2D, 3D 기술 기반의 3D Alignment
평면 위 마커의 삼차원 위치정보 측정방법
2D Alignment는 정해진 FOV, Working Distance에서 카메라만으로 검사하고자 하는 오브젝트를 촬영하고 촬영된 이미지를 분석하여 물체의 위치, 회전 등을 측정하게 된다. 이 때 보통 높이(카메라로 부터의 거리)가 일정하다는 가정 하에 이차원 측정이 이뤄지는 것이다. 여기서 높이가 일정하지 않아 2D만으로 측정이 어려운 경우 3D 솔루션을 필요로 하게 된다.
일부 애플리케이션에서는 2D 방식보다 효율적인 3D 솔루션이 필요한 경우가 있다. 예를 들어 로봇이 대상의 특정 패턴 또는 특정 점의 삼차원 정보만을 필요로 하는 경우 2D 솔루션으로 전체 영역의 3D 정보를 측정하는 것은 시간(레이저 스캔 시간)과 비용(카메라 또는 프로젝터 추가)면에서 비효율적일 수 있다.
3D 측정방법으로는 라인 레이저를 이용한 스캐닝, 스테레오 카메라, 패턴 구조광 방식 등 다양한 방법이 있다. 그 중에서 평면 위의 하나의 마커에 대한 삼차원 위치정보를 효율적으로 측정하는 기술을 소개한다.
레이저를 활용한 3D 측정 원리
2D 환경에서 오브젝트의 높이가 달라진다면?
카메라만 있는 2D 환경에서 Alignment 수행 시 일반적으로 높이(카메라로부터 오브젝트 까지의 거리)를 알고 있어야 오브젝트의 위치를 측정할 수 있다. 만약 높이가 일정하지 않다면 오브젝트의 정확한 위치를 측정하기 어려워진다.
그림은 높이 변화에 따라 카메라 영상에서의 마커 위치가 어떻게 보이는지 나타낸 것이다. 평면 위에 위치정보를 알고자 하는 마커가 있다. 이 마커를 카메라와 정확히 수직으로 놓고 높이만 변경하게 되면 영상 상에서 마커의 위치는 변하지 않는다. 높이가 달라져도 카메라에 비친 영상으로는 차이를 확인하지 못하게 된다.
레이저를 이용한 높이 측정
여기에 Spot 레이저를 추가한다. 카메라와 비스듬하게 레이저를 조사하면 평면의 높이에 따라 영상에 맺힌 레이저 Point의 위치가 달라진다. 이 레이저 포인트의 위치로 평면의 높이를 측정할 수 있게 된다.
마커의 삼차원 위치 측정
레이저를 이용해 높이를 알게 되면 일반적인 2D Alignment와 같은 방법으로 마커의 위치를 파악할 수 있다. 실제 마커의 이동량은 영상에 맺힌 픽셀의 이동량과 비례하고 Pixel Resolution은 높이(카메라로부터의 거리, Z축)에 반비례하며 높이를 알고 있으면 마커의 위치는 쉽게 찾을 수 있다.
두 개의 라인 레이저를 이용한 평면의 방향(뒤틀림) 보정
만약 평면의 방향이 뒤틀려 있다면 Spot 레이저가 맺힌 위치 높이와 마커 높이가 다를 수 있다. 이러한 경우 평면이 얼마나 뒤틀려 있는지를 알아야 한다. 평면의 위치와 뒤틀림을 알기 위해서는 평면 위의 적어도 세 점을 알아야 하는데 Spot 레이저로는 평면 위의 점 하나만을 알 수 있으므로 사용이 적합하지 않다. 그래서 여기에 Spot 레이저 대신 두 개의 라인 레이저를 십자 모양으로 조사한다.
평면 위의 다수의 점을 이용하여 영상에 맺힌 십자모양의 레이저 라인으로 평면의 위치와 방향(뒤틀림)을 측정한다. 그리고 영상에 마커의 위치를 측정하고 이를 평면의 식에 대입하여 평면 위에 있는 마커의 3D 위치 정보를 획득할 수 있다.
구성 조건
이와 같은 시스템 구성을 위해서는 카메라와 레이저는 위치가 고정되어 있어야 하고 카메라 위치 및 방향, 레이저 위치 및 방향, 카메라의 Pixel 크기, 렌즈의 초점거리 및 왜곡계수 등을 알고 있어야 한다. 이를 위해 정확한 Calibration이 반드시 필요한 것이다.
노비텍(Novitec)
노비텍은 영상분야의 전문기업이자 신뢰할 수 있는 개발업체로서 비전 시스템의 합리적 솔루션을 제공한다.
● Imaging Expert : 영상분야의 전문적인 지식과 경험을 바탕으로 고객이 필요로 하는 제품을 제공
● Development Partner : 일반적인 기술 및 제품으로 해결이 어려운 문제를 대해 제품과 시스템을 개발하여 제공
● Vision Solution Provider : 고객이 요구하는 바를 정확히 파악하여 합리적인 솔루션(기술/제품/시스템)으로 제공
자료제공 | 노비텍(www.novitec.co.kr)
