KR100309253B1 - 어류를 이용한 화상감시용 수조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정수장이나 하수 처리장의 유입수 또는 하천수의 수질 이상을 검출하기 위해 사용되는 어류를 이용한 화상감시용 수조에 관한 것으로, 특히 틀체부 후면에 간접방식 조명장치를 구비하여 감시수조에 반사된 간접조명을 제공하고, 또한 수조를 구성하는 패널중 측면 및 하부면 구획벽이 렌즈의 입사각과 평행해 지도록 패널의 형태를 각각 사다리꼴로 형성하여, 상기 수조를 촬영하는 렌즈의 원근조절을 통해 수조내의 어류의 위치를 완전하게 추적할 수 있도록 함으로써, 감시수조의 어류로 부터 보다 정밀한 데이터를 도출하고자 하는 것을 특징으로 하는 어류 화상감시용 수조에 관한 것이다.

Description

어류를 이용한 화상감시용 수조{A water tank for Picture observation using fishes}

본 발명은 정수장이나 하수 처리장의 유입수 또는 하천수의 수질 이상을 검출하기 위해 사용되는 어류를 이용한 화상감시용 수조에 관한 것으로, 특히 틀체부 후면에 간접방식 조명장치를 구비하여 감시수조에 반사된 간접조명을 제공하고, 또한 수조를 구성하는 패널중 측면 및 하부면 구획벽이 렌즈의 입사각과 평행해 지도록 패널의 형태를 각각 사다리꼴로 형성하여, 상기 수조를 촬영하는 렌즈의 원근조절을 통해 수조내의 어류의 위치를 완전하게 추적할 수 있도록 함으로써, 감시수조의 어류로 부터 보다 정밀한 데이터를 도출하고자 하는 것을 특징으로 하는 어류 화상감시용 수조에 관한 것이다.

산업의 발달로 인해 배출되는 오염물질의 종류와 양은 해마다 증가하는 추세에 있고, 또한 이를 처리하기 위한 첨단 처리공정들이 개발되고 있다.

그러나 환경에 대한 관심부족과 부주의 및 유지관리 기술의 낙후등으로 인하여 성분확인 조차 어려운 오염물질들이 상수원으로 무단 배출되고 있는 상황이며, 급작스러운 오염사고에 대처하기 위한 예방적인 연구가 제대로 진척되지 못하고 있는 상황이고, 고가의 첨단 수질측정계기를 도입하고 있지만, 불특정 오염물질에 대한 대처 능력은 많은 비용을 투자한 기기의 복잡성에 비하여 매우 열악하다고 할 수 있다.

따라서, 이러한 문제를 해결하기 위해, 정수장의 유입 원수나 하수처리장의유입 하수중에 독성물질이 혼입되어 있는지를 판단하는 수단으로써 어류를 이용한 수질감시 장치들이 활용되고 있는 것이다.

이와 같은 수질감시를 위한 것 중의 하나인 일본국 공개특허공보 평3-163358호에는, 피검수를 통과시키는 사육수조와, 상기 사육수조에서 사육되는 어류와, 상기 어류의 화상정보를 전기신호로 변환하는 촬영장치와, 상기 어류를 촬영하기 위한 조명장치와, 상기 촬영장치로부터 얻어진 화상정보로 부터 상기 어류를 화상인식하는 화상처리장치를 구비한 어류의 화상감시장치에 있어서,

상기 사육수조내에 어류의 행동을 촬영하기위한 감시수조를 설치하여서 된 어류의 화상감시장치가 선출원 공개된바 있다.

즉, 도 1과 같이 피검수 입출력 공급라인이 설치되는 사육수조(10)와, 감시수조(12) 내에서 유동하는 어류(20)와, 상기 감시수조(12)에 조명을 공급하기 위해 상부에 설치되는 조명장치(30)와, 상기 감시수조(12)를 촬영하기 위해 일정한 거리를 두고 설치되는 촬영장치(40)와, 상기 촬영장치(40)를 통해 입력되는 어류 활동 데이터를 화상데이터로 변환시키는 화상처리장치(50)로 이루어지는 것이다.

그리고, 사육수조(10)는 도 2에 도시되는 바와같이, 투명성의 재질로 내부가 훤히 비치는 직사각형의 틀체부(11) 내부에 통수가능한 일측 및 타측 내부 구획벽 (11a, 11b)들로서 등분된 중앙에 감시수조(12)를 가지며, 그 감시수조(12)를 기준으로 양측에는 각기 유입관(13a)이 연결되는 유입실(13)과, 배출관(14a)이 연결되어지는 배출실(14)을 가지도록 구성되어, 상기 감시수조(12) 내에서 활동하게 되는 어류의 영상을 획득하고 이를 화상처리하여서 어류의 거동상태를 판단하는 것으로,정수장이나 하수처리장에서 유입수의 독성물질 혼입여부를 검출할 수 있도록 하였다.

그러나, 이러한 구조의 어류 화상감시장치는 다음과 같은 문제점을 안고 있다.

첫째, 어류 배설물 및 먹이 잔여물의 배출이 용이하지 않아 어류의 활동공간으로 배설물 및 먹이 잔여물이 순환할 수 있어, 어류의 이상반응이 나타날 수 있는 문제점이 있다.

즉, 종래의 감시수조 구조는 도 2에 도시한 바와같이, 배설물 및 먹이 잔여물을 분리하는 별도의 칸막이가 형성되어 있지 않기 때문에 물의 대류에 따라 배설물 및 먹이 잔여물도함께 유동되어 어류가 피하거나 달려들 경우가 발생하여 어류를 이용한 독성검출 데이터가 불명확해지는 일이 발생할 수 있는 것이다.

둘째, 감시수조가 직육면체 구조를 이루고 있기 때문에 화상감시장치에서 영상을 인식할때 양 사이드 벽면이나 저면에 어류가 겹쳐있을 경우, 서로 다른 거리로 인식하게 되어 정확한 데이터를 산출하기 곤란한 문제점이 있다.

즉, 어류를 이용한 수질감시장치는 감시수조내 어류의 움직임을 분석하기 전에 화상을 카메라를 통해 받아 들이고 이를 디지털화 시켜 어류와 배경을 분리하는 작업이 필요한바, 이 과정에서 어류는 검정픽셀로, 배경 즉, 수조내 물은 백색필터로 구분되어 컴퓨터가 분석할 수 있도록 준비되어야 한다.

그런데 카메라 렌즈는 거리의 멀고 가까움에 따라 다소의 차이는 있으나, 어느 경우든지 입사각이 생기게 되어 있으며, 이 입사각은 렌즈 촛점으로부터 물체까지 삼각형의 형상을 갖고 있는 관계로, 수조의 단면이 직사각형 형태인 경우 수조의 전면의 크기와 후면의 크기가 카메라로 받아들인 화상내에서 다르게 보이기 때문에 어류가 움직이는 전체 범위를 카메라로 잡는데 문제가 발생하게 된다.

반면, 동일한 직사각형 수조에서 이러한 문제를 없애기 위해 측면부 및 하면부가 입사각내에 들어오지 않토록 카메라 렌즈를 조정하여 후면부가 화상에 차도록 하게 되면 또다른 문제가 야기된다.

즉, 감시수조는 위에서 내려다 보았을때 어느정도 두께를 갖고 있기 때문에 카메라에서 벗어난 측면부 또는 하면부쪽으로 어류가 이동하게 되면 입력화상에서 어류가 사라지는 현상이 발생하게 되는 것이다.

이렇게 되면 어류의 위치분포, 이동성등을 분석하는데 절대적인 오차가 발생하게 되어 수질감시장치로서의 기능을 상실하게 된다.

이를 도면을 통해 설명하면, 감시수조의 후면과 사이드 패널을 이루는 구획벽, 감시수조의 후면과 하부면을 이루는 구획벽이 직각을 이루기 때문에 카메라(40)로 촬영시 도 3a와 같이 a-a면에 촛점을 맞추면 도 3b의 점선부분과 같이 음영부가 발생하게 되어 사이드 패널의 전면과 후면에 어류가 이동시 어류가 판독되지 않고, 도 3의 b-b면에 촛점을 맞추면 같은 벽면에 어류가 다수개 위치하여도, 모니터를 통해 들어오는 영상자료에는 각각 다른 위치에 있는 것으로 판단되어 어류의 움직임에 대한 정확한 데이터가 산출되지 못하는 문제점이 있는 것이다.

셋째, 도 1에 도시한 바와같이, 조명공급이 평면상에서 이루어지기 때문에, 어류의 그림자가 하부면으로 형성되게 되어, 정확한 어류의 데이터를 얻기가 힘들어지는 문제점이 있다.

즉, 카메라가 물체로부터 반사된 빛을 직접적으로 받아들일 경우 물체와 광원의 거리, 그리고 물체와 카메라의 거리에 큰 영향을 받게되며, 따라서 직접조명을 받게 되면 카메라에 잡히게 되는 물체의 모양이나 색상등이 빛의 양이 크게 왜곡될 수 있다.

그리고, 빛과 물체의 위치나 물체의 모양에 따른 그림자가 형성되는바, 빛이 강할수록 그림자가 뚜렷해지며, 이를 컴퓨터로 영상처리한 결과를 보면 그림자가 물체의 모양이나 색을 왜곡시킴을 알 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결코자 하는 것으로,

첫째, 어류의 배설물 및 먹이 잔여물이 용이하게 배수되도록 어류의 활동공간과 배설물이 쌓이는 구간을 격리시키는 내부구획벽을 구비토록 하여 어류의 활동공간에서 배설물 및 먹이 잔여물을 이격시키도록 하고, 둘째, 카메라의 렌즈 입사각에 상응하여 감시수조의 사이드 패널과 하부 패널의 각도를 경사지게 하여 카메라 렌즈에 입사되는 어류의 위치를 완전하게 추적할 수 있도록 하며, 셋째, 감시수조의 후면에서 암실로 제작된 조명수단으로 반사광을 제공하여 카메라에 의해 촬영되어지는 수조는 일정한 밝기를 가지도록 장치를 설계하는데 그 특징이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 수단으로,

본 발명은 종래의 감시수조 구조인 도 3a와 대비하여 도 4a와 같이 감시수조가 직각이 아닌 예각을 갖도록 하여 카메라 초점과 일치하도록 하였다.

즉, 도 4b와 같이 감시수조를 이루는 구획벽 전체가 카메라 촛점을 향해 예각으로 형성되도록 한 것이다.

도 1은 일반적인 어류를 이용한 화상감시용 수조.

도 2는 일반적인 감시수조의 상세 구성도.

도 3a는 일반적인 감시수조의 촬영상태도.

도 3b는 일반적인 감시수조의 이미지도.

도 4a는 본 발명의 개념도.

도 4b는 3차원으로 살펴본 본 발명의 개념도.

도 5는 본 발명의 화상감시용 수조 구성도.

도 6은 본 발명을 이용한 감시수조의 이미지도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10: 사육수조 11: 틀체부

12: 감시수조 13: 유입실

14: 배출실 20: 어류

30: 조명장치 31: 형광등

32: 반사판 40: 촬영장치

50: 화상처리장치

이하에서 도면을 참조하여 본원발명을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명의 구성도로써, 도시한 바와같이,

투명성의 재질로 내부가 훤히 비치는 직사각형의 틀체부(11) 내부에 통수 가능한 일측 및 타측의 내부 구획벽들로서 등분된 중앙에 감시수조(12)를 가지며, 그 감시수조를 기준으로 양측에는 각기 유입관(13a)이 연결되는 유입실(13)과, 배출관(14a)이 연결된 배출실(14)을 가지도록 구성되는 것에 있어서,

상기 틀체부(11) 내부를 등분하여 주는 유입관쪽 내부 구획벽(11a)은 다공판으로 통수되도록 형성하되 후면대비 예각으로 경사지게 설치되고, 배출관쪽 구획벽(11b)은 상부외측에 배출실을 갖도록 형성하되 후면대비 예각으로 경사지게 설치되며, 하부면에 구획벽(11c)을 형성하되 후면대비 예각으로 경사지게 설치되는 구조를 갖는다.

즉, 본 발명은 사이드 패널을 이루는 구획벽(11a, 11b) 및 하부면을 이루는 구획벽(11c)을 카메라 렌즈가 위치하는 전방 중심점을 향해 예각을 이루도록 형성하여, 카메라(40)에서 촬영된 영상 데이터를 화상처리장치(50)에서 인식할때 구획벽(11a, 11b, 11c)이 겹치지 않고 일개의 면으로 인식할 수 있도록 함으로써, 어류 움직임에 대한 보다 정확한 데이터를 유도할 수 있다.

도 6은 본 발명을 이용하여 감시수조를 촬영한 영상을 나타낸 것으로 도 3b에 나타낸 종래의 도면과는 달리 본 발명에서는 음영부가 없고, 또한 벽면에 겹쳐도 다른 거리로 판단하지 않고 벽면에 어류가 겹쳐 있는 것을 정확히 판별할 수 있는 것이다.

이는 종래에는 감시수조(12)의 후면과 사이드 패널을 이루는 구획벽(11a, 11b), 감시수조(12)의 후면과 하부면을 이루는 구획벽(11c)이 직각을 이루기 때문에 카메라(40)로 촬영시 사이드 패널의 전면에 촛점을 맞추면 사이드 패널의 전면과 후면에 어류가 이동시 어류가 판독되지 않고, 사이드 패널의 후면에 촛점을 맞추면 같은 벽면에 어류가 다수개 위치하여도, 모니터(50)를 통해 들어오는 영상자료에는 각각 다른 위치에 있는 것으로 판단되어 어류의 움직임에 대한 정확한 데이터가 산출되지 못하는 문제점이 있었으나, 본 발명을 이용하게 되면 사이드 패널을 이루는 구획벽(11a, 11b)에 어류(20)가 동시에 위치하고 있어도, 같은 거리로 판단되기 때문에 어류(20)의 움직임을 정확히 산출해 낼 수 있고, 또한 어류가 보이지 않게 되는 영역이 없게 되므로, 정확한 추적이 가능한 잇점이 있는 것이다.

그리고, 상기 감시수조(12) 하부면의 구획벽(11c) 양 사이드에는 공간부(t1, t2)를 형성하여 하부면의 구획벽(11c)에 있어서 경사가 높은 부분의 홀(t2)을 통해서는 산소 기포가 제공되고, 경사가 낮은 부분의 홀(t1)을 통해서는 배설물 및 먹이 잔여물이 배출되어 틀체부(11) 저면으로 이송되도록 하며, 틀체부(11) 저면에는 드레인 호스(15)를 설치하여 어류에서 발생되는 배설물 및 먹이 잔여물을 필요에 따라 적절히 배수할 수 있도록 한다.

즉, 감시수조(12)의 하부면은 상기에서 언급한 카메라 렌즈의 입사각 조정으로 중심점을 향하여 예각으로 형성하기 때문에 전면의 경사가 후면의 경사보다 높게 설정되어 있는바, 상기 전면부를 통해 산소 기포를 제공하는 이유는 산소기포를 양면에서 제공하였을 때에는 경사면을 따라 경사가 높은 곳으로 이동한 다음 수직상승하는 성질이 있기 때문이다.

따라서, 경사가 높은 곳의 홀(t2)을 통해서 산소가 공급되어 수조 전체에 고른 비율로 산소가 투입됨으로써 어류가 자연상태에 가까운 조건하에서 생활할 수 있으며, 경사가 낮은 곳의 홀(t1)을 통해서는 어류의 배설물 및 먹이 잔여물이 모여 저면으로 낙하하도록 함으로써, 저면의 드레인 호스(15)를 통해 물을 배수할 때 배설물 및 먹이 잔여물이 같이 배출되도록 하여 감시수조(12)를 깨끗한 상태로 유지시킬 수 있다.

이는 종래에는 별도의 산소 공급수단을 측면에 부착하여 공급하기 때문에 수조 전체로 고른 산소 공급이 어려운 문제가 있고, 또한 배설물 및 먹이 잔여물이 감시수조의 저면에 깔리기 때문에 수조를 갈아주는 횟수를 늘려야 하는 문제점이 있었으나,

본 발명을 이용하게 되면 하부 구획벽 사이에 형성되는 홀(t1, t2)을 통해 경사가 높은 쪽에서는 산소공급을 그리고 경사가 낮은 쪽에서는 어류의 배설물 및 먹이 잔여물 낙하를 유도하여, 수조에 제공되는 산소 밀도를 고루 분포시키고, 또한 어류의 배설물을 저면에 따로 모아 어류의 움직임에 영향을 주지 않으면서 하부에 형성되는 배수관을 통해 곧바로 배설물을 배수하여 감시수조를 깨끗하게 유지할수 있는 장점을 제공한다.

그리고, 본 발명은 외부로부터 들어오는 자연빛이나 또다른 광원으로부터의 빛을 차단하기 위하여 아크릴로 제작된 조명장치 박스(30)를 틀체부(11) 뒷면에 부착시키고, 감시수조(12) 뒷부분과 조명장치(30)가 접하는 부분만 반투명 아크릴로 제작하며, 또한, 조명장치(30)의 상단과 하단에 각각 형광등(31)을 두어 서로 비치게 하여 빛이 반투명 아크릴을 통해 감시수조(12)로 비추도록 구성한다.

즉, 틀체부(11) 뒷면에 조명장치(30)를 설치하되, 외부 광원이 내부로 들어가지 않토록 하기 위해 사방이 막힌 암실 형태로 제작하고, 상하부에 설치되는 형광등(31)을 한번 반사판(32)으로 반사시킨후, 여기서 반사된 빛이 감시수조로 투입되도록 함으로써, 고른 빛이 어류에 공급되어 어류 유동에 대한 보다 정확한 데이터를 얻을 수 있도록 한다.

이는 종래에는 감시수조 상부에서 직접광을 사용하여 감시수조에 제공되는 빛이 고르지 않을 뿐 아니라, 그림자가 하부면으로 생기게 되어 어류 판별에 곤란을 격는 문제가 있으나, 본 발명을 이용하게 되면 반사광을 암실에서 제공할 수 있기 때문에 감시수조에 고른 빛이 전달되어 어류 판별이 용이하게 되는 것이다.

상술한 바와같이 본 발명은 틀체부 후면에 간접방식 조명장치를 구비하여 감시수조에 반사된 간접조명을 제공하고, 또한 수조를 구성하는 패널중 측면 및 하부면 패널이 렌즈의 입사각과 평행해 지도록 패널의 형태를 각각 사다리꼴로 형성하여, 상기 수조를 촬영하는 렌즈의 원근조절을 통해 수조내의 어류의 위치를 완전하게 추적할 수 있도록 함으로써, 감시수조의 어류로 부터 보다 정밀한 데이터를 도출할 수 있는 효과를 제공한다.

Claims (5)

1. 다공판으로 통수되도록 형성하며, 전방 카메라 설치지점을 중심점으로 렌즈의 입사각에 상응하여 예각으로 경사지게 설치되는 유입관쪽 내부 구획벽(11a)과, 상부외측에 배출실을 갖도록 형성하며, 전방 카메라 설치지점을 중심점으로 렌즈의 입사각에 상응하여 예각으로 경사지게 설치되는 배출관쪽 내부 구획벽(11b)과, 전방 카메라 설치지점을 중심점으로 렌즈의 입사각에 상응하여 예각으로 경사지게 설치되는 하부면 내부 구획벽(11c)으로 이루어지며, 입출력 호스 및 내부 구획벽을 통해 피검수를 통과시키 감시수조(12)와;

   상기 감시수조(12)에서 사육되는 어류(20)의 화상정보를 전기신호로 변환하는 촬영장치(40)와;

   상기 카메라에 의해 촬영되어지는 수조가 일정한 밝기를 가지도록 상기 감시수조의 후면에 암실로 설치되어 간접조명을 제공하는 조명장치(30)와;

   상기 촬영장치로부터 얻어진 화상정보로 부터 상기 어류를 화상인식하는 화상처리장치(50)를 갖는 것을 특징으로 하는 어류를 이용한 화상감시용 수조.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 감시수조는, 수조 후방패널과 조명장치가 접하는 부분만 반투명 아크릴로 제작한 것을 특징으로 하는 어류를 이용한 화상감시용 수조.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 감시수조의 하부면 내부 구획벽(11c)은, 경사가 높은 부분에는 산소 기포 통과용 공간부(t2)를 형성하고, 경사가 낮은 부분에는 어류 배설물 및 먹이 잔여물 통과용 공간부(t1)를 형성한 것을 특징으로 하는 어류를 이용한 화상감시용 수조.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 감시수조의 틀체부 저면에는 어류 배설물 및 먹이 잔여물 방출을 위한 드레인 호스를 설치한 것을 특징으로 하는 어류를 이용한 화상감시용 수조.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 조명장치(30)는 하우징 내부의 상하부에 조명장치(11)를 설치하고, 상기 조명장치에서 발산되는 빛을 반사시킨후 간접조명이 감시수조(12)로 제공되도록 조명장치와 감시수조 사이에 반사판(32)이 설치된 것을 특징으로 하는 어류를 이용한 화상감시용 수조.