KR101543693B1 - 맨홀의 내부 검사장치 및 그 검사방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 맨홀의 내부에 형성되는 각종 균열 등을 정밀하게 검사할 수 있고, 또한 맨홀 내부의 수위 내지 퇴적물의 양 등을 정밀하게 측정할 수 있는 맨홀의 내부 검사장치에 관한 것이다.
본 발명에 의한 맨홀의 내부 검사장치는, 맨홀의 내부공간에서 케이블에 의해 수직방향으로 이동하는 하우징과, 상기 하우징의 하단에 설치되어 맨홀의 내부 영상을 획득하는 영상카메라와, 상기 하우징의 상단에 설치되어 맨홀의 내주벽면에 대한 열화상이미지를 획득하는 열화상카메라를 포함하고, 상기 하우징의 외주면에는 하나 이상의 광원이 설치되며, 상기 맨홀의 상부에는 상기 케이블을 수직방향으로 가이드하는 지지유닛이 설치되는 것을 특징으로 한다.

Description

맨홀의 내부 검사장치 및 그 검사방법{APPARATUS AND METHOD FOR INSPECTING THE INTERIOR OF THE MANHOLE}

본 발명은 맨홀의 내부 검사장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 맨홀의 내부에 형성되는 각종 균열 등을 정밀하게 검사할 수 있고, 또한 맨홀 내부의 수위 내지 퇴적물의 양 등을 정밀하게 측정할 수 있는 맨홀의 내부 검사장치에 관한 것이다.

통상적으로, 상수관 또는 하수관 등과 같이 지중에 매설된 관거의 내부 점검, 수리, 청소 등을 위해 사람이 출입할 수 있도록 맨홀이 설치되고, 이러한 맨홀에는 관거의 내부를 통과하는 유체를 조절하기 위한 조절밸브 등을 비롯하여 각종 장치가 설치된다.

시간이 경과함에 따라, 맨홀의 내벽에는 각종 균열이 발생하거나 맨홀의 바닥에는 각종 퇴적물이 퇴적되어 맨홀에 연결된 관거(상수관 또는 하수관)가 제 기능을 원활하게 수행하지 못할 수 있으므로 맨홀의 내부에 대한 주기적인 검사, 수리, 청소 등이 필요하다.

이러한 맨홀의 내부를 검사하는 방식으로는 단순히 맨홀의 내부를 카메라 등에 의해 촬영한 후에 그 촬영된 영상을 육안으로 판단하여 맨홀 내부의 이상 유무를 파악하는 방식이 있었다.

하지만, 맨홀의 내부 공간은 협소하고 어둡기 때문에 그 촬영된 영상의 정밀도가 낮아 내부의 균열, 퇴적물의 양 등을 정밀하게 파악하기 어려운 단점이 있었다.

이러한 단순 영상 검사의 단점을 해결하기 위하여 최근에는 특허등록 제10-1112629호(명칭: 상하수도관맨홀 시설물 검사장치, 이하 '선행특허'라 함)가 개시된 바 있으며, 이러한 선행특허는 맨홀의 내부공간에 대한 정밀하고 안정적인 검사를 위해 길이 조절이 가능한 길이조절봉이 마련되고, 길이조절봉에 거울, 카메라 등이 설치된 구성이 개시되어 있다.

하지만, 이러한 선행특허 또한 길이조절봉에 의해 맨홀의 내부를 보다 정밀하게 촬영함으로써 단순 육안 검사방식에 비해 맨홀의 이상 유무를 정확하게 파악할 수는 있지만, 촬영된 영상의 해상도가 높지 않을 경우에는 맨홀의 균열 내지 퇴적물의 양 등을 여전히 정밀하게 파악하기 어려운 단점이 있었다.

또한, 맨홀 또는 이에 연결된 관거(상수관 또는 하수관)의 어느 일부에서 이물질 등으로 인해 막힘이 발생할 경우 맨홀 내의 수위가 상승하는 경우가 있을 경우에는, 맨홀 내의 수위를 정확하게 검출하여 맨홀 또는 관거의 막힘현상을 파악할 필요가 있다.

이러한 맨홀의 수위를 검출하는 종래의 방식은 와이어 등의 단부에 수위센서를 고정한 상태에서 맨홀의 내로 와이어를 수직으로 내려 놓아 수위센서가 물과 접촉함으로써 수위센서가 맨홀 내의 수위를 검출하는 방식이었다.

하지만, 이러한 종래의 수위 검출방식은 관거를 통과하는 물의 흐름으로 인해 수위센서가 흔들려 정확한 수위의 검출이 어려운 단점이 있었다.

KR 10-1112629 B1(2012.02.15)

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 여러 단점을 해결하기 위하여 연구, 개발된 것으로, 맨홀의 내부에 형성되는 각종 균열 등을 정밀하게 검사할 수 있고, 도한 맨홀 내부의 수위 내지 퇴적물의 양 등을 정밀하게 측정함으로써 맨홀에 연결된 관거(하수도, 상수도)의 막힘을 효과적으로 검출할 수 있는 맨홀의 내부 검사장치 및 그 검사방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 맨홀의 내부 검사장치는, 맨홀의 내부공간에서 케이블에 의해 수직방향으로 이동하는 하우징과, 상기 하우징의 일단에 설치되어 맨홀의 내부 영상을 획득하는 영상카메라와, 상기 하우징의 타단에 설치되어 맨홀의 내주벽면에 대한 열화상이미지를 획득하는 열화상카메라를 포함하고, 상기 하우징의 외주면에는 하나 이상의 광원이 설치되며, 상기 맨홀의 상부에는 상기 케이블을 수직방향으로 가이드하는 지지유닛이 설치되며, 상기 열화상카메라는 맨홀 내에서 상방, 하방 중 어느 일방 이상을 바라보는 어안렌즈를 가짐으로써 맨홀의 내벽면을 360°로 전방향으로 스캔하여 맨홀의 내벽면에 대한 열화상이미지를 획득하고, 상기 열화상카메라는 열화상이미지를 열화상분석 알고리즘에 의해 그 외곽선을 추출하여 맨홀의 내벽면에 대한 균열 정보를 판정하며, 상기 열화상분석 알고리즘은 획득된 열화상이미지를 2차원 평면이미지로 전개하고, 전개된 2차원 평면이미지의 픽셀값들을 그레이스케일로 변환하며, 변환된 그레이스케일의 각 회색조를 해당하는 각 픽셀값에 저장하여 3차원 배열하고, 회색조의 값들을 이진화하며, 이진화된 회색조의 값들에 대한 세선화를 진행하며, 세선화된 영상의 외곽선들을 추적하고, 외곽선들을 연결한 후에 평활화함으로써 등고선 형태로 균열 영상을 표시할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 맨홀의 내부 검사장치에 있어서, 상기 영상카메라는 상기 하우징의 일단에서 패닝(panning) 및 틸팅(tilting)작동하도록 설치된 카메라 헤드를 가진 팬 앤 틸트 카메라(pan and tilt camera)로 이루어질 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 맨홀의 내부 검사장치는, 맨홀의 내부공간에서 케이블에 의해 수직방향으로 이동하는 하우징과, 상기 하우징의 일단에 설치되어 맨홀의 내부 영상을 획득하는 영상카메라와, 상기 하우징의 타단에 설치되어 맨홀의 내주벽면에 대한 열화상이미지를 획득하는 열화상카메라를 포함하고, 상기 하우징의 외주면에는 하나 이상의 광원이 설치되며, 상기 맨홀의 상부에는 상기 케이블을 수직방향으로 가이드하는 지지유닛이 설치되며, 상기 하우징의 일측 위치에는 맨홀 내의 수위측정 또는 맨홀 내의 퇴적물 양을 측정하기 위한 레이저빔 조사기구가 설치되고, 상기 레이저빔 조사기구는 맨홀의 수직하방으로 레이저빔을 조사하도록 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 맨홀의 내부 검사장치에 있어서, 상기 레이저빔 조사기구는 레이저빔을 발생시키는 레이저빔 발생기와, 상기 레이저빔 발생기에서 발생된 레이저빔을 외부로 투사시키는 복수의 투사개구를 가진 케이스와, 상기 케이스 내에서 투사개구에 근접하여 설치된 복수의 미러를 포함하고, 상기 복수의 투사개구는 상기 케이스의 하단 중심부에 원형으로 형성된 제1투사개구와, 상기 케이스의 하단 가장자리에 환형으로 형성된 제2투사개구로 이루어지며, 상기 복수의 미러는 제1투사개구에 인접하여 설치된 복수의 제1미러와, 레이저빔 발생기의 하단 주변을 환형으로 둘러싸도록 배치된 복수의 제2미러로 이루어지고, 상기 복수의 제1미러는 제1투사개구의 주위를 환형으로 둘러싸도록 배치되고, 제1미러들은 이동지지부에 의해 제1투사개구를 향한 경사방향으로 이동가능하게 설치될 수 있다.

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그리고 본 발명의 실시 예에 따른 맨홀의 내부 검사방법은, 상기 열화상카메라에 의해 획득된 열화상이미지를 2차원 평면이미지로 전개하는 단계와, 상기 전개된 2차원 평면이미지의 픽셀값들을 그레이스케일로 변환하는 단계와, 상기 변환된 그레이스케일의 각 회색조를 해당하는 각 픽셀값에 저장하여 3차원 배열하는 단계와, 상기 회색조의 값들을 이진화하하는 단계와, 상기 이진화된 회색조의 값들에 대한 세선화를 진행하는 단계와, 상기 세선화된 영상의 외곽선들을 추적하는 단계와, 상기 외곽선들을 연결하는 단계와, 상기 외곽선 연결 단계 후에 평활화하는 단계 및 상기 평활화 과정을 거침으로써 등고선 형태로 균열 영상을 표시하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명에 의하면, 맨홀 내에서 수직방향으로 이동하는 하우징에 영상카메라및 열화상카메라를 설치하여 맨홀의 내부에 형성되는 각종 균열 등을 정밀하게 검사할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 하우징에 레이저빔 조사기구를 설치하여 맨홀 내부의 수위 내지 퇴적물의 양 등을 정밀하게 측정함으로써 맨홀에 연결된 관거(하수도, 상수도) 등의 막힘을 효과적으로 검출할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 맨홀의 내부 검사장치를 도시한 구성도이다.
도 2는 도 1의 화살표 A 부분을 확대하여 도시한 도면이다.
도 3은 도 1의 화살표 B 부분을 확대하여 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 의한 맨홀의 내부 검사장치의 레이저빔 조사기구를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명에 이용되는 레이저빔 조사기구에서 레이저빔이 제1투사개구를 통해 조사되는 상태를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 이용되는 레이저빔 조사기구에서 레이저빔이 제2투사개구를 통해 조사되는 상태를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명에 의한 맨홀의 내부 검사장치가 맨홀 내에서 수직으로 이동할 때 영상카메라가 특정지점(북쪽, N)을 향한 상태를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명에 의한 맨홀의 내부 검사장치가 맨홀 내에서 수직으로 이동할 때 케이블의 흔들림으로 인해 영상카메라가 요동하여 특정지점(북쪽, N)을 벗어난 상태를 나타낸 도면이다.
도 9는 나침반센서에 의해 영상카메라의 요동을 감지하여 영상카메라의 카메라 헤드를 원위치로 복귀시키는 보정작동을 수행하는 상태를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명에 이용되는 레이저빔 조사기구에 의해 맨홀 내의 수위를 검출하는 과정을 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명에 이용되는 레이저빔 조사기구에 의해 맨홀 내의 퇴적물 양을 검출하는 과정을 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명에 따른 열화상카메라의 열화상분석알고리즘을 이용한 맨홀의 내부 검사장치를 도시한 순서도이다.
도 13은 본 발명에 이용되는 열화상카메라에 의해 획득된 열화상이미지를 2차원 평면이미지로 전개한 상태를 나타낸 도면이다.
도 14는 도 13의 2차원 평면이미지를 그레이스케일로 변환한 상태를 나타낸 도면이다.
도 15는 2차원 평면이미지에서 X축, Y축 상의 좌표값을 가진 픽셀값에서 회색조의 값을 저장함으로써 3차원화한 상태를 나타낸 도면이다.
도 16은 5단계로 구분된 그레이스케일을 예시한 도면이다.
도 17은 5단계로 구분된 그레이스케일을 이진화과정을 도시한 도면이다.
도 18은 2차원 평면이미지의 이진화를 예시한 도면이다.
도 19는 본 발명에 이용되는 열화상카메라의 열화상분석알고리즘에 의해 구현되는 등고선 형태의 균열 영상을 예시한 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 참고로, 본 발명을 설명하는 데 참조하는 도면에 도시된 구성요소의 크기, 선의 두께 등은 이해의 편의상 다소 과장되게 표현되어 있을 수 있다. 또, 본 발명의 설명에 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의한 것이므로 사용자, 운용자 의도, 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 이 용어에 대한 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내리는 것이 마땅하겠다.

도 1 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 맨홀의 내부 검사장치를 도시한 도면이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 맨홀의 내부 검사장치(10)는 케이블(21)에 의해 맨홀(1)의 내부공간에 수직방향으로 투입되는 하우징(11)과, 하우징(11)의 일단에 설치되어 맨홀(1)의 내부 영상을 획득하는 영상카메라(12)와, 하우징(11)의 타단에 설치되어 맨홀(1)의 내벽면에 대한 열화상이미지를 획득하는 열화상카메라(13)를 포함한다.

하우징(11)에는 케이블(21)이 연결되고, 케이블(21)은 맨홀(1)의 외부 지상에 배치된 케이블 권취기(23)에 감기거나 풀리도록 설치된다. 케이블 권취기(23)에 의해 케이블(21)이 감기거나 풀림에 따라 케이블(21)은 맨홀(1)의 내부로 수직방향으로 이동한다.

그리고, 케이블 권취기(23)에 인접하여 케이블(21)의 풀린길이를 측정하는 케이블 카운터(26)가 설치되고, 케이블 권취기(23)가 위치한 맨홀(1)의 외부 지상에는 제어부(18) 및 모니터(19) 등이 설치되어 있다.

맨홀(1)의 상부에는 케이블(21)을 맨홀(1)의 내부에서 수직방향으로 안정되게 가이드하는 지지유닛(30)이 설치된다. 지지유닛(30)은 복수의 지지다리(31)와, 지지다리(31)들의 상단이 조립되는 상부조립부(33)로 이루어진다. 이에, 지지유닛(30)은 카메라 삼각대 등과 같이 복수의 지지다리(31)가 상부조립부(33)에 상호 조립되어 상부로 갈수록 그 폭이 좁아지는 구조로 이루어진다.

그리고, 지지유닛(30)의 상부에는 케이블 권취기(23)로부터 풀려져 맨홀(1)의 내부에서 수직방향으로 안정되게 가이드하는 가이드롤러(32)가 설치된다.

지지유닛(30)의 상부조립부(33)에는 수평조절센서(35)가 설치되고, 각 지지다리(31)의 하단에는 수평조절유닛(40)이 개별적으로 설치된다. 이러한 수평조절센서(35)와 수평조절유닛(40)을 이용하여 지지유닛(30)의 수평상태를 보다 정확하게 유지할 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 수평조절유닛(40)은 각 지지다리(31)의 하단에 경사지게 배치된 제1조절실린더(41)와, 제1조절실린더(41)의 하단에 설치된 평탄도가 확보된 베이스(42)와, 제1조절실린더(41)에 대해 평행하게 설치된 제2조절실린더(43)를 포함한다.

제1조절실린더(41)는 업쇼버 등과 같이 유압 또는 공압 등에 의해 작동하는 제1실린더몸체(41a)에 대해 전후진작동하는 제1조절부재(41b)로 이루어진다. 제1실린더몸체(41a)의 하단에는 베이스(42)에 피벗가능하게 연결되고, 제1조절부재(41b)의 상단은 지지다리(31)의 하단에 피벗가능하게 연결된다.

제2조절실린더(43)는 업쇼버 등과 같이 유압 또는 공압에 의해 작동하는 제2실린더몸체(43a)에 대해 전후진작동하는 제2조절부재(43b)로 이루어진다. 제2실린더몸체(43a)의 하단에는 베이스(42)에 피벗가능하게 연결되고, 제2조절부재(43b)의 상단은 지지다리(31)의 하단에 피벗가능하게 연결된다.

그리고, 제2조절실린더(43)는 연결부재(44)에 의해 제1조절실린더(41)에 함께 작동하도록 연결된다. 특히, 연결부재(44)의 양단부는 제1조절부재(41b)와 제2조절부재(43b)에 피벗가능하에 연결됨으로써 보다 안정적이고 정밀한 지지유닛(30)의 수평조절을 구현할 수 있다.

이러한 구성에 따르면, 수평조절센서(35)에 의해 지지유닛(30)의 수평상태가 제어부(18)에 전송되면, 제어부(15)는 지지유닛(30)의 정확한 수평상태를 유지하고자 각 지지다리(31)의 수평조절유닛(40)에 개별적으로 제어신호를 전송하고, 이에 각 수평조절유닛(40)의 조절실린더(41) 및 제2조절실린더(43)가 작동함에 따라 지지유닛(30)은 보다 정밀한 수평상태를 유지할 수 있다.

하우징(11)의 상단에는 결속부(11a)가 마련되고, 이러한 하우징(11)의 결속부(11a)에 케이블(21)의 하단이 결속됨으로써 하우징(11)은 케이블(21)의 수직이동에 대응하여 맨홀(1)의 내부에서 수직방향으로 이동한다.

하우징(11)의 외주면에는 하나 이상의 광원(15)이 설치되고, 이러한 광원(15)에 의해 맨홀(1)의 어두운 내부공간을 밝혀주어 영상카메라(12)는 맨홀(1)의 내부영상을 선명하게 촬영할 수 있다.

영상카메라(12)는 하우징(11)의 일단에 설치되고, 열화상카메라(13)는 하우징(11)의 타단에 설치되며, 영상카메라(12)와 열화상카메라(13)는 하우징(11)의 양단에 상호 대향되게 설치된다. 도 1 및 도 2에서는 영상카메라(12)는 하우징(11)의 하단에 배치되고, 열화상카메라(13)는 하우징(11)의 상단에 배치됨이 예시되어 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 영상카메라(12)는 하우징(11)의 상단에 배치되고, 열화상카메라(13)는 하우징(11)의 하단에 배치될 수도 있다.

영상카메라(12)는 하우징(11)의 일단에 패닝(panning, 수평 회전) 및 틸팅(tilting, 수직 회전)작동하도록 설치된 카메라 헤드(12a)를 가진 팬 앤 틸트 카메라(pan and tilt camera)로 구성된다.

예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이, 영상카메라(12)는 카메라 헤드(12a)와, 카메라 헤드(12a)가 틸팅가능하게 설치되는 장착브라켓(12b)과, 장착브라켓(12b)의 일측에 설치되어 카메라 헤드(12a)를 틸팅작동시키는 틸트 모터(12c, tilt motor)와, 장착브라켓(12b)의 상부에 설치되어 카메라 헤드(12a)를 패닝작동시키는 팬 모터(12d, pan motor)를 포함한다.

카메라 헤드(12a)는 장착브라켓(12b)의 단부에 틸팅축(12e)을 매개로 틸팅가능하게 설치되고, 이 틸팅축(12e)을 틸팅방향(tilting direction, 도 2의 화살표 T방향 참조)으로 회전시키도록 틸트 모터(12c)가 장착브라켓(12b)의 일측에 설치된다.

장착브라켓(12b)의 상부에는 팬 회동체(12f)가 구비되고, 팬 회동체(12f)는 하우징(11)의 지지보스(11f)에 회전가능하게 설치된다. 그리고, 팬 회동체(12f)의 상부에는 팬 회동체(12f)를 패닝방향(panning direction, 도 2의 화살표 P방향 참조)으로 회전시키는 팬 모터(12d)가 설치되고, 팬 모터(12d)는 하우징(11)의 하부에 안정적으로 설치되어 있다.

팬 회동체(12f)와 하우징(11)의 지지보스(11f) 사이에는 베어링 등과 같은 회전지지부재(14)가 설치되고, 이에 팬 회동체(12f)는 보다 부드럽고 안정적으로 패닝방향으로 회전할 수 있다.

한편, 케이블(21)이 케이블 권취기(23)에서 풀려져 맨홀(1) 내에서 하부방향으로 이동할 때 케이블(21)의 흔들림으로 인해 하우징(11)이 요동함에 따라 영상카메라(12)의 카메라 헤드(12a)는 맨홀(1)의 내주면 등에 대한 선명한 영상을 촬영하기 어려운 점이 있으므로, 이러한 하우징(11) 및 카메라 헤드(12a)의 요동을 방지하기 위하여 카메라 헤드(12a)의 일측에 나침반센서(17)가 설치되고, 나침반센서(17)는 제어부(18)에 전기적으로 접속되어 하우징(11) 및 카메라 헤드(12a)의 요동을 보정하도록 구성된다.

도 7과 같이, 영상카메라(12)의 카메라 헤드(12a)가 특정지점(예컨대, 북쪽(N))을 향한 상태로 내려가는 도중에, 케이블(21)의 흔들림으로 인해 하우징(11)이 요동할 경우, 도 8과 같이 영상카메라(12)의 카메라 헤드(12a)는 특정지점(북쪽(N))에서 벗어난 위치를 향한 상태가 된다. 이에 나침반센서(17)는 이를 제어부(18)로 전송하며, 제어부(18)는 팬 모터(12d)의 구동을 제어함으로써 도 9와 같이 카메라 헤드(12a)를 반대로 회전시켜 원위치(원래의 특정지점을 향하는 위치)로 복귀시키는 보정작동을 수행할 수 있다.

열화상카메라(13)는 어안렌즈(13a)를 가진 구조로 이루어지고, 어안렌즈(13a)가 맨홀(1) 내에서 상부를 바라보도록 하우징(11)의 상단에 설치되어 맨홀(1)의 내벽면에 대한 열화상이미지를 획득할 수 있다. 특히, 어안렌즈(13a)는 렌즈화각이 180°로 이루어짐에 따라 하우징(11)이 수직하방으로 이동함에 따라 열화상카메라(13)는 맨홀(1)의 내벽면을 360°로 전방향으로 스캔하여 렌즈에서 가까운 거리의 맨홀(1)의 내벽면에 대한 열화상이미지를 명확하게 획득할 수 있다.

열화상카메라(13)에 의해 획득된 열화상이미지는 제어부(18)에 기 입력된 열화상분석 알고리즘에 의해 그 외곽선이 추출되어 맨홀(1)의 내벽면에서의 균열 정보 등을 판정하는 데 이용될 수 있으며, 열화상분석알고리즘에 의한 균열 정보 추출방식을 도 12 내지 도 19를 참조하여 다음과 같이 상세히 설명한다.

먼저, 열화상카메라(13)에 의해 획득된 열화상이미지는 도 13과 같이 2차원 평면이미지로 전개한다(S1). 여기서, 색상이 짙은 부분이 맨홀(1)의 내벽면에서 균열이 발생한 부분으로, 이는 균열에는 물이 흐르거나 흘렀기 때문에 균열이 없는 부분과는 온도차이로 인해 그 색상이 다르게 나타난다.

그런 다음에, 도 14와 같이 2차원 평면이미지의 픽셀값들을 그레이스케일(greyscale)로 변환한다(S2). 이렇게 변환된 그레이스케일을 통해 회색조(grey)의 값이 있는 부분은 균열에 해당되고, 회색조의 값은 농도와 면적에 따라 균열의 정도가 다르게 형성되어 있다. 본 실시예에서는 도 16과 같이, 5단계로 구분된 회색조의 값을 가진 그레이스케일로 변환한다.

2차원 평면이미지는 도 15와 같이, 2차원 배열로 이루어져 있으므로 각 픽셀은 X, Y의 좌표값으로 표시된다. 예컨대, (1, 1)의 픽셀값은 X축의 좌표값인 1과 Y축의 좌표값인 1을 가지고, (2, 1)은 X축의 좌표값인 2와 Y축의 좌표값인 1을 가지며, (3, 1)의 픽셀값은 X축의 좌표값인 3과 Y축의 좌표값인 1을 가진다.

이러한 2차원 평면이미지의 각 픽셀값에 5단계로 구분된 회색조의 값(도 16 참조)을 추가하여 저장함으로써 3차원 배열로 만든다(S3). 도 15에 예시된 바와 같이, (2, 2)의 픽셀값이 회색조 3급의 값을 갖는 경우에는 (2, 2, 3)으로 표시된다. 즉, 모든 픽셀값은 (X, Y, 회색조 단계)로 모든 영상 프레임마다 데이터베이스(DB)로 변환되어 저장된다.

그런 다음에, 도 18과 같이 회색조의 값 중에서 임계값을 정하여 그 임계값과 비교하여 회색조의 값을 이진화한다(S4). 도 17에 예시된 바와 같이, 5급 및 4급을 5급으로 통합하고, 1급 및 2급을 1급으로 통합하며, 3급을 세분화하여 5급 또는 1급에 통합한다. 이러한 이진화를 통해, 회색조들은 농도가 높은 회색조(5급의 회색조)와 농도가 낮은 회색조(1급의 회색조)로 보다 명확하게 구분된다. 그리고, S3단계의 회색조 면적과 S4단계의 회색조 면적을 농도에 따라 비교하여 각 픽셀값에 저장한다.

그리고, 이진화된 회색조의 값에 대한 세선화 과정을 진행한다(S5). 여기서, 이진화된 회색조의 값에서 농도가 높은 회색조(5급의 회색조)의 픽셀만을 남기고 농도가 낮은 회색조(1급의 회색조)의 픽셀을 제거함으로써 픽셀들을 선명하게 세선화한다.

그런 다음, 외곽선들을 추적하고(S6), 외곽선들을 연결하며(S7), 평활화(S8)한다. 이러한 과정을 거치면서 점차 순차적으로 농도가 낮은 회색조(1급의 회색조)들이 제거되어 농도가 높은 회색조(5급의 회색조)만이 남게 된다.

평활화단계 이후에는 픽셀들을 3차원 배열로 다시 데이터베이스에 저장하고, 이에 따라 데이터베이스에는 그레이스케일단계(S2)의 값, 이진화단계(S4)의 값, 평활화단계(S8)의 값을 각각 저장함에 따라, 도 19와 같이 3개의 데이터가 서로 다른 명암의 등고선 형태로 균열이 표시될 수 있다. 여기서, 가장 안쪽 부분(C3)은 농도가 가장 높은 부분으로 평활화단계(S8)의 값에 해당하고, 그 다음의 바깥 부분(C2)은 그 다음으로 농도가 높은 부분으로 이진화단계(S4)의 값에 해당하며, 가장 바깥부분(C1)은 농도가 가장 낮은 부분으로 그레이스케일단계(S2)의 값에 해당한다. 이렇게 표시된 등고선 형태에서, 그레이스케일단계(S2)의 값은 현재 진행되는 균열로 판정될 수 있고, 이진화단계(S4)의 값은 중기단계로 진행되는 균열로 판정될 수 있으며, 평활화단계(S8)의 값은 초기단계로 진행되는 균열로 판정될 수 있다.

이상과 같은 열화상분석알고리즘을 통해, 맨홀(1)의 내벽면에 생성된 균열이 등고선 형태로 표시됨에 따라, 균열의 진행상황 등을 등고선들 사이의 간격을 통해 용이하게 판단할 수 있다. 예컨대, 등고속의 간격이 좁게 형성될 경우에는 균열의 가속이 급속하게 진행되는 등급으로 저장될 수 있고, 등고선의 간격이 넓게 형성될 경우에는 균열의 가속이 완만하게 진행되는 등급으로 저장될 수 있다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 하우징(11)의 일측 위치에는 특히, 영상카메라(12)에 인접한 위치에는 맨홀(1) 내의 수위측정 또는 맨홀(1) 내의 퇴적물 양 등을 측정하기 위한 레이저빔 조사기구(50)가 설치될 수 있다. 레이저빔 조사기구(50)는 맨홀(1)의 바닥면을 향해 레이저빔을 조사하도록 구성된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 레이저빔 조사기구(50)는 레이저빔을 발생시키는 레이저빔 발생기(51)와, 레이저빔 발생기(51)에서 발생된 레이저빔을 외부로 투사시키는 복수의 투사개구(52a, 52b)를 가진 케이스(52)와, 케이스(52) 내에서 투사개구(52a, 52b)에 근접하여 설치된 복수의 미러(53, 54)를 포함한다.

레이저빔 발생기(51)는 케이스(52)의 내부 중심부에 설치된다.

복수의 투사개구(52a, 52b)는 케이스(52)의 하단 중심부에 원형으로 형성된 제1투사개구(52a)와, 케이스(52)의 하단 가장자리에 환형으로 형성된 제2투사개구(52b)로 이루어진다.

복수의 미러(53, 54)는 제1투사개구(52a)에 인접하여 설치된 복수의 제1미러(53)와, 레이저빔 발생기(51)의 하단 주변을 환형으로 둘러싸도록 배치된 복수의 제2미러(54)로 이루어진다.

복수의 제1미러(53)는 제1투사개구(52a)의 주위를 환형으로 둘러싸도록 배치되고, 제1미러(53)들은 이동지지부(53a)에 의해 제1투사개구(52a)를 향한 경사방향으로 이동가능하게 설치된다.

이상과 같이 구성된 레이저빔 조사기구(50)에 의하면, 제1미러(53)들이 제1투사개구(52a)를 폐쇄하지 않은 상태에서 레이저빔 발생기(51)에서 발생된 레이저빔은 도 5(a)와 같이 제1투사개구(52a)만을 통과하고, 이에 도 5(b)와 같이 원형의 레이저빔(La)이 조사된다.

그리고, 제1미러(53)들이 제1투사개구(52a)로 이동하여 도 6(a)와 같이 제1투사개구(52a)를 폐쇄하는 상태에서, 레이저빔 발생기(51)에서 발생된 레이저빔은 도 6(a)와 같이 제1미러(53)들과 제2미러(54)를 사이에서 반사된 후에 제2투사개구(52b)를 통과하고, 이에 도 6(b)와 같이 환형의 레이저빔(Lb)이 조사된다.

이상과 같이 구성된 레이저빔 조사기구(50)에 의해, 도 10에 도시된 바와 같이 환형의 레이저빔을 조사하여 맨홀(1) 내의 수위를 매우 정확하게 검출할 수 있다. 레이저빔 조사기구(50)에 의한 수위 검출방식을 보다 상세히 살펴보면 다음과 같다.

제1투사개구(52a)를 통해 레이저빔을 유체의 수면 위로 조사하여 도 5(b)와 같이 원형의 레이저빔(La)을 형성한 이후에 제1투사개구(52a)를 향해 제1미러(53)들을 점진적으로 이동시키면, 제2투사개구(52b)를 통과한 환형의 레이저빔(Lb)이 외경방향으로 확대되면서 조사된다. 이에 따라 관거(2)를 통과하는 유체의 수위가 맨홀(1)의 내벽면까지 올라오지 않을 경우에는 레이저빔의 별다른 굴절이 일어나지 않으므로 도 6(b)와 같이 환형의 레이저빔(Lb)이 영상카메라(12)에 의해 획득될 수 있다. 그리고, 도 9와 같이 관거(2)를 통과하는 유체의 수면이 맨홀(1)의 내벽면까지 상승하면, 맨홀(1)의 내벽면과 수면(WL)이 만나는 지점에서 레이저빔의 굴절이 일어남에 따라 도 6(c)와 같이 굴절된 타원형의 레이저빔(Lc)이 영상카메라(12)에 의해 획득될 수 있다.

이와 같이 굴절된 타원형의 레이저빔(Lc)이 영상카메라(12)에 의해 획득되어 제어부(18)로 전송되고, 영상카메라(12)에 의해 획득된 굴절된 레이저빔(Lc)의 정보는 회색조변환, 이진화, 세선화과정을 거쳐 저장된다. 이는 레이저빔의 영상에 대한 화질을 향상시켜 프레임 간의 비교시 오차율을 낮추기 위함이다. 그리고, 제어부(18)는 거리판정알고리즘에 의해 맨홀(1)의 내벽면까지 상승한 유체의 수위를 정밀하게 연산한다. 제어부(18)는 거리판정알고리즘을 이용하여 레이저빔이 유체의 수면(WL)과 접촉한 지점에 대한 수직거리 즉, 영상카메라(12)와 수면(WL) 사이의 거리(h1)가 연산되고, 케이블 카운터(26)에 의해 연산된 케이블(21)의 풀린 길이를 통해 영상카메라(12)가 맨홀(1) 내에 투입된 수직깊이(h2)가 연산된다. 이에, 제어부(18)의 연산부는 영상카메라(12)와 수면 사이의 수직거리(h1)와 영상카메라(12)가 맨홀(1) 내에 투입된 수직깊이(h2)의 합을 맨홀(1)의 전체 길이(h)에서 감하여 유체의 수위(t)를 연산한다(t = h-(h1+h2)).

한편, 지표면이 경사지게 형성된 경우에도 수평조절유닛(40)에 의해 지지유닛(30)의 수평상태를 유지하여 영상카메라(12)가 맨홀(1) 내에 투입된 수직깊이(h2)를 정밀하게 측정할 수 있음과 더불어, 레이저빔 조사기구(50)의 레이저빔 조사에 의해 영상카메라(12)와 수면 사이의 수직거리(h1)를 정밀하게 측정할 수 있다. 즉, 본 발명은 지표면의 경사에 영향을 받지 않으면서 수위를 정밀하게 산출해낼 수 있는 장점이 있다.

또한, 레이저빔 조사기구(50)에 의해 도 11에 도시된 바와 같이 환형의 레이저빔을 조사하여 맨홀(1) 내의 퇴적물 양을 매우 정확하게 검출할 수 있다.

이러한 레이저빔 조사기구(50)에 의한 퇴적물의 양을 검출하는 방식을 보다 상세히 살펴보면 다음과 같다.

제1투사개구(52a)를 통해 레이저빔을 퇴적물(S)로 조사함으로써 도 5(b)와 같이 원형의 레이저빔(La)을 형성한 이후에 제1투사개구(52a)를 향해 제1미러(53)들을 점진적으로 이동시킴으로써 제2투사개구(52b)를 통과한 환형의 레이저빔이 외경방향으로 확대되면서 조사된다. 이렇게 조사되는 환형의 레이저빔를 통해 맨홀(1) 내의 퇴적물(S)의 상부 표면이 3차원적으로 스캔되며, 이렇게 스캔된 영상은 영상카메라(12)에 의해 획득되어 제어부(18)로 전송된다.

제어부(18)에서는 스캔된 퇴적물(S)의 영상에 대해 회색조변환, 이진화, 세선화과정을 거친 이후에, 이러한 측정정보와 물리적 연산방법 등으로 케이블(21)의 풀린 길이와의 길이 비교 등을 거쳐 3차원으로 파악된 퇴적물(S)의 높이정보를 수집하고, 그 수집된 높이정보와 면적정보(각 맨홀에 대해 특정되어 있음)를 바탕으로 퇴적물(S)의 양을 연산할 수 있다.

이상, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 이 명세서에 개시된 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 한정되지 않으며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 이내에서 당업자에 의하여 다양하게 변형될 수 있다.

1: 맨홀 2: 관거
10: 맨홀의 내부 검사장치 11: 하우징
12: 영상카메라 13: 열화상카메라
21: 케이블 23: 케이블 권취기
26: 케이블 카운터 30: 지지유닛
31: 지지다리 32: 가이드롤러
40: 수평조절유닛 50: 레이저빔 조사기구

Claims (8)

1. 맨홀의 내부공간에서 케이블에 의해 수직방향으로 이동하는 하우징과,
   상기 하우징의 일단에 설치되어 맨홀의 내부 영상을 획득하는 영상카메라와,
   상기 하우징의 타단에 설치되어 맨홀의 내주벽면에 대한 열화상이미지를 획득하는 열화상카메라를 포함하고,
   상기 하우징의 외주면에는 하나 이상의 광원이 설치되며, 상기 맨홀의 상부에는 상기 케이블을 수직방향으로 가이드하는 지지유닛이 설치되며,
   상기 열화상카메라는 맨홀 내에서 상방, 하방 중 어느 일방 이상을 바라보는 어안렌즈를 가짐으로써 맨홀의 내벽면을 360°로 전방향으로 스캔하여 맨홀의 내벽면에 대한 열화상이미지를 획득하고,
   상기 열화상카메라는 열화상이미지를 열화상분석 알고리즘에 의해 그 외곽선을 추출하여 맨홀의 내벽면에 대한 균열 정보를 판정하며,
   상기 열화상분석 알고리즘은 획득된 열화상이미지를 2차원 평면이미지로 전개하고, 전개된 2차원 평면이미지의 픽셀값들을 그레이스케일로 변환하며, 변환된 그레이스케일의 각 회색조를 해당하는 각 픽셀값에 저장하여 3차원 배열하고, 회색조의 값들을 이진화하며, 이진화된 회색조의 값들에 대한 세선화를 진행하며, 세선화된 영상의 외곽선들을 추적하고, 외곽선들을 연결한 후에 평활화함으로써 등고선 형태로 균열 영상을 표시하는 것을 특징으로 하는 맨홀의 내부 검사장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 영상카메라는 상기 하우징의 일단에서 패닝(panning) 및 틸팅(tilting)작동하도록 설치된 카메라 헤드를 가진 팬 앤 틸트 카메라(pan and tilt camera)인 것을 특징으로 하는 맨홀의 내부 검사장치.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 맨홀의 내부공간에서 케이블에 의해 수직방향으로 이동하는 하우징과,
   상기 하우징의 일단에 설치되어 맨홀의 내부 영상을 획득하는 영상카메라와,
   상기 하우징의 타단에 설치되어 맨홀의 내주벽면에 대한 열화상이미지를 획득하는 열화상카메라를 포함하고,
   상기 하우징의 외주면에는 하나 이상의 광원이 설치되며, 상기 맨홀의 상부에는 상기 케이블을 수직방향으로 가이드하는 지지유닛이 설치되며,
   상기 하우징의 일측 위치에는 맨홀 내의 수위측정 또는 맨홀 내의 퇴적물 양을 측정하기 위한 레이저빔 조사기구가 설치되고, 상기 레이저빔 조사기구는 맨홀의 수직하방으로 레이저빔을 조사하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 맨홀의 내부 검사장치.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 레이저빔 조사기구는 레이저빔을 발생시키는 레이저빔 발생기와, 상기 레이저빔 발생기에서 발생된 레이저빔을 외부로 투사시키는 복수의 투사개구를 가진 케이스와, 상기 케이스 내에서 투사개구에 근접하여 설치된 복수의 미러를 포함하고,
   상기 복수의 투사개구는 상기 케이스의 하단 중심부에 원형으로 형성된 제1투사개구와, 상기 케이스의 하단 가장자리에 환형으로 형성된 제2투사개구로 이루어지며,
   상기 복수의 미러는 제1투사개구에 인접하여 설치된 복수의 제1미러와, 레이저빔 발생기의 하단 주변을 환형으로 둘러싸도록 배치된 복수의 제2미러로 이루어지고,
   상기 복수의 제1미러는 제1투사개구의 주위를 환형으로 둘러싸도록 배치되고, 제1미러들은 이동지지부에 의해 제1투사개구를 향한 경사방향으로 이동가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 맨홀의 내부 검사장치.
8. 열화상카메라를 가진 맨홀의 내부 검사장치에 의해 맨홀의 내부를 검사하는 맨홀의 내부 검사방법으로,
   상기 열화상카메라에 의해 획득된 열화상이미지를 2차원 평면이미지로 전개하는 단계와,
   상기 전개된 2차원 평면이미지의 픽셀값들을 그레이스케일로 변환하는 단계와,
   상기 변환된 그레이스케일의 각 회색조를 해당하는 각 픽셀값에 저장하여 3차원 배열하는 단계와,
   상기 회색조의 값들을 이진화하는 단계와,
   상기 이진화된 회색조의 값들에 대한 세선화를 진행하는 단계와,
   상기 세선화된 영상의 외곽선들을 추적하는 단계와,
   상기 외곽선들을 연결하는 단계와,
   상기 외곽선 연결 단계 후에 평활화하는 단계 및,
   상기 평활화 과정을 거침으로써 등고선 형태로 균열 영상을 표시하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 맨홀의 내부 검사방법.
   

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