본 연구에서는 입자의 침강시험을 위해 과 같은 높이 폭 깊이 인 직사각형 형태의 아크릴 재질 수조를 이용하였다 침 강은 정수 상태에서 이루어졌으며 입자 별로 독립적으로 실험을 수행하였다 침강시험용 수조의 전면에 디지털 카메라를 설치하였으며 촬영면과 카메라의 방향이 수직을 이루도록 하였다 수조가 세로로 긴 형태이기 때문에 디지털 카메라를 회전하여 수조 전체가 디지털 이미지에 나타날 수 있도록 하였 다 디지털 이미지에서 입자와 배경을 확연하게 구분 가능하도록 배경이 되 는 수조의 뒷부분은 검은색으로 하였으며 이미지의 왜곡에 의한 오차를 최소 화하기 위해 수조의 상부 하부 를 제외한 구간에서 침 강궤적을 산정하였다 또한 초기 침강 시 표면장력의 영향을 최소화 할 수 있도록 수면 바로 아래에서 핀셋을 이용하여 입자를 침강시켰다
본 연구에서 이용한 디지털 카메라인 의 는 최대 연속 촬 영 속도가 초당 매이기 때문에 연속 촬영으로 이미지를 획득 시 입자의 개 략적인 침강속도의 산정은 가능하나 세부적인 거동을 관측하기에는 어려움이 있다 이에 따라 입자 침강 시 해상도 의 동영상을 촬영하여 디 지털 이미지를 획득하였다 동영상은 연속적인 디지털 이미지의 집합이며 따 라서 동영상을 분할하면 디지털 이미지를 획득 할 수 있다 본 연구에서 촬 영한 동영상은 초당 프레임이며 이에 따라 해상도를 가지는 디지 털 이미지를 초당 장 획득하였다 입자의 침강 시 획득한 프레임 별 디지 털 이미지의 예시는 과 같다
획득한 이미지는 오픈소스 언어인 을 이용하여 와 같이 영상의 이진 화를 수행하였다 먼저 획득한 원본 이미지의 상 하 좌 우에 불필요한 부분 을 잘라내어 해석에 불필요한 부분을 제거하였으며 이후 화 및 이 진화를 수행하였다 또한 필터를 이용하여 동영상 촬영 시 외부의 조명 등에 의해 이미지에 나타나는 노이즈를 제거하여 침강 입자만을 포함한 이진 영상 을 획득하였으며 이후 각 이미지에서 침강 입자의 면적중심을 픽셀좌표로 획 득하였다 이와 같은 과정을 전체 이미지 프레임에 대해 수행하면 과 같이 각 프레임 별로 침강 입자의 위치를 산정 할 수 있다
각 프레임별로 획득한 침강 입자의 위치를 이용하면 과 같이 입자의 침강궤적 및 침강속도를 산정 할 수 있다 입자의 침강 궤적은 각 프레임별 로 획득한 침강 입자 위치의 집합으로 나타나며 침강 궤적에서 입자의 침강 시 좌 우 방향 유동량을 정량적으로 산정 가능하다 입자의 침강속도는 입자 의 변위와 시간을 통해서 산정 가능한데 이때 변위는 이미지 프레임 간 입 자의 위치좌표의 차이로 나타나며 시간은 이미지 프레임 간의 간격인 초 이다