스테레오 디지털 이미지 상관 기법을 이용한 구조물의 삼차원 모드 형상 가시화

Abstract

본 논문에서는 스테레오 디지털 이미지 상관 기법을 이용하여 구조물의 삼차원 모드 형상을 가시화하는 연구를 진행하였다. 먼저 단순한 구조물인 빔에 대하여 스테레오 디지털 이미지 상관 기법을 적용하였다. 두 대의 카메라를 이용하여 비전 기반 측정 시스템을 구축하고, 이미지 추적의 정확도를 높이기 위해 구조물 표면에 명암 차가 뚜렷한 흑백의 무작위 패턴을 형성하였다. 카메라 보정 과정을 통하여 카메라 매개변수를 계산하고, 이미지 간 교차 상관을 수행하여 대응점 쌍을 추출하고, 삼각측량법을 이용하여 빔 표면의 삼차원 좌표를 계산하였다. 프레임 별 3차원 좌표를 계산하여 빔 표면의 모드 형상을 추출하였고, 이론적인 빔의 1차 모드 형상과 일치하는 것을 확인하였다. 알루미늄 프레임 간이 모델에 대해서도 스테레오 디지털 이미지 상관 기법을 적용하여 일, 이차 모드 형상을 가시화 하였다. 차량 프레임 구조물에 대해서도 스테레오 디지털 이미지 상관 기법을 적용하였다. 차량 프레임 구조물의 경우 삼차원 좌표를 계산하는데 충분하지 않은 수준의 변위가 발생하여, 위상 기반 모션 확대 알고리즘을 이용해 변위가 증폭된 영상을 추출하였다. 확대된 영상에 스테레오 디지털 이미지 상관 기법을 적용하여 차량 프레임 구조물의 모드 형상을 시각화 할 수 있었다. 이를 통해 기존의 비전 기반 모드 분석 방법인 영상 확대 알고리즘의 경우 각 모드에서의 이차원 움직임만을 파악 할 수 있었지만, 삼차원 모드 형상을 가시화함으로서 카메라의 광축과 평행한 방향의 구조물의 거동도 파악 할 수 있게 되었다. 전달함수 기법을 이용해 추출한 모드 형상과의 비교를 통해 타당성을 확인하였으며, 영상의 첫 번째 프레임을 기준으로 변위에 대한 RMS 값을 추출하여 방향별 진동 크기를 정량화하였다.