐너는 주요 산업용 스캐너 및 의료용 스캐너로 구분되며, 3차원 스캐너 시장은 높은 성장세를 보이고 있다. 3차원 스캐너는 광학적 정보를 이용하여 측정 대상체의 형상에 대한 정보를 획득하거나 3차원 모델을 만들기 위해 이용된다.

3차원 스캐너를 이용하여 측정 대상체에 대한 스캔 데이터를 획득하는 과정이 필요하다. 종래의 3차원 스캐너를 활용하여 물체를 스캔할 때, 사람이 임의로 판단하여 스캐너의 위치를 설정하고 품질을 예측함에 따라 후처리 과정에서 오류가 발생하는 등 미흡한 부분이 발생하였고, 이를 보완하기 위해 다시 스캔을 실시하는 등의 과정을 반복적으로 수행하여 스캔을 완성해야 하는 불편함이 존재하였다.

본 발명의 목적은 측정 대상체를 감싸며 형성된 레퍼런스 프레임(Reference frame)을 이용하여 위치 코딩으로 측정 대상체에 대한 각도, 포즈(pose), 정위치 및 반위치의 스캔 데이터를 보다 간편하고 정확하게 획득하고자 한다.

본 발명의 실시예에 따른 3차원 스캔 데이터 추출을 위한 레퍼런스 프레임(Reference Frame)은 측정하고자 하는 측정 대상체 및 복수의 포인트들이 연결된 폐곡선의 형태로 형성되며, 중심에 위치하는 상기 측정 대상체에 대한 3차원 스캔 데이터 추출을 위한 기준 좌표를 제공하여 구성된다.

본 발명의 실시예에 따른 레퍼런스 프레임을 이용한 3차원 스캔 데이터 추출방법은 측정하고자 하는 측정 대상체를 기준으로 위치하는 복수의 포인트들이 연결된 폐곡선 형태의 레퍼런스 프레임(Reference frame)을 이용하며, 상기 레퍼런스 프레임의 중심에 위치하는 상기 측정 대상체에 대한 3차원 스캔 데이터 추출을 위해 상기 복수의 포인트들 중에서 N개의 포인트들을 추출하는 단계, 상기 N개의 포인트들 간의 각 간격에 코드화된 N-1개의 코드를 결합하여 위치 코딩을 획득하는 단계 및 상기 위치 코딩을 이용하여 상기 측정 대상체에 대한 3차원 스캔 데이터를 획득하는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 측정 대상체를 감싸는 형태로 형성되며, 복수의 포인트들 간의 간격에 코드화된 레퍼런스 프레임(Reference frame)을 이용하여 간단한 위치 코딩으로 측정 대상체에 대한 각도, 포즈(pose), 정위치 및 반위치의 스캔 데이터를 보다 간편하고 정확하게 획득할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레퍼런스 프레임의 예시도를 도시한 것이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 레퍼런스 프레임의 정면도를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 하프 헤밀턴 경로를 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 레퍼런스 프레임을 이용한 3차원 스캔 데이터 추출방법의 동작 흐름도를 도시한 것이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면 상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레퍼런스 프레임의 예시도를 도시한 것이고, 도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 레퍼런스 프레임의 정면도를 도시한 것이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 하프 헤밀턴 경로를 설명하기 위해 도시한 것이다.

도 1을 참조하면, 레퍼런스 프레임(Reference frame, 100)은 측정 대상체(10)을 감싸도록 형성된다. 이때, 레퍼런스 프레임(100)은 복수의 포인트들이 연결된 폐곡선의 형태로 형성되며, 중심에 위치한 측정 대상체(10)에 대한 3차원 스캔 데이터 추출을 위한 기준 좌표를 제공한다.

측정 대상체(10)은 측정하고자 하는 3차원 물체이며, 크기, 형태, 색상, 종류 및 개수는 한정하지 않는다.

본 발명의 실시예에 따른 레퍼런스 프레임(100)은 중심에 위치하는 측정 대상체(10)에 대한 3차원 스캔 데이터 추출을 위해 기준 좌표를 제공할 수 있다. 보다 구체적으로, 레퍼런스 프레임(100)은 복수의 포인트들 간의 간격에 특정 코드가 코드화되며, 복수의 포인트들은 각기 다른 각도값에 따라 위치할 수 있다. 또한, 복수의 포인트들 간의 간격은 측정 대상체(10)의 스캔 데이터 획득을 위한 하프 헤밀턴 경로에 따라 코드화된 것을 특징으로 한다. 이를 이용하여 사용자는 레퍼런스 프레임(100)을 형성하는 복수의 포인트들(110) 간의 간격(120)에 따른 위치 코딩 획득이 가능하며, 하프 헤밀턴 경로에서 위치 코딩을 이용하여 측정 대상체(10)에 대한 각도, 포즈(pose), 정위치 및 반위치의 스캔 데이터 획득하며, 스캔 데이터를 이용하여 3차원 프린팅이 가능할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 레퍼런스 프레임(100)은 측정 대상체(10)을 중심으로 측정 대상체(10)을 감싸도록 둘러싸는 형태로 형성되며, 측정 대상체(10)의 높이를 기준으로 중간 지점에 위치하는 것을 기본으로 한다. 이에 따라서, 측정 대상체(10)은 레퍼런스 프레임(100)이 형성된 가운데 위치한다. 실시예에 따라서, 레퍼런스 프레임(100)은 측정 대상체(10)의 표면과 접촉하도록 결합된 상태이거나, 측정 대상체(10)의 표면과 기 설정된 간격만큼 이격되어 형성된 상태일 수 있다.

이때, 레퍼런스 프레임(100)은 복수의 포인트들이 연결된 바(Bar)가 원형, 타원형 및 사각형 중 어느 하나의 폐곡선 형태로 형성된 형상일 수 있으나, 도형의 종류는 무관하며 양 끝이 결합된 폐곡선 형태이면 무관하다.

도 2를 참조하면, 레퍼런스 프레임(100)은 복수의 포인트들(110)과 복수의 포인트들(100)이 간격(120)에 따라 연결된 폐곡선 형태를 나타낸다. 포인트(110)는 구(sphere)의 형상을 나타내나, 구 또는 원형에 한정하지 않으며, 사면체, 오면체, 육면체와 같은 다면체의 형태일 수 있다. 포인트들 간의 간격(120)은 포인트들(110)을 연결한 거리를 나타낼 수 있다. 이때, 포인트(110)의 크기 및 개수는 한정하지 않으며, 간격(120)의 길이 및 두께 또한 한정하지 않는다.

도 3을 참조하면, 레퍼런스 프레임(100)에 형성된 복수의 포인트들(110)은 각기 다른 각도값을 나타낼 수 있다. 예를 들면, 레퍼런스 프레임(100)의 제1 포인트(1101)는 0°를 나타내는 기준이며, 제2 포인트(1102)는 20°를 나타내는 것과 같이 제1 포인트(1101)를 기준으로 시계 반대 방향에 따라 복수의 포인트들(110)에 대한 각도값이 지정되며, 각도값에 따라 레퍼런스 프레임(100)에 복수 개의 포인트들(110)이 형성될 수 있다. 이때, 복수의 포인트들(110)에 지정된 각도값은 한정하지 않으며, 각도에 따른 포인트의 위치 또한 한정하지 않음은 당연하다.

도 4를 참조하면, 레퍼런스 프레임(100)에 형성된 복수의 포인트들(110) 간의 간격(120)에 0, 1, 2, 3 중 어느 하나의 특정 코드(121)가 코드화될 수 있다. 예를 들면, 제1 포인트(1101)와 제2 포인트(1102) 사이의 간격에 ‘0’의 코드(121)가 코드화되고, 제2 포인트(1102)와 제3 포인트(1103) 사이의 간격에 ‘1’의 코드(121)가 코드화되며, 제3 포인트(1103)와 제4 포인트(1104) 사이의 간격에 ‘2’의 코드(121)가 코드화될 수 있다. 이때, 코드(121)는 0, 1, 2, 3 중 어느 하나일 수 있으며, 한정하지 않는다.

이에 따라서, 본 발명은 복수의 포인트들(110) 간의 간격(120)에 형성된 특정 코드(121)를 획득하여 위치 코딩 획득이 가능하며, 위치 코딩을 통해 포인트(110)의 위치 및 각도를 알 수 있다. 이에 따른 위치 코딩을 이용하여 측정 대상체(10)에 대한 각도, 포즈(pose), 정위치 및 반위치의 스캔 데이터 획득이 가능할 수 있다. 이때, 정위치는 측정 대상체(10)의 기본 자세를 나타내며, 반위치는 측정 대상체(10)이 대칭 회전된 상태인 뒤집힌 자세를 나타낸다.

도 4를 예를 들어 설명하면, 본 발명은 레퍼런스 프레임(100)에 형성된 복수의 포인트들(110) 중에서 4개의 포인트들(1101, 1102, 1103, 1104)을 획득하며, 획득된 4개의 포인트들 간의 각 간격에 코드화된 3개의 코드(‘0’, ‘1’, ‘2’)를 결합하여 위치 코딩(012)의 획득이 가능할 수 있다. 위치 코딩은 0, 1, 2, 3의 코드가 중복 및 반복되지 않게 결합되며, 정위치 및 반위치의 구별이 가능하고, 측정 대상체의 각도 및 포즈가 추출되도록 중복 및 반복되지 않게 코드화되는 것을 특징으로 한다. 이때, 본 발명의 실시예에 따르면, 위치 코딩을 통해 측정 대상체의 각도, 포즈, 정위치 및 반위치를 획득할 수 있도록 도 5에 도시된 하프 헤밀턴 경로를 사용하는 것을 특징으로 한다. 다만, 본 발명에서는 4개의 포인트들과 4개의 포인트들 간의 각 간격에 코드화된 3개의 코드를 결합한 위치 코딩을 사용하는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않으며 N개의 포인트들과 N개의 포인트들 간의 각 간격에 코드화된 N-1개의 코드를 결합한 위치 코딩을 사용할 수 있다.

도 5를 참조하면, 하프 헤밀턴 경로는 0, 1, 2, 3의 코드 중 3개의 코드가 중복 및 반복되지 않도록 결합된 위치 코딩으로 알고리즘된 것으로, 측정 대상체가 뒤집힌 형태인 대칭 회전된 상태에도 동일하게 코드가 중복 및 반복되지 않게 형성될 수 있다. 이때, 하프 헤밀턴 경로에서, 점선 코딩은 측정 대상체의 정위치를 나타내고, 실선 코딩은 측정 대상체의 반위치를 나타낼 수 있다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 하프 헤밀턴 경로는 제1 포인트(1101)를 기준으로 반시계 방향으로 형성된 3개의 특정 코드(121)로 결합된 위치 코딩으로 형성된 것으로, 이를 이용하면 측정 대상체(10)의 대칭 회전인 반위치를 구별할 뿐만이 아니라 측정 대상체(10)의 각도, 포즈(pose), 정위치의 스캔 데이터 획득이 가능할 수 있다. 예를 들면, 도 4에 도시된 레퍼런스 프레임(100)를 기준으로 하면, 제1 포인트(1101)와 제2 포인트(1102) 사이의 간격에 ‘0’의 코드(121)를 기준으로 반시계 방향으로 획득되는 위치 코딩인 012, 120, 201, 013, … 은 도 5에 도시된 하프 헤밀턴 경로에서 측정 대상체가 정위치 형태(점선 코딩)인 것을 나타낼 수 있다. 반면에, 레퍼런스 프레임(100)가 결합된 측정 대상체(10)이 대칭 회전 즉, 뒤집힌 상태인 경우를 기준으로 하면, 032, 321, 210, 103, …과 같은 도 5에 도시된 하프 헤밀턴 경로에서 측정 대상체가 반위치 형태(실선 코딩)인 것을 나타낼 수 있다.

나아가 이를 통해서, 측정 대상체의 정위치 및 반위치의 상태뿐 아니라, 위치 코딩을 통해 포인트(110)의 위치 및 각도를 획득하며, 획득된 포인트(110)의 위치 및 각도에 따라 측정 대상체(10)의 각도 및 포즈(pose)를 획득할 수도 있다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 레퍼런스 프레임을 이용한 3차원 스캔 데이터 추출방법의 동작 흐름도를 도시한 것이다.

도 6을 참조하면, 단계 S610에서, 측정하고자 하는 측정 대상체를 기준으로 위치하는 복수의 포인트들이 연결된 폐곡선 형태의 레퍼런스 프레임(Reference frame)을 이용하며, 레퍼런스 프레임의 중심에 위치하는 측정 대상체에 대한 3차원 스캔 데이터 추출을 위해 복수의 포인트들 중에서 N개의 포인트들을 추출한다.

상기 측정 대상체는 측정하고자 하는 3차원 물체이며, 크기, 형태, 색상, 종류 및 개수는 한정하지 않는다.

단계 S620에서, N개의 포인트들 간의 각 간격에 코드화된 N-1개의 코드를 결합하여 위치 코딩을 획득한다.

예를 들면, 단계 S610 및 단계 S620은 레퍼런스 프레임에 형성된 복수의 포인트들 중에서 4개의 포인트들을 획득하며, 획득된 4개의 포인트들 간의 각 간격에 코드화된 3개의 코드(‘0’, ‘1’, ‘2’)를 결합하여 위치 코딩(012)을 획득할 수 있다.

위치 코딩은 0, 1, 2, 3의 코드가 중복 및 반복되지 않게 결합되며, 정위치 및 반위치의 구별이 가능하고, 측정 대상체의 각도 및 포즈가 추출되도록 중복 및 반복되지 않게 코드화되는 것을 특징으로 한다. 이때, 본 발명의 실시예에 따르면, 위치 코딩을 통해 측정 대상체의 각도, 포즈, 정위치 및 반위치를 획득할 수 있도록 도 5에 도시된 하프 헤밀턴 경로를 사용하는 것을 특징으로 한다. 다만, 본 발명에서는 4개의 포인트들과 4개의 포인트들 간의 각 간격에 코드화된 3개의 코드를 결합한 위치 코딩을 사용하는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않으며 N개의 포인트들과 N개의 포인트들 간의 각 간격에 코드화된 N-1개의 코드를 결합한 위치 코딩을 사용할 수 있다.

단계 S630에서, 위치 코딩을 이용하여 측정 대상체에 대한 3차원 스캔 데이터를 획득한다.

단계 S630은 하프 헤밀턴 경로에서 위치 코딩을 이용하여 측정 대상체에 대한 각도, 포즈(pose), 정위치 및 반위치의 스캔 데이터를 획득할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 레퍼런스 프레임은 중심에 위치하는 측정 대상체에 대한 3차원 스캔 데이터 추출을 위해 기준 좌표를 제공할 수 있다. 보다 구체적으로, 레퍼런스 프레임은 복수의 포인트들 간의 간격에 특정 코드가 코드화되며, 복수의 포인트들은 각기 다른 각도값에 따라 위치할 수 있다. 또한, 복수의 포인트들 간의 간격은 측정 대상체의 스캔 데이터 획득을 위한 하프 헤밀턴 경로에 따라 코드화된 것을 특징으로 한다. 이를 이용하여 사용자는 레퍼런스 프레임을 형성하는 복수의 포인트들 간의 간격에 따른 위치 코딩 획득이 가능하며, 하프 헤밀턴 경로에서 위치 코딩을 이용하여 측정 대상체에 대한 각도, 포즈(pose), 정위치 및 반위치의 스캔 데이터 획득하며, 스캔 데이터를 이용하여 3차원 프린팅이 가능할 수 있다.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

10: 측정 대상체
100: 레퍼런스 프레임
110: 포인트
120: 간격
121: 코드

Claims (8)

1. 측정하고자 하는 측정 대상체; 및
   복수의 포인트들이 연결된 폐곡선의 형태로 형성되며, 중심에 위치하는 상기 측정 대상체에 대한 3차원 스캔 데이터 추출을 위한 기준 좌표를 제공하여 구성되는 3차원 스캔 데이터 추출을 위한 레퍼런스 프레임(Reference frame).
2. 제1항에 있어서,
   상기 레퍼런스 프레임은
   상기 복수의 포인트들이 연결된 원형, 타원형 및 사각형 중 어느 하나의 폐곡선 형태로 형성되는, 3차원 스캔 데이터 추출을 위한 레퍼런스 프레임.
3. 제1항에 있어서,
   상기 레퍼런스 프레임은
   상기 복수의 포인트들 간의 간격에 특정 코드가 코드화된 것을 특징으로 하는, 3차원 스캔 데이터 추출을 위한 레퍼런스 프레임.
4. 제3항에 있어서,
   상기 복수의 포인트들 간의 간격은
   하프 헤밀턴 경로에 따라 코드화된 것을 특징으로 하는, 3차원 스캔 데이터 추출을 위한 레퍼런스 프레임.
5. 제4항에 있어서,
   상기 레퍼런스 프레임은
   상기 복수의 포인트들 간의 간격에 따라 위치 코딩 획득이 가능하며, 상기 하프 헤밀턴 경로에서 상기 위치 코딩을 이용하여 상기 측정 대상체에 대한 각도, 포즈(pose), 정위치 및 반위치의 스캔 데이터 획득이 가능한 것을 특징으로 하는, 3차원 스캔 데이터 추출을 위한 레퍼런스 프레임.
6. 제5항에 있어서,
   상기 레퍼런스 프레임은
   상기 복수의 포인트들 중에서 N개의 포인트들을 획득하며, 상기 획득된 N개의 포인트들 간의 각 간격에 코드화된 N-1개의 코드를 결합하여 상기 위치 코딩의 획득이 가능한 것을 특징으로 하는, 3차원 스캔 데이터 추출을 위한 레퍼런스 프레임.
7. 측정하고자 하는 측정 대상체를 기준으로 위치하는 복수의 포인트들이 연결된 폐곡선 형태의 레퍼런스 프레임(Reference frame)을 이용하며, 상기 레퍼런스 프레임의 중심에 위치하는 상기 측정 대상체에 대한 3차원 스캔 데이터 추출을 위해 상기 복수의 포인트들 중에서 N개의 포인트들을 추출하는 단계;
   상기 N개의 포인트들 간의 각 간격에 코드화된 N-1개의 코드를 결합하여 위치 코딩을 획득하는 단계; 및
   상기 위치 코딩을 이용하여 상기 측정 대상체에 대한 3차원 스캔 데이터를 획득하는 단계
   를 포함하여 구성되는 레퍼런스 프레임을 이용한 3차원 스캔 데이터 추출방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 측정 대상체에 대한 3차원 스캔 데이터를 획득하는 단계는
   하프 헤밀턴 경로에서 상기 위치 코딩을 이용하여 상기 측정 대상체에 대한 각도, 포즈(pose), 정위치 및 반위치의 스캔 데이터를 획득하는 것을 특징으로 하는, 레퍼런스 프레임을 이용한 3차원 스캔 데이터 추출방법.
   

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