KR20170084944A - 파이프 내면 검사를 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

파이프 내면 검사를 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

파이프 검사 시스템 및 방법이 개시된다. 본 개시의 예시적 실시예에 따른 파이프 검사 방법은, 어안 렌즈를 통해서 촬영된 이미지에 대응하는 입력 이미지 데이터를 수신하는 단계, 어안 렌즈의 중심점을 원점으로 하는 3차원 극좌표계에서 입력 이미지 데이터에 포함된 적어도 하나의 입력 지점에 대한 천정각(θ) 및 방위각(φ)을 계산하는 단계, 및 천정각(θ)과 방위각(φ)에 기초하여 적어도 하나의 입력 지점을 적어도 하나의 출력 지점에 맵핑함으로써 파이프 내면의 전개도에 대응하는 출력 이미지 데이터를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

파이프 내면 검사를 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR INSPECTING INNER SURFACE OF PIPE}
본 발명의 기술적 사상은 파이프 내면 검사를 위한 방법 및 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 자세하게는 어안 렌즈를 사용하여 파이프 내면을 검사하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.
액체 또는 기체 등을 이동시키기 위한 파이프는 제작된 후 균열 여부 또는 균일성 등이 검사될 수 있다. 파이프의 검사 과정에서, 파이프의 외면을 검사하는 것은 상대적으로 용이한 반면, 파이프의 내면을 검사하는 것은 파이프의 구조에 기인하여 용이하지 아니할 수 있다. 예를 들면, 파이프는 내면에서는 발견되나 외면에서는 발견되지 아니하는 결함을 가질 수 있고, 이러한 결함은 파이프의 불량 또는 내구성에 심각한 영향을 미칠 수 있다. 또한, 이러한 파이프의 내면에 발생한 결함을 발견하기 위하여, 내시경 등의 방법을 통해서 생산되는 파이프를 검사하는 것은 시간 및 비용 측면에서 제한적일 수 있다. 이에 따라, 파이프의 내면을 높은 정확도로서 신속하게 검사하는 방법이 요구되고 있다.
본 발명의 기술적 사상은, 어안 렌즈를 사용함으로써 파이프의 내면을 신속하면서도 정확하게 검사하는 방법 및 이를 수행하는 시스템을 제공한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 기술적 사상의 일측면에 따른, 파이프의 제1 단부에 접안되는 어안 렌즈를 사용하여 파이프의 내면을 촬영함으로써 파이프를 검사하는 파이프 검사 시스템은, 어안 렌즈를 통해서 촬영된 이미지에 대응하는 입력 이미지 데이터를 수신하고 입력 이미지 데이터를 처리함으로써 파이프 내면의 전개도에 대응하는 출력 이미지 데이터를 생성하는 이미지 처리 모듈을 포함할 수 있다. 파이프 검사 시스템의 이미지 처리 모듈은, 어안 렌즈의 중심점을 원점으로 하는 3차원 극좌표계에서 입력 이미지 데이터에 포함된 적어도 하나의 입력 지점에 대한 천정각(θ) 및 방위각(φ)을 계산하는 극좌표 추출부, 및 천정각(θ)과 방위각(φ)에 기초하여 적어도 하나의 입력 지점을 출력 이미지 데이터에 포함된 적어도 하나의 출력 지점에 맵핑하는 출력 데이터 생성부를 포함할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일측면에 따른, 파이프의 제1 단부에 접안되는 어안 렌즈를 사용하여 파이프의 내면을 검사하는 파이프 검사 방법은, 어안 렌즈를 통해서 촬영된 이미지에 대응하는 입력 이미지 데이터를 수신하는 단계, 어안 렌즈의 중심점을 원점으로 하는 3차원 극좌표계에서 입력 이미지 데이터에 포함된 적어도 하나의 입력 지점에 대한 천정각(θ) 및 방위각(φ)을 계산하는 단계, 및 천정각(θ) 및 방위각(φ)에 기초하여, 적어도 하나의 입력 지점을 적어도 하나의 출력 지점에 맵핑함으로써 파이프 내면의 전개도에 대응하는 출력 이미지 데이터를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 파이프 내면 검사를 위한 시스템 및 방법은 1회의 촬영을 통해서 파이프의 내면을 검사함으로써 신속하게 파이프를 검사하는 것을 가능하게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 기술적 사상에 따른 파이프 내면 검사를 위한 시스템 및 방법은 상대적으로 단순한 계산에 의해서 파이프의 내면을 펼친 이미지를 제공함으로써 파이프 검사에 소요되는 비용을 절감시킬 수 있다.
도 1은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 파이프 검사 시스템의 블록도를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 개시의 예시적 실시예에 따라 도 1의 파이프 검사 시스템의 동작 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 개시의 예시적 실시예에 따라 도 1의 이미지 처리 모듈의 블록도를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 개시의 예시적 실시예에 따라 도 3의 극좌표 추출부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 파이프 검사 시스템을 개략적으로 나타내는 도면들이다.
도 6은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 파이프 검사 방법을 나타내는 순서도이다.
도 7은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 파이프 검사 시스템의 블록도를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명의 실시 예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나 축소하여 도시한 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수개의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하 도면 및 설명에서, 하나의 블록으로 표시 또는 설명되는 구성요소는 하드웨어 블록 또는 소프트웨어 블록일 수 있다. 예를 들면, 구성요소들 각각은 서로 신호를 주고 받는 독립적인 하드웨어 블록일 수도 있고, 또는 하나의 프로세서에서 실행되는 소프트웨어 블록일 수도 있다.
도 1은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 파이프 검사 시스템(100)의 블록도를 나타내는 도면이다. 파이프 검사 시스템(100)은 어안 랜즈를 포함하는 카메라 모듈(120)을 사용하여 파이프의 내면을 촬영할 수 있고, 이미지 데이터를 처리함으로써 파이프 내면의 전개도에 대응하는 이미지 데이터를 생성할 수 있다. 도 1을 참조하면, 파이프 검사 시스템(100)은 제어부(110), 카메라 모듈(120), 이미지 처리 모듈(130), 입력 장치(140), 출력 장치(150), 데이터 저장부(160) 및 통신 모듈(170)을 포함할 수 있다.
제어부(110)는 파이프 검사 시스템(100)의 전반적인 동작을 제어할 수 있고, 파이프 검사 시스템(100)의 구성요소들을 제어할 수 있다. 예를 들면, 제어부(110)는 프로세서 및 명령어들을 저장하는 메모리를 포함할 수 있고, 메모리에 저장된 명령어들을 프로세서가 실행함으로써 파이프 검사 시스템(100)을 제어할 수 있다.
카메라 모듈(120)은 파이프의 일단에서 파이프 내면을 촬영함으로써 입력 이미지 데이터(D_IN)를 생성할 수 있다. 즉, 카메라 모듈(120)은 파이프의 일단에 접안되는 어안 렌즈(fisheye lens)를 포함할 수 있고, 어안 렌즈를 통과하는 빛을 감지하는 이미지 센서를 포함할 수 있다. 어안 렌즈는 통 모양의 왜곡(barrel distortion)을 발생시킴으로써 180도 이상의 화각 전면에 걸쳐 균일한 밝기와 선예도를 유지할 수 있도록 제조된 것으로서, 어안 렌즈 중심부에 대응하는 피사체는 상대적으로 큰 상이 맺히는 한편, 어안 렌즈의 주변부에 대응하는 피사체는 상대적으로 작은 상이 맺힐 수 있다. 즉, 어안 렌즈는 넓은 화각을 제공하는 한편, 왜곡된 이미지를 제공할 수 있다. 이미지 센서는 감지된 빛을 전기적 신호로 변환할 수 있고, 카메라 모듈(120)은 이미지 센서의 출력 신호에 기초하여 입력 이미지 데이터(D_IN)를 생성할 수 있다. 입력 이미지 데이터(D_IN)는 어안 렌즈를 통해서 촬영된 이미지에 대응하는 것으로서, 후술되는 바와 같이 파이프 검사 시스템(100)의 이미지 처리 모듈(130)은 입력 이미지 데이터(D_IN)을 처리함으로써 파이프 내면의 전개도에 대응하는 이미지(즉, 출력 이미지 데이터(D_OUT))를 생성할 수 있다. 카메라 모듈(120)은 생성된 입력 이미지 데이터(D_IN)를 제어부(110)에 제공할 수 있고, 제어부(110)는 입력 이미지 데이터(D_IN)를 이미지 처리 모듈(130)에 제공할 수 있다.
이미지 처리 모듈(130)은 제어부(110)로부터 제공된 입력 이미지 데이터(D_IN)를 처리함으로써 출력 이미지 데이터(D_OUT) 및/또는 결함 정보(D_INFO)를 생성할 수 있다. 출력 이미지 데이터(D_OUT)는 파이프 내면의 전개도에 대응하는 것으로서, 이미지 처리 모듈(130)은 어안 렌즈를 통해서 촬영된 파이프 내면의 이미지에 대응하는 입력 이미지 데이터(D_IN)를 처리함으로써 파이프 내면의 전개도에 대응하는 출력 이미지 데이터(D_OUT)를 생성할 수 있다. 출력 이미지 데이터(D_OUT)는 파이프 내면에서 발생할 수 있는 결함을 나타낼 수 있고, 이에 따라 파이프 내면의 결함은 정확하고 용이하게 검출될 수 있다. 즉, 파이프 내면의 결함을 검출하기 위하여, 소형 카메라 모듈(또는 내시경)을 파이프 내부로 통과시키는 방식의 비파괴 검사는 생략될 수 있고, 결과적으로 파이프를 검사하는 비용을 절감시킬 수 있다.
또한, 이미지 처리 모듈(130)은 결함 정보(D_INFO)를 생성할 수 있다. 결함 정보(D_INFO)는 파이프 내면에 발생한 결함에 관한 정보로서, 이미지 처리 모듈(130)은 출력 이미지 데이터(D_OUT)에 기초하여 파이프 내면의 전개도를 분석함으로써 파이프 내면에서 발생한 결함의 정보, 예컨대 결함의 위치, 크기, 종류 등에 대한 정보를 생성할 수 있다.
입력 장치(140)는 파이프 검사 시스템(100)의 외부로부터 신호를 수신하기 위한 장치로서, 외부로부터 수신된 신호에 기초하여 설정 신호(S_SET)를 제어부(110)에 제공할 수 있다. 예를 들면, 입력 장치(140)는 키보드, 마우스 등의 유저 인터페이스 장치를 포함할 수도 있고, 파이프의 제조 공정에 포함된 다른 시스템으로부터 출력되는 신호를 수신하는 입력 장치일 수도 있다. 제어부(110)는 입력 장치(140)가 제공하는 설정 신호(S_SET)에 기초하여 파이프 검사 시스템(100)의 동작을 설정할 수 있다. 예를 들면, 제어부(110)는 설정 신호(S_SET)에 기초하여 파이프의 규격에 대한 정보를 획득할 수 있고, 이미지 처리 모듈(130)에 파이프의 규격에 대한 정보를 제공할 수 있다. 또한, 제어부(110)는 설정 신호(S_SET)에 기초하여, 카메라 모듈(120)이 생성하는 입력 이미지 데이터(D_IN)의 해상도를 설정할 수도 있고, 이미지 처리 모듈(130)이 입력 이미지 데이터(D_IN)를 처리하는 동작 파라미터들을 설정할 수도 있다.
출력 장치(150)는 파이프 검사 시스템(100)의 외부로 신호를 출력하기 위한 장치로서, 제어부(110)의 제어 하에서 파이프 검사 시스템(100) 외부로 신호를 출력할 수 있다. 즉, 출력 장치(150)는, 소리, 빛, 영상, 진동 등을 출력할 수도 있고, 파이프의 제조 공정에 포함된 다른 시스템에 전송하는 신호를 출력할 수도 있다. 예를 들면, 출력 장치(150)는 소리를 출력하는 부저(buzzer), 스피커 등을 포함할 수도 있고, 빛을 출력하는 발광 소자를 포함할 수도 있고, 영상을 출력하는 디스플레이 장치를 포함할 수도 있으며, 진동을 출력하는 모터 등을 포함할 수도 있다. 제어부(110)는 출력 장치(150)를 제어함으로써 사용자 또는 다른 시스템에 정보를 제공할 수 있다. 예를 들면, 이미지 처리 모듈(130)에 의해서 파이프 내부에 결함이 있는 것으로 판단된 경우, 제어부(110)는 출력 장치(150)를 제어함으로써 사용자에게 결함의 발생을 알릴 수 있다.
데이터 저장부(160)는 기준 데이터(D_REF)를 저장할 수 있다. 기준 데이터(D_REF)는 정상 파이프(즉, 결함이 없는 파이프) 내면의 전개도에 대응하는 이미지 데이터일 수 있다. 본 개시의 예시적 실시예에 따라, 데이터 저장부(160)에 저장된 기준 데이터(D_REF)는 이미지 처리 모듈(130)에서 출력 이미지 데이터(D_OUT)과 함께 파이프 내부의 결함이 존재하는지 여부를 판단하는데 사용될 수 있다. 비제한적인 예시로서, 데이터 저장부(160)는 반도체 메모리 장치를 포함할 수도 있고, 자기 디스크, 광 디스크 등의 저장 매체를 포함할 수도 있다.
통신 모듈(170)은 파이프 검사 시스템(100)의 외부와의 통신 채널을 제공할 수 있다. 예를 들면, 통신 모듈(170)은 다른 시스템과의 일대일 통신 채널을 제공할 수도 있고, 이더넷(Ethernet)과 같은 통신 네트워크에 접속할 수도 있다. 제어부(110)는 통신 모듈(170)을 통해서 외부와 통신함으로써, 파이프 검사 시스템(100)을 제어할 수도 있고, 출력 이미지 데이터(D_IN) 및/또는 결함 정보(D_INFO)를 전송할 수도 있고, 기준 데이터(D_REF)를 수신할 수도 있다.
도 2는 본 개시의 예시적 실시예에 따라 도 1의 파이프 검사 시스템(100)의 동작 방법을 설명하기 위한 도면이다. 구체적으로, 도 2의 (a)는 파이프 검사 시스템(100)이 파이프(200)를 촬영하는 것을 나타내고, 도 2의 (b)는 도 1의 카메라 모듈(120)에 생성하는 입력 이미지 데이터(D_IN)에 대응하는 입력 이미지(10)를 나타내며, 도 2의 (c)는 도 1의 이미지 처리 모듈(130)이 생성하는 출력 이미지 데이터(D_OUT)에 대응하는 출력 이미지(20)(즉, 파이프(200) 내면의 전개도)를 나타낸다. 도 1을 참조하여 전술된 바와 같이, 이미지 처리 모듈(130)은 카메라 모듈(120)에 생성한 입력 이미지 데이터(D_IN)(즉, 도 2의 (b)에 대응하는 이미지 데이터)를 처리함으로써, 출력 이미지 데이터(D_OUT)(즉, 도 2의 (c)에 대응하는 이미지 데이터)를 생성할 수 있다.
도 2의 (a)를 참조하면, 파이프 검사 시스템(100)의 어안 렌즈(122)는 파이프(200)의 일단에 접안될 수 있다. 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 파이프(200)는 길이가 L이고, 내경이 r일 수 있고, 파이프 검사 시스템(100)은 어안 렌즈(122)의 중심축 및 파이프(200)의 중심축이 일치하도록 배치될 수 있다.
도 2의 (b)를 참조하면, 어안 렌즈(122)를 통해서 카메라 모듈(120)이 촬영한 입력 이미지(10)는 도넛 모양의 파이프 내면을 포함할 수 있다. 도넛 모양의 테두리를 이루는 2개의 동심원들 중, 어안 렌즈(122)가 접안된 파이프의 일단(제1 단부)은 지름이 큰 원에 대응하고, 어안 렌즈(122)가 접안된 파이프의 일단과 반대쪽 파이프의 일단(제2 단부)은 지름이 작은 원에 대응할 수 있다. 도 1을 참조하여 전술된 바와 같이, 어안 렌즈(122)는 중심부에 대응하는 피사체는 상대적으로 큰 상이 맺히게 할 수 있고, 이에 따라 어안 렌즈(122)로부터 거리가 먼 파이프(200)의 일단(제2 단부)에 가까운 파이프(200)의 내면은 확대된 상이 맺힐 수 있다. 또한, 어안 렌즈(122)가 제공하는 넓은 화각에 기인하여, 어안 렌즈(122)가 접안되는 파이프(200)의 일단(제1 단부)에 가까운 파이프(200)의 내면은 누락 없이 상이 맺힐 수 있다.
도 2의 (c)를 참조하면, 이미 처리 모듈(130)에 의해서 생성된 출력 이미지 데이터(D_OUT)에 대응하는 이미지(30)는 파이프(200) 내면의 전개도를 나타낼 수 있다. 즉, 출력 이미지(20)는 가로 길이가 πr이고, 세로 길이가 L인 직사각형을 포함할 수 있다. 이미지 처리 모듈(130)은 도 2의 (b)에 도시된 입력 이미지(10)에 대응하는 입력 이미지 데이터(D_IN)에 포함된 적어도 하나의 입력 지점을 도 2의 (c)에 도시된 출력 이미지(20)에 대응하는 출력 이미지 데이터(D_OUT)에 포함된 적어도 하나의 출력 지점에 맵핑시킴으로써, 입력 이미지 데이터(D_IN)로부터 출력 이미지 데이터(D_OUT)를 생성할 수 있다. 예를 들면, 입력 이미지(10)의 입력 지점(PIN)은 이미지 처리 모듈(130)에 의해서 출력 이미지(20)의 출력 지점(POUT)에 맵핑될 수 있다.
한편, 도 2의 (c)의 출력 이미지(20)는 이해를 위하여 파이프(200) 내면의 실제 전개도에 대응하는 크기로 도시되었으나, 이미지 처리 모듈(130)이 생성하는 출력 이미지 데이터(D_OUT)는 출력 이미지(20)와 동일한 비율로서 확대되거나 축소된 이미지에 대응할 수 있다. 즉, 이미지 처리 모듈(130)은 결함을 검출하기에 적절한 해상도를 가지도록 출력 이미지 데이터(D_OUT)를 생성할 수 있다.
도 3은 본 개시의 예시적 실시예에 따라 도 1의 이미지 처리 모듈(130)의 블록도를 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하여 전술된 바와 같이, 이미지 처리 모듈(130)은 입력 이미지 데이터(D_IN)를 처리함으로서 출력 이미지 데이터(D_OUT) 및/또는 결함 정보(D_INFO)를 생성할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 이미지 처리 모듈(130)은 극좌표 추출부(132), 출력 데이터 생성부(134) 및 결함 검출부(136)를 포함할 수 있다. 이미지 처리 모듈(130)에 포함된 구성요소들 각각은 로직 블록을 포함하는 하드웨어 모듈로서 구현될 수도 있고, 동작을 수행하는 복수의 명령어들을 포함하는 소프트웨어 모듈로서 구현될 수도 있다.
극좌표 추출부(132)는 입력 이미지 데이터(D_IN)에 포함된 입력 지점들의 극좌표를 추출할 수 있다. 도 4 및 도 6를 참조하여 후술되는 바와 같이, 어안 렌즈의 중심 점을 원점으로하는 3차원 좌표계에서, 입력 이미지 데이터(D_IN)에 포함된 입력 지점의 극좌표, 즉 천정각(θ) 및 방위각(φ)이 계산될 수 있다. 극좌표 추출부(132)가 계산하는 입력 지점의 천정각(θ) 및 방위각(φ)에 대한 자세한 내용은 도 4를 참조하여 상술될 것이다.
출력 데이터 생성부(134)는 극좌표 추출부(132)가 계산한 입력 지점의 천정각(θ) 및 방위각(φ)에 기초하여, 입력 지점을 출력 이미지 데이터(D_OUT)의 출력 지점에 맵핑시킬 수 있다. 즉, 출력 데이터 생성부(134)는 3차원 좌표계(또는 극좌표계)에서 천정각(θ) 및 방위각(φ)로서 표현된 지점을 파이프(200) 내면의 전개도에 대응하는 2차원 좌표의 한 지점으로 맵핑시킴으로써 출력 이미지 데이터(D_OUT)를 생성할 수 있다.
결함 검출부(136)는 출력 데이터 생성부(134)가 생성한 출력 이미지 데이터(D_OUT)에 기초하여 파이프(200) 내면에서 결함이 있는지 여부를 판단할 수 있고, 결함 정보(D_INFO)를 생성할 수 있다. 일 실시예에서, 결함 검출부(136)는 출력 이미지 데이터(D_OUT)를 분석함으로써 결함을 검출할 수 있다. 예를 들면 결함 검출부(136)는 출력 이미지 데이터(D_OUT)에서 주변보다 기준치 이상의 상이한 컬러 수치를 가지는 출력 지점을 결함으로 판단할 수 있다. 다른 실시예에서, 결함 검출부(136)는 기준 이미지 데이터(D_REF) 및 출력 이미지 데이터(D_OUT)를 비교함으로서 결함을 검출할 수 있다. 예를 들면, 결함 검출부(136)는 기준 이미지 데이터(D_REF)와 출력 이미지 데이터(D_OUT)의 차이가 미리 정해진 기준치 이상인 출력 지점을 결함으로 판단할 수 있다. 결함 검출부(136)는 검출된 결함의 위치, 면적 또는 기준치와 상이한 수준 등에 관한 정보를 포함하는 결함 정보(D_INFO)를 출력할 수 있다.
도 4는 본 개시의 예시적 실시예에 따라 도 3의 극좌표 추출부(132)의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 3을 참조하여 전술된 바와 같이, 극좌표 추출부(132)는 입력 이미지 데이터(D_IN)에 포함된 입력 지점들의 극좌표를 추출할 수 있다.
도 4를 참조하면, 어안 렌즈(122)의 중심에 대응하는 원점(O)를 중심으로 가상의 3차원 좌표계가 구성될 수 있다. 파이프(200)는 구멍의 중심이 원점(O)에 위치하고, Z축에 평행하게 연장되는 방향으로 배치되고, 어안 렌즈(122)를 포함하는 카메라 모듈(120)에서 어안 렌즈(122)를 통과하는 빛을 감지하는 이미지 센서는 도 4의 XY 평면에 평행하게 배치될 수 있다. 이하에서 설명의 편의상, 이미지 센서는 도 4의 XY 평면인 것으로 설명된다. 3차원 좌표계의 특정한 지점 P는 천정각(θ), 방위각(φ) 및 원점과의 거리(R)로서 정의될 수 있다. 지점 P의 천정각(θ)은 아래 [수학식 1]에 의해서 계산될 수 있다.
Figure pat00001
[수학식 1]에서, θmax는 어안 렌즈(122)의 속성 중 하나로서 어안 렌즈(122)의 제조사로부터 제공되는 어안 렌즈(122)의 최대 화각의 절반값을 의미하고, Rf는 어안 렌즈(122)의 중심점에 대응하는 입력 이미지 데이터(D_IN)의 입력 지점(즉, 원점(O))으로부터 지점 P에 대응하는 입력 이미지 데이터(D_IN)의 입력 지점(즉, 지점(Pf))까지의 거리를 의미하고, Rfmax는 Rf의 최대값을 의미할 수 있다. 또한, 지점 P의 방위각(φ)는 이미지 센서 상의 지점 Pxy의 X좌표값(xf) 및 Y좌표값(yf)를 사용하여 아래 [수학식 2]와 같이 계산될 수 있다.
Figure pat00002
어안 렌즈(122)를 사용하여 촬영된 이미지에서 특정한 지점의 천정각(θ) 및 방위각(φ)을 구하는 내용은, 본 발명과 동일한 발명자에 의해서 발명된, 대한민국 특허 제10-1521008호에 상세하게 설명되어 있으며, 대한민국 특허 제10-1521008호는 본 명세서에 전체로서 참조된다. 도 3을 참조하여 전술된 바와 같이, 출력 데이터 생성부(134)는 상기와 같이 극좌표 추출부(132)에 의해서 계산된 입력 지점의 천정각(θ) 및 방위각(φ)에 기초하여, 입력 지점을 출력 이미지 데이터(D_OUT)의 출력 지점에 맵핑시킬 수 있다. 이하에서, 출력 데이터 생성부(134)의 동작이 상술될 것이다.
출력 데이터 생성부(134)는 입력 지점(예컨대, 도 2에서 PIN)의 천정각(θ) 및 방위각(φ)로부터 출력 지점(예컨대, 도 2에서 POUT)의 좌표(예컨대, 도 2에서 (x, y))를 계산함으로써, 입력 지점을 출력 지점에 맵핑시킬 수 있다. 본 개시의 예시적 실시예에 따라, 출력 데이터 생성부(134)는 출력 지점의 좌표인 (x, y)를 아래 [수학식 3] 및 [수학식 4]를 사용하여 계산할 수 있다.
Figure pat00003
Figure pat00004
[수학식 3]에서 r은 파이프(200)의 내경(즉, 내측 지름)을 의미할 수 있다. 또한, [수학식 4]에서 L은 파이프(200)의 길이를 의미하고, 제1 천정각(θ1)은 도 2의 지점 P1(즉, 어안 렌즈(122)가 파이프(200)에 접안되는 제1 단부의 한 지점)의 천정각을 의미하며, 제2 천정각(θ2)은 도 2의 지점 P2(즉, 제1 단부와 다른 제2 단부의 한 지점)의 천정각을 의미할 수 있다. 즉, 출력 이미지 데이터(D_OUT)의 출력 지점의 좌표는 파이프(200) 내면의 전개도의 가로 길이에 대한 방위각(φ)의 비율 및 세로 길이에 대한 천정각(θ)의 비율로서 계산될 수 있다.
이상에서 설명의 편의상 출력 이미지 데이터(D_OUT)는 파이프(200)의 실제 내면의 전개도에 대응하는 스케일을 가지는 것으로 설명되었으나, 본 개시의 예시적 실시예에 따라 출력 이미지 데이터(D_OUT)는 파이프(200) 내면의 결함을 검출하기에 적합한 해상도를 가질 수 있다. 즉, 출력 이미지 데이터(D_OUT)에 대응하는 이미지의 가로 길이 및 세로 길이의 비율은 파이프(200)의 실제 내면의 전개도의 가로 길이(πr) 및 세로 길이(L)와 일치하는 한편, 출력 이미지 데이터(D_OUT)에 대응하는 이미지의 가로 길이 및 세로 길이는 파이프(200)의 실제 내면의 전개도의 그것들과 상이한 크기를 가질 수 있다. 다시 말해서, 상기 [수학식 3] 및 [수학식 4]에서 'πr' 및 'L' 대신 상이한 값이 사용될 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 파이프 검사 시스템(100')을 개략적으로 나타내는 도면들이다. 구체적으로, 도 5a는 YZ평면에 수직하게 바라본 파이프 검사 시스템(100')의 모습을 나타내고, 도 5b는 XY평면에 수직하게 바라본 파이프 검사 시스템(100')의 모습을 나타낸다.
본 개시의 예시적 실시예에 따라, 파이프 검사 시스템(100')은 하나 이상의 발광 소자를 포함할 수 있다. 파이프의 내면을 촬영할 때, 발광 소자는 빛을 방출함으로써, 이미지 센서가 빛을 감지할 수 있도록 적절한 밝기를 제공할 수 있다. 비제한적인 예시로서, 발광 소자는 LED 등을 포함할 수 있다. 예를 들면, 도 5a에 도시된 바와 같이, 복수의 발광 소자들(126_1, 126_2)이 어안 렌즈(122')의 주위에 배치될 수 있다. 또한, 도 5b에 도시된 바와 같이, 복수의 발광 소자들(126)은 원형인 어안 렌즈(122')의 주변에 균등하게 배치될 수 있다.
도 6은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 파이프 검사 방법을 나타내는 순서도이다. 구체적으로, 도 6은 도 1 및 도 3의 이미지 처리 모듈(130)의 동작을 나타낸다. 도 1의 도 6에 도시된 바와 같이, 파이프 검사 방법은 단계들(S20, S40, S60, S80)을 포함할 수 있다. 이하에서, 도 6은 도 1 및 도 3을 참조하여 설명될 것이다.
단계 S20에서, 입력 이미지 데이터(D_IN)를 수신하는 동작이 수행될 수 있다. 입력 이미지 데이터(D_IN)는 카메라 모듈(120)이 어안 렌즈를 통과하는 빛을 감지함으로써 생성한 것으로서, 도넛 모양(예컨대, 도 2의 (b))의 파이프 내면의 이미지에 대응할 수 있다. 이미지 처리 모듈(130)은 수신된 입력 이미지 데이터(D_IN)를 처리함으로써 파이프 내면의 결함을 검출하는데 사용되는 출력 이미지 데이터(D_OUT)를 생성할 수 있다.
단계 S40에서, 입력 이미지 데이터(D_IN)에 포함된 입력 지점의 극좌표를 추출하는 동작이 수행될 수 있다. 예를 들면, 도 4를 참조하여 전술된 바와 같이, 이미지 처리 모듈(130)(또는, 이미지 처리 모듈(130)의 극좌표 추출부(132))은 어안 렌즈의 중심을 원점으로하는 3차원 좌표계에서, 입력 지점의 천정각(θ) 및 방위각(φ)을 계산함으로써 입력 지점의 극좌표를 추출할 수 있다.
단계 S60에서, 출력 이미지 데이터(D_OUT)에 포함된 출력 지점에 입력 지점을 맵핑하는 동작이 수행될 수 있다. 예를 들면, 이미지 처리 모듈(130)(또는, 이미지 처리 모듈(130)의 출력 데이터 생성부(134))은 입력 지점의 천정각(θ) 및 방위각(φ)에 기초하여 2차원 좌표계에서 출력 지점의 좌표를 계산할 수 있다. 입력 지점들을 출력 지점들에 맵핑함으로써, 이미지 처리 모듈(130)(또는, 출력 데이터 생성부(134))은 출력 이미지 데이터(D_OUT)를 생성할 수 있다.
단계 S80에서, 출력 이미지 데이터(D_OUT)에 기초하여 파이프 내면의 결함을 검출하는 동작이 수행될 수 있다. 일 실시예에서, 이미지 처리 모듈(130)(또는, 이미지 처리 모듈(130)의 결함 검출부(136))은 출력 이미지 데이터(D_OUT)에서 주변보다 기준치 이상의 상이한 컬러 수치를 가지는 출력 지점을 결함으로 판단할 수 있다. 다른 실시예에서, 이미지 처리 모듈(130)(또는, 결함 검출부(136))은 기준 이미지 데이터(D_REF)와 출력 이미지 데이터(D_OUT)의 차이가 미리 정해진 기준치 이상인 출력 지점을 결함으로 판단할 수 있다. 이미지 처리 모듈(130)(또는, 결함 검출부(136))은 검출된 결함의 위치, 면적 또는 기준치와 상이한 수준 등에 관한 정보를 포함하는 결함 정보(D_INFO)를 출력할 수 있다.
도 7은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 파이프 검사 시스템(300)의 블록도를 나타내는 도면이다. 구체적으로, 도 7은 카메라 모듈(400)이 파이프 검사 시스템(300)의 외부에 배치되는 실시예를 도시한다. 즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 파이프 검사 시스템(300)은 카메라 모듈(400)과 통신할 수 있고, 카메라 모듈(400)이 파이프 내면을 촬영함으로써 생성한 입력 이미지 데이터(D_IN)을 수신할 수 있다. 도 7을 참조하면, 파이프 검사 시스템(300)은 프로세서(310), RAM(320), 통신 모듈(330) 및 비휘발성 스토리지(340)를 포함할 수 있고, 프로세서(310), RAM(320), 통신 모듈(330) 및 비휘발성 스토리지(340)는 시스템 버스(350)를 통해서 서로 통신할 수 있다.
프로세서(310)는 명령어를 실행함으로써 필요한 동작을 수행하는 하드웨어 모듈로서, 프로세서(310)는 비휘발성 스토리지(340)에 저장된 복수의 명령어들을 실행함으로써 본 개시의 예시적 실시예에 따른 파이프 검사 방법들 중 하나를 수행할 수 있다.
RAM(320)은 프로세서(310)의 데이터 메모리로서 기능할 수 있고, DRAM과 같은 고속의 휘발성 메모리 장치를 포함할 수 있다. 프로세서(310)는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 파이프 검사 방법들 중 하나를 수행함에 따라 생성되는 데이터를 RAM(320)에 저장할 수도 있고, RAM(320)에 저장된 데이터를 독출(read)함으로써 그 파이프 검사 방법을 수행할 수 있다. 예를 들면, RAM(320)은 카메라 모듈(400)로부터 수신된 입력 이미지 데이터(D_IN) 및 프로세서(310)가 입력 이미지 데이터(D_IN)를 처리함으로써 생성한 출력 이미지 데이터(D_OUT)를 저장할 수 있다.
통신 모듈(330)은 카메라 모듈(400)과 통신할 수 있고, 카메라 모듈(400)로부터 입력 이미지 데이터(D_IN)를 수신할 수 있다. 또한, 통신 모듈(330)은 카메라 모듈(400)을 제어하는 신호, 예컨대 촬영의 개시, 종료 등을 지시하는 신호를 전송할 수도 있다. 비록 도 7의 예시에서, 통신 모듈(330)은 카메라 모듈(400)과 통신하는 것이 개시되었으나, 통신 모듈(330)은 파이프 검사 시스템(300) 외부의 다른 시스템과의 통신 채널을 제공할 수도 있다.
비휘발성 스토리지(340)는 공급되는 전원이 차단되어도 저장된 데이터를 소실하지 아니하는 저장 매체로서, 예컨대 플래시 메모리 장치, 디스크 장치 등을 포함할 수 있다. 비휘발성 스토리지(340)는 프로세서(310)가 실행하는 복수의 명령어들을 저장할 수 있고, 복수의 명령어들은 프로세서(310)에 의해서 비휘발성 스토리지(340)에 직접 엑세스되어 실행되거나, 또는 RAM(320)에 복사되어 프로세서(310)에 의해서 RAM(320)에 엑세스되어 실행될 수도 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 예시적인 실시예들이 개시되었다. 본 명세서에서 특정한 용어를 사용하여 실시예들을 설명되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술적 사상을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (11)

  1. 파이프의 제1 단부에 접안되는 어안 렌즈를 사용하여 상기 파이프의 내면을 촬영함으로써 상기 파이프를 검사하는 시스템으로서,
    상기 어안 렌즈를 통해서 촬영된 이미지에 대응하는 입력 이미지 데이터를 수신하고, 상기 입력 이미지 데이터를 처리함으로써 상기 파이프 내면의 전개도에 대응하는 출력 이미지 데이터를 생성하는 이미지 처리 모듈을 포함하고,
    상기 이미지 처리 모듈은,
    상기 어안 렌즈의 중심점을 원점으로 하는 3차원 극좌표계에서 상기 입력 이미지 데이터에 포함된 적어도 하나의 입력 지점에 대한 천정각(θ) 및 방위각(φ)을 계산하는 극좌표 추출부; 및
    상기 천정각(θ) 및 방위각(φ)에 기초하여, 상기 적어도 하나의 입력 지점을 상기 출력 이미지 데이터에 포함된 적어도 하나의 출력 지점에 맵핑하는 출력 데이터 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 파이프 검사 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 극좌표 추출부는, 상기 어안 렌즈의 중심점에 대응하는 상기 입력 이미지 데이터의 입력 지점으로부터 상기 적어도 하나의 입력 지점까지의 거리가 Rf이고, Rf의 최대값이 Rfmax이고, 상기 어안 렌즈의 최대 화각의 절반값이 θmax일 때,
    상기 어안 렌즈의 중심점을 원점으로 하는 2차원 직각 좌표계에서 상기 적어도 하나의 입력 지점의 좌표(xf, yf)를 추출하고, 다음 식에 의해서 상기 적어도 하나의 입력 지점의 천정각(θ) 및 방위각(φ)을 계산하는 것을 특징으로 하는 파이프 검사 시스템.
    θ = Rf * θmax / Rfmax
    φ = tan-1 (yf / xf)
  3. 제1항에 있어서,
    상기 출력 데이터 생성부는, 상기 파이프의 길이 및 내경이 각각 L 및 r이고, 상기 파이프의 제1 단부에 대응하는 입력 지점의 천정각이 θ1이고, 상기 파이프의 제1 단부와 다른 제2 단부에 대응하는 입력 지점의 천정각이 θ2일 때,
    다음 식에 의해서 상기 출력 데이터에서 상기 출력 지점의 좌표(x, y)를 계산하는 것을 특징으로 하는 파이프 검사 시스템.
    x = πr * (φ / 360)
    y = L * (θ / (θ1 - θ2))
  4. 제1항에 있어서,
    상기 카메라 모듈은, 상기 어안 렌즈의 외곽에 배치되는 적어도 하나의 발광 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 파이프 검사 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 이미지 처리 모듈은 상기 출력 이미지 데이터에 기초하여 상기 파이프 내면의 결함을 검출하는 결함 검출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파이프 검사 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    정상인 파이프 내면의 전개도에 대응하는 기준 이미지 데이터를 저장하는 데이터 저장부를 더 포함하고,
    상기 결함 검출부는, 상기 출력 이미지 데이터 및 상기 기준 이미지 데이터를 비교함으로써 상기 결함을 검출하는 것을 특징으로 하는 파이프 검사 시스템.
  7. 파이프의 제1 단부에 접안되는 어안 렌즈를 사용하여 상기 파이프의 내면을 검사하는 파이프 검사 방법으로서,
    상기 어안 렌즈를 통해서 촬영된 이미지에 대응하는 입력 이미지 데이터를 수신하는 단계;
    상기 어안 렌즈의 중심점을 원점으로 하는 3차원 극좌표계에서 상기 입력 이미지 데이터에 포함된 적어도 하나의 입력 지점에 대한 천정각(θ) 및 방위각(φ)을 계산하는 단계; 및
    상기 천정각(θ) 및 방위각(φ)에 기초하여, 상기 적어도 하나의 입력 지점을 적어도 하나의 출력 지점에 맵핑함으로써 상기 파이프 내면의 전개도에 대응하는 출력 이미지 데이터를 생성하는 단계를 포함하는 파이프 검사 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 천정각(θ) 및 방위각(φ)을 계산하는 단계는, 상기 어안 렌즈의 중심점에 대응하는 상기 입력 이미지 데이터의 입력 지점으로부터 상기 적어도 하나의 입력 지점까지의 거리가 Rf이고, Rf의 최대값이 Rfmax이고, 상기 어안 렌즈의 최대 화각의 절반값이 θmax일 때,
    상기 어안 렌즈의 중심점을 원점으로 하는 2차원 직각 좌표계에서 상기 적어도 하나의 입력 지점의 좌표(xf, yf)를 추출하는 단계; 및
    다음 식에 의해서 상기 적어도 하나의 입력 지점의 천정각(θ) 및 방위각(φ)을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파이프 검사 방법.
    θ = Rf * θmax / Rfmax
    φ = tan-1 (yf / xf)
  9. 제7항에 있어서,
    상기 출력 이미지 데이터를 생성하는 단계는, 상기 파이프의 길이 및 내경이 각각 L 및 r이고, 상기 파이프의 제1 단부에 대응하는 입력 지점의 천정각이 θ1이고, 상기 파이프의 제1 단부와 다른 제2 단부에 대응하는 입력 지점의 천정각이 θ2일 때,
    다음 식에 의해서 상기 출력 데이터에서 상기 출력 지점의 좌표(x, y)를 계산하는 것을 특징으로 하는 파이프 검사 방법.
    x = πr * (φ / 360)
    y = L * (θ / (θ1 - θ2))
  10. 제7항에 있어서,
    상기 출력 이미지 데이터에 기초하여 상기 파이프 내면의 결함을 검출하는 단계를 더 포함하는 파이프 검사 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 결함을 검출하는 단계는, 정상인 파이프 내면의 전개도에 대응하는 기준 이미지 데이터 및 상기 출력 이미지 데이터를 비교함으로써 상기 결함을 검출하는 것을 특징으로 하는 파이프 검사 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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