KR102080506B1 - 3D optical scanner - Google Patents
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Abstract
본 발명은 차원 물체의 형상을 측정하여 모델링하기 위한 스캐너 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게 설명하면, 스캔 속도가 느리고 정밀도가 떨어지는 레이저 방식을 사용하지 않고 광학 방식을 사용하되, 외부 빛의 변화에 안정하며, 측정정밀도가 높은 한편, 제조비용이 저렴하여 교육용으로 사용할 수 있는 광학 3D 스캐너에 관한 기술분야가 개시된다.
또한, 본 발명은 빛을 조사하여 해당 대상물에 대한 입체정보를 점 데이터로 형상화하고, 각각의 구성인 센서모듈, 카메라 등을 소형화시켜 제조비용을 절감할 수 있는 효과와, 조사하는 광원을 이동시키기 때문에 크기가 다양한 대상물을 측정할 수 있는 효과와 광원의 조사범위를 조절하여 사용자가 원하는 범위만을 측정할 수 있는 효과 및 광원의 중심을 쉽게 확인할 수 있도록 중심선 마크를 광원과 함께 조사하여 대상물과 광원을 쉽게 일치시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.The present invention relates to a scanner device for measuring and modeling the shape of a dimensional object. More specifically, the present invention uses an optical method without using a laser method with a low scanning speed and a low accuracy, but is stable to changes in external light. In addition, a technical field of an optical 3D scanner that can be used for education because of high measurement accuracy and low manufacturing cost is disclosed.
In addition, the present invention is to shape the three-dimensional information on the target object by irradiating light into the point data, and to reduce the manufacturing cost by miniaturizing the respective sensor module, camera, etc., and to move the light source to irradiate Therefore, the effect of measuring objects of various sizes and the effect of adjusting the irradiation range of the light source, and the effect of measuring only the desired range by the user, and the center line mark with the light source to easily check the center of the light source, Easily matched effects can be achieved.
Description
본 발명은 3차원 물체의 형상을 측정하여 모델링하기 위한 스캐너 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게 설명하면, 스캔 속도가 느리고 정밀도가 떨어지는 레이저 방식을 사용하지 않고 광학 방식을 사용하되, 외부 빛의 변화에 안정하며, 측정정밀도가 높은 한편, 제조비용이 저렴하여 교육용으로 사용할 수 있는 광학 3D 스캐너에 관한 기술분야이다.The present invention relates to a scanner device for measuring and modeling the shape of a three-dimensional object, and in more detail, using an optical method without using a laser method with a low scanning speed and low precision, It is a technical field of an optical 3D scanner which is stable, has high measurement accuracy, and has low manufacturing cost and can be used for education.
일반적으로, 자유 곡면으로 이루어진 물체의 3차원 형상측정은 다양한 가공물의 검사나, 캐드/캠(CAD/CAM), 의료, 솔리드 모델링 등 여러 가지 분야에서 폭넓게 적용되고 있다.In general, three-dimensional shape measurement of free-formed objects is widely applied in various fields such as inspection of various workpieces, CAD / CAM, medical care, and solid modeling.
이러한 3차원 형상의 측정기술의 하나 중의 하나가 접촉식 3차원 측정기를 사용하여 곡면상의 한 점씩 측정하여 전체 곡면형상을 측정하는 방식이 사용되어 오고 있었는데, 이러한 접촉식 3차원 형상 측정법은 측정시간이 과다하게 소요되는 문제점을 안고 있다.One of the three-dimensional shape measurement technology has been used to measure the entire curved shape by measuring a point on the surface by using a contact three-dimensional measuring device, this contact three-dimensional shape measurement method has been used I have an excessive problem.
이에 최근에는 접촉식 3차원 측정기의 단점을 해소하여 측정 효율을 높이기 위하여 광학적인 방식을 이용하고 있다.Recently, the optical method has been used to solve the shortcomings of the contact type 3D measuring device and increase the measuring efficiency.
이와 같이 광학적인 방법을 이용하여 물체의 입체형상을 측정하는 장비를 통상적으로 "3차원 스캐너(3D Scanner)"라고 부른다.As such, a device for measuring a three-dimensional shape of an object by using an optical method is commonly referred to as a "3D scanner".
이러한 3차원 스캐너는, 렌즈와 카메라로 이루어진 영상획득부와 패턴광을 영사하는 패턴광 영사부로 구성 되어 있는데, 영상획득부와 패턴광 영사부는 사용자가 임의로 조정할 수 없도록 기구적으로 고정되어 있으며, 또한 영상획득부의 렌즈 역시 사용자가 조정할 수 없도록 고정되어 있다.The three-dimensional scanner is composed of an image acquisition unit consisting of a lens and a camera and a pattern light projection unit for projecting pattern light. The image acquisition unit and pattern light projection unit are fixed mechanically so that the user cannot arbitrarily adjust them. The lens of the image acquisition unit is also fixed so that the user cannot adjust it.
그런데, 통상의 사진을 촬영하는 카메라에서 셔터를 누르기 전에 카메라에 장착된 렌즈를 조정하여 초점을 맞추는 과정이 필요하듯이, 3차원 스캐너에서도 입체형상을 측정하기 이전에 선명한 영상이 획득될 수 있도록 초점을 조정해야 한다.However, in a conventional camera taking a picture, it is necessary to adjust the lens mounted on the camera before pressing the shutter to focus the lens so that a sharp image can be obtained even before the three-dimensional shape is measured in the three-dimensional scanner. Should be adjusted.
하지만, 앞서 설명한 바와 같이 3차원 스캐너에서는 사용자가 렌즈를 조정할 수 없도록 고정되어 있기 때문에, 측정 대상물과 3차원 스캐너 사이의 거리를 조정하여 초점을 맞추어야 한다.However, as described above, the 3D scanner is fixed so that a user cannot adjust the lens, so the distance between the measurement object and the 3D scanner should be adjusted to focus.
즉, 초점이 잘 맞지 않는 위치에 측정 대상물이 위치하는 경우 선명한 영상 획득이 어려워 3차원 형상 측정 신뢰성이 떨어지므로 측정 대상물을 이동시켜 최적의 위치를 찾아야 한다.In other words, when the measurement object is located in a poorly focused position, it is difficult to obtain a clear image and thus the reliability of the 3D shape measurement is poor. Therefore, the measurement object must be moved to find an optimal position.
종래의 3D 스캐너를 이용한 측정 시스템의 초점 위치 설정 방식은 렌즈와 카메라로 구성되는 영상획득부, 측정 대상물 표면에 패턴광을 영사하는 패턴광 영사부로 구성된다.The focus position setting method of a conventional measurement system using a 3D scanner includes an image acquisition unit consisting of a lens and a camera, and a pattern light projection unit projecting pattern light onto a surface of a measurement object.
일반적으로 3D 스캐너는 자체적으로 최적의 초점 위치를 갖기 때문에, 줄자 등을 이용하여 해당 3D 스캐너의 사양에 따라 정해진 최적의 초점 위치를 찾은 후에 그 위치에 측정 대상물을 위치시켜야 한다.In general, since the 3D scanner has its own optimal focus position, it is necessary to find the optimal focus position determined according to the specification of the 3D scanner by using a tape measure or the like, and then place the measurement object there.
이렇게 줄자 등을 이용하여 해당 스캐너의 최적초점 위치에 측정 대상물을 위치시키는 방법은 사용자가 3차원 스캐너를 사용할 때마다 줄자를 준비해야하는 번거로움이 있어 효율성이 떨어진다.The method of locating the measurement object at the optimum focus position of the scanner using a tape measure, etc., is inefficient because the user has to prepare a tape measure every time the user uses the 3D scanner.
종래의 3D 스캐너를 이용한 측정 시스템의 초점 위치 설정 방식의 다른 실시예는 렌즈와 카메라로 구성되는 영상획득부, 측정 대상물 표면에 패턴광을 영사하는 패턴광 영사부 및 측정 대상물 표면에 점광원을 조사하는 점광원 발생기를 포함한다.Another embodiment of a focal position setting method of a measurement system using a conventional 3D scanner includes an image acquisition unit consisting of a lens and a camera, a pattern light projection unit projecting pattern light onto a surface of a measurement object, and a point light source on the surface of the measurement object. And a point light source generator.
상기 다른 실시예는 3차원 스캐너의 영상획득부의 양측에 별도의 점광원 발생기를 각각 설치하여 각각 점광을 발생하도록 하고, 측정 대상물을 전진 혹은 후진시키면서 두 개의 점광원이 겹쳐지는 위치를 최적 위치로 설정한다.According to another embodiment of the present invention, separate point light source generators are installed on both sides of the image acquisition unit of the 3D scanner to generate point light, respectively, and the position where the two point light sources overlap with each other while moving the object forward or backward is set to an optimal position. do.
즉, 측정 대상물이 초점위치에서 너무 먼 거리에 있을 경우와, 측정 대상물이 초점위치에서 너무 가까운 거리에 있을 경우 두 개의 점광이 겹쳐지지 않는다.That is, two point lights do not overlap when the measurement object is too far from the focus position and when the measurement object is too close to the focus position.
이 경우 측정 대상물을 전진 혹은 후진시키면 측정 대상물에 조사된 두 개의 점광원 사이의 거리가 변화하게 되므로, 이를 참조하여 측정 대상물을 이동시키면 두 개의 점광이 겹쳐져 하나의 점광으로 나타나므로, 이 위치에 측정 대상물을 위치시키면 선명한 영상을 획득할 수 있다.In this case, when the measurement object is moved forward or backward, the distance between two point light sources irradiated to the measurement object is changed. When moving the measurement object with reference to this, two point lights overlap and appear as one point light. When the object is positioned, a clear image can be obtained.
이렇게 두 개의 점광원이 구비된 3차원 스캐너는 사용자들에게 최적의 위치를 쉽게 찾을 수 있도록 편리함을 제공하고 있지만, 별도의 점광원 2개를 배치시켜야 하기 때문에 장치의 부피가 커지는 것은 물론 추가적인 비용의 지출이 불가피하다는 문제점이 있다.This three-dimensional scanner equipped with two point sources provides convenience for users to easily find the optimal location. However, two separate point sources need to be arranged, making the device bulky and costly. There is a problem that spending is inevitable.
아울러, 상기와 같은 3차원 스캐너는 고가의 제품은 존재하지만 저가의 제품이 없어 교육 현장에 공급을 위한 정밀성이 뛰어나며 가격이 저렴한 제품 개발히 절실히 요구되고 있는 실정이다.In addition, the three-dimensional scanner as described above is expensive, but there is no low-cost product is excellent in the precision for supply to the education site, low-cost product development is urgently required.
본 발명은 상술한 종래기술에 따른 문제점을 해결하고자 안출된 기술로서, 종래의 3차원 스캐너는 스캐너의 최적 초점 위치에 측정 대상물을 위치시키기 어렵고, 측정 대상물이 초점위치에서 너무 멀거나 가까울 경우 대상물을 전진 혹은 후진시키면서 측정해야 하며, 사용자가 원하는 부분만을 측정하기 어려운 한편, 교육용으로 사용할 수 있는 저가의 장비가 없는 문제가 발생하여, 이에 대한 해결점을 빛을 조사하여 해당 대상물에 대한 입체정보를 점 데이터로 형상화하고, 조사하는 광원을 이동시킬 수 있으며, 대상물의 중심과 광원의 중심을 쉽게 맞출 수 있는 한편, 제조비용이 저렴한 광학 3D 스캐너를 통하여 제공하는 것을 주된 목적으로 하는 것이다.The present invention has been made to solve the problems according to the prior art described above, the conventional three-dimensional scanner is difficult to position the object to be measured at the optimum focus position of the scanner, when the object is too far or close to the focus position, It is difficult to measure only the part that the user wants while measuring forward or backward, and there is a problem that there is no low-cost equipment that can be used for education. The main object of the present invention is to provide an optical 3D scanner that can be shaped, and can move a light source to be irradiated, easily align the center of the object with the center of the light source, and at a low cost.
본 발명은 상기와 같은 소기의 목적을 실현하고자, 대상물이 상부에 안착되고, 상기 대상물을 좌우 회전시키는 턴테이블과 대상물에 광원을 조사하는 센서모듈과, 상기 센서모듈에 의해 광원이 조사된 대상물을 촬영하는 CCD 카메라를 구비하는 측정부와 상기 측정부에서 측정된 대상물의 영상 데이터를 전달받아 점 데이터로 형상화하는 제어부를 포함하여 구성되고, 상기 측정부는 센서모듈에서 조사되는 광원을 이동시키는 것을 특징으로 하며, 상기 센서모듈은 조사되는 광원의 범위조절이 가능한 것을 특징으로 하는 광학 3D 스캐너를 제시한다.The present invention, to achieve the desired object as described above, the object is seated on the top, the turntable for rotating the object left and right, the sensor module for irradiating the light source to the object, and the object to which the light source is irradiated by the sensor module It comprises a measuring unit having a CCD camera and a control unit for receiving the image data of the object measured by the measuring unit to form the point data, the measuring unit is characterized in that for moving the light source irradiated from the sensor module The sensor module provides an optical 3D scanner, characterized in that the range of the light source to be irradiated is adjustable.
또한, 본 발명의 상기 센서모듈은 조사되는 광원의 중심을 표시하는 중심선 마크를 광원과 함께 조사하는 것을 특징으로 한다.In addition, the sensor module of the present invention is characterized in that for irradiating the center line marks indicating the center of the light source to be irradiated with the light source.
상기와 같이 제시된 본 발명에 의한 광학 3D 스캐너는 빛을 조사하여 해당 대상물에 대한 입체정보를 점 데이터로 형상화하고, 각각의 구성인 센서모듈, 카메라 등을 소형화시켜 제조비용을 절감할 수 있는 효과와, 조사하는 광원을 이동시키기 때문에 크기가 다양한 대상물을 측정할 수 있는 효과와 광원의 조사범위를 조절하여 사용자가 원하는 범위만을 측정할 수 있는 효과 및 광원의 중심을 쉽게 확인할 수 있도록 중심선 마크를 광원과 함께 조사하여 대상물과 광원을 쉽게 일치시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.Optical 3D scanner according to the present invention as described above is to form a three-dimensional information on the target object by irradiating light into the point data, and to reduce the manufacturing cost by miniaturizing the respective sensor module, camera, etc. and Since the light source is moved, it is possible to measure objects of various sizes, adjust the irradiation range of the light source, and measure the center of the light source so that the user can easily check the center of the light source. By irradiating together, the effect of easily matching the object and the light source can be obtained.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 광학 3D 스캐너를 나타낸 사진.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 측정부를 나타낸 사진.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 광학 3D 스캐너를 나타낸 사진.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 의해 측정된 치아보정물의 사진.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 의해 동작원리를 계략적으로 나타낸 도면 및 데이터표.1 is a photograph showing an optical 3D scanner according to a preferred embodiment of the present invention.
Figure 2 is a photograph showing a measuring unit according to a preferred embodiment of the present invention.
3 is a photograph showing an optical 3D scanner according to a preferred embodiment of the present invention.
Figure 4 is a photograph of the dental correction measured by the preferred embodiment of the present invention.
5 is a view schematically showing a principle of operation according to a preferred embodiment of the present invention and a data table.
본 발명은 3차원 물체의 형상을 측정하여 모델링하기 위한 스캐너 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게 설명하면, 스캔 속도가 느리고 정밀도가 떨어지는 레이저 방식을 사용하지 않고 광학 방식을 사용하되, 외부 빛의 변화에 안정적이고, 측정정밀도가 높으며, 제조비용이 저렴하여 교육용으로 사용할 수 있는 광학 3D 스캐너에 관한 기술분야이다.The present invention relates to a scanner device for measuring and modeling the shape of a three-dimensional object, and in more detail, using an optical method without using a laser method with a low scanning speed and low precision, It is a technical field of an optical 3D scanner which is stable, has high measurement accuracy, and has low manufacturing cost and can be used for education.
즉, 본 발명은 교육용으로 사용할 수 있도록 제조비용이 저렴할 뿐만 아니라 측정정밀도가 높은 고성능으로서, 소형화 및 경량화되어 있고, 이미지 센서모듈과 인터페이스를 쉽게 셋팅 할 수 있는 특징을 가지고 있다.That is, the present invention is not only low-cost manufacturing cost, but also high-performance, high-precision measurement so that it can be used for educational purposes.
또한, 본 발명은 Sub-Pixel Accuracy Technique를 적용하여 측정정밀도를 향상시키는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is characterized by improving the measurement accuracy by applying the Sub-Pixel Accuracy Technique.
상기와 같은 본 발명을 달성하기 위한 구성은 대상물(10)이 상부에 안착되고, 상기 대상물(10)을 좌우 회전시키는 턴테이블(20);과 대상물(10)에 광원을 조사하는 센서모듈(32)과, 상기 센서모듈(32)에 의해 광원이 조사된 대상물(10)을 촬영하는 CCD 카메라(34)를 구비하는 측정부(30);와 상기 측정부(30)에서 측정된 대상물(10)의 영상 데이터를 전달받아 점 데이터로 형상화하는 제어부(40);를 포함하여 구성되고, 상기 측정부(30)는 센서모듈(32)에서 조사되는 광원을 이동시키는 것을 특징으로 하며, 상기 센서모듈(32)은 조사되는 광원의 범위조절이 가능한 것을 특징으로 한다.The configuration for achieving the present invention as described above is the
또한, 본 발명의 상기 센서모듈(32)은 조사되는 광원의 중심을 표시하는 중심선 마크를 광원과 함께 조사하는 것을 특징으로 한다.In addition, the
본 발명을 달성하기 위한 주요 구성요소인 턴테이블(20)은
대상물(10)이 상부에 안착되고, 상기 대상물(10)을 좌우 회전시키는 것으로서, 대상물(10)을 입체적으로 측정하기 위해 상부에 안착된 대상물(10)을 회전시켜 이후에 자세히 언급될 센서모듈(32)에서 조사되는 광원이 대상물(10)에 고루 비춰질 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.As the
아울러, 본 발명의 턴테이블(20)은 교육용으로 제작되기 위해 교육에 사용되는 대상물(10)의 특성상 크기가 비교적 작은 것을 고려하여 소형으로 제작하는 것이 바람직하고, 이후에 자세히 언급될 제어부(40)에 의해 측정부(30)와 함께 제어되어 대상물(10)을 효율적으로 측정할 수 있게 된다.In addition, it is preferable that the
부가하여 설명하면, 본 발명의 턴테이블(20)은 측정부(30)에서 대상물(10)의 일측부분 측정을 완료하면 제어부(40)에 의해 회전되어 일측부분의 인접한 부분을 측정할 수 있게 되는 것이다.In addition, when the
본 발명을 달성하기 위한 주요 구성요소인 측정부(30)는
대상물(10)에 광원을 조사하는 센서모듈(32)과, 상기 센서모듈(32)에 의해 광원이 조사된 대상물(10)을 촬영하는 CCD 카메라(34)를 구비하는 것으로서, 센서모듈(32)에서 대상물에 광원을 조사한 후 광원이 조사된 대상물(10)을 CCD 카메라(34)를 이용하여 촬영함으로써, 영상 데이터를 얻을 수 있고, 이에 따라 제어부(40)는 대상물(10)의 좌표를 획득할 수 있게 된다. 광원을 이용하여 대상물(10)의 좌표를 얻는 방법은 종래에 알려진 3각 측량을 이용하는 것으로서, 자세한 설명은 생략하도록 한다.A
또한, 본 발명의 측정부(30)는 센서모듈(32)에서 조사되는 광원을 이동시키는 것을 특징으로 하는데, 도 3에 도시된 바와 같이, 측정부(30)를 지지하는 지지프레임(미표시)의 중심을 축으로 측정부(30) 자체가 회전됨으로써, 센서모듈(32)에서 조사되는 광원을 이동시켜 대상물(10)과 광원의 중심을 일치시킬 수 있는 효과를 실현케 한다.In addition, the
이때, 측정부(30)는 상기에서 언급한 바와같이, 측정부(30) 자체가 회전되어 광원을 이동시켜도 무방하고, 상기 센서모듈(32)이 측정부(30)에 좌우 및 상하로 회전되도록 설치되어도 무방하다.At this time, the
아울러, 본 발명의 측정부(30)는 광원을 이동시키기 위해 제어부(40)에 의해 제어됨으로써, 정밀하게 회전가능하고, 센서모듈(32)이 회전될 때에도 마찬가지로 제어부(40)에 의해 정밀하게 제어됨은 자명할 것이다.In addition, the
부가하여, 상기 센서모듈(32)은 교육용으로 사용하기 위해 소형으로 제작되는 것은 자명할 것이고, 측정부(30)에 내입되어 설치되거나, 돌출되도록 설치되어도 무방하다.In addition, it will be apparent that the
상기와 연관하여, 상기 센서모듈(32)은 조사되는 광원의 범위조절이 가능한 것을 특징으로 하는데, 이는 사용자가 대상물(10)의 일부분, 예를 들어 돼지의 코부분만을 모델링화하고자 하면 돼지의 코부분만 광원을 비출 수 있도록 광원의 범위를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하고, 광원의 범위를 조절함으로써, 사용자는 선택적으로 대상물(10)의 일부분 즉, ROL(Region of Interest)을 선택하여 모델링화 할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.In connection with the above, the
이때, 상기 센서모듈(32)에서 조사되는 광원의 범위조절은 제어부(40)에 의해 정밀하게 제어됨은 자명할 것이고, 조리개 또는 종래에 일반적으로 빛의 조사범위 즉, 빛이 조사되는 크기를 조절할 수 있는 어떠한 기술을 사용하여도 무방하다.At this time, it will be apparent that the range control of the light source irradiated from the
또한, 상기 센서모듈(32)은 조사되는 광원의 중심을 표시하는 중심선 마크(미도시)를 광원과 함께 조사하는 것을 특징으로 하는데, 이는 대상물(10)을 효율적으로 측정할 수 있는 효과를 실현케 한다.In addition, the
일반적으로, 3D 모델링을 위해 광학 방식을 이용하는 경우 첫번째로 수행되어야 하는 조건은 조사되는 광원과 대상물(10)의 중심을 일치시는 것인데, 본 발명은 센서모듈(32)에 조사되는 광원과 함께 중심선 마크를 광원과 함께 조사함으로써, 쉽게 대상물(10)과 광원의 중심을 일치시킬 수 있어 교육용으로 적합하다.In general, when using the optical method for 3D modeling, the first condition to be performed is to match the center of the light source to be irradiated with the
상기 중심선 마크는 십자가 형태로 조사하여 십자가의 중심이 광원의 중심을 표시하도록 하는 것이 바람직하고, 표시방법은 광원의 색을 다르게 하여 조사할 수도 있고, 광원의 일부가 조사되지 않도록 할 수 있으며, 레이저를 사용하여 표시하여도 무방하다. 즉, 당업자의 판단에 의해 종래에 사용되는 어떠한 방법을 사용하여 중심선 마크를 표시하여도 무방하다.The center line mark may be irradiated in the form of a cross so that the center of the cross may indicate the center of the light source, and the display method may be irradiated by changing the color of the light source, and may prevent a part of the light source from being irradiated. It may be displayed using. That is, the centerline mark may be displayed by any method conventionally used by the judgment of those skilled in the art.
상기와 연관하여, 상기 센서모듈(32)에서 조사되는 광원은 LED 빔 프로젝터를 사용하되, 그레이스케일(GrayScale)을 적용하는 것이 바람직하고, 상기 그레이스케일은 하양에서 검정 사이의 회색의 점진적인 단계 범위로 명도 차의 척도로서, 10단계의 밝기로 되어 있는데, 당업자의 판단에 따라 밝기의 단계를 제어부(40)에서 설정이 가능하다.In connection with the above, the light source irradiated from the
아울러, 상기 CCD 카메라(34)는 종래에 3차원 스캐너에서 일반적으로 사용되는 카메라로서, 교육용에 맞게 작동할 수 있되, 소형이며 저가인 것을 사용하는 것이 바람직하며, 자세한 설명은 생략하도록 한다.In addition, the
본 발명을 달성하기 위한 주요 구성요소인 제어부(40)는The
측정부(30)에서 측정된 대상물(10)의 영상 데이터를 전달받아 점 데이터로 형상화하는 것으로서, 운영프로그램과 상기 운영프로그램을 작동시킬 수 있는 PC를 포함하여 구성되고, 운영프로그램을 이용하여 턴테이블(20)과 측정부(30)의 센서모듈(32) 및 CCD 카메라(34)를 제어하고, CCD 카메라(34)에서 측정된 영상 데이터를 전달받는 것을 특징으로 한다.Receiving the image data of the
즉, 본 발명의 제어부(40)는 영상 데이터를 전달받아 점 데이터로 형상화하여 대상물(10)의 x, y, z 좌료를 확인함으로써, 대상물(10)을 모델링화 할 수 있게 된다.That is, the
본 발명의 바람직한 실시예에 의해 3차원 측정 대상물을 스캐닝하는 과정을 살펴보면 다음과 같다.Looking at the process of scanning a three-dimensional measurement object according to a preferred embodiment of the present invention.
1. 측정 대상물(10)을 턴테이블(20)에 안착시킨 후 제어부(40)를 통해 턴테이블(20) 및 측정부(30)를 조절하여 센서모듈(32)에서 조사되는 광원을 대상물(10)의 중심에 맞춘다.1. The
이때, CCD 카메라는 보정이 이루어지고, 상기 보정은 기준좌표계로부터 카메라의 상대적위치(외부변수)와 초점거리 및 렌즈 왜곡계수(내부변수)를 알아내는 작업이다.At this time, the CCD camera is calibrated, and the calibration is to find the relative position (external variable), focal length and lens distortion coefficient (internal variable) of the camera from the reference coordinate system.
상기와 같은 카메라 보정 방법은 먼저, 형상을 아는 물체(예를 들어, 평평한 판에 동그란 점들이 규칙적으로 놓여잇는 보정 패널)를 카메라로 찍고 이때, 물체 위에 기준좌표계를 만든다.In the camera calibration method as described above, first, an object having a shape (for example, a correction panel in which round points are regularly placed on a flat plate) is photographed with a camera, and a reference coordinate system is created on the object.
또한, 그 물체의 3차원 형상이 2차원 이미지상에 어떻게 나타나는지를 알아내어 여러개의 식을 만들어 내고, 그 식을 풀어서 외부 및 내부 변수를 얻게 된다. 이러한 파라미터는 후에 3차원 점 데이터를 만들기 위하여 사용된다.In addition, it finds out how the three-dimensional shape of the object appears on the two-dimensional image, generates several equations, and solves the equations to obtain external and internal variables. These parameters are later used to generate three-dimensional point data.
2. 상기와 같은 카메라 보정이 완료되면 센서모듈(32)을 이용하여 일련의 패턴을 측정 대상물에 조사한다.2. When the camera calibration as described above is completed, a series of patterns are irradiated to the measurement object using the
이 경우, LED 프로젝터는 상당히 고가이고 부피가 크기 때문에 제조원가가 저렴하고 소형화된 것을 사용하는 것이 바람직하며, 일련의 패턴이 인쇄된 패턴 필름을 이용하여 조사할 수도 있다.In this case, since the LED projector is considerably expensive and bulky, it is preferable to use a compact and inexpensive manufacturing cost, and a series of patterns can be irradiated using a printed pattern film.
즉, 제어부(40)로부터 소정의 제어신호를 인가받은 센서모듈(32)이 일련의 패턴이 인쇄된 패턴 필름을 일정 시간간격으로 좌에서 우측으로 또는 그 반대방으로 움직이게 되면 상기 패턴 필름의 후방에ㅓ 구비된 광원으로부터 나온 빛이 상기 패턴 필름의 전, 후측에 각각 구비되는 광학렌즈를 통과하여 상기 패턴 필름의 각 패턴을 순차적으로 조사하게 된다.That is, when the
따라서, 본 발명은 대상물(10)에 구조화된 빛의 패턴을 투영함으로써 그 대응성을 자동인식하게 되는데 본 발명에서는 그레이스케일을 사용한다.Therefore, the present invention automatically recognizes the correspondence by projecting the pattern of the structured light on the
부가하여 설명하면, 각각의 패턴은 컴퓨터의 스크린을 꽉 채우게 되고 이러한 패턴을 다수에 걸쳐 투사하게되면 패턴에 의해 형성되는 일련의 다른 이미지들(다수개)을 조합함으로써 각기 다른 이력dmf 가지는 선을 만들어 낼 수 있게 되는 것이다.In addition, each pattern fills the computer's screen tightly, and projecting these patterns over a number of lines creates a line with different histories by combining a series of different images formed by the pattern. You will be able to make it.
예컨데, 여기에서 이진화된 이미지의 어느 한 선상의 점 또는 픽셀의 값을 1번 패턴에서 8번 패턴까지 나열했을 경우, 예를 들어 01001011 이라면 이를 이력이라 하고, 다른 어떠한 선도 이와 동일한 값을 가질 수 없는 것이다.For example, if the value of a point or pixel on a binary image is listed from
마지막 패턴이 투영된 이미지는 이를 이진화하여 그 이미지에서 흑백의 선들이 횡방향으로 교차하는 에지(Edge)를 찾고, 이 에지는 세로 방향의 수많은 선들로 나타나는데, 이 선들이 3차원 데이터 계산 알고리즘에 직접적인 데이터가 되게 된다.The projected image of the last pattern binarizes it and finds an edge where the black and white lines cross in the image transversely, which appears as a number of vertical lines, which are directly related to the three-dimensional data calculation algorithm. Will be the data.
상기와 같이 LED 프로젝터 또는 그레이패턴이 인쇄된 필름에 의해 컴퓨터 모니터에 뜨는 그레이스케일이 측정 대상물(10)에 조사되면 조사된 측정 대상물(10)의 모습을 CCD 카메라(34)가 촬영하게 되는데 이때 촬영된 이미지가 제어부(40)로 입력된다. 이러한 과정을 투사되는 패턴의 수만큼 반복하게 되는 것이다.When the gray scale floating on the computer monitor by the LED projector or the gray pattern printed film is irradiated to the
즉, 패턴이 9개이면 위의 과정을 9번 반복하게 되고, 상기 제어부(40)에 입력되는 패턴 이미지는 각 CCD 카메라(34)를 통해 9개의 패턴 이미지가 쵤영되므로, CCD 카메라(34)를 통해 9개의 이미지 데이터로 이루어지게 된다.That is, if the pattern is nine, the above process is repeated nine times, and since nine pattern images are photographed through each
따라서, 상기 제어부(40)는 상기 CCD 카메라(34)로부터 입력된 9개의 패턴 이미지 정보를 이용하여 3차원 점 데이터를 구현하게 된다.Therefore, the
3. 패턴 이미지 정보를 이용한 3차원 점 데이터 구현은 제어부(40)에서 수행되는데, 각각의 이미지에 투영된 마지막 패턴에 해당하는 선들 중에서 동일한 이력(History)을 갖는 하나의 선을 샘플로 취하여 그 선에 대한 3차원 점들을 구하는 알고리즘을 설명하면 다음과 같다.3. The 3D point data implementation using the pattern image information is performed by the
즉, 1번 이미지의 한 선 상의 임의의 한 점과 렌즈의 중심부를 연결한 직선이 2번 이미지에 투영된 외극선으로 나타나는데, 이 외극선과 2번 이미지의 선과의 교점과 렌즈의 중심부를 연결한 직선을 얻게 된다. 여기서 구한 두 직선이 만나는 점을 구하게 되면 그 점이 바로 3차원 좌표가 된다.In other words, a straight line connecting an arbitrary point on one line of
상기는 본 발명의 바람직한 실시예를 참고로 설명하였으며, 상기의 실시예에 한정되지 아니하고, 상기의 실시예를 통해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경으로 실시할 수 있는 것이다.The above has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, but is not limited to the above embodiments, the person having ordinary skill in the art to which the present invention pertains through the above embodiments without departing from the gist of the present invention Can be implemented in a variety of changes.
10 : 대상물
20 : 턴테이블
30 : 측정부
32 : 센서모듈
34 : CCD 카메라
40 : 제어부10: object
20: turntable
30: measuring unit
32: sensor module
34: CCD camera
40: control unit
Claims (2)
상기 대상물(10)에 광원을 조사하는 센서모듈(32)과, 상기 센서모듈(32)에 의해 광원이 조사된 상기 대상물(10)을 촬영하는 CCD 카메라(34)를 구비하는 측정부(30);와
상기 측정부(30)에서 측정된 상기 대상물(10)의 영상 데이터를 전달받아 점 데이터로 형상화하는 제어부(40);를 포함하여 구성되고,
상기 측정부(30)는 센서모듈(32)에서 조사되는 광원을 이동시키는 것으로 이루어지고,
상기 센서모듈(32)은 조사되는 광원의 범위조절이 가능한 것으로 이루어지되,
상기 측정부(30)는
지지하는 지지프레임의 중심을 축으로 하여 상기 측정부(30) 자체가 회전되도록 구성하고,
상기 센서모듈(32)은
그레이스케일을 적용하는 LED 빔 프로젝터로 이루어지고,
상기 센서모듈(32)은
조사되는 광원의 중심을 표시하는 중심선 마크를 광원과 함께 조사하는 것을 특징으로 하는 광학 3D 스캐너.
A turntable 20 mounted on an upper portion of the object 10 and rotating the object 10 left and right; and
Measuring unit 30 having a sensor module 32 for irradiating a light source to the object 10 and a CCD camera 34 for capturing the object 10 irradiated with a light source by the sensor module 32 ;Wow
And a controller 40 configured to receive the image data of the object 10 measured by the measuring unit 30 and form the point data.
The measuring unit 30 is made of moving the light source irradiated from the sensor module 32,
The sensor module 32 is made to be possible to adjust the range of the light source to be irradiated,
The measuring unit 30
The measuring unit 30 itself is configured to rotate around the center of the supporting frame as an axis,
The sensor module 32 is
Consisting of an LED beam projector with grayscale
The sensor module 32 is
An optical 3D scanner characterized by irradiating a centerline mark indicating the center of the light source to be irradiated with the light source.
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