KR102164224B1 - 영상 처리를 이용한 터널 라이닝 검사 시스템 및 방법 - Google Patents

영상 처리를 이용한 터널 라이닝 검사 시스템 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102164224B1
KR102164224B1 KR1020200041321A KR20200041321A KR102164224B1 KR 102164224 B1 KR102164224 B1 KR 102164224B1 KR 1020200041321 A KR1020200041321 A KR 1020200041321A KR 20200041321 A KR20200041321 A KR 20200041321A KR 102164224 B1 KR102164224 B1 KR 102164224B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
image
light source
computer
camera
tunnel lining
Prior art date
Application number
KR1020200041321A
Other languages
English (en)
Inventor
강신주
조진만
Original Assignee
주식회사 지스코
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 지스코 filed Critical 주식회사 지스코
Priority to KR1020200041321A priority Critical patent/KR102164224B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102164224B1 publication Critical patent/KR102164224B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/95—Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
    • G01N21/954—Inspecting the inner surface of hollow bodies, e.g. bores
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/14—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring distance or clearance between spaced objects or spaced apertures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/16—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/8851—Scan or image signal processing specially adapted therefor, e.g. for scan signal adjustment, for detecting different kinds of defects, for compensating for structures, markings, edges
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/95—Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
    • G01N21/956—Inspecting patterns on the surface of objects
    • G01N21/95607—Inspecting patterns on the surface of objects using a comparative method
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B37/00—Panoramic or wide-screen photography; Photographing extended surfaces, e.g. for surveying; Photographing internal surfaces, e.g. of pipe
    • G03B37/005—Photographing internal surfaces, e.g. of pipe
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/8851—Scan or image signal processing specially adapted therefor, e.g. for scan signal adjustment, for detecting different kinds of defects, for compensating for structures, markings, edges
    • G01N2021/8887—Scan or image signal processing specially adapted therefor, e.g. for scan signal adjustment, for detecting different kinds of defects, for compensating for structures, markings, edges based on image processing techniques

Abstract

본 발명은 영상 처리 기법을 활용한 터널 라이닝(10) 검사에 관한 것으로, 레이저스캐너(37)를 통하여 라이닝(10)의 표면형상정보를 수집함과 동시에, 상이한 파장의 가시광을 발광하는 선발광원(31) 및 후발광원(32)과 카메라(30)를 통하여 동일 검사 지점에 대한 영상정보를 획득하고, 이를 컴퓨터(40)가 이진화 및 차분 처리함으로써, 터널 라이닝(10)의 표면 상태 및 균열 실태에 대한 정확한 파악이 가능하도록 한 것이다.
본 발명을 통하여, 터널 라이닝(10)의 변형 상태를 정밀하게 파악함은 물론, 이물질을 균열로 오판하는 종래의 컴퓨터(40) 영상 처리 기반 균열 검사의 문제점을 해결할 수 있으며, 이로써 컴퓨터(40) 영상 처리 기반 터널 라이닝(10) 검사의 정확도를 획기적으로 향상시킬 수 있다.

Description

영상 처리를 이용한 터널 라이닝 검사 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR TUNNEL LINING INSPECTION USING IMAGE PROCESSING}
본 발명은 영상 처리 기법을 활용한 터널 라이닝(10) 검사에 관한 것으로, 레이저스캐너(37)를 통하여 라이닝(10)의 표면형상정보를 수집함과 동시에, 상이한 파장의 가시광을 발광하는 선발광원(31) 및 후발광원(32)과 카메라(30)를 통하여 동일 검사 지점에 대한 영상정보를 획득하고, 이를 컴퓨터(40)가 이진화 및 차분 처리함으로써, 터널 라이닝(10)의 표면 상태 및 균열 실태에 대한 정확한 파악이 가능하도록 한 것이다.
터널은 여타의 지중 구조물과 같이 구조체의 내부 표면만이 노출되는 구조물로서 시공중 및 완공후를 막론하고 구조체 외부에 대한 직접 검측이 불가능한 바, 터널 내공(內空)에 대한 검사가 주로 수행된다.
즉, 육안 검사 또는 각종 물리 탐사를 터널 내부 벽체인 라이닝(lining)에 대하여 실시함으로써 터널의 구조적 건전성 등을 판단하는 것으로, 이러한 터널 내공 검사에 있어서 가장 기초적이면서도 중요한 검사는 라이닝의 표면 형상 및 균열 상태를 파악하는 검사라 할 수 있는데, 터널 라이닝은 콘크리트로 구성되는 바, 여타의 콘크리트 구조물에서와 같이, 표면의 함몰 또는 돌출 등 표면형상과 균열의 규모, 형태 및 진행 속도 등이 터널 라이닝의 구조적 성능 및 안정성을 판단하는 핵심 지표로 활용된다.
콘크리트 구조물 검사의 전통적인 방식은 검사 대상 구조물을 전문 기술자가 육안으로 관찰함으로써 함몰 또는 돌출 등 변형 실태와, 균열의 발생 여부 및 형태 등을 파악하고, 균열 부위를 주기적으로 촬영함으로써 균열의 진행 속도를 추정하는 방식인 바, 검사원의 현장 답사 및 검사 대상 구조물에 대한 근거리 접근이 전제될 수 밖에 없다.
따라서, 구조물의 연장이 장대할 뿐 아니라, 내공 상단부에 대한 근거리 접근이 어려운 터널에서는 균열 검사에 장기간이 소요될 뿐 아니라, 대규모의 인력 및 장비가 소요됨은 물론, 교통 차단으로 인한 심각한 불편이 초래될 수 밖에 없었다.
이에, 콘크리트 구조물의 균열 검사에 컴퓨터 영상 처리 기법을 도입하여 검사의 신속성 및 편의성을 도모한 공개특허 제2003-83359호 등의 기술이 개발되어 활용되고 있으며, 이로써 검사원의 근거리 접근 및 직접 육안 관찰 없이도 컴퓨터 영상 처리를 통하여 구조물의 변형 및 균열 부위에 대한 신속한 검출이 가능하게 되었다.
공개특허 제2003-83359호를 비롯한 종래의 컴퓨터 영상 처리 적용 콘크리트 구조물 검사 기술은 기본적으로 콘크리트 구조물 표면을 촬영하여 디지털 이미지인 영상을 획득하고, 획득된 영상을 컴퓨터 알고리즘을 이용하여 처리함으로써 해당 촬영 부위에 균열이 존재하는 지 여부를 판단하는 것으로, 카메라에서 획득된 촬상 정보를 명암(明暗)에 따라 명부(明部)에서 암부(暗部)로 균일 증감하는 수치를 부여하고, 이를 이진화(二進化) 처리함으로써 주로 명부인 배경과 극명하게 대비되는 암부를 검출하게 된다.
즉, 카메라를 통하여 획득된 원시 촬상 정보의 각 픽셀(pixel)에 그레이스케일(gray scale)로 통용되는 0 내지 255의 수치를 설정하는 것으로, 최암부(最暗部)와 최명부(最明部)에 각각 0과 225를 부여함으로써 각 픽셀의 명암을 수치화한 후, 일정 기준치를 상회하는 픽셀과 하회하는 픽셀에 단일 수치를 일괄 부여하는 이진화를 실시함으로써, 예컨데 전체 픽셀의 그레이스케일 수치를 평균하여 평균치를 기준치로 설정한 후 기준치를 상회하는 픽셀에는 0을 부여하고 기준치를 하회하는 픽셀에는 1을 부여하는 방식으로 촬상 정보를 처리하는 것이다.
이렇듯 이진화 처리된 촬상 정보에서는 배경과 명확하게 대비되는 암부인 균열 부위가 촬영된 픽셀에는 1이 부여되고, 상대적으로 명부라 할 수 있는 비균열 부위의 표면이 촬영된 픽셀에는 0이 부여되는 바, 이를 통하여 컴퓨터가 균열의 발생 여부 및 형상을 파악할 수 있게 된다.
한편, 이진화 처리있어 상기에서 예시한 픽셀별 부여 수치인 1과 0은 정보를 이분(二分)함에 있어서 전산 처리상 편의를 위하여 부여되는 논리값일 뿐 일반적인 그레이스케일에서 설정되는 0 내지 225의 수치와 등치되는 것은 아니며, 1과 0 대신 0과 225 등 다양한 수치가 적용될 수도 있다.
전술한 공개특허 제2003-83359호를 비롯한 종래의 컴퓨터 영상 처리 적용 콘크리트 구조물 균열 검사 기술을 통하여, 균열 검사의 신속성, 편의성 및 안전성을 확보할 수 있게 되었으나, 이러한 종래기술은 기본적으로, 촬상된 정보를 명부와 암부로 단순 이분하고 암부를 균열부로 간주하는 방식으로 수행되는 바, 균열부의 검출 정확도에 있어서 한계가 있을 수 밖에 없었다.
즉, 배경인 구조물의 비균열 표면에 비하여 명도가 낮은 함몰 부위 또는 이물질이 침착되어 주변부에 비하여 명도가 낮은 부위를 명부 배경과 대비되는 암부로 간주하여 균열 형성 부위로 검출하는 오작동이 빈발하는 것이다.
따라서, 균열이 형성되지 않고 단순히 이물질이 침착된 부위를 균열 부위로 오인하여 경보를 발생하거나 촬상 정보를 별도 저장하는 등의 불필요한 처리가 수행되어, 검사 효율성이 저하되고 전산자원이 잠식되는 문제가 초래되었다.
터널 등 장대 구조물에 대한 영상 검사에 있어서의 촬상 정보는 수천매 내지 수만매의 고화질 이미지로 구성되는 바, 이들 촬상 정보의 처리에는 상당한 수준의 전산자원이 소모될 수 밖에 없으며, 특히 추후 정밀 분석에 대비하여 균열 부위의 원시 촬상 정보가 별도의 보존용 저장 장치에 수록됨을 고려할 때, 비균열 부위를 균열 부위로 오인하여 원시 촬상 정보를 수록하는 과정은 심각한 전산자원의 낭비를 유발하게 된다.
한편, 종래의 컴퓨터 영상 처리 적용 콘크리트 구조물 검사 기술에서는 평면정보인 촬상 영상만으로 구조물의 상태를 파악하여야 하는 바, 단순히 균열의 발생 여부 정도에 대한 판단만이 가능할 뿐, 표면의 함몰 또는 돌출 등 변형에 대한 검측은 사실상 불가능한 한계가 있었다.
즉, 종래기술에서는 평면정보인 영상정보로 취득 및 처리 정보가 제한되는 바, 검사 대상 구조물의 입체적인 형상정보 획득에는 심각한 제약이 있을 뿐 아니라, 이로 인하여 구조물 표면의 함몰 또는 돌출 등 안정성에 심대한 영향을 미치는 변형은 검측할 수 없었던 것이다.
본 발명은 전술한 문제점을 감안하여, 터널 라이닝의 변형을 판독할 수 있는 형상정보를 취득함과 동시에, 균열의 발생 여부 및 실태를 정밀하게 파악할 수 있을 뿐 아니라, 이물질 등으로 인한 균열 부위 오판을 방지할 수 있도록 창안된 것으로, 터널 내부 도로를 주행할 수 있는 자동차(20)에 장착되어 터널 라이닝(10)를 지향하는 조명으로서 각기 다른 파장의 가시광을 발광하는 선발광원(31) 및 후발광원(32), 상기 자동차(20)에 장착되고 검사 대상 터널 라이닝(10)에 레이저광을 조사하여 라이닝(10) 표면형상정보를 검출하는 레이저스캐너(37), 상기 자동차(20)에 장착되어 터널 라이닝(10)를 촬영하는 카메라(30), 상기 카메라(30), 선발광원(31) 및 후발광원(32)과 연결되어 카메라(30), 선발광원(31) 및 후발광원(32)의 작동을 제어하는 제어기(35), 상기 자동차(20)에 탑재된 컴퓨터(40)에 내장되고 상기 카메라(30) 및 레이저스캐너(37)와 연결되어 카메라(30)로 촬영된 영상정보 및 레이저스캐너(37)로 측정된 표면형상정보가 저장되는 기억장치(41), 상기 기억장치(41)가 내장되어 동일한 검사 지점에서 선발광원(31) 발광시 촬영된 일차영상(51)과 후발광원(32)의 발광시 촬영된 이차영상(52)을 이진화하여 일차이진영상(61) 및 이차이진영상(62)을 생성하고, 일차이진영상(61)과 이차이진영상(62)을 차분하여 차분영상(70)을 생성하는 컴퓨터(40)를 포함하는 영상 처리를 이용한 터널 라이닝 검사 시스템이다.
또한, 본 발명은 터널 내부 도로를 주행할 수 있는 자동차(20)에 장착된 레이저스캐너(37)가 검사 대상 터널 라이닝(10)의 표면형상정보를 검출하여 컴퓨터(40)로 입력하고 컴퓨터(40)의 기억장치(41)에 표면형상정보가 수록되는 단계, 터널 내부 도로를 주행할 수 있는 자동차(20)에 장착되고 각기 다른 파장의 가시광을 발광하는 선발광원(31) 및 후발광원(32) 중 선발광원(31)이 제어기(35)에 의하여 점등되는 단계, 선발광원(31)의 발광상태에서 제어기(35)가 카메라(30)를 가동하여 터널 라이닝(10)를 촬영함으로써 일차영상(51)을 획득하고 컴퓨터(40)의 기억장치(41)에 일차영상(51)이 저장되는 단계, 제어기(35)에 의하여 선발광원(31)이 소등되고 후발광원(32)이 점등되는 단계, 후발광원(32)의 발광상태에서 제어기(35)가 카메라(30)를 가동하여 터널 라이닝(10)를 촬영함으로써 이차영상(52)을 획득하고 컴퓨터(40)의 기억장치(41)에 이차영상(52)이 저장되는 단계, 기억장치(41)에 저장된 일차영상(51) 및 이차영상(52)을 컴퓨터(40)가 처리하되, 전체 픽셀에 대한 명도 평균치 이하의 픽셀 및 명도 평균치 초과 픽셀에 대하여 각각 1 및 0의 논리값을 부여하여 일차영상(51) 및 이차영상(52)에서 각각 일차이진영상(61) 및 이차이진영상(62)을 생성하는 단계, 컴퓨터(40)가 상기 일차이진영상(61) 및 이차이진영상(62)의 픽셀별 논리값을 논리곱 방식으로 연산하여 차분영상(70)을 생성하는 단계를 포함하는 영상 처리를 이용한 터널 라이닝 검사 방법이다.
본 발명을 통하여, 터널 라이닝(10)의 변형 상태를 정밀하게 파악함은 물론, 이물질을 균열로 오판하는 종래의 컴퓨터(40) 영상 처리 기반 균열 검사의 문제점을 해결할 수 있으며, 이로써 컴퓨터(40) 영상 처리 기반 터널 라이닝(10) 검사의 정확도를 획기적으로 향상시킬 수 있다.
또한, 균열 부위 오판으로 인한 불필요한 전산자원 낭비를 방지함으로써 영상 처리 기반 터널 라이닝(10) 검사의 효율성 역시 제고할 수 있으며, 터널 라이닝(10)의 함몰 또는 돌출 등 변형 상태와 균열 실태를 일거에 검측함으로써, 터널 검사 및 유지관리 업무의 효율성을 극대화하고 및 소요 인력 및 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명이 적용된 터널 라이닝 검사 상황 설명도
도 2는 본 발명의 시스템 구성도
도 3은 본 발명의 시스템 블록도
도 4는 본 발명의 단계별 영상정보 예시도
이하, 본 발명에 따른 영상 처리를 이용한 터널 라이닝(10) 검사 시스템 및 방법의 바람직한 실시예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
이하에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야할 것이다.
본 발명에 따른 영상 처리를 이용한 터널 라이닝(10) 검사 시스템은 터널의 콘크리트 라이닝(10)에 변형 또는 균열(C)이 발행하였는지를 검사하기 위한 것으로서, 도 1에서와 같이, 터널 내부 도로에서 주행 가능한 자동차(20)에 탑재된 카메라(30)에 의하여 라이닝(10) 표면을 촬영한 영상이 획득되고, 라이닝(10) 표면에 레이저광을 조사함으로써 라이닝(10)의 표면형상정보를 추출하는 레이저스캐너(37)도 자동차(20)에 탑재되며, 이들 카메라(30) 및 레이저스캐너(37)로부터 각각 영상정보 및 라이닝(10)의 표면형상정보를 전송받는 컴퓨터(40)가 구성된다.
본 발명에 있어서 레이저스캐너(37)를 통하여 취득되는 라이닝(10)의 표면형상정보는 레이저스캐너(37)에서 조사된 레이저광이 라이닝(10) 표면에서 반사됨에 따라 이를 통하여 레이저스캐너(37)가 라이닝(10) 표면의 3차원 좌표를 추출함으로써 수립되는 것으로, 후술할 카메라(30) 획득 영상정보와 동반하여 컴퓨터(40)의 기억장치(41)에 수록되는데, 동시간대 수록된 정보를 터널 라이닝(10)의 동일 지점에 대한 영상정보 및 표면형상정보로서 취급하게 된다.
따라서, 본 발명 적용 시스템의 사용자는 동시간대 수록된 영상정보 및 표면형상정보를 확인함으로써, 터널 라이닝(10)의 변형 및 균열 검사에 있어서, 해당 영상정보 및 표면형상정보에 대응되는 라이닝(10)내 검사 지점을 용이하게 특정할 수 있게 된다.
한편, 본 발명에 있어서 균열 발생 여부에 대한 실질적인 판별은 카메라(30)에 의하여 취득된 영상정보의 처리를 통하여 수행되는 것으로, 도 1에서와 같이, 검사 대상 터널 라이닝(10) 하부를 주행할 수 있는 자동차(20)에 탑재된 카메라(30)에 의하여 라이닝(10) 표면을 촬영한 영상이 획득된다.
또한, 본 발명에서는 카메라(30)와 연결되어 선택적으로 동조(同調)되는 선발광원(31) 및 후발광원(32)이 구성되며, 이 밖에도 도 2 및 도 3에서와 같이, 카메라(30), 선발광원(31) 및 후발광원(32)과 연결된 제어기(35)와, 카메라(30)와 연결되고 기억장치(41)가 내장된 정보기기로서 레이저스캐너(37)가 연결되는 컴퓨터(40) 등이 구성된다.
카메라(30), 선발광원(31) 및 후발광원(32)을 제어하는 제어기(35)와 레이저스캐너(37)가 연결되는 컴퓨터(40) 역시 자동차(20)에 탑재될 수 있는데, 도 1에서와 같이, 실제 검측을 수행하는 감지 내지 측정 장비인 카메라(30), 선발광원(31), 후발광원(32) 및 레이저스캐너(37)는 자동차(20)의 외부에 설치되고, 동 도면에 명시되지는 않았으나 컴퓨터(40)는 자동차(20)의 내부에 탑재되어 자동차(20)에 탑승한 검사원이 이를 조작하게 된다.
또한, 카메라(30), 선발광원(31) 및 후발광원(32)을 제어하는 제어기(35)의 경우, 자동차(20) 외부 탑재 또는 내부 설치 등 다양한 형식이 적용될 수 있는데, 통상의 내장형 플래시 또는 플래시와 카메라(30)간 동조기와 같이 플래시 또는 카메라(30)에 제어기(35)가 구성되는 경우 카메라(30), 선발광원(31) 또는 후발광원(32)에 내장 또는 연결된 형태로 자동차(20) 외부에 설치되고, 카메라(30)나 선발광원(31) 또는 후발광원(32)과 분리된 형태의 제어기(35)의 경우 자동차(20) 내부에 설치될 수도 있다.
상기 선발광원(31) 및 후발광원(32)은 도 1에 도시된 바와 같이 카메라(30)와 동일한 방향을 지향하도록 설치되어 피사체인 터널 라이닝(10) 표면에 조명을 비추게 되는데, 이들 선발광원(31)과 후발광원(32)은 각기 다른 파장의 가시광을 조사하도록 구성된다.
예컨데, 선발광원(31)은 적색 계통 파장의 가시광을 발광하고 후발광원(32)은 황색 계통 파장의 가시광을 발광하는 방식이 적용될 수 있으며, 이들 선발광원(31) 및 후발광원(32)은 동시에 점등되지 않고 교호(交互)로 점등되어, 피사체인 터널 라이닝(10)에 서로 다른 파장의 조명이 동시에 조사되지는 않는다.
한편, 터널 내부 도로를 주행할 수 있는 자동차(20)에는 도 1에서와 같이, 자동차(20) 상부에 다수의 카메라(30)가 탑재되어 터널 단면상 라이닝(10)의 전 구간을 일시에 촬영할 수도 있는데, 이 경우 각 카메라(30)의 화각 경계부가 중첩되도록 함으로써 촬영시 누락되는 부위가 없도록 할 필요가 있다.
또한, 첨부된 도면에 도시되지는 않았으나, 카메라(30), 선발광원(31) 및 후발광원(32)을 단 1조만 자동차(20)에 탑재하는 경우에는, 카메라(30)의 각도를 조절할 수 있도록 하고 동일 구간에 대한 자동차(20)의 주행을 반복하거나, 자동차(20)가 주기적으로 정지한 상태에서 카메라(30)의 각도를 변동시키면서 반복 촬영하는 등의 방식으로 전체 라이닝(10)에 대한 촬영을 실시할 수 있다.
전술한 바와 같이, 선발광원(31) 및 후발광원(32)에서 각기 발광되는 가시광은 서로 다른 파장 즉, 색상을 가지는데, 이들 서로 다른 색상은 가급적 명확하게 구분되는 계열의 색상인 것이 바람직하며, 이하에서는 설명의 편의 및 이해의 용이를 위하여 앞서 예시한 바와 같이 선발광원(31) 및 후발광원(32)이 각각 적색광 및 황색광을 발광하는 경우를 적용한다.
이러한 본 발명은 터널 내 어느 한 검사 지점에 자동차(20)가 정지한 상태에서 검사원으로부터 검사 레이저스캔 시작 명령을 입력받으면, 터널 내부 도로를 주행할 수 있는 자동차(20)에 장착된 레이저스캐너(37)가 검사 대상 터널 라이닝(10)의 표면형상정보를 검출하여 컴퓨터(40)로 입력하고 컴퓨터(40)의 기억장치(41)에 표면형상정보가 수록되는 단계가 수행된다.
이러한 레이저스캐너(37)의 가동은 레이저스캐너(37)와 케이블로 연결된 스위치 또는 레이저스캐너(37)와 연결된 리모컨을 조작하거나, 검사원이 레이저스캐너(37)와 연결된 컴퓨터(40)를 조작함으로써 개시될 수 있다.
이어서, 검사원으로부터 촬영 시작 명령을 입력받으면 제어기(35)가 첫째, 선발광원(31)을 점등한 후 둘째, 카메라(30)를 작동시켜 조명이 조사된 피사체인 터널 라이닝(10) 부위에 대한 원시 촬상 정보인 일차영상(51)을 획득하여 이 일차영상(51)을 카메라(30)와 연결된 컴퓨터(40)의 기억장치(41)에 저장하고, 셋째 선발광원(31)을 소등한다.
검사원의 촬영 시작 명령 역시 검사원이 제어기(35)의 스위치 또는 제어기(35)와 연결된 리모컨을 조작하거나, 검사원이 제어기(35)와 연결된 컴퓨터(40)를 조작함으로써 입력될 수 있으며, 일단 카메라(30)에 의한 일차영상(51)의 획득이 이루어진 후에는 언제라도 선발광원(31)은 소등되어도 무방하므로 일차영상(51)의 컴퓨터(40)내 기억장치(41) 저장이 선발광원(31)의 소등에 반드시 선행될 필요는 없다.
이렇듯, 일차영상(51)의 기억장치(41) 저장 및 선발광원(31)의 소등이 완료된 직후, 동일한 과정이 후발광원(32)에 대하여도 수행된다.
즉, 제어기(35)가 첫째, 후발광원(32)을 점등한 후 둘째, 카메라(30)를 작동시켜 조명이 조사된 피사체인 터널 라이닝(10) 부위에 대한 원시 촬상 정보인 이차영상(52)을 획득하여 이 이차영상(52)을 카메라(30)와 연결된 컴퓨터(40)내 기억장치(41)에 저장하고, 셋째 후발광원(32)을 소등하는 것이다.
이로써 카메라(30)와 연결된 컴퓨터(40)내 기억장치(41)는 선발광원(31)의 적색광 조명하에서의 영상인 일차영상(51)과, 후발광원(32)의 황색광 조명하에서의 영상인 이차영상(52)을 터널 라이닝(10)상 동일한 촬영 영역에 대하여 확보할 수 있으며, 동시에 해당 지점의 표면형상정보도 레이저스캐너(37)를 통하여 획득할 수 있다.
전술한 과정은 레이저스캐너(37)를 통한 표면형상정보가 수득되고, 선발광원(31) 및 후발광원(32)이 순차로 점등 및 소등되며 2회의 카메라(30) 촬영이 수행되는 등 다수의 단계로 구성되어 있으나, 이러한 일련의 절차는 제어기(35)에 의하여 전기적으로 자동 제어되는 카메라(30)와, 레이저스캐너(37) 및 컴퓨터(40) 등에 의하여 수행될 뿐 아니라, 피제어체인 카메라(30) 역시 광학기기로서 순간적인 작동이 가능한 바, 검사원이 체감하지 못할 정도의 단시간에 일괄 수행될 수 있다.
이렇듯, 이차영상(52)의 저장 및 후발광원(32)의 소등이 완료되어 단일 지점에 대한 촬영이 완료되면 검사원은 자동차(20)를 다음 검사 지점으로 이동시킨 후 전술한 과정을 반복하게 되며, 이러한 과정이 전체 검사 구간에 대하여 소정 간격으로 즉, 누락 부위가 발생되지 않고 전체 검사 구간에 대한 일차영상(51) 및 이차영상(52)이 확보될 수 있도록 반복 수행된다.
한편, 컴퓨터(40)는 내장된 기억장치(41)에 터널 라이닝(10)의 지점별 표면형상정보를 저장 및 관리할 뿐 아니라, 내장된 기억장치(41)에 저장된 검사 지점별 일차영상(51) 및 이차영상(52)을 처리하는 정보기기로서, 소정의 영상 처리 프로그램이 탑재된 랩탑 컴퓨터(40) 등의 컴퓨터(40)로 구성될 수 있다.
즉, 본 발명에 있어서의 컴퓨터(40)는 영상정보 및 표면형상정보에 대한 전산 처리를 수행하는 프로그램이 탑재된 컴퓨터(40)로서 내장된 기억장치(41)에 수록된 영상정보 및 표면형상정보를 인출하여 가공 및 처리하게 되는 것이다.
특히, 본 발명에 있어서 컴퓨터(40)가 랩탑 컴퓨터(40) 등 휴대 가능한 형태로 자동차(20)에 탑재되는 경우에는 컴퓨터(40)의 정보기기로서의 기능을 십분 활용하여 컴퓨터(40)가 제어기(35)의 기능을 겸비할 수도 있다.
본 발명의 컴퓨터(40)에서 수행되는 전산 영상 처리는 이진화(二進化) 처리를 포함하며, 이진화 처리는 전체 검사 지점별로 획득된 일차영상(51) 및 이차영상(52)에 대하여 수행되는데, 각 검사 지점별로 획득된 다수의 일차영상(51) 및 이차영상(52)에 대하여 기본적으로 동일한 기법의 이진화가 수행되는 바, 이하에서는 어느 한 검사 지점에서 획득된 일차영상(51) 및 이차영상(52)의 처리에 대하여만 설명한다.
또한 용이한 이해를 위하여 도 4에서와 같이, 옅은 회색의 콘크리트 라이닝(10)에 붉은 색조의 진흙 이물질(F) 및 균열(C)이 형성된 경우를 상정하여 이후의 처리를 설명한다.
이진화 처리를 위하여 컴퓨터(40)는 우선 선발광원(31)의 발광시 촬영된 일차영상(51)의 전체 픽셀에 대한 명도 평균치를 산출한다.
일차영상(51)은 복수의 픽셀을 포함하고 각 픽셀에는 선발광원(31)에서 발광된 가시광이 피사체인 라이닝(10) 표면에서 반사된 광선에 의한 명도 정보가 부여되는데, 컴퓨터(40)는 모든 픽셀의 명도 정보를 합산한 후 이를 픽셀의 수로 나누어 일차영상(51)의 명도 평균치를 산출한다.
전술한 바와 같이 선발광원(31)은 적색광을 발광하므로 백색에 가까운 옅은 회색조의 콘크리트 라이닝(10) 표면은 물론 붉은 색조의 진흙 이물질(F)에서도 선발광원(31)의 가시광이 다량 반사되는 반면, 콘크리트 라이닝(10)의 균열(C) 부위에서는 균열(C) 내부로 조사된 광선이 반사되지 않으므로 암부를 형성하게 된다.
따라서 일차영상(51)의 명도 평균치는 옅은 회색의 콘크리트 라이닝(10) 표면의 픽셀과 진흙 이물질(F) 부분의 픽셀의 명도 정보보다는 작고 즉, 어둡고, 균열(C) 부위 픽셀의 명도 정보보다는 크게 즉, 밝게 된다.
컴퓨터(40)는 위와 동일한 방식으로 후발광원(32)의 발광시 촬영된 이차영상(52) 역시 처리하게 되는데, 후발광원(32)은 황색광을 발광하는 바, 옅은 회색의 콘크리트 라이닝(10) 표면에서는 다량의 반사광이 형성되는 반면, 진흙 이물질(F) 부위 및 균열(C) 부위에서는 반사광 형성이 저조하게 된다.
따라서 이차영상(52)의 명도 평균치는 옅은 회색의 콘크리트 라이닝(10) 표면 픽셀의 명도 정보보다는 작고 즉, 어둡고, 진흙 이물질(F) 부분의 픽셀과 균열(C) 부위 픽셀의 명도 정보보다는 크게 즉, 밝게 된다.
결국, 선발광원(31)의 적색광 발광시 촬영된 일차영상(51)과, 후발광원(32)의 황색광 발광시 촬영된 이차영상(52)에 있어서, 균열(C) 부위는 일차영상(51) 및 이차영상(52) 공히 암부로 감지되나 이물질(F) 부위는 일차영상(51)에서는 명부로 감지되는 반면 이차영상(52)에서는 암부로 감지되는 것이며, 이러한 점에서 착안하여 일차영상(51) 및 이차영상(52) 공히 암부로 감지되는 부분에 한하여 이를 균열(C)로 파악하고, 일차영상(51) 또는 이차영상(52) 어느 하나에서만 암부로 감지되는 부분은 이물질(F)로 간주하는 것이다.
전술한 과정을 전산 처리상 수행되는 논리 연산 관점에서 설명하면, 명도 평균치의 산출 후 컴퓨터(40)는 기준치인 명도 평균치 이하의 명도 정보가 부여된 픽셀에는 논리값으로 1을 부여하여 암부로 처리하고, 명도 평균치를 초과하는 명도 정보가 부여된 픽셀에는 논리값으로 0을 부여하여 명부로 처리한다.
따라서 일차영상(51)에서는 콘트리트 라이닝(10) 부분 및 진흙 이물질(F) 부분의 픽셀들에 0의 논리값이 부여되어 명부로 처리되고 균열(C) 부분의 픽셀에 한하여 1의 논리값이 부여되어 암부로 처리되며, 이차영상(52)에서는 라이닝(10) 부분의 픽셀들에는 0의 논리값이 부여되어 명부로 처리되나 이물질(F) 부분 및 균열(C) 부분의 픽셀들에는 1의 논리값이 부여되어 암부로 처리된다.
이와 같이 일차영상(51) 및 이차영상(52)이 이진화 처리되어 생성된 일차이진영상(61) 및 이차이진영상(62)이 도 4에 예시되어 있다.
이진화 처리가 완료되면, 컴퓨터(40)는 차분 처리를 수행하여 차분영상(70)을 생성한다.
차분 처리에서는 일차이진영상(61)의 픽셀별 논리값과 이차이진영상(62)의 픽셀별 논리값을 논리곱(∧) 방식 즉, 두 논리값이 동일하면 그 논리값이 유지되고, 상이하면 논리값으로 0이 부여되는 방식으로 연산하여 차분영상(70)을 생성한다.
따라서 차분 처리가 이루어지고 나면, 일차이진영상(61)의 콘크리트 라이닝(10) 부분과 이차이진영상(62)의 콘크리트 라이닝(10) 부분에서는 논리곱 연산인 0∧0=0에 의하여 0의 논리값이 유지되고, 일차이진영상(61)의 이물질(F) 부분과 이차이진영상(62)의 이물질(F) 부분에서는 논리곱 연산인 0∧1=0에 의하여 0의 논리값이 부여되며, 일차이진영상(61)의 균열(C) 부분과 이차이진영상(62)의 균열(C) 부분에서는 논리곱 연산인 1∧1=1에 의하여 1의 논리값이 유지된다.
결국, 전술한 이진화 및 차분 처리를 거쳐 최종 생성되는 차분영상(70)에는 도 4에 도시된 바와 같이, 균열(C) 부분만이 표시될 뿐, 이물질(F) 부분은 표시되지 않게 된다.
한편, 컴퓨터(40)는 차분영상(70)을 내장된 기억장치(41)에 별도로 저장하게 되며, 차분영상(70)에서 균열(C) 부분 발생시 경고음을 출력하는 등의 처리를 추가 수행할 수 있다.
앞서 소개한 종래기술에서는 이물질(F) 부분 또는 이물질(F)과 라이닝(10)간 경계 부분 등이 균열(C)로 오인될 수 있으나, 본 발명에서는 이물질(F) 부분은 무시되고 균열(C) 부분만이 분명하게 구분될 수 있는 바, 본 발명을 통하여 컴퓨터(40) 영상 처리를 이용한 균열(C) 검사의 정확도를 획기적으로 향상시킬 수 있다.
또한, 상기와 같이 영상처리를 통하여 균열(C) 검사를 수행한 지점의 표면형상정보가 컴퓨터(40)의 기억장치(41)에 동반 수록되어 있으므로, 이를 활용하여 균열(C)의 검사와 동시에, 라이닝(10) 표면의 함몰 또는 돌출 등 변형 검사도 일괄 수행될 수 있다.
10 : 라이닝
20 : 자동차
30 : 카메라
31 : 선발광원
32 : 후발광원
35 : 제어기
37 : 레이저스캐너
40 : 컴퓨터
41 : 기억장치
51 : 일차영상
52 : 이차영상
61 : 일차이진영상
62 : 이차이진영상
70 : 차분영상

Claims (2)

  1. 터널 내부 도로를 주행할 수 있는 자동차(20)에 장착되어 터널 라이닝(10)를 지향하는 조명으로서 각기 다른 파장의 가시광을 발광하는 선발광원(31) 및 후발광원(32);
    상기 자동차(20)에 장착되고 검사 대상 터널 라이닝(10)에 레이저광을 조사하여 라이닝(10) 표면형상정보를 검출하는 레이저스캐너(37);
    상기 자동차(20)에 장착되어 터널 라이닝(10)를 촬영하는 카메라(30);
    상기 카메라(30), 선발광원(31) 및 후발광원(32)과 연결되어 카메라(30), 선발광원(31) 및 후발광원(32)의 작동을 제어하는 제어기(35);
    상기 자동차(20)에 탑재된 컴퓨터(40)에 내장되고 상기 카메라(30) 및 레이저스캐너(37)와 연결되어 카메라(30)로 촬영된 영상정보 및 레이저스캐너(37)로 측정된 표면형상정보가 저장되는 기억장치(41);
    상기 기억장치(41)가 내장되어 동일한 검사 지점에서 선발광원(31) 발광시 촬영된 일차영상(51)과 후발광원(32)의 발광시 촬영된 이차영상(52)을 이진화하여 일차이진영상(61) 및 이차이진영상(62)을 생성하고, 일차이진영상(61)과 이차이진영상(62)을 차분하여 차분영상(70)을 생성하는 컴퓨터(40)를 포함하는 영상 처리를 이용한 터널 라이닝 검사 시스템.
  2. 터널 내부 도로를 주행할 수 있는 자동차(20)에 장착된 레이저스캐너(37)가 검사 대상 터널 라이닝(10)의 표면형상정보를 검출하여 컴퓨터(40)로 입력하고 컴퓨터(40)의 기억장치(41)에 표면형상정보가 수록되는 단계;
    터널 내부 도로를 주행할 수 있는 자동차(20)에 장착되고 각기 다른 파장의 가시광을 발광하는 선발광원(31) 및 후발광원(32) 중 선발광원(31)이 제어기(35)에 의하여 점등되는 단계;
    선발광원(31)의 발광상태에서 제어기(35)가 카메라(30)를 가동하여 터널 라이닝(10)를 촬영함으로써 일차영상(51)을 획득하고 컴퓨터(40)의 기억장치(41)에 일차영상(51)이 저장되는 단계;
    제어기(35)에 의하여 선발광원(31)이 소등되고 후발광원(32)이 점등되는 단계;
    후발광원(32)의 발광상태에서 제어기(35)가 카메라(30)를 가동하여 터널 라이닝(10)를 촬영함으로써 이차영상(52)을 획득하고 컴퓨터(40)의 기억장치(41)에 이차영상(52)이 저장되는 단계;
    기억장치(41)에 저장된 일차영상(51) 및 이차영상(52)을 컴퓨터(40)가 처리하되, 전체 픽셀에 대한 명도 평균치 이하의 픽셀 및 명도 평균치 초과 픽셀에 대하여 각각 1 및 0의 논리값을 부여하여 일차영상(51) 및 이차영상(52)에서 각각 일차이진영상(61) 및 이차이진영상(62)을 생성하는 단계;
    컴퓨터(40)가 상기 일차이진영상(61) 및 이차이진영상(62)의 픽셀별 논리값을 논리곱 방식으로 연산하여 차분영상(70)을 생성하는 단계를 포함하는 영상 처리를 이용한 터널 라이닝 검사 방법.
KR1020200041321A 2020-04-06 2020-04-06 영상 처리를 이용한 터널 라이닝 검사 시스템 및 방법 KR102164224B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200041321A KR102164224B1 (ko) 2020-04-06 2020-04-06 영상 처리를 이용한 터널 라이닝 검사 시스템 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200041321A KR102164224B1 (ko) 2020-04-06 2020-04-06 영상 처리를 이용한 터널 라이닝 검사 시스템 및 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102164224B1 true KR102164224B1 (ko) 2020-10-12

Family

ID=72886340

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200041321A KR102164224B1 (ko) 2020-04-06 2020-04-06 영상 처리를 이용한 터널 라이닝 검사 시스템 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102164224B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113504242A (zh) * 2021-07-19 2021-10-15 北京洞微科技发展有限公司 一种隧道表观影像数据采集分析的新方法
KR102637641B1 (ko) 2022-09-22 2024-02-16 한국지질자원연구원 지하 광산 갱도 및 터널용 초분광 스캐닝 시스템

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080103820A (ko) * 2007-05-25 2008-11-28 한국철도기술연구원 하이브리드 터널 스캐닝 장치
JP2016122186A (ja) * 2014-12-25 2016-07-07 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 投影装置及び投影方法
JP2017097689A (ja) * 2015-11-26 2017-06-01 Ｔａｋｕｍｉ Ｖｉｓｉｏｎ株式会社 物体検出装置、物体検出方法、及びコンピュータプログラム
KR101922238B1 (ko) * 2017-11-09 2018-11-29 (주)태명이씨앤씨 터널 라이닝 영상 데이터 분산 병렬 처리 방법, 영상 데이터 획득 장치, 및 통합 소프트웨어

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080103820A (ko) * 2007-05-25 2008-11-28 한국철도기술연구원 하이브리드 터널 스캐닝 장치
JP2016122186A (ja) * 2014-12-25 2016-07-07 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 投影装置及び投影方法
JP2017097689A (ja) * 2015-11-26 2017-06-01 Ｔａｋｕｍｉ Ｖｉｓｉｏｎ株式会社 物体検出装置、物体検出方法、及びコンピュータプログラム
KR101922238B1 (ko) * 2017-11-09 2018-11-29 (주)태명이씨앤씨 터널 라이닝 영상 데이터 분산 병렬 처리 방법, 영상 데이터 획득 장치, 및 통합 소프트웨어

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113504242A (zh) * 2021-07-19 2021-10-15 北京洞微科技发展有限公司 一种隧道表观影像数据采集分析的新方法
KR102637641B1 (ko) 2022-09-22 2024-02-16 한국지질자원연구원 지하 광산 갱도 및 터널용 초분광 스캐닝 시스템
WO2024063370A1 (ko) * 2022-09-22 2024-03-28 한국지질자원연구원 지하 광산 갱도 및 터널용 초분광 스캐닝 시스템

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102100496B1 (ko) 드론 및 레이저스캐너를 이용한 콘크리트 구조물 균열 검사 시스템 및 방법
TWI626440B (zh) 缺陷檢測裝置、缺陷檢測方法及程式產品
KR102164224B1 (ko) 영상 처리를 이용한 터널 라이닝 검사 시스템 및 방법
JP4150390B2 (ja) 外観検査方法及び外観検査装置
KR101679205B1 (ko) 디바이스 결함 검출장치
KR102073229B1 (ko) 표면 결함 검출 장치 및 표면 결함 검출 방법
KR100742003B1 (ko) 표면 결함 검사 방법 및 장치
JP2009133085A (ja) トンネル覆工のひび割れ検査装置
JP4322230B2 (ja) 表面欠陥検査装置及び表面欠陥検査方法
KR102265145B1 (ko) 영상정보 기반 철도 콘크리트 도상 균열 검측 방법
JP2007256280A (ja) 物体認識システム及びそれを用いた物体の変位計測方法
JP4184511B2 (ja) 金属試料表面の欠陥検査方法及び装置
KR100517868B1 (ko) 시료 표면의 결함 측정 및 평가 방법
JP4186117B2 (ja) ひび割れ検出方法及び装置
JP2008026149A (ja) 外観検査装置
KR102164222B1 (ko) 무인이동체 기반 철도 시설물 점검 방법
CN114820622A (zh) 一种层间异物检测方法和装置
JP6811540B2 (ja) 欠陥検出装置、欠陥検出方法およびプログラム
JP2710527B2 (ja) 周期性パターンの検査装置
JP2000163694A (ja) 車番認識方法および装置
JP4967132B2 (ja) 対象物表面の欠陥検査方法
JP2004037134A (ja) メタルマスク検査方法及びメタルマスク検査装置
JP2020169920A (ja) 傷検査支援システム、画像処理方法、乗り物使用状況表示方法
JP2000055824A (ja) 穴のある平面プレートの傷検査装置
JP4371883B2 (ja) 検査用照明光源ユニットとこの光源ユニットを用いた表面欠陥検査装置

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant