• 큰 동작 및 자세 변화 하에서도 견고한 진동 측정. • Crossline은 중심 검출에 대해 관점 불변(perspective-invariant) 특징을 제공한다. • 위상 0-교차(phase zero-crossing) 선들의 교차를 이용하여 Crossline 중심을 정확히 위치시킨다. • 향상된 픽셀 단위 카메라 영상 시뮬레이션은 부픽셀(sub-pixel) 동작 검증을 개선한다. • 검증된 이 기법은 0.003 픽셀 미만의 정확도로 영상면(image-plane) 추적 정확도를 달성한다. 큰 동작을 겪는 진동 표적을 모니터링하는 것은 산업 정보학, 항공우주 시험 등 분야에서 관심을 받아왔다. 그러나 큰 평행이동과 표적의 가능한 자세 변화는, 비전 추적 기반 기법을 이용한 안정적이고 정확한 진동 모니터링을 어렵게 만든다. 본 연구에서는 큰 동작 및 심각한 자세 변화 하에서도 정확하고 견고한 절대 영상면 변위 추적(평균 절대 오차 0.003 pxl 미만)이 가능한 위상 기반 Crossline 중심 검출 기법을 제안한다. Crossline 패턴의 두 직교 선은 원근 변환 이후에도 선 패턴으로 유지되어, 횡방향 위상 추출 및 중심 검출을 위한 안정적인 특징을 제공한다. 각 선의 위치는 두 방향에서 위상을 추출한 뒤 위상 0-교차를 탐색함으로써 결정되며, 기존의 위상 기반 광류(phase-based optical flow)에서 요구되는 일정 위상 가정과 위상 피라미드(phase pyramid)는 필요하지 않다. 중심은 두 선을 교차시켜 정확히 검출된다. 본 연구는 위상 기반 Crossline 중심 검출 과정의 유도를 제공하며, 위상 0-교차를 통해 마커 중심을 정밀하게 위치시킬 수 있음을 보여준다. 또한 제안된 기법의 정확성과 견고성을 서로 다른 필터 매개변수 및 Crossline의 자세와 크기에 대해 검증하기 위한 개선된 픽셀 단위 카메라 영상 시뮬레이션 방법도 제안한다. 제안된 기법의 정확성과 견고성을 평가하기 위해, 일정 진폭의 진동 출력이 제공되는 이동식 셰이커를 대상으로 실험실 실험을 수행한다. 또한, 가속도계와의 비교를 통해 하이브리드 머시닝 센터에서 이동하는 스핀들의 진동을 모니터링하는 현장 실험을 수행한다. 결과는 제안된 위상 기반 Crossline 중심 검출의 유효성과, 큰 동작 및 자세 변화가 있더라도 진동 모니터링 과제에 대한 잠재력을 확인해준다. 이 맥락에서 정확도는 영상면 변위를 의미하며, 이는 평면 조건에서의 물리적 동작에 해당한다. 반면, 상당한 자세 변화와 큰 동작 하에서는 주로 동작의 크기(스케일), 경향(trends), 그리고 주파수 성분을 나타낸다.

• 큰 동작 및 자세 변화 하에서도 견고한 진동 측정. • Crossline은 중심 검출에 대해 관점 불변(perspective-invariant) 특징을 제공한다. • 위상 0-교차(phase zero-crossing) 선들의 교차를 이용하여 Crossline 중심을 정확히 위치시킨다. • 향상된 픽셀 단위 카메라 영상 시뮬레이션은 부픽셀(sub-pixel) 동작 검증을 개선한다. • 검증된 이 기법은 0.003 픽셀 미만의 정확도로 영상면(image-plane) 추적 정확도를 달성한다. 큰 동작을 겪는 진동 표적을 모니터링하는 것은 산업 정보학, 항공우주 시험 등 분야에서 관심을 받아왔다. 그러나 큰 평행이동과 표적의 가능한 자세 변화는, 비전 추적 기반 기법을 이용한 안정적이고 정확한 진동 모니터링을 어렵게 만든다. 본 연구에서는 큰 동작 및 심각한 자세 변화 하에서도 정확하고 견고한 절대 영상면 변위 추적(평균 절대 오차 0.003 pxl 미만)이 가능한 위상 기반 Crossline 중심 검출 기법을 제안한다. Crossline 패턴의 두 직교 선은 원근 변환 이후에도 선 패턴으로 유지되어, 횡방향 위상 추출 및 중심 검출을 위한 안정적인 특징을 제공한다. 각 선의 위치는 두 방향에서 위상을 추출한 뒤 위상 0-교차를 탐색함으로써 결정되며, 기존의 위상 기반 광류(phase-based optical flow)에서 요구되는 일정 위상 가정과 위상 피라미드(phase pyramid)는 필요하지 않다. 중심은 두 선을 교차시켜 정확히 검출된다. 본 연구는 위상 기반 Crossline 중심 검출 과정의 유도를 제공하며, 위상 0-교차를 통해 마커 중심을 정밀하게 위치시킬 수 있음을 보여준다. 또한 제안된 기법의 정확성과 견고성을 서로 다른 필터 매개변수 및 Crossline의 자세와 크기에 대해 검증하기 위한 개선된 픽셀 단위 카메라 영상 시뮬레이션 방법도 제안한다. 제안된 기법의 정확성과 견고성을 평가하기 위해, 일정 진폭의 진동 출력이 제공되는 이동식 셰이커를 대상으로 실험실 실험을 수행한다. 또한, 가속도계와의 비교를 통해 하이브리드 머시닝 센터에서 이동하는 스핀들의 진동을 모니터링하는 현장 실험을 수행한다. 결과는 제안된 위상 기반 Crossline 중심 검출의 유효성과, 큰 동작 및 자세 변화가 있더라도 진동 모니터링 과제에 대한 잠재력을 확인해준다. 이 맥락에서 정확도는 영상면 변위를 의미하며, 이는 평면 조건에서의 물리적 동작에 해당한다. 반면, 상당한 자세 변화와 큰 동작 하에서는 주로 동작의 크기(스케일), 경향(trends), 그리고 주파수 성분을 나타낸다.

회전 기계의 상태 모니터링(CM)은 운용 효율을 유지하고 유지보수 비용을 절감하며 예기치 않은 고장을 예방하는 데 필수적이다. 전통적으로 CM은 주로 접촉 센서를 사용하는 진동 기반 분석에 의존해 왔다. 이러한 접근은 효과적이지만 물리적 설치가 필요하며 시스템 운용에 간섭할 수 있다. 최근 시각 기반 기법의 발전은 비접촉 측정, 전 구역(Full-field) 분석, 높은 공간 해상도 등 상당한 이점을 제공한다. 본 연구는 회전 블레이드의 상태를 모니터링하기 위한 새로운 스트로보스코픽 영상 기반 방법을 제시한다. 제안된 기법은 고가의 조명 시스템과 고속 카메라에 의존하는 기존의 스트로보스코픽 접근과 달리, 위상 동기 획득과 시각 기반 측정을 결합함으로써 저비용 영상 장치로 동작한다. 시스템은 회전 속도와 동기화된 위상 고정(phase-locked) 신호에 의해 트리거되는 비전 센서를 사용하여 스트로보스코픽 비디오 시퀀스를 생성한다. 이 시퀀스는 위상 기반 광학 흐름(phase-based optical flow) 알고리즘을 통해 설계된 마커로 표식된 회전 구조의 미세 변위를 추정하는 데 활용된다. 이후 얻어진 변위 장(場)을 처리하여 진단 특징을 추출하고, 이를 바탕으로 구조 상태를 정상 또는 손상으로 분류한다. 실험적 검증 결과, 볼트 풀림, 질량 불균형, 샤프트 정렬 불량을 포함한 핵심 고장 모드를 신뢰성 있게 탐지할 수 있음을 보여주었다. 본 결과는 기존 접촉 센서 기반 방법에 비해 명확한 장점을 제공하면서, 회전 기계의 견고하고 정확하며 효율적인 CM을 구현할 수 있는 시각 기반 접근의 잠재력을 부각한다. 제안된 기법은 비침습적 CM 솔루션 개발을 진전시키며, 다양한 회전 기계 시스템으로의 확장이 가능하다.

연속 로봇 운용에서 엔드이펙터 진동은 궤적 정확도, 공정 안정성, 공구 수명을 저하시킨다. 특히 축방향 및 반경방향 성분은 구동기 구동 노력과 궤적 충실도를 직접적으로 반영하므로 관심의 대상이다. 카메라를 이용해 이러한 성분을 모니터링하는 일은, 작은 진동이 자세가 변하는 큰 동작 위에 중첩되며 나타나고, 단일-카메라 설정에서 궤적-영상 모델을 종종 알 수 없기 때문에 어렵다. 본 논문은 직렬 매니퓰레이터가 길고 복잡한 궤적을 따라 이동할 때 연속 축방향 및 반경방향 진동을 모니터링할 수 있는 단안(모노큘러) 비전 프레임워크를 제시한다. 이를 통해 과업에 관련된 진동 지표를 산출하며, 이러한 지표는 과업과 사이클 간 비교 가능하다. 단안 로봇-카메라 캘리브레이션은 공칭 궤적을 단일 카메라 측정값과 정합시키는 방식으로 수행하여, 운용 중 외부 파라미터와 플랜지–마커 오프셋을 복원한다. 엔드이펙터에 견고하게 부착된 크로스라인 마커에 대한 견고한 2D 추적은 위상 기반 크로스라인 중심 검출을 통해 제공되며, 큰 회전과 원근 변화가 있어도 부픽셀(sub-pixel) 정확도를 달성한다. 그 후 캘리브레이션된 공칭 궤적을 호 길이(arc length)로 재샘플링하여 속도 효과를 제거하고, 심도 인지 mm-to-px 스케일링을 통해 각 궤적 위치에서 국소 영상 변위를 물리적 단위로 변환한다. 고역통과 필터링된 변위는 궤적의 축방향 및 반경방향 방향으로 투영한다. 시뮬레이션 결과, 픽셀 및 3D 교란이 가해진 조건에서도 단안 로봇-카메라 파라미터 복원이 안정적으로 수행됨이 나타났다. ABB IRB-6700에 대한 실험에서는 시작-정지 및 가속 단계 동안 축방향 진동이 관찰되었고, 정상 운동 중에는 미세한 자기 여기 성분(축방향)이 나타났으며, 외부 교란에서는 반경방향 피크가 관측되었다. 이러한 결과는 단일 정지 카메라를 사용한 비접촉 방식의 진동 모니터링 경로를 보여주며, 정적 검출 가능성이 0.01 mm 수준의 차수로 입증되었다.

회전 기계의 모니터링은 신뢰성을 확보하고 유지보수 비용을 절감하는 데 필수적이다. 카메라는 최근 높은 공간 해상도와 최소한의 간섭으로 인해 비접촉 센서로서 주목받고 있다. 그러나 고속 회전은 모션 블러, 얼라이싱 등의 문제와 더불어 값비싼 고속 카메라에 대한 의존을 야기한다. 본 연구는 실시간 비접촉 모니터링을 위한 카메라 단독의 스트로보스코픽 이미징 방법을 제안한다. 외부 동기화 없이 고정된 각도 간격에서 프레임을 포착하고, 최적화된 객체 추적과 위상 기반 광학 흐름(phase-based optical flow, POF)을 적용함으로써, 시스템은 전장(全場)에서의 전위(位移)를 서브픽셀 수준으로 추정한다. 위상 고정된 변위 데이터는 로터 결함을 식별하는 데 사용된다. 실험실 규모의 블레이드 시스템에서의 실험적 검증을 통해 변위 측정의 정확성과 결함 탐지의 유효성이 확인되었으며, 이는 항공우주, 풍력, 그리고 산업 분야에 적용 가능한 실용적 해결책을 제공한다.