3D 스캐닝의 광학 방식과 레이저 방식의 차이점

3D 스캐닝은 현실 세계의 물체나 환경을 디지털 3차원 데이터로 변환하는 기술로, 광학 방식과 레이저 방식은 3D 스캐닝에서 주로 사용되는 두 가지 대표적인 방법입니다. 이 블로그글에서는 광학 방식과 레이저 방식의 기본 원리와 특징, 그리고 두 방식의 차이점에 대해 알아보겠습니다.

1. 광학 방식의 기본 원리

광학 방식은 빛을 이용하여 물체의 표면을 측정하는 기술입니다. 이때 빛과 물체 간의 상호작용을 측정하여 3D 데이터를 획득합니다. 광학 방식은 다음과 같은 기본 원리를 사용합니다.

1.1 트라이앵글 스캔(Triangulation Scan)

트라이앵글 스캔은 물체의 표면에 빛을 투사하고, 반사되어 돌아오는 빛의 경로를 측정하는 방식입니다. 빛의 투사 각도와 빛이 반사되는 위치를 캡처하여 삼각측량을 사용하여 물체의 표면까지의 거리를 계산합니다. 광학적인 삼각측량은 정밀한 거리 측정과 높은 해상도를 제공합니다.

1.2 피지컬 프로젝션 프로파일링(Physical Projection Profiling)

피지컬 프로젝션 프로파일링은 물체에 빛을 투사하여 그림자를 만들어내는 방식입니다. 빛의 투사 각도와 물체의 표면상의 그림자를 캡처하여 물체의 형태를 파악합니다. 이 방법은 구조광 프로젝션으로도 알려져 있으며, 높은 정밀도와 빠른 측정 속도를 제공합니다.

2. 레이저 방식의 기본 원리

레이저 방식은 레이저 빛을 이용하여 물체의 표면을 측정하는 기술입니다. 레이저 빛은 빛의 파장이 짧고 집중된 특성을 가지므로 정밀한 측정이 가능합니다. 레이저 방식은 다음과 같은 기본 원리를 사용합니다.

2.1 레이저 빔의 삼각측량

레이저 빔을 물체 표면에 투사하고, 빛이 물체에 반사되어 스캐너로 돌아오는 시간을 측정함으로써 거리를 계산합니다. 이 방법은 레이저 빔의 이동 시간을 정밀하게 측정하여 거리 정보를 얻을 수 있어, 높은 정확도를 보장합니다.

2.2 상호간섭 레이저 스캐닝

레이저 빔을 물체에 투사하고, 빛이 물체 표면에서 반사되어 원점으로 돌아오는 과정에서 빛의 파장이 변화하게 됩니다. 이때의 파장 변화를 측정하여 거리 정보를 획득합니다. 상호간섭 방식은 적외선 레이저를 사용하여 정밀한 거리 측정을 가능하게 합니다.

3. 광학 방식과 레이저 방식의 차이점

3.1 측정 원리

광학 방식은 빛의 상호작용을 측정하여 거리 정보를 획득합니다. 트라이앵글 스캔과 피지컬 프로젝션 프로파일링은 각각 빛의 투사 각도와 그림자를 통해 거리를 측정합니다. 반면, 레이저 방식은 레이저 빛의 투사와 반사를 측정하여 거리 정보를 얻습니다. 레이저 빔의 삼각측량과 상호간섭 방식은 레이저 빛의 시간 변화나 파장 변화를 이용한 방법입니다.

3.2 측정 범위와 정밀도

광학 방식과 레이저 방식은 측정 범위와 정밀도에서 차이가 있습니다. 광학 방식은 일반적으로 근거리에서 높은 정밀도를 제공하며, 세밀한 표면을 측정하는 데 적합합니다. 반면, 레이저 방식은 장거리에서도 정밀한 측정이 가능하며, 빠른 속도로 대량의 데이터를 취득할 수 있습니다. 레이저 방식은 거리에 따라 정밀도가 상대적으로 일정하게 유지됩니다.

3.3 장단점

광학 방식은 비교적 저렴하고 정밀한 측정이 가능하지만, 환경에 따라 성능이 영향을 받을 수 있습니다. 특히 밝은 빛이나 반사되는 표면이 많은 경우에는 정확도가 저하될 수 있습니다. 반면, 레이저 방식은 환경에 덜 민감하고, 높은 정밀도와 속도를 제공하여 다양한 산업 분야에서 사용되고 있습니다. 하지만 레이저 빔의 안전 문제와 높은 비용 등을 고려해야 합니다.

결론

광학 방식과 레이저 방식은 빛의 상호작용을 기반으로 물체의 표면을 측정하는 3D 스캐닝 기술입니다. 광학 방식은 빛의 투사 각도와 그림자를 측정하여 거리 정보를 획득하는 반면, 레이저 방식은 레이저 빔의 시간 변화나 파장 변화를 이용하여 거리 정보를 측정합니다. 각각의 방식은 측정 범위, 정밀도, 장단점 등에서 차이가 있으며, 사용 환경과 목적에 따라 적절한 방식을 선택해야 합니다.