KR100690083B1 - 관형 구조물의 전방위 영상 촬영 장치 - Google Patents

관형 구조물의 전방위 영상 촬영 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 터널과 같은 관형 구조물 촬영시 이동 차량의 속도 변화에 따라 촬영 주기를 조절하며, 카메라와 피사체 간의 거리 변화에 따라 카메라의 초점 거리를 조절함으로써, 차량의 속도 변화나 피사체의 높이 변화에 무관하게 정밀한 영상을 획득할 수 있도록 하는 관형 구조물의 전방위 영상 촬영 장치에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명의 관형 구조물의 전방위 영상 촬영 장치는 차량에 탑재되어 피사체를 촬영하여 영상 신호를 출력하는 카메라와, 상기 카메라로 피사체 영상을 반사시키며 전방위 회전이 가능한 카메라 반사 미러와, 상기 카메라 반사 미러를 회전시키는 모터와, 상기 차량의 속도를 측정하여 상기 모터의 회전 속도를 제어하는 속도 측정 장치와, 상기 카메라로부터의 촬영 영상을 처리 및 분석하는 영상처리 장치를 포함하여 촬영된 영상 정보를 통해 관형 구조물을 검사하는 시스템에 관한 것으로, 상기 카메라에는 조명 장치가 일체로 구비되어 상기 조명 장치로부터의 조명이 상기 카메라 반사 미러를 통해 피사체에 조사된다.
관형 구조물, 카메라, 조명, 초점 거리, 회전 속도

Description

관형 구조물의 전방위 영상 촬영 장치{APPARATUS FOR OMNIDIRECTIONAL IMAGE PHOTOGRAPHING OF TUBE TYPE STRUCTURE}
도 1은 종래 기술에 따른 구조물 라이닝 검사 장치.
도 2는 종래 기술에 따른 구조물 라이닝 전방위 검사 시스템을 나타낸 구성도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 관형 구조물의 전방위 영상 촬영 장치를 도시한 구성도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 관형 구조물의 전방위 영상 촬영 장치를 도시한 구성도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
1 : 카메라
11 : 조명 장치
2 : 카메라 반사 미러
3 : 모터
4 : 속도 측정 장치
41 : 차륜
42 : 회전 감지기
5 : 엔코더
6 : 카메라 컨트롤러
7 : 영상 처리 장치
8 : 레이저 거리 측정 장치
9 : 레이저 반사 미러
본 발명은 관형 구조물 검사 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 터널과 같은 관형 구조물 촬영시 이동 차량의 속도 변화에 따라 촬영 주기를 조절하며, 카메라와 피사체 간의 거리 변화에 따라 카메라의 초점 거리를 조절함으로써, 차량의 속도 변화나 피사체의 높이 변화에 무관하게정밀한 영상을 획득할 수 있도록 하는 관형 구조물의 전방위 영상 촬영 장치에 관한 것이다.
일반적으로 터널을 포함한 교통 구조물은 시간의 경과에 따라 온도 변화, 강우 등의 자연 환경적인 요인, 차량의 통행에 따른 진동 등에 의하여 열화 또는 변형이 발생하고 이로 인하여 부식, 균열, 누수 등의 현상이 발생하며, 최악의 경우 붕괴와 같은 대형 사고로 이어질 수 있다.
따라서, 구조물의 기능을 유지하고 연장시키기 위해 주기적인 점검 및 진단을 실시하여 그 본래의 기능을 유지시켜야 한다.
이러한 점검 및 진단을 위한 기본적인 방법은 구조물의 내부 벽면, 즉 라이닝의 외관 조사이며 기존의 외관 조사 방법은 인력에 의해 육안 조사 방법이 이용되었다.
그러나, 육안 조사 방법은 개인적인 지식과 경험에 의존하므로 객관성이 결여되어 있을 뿐만 아니라, 터널 시설물의 증가와 대형화, 장대화 추세에 따라 안전 점검 및 진단의 필요성과 수요는 지속적으로 증가할 것이며 현재의 인력에 의한 육안 검사로는 증가하는 수요를 감당하기 어려운 문제점이 있다.
이에 따라, 카메라를 이용하여 구조물을 촬영하고 촬영된 영상의 분석을 통해 구조물의 변형이나 균열을 감지하는 시스템이 제안되고 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 구조물 라이닝 검사 장치를 나타낸 것으로, 터널(110) 내부의 전방위에 대한 영상 촬영을 하기 위하여 터널(110) 내부를 운행하는 차량(120)에 설치된 다수의 카메라(130)와 다수의 조명 장치(140)로 구성된다.
이러한 검사 장치는 조명 장치의 배열에 따라 터널(110) 내부 구조물을 분할 촬영하고, 촬영된 영상을 조합하여 전방위 영상을 합성한다.
그런데, 이러한 종래의 검사 장치는 다수의 조명 장치와 카메라를 사용하므로 장치의 크기가 대형이므로 대형 차량에 탑재해야 할 뿐만 아니라, 장치 구성에 소용되는 비용이 고가이다.
또한, 다수의 조명 장치를 사용함에 따라 전력 소모량이 커 추가적인 발전기를 사용해야 하는 단점이 있다.
또, 이러한 문제점을 개선하기 위하여 종래에는 단일 카메라를 이용하여 전 방위에 대한 영상을 획득하는 장치가 제안되고 있다.
도 2는 종래 기술에 따른 구조물 라이닝 전방위 검사 시스템을 나타낸 구성도로, 카메라(210)와, 반사 미러(220)와, 모터(230)와, 속도 측정 장치(240) 및 영상 처리 장치(250)를 포함하여 구성된다.
상기 카메라(210)는 피사체를 촬영하여 영상 신호를 생성하고, 상기 반사 미러(220)는 피사체 즉, 구조물 라이닝(200) 영상을 반사시켜 카메라(210)로 입사시키고, 상기 반사 미러(220)는 상기 구조물 라이닝(200) 영상이 전방위에 대하여 카메라(210)로 입사되도록 하기 위하여 모터(230) 구동에 의해 전방향으로 회전된다.
상기 속도 측정 장치(240)는 차륜의 회전을 감지하여 속도를 검출하여 모터(230)의 회전을 제어하도록 제어 신호를 출력한다.
상기 영상 처리 장치(250)는 촬영된 단위 영상을 합성하여 전방위 영상을 생성한다.
그런데, 이러한 종래 기술에 따른 구조물 라이닝 검사 시스템은 피사체에 조명 시스템이 없거나, 조명광을 조사하기 위한 조명 장치가 별도로 구비될 뿐만 아니라, 카메라가 이동하는 차량에 탑재되기 때문에 카메라와 피사체 간의 거리를 정확하게 검출하지 못하여 촬영 영상 분석에 대한 정밀도가 떨어지는 단점이 있었다.
상기 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 조명과 일체되는 카메라를 이용하여 회전되는 미러의 회전 각도에 따라 전방위에 대하여 분할 촬영하고 차량의 운행 속도에 따라 영상 촬영 주기를 제어하며, 레이저 장치를 이용하여 카메라와 피사체의 거리를 측정하여 이를 통해 카메라 초점 거리를 제어함으로써, 조명이 일체화된 단일 카메라를 이용하여 구조물 내부의 전방위에 대한 보다 정밀한 파노라마 영상을 획득하여 정밀 분석이 가능하도록 하는 관형 구조물의 전방위 영상 촬영 장치를 제공함에 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 관형 구조물의 전방위 영상 촬영 장치는 차량에 탑재되어 피사체를 촬영하여 영상 신호를 출력하는 카메라와, 상기 카메라로 피사체 영상을 반사시키며 전방위 회전이 가능한 카메라 반사 미러와, 상기 카메라 반사 미러를 회전시키는 모터와, 상기 차량의 속도를 측정하여 상기 모터의 회전 속도를 제어하는 속도 측정 장치와, 상기 카메라로부터의 촬영 영상을 처리 및 분석하는 영상처리 장치를 포함하여 촬영된 영상 정보를 통해 관형 구조물을 검사하는 시스템에 관한 것으로, 상기 카메라에는 조명 장치가 일체로 구비되어 상기 조명 장치로부터의 조명이 상기 카메라 반사 미러를 통해 피사체에 조사된다.
상기 본 발명에 따른 관형 구조물의 전방위 영상 촬영 장치는 상기 모터의 회전 각도 변화를 검출하는 엔코더와, 상기 엔코더로부터의 검출 신호에 따라 카메라를 제어하는 카메라 컨트롤러를 더 포함하여 구성된다.
상기 모터의 일측에는 상기 카메라와 피사체와의 거리를 측정하기 위한 레이저 거리 측정 장치와 레이저 반사 미러가 더 구비될 수 있으며, 상기 레이저 반사 미러는 상기 카메라 반사 미러와 동일 축상에 위치하도록 상기 모터에 연결되어 상기 모터구동에 의해 상기 카메라 반사 미러와 동일 회전 속도로 회전 가능하게 구 비되고, 상기 레이저 반사 미러의 회전 각도는 엔코더를 통해 검출되며, 상기 카메라 컨트롤러는 상기 레이저 거리 측정 장치로 부터의 검출 신호에 따라 카메라의 초점 거리를 제어할 수 있다.
또한, 상기 속도 측정 장치는 차륜에 부착되어 회전 감지기로부터 검출되는 차륜의 회전 속도로부터 차량의 이동 속도를 검출하는 것이다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 후술하는 바람직한 실시예를 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명의 실시예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 관형 구조물의 전방위 영상 촬영 장치를 도시한 구성도로, 카메라(1)와, 카메라 반사 미러(2)와, 모터(3)와, 속도 측정 장치(4)와, 엔코더(5)와, 카메라 컨트롤러(6), 및 영상 처리 장치(7)을 포함하는 관형 구조물의 검사 시스템에 있어서, 상기 카메라(1)에 조명 장치(11)가 일체로 구비된 것을 특징으로 한다.
상기 카메라(1)는 이동 차량에 탑재되어 피사체를 촬영하여 영상 신호를 출력한다.
또한, 상기 카메라 반사 미러(2)는 상기 카메라(1)로 피사체 영상을 반사시키며 전방위 회전이 가능하게 구비된다. 이를 위하여, 상기 모터(3)는 상기 카메라 반사 미러(2)에 연결되어, 카메라 반사 미러(2)의 회전 각도를 제어한다.
상기 속도 측정 장치(4)는 상기 이동 차량의 속도를 측정하여 상기 모터(3) 의 회전 속도를 제어하는 것으로, 이동 차량의 차륜(41)에 부착된 회전 감지기(42)로부터 검출되는 회전 속도로부터 차량의 이동 속도를 검출하고, 이를 통해 모터(3)의 회전 속도를 제어한다.
즉, 카메라(1)가 탑재된 차량은 관형의 구조물 내부를 이동하면서 피사체의 영상을 계속하여 촬영하여 파노라마 영상을 획득하는데, 이동 차량의 속도가 일정하지 않으면 동일한 피사체에 대한 영상이 일정하지 않고 변화된다.
다시 말해, 이동 차량의 속도가 일정하지 않으면 카메라(1)를 통해 획득되는 영상 크기가 일정하지 않고 변화되므로, 영상 처리 장치(7)에서 처리되는 영상 정보가 정확하지 않고 오차가 발생하게 된다.
이에, 차량의 속도 변화로 인해 획득 영상의 정밀도가 떨어지는 문제점을 해결하기 위하여, 차량의 이동 속도를 검출한 후 이를 토대로 모터(3)의 회전 속도를 제어한다.
이때, 모터(3)의 회전 속도 제어에 따라 모터(3) 구동에 의해 회전되는 카메라 반사 미러(2)의 회전 속도가 제어되므로, 엔코더(5)는 카메라 반사 미러(2)의 회전각도 변화를 검출한 후 카메라 컨트롤러(6)로 전송한다.
여기서, 상기 엔코더(5)는 상기 카메라 반사 미러(2)의 회전에 따른 펄스 신호를 발생하여 카메라 컨트롤러(6)로 전송한다.
상기 카메라 컨트롤러(6)는 상기 엔코더(5)로부터의 검출 신호 즉, 카메라 반사 미러(2)의 회전 각도 변화에 따라서 카메라(1)의 셔터 구동을 제어한다.
이에 따라, 카메라(1)를 통한 촬영 주기를 제어되어 영상 촬영 속도를 제어 되는바, 본 발명에 따르면 차량의 이동 속도에 관계없이 크기 변화 없이 일정한 영상을 획득할 수 있으며, 촬영을 통한 영상 생성량을 최소화 할 수 있다.
상기 영상처리 장치(7)는 상기 카메라(1)를 통해 촬영되는 영상을 처리 및 분석하는 것으로, 카메라(1)로부터의 영상 정보와 카메라 컨트롤러(6)로부터의 카메라 위치 정보를 통해 해당 영상을 위치 정보별로 영상화하여 저장한다.
그리고, 상기 영상 처리 장치(7)는 저장된 영상 정보를 분석하여 해당 영역의 균열이나 변형 여부를 판단한다.
본 발명의 특징적인 양상에 따라 상기 카메라(1)에는 조명 장치(11)이 일체로 구비되어 상기 조명 장치(11)으로부터의 조명이 상기 카메라 반사 미러(2)를 통해 피사체에 조사된다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면, 조명 장치(11)와 카메라(1)를 일체로 구성함에 따라 피사체로의 조명 조사와 영상 획득이 동일한 반사 미러를 통해 동시에 이루어지도록 함으로써, 장치 구성을 간소화할 수 있으며, 보다 정밀한 파노라마 영상을 획득할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 관형 구조물의 전방위 영상 촬영 장치를 도시한 구성도로, 상기 본 발명의 일실시예와 동일한 구성 요소는 동일 도면 번호를 적용하며 이에 대한 구체적인 작용 설명은 생략하도록 한다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예는 카메라(1)와, 카메라 반사 미러(2)와, 모터(3)와, 속도 측정 장치(4)와, 엔코더(5)와 카메라 컨트롤러(6) 및 영상 처리 장치(7)를 포함하는 관형 구조물의 검사 시스템에 있어서, 상기 카메라(1) 에 일체로 구비되는 조명 장치(11) 및 레이저 거리 측정 장치(8)와 레이저 반사 미러(9)를 구비한다.
상기 레이저 거리 측정 장치(8)는 카메라(1)와 피사체 사이의 거리를 측정하여 카메라(1)의 초점 거리를 조절하도록 하는 것이다.
즉, 카메라(1)를 통해 촬영되는 피사체의 높이는 항상 동일하지 않기 때문에 카메라(1)와 피사체 사이의 거리가 변화하면 해상도가 변화되므로, 해상도를 일정하게 하기 위해서는 카메라(1)의 초점 거리를 변화시켜야 한다.
이를 위해서, 상기 레이저 거리 측정 장치(8)는 상기 레이저 반사 미러(9)를 통해 반사되어 피사체에 조사되는 레이저 빔을 발생한 후 레이저빔이 재반사되어 되돌아오는 시간을 검출하여 카메라(1)와 피사체 간의 거리를 측정하는 것이다.
이때, 상기 레이저 반사 미러(9)는 상기 카메라 반사 미러(2)를 구동하는 모터(3)와 동일 축상에 연결되어, 상기 카메라 반사 미러(2)와 동일 회전 속도로 회전 가능하게 구비됨이 바람직하다.
한편, 상기 레이저 거리 측정 장치(8)를 통해 검출된 거리 정보는 상기 카메라 컨트롤러(6)로 입력되며, 이에 따라 상기 카메라 컨트롤러(6)는 거리 정보에 따라 카메라(1)의 초점 거리를 제어한다.
이와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 차량의 이동 속도에 따른 카메라의 촬영 주기 뿐만 아니라, 카메라와 피사체 간의 거리 변화에 따라 카메라의 초점 거리를 조절함으로써 촬영 영상의 해상도를 균일하게 할 수 있게 되는 것이다.
이하, 본 발명의 실시예들에 따른 관형 구조물의 전방위 영상 촬영 장치의 작용에 대하여 도 4를 참조하여 설명하도록 한다.
우선, 관형 구조물의 전방위 영상 촬영 장치를 갖는 차량을 관형 구조물 내부로 이동시키며, 카메라(1)에 일체로 부착된 조명 장치(11)을 구동시킨다.
상기 차량이 이동하면, 차륜에 부착된 회전 감지기(42)를 이용하여 차량의 이동 속도를 검출한다.
이렇게 검출된 차량의 이동 속도에 따라 모터(3)의 회전 속도를 변화시켜 상기 조명 장치(11)으로부터의 조명이 카메라 반사 미러(2)를 통해 반사되어 피사체에 조사되도록 하고, 이와 동시에, 상기 레이저 거리 측정 장치(8)는 구동하여 레이저 빔을 발생한다.
그러면, 조명이 조사된 피사체의 영상이 카메라 반사 미러(2)를 통해 카메라(1)로 입사되는데, 상기 모터(3) 구동에 따라 카메라 반사 미러(3)에 동축 상에서 연결된 레이저 반사 미러(9)도 동일한 회전 속도로 회전하게 되므로, 레이저 거리 측정 장치(8)로부터의 레이저 빔은 레이저 반사 미러(9)를 통해 피사체에 조사된 후 피사체로부터 재반사되어 레이저 거리 측정 장치(8)로 입사된다.
이렇게 피사체로부터 재반사되는 레이저빔의 반사 속도를 통해 카메라(1)와 피사체 간의 거리를 검출한다.
이때, 엔코더(5)는 카메라 반사 미러(2) 즉 모터(3)의 회전 각도 변화에 따른 펄스 신호를 발생하여 카메라 컨트롤러(6)로 전송하고, 레이저 거리 측정 장치(8)는 카메라(1)와 피사체 간의 거리를 검출하여 카메라 컨트롤러(6)로 전송한다.
그러면, 카메라 컨트롤러(6)는 카메라(1)와 피사체 간의 거리에 따라 초점 거리를 제어하고, 차량의 이동 속도에 따라 카메라(1)의 셔터 구동 제어하여 영상 촬영을 한다.
그런 다음, 영상 처리 장치(7)는 카메라(1)를 통해 획득된 영상 정보와 카메라 컨트롤러(6)로부터의 카메라 위치 정보를 통해 해당 영상을 위치 정보별로 영상화하여 저장하고, 저장된 영상 정보를 분석하여 해당 영역의 균열이나 변형 여부를 판단한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 조명을 카메라와 일체로 구비하고, 전방위로 회전되는 미러를 이용하여 구조물 내부의 전방위에 대하여 분할 촬영함으로써, 별도의 조명 설치를 하지 않아도 됨으로써 설치 공간 제약을 받지 않고 비용을 절감할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 차량의 이동 속도에 따라 영상 촬영 주기를 제어함으로써 카메라 영상 생성량을 최소화하면서 촬영 오차를 줄일 수 있어 정밀 검사가 가능한 이점이 있다.
또, 본 발명은 레이저 장치를 이용하여 카메라와 피사체의 거리를 측정하여 이를 통해 카메라 초점 거리를 제어함으로써, 보다 정밀한 파노라마 영상을 획득하여 정밀 분석이 가능하도록 하는 이점이 있다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양하고 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형예들을 포함하도록 기술된 특허청구범위에 의해서 해석되어져야 한다.

Claims (5)

  1. 차량에 탑재되어 피사체를 촬영하여 영상 신호를 출력하는 카메라(1)와,
    상기 카메라(1)로 피사체 영상을 반사시키며 전방위 회전이 가능한 카메라 반사 미러(2)와,
    상기 카메라 반사 미러(2)를 회전시키는 모터(3)와,
    상기 차량의 속도를 측정하여 상기 모터(3)의 회전 속도를 제어하는 속도 측정 장치(4)와,
    상기 카메라(1)로부터의 촬영 영상을 처리 및 분석하는 영상처리 장치(7)를 포함하여 촬영된 영상 정보를 통해 관형 구조물을 검사하는 시스템에 있어서,
    상기 카메라(1)에는 조명 장치(11)가 일체로 구비되어 상기 조명 장치(11)로 부터의 조명이 상기 카메라 반사 미러(2)를 통해 피사체에 조사되는 것을 특징으로 하는 관형 구조물의 전방위 영상 촬영 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 모터(3) 의 회전 각도 변화를 검출하는 엔코더(5)와,
    상기 엔코더(5)로부터의 검출 신호에 따라 카메라(1)를 제어하는 카메라 컨트롤러(6)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 관형 구조물 전방위 영상 촬영 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 모터(3)의 일측에는;
    상기 카메라(1)와 피사체와의 거리를 측정하기 위한 레이저 거리 측정 장치(8)와 레이저 반사 미러(9)가 더 구비됨을 특징으로 하는 관형 구조물의 전방위 영상 촬영 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 레이저 반사 미러(9)는;
    상기 카메라 반사 미러(2)와 동일 축상에 위치하도록 상기 모터(3)에 연결되어 상기 모터(3)구동에 의해 상기 카메라 반사 미러(2)와 동일 회전 속도로 회전 가능하게 구비되고,
    상기 레이저 반사 미러(9)의 회전 각도는 엔코더(5)를 통해 검출되며,
    상기 카메라 컨트롤러(6)는 상기 레이저 거리 측정 장치(8)로 부터의 검출 신호에 따라 카메라(1)의 초점 거리를 제어하는 것을 특징으로 하는 관형 구조물의 전방위 영상 촬영 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 속도 측정 장치(4)는;
    차륜(41)에 부착되는 회전 감지기(42)로부터 검출되는 차륜의 회전 속도로부터 차량의 이동 속도를 검출하는 것을 특징으로 하는 관형 구조물의 전방위 영상 촬영 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115268183A (zh) * 2022-07-21 2022-11-01 深圳市永达电子信息股份有限公司 一种镜面反射的拍摄方法、装置及计算机可读存储介质

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