Range sensors based on structured-lighting techniques have been used successfully to obtain three-dimensional scene information. These systems make use of the principle of the optical triangulation to construct 2 1/2-D image. Finding the correspondences of scene features in the image is necessary to construct 3D information using the optical triangulation. Various methods are proposed to establish the correspondence. They required multiple images to solve the ambiguity of the correspondence problem. In dynamic environment, however, the scene changes during acquisition of the images required for the range measurement. To obtain measurement of a dynamic scene, a range sensor using only a few images or only one image is required.
Near-degenerate setup of the camera and the projector is used to solve the correspondence problem with one grid pattern.
The time cost to calculate triangulation is reduced by two lookup tables. The tables contain the information about the correspondence of the grid node and the epipolar line, the range measurement for each grid node and epipolar line pair, respectively. Due to the use of the tables, the whole measurement process is performed within 0.7s with Pentium133MHz. Most of the measurement time is spent on the image capturing and on the extraction of the stripe.
Calibration of the projector is performed by space encoding. This method is easier and more accurate than the well-known two plane method which is used commonly in range sensors using stripe lines. The two plane method requires accurate movement of a calibration plane, but space encoding requires only the 3-D information of known points, i.e., the calibration marks on a calibration box.
Our sensor can be used as a space encoding range finder, when only one projector is used. Thus, the comparison of the data accuracy can be performed very easily. Also, range measurements using grid projection and space encoding can be fused.
구조적 조명을 이용한 3차원 측정 시스템은 대응점 문제를 해결하기 위해 여러 장의 영상을 이용한다. 동적인 환경에서는 영상을 취득하는 동안 측정물이 이동하므로 여러 장의 영상을 이용하는 방법으로는 제대로 측정을 수행할 수가 없다. 본 논문에서는 한 장의 사각 격자 모양을 이루는 조명 패턴을 사용하녀 대응점 문제를 해결하고 고속으로 3 차원 데이터를 취득할 수 있는 레인지 센서를 구성하였다.
두 개의 프로젝터와 카메라가 near-degenerate setup을 이루도록 함으로써 정해진 작업영역 내에서 대응점 문제에 대한 해가 유일하도록 제한할 수 있었다. 대응점을 얻는 과정 및 주어진 대응점으로부터 3 차원 좌표를 계산하는 과정을 LUT(Lookup table)로 대체하여 속도향상을 이룰 수 있었다. 측정시간의 대부분은 영상취득과 줄무늬(stripe) 추출에 소요되었다.
프로젝터의 캘리브레이션을 공간부호화를 이용하여 수행하였는데, 이 방법은 캘리브레이션 평면의 정확한 이동을 필요로 하는 두 평면을 이용한 방법(two plane method)에 비해 용이하고 정확한 결과를 얻을 수 있다.
본 논문에서 구성된 센서는 하나의 프로젝터 만을 사용할 때, 공간부호화 레인지센서로서 사용될 수 있다. 그러므로, 센서 간의 데이터의 정확도의 비교가 매우 쉽게 이루어진다. 또한 공간부호화 레인지 센서와 격자를 이용한 센서의 융합을 기대할 수 있다.
