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머신비전 기술 백서/3D

[3D 측정] 핵심 기술 용어 정리 Part 1: 3D Map & Scanning 방법

by ENPIDIA (주)앤비젼 2019. 8. 21.

[출력 Data]

 

 

먼저, 2D 이미지와 3D Map의 출력 Data를 비교해 보겠습니다. 2D 이미지는 (x, y, Intensity) 정보를 담고 있다면, 3D Map은 (x, y, z) 정보를 담고 있습니다. 아래 그림은 동일한 물체의 2D 이미지와 3D MAP을 보여주고 있습니다. 약 1 um의 높이 단차가 있는 물체에 대해서, 2D 이미지는 높이 단차를 나타내주지 못합니다. 반면에, 컬러 맵(Color Map)으로 높이 정보를 나타내주는 3D Map에서는 색을 통해 직관적으로 높이 차이를 구분할 수 있습니다.

 

 

2D 이미지는 각 Pixel의 intensity 값을 0-255(출력이 8 bit인 경우)로 나타내 주는 반면, 3D Map 에서는 상대적인 거리(높이)를 나타냅니다.

 

 

[Scanning]

 

 

2D 이미징에서 한 장의 이미지를 얻기 위해 Area Camera를 사용하거나, Line scan camera를 사용합니다. Line scan Camera를 스캔(1축)하여 Area 이미지를 획득하듯이, 3차원의 3D Map을 얻기 위해서 3차원 스캔이 필요합니다. 기수르이 원리에 따라서, 물리적인 XYZ 스캔이 아닌 파장(λ) 스캔이 필요할 수도 있습니다. 파장 스캔은 보통 Z축 스캔을 대신 합니다.

 

 

3D 기술의 원리에 따라 다르겠지만, 일반적으로 Point Scan, Line Scan, Area Scan 3가지 방식으로 구분 할 수 있습니다. 구분 방법은 한번 측정했을 때, 출력 Data가 하나의 값(Distance, Intensity 등)인지, Profile 인지, 3D Map인지에 따라 구분 됩니다. Point Scan은 한번 측정에 하나의 값을 얻을 수 있습니다. 이 값은 거리가 될 수도 있고, Intensity가 될 수도 있습니다.

 

Point 측정 장비로 3D Map을 얻기 위해서는, XYZ 또는 XY 스캔을 수행해야 합니다. 전통적인 Confocal 기술은 XYZ 스캔이 필요합니다만, 측정 속도가 느리기 때문에 이를 개선하기 위한 Scanless 기술이 개발되고 있고, Z축 스캔이 필요 없는 스펙트럼 분석법, 레이저 삼각법 등을 이용한 거리 측정 센서는 xy축 스캔을 통해 3D Map을 얻을 수 있습니다.

 

Line Scan 장비는 Profile을 얻을 수 있습니다. 따라서, X 또는 Y 스캔을 통해 3D Map을 얻을 수 있습니다. 대표적으로 Line Laser를 이용한 레이저 삼각법이나, CCMP(Chromatic Confocal Multi Point)가 있는데, 한번에 Profile을 측정하기 때문에, 높이, 깊이, 기울기 등을 측정하는데 진동에 영향을 받지 앉습니다. 그리고, Line Scan 카메라처럼 다수의 장비를 연결하여 넓은 면적을 측정하는데 유리합니다.

 

Area Scan 장비는 한번에 3D Map을 얻을 수 있습니다. 보통 Area Camera를 이용하기 때문에 1축 스캔이 필요하거나, 스캔 없이 측정할 수 있습니다. 1축 스캔이 필요한 대표적인 기술은 백색광 간섭계입니다. 백색광 간석계는 Z축 스캔 또는 내부 기준 거울(Reference Mirror) 스캔을 통해 여러 장의 이미지를 획득하고 이를 분석하여 하나의 3D Map을 만들어냅니다. Digital Holography나 fringe Projection 같이 스캔이 필요 없는 기술은 높이 측정 범위(Measuring Range)가 짧거나 정확도(Accuracy)가 떨어지는데, 이를 보완하기 위해 다수의 파장 또는 다양한 패턴을 이용하기도 합니다. 이렇게 측정된 3D Map은 실제 시료와 차이가 있을 수 있습니다. 이러한 차이를 Specification에서 나타내고 있으며, 각 항목의 정의는 3D Measurement Technology 개요 : 2. 3D장비, Specification 정의 에서 설명하도록 하겠습니다.

 

 구분할 수 있습니다.

필진 소개

 

 


임해동, Steven Yim

(앤비젼 R&D Engineer/3D 솔루션 담당)

기술에 대한 치밀한 탐구 정신으로 최적의 솔루션을 만들어가는 R&D Engineer

 

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