Flea3 카메라 사용한 3D 시스템
다양한 모양과 크기 스캔가능, 2초 내에 3D 이미지 출력
3D3 Solutions는 가격이 저렴하고 스캔 영역이 확장 가능한 3D 스캐닝 솔루션에 대한 시장의 요구에 대응하기 위해 Point Grey Flea3 카메라와 Pico-프로젝터 탑재 및 White Light 스캐닝 기술을 적용한 HDI(High Definition Imaging) 3D Scanner을 개발했다. 함께 개발한 FlexScan 3D 소프트웨어는 단 2초 이내에 3D 형태로 스캔된 이미지가 출력 가능하다.
자료제공 | 싸이로드(www.cylod.com)
3D 스캔&모델링 기법은 산업공정 혹은 제품디자인을 위한 과정에서 완벽한 제품생산을 위해 필요한 작업으로 최근 들어 더욱 중요하게 인식되고 있다. 3D 기술의 적용분야는 의학 부분에서의 모형 제작, 역 설계(Reverse Engineering), 품질검사, 3D 스캐닝, 게임 및 애니메이션분야 등이 있다. 특히 산업 분야에서 사용되는 3D 스캐닝 시스템은 가격이 비싼 편이며 스캔 가능한 물체가 한정되어 있는 경우가 많다.
White Light Scanning 기법
White Light Scanning(=Structured Light Scanning) 기법은 프로젝트된 빛의 패턴 및 카메라 시스템을 사용하여 물체의 3D 형상을 측정하는 비접촉 스캐닝 방식이다. 일반적으로 White Light 스캐너는 삼각대에 마운트되어 스캔 개체 상에 스캐너의 프로젝트를 투영시켜 프린지 패턴을 생성한다. 프린지 패턴은 스캔 시간 내에 폭과 위상에 따라 수정되며 3D 스캐너는 리턴된 패턴을 계산함으로써 3D 좌표를 추출한다. 그리고 개체를 프로젝트하여 이미지를 획득하는 사이의 정확한 시간을 측정하는 Micro-Controller를 사용해 카메라들의 프로젝터를 연결한다.
White Light Scanning 기법을 사용해 연속적으로 읽혀짐에 따라 스캔 결과물의 정확도는 일반적인 레이저 스캐너에 비해 현저히 뛰어나게 된다. 3D3 Solutions는 고사양의 카메라, 처리량이 높은 기기류 그리고 빠른 프로세서를 사용하며 스캔 이미지를 빠르게 캡처하기 위해 2초 내에 약 백만 개가 넘는 Points를 획득한다. 특히 White Light Scanning 기법의 빠른 스캔 속도는 사람의 얼굴 혹은 몸의 일부를 스캐닝하는 애플리케이션에 적용 시 매우 유용하다.
하드웨어와 소프트웨어
HDI 3D 스캐너는 하드웨어 기기와 FlexScan 3D 소프트웨어로 나뉜다. 하드웨어로 이미지를 촬영하는 유닛은 유동성을 위해 Tripod 마운팅 시스템을 갖추고 있고 프로젝터와 두 대의 Point Grey 카메라들을 탑재하고 있다. 스캐너 모델별로 빌트인 카메라(30fps의 프레임속도를 가진 Flea2 1.3 MP 카메라 2대를 탑재한 모델, 같은 프레임 속도에 해상도가 높은 Grasshopper 2.0 MP 카메라를 탑재한 모델)의 종류도 다르게 탑재되었다. 그리고 HDI 3D 스캐너는 교환식 카메라 렌즈를 사용하며, 조절 가능한 FOV의 영역은 20cm부터 1.5m까지다.
사용자는 스캔하고자 하는 개체의 여러 다양한 모양과 사이즈(예: 동전 크기부터 자동차 크기까지)가 스캔 가능하다. 따라서 스캐너는 여러 다른 각도에서 연속적으로 스캔하여 개체의 완벽한 3D 모델의 이미지를 생성한다.
FlexScan 3D 소프트웨어는 3D 데이터를 획득하여 3D 모델을 생성하는 메쉬(Mesh) 프로세싱 기능을 수행한다. 주문 제작된 3D 스캐너에서 FlexScan 3D 소프트웨어를 사용하여 Point Grey 카메라와 일반 소비자용 프로젝터 기기(USB 3.0, GigE, FireWire, USB 2.0)들과 직접 인터페이스가 가능하므로 사용이 용이하다. 다시 말해, 사용자는 프로젝트에 요구되는 속도와 정확성 및 성능에 따라 그들이 선호하는 하드웨어들로 대체하여 시스템 구성이 가능한 것이다.
FlexScan 3D 소프트웨어는 장비개발 혹은 엔지니어링 회사의 사용에서 요구되는 사양을 충족시키기 위해 OEM 애플리케이션을 위한 Custom 3D 스캐너로 따로 주문이 가능하다.
Point Grey 카메라(Point Grey USB 3.0, GigE, FireWire, USB 2.0 카메라)와 프로젝터 사이의 직접적인 FlexScan 3D 인터페이스 방법은 비용이 저렴하고 설정이 유동적이므로 White Light 3D Scanning 기법의 솔루션으로 적당하다. 그러므로 사용자들은 프로젝트 기기사양에 따른 다른 기기들을 그들이 선호하는 속도, 정확성에 맞춰 하드웨어 기기로 선택이 가능할 것이다.
적합한 카메라 사양과 선택
3D3 Solutions는 적합한 카메라, 특히 카메라 제조업체가 고객의 주문제작 시에 3D 스캐너의 카메라별 종류와 사양을 모두 만족시키는 카메라 제조업체를 발굴하여 선택하는데 많은 노력을 기울였다. 완벽한 3D 스캐닝 기법을 완성시키기 위한 카메라의 사양은 다음과 같다.
●1초 내에 백만 개 이상의 데이터 포인트를 가지고 이미지 획득이 가능한 고해상도의 고속 카메라
●기존 카메라를 대체하기 쉬운 표준 사이즈의 다양한 글로벌 셔터 카메라
●주문에 대한 빠른 대응력과 우수한 고객 서비스
●여러 다른 크기의 대상 스캐닝에 변화가 가능한 FOV를 가진 카메라
●동기화를 위한 안정적인 하드웨어 트리거를 가진 카메라
업체 선정에서 종류별 모든 인터페이스의 지원 여부는 중요하게 여겨질 사항이다. 노트북 등에 직접적으로 연결된 여러 애플리케이션은 규격화된 USB 2.0과 USB 3.0 인터페이스가 지원되어야 한다. 또는 카메라를 지원하는 여러 인터페이스들과 함께 제조업체가 제공하는 표준 SDK는 개발시간 단축과 쉬운 유지보수를 위해 매우 중요한 사항이다.
결론
3D3 Solutions의 대표 Thomas Tong는 “우리는 적절한 카메라를 선택을 위해 많은 시간과 노력을 기울였으며 Point Grey의 가격대비 성능이 우수한 고해상도의 카메라들을 선정하여 최고의 스캐너를 만들었다”며 “또한 최근 버전의 FlexScan 3D 소프트웨어는 Point Grey의 USB 3.0 혹은 GigE 카메라의 지원 SDK를 포함한다”고 “고객은 이 모두에 만족할 수 있을 것“이라고 전했다.
