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KR101842698B1 - 3차원 점군 데이터에 기반한 치수 측정 장치 및 방법 - Google Patents

3차원 점군 데이터에 기반한 치수 측정 장치 및 방법 Download PDF

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KR101842698B1
KR101842698B1 KR1020150110769A KR20150110769A KR101842698B1 KR 101842698 B1 KR101842698 B1 KR 101842698B1 KR 1020150110769 A KR1020150110769 A KR 1020150110769A KR 20150110769 A KR20150110769 A KR 20150110769A KR 101842698 B1 KR101842698 B1 KR 101842698B1
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dimensional
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Abstract

줄자가 각도기 등의 측정 도구로 치수를 측정하기 어려운 대상물에 대해서도 다양한 치수를 측정할 수 있는 3차원 점군 데이터에 기반한 치수 측정 장치 및 방법이 개시된다.
일 실시예에 따른 3차원 점군 데이터에 기반한 치수 측정 방법은 치수 항목 목록에서 소정 항목을 선택받는 단계; 대상물을 스캐닝하여, 연속된 장면마다 상기 대상물에 대한 3차원 점군 데이터를 획득하는 단계; 상기 대상물의 스캐닝 중 화면에 표시된 마커가 선택될 때마다 치수 측정을 위한 기준점을 설정하는 단계; 및 상기 스캐닝 중에 획득된 상기 3차원 점군 데이터와 상기 스캐닝 중에 설정된 하나 이상의 상기 기준점에 기초하여, 상기 선택된 항목에 대응하는 치수를 계산하는 단계를 포함한다.

Description

3차원 점군 데이터에 기반한 치수 측정 장치 및 방법{Mesurement apparatus and method}
3차원 점군 데이터에 기반한 치수 측정 장치 및 방법이 개시된다. 보다 상세하게는 줄자나 각도기 등의 측정 도구로 치수를 측정하기 어려운 대상물에 대해서도 다양한 치수를 측정할 수 있는 3차원 점군 데이터에 기반한 치수 측정 장치 및 방법이 개시된다.
산업체나 생활현장에서는 다양한 치수의 측정이 요구되고 있다. 일반적으로 대상물의 치수를 측정할 때에는 줄자나 각도기 등의 측정 도구가 사용된다.
그런데 대상물에 곡선이나 곡면이 있거나, 대상물 사이에 장애물이나 공간이 있거나, 대상물이 3차원 공간 상에 형성되어 있는 경우, 줄자나 각도기 등의 측정 도구만을 이용하여 대상물의 치수를 측정하는 것에는 한계가 있다.
따라서 산업체나 생활현장에서 줄자나 각도기 등의 측정 도구로 치수를 측정하기 어려운 대상물에 대해서도 다양한 치수를 측정할 수 있는 기술이 요구된다.
대한민국공개특허 10-2010-0046965 (발명의 명칭: 길이 측정이 가능한 휴대 단말기 및 그의 운용 방법, 공개일: 2010년 5월 7일)
줄자나 각도기 등의 측정 도구로 치수를 측정하기 어려운 대상물에 대해서도 다양한 치수를 측정할 수 있는 3차원 점군 데이터에 기반한 치수 측정 장치 및 방법이 개시된다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 일 실시 예에 따른 3차원 점군 데이터에 기반한 치수 측정 방법은 치수 항목 목록에서 소정 항목을 선택받는 단계; 대상물을 스캐닝하여, 연속된 장면마다 상기 대상물에 대한 3차원 점군 데이터를 획득하는 단계; 상기 대상물의 스캐닝 중 화면에 표시된 마커가 선택될 때마다 치수 측정을 위한 기준점을 설정하는 단계; 및 상기 스캐닝 중에 획득된 상기 3차원 점군 데이터와 상기 스캐닝 중에 설정된 하나 이상의 상기 기준점에 기초하여, 상기 선택된 항목에 대응하는 치수를 계산하는 단계를 포함한다.
상기 치수 항목 목록은 거리, 길이, 지름, 각도, 면적 및 체적 중 적어도 하나를 포함한다.
상기 치수를 계산하는 단계는 상기 각 장면의 3차원 점군 데이터를 실시간으로 정합하여 하나의 3차원 점군 데이터를 생성하는 단계; 상기 정합된 3차원 점군 데이터에서 상기 각 기준점 주변의 3차원 점군 데이터를 추출하는 단계; 상기 추출된 각 3차원 점군 데이터로부터 도형을 생성하는 단계; 및 상기 생성된 각 도형의 정보와 상기 각 기준점의 3차원 좌표 정보에 기초하여, 상기 선택된 항목에 대응하는 치수를 계산하는 단계를 포함한다.
상기 각 기준점 주변의 3차원 점군 데이터를 추출하는 단계는 상기 정합된 3차원 점군 데이터의 용량이 기준 용량 이상인 경우, k-d tree(k-dimensional tree) 알고리즘을 이용하여 상기 각 기준점을 중심으로 기준 거리 이내에 위치한 3차원 점군 데이터를 추출하는 단계; 및 상기 정합된 3차원 점군 데이터의 용량이 상기 기준 용량 미만인 경우, 상기 정합된 3차원 점군 데이터 내의 각 점에 대해서 상기 각 기준점과의 거리를 계산하고, 상기 계산된 거리 값이 상기 기준 거리 이내에 위치한 점들을 추출하는 단계를 포함한다.
상기 도형을 생성하는 단계는 RANSAC(RANdom SAmple Consensus) 알고리즘 또는 최소자승법(Least squares method) 알고리즘을 이용하여 상기 도형을 생성하는 단계를 포함한다.
상기 계산된 치수를 표시하는 단계를 더 포함한다.
대상물의 치수를 측정할 때, 줄자나 각도기 등의 측정 도구를 사용하여 측정하기 어려운 치수도 측정할 수 있다.
치수 측정 장치에 노트북과 같은 별도의 장비를 연결시킬 필요가 없으므로, 치수 측정 장치의 휴대가 간편하다.
종래의 기술은 각 장면마다 획득된 3차원 점군 데이터가 정합되어 화면에 표시되면, 사용자가 화면에 표시된 점군 데이터를 확대하거나 회전하여 기준점을 선택해야하므로, 기준점 선택이 번거롭고, 기준점의 위치를 정확하게 설정하는 것이 어려운데 비하여, 본 발명의 기술에 의하면, 대상물을 스캐닝하는 중에 기준점을 설정할 수 있으므로, 사용자의 편의를 향상시킬 수 있다. 또한, 화면의 중앙에 표시된 마커를 이용하여 기준점을 설정하므로, 종래 기술에 비하여, 기준점의 위치를 정확하게 설정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 3차원 점군 데이터에 기반한 치수 측정 장치의 외관을 예시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 3차원 점군 데이터에 기반한 치수 측정 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 제어부의 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 3차원 공간 상에 배치되어 있는 대상물로서 파이프 구조물을 예시한 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 대상물의 치수 측정 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 3차원 점군 데이터에 기반한 치수 측정 방법을 도시한 순서도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
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. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 출입문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명한다. 도면에서 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 3차원 점군 데이터에 기반한 치수 측정 장치(100)의 외관을 예시한 도면이다. 이하, 설명의 편의를 위하여 3차원 점군 데이터에 기반한 치수 측정 장치를 '치수 측정 장치'라 칭하기로 한다.
도 1을 참조하면, 치수 측정 장치는 본체(101) 및 손잡이(102)를 포함할 수 있다.
본체(101)의 일측에는 표시부(도 2의 120 참조)가 배치된다. 본체(101)의 타측에는 3차원 스캐너(도 2의 140 참조)가 배치된다. 그리고 본체(101)의 내부에는 치수 측정 장치(100)의 각종 구성요소들이 수납될 수 있다. 예를 들면, 도 2에 도시된 제어부(130) 및 저장부(150)가 수납될 수 있다.
손잡이(102)는 본체(101)의 하부에 배치되며, 본체(101)와 기계적으로 결합된다. 본체(101)는 결합 축을 기준으로 소정 방향으로 소정 각도만큼 회전될 수 있다. 사용자는 치수 측정 장치(100)의 3차원 스캐너(140)가 대상물을 향하도록 손잡이(102)를 잡은 상태에서 대상물을 따라 치수 측정 장치(100)의 위치를 이동시킴으로써, 대상물을 스캐닝(scanning)할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 치수 측정 장치(100)의 구성을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 일 실시 예에 따른 치수 측정 장치(100)는 입력부(110), 표시부(120), 제어부(130), 3차원 스캐너(140), 및 저장부(150)를 포함한다.
입력부(110)는 사용자로부터 명령을 입력받는다. 예를 들면, 입력부(110)는 전원 공급 명령, 스캐닝 시작 명령, 스캐닝 종료 명령, 기준점 설정 명령 및 각종 선택 명령을 입력받는다. 이를 위해 입력부(110)는 버튼, 키보드(keyboard) 및 터치 패드 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이 때, 키보드는 소프트웨어적으로 구현될 수도 있고, 하드웨어적으로 구현될 수도 있다.
표시부(120)는 데이터나 명령 처리 결과를 표시한다. 일 예로, 표시부(120)는 대상물에 대한 3차원 점군 데이터를 표시한다. 대상물을 스캐닝하면, 연속된 장면마다 3차원 점군 데이터가 획득되는데, 표시부(120)를 통해 표시되는 3차원 점군 데이터는 각 장면의 3차원 점군 데이터일 수도 있고, 각 장면의 3차원 점군 데이터를 정합한 하나의 3차원 점군 데이터일 수도 있다. 다른 예로, 표시부(120)는 치수 항목 목록을 표시한다. 치수 항목 목록에서 소정 항목이 선택되어, 선택된 항목에 대응하는 치수가 계산되면, 계산된 치수 역시 표시부(120)를 통해 표시된다. 이러한 표시부(120)는 불투명 디스플레이, 투명 디스플레이, 평판 디스플레이(Flat panel display), 연성 디스플레이(Flexible display), 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다.
실시 예에 따르면, 표시부(120)는 입력부(110)와 하드웨어적으로 분리되도록 구현되거나, 입력부(110)와 하드웨어적으로 통합되어 구현될 수도 있다. 예를 들어, 터치 스크린의 경우, 표시부(120)와 입력부(110)가 하드웨어적으로 통합된 것으로 볼 수 있다. 이 경우, 사용자는 표시부(120)를 터치(touch) 또는 드래그(drag)하여, 데이터나 명령을 입력할 수 있다. 이하의 설명에서는 표시부(120)와 입력부(110)가 하드웨어적으로 통합된 경우를 예로 들어 설명하기로 한다.
3차원 스캐너(140)는 대상물의 표면에 대한 3차원 점군 데이터(Point Cloud Data, PCD)를 획득한다. 3차원 점군 데이터란 대상물의 표면을 이루는 수많은 점들을 말한다. 3차원 점군 데이터에 포함되는 각 점들은 3차원 좌표(X, Y, Z)를 포함한다(여기서, 'Z'는 깊이 정보). 3차원 점군 데이터는 치수 측정 장치(100)로 대상물을 스캐닝하여 얻을 수 있다. 대상물을 스캐닝하면 연속된 장면마다 3차원 점군 데이터가 획득된다.
3차원 스캐너(140)는 예를 들어, 비접촉 방식으로 3차원 점군 데이터를 획득할 수 있다. 비접촉 방식의 3차원 스캐너(140)는 대상물에 접촉되지 않은 상태에서 3차원 점군 데이터를 획득한다. 비접촉 방식으로는 TOF(Time Of Flight) 방식, 광 삼각법 방식, 백색광 방식 및 변조광 방식을 예로 들 수 있다.
TOF(Time Of Flight) 방식은 대상물의 표면에 빛(예를 들어, 레이저)를 조사하고, 조사된 빛이 대상물의 표면에서 반사되어 돌아오는 시간을 측정하여, 대상물과 측정원점 사이의 거리를 구하는 방식이다. TOF 방식의 3차원 스캐너(140)는 대상물로 레이저를 조사하는 레이저 소스와, 레이저가 조사된 대상물을 촬영하는 카메라를 포함할 수 있다.
광 삼각법 방식의 3차원 스캐너(140)는 대상물로 레이저를 조사하는 레이저 소스, 대상물의 표면에서 반사된 레이저를 수신하는 CCD 카메라를 포함한다. 레이저가 서로 다른 거리에 있는 물체에 부딪히는 경우, 레이저를 수신하는 CCD 카메라에는 레이저가 서로 다른 위치에 보여진다. 카메라와 레이저 소스 사이의 거리, 각도는 고정되어 이미 알고 있으므로, 카메라 화각 내에서 CCD 소자의 상대적인 위치에 따라 수신 광선의 깊이 차이를 구할 수 있는데, 이를 삼각법이라고 한다.
백색광 방식의 3차원 스캐너(140)는 특정 패턴을 대상물에 투영하고, 그 패턴의 변형 형태를 촬영하여, 대상물의 표면에 대한 3차원 점군 데이터를 획득한다. 이 때, 대상물에는 여러 종류의 패턴이 투영될 수 있다. 예를 들면, 하나의 선(line) 형태의 패턴, 그리드(grid), 또는 스트라이프 무늬의 패턴이 대상물에 투영될 수 있다. 백색광 방식의 3차원 스캐너(140)는 전체 촬상 영역(Field Of View; FOV) 전반에 걸쳐 있는 모든 대상물의 표면의 3차원 좌표를 한번에 획득할 수 있다.
변조광(structured-light) 방식의 3차원 스캐너(140)는 대상물의 표면에 지속적으로 주파수가 다른 빛을 쏘고 수광부에서 이 빛을 받을 때, 주파수의 차이를 검출해, 거리 값을 산출한다.
저장부(150)는 치수 측정 장치(100)가 동작하는데 필요한 알고리즘, 프로그램 및 데이터를 저장한다. 예를 들면, 저장부(150)는 연속된 장면마다 획득된 3차원 점군 데이터를 정합하는데 필요한 알고리즘, 정합된 3차원 점군 데이터로부터 소정의 3차원 점군 데이터를 추출하는데 필요한 알고리즘, 추출된 3차원 점군 데이터로부터 도형을 생성하는데 필요한 알고리즘을 저장한다.
또한, 저장부(150)는 치수 측정 과정에서 획득된 데이터를 저장한다. 예를 들면, 대상물을 스캐닝하여 획득한 장면별 3차원 점군 데이터, 장면별 3차원 점군 데이터를 하나로 정합하여 얻은 3차원 점군 데이터, 스캐닝 중에 설정된 기준점들의 정보 등을 저장한다. 이러한 저장부(150)는 비휘발성 메모리, 휘발성 메모리, 하드 디스크 드라이브(Hard Disc Drive; HDD), 광 디스크 드라이브(Optical Disc Drive; ODD), 광자기 디스크 드라이브(Magneto Optic Disk drive; MOD, SD 카드(Secure Digital Card), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
제어부(130)는 치수 측정 장치(100)의 각 구성요소들을 연결하고 제어한다. 여기서, 제어부(130)에 대한 더욱 구체적인 설명을 위해 도 3을 참조하기로 한다.
도 3을 참조하면, 제어부(130)는 화면 구성부(131), 기준점 설정부(132), 정합부(133), 3차원 점군 데이터 추출부(134), 도형 생성부(135) 및 치수 계산부(136)를 포함할 수 있다.
화면 구성부(131)는 치수 측정 어플리케이션이 실행되는 경우, 치수 측정과 관련된 화면을 구성하여 표시부(120)를 통해 표시한다. 일 예로, 화면 구성부(131)는 치수 항목 목록을 포함하는 초기 화면을 구성한다. 치수 항목 목록에 포함되는 치수 항목으로는 거리, 길이, 지름, 각도, 면적 및 체적을 예로 들 수 있으나, 예시된 것들로 반드시 한정되는 것은 아니다. 치수 항목 목록에서 소정 항목이 선택되면, 화면에 표시되어 있던 치수 항목 목록은 사라질 수 있다. 이후, 화면의 소정 영역이 터치되면, 화면 구성부(131)는 화면의 중앙에 십자 모양의 마커를 표시한다. 일 예로, 마커는 화면의 임의의 영역이 터치된 경우에 표시될 수 있다. 다른 예로, 마커는 화면에서 대상물에 해당하는 영역이 터치된 경우에 표시될 수 있다. 다른 실시 예에 따르면, 마커는 화면의 터치 여부와는 상관 없이 화면의 중앙에 항상 표시될 수도 있다.
기준점 설정부(132)는 대상물을 스캐닝하는 중에 화면의 중앙에 표시된 마커가 선택되는 경우, 선택된 마커의 위치를 치수 측정을 위한 기준점으로 설정한다. 스캐닝 중에 마커는 여러 번 선택될 수 있는데, 기준점 설정부(132)는 마커가 선택될 때마다 마커의 위치를 기준점으로 설정한다. 이 때, 기준점 설정부(132)는 마커가 선택될 당시에 획득된 장면의 인덱스와, 마커의 3차원 좌표를 저장부(150)에 저장한다. 기준점 설정부(132)에 의해 설정된 기준점의 정보는 후술될 3차원 점군 데이터 추출부(134)로 제공된다.
정합부(133)는 3차원 스캐너(140)를 통해 획득된 3차원 점군 데이터를 정합한다. 즉, 정합부(133)는 연속된 장면마다 획득된 3차원 점군 데이터를 실시간으로 정합하여 하나의 3차원 점군 데이터를 생성한다(real-time image stitch). 정합된 3차원 점군 데이터는 후술될 3차원 점군 데이터 추출부(134)로 제공된다.
3차원 점군 데이터 추출부(134)는 기준점 설정부(132)에서 설정된 기준점을 중심으로 기준 거리 이내에 위치한 3차원 점군 데이터를 정합된 3차원 점군 데이터로부터 추출한다. 만약, 여러 개의 기준점이 설정된 상태라면, 3차원 점군 데이터 추출부(134)는 각 기준점을 중심으로 기준 거리 이내에 위치한 3차원 점군 데이터를 정합된 3차원 점군 데이터로부터 각각 추출한다.
3차원 점군 데이터를 추출하기 위하여 3차원 점군 데이터 추출부(134)는 정합된 3차원 점군 데이터의 용량이 기준 용량 이상인지를 판단하고, 판단 결과에 따라, 3차원 점군 데이터를 추출하기 위한 방식을 결정한다.
구체적으로, 정합된 3차원 점군 데이터의 용량이 기준 용량 이상인 것으로 판단된 경우, 3차원 점군 데이터 추출부(134)는 예를 들어, k-d tree(k-dimensional tree) 알고리즘을 이용하여, 각 기준점을 중심으로 기준 거리 이내에 위치한 3차원 점군 데이터를 추출할 수 있다. k-d tree는 이원 탐색 트리(Binary Search Tree)를 다차원 공간으로 확장한 것으로, k-차원의 공간 내에서 점들을 구성하기 위한 공간 분할 자료구조(space-partitioning data structure)이다. k-d tree를 이용하면, k-차원의 공간 내에 있는 점들 중에서 임의의 점 근방의 점들을 빠르게 탐색할 수 있다. k-d tree 알고리즘은 공지의 기술이므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
만약, 정합된 3차원 점군 데이터의 용량이 기준 용량 미만인 것으로 판단된 경우, 3차원 점군 데이터 추출부(134)는 정합된 3차원 점군 데이터 내의 각 점에 대해서 기준점과의 거리를 계산한다. 그리고 계산된 거리 값이 기준 거리 이내에 위치한 점들을 추출한다.
도형 생성부(135)는 3차원 점군 데이터 추출부(134)에서 추출된 3차원 점군 데이터로부터 도형을 생성한다. 예를 들면, 평면(plane), 구체(sphere), 원통(cylinder) 등을 생성한다.
일 실시 예에 따르면, 도형 생성부(135)는 3차원 점군 데이터로부터 도형을 생성하기 위하여, RANSAC(RANdom SAmple Consensus) 알고리즘을 이용할 수 있다. RANSAC 알고리즘은 임의의 해를 선택해서 입력 데이터와의 일치도(consensus)를 평가하고, 입력 데이터와 최대로 일치하는 해를 선택하는 기법을 말한다. RANSAC 알고리즘은 최소 자승법의 단점을 보완할 수 있다. RANSAC 알고리즘은 공지의 기술이므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
다른 실시 예에 따르면, 도형 생성부(135)는 3차원 점군 데이터로부터 도형을 생성하기 위하여, 최소자승법(Least Squqres Mehod, LSM) 알고리즘을 이용할 수 있다. 최소자승법 알고리즘은 어떤 데이터 분포를 가장 잘 표현할 수 있는 모델의 파라미터를 구하는 방법이다. 최소자승법 알고리즘은 모델과 데이터 간의 오차의 제곱의 합이 최소가 되로록 파라미터를 계산한다. 최소자승법 알고리즘은 공지의 기술이므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
치수 계산부(136)는 도형 생성부(135)에 의해 생성된 도형의 정보에 기초하여, 앞서 치수 항목 목록에서 선택된 항목에 대응하는 치수를 계산한다. 계산된 치수는 표시부(120)를 통해 표시된다. 만약, 치수 측정 장치(100)가 표시부(120) 이외의 출력 수단 예를 들어, 스피커를 포함하는 경우, 계산된 치수는 스피커를 통해 소리로 출력될 수도 있다.
상술한 화면 구성부(131), 기준점 설정부(132), 정합부(133), 3차원 점군 데이터 추출부(134), 도형 생성부(135) 및 치수 계산부(136)는 하나의 소프트웨어 어플리케이션으로 구현될 수 있다.
이상, 도 1 내지 도 3을 참조하여 일 실시 예에 따른 치수 측정 장치(100)의 외관 및 구성에 대해서 설명하였다. 도 1은 치수 측정 장치(100)가 본체(101)와 손잡이(102)를 포함하고 있는 경우를 도시하고 있지만, 치수 측정 장치(100)의 외관은 다양하게 변경될 수도 있음은 물론이다. 예를 들어, 손잡이(102)의 위치 및/또는 형상은 다양하게 변경되거나, 생략될 수 있다.
또한, 치수 측정 장치(100)는 스캐닝 센서가 탑재된 통신 장치일 수도 있다. 통신 장치로는 스마트폰(smart phone) 및 태블릿(tablet)을 예로 들 수 있다. 그러나 통신 장치가 예시된 것들로 반드시 한정되는 것은 아니며, 3차원 점군 데이터를 획득하기 위한 스캐닝 센서가 탑재된 통신 장치라면 치수 측정 장치(100)에 포함되는 것으로 볼 수 있다. 도 4는 3차원 공간 상에 배치되어 있는 대상물로서, 파이프 구조물(200)을 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 파이프 구조물(200)은 구부러진 형태의 제1 파이프(201)와 구부러진 형태의 제2 파이프(202)가 용접되어 3차원 구조를 형성하고 있는 것을 알 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 3차원 구조를 갖는 파이프 구조물(200)에 대해서는 줄자나 각도기 등의 측정 도구를 이용하여 길이나 각도를 측정하는데 한계가 있다. 그러나 본 발명의 실시 예에 따른 치수 측정 장치(100)를 이용하면 3차원 구조를 갖는 파이프 구조물(200)에 대해서도 길이나 각도 등의 치수를 측정할 있다. 여기서 도 5를 참조하여, 치수 측정 장치(100)를 이용한 파이프 구조물(200)의 치수 측정 과정을 설명하기로 한다.
치수 항목 목록이 포함된 초기 화면이 표시부(120)를 통해 표시되면, 사용자는 표시된 치수 항목들 중에서 원하는 항목을 선택한다. 치수 항목으로는 거리, 길이, 지름, 각도, 면적 및 체적을 예로 들 수 있다. 치수 항목 목록에서 소정 항목이 선택되면, 선택된 항목의 치수를 계산하는데 필요한 기준점의 개수 정보가 화면에 표시될 수 있다. 예를 들어, 각도는 한 점에서 갈리어 나간 두 직선의 벌어진 정도이다. 따라서, 각도를 계산하기 위해서는 최소한 두 개의 기준점이 설정되어야 한다. 따라서 표시부(120)에는 스캐닝 중에 두 개의 기준점이 설정되어야 한다는 안내 문구가 표시될 수 있다.
사용자가 입력부(110)를 조작하여 스캐닝 실행 명령을 입력하면, 3차원 스캐너(140)의 기능이 활성화되어 파이프 구조물(200)의 표면에 대한 3차원 점군 데이터가 획득되기 시작한다.
이후 사용자가 화면의 소정 영역을 터치하면, 화면의 중앙에는 십자 모양의 제1 마커(M1)가 표시된다. 제1 마커(M1)는 화면의 임의의 영역이 터치된 경우에 표시되거나, 화면에서 파이프 구조물(200)에 해당하는 영역이 터치된 경우에 표시될 수 있다.
화면에 제1 마커(M1)가 표시되면, 사용자는 도 5의 (A)와 같이, 측정 장치(100)를 이동시켜 십자 모양의 제1 마커(M1)를 제1 파이프(201)의 제1 위치(P1)에 위치시킨다. 그 다음, 사용자는 제1 마커(M1)를 터치하여 제1 기준점을 설정한다. 구체적으로, 제1 마커(M1)가 터치되면, 치수 측정 장치(100)는 터치된 마커의 위치를 치수 측정을 위한 제1 기준점으로 설정한다. 이 때, 치수 측정 장치(100)는 제1 마커(M1)가 터치될 당시에 획득된 장면의 인덱스와, 제1 마커(M1)의 3차원 좌표를 저장부(150)에 저장한다. 이처럼 제1 기준점 설정이 완료되면, 제1 마커(M1)는 화면에서 사라질 수 있다.
이후, 사용자는 도 5의 (B), (C), (D), (E)에 도시된 바와 같이, 제1 파이프(201) 및 제2 파이프(202)를 따라 치수 측정 장치(100)를 이동시켜, 파이프 구조물(200)을 계속 스캐닝한다.
스캐닝 중에 사용자가 화면의 소정 영역을 터치하면, 화면의 중앙에는 십자 모양의 제2 마커(M2)가 표시된다. 제2 마커(M2)는 설명의 편의를 위하여 앞서 설명된 제1 마커(M1)와 구분된 것일 뿐, 제1 마커(M1)과 실질적으로 동일한 마커에 해당한다.
화면에 제2 마커(M2)가 표시되면, 사용자는 도 5의 (F)와 같이, 치수 측정 장치(100)를 이동시켜 제2 마커(M2)를 제2 파이프(202)의 제2 위치(P2)에 위치시킨다. 그 다음, 사용자는 제2 마커(M2)를 터치하여 제2 기준점을 설정한다. 구체적으로, 제2 마커(M2)가 터치되면, 치수 측정 장치(100)는 터치된 마커의 위치를 치수 측정을 위한 제2 기준점으로 설정한다. 이 때, 치수 측정 장치(100)는 제2 마커(M2)가 터치될 당시에 획득된 장면의 인덱스와, 제2 마커(M2)의 3차원 좌표를 저장부(150)에 저장한다. 이처럼 제2 기준점 설정이 완료되면, 제2 마커(M2)는 화면에서 사라질 수 있다.
기준점 설정이 완료되면 스캐닝 중에 설정된 제1 기준점과 제2 기준점에 기초하여, 제1 파이프(201)와 제2 파이프(202) 간의 각도가 계산된다. 계산된 각도 값은 표시부(120)를 통해 표시된다.
좀 더 구체적으로, 도 5의 (A) 내지 (F)와 같이, 파이프 구조물(200)을 스캐닝하면, 연속된 장면마다 3차원 점군 데이터가 획득되는데, 치수 측정 장치(100)는 각 장면의 3차원 점군 데이터를 실시간으로 정합하여 하나의 3차원 점군 데이터를 생성한다. 그 다음, 제1 기준점을 중심으로 기준 거리 이내에 있는 3차원 점군 데이터(이하, '제1 점군 데이터'라 한다)를 정합된 3차원 점군 데이터로부터 추출한다. 마찬가지로, 제2 기준점을 중심으로 기준 거리 이내에 있는 3차원 점군 데이터(이하, '제2 점군 데이터'라 한다)를 정합된 3차원 점군 데이터로부터 추출한다.
이후, 치수 측정 장치(100)는 제1 점군 데이터로부터 제1 도형을 생성하고, 제2 점군 데이터로부터 제2 도형을 추출한다. 제1 도형 및 제2 도형은 원통 형상일 수 있다. 제1 도형 및 제2 도형이 추출되면, 치수 측정 장치(100)는 제1 도형의 중심선(이하, '제1 중심선'이라 한다)과 제2 도형의 중심선(이하, '제2 중심선'이라 한다)을 획득한다. 그 다음, 치수 측정 장치(100)는 획득된 두 중심선 간의 각도를 계산한다. 계산된 값은 표시부(120)를 통해 표시된다.
이후, 사용자가 입력부(110)를 조작하여 스캐닝 종료 명령을 입력하면, 3차원 스캐너(140)의 기능이 비활성화되어 3차원 점군 데이터의 획득이 종료된다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 3차원 점군 데이터에 기반한 치수 측정 방법을 도시한 순서도이다.
우선, 치수 측정 장치(100)는 치수 항목 목록을 표시한다(S410). 치수 항목으로는 거리, 길이, 지름, 각도, 면적 및 체적을 예로 들 수 있다.
표시된 치수 항목 목록에서 소정 항목이 선택되면(S420), 치수 측정 장치(100)는 선택된 항목의 치수를 계산하는데 필요한 기준점의 개수 정보를 표시부(120)를 통해 표시한다.
이후, 스캐닝 시작 명령이 입력되면(S430), 대상물의 표면에 대한 3차원 점군 데이터가 획득되기 시작한다.
그 다음, 대상물의 스캐닝 중 화면에 표시된 마커를 이용하여 기준점을 설정한다(S440). 상기 S440 단계는 화면의 소정 영역이 터치되는 경우 화면의 중앙에 마커를 표시하는 단계, 상기 표시된 마커가 선택될 때마다 기준점을 설정하는 단계, 상기 기준점이 설정되면 상기 마커의 표시를 해제하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 상기 표시된 마커가 선택될 때마다 기준점을 설정하는 단계는, 마커가 선택될 당시에 획득된 장면의 인덱스를 저장하는 단계와, 마커의 3차원 좌표를 저장하는 단계를 포함할 수 있다.
기준점 설정이 완료되면, 치수 측정 장치(100)는 스캐닝 중에 획득된 3차원 점군 데이터와 스캐닝 중에 설정된 하나 이상의 기준점에 기초하여, 선택된 항목에 대응하는 치수를 계산한다(S450). 상기 S450 단계는 스캐닝 중 장면마다 획득된 3차원 점군 데이터를 실시간으로 정합하여 하나의 3차원 점군 데이터를 생성하는 단계와, 상기 정합된 3차원 점군 데이터에서 상기 각 기준점을 중심으로 기준 거리 이내에 위치한 3차원 점군 데이터를 추출하는 단계와, 상기 추출된 각 3차원 점군 데이터로부터 도형을 생성하는 단계와, 상기 생성된 각 도형의 정보와 상기 각 기준점의 3차원 좌표에 기초하여 상기 선택된 항목에 대응하는 치수를 계산하는 단계를 포함한다.
S460 단계에서 계산된 치수 값은 표시부(120)를 통해 표시된다(S460).
이후, 스캐닝 종료 명령이 입력되면(S470), 대상물에 대한 3차원 점군 데이터를 획득하는 동작이 종료된다.
이상, 도 6을 참조하여 일 실시 예에 따른 치수 측정 방법을 설명하였다. 도 6에 도시된 단계들의 순서는 변경될 수도 있다. 예를 들어, 스캐닝 종료 명령을 입력하는 단계(S470)는 기준점을 설정하는 단계(S440)의 다음으로 수행될 수 있다. 이 경우, 기준점 설정이 완료되었다 하더라도, 스캐닝 종료 명령이 입력된 경우에만 치수 계산 단계(S450)가 수행될 수 있다.
전술한 실시 예들에 더하여, 본 발명의 실시 예들은 전술한 실시 예의 적어도 하나의 처리 요소를 제어하기 위한 컴퓨터 판독 가능한 코드/명령을 포함하는 매체 예를 들면, 컴퓨터 판독 가능한 매체를 통해 구현될 수도 있다. 상기 매체는 상기 컴퓨터 판독 가능한 코드의 저장 및/또는 전송을 가능하게 하는 매체/매체들에 대응할 수 있다.
상기 컴퓨터 판독 가능한 코드는, 매체에 기록될 수 있을 뿐만 아니라, 인터넷을 통해 전송될 수도 있는데, 상기 매체는 예를 들어, 마그네틱 저장 매체(예를 들면, ROM, 플로피 디스크, 하드 디스크 등) 및 광학 기록 매체(예를 들면, CD-ROM, Blu-Ray, DVD)와 같은 기록 매체, 반송파(carrier wave)와 같은 전송매체를 포함할 수 있다. 상기 매체들은 분산 네트워크일 수도 있으므로, 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드는 분산 방식으로 저장/전송되고 실행될 수 있다. 또한 더 나아가, 단지 일 예로써, 처리 요소는 프로세서 또는 컴퓨터 프로세서를 포함할 수 있고, 상기 처리 요소는 하나의 디바이스 내에 분산 및/또는 포함될 수 있다.
이상과 같이 예시된 도면을 참조로 하여, 본 발명의 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: 측정 장치
110: 입력부
120: 표시부
130: 제어부
140: 3차원 스캐너
150: 저장부
200: 파이프 구조물
201: 제1 파이프
202: 제2 파이프

Claims (11)

  1. 치수 항목 목록에서 소정 항목을 선택받는 단계;
    대상물을 스캐닝하여, 연속된 장면마다 상기 대상물에 대한 3차원 점군 데이터를 획득하는 단계;
    상기 대상물의 스캐닝 중 화면에 표시된 마커가 선택될 때마다 치수 측정을 위한 기준점을 설정하는 단계; 및
    상기 스캐닝 중에 획득된 상기 3차원 점군 데이터와 상기 스캐닝 중에 설정된 하나 이상의 상기 기준점에 기초하여, 상기 선택된 항목에 대응하는 치수를 계산하는 단계를 포함하고,
    상기 치수를 계산하는 단계는
    상기 각 장면의 3차원 점군 데이터를 실시간으로 정합하여 하나의 3차원 점군 데이터를 생성하는 단계;
    상기 정합된 3차원 점군 데이터에서 상기 각 기준점 주변의 3차원 점군 데이터를 추출하는 단계;
    상기 추출된 각 3차원 점군 데이터로부터 도형을 생성하는 단계; 및
    상기 생성된 각 도형의 정보와 상기 각 기준점의 3차원 좌표 정보에 기초하여, 상기 선택된 항목에 대응하는 치수를 계산하는 단계를 포함하고,
    상기 각 기준점 주변의 3차원 점군 데이터를 추출하는 단계는
    상기 정합된 3차원 점군 데이터의 용량이 기준 용량 이상인 경우, k-d tree(k-dimensional tree) 알고리즘을 이용하여 상기 각 기준점을 중심으로 기준 거리 이내에 위치한 3차원 점군 데이터를 추출하는 단계; 및
    상기 정합된 3차원 점군 데이터의 용량이 상기 기준 용량 미만인 경우, 상기 정합된 3차원 점군 데이터 내의 각 점에 대해서 상기 각 기준점과의 거리를 계산하고, 상기 계산된 거리 값이 상기 기준 거리 이내에 위치한 점들을 추출하는 단계를 포함하는, 3차원 점군 데이터에 기반한 치수 측정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 치수 항목 목록은 거리, 길이, 지름, 각도, 면적 및 체적 중 적어도 하나를 포함하는, 3차원 점군 데이터에 기반한 치수 측정 방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 도형을 생성하는 단계는
    RANSAC(RANdom SAmple Consensus) 알고리즘 또는 최소자승법(Least Squares Method) 알고리즘을 이용하여 상기 도형을 생성하는 단계를 포함하는, 3차원 점군 데이터에 기반한 치수 측정 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 계산된 치수를 표시하는 단계를 더 포함하는, 3차원 점군 데이터에 기반한 치수 측정 방법.
  7. 치수 항목 목록에서 소정 항목을 선택 받는 입력부;
    대상물을 스캐닝하여, 연속된 장면마다 상기 대상물에 대한 3차원 점군 데이터를 획득하는 3차원 스캐너;
    상기 대상물의 스캐닝 중 화면에 표시된 마커가 선택될 때마다 치수 측정을 위한 기준점을 설정하는 기준점 설정부;
    상기 각 장면의 3차원 점군 데이터를 실시간으로 정합하여 하나의 3차원 점군 데이터를 생성하는 정합부;
    상기 정합된 3차원 점군 데이터의 용량이 기준 용량 이상인 경우, k-d tree(k-dimensional tree) 알고리즘을 이용하여 상기 각 기준점을 중심으로 기준 거리 이내에 위치한 3차원 점군 데이터를 추출하고, 상기 정합된 3차원 점군 데이터의 용량이 상기 기준 용량 미만인 경우, 상기 정합된 3차원 점군 데이터 내의 각 점에 대해서 상기 각 기준점과의 거리를 계산하고, 상기 계산된 거리 값이 상기 기준 거리 이내에 위치한 점들을 추출하는 3차원 점군 데이터 추출부;
    상기 추출된 각 3차원 점군 데이터로부터 도형을 생성하는 도형 추출부; 및
    상기 스캐닝 중에 획득된 상기 3차원 점군 데이터, 상기 스캐닝 중에 설정된 하나 이상의 상기 기준점, 상기 생성된 각 도형의 정보, 상기 각 기준점의 3차원 좌표 정보에 기초하여, 치수 항목 목록에서 선택된 항목에 대응하는 치수를 계산하는 치수 계산부를 포함하는, 3차원 점군 데이터에 기반한 치수 측정 장치.
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