KR101446171B1 - X선 ct 영상을 이용한 시멘트 기반 재료의 기포간격계수 측정방법 - Google Patents

X선 ct 영상을 이용한 시멘트 기반 재료의 기포간격계수 측정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 콘크리트, 몰탈 등과 같은 시멘트를 포함하는 재료의 기포간격계수(Paste-Void Spacing Factor)를 측정함에 있어서, X선 CT 장치에 의해 시멘트 기반 재료의 시편으로부터 입수한 영상을 이용하여 시멘트 기반 재료의 기포간격계수를 측정하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에서는 시멘트 기반 재료로 제작된 시편으로부터 X선 CT 촬영에 의한 연속적인 2차원 단면 영상을 취득하는 단계; 취득된 시편의 연속적인 2차원 단면 영상을 스택킹하여 3차원 입체 영상을 형성하는 단계; 및 기포간격계수를 산출하기 위한 복수개의 2차원 측정대상 단면을 상기 3차원 입체 영상으로부터 추출하고, 추출된 복수개의 2차원의 측정대상 단면 각각에 대하여 해당 단면에 존재하는 기포를 조사하여, 복수개의 추출된 2차원 측정대상 단면 전체를 대상으로 하는 기포간격계수를 연산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시멘트 기반 재료의 기포간격계수 측정방법이 제공된다.

Description

X선 CT 영상을 이용한 시멘트 기반 재료의 기포간격계수 측정방법{Measuring Method of Paste-Void Spacing Factor of Hardened Cement Paste using X-ray Computed Tomography}
본 발명은 시멘트 기반 재료의 기포간격계수를 측정하는 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 콘크리트, 몰탈 등과 같은 시멘트를 포함하는 재료("시멘트 기반 재료")의 기포간격계수(Paste-Void Spacing Factor)를 측정함에 있어서, X선 CT 장치에 의해 시멘트 기반 재료의 시편으로부터 입수한 영상을 이용하여 시멘트 기반 재료의 기포간격계수를 측정하는 방법에 관한 것이다.
콘크리트나 몰탈 등과 같이 시멘트를 이용한 재료 즉, 시멘트 기반 재료에 있어서 동결-융해에 대한 내구성을 평가하기 위한 지표로서 "기포간격계수"를 이용하게 된다.
종래에는 시멘트 기반 재료로 제작된 시편을 연마하여 만들어진 2차원 단면을 광학 현미경 등에 의해 직접 검사하여, 미국 공업규격에 해당하는 ASTM C457에 규정되어 있는 포인트 계산법 또는 선형이동법(linear traverse법)을 적용하여 2차원 단면에 존재하는 기포를 조사함으로써 시멘트 기반 재료의 기포간격계수를 산출하였다. 즉, 종래기술에서는 시멘트 기반 재료의 시편을 연마하여 매끈한 2차원의 단면(측정대상 단면)을 만든 후에, 해당 측정단면 단면을 광학 현미경으로 직접 살펴보아서, 측정대상 단면에 존재하는 기포를 육안으로 계수하고 그 크기 및 분포를 측정하는 등의 방법에 의해 기포간격계수를 산출하였던 것이다. 이와 관련된 선행기술의 일예가 대한토목학회에서 2005년 11월에 발행한 대한토목학회 논문집 제25권 제6a호에 개재된 "ASTM C 457에 의한 콘크리트 평면간격계수 제안 및 평가"라는 제호의 논문에 개시되어 있다.
그런데 위와 같이 연마 등과 같은 물리적인 방법에 의해, 시편으로부터 직접 취득한 2차원의 측정대상 단면을 조사하여 기포간격계수를 측정하는 종래 기술의 경우, 산출된 기포간격계수는, 측정대상 단면의 위치 등에 매우 민감하게 된다는 단점이 있다. 시멘트 기반 재료의 경우, 기포(기공 또는 공극이라고도 한다)의 공간적인 분포가 분균질하다. 그러므로 기포간격계수를 산출하기 위한 2차원의 측정대상 단면을 시편의 어느 위치에서 채택하는지에 따라 측정대상 단면에 존재하는 기포의 배열이나 개수, 크기 등이 달라질 수 있으며, 그에 따라 산출된 기포간격계수도 달라질 수 있다.
이와 같이, 시멘트 기반 재료의 시편에 대해 연마 등의 물리적인 방법을 통해서 특정한 2차원의 측정대상 단면을 얻어낸 후, 그 단면에 대해서만 조사하여 기포간격계수를 구하는 종래 기술은, 기포간격계수를 측정하기 위하여 선택된 측정대상 단면의 위치 등에 따라 기포간격계수가 달라진다는 한계로 인하여 산출된 기포간격계수의 정확도 및 신뢰도가 낮다는 약점이 있다.
특히, 종래기술에서는 기포간격계수를 산출하기 위한 2차원의 측정대상 단면을 얻어내기 위해서 시멘트 기반 재료의 시편을 절취한 후, 절취된 단면을 매끄럽게 연마하는 등의 측정대상 단면에 대한 사전 처리작업을 해야 하는데, 이러한 물리적인 사전 처리작업에는 많은 시간과 노력이 소요되므로, 종래기술에 의해서는 시멘트 기반 재료의 샘플에 대해서 몇 개의 한정된 갯수의 측정대상 단면만을 얻어낼 수밖에 없으며, 따라서 종래 기술에 의해서 측정된 기포간격계수는 결국 해당 시멘트 기반 재료의 정확한 기포 분포를 충분히 반영하지 못한 것이 된다.
정원경, 김경진, 윤경구 "ASTM C 457에 의한 콘크리트 평면간격계수 제안 및 평가" 2005년 11월 대한토목학회논문집 제25권 제6A호, pp.1189-1195
본 발명은 위와 같은 종래 기술의 문제점과 단점을 극복하기 위하여 개발된 것으로서, 시멘트 기반 재료의 기포간격계수를 측정함에 있어서, 2차원 측정대상 단면을 매우 간편하게 선정하고 추출할 수 있도록 함으로써 종래 기술의 경우보다 월등히 많은 2차원 단면을 측정대상 단면으로 선정할 수 있게 하며, 그에 따라 실제 시멘트 기반 재료의 시편 내부의 기포 상태를 충분히 반영하게 되어 정확도 및 신뢰도가 크게 향상된 기포간격계수를 측정할 수 있는 기술을 제시하는 것을 목적으로 한다.
위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, 시멘트 기반 재료로 제작된 시편으로부터 X선 CT 촬영에 의한 연속적인 2차원 단면 영상을 취득하는 단계; 취득된 시편의 연속적인 2차원 단면 영상을 스택킹하여 3차원 입체 영상을 형성하는 단계; 및 기포간격계수를 산출하기 위한 복수개의 2차원 측정대상 단면을 상기 3차원 입체 영상으로부터 추출하고, 추출된 복수개의 2차원의 측정대상 단면 각각에 대하여 해당 단면에 존재하는 기포를 조사하여, 복수개의 추출된 2차원 측정대상 단면 전체를 대상으로 하는 기포간격계수를 연산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시멘트 기반 재료의 기포간격계수 측정방법이 제공된다.
본 발명에서는 시멘트 기반 재료의 기포간격계수를 측정함에 있어서, 2차원 측정대상 단면을 매우 간편하게 선정하고 추출하여 기포간격계수를 산출하게 되므로, 종래 기술의 경우보다 월등히 많은 2차원 단면을 측정대상 단면으로 선정할 수 있으며, 선정된 측정대상 단면 전체에 대해 기포의 분포, 간격 및 크기를 조사하게 되므로 본 발명을 통해서 얻어진 기포간격계수 값은 실제 시멘트 기반 재료의 시편 내부의 기포 상태를 충분히 반영한 것이 되며, 정확도 및 신뢰도가 종래 기술의 것보다 월등히 높다는 장점을 가진다.
특히 본 발명에서는 기포간격계수의 산출을 위한 측정대상 단면을 획득함에 있어서도 시멘트 기반 재료의 시편을 손상시키지 않고서도 필요한 개수의 단면을 편리하게 취득할 수 있게 되어, 기포간격계수의 측정을 위한 시간과 비용, 노력 등을 크게 줄일 수 있게 되고 그에 따라 기포간격계수 측정 작업의 효율성이 증가되는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 기포간격계수 측정방법의 과정을 보여주는 개략적인 방법단계의 흐름도이다.
도 2 및 도 3은 각각 시멘트 기반 재료의 시편에 대해 본 발명에 따라 X선 CT 촬영 장비에 의해 취득된 3차원 입체 영상을 보여주는 도면 대용 사진이다.
도 4는 본 발명에서 기포간격계수를 연산하는 구체적인 방법단계에 대한 개략적인 흐름도이다.
도 5는 본 발명에서 3차원 입체 영상을 만드는데 사용된 측정대상 시편의 2차원 측정대상 단면 영상의 일예를 보여주는 도면 대용 사진이다.
도 6은 2차원 측정대상 단면 영상의 이진 변환작업 단계가 포함되어 있는 본 발명의 과정을 보여주는 개략적인 방법단계의 흐름도이다.
도 7은 2차원 단면 영상에 대한 이진 변환작업 단계의 과정을 보여주는 개략적인 흐름도이다.
도 8은 도 5에 도시된 2차원 측정대상 단면 영상에 대해 본 발명에 따라 영상의 이진 변환작업을 수행하여 얻어진 영상을 보여주는 도면 대용 사진이다.
도 9는 2차원 측정대상 단면 영상의 이진 변환작업 단계가 포함되어 있는 본 발명의 또다른 실시예에 대한 개략적인 방법단계의 흐름도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 X선 CT 영상을 이용한 시멘트 기반 재료의 기포간격계수 측정방법(이하, "X선 CT 영상 이용 기포간격계수 측정방법"이라고 약칭함)의 과정을 보여주는 개략적인 방법단계의 흐름도이다. 도면에 도시된 것처럼 본 발명에 따른 X선 CT 영상 이용 기포간격계수 측정방법에서는, 우선 시멘트 기반 재료의 시편을 제작한 후, 공지의 산업용 X선 CT 촬영 장비로, 시멘트 기반 재료의 시편을 촬영하여, 상기 시편에 대한 연속적인 2차원 단면 영상을 취득한다(S1 단계). 시멘트 기반 재료로는 시멘트와 물, 그리고 공기연행제 등을 혼합한 것을 예로 들 수 있다.
이렇게 X선 CT 촬영 장비를 이용하여 취득된 시편의 연속적인 2차원 단면 영상을 스택킹(stacking)하여 시편에 대한 3차원 입체 영상을 만들게 된다(S2 단계). 여기서, 연속적인 2차원 단면 영상으로부터 3차원 입체 영상을 만드는 구체적인 과정은 공지된 것인 바, 이에 대한 설명은 생략한다.
본 발명에 대한 구체적인 실시예로서, 발명자들은 공기연행제(AE제)를 함유하지 않고 시멘트와 물로 이루어진 비교대상 시편과, 공기연행제를 소정량으로 함유한 측정대상 시편을 각각 제작하여, X선 CT 촬영 장비를 이용하여 위의 S1 단계 및 S2 단계를 거쳐 비교대상 시편과 측정대상 시편에 대한 3차원 입체 영상을 형성하였는 바, 그 구체적인 형상이 각각 도 2 및 도 3에 도시되어 있다. 즉, 도 2는 공기연행제(AE제)를 함유하지 않고 시멘트와 물로 이루어진 비교대상 시편에 대해 X선 CT 촬영 장비에 의해 취득된 3차원 입체 영상이며, 도 3은 공기연행제(AE제)를 소정 량으로 함유한 측정대상 시편에 대해 X선 CT 촬영 장비에 의해 취득된 3차원 입체 영상이다.
이렇게 3차원 입체 영상을 취득한 후에는, 기포간격계수를 산출하기 위한 2차원의 측정대상 단면을 3차원 입체 영상으로부터 추출하는 단계를 수행한다(S3 단계). 후속하여 추출된 2차원의 측정대상 단면에 대해 ASTM C457에 규정되어 있는 포인트 계산법 또는 선형이동법(linear traverse법) 등의 공지의 계산방법을 이용하여 2차원의 측정대상 단면에 존재하는 기포를 조사하여 복수개의 추출된 2차원 측정대상 단면 전체를 대상으로 하는 기포간격계수를 연산한다(S4 단계).
특히, 이와 같이 3차원 입체 영상으로부터의 2차원 측정대상 단면을 추출하고 해당 2차원 측정대상 단면에 대해 기포 조사를 수행하여 기포간격계수를 연산함에 있어서, 본 발명에서는 다음과 같은 일련의 작업을 수행하게 된다.
우선 기포 조사 수행 영역의 크기, 트래버스 선(traverse line)의 수(i 값), 및 2차원의 측정대상 단면의 개수(j 값)를 선정한다. 기포 조사 수행 영역의 크기 선정 작업은, 2차원의 측정대상 단면에서 기포조사를 수행할 영역의 크기를 선정하는 것으로서, 기포조사를 수행할 영역은 가로와 세로의 길이가 동일한 정사각형 영역인 것이 바람직하므로 가로길이 B x 세로길이 B를 가지는 기포조사 수행 영역 크기를 선정하게 된다.
그리고 트래버스 선(traverse line)의 수(i 값)의 선정 작업은, 위와 같은 기포조사 수행 영역 내에서 균일한 간격을 가지도록 배열될 횡단 선 즉, 트래버스 선의 갯수(i 값)를 선정하는 것이며, 2차원의 측정대상 단면의 개수(j 값) 선정 작업은, 트래버스 선을 이용하여 공지의 기법을 통해 기포조사를 수행하게 될 대상 단면 즉, 2차원 측정대상 단면의 개수를 선정하는 것이다. 이와 같이 기포 조사 수행 영역의 크기, 트래버스 선(traverse line)의 수(i 값), 및 2차원의 측정대상 단면의 개수(j 값) 선정이 완료되면, 그에 따라 3차원 입체 영상으로부터 2차원 측정대상 단면을 추출한다.
2차원 측정대상 단면이 추출되면, 추출된 각각의 2차원 측정대상 단면에 대해 기포간격계수를 연산하게 된다. 도 4에는 기포간격계수를 연산하는 구체적인 방법단계에 대한 개략적인 흐름도가 도시되어 있다. 구체적으로 도 4에 도시된 것처럼, 추출된 각각의 2차원 측정대상 단면에서 트래버스 선을 교차하는 기포의 개수와, 각 트래버스 선에 존재하는 기포의 픽셀 수를 산출한다(S4-1 단계).
이와 같이 추출된 2차원 측정대상 단면에 대한 트래버스 선을 교차하는 기포 개수 산출과 트래버스 선에 존재하는 기포의 픽셀 수 산출 작업을, 사전 설정된 j 개의 2차원 측정대상 단면에 대해 반복하여 j개의 2차원 측정대상 단면 전체에 존재하는 트래버스 선의 길이 총합(TT 값)에 대한, 트래버스 선을 교차하는 기포의 총 개수(N 값)와, 전체 트래버스 선을 교차하는 기포의 총 픽셀 수를 산출한다(S4-2 단계).
이렇게 구해진 전체 2차원 측정대상 단면에 존재하는 트래버스 선의 길이 총합(TT 값), 트래버스 선을 교차하는 기포의 총 개수(N 값), 전체 트래버스 선을 교차하는 기포의 총 픽셀 수, 그리고 하나의 픽셀이 차지하는 길이를 이용하여 공지의 수학식에 의해 측정대상이 되는 시편의 기포간격계수를 연산한다(S4-3 단계).
여기서 사용되는 공지의 수학식에 대한 일예는 ASTM C457에 규정되어 있는데, 구체적인 내용은 아래의 수학식 1 내지 수학식 4와 같다.
Figure 112013073731076-pat00001
Figure 112013073731076-pat00002
Figure 112013073731076-pat00003
Figure 112013073731076-pat00004
Figure 112013073731076-pat00005
위의 수학식 1 내지 5에서 A는 공기량(air content, %)이며, TT는 3차원 입체 영상에서 기포간격계수의 산출을 위하여 추출된 총 2차원 측정대상 단면에 존재하는 트래버스 선의 길이 총합이며, Ta는 3차원 입체 영상에서 기포간격계수의 산출을 위하여 추출된 총 2차원 측정대상 단면에 존재하는 트래버스 선을 교차하는 기포 길이의 총합이다. 트래버스 선을 교차하는 기포의 총 개수(N 값)와, 전체 트래버스 선을 교차하는 기포의 총 픽셀 수를 알고 있고, 픽셀 1개가 차지하는 길이를 알고 있으므로, 이들 값을 이용하면 상기 Ta를 구할 수 있다.
그리고 위의 수학식 2의 영어 소문자 n은 기포의 출현빈도수(Void frequency, 단위 mm-1)이며, 수학식 3의 영어 소문자 a는 기포의 비표면적(Specific surface, 단위 mm-1)이고, N은 3차원 입체 영상에서 기포간격계수의 산출을 위하여 추출된 총 2차원 측정대상 단면에 존재하는 트래버스 선을 교차하는 기포의 총 개수이다.
수학식 4 및 수학식 5의 L은 기포간격계수(Spacing Factor)로서, P/A값이 4.342 초과인 경우에는 수학식 4에 의하여 기포간격계수를 산출하게 되며 반대로 P/A값이 4.342 이하인 경우에는 수학식 5에 의하여 기포간격계수를 산출하게 된다. 여기서 P/A 값은 "시멘트 매트릭스 충진재-공기량 비"로서 P는 시멘트 매트릭스 충진재의 량이며, A는 상기한 수학식 1의 공기량이며, Tp는 시멘트 매트릭스 충진재를 통과한 트래버스 길이이다.
종래 기술에서는 앞서 설명한 것처럼, 기포간격계수를 산출하기 위한 측정대상 단면을 확보하기 위해서는 시편을 절단하고 절단면을 매끄럽게 연마하는 등의 번거롭고 시간과 비용이 많이 소요되는 물리적인 가공과정을 반드시 거쳐야만 하고, 그에 따라 기포간격계수 산출을 위하여 확보할 수 있는 측정대상 단면의 개수와 위치에 큰 제약이 있었으며, 따라서 극소수의 측정대상 단면에 대한 조사에 의해 산출된 기포간격계수 값을 해당 시멘트 기반 재료의 기포간격계수로 간주하였다. 그러나 앞서 언급한 것처럼 종래 기술에 의해 구해진 기포간격계수는 측정대상 단면의 위치 등에 매우 민감하며, 따라서 종래 기술에 의해 구해진 기포간격계수는 정확도 및 신뢰도가 낮다는 약점이 있다.
이와 달리, 본 발명에서는 X선 CT 촬영 장비를 이용하여 측정대상 시편에 대해 연속적인 2차원 단면 영상을 취득한 후, 이를 이용하여 3차원 입체 영상을 취득하게 되므로, 원하는 임의의 위치에서 필요한 개수의 2차원 측정대상 단면을 매우 간편하게 선정하고 추출하여 기포간격계수를 산출하게 된다. 따라서 본 발명에 의하면 종래 기술의 경우보다 월등히 많은 2차원 단면을 측정대상 단면으로 선정할 수 있으며, 선정된 측정대상 단면 전체에 대해 기포의 분포, 간격 및 크기를 조사하게 되므로 본 발명을 통해서 얻어진 기포간격계수, 즉 3차원 입체 영상으로부터 추출된 복수개의 2차원 단면 영상에서 산출된 기포간격계수 값은 실제 시멘트 기반 재료의 시편 내부의 기포 상태를 충분히 반영한 것이 되며, 정확도 및 신뢰도가 종래 기술의 것보다 월등히 높게 된다.
특히 이와 같이 기포간격계수의 산출을 위한 측정대상 단면을 획득함에 있어서도 시멘트 기반 재료의 시편을 손상시키지 않고서도 필요한 개수의 단면을 편리하게 취득할 수 있게 되어, 기포간격계수의 측정을 위한 시간과 비용, 노력 등을 크게 줄일 수 있게 되고 그에 따라 기포간격계수 측정 작업의 효율성이 증가되는 효과가 발휘된다.
한편, 본 발명에서는 위와 같이 3차원 입체 영상에서 추출된 2차원 측정대상 단면 영상으로부터 기포간격계수를 산출함에 있어서, 다음과 같은 "2차원 측정대상 단면 영상의 이진 변환작업"을 수행한다.
도 5는 3차원 입체 영상을 만드는데 사용된 측정대상 시편의 2차원 측정대상 단면 영상의 일예인데, 도 5의 2차원 단면 영상에서 상대적으로 어두운 점으로 표현된 것은 기포이며, 이보다 밝은 것들은 시멘트 매트릭스 충진재이다. 도 5에서 가로 축 및 세로 축의 Number of Pixels은 각각 "픽셀의 수"를 의미한다.
도 5에 예시된 것처럼, X선 CT 촬영 장비에 의해 취득된 2차원 측정대상 단면 영상, 그리고 이를 스택킹하여 얻어진 시편의 3차원 영상에서는 기포와 그 외의 다른 부분(시멘트 매트릭스 충진재)을 육안으로 쉽게 구분할 수 없다. 따라서 본 발명에서는 2차원 측정대상 단면에 대해 기포 조사를 수행하여 기포간격계수를 연산하기에 앞서, 역치(Thresholding)를 이용하여 2차원 측정대상 단면 영상 내에서 기포와 시멘트 매트릭스 충진재를 구획하는 "2차원 측정대상 단면 영상의 이진 변환작업"을 수행한다.
도 6은 2차원 측정대상 단면 영상의 이진 변환작업 단계(S-A 단계)가 포함되어 있는 본 발명의 X선 CT 영상 이용 기포간격계수 측정방법의 과정을 보여주는 개략적인 방법단계의 흐름도이다. 도 6에 도시된 것처럼, 시편의 연속적인 단면 영상을 취득하는 단계(S1 단계)를 수행하고, 위와 같은 2차원 단면 영상에 대한 이진 변환작업 단계(S-A 단계)를 거친 후에, 영상 스택킹에 의한 시편의 3차원 입체 영상 형성 단계(S2 단계)를 수행할 수 있는 것이다.
다음에서는 상기한 2차원 단면 영상에 대한 이진 변환작업 단계의 구성을 구체적으로 살펴본다. 도 7에는 2차원 단면 영상에 대한 이진 변환작업 단계의 과정을 보여주는 개략적인 흐름도가 도시되어 있다. X선 CT 촬영 장비에 의해 취득된 2차원 단면 영상에 대해서, 역치(Thresholding)를 이용한 2차원 측정대상 단면 영상의 이진 변환작업을 수행함으로써, 2차원 측정대상 단면 영상 내에서 기포와 시멘트 매트릭스 충진재를 구획하게 되는데, 이를 위해서는 우선 기포와 기타 부분(시멘트 매트릭스 충진재 부분)을 구분하기 위한 영상에서의 픽셀 값에 대한 역치 T값을 정한다(S-A-1 단계). 예를 들어, 컴퓨터 영상에서의 픽셀 명암을 기준으로 기포와 그 이외의 부분을 구분하는 경우, 픽셀의 명암이 픽셀 값이 되는 것이다.
이와 같이 픽셀 값에 대한 역치 T값을 정한 후에는, X선 CT 촬영 장비에 의해 취득된 2차원 측정대상 단면 영상에서 각각의 픽셀이 가지는 픽셀 값과 역치 T값을 비교하여 픽셀 값이 역치 T값 미만인 경우와, 픽셀 값이 역치 T값 이상인 경우를 이진법에 의해 구분한다(S-A-2 단계). 위와 같이 픽셀의 명암을 픽셀 값으로 이용하는 경우, 픽셀 명암의 역치 T 값을 정하고, 2차원 측정대상 단면 영상을 이루는 각각의 픽셀에 대해 그 명암과 역치 T값을 비교하여, 픽셀의 명암이 역치 T값 보다 작은 경우에는 1의 값을 부여하고, 반대로 픽셀의 명암이 역치 T값 이상인 경우에는 0(zero)의 값을 부여하여, 1의 값을 부여받은 픽셀은 검은 영상으로 표시되도록 하고(S-A-3 단계), 0의 값을 부여받은 픽셀은 속이 비어 있는 영상으로 표시되도록 한다(S-A-4 단계). 이와 같은 과정에 의해 2차원 단면 영상은 기포와 시멘트 매트릭스 충진재로 선명하게 구분된다.
도 8은 도 5에 도시된 2차원 측정대상 단면 영상에 대해 위와 같은 영상의 이진 변환작업을 수행하여 얻어진 영상 즉, 영상 내에서 기포와 시멘트 매트릭스 충진재가 선명하게 구분되어 있는 영상을 보여준다. 도 8에서 가로 축 및 세로 축의 Number of Pixels은 각각 "픽셀의 수"를 의미한다.
이와 같은 2차원 단면 영상에 대한 이진 변환작업은, X선 CT 촬영 장비에서 연속적인 2차원 단면 영상을 구하면서 수행하여, "2차원 측정대상 단면 영상의 이진 변환작업"의 수행이 완료된 2차원 단면 영상으로 3차원 입체 영상을 만든 후, 기포간격계수를 산출할 때에는 이미 영상의 이진 변환작업이 완료되어 있는 3차원 입체 영상으로부터 2차원 단면 영상을 추출하여 앞서 설명한 과정을 통해서 기포간격계수를 산출할 수 있다.
그러나 이와 달리 영상의 이진 변환작업을 수행하지 않은 채 3차원 입체 영상을 형성하고, 이로부터 2차원 단면 영상을 추출하면서 각각의 추출된 2차원 단면 영상에 대하여 이진 변환작업을 수행하면서 위에서 서술한 기포간격계수 연산 작업을 수행할 수도 있다. 도 9에는 2차원 측정대상 단면 영상의 이진 변환작업 단계(S-A 단계)가 2차원 측정대상 단면 추출 단계에 후속하여 포함되어 있는 것을 보여주는 본 발명의 X선 CT 영상 이용 기포간격계수 측정방법의 과정에 대한 개략적인 방법단계의 흐름도가 도시되어 있다. 앞의 도 6의 실시예의 경우, 시편의 연속적인 단면 영상을 취득하는 단계(S1 단계)를 수행하고, 위와 같은 2차원 단면 영상에 대한 이진 변환작업 단계(S-A 단계)를 거친 후에, 영상 스택킹에 의한 시편의 3차원 입체 영상 형성 단계(S2 단계)를 수행하였으나, 도 9에 도시된 실시예처럼, 3차원 입체 영상으로부터 2차원의 측정대상 단면을 추출하는 단계(S3 단계)를 수행하면서 상기한 2차원 단면 영상에 대한 이진 변환작업 단계(S-A 단계)를 수행할 수도 있는 것이다.
본 발명에 따른 시멘트 기반 재료의 기포간격계수 측정방법은, X선 CT촬영장비, 입력장치, 연산장치, 및 출력장치(영상장치)를 포함하는 시스템에 의해 수행될 수 있으며, 방법의 수행에 필요한 입력데이터는 사용자에 의해 입력장치를 통해 입력될 수 있다. 상기 연산장치는 컴퓨터로 이루어질 수 있으며, 본 발명의 측정방법에 포함된 일련의 과정들이 상기 연산장치에서 구동되는 컴퓨터 프로그램에 의해 수행될 수 있다.

Claims (4)

  1. 시멘트 기반 재료로 제작된 시편으로부터 X선 CT 촬영에 의한 연속적인 2차원 단면 영상을 취득하는 단계(S1 단계);
    취득된 시편의 연속적인 2차원 단면 영상을 스택킹하여 3차원 입체 영상을 형성하는 단계(S2 단계);
    기포간격계수를 산출하기 위한 복수개의 2차원 측정대상 단면을 상기 3차원 입체 영상으로부터 추출하는 단계(S3 단계); 및
    추출된 복수개의 2차원의 측정대상 단면 각각에 대하여 해당 단면에 존재하는 기포를 조사하여, 복수개의 추출된 2차원 측정대상 단면 전체를 대상으로 하는 기포간격계수를 연산하는 단계(S4 단계)를 포함하는 것을 특징으로 하는 시멘트 기반 재료의 기포간격계수 측정방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 2차원 측정대상 단면을 추출하는 단계(S3 단계)에서는, 기포 조사 수행 영역의 크기, 트래버스 선(traverse line)의 수(i 값), 및 2차원의 측정대상 단면의 개수(j 값)를 선정한 후, 선정된 기포 조사 수행 영역의 크기, 트래버스 선(traverse line)의 수(i 값), 및 2차원의 측정대상 단면의 개수(j 값)에 따라 3차원 입체 영상으로부터 2차원 측정대상 단면을 추출하며;
    추출된 2차원 측정대상 단면에 대한 기포간격계수의 연산 단계(S4 단계)는, 추출된 각각의 2차원 측정대상 단면에서 트래버스 선을 교차하는 기포의 개수와, 각 트래버스 선에 존재하는 기포의 픽셀 수를 산출하는 단계(S4-1 단계); j개의 2차원 측정대상 단면 전체에 존재하는 트래버스 선의 길이 총합(TT 값)에 대한, 트래버스 선을 교차하는 기포의 총 개수(N 값)와, 전체 트래버스 선을 교차하는 기포의 총 픽셀 수를 산출하는 단계(S4-2 단계); 및 상기 TT 값, 상기 N 값, 전체 트래버스 선을 교차하는 기포의 총 픽셀 수, 및 하나의 픽셀이 차지하는 길이에 의해 기포간격계수를 연산하는 단계(S4-3 단계)를 포함하는 것을 특징으로 하는 시멘트 기반 재료의 기포간격계수 측정방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    시편의 연속적인 단면 영상을 취득하는 단계(S1 단계)를 수행하고;
    3차원 입체 영상에서 추출된 각각의 2차원 측정대상 단면에 대해, 픽셀 값에 대한 역치 T값을 정하고 영상에서 각각의 픽셀이 가지는 픽셀 값과 역치 T값을 비교하여 픽셀 값이 역치 T값 미만인 경우와, 픽셀 값이 역치 T값 이상인 경우를 이진수로 구분하여, 픽셀 값이 역치 T값 미만인 픽셀만 검은 영상으로 표현하는 영상 이진 변환작업 단계(S-A 단계)를 수행한 후;
    영상 스택킹에 의한 시편의 3차원 입체 영상 형성 단계(S2 단계)를 수행하는 것을 특징으로 하는 시멘트 기반 재료의 기포간격계수 측정방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    3차원 입체 영상으로부터 2차원의 측정대상 단면을 추출하는 단계(S3 단계)를 수행하면서,
    3차원 입체 영상에서 추출된 각각의 2차원 측정대상 단면에 대해, 픽셀 값에 대한 역치 T값을 정하고 영상에서 각각의 픽셀이 가지는 픽셀 값과 역치 T값을 비교하여 픽셀 값이 역치 T값 미만인 경우와, 픽셀 값이 역치 T값 이상인 경우를 이진수로 구분하여 픽셀 값이 역치 T값 미만인 픽셀만 검은 영상으로 표현하는 영상 이진 변환작업 단계(S-A 단계)를 수행하는 것을 특징으로 하는 시멘트 기반 재료의 기포간격계수 측정방법.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107192725A (zh) * 2017-04-14 2017-09-22 中国石油天然气股份有限公司 一种确定泡沫油中气泡大小与数量的方法及装置
CN108535156A (zh) * 2018-03-12 2018-09-14 深圳大学 水泥材料水化程度的连续跟踪测试方法
CN109211945A (zh) * 2018-08-22 2019-01-15 东南大学 一种基于离散元分析沥青混合料空隙结构的方法
KR101983476B1 (ko) * 2017-11-23 2019-05-29 울산과학기술원 영상 정보 기반 입도 분포 추정 장치 및 방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR860003561A (ko) * 1984-10-08 1986-05-26 가와사끼쥬고우교 주식회사 3차원적 입체형상의 형성방법과 형성장치
KR100875240B1 (ko) 2007-09-19 2008-12-19 한국도로공사 포장 일체형 교량 슬래브용 고성능 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 교량 슬래브 시공방법
KR20090010360A (ko) * 2007-07-23 2009-01-30 주식회사 나노시스템 래터럴 스캔을 이용한 3차원 형상 측정 시스템
KR20110090865A (ko) * 2011-06-28 2011-08-10 주식회사 고영테크놀러지 3차원 형상 측정방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR860003561A (ko) * 1984-10-08 1986-05-26 가와사끼쥬고우교 주식회사 3차원적 입체형상의 형성방법과 형성장치
KR20090010360A (ko) * 2007-07-23 2009-01-30 주식회사 나노시스템 래터럴 스캔을 이용한 3차원 형상 측정 시스템
KR100875240B1 (ko) 2007-09-19 2008-12-19 한국도로공사 포장 일체형 교량 슬래브용 고성능 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 교량 슬래브 시공방법
KR20110090865A (ko) * 2011-06-28 2011-08-10 주식회사 고영테크놀러지 3차원 형상 측정방법

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107192725A (zh) * 2017-04-14 2017-09-22 中国石油天然气股份有限公司 一种确定泡沫油中气泡大小与数量的方法及装置
KR101983476B1 (ko) * 2017-11-23 2019-05-29 울산과학기술원 영상 정보 기반 입도 분포 추정 장치 및 방법
CN108535156A (zh) * 2018-03-12 2018-09-14 深圳大学 水泥材料水化程度的连续跟踪测试方法
CN109211945A (zh) * 2018-08-22 2019-01-15 东南大学 一种基于离散元分析沥青混合料空隙结构的方法
CN109211945B (zh) * 2018-08-22 2021-03-19 东南大学 一种基于离散元分析沥青混合料空隙结构的方法

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