JP7120581B2 - Cctv映像基盤のリアルタイム自動流量計側システムおよび方法 - Google Patents
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Description
引き続き、獲得された映像データを正規化するために動的に連続映像のフレームを抽出し、抽出されたフレームを映像変換してホモグラフィ(Homography)算定を遂行する。(S202)
そして、分析地点の分析領域を抽出し、抽出された分析地点の分析領域映像を通じてピクセル流速を算定する。(S203)
引き続き、算定されたピクセル流速を実際流速に換算してこれを利用して流量算出を遂行する。(S204)
そして、測位フィルタリング過程を経て算出された水位情報を受けてウェブサーバーのウェブサービスを通じてデータベースに保存し、該当流量水位情報をウェブサーバーのウェブページを通じて提供する。(S205)
このような本発明に係るCCTV映像基盤のリアルタイム自動流量計側システムおよび方法のオプティカルフロー映像処理を利用する河川流速測定および測位資料フィルタリングを通じての河川の水位測定に関して具体的に説明すると次の通りである。
引き続き、あらかじめ指定された格子設定を呼び出して(S302)分析する映像の個数(N)と分析結果を保存する配列(マトリックス)を宣言する。(S303)
そして、カメラを通じて映像を配列に保存する。(S304)
映像間分析を格子点の個数だけ繰り返して分析結果を配列に保存する。(S305)
そして、ピクセル流速算定段階は地点流速算定のために、図4でのように、映像と格子点変数宣言をし(S401)、格子点の位置から映像抽出をする。(S402)
引き続き、オプティカルフローピクセル流速算定アルゴリズムを適用し(S403)、格子点位置とピクセル流速、フィルタ係数変数宣言をして(S404)格子点位置とピクセル流速を実際流速に変換する。(S405)
算定された流速誤差がフィルタ係数より大きいとフィルタリングをし、そうでなければ流速算定結果を出力して地点流速算定の正確度を高める。(S406)
そして、図5は本発明に係るピクセル流速算定のための方法を示したフローチャートであり、図6と図7は本発明に係るピクセル流速算定時の微分関数を示したものである。
そして、X方向映像微分(S503)、Y方向映像微分(S504)、時間方向映像微分をして(S505)ピクセル流速を算定する。(S506)
このような構成を有する本発明に係るオプティカルフロー映像処理を利用する流速測定時に河川の水位の変化を考慮した映像歪み補正のための方法を適用して、水位が変わってもカメラが見る参照点の映像座標が変わらないようにして、測量した実際の座標と変換結果の誤差が発生しないようにして正確な映像歪み補正を可能にする。
引き続き、超音波センサで受信された測位資料で任意の位置での平滑化された値を推定し(S1302)、推定誤差の二乗が最小となるように初期固定帯域幅に対して複数の平滑化された最確値を計算し(S1303)、それぞれの帯域幅に対して残差(cross-validated residual)を算定する。(S1304)
引き続き、それぞれの点で最適帯域幅を算定し(S1305)、初期投入された帯域幅の中で最適帯域幅に近い帯域幅を選択する。(S1306)
そして、平滑化された最確値を活用して線形補間を通じて最終平滑化最確値を算定する。(S1307)
次いで、フィルタリングを経た測位資料を利用して超音波発信時刻と反射波受信時刻との時間差および超音波の発信速度と反射波の反射速度に基づいて測定対象の表面との距離を計算して水位を算出する。(S1308)
そして、算出された水位情報をウェブサーバーのウェブサービスを通じてデータベースに保存し、該当結果をウェブサーバーのウェブページを通じて提供する。(S1309)
このようにフィルタリングを経て算出された水位情報は、システムコントローラおよびサーバーPCに有線/無線伝送して自動流量計側プログラムの入力資料として活用できるようにし、リアルタイム水位および流量表出ウェブサービスを通じてリアルタイムに確認できるようにするのに活用され得る。
産業上利用の可能性
本発明は小河川に最適化された映像基盤自動流量計測でリアルタイム状況対応のための現場映像を提供し、水位および流速情報を収集して流量をリアルタイムに計測できるようにした、CCTV映像基盤のリアルタイム自動流量計側システムおよび方法に関する。
Claims (20)
- 測定手段によって測定された水位資料を弾力的帯域幅の適用を通じての局地的線形回帰基盤の異変量散布図平滑化技法でフィルタリングして河川の水位を算出する水位測定装置;
河川流速測定現場の連続映像を獲得する映像獲得装置;
前記映像獲得装置の映像を利用してリアルタイムに表面流速を計測し、水位測定装置から計測水位の伝送を受けて断面資料とともにリアルタイムに流量を計測する映像分析PC;
ウェブ基盤のリアルタイム流量計測結果伝送および表出のための流量算出および管理サーバー;
を含み、
前記水位測定装置は、
超音波を測定対象の表面に向かって発信し、発信された超音波が測定対象の表面から反射して戻ってくる反射波を受信して超音波発信時刻と反射波受信時刻との時間差および超音波の発信速度と反射波の反射速度を基準として測定対象の表面との距離を測定する超音波センサ部と、
前記超音波センサ部の測位資料をフィルタリングして小河川の荒い水面の波紋による水位測定不確かさを最小化できるようにする測位資料フィルタリング部と、
を含み、
前記測位資料フィルタリング部は、
測定された測位資料で任意の位置での平滑化された値を推定する平滑値推定部と、
推定誤差の二乗が最小となるように初期固定帯域幅に対して複数の平滑化された最確値を計算する平滑化最確値計算部と、
それぞれの帯域幅に対して残差(cross-validated residual)を算定する残差算定部と、
それぞれの点で最適帯域幅を算定する最適帯域幅算定部と、
初期投入された帯域幅の中で最適帯域幅に近い帯域幅を選択する帯域幅選択部と、
平滑化された最確値を活用して線形補間を通じて最終平滑化最確値を算定する最終平滑化最確値算定部と、を含むことを特徴とする、CCTV映像基盤のリアルタイム自動流量計側システム。 - 前記水位測定装置は、
GPS衛星から河川水位測定装置の設置位置によるGPS情報を受信するGPS受信部と、
前記GPS受信部で受信されたGPS情報に含まれた高度情報および前記測位資料フィルタリング部でフィルタリングされた前記超音波センサ部で測定された距離情報および構造物と測定対象の底との距離情報を利用して測定対象の底から測定対象の水面に至る距離である水位を算出する水位算出部と、をさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載のCCTV映像基盤のリアルタイム自動流量計側システム。 - 前記映像分析PCは、
前記映像獲得装置の映像データを正規化するために動的に連続映像のフレームを抽出し、抽出されたフレームを映像変換してホモグラフィ(Homography)算定をする映像変換分析部と、
分析地点の分析領域を抽出する分析領域抽出部と、
前記分析領域抽出部で抽出された分析地点の分析領域映像を通じてピクセル流速を算定するピクセル流速算定部と、
前記ピクセル流速算定部で算定されたピクセル流速を実際流速に換算する実際流速算定部と、
測定された水位資料をフィルタリングして河川の水位を算出する水位測定部と、
前記実際流速算定部の実際流速および前記水位測定部の水位情報を利用してリアルタイム流量算出を遂行する流量算定部を含み、
前記映像変換分析部は、
ホモグラフィ(Homography)算定のために、入力点の平均X座標とY座標を算定して該当座標を原点に移動させ、入力点と平均X座標とY座標間の距離を変換して映像データを正規化(Normalize)することを特徴とする、請求項1に記載のCCTV映像基盤のリアルタイム自動流量計側システム。 - 前記ピクセル流速算定部はオプティカルフローを適用した表面流速場算定のために、
指定された格子設定を呼び出して分析する映像の個数(N)と分析結果を保存する配列宣言をして映像を配列に保存し、
映像間分析を格子点の個数だけ繰り返して表面流速場算定をすることを特徴とする、請求項3に記載のCCTV映像基盤のリアルタイム自動流量計側システム。 - 前記ピクセル流速算定部は地点流速算定のために、
映像と格子点変数宣言をし、格子点の位置から映像抽出をしてピクセル流速算定をし、
格子点位置とピクセル流速、フィルタ係数変数を定めて、地点流速算定時に算定された誤差がフィルタ係数より大きいとフィルタリングをして地点流速算定をすることを特徴とする、請求項3に記載のCCTV映像基盤のリアルタイム自動流量計側システム。 - 映像獲得装置で撮影される映像歪み補正のために、
水位が変わってもカメラが見る参照点の映像座標が変わらないように4個の参照点を堤防高さに設置し、
カメラの実際の座標(Xc、Yc、H)、カメラと水面までの高さ(H)および堤防上の参照点(A)の実際の座標(X0、Y0、Z0)を利用して水の表面と同じ高さの点A’の実際の座標(X’0、Y’0、Z’0)を求めることを特徴とする、請求項3に記載のCCTV映像基盤のリアルタイム自動流量計側システム。 - 河川流速測定現場の連続映像を獲得する段階;
獲得された映像データを正規化するために動的に連続映像のフレームを抽出し、抽出されたフレームを映像変換してホモグラフィ(Homography)算定を遂行する映像変換分析段階;
分析地点の分析領域を抽出し、抽出された分析地点の分析領域映像を通じてピクセル流速を算定する段階;
算定されたピクセル流速を実際流速に換算してこれを利用して流量算出をする段階;
測位フィルタリング過程を経て算出された水位情報を受けてウェブサーバーのウェブサービスを通じてデータベースに保存し、該当流量および水位情報をウェブサーバーのウェブページを通じて提供する段階;を含み、
前記映像変換分析段階は、
ホモグラフィ(Homography)算定のために、入力点の平均X座標とY座標を算定して該当座標を原点に移動させ、入力点と平均X座標とY座標間の距離を変換して映像データを正規化(Normalize)することを特徴とする、CCTV映像基盤のリアルタイム自動流量計測方法。 - ピクセル流速を算定する段階でオプティカルフローを適用した表面流速場算定のために、
M個の個数を有する分析する点で構成された格子変数を定義する段階と、
あらかじめ指定された格子設定を呼び出して分析する映像の個数(N)と分析結果を保存する配列を宣言する段階と、
カメラを通じて映像を配列に保存する段階と、
映像間分析を格子点の個数だけ繰り返して分析結果を配列に保存する段階と、を含むことを特徴とする、請求項7に記載のCCTV映像基盤のリアルタイム自動流量計測方法。 - ピクセル流速を算定する段階で地点流速算定のために、
映像と格子点変数宣言をし、格子点の位置から映像抽出をする段階と、
オプティカルフローピクセル流速算定アルゴリズムを適用して、格子点位置とピクセル流速、フィルタ係数変数宣言をして格子点位置とピクセル流速を実際流速に変換する段階と、
算定された流速誤差がフィルタ係数より大きいとフィルタリングをし、そうでなければ流速算定結果を出力する段階と、を含むことを特徴とする、請求項7に記載のCCTV映像基盤のリアルタイム自動流量計測方法。 - 測位フィルタリング過程を経て算出された水位情報を、
超音波を測定対象の表面に向かって発信し、発信された超音波が測定対象の表面から反射して戻ってくる反射波を受信する段階と、
超音波センサで受信された測位資料をフィルタリングするために、任意の位置での平滑化された値を推定し、推定誤差の二乗が最小となるように初期固定帯域幅に対して複数の平滑化された最確値を計算し、それぞれの帯域幅に対して残差(cross-validated residual)を算定する段階と、
それぞれの点で最適帯域幅を算定し、初期投入された帯域幅の中で最適帯域幅に近い帯域幅を選択する段階と、
平滑化された最確値を活用して線形補間を通じて最終平滑化最確値を算定する段階と、
フィルタリングを経た測位資料を利用して超音波発信時刻と反射波受信時刻との時間差および超音波の発信速度と反射波の反射速度を基準として測定対象の表面との距離を計算して水位を算出する段階と、を含んで算出することを特徴とする、請求項7に記載のCCTV映像基盤のリアルタイム自動流量計測方法。
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