KR20030080299A - Ｃｃｄ 카메라와 적외선 열영상 카메라를 이용한원자로시설 이상진단 방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 ccd 카메라와 적외선 열영상 카메라를 이용한 원자로시설 이상진단 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 그 목적은 ccd 카메라와 적외선 열영상 카메라로 구성된 열영상 관측시스템이 감시환경 내/외부의 환경요건에 관계없이 관측이 가능하도록 하여, 관측성능을 향상하고, 열영상 관측시스템 및 이상부위의 위치를 정확하게 파악하며, 발생되는 상황에 신속하게 대응할 수 있는 ccd 카메라와 적외선 열영상 카메라를 이용한 원자로시설 이상진단 방법 및 그 장치를 제공함에 있다.

본 발명은 관측이 양호한 상태에서 ccd 카메라부와 적외선 열영상 카메라부를 통해 획득된 열영상과, 육안관측이 불가능한 야간, 안개, 스모그, 연기 등의 환경영상과, ccd 카메라부와 적외선 열영상 카메라부의 위치, 방향정보를 데이터베이스화하여 입력하는 설정단계; 상기 ccd 카메라부와 적외선 열영상 카메라부에 의해 대상물을 관측하여 탐사영상을 획득하는 영상획득단계; 상기 영상획득단계의 실체 획득된 ccd 영상과 설정단계의 베이타베이스화된 ccd 영상을 비교하여, 육안 관측가능한 ccd 영상을 열영상과 매칭시키고 디스플레이 하는 영상교체 및 매칭단계를 통해, 관측조건에 관계없이 ccd 카메라부와 적외선 열영상 카메라부에 의해 이상부위를 정확하게 파악할 수 있는 CCD 카메라와 적외선 열영상 카메라를 이용한 원자로시설 이상진단 방법과 그 장치를 제공함에 있다.

Description

ＣＣＤ 카메라와 적외선 열영상 카메라를 이용한 원자로시설 이상진단 방법 및 그 장치 {Nuclear reactor abnormality diagnosis method and apparatus using CCD camera and thermal infrared camera system}

본 발명은 ccd 카메라와 적외선 열영상 카메라를 이용한 원자로시설 이상진단 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 육안관측이 양호한 상태의 탐사영상을 DB 영상처리하여 저장하고, 육안관측조건에 따라 저장된 DB영상과 관측되는 실제 영상을 비교한 후, DB 영상과 실제 영상을 선택적으로 적외선 열영상 카메라의 획득영상과 매칭시켜 이상발생부위를 파악할 수 있는 ccd 카메라와 적외선 열영상 카메라를 이용한 원자로시설 이상진단 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

일반적으로 칼란드리아는 중수로형 원자력 발전소의 원자로의 핵연료 주입실린더로 발전소의 정상가동중에 핵연료를 주입하고, 연소된 핵연료 다발을 배출하는 구조를 갖는 원통형태의 파이프 구조를 하고 있으며, 발전소 가동중에는 사람의 출입이 통제되므로, 핵연료를 주입·배출하는 과정에서 문제가 발생되었을 시, 가동중 방사선에 견딜 수 있도록 내방사선화 시킨 점검용 이동로봇을 원자로 근처에 투입하고, 상기 이동로봇에 장착된 카메라를 이용하여 문제점을 파악한 후 조치를 취할 수 있도록 자료를 확보하도록 되어 있다.

CCD 카메라는 사람의 눈과 같이 가시광영역(0.4∼0.7㎛)의 물체를 감시하는데 사용되며, 열영상카메라는 물체가 내뿜는 복사열을 탐지하는 열적외선(3∼5㎛, 7∼12㎛) 파장대의 감시카메라로써, 상기 서로 다른 카메라 시스템이 갖고 있는 장점을 융합하여 중수로(CANDU)형 월성 원자력발전소의 칼란드리아 압력관 전면부 및 원자로의 주요시설을 감시 점검하는 열영상 관측시스템이 사용되고 있다.

상기 열영상 관측시스템은 CCD/적외선열영상 카메라의 융합구조로 구성되어 있으며, 이동로보트에 탑재되어 정상가동중인 중수로형 원자력발전소의 칼란드리아 전면부 및 원자로 주요시설 주위를 순회하면서 핵연료 교체시에 발생할지도 모르는 중수 누출, 핵연료 교체장비의 이상상태를 점검하는데 그 목적이 있으며, 열영상 관측시스템의 CCD카메라는 중수 누출과 같은 육안검사에 활용되고, 적외선 열영상카메라는 압력관채널의 급격한 온도변화 등을 점검하는데 이용된다.

그러나, 상기와 같은 열영상 관측시스템은 관측조건이 양호할 경우, ccd 카메라 및 적외선 열영상 카메라를 통해 이상유무의 파악에 별 문제가 없으나, 감시환경 내/외부의 환경요건에 의해 육안 관측 즉, ccd 카메라를 통한 육안관측이 불가능할 경우, 열영상 관측시스템의 위치 및 방향, 적외선 열영상 카메라에 의해 파악된 이상부위의 위치 등이 정확하게 파악될 수 없어, 전문가에 의해 관측시스템의 위치 및 이상부위를 짐작해야 하므로, 관측성능 및 이상진단 성능을 저하시키는 등 여러가지 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 그 목적은 ccd 카메라와 적외선 열영상 카메라로 구성된 열영상 관측시스템이 감시환경 내/외부의환경요건에 관계없이 관측이 가능하도록 하여, 관측성능을 향상하고, 열영상 관측시스템 및 이상부위의 위치를 정확하게 파악하며, 발생되는 상황에 신속하게 대응할 수 있는 ccd 카메라와 적외선 열영상 카메라를 이용한 원자로시설 이상진단 방법 및 그 장치를 제공함에 있다.

본 발명은 관측이 양호한 상태에서 ccd 카메라부와 적외선 열영상 카메라부를 통해 획득된 열영상과, 육안관측이 불가능한 야간, 안개, 스모그, 연기 등의 환경영상과, ccd 카메라부와 적외선 열영상 카메라부의 위치, 방향정보를 데이터베이스화하여 입력하는 설정단계; 상기 ccd 카메라부와 적외선 열영상 카메라부에 의해 대상물을 관측하여 탐사영상을 획득하는 영상획득단계; 상기 영상획득단계의 실체 획득된 ccd 영상과 설정단계의 베이타베이스화된 ccd 영상을 비교하여, 육안 관측가능한 ccd 영상을 열영상과 매칭시키고 디스플레이 하는 영상교체 및 매칭단계를 통해, 관측조건에 관계없이 ccd 카메라부와 적외선 열영상 카메라부에 의해 이상부위를 정확하게 파악할 수 있는 CCD 카메라와 적외선 열영상 카메라를 이용한 원자로시설 이상진단 방법과 그 장치를 제공함에 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 구성을 보인 블록 예시도

도 2 는 본 발명의 구성흐름을 보인 예시도

도 3 은 본 발명에 따라 DB 영상과 실제 영상의 비교 및 교체 원리를 보인 개념도

도 4 는 본 발명에 따른 DB영상을 이용한 관측상태를 보인 예시도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

(10) : 카메라부 (11) : CCD 카메라부

(12) : 적외선 열영상 카메라부 (20) : 카메라 컨트롤부

(30) : 영상획득부 (40) : 영상처리부

(50) : 특성비교부 (60) : 비디오 교체부

(70) : DB 저장부 (80) : 모니터

도 1 은 본 발명에 따른 구성을 보인 블록 예시도를, 도 2 는 본 발명의 구성흐름을 보인 예시도를 도시한 것으로, 본 발명은 감시환경이 양호한 상태에서 관측된 모든 정보를 데이터베이스화하여 저장하고, 감시환경의 변화에 따라 실제 탐사영상 또는 저장된 DB영상을 디스플레이하면서 적외선 열영상 카메라에 의해 획득된 열영상과 매칭시켜 감시환경의 변화에 관계없이 이상부위를 쉽게 파악하도록 되어 있다.

즉, 본 발명은 이동체 상부에 탑재되는 ccd 카메라부(11) 및 적외선 열영상 카메라부(12)와, 상기 ccd 카메라부(11) 및 적외선 열영상 카메라부(12)를 제어하는 카메라 컨트롤부(20)와, 상기 카메라 컨트롤부(20)와 연결되는 비디오 교체부(60)와, 상기 카메라 컨트롤부(20) 및 비디오 교체부(60)와 연결되고, 탐사영상(ccd 영상 및 열영상)을 획득하는 영상획득부(30)와, 상기 영상획득부(30), 비디오 교체부(60), ccd 카메라부(11) 및 적외선 열영상 카메라부(12)와 연결되고, 영상획득부(30)의 전송신호 및 ccd/열영상 카메라부(10)의 위치 방향 정보를 받아 저장하며, 모니터(80)에 이를 디스플레이 하는 영상처리부(40)와, 상기 영상처리부(40) 및 비디오 교체부(60)와 연결되고 전송된 탐사영상의 정보를 데이터베이스화하여 저장하는 DB 저장부(70)와, 상기 영상처리부(40)와 연결되고 전송된 탐사영상의 특성을 비교하는 특성비교부(50)를 포함하여 구성되어 있으며, 관측이 양호한 상태에서의 관측정보, ccd/열영상 카메라부(10)의 위치/방향 정보, 관측장소의 특이정보, 관측환경의 다양한 정보 등을 미리 입력하는 설정단계와, 상기 ccd 카메라부(11) 및 적외선 열영상 카메라부(12)를 통해 관측대상을 탐사하여 ccd 영상 및 열영상을 획득하는 영상획득단계와, 상기 설정단계를 통해 미리 입력된 DB 영상과 영상획득단계를 통해 입력된 실제 탐사영상을 비교하여, 관측가능한 영상으로 교체하고, 이를 열영상과 매칭시키는 영상교체 및 매칭단계로 이루어져 있다.

상기 설정단계 및 영상획득단계에서 적외선 열영상 카메라부(12)를 통해 획득된 열영상은 카메라 컨트롤부(20)와 영상획득부(30)를 통해 영상처리부(40)로 입력되고, ccd 카메라부(11)를 통해 획득된 육안관측용 탐사영상은 카메라 컨트롤부(20)에서 비디오 교체부(60)를 경유하여 영상획득부(30)로 전송된 다음 영상처리부(40)로 입력되도록 되어 있다.

본 발명은 ccd 카메라부(11)와 적외선 열영상 카메라부(12)를 통해 관측이 양호한 상태에서 칼란드리아 압력관 전면부와 같이 사람이 직접 투입될 수 없는 원자로시설 또는 지역을 관측하고, ccd 카메라에 의해 획득된 탐사영상의 정보를 데이터베이스화하여 DB 저장부(70)에 저장한다. 이때, 저장할 당시의 이동체에 탑재된 관측시스템의 위치, 방향 등을 함께 저장한다.

상기와 같은 작업에 의해 감시환경이 양호한 상태에서의 탐사영상 정보, 관측장비(ccd 카메라부(11) 및 적외선 열영상 카메라부(12))의 위치 및 방향 정보, 환경정보, 관측시의 특이사항(관측 범위내의 시설공사 또는 형태변경 등) 등이 데이터베이스로 DB 저장부(70)에 저장된다.

또한, 감시환경이 양호한 상태에서 환경에 변화가 있을 경우, 환경변화가 있던 시점의 영상 또한, 데이터베이스로 DB 저장부(70)에 저장하고, 저장할 당시의 이동체에 탑재된 ccd 카메라부(11) 및 적외선 열영상 카메라부(12)의 위치, 방향 등을 함께 저장한다.

즉, 야간, 연기, 안개 등 환경에 변화가 있을 경우, 특성비교부(50)에 의해 비디오 교체부(60)와 영상획득부(30)를 순차적으로 경유하여 영상처리부(40)로 입력된 CCD 영상의 특징을 분석하고, 영상처리부(40)에 의해 DB 저장부(70)로 저장된다.

이때, 상기 야간, 연기, 스모그 등의 관측영상은 도 3 에 도시된 바와 같이 균일한 영상특성을 갖고 있다. 즉, 임의의 랜덤한 위치에서 x축과 y축상으로 그레이레벨 분포를 보았을 때 균일한 특성을 갖으며, CCD 관측영상을 모니터(80)링하면서 무작위로 설정한 좌표지점에서 x,y축상으로 그레이레벨 분포, x,y축 의 투영특성을 비교하면, 단조로운 패턴을 보인다. 그리고 관측영상의 히스토그램을 구하면 스펙트럼 폭이 매우 좁은 패턴을 보인다. 위의 3가지 특성의 정보가 DB 저장부(70)에 저장된다.

또한, 특성비교부(50)에 의해 비디오 교체부(60)와 영상획득부(30)를 순차적으로 경유하여 영상처리부(40)로 입력된 CCD 영상에 특이한 사항이 발생되었을 경우, 예를 들면, 주요 관측 범위내의 시설공사 또는 형태변경 등, 이전 관측영상과 다른 특이사항이 발생된 경우, 영상처리부(40)에서 ccd/열영상 카메라부(10)의 3차원 공간정보와 함께 특이한 영상을 DB 저장부(70)에 영상DB로 저장한다.

이와 같이 본 발명은 관측이 양호한 상태에서의 ccd 영상, 특이사항, 변화된 환경영상 및 ccd/열영상 카메라부(10)의 3차원 공간정보 등이 DB 저장부(70)에 입력되어 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명을 이용하여 칼란드리아 압력관 등과 같이 사람이 투입될 수 없는 지역을 관측할 경우, ccd 카메라부(11)를 통해 획득된 실제 탐사영상은 카메라 컨트롤부(20), 비디오 교체부(60) 및 영상획득부(30)를 통해 영상처리부(40)로 입력되고, 적외선 열영상 카메라부(12)를 통해 획득된 열영상은 카메라 컨트롤부(20), 영상획득부(30)를 통해 영상처리부(40)로 입력되며, 영상처리부 (40)에서는 입력된 영상을 특성비교기에서 비교한 후, 영상처리부(40)에 의해 분석처리하여 ccd 영상과 열영상을 매칭시키고 이를 모니터(80)에 디스플레이 하도록 되어 있다.

이때, 상기 영상처리부(40)로 입력 저장된 ccd 영상(실제 탐사영상)이 감시환경 내/외부의 조건(스모그 안개, 야간, 연기 등등)에 의해 육안관측이 불가능할 경우, 도 3 에 도시된 바와 같이, 실제 탐사영상의 특성과 DB 저장부(70)의 영상을 비교하여 실제 탐사영상을 DB 영상으로 교체한다. 즉, 특성비교부(50)에서는 실제 탐사영상의 특성을 비교하여 영상처리부(40)로 전송하고, 영상처리부(40)는 비디오 교체부(60)에 트리거 신호를 주어 DB 저장부(70)와 접속되도록 하며, DB 저장부(70)를 검색하여 ccd/열영상 카메라부(10)의 3차원 공간정보와 일치하고, 가장 최근에 저장된 DB영상을 불러내며, 이를 특성 비교기에서 비교한 후 관측된 열영상과 매핑하여 모니터(80)에 디스플레이 하도록 되어 있다. 이때, 상기 비디오 교체부(60)에서는 실제 획득된 ccd 영상을 미리 저장되어 있던 DB 영상 중, 동일한 정보를 구비하는 DB 영상으로 교체하여 영상처리부(40)로 재입력한다.

이와 같이 비디오 교체부(60)에 의해 관측이 양호한 상태에서 미리 획득하여저장된 DB 영상이 영상처리부(40)로 입력되면, 영상처리부(40)는 입력된 DB 영상과 열영상을 매칭하여 관측자가 이상부위를 정확하게 파악할 수 있도록 되어 있다.

도 4 은 본 발명에 따른 DB영상을 이용한 관측상태를 보인 예시도를 도시한 것으로, 야간, 안개, 연기 등으로 인해 CCD 카메라로 육안관측이 불가능할 경우 야간, 연기 안개 등의 영상특징을 분석하여 영상신호교체장치에 트리거신호를 주어서 CCD 영상대신에 영상DB에 저장되어 있는 신호를 불러올려 매핑을 한다. 열영상카메라로 관측한 영상이 이상징후를 보일때에 DB 영상과 매핑하면 도 4 의 오른쪽 2개의 영상에서 나타낸바와 같이 이상상태를 보이고 있는 지점의 위치를 보다 정확하게 알 수 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.

이와 같이 본 발명은 관측이 불가능한 상태에서 획득한 ccd 영상을 관측이 양호한 상태에서 획득하여 저장된 DB 영상으로 교체하여, 관측환경에 관계없이 전전후 관측이 가능하고, 상기 관측이 가능한 영상과 열영상을 매칭하여 이상부위를신속하게 정확하게 파악하며, 이로 인해 관측성능을 향상시키고, 임의의 상황에 빠르게 대응을 할 수 있는 등 많은 효과가 있다.

Claims (5)

1. 관측이 양호한 상태에서 ccd 카메라부와 적외선 열영상 카메라부를 통해 획득된 열영상과, 육안관측이 불가능한 야간, 안개, 스모그, 연기 등의 환경영상과, ccd 카메라부와 적외선 열영상 카메라부의 위치, 방향정보를 데이터베이스화하여 입력하는 설정단계;

   상기 ccd 카메라부와 적외선 열영상 카메라부에 의해 대상물을 관측하여 탐사영상을 획득하는 영상획득단계;

   상기 영상획득단계의 실체 획득된 ccd 영상과 설정단계의 베이타베이스화된 ccd 영상을 비교하여, 육안 관측가능한 ccd 영상을 열영상과 매칭시키고 디스플레이 하는 영상교체 및 매칭단계를 통해

   관측조건에 관계없이 ccd 카메라부와 적외선 열영상 카메라부에 의해 이상부위를 정확하게 파악할 수 있는 것을 특징으로 하는 CCD 카메라와 적외선 열영상 카메라를 이용한 원자로시설 이상진단 방법.
2. 제 1 항에 있어서;

   상기 설정단계는 ccd 카메라부와 적외선 열영상 카메라부에 의해 획득된 관측이 양호한 상태에서의 ccd 영상 및 열영상을 카메라 컨트롤부로 전송하는 단계;

   상기 카메라 컨트롤부로 입력된 열영상을 영상획득부로 전송하고, ccd 영상을 비디오 교체부를 통해 영상획득부로 전송하는 단계;

   상기 영상획득부로 전송된 영상신호를 영상처리부로 입력하는 단계;

   상기 영상처리부로 입력된 ccd 영상 및 열영상과 ccd 카메라부와 적외선 열영상 카메라부의 위치 및 방향을 데이터베이스화하여 DB 저장부에 입력하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 CCD 카메라와 적외선 열영상 카메라를 이용한 원자로시설 이상진단 방법.
3. 제 1 항에 있어서;

   상기 영상획득단계는 ccd 카메라부와 적외선 열영상 카메라부에 의해 획득된 관측이 양호한 상태에서의 ccd 영상 및 열영상을 카메라 컨트롤부로 전송하는 단계;

   상기 카메라 컨트롤부로 입력된 열영상을 영상획득부로 전송하고, ccd 영상을 비디오 교체부를 통해 영상획득부로 전송하는 단계;

   상기 영상획득부로 전송된 영상신호를 영상처리부로 입력하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 CCD 카메라와 적외선 열영상 카메라를 이용한 원자로시설 이상진단 방법.
4. 제 1 항에 있어서;

   상기 영상교체 및 매칭단계는 영상획득단계를 통해 영상처리부에 저장된 실제 탐사 ccd 영상을 특성비교부에서 분석하여 육안관측가능 및 육안관측불능 정보를 영상처리부로 입력하는 단계;

   상기 특성비교부에 의해 영상처리부로 입력된 정보가 관측가능한 ccd 영상일 경우, 입력된 열영상과 매칭하여 모니터를 통해 디스플레이 하는 단계;

   상기 특성비교부에 의해 영상처리부로 입력된 정보가 관측불능의 ccd 영상일 경우, 영상처리부에서 비디오 교체부로 트리거 신호를 주어 DB 저장부와 접속하는 단계;

   상기 DB 저장부를 검색하여 관측불능한 ccd 영상과 동일한 환경조건을 구비하고, 카메라부의 3차원 공간정보와 일치하며 가장 최근에 저장된 DB 영상을 검색하여 관측불능한 ccd 영상과 교체하는 단계;

   상기 교체된 DB 영상을 영상획득부를 통해 영상처리부로 입력하는 단계;

   상기 입력된 DB 영상과 적외선 열영상 카메라부에 의해 획득된 열영상을 매칭하여 모니터를 통해 디스플레이 하는 단계를 통해 관측불능한 환경의 탐사 ccd 영상을 관측양호한 상태의 DB 영상으로 교체하는 것을 특징으로 하는 CCD 카메라와 적외선 열영상 카메라를 이용한 원자로시설 이상진단 방법.
5. 이동체 상부에 탑재되는 ccd 카메라부 및 적외선 열영상 카메라부와,

   상기 ccd 카메라부 및 적외선 열영상 카메라부를 제어하는 카메라 컨트롤부와,

   상기 카메라 컨트롤부와 연결되는 비디오 교체부와,

   상기 카메라 컨트롤부 및 비디오 교체부와 연결되고, 탐사영상을 획득하는 영상획득부와,

   상기 영상획득부, 비디오 교체부, ccd 카메라부 및 적외선 열영상 카메라부와 연결되고, 영상획득부의 전송신호 및 ccd/열영상 카메라부의 위치 방향 정보를 받아 저장하며, 모니터에 이를 디스플레이 하는 영상처리부와,

   상기 영상처리부 및 비디오 교체부와 연결되고 전송된 탐사영상의 정보를 데이터베이스화하여 저장하는 DB 저장부와,

   상기 영상처리부와 연결되고 전송된 탐사영상의 특성을 비교하는 특성비교부를 포함하는 것을 특징으로 하는 CCD 카메라와 적외선 열영상 카메라를 이용한 원자로시설 이상 진단장치.