KR101958539B1 - Apparatus and method for discriminating a concrete status using a hyperspectral image - Google Patents
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Abstract
본 발명의 콘크리트 상태 판정 장치는, 콘크리트의 초분광 이미지를 획득하는 초분광 카메라와, 콘크리트 이미지를 표시하는 표시부와, 상기 초분광 카메라 및 표시부에 기능적으로 연결되는 콘크리트 상태 판정부를 포함할 수 있다. 상기 콘크리트 상태 판정부는 상기 획득된 초분광 이미지에서 스펙트럼을 추출하고, 추출된 스펙트럼을 분석하여 이상 상태의 콘크리트 영역을 판정하며, 상기 표시부를 통해 판정된 이상 영역을 상기 콘크리트 이미지에 표시할 수 있다. The concrete state determining apparatus of the present invention may include an ultrasound camera for acquiring an ultrasound image of concrete, a display unit for displaying a concrete image, and a concrete state determining unit functionally connected to the ultrasound camera and the display unit. The concrete state judging unit may extract a spectrum from the obtained ultrasonic image, determine a concrete region in an abnormal state by analyzing the extracted spectrum, and display the abnormal region determined through the display unit on the concrete image.
Description
본 발명은 초분광 이미지에 기반하여 콘크리트의 이상 상태를 판정할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus and a method for determining an abnormal state of concrete based on an ultrasound image.
콘크리트 구조물의 열화는 다양한 원인에 의해 발생될 수 있으며, 이런 열화 원인들 중의 하나가 물(수분)이 될 수 있다. 콘크리트 구조물의 내구성에 영향을 주는 요인은 물리적 요인 및 화학적 요인이 있을 수 있다. 내구성에 영향을 주는 물리적 요인은 표면마모, 공극 속에 생기는 염류의 결정압으로 인한 균열, 동결 및 화염과 같은 극단적인 온도 환경이 될 수 있다. 내구성에 영향을 주는 화학적 요인은 산성 용액으로 인한 시멘트의 용해, 황산염이나 알칼리골재반응에 의한 팽창반응, 콘크리트 속 강재부식, 해수 속의 콘크리트 등이 될 수 있다. Degradation of concrete structures can be caused by various causes, and one of these degradation causes can be water (moisture). Factors influencing the durability of concrete structures may be physical and chemical factors. Physical factors affecting durability can be extreme temperature conditions such as surface wear, cracking due to crystal pressure in the pores, freezing and flames. Chemical factors affecting durability may be dissolution of cement due to acid solution, expansion reaction by sulphate or alkali aggregate reaction, corrosion of steel in concrete, concrete in seawater, and so on.
백태 및/또는 박락은 이런 열화에 의해 발생될 수 있다. 백태(efflorescence)는 노후화된 콘크리트 표면에 발생되는 백색의 결정으로, 콘크리트 중의 황산 칼슘, 황산 마그네슘, 수산화칼슘 등이 물에 녹아 침출되어 대기 중의 탄산가스와 화합되어 생성될 수 있다. 백태가 발생되는 원인은 콘크리트 타설 직후 시멘트중의 가용성분이 표면에서 석출되기도 하며, 콘크리트 구조체에 우수 및 지하수 등이 침입하여 콘크리트 중의 가용성분이 콘크리트 표면으로 이동되어 발생될 수 있다. 백태는 콘크리트 구조물에 모세관 공극 또는 균열이 발생된 결함부로 물이 침투하고 있는 부위에서 발생될 수 있다. 따라서 백화가 발생한 부위에 대한 상세 점검을 실시하시고 균열 등의 결함 유무를 판단하여 구조물에 대한 근본적인 보수를 우선적으로 시행할 수 있어야 한다. 콘크리트 박리 및 박락은 동결 융해 등과 같은 원인에 의해 발생될 수 있다. 콘크리트 박리(scaling)는 콘크리트 표면의 모르타르가 점진적으로 손실되는 현상이며, 박락(spalling)은 콘크리트가 균열을 따라서 콘크리트 조각이 떨어져 나가는 현상이 될 수 있다.White streaks and / or delamination can be caused by this deterioration. Efflorescence is white crystals generated on the surface of aged concrete. Calcium sulfate, magnesium sulfate, calcium hydroxide, etc. in concrete can be formed by leaching into water and combining with carbon dioxide in the atmosphere. The reason for the occurrence of the whitewater is that the soluble matter in the cement is precipitated from the surface immediately after the concrete is poured, and the soluble matter in the concrete moves to the concrete surface due to intrusion of the excellent and ground water into the concrete structure. The whitewater may occur at the site where the water penetrates into the concrete structure with capillary voids or defects where cracks have occurred. Therefore, it is necessary to perform a detailed inspection of the site where the whiteness occurs and judge the presence of cracks or other defects, so that the fundamental repair of the structure should be given priority. Concrete peeling and peeling can be caused by causes such as freezing and melting. Concrete scaling is a gradual loss of mortar on the concrete surface, and spalling can be a phenomenon that concrete fragments fall off along cracks.
백태 및/또는 박락은 콘크리트 구조물의 노후화 정도를 나타내는 징후로서, 발생 부위에 대한 주의를 기울일 필요가 있다. 일반적으로 콘크리트의 백태 및 박락에 대한 진단 및 정량화는 주로 육안검사를 통해 이루어지고 있다. 육안 검사시 색상만으로 백태의 판단을 수행하므로, 오염물질과의 완벽한 구분이 어려울 수 있으며, 박락의 깊이와 넓이만 계측함에 따라, 실제 박락의 부피를 정량화하기 어려울 수 있다. 또한 백태 및 백락이 발생된 구조물이 전문인력이 접근하기 어려운 구조물인 경우 손상검출의 사각지대가 존재할 수 있다.It is necessary to pay close attention to the site of occurrence as a sign indicating the degree of deterioration of the concrete structure. In general, the diagnosis and quantification of the whiteness and degradation of concrete are mainly carried out through visual inspection. It is difficult to completely distinguish it from the pollutant, and it may be difficult to quantify the volume of actual peeling by measuring only the depth and width of the peeling. In addition, there may be a blind spot in the detection of damage if the structure in which the whitewash and backlash are generated is a structure difficult to access by professional workers.
본 발명의 다양한 실시예들에 따른 콘크리트 상태 판별 장치 및 방법은 콘크리트 구조물의 초분광 이미지를 획득하여 콘크리트의 이상 여부를 판별할 수 있는 장치 및 방법을 제공할 수 있다. The apparatus and method for determining the state of concrete according to various embodiments of the present invention can provide an apparatus and method for determining an abnormality of concrete by obtaining an ultrasound image of a concrete structure.
본 발명의 다양한 실시예들에 따른 콘크리트 상태 판별 장치 및 방법은 콘크리트 구조물의 초분광 이미지를 분석하여 콘크리트의 이상 상태 여부를 판별하고, 판별된 결과에 기반하여 콘크리트 이미지에 이상 영역을 표시할 수 있는 장치 및 방법을 제공할 수 있다. The apparatus and method for determining the state of concrete according to various embodiments of the present invention are capable of determining an abnormal state of concrete by analyzing an ultraspectral image of a concrete structure and displaying an abnormal region on a concrete image based on the discriminated result Apparatus and method.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 콘크리트 상태 판정 장치는, 콘크리트의 초분광 이미지를 획득하는 초분광 카메라와, 콘크리트 이미지를 표시하는 표시부와, 상기 초분광 카메라 및 표시부에 기능적으로 연결되는 콘크리트 상태 판정부를 포함할 수 있다. 상기 콘크리트 상태 판정부는, 상기 획득된 초분광 이미지에서 스펙트럼을 추출하고, 추출된 스펙트럼을 분석하여 이상 상태의 콘크리트 영역을 판정하며, 상기 표시부를 통해 판정된 이상 영역을 상기 콘크리트 이미지에 표시할 수 있다. According to another aspect of the present invention, there is provided an apparatus for determining a concrete state, including: an ultrasound camera for acquiring an ultrasound image of concrete; a display unit for displaying a concrete image; And a concrete state determination unit operatively connected to the control unit. The concrete state judging unit may extract a spectrum from the obtained ultrasonic image, determine a concrete region in an abnormal state by analyzing the extracted spectrum, and display the abnormal region determined through the display unit on the concrete image .
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 콘크리트 상태 판정 방법은, 초분광 카메라를 통해 콘크리트 이미지를 획득하는 단계와, 상기 초분광 이미지에서 설정된 대역의 스펙트럼들을 추출하는 단계와, 상기 추출된 스펙트럼들에서 설정된 적어도 하나의 콘크리트의 파라미터에 대응되는 스펙트럼을 분석하는 단계와, 상기 분석된 스펙트럼에 기반하여 콘크리트의 이상 영역을 판정하는 단계와, 상기 콘크리트에 상기 판정된 이상영역이 표시되도록 이미지를 표시하는 단계를 포함할 수 있다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method for determining a concrete state, the method comprising: obtaining a concrete image through an ultrasound camera; extracting spectra of a set band in the ultrasound image; Analyzing a spectrum corresponding to at least one concrete parameter set in the extracted spectra; determining an abnormal region of concrete based on the analyzed spectrum; And displaying the image to be displayed.
본 발명에 따르면, 콘크리트 상태 판정 장치 및 방법은 비접촉, 비파괴 기반으로 콘크리트 상태를 판정할 수 있으며, 이로인해 콘크리트 구조물에 손상을 끼치지 않으면서 용이하게 콘크리트의 백태 및 박락을 탐지할 수 있다. 또한 초분광 이미지를 기반으로 콘크리트 상태를 판정함으로서, 시각적인 판단 방법에 비해 백태 탐지의 신뢰성을 확보할 수 있으며, 초점 및 해상도가 허용하는 범위 내에서 광범위한 영역을 탐지할 수 있다. 또한 무인 비행체를 이용할 수 있어, 사람이 접근하기 어려운 콘크리트 구조물(예를들면, 바닥판, 주탑, 교량 하부 등)의 원격 탐사를 할 수 있다.According to the present invention, the concrete state determination apparatus and method can determine the state of concrete based on non-contact, non-destructive basis, and thereby can easily detect the back and fall of concrete without damaging the concrete structure. In addition, by determining the concrete state based on the ultrasound image, it is possible to secure the reliability of the white spot detection as compared with the visual determination method, and to detect a wide range within the range of the focus and resolution. In addition, unmanned aerial vehicles can be used to remotely probe concrete structures that are difficult for people to access (eg, bottom plate, pylon, bridge, etc.).
도 1a - 도 1c는 초분광 카메라의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 2a - 도 2e는 콘크리트 이미지의 스펙트럼 특성을 도시하는 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 시편을 이용하여 콘크리트 상태를 판별하기 위한 초분광 이미지를 획득하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4a - 도 4d는 정상 콘크리트 및 백태의 초분광 이미지의 스펙트럼의 특징을 설명하기 위한 도면이다.
도 5a - 도 5e는 본 발명의 다양한 실시예들에 따라 초분광 스펙트럼 특징에 기반하여 콘크리트 상태를 판별하는 예들을 도시하는 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 콘크리트 상태를 판별하기 위한 다른 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 콘크리트 상태 판별 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 콘크리트 상태 판별 장치의 프로세서 구성을 도시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 콘크리트 상태 판별 장치에서 프로세서의 다른 구성을 도시하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 콘크리트 상태 판정 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 콘크리트 상태 판정 방법의 한 실시예를 도시하는 흐름도이다
도 12는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 콘크리트 상태 판정 방법의 다른 실시예를 도시하는 흐름도이다.1A to 1C are views for explaining the operation of an ultrasound camera.
2A to 2E are diagrams showing spectral characteristics of a concrete image.
FIGS. 3A and 3B are views for explaining an operation of acquiring an ultrasonic image for discriminating a concrete state using a specimen. FIG.
FIGS. 4A to 4D are views for explaining the spectral characteristics of the ultra-spectral image of the normal concrete and the white concrete. FIG.
Figures 5A-5E are diagrams illustrating examples of determining concrete conditions based on the ultra spectral spectral characteristics in accordance with various embodiments of the present invention.
6A and 6B are views for explaining another method for determining the state of concrete.
FIG. 7 is a view showing a configuration of a concrete condition determining apparatus according to various embodiments of the present invention. FIG.
8 is a view showing a processor configuration of a concrete condition determining apparatus according to various embodiments of the present invention.
9 is a view showing another configuration of a processor in a concrete condition determining apparatus according to various embodiments of the present invention.
10 is a flow chart illustrating a concrete state determination method in accordance with various embodiments of the present invention.
Figure 11 is a flow chart illustrating one embodiment of a concrete condition determination method in accordance with various embodiments of the present invention
12 is a flow chart illustrating another embodiment of a concrete condition determination method in accordance with various embodiments of the present invention.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. Prior to the detailed description of the present invention, the terms or words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or preliminary meaning, and the inventor may designate his own invention in the best way It should be construed in accordance with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be appropriately defined as a concept of a term to describe it. Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention, and are not intended to represent all of the technical ideas of the present invention. Therefore, various equivalents It should be understood that water and variations may be present.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음을 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Note that, in the drawings, the same components are denoted by the same reference symbols as possible. Further, the detailed description of known functions and configurations that may obscure the gist of the present invention will be omitted. For the same reason, some of the elements in the accompanying drawings are exaggerated, omitted, or schematically shown, and the size of each element does not entirely reflect the actual size.
콘크리트 구조물의 내구성은 기상작용, 물리/화학적 작용, 기계적 작용 등의 성능 저하 외력에 저항하여 역학적, 기능적인 성능을 보유할 수 있는 능력을 의미할 수 있다. 따라서 콘크리트 구조물의 내구성은 다양한 열화 원인에 의해 저하될 수 있다. 따라서 콘크리트 구조물은 주기적으로 안전 진단이 필요할 수 있다. 예를들면, 교량의 보강주기는 15-20년이 될 수 있다. 현재 우리나에 나라에서 공용 중인 도로교의 약 40%가 2000년 이전에 건설된 교량들이며, 조만간 유지보수 수요의 급격하게 증가될 수 있다. 교량의 유지관리는 현재 안전성 중심에서 성능 중심으로 전환되고 있으며, 내구성 평가의 중요성이 점차 부각되고 있다. The durability of concrete structures can mean the ability to have mechanical and functional capabilities to withstand degraded external forces such as weather, physical / chemical and mechanical actions. Therefore, the durability of the concrete structure may be deteriorated by various deterioration causes. Therefore, the concrete structure may need periodic safety diagnosis. For example, the reinforcement period of bridges can be 15-20 years. Currently, about 40% of the highway bridges that are being used in our country are bridges constructed before 2000, and the demand for maintenance can be increased rapidly in the near future. The maintenance of bridges is now shifting from safety to performance, and the importance of durability evaluation is increasing.
콘크리트 구조물의 안전 진단을 위하여, 콘크리트 구조물의 이상 상태 여부를 비접촉 및 비파괴적으로 판별할 수 있는 방법이 요구되고 있다. 콘크리트의 이상 상태는 백태 및/또는 박락 등이 될 수 있다. 콘크리트 백태 및/또는 박락 등은 콘크리트 노후화의 징후이므로, 콘크리트의 백태 및 박락에 대한 탐지 및 정량화 방법이 필요할 수 있다.In order to diagnose the safety of concrete structures, there is a need for a method for non - contact and non - destructive discrimination of abnormal state of concrete structures. The abnormal state of the concrete can be white and / or peeling. Concrete whitewash and / or lacquer are an indication of the aging of concrete, so it may be necessary to detect and quantify the white matter and lacquer of concrete.
본 발명의 다양한 실시예들은 초분광 이미지를 이용하여 콘크리트 구조물의 백태 및 박락의 진단 및 정량화를 수행할 수 있는 장치 및 방법들을 제안한다. 본 발명의 다양한 실시예들은 초분광 카메라를 활용하여 일반 콘크리트, 백태, 기타 오염물질들을 정상적인 콘크리트와 구분하고, 백태 및/또는 박락이 발생된 위치 및 크기를 판별하여 콘크리트 이미지에 표시할 수 있다. 초분광 카메라 및 콘크리트 판별 장치는 다양한 형태로 구성할 수 있다. 예를들면, 초분광 카메를 거치식으로 설치할 수 있으며, 위성에 탑재할 수 있으며, 무인 항공기(UAV 및 drone 등)에 탑재할 수 있다. 따라서 초분광 카메라를 탑재한 무인체를 활용하여 인력의 접근이 위험하거나 불가능한 위치에서 백태 및 박락의 진단 및 정량화 가능할 수 있다.Various embodiments of the present invention propose devices and methods that can perform diagnostics and quantification of white matter and delamination of concrete structures using hyperspectral images. Various embodiments of the present invention can distinguish ordinary concrete, white papers, and other contaminants from normal concrete by utilizing an ultra-spectral camera, and can display the position and size of the white and / or delaminated on concrete images. The ultrasound camera and concrete discrimination device can be configured in various forms. For example, ultra-spectroscopic cameras can be mounted on a satellite, mounted on satellites, and mounted on unmanned aerial vehicles (UAV, drone, etc.). Therefore, it is possible to diagnose and quantify white matter and peeling in a place where manpower access is dangerous or impossible by utilizing a human body equipped with an ultra-spectral camera.
초분광 이미지(hyperspectral image)는 많은 밴드를 통해 넓은 범위의 파장 영역에 대한 반사율을 가지고 있는 고차원 데이터가 될 수 있다. 초분광 이미지는 유효 밴드 추출, 전처리, 표적 탐지 및 물질 분류 등에 사용될 수 있다. A hyperspectral image can be high dimensional data that has reflectivity over a wide range of wavelengths over many bands. Ultrasound images can be used for effective band extraction, preprocessing, target detection, and material classification.
도 1a - 도 1c는 초분광 카메라의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 1A to 1C are views for explaining the operation of an ultrasound camera.
도 1a를 참조하면, 초분광 카메라는 Referring to FIG. 1A, the ultra-spectral camera
1차원 공간 정보를 획득하기 위한 스캔부인 타겟(target)(111), 원하는 위치에 1차원 공간 정보를 획득하기 위한 전반부 광학부(object lens)(113) 및 슬릿(input slit)(115), 선택된 1차원 간 정보를 분산 소자에 비춰지기 전에 평행광으로 만들어 주는 시준부(collimator lens)(117), 빛을 분산시켜 주는 분산 소자(diffractive element)(119), 시준되어 분산 소자(119)에서 분산된 빛을 모아 주는 집광부(focusing lens)(121) 및 집광된 광신호들을 검출하는 검출기(detector)(123)을 포함할 수 있다. 도 1a에서, 슬릿(115), 시준부(117), 분광소자(119) 및 집광부(121)은 분광기(ImSpector)(125)가 될 수 있다. 분광기(125)는 특별한 프리즘(prism)과 그레이딩 구조에 의해 라인 형상의 영역(area)의 각 점의 빛을 파장 대역으로 분광하는 기능을 수행할 수 있다. A
도 1a와 같은 Push-broom 방식의 초분광 카메라는 영상 스캔, 영상 분광 그리고 영상 병합의 세 단계로 초분광 이미지를 검출할 수 있다. 초분광 카메라는 첫 번째 영상 스캔 단계에서 회전하는 거울과 슬릿을 이용하여 피사체(target)(111)에 대해 가로축으로 스캔하면서 매번 슬릿을 통과한 1차원 선 영상을 획득하고, 두 번째 영상 분광 단계에서 획득된 1차원선 영상을 분광시켜 2차원의 스펙트럼을 추출할 수 있으며, 마지막 영상 병합 과정에서 추출된 2차원 스펙트럼들을 순차적으로 모아 3차원 초분광 이미지를 검출할 수 있다. The push-broom type ultra-spectral camera as shown in FIG. 1A can detect ultraspectral images in three steps of image scanning, image spectroscopy and image merging. The ultrasound camera scans the object (111) in the horizontal axis using the rotating mirror and slit in the first image scanning step, acquires a one-dimensional line image passing through the slit each time, and in the second image spectral step Dimensional spectra can be extracted by spectroscopy of the obtained one-dimensional linear image, and three-dimensional superspectral images can be detected by sequentially collecting the two-dimensional spectra extracted in the last image merging process.
도 1b를 참조하면, 피사체(131)는 콘크리트 구조물이 될 수 있다. 초분광 카메라를 이용하여 콘크리트 구조물인 피사체(131)을 촬영하면, 하나의 픽셀 스펙트럼(spectrum for one pixel)(133)은 참조번호 135와 같은 스펙트럼들로 검출될 수 있다. 참조번호 135의 스펙트럼은 400nm - 700nm 대역(예를들면, 가시광선 대역)의 예가 될 수 있다. Referring to FIG. 1B, the subject 131 may be a concrete structure. When a subject 131, which is a concrete structure, is photographed using an ultrasound camera, a spectrum for one
도 1c를 참조하면, 초분광 카메라는 수백개의 분광 채널들을 통해 피사체의 특성을 나타내는 스펙트럼들을 획득할 수 있다. 초분광 카메라는 분광기(125)의 특성에 따라 촬영 가능한 파장 대역이 결정될 수 있다. 예를들면, 에 따른 스펙트럼들을 검출할 수 있다. 초분광 카메라는 분광기(125)의 구성에 따라 가시광선 대역(151) 및/또는 적외선 대역(153)의 스펙트럼들을 검출할 수 있다. 가시광선(visible) 대역(400~700nm)의 초분광 카메라는 피사체의 가시광선 영역에서의 스펙트럼들을 검출할 수 있다. 적외선(infrared) 영역(153)은 VNIR(near-infrared), SWIR(short-wavelength-infrared), MWIR(mid-wavelength-infrared), LWIR(long-wavelength-infrared), VLWIR(very long-wavelength-infrared, FIR(far-infrared)) 영역으로 구분될 수 있다. Referring to FIG. 1C, an ultrasound camera can acquire spectra representing the characteristics of a subject through hundreds of spectral channels. In the ultrasound camera, a photographable wavelength band can be determined according to the characteristics of the
VNIR (700~1000nm)은 색상과 관련한 분광정보 및 일부 근적외선 대역이 될 수 있으며, 색상과 관련하여 미세한 구분이 필요한 경우(visible range)에 사용될 수 있다. SWIR (1000~2500nm)은 단파장 적외선 대역으로, 재료의 화학적 차이, 광물 특성차이 분석, 얇은 내부 층 분석 등에 사용될 수 있다. MWIR 및 LWIR (2600~5000nm, 8000~12000nm)은 중, 장파장 적외선 대역으로, 재료의 화학적 차이, 열특성 차이 분석등에 사용될 수 있으며, 상온에서 사용이 불가능 (외부 사용 불가)할 수 있다.VNIR (700-1000 nm) can be spectral information related to color and some near-infrared band, and can be used in a visible range where a fine distinction is required with respect to color. SWIR (1000 ~ 2500nm) is a short wavelength infrared band, can be used for chemical difference of materials, analysis of difference in mineral characteristics, analysis of thin inner layer. MWIR and LWIR (2600 ~ 5000nm, 8000 ~ 12000nm) can be used in medium and long wavelength infrared band, and can be used for chemical difference, analysis of difference in thermal property and can not be used at room temperature.
콘크리트의 상태를 판별하기 위한 초분광 카메라는 가시광선 대역 및/또는 적외선 대역의 SWIR 대역의 스펙트럼을 추출할 수 있는 초분광 카메라를 사용할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에 따른 콘크리트 이상 판별 장치는 가시광선 대역의 초분광 카메라 또는 가시광선 및 SWIR 대역의 초분광 카메라를 사용할 수 있다. 예를들면, 본 발명의 콘크리트 상태 판별 장치는 가시광선 및 SWIR 대역을 커버할 수 있는 초분광 카메라와, 초분광 카메라로부터 획득되는 스펙트럼들을 분석할 수 있는 ENVI 소프트웨어를 사용할 수 있다. The ultra-spectral camera for determining the state of concrete can use an ultra-spectral camera capable of extracting the spectrum of the SWIR band of the visible light band and / or the infrared light band. The concrete abnormality determination apparatus according to various embodiments of the present invention can use an ultra-spectral camera of visible light band or an ultra-spectral camera of visible light and SWIR band. For example, the concrete condition determination apparatus of the present invention can use an ultra-spectral camera capable of covering visible light and the SWIR band, and ENVI software capable of analyzing spectra obtained from an ultra-spectral camera.
콘크리트의 이상 상태는 백태라고 가정하여 설명될 것이다The abnormal condition of concrete will be explained by assuming that it is white
도 2a - 도 2e는 콘크리트 이미지의 스펙트럼 특성을 도시하는 도면이다.2A to 2E are diagrams showing spectral characteristics of a concrete image.
도 2a를 참조하면, 참조번호 211 및 213은 콘크리트의 일부가 될 수 있으며, 백태를 포함할 수 있다. 211과 같은 콘크리트를 일반 카메라(2D 카메라)를 이용하여 촬영하면, 213과 같은 이미지를 획득할 수 있다. 그러나 215와 같은 콘크리트를 초분광 카메라를 이용하여 촬영하면 217과 같은 초분광 이미지를 획득할 수 있다. Referring to FIG. 2A,
가시광선영역(400-740nm)에서 추출되는 초분광 이미지의 색상은 일반 콘크리트인 경우 회색(gray)으로 검출될 수 있으며, 백태는 연회색 또는 백색(light gray or white)로 검출될 수 있으며, 박락은 회색 또는 진회색(gray - dark gray (골재 노출))으로 검출 될 수 있다. 따라서 색상만 이용하여 백태 및/또는 박락의 검출하는 경우 정확도가 저하될 수 있다. 콘크리트가 지속적으로 수분에 노출되는 경우 백태가 발생될 확률이 높을 수 있다. 예를들면, 백태 영역은 광물 특성 및 수분에 따라 열특성이 변화될 수 있으며, 박락 영역은 골재 노출에 의해 열 특성이 변화될 수 있다. 따라서 검출 영역이 NIR 영역(740nm-1000nm) 또는 SWIR 영역(100nm - 2500nm)인 초분광 카메라를 사용하는 백태 및/또는 박락의 수분/열특성에 기반하여 스펙트럼을 추출할 수 있다. The color of the ultrasound image extracted from the visible light region (400-740 nm) can be detected as gray in the case of ordinary concrete and the white color can be detected as light gray or white, Gray or dark gray (aggregate exposure). Therefore, in the case of detecting white spot and / or lacuna using only color, the accuracy may be lowered. If concrete is continuously exposed to moisture, the probability of occurrence of white matter can be high. For example, thermal characteristics can be changed depending on the mineral characteristics and moisture of the whitewash area, and thermal characteristics can be changed by the aggregate exposure in the delaminated area. Thus, the spectra can be extracted based on the moisture / thermal properties of white matter and / or delustering using an ultra-spectral camera whose detection region is the NIR region (740nm-1000nm) or the SWIR region (100nm-2500nm).
도 2b는 흡수율에 따란 스펙트럼의 변화 특성(absorption depth and position)을 예시하는 도면이다. 초분광 카메라를 이용하여 피사체를 촬영하는 경우, 대상 물질에 포함된 성분의 특성에 따라, 빛을 흡수하는 정도(absorption band)가 달라질 수 있다. 초분광 이미지의 흡수 대역의 깊이, 면적 및 또는 위치를 이용하여 콘크리트의 백태 및/또는 박락을 탐지할 수 있다. FIG. 2B is a diagram illustrating the absorption depth and position of the spectrum depending on the absorption rate. When an object is photographed using an ultrasound camera, the absorption band may vary depending on the characteristics of the component contained in the object material. The depth, area and / or location of the absorption band of the ultrasound image can be used to detect the white matter and / or delamination of the concrete.
도 2c는 반사율에 따른 스펙트럼의 변화 특성(reflection height and position)을 도시하는 도면이다. 동일한 색상을 갖더라도, 대상 물질의 구성 성분에 따라 다른 반사 형태(예를들면 reflectance peak, increase/decrease of reflectance (ratio), reflectance slop 등)를 가질 수 있다. 따라서 동일한 색상을 갖는 대상 물질에서, 구성 성분을 분석하는데 위와 같은 서로 다른 반사 특성을 이용하여 콘크리트의 백태 및/또는 박락을 탐지할 수 있다.FIG. 2C is a diagram showing a reflection height and position according to reflectance. FIG. Even if they have the same color, they can have different reflection forms (eg, reflectance peak, increase / decrease of reflectance (ratio), reflectance slope, etc.) depending on the constituents of the target material. Therefore, in a target material having the same color, it is possible to detect white matter and / or delamination of concrete by using different reflection characteristics as described above in analyzing the constituents.
도 2d는 스펙트럼의 평균값 및 표준 편차(mean and standard deviation)의 특성을 도시하는 도면이다. 특정한 스펙트럼에서 흡수되는 특성이 없거나 약한 물질인 경우, 스펙트럼의 평균값과 표준편차를 이용하여 콘크리트의 백태 및/또는 박락을 탐지할 수 있다. FIG. 2D is a diagram showing the characteristics of the mean and standard deviation of the spectrum. FIG. If there is no characteristic or weak substance to be absorbed in a particular spectrum, the average and standard deviation of the spectrum can be used to detect the white matter and / or delamination of the concrete.
도 2f는 스펙트럴 커브의 연속성(continuity of spectral curve)의 특징을 도시하는 도면이다. 초분광 이미지의 스펙트럼은 물질의 특성에 따라서 변화될 수 있다. 스펙트럴 커브의 연속성을 이용하는 경우, 연속되는 커브의 regression line의 특성 이용하여 콘크리트의 백태 및/또는 박락을 탐지할 수 있다. FIG. 2F is a diagram showing a characteristic of the continuity of spectral curves. FIG. The spectra of the ultrasound image can be varied depending on the properties of the material. If the continuity of the spectral curve is utilized, the properties of the regression line of the continuous curve can be used to detect the white matter and / or delamination of the concrete.
도 3a 및 도 3b는 콘크리트의 상태를 판별하기 시편 생성 및 초분광 이미지 획득 동작을 설명하기 위한 도면이다.FIGS. 3A and 3B are views for explaining a specimen production and an ultra-spectral image acquisition operation for determining the state of concrete.
도 3a를 참조하면, 콘크리트의 상태를 판별하기 위한 시편을 생성할 수 있다. 생성되는 시편은 백태 및/또는 백락 시편이 될 수 있다. 백태는 낮은 온도와 높은 습도 조건에서 발생될 수 있다. 콘크리트를 얇은 수분 층에 노출시키면 탄산가스(CO2)의 용해가 잘 일어나 백태를 생성할 수 있다. 백태 시편은 도 3a에 도시된 바와 같이 넓은 콘크리트(모르타르, cementious material)(311)을 제작하고, 한쪽 면(예를들면 시편(311)의 상부)에 수분층(water film)(313)을 형성하여 생성할 수 있다. 이때 콘크리트(311)에 fly ash/slag를 많이 포함시키면 백태를 용이하게 생성할 수 있다. 또한 수분층(313)을 형성할 때 한쪽 면을 낮은 높이의 따뜻한 물에 담그고, 낮은 대기온도 및 높은 습도(예를들면 가습기 활용)에 노출시키면, 백태를 용이하게 생성할 수 있다.Referring to FIG. 3A, a specimen for determining the state of concrete can be generated. The resulting specimen may be a white and / or white specimen. White shrubs can occur under low temperature and high humidity conditions. When concrete is exposed to a thin water layer, carbon dioxide gas (CO2) dissolves well and can generate white matter. As shown in FIG. 3A, a large-size concrete (cementious material) 311 is manufactured and a
백락 시편은 일반적인 콘크리트 시편을 제작하고, 다양한 형태로 손상을 주어 크기별 박락을 가지는 시편을 제작할 수 있다.The back rock specimens can be made of concrete specimens and damaged in various forms to produce specimens with size-separated specimens.
도 3b를 참조하면, 백태 및/또는 박락을 탐지하기 위하여, 초분광 카메라(331)을 설치하고, 콘크리트 시편(335)에 근접되는 위치에 반사판(예를들면 황상바륨 99%)(333)을 설치할 수 있다. 그리고 초분광 카메라(331)에서 콘크리트 시편(335) 방향으로 조명을 설치할 수 있다. 이때 설치되는 조면은 할로겐 조명(예를들면, Fomex H1000, 650W)으로 초분광 카메라(331)의 좌우 측에 2개를 설치할 수 있다. 또한 콘크리트 시편(331)는 백태 시편 또는 백락 시편이 될 수 있다. 예를들면, 백태 시편인 경우 다양한 형태로 진행된 타입들의 백태들이 포함된 시편일 수 있다. 백태 타입은 백태 농도(짙게 발생된 백태, 옅게 발생된 백태), 백태의 크기(좁은 형태의 백태, 넓은 분포를 가지는 백태) 등이 될 수 있다.3B, an
실험시, 초분광 카메라의 촬영 조건 및 조명 조건을 다양한 옵션으로 수행하여 다양한 형태의 스펙트럼들을 획득할 수 있다. 예를들면, 초분광 카메라의 픽셀 및 스펙트럼 averaging, 노출 시간, 초점 거리, 시편과 조명 사이의 간격 등을 변경하여 콘크리트 시편(331)의 초분광 이미지들을 획득할 수 있다. 획득된 초분광 이미지들의 스펙트럼을 분석(예를들면, Envi 소프트웨어 및 Matlab을 이용하여)할 수 있다. 이때 콘크리트 상태 판별 장치는 각각 정상적인 콘크리트 및 이상 상태(예를들면 백태 및/또는 백락 등)에 기반하는 스펙트럼의 피크값들, 스펙트럼의 평균값들, 스펙트럼의 기울기 정보들을 분석하여 저장할 수 있다. 이때 저장되는 피크값, 평균값 및/또는 기울기 정보들은 다양한 조건(예를들면, 픽셀 조건, 노출 및 노출 시간 조건, 조명 조건, 초점 조건들) 들에서 획득된 초분광 이미지에서 추출된 정상 콘크리트 스펙트럼 및 비정상 콘크리트 스펙트럼들에 기반하여 획득되는 정보들이 될 수 있으며, 대응되는 조건들과 함께 획득된 정보들을 저장하여 라이브러리로 관리할 수 있다. In the experiment, various types of spectra can be obtained by performing imaging and illumination conditions of the ultrasound camera with various options. For example, the ultra-spectral images of the
도 4a - 도 4d는 정상 콘크리트 및 백태의 초분광 이미지의 스펙트럼의 특징을 설명하기 위한 도면이다. FIGS. 4A to 4D are views for explaining the spectral characteristics of the ultra-spectral image of the normal concrete and the white concrete. FIG.
도 4a - 도 4c와 같은 스펙트럼들은 도 3b와 같은 촬영에서 획득될 수 있다. 도 4a는 백태부의 초분광 이미지 스펙트럼이 될 수 있으며, 도 4b는 콘크리트 초분광 이미지 스펙트럼이 될 수 있으며, 도 4c는 반사판 초분광 이미지 스펙트럼이 될 수 있다. 정규화 전의 초분광 이미지 스펙트럼을 살펴보면, 도 4a와 같은 백태 스펙트럼과 도 4b와 같은 콘크리트 스펙트럼은 가시광선 대역(예를들면 400nm - 700nm) 및 VNIR 적외선 대역(예를들면 700nm - 1000 nm)에서 유사한 형태를 가지며, 반사되는 광량에 큰 차이를 가짐을 알 수 있다. 또한 반사판의 스펙트럼 형상도 백태 및 콘크리트 스펙트럼과 유사한 형상을 가짐을 알 수 있다. 따라서 가시광선 대역 및 VNIR 대역의 초분광 이미지를 획득할 수 있는 초분광 카메라인 경우, 0에서 1 사이의 반사율(reflectance)로 표시할 수 있도록 초분광 스펙트럼을 정규화할 수 있다.The spectra shown in Figs. 4A to 4C can be obtained in the photographing as shown in Fig. 3B. FIG. 4A can be a hyperspectral image spectrum of a white background, FIG. 4B can be a concrete ultrasound image spectrum, and FIG. 4C can be a reflector hyperspectral image spectrum. 4A and a concrete spectrum as shown in FIG. 4B are similar to each other in a visible light band (for example, 400 nm to 700 nm) and a VNIR infrared band (for example, 700 nm to 1000 nm) And it can be seen that there is a large difference in the amount of reflected light. Also, the spectral shape of the reflector has a similar shape to the white and concrete spectrum. Thus, in the case of an ultrasound camera capable of acquiring ultrasound images of the visible and VNIR bands, the spectroscopic spectrum can be normalized to reflect reflectance between 0 and 1.
도 4d는 콘크리트 초분광 스펙트럼 및 백태 초분광 스펙트럼을 정규환 예를 도시하는 도면이다. 콘크리트 시편(451)은 백태를 포함하는 시편이 될 수 있다. 도 4b와 같은 콘크리트 초분광 스펙트럼을 정규화하면, 550nm - 770nm에서 다른 영역대 보다 높은 반사율을 가짐을 알 수 있으며, 0.1 - 0.2의 낮은 반사율을 가짐을 알 수 있다. 도 4a와 같은 백태 초분광 스펙트럼을 정규화하면, 550nm 이상의 모든 영역에서 일정한 반사율을 가짐을 알 수 있으며, 0.4 - 0.275의 높은 반사율을 가짐을 알 수 있다. FIG. 4D is a view showing an example of the regular ultrasonic spectra of the concrete ultrasonic spectra and the white ultrasonic spectra. The
콘크리트 시편을 이용하여 콘크리트 및 백태 및/또는 박락의 초분광 이미지 스펙트럼을 획득하고, 획득된 이미지들을 정규화할 수 있다. 이후 정규화된 초분광 스펙트럼을 기반으로 콘크리트 상태를 판별하기 위한 라이브러리를 결정할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에 따른 콘크리트 상태 판별 장치는 교량, 건물 등의 대형 콘크리트 구조물의 상태를 판별할 수 있다. 대형 콘크리트 구조물은 위치(예를들면 태양광을 받을 수 있는 위치 및 받을 수 없는 위치 등)에 따라 다른 광량을 촬영될 수 있다. 다양한 촬영 조건들에 따른 초분광 이미지(예를들면 콘크리트, 백태, 박락 등의 초분광 스펙트럼)을 획득하고, 이들을 이용하여 정규화된 초분광 스펙트럼들을 보정할 수 있다.Concrete specimens can be used to acquire an ultrasound spectral image of concrete and white matter and / or delamination, and to normalize the acquired images. The library can then be determined based on the normalized ultra-spectral spectrum to determine the state of the concrete. The concrete condition determining device according to various embodiments of the present invention can determine the state of a large concrete structure such as a bridge, a building, and the like. Large concrete structures can be photographed with different amounts of light depending on their location (for example, where they can and can not receive sunlight). It is possible to acquire hyperspectral images (e.g., hyperspectral spectra such as concrete, white matter, and thinning) according to various shooting conditions, and use them to correct normalized hyperspectral spectra.
도 5a - 도 5e는 본 발명의 다양한 실시예들에 따라 초분광 스펙트럼 특징에 기반하여 콘크리트 상태를 판별하는 예들을 도시하는 도면이다.Figures 5A-5E are diagrams illustrating examples of determining concrete conditions based on the ultra spectral spectral characteristics in accordance with various embodiments of the present invention.
도 5a는 스펙트럼 피크 값에 기반하여 콘크리트 상태를 판별하는 예를 도시하는 도면이다. 스펙트럼 피크 값은 대역과 무관한 스펙트럼의 최대 반사율이 될 수 있다. 도 4d와 같이 정규화된 스펙트럼을 사용하는 경우, 반사율 0.3 전후에서 콘크리트와 백태의 스펙트럼을 분류할 수 있다. 즉, 임계값을 반사율 0.3으로 설정하고, 스펙트럽 피크값에 기반하여 백태와 콘크리트를 분류할 수 있다. 도 5a에서 511은 콘크리트에 백태가 포함된 이미지가 될 수 있으며, 515는 정규화된 초분광 이미지들의 스펙트럴 프로필이 될 수 있다. 515에서 conc는 콘크리트 스펙트럼이 될 수 있으며, effl은 백태 스펙트럼이 될 수 있다. 이때 정규화된 콘크리트 및 백태 스펙트럼들은 반사율 0.3에서 0.5 사이의 값을 경계로 구분할 수 있다. 스펙트럼 피크값에 기반하여 콘크리트와 백태를 판별하면, 513과 같은 백태 탐지 결과를 얻을 수 있다. 스펙트럼 피크값에 기반하여 백태를 탐지하는 경우, 513과 같이 백태가 집중된 부분에서 높은 정확도로 탐지할 수 있으며, 백태가 엷게 분포된 부분에서는 판별 결과가 저하될 수 있다.5A is a diagram showing an example of determining concrete conditions based on a spectral peak value. The spectral peak value can be the maximum reflectance of the spectrum independent of the band. If a normalized spectrum is used as shown in FIG. 4D, the spectrum of concrete and white matter can be classified at a reflectance of about 0.3. That is, the threshold value can be set to reflectance 0.3, and the white matter and concrete can be classified based on the spectral peak value. In FIG. 5A, 511 may be an image with a background in concrete, and 515 may be a spectral profile of normalized hyperspectral images. At 515, conc can be a concrete spectrum, and effl can be a white matter spectrum. At this time, the normalized concrete and white spectrum can be divided into the boundary between the reflectance values of 0.3 and 0.5. If concrete and whites are discriminated based on the spectral peak value, the result of white matter detection such as 513 can be obtained. When the white spot is detected based on the spectral peak value, it can be detected with a high accuracy in a region where the white spot is concentrated as in 513, and the discrimination result may be deteriorated in a region where the white spot is lightly scattered.
도 5b는 스펙트럼 평균 값에 기반하여 콘크리트 상태를 판별하는 예를 도시하는 도면이다. 스펙트럼 평균 값은 밝기(명도, brightness)가 될 수 있다. 또한 백태 및 콘크리트를 분류는 임계값을 반사율 0.3으로 설정하여 수행할 수 있다. 도 5b에서 521은 콘크리트에 백태가 포함된 이미지가 될 수 있으며, 525는 정규화된 초분광 이미지들의 스펙트럴 프로필이 될 수 있다. 이때 정규화된 콘크리트 및 백태 스펙트럼들은 반사율 0.3을 임계값으로 설정하고, 스펙트럼 평균값에 기반하여 콘크리트와 백태를 판별하면, 523과 같은 백태 탐지 결과를 얻을 수 있다. 스펙트럼 평균값에 기반하여 백태를 탐지하는 경우, 523과 같이 백태가 엷게 나타낸 부분에서도 백태를 탐지할 수 있으며, 밝은 백태에 대해서 상대적은 낮은 정확도를 가질 수 있다. FIG. 5B is a view showing an example of determining the concrete state based on the spectrum average value. FIG. The spectral average value can be brightness (brightness). Also, classification of white and concrete can be performed by setting the threshold value to reflectance of 0.3. In FIG. 5B,
도 5c는 스펙트럼 기울기에 기반하여 콘크리트 상태를 판별하는 예를 도시하는 도면이다. 스펙트럼 기울기는 스펙트럼의 연속성(spectrum continuity) 특성으로 재료에 관련되어 변화될 수 있다. 백태 스펙트럼 기울기는 60nm 이상의 대역에서 콘크리트 스펙트럼의 기울기보다 저 높은 기울기 특성을 가질 수 있다. 콘크리트 상태를 판별할 때, 콘크리트 스펙트럼이 백태 스펙트럼보다 더 낮은 기울기를 가지는 특성을 이용하여 백태를 분류할 수 있다. 도 5c에서 531은 콘크리트에 백태가 포함된 이미지가 될 수 있으며, 535는 정규화된 초분광 이미지들의 스펙트럴 프로필이 될 수 있다. 이때 정규화된 콘크리트 및 백태 스펙트럼들은 반사율 0.3을 임계값으로 설정하고, 스펙트럼 기울기 값에 기반하여 콘크리트와 백태를 판별하면, 533과 같은 백태 탐지 결과를 얻을 수 있다. 스펙트럼 기울기에 기반하여 백태를 탐지하는 경우, 533에 도시된 바와 같이 백태가 엷게 나타낸 부분에서도 양호하게 백태를 탐지할 수 있으며, 밝은 백태가 뚜렷하게 나타내는 영역에서 상대적으로 낮은 정확도를 가질 수 있다. 5C is a diagram showing an example of determining concrete conditions based on the spectral slope. The spectral slope can be varied in relation to the material as a spectrum continuity characteristic. The backscattered spectrum slope can have a slope characteristic that is lower than the slope of the concrete spectrum in the 60 nm or more band. When determining the concrete condition, it is possible to classify the whites using the property that the concrete spectrum has a lower slope than the whitestone spectrum. In FIG. 5C,
콘크리트 상태를 판별할 때, 콘크리트에 발생된 백태의 농도(백태의 발생이 깊게 발생되거나 또는 엷게 발생되는 정도) 및 백태의 발생 영역들을 판별할 수 있어야 된다. 이때 스펙트럼의 피크값, 평균값 또는 기울기로 판별하는 경우 백태 발생 형태에 따라 백태의 판별이 다른 형태로 이루어질 수 있다. 즉, 콘크리트 상태 판별시, 판별 방법에 따라 판별 결과가 깊게 발생되는 백태 위주로 나타날 수 있으며, 또는 엷게 발생된 백태 위치로 나타날 수 있다. 따라서 복수의 파라미터들을 이용하여 콘크리트 상태를 판별하는 방법을 사용할 수도 있다.When determining the concrete condition, it is necessary to be able to identify the concentration of the whitewash generated in the concrete (the degree of occurrence of the whiteness deeply or lightly) and the occurrence areas of the whitewash. In this case, when discriminating by the peak value, the average value, or the slope of the spectrum, the discrimination of the whiteness can be made different according to the occurrence of the whiteness. That is, when the concrete state is determined, it may appear as a white-tailed predominantly occurring discrimination result according to the discrimination method, or may appear as a lightly-generated white-tailed position. Therefore, a method of determining the concrete state using a plurality of parameters may be used.
도 5d는 스펙트럼의 피크값 및 기울기에 기반하여 콘크리트 상태를 판별하는 예를 도시하는 도면이다. FIG. 5D is a view showing an example of determining the concrete state based on the peak value and the slope of the spectrum. FIG.
스펙트럼 피크값에 기반하여 콘크리트와 백태를 판별하면, 백태가 깊게 발생된 부분에서 높은 정확도로 탐지할 수 있지만, 상대적으로 백태가 엷게 분포된 부분에서는 판별 결과가 저하될 수 있다. 또한 스펙트럼 기울기에 기반하여 백태를 탐지하는 경우, 백태가 엷게 나타낸 부분에서 양호하게 백태를 탐지할 수 있는 반면에 밝은 백태가 뚜렷하게 나타내는 영역에서 상대적으로 낮은 정확도를 가질 수 있다. 따라서 스펙트럼 피크값 및 기울기를 동시에 사용하여 콘크리트 상태를 판별하면, 깊게 발생된 백태 및 엷게 발생된 백태를 모두 정확하게 판별할 수 있다. When the concrete and the whiteness are discriminated on the basis of the spectral peak value, the whiteness can be detected with high accuracy in the deeply generated portion, but the discrimination result may be deteriorated in the portion where the whitewater is lightly distributed. In addition, when detecting white matter based on the spectral slope, it is possible to detect white matter in a thin portion of the white matter, while having a relatively low accuracy in a region in which the white matter appears clearly. Therefore, if concrete condition is discriminated by using spectrum peak value and slope at the same time, it is possible to accurately discriminate all deeply generated and lightly generated whites.
도 5d에서 541은 콘크리트에 백태가 포함된 이미지가 될 수 있으며, 545는 정규화된 초분광 이미지들의 스펙트럴 프로필이 될 수 있다. 이때 정규화된 콘크리트 및 백태 스펙트럼들은 반사율 0.3을 임계값으로 설정하고, 스펙트럼 피크값 및 기울기 값에 기반하여 각각 콘크리트와 백태를 판별한 후, 두 결과를 합산하면 543과 같은 백태 탐지 결과를 얻을 수 있다. 스펙트럼 피크값 및 기울기에 기반하여 백태를 탐지하는 경우, 543에 도시된 바와 같이 백태가 진하게 나타나는 부분 및 엷게 나타낸 부분에서 모두 양호하게 백태를 탐지할 수 있다. In FIG. 5D, 541 may be an image with a background in concrete, and 545 may be a spectral profile of normalized hyperspectral images. At this time, normalized concrete and white-tailed spectra are set to a threshold value of 0.3 for reflectance, and after determining the concrete and the whiteness based on the spectral peak value and slope value, summing the two results, . When detecting a white matter based on the spectral peak value and the slope, it is possible to detect the white matter in both the dark and thin portions, as shown in 543.
도 5e는 스펙트럼의 평균값 및 기울기에 기반하여 콘크리트 상태를 판별하는 예를 도시하는 도면이다. FIG. 5E is a diagram showing an example of determining the state of concrete based on the average value and the slope of the spectrum. FIG.
스펙트럼 평균값 또는 기울기에 기반하여 백태를 탐지하는 경우 스펙트럼 피크값에 비하여 상대적으로 백태가 엷게 나타낸 부분에서도 백태를 탐지할 수 있다. 스펙트럼 피크값에 보다 옅은 부분의 백태를 잘 탐지하는 스펙트럼 평균값 및 기울기 방법의 결과를 합산하여 백태를 분류할 수 있다. When the white spot is detected based on the average or slope of the spectrum, the white spot can be detected even in a portion where the white spot is relatively thin compared to the spectral peak value. It is possible to classify the white matter by summing the results of the spectral average value and the slope method that detect the whiteness of the lighter portion in the spectral peak value.
도 5e서 551은 콘크리트에 백태가 포함된 이미지가 될 수 있으며, 555는 정규화된 초분광 이미지들의 스펙트럴 프로필이 될 수 있다. 이때 정규화된 콘크리트 및 백태 스펙트럼들은 반사율 0.3을 임계값으로 설정하고, 스펙트럼 평균값 및 기울기 값에 기반하여 콘크리트와 백태를 판별한 후, 두 결과를 합산하면 553과 같은 백태 탐지 결과를 얻을 수 있다. 스펙트럼 평균값 및 기울기에 기반하여 백태를 탐지하는 경우, 543에 도시된 바와 같이 백태가 발생된 영역은 더 정확하게 탐지할 수 있다(도 5e의 553에 도시된 바와 같이 도 5d의 543에 표시된 탐지 결과에 비하여 상대적으로 더 정확하게 탐지된 결과를 도시하고 있음). Figures 5e and 551 can be images containing white matter in concrete, and 555 can be the spectral profile of normalized hyperspectral images. In this case, the normalized concrete and white spectrum can be obtained by setting the reflectance of 0.3 as the threshold value, determining the concrete and the whiteness based on the spectrum mean value and the slope value, and then summing the two results. In the case where the white matter is detected based on the spectral average value and the slope, the white matter occurrence area as shown in 543 can be more accurately detected (as shown in 553 of FIG. 5E, the detection result shown in 543 of FIG. And more accurately detected results).
또한 도시하지 않았지만 스펙트럼의 피크값 및 평균값에 기반하여 콘크리트 상태를 판별할 수 있으며, 스펙트럼의 피크값, 평균값 및 기울기에 기반하여 콘크리트 상태를 판별할 수도 있다.Although not shown, the concrete state can be determined based on the peak value and the average value of the spectrum, and the concrete state can be determined based on the peak value, the average value, and the slope of the spectrum.
도 6a 및 도 6b는 콘크리트 상태를 판별하기 위한 다른 방법을 설명하기 위한 도면이다.6A and 6B are views for explaining another method for determining the state of concrete.
도 6a는 초분광 스펙트럼에서 특정 파장 대역(700nm - 900nm)의 파장과 반사율의 관계를 도시하는 도면이다. 콘크리트 상태 판별 장치는 특정한 파장 대역에서 외곽 형상(convex hull)을 제거(continuum removal)하고 백태(또는 콘크리트)의 국부적 스펙트럼을 분석할 수 있다. 6A is a diagram showing the relationship between the wavelength and the reflectance in a specific wavelength band (700 nm - 900 nm) in the ultrasonic spectroscopy. The concrete condition discriminator is capable of removing the convex hull in a specific wavelength band (continuum removal) and analyzing the local spectrum of the whitewash (or concrete).
도 6b는 초분광 스펙트럼에서 특정 파장 대역에서 흡수율(absorption)을 도시하는 도면이다. 대상 물질에 포함된 성분의 특성에 따라, 빛을 흡수하는 정도가 달라질 수 있다. 콘크리트는 특정 파장 대역에서 흡수율이 높아져 광 반사율이 급격에 떨어질 수 있다. 예를들면, 콘크리트는 190nm 파장 이하의 대역에서는 반사율이 증가되고, 1900nm -2000nm 대역(1950nm)에서 광 흡수율이 높아져 상대적으로 반사율은 급격하게 떨어질 수 있으며, 2150nm에서 반사율이 피크값에 도달할 수 있으며, 2150nm 이후의 파장에서 감소될 수 있다. 콘크리트 상태 판별 장치는 콘크리트의 흡수율이 높은 특정 밴드의 깊이 또는 면적(absorption depth and/or position)을 이용하여 콘크리트 및 백태를 분류할 수 있다. FIG. 6B is a diagram showing the absorption in a specific wavelength band in an ultra spectroscopic spectrum. FIG. Depending on the nature of the components contained in the substance of interest, the extent to which light is absorbed may vary. Concrete may have a high absorptivity in a specific wavelength band, and the light reflectance may drop to a sudden level. For example, concrete may have an increased reflectance in the band below 190 nm wavelength, a higher light absorption rate in the 1900 nm -2000 nm band (1950 nm), and the reflectance may drop sharply, and the reflectance may reach the peak value at 2150 nm , And can be reduced at wavelengths after 2150 nm. The concrete condition discriminator can classify concrete and white matter using the depth or area (absorption depth and / or position) of a specific band with high absorption rate of concrete.
도 7은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 콘크리트 상태 판별 장치의 구성을 도시하는 도면이다.FIG. 7 is a view showing a configuration of a concrete condition determining apparatus according to various embodiments of the present invention. FIG.
도 7을 참조하면, 초분광 카메라(710)은 피사체의 초분광 이미지를 획득할 수 있다. 피사체는 콘크리트가 될 수 있다. 초분광 카메라는 가시광선 대역의 초분광 이미지를 획득할 수 있으며, 또는 가시광선 대역과 적외선 대역(예를들면 VNIR 및 SWIR 대역)의 초분광 이미지를 획득할 수 있다. Referring to FIG. 7, an
메모리(720)은 위에서 설명된 방법으로 생성 및 보정된 콘크리트의 스펙트럼 값, 콘크리트에 포함된 이상 상태(백태, 박락)의 스펙트럼 값들 및 이를 분류하기 위한 기준 값들(예, 제1 기준값, 제2 기준값 등)을 포함하는 라이브러리를 저장할 수 있다. 또한 이런 라이브러리는 초분광 카메라의 촬영 조건(예를들면, 촬영되는 콘크리트의 위치(예를들면 음영 지역, 밝은 지역), 노출, 획득되는 픽셀 수 등)에 대응되도록 구비될 수 있다.The
프로세서(700)는 초분광 카메라(710)에서 촬영되는 초분광 이미지의 스펙트럼을 추출하며, 메모리(720)의 정보에 기반하여 추출된 스펙트럼들을 분석할 수 있으며, 분석 결과에 따라 콘크리트에 포함된 이상 상태를 판별할 수 있다. The
프로세서(700)는 초분광 카메라(710)에서 출력되는 초분광 이미지에서 스펙트럼을 추출하는 스펙트럼 추출부(751), 추출된 스펙트럼들에서 콘크리트 및 이상 상태를 판정하기 위한 적어도 하나의 파라미터를 분석하는 분석부(753), 스펙트럼의 분석 결과에 기반하여 콘크리트의 상태를 판정하는 판정부(755) 및 콘크리트 이미지를 처리하며, 판정부(755)에서 판정된 콘크리트 상태를 포함하여 콘크리트 이미지에 표시되도록 처리하는 이미지 처리부(757)을 포함할 수 있다.The
입력부(730)는 콘크리트 판별 장치의 동작을 제어하기 위한 입력을 발생할 수 있다. 표시부(740)은 프로세서(700)에서 처리되는 이미지들을 표시할 수 있다. The
이하의 설명에서 피사체는 콘크리트이며, 이상 상태는 백태인 경우로 가정되어 설명될 것이다.In the following description, the subject will be concrete, and the abnormal state will be described as the case of the whitestock.
도 8은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 콘크리트 상태 판별 장치의 프로세서 구성을 도시하는 도면이다.8 is a view showing a processor configuration of a concrete condition determining apparatus according to various embodiments of the present invention.
도 8을 참조하면, 초분광 카메라(710)는 피사체의 가시광선 대역 및 적외선 대역의 초분광 이미지를 획득할 수 있다. 피사체는 콘크리트 이미지가 될 수 있으며, 백태가 포함된 콘크리트 이미지가 될 수 있다. Referring to FIG. 8, the
스펙트럼 추출부(810)은 도 7의 스펙트럼 추출부(751)에 대응될 수 있다. 스펙트럼 추출부(810)은 초분광 이미지에서 가시광선 대역 또는 가시광선 및 적외선 대역의 스펙트럼을 추출할 수 있다. 스펙트럼 보정부(820)은 초분광 이미지의 촬영 조건에 기반하여 추출된 스펙트럼을 보정(calibration)할 수 있다. 촬영 조건은 밝기 및 전자기파 등이 될 수 있다. 예를들면, 스펙트럼 보정부(820)는 콘크리트 구조물을 촬영할 때, 획득된 초분광 이미지가 태양광이 직접 도달하는 위치, 태양광이 직접 도달되지 않은 음영 지역, 또는 일부 영역이 음영 지역에 위치되는 조건 등에 따른 밝기를 측정(노출 조건)에 기반하여 수출된 스펙트럼을 보정할 수 있다. The
스펙트럼 분석부(830)은 도 7의 스펙트럼 분석부(753)에 대응될 수 있다. 스펙트럼 분석부(830)는 보정된 스펙트럼에서 적어도 하나의 파라미터 특징을 분석하여 콘크리트와 백태를 분류할 수 있는 결과 값을 생성할 수 있다. 파라미터는 스펙트럼의 피크값, 평균값 및 기울기들 중에서 적어도 하나가 될 수 있다. 피크값 분석부(861)은 보정된 스펙트럼에서 대역과 무관한 최대 반사율의 피크값을 설정하고, 설정된 피크값을 임계값과 비교 분석할 수 있다. 평균값 분석부(863)는 스펙트럼의 평균값과 임계값을 비교 분석할 수 잇다. 기울기 분석부(865)는 스펙트럼의 기울기를 분석할 수 있다. 스펙트럼의 기울기는 스펙트럼의 연속성(spectrum continuity) 특성에 따라 물질에 따라 다른 값으로 추출될 수 있다. 즉, 특정 대역에서 콘크리트 스펙트럼과 백태 스펙트럼의 기울기는 다른 기울기(백태 스펙트럼 기울기가 콘크리트 스펙트럼보다 높은 기울기를 가짐)를 가질 수 있다. 스펙트럼 분석부(830)은 적어도 하나의 스펙트럼 파라미터를 분석하여 콘트리트 및 백태를 분류할 수 있는 결과 값을 생성할 수 있다. The
판정부(840)는 도 7의 판정부(755)에 대응될 수 있다. 판정부(840)는 스펙트럼 분석부(830)의 분석 결과 값들 중에서 적어도 하나의 분석 결과 값에 기반하여 백태 여부를 판정할 수 있으며, 백태로 판정된 위치 정보를 생성할 수 있다. 예를들면, 판정부(840)는 스펙트럼 분석부(830)에서 두개의 파라미터들의 분석 결과값들을 토대로 백태 여부를 판정할 수 있다. 예를들면, 판정부(840)는 스펙트럼 피크값의 분석 결과 및 스펙트럼의 평균값 분석 결과에 기반하여 백태 여부를 판정할 수 있다. 예를들면, 판정부(840)는 스펙트럼 피크값의 분석 결과 및 스펙트럼의 기울기 분석 결과에 기반하여 백태 여부를 판정할 수 있다. 예를들면, 판정부(840)는 스펙트럼 평균값 분석 결과 및 기울기 분석 결과에 기반하여 백태 여부를 판정할 수 있다. 예를들면, 판정부(840)는 스펙트럼 피크값의 분석 결과, 스펙트럼 평균값 분석 결과 및 기울기 분석 결과에 기반하여 백태 여부를 판정할 수 있다. 판정부(840)은 복수의 파라미터들의 분석 결과에 기반하여 백태 여부를 각각 판정하고, 판정된 결과 값을 합산하여 백태 및 백태 위치를 판정할 수 있다.The
이미지 처리부(950)는 초분광 카메라(710)에서 촬영되는 이미지를 처리하며, 판정부(840)에서 판정된 백태 농도에 따른 백태 영역을 콘크리트 이미지에 포함되도록 처리할 수 있다. 이미지 처리부(850)은 백태 영역이 포함된 이미지를 표시부(730)에 출력하여 표시할 수 있으며, 메모리(720)에 저장되도록 제어할 수 있다. The
도 9는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 콘크리트 상태 판별 장치에서 프로세서의 다른 구성을 도시하는 도면이다.9 is a view showing another configuration of a processor in a concrete condition determining apparatus according to various embodiments of the present invention.
도 9를 참조하면, 초분광 카메라(710)는 피사체의 가시광선 대역 및 적외선 대역의 초분광 이미지를 획득할 수 있다. 피사체는 콘크리트 이미지가 될 수 있으며, 백태가 포함된 콘크리트 이미지가 될 수 있다. Referring to FIG. 9, the
스펙트럼 추출부(910)는 도 8의 스펙트럼 추출부(810)에 대응될 수 있다. 스펙트럼 보정부(920)은 도 8의 스펙트럼 보정부(820)에 대응될 수 있다. The
스펙트럼 분석부(930)은 도 8의 스펙트럼 분석부(830)에 대응될 수 있다. 스펙트럼 분석부(930)는 보정된 스펙트럼에서 적어도 하나의 파라미터 특징을 분석하여 콘크리트와 백태를 분류할 수 있는 결과 값을 생성할 수 있다. 파라미터는 스펙트럼의 반사율, 흡수율, 스펙트럼의 기울기들 중의 적어도 하나가 될 수 있다. 반사율 분석부(971)는 스펙트럼의 피크값 및/또는 평균치를 설정하고, 설정된 피크값 및/또는 평균치를 임계값과 비교 분석할 수 있다. 반사율 분석부(971)는 도 8의 피크값 분석부(961) 및 평균값 분석부(963)에 대응될 수 있으며, 이들 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 흡수율 분석부(973)는 흡수율이 높아 반사율이 급격하게 저하되는 대역의 신호를 분석할 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이 콘크리트 초분광 이미지는 1900 - 2000nm(1950nm) 파장 대역에서 흡수율이 높아 반사율이 급격하게 떨어질 수 있다. 따라서 흡수율이 높은 대역의 스펙트럼을 분석하면, 콘크리트 및 백태여 여부를 판정하기 위한 분석 결과신호를 생성할 수 있다. 기울기 분석부(975)는 도 8의 기울기 분석(865)에 대응될 수 있다. 스펙트럼 분석부(930)은 반사율, 흡수율 및 스펙트럼 기울기 파라미터들 중에서 적어도 하나의 스펙트럼 파라미터를 분석하여 콘트리트 및 백태를 분류할 수 있는 결과 값을 생성할 수 있다. The
판정부(940)는 도 8의 판정부(840)에 대응될 수 있다. 판정부(940)는 스펙트럼 분석부(930)의 분석 결과 값들 중에서 적어도 하나의 분석 결과 값에 기반하여 백태 여부를 판정할 수 있으며, 백태로 판정된 위치 정보를 생성할 수 있다. 예를들면, 판정부(940)는 스펙트럼 분석부(930)에서 두개의 파라미터들의 분석 결과값들을 토대로 백태 여부를 판정할 수 있다. 예를들면, 판정부(940)는 반사율 및 흡수율의 분석 결과에 기반하여 백태 여부를 판정할 수 있다. 예를들면, 판정부(940)는 스펙트럼 반사율 및 기울기 분석 결과에 기반하여 백태 여부를 판정할 수 있다. 예를들면, 판정부(940)는 흡수율 및 기울기 분석 결과에 기반하여 백태 여부를 판정할 수 있다. 예를들면, 판정부(940)는 반사율, 흡수율 및 기울기 분석 결과에 기반하여 백태 여부를 판정할 수 있다. 반사율은 스펙트럼의 피크값 및/또는 평균값이 될 수 있으며, 판정부(940)는 피크값 및 평균값들 중에 하나 또는 모두를 사용할 수 있다. 판정부(940)은 복수의 파라미터들의 분석 결과에 기반하여 백태 여부를 각각 판정하고, 판정된 결과 값을 합산하여 백태 및 백태 위치를 판정할 수 있다.The
이미지 처리부(950)는 초분광 카메라(710)에서 촬영되는 이미지를 처리하며, 판정부(940)에서 판정된 백태 농도에 따른 백태 영역을 콘크리트 이미지에 포함되도록 처리할 수 있다. 이미지 처리부(950)은 백태 영역이 포함된 이미지를 표시부(730)에 출 력하여 표시할 수 있으며, 메모리(720)에 저장되도록 제어할 수 있다. The
도 7 내지 도 9와 같은 구성을 가지는 콘크리트 상태 판별 장치는 다양한 형태로 구성할 수 있다. 콘크리트 구조물은 교량, 대형 건축물이 될 수 있다. 이런 콘크리트 구조물은 자연 장애물 및 구조물의 높이 등에 의해 초분광 카메라를 이용하여 촬영하기 어려울 수 있다. 따라서 초분광 카메라를 무인 비행체 또는 위성에 장착하여 콘크리트 구조물을 촬영할 수 있다. 예를들면, 무인 비행체(unmanned aerial vehicle(UAV), drone)인 경우, 초분광 카메라를 콘크리트 상태 판별 장치에서 분리하여 무인 비행체에 탑재하고, 무인 비행체 및 콘크리트 상태 판별 장치는 각각 통신부를 더 구비할 수 있다. 이때 통신부는 근거리 무선 통신(wifi, wibro 등) 방식을 사용할 수 있으며, 또는 공중 무선 통신(LTE, WCDMA 등) 방식을 사용할 수 있다. 초분광 카메라를 탑재한 무인 비행체와 콘크리트 상태 판별 장치를 연동하여 운용하는 경우, 대형 콘크리트 구조물에서 콘크리트 외부손상에 대한 정보를 경제적이고 수월하게 획득하고 데이터베이스화하여 구조물의 유지관리 비용을 크게 절감할 수 있다. The concrete state determining device having the construction as shown in FIGS. 7 to 9 can be configured in various forms. Concrete structures can be bridges, large structures. Such a concrete structure may be difficult to be photographed using a hyperspectral camera due to natural obstacles and height of the structure. Therefore, it is possible to shoot a concrete structure by attaching an ultrasound camera to a unmanned aerial vehicle or a satellite. For example, in the case of an unmanned aerial vehicle (UAV) or a drone), the ultra-spectral camera is separated from the concrete state discrimination device and mounted on the unmanned aerial vehicle, and the unmanned aerial vehicle and the concrete state discrimination device each have a communication part . In this case, the communication unit may use a short-range wireless communication (wifi, wibro, etc.) method or a public wireless communication (LTE, WCDMA, etc.) method. When the unmanned aerial vehicle equipped with ultrasound camera and the concrete status discrimination device are operated in conjunction with each other, it is possible to economically and easily acquire information on the external damage of the concrete in the large concrete structure and to save the maintenance cost of the structure by the database have.
본 발명의 다양한 실시예들에 따른 콘크리트 상태 판정 방법은 초분광 카메라를 이용하여 콘크리트 구조물의 외관을 촬영하고, 촬영된 콘크리트 초분광 이미지의 각 픽셀들에 대한 분광 특징을 분석하여 콘크리트의 상태를 판정할 수 있다. 초분광 카메라를 통해 획득되는 초분광 이미지는 2차원 공간 정보(x,y) 이외에 분광 정보(z)를 포함하고 있다. 분광 정보는 각 물질들의 화학적 구성, 결정구조, 온도 특성 및 색상 등과 연관성을 가질 수 있으며, 이를 이용하여 여러 가지 분광 특징(예를들면 흡수 깊이, 밴드 비 등)을 다르게 표현할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 콘크리트 상태 판정 방법은 초분광 이미지에서 콘크리트와 콘크리트에 포함되는 이상 상태의 분광 특징의 차이를 추출하고, 이를 분석하여 콘크리트에 포함된 이상 상태를 판정할 수 있다. 예를들면, 콘크리트 이상 상태는 백태 및/또는 박락이 될 수 있다. The concrete state determination method according to various embodiments of the present invention includes the steps of photographing the appearance of a concrete structure using an ultrasound camera and analyzing the spectral characteristics of each pixel of the photographed concrete ultrasound image to determine the state of the concrete can do. The ultrasound image obtained through the ultrasound camera includes spectral information (z) in addition to the two-dimensional spatial information (x, y). The spectroscopic information can be correlated with the chemical composition, crystal structure, temperature characteristics, and color of each material, and various spectral characteristics (for example, absorption depth, band ratio, etc.) can be expressed differently. The concrete state determination method according to various embodiments of the present invention can extract the difference in the spectral characteristics of the abnormal state included in the concrete and the concrete in the ultrasound image and analyze the abnormal state to determine the abnormal state included in the concrete. For example, a concrete anomaly can be white and / or cracked.
본 발명의 한 실시예에 따른 콘크리트 상태 판정 방법은 콘크리트 초분광 이미지의 픽셀들의 분광 특징을 분석하여 콘크리트에 포함된 백태 픽셀들을 판정하고, 전체 촬영된 이미지들에서 백태로 판정된 픽셀들의 비 및 위치를 확인하여 콘크리트에 포함된 백태 면적을 표시할 수 있다.A method for determining a concrete state according to an embodiment of the present invention includes analyzing spectral characteristics of pixels of a concrete ultrasound image to determine the white pixels included in the concrete, And the area of the whitewash included in the concrete can be displayed.
도 10은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 콘크리트 상태 판정 방법을 도시하는 흐름도이다. 10 is a flow chart illustrating a concrete state determination method in accordance with various embodiments of the present invention.
도 10을 참조하면, 초분광 카메라(예를들면 도 7의 초분광 카메라(710))는 상태를 측정하기 위한 콘크리트 구조물의 외관을 촬영할 수 있다. 콘크리트 상태 판정 장치의 프로세서(예를들면 도 7의 프로세서(700))는 1011 단계에서 초분광 이미지가 획득되면, 1013 단계에서 초분광 이미지의 스펙트럼을 추출할 수 있다. 이때 초분광 이미지에서 추출되는 스펙트럼은 도 4a 및 도 4b와 같은 파장 및 반사율을 가지는 스펙트럼일 수 있으며, 프로세서는 1013 단계에서 도 4d와 같이 0에서 1 사이의 값을 가지는 스펙트럼(spectral profile)로 정규화할 수 있다. 이후 프로세서는 1015 단계에서 추출된 스펙트럼의 분광 특징을 분석할 수 있으며, 1017 단계에서 분석된 스펙트럼의 특징에 기반하여 콘크리트의 상태를 판정할 수 있다. 예를들면, 프로세서는 해당하는 픽셀의 스펙트럼의 반사율, 흡수율 및/또는 기울기들 중의 하나의 파라미터 또는 두개 이상의 파라미터들의 분석에 따라 해당 픽셀이 콘크리트 또는 이상 상태임을 판정할 수 있다. Referring to FIG. 10, an ultra-spectroscopic camera (e.g., the
프로세서는 위와 같은 1015 단계 및 1017 단계의 동작을 반복 수행하면서 초분광 이미지들이 각 픽셀들에 대한 상태를 분석 및 판단할 수 있다. 이후 획득된 초분광 이미지의 모든 픽셀들에 대한 분광 특징을 분석하여 상태를 판정 완료하면, 프로세서는 1019 단계에서 판정된 픽셀들의 결과를 표시부(예를들면 도 7의 표시부(740)에 표시하고, 메모리(720)에 저장할 수 있다. 즉, 프로세서는 픽셀들의 판정 결과에 기반하여 콘크리트 이미지에 이상 상태의 픽셀들을 오버레이 표시할 수 있다, 예를들면, 백태를 측정하는 경우, 표시되는 이미지는 콘크리트에 백태가 발생된 위치 및 백태 발생 면적이 표시될 수 있으며, 또한 백태의 농도(예를들면 짙은 백태 또는 엷은 백태 등)가 표시될 수 있다.The processor can analyze and determine the state of each of the ultra-spectral images by repeating the operations of
이하의 설명에서 콘크리트의 이상 상태는 백태인 경우를 예로들어 설명하기로 한다. 또한 이하의 설명에서 프로세서는 도 7의 프로세서(700)이 될 수 있다.In the following description, the abnormal state of the concrete will be explained by taking the case of the pavement as an example. In the following description, the processor may be the
도 11은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 콘크리트 상태 판정 방법의 한 실시예를 도시하는 흐름도이다.11 is a flow chart illustrating one embodiment of a concrete condition determination method in accordance with various embodiments of the present invention.
도 11을 참조하면, 1111 단계에서 초분광 카메라에 의해 콘크리트 초분광 이미지가 획득되면, 프로세서는 1113 단계에서 획득된 초분광 이미지에서 스펙트럼을 추출할 수 있으며, 1115 단계에서 추출된 스펙트럼을 보정할 수 있다. 이때 스펙트럼의 보정은 촬영 조건(예를들면, 광원의 밝기 및/또는 스펙트럼 등), 전자기파 등에 대한 보정이 될 수 있다.11, when a concrete ultrasound image is acquired by the ultrasound camera in step 1111, the processor can extract the spectrum from the ultrasound image obtained in
이후 프로세서는 1117 단계 내지 1121 단계들 중에 적어도 한 단계를 수행하면서 보정된 스펙트럼을 대응되는 파라미터에 기반하여 분석할 수 있다. 상기 도 5a 내지 도 5c에서 설명된 바와 같이 백태의 스펙트럼 피크값, 스펙트럼 평균 값 및 스펙트럼의 기울기는 콘크리트의 스펙트럼 피크값, 스펙트럼 평균값 및 스펙트럼의 기울기에 비하여 상대적으로 더 높은 값 또는 낮은 값을 가질 수 있다. 따라서 프로세서는 상기 백태와 콘크리트를 구분하기 위한 각 파라미터(피크값, 평균값, 기울기 등)들의 기준값(임계값)(예, 제1 기준값, 제2 기준값 등)을 설정하고, 기준값과 각 픽셀들의 파라미터 값들을 비교 분석하여 해당 픽셀의 상태를 분석할 수 있다. 이후 프로세서는 1123 단계에서 분석 결과에 따라 콘크리트의 상태를 판별할 수 있다. The processor may then analyze the corrected spectra based on the corresponding parameters while performing at least one of
위와 같은 동작을 반복하면서 초분광 이미지들이 각 픽셀들에 대한 상태를 분석 및 판단할 수 있다. 이후 획득된 초분광 이미지의 모든 픽셀들에 대한 분광 특징을 분석하여 상태를 판정 완료하면, 프로세서는 1125 단계에서 판정된 픽셀들의 결과를 표시부(예를들면 도 7의 표시부(740)에 표시하고, 메모리(720)에 저장할 수 있다.By repeating the above operation, superspectral images can analyze and judge the state for each pixel. After analyzing the spectral characteristics of all the pixels of the obtained ultraspectral image and judging the state, the processor displays the result of the pixels determined in
도 12는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 콘크리트 상태 판정 방법의 다른 실시예를 도시하는 흐름도이다.12 is a flow chart illustrating another embodiment of a concrete condition determination method in accordance with various embodiments of the present invention.
도 12를 참조하면, 1211 단계에서 초분광 카메라에 의해 콘크리트 초분광 이미지가 획득되면, 프로세서는 1213 단계에서 획득된 초분광 이미지에서 스펙트럼을 추출할 수 있으며, 1215 단계에서 추출된 스펙트럼을 보정할 수 있다. Referring to FIG. 12, when the concrete ultrasound image is acquired by the ultrasound camera in step 1211, the processor can extract the spectrum from the ultrasound image acquired in
이후 프로세서는 1217 단계 내지 1221 단계들 중에 적어도 한 단계를 수행하면서 보정된 스펙트럼을 대응되는 파라미터에 기반하여 분석할 수 있다. 프로세서는 1217단계에서 반사 특성에 기반하여 스펙트럼을 분석할 수 있다. 반사 특성은 스펙트럼의 피크값 및/또는 스펙트럼의 평균치가 될 수 있다. 프로세서는 피크값, 평균치 또는 피크값 및 평균치에 기반하여 스펙트럼을 분석할 수 있다. 프로세서는 1219 단계에서 스펙트럼의 흡수율에 기반하여 스펙트럼을 분석할 수 있다. 콘크리트는 도 6b 도시된 바와 같이 특정 파장 대역 대역에서 흡수율이 높아져 반사특성이 급격하게 저하될 수 있다. 따라서 프로세서는 특정 대역에서 흡수율이 높아지는 분광 특성을 분석할 수 있다. 프로세서 1221 단계에서 스펙트럼의 기울기를 분석할 수 있다. 이후 프로세서는 1223 단계에서 분석 결과에 따라 콘크리트의 상태를 판별할 수 있다. The processor may then analyze the corrected spectra based on the corresponding parameters while performing at least one of
위와 같은 동작을 반복하면서 초분광 이미지들이 각 픽셀들에 대한 상태를 분석 및 판단할 수 있다. 이후 획득된 초분광 이미지의 모든 픽셀들에 대한 분광 특징을 분석하여 상태를 판정 완료하면, 프로세서는 1225 단계에서 판정된 픽셀들의 결과를 표시부(예를들면 도 7의 표시부(740)에 표시하고, 메모리(720)에 저장할 수 있다.By repeating the above operation, superspectral images can analyze and judge the state for each pixel. After analyzing the spectroscopic characteristics of all the pixels of the obtained ultrasound spectral image to determine the state, the processor displays the result of the pixels determined in
이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 균등론에 따라 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다. While the present invention has been described with reference to several preferred embodiments, these embodiments are illustrative and not restrictive. It will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit of the invention and the scope of the appended claims.
Claims (14)
상기 초분광 카메라 및 상기 표시부에 기능적으로 연결되는 콘크리트 상태 판정부를 포함하며,
상기 콘크리트 상태 판정부는
상기 콘크리트 초분광 이미지에서 설정된 대역의 스펙트럼을 추출하는 스펙트럼 추출부;
상기 추출된 스펙트럼을 상기 콘크리트 초분광 이미지의 촬영 조건에 기반해 보정하는 스펙트럼 보정부;
상기 보정된 스펙트럼에서 스펙트럼의 피크값, 평균값, 및 기울기를 포함하는 복수의 콘크리트 파라미터에 대응되는 스펙트럼을 분석하는 스펙트럼 분석부;
상기 분석된 스펙트럼에 기반하여 콘크리트의 이상 영역을 판정하는 판정부; 및
상기 표시부를 통해 상기 판정된 이상 영역이 상기 콘크리트 초분광 이미지에 표시되도록 이미지 처리를 수행하는 이미지 처리부를 포함하고,
상기 스펙트럼 분석부는
상기 보정된 스펙트럼의 피크값이 설정된 제1 기준값을 초과하는지 여부, 상기 보정된 스펙트럼의 평균값이 설정된 제2 기준값을 초과하는지 여부, 그리고 상기 보정된 스펙트럼의 기울기가 설정된 기준 기울기 보다 높은지 여부를 고려해 백태 위치를 분석하며,
상기 판정부는 상기 분석된 백태 위치를 포함하는 정보들에 기반하여 상기 이상 영역의 위치, 면적, 및 백태 농도를 판정하는
콘크리트 상태 판정 장치.
A display unit for displaying a concrete ultra-spectral image obtained through an ultra-spectral camera mounted on a unmanned aerial vehicle; And
And a concrete state determiner operatively connected to the ultrasound camera and the display unit,
The concrete state determining unit
A spectrum extracting unit for extracting a spectrum of a predetermined band in the concrete ultrasonic image;
A spectral correcting unit for correcting the extracted spectrum based on photographing conditions of the concrete ultrasonic image;
A spectrum analyzer for analyzing spectra corresponding to a plurality of concrete parameters including a peak value, an average value, and a slope of the spectrum in the corrected spectrum;
A determining unit determining an abnormal region of concrete based on the analyzed spectrum; And
And an image processing unit that performs image processing so that the determined abnormal region is displayed on the concrete ultrasonic image through the display unit,
The spectrum analyzer
Considering whether or not the peak value of the corrected spectrum exceeds a set first reference value, whether the average value of the corrected spectrum exceeds a set second reference value, and whether the slope of the corrected spectrum is higher than a set reference slope, Location,
And the determination unit determines the position, area, and white matter concentration of the abnormal region based on the information including the analyzed white spot position
Concrete condition determination device.
상기 스펙트럼 분석부는
상기 보정된 스펙트럼의 반사율 및 흡수율을 추가로 고려해 상기 백태 위치를 분석하는 콘크리트 상태 판정 장치.
The method according to claim 1,
The spectrum analyzer
And analyzing the white spot position by further considering the reflectance and the absorption rate of the corrected spectrum.
상기 콘크리트 초분광 이미지에서 설정된 대역의 스펙트럼을 추출하는 단계;
상기 추출된 스펙트럼을 상기 콘크리트 초분광 이미지의 촬영 조건에 기반해 보정하는 단계;
상기 보정된 스펙트럼에서 스펙트럼의 피크값, 평균값, 및 기울기를 포함하는 복수의 콘크리트 파라미터에 대응되는 스펙트럼을 분석하는 단계;
상기 분석된 스펙트럼에 기반하여 콘크리트의 이상 영역을 판정하는 단계; 및
상기 콘크리트 초분광 이미지에 상기 판정된 이상 영역이 표시되도록 이미지 처리를 수행하는 단계를 포함하고,
상기 스펙트럼을 분석하는 단계는,
상기 보정된 스펙트럼의 피크값이 설정된 제1 기준값을 초과하는지 여부, 상기 보정된 스펙트럼의 평균값이 설정된 제2 기준값을 초과하는지 여부, 그리고 상기 보정된 스펙트럼의 기울기가 설정된 기준 기울기 보다 높은지 여부를 고려해 백태 위치를 분석하는 단계를 포함하고,
상기 판정하는 단계는,
상기 분석된 백태 위치를 포함하는 정보들에 기반하여 상기 이상 영역의 위치, 면적, 및 백태 농도를 판정하는 단계를 포함하는
콘크리트 상태 판정 방법.
Obtaining an ultrasound image of concrete through an ultra-spectral camera mounted on a unmanned aerial vehicle;
Extracting a spectrum of a predetermined band in the concrete ultrasonic image;
Correcting the extracted spectrum based on a photographing condition of the concrete ultrasonic image;
Analyzing a spectrum corresponding to a plurality of concrete parameters including a peak value, an average value, and a slope of the spectrum in the corrected spectrum;
Determining an abnormal region of concrete based on the analyzed spectrum; And
Performing image processing so that the determined abnormal region is displayed in the concrete ultrasonic image,
Wherein analyzing the spectrum comprises:
Considering whether or not the peak value of the corrected spectrum exceeds a set first reference value, whether the average value of the corrected spectrum exceeds a set second reference value, and whether the slope of the corrected spectrum is higher than a set reference slope, Analyzing the location,
Wherein the determining step comprises:
Determining an area, an area, and a white matter concentration of the abnormal region based on the information including the analyzed white spot position
Concrete condition determination method.
상기 스펙트럼을 분석하는 단계는
상기 보정된 스펙트럼의 반사율 및 흡수율을 추가로 고려해 상기 백태 위치를 분석하는 단계를 더 포함하는
콘크리트 상태 판정 방법.
10. The method of claim 9,
The step of analyzing the spectrum
Further comprising analyzing the white spot location with further consideration of the reflectivity and absorption rate of the corrected spectrum
Concrete condition determination method.
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