[논문]3차원 광학식 스캐너 시스템의 격자형 자료 구조

[국내논문] 3차원 광학식 스캐너 시스템의 격자형 자료 구조
Structured Data Structures for a 3D Scanner System 원문보기

정연찬 (서울산업대학교 금형설계학과) , 장민호 (솔루션닉스)

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

최근에는 정렬된 데이터를 생성하는 3 차원 스캐너가 많이 사용되는데, 본 연구에서는 정렬된 측정 데이터를 생성하는 3 차원 스캐너 시스템에서 측정 데이터를 적은 메모리 양으로 효율적으로 처리할 수 있는 컴퓨터 자료 구조를 비교 제안하려고 한다.

자료 구조의 소요 메모리 양을 편리하게 비교하기 위해 한번의 측정으로 최대 백만 개의 측정점이 얻어지는 3 차원 스캐너를 가정하자. 측정점의 좌표 값은 정밀도가 요구되는 데이터이므로 배정도 실수(8 바이트)에 저장한다.

‘깊이 값 배열’ 구조에서 x, y, z 세 좌표 값을 얻기 위해서는 식(2)에서 보듯이 5 번의 실수 곱셈이 수행된다. 자료 구조의 연산 능력을 비교하기 위해 실제 구현을 통해 몇 가지 기본적인 연산을 수행해보았다. 측정 데이터의 크기와 연산의 종류에 따라 상이한 결과가 나타나 자료 구조의 성능을 평가하기 어려웠다.
측정 데이터의 자료 구조가 갖춰야 할 요구 조건을 만족하는 세 가지 격자형 자료 구조를 제시 비교 하였다. 제시된 세 가지 자료 구조는 모두 사각 격자 위상을 가지기 때문에 위상에 근거한 연산을 빠르게 처리할 수 있다.

본 연구에서 고려하는 3 차원 스캐너는 위상이동 광삼각법으로 측정점을 계산하며 카메라의 픽셀 별로 측정 데이터를 생성한다. 따라서 측정 데이터는 다음과 같은 특성을 갖는다.

이는 스캐너의 FOV 를 벗어난 부분, 카메라의 사각 부분에서 데이터가 얻어지지 않기 때문이다. 다수의 측정 데이터를 분석한 결과 측정점의 유효율은 평균 35%로 나타났다. 유효한 측정점이 없는 2 차원 배열 요소에는 Null 포인터를 저장하고 유효한 측정점만 별도로 저장하면 필요 메모리 양이 줄어든다.
따라서, Pi 에 해당하는 측정점의 깊이 정보만 정해지면, 원근 투영에 의하여 직교 좌표계상의 측정점이 유일하게 결정된다. 둘째, 카메라의 영상 소자들은 균일한 크기를 가지고 렌즈 중심으로부터 초점거리 f 만큼 떨어진 이미지 평면에 규칙적인 배열되어 있기 때문에, 인접한 두 개의 측정점을 이미지 평면에 원근 투영시키면, 이들 사이의 거리는 항상 영상소자의 크기와 같다. 셋째, 픽셀에 대응하는 각 측정점들은 픽셀이 가지고 있는 좌우 및 상하의 사각 격자 구조의 인접 관계(topology)를 이어 받는다.

제시된 자료 구조를 이용해서 측정 데이터 처리에 필요한 연산을 구현하면 자료 구조의 성능과 적합성을 보다 잘 분석할 수 있을 것이다. 특히 원근 투영에 근거한 인접 관계 연산을 이용하면 측정 데이터를 보다 빠르고 정밀하게 처리할 수 있을 것이다.

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