KR102449124B1 - System for concrete crack detection using 2D and 3D image - Google Patents

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Abstract

본 발명은 2D 및 3D 구성을 이용한 콘크리트 균열 검측시스템에 관한 것으로, 이미지 분석을 통해 균열을 인식하고 검측하기 위해 2D 및 3D 구성을 이용한 콘크리트 균열 검측시스템에 관한 것이다. 2D 이미지와 3D 형상 데이터 분석을 통해 콘크리트 상부에 균열 발생시 깊이 정보를 이용하여 이물질이나 기타 이미지 상 에러 조건을 균열로 인식하는 오검출을 해결하고, 2D 이미지 균열 분석 과정에서 이물질에 의한 오검출을 확인하기 위해 3D 검사에서의 높이 정보를 이용하여 균열 위치에 대한 분석을 검증하는 효과가 있다.The present invention relates to a concrete crack detection system using 2D and 3D configurations, and to a concrete crack detection system using 2D and 3D configurations to recognize and detect cracks through image analysis. Through 2D image and 3D shape data analysis, when a crack occurs in the upper part of concrete, the depth information is used to solve the false detection of recognizing foreign substances or other error conditions in the image as a crack, and confirm the false detection by foreign substances in the 2D image crack analysis process In order to do this, it has the effect of verifying the analysis of the crack location using the height information in the 3D inspection.

Description

2D 및 3D 구성을 이용한 콘크리트 균열 검측시스템{System for concrete crack detection using 2D and 3D image}Concrete crack detection system using 2D and 3D configuration {System for concrete crack detection using 2D and 3D image}

본 발명은 2D 및 3D 구성을 이용한 콘크리트 균열 검측시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 콘크리트 도상에 대하여 이미지 분석을 통해 균열을 인식하고 균열 폭을 검측하기 위해 2D 및 3D 구성을 이용한 콘크리트 균열 검측시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a concrete crack detection system using a 2D and 3D configuration, and more particularly, to a concrete crack detection system using a 2D and 3D configuration to recognize a crack through image analysis on a concrete ballast and detect a crack width. it's about

일반 머신비전의 검사시스템 구성은 카메라 및 조명(또는 라인 레이저) 구성으로 대표적인 구성 방법이 2D 검사장비 및 3D 검사장비로 구분된다. 2D 검사는 카메라 및 조명을 이용하여 이미지를 취득한 후 이미지 내에서 밝기 값 또는 특정 패턴을 이용하여 결함을 분석하며, 3D 검사는 카메라 및 라인 레이저를 이용하여 이미지에 대한 형상 데이터를 취득한 후 데이터에서 길이 및 높이 정보 등을 이용하여 형상에 대한 수치를 검사한다.The general machine vision inspection system consists of a camera and lighting (or line laser), and the typical configuration methods are divided into 2D inspection equipment and 3D inspection equipment. 2D inspection uses a camera and light to acquire an image and then analyzes the defect using a brightness value or a specific pattern within the image, and 3D inspection uses a camera and line laser to acquire shape data for the image, and height information to check the numerical value of the shape.

각 기술에는 장단점이 있으며 2D 검사는 종래 공개특허 제2009-0126362호에서 표면의 균열 진전 길이 및 폭을 실시간으로 빠르고 정밀하게 측정할 수 있는 균열측정방법으로 카메라 및 조명을 이용하여 균열을 측정하고 있으나, 콘크리트 상부에 균열 발생시 깊이 정보를 알 수 없어 이물질이나 기타 이미지 상 에러 조건을 균열로 인식할 수 있는 문제가 있다. 또한 레이저 이미지를 이용하여 균열을 측정하는 3D 검사의 경우 깊이 정보를 이용하여 균열에 대해 2D 방식보다 신뢰도는 좋으나 육안으로 볼 수 있는 이미지 형태가 아닌 3D 형상 데이터로 취득되는 장단점이 있다.Each technology has advantages and disadvantages, and the 2D inspection is a crack measurement method that can quickly and precisely measure the crack propagation length and width of the surface in real time in the prior art Patent Publication No. 2009-0126362, which measures cracks using a camera and lighting. , there is a problem in that when a crack occurs in the upper part of concrete, the depth information cannot be known, so foreign substances or other error conditions in the image can be recognized as cracks. In addition, in the case of a 3D inspection that measures cracks using a laser image, the reliability of cracks using depth information is better than that of the 2D method, but it has advantages and disadvantages in that it is acquired as 3D shape data rather than an image form that can be seen with the naked eye.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 2D 이미지와 3D 형상 데이터 분석을 통해 콘크리트 상부에 균열 발생시 깊이 정보를 이용하여 이물질이나 기타 이미지 상 에러 조건을 균열로 인식하는 오검출을 해결하는 2D 및 3D 구성을 이용한 콘크리트 균열 검측시스템을 제공함에 목적이 있다.The present invention is to solve the above problems, and through 2D image and 3D shape data analysis, using depth information when cracks occur in the upper part of concrete, 2D and An object of the present invention is to provide a concrete crack detection system using a 3D configuration.

본 발명은 2D 및 3D 구성을 이용한 콘크리트 균열 검측시스템으로서, 하나의 카메라로 이미지 센서의 상단 및 하단을 각각 2D 및 3D 영역으로 구성하고 상단은 2D 조명장치를 이용하여 이미지를 취득하는 영역과 하단은 3D 라인 레이저를 이용하여 형상 정보를 취득하는 영역으로 구성된 검사장치; 상기 검사장치의 영상 데이터를 수집하고 하나의 영상 프레임으로 생성하기 위해 2D 이미지에서 콘크리트 도상의 균열 분석을 수행하는 2D 분석과, 3D 형상 데이터에서 균열 위치에 대해 깊이 정보를 이용하여 필터링 및 균열을 분석하고 검증하는 데이터 수집분석장치를 갖는 수집장치; 및 철도차량의 차륜 축에 설치되어 차량 이동거리에 따른 신호를 발생하여 상기 수집장치를 통해 검사장치로 거리를 동기화하는 타코메타;를 포함하는 것을 일 측면으로 한다.The present invention is a concrete crack detection system using a 2D and 3D configuration, in which the top and bottom of the image sensor are configured as 2D and 3D areas, respectively, with one camera, and the upper area and the lower area are for acquiring images using a 2D lighting device. an inspection device comprising a region for acquiring shape information using a 3D line laser; 2D analysis of performing crack analysis on a concrete ballast on a 2D image to collect image data of the inspection device and generating one image frame, and filtering and crack analysis using depth information for crack locations in 3D shape data and a collection device having a data collection and analysis device to verify; and a tachometer installed on the wheel axle of a railroad vehicle to generate a signal according to the vehicle moving distance to synchronize the distance to the inspection device through the collecting device.

바람직하게 검사장치는 2D 이미지센서(CCD 또는 CMOS)로 구성되어 조명 구성에 따라 2D 및 3D로 데이터를 취득되며 광학 필터를 이용하여 개별 조명 간 간섭을 필터링하는 카메라장치; 카메라 장치의 이미지 센서에서 이미지 데이터를 입력받고 2D 및 3D 영역으로 분류된 데이터를 별도의 메모리 공간에 저장하여 2D 이미지 및 3D 형상 데이터를 개별로 분류하여 데이터를 수집장치로 전송하는 FPGA 모듈; 가시광 영역의 조명장치로 라인 형태의 조명으로 구성하며 LED 또는 레이저로 구성되는 2D 조명장치; 및 적외선 영역의 조명장치로 라인 형태의 레이저로 구성하는 3D 레이저 장치;를 포함한다.Preferably, the inspection device is composed of a 2D image sensor (CCD or CMOS), which acquires data in 2D and 3D according to the lighting configuration, and uses an optical filter to filter out interference between individual lights; an FPGA module that receives image data from the image sensor of the camera device and stores the data classified into 2D and 3D areas in a separate memory space to separately classify 2D image and 3D shape data and transmit the data to the collecting device; A 2D lighting device consisting of a line-type lighting as a lighting device in the visible light region and consisting of an LED or a laser; and a 3D laser device configured as a line-type laser as an illumination device in the infrared region.

바람직하게 수집장치는 검사장치에서 수신되는 고속의 영상 데이터를 수집하고 하나의 영상 프레임으로 생성하고, 생성된 각 영상 프레임 데이터를 데이터 수집분석장치로 전송하는 인터페이스 장치; 2D 이미지에서 콘크리트 도상의 균열 분석을 수행하는 2D 분석과, 3D 형상 데이터에서 균열 위치에 대해 깊이 정보를 이용하여 2D 균열 검사 결과를 필터링하여 균열을 분석하고 검증하는 데이터 수집분석장치; 및 타코메타에서 수신되는 차량의 이동거리 정보를 분석하여 검사장치에 등간격의 촬영 트리거 신호를 발생하는 거리동기화 장치;를 포함한다.Preferably, the collection device includes: an interface device that collects high-speed image data received from the inspection device, generates one image frame, and transmits the generated image frame data to the data collection and analysis device; a data collection and analysis device that analyzes and verifies cracks by filtering 2D crack inspection results using 2D analysis for performing crack analysis on the concrete ballast in 2D images and depth information for crack locations in 3D shape data; and a distance synchronization device that analyzes the moving distance information of the vehicle received from the tachometer and generates a shooting trigger signal at equal intervals to the inspection device.

바람직하게 데이터 수집분석장치는 영상 입력으로 카메라 장치의 이미지 센서에서 촬영한 콘크리트 도상 원본 영상이 입력되어 2D 및 3D 데이터를 각각 2D 이미지 및 3D 형상 이미지를 분류하여 저장하는 데이터 취득모듈; 도상 인식을 위해 콘크리트 도상에서의 균열이 도상의 상부에 생성되므로 2D 영상 및 3D 형상 데이터에서 선형의 패턴인 콘크리트 도상의 구조물 및 레일 선로를 도상과 분리하는 잡음제거 모듈; 콘크리트 구조물 및 레일 선로를 직선 검출 알고리즘을 이용하여 도상 영상에서 제거하기 위한 과정을 수행하는 필터링 모듈; 2D 이미지의 균열 분석에서 균열의 표준 패턴을 미리 입력하고, 취득된 콘크리트 도상 이미지에서 균열의 표준 패턴과 일치하는 균열을 인식하는 과정과 도상 상부의 높이 정보 기준으로 미리 설정된 깊이보다 깊은 깊이정보 분석데이터를 추출하는 과정을 수행하는 균열분석모듈; 및 상기 균열분석모듈의 2D 이미지 균열 분석 과정에서 이물질에 의한 오검출을 확인하기 위해 3D 검사에서의 높이 정보를 이용하여 균열 위치에 대한 분석을 검증하는 균열분석 검증모듈;을 포함한다.Preferably, the data collection and analysis device includes: a data acquisition module that receives the original concrete image taken by the image sensor of the camera device as an image input and classifies 2D and 3D data into 2D images and 3D shape images, respectively; a noise removal module that separates the structures and rail tracks of the concrete ballast, which are linear patterns in 2D image and 3D shape data, from the ballast because cracks on the concrete ballast are created on the top of the ballast for ballast recognition; a filtering module that performs a process for removing a concrete structure and a rail track from a map image using a straight line detection algorithm; In the crack analysis of 2D images, the standard pattern of cracks is input in advance, and the process of recognizing cracks that match the standard pattern of cracks in the acquired concrete ballast image, and depth information analysis data deeper than the preset depth based on the height information of the upper part of the ballast a crack analysis module that performs the process of extracting ; and a crack analysis verification module that verifies the analysis of the crack location by using height information in the 3D inspection in order to confirm erroneous detection by foreign substances in the 2D image crack analysis process of the crack analysis module.

바람직하게 검사장치는 이미지 센서 전체 면적에서 일부분만 영상을 취득하는 관심영역을 2D 및 3D 영역으로 분류하고, 영상 촬영은 차량의 이동거리에 따라 등간격으로 취득하며, 차륜에 설치된 상기 타코메타는 차량의 이동거리를 측정하여 등간격 신호를 이용한 상기 2D 및 3D 데이터간 위치정보 동기를 수행한다.Preferably, the inspection device classifies the region of interest in which only a portion of the image sensor is acquired into the 2D and 3D regions, and the imaging is acquired at equal intervals according to the moving distance of the vehicle, and the tachometer installed on the wheel is the vehicle's Position information synchronization is performed between the 2D and 3D data using an equal interval signal by measuring the moving distance.

본 발명에 따르면, 2D 이미지와 3D 형상 데이터 분석을 통해 콘크리트 상부에 균열 발생시 깊이 정보를 이용하여 이물질이나 기타 이미지 상 에러 조건을 균열로 인식하는 오검출을 해결하고, 2D 이미지 균열 분석 과정에서 이물질에 의한 오검출을 확인하기 위해 3D 검사에서의 높이 정보를 이용하여 균열 위치에 대한 분석을 검증하는 효과가 있다.According to the present invention, through 2D image and 3D shape data analysis, when a crack occurs in the upper part of concrete, erroneous detection of recognizing a foreign substance or other error condition in an image as a crack is solved by using depth information, and in the 2D image crack analysis process, it is It has the effect of verifying the analysis of the crack location by using the height information in the 3D inspection to confirm the false detection by the

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 2D 및 3D 구성을 이용한 콘크리트 균열 검측시스템의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 2D 및 3D 구성을 이용한 콘크리트 균열 검측시스템의 카메라 및 조명 구성을 나타난 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 2D 및 3D 구성을 이용한 콘크리트 균열 검측시스템의 FPGA 모듈을 이용한 2D 및 3D 데이터의 취득 및 전송을 나타낸 도면이다.
1 is a view showing a schematic configuration of a concrete crack detection system using a 2D and 3D configuration according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing a camera and lighting configuration of a concrete crack detection system using a 2D and 3D configuration according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing the acquisition and transmission of 2D and 3D data using the FPGA module of the concrete crack detection system using the 2D and 3D configuration according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. It should be noted that the same components in the drawings are denoted by the same reference numerals wherever possible. In addition, descriptions of well-known functions and configurations that may unnecessarily obscure the gist of the present invention will be omitted.

우선, 본 발명의 일 실시예에 따르면 다수의 카메라가 아닌 1대의 카메라로 2D 및 3D 데이터를 취득하는 구성으로 콘크리트 결함 검사에 대한 시스템 간략화 및 균열 분석 후 사용자의 육안 검사를 위한 2D 이미지 수집, 균열 검사의 정확도를 높이기 위한 3D 데이터 검사에 대한 구성을 포함한다.First, according to an embodiment of the present invention, 2D image collection for user's visual inspection after crack analysis and system simplification for concrete defect inspection with a configuration that acquires 2D and 3D data with one camera instead of multiple cameras Includes configuration for 3D data inspection to increase inspection accuracy.

도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 2D 및 3D 구성을 이용한 콘크리트 균열 검측시스템의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 2D 및 3D 구성을 이용한 콘크리트 균열 검측시스템은 크게 봐서 검사장치(100), 수집장치(200), 타코메타(300)를 포함한다. An embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. 1 is a view showing a schematic configuration of a concrete crack detection system using a 2D and 3D configuration according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1 , the concrete crack detection system using 2D and 3D configurations according to an embodiment of the present invention includes an inspection device 100 , a collecting device 200 , and a tachometer 300 in a large view.

검사장치(100)는 다수의 카메라가 아닌 1대의 카메라로 2D 및 3D 데이터를 취득하는 구성으로 카메라 장치(110), FPGA 모듈(120), 2D 조명장치(130), 3D 레이저 장치(140)를 포함한다.Inspection device 100 is a camera device 110, FPGA module 120, 2D lighting device 130, 3D laser device 140 in a configuration that acquires 2D and 3D data with one camera instead of a plurality of cameras include

카메라 장치(110)는 2D 이미지센서(CCD 또는 CMOS)로 구성되어 조명 구성에 따라 2D 및 3D 데이터로 취득되며 광학 필터를 이용하여 개별 조명 간 간섭을 필터링한다. 또한 카메라 장치(110)는 고속의 이미지 취득을 위해 ROI(Region of Interest) 기능을 사용하며 ROI는 2D 및 3D 영역으로 구분하여 취득한다. FPGA 모듈(120)은 카메라 장치의 이미지 센서에서 이미지 데이터를 입력받고 2D 및 3D 영역으로 분류된 데이터를 별도의 메모리 공간에 저장하여 2D 이미지 및 3D 형상 데이터를 개별로 분류하여 데이터를 수집장치로 전송한다. 이러한 FPGA 모듈은 구성 방법에 따라 카메라 장치 내 또는 프레임 그래버(Frame Grabber)라는 영상 입력장치(FPGA로 구성)로 데이터 수집분석장치에 포함될 수 있다. 2D 조명장치(130)는 가시광 영역의 조명장치로 라인 형태의 조명으로 구성하며 LED 또는 레이저로 구성할 수 있다. 3D 레이저 장치(140)는 적외선 영역의 조명장치로 라인 형태의 레이저로 구성한다.The camera device 110 is composed of a 2D image sensor (CCD or CMOS) to obtain 2D and 3D data according to the lighting configuration, and filters the interference between individual lights by using an optical filter. In addition, the camera device 110 uses a region of interest (ROI) function for high-speed image acquisition, and the ROI is acquired by dividing it into 2D and 3D regions. The FPGA module 120 receives image data from the image sensor of the camera device, stores the data classified into 2D and 3D areas in a separate memory space, classifies the 2D image and 3D shape data individually, and transmits the data to the collecting device do. Such an FPGA module may be included in a data acquisition and analysis device in a camera device or as an image input device (composed of FPGA) called a frame grabber according to a configuration method. The 2D lighting device 130 is a lighting device in the visible light region and is configured with line-type lighting and may be configured with LEDs or lasers. The 3D laser device 140 is an infrared region illumination device and is configured as a line-shaped laser.

수집장치(200)는 고속의 영상 데이터를 수집하고 하나의 영상 프레임으로 생성하기 위한 구성으로 인터페이스 장치(210), 데이터 수집분석장치(220), 거리동기화 장치(230), 전원장치(240)를 포함한다.The collection device 200 is configured to collect high-speed image data and generate one image frame, and includes an interface device 210 , a data collection and analysis device 220 , a distance synchronization device 230 , and a power supply 240 . include

인터페이스 장치(210)는 검사장치에서 수신되는 고속의 영상 데이터를 수집하고 하나의 영상 프레임으로 생성한다. 이러한 인터페이스 장치에서 생성된 각 영상 프레임 데이터는 데이터 수집분석장치로 전송한다. 데이터 수집분석장치(220)는 2D 이미지에서 콘크리트 도상의 균열 분석을 수행하는 2D 분석과, 3D 형상 데이터에서 균열 위치에 대해 깊이 정보를 이용하여 필터링하여 균열을 분석하고 검증하는 구성으로 데이터 취득모듈(221), 잡음제거 모듈(222), 필터링 모듈(223), 균열분석모듈(224), 균열분석 검증모듈(225)을 포함한다. 이러한 데이터 수집분석장치(220)의 세부구성은 아래에서 도 4를 참조하여 자세히 설명하기로 한다. 거리동기화 장치(230)는 타코메타에서 수신되는 차량의 이동거리 정보를 분석하여 검사장치에 등간격의 촬영 트리거 신호를 발생하는 장치이다. 전원장치(240)는 수집 및 검사장치에 안정적인 전원을 공급하는 장치로 UPS로 구성한다.The interface device 210 collects high-speed image data received from the inspection device and generates one image frame. Each image frame data generated by such an interface device is transmitted to a data collection and analysis device. The data collection and analysis device 220 is a data acquisition module ( 221 ), a noise removal module 222 , a filtering module 223 , a crack analysis module 224 , and a crack analysis verification module 225 . The detailed configuration of the data collection and analysis device 220 will be described in detail with reference to FIG. 4 below. The distance synchronization device 230 is a device that analyzes the moving distance information of the vehicle received from the tachometer and generates a shooting trigger signal at equal intervals to the inspection device. The power supply unit 240 is a device for supplying stable power to the collection and inspection device, and consists of a UPS.

타코메타(300)는 철도차량의 차륜 축에 설치되어 차량 이동거리에 따른 신호를 발생한다.The tachometer 300 is installed on the wheel axle of a railway vehicle to generate a signal according to the vehicle moving distance.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 2D 및 3D 구성을 이용한 콘크리트 균열 검측시스템의 카메라 및 조명 구성을 나타난 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 카메라 장치(110)의 촬영 영역 구성은 이미지 센서의 상단 및 하단을 각각 2D 및 3D 영역으로 구성하고 상단은 2D 조명장치를 이용하여 이미지를 취득하는 영역과 하단은 3D 라인 레이저를 이용하여 형상 정보를 취득하는 영역으로 구성한다.2 is a view showing a camera and lighting configuration of a concrete crack detection system using a 2D and 3D configuration according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2 , in the configuration of the photographing area of the camera device 110 , the upper and lower portions of the image sensor are configured as 2D and 3D areas, respectively, and the upper portion is an area for acquiring an image using a 2D lighting device, and the lower portion is 3D It consists of an area|region for which shape information is acquired using a line laser.

이때, 각 구성별 조명의 위치는 카메라 기준에서 2D 영역은 조명장치를 수직으로 하여 이미지를 취득되도록 구성하며, 3D 영역은 높이에 따른 형상을 취득할 수 있도록 카메라 장치 기준으로 특정 각도로 세워 라인 레이저의 광원이 조사되도록 한다.At this time, the position of the lighting for each component is configured so that the image is acquired with the lighting device perpendicular to the 2D area from the camera standard, and the 3D area is set at a specific angle based on the camera device to acquire the shape according to the height of the line laser. of light source to be irradiated.

또한 광학 필터를 이용한 조명의 간섭 제거를 설명하면, 다음과 같다. 광학필터는 특정 파장만 통과하고 그 외 파장은 차단되는 밴드패스필터로 적용한다. 가시광 및 적외선으로 구성된 2D 조명 및 3D 레이저의 광원이 카메라 이미지 센서에 맺힐 때 간섭이 없도록 광학적으로 필터링하는 장치이다.In addition, the interference cancellation of illumination using an optical filter will be described as follows. An optical filter is applied as a band-pass filter that passes only a specific wavelength and blocks other wavelengths. It is a device that optically filters so that there is no interference when the light source of 2D light and 3D laser composed of visible light and infrared light is focused on the camera image sensor.

이러한 광학 필터는 중앙부 기준으로 상단이 IR Cut, 하단이 가시광 Cut 필터로 구성되어 각 촬영 영역에서 들어오는 빛이 이미지 센서에 맺힐 때 광학적으로 해당 광원이 센서로 입사되도록 분류한다.These optical filters are composed of an IR cut filter at the top and a visible light cut filter at the bottom based on the central part, so that when the light coming from each shooting area is focused on the image sensor, the light source is optically classified so that the corresponding light source is incident on the sensor.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 2D 및 3D 구성을 이용한 콘크리트 균열 검측시스템의 FPGA 모듈을 이용한 2D 및 3D 데이터의 취득 및 전송을 나타낸 도면이다. 도 3을 참조하여 센서의 ROI(Region of Interest, 관심영역) 영역 분리와 등간격 신호를 이용한 2D 및 3D 데이터간 위치정보 동기를 설명하면 다음과 같다. 3 is a view showing the acquisition and transmission of 2D and 3D data using the FPGA module of the concrete crack detection system using the 2D and 3D configuration according to an embodiment of the present invention. With reference to FIG. 3 , the separation of the ROI (Region of Interest) region of the sensor and the synchronization of position information between 2D and 3D data using equally spaced signals will be described as follows.

먼저 센서의 ROI 영역 분리는 고속의 데이터를 취득하기 위해서 이미지 센서 전체 면적에서 일부분만 영상을 취득하는 구조로 ROI 기능을 이용하여 2D 및 3D 영역으로 분류한다. 2D 검사의 ROI영역은 세로 방향으로 1개 또는 2개의 라인으로 ROI를 지정하고 촬영 시점마다 해당 구간에 대해 영상을 취득한다. 또한 FPGA 모듈은 2D라인 이미지로 수신되는 영상 데이터를 하나의 메모리 영역에 저장하며 FPGA 모듈은 해당 메모리에 데이터 저장이 완료되면 한 프레임의 콘크리트 도상 이미지를 데이터 수집분석장치로 전송한다. 3D 검사의 ROI 영역 또한 2D 검사 방식과 동일한 구조로 구성하여 FPGA모듈에 데이터 저장이 완료되면 한 프레임의 콘크리트 도상 형상정보를 데이터 수집분석장치로 전송한다.First, the separation of the ROI region of the sensor is a structure in which only a portion of the image sensor area is acquired in order to acquire high-speed data, and is classified into 2D and 3D regions using the ROI function. For the ROI area of the 2D inspection, one or two lines in the vertical direction designate the ROI, and the image is acquired for the corresponding section at each shooting point. In addition, the FPGA module stores the image data received as 2D line images in one memory area, and the FPGA module transmits a concrete image of one frame to the data collection and analysis device when data storage is completed in the corresponding memory. The ROI area of the 3D inspection is also structured in the same structure as the 2D inspection method, and when the data storage in the FPGA module is completed, the shape information of the concrete image of one frame is transmitted to the data collection and analysis device.

등간격 신호를 이용한 2D 및 3D 데이터간 위치정보 동기를 설명하면 다음과 같다. 영상 촬영은 차량의 이동거리에 따라 등간격으로 취득하며, 차륜에 설치된 타코메타는 차량의 이동거리를 측정하여 거리 동기화 장치에 전송한다. 거리 동기화 장치는 차량의 이동거리를 분석하여 카메라 장치(이미지 센서)에 0.5mm 또는 특정 간격의 등간격 촬영 신호를 발생하며 카메라 장치는 등간격의 촬영신호 입력 시점에서 콘크리트 도상 상부의 영상을 촬영한다. 본 신호 구성으로 콘크리트 도상을 촬영 시 2D 및 3D 프레임은 동일하게 취득되며 촬영 영역의 세로방향(차량 진행방향)에서 조명과 레이저간 조사되는 거리(2D와 3D간 촬영 거리)만큼 오프셋을 적용하면 콘크리트 도상 취득 데이터에 대해 동일 위치에서의 2D 이미지 및 3D 형상 데이터가 취득된다.The synchronization of position information between 2D and 3D data using equal interval signals will be described as follows. Images are taken at equal intervals according to the moving distance of the vehicle, and the tachometer installed on the wheel measures the moving distance of the vehicle and transmits it to the distance synchronizer. The distance synchronizer analyzes the moving distance of the vehicle and generates a 0.5mm or equal interval shooting signal at a specific interval to the camera device (image sensor). . When shooting a concrete map with this signal configuration, the 2D and 3D frames are acquired the same, and if an offset is applied as much as the distance between the light and the laser (the distance between the 2D and 3D shooting) in the vertical direction of the shooting area (vehicle traveling direction), the concrete 2D image and 3D shape data at the same position are acquired with respect to the image acquisition data.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 2D 및 3D 구성을 이용한 콘크리트 균열 검측시스템의 데이터 수집분석장치의 세부구성을 나타낸 예시도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 데이터 수집분석장치(220)는 데이터 취득모듈(221), 잡음제거 모듈(222), 필터링 모듈(223), 균열분석모듈(224), 균열분석 검증모듈(225)를 포함한다.4 is an exemplary view showing the detailed configuration of the data collection and analysis apparatus of the concrete crack detection system using the 2D and 3D configuration according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4 , the data collection and analysis device 220 includes a data acquisition module 221 , a noise removal module 222 , a filtering module 223 , a crack analysis module 224 , and a crack analysis verification module 225 . includes

데이터 취득모듈(221)은 영상 입력으로 카메라 장치의 이미지 센서에서 촬영한 콘크리트 도상 원본 영상이 입력되어 2D 및 3D 데이터를 각각 2D 이미지 및 3D 형상 이미지를 분류하여 저장한다.The data acquisition module 221 receives the original concrete image captured by the image sensor of the camera device as an image input, classifies 2D and 3D data into 2D images and 3D shape images, respectively, and stores them.

잡음제거 모듈(222)은 도상 인식을 위해 콘크리트 도상에서의 균열이 도상의 상부에 생성되므로 2D 영상 및 3D 형상 데이터에서 선형의 패턴인 콘크리트 도상의 구조물 및 레일 등 선로를 도상과 분리하는 잡음 제거 과정을 거친다. The noise removal module 222 separates the tracks such as structures and rails on the concrete ballast, which are linear patterns in the 2D image and 3D shape data, from the ballast because cracks on the concrete ballast are created on the upper part of the ballast for ballast recognition. go through

필터링 모듈(223)은 콘크리트 구조물 및 레일 등을 직선 검출 알고리즘을 이용하여 도상 영상에서 제거하기 위한 과정을 수행한다. 본 실시예에서는 영상에서의 직선검출의 기법 중의 하나인 허프 변환을 이용한 직선 검출 알고리즘을 이용하여 도상 영상에서 콘크리트 구조물 및 레일 등을 제거한다. 여기서 허프 변환을 이용한 직선 검출 알고리즘은 영상에서의 직선검출에서 이미 알려진 기법이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.The filtering module 223 performs a process for removing concrete structures and rails from the map image using a straight line detection algorithm. In this embodiment, concrete structures and rails are removed from the image by using a linear detection algorithm using Hough transform, which is one of the techniques of linear detection in the image. Here, since the linear detection algorithm using the Hough transform is a known technique for linear detection in an image, a detailed description thereof will be omitted.

균열분석모듈(224)은 2D 이미지의 균열 분석을 통한 균열 인식과정과 3D 형성 검사를 통해 균열을 분석하여 균열의 깊이정보를 분석한다. 이러한 균열분석모듈은 2D 이미지의 균열 분석에서 균열의 표준 패턴을 미리 입력하고, 취득된 콘크리트 도상 이미지에서 균열의 표준 패턴과 일치하는 균열을 인식하는 과정을 수행한다. 또한 3D 형상 검사는 도상 상부의 높이 정보 기준으로 미리 설정된 깊이보다 깊은 깊이정보 분석데이터를 추출하는 과정을 수행한다.The crack analysis module 224 analyzes the crack depth information by analyzing the crack through the crack recognition process through crack analysis of the 2D image and the 3D formation inspection. This crack analysis module performs the process of pre-inputting the standard pattern of cracks in crack analysis of 2D images, and recognizing cracks that match the standard pattern of cracks in the acquired concrete image. In addition, the 3D shape inspection performs a process of extracting depth information analysis data deeper than a preset depth based on the height information of the upper part of the image.

균열분석 검증모듈(225)은 균열분석모듈(224)의 2D 이미지 균열 분석과정에서의 기타 성분에 의한 오검출 가능성과 3D 형상 검사에서의 균열 위치에 대한 분석을 검증하는 과정을 수행한다. 여기서, 균열은 콘크리트 도상이 갈라져 발생한 것으로 균열은 높이 정보가 있다. 이에 분석 검증은 2D 이미지 검사에서 분석된 균열 위치에 대해 이물질(페인트, 철, 나뭇가지 등 이물질) 및 기타 성분에 의해 오검출 가능성을 재 확인하기 위해 3D 검사에서 수행한 높이 정보를 이용하여 균열 위치에 대한 분석을 검증하는 과정을 수행한다. The crack analysis verification module 225 performs a process of verifying the possibility of erroneous detection by other components in the 2D image crack analysis process of the crack analysis module 224 and the analysis of the crack location in the 3D shape inspection. Here, the crack is generated by cracking the concrete ballast, and the crack has height information. For this reason, the analysis verification uses the height information performed in the 3D inspection to reconfirm the possibility of erroneous detection by foreign substances (foreign substances such as paint, iron, branches, etc.) and other components for the crack position analyzed in the 2D image inspection. The process of verifying the analysis is performed.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 2D 및 3D 구성을 이용한 콘크리트 균열 검측시스템의 2D/3D 데이터를 이용한 균열 측정과정을 나타낸 예시도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 데이터 수집분석장치는 영상을 취득하면 2D 및 3D 데이터를 각각 이미지 데이터 및 형상 데이터로 분류하여 저장한다(a2,b2). 여기서, 2D 데이터는 이미지(2D) 데이터이고 3D 데이터는 형상(3D) 데이터이다. 다음으로 분류한 이미지 데이터와 형상 데이터에서 도상을 인식하기 위하여 잡음제거 및 필터링을 수행한다(a3,b3). 이때 도상인식은 콘크리트 도상에서의 균열이 도상의 상부에 생성되므로 2D 영상 및 3D 형상 데이터에서 선형의 패턴인 콘크리트 도상의 구조물 및 레일 등 선로를 도상과 분리하고, 콘크리트 구조물 및 레일 등을 직선 검출 알고리즘을 이용하여 도상 영상에서 제거하기 위한 과정을 수행한다. 영상 취득(a1)이후, 이미지 데이터를 분리하여 취득(a2)하여 균열 인식을 하는 과정(a4)에서, 2D 이미지의 균열 인식은 균열의 표준 패턴을 미리 입력하고, 취득된 콘크리트 도상 이미지에서 균열의 표준 패턴과 일치하는 균열을 인식하는 과정을 수행한다. 또한 형상 데이터를 취득(b2)하여 도상 인식을 위한 처리를 수행한 후, 깊이 정보를 분석하는 과정(b4)에서 3D 형상 검사를 통해 도상 상부의 높이 정보 기준으로 미리 설정된 깊이보다 깊은 데이터를 추출하는 과정을 수행하여 깊이 정보를 분석한다. 앞서 2D 이미지 균열분석과 3D 형상 검사를 통한 깊이정보 분석을 통한 균열검사를 비교(c)하고, 2D 이미지 균열 분석과정에서의 기타 성분에 의한 오검출 가능성과 3D 형상 검사에서의 균열 위치에 대한 분석을 검증하는 균열 분석검증(d)을 수행한다.5 is an exemplary view showing a crack measurement process using 2D/3D data of a concrete crack detection system using a 2D and 3D configuration according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5 , when the data collection and analysis apparatus acquires an image, the 2D and 3D data are classified into image data and shape data, respectively, and stored (a2, b2). Here, 2D data is image (2D) data and 3D data is shape (3D) data. Next, noise removal and filtering are performed in order to recognize an image from the classified image data and shape data (a3, b3). At this time, since the cracks on the concrete ballast are created on the top of the ballast, the ballast recognition separates the tracks such as structures and rails on the concrete ballast, which are linear patterns from the 2D image and 3D shape data, from the ballast, and detects the concrete structures and rails with a straight line detection algorithm. is used to perform the process for removing from the image. After image acquisition (a1), in the process (a4) of crack recognition by separating and acquiring image data (a2), crack recognition of 2D image is performed by inputting a standard pattern of cracks in advance, and The process of recognizing cracks consistent with the standard pattern is carried out. In addition, after acquiring shape data (b2) and performing processing for image recognition, in the process of analyzing depth information (b4), data deeper than the preset depth based on the height information of the upper part of the image is extracted through 3D shape inspection Analyze the depth information by performing the process. Previously, 2D image crack analysis and crack inspection through depth information analysis through 3D shape inspection were compared (c), and the possibility of erroneous detection due to other components in the 2D image crack analysis process and the location of cracks in 3D shape inspection were analyzed. Perform crack analysis verification (d) to verify

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 2D 및 3D 구성을 이용한 콘크리트 균열 검측시스템의 결함 판단을 한 최종 출력화면을 나타낸 예시도이다.6 is an exemplary view showing the final output screen on which the defect determination of the concrete crack detection system using the 2D and 3D configuration according to an embodiment of the present invention.

이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다. Although described and illustrated in relation to a preferred embodiment for illustrating the technical idea of the present invention, the present invention is not limited to the configuration and operation as shown and described as such, and deviates from the scope of the technical idea. It will be apparent to those skilled in the art that many changes and modifications may be made to the present invention without reference to the invention. Accordingly, all such suitable alterations and modifications and equivalents are to be considered as falling within the scope of the present invention.

100 : 검사장치
110 : 카메라 장치
120 : FPGA 모듈
130 : 2D 조명장치
140 : 3D 레이저 장치
200 : 수집장치
210 : 인터페이스 장치
220 : 데이터 수집분석장치
230 : 거리동기화 장치
240 : 전원장치
300 : 타코메타
100: inspection device
110: camera device
120: FPGA module
130: 2D lighting device
140: 3D laser device
200: collection device
210: interface device
220: data collection and analysis device
230: distance synchronization device
240: power supply
300: tachometer

Claims (5)

하나의 카메라로 이미지 센서의 상단 및 하단을 각각 2D 및 3D 영역으로 구성하고 상단은 2D 조명장치를 이용하여 이미지를 취득하는 영역과 하단은 3D 라인 레이저를 이용하여 형상 정보를 취득하는 영역으로 구성된 검사장치;
상기 검사장치의 영상 데이터를 수집하고 하나의 영상 프레임으로 생성하기 위해 2D 이미지에서 콘크리트 도상의 균열 분석을 수행하는 2D 분석과, 3D 형상 데이터에서 균열 위치에 대해 깊이 정보를 이용하여 필터링 및 균열을 분석하고 검증하는 데이터 수집분석장치를 갖는 수집장치; 및
철도차량의 차륜 축에 설치되어 차량 이동거리에 따른 신호를 발생하여 상기 수집장치를 통해 검사장치로 거리를 동기화하는 타코메타;를 포함하며,
상기 데이터 수집분석장치는 영상 입력으로 카메라 장치의 이미지 센서에서 촬영한 콘크리트 도상 원본영상이 입력되어 2D 및 3D 데이터를 각각 2D 이미지 및 3D 형상 이미지로 분류하고, 도상 인식을 위해 콘크리트 도상에서의 균열이 도상의 상부에 생성되므로 상기 2D 이미지 및 3D 형상 이미지에서 선형의 패턴인 콘크리트 도상의 구조물 및 레일 선로를 도상과 분리하며, 콘크리트 구조물 및 레일 선로를 도상 영상에서 필터링하여 제거하고, 2D 이미지의 균열 분석에서 균열의 표준 패턴을 미리 입력하고 취득된 콘크리트 도상 이미지에서 균열의 표준 패턴과 일치하는 균열을 인식하는 과정과 도상 상부의 높이 정보 기준으로 미리 설정된 깊이보다 깊은 깊이정보 분석데이터를 추출하는 과정을 수행하며, 2D 이미지 균열 분석 과정에서 이물질에 의한 오검출을 확인하기 위해 3D 검사에서의 높이 정보를 이용하여 균열 위치에 대한 분석을 검증하는 것을 특징으로 하는 2D 및 3D 구성을 이용한 콘크리트 균열 검측시스템.
Inspection consisting of the top and bottom of the image sensor with a single camera as 2D and 3D areas, respectively, and the upper area is an area that acquires images using a 2D lighting device, and the lower area is an area that obtains shape information using a 3D line laser Device;
2D analysis of performing crack analysis on a concrete ballast on a 2D image to collect image data of the inspection device and generating one image frame, and filtering and crack analysis using depth information for crack locations in 3D shape data and a collection device having a data collection and analysis device to verify; and
It includes; a tachometer installed on the wheel axle of a railroad vehicle to generate a signal according to the moving distance of the vehicle to synchronize the distance to the inspection device through the collecting device;
The data collection and analysis device receives the original concrete image taken from the image sensor of the camera device as an image input, classifies 2D and 3D data into 2D image and 3D shape image, respectively, and cracks in the concrete ballast for image recognition Since it is created on the top of the ballast, the structures and rail tracks of the concrete ballast, which are linear patterns in the 2D image and 3D shape image, are separated from the ballast, the concrete structures and rail tracks are filtered and removed from the ballast image, and crack analysis of the 2D image In the process of inputting the standard pattern of cracks in advance and recognizing cracks that match the standard pattern of cracks in the acquired concrete image, and extracting depth information analysis data deeper than the preset depth based on the height information of the upper part of the image A concrete crack detection system using a 2D and 3D configuration, characterized in that it verifies the analysis of the crack location using height information in the 3D inspection in order to confirm erroneous detection by foreign substances in the 2D image crack analysis process.
제1항에 있어서,
상기 검사장치는
2D 이미지센서(CCD 또는 CMOS)로 구성되어 조명 구성에 따라 2D 및 3D로 데이터를 취득되며 광학 필터를 이용하여 개별 조명 간 간섭을 필터링하는 카메라장치;
카메라 장치의 이미지 센서에서 이미지 데이터를 입력받고 2D 및 3D 영역으로 분류된 데이터를 별도의 메모리 공간에 저장하여 2D 이미지 및 3D 형상 데이터를 개별로 분류하여 데이터를 수집장치로 전송하는 FPGA 모듈;
가시광 영역의 조명장치로 라인 형태의 조명으로 구성하며 LED 또는 레이저로 구성되는 2D 조명장치; 및
적외선 영역의 조명장치로 라인 형태의 레이저로 구성하는 3D 레이저 장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 2D 및 3D 구성을 이용한 콘크리트 균열 검측시스템.
According to claim 1,
The inspection device is
a camera device that is composed of a 2D image sensor (CCD or CMOS), acquires data in 2D and 3D depending on the lighting configuration, and filters interference between individual lights using an optical filter;
an FPGA module that receives image data from the image sensor of the camera device and stores the data classified into 2D and 3D areas in a separate memory space to separately classify 2D image and 3D shape data and transmit the data to the collecting device;
A 2D lighting device consisting of a line-type lighting as a lighting device in the visible light region and consisting of an LED or a laser; and
Concrete crack detection system using 2D and 3D configuration, characterized in that it includes; a 3D laser device composed of a line-type laser as an infrared region illumination device.
제1항에 있어서,
상기 수집장치는
검사장치에서 수신되는 고속의 영상 데이터를 수집하고 하나의 영상 프레임으로 생성하고, 생성된 각 영상 프레임 데이터를 데이터 수집분석장치로 전송하는 인터페이스 장치;
2D 이미지에서 콘크리트 도상의 균열 분석을 수행하는 2D 분석과, 3D 형상 데이터에서 균열 위치에 대해 깊이 정보를 이용하여 2D 균열 검사 결과를 필터링하여 균열을 분석하고 검증하는 데이터 수집분석장치; 및
타코메타에서 수신되는 차량의 이동거리 정보를 분석하여 검사장치에 등간격의 촬영 트리거 신호를 발생하는 거리동기화 장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 2D 및 3D 구성을 이용한 콘크리트 균열 검측시스템.
According to claim 1,
The collection device is
an interface device that collects high-speed image data received from the inspection device, generates one image frame, and transmits the generated image frame data to the data collection and analysis device;
a data collection and analysis device that analyzes and verifies cracks by filtering 2D crack inspection results using 2D analysis for performing crack analysis on the concrete ballast in 2D images and depth information for crack locations in 3D shape data; and
Concrete crack detection system using 2D and 3D configuration, comprising: a distance synchronization device that analyzes the moving distance information of the vehicle received from the tachometer and generates a shooting trigger signal at equal intervals to the inspection device.
제1항에 있어서,
상기 데이터 수집분석장치는
영상 입력으로 카메라 장치의 이미지 센서에서 촬영한 콘크리트 도상 원본 영상이 입력되어 2D 및 3D 데이터를 각각 2D 이미지 및 3D 형상 이미지를 분류하여 저장하는 데이터 취득모듈;
도상 인식을 위해 콘크리트 도상에서의 균열이 도상의 상부에 생성되므로 2D 영상 및 3D 형상 데이터에서 선형의 패턴인 콘크리트 도상의 구조물 및 레일 선로를 도상과 분리하는 잡음제거 모듈;
콘크리트 구조물 및 레일 선로를 직선 검출 알고리즘을 이용하여 도상 영상에서 제거하기 위한 과정을 수행하는 필터링 모듈;
2D 이미지의 균열 분석에서 균열의 표준 패턴을 미리 입력하고, 취득된 콘크리트 도상 이미지에서 균열의 표준 패턴과 일치하는 균열을 인식하는 과정과 도상 상부의 높이 정보 기준으로 미리 설정된 깊이보다 깊은 깊이정보 분석데이터를 추출하는 과정을 수행하는 균열분석모듈; 및
상기 균열분석모듈의 2D 이미지 균열 분석 과정에서 이물질에 의한 오검출을 확인하기 위해 3D 검사에서의 높이 정보를 이용하여 균열 위치에 대한 분석을 검증하는 균열분석 검증모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 2D 및 3D 구성을 이용한 콘크리트 균열 검측시스템.
According to claim 1,
The data collection and analysis device
a data acquisition module that receives an original image of a concrete image taken by an image sensor of a camera device as an image input, and classifies 2D and 3D data into 2D images and 3D shape images, respectively;
a noise removal module that separates the structures and rail tracks of the concrete ballast, which are linear patterns in 2D image and 3D shape data, from the ballast because cracks on the concrete ballast are created on the top of the ballast for ballast recognition;
a filtering module that performs a process for removing a concrete structure and a rail track from a map image using a straight line detection algorithm;
In the crack analysis of 2D images, the standard pattern of cracks is input in advance, and the process of recognizing cracks that match the standard pattern of cracks in the acquired concrete ballast image, and depth information analysis data deeper than the preset depth based on the height information of the upper part of the ballast a crack analysis module that performs the process of extracting ; and
2D comprising a; crack analysis verification module that verifies the analysis of the crack location using height information in 3D inspection to confirm erroneous detection by foreign substances in the 2D image crack analysis process of the crack analysis module and a concrete crack detection system using a 3D configuration.
제1항에 있어서,
상기 검사장치는 이미지 센서 전체 면적에서 일부분만 영상을 취득하는 관심영역을 2D 및 3D 영역으로 분류하고, 영상 촬영은 차량의 이동거리에 따라 등간격으로 취득하며, 차륜에 설치된 상기 타코메타는 차량의 이동거리를 측정하여 등간격 신호를 이용한 상기 2D 및 3D 데이터간 위치정보 동기를 수행하는 것을 특징으로 하는 2D 및 3D 구성을 이용한 콘크리트 균열 검측시스템.
According to claim 1,
The inspection device classifies a region of interest in which only a portion of the image sensor area is acquired into 2D and 3D regions, and images are acquired at equal intervals according to the moving distance of the vehicle, and the tachometer installed on the wheel moves the vehicle. A concrete crack detection system using a 2D and 3D configuration, characterized in that the distance is measured and the location information is synchronized between the 2D and 3D data using an equal interval signal.
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