KR101393079B1 - 수표면인식용 표시부를 활용한 영상기반 수위측정시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강이나 호수, 하천 등의 장소에 설치되어 영상촬영을 통해 원격지에서 수위의 확인이 가능하되 수위표시부의 오염 및 수표면 반사, 우천이나 야간시간 등의 열악한 환경에서도 정확한 수위산출이 가능한 수표면인식용 표시부를 활용한 영상기반 수위측정시스템에 관한 것이다.

Description

수표면인식용 표시부를 활용한 영상기반 수위측정시스템 {WATER LEVEL OF VIDEO-BASED MEASUREMENT SYSTEM THAT UTILIZING THE MARK FOR SURFACE RECOGNITION}

본 발명은 수위측정 시스템에 관한 것으로, 자세하게는 강이나 호수, 하천 등의 장소에 설치되어 영상촬영을 통해 원격지에서 수위의 확인이 가능하되 수위표시부의 오염 및 수표면 반사, 우천이나 야간시간 등의 열악한 환경에서도 정확한 수위산출이 가능한 수표면인식용 표시부를 활용한 영상기반 수위측정시스템에 관한 것이다.

일반적으로 강이나 호수, 하천 등의 장소에 설치된 교량의 교각이나 별도로 설치된 기둥에는 수위를 측정하기 위한 표시가 형성되어 호우 발생시 홍수의 발생을 예측하거나, 수위가 일정 수준 이상일 경우 안전을 위해 교통통제를 위한 지표 등 다양한 방식으로 활용되고 있으며, 정확한 수위를 측정하는 작업은 인명과 재산의 안전과 관련되어 치수에 매우 중요한 요소로 인식되고 있다.

따라서 정확한 수위를 측정할 수 있는 수위측정시스템이 지속적으로 요구되었으며, 해당 관련기관에서 많은 장소의 수위관리를 원활히 하기 위해 수위표시기를 통해 파악되는 수위를 카메라로 촬영하여 수위를 판독하고 분석할 수 있는 영상처리방법이 도입되기에 이르렀다.

대한민국등록실용신안 제0402108호(2005.11.18.등록)에서는 사람이 직접 눈으로 수위를 판단하기 용이하고, 더불어 영상처리시 디지털 영상처리가 가능하여 판독이 정확하게 이루어지도록 하는 수위 표시기를 제안하고 있다.

하지만, 이와 같은 종래의 수위 표시기는 이끼나 물때, 동물의 배설물이나 먼지 등의 이물질로 인해 오염이 발생할 경우 수위를 인식하는데 오류가 발생할 가능성이 있는 치명적인 문제점이 있었다.

또한, 야간이나 우천 시 또는 수위 급변이나 바람으로 인한 수표면의 요동으로 인해 영상을 통한 수위산출이 매우 어려웠고, 반대로 잔잔한 수면에 수위표시기가 반사되어 비치는 경우 육안확인뿐만 아니라 카메라를 통한 시인성이 떨어져 수위 측정 결과에 오차가 발생하는 경우도 있었다.

특히, 계절에 따라 수위변동량이 크며, 하절기 집중호우로 인해 홍수가 빈번하게 발생하는 지역에서는 수시로 변하는 수위를 즉각적으로 관측해야만 하므로 오류발생 가능성이 있는 종래 수위 측정 시스템은 정상적인 활용이 어려운 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 수위표시부의 오염 및 수표면 반사, 우천이나 야간시간 등의 환경에서도 시인성을 확보하여 오류 없이 정확한 수위산출이 이루어질 수 있는 수표면인식용 표시부를 활용한 영상기반 수위측정시스템을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 위해 본 발명은 영상기반 수위측정시스템에 있어서, 수면의 높이를 측정할 수 있도록 비대칭형상의 패턴이 세로로 적층 형성된 수위표시부; 상기 수위표시부 및 수면을 촬영하여 영상을 취득하는 카메라부; 상기 카메라부를 제어하고, 상기 카메라부에서 취득된 촬영 영상을 분석하여 수면인식 후 수면 상측의 패턴의 개수 및 치수를 통해 현재 수위값을 산출하는 제어부; 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 수위표시부는 세로방향으로 연속적으로 배열되는 주타일부와, 상기 주타일부의 일 측면에 결합되며 상측에서 하측으로 갈수록 폭이 넓어져 경사면을 형성하되 상기 경사면에 반사부가 형성되는 확장타일부로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제어부는 상기 각 패턴의 규격정보가 저장된 패턴정보저장부와, 인식된 수면 상측의 패턴의 개수와 수면에 접한 패턴의 형태 및 상기 패턴정보저장부로부터의 규격정보를 통해 수위값을 산출하는 연산부를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제어부는 상기 각 패턴의 규격정보가 저장된 패턴정보저장부와, 상기 카메라부에서 취득된 촬영 영상을 설정된 시간 단위로 분할하여 저장하는 메모리부와, 상기 메모리부에 저장된 복수의 분할 영상을 비교하여 설정된 시간 이내로 나타나는 부분을 노이즈로 지정하여 제거하는 필터링부와, 상기 필터링부를 통해 노이즈가 제거된 각 분할 영상을 통해 인식되는 수면높이의 평균값을 산출하는 평균치추출부와, 상기 평균값에 해당하는 수면 상측의 패턴의 개수와 수면에 접한 패턴의 형태 및 상기 패턴정보저장부로부터의 규격정보를 통해 수위값을 산출하는 연산부를 포함할 수 있다.

본 발명은 안전과 직결되어 수위에 대한 상시감시를 필요로 하는 강이나 하천 등에 적용하여 원격지에서도 수위측정이 가능하도록 하되, 특히 잔잔한 수면의 영향으로 인한 수면반사로 인한 수위 인식 오류를 방지할 수 있고, 바람이나 악천후와 같이 시인성이 떨어지는 환경에서도 정확한 수위측정이 가능하다.

또한, 촬영 영상을 기반으로 하고 있어 단순한 수위측정뿐만 아니라 하천상태에 대한 모니터링이 동시에 이루어질 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 교각 설치모습을 도시한 개념도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 구성 및 연결관계를 나타낸 블록도,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수위표시부의 구조를 나타낸 사시도,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 구성 및 연결관계를 나타낸 블록도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명 수표면인식용 표시부를 활용한 영상기반 수위측정시스템의 구성에 대해 자세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 교각 설치모습을 도시한 개념도, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 구성 및 연결관계를 나타낸 블록도로서, 본 발명은 수위표시부(110)와, 카메라부(120)와, 제어부(140)로 주요구성이 이루어진다.

상기 수위표시부(110)는 수면의 높이를 측정할 수 있도록 하천이나 강에 설치된 교량의 교각 또는 수위측정을 위해 별도로 설치된 기둥 등에 형성되며, 특히 본 발명에는 비대칭형상의 패턴(111)이 세로로 적층된 형상을 갖는다.

이는 기존의 영상기반 수위측정시스템에서 발생하는 수면표시부의 오염 및 수면반사현상으로 인한 오류를 방지하기 위한 기술로서, 상기 패턴(111)은 중심점을 기준으로 상부와 하부가 비대구조를 갖는 다양한 형상으로 이루어질 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 상기 패턴(111)이 사각형과 삼각형이 결합한 형상의 사다리꼴 형상을 갖는 모습을 나타내고 있다. 이때 필요시 현장에서 육안으로도 수위를 확인할 수 있도록 상기 패턴(111)에는 기존의 수위표시부와 유사한 눈금자가 형성되는 것이 바람직하다.

기존에는 수위표시부가 단지 숫자와 눈금으로만 이루어져 즉각적으로 수위산출이 이루어질 수 있었으나, 오손 발생시 식별이 어려워질 뿐 아니라 잔잔한 수면에서 반사가 발생할 경우 자세히 관찰하지 않을 경우 육안으로도 실제 수면확인이 어려웠으며, 이를 촬영 영상을 통할 경우 수표면의 식별은 더욱 어려웠다.

이를 위해 본 발명에서 상기 수위표시부(110)가 동일한 규격을 갖는 패턴(111)이 상하로 적층된 형상으로 이루어지므로 수면에서 반사현상이 발생하더라도 상하 비대칭 구조의 패턴(111)이 수면을 경계로 상하 대칭으로 식별되므로, 이를 기준으로 정확하게 수표면을 인지할 수 있게 된다.

상기 카메라부(120)는 상기 수위표시부(110) 및 수면을 상시 촬영하여 영상을 취득하기 위한 구성으로서, 눈과 비와 같은 기후의 영향을 비교적 덜 받는 교량 하측 부분에 설치된다. 이때, 우리나라에서와 같이 계절에 따라 수위의 변화폭이 큰 경우 정확한 수위산출을 위해 수위변화에 따라 상기 카메라부(120)의 촬영각도를 상하로 조절할 수 있도록 구성하여, 계절별 수위 변화에도 원활하게 수면을 찾을 수 있도록 한다.

또한, 날씨가 흐린 날이나 야간 시간대의 수위측정을 위해서 상기 카메라부(120)를 적외선 감지기능이 있는 카메라로 구성하거나, 상기 수위표시부(110)에 빛을 투사할 수 있도록 별도의 조명부(130)를 구비하는 것이 바람직하다. 만약 상기 카메라부(120)가 적외선 감지기능이 있는 카메라로 이루어질 경우 상기 조명부(130)는 적외선을 방출할 수 있는 조명으로 이루어지게 될 것이다.

상기 제어부(140)는 전원을 공급받아 상기 카메라부(120) 및 조명부(130)가 갖추어 지는 경우 조명부(130)를 함께 제어하는 기능을 수행하되, 특히 상기 카메라부(120)에서 촬영된 영상을 분석하여 수면의 위치를 인식하고, 인식된 수면의 위치 상측으로 나타나는 상기 수위표시부(110)의 패턴(111)의 개수 및 치수를 통해 현재 수위값을 산출하게 된다. 산출된 수위값은 유선 또는 무선통신망을 통해 원격지에 있는 관리서버(150)로 전송하여 관리된다.

먼저 수면의 인식은 수표면이 매우 잔잔하여 거울과 같이 반사가 이루어지는 경우에는 앞서 설명한 바와 같이 수면을 기준으로 상측과 수면에 반사되어 나타나는 패턴의 형상이 상하대칭이 되므로 이 부분을 수면을 인식하게 되며, 수표면에 요동이 있는 경우 수면에 반사되는 패턴이 흐트러지게 나타나게 되므로 흐트러짐이 발생하는 경계면을 통해 수면을 인식할 수 있다.

또한, 예를 들어 각 패턴(111)의 높이가 50㎝로 이루어질 경우, 상기 수위표시부(110)가 10개의 패턴을 적층하여 형성된다고 가정하면, 수위표시부(110)의 총 높이는 5m 가 될 것이다. 상기 제어부(140)에서는 이와 같은 정보가 미리 저장된 상태에서 영상을 통해 수표면을 인식 후 수표면 상측으로 나타나는 패턴의 개수를 카운터하게 되고, 수면에 접한 패턴의 경우 수면 상측으로 나타나는 밑변의 길이 또는 면적을 통해 그 높이를 계산하게 된다.

이를 위해 구체적으로 상기 제어부(140)는 패턴정보저장부(141)와, 연산부(142)로 이루어지게 된다.

상기 패턴정보저장부(141)에는 상기 각 패턴(111)의 형태와 크기에 대한 규격정보가 미리 저장된다. 예를 들어 첨부된 도 1에 나타난 것과 같이 정사각형과 직각삼각형이 결합된 형상으로 패턴이 형성되는 경우 패턴의 하측 너비, 상측 너비, 높이에 대한 정보와, 수위표시부(110)를 구성하는 총 패턴(111)의 개수 및 각 패턴의 위치에 따른 수위값 등이 실측에 의해 저장된다.

상기 연산부(142)는 인식된 수면 상측의 패턴의 개수와 수면에 접한 패턴의 면적을 구하고, 상기 패턴정보저장부(141)로부터의 규격정보를 통해 수면 위로 노출된 패턴의 총 높이 및 수면에 접한 패턴의 노출된 밑변의 길이 또는 면적을 통해 계산된 높이를 바탕으로 수위값을 산출한다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수위표시부의 구조를 나타낸 사시도, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 구성 및 연결관계를 나타낸 블록도이다.

도 1 내지 2를 통해 설명된 본 발명의 바람직한 실시예에서 수위표시부(110)는 마커를 통해 교각이나 기둥에 표시되는 것을 나타내고 있으나, 본 발명의 다른 실시예로서 시간경과에 따라 마커에 이끼류 등의 오염물이 부착되거나 지워지는 등의 문제를 해결하기 위해 오손에 강한 재질의 타일로 이루어지는 수위표시부(110)를 제시하고 있다.

이하, 도 1 내지 2를 통해 설명된 본 발명의 바람직한 실시예에서 설명된 것과 동일한 구성에 대해서는 설명을 생략하기로 한다.

첨부된 도면 3에서와 같이 상기 수위표시부(110)는 세로방향으로 연속적으로 배열되는 주타일부(112)와, 상기 주타일부(112)의 일 측면에 결합되며 일측면이 상측에서 하측으로 갈수록 폭이 넓어져 경사면을 형성하되 상기 경사면에 반사부(114)가 형성되는 확장타일부(113)로 이루어지게 된다.

상기 주타일부(112) 및 확장타일부(113)의 표면은 오염물의 부착이 적을 뿐만 아니라 필요시 용이하게 부착된 오염물질을 제거할 수 있는 매끄러운 재질로 이루어지게 된다. 이를 통해 기존과 같이 페인트 마커를 통해 수위표시부를 형성시 수위표시부가 오손됨에 따라 복구하기가 매우 어려웠던 점을 해결하고, 수위표시부의 내구성 및 사용기한을 대폭적으로 개선할 수 있다. 또한, 기존에서와 같이 숫자나 눈금을 통해 수위를 파악하는 것이 아닌 패턴(111)의 개수 및 치수를 통해 수위 산출이 이루어지므로 수위표시부에 일부 오손이 발생하더라도 심각한 파손이 발생하지 않는 한 수위 산출에 어려움을 겪지 않게 된다.

특히 상기 확장타일부(113)의 경우 하측으로 갈수록 폭이 넓어짐으로 인해 자연스럽게 일측면에 하향 경사면이 발생하게 되므로 조류가 둥지를 형성하는 것을 방지하고 비교적 오염물질이 누적되는 것을 줄일 수 있게 된다.

상기 경사면에는 흐린 날이나 야간시간대의 식별력을 향상시키기 위하여 상기 주타일부(112) 및 확장타일부(113)의 색상과는 구별되는 색상을 갖는 반사부(114)가 형성되며, 상기 반사부(114)는 반사율이 높은 도료 또는 반사성능을 갖는 입자를 포함한 도료를 사용하여 이루어짐으로, 빛이 입사됨에 따라 톱니형상의 패턴 배열을 통해 야간이나 악천후에도 원활한 수위 산출이 가능하도록 하게 된다.

본 발명과 같이 현장에 설치되는 수위측정시스템의 경우 외부 환경에 노출설치되므로, 정확한 수위산출을 위해서는 바람, 눈, 비와 같은 기후 요소뿐만 아니라, 주변에 서식하는 곤충류, 수표면의 부유물 등의 각종 요인으로 영상분석이 발생하는 노이즈를 제거할 필요가 있다.

이와 같은 노이즈를 제거하기 위해 본 발명의 다른 실시예에서 상기 제어부(140)는 메모리부(143)와, 필터링부(144)와, 평균치추출부(145)와, 연산부(142)를 추가로 구비한다.

상기 메모리부(143)에는 상기 카메라부(120)에서 취득된 촬영 영상을 설정된 시간 단위로 분할하여 저장된다. 통상 노이즈 제거를 위한 감도 특성에 따라 영상을 분할하는 시간단위를 결정하게 되며, 200ms 간격의 시간으로 설정하는 것이 바람직하다.

상기 필터링부(144)는 상기 메모리부(143)에 저장된 복수의 분할 영상을 상호 비교하여 설정된 시간 이내로 나타나는 부분을 노이즈로 지정하여 영상으로부터 제거하거나 영상분석시 해당 부분은 제외한다.

또한, 상기 평균치추출부(145)는 수면에 지속적인 요동이 있을시 평균치를 통해 수면을 인식하기 위한 구성으로서, 상기 필터링부(144)를 통해 노이즈가 제거된 각 분할 영상을 통해 인식되는 각 수면높이의 평균값을 산출한다.

상기 필터링부(144) 및 평균치추출부(145)의 구성에 따라 비록 즉시 수위가 감지되지 않고 일정시간(Learning scene)을 거쳐야 정상적인 수위산출이 이루어지게 된다는 특성이 있으나, 오류 없이 정확한 수위산출이 이루어지는 장점을 갖게 된다.

상기 연산부(142)는 상기 평균값에 해당하는 수면 상측의 패턴의 개수와 수면에 접한 패턴의 형태 및 상기 패턴정보저장부(141)로부터의 규격정보를 통해 수위값을 산출한다. 즉 인식된 수면 상측의 패턴의 개수와 수면에 접한 패턴의 면적을 구하고, 상기 패턴정보저장부(141)로부터의 규격정보를 통해 수면 위로 노출된 패턴의 총 높이 및 수면에 접한 패턴의 노출된 밑변의 길이 또는 면적을 통해 계산된 높이를 바탕으로 수위값을 산출한다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

110: 수위표시부 111: 패턴
112: 주타일부 113: 확장타일부
114: 반사부 120: 카메라부
130: 조명부 140: 제어부
141: 패턴정보저장부 142: 연산부
143: 메모리부 144: 필터링부
145: 평균치추출부 150: 서버

Claims (4)

1. 영상기반 수위측정시스템에 있어서,
   수면의 높이를 측정할 수 있도록 비대칭형상의 패턴(111)이 세로로 적층 형성된 수위표시부(110);
   상기 수위표시부(110) 및 수면을 촬영하여 영상을 취득하는 카메라부(120);
   상기 카메라부(120)를 제어하고, 상기 카메라부(120)에서 취득된 촬영 영상을 분석하여 수면인식 후 수면 상측의 패턴(111)의 개수 및 치수를 통해 현재 수위값을 산출하는 제어부(140); 로 이루어지되,
   상기 수위표시부(110)는 세로방향으로 연속적으로 배열되는 주타일부(112)와, 상기 주타일부(112)의 일 측면에 결합되며 상측에서 하측으로 갈수록 폭이 넓어져 경사면을 형성하되 상기 경사면에 반사부(114)가 형성되는 확장타일부(113)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수표면인식용 표시부를 활용한 영상기반 수위측정시스템.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 제어부(140)는 상기 각 패턴(111)의 규격정보가 저장된 패턴정보저장부(141)와,
   인식된 수면 상측의 패턴의 개수와 수면에 접한 패턴의 형태 및 상기 패턴정보저장부(141)로부터의 규격정보를 통해 수위값을 산출하는 연산부(142)를 포함하는 것을 특징으로 하는 수표면인식용 표시부를 활용한 영상기반 수위측정시스템.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 제어부(140)는 상기 각 패턴(111)의 규격정보가 저장된 패턴정보저장부(141)와,
   상기 카메라부(120)에서 취득된 촬영 영상을 설정된 시간 단위로 분할하여 저장하는 메모리부(143)와,
   상기 메모리부(143)에 저장된 복수의 분할 영상을 비교하여 설정된 시간 이내로 나타나는 부분을 노이즈로 지정하여 제거하는 필터링부(144)와,
   상기 필터링부(144)를 통해 노이즈가 제거된 각 분할 영상을 통해 인식되는 수면높이의 평균값을 산출하는 평균치추출부(145)와,
   상기 평균값에 해당하는 수면 상측의 패턴의 개수와 수면에 접한 패턴의 형태 및 상기 패턴정보저장부(141)로부터의 규격정보를 통해 수위값을 산출하는 연산부(142)를 포함하는 것을 특징으로 하는 수표면인식용 표시부를 활용한 영상기반 수위측정시스템.

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