KR20230066994A - Apparatus and method for monitoring cracks on surfaces covered with self-healing repair mortars using image processing techniques - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 자기치유 보수 모르타르가 시공된 대상 표면의 균열을 모니터링하는 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for monitoring cracks in a target surface on which self-healing repair mortar is applied.
최근 국내 사회기반시설물의 노후화로 시설물의 점검 및 유지관리에 대한 관심과 관련 연구가 급증하고 있다.Recently, with the aging of social infrastructure in Korea, interest in inspection and maintenance of facilities and related research are rapidly increasing.
시설물에 대한 안전진단 및 점검을 수행함에 있어서 가장 기본적인 조사항목이라고 할 수 있는 것은 외관 상태조사이다.In performing safety diagnosis and inspection of facilities, the most basic investigation item is exterior condition investigation.
현재 콘크리트 균열에 대한 외관조사 방법은 대부분 인력에 의한 육안조사에 의존하고 있어 정확한 수치화가 어렵고 객관성이 결여되며, 인력의 접근이 어려운 장소에 대해서는 조사가 불가능한 단점을 가지고 있다. 또한 조사된 균열은 외관조사망도에 기록하고 있으나 실제 균열의 형태와 크기가 아닌 대략적인 위치 표기 수준에 머물러 효율적인 데이터 관리를 할 수 없다. 이에 인력의 투입을 최소화하여 시간과 비용을 절감하는 효율적인 시설물 점검 및 조사 기술에 대한 필요성이 대두되고 있다.Currently, most of the exterior inspection methods for concrete cracks rely on visual inspection by manpower, which makes it difficult to accurately quantify and lacks objectivity. In addition, although the investigated cracks are recorded on the exterior survey network map, they remain at the level of approximate location marks rather than the shape and size of actual cracks, making efficient data management impossible. Accordingly, the need for efficient facility inspection and survey technology that reduces time and cost by minimizing the input of manpower is emerging.
한국등록특허공보 제2215035호에는 IoT 사물인터넷 기술과 무선통신 서비스 기술을 접목하여 콘크리트 구조물의 균열은 물론 균열로 인한 자기치유 보수 모르타르의 자기치유 여부를 현장이 아닌 원격지에서 용이하게 모니터링하는 기술이 개시되고 있다.Korean Registered Patent Publication No. 2215035 discloses a technology that easily monitors cracks in concrete structures as well as self-healing of self-healing repair mortar from cracks by combining IoT IoT technology and wireless communication service technology from a remote location rather than on-site. It is becoming.
본 발명은 자기치유 보수 모르타르 시공 표면의 이미지 분석을 통해 해당 시공 표면의 균열을 모니터링하는 모니터링 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.The present invention is to provide a monitoring device and method for monitoring cracks on the construction surface through image analysis of the self-healing repair mortar construction surface.
본 발명의 모니터링 장치는 콘크리트면의 촬영 이미지를 획득하는 촬영 유니트; 상기 촬영 이미지의 분석을 통해 균열을 검출하고 분석하는 분석 유니트;를 포함할 수 있다.The monitoring device of the present invention includes a photographing unit for obtaining a photographed image of a concrete surface; An analysis unit that detects and analyzes cracks through analysis of the photographed image; may include.
본 발명의 모니터링 방법은 콘크리트면의 촬영 이미지에서 관심 영역(ROI, Region of Interest)을 설정하는 설정 단계; 상기 관심 영역을 이진화 이미지로 변환하는 이진화 단계; 연속성을 갖고 얼룩(Blob)이 제거된 균열의 제1 후보 영역이 검출되도록 상기 이진화 이미지에 모폴로지(morphology) 기법을 적용하는 추출 단계; 상기 제1 후보 영역이 포함된 이미지에 상기 이진화 이미지를 논리곱하여 제2 후보 영역을 결정하는 결정 단계; 상기 결정 단계에서 결정된 상기 제2 후보 영역에서 균열을 추적하고 추적된 균열의 폭을 산출하는 분석 단계;를 포함할 수 있다.The monitoring method of the present invention includes a setting step of setting a region of interest (ROI) in a photographed image of a concrete surface; a binarization step of converting the ROI into a binarized image; an extraction step of applying a morphology technique to the binarized image so that a first candidate region of a crack having continuity and blobs removed is detected; determining a second candidate region by ANDing an image including the first candidate region with the binarized image; and an analysis step of tracking cracks in the second candidate region determined in the determining step and calculating a width of the tracked crack.
본 발명의 모니터링 장치는 콘크리트면의 촬영 이미지를 이용하여 균열을 탐지하고 탐지된 균열의 폭을 분석할 수 있다.The monitoring device of the present invention can detect cracks using a photographed image of a concrete surface and analyze the width of the detected crack.
콘크리트면에 시공된 자기치유 보수 모르타르에 의해 균열이 메워지게 되면, 균열 부위가 정상화됨에도 불구하고, 재질의 상이함에 따라 형성된 일부 홈에 의해 해당 모르타르에 의한 복원이 미수행된 것으로 파악될 수 있다.When cracks are filled by the self-healing repair mortar installed on the concrete surface, even though the cracks are normalized, it can be understood that restoration by the mortar has not been performed due to some grooves formed due to differences in materials.
본 발명의 모니터링 장치는 설정, 이진화, 추출, 결정, 분석의 과정을 수행함으로써, 모르타르에 의해 복원된 부분과 크랙이 구분될 수 있도록 조치할 수 있다.The monitoring device of the present invention can take measures to distinguish a part restored by mortar from a crack by performing the process of setting, binarization, extraction, determination, and analysis.
본 발명의 모니터링 장치에 따르면, 육안으로 이루어지던 자기치유 보수 모르타르의 균열 복원의 모니터링 과정이 자동화될 수 있다.According to the monitoring device of the present invention, the monitoring process of crack restoration of the self-healing repair mortar, which was performed with the naked eye, can be automated.
도 1은 본 발명의 모니터링 장치를 나타낸 개략도이다.
도 2는 분석 유니트를 나타낸 개략도이다.
도 3은 분석 유니트의 동작을 나타낸 개략도이다.
도 4는 분석부의 동작을 나타낸 개략도이다.
도 5는 본 발명의 모니터링 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 6은 제1 실험예의 균열 기준표를 나타낸 개략도이다.
도 7은 제1 실험예의 균열폭을 산출하는 도표이다.
도 8은 제2 실험예를 나타낸 개략도이다.
도 9는 제2 실험예의 재령 75일 경과 후의 상태를 나타낸 개략도이다.
도 10은 모니터링 장치에 의해 분석된 균열폭과 실측 균열폭과의 비교결과를 나타낸 도표이다.
도 11은 재령 75일 후의 균열폭 분석 결과를 초기 균열과 비교한 도표이다.1 is a schematic diagram showing a monitoring device of the present invention.
2 is a schematic diagram showing an assay unit.
Figure 3 is a schematic diagram showing the operation of the analysis unit.
4 is a schematic diagram showing the operation of the analyzer.
5 is a flowchart showing the monitoring method of the present invention.
6 is a schematic diagram showing a crack reference table of the first experimental example.
7 is a chart for calculating the crack width of the first experimental example.
8 is a schematic diagram showing a second experimental example.
9 is a schematic diagram showing the state after 75 days of age in the second experimental example.
10 is a chart showing a comparison result between the crack width analyzed by the monitoring device and the measured crack width.
11 is a chart comparing crack width analysis results after 75 days of age with initial cracks.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. However, the present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.
본 명세서에서, 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.In this specification, redundant descriptions of the same components are omitted.
또한 본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에 본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결되어' 있다거나 '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.In addition, in this specification, when a component is referred to as being 'connected' or 'connected' to another component, it may be directly connected or connected to the other component, but another component in the middle It should be understood that may exist. On the other hand, in this specification, when a component is referred to as 'directly connected' or 'directly connected' to another component, it should be understood that no other component exists in the middle.
또한, 본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용되는 것으로써, 본 발명을 한정하려는 의도로 사용되는 것이 아니다.In addition, terms used in this specification are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the present invention.
또한 본 명세서에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. Also, in this specification, a singular expression may include a plurality of expressions unless the context clearly indicates otherwise.
또한 본 명세서에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품, 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것일 뿐, 하나 또는 그 이상의 다른 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.In addition, in this specification, terms such as 'include' or 'having' are only intended to designate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more It should be understood that the presence or addition of other features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded.
또한 본 명세서에서, '및/또는' 이라는 용어는 복수의 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. 본 명세서에서, 'A 또는 B'는, 'A', 'B', 또는 'A와 B 모두'를 포함할 수 있다.Also in this specification, the term 'and/or' includes a combination of a plurality of listed items or any item among a plurality of listed items. In this specification, 'A or B' may include 'A', 'B', or 'both A and B'.
또한 본 명세서에서, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략될 것이다.Also, in this specification, detailed descriptions of well-known functions and configurations that may obscure the subject matter of the present invention will be omitted.
도 1은 본 발명의 모니터링 장치(100)를 나타낸 개략도이다.1 is a schematic diagram showing a
본 발명의 모니터링 장치(100)는 촬영 유니트(110), 전처리 유니트(130) 및 분석 유니트(150)를 포함할 수 있다.The
촬영 유니트(110)는 콘크리트면의 촬영 이미지를 획득할 수 있다.The photographing
촬영 유니트(110)는 콘크리트면을 촬영하는 카메라, 머신 비전 등의 촬영 수단을 포함할 수 있다. 촬영 수단은 콘크리트면의 촬영 이미지를 생성하고 전처리 유니트(130) 또는 분석 유니트(150)로 출력할 수 있다.The photographing
머신 비전은 포커스(Focus), 줌 렌즈(Zoom lens), 팬틸트(Pan tilt) 등을 디지털 방식으로 제어할 수 있다. 머신 비전은 정밀 조절을 통해 콘크리트 균열을 촬영할 수 있으며, 또한 와이파이 통신을 이용하여 원거리의 분석 유니트(150)에 촬영 이미지를 제공할 수 있다.Machine vision can digitally control focus, zoom lens, pan tilt, and the like. Machine vision can photograph concrete cracks through precise control, and can also provide photographed images to the
또는, 촬영 유니트(110)는 별도의 촬영 수단과 유무선 통신하는 통신 모듈을 포함할 수 있다. 촬영 유니트(110)는 통신 모듈을 통해 촬영 수단으로부터 촬영 이미지를 수신하고, 전처리 유니트(130) 또는 분석 유니트(150)에 전달할 수 있다.Alternatively, the photographing
전처리 유니트(130)는 촬영 이미지를 전처리할 수 있다.The
처리 유니트는 각종 필터링을 이용해 밝기, 흔들림, 중첩, 노이즈 제거 등의 전처리 과정을 수행할 수 있다. 예를 들어, 전처리 유니트(130)에는 촬영 이미지에 포함된 그림자 및 노이즈 중 적어도 하나를 제거하는 중간값 필터(median filter)가 마련될 수 있다. 중간값 필터는 촬영 이미지의 균일한 밝기를 보장하며, 균열 영역만 부각시킬 수 있다. 따라서, 중간값 필터는 그림자 및 노이즈가 존재하는 촬영 이미지에 대해 균열 영역을 추출하는 과정을 용이하게 가이드할 수 있다.The processing unit may perform pre-processing such as brightness, blur, superimposition, and noise removal using various filtering methods. For example, a median filter may be provided in the
분석 유니트(150)는 촬영 이미지의 분석을 통해 균열을 검출하고 분석할 수 있다. 일 예로, 분석 유니트(150)는 중간값 필터를 거친 촬영 이미지를 분석할 수 있다.The
도 2는 분석 유니트(150)를 나타낸 개략도이다. 도 3은 분석 유니트(150)의 동작을 나타낸 개략도이다.2 is a schematic diagram showing the
분석 유니트(150)에는 설정부(151), 이진부(153), 추출부(155), 결정부(157), 분석부(159)가 마련될 수 있다.The
설정부(151)는 촬영 이미지에서 관심 영역(ROI, Region of Interest) ROI를 설정할 수 있다. 관심 영역 ROI는 촬영 이미지 이하의 크기를 가질 수 있다. 관심 영역 ROI는 사용자에 의해 선택되거나 기계 학습된 ROI 선택 모델에 의해 선택될 수 있다. 관심 영역 ROI에는 균열 영역이 포함될 수 있다. 도 3의 (a) 'Original image'는 사용자에 의해 선택된 관심 영역 ROI를 나타낼 수 있다.The
이진부(153)는 관심 영역을 이진화 이미지 d로 변환할 수 있다. 이진부(153)는 관심 영역 ROI 이미지에 대하여 회색조(Gray scale)의 중간값 이상과 이하를 구분해서 이진화하여 흑백으로 나눌 수 있다(이진화 이미지 d). 이때, 이진부(153)는 도 3의 (b)에 도시된 'Thresholding'처럼 균열을 백색으로 나타낼 수 있다.The
추출부(155)는 연속성을 갖고 얼룩(Blob)이 제거된 균열의 제1 후보 영역 n1이 검출되도록 이진화 이미지 d에 모폴로지(morphology) 기법을 적용할 수 있다.The
다시 말해, 추출부(155)는 이진화 이미지 d에 대하여 모폴로지(morphology) 기법을 적용하여 끊어진 균열을 서로 연결시켜 균열의 연속성을 얻고, 특정 길이 이하의 얼룩(Blob)을 제거하여 도 3의 (c) 'morphological'과 같이 균열로 예상되는 제1 후보 영역 n1을 검출할 수 있다. 여기서, 모폴로지 기법은 이미지의 형태적인 면을 조작하는 과정으로 경계, 공격, 블록과 같은 영역 형태를 표현하는데 있어 유용한 요소들을 추출하기 위한 도구로 사용될 수 있다.3 (c ), a first candidate region n1 expected to be a crack, such as 'morphological', may be detected. Here, the morphology technique is a process of manipulating the morphological aspect of an image and can be used as a tool for extracting useful elements for expressing the shape of a region such as a boundary, an attack, or a block.
결정부(157)는 추출부(155)에서 검출된 제1 후보 영역 n1이 포함된 이미지에 이진화 이미지 d를 논리곱(Logical AND)하여 제2 후보 영역 n2를 결정할 수 있다. 결정부(157)는 모폴로지 기법의 적용 과정에서 실제의 균열 일부가 배제되는 현상을 보정할 수 있다. 제2 후보 영역 n2가 결정된 이미지에 해당하는 도 3의 (d) 'Crack detection'을 살펴보면, 제1 후보 영역 n1이 포함된 이미지에 해당하는 도 3의 (c) 'morphological'과 비교하여 두 갈래로 갈라진 균열의 형상이 잘 나타나고 있다.The
균열의 검출은 앞서 설명된 바와 같이 전처리 유니트(130)를 통해 전처리 알고리즘이 적용된 후 분석 유니트(150)의 모폴로지 연산을 이용하여 처리될 수 있다. 하지만, 이 경우, 균열의 후보 영역(제1 후보 영역 n1 또는 제2 후보 영역 n2)만을 결정할 수 있기 때문에, 균열 영역과 잡음이 혼합된 결과를 나타낸다. 잡음이 제거된 실제의 균열을 추적하기 위해 분석부(159)가 이용될 수 있다.As described above, crack detection may be performed using morphology calculation of the
분석부(159)는 결정부(157)에서 결정된 제2 후보 영역 n2에서 균열을 추적하고 추적된 균열의 폭을 산출할 수 있다. 균열의 폭은 자기치유 보수 모르타르에 의해 복원을 모니터링하는데 중요 인자로 작용할 수 있다.The
도 4는 분석부(159)의 동작을 나타낸 개략도이다.4 is a schematic diagram showing the operation of the
분석부(159)에는 균열을 추적하는 추적 수단, 균열의 폭을 산출하는 산출 수단이 마련될 수 있다.The
추적 수단은 균열의 제2 후보 영역 n2에서 검출 기준점을 설정할 수 있다. 추적 수단은 검출 기준점의 주변 영역을 검색하고 가중치가 높은 방향으로 균열 추적을 진행할 수 있다. 추적 수단은 균열 추적의 진행 과정을 반복하면서 진행 경로에 대한 벡터를 추출할 수 있다.The tracking unit may set a detection reference point in the second candidate region n2 of the crack. The tracking unit may search for a region around the detection reference point and perform crack tracking in a direction having a high weight. The tracking unit may extract a vector for the progress path while repeating the process of tracking the crack.
일 예로, 도 4의 (a) 'Mask & Centerline'에 개시된 바와 같이, 추적 수단은 균열의 진행 경로를 따라가며 균열을 복수의 영역으로 마스크할 수 있다. 마스크 영역 m은 직사각형 형상으로 형성되며, ROI 이미지보다 작은 크기로 형성될 수 있다. 추적 수단은 각 마스크 영역 m의 중심점을 추출할 수 있다. 이때의 중심점이 검출 기준점에 해당될 수 있다. 추적 수단은 각 마스크 영역 m마다 추출된 복수의 중심점이 연결된 중심선 o를 형성할 수 있다.For example, as disclosed in (a) 'Mask & Centerline' of FIG. 4 , the tracking means may mask the crack in a plurality of regions while following the propagation path of the crack. The mask area m is formed in a rectangular shape and may have a size smaller than that of the ROI image. The tracking means can extract the center point of each mask area m. The central point at this time may correspond to the detection reference point. The tracking unit may form a center line o connected to a plurality of center points extracted for each mask area m.
도 4의 (b) 'Crack width'에 개시된 바와 같이, 산출 수단은 마스크 영역 m 내에 존재하는 균열(crack)의 경계선을 검색(Edge Detection)할 수 있다.As disclosed in (b) 'Crack width' of FIG. 4 , the calculation unit may search (edge detection) the boundary line of a crack existing in the mask area m.
산출 수단은 중심선 o에 수직한 수직선 v와 균열의 경계선 e1, e2의 접점 p1, p2 간의 거리를 균열의 폭으로 판단할 수 있다.The calculation means can determine the distance between the vertical line v perpendicular to the center line o and the contact points p1 and p2 of the boundary lines e1 and e2 of the crack as the width of the crack.
산출 수단은 일측 경계선 e1과 수직선 v의 교차점 또는 접점에 해당하는 제1 접점 p1, 타측 경계선 e2와 수직선 v의 교차점, 접점에 해당하는 제2 접점 p2 사이의 픽셀 개수와 각 픽셀의 해상도를 이용하여 균열의 폭 Crack Width를 산출할 수 있다. 일 예로, 산출 수단은 픽셀 개수와 픽셀의 해상도를 곱하여 균열의 폭을 산출할 수 있다.The calculation means uses the number of pixels between the intersection of one boundary line e1 and the vertical line v or the first contact point p1 corresponding to the contact point, the intersection point of the other boundary line e2 and the vertical line v, and the second contact point p2 corresponding to the contact point and the resolution of each pixel Crack width can be calculated. For example, the calculator may calculate the width of the crack by multiplying the number of pixels by the resolution of the pixel.
도 5는 본 발명의 모니터링 방법을 나타낸 흐름도이다.5 is a flowchart showing the monitoring method of the present invention.
도 5에 도시된 모니터링 방법은 도 1의 모니터링 장치(100) 또는 도 2의 분석 유니트(150)에 의해 수행될 수 있다.The monitoring method shown in FIG. 5 may be performed by the
모니터링 방법은 설정 단계(S 510), 이진화 단계(S 520), 추출 단계(S 530), 결정 단계(S 540), 분석 단계(S 550)를 포함할 수 있다.The monitoring method may include a setting step (S 510), a binarization step (S 520), an extraction step (S 530), a determination step (S 540), and an analysis step (S 550).
설정 단계(S 510)는 콘크리트면의 촬영 이미지에서 관심 영역(ROI, Region of Interest)을 설정할 수 있다. 설정 단계(S 510)는 설정부(151)에 의해 수행될 수 있다.In the setting step (S510), a Region of Interest (ROI) may be set in the photographed image of the concrete surface. The setting step (S510) may be performed by the
이진화 단계(S 520)는 관심 영역을 이진화 이미지로 변환할 수 있다. 이진화 단계(S 520)는 이진부(153)에 의해 수행될 수 있다.In the binarization step (S520), the region of interest may be converted into a binarized image. The binarization step (S520) may be performed by the
추출 단계(S 530)는 연속성을 갖고 얼룩(Blob)이 제거된 균열의 제1 후보 영역이 검출되도록 이진화 이미지에 모폴로지(morphology) 기법을 적용할 수 있다. 추출 단계(S 530)는 추출부(155)에 의해 수행될 수 있다.In the extraction step (S530), a morphology technique may be applied to the binarized image so that a first candidate region of a crack having continuity and blobs removed is detected. The extraction step (S530) may be performed by the
결정 단계(S 540)는 제1 후보 영역이 포함된 이미지에 이진화 이미지를 논리곱하여 제2 후보 영역을 결정할 수 있다. 결정 단계(S 540)는 결정부(157)에 의해 수행될 수 있다.In the determining step ( S540 ), a second candidate region may be determined by ANDing an image including the first candidate region with a binary image. The decision step (S540) may be performed by the
분석 단계(S 550)는 결정 단계에서 결정된 제2 후보 영역에서 균열을 추적하고 추척된 균열의 폭을 산출할 수 있다. 분석 단계(S 560는 분석부(159)에 의해 수행될 수 있다.In the analysis step ( S550 ), cracks may be tracked in the second candidate region determined in the determination step, and the width of the tracked crack may be calculated. The analysis step (S560) may be performed by the
도 6은 제1 실험예의 균열 기준표를 나타낸 개략도이다.6 is a schematic diagram showing a crack reference table of the first experimental example.
균열 검출의 알고리즘 검증을 위하여 실내 시험을 수행하였다. 실내 시험에서는 균열 기준표가 있는 벽면에서 관측거리만큼 떨어진 거리에 카메라를 설치한 후 0.1mm, 0.2mm, 0.5mm의 가상 균열(도 6의 가로 선분)을 측정하고, 분석결과의 신뢰성을 확인하였다. 균열 기준표에 대해 5회 반복 촬영하였고, 카메라의 배율은 32배, 관측거리는 2.4m에서 실험하였다. 이때, 해상도는 0.151mm/pixel이었다.In-house tests were conducted to verify the algorithm of crack detection. In the indoor test, after installing the camera at a distance as much as the observation distance from the wall with the crack reference table, 0.1mm, 0.2mm, and 0.5mm virtual cracks (horizontal segments in FIG. 6) were measured, and the reliability of the analysis results was confirmed. The crack reference table was repeatedly photographed 5 times, and the experiment was conducted at a magnification of 32 times and an observation distance of 2.4 m. At this time, the resolution was 0.151mm/pixel.
촬영 이미지는 도 6의 (b)와 같이 전처리 과정을 통하여 밝기를 균일하게 하여 균열을 부각시켰다. 또한, 이진화 및 모폴로지 기법을 이용하여 균열을 검출하였다. 균열폭 산출은 마스킹 이미지 별로 최대 균열폭을 측정하고 최종적으로 해당 균열에서 분석된 최대 균열폭을 선정하여 향후 현장 적용시 균열폭의 과소평가되지 않도록 보수적으로 분석하였다.In the photographed image, as shown in (b) of FIG. 6, cracks were highlighted by making the brightness uniform through a preprocessing process. In addition, cracks were detected using binarization and morphology techniques. For the calculation of crack width, the maximum crack width was measured for each masking image, and finally, the maximum crack width analyzed in the corresponding crack was selected and analyzed conservatively so as not to underestimate the crack width in the field application in the future.
도 7은 제1 실험예의 균열폭을 산출하는 도표이다.7 is a chart for calculating the crack width of the first experimental example.
균열폭을 산출한 도 7을 살펴보면 균열폭 0.5, 0.2, 0.1mm에 대한 분석 결과, 평균 0.515, 0.212, 0.102mm로 오차율 3.59 ~ 11.13%를 보였다. 오차율을 보면 균열 추출 성능 및 신뢰도가 낮은 것으로 보일 수 있으나 5.71과 11.13%의 오차율을 보인 0.2 와 0.1mm의 경우에는 실제 점검현장에서 균열경을 이용한 균열 실측시 발생할 수 있는 오차가 0.05mm 내외이기 때문에 실제 균열폭과 산출된 균열폭의 값 차이 0.013 ~ 0.019mm는 실측 오차 범위인 0.05mm 이내의 값임을 알 수 있다. 또한 표준편차와 변동계수를 보면 균열폭이 작을수록 변동계수는 증가하는 경향으로 나타났으나, 변동계수가 3.5% 이내로 안정적이기 때문에 일정 수준의 신뢰도를 확보했다고 판단된다.Looking at FIG. 7 where the crack width was calculated, the analysis results for the crack widths of 0.5, 0.2, and 0.1 mm showed an error rate of 3.59 to 11.13% with an average of 0.515, 0.212, and 0.102 mm. Looking at the error rate, it may seem that the crack extraction performance and reliability are low. However, in the case of 0.2 and 0.1mm, which showed error rates of 5.71 and 11.13%, the error that may occur when measuring cracks using a crack mirror at the actual inspection site is around 0.05mm. It can be seen that the difference between the actual crack width and the calculated crack width of 0.013 to 0.019 mm is within the actual measurement error range of 0.05 mm. In addition, when looking at the standard deviation and coefficient of variation, the coefficient of variation tended to increase as the crack width decreased, but since the coefficient of variation was stable within 3.5%, it was judged that a certain level of reliability was secured.
실내 시험 결과, 이미지 처리 기법을 이용한 균열 모니터링 장치(100)가 실제 콘크리트 구조물에 대해서도 자동으로 균열을 검출할 수 있을 뿐만 아니라 균열폭 또한 허용 오차 범위 0.05mm 이내의 정확도 확보가 가능할 것으로 평가되었다.As a result of the indoor test, it was evaluated that the
도 8은 제2 실험예를 나타낸 개략도이다.8 is a schematic diagram showing a second experimental example.
콘크리트 균열 자동 모니터링 장치(100)의 현장적용성 및 신뢰도 검증을 위하여 자기치유 보수 모르타르가 시공된 방호벽에 대한 현장검증 시험을 수행하였다.In order to verify the field applicability and reliability of the automatic concrete
현장시험은 서울시 내부순환도로에 위치한 정릉천교 램프구간의 콘크리트 방호벽에 자기치유 보수 모르타르를 시공하였고 균열 모니터링 시스템을 이용하여 보수 이후 발생하는 균열을 검출하는 것뿐만 아니라 균열 발생 이후 시간의 경과에 따라 균열이 치유되어 균열폭의 감소여부를 확인하였다.In the field test, self-healing repair mortar was installed on the concrete protective wall of the Jeongneungcheongyo ramp section located on the inner ring road in Seoul, and cracks that occurred after repair were detected using a crack monitoring system, as well as cracks over time after cracks occurred. After healing, it was confirmed whether the crack width was reduced.
자기치유 보수 모르타르 시공 이후 육안 검사를 통하여 방호벽에 자연 발생한 균열을 조사하고 균열 현미경을 이용하여 균열폭을 실측한 이후 모니터링 장치(100)를 통해 균열의 이미지로부터 균열 검출 및 균열폭을 자동 산출하였다.After self-healing repair mortar construction, naturally occurring cracks in the protective wall were investigated through visual inspection, crack width was measured using a crack microscope, and crack detection and crack width were automatically calculated from the crack image through the
보수 시공 재령 7일 후 현장 점검을 통해 발생한 균열의 초기 이미지를 촬영하였으며 재령 75일 후 해당 균열을 재촬영하여 균열폭 변화를 확인하였다.After 7 days of repair work, the initial image of cracks generated through on-site inspection was taken, and after 75 days of age, the cracks were re-photographed to confirm the change in crack width.
1차 점검(재령7일차)에서 촬영한 균열 이미지에 대해 균열분석을 수행한 결과는 도 8과 같으며 균열폭을 검출한 결과는 도 10의 도표와 같다. 도 8의 (c)와 같이 콘크리트 촬영 이미지에는 균열 외에도 먼지, 기포, 이물질, 그림자 등 표면에 존재하는 미세한 표면결함과 이물질도 균열로 분석된다. 따라서 미세결함을 제거하기 위해 이진화 및 모폴로지 기법 수행 이후 균열 이외에 일정 크기 범주를 벗어나는 노이즈를 제거하고 도 8의 (e)와 같이 균열만을 검출한 것을 확인할 수 있다.The result of performing crack analysis on the crack image taken at the first inspection (7th day of age) is shown in FIG. 8, and the result of detecting the crack width is shown in the diagram of FIG. As shown in (c) of FIG. 8, in addition to cracks, fine surface defects and foreign substances present on the surface such as dust, bubbles, foreign substances, and shadows are also analyzed as cracks in the concrete photographed image. Therefore, after performing binarization and morphology techniques to remove micro-defects, it can be confirmed that only cracks were detected as shown in FIG.
콘크리트의 균열은 연속적인 동일한 균열 내에서도 지점별로 다른 균열폭을 갖는 특성을 보인다. 실제로 균열현미경을 이용하여 균열폭을 측정한 결과 균열폭은 0.1~0.3mm로 다양하게 분포되어 있다는 것이 관찰되었다. 또한 균열폭 측정에 사용된 균열현미경의 경우에도 측정오차가 발생할 수 있으며 모니터링 장치(100)와 정확히 일치하는 지점의 균열 측정이 현실적으로 불가능하기 때문에 실내시험의 가상균열과 같은 참값을 정의할 수 없다. 따라서 본 현장시험에서는 개발한 모니터링 장치(100) 기술을 통해 분석된 균열폭의 오차율을 개략적으로 비교하고 자기 치유 보수 모르타르의 초기 균열과 치유 이후의 균열폭을 비교하는 개략적인 시스템 검증이 가능할 것으로 사료된다.Cracks in concrete show the characteristic of having different crack widths at each point even within the same continuous crack. In fact, as a result of measuring the crack width using a cracking microscope, it was observed that the crack width was distributed in various ways, ranging from 0.1 to 0.3 mm. In addition, even in the case of a crack microscope used to measure the crack width, measurement errors may occur, and since it is practically impossible to measure cracks at exactly the same point as the
도 8의 (f)와 같이 검출된 균열에 3개 지점에 대하여 균열폭을 분석하였으며 실측 균열폭과의 비교결과는 도 10과 같다.As shown in FIG. 8(f), the crack width was analyzed for three points in the crack detected, and the result of comparison with the measured crack width is shown in FIG. 10.
실측 균열폭 대비 1.20~15.18%의 오차율로 다소 높게 나타났으나 이는 전술한 바와 같이 균열현미경 측정시의 오차 및 비교 위치를 정확히 일치시킬 수 없기 때문으로 사료되며 일반적으로 현장점검에 사용되는 균열자의 측정범위인 0.05mm 이내의 차이를 보이므로 본 개발 시스템을 이용하여 실제 콘크리트 균열을 검출하고 일정 수준 이상의 정확도로 균열폭을 확보가 가능하다고 평가되었다.The error rate of 1.20~15.18% compared to the actual crack width was found to be rather high, but this is thought to be due to the inability to accurately match the error and comparison position during crack microscopy measurement as described above, and the measurement range of crackers generally used for field inspection Since the difference is within 0.05 mm of phosphorus, it was evaluated that it was possible to detect actual concrete cracks using the developed system and secure the crack width with a certain level of accuracy.
도 9는 제2 실험예의 재령 75일 경과 후의 상태를 나타낸 개략도이다.9 is a schematic diagram showing the state after 75 days of age in the second experimental example.
초기 발생 균열을 촬영하고 재령 75일 경과 후 동일 균열에 대하여 이미지 재촬영 및 균열폭을 측정하였다. 이미지 전처리 및 균열 검출 과정은 초기 균열 측정 방식과 동일하게 수행하였으며 균열 검출 결과는 도 9와 같다.The initial crack was photographed, and after 75 days of age, the image was retaken and the crack width was measured for the same crack. The image preprocessing and crack detection process were performed in the same way as the initial crack measurement method, and the crack detection result is shown in FIG. 9 .
초기 균열과 비교하여 균열폭의 감소를 뚜렷하게 확인할 수 있으며 일부 지점의 균열은 완전히 치유된 것을 확인할 수 있다 균열폭 분석 결과를 초기 균열과 비교한 도 11의 도표를 보면 지점 1의 경우 균열이 검출되지 않아 100% 치유된 것을 확인하였으며 지점 2와 지점3은 초기 균열 대비 각각 60.04%, 83.66% 균열이 치유된 것으로 분석되어 본 모니터링 장치(100)를 이용하여 자기치유 보수 모르타르 적용현장의 균열 모니터링이 가능할 것으로 판단된다.Compared to the initial crack, the reduction in crack width can be clearly confirmed, and it can be seen that the cracks at some points are completely healed. Looking at the diagram in FIG. It was confirmed that % healed, and points 2 and 3 were analyzed to have healed 60.04% and 83.66% cracks, respectively, compared to the initial cracks. do.
한편, 본 발명의 실시예는 지금까지 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 상술한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다. Meanwhile, the embodiments of the present invention are not implemented only through the devices and/or methods described so far, and may be implemented through a program that realizes functions corresponding to the configuration of the embodiments of the present invention or a recording medium in which the program is recorded. And, such implementation can be easily implemented by those skilled in the art from the description of the above-described embodiment.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 통상의 기술자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims are also provided. fall within the scope of the invention.
100...모니터링 장치
110...촬영 유니트
130... 전처리 유니트
150...분석 유니트
151...설정부
153...이진부
155...추출부
157...결정부
159...분석부100 ...
130 ...
151 ... setting
155 ...
159 ... analysis department
Claims (7)
상기 촬영 이미지의 분석을 통해 균열을 검출하고 분석하는 분석 유니트;
를 포함하는 모니터링 장치.
A photographing unit that acquires a photographed image of the concrete surface;
an analysis unit that detects and analyzes cracks through analysis of the captured image;
A monitoring device comprising a.
상기 촬영 이미지를 전처리하는 전처리 유니트를 더 포함하고,
상기 전처리 유니트에는 상기 촬영 이미지에 포함된 그림자 및 노이즈 중 적어도 하나를 제거하는 중간값 필터(median filter)가 마련되며,
상기 분석 유니트는 상기 중간값 필터를 거친 촬영 이미지를 분석하는 모니터링 장치.
According to claim 1,
Further comprising a pre-processing unit for pre-processing the captured image,
The pre-processing unit is provided with a median filter that removes at least one of shadows and noise included in the photographed image,
The analysis unit analyzes the captured image that has passed through the median filter.
상기 분석 유니트에는 설정부, 이진부, 추출부, 결정부, 분석부가 마련되고,
상기 설정부는 촬영 이미지에서 관심 영역(ROI, Region of Interest)을 설정하며,
상기 이진부는 상기 관심 영역을 이진화 이미지로 변환하고,
상기 추출부는 연속성을 갖고 얼룩(Blob)이 제거된 균열의 제1 후보 영역이 검출되도록 상기 이진화 이미지에 모폴로지(morphology) 기법을 적용하며,
상기 결정부는 제1 후보 영역이 포함된 이미지에 상기 이진화 이미지를 논리곱하여 제2 후보 영역을 결정하고,
상기 분석부는 상기 결정부에서 결정된 상기 제2 후보 영역에서 균열을 추적하고 추적된 균열의 폭을 산출하는 모니터링 장치.
According to claim 1,
The analysis unit is provided with a setting unit, a binary unit, an extraction unit, a determination unit, and an analysis unit;
The setting unit sets a region of interest (ROI) in the captured image,
The binary unit converts the region of interest into a binary image,
The extraction unit applies a morphology technique to the binarized image so that a first candidate region of a crack having continuity and blobs removed is detected,
The determiner determines a second candidate region by ANDing an image including the first candidate region with the binarized image;
The monitoring device of claim 1 , wherein the analysis unit tracks cracks in the second candidate region determined by the determination unit and calculates a width of the tracked crack.
상기 분석 유니트에는 상기 균열을 추적하는 추적 수단이 마련되고,
상기 추적 수단은 균열의 제2 후보 영역에서 검출 기준점을 설정하며,
상기 추적 수단은 상기 검출 기준점의 주변 영역을 검색하고 가중치가 높은 방향으로 균열 추적을 진행하고,
상기 추적 수단은 상기 균열 추적의 진행 과정을 반복하면서 진행 경로에 대한 벡터를 추출하는 모니터링 장치.
According to claim 1,
The analysis unit is provided with a tracking means for tracking the crack,
The tracking means sets a detection reference point in the second candidate region of the crack,
The tracking means searches a region around the detection reference point and proceeds with crack tracking in a direction with a high weight,
The tracking means is a monitoring device for extracting a vector for the progress path while repeating the progress process of the crack tracking.
상기 분석 유니트에는 상기 균열을 추적하는 추적 수단, 상기 균열의 폭을 산출하는 산출 수단이 마련되고,
상기 추적 수단은 균열의 진행 경로를 따라가며 균열을 복수의 영역으로 마스크하며,
상기 추적 수단은 각 마스크 영역의 중심점을 추출하고,
상기 추적 수단은 각 마스크 영역마다 추출된 복수의 중심점이 연결된 중심선을 형성하며,
상기 산출 수단은 상기 중심선에 수직한 수직선과 상기 균열의 경계선의 접점 간의 거리를 상기 균열의 폭으로 판단하는 모니터링 장치.
According to claim 1,
The analysis unit is provided with a tracking means for tracking the crack and a calculation means for calculating the width of the crack;
The tracking means follows the propagation path of the crack and masks the crack as a plurality of regions;
The tracking means extracts the center point of each mask area;
The tracking unit forms a center line connected with a plurality of center points extracted for each mask area,
wherein the calculating means determines a distance between a vertical line perpendicular to the center line and a contact point of a boundary line of the crack as the width of the crack.
상기 산출 수단은 일측 경계선과 상기 수직선의 제1 접점, 타측 경계선과 상기 수직선의 제2 접점 사이의 픽셀 개수와 각 픽셀의 해상도를 이용하여 상기 균열의 폭을 산출하는 모니터링 장치.
According to claim 5,
Wherein the calculating means calculates the width of the crack using the number of pixels between one boundary line and the first contact point of the vertical line and the other boundary line and the second contact point of the vertical line and the resolution of each pixel.
콘크리트면의 촬영 이미지에서 관심 영역(ROI, Region of Interest)을 설정하는 설정 단계;
상기 관심 영역을 이진화 이미지로 변환하는 이진화 단계;
연속성을 갖고 얼룩(Blob)이 제거된 균열의 제1 후보 영역이 검출되도록 상기 이진화 이미지에 모폴로지(morphology) 기법을 적용하는 추출 단계;
상기 제1 후보 영역이 포함된 이미지에 상기 이진화 이미지를 논리곱하여 제2 후보 영역을 결정하는 결정 단계;
상기 결정 단계에서 결정된 상기 제2 후보 영역에서 균열을 추적하고 추적된 균열의 폭을 산출하는 분석 단계;
를 포함하는 모니터링 방법.In the monitoring method performed by the monitoring device,
A setting step of setting a region of interest (ROI) in the photographed image of the concrete surface;
a binarization step of converting the ROI into a binarized image;
an extraction step of applying a morphology technique to the binarized image so that a first candidate region of a crack having continuity and blobs removed is detected;
determining a second candidate region by ANDing an image including the first candidate region with the binarized image;
an analysis step of tracking a crack in the second candidate region determined in the determining step and calculating a width of the tracked crack;
A monitoring method comprising a.
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- 2021-11-08 KR KR1020210152603A patent/KR20230066994A/en not_active Application Discontinuation
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KR102215035B1 (en) | 2019-05-31 | 2021-02-10 | 주식회사 디오티 | Crack healing performance monitoring system for self-healing repair mortar based on IoT |
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