This study reports an application of Monte Carlo Method (MCM) for an uncertainty analysis of a calibration process of a 3-dimensional profile measurement system. The 3D digitizing system is based on the Fringe Projection Profilometry (FPP) technique, which works with the temporal phase-shifting algorithm with 5 images for the phase extraction and adopts DLP pico projector for projecting a high-resolution patteren image onto the object. The recent main application domain is measuring the 3D shape or deformation of soft materials such as woven textile and human skin.
For this kind of system, it is always necessary to perform a precise calibration process so that the system gets ready to measure an object with its well-established translation relationship between the 2-dimensional information captured from a CCD camera and the 3-dimensional measurand in the real world.
In this study, a calibration process [4] for a FPP system has been analysed to evaluate its uncertainties affecting on the measurement result. The whole calibaration process has been reorganized toward two different mathematical systems in order to separate the experimental process from the rest digital calculation part. Thereafter we identified the input quntities and assigned the proper Probability Density Functions (PDF) to explain each uncertainty chatacteristics. After the 1000 iterations for the Monte Carlo simulation, we could get a level of 6 μm as the standard uncertainty of the output quantity (Z).
본 연구는 삼차원 형상측정시스템의 교정과정의 불확도 분석을 위해 몬테카를로 방법(Monte Carlo Method, MCM)를 채택하여 적용하고 결과를 얻는 과정에 대해 보고한다. 본 연구에서 불확도 분석의 대상이 된 삼차원 형상측정 시스템은 격자주사식(Fringe Projection Profilometry, FPP) 기술을 기반으로 하는 시스템으로, DLP(Digital Light Processing) 프로젝터를 이용해 고해상도의 패턴 이미지를 물체에 조사하고, CCD 카메라를 이용하여 다섯 개의 이미지를 얻은 뒤 시간적 위상 이동 알고리즘을 적용해 삼차원 형상 정보를 추출한다. 시스템의 성능은 짜여진 직물(woven fabric) 또는 인간의 피부 주름 또는 상처부위와 같이 연약한 물질을 비접촉식으로 고분해능 형상 또는 변형을 측정하기에 적합하도록 선택되었다.
이러한 종류의 형상측정 시스템의 경우, 신뢰도 높은 측정 결과를 얻기 위해서는 측정 전 정밀한 교정과정을 실시하는것이 무엇보다 중요하다. 교정과정이란 CCD 카메라에서 추출한 2 차원 이미지 정보와 측정 및 계산된 3 차원 정보 사이의 엄밀한 수학적 관계를 정립하는것을 의미한다.
본 연구는 격자주사식 형상측정시스템에서 교정 과정이 측정 결과에 미치는 영향을 정량적으로 분석하고자 하였다. 이를 위해 교정과정을 수학적으로 모델링하고 각 입력 변수 마다 측정 불확도를 나타내는 확률분포함수를 부여한 뒤 몬테카를로 시뮬레이션을 실시하였다. 결과적으로, 교정과정은 측정 결과(Z 방향 길이)에 약 6 μm의 수준의 표준 불확도를 유발함을 예측할 수 있었다.
