KR102060169B1 - 복수의 카메라를 이용한 구조물 변위측정장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복수의 카메라를 이용한 구조물 변위측정장치 및 그 방법에 관한 것으로, 본 발명은 두 개의 수직 구조물에 각각 식별라인들이 형성된 타켓을 설치하는 단계; 상기 두 개의 수직 구조물 사이에 고정된 위치에서 두 개의 카메라로 상기 두 개의 타켓을 각각 촬영하여 제1,2 기준타켓이미지를 저장하는 단계; 상기 두 개의 카메라로 상기 두 개의 타켓을 각각 촬영하여 제1,2 타켓비교이미지를 저장하는 단계; 상기 제1 기준타켓이미지의 식별라인과 제1 비교타켓이미지의 식별라인을 비교한 제1 비교데이터와, 상기 제2 기준타켓이미지의 식별라인과 제2 비교타켓이미지의 식별라인을 비교한 제2 비교데이터를 기준으로 변위값을 산출하는 단계;를 포함한다. 본 발명에 따르면, 변위측정 검사대상 구조물의 변위를 측정하는 것이 쉽고 간단하며 변위 측정이 정확하다.

Description

복수의 카메라를 이용한 구조물 변위측정장치 및 그 방법{APPARATUS FOR MEASURING DISPLACEMENT OF STRUCTURES USING THE PLURALITY OF CAMERAS AND METHOD THEREOF}

본 발명은 복수의 카메라를 이용한 구조물 변위측정장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 교량과 같은 콘크리트 구조물의 안전진단은 재하 시험을 진행하고 그 결과를 분석하여 수행한다. 재하 시험은 콘크리트 구조물의 변형율을 측정하기 위한 스트레인 게이지 및 콘크리트 구조물의 이용 대상물의 변형측정을 위한 가속도계 등을 포함하는 재하 시험기를 이용하여 측정한다. 이와 같은 재하 시험기는 각각의 비용이 고가일 뿐만 아니라, 재하 시험을 위해서는 다수 개의 재하 시험기를 교량의 곳곳에 설치하여야 하므로 설치 작업이 복잡하다.

대한민국 공개특허 제2003-0088002호(2003. 11. 15. 공개일)(이하, 선행기술이라 함)에는 수동 변위계인 버니어켈리퍼스와 함께 자동측정 자동변위계를 이용하여 프리케스트콘크리트 거더의 변위를 측정하는 이중-측정장치가 개시되어 있다. 그러나 선행기술 1은 수동측정과 자동측정을 복합하여 거더의 변위를 측정하게 되므로 변위를 측정하는 방법이 복잡하게 되는 단점이 있다.

본 발명의 목적은 변위측정 검사대상 구조물의 변위를 측정하는 것이 쉽고 간단하며 변위 측정이 정확한 복수의 카메라를 이용한 구조물 변위측정장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 베이스부재; 상기 베이스부재에 수직 방향으로 위치하는 지지부재; 상기 지지부재에 회전 가능하게 결합되는 복수 개의 카메라들; 상기 복수 개의 카메라를 움직이는 카메라구동유닛; 상기 복수 개의 카메라에서 촬영한 이미지데이터를 저장하고 비교하는 변위산출유닛; 검사대상 구조물들에 각각 부착되며, 식별라인들이 구비된 타켓들;을 포함하는 복수의 카메라를 이용한 구조물 변위측정장치가 제공된다.

상기 베이스부재는 변위측정대상 구조물에 고정된다.

상기 지지부재는 서로 간격을 두고 상기 베이스부재에 두 개인 것이 바람직하다.

상기 카메라구동유닛은 상기 베이스부재에 수직 방향으로 결합되되, 회전 가능하게 결합되며 일부분에 웜이 구비된 웜축과, 상기 복수 개의 카메라들에 각각 구비되어 상기 웜축에 맞물려 웜축의 회전에 따라 회전하는 웜기어부를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 카메라와 지지부재에 카메라를 설정된 위치에서 고정하는 카메라고정유닛이 구비되는 것이 바람직하다.

또한, 두 개의 수직 구조물에 각각 식별라인들이 형성된 타켓을 설치하는 단계; 상기 두 개의 수직 구조물 사이에 고정된 위치에서 두 개의 카메라로 상기 두 개의 타켓을 각각 촬영하여 제1,2 기준타켓이미지를 저장하는 단계; 상기 두 개의 카메라로 상기 두 개의 타켓을 각각 촬영하여 제1,2 타켓비교이미지를 저장하는 단계; 상기 제1 기준타켓이미지의 식별라인과 제1 비교타켓이미지의 식별라인을 비교한 제1 비교데이터와, 상기 제2 기준타켓이미지의 식별라인과 제2 비교타켓이미지의 식별라인을 비교한 제2 비교데이터를 기준으로 변위값을 산출하는 단계;를 포함하는 복수의 카메라를 이용한 구조물 변위측정방법이 제공된다.

상기 변위값은 구조물 관리자의 휴대단말기로 전송하는 것이 바람직하다.

상기 타켓에 형성되는 식별라인들은 X축 방향으로 균일한 간격을 두고 형성되는 가로라인들과, Y축 방향으로 균일한 간격을 두고 형성되어 상기 가로라인들과 교차하는 세로라인들을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 가로라인들과 세로라인들에 의해 형성되는 단위 사각형은 직사각형을 이루며, 상기 직사각형의 가로변 길이와 세로변 길이는 서로 다른 것이 바람직하다.

상기 제1 비교데이터와 제2 비교데이터의 변위값이 설정된 기준값 이상이면 알람을 발생시킬 수도 있다.

본 발명은 두 개의 카메라들이 고정된 상태에서 두 개의 검사대상 구조물들에 각각 설치된 타켓들을 반복적으로 촬영하고 그 두 개의 카메라들에서 각각 촬영된 타켓이미지의 식별라인들을 비교하여 두 개의 검사대상 구조물들의 변위를 측정하게 되므로 구조물의 변위 측정이 쉽고 간단하며, 또한 변위 측정이 정확하게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 복수의 카메라를 이용한 구조물 변위측정장치의 일실시예를 도시한 평면도,
도 2는 본 발명에 따른 복수의 카메라를 이용한 구조물 변위측정장치의 일실시예를 도시한 정면도,
도 3은 본 발명에 따른 복수의 카메라를 이용한 구조물 변위측정장치의 일실시예를 구성하는 타켓을 도시한 정면도,
도 4는 본 발명에 따른 복수의 카메라를 이용한 구조물 변위측정장치의 일실시예가 교량에 설치된 상태를 도시한 정면도,
도 5는 본 발명에 따른 복수의 카메라를 이용한 구조물 변위측정방법의 일실시예를 도시한 순서도,
도 6은 본 발명에 따른 복수의 카메라를 이용한 구조물 변위측정방법의 일실시예에서 두 개의 카메라들에서 각각 촬영된 기준타켓이미지와 비교타켓이미지를 각각 도시한 정면도.

이하, 본 발명에 따른 복수의 카메라를 이용한 구조물 변위측정장치 및 그 방법의 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 복수의 카메라를 이용한 구조물 변위측정장치의 일실시예를 도시한 평면도이다. 도 2는 본 발명에 따른 복수의 카메라를 이용한 구조물 변위측정장치의 일실시예를 도시한 정면도이다.

도 1, 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 복수의 카메라를 이용한 구조물 변위측정장치의 일실시예는, 베이스부재(10), 지지부재(20), 복수 개의 카메라(30)들, 카메라구동유닛(40), 변위산출유닛(50), 타켓(60)들을 포함한다.

베이스부재(10)는 소정의 면적을 갖는 판 형상으로 형성됨이 바람직하다. 베이스부재(10)는 변위측정대상 구조물에 고정된다. 베이스부재(10)는 고정수단에 의해 변위측정대상 구조물에 고정되는 것이 바람직하다. 고정수단의 일예로, 고정수단은 복수 개의 고정핀(11)들을 포함할 수 있다. 고정수단은 다양한 형태로 구현될 수 있다.

지지부재(20)는 베이스부재(10)에 수직 방향으로 위치한다. 지지부재(20)의 일예로, 지지부재(20)는 서로 간격을 두고 베이스부재(10)에 고정 결합되는 두 개의 수직판부(21)와, 그 두 개의 수직판부(21)의 상단부를 연결하는 수평판부(22)를 포함한다. 두 개의 수직판부(21)들은 서로 나란하게 수직 방향으로 위치한다.

복수 개의 카메라(30)들은 지지부재(20)에 회전 가능하게 결합된다. 카메라(30)들은 두 개인 것이 바람직하다. 카메라(30)는 이미지소자(31)와 줌(32)을 포함한다. 두 개의 카메라(30)들 중 한 개의 카메라(30)는 지지부재(20)의 두 개의 수직판부(21)들 사이 한쪽에 회전 가능하게 결합되고 다른 한 개의 카메라(30)는 지지부재(20)의 두 개의 수직판부(21)들 사이 다른 한쪽에 회전 가능하게 결합된다. 카메라(30)는 카메라바디(33)의 일측에 지지핀(34)이 관통 결합되고, 지지핀(34)의 양단은 지지부재(20)의 두 개의 수직판부(21)들에 각각 결합된다. 이때, 지지핀(34)의 양단이 수직판부(21)들에 고정되고 카메라바디(33)가 지지핀(34)에 회전 가능하게 결합되거나, 지지핀(34)이 카메라바디(33)와 고정 결합되고 지지핀(34)의 양단이 수직판부(21)들에 각각 회전 가능하게 결합된다.

카메라구동유닛(40)은 복수 개의 카메라(30)를 움직인다. 카메라구동유닛(40)은 카메라(30)가 두 개인 경우 두 개의 카메라(30)들을 동시에 움직이는 것이 바람직하다. 카메라구동유닛(40)의 일예로, 카메라구동유닛(40)은 베이스부재(10)에 수직 방향으로 결합되되, 회전 가능하게 결합되며 일부분에 웜(warm)이 구비된 웜축(41)과, 복수 개의 카메라(30)들에 각각 구비되어 웜축(41)에 맞물려 웜축(41)의 회전에 따라 회전하는 웜기어부(42)를 포함한다. 웜축(41)의 일예로, 웜축(41)은 설정된 길이를 갖는 축부(1)와, 그 축부(1)의 가운데 부분에 다수 개의 나사산들이 형성된 웜부(2)를 포함한다. 웜축(41)의 아래쪽 단부는 베이스부재(10)에 회전 가능하게 결합되고 위쪽 단부는 지지부재(20)의 수평판부에 회전 가능하게 결합되며 웜부(2)는 두 개의 카메라(30) 사이에 위치한다. 웜기어부(42)는 카메라바디(33)의 한쪽에 구비된다. 카메라바디(33)에서 줌(32)가 위치하는 쪽을 전면부라 하고 이미지센서(31)가 위치하는 쪽을 후면부라 할 때 웜기어부(42)는 카메라바디(33)의 후면부에 구비된다. 웜기어부(42)는, 카메라바디(33)의 후면부에 구비되는 반원판 형상의 반원판 부분과 그 반원판 부분의 외주면을 따라 형성되어 웜부(2)와 맞물리는 다수 개의 기어이들을 포함한다. 지지핀(34)은 웜기어부(42)의 가운데를 관통한다. 카메라구동유닛(40)은 웜축(41)을 정회전시키거나 역회전시키게 되면 웜축(41)의 웜부(2)에 맞물린 두 개의 카메라(30)의 각 웜기어부(42)가 지지핀(34)을 축으로 하여 동시에 정회전하거나 역회전하면서 카메라바디(33)의 전면부를 상하 방향으로 각회전시키게 된다. 웜축(41)의 상단부는 지지부재(20)의 수평판부(22)를 관통하여 수평판부(22)의 위쪽으로 돌출되고 그 돌출된 부분에 웜축(41)을 회전시키는 회전손잡이(43)가 구비됨이 바람직하다. 카메라와 지지부재에 카메라를 설정된 위치에서 고정하는 카메라고정유닛이 구비됨이 바람직하다. 카메라고정유닛의 일예로, 카메라고정유닛은 카메라바디의 반원판 부분에 일정 간격을 두고 형성되는 복수 개의 위치설정구멍들과, 지지부재의 수직판부에 형성된 복수 개의 위치설정구멍들과, 지지부재의 위치설정구멍과 카메라바디의 위치설정구멍을 관통하는 위치설정핀을 포함한다.

변위산출유닛(50)은 복수 개의 카메라(30)에서 촬영한 이미지데이터를 저장하고 비교한다. 변위산출유닛(50)의 일예로, 변위산출유닛(50)은 이미지데이터를 저장하는 데이터저장부(51)와, 그 테이터저장부(51)에 저장된 이미지데이터를 비교하는 비교부(52)와, 그 비교부(52)에서 비교한 데이터를 송신하는 데이터전송부(53)를 포함한다.

타켓(60)들은 검사대상 구조물들에 각각 부착되며, 식별라인들이 구비된다. 타켓(60)들은 카메라(30)들의 수와 같은 수인 것이 바람직하다. 카메라(30)가 두 개인 경우 타켓(60)은 두 개이다. 타켓(60)의 일예로, 도 3에 도시한 바와 같이, 타켓(60)은 사각 형태의 베이스판(61)과, 그 베이스판(61)에 형성된 식별라인(62)들을 포함한다. 식별라인(62)들의 일예로, 식별라인(62)들은 X축 방향으로 균일한 간격을 두고 형성되는 세로라인(3)들과, Y축 방향으로 균일한 간격을 두고 형성되어 세로라인(3)들과 교차하는 가로라인(4)들을 포함한다. 세로라인(3)들과 가로라인(4)들에 의해 형성되는 단위 사각형은 직사각형을 이루며, 그 직사각형의 가로변 길이와 세로변 길이는 서로 다른 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 복수의 카메라(30)를 이용한 구조물 변위측정장치를 이용하여 교량의 변위를 측정할 경우, 도 4에 도시한 바와 같이, 교량의 서로 인접하는 두 개의 교각들에 각각 타켓(60)을 설치하고, 카메라(30)들이 구비된 베이스부재(10)를 타켓(60)이 설치된 두 개의 교각 사이에 위치하는 교량 상판의 하면에 설치한다. 베이스부재(10)에 설치된 카메라구동유닛(40)으로 두 개의 카메라(30)들을 움직여 두 개의 카메라(30)들이 각각 타켓(60)을 촬영할 수 있도록 조정한다. 두 개의 카메라(30)는 줌 기능이 구비되어 멀리 위치한 타켓(60)을 정확하게 촬영할 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 복수의 카메라를 이용한 구조물 변위측정방법의 일실시예를 도시한 순서도이다.

도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 복수의 카메라를 이용한 구조물 변위측정방법의 일실시예는, 먼저, 두 개의 수직 구조물에 각각 식별라인들이 형성된 타켓(60)을 설치하는 단계(S1)가 진행된다. 일예로, 변위측정대상물이 교량일 경우 교량의 서로 인접하는 두 개의 교각들에 각각 타켓(60)을 설치한다. 타켓(60)에 형성되는 식별라인들은 X축 방향으로 균일한 간격을 두고 형성되는 세로라인들과, Y축 방향으로 균일한 간격을 두고 형성되어 세로라인들과 교차하는 가로라인들을 포함하는 것이 바람직하다. 가로라인들과 세로라인들에 의해 형성되는 단위 사각형은 직사각형을 이루며, 그 직사각형의 가로변 길이와 세로변 길이는 서로 다른 것이 바람직하다.

두 개의 수직 구조물들에 각각 타켓(60)을 설치한 후, 두 개의 수직 구조물 사이에 고정된 위치에서 두 개의 카메라(30)로 두 개의 타켓(60)을 각각 촬영하여 제1,2 기준타켓이미지를 저장하는 단계(S2)가 진행된다. 변위측정대상물이 교량인 경우 타켓(60)이 설치된 두 개의 교각 사이에 위치하는 교량 상판의 하면에 두 개의 카메라(30)를 설치한다. 두 개의 카메라(30)들은 변위산출유닛(50)에 연결되어 두 개의 카메라(30)로 두 개의 타켓(60)을 각각 촬영한 제1,2 기준타켓이미지는 변위산출유닛(50)에 저장된다.

제1,2 기준타켓이미지를 저장한 후, 두 개의 카메라(30)로 두 개의 타켓(60)을 각각 촬영하여 제1,2 타켓비교이미지를 저장하는 단계(S3)가 진행된다. 제1,2 타켓비교이미지는 설정된 시간 간격을 두고 반복적으로 두 개의 카메라(30)가 두 개의 타켓(60)을 각각 촬영한다. 제1,2 타켓비교이미지는 변위산출유닛(50)에 저장한다.

제1,2 기준타켓이미지를 저장한 후, 제1 기준타켓이미지의 식별라인과 제1 비교타켓이미지의 식별라인을 비교한 제1 비교데이터와, 제2 기준타켓이미지의 식별라인과 제2 비교타켓이미지의 식별라인을 비교한 제2 비교데이터를 기준으로 변위값을 산출하는 단계(S4)가 진행된다. 제1,2 비교데이터는 변위산출유닛(50)에서 이루어질 뿐만 아니라 제1 비교데이터와 제2 비교데이터를 기준으로 변위값을 산출하는 것도 변위산출유닛(50)에서 이루어진다. 변위값은 구조물 관리자의 휴대단말기로 전송하거나 중앙제어유닛에 전송하는 것이 바람직하다. 도 6에 도시한 바와 같이, 두 개의 카메라(30)에서 각각 촬영한 제1,2 기준타켓이미지의 식별라인들(3)(4)과 이어 두 개의 카메라(30)에서 각각 촬영한 제1,2 타켓비교이미지의 식별라인들(3)(4)을 비교하여 변위를 산출한다.

제1 비교데이터와 제2 비교데이터의 변위값이 설정된 기준값 이상이면 알람을 발생시킬 수도 있다.

이하, 본 발명에 따른 복수의 카메라를 이용한 구조물 변위측정장치 및 방법의 작용과 효과를 설명한다.

본 발명은 두 개의 검사대상 구조물들에 각각 타켓(60)을 설치하고 그 두 개의 검사대상 구조물들 사이에 두 개의 카메라(30)들이 장착된 베이스부재910)를 고정하고 카메라구동유닛(40)을 작동시켜 두 개의 카메라(30)들을 각각 타켓(60)들에 포커싱하고 두 개의 카메라(30)들이 각각 반복적으로 촬영하는 타켓이미지들을 비교하여 두 개의 검사대상 구조물의 변위를 측정한다.

이와 같이 본 발명은 두 개의 카메라(30)들이 고정된 상태에서 두 개의 검사대상 구조물들에 각각 설치된 타켓(60)들을 반복적으로 촬영하고 그 두 개의 카메라(30)들에서 각각 촬영된 타켓이미지의 식별라인들(3)(4)을 비교하여 두 개의 검사대상 구조물들의 변위를 측정하게 되므로 구조물의 변위 측정이 쉽고 간단하며, 또한 변위 측정이 정확하게 된다.

10; 베이스부재 20; 지지부재
30; 카메라 40; 카메라구동유닛
50; 변위산출유닛 60; 타켓

Claims (7)

1. 베이스부재;
   상기 베이스부재에 서로 간격을 두고 고정 결합되는 두 개의 수직판부들과, 상기 두 개의 수직판부들의 상단부를 연결하는 수평판부를 포함하는 지지부재;
   상기 지지부재의 두 개의 수직판부들 사이에 회전 가능하게 결합되는 복수 개의 카메라들;
   상기 복수 개의 카메라를 동시에 회전시키는 카메라구동유닛;
   상기 복수 개의 카메라에서 촬영한 이미지데이터를 저장하고 비교하는 변위산출유닛;
   검사대상 구조물들에 각각 부착되며, 식별라인들이 구비된 타켓들; 및
   상기 카메라와 지지부재에 카메라를 설정된 위치에서 고정하는 카메라고정유닛을 포함하며,
   상기 카메라구동유닛은 상기 베이스부재에 수직 방향으로 위치하여 양단부가 상기 베이스부재와 지지부재의 수평판부에 회전 가능하게 결합되며, 일부분에 웜부가 구비된 웜축과, 상기 복수 개의 카메라들에 각각 구비되어 상기 웜축에 맞물려 웜축의 회전에 따라 회전하는 웜기어부를 포함하며, 상기 웜기어부는 카메라바디의 후면부에 구비되는 반원판 형상의 반원판 부분과 상기 반원판 부분의 외주면을 따라 형성되어 상기 웜부와 맞물리는 다수 개의 기어이들을 포함하며,
   상기 카메라고정유닛은 상기 웜기어부의 반원판 부분에 일정 간격을 두고 형성되는 복수 개의 위치설정구멍들과, 상기 지지부재의 수직판부에 형성된 복수 개의 위치설정구멍들과, 상기 지지부재의 위치설정구멍과 카메라바디의 위치설정구멍을 관통하는 위치설정핀을 포함하는, 복수의 카메라를 이용한 구조물 변위측정장치.
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