KR20160002458A - 카메라 이미지를 이용한 진동변위 측정 시 측정대상체에 대한 영상취득방법 및 그 영상촬영보조장치 - Google Patents

카메라 이미지를 이용한 진동변위 측정 시 측정대상체에 대한 영상취득방법 및 그 영상촬영보조장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 카메라 이미지를 이용한 진동변위 측정 시 측정대상체에 대한 영상취득방법 및 영상촬영보조장치에 관한 것으로, 그 목적은 영상취득단계 시에 동일한 해상도를 갖는 카메라를 사용하여 촬영하더라도 이미지를 형성하는 픽셀의 크기를 최대한 작게하여 측정해상도를 현저히 향상시킬 수 있도록 하는 것이며, 그 구성은 측정대상체의 진동변위 방향으로 카메라를 이동시키며 연속모드로 영상을 촬영하는 영상촬영단계와; 연속모드로 촬영된 각각의 영상들을 하나의 영상으로 합성하는 영상합성단계와; 상기 영상합성단계를 통해 합성된 이미지에 의거 측정대상체의 직경 및 픽셀의 크기를 결정하는 측정대상물의 직경 및 픽셀크기 결정단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.
이 발명을 지원한 국가연구개발사업
과제고유번호 20131020102420
지원부처명 : 산업통상자원부
연구사업명 : 에너지기술개발
연구과제명 : 카메라를 이용한 실시간 누설/진동 감시시스템 개발
총연구기간 2013.12.01 2016.09.30
주관기관 : 세안기술(주)

Description

카메라 이미지를 이용한 진동변위 측정 시 측정대상체에 대한 영상취득방법 및 그 영상촬영보조장치{An image acquisition method for the measurement object when measuring the vibration displacement using camera image and image photographing assist device therefore}
본 발명은 카메라 이미지를 이용한 진동변위 측정 시 측정대상체에 대한 영상취득방법 및 그 영상촬영보조장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 카메라 이미지를 이용한 진동변위측정을 실시하기 위해 이미지을 취득할 때 동일한 해상도를 갖는 카메라를 사용하여 촬영하더라도 이미지를 형성하는 픽셀의 크기를 최대한 작게하는 것, 다시 말하면, 측정해상도를 현저히 향상시킬 수 있도록 한 카메라 이미지를 이용한 진동변위 측정 시 측정대상체에 대한 영상취득방법 및 그 영상촬영보조장치에 관한 것이다.
일반적으로, 건물, 교량, 터널, 배관 등과 같이 진동이 발생되는 구조물에 대한 진동을 측정하기 위해서는 가속도계, 레이저 측정기나 변위센서 등이 많이 사용되고 있는데, 가속도계, 레이저 측정기, 변위센서 등을 측정대상 구조물에 설치하고, 설치된 장치를 통해 구조물의 진동을 측정함으로써, 구조물의 이상 유무를 확인하고 있다.
그러나, 화력발전소나 원자력 발전소 등과 같이 고온 및 방사선 구역에서는 일반적인 건물의 구조물과는 달리, 고열로 인한 접근불가 및 피폭의 우려로 인해 가속도계, 레이저 측정기 및 변위센서 등의 장치를 구조물에 설치하는 것이 매우 곤란하다는 문제점이 있었다.
본 출원인은 상기와 같은 종래의 문제점을 극복하기 위해 다양한 노력 및 시도를 하였으며, 그 결과로써, 대한민국 특허청에 2013년 3월 20일자에 특허출원되고, 2013년 7월 3일자에 등록특허 제10-1284034호로 특허등록된 "카메라 영상을 이용한 미세진동 측정방법" 및 2013년 6월 25일자에 특허출원되어 특허출원 제10-2014-78067호로 출원번호가 부여된 "카메라 이미지를 이용한 진동변위 측정방법"(이하, '선등록들'이라 칭함)을 개발하였습니다.
이러한, 선등록들은 센서 등을 구조물에 직접 부착하지 않고서도 원거리에서 구조물의 미세진동을 정확하고 신속하게 측정하여 구조물의 이상 유무를 파악할 수 있음은 물론 센서 등으로는 측정이 불가능한 거대 크기를 갖는 구조물에 대한 진동변위도 간단하게 측정할 수 있는 장점이 있다.
또한, 선등록들과 같이 카메라를 이용하여 진동변위를 측정하는 경우에는 이미지를 구성하는 단위인 픽셀의 크기가 측정해상도 및 측정오차에 가장 큰 영향을 준다. 즉, 카메라에 의해 촬영되어 취득된 영상의 픽셀 크기를 작게 할수록(다시 말하면, 이미지의 단위면적당 픽셀의 수가 많을 수 록(픽셀의 밀도가 높을 수록)측정해상도는 향상되고, 이에 따라 측정오차는 작아진다.
그러나, 상기와 같은 선등록들의 영상취득방법은 도 1에서 보여지는 바와 같이, 측정대상체(피사체)의 전체를 하나의 이미지로 촬영하여 취득한 영상에 의거하여 측정대상물(피사체)의 직경 및 이미지를 이루는 픽셀의 크기를 결정하고 있기 때문에, 그 측정오차를 작게 하기 위해서는 끝임 없이 보다 향상된 고해상도의 카메라가 요구됨으로 해상도가 향상된 카메라가 지속적으로 생산되지 않는다면 카메라에 의해 촬영된 이미지를 이용한 진동변위 측정의 정밀도를 개선할 수 없을 뿐만 아니라 그러한 카메라가 지속적으로 개발되어 생산된다고 하더라도 고가의 카메라를 구입해야 한다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 선등록들의 문제점을 고려하여 안출한 것으로서, 그 목적은 영상취득단계 시에 동일한 해상도를 갖는 카메라를 사용하여 촬영하더라도 이미지를 형성하는 픽셀의 크기를 최대한 작게하여 측정해상도를 현저히 향상시킬 수 있는 카메라 이미지를 이용한 진동변위 측정 시 측정대상체에 대한 영상취득방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 카메라 이미지를 이용한 진동변위 측정 시 측정대상체에 대한 영상취득방법에 의해 측정대상체에 대한 카메라쵤영을 실시할 때, 카메라쵤영을 정확하고 용이하게 실시할 수 있는 카메라 이미지를 이용한 진동변위 측정 시 측정대상체에 대한 영상취득방법의 영상촬영보조장치를 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 목적은 카메라 이미지를 이용한 진동변위 측정 시 측정대상체에 대한 영상취득방법에 있어서, 상기 영상취득방법은 측정대상체의 진동변위 방향으로 카메라를 이동시키며 연속모드로 영상을 촬영하는 영상촬영단계와; 연속모드로 촬영된 각각의 영상들을 하나의 영상으로 합성하는 영상합성단계와; 상기 영상합성단계를 통해 합성된 이미지에 의거 측정대상체의 직경 및 픽셀의 크기를 결정하는 측정대상물의 직경 및 픽셀크기 결정단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 카메라 이미지를 이용한 진동변위 측정 시 측정대상체에 대한 영상취득방법에 의해 달성될 수 있는 것이다.
또한, 상기 본 발명의 다른 목적은 양단부가 상방으로 직각되게 절곡형성되고, 하측부의 하면 중앙부 및 일측부의 외측면 중간부에 각각 오목하게 형성되는 카메라 삼각대 결합공과, 양측부 양단부측에 상호 대응되게 각각 대향되게 관통형성되는 축조립공과, 일측부 외측면에 착탈가능하게 장착되는 작동실케이스를 갖고, 카메라 삼각대의 고정부에 착탈가능하게 고정되는 주지지대와; 사각틀 형상으로서, 상하면의 양단부측에 외향으로 돌출형성되고, 길이방향으로 따라 각각 동축상에 관통형성되는 스크류공를 각각 갖는 스크류축작동돌부와, 양측면 중앙부에 각각 관통형성되는 볼트공과, 카메라를 착탈가능하게 파지하기 위한 판재로써, 상기 볼트공에 각각 나사결합되는 볼트의 끝단부에 각각 회전가능하게 장착되는 카메라 고정판재를 구비하고, 상기 주지지대의 양측부 내측에 장착되어 카메라를 파지하고, 상기 주지지대의 양측부 내측공간을 따라 왕복 작동하는 카메라이송트레이와; 외주면을 따라 스크류가 형성된 스크류축으로써, 일단부에 각각 직선 베벨기어을 일체로 갖고, 상기 주지지대의 축조립공 및 상기 카메라이송트레이의 스크류축 작동돌부)의 스크류공에 회전가능하게 조립되는 2개의 이송스크류축과; 축으로써, 양단부에 상기 각각의 이송스크류축의 직선 베벨기어와 각기 직각으로 치합되는 직선베벨기어와, 중간부에 일체로 형성되는 웜휠을 일체로 갖고, 상기 주지지대의 일측부 외측면에 회전가능하게 장착되는 구동축과; 회전축에 상기 구동축의 웜휠과 치합되는 웜을 갖는 구동모터와; 상기 구동부터와 전기적으로 연결되어 작업자의 조정에 따라 구동수단을 정역회전시키는 제어유닛으로 구성되는 것을 특징으로 하는 카메라 이미지를 이용한 진동변위 측정 시 측정대상체에 대한 영상취득방법의 영상촬영보조장치에 의해 달성될 수 있는 것이다.
본 발명에 따른 카메라 이미지를 이용한 진동변위 측정 시 측정대상체에 대한 영상취득방법 및 그 영상촬영보조장치는 영상취득을 위해 동일한 해상도를 갖는 카메라를 사용하여 측정대상체(피사체)를 촬영하더라도 측정해상도를 고도로 향상시켜 진동변위 측정이미지의 픽셀 크기를 최소화시킴으로서, 고가의 고해상도 카메라 또는 카메라 해상도의 개선 없이도 진동변위에 대한 측정오차를 크게 최소화시킬 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 선등록의 영상취득방법에 의해 취득된 취득영상이고,
도 2는 본 발명에 따른 카메라 이미지를 이용한 진동변위 측정 시 측정대상체에 대한 영상취득방법을 예시하는 블록도이고,
도 3은 본 발명에 따른 카메라 이미지를 이용한 진동변위 측정 시 측정대상체에 대한 영상취득방법에 의해 측정대상체(피사체)를 촬영하는 방식을 개략적으로 설명하는 설명도이고,
도 4는 본 발명에 따른 카메라 이미지를 이용한 진동변위 측정 시 측정대상체에 대한 영상취득방법의 영상촬영보조장치를 도시한 사시도이고,
도 5는 도 4의 A-A선을 따라 단면하여 도시한 부분 단면도이고,
도 6은 도 4에 도시된 본 발명에 따른 카메라 이미지를 이용한 진동변위 측정 시 측정대상체에 대한 영상취득방법의 그 영상촬영보조장치 중 주지지대의 하면을 도시한 부분확대 저면도이고,
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 카메라 이미지를 이용한 진동변위 측정 시 측정대상체에 대한 영상취득방법의 영상촬영보조장치를 카메라 삼각대상에 장착된 상태를 예시한 설치상태도이며,
도 9는 본 발명에 따른 카메라 이미지를 이용한 진동변위 측정 시 측정대상체에 대한 영상취득방법에 의해 취득된 취득영상이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 카메라 이미지를 이용한 진동변위 측정 시 측정대상체에 대한 영상취득방법 및 그 영상촬영보조장치에 대한 바람직한 실시 예를 구체적으로 설명한다.
도 2를 참조하면, 본 발명은 영상취득단계(S100)와, 관심영역발취단계(S200)와, 대표값산출단계(S300)와, 실제값환산단계(S400)로 구성된 선등록에서의 카메라 이미지를 이용한 진동변위 측정방법 중에서 영상취득단계(S100)에 관한 것이다.
본 발명에 따른 카메라 이미지를 이용한 진동변위 측정 시 측정대상체에 대한 영상취득방법(S100)은 영상촬영단계(S110)와, 영상합성단계(S120)와, 측정대상체의 직경 및 픽셀 크기 결정단계(S130)로 구성된다.
상기 영상촬영단계(S110)는 도 3에서 보여지는 바와 같이, 측정대상체(피사체)(70)의 진동변위 방향으로 카메라(100)를 이동시키며 연속모드로 영상을 촬영한다. 이때 연속모드 촬영 시, 측정대상체(피사체)(70)와 카메라(100)의 렌즈 사이의 간격이 일정하게 유지되어야 하며, 연속모드에서 줌인(zoom-in) 촬영 일 경우, 측정대상체(피사체제)(70)와 카메라(100)의 렌즈 사이의 간격 및 배율을 일정하게 유지시킨다.
상기 영상합성단계(S120)는 연속모드로 촬영된 각각의 영상들을 하나의 영상으로 합성한다. 즉, 도 9에서 알 수 있듯이, 연속촬영된 각각의 이미지를 촬영된 순서에 따라 순차적으로 배치하고, 겹쳐지는 부분들의 상호 무늬를 일치시켜 하나의 이미지로 합성하는 방식의 모자이크 기법(Moisaic technique)으로 이미지를 합성하는 것이다.
상기 측정대상물의 직경 및 픽셀크기 결정단계(S130)는 상기 영상합성단계(S120)를 통해 합성된 이미지에 의거 측정대상체(70)의 직경 및 픽셀의 크기를 결정한다.
픽셀의 크기(Psize)는 하기 식,
Figure pat00001
에 의해 결정된다.
예제로써,
도 1의 선등록들의 방법에 의해 취득된 취득영상에 의거 측정대상체의 지름(Dreal) 및 취득영상에서 측정대상물을 표시하는 픽셀의 개수(Dpixel)를 산출하였을 때, 측정대상체의 지름(Dreal)이 10mm 이고, 픽셀의 개수(Dpixel)가 200 개라면, 픽셀의 크기는 0.05 이다.
도 9의 본 발명에 따른 영상취득방법에 따라 촬영된 취득영상에 의거 측정대상체의 지름(Dreal) 및 취득영상에서 측정대상물을 표시하는 픽셀의 개수(Dpixel)를 산출하였을 때, 측정대상체의 지름(Dreal)이 10mm 이고, 픽셀의 개수(Dpixel)가 800 개라면, 픽셀의 크기는 0.00125 이다.
즉, 본 발명의 영상취득방법에 따라 취득한 취득영상(도 9)에 의거 결정된 픽셀의 크기는 선등록들의 영상취득방법에 따라 취득한 취득영상(도 1)에 의거 결정된 픽셀의 크기 보다 1/40 크기만큼 작다.
또한, 대표값을 산출하기 위한 관심영역발취단계(S200), 대표값산출단계(S300)와 같은 일련의 산출과정에서는 도 9에서 보여지는 취득영상 중 빨간색 박스내의 영상을 사용한다.
따라서, 본 발명의 영상취득방법에 따라 취득된 취득영상에 의거 산출된 측정대상체(70)의 직경 및 픽셀의 개수에 따라 결정된 픽셀 크기는 선등록들의 것에 비교하여 수십 배 향상된 측정 해상도를 얻을 수 있으며, 이에 따라 측정오차도 최소화시킬 수 있는 것이다.
도 4 내지 도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 카메라 이미지를 이용한 진동변위 측정 시 측정대상체에 대한 영상취득방법의 영상촬영보조장치(10)는 본 발명에 따른 영상취득방법에 따라 카메라 촬영을 실시할 때 촬영을 정확하고 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위한 것으로서, 주지지대(20)와, 카메라이송트레이(30)와, 2개의 이송스크류축(40)(41)과, 구동축(42)과, 구동모터(43)와, 제어유닛(44)으로 구성된다.
상기 주지지대(20)는 양단부가 상방으로 직각되게 절곡형성되고, 하측부의 하면 중앙부 및 일측부의 외측면 중간부에 각각 오목하게 형성되는 카메라 삼각대 결합공(23)(24)과, 양측부 양단부측에 상호 대응되게 각각 대향되게 관통형성되는 축조립공(21a)22a)(21b)(22b)과, 일측부 외측면에 착탈가능하게 장착되는 작동실케이스(25)를 갖고, 카메라 삼각대(200)의 고정부에 착탈가능하게 고정된다.
상기 카메라이송트레이(30)는 사각틀 형상으로서, 상하면의 양단부측에 외향으로 돌출형성되고, 길이방향으로 따라 각각 동축상에 관통형성되는 스크류공(32a)(33a)를 각각 갖는 스크류축작동돌부(32)(33)와, 양측면 중앙부에 각각 관통형성되는 볼트공(31)과, 카메라(100)를 착탈가능하게 파지하기 위한 판재로써, 상기 볼트공(31)에 각각 나사결합되는 볼트(34a)의 끝단부에 각각 회전가능하게 장착되는 카메라 고정판재(34)를 구비하고, 상기 주지지대(20)의 양측부 내측에 장착되어 카메라(100)를 파지하고, 상기 주지지대(20)의 양측부 내측공간을 따라 왕복작동한다.
상기 2개의 이송스크류축(40)(41)는 외주면을 따라 스크류가 형성된 스크류축으로써, 일단부에 각각 직선 베벨기어(40a)(41a)을 일체로 갖고, 상기 주지지대(20)의 축조립공(21a)22a)(21b)(22b) 및 상기 카메라이송트레이(30)의 스크류축작동돌부(32)(33)의 스크류공(32a)(33a)에 회전가능하게 조립된다.
상기 구동축(42)은 축으로써, 양단부에 상기 각각의 이송스크류축(40)(41)의 직선 베벨기어(40a)(41a)와 각기 직각으로 치합되는 직선베벨기어(42a)와, 중간부에 일체로 형성되는 웜휠(42b)을 일체로 갖고, 상기 주지지대(20)의 일측부 외측면에 회전가능하게 장착된다.
상기 구동모터(43)는 회전축에 상기 구동축(42)의 웜휠(42b)과 치합되는 웜(43)을 갖는다.
상기 제어유닛(44)은 상기 구동부터(43)와 전기적으로 연결되어 작업자의 조정에 따라 구동수단(43)을 정역회전시킨다.
10: 영상촬영보조장치 20: 주지지대
30: 카메라이송트레이 40, 41: 이송스크류축
43: 구동모터 44: 제어유닛
70: 측정대상체(피사체) 100: 카메라
200: 카메라 삼각대

Claims (4)

  1. 카메라 이미지를 이용한 진동변위 측정 시 측정대상체에 대한 영상취득방법에 있어서,
    상기 영상취득방법(S100)은,
    측정대상체(70)의 진동변위 방향으로 카메라(100)를 이동시키며 연속모드로 영상을 촬영하는 영상촬영단계(S110)와;
    연속모드로 촬영된 각각의 영상들을 하나의 영상으로 합성하는 영상합성단계(S120)와;
    상기 영상합성단계(S120)를 통해 합성된 이미지에 의거 측정대상체(피사체)(70)의 직경 및 픽셀의 크기를 결정하는 측정대상체의 직경 및 픽셀크기 결정단계(S130)로 구성되는 것을 특징으로 하는 카메라 이미지를 이용한 진동변위 측정 시 측정대상체에 대한 영상취득방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 영상촬영단계(S110)는,
    연속모드 촬영 시, 측정대상제(피사체)(70)와 카메라(100)의 렌즈 사이의 간격이 일정하게 유지되어야 하며;
    연속모드에서 줌인(zoom-in) 촬영 일 경우, 측정대상제(피사체)(70)와 카메라(100)의 렌즈 사이의 간격 및 배율을 일정하게 유지시키는 것을 특징으로 하는 카메라 이미지를 이용한 진동변위 측정 시 측정대상체에 대한 영상취득방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 영상합성단계(S120)는,
    연속촬영된 각각의 이미지를 촬영된 순서에 따라 순차적으로 배치하고, 겹쳐지는 부분들의 상호 무늬를 일치시켜 하나의 이미지로 합성하는 방식의 모자이크 기법(Moisaic technique)으로 이미지를 합성하는 것을 특징으로 하는 카메라 이미지를 이용한 진동변위 측정 시 측정대상체에 대한 영상취득방법.
  4. 양단부가 상방으로 직각되게 절곡형성되고, 하측부의 하면 중앙부 및 일측부의 외측면 중간부에 각각 오목하게 형성되는 카메라 삼각대 결합공(23)(24)과, 양측부 양단부측에 상호 대응되게 각각 대향되게 관통형성되는 축조립공(21a)22a)(21b)(22b)과, 일측부 외측면에 착탈가능하게 장착되는 작동실케이스(25)를 갖고, 카메라 삼각대(200)의 고정부에 착탈가능하게 고정되는 주지지대(20)와;
    사각틀 형상으로서, 상하면의 양단부측에 외향으로 돌출형성되고, 길이방향으로 따라 각각 동축상에 관통형성되는 스크류공(32a)(33a)를 각각 갖는 스크류축작동돌부(32)(33)와, 양측면 중앙부에 각각 관통형성되는 볼트공(31)과, 카메라(100)를 착탈가능하게 파지하기 위한 판재로써, 상기 볼트공(31)에 각각 나사결합되는 볼트(34a)의 끝단부에 각각 회전가능하게 장착되는 카메라고정판재(34)를 구비하고, 상기 주지지대(20)의 양측부 내측에 장착되어 카메라(100)를 파지하고, 상기 주지지대(20)의 양측부 내측공간을 따라 왕복동하는 카메라이송트레이(30)와;
    외주면을 따라 스크류가 형성된 스크류축으로써, 일단부에 각각 직선 베벨기어(40a)(41a)을 일체로 갖고, 상기 주지지대(20)의 축조립공(21a)22a)(21b)(22b) 및 상기 카메라이송트레이(30)의 스크류축작동돌부(32)(33)의 스크로공(32a)(33a)에 회전가능하게 조립되는 2개의 이송스크류축(40)(41)과;
    축으로써, 양단부에 상기 각각의 이송스크류축(40)(41)의 직선 베벨기어(40a)(41a)와 각기 직각으로 치합되는 직선베벨기어(42a)와, 중간부에 일체로 형성되는 웜휠(42b)을 일체로 갖고, 상기 주지지대(20)의 일측부 외측면에 회전가능하게 장착되는 구동축(42)과;
    회전축에 상기 구동축(42)의 웜휠(42b)과 치합되는 웜(43)을 갖는 구동모터(43)와;
    상기 구동부터(43)와 전기적으로 연결되어 작업자의 조정에 따라 구동수단(43)을 정역회전시키는 제어유닛(44)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 카메라 이미지를 이용한 진동변위 측정 시 측정대상체에 대한 영상취득방법의 영상촬영보조장치.
KR1020140080627A 2014-06-30 2014-06-30 카메라 이미지를 이용한 진동변위 측정 시 측정대상체에 대한 영상취득을 위한 영상촬영보조장치 KR101680122B1 (ko)

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