KR101687710B1 - 이물질 탐지 장치 및 그 방법 - Google Patents

이물질 탐지 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 물체를 향해 지면과 기설정된 각도로 레이저 빔을 조사하는 레이저 발생부; 상기 레이저 빔이 상기 물체에 인가되어 발생하는 양광부와 음영부의 영상 정보를 획득하는 영상 획득부; 및 상기 획득된 양광부와 음영부의 영상 정보를 각각 일정 밝기 수준을 기준으로 분리하고, 상기 분리된 영상 정보를 설정된 기준에 의해 이물질로 판별하는 이물질 판별부를 포함하는 이물질 탐지 장치에 관한 것이다. 또한 본 발명은 물체를 향해 지면과 기설정된 각도로 레이저 빔을 조사하는 단계; 상기 레이저 빔이 상기 물체에 인가되어 발생하는 양광부와 음영부의 영상 정보를 획득하는 단계; 및 상기 획득된 양광부와 음영부의 영상 정보를 각각 일정 밝기 수준을 기준으로 분리하고, 상기 분리된 영상 정보를 설정된 기준에 의해 이물질로 판별하는 단계를 포함하는 이물질 탐지 방법에 관한 것이다.

Description

이물질 탐지 장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DETECTING FOREIGN OBJECT DEBRIS}
본 발명은 지면에 있는 이물질을 탐지하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
공항의 활주로나 정밀한 작업이 수행되어야 하는 분야에서 이물질의 존재는 심각한 문제를 야기할 수 있게 된다. 이에 이물질(Foreign Object Debris, 이하 FOD라 한다.)을 탐지하는 장치 및 그 방법에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 종래의 이동식 FOD 탐지 장치는 밀리미터파(70~90 GHz)를 이용하여 능동형 레이더장치를 구성하는 경우와 라인 레이저빔을 광원으로 삼각 측량법을 이용하여 고속 카메라에서의 영상 처리를 이용하는 라인스캐너 장치가 있다.
능동형 레이더 장치는 그 측정 범위가 넓고 원거리 측정에는 용이하지만, 물체의 성분과 형태에 따라 전자파의 반사율이 달라 공간 분해능이 떨어져 오탐지율이 높은 단점이 있다. 또한, 라인스캐너 장치는 영상 데이터의 고속 처리에 고가의 전자 장비 및 정밀 광학계가 요구되어 큰 비용이 드는 단점이 있다. 이에 큰 비용이 들지 않으면서도 정밀하고 정확하게 이물질의 탐지를 효과적으로 수행하는 장치의 필요성이 대두된다.
본 발명의 일 목적은 지면에 위치하는 이물질을 탐지하여, 그 종류 및 위치에 관한 정보를 추출할 수 있는 장치를 제안하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은 이물질을 정밀하고 효율적으로 탐지하는 방법을 제안하기 위한 것이다.
상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예와 관련된 이물질 탐지 장치는 물체를 향해 지면과 기설정된 각도로 레이저 빔을 조사하는 레이저 발생부; 상기 레이저 빔이 상기 물체에 인가되어 발생하는 양광부와 음영부의 영상 정보를 획득하는 영상 획득부; 및 상기 획득된 양광부와 음영부의 영상 정보를 각각 일정 밝기 수준을 기준으로 분리하고, 상기 분리된 영상 정보를 설정된 기준에 의해 이물질로 판별하는 이물질 판별부를 포함한다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 이물질 판별부는, 상기 획득된 영상 정보로부터 제1 밝기 레벨 이상의 픽셀들로 이루어지는 양광부의 부분 영상 정보 및 제2 밝기 레벨 이하의 픽셀들로 이루어지는 음영부의 부분 영상 정보로 분리시키는 영상 분리부; 상기 분리된 양광부 및 음영부의 부분 영상 정보를 설정된 기준에 의해 이물질로 판정하고, 상기 이물질로 판정된 영상 정보를 추출하는 영상 적합성 판정부; 및 데이터 베이스에 저장된 영상 정보와 상기 추출된 영상 정보를 비교하여 상기 이물질의 종류를 판별하고, 상기 추출된 영상 정보로부터 상기 이물질의 위치 정보를 수신하는 비교 판별부를 포함한다.
본 발명과 관련된 또 다른 일 예에 따르면, 상기 영상 획득부는 상기 레이저 빔에 의한 영상 정보 외에 상기 물체 주변의 배경광에 의해 발생하는 영상 정보의 수신을 차단하기 위한 레이저 라인필터를 포함한다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 영상 적합성 판정부는 상기 분리된 양광부 및 음영부의 부분 영상 정보로부터 픽셀의 갯수가 기준 값을 넘는지를 통해 기준 크기 이상인지 판단하여 이물질의 영상 정보로 판정할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 영상 적합성 판정부는 상기 양광부의 부분 영상 정보와 상기 음영부의 부분 영상 정보가 서로 근접해 위치되는지를 통해 이물질의 영상 정보인지를 판정할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 영상 적합성 판정부는 상기 레이저 빔의 조사 방향을 따라 상기 양광부의 부분 영상 정보와 상기 음영부의 부분 영상 정보 순으로 위치되는지를 판단하여 이물질의 영상 정보인지 판정할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 판별된 이물질의 종류와 상기 이물질의 위치 정보를 수신하여 그 결과를 표시하는 데이터 출력부를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시예와 관련된 이물질 탐지 방법은 물체를 향해 지면과 기설정된 각도로 레이저 빔을 조사하는 단계; 상기 레이저 빔이 상기 물체에 인가되어 발생하는 양광부와 음영부의 영상 정보를 획득하는 단계; 및 상기 획득된 양광부와 음영부의 영상 정보를 각각 일정 밝기 수준을 기준으로 분리하고, 상기 분리된 영상 정보를 설정된 기준에 의해 이물질로 판별하는 단계를 포함한다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 이물질을 판별하는 단계는, 상기 획득된 영상 정보로부터 제1 밝기 레벨 이상의 픽셀들로 이루어지는 양광부의 부분 영상 정보 및 제2 밝기 레벨 이하의 픽셀들로 이루어지는 음영부의 부분 영상 정보를 분리시키는 단계; 상기 분리된 양광부 및 음영부의 부분 영상 정보를 설정된 기준에 의해 이물질로 판정하고, 상기 이물질로 판정된 영상 정보를 추출하는 단계; 및 데이터 베이스에 저장된 영상 정보와 상기 추출된 영상 정보를 비교하여 상기 이물질의 종류를 판별하는 단계를 포함한다.
본 발명과 관련된 또 다른 일 예에 따르면, 상기 이물질로 판정된 영상 정보를 추출하는 단계는, 상기 분리된 양광부 및 음영부의 부분 영상 정보가 기준 픽셀의 갯수를 넘는지를 통해 기준 크기 이상인지 판단하여 상기 이물질의 영상 정보인지를 판단하는 단계; 상기 양광부의 부분 영상 정보와 상기 음영부의 부분 영상 정보가 서로 근접하게 위치되는지를 통해 이물질의 영상 정보인지를 판정하는 단계; 및 상기 레이저 빔의 조사 방향을 따라 상기 양광부의 부분 영상 정보와 상기 음영부의 부분 영상 정보 순으로 위치되는지 판단하여 이물질의 영상 정보인지를 판정하는 단계를 포함한다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 이물질을 판별하는 단계는, 상기 이물질로 판정되어 추출된 영상 정보로부터 상기 이물질의 위치 정보를 수신하는 단계를 더 포함한다.
본 발명과 관련된 다른 일 예에 따르면 상기 판별된 이물질의 종류와 상기 이물질의 위치 정보를 수신하여 그 결과를 표시하는 단계를 더 포함한다.
상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 이물질이 신속하게 제거되어야 하는 활주로나 지면 위 혹은 제조 공정 단계 등에서 이물질을 탐지하고 이를 사용자에게 알려줌으로써 이물질의 제거가 가능하게 된다.
또한, 비교적 간단한 장치로 구성되어 비용이 저렴하면서도 효율적으로 이물질을 탐지할 수 있게 된다.
또한, 여러 단계로 이루어지는 이물질 탐지 방법을 이용하여 오 탐지율을 낮추면서도 신속하게 이물질을 탐지할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이물질 탐지 장치의 개략도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이물질 탐지 장치의 구성을 나타내는 도면.
도 3은 물체에 레이저 빔이 조사되었을 때를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이물질 탐지 방법의 순서도.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예들로 한정되지 않는다.
본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조 번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
본 발명은 지면 위에 있는 이물질 (Foreign Object Debris, 이하 FOD)를 탐지하는 장치 및 방법에 관한 발명이다. 본 발명은 일반적으로 공항 활주로 위에 있는 이물질을 탐지하는 장치 및 그 방법에 관한 것을 의미하나, 지면 위에 있는 이물질을 탐지하는데 그치는 것이 아니고 미세한 공정이 요구되는 반도체 공정이나 각종 생산 시설에서도 이물질을 탐지하는데 사용될 수 있을 것이다.
본 발명에서 이물질(10)이란, 공항의 활주로에 놓여있는 나사, 볼트, 너트, 돌멩이 등을 의미한다. 또한, 미세한 공정이 요구되는 작업에서의 이물질은 이보다 훨씬 작은 물체일 수 있다. 본 명세서에서 언급되는 물체(10)는 이물질(10) 혹은 FOD과 동일한 것이다.
도 1은 본 발명인 이물질 탐지 장치(100)를 나타내는 개략도이다.
이물질 탐지 장치(100)는 종래의 이물질 탐지 장치(100)에 비해서 구조가 비교적 간단하면서 오탐지율을 낮추고, 고가의 전자 장비를 사용하지 않으므로 상대적으로 저렴하게 구성이 가능하다.
이물질 탐지 장치(100)는 지면 위에 놓여 있는 물체(10)에 레이저 빔(113)을 조사하고, 조사된 레이저 빔(113)에 의해 생기는 밝은 부분과 어두운 부분의 영상 정보를 획득하여 이물질(10)인지 판단하고, 이물질(10)이라고 판단되었을 때, 데이터 베이스에 저장된 물체(10)의 영상 정보와 비교하는 방법을 통해 이물질(10)의 종류를 판단하게 된다.
이물질 탐지 장치(100)는 레이저 발생부(110), 영상 획득부(120), 이물질 판별부(130) 및 데이터 출력부(140)를 포함한다.
레이저 발생부(110)는 지면 위의 물체(10)에 레이저 빔(113)을 조사하기 위한 구성으로, 레이저 조명(111)과 레이저 조명(111)에 의해 조사되는 레이저 빔(113)을 포함한다. 여기서 레이저 조명(111)을 사용하는 것은 레이저 빔(113)은 비교적 다른 주변 광에 영향을 덜 받으며, 한 종류의 파장만을 가지고 위상이 고르며 연속된 빛으로서 다른 광원에 비해 퍼지지 않고 직진하는 성질이 있기 때문이다.
레이저 발생부(110)는 물체(10)를 향해 지면과 기설정된 각도로 레이저 빔(113)을 조사하게 된다. 여기서 기설정된 각도란, 지면과 이루는 각도로 약 20°를 의미한다. 레이저 발생부(110)가 지면과 이루는 각도가 10°보다 작으면, 지면 위의 이물질(10)에 레이저 빔(113)이 조사될 때 발생하는 그림자의 길이가 너무 길어져 양광부(150)와 음영부(151)의 구분이 명확히 구분되지 않아 이물질(10)의 판단 및 분석이 어렵게 된다. 레이저 발생부(110)가 지면과 이루는 각도가 30°보다 더 크면 물체(10)에 레이저 빔(113)이 조사되어 발생하는 양광부(150)와 음영부(151)의 크기가 작아지므로 지면의 울퉁불퉁한 표면에 의해 생기는 양광부(150) 및 음영부(151)와의 구분이 어려운 단점이 있다. 여러번의 실험을 통해 레이저 발생부(110)와 지면과 이루는 경사각이 약 20°일 때, 지면 위의 이물질(10)을 판단하고 분석하는 것이 용이함을 확인하였다. 다만, 본 명세서에 기재된 각도는 물체(10)에 레이저 빔(113)이 조사할 때 생기는 양광부(150)와 음영부(151)의 영상 정보를 분석하여 이물질(10)을 분석해 내는 것이 가능한 각도를 의미하는 것인바, 레이저 빔(113)과 지면이 이루는 각도를 본 명세서에 기재된 각도로 한정할 필요는 없을 것이다.
도 1에서는 레이저 조명(111)을 설치하고 지면에 대해 약 20°의 경사각으로 물체(10)를 향해 레이저 빔(113)이 조사되면, 물체(10)에는 레이저 빔(113)에 노출되어 발생하는 밝은 부분과 레이저 빔(113)이 물체(10)에 의해 투영되면서 생기는 어두운 부분이 동시에 형성되게 된다. 또한, 물체(10)를 기준으로 레이저 빔(113)이 조사되는 방향과 반대 방향으로 물체(10)에 의해 투영되어 어두운 그림자가 형성된다. 여기서 물체(10)에 레이저 빔(113)이 조사되면서 생기는 밝은 부분을 양광부(150)라고 하고, 어두운 부분을 음영부(151)라고 지칭한다. 물체(10)에 레이저 빔(113)이 조사될 때 발생하는 양광부(150)와 음영부(151)를 영상 획득부(120)의 카메라(121)가 지면 위에서 지면과 수직으로 바라본 영상 정보는 도 3에 나타내었다.
영상 획득부(120)는 레이저 빔(113)이 물체(10)에 인가되면서 발생하는 양광부(150)와 음영부(151)의 영상 정보를 획득하게 된다. 이때, 영상 획득부(120)는 레이저 빔(113)에 의한 영상 정보 외에도 물체(10) 주변에 존재하는 배경광에 의한 불필요한 영상 정보까지 동시에 수신하게 되고 이를 차단하기 위해 레이저라인필터(123)를 포함할 수 있다.
레이저라인필터(123)는 지면 위의 물체(10) 주변에 존재하는 넓은 영역의 스펙트럼을 가지는 배경광을 제거하고 레이저 빔(113)에 의한 양광부(150)와 음영부(151)의 영상 정보만을 획득하는 역할을 하게 된다. 레이저라인필터(123)는 도 1과 같이 카메라(121)가 영상 정보를 획득하기 전에 배경광에 의한 불필요한 영상 정보의 수신을 차단하도록 카메라(121)의 전면에 위치되도록 한다.
영상 획득부(120)는 물체(10)에 레이저 빔(113)이 조사되어 발생하는 양광부(150)와 음영부(151)의 영상 정보를 획득하기 위한 카메라(121)를 포함할 수 있다. 카메라(121)의 전면에는 레이저라인필터(123)가 위치되어 레이저라인필터(123)를 거친 후 양광부(150)와 음영부(151)의 영상 정보가 저장된다. 영상 획득부(120)의 카메라(121)는 지면에 대하여 수직으로 레이저 빔(113)이 물체(10)에 조사되어 생기는 양광부(150)와 음영부(151)의 영상을 저장하게 된다. 여기서 카메라(121)는 CCD카메라일 수 있다. CCD카메라(charge-coupled device camera)는 전하 결합 소자를 사용하여 획득된 영상을 전기적인 신호로 변환함으로써 플레쉬메모리 등의 기억 매체를 디지털 데이터로 저장하는 장치를 의미한다.
도 1과 같이 카메라(121)는 지면 위에서 지면과 수직으로 위치되고, 수직 하방으로 지면을 바라보고 있으므로, 물체(10)에 레이저 빔(113)이 조사되어 발생하는 양광부(150)와 음영부(151)의 영상 정보를 획득하게 된다. 카메라(121)에 저장된 영상은 레이저의 위치를 기준으로 양광부(150)와 음영부(151)의 순서로 위치된다. 도 1과 같이 물체(10)의 오른쪽에 레이저 조명(111)이 위치하고 레이저 빔(113)이 물체(10)를 향해 조사되면, 레이저 조명(111)과 가까운 쪽에는 양광부(150)가 발생하고, 양광부(150)의 왼쪽에는 음영부(151)가 발생하게 된다. 이때의 양광부(150)와 음영부(151)의 분포는 도 3을 통해서 확인할 수 있다. 즉, 양광부(150)는 음영부(151)보다 레이저 조명(111)에 보다 가깝게 위치된다.
이물질 판별부(130)는 획득된 영상 정보를 분석하여 이물질(10)을 판별하는 역할을 한다. 이물질 판별부(130)는 영상 분리부(131), 영상 적합성 판정부(133) 및 비교 판별부(135)를 포함할 수 있다.
영상 분리부(131)는 획득된 영상 정보로부터 제1 밝기 레벨 이상의 픽셀들로 이루어지는 양광부(150)의 부분 영상 정보와 제2 밝기 레벨 이하의 픽셀들로 이루어지는 음영부(151)의 부분 영상 정보를 분리하는 역할을 한다. 이는 주위 환경이나 배경광에 의해 발생한 영상 정보를 제외하고 레이저 빔(113)이 물체(10)에 조사되어 발생하는 영상 정보만을 별도로 분리시키기 위함이다. 즉, 영상 분리부(131)는 일정 밝기 레벨 이상인 픽셀들로 구성된 양광부(150)의 부분 영상 정보 및 일정 밝기 레벨 이하인 픽셀들로 구성된 음영부(151)의 부분 영상 정보를 주위 환경에 의해 발생된 픽셀들로부터 분리하게 된다.
비행기가 지나다니는 활주로나 도로의 지면은 콘크리트나 아스팔트와 같은 건축 자재들을 이용하여 제작되게 되므로 지면에는 미세하게 돌출되거나 들어간 부분이 존재하게 된다.
본 발명은 물체(10)가 지면 자체의 돌출된 부분보다는 크기가 큰 것을 전제로 한다. 본 발명에서의 물체(10)나 이물질(10)은 지면이나 도로 위에 위치하는 것을 의미하는 것으로, 지면 위에 위치하는 물체(10)에 레이저 빔(113)이 조사되면, 지면 자체의 돌출된 부분에 의해 생기는 밝은 부분보다 더 밝은 양광부(150)와 지면 자체의 들어간 부분에 의해 발생하는 어두운 부분보다 더 어두운 음영부(151)가 생기게 된다. 영상 분리부(131)는 일정 밝기 기준 레벨 이상인 양광부(150)와 일정 밝기 기준 레벨 이하인 음영부(151)를 별도로 분리시킨다. 이들은 지면 위에 위치하는 물체(10)에 의해 발생하는 것으로 판단할 수 있기 때문이다.
여기서 양광부(150)의 분리 기준이 되는 일정 밝기 레벨의 기준은 제1 밝기 레벨 이라하고, 음영부(151)의 분리 기준이 되는 일정 밝기 레벨의 기준은 제2 밝기 레벨이라 한다. 제1 밝기 레벨과 제2 밝기 레벨은 설정된 레이저 빔(113)의 세기에 따라 정해지는 값이다.
영상 분리부(131)는 획득된 영상 정보로부터 제1 밝기 레벨 이상의 픽셀들로 이루어지는 양광부(150)의 부분 영상 정보와 제2 밝기 레벨 이하의 픽셀들로 이루어지는 음영부(151)의 부분 영상 정보로 분리되면, 분리된 부분 영상 정보를 통해서 이물질(10)의 영상 정보 적합한 것인지 판단하게 된다.
영상 적합성 판정부(133)는 분리된 양광부(150) 및 음영부(151)의 부분 영상 정보를 설정된 기준에 의해 이물질(10)로 판정하고, 이물질(10)로 판정된 영상 정보를 추출하는 역할을 하게 된다.
영상 적합성 판정부(133)는 영상 분리부(131)에 의해 분리된 양광부(150)의 부분 영상 정보 및 음영부(151)의 부분 영상 정보로부터 그 픽셀의 갯수가 기준값을 넘는지를 판단하여 기준 크기 이상인지 판단하여 이물질(10)의 영상 정보로 판정하게 된다. 분리된 부분 영상 정보의 픽셀들 중 그 군집의 크기가 이물질(10)로 예상되는 크기의 기준이 되는 픽셀의 수보다 더 많은 영상의 조각들만 남기는 것이다. 이는 지면 자체의 돌출되거나 들어간 부분에 의해 생기는 영상 정보는 작은 크기로 일정하게 분산되어 존재하게 되므로 이물질(10)에 의한 영상 정보의 크기가 상대적으로 더 크기 때문이다. 이처럼 이물질(10)에 의한 영상 정보인지의 판단은 영상 정보를 구성하는 픽셀의 갯수를 비교하는 방법을 통해서 판단할 수 있게 된다. 즉, 픽셀의 갯수가 기준값을 넘는지 판단하여 이물질(10)의 영상인지 알 수 있게 된다. 여기서 기준이 되는 픽셀의 갯수는 장치의 사용자에 의해 임의로 정해지게 되는 것으로, 기준이 되는 픽셀의 갯수를 높게 설정하면, 획득된 영상 정보로부터 이물질(10)로 판정하는 과정 중에 관련 데이터의 양을 줄일 수 있어 이물질(10) 판정의 속도를 증가시킬 수 있는 장점이 있으나, 크기가 작은 이물질(10)을 놓치는 확률은 증가하게 된다. 반대로 기준이 되는 픽셀의 갯수를 낮게 설정하면, 획득된 영상 정보로부터 이물질(10)로 판정하는 과정 중에 분석이 필요한 데이터의 양이 증가하게 되어 이를 분석하는 시간이 증가되는 단점이 있으나, 지면 위의 미세한 이물질(10)에 의한 영상 정보까지 분석하게 되므로 오탐지율을 줄일 수 있는 장점이 있게 된다. 따라서 기준이 되는 픽셀의 갯수 설정은 사용자의 요구 성능에 맞추는 것이 바람직하다.
분리된 양광부(150)와 음영부(151)의 부분 영상 정보가 기준 픽셀의 갯수를 넘는 경우, 영상 적합성 판정부(133)는 양광부(150)의 부분 영상 정보와 음영부(151)의 부분 영상 정보가 서로 근접해 위치하고 있는지를 통해 이물질(10)의 영상 정보인지 판정하게 된다. 3차원의 형상으로 존재하는 물체(10)는 레이저 빔(113)이 조사되어 발생하는 양광부(150)와 음영부(151)는 서로 인접하게 위치하기 때문이다. 즉, 영상 적합성 판정부(133)는 양광부(150)와 음영부(151)의 부분 영상 정보가 서로 경계면을 두고 인접하고 있는지를 판단하는 방법을 통해 이물질(10)의 영상 정보인지 판정하게 된다.
양광부(150)와 음영부(151)의 부분 영상 정보가 일정한 크기 이상이고, 이들이 서로 인접하고 있는 경우, 영상 적합성 판정부(133)는 레이저 빔(113)의 조사 방향을 따라 양광부(150)의 부분 영상 정보와 음영부(151)의 부분 영상 정보의 순서로 위치되는지 판단하여 이물질(10)의 영상 정보인지 판정하게 된다.
레이저 조명(111)이 물체(10)에 조사되는 방향을 따라 레이저 조명(111)과 가까운 쪽에는 양광부(150)가 위치하고, 레이저 조명(111)과 상대적으로 먼 쪽에는 음영부(151)가 위치될 것이므로 이를 통해 영상 정보가 이물질(10)의 영상 정보인지 판단하는 근거가 된다. 도 1과 같이 레이저 조명(111)이 물체(10)의 우측에 위치하는 경우, 양광부(150)는 레이저 조명(111)과 가까운 쪽에 생기게 되고 음영부(151)는 레이저 조명(111)으로부터 먼 쪽에 발생하게 된다. 이러한 원리를 이용하여 영상 적합성 판정부(133)는 레이저 조명(111)이 위치하는 방향을 기준으로 양광부(150)의 부분 영상 정보 및 음영부(151)의 부분 영상 정보가 위치하고 있는지를 판단하여 해당 영상 정보가 이물질(10)의 영상 정보로 적합한 것인지 판정하게 되는 것이다.
영상 적합성 판정부(133)는 영상 분리부(131)에 의해 분리된 양광부(150)의 부분 영상 정보와 음영부(151)의 부분 영상 정보의 픽셀의 수를 분석하여 이들이 기준 픽셀의 갯수를 초과하는지 판단하는 영상 정보의 크기 판단과정을 거친 후, 양광부(150)의 부분 영상 정보와 음영부(151)의 부분 영상 정보가 서로 인접하게 위치되고 있는지를 통해 레이저 조명(111)을 기준으로 양광부(150) 및 음영부(151)의 부분 영상 정보 순서로 위치되는지를 분석하여 분리된 양광부(150)의 부분 영상 정보와 음영부(151)의 부분 영상 정보가 이물질(10)에 의한 영상 정보인지 그 적합성을 판정하게 된다. 다만, 영상 적합성 판정부(133)에서의 영상 정보의 크기에 따른 판단, 양광부(150) 및 음영부(151)의 부분 영상 정보가 서로 인접하는지에 따른 판단, 양광부(150)와 음영부(151)의 부분 영상 정보가 레이저 조명(111)을 기준으로 순으로 위치하는지의 판단은, 일정하게 정해진 순서가 있는 것이 아니므로 동시에 진행되거나 순차적으로 진행될 수 있으며, 영상 적합성 판정부(133)에 의해 세 개의 기준에 작업이 수행되기만 하면 된다.
영상 적합성 판정부(133)에 의해 상기와 같은 기준을 거쳐 이물질(10)의 영상 정보인 것으로 판정나면, 영상 적합성 판정부(133)는 해당 양광부(150)의 부분 영상 정보와 음영부(151)의 부분 영상 정보가 결합된 상태로 영상 정보를 추출한다.
비교 판별부(135)는 데이터 베이스에 저장된 영상 정보와 추출된 영상 정보를 비교하여 이물질(10)의 종류를 판별하고, 추출된 영상 정보로부터 이물질(10)의 위치 정보를 수신하는 역할을 한다.
비교 판별부(135)에 의한 이물질(10)의 종류 및 특성을 판별하기 전에 사용자는 미리 각종 이물질(10)에 따른 영상 정보를 획득하여 데이터 베이스에 저장하게 된다. 데이터 베이스에는 각종 물체(10)에 레이저 조명(111)이 조사됨으로써 획득된 영상 정보가 저장되고, 비교 판별부(135)는 데이터 베이스에 저장된 영상 정보를 추출된 부분 영상 정보와 비교하여 이물질(10)을 판별하게 된다. 비교 판별부(135)는 지면 위에 위치하는 미지의 이물질(10)의 영상 정보와 데이터 베이스에 저장된 영상 정보를 비교 및 분석하는 방법을 통해서 서로 일치할 때의 관련 데이터의 정보를 확인하게 될 것이다.
예를 들어, 일정한 세기의 레이저 빔(113)이 조사되는 상황에서 볼트, 너트, 철사, 금속파편 등 각종 이물질(10)에 대한 영상 정보는 우선적으로 여러 번의 실험을 통해 획득되어 데이터 베이스에 그 정보가 저장되게 된다. 그 후 이물질 탐지 장치(100)를 운용하여 얻어진 영상 정보와 데이터 베이스에 있는 정보를 비교하면서 일치되는지를 분석하면 해당 이물질(10)의 종류 및 특성을 파악할 수 있게 된다.
이물질(10)의 종류 및 특성이 판별되면 이물질 판별부(130)는 해당 이물질(10)의 영상 정보가 획득된 위치 정보를 함께 저장하게 된다. 위치 정보란, GPS정보가 될 수 있으며 공항의 활주로나 지면과 같이 넓은 장소에서 이물질(10)이 탐지되는 경우, 이물질(10)의 위치 정보를 사용자에게 알려줌으로써 이에 대한 적절한 조치가 이루어질 수 있게된다.
이물질 탐지 장치(100)는 이물질(10)의 특성과 위치 정보를 사용자에게 알리기 위한 데이터 출력부(140)를 더 포함할 수 있다. 데이터 출력부(140)는 판별된 이물질(10)의 종류와 상기 이물질(10)의 위치 정보를 수신하여 그 결과를 표시하는 것으로, 디스플레이부를 가지는 모니터 등이 될 수 있다. 사용자는 이물질(10)에 대한 정보를 데이터 출력부(140)로부터 확인한 후 이물질(10)에 대한 적절한 조치를 하게될 것이다.
이상은 이물질(10)을 탐지하는 장치에 관한 내용이고, 이하에서는 이물질(10)을 탐지하는 방법에 대해서는 설명한다.
도 4와 같이, 지면이나 활주로 등에 위치하는 이물질(10)을 탐지하는 방법은 물체(10)를 향해 지면과 기설정된 각도로 레이저 빔(113)을 조사하는 단계(S100), 레이저 빔(113)이 물체(10)에 인가되어 발생하는 영상 정보를 획득하는 단계(S110) 및 획득된 영상 정보에 근거하여 이물질(10)을 판별하는 단계(S120)를 포함한다.
지면 위에 위치하는 이물질(10)(FOD)를 향해 약 20°의 경사각으로 설치된 레이저 조명(111)을 통해 레이저 빔(113)이 조사되면, 레이저 빔(113)이 노출되어 발생하는 밝은 부분과 레이저 빔(113)이 물체(10)에 의해 투영되면서 생기는 어두운 부분이 동시에 형성되게 된다. 또한, 물체(10)를 기준으로 레이저 빔(113)이 조사되는 방향과 반대 방향으로 물체(10)에 의해 투영되어 어두운 그림자가 형성되게 된다.
영상 획득부(120)는 레이저 빔(113)에 의한 영상 정보 외에도 물체(10) 주변에 존재하는 배경광에 의한 불필요한 영상 정보까지 동시에 수신하는 것을 차단하기 위해 레이저라인필터(123)를 거친 영상 정보를 수신하여 레이저 빔(113)이 물체(10)에 인가되면서 발생하는 양광부(150)와 음영부(151)의 영상 정보를 획득하게 된다.
그 후 획득된 영상 정보로부터 이물질(10)의 종류 및 특성을 판별하는 단계(S120)를 수행하게 된다.
이물질(10)을 판별하는 단계(S120))는 획득된 영상 정보로부터 제1 밝기 레벨 이상의 픽셀들로 이루어지는 양광부(150)의 부분 영상 정보 및 제2 밝기 레벨 이하의 픽셀들로 이루어지는 음영부(151)의 부분 영상 정보를 분리시켜 주위 환경에 의해 획득된 영상 정보를 제거하는 단계(S121), 분리된 양광부(150) 및 음영부(151)의 부분 영상 정보를 설정된 기준에 의해 이물질(10)로 판정하고, 이물질(10)로 판정된 영상 정보를 추출하는 단계(S122)가 수행된다. 그 후 추출된 영상 정보를 데이터 베이스에 저장된 영상 정보와 비교하여 이물질(10)의 종류 및 특성이 판별하는 단계(S123)를 거치게 된다.
여기서 분리된 양광부(150)의 부분 영상 정보 및 음영부(151)의 부분 영상 정보를 이물질(10)로 판정하고 이물질(10)로 판정된 영상 정보를 추출하는 단계(S122)는, 분리된 양광부(150) 및 음영부(151)의 부분 영상 정보로부터 픽셀의 갯수가 기준값을 넘는지를 판단하여 기준 크기 이상인지를 통해 이물질(10)의 영상 정보인지 판단하는 단계를 포함할 수 있다. 이물질(10)은 지면 자체에 의한 돌출된 부분보다 크기가 크므로 획득된 부분 영상 정보가 일정 갯수의 픽셀 이상인지 판단하는 과정을 통해서 이물질(10)에 대한 영상 정보인지 판정할 수 있게 된다.
또한, 분리된 양광부(150)의 부분 영상 정보 및 음영부(151)의 부분 영상 정보를 이물질(10)로 판정하고 이물질(10)로 판정된 영상 정보를 추출하는 단계(S122)는 양광부(150)의 부분 영상 정보와 음영부(151)의 부분 영상 정보가 서로 근접해 위치되는지를 통해 이물질(10)의 영상 정보인지를 판정하는 단계를 포함할 수 있다. 이는 이물질(10)에 조사된 레이저 빔(113)에 의해 발생하는 양광부(150)와 음영부(151)는 서로 인접하게 위치되는 것을 이용한 것이다.
분리된 양광부(150)의 부분 영상 정보 및 음영부(151)의 부분 영상 정보를 이물질(10)로 판정하고 이물질(10)로 판정된 영상 정보를 추출하는 단계(S122)는 레이저 빔(113)의 조사 방향을 따라 양광부(150)의 부분 영상 정보와 음영부(151)의 부분 영상 정보의 순서로 위치되는지 판단하여 이물질(10)의 영상 정보인지 판정하는 단계를 포함할 수 있다. 이는 레이저 빔(113)이 조사되는 방향을 따라 레이저 빔(113)과 가까운 쪽에 양광부(150)가 위치하고 상대적으로 먼 쪽에 음영부(151)가 위치하는 것을 이용하는 것으로 이는 이물질(10)을 판정하는데 하나의 기준이 된다.
상기 양광부(150) 및 음영부(151)의 부분 영상 정보가 기준 크기 이상인지, 서로 근접하도록 위치되는지, 레이저 빔(113)의 조사 방향을 따라 일정한 순으로 위치하는지를 판단하는 과정은 일정한 순서로 수행되어야 하는 것이 아니고, 서로 병렬적으로 수행될 수도 있다.
이물질(10)을 탐지하는 방법은 이물질(10)로 판정되어 추출된 영상 정보로부터 이물질(10)의 위치 정보를 수신하는 단계(S123)를 더 포함할 수 있다. 이는 이물질(10)에 대한 위치 정보를 사용자에게 제공하기 위함이다.
또한, 이물질(10) 탐지 방법은 판별된 이물질(10)의 종류와 이물질(10)의 위치 정보를 수신하고 그 결과를 데이터 출력부(140)를 통해서 표시하는 단계(S130)를 더 포함할 수 있다. 사용자에게 시각적으로 이물질(10)에 대한 정보를 제공함으로써 이물질(10)에 대한 적절한 조치가 이루어질 수 있도록 하기 위함이다. 사용자는 이물질(10)에 대한 종류 및 특성에 대한 정보와 위치 정보를 통해서 장비의 원활한 운영을 위해 이물질(10)은 제거될 것이다.
이상에서 설명한 이물질 탐지 장치와 이물질 탐지 방법은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
10: 물체 혹은 이물질 100: 이물질 탐지 장치
110: 레이저 발생부 111: 레이저 조명
113: 레이저 빔 120: 영상 획득부
121: 카메라 123: 레이저 라인필터
130: 이물질 판별부 131: 영상 분리부
133: 영상 적합성 판정부 135: 비교 판별부
140: 데이터 출력부 150: 양광부
151: 음영부

Claims (12)

  1. 물체를 향해 지면과 기설정된 각도로 레이저 빔을 조사하는 레이저 발생부;
    상기 레이저 빔이 상기 물체에 인가되어 발생하는 양광부와 음영부의 영상 정보를 획득하는 영상 획득부; 및
    상기 획득된 양광부와 음영부의 영상 정보를 각각 일정 밝기 수준을 기준으로 분리하고, 상기 분리된 영상 정보를 설정된 기준에 의해 이물질로 판별하는 이물질 판별부를 포함하고,
    상기 이물질 판별부는,
    상기 획득된 영상 정보로부터 제1 밝기 레벨 이상의 픽셀들로 이루어지는 양광부의 부분 영상 정보 및 제2 밝기 레벨 이하의 픽셀들로 이루어지는 음영부의 부분 영상 정보로 분리시키는 영상 분리부;
    상기 분리된 양광부의 부분 영상 정보 및 음영부의 부분 영상 정보로부터 픽셀의 갯수가 기준 값을 넘어 기준 크기 이상인 경우 이물질의 영상 정보로 판정하고, 상기 이물질로 판정된 영상 정보를 추출하는 영상 적합성 판정부; 및
    데이터 베이스에 저장된 영상 정보와 상기 추출된 영상 정보를 비교하여 서로 일치할 때의 영상 정보를 통해 상기 이물질의 종류를 판별하고, 상기 추출된 영상 정보로부터 상기 이물질의 위치 정보를 수신하는 비교 판별부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이물질 탐지 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 영상 획득부는 상기 레이저 빔에 의한 영상 정보 외에 상기 물체 주변의 배경광에 의해 발생하는 영상 정보의 수신을 차단하기 위한 레이저 라인필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 이물질 탐지 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 영상 적합성 판정부는 상기 양광부의 부분 영상 정보와 상기 음영부의 부분 영상 정보가 경계면을 사이에 두고 서로 근접해 위치되는지를 통해 이물질의 영상 정보인지를 판정하는 것을 특징으로 하는 이물질 탐지 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 영상 적합성 판정부는 상기 레이저 빔의 조사 방향을 따라 상기 양광부의 부분 영상 정보와 상기 음영부의 부분 영상 정보 순으로 위치되는지를 판단하여 이물질의 영상 정보인지 판정하는 것을 특징으로 하는 이물질 탐지 장치.
  7. 제1항, 제3항, 제5항 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 판별된 이물질의 종류와 상기 이물질의 위치 정보를 수신하여 그 결과를 표시하는 데이터 출력부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이물질 탐지 장치.
  8. 물체를 향해 지면과 기설정된 각도로 레이저 빔을 조사하는 단계;
    상기 레이저 빔이 상기 물체에 인가되어 발생하는 양광부와 음영부의 영상 정보를 획득하는 단계; 및
    상기 획득된 양광부와 음영부의 영상 정보를 각각 일정 밝기 수준을 기준으로 분리하고, 상기 분리된 영상 정보를 설정된 기준에 의해 이물질로 판별하는 단계를 포함하고,
    상기 이물질을 판별하는 단계는,
    상기 획득된 영상 정보로부터 제1 밝기 레벨 이상의 픽셀들로 이루어지는 양광부의 부분 영상 정보 및 제2 밝기 레벨 이하의 픽셀들로 이루어지는 음영부의 부분 영상 정보를 분리시키는 단계;
    상기 분리된 양광부 부분 영상 정보 및 음영부의 부분 영상 정보로부터 픽셀의 개수가 기준 값을 넘어 기준 크기 이상인 경우 이물질의 영상 정보로 판정하고, 상기 이물질로 판정된 영상 정보를 추출하는 단계; 및
    데이터 베이스에 저장된 영상 정보와 상기 추출된 영상 정보를 비교하여 상기 이물질의 종류를 판별하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이물질 탐지 방법.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서,
    상기 이물질로 판정된 영상 정보를 추출하는 단계는,
    상기 양광부의 부분 영상 정보와 상기 음영부의 부분 영상 정보가 경계면을 사이에 두고 서로 근접하게 위치되는지를 통해 이물질의 영상 정보인지를 판정하는 단계; 및
    상기 레이저 빔의 조사 방향을 따라 상기 양광부의 부분 영상 정보와 상기 음영부의 부분 영상 정보 순으로 위치되는지 판단하여 이물질의 영상 정보인지를 판정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이물질 탐지 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 이물질을 판별하는 단계는, 상기 이물질로 판정되어 추출된 영상 정보로부터 상기 이물질의 위치 정보를 수신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이물질 탐지 방법.
  12. 제8항, 제10항 및 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 판별된 이물질의 종류와 상기 이물질의 위치 정보를 수신하여 그 결과를 표시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이물질 탐지 방법.
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