KR20210008661A - 화상데이터 내의 척도마커의 추적을 통한 구조물 표면의 균열 감시 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화상데이터취득장치를 이용하여 취득한 균열의 양측에 척도마커가 설치된 구조물의 화상데이터를 분석하여, 균열의 평면이동 뿐만 아니라, 화상데이터를 이용하여 균열의 회전 거동 및/또는 돌출 · 함몰 거동 측정할 수 있는 화상데이터 내의 척도마커의 추적을 통한 구조물 표면의 균열 감시 방법 및 이를 기록한 기록매체에 관한 것이다.

Description

화상데이터 내의 척도마커의 추적을 통한 구조물 표면의 균열 감시 방법{METHOD FOR MONITORING CRACKS ON SURFACE OF STRUCTURE BY TRACKING OF MARKERS IN IMAGE DATA}

본 발명은 구조물 표면의 균열의 양측에 부착된 척도마커를 카메라 등과 같은 영상정보취득장치를 통해 취득한 화상데이터를 이용한 화상데이터 내의 척도마커의 추적을 통한 구조물 표면의 균열 감시 방법에 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.

정밀점검 및 정밀안전진단의 여러 검사 중 구조물의 중요한 손상에 대한 점검 방법으로 균열점검이 실시된다.

그런데 균열 점검은 통상 점검자가 균열폭 측정자 또는 균열경을 휴대하고 현장으로 접근하여 균열폭을 아날로그 방식으로 측정하는 방식으로 수행되고 있다. 점검자가 육안으로 눈금을 읽는 방식이기 때문에 점검자의 주관이 개입될 수 밖에 없고, 수많은 균열들을 정확히 추적하는 것이 쉽지 않다. 더욱이 특정 균열의 변화 등과 같아 장기적인 거동특성을 측정하는 경우도 균열팁을 설치하고, 정기적으로 점검자가 균열팁의 변동량을 측정하는 방식으로 수행된다. 이 역시 점검자의 주관이 개입될 수 밖에 없다.

점검자의 주관 개입에 따른 문제를 해결하고자, 최근에는 카메라로 균열부위를 촬영하고 수득한 화상데이터를 분석하여 균열의 변화를 추적하는 기술들이 제시되고 있다.

예컨대 일본 특허공보 특허 제5,097,765호(선행발명 1)는 구조물의 균열의 양측에 타켓을 각각 설치하고, 디지털카메라로 이를 촬영해 얻어진 화상데이터를 처리하여 양측의 타겟의 거리 변화를 계측하여 균열의 변화를 검사하는 방법을 제시하고 있다. 하지만 선행발명 1에서는 균열 양측에 설치된 타겟의 거리 변화만을 계측하고 있을 뿐이며, 균열의 회전 거동이나, 돌출· 함몰 거동에 대해서는 어떠한 문제도 인식하고 있지 않다.

균열은 평면이동만 하는 것은 아니다. 균열을 경계로 일측이 회전하기도 하며, 돌출되거나 함몰되기도 한다. 오히려 안전이라는 목적에서는 균열의 회전 거동이나, 돌출· 함몰 거동을 파악하는 것이 더욱 중요하다.

결국 화상데이터를 이용하여 균열의 변화를 정확히 측정하기 위해서는 균열의 평면이동 뿐만 아니라, 화상데이터를 이용하여 균열의 회전 거동이나, 돌출· 함몰 거동도 측정할 수 있는 새로운 방안이 필요하다.

일본 특허공보 특허 제5,097,765호

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 화상데이터취득장치를 이용하여 취득한 균열의 양측에 척도마커가 설치된 구조물의 화상데이터를 분석하여, 균열의 평면이동 뿐만 아니라, 화상데이터를 이용하여 균열의 회전 거동 및/또는 돌출· 함몰 거동 측정할 수 있는 화상데이터 내의 척도마커의 추적을 통한 구조물 표면의 균열 감시 방법을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 화상데이터 내의 척도마커의 추적을 통한 구조물 표면의 균열 감시 방법은 균열의 양측으로 제1척도마커 및 제2척도마커가 각각 설치된 검사대상의 화상데이터에서 제1척도마커 및 제2척도마커를 추적하여 구조물 표면의 균열을 감시한다. 구체적으로 살펴보면, 일 실시예는 (a) 검사대상을 촬영한 화상데이터를 획득하는 단계; (b) 상기 화상데이터에서 제1척도마커 및 제2척도마커를 인식하는 단계; 및 (c) 일 시점에서의 화상데이터의 제1척도마커 및 제2척도마커와 일 시점 이후 시점의 화상데이터의 제1척도마커 및 제2척도마커를 비교하여 제1척도마커 및 제2척도마커의 변화를 추적하는 단계;를 포함하고, 제1척도마커 및 제2척도마커는 각각 자신의 방향을 특정할 수 있도록 하는 2개 이상의 기준점을 포함함으로써, 상기 제1척도마커 및 제2척도마커의 변화를 추적하는 단계에서 상기 제1척도마커 또는 상기 제2척도마커의 회전거동을 측정할 수 있는 것을 특징으로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 따른 화상데이터 내의 척도마커의 추적을 통한 구조물 표면의 균열 감시 방법은 균열의 양측으로 제1척도마커 및 제2척도마커가 각각 설치된 검사대상의 화상데이터에서 제1척도마커 및 제2척도마커를 추적하여 구조물 표면의 균열을 감시한다. 구체적으로 살펴보면, 다른 실시예는 (a) 검사대상을 촬영한 화상데이터를 획득하는 단계; (b) 상기 화상데이터에서 제1척도마커 및 제2척도마커를 인식하는 단계; 및 (c) 일 시점에서의 화상데이터의 제1척도마커 및 제2척도마커와 일 시점 이후 시점의 화상데이터의 제1척도마커 및 제2척도마커를 비교하여 제1척도마커 및 제2척도마커의 변화를 추적하는 단계;를 포함하고, 상기 제1척도마커 및 제2척도마커의 변화를 추적하는 단계는 제1척도마커를 구성하는 점의 크기 또는 선의 폭에 대해 제2척도마커를 구성하는 점의 크기 또는 선의 폭을 비교함으로써 제2척도마커의 돌출 · 함몰 거동을 측정할 수 있는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 (b) 단계를 수행한 후에 수행되며, 척도마커를 인식하는 과정에서 척도마커를 구성하는 점의 크기 또는 선의 폭에 오류를 보정하기 위한 단계로서, 오류를 보정하고자 하는 시점의 화상데이터를 복수개 수집하는 단계; 수집한 복수개의 화상데이터에 포함된 척도마커를 구성하는 점의 크기 또는 선의 폭이 가장 큰 화상데이터로부터 순차적으로 척도마커를 구성하는 점의 크기 또는 선의 폭이 작아지는 일부의 화상데이터를 제1그룹으로 분류하는 단계; 수집한 복수개의 화상데이터에 포함된 척도마커를 구성하는 점의 크기 또는 선의 폭이 가장 작은 화상데이터로부터 순차적으로 척도마커를 구성하는 점의 크기 또는 선의 폭이 커지는 일부의 화상데이터를 제2그룹으로 분류하는 단계; 제1그룹과 제2그룹에 속하지 아니한 나머지 화상데이터를 제3그룹으로 분류하는 단계; 및 제3그룹의 화상데이터의 제1척도마커의 점이 크기 또는 선의 폭의 평균을 오류를 보정하고자 하는 시점의 화상데이터의 척도마커의 점의 크기 또는 선의 폭으로 결정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 제1척도마커 또는 상기 제2척도마커의 실제크기에 관한 정보를 이용하여 화상데이터의 화면상 단위크기의 실제크기를 산출함으로써 균열의 변화를 정량적으로 감시할 수 있는 것을 특징으로 할 수 있다.

바람직하게는, 상기 (c) 단계는, 일 시점의 화상데이터(이하 기준 화상데이터)의 제1척도마커와 일 시점 이후의 화상데이터(이하 해당 화상데이터)의 제1척도마커가 일치하도록 해당 화상데이터를 보정하고, 기준 화상데이터와 해당 화상데이터의 제1척도마커가 일치된 경우에 기준 화상데이터와 해당 화상데이터의 제2척도마커를 비교하여 해당 화상데이터의 제2척도마커의 평면이동, 돌출 · 함몰 거동, 및 회전 거동 중 적어도 하나를 산출하며, 산출된 해당 화상데이터의 제2척도마커의 평면이동, 돌출 · 함몰 거동, 및 회전 거동 중 적어도 하나를 균열의 변화로 추정하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 화상데이터 내의 척도마커의 추적을 통한 구조물 표면의 균열 감시 방법은 균열의 양측에 각각 제1척도마커 및 제2척도마커가 설치된 구조물의 화상데이터를 분석하여 균열의 변화를 추적하되, 제1척도마커 및 제2척도마커가 각각 적어도 2개 이상의 기준점을 포함함으로써 화상데이터 내의 척도마커의 추적을 통해 균열의 회전 거동을 측정할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 화상데이터 내의 척도마커의 추적을 통한 구조물 표면의 균열 감시 방법은 균열의 양측에 각각 제1척도마커 및 제2척도마커가 설치된 구조물의 화상데이터를 분석하여 균열의 변화를 추적하되, 제1척도마커를 구성하는 점의 크기 또는 선의 폭에 대해 제2척도마커를 구성하는 점의 크기 또는 선의 폭을 비교함으로써 균열의 돌출· 함몰 거동을 측정할 수 있다. 특히, 본 발명의 다른 실시예에 따른 화상데이터 내의 척도마커의 추적을 통한 구조물 표면의 균열 감시 방법은 제1척도마커 또는 제2척도마커로부터 제1척도마커 또는 제2척도마커의 실제크기에 관한 정보를 취득함으로써 화상데이터의 화면상 단위크기의 실제크기를 알 수 있으므로 균열의 돌출· 함몰 거동을 정량적으로 도출할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예 또는 다른 실시예의 화상데이터 내의 척도마커의 추적을 통한 구조물 표면의 균열 감시 방법은 현재 검사시점의 화상데이터를 복수개 수집하고, 복수개의 화상데이터에 포함된 제1척도마커를 구성하는 점의 크기 또는 선의 폭이 가장 큰 화상데이터로부터 순차적으로 제1척도마커를 구성하는 점의 크기 또는 선의 폭이 작아지는 일부의 화상데이터를 제1그룹이라 하고, 복수개의 화상데이터에 포함된 제1척도마커를 구성하는 점의 크기 또는 선의 폭이 가장 작은 화상데이터로부터 순차적으로 제1척도마커를 구성하는 점의 크기 또는 선의 폭이 커지는 일부의 화상데이터를 제2그룹이라 하고, 나머지 화상데이터를 제3그룹이라고 정의하여, 제3그룹의 화상데이터의 제1척도마커의 점이 크기 또는 선의 폭의 평균을 현재 검사시점에서의 제1척도마커의 점의 크기 또는 선의 폭으로 결정함으로써 균열 감시의 정량적 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명을 실시하기 위한 전체 시스템에 대한 구성도.
도 2는 QR 코드의 구성을 설명하기 위한 참고도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 단말(30)의 구성에 대한 블록도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 척도마커를 이용한 구조물 표면 균열 감시 방법을 설명하는 흐름도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 검사대상에 척도마커를 부착한 예시도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 화상데이터에서 척도마커의 윤곽선을 검출하는 과정을 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 척도마커를 인식하는 과정에서 척도마커를 구성하는 점의 크기 또는 선의 폭에 오류가 발생하는 것을 설명하기 위한 예시도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 촬영된 척도마커 이미지에 대한 예시도.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 보정된 척도마커 이미지에 대한 예시도.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 척도마커의 변위를 산출하는 것을 나타낸 예시도.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 척도마커설치틀에 대한 구성도.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따라 2쌍의 척도마커를 크랙진행측정기 위에 부착한 상태를 나타낸 예시도.

이하, 본 발명의 화상데이터 내의 척도마커의 추적을 통한 구조물 표면의 균열 감시방법(이하, '균열 감시방법'이라 한다)의 실시를 위한 구체적인 내용을 도면에 따라서 설명한다. 또한, 본 발명을 설명하는데 있어서 동일 부분은 동일 부호를 붙이고, 그 반복 설명은 생략한다.

먼저, 본 발명을 실시하기 위한 전체 시스템의 구성에 대하여 도 1a 및 도 1b를 참조하여 설명한다. 도 1a는 본 발명을 실시하기 위한 전체 시스템의 제1예를 나타내고, 도 1b는 제2예를 나타내고 있다.

도 1a에서 보는 바와 같이, 본 발명을 실시하기 위한 전체 시스템의 일례는 콘크리트 표면 등 검사대상(10)에서 발생한 균열(11)의 양 측에 부착되는 척도 마커(20), 카메라(미도시)가 구비되는 스마트 단말(30), 및 스마트 단말(30) 상에 설치되어 화상데이터취득장치(예를 들어, 카메라)를 이용하여 취득한 화상데이터로부터 균열의 변화를 산출하는 측정 시스템(40)으로 구성된다.

먼저, 척도마커(20)는 전체 형상이 정사각형 또는 직사각형으로 구성된 마커이다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니며 정사각형 또는 직사각형 외에도 원 등 다른 도형 형태로 구성될 수도 있다.

촬영 표면이 균열의 표면과 평행하지 않은 경우, 이미지 왜곡으로 인한 변위 오차가 발생할 수 있다. 그런데 척도마커가 정사각형 또는 직사각형인 경우 경사된 화상데이터를 정사된 화상데이터로 보정할 수 있으며, 이를 통하여 정확한 크랙의 변화를 파악할 수 있다.

또한, 본 발명의 균열 감시방법은 척도마커로 적어도 2개 이상의 기준점을 포함하는 것을 이용할 수 있으며, 바람직하게는 3개 이상의 기준점을 포함하는 것을 이용할 수 있다. 이와 같이 기준점이 포함되면 척도마커의 방향을 특정할 수 있는바, 본 발명의 균열 감시방법은 균열의 회전 거동을 감시할 수 있다는 장점이 있으나, 이에 대해서는 후술하도록 한다.

한편, 척도마커로는 정사각형의 QR코드 등 2차원 코드를 이용할 수 있다. 그런데 QR코드는 도 2 나타난 바와 같이, 파인더, 얼라이먼트, 경계, 그리고 그 외 희고 검은 사각형인 코드를 포함하여 구성된다. QR코드에서 파인더는 QR코드임을 알 수 있게 해주는 3개의 정사각형이다. 얼라이어먼트는 코드의 스캔방향을 알려주는 정사각형으로서 파인더의 정사각형보다 작은 크기를 가진다. 경계는 다른 이미지와 구분이 가도록 하는 공간이다. 다만, 경계는 필수적인 것은 아니며, QR코드가 인접하는 다른 QR코드가 없는 경우라면 경계에 해당하는 공백의 영역이 없는 경우도 있다. 코드는 데이터를 담는 역할을 한다. 여기서 코드에 데이터를 담는다는 것은 QR코드가 직접 그 데이터를 가지고 있는 것 외에도, 그 데이터가 저장된 위치를 유무선으로 연결해줌으로써 그 데이터를 제공할 수 있다는 것을 의미한다.

QR코드를 척도마커로 이용할 경우 다양한 장점이 있으나, 크게 세가지 장점이 있다. 첫번째는 척도마커의 아이디, 설치날짜, 장소 등의 식별정보에 관한 데이터가 코드에 기록될 수 있다. 두번째는 해당 척도마커의 실제크기(QR코드에 경계가 없는 경우라면 척도마커의 실제크기는 QR코드의 크기가 될 수 있을 것이다) 및 형상에 관한 데이터가 코드에 기록될 수 있다. 이로써 후술하는 바와 같이, 취득함으로써 화상데이터의 화면상 단위크기의 실제크기를 알 수 있어, 균열의 변화의 정량적 값을 알 수 있다. 세번째는 QR코드는 3개 이상의 기준점을 포함한다는 것이다. QR코드는 필수적으로 3개의 파인더를 포함하는데, 이것이 기준점이 될 수 있다. 나아가 QR코드는 얼라이어먼트도 포함하기 때문에 3개의 파인더와 얼라이어먼트가 4개의 기준점이 될 수 있다. 특히, 얼라이어먼트는 파인더보다 작은 정사각형으로 이루어져 구분되므로 척도마커가 촬영 변수(줌, 각도, 렌즈의 종류 등)로 인해 왜곡되더라도 3개의 파인더와 얼라이어먼트를 이용하여 척도마커의 현재 방향을 정확히 알 수 있다.

한편, 척도마커(20)는 2차원 코드 외에도 그 내부에 격자 형태로 구성될 수도 있다. 즉, 카메라 캘리브레이션을 하기 위한 격자 형태의 체크 무늬 등 척도를 잴 수 있는 여러 가지 형태를 모두 적용할 수 있다.

척도마커(20)는 알루미늄 또는 적정 강도가 확보되는 재질로 이루어진 시트로서, 양면 테이프나 접착제 등에 의해 측정하고자 하는 검사 대상(10)에 부착된다. 검사대상(10)은 콘크리트의 표면으로서, 균열(11)이 발생한 대상이다.

다음으로 스마트 단말(30)은 스마트폰, 패블릿, 태블릿, 노트북 등 카메라와 컴퓨팅 기능을 구비한 단말로서, 모바일 어플리케이션(또는 어플, 앱)이 설치될 수 있는 단말이다.

도 3에서 보는 바와 같이, 스마트 단말(30)은 촬영 기능을 구비한 카메라(31), 화면을 표시하는 디스플레이(32), 명령이나 데이터를 입력받는 입력부(33), 데이터를 송수신하는 통신부(34), 이들을 제어하는 제어부(35) 등으로 구성된다. 즉, 사용자는 스마트 단말(30)의 카메라(31)를 이용하여, 균열(11)이 발생한 콘크리트 표면(검사대상, 10)을 촬영하여, 화상데이터를 획득할 수 있다. 한편, 스마트 단말(30)은 스마트폰 등 일반 단말 외에도 측정 분석만을 전용으로 수행하는 전용 모바일 단말로 구현될 수도 있다. 측정 시스템(40)은 스마트 단말(30)에 설치되는 모바일어플리케이션(또는 어플, 앱)으로서, 카메라(31)를 통해 화상데이터를 획득하고, 획득된 화상데이터로부터 균열의 변화를 산출하는 프로그램 시스템이다. 이때, 측정 시스템(40)은 카메라(31)에서 획득한 화상데이터에서 두 척도마커의 상대적 위치를 비교하여 균열 변화를 계산한다.

측정 시스템(40)은 척도마커의 실제 크기와 형상을 사전에 저장하거나, 척도마커의 코드를 읽어 척도마커의 실제 크기와 형상을 획득한다. 측정 시스템(40)은 척도마커의 실제 크기와 취득한 화상데이터에 서의 척도마커의 크기을 비교하여, 취득한 화상데이터에서 단위크기의 실제크기, 나아가 화소 하나의 실제크기를 계산할 수 있다.

또한, 측정 시스템(40)은 스마트 단말(30)의 디스플레이(32) 상에서 화상데이터와, 영역 선택 툴, 저장 툴, 균열정보 표시영역, 화소크기 표시영역 등을 표시할 수 있다. 영역 선택 툴은 촬영된 영상 중에서 측정자가 측정하고자 하는 영역을 선택하기 위한 영역을 표시하거나, 영역의 위치 및 크기를 조절하기 위해 이용하는 툴(tool) 등을 제공할 수 있다. 저장 툴은 측정자가 상기 촬영된 영상과 계산된 균열 정보를 저장하기 위해 이용하는 툴 등을 제공할 수 있다. 균열정보 표시부는 계산된 균열 정보를 나타낼 수 있다. 이에 한정되지 않고, 측정 시스템(40)은 촬영 날짜와 시간 등을 기록하거나 표시할 수 있고, 측정자로부터 터치스크린 등 입력부(33)를 통해 메모를 입력받아 기록하는 메모 기능을 제공할 수 있다.

도 1b에서 보는 바와 같이, 본 발명을 실시하기 위한 전체 시스템의 다른 예는 콘크리트 표면 등 검사대상(10)에서 발생한 균열(11)의 양 측에 부착되는 척도 마커(20), 검사대상(10)이 있는 현장에 설치되는 카메라(31), 카메라(31)로부터 원격에서 촬영된 표면 영상을 수신하여 균열의 변화를 산출하는 측정 시스템(40)으로 구성될 수 있다. 즉, 현장에 CCTV 등 카메라(31)를 고정 설치하고, 카메라(31)는 검사대상(10)을 촬영하여, 획득한 화상데이터를 통신기능을 이용하여 원격에 위치한 원격 서버(50)에 전송할 수 있다. 원격 서버(50)에 설치된 측정 시스템(40)에서 표면 영상을 분석하여, 균열의 변화를 산출할 수 있다. 바람직하게는, 카메라(31)는 PTZ 카메라(Pan-Tilt-Zoom Camera)로서, 현장에 설치되어 다수의 검사대상(10)을 측정하여, 획득한 화상데이터를 원격서버(50)에 전송한다. 특히, PTZ 카메라는 프리셋 설정 기능을 구비하여, 사전에 측정위치, 측정범위, 측정 간격 등을 설정하고 복수의 검사대상(10)을 정기적으로 측정하도록 제어할 수 있다.

한편, 본 발명을 실시하기 위한 전체 시스템은 스마트 단말(30)을 클라이언트로, 원격서버(50)를 서버로 구성하여, 서버-클라이언트 시스템으로도 구현될 수 있다. 즉, 스마트 단말(30)에서 검사대상(10)을 촬영하여, 획득한 화상데이터를 원격 서버(50)에 전송하면, 원격서버(50)에서 균열의 변화를 분석할 수 있다. 또는, 스마트 단말(30)에서 검사대상(10)을 촬영하고 획득한 화상데이터에서 균열의 변화를 산출하고, 원격서버(50)에서는 해당 검사대상(10)에 대한 과거 분석 데이터를 보관하고 획득한 화상데이터에서의 분석결과와 과거 분석결과를 대비하여, 균열의 변화를 분석하는 작업을 수행할 수 있다. 또는, 스마트 단말(30)에서 검사대상(10)을 촬영하고 모든 분석을 수행하고, 그 결과만 원격 서버(50)에서 저장하여 보관할 수 있다. 즉, 서버-클라이언트의 구축 방법에 따라 다양한 형태로 촬영 및 분석 기능을 분담하여 구현될 수 있다.

다음으로, 본 발명의 균열 감지방법을 도 4를 참조해서 설명하도록 한다.

먼저, 검사 대상인 콘크리트 표면에 척도마커(20)를 부착한다(S10). 이때, 척도마커(20)는 촬영하고자 하는 범위 내에 부착하여, 화상데이터에서 균열과 함께 나타나도록 한다.

특히, 도 5와 같이, 척도마커(20)는 2개가 하나의 쌍으로 부착되고, 균열(11)의 양 측에 부착된다. 이때, 균열(11)의 한 측에 부착된 척도마커(20)를 제1척도마커(20a)라 하고, 다른 한 측에 부착된 척도마커(20)를 제2척도마커(20b)라 부르기로 한다.

바람직하게는, 제1척도마커(20a) 및 제2척도마커(20b)는 서로 나란히 평행이 되도록 부착하는 것이 바람직하다.

하지만 현실적으로 제1척도마커(20a) 및 제2척도마커(20b)는 서로 나란히 평행이 되도록 부착하는 것은 쉽지 않다. 따라서 본 발명의 균열 감시방법은 제1척도마커(20a) 및 제2척도마커(20b)의 설치 시점 또는 현재보다 과거의 기준 시점에서의 제1척도마커(20a) 및 제2척도마커(20b)의 각도에 관한 데이터를 수집한다. 이를 위해, 제1척도마커(20a) 및 제2척도마커(20b)는 각각 2개 이상의 기준점을 포함한다.

이때, 제1척도마커(20a) 및 제2척도마커(20b)의 각도라고 함은 제1척도마커(20a)를 기준으로 제1척도마커(20a)의 기준점에 의해 특정되는 방향의 직선과 제2척도마커(20b) 의 기준점에 의해 특정되는 방향의 직선이 이루는 각도를 의미할 수도 있다.

한편, 되도록 제1 및 제2 척도마커(20a, 20b)를 동일 선상에 평행하도록 부착하기 위하여, 마커설치틀(100)을 이용할 수 있다. 마커설치틀(100)에 대해서는 도 11에서 구체적으로 설명한다.

다음으로 카메라(31)에 의해 화상데이터를 획득한다(S20). 즉, 제1 및 제2 척도마커(20a, 20b)가 부착된 검사대상(즉, 콘크리트 표면 등)을 카메라(31)로 촬영하여 화상데이터를 획득한다.

앞서 설명한 바와 같이, 카메라(31)는 스마트폰 등 스마트 단말(30)에 내장된 카메라로서, 사용자는 스마트 단말(30)을 통해 검사대상을 촬영할 수 있다. 즉, 스마트 단말(30)에 설치된 균열 측정 애플리케이션 프로그램, 즉, 측정시스템(40)을 실행한 후 촬영하는 것도 가능하고, 촬영한 후 측정 시스템(40)을 실행하여 화상데이터를 불러들이는 것도 물론 가능하다.

또는, 검사대상이 있는 현장에 설치된 CCTV, PTZ 카메라 등에 의해 촬영될 수도 있다. 이때, 획득한 화상데이터는 카메라(31)에서 원격 서버(50)등으로 전송되어, 원격서버(50)에 설치되어 구비된 측정 시스템(40)이 해당 화상데이터를 획득한다.

다음으로, 획득한 화상데이터에서 제1 및 제2 척도마커(20a, 20b)를 인식한다(S30).

구체적으로, 도 6과 같이, 측정 시스템(40)은 화상데이터에서 척도마커(20a, 20b)의 외곽선(21)을 추출하고, 외곽선(21)으로 형성된 박스 내의 영역을 척도마커로서 인식한다.

바람직하게는 획득된 화상데이터에 대하여 전처리 과정이 더 수행될 수 있다. 본 발명에서는 인식한 척도마커(20a, 20b)를 이용하여 전처리 과정이 수행된다.

첫번째로 촬영 표면이 균열의 표면과 평행하지 않은 경우, 이미지 왜곡으로 인한 화상데이터에 변위 오차가 발생할 수 있다. 이 경우 이미 알고 있던 척도마커의 실제크기와 형상에 관한 데이터를 이용하여 화상데이터를 보정한다. 즉, 척도마커가 QR코드라면 코드로부터 척도마커의 실제크기 또는 형상에 관한 데이터를 취득하고, 이를 기초로 화상데이터를 보정하는 것이 가능하다. 예컨대, 만약 척도마커가 정사각형이라면, 화상데이터에서 척도마커의 가로변과 세로변이 동일해지도록 보정할 수 있다.

두번째로 척도마커를 인식하는 과정에서 척도마커를 구성하는 점의 크기 또는 선의 폭에 오류가 발생할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따라 척도마커를 인식하는 과정에서 척도마커를 구성하는 점의 크기 또는 선의 폭에 오류가 발생하는 것을 설명하기 위한 예시도이다. 도 7의 상부는 QR코드를 척도마커로 하는 화상데이터에서 동일한 척도마커의 동일한 파인더의 화상데이터이다. 도 7의 하부는 이를 척도마커로 인식하는 과정에서 파인더를 어떻게 인식한 것인지에 관한 결과물이다. 도 7의 하부의 좌우를 6개의 가로대비선을 기준으로 대비해보면, 주변 선폭에 차이가 생기거나, 가운데 점의 크기에 차이가 생기는 것을 알 수 있다. 물론 그 외에도 도트의 유무의 차이도 있음을 알 수 있다.

즉, 척도마커를 인식하는 과정에서 척도마커를 구성하는 점의 크기 또는 선의 폭에 오류가 발생하게 되는데, 균열의 변화를 정량적으로 감시할 경우 이와 같은 점의 크기 또는 선의 폭에 오류는 균열의 평면이동, 회전 거동, 돌출 · 함몰 거동에 대해 모두 신뢰성을 떨어트리는 원인이 된다.

이와 같은 오류를 해결하기 위해, 본 발명의 균열 감시방법은 다음과 같은 방법을 이용한다.

먼저, 현재 검사시점의 화상데이터를 복수개 수집하는 단계를 수행한다. 현재 검사시점의 화상데이터를 복수개 수집한다는 것은 일 시점을 기준으로 연속되는 화상데이터를 복수개 수집하거나, 일 시점을 기준으로 소정의 간격으로 화상데이터를 복수개 수집하는 것을 의미한다.

그 다음 복수개의 화상데이터에 포함된 척도마커를 구성하는 점의 크기 또는 선의 폭이 가장 큰 화상데이터로부터 순차적으로 척도마커를 구성하는 점의 크기 또는 선의 폭이 작아지는 일부의 화상데이터를 제1그룹으로 분류하는 단계가 수행된다. 예컨대, 전체 화상데이터 중 상위 30%의 크기를 가지는 화상데이터를 제1그룹으로 분류하는 것이다. 이때, 척도마커는 제1척도마커만 이용하는 것도, 제1 및 제2척도마커를 함께 이용하는 것도 가능하다.

다음으로 복수개의 화상데이터에 포함된 제1척도마커를 구성하는 점의 크기 또는 선의 폭이 가장 작은 화상데이터로부터 순차적으로 제1척도마커를 구성하는 점의 크기 또는 선의 폭이 커지는 일부의 화상데이터를 제2그룹이로 분류하는 단계가 수행된다. 예컨대, 전체 화상데이터 중 하위 30%의 크기를 가지는 화상데이터를 제1그룹으로 분류하는 것이다. 마찬가지로 척도마커는 제1척도마커만 이용하는 것도, 제1 및 제2척도마커를 함께 이용하는 것도 가능하다. 또한, 제1그룹과 제2그룹은 서로 겹치는 화상데이터를 포함하지 않는다.

제1그룹과 제2그룹에 속하지 아니한 나머지 화상데이터를 제3그룹으로 분류한다. 제1 및 제2그룹이 각각 30%인 경우 중앙의 40%의 화상데이터가 제3그룹으로 분류될 것이다. 이때, 그룹 분류의 순서에 본 발명이 제한되는 것은 아니다.

마지막으로 제3그룹의 화상데이터의 제1척도마커의 점이 크기 또는 선의 폭의 평균을 현재 검사시점에서의 제1척도마커의 점의 크기 또는 선의 폭으로 결정하는 단계가 수행된다.

이와 같은 각 단계를 통해 척도마커를 인식하는 과정에서 척도마커를 구성하는 점의 크기 또는 선의 폭에 대해 발생하는 오류를 최소화 할 수 있다.

다음으로 인식된 척도마커(20)로부터 척도마커에 관한 데이터(식별정보, 크기 정보, 형상 등)를 획득한다(S40).

S40 단계는 별도의 기록을 통해 척도마커에 관한 데이터를 획득함으로써 수행하는 것도 가능하지만, 척도마커(20)가 자신에 관한 데이터를 제공할 수 있도록 구성될 수 있다.

예컨대, 척도마커(20)가 QR코드 등 2차원 코드로 구성되며, 해당 코드 내에 데이터가 코드화 되어 저장될 수 있다. 이 경우 측정 시스템(40)은 인식된 척도마커(20)를 디코딩하여, 척도마커에 관한 데이터를 추출한다. 이때, 척도마커의 실제크기는 사전에 저장되고, 척도마커 아이디에 대응되는 실제 크기를 가져오도록 구성하는 것도 가능하다.

한편, 제1 및 제2 척도마커(20a, 20b)가 동일한 것이라면, 두 마커 중 하나를 선택하여 디코딩할 수 있다.

다음으로, 제1 척도마커를 기준으로 제2 척도마커의 변화를 산출한다(S50).

먼저, 현재 화상데이터의 제1 척도마커가 기준 화상데이터(또는 최초 또는 직전에 획득한 화상데이터)의 제1척도마커가 일치하도록, 현재 화상데이터를 회전시키고, 확대 또는 축소시킨다.

기준 화상데이터는 척도마커(20a, 20b)를 부착할 때 획득한 화상데이터이거나, 직전에 획득한 화상데이터 일 수 있다. 즉, 균열의 변화는 이전 균열 상태에서 현재 균열 상태의 변화를 말한다. 이때 이전 균열 상태의 기준은 최초 균열 상태를 설정할 수도 있고, 직전 촬영시의 균열 상태일 수 있다.

도 8의 예에서, (a)는 기준 화상데이터이고, (b)는 현재 화상데이터를 나타낸다.

기준 화상데이터를 촬영할 때의 카메라(31)의 촬영 변수(파라미터)와, 현재 화상데이터를 촬영할 때의 촬영 변수는 다를 수 있다. 즉, 카메라의 줌, 촬영 거리, 각도 등이 다를 수 있다. 제2 척도마커의 변화를 검출하기 전에, 기준이 되는 제1 척도마커가 두 개의 화상데이터에서 일치하도록 현재 화상데이터를 보정한다.

즉, 현재 화상데이터의 제1 척도마커가 기준 화상데이터의 제1 척도마커가 일치하도록, 현재 화상데이터를 보정한다. 먼저, 현재 화상데이터와 기준 화상데이터에서, 제1척도마커가 평행이 되도록, 현재 화상데이터를 회전시킨다. 그리고 제1화상데이터의 크기가 동일하도록, 현재 화상데이터를 확대하거나 축소한다.

도 9는 기준 화상데이터(a)와, 보정된 현재 화상데이터(b)를 나타내고 있다.

다음으로, 도 10과 같이, 제1 척도마커가 일치되도록, 기준 화상데이터와 보정된 화상데이터를 겹쳤을 때, 제2척도마커의 회전각과 위치 변위를 추출한다. 도 10은 제2척도마커의 회전각과 X축, Y축, Z축 변위를 나타내고 있다.

이때, 제2척도마커의 회전각을 파악하기 위해서는 제1척도마커 및 제2척도마커 모두 2개 이상의 기준점을 가지고 있어야 한다. 예컨대, 기준점이 하나인 경우(예를 들어, 하나의 척도마커가 사각형, 별, 삼각형 등이 하나인 경우)라면, 카메라의 촬영조건에 따른 왜곡, 렌즈의 물리적인 왜곡, 척도마커를 인식하는 과정에서의 오류 등으로 인해 척도마커를 정확히 인식하기 어렵다. 특히, 척도마커가 원형의 하나의 기준점만을 가지고 있다면, 그 기준점을 중심으로 하는 회전은 전혀 알 수 없다.

한편, 균열은 평면이동이나 회전거동만 하는 것이 아니다. 균열은 돌출 · 함몰 거동을 하기도 한다. 이러한 균열의 돌출 · 함몰 거동을 균열의 Z축 변위라 할 수 있다. 본 발명의 균열 감시방법은 제1척도마커를 구성하는 점의 크기 또는 선의 폭에 대해 제2척도마커를 구성하는 점의 크기 또는 선의 폭을 비교함으로써 균열의 돌출 · 함몰 거동을 측정할 수 있다. 즉, 제2척도마커가 기준 화상데이터보다 작아진 경우라면 균열이 함몰한 것이며, 제2척도마커가 기준 화상데이터보다 커진 경우라면 균열이 돌출된 것을 의미한다.

나아가 이와 같은 제2척도마커의 평면이동, 회전거동, 돌출 · 함몰 거동의 계측은 균열의 평면이동, 회전거동, 돌출 · 함몰 거동으로 볼 수 있다.

다음으로, 균열의 분석값을 토대로 위험수위를 분석하고, 측정 데이터 및 분석 결과를 저장한다(S60) 또한, 일정한 주기 등에 의하여 측정을 반복하는 경우, 상기한 S20 단계 내지 S60 단계를 반복하여 수행한다(S70).

이때, 앞서 척도마커(20)에서 추출한 균열 아이디(또는 마커 아이디) 별로 크기, 변위, 변화량을 저장한다. 즉, 균열 주변에 설치한 마크에 고유한 ID값을 부여하여 DB에 균열 별로 변화량을 저장한다. 그리고 균열별 저장된 데이터를 활용하여 현재 변화량을 이전 변화량과 비교한다. 그리고 비교 값에 비율 임계값을 적용하여 위험한 정도를 판별한다.

다음으로, 본 발명의 일실시예에 따른 마커 설치틀(100)에 대하여 도 11을 참조하여 설명한다.

도 11에서 보는 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 마커 설치틀(100)은 상부(101)와 하부(102)로 구성된다. 상부(101)의 일측면과 하부(102)의 일측면은 서로 마주 보도록 겹쳐지고, 서로 겹쳐 평행이 되도록 구성된다. 이 때 마커 설치틀(100)은 균열의 진행 방향과 수직이 되도록 설치한다.

상부(101)와 하부(102)는 서로 겹쳐져 있는 상태이며 못이나, 접착제와 같은 도구를 통해 서로 구속되거나 접착되어 있는 상태가 아니다. 따라서 상부(101)와 하부(102)는 서로 독립적으로 움직이며, 각각의 움직임은 서로에 방해받지 아니한다.

상부(101)의 다른 측면, 즉, 하부(102)와 결합되는 일측면의 다른 측면에는 척도마커(20)를 부착할 수 있는 제2 마커부착부(105)가 구성된다. 또한, 하부(102)의 다른 측면, 상부(101)와 결합되는 일측면의 다른 측면에도 제1 마커부착부(104)가 구성된다. 상부(101)와 하부(102)는 서로 겹쳐 평행이 되도록 구성되므로, 제2 마커부착부(105) 및 제1 마커부착부(104)도 서로 평행이 되어 각 변의 일직선 상에 위치하도록 구성될 수 있다.

마커부착부(104,105)는 상부(101) 또는 하부(102)의 타 측면을 정사각형(또는 마커 형태)로 관통되어 형성되고, 마커부착부(104, 105)의 관통공을 통해 척도마커(20)를 부착할 수 있다. 또한, 척도마커(20)는 마커부착부(104,105)의 틀에 맞추어 부착되므로, 양측에 부착되는 한 쌍의 척도마커(20a, 20b)는 서로 평행하고 동일 직선 상에 부착될 수 있다.

즉, 마커 설치틀을 균열(11) 지점에 올려놓고 마커부착부(104)가 균열(11)의 양 측에 위치하도록 고정한다. 그리고 마커부착부(104)에 맞추어, 척도마커(20a, 20b)를 검사대상(10)에 부착한다.

다음으로, 본 발명의 척도마커(20)를 크랙진행측정기 위에 부착하여 이용하는 방법을 도 12를 참조하여 설명한다. 도 12는 척도마커(20a, 20b)를 크랙진행측정기 위에 부착한 상태를 나타낸 예시도이다.

도 12에서 보는 바와 같이, 척도마커(20)를 콘크리트 표면 등 검사대상(10)에 직접 부착하지 않고, 종래 표면 균열을 측정하기 위한 크랙진행 측정기상에 부착할 수 있다.

종래기술에 따른 크랙진행 측정기는 균열(11)의 크기를 측정하기 위하여, 측정기에 길이를 측정할 수 있는 눈금자들이 중앙에 표기되어 구성된다. 크랙진행 측정기를 균열이 있는 콘크리트 표면에 올려놓고, 카메라로 표면을 촬영하면 도 12와 같이 촬영된다. 이때, 눈금자를 기준으로 균열(11)의 크기를 측정할 수 있다.

이상, 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

10 : 검사대상 11: 균열부위
20 : 척도마커
20a : 제1 척도마커 20b : 제2 척도마커
30 : 스마트 단말 31 : 카메라
40 : 측정시스템 50 : 원격서버

Claims (5)

1. 균열의 양측으로 제1척도마커 및 제2척도마커가 각각 설치된 검사대상의 화상데이터에서 제1척도마커 및 제2척도마커를 추적하여 구조물 표면의 균열을 감시하는 방법에 있어서,
   (a) 검사대상을 촬영한 화상데이터를 획득하는 단계;
   (b) 상기 화상데이터에서 제1척도마커 및 제2척도마커를 인식하는 단계; 및
   (c) 일 시점에서의 화상데이터의 제1척도마커 및 제2척도마커와 일 시점 이후 시점의 화상데이터의 제1척도마커 및 제2척도마커를 비교하여 제1척도마커 및 제2척도마커의 변화를 추적하는 단계;를 포함하고,
   제1척도마커 및 제2척도마커는 각각 자신의 방향을 특정할 수 있도록 하는 두개 이상의 기준점을 포함함으로써, 상기 제1척도마커 및 제2척도마커의 변화를 추적하는 단계에서 상기 제1척도마커 또는 상기 제2척도마커의 회전거동을 측정할 수 있는 것을 특징으로 하는,
   화상데이터 내의 척도마커의 추적을 통한 구조물 표면의 균열 감시 방법.
   
2. 균열의 양측으로 제1척도마커 및 제2척도마커가 각각 설치된 검사대상의 화상데이터에서 제1척도마커 및 제2척도마커를 추적하여 구조물 표면의 균열을 감시하는 방법에 있어서,
   (a) 검사대상을 촬영한 화상데이터를 획득하는 단계;
   (b) 상기 화상데이터에서 제1척도마커 및 제2척도마커를 인식하는 단계; 및
   (c) 일 시점에서의 화상데이터의 제1척도마커 및 제2척도마커와 일 시점 이후 시점의 화상데이터의 제1척도마커 및 제2척도마커를 비교하여 제1척도마커 및 제2척도마커의 변화를 추적하는 단계;를 포함하고,
   상기 제1척도마커 및 제2척도마커의 변화를 추적하는 단계는 제1척도마커를 구성하는 점의 크기 또는 선의 폭에 대해 제2척도마커를 구성하는 점의 크기 또는 선의 폭을 비교함으로써 제2척도마커의 돌출 · 함몰 거동을 측정할 수 있는 것을 특징으로 하는,
   화상데이터 내의 척도마커의 추적을 통한 구조물 표면의 균열 감시 방법.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 (b) 단계를 수행한 후에 수행되며, 척도마커를 인식하는 과정에서 척도마커를 구성하는 점의 크기 또는 선의 폭에 오류를 보정하기 위한 단계로서,
   오류를 보정하고자 하는 시점의 화상데이터를 복수개 수집하는 단계;
   수집한 복수개의 화상데이터에 포함된 척도마커를 구성하는 점의 크기 또는 선의 폭이 가장 큰 화상데이터로부터 순차적으로 척도마커를 구성하는 점의 크기 또는 선의 폭이 작아지는 일부의 화상데이터를 제1그룹으로 분류하는 단계;
   수집한 복수개의 화상데이터에 포함된 척도마커를 구성하는 점의 크기 또는 선의 폭이 가장 작은 화상데이터로부터 순차적으로 척도마커를 구성하는 점의 크기 또는 선의 폭이 커지는 일부의 화상데이터를 제2그룹으로 분류하는 단계;
   제1그룹과 제2그룹에 속하지 아니한 나머지 화상데이터를 제3그룹으로 분류하는 단계; 및
   제3그룹의 화상데이터의 제1척도마커의 점이 크기 또는 선의 폭의 평균을 오류를 보정하고자 하는 시점의 화상데이터의 척도마커의 점의 크기 또는 선의 폭으로 결정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
   화상데이터 내의 척도마커의 추적을 통한 구조물 표면의 균열 감시 방법.
   
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 제1척도마커 또는 상기 제2척도마커의 실제크기에 관한 정보를 이용하여 화상데이터의 화면상 단위크기의 실제크기를 산출함으로써 균열의 변화를 정량적으로 감시할 수 있는 것을 특징으로 하는,
   화상데이터 내의 척도마커의 추적을 통한 구조물 표면의 균열 감시 방법.
   
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 (c) 단계는,
   일 시점의 화상데이터(이하 기준 화상데이터)의 제1척도마커와 일 시점 이후의 화상데이터(이하 해당 화상데이터)의 제1척도마커가 일치하도록 해당 화상데이터를 보정하고,
   기준 화상데이터와 해당 화상데이터의 제1척도마커가 일치된 경우에 기준 화상데이터와 해당 화상데이터의 제2척도마커를 비교하여 해당 화상데이터의 제2척도마커의 평면이동, 돌출 · 함몰 거동, 및 회전 거동 중 적어도 하나를 산출하며,
   산출된 해당 화상데이터의 제2척도마커의 평면이동, 돌출 · 함몰 거동, 및 회전 거동 중 적어도 하나를 균열의 변화로 추정하는 것을 특징으로 하는,
   화상데이터 내의 척도마커의 추적을 통한 구조물 표면의 균열 감시 방법.
   
   

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