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문제 정의
- 본 연구에서는 해류표면과 같은 표면류의 속도를 계측하기 위하여 영상의 화상처리 기법을 제안하였고 실제 변환된 영상의 속도를 이론속도와비교 검토하여 에러율을 검증하였다.에러율의 검증결과 3.
제안 방법
- 실제 해류표면의 해석을 하기 전에 SF-PIV의 동일입자 추적 알고리즘 정확 도를 검증하기 위하여 실험 장치로 45 RPM으로 등속 회전하는 레코드 플레이어 상에 평 면 입 자를 부착하여 CCD 카메 라로 Fig. 2처 럼 영상을 비스듬하게 촬영하였다. SF-PIV 알고리즘의 적용을 위해서 실제 찍어둔 4개 이상의 포인터를 이용해서 화면상의 픽 셀좌표를 정확하게 얻어 낸 다음, 앞에서 언급한 변환 식을 사용해서 영상을 Fig.
- 2처 럼 영상을 비스듬하게 촬영하였다. SF-PIV 알고리즘의 적용을 위해서 실제 찍어둔 4개 이상의 포인터를 이용해서 화면상의 픽 셀좌표를 정확하게 얻어 낸 다음, 앞에서 언급한 변환 식을 사용해서 영상을 Fig. 3처 럼 정확하게 변환하였다. Fig.
- 5는 영 상을 변환하는 프로그램을 나타낸다. 이렇게 얻어진 영상을 가지고 속도 벡터를 추적하여 이론속도와 비교 검증하였다.
- 새만금 해 역은 그 대상 면적 이 약 50kmx 50km 로서적정 수리현상과모형 시간을재현할 수 있는 모형 범위 및 펌프 시설 용량을 고려한 결과 수평축척을 1/500 으로 하고, 모형 에서 난류상태를 유지 하고 표면장력 등으로 인한 바람직 하지 않은 오차의 영향을 배제하기 위하여 수직 축척을 1/80으로 결정하였다. 그 결과 새만금 수리시험장 건물 규모는 100m(H)x 100m(V)로 건 립되 었으며, 방조제 모형 의 수평 축척 과 수직 축척 의 비는 6.
- 5 % 미만의 오차만을 가지고 있으므로영상을 변환하여 사용한 SF-PIV기법을실제 해류표면에 적용 할 수 있는 근거 를 도출하였으며 이러한 근거를 바탕으로 실제 모형 방조제의 개방구간 유동장에 대하여 SF-PIV 기 법을 적용하여 실험을 수행하였다. 실저모형 유 동장에 대하여 획 득한 왜 곡된 영 상에 대하여 SF-PIV 기법을 이용하여 영상 변환을 한후 방조제에서의 전체 조류 흐름을 정 량적 으로 규명 하였다.
- 본 연구에서는 SF-PIV를 이용하여 방조제에서의 흐름을 가시화하고 디지털 캠코더를 사용하여, 방조제의 개구부 8m(H)x 5m(V) 표면 영역 에 대 한유속을 측정하였다. 디지털 카메라에 의해 획득된 Fig.
대상 데이터
- 25 정도이다. 모형 방조제에는 직각 방향으로 길 이 14cm~1m 의 수제 공(Jetty)을 설치하였다. Fig.
- 본 가시화 실험에서 영상을 입력받기 위하여 6mm 디지털 캠코더(일본 소니社)를 사용하였으며, 수리시험장 내 모형바닥에서 12m 위치의 상부에 흔들림 없이 고정하여 촬영하였다. 촬영구간은 8m(H)x 5m(V)의 방조제 모형의 개구부 구간이다.
- 고정하여 촬영하였다. 촬영구간은 8m(H)x 5m(V)의 방조제 모형의 개구부 구간이다. 광원으로써 일반 형광등을 이용하였으며, 실험에 사용된 가시화 입 자는 발포 스티 로폴이다.
- 촬영구간은 8m(H)x 5m(V)의 방조제 모형의 개구부 구간이다. 광원으로써 일반 형광등을 이용하였으며, 실험에 사용된 가시화 입 자는 발포 스티 로폴이다. 유동장내 입 자를 분포 시 키 기 위하여 Fig.
- 5 와 같이 방조제 모형 상부에서 3 명 의 작업 자들이 발포 스티로폴 입 자를 모형 방조제 개 구 부로 균일하게 주입하였다. 한편, 영상처리 장치를 위해 사용한 이미지 그래버는 DT3155(640x 480pixels, B&W)를 사용하였다. 이는 디지털 카메라로부터 획득한 원시 영상으로부터 아날로그 신호를 2 차원의 디지털 신호로 바꾸어주는 역할을 한다.
이론/모형
- 영상을 실제크기의 비와 같게 변환하기 위해서 일반적으로 잘 알려진 화상처리 기 법 인 투시 변환식(2X3) 식(1)을 사용한다. Fig.
- 8은 실제의 수제공이 설치된 모형 방조제의 배치 를 보여주고 있다. 방조제 100m(H)x 100m(V) 모형의 전체 유동장을 8m(H)x 5m(V)의 직사각형 구획으로 분할 한 후 방조제의 개구부 영역(8m(H)x 5m(V))에 대하여 SF-PIV 기법을 적용하여 실험을 행하였다.
- 전처리 및 동일입자 확인 과정은 상용 PIV 소프트웨어 (CACTUS, 2000)를 사용하였다 . 본 연구에서는 동일입자 확인 알고리듬으로 영상의 계조치 분포의 상관성을 이용하는 계조치 상호 상관법을 적용하였다. SF-PIV 기법을 적용한 처 리과정을 Fig.
- 디지털 카메라에 의해 획득된 Fig. 10의 왜곡된 영 상을 SF-PIV 기 법 을 이용하여 Fig. 11과 같은 영 상으로 정확하게 보정 한 후 처리 를 하였다. Fig.
- 에러율을 검증하였다.에러율의 검증결과 3.5 % 미만의 오차만을 가지고 있으므로영상을 변환하여 사용한 SF-PIV기법을실제 해류표면에 적용 할 수 있는 근거 를 도출하였으며 이러한 근거를 바탕으로 실제 모형 방조제의 개방구간 유동장에 대하여 SF-PIV 기 법을 적용하여 실험을 수행하였다. 실저모형 유 동장에 대하여 획 득한 왜 곡된 영 상에 대하여 SF-PIV 기법을 이용하여 영상 변환을 한후 방조제에서의 전체 조류 흐름을 정 량적 으로 규명 하였다.
성능/효과
- 그 결과 새만금 수리시험장 건물 규모는 100m(H)x 100m(V)로 건 립되 었으며, 방조제 모형 의 수평 축척 과 수직 축척 의 비는 6.25 정도이다. 모형 방조제에는 직각 방향으로 길 이 14cm~1m 의 수제 공(Jetty)을 설치하였다.
- 14에서 유맥선을 나타내었다. 수제공이 설치된 방조제의 개구부 구간에서의 실험결과 넓은 영역을 가지는 방조제에서의 전체 흐름을 정량적으로 알 수 있었다.
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