WO2023249315A1 - 이미지 센서를 이용한 균열 감지 방법 및 장치 - Google Patents

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WO2023249315A1
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crack
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crack area
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PCT/KR2023/008231
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김응석
윤민영
남광우
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주식회사 케이에너지시스템
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    • H05B47/105—Controlling the light source in response to determined parameters
    • H05B47/11—Controlling the light source in response to determined parameters by determining the brightness or colour temperature of ambient light

Definitions

  • the present invention relates to a method for detecting changes in cracks occurring in structures such as buildings.
  • cracks occur in concrete structures such as tunnels, piers, bridges, buildings, etc. over time due to water pressure, earth pressure, earthquakes, structural defects, etc., and if these cracks continue to grow, the structure collapses. .
  • the purpose of the present invention is to provide a crack detection method and device using an image sensor that can improve the accuracy of crack change detection.
  • a crack detection method using an image sensor is a method of detecting a crack by analyzing an image acquired using an image sensor, comprising the steps of: acquiring an image including a crack area using an image sensor; Processing the acquired image to detect pixels corresponding to crack areas; Measuring a crack area by adding up the number of detected pixels; calculating a rate of change of the measured crack area over time; and detecting abnormal changes in cracks based on the calculated change rate.
  • a step of adjusting the illuminance of the lighting so that the surrounding illuminance of the crack area is maintained uniformly while the image is acquired may be further included.
  • a crack detection device using an image sensor includes a crack detection module for detecting a crack by analyzing an image acquired using an image sensor; And the crack detection module is provided on one side, and the other open side is a shielding case mounted on the target surface where a crack has occurred or is expected to occur, and the crack detection module has one or more image sensors, so that the crack area is An image acquisition unit for acquiring the included images; an illumination unit configured to irradiate illumination light toward the target surface; And processing the image acquired through the image acquisition unit to detect pixels corresponding to the crack area, summing the number of detected pixels to measure the crack area, and calculating the change rate of the measured crack area over time, It includes a control unit that detects abnormal changes in cracks based on the calculated change rate.
  • the crack detection method using the image sensor can be implemented as a computer-readable recording medium that records a program for execution on a computer, and can be provided as the program itself.
  • the crack area is detected in pixel units from an image acquired using an image sensor in a state in which light is completely blocked by the shielding case, and the rate of change of the crack area is calculated to determine the surrounding situation. Changes in cracks can be detected more accurately while minimizing the resulting effects.
  • Figure 1 is a perspective view showing an embodiment of the configuration of a crack detection device using an image sensor according to the present invention.
  • Figure 2 is a block diagram showing an example of the configuration of a crack detection module according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a flow chart showing a crack detection method according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a block diagram for explaining an embodiment of a method for controlling the illuminance of a lighting unit.
  • Figure 5 is a diagram for explaining an embodiment of a method for identifying the positions of crack area pixels in an image.
  • Figure 1 is a perspective view showing an embodiment of the configuration of a crack detection device using an image sensor according to the present invention.
  • the crack detection device 10 shown includes a crack detection module 100 and a shielding case 200. It may be configured to include.
  • the crack detection device 10 is mounted on the target surface (W) where a crack (C) has occurred or is expected to occur, and detects the occurrence or change of the crack (C).
  • the target surface (W) on which the crack detection device 10 is mounted may be the wall of a building where a crack (C) has started to occur, but the present invention is not limited thereto, and is not limited to concrete such as tunnels, piers, bridges, etc.
  • a crack detection device 10 may be attached to various target surfaces W where cracks have occurred or are expected to occur, such as a wall of a structure, so that changes in cracks can be detected.
  • the crack detection module 100 acquires an image using an image sensor and detects a crack by analyzing the acquired image.
  • the shielding case 200 is equipped with a crack detection module 100 on one side, and the open other side is mounted on the target surface (W) where a crack (C) has occurred or is expected to occur.
  • the crack detection module 100 is an image acquisition unit 110 that has one or more image sensors and acquires an image containing the area where the crack C occurs (hereinafter referred to as 'crack area') of the target surface W. , may be provided with a lighting unit 120 that includes one or more lights and irradiates light toward the target surface (W) and a sensor unit 130 for measuring the illuminance inside the shielding case 200.
  • the crack detection device includes a shielding case including an image acquisition unit for sensing and capturing an image of the crack area and a lighting unit for generating uniform illuminance, and an image acquisition unit. And it may include a control unit that calculates the size of the crack area using image information obtained by the lighting unit.
  • control unit adds and stores the values of pixels recognized as cracks and unrecognized pixels in the image acquired by the image acquisition unit, and measures the crack area by adding up the number of pixels in the crack area per hour or number of captures. You can calculate the rate of change and then generate an alarm based on the rate of change.
  • the shielding case of this embodiment completely blocks light in the internal space where crack detection occurs, and through this, a uniform image is obtained using the image sensor and lighting of the image acquisition unit, and the obtained image is then used for example. It is possible to accurately detect the area of cracks in underdeveloped houses.
  • the shielding case of this embodiment is a case for completely shielding the crack area from external light, and may be provided in a cylindrical, rectangular, or conical shape, but is not limited thereto.
  • the shielding case of this embodiment includes a cover and a body, and an image acquisition unit can be mounted in the internal space formed through this.
  • the image acquisition unit of this embodiment may include an image sensor capable of acquiring an image of the crack area, and a chip that processes commands.
  • control unit may include a control operation unit, a storage unit, a communication unit, etc., through which the lighting inside the shielding case can be maintained at a uniform illuminance and a uniform image can be obtained from the image acquisition unit.
  • the size of the crack area can be calculated from the acquired image and stored in the storage unit, and notified to a remote server, etc. through the communication unit.
  • the control calculation unit controls and calculates based on the information received from the image acquisition unit, controls the image acquisition unit, detects changes in the crack area by filtering or comparatively analyzing images of the crack area, and generates an abnormal signal when detecting the change to remotely It can be transmitted to the server.
  • the storage unit can store image data received from the control calculation unit when necessary, and the communication unit can be connected to the control calculation unit to transmit signals to a remote server or smart device. In this case, methods such as wired communication, wireless communication, and wired/wireless communication can be applied. .
  • control unit may notify an alarm when the size of the crack area value changes in an increasing direction.
  • the crack area is measured by adding up the number of pixels in the crack area and the change rate is calculated per hour or number of captures. If the size of the crack area value changes in an increasing direction, for example, if it exceeds a certain standard, the control unit sends an alarm. You can be notified.
  • the size of the sum of pixel values in the crack area may vary depending on the resolution of the image acquisition unit. Applicable resolutions may be 320*240, 640*480, 1024*768, 1280*960, 1600*1200, 2048*1536, 2592*1944, but are not limited thereto.
  • the crack detection method includes the steps of controlling the lighting irradiated to the crack area of the internal space where the crack is to be detected using a shielding case to uniform illuminance, and capturing an image of the inside of the shielding case. It includes a step of acquiring with an image acquisition unit, a step of filtering the image data acquired by the image acquisition unit using a control unit to separate the cracked area and the normal part into pixel data, and a step of summing the pixel values of the cracked area. can do.
  • it may include calculating the average value of the sum of the pixel values of the crack area, calculating the crack area using the average of the sum of the pixel values of the crack area, and monitoring the change trend based on the change rate of the crack area.
  • data communication with a remote server may be performed, and data may be stored or displayed.
  • the first step to the last step may be performed sequentially and repeatedly.
  • the change trend can be monitored by A1 and A2 below.
  • A1 previous average of area values of the crack area - current average
  • A2 nth average value of area values of the crack area - current average value at nth
  • the crack area is detected in pixel units using the image acquisition unit in a state where light is completely blocked by the shielding case, so changes in cracks can be accurately detected.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an example of the configuration of a crack detection module according to an embodiment of the present invention.
  • the crack detection module 100 shown includes an image acquisition unit 110, a lighting unit 120, and a sensor. It may be configured to include a unit 130, a control unit 140, a storage unit 150, and a communication unit 160.
  • the image acquisition unit 110 may be provided with one or more image sensors to acquire an image including a crack area.
  • the lighting unit 120 may irradiate illumination light toward the target surface W so that the illuminance inside the shielding case 200 is appropriate for acquiring an image.
  • control unit 140 processes the image acquired through the image acquisition unit 110 to detect pixels corresponding to the crack area, adds the number of detected pixels to measure the crack area, and measures the time of the measured crack area. By calculating the change rate according to , abnormal changes in cracks can be detected based on the calculated change rate.
  • the crack detection module 100 may further include a sensor unit 130 for measuring the surrounding illumination of the crack area.
  • the control unit 140 controls the sensor unit 130 while the image is acquired.
  • the illuminance of the illumination light emitted from the lighting unit 120 can be adjusted so that the ambient illuminance measured through ) is maintained uniformly.
  • the illuminance inside the shielding case 200 can be maintained at a preset standard illuminance, thereby improving the accuracy of crack detection through image processing.
  • the control unit 140 sums the number of pixels corresponding to the crack area in the image through binarization and image processing on the image data. Since the size of each pixel may vary depending on the resolution of the acquired image, the summed crack area The crack area can be calculated by considering the number of pixels and image resolution.
  • the area occupied by one pixel may decrease, and conversely, as image resolution decreases, the area occupied by one pixel may increase.
  • control unit 140 calculates the area per pixel using the total size and resolution of the image acquired through the image acquisition unit 110, and calculates the area per pixel based on the number of crack area pixels detected through binarization and image processing.
  • the crack area can be calculated by multiplying .
  • control unit 140 may adjust the resolution of the image based on at least one of the change rate of the crack area, the storage capacity of the memory, and the charging capacity of the battery.
  • control unit 140 reduces the image resolution and the power or memory capacity consumed in the operation of the crack detection module 100 when the change rate of the averaged crack area in the most recent section within a certain time from the current point is less than the reference value. etc. can be reduced, and if the crack area change rate in the recent section increases significantly more than the standard value, the accuracy of crack detection can be improved by increasing the image resolution.
  • the crack detection module 100 may further include a storage unit 150 for storing the crack area measured at regular intervals.
  • the control unit 140 detects an abnormal change in the crack (an abnormality is detected in the change in the crack). You can judge.
  • the crack detection module 100 may further include a communication unit 160 for transmitting information about the abnormal change in the crack to the outside when the abnormal change in the crack is detected as described above.
  • FIG. 3 is a flowchart showing a crack detection method according to an embodiment of the present invention. Among the crack detection methods shown, descriptions of the same as those described with reference to FIGS. 1 and 2 will be omitted hereinafter.
  • the crack detection module 100 acquires an image including the crack area using an image sensor (step S300).
  • the illuminance of the light may be adjusted so that the surrounding illuminance of the crack area is maintained uniformly.
  • the lighting control unit according to the illuminance error (d, R-R'), which is the difference between the reference illuminance (R) and the illuminance value (R') measured by the sensor unit 130. 141 generates a control signal and transmits it to the lighting unit 120 to control the illuminance repeatedly until the illuminance error d is minimized.
  • the crack detection module 100 processes the image acquired in step S300 and detects pixels corresponding to the crack area (step S310).
  • step S310 the crack detection module 100 converts the image to gray scale, binarizes the image converted to gray scale, and then uses the crack area among the pixels in the image based on the pixel data of the binarized image. The positions of pixels corresponding to can be identified.
  • each pixel determined to correspond to a crack area within an image acquired by an image sensor may be identified.
  • the crack detection module 100 measures the crack area by adding up the number of pixels detected in step S310 (step S320).
  • the crack detection module 100 may calculate the crack area by multiplying the number of crack area pixels detected in step S310 by the size per pixel.
  • the crack detection module 100 may calculate the crack area based on the number of crack area pixels and the image resolution.
  • the image resolution may be adjusted based on at least one of the rate of change of the crack area, the storage capacity of the memory, and the charging capacity of the battery, and the size per pixel may be determined according to the image resolution.
  • the crack detection module 100 calculates the change rate of the crack area measured in step S320 over time (step S330) and detects abnormal changes in the crack based on the change rate calculated in step S300 (step S340). .
  • steps S300 to S320 are performed at regular intervals, so that the crack area measured at regular intervals is stored in a memory, and the rate of change of the crack area can be calculated using the crack area values stored in the memory.
  • the period at which the crack area is measured may be fixed or variable, and the amount of change in the crack area may be calculated at various time intervals such as seconds, minutes, hours, and days.
  • the crack detection module (100 ) can transmit information about abnormal changes in cracks to the outside.
  • the crack areas (c1, c2, c3, c4%) are measured at regular time intervals starting from the reference time (t1) during one day (M-1 day). It is measured and stored, and each time the crack area is measured, the rate of change of the crack area can be calculated as shown in Equation 1 below.
  • the rate of change of the crack area can be calculated as the time rate of change of the crack area between two consecutive measurement points (t n , t n-1 ).
  • the rate of change in crack area may be calculated as the time rate of change in crack area between the current time and the reference time (t n , t 1 ).
  • the rate of change in crack area can also be calculated as the amount of change in crack area between two consecutive measurement points (t n , t n-1 ).
  • the rate of change in crack area may be calculated as the amount of change in crack area between the current time and the reference time (t n , t 1 ).
  • the crack detection module ( 100) can transmit information about abnormal changes in cracks to the outside.
  • the rate of change of the crack area calculated on a daily basis during the same time period can be calculated as shown in Equation 5 below.
  • the daily crack area change rate in the same time period can be calculated as the change in crack area (C'n, Cn) measured at the same time (tn) today (M day) and yesterday (M-1 day). .
  • the crack area change rate in the same time period as described above can be calculated not only on a daily basis, but also on a weekly or monthly basis.
  • a signal can be transmitted and notified through the communication unit to a remote server or smart device.
  • the methods according to an embodiment of the present invention described above can be produced as a program to be executed on a computer. Additionally, the program may be stored in a computer-readable recording medium. Examples of computer-readable recording media include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, and optical data storage devices.
  • the computer-readable recording medium is distributed in a computer system connected to a network, so that computer-readable code can be stored and executed in a distributed manner. And, functional programs, codes, and code segments for implementing the method can be easily deduced by programmers in the technical field to which the present invention pertains.

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Abstract

본 발명은 이미지 센서를 이용한 균열 감지 방법 및 장치에 관한 것으로, 그 방법은 이미지 센서를 이용하여 균열 영역이 포함된 이미지를 획득하는 단계; 획득된 이미지를 처리하여 균열 영역에 해당하는 픽셀들을 검출하는 단계; 검출된 픽셀들의 개수를 합산하여 균열 면적을 측정하는 단계; 측정된 균열 면적의 시간에 따른 변화율을 계산하는 단계; 및 계산된 변화율에 기초하여 균열의 이상 변화를 감지하는 단계;를 포함한다.

Description

이미지 센서를 이용한 균열 감지 방법 및 장치
본 발명은 건물 등과 같은 구조물에 발생하는 균열의 변화를 감지하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 터널, 교각, 교량, 건물 등과 같은 콘크리트 구조물은 시간이 경과하면서 수압이나 토압, 지진, 구조적 결함 등에 의해 균열이 발생되고, 이 균열이 지속되어 커지게 되면 구조물이 붕괴되는 문제가 발생된다.
이러한 이유로 구조물에 대해 정기적으로 안전점검 및 정밀안전진단을 실시하고 있고, 구조물의 상태 및 안정성을 평가하여 보수 및 보강하여 안정성을 확보하고 있다.
부연하면, 오래된 건물, 예를 들면 낙후된 주택 등에 균열이 발생된 것을 감지한 경우 균열 영역을 보충물로 채우게 되는데, 이후에 균열 영역이 더 벌어지는 경우 붕괴가 발생될 수 있다.
이에 균열의 폭이나 길이 등을 감지하기 위해서, 기존에는 저항 또는 자기장 등을 이용한 센싱 방법이 사용되었는데, 이의 경우 온도에 민감하여 정확한 센싱이 어려운 한계가 있었다.
이에, 온도 등과 같은 주변 조건에 영향을 받지 않고 균열의 발생이나 변화 등을 정확하게 감지할 수 있는 새로운 구성의 균열 감지 장치 및 방법의 개발이 요구되는 실정이다.
본 발명은 균열 변화 감지의 정확성을 개선할 수 있는 이미지 센서를 이용한 균열 감지 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 이미지 센서를 이용한 균열 감지 방법은 이미지 센서를 이용하여 획득된 이미지를 분석해 균열을 감지하는 방법으로서, 이미지 센서를 이용하여 균열 영역이 포함된 이미지를 획득하는 단계; 상기 획득된 이미지를 처리하여 균열 영역에 해당하는 픽셀들을 검출하는 단계; 상기 검출된 픽셀들의 개수를 합산하여 균열 면적을 측정하는 단계; 상기 측정된 균열 면적의 시간에 따른 변화율을 계산하는 단계; 및 상기 계산된 변화율에 기초하여 균열의 이상 변화를 감지하는 단계;를 포함한다.
여기서, 상기 이미지가 획득되는 동안 상기 균열 영역의 주변 조도가 균일하게 유지되도록, 조명의 조도를 조절하는 단계;가 더 포함될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 이미지 센서를 이용한 균열 감지 장치는, 이미지 센서를 이용하여 획득된 이미지를 분석해 균열을 감지하기 위한 균열 감지 모듈; 및 일측에는 상기 균열 감지 모듈이 구비되며, 개방된 타측은 균열이 발생하였거나 예상되는 대상면에 장착되는 차폐용 케이스;를 구비하고, 상기 균열 감지 모듈은 하나 이상의 이미지 센서들을 구비하여, 균열 영역이 포함된 이미지를 획득하기 위한 이미지획득부; 상기 대상면을 향하여 조명광을 조사하기 위한 조명부; 및 상기 이미지 획득부를 통해 획득된 이미지를 처리해 균열 영역에 해당하는 픽셀들을 검출하고, 상기 검출된 픽셀들의 개수를 합산하여 균열 면적을 측정하며, 상기 측정된 균열 면적의 시간에 따른 변화율을 계산하여, 상기 계산된 변화율에 기초해 균열의 이상 변화를 감지하는 제어부;를 포함한다.
한편, 상기 이미지 센서를 이용한 균열 감지 방법은 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체로 구현될 수 있으며, 프로그램 그 자체로 제공될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 차폐용 케이스에 의해 빛이 완전히 차단된 상태에서 이미지 센서를 이용해 획득된 이미지로부터, 균열 영역을 픽셀 단위로 검출해 균열 면적의 변화율을 산출하도록 함으로써, 주변 상황에 따른 영향을 최소화하면서 균열의 변화를 보다 정확하게 감지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 이미지 센서를 이용한 균열 감지 장치의 구성에 대한 일실시예를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 균열 감지 모듈의 구성에 대한 일실시예를 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 균열 감지 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 조명부의 조도를 조절하는 방법에 대한 일실시예를 설명하기 위한 블록도이다.
도 5는 이미지 내에서 균열 영역 픽셀들의 위치를 식별하는 방법에 대한 일실시예를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서를 이용한 균열 감지 방법 및 장치에 대해 상세히 설명하고자 한다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 발명에서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
또한, 이하 실시되는 본 발명의 바람직한 실시예는 본 발명을 이루는 기술적 구성요소를 효율적으로 설명하기 위해 각각의 시스템 기능구성에 기 구비되어 있거나, 또는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적으로 구비되는 시스템 기능구성은 가능한 생략하고, 본 발명을 위해 추가적으로 구비되어야 하는 기능구성을 위주로 설명한다.
만약 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 하기에 도시하지 않고 생략된 기능구성 중에서 종래에 기사용되고 있는 구성요소의 기능을 용이하게 이해할 수 있을 것이며, 또한 상기와 같이 생략된 구성요소와 본 발명을 위해 추가된 구성요소 사이의 관계도 명백하게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 이미지 센서를 이용한 균열 감지 장치의 구성에 대한 일실시예를 사시도로 도시한 것으로, 도시된 균열 감지 장치(10)는 균열 감지 모듈(100)과 차폐용 케이스(200)를 포함하여 구성될 수 있다.
도 1을 참조하면, 균열 감지 장치(10)는 균열(C)이 발생하였거나 예상되는 대상면(W)에 장착되어, 균열(C)의 발생이나 변화를 감지한다.
예를 들어, 균열 감지 장치(10)가 장착되는 대상면(W)은 균열(C)이 발생하기 시작한 건물의 벽면일 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며, 터널, 교각, 교량 등과 같은 콘크리트 구조물의 벽면 등 균열이 발생하였거나 예상되는 다양한 대상면(W)에 균열 감지 장치(10)가 부착되어 균열의 변화가 감지될 수 있다.
균열 감지 모듈(100)는 이미지 센서를 이용하여 이미지를 획득하고, 획득된 이미지를 분석해 균열을 감지한다.
한편, 차폐용 케이스(200)는, 일측에는 균열 감지 모듈(100)이 구비되며, 개방된 타측은 균열(C)이 발생하였거나 예상되는 대상면(W)에 장착된다.
균열 감지 모듈(100)은, 하나 이상의 이미지센서를 구비하여 대상면(W) 중 균열(C)이 발생한 영역(이하 '균열 영역'이라 함)이 포함된 이미지를 획득하는 이미지 획득부(110), 하나 이상의 조명들을 포함하여 대상면(W)을 향해 광을 조사하는 조명부(120) 및 차폐용 케이스(200) 내부의 조도를 측정하기 위한 센서부(130)를 구비할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 균열 감지 장치는, 균열 영역의 이미지를 센싱 및 캡쳐링하는 이미지획득부와, 균일한 조도를 발생시키는 조명부를 포함하는 차폐용 케이스를 포함하며, 아울러, 이미지획득부 및 조명부에 의해 획득된 이미지 정보를 이용하여 균열 영역의 크기를 계산하는 제어부를 포함할 수 있다.
여기서, 제어부는 이미지획득부에 의해 획득된 이미지에서 균열로 인식된 픽셀과 미인식된 픽셀의 값을 각각 합산하여 저장하고, 균열 영역의 픽셀 개수를 합산해 균열 면적을 측정하여 시간당 또는 캡처 횟수당 변화율을 계산한 다음 변화율을 토대로 알람을 발생시킬 수 있다.
본 실시예의 차폐용 케이스는 균열 감지가 발생되는 내부 공간에서 완전히 빛을 차폐하며, 이를 통해 이미지획득부의 이미지 센서와 조명을 이용하여 균일한 이미지가 획득되며, 이후 획득된 이미지를 이용하여 예를 들면 낙후된 주택의 균열 영역의 면적을 정확하게 감지할 수 있는 것이다.
예를 들어, 본 실시예의 차폐용 케이스는, 균열 영역을 외부의 빛으로부터 완전 차폐하기 위한 케이스로서, 원통형, 직육면체형 또는 원뿔형으로 마련될 수 있는데, 이에 한정되는 것은 아니다.
좀 더 구체적으로, 본 실시예의 차폐용 케이스는 커버와 바디를 구비하며, 이를 통해 형성되는 내부 공간에 이미지획득부가 장착될 수 있다.
본 실시예의 이미지획득부는, 균열 영역의 이미지를 획득할 수 있는 이미지 센서와, 명령을 처리하는 칩을 포함할 수 있다.
한편, 제어부는, 제어 연산부와, 저장부와, 통신부 등을 포함할 수 있으며, 이를 통해 차폐용 케이스 내부의 조명을 균일한 조도로 유지하도록 하며, 이미지획득부로부터 균일 이미지를 획득할 수 있다.
또한, 획득된 이미지로부터 균열 영역의 크기, 예를 들면 길이, 면적, 체적 등을 계산하여 저장부에 저장할 수 있고, 통신부를 통해 원격지 서버 등에 통보할 수 있다.
제어 연산부는, 이미지획득부로부터 받은 정보를 토대로 제어 및 연산하고, 이미지획득부를 제어하며, 균열 영역의 이미지를 필터링하거나 비교 분석하여 균열 면적의 변화를 감지하고, 변화 감지 시 이상 신호를 발생시켜 원격지 서버로 전송시킬 수 있다.
저장부는 제어 연산부로부터 받은 이미지 데이터를 필요 시 저장할 수 있으며, 통신부는 제어 연산부와 연결되어 원격지 서버 또는 스마트 기기에 신호를 전송할 수 있는데, 이때 유선 통신, 무선 통신, 유무선 통신 등의 방식이 적용될 수 있다.
또한, 제어부는 균열 면적 값의 크기가 증가되는 방향으로 변화하는 경우 알람을 통보할 수 있다. 제어 연산부 및 저장부의 연동에 의해서, 획득된 이미지에서 균열로 인식된 픽셀과 균열이 일어나지 않은 정상 부분의 픽셀 값이 각각 합산되어 저장부에 저장될 수 있다.
그리고 균열 영역의 픽셀 개수를 합산하여 균열 면적을 측정하고 그의 시간당 또는 캡처 횟수당 변화율을 계산하여, 균열 면적 값의 크기가 증가하는 방향으로 변화된다면, 예를 들어 일정 기준 이상일 경우에 제어부는 알람을 통보할 수 있다.
다만, 동일한 균열이더라도 이미지획득부의 해상도에 따라 균열 영역의 픽셀 값의 합산 값 크기는 달라질 수 있다. 적용될 수 있는 해상도는 320*240, 640*480, 1024*768, 1280*960, 1600*1200, 2048*1536, 2592*1944일 수 있는데 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일실시예에 따른 균열 감지 방법은, 차폐용 케이스를 이용하여 균열을 감지하고자 하는 내부 공간의 균열 영역에 조사되는 조명을 균일 조도로 제어하는 단계와, 차폐용 케이스의 내부의 이미지를 이미지획득부로 획득하는 단계와, 제어부를 이용하여 이미지획득부에 의해 획득된 이미지 데이터를 필터링 처리하여 균열 영역과 정상 부분을 픽셀 데이터로 분리하는 단계와, 균열 영역의 픽셀 값들을 합산하는 단계를 포함할 수 있다.
이러한 단계들이 순차적으로 반복 수행될 수 있다.
이어서, 균열 영역의 픽셀 값의 합산 값들의 평균값을 계산하는 단계와, 균열 영역의 픽셀 합산 값들의 평균값을 사용하여 균열 면적을 계산하고 균열 면적의 변화율을 토대로 변화 추세를 모니터링하는 단계를 포함할 수 있다.
이후, 원격지 서버와의 데이터 통신을 실시하며, 데이터 저장 또는 표시 등이 실시될 수 있다.
여기서, 첫 단계부터 마지막 단계까지는 순차적으로 반복 수행될 수 있다.
본 실시예의 변화 추세를 모니터링하는 단계 시, 하기의 A1 및 A2에 의해서 변화 추세를 모니터링할 수 있다.
A1 = 상기 균열 영역의 면적 값들의 이전 평균값 - 현재 평균값,
A2 = 상기 균열 영역의 면적 값들의 n번째 평균값 - n번째에서의 현재 평균값
예를 들어, 균열 영역의 픽셀 개수의 합산 값을 계산하고, 이를 모니터링하는 것과 더불어 균열 영역의 가로 픽셀 개수, 세로 픽셀 개수를 계산하여, 가로 및 세로 길이 및 면적을 계산하여 변화를 감시할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 차폐용 케이스에 의해 빛이 완전히 차단된 상태에서 이미지획득부를 이용하여 균열 영역을 픽셀 단위로 감지하기 때문에 균열 변화를 정확하게 감지할 수 있다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서를 이용한 균열 감지 방법 및 장치에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 균열 감지 모듈의 구성에 대한 일실시예를 블록도로 도시한 것으로, 도시된 균열 감지 모듈(100)은 이미지획득부(110), 조명부(120), 센서부(130), 제어부(140), 저장부(150) 및 통신부(160)를 포함하여 구성될 수 있다.
도 2를 참조하면, 이미지획득부(110)는, 하나 이상의 이미지 센서들을 구비하여, 균열 영역이 포함된 이미지를 획득할 수 있다.
조명부(120)는 대상면(W)을 향하여 조명광을 조사하여, 차폐용 케이스(200) 내부의 조도가 이미지를 획득하기에 적절하도록 할 수 있다.
한편, 제어부(140)는 이미지획득부(110)를 통해 획득된 이미지를 처리해 균열 영역에 해당하는 픽셀들을 검출하고, 검출된 픽셀들의 개수를 합산하여 균열 면적을 측정하며, 측정된 균열 면적의 시간에 따른 변화율을 계산하여, 계산된 변화율에 기초해 균열의 이상 변화를 감지할 수 있다.
또한, 균열 감지 모듈(100)은 균열 감지 모듈은 균열 영역의 주변 조도를 측정하기 위한 센서부(130)를 더 포함할 수 있으며, 이 경우 제어부(140)는 이미지가 획득되는 동안 센서부(130)를 통해 측정되는 주변 조도가 균일하게 유지되도록 조명부(120)로부터 조사되는 조명광의 조도를 조절할 수 있다.
그에 따라, 차폐용 케이스(200) 내부의 조도가 미리 설정된 기준 조도로 유지될 수 있어, 이미지 처리를 통한 균열 감지의 정확성을 향상시킬 수 있다.
제어부(140)는 이미지 데이터에 대한 이진화 및 이미지 프로세싱을 통해 이미지 내에서 균열 영역에 해당하는 픽셀들의 개수를 합산하며, 획득된 이미지의 해상도에 따라 각 픽셀의 크기가 달라질 수 있으므로, 합산된 균열 영역 픽셀들의 개수와 이미지 해상도를 고려하여 균열 면적을 계산할 수 있다.
예를 들어, 이미지 해상도가 증가할 수록 픽셀 하나가 차지하는 면적은 작아질 수 있으며, 반대로 이미지 해상도가 감소할 수록 픽셀 하나가 차지하는 면적은 커질 수 있다.
그에 따라, 제어부(140)는 이미지획득부(110)를 통해 획득된 이미지의 전체 크기와 해상도를 이용해 픽셀당 면적을 계산하고, 이진화 및 이미지 프로세싱을 통해 검출된 균열 영역 픽셀들의 개수에 픽셀당 면적을 곱하여 균열 면적을 산출할 수 있다.
한편, 제어부(140)는 균열 면적의 변화율, 메모리의 저장 용량 및 배터리의 충전 용량 중 적어도 하나에 기초하여 이미지의 해상도를 조절할 수도 있다.
예를 들어, 제어부(140)는, 현재 시점으로부터 일정 시간 내의 최근 구간에서 평균화된 균열 면적의 변화율이 기준치보다 작은 경우 이미지 해상도를 감소시켜 균열 감지 모듈(100)의 동작에 소모되는 전력이나 메모리 용량 등을 줄일 수 있으며, 최근 구간에서의 균열 면적 변화율이 기준치보다 크게 증가하는 경우에는 이미지 해상도를 증가시켜 균열 감지의 정확성을 보다 높일 수 있다.
균열 감지 모듈(100)은, 일정 주기로 측정되는 균열 면적을 저장하기 위한 저장부(150)를 더 포함할 수 있다.
제어부(140)는 실시간으로 계산되는 균열 면적의 변화율이 기준치 이상이거나, 또는 동일 시간대에 일단위로 계산되는 균열 면적의 변화율이 기준치 이상인 경우, 균열의 이상 변화(균열의 변화에 이상이 감지됨)로 판단할 수 있다.
한편, 균열 감지 모듈(100)은, 상기한 바와 같이 균열의 이상 변화가 감지되는 경우, 균열의 이상 변화에 대한 정보를 외부로 전송하기 위한 통신부(160)를 더 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 균열 감지 방법을 흐름도로 도시한 것으로, 도시된 균열 감지 방법 중 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 것과 동일한 것에 대한 설명은 이하 생략하기로 한다.
도 3을 참조하면, 균열 감지 모듈(100)은 이미지 센서를 이용하여 균열 영역이 포함된 이미지를 획득한다(S300 단계).
S300 단계에서 이미지가 획득되는 동안, 균열 영역의 주변 조도가 균일하게 유지되도록 조명의 조도가 조절될 수 있다.
예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 기준조도(R)와 센서부(130)에서 측정되는 조도값(R') 사이의 차이인 조도오차(d, R-R')에 따라 조명제어부(141)가 제어 신호를 생성해 조명부(120)로 전달하여 조도오차(d)가 최소화될 때까지 반복하여 조도를 제어할 수 있다.
그 후, 균열 감지 모듈(100)은 S300 단계에서 획득된 이미지를 처리하여 균열 영역에 해당하는 픽셀들을 검출한다(S310 단계).
S310 단계에서, 균열 감지 모듈(100)은 이미지를 그레이 스케일(gray scale)로 변환하고, 그레이 스케일로 변환된 이미지를 이진화한 후, 이진화된 이미지의 픽셀 데이터에 기초하여 이미지 내 픽셀들 중 균열 영역에 해당하는 픽셀들의 위치를 식별할 수 있다.
도 5를 참조하면, 이미지 센서로 획득된 이미지(Image) 내에서 균열 영역에 해당하는 것으로 판단되는 픽셀(균열 영역 픽셀)들 각각의 위치가 식별될 수 있다.
균열 감지 모듈(100)은 S310 단계에서 검출된 픽셀들의 개수를 합산하여 균열 면적을 측정한다(S320 단계).
S320 단계에서, 균열 감지 모듈(100)은 S310 단계에서 검출된 균열 영역 픽셀들의 개수에 픽셀당 크기를 곱하여 균열 면적을 계산할 수 있다.
한편, 이미지의 해상도가 가변적인 경우, 균열 감지 모듈(100)은 균열 영역픽셀들의 개수와 이미지 해상도에 기초하여 균열 면적을 산출할 수 있다.
예를 들어, 이미지 해상도는 균열 면적의 변화율, 메모리의 저장 용량 및 배터리의 충전 용량 중 적어도 하나에 기초하여 조절될 수 있으며, 이미지 해상도에 따라 픽셀당 크기가 정해질 수 있다.
그 후, 균열 감지 모듈(100)은 S320 단계에서 측정된 균열 면적의 시간에 따른 변화율을 계산하고(S330 단계), S300 단계에서 계산된 변화율에 기초하여 균열의 이상 변화를 감지한다(S340 단계).
예를 들어, S300 단계 내지 S320 단계는 일정 주기로 수행되어, 일정 주기로 측정되는 균열 면적이 메모리에 저장되고, 메모리에 저장된 균열 면적 값들을 이용하여 균열 면적의 변화율이 계산될 수 있다.
여기서, 균열 면적이 측정되는 주기는 고정되거나 또는 가변될 수 있으며, 균열 면적의 변화량은 초 단위, 분 단위, 시간 단위 및 일 단위 등 다양한 시간 간격으로 산출될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 실시간(예를 들어, 초 단위, 분 단위 또는 시간 단위)으로 계산되는 균열 면적의 변화율이 미리 설정된 기준치 이상인 경우 균열의 이상 변화로 판단되며, 균열 감지 모듈(100)은 균열의 이상 변화에 대한 정보를 외부로 전송할 수 있다.
예를 들어, 도 6의 (a)를 참조하면, 하루 동안(M-1일) 기준시간(t1)부터 시작하여 일정 시간 간격으로 균열 면적들(c1, c2, c3, c4 ...)이 측정되어 저장되며, 균열 면적 측정시 마다 아래의 수학식 1과 같이 균열 면적의 변화율이 계산될 수 있다.
Figure PCTKR2023008231-appb-img-000001
수학식 1에서, 균열 면적의 변화율은 연속된 두 측정시점들(tn, tn-1) 사이의 균열 면적에 대한 시간 변화율로 계산될 수 있다.
Figure PCTKR2023008231-appb-img-000002
수학식 2에서, 균열 면적의 변화율은 현재 시점과 기준 시점(tn, t1) 사이의 균열 면적에 대한 시간 변화율로 계산될 수도 있다.
Figure PCTKR2023008231-appb-img-000003
수학식 3에서, 균열 면적의 변화율은 연속된 두 측정시점들(tn, tn-1) 사이의 균열 면적 변화량으로 계산될 수도 있다.
Figure PCTKR2023008231-appb-img-000004
수학식 4에서, 균열 면적의 변화율은 현재 시점과 기준 시점(tn, t1) 사이의 균열 면적 변화량으로 계산될 수도 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 동일 시간대에 일단위(예를 들어, 매일 오후 2시)로 계산되는 균열 면적의 변화율이 미리 설정된 기준치 이상인 경우 균열의 이상 변화로 판단되며, 균열 감지 모듈(100)은 균열의 이상 변화에 대한 정보를 외부로 전송할 수 있다.
도 6의 (b)를 참조하면, 도 6의 (a)에 도시된 균열 면적 측정 날짜(M-1)의 다음날(M일)에도 기준시간(t1)부터 시작하여 일정 시간 간격으로 균열 면적들(c'1, c'2, c'3, c'4 ...)이 측정되어 저장될 수 있다.
이 경우, 동일 시간대에 일단위로 계산되는 균열 면적의 변화율은 아래의 수학식 5와 같이 계산될 수 있다.
Figure PCTKR2023008231-appb-img-000005
수학식 5에서, 오늘(M일)과 어제(M-1일) 동일한 시간(tn)에 측정된 균열 면적(C'n, Cn)의 변화량으로 동일 시간대 일단위 균열 면적 변화율이 계산될 수 있다.
상기한 바와 같은 동일 시간대의 균열 면적 변화율은, 일 단위 뿐 아니라, 주 단위 또는 월 단위로 산출될 수 있다.
한편, 상기한 바와 같이 산출되는 실시간 또는 동일시간대 균열 면적 변화율이 미리 설정된 기준치 이상으로 증가하는 경우, 통신부를 통해, 원격지 서버 또는 스마트 기기 등으로 신호를 전송하여 알릴 수 있다.
상술한 본 발명의 일실시예에 따른 방법들은 컴퓨터에서 실행되기 위한 프로그램으로 제작될 수 있다. 또한, 상기 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체에 저장될 수 있으며, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 상기 방법을 구현하기 위한 기능적인(function) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 될 것이다.

Claims (10)

  1. 이미지 센서를 이용하여 획득된 이미지를 분석해 균열을 감지하는 방법에 있어서,
    이미지 센서를 이용하여 균열 영역이 포함된 이미지를 획득하는 단계;
    상기 획득된 이미지를 처리하여 균열 영역에 해당하는 픽셀들을 검출하는 단계;
    상기 검출된 픽셀들의 개수를 합산하여 균열 면적을 측정하는 단계;
    상기 측정된 균열 면적의 시간에 따른 변화율을 계산하는 단계; 및
    상기 계산된 변화율에 기초하여 균열의 이상 변화를 감지하는 단계;를 포함하는 이미지 센서를 이용한 균열 감지 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이미지가 획득되는 동안 상기 균열 영역의 주변 조도가 균일하게 유지되도록, 조명의 조도를 조절하는 단계;를 더 포함하는 이미지 센서를 이용한 균열 감지 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 픽셀 검출 단계는
    상기 획득된 이미지를 그레이 스케일(gray scale)로 변환하는 단계;
    상기 그레이 스케일로 변환된 이미지를 이진화하는 단계; 및
    상기 이진화된 이미지의 픽셀 데이터에 기초하여, 이미지 내 픽셀들 중 균열 영역에 해당하는 픽셀들의 위치를 식별하는 단계;를 포함하는 이미지 센서를 이용한 균열 감지 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 균열 면적 측정 단계는
    상기 균열 영역에 해당하는 픽셀들의 개수와 상기 획득된 이미지의 해상도에 기초하여 상기 균열 면적을 산출하는 이미지 센서를 이용한 균열 감지 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 이미지의 해상도는
    균열 면적의 변화율, 메모리의 저장 용량 및 배터리의 충전 용량 중 적어도 하나에 기초하여 조절되는 이미지 센서를 이용한 균열 감지 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 균열 면적은 일정 주기로 측정되어 저장되고,
    실시간으로 계산되는 상기 균열 면적의 변화율 또는 동일 시간대에 일단위로 계산되는 상기 균열 면적의 변화율이 기준치 이상인 경우, 균열의 이상 변화로 판단되며,
    상기 균열의 이상 변화에 대한 정보는 외부로 전송되는 이미지 센서를 이용한 균열 감지 방법.
  7. 이미지 센서를 이용하여 획득된 이미지를 분석해 균열을 감지하기 위한 균열 감지 모듈; 및
    일측에는 상기 균열 감지 모듈이 구비되며, 개방된 타측은 균열이 발생하였거나 예상되는 대상면에 장착되는 차폐용 케이스;를 구비하고,
    상기 균열 감지 모듈은
    하나 이상의 이미지 센서들을 구비하여, 균열 영역이 포함된 이미지를 획득하기 위한 이미지획득부;
    상기 대상면을 향하여 조명광을 조사하기 위한 조명부; 및
    상기 이미지 획득부를 통해 획득된 이미지를 처리해 균열 영역에 해당하는 픽셀들을 검출하고, 상기 검출된 픽셀들의 개수를 합산하여 균열 면적을 측정하며, 상기 측정된 균열 면적의 시간에 따른 변화율을 계산하여, 상기 계산된 변화율에 기초해 균열의 이상 변화를 감지하는 제어부;를 포함하는 이미지 센서를 이용한 균열 감지 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 균열 감지 모듈은
    상기 균열 영역의 주변 조도를 측정하기 위한 센서부;를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 이미지가 획득되는 동안 상기 센서부를 통해 측정되는 주변 조도가 균일하게 유지되도록, 상기 조명부로부터 조사되는 조명광의 조도를 조절하는 이미지 센서를 이용한 균열 감지 장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 균열 영역에 해당하는 픽셀들의 개수와 상기 획득된 이미지의 해상도에 기초하여 상기 균열 면적을 산출하며,
    상기 이미지의 해상도는 균열 면적의 변화율, 메모리의 저장 용량 및 배터리의 충전 용량 중 적어도 하나에 기초하여 조절 가능한 이미지 센서를 이용한 균열 감지 장치.
  10. 제7항에 있어서, 상기 균열 감지 모듈은
    일정 주기로 측정되는 상기 균열 면적을 저장하기 위한 저장부; 및
    균열의 이상 변화가 감지되는 경우, 상기 균열의 이상 변화에 대한 정보를 외부로 전송하기 위한 통신부;를 더 포함하고,
    상기 제어부는
    실시간으로 계산되는 상기 균열 면적의 변화율 또는 동일 시간대에 일단위로 계산되는 상기 균열 면적의 변화율이 기준치 이상인 경우, 균열의 이상 변화로 판단하는 이미지 센서를 이용한 균열 감지 장치.
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