KR200285649Y1 - 다중 캘리브레이션 플레이트의 구조 - Google Patents

Abstract

본 고안은 다중 캘리브레이션 플레이트의 구조에 관한 것으로, 그 목적은 ccd 카메라와 적외선 열영상카메라를 하나의 캐리브레이션 플레이트에 의해 캐리브레이션하고, 이를 통해 관측성능을 향상시키며, 칼란드리아 압력관의 이상유무 파악을 용이하게 하고, 중수 누출등과 같은 방사능 사고를 미연에 방지할 수 있는 다중 캘리브레이션 플레이트의 구조를 제공하는 것이다.

본 고안은 다수개의 고휘도 LED가 열과 행을 맞추어 바둑판 배열되고, 다수개의 발열소자가 열과 행을 맞추어 바둑판 배열되며, 상기 바둑판 배열된 고휘도 LED의 행과 발열소자의 행은 서로 일치하지 않게 고휘도 LED 열과 발열소자 열이 격번으로 설치되어 ccd 카메라 및 적외선 열영상 카메라의 캘리브레이션에 모두 적용될 수 있는 다중 캘리브레이션 플레이트의 구조를 제공함에 있다.

Description

다중 캘리브레이션 플레이트의 구조{Structure of multi-calibration plate for thermal-IR and CCD camera system}

본 고안은 다중 캘리브레이션 플레이트의 구조에 관한 것으로, 적외선 열열상카메라의 캘리브레이션과 CCD 카메라의 캘리브레이션을 모두 수행할 수 있는 다중 캘리브레이션 플레이트의 구조에 관한 것이다.

일반적으로 칼란드리아는 중수로형 원자력 발전소의 원자로의 핵연료 주입실린더로 발전소의 정상가동중에 핵연료를 주입하고, 연소된 핵연료 다발을 배출하는 구조를 갖는 원통형태의 파이프 구조를 하고 있으며, 발전소 가동중에는 사람의 출입이 통제되므로, 핵연료를 주입·배출하는 과정에서 문제가 발생되었을 시, 가동중 방사선에 견딜 수 있도록 내방사선화 시킨 점검용 이동로봇을 원자로 근처에 투입하고, 상기 이동로봇에 장착된 카메라를 이용하여 문제점을 파악한 후 조치를 취할 수 있도록 자료를 확보하도록 되어 있다.

종래에는 상기와 같은 칼란드리아 압력관 전면부를 감시 점검하기 위하여 로봇에 ccd 카메라를 설치하고 이를 통해 중수 누출, 핵연료 교체장비의 이상 상태 등을 육안으로 검사하고, 필요에 따라 적외선 열영상 카메라를 로봇에 설치하여 압력관 채널의 급격한 온도변화 등을 점검하였다. 상기 ccd 카메라와 적외선 열영상 카메라를 통해 칼란드리아 압력관 전면부를 점거할 경우, 이상상태를 보이는 지점의 관측위치, 거리, 온도변화 등의 관측성능을 향상시키기 위해서 ccd 카메라와 적외선 열영상 카메라의 캐리브레이션이 필수적이다.

그러나, 종래에는 체크 보드와 같은 캐리브레이션 플레이트를 이용하여 ccd 카메라를 캐리브레이션하는 기법은 널리 통용되어 왔으나, 적외선 열영상카메라의 경우, 작업자의 눈짐작에 의해 적외선 열영상카메라의 위치 및 방향을 파악하였으며, 이로 인해 관측성능이 저하되는 등 여러 가지 문제점이 있었다.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 그 목적은 ccd 카메라와 적외선 열영상카메라를 하나의 캐리브레이션 플레이트에 의해 캐리브레이션하고, 이를 통해 관측성능을 향상시키며, 칼란드리아 압력관의 이상유무 파악을 용이하게 하고, 중수 누출등과 같은 방사능 사고를 미연에 방지할 수 있는 다중 캘리브레이션 플레이트의 구조를 제공하는 것이다.

본 고안은 다수개의 고휘도 LED가 열과 행을 맞추어 바둑판 배열되고, 다수개의 발열소자가 열과 행을 맞추어 바둑판 배열되며, 상기 바둑판 배열된 고휘도 LED의 행과 발열소자의 행은 서로 일치하지 않게 고휘도 LED 열과 발열소자 열이 격번으로 설치되어 ccd 카메라 및 적외선 열영상 카메라의 캘리브레이션에 모두 적용될 수 있는 다중 캘리브레이션 플레이트의 구조를 제공함에 있다.

도 1 은 본 고안에 따른 구성을 보인 예시도

도 2 는 본 고안에 따른 캘리브레이션 개념도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

(10) : 발열소자 (20) : 고휘도 LED

(30) : 캘리브레이션 플레이트 (a) : 발열소자 사이 간격

(b) : 고휘도 LED 사이 간격

카메라 캘리브레이션은 카메라의 기하광학적 특성과 실세계좌표계에 대한 카메라프레임의 3차원 위치 및 방향을 결정하는 과정으로, 관측영상의 좌표로부터 3차원 정보를 추론하여 이동로보트에 탑재될 센서시스템의 관측대상에 대한 상대적 위치 및 방향정보를 얻는다.

CCD 카메라 캘리브레이션은 체크보드(Chess board)와 같은 흑백무늬가 교차하는 테스트 패턴을 사용하며, 정확한 캘리브레이션을 위해서는 서양장기판과 같은 체크 보드(Chess board)의 정확한 좌표추출이 필요하다. 또한, 외부 조명등의 영향으로 인하여 흑/백간의 구분이 모호해 질경우에는 정확한 좌표추출이 어렵기 때문에 외부의 조명보다 휘도가 센 고휘도 LED 패턴을 규칙적으로 배열한 캘리브레이션 플레이트를 이용하여 정확한 좌표추출을 용이하게 하는 것이 일반적으로 통용되는 카메라 캘리브레이션 기법이다.

도 1 은 본 고안에 따른 구성을 보인 예시도를, 도 2 는 본 고안에 따른 캘리브레이션 개념도를 도시한 것으로, 본 고안은 ccd 카메라의 캘리브레이션에 적용하기 위하여 , 고휘도 LED(20)를 바둑판 배열하고, 상기 바닥판 배열된 고휘도 LED (20) 사이 사이에 위치하도록 발열소자(10)를 바둑판 배열하여 적외선 열영상 카메라의 캘리브레이션에 적용하도록 되어 있다.

본 고안의 캘리브레이션 플레이트(30)에는 ccd 카메라의 캘리브레이션을 위한 고휘도 LED(20) 와 적외선 열영상 카메라의 캘리브레이션을 위한 발열소자(10)가 격열로 위치하도록 또한, 일정 열간격을 유지하도록 설치되어 있으며, 고휘도 LED의 열에 설치되어 있는 다수개의 고휘도 LED 및 발열소자의 열에 설치되어 있는 다수개의 발열소자(저항)는 각각 등간격으로 설치되어 있다.

이때, 상기 다수개의 고휘도 LED는 동일 행을 이루도록 설치되고, 다수개의 발열소자 역시 동일 행을 이루도록 설치되어 있으나, 상기 고휘도 LED 와 발열소자는 동일 행을 이루지 않도록 설치되어 있다. 즉, 상기 고휘도 LED의 일측 행과, 이에 인접하는 또다른 일측 행 사이에 발열소자의 행이 위치하도록 설치되어 있다.

상기 바둑판 배열된 고휘도 LED 열은 주위 조명에 대해서 충분한 밝기를 가져야 하기 때문에 3,000 mcd 의 밝기를 갖는 백색LED 여야 하며, 통상적 관측거리를 1ｍ 에서 5ｍ 로 감안할 때, 백색 고휘도 LED 패턴의 열간격은 1/2"에서 2" 사이의 간격으로 각 열당 5개에서 10개 정도 할당한다.

또한, 고휘도 LED 행은 주위 조명에 대해서 충분한 밝기를 가져야 하기 때문에 3,000 mcd 의 밝기를 갖는 백색LED 여야 하며, 통상적 관측거리를1ｍ에서 5ｍ 로 감안할 때 백색 고휘도 LED 패턴의 1/2"에서 2" 사이의 간격으로 각행당 5개에서 10개 정도 설치한다.

상기 바둑판 배열된 발열소자 열은 고휘도 LED 열과 열사이의 정중앙에 위치하여 고휘도 LED 배열간격과 동일하게 1/2"에서 2" 간격으로 배치되며 발열소자에 열을 발생시키기 위해서는 고휘도 LED에 비해 수십배의 전류를 필요로 하기 때문에 고휘도 LED 구동회로와 발열소자 회로는 분리되어 있어야 한다. 발열소자에 발생한 열이 PCB 회로상의 도선을 타고 전도되어 이웃하는 발열소자와 구분을 할 수 없을 경우에는 열영상카메라의 캘리브레이션을 할 수 없으므로 발열소자와 캘리브레이션 플레이트 표면과는 5㎜ 이상 떨어져 있어서 발열소자의 열이 PCB 배선을 통해 캘리브레이션 플레이트전체에 확산되는 것을 방지하도록 설치되어 있다.

또한, 발열소자 행은 고휘도 LED 행과 행사이의 정중앙에 위치하여 고휘도 LED 배열간격과 동일하게 1/2"에서 2" 간격으로 배치되며 발열소자에 열을 발생시키기 위해서는 고휘도 LED에 비해 수십배의 전류를 필요로 하기 때문에 고휘도 LED 구동회로와 발열소자 회로는 분리되어 있어야 한다. 발열소자에 발생한 열이 PCB회로상의 도선을 타고 전도되어 이웃하는 발열소자와 구분을 할 수 없을 경우에는 열영상카메라의 캘리브레이션을 할 수 없으므로 발열소자와 캘리브레이션 플레이트표면과는 5㎜ 이상 떨어져 있어서 발열소자의 열이 PCB 배선을 통해 캘리브레이션 플레이트전체에 확산되는 것을 방지하도록 설치되어 있다.

이와 같이 본 고안은 CCD 카메라 캘리브레이션에 적용되는 방식을 열영상카메라에도 적용한 것으로, 열적외선 영역에 민감한 발열소자를 고휘도 LED 와 같이 정방형으로 규칙적으로 배열하여 발열소자의 정확한 위치좌표를 추출하고 이를 통해 열영상 카메라의 기하학적 위치를 찾아내도록 되어 있다.

상기와 같이 구성된 본 고안을 이용하여 ccd 카메라 및 적외선 열영상 카메라의 기하학적 위치를 캐리브레이션하고자 할 경우, 관측대상이 위치한 지점에 본 고안의 캘리브레이션 플레이트를 위치시키고, 상기 3차원 공간상의 캘리브레이션 플레이트를 ccd 카메라 및 적외선 열영상 카메라를 통해 영상을 획득하고 이를 디지타이징한다.

상기와 같이 획득한 영상은 영상처리부에서 전처리, 2진화, 라벨링 처리된 후, 각각의 라벨에 대해 이미지의 무게중심을 구하면 2차원 센서면에 투영된 좌표를 얻을 수 있다.

상기 투영된 좌표데이타, 캘리브레이션 플레이트의 3차원 실제 공간상의 좌표, 센서의 제원(센서면의 크기, 화소수, 센서 성분(element)의 크기 등의 정보)를이용하여 리지드 바디 트랜스폼(Rigid Body Transform)을 풀면, 관측장치(ccd 카메라 및 적외선 열영상 카메라)의 3 차원 공간상의 위치, 방향등을 얻을 수 있으며, 상기 캘리브레이션 값을 이용하면, 이동로봇의 플랫폼에 탑재되어 원자력 시설의 주요시설 점검 및 이동로봇의 자세추정에 적용할 수 있다.

본 고안은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 고안의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.

이와 같이 본 고안은 하나의 캘리브레이션 플레이트에 발열소자와 고휘도 LED 가 정방향으로 바둑판배열되어 있어, ccd 카메라와 적외선 열영상 카메라를 모두 캘리브레이션 할 수 있으며, 이를 통해 관측장치의 위치 파악이 용이하고, 관측대상의 관측성능을 향상시킬 수 있는 등 많은 효과가 있다.

Claims (4)

1. 다수개의 고휘도 LED가 열과 행을 맞추어 바둑판 배열되고,

   다수개의 발열소자가 열과 행을 맞추어 바둑판 배열되며,

   상기 바둑판 배열된 고휘도 LED의 행과 발열소자의 행은 서로 일치하지 않게 고휘도 LED 열과 발열소자 열이 격번으로 설치된 것을 특징으로 하는 다중 캘리브레이션 플레이트의 구조.
2. 제 1 항에 있어서;

   상기 바둑판 배열된 고휘도 LED 는 3,000 mcd 의 밝기를 구비하는 백색 LED 이며,고휘도 LED 열의 열간격 및 고휘도 LED 행은 행간격은 1/2"∼ 2" 사이의 간격으로 각 열 및 각 행당 5∼10 개의 LED가 설치된 것을 특징으로 하는 다중 캘리브레이션 플레이트의 구조.
3. 제 1 항에 있어서;

   상기 바둑판 배열된 발열소자는 캘리브레이션 플레이트표면과는 5㎜ 이상 떨어져 설치되고,

   발열소자의 열 및 행은 고휘도 LED 열과 열사이의 정중앙에 위치하며, 고휘도 LED 배열간격과 동일하게 1/2"∼2" 간격으로 배치된 것을 특징으로 하는 다중 캘리브레이션 플레이트의 구조.
4. 제 1 항에 있어서;

   상기 고휘도 LED 와 발열소자의 구동회로는 서로 분리되어 설치된 것을 특징으로 하는 다중 캘리브레이션 플레이트의 구조.