KR102568319B1

KR102568319B1 - Method for quantitative evaluation of rudder cavitation using image analysis and system for evaluation of rudder cavitation using thereof

Info

Publication number: KR102568319B1
Application number: KR1020210122581A
Authority: KR
Inventors: 백부근; 안종우; 정홍석; 설한신
Original assignee: 한국해양과학기술원
Priority date: 2021-09-14
Filing date: 2021-09-14
Publication date: 2023-08-18
Also published as: KR20230039358A

Abstract

본 발명은 선박의 방향타(rudder)에서 발생하는 캐비테이션(cavitation)의 발생량을 측정하고 평가하기 위한 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 캐비테이션 발생 성능이 우수한 방향타의 개발을 위하여는 방향타에 발생하는 캐비테이션 발생량에 대한 정량적 평가가 필수적으로 요구되나, 발생량 및 거동의 변동이 매우 불안정함으로 인해 방향타 캐비테이션의 발생량을 정량적으로 평가할 수 있는 장치나 방법이 제시되지 못하였던 종래기술의 한계를 해결하기 위해, 높은 시간 분해능을 가지는 고속카메라를 이용하여 모형시험을 통해 방향타에 발생하는 캐비테이션의 거동 및 발생량을 촬영하고, 각각의 캐비테이션 영역에 대한 특징을 기반으로 HSL(Hue, Saturation, Lightness) 색상 공간 및 검출기준을 설정하여, 영상에서 특정 화소값이 미리 정해진 기준을 만족하면 해당 화소를 캐비테이션으로 검출하여 캐비테이션 발생량을 산출하는 동시에, 영상의 각 프레임별로 시계열에 따른 누적 분포를 통해 캐비테이션 발생량의 거동을 분석하고 평가할 수 있도록 구성되는 영상분석을 이용한 방향타 캐비테이션의 정량적 평가방법 및 이를 이용한 방향타 캐비테이션 평가시스템이 제공된다. The present invention relates to a method for measuring and evaluating the amount of cavitation generated in a rudder of a ship. According to the present invention, in order to develop a rudder with excellent cavitation generating performance, Quantitative evaluation of the amount generated is essential, but due to the very unstable fluctuations in the amount and behavior of rudder cavitation, in order to solve the limitations of the prior art in which a device or method for quantitatively evaluating the amount of rudder cavitation was not presented, high time Using a high-resolution high-speed camera, the behavior and amount of cavitation occurring in the rudder are photographed through a model test, and HSL (Hue, Saturation, Lightness) color space and detection criteria are set based on the characteristics of each cavitation area. So, if a specific pixel value in an image satisfies a predetermined criterion, the corresponding pixel is detected as cavitation and the amount of cavitation is calculated, and at the same time, the behavior of the amount of cavitation is analyzed and evaluated through the cumulative distribution according to the time series for each frame of the image. A quantitative evaluation method of rudder cavitation using image analysis and a rudder cavitation evaluation system using the same are provided.

Description

Method for quantitative evaluation of rudder cavitation using image analysis and system for evaluating rudder cavitation using the same

본 발명은 선박의 방향타(rudder)에서 발생하는 캐비테이션(cavitation)의 발생량을 측정하고 평가하기 위한 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는, 캐비테이션 발생 성능이 우수한 방향타의 개발을 위하여는 방향타에 발생하는 캐비테이션 발생량에 대한 정량적 평가가 필수적으로 요구되나, 발생량 및 거동의 변동이 매우 불안정함으로 인해 방향타 캐비테이션의 발생량을 정량적으로 평가할 수 있는 장치나 방법이 제시되지 못하였던 종래기술의 한계를 해결하기 위해, 영상처리 기법을 이용하여 방향타 표면에서 발생하는 캐비테이션을 정량적으로 분석하고 평가할 수 있도록 구성되는 영상분석을 이용한 방향타 캐비테이션의 정량적 평가방법 및 이를 이용한 방향타 캐비테이션 평가시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a method for measuring and evaluating the amount of cavitation generated in a rudder of a ship, and more particularly, in order to develop a rudder with excellent cavitation generating performance, the cavitation generated in the rudder Quantitative evaluation of the amount generated is essential, but due to the very unstable variation in the amount and behavior of rudder cavitation, in order to solve the limitations of the prior art in which a device or method for quantitatively evaluating the amount of rudder cavitation was not presented, image processing It relates to a quantitative evaluation method of rudder cavitation using image analysis and a rudder cavitation evaluation system using the same, which is configured to quantitatively analyze and evaluate cavitation occurring on the rudder surface using a technique.

또한, 본 발명은, 상기한 바와 같이 방향타 캐비테이션의 발생량을 정량적으로 평가할 수 있는 장치나 방법이 제시되지 못한 한계가 있었던 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 빠르게 변동하는 방향타 캐비테이션을 정량적으로 평가하기 위하여 높은 시간 분해능을 가지는 고속카메라를 이용하여 모형시험을 통해 방향타에 발생하는 캐비테이션의 거동 및 발생량을 촬영하고, 촬영된 영상에 대하여 영상분석을 통해 채도(saturation)가 낮고 밝은 밝기를 가지는 제 1 캐비테이션 영역과, 방향타 표면 위에서 형성된 캐비테이션이 고압영역의 하류로 이동함에 따라 유체로 변화하는 지점에 존재하여 캐비테이션의 밝은 흰색 색상이 감소하게 되는 제 2 캐비테이션 영역에 대한 특징을 기반으로 HSL(Hue, Saturation, Lightness) 색상공간을 선정하고 각각의 검출기준을 설정하여, 영상에서 특정 화소값이 미리 정해진 기준을 만족하면 해당 화소를 캐비테이션으로 검출하여 캐비테이션 발생량을 산출하며, 영상의 각 프레임별로 시계열에 따른 누적분포를 통해 캐비테이션 발생량의 거동을 분석하고 평가할 수 있도록 구성되는 영상분석을 이용한 방향타 캐비테이션의 정량적 평가방법 및 이를 이용한 방향타 캐비테이션 평가시스템에 관한 것이다. In addition, the present invention, as described above, in order to solve the problems of the prior art, which had limitations in that a device or method capable of quantitatively evaluating the amount of rudder cavitation was not presented, in order to quantitatively evaluate rapidly fluctuating rudder cavitation Using a high-speed camera with high temporal resolution, the behavior and amount of cavitation occurring in the rudder were photographed through model tests, and the first cavitation area with low saturation and bright brightness was analyzed through image analysis of the captured images. and HSL (Hue, Saturation, Lightness) based on the characteristics of the second cavitation region where the cavitation formed on the rudder surface moves downstream of the high-pressure region and exists at a point where the bright white color of the cavitation decreases. ) Select a color space and set each detection criterion, and when a specific pixel value in an image satisfies a predetermined criterion, the corresponding pixel is detected as cavitation and the amount of cavitation generated is calculated, and the cumulative distribution according to the time series for each frame of the image is calculated. It relates to a quantitative evaluation method of rudder cavitation using image analysis and a rudder cavitation evaluation system using the same, which is configured to analyze and evaluate the behavior of cavitation generation through

일반적으로, 선박의 방향타(rudder)는 해당 선박의 조종성능에 큰 영향을 미치며, 타력의 효율을 증가시키기 위해 대부분 선미의 프로펠러 뒤에 위치하고, 함정의 경우 전가동타(full-spade rudder)가 주로 적용되며, 일반 상선에는 전가동타와 혼-타(semi-spade rudder)가 주로 적용되고 있다. In general, the rudder of a ship has a great influence on the maneuverability of the ship, and is mostly located behind the propeller at the stern to increase the efficiency of coasting. In the case of ships, full-spade rudder is mainly applied. , Full-spade rudder and semi-spade rudder are mainly applied to general merchant ships.

또한, 특히, 함정용 방향타는 선체, 경사축, 축 스트럿(Strut) 및 프로펠러 작동 등에 따라 유체역학적으로 복잡한 영향을 받으며, 최근 국내 함정의 대형화 및 소요마력 증가 추세에 따라 프로펠러 및 타에 유입되는 유속이 크게 증가되어 높은 유체 하중을 견딜 수 있는 타의 형상이 요구되고 있다. In particular, rudders for ships are hydrodynamically complicated by the operation of hulls, inclined shafts, shaft struts and propellers, etc., and the flow rate flowing into the propellers and rudders is There is a demand for a rudder shape that can greatly increase and withstand a high fluid load.

아울러, 선박의 방향타에 있어서, 타 표면을 따라 이동하는 유체의 압력이 국부적으로 물의 증기압 이하로 낮아져 기체가 발생하게 되는 이른바 캐비테이션(Cavitation) 현상이 발생하며, 이러한 캐비테이션은 주위 환경에 따라 다양한 형태로 나타나고 캐비테이션의 강한 붕괴시 타 표면에 심각한 침식(erosion)을 일으키게 된다. In addition, in the rudder of a ship, a so-called cavitation phenomenon occurs in which the pressure of the fluid moving along the rudder surface is locally lowered below the vapor pressure of water to generate gas, and this cavitation occurs in various forms depending on the surrounding environment. It appears and causes severe erosion on the other surface when the strong collapse of cavitation occurs.

즉, 캐비테이션은 타 표면에 압력이 낮아지면서 15℃ 정도의 낮은 수온에서도 물이 끊는 현상으로 선속이 빠를수록, 그리고 방향타 각도(타각)가 커질수록 방향타 평면에 발생하는 캐비테이션은 증가하게 된다. In other words, cavitation is a phenomenon in which water breaks even at a low water temperature of about 15 ° C as the pressure on the rudder surface decreases.

더욱이, 전가동타는 타가 일체형으로 되어 있으므로 혼-타에서 자주 발생하는 간극(gap) 캐비테이션의 가능성이 대폭 감소하여 타의 유지 보수 비용이 적게 드는 장점이 있으나, 최근에는, 함정 및 선박들의 대형화 및 고속화 추세에 따라 프로펠러 날개 위 캐비테이션뿐 만 아니라 프로펠러 후방 고속 유동 안에서 동작하는 타의 표면에도 심각한 캐비테이션이 발생할 가능성이 크다. Moreover, since the rudder is an integral type of the all-moving rudder, the possibility of gap cavitation that frequently occurs in the horn-rudder is greatly reduced, which has the advantage of reducing the maintenance cost of the rudder. Accordingly, there is a high possibility of serious cavitation not only on the propeller blade but also on the surface of the rudder operating in the high-speed flow behind the propeller.

상기한 바와 같이, 타의 캐비테이션은 방향타의 표면을 심각하게 침식하여 타 및 선박의 유지보수 비용을 크게 증가시키고, 선박의 운용 일정에도 악영향을 미치며, 더욱 심각한 문제는 타에서 발생하는 캐비테이션이 심각한 진동 또는 소음을 유발하여 대잠 작전 등에 치명적인 약점을 노출시킬 수 있다. As described above, the cavitation of the rudder seriously erodes the surface of the rudder, greatly increasing the maintenance cost of the rudder and the ship, and adversely affecting the operation schedule of the ship. By causing noise, it can expose a fatal weakness in anti-submarine operations.

또한, 방향타에서 발생하는 캐비테이션 자체가 선박 자체의 저항을 의미하는 항력(drag) 증가의 원인이 되기도 하므로 선박의 운용에 있어서 방향타의 캐비테이션 성능을 향상시킬 수 있는 방향타 설계 연구가 매우 중요하며, 이에, 최근에는, 상기한 바와 같이 방향타의 캐비테이션 발생을 최소화하기 위한 기술에 대한 요구가 높아지고 있다. In addition, since the cavitation generated in the rudder itself can cause an increase in drag, which means the resistance of the ship itself, rudder design research that can improve the cavitation performance of the rudder is very important in ship operation. Accordingly, Recently, as described above, there is an increasing demand for a technology for minimizing the occurrence of cavitation of a rudder.

여기서, 상기한 바와 같이 선박의 방향타에 발생하는 캐비테이션을 감소하기 위한 장치 및 방법에 관한 종래기술의 예로는, 먼저, 예를 들면, 한국 등록특허공보 제10-1010850호에 "캐비테이션 저감용 비대칭 단면 타"가 제시된 바 있다. Here, as an example of the prior art related to a device and method for reducing cavitation generated in a rudder of a ship as described above, first, for example, Korean Patent Registration No. 10-1010850 "Asymmetric Cross Section for Reducing Cavitation" Other" has been suggested.

더 상세하게는, 상기한 한국 등록특허공보 제10-1010850호는, 날개부의 전단이 좌현측 또는 우현측으로 휜 외연을 가지는 비대칭 단면 타에 있어서, 일정 반경의 원호형상을 가지며, 날개기준선을 기준으로 길이방향 중심선으로부터 일정 각도만큼 좌현측 또는 우현측으로 회전 이격 형성된 전단날개부; 전단날개부로부터 날개기준선까지 캠버(Camber) 형상으로 형성된 전방날개부; 및 날개기준선으로부터 날개부의 후단까지 직선형상으로 형성된 후방날개부를 포함하고, 전단날개부, 전방날개부 및 후방날개부가 미리 정해진 날개두께 분포를 각각 가지도록 구성됨으로써, 비대칭 단면 타(Twisted Rudder 포함)에서 캐비테이션 성능을 좌우하는 날개부의 각 영역의 형상을 개선하는 것에 의해 타 캐비테이션을 저감시키고 타 토크 증가를 방지할 수 있도록 구성되는 캐비테이션 저감용 비대칭 단면 타에 관한 것이다. More specifically, Korean Patent Registration No. 10-1010850 described above has an asymmetric cross-sectional rudder having an outer edge where the front end of the wing portion is bent to the port side or starboard side, has an arc shape of a certain radius, and based on the wing reference line Shear blades formed at a certain angle from the longitudinal centerline to the port or starboard side by rotation; A front wing formed in a camber shape from the shear wing to the wing reference line; And a rear wing formed in a straight line from the wing reference line to the rear end of the wing, and the front wing, front wing, and rear wing are configured to have a predetermined wing thickness distribution, respectively, in an asymmetric cross-sectional rudder (including Twisted Rudder). An asymmetric cross-sectional rudder for reducing cavitation configured to reduce rudder cavitation and prevent an increase in rudder torque by improving the shape of each region of a wing part that influences cavitation performance.

또한, 상기한 바와 같이 선박의 방향타에 발생하는 캐비테이션을 감소하기 위한 장치 및 방법에 관한 종래기술의 다른 예로는, 예를 들면, 한국 공개특허공보 제10-0979142호에 "갭 캐비테이션 발생 억제를 위한 러더 구조 및 이를 이용한 선박"이 제시된 바 있다. In addition, as described above, another example of the prior art related to a device and method for reducing cavitation generated in a rudder of a ship is, for example, Korean Patent Publication No. 10-0979142 entitled "For suppressing gap cavitation A rudder structure and a ship using the same" has been presented.

더 상세하게는, 상기한 한국 등록특허공보 제10-0979142호는, 러더혼(Rudder Horn)과, 러더혼의 핀틀(Pintle)상에 결합되어 축회동 가능하게 형성된 러더날개를 포함하는 갭 캐비테이션 발생 억제를 위한 러더구조에 있어서, 러더혼(Rudder Horn)과 상기 러더날개의 대향(對向) 위치상에 각각 오목곡면 및 볼록곡면이 형성되며, 러더혼의 오목곡면 및 러더날개의 볼록곡면 각각은 러더혼의 오목곡면 및 러더날개의 볼록곡면의 전체 높이상에서 수직으로 일정한 곡률반경을 가지며, 러더혼의 오목곡면 곡률반경은 제 1 반경(R+a)을 가지고, 러더날개의 볼록곡면 곡률반경은 제 2 반경(R)을 가지도록 구성되어, 러더혼의 오목곡면과 러더날개의 볼록곡면이 러더혼의 오목곡면과 러더날개의 볼록곡면의 전체 높이상에서 수직으로 일정한 갭(a)을 두고 이격 형성됨으로써, 종래, 러더혼과 러더날개의 체결 메커니즘에 의해 불가피하게 형성될 수 밖에 없었던 갭 영역에서의 유동증가를 별도의 추가 구조물 설치하지 않고 방지할 수 있으므로, 갭 캐비테이션의 발생을 효과적으로 억제할 수 있도록 구성되는 갭 캐비테이션 발생 억제를 위한 러더 구조 및 이를 이용한 선박에 관한 것이다. More specifically, the aforementioned Korean Patent Registration Publication No. 10-0979142 suppresses gap cavitation occurrence including a rudder horn and a rudder wing coupled to a pintle of the rudder horn and formed to be axially rotatable In the rudder structure for, a concave surface and a convex surface are formed on the opposing position of the rudder horn and the rudder blade, respectively, and each of the concave surface of the rudder horn and the convex surface of the rudder blade is It has a constant radius of curvature vertically on the entire height of the concave surface and the convex surface of the rudder blade, the radius of curvature of the concave surface of the rudder horn has a first radius (R + a), and the radius of curvature of the convex surface of the rudder blade has a second radius ( R), the concave surface of the rudder horn and the convex surface of the rudder blade are spaced vertically at a constant gap (a) over the entire height of the concave surface of the rudder horn and the convex surface of the rudder blade, thereby forming a conventional rudder horn Since the increase in flow in the gap area, which was inevitably formed by the fastening mechanism of the rudder blade and the rudder blade, can be prevented without installing a separate additional structure, gap cavitation is configured to effectively suppress the occurrence of gap cavitation. It relates to a rudder structure for and a ship using the same.

상기한 바와 같이, 종래, 선박의 방향타에 발생하는 캐비테이션을 감소하기 위한 여러 가지 장치 및 방법들이 제시된 바 있으나, 상기한 바와 같은 종래기술의 내용들은 다음과 같은 한계가 있는 것이었다. As described above, various devices and methods for reducing cavitation generated in a ship's rudder have been proposed, but the contents of the prior art as described above have the following limitations.

즉, 상기한 바와 같이 캐비테이션 발생 성능이 우수한 방향타의 개발을 위하여는 방향타에 발생하는 캐비테이션 발생량에 대한 정량적 평가가 필수적으로 요구되나, 일반적으로 방향타에 발생하는 캐비테이션은 발생량 및 거동의 변동이 매우 심하며, 이와 같이 변동이 매우 심한 방향타 캐비테이션의 발생량을 정량적으로 평가하기는 매우 어려운 문제가 있었다. That is, as described above, in order to develop a rudder with excellent cavitation generating performance, quantitative evaluation of the amount of cavitation generated in the rudder is essential. As such, it is very difficult to quantitatively evaluate the amount of rudder cavitation, which fluctuates greatly.

더 상세하게는, 일반적으로, 선박에 있어서, 선체의 형상 및 스트럿 등의 부가물(appendage)로 인해 균일하지 않은 선체 반류(hull wake)가 프로펠러에 유입되기도 하며, 이러한 비균일(non-uniform) 선체 반류는 프로펠러를 지나면서 비정상(unsteady) 프로펠러 후류 형성에 기여하고, 이렇게 형성된 비정상 유동장은 방향타에 발생하는 캐비테이션을 매우 불안정하게 만든다. More specifically, in general, in ships, non-uniform hull wakes are introduced into the propeller due to the shape of the hull and appendages such as struts, and such non-uniform The wake of the hull contributes to the formation of unsteady propeller wake as it passes through the propeller, and the unsteady flow field thus formed makes the cavitation generated in the rudder very unstable.

또한, 함속 및 방향타의 타각 변화에 따라 타에 유입되는 프로펠러 후방 유동의 특성뿐만 아니라 타 캐비테이션이 크게 영향을 받으며, 이와 같이 타에 영향을 주는 유동은 매우 복잡하므로 이에 대한 연구가 절실하게 필요하나, 상기한 바와 같은 종래기술의 내용들에는 방향타 캐비테이션의 감소를 위해 각각의 상황에 따라 방향타 캐비테이션의 발생량을 정량적으로 분석할 수 있는 내용에 대하여는 제시된 바 없었다. In addition, the rudder cavitation as well as the characteristics of the propeller flow flowing into the rudder as well as the rudder cavitation are greatly affected by changes in ship speed and rudder angle. As described above, the contents of the prior art have not been suggested for quantitatively analyzing the amount of rudder cavitation generated according to each situation in order to reduce rudder cavitation.

따라서 상기한 바와 같은 종래기술의 한계를 해결하기 위하여는, 비교적 간단한 구성 및 저렴한 비용으로 여러 가지 조건에 따라 변동이 매우 심한 방향타 캐비테이션의 발생량을 정량적으로 평가하여 캐비테이션 발생 성능이 우수한 방향타의 개발에 적용할 수 있도록 구성되는 새로운 구성의 방향타 캐비테이션의 정량적 평가방법 및 장치를 제시하는 것이 바람직하나, 아직까지 그러한 요구를 모두 만족시키는 장치나 방법은 제시되지 못하고 있는 실정이다. Therefore, in order to solve the limitations of the prior art as described above, quantitatively evaluate the amount of rudder cavitation, which fluctuates greatly according to various conditions with a relatively simple configuration and low cost, and apply to the development of a rudder with excellent cavitation generation performance. It is desirable to propose a quantitative evaluation method and device for rudder cavitation of a new configuration configured to be able to do so, but a device or method that satisfies all such demands has not yet been presented.

한국 등록특허공보 제10-1010850호 (2011.01.18.)Korean Patent Registration No. 10-1010850 (2011.01.18.) 한국 등록특허공보 제10-0979142호 (2010.08.25.)Korean Registered Patent Publication No. 10-0979142 (2010.08.25.)

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 따라서 본 발명의 목적은, 캐비테이션 발생 성능이 우수한 방향타의 개발을 위하여는 방향타에 발생하는 캐비테이션 발생량에 대한 정량적 평가가 필수적으로 요구되나, 발생량 및 거동의 변동이 매우 불안정함으로 인해 방향타 캐비테이션의 발생량을 정량적으로 평가할 수 있는 장치나 방법이 제시되지 못하였던 종래기술의 한계를 해결하기 위해, 영상처리 기법을 이용하여 방향타 표면에서 발생하는 캐비테이션을 정량적으로 분석하고 평가할 수 있도록 구성되는 영상분석을 이용한 방향타 캐비테이션의 정량적 평가방법 및 이를 이용한 방향타 캐비테이션 평가시스템을 제시하고자 하는 것이다. The present invention is intended to solve the problems of the prior art as described above, and therefore, an object of the present invention is to develop a rudder with excellent cavitation generating performance, and quantitative evaluation of the amount of cavitation generated in the rudder is essential In order to solve the limitations of the prior art, in which a device or method for quantitatively evaluating the amount of rudder cavitation was not presented due to the very unstable generation amount and behavior change, cavitation generated on the rudder surface using image processing techniques. The purpose of this study is to present a quantitative evaluation method for rudder cavitation using image analysis and a rudder cavitation evaluation system using the same.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 상기한 바와 같이 방향타 캐비테이션의 발생량을 정량적으로 평가할 수 있는 장치나 방법이 제시되지 못한 한계가 있었던 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 빠르게 변동하는 방향타 캐비테이션을 정량적으로 평가하기 위하여 높은 시간 분해능을 가지는 고속카메라를 이용하여 모형시험을 통해 방향타에 발생하는 캐비테이션의 거동 및 발생량을 촬영하고, 촬영된 영상에 대하여 영상분석을 통해 채도(saturation)가 낮고 밝은 밝기를 가지는 제 1 캐비테이션 영역과, 방향타 표면 위에서 형성된 캐비테이션이 고압영역의 하류로 이동함에 따라 유체로 변화하는 지점에 존재하여 캐비테이션의 밝은 흰색 색상이 감소하게 되는 제 2 캐비테이션 영역에 대한 특징을 기반으로 HSL(Hue, Saturation, Lightness) 색상공간을 선정하고 각각의 검출기준을 설정하여, 영상에서 특정 화소값이 미리 정해진 기준을 만족하면 해당 화소를 캐비테이션으로 검출하여 캐비테이션 발생량을 산출하며, 영상의 각 프레임별로 시계열에 따른 누적분포를 통해 캐비테이션 발생량의 거동을 분석하고 평가할 수 있도록 구성되는 영상분석을 이용한 방향타 캐비테이션의 정량적 평가방법 및 이를 이용한 방향타 캐비테이션 평가시스템을 제시하고자 하는 것이다. In addition, another object of the present invention is to quantitatively evaluate rapidly fluctuating rudder cavitation in order to solve the problem of the prior art, which has limitations in that a device or method capable of quantitatively evaluating the amount of rudder cavitation as described above has not been presented. To evaluate, the behavior and amount of cavitation occurring in the rudder were photographed through a model test using a high-speed camera with high temporal resolution, and a control system with low saturation and bright brightness was photographed through image analysis. HSL (Hue, Saturation, Lightness) color space is selected and each detection standard is set. If a specific pixel value in an image satisfies a predetermined standard, the corresponding pixel is detected as cavitation and the amount of cavitation generated is calculated. The purpose of this study is to present a quantitative evaluation method of rudder cavitation using image analysis and a rudder cavitation evaluation system using the same, which is configured to analyze and evaluate the behavior of cavitation generation through cumulative distribution.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, 영상분석을 이용한 방향타 캐비테이션의 정량적 평가방법에 있어서, 측정대상 선박에 대하여 촬영된 방향타 표면의 캐비테이션 영상과 해당 선박에 대한 정보를 포함하는 각종 데이터를 입력받는 처리가 수행되는 데이터 수집단계; 상기 데이터 수집단계에서 취득된 영상으로부터 미리 정해진 기준에 근거하여 캐비테이션에 해당하는 부분을 검출하고 캐비테이션 발생량을 산출하는 처리가 수행되는 데이터 분석단계; 및 상기 데이터 분석단계의 분석결과를 별도의 표시수단을 통해 출력하는 처리가 수행되는 데이터 출력단계를 포함하는 처리가 컴퓨터나 전용의 하드웨어를 통해 실행되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 영상분석을 이용한 방향타 캐비테이션의 정량적 평가방법이 제공된다. In order to achieve the above object, according to the present invention, in the quantitative evaluation method of rudder cavitation using image analysis, various types of cavitation images including cavitation images of the surface of the rudder captured with respect to the ship to be measured and information on the corresponding ship are provided. a data collection step in which processing of receiving data is performed; a data analysis step in which a process of detecting a portion corresponding to cavitation and calculating a cavitation generation amount based on a predetermined criterion from the image obtained in the data collection step is performed; And rudder cavitation using image analysis, characterized in that the process including a data output step in which a process of outputting the analysis result of the data analysis step through a separate display unit is performed through a computer or dedicated hardware. A quantitative evaluation method is provided.

여기서, 상기 캐비테이션 영상은 일반 카메라에 비해 높은 시간 분해능을 가지는 고속카메라를 이용하여 촬영된 영상인 것을 특징으로 한다. Here, the cavitation image is characterized in that it is an image captured using a high-speed camera having higher temporal resolution than a general camera.

또한, 상기 데이터 수집단계는, 상기 측정대상 선박에 대한 각각의 측정값이나 제원을 포함하는 선박정보와 함께, 모형시험을 통해 또는 실제 선박에 대하여 촬영된 방향타 표면의 캐비테이션 영상을 입력받거나, 또는, 실시간으로 촬영되는 영상을 전송받는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 한다. In addition, in the data collection step, a cavitation image of a rudder surface captured through a model test or an actual ship is received along with ship information including each measured value or specifications of the ship to be measured, or, It is characterized in that it is configured to perform processing of receiving images captured in real time.

아울러, 상기 데이터 분석단계는, HSL(Hue, Saturation, Lightness) 색상공간의 값에 근거하여, 상기 데이터 수집단계에서 입력된 캐비테이션 영상에서 특정 화소(pixel)에 대한 HSL 값이 미리 정해진 기준을 만족하는 경우 해당 화소를 캐비테이션으로 판단하여 각 프레임별로 캐비테이션을 추출하고, 추출된 캐비테이션 영상에서 캐비테이션에 해당하는 부분의 화소를 합산하여 캐비테이션 발생량을 산출하며, 시계열에 따른 캐비테이션 발생량을 그래프로 나타내어 캐비테이션 발생량의 변동을 분석하고, 캐비테이션 발생량의 평균 또는 최대값에 근거하여 캐비테이션 발생량을 평가하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 한다. In addition, in the data analysis step, based on the value of the HSL (Hue, Saturation, Lightness) color space, the HSL value for a specific pixel in the cavitation image input in the data collection step satisfies a predetermined standard. In this case, the corresponding pixel is determined as cavitation and cavitation is extracted for each frame, and the cavitation generation amount is calculated by summing the pixels corresponding to cavitation in the extracted cavitation image. is analyzed, and a process of evaluating the cavitation generation amount based on the average or maximum value of the cavitation generation amount is performed.

여기서, 상기 데이터 분석단계는, 이하의 수학식을 이용하여, 상기 데이터 수집단계에서 입력된 캐비테이션 영상의 각 프레임에 대하여 특정 화소(pixel)에 대한 HSL 값이 이하의 수학식의 기준을 만족하는 경우 해당 화소를 캐비테이션으로 판단하여 제 1 캐비테이션 영역으로 추출하고, Here, the data analysis step uses the following equation, when the HSL value for a specific pixel for each frame of the cavitation image input in the data collection step satisfies the criteria of the following equation Determining the corresponding pixel as cavitation and extracting it as a first cavitation area,

0 ≤ H ≤ 255 0 ≤ H ≤ 255

0 ≤ S ≤ 140 0 ≤ S ≤ 140

180 ≤ L ≤ 255 180 ≤ L ≤ 255

(여기서, H, S, L은 각각 0에서 255의 범위를 가지는 색상(Hue), 채도(Saturation), 밝기(Lightness)를 의미함) (Here, H, S, and L mean Hue, Saturation, and Lightness ranging from 0 to 255, respectively)

이하의 수학식을 이용하여, 상기 데이터 수집단계에서 입력된 캐비테이션 영상에서 특정 화소(pixel)에 대한 HSL 값이 이하의 수학식의 기준을 만족하는 경우 해당 화소를 캐비테이션으로 판단하여 제 2 캐비테이션 영역으로 추출하며, Using the following equation, if the HSL value for a specific pixel in the cavitation image input in the data collection step satisfies the criteria of the following equation, the corresponding pixel is determined as cavitation and moved to the second cavitation area. extract,

135 ≤ H ≤ 200 135 ≤ H ≤ 200

0 ≤ S ≤ 140 0 ≤ S ≤ 140

90 ≤ L ≤ 180 90 ≤ L ≤ 180

추출된 상기 제 1 캐비테이션 영역 및 상기 제 2 캐비테이션 영역으로부터 캐비테이션 발생량을 산출, 분석 및 평가하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 한다. It is characterized in that it is configured to perform a process of calculating, analyzing, and evaluating a cavitation generation amount from the extracted first cavitation region and the second cavitation region.

더욱이, 상기 데이터 분석단계는, 입력영상, 상기 제 1 캐비테이션 영역을 표시하는 영상, 상기 제 2 캐비테이션 영역을 표시하는 영상 및 상기 제 1 캐비테이션 영역과 상기 제 2 캐비테이션 영역만 추출하여 결합된 영상을 각각 표시하고, 각각의 캐비테이션 영역만 추출하여 결합된 영상에서 캐비테이션에 해당하는 부분의 화소(pixel)를 합산하는 것에 의해 캐비테이션 발생량을 산출하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 한다. Moreover, in the data analysis step, an input image, an image displaying the first cavitation area, an image displaying the second cavitation area, and an image obtained by extracting only the first cavitation area and the second cavitation area are combined, respectively. It is characterized in that it is configured to perform a process of calculating the amount of cavitation generated by displaying and summing pixels of parts corresponding to cavitation in the combined image by extracting only each cavitation area.

또한, 상기 데이터 출력단계는, 상기 데이터 수집단계에서 수집된 데이터와 상기 데이터 분석단계의 분석결과를 포함하는 각종 데이터를 모니터나 디스플레이를 포함하는 별도의 표시수단을 통해 표시하는 동시에, 상기 데이터 수집단계 및 상기 데이터 분석단계를 통해 얻어진 각종 데이터를 별도의 저장수단에 저장하여 캐비테이션 발생량에 대한 데이터베이스를 구축하고, 서버를 포함하는 외부 기기로 전송하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 한다. In addition, the data output step displays various data including the data collected in the data collection step and the analysis result of the data analysis step through a separate display means including a monitor or display, and at the same time, the data collection step And it is characterized by being configured to store various data obtained through the data analysis step in a separate storage means to build a database for the amount of cavitation generated, and to transmit the data to an external device including a server.

아울러, 본 발명에 따르면, 상기에 기재된 영상분석을 이용한 방향타 캐비테이션의 정량적 평가방법을 컴퓨터에 실행시키도록 구성되는 프로그램이 기록된 컴퓨터에서 판독 가능한 기록매체가 제공된다. In addition, according to the present invention, a computer-readable recording medium having a program configured to execute the quantitative evaluation method of rudder cavitation using image analysis on a computer is provided.

더욱이, 본 발명에 따르면, 방향타 캐비테이션 평가시스템에 있어서, 측정대상 선박에 대한 각각의 측정값이나 제원을 포함하는 선박정보 및 캐비테이션 영상을 포함하는 각종 데이터를 입력받아 수집하는 처리가 수행되도록 이루어지는 데이터 수집부; 및 상기 데이터 수집부를 통해 수집된 정보와 각각의 캐비테이션 영상에 근거하여 영상분석을 통해 캐비테이션 발생량을 산출하는 처리가 수행되도록 이루어지는 데이터 분석부를 포함하여 구성되고, 상기 데이터 분석부는, 상기에 기재된 영상분석을 이용한 방향타 캐비테이션의 정량적 평가방법을 이용하여 캐비테이션 발생량을 산출하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 방향타 캐비테이션 평가시스템이 제공된다. Furthermore, according to the present invention, in the rudder cavitation evaluation system, data collection is performed to receive and collect various data including ship information and cavitation images including each measurement value or specification of a target ship to be measured. wealth; And a data analysis unit configured to perform a process of calculating a cavitation generation amount through image analysis based on the information collected through the data collection unit and each cavitation image, wherein the data analysis unit performs the image analysis described above. A rudder cavitation evaluation system is provided, characterized in that it is configured to perform a process for calculating the amount of cavitation generated using a quantitative evaluation method of rudder cavitation.

여기서, 상기 평가시스템은, 상기 데이터 수집부를 통해 수집되는 데이터와 상기 데이터 분석부의 분석결과를 포함하는 각종 데이터 및 상기 평가시스템의 처리동작 및 상태를 모니터나 디스플레이를 포함하는 표시수단을 통해 표시하는 처리가 수행되도록 이루어지는 출력부; 다른 평가시스템이나 서버를 포함하는 외부 기기와 각종 데이터를 송수신하기 위해 유선 또는 무선통신 중 적어도 하나의 방식으로 통신을 수행하도록 이루어지는 통신부; 및 상기 평가시스템의 전체적인 동작을 제어하는 처리가 수행되도록 이루어지는 제어부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. Here, the evaluation system displays various data including data collected through the data collection unit and analysis results of the data analysis unit, and processing operations and states of the evaluation system through display means including a monitor or display. an output unit configured to perform; a communication unit configured to perform communication in at least one of wired or wireless communication in order to transmit and receive various data with other evaluation systems or external devices including servers; and a control unit configured to perform processing for controlling the overall operation of the evaluation system.

또한, 상기 데이터 수집부는, 각각의 측정값이나 캐비테이션 영상을 포함하는 데이터를 별도의 입력수단을 통해 직접 입력받도록 구성되거나, 또는, 상기 통신부를 통하여 유선 또는 무선통신 중 적어도 하나의 방식으로 각종 데이터를 미리 정해진 설정에 따라 주기적으로 송수신하는 처리가 자동으로 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 한다. In addition, the data collection unit is configured to directly receive data including each measurement value or cavitation image through a separate input means, or the communication unit receives various data through at least one method of wired or wireless communication. It is characterized in that the process of periodically transmitting and receiving according to a predetermined setting is configured to be automatically performed.

아울러, 상기 제어부는, 상기 데이터 수집부를 통해 수집된 데이터 및 상기 데이터 분석부를 통해 산출된 캐비테이션 발생량 정보를 포함하는 각종 데이터를 별도의 저장수단에 저장하여 방향타 캐비테이션에 대한 데이터베이스를 구축하는 동시에, 서버나 외부 기기 또는 다른 평가시스템으로 전송하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 한다. In addition, the control unit stores various data including the data collected through the data collection unit and the cavitation generation amount information calculated through the data analysis unit in a separate storage means to build a database for rudder cavitation, and at the same time, the server or It is characterized in that the process of transmitting to an external device or other evaluation system is performed.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 높은 시간 분해능을 가지는 고속카메라를 이용하여 모형시험을 통해 방향타에 발생하는 캐비테이션의 거동 및 발생량을 촬영하고, 촬영된 영상에 대하여 영상분석을 통해 채도(saturation)가 낮고 밝은 밝기를 가지는 제 1 캐비테이션 영역과, 방향타 표면 위에서 형성된 캐비테이션이 고압영역의 하류로 이동함에 따라 유체로 변화하는 지점에 존재하여 캐비테이션의 밝은 흰색 색상이 감소하게 되는 제 2 캐비테이션 영역에 대한 특징을 기반으로 HSL(Hue, Saturation, Lightness) 색상공간을 선정하고 각각의 검출기준을 설정하여, 영상에서 특정 화소값이 미리 정해진 기준을 만족하면 해당 화소를 캐비테이션으로 검출하여 캐비테이션 발생량을 산출하며, 영상의 각 프레임별로 시계열에 따른 누적분포를 통해 캐비테이션 발생량의 거동을 분석하고 평가하는 처리가 수행되도록 구성되는 영상분석을 이용한 방향타 캐비테이션의 정량적 평가방법 및 이를 이용한 방향타 캐비테이션 평가시스템이 제공됨으로써, 영상분석을 통해 빠르게 변동하는 방향타 캐비테이션의 발생량을 정확하게 파악하고 시계열예 따른 캐비테이션 발생량의 거동을 정량적으로 분석하고 평가하는 처리가 비교적 간단한 구성 및 저렴한 비용으로 용이하게 수행될 수 있으며, 그것에 의해, 방향타의 설계시에 유용한 자료로 활용하여 방향타의 캐비테이션 성능 개선에 기여할 수 있다. As described above, according to the present invention, the behavior and amount of cavitation occurring in the rudder are photographed through a model test using a high-speed camera having high temporal resolution, and saturation (saturation) is obtained through image analysis of the photographed image. Characteristics of the first cavitation region with low and bright brightness and the second cavitation region where the cavitation formed on the rudder surface changes to a fluid as it moves downstream of the high-pressure region, reducing the bright white color of the cavitation Based on this, HSL (Hue, Saturation, Lightness) color space is selected and each detection criterion is set. By providing a quantitative evaluation method of rudder cavitation using image analysis and a rudder cavitation evaluation system using the same, which is configured to analyze and evaluate the behavior of the cavitation generation amount through the cumulative distribution according to the time series for each frame of Through this process, the process of accurately identifying the generation amount of rudder cavitation that fluctuates rapidly and quantitatively analyzing and evaluating the behavior of the cavitation generation amount according to time series can be easily performed with a relatively simple configuration and low cost, whereby, at the time of designing the rudder It can be used as useful data to contribute to improving the cavitation performance of the rudder.

또한, 본 발명에 따르면, 상기한 바와 같이 영상처리 기법을 이용하여 방향타 표면에서 발생하는 캐비테이션을 정량적으로 분석하고 평가할 수 있도록 구성되는 영상분석을 이용한 방향타 캐비테이션의 정량적 평가방법 및 이를 이용한 방향타 캐비테이션 평가시스템이 제공됨으로써, 캐비테이션 발생 성능이 우수한 방향타의 개발을 위하여는 방향타에 발생하는 캐비테이션 발생량에 대한 정량적 평가가 필수적으로 요구되나, 발생량 및 거동의 변동이 매우 불안정함으로 인해 방향타 캐비테이션의 발생량을 정량적으로 평가할 수 있는 장치나 방법이 제시되지 못하였던 종래기술의 한계를 해결할 수 있다. In addition, according to the present invention, a quantitative evaluation method for rudder cavitation using image analysis and a rudder cavitation evaluation system using the image analysis method configured to quantitatively analyze and evaluate cavitation occurring on the rudder surface using the image processing technique as described above. In order to develop a rudder with excellent cavitation generation performance, quantitative evaluation of the amount of cavitation generated in the rudder is essential. It is possible to solve the limitations of the prior art that have not been presented with a device or method.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 영상분석을 이용한 방향타 캐비테이션의 정량적 평가방법의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 플로차트이다.
도 2는 캠코더를 이용하여 30fps로 촬영된 방향타 캐비테이션 영상을 나타내는 도면이다.
도 3은 고속카메라를 이용하여 10000fps로 촬영된 방향타 캐비테이션 영상을 나타내는 도면이다.
도 4는 두 가지 종류의 캐비테이션 영상을 각각 나타내는 도면이다.
도 5는 상기한 2가지 기준에 의하여 추출된 캐비테이션 영상과 캐비테이션 발생량 분석을 위해 결합된 영상을 각각 나타내는 도면이다.
도 6은 0.1초 동안 고속카메라로 촬영된 1000장의 캐비테이션 이미지들을 이용하여 산출된 캐비테이션 발생량을 시계열에 따라 그래프로 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 영상분석을 이용한 방향타 캐비테이션의 정량적 평가시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 1 is a flowchart schematically showing the overall configuration of a method for quantitative evaluation of rudder cavitation using image analysis according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram showing a rudder cavitation image captured at 30 fps using a camcorder.
3 is a diagram showing a rudder cavitation image captured at 10000 fps using a high-speed camera.
4 is a diagram showing two types of cavitation images, respectively.
5 is a diagram showing a cavitation image extracted according to the above two criteria and a combined image for analyzing the amount of cavitation generated.
FIG. 6 is a graph showing the amount of cavitation generated by using 1000 cavitation images taken with a high-speed camera for 0.1 second according to time series.
7 is a diagram schematically showing the overall configuration of a system for quantitative evaluation of rudder cavitation using image analysis according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 영상분석을 이용한 방향타 캐비테이션의 정량적 평가방법 및 이를 이용한 방향타 캐비테이션 평가시스템의 구체적인 실시예에 대하여 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a specific embodiment of a quantitative evaluation method of rudder cavitation using image analysis and a rudder cavitation evaluation system using the same according to the present invention will be described.

여기서, 이하에 설명하는 내용은 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예일 뿐이며, 본 발명은 이하에 설명하는 실시예의 내용으로만 한정되는 것은 아니라는 사실에 유념해야 한다. Here, it should be noted that the contents described below are only one embodiment for carrying out the present invention, and the present invention is not limited to the contents of the embodiments described below.

또한, 이하의 본 발명의 실시예에 대한 설명에 있어서, 종래기술의 내용과 동일 또는 유사하거나 당업자의 수준에서 용이하게 이해하고 실시할 수 있다고 판단되는 부분에 대하여는, 설명을 간략히 하기 위해 그 상세한 설명을 생략하였음에 유념해야 한다. In addition, in the following description of the embodiments of the present invention, for parts that are the same as or similar to the contents of the prior art or are determined to be easily understood and implemented at the level of those skilled in the art, the detailed descriptions are provided to simplify the description. It should be noted that .

즉, 본 발명은, 후술하는 바와 같이, 캐비테이션 발생 성능이 우수한 방향타의 개발을 위하여는 방향타에 발생하는 캐비테이션 발생량에 대한 정량적 평가가 필수적으로 요구되나, 발생량 및 거동의 변동이 매우 불안정함으로 인해 방향타 캐비테이션의 발생량을 정량적으로 평가할 수 있는 장치나 방법이 제시되지 못하였던 종래기술의 한계를 해결하기 위해, 영상처리 기법을 이용하여 방향타 표면에서 발생하는 캐비테이션을 정량적으로 분석하고 평가할 수 있도록 구성되는 영상분석을 이용한 방향타 캐비테이션의 정량적 평가방법 및 이를 이용한 방향타 캐비테이션 평가시스템에 관한 것이다. That is, in the present invention, as will be described later, in order to develop a rudder with excellent cavitation generation performance, quantitative evaluation of the amount of cavitation generated in the rudder is essential, but the variation in the amount and behavior of the rudder is very unstable. In order to solve the limitations of the prior art in which a device or method capable of quantitatively evaluating the amount of generation was not presented, image analysis configured to quantitatively analyze and evaluate cavitation occurring on the rudder surface using image processing techniques was developed. It relates to a quantitative evaluation method of rudder cavitation and a rudder cavitation evaluation system using the same.

아울러, 본 발명은, 후술하는 바와 같이, 방향타 캐비테이션의 발생량을 정량적으로 평가할 수 있는 장치나 방법이 제시되지 못한 한계가 있었던 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 빠르게 변동하는 방향타 캐비테이션을 정량적으로 평가하기 위하여 높은 시간 분해능을 가지는 고속카메라를 이용하여 모형시험을 통해 방향타에 발생하는 캐비테이션의 거동 및 발생량을 촬영하고, 촬영된 영상에 대하여 영상분석을 통해 채도(saturation)가 낮고 밝은 밝기를 가지는 제 1 캐비테이션 영역과, 방향타 표면 위에서 형성된 캐비테이션이 고압영역의 하류로 이동함에 따라 유체로 변화하는 지점에 존재하여 캐비테이션의 밝은 흰색 색상이 감소하게 되는 제 2 캐비테이션 영역에 대한 특징을 기반으로 HSL(Hue, Saturation, Lightness) 색상공간을 선정하고 각각의 검출기준을 설정하여, 영상에서 특정 화소값이 미리 정해진 기준을 만족하면 해당 화소를 캐비테이션으로 검출하여 캐비테이션 발생량을 산출하며, 영상의 각 프레임별로 시계열에 따른 누적 분포를 통해 캐비테이션 발생량의 거동을 분석하고 평가할 수 있도록 구성되는 영상분석을 이용한 방향타 캐비테이션의 정량적 평가방법 및 이를 이용한 방향타 캐비테이션 평가시스템에 관한 것이다. In addition, as will be described later, the present invention is to quantitatively evaluate rudder cavitation, which fluctuates rapidly, in order to solve the problem of the prior art, which has limitations in that a device or method capable of quantitatively evaluating the amount of rudder cavitation has not been presented. In order to do this, the behavior and amount of cavitation occurring in the rudder were photographed through a model test using a high-speed camera with high temporal resolution, and the first cavitation with low saturation and bright brightness was analyzed through image analysis of the photographed image. HSL (Hue, Saturation, Lightness) Color space is selected and each detection standard is set. If a specific pixel value in an image satisfies a predetermined standard, the corresponding pixel is detected as cavitation and the amount of cavitation generated is calculated, and the cumulative distribution according to the time series for each frame of the image It relates to a quantitative evaluation method of rudder cavitation using image analysis and a rudder cavitation evaluation system using the same, which is configured to analyze and evaluate the behavior of cavitation generation through

계속해서, 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 영상분석을 이용한 방향타 캐비테이션의 정량적 평가방법 및 이를 이용한 방향타 캐비테이션 평가시스템의 구체적인 내용에 대하여 설명한다. Continuously, with reference to the drawings, a quantitative evaluation method of rudder cavitation using image analysis and a rudder cavitation evaluation system using the same according to the present invention will be described in detail.

더 상세하게는, 먼저, 도 1을 참조하면, 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 영상분석을 이용한 방향타 캐비테이션의 정량적 평가방법의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 플로차트이다. In more detail, first, referring to FIG. 1, FIG. 1 is a flowchart schematically showing the overall configuration of a method for quantitatively evaluating rudder cavitation using image analysis according to an embodiment of the present invention.

도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 영상분석을 이용한 방향타 캐비테이션의 정량적 평가방법은, 크게 나누어, 측정대상 선박에 대하여 촬영된 방향타 표면의 캐비테이션 영상과 해당 선박에 대한 정보를 포함하는 각종 데이터를 입력받는 처리가 수행되는 데이터 수집단계(S10)와, 데이터 수집단계(S10)에서 취득된 영상으로부터 미리 정해진 기준에 근거하여 캐비테이션에 해당하는 부분을 검출하고 캐비테이션 발생량을 산출하는 처리가 수행되는 데이터 분석단계(S20)와, 데이터 분석단계(S20)의 분석결과를 별도의 표시수단을 통해 출력하는 처리가 수행되는 데이터 출력단계(S30)를 포함하는 일련의 처리과정이 컴퓨터나 전용의 하드웨어를 통해 실행되도록 구성될 수 있다. As shown in FIG. 1, the quantitative evaluation method of rudder cavitation using image analysis according to an embodiment of the present invention is broadly divided into cavitation images of the surface of the rudder photographed with respect to the ship to be measured and information about the ship. A data collection step (S10) in which a process of receiving various data is performed, and a process of detecting a portion corresponding to cavitation based on a predetermined standard from the image acquired in the data collection step (S10) and calculating the amount of cavitation generated is performed. A series of processing processes including a data analysis step (S20) and a data output step (S30) in which a process of outputting the analysis result of the data analysis step (S20) through a separate display means is performed is performed by a computer or dedicated hardware It can be configured to run through

여기서, 상기한 데이터 수집단계(S10)는, 측정대상 선박에 대한 각각의 측정값이나 제원 등의 선박정보를 포함하는 각종 데이터와 함께, 모형시험을 통해 또는 실제 선박에 대하여 촬영된 방향타 표면의 캐비테이션 영상을 입력받거나, 또는, 실시간으로 촬영되는 영상을 전송받는 처리가 수행되도록 구성될 수 있다. Here, in the data collection step (S10), the cavitation of the rudder surface captured through a model test or with respect to an actual ship along with various data including ship information such as each measured value or specifications of the ship to be measured It may be configured to perform processing of receiving an image or receiving an image captured in real time.

또한, 상기한 데이터 분석단계(S20)는, 후술하는 바와 같이, HSL(Hue, Saturation, Lightness) 색상공간의 값에 근거하여, 데이터 수집단계(S10)에서 입력된 캐비테이션 영상에서 특정 화소(pixel)에 대한 HSL 값이 미리 정해진 기준을 만족하는 경우 해당 화소를 캐비테이션으로 판단하여 각 프레임별로 캐비테이션을 추출하고, 추출된 캐비테이션 영상에서 캐비테이션에 해당하는 부분의 화소를 합산하여 발생량을 산출하고, 산출된 캐비테이션 발생량을 시계열에 따라 그래프로 나타내어 캐비테이션 발생량의 변동을 분석하며, 캐비테이션 발생량의 평균 또는 최대값에 근거하여 발생량을 평가하는 처리가 수행되도록 구성될 수 있다. In addition, in the data analysis step (S20), as described later, based on the value of the HSL (Hue, Saturation, Lightness) color space, a specific pixel in the cavitation image input in the data collection step (S10) If the HSL value for HSL satisfies a predetermined criterion, the corresponding pixel is determined as cavitation, cavitation is extracted for each frame, the amount of generation is calculated by summing the pixels of the part corresponding to cavitation in the extracted cavitation image, and the calculated cavitation It may be configured to analyze the variation of the cavitation generation amount by graphing the generation amount according to time series, and to evaluate the generation amount based on the average or maximum value of the cavitation generation amount.

아울러, 상기한 데이터 출력단계(S30)는, 상기한 바와 같이 하여 데이터 수집단계(S10)에서 얻어진 데이터와 데이터 분석단계(S20)의 분석결과를 포함하는 각종 데이터를 모니터나 디스플레이 등의 별도의 표시수단을 통해 시각적으로 표시하는 동시에, 데이터 수집단계(S10) 및 데이터 분석단계(S20)를 통해 얻어진 각종 데이터를 별도의 저장수단에 저장하여 캐비테이션 발생량에 대한 데이터베이스를 구축하고, 필요에 따라 서버 등의 외부 기기로 전송하는 처리가 수행되도록 구성될 수 있다. In addition, the above-described data output step (S30) displays various data including the data obtained in the data collection step (S10) and the analysis result of the data analysis step (S20) as described above on a separate display such as a monitor or display At the same time as visually displayed through the means, various data obtained through the data collection step (S10) and data analysis step (S20) are stored in a separate storage means to build a database for the amount of cavitation generated, and, if necessary, a server, etc. It may be configured so that processing of transmitting to an external device is performed.

여기서, 상기한 바와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 영상분석을 이용한 방향타 캐비테이션의 정량적 평가방법에 있어서, 상기한 캐비테이션 영상은, 정확한 캐비테이션 거동의 확인 및 캐비테이션 발생량의 정량적 평가를 위해 일반 카메라가 아닌 높은 시간 분해능을 가지는 고속카메라를 이용하여 촬영된 영상을 이용하는 것이 바람직하다. Here, in the method for quantitative evaluation of rudder cavitation using image analysis according to an embodiment of the present invention configured as described above, the cavitation image is a general camera for confirming accurate cavitation behavior and quantitatively evaluating the amount of cavitation. It is preferable to use an image captured using a high-speed camera having a high temporal resolution rather than a high temporal resolution.

더 상세하게는, 도 2를 참조하면, 도 2는 캠코더를 이용하여 30fps(frame per second)로 촬영된 방향타 캐비테이션 영상을 나타내는 도면이다. In more detail, referring to FIG. 2, FIG. 2 is a diagram showing a rudder cavitation image captured at 30 fps (frame per second) using a camcorder.

도 2에 나타낸 바와 같이, 방향타 캐비테이션의 관찰은 일반적으로 캠코더를 이용하여 방향타에 발생하는 캐비테이션 거동 및 발생량을 촬영하는 방식으로 수행되며, 도 2에 나타낸 촬영결과에 있어서 캐비테이션 발생량 및 거동에 차이가 있지만 크게 변동하는 특성은 나타나지 않는다. As shown in FIG. 2, observation of rudder cavitation is generally performed by using a camcorder to photograph the behavior and amount of cavitation occurring in the rudder. Although there is a difference in the amount and behavior of cavitation in the photographing results shown in FIG. Significantly fluctuating characteristics do not appear.

즉, 방향타 캐비테이션은 앞날로부터 뒷날로 이동하면서 생성, 성장, 붕괴, 소멸의 과정을 거치게 되나, 도 2의 영상에서는 이러한 거동이 전혀 보이지 않으며, 이는, 실제 캐비테이션 발생현상이 아니라 캠코더의 긴 노출시간으로 인하여 다소 과장된 캐비테이션 발생량이 관찰된 것이다. That is, rudder cavitation goes through the process of creation, growth, collapse, and extinction while moving from the front edge to the next edge, but this behavior is not seen at all in the image of FIG. As a result, a somewhat exaggerated amount of cavitation was observed.

따라서 상기한 바와 같이, 방향타 유입유속 및 타각이 증가함에 따라 매우 격렬한 캐비테이션이 비정상적으로 발생하므로, 정확한 캐비테이션 거동을 살피고 정량적으로 캐비테이션 발생량을 평가하기 위해서는 높은 시간 분해능을 가지는 고속카메라를 이용하는 것이 필수적이다. Therefore, as described above, since very intense cavitation abnormally occurs as the rudder inflow velocity and rudder angle increase, it is essential to use a high-speed camera with high temporal resolution in order to accurately evaluate the cavitation behavior and quantitatively evaluate the amount of cavitation.

더 상세하게는, 도 3을 참조하면, 도 3은 고속카메라를 이용하여 10000fps로 촬영된 방향타 캐비테이션 영상을 나타내는 도면이다. More specifically, referring to FIG. 3 , FIG. 3 is a diagram illustrating a rudder cavitation image captured at 10000 fps using a high-speed camera.

도 3에 있어서, 고속카메라를 이용한 방향타 캐비테이션 영상은 1024×1024 픽셀(pixels)의 공간분해능 및 초당 10000프레임(10000fps)의 조건으로 취득되었으며, 영상은 4/10000초 간격으로 표기하였다. In FIG. 3, rudder cavitation images using a high-speed camera were acquired under the conditions of a spatial resolution of 1024×1024 pixels and 10000 frames per second (10000 fps), and the images were marked at intervals of 4/10000 seconds.

도 3에 나타낸 바와 같이, 고속카메라를 이용하면 상당히 짧은 시간에서도 캐비테이션 거동 및 발생량이 계속적으로 변화하고 있음을 확인할 수 있으며, 즉, 도 3에 나타낸 촬영결과로부터 순간 캐비테이션 발생량이 캠코더로 촬영한 영상보다 매우 감소되었음을 알 수 있고, 캐비테이션이 생성되어 성장하고 뒷날로 접근하면서 붕괴되면서 소멸하는 거동특성을 일부 관찰할 수 있다. As shown in FIG. 3, it can be confirmed that the cavitation behavior and generation amount are continuously changing even in a fairly short time when a high-speed camera is used. That is, from the photographing results shown in FIG. It can be seen that it is greatly reduced, and some behavioral characteristics of cavitation being generated, growing, and disappearing as it collapses as it approaches later can be observed.

따라서 상기한 바와 같이, 빠르게 변동하는 방향타 캐비테이션을 정량적으로 평가하려면 10000fps 정도의 고속카메라 촬영이 필수적이며, 이에 더하여, 촬영된 고속카메라 영상을 분석할 수 있는 영상처리 및 분석기법의 개발이 요구된다. Therefore, as described above, in order to quantitatively evaluate rapidly fluctuating rudder cavitation, high-speed camera shooting of about 10,000 fps is essential, and in addition, the development of image processing and analysis techniques capable of analyzing the captured high-speed camera image is required.

이에, 본 발명에서는, 상기한 바와 같이 방향타 캐비테이션에 대한 고속카메라 영상들로부터 캐비테이션의 발생량을 정량적으로 검출하기 위해, 촬영된 캐비테이션 영상을 두 가지 종류로 구분하여 각각의 캐비테이션 영상이 어떤 특징을 가지는지를 확인하였다. Accordingly, in the present invention, as described above, in order to quantitatively detect the amount of cavitation generated from high-speed camera images of rudder cavitation, the captured cavitation images are classified into two types, and what characteristics each cavitation image has is determined. Confirmed.

더 상세하게는, 도 4를 참조하면, 도 4는 두 가지 종류의 캐비테이션 영상을 각각 나타내는 도면이다. More specifically, referring to FIG. 4 , FIG. 4 is a diagram showing two types of cavitation images, respectively.

먼저, 첫번째 종류는, 도 4a의 황색 원으로 나타낸 바와 같이, 채도(saturation)가 낮고 밝은 밝기를 가지는 캐비테이션의 일반적인 특징을 가지는 영상으로서, 이러한 영상은 캐비테이션 분포의 대부분을 차지하며 두께가 두꺼운 것이 특징으로, 즉, 캐비테이션이 강하게 형성되면 캐비테이션에서 반사되는 빛의 양이 더 많아지므로 유속이 높고 타각이 큰 영역에서 획득한 영상자료에서 보다 잘 관찰된다. First, the first type is an image having general characteristics of cavitation with low saturation and bright brightness, as shown by the yellow circle in FIG. That is, when cavitation is formed strongly, the amount of light reflected from cavitation increases, so it is better observed in image data acquired in areas with high flow rates and large steering angles.

또한, 이러한 캐비테이션은 대체로 영상의 다른 부분에 비해 밝기(lightness)가 높으며 색상(hue)을 띠지 않는 회색조(gray scale)의 특징을 가지고 있어 채도가 낮으며, 채도가 낮다는 것은 본연의 주도하는 색이 없다는 것을 의미한다. In addition, such cavitation generally has a high lightness compared to other parts of the image and has a gray scale characteristic that does not show hue, so the saturation is low. means that there is no

이에, 본 발명에서는, 첫번째 종류의 캐비테이션 영상 특징을 만족하는 화소를 검출하기 위해, 색상(hue)이 없는 회색조(gray scale)에 밝기(lightness)가 높고 채도(saturation)가 낮은 범위를 구별할 수 있도록 기준값을 설정하였다. Therefore, in the present invention, in order to detect pixels satisfying the first type of cavitation image characteristics, it is possible to distinguish a range of high lightness and low saturation in a gray scale without hue. A reference value was set so that

따라서 이러한 기준을 사용하는 경우, 색상(hue)이 검출과정에 끼치는 영향은 없으며 전체 화소 중 높은 값의 밝기범위를 가지는 동시에 낮은 값의 채도범위를 가지는 화소들을 캐비테이션으로 간주하고 검출하게 된다. Therefore, when this criterion is used, there is no effect of hue on the detection process, and pixels having a high-value brightness range and a low-value saturation range among all pixels are regarded as cavitation and detected.

다음으로, 두번째 종류는, 도 4b의 황색 원으로 나타낸 바와 같이, 방향타 표면 위에서 형성된 캐비테이션이 고압영역의 하류로 이동함에 따라 유체로 변화하는 지점에 존재하여 캐비테이션의 밝은 흰색 색상이 감소하게 되는 부분으로, 이러한 캐비테이션은 캐비테이션의 가장자리에서 주로 발생하여 대체적으로 기체의 분포가 낮다. Next, the second type, as shown by the yellow circle in FIG. 4b, exists at the point where the cavitation formed on the rudder surface changes to a fluid as it moves downstream of the high-pressure region, and the bright white color of the cavitation decreases. , such cavitation mainly occurs at the edge of the cavitation, and the gas distribution is generally low.

또한, 도 4에 나타낸 실시예에서는 유동이 타의 앞날(leading edge)에서 뒷날(trailing edge)로 이동함에 따라 캐비테이션 덩어리의 가장자리에 대부분 분포하고 있으며, 이렇게 발생되는 캐비테이션은 두께가 얇아 조명 환경이 어두울수록 반사되는 빛의 양이 적어 밝은 흰색 색상이 감소하게 된다. In addition, in the embodiment shown in FIG. 4, as the flow moves from the leading edge to the trailing edge of the rudder, it is mostly distributed on the edge of the cavitation mass, and the cavitation generated in this way is thin, so the darker the lighting environment, the better. The amount of reflected light is less, resulting in a reduced bright white color.

즉, 도 4b에 나타낸 바와 같이, 두번째 캐비테이션 영상은 에메랄드와 같은 파란색의 색상(hue)을 가지며, 대체적으로 기체의 분포가 낮기 때문에 밝기(lightness)가 약간 어둡고, 이 캐비테이션도 회색조를 다소 띠기 때문에 첫번째 종류의 캐비테이션 영상과 유사하게 채도(saturation)가 낮다. That is, as shown in FIG. 4B, the second cavitation image has a blue hue like emerald, and the lightness is slightly dark because the gas distribution is generally low. Similar to the cavitation image of this type, the saturation is low.

이에, 본 발명에서는, 에메랄드와 파란색 계열을 띄는 색상(hue) 범위 내의 화소를 검출하여 해당 캐비테이션을 인식하도록 하였으며, 이러한 조건에서 발생되는 캐비테이션은 대체적으로 캐비테이션의 두께가 얇아 상대적으로 밝기가 낮기 때문에 일반적인 캐비테이션의 기준값보다는 낮은 밝기범위를 이용하게 되고, 채도의 경우는 회색조인 캐비테이션의 특징에 따라 첫번째 기준에서와 같이 낮은 채도범위를 이용하게 된다. Accordingly, in the present invention, pixels within the hue range of emerald and blue were detected to recognize the corresponding cavitation, and the cavitation generated under these conditions is generally thin and relatively low in brightness, so it is common. A brightness range lower than the reference value of cavitation is used, and in the case of saturation, a low saturation range is used according to the characteristics of cavitation, which is a gray scale, as in the first standard.

따라서 본 발명에서는, 상기한 바와 같이 하여 구분된 특징을 기반으로 캐비테이션을 검출하는데 있어 유리하다고 판단되는 HSL(Hue, Saturation, Lightness) 색상공간을 선정하고 각각의 검출 기준을 설정하였으며, 이러한 기준값의 범위를 설정하기 위해 캐비테이션이 빈번하게 관찰되는 영상열의 특정 좌표들의 HSL 변화와 분포를 분석하는 방법을 이용하였다. Therefore, in the present invention, based on the characteristics classified as described above, the HSL (Hue, Saturation, Lightness) color space determined to be advantageous in detecting cavitation was selected and each detection criterion was set, and the range of these reference values In order to set , a method of analyzing the HSL change and distribution of specific coordinates of the image sequence where cavitation is frequently observed was used.

더 상세하게는, 첫번째와 두번째 종류의 캐비테이션을 검출하기 위한 기준값의 범위는 각각 이하의 [수학식 1] 및 [수학식 2]와 같이 설정되었다. More specifically, the ranges of reference values for detecting the first and second types of cavitation were set as in [Equation 1] and [Equation 2], respectively.

[수학식 1] [Equation 1]

0 ≤ H ≤ 255 0 ≤ H ≤ 255

0 ≤ S ≤ 140 0 ≤ S ≤ 140

180 ≤ L ≤ 255 180 ≤ L ≤ 255

[수학식 2] [Equation 2]

135 ≤ H ≤ 200 135 ≤ H ≤ 200

0 ≤ S ≤ 140 0 ≤ S ≤ 140

90 ≤ L ≤ 180 90 ≤ L ≤ 180

여기서, 상기한 [수학식 1] 및 [수학식 2]에 있어서, H, L, S는 각각 0에서 255의 범위를 가지는 색상, 밝기, 채도를 의미한다. Here, in [Equation 1] and [Equation 2], H, L, and S denote hue, brightness, and saturation ranging from 0 to 255, respectively.

따라서 상기한 바와 같이 하여 설정된 기준을 이용하여, 영상에서 특정 화소값이 상기한 [수학식 1] 및 [수학식 2] 중 하나의 기준을 만족하는 경우 해당 화소를 캐비테이션으로 간주하여 캐비테이션을 추출하고 발생량을 산출하는 처리가 수행되도록 구성될 수 있다. Therefore, using the criteria set as described above, if a specific pixel value in the image satisfies one of the criteria of [Equation 1] and [Equation 2], the corresponding pixel is regarded as cavitation and cavitation is extracted It may be configured so that processing for calculating the generation amount is performed.

더 상세하게는, 도 5를 참조하면, 도 5는 상기한 2가지 기준에 의하여 추출된 캐비테이션 영상과 캐비테이션 발생량 분석을 위해 결합된 영상을 각각 나타내는 도면이다. More specifically, referring to FIG. 5 , FIG. 5 is a diagram showing a cavitation image extracted according to the above two criteria and a combined image for analyzing the amount of cavitation generated.

도 5에 나타낸 바와 같이, 상기한 바와 같이 하여 정의된 기준을 이용하여 방향타 캐비테이션에 대한 고속카메라 영상으로부터 프레임별로 캐비테이션을 검출하고, 입력영상(좌측 위), 첫번째 및 두번째 캐비테이션으로 검출된 영역을 각각 표시하는 흑백영상(우측 위 및 좌측 아래) 및 캐비테이션만 추출하여 결합된 영상(우측 아래)을 각각 표시하고, 캐비테이션만 추출하여 결합된 영상에서 캐비테이션에 해당하는 부분의 화소(pixel)를 합산하는 방식으로 발생량을 산출하는 처리가 수행되도록 구성될 수 있다. As shown in FIG. 5, cavitation is detected for each frame from the high-speed camera image for rudder cavitation using the criteria defined as described above, and the input image (upper left) and the regions detected by the first and second cavitation are respectively A method of displaying a black and white image (upper right and lower left) and a combined image (lower right) by extracting only cavitation, and summing the pixels of the part corresponding to cavitation in the combined image by extracting only cavitation It may be configured so that processing for calculating the amount of generation is performed.

아울러, 도 6을 참조하면, 도 6은 0.1초 동안 고속카메라로 촬영된 1000장의 캐비테이션 이미지들을 이용하여 산출된 캐비테이션 발생량을 시계열에 따라 그래프로 나타낸 도면이다. In addition, referring to FIG. 6 , FIG. 6 is a graph showing the amount of cavitation generated by using 1000 cavitation images taken with a high-speed camera for 0.1 second according to time series.

도 6에 나타낸 바와 같이, 0.1초의 매우 짧은 시간 동안에도 캐비테이션 발생량의 변동이 매우 심하게 나타나고 있음을 확인할 수 있으며, 타각이 커질수록 캐비테이션 발생영역이 증가함을 확인할 수 있다. As shown in FIG. 6, it can be confirmed that even for a very short time of 0.1 second, the cavitation generation amount fluctuates very severely, and it can be confirmed that the cavitation generation area increases as the steering angle increases.

더욱이, 도 6에 나타낸 바와 같이 캐비테이션은 매우 비정상적인 거동을 나타내므로 평균 또는 최대값으로 발생량을 평가하도록 구성될 수 있으며, 이와 같이 캐비테이션 발생량을 정량화하는 것에 의해 추후 방향타의 설계시 캐비테이션 성능의 보완이나 개선을 위해 참고할 수 있는 중요한 자료를 제공할 수 있을 것으로 기대된다. Moreover, as shown in FIG. 6, since cavitation exhibits very abnormal behavior, it can be configured to evaluate the generation amount with an average or maximum value. It is expected that it will be able to provide important data for reference.

즉, 상기한 데이터 분석단계(S20)는, 도 4 내지 도 6을 참조하여 상기한 바와 같이 하여, 상기한 [수학식 1] 및 [수학식 2]에 나타낸 HSL 기준에 근거하여 고속카메라 영상으로부터 캐비테이션 영역을 추출하고, 추출된 캐비테이션 영역의 화소수를 계산하여 캐비테이션 발생량을 산출하며, 시계열에 따른 캐비테이션 발생량의 변동을 분석하여 캐비테이션 발생량에 대한 정량적 평가를 수행하는 처리가 수행되고, 상기한 데이터 출력단계(S30)는 각각의 분석결과를 그래프 등을 통해 시각적으로 표시하는 처리가 각각 수행되도록 구성될 수 있다. That is, in the above data analysis step (S20), as described above with reference to FIGS. 4 to 6, based on the HSL criteria shown in [Equation 1] and [Equation 2], from the high-speed camera image A process of extracting the cavitation area, calculating the number of pixels in the extracted cavitation area to calculate the amount of cavitation, and analyzing the variation of the amount of cavitation over time to quantitatively evaluate the amount of cavitation, and output the above data. Step S30 may be configured to perform a process of visually displaying each analysis result through a graph or the like.

따라서 상기한 바와 같이 하여 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 영상분석을 이용한 방향타 캐비테이션의 정량적 평가방법을 이용하면, 고속카메라 영상으로부터 방향타 캐비테이션의 발생량을 산출하여 정량화하고, 정량화된 캐비테이션의 분포도를 출력하는 일련의 처리과정을 컴퓨터에 실행시키도록 구성되는 컴퓨터 프로그램의 형태로 구현됨으로써, 별도의 하드웨어를 구성할 필요 없이 비교적 간단한 구성 및 저렴한 비용으로 다양한 영상으로부터 캐비테이션의 발생량을 정량적으로 측정하고 분석할 수 있다. Therefore, if the quantitative evaluation method of rudder cavitation using image analysis according to the embodiment of the present invention configured as described above is used, the amount of rudder cavitation generated from the high-speed camera image is calculated and quantified, and the distribution of the quantified cavitation is output Since it is implemented in the form of a computer program configured to execute a series of processing processes on a computer, it is possible to quantitatively measure and analyze the amount of cavitation generated from various images with a relatively simple configuration and low cost without the need to configure separate hardware. there is.

여기서, 상기한 본 발명의 실시예에서는 고속카메라로 촬영된 영상들에 대한 영상처리 및 분석기법을 통하여 캐비테이션 발생량을 정량적으로 분석하는 경우를 예로 하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 반드시 상기한 실시예에 나타낸 구성으로만 한정되는 것은 아니며, 즉, 본 발명은, 상기한 바와 같은 캐비테이션 영상에 대한 영상분석 처리에 더하여, 예를 들면, 방향타 표면에서 발생하는 캐비테이션 소음을 계측하기 위해 방향타가 설치된 위치와 가까운 선미 선체에 설치된 수중청음기를 통해 측정된 데이터를 데이터 수집단계(S10)에서 함께 수신하여 소음분석 기법을 통해 소음측정 및 주파수특성에 대한 분석을 수행하도록 구성될 수도 있는 등, 본 발명은 본 발명의 취지 및 본질을 벗어나지 않는 범위 내에서 당업자에 의해 필요에 따라 다양하게 수정 및 변경하여 구성될 수 있는 것임에 유념해야 한다. Here, in the above embodiment of the present invention, the present invention has been described by taking the case of quantitatively analyzing the amount of cavitation generated through image processing and analysis techniques for images taken with a high-speed camera as an example, but the present invention necessarily It is not limited to the configuration shown in the example, that is, the present invention, in addition to the image analysis process for the cavitation image as described above, for example, the location where the rudder is installed to measure cavitation noise generated from the rudder surface. The present invention can be configured to receive the data measured through the hydrophone installed on the stern hull close to the data collection step (S10) together to perform noise measurement and analysis of frequency characteristics through noise analysis techniques. It should be noted that it can be configured by various modifications and changes as needed by those skilled in the art within the scope of not departing from the spirit and essence of the invention.

따라서 상기한 바와 같이 하여본 발명의 실시예에 따른 영상분석을 이용한 방향타 캐비테이션의 정량적 평가방법을 구현할 수 있으며, 이를 이용하여 방향타 캐비테이션을 정량적으로 평가하는 평가시스템을 용이하게 구현할 수 있다. Therefore, as described above, the quantitative evaluation method of rudder cavitation using image analysis according to an embodiment of the present invention can be implemented, and an evaluation system for quantitatively evaluating rudder cavitation can be easily implemented using this.

즉, 도 7을 참조하면, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 영상분석을 이용한 방향타 캐비테이션의 정량적 평가시스템(70)의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. That is, referring to FIG. 7, FIG. 7 is a diagram schematically showing the overall configuration of a system 70 for quantitative evaluation of rudder cavitation using image analysis according to an embodiment of the present invention.

도 7에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 영상분석을 이용한 방향타 캐비테이션의 정량적 평가시스템(70)은, 크게 나누어, 측정대상 선박에 대한 각각의 측정값이나 제원 등의 선박에 대한 정보 및 캐비테이션 영상을 포함하는 각종 데이터를 입력받아 수집하는 처리가 수행되도록 이루어지는 데이터 수집부(71)와, 데이터 수집부(71)를 통해 수집된 정보와 각각의 캐비테이션 영상에 근거하여 영상분석을 통해 캐비테이션 발생량을 산출하는 처리가 수행되도록 이루어지는 데이터 분석부(72)와, 데이터 수집부(71)를 통해 수집되는 데이터 및 데이터 분석부(72)의 분석결과를 포함하는 각종 데이터를 표시하고 시스템의(70) 처리동작 및 상태 등을 표시하는 처리가 수행되는 출력부(73)와, 상기한 각 부(71, 72, 73) 사이의 통신 및 다른 평가시스템(70)이나 서버 등과 같은 외부 기기와 각종 데이터를 송수신하기 위해 유선 또는 무선통신 중 적어도 하나의 방식으로 통신을 수행하도록 이루어지는 통신부(74) 및 상기한 각 부(71 ~ 74) 및 평가시스템(70)의 전체적인 동작을 제어하는 처리가 수행되도록 이루어지는 제어부(75)를 포함하여 구성될 수 있다. As shown in FIG. 7, the quantitative evaluation system 70 of rudder cavitation using image analysis according to an embodiment of the present invention is largely divided into information about the ship, such as each measurement value or specifications of the ship to be measured, and A data collection unit 71 configured to receive and collect various data including cavitation images, and the amount of cavitation generated through image analysis based on the information collected through the data collection unit 71 and each cavitation image. Displays various data including the data collected through the data analysis unit 72 and the data collection unit 71 and the analysis result of the data analysis unit 72 to perform the process of calculating The output unit 73 where the process of displaying the processing operation and status is performed, communication between the above-mentioned units 71, 72, and 73, and various data with external devices such as other evaluation systems 70 or servers. A communication unit 74 configured to perform communication in at least one of wired or wireless communication for transmission and reception, and a control unit configured to perform processing for controlling the overall operation of the above-described units 71 to 74 and the evaluation system 70 (75) may be configured.

여기서, 상기한 데이터 수집부(71)는, 각각의 측정값이나 캐비테이션 영상 등의 데이터를 별도의 입력수단을 통해 직접 입력받도록 구성될 수 있으나, 바람직하게는, 통신부(74)를 통하여 유선 또는 무선통신 중 적어도 하나의 방식으로 각종 데이터를 미리 정해진 설정에 따라 주기적으로 송수신하는 처리가 자동으로 수행되도록 구성될 수 있다. Here, the data collection unit 71 may be configured to directly receive data such as each measurement value or cavitation image through a separate input means, but preferably, wired or wireless through the communication unit 74 During communication, processing of periodically transmitting and receiving various data according to predetermined settings in at least one method may be configured to be automatically performed.

또한, 상기한 데이터 분석부(72)는, 도 1 내지 도 6을 참조하여 상기한 바와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 영상분석을 이용한 방향타 캐비테이션의 정량적 평가방법을 이용하여 캐비테이션 발생량을 산출하는 처리가 수행되도록 구성될 수 있다. In addition, the above data analysis unit 72 calculates the amount of cavitation generated by using the quantitative evaluation method of rudder cavitation using image analysis according to the embodiment of the present invention configured as described above with reference to FIGS. 1 to 6 It may be configured so that the processing is performed.

아울러, 상기한 출력부(73)는, 예를 들면, 모니터나 디스플레이 등과 같은 별도의 표시수단을 포함하여, 입력되는 데이터 및 분석결과와 같은 각종 데이터와 시스템의 현재 동작이나 상태 등의 정보를 시각적으로 표시하는 처리가 수행되도록 구성될 수 있다. In addition, the above-described output unit 73, for example, including a separate display means such as a monitor or display, displays various data such as input data and analysis results, and information such as the current operation or state of the system visually. It may be configured so that the processing indicated by is performed.

더욱이, 상기한 제어부(75)는, 평가시스템(70)의 전체적인 동작을 각각 제어하는 동시에, 데이터 수집부(71)를 통해 수집된 데이터 및 데이터 분석부(72)를 통해 산출된 캐비테이션 발생량 정보를 포함하는 각종 데이터를 별도의 저장수단에 저장하여 방향타 캐비테이션에 대한 데이터베이스를 구축하며, 이와 같이 구축된 데이터를 서버나 외부 기기 또는 다른 평가시스템(70)으로 전송하는 처리가 수행되도록 구성될 수 있다. Moreover, the control unit 75 controls the overall operation of the evaluation system 70, respectively, and collects the data collected through the data collection unit 71 and the cavitation generation amount information calculated through the data analysis unit 72. A database for rudder cavitation is built by storing various data including the data in a separate storage means, and a process of transmitting the data built in this way to a server, external device, or other evaluation system 70 may be configured to be performed.

따라서 상기한 바와 같이 하여 본 발명의 실시예에 따른 영상분석을 이용한 방향타 캐비테이션의 정량적 평가방법 및 이를 이용한 방향타 캐비테이션 평가시스템을 구현할 수 있으며, 그것에 의해, 본 발명에 따르면, 높은 시간 분해능을 가지는 고속카메라를 이용하여 모형시험을 통해 방향타에 발생하는 캐비테이션의 거동 및 발생량을 촬영하고, 촬영된 영상에 대하여 영상분석을 통해 채도(saturation)가 낮고 밝은 밝기를 가지는 제 1 캐비테이션 영역과, 방향타 표면 위에서 형성된 캐비테이션이 고압영역의 하류로 이동함에 따라 유체로 변화하는 지점에 존재하여 캐비테이션의 밝은 흰색 색상이 감소하게 되는 제 2 캐비테이션 영역에 대한 특징을 기반으로 HSL(Hue, Saturation, Lightness) 색상공간을 선정하고 각각의 검출기준을 설정하여, 영상에서 특정 화소값이 미리 정해진 기준을 만족하면 해당 화소를 캐비테이션으로 검출하여 캐비테이션 발생량을 산출하며, 영상의 각 프레임별로 시계열에 따른 누적분포를 통해 캐비테이션 발생량의 거동을 분석하고 평가하는 처리가 수행되도록 구성되는 영상분석을 이용한 방향타 캐비테이션의 정량적 평가방법 및 이를 이용한 방향타 캐비테이션 평가시스템이 제공됨으로써, 영상분석을 통해 빠르게 변동하는 방향타 캐비테이션의 발생량을 정확하게 파악하고 시계열예 따른 캐비테이션 발생량의 거동을 정량적으로 분석하고 평가하는 처리가 비교적 간단한 구성 및 저렴한 비용으로 용이하게 수행될 수 있으며, 그것에 의해, 방향타의 설계시에 유용한 자료로 활용하여 방향타의 캐비테이션 성능 개선에 기여할 수 있다. Therefore, as described above, it is possible to implement a quantitative evaluation method of rudder cavitation using image analysis and a rudder cavitation evaluation system using the same according to an embodiment of the present invention, whereby, according to the present invention, a high-speed camera having high temporal resolution The behavior and amount of cavitation occurring in the rudder were photographed through a model test using , and the first cavitation area with low saturation and bright brightness and the cavitation formed on the surface of the rudder were imaged through image analysis of the photographed image. HSL (Hue, Saturation, Lightness) color space is selected based on the characteristics of the second cavitation region, where the bright white color of cavitation is reduced as it moves to the downstream of this high-pressure region and exists at the point where it changes to a fluid. By setting the detection criterion, if a specific pixel value in the image satisfies the predetermined criterion, the corresponding pixel is detected as cavitation to calculate the amount of cavitation, and the behavior of the amount of cavitation is analyzed through the cumulative distribution according to the time series for each frame of the image. By providing a quantitative evaluation method of rudder cavitation using image analysis and a rudder cavitation evaluation system using the same, which is configured to perform processing to evaluate and evaluate, the rapidly changing amount of rudder cavitation through image analysis can be accurately identified and the amount of cavitation generated according to time series examples. The process of quantitatively analyzing and evaluating the behavior of can be easily performed with a relatively simple configuration and low cost, thereby contributing to improving the cavitation performance of the rudder by using it as useful data in designing the rudder.

이상, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명에 따른 영상분석을 이용한 방향타 캐비테이션의 정량적 평가방법 및 이를 이용한 방향타 캐비테이션 평가시스템의 상세한 내용에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 기재된 내용으로만 한정되는 것은 아니며, 따라서 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 설계상의 필요 및 기타 다양한 요인에 따라 여러 가지 수정, 변경, 결합 및 대체 등이 가능한 것임은 당연한 일이라 하겠다. In the above, the details of the quantitative evaluation method of rudder cavitation using image analysis and the rudder cavitation evaluation system using the same have been described through the embodiments of the present invention as described above, but the present invention relates to the above-described embodiments. It is not limited to the contents described, and therefore, the present invention is capable of various modifications, changes, combinations, and replacements according to design needs and other various factors by those skilled in the art to which the present invention belongs. I guess it's a natural thing to do.

70. 영상분석을 이용한 방향타 캐비테이션의 정량적 평가시스템
71. 데이터 수집부 72. 데이터 분석부
73. 출력부 74. 통신부
75. 제어부 70. Quantitative evaluation system for rudder cavitation using image analysis
71. Data collection unit 72. Data analysis unit
73. output unit 74. communication unit
75. Control

Claims

In the quantitative evaluation method of rudder cavitation using image analysis,
A data collection step in which a process of receiving various data including a cavitation image of a surface of a rudder filmed for a ship to be measured and information on the corresponding ship is performed;
a data analysis step in which a process of detecting a portion corresponding to cavitation and calculating a cavitation generation amount based on a predetermined criterion from the image obtained in the data collection step is performed; and
A process including a data output step in which the process of outputting the analysis result of the data analysis step through a separate display means is performed is configured to be executed through a computer or dedicated hardware,
The data analysis step,
Based on the value of HSL (Hue, Saturation, Lightness) color space, if the HSL value for a specific pixel in the cavitation image input in the data collection step satisfies a predetermined standard, the corresponding pixel is determined as cavitation Cavitation is extracted for each frame, the amount of cavitation generated is calculated by summing the pixels of the part corresponding to cavitation in the extracted cavitation image, the amount of cavitation generated according to the time series is displayed as a graph, the change in the amount of cavitation generated is analyzed, and the average of the cavitation generated amount Or a process of evaluating the amount of cavitation generated based on the maximum value is configured to be performed,
The data analysis step,
Using the following equation, if the HSL value for a specific pixel for each frame of the cavitation image input in the data collection step satisfies the criteria of the following equation, the corresponding pixel is determined as cavitation and 1 extract into the cavitation zone,

0 ≤ H ≤ 255
0 ≤ S ≤ 140
180 ≤ L ≤ 255

(Here, H, S, and L mean Hue, Saturation, and Lightness ranging from 0 to 255, respectively)

Using the following equation, if the HSL value for a specific pixel in the cavitation image input in the data collection step satisfies the criteria of the following equation, the corresponding pixel is determined as cavitation and moved to the second cavitation area. extract,

135 ≤ H ≤ 200
0 ≤ S ≤ 140
90 ≤ L ≤ 180

A quantitative evaluation method of rudder cavitation using image analysis, characterized in that it is configured to perform a process of calculating, analyzing and evaluating the amount of cavitation generated from the extracted first cavitation area and the second cavitation area.

According to claim 1,
The cavitation image is
A quantitative evaluation method of rudder cavitation using image analysis, characterized in that the image is taken using a high-speed camera having higher temporal resolution than a general camera.

According to claim 1,
The data collection step,
Along with the vessel information including each measurement value or specification of the vessel to be measured, a cavitation image of the rudder surface captured through a model test or an actual vessel is input, or an image captured in real time is transmitted. A quantitative evaluation method of rudder cavitation using image analysis, characterized in that the processing is configured to be performed.

delete

According to claim 1,
The data analysis step,
An input image, an image displaying the first cavitation region, an image displaying the second cavitation region, and an image obtained by extracting only the first cavitation region and the second cavitation region are displayed, respectively, and only each cavitation region is displayed. A quantitative evaluation method of rudder cavitation using image analysis, characterized in that it is configured to perform a process of calculating the amount of cavitation generated by summing pixels of parts corresponding to cavitation in the extracted and combined images.

According to claim 1,
In the data output step,
At the same time, various data including the data collected in the data collection step and the analysis results of the data analysis step are displayed through a separate display means including a monitor or display,
Characterized in that the processing of constructing a database for the amount of cavitation generated by storing various data obtained through the data collection step and the data analysis step in a separate storage means and transmitting it to an external device including a server is performed Quantitative evaluation method of rudder cavitation using image analysis.

A computer-readable recording medium on which a program configured to execute the quantitative evaluation method of rudder cavitation using image analysis according to any one of claims 1 to 3, 6, and 7 to a computer is recorded.

In the rudder cavitation evaluation system,
A data collection unit configured to receive and collect various data including vessel information and cavitation images including each measurement value or specification of a vessel to be measured; and
It is configured to include a data analysis unit configured to perform processing for calculating the amount of cavitation generated through image analysis based on the information collected through the data collection unit and each cavitation image,
The data analysis unit,
A rudder characterized in that it is configured to perform a process for calculating the amount of cavitation generated by using the quantitative evaluation method of rudder cavitation using image analysis according to any one of claims 1 to 3, 6 and 7 Cavitation evaluation system.

According to claim 9,
The evaluation system,
an output unit configured to display various data including the data collected through the data collection unit and analysis results of the data analysis unit and processing operations and states of the evaluation system through display means including a monitor or display;
a communication unit configured to perform communication in at least one of wired or wireless communication in order to transmit and receive various data with other evaluation systems or external devices including servers; and
The rudder cavitation evaluation system, characterized in that it is configured to further include a control unit configured to perform a process for controlling the overall operation of the evaluation system.

According to claim 10,
The data collection unit,
It is configured to directly receive data including each measured value or cavitation image through a separate input means,
Alternatively, the rudder cavitation evaluation system characterized in that the rudder cavitation evaluation system is configured to automatically perform a process of periodically transmitting and receiving various data according to a predetermined setting through at least one method of wired or wireless communication through the communication unit.

According to claim 10,
The control unit,
Various data, including the data collected through the data collection unit and the cavitation generation amount information calculated through the data analysis unit, are stored in a separate storage unit to establish a database for rudder cavitation, and at the same time, a server, external device, or other evaluation system Rudder cavitation evaluation system, characterized in that configured to perform the processing of transmission to.