KR20170076902A - 영상 기반 휴대용 표면 균열 측정 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 영상 기반 휴대용 표면 균열 측정 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 콘크리트 표면에 생성된 균열을 디지털 카메라로 촬영하여 균열의 크기를 측정함으로써, 신속하게 균열의 크기를 측정할 수 있으며, 평평한 표면 뿐만 아니라 기둥과 같이 곡률이 있는 표면의 균열도 정확하게 측정할 수 있는 영상 기반 휴대용 표면 균열 측정 장치에 관한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 표면 균열 측정장치에 있어서, 본체와, 상기 본체에 고정되되 카메라가 구비되는 휴대기기와, 상기 본체의 하부에 설치되는 한 쌍의 제1지지다리와, 상기 제1지지다리 사이에 구비되는 스케일 부재를 포함하여 이루어지며, 상기 스케일 부재에는 투명한 재질로 이루어지고, 일정 간격으로 설정된 크기의 마크가 부착되는 것을 특징으로 한다.

Description

영상 기반 휴대용 표면 균열 측정 장치{image-based portable surface crack detecting apparatus}
본 발명은 영상 기반 휴대용 표면 균열 측정 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 콘크리트 표면에 생성된 균열을 디지털 카메라로 촬영하여 균열의 크기를 측정함으로써, 신속하게 균열의 크기를 측정할 수 있으며, 평평한 표면 뿐만 아니라 기둥과 같이 곡률이 있는 표면의 균열도 정확하게 측정할 수 있는 영상 기반 휴대용 표면 균열 측정 장치에 관한 것이다.
일반적으로 '시설물 안전관리에 관한 특별법'에 따른 현행 1종 시설물의 유지관리 방안에는 3년에 1회 이상으로 실시하는 정밀점검과, 완공 후 10년이 경과한 1종 시설물로 5년에 1회 이상으로 실시하는 정밀안전진단이 있다.
상기 정밀점검은 계획된 정기적 점검으로 시설물의 현 상태를 정확히 판단하고, 최초 또는 이전에 기록된 상태로부터의 변화를 확인하며, 구조물이 현재의 사용요건을 계속 만족시키고 있는지 확인하기 위한 점검이다.
그리고, 상기 정밀안전진단은 정밀점검 과정을 통해서는 쉽게 발견하지 못하는 결함부위를 발견하기 위하여 행해지는 정밀한 육안검사 및 측정장비에 의한 측정을 포함하는 근접점검이다.
상기와 같은 정밀점검 및 정밀안전진단을 통한 산업기간 시설물의 유지관리방안에 있어서, 중요한 손상에 대한 점검 대상으로 일반적으로 균열점검을 들 수 있다. 이를 위하여 종래에는 점검자가 야장과 균열폭 측정자 또는 균열경을 휴대하고 현장으로 접근하여 균열폭을 아날로그 방식으로 측정한 후 야장에 기입하는 방식으로 진행되었기 때문에 점검자의 객관적인 판단이 개입되어 체계적이고 객관적인 데이터 확보에 어려움이 있었으며, 균열폭 측정자 또는 균열경을 이용한 측정은 일일이 균열을 육안으로 확인해야 하기 때문에 시간과 인력이 많이 소요되는 단점이 있었다.
그러므로, 현장 작업시 많은 어려움이 있음은 물론 동일한 손상에 대해서도 숙련자(전문가) 또는 비숙련자(비전문가)의 주관적인 판단으로 인해 야장이나 보고서에 상이한 결과가 기록되거나 이에 따른 서로 다른 대책이 수립될 수 있는 문제점이 있다.
또한, 균열의 진전 등 장기적인 거동특성을 측정하기 위하여 종래에는 균열팁을 설치한 후 주기적으로 점검자가 현장에서 균열팁의 변동량을 측정하는 방식이거나, 균열게이지를 부착한 후 인근에 데이터로거를 설치하고 혹은 주기적으로 데이터로거를 점검자가 휴대하여 측정하는 방식을 취하였다. 그러나 균열팁의 설치 또는 균열게이지 부착에 의한 주기적인 측정방식은 급격한 손상에 효과적으로 대비할 수 없으며, 균열게이지 설치 및 인근의 데이터로거 설치는 시설투자비가 매우 고가인 단점이 있다.
그래서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 한국공개특허 제10-2005-0018773호에 기재된 기술이 제안되었는데, 이미지 획득 카메라, 조명부 및 확대경을 감싸며 카메라의 측정거리를 일정하게 유지시켜 균열폭의 정량적인 환산이 가능하도록 하는 하우징(201)과; 휴대가 용이하고 촬영스위치와 화면표시부가 부착된 손잡이부(202)와; 영상획득 스위치(203)와; 취득된 영상의 저장과 이미지 처리 및 균열폭의 계산을 위한 메모리부(209) 및 CPU 연산부(210)와; 미세한 균열의 측정을 용이하기 하기 위하여 일정하게 설정된 배율에 의하여 확대 및 축소가 가능하도록 하는 확대경(205)과; 영상을 취득하기 위한 이미지획득 카메라(206)와; 터널과 같이 어두운 곳에서도 측정을 용이하게 하며 촬영된 영상자료의 해상도를 확보하기 위하여 빛을 제공하는 조명부(207)와; 계산된 균열폭을 디지털 수치로 나타내 주는 화면표시부(208)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
그런데, 한국공개특허 제10-2005-0018773호에 기재된 기술은 이미지를 통하여 균열을 측정하기 때문에 보다 정확하고 신속하게 균열을 측정할 수 있는 장점은 있으나, 표면이 평평하지 않고 라운드지게 형성될 경우 각 부분의 거리차이가 발생하기 때문에 균열의 크기를 정확하게 측정할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 본체에 카메라가 구비된 휴대기기를 고정하고, 콘크리트 표면을 촬영하여 콘크리트 표면에 형성된 크랙의 크기를 측정하게 되는데, 본체의 하부에 구비되는 한쌍의 제1지지다리 사이에 스케일 부재를 구비하고, 스케일 부재에 일정 간격으로 설정된 크기의 마크를 부착하여 콘크리트 표면에 형성된 크랙과 같이 촬영되도록 하여 촬영된 이미지에서 마크의 크기와 이미지 화소와의 관계를 통하여 정확하게 크랙의 크기를 측정할 수 있는 영상 기반 휴대용 표면 균열 측정 장치를 제공하는 것이다.
그리고, 본 발명의 다른 목적은 한 쌍의 제1지지대 사이에 콘크리트 표면과 접하도록 스케일 부재를 구비하되, 상기 스케일 부재는 잘 휘어지는 재질로 형성하고, 스케일 부재의 양측단부에는 길이 변화가 가능한 탄성부재를 구비하여, 기둥과 같은 곡률이 있는 콘크리트 표면에도 스케일 부재의 길이변화 없이 부착가능하며, 이미 설정된 마크의 간격과 마크의 크기에 따라 곡률을 정확하게 측정할 수 있어, 곡률이 형성된 표면의 크랙 크기도 정확하게 측정할 수 있게 하는 영상 기반 휴대용 표면 균열 측정 장치를 제공하는 것이다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은;
영상 기반 휴대용 표면 균열 측정 장치에 있어서, 본체와, 상기 본체에 고정되되 카메라가 구비되는 휴대기기와, 상기 본체의 하부에 설치되는 한 쌍의 제1지지다리와, 상기 제1지지다리 사이에 구비되는 스케일 부재로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 스케일 부재는 투명한 재질로 이루어지고, 일정 간격으로 설정된 크기의 마크가 부착되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 스케일 부재의 일측 또는 양측 단부에는 탄성부재가 구비되어 제1지지다리의 하단에 연결되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 본체에는 휴대기기를 고정하기 위한 고정부재가 구비되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 본체에는 상기 고정부재의 길이를 조절하기 위한 길이조절부재가 구비되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 본체의 하부 중심부에는 제2지지다리가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제1,2지지다리는 길이조절이 가능한 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 휴대기기에서는 실제 마크의 거리와 계측된 마크의 거리를 통하여 콘크리트 표면의 곡률 및 공간 해상도를 측정하는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성의 본 발명에 따르면, 본체에 카메라가 구비된 휴대기기를 고정하고, 콘크리트 표면을 촬영하여 콘크리트 표면에 형성된 크랙의 크기를 측정하게 되는데, 본체의 하부에 구비되는 한쌍의 제1지지다리 사이에 스케일 부재를 구비하고, 스케일 부재에 일정 간격으로 설정된 크기의 마크를 부착하여 콘크리트 표면에 형성된 크랙과 같이 촬영되도록 하여 촬영된 이미지에서 마크의 크기와 이미지 화소와의 관계를 통하여 정확하게 크랙의 크기를 측정할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 본 발명은 한 쌍의 제1지지대 사이에 콘크리트 표면과 접하도록 스케일 부재를 구비하되, 상기 스케일 부재는 잘 휘어지는 재질로 형성하고, 스케일 부재의 양측단부에는 길이 변화가 가능한 탄성부재를 구비하여, 기둥과 같은 곡률이 있는 콘크리트 표면에도 스케일 부재의 길이변화 없이 부착가능하며, 이미 설정된 마크의 간격과 마크의 크기에 따라 곡률을 정확하게 측정할 수 있어, 곡률이 형성된 표면의 크랙 크기도 정확하게 측정할 수 있게 하는 효과가 있다.
도 1은 종래의 균열 측정장치의 사시도이다.
도 2는 종래의 균열 측정장치의 블럭도이다.
도 3은 본 발명에 따른 영상 기반 휴대용 표면 균열 측정 장치의 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 영상 기반 휴대용 표면 균열 측정 장치의 분리 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 영상 기반 휴대용 표면 균열 측정 장치의 스케일 부재가 설치된 저면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 영상 기반 휴대용 표면 균열 측정 장치의 스케일 부재를 기둥에 부착한 상태의 상태도이다.
도 7은 본 발명에 따른 영상 기반 휴대용 표면 균열 측정 장치의 스케일 부재를 기둥에 부착한 상태의 정면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 영상 기반 휴대용 표면 균열 측정 장치로 표면을 촬영한 이미지의 일예를 보여주는 상태도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다. 그리고, 본 발명은 다수의 상이한 형태로 구현될 수 있고, 기술된 실시 예에 한정되지 않음을 이해하여야 한다.
도 3은 본 발명에 따른 영상 기반 휴대용 표면 균열 측정 장치의 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 영상 기반 휴대용 표면 균열 측정 장치의 분리 사시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 영상 기반 휴대용 표면 균열 측정 장치의 스케일 부재가 설치된 저면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 영상 기반 휴대용 표면 균열 측정 장치의 스케일 부재를 기둥에 부착한 상태의 상태도이고, 도 7은 본 발명에 따른 영상 기반 휴대용 표면 균열 측정 장치의 스케일 부재를 기둥에 부착한 상태의 정면도이고, 도 8은 본 발명에 따른 영상 기반 휴대용 표면 균열 측정 장치로 표면을 촬영한 이미지의 일예를 보여주는 상태도이다.
본 발명은 영상 기반 휴대용 표면 균열 측정 장치에 관한 것으로 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 그 구성은 본체(300)와 상기 본체(300)에 고정되되 카메라(미도시)가 구비되는 휴대기기(400)와 상기 본체(300)의 하부에 설치되는 한 쌍의 제1지지다리(330)와 상기 제1지지다리(330) 사이에 구비되는 스케일 부재(350)로 이루어진다.
이때, 상기 본체(300)와 상기 제1지지다리(330)는 연결부(370)에 의해 연결결합된다.
여기서, 상기 본체(300)는 'ㄷ'자 형상으로 형성되어 중심부에 개방부(305)가 형성되는데, 상기 본체(300)의 개방부(305)를 통하여 상기 휴대기기(400)의 카메라가 하부로 노출되도록 하여 하부에 위치하는 콘크리트 표면의 균열과 스케일 부재(350)을 동시에 촬영하게 된다.
이때, 상기 본체(300)는 개방부(305)가 형성된 사각 프레임으로 구성할 수도 있다.
그리고, 상기 스케일 부재(350)는 한 쌍의 제1지지다리(330)의 단부를 연결하게 되며, 그 형상은 직사각 형상으로 형성될 수도 있지만, 제1지지다리(300)를 서로 연결할 수 있다면 어떠한 형상으로 이루어지더라도 무방하다.
여기서, 상기 스케일 부재(350)는 투명한 재질로 이루어지며, 상기 스케일 부재(350)에는 일정 간격으로 마크(360)가 부착되는데, 상기 마크(360) 역시 설정된 일정한 크기로 형성된다.
이때, 상기 스케일 부재(350)의 양측 또는 일측 단부에는 탄성부재(352)가 구비되는데, 상기 제1지지다리(330)의 하단에는 접촉부(332)가 구비되고, 상기 접촉부(332)에는 도 5에 도시된 바와 같이 상기 탄성부재(352)가 삽입설치되는 설치홈(334)이 형성된다.
그래서, 상기 제1지지다리(330)의 하면과 스케일 부재(350)의 하면이 동일한 평면에 위치하게 됨으로써, 제1지지다리(330)를 측정하고자 하는 콘크리트 표면에 접촉시킬 경우 스케일 부재(350)가 표면에 완전히 접촉되게 된다.
또한, 측정하고자 하는 콘크리트 표면이 도 6에 도시된 바와 같이 기둥일 경우 평평하지 않고 라운드지게 형성되는데, 곡률이 형성되는 방향으로 스케일 부재(350)를 길이방향으로 위치하게 하면, 상기 스케일 부재(350)는 휘어지는 성질을 가지고 있어 곡면을 따라 완전히 접촉되게 되고, 그에 따라 상기 탄성부재(352)는 길이 조절이 가능한 탄성재질로 이루어져 스케일 부재(350)가 휘어지는 만큼 길어지게 됨으로써, 스케일 부재(350)의 길이는 일정하게 유지되게 된다.
그래서, 도 6에 도시된 표면이 라운드지게 형성되는 기둥 등을 촬영할 경우, 도 7에 도시된 바와 같이 각 마크(360) 사이의 간격이 스케일 부재(350) 양측 단부로 갈수록 좁아지게 된다.
따라서, 실제 마크(360) 사이의 거리와 계측된 마크(360) 사이의 거리를 통하여 콘크리트 표면의 곡률을 계산할 수 있고, 그에 따라 이미지의 공간 해상도를 측정할 수 있게 됨으로써, 기둥과 같은 라운드진 표면에 형성된 균열의 크기도 정확하게 측정할 수 있게 된다.
한편, 라운드 진 표면에 형성되는 균열을 폭을 측정하는 방법을 살펴보면, 도 8에 도시된 바와 같이 균열 폭 w1, w2의 길이는 삼각함수에 의해 다음 식과 같이 구할 수 있다.
Figure pat00001
촬영된 영상에서 a1이 차지하는 화소를 a1p, b1p로 나타내면 a1p = 4 pixel, b1p = 5 pixel이 된다. 실제 균열의 길이를 측정하기 위해서는 영상에서 화소 단위를 측정된 값을 실제 거리인 mm 단위로 변환하여야 한다. 변환을 위해서는 영상에서 한 화소가 나타내는 실제 길이인 공간해상도를 알아야 한다. 영상의 공간해상도는 mm/pixel로 나타낸다.
공간해상도는 영상에서 이미 실제 크기를 알고 있는 마크를 이용하여 구할 수 있다. 마크의 실제 크기를 영상에서 마크가 차지하는 화소로 나누면 공간해상도(mm/pixel)을 구할 수 있다.
a1, b1의 실제 길이를 a1d, b1d, w1d로 나타내면 실제 균열 폭은
Figure pat00002
로 구할 수 있다.
ad, bd계산을 위해서는 각 화소의 공간해상도를 알아야 하나, 곡면을 촬영하였을 경우, 공간해상도는 곡면을 따라 변화하게 된다. 따라서 하나의 마크만으로는 곡면에 형성된 균열의 길이나 폭을 제대로 구할 수 없게 된다.
곡면에 형성된 균열 폭을 구하기 위하여, 등간격으로 배치된 마크의 간격을 이용할 수 있다. 스케일부재에 형성된 마크는 곡면에 밀착시켰을 경우 곡면을 따라 휘어지며, 영상의 중심에서 멀어질수록 그 간격이 작게 촬영된다.
이미 그 거리를 알고 있는 마크 사이의 간격 d1d를 d1이 영상에서 차지하는 화소수 d1p로 나누어주면 곡률이 고려된 공간해상도를 구할 수 있다. a1와 a2의 공간해상도 a1g, a2g는 다음과 같이 구할 수 있다.
Figure pat00003
Figure pat00004
콘크리트 기둥의 형태인 원기둥을 촬영하였을 경우, 세로 방향의 공간해상도는 거의 동일하다고 가정하며, b1g과 b2g는 마크의 실제 길이와 마크가 영상에서 차지하는 화소수로 구할 수 있다. 여기서 b1g, b2g는 b1, b2의 공간해상도이다.
균열의 실제 길이(w1d)를 구하기 위한 공식
Figure pat00005
은 다음과 같이 표현된다.
Figure pat00006
위 식을 통해 영상에서 실제 균열의 길이를 측정 수 있으며 w2d역시 동일한 방법으로 구하게 되며, 전술한 방법을 통하여 콘크리트 표면의 균열뿐 아니라 철재 파이프 등이 다른 부재에 측정에 응용될 수 있다.
그리고, 상기 본체(300)에는 휴대기기(400)를 고정하기 위한 고정부재(320)가 구비되며, 상기 고정부재(320)는 길이조절부재(310)에 의해 길이조절이 가능하게 형성된다.
그래서, 다양한 크기의 휴대기기(400)를 본체(300)에 고정하여 균열을 측정할 수 있게 된다.
또한, 상기 본체(300)의 하부 중심부에는 제2지지다리(340)가 더 구비되는데, 상기 제2지지다리(340)의 하단에도 접촉부(342)가 형성되어, 콘크리트나 표면의 균열을 측정하기 위한 표면에 제1,2지지다리(330,340)를 접촉할 때, 표면이 손상되는 것을 방지하게 된다.
이때, 상기 몸체(300)와 제2지지다리(340)는 연결부(미도시)에 의해 연결된다.
그리고, 상기 제1,2지지다리(330,340)는 슬라이딩 방식으로 길이를 조절할 수 있게 형성됨으로서, 현장의 상황에 따라 적절하게 길이를 조절하여 사용할 수 있게 된다.
이때, 상기 제1,2지지다리(330,340)의 길이를 조절하기 위한 구성과 길이조절부(310)의 구성은 이미 공지된 사항이므로 별도의 설명은 생략하도록 한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리 범위가 미치는 것으로 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것이다.
본 발명은 영상 기반 휴대용 표면 균열 측정 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 콘크리트 표면에 생성된 균열을 디지털 카메라로 촬영하여 균열의 크기를 측정함으로써, 신속하게 균열의 크기를 측정할 수 있으며, 평평한 표면 뿐만 아니라 기둥과 같이 곡률이 있는 표면의 균열도 정확하게 측정할 수 있는 영상 기반 휴대용 표면 균열 측정 장치에 관한 것이다.
300 : 본체 310 : 길이조절부
320 : 고정부재 330 : 제1지지다리
340 : 제2지지다리 350 : 스케일 부재
360 : 마크 400 : 휴대기기
500 : 기둥

Claims (8)

  1. 영상 기반 휴대용 표면 균열 측정 장치에 있어서,
    본체와,
    상기 본체에 고정되되 카메라가 구비되는 휴대기기와,
    상기 본체의 하부에 설치되는 한 쌍의 제1지지다리와,
    상기 제1지지다리 사이에 구비되는 스케일 부재를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 영상 기반 휴대용 표면 균열 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스케일 부재는 투명한 재질로 이루어지고, 일정 간격으로 설정된 크기의 마크가 부착되는 것을 특징으로 하는 영상 기반 휴대용 표면 균열 측정 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 스케일 부재의 일측 또는 양측 단부에는 탄성부재가 구비되어 제1지지다리의 하단에 연결되는 것을 특징으로 하는 영상 기반 휴대용 표면 균열 측정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 본체에는 휴대기기를 고정하기 위한 고정부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 영상 기반 휴대용 표면 균열 측정 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 본체에는 상기 고정부재의 길이를 조절하기 위한 길이조절부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 영상 기반 휴대용 표면 균열 측정 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 본체의 하부 중심부에는 제2지지다리가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 영상 기반 휴대용 표면 균열 측정 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1,2지지다리는 길이조절이 가능한 것을 특징으로 하는 영상 기반 휴대용 표면 균열 측정 장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 휴대기기에서는 실제 마크의 거리와 계측된 마크의 거리를 통하여 콘크리트 표면의 곡률 및 공간 해상도를 측정하는 것을 특징으로 하는 영상 기반 휴대용 표면 균열 측정 장치.
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