KR102424971B1 - 매트릭스 영상 재구성을 적용한 수배전반 안전모니터링 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 매트릭스 영상 재구성을 적용한 수배전반 안전모니터링 시스템에 관한 것이다. 본 발명은, 수배전반에 설치되는 시각화를 위한 영상획득 장치(100); 및 시각화를 위한 영상획득 장치(100)로부터 획득한 영상에 대해서 매트릭스 영상을 재구성하여 모니터링하는 매트릭스 영상재구성 기법을 적용한 모니터링 프로그램(200); 를 포함하는 매트릭스 영상 재구성을 적용한 수배전반 안전모니터링 시스템(1)에 있어서, 시각화를 위한 영상획득 장치(100)는, 카메라(110)의 하단부에 모터(130)가 형성되거나 이동레일(120)의 상단부에 모터(130)가 형성될 수 있으며, 모터(130) 및 카메라(110)는 신호제어부(140)에 의한 제어를 받으며, 카메라(110) 이동시 정위치에 정지하기 위해서는 모터(130)를 사용하여 좌,우 0.01mm 오차범위 정지시키며, 위치센서(150)인 리드센서를 사용하여 정지하고자 하는 위치마다 센서를 설치하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이에 의해, 전력산업의 핵심구성인 수배전반(고압배전반, 저압배전반, 전동기제어반, 분전반 등)의 접촉 불량, 볼트풀림, 단락에 의한 열화, 과부하 등 위험요소를 모니터링하여 사고를 방지하기 하도록 하는 효과를 제공할 뿐만 아니라, 매트릭스 영상 재구성 기법을 적용한 차세대 수배전반 안전모니터링 시스템을 제공하여 수배전반 전력부 사각지역에 대한 감시와 이상 예측이 가능한 효과를 제공한다.
이에 의해, 전력산업의 핵심구성인 수배전반(고압배전반, 저압배전반, 전동기제어반, 분전반 등)의 접촉 불량, 볼트풀림, 단락에 의한 열화, 과부하 등 위험요소를 모니터링하여 사고를 방지하기 하도록 하는 효과를 제공할 뿐만 아니라, 매트릭스 영상 재구성 기법을 적용한 차세대 수배전반 안전모니터링 시스템을 제공하여 수배전반 전력부 사각지역에 대한 감시와 이상 예측이 가능한 효과를 제공한다.
Description
본 발명은 매트릭스 영상 재구성을 적용한 수배전반 안전모니터링 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 매트릭스 영상 재구성, 육안으로 식별 불가능한 사각지역 감시영역확대, 복합형 비접촉식 열화감지를 통해 전력산업의 핵심구성인 수배전반(고압배전반, 저압배전반, 전동기제어반, 분전반 등)의 접촉 불량, 볼트풀림, 단락에 의한 열화, 과부하 등 위험요소를 모니터링하여 사고를 방지하기 위한 매트릭스 영상 재구성을 적용한 수배전반 안전모니터링 시스템에 관한 것이다.
일반적인 전력계통은 전기를 만드는 발전, 전기를 보내주는 송전, 필요한 전압으로 바꿔주는 변전, 전기를 분배하는 배전, 수용가(공장, 플랜트, 가정) 등에서 전기를 받는 수전으로 구성된다.
수배전반은 전력계통의 중추로서 인체 보호가 가능한 폐쇄 외함에 주회로 차단기기 및 감시 제어용 기기를 수납한 장치의 통칭으로서 전력을 다루는 실/내외 장소에서 커다란 금속 캐비넷 형태를 한 장치에 해당한다.
수배전반의 주요 구성품과 전력 보호장치 역할을 살펴보면 하기의 표 1과 같다.
| 품 목 | 전류 공급/차단장치 | 전력보호장치 | 대전류공급 |
| 고압배전반 (전압 1KV 이상) |
VCB : 진공차단기 (VacuUm Circuit Breaker) |
보호계전기 (LS : GIPAM 등) |
부스바 (BusBar :구리,알루미늄) |
| 저압배전반 (전압 1KV 이하) |
ACB : 기중차단기 (Air Circuit Breaker) |
보호계전기 (LS : GIPAM 등) |
부스바 (BusBar :구리,알루미늄) |
| 전동기제어반 (전압 1KV 이하) |
MCCB : 배선용차단기 (Mold Case Circuit Breaker) |
EOCR (Electronic Over Current Relay) |
부스바 (BusBar :구리,알루미늄) |
| 분전반 (전압 1KV 이하) |
MCCB : 배선용차단기 (Mold Case Circuit Breaker) |
없음 | 부스바 (BusBar :구리,알루미늄) |
전류공급/차단장치는 위 표 1에서와 같이 전압 및 전류의 차단을 위해 전압범위에 따라 전류를 차단하거나 공급하는 장치에 해당한다.
다음으로, 전력보호장치의 역할은 수배전설비의 고장감시와 보호 및 종합적인 모니터링을 위해 다양한 보호요소와 계측요소를 가지고 있는 디지털 전력보호감시장치이다.
한편, 전력보호장치의 한계에 대해서 살펴본다.
먼저, 전압, 전류, 전력등 감시만 가능하고, 실제 전류가 흐르고 있는 부스바의 상태나 계기(PT,CT) 상태를 감시는 불가능하다.
그리고, 접촉불량, 볼트풀림 등으로 인해 발생할 수 있는 과열 및 화재의 감시 및 사전예측이 불가능할 뿐만 아니라, 복잡한 구조의 상태를 육안으로 감시하기 위해서는 금속캐비넷의 전력부를 개방해야 하면 사고의 위험이 항상 존재한다.
이에 따라 해당 기술분야에 있어서는 열화로 인한 화재발생을 사전에 예방하기 위해 전력보호장치의 불가능한 감지영역에 영상기반의 새로운 개념의 안전장치를 적용하여 이상발생을 사전에 감지하여 사고를 예방하기 위한 기술개발이 요구되고 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전력산업의 핵심구성인 수배전반(고압배전반, 저압배전반, 전동기제어반, 분전반 등)의 접촉 불량, 볼트풀림, 단락에 의한 열화, 과부하 등 위험요소를 모니터링하여 사고를 방지하기 위한 매트릭스 영상 재구성을 적용한 수배전반 안전모니터링 시스템을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 매트릭스 영상 재구성 기법을 적용한 차세대 수배전반 안전모니터링 시스템을 제공하여 수배전반 전력부 사각지역에 대한 감시와 이상 예측이 가능한 안전모니터링을 수행하는 매트릭스 영상 재구성을 적용한 수배전반 안전모니터링 시스템을 제공하기 위한 것이다.
그러나 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 매트릭스 영상 재구성을 적용한 수배전반 안전모니터링 시스템은, 수배전반에 설치되는 시각화를 위한 영상획득 장치(100); 및 시각화를 위한 영상획득 장치(100)로부터 획득한 영상에 대해서 매트릭스 영상을 재구성하여 모니터링하는 매트릭스 영상재구성 기법을 적용한 모니터링 프로그램(200); 를 포함하는 매트릭스 영상 재구성을 적용한 수배전반 안전모니터링 시스템(1)에 있어서, 시각화를 위한 영상획득 장치(100)는, 카메라(110)의 하단부에 모터(130)가 형성되거나 이동레일(120)의 상단부에 모터(130)가 형성될 수 있으며, 모터(130) 및 카메라(110)는 신호제어부(140)에 의한 제어를 받으며, 카메라(110) 이동시 정위치에 정지하기 위해서는 모터(130)를 사용하여 좌,우 0.01mm 오차범위 정지시키며, 위치센서(150)인 리드센서를 사용하여 정지하고자 하는 위치마다 센서를 설치하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이때, 신호제어부(140)에 구비된 매트릭스 영상재구성 기법을 적용한 모니터링 프로그램(200)은 볼트풀림 및 부품이탈 감지를 수행는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 매트릭스 영상재구성 기법을 적용한 모니터링 프로그램(200)은,"매트릭스기법을 활용한 영상 재구성을 통한 모니터"를 수행함에 있어서, 상기의 복수의 영상의 매트릭스형 재구성을 통해 기준영상을 생성하고, 이 기준영상과 현재 시점에서 측정된(진동 후, 또는 일정시간 경과 후) 매트릭스의 차영상을 추출하고, 이로부터 이상징후를 모니터링하여 관리자에게 통보하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 매트릭스 영상재구성 기법을 적용한 모니터링 프로그램(200)은, 실제 수배전반 내부의 영상에 이상부위를 마킹하는 방식을 적용하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 매트릭스 영상재구성 기법을 적용한 모니터링 프로그램(200)은, 볼트풀림 및 온도를 측정하여 이상 / 이상우려 / 정상으로 표시하여 관리자에게 통보하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 매트릭스 영상 재구성을 적용한 수배전반 안전모니터링 시스템은, 전력산업의 핵심구성인 수배전반(고압배전반, 저압배전반, 전동기제어반, 분전반 등)의 접촉 불량, 볼트풀림, 단락에 의한 열화, 과부하 등 위험요소를 모니터링하여 사고를 방지하기 하도록 하는 효과를 제공한다.
뿐만 아니라, 본 발명의 다른 실시예에 따른 매트릭스 영상 재구성을 적용한 수배전반 안전모니터링 시스템은, 매트릭스 영상 재구성 기법을 적용한 차세대 수배전반 안전모니터링 시스템을 제공하여 수배전반 전력부 사각지역에 대한 감시와 이상 예측이 가능한 효과를 제공한다.
도 1은 수배전반의 전력부를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 매트릭스 영상 재구성을 적용한 수배전반 안전모니터링 시스템(1), 그리고 매트릭스 영상 재구성을 적용한 수배전반 안전모니터링 시스템(1)의 고 정밀모터를 사용하여 카메라 모듈 정위치 제어방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 매트릭스 영상 재구성을 적용한 수배전반 안전모니터링 시스템(1)의 저압반에 적용 시 카메라 모듈의 이동경로의 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 매트릭스 영상 재구성을 적용한 수배전반 안전모니터링 시스템(1)의 위치센서를 사용하여 카메라모듈을 정위치 제어방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 매트릭스 영상 재구성을 적용한 수배전반 안전모니터링 시스템(1)의 다수개의 카메라를 사용하는 경우의 제어방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 매트릭스 영상 재구성을 적용한 수배전반 안전모니터링 시스템(1)의 복합형 영상 및 온도 획득을 위한 복합형 카메라 모듈(100a)에 대해서 살펴보도록 한다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 매트릭스 영상 재구성을 적용한 수배전반 안전모니터링 시스템(1)의 복합형 영상 및 온도 획득을 위한 복합형 카메라 모듈(100a)을 이용한 복합형 영상 및 온도감지 방법을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 매트릭스 영상 재구성을 적용한 수배전반 안전모니터링 시스템(1)에서의 HMI 모니터링의 예를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 매트릭스 영상 재구성을 적용한 수배전반 안전모니터링 시스템(1)에서의 매트릭스 영상재구성 기법을 적용한 모니터링 프로그램(200)에 의한 볼트풀림 및 부품이탈 감지 원리를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명에서 제공하고자하는 매트릭스기법을 활용한 영상재구성 방법의 개념을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 매트릭스 영상 재구성을 적용한 수배전반 안전모니터링 시스템(1)에서의 카메라(110)의 각 위치에서 촬영 가능한 영상을 각위치별로 표현한 것을 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 매트릭스 영상재구성 기법을 적용한 모니터링 프로그램(200)에서 사용하는 SIFT 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 매트릭스 영상재구성 기법을 적용한 모니터링 프로그램(200)에서 사용하는 실제 수배전반 내부의 영상에 이상부위를 마킹하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 매트릭스 영상 재구성을 적용한 수배전반 안전모니터링 시스템(1), 그리고 매트릭스 영상 재구성을 적용한 수배전반 안전모니터링 시스템(1)의 고 정밀모터를 사용하여 카메라 모듈 정위치 제어방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 매트릭스 영상 재구성을 적용한 수배전반 안전모니터링 시스템(1)의 저압반에 적용 시 카메라 모듈의 이동경로의 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 매트릭스 영상 재구성을 적용한 수배전반 안전모니터링 시스템(1)의 위치센서를 사용하여 카메라모듈을 정위치 제어방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 매트릭스 영상 재구성을 적용한 수배전반 안전모니터링 시스템(1)의 다수개의 카메라를 사용하는 경우의 제어방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 매트릭스 영상 재구성을 적용한 수배전반 안전모니터링 시스템(1)의 복합형 영상 및 온도 획득을 위한 복합형 카메라 모듈(100a)에 대해서 살펴보도록 한다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 매트릭스 영상 재구성을 적용한 수배전반 안전모니터링 시스템(1)의 복합형 영상 및 온도 획득을 위한 복합형 카메라 모듈(100a)을 이용한 복합형 영상 및 온도감지 방법을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 매트릭스 영상 재구성을 적용한 수배전반 안전모니터링 시스템(1)에서의 HMI 모니터링의 예를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 매트릭스 영상 재구성을 적용한 수배전반 안전모니터링 시스템(1)에서의 매트릭스 영상재구성 기법을 적용한 모니터링 프로그램(200)에 의한 볼트풀림 및 부품이탈 감지 원리를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명에서 제공하고자하는 매트릭스기법을 활용한 영상재구성 방법의 개념을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 매트릭스 영상 재구성을 적용한 수배전반 안전모니터링 시스템(1)에서의 카메라(110)의 각 위치에서 촬영 가능한 영상을 각위치별로 표현한 것을 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 매트릭스 영상재구성 기법을 적용한 모니터링 프로그램(200)에서 사용하는 SIFT 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 매트릭스 영상재구성 기법을 적용한 모니터링 프로그램(200)에서 사용하는 실제 수배전반 내부의 영상에 이상부위를 마킹하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
본 명세서에 있어서는 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소로 데이터 또는 신호를 '전송'하는 경우에는 구성요소는 다른 구성요소로 직접 상기 데이터 또는 신호를 전송할 수 있고, 적어도 하나의 또 다른 구성요소를 통하여 데이터 또는 신호를 다른 구성요소로 전송할 수 있음을 의미한다.
매트릭스 영상 재구성을 적용한 수배전반 안전모니터링 시스템(1)을 위한 영상처리기술의 원리에 대해서 살펴본다.
사람은 두 눈을 가지고 있으며, 이 두 눈은 약 65mm 간격으로 배치되어 있어 사물을 바라볼 때 좌 우 다른 상이 광각(光角)을 가지고 망막에 결상 되는데 이 광각을 뇌가 해석해서 입체(공간)를 느끼게 된다.
여기서 광각(光角)은 두 눈으로 한 점을 볼 때 그 점과 두 눈을 잇는 두 직선이 이루는 각으로 물체의 원근을 판단하는 기능을 수행하며, 시각(視角)은 물체의 두 끝에서 눈에 이르는 두 개의 직선이 이루는 각으로 물체의 크기를 판단하게 한다.
즉, 광각의 크기에 따라 물체의 원근을 판단하는 것이고 좌 우 2개의 다른 상이 망막에 결상 되었다고 입체를 느끼는 것이 아니다.
똑같은 2개의 평면사진을 광각을 가지고 두 눈에 결상 된다면 입체감이 아닌 원근감을 느낄 수 있다.
한편, 단일 렌즈어레이를 이용한 집적 영상 기술은 레이저 광원을 이용하는 홀로그래피 기술과는 달리 상용화된 디스플레이 패널을 이용하여 보조 도구의 사용 없이 공간상에 대화면 컬러 3D 입체 영상을 비교적 손쉽게 표현할 수 있는 입체 영상 기술이다. 이 기술은 렌즈어레이를 통하여 발생하는 광선들의 공간매칭을 통하여 공간상에 영상을 표현할 수 있기 때문에 관측자에게 피로감이 없는 영상을 제공하여 완전시차의 입체감을 극대화할 수 있어서, 깊이우선 집적 영상기반의 고해상도 3D 영상 디스플레이 핵심 기술이며, 해상도우선 집적 영상 기반의 고깊이감 3D 영상 디스플레이 핵심 기술 일 뿐만 아니라, 집적 영상용 실시간급 3D 콘텐츠 생성에 활용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 매트릭스 영상 재구성을 적용한 수배전반 안전모니터링 시스템(1)의 "시각화를 위한 영상획득 장치(100)"에 대해서 살펴본다.
먼저, 시각화를 위한 영상획득 장치(100)는 복합형 영상 및 온도 획득장치로 이에 대해서 구체적인 예에 대해서 이하 살펴보도록 한다.
수배전반의 전력부는 도 1에서 보는 봐와 같이 매우 복잡한 구조로 구성되어있다. 따라서 영상획득을 위해 다수개의 카메라를 사용하거나, 한 개의 카메라를 이동하면서 영상을 획득하여야 한다.
도 1a는 고압배전반 전력부, 도 1b는 전동기제어반 전력부, 도 1c는 저압배전반 전력부를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 매트릭스 영상 재구성을 적용한 수배전반 안전모니터링 시스템(1), 그리고 매트릭스 영상 재구성을 적용한 수배전반 안전모니터링 시스템(1)의 고 정밀모터를 사용하여 카메라 모듈 정위치 제어방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 매트릭스 영상 재구성을 적용한 수배전반 안전모니터링 시스템(1)의 저압반에 적용 시 카메라 모듈의 이동경로의 예를 나타내는 도면이다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 매트릭스 영상 재구성을 적용한 수배전반 안전모니터링 시스템(1)의 위치센서를 사용하여 카메라모듈을 정위치 제어방법을 설명하기 위한 도면이다.
시각화를 위한 영상획득 장치(100)가 도 2와 같이 카메라(110), 이동레일(120), 모터(130), 신호제어부(140)로 이루어질 수 있다.
도 4에서의 수배전반 전력부 구조를 보면 감시하고자하는 부스바, 부스바와 고압차단기 결합을 위한 볼트 및 전기부품은 매우 복잡한 구조로 되어있어 쉽게 필요정보를 취득하기가 어렵다.
도 5와 같이 위치3에 카메라(110)가 있다면 관찰대상1의 정보(부품이탈, 볼트풀림, 온도)는 취득할 수 있으나 관찰대상2의 정보를 취득하기는 어려우면 카메라(110)의 위치를 위치2나, 위치4로 이동하여야 가능하다.
이에 따라 영상획득을 위해서 위치 1 ~ 위치 15로 이동이 가능한 구조를 개발하여 획득하고자 하는 대상의 위치까지 한 개의 카메라(110)를 이동레일(120)을 타고 이용하여 이동시켜서 영상을 획득한다. 이를 위해 카메라(110)의 하단부에 모터(130)가 형성되거나 이동레일(120)의 상단부에 모터(130)가 형성될 수 있으며, 모터(130) 및 카메라(110)는 신호제어부(140)에 의한 제어를 받을 수 있다.
카메라(110) 이동시 정위치에 정지하기 위해서는 정밀도가 높은 모터(130)를 사용하여 좌,우 0.01mm 오차범위 정지시키는 방법과 위치센서(150)인 리드센서를 사용하여 정지하고자 하는 위치마다 센서를 설치하는 방법이 있으며, 신호제어부(140)에 구비된 정위치 제어처리부(140a)에 의해 센싱 및 제어를 받을 수 있다.
이러한 복잡한 구조의 수배전반 중 접촉불량으로 인해 가장 화재가 많이 발생하는 VCB, ACB와 부스바 접촉부에 센서를 설치하는 것이 바람직하다.
영상획득시 노이즈 문제에 대해서 살펴보면, 고전압, 대전류가 흐르는 수배전반은 유도전류 발생으로 인해 카메라(110)가 이동시에 정확한 영상 획득에 어려움이 발생할 것으로 판단되며, 카메라(110)는 전체 케이스를 실드처리하고, 노이즈예방을 위해 고주파 및 저주파 필터를 설치하여 고선명 영상을 획득할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 매트릭스 영상 재구성을 적용한 수배전반 안전모니터링 시스템(1)의 다수개의 카메라를 사용하는 경우의 제어방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 5를 참조하면, 영상획득을 위해서는 다수개의 카메라를 사용하여 관찰대상 사각지역을 없애는 방법을 채택할 수 있다.
이 경우, 단점으로 구조가 복잡하여 카메라 모듈을 구성하는 복수의 카메라(110)의 소요량이 많은 경우 비용이 많이 들며, 장점으로는 고압반과 같이 감시사각지역이 많지 않은 경우 원가가 저렴할 수 있다.
카메라(110)는 사각지역이 발생하지 않도록 구조를 정확하게 파악하고 설치하며, 주로 문제가 되는 대전류 접촉부위의 볼트 및 부품이탈을 감시한다.
카메라(110)의 개수는 수배전반의 형태나 모양에 따라 다를 수 있고, 배전반설계시에 감시 사각지역이 생기지 않도 구조설계를 하는 것이 바람직하다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 매트릭스 영상 재구성을 적용한 수배전반 안전모니터링 시스템(1)의 복합형 영상 및 온도 획득을 위한 복합형 카메라 모듈(100a)에 대해서 살펴보도록 한다. 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 매트릭스 영상 재구성을 적용한 수배전반 안전모니터링 시스템(1)의 복합형 영상 및 온도 획득을 위한 복합형 카메라 모듈(100a)을 이용한 복합형 영상 및 온도감지 방법을 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 영상획득을 위한 복합형 카메라 모듈(100a)은 영상획득을 위한 카메라(110)와 과열감시를 위한 적외선 카메라(160)의 복합형으로 형성될 수 있다.
여기서, 도 7을 참조하면, 복합형 카메라 모듈(100a)을 이용한 온도감지 및 이상예측 방법에 있어서, 부스바 접촉부위 온도 값을 정상 동작시 값을 기준 값으로 하고 볼트풀림 발생 시 접촉부위 온도 값을 시험을 통해 신호제어부(140)가 데이터베이스화할 수 있다. 신호제어부(140)는 볼트 풀림발생시 온도 값을 참조 값으로 하여 온도변화양상을 통해 볼트풀림 발생예측 및 경보 가능하다.
다음으로, 영상획득을 위한 신호제어부(140)에 대해서 살펴보도록 한다.
신호제어부(140)는 신호입력 및 제어를 수행하며, 주위의 고주파 노이즈 및 고전압에 의한 내잡음 특성이 뛰어난 특징을 갖는다.
먼저, 영상 및 온도처리를 위한 신호제어부(140)는 계측된 신호를 디지털신호로 변환하여 신호처리 및 디스플레이를 위하여 저전력 마이크로프로세서인 ATmega128(Atmel Co., USA)을 이용한 시스템 제어부를 구성할 수 있다.
신호제어부(140)는 먼저 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위하여 각각의 입력신호를 초당 128회의 속도로 샘플링, 10-bit의 분해능으로 디지털 신호로 변환하고자 하며, 순차적 변환을 통해 다중채널 실시간 모니터링이 가능하도록 시스템을 구성할 수 있다.
신호제어부(140)는 시간 영역에서의 정확한 샘플링 타이밍을 맞추기 위해 Atmega128 마이크로프로세서의 타이머/카운터 오버플로우 인터럽트를 사용하는 것이 바람직하다.
다음으로 적외선 카메라(160)에 대해서 살펴보면, 적외선 카메라(160)는 온도감지 및 신호처리를 수행한다.
적외선이란 태양이 방출하는 빛을 프리즘으로 분산시켜 보았을 때 적색선의 끝보다 더 바깥쪽에 있는 전자기파를 적외선이라고 하며, 파장의 길이에 따라 분류하면 파장 0.75∼3㎛의 적외선을 근적외선, 3∼25㎛의 것을 적외선, 25㎛ 이상의 것을 원적외선이라고 구분하고 있다.
적외선은 가시광선이나 자외선에 비해 강한 열작용을 가지고 있는 것이 특징이며, 이 때문에 열선(熱線)이라고도 한다. 태양이나 발열체로부터 공간으로 전달되는 복사열은 주로 적외선에 의한 것이다.
적외선 카메라(160)에서 사용되는 적외선 온도센서에 대해서 살펴보면, 적외선 온도센서는 일정 주파수의 빛을 발산하는 발광부와 발광부에서 발산하는 빛을 받아들이는 수광부로 이루어져 있다. 발광부에서 발생된 적외선은 물체에 부딪혀 반사되고, 수광부에서는 이 반사된 빛을 감지하여 물체의 유·무 또는, 물체까지의 거리 등을 알 수 있다.
다음으로, 신호제어부(140)는 인체 친화형 HMI 표시부를 구현하기 위해 디스플레이부(170)로 수배전반 외부도어에서 관리자가 상태확인을 위해 인체친화형 HMI를 사용하여 모니터링이 가능하도록 할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 매트릭스 영상 재구성을 적용한 수배전반 안전모니터링 시스템(1)에서의 HMI 모니터링의 예를 나타내는 도면이다.
다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 매트릭스 영상 재구성을 적용한 수배전반 안전모니터링 시스템(1)에서의 매트릭스 영상재구성 기법을 적용한 모니터링 프로그램(200)에 대해서 구체적으로 살펴보도록 한다.
신호제어부(140)에 구비된 매트릭스 영상재구성 기법을 적용한 모니터링 프로그램(200)은 볼트풀림 및 부품이탈 감지를 수행할 수 있는데, 이러한 볼트풀림 및 부품이탈 감지 원리는 도 9와 같을 수 있다.
제 1 단계로, 신호제어부(140)가 카메라(110)인 5M 픽셀 카메라를 이용하여 부스바 이미지를 촬영한다.
제 2 단계로, 신호제어부(140)가 볼트 영역을 검출한다.
제 3 단계로, 신호제어부(140)가 볼트에 마킹된 적색 성분만 남기고 나머지 부분을 제거한다. 보다 구체적으로, 신호제어부(140)가 제 2 단계의 검출 이미지에서 RGB 색상값 40,40,190 ~ 40,40,190 사이의 값만 남기고 나머지는 0으로 만든다.
제 4 단계로, 신호제어부(140)가 제 3 단계의 결과 이미지를 RGB 색계에서 HSV 색계로 변환 하여 GRAY 레벨 이미지로 변환한다.
제 5 단계로, 신호제어부(140)가 제 4 단계 결과 이미지에서 외형선 추출을 위해 Contour 알고리즘을 통해 외곽 좌표 추출하며, 외곽 좌표는 연결된 선으로 인식된 모든 좌표들이 검출될 수 있다.
마무리 및 계산로, 신호제어부(140)가 제 5 단계에서 검출된 외형선 정보를 Ellipse(타원) 근사법 으로 기울어진 각도를 계산 한다. 현재 기울어진 각도는 64도와 74도로 계산된다. 이값을 초기값으로 사용하고 일정 시간 간격으로 상기 제 1~5 단계 과정을 통해 계산된 각도와 비교하여 풀림 정도를 계산할 수 있다.
다음으로, 신호제어부(140)에 구비된 매트릭스 영상재구성 기법을 적용한 모니터링 프로그램(200)에 대해서 살펴본다.
매트릭스 영상재구성 기법을 적용한 모니터링 프로그램(200)은 "영상획득 및 매트릭스기법을 활용한 영상 재구성"을 수행함에 있어서, 도 2 및 도 4와 같이 한 개의 카메라(110)를 사용하여 다수 포인트에서 영상을 획득한 후 재편집 과정을 거쳐 실제 요소별 부품이탈 및 움직임 각도를 모니터링하는 프로그램일 수 있다.
또한 매트릭스 영상재구성 기법을 적용한 모니터링 프로그램(200)은 상기내용에서와 같이 감시하고자 하는 위치에서 부위별 온도를 적외선 온도센서를 구비한 적외선 카메라(160)를 활용하여 감지하고 모니터링을 수행할 수 있다.
다음으로 매트릭스 영상재구성 기법을 적용한 모니터링 프로그램(200)에 의한 영상획득 및 매트릭스기법을 활용한 영상 재구성에 대해서 살펴보도록 한다.
매트릭스 영상재구성 기법을 적용한 모니터링 프로그램(200)에 의한 수배전반 내부의 볼트풀림 및 이상온도 모니터링을 위하여 영상처리기반으로 수행한다.
매트릭스 영상재구성 기법을 적용한 모니터링 프로그램(200)이 수행하는 스테레오기반의 3차원 영상처리에서 사용하는 기법의 경우 수배전반 내부에서의 적용한계로 인해 렌즈어레이방식이 아닌 카메라의 위치이동을 통해 수배전반 내부의 유사(pseudo) 스테스트레오영상을 획득하고, 각 위치에서의 영상을 매트릭스형태의 배열로 구성하여 상기에서 설명한 제 1 내지 제 5 단계에 해당하는 차영상기법을 통해 볼트풀림을 감지하는 방식을 적용한다.
특히 본 발명에서 적용하고자하는 유사 스테레오영상을 통해 수배전반 내부 기구적 구조물에 의한 감시대상 볼트의 가려짐 현상도 알고리즘적으로 제거가 가능한 특징이 있으며, 예를 들어 위치 1에서는 구조물에 의해 대상볼트의 가려짐이 발생하더라도 상하좌우의 위치에서 획득한 영상정보를 기반으로 가려진부위의 영상 재구성이 가능하다. 본 발명에서 제공하고자하는 매트릭스기법을 활용한 영상재구성 방법의 개념을 도 11과 같다. 즉, 도 11은 영상획득을 위한 카메라이동 정위치를 나타내는 도면이다.
도 10에서 카메라(110)의 각 위치에서 촬영 가능한 영상을 각위치별로 표현하면 도 11과 같이 구성할 수 있으며, 매트릭스 영상재구성 기법을 적용한 모니터링 프로그램(200)이 이를 매트릭스형태로 재구성하여 비교를 위한 영상으로 저장하고, 진동 또는 일정 주기의 영상획득을 통해 이전영상과의 차이를 분석하여 볼트풀림 등의 이상 징후를 모니터링 하고자 한다.
특히 매트릭스 영상재구성 기법을 적용한 모니터링 프로그램(200)은 각 위치에서의 다수의 영상을 매트릭스로 저장하는 방식을 적용하며, 이때 파노라마영상에서 주로 사용하는 영상정합 등의 방법을 통해 보다 효율적인 파일관리 및 이상 위치 마킹기능을 적용할 수 있다.
또한 매트릭스 영상재구성 기법을 적용한 모니터링 프로그램(200)은 카메라(110)의 위치에 따라 가려짐 발생부위, 협소한 공간 내부의 볼트풀림 등 사용자 설정에 따라 매트릭스의 해상도를 달리 재구성하거나 영상의 기하보정기법 적용을 통해 협소부위의 볼트풀림 판별성능 향상이 가능하다. 또한, 매트릭스 영상재구성 기법을 적용한 모니터링 프로그램(200)은 위치 1~5 하단 부위, 위치 11~15 협소부위의 해상도 조정 및 기하보정을 통한 볼트풀림의 감지성능 향상시킬 수 있다.
도 11과 같이 매트릭스 영상재구성 기법을 적용한 모니터링 프로그램(200)은 다수 영상으로부터 매트릭스를 구성하는 경우 각각의 영상이 가지는 기하정보를 분석하고 영상 간의 상관관계를 통하여 하나의 영상으로 재구성 할 수 있다.
매트릭스 영상재구성 기법을 적용한 모니터링 프로그램(200)은 영상 간의 상관관계는 특징점 기반의 SIFT 알고리즘을 이용하여 각각의 영상에서 특징점을 추출하고 특징점들이 가지는 기하정보를 이용해 파악이 가능하며, 영상과 영상 간의 동일한 영역 정보를 이용하여 하나의 영상으로 재구성이 가능하다.
매트릭스 영상재구성 기법을 적용한 모니터링 프로그램(200)에서 사용하는 SIFT 알고리즘은 도 12와 같이 가우시안 필터를 이용한 영상을 스케일 별로 여러 개 생성한 후 각 영상들 간의 영상 차를 이용하여 만들어진 DoG 영상을 분석하여 특징점을 추출한다. 각 특징점은 주변 픽셀 값들을 이용하여 그래디언트의 크기와 방향 정보를 획득하고 영상 간의 동일한 영역 분석에 있어서 각 특징점들이 가지는 그래디언트 크기와 방향의 비교를 통해 같은 값을 가지는 특징점을 매칭 할 수 있다.
또한, 매트릭스 영상재구성 기법을 적용한 모니터링 프로그램(200)은 "매트릭스기법을 활용한 영상 재구성을 통한 모니터"를 수행함에 있어서, 상기의 다수 영상의 매트릭스형 재구성을 통해 기준영상을 생성하고, 이 기준영상과 현재 시점에서 측정된(진동 후, 또는 일정시간 경과 후) 매트릭스의 차영상을 추출하고, 이로부터 이상징후를 모니터링하여 관리자에게 통보할 수 있도록 한다.
매트릭스 영상재구성 기법을 적용한 모니터링 프로그램(200)은 실제 수배전반 내부의 영상에 이상부위를 마킹하는 방식을 적용하여 사용자의 직관성을 향상시키고자 하며, 이를 설명하기 위해 도 13과 같은 도면으로 나타내었다.
즉, 도 13을 참조하면, 매트릭스 영상재구성 기법을 적용한 모니터링 프로그램(200)은 볼트풀림 및 온도를 측정하여 이상 / 이상우려 / 정상으로 표시하여 관리자에게 통보함으로써 이상발생이 예측되면 신속하게 조치할 수 있다.
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다.
또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
이상과 같이, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
1 : 매트릭스 영상 재구성을 적용한 수배전반 안전모니터링 시스템
100 : 시각화를 위한 영상획득 장치
110 : 카메라
120 : 이동레일
130 : 모터
140 : 신호제어부
200 : 매트릭스 영상재구성 기법을 적용한 모니터링 프로그램
100 : 시각화를 위한 영상획득 장치
110 : 카메라
120 : 이동레일
130 : 모터
140 : 신호제어부
200 : 매트릭스 영상재구성 기법을 적용한 모니터링 프로그램
Claims (5)
- 수배전반에 설치되는 시각화를 위한 영상획득 장치(100); 및 시각화를 위한 영상획득 장치(100)로부터 획득한 영상에 대해서 매트릭스 영상을 재구성하여 모니터링하는 매트릭스 영상재구성 기법을 적용한 모니터링 프로그램(200); 를 포함하는 매트릭스 영상 재구성을 적용한 수배전반 안전모니터링 시스템(1)에 있어서, 시각화를 위한 영상획득 장치(100)는,
카메라(110)의 하단부에 모터(130)가 형성되거나 이동레일(120)의 상단부에 모터(130)가 형성될 수 있으며, 모터(130) 및 카메라(110)는 신호제어부(140)에 의한 제어를 받으며, 카메라(110) 이동시 정위치에 정지하기 위해서는 모터(130)를 사용하여 설정된 좌,우 오차범위 내에서 정지시키며, 위치센서(150)인 리드센서를 사용하여 정지하고자 하는 위치마다 센서를 설치하고,
매트릭스 영상재구성 기법을 적용한 모니터링 프로그램(200)은 다수 영상으로부터 매트릭스를 구성하는 경우 각각의 영상이 가지는 기하정보를 분석하고 영상 간의 상관관계를 통하여 하나의 영상으로 재구성하되, 영상 간의 상관관계는 특징점 기반의 SIFT 알고리즘을 이용하여 각각의 영상에서 특징점을 추출하고 특징점들이 가지는 기하정보를 이용해 파악이 가능하며, 영상과 영상 간의 동일한 영역 정보를 이용하여 하나의 영상으로 재구성하여 볼트풀림 및 부품이탈 감지를 수행하는 것을 특징으로 하는 매트릭스 영상 재구성을 적용한 수배전반 안전모니터링 시스템.
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
매트릭스 영상재구성 기법을 적용한 모니터링 프로그램(200)은,
"매트릭스기법을 활용한 영상 재구성을 통한 모니터"를 수행함에 있어서, 복수의 영상의 매트릭스형 재구성을 통해 기준영상을 생성하고, 이 기준영상과 현재 시점에서 측정된(진동 후, 또는 일정시간 경과 후) 매트릭스의 차영상을 추출하고, 이로부터 이상징후를 모니터링하여 관리자에게 통보하는 것을 특징으로 하는 매트릭스 영상 재구성을 적용한 수배전반 안전모니터링 시스템.
- 청구항 3에 있어서, 매트릭스 영상재구성 기법을 적용한 모니터링 프로그램(200)은,
실제 수배전반 내부의 영상에 이상부위를 마킹하는 방식을 적용하는 것을 특징으로 하는 매트릭스 영상 재구성을 적용한 수배전반 안전모니터링 시스템.
- 청구항 4에 있어서,
매트릭스 영상재구성 기법을 적용한 모니터링 프로그램(200)은,
볼트풀림 및 온도를 측정하여 이상 / 이상우려 / 정상으로 표시하여 관리자에게 통보하는 것을 특징으로 하는 매트릭스 영상 재구성을 적용한 수배전반 안전모니터링 시스템.
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Citations (4)
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| JP2008308262A (ja) * | 2007-06-13 | 2008-12-25 | Yamaha Corp | 棚監視装置および棚監視システム |
| KR100878006B1 (ko) | 2008-04-24 | 2009-01-28 | (주)태양이엔시 | 공동주택의 수배전반 보호케이스 |
| KR101847971B1 (ko) * | 2017-12-04 | 2018-04-11 | (주)와이제이솔루션 | 영상 처리기반의 수배전반 감시장치 |
| JP2020156131A (ja) * | 2019-03-18 | 2020-09-24 | 三菱電機株式会社 | 電気設備点検装置 |
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2020
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