[논문]FTP를 이용한 이중 파장법에 의한 3차원 형상 측정

구자명; 조태훈

doi:10.6109/jkiice.2015.19.6.1485

FTP를 이용한 이중 파장법에 의한 3차원 형상 측정
A 3D measurement system based on a double frequency method using Fourier transform profilometry 원문보기

한국정보통신학회논문지 = Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, v.19 no.6, 2015년, pp.1485 - 1492

구자명 (Department of Computer Engineering, Korea University of Technology and Education) , 조태훈 (Department of Computer Engineering, Korea University of Technology and Education)

초록
AI-Helper

본 논문은 프린지 패턴 투영법으로 3차원 형상 측정에서의 FTP(Fourier Transform Profilometry)를 이용한 이중 파장법을 제안한다. 프린지 패턴 투영 방법은 프린지 패턴을 측정 대상물체에 투영한 후 변형된 프린지 패턴을 분석하여 측정 대상물체의 높이를 측정한다. PMP(Phase Measuring Profilometry)기반의 프린지 투영 방법은 측정 대상의 반사율과 배경의 영향에 강건하면서 측정 분해능이 높다. 하지만, 2π 모호성으로 측정 범위가 작다는 문제점이 있다. 이를 극복하기 위한 방법 중에 주기가 다른 이중 파장을 사용하는 방법은 측정 분해능을 유지하면서 측정 범위를 높일 수 있지만, 2배의 영상 수 획득으로 측정시간이 두 배 정도 더 소요된다. 본 논문에서 제안하는 FTP를 이용한 이중 파장법은 2π 모호성을 해결하기 위해 한 장만의 영상을 추가적으로 획득하여 FTP를 이용함으로써 기존의 이중 파장법과 동일한 정밀도를 유지하면서 측정에 소요되는 시간을 효과적으로 단축시킨다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper proposes a double frequency method using FTP(Fourier Transform Profilometry) in fringe projection techniques for 3D measurement systems. In fringe projection techniques, fringe pattern images are projected and captured, and then object is measured by analysing phase. PMP(Phase Measuring Profilometry) for analysing phase provides high-resolution and is robust to object's reflection and background intensities. However, the measurement range is narrow due to 2π ambiguity. In order to overcome this problem, a double frequency method is often used. This method can widen the range of measurement while maintaining the high-resolution, but the measurement time is taken about twice due to grab 2 times number of images. The proposed double frequency method using FTP requires an additional image for resolving 2π ambiguity. The proposed method effectively reduces the measurement time while maintaining the same accuracy.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문에서 FTP를 이용한 이중 파장법을 제안하고 실험을 통해 성능을 검증하였다. 여러 장의 영상을 추가적으로 획득하여 이용하는 기존의 이중 파장법에서 한 장의 영상만을 추가적으로 획득하여 이용하는 FTP 를 이용한 이중 파장법은 측정 소요시간을 단축하면서 같은 성능을 보였다.
본 논문에서는 푸리에 변환으로 위상을 계산하는 FTP(Fourier Transform Profilometry)[6]를 이용한 이중 파장법을 제안한다. 제안하는 FTP를 이용한 이중 파장법은 기존 이중 파장법과 동일한 측정 분해능을 유지하면서 소요 시간을 효과적으로 단축한다.

제안 방법

FTP를 이용한 이중 파장법을 검증하기 위하여 그림 7과 같은 BLU를 3차원 형상 측정하였다.
표 2는 그 결과이고 성능이 동일한 것을 확인할 수 있다. 또한, 기존 이중 파장법을 사용하여 BLU를 측정하였다. 그림 14(a)는 큰 주기의 프린지 패턴이 투영된 영상이다.
실험에 사용된 위상 이동 횟수는 π/2씩 5번을 이동시켜 계산하는 4-Bucket + 1 알고리즘[8]을 사용하였고 식 (12)와 같다. 또한, 배경의 간섭을 최소화 하면서 첫 번째 컴포넌트를 선택하기 위해 대각선으로 큰 주기의 정현파 프린지 패턴을 투영하였다[9].
이로 인해 측정이 시간이 약 2배 정도 증가하게 된다. 본 논문에서 제안하는 FTP를 이용한 이중 파장법에서는 2π 모호성을 해결하기 위해 추가적으로 단 1장의 영상만을 투영하고 획득한다. 즉 2N의 영상을 투영하고 촬상하는 시간이 N+1 로 감소된다.
본 논문에서는 큰 주기의 정현파 프린지 패턴 여러 장을 투영하여 PMP방법으로 위상을 계산하는 이중 파장법 대신, 그림 5처럼 추가적으로 한 장의 영상을 투영하고 획득하여 FTP로 위상을 계산하는 이중 파장법을 제안한다. 기존 이중 파장법은 N-Bucket 알고리즘 시, 2π 모호성을 해결하기 위해 추가적으로 N개의 영상을 투영하고 획득해야한다.
측정 정밀도의 성능을 비교하기 기준면을 1.5mm로 올려 각각의 방법으로 측정하였다. 이 때 작은 주기의 패턴 영상은 동일하고 큰 주기의 패턴 영상만이 서로 다르다.

대상 데이터

측정된 위상차들을 이용하여 Guo[7] 방법으로 시스템파라미터 , 를 계산한다. 본 논문에서는 1, 1.5, 2, 2.5, 3(mm)의 게이지 블록을 사용하였다. 최종적으로 위상과 높이의 관계는 식 (11)과 같다.
기준면은 FOTOWAND 사의 화이트 보드(white board)를 이용하였다. 시스템 캘리브레이션을 위해 Mitutoyo사의 게이지 블록(gauge block) Grade 0(±0.12um)를 사용하였다.
실험을 하기 위한 3D 형상 측정 시스템은 그림 6 와 같고, CCD 카메라, 피코 프로젝터, 기준면으로 구성되어 있다. 시스템에 사용된 자세한 사양은 표 1과 같다.

이론/모형

5mm정도이다. 실험에 사용된 위상 이동 횟수는 π/2씩 5번을 이동시켜 계산하는 4-Bucket + 1 알고리즘[8]을 사용하였고 식 (12)와 같다. 또한, 배경의 간섭을 최소화 하면서 첫 번째 컴포넌트를 선택하기 위해 대각선으로 큰 주기의 정현파 프린지 패턴을 투영하였다[9].
, ∆ 를 측정한다. 측정된 위상차들을 이용하여 Guo[7] 방법으로 시스템파라미터 , 를 계산한다. 본 논문에서는 1, 1.

성능/효과

통해 성능을 검증하였다. 여러 장의 영상을 추가적으로 획득하여 이용하는 기존의 이중 파장법에서 한 장의 영상만을 추가적으로 획득하여 이용하는 FTP 를 이용한 이중 파장법은 측정 소요시간을 단축하면서 같은 성능을 보였다. 실시간으로 정밀한 3D 형상 측정에서 활용 가능할 것으로 보인다.
본 논문에서는 푸리에 변환으로 위상을 계산하는 FTP(Fourier Transform Profilometry)[6]를 이용한 이중 파장법을 제안한다. 제안하는 FTP를 이용한 이중 파장법은 기존 이중 파장법과 동일한 측정 분해능을 유지하면서 소요 시간을 효과적으로 단축한다.
FFTW[10]라이브러리를 사용하였다. 총 측정 시간이 FTP를 이용한 이중 파장법이 약 1.8배정도 빠른 것을 확인할 수 있다.

후속연구

여러 장의 영상을 추가적으로 획득하여 이용하는 기존의 이중 파장법에서 한 장의 영상만을 추가적으로 획득하여 이용하는 FTP 를 이용한 이중 파장법은 측정 소요시간을 단축하면서 같은 성능을 보였다. 실시간으로 정밀한 3D 형상 측정에서 활용 가능할 것으로 보인다.

참고문헌 (10)

S.S. Gorthi and P. Rastogi, "Fringe projection techniques: Whither we are?," Optics and lasers in engineering, vol. 48, no. 2, pp. 133-140, 2010.

상세보기
L. Chen, c. Huang, "Miniaturized 3D surface profilometer using digital fringe projection," Measurement Science and Technology, Vol. 16, No. 5, pp. 1061-1068, 2005.

상세보기
J. Burke, T. Bothe, W. Osten, C. Hess, "Reverse engineering by fringe projection," International Symposium on Optical Science and Technology, Vol. 4778, pp. 312-324, 2002.
V. Srinivasan, H. C. Liu, M. Halioua, "Automated phase-measuring profilometry of 3-D diffuse objects," Applied optics, vol. 23, no. 18, pp. 3105-3108, 1984.

상세보기
H. Zhao, W. Chen, Y. Tan, "Phase-unwrapping algorithm for the measurement of three-dimensional object shapes," Applied optics, vol. 33, no. 20, pp. 4497-4500, 1994.

상세보기
M. Takeda, H. Ina, and S. Kobayashi, "Fourier-transform method of fringe-pattern analysis for computer-based topography and interferometry," Journal of the Optical Society of America, vol. 72, no. 1, pp. 156, 1982.

상세보기
H. Guo, M. Chen, P. Zheng, "Least-squares fitting of carrier phase distribution by using a rational function in profi lometry fringe projection," Optics letters, Vol. 31, No. 24, pp. 3588-3590, 2006.

상세보기
P. Hariharan, B. F. Oreb, and T. Eiju, "Digital phaseshifting interferometry: A simple error-compensating phase calculation algorithm," Applied optics, vol. 26, pp. 2504-2506, 1987.

상세보기
L.C. Chen, H.W. Ho,. Shu, X.L. Nguyen. "High-speed 3-D Machine Vision Employing Fourier Transform Profilometry with Digital Tilting-Fringe Projection," Proceedings of IEEE Workshop on Advanced Robotics and its Social Impact, pp. 23-25, 2008.
Frigo, Matteo, and Steven G. Johnson, A C subroutine library for computing the discrete Fourier transform (FFTW) Available http://www.fftw.org/

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

FTP를 이용한 이중 파장법에 의한 3차원 형상 측정
A 3D measurement system based on a double frequency method using Fourier transform profilometry 원문보기

초록
AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

후속연구

참고문헌 (10)

이 논문을 인용한 문헌

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

FTP를 이용한 이중 파장법에 의한 3차원 형상 측정 A 3D measurement system based on a double frequency method using Fourier transform profilometry 원문보기

초록 용어보기논문에서 용어와 풀이말을 자동 추출한 결과로, 시범 서비스 중입니다. AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

후속연구

참고문헌 (10)

이 논문을 인용한 문헌

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

FTP를 이용한 이중 파장법에 의한 3차원 형상 측정
A 3D measurement system based on a double frequency method using Fourier transform profilometry 원문보기

초록
AI-Helper

AI 본문요약
AI-Helper