원전 핵 연료봉에 대한 검사는 고준위 방사능의 위험으로부터 원격에서 이루어져야 하며, 또한 정확하게 이루어져야 한다. 현재 원전 핵 연료봉에 대한 검사는 방사능의 위험으로 인해 카메라로 핵 연료봉을 촬영하여 녹화된 동영상을 원격에서 보고 판단하는 형태로 운영되고 있다. 본 연구는 원자력 발전소에서 사용되는 핵 연료봉에 대한 상태 검사를 영상처리를 통하여 구현한 것이다. 핵 연료봉은 여러 개를 다발로 묶어 사용하도록 되어있는데, 이를 검사하기위한 영상처리 기법으로는 에지 검출 기법이 유용하다. 핵 연료봉 에지 검출을 위해 DoG 기법에 임계값 처리를 추가하는 방법을 제안한다. 이것은 DoG를 최적화한 새로운 기법으로, DoG와 임계값을 듀얼로 처리하는 방법이다. 이 방법으로 핵 연료봉 에지를 검출한 후에, 핵 연료봉 검사 알고리즘을 수행하여 핵 연료봉 이상 유무를 판단한다. 이러한 방법을 통해 미니어처로 제작된 핵 연료봉 검사시스템에 실험한 결과 우수한 특성을 확인하였다. 본 연구를 통해 원전 핵 연료봉 상태 검사를 보다 쉽고 안전하게 시행할 수 있을 것으로 생각된다.
원전 핵 연료봉에 대한 검사는 고준위 방사능의 위험으로부터 원격에서 이루어져야 하며, 또한 정확하게 이루어져야 한다. 현재 원전 핵 연료봉에 대한 검사는 방사능의 위험으로 인해 카메라로 핵 연료봉을 촬영하여 녹화된 동영상을 원격에서 보고 판단하는 형태로 운영되고 있다. 본 연구는 원자력 발전소에서 사용되는 핵 연료봉에 대한 상태 검사를 영상처리를 통하여 구현한 것이다. 핵 연료봉은 여러 개를 다발로 묶어 사용하도록 되어있는데, 이를 검사하기위한 영상처리 기법으로는 에지 검출 기법이 유용하다. 핵 연료봉 에지 검출을 위해 DoG 기법에 임계값 처리를 추가하는 방법을 제안한다. 이것은 DoG를 최적화한 새로운 기법으로, DoG와 임계값을 듀얼로 처리하는 방법이다. 이 방법으로 핵 연료봉 에지를 검출한 후에, 핵 연료봉 검사 알고리즘을 수행하여 핵 연료봉 이상 유무를 판단한다. 이러한 방법을 통해 미니어처로 제작된 핵 연료봉 검사시스템에 실험한 결과 우수한 특성을 확인하였다. 본 연구를 통해 원전 핵 연료봉 상태 검사를 보다 쉽고 안전하게 시행할 수 있을 것으로 생각된다.
An inspection of nuclear fuel rods should be performed at remoteness from risks of high level radioactivity, and accuracy is required. Currently, inspection of the nuclear fuel rods is operated to monitor the video that recording an original nuclear fuel rods at remoteness because of the risks of ra...
An inspection of nuclear fuel rods should be performed at remoteness from risks of high level radioactivity, and accuracy is required. Currently, inspection of the nuclear fuel rods is operated to monitor the video that recording an original nuclear fuel rods at remoteness because of the risks of radioactivity. In this paper, it is an implementation of the system was carried out in the process according to the image processing inspection of the nuclear fuel rods. The nuclear fuel rods are configured to use a bundle of plurality, in the image processing technology to verify this, the edge detection method is useful. We suggest to DoG technique to add threshold for the nuclear fuel rod edge detections. This is the new technique that optimized DoG. It is to deal with DoG and threshold to dual process. In this way, after detecting an edge of the nuclear fuel rods, by running a nuclear fuel rod inspection algorithm to determine the status of nuclear fuel rods. We applied the system using the new algorithm, and confirmed an excellent characteristic. In this study, it is considered to be able to be carried out more easily and securely inspect of nuclear fuel rods.
An inspection of nuclear fuel rods should be performed at remoteness from risks of high level radioactivity, and accuracy is required. Currently, inspection of the nuclear fuel rods is operated to monitor the video that recording an original nuclear fuel rods at remoteness because of the risks of radioactivity. In this paper, it is an implementation of the system was carried out in the process according to the image processing inspection of the nuclear fuel rods. The nuclear fuel rods are configured to use a bundle of plurality, in the image processing technology to verify this, the edge detection method is useful. We suggest to DoG technique to add threshold for the nuclear fuel rod edge detections. This is the new technique that optimized DoG. It is to deal with DoG and threshold to dual process. In this way, after detecting an edge of the nuclear fuel rods, by running a nuclear fuel rod inspection algorithm to determine the status of nuclear fuel rods. We applied the system using the new algorithm, and confirmed an excellent characteristic. In this study, it is considered to be able to be carried out more easily and securely inspect of nuclear fuel rods.
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문제 정의
본 연구에서는 대표적인 에지 처리 기법을 조합하여 원전 핵 연료봉 에지 검출을 위한 최적의 방법으로, DoG 에지 처리를 한 후 임계값 처리방법을 제안하였다.
본 연구에서는 사용 후 핵 연료봉 표면의 이물질, 처짐, 비틀림 등의 상태를 검사하는 에지 처리 기법의 최적화에 관한 것이다. 이를 통하여 국내 원전 환경에 맞는 원전 연료 검사 시스템을 영상처리를 통하여 구현함으로서, 원전 연료 사용의 효율성을 증진시킬 수 있을 것이라 기대된다.
본 연구에서는 원전 핵 연료봉 검사를 위하여 녹화된 영상을 최적화된 에지처리 기법을 통하여 분석하는 방법을 연구한다.
제안 방법
연료봉을 지탱하는 그리드는 핵연료봉의 유지관리 및 수명에 중요한 요소이다. 그리드 표면의 손상 위치를 분석하였다. [그림 21]은 연료봉 중앙부분의 심한 손상을 나타내고 있음을 알 수 있다.
연료봉 표면에 부착된 비틀림의 위치에 따라 분석하였다. 또한 라인레이저를 이용하였기 때문에 RGB 데이터를 추출하여 분석하여 비틀림 특성을 관찰할 수 있었다. [그림 20]의 (b)를 보면 연료봉이 비틀림으로 인하여 전체적으로 경사져 보임을 알 수 있다.
[그림 3]의 시스템 블록 다이어그램을 나타낸다. 모든 영상 인식은 동서남북 네 방향에 설치된 카메라가 수직으로 최상단에서 최하단으로 이동하면서 피측정 시스템의 겉 표면에 붙어 있는 이물질, 표면의 크랙, 전체 시스템의 비틀림 등을 카메라에 의하여 동영상으로 실시간 분석하고 검출하여 이를 전송한다. 각각의 카메라는 동서남북 네 방향에서 동시에 영상을 인식하고 이 인식 데이터는 카메라 케이블을 통하여 입력된 영상 데이터로 먼저 2차원으로 모델링하게 된다.
본 장에서는 기존의 대표적인 에지검출 기법을 적용하여 원전 연료봉 에지 검출을 해보았다. 원전 핵 연료봉은 17개의 연료봉 다발로 이루어져 있기 때문에, 상태 검사를 위해서는 에지를 검출하는 방법이 매우 중요하게 작용한다.
연료봉 표면에 부착된 비틀림의 위치에 따라 분석하였다. 또한 라인레이저를 이용하였기 때문에 RGB 데이터를 추출하여 분석하여 비틀림 특성을 관찰할 수 있었다.
또한 연료봉이 파손된 경우는 라인 레이저의 RGB 데이터를 분석함으로서 판독이 가능하다. 이와 같이 원전 핵 연료봉 검사를 위하여 흑백 및 칼라를 이용한 병렬 처리 방식을 채택하였다.
이론/모형
이물질 판독을 하기 위해서 본 논문에서는 영상처리 관심영역(ROI: Region of interest)을 설정하기 위하여 [그림 15]에서 보듯이 라인 레이저를 사용하였다.
성능/효과
또한 핵 연료봉 검사를 위한 미니어처 검사시스템을 제작하여 적용한 결과, 핵 연료봉 표면의 비틀림, 이물질, 그리드 손상, 캡 손실 등을 실시간 영상을 통하여 검출하고 분석할 수 있었다.
기존의 방법들은 나름대로 장단점을 갖고 있으나, 원전 연료봉 검사를 위한 보다 강화된 최적의 알고리즘 도출이 필요하다. 에지처리 방법의 듀얼 처리 조합 중에서 DoG 와 임계값 처리를 병행할 때 원전 연료봉 에지 검출에 대해 우수한 결과가 나오는 것을 알 수 있었다. 이 결과는 DoG와 임계값 처리 후, 연료봉의 상태 유무를 정확하게 검출하기 위한 검출 알고리즘을 통하여 확인할 수 있었다.
응답 특성을 보면 소벨 마스크에 의한 특성과 별다른 차이가 없으며, 오히려 잡음 요소가 증가된 것을 알 수 있다.
에지처리 방법의 듀얼 처리 조합 중에서 DoG 와 임계값 처리를 병행할 때 원전 연료봉 에지 검출에 대해 우수한 결과가 나오는 것을 알 수 있었다. 이 결과는 DoG와 임계값 처리 후, 연료봉의 상태 유무를 정확하게 검출하기 위한 검출 알고리즘을 통하여 확인할 수 있었다.
제안된 DoG 에지 처리 후 임계값 처리된 흑백영상을 검출 알고리즘을 통하여 특성의 우수함을 확인하였다.
후속연구
본 연구에서는 사용 후 핵 연료봉 표면의 이물질, 처짐, 비틀림 등의 상태를 검사하는 에지 처리 기법의 최적화에 관한 것이다. 이를 통하여 국내 원전 환경에 맞는 원전 연료 검사 시스템을 영상처리를 통하여 구현함으로서, 원전 연료 사용의 효율성을 증진시킬 수 있을 것이라 기대된다.
향후 실시간 원전 핵 연료봉 검사를 위하여 영상 처리의 모든 과정이 원격에서 모니터링 및 분석이 가능하도록 연동할 수 있는 알고리즘에 대한 연구가 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
영상처리는 어떤 기술인가?
영상처리는 디지털화 된 그림이나 사진 영상을 목적에 맞게 컴퓨터에서 처리하는 기술로서 컴퓨터의 속도증가에 따라 많은 영역에서 활용되고 있다.
펠렛은 어떻게 만드는가?
원전연료에 사용되는 우라늄 235를 원자력발전에 이용하기 위해서는 2∼5%의 농축도를 가지는 농축 우라늄으로 이것을 분필 모양으로 만들어서 고온처리를 하게 되면 원전 핵연료의 소자, 펠렛(Pellet)이 된다. 이 펠렛을 지르코늄(Zirconium) 으로 만들어진 가느다란 튜브에 수백 개를 집어넣어 핵 연료봉을 만들게 된다.
핵 연료봉의 방사능 사고를 막기 위해 어떤 조치를 취하는가?
핵 연료봉은 원자로 내에서 핵분열을 일으키며, 장기사용으로 여러 가지 변형을 일으키거나 표면에 이물질이 부착되어 방사능 사고의 주요원인이 되고 있다. 그래서 정기적으로 원자로 내의 핵 연료봉에 대하여 원전 연료 이물질 검사를 실시하며, 폐기 핵 연료봉으로 분류 재처리하게 된다. 따라서 원자력발전에 있어 핵 연료봉 다발에 대한 검사는 정기적으로 이루어지고 있으며 장기 사용으로 혹시 파손된 연료봉으로 인한 방사능 방출 등에 대비한 매우 중요한 원전 보수 업무 중의 하나이다[6].
참고문헌 (13)
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김우생, 영상처리 및 패턴인식 배움터, 생능출판사, 2009(8).
신종홍, 장선봉, 지인호, 디지털영상처리입문, 한빛미디어, 2011(2).
R. C. Gonzalez, R. E. Woods, and S. L. Eddins, Digital Image Processing using MATLAB, McGraw-Hill. 2012.
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C. C. Kang and W. J. Wang, "A Novel Edge Detection Method Based on Maximization of the Objective Function," Pattern Recognition, Vol.40, No.2, pp.609-618, 2007.
S. Hemachande, A. Verma, S. Arora,and Prasanta K. Panigrahi, "Locally adaptive block thresholding method with continuity constraint," Pattern Recognition Letters, Vol.28, pp.119-124, 2007.
C Deng, W Ma, and Y Yin, "An edge detection approach of image fusion based on improved Sobel operator," Image and Signal Processing (CISP), Vol.3, pp.1189-1193, 2011.
M. Sharifi, M. Fathy, and M.T. Mahmoudi, "A Classified and Comparative Study of Edge Detection Algorithms," Information Technology: Coding and Computing, Proceedings. International Conference on, pp.117-120, 2002.
J. Canny, "A Computational Approach to Edge Detection," IEEE Transactions on pattern Analysis and Machine Intelligence. Vol.8, No.6, pp.679-698, 1986.
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