스캔방법에 따른 3차원 레이저 스캔영상의

정확도에 대한 비교연구

송 효 영

전남대학교 대학원 치의학과

(지도교수 : 이기헌)

(초록)

본 연구는 3차원 레이저 스캔을 통하여 안면 입체영상을 재구성할 때 스캔방법, 즉 스캔각도와 횟수에 따른 입체영상의 정확도를 평가하고자 시행되었다.

사람의 얼굴 형상을 한 두부 마네킨 10개를 대상으로 각 마네킨의 안면부에 21개 마커를 부착하고 비접촉식 3차원 레이저 스캐너(Vivid 910, Minolta, Tokyo, Japan)를 이용하여 정면, 정면에 대해 각각 좌측 및 우측 60도, 45도, 20도 측방면을 스캔하고 좌측 및 우측 20도 측방면을 스캔한 2가지 영상, 정면과 좌측 및 우측 20도 측방면을 스캔한 3가지 영상, 좌측 및 우측 45도 측방면을 스캔한 2가지 영상, 정면과 좌측 및 우측 45도 측방면을 스캔한 3가지 영상, 정면과 좌측 및 우측 60도 측방면을 스캔한 3가지 영상, 정면과 좌측 및 우측 20도, 60도 측방면을 스캔한 5가지 영상을 각각 3차원 역설계 소프트웨어 프로그램(RapidFormTM2006, Inus, Seoul, Korea)을 이용하여 6가지 서로 다른 전체 안면 입체영상으로 재구성한 다음 각 방법에 따른 안면 입체영상에서 마커간 거리를 측정한 계측치와 마네킨의 실측치를 비교분석하여 다음과 같은 결과를 얻었다.

1. 전체 계측항목에 대한 각 방법에 따라 재구성된 안면 입체영상 계측치의 마네킨 실측치에 대한 확대율은 0.14% - 0.26%로 나타났으며 2회 스캔한 경우와 정면과 20도 측방면을 3회 스캔한 경우는 0.25% 내외의 확대율을, 정면과 45도 혹은 60도 측방면을 3회 스캔한 경우나 정면을 포함하여 5회 스캔한 경우는 0.20% 미만의 확대율을 보였다.

2. 2회 레이저 스캔하여 안면 입체영상을 재구성한 경우 중, 20도 측방면을 스캔한 경우는 Pn-Go'Rt, Pn-Go'Lt, Pn-TraRt, Pn-TraLt, Pn-Pg', ExRt-ExLt, CkRt-CkLt, Go'Rt-Go'Lt 계측치가, 45도 측방면을 스캔한 경우는 Pn-Pg', FRt-FLt, ExRt-ExLt, ZyRt-ZyLt, CkRt-CkLt, Go'Rt-Go'Lt 계측치가 실측치보다 통계적으로 크게 나타났다.

3. 3회 레이저 스캔하여 안면 입체영상을 재구성한 경우 중, 20도 측방면을 스캔한 경우는 Pn-Go'Rt, Pn-Go'Lt, Pn-TraRt, Pn-TraLt, Pn-Pg', Go'Rt-Go'Lt 계측치가 실측치보다 크게 나타났으나, 45도 혹은 60도 측방면을 각각 스캔하여 안면 입체영상을 재구성한 경우는 Pn-Pg' 계측치를 제외한 나머지 계측항목의 계측치에서 통계적으로 유의한 차이를 나타내지 않았다.

4. 5회 스캔하여 안면 입체영상을 재구성한 경우는 Pn-Pg' 계측치를 제외한 나머지 계측항목의 계측치에서 실측치와 통계적으로 유의한 차이를 나타내지 않았다.

이상의 연구 결과는 스캔 각도와 횟수가 안면 입체영상의 정확도에 영향을 미치는 것을 의미하는 것으로 정확한 안면 입체영상의 재구성을 위해서는 정면에 대해 좌측 및 우측 20도보다 더 측방면을, 정면을 포함하여 최소 3회 스캔하는 것이 바람직함을 시사하였다.

Accuracy of Facial Image Reconstruction

by Various 3D Laser Scanning Angulations and Times

Hyo-Young Song

Department of Dental Science

Graduate School, Chonnam National University, Gwangju, Korea

(Directed by Associate Professor Ki-Heon Lee)

(Abstract)

The purpose of this study was to evaluate the accuracy of facial images reconstructed with 3-dimensional (3D) surface laser scanning system according to different laser scanning angulations and scanning times.

For the present study, ten manikins, which were similar to human face with 21 markers on the face, were scanned 7 different angulations from center of face (-60°, -45°, -20°, 0°, 20°, 45°, 60°) by a 3D laser scanner (VIVID 910, Minolta, Tokyo, Japan). Whole 3D facial images were formed by merging 2 images scanned from 2 different views (-20° and 20° or -45° and 45°), by merging 3 images scanned from 3 different views (-20°, 0° and 20°,  -45°, 0° and 45° or -60°, 0° and 60°), by merging 5 images scanned from 5 different views (-60°, -20°, 0°, 20° and 60°) with RapidFormTM2006 (Inus, Seoul, Korea). The distances between markers at the same place on the manikin and corresponding 3D images were measured then through the statistical analysis, the following results were obtained.

1. The magnifications of 3D facial images obtained from the laser scanning using 6 different methods were 0.14% - 0.26%. The magnifications of merging 2 images which were scanned from 2 different views (-20° and  20° or -45° and  45°) and of merging 3 images which were scanned from 3 different views (-20°, 0° and  20°) were around 0.25%, the magnifications of merging 3 images which were scanned from 3 different views (-45°, 0° and 45° or -60°, 0° and 60°) and of merging 5 images which were scanned from 5 different views (-60°, -20°, 0°, 20° and 60°) were  less than  0.20%.

2. In the methods to form whole 3D facial image by merging 2 images  scanned from 2 different views, there were statistically significant differences at the linear measurements of Pn-Go'Rt, Pn-Go'Lt, Pn-TraRt, Pn-TraLt, Pn-Pg', ExRt-ExLt, CkRt-CkLt, Go'Rt-Go'Lt in the method of scanning from -20° and 20°, and Pn-Pg', FRt-FLt, ExRt-ExLt, ZyRt-ZyLt, CkRt-CkLt, Go'Rt-Go'Lt in the method of scanning from -45° and 45°.

3. In the methods to form whole 3D facial image by merging 3 images  scanned from 3 different views, there were statistically significant differences at the linear measurements of Pn-Go'Rt, Pn-Go'Lt, Pn-TraRt, Pn-TraLt, Pn-Pg', Go'Rt-Go'Lt in the method scanning from -20°, 0° and 20° but there was no statistically significant difference at the all linear measurements except the linear measurements of Pn-Pg' in the method scanning from -45°, 0° and 45° or -60°, 0° and 60°.

4. In the method to form whole 3D facial image by merging 5 images which were scanned from 5 different views, there was no statistically significant difference at the all linear measurements except the linear measurements of Pn-Pg'.

The results of the present study demonstrate that the accuracy of the facial images reconstructed using 3D surface laser scanning system is influenced by laser scanning angulation and the number of scanning times. Therefore to form more accurate whole 3D facial image, it is desirable that 3D surface laser scanning is performed at least 3 times from different views, more lateral than 20° angulation from the center of face,  included front view.