KR20140024746A - System and method for measuring deformation structure - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 스트레오 카메라를 일렬 배치하여 대형 구조물의 변위 측정에 관한 것이다.The present invention relates to displacement measurement of a large structure by arranging stereo cameras in a row.
토목 또는 건축 구조물은 교통, 지진, 돌풍 등과 같은 외부 하중에 노출된다. 따라서 토목 또는 건축 구조물의 경우 합리적이고 정확한 설계 시공도 중요하지만, 구조물의 사용성을 최적의 상태로 유지하고 구조물의 수명을 연장시키기 위해서는 적절한 유지관리 업무가 매우 중요하다. 특히 최근에는 고층빌딩과 장대 교량과 같은 거대 구조물이 증가함에 따라 구조물 안전 진단 시스템의 중요성이 더욱 커졌다. 이러한 구조물 안전 진단 시스템은 교량, 건물 등과 같은 구조물의 동적 거동 상황을 측정, 분석 및 진단하여 구조물의 안정성을 향상시킬 수 있다. 구조물 안전 진단 시스템은 구조물 손상 식별 방법, 데이터 획득 및 전송 방법 등과 같은 많은 기술들을 필요로 한다.Civil or architectural structures are exposed to external loads such as traffic, earthquakes, gusts, Therefore, reasonable and precise design construction is also important for civil engineering or building construction, but proper maintenance work is very important to maintain the usability of the structure and to prolong the life of the structure. Recently, the importance of structural safety diagnosis system has increased as the number of large structures such as high-rise buildings and long bridges has increased. Such a structural safety diagnosis system can improve the stability of the structure by measuring, analyzing and diagnosing the dynamic behavior of the structures such as bridges and buildings. The structure safety diagnosis system requires many techniques such as structure damage identification method, data acquisition and transmission method, and the like.
이러한 구조물 안전 진단 시스템은 구조물 변위를 측정하기 위해 경사계, 가속도 센서, 스트레인 게이지, PZT 센서 등을 사용한다. 변위의 측정은 매우 중요함에도 불구하고 구조물의 거대한 크기의 접근의 어려움 때문에 많이 연구되지 않았다. 구조물 변위 측정에 주로 사용된 방법 중 하나는 직선형 가변 차동 변압기(Linear Variable Differential Transformer, LVDT), 하부에 안정적인 기준점(reference point)을 필요로 하는 접촉 형태의 센서를 사용하는 것이다.These structural safety diagnosis systems use inclinometers, acceleration sensors, strain gauges, and PZT sensors to measure structural displacements. Although the measurement of displacement is very important, much research has not been done due to the difficulty of accessing the huge size of the structure. One of the most commonly used methods of structural displacement measurement is the use of contact-type sensors that require a linear variable differential transformer (LVDT) and a stable reference point at the bottom.
그러나 이러한 센서들은 고가의 가격으로 인해 대형 구조물 전체를 모니터링하지 못하고 구조물의 몇몇 지점의 변위만 계측하는 실정이다.However, these sensors do not monitor the entire large structure due to the high price, and only the displacements of the structures are measured.
한편, 대형 구조물의 변위 측정의 정밀도 향상을 위해서 일반적으로 카메라의 초점거리 조절을 통해 영상을 확대하는 방법이 사용된다. 하지만, 촬영거리가 지나치게 커질 경우 카메라 렌즈의 비용이 기하급수적으로 증가함으로써 카메라 초점거리를 통한 정밀도 확보방안은 한계가 있다.On the other hand, in order to improve the precision of measurement of displacement of a large structure, a method of enlarging an image through adjustment of a focal length of a camera is generally used. However, if the shooting distance is excessively large, the cost of the camera lens exponentially increases, so there is a limitation in securing accuracy through the camera focal distance.
특히, 대형 구조물의 경우 적절한 촬영거리 확보에 문제가 많이 발생한다. 예를 들어, 초장대교량의 경우 주경간과 카메라가 위치할 지상의 거리가 수백미터에서 수킬로미터에 이른다.Especially, in the case of a large structure, there are many problems in securing proper shooting distance. For example, in the case of a super-long bridge, the distance between the main mirror and the camera is several hundred meters to several kilometers.
이러한 문제의 해결방안으로 Pqrk et al.(2010)은 카메라의 일렬배치를 통해 초고층빌딩의 변위를 알아보는 방법을 제안했으며, 이들은 모노카메라를 통한 변위계산을 위해 Lee and Shinozoka(2006)의 target geometry와 이동픽셀수를 통해 변위를 알아보는 알고리즘을 사용했다. 이 제안에서는 타겟의 x 방향의 픽셀값과 y 방향의 픽셀값의 변화를 통해 변위를 알아낼 때는 움직임 벡터와 스케일 벡터가 일정하게 유지된다는 가정을 하게 된다. 하지만 이 가정은 많은 오류를 내포하고 있다. 픽셀 이용 범위와 촬영 범위가 커질수록 변위 계산값은 실제 변위와 차이를 나타낸다. 이는 스케일 벡터와 움직임 벡터가 어떤 상황에서도 일정하게 유지되지 않는 다는 것을 나타내며, 이러한 가정을 통해 변위 계산값을 그대로 실제 변위로 간주하는 것은 위험성을 가지고 있고, 이는 변위 측정 시 정확도 확보가 어렵다.In order to solve this problem, Pqrk et al. (2010) proposed a method of detecting the displacement of a skyscraper through linear array of cameras. They used the target geometry of Lee and Shinozoka (2006) And an algorithm for detecting the displacement through the number of moving pixels. In this proposal, it is assumed that the motion vector and the scale vector are kept constant when the displacement is detected through the change of the pixel value in the x direction and the pixel value in the y direction of the target. However, this assumption implies many errors. As the pixel usage range and the shooting range increase, the displacement calculation value shows the difference from the actual displacement. This indicates that the scale vector and the motion vector are not kept constant under any circumstances. It is dangerous to regard the displacement calculation value as an actual displacement as it is through this assumption, and it is difficult to obtain accuracy in displacement measurement.
따라서 본 발명은 스트레오 카메라를 구조물의 소정 지점별로 기설정된 간격으로 일렬 배치하고, 상기 각 카메라별 후면에 변위 측정을 위한 타겟(target)을 설치하여, 특정방향으로 우선하는 인접 카메라의 타겟을 기설정된 주기별 촬영하고, 상기 촬영된 영상의 변화를 통해 카메라별 설치된 지점의 변위 변화량을 측정하고, 상기 각 카메라별 인접 카메라와 상대변위를 이용하여 정밀도와 정확성이 향상된 구조물의 최종변위를 측정하는 기술을 제공하고자 한다.Therefore, in the present invention, the stereo cameras are arranged in line at predetermined intervals for each predetermined point of the structure, and a target for displacement measurement is installed on the rear surface of each camera, so that targets of adjacent cameras that take precedence in a specific direction are preset. Taking a picture of each cycle, and measuring the displacement change of the installed point for each camera through the change of the photographed image, and using the adjacent camera and relative displacement for each camera to measure the final displacement of the structure with improved accuracy and accuracy To provide.
본 발명의 일 견지에 따르면, 구조물 변위 측정 방법에 있어서, 구조물의 소정 지점별 기설정된 간격으로 설치된 각 카메라에서 특정 방향으로 우선하는 인접 카메라의 오브젝트를 기설정된 주기별로 촬영하는 과정과, 상기 각 카메라별 촬영을 통해 획득된 영상의 표정(orientation)을 위한 기준점을 측량하는 과정과, 상기 기준점이 측량된 영상의 내부표정요소 및 상대표정요소를 산출하는 과정과, 상기 측량된 기준점을 통해 절대표정을 수행하고, 상기 산출된 내부표정요소 및 상대표정요소에 기초하여 상기 오브젝트별 3차원 좌표를 산출하여 카메라별 설치된 지점의 변위를 측정하는 과정과, 상기 측정된 변위의 누적오차를 보정하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.According to one aspect of the present invention, in the structure displacement measuring method, the process of photographing the object of the adjacent camera to take precedence in a specific direction from each camera installed at a predetermined interval for each predetermined point of the structure by a predetermined period, each of the cameras A process of surveying a reference point for orientation of an image acquired through star shooting, a process of calculating an internal expression element and a relative expression element of the image at which the reference point is surveyed, and an absolute expression through the measured reference point And calculating a three-dimensional coordinate for each object based on the calculated internal expression element and relative expression element to measure displacement of installed points for each camera, and correcting cumulative error of the measured displacement. It is characterized by.
본 발명의 다른 견지에 따르면, 구조물 변위 측정 시스템에 있어서, 구조물의 소정 지점별 기설정된 간격으로 설치되어 특정 방향으로 우선하는 인접 카메라의 오브젝트를 기설정된 주기별로 촬영하는 다수의 카메라와, 네트워크를 통해 연결된 상기 각 카메라로부터 촬영 영상 정보를 수집하고, 상기 다수의 카메라를 식별하여 해당 카메라로부터 수집된 영상 정보를 매칭하여 관리하고, 카메라별 수집된 영상의 표정(orientation)을 위한 기준점을 측량하여 내부표정요소 및 상대표정요소를 산출하고, 상기 측량된 기준점을 통해 절대표정을 수행하여 상기 오브젝트별 3차원 좌표를 산출하여 카메라별 설치된 지점의 변위를 측정하고, 상기 측정된 카메라별 설치된 지점의 누적 오차를 보정하는 제어서버를 포함함을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, in the structure displacement measurement system, a plurality of cameras that are installed at predetermined intervals for each predetermined point of the structure and photographs objects of adjacent cameras that take precedence in a specific direction at predetermined intervals, and through a network Collecting captured image information from each of the connected cameras, identify the plurality of cameras to match and manage the image information collected from the cameras, and by measuring the reference point for the orientation of the collected image for each camera, the internal expression Calculates an element and a relative expression element, performs absolute expression through the measured reference point, calculates three-dimensional coordinates for each object, measures displacement of installed points for each camera, and calculates a cumulative error of the installed points for each camera. And a control server for calibrating.
본 발명은 고가의 센서를 통한 측정보다 경제적일 뿐만 아니라, 다수의 카메라가 일렬로 배치되어 기설정된 주기별로 선행하는 카메라에 부착된 타겟을 촬영함으로써 카메라의 배치 간격 혹은 촬영 간격을 구조물의 특성에 따라 적응적으로 조절하여 변위 측정의 정확도 및 정밀도가 향상되는 효과가 있다.The present invention is more economical than the measurement using an expensive sensor, and it is also possible to photograph a target attached to a preceding camera in a predetermined cycle by arranging a plurality of cameras in a line, So that the accuracy and precision of the displacement measurement can be improved.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 구조물 변위 측정을 위한 전체 시스템의 개략적인 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 구조물 변위 측정 방법에 관한 전체 흐름도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스트레오 카메라의 평면도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 구조물 변위 측정에서 지점별 정의를 보인 예시도.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 구조물 변위 측정 시스템에서 제어 서버에 관한 상세 블록도.1 is a schematic configuration diagram of an entire system for measuring structure displacement according to an embodiment of the present invention.
2 is an overall flowchart of a structure displacement measuring method according to an embodiment of the present invention.
3 is a plan view of a stereo camera according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is an exemplary view showing a point-by-point definition in the structure displacement measurement according to an embodiment of the present invention.
5 is a detailed block diagram of a control server in a structure displacement measuring system according to an exemplary embodiment of the present invention.
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들이 나타나고 있는데 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들이 본 발명의 범위 내에서 소정의 변형이나 혹은 변경이 이루어질 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It will be appreciated that those skilled in the art will readily observe that certain changes in form and detail may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the appended claims. To those of ordinary skill in the art.
본 발명은 구조물의 변위를 측정하기 위한 것으로, 보다 상세하게는 스트레오 카메라를 구조물의 소정 지점별로 기설정된 간격으로 일렬 배치하고, 상기 각 카메라별 후면에 변위 측정을 위한 타겟(target)을 설치하여, 특정방향으로 우선하는 인접 카메라의 타겟을 기설정된 주기별 촬영하고, 상기 촬영된 영상의 변화를 통해 카메라별 설치된 지점의 변위 변화량을 측정하고, 상기 각 카메라별 인접 카메라와 상대변위를 이용하여 상기 구조물의 최종변위를 측정함으로써 고가의 센서를 통한 측정보다 경제적일 뿐만 아니라, 다수의 카메라가 일렬로 배치되어 기설정된 주기별로 선행하는 카메라에 부착된 타겟을 촬영함으로써 카메라의 배치 간격 혹은 촬영 간격을 구조물의 특성에 따라 적응적으로 조절하여 변위 측정의 정확도 및 정밀도가 향상된 기술을 제공하고자 한다.
The present invention is to measure the displacement of the structure, more specifically, the stereo cameras are arranged in a line at a predetermined interval for each predetermined point of the structure, by installing a target (target) for displacement measurement on the rear of each camera, Shooting targets of adjacent cameras that take precedence in a specific direction for each predetermined period, measuring displacement variation of installed points for each camera through the change of the photographed image, and using the adjacent cameras and relative displacements of the respective cameras. By measuring the final displacement of the camera, it is not only more economical than the measurement by the expensive sensor, but also a plurality of cameras are arranged in a line to photograph the targets attached to the preceding cameras at predetermined intervals. Adaptive adjustment according to characteristics improves the accuracy and accuracy of displacement measurement I want to provide alcohol.
그리고 본 발명이 적용된 변위 측정 기술은 토목 혹은 건축 구조물을 포함하는 대형 구조물의 유지 관리 및 안전 진단 시 모두 적용 가능한 기술이나, 이하 후술되는 본 발명의 상세한 설명에서는 대형 구조물 중 교량의 예를 들어 설명하기로 한다.
The displacement measurement technique to which the present invention is applied is applicable to both maintenance and safety diagnosis of large structures including civil engineering and building structures. In the following description of the present invention, .
우선, 본 발명의 일 실시 예에 따른 구조물 변위 측정 시스템에 관해 도 1을 참조하여 개략적으로 살펴보기로 한다.First, a structure displacement measuring system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 구조물 변위 측정을 위한 전체 시스템의 개략적인 구성도이다.1 is a schematic configuration diagram of an entire system for measuring structure displacement according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명이 적용된 시스템(100)은 교량 구조물(110), 다수의 카메라(0 ~ N-1) 및 제어서버(114)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the
상기 교량 구조물(110)은 적어도 둘이상의 교각별간 사이의 거더(Girder)에 변위 측정을 위한 다수의 카메라가 배치되고, 상기 다수의 카메라(0 ~ N-1)은 고정 프레임에 적어도 둘 이상의 카메라가 고정되어 한 쌍을 이루며, 각 카메라별 후면에 변위 측정을 위한 촬영의 목표물인 타겟이 부착되어, 특정 방향 즉, 왼쪽 혹은 오른쪽으로 후행하는 인접 카메라의 의해 촬영된다.The
또한, 상기 제어서버(114)는 네트워크를 통해 다수의 카메라(0 ~ N-1)와 연동되어 상기 카메라에서 발생하는 이벤트 예컨대, 기설정된 주기별 촬영된 영상 정보 및 카메라의 식별정보를 매칭하여 저장, 관리 및 제어한다.In addition, the
이때, 상기 제어서버(114)는 디지털 방송 단말기, 개인 정보 단말기(PDA, Personal Digital Assistant), 스마트 폰(Smart Phone), 태블릿(Tablet) PC, 아이패드(Ipad), 3G 단말기 예를 들면 IMT-2000(International Mobile Telecommunication 2000)단말기, WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access)단말기, GSM/GPRS(Global System For Mobile Communication Packet Radio Service) 및 UMTS(Universal Mobile Telecommunication Service) 단말기 등과 같은 모든 정보통신기기 및 멀티미디어 기기 등이 포함될 수 있다. 그러나 본 명세서에서 기재된 실시 예에 따른 구성은 데스크탑 컴퓨터 등과 같은 고정 단말기에도 적용될 수도 있음을 본 기술 분야의 당업자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.
The
이하, 본 발명의 일 실시 예에 따른 구조물 변위 측정 방법에 대해 도 2를 참조하여 살펴보기로 한다.Hereinafter, a structure displacement measuring method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 2.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 구조물 변위 측정 방법에 관한 전체 흐름도이다. 도 2를 참조하면, 먼저 210 과정에서는 구조물의 소정 지점별 기설정된 간격으로 설치된 각 카메라에서 특정 방향 예컨대, 왼쪽 혹은 오른쪽으로 우선하는 인접 카메라의 오브젝트를 기설정된 주기별로 촬영한다.2 is an overall flowchart of a structure displacement measurement method according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, in
즉, 각 카메라는 구조물의 소정 지점에 일렬로 배치되어 왼쪽 혹은 오른쪽의 기준된 방향으로 선행하는 카메라 후면의 오브젝트 예컨대, 변위 측정을 위한 타겟을 미리 설정된 주기별로 촬영을 수행하는 것으로, 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명이 적용된 카메라는 프레임(미도시)에 적어도 둘 이상으로 고정되어 한 쌍((1, 2), (3, 4), (5, 6))을 이루고, 상기 오브젝트는 카메라별((1, 2), (3, 4), (5, 6)) 후면에 부착되어 변위측정을 위한 촬영 목표물(30, 31, 32)을 의미한다.That is, each camera is arranged in a line at a predetermined point of the structure to shoot the object of the back of the camera, for example, the target for displacement measurement in a predetermined period of the left or right in the reference direction, as shown in FIG. As described above, the camera to which the present invention is applied is fixed to at least two or more frames in a frame (not shown) to form a pair ((1, 2), (3, 4), (5, 6)), and the object is camera-specific. ((1, 2), (3, 4), (5, 6)) It is attached to the rear surface means the shooting targets (30, 31, 32) for displacement measurement.
212 과정에서는 상기 각 카메라별 촬영을 통해 획득된 영상의 표정(orientation)을 위한 기준점을 측량하고, 214 과정에서 상기 기준점이 측량된 영상의 내부표정(interior orientation)요소 및 상대표정(relative orientation)요소를 산출한다.In step 212, the reference point for the orientation of the image acquired through the camera-specific photographing is surveyed, and in
이때, 상기 내부표정요소 산출은 상기 영상 촬영을 통해 발생하는 왜곡을 보정하고, 상기 촬영된 오브젝트의 좌표를 카메라 투영중심을 원점으로 하느 좌표계로의 변환을 수행하여 획득되는 것으로, 카메라의 초점거리, 오브젝트의 좌표를 입력값으로 내부표정 실시를 통해 카메라 렌즈의 정확한 기준점과 초점거리를 조정할 수 있다.The internal facial expression element calculation is performed by correcting the distortion generated through the image capturing and converting the coordinate of the photographed object into a coordinate system having the camera projection center as an origin. You can adjust the exact reference point and focal length of the camera lens through the internal representation of the object's coordinates as input.
상기 상대표정요소 산출은, 한 쌍의 카메라 사이의 상대적인 경사관계를 설정하여 상기 촬영된 오브젝트에 대하여 중복되는 지역에서 동일지점으로 판단되는 지점에 대한 매칭을 통해 차이를 소거하여 획득되는 것으로, 카메라의 스트레오(stereo) 촬영 시 오른쪽, 왼쪽 카메라의 위치와 좌표관계를 조정할 수 있다.The relative facial expression element calculation is performed by setting a relative inclination relation between a pair of cameras and discarding the difference through matching with a point determined as the same point in an overlapping area with respect to the photographed object. You can adjust the position of the right and left camera and the coordinate relation when shooting stereo.
상기 상대표정요소 산출을 위해서는 촬영되는 오브젝트에 적어도 다섯 이상의 기준점을 필요로 한다.In order to calculate the relative expression element, at least five reference points are required for the object to be photographed.
계속해서, 216 과정에서는 212 과정에서 측량된 기준점을 통해 절대표정(absolut orientation)을 수행한다.In
여기서, 상기 절대표정은 214 과정에서 산출된 내부표정요소 및 상대표정요소에 기초하여 획득된 3차원 상대좌표를 통해 산출된 변위를 실제변위로 변환하는 것으로, 상대좌표를 통해 구한 변위는 실제 변위가 아닌 상대좌표 상에서 변위이기 때문에 실제로 변환하는 과정의 필요로 인해 촬영된 영상에서 경사와 축적을 바로잡아 수행된다.Here, the absolute expression is to convert the displacement calculated through the three-dimensional relative coordinates obtained on the basis of the internal and relative expression elements calculated in
이후, 218 과정에서는 상기 산출된 내부표정요소 및 상대표정요소에 기초하여 상기 오브젝트별 3차원 좌표를 산출하고, 220 과정에서는 카메라별 설치된 지점의 변위를 측정하는 것으로, 이러한 변위 측정은 상기 기설정된 주기별 획득된 영상을 통해 해당 카메라가 설치된 지점의 변위 변화량을 인식하고, 상기 특정 방향으로 우선하는 인접 카메라와 상대변위를 통해 상기 구조물의 최종 변위를 인식하여 수행된다.Thereafter, in
222 과정에서는 상기 측정된 변위의 누적오차를 보정한다. In step 222, the cumulative error of the measured displacement is corrected.
이때, 상기 누적오차 보정은, 최소제곱법을 사용하여 누적오차를 상쇄하기 위한 오브젝트 n-1에 대한 오브젝트 n의 측정된 상대변위와 오브젝트 n-1에 대한 오브젝트 n 변위의 최종확정값의 최소화를 위하여 하기의 수학식 4를 수행하여 실시된다.In this case, the cumulative error correction may be performed by minimizing the measured relative displacement of the object n with respect to the object n-1 and the final determination value of the object n displacement with respect to the object n-1 by using the least square method. In order to perform the following equation (4).
상기 수학식 4의 기재함에 앞서, 본 발명이 적용된 시스템에서 카메라 일렬배치를 통한 변위측정의 경우 상대변위 측정을 통해 최종 변위량이 나타나므로 누적오차가 발생할 수 있으며, 상기 누적오차로 인해 0으로 변위를 가정했던 지점의 최종변위가 0이 아닐 수도 있으므로 누적오차를 상쇄시키기 위해 최소제곱법을 사용할 수 있으며, 상기 최소제곱법은 실제로 관측된 값과 이론적으로 가정된 기댓값의 편차를 최소로하여 발생한 오차를 보정하는 것이다.Prior to the description of
이러한 누적오차보정의 원리는 하기와 같다.The principle of such cumulative error correction is as follows.
라고 정의하고, n = 1, 2, 3, ...,N이라 가정한다.Suppose that n = 1, 2, 3, ..., N.
첫 번째 지점(Target 0)의 변위를 0으로 가정한다면, 도 4에 도시된 바와 같이 각 지점의 변위를 정의할 수 있다.If the displacement of the
또한, 하기의 수학식 2와 같이 변위를 나타낼 수 있다.In addition, the displacement may be expressed as in
여기서, 만약 가 된다.Where .
상대변위 측정의 오차가 존재하기 때문에 최종확정값은 측정값에 잔차를 더한 값이다.Since there is an error in the relative displacement measurement, the final decision value is the measurement value plus the residual.
그러므로 하기의 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.Therefore, it can be expressed as
그리고, 앞서 언급한 최초제곱법으로 오차를 보정하기 위해서 의 차가 최소가 되어야하기 때문에 하기의 수학식 4와 같이 수행할 수 있다.And, to correct the error by the first-square method mentioned above Since the difference must be minimum, it can be performed as in
또한, 이기 때문에 S를 하기의 수학식 5와 같이 표현할 수 있다.Also, Therefore, S can be expressed as shown in Equation 5 below.
누적오차를 최소화하기 위해 S는 최소값이어야 한다.In order to minimize the cumulative error, S should be the minimum value.
따라서 하기의 수학식 6과 같다.Therefore,
그러므로 실제상대변위는 하기의 수학식 7과 같다.Therefore, the actual relative displacement is as shown in Equation 7 below.
상기 수학식 7을 일반화시키면 하기의 수학식 8과 같다.Generalizing Equation 7 is as follows.
이상에서는 본 발명의 일 실시 예에 따른 구조물 변위 측정 방법에 대해서 살펴보았다.In the above, the structure displacement measuring method according to an exemplary embodiment of the present invention has been described.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 구조물 변위 측정 시스템에서 제어 서버에 관한 구성을 도 5를 참조하여 살펴보기로 한다.Hereinafter, a configuration of a control server in a structure displacement measuring system according to an exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 5.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 구조물 변위 측정 시스템에서 제어 서버에 관한 상세 블록도이다.5 is a detailed block diagram of a control server in a structure displacement measuring system according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 본 발명이 적용된 제어 서버(500)은 영상 수집부(510), 저장부(512) 및 제어부(514)를 포함한다.Referring to FIG. 5, the
상기 제어부(514)의 제어 하에 상기 영상 수집부(510)은 구조물의 소정 지점별 기설정된 간격으로 설치되어 특정방향으로 우선하는 인접 카메라의 오브젝트를 기설정된 주기별로 촬영하는 다수의 카메라(51, 52, 53)로부터 영상을 수집한다.Under the control of the
상기 저장부(512)는 제어부(514)의 제어 하에 영상 수집부(510)로부터 출력된 다수의 영상을 해당 카메라별로 식별하여 수집된 영상 정보를 매칭하여 관리 저장한다.The
상기 제어부(514)는 기준점 측량부(516), 산출부(518), 변위 측정부(524) 및 누적오차 보정부(526)를 포함하는 것으로, 기준점 측량부(516)을 통해 카메라별 수집된 영상의 표정(orientation)을 위한 기준점을 측량하여 출력하고, 산출부(518)의 내부표정(520) 및 상대표정(522)을 통해 내부표정요소 및 상대표정요소를 산출한 후, 상기 측량된 기준점을 이용하여 절대표정(523)을 통해 절대표정을 수행한 후 상기 변위 측정부(524)로 출력한다.The
이때, 상기 내부표정요소 산출은 상기 영상 촬영을 통해 발생하는 왜곡을 보정하고, 상기 촬영된 오브젝트의 좌표를 카메라 투영중심을 원점으로 하는 좌표계로의 변환을 수행하여 획득되고, 상기 상대표정요소 산출은 한 쌍의 카메라 사이의 상대적인 경사관계를 설정하여 상기 촬영된 오브젝트에 대하여 중복되는 지역에서 동일지점으로 판단되는 지점에 대한 매칭을 통해 차이를 소거하여 획득된다.In this case, the internal facial expression element calculation is obtained by correcting the distortion generated through the image capturing and converting the coordinate of the photographed object into a coordinate system having the camera projection center as the origin, A relative inclination relation between a pair of cameras is set so as to obtain differences by eliminating the difference through matching with respect to a point judged to be the same point in an overlapping area with respect to the photographed object.
또한, 상기 절대표정은, 산출된 내부표정요소 및 상대표정요소에 기초하여 획득된 3차원 상대좌표를 통해 산출된 변위를 실제변위로 변환하여 획득된다.Further, the absolute facial expression is obtained by transforming the displacement calculated through the three-dimensional relative coordinate obtained based on the calculated inner facial element and the relative facial expression element into the actual displacement.
상기 변위 측정부(524)는 오브젝트별 3차원 좌표를 산출하여 카메라별 설치된 지점의 변위를 측정하고, 상기 누적오차 보정부(526)에서 이를 보정한다.
The
상기와 같이 본 발명에 따른 구조물 변위 측정 시스템 및 방법에 관한 동작이 이루어질 수 있으며, 한편 상기한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나 여러 가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 청구범위와 청구범위의 균등한 것에 의하여 정하여져야 할 것이다.As described above, the operation of the structure displacement measuring system and method according to the present invention can be made. Meanwhile, in the above description of the present invention, specific embodiments have been described, but various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. have. Accordingly, the scope of the present invention should not be limited by the illustrated embodiments, but should be determined by equivalents of the claims and the claims.
510: 영상수집부 512: 저장부
514: 제어부 516: 기준점측량부
518: 산출부 512: 변위측정부510: image collecting unit 512: storage unit
514: control unit 516: reference point surveying unit
518: calculation unit 512: displacement measuring unit
Claims (12)
구조물의 소정 지점별 기설정된 간격으로 설치된 각 카메라에서 특정 방향으로 우선하는 인접 카메라의 오브젝트를 기설정된 주기별로 촬영하는 과정과,
상기 각 카메라별 촬영을 통해 획득된 영상의 표정(orientation)을 위한 기준점을 측량하는 과정과,
상기 기준점이 측량된 영상의 내부표정요소 및 상대표정요소를 산출하는 과정과,
상기 측량된 기준점을 통해 절대표정을 수행하고, 상기 산출된 내부표정요소 및 상대표정요소에 기초하여 상기 오브젝트별 3차원 좌표를 산출하여 카메라별 설치된 지점의 변위를 측정하는 과정과,
상기 측정된 변위의 누적오차를 보정하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 구조물 변위 측정 방법.In the structure displacement measuring method,
Photographing objects of adjacent cameras that take precedence in a specific direction in each camera installed at predetermined intervals for each predetermined point of the structure at predetermined intervals;
Surveying a reference point for orientation of an image obtained by photographing each camera;
Calculating an internal expression element and a relative expression element of the image at which the reference point is measured;
Performing absolute expression through the measured reference point, calculating three-dimensional coordinates for each object based on the calculated internal expression element and relative expression element, and measuring displacement of installed points for each camera;
The structure displacement measuring method comprising the step of correcting the cumulative error of the measured displacement.
상기 영상 촬영을 통해 발생하는 왜곡을 보정하고, 상기 촬영된 오브젝트의 좌표를 카메라 투영중심을 원점으로 하는 좌표계로의 변환을 수행함을 특징으로 하는 구조물 변위 측정 방법.The method according to claim 1,
And correcting the distortion generated by the image capturing, and converting the coordinates of the photographed object into a coordinate system having the camera projection center as the origin.
한 쌍의 카메라 사이의 상대적인 경사관계를 설정하여 상기 촬영된 오브젝트에 대하여 중복되는 지역에서 동일지점으로 판단되는 지점에 대한 매칭을 통해 차이를 소거하여 수행됨을 특징으로 하는 구조물 변위 측정 방법.2. The method according to claim 1,
And setting a relative inclination relationship between a pair of cameras and canceling the difference by matching a point determined to be the same point in a region overlapping the photographed object.
상기 산출된 내부표정요소 및 상대표정요소에 기초하여 획득된 3차원 상대좌표를 통해 산출된 변위를 실제변위로 변환함을 특징으로 하는 구조물 변위 측정 방법.2. The method according to claim 1,
And a displacement calculated through the three-dimensional relative coordinates obtained based on the calculated internal and relative expression elements.
최소제곱법을 사용하여 누적오차를 상쇄하기 위한 오브젝트 n-1에 대한 오브젝트 n의 측정된 상대변위와 오브젝트 n-1에 대한 오브젝트 n 변위의 최종확정값의 최소화를 위하여 하기의 수학식을 수행함을 특징으로 하는 구조물 변위 측정 방법.
The method of claim 1, wherein the correcting of the cumulative error comprises:
In order to minimize the measured relative displacement of object n with respect to object n-1 and the final determinant of object n displacement with respect to object n-1, using the least square method, the following equation is performed. Characterized in the structure displacement measurement method.
상기 카메라는 프레임에 적어도 둘 이상의 카메라가 고정되어 한 쌍을 이루고, 상기 오브젝트는 카메라별 후면에 부착되어 변위측정을 위한 촬영 목표물임을 특징으로 하는 구조물 변위 측정 방법.The method of claim 1,
The camera is a structure displacement measuring method, characterized in that at least two or more cameras are fixed to the frame to form a pair, the object is attached to the rear of each camera is a shooting target for displacement measurement.
상기 기설정된 주기별 획득된 영상을 통해 해당 카메라가 설치된 지점의 변위 변화량을 인식하는 과정과,
상기 특정 방향으로 우선하는 인접 카메라와 상대변위를 통해 상기 구조물의 최종 변위를 인식하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 구조물 변위 측정 방법.The method of claim 1, wherein the step of measuring the displacement comprises:
Recognizing a displacement change amount at a point where the camera is installed through the image obtained by the predetermined period;
And recognizing a final displacement of the structure through a relative displacement with a neighboring camera preferentially in the specific direction.
구조물의 소정 지점별 기설정된 간격으로 설치되어 특정 방향으로 우선하는 인접 카메라의 오브젝트를 기설정된 주기별로 촬영하는 다수의 카메라와,
네트워크를 통해 연결된 상기 각 카메라로부터 촬영 영상 정보를 수집하고, 상기 다수의 카메라를 식별하여 해당 카메라로부터 수집된 영상 정보를 매칭하여 관리하고, 카메라별 수집된 영상의 표정(orientation)을 위한 기준점을 측량하여 내부표정요소 및 상대표정요소를 산출하고, 상기 측량된 기준점을 통해 절대표정을 수행하여 상기 오브젝트별 3차원 좌표를 산출하여 카메라별 설치된 지점의 변위를 측정하고, 상기 측정된 카메라별 설치된 지점의 누적 오차를 보정하는 제어서버를 포함함을 특징으로 하는 구조물 변위 측정 시스템.A system for measuring displacement displacement,
A plurality of cameras installed at predetermined intervals for each predetermined point of the structure and photographing objects of adjacent cameras that take precedence in a specific direction at predetermined intervals;
Collecting photographing image information from each camera connected through a network, identifying the plurality of cameras, matching and managing image information collected from the corresponding cameras, and surveying reference points for orientation of the collected images for each camera. Calculate an internal expression element and a relative expression element, perform absolute expression through the measured reference point, calculate three-dimensional coordinates for each object, measure displacement of installed points for each camera, and measure Structure displacement measuring system comprising a control server for correcting the cumulative error.
상기 누적 오차 보정 시 최소제곱법을 사용하여 누적오차를 상쇄시키기 위한 오브젝트 n-1에 대한 오브젝트 n의 측정된 상대변위와 오브젝트 n-1에 대한 오브젝트 n 변위의 최종확정값의 최소화를 위하여 하기의 수학식을 수행함을 특징으로 하는 구조물 변위 측정 시스템.
9. The control server according to claim 8,
In order to minimize the final relative value of the measured relative displacement of the object n with respect to the object n-1 and the object n displacement with respect to the object n-1 to cancel the cumulative error using the least square method in correcting the cumulative error, Structure displacement measuring system, characterized in that to perform the equation.
상기 영상 촬영을 통해 발생하는 왜곡을 보정하고, 상기 촬영된 오브젝트의 좌표를 카메라 투영중심을 원점으로 하는 좌표계로의 변환을 수행함을 특징으로 하는 구조물 변위 측정 시스템.9. The method according to claim 8,
And correcting the distortion generated by the image capturing and converting the coordinates of the photographed object into a coordinate system having the camera projection center as the origin.
한 쌍의 카메라 사이의 상대적인 경사관계를 설정하여 상기 촬영된 오브젝트에 대하여 중복되는 지역에서 동일지점으로 판단되는 지점에 대한 매칭을 통해 차이를 소거하여 수행됨을 특징으로 하는 구조물 변위 측정 시스템.The method of claim 8, wherein the relative expression factor calculation,
And setting a relative inclination relationship between a pair of cameras to cancel the difference by matching a point determined to be the same point in a region overlapping the photographed object.
상기 산출된 내부표정요소 및 상대표정요소에 기초하여 획득된 3차원 상대좌표를 통해 산출된 변위를 실제변위로 변환하여 획득됨을 특징으로 하는 구조물 변위 측정 시스템.The method of claim 8, wherein the absolute expression,
Structure displacement measurement system, characterized in that obtained by converting the displacement calculated through the three-dimensional relative coordinates obtained on the basis of the calculated internal expression element and relative expression element to the actual displacement.
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