KR100324182B1 - 영상측정방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 영상측정방법 및 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 측정방법은 스케일 자막화면을 준비하는 단계와, 카메라와 피사체 사이의 거리를 산출하는 단계와, 산출된 거리값에 의해 피사체를 픽업한 영상화면의 크기를 산출하는 단계와, 영상화면에 픽업된 피사체의 크기를 상기 스케일 자막화면의 계측 스케일의 눈금값으로 측정하는 단계와, 상기 측정된 눈금값과 상기 산출된 영상화면의 크기를 승산하고 이 승산값을 상기 자막화면의 크기로 제산하여 피사체의 실제 크기를 산출하는 단계를 포함한다. 따라서, 본 발명에서는 계측 스케일을 이용하여 피사체를 직접 측정하므로 정밀한 계측이 가능하다.

Description

영상측정방법 및 장치{A method and device of reflex measurement}

본 발명은 영상측정방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히 관로 내의 점검 및 보수시 관로 내의 이상부위를 정확하게 측정하기 위한 영상측정방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로 관로 내의 내면조사 보수장비에 있어서, 관내의 상태를 모니터를 통해 관찰하고 비디오 테이프 레코더에 녹화한 후 검색하고 있다. 그러나, 관로 내의 돌출, 함몰, 크랙, 단차 등 파손 및 이상부위에 대한 정밀한 계측을 할 수 없었다.

따라서, 관로 내의 점검 및 보수에 있어서 이상부위 및 파손 부위에 대한 정확한 정보를 보다 간단하고 객관성 있게 계측할 수 있는 장비의 출현이 요구되었다.

통상적으로, 관로 내부 측정장치는 카메라 이송기를 제어하여 관내의 모습을 모니터링한다. 피사체와의 거리 측정은 삼각 측정법에 의해 측정하는 바, 삼각 측정을 하기 위하여 카메라, 광선 발사부를 구비한다.

종래에는 광선 발사부의 각도를 가변시켜서 피사체와 카메라와 광선 발사부로 구성되는 삼각형을 구성하고, 구성된 삼각형에서 광선발사부의 회전 각도를 이용하여 피사체와의 거리를 산출하였다. 이와 같은 가변 각도방식은 각도의 변화량의 차이에 따라 검출되는 거리의 차이가 크게 된다. 그러므로, 측정오차를 줄이기 위해서는 정밀한 각도 제어와 검출이 요구되는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 광선 발사부의 각도를 고정시키고, 고정된 각도에서의 거리를 기준점으로 하여 이 기준점으로부터 피사체에 표시된 광선 포인트의 상대적 거리를 스케일 눈금자에 의해 측정함으로써 정확한 측정이 가능한 영상측정방법 및 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 피사체의 크기를 계측 스케일을 이용하여 직접 정확하게 측정할 수 있는 영상측정방법 및 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 기준 스케일 또는 계측 스케일의 자막표시에서 기준 비트맵 폰트와 쉬프트방식에 의해 미세 이동 표시가 가능한 영상측정방법 및 장치를 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명에 의한 관로 내부 영상측정장치의 구성을 나타낸 도면.

도 2는 본 발명에 의한 영상측정장치의 블록 구성을 나타낸 도면.

도 3은 본 발명에 의한 기준 스케일의 원리를 설명하기 위한 도면.

도 4는 본 발명에 의해 작성된 기준 스케일 화면을 나타낸 도면.

도 5는 본 발명에 의한 스케일 자막화면을 나타낸 도면.

도 6 내지 도 20은 스케일의 표시방식을 설명하기 위한 도면들.

도 21a내지 21e는 스케일의 미세이동 표시방식을 설명하기 위한 도면.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 방법은 스케일 자막화면을 준비하고, 카메라와 피사체 사이의 거리를 산출하고, 산출된 거리값에 의해 피사체를 픽업한 영상화면의 크기를 산출하고, 영상화면에 픽업된 피사체의 크기를 상기 스케일 자막화면의 계측 스케일의 눈금값으로 측정하고, 측정된 눈금값과 상기 산출된 영상화면의 크기를 승산하고 이 승산값을 상기 자막화면의 크기로 제산하여 피사체의 실제 크기를 산출하는 것을 특징으로 한다.

상기 거리를 산출하는 단계는 카메라의 렌즈로부터 소정 높이에 고정 설치된 광선 발사부로부터 소정 거리에서 상기 카메라 렌즈의 중심선과 교차되는 광선을 발사하고, 광선이 조사된 피사체를 영상화면으로 픽업하고, 피사체에 표시된 광선 포인트를 상기 스케일 자막화면의 기준 스케일의 눈금값으로 거리를 측정하는 것을 특징으로 한다.

상기 스케일의 미세이동은 미세이동 명령에 응답하여 기본 비트맵 폰트가 선택되고, 선택된 비트맵 폰트가 기준 비트맵 폰트가 되어 스케일의 크기만큼 쉬프트되어 표시되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 장치는 카메라와, 상기 카메라의 렌즈로부터 소정 높이에 고정 설치되고, 소정 거리에서 상기 카메라 렌즈의 중심선과 교차되는 광선을 발사하는 광선발사부를 포함하고, 모터구동에 의해 이동이 가능한 카메라 이송기와, 카메라 이송기의 모터를 제어하여 카메라 이송기의 이동을 제어하고, 상기 광선 발사부를 제어하여 광선을 발사하고, 상기 광선이 조사된 피사체를 상기 카메라를 제어하여 모니터상에 영상화면으로 픽업하고, 상기 피사체에 표시된 광선 포인트를 스케일 자막화면의 기준 스케일의 눈금값으로 거리를 산출하고, 산출된 거리값에 의해 피사체를 픽업한 영상화면의 크기를 산출하고, 상기 영상화면에 픽업된 피사체의 크기를 상기 스케일 자막화면의 계측 스케일의 눈금값으로 측정하고, 상기 측정된 눈금값과 상기 산출된 영상화면의 크기를 승산하고 이 승산값을 상기 자막화면의 크기로 제산하여 피사체의 실제 크기를 산출하는 시스템 제어부를 구비한 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명에 의한 관로 내부 영상측정장치의 구성을 나타낸다. 지하(2)에 매설된 관로(1)에 맨홀(3)을 통해서 카메라 이송기(10)를 투입한다. 카메라 이송기(10)는 케이블 릴 유니트(20)에 감겨진 케이블(21)에 연결된다. 카메라 이송기 (10)의 헤드부에는 CCD 카메라(11)와 광선 발사부(12)가 일체로 설치된다.

시스템 제어부(30)는 지상에 설치되고, 본체(31), 전원 및 카메라 이송기 제어패널(32), 키패드(33), 모니터(34)를 포함하고, 케이블 릴 유니트(20)의 케이블 (21)을 통하여 카메라 이송기(10)와 전기적으로 연결된다.

도 2는 본 발명에 의한 영상측정장치의 블록 구성을 나타낸다. 카메라 이송기(10)는 CCD 카메라 유니트(13), 광선 발사부 제어 유니트(14), 램프 및 바퀴구동 유니트(15)를 포함한다. 광선발사부(12)는 카메라(11)의 렌즈의 수직 상방에 소정 높이(H)에 설치된다. 광선 발사부(12)에서 발사된 광선은 카메라 렌즈로부터 중심선을 따라 소정 거리(D)에서 만나도록 각도가 조정된 다음에 움직이지 않도록 고정된다. 헤드부는 상하, 좌우로 움직이면서 회전이 가능하고, 카메라와 광선 발사부는 헤드부 동작에 따라 함께 움직이게 되므로, 이들 간의 높이, 각도 등은 변하지 않는다.

램프 및 바퀴구동 유니트(15)는 시스템 제어부의 제어에 의해 램프를 구동하여 전방을 조명하고 모터를 구동하여 카메라 이송기의 이동을 제어한다.

카메라 릴 유니트(20)는 카메라 이송기(10)의 이동에 따라 케이블을 풀어 주고 카메라 이송기(10)의 이동된 거리를 측정한다.

시스템 제어부(30)는 통신 유니트(35), 문자발생기 유니트(36), 비디오 유니트(37), 운영 프로그램 유니트(38), 전원공급 유니트(39)를 포함한다. 통신 유니트 (35)는 카메라 이송기(10)에 제어신호를 제공하고 카메라 이송기로부터 제공된 영상신호를 입력한다. 문자발생기 유니트(36)는 화면에 숫자 및 문자정보를 제공하고, 스케일 자막화면을 발생한다. 비디오 유니트(37)는 비디오 모니터 수단, 비디오 레코드 수단, 비디오 제어수단을 포함한다. 운영 프로그램 유니트(38)는 통신 및 문자, 스케일의 표시 및 운영과 키입력 처리 등 동작 프로그램을 수행한다. 전원공급 유니트(39)는 시스템 제어부(30), 카메라 이송기(10) 등에 전원을 공급한다.

도 3을 참조하여 본 발명에 의한 기준 스케일의 원리를 설명하면 다음과 같다. 본 발명에서는 광선 발사부(10)의 각도 고정으로 초기에 세팅된 거리(D)만 측정할 수밖에 없다. 하지만, 거리의 변화에 따른 영상의 변화를 기준값으로 스케일을 만들어 거리를 측정하는 것이다.

즉, 초기 거리 (D)는 다음 수학식 1과 같이 나타내진다.

따라서, H 및 θ가 고정된 값이므로, D값 역시 하나의 값으로 고정된다.

그러나, 거리 D보다 가까이 접근하게 되면 광선 포인트(P)가 기준점으로부터 상방향으로 이동하게 되고, 거리 D 보다 멀어지게 되면 광선 포인트(P)가 하방으로 이동하게 된다. 그러므로, 거리 D에 위치한 가상의 화면 상에 각 거리에서 광선 포인트의 상하 위치를 사영시키면 도 4에 도시한 바와 같이, 하나의 수직선 상에 눈금으로 상대적인 거리를 표시할 수 있게 된다.

그러므로, 피사체에 광선을 발사하여 피사체에 표시된 광선 포인트의 위치를 기준 스케일(41)의 눈금으로 측정할 수 있게 되는 것이다.

도 5는 본 발명에 의한 스케일 자막화면을 나타낸다. 스케일 자막화면(40)은 중앙부에 수직방향으로 배치된 기준 스케일(41)과 화면의 하방에 수평방향으로 배치된 수평 계측 스케일(42), 화면의 우측에 배치된 수직 계측 스케일(43)을 포함한다. 이들 스케일은 비트맵 폰트방식으로 표시된다. 이와 같은 스케일 자막화면(40)은 영상화면(50)상에 오버랩되어 표시된다.

즉, 본 발명에서는 먼저, CCD 카메라와 피사체와의 거리를 기준 스케일(41)을 이용하여 구한다.

피사체의 크기 정보를 화면에 표시되는 계측 스케일을 이용하여 측정한다.

계측 스케일을 키패드의 방향 이동키를 이용하여 측정하고자 하는 피사체로 이동하여 그 크기를 측정한다. 이때에 화면 상에 표시되는 계측 스케일은 직각 스케일이지만, 직각이 아닌 피사체의 크기를 정확하게 계측하기 위하여 카메라 이송기의 헤드부를 회전 또는 상하, 좌우로의 회동을 제어하여 최적의 상태로 카메라를 조정한 후 계측 스케일을 이용하여 피사체의 크기를 측정하여 그 눈금을 읽는다.

계측 스케일은 일정한 픽셀단위로 표현이 된다. 계측한 스케일의 눈금값을 이용하여 피사체의 실제 크기는 다음 수학식 2에 의해 계산한다.

물체의 실제크기(mm)

여기서, OB는 피사체의 실제 크기로 단위는 mm이고, P는 화면의 전체 크기로 단위는 mm이고, S는 스케일의 눈금수로 단위는 픽셀이고, C는 스케일 자막화면의 전체크기로 단위는 픽셀이다.

예컨대, 수평 계측 스케일을 이용하여 측정할 피사체의 크기가 눈금수로 10이라면, 실체 피사체의 수평방향의 크기는 상술한 수학식 2를 이용하여 계산하면 된다. 피사체와의 거리 D가 700mm이면 CCD 카메라의 스팩에 따른 영상화면의 수평사이즈는 605.4mm가 된다.

즉, CCD 카메라의 스팩을 1/4인치 CCD 카메라로서 수평사이즈(h) : 3.2㎜, 수직사이즈(v) : 2.4㎜, 렌즈초점거리(f) : 3.7㎜로 할경우,

영상화면의 전체크기는 다음과 같이 계산된다.

HP = h ×D/f = 3.2 × 700/3.7 = 605.4(㎜)

VP = v ×D/f

f는 카메라 렌즈의 초점거리이고, D는 카메라 렌즈와 피사체 사이의 거리이고, HP는 전체화면의 가로크기이고, VP는 전체화면의 세로크기이고, h는 CCD 센서의 수평사이즈이고, v는 CCD 센서의 수직 사이즈이다.

자막화면의 사이즈는 설계시에 다양한 크기로 제작이 가능하지만 본 발명의 실시예에서는 320픽셀 ×240픽셀의 사이즈를 가진다.

그러므로, 실제 크기는 605.4 ×(10 ×3)/320=56.76mm임을 알 수 있다. 여기서 3은 비트맵 폰트의 구성시 눈금 하나 당 3픽셀로 구성한 것을 반영한 것이다.

본 발명에서는 자막화면의 스케일을 표시하기 위하여 비트맵 방식의 문자를 출력하는 방식과 같이 도 6의 눈금모양의 비트맵 폰트를 미리 정의한 후 화면의 일정한 위치로부터 일정 크기만큼을 반복적인 출력을 하는 스케일의 표시방법에 있어서 표시된 스케일을 이용하여 피사체의 정밀한 측정을 위해서는 화면 내에서 스케일의 미세한 이동이 이루어져야 한다.

화면 상의 임의 위치의 피사체 측정을 위해서 기존의 단순한 비트맵 폰트의반복적인 출력만으로는 비트맵 자체의 픽셀 폭이 있으므로 스케일을 상하좌우로 이동시에 이 픽셀 폭 단위로 이동이 되므로 피사체의 끝점을 맞추기 힘든 상황이 발생될 수 있다. 그렇다고 미세한 이동을 위해 눈금의 변화별 비트맵 폰트 전체를 모두 만드는 것은 시간적으로나 저장 공간적으로나 낭비를 가져온다.

또한, 스케일은 피사체의 크기에 따라 필요시 확대나 축소가 가능해야 하는 데 단순한 반복적인 스케일의 표현으로는 최대크기를 미리 생각하여 그 만큼의 비트맵 폰트를 만들어 두어야 하는 문제가 생긴다.

위의 문제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 초기에 하나의 비트맵 폰트와 템플리트(Template)용의 비트맵 폰트를 사용해서 전체적인 스케일의 표현을 가능하게 하고 저장공간의 낭비를 줄일 수 있다.

도 6 내지 도 16을 참조하여 스케일의 표시방법을 설명하면 다음과 같다. 화상의 일정 크기의 스케일의 표시함에 있어서 첫 번째는 비트맵 폰트(도 6)를 그대로 출력하고, 두 번째부터는 그 첫번째 비트맵 폰트를 일정 단위만큼 쉬프트시킨 비트맵 폰트값(도 7)을 출력한다. 이렇게 출력이 되면 하나의 비트맵 폰트로 일정 크기의 스케일을 모두 표현할 수 있다.

도 7에 도시한 바와 같이, 비트맵 폰트값을 좌측으로 쉬프트시키면 쉬프트된 만큼의 앞쪽의 폰트값들을 잃어버리게 된다. 따라서, 완전한 눈금모양의 출력을 위해 템플리트 용의 폰트(도 8)와 OR연산을 수행한 후 도 9와 같은 폰트값으로 출력해 준다. 도 10은 기본 폰트에 쉬프트에 의해 생성된 폰트를 연결한 상태를 나타낸다. 도 11은 도6을 두 번 쉬프트한 것이고, 도 12는 두 번째 템플리트용의 폰트와 OR 연산되어 도 13의 완전한 눈금모양의 비트맵 폰트를 생성한다. 도 14는 3개의 비트맵 폰트로 구성된 눈금을 나타낸다. 도 15는 세 번째 템플리트 비트맵 폰트를나타낸다. 이후는 3개의 템플리트가 순서대로 반복해서 사용된다.

도 16 내지 도 20은 동일한 방법으로 세로축 스케일의 표시방식을 나타낸다. 도 16은 기준 비트맵 폰트이고, 도 17은 쉬프트된 것이고, 도 18은 템플리트 폰트이고, 두 번째 템플리트와 OR연산된 두 번째 폰트는 도 19에 도시한 바와 같이 생성된다. 도 20은 첫 번째와 두 번째 폰트를 연결한 상태를 나타낸다.

도 21a내지 21e는 스케일의 눈금단위의 미세이동 표시방식을 설명한 것으로,미세이동을 위해서는 위와 같이 5가지 비트맵 폰트를 준비한다. 초기 화면에 스케일이 출력될 때에는 도 21의 첫 번째 폰트가 스케일의 크기만큼 쉬프트되어 출력된다. 사용자가 임의 위치의 피사체를 측정하기 위하여 스케일을 오른쪽으로 이동시킬 때, 눈금단위의 미세 이동이 되어야 할 때에는 두 번째 폰트가 쉬프트되어 출력된다. 이와같이 계속하게되면, 화면상의 같은 시작위치에서 같은 크기만큼 스케일이 출력되는 것이지만 한 눈금이 미세하게 이동하는 효과를 나타낸다.

이상과 같이 본 발명에서는 스케일의 표시에 있어서, 폭에 따른 비트맵을 모두 만드는 것이 아니라 기본이 되는 하나의 비트맵폰트와 그것을 각 위치에 따라 적절히 쉬프트연산을 하고 쉬프트연산 후의 픽셀의 공백을 채우기 위한 템플리트 폰트를 이용하여 간단하고 효율적으로 스케일을 표시한다.

또한, 자막화면이 일정 픽셀단위로 표시된 스케일이므로 영상화면에 따라 스케일 눈금의 간격이 가변될 필요가 없다.

또한, 계측 스케일을 이용하여 피사체를 직접 측정하므로 정밀한 계측을 수행할 수 있다.

Claims (4)

1. 스케일 자막화면을 준비하는 단계;

   카메라와 피사체 사이의 거리를 산출하는 단계;

   산출된 거리값에 의해 피사체를 픽업한 영상화면의 크기를 산출하는 단계;

   상기 영상화면에 픽업된 피사체의 크기를 상기 스케일 자막화면의 계측 스케일의 눈금값으로 측정하는 단계; 및

   상기 측정된 눈금값과 상기 산출된 영상화면의 크기를 승산하고 이 승산값을 상기 자막화면의 크기로 제산하여 피사체의 실제 크기를 산출하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 영상측정방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 거리를 산출하는 단계는

   상기 카메라의 렌즈로부터 소정 높이에 고정 설치된 광선 발사부로부터 소정 거리에서 상기 카메라 렌즈의 중심선과 교차되는 광선을 발사하는 단계;

   상기 광선이 조사된 피사체를 영상화면으로 픽업하는 단계;

   상기 피사체에 표시된 광선 포인트를 상기 스케일 자막화면의 기준 스케일의 눈금값으로 거리를 측정하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 영상측정방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 스케일의 미세이동은 미세이동명령에 응답하여 기본 비트맵 폰트가 선택되고, 선택된 비트맵 폰트가 기준 비트맵 폰트가 되어 스케일의크기만큼 쉬프트되어 표시되는 것을 특징으로 하는 영상측정방법.
4. 카메라와, 상기 카메라의 렌즈로부터 소정 높이에 고정 설치되고, 소정 거리에서 상기 카메라 렌즈의 중심선과 교차되는 광선을 발사하는 광선발사부를 포함하고, 모터구동에 의해 이동이 가능한 카메라 이송기; 및

   상기 카메라 이송기의 모터를 제어하여 카메라 이송기의 이동을 제어하고, 상기 광선 발사부를 제어하여 광선을 발사하고, 상기 광선이 조사된 피사체를 상기의 카메라를 제어하여 모니터상에 영상화면으로 픽업하고, 상기 피사체에 표시된 광선 포인트를 스케일 자막화면의 기준 스케일의 눈금값으로 거리를 산출하고, 산출된 거리값에 의해 피사체를 픽업한 영상화면의 크기를 산출하고, 상기 영상화면에 픽업된 피사체의 크기를 상기 스케일 자막화면의 계측 스케일의 눈금값으로 측정하고, 상기 측정된 눈금값과 상기 산출된 영상화면의 크기를 승산하고 이 승산값을 상기 자막화면의 크기로 제산하여 피사체의 실제 크기를 산출하는 시스템 제어부를 구비한 것을 특징으로 하는 영상측정장치.