KR20240061900A - 감온 물질의 변색 온도 측정 기기 및 이를 이용한 색 변화 영상 분석 방법 - Google Patents

감온 물질의 변색 온도 측정 기기 및 이를 이용한 색 변화 영상 분석 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 감온 또는 시온 물질의 온도에 따른 색 변화를 실시간으로 측정하는 변색 온도 측정 기기로서, 영상 촬영을 위한 빛을 공급하는 광원부; 원하는 온도 영역으로 승온 및 강온할 수 있는 온도 제어부; 및 감온 또는 시온 물질의 색 변화 과정을 측정하는 색 변화 측정부를 포함하는 변색 온도 측정 기기, 및 이를 이용한 색 변화 영상 분석 방법에 관한 것이다.

Description

감온 물질의 변색 온도 측정 기기 및 이를 이용한 색 변화 영상 분석 방법{Discoloration temperature measuring device of thermosensitive material and color change image analysis method using same}
본 발명은 감온 물질의 변색 온도 측정 기기 및 이를 이용한 색 변화 영상 분석 방법에 관한 것이다.
종래 온도를 제어하면서 색차계를 이용한 밝기 측정으로 온도-색 농도 그래프를 얻는 것을 특징으로 하는 감온 캡슐의 변색 온도 측정 방법이 개시되어 있다(예를 들어, JP3306609B2, WO2022065229A1, KR20210148170A1).
상기 특허에서는 온도를 제어하면서 색차계를 이용한 밝기 측정으로 온도-색 농도 그래프를 얻는다고 기술하고 있지만, 온도 제어 방법은 설명하지 않는다.
색차계를 이용한 밝기 측정은 연속적인 측정이 어려워 색 변화가 급격하게 발생하는 온도 범위에서 정확한 밝기를 얻기 어려울 것으로 예상되고, 밝기 측정 시 온도를 별도 표기해야 함으로써 데이터 오염이 발생할 가능성이 있다.
따라서, 온도에 따라 색상이 변하는 특성을 가진 감온 또는 시온 물질의 변색 온도를 측정하는 시스템 및 색 변화 영상 분석 방법의 개발이 필요한 실정이다.
JP 3306609 B2 WO 2022065229 A1 KR 20210148170 A1
본 발명은 온도에 따라 색상이 변하는 특성을 가진 감온 또는 시온 물질의 변색 온도를 측정하는 기기를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 기기를 이용하는 감온 또는 시온 물질의 색 변화 영상 분석 방법을 제공하기 위한 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 태양은
감온 또는 시온 물질의 온도에 따른 색 변화를 실시간으로 측정하는 변색 온도 측정 기기로서, 영상 촬영을 위한 빛을 공급하는 광원부; 원하는 온도 영역으로 승온 및 강온할 수 있는 온도 제어부; 감온 또는 시온 물질의 색 변화 과정을 측정하는 색 변화 측정부를 포함하는 변색 온도 측정 기기를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 태양은
감온 또는 시온 물질의 온도에 따른 색 변화 영상을 분석하는 방법으로서,
상기 변색 온도 측정 기기를 사용하여 감온 또는 시온 물질의 온도에 따른 색 변화를 실시간으로 측정하는 단계;
측정된 실시간 색 변화 데이터에서 색 분석 영역을 설정하는 단계; 측정된 온도지시기의 온도를 OCR 변환하는 단계;
가장 소색된 상태의 색상을 기준으로 색차로 변환하는 단계;
색차를 0 ~ 1의 상대적인 값인 색 농도로 변환한 후 온도-색 농도 그래프로 나타내고 온도-색 농도 데이터를 비대칭 시그모이드 함수로 피팅하는 단계;
승온할 때 측정한 영상으로부터 색 농도가 가장 진한 상태를 기준으로 색차가 3 차이 나는 온도, 가장 연한 상태를 기준으로 색차가 3 차이 나는 온도, 및 색 농도가 0.5 일 때의 온도를 찾는 단계; 및
강온할 때 측정한 영상으로부터 색 농도가 가장 진한 상태를 기준으로 색차가 3 차이 나는 온도, 가장 연한 상태를 기준으로 색차가 3 차이 나는 온도, 및 색 농도가 0.5 일 때의 온도를 찾는 단계를 포함하는 색 변화 영상 분석 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면 카메라를 이용해서 색 변화 정보를 실시간으로 저장함으로써, 색 변화가 빠르게 일어나는 변색 구간에 대해 정밀한 데이터를 확보할 수 있다. 종래기술은 색차계를 이용해서 측정하므로 카메라보다 데이터 저장 속도가 늦은 단점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면 카메라를 이용해서 색 변화 정보와 표면의 온도가 함께 녹화되므로, 온도 정보의 데이터 오염이 발생하지 않는다. 종래기술은 색차 정보는 디바이스 또는 컴퓨터에 저장되지만, 온도는 따로 기록되는 단점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면 변색 온도 측정을 자동화함으로써 작업 인원을 줄일 수 있으므로 인건비 절감의 경제적인 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 변색 온도 측정 기기를 모식적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 변색 온도 측정 기기 구성을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 제어부 샘플 플레이트의 하부 유로의 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 제어부 샘플 플레이트 및 온도 지시기의 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 변색 온도 측정 기기로 측정한 이미지이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 색 변화 측정 및 색 변화 영상 분석방법의 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 얻은 온도-색 농도 그래프로서, 변색 온도 측정 기기로 얻을 수 있는 온도(T1, T2, T3, T4, ΔH)를 도시한다.
이하, 본 발명에 대하여 설명한다.
본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 다른 정의가 없다면, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
또한 본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, "위에" 또는 "상에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치하는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 위쪽에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
도 1은 광원부(10); 색변화 측정부(20); 및 온도 제어부(30)를 포함하는 변색 온도 측정 기기를 도시한다.
본 발명의 일 태양은 감온 또는 시온 물질의 온도에 따른 색 변화를 실시간으로 측정하는 변색 온도 측정 기기로서, 영상 촬영을 위한 빛을 공급하는 광원부(10); 원하는 온도 영역으로 승온 및 강온할 수 있는 온도 제어부(30); 및 감온 또는 시온 물질의 색 변화 과정을 측정하는 색 변화 측정부(20)를 포함하는 변색 온도 측정 기기에 관한 것이다.
감온 또는 시온 물질은 온도에 따라 색상이 변하는 특성을 가진 물질을 말한다.
일 례로 감온 또는 시온 물질은 류코 염료(leuco dye), 현색제 및 변색 온도 조절제를 포함하는 조성물 또는 변색 온도 조성물을 포함하는 마이크로캡슐일 수 있다.
상기 광원부는 태양광과 유사한 스펙트럼을 보이는 95~99Ra인 연색성 광원을 사용할 수 있다.
본 발명의 변색 온도 측정 기기는 감온 또는 시온 물질의 상대적인 색 차이로 변색 온도를 결정하는 방법이기는 하지만 자연광에서의 물체색과 최대한 유사하도록 태양광과 유사한 스펙트럼을 가지는 95~99Ra인 연색성 광원을 사용한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 온도 제어부는 샘플 플레이트와 항온 순환 수조로 구성될 수 있다.
상기 온도 제어부는 온도에 따른 색 변화가 있는 시료를 올려놓는 샘플 플레이트와 샘플 플레이트의 온도를 승온 또는 강온시킬 수 있는 항온 순환 수조를 포함하며, 샘플 플레이트의 승온 또는 강온 속도를 자유롭게 조절할 수 있다.
감온 또는 시온 물질을 인쇄한 종이를 올려놓는 온도 제어부의 샘플 플레이트는 항온순환수조를 이용해서 온도를 제어한다.
도 3은 온도 제어부 샘플 플레이트의 하부 유로의 모식도이다.
상기 샘플 플레이트는 열 전도가 우수한 알루미늄을 이용하여 제작하며, 배스용액(Bath fluid)이 흐를 수 있는 유로를 만들어서 샘플 플레이트의 온도가 균일하게 제어되도록 한다.
도 4는 온도 제어부 샘플 플레이트 및 온도 지시기의 모식도이다.
상기 샘플 플레이트는 표면의 온도를 측정할 수 있는 RTD(Resistance Temperature Detector) 온도센서 또는 써모커플(thermocouple)을 포함할 수 있다.
상기 샘플 플레이트는 유로에 흐르는 배스 용액(Bath fluid)의 온도를 측정할 수 있는 RTD(Resistance Temperature Detector) 온도센서 또는 써모커플(thermocouple)을 포함할 수 있다.
상기 온도 제어부는 RTD 온도센서 또는 써모커플의 온도를 표시하는 온도지시기를 포함할 수 있다.
상기 색 변화 측정부는 상기 온도제어부의 샘플 플레이트와 온도지시기를 촬영하는 카메라를 포함할 수 있다.
본 발명에서는 감온 또는 시온 물질의 변색 온도는 절대적인 색상에 대한 온도가 아니라 상대적인 색 변화에 의한 온도라는 점에 착안해서 색 변화 측정부를 색차계에서 카메라로 대체하였다. 색 변화 측정부를 카메라로 대체함으로써 연속적인 실시간 영상을 통해 색 변화가 빠르게 변하는 온도를 감지할 수 있다.
본 발명에 따르면 카메라를 이용해서 색 변화 정보를 실시간으로 저장함으로써, 색 변화가 빠르게 일어나는 변색 구간에 대해 정밀한 데이터를 확보할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 색 변화 측정부에서 촬영하는 영상을 저장할 수 있는 영상 저장부를 더 포함할 수 있다.
상기 온도 제어부의 온도 설정 및 상기 영상 저장부를 통해 자동화된 방법으로 측정할 수 있다.
일 례로 카메라를 이용해서 색 변화 정보와 표면의 온도가 함께 녹화되므로, 온도 정보의 데이터 오염이 발생하지 않는다.
상기 기기는 일정한 내부 온도를 유지하기 위해서 팬을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 변색 온도 측정 기기는 감온 또는 시온 물질의 변색 온도 측정을 위해 온도를 제어하면서 색이 바뀌는 과정을 색 변화 측정부의 카메라로 촬영하고, 이미지 분석을 통해 변색 온도를 결정할 수 있다.
본 발명의 변색 온도 측정 기기는 감온 또는 시온 마이크로 캡슐, 감온 스티커, 체온 스티커, 냉동 지시계, 시간-온도 지시계 또는 냉장 지시계의 변색 온도를 측정할 수 있다.
도 5는 본 발명의 변색 온도 측정 기기를 사용하여 측정한 이미지이다.
도 6은 본 발명에 따른 색 변화 측정 및 색 변화 영상 분석방법의 흐름도이다.
본 발명에 따른 색 변화 영상 분석방법은 감온 또는 시온 물질의 변색 온도 측정을 위해 온도를 제어하면서 색이 바뀌는 과정을 색 변화 측정부의 카메라로 촬영하고, 이미지 분석을 통해 변색 온도를 결정한다.
본 발명에 따른 색 변화 영상 분석방법은 이미지 분석으로 온도 및 색차 (가장 소색된 상태를 기준으로 계산)을 얻고, 색차는 0 ~ 1 사이의 상대적인 값인 색 농도(Color Density)로 변환되며, 온도-색 농도 그래프로부터 가장 소색된 상태 및 가장 발색된 상태를 기준으로 색차가 3 차이나는 온도를 변색 온도로 획득한다.
본 발명의 변색 온도 측정 기기에서 실시간으로 측정한 색 변화 영상은 이미지 분석을 통해 온도와 색차로 변환된다. 온도지시기에 나타난 온도는 OCR 분석을 통해 온도로 변환되고, 감온 또는 시온 물질의 색상은 가장 소색된 상태의 색상을 기준으로 색차로 변환된다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 얻은 온도-색 농도 그래프로서, 변색 온도 측정 기기로 얻을 수 있는 온도(T1, T2, T3, T4, ΔH)를 도시한다.
본 발명의 색 변화 영상 분석방법에 따라 영상의 이미지 분석으로 얻은 색차는 0 ~ 1 사이의 상대적인 값인 색 농도 (Color Density)로 변환한 후, 온도-색 농도 그래프로 나타내고 온도-색 농도 데이터를 비대칭 시그모이드 함수로 피팅한다.
감온 또는 시온 물질의 발색 곡선에서 가장 발색된 상태를 기준으로 색차가 3 차이나는 온도를 완전 발색 온도(T1), 발색 곡선에서 가장 소색된 상태를 기준으로 색차가 3 차이나는 온도를 발색 시작 온도(T2), 소색 곡선에서 가장 발색된 상태를 기준으로 색차가 3 차이나는 온도를 소색 시작 온도(T3), 소색 곡선에서 가장 소색된 상태를 기준으로 색차가 3 차이나는 온도를 완전 소색 온도(T4), 온도-색 농도 그래프에서 소색 곡선과 발색 곡선에서 색 농도의 값이 0.5일 때의 온도 차이를 히스테리시스(ΔH)라고 정의한다.
이하에서, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 실시예로 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
변색 온도 조성물을 포함하는 마이크로캡슐을 단위 넓이 당 무게(gsm) 300 g 종이에 120 μm 두께로 코팅한 후, 적절한 크기로 잘라서 온도 제어부의 샘플 플레이트 위에 올려놓았다. 승온 속도 2 ℃/분, 강온 속도 1 ℃/분으로 온도를 제어하면서 촬영한 영상을 분석해서 도 7과 같은 온도-색 농도 그래프를 얻었다. 이 때, 완전 발색 온도 (T1)은 24.7 ℃, 발색 시작 온도 (T2)는 27.7 ℃, 소색 시작 온도 (T3)는 33.3 ℃, 완전 소색 온도 (T4)는 34.7 ℃, 히스테리시스 (ΔH)는 7.4 ℃ 였다.
10: 광원부, 20: 색변화 측정부, 30: 온도 제어부

Claims (13)

  1. 감온 또는 시온 물질의 온도에 따른 색 변화를 실시간으로 측정하는 변색 온도 측정 기기로서,
    영상 촬영을 위한 빛을 공급하는 광원부;
    원하는 온도 영역으로 승온 및 강온할 수 있는 온도 제어부; 및
    감온 또는 시온 물질의 색 변화 과정을 측정하는 색 변화 측정부를 포함하는 변색 온도 측정 기기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광원부는 태양광과 유사한 스펙트럼을 보이는 95~99Ra인 연색성 광원을 사용하는 변색 온도 측정 기기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 온도 제어부는 온도에 따른 색 변화가 있는 시료를 올려놓는 샘플 플레이트와 샘플 플레이트의 온도를 승온 또는 강온시킬 수 있는 항온 순환 수조를 포함하며, 샘플 플레이트의 승온 또는 강온 속도를 자유롭게 조절할 수 있는 변색 온도 측정 기기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 샘플 플레이트는 열 전도성 소재로 제작되며, 배스 용액(Bath fluid)가 흐를 수 있는 유로가 설치됨으로써 온도가 균일하게 제어되는 변색 온도 측정 기기.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 샘플 플레이트는 표면의 온도를 측정할 수 있는 RTD 온도센서 또는 써모커플을 포함하는 변색 온도 측정 기기.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 샘플 플레이트는 유로에 흐르는 배스 용액(Bath fluid)의 온도를 측정할 수 있는 RTD 온도센서 또는 써모커플을 포함하는 변색 온도 측정 기기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 온도 제어부는 RTD 온도센서 또는 써모커플의 온도를 표시하는 온도지시기를 포함하는 변색 온도 측정 기기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 색 변화 측정부는 상기 온도제어부의 샘플 플레이트와 온도지시기를 촬영하는 카메라를 포함하는 변색 온도 측정 기기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 색 변화 측정부에서 촬영하는 영상을 저장할 수 있는 영상 저장부를 더 포함하는 기기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 영상 저장부의 이용과 온도 제어부의 온도 설정을 통해 자동화된 방법으로 측정할 수 있는 기기.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 기기는 일정한 내부 온도를 유지하기 위해서 팬을 더 포함하는 변색 온도 측정 기기.
  12. 제1항에 있어서,
    감온 또는 시온 마이크로 캡슐, 감온 스티커, 체온 스티커, 냉동 지시계, 시간-온도 지시계 또는 냉장 지시계의 변색 온도를 측정할 수 있는 변색 온도 측정 기기.
  13. 감온 또는 시온 물질의 온도에 따른 색 변화 영상을 분석하는 방법으로서,
    상기 제1항의 변색 온도 측정 기기를 사용하여 감온 또는 시온 물질의 온도에 따른 색 변화를 실시간으로 측정하는 단계;
    측정된 실시간 색 변화 데이터에서 색 분석 영역을 설정하는 단계; 측정된 온도지시기의 온도를 OCR 변환하는 단계;
    가장 소색된 상태의 색상을 기준으로 색차로 변환하는 단계;
    색차를 0 ~ 1의 상대적인 값인 색 농도로 변환한 후 온도-색 농도 그래프로 나타내고 온도-색 농도 데이터를 비대칭 시그모이드 함수로 피팅하는 단계;
    승온할 때 측정한 영상으로부터 색 농도가 가장 진한 상태를 기준으로 색차가 3 차이 나는 온도, 가장 연한 상태를 기준으로 색차가 3 차이 나는 온도, 및 색 농도가 0.5 일 때의 온도를 찾는 단계; 및
    강온할 때 측정한 영상으로부터 색 농도가 가장 진한 상태를 기준으로 색차가 3 차이 나는 온도, 가장 연한 상태를 기준으로 색차가 3 차이 나는 온도, 및 색 농도가 0.5 일 때의 온도를 찾는 단계를 포함하는 색 변화 영상 분석 방법.
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