KR101094069B1

KR101094069B1 - Calibration Device and Method for revision of Crack Detection System by Using Image Processing Technology

Info

Publication number: KR101094069B1
Application number: KR1020100017586A
Authority: KR
Inventors: 김수언; 최만용; 박정학; 신성우; 유영찬
Original assignee: 한국표준과학연구원
Priority date: 2010-02-26
Filing date: 2010-02-26
Publication date: 2011-12-15
Also published as: KR20110098127A

Abstract

본 발명은 콘크리트 구조물의 균열측정시스템을 위한 교정용 캘리브레이션 장치 및 이를 이용한 신뢰성 검증과 교정 방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 카메라를 시험편에 수직을 이루게 한 후, 콘크리트 시험편의 표면을 촬영하여, 콘크리트 시험편에 대한 이미지를 취득하는 단계와; 취득한 칼라 이미지를 8비트 그레이 스케일(bit Gray-Scale)로 변환한 후, 바로 이진화 임계값(Threshold Value)를 설정하는 단계와; 설정된 임계값에 따라, 실제 균열과 같은 다수의 균열홈이 소정의 폭 단위로 미리 가공된 캘리브레이션 장치의 균열판을 구비하는 단계와; 실제 측정대상의 콘크리트 표면과 균열판을 촬영하여, 실제 콘크리트 표면 이미지와 균열판의 이미지에서 이진화 임계값(Threshold Value)를 구하는 단계와; 실제 콘크리트 표면의 이진화 수행후 균열 사진과, 균열판 표면의 이진화 수행후 균열 사진을 비교하여, 실제 콘크리트 표면의 균열 데이터 오차 검증을 실시하는 단계; 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 캘리브레리션 장치를 이용한 콘크리트 구조물의 균열측정시스템을 위한 신뢰성 검증방법을 제공한다.The present invention relates to a calibration device for crack measurement system of concrete structures and reliability verification and calibration method using the same.
To this end, the present invention comprises the step of making the camera perpendicular to the specimen, photographing the surface of the concrete specimen, to obtain an image for the concrete specimen; Converting the acquired color image to 8-bit gray scale and immediately setting a binarization threshold value; Providing a crack plate of the calibration device in which a plurality of crack grooves, such as actual cracks, are pre-machined in predetermined width units according to the set threshold value; Photographing the concrete surface and the cracked plate of the actual measurement object to obtain a binarization threshold value from the actual concrete surface image and the cracked plate image; Comparing the crack photograph after performing the binarization of the actual concrete surface with the crack photograph after performing the binarization of the cracked plate surface, and performing crack data error verification on the actual concrete surface; It provides a reliability verification method for a crack measurement system of a concrete structure using a calibration device characterized in that consisting of.

Description

Calibration Device and Method for Correction of Threshold Value of Crack Measurement System Using Image Processing Technique

본 발명은 영상처리기법을 이용한 균열측정시스템의 역치값 보정을 위한 캘리브레이션 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 콘크리트 구조물의 균열측정시스템을 위한 교정용 캘리브레이션 장치 및 이를 이용한 신뢰성 검증과 교정 방법에 관한 것으로서, 비전센서와 영상처리기법을 이용한 콘크리트 균열측정시스템의 균열 폭 처리과정에서 중요한 이진화 임계값(Threshold value)을 정확하게 산정할 수 있는 방법과 이를 위한 교정용 캘리브레이션 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a calibration apparatus and method for correcting a threshold value of a crack measurement system using an image processing method, and more particularly, to a calibration calibration device for a crack measurement system of a concrete structure and a reliability verification and calibration method using the same. The present invention relates to a method for accurately estimating a critical binarization threshold value in the process of crack width treatment of a concrete crack measurement system using a vision sensor and an image processing technique, and a calibration device for calibration.

일반적으로, 대부분의 건축 및 토목 구조물은 철, 콘크리트 등으로 이루어져 있고, 시간이 흐르면서 재료의 화학반응, 외력의 영향, 지진, 구조적 결함 등으로 구조적 붕괴를 초래할 수 있는 바, 이런 이유로 모든 구조물은 주기적으로 안전진단을 실시해야 하고, 특히 터널의 경우 터널 상태 및 안정성을 주기적으로 평가하여 보수, 보강 및 성능회복을 유지시키는 등 터널의 안정성에 대한 확보 및 유지관리가 필수적으로 이루어져야 한다.In general, most construction and civil engineering structures are made of iron, concrete, etc., and as time passes, structural collapse may occur due to chemical reaction of materials, influence of external force, earthquake, structural defects, etc. Safety diagnosis should be carried out, and especially in tunnels, it is essential to secure and maintain the stability of tunnels by periodically evaluating tunnel condition and stability to maintain repair, reinforcement and performance recovery.

콘크리트 구조물에 대한 안전진단의 가장 기본적인 항목은 육안검사라 할 수 있으며, 특히 콘크리트의 균열에 대한 육안검사는 구조물 내부와 외부의 상태를 평가하고 다음 단계의 국부적인 정밀안전진단 수행항목, 방법 등을 결정하는데 있어서 중요한 요소이다. The most basic item of safety diagnosis for concrete structures is visual inspection. Especially, the visual inspection for concrete cracks evaluates the condition inside and outside the structure, and performs the local precision safety diagnosis items and methods of the next step. It is an important factor in the decision.

하지만, 터널 등과 같이 대 단면이고 연장길이가 긴 구조물을 기존의 균열자나 균열경을 이용한 육안검사법으로는 조사시간이 너무 오래 걸리고, 객관적 조사 자체가 매우 어려운 단점이 있으며, 이러한 단점에 기인하여 조사방법의 자동화, 정확성, 신속성이 필요로 하게 되었고, 근래에 와서 레이저, 비전센서 등을 이용한 외관조사기법과 측정 시스템들이 개발되어 점진적으로 사용되고 있다.However, the visual inspection method using a conventional cracker or a crack mirror of a large cross section and a long extension length, such as a tunnel, takes a long time to irradiate, and an objective investigation itself is very difficult. The need for automation, accuracy, and promptness has been required, and in recent years, exterior inspection techniques and measurement systems using lasers and vision sensors have been developed and used gradually.

위의 외관조사기법 및 측정 시스템들 중 비전센서를 이용한 방법은 얻어낸 영상을 통해 외관 상태를 조사하는 방법으로서, 구축비용 대비 성능, 빠른 조사시간 등의 장점이 있어 다른 시스템들보다 우수하여 선호하고 있는 추세에 있다.Among the above-mentioned exterior inspection methods and measurement systems, the method using vision sensor is a method of inspecting the appearance state through the obtained images, and it is superior to other systems because it has advantages such as performance against construction cost and fast irradiation time. There is a trend.

그러나, 이러한 종래의 영상처리기법을 이용한 방법들은 데이터의 신뢰성에 관한 부분에 있어서, 각 시스템별 특성과 현장 환경조건의 영향이 커서 얻어낸 데이터가 신뢰적 데이터라 보기 힘들고, 개발단계에서 환경조건에 대한 변수와 균열 폭 특성에 대한 올바른 검증시험을 거치지 않고선 검증된 방법이라고 보기 어렵다.However, the methods using the conventional image processing techniques are related to the reliability of the data. Therefore, the obtained data are hard to be regarded as reliable data due to the influence of the characteristics of each system and the site environmental conditions. It is difficult to verify the method without proper verification of the parameters and crack width characteristics.

따라서 종래의 측정 시스템들의 균열측정에 대한 신뢰도를 측정할 수 있는 검증장치와 방법이 필요하다.Therefore, there is a need for a verification apparatus and method capable of measuring the reliability of crack measurement in conventional measurement systems.

여기서, 종래의 디지털 영상처리기법을 이용한 균열 검출 시스템 및 그 영향인자에 대한 분석 결과를 살펴보면 다음과 같다.Here, the analysis results of the crack detection system and its influence factors using the conventional digital image processing method are as follows.

종래의 비전센서와 디지털 영상처리를 이용하여 터널의 균열을 검출하는 시스템은 실제 터널의 안전진단을 위한 외관조사 방법으로 많이 쓰이고 있고, 그 외에도 비전센서를 이용하여 쉽게 균열을 검출하는 휴대용 시스템, 단일 비전센서를 이용한 터널 균열검출 시스템, 비전센서를 이용한 원거리 구조물 균열검출장치, 등 비전센서를 이용한 균열검출 시스템들이 지속적으로 개발되고 있다.Conventional vision sensors and systems that detect cracks in tunnels using digital image processing are widely used as a visual inspection method for the safety diagnosis of tunnels. In addition, portable systems that easily detect cracks using vision sensors are used. Tunnel crack detection systems using vision sensors, remote structure crack detection devices using vision sensors, and crack detection systems using vision sensors are continuously being developed.

이러한 종래의 균열 검출 시스템은 첨부한 도 1에 도시된 바와 같이, 콘크리트 구조물을 비전센서를 이용하여 영상을 취득하고 분석하여, 표면의 균열부분을 검출하고, 균열의 폭과 길이에 대한 정보 값을 얻어내는 방법으로서, 이 방법을 이용하면 기존의 사람에 의한 육안조사법보다 빠르고 정확하게 조사를 할 수 있고, 특히 터널(지하철, 도로터널, 수로터널 등)과 같이 연장 길이가 길고 단면이 큰 구조물인 경우, 시간적, 경제적, 정확성 등에서 큰 효과를 볼 수 있다. As shown in FIG. 1, the conventional crack detection system acquires and analyzes an image of a concrete structure using a vision sensor, detects cracks on a surface, and calculates information values on width and length of cracks. As a method of obtaining, this method enables faster and more accurate surveying than the conventional human visual inspection method, especially in structures having a long extension and a large cross section such as tunnels (subway, road tunnel, water tunnel, etc.). This can be very effective in terms of time, economics and accuracy.

이렇게 콘크리트 구조물 표면을 비전센서를 이용하여 얻어낸 영상신호를 디지털 신호로 변환하여, 이미지 데이터로 저장한 후, 이미지 프로세스를 해서 균열에 대한 분석정보(폭, 길이 등)와 균열처리화상을 얻어낸다.In this way, the image signal obtained by using the vision sensor on the surface of the concrete structure is converted into a digital signal, stored as image data, and then subjected to an image process to obtain analysis information (width, length, etc.) and crack processing image of the crack.

여기에, 균열처리화상에 영향을 주는 인자는 비전센서의 분해능, 검출 알고리즘, 조명조건, 진동, 이동 속도, 렌즈 왜곡, 카메라와 촬영 면과의 각도 등이 있고, 특히 비전센서의 분해능과 검출알고리즘은 균열 측정값 오차에 가장 큰 영향을 주게 된다.In addition, the factors influencing the cracked image may include resolution of the vision sensor, detection algorithm, lighting conditions, vibration, moving speed, lens distortion, angle between the camera and the photographing surface, and in particular, resolution and detection algorithm of the vision sensor. Has the greatest effect on crack measurement error.

종래의 균열 검출시스템의 분해능으로서, 균열의 폭, 길이 등을 계산하기 위해서는 1개 화소가 나타내는 실제 길이를 알아야 하므로, 아래의 수학식 1에 의거 카메라가 촬영하고 있는 콘크리트 표면적과 비전센서의 화소수를 알면 구할 수 있다.As the resolution of the conventional crack detection system, in order to calculate the width and length of the crack, the actual length represented by one pixel must be known. Therefore, the concrete surface area photographed by the camera and the number of pixels of the vision sensor according to Equation 1 below. If you know it can be obtained.

Pi : 하나의 화소가 나타내는 실제길이(mm/화소), Pi : Actual length represented by one pixel (mm / pixel),

W _DIST : 촬영면 한변의 길이(eg. X축 길이), W _DIST : Length of one side of the recording surface (eg X-axis length),

R _DIST : CCD 한변의 화소수(eg. X축 화소수). R _DIST : Number of pixels on one side of CCD (eg X-axis number of pixels).

콘크리트 구조물 촬영 시에 위의 수학식 1과 같이, 화소크기를 고려하여 균열 측정의 최소 폭을 정하는 바, 즉 일반적인 균열 검출 방법인 화소수의 계산에 의한 균열 폭 검출 방법인 경우 균열 폭 0.1mm까지 측정하고자 한다면 최소 화소 하나가 담당하는 실제 길이가 0.1mm 이하가 되어야 한다. When photographing a concrete structure, as shown in Equation 1 above, the minimum width of the crack measurement is determined in consideration of the pixel size. If you want to measure, the actual length of at least one pixel should be less than 0.1mm.

따라서, 균열 측정 최소 폭을 고려하여 촬영할 면적을 카메라의 화각으로 설정하여 촬영하게 되지만, 이런 화소 수를 이용한 폭 계산은 균열 폭 안에 화소수가 적을수록 정확성이 떨어지며, 이는 화소가 사각형 형태이므로 균열이 수직 수평 방향이 아닐 경우 한 화소가 담당하는 실제 길이의 차이가 생기기 때문이다. Therefore, the area to be photographed is set to the camera's angle of view in consideration of the minimum width of the crack measurement, but the width calculation using the number of pixels decreases as the number of pixels in the crack width decreases. This is because a difference in the actual length of one pixel may occur when the direction is not horizontal.

한편, 상기한 균열 측정 시스템의 균열 검출 및 측정 이미지 프로세스(Image Process) 과정을 살펴보면 첨부한 도 2를 참조로 설명하면 다음과 같다.On the other hand, when looking at the crack detection and measurement image process (Image Process) process of the crack measurement system described with reference to the accompanying Figure 2 as follows.

먼저, 비전센서를 통해 들어온 영상신호는 디지타이저를 통해 디지털 신호로 변환되어 저장장치에 저장된다.First, an image signal input through a vision sensor is converted into a digital signal through a digitizer and stored in a storage device.

저장된 데이터는 균열검출 및 계측을 하기 위해 그레이-스케일 변환, 크랙 검출 필터링, 크랙 검출 및 분석 과정 등의 영상처리 단계를 거치게 되고. 이러한 영상처리 단계에 의하여 도 3 및 도 4와 같은 분석 결과가 나타나게 된다.The stored data is subjected to image processing steps such as gray-scale conversion, crack detection filtering, crack detection and analysis process for crack detection and measurement. By such an image processing step, an analysis result as shown in FIGS. 3 and 4 appears.

보다 상세하게는, 카메라를 통해 얻은 원본이미지를 8비트(bit) 흑백영상 처리한 후, 균열만을 추출하기 위해 여러 가지 필터링 작업을 수행하되, 크랙 검출 필터링(Crack Detection Filters) 과정은 균열영역과 비균열 영역(배경)을 분리시키기 위한 과정으로서, 히스토그램 평활화(histogram equalization)와 이진화 과정으로 이루어지며, 이때 히스토그램 평활화는 빛, 노이즈 등에 의한 영향을 보정해서 이미지의 대비를 개선시키는 모포로지(Mopology) 기법 등을 사용한다.More specifically, after processing the 8-bit black and white image of the original image obtained by the camera, various filtering operations are performed to extract only the cracks. As a process for separating the crack area (background), it is composed of histogram equalization and binarization process. In this case, histogram smoothing is a morphology technique that improves image contrast by compensating the effects of light and noise. Etc.

히스토그램 평활화 과정후, 다양한 밝기값을 가진 화소들을 임의의 임계값( Threshold Value)을 기준으로 0(black)과 1(white)로 바꿔 균열부와 비균열부를 분리시키고, 이 분리 과정을 거친 후 균열영역 내의 픽셀을 이용하여 폭과 길이, 좌표를 계산하며, 그 계산법은 많은 연구자들이 다양한 방법을 제시하였고 균열검출 시스템들 마다 여러 방법을 사용하고 있다.After the histogram smoothing process, the pixels with various brightness values are changed to 0 (black) and 1 (white) based on an arbitrary threshold value to separate the cracked portion and the non-cracked portion. The width, length, and coordinates are calculated using the pixels in the area, and many researchers have proposed various methods and many methods are used for each crack detection system.

이러한 영상처리과정에서 중요한 문제점은 균열부분만을 추출해 내는 크랙 검출 필터링 과정에서 나타나는데, 도 4에서 보여지듯이 균열영역과 비균열영역의 경계부분 픽셀의 히스토그램 값이 균열영역 중심부의 히스토그램 값과 애매모호한 차이가 나는데 있다.An important problem in this image processing is the crack detection filtering process that extracts only the cracks. As shown in Fig. 4, the histogram value of the boundary pixel of the cracked area and the non-cracked area differs from the histogram value of the center of the cracked area. I am there.

따라서 불확실한 임계값 설정에 따라 균열 폭 측정에 큰 오차가 발생할 수 있고, 이러한 오차를 줄이고 좀 더 향상된 알고리즘을 개발하기 위해서는 정량적 실험이 가능한 실험장치가 절실히 필요하다.Therefore, a large error may occur in the measurement of crack width according to an uncertain threshold setting, and an experimental apparatus capable of quantitative experiments is urgently needed to reduce such errors and develop more advanced algorithms.

즉, 영상처리를 이용한 균열 측정방법의 가장 중요한 부분은 측정결과의 신뢰성에 있다 할 것이고, 특히 폭에 대한 측정값은 콘크리트의 내구성, 안전성에 영향을 미치는 가장 중요한 항목이며, 길이나 위치보다 요구되는 정밀도(0.1mm단위)가 높은 점을 감안하여, 균열 폭 측정값에 대한 신뢰성 검증 방법을 위하여 도 5와 같이 실제의 콘크리트 균열 폭을 현미경이나 크랙 룰러(Crack Ruler) 등을 이용하여 측정해서 표기하고 영상처리 결과값과 비교하는 방법이 이용되었는 바, 이렇게 균열현미경으로 실제 균열 폭을 측정하여 검증하는 것도 하나의 방법이지만, 보다 더 정확한 균열 폭에 대한 검증을 위해 정량적으로 검증할 수 있는 장치 및 그 알고리즘이 필요하다 하겠다.
In other words, the most important part of the crack measurement method using image processing is the reliability of the measurement results. In particular, the measurement value for width is the most important item that affects the durability and safety of concrete. In consideration of the high precision (0.1 mm unit), the actual concrete crack width is measured and expressed using a microscope or a crack ruler as shown in FIG. 5 for the reliability verification method for the crack width measurement value. Since the method of comparing with the result of the image processing was used, it is one method to measure and verify the actual crack width with a crack microscope, but a device and a device that can be quantitatively verified for more accurate crack width verification An algorithm is needed.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 영상처리기법을 이용한 구조물 균열검출시스템의 운영에서 제기되고 있는 균열 측정값 오차에 영향을 주는 인자에 대해 분석하고, 균열 측정값 오차에 영향을 주는 인자에 대해 분석할 수 있는 기초적인 표준체계를 제시하고자 한 것으로서, 촬영 각도에 대한 균열 폭 변화, 촬영 거리에 대한 왜곡 현상, 측정 가능 균열 최소 폭, 균열의 각도에 대한 폭 측정값 변화, 왜곡 보정능력, 거리에 대한 최대 최소 화각, 조명 설계 적합성, 최적조도 등의 항목을 평가할 수 있고, 특히 균열 측정값을 정하는데 중요한 요소인 이진화 임계값(Threshold Value)를 구하는 것에 대해 새로운 방법을 제시하여, 균열 검출시스템의 신뢰성을 평가함으로써, 콘크리트 비파괴 검사분야에서 보다 신뢰성 있는 데이터를 제공하는데 기여할 수 있는 영상처리기법을 이용한 콘크리트 구조물용 균열측정시스템의 역치값 보정을 위한 캘리브레이션 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
In view of the above, the present invention analyzes the factors affecting the crack measurement error caused by the operation of the structure crack detection system using the image processing technique, and analyzes the factors affecting the crack measurement error. It is intended to suggest a basic standard system that can be analyzed, such as the change in crack width for shooting angle, the distortion phenomenon for shooting distance, the minimum measurable crack width, the change in width measurement value for the angle of crack, the ability to correct distortion, and the distance. It is possible to evaluate items such as the maximum minimum angle of view, lighting design suitability, and optimum illuminance, and to present a new method for obtaining the binarization threshold value, which is an important factor in determining the crack measurement value. Can be contributed to providing more reliable data in the field of concrete nondestructive testing. It is there is provided a calibration apparatus and method for correcting a threshold value of a crack measurement system for a concrete structure using an image processing technique.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 시험편의 균열 이미지에 대한 영상처리 단계별 실험과 종합적 분석이 가능한 균열 측정 신뢰성 검증 연산처리부에서 취득된 이미지를 기반으로 균열홈이 가공된 구조로서, 열 변형이 적은 SUS재질에 레이저로 0.1mm~1.0mm 까지 0.1mm폭 단위로 홈이 가공된 균열판과; 균열판이 안착되는 보호 케이스와; 상기 케이스의 외주부에 부착되어, 균열판의 열변형을 파악하고자 주변온도를 측정하는 온도계; 로 구성된 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 균열측정시스템을 위한 이진화 임계값 산정용 캘리브레이션 장치를 제공한다.The present invention for achieving the above object is a structure in which the crack groove is processed on the basis of the image acquired from the crack measurement reliability verification calculation processing unit capable of comprehensive analysis and image analysis step-by-step processing of the crack image of the test piece, less thermal deformation A crack plate in which grooves are processed in a unit of 0.1 mm to 0.1 mm to 1.0 mm with a laser on a SUS material; A protective case on which the crack plate is seated; A thermometer attached to an outer circumference of the case and measuring an ambient temperature to grasp the thermal deformation of the crack plate; It provides a calibration device for calculating the binarization threshold value for the crack measurement system of a concrete structure, characterized in that consisting of.

또한, 캘리브레이션 장치의 케이스 외주부에는 균열 각도를 파악할 수 있는 각도측정장치와, 균열 길이를 표기한 2개의 룰러(ruler)가 더 부착된 것을 특징으로 한다.In addition, the outer peripheral portion of the calibration device is characterized in that the angle measuring device capable of grasping the crack angle, and two rulers (not shown) the crack length is further attached.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 카메라를 콘크리트 시험편에 수직을 이루게 한 후, 콘크리트 시험편의 표면을 촬영하여, 콘크리트 시험편에 대한 이미지를 취득하는 단계와; 취득한 칼라 이미지를 8비트 그레이 스케일(bit Gray-Scale)로 변환한 후, 바로 이진화 임계값(Threshold Value)를 설정하는 단계와; 설정된 임계값에 따라, 실제 균열과 같은 다수의 균열홈이 소정의 폭 단위로 미리 가공된 캘리브레이션 장치의 균열판을 구비하는 단계와; 실제 측정대상의 콘크리트 표면과 균열판을 촬영하여, 실제 콘크리트 표면 이미지와 균열판의 이미지에서 이진화 임계값(Threshold Value)를 구하는 단계와; 실제 콘크리트 표면의 이진화 수행후 균열 사진과, 균열판 표면의 이진화 수행후 균열 사진을 비교하여, 실제 콘크리트 표면의 균열 데이터 오차 검증을 실시하는 단계; 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 균열측정시스템을 위한 신뢰성 검증방법을 제공한다.The present invention for achieving the above object comprises the step of making the camera perpendicular to the concrete test piece, photographing the surface of the concrete test piece, to obtain an image for the concrete test piece; Converting the acquired color image to 8-bit gray scale and immediately setting a binarization threshold value; Providing a crack plate of the calibration device in which a plurality of crack grooves, such as actual cracks, are pre-machined in predetermined width units according to the set threshold value; Photographing the concrete surface and the cracked plate of the actual measurement object to obtain a binarization threshold value from the actual concrete surface image and the cracked plate image; Comparing the crack photograph after performing the binarization of the actual concrete surface with the crack photograph after performing the binarization of the cracked plate surface, and performing crack data error verification on the actual concrete surface; It provides a reliability verification method for a crack measurement system of a concrete structure, characterized in that consisting of.

바람직하게는, 상기 콘크리트 시험편에 대한 이미지 취득 단계는 콘크리트 시험편의 케이스별로 균열 폭 0.1mm~0.9mm까지 0.1mm씩 증가시키면서 각 균열 폭에 대해 0°~ 90°까지 10°씩 변화시키면서 이미지를 취득하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the image acquisition step for the concrete test piece is obtained by changing the image by varying the crack width from 10 ° to 0 ° to 90 ° for each crack width while increasing the 0.1 mm to 0.9 mm crack width for each case of the concrete specimen Characterized in that.

더욱 바람직하게는, 상기 취득한 칼라 이미지를 8비트 그레이 스케일(bit Gray-Scale)로 변환한 후, 빛에 대한 영향을 최소화하여 시험편의 표면 색이 균일하기 때문에 히스토그램 평활화를 배제한 채 바로 이진화 임계값(Threshold Value)를 설정하는 것을 특징으로 한다.
More preferably, after converting the acquired color image to 8-bit gray-scale, the surface color of the test piece is uniform by minimizing the influence on light, and thus the binarization threshold value (excluding histogram smoothing) is eliminated. Threshold Value).

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 카메라를 콘크리트 시험편에 수직을 이루게 한 후, 콘크리트 시험편의 표면을 촬영하여, 콘크리트 시험편에 대한 이미지를 취득하는 단계와; 취득한 칼라 이미지를 8비트 그레이 스케일(bit Gray-Scale)로 변환한 후, 바로 이진화 임계값(Threshold Value)를 설정하는 단계와; 설정된 임계값에 따라, 실제 균열과 같은 다수의 균열홈이 소정의 폭 단위로 미리 가공된 캘리브레이션 장치의 균열판을 구비하는 단계와; 실제 측정대상의 콘크리트 표면과 균열판을 촬영하여, 실제 콘크리트 표면 이미지와 균열판의 이미지에서 이진화 임계값(Threshold Value)를 구하는 단계와; 실제 콘크리트 표면의 이진화 수행후 균열 사진과, 균열판 표면의 이진화 수행후 균열 사진을 비교하여, 실제 콘크리트 표면의 균열 데이터 오차 검증을 실시하는 단계; 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 콘그리트 구조물의 균열측정시스템을 위한 신뢰성 검증방법을 제공한다.The present invention for achieving the above object comprises the step of making the camera perpendicular to the concrete test piece, photographing the surface of the concrete test piece, to obtain an image for the concrete test piece; Converting the acquired color image to 8-bit gray scale and immediately setting a binarization threshold value; Providing a crack plate of the calibration device in which a plurality of crack grooves, such as actual cracks, are pre-machined in predetermined width units according to the set threshold value; Photographing the concrete surface and the cracked plate of the actual measurement object to obtain a binarization threshold value from the actual concrete surface image and the cracked plate image; Comparing the crack photograph after performing the binarization of the actual concrete surface with the crack photograph after performing the binarization of the cracked plate surface, and performing crack data error verification on the actual concrete surface; It provides a reliability verification method for the crack measurement system of the concrete structure, characterized in that consisting of.

상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.Through the above problem solving means, the present invention provides the following effects.

본 발명에 따르면 균열 측정값을 정하는데 중요한 요소인 이진화 임계값을 구하는 것에 대한 새로운 방법으로서, 각 균열폭의 각도에 따라 적용해야 할 임계값을 서로 다르게 적용하여 실제 콘크리트 표면의 균열 데이터 오차 검증을 실시함으로써, 콘크리트 균열 측정에 대한 신뢰성과 정확도를 크게 높일 수 있다.
According to the present invention, as a new method for obtaining the binarization threshold, which is an important factor in determining the crack measurement value, the crack data error verification of the actual concrete surface is performed by applying different threshold values according to the angle of each crack width. By doing so, the reliability and accuracy of the concrete crack measurement can be greatly increased.

도 1은 기존 콘크리트 구조물의 크랙 검출 시스템을 설명하는 개략도,
도 2는 기존 콘크리트 구조물의 크랙 검출 시스템의 디지털 이미지 처리 과정을 설명하는 순서도,
도 3은 기존 콘크리트 구조물의 크랙 검출 시스템의 이미지 처리 및 크랙 분석과정을 보여주는 개략도,
도 4는 기존 콘크리트 구조물의 크랙 검출 시스템에서 얻어진 크랙 이미지를 보여주는 사진,
도 5는 기존 콘크리트 구조물의 크랙 검출 시스템을 이용한 균열 폭 측정 결과를 나타내는 이미지,
도 6은 본 발명에 따른 콘크리트 구조물의 균열측정시스템을 위한 신뢰성 검증장치를 나타내는 사진,
도 7은 본 발명에 따른 콘크리트 구조물의 균열측정시스템을 위한 신뢰성 검증장치의 균열 측정 신뢰성 검증 연산처리부를 나타내는 이미지,
도 8은 본 발명에 따른 콘크리트 구조물의 균열측정시스템을 위한 신뢰성 검증장치에서 취득된 8비트 그레이 스케일의 균열 이미지,
도 9는 도 8의 이미지를 800% 확대한 이미지,
도 10은 본 발명에 따른 콘크리트 구조물의 균열측정시스템을 위한 신뢰성 검증장치를 이용하여, 이진화 임계값을 설정한 후의 균열 이미지,
도 11은 본 발명에 따른 콘크리트 구조물의 균열측정시스템을 위한 신뢰성 검증장치의 캘리브레이션 장치를 나타내는 사진,
도 12 내지 도 16은 본 발명에 따른 콘크리트 구조물의 균열측정시스템을 위한 신뢰성 검증장치를 나타내는 개략도.1 is a schematic diagram illustrating a crack detection system of an existing concrete structure,
2 is a flowchart illustrating a digital image processing process of a crack detection system of an existing concrete structure;
3 is a schematic view showing an image processing and crack analysis process of the crack detection system of an existing concrete structure,
4 is a photograph showing a crack image obtained in a crack detection system of an existing concrete structure,
5 is an image showing a crack width measurement results using a crack detection system of an existing concrete structure,
6 is a photograph showing a reliability verification device for a crack measurement system of a concrete structure according to the present invention;
7 is an image showing a crack measurement reliability verification processing unit of the reliability verification device for a crack measurement system of a concrete structure according to the present invention,
8 is a crack image of the 8-bit gray scale obtained in the reliability verification device for the crack measurement system of a concrete structure according to the present invention,
9 is an enlarged view of an image of FIG. 8 at 800%;
10 is a crack image after setting the binarization threshold value using the reliability verification device for the crack measurement system of a concrete structure according to the present invention,
11 is a photograph showing a calibration device of a reliability verification device for a crack measurement system of a concrete structure according to the present invention;
12 to 16 are schematic views showing a reliability verification device for a crack measurement system of a concrete structure according to the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 비전센서를 이용한 콘크리트 구조물 균열검출 시스템에 있어서, 조사 현장의 환경적 영향에 따라 균열 데이터의 측정값에 오차가 발생되는 점을 감안하여, 빛, 진동, 이동속도, 거리, 렌즈 왜곡 등의 환경적 요소와 CCD화소특성에 따른 균열 폭 계산 알고리즘 등에 대해 실험과 검증을 하되, 기존의 균열 폭 검증방법에 비해 보다 더 정확한 검증을 위하여 이진화 임계값(Threshold Value)을 구하는 것에 대해 새로운 방법을 제시함으로써, 보다 신뢰성 있는 균열 데이터를 제공하고자 한 것이다.In the present invention, in the concrete structure crack detection system using a vision sensor, light, vibration, moving speed, distance, lens distortion, etc. in consideration of the fact that an error occurs in the measurement value of the crack data according to the environmental impact of the irradiation site Experiment and verify the algorithm for calculating the crack width according to the environmental factors and CCD pixel characteristics.However, a new method for obtaining the binarization threshold value is obtained for more accurate verification than the conventional crack width verification method. By presenting, it is intended to provide more reliable crack data.

이를 위해, 본 발명에 따른 콘크리트 구조물의 균열측정시스템을 위한 신뢰성 검증장치는 여러 종류의 비전센서를 고정시킬 수 있고, 시편과의 거리와 각도 조절이 가능한 카메라 자세조절장치와, 다양한 재료의 시험편을 장착하여 균열 폭을 조절할 수 있고 회전이 가능한 균열 폭 조절장치와, 촬영이미지의 디스토션(distortion) 정도와 촬영면, 길이를 측정할 수 있는 베이스 장치와, 촬영면의 조도조절과 촬영면과 광원의 각도를 조절할 수 있는 조명장치와, 균열 이미지의 영상처리 단계별 실험과 종합적 분석이 가능한 균열 측정 신뢰성 검증 연산처리부와, 상기 균열 측정 신뢰성 검증 연산처리부에서 취득된 이미지를 기반으로 균열홈이 가공된 캘리브레이션 장치를 포함하여 구성된다.To this end, the reliability verification device for the crack measurement system of the concrete structure according to the present invention can be fixed to a variety of vision sensors, the camera posture control device that can adjust the distance and angle with the specimen, and test pieces of various materials Crack width control device that can adjust the crack width by rotating, base device that can measure the degree of distortion, shooting surface, and length of the captured image, adjust the illumination of the shooting surface, and An illumination device with adjustable angle, a crack measurement reliability verification processing unit capable of performing experiments and comprehensive analysis of image processing of crack images, and a calibration device with crack grooves processed based on the image obtained from the crack measurement reliability verification calculation processing unit. It is configured to include.

본 발명의 이해를 돕기 위하여, 먼저 카메라 자세조절장치와, 균열 폭 조절장치와, 베이스 장치와, 조명장치에 대한 일 구현예를 첨부한 6의 사진과, 도 12 내지 도 16의 도면을 참고로 설명하면 다음과 같다.In order to help the understanding of the present invention, first of all, with reference to the picture of Figure 6 attached to an embodiment of the camera posture adjusting device, the crack width control device, the base device, the lighting device, and with reference to the drawings of FIGS. The explanation is as follows.

상기 카메라 자세조절장치는 수직으로 세워지는 포스트 구조물(11)을 기본 골격으로 하고, 이 포스트 구조물(11)에 시험편 촬영을 위한 카메라 지그(14)가 설치된다.The camera posture adjusting device has a post structure 11 that stands vertically as a basic frame, and a camera jig 14 for photographing a specimen is installed on the post structure 11.

상기 베이스 장치는 포스트 구조물(11)과 연결되며 바닥면에 배치되는 베이스 구조물(10)을 골격으로 하고, 상기 균열 폭 조절장치로서 베이스 구조물(10)상에 시험편 장착을 위한 시험편 지그(13)가 설치된다.The base device has a base structure 10 connected to the post structure 11 and disposed on the bottom surface, and the test piece jig 13 for mounting the test piece on the base structure 10 is provided as the crack width adjusting device. Is installed.

또한, 상기 베이스 장치의 주변에는 복수개의 조명수단(40)이 각도 조절 가능하게 배치된다.In addition, a plurality of lighting means 40 is disposed around the base device so as to adjust the angle.

상기 베이스 구조물(10)의 윗면에는 시험편 지그(13)가 속해 있는 영역을 포함하는 일정한 면적, 예를 들면 베이스 구조물 전체 길이의 약 2/3 정도의 길이에 해당하는 면적에 걸쳐 그리드(34)가 형성되어 있어서 카메라 촬영시 왜곡보정을 할 수 있고, 또 베이스 구조물(10)의 윗면 일측에는 길이방향으로 나란하게 배치되면서 1mm 단위 눈금을 가지는 눈금자(35)가 구비되어 있어서 이것을 통해 촬영시 거리에 대한 최대 최소 화각을 검증할 수 있도록 되어 있다.The upper surface of the base structure 10 has a grid 34 over an area corresponding to a certain area including an area to which the test piece jig 13 belongs, for example, about 2/3 of the entire length of the base structure. It is formed so that the distortion can be corrected during camera shooting, and one side of the upper surface of the base structure 10 is arranged side by side in the longitudinal direction with a ruler 35 having a scale of 1mm is provided for the distance when shooting through this The maximum and minimum angle of view can be verified.

상기 포스트 구조물(11)은 베이스 구조물(10)상에서 길이방향으로 위치를 옮길 수 있는 구조로 설치되는 바, 이를 위하여 베이스 구조물(10)의 폭 중앙에는 일정구간 가이드 기어(17)가 길이방향으로 길게 설치되고, 이렇게 설치되는 가이드 기어(17)의 양편으로는 2개의 가이드 레일(18a)이 나란하게 설치되며, 이때의 가이드 레일(18a) 위에 포스트 구조물(11)의 하단 플레이트 부재가 슬라이드가능하게 지지되는 구조로 설치된다.The post structure 11 is installed in a structure that can be moved in the longitudinal direction on the base structure 10, for this purpose, the guide gear 17 is a long section in the longitudinal direction in the center of the width of the base structure 10 Two guide rails 18a are installed side by side on both sides of the guide gear 17 installed in this way, and the lower plate member of the post structure 11 is slidably supported on the guide rails 18a at this time. Is installed in the structure.

또한, 상기 포스트 구조물(11)의 한쪽 측면부에는 플레이트 부재의 저면부에 회전가능한 형태로 양단 지지되는 구조의 길다란 축이 폭방향으로 설치되고, 이때의 축 한쪽 끝에는 거리조절용 핸들(15)이 장착되는 동시에 축길이 중간쯤에는 상기 가이드 기어(17)와 맞물리는 형태의 구동 기어(16)가 장착된다.In addition, one side of the post structure 11 is provided with a long shaft of the structure that is supported at both ends in a rotatable form on the bottom surface of the plate member in the width direction, at one end of the shaft is equipped with a distance adjusting handle 15 At the same time, the drive gear 16 of the type which meshes with the guide gear 17 is mounted in the middle of the shaft length.

이에 따라, 거리조절용 핸들(15)을 조작하면 기어 간의 전동에 의해 포스트 구조물(11) 전체가 베이스 구조물(10)의 길이방향을 따라 이동할 수 있게 된다.Accordingly, when the distance adjusting handle 15 is operated, the entire post structure 11 may move along the longitudinal direction of the base structure 10 by the transmission between the gears.

상기 시험편 지그(13)는 콘크리트 시험편을 장착하는 부분으로서, 베이스 구조물(10)상에 관통 지지되는 저면 중심부의 축(30)을 통해 설치되는 베이스 플레이트(19)와, 실제 시험편이 장착되는 한쌍의 시험편 장착블럭(20a),(20b)으로 구성된다.The test piece jig 13 is a part for mounting the concrete test piece, the base plate 19 is installed through the shaft 30 of the bottom center portion penetratingly supported on the base structure 10, and a pair of actual test piece is mounted It consists of the test piece mounting blocks 20a and 20b.

상기 베이스 플레이트(19)의 경우 축(30)을 중심으로 하여 평면상에서 회전가능한 구조를 가지게 되며, 이에 따라 카메라에 대한 시험편의 촬영각도를 다양하게 구현할 수 있게 된다.The base plate 19 has a structure rotatable in a plane about the axis 30, and thus can realize various angles of photographing the test piece with respect to the camera.

또한, 베이스 플레이트(19)는 이것의 회전궤적을 따라가면서 베이스 구조물(10)상에 형성되는 곡선형의 슬롯(31)과, 이 슬롯(31)을 통해 베이스 플레이트(19)와 베이스 구조물(10)을 관통 체결하고 있는 공지의 레버식 록킹장치(23a)에 의해 회전 후의 조절된 각도가 고정 유지될 수 있게 된다.In addition, the base plate 19 has a curved slot 31 formed on the base structure 10 while following its rotational trajectory, and the base plate 19 and the base structure 10 through the slot 31. By the known lever-type locking device 23a which is fastened through), the adjusted angle after rotation can be fixedly maintained.

즉, 도 16에 도시한 바와 같이, 레버식 록킹장치(23a)을 한쪽을 젖혀 록킹 상태를 해제한 다음 베이스 플레이트(19)의 회전각도를 조절하고, 조절 후 재차 레버식 록킹장치(23a)를 잠그면 베이스 플레이트(19)는 이때의 조절된 상태 그대로 고정될 수 있게 된다.That is, as shown in FIG. 16, the lever-type locking device 23a is bent to release the locking state, and then the rotation angle of the base plate 19 is adjusted, and the lever-type locking device 23a is again adjusted. When locked, the base plate 19 can be fixed as it is at this time.

또한, 상기 베이스 플레이트(19)의 축 지지부위에는 축의 회전각도를 감지하는 공지의 센서 수단이 설치되고, 이때의 센서 수단으로부터 제공되는 신호를 받아 이를 수치로 나타내는 공지의 디스플레이장치(32)가 베이스 구조믈(10)의 일측에 설치되므로서, 베이스 플레이트(19)의 각도조절, 즉 시험편 지그(13)의 각도조절을 보다 편리하게 또 미세하고 정밀하게 수행할 수 있게 된다.In addition, a known sensor means for detecting the rotation angle of the shaft is installed on the shaft support portion of the base plate 19, and the known display device 32 which receives the signal provided from the sensor means at this time and displays it numerically Since it is installed on one side of the structure 10, the angle of the base plate 19, that is, the angle of the test piece jig 13 can be more conveniently and finely and precisely performed.

특히, 상기 균열 폭 조절장치인 시험편 지그(13)는 시험편의 균열 폭을 조절할 수 있는 수단을 포함하는 바, 이를 위하여 베이스 플레이트(19)상의 시험편 장착블럭(20a),(20b)은 플레이트의 상부에서 폭 양쪽에 나란하게 설치되는 가이드 레일(18b)에 의한 슬라이드 지지를 받으면서 위치를 이동할 수 있는 구조로 설치되고, 이때 2개의 시험편 장착블럭(20a)(20b) 중 어느 하나의 시험편 장착블럭(20a)이 베이스 플레이트(19)상에 설치되는 미세조절장치(21)에 스크류 전동가능한 형태로 조합된다.In particular, the test piece jig 13, which is the crack width adjusting device, includes means for adjusting the crack width of the test piece. For this purpose, the test piece mounting blocks 20a and 20b on the base plate 19 are formed on the upper part of the plate. Is installed in a structure that can move the position while receiving the slide support by the guide rail (18b) installed side by side on both sides of the width, wherein at least one of the two specimen mounting blocks (20a, 20b) of the specimen mounting block (20a) ) Is combined in the form of screw transmission to the microadjustment device 21 installed on the base plate 19.

이에 따라, 도 15에 도시한 바와 같이, 미세조절장치(21)를 돌리는 조작을 통해 이것과 연동되는 시험편 장착블럭(20a)을 움직여줌으로써, 2개의 장착블럭 간의 간격, 즉 균열부위를 경계로 하여 각 장착블럭에 놓여지는 시험편의 균열 폭을 조절할 수 있게 된다.Accordingly, as shown in FIG. 15, by moving the specimen mounting block 20a interlocked with the fine control device 21 by turning the microadjustment device 21, the gap between the two mounting blocks, i. The crack width of the specimen placed on each mounting block can be controlled.

또한, 상기 시험편 지그(13)에는 시험편 균열 폭 조절시 이때의 조절 정도를 확인할 수 있는 수단을 포함하는 바, 이를 위하여 베이스 플레이트(19)의 한쪽 측면에는 장착블럭의 측면부와 나란하게 버어니어 캘리퍼스(22), 예를 들면 디지털 수치 표시 화면을 가지는 버어니어 캘리퍼스가 설치되고, 이때의 버어니어 캘리퍼스의 슬라이드체가 이동가능한 시험편 장착블럭(20a)에 결합되어 함께 움직이게 되므로서, 시험편 장착블럭(20a)의 이동거리를 버어니어 캘리퍼스에 표시되는 수치로 손쉽게 확인할 수 있게 된다.In addition, the test piece jig 13 includes a means for checking the degree of adjustment at this time when the test piece crack width adjustment, for this purpose, one side of the base plate 19 side by side with the side of the mounting block vernier caliper ( 22), for example, a vernier caliper having a digital numerical display screen is installed, and the slide body of the vernier caliper at this time is coupled to the movable test piece mounting block 20a and moved together, so that the test piece mounting block 20a The travel distance can be easily checked by the numerical value displayed on the vernier caliper.

또한, 상기 시험편 장착블럭(20a),(20b)의 경우 베이스 플레이트(19)의 일측에서 길이방향으로 나란하게 설치되어 있는 가이드 봉(33) 내에 그 한쪽이 슬라이드가능한 형태로 끼워지면서 레버식 록킹장치(23c)에 의한 구속을 받을 수 있도록 되어 있다.In addition, in the case of the test piece mounting blocks (20a, 20b), the lever-type locking device is inserted into the guide rod 33, which is installed side by side in the longitudinal direction at one side of the base plate 19 in a slidable form It is to be bound by (23c).

이에 따라, 레버식 록킹장치(23c)를 한쪽으로 젖혀서 풀면 이동가능한 상태가 되고, 반대쪽으로 젖혀서 조이면 고정가능한 상태가 된다.As a result, the lever-type locking device 23c is flipped to one side to be released, and the lever-type locking device 23c is flipped to the opposite side to be movable.

이러한 레버식 록킹장치(23c)는 각 장착블럭의 전체적인 세팅상태를 조절할 필요가 있을 때 사용할 수 있다.This lever-type locking device 23c can be used when it is necessary to adjust the overall setting state of each mounting block.

상기 카메라 지그(14)는 카메라를 장착하는 부분으로서, 사각 플레이트를 이용하여 후술하는 높이조절장치의 스크류 이동장치(27)측에 지지되는 "ㄷ"자형의 고정블럭(28)과, 통상의 슬라이드 착탈식으로 카메라를 장착할 수 있는 회전블럭(29)으로 이루어져 있다.The camera jig 14 is a portion for mounting the camera, and the "c" shaped fixed block 28 supported by the screw moving device 27 side of the height adjustment device to be described later using a square plate, and the ordinary slide It consists of a rotating block 29 that can be mounted on a removable camera.

이때, 상기 회전블럭(29)은 고정블럭(28) 내에 수용되면서 수평방향으로 체결되는 축에 의해 고정블럭(28)과 결합되며, 이에 따라 회전블럭(29)은 축을 중심으로 하여 위아래로 회전되면서 카메라의 상하방향 각도 조절을 가능하게 해준다.At this time, the rotation block 29 is coupled to the fixed block 28 by the axis fastened in the horizontal direction while being accommodated in the fixed block 28, and thus the rotation block 29 is rotated up and down about the axis Allows you to adjust the camera's vertical angle.

특히, 상기 고정블럭(28)과 회전블럭(29)은 측면에서 수평방향으로 관통 체결되는 레버식 록킹장치(23b)에 의해 결속되는 형태로 서로 구속될 수 있도록 되어 있어서 레버식 록킹장치(23b)의 조작을 통해 회전블럭(29)을 포함하는 카메라의 각도조절을 위한 조작 및 조절된 상태의 유지 등이 가능하게 된다.In particular, the fixed block 28 and the rotation block 29 is bound to each other in the form of being bound by the lever-type locking device 23b which is fastened in the horizontal direction from the side to the lever-type locking device 23b Through the operation of the rotation block 29, including the operation for adjusting the angle of the camera and maintained in the adjusted state is possible.

상기 카메라 지그(14)는 포스트 구조물(11)을 따라 위아래로 이동하는 방식으로 시험편과의 거리(높이)를 조절할 수 있는 구조로 되어 있다.The camera jig 14 has a structure that can adjust the distance (height) with the test piece by moving up and down along the post structure (11).

이를 위하여, 포스트 구조물(11)의 일측에는 브라켓을 통해 회전조작가능하면서 축에 구동 풀리(25)를 가지는 높이조절용 핸들(24)이 설치되고, 포스트 구조물(11)의 전면에는 길이방향으로 나란하게 위치되면서 베어링을 매개로 양단 지지되는 형태의 스크류 이동장치(27)가 설치되는 동시에 이와 나란하게 한쪽 옆에는 가이드 레일(18c)이 설치되는 한편, 상기 스크류 이동장치(27)의 하단에는 피동 풀리(26)가 장착되고, 이때의 피동 풀리(26)는 벨트 등으로 상기 구동 풀리(25)와 연결되어 서로 전동이 가능한 형태가 된다.To this end, one side of the post structure 11 is provided with a height adjustment handle 24 having a driving pulley 25 on the shaft while being rotatable through a bracket, and the front surface of the post structure 11 side by side in the longitudinal direction. A screw mover 27 having a shape that is positioned and supported at both ends through a bearing is installed, and at the same time, a guide rail 18c is installed at one side of the screw mover, and a driven pulley ( 26 is mounted, and the driven pulley 26 at this time is connected to the driving pulley 25 by a belt or the like to be in a form that can be electrically rotated with each other.

또한, 상기 카메라 지그(14)의 본체는 스크류 이동장치(27)의 슬라이드체에 일체식으로 결합되는 동시에 가이드 레일(18c)에 슬라이드 안내를 받을 수 있는 형태로 결합된다.In addition, the main body of the camera jig 14 is integrally coupled to the slide body of the screw moving device 27 and coupled to the guide rail 18c to receive the slide guide.

이에 따라, 높이조절용 핸들(24)을 조작하면 벨트 전동에 의해 스크류 이동장치(27)가 가동되면서 슬라이드체의 움직임에 따라 카메라 지그(14)는 위아래로 움직이면서 위치를 옮길 수 있게 된다.Accordingly, when the handle 24 for height adjustment is operated, the camera jig 14 can be moved while moving up and down while the screw moving device 27 is operated by belt transmission while the slide body moves.

여기서, 본 발명에 따른 콘크리트 구조물의 균열측정시스템을 위한 신뢰성 검증장치의 구성중 비전센서 즉, CCD 카메라에서 촬영된 균열 이미지의 영상처리 단계별 실험과 종합적 분석이 가능한 균열 측정 신뢰성 검증 연산처리부(50)와, 상기 균열 측정 신뢰성 검증 연산처리부에서 취득된 이미지를 기반으로 균열홈이 가공된 캘리브레이션 장치(60)를 첨부한 도 11을 참고로 설명하면 다음과 같다.Here, during the construction of the reliability verification device for the crack measurement system of the concrete structure according to the present invention, the crack measurement reliability verification processing unit 50 capable of performing a comprehensive analysis and experiments of the image processing step of the crack image photographed by the vision sensor, that is, a CCD camera (50) And, with reference to Figure 11 attached to the calibration device 60, the crack groove is processed based on the image acquired by the crack measurement reliability verification processing unit as follows.

상기 캘리브레이션 장치(60)의 주요 구성인 균열판(62)이 케이스(64)내에 안착되는 바, 이 균열판(62)은 열 변형이 적은 SUS재질에 레이저로 0.1mm~1.0mm 까지 0.1mm폭 단위로 균열홈(66)이 가공되고, 정밀도는 ±5 ㎛로 구비된 것이다.The crack plate 62, which is a main component of the calibration device 60, is seated in the case 64. The crack plate 62 is 0.1 mm to 1.0 mm wide by 0.1 mm to 1.0 mm with a SUS material having low thermal deformation. The crack groove 66 is processed in units, and the precision is provided with ± 5 μm.

또한, 상기 캘리브레이션 장치(60)의 외곽 케이스(64)에는 열변형을 파악할 수 있게 주변온도를 측정하는 온도계(68)와, 균열 각도를 파악할 수 있는 각도측정장치, 길이를 표기한 2개의 룰러(69, ruler) 등이 소정의 위치에 부착된다.In addition, the outer case 64 of the calibration device 60 has a thermometer 68 for measuring the ambient temperature to grasp the thermal deformation, an angle measuring device for grasping the crack angle, and two rulers indicating the length ( 69, ruler) and the like are attached at predetermined positions.

이에, 검증할 균열검출 시스템의 비전센서를 자세 조절 장치에 장착하고 검증하고자 하는 항목별로 해당하는 장치들을 조절해가며 이미지를 획득한 후, 그 시스템이 사용하는 알고리즘을 적용하여 균열 폭 측정 결과를 도출하고 검증장치의 폭 설정 값과 비교 검증한다. 신뢰성 검증 시스템의 기능 및 검증 항목은 아래의 표 1에 기재된 바와 같다.Therefore, the vision sensor of the crack detection system to be verified is mounted on the posture control device, and the corresponding devices are adjusted for each item to be verified to acquire an image, and then the crack width measurement result is derived by applying the algorithm used by the system. And verify with the width setting value of the verification device. The function and verification items of the reliability verification system are as described in Table 1 below.

상기 균열 측정 신뢰성 검증 연산처리부는 획득한 균열 이미지의 영상처리 단계별 실험과 그 영향에 대해 종합적 분석이 가능한 영상처리를 위한 것으로서, 도 7은 그 메인 화면을 보여주고 있다.The crack measurement reliability verification calculation processing unit is for the image processing capable of a comprehensive analysis of the image processing step by step and the effect of the obtained crack image, Figure 7 shows the main screen.

상기 균열 측정 신뢰성 검증 연산처리부는 Boland C++로 개발된 것으로서, 균열 측정을 위한 영상처리에 있어서 여러 가지 기법들을 종합적으로 탑재하여 이미지에 적용 및 분석할 수 있도록 개발된 것이며, 그 세부 기능은 아래의 표 2에 기재된 바와 같다.The crack measurement reliability verification calculation processing unit was developed in Boland C ++, and was developed to be applied to an image by comprehensively mounting various techniques in image processing for crack measurement, and the detailed functions thereof are described in the following table. It is as described in 2.

여기서, 본 발명에 따른 콘크리트 구조물의 균열측정시스템을 위한 신뢰성 검증 방법을 하나의 시험예로서 설명하면 다음과 같다.Here, the reliability verification method for the crack measurement system of the concrete structure according to the present invention will be described as one test example as follows.

본 발명의 신뢰성 검증 시스템을 이용하여 이미지에서 나타나는 가장 중요한 항목인 균열의 적합한 임계값(Threshold Value) 설정과 검증방법에 대해 시험예로서 균열 폭 측정 실험을 수행하였다.Using the reliability verification system of the present invention, the crack width measurement experiment was performed as a test example for the proper threshold value setting and verification method of the most important item appearing in the image.

균열 화상을 얻기 위해 사용한 비전센서는 23.7×15.7mm사이즈의 CMOS센서를 장착한 카메라를 채택하고, 이 카메라의 유효 화소수는 12.4메가 픽셀이며, 기록 화소수는 L, M, S 세가지 모드를 지원하는데 본 실험에서는 S모드: 2144×1424 pixel를 사용하였다.The vision sensor used to obtain the cracked image adopts a camera equipped with a 23.7 × 15.7mm CMOS sensor, and the effective pixel number of the camera is 12.4 megapixels, and the recording pixel number supports three modes: L, M, and S. In this experiment, we used S mode: 2144 × 1424 pixels.

카메라를 시험편에 수직을 이루게 하고, 상기한 수학식 1과 같이 촬영면은 214.4×142.4mm 로 설정하여, 하나의 화소가 나타내는 실제 길이가 0.1mm가 되게 하였다.The camera was made perpendicular to the test piece, and the photographing surface was set to 214.4 x 142.4 mm as shown in Equation 1, so that the actual length represented by one pixel was 0.1 mm.

조명은 650W Tungsten Halogen Lamp 2개를 시험편과 60도가 되게 배치하였으며, 시험편에 대한 밝기를 균일화하여 빛에 대한 영향을 최소화하였다.In the illumination, two 650W Tungsten Halogen Lamps were placed at 60 degrees with the specimen, and the brightness of the specimen was equalized to minimize the influence on the light.

케이스별 실험은 균열 폭 0.1mm~0.9mm까지 0.1mm씩 증가시키면서 각 균열 폭에 대해 0°~ 90°까지 10°씩 변화시키면서 이미지를 취득하였다.In the case-by-case experiment, images were acquired with a change of 0 ° to 90 ° for each crack width in increments of 10 mm for each crack width in 0.1 mm increments from 0.1 mm to 0.9 mm.

이렇게 각 케이스별로 실험하여 취득한 이미지를 8비트 그레이 스케일(bit Gray-Scale)로 변환한 후, 바로 이진화를 수행하였으며, 히스토그램 평활화(histogram equalization)은 생략하였다.In this case, the image obtained by experimenting was converted to 8-bit gray-scale, and binarization was immediately performed. Histogram equalization was omitted.

히스토그램 평활화를 생략한 이유는 실험조건에서 빛에 대한 영향을 최소화하였고, 시험편의 표면의 색이 균일하기 때문이며, 히스토그램 평활화의 균열 폭에 대한 영향을 제외시키기 위함이다.The reason for omitting the histogram smoothing is to minimize the effect on light under the experimental conditions, to uniform the color of the surface of the specimen, and to exclude the effect on the crack width of the histogram smoothing.

여기서, 케이스 별 실험 중 하나의 예(0.1mm, 0°)를 설명하면 다음과 같다.Here, an example (0.1 mm, 0 °) of the case-specific experiments will be described.

먼저, 본래 이미지(original image)를 그레이 스케일(Gray-Scale)로 변환하면 첨부한 도 8와 같이 나타나고, 본 발명의 이해를 돕기 위하여, 도 8의 중앙부를 확대해서 나타낸 이미지는 도 9에 나타낸 바와 같다.First, when the original image is converted to gray-scale, Gray-Scale appears as shown in FIG. 8, and for the purpose of understanding the present invention, an enlarged view of the center of FIG. 8 is shown in FIG. 9. same.

이론적으로, 균열에 해당하는 픽셀이 1픽셀라인으로 나타나야 하지만, 도 9 에서 보는 바와 같이 균열영역 1픽셀라인의 인접 픽셀라인에 균열영역과 비슷한 값을 갖는 픽셀들이 보여지게 되는 바, 이러한 현상은 대부분의 균열 이미지에서 나타나는 현상인데 CCD의 포토 다이오드(Photo Diode) 배열에서의 균열 폭의 위치, 빛의 간섭, 촬영면적의 정확성, 렌즈 수차 등의 영향으로 발생된다.Theoretically, although the pixel corresponding to the crack should appear as one pixel line, as shown in FIG. 9, pixels having a value similar to the crack area are shown in adjacent pixel lines of the one pixel line of the crack area. The phenomenon occurs in the crack image of is caused by the location of the crack width in the array of photo diodes of the CCD, the interference of light, the accuracy of the shooting area, the lens aberration.

이때, 이진화를 위한 임계값(Threshold Value)를 어떻게 설정하느냐에 따라 균열 값이 0.1mm가 될 수도 있고, 0.2mm 또는 0.3mm가 될 수도 있다.
여기서, 이진화는 이미지의 그레이값인 0∼255를 어느 값을 기준으로 픽셀을 0과 1로 바꾸는 작업을 말한다. At this time, the crack value may be 0.1 mm, 0.2 mm or 0.3 mm depending on how to set the threshold value for binarization.
Here, binarization refers to an operation of changing a pixel to 0 and 1 based on a value of 0 to 255, which is a gray value of an image.

그러나, 실험조건에서 설정한 균열 폭 값은 0.1mm이므로 중심부의 가장 어둡게 나타나는 픽셀라인이 균열이며, 균열 측정 신뢰성 검증 연산처리부를 통해 가장 어둡게 나타나는 픽셀라인의 이진화 임계값(Threshold Value)은 37임을 알 수 있었고, 이 37의 값으로 이진화시킨 이미지는 첨부한 도 10에 나타낸 바와 같다.
예를 들면, 영상을 이용하여 균열을 측정하는 방법은 카메라와의 거리 또는 카메라의 센서에 대한 투영면적으로 수학식 1을 이용하여 균열 폭을 측정한다.
도 8은 균열측정 신뢰성 검증장치의 균열시험편 균열 폭을 0.1mm로 설정하고 수학식 1을 이용하여 균열 시험편과 카메라 간의 거리를 조절하여 0.1mm 균열 폭이 카메라 이미지의 1픽셀에 해당되게 설정하여 촬영한 이미지이다.
도 8의 일부를 확대하면 도 9와 같고, 여기에서 원래 1픽셀만 균열로 보이게끔 어두워야 하는 이상적인 균열라인이 2∼3줄에 걸쳐 나타나 있는 것을 확인할 수 있다.
실질적인 균열(0.1mm)픽셀은 가장 중간에 있는 한 개의 가장 어두운 픽셀라인이다.
이 어두운 픽셀라인의 각 픽셀들은 그레이값이 37 이하이다.
따라서, 이 값을 기준(임계값)으로 설정해서 이 값 이상은 1로, 이하는 0으로 이진화시키면, 도 10의 균열만 나타난 이미지를 얻을 수 있다.However, since the crack width set in the experimental condition is 0.1mm, the darkest pixel line in the center is a crack, and the threshold value of the darkest pixel line through the crack measurement reliability verification processing unit is 37. The image binarized to a value of 37 was as shown in FIG.
For example, in the method of measuring cracks using an image, the crack width is measured by using Equation 1 as the distance from the camera or the projection area of the sensor of the camera.
FIG. 8 is taken by setting the crack width of the crack test piece of the crack measurement reliability verification device to 0.1mm and adjusting the distance between the crack test piece and the camera using Equation 1 so that the 0.1mm crack width corresponds to 1 pixel of the camera image. One image.
8 is enlarged as shown in FIG. 9, and it can be seen that an ideal crack line, which should be dark so that only one pixel is originally seen as a crack, is displayed over two to three lines.
The actual crack (0.1 mm) pixel is the darkest pixel line in the middle.
Each pixel of this dark pixel line has a gray value of 37 or less.
Therefore, if this value is set as a reference (threshold value) and binarized above 1 and below 0, an image showing only a crack in FIG. 10 can be obtained.

이와 같이, 본 발명에 따른 시험예를 통해 이미지에 나타나는 균열의 특성과 각 케이스별로 정확한 균열 추출을 위한 이진화 임계값(Threshold Value)을 얻을 수 있었다.Thus, through the test example according to the present invention it was possible to obtain the binarization threshold value (Threshold Value) for accurate crack extraction for each case and the crack properties appearing in the image.

이러한 결과로 통해, 콘크리트 균열을 측정하는데 있어 보다 정확한 결과를 얻을 수 있는 본 발명의 캘리브레이션(Calibration) 장치가 만들어진 것으로서, 실제 모습은 첨부한 도 11에 나타낸 바와 같다.As a result, a calibration device of the present invention, which can obtain more accurate results in measuring concrete cracks, was made, and the actual appearance thereof is as shown in FIG. 11.

상기 캘리브레이션 장치(60)의 주요 구성인 균열판(62)이 케이스(64)내에 안착되는 바, 이 균열판(62)은 열 변형이 적은 SUS재질에 레이저로 0.1mm~1.0mm 까지 0.1mm폭 단위로 균열홈(66)이 가공되고, 정밀도는 ±5 ㎛로 구비된 것이며, 상기 캘리브레이션 장치(60)의 외곽 케이스(64)에는 열변형을 파악할 수 있게 주변온도를 측정하는 온도계(68)와, 균열 각도를 파악할 수 있는 각도측정장치, 길이를 표기한 2개의 룰러(69,ruler) 등이 소정의 위치에 부착된다.The crack plate 62, which is a main component of the calibration device 60, is seated in the case 64. The crack plate 62 is 0.1 mm to 1.0 mm wide by 0.1 mm to 1.0 mm with a SUS material having low thermal deformation. The crack groove 66 is processed in units, the precision is provided to ± 5 ㎛, the outer case 64 of the calibration device 60 and the thermometer 68 for measuring the ambient temperature so as to determine the thermal deformation and , An angle measuring device capable of grasping the angle of cracking, two rulers 69 indicating the length, and the like are attached at predetermined positions.

이러한 본 발명의 캘리브레이션 장치에 대한 사용 방법은 캘리브레이션 장치의 균열판을 콘크리트 표면과 함께 촬영해서 이미지를 취득하고, 상기한 바와 같이 캘리브레이션 장치의 균열판 이미지에서 이진화 임계값(Threshold Value)를 구한 후, 실제 콘크리트 균열 사진과 대비를 통해 실제 콘크리트 균열의 데이터 오차 검증이 이루어지는 과정으로 진행됨에 따라, 콘크리트 균열 측정에 대한 신뢰성을 크게 높일 수 있다.The use method of the calibration device of the present invention is to take the image of the cracked plate of the calibration device together with the concrete surface to obtain an image, and after obtaining the binarization threshold value (Threshold Value) from the cracked plate image of the calibration device, as described above, As the process of verifying the data error of the actual concrete crack is performed through the comparison with the actual concrete crack picture, the reliability of the concrete crack measurement can be greatly increased.

즉, 실제 측정대상의 콘크리트 표면과 균열판을 함께 촬영하여, 실제 콘크리트 표면 이미지와 균열판의 이미지에서 이진화 임계값(Threshold Value)를 구하되, 균열폭의 각도에 따라 적용해야 할 임계값을 서로 다르게 구한 후, 실제 콘크리트 표면의 이진화 수행후 균열 사진과, 균열판 표면의 이진화 수행후 균열 사진을 비교하여, 실제 콘크리트 표면의 균열 데이터 오차 검증을 실시함으로써, 콘크리트 균열 측정에 대한 신뢰성 검증 정확도를 크게 높일 수 있다.
In other words, the concrete surface and the cracked plate of the actual measurement target are taken together to obtain the threshold value from the image of the actual concrete surface and the cracked plate, but the threshold to be applied is different depending on the angle of the crack width. After the calculation, the cracked picture after the binarization of the concrete surface is compared with the cracked picture after the binarization of the cracked plate surface. Can be.

10 : 베이스 구조물 11 : 포스트 구조물
13 : 시험편 지그 14 : 카메라 지그
15 : 거리조절용 핸들 16 : 구동 기어
17 : 가이드 기어 18a,18b,18c : 가이드 레일
19 : 베이스 플레이트 20a,20b : 시험편 장착블럭
21 : 미세조절장치 22 : 버어니어 캘리퍼스
23a,23b,23c : 레버식 록킹장치 24 : 핸들
25 : 구동 풀리 26 : 피동 풀리
27 : 스크류 이동장치 28 : 고정블럭
29 : 회전블럭 30 : 축
31 : 슬롯 32 : 디스플레이장치
33 : 가이드 봉 34 : 그리드
35 : 눈금자 40 : 조명수단
50 : 균열 측정 신뢰성 검증 연산처리부
60 : 캘리브레이션 장치 62 : 균열판
64 : 케이스 66 : 균열홈
68 : 온도계 69 : 룰러10: base structure 11: post structure
13: test piece jig 14: camera jig
15: handle for distance adjustment 16: drive gear
17: guide gear 18a, 18b, 18c: guide rail
19: base plate 20a, 20b: test piece mounting block
21: fine adjustment device 22: vernier caliper
23a, 23b, 23c: lever-type locking device 24: the handle
25: driven pulley 26: driven pulley
27: screw moving device 28: fixed block
29: rotation block 30: axis
31: slot 32: display device
33: guide rod 34: grid
35: ruler 40: lighting means
50: crack measurement reliability verification processing unit
60: calibration device 62: crack plate
64: case 66: crack groove
68: thermometer 69: ruler

Claims

It is a structure in which crack grooves are processed on crack plates based on the image acquired from the calculation process of the crack measurement reliability verification that enables comprehensive analysis and experimental analysis of crack images of the specimen.
A cracked plate in which grooves are processed in a unit of 0.1mm width to 0.1mm to 1.0mm with a laser in a material of less thermal deformation;
A protective case on which the crack plate is seated;
A thermometer attached to an outer circumference of the case and measuring an ambient temperature to grasp the thermal deformation of the crack plate;
Calibration device for correction of threshold value of crack measurement system using image processing method

The method according to claim 1,
Calibration device for correcting the threshold value of the crack measurement system using an image processing method, characterized in that the angle measuring device that can determine the crack angle on the outer peripheral portion, and two rulers (ruler) indicating the crack length is further attached .

Making the camera perpendicular to the test specimen, photographing the surface of the concrete specimen, and acquiring an image of the concrete specimen;
Converting the acquired color image to 8-bit gray scale and immediately setting a binarization threshold value;
Providing a crack plate of the calibration device in which a plurality of crack grooves, such as actual cracks, are pre-machined in predetermined width units according to the set threshold value;
Photographing the concrete surface and the cracked plate of the actual measurement object to obtain a binarization threshold value from the actual concrete surface image and the cracked plate image;
Comparing the crack photograph after performing the binarization of the actual concrete surface with the crack photograph after performing the binarization of the cracked plate surface, and performing crack data error verification on the actual concrete surface;
Calibration method for correction of the threshold value of the crack measurement system using an image processing method characterized in that consisting of.

The method according to claim 3,
The image acquisition step for the concrete test piece is characterized by acquiring an image while varying the crack width by 10 ° for each crack width while increasing the 0.1 mm to 0.9 mm crack width for each case of the concrete test piece. Calibration method for correction of threshold value of crack measurement system using image processing technique.

The method according to claim 3,
After converting the acquired color image to 8-bit gray-scale, the surface color of the specimen is uniform by minimizing the influence on light, so that the binarization threshold value is immediately set without the histogram smoothing. Calibration method for correction of the threshold value of the crack measurement system using an image processing method.