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오목거울을 이용한 3차원 형상측정을 위한 모아레 영상 획득 방법
Image Enhancement for 3D Shape Measurement Using Large Aperture Projection System 원문보기

한국광학회지 = Korean journal of optics and photonics, v.19 no.4, 2008년, pp.327 - 333  

윤두현 (인하대학교 자동화공학과) ,  김학일 (인하대학교 자동화공학과)

초록
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일반적으로 NA(Numerical aperture)가 큰 렌즈를 사용하면 획득된 영상의 품질이 좋아진다. 오목거울은 NA가 크면서 직경이 크게 제작하는 비용이 저렴하다. 본 논문에서는3차원 형상 측정용 모아레 영상의 품질향상을 위해 NA가 큰 대구경 오목거울을 이용한 방법을 제안하고 구현하였다.오목거울은 빛을 반사하는 면이 오목한 거울로써, 가까운 거리에 있는 물체를 볼 때, 물체와 모양은 같고 크게 보이는 것이 특징이다. 보통의 경우, 작은 것을 크게 보거나 빛을 모으는데 이용한다. 오목거울의 집광 특징은 볼록거울과 방향만 다를 뿐 동일한 역할을 하고, 수 미터 직경의 대구경으로 제작하기 용이하며, 대구경이면서 $0.8{\sim}2$의 높은 NA를 갖는 오목거울을 구현하기 용이하다. 오목거울의 볼록 렌즈와 동일한 집광 특징을 이용하여 망원경 등의 반사경으로 많이 이용하고 있다. 3차원 영상획득 방법을 위해 필요한 장치는 광을 출사하는 광원,광원으로부터 출사된 광을 집광하기 위한 집광렌즈,집광렌즈를 통해 집광되어 입사되는 광을 투과시키는 격자,격자로부터의 출사 광을 평행광으로 출사하는 영사렌즈,영사렌즈의 평행광을 반사시켜 전량의 광을 측정대상물 쪽으로 출사하는 오목거울 그리고 측정 제품으로부터 반사된 반사광을 획득하는 CCD 카메라를 포함한다. 대구경 오목거울로 NA값을 변화시켜서 표면의 굴곡이 심한 납볼의 영상을 획득하여 품질향상 정도를 평가하였다. NA가 $0.15{\sim}0.8$까지 변화했을 때 영상 내 밝은 부분과 어두운 부분의 차이가 $46{\sim}1.33$배로 변화하여 NA를 높이면 영상의 품질이 향상됨을 알 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In general, a lens with large NA makes image quality better. There are many kinds of cheap concave mirrors with large aperture and NA. This paper presents a method that uses a large aperture projection imaging system to enhance the image used for 3D shape measurement. This method makes it possible t...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 기존의 영상 획득 장치의 문제점을 해결할 수 있도록 소구경 렌즈와 대구경 오목거울을 사용하여 대구경 렌즈를 사용한 것과 같은 효과를 내는 오목거울을 이용한 3차원 형상측정을 위한 영상 획득 방법을 제안한다. 대구경 렌즈를 사용하면 획득된 영상의 화면이 전체적으로 밝아 지고 외곽의 어두운 부분을 없앨 수 있는 장점이 있기에 소구경 렌즈의 구면에 오목거울을 사용하여 광량을 최대한 입사시켜 동일한 성능을 낼 수 있다.
  • 본 논문에서는 소구경 렌즈와 대구경 오목거울을 이용한 영상획득 장치를 구현하여, 3차원 형상 정보에서 보다 나은 품질의 raw영상/phase영상을 획득하는 방법으로 영사계에 NA값이 높은 오목거울을 배치하는 것을 제안하였다. 성능은 뛰어나지만, 비싼 가격 때문에 실질적으로 사용하기 어려운 대구경 렌즈를 대신하여 대구경 오목거울을 사용하여 결과를 비교하였다.
  • 본 논문에서는 3차원 오목거울을 이용한 영상 획득 방법을 설계하고 구현하였다.
  • 본 연구에서는 기존의 영상 획득 장치에 소구경 렌즈와 대구경 오목거울을 이용함으로써, 대구경 렌즈의 성능과 동일한 효과를 얻을 수 있는 방법을 제안한다. 일반적인 오목거울은 실제 물체를 더 크게 보이게 하고 빛을 한 점으로 모으는 역할을 하며, 작은 것을 크게 보려고 할 때 많이 사용된다.
  • 본 연구에서는 소구경 렌즈와 오목거울을 사용함으로써, 영상획득을 위한 광량을 최대한 확보하고 제품 표면의 윤곽에 따른 음영을 제거함을 확인하였다. 또한 소구경 렌즈와 대구경 오목거울을 동시에 사용하여 저렴하게 대구경 볼록렌즈를 대체할 수 있는 장점이 있다.

가설 설정

  • 2. 오목거울은 입사 광이 측정대상물 쪽으로 반사되지 않아 측정대상물로부터 CCD 카메라에 입사되는 광량이 감소되지 않도록 할 것
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
일반적인 영상 획득 장치란 무엇을 말하는가? 일반적으로 모아레 측정 방법은 자유곡면형태의 3차원 형상을 측정하는 기술로써, 3차원 측정기를 사용하여 비접촉식으로 곡면상의 각 점의 밝기변화를 측정하여 전체 곡면형상을 한번에 측정하는 방식이다.[1-3] 일반적인 영상 획득 장치는 고체 촬상소자를 이용하여 대상물체의 영상을 획득하는 장치를 일컫는다. 고체 촬상소자는 반도체화하고 집적화한 촬상소자로서 고체 촬상디바이스 또는 촬상관에 대응하여 촬상판이라고도 한다.
오목거울을 사용한 차원 영상 획득 방법의 특징은? 1. 광을 출사하는 광원 출사된 광을 집광하기 위한 집광렌즈, 입사되는 광을 투과시키는 격자, 출사광을 평행광으로 출사하는 영사렌즈, 전량의 광을 측정대상물 쪽으로 출사하는 오목거울 그리고 반사광을 획득하는 CCD 카메라 포함 2. 오목거울은 입사 광이 측정대상물 쪽으로 반사되지 않아 측정대상물로부터 CCD 카메라에 입사되는 광량이 감소되지 않도록 할 것 3. 오목거울과 측정대상물 사이에 광 경로 변경수단을 더 포함 4. 광 경로 변경수단은 빔 스플리터 5. 광 경로 변경수단은 빔 스플리터와 반사거울
모아레 측정 방법이란? 일반적으로 모아레 측정 방법은 자유곡면형태의 3차원 형상을 측정하는 기술로써, 3차원 측정기를 사용하여 비접촉식으로 곡면상의 각 점의 밝기변화를 측정하여 전체 곡면형상을 한번에 측정하는 방식이다.[1-3] 일반적인 영상 획득 장치는 고체 촬상소자를 이용하여 대상물체의 영상을 획득하는 장치를 일컫는다.
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참고문헌 (7)

  1. Colin A. Walker, “A Historical Review of Moire Interferometry,” Experimental Mechanics, Oct 1993 

  2. Daniel Meadows, W. O. Johnson, and J. B. Allen, “Generation of Surface Contours by Moire Patters,” Applied Optics, Vol. 9, No. 4, pp. 942-947, April 1970 

  3. Daniel Malacara, Manuel Servin, and Zacaias Malacara, “Interferogram Analysis for Optical Testing: second edition,” Taylor & Francis, 2005 

  4. Brian Curless, “Siggraph 2000 Courses on 3D Photography,” Siggraph 2000, New Orleans, Louisiana, July 2000 

  5. Eugene Hecht, “OPTICS: fourth edition”, Addition Wesley, 2002 

  6. P. HARIHARAN, “Optical Interferometry: second edition,” ELSEVIER Academic press, 2003 

  7. Yinyan Wang and Patrick Hassel, “Measurement of thermally induced warpage of BGA packages/Substrates using phase stepping shadow Moire,” 1997 IEEE/CPMT Electronic packaging technology conference 

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