KR102107486B1 - 터널 균열 영상 촬영 장치, 이의 터널 균열 영상 촬영 방법 및 이를 포함하는 터널 균열 영상 촬영 시스템 - Google Patents

터널 균열 영상 촬영 장치, 이의 터널 균열 영상 촬영 방법 및 이를 포함하는 터널 균열 영상 촬영 시스템 Download PDF

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신경재
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경북대학교 산학협력단
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Abstract

터널 균열 영상 촬영 장치, 이의 터널 균열 영상 촬영 방법 및 이를 포함하는 터널 균열 영상 촬영 시스템이 개시된다. 터널 균열 영상 촬영 장치는 상기 터널의 벽면을 촬영하는 카메라, 상기 카메라가 상기 차량의 주행 방향을 따라 왕복 이동 가능하게 장착되는 리니어 모터 및 상기 차량의 속도를 획득하고, 상기 차량의 속도 및 기 설정된 상기 카메라의 화각을 이용하여 상기 카메라의 촬영 주기를 산출하고, 상기 촬영 주기 마다 상기 차량의 속도에 상기 리니어 모터의 속도를 더한 값으로 산출되는 상기 카메라의 이동 속도가 0 이 되게 하는 상기 리니어 모터의 속도를 산출하여 상기 리니어 모터를 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

터널 균열 영상 촬영 장치, 이의 터널 균열 영상 촬영 방법 및 이를 포함하는 터널 균열 영상 촬영 시스템{APPARATUS AND METHOD OF TUNNEL CRACK IMAGE PHOTOGRAPHING, TUNNEL CRACK IMAGE PHOTOGRAPHING SYSTEM INCLUDING THE APPARATUS}
본 발명은 터널 균열 영상 촬영 장치, 이의 터널 균열 영상 촬영 방법 및 이를 포함하는 터널 균열 영상 촬영 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 터널을 주행하면서 터널의 벽면을 촬영하는 터널 균열 영상 촬영 장치, 이의 터널 균열 영상 촬영 방법 및 이를 포함하는 터널 균열 영상 촬영 시스템에 관한 것이다.
우리나라는 전 국토의 70%정도가 산악지대로 최적의 선형조건을 고려한 설계의 불가피성과 맞물려 대단면 장대터널의 수량은 급격하게 증가하고 있으며 예방차원 유지관리에 대한 관심도 상대적으로 증가되고 있는 실정이다.
현재의 유지관리는 시설물 안전관리에 관한 특별법에 정한 주기나 수준에 의해 점검 및 진단을 하며, 이러한 과정에서 가장 중요한 기본조사인 외관조사를 위해 고감도의 비디오 카메라를 장착한 스캐닝 차량을 저속으로 주행시켜 터널의 벽면을 촬영하는 시스템이 제안된바 있다.
그러나 주행 중인 차량에서 터널 벽면 영상을 획득하는 것이므로 차량의 주행 속도에 의해 획득한 여상이 흐릿해져 0.1mm 이하의 미세한 균열을 발견하는 데에는 어려움이 있다. 아울러 장시간 차량 통제에 따른 차량 통제 비용 및 인건비 부담이 있다.
본 발명은 주행 중인 차량에 장착된 카메라가 정지한 상태를 구현하고, 카메라가 정지한 시점에 터널 벽면을 촬영하도록 하여 선명한 터널 벽면 영상을 획득할 수 있는 터널 균열 영상 촬영 장치, 이의 터널 균열 영상 촬영 방법 및 이를 포함하는 터널 균열 영상 촬영 시스템을 제공한다.
상기 과제를 해결하기 위한 터널 균열 영상 촬영 장치는 터널 내부를 주행하는 차량에 장착되어 상기 터널의 벽면을 촬영하는 터널 균열 영상 촬영 장치에 있어서, 상기 터널의 벽면을 촬영하는 카메라, 상기 카메라가 상기 차량의 주행 방향을 따라 왕복 이동 가능하게 장착되는 리니어 모터 및 상기 차량의 속도를 획득하고, 상기 차량의 속도 및 기 설정된 상기 카메라의 화각을 이용하여 상기 카메라의 촬영 주기를 산출하고, 상기 촬영 주기 마다 상기 차량의 속도에 상기 리니어 모터의 속도를 더한 값으로 산출되는 상기 카메라의 이동 속도가 0 이 되게 하는 상기 리니어 모터의 속도를 산출하여 상기 리니어 모터를 제어하는 제어부를 포함한다.
한편, 상기 리니어 모터에 의한 상기 카메라의 이동 거리 중 어느 한 지점에 설치되어 빛을 발광하는 조명 및 상기 리니어 모터에 상기 카메라와 같이 이동 가능하게 장착되어 상기 조명으로부터 발광하는 빛을 감지하고, 상기 조명으로부터 발광하는 빛을 감지하는 경우, 상기 카메라가 상기 터널의 벽면을 촬영하도록 상기 카메라와 연동되는 조도 센서를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 조명은, 상기 카메라의 이동 거리 중 중간 지점에 설치될 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 촬영 주기 마다 상기 조명이 설치된 위치에서 상기 카메라의 이동 속도가 0 이 되게 하는 사인(sine) 파 형상의 상기 리니어 모터의 속도를 산출하여 상기 리니어 모터를 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 차량의 속도를 최대 속도로 하고, 상기 촬영 주기를 한 주기로 하는 사인(sine) 파 형상의 상기 리니어 모터의 속도를 산출하여 상기 리니어 모터를 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 카메라로부터 상기 터널의 벽면까지의 거리를 촬영 거리로 산출하고, 상기 촬영 거리 및 상기 카메라의 화각을 이용하여 상기 터널의 전체 길이에 대해 상기 카메라의 1회 촬영 범위를 산출하고, 상기 촬영 범위를 상기 차량의 속도로 나누어 상기 촬영 주기를 산출할 수 있다.
한편, 본 발명의 터널 균열 영상 촬영 방법은 터널 내부를 주행하는 차량에 상기 차량의 주행 방향을 따라 왕복 이동 가능하도록 리니어 모터에 의해 장착되는 카메라를 이용하여 상기 터널의 벽면 영상을 획득하는 터널 균열 영상 촬영 방법에 있어서, 상기 차량의 속도를 획득하는 단계, 상기 차량의 속도 및 기 설정된 상기 카메라의 화각을 이용하여 상기 카메라의 촬영 주기를 산출하는 단계, 상기 촬영 주기 마다 상기 차량의 속도에 상기 리니어 모터의 속도를 더한 값으로 산출되는 상기 카메라의 이동 속도가 0 이 되게 하는 상기 리니어 모터의 속도를 산출하는 단계 및 상기 리니어 모터의 속도에 따라 상기 리니어 모터를 제어하는 단계를 포함한다.
한편, 상기 촬영 주기 마다 상기 차량의 속도에 상기 리니어 모터의 속도를 더한 값으로 산출되는 상기 카메라의 이동 속도가 0 이 되게 하는 상기 리니어 모터의 속도를 산출하는 단계는, 상기 차량의 속도를 최대 속도로 하고, 상기 촬영 주기를 한 주기로 하는 사인(sine) 파 형상의 상기 리니어 모터의 속도를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 차량의 속도 및 기 설정된 상기 카메라의 화각을 이용하여 상기 카메라의 촬영 주기를 산출하는 단계는, 상기 카메라로부터 상기 터널의 벽면까지의 거리를 촬영 거리로 산출하는 단계, 상기 촬영 거리 및 상기 카메라의 화각을 이용하여 상기 터널의 전체 길이에 대해 상기 카메라의 1회 촬영 범위를 산출하는 단계 및 상기 촬영 범위를 상기 차량의 속도로 나누어 상기 촬영 주기를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 차량의 속도 및 기 설정된 상기 카메라의 화각을 이용하여 상기 카메라의 촬영 주기를 산출하는 단계는, 상기 촬영 범위에 촬영 범위 간에 겹치는 범위에 해당하는 겹침 길이의 존재 여부를 확인하는 단계, 상기 촬영 범위에 상기 겹침 길이가 존재하는 경우, 상기 겹침 길이를 이용하여 상기 촬영 범위에 상기 겹침 길이가 존재하지 않는 경우의 카메라의 화각을 산출하는 단계 및 산출한 카메라의 화각을 이용하여 상기 촬영 범위 및 상기 촬영 주기를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 터널 균열 영상 촬영 시스템은 터널 내부를 주행하는 차량 및 상기 차량에 상기 차량의 주행 방향을 따라 왕복 이동 가능하도록 리니어 모터에 의해 장착되는 카메라를 포함하여 상기 터널의 벽면 영상을 획득하되, 상기 차량의 속도 및 기 설정된 상기 카메라의 화각에 따라 상기 리니어 모터의 속도를 제어하여 상기 카메라의 이동 속도가 0 인 상태에서 상기 터널의 벽면 영상을 획득하는 터널 균열 영상 촬영 장치를 포함한다.
본 발명에 따르면, 초점의 흔들림 없는 선명한 터널 벽면의 영상으로부터 0.1mm 이하의 미세 균열을 발견할 수 있을 것이다.
아울러, 카메라가 장착된 차량의 주행 속도에 제한이 없으며, 차량의 주행 속도를 높여 터널 점검의 시간을 단축할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터널 균열 영상 촬영 시스템을 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 터널 균열 영상 촬영 장치를 보여주는 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 각 구성요소의 이동 속도를 보여주는 일 예이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 터널 균열 영상 촬영 장치의 제어 블록도이다.
도 5는 도 4에 도시된 제어부에서 카메라의 촬영 주기 산출 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 4에 도시된 제어부에서 산출하는 리니어 모터의 속도를 나타내는 도면이고, 도 7은 도 4에 도시된 제어부에서의 리니어 모터 제어를 보여주는 개념도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 터널 균열 영상 촬영 방법의 순서도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예와 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터널 균열 영상 촬영 시스템을 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 터널 균열 영상 촬영 시스템(1000)은 터널을 주행하는 차량(100) 및 차량(100)에 장착되어 터널의 벽면(Tunnel Wall)을 촬영하는 터널 균열 영상 촬영 장치(200)를 포함할 수 있다.
차량(100)은 터널 균열 영상 촬영 장치(200)를 터널 내에서 이동시키는 수단으로, 특정한 것에 한정되지 않고 트럭 등과 같이 터널 균열 영상 촬영 장치(200)를 이동시킬 수 있는 수단이라면 어떠한 수단도 이에 해당할 수 있다.
차량(100)의 주행 속도는 한정되지 않으며, 본 실시예에서 차량(100)의 속도는 10km/h 내지 30km/h인 것으로 예를 들어 설명한다.
터널 균열 영상 촬영 장치(200)는 터널의 벽면을 촬영할 수 있도록 차량(100)에 장착되는 카메라를 포함하여 터널의 벽면 영상을 획득할 수 있다. 이때, 터널 균열 영상 촬영 장치(200)는 리니어 모터를 포함할 수 있으며, 카메라는 이러한 리니어 모터에 의해 차량(100)의 주행 방향으로 왕복 이동 가능하게 장착될 수 있다.
터널 균열 영상 촬영 장치(200)는 리니어 모터를 제어하여 카메라가 정지한 상태에서 터널의 벽면 영상을 획득할 수 있다.
예를 들면, 0.1mm이하의 균열을 촬영하기 위해서는 초점의 흔들림 없는 터널 벽면의 영상 촬영이 요구되는데, 본 실시예에 따르면 카메라를 기준으로 하여 터널의 벽면이 지나가는 속도(vw)가 0 인 경우, 즉, 카메라가 정지한 상태에서의 터널 벽면의 선명한 영상 획득이 가능하다. 카메라를 기준으로 하여 터널의 벽면이 지나가는 속도(vw)는 vw=vo-vc와 같이 계산될 수 있다(여기서, vo는 차량(100)의 속도, vc는 리니어 모터에 의한 카메라의 속도).
터널 균열 영상 촬영 장치(200)는 카메라가 차량(100)의 속도와 동일한 속도로 이동하되, 차량(100)의 주행 방향과 반대 방향으로도 이동할 수 있도록 리니어 모터의 속도를 제어할 수 있다. 예를 들면, 리니어 모터는 양의 값과 음의 값이 반복되는 사인(sine) 파 형상의 속도로 구현되어 카메라를 차량(100)의 주행 방향을 따라 왕복 이동 시킬 수 있다. 이와 같은 경우 터널 균열 영상 촬영 장치(200)는 터널의 벽면이 지나가는 속도(vw)가 0 이 되는 시점에 카메라가 터널의 벽면 영상을 촬영하도록 구성될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 터널 균열 영상 촬영 시스템(1000)은 리니어 모터에 의해 왕복 이동이 가능하도록 차량(100)에 장착되는 카메라를 이용하여 카메라가 정지한 상태에서의 터널의 벽면 영상 획득이 가능하다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 터널 균열 영상 촬영 시스템(1000)은 초점의 흔들림 없는 선명한 터널 벽면의 영상으로부터 0.1mm 이하의 미세 균열을 발견할 수 있을 것이다.
아울러, 본 발명의 일 실시예에 따른 터널 균열 영상 촬영 시스템(1000)에 따르면 차량(100)의 주행 속도에 맞추어 리니어 모터의 속도를 제어함으로써 카메라가 정지한 상태에서 터널의 벽면 영상을 획득하도록 구성되므로, 차량(100)의 주행 속도에 제한이 없으며, 차량(100)의 주행 속도를 높여 터널 점검의 시간을 단축할 수 있을 것이다.
도 2는 도 1에 도시된 터널 균열 영상 촬영 장치를 보여주는 도면이다.
도 2를 참조하면, 터널 균열 영상 촬영 장치(200)는 리니어 모터(210), 카메라(230), 조도 센서(250) 및 조명(255)을 포함할 수 있으며, 차량(100)에 설치될 수 있다.
리니어 모터(210)는 레일 방향으로 직선적인 구동력을 발생시킬 수 있는 모터로, 도 2에서는 두 개의 레일이 나란히 설치된 것을 예로 들어 도시하였으나, 이에 한정하는 것은 아니며 하나의 레일이 설치될 수도 있음은 물론이다.
리니어 모터(210)는 레일 상에 설치되는 물체를 레일을 따라 왕복 이동시킬 수 있다. 레일 상에 설치되는 물체는 리니어 모터(210)의 구동 속도에 따른 속도로 레일 상에서 이동할 수 있다. 이하의 설명에서 리니어 모터(210)의 속도는 레일 상에 설치되는 물체의 이동 속도로 정의한다. 예를 들면, 리니어 모터(210)의 속도가 양의 값을 갖는 경우, 레일 상에 설치되는 물체는 정방향으로 이동할 수 있으며, 리니어 모터(210)의 속도가 음의 값을 갖는 경우, 레일 상에 설치되는 물체는 그 반대 방향으로 이동할 수 있다.
카메라(230)는 터널의 벽면을 촬영하기 위한 구성으로, 기 설정된 화각으로 전방의 영상을 획득할 수 있다. 이를 위해 카메라(230)는 전방이 터널의 벽면을 향하도록 차량(100)에 설치될 수 있다.
카메라(230)는 리니어 모터(210)에 의해 왕복 이동 가능하도록 차량(100)에 설치될 수 있다. 예를 들면, 카메라(230)는 도 2에 도시된 것처럼 리니어 모터(210)의 레일을 따라 슬라이딩 이동하는 플레이트를 통해 리니어 모터(210)에 설치될 수 있다. 카메라(230)는 리니어 모터(210)에 의해 차량(100)과 동일한 방향으로 이동하거나, 그 반대 방향으로 이동할 수 있을 것이다. 이러한 카메라(230)의 이동 속도는 차량(100)의 속도에 리니어 모터(210)의 속도를 더한 값으로 산출될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터널 균열 영상 촬영 장치(200)는 카메라(230)의 이동 속도가 0 이 될 수 있도록 리니어 모터(210)의 속도를 제어할 수 있다. 이와 관련하여 구체적인 설명은 도 3을 참조하여 후술한다.
조명(255)은 소정의 빛을 발광하는 장치로, 차량(100)에 설치될 수 있는데, 리니어 모터(210)에 의한 카메라의 이동 거리 중 어느 한 지점에 설치되어 빛을 발광할 수 있다.
바람직하게는 조명(255)은 카메라(230)의 이동 거리 중 중간 지점에 설치될 수 있다. 카메라(230)가 이동 거리 중 중간 지점을 지나가는 경우 카메라(230)의 이동 속도는 0 이 되기 때문이다.
조도 센서(250)는 빛을 감지하는 경우 소정의 신호를 발생시키는 센서로, 리니어 모터(210)에 의해 카메라(230)와 같이 이동 가능하게 설치될 수 있다. 예를 들면, 조도 센서(250)는 도 2에 도시된 것처럼 리니어 모터(210)의 레일을 따라 슬라이딩 이동하는 플레이트 상에서 카메라(230)의 후방 측에 설치될 수 있다.
조도 센서(250)는 카메라(230)와 같이 이동하면서 조명(255)이 설치된 지점을 지나가는 경우, 조명(255)으로부터 발광하는 빛을 감지할 수 있을 것이다. 조도 센서(250)는 카메라(230)와 유선 또는 무선으로 연동되어 조명(255)으로부터 발광하는 빛을 감지하는 경우, 카메라(230)롸 촬영 신호를 인가하도록 구성될 수 있다.
이에 따라 카메라(230)는 리니어 모터(210)에 의해 차량(100)의 주행 방향을 따라 왕복 이동 하면서 조명(255)이 설치된 지점을 지나가는 경우, 조도 센서(250)로부터 신호를 인가 받아 터널 벽면의 영상을 획득할 수 있다. 이때 상술한 바와 같이 카메라(230)는 조명(255)이 설치된 지점을 지나갈 때에 그 이동 속도가 0 이 되므로, 정지 상태에서 조도 센서(250)로부터 신호를 인가 받아 터널 벽면의 영상을 획득할 수 있다. 이와 관련하여 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3은 도 2에 도시된 각 구성요소의 이동 속도를 보여주는 일 예이다.
도 3을 참조하면, 리니어 모터(210)의 속도(Vlinear)는 사인(sine) 파 형상으로 나타낼 수 있다. 이러한 리니어 모터(210)에 장착되는 카메라(230)는 리니어 모터(210)의 속도(Vlinear)가 양의 값을 갖는 경우, 차량(100)과 동일한 방향으로 이동할 수 있으며, 리니어 모터(210)의 속도(Vlinear)가 음의 값을 갖는 경우, 차량(100)과 반대 방향으로 이동할 수 있다.
카메라(230)의 이동 속도(Vcamera)는 리니어 모터(210)의 속도(Vlinear)에 차량(100)의 속도(Vcar)를 더한 값으로 산출될 수 있다. 카메라(230)는 리니어 모터(210)에 의해 차량(100)에 장착되기 때문이다.
도 3에서 알 수 있듯이, 리니어 모터(210)의 속도(Vlinear)를 나타내는 사인(sine) 파의 진폭이 차량(100)의 속도(Vcar)와 동일한 경우, 카메라(230)의 이동 속도(Vcamera)는 0 이 되는 위치가 발생할 수 있다. 예를 들면, 리니어 모터(210)의 속도(Vlinear)가 -3m/s~3m/s로 나타나고, 차량(100)의 속도(Vcar)가 3m/s로 나타나는 경우, 카메라(230)의 이동 속도(Vcamera)는 0m/s~6m/s로 산출될 수 있다.
카메라(230)의 이동 속도(Vcamera)는 0 이 되는 지점은 리니어 모터(210)의 속도(Vlinear)가 음의 최소값을 나타내는 지점으로, 카메라(230)가 차량(100)의 속도(Vcar)와 동일한 속도로 차량(100)의 방향과 반대 방향으로 전체 이동 거리의 중간 지점을 지나가는 경우에 해당한다. 해당 위치는 상술한 것처럼 조명(255)이 설치된 지점에 해당할 수 있다.
이에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 터널 균열 영상 촬영 장치(200)는 카메라(230)의 이동 속도(Vcamera)가 0 이 되는 지점에서 터널 벽면을 촬영하도록 구성될 수 있으며, 이에 정지 상태에서 촬영한 것과 같은 영상을 획득할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 터널 균열 영상 촬영 장치의 제어 블록도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 터널 균열 영상 촬영 장치(200)는 속도 센서(270)의 센싱 데이터를 이용하여 리니어 모터(210)를 제어하는 제어부(290)를 포함할 수 있다.
속도 센서(270)는 터널 균열 영상 촬영 장치(200)가 장착되는 차량(100)에 설치되어, 차량(100)의 속도를 감지하고 이를 제어부(290)로 전달할 수 있다.
제어부(290)는 속도 센서(270)로부터 차량(100)의 속도를 획득하고, 차량(100)의 속도에 따라 카메라(230)의 이동 속도가 0 이 되게 하는 리니어 모터(210)의 속도를 산출하여, 리니어 모터(210)를 제어할 수 있다.
구체적으로는, 제어부(290)는 차량(100)의 속도 및 카메라(230)의 화각을 이용하여 카메라(230)의 촬영 주기를 산출할 수 있다. 이와 관련하여 도 5를 참조하여 설명한다.
도 5는 도 4에 도시된 제어부에서 카메라의 촬영 주기 산출 방법을 설명하기 위한 도면이다.
제어부(290)는 카메라(230)로부터 터널의 벽면까지의 거리를 촬영 거리(d)로 산출할 수 있다.
제어부(290)는 촬영 거리(d) 및 기 설정된 카메라(230)의 화각(α˚)을 이용하여 터널의 전체 길이에 대해 카메라(230)의 1회 촬영 범위(W)를 산출할 수 있다.
Figure 112019001010916-pat00001
수학식 1에서 W는 카메라(230)의 1회 촬영 범위를 나타내고, d는 카메라(230)로부터 터널의 벽면까지의 거리 및 α는 카메라(230)의 화각을 나타낸다.
제어부(290)는 촬영 범위(W)를 차량(100)의 속도(Vcar)로 나누어 촬영 주기(T)를 산출할 수 있다.
Figure 112019001010916-pat00002
수학식 2에서 T는 촬영 주기를 나타내고, W는 촬영 범위 및 Vcar는 차량(100)의 속도를 나타낸다.
한편, 카메라(230)의 화각이 β˚인 경우, 촬영 범위는 W+S로, 카메라(230)의 화각이 α˚인 경우와 비교하였을 때, 촬영 범위 간에 겹치는 범위에 해당하는 겹침 길이(S)가 존재할 수 있다.
제어부(290)는 이와 같이 촬영 범위에 촬영 범위 간에 겹치는 범위에 해당하는 겹침 길이(S)가 존재하도록 설정되는 경우, 겹침 길이(S)를 이용하여 촬영 범위에 겹침 길이(S)가 존재하지 않는 경우의 카메라의 화각(α˚)을 산출할 수 있다.
Figure 112019001010916-pat00003
수학식 3에서 S는 겹침 길이를 나타내고, β는 카메라(230)의 화각, α는 겹침 길이가 존재하지 않는 경우의 카메라(230)의 화각을 나타낸다.
제어부(290)는 수학식 3에 기 설정된 겹침 길이(S) 값 및 카메라(230)의 화각(β˚)을 대입하여 겹침 길이(S)가 존재하지 않는 경우의 카메라의 화각(α˚)을 산출할 수 있을 것이다.
제어부(290)는 겹침 길이(S)가 존재하지 않는 경우의 카메라(230)의 화각(α˚)을 수학식 1에 대입하여 촬영 범위(W)를 산출하고, 이를 이용하여 촬영 주기(T)를 산출할 수 있다.
이와 같이 제어부(290)는 카메라(230)의 촬영 주기(T)를 산출할 수 있으며, 카메라(230)의 촬영 주기(T)를 한 주기로 하고, 차량(100)의 속도를 최대 속도로 갖는 사인(sine) 파 형상의 리니어 모터(210)의 속도를 산출할 수 있다. 이와 관련하여 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한다.
도 6은 도 4에 도시된 제어부에서 산출하는 리니어 모터의 속도를 나타내는 도면이고, 도 7은 도 4에 도시된 제어부에서의 리니어 모터 제어를 보여주는 개념도이다.
도 6을 참조하면, 제어부(290)는 차량(100)의 속도가 10km/h(3m/s)이고, 촬영 범위(W)가 3m인 경우, 제어부(290)는 촬영 주기(T)를 1 초로 산출할 수 있으며, 이와 같은 경우, 제어부(290)는 최대 속도가 3m/s이고, 최저 속도가 -3m/s이며, 한 주기가 1sec인 사인(sine) 파 형상의 리니어 모터(210)의 속도(Vlinear)를 산출할 수 있다. 이때, 카메라(230)의 속도는 리니어 모터(210)의 속도(Vlinear)에 차량(100)의 속도를 더한 값으로 산출되므로, 리니어 모터(210)의 속도(Vlinear)가 -3m/s인 지점에서 0 이 될 수 있으며, 해당 지점에서 터널의 벽면을 촬영할 수 있다.
또한, 제어부(290)는 차량(100)의 속도가 20km/h(6m/s)이고, 촬영 범위(W)가 3m인 경우, 제어부(290)는 촬영 주기(T)를 0.5 초로 산출할 수 있으며, 이와 같은 경우, 제어부(290)는 최대 속도가 6m/s이고, 최저 속도가 -6m/s이며, 한 주기가 0.5sec인 사인(sine) 파 형상의 리니어 모터(210)의 속도(Vlinear)를 산출할 수 있다. 이때, 카메라(230)의 속도는 리니어 모터(210)의 속도(Vlinear)에 차량(100)의 속도를 더한 값으로 산출되므로, 리니어 모터(210)의 속도(Vlinear)가 -6m/s인 지점에서 0 이 될 수 있으며, 해당 지점에서 터널의 벽면을 촬영할 수 있다.
또한, 제어부(290)는 차량(100)의 속도가 30km/h(9m/s)이고, 촬영 범위(W)가 3m인 경우, 제어부(290)는 촬영 주기(T)를 0.25 초로 산출할 수 있으며, 이와 같은 경우, 제어부(290)는 최대 속도가 9m/s이고, 최저 속도가 -9m/s이며, 한 주기가 0.25sec인 사인(sine) 파 형상의 리니어 모터(210)의 속도(Vlinear)를 산출할 수 있다. 이때, 카메라(230)의 속도는 리니어 모터(210)의 속도(Vlinear)에 차량(100)의 속도를 더한 값으로 산출되므로, 리니어 모터(210)의 속도(Vlinear)가 -9m/s인 지점에서 0 이 될 수 있으며, 해당 지점에서 터널의 벽면을 촬영할 수 있다.
도 7을 참조하면, 제어부(290)는 차량(100)의 속도를 감지하는 속도 센서(270)를 이용하여 리니어 모터(210)의 속도를 제어할 수 있다. 즉, 제어부(290)는 차량(100)의 속도에 맞추어 촬영 주기(Tn)를 산출할 수 있으며, 촬영 주기(Tn)에 도달할 때마다 촬영 속도, 즉, 카메라(230)의 이동 속도가 0m/s가 될 수 있도록 리니어 모터(210)의 속도를 제어할 수 있다.
이하, 도 8을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 터널 균열 영상 촬영 방법에 대하여 설명한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 터널 균열 영상 촬영 방법의 순서도이다.
본 발명의 일 실시예에 다른 터널 균열 영상 촬영 방법은 도 2 및 도 4에 도시된 터널 균열 영상 촬영 장치(200)와 실질적으로 동일한 구성에서 진행될 수 있다. 따라서 도 2 및 도 4에 도시된 터널 균열 영상 촬영 장치(200)와 동일한 구성 요소는 동일한 도면 부호를 부여하고 반복되는 설명은 생략한다.
도 8을 참조하면, 제어부(290)는 차량(100)의 속도를 획득할 수 있다(S10).
제어부(290)는 차량(100)에 장착되어 차량(100)의 속도를 감지하는 속도 센서(270)를 이용하여 카메라(230)가 장착되는 차량(100)이 속도를 획득할 수 있다.
제어부(290)는 차량(100)의 속도 및 기 설정된 카메라(230)의 화각을 이용하여 촬영 주기를 산출할 수 있다(S20).
제어부(290)는 상술한 수학식 1 내지 3을 이용하여 카메라(230)의 촬영 주기(T)를 산출할 수 있다.
제어부(290)는 카메라(230)로부터 터널의 벽면까지의 거리를 촬영 거리로 하고, 촬영 거리 및 카메라(230)의 화각을 이용하여 터널의 전체 길이에 대해 카메라(230)의 1회 촬영 범위를 산출할 수 있으며, 촬영 범위를 차량(100)의 속도로 나누어 촬영 주기를 산출할 수 있다.
여기에서, 제어부(290)는 촬영 범위에 촬영 범위 간에 겹치는 범위에 해당하는 겹침 길이가 존재하는 것으로 설정되는 경우, 겹침 길이를 이용하여 촬영 범위에 겹침 길이가 존재하지 않는 경우의 카메라(230)의 화각을 산출하고, 산출한 카메라(230)의 화각을 이용하여 카메라(230)의 1회 촬영 범위 및 촬영 주기를 산출할 수 있다.
제어부(290)는 촬영 주기 및 차량(100)의 속도를 이용하여 리니어 모터(210)의 속도를 산출할 수 있다(S30).
제어부(290)는 촬영 주기를 한 주기로 하고, 차량(100)의 속도를 최대 속도로 갖는 사인(sine) 파 형상의 리니어 모터(210)의 속도를 산출할 수 있다.
제어부(290)는 리니어 모터(210)의 속도에 따라 리니어 모터(210)를 제어할 수 있다(S40).
이에 따라 0 m/s의 촬영 속도로 터널 벽면의 영상을 획득할 수 있으며, 이로부터 0.1mm 이하의 미세 균열을 발견할 수 있을 것이다.
아울러, 차량(100)의 주행 속도에 맞추어 리니어 모터(210)의 속도를 제어함으로써 차량(100)의 주행 속도에 제한이 없으며, 차량(100)의 주행 속도를 높여 터널 점검의 시간을 단축할 수 있을 것이다.
이와 같은 본 발명의 터널 균열 영상 촬영 방법은 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.
상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령어는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거니와 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD 와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령어를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.
프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1000: 터널 균열 영상 촬영 시스템
100: 차량
200: 터널 균열 영상 촬영 장치
210: 리니어 모터
230: 카메라
250: 조도 센서
255: 조명

Claims (11)

  1. 터널 내부를 주행하는 차량에 장착되어 상기 터널의 벽면을 촬영하는 터널 균열 영상 촬영 장치에 있어서,
    상기 터널의 벽면을 촬영하는 카메라;
    상기 카메라가 상기 차량의 주행 방향을 따라 왕복 이동 가능하게 장착되는 리니어 모터;
    상기 차량의 속도를 획득하고, 상기 차량의 속도 및 기 설정된 상기 카메라의 화각을 이용하여 상기 카메라의 촬영 주기(T)를 산출하고, 상기 촬영 주기(T)를 한 주기로 하고, 상기 차량의 속도를 진폭으로 갖는 사인(sine) 파 형상의 상기 리니어 모터의 속도를 산출하며, 산출된 상기 리니어 모터의 속도로 상기 리니어 모터를 제어하는 제어부;
    상기 카메라의 이동 거리 중, 상기 차량의 속도에 상기 사인(sine) 파 형상의 상기 리니어 모터의 속도를 더한 값이 0이 되는 지점에 설치되어 빛을 발광하는 조명; 및
    상기 카메라와 같이 이동하며, 상기 조명으로부터 발광되는 빛을 감지하는 경우, 상기 조명의 위치에서 상기 터널의 벽면을 촬영하도록 촬영 신호를 생성하여 상기 카메라로 전달하는 조도 센서; 를 포함하는 터널 균열 영상 촬영 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 조도센서는,
    상기 리니어 모터에 상기 카메라와 같이 이동 가능하게 장착되어 상기 조명으로부터 발광하는 빛을 감지하고, 상기 조명으로부터 발광하는 빛을 감지하는 경우, 상기 카메라가 상기 터널의 벽면을 촬영하도록 상기 카메라와 연동되는 것인, 터널 균열 영상 촬영 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 조명은,
    상기 카메라의 이동 거리 중 중간 지점에 설치되는 터널 균열 영상 촬영 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 촬영 주기 마다 상기 조명이 설치된 위치에서 상기 카메라의 이동 속도가 0 이 되게 하는 사인(sine) 파 형상의 상기 리니어 모터의 속도를 산출하여 상기 리니어 모터를 제어하는 터널 균열 영상 촬영 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 차량의 속도를 최대 속도로 하고, 상기 촬영 주기를 한 주기로 하는 사인(sine) 파 형상의 상기 리니어 모터의 속도를 산출하여 상기 리니어 모터를 제어하는 터널 균열 영상 촬영 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 카메라로부터 상기 터널의 벽면까지의 거리를 촬영 거리로 산출하고, 상기 촬영 거리 및 상기 카메라의 화각을 이용하여 상기 터널의 전체 길이에 대해 상기 카메라의 1회 촬영 범위를 산출하고, 상기 촬영 범위를 상기 차량의 속도로 나누어 상기 촬영 주기를 산출하는 터널 균열 영상 촬영 장치.
  7. 터널 내부를 주행하는 차량에 상기 차량의 주행 방향을 따라 왕복 이동 가능하도록 리니어 모터에 의해 장착되는 카메라를 이용하여 상기 터널의 벽면 영상을 획득하는 터널 균열 영상 촬영 방법에 있어서,
    상기 차량의 속도를 획득하는 단계;
    상기 차량의 속도 및 기 설정된 상기 카메라의 화각을 이용하여 상기 카메라의 촬영 주기를 산출하는 단계;
    상기 촬영 주기(T)를 한 주기로 하고, 상기 차량의 속도를 진폭으로 갖는 사인(sine) 파 형상의 상기 리니어 모터의 속도를 산출하는 단계:
    상기 리니어 모터의 속도에 따라 상기 리니어 모터를 제어하는 단계;
    상기 카메라의 이동 거리 중, 상기 차량의 속도에 상기 사인(sine) 파 형상의 상기 리니어 모터의 속도를 더한 값이 0이 되는 지점에 조명이 발광되는 단계; 및
    상기 카메라와 같이 이동하는 조도센서가, 상기 조명으로부터 발광되는 빛을 감지하는 경우, 상기 조명의 위치에서 상기 터널의 벽면을 촬영하도록 촬영 신호를 생성하여 상기 카메라로 전달하는 단계; 를 포함하는 터널 균열 영상 촬영 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 촬영 주기(T)를 한 주기로 하고, 상기 차량의 속도를 진폭으로 갖는 사인(sine) 파 형상의 상기 리니어 모터의 속도를 산출하는 단계는,
    상기 차량의 속도를 최대 속도로 하고, 상기 촬영 주기를 한 주기로 하는 사인(sine) 파 형상의 상기 리니어 모터의 속도를 산출하는 단계를 포함하는 터널 균열 영상 촬영 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 차량의 속도 및 기 설정된 상기 카메라의 화각을 이용하여 상기 카메라의 촬영 주기를 산출하는 단계는,
    상기 카메라로부터 상기 터널의 벽면까지의 거리를 촬영 거리로 산출하는 단계;
    상기 촬영 거리 및 상기 카메라의 화각을 이용하여 상기 터널의 전체 길이에 대해 상기 카메라의 1회 촬영 범위를 산출하는 단계; 및
    상기 촬영 범위를 상기 차량의 속도로 나누어 상기 촬영 주기를 산출하는 단계를 포함하는 터널 균열 영상 촬영 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 차량의 속도 및 기 설정된 상기 카메라의 화각을 이용하여 상기 카메라의 촬영 주기를 산출하는 단계는,
    상기 촬영 범위에 촬영 범위 간에 겹치는 범위에 해당하는 겹침 길이의 존재 여부를 확인하는 단계;
    상기 촬영 범위에 상기 겹침 길이가 존재하는 경우, 상기 겹침 길이를 이용하여 상기 촬영 범위에 상기 겹침 길이가 존재하지 않는 경우의 카메라의 화각을 산출하는 단계; 및
    산출한 카메라의 화각을 이용하여 상기 촬영 범위 및 상기 촬영 주기를 산출하는 단계를 포함하는 터널 균열 영상 촬영 방법.
  11. 터널 내부를 주행하는 차량; 및
    상기 차량에 상기 차량의 주행 방향을 따라 왕복 이동 가능하도록 리니어 모터에 의해 장착되는 카메라를 포함하여 상기 터널의 벽면 영상을 획득하되, 상기 차량의 속도를 획득하고, 상기 차량의 속도 및 기 설정된 상기 카메라의 화각을 이용하여 상기 카메라의 촬영 주기(T)를 산출하고, 상기 촬영 주기(T)를 한 주기로 하고, 상기 차량의 속도를 진폭으로 갖는 사인(sine) 파 형상의 상기 리니어 모터의 속도를 산출하며, 산출된 상기 리니어 모터의 속도로 상기 리니어 모터를 제어하는 제어하며, 상기 카메라의 이동 거리 중, 상기 차량의 속도에 상기 사인(sine) 파 형상의 상기 리니어 모터의 속도를 더한 값이 0이 되는 지점에 설치되는 조명의 빛을 발광하고, 상기 카메라와 같이 이동하며, 상기 조명으로부터 발광되는 빛을 감지하는 경우, 상기 조명의 위치에서 상기 터널의 벽면을 촬영하도록 촬영 신호를 생성하여 상기 카메라로 전달하는 조도 센서를 통해 벽면 영상을 획득하는 터널 균열 영상 촬영 장치를 포함하는 터널 균열 영상 촬영 시스템.
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