[논문]카메라를 이용한 진동 측정 시 주요인자 분석

전형섭; 최영철; 박진호; 박종원

doi:10.5050/ksnve.2010.20.11.1033

카메라를 이용한 진동 측정 시 주요인자 분석
Parameter Studies for Measuring Vibration by Using Camera 원문보기

한국소음진동공학회논문집 = Transactions of the Korean society for noise and vibration engineering, v.20 no.11 = no.164, 2010년, pp.1033 - 1037

전형섭 (충남대학교 정보통신공학과) , 최영철 (한국원자력연구원) , 박진호 (한국원자력연구원) , 박종원 (충남대학교 정보통신공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Accelerometer and laser vibrometers are widely used to measure vibration of structures like a building or piping. Recently, the research measuring vibration by using camera image is introduced. This method can measure multi-points simultaneously. Also, it is possible to measure in the long distance. When we measure the vibration using a camera, the parameter analysis is needed. Therefore, this paper took the experiment for the camera lens selection. An error by the camera images characteristic was theoretically analyzed and we verified through an experiment. And the accuracy of the method measuring the vibration displacement by using the camera images was analyzed.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

이 논문에서는 영상을 이용하여 진동을 측정할 때 주요인자분석 및 오차분석에 대해 설명하였다.
또한 카메라를 이용하여 진동을 촬영한 영상에서 카메라 특성에 의한 오차가 얼마나 되는지를 분석할 필요성이 있다. 이 논문에서는 카메라 영상신호를 이용한 구조물의 진동을 측정하기 위한 선행작업으로 주요인자 및 오차분석을 하였다. 2장에서 구조물 진동을 촬영하기 위하여 카메라 렌즈 선택 방법을 제시한다.
3장에서는 카메라 영상 특성에 의한 오차를 이론적으로 유도하고, 이론을 바탕으로 실험을 통해 검증한다. 이를 통해 카메라 영상 특성에 의한 진동 오차를 보정하는 방법에 대해 살펴보고자 한다. 4장에서는 카메라를 이용한 구조물 진동 측정 시 정밀도를 확인하기 위하여 기존의 센서와 비교 실험을 수행하였다.

제안 방법

카메라를 이용한 구조물의 진동을 측정하기 위해서는 얼마나 정밀하게 측정할 수 있는지를 분석 할 필요가 있다. 따라서, Fig. 7에서와 같이 레이저 속도계와 가속도계 그리고 카메라를 이용하여 진동 변위를 동시에 측정하는 실험을 통해 그 결과 값을 비교 분석하였다.
또한, 기존의 방법과 비교 실험을 통하여 영상을 이용한 방법의 정밀도를 확인하였다.
이러한 이론적인 내용을 검증하기 위해 Fig. 6과 같이 측정 물체와 카메라 사이의 거리를 95 mm로 하여 영상을 측정하였다.
9는 레이저 속도계와 가속도계를 교정하는 모습이다. 이와 같이 정확한 실험을 위하여 교정을 한 후 Fig. 7과 같이 가진기를 이용하여 빔을 진동하고 빔에 가속도계와 레이저속도계를 이용하여 진동변위를 측정하였다. 동시에 카메라를 이용하여 빔의 진동 변위를 같이 측정하였다.

대상 데이터

6(b)는 실제 카메라에서 촬영된 영상을 보여준다. 실험을 통하여 실제 길이 hr은 26 mm이고, 영상에서 측정된 길이 hi는 25.3 mm이다. 따라서 2.

성능/효과

5와 같이 나타난다. (hi/d)항이 커질수록 오차가 증가함을 알 수 있는데, 즉 카메라와 물체간의 거리가 짧을수록, 변위가 클수록 오차가 증가함을 알 수 있다. 이런 구조물의 진동 변위를 측정할 때 식 (1)을 이용하여 변위 오차를 보정하면 더욱 정밀한 진동 변위를 측정할 수 있다.
Fig. 10의 결과를 보면 레이저 속도계의 측정 결과 평균 3.902 mm의 변위가 측정 되었고, 가속도계는 평균 3.938 mm 그리고 카메라 영상을 이용한 변위 측정결과는 3.908 mm가 측정되었다.
실험을 통하여 실제 구조물의 진동 변위측정에 가장 많이 사용 되는 가속도계나 레이저 속도계와의 오차가 크지 않음을 알 수 있다. 따라서 카메라 영상을 이용하여 구조물의 진동 변위를 측정 할 수 있음을 실험을 통하여 검증하였다.
4에서 볼 수 있듯이 hi는 hr보다 항상 작은 값을 가지게 된다. 또한 d가 작을수록, hr이 커질수록 hr과 hi의 차이 즉, 오차가 더욱 커지게 됨을 쉽게 알 수 있다. 이러한 관계를 Fig.
측정 대상체에 따라 렌즈별 거리에 따른 픽셀 크기 정보를 이용하여 렌즈를 선택하면 된다. 또한 렌즈자체의 특성에 의한 영상의 왜곡현상이 발생하는데, 이 논문에서 제안한 보정식을 이용하여 오차를 줄일 수 있다.
908 mm가 측정되었다. 측정결과 레이저 속도계와 카메라 영상을 이용한 변위 측정 오차는 0.15 %이다. 또한 가속도계와 카메라 영상과의 변위 측정 오차는 0.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	카메라 영상을 이용할 시 장점은 무엇인가?	1과 같이 최근에는 고온이나 방사선 환경과 같은 기존의 센서를 설치 및 사용하기 어려운 지역에서 가속도계나 레이저 측정기를 대신 카메라 영상을 이용하여 진동을 측정 할 수 있는 연구가 제시되었다(1~5). 카메라 영상을 이용하면 한번의 촬영으로 많은 부위의 진동을 동시에 측정할 수 있고, 또한 진동 측정을 위하여 장비 설치가 쉬운 장점이 있다. 이러한 카메라를 이용하여 진동을 측정할 때 측정 대상에 따른 영상의 해상도와 진동의 주파수에 해당되는 영상의 프레임을 설정하고 그에 맞는 렌즈의 선택이 중요하다.
	건물이나 플랜트 배관과 같은 구조물의 진동을 측정하기 위해서 사용하는 것은?	건물이나 플랜트 배관과 같은 구조물의 진동을 측정하기 위해서 가속도계나 레이저 측정기를 많이 사용하고 있다. Fig.
	영상을 이용하여 진동을 측정할 때 주요 인자분석 및 오차 분석에 대한 내용은 무엇인가?	카메라를 이용하여 진동을 측정할 경우 렌즈의 선택이 가장 중요하다. 측정 대상체에 따라 렌즈별 거리에 따른 픽셀 크기 정보를 이용하여 렌즈를 선택하면 된다. 또한 렌즈자체의 특성에 의한 영상의 왜곡현상이 발생하는데, 이 논문에서 제안한 보정식을 이용하여 오차를 줄일 수 있다.

참고문헌 (5)

Lee, S. B. and Kwak, M. K., 2000,
Kim, K. Y. and Kwak, M. K., 2005,

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Jeon, H. S., Choi, Y. C. and Park, J. W.,

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Wahbeh, A. M., Caffrey, J. P. and Masri, S.

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Jeon, H. S., Choi, Y. C. and Park, J. W.,

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