KR100927859B1 - 디지털 영상처리 기법을 이용한 슬라브 관리번호마킹장치의 이상상태 판별방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 디지털 영상처리 기법을 이용한 슬라브 관리번호 마킹장치의 이상상태 판별방법은 마킹장치에 의해 슬라브관리번호를 슬라브에 마킹하여 문자열을 형성하고, 상기 문자열 및 상기 문자열 이외의 배경영역을 포함하는 공통영역으로부터 글자영역부분만을 추출한 후, 상기 글자영역부분의 문자열의 높이, 폭 및 폭/높이 비율 값과 상기 값의 각각에 상응한 문자열의 높이, 폭 및 폭/높이 비율 값을 갖는 기준값을 비교하여 페인트 잔량부족으로 인한 이상상태 및 상기 마킹장치의 노즐이상으로 인한 이상상태 여부를 판별하는 방법을 제공함으로써, 슬라브 관리번호 마킹장치의 노즐 이상상태 및 페인트 잔량상태를 파악하여 이를 관리자에게 알려줌으로써 마킹장치를 효율적으로 관리할 수 있는 장점이 있다.

디지털영상처리, 수평 수직 투영프로파일, 슬라브 관리번호, 이상상태

Description

디지털 영상처리 기법을 이용한 슬라브 관리번호 마킹장치의 이상상태 판별방법{METHOD FOR CHECKING ERROR OF SLAB ADMINISTRATION NUMBER MARKING DEVICE BY USING DIGITAL IMAGE PROCESSING}

본 발명은 디지털 영상처리 기법을 이용한 마킹된 기호 등의 이상상태를 판별하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 디지털 영상처리 기법을 이용하여 슬라브관리번호를 마킹하는 마킹장치의 노즐상태의 이상 여부 및 페인트 부족으로 인한 이상상태의 여부를 판단하는 방법에 관한 것이다.

현재 철강 산업에서 슬라브 관리번호 마킹 장치의 이상 유무 판단은 관리자에 의해 이루어지고 있으며, 마킹 장치의 이상이 발생한 후 일반적으로 평균 2시간 내지 3시간 동안 방치된 상태로 마킹이 이루어지기 때문에 다른 작업장에서 슬라브 관리번호 인식 시스템의 인식률을 저하 시키는 근본적인 원인이 되고 있다.

디지털 이미지 프로세싱(Digital Image Processing, DIP) 기법은 투영프로파일 분석법으로써, 한정된 공간에서 강한 강도를 가지는 문자열에서 개별 문자를 분리할 경우 주로 사용하는 방법이다. 상기 투영프로파일 분석법을 이용하는 방법은 일반적으로 아래와 같은 과정을 거친다.

첫째, 컬러 영상일 경우는 명도 영상으로 변환되고, 명도 영상은 이진 영상으로 변환된다.

둘째, 이진 영상 데이터를 2차원 행렬로 간주하고, 수직 또는 수평 방향으로 데이터를 더하는데, 수직 방향으로 더한 데이터 값은 수직투영프로파일(Vertical Projection Profile, 이하 "VPP")을 나타내며, 수평방향으로 더한 데이터 값은 수평투영프로파일(Horizontal Projection Profile, 이하 "HPP")을 나타낸다.

셋째, 상기 수직투영프로파일(VPP)이나 상기 수평투영프로파일(HPP)에서 급격히 변화하는 좌표값을 검출한다.

이와 같은 방법은 한정된 공간 이내에 존재하고, 문자열과 비슷한 특성을 지닌 다른 노이즈가 없을 경우 다른 문자열 검출 알고리즘에 비해 원리와 구조가 매우 간단하여 특정 대상의 위치 검출에 많이 사용되는 장점이 있다.

그러나 '투영' 프로세스의 결과는 투영된 부분의 2차원 공간에 대한 정보를 소실하기 때문에, 노이즈가 심한 경우 대상의 검출 성능이 떨어지는 단점이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 슬라브의 위치가 고정되지 않은 슬라브 전체 이미지에서 슬라브 관리번호 만의 추출을 하고, 상기 추출된 슬라브 관리번호에 대한 이진화 된 수평투영프로파일(HPP) 및 수직투영프로파일(VPP)을 분석함으로써, 마킹 장치의 노즐 이상으로 인한 슬라브 관리번호에 대한 마킹상태의 이상여부를 판단하는 방법을 제공하는데 있다.

또한 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 상기 추출된 슬라브 관리번호의 문자열로부터 각각의 개별문자를 분리하는 작업을 수행하고, 상기 분리된 개별문자에 대해 이진화 된 수평투영프로파일(HPP) 및 수직투영프로파일(VPP)을 분석함으로써, 페인트 잔량 부족으로 인한 슬라브 관리번호에 대한 마킹상태의 이상여부를 판단하는 방법을 제공하는데 있다.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 디지털 영상처리 기법을 이용한 슬라브 관리번호 마킹장치의 이상상태 판별방법은, 마킹장치에 의해 슬라브 관리번호를 슬라브에 마킹하여 문자열을 형성하고, 상기 문자열 및 상기 문자열 이외의 배경영역을 포함하는 공통영역으로부터 글자영역부분만을 추출한 후, 상기 글자영역부분의 문자열의 높이, 폭 및 폭/높이 비율 값과 상기 값의 각각에 상응한 문자열의 높이, 폭 및 폭/높이 비율 값을 갖는 기준값을 비교하여 상기 마킹장치의 노즐이상으로 인한 이상상태 및 페인트 잔량부족으로 인한 이상상태 여부를 판별하는 방법을 제공한다.

본 발명은 슬라브 관리번호 마킹장치의 노즐 이상상태 및 페인트 잔량상태를 파악하여 이를 관리자에게 알려줌으로써 마킹장치를 효율적으로 관리할 수 있는 장점이 있다.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시 예를 도면을 참조하여 상세히 설명하도 록 한다.

도 1은 본 발명에 의한 마킹 장치에 의해 마킹된 슬라브 관리번호를 카메라로 촬영하는 것을 도시한 것이다.

도 1을 참조하면, 본 발명은 마킹장치(110), 마킹장치노즐(115), 슬라브(120), 슬라브관리번호(125), 카메라(130)로 구성된다. 상기 마킹장치(110)의 내부에는 페인트가 내장되어 있으며, 상기 마킹장치노즐(115)의 유출구를 통해 페인트를 상기 철강공장에서 갓 만들어진 뜨거운 슬라브(120)의 어느 한 측 전면에 분출하여 상기 슬라브관리번호(125)를 마킹 한다. 상기 카메라(130)는 상기 마킹장치(110)가 슬라브(120)에 슬라브관리번호(125)를 마킹한 후 옆으로 이동하면, 상기 슬라브관리번호(125)가 마킹된 슬라브(120)를 찍어 슬라브 전체 이미지를 얻는다.

도 2는 본 발명에 의한 슬라브전체이미지에서 글자영역부분 만을 추출하는 것을 도시한 것이다.

도 2 및 도1을 참조하면, 슬라브전체이미지(210)는 상기 슬라브(120) 뿐 만 아니라, 그 외의 배경 등도 포함하며, 슬라브 글자는 마킹될 슬라브마다 위치가 조금씩 변동된다. 하지만 통계적으로 볼 때 공통영역(220)을 벗어나지 않기 때문에 글자부분을 추출하기 위해 상기 슬라브전체이미지(210) 대신 상기 공통영역(220)에서부터 영상처리를 시작한다.

이하 상기 공통영역(220)에서부터 영상처리를 구체적으로 어떻게 수행하는 지 상세히 설명한다.

본 발명은 이진화 영상처리를 구현하기 위해 이진화 방법으로 명도영상을 이 진화 할 때 많이 쓰이는 Otsu's Method 을 이용한다.

먼저 수평투영프로파일(HPP)을 사용하여 글자영역의 위, 아래 방향(y-좌표) 경계영역을 구하는 방법을 설명한다.

상기 공통영역(220)에서 글자부분을 추출하기 위해 영상을 이진화 한 후 수평투영프로파일(HPP)을 사용하여 수평방향의 글자영역을 추출한다. 즉 영상데이터를 2차원 매트릭스 형태로 보고 Row Sum을 하면 된다.

예를 들어,

A =

일 경우, y-index가 1,2,3,4로 주어질 경우 y(1)= 0 +1 +2 +3 =6 (1행의 각각의 값을 더하는 row sum을 수행)의 값을 가지며, 마찬가지 방식으로 각각은 y(2)= 15, y(3)= 18, y(4)= 6 의 값을 갖는다. 여기서 상기 값들은 글자부분을 표현하는 백색(이진화 값 1) 픽셀의 개수를 의미한다.

일반적으로 상기 HPP는 아래의 [수학식1]처럼 표시된다.

여기서, 상기 도 2에서 표시된 바와 같이 width는 수평방향(x축)의 너비를 나타내며, height는 수직방향(y축)의 높이를 나타낸다.

도 3은 위, 아래 방향 (y-좌표) 글자영역부분을 추출해 영상처리를 하는 과정을 그래프로 도시한 것이다.

도 3을 참조하면, 문자의 여백은 검정색(0), 문자는 흰색(1)로 표현되는 이진영상으로 변환하기 위해 카메라로 촬영된 것을 X축, Y축을 픽셀(pixel, 단위 dpi)로 표시한 그래프를 나타낸 것이다. 하면의 그래프에서 X축은 실제영상의 Y축 인덱스를 나타내며, Y축은 상기 예에서 설명한 방식대로 row sum을 수행한 결과 값을 나타낸다. 하면 그래프에서 첫 번째로 표시된 영역은 문자열의 대략적인 최고점 높이(y-top), 두 번째로 표시된 영역은 문자열의 대략적인 최저점 높이(y-bottom)를 각각 나타내므로 문자열의 수직방향의 대략적인 글자경계영역을 얻을 수 있다.

도 4는 영상처리하여 얻은 그래프를 이용해 HPP(y)의 레벨링(leveling) 작업을 나타낸 것이다.

도 4를 참조하면, 예를 들어 실험적으로 구한 일정한 문턱값(threshold value)이 10인 경우, 상기 문턱값보다 큰 수치를 갖는 경우 이진화 1, 상기 문턱값보다 같거나 작은 수를 갖는 경우 이진화 0으로 이진화 작업을 수행한 결과를 그래프로 도시한 것이다. 여기서 타원의 장축에 대해 최좌측부근(대략 X축의 35 지점)과 최우측부근(대략 X축의 110 지점)의 좌표값을 통해 문자열의 수직방향의 최고점 높이(y-top)의 글자경계영역과 최저점 높이(y-bottom)의 글자경계영역을 정확히 결정할 수 있다.

상기 수평투영프로파일(HPP)을 이용하여 위, 아래 방향의 글자경계영역을 찾는 방법과 마찬가지로, 수직투영프로파일(VPP)을 사용해 좌우방향(x-좌표)의 글자경계영역을 찾는 방법을 이하 설명한다. 이 때 앞에서 찾은 위, 아래 방향의 글자경계영역으로 잘린 이미지를 이용한다.

예를 들어,

A =

일 경우, x-index가 1,2,3,4로 주어질 경우 x(1)= 0 +4 +1 +2 =7 (1열의 각각의 값을 더하는 column sum을 수행)의 값을 가지며, 마찬가지 방식으로 각각은 x(2)= 16, x(3)= 20, x(4)= 4 의 값을 갖는다. 여기서 상기 값들은 글자부분을 표현하는 백색(이진화 값 1) 픽셀의 개수를 의미한다.

일반적으로 상기 VPP는 아래의 [수학식2]처럼 표시된다.

여기서, 상기 도 2에서 표시된 바와 같이 width는 수평방향(x축)의 너비를 나타내며, height는 수직방향(y축)의 높이를 나타낸다.

도 5는 수평방향의 글자영역부분을 추출해 영상처리를 하는 과정을 그래프로 도시한 것이다.

도 5를 참조하면, 그래프에서 X축은 상기 예에서 설명한 방식대로 column sum을 수행한 결과 값을 나타낸다.

도 6은 영상처리 하여 얻은 그래프를 이용해 VPP(x)의 레벨링(leveling) 작업을 나타낸 것이다.

도 6을 참조하면, 예를 들어 실험적으로 구한 일정한 문턱값(threshold value)이 5인 경우, 상기 문턱값보다 큰 수치를 갖는 경우 이진화 1, 상기 문턱값보다 같거나 작은 수를 갖는 경우 이진화 0으로 이진화 작업을 수행한 결과를 그래프로 도시한 것이다. 여기서 타원의 장축에 대해 최좌측부근(대략 X축의 210 지점)과 최우측부근(대략 X축의 710 지점)의 좌표값을 통해 문자열의 수평방향의 시작점(x-start)의 글자경계영역과 끝점(x-end)의 글자경계영역을 정확히 결정할 수 있다.

도 7은 이진화 된 슬라브 관리번호의 정상상태 및 이상상태를 도시한 것이다.

도 7을 참조하면, 701은 정상 마킹 된 상태를 나타내며, 702는 노즐마모나 노즐수명이 다한 노즐이상으로 페인트가 불규칙적으로 흘러나와 마킹된 문자가 흘려 써진 상태를 나타낸 것이다. 703은 실제로 페인트 잔량이 부족한 경우 문자 대부분이 소실된 상태를 나타낸 것으로써, 이는 마킹 직후의 상태를 도시한 것으로 열에 의해 소실되었다고 보기 어렵다. 상기 페인트는 일반적으로 수성 페인트를 쓰는데, 작업량에 따라 페인트 소모량의 차이가 있어서 잔량부족 상태를 자동적으로 정확히 예측하기는 어렵고, 관리자가 수동적으로 경험에 의존하여 페인트 잔량을 체크하는 수 밖에 없다.

한편, 슬라브 관리 번호는 전면의 크기가 다른 슬라브에 대해서도 마킹이 되어야 하기 때문에 폭이 좁은 슬라브에 대해서 정상적인 마킹이 가능하도록 마킹될 문자열의 높이, 폭 및 폭/높이 비율을 갖는 일정한 범위의 기준값이 되도록 미리 정해져 있다.

상기 정상 마킹 된 상태(701)의 관리번호는 상기 프로파일 분석을 통한 문자열 추출 시 상기 기준값과 비교해 볼 때, 거의 일정한 높이, 폭 및 폭/높이 비율의 값을 갖는 다는 것을 확인할 수 있다.

반면 이상 상태의 경우(701, 702)는 상기 프로파일 분석을 통한 문자열 추출 시 상기 기준값과 비교해 볼 때, 정상적인 높이, 폭 및 폭/높이 비율의 값을 갖지 못한다는 것을 확인할 수 있다.

이상 상기 설명한 내용을 근거로 해서 다음과 같은 요약 결론을 내릴 수 있다.

첫째, 상기 추출된 슬라브 관리번호의 문자열의 높이, 폭 및 폭/높이 비율 값이 상기 기준값에서 정한 범위에 속하지 않거나, 이진영상에 의해 상기 문자열을 나타내는 흰 픽셀(이진값 1)의 값이 상기 공통영역의 전체면적에 대하여 미리 정한 일정한 범위의 기준면적값에 미치지 않을 경우 페인트 잔량부족으로 인한 이상상태라고 판별할 수 있다.

둘째, 상기 페인트 부족 상태가 이상이 없다고 판단한 경우 문자열 영역의 HPP 및 VPP를 계산하고, 상기 각각의 문자열을 구성하는 개별문자 분리과정을 진행하면서, 상기 문자열의 높이, 폭 및 폭/높이 비율의 값과 이에 상응한 각각의 기준값의 미리 정한 일정한 범위의 값을 갖는지 여부를 판별함으로써, 정상적인 마킹이 되었는지 여부를 결정할 수 있다.

셋째, 상기 문자열의 마킹 상태의 결과가 상기 기준값의 범위를 이탈하여 이상상태로 판별한 경우, 이를 감지하여 해당 관리자에게 알람 등의 경보장치를 통해 통보하는 기능을 갖도록 함으로써, 노즐교체 또는 페인트 보충 등의 보수 및 유지 작업을 신속히 수행할 수 있다.

이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

도 1은 본 발명에 의한 마킹 장치에 의해 마킹된 슬라브 관리번호를 카메라로 촬영하는 것을 도시한 것이다.

도 2는 본 발명에 의한 슬라브전체이미지에서 글자영역부분만을 추출하는 것을 도시한 것이다.

도 3은 위, 아래 방향 (y-좌표) 글자영역부분을 추출해 영상처리를 하는 과정을 그래프로 도시한 것이다.

도 4는 영상처리하여 얻은 그래프를 이용해 HPP(y)의 레벨링(leveling) 작업을 나타낸 것이다.

도 5는 수평방향의 글자영역부분을 추출해 영상처리를 하는 과정을 그래프로 도시한 것이다.

도 6은 영상처리 하여 얻은 그래프를 이용해 VPP(x)의 레벨링(leveling) 작업을 나타낸 것이다.

도 7은 이진화 된 슬라브 관리번호의 정상상태 및 이상상태를 도시한 것이다.

Claims (8)

1. 디지털 영상처리 기법을 이용하여 마킹된 기호의 이상상태를 판별하는 방법에 있어서,

   (a) 마킹장치에 의해 슬라브 관리번호를 슬라브에 마킹하여 문자열을 형성하는 단계;

   (b) 상기 문자열 및 상기 문자열 이외의 배경영역을 포함하는 공통영역으로부터 글자영역부분 만을 추출하는 단계;

   (c) 상기 글자영역부분의 문자열의 높이, 폭 및 폭/높이 비율 값과 상기 값의 각각에 상응한 문자열의 높이, 폭 및 폭/높이 비율 값을 갖는 기준값을 비교하는 단계; 및

   (d) 상기 추출된 문자열의 높이, 폭 및 폭/높이 비율 값이 상기 기준값에서 정한 범위에 속하지 않는 경우 페인트 잔량부족으로 인한 이상상태라고 판단하는 단계와,

   상기 문자열의 이진영상으로부터 수평투영프로파일(HPP) 및 수직투영프로파일(VPP)을 구한 후 상기 문자열의 높이, 폭 및 폭/높이 비율 값이 이에 상응한 상기 기준값의 미리 정한 범위 값을 초과 하는 경우 문자열을 구성하는 각각의 문자가 서로 붙어 있다고 판단하여 상기 마킹장치의 노즐이상으로 인한 이상상태라고 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 영상처리 기법을 이용한 슬라브 관리번호 마킹장치의 이상상태 판별방법.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서, 상기 마킹장치의 노즐이상으로 인한 이상상태는

   상기 페인트 잔량부족으로 인한 이상상태가 아니라고 판별된 후에 판단하는 것을 특징으로 하는 디지털 영상처리 기법을 이용한 슬라브 관리번호 마킹장치의 이상상태 판별방법.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제 1항에 있어서, 상기 수평투영프로파일(HPP)은

   이진화 작업을 수행한 좌표값을 이용하여 상기 문자열의 수직방향의 최고점 높이(y-top)의 글자경계영역과 최저점 높이(y-bottom)의 글자경계영역을 구하는 것을 특징으로 하는 디지털 영상처리 기법을 이용한 슬라브 관리번호 마킹장치의 이상상태 판별방법.
7. 제 1항에 있어서, 상기 수직투영프로파일(VPP)는

   이진화 작업을 수행한 좌표값을 이용하여 상기 문자열의 수평방향의 시작점(x-start)의 글자경계영역과 끝점(x-end)의 글자경계영역을 구하는 것을 특징으로 하는 디지털 영상처리 기법을 이용한 슬라브 관리번호 마킹장치의 이상상태 판별방법.
8. 제 1항에 있어서,

   상기 페인트 잔량부족으로 인한 이상상태 및 상기 노즐이상으로 인한 이상상태라고 판단한 경우 상기 이상상태를 관리자에게 통보하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 영상처리 기법을 이용한 슬라브 관리번호 마킹장치의 이상상태 판별방법.

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