KR20200075692A

KR20200075692A - 좌표계를 이용한 안개 탐지 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR20200075692A
Application number: KR1020180164621A
Authority: KR
Inventors: 허병도
Original assignee: 주식회사 월드텍
Priority date: 2018-12-18
Filing date: 2018-12-18
Publication date: 2020-06-26
Also published as: KR102257078B1; WO2020130545A1; NO20210870A1

Abstract

좌표계를 이용한 안개 탐지 장치 및 그 방법이 개시된다. 본 발명의 도로상에서 안개 유무를 측정할 영역을 관심영역(ROI)으로 둘 이상 설정하고 해당 관심영역의 영상을 이용하여 안개의 유무 및 시정거리를 탐지하는 좌표계를 이용한 안개 탐지 장치는, 해당 도로를 주행하면서 설정된 관심영역의 영상을 실시간으로 촬영하는 카메라부가 장착된 이동수단과 상기 이동수단의 카메라부에서 촬영된 영상에서 관심영역(ROI)의 이미지를 추출하여 해당 관심영역의 안개 유무와 시정거리를 측정하는 안개측정부, 및 상기 안개측정부에서 탐지된 안개의 유무와 시정거리를 수신하여 해당 도로의 전광판 또는 상황실에 표시하거나 기상정보로 전송하는 관제서버를 포함하여 구성함으로써 해당 지역의 안개의 유무와 시정거리를 안개분석정보로 하여 실시간으로 정확하게 제공할 수 있는 효과가 있다.

Description

좌표계를 이용한 안개 탐지 장치 및 그 방법{FOG DETECTION DEVICE USING COORDINATE SYSTEM AND METHOD THEREOF}

본 발명은 안개 탐지 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이동수단에 장착된 카메라로 촬영된 이미지에 기초하여 안개탐지기술을 적용하여 안개의 유무와 강도를 측정하여 표시하는 좌표계를 이용한 안개 탐지 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

기상 정보는 일상생활에 많은 영향을 미치는 날씨에 대한 정보이다.

최근 기상청은 기상예보를 민간 기상예보 사업자도 할 수 있도록 개방하였고, 기후변화의 영향으로 날씨의 변동이 심해지면서, 기상 정보에 대한 관심은 더욱 증대되고 있다.

정확한 기상 정보의 모니터링 및 예측을 위해서는, 기상 장비의 설치를 통해 기상 데이터를 획득하여야 한다.

기상상태(안개, 비, 눈)는 운전자의 시야를 방해하여 교통사고를 야기 시키는 주요 요인이 되고 있으며, 현재까지 안개에 대비한 안전시설은 안전표지판, 안개 차단망, LED시선 유도등, 안개등, 과속단속장비 등을 설치하여 운영하고 있다.

이러한 안전 시설물은 상습적으로 발생하는 안개지역에 국한되어 설치/운영되고 있어 시공간적으로 불특정하게 발생하는 안개에 효과적으로 대응하지 못하고 있는 실정이다

특히 안개로 인한 교통사고 위험성이 사회적 문제로 대두됨에 따라 도로 설계 시 안개 발생에 대비한 안전 위험 표시 시설물의 설치 사업이 적극적으로 이루어지고 있다. 이를 위한 하나의 방법으로, 안개 발생 및 시정 상태를 측정하고 이를 통해 운전자에게 경고하기 위해 안개 경보 시스템이 개발 및 설치되고 있으나 보조 시설물을 이용하여 시정거리를 측정하는 방법은 별도의 목표물을 설치가 필요함에 따라 별도의 비용이 발생되는 문제점이 있다. 또한, 종래의 시정거리 측정방법은 새벽과 같이 주야간 구분이 애매한 경우 시정 계산에 어려움이 따르게 되는 문제점이 있다. 이에 따라, 비교적 넓은 영역에 대한 시정 거리 측정이 가능하고, 저렴한 비용으로 시정 거리를 측정할 수 있는 방법이 요구된다.

KR 등록특허공보 제10-0946749호(2010.03.11)

이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 도로 상에 설정된 관심영역을 촬영한 영상에서 안개의 유무와 시정거리를 검출할 수 있는 좌표계를 이용한 안개 탐지 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 해당 도로를 상시 주행하는 이동수단에 카메라를 부착하여 운행하면서 설정된 관심영역의 영상을 촬영하여 실시간으로 안개의 유무와 시정거리를 검출할 수 있는 좌표계를 이용한 안개 탐지 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

그리고 본 발명은 하나의 관심영역을 거리별로 촬영한 각각의 영상에서 복수 개의 안개탐지방법을 사용하여 안개 탐지 기능을 향상시킨 좌표계를 이용한 안개 탐지 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 도로상에서 안개 유무를 측정할 영역을 관심영역(ROI)으로 둘 이상 설정하고 해당 관심영역의 영상을 이용하여 안개의 유무 및 시정거리를 탐지하는 좌표계를 이용한 안개 탐지 장치는, 해당 도로를 주행하면서 설정된 관심영역의 영상을 실시간으로 촬영하는 카메라부가 장착된 이동수단과 상기 이동수단의 카메라부에서 촬영된 영상에서 관심영역(ROI)의 이미지를 추출하여 해당 관심영역의 안개 유무와 시정거리를 측정하는 안개측정부, 및 상기 안개측정부에서 탐지된 안개의 유무와 시정거리를 수신하여 해당 도로의 전광판 또는 상황실에 표시하거나 기상정보로 전송하는 기상정보제공서버를 포함하여 구성함으로써 달성될 수 있다,

또한, 상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 이동수단에 장착된 카메라로부터 영상을 획득하고, 획득한 영상으로부터 안개의 유무와 강도를 탐지하는 좌표계를 이용한 안개 탐지 방법은, (a)도로 상에 하나 이상의 관심영역(ROI)과 상기 이동수단이 해당 관심영역을 향하여 진행하는 방향에서 영상을 취득할 영상취득GPS좌표를 둘 이상 설정하는 단계와, (b)상기 영상취득GPS좌표와 현재 이동수단이 수신한 GPS좌표가 일치하면, 상기 카메라를 이용하여 영상을 취득하도록 제어하는 단계, (c)상기 취득된 영상을 분석하여 상기 관심영역의 안개 유무와 시정거리를 탐지하고 탐지된 결과를 기상정보제공서버로 전송하는 단계 및 (d)기상정보제공서버는 상기 (c)단계에서 탐지된 안개 유무와 시정거리를 각 도로별 전광판 또는 상황실에 표시하거나 기상정보로 전송하는 단계를 포함하여 이루어지게 함으로써 달성될 수 있다.

상기 (C)단계에서의 안개유무와 시정거리의 판단은 둘 이상의 영상취득GPS좌표에서 수신한 영상 모두에서 안개가 있는 것으로 판단되었을 때 최종 해당 관심영역에 안개가 있는 것으로 판정을 하되, 상기 안개의 유무와 시정거리의 판단은 안개농도측정법에 의한 분석과 윤곽선추출법에 의한 결과, 그리고 명도분석법에서 분석한 결과가 모두 일치할 때를 안개가 있는 것으로 판단하고, 안개가 있다고 최종 판단된 경우에, 안개농도측정법에 의한 분석과 윤곽선추출법에 의한 분석 시 추출된 시정거리를 산출할 수 있다.

따라서 본 발명의 좌표계를 이용한 안개 탐지 장치 및 그 방법에 의하면, 해당 도로를 상시 주행하는 다수의 차량으로부터 해당 관심영역의 영상을 측정하여 안개의 유무와 시정거리를 분석하기 때문에 실시간으로 안개 정보를 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 좌표계를 이용한 안개 탐지 장치 및 그 방법에 의하면, 하나의 관심영역에 대한 거리별 영상을 분석하거나 및/또는 안개측정부에서 둘 이상의 방법으로 안개의 유무를 판단하기 때문에 인식율을 높여 신뢰성 있는 안개 정보를 제공할 수 있는 효과가 있다.

그리고 본 발명의 좌표계를 이용한 안개 탐지 장치 및 그 방법에 의하면, 안개의 유무에 대한 정보와 함께 시정거리에 대한 정보도 제공할 수 있기 때문에 보다 효율적으로 도로를 주행할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 좌표계를 이용한 안개 탐지의 개념을 설명하기 위한 도면,
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 안개 탐지 장치의 주요 구성도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 안개 탐지 방법을 설명하기 위한 흐름도,
도 4는 관심영역의 설정과 안개유무 식별 방법을 설명하기 위한 참고도면,
도 5는 거리별 측정 영상에서 안개의 유무를 판정하는 경우를 예시한 도면,
도 6은 안개농도측정 방법과 윤곽선 추출방법에 의한 안개의 유무를 판정하는 경우를 예시한 도면,
그리고
도 7은 명도에 의한 안개의 유무를 판정하는 경우를 예시한 도면이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈", "장치" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 및/또는 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

명세서 전체에서 "및/또는"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1 항목, 제2 항목 및/또는 제3 항목"의 의미는 제1, 제2 또는 제3 항목뿐만 아니라 제1, 제2 또는 제3 항목들 중 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.

명세서 전체에서 각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c, ...)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 한정하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.

먼저 본 발명에서 사용되는 용어는 다음과 같이 정의한다.

"이동수단"은 고속국도, 일반국도, 특별시도, 광역시도, 지방도, 시도, 군도, 구도 중 어느 하나 이상의 도로를 주행하면서 설정된 영역의 영상을 촬영할 수 있는 차량과 같이 도로상을 움직이는 영상촬영수단을 의미하는 것으로 한다.

이하, 도면을 참고하여 본 발명의 일실시예에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 좌표계를 이용한 안개 탐지 개념을 설명하기 위한 도면이고 도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 안개 탐지 장치의 주요 구성도이다.

본 발명의 좌표계를 이용한 안개 탐지 장치 및 방법은 안개의 유무를 확인하고자 하는 도로 상에 관심영역(ROI)을 설정하고, 해당 관심영역을 향하여 진행하는 이동수단에서 접근 거리별로 해당 관심영역을 촬영한 둘 이상의 영상을 분석하여 관심영역(ROI)의 안개 유무를 판단하도록 한다.

도 1을 참고하면, 도로(400) 상에 이동수단(100)이 주행하면서 전방에 설정된 관심영역(ROI;Region of interest)(200)을 접근 거리별로 설정된 영상취득구간(210)에서 영상을 촬영하여 분석하는 것이다.

관심영역(ROI;200)은 안개의 유무를 쉽게 판단할 수 있는 중요도가 높은 영역이며, 영상취득구간(210)을 통과하는 이동수단에 장착된 카메라가 촬영할 수 있는 영역속에 포함되게 설정한다.

예를 들면 블랙박스와 같이 고정된 카메라가 상시 촬영할 수 있는 영역 중에서 안개의 유무와 시정거리 판별이 용이한 영역을 설정하는 것이다.

도 4를 참고하면 터널의 상부 일측에 ROI를 설정해 둔 상태임을 알 수 있다.

영상취득구간(210)은 이동수단이 해당 지역을 통과할 때 관심영역(ROI;200)을 촬영할 위치로, GPS좌표로 설정하고, 이를 이동수단(100)이 감지하도록 하여 해당 GPS좌표를 통과할 때 영상을 촬영하도록 하기 위하여 관심영역(ROI) 전 거리별로 둘 이상 설치하는 것이 바람직하다.

도 1을 참고하면 영상취득구간(210)을 설정하고, 영상취득구간(210) 내에서 제1영상취득지점을 설정하고 해당 지점의 GPS좌표를 제1 영상취득GPS좌표로 x1포인트(211)를, 제2 영상취득GPS좌표로 x2포인트(212)를, 제3 영상취득GPS좌표로 x3포인트(213)를, 그리고 N번째 영상취득GPS좌표로 N포인트(N)를 표시하였다.

예를 들면 영상취득구간(210)을 관심영역(ROI) 전 100m정도로 설정하고, 영상취득GPS좌표는 관신영역(ROI)전 150m, 100m, 50m와 같이 설정할 수 있다.

또한, 관심영역(ROI;200)은 차량과 같이 카메라를 장착하여 주변 영상을 촬영할 수 있는 고속국도, 일반국도, 특별시도, 광역시도, 지방도, 시도, 군도, 구도 중 어느 하나 이상의 도로에 설정하되, 해당 도로도 구간별로 나누어 복수 개 설정하여 도로 전반에 걸쳐 안개를 탐지하고 정보를 제공하도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 안개다발지역, 안개잦은 지역들은 특별히 관리할 수 있도록 관심영역에 포함되어야 함은 물론이다.

이를 위하여 이동수단(100)은 촬영된 영상으로 자체 안개의 유무와 시정거리를 측정할 수도 있고, 이를 기상정보제공서버(300)로 전송하여 분석하게 할 수도 있다.

즉 본 발명의 좌표계를 이용한 안개 탐지 장치는 먼저 도로상에서 안개 유무를 측정할 영역을 관심영역(ROI)으로 둘 이상 설정하고 해당 관심영역의 영상을 이용하여 안개의 유무 및 시정거리를 탐지하도록 하기 위하여, 해당 도로를 주행하면서 설정된 관심영역의 영상을 실시간으로 촬영하는 카메라부(110)가 장착된 이동수단(100)과 이동수단(100)의 카메라부(120)에서 촬영된 영상에서 관심영역(ROI)(200)의 이미지를 추출하여 해당 관심영역의 안개 유무와 시정거리를 측정하는 안개측정부(150,360)와 안개측정부(150,360)에서 탐지된 안개의 유무와 시정거리를 수신하여 해당 도로의 전광판 또는 상황실에 표시하거나 기상정보로 전송하는 기상정보제공서버(300)를 포함하여 구성한다.

안개측정부(150,360)는 관심영역을 촬영한 영상을 수신하여 안개의 유무와 시정거리를 측정하는 구성으로, 이동수단(100)에서 직접 제1 안개측정부(150)를 구성하여 자체 분석하는 방법과 이동수단(100)에서 촬영한 영상을 전송하여 기상정보제공서버(300)에서 분석하는 제2 안개측정부(360)로 나누어서 설명하기로 한다.

먼저 이동수단(100)은 카메라부(120)를 장착하고, 도로를 주행하면서 관심영역(ROI;200)을 촬영하고, 제1 안개측정부(150)에서 안개의 유무와 시정거리를 탐지하여 통신부(110)를 통하여 분석 정보를 안개 정보로 하여 기상정보제공서버(300)로 전송하거나 제1 안개측정부(150)가 없는 경우에는 기상정보제공서버(300)로 영상을 전송하여 기상정보제공서버(300)에서 분석하도록 할 수 있다.

카메라부(120)는 고정되어 제어부(140)로부터 영상을 촬영하라는 신호를 수신하거나 또는 상시 영상을 촬영하고 있다가 제어부(140)가 영상취득GPS좌표라고 판단되면 해당 영상을 제1 안개측정부(150)로 전송하게 할 수 있다.

바람직하게는 카메라부(120)는 상시 영상을 촬영하여 영상저장부(170)에 촬영시간별로 저장하여 필요한 경우 블랙박스처럼 영상을 판독하게 하다가 제어부(140)가 영상취득GPS좌표(210)라고 판단된 경우의 영상을 별도로 영상저장부(170)에 촬영한 GPS좌표 및 이동수단의 고유 식별번호를 함께 저장하고, 해당 영상을 제1안개측정부(150)에서 분석하여 안개의 유무와 시정거리를 측정할 수 있도록 할 수 있다.

특히 카메라부(120)는 여러 대의 이동수단에 장착될 수 있으므로, 영상을 촬영하여 전송할 경우에는 카메라부(120)가 장착된 이동 수단의 소유주나 고유 식별 코드와 함께 전송하여 어느 이동수단에서 전송된 것인지 구별할 필요가 있다.

IP카메라인 경우에는 IP주소만 전송하면 되고 일반 카메라인 경우에는 소유자의 식별코드를 포함한 고유 식별코드를 전송할 수 있다.

본 발명에서는 특정 이동 수단이 카메라를 장착하고 도로를 주기적으로 운행하면서 영상을 촬영하게 할 수도 있으나, 해당 도로를 주기적으로 운행하는 고속버스나, 순찰차, 업무차량, 출근차량 등에 고유식별코드와 함께 카메라부를 장착시켜 실시간으로 영상을 수집할 수도 있기 때문에 영상 전송자에 대한 식별코드를 수신하여 소정의 댓가를 지급하여 실시간 영상을 획득하도록 하면 보다 정확한 정보를 제공할 수 있다.

카메라부(120)는 제어부(140)의 제어에 의하여 설정된 영상취득GPS좌표에 도달하면 전방의 영상을 촬영하도록 동작한다.

이를 위하여 이동수단(100)은 이동 수단의 현재 GPS위치를 수신하여 좌표를 추출하는 GPS수신부(130)와 카메라부(120)를 이용하여 주변의 영상을 촬영할 영상취득GPS좌표를 둘 이상 저장한 측정좌표부(160)를 포함하고, GPS수신부(130)를 통하여 수신한 GPS좌표와 측정좌표부(160)에 등록된 영상취득GPS좌표와 일치하면 카메라부(120)가 영상을 촬영하도록 제어하는 제어부(140)를 포함하여 구성한다.

또한, 영상저장부(170)는 상술한 바와 같이 블랙박스와 같이 촬영한 영상을 시간별로 구분하여 영상을 저장하고, 영상취득GPS좌표에서 취득한 영상도 고유식별코드와 함께 저장하도록 한다.

제1 안개측정부(150)는 카메라부(120)에서 촬영된 영상을 전송받거나 수신하여 안개의 유무와 시정거리를 탐지하게 된다.

이하에서는 설명의 편의를 위하여 이동 수단이 제1 안개측정부(150)를 구비한 경우로 설정하여 설명하기로 한다.

제1 안개측정부(150)는 이동수단(100)의 카메라부(120)에서 촬영된 영상을 분석하여 안개의 유무와 시정거리를 판단한다.

일례로 도 4의 관심영역의 설정과 안개유무 식별 방법을 설명하기 위한 참고도면을 보면, 상단 그림은 수신한 영상에서 칼러를 제거하였을 경우 관심영역(ROI)에 윤곽선이 보이는 경우는 안개가 없어 양호한 상태를 의미하는 그림이고, 하단 그림과 같이 칼러(color)제거시 윤곽선이 보이지 않으면 안개가 있음으로 판단할 수 있다.

다른 방법으로 해당 관심영역의 안개가 있는 경우의 영상과 안개가 없는 경우의 영상 또는 안개의 강도에 따른 시정거리별 영상을 GPS좌표별로 제1안개측정부(150)에 저장을 해두고 촬영한 영상과 저장된 영상을 비교하여 안개의 유무와 함께 시정거리까지 비교하여 탐지하게 할 수도 있다.

또한, 안개는 도로의 사정에 따라 기상조건에 따라 급격하게 변할 수 있으므로, 제1안개측정부(150)는 거리별로 측정한 영상에서 안개의 유무를 측정하되, 복수의 안개 탐지 방법을 이용하여 정확하게 탐지할 수 있도록 동작한다.

또한, 안개는 발생빈도뿐만이 아니라 시작시간과 소산시각에 다라 도로 안전에 영향을 주는 정도가 상당하므로, 시간별로 계절별로 지역별로 특성을 고려하여 안개 탐지 시간과 주기를 달리하여 진행하여야 신속하고 정확한 안개정보를 제공할 수 있다.

통상 안개의 시작시간은 시정 500m이하의 안개는 5시에 201%, 6시에 237%이상이 발생하며, 오전 1시부터 9시까지 안개의 96.7%가 시작되는 것을 알 수 있다.10시경부터 24시까지 안개가 시작되는 빈도는 3.3%로 매우 낮고, 소산시각은 대부분 6시~7시 사이에 안개가 소산하는 빈도가 가장 높고 전반적으로 일출후에 안개가 소산되기 시작하여 오전 10시경에 대부분의 안개가 소산되는 것으로 나타난다(출처:대한지리학회지 제38권 제4호 2003(478~489))

즉, 동일 관심영역(ROI)에 대한 거리별 둘 이상의 영상취득구간(210)에서 수신한 영상 모두에서 안개가 있는 것으로 판단된 경우에 안개가 있는 것으로 판단하고, 어느 한 위치에서도 안개가 없는 것으로 판단되면 해당 영역에서는 안개가 없는 것으로 판단한다.

또한, 안개의 유무측정은 한 위치에서의 영상을 3가지 방법 즉 안개농도측정법과 윤곽선추출법 그리고 명도분석법에 의하여 모두 동일한 결과가 나온 경우로 안개의 유무를 판단한다. 즉 어느 하나의 방법에 의한 분석결과가 다른 분석결과와 상이한 경우는 안개가 없는 것으로 판단하는 것이다.

구체적으로 안개농도측정법에 의한 분석에서도 안개가 있고, 윤곽선추출법에서도 안개가 있고, 그리고 명도분석법에서도 안개가 있는 것으로 판단되면, 최종 해당 관심영역에 안개가 있는 것으로 판정을 하고, 안개가 있는 것으로 판단된 경우에는 상기 안개농도측정법과 상기 윤곽선추출법에서 분석된 시정거리별 안개의 유무를 이요하여 시정거리를 산출하도록 한다.

안개농도측정법은 도 6의 안개농도측정법과 윤곽선 추출법에 의한 안개의 유무를 판정하는 경우를 예시한 도면에서 상단 그림을 보면, 촬영된 영상에서 하부 영상의 가까운 거리부터 상부 영상의 먼 거리까지 구간을 대략 10구간으로 구분하고, 구간별 검출된 안개의 농도를 수치화하여 그래프로 표시하고 있다.

상단 그림에서 양호한 경우를 보면 각 구간의 수치가 비슷하게 그래프로 도시되어 있으나, 안개의 경우는 안개의 농도가 화면의 가까운 지역은 농도가 낮으나 점차 누적되어 거리가 멀어질수록 수치가 높아지고 있음을 알 수 있다.

안개의 농도측정법은 분석이 필요한 관심영역(ROI) 별로 분석을 하게 되며 각 픽셀의 색상값을 분산(variance) 수식을 이용하여 측정값을 계산하는 것이다.

안개의 특징이 없는 경우 측정된 분산의 값은 200이상을 나타내며 안개의 특징이 있는 경우 농도에 따라 그값은 낮게 나타나게 된다.

특히 안개가 짙은 경우는 2이하의 값을 보이게 된다.

안개 농도측정법에 사용되는 분산수식은 수학식 1과 같다.

여기서

는 분산,

는 평균,

는 가중치이다.

윤곽선추출법은 분석이 필요한 관심영역(ROI)에 대하여 분석을 하게 되며 일반적인 Edge 추출기법을 사용한다. 에지는 영상안에 있는 객체의 경계(Boundary)를 가리키는 것으로 edge는 영상의 명암도를 기준으로 명암의 변화가 큰 지점으로, 명암, 밝기 변화율 즉 기울기를 검출하기 위하여 미분방식을 이용하는 것이다.

Edge 추출을 위한 임계값(Threshold value)은 10으로 사용한다.

그리고 영상을 에지로 표현하게 되면 영상 속의 물체의 형태에 관한 정보를 그대로 유지할 수 있다. 이러한 에지를 검출하기 위해서는 로버트(roberts), 프리위트(prewitt), 소벨(sobel)등의 연산자를 사용하게 된다. 이러한 연산자들은 영상 미분에 기울기(gradient)연산자를 이용한 개념으로 행할 수 있다.

이러한 윤곽선추출법은 공개되어 있는 여러가지 방법을 사용할 수 있으므로 그 구체적인 설명은 생략한다.

즉, 본 발명은 안개의 유무를 측정하는 방법의 하나로 윤곽선 추출법을 이용하는 것이다.

도 6의 안개농도측정법과 윤곽선 추출법에 의한 안개의 유무를 판정하는 경우를 예시한 도면에서 하단 그림을 보면, 촬영된 영상에서 하부 영상의 가까운 거리부터 상부 영상의 먼 거리까지 구간을 대략 10구간으로 구분하고, 각 구간별 윤곽선을 추출한 우측화면을 보면 안개가 없고 양호한 날씨의 경우에는 붉은 선으로 윤곽이 추출되어 있고, 안개가 끼어있는 경우에는 윤곽선이 식별불가능하다는 것을 알 수 있다.

또한, 윤곽선 추출법을 이용하면 단계별 윤곽선의 추출정도에 따라 시정거리도 추정가능하다.

예를 들어 우측 상단의 붉은 그림에 좌측의 단계별 박스를 축소하여 해당 위치에 대응시키면, 붉은 색으로 표시된 윤곽선이 보이는 위치의 시작점이 영상에서 시정거리로 환산하면 된다.

즉, 좌측화면의 10 구간에서 각 구간의 거리를 산정가능하므로 해당 거리정보를 저장하고 있다가 윤곽선이 추출되는 구간을 탐지하여 거리로 환산할 수가 있는 것이다.

명도분석법은 색상에 대한 도수분포를 나타내는 그래프를 말하며 도 7의 명도에 의한 안개의 유무를 판정하는 경우를 예시한 도면을 참고하면, 양호한 경우의 hue histogram을 보면 해당 관심영역(ROI)에 대한 색상값(pixel value)이 수치화되어 표시되는 반면, 안개가 있는 경우에는 해당 관심영역(ROI)에 대한 색상값(pixel value)이 "0"으로 표시되고 있음을 알 수 있다.

이러한 명도분석법은 분석이 필요한 관심영역(ROI)에 대하여 분석을 하게 되며 HSL 추출기법을 사용한다.

우선적으로 관심영역의 RGB컬러를 HSL(Hue Satruation Lightness)로 변환하고 이후 H(Hue)컬러만을 추출해낸다. 이후 추출된 H(Hue)컬러를 히스토그램으로 변환하는 처리과정을 거치게 된다. 안개가 없는 일반적인 경우 100~150의 위치에 측정값이 나타나고, 안개가 있는 경우는 0의 위치에만 분포하게 된다.

안개의 분석은 신속한 데이터의 제공을 위하여 본 발명에서는 각 이동수단에서 안개의 유무와 시정거리를 분석하는 것으로 설명하였으나, 카메라부(120)의 촬영한 영상을 기상정보제공서버(300)에서 입력받아 안개의 유무와 시정거리를 판별하게 할 수도 있다.

따라서, 설정된 조건에 따라 제어부(140)는 통신부(110)를 통하여 기상정보제공서버(300)로 촬영한 영상이나 안개분석정보를 전송함과 동시에 기상정보제공서버(300)로부터 영상전송을 의뢰받으면 해당 데이터를 기상정보제공서버(300)로 전송하도록 동작하게 할 수 있다.

즉, 기상정보제공서버(300)에서 식별코드를 지정하고 촬영한 영상이나 분석한 결과를 요청하면 해당 식별코드로 각 이동수단의 제어부는 촬영된 영상이나 안개분석정보를 전송하도록 한다.

또한, 제어부(140)는 자체 메모리에 날짜별 시간별 촬영 영상이나 안개분석정보를 저장하고 필요한 경우 이를 기상정보제공서버(300)로 전송하게 할 수도 있다.

또한, 제어부(140)는 기상정보제공서버(300)로 안개분석정보나 촬영 영상을 전송할 때는 식별코드가 전송되어 영상을 표시할 때 해당 영상의 지역명이 표시되어 쉽게 구별할 수 있도록 한다.

기상정보제공서버(300)는 기상 관계자나 관제센터나 기상센터 또는 도로교통센터에 설치된 단말기일 수 있으며, 본 발명과 관련된 어플리케이션을 설치하여 각 카메라로부터 해당 관심영역 또는 해당 도로의 촬영영상이나 안개 분석정보 등을 수신할 수 있다.

특히, 설정된 지역의 긴급 문자 알림을 신청한 경우에는 기상정보제공서버(300)에서 해당 지역의 안개에 급격한 변화가 발생한 경우 기상정보제공서버(300)로부터 해당 정보를 수신하면 저장된 어플리케이션을 자동으로 구동하여 화면에 표시하고 수신된 정보를 디스플레이되게 하여 단말기 관리자나 소지자가 이를 확인할 수 있도록 한다.

기상정보제공서버(300)는 이동수단으로부터 수신한 촬영 영상과 안개분석정보 그리고 식별코드 등을 수신하고 이를 저장하고 있다가 필요한 경우 해당 정보를 표시하거나 전송하도록 동작한다.

도 2를 참고하면, 기상정보제공서버(300)는 멀티스크린(2350)으로 설정된 순서에 따라 식별코드가 서로 다른 지역의 영상을 도로명과 함께 순차적으로 표시하도록 하고, 급격한 변화가 예상되는 지역은 타 스크린대비 점멸을 시키거나 경고음을 발생시켜 각별한 주의를 기울이게 할 수 있다.

이 경우 기상정보제공서버(300)는 지역의 관제센터나 기상센터 또는 도로교통센터와 같은 관리기관에 긴급 알림을 발송하고, 해당 지역 즉 식별코드별로 정보를 요청한 단말기들이 있는 경우에는 해당 정보를 각 단말기로 전송하여 단말기 소지자들이 긴급 정보를 공유할 수 있도록 한다.

이를 위하여 기상정보제공서버(300)는 정보 수신을 요청한 단말기 소지자의 앱 설치에 대한 인증을 관리하고, 관리자의 서버접근에 대한 인증을 관리하는 사용자 인증부(320)와, 전광판이나 관리자 단말기로 정보를 전송하는 데이터제공부(330), 그리고 각 이동수단(100)의 식별코드와 영상취득 GPS좌표 그리고 관심영역(ROI)영역의 GPS좌표를 저장하고 있는 카메라DB(340), 식별코드별 촬영영상과 안개분석정보 그리고 각 영상취득GPS좌표별 안개의 유무에 따른 영상과 시정거리를 나타내는 영상을 저장하는 저장부(380), 수신한 영상을 분석하여 안개의 유무와 시정거리를 탐지하는 제2안개측정부(360)와 이동수단과 단말기와 각각 통신하는 서버통신부(370)를 포함할 수 있다.

데이터 제공부(330)는 저장부(380)에 저장된 데이터나 안개의 유무와 시정거리에 대한 데이터를 도로별 전광판 또는 상황실에 표시하거나 기상정보로 전송할 수 있도록 구성한다.

서버제어부(310)는 급격한 안개의 변화가 감지된 경우는 경고음을 발생시키고 해당 지역에 대한 긴급 정보를 제공하고, 해당 지역을 통행하는 차량들에게 주의 경보를 발하도록 동작한다.

또한, 서버제어부(310)는 본 발명과 관련된 어플리케이션을 설치한 단말기로부터 관심영역의 식별코드에 대한 영상이나 데이터를 요청하면, 해당 카메라의 현장 영상이나 안개분석정보를 추출하여 전송할 수 있도록 동작한다.

제2 안개측정부(360)는 이동수단의 제1안개측정부(150)와 동일한 구성과 동일한 방법으로 안개의 유무와 시정거리를 측정하므로 그 설명은 생략하기로 한다.

상술한 구성을 이용한 본 발명의 좌표계를 이용한 안개 탐지 방법에 대하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 안개 탐지 방법을 설명하기 위한 흐름도로서, 도시된 바와 같이 본 발명의 안개 탐지 방법은 이동수단에 장착된 카메라로부터 영상을 획득하고, 획득한 영상으로부터 안개의 유무와 시정서리를 탐지하게 된다.

본 발명의 좌표계를 이용한 안개 탐지 방법은 영상을 촬영할 GPS좌표를 설정하여 영상취득GPS좌표로 저장하는 단계(S100)와 영상을 촬영하는 단계(S110), 그리고 촬영된 영상을 분석하는 단계(S120)와 분석된 데이터를 기준으로 안개의 유무와 시정거리를 판단하는 단계(S130), 그리고 필요한 경우 외부로 안개분석정보를 전송하는 단계(S140)를 포함할 수 있다.

단계 S100에서의 영상취득GPS좌표는 도로를 운행하는 차량이 안개의 유무와 시정거리를 산출하기 위하여 영상을 촬영하고자 하는 장소를 GPS좌표로 설정하고 저장한다.

바람직하게는 먼저 관심영역을 설정하고 해당 관심영역 전방을 영상취득구간으로 설정하되, 해당 관심영역을 정확하게 촬영할 수 있는 지역을 설정하여야 한다.

영상취득구간이 설정되면 해당 지역의 여건을 고려하여 둘 이상의 영상취득지점을 설정하고 해당 지점의 GPS좌표를 영상취득GPS좌표로 설정하는 것이다.

상술한 바와 같이 해당 도로상에 복수 개의 관심영역(ROI)을 설정할 수 있고, 영상취득GPS좌표는 하나의 관심영역(ROI)의 전방에 둘 이상 설정하여 거리별 영상을 취득하게 한다.

둘 이상의 영상취득GPS좌표가 설정되면 해당 GPS좌표는 이동수단(100)의 측정좌표부(160)와 기상정보제공서버(300)의 카메라DB(340)에 각각 저장된다.

이러한 영상취득GPS좌표(210)는 기상정보제공서버(300)에서 관리자가 해당 좌표를 입력하고 입력된 좌표를 통신을 통하여 이동수단(100)으로 전송하여 측정좌표부(160)의 데이터를 변경하거나 추가 삭제할 수 있음은 물론이다.

즉, 이동수단(100)의 통신부(110)와 기상정보제공서버(300)의 서버통신부(370)는 상호 통신을 통하여 정보를 교환할 수 있다.

단계 S110에서의 영상을 촬영하는 단계는 단계 S100에서 설정한 영상취득GPS좌표에 이동수단이 도달하면 카메라를 이용하여 영상을 촬영하는 것이다.

이를 위하여 이동수단(100)은 도로를 운행하다가 제어부(140)는 GPS수신부(130)로 수신되는 GPS좌표와 측정좌표부(160)에 등록되어 있는 영상취득GPS좌표(210)와 일치하는 것으로 판단되면(S111), 카메라부(120)를 제어하여 관심영역(ROI)을 포함하는 영상을 촬영하고(S112), 촬영된 영상은 자체 분석을 진행하거나 또는 기상정보제공서버(300)로 전송하여 분석을 진행하게 할 수 있다(S113).

단계 S120은 수신한 영상을 이용하여 안개의 유무와 시정거리를 검출하기 위하여 영상을 분석하는 단계로 4단계로 이루어지게 구성할 수 있다.

먼저 둘 이상의 영상취득GPS좌표에서 수신한 영상 모두에서 안개가 있는 것으로 판단되어야 한다(S121).

상술한 바와 같이 안개는 시간과 주변의 기후조건에 따라 변화무상하므로 하나의 관심영역(ROI)의 전방에서 거리별로 촬영한 영상이 모두 안개가 있는 것으로 판단되어야 다음 단계의 안개 유무 분석방법으로 이행한다.

예를 들면, 관심영역(ROI) 전 150m, 100m, 50m에 영상취득GPS좌표가 설정되어 있다면 해당 지점에서 촬영한 3개의 영상으로브터 추출한 관심영역(ROI)에 안개가 있는 것으로 판단되어야 한다는 것이다.

물론 단계 S121에서 거리별 영상으로부터 어느 하나라도 안개가 없는 것으로 판단되면 해당 지역은 안개가 없음으로 판정하면 된다(S132).

이대 안개의 유무는 안개농도측정법, 윤곽선추출법, 또는 명도분석법 중 어느 하나의 방법으로 시행할 수 있다.

다시 설명하면, 거리별 영상 각각에 대하여 상기 3가지 안개분석법(안개농도측정법, 윤곽선추출법, 명도분석법)으로 분석하였을 경우 모두 동일하게 안개가 있는 것으로 분석결과가 나오는 경우 해당 거리에서 안개가 있는 것으로, 어느 하나라도 안개가 없는 것으로 분석되면 해당 거리에서는 안개가 없는 것으로 판정을 한다.

이런 과정을 반복하여 거리별 안개의 유무를 판정하고, 거리별 분석결과가 동일하게 안개가 있는 것으로 판단되면 안개가 있는 것으로, 어느 하나의 거리별 영상이 안개가 없는 것으로 판단되면 해당 관심영역에서는 안개가 없는 것으로 판정하는 것이다.

단계 S122에서의 안개농도측정법에 의한 안개의 유무와 시정거리 산출, 단계 S123에서의 윤곽선추출법에 의한 안개의 유무와 시정거리 산출 그리고 단계 S124에서의 명도측정법에 의한 안개의 유무 판정방법에 대한 구체적 설명은 상술한 안개 탐지 장치에서 설명한 안개측정부의 판정방법과 동일하므로 생략하기로 한다.

단계 S120에서 해당 관심영역(ROI)에 대한 안개의 유무가 검출되면 이동수단(100)의 제어부(140)는 안개있음이나 안개없음으로 판정한다(S130).

단계 S130에서 안개 있음으로 판정하는 경우에는 제어부(140)는 제1안개측정부(150)에서 안개 분석시 단계 S122에서의 안개농도측정법에 의하여 안개의 유무 분석시 분석된 시정거리와 단계 S123에서의 윤곽선추출법에 의한 안개의 유무 분석시 분석된 시정거리를 산출하여 공통된 산출거리를 시정거리로 판정하여, 안개있음으로 판정한 경우에는 시정거리도 안개데이터로 전송하도록 한다(S140).

단계 S140에서는 이동수단에서 분석한 경우에는 기상정보제공서버(300)로 안개의 유무와 시정거리를 포함하는 안개데이터로 전송하면, 기상정보제공서버(300)는 안개 유무와 시정거리를 각 도로별 전광판 또는 상황실에 표시하거나 기상정보로 전송하는 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명의 좌표계를 이용한 안개 탐지 장치 및 그 방법에 의하면, 실시간으로 오류없이 안개의 유무와 시정거리를 측정하여 안내를 할 수 있기 때문에 안개 정보를 정확하게 전송할 수 있는 효과가 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대하여 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허 청구범위에 속함은 당연한 것이다.

100 : 이동수단 120 : 카메라부
130 : GPS수신부 150 : 제1안개측정부
160 : 측정좌표부 200 : 관심영역(ROI)
210 : 영상취득GPS좌표 300 : 기상정보제공서버
360 : 제2안개측정부 400 : 도로

Claims

도로상에서 안개 유무를 측정할 영역을 관심영역(ROI)으로 둘 이상 설정하고 해당 관심영역의 영상을 이용하여 안개의 유무 및 시정거리를 탐지하는 좌표계를 이용한 안개 탐지 장치에 있어서,
해당 도로를 주행하면서 설정된 관심영역의 주변 영상을 실시간으로 촬영하는 카메라부가 장착된 이동수단;
상기 이동수단의 카메라부에서 촬영된 영상에서 관심영역(ROI)의 이미지를 추출하여 해당 관심영역의 안개 유무와 시정거리를 측정하는 안개측정부;및
상기 안개측정부에서 탐지된 안개의 유무와 시정거리를 수신하여 해당 도로의 전광판 또는 상황실에 표시하거나 기상정보로 전송하는 기상정보제공서버;
를 포함하는 좌표계를 이용한 안개 탐지 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 이동수단은
설정된 관심영역(ROI)을 포함하는 주변의 영상을 촬영하는 카메라부;
이동 수단의 현재 GPS위치를 수신하여 좌표를 추출하는 GPS수신부;
상기 카메라부를 이용하여 주변의 영상을 촬영할 영상취득GPS좌표를 둘 이상 저장한 측정좌표부;
상기 GPS수신부를 통하여 수신한 GPS좌표와 상기 측정좌표부에 등록된 영상취득GPS좌표와 일치하면 상기 카메라부가 영상을 촬영하도록 제어하는 제어부;
를 포함하는 좌표계를 이용한 안개 탐지 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 측정좌표부는
고속국도, 일반국도, 특별시도, 광역시도, 지방도, 시도, 군도, 구도 중 어느 하나 이상의 도로별로 해당 도로에 하나 이상의 관심영역(ROI)을 설정하고, 상기 관심영역전에 이동수단의 진행방향에 따라 둘 이상의 영상취득GPS좌표를 순차적으로 설정하는 좌표계를 이용한 안개 탐지 장치.
이동수단에 장착된 카메라로부터 영상을 획득하고, 획득한 영상으로부터 안개의 유무와 강도를 탐지하는 좌표계를 이용한 안개 탐지 방법에 있어서,
(a)도로 상에 하나 이상의 관심영역(ROI)과 상기 이동수단이 해당 관심영역을 향하여 진행하는 방향에서 영상을 취득할 영상취득GPS좌표를 둘 이상 설정하는 단계;
(b)상기 영상취득GPS좌표와 현재 이동수단이 수신한 GPS좌표가 일치하면, 상기 카메라를 이용하여 영상을 취득하도록 제어하는 단계;
(c)상기 취득된 영상을 분석하여 상기 관심영역의 안개 유무와 시정거리를 탐지하고 탐지된 결과를 기상정보제공서버로 전송하는 단계;및
(d)기상정보제공서버는 상기 (c)단계에서 탐지된 안개 유무와 시정거리를 각 도로별 전광판 또는 상황실에 표시하거나 기상정보로 전송하는 단계;
를 포함하는 좌표계를 이용한 안개 탐지 방법.
청구항 4에 있어서,
상기 (C)단계에서의 안개유무와 시정거리의 판단은 둘 이상의 영상취득GPS좌표에서 수신한 영상 모두에서 안개가 있는 것으로 판단되었을 때 최종 해당 관심영역에 안개가 있는 것으로 판정을 하되, 상기 안개의 유무와 시정거리의 판단은 안개농도측정법에 의한 분석과 윤곽선추출법에 의한 분석, 그리고 명도분석법에 의한 분석한 결과가 모두 일치할 때를 안개가 있는 것으로 판단하고, 안개가 있다고 최종 판단된 경우에, 안개농도측정법과 윤곽선추출법에 의해 분석된 시정거리를 산출하는 좌표계를 이용한 안개 탐지 방법.