[논문]이미지 프로세싱을 이용한 상용 의류관리기의 먼지 입자 제거 성능 분석법 및 상용 의류관리기의 성능 평가에 관한 연구

최세진; 황영진; 이효정; 김미경; 김선곤; 김한성

doi:10.12772/tse.2018.55.089

이미지 프로세싱을 이용한 상용 의류관리기의 먼지 입자 제거 성능 분석법 및 상용 의류관리기의 성능 평가에 관한 연구
Investigation of Particulate Matter Removal Efficiency via Image Processing

한국섬유공학회지 = Textile science and engineering, v.55 no.2, 2018년, pp.89 - 94

최세진 (부산대학교 유기소재시스템공학과) , 황영진 (부산대학교 유기소재시스템공학과) , 이효정 (부산대학교 유기소재시스템공학과) , 김미경 (LG 전자) , 김선곤 (LG 전자) , 김한성 (부산대학교 유기소재시스템공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

We have investigated, by a quantitative evaluation method, the efficiency of the removal of particulate matter that was attached to clothing, by using a clothing care system. We utilized a proper, standard image-processing method as well as experimental conditions which simulated an outdoor environment in order to ensure reliability. The kinetic energy loss, which occurred during the energy transfer, which was required to detach the dust particles from clothing was also studied with visual evidence in the form of high-speed images. The development of this method for the evaluation of particle removal which is based on direct, visual measurements, instead of indirect analogous interpretations, is expected to be useful for various fields that require precise quantitative evaluation.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 미세먼지 제거 효율 검증 실험의 신뢰성을 확보하기 위한 환경 조건을 확립하고, 적합한 정량적 분석법을 제시하였다. 또한, 실제 의복을 이용한 제거율 분석을 통해 먼지 입자가 오염된 의복으로 부터 제거되는 탈착 거동의 주요 영향 인자를 규명하여 오염원 제거성능 평가 연구에 기초 자료를 제공하고자 한다.
본 논문에서는 상용 의류관리기를 이용한 먼지 입자의 기계적 제거 효율에 대하여 정량적인 평가방법을 제시하고 그 성능에 관한 연구를 수행하였다. 이미지 분석을 통한 평가 방법이므로 이미지 처리 시 먼지 입자 판정을 위한 적합한 임계 이미지강도 선정이 요구된다.
이는 공기 중 부유물질을 흡착 및 제거하는 형태가 아닌 오염원을 직접적으로 제어함으로써 보다 효율적인 공기질 개선효과가 기대되나, 그 효과에 대한 정량적인 평가방법과 성능에 관한 연구는 수행된 바가 없다. 본 연구에서는 미세먼지 제거 효율 검증 실험의 신뢰성을 확보하기 위한 환경 조건을 확립하고, 적합한 정량적 분석법을 제시하였다. 또한, 실제 의복을 이용한 제거율 분석을 통해 먼지 입자가 오염된 의복으로 부터 제거되는 탈착 거동의 주요 영향 인자를 규명하여 오염원 제거성능 평가 연구에 기초 자료를 제공하고자 한다.

가설 설정

Figure 5. (a) Change in the black conversion image and (b) dust area change with a threshold intensity.

제안 방법

M1의 소면적(10×10 mm2) 분석을 통해 이미지 변환의 임계값 설정 기준을 위한 실험을 수행하였다.
0에서 255 사이의 강도(image intensity)를 가진 촬영된 이미지에서 임계 이미지 강도(threshold intensity value)를 기준으로 먼지 입자와 부착된 직물을 각각 픽셀(pixel) 단위로 흑백으로 변환하여 먼지 입자에 해당하는 black pixel의 개수를 구한다. 그 후, 픽셀 하나의 면적과 black pixel 총 개수의 곱으로써 입자의 총 면적을 환산하였다[13]. 임계 값의 설정에 따라서 이미지 변환 시 black pixel에 대응하는 피사체가 변화하는 것을 Figure 4에서 볼 수 있다.
150 이상의 임계 강도에서는 직물의 패턴이 black pixel에 반영되고 있으며, 90이하의 값에서는 먼지 제거 후 직물에 남아있는 미세 입자가 인식되지 않는 문제가 발생한다. 따라서 90 이상 150 이하의 임계 강도를 유효 범위로 볼 수 있으며, 반복 실험 및 분석 면적 조건에서의 오차를 배제하기 위하여 중간값인 120으로 고정하여 분석하였다.
먼지 입자가 부착된 시편들은 의류관리기(LG styler, S3BF, LG Electronics)의 미세먼지 코스를 통해 제거 공정을 수행하였다.
의류관리기의 먼지 입자 제거성능을 평가하기 위하여, 위 실험 결과를 바탕으로 1.0 g의 미세먼지를 1 m/s의 풍속조건에서 부착한 후 M1의 부착 위치에 따른 제거율의 차이를 확인하였다. 의복의 상, 중, 하부에서 각각 3회씩 반복 수행한 제거율 확인 결과 25.
의복의 부위에 따른 스타일러 행어 운동의 전달 메커니즘 변화를 확인하기 위하여, 초고속 이미지 분석을 통해 시간에 따른 의복 부위별 이동 변위를 분석하였다. Figure 8과 같이 의복 상부에서 하부까지 10 분할하여 흑백 이미지 변환 시 인식 가능한 마커(P1−P10)를 부착하였으며, 행어의 1회 거동 시간동안 각 마커들의 변위를 추적하였다.
입자 부착은 20°C, 50 %RH 조건하에서 실행하였으며, 일정량(0.5, 1.0, 1.5 g)의 먼지 입자를 챔버 내에 분산시킨 후 에어 컴프레셔(EWS24, Geunpoong Power Tool Co.)의 공기압을 이용하여 30초간 의복 위 80×80 mm2 면적의 상, 중, 하부에 각각 부착시켰다.

대상 데이터

먼지 입자 부착 환경 확립과 제거율 확인을 위하여 PM10이 약 69% 함유된시험용분진(A1 ultrafine test dust, Powder Technology Inc.)을 사용하였다. 입자를 부착하기 위한 의복은 시중에서 쉽게 구할 수 있는 남성 셔츠(M1)가 사용되었다.
)을 사용하였다. 입자를 부착하기 위한 의복은 시중에서 쉽게 구할 수 있는 남성 셔츠(M1)가 사용되었다. 상세 스펙은 Table 1과 같다.

이론/모형

부착된 먼지 입자의 정량화는 자체 개발한 이미지 프로세싱 툴(KHSProject)을 이용하였다. 0에서 255 사이의 강도(image intensity)를 가진 촬영된 이미지에서 임계 이미지 강도(threshold intensity value)를 기준으로 먼지 입자와 부착된 직물을 각각 픽셀(pixel) 단위로 흑백으로 변환하여 먼지 입자에 해당하는 black pixel의 개수를 구한다.

성능/효과

실제 의복을 이용한 분석 결과 M1에서 최대 약 98.7%의 미세먼지(PM10) 제거율을 확인함에 따라, 기계적 탈착 방법이 효과적임을 검증하였다. 의복의 상, 중, 하부 위치에 따른 외력 전달 과정에서의 손실을 분석한 결과 사용되는 의복의 유연성 등에 의한 외력 전달 메커니즘의 차이가 예상된다.
변위의 양과 음의 값은 마커들의 최초 위치에서 각각 우측, 좌측으로의 이동을 나타낸다. 행어의 좌우 반복 거동이 직접적으로 전달되는 의복 상부의 X축 거동은 sine 커브와 유사한 마커의 위치 변화가 분명하게 나타나며 하부로 내려갈수록 그 진폭이 감소하는 것을 미루어 힘의 손실이 발생함을 확인할 수 있다. 한편, Figure 8의 흰색 화살표와 같이 행어의 거동이 의복에 전달될 때 의복상의 회전축(P8)을 기준으로 위상이 역전되었다.

후속연구

본 연구는 유추를 통한 간접적 해석에 의존하지 않고 직접적인 측량과 가시적인 근거를 제시하는 정량적 분석법을 개발함으로써, 오염원 제거율 검증 뿐만 아니라 정밀한 정량화가 요구되는 분야에 폭넓은 적용이 가능할 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	미세먼지 입자로 발생할 수 있는 문제는?	미세먼지 입자는 코의 섬모나 기도 등을 통해 폐 깊숙이 침투하여 다양한 형태로 영향을 미칠 뿐만 아니라, 특히 초미세먼지 입자의 경우 호흡기 계통의 질병을 유발할 확률이 1차 입자에 비해 높다고 알려져 있으며 혈관을 따라 체내에서 이동하여 생체에 상당한 피해를 일으킬 수도 있다 [2−4]. 세계보건기구(WHO)는 한 해 미세먼지로 인해 기대수명보다 일찍 사망하는 사람이 700만 명에 이른다고 발표하였으며, 미세먼지를 1군 발암물질로 분류하는 등 미세먼지 문제는 상당한 사회문제로 대두되어 그 대처방안에 대한 관심이 집중되고 있다[5].
	실내 미세먼지 발생원 중 실외에서 유입된 주 매개체는 무엇인가?	실내 미세먼지 발생원은 조리, 흡연 등의 실내 활동에 의한 발생과 실외에서 유입된 미세먼지가 침착되어 있다가 기류변화 등에 의해 재부유하는 것으로 구분할 수 있다[8]. 특히, 단열 및 에너지 절감을 목적으로 한 건물의 밀폐화가 보편화됨에 따라 실외로 부터 오염된 의복은 미세먼지 실내유입의 주매개체로 예상되기 때문에 적합한 방법으로 오염원의 관리 및 오염물질 제거가 요구된다[12].
	먼지 입자는 어떻게 구분될 수 있는가?	대기 중에는 다양한 특성을 갖는 다량의 입자상 물질이 부유하고 있다. 그 중 먼지 입자는 공기역학적 직경에 따라 50 µm 이하의 총 먼지와 10 µm 이하의 미세먼지(PM10)로 나뉘며, 직경 2.5 µm 이하의 극히 작은 미세먼지를 초미세먼지(PM2.5)로 분류한다. 초미세먼지는 연소과정에서 직접 생성되거나, 입자 배출 후 대기 중에서 응집 또는 금속, 유기물 등의 오염물질과 결합하여 생성된 2차 입자상 물질이 주를 이루고 있다[1,2].

참고문헌 (13)

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원문보기 상세보기
M. E. Levasseur, P. Poulin, C. Campagna, and J. M. Leclerc, "Integrated Management of Residential Indoor Air Quality: A Call for Stakeholders in a Changing Climate", Int. J. Environ. Res. Public Heal., 2017, 14, 1455.

상세보기
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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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