KR101382390B1 - 레이저 빔을 이용한 디스드로미터 장치 및 디스드로미터 장치의 동작 방법 - Google Patents

레이저 빔을 이용한 디스드로미터 장치 및 디스드로미터 장치의 동작 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101382390B1
KR101382390B1 KR1020120135847A KR20120135847A KR101382390B1 KR 101382390 B1 KR101382390 B1 KR 101382390B1 KR 1020120135847 A KR1020120135847 A KR 1020120135847A KR 20120135847 A KR20120135847 A KR 20120135847A KR 101382390 B1 KR101382390 B1 KR 101382390B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
image
falling
laser beam
dedometer
laser
Prior art date
Application number
KR1020120135847A
Other languages
English (en)
Inventor
김덕현
김봉진
이철규
이근희
최영진
Original Assignee
대한민국
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 대한민국 filed Critical 대한민국
Priority to KR1020120135847A priority Critical patent/KR101382390B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101382390B1 publication Critical patent/KR101382390B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/97—Determining parameters from multiple pictures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/95—Lidar systems specially adapted for specific applications for meteorological use
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01W—METEOROLOGY
    • G01W1/00—Meteorology
    • G01W1/14—Rainfall or precipitation gauges
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/80—Analysis of captured images to determine intrinsic or extrinsic camera parameters, i.e. camera calibration

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Atmospheric Sciences (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Ecology (AREA)
  • Environmental Sciences (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

레이저 빔을 이용한 디스드로미터 장치 및 디스드로미터 장치의 동작 방법이 개시된다. 레이저 빔을 이용한 디스드로미터 장치는 물체가 낙하하는 낙하영역을 향하여 빔을 조사하는 레이저부와, 상기 낙하영역을 제1 방향으로 진행한 빔을 수신하여 제1 빔 및 제2 빔으로 분할하고, 상기 제2 빔을 상기 낙하영역을 향하여 반사하는 반사부와, 상기 제1 빔, 및 상기 낙하영역을 상기 제1 방향과 상이한 제2 방향으로 진행한 제2 빔을 이용하여 영상을 생성하는 영상 획득부를 포함한다.

Description

레이저 빔을 이용한 디스드로미터 장치 및 디스드로미터 장치의 동작 방법{DISDROMETER APPARATUS FOR USING LASER BEAM AND METHOD FOR OPERATING DISDROMETER APPARATUS}
본 발명의 실시예는 하나의 레이저 빔을 이용하여, 낙하하는 물체에 관한 정보를 정확하게 획득하는 기술에 관한 것이다.
디스드로미터(Disdrometer)는 레이저 빔을 이용하여, 낙하하는 물체에 관한 정보(예컨대, 형태)를 획득할 수 있다.
종래의 디스드로미터(Disdrometer)는 크게 두 가지 종류로 분류될 수 있으며, 두 개의 판빔(sheet beam)을 평행한 방향으로 조사하는 1차원 디스드로미터와 직각 방향으로 조사하는 2차원 디스드로미터로 분류될 수 있다.
도 1은 종래의 1차원 디스드로미터의 일례를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 1차원 디스드로미터는 2개의 CCD(Charge Coupled Device) 얇은 판(sheet) 모양의 레이저 빔을 조사하고, 얇은 판을 지나는 하강물체의 모양을 1차원 CCD로 영상화할 수 있다. 1차원 디스드로미터는 두 빔에서 공통으로 획득되는 짝영상을 찾기가 매우 용이하고, 낙하하는 물체가 수평으로 이동하는 경우, 이동 정도를 파악하기가 용이하다. 즉, 1차원 디스드로미터는 두 카메라에서 얻은 물체의 상의 위치가 같으므로, 두 카메라에 잡힌 물체의 상호 대응되는 물체 영상을 찾기가 쉬움에 따라, 물체의 위치가 변경될 경우, 변경에 관한 위치 정보(즉, 수평이동에 대한 정보)를 용이하게 획득할 수 있다.
그러나, 촬영된 영상이 물체의 하강 속도에 따라 다르기 때문에, 1차원 디스드로미터는 낙하 방향으로 최소 2개 이상의 판 모양 레이저를 조사하고, 레이저를 수신하는 장치가 필요 함에 따라, 2차원 디스드로미터에 비해 많은 정보를 획득하기가 어렵다.
도 2는 종래의 1차원 디스드로미터의 일례를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 2차원 디스드로미터는 낙하하는 물체를 2차원으로 조사할 수 있어, 두 방향에서 물체의 영상을 획득할 수 있다. 그러나, 2차원 디스드로미터는 두 개의 1차원 CCD를 이용하기 때문에 시스템이 복잡하고 가격이 상승하며, 다량의 입자가 동시에 검출될 경우, 두개의 CCD로부터 획득한 영상으로부터 각 물체의 상대적인 위치를 찾기가 용이하지 않다. 즉, 2차원 디스드로미터는 낙하하는 물체가 많아지면, 각 카메라에서 획득한 영상에서의 물체를 서로 1:1 대칭되는 상대방의 위치를 찾기가 힘들다. 이는 한 물체가 수평적 이동 없이 수직으로 낙하하더라도, 두 카메라가 서로 직각의 두 방향으로 바라보고 있음에 따라, 서로 다른 방향으로 바라보는 카메라는 획득한 영상의 어떤 좌표에 물체가 위치하게 될지 예상할 수 없다는 것을 의미한다.
본 발명의 실시예는 하나의 레이저 빔을 분할 및 반사시켜, 복수의 빔을 상이한 방향 또는 상이한 고도 위치에서 상기 물체가 낙하하는 낙하영역으로 진행하도록 하고, 낙하영역 중에서 복수의 빔이 통과되는 제1 측정영역 및 제2 측정영역에서의 물체에 관한 형태를 각각 영상화한 제1 영상 및 제2 영상을 이용하여, 다수의 물체가 동시에 낙하하는 경우에도 짝영상을 용이하게 찾아, 각각의 낙하하는 물체에 관한 정보를 정확하게 획득하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 레이저 빔을 이용한 디스드로미터 장치는 물체가 낙하하는 낙하영역을 향하여 빔을 조사하는 레이저부와, 상기 낙하영역을 제1 방향으로 진행한 빔을 수신하여 제1 빔 및 제2 빔으로 분할하고, 상기 제2 빔을 상기 낙하영역을 향하여 반사하는 반사부와, 상기 제1 빔, 및 상기 낙하영역을 상기 제1 방향과 상이한 제2 방향으로 진행한 제2 빔을 이용하여 영상을 생성하는 영상 획득부를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 레이저 빔을 이용한 디스드로미터 장치의 동작 방법은 물체가 낙하하는 낙하영역을 향하여 빔을 조사하는 단계와, 상기 낙하영역을 제1 방향으로 진행한 빔을 제1 빔 및 제2 빔으로 분할하고, 상기 제2 빔을 상기 낙하영역을 향하여 반사하는 단계와, 상기 제1 빔, 및 상기 낙하영역을 상기 제1 방향과 상이한 제2 방향으로 진행한 제2 빔을 이용하여 영상을 생성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 하나의 레이저 빔을 분할 및 반사시켜, 복수의 빔을 상이한 방향 또는 상이한 고도 위치에서 상기 물체가 낙하하는 낙하영역으로 진행하도록 하고, 낙하영역 중에서 복수의 빔이 통과되는 제1 측정영역 및 제2 측정영역에서의 물체에 관한 형태를 각각 영상화한 제1 영상 및 제2 영상을 이용 함으로써, 동시에 낙하하는 물체가 다량 존재하더라도 짝영상을 용이하게 찾아, 각각의 낙하하는 물체에 관한 정보(예컨대, 각각의 낙하하는 물체에 대한 2차원 모양)을 정확하게 획득할 수 있다.
도 1은 종래의 1차원 디스드로미터의 일례를 도시한 도면이다.
도 2는 종래의 1차원 디스드로미터의 일례를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 빔을 이용한 디스드로미터 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 빔을 이용한 디스드로미터 장치의 일례를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 빔을 이용한 디스드로미터 장치에서의 물체에 관한 정보 획득 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 빔을 이용한 디스드로미터 장치의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 레이저 빔을 이용한 디스드로미터 장치 및 디스드로미터 장치의 동작 방법에 대해 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 빔을 이용한 디스드로미터 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 빔을 이용한 디스드로미터 장치(300)는 레이저부(301), 빔 변형부(303), 반사부(305), 영상 획득부(307) 및 프로세서(309)를 포함할 수 있다.
레이저부(301)는 물체(예컨대, 입자)가 낙하하는 낙하영역을 향하여 빔을 조사할 수 있다.
빔 변형부(303)는 예컨대, 렌즈일 수 있으며, 레이저부(301)에서 조사된 빔을 판모양으로 변형하여, 상기 낙하영역으로 진행하도록 한다.
반사부(305)는 상기 낙하영역을 제1 방향으로 진행한 빔을 수신하여 제1 빔 및 제2 빔으로 분할하고, 상기 제2 빔을 상기 낙하영역을 향하여 상기 제1 방향과 상이한 제2 방향으로 반사할 수 있다. 여기서, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향 각각은 상기 물체가 낙하하는 방향과 직각을 이룰 수 있다.
구체적으로, 반사부(305)는 분할부(305-1), 이동부(305-2) 및 조정부(305-3)를 포함할 수 있다. 여기서, 분할부(305-1), 이동부(305-2) 및 조정부(305-3)는 각각 예컨대, 반사 거울일 수 있다.
분할부(305-1)는 상기 빔을 상기 제1 빔 및 제2 빔으로 분할하고, 상기 제1 방향을 포함하는 수평면 상에서 상기 제1 방향과 임의 각도(예컨대, 직각 미만의 각도)를 이루는 반사 방향으로 상기 제2 빔을 반사할 수 있다.
이동부(305-2)는 상기 반사된 제2 빔을 수직 방향으로 이동시킬 수 있다.
조정부(305-3)는 상기 이동된 제2 빔을, 상기 낙하영역을 향하도록 각도(예컨대, 반사 방향과 직각 미만의 각도)를 조정하여 상기 제2 방향으로 반사할 수 있다.
영상 획득부(307)는 예컨대, CCD 카메라일 수 있으며, 상기 제1 빔 및 상기 낙하영역을 상기 제2 방향으로 진행한 제2 빔을 이용하여 영상을 생성할 수 있다. 여기서, 영상 획득부(307)는 제1 영상 획득부(307-1) 및 제2 영상 획득부(307-2)를 포함할 수 있다.
제1 영상 획득부(307-1)는 상기 낙하영역 중에서, 상기 제1 방향으로 진행하는 빔이 통과하는 제1 측정영역에서의 상기 물체에 관한 형태를 영상화하여, 제1 영상을 생성할 수 있다.
제2 영상 획득부(307-2)는 상기 낙하영역 중에서, 상기 제2 방향으로 진행하는 제2 빔이 통과하고, 상기 제1 측정영역의 상부 또는 하부에 위치하는 제2 측정영역에서의 상기 물체에 관한 형태를 영상화하여, 제2 영상을 생성할 수 있다.
프로세서(309)는 상기 제1 빔에 기초하여 생성된 제1 영상 및 상기 제2 빔에 기초하여 생성된 제2 영상으로부터 상기 물체에 대한 횡좌표 정보에 기초하여, 각각 짝영상을 추출하고, 상기 짝영상 간의 대응 픽셀 간의 거리, 상기 낙하영역을 진행하는 각 빔 간의 거리, 주사 속도, 픽셀의 크기 및 광학계의 배율을 이용하여, 상기 물체의 낙하 속도를 추출할 수 있다. 프로세서(309)는 상기 추출된 낙하 속도 및 상기 광학계의 배율을 이용하여, 상기 물체의 사영 영상을 복원하고, 상기 복원된 사영 영상으로부터 상기 물체에 관한 정보(예컨대, 강수 입자의 유효 부피, 이동 방향 및 이동 속도, 레이저 빔 산란단면적)를 획득할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 빔을 이용한 디스드로미터 장치의 일례를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 레이저 빔을 이용한 디스드로미터 장치(400)는 레이저부(401), 렌즈(403), 반사부(405), 영상 획득부(407) 및 프로세서(409)를 포함할 수 있다.
레이저부(401)는 물체가 낙하하는 낙하영역(402)을 향하여, 제1 방향(예컨대, +X 방향)으로 빔을 조사할 수 있다.
렌즈(403)는 레이저부(401)에서 조사된 빔을 판모양으로 변형하여, 상기 낙하영역(402)으로 진행하도록 한다.
반사부(405)는 낙하영역(402)을 상기 제1 방향으로 진행한 판모양의 빔을 수신하여 판모양의 제1 빔 및 제2 빔으로 분할하고, 상기 제2 빔을 낙하영역(402)을 향하여 제1 방향과 상이한 제2 방향(예컨대, -Y 방향)으로 반사할 수 있다. 여기서, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향 각각은 상기 물체가 낙하하는 방향(예컨대, -Z 방향)과 직각을 이룰 수 있다.
구체적으로, 반사부(405)는 분할부(405-1), 이동부(405-2) 및 조정부(405-3)를 포함할 수 있다. 여기서, 분할부(405-1), 이동부(405-2) 및 조정부(405-3)는 각각 예컨대, 반사 거울일 수 있다.
분할부(405-1)는 상기 판모양의 빔을 판모양의 제1 빔 및 판모양의 제2 빔으로 분할하고, 상기 제1 방향을 포함하는 수평면 상에서 상기 제1 방향과 직각 미만의 각도(예컨대, 45도)를 이루는 반사 방향(예컨대, Y-X 방향)으로 상기 제2 빔을 반사할 수 있다. 여기서, 분할된 제1 빔은 제1 집광 렌즈(413-1)에서 집광되어 제1 영상 획득부(407-1)로 전달될 수 있다.
이동부(405-2)는 상기 반사된 제2 빔을 수직 방향(예컨대, +Z 또는 -Z)으로 이동시킬 수 있다. 예컨대, 이동부(405-2)는 반사된 판모양의 제2 빔을 +Z 방향으로 이동시켜, Z0의 고도에서 Z1의 고도로 진행하도록 할 수 있다.
조정부(405-3)는 상기 이동된 판모양의 제2 빔을, 상기 반사 방향과 직각 미만의 각도를 이루는 제2 방향(예컨대, -Y 방향)으로 반사시켜, 낙하영역(402)으로 진행시킬 수 있다. 이때, 낙하영역(402)을 통과한 제2 빔은 제2 집광 렌즈(413-2)에서 집광되어 제2 영상 획득부(407-2)로 전달될 수 있다. 여기서, 제2 집광 렌즈(413-2)는 가능한 초점이 짧은 렌즈 군으로 구성될 수 있다.
영상 획득부(407)는 예컨대, CCD 카메라일 수 있으며, 상기 판모양의 제1 빔 및 상기 낙하영역을 상기 제2 방향으로 진행한 판모양의 제2 빔을 이용하여 영상을 생성할 수 있다. 여기서, 영상 획득부(407)는 제1 영상 획득부(407-1) 및 제2 영상 획득부(407-2)를 포함할 수 있다.
제1 영상 획득부(407-1)는 낙하영역(402) 중에서, 상기 제1 방향으로 진행하는 판모양의 빔이 통과하는 제1 측정영역(예컨대, Z0의 고도에서의 수평면)(411-1)에서의 상기 물체에 관한 형태를 영상화하여, 제1 영상을 생성할 수 있다.
제2 영상 획득부(407-2)는 낙하영역(402) 중에서, 상기 제2 방향으로 진행하는 제2 빔이 통과하고, 제1 측정영역(411)의 상부 또는 하부에 위치하는 제2 측정영역(Z1의 고도에서의 수평면)(411-2)에서의 상기 물체에 관한 형태를 영상화하여, 제2 영상을 생성할 수 있다.
제1 영상 획득부(407-1) 및 제2 영상 획득부(407-2)는 물체의 낙하 속도에 따라, 물체에 대한 상이한 모양의 영상을 획득할 수 있다. 예컨대, 제1 영상 획득부(407-1) 및 제2 영상 획득부(407-2)는 구형의 물체가 낙하하는 경우, 낙하 속도가 빠르면, 홀쭉한 타원 모양의 영상을 획득하게 되고, 물체의 낙하 속도가 늦어지면, 길쭉한 직사각형 모양의 영상을 획득할 수 있다.
제1 영상 획득부(407-1) 및 제2 영상 획득부(407-2)는 짝이되는 제1 영상 및 제2 영상을 각각 획득할 수 있다. 예컨대, 물체가 낙하하여 Z1의 고도 위치할 경우에서, 획득한 제2 영상과 더 낙하여 Z0의 고도 위치할 경우에서, 획득한 제1 영상은 짝영상이 될 수 있으며, 낙하 입자의 속도가 일정하고 z 방향의 속도만 존재할 경우, 항상 정해진 위치에 낙하하는 물체가 존재할 수 있다. 따라서, 프로세서(409)는 물체의 수가 많아지는 경우에도, 제1, 2 영상 간의 물체 대응 위치를 용이하게 획득할 수 있다.
프로세서(409)는 상기 제1 영상 및 상기 제2 영상 간의 대응 픽셀 간의 거리, 상기 낙하영역을 진행하는 각 빔 간의 거리, 주사 속도, 픽셀의 크기 및 광학계의 배율을 이용하여, 상기 물체의 낙하 속도를 추출할 수 있다. 프로세서(409)는 상기 추출된 낙하 속도 및 상기 광학계의 배율을 이용하여, 상기 물체의 사영 영상을 복원하고, 상기 복원된 사영 영상으로부터 상기 물체에 관한 정보를 획득할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 빔을 이용한 디스드로미터 장치에서의 물체에 관한 정보 획득 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 레이저 빔을 이용한 디스드로미터 장치는 낙하 입자로부터 획득한 제1 영상(501) 및 제2 영상(502)을 이용하여, 입자의 낙하 속도(VR)를 추출할 수 있으며, [수학식 1]에 의해 나타낼 수 있다.
Figure 112012098457358-pat00001
여기서, ㅿz = Z1- Z0, TS(CCD 주사 시간)=10μsec(300 kHz의 경우)이다. 또한, ㅿNPixel는 중심점의 픽셀 위치 차이 또는 끝점의 픽셀 위치 차이를 의미한다.
여기서, 레이저 빔을 이용한 디스드로미터 장치는 두 개의 위치(제1, 2 측정영역)에서 산란된 입자가 각각 CCD의 반대 위치에 영상이 존재 함에 따라, 시간적으로 첫번째의 영상(예컨대, 제1 영상)에서 획득한 입자의 위치로부터 두번째의 영상(예컨대, 제2 영상)에서의 입자의 위치를 쉽고 간단한 알고리즘으로 추출할 수 있다.
레이저 빔을 이용한 디스드로미터 장치는 영상 교정에 필요한 크기요소(SF: Scale Factor)를 계산할 수 있다. 레이저 빔을 이용한 디스드로미터 장치는 입자의 낙하 속도(VR)와 광학계의 배율로부터 입자의 이미지(image)의 속도(Vimage)를 구할 수 있으며, [수학식 2]에 의해 나타낼 수 있다.
Figure 112012098457358-pat00002
여기서, 레이저 빔을 이용한 디스드로미터 장치는 이미지의 속도와 픽셀의 크기(Spixel)로부터 하나의 픽셀에 머무는 시간(Tpixel)을 구할 수 있으며, [수학식 3]에 의해 나타낼 수 있다.
Figure 112012098457358-pat00003
또한, 레이저 빔을 이용한 디스드로미터 장치는 하나의 입자가 한 픽셀을 지나는 동안 스캔 횟수(NScan)를 구할 수 있으며, [수학식 4]에 의해 나타낼 수 있다.
Figure 112012098457358-pat00004
여기서, 느린 속도로 낙하하는 입자의 상은 Z 방향으로 NScan > 1 수 만큼 중복되게 표현되는 반면, 빠른 속도로 낙하하는 입자의 상은 Z 방향으로 NScan < 1 수 만큼 빠진 부분이 존재하게 됨에 따라, 레이저 빔을 이용한 디스드로미터 장치는 원래 상을 복원하기 위해서 상의 Z 방향으로 SF=1/NScan 값을 곱하여 픽셀 수를 늘리거나 도는 줄여, 원래의 2 차원 영상을 획득할 수 있다.
레이저 빔을 이용한 디스드로미터 장치는 크기요소(SF)를 이용하여, 보정된 영상을 획득하고, 보정된 영상으로부터 각종 기상변수를 획득할 수 있다.
레이저 빔을 이용한 디스드로미터 장치는 각 영상의 픽셀에 적용하여 실제 영상(503)을 획득할 수 있다. 여기서, 획득된 영상은 각각 X, Y 방향으로 사영한 그림자의 모양을 나타낸다.
레이저 빔을 이용한 디스드로미터 장치는 그림자 영상을 수학적으로 가공하여 기상학적 정보 또는 낙하 입자의 물리적 정보를 획득할 수 있다. 예컨대, 레이저 빔을 이용한 디스드로미터 장치는 그림자의 총 픽셀의 수를 이용하여 입자의 x축 방향의 넓이를, z축 방향의 최대 길이를 이용하여 입자의 높이를, 입자의 무게중심(그림자의 중심)에서 최대 거리와 최소 거리의 비 또는 그림자의 모양을 직사면체나 타원체로 핏팅(fitting) 했을 경우, 장축과 단축의 길이 비를 이용하여 종횡비를 각각 획득할 수 있다. 또한, 레이저 빔을 이용한 디스드로미터 장치는 무게 중심의 CCD 배열 방향으로의 이동(X 방향)량과 입자의 낙하속도를 두 판빔으로 나눈 시간으로 횡방향의 속도(Vx)를 계산할 수 있다.
레이저 빔을 이용한 디스드로미터 장치는 입자의 그림자 모양을 관성모멘트나 기타 영상의 특이점과(characteristic point)과 속도를 바탕으로 설정된 다양한 모델(빗방울, 우박, 함박눈, 싸락눈 등)표를 참조하여 모양을 결정하고, 결정된 모양으부터 유효 입자의 부피를 예측할 수 있다.
또한, 레이저 빔을 이용한 디스드로미터 장치는 출력변수를 획득할 수 있다. 예컨대, 레이저 빔을 이용한 디스드로미터 장치는 보정된 영상에서 종횡비, 그림자의 넓이, 및 두 방향에서 얻은 그림자의 넓이와 적절한 입자의 모델(속도와 입자의 크기, 모양을 이용한 입자 종류 판별 모델)을 이용하여 강수 입자의 유효 부피(effective volume), x축 방향의 속도, z 축 방향의 속도 및 강수 입자의 레이저 산란단면적(Laser scattering cross-section) 등을 추출할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 빔을 이용한 디스드로미터 장치의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 단계 601에서, 레이저 빔을 이용한 디스드로미터 장치는 레이저부를 이용하여, 물체(예컨대, 입자)가 낙하하는 낙하영역을 향하여, 제1 방향으로 빔을 조사할 수 있다.
이때, 레이저 빔을 이용한 디스드로미터 장치는 렌즈를 이용하여, 조사된 빔을 판모양으로 변형하여, 상기 낙하영역으로 진행하도록 한다.
단계 603에서, 레이저 빔을 이용한 디스드로미터 장치는 낙하영역을 제1 방향으로 진행한 빔을 제1 빔 및 제2 빔으로 분할하고, 제2 빔을 낙하영역을 향하여 제1 방향과 상이한 제2 방향으로 반사할 수 있다. 이때, 레이저 빔을 이용한 디스드로미터 장치는 분할부를 이용하여, 상기 빔을 상기 제1 빔 및 제2 빔으로 분할하고, 상기 제1 방향을 포함하는 수평면 상에서 상기 제1 방향과 임의 각도(예컨대, 직각 미만의 각도)를 이루는 반사 방향으로 상기 제2 빔을 반사하고, 이동부를 이용하여, 상기 반사된 제2 빔을 수직 방향으로 이동시킬 수 있다. 또한, 레이저 빔을 이용한 디스드로미터 장치는 조정부를 이용하여, 상기 이동된 제2 빔을, 상기 낙하영역을 향하도록 각도(예컨대, 반사 방향과 직각 미만의 각도)를 조정하여 상기 제2 방향으로 반사시킬 수 있다.
여기서, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향 각각은 상기 물체가 낙하하는 방향과 직각을 이룰 수 있다.
단계 605에서, 레이저 빔을 이용한 디스드로미터 장치는 제1 빔 및 제2 빔을 이용하여, 제1 영상 및 제2 영상을 생성할 수 있다. 구체적으로, 레이저 빔을 이용한 디스드로미터 장치는 상기 낙하영역 중에서, 상기 제1 방향으로 진행하는 빔이 통과하는 제1 측정영역에서의 상기 물체에 관한 형태를 영상화하여, 제1 영상을 생성할 수 있다. 또한, 레이저 빔을 이용한 디스드로미터 장치는 상기 낙하영역 중에서, 상기 제2 방향으로 진행하는 제2 빔이 통과하고, 상기 제1 측정영역의 상부 또는 하부에 위치하는 제2 측정영역에서의 상기 물체에 관한 형태를 영상화하여, 제2 영상을 생성할 수 있다.
단계 607에서, 레이저 빔을 이용한 디스드로미터 장치는 제1 영상 및 제2 영상으로부터 상기 물체에 대한 횡좌표 정보에 기초하여, 각각 짝영상을 추출할 수 있다.
단계 609에서, 레이저 빔을 이용한 디스드로미터 장치는 제1 영상 및 제2 영상 각각으로부터 추출된 짝영상을 이용하여, 물체에 관한 정보를 획득할 수 있다. 구체적으로, 레이저 빔을 이용한 디스드로미터 장치는 짝영상 간의 대응 픽셀 간의 거리, 상기 낙하영역을 진행하는 각 빔 간의 거리, 주사 속도, 픽셀의 크기 및 광학계의 배율을 이용하여, 물체의 낙하 속도를 추출할 수 있다. 레이저 빔을 이용한 디스드로미터 장치는 상기 추출된 낙하 속도 및 상기 광학계의 배율을 이용하여, 상기 물체의 사영 영상을 복원하고, 상기 복원된 사영 영상으로부터 상기 물체에 관한 정보를 획득할 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
300: 레이저 빔을 이용한 디스드로미터 장치
301: 레이저부 303: 빔 변형부
305: 반사부 307: 영상 획득부
309: 프로세서

Claims (13)

  1. 물체가 낙하하는 낙하영역을 향하여 빔을 조사하는 레이저부;
    상기 낙하영역을 제1 방향으로 진행한 빔을 수신하여 제1 빔 및 제2 빔으로 분할하고, 상기 제2 빔을 상기 낙하영역을 향하여 반사하는 반사부; 및
    상기 제1 빔, 및 상기 낙하영역을 상기 제1 방향과 상이한 제2 방향으로 진행한 제2 빔을 이용하여 영상을 생성하는 영상 획득부
    를 포함하는 레이저 빔을 이용한 디스드로미터 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반사부는,
    상기 제1 방향을 포함하는 수평면 상에서 상기 제1 방향과 임의 각도를 이루는 반사 방향으로 상기 제2 빔을 반사하는 분할부;
    상기 반사된 제2 빔을 수직 방향으로 이동시키는 이동부; 및
    상기 이동된 제2 빔을, 상기 낙하영역을 향하도록 각도를 조정하여 상기 제2 방향으로 반사하는 조정부
    를 포함하는 레이저 빔을 이용한 디스드로미터 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 레이저부에서 조사된 빔을 판모양으로 변형하여, 상기 낙하영역으로 진행하도록 하는 빔 변형부
    를 더 포함하는 레이저 빔을 이용한 디스드로미터 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 영상 획득부는,
    상기 낙하영역 중에서, 상기 제1 방향으로 진행하는 빔이 통과하는 제1 측정영역에서의 상기 물체에 관한 형태를 영상화하여, 제1 영상을 생성하는 제1 영상 획득부; 및
    상기 낙하영역 중에서, 상기 제2 방향으로 진행하는 제2 빔이 통과하고, 상기 제1 측정영역의 상부 또는 하부에 위치하는 제2 측정영역에서의 상기 물체에 관한 형태를 영상화하여, 제2 영상을 생성하는 제2 영상 획득부
    를 포함하는 레이저 빔을 이용한 디스드로미터 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 빔에 기초하여 생성된 제1 영상 및 상기 제2 빔에 기초하여 생성된 제2 영상으로부터 각각 짝영상을 추출하고, 상기 짝영상 간의 대응 픽셀 간의 거리, 상기 낙하영역을 진행하는 각 빔 간의 거리, 주사 속도, 픽셀의 크기 및 광학계의 배율을 이용하여, 상기 물체의 낙하 속도를 추출하고,
    상기 추출된 낙하 속도 및 상기 광학계의 배율을 이용하여, 상기 물체의 사영 영상을 복원하고, 상기 복원된 사영 영상으로부터 상기 물체에 관한 정보를 획득하는 프로세서
    를 더 포함하는 레이저 빔을 이용한 디스드로미터 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 방향 및 상기 제2 방향 각각은 상기 물체가 낙하하는 방향과 직각을 이루는
    레이저 빔을 이용한 디스드로미터 장치.
  7. 물체가 낙하하는 낙하영역을 향하여 빔을 조사하는 단계;
    상기 낙하영역을 제1 방향으로 진행한 빔을 제1 빔 및 제2 빔으로 분할하고, 상기 제2 빔을 상기 낙하영역을 향하여 반사하는 단계; 및
    상기 제1 빔, 및 상기 낙하영역을 상기 제1 방향과 상이한 제2 방향으로 진행한 제2 빔을 이용하여 영상을 생성하는 단계
    를 포함하는 레이저 빔을 이용한 디스드로미터 장치의 동작 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 빔을 상기 낙하영역을 향하여 반사하는 단계는,
    상기 제1 방향을 포함하는 수평면 상에서 상기 제1 방향과 임의 각도를 이루는 반사 방향으로 상기 제2 빔을 반사하는 단계;
    상기 반사된 제2 빔을 수직 방향으로 이동시키는 단계; 및
    상기 이동된 제2 빔을, 상기 낙하영역을 향하도록 각도를 조정하여 상기 제2 방향으로 반사하는 단계
    를 포함하는 레이저 빔을 이용한 디스드로미터 장치의 동작 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 조사된 빔을 판모양으로 변형하여, 상기 낙하영역으로 진행하도록 하는 단계
    를 더 포함하는 레이저 빔을 이용한 디스드로미터 장치의 동작 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 영상을 생성하는 단계는,
    상기 낙하영역 중에서, 상기 제1 방향으로 진행하는 빔이 통과하는 제1 측정영역에서의 상기 물체에 관한 형태를 영상화하여, 제1 영상을 생성하는 단계; 및
    상기 낙하영역 중에서, 상기 제2 방향으로 진행하는 제2 빔이 통과하고, 상기 제1 측정영역의 상부 또는 하부에 위치하는 제2 측정영역에서의 상기 물체에 관한 형태를 영상화하여, 제2 영상을 생성하는 단계
    를 포함하는 레이저 빔을 이용한 디스드로미터 장치의 동작 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 제1 빔에 기초하여 생성된 제1 영상 및 상기 제2 빔에 기초하여 생성된 제2 영상으로부터 상기 물체에 대한 횡좌표 정보에 기초하여, 각각 짝영상을 추출하는 단계
    를 더 포함하는 레이저 빔을 이용한 디스드로미터 장치의 동작 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 디스드로미터 장치의 동작 방법은,
    상기 짝영상 간의 대응 픽셀 간의 거리, 상기 낙하영역을 진행하는 각 빔 간의 거리, 주사 속도, 픽셀의 크기 및 광학계의 배율을 이용하여, 상기 물체의 낙하 속도를 추출하는 단계; 및
    상기 추출된 낙하 속도 및 상기 광학계의 배율을 이용하여, 상기 물체의 사영 영상을 복원하고, 상기 복원된 사영 영상으로부터 상기 물체에 관한 정보를 획득하는 단계
    를 더 포함하는 레이저 빔을 이용한 디스드로미터 장치의 동작 방법.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 제1 방향 및 상기 제2 방향 각각은 상기 물체가 낙하하는 방향과 직각을 이루는
    레이저 빔을 이용한 디스드로미터 장치의 동작 방법.
KR1020120135847A 2012-11-28 2012-11-28 레이저 빔을 이용한 디스드로미터 장치 및 디스드로미터 장치의 동작 방법 KR101382390B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120135847A KR101382390B1 (ko) 2012-11-28 2012-11-28 레이저 빔을 이용한 디스드로미터 장치 및 디스드로미터 장치의 동작 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120135847A KR101382390B1 (ko) 2012-11-28 2012-11-28 레이저 빔을 이용한 디스드로미터 장치 및 디스드로미터 장치의 동작 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101382390B1 true KR101382390B1 (ko) 2014-04-10

Family

ID=50656874

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120135847A KR101382390B1 (ko) 2012-11-28 2012-11-28 레이저 빔을 이용한 디스드로미터 장치 및 디스드로미터 장치의 동작 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101382390B1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104568679A (zh) * 2014-12-08 2015-04-29 江苏大学 一种激光雨滴谱仪测试雨滴试验台
CN110108604A (zh) * 2019-05-17 2019-08-09 成都信息工程大学 基于显微放大和视角传感的高空微粒辨识装置及方法
KR102138222B1 (ko) * 2019-04-11 2020-07-27 주식회사 제이에스티앤랩 배출가스 입자 측정 장치

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007327889A (ja) 2006-06-08 2007-12-20 Koito Ind Ltd 火山灰検知装置および気象状態判定装置
JP2010032557A (ja) 2009-11-18 2010-02-12 Ccs Inc 気象測定装置
KR20100087791A (ko) * 2009-01-29 2010-08-06 (주)펨트론 Ｏｆｆ-ａｘｉｓ 방식의 디지털 홀로그래피를 이용한 복굴절 측정 방법 및 장치

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007327889A (ja) 2006-06-08 2007-12-20 Koito Ind Ltd 火山灰検知装置および気象状態判定装置
KR20100087791A (ko) * 2009-01-29 2010-08-06 (주)펨트론 Ｏｆｆ-ａｘｉｓ 방식의 디지털 홀로그래피를 이용한 복굴절 측정 방법 및 장치
JP2010032557A (ja) 2009-11-18 2010-02-12 Ccs Inc 気象測定装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104568679A (zh) * 2014-12-08 2015-04-29 江苏大学 一种激光雨滴谱仪测试雨滴试验台
KR102138222B1 (ko) * 2019-04-11 2020-07-27 주식회사 제이에스티앤랩 배출가스 입자 측정 장치
CN110108604A (zh) * 2019-05-17 2019-08-09 成都信息工程大学 基于显微放大和视角传感的高空微粒辨识装置及方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US12078479B2 (en) Dual-resolution 3D scanner and method of using
US7342669B2 (en) Three-dimensional shape measuring method and its device
US10084971B2 (en) Method for measurement and 3D reconstruction of precipitation particles based on orthogonal dual-view imaging
WO2018103693A1 (zh) 一种三维轮廓的光学混合检测方法
CN101868690B (zh) 用于获取三维形貌的装置和方法
CN110325879A (zh) 用于压缩三维深度感测的系统和方法
US9411146B2 (en) Observation device
CN102589516A (zh) 一种基于双目线扫描摄像机的动态距离测量系统
EP3699576A1 (en) Image reconstruction method and device, and microscope imaging device
KR101382390B1 (ko) 레이저 빔을 이용한 디스드로미터 장치 및 디스드로미터 장치의 동작 방법
EP3377848A1 (en) Optical interferometry
WO2014174919A1 (ja) 画像取得装置及び画像取得装置のフォーカス方法
KR101663740B1 (ko) 레이저 산란 입자 분석 장치 및 레이저 산란 입자 분석 방법
RU2733822C1 (ru) Способ и оптическая система для получения томографического распределения волновых фронтов электромагнитных полей
KR101909528B1 (ko) 구조광을 이용한 3차원 이미징 방법 및 시스템
JP2008064697A (ja) レーザシート形成装置、粒子計測装置、レーザシート形成方法および粒子計測方法
Jawad et al. Measuring object dimensions and its distances based on image processing technique by analysis the image using sony camera
CN103697825B (zh) 一种超分辨3d激光测量系统及方法
KR101506838B1 (ko) 디스드로미터 장치 및 디스드로미터 장치 동작 방법
EP2947489A1 (en) Image acquisition device and focus method for image acquisition device
CN105300314A (zh) 一种光学的成像方法
TWI730749B (zh) 陣列式3d影像建置裝置及其方法
JP2017216497A (ja) 画像処理装置、画像処理システム、画像処理方法、およびプログラム
RU173576U1 (ru) Устройство для получения стереоскопических изображений малоразмерных объектов
JP2009300100A (ja) 形状測定装置およびその形状測定方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant