모래 입도분석을 위한 스마트폰 디지털 이미지 처리 방법
Smartphone Digital Image Processing Method for Sand Particle Size Analysis
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초록
백사장 모래의 입도분포는 해빈의 침식과 퇴적을 파악하는 데 중요한 정보를 제공한다. 모래의 입도분포분석에 보편적으로 사용되는 체가름시험은 분석 시간이 길고 개별 입자의 형상과 색에 대한 정보를 얻을 수 없다는한계점이 있다. 본 연구에서는 체가름시험법 보다 측정 과정이 간편하고 효율적인 스마트폰 디지털 이미지를 이용한입도분포 분석 방법을 제안하였다. 이미지 분석 과정 중 이미지 기울기(Image Gradient) 계산을 통한 입자 경계 추출로 해상도가 상대적으로 낮은 스마트폰 디지털 이미지의 배경으로부터 입자를 효과적으로 검출하였다. 경상북도 4 곳의 해수욕장에서 채취한 시료를 이용해 본 연구에서 제안한 경계 추출 이미지 분석법과 경계를 추출하지 않는 분석법을 각각 체가름시험 결과와 비교 검증하였을 때, 본 연구에서 제안한 방식은 D50에서 평균 8.21%의 평균 오차율을 보여 경계를 추출하지 않는 분석법 보다 65% 낮은 오차를 보였다. 따라서 스마트폰 디지털 이미지를 이용한입도분포 분석은 간편하고 효율적이며 체가름시험에 준하는 정확성을 가짐을 확인하였다.
Abstract
The grain size distribution of sand provides crucial information for understanding coastal erosion and sediment deposition. The commonly used sieve analysis for grain size distribution analysis has limitations such as time-consuming processes and the inability to obtain information about individual particle shapes and colors. In this study, we propose a grain size distribution analysis method using smartphone digital images, which is simpler and more efficient than the sieve analysis method. During the image analysis process, we effectively detect particles from relatively low-resolution smartphone digital images by extracting particle boundaries through image gradient calculation. Using samples collected from four beaches in Gyeongsangbuk-do, we compare and validate the proposed boundary extraction image analysis method with the analysis method that does not extract boundaries, against sieve analysis results. The proposed method shows an average error rate of 8.21% at <i>D</i><sub>50</sub>, exhibiting a 65% lower error compared to the method without boundary extraction. Therefore, grain size distribution analysis using smartphone digital images is convenient, efficient, and demonstrated accuracy comparable to sieve analysis.
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