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최적 필터를 통한 영상 위상기반 변위 측정 및 모션 증폭 영상기반 구조물 결함 탐지
공예슬(Yeseul Kong),Miao Yinan,전준영(Junyoung Jeon),박규해(Gyuhae Park) 한국비파괴검사학회 2021 한국비파괴검사학회지 Vol.41 No.3
카메라 기반 측정 기법은 질량 부하 효과 없이 높은 공간해상도를 제공하여 발전 설비, 교량 등 거대 구조물을 대상으로 적용하고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만 불균일한 조도, 저조도 등 다양한 조도 조건에 영향을 받는다. 위상 기반 optical flow 기법의 경우 영상 밝기에 비해 조명조건 변화에 강건하다는 장점이 있다. 본 연구에서는 다수의 필터를 사용하는 기존기법과 달리 최적 설계된 하나의 steerable 필터만을 사용하여 보다 효율적이고 정확하며, 노이즈에 강건한 구조물 에지(edge) 전역의 위상기반 미소 변위 측정 기법을 이용하여 모션 증폭 영상 및 모드 형상에 기반한 결함 탐지를 수행한다. 건물 형태의 5층 구조물 실험을 통해 제안하는 기법이 저조도 조건에도 높은 정확도로 미소변위 측정 및 모드 해석이 가능함을 확인하였다. 또한 볼트 풀림 결함을 모사하여 모드 증폭 영상을 생성하여 결함 진단을 수행하였다. Compared to conventional contact techniques, advanced displacement measurement techniques using computer vision have shown several advantages, such as high spatial resolution and no mass loading effect. Recently developed phase-based motion estimation techniques can be used to accurately measure motion signals from the local phase without speckle patterns on a structure. However, various conditions, such as complex illumination and insufficient lighting, can generate significant errors during the measurement process. In this study, an optimally designed steerable filter was used to provide a stable local phase, resulting in significant correlation with the motion in the phase-based optical flow technique. For structural health monitoring and damage detection, the amplified video was automatically generated using image processing and the proposed measurement technique. Several experiments were performed on a five-story structure to validate the proposed techniques using accelerometers, a laser Doppler vibrometer, and a camera. The experimental results demonstrated that the proposed techniques could be used to accurately measure displacement and identify the modal frequencies and full-field operational deflection shape. In addition, bolt-loosened damage was successfully detected using the mode-amplified video and operational curvature shape.
영상 위상 기반 변위 측정을 위한 최적 Steerable 필터 설계
공예슬(Yeseul Kong),Yinan Miao,전준영(Jun Young Jeon),박규해(Gyuhae Park) 대한기계학회 2021 大韓機械學會論文集A Vol.45 No.1
카메라 기반 모션 추정 기법은 높은 공간 해상도와 질량부하 효과가 없는 비접촉식 센싱을 특징으로 최근 구조 건전성 모니터링(SHM) 분야에서 새로운 진동 측정 방식으로 각광받고 있다. 특히, 모션 증폭 기술의 등장 이후 위상 기반 모션 추정 기법의 연구가 활발히 진행되고 있다. 해당 기법은 픽셀강도 기반 기법에 비해 노이즈에 강건하지만 여전히 복잡한 조명 조건, 배경 등의 문제로 측정 오류가 발생한다. 본 연구에서는 Gabor 필터 뱅크 및 steerable 피라미드를 사용하는 기존 기법과 달리 최적 설계된 하나의 steerable 필터만을 사용하여 보다 효율적이고 정확하며, 노이즈에 강건한 구조물 에지(edge) 전역의 위상 기반 미소 변위 측정 기법을 제안한다. 건물 형태의 5층 구조물 실험을 통해 제안하는 기법이 서브-픽셀 단위의 높은 정확도로 구조물 전역의 변위 측정 및 모드 해석이 가능함을 확인하였다. Computer vision-based measurements offer superior capabilities over traditional sensing systems, including high spatial resolutions, no mass-loading effects, and low cost. Recently developed phase-based motion estimation techniques can be used to measure the accurate motion signals from the local phase without speckle patterns on a structure. However, various conditions, such as complex illumination and noisy background, can generate an unstable phase, which introduces significant errors during the measurement process. In this study, an accurate, robust, and non-marker full-field displacement measurement technique was developed. The optimally designed steerable filter provided the stable and noiseless local phase, which resulted in considerable correlation with the motion in phase-based optical flow technique. Several experimental tests were performed to validate the proposed technique on a five-story structure using accelerometers and a camera. The experimental results showed that the proposed technique could be used to measure the displacement and identify the modal frequencies and full-field operational deflection shape with high accuracy.
다양한 온도조건에서 압전체 센서 자가진단법의 실험적 고찰
조혜진(HyeJin Jo),김은강(EunKang Kim),공예슬(YeSeul Kong),김지민(JiMin Kim),박제운(JeWoon Park),이경이(KyoungLee Lee),이지현(JiHyeon Lee),박규해(Gyuhae Park) 대한기계학회 2014 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2014 No.11
An active sensor diagnostics procedure, where the sensors/actuators are confirmed to be functioning properly during operation, is a critical component to successfully complete the structural health monitoring (SHM) process. The impedance-based piezoelectric sensor diagnostics process tracks the changes in the capacitive value of piezoelectric materials, which shows up in measured admittance. A change in the capacitive value indicates changes in sensor conditions, including sensor fracture and de-bonding. The effect of temperature variations in the high temperatures and cryogenic range on the performance of the impedance-based piezoelectric sensor diagnostics, along with the sensing capability of piezoelectric active-sensors, was experimentally studied. The results of this study indicate that the impedance-based sensor diagnostic processes is capable of detecting faulty sensors even at the high temperatures and cryogenic temperatures, thereby allowing piezoelectric sensors to be effectively used for dynamics and SHM sensing at high temperature and cryogenic temperature ranges.