KR100746484B1 - 씨씨디 카메라를 사용한 물벼룩 활동량 측정을 통한 원격수질 감시 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 CCD(Charge Coupled Device) 카메라를 이용한 물벼룩 실시간 활동량 측정 및 원격 수질 감시 시스템에 관한 것으로, 수질 감시를 위한 물벼룩의 활동을 촬영하는 CCD 카메라와, 이 CCD 카메라의 영상출력에서 실시간으로 물벼룩 활동량을 측정하는 FPGA 보드와, 웹서버를 내장한 임베디드 시스템과, 상기 임베디드 시스템과 인터넷으로 접속된 원격 브라우져로 이루어지고; 상기 FPGA 보드는 CCD 카메라로 부터 입력된 영상 신호를 캡쳐하는 이미지 그랩 하드웨어와 물벼룩 활동을 측정하는 실시간 측정 하드웨어로 이루어지고, 상기 임베디드 시스템은 영상 이미지를 JPEG 포멧으로 압축하는 JPEG(52)와 압축된 영상 이미지 및 물벼룩 활동에 관한 액티비티 데이터를 원격 웹브라우져에 송신하고 원격 웹브라우져 부터 실시간 처리 하드웨어 설정 파라메터를 수신하는 소켓과, 물벼룩 활동에 관한 과거 데이터를 저장하고 원격 웹브라우져의 요청에 의하여 저장된 과거 데이터를 웹브라우져로 전송하는 웹서버와 실시간 측정 하드웨어 설정 파라메터를 설정하는 코멘드로 이루어지고, 자바 소켓과 자바 애플릿으로 이루어진 원격 웹브라우져를 구비하여 이루어져 있다. 그리고, 상기 원격 웹브라우져의 자바소켓과 상기 임베디드 시스템의 소켓은 인터넷을 통하여 상호 연결되어 있고, 임베디드 시스템으로부터 수신된 물벼룩의 영상 이미지 및 물벼룩 활동에 관한 액티비티 데이터는 원격 웹브라우져의 화면상에 출력되고, 원격 웹브라우져에서 입력된 FPGA 보드 설정 파라메터는 FPGA 보드에 설정할 수 있도록 되어 있어, 본 발명에 의하면 수질 감시를 위한 물벼룩 활동량 실시간 측정에 의한 원격 수질 감시 시스템을 구현할 수 있고, 본 발명에 의해 구현된 수질 감시 시스템을 사용하여 CCD로 촬영한 물벼룩의 활동 이미지를 원격 웹브라우져의 화면상에 출력하거나, 물벼룩 활동 액티비티 데이터를 원격 웹브라우져 상에 그래프로 출력하여 물벼룩 활동량을 감시할 수 있고, 이러한 물벼룩 활동량 감시를 통하여 수질을 실시간으로 원격에서 감시할 수 있다.

실시간 물벼룩 활동량 측정 하드웨어, 원격 수질 감시 시스템, 수질, 물벼룩, CCD 카메라

Description

씨씨디 카메라를 사용한 물벼룩 활동량 측정을 통한 원격 수질 감시 시스템 {A Real Time Remote Monitoring System for Water Flea Activity Status Using CCD Camera}

도 1 은 물벼룩 활동량 측정을 위한 종래 시스템을 도시해 놓은 구성도,

도 2 는 본 발명의 실시예에 관한 CCD 카메라를 사용한 물벼룩 실시간 활동량 측정을 통한 원격 수질 감시 시스템을 도시해 놓은 구성도,

도 3 은 본 발명의 CCD 카메라를 사용한 물벼룩 실시간 활동량 측정을 통한 원격 수질 감시 시스템에서 셀라인 내의 셀들을 위한 구현된 하드웨어 구성도,

도 4 는 셀라인(Cell Line)과 셀구조,

도 5 는 그레이레벨과 하이리미트와 로우리미트에 의한 비트 변환,

도 6 은 물벼룩 활동량 검출을 위한 하드웨어 구성도,

도 7 은 수질 경보를 위한 물벼룩 원격 수질 감시 시스템을 도시해 놓은 구성도,

도 8은 수질 경보를 위한 물벼룩 원격 수질 감시를 설명하기 위한 흐름도,

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 물벼룩 20 : CCD 카메라

30 : FPGA(Field Programmable Gate Array)

40 : 표시장치

50 : 임베디드 시스템

60 : 웹브라우져

본 발명은 물벼룩을 이용한 수질 감시 시스템에 관한 것으로, CCD 카메라를 사용한 물벼룩 실시간 활동량 측정 및 원격 수질 감시 시스템에 관한 것이다.

산업화가 진행됨에 따라 수질의 인체에 대한 안전성과 유해성에 대해 관심이 높아지고 있다. 수질 유해성을 판단하기 위해 많은 물리적, 화학적 센서들이 필요하다. 그러나, 수질에 대한 인체의 유해 여부를 알기 위해서는, 많은 물리적, 화학적 센서들의 판단을 하나의 생물학적 센서가 효과적으로 대신할 수 있기 때문에, 최근 생물학적 센서에 대한 관심이 집중되고 있다.

보통 수질에 적용하는 생물학적 센서는 미생물, 어류, 물벼룩 등을 사용하고 있는 바, 이 수질에서 미생물의 사용은 독성 물질유입에 따른 반응이 매우 빠르기 때문에 최근 매우 관심이 집중되어 있다.

그러나, 미생물의 경우는 다른 미생물에 의해 오염이 쉽게 되며, 이러한 과정이 현미경으로 사용하지 않고는 눈으로 판독할 수 없을 뿐 아니라, 타 미생물에 대한 오염이 빠른 속도 진행될 수 있다는 점에서 측정의 오류로 갈 가능성을 배제할 수 없다. 그러나, 물벼룩은 생육 상태가 눈으로 쉽게 판독될 뿐 아니라, 배양이 쉽고 넓은 pH에서 저항성, 독성 물질에 대한 뚜렷한 감수성으로 인해 미국 환경보호청(EPA)에서 유해물질 독성 시험 동물로 추천되고 있다. 상기 물벼룩이 살고 있는 물에 독성물질이 유입되면 활동량의 변화를 가져온다. 수질의 독성 물질 유입 여부는 물벼룩의 활동량의 변화를 측정하여 판단한다.

도 1 은 물벼룩 활동량 측정을 위한 종래 시스템을 도시해 놓은 구성도이다.즉, 물벼룩의 활동량을 측정하는 종래의 구현 방법으로는, LED(Light Emitting Diode : 1)를 이용한 발광부와 포토 트랜지스터(Photo Tr : 2)를 이용한 수광부를 사용하는 방법이 있다. 상기 LED(1)와 포토 트랜지스터(2)사이에 놓여진 물벼룩(3)의 활동량에 비례하여 발광부 LED(1)의 빛을 수광부 포토 트랜지스터(2)에서 차단하게 된다. 상기 포토 트랜지스터(2)의 출력은 증폭기(4)를 통해 순차적으로 필터(5), 카운터(6) 및 디지트론의 표시장치(7)에 표시되도록 설치되어 있다.

따라서, 상기 포토트랜지스터(2)의 필터(5)를 거쳐 차단된 회수를 계수함으로서 물벼룩(3)의 활동량에 비례하는 수치가 카운터(6)를 통해 표시장치(7)에 나타나게 된다. 이러한 방법은 측정 대상인 물벼룩(3)을 가운데 두고 2 개의 장치(발광부와 수광부)를 두는 불편한 점이 있었다. 또한, 발광부 LED(1)에서 빛의 회절을 방지하기 위해서 레이저 다이오드를 사용하기 때문에, 수광부 포토 트랜지스터(2)와 발광부 LED(1)의 위치를 정밀히 조정해야 하는 불편함이 있었다.

더군다나 물벼룩(3)이 빛에 민감한 특성을 보이기 때문에 발광부 LED(1)의 레이저 빛을 받는 위치와 빛을 받지 않는 위치에서의 물벼룩(3)의 빛에 대한 스트레스 강도가 틀리므로 이것이 물벼룩(3)의 활동에 영향을 미치게 된다. 또한, 종래 시스템은 물벼룩(3)의 효과적인 활동량 측정을 위해 발광부의 LED(1)와 수광부 포토 트랜지스터(2)로 이루어진 센서의 개수 증감이 필요할 경우, 센서가 하드웨어적으로 고정되어 있어 증감이 어려운 단점을 지니고 있었다.

또한, 종래의 시스템은 수질 감시를 하여야 할 장소가 지역적으로 여러 곳에 분산되어 있는 경우, 중앙에서 집중된 형태로 수질 상태를 감시할 수 있도록 하는 데에도 어려움이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 시스템의 방식을 개선하기 위해 발명한 것으로, 물벼룩 활동이 촬영된 CCD 카메라의 출력을 사용하여 실시간으로 영상처리를 하는 전용 하드웨어를 구비하여 물벼룩 활동량을 실시간으로 측정함으로써, 원격에서 물벼룩 활동량을 모니터링할 수 있는 원격 수질 감시 시스템을 제공하고자 함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 수질 감시를 위한 물벼룩의 활동을 촬영하는 CCD 카메라와, 이 CCD 카메라의 영상출력에서 실시간으로 물벼룩 활동량을 측정하는 FPGA 보드와, JPEG 영상처리부 및 웹서버를 내장한 임베디드 시스템과, 임베디드 시스템과 인터넷으로 접속된 원격 브라우져로 이루어져 있으며;

상기 FPGA 보드에는 CCD 카메라로부터 입력된 영상 신호를 캡쳐하는 이미지 그랩 하드웨어와 물벼룩 활동을 측정하는 실시간 측정 하드웨어로 이루어져 있고, 상기 실시간 측정 하드웨어에는 셀 내의 물벼룩의 존재 유무 인식과 물벼룩 활동량 검출을 위하여, 버퍼램의 출력을 Offset High 만큼 증가시키는 "+" 로직과, 버퍼램의 출력을 Offset Low 만큼 감소시키는 "-" 로직과, 버퍼램의 출력이 상기 "+" 로직과 상기 "-" 로직을 통해 멀티플렉서에 공급되는 버퍼램과, 래치램으로 부터 Select가 공급되어 그 출력이 CMP로직의 한 입력으로 공급되는 멀티플렉서와, CMP 로직의 입력에 상기 멀티플렉스의 출력이 입력되고 다른 입력에 No Of DOT가 공급되며 그 출력이 래치비트로 공급되는 CMP 로직과, 래치비트의 출력은 Xor 로직 및 프레임램에 입력되는 래치비트와, 상기 래치램으로 부터의 출력 및 상기 래치비트로 부터의 출력이 Xor 로직에 입력되고 Xor 로직의 출력이 액티비티 카운터에 입력되는 Xor 로직과, 프레임램의 내부가 셀 0부터 셀 NxM-1로 구성되고 상기 래치비트의 출력을 입력받아 프레임램의 출력을 래치램에 공급하는 프레임램과, 상기 Xor 로직의 출력을 입력받아 그 출력이 표시장치와 임베디드시스템에 각각 제공하는 액티비티 카운터로 이루어지고,

상기 임베디드 시스템은 이미지 그랩 하드웨어로 부터 수신된 영상 이미지를 JPEG 포멧으로 압축하는 JPEG 영상 처리부와 JPEG 포멧으로 압축된 영상 이미지 및 실시간 처리 하드웨어로 부터 물벼룩 활동에 관한 액티비티 데이타을 받아 원격 웹브라우져에 송신하고 원격 웹브라우져로 부터 FPGA 보드 설정에 관한 파라메터를 수신하는 소켓과 물벼룩 활동에 관한 과거 데이터를 저장하고 원격 웹브라우져의 요청에 의하여 저장된 과거 데이터를 전송하는 웹서버와, 상기 소켓으로 부터 수신 된 실시간 측정 하드웨어 설정 파라메터를 FPGA 보드에 설정하는 코멘드로 이루어지고,

상기 원격 웹브라우져는 자바 소켓과 자바 애플릿으로 이루어지고, 상기 원격 웹브라우져의 자바 소켓과 상기 임베디드 시스템의 소켓이 인터넷을 통하여 연결되며, 인터넷을 통하여 임베디드 시스템으로부터 수신된 물벼룩의 영상 이미지 및 물벼룩 활동에 관한 액티비티 데이터를 원격 웹브라우져의 화면상에 출력하고, 원격 웹브라우져에서 입력된 설정 파라메터를 FPGA 보드에 설정할 수 있도록 이루어져 구성된 것이다.

본 발명의 또 다른 특징으로는 상기 FPGA 보드에 디지트론의 표시장치가 연결되어, 이를 통해 실시간 측정 하드웨어에 의한 측정값이 실시간으로 숫자로 표시장치에 표시되게 한다.

본 발명에서는 종래의 방식과 달리 발광부가 필요하지 않으므로 CCD 카메라의 정밀 조정이 필요하지 않으며, 물벼룩 활동을 영상을 처리하여 측정함으로 기존의 센서에 해당하는 화면상의 측정 부문을 최대한 증감할 수 있고, 원격 웹브라우져에 의해 인터넷으로 실시간으로 수질을 모니터링할 수 있는 장점이 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 관한 것으로, CCD 카메라를 사용한 물벼룩 실시 간 활동량 측정 및 원격 수질 감시 시스템을 도시해 놓은 구성도로서, 상기 도면에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 시스템은,물벼룩(10)의 활동량을 실시간으로 감시하는 CCD 카메라(20)를 사용하고, 이 CCD 카메라(20)의 영상을 실시간으로 처리하기 위해 물벼룩 활동량 측정을 하드웨어적으로 처리하는 FPGA 보드(30)와 임베디드 시스템(50)을 구현하며, 이렇게 구현된 FPGA 보드(30)와 임베디드 시스템(50) 및 원격 웹브라우져(60)로 물벼룩에 의한 원격 수질 감시 시스템을 구축한다.

본 발명에서 구현하는 방식은 물벼룩(10)의 활동을 CCD 카메라(20)로 촬영하여, 연속하여 촬영되는 CCD 카메라(20) 영상을 전부 이미지 버퍼에 저장한 뒤 컴퓨터나 DSP(Digital Signal Processor)의 소프트웨어 도움 없이 하드웨어FPGA(Field Programmable Gate Array : 30) 보드, 임베디드 시스템(50))에 의해서 실시간으로 활동량을 측정할 수 있다. 따라서, 고속이 아닌 일반 방식의 NTSC(National Television Standard Committee) CCD 카메라(20) 영상 출력인 경우에도 1/30초의 정확도를 가질 수 있고, FPGA 보드(30)를 사용하여 물벼룩(10)의 활동량을 실시간으로 측정할 수 있다.

도 3은 본 발명의 CCD 카메라를 사용한 물벼룩 실시간 활동량 측정 및 원격 수질 감시 시스템에서 셀라인 내의 셀 처리를 위해 구현된 하드웨어 구성도이다. 상기 CCD 카메라(20)로부터의 출력은 상기 FPGA 보드(30)내 비디오 입력프로세서(Video Input Processor : 71)에 의해 화면 면적에 해당하는 각 화소들을 디지털 값으로 순차적으로 출력한다. 한 마리의 물벼룩(10)의 활동을 검출할 수 있는 단위 면적을 N x N 개의 화소라 두고, 이 단위 화소 면적을 전체 화면에 격자형으로 배 치한다. 본 발명에서는 이 단위 화소 면적을 셀(Cell)이라고 두며, 두 마리의 물벼룩 면적에 대응된다. 그리고, 셀이 가로줄로 나열되어 있는 것을 본 발명에서 셀라인(Cell Line) 이라 한다.

도 4는 셀라인(Cell Line)과 셀구조이며, 셀라인은 M개의 주사선으로 이루어지고, 가로 세로 각각 M개의 화소로 구성된다. 여기서, 셀라인은 N 개에 수평 주사선에 해당한다. 그리고, 셀 안의 M x M 화소 면적은 실제 물벼룩의 영상을 검출하는 영역이다. 상기 셀(Cell) 내에서 물벼룩 영상 검출은 그레이(Gray) 레벨을 거처 1, 0의 두 가지 비트 값으로 바뀐다. 물에 담긴 물벼룩의 용기는 투명하며 배경이 단색 바탕에서 영상이 캡쳐되므로, 2 가지 레벨에서 물벼룩 영상과 배경 영상을 쉽게 추출된다.

도 5는 물벼룩 영상 추출하는 윈도우 필터(Window Filter : 72)의 원리를 설명한 그래프이다. 수신된 영상 신호의 그레이 레벨(Gray Level)과 하이 리미트(High limit)와 로우 리미트(Low limit)에 의해 '0'과 '1'로 비트 변환된다. 그레이 레벨이 로우 리미트 이상이고, 하이 리미트 이하의 값이면 물벼룩의 영상 레벨이라고 하고, 그외 그레이 레벨 값을 배경 화면이라 한다.

그리고, 영상의 그레이 레벨이 로우 리미트 이상이고, 하이 리미트 이하의 범위 내에 있으면 물벼룩의 영상이라 간주하고 '1'의 값을 인가하고, 그 밖의 범위이면 '0'의 값을 인가한다. 여기서, 영상 그레이 레벨은 최대 밝은 것을 0, 어두운 것을 255로 하여 수신된 영상 신호를 역 변환시켜서 사용한다.

상기 영상의 로우 리미트, 하이 리미트는 외부에서 영상 상황에 맞추어 적절 히 선택할 수 있도록 파라메터 설정으로 조절되며, N 과 M 의 크기는 카운터로 구현되므로 파라메터 설정으로 가변할 수 있다.

물벼룩의 영상 인식을 위해서는 각 셀내의‘1’의 개수를 카운터 하여‘1’의 개수가 일정 개수 이상이면 물벼룩의 영상이라 인식한다. 여기서, 일정 개수는 셀 내의 M x M의 크기에 관계되며 외부 밝기에서도 관계한다.

CCD 카메라(20)로부터의 비디오신호는 비디오 입력프로세서(71)로 공급되었다가 화면 면적에 해당하는 각 화소들이 디지털 값으로 순차적으로 윈도우 필터(72)로 출력된다.

상기 윈도우 필터(72)에는 신호에 대한 그레이 레벨의 하이 리미트와 로우 리미트가 각각 공급된다. 상기 윈도우 필터(72)의 출력은 0 또는 1 로 비트카운터(73)에 공급되는 바, 이 비트 카운터(73)에는 En, Clear, WE의 Clk 이 각기 공급되고 그 출력이 ADD 로직(74)의 한 입력으로 공급된다. 상기 ADD 로직(74)의 다른 입력에는 멀티플렉서(Mux : 75)의 출력이 공급되고, ADD 로직(74)의 출력은 버퍼입력(BUFFER INPUT)으로 버퍼램(BUFFER RAM : 77)에 공급된다.

상기 버퍼램(77)은 WE가 공급될 때 쓰기가 이루어지고 내부는 N개의 셀로 이루어져 있다. 상기 버퍼램(77)의 버퍼출력(BUFFER OUTPUT)은 래치(Latch : 76)를 통해 멀티플렉서(75)로 공급된다. 상기 멀티플렉서(75)는 별도의 "0"과 Select 가 각기 공급되고 있도록 구성되어 있다. 셀라인은 N 개의 수평 주사선으로 구성되어 있으며, 셀라인 내의 모든 셀의 셀 값을 계산하기 위해서는 이전에 계산된 값을 저장하면서 N 번 누적할 필요가 있으며, 각 셀 당 1 개의 메모리가 필요하다.

ADD 로직(74)과 버퍼램(77)은 임의의 셀에 대한 현재의 수평 주사선에 대한 카운터 값과 해당 셀라인의 이전 셀의 값을 누적하기 위해 사용된다. 이렇게 누적하기 위해서는 임의 수평 주사선에서 각 셀에 대해 N x N의 시작 시점에서 카운터는 초기화되고, M x M 영역에서 비트 카운터(73)가 동작되며, N x N 의 영역의 끝 지점에서 셀의 버퍼램(77)의 각각의 셀에 해당하는 메모리 값과 더해져서 다시 버퍼램(77)에 저장된다.

그리고, 셀 라인의 마지막 주사선에서 버퍼램(77)내의 각각의 셀 값이 일정 개수 이상인가를 비교하여 각각의 해당 셀 내에 물벼룩 존재 유무를 인식한다. 멀티플렉서(75)는 다음 셀 라인의 처음에 버퍼램(77)의 각각의 셀을 초기화하기 위해 사용된다.

도 6 은 셀내의 물벼룩의 유무를 인식하고 물벼룩 활동량 검출을 위한 구조이다. 버퍼출력은 "+" 로직과 "-"로직을 통해 멀티플렉서(72)에 공급되고, 상기 "+"로직에는 Offset High가, 상기 "-"로직에는 Offset Low가 각각 공급되고 있다.

상기 멀티플렉서(72)에는 래치램(86)으로부터의 select가 공급되므로 그 출력은 CMP 로직(83)에 한 입력으로 공급된다. 상기 CMP 로직(83)의 다른 입력은 No Of DOT가 공급되므로 그 출력이 래치비트(84)로 공급된다. 상기 래치비트(84)의 출력은 Xor 로직(85) 및 프레임데이터로 프레임램(88)에 공급된다.

따라서, 상기 Xor 로직(85)은 래치램(86)으로부터의 출력이 공급되므로 그 출력은 액티비티 카운터(87)에 입력된다. 상기 프레임램(88)은 N개의 셀로 구성되어 있고, WR 신호에 의해 프레임데이터 출력을 상기 래치램(86)에 공급한다. 상기 액티비티 카운터(87)의 출력은 표시장치(40)의 디지트론과 임베디드시스템(50)에 각각 공급된다.

버퍼램(77)의 버퍼출력은 임의 셀라인에서 특정 셀 내의 ‘1’의 누적 계수이며, 이것과 일정 개수(여기서 No Of DOT 임)와 비교하여 물벼룩의 유무를 인식한다. 래치 비트(Latch Bit : 84)는 버퍼출력과 일정 개수(No of DOT)와 비교하는 CMP 로직(83)을 거쳐 결과 값이‘1’이면 셀 내의 물벼룩이 있음을 나타내고, 결과 값이‘0’이면 없음을 나타낸다.

한편, 물벼룩의 활동을 알아보기 위해서는 현재 셀의 상태와 이전 상태 셀의 상태를 비교함으로 물벼룩의 활동을 알 수 있다. 즉, 임의의 셀이 이전 값이 '0'인 상태에서 현재 값이 '1'로 변하였거나, '0' 상태에서 '1'로 되었다면 물벼룩은 활동상태가 되며, 반대로 이전과 이후 상태에 변함이 없다면 물벼룩이 해당 Cell 근처에서 활동하지 않는 상태가 된다. 이것을 담당하는 회로 부분이 도 6에서 Xor 로직(85)이다.

따라서, 과거의 셀의 상태를 알기 위해서는 셀의 과거 상태를 저장하고 있을 메모리가 필요한데, 이것이 프레임 램(Frame Ram : 88) 인 것이다. 상기 프레임 램(88)은 화면 내에 모든 셀에 대한 ‘1’ 또는 ‘0’의 상태를 저장할 공간이 있으며, 각 셀 당 1 비트 크기의 메모리를 지닌다. 임의 셀의 현재 상태는 과거의 셀이 저장되어 있는 프레임 램(88) 메모리 내용과 비교한 후 다시 프레임 램(88)에 저장한다. Xor 로직(85)의 출력을 단위 시간로 계수(액티비티 카운터, Activity Counter : 87)함으로써 물벼룩의 활동량을 측정할 수 있다.

이렇게 측정된 물벼룩의 활동량 측정 데이터를 표시장치(40)의 LCD에 직접 표시하거나 임베디드 시스템(50)으로 출력하여 원격 웹브라우져(60)에서 모니터링하게 할 수 있다.

도 7은 원격 웹브라우져를 통한 원격 모니터링 및 제어를 위하여 이미지 캡쳐 데이터 및 액티비티 데이터의 송신과 실시간 측정 하드웨어(30)의 파라메터 설정 데이터의 흐름을 보여주기 위한 구성도이다.

원격 수질 측정은 측정하는 장소에 무관하게 원격으로 측정값을 모니터링하게 하는 것으로 데이터의 집중화와 데이터의 분석 및 데이터베이스(DB) 구축에 매우 필요하다.

본 발명에서는 물벼룩 활동량 실시간 측정 하드웨어(30)를 임베디드 시스템(50)을 통하여 원격에서 제어하거나 수질을 모니터링 할 수 있도록 구성되어 있다. CCD 카메라로부터의 영상출력은 FPGA 보드(30)에 공급되고, 이 FPGA 보드(30)는 이미지 그랩(Image Grab :32)과 물벼룩 활동을 위한 실시간 측정하드웨어 보드(34)로 구성된다.

상기와 같이 구성한 원격 수질 감시 시스템은 서버(Server)와 클라이언트(Client)의 양쪽에 별도의 프로그램을 각각 구현해야 하는 클라이언트/서버 방식이 아니라, 간단한 자바 애플릿(64)과 자바소켓(62)을 이용하여 원격 웹브라우져(60)를 통해 임베디드 시스템(50)에 접근함으로 모니터링이 간단히 이루어질 수 있도록 되어 있다. 보통 클라이언트/서버 방식에서는 서블렛을 사용하지 않고서는 애플릿만으로 서버의 자료를 가질 수가 없는 구조로 되어 있다.

그러나, 본 발명에서는 간단히 애플릿 이용하여 원격에서 서버에 자료를 처리하기 위해서 자바 애플릿(64)에서 소켓을 사용한다. 이 소켓을 통하여 물벼룩 활동량 실시간 측정 하드웨어(FPGA 보드)의 각종 파라메터를 제어하고, 물벼룩 활동량 및 물벼룩 실제 영상을 모니터링할 수 있도록 구현할 수 있다.

원격지에서 물벼룩의 실제 상태를 직접 보지 않고 물벼룩의 활동량 수치에만 의존하여 수질 경보 발생을 한다는 것은 심각한 오류를 발생할 수 있기 때문에, 본 발명으로 구현된 모니터링 시스템은 물벼룩의 활동하는 실제 영상과 물벼룩 실시간 활동량 수치를 함께 모니터링할 수 있게 하였다.

물벼룩의 영상은 FPGA 보드(30)의 이미지 그랩(34)에 의해 획득되고, 이미지를 임베디드 시스템(50)의 JPEG(52) 영상처리부에서 JPEG 포멧으로 압축하고 실시간 물벼룩 활동량 수치와 함께 임베디드 시스템(50)의 소켓(54) 및 자바 소켓(62)을 통해 원격지의 웹브라우져(60)에 전송한다.

도 8 은 수질 경보를 위한 물벼룩 원격 모니터링 소프트웨어의 흐름도이다. 임베디드 시스템(50)에서는 시작과 동시에 웹서버(58)를 구동시키며, FPGA(30) 보드에 각종 초기 파라메터들을 설정하고, 소켓을 생성시킨다.

그리고 나서, 클라이언트(원격 웹브라우져)의 요구를 대기하고 클라이언트(원격 웹브라우져)의 접근이 있을 시에 클라이언트(원격 웹브라우져)와 웹서버간의 소켓 통신이 시작된다. 한편, 원격지에서는 원격 웹브라우져(60)를 통해 웹서버를 접근하면, 웹서버는 HTTP(Index.html과 Index.java)의 클라스(class), 즉 index.class 를 원격 브라우져에서 넘겨준다. 여기서, Index.html와 Index.class는 각각 웹브라우져에서 표시되도록 되어 있는 웹페이지와 애플릿이다. 상기 원격 웹브라우져는 Index.html로 통해 웹페이지를 생성하고, index.class를 통해 클라이언트 소켓을 생성한다.

상기 index.class는 클라이언트 소켓 통신을 위한 입출력 스트리밍을 생성시켜 웹서버와 소켓 통신을 시도하게 된다. 상기 웹서버에서 소켓 통신을 통하여 FPGA 보드(30)로 부터 수신한 물벼룩 활동량 수치와 함께 물벼룩 영상을 JPEG 파일로 변환시켜 원격 웹브라우져로 전송한다. 그러면, 웹브라우져는 웹 페이지에 물벼룩 활동량 수치와 물벼룩의 영상을 표시하게 된다.

상기 웨브라우져에서 웹서버로의 통신은 FPGA 보드(30)의 각종 파라메터, 즉 NxN/MxM 카운터, Low limit/ High Limit, Offest High/Offset Low, NO of DoT 및 Clear/Enable 등 설정 파라메터를 임베디드 시스템(50)으로 전송하고, 임베디드 시스템은 다시 이 데이터를 받아 FPGA 보드(30)에 설정한다.

이상과 같이 구성된 본 발명은 종래의 물벼룩의 활동량 측정에서 단점인 2 개의 장치(발광부와 수광부)를 두는 방식과, 물벼룩이 센서에 민감하게 반응하여 활동량에 영향을 주는 문제와 센서의 개수가 고정된다는 문제점을 CCD 카메라의 영상을 하드웨어적으로 처리하여 해결할 수 있다.

그리고, 본 발명으로 구현된 방식은 CCD 카메라의 물벼룩 영상처리를 위해 이미지 버퍼에 저장한 후 컴퓨터나 DSP를 사용하여 소프트웨어로 일괄 처리를 하는 것이 아니라 하드웨어로 처리를 하므로 실시간 처리를 할 수 있다.

또한, 본 발명으로 구현된 하드웨어를 사용한 수질 경보를 위한 원격 수질 감시 시스템을 구현할 수 있다. 이렇게 구현된 원격 수질 감시 시스템은 서블렛을 사용하지 않고, 간단히 자바 애플릿과 자바 소겟을 이용하여 원격 수질 감시 시스템을 효과적으로 구축할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 수질 감시를 위한 물벼룩 활동량을 실시간으로 측정하는 하드웨어를 구현할 수 있고, 구현된 물벼룩 활동량 측정 하드웨어를 사용하여 원격에서 수질을 감시할 수 있는 원격 수질 감시 시스템을 구현할 수 있다.

본 발명의 CCD 카메라를 사용한 물벼룩 실시간 활동량 측정 및 원격 수질감시 시스템에 대한 기술사상을 예시 도면에 의거하여 설명했지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명의 특허 청구 범위를 한정하는 것은 아니다.

Claims (2)

1. 수질 감시를 위한 물벼룩의 활동을 촬영하는 CCD 카메라(20)와, 이 CCD 카메라(20)의 영상출력에서 실시간으로 물벼룩 활동량을 측정하는 FPGA 보드(30)와, JPEG(52) 영상처리부 및 웹서버(58)를 내장한 임베디드 시스템(50)과, 상기 임베디드 시스템(50)과 인터넷(70)으로 접속된 원격 웹브라우져(60)로 이루어진 물벼룩을 이용한 실시간 물벼룩 활동량 측정 및 원격수질 감시 시스템에 있어서;

   상기 FPGA 보드(30)는 CCD 카메라(20)로부터 입력된 영상 신호를 캡쳐하는 이미지 그랩 하드웨어(32)와 물벼룩 활동을 측정하는 실시간 측정 하드웨어(34)로 이루어지고;

   상기 임베디드 시스템(50)은 이미지 그랩 하드웨어(32)로부터 수신된 영상 이미지를 JPEG 포멧으로 압축하는 JPEG(52) 영상처리부와, JPEG 포멧으로 압축된 영상 이미지 및 실시간 처리 하드웨어(34)로부터 물벼룩 활동에 관한 액티비티 데이타(53)FMF 받아 원격 웹브라우져(60)에 송신하고 원격 웹브라우져(60)로부터 실시간 처리 하드웨어(34) 설정에 관한 파라메터를 수신하는 소켓(54)과, 물벼룩 활동에 관한 과거 데이터(57)를 저장하고 원격 웹브라우져(60)의 요청에 의하여 저장된 과거 데이터(57)를 전송하는 웹서버(58)와, 상기 소켓(54)으로 부터 수신된 설정 파라메터를 수신하여 FPGA 보드(30)의 파라메터를 설정하는 코멘드(59)로 이루어지며;

   원격 웹브라우져(60)는 자바 소켓(62)과 자바 애플릿(64)으로 이루어지는 한 편;

   상기 원격 웹브라우져(60)의 자바소켓(62)과 상기 임베디드 시스템(50)의 소켓(54)은 인터넷(70)을 통하여 연결되고, 인터넷(70)을 통하여 임베디드 시스템(50)으로부터 수신된 물벼룩의 영상 이미지 및 물벼룩 활동에 관한 액티비티 데이터(53)를 원격 웹브라우져(60)의 화면상에 출력하고, 원격 웹브라우져(60)에서 입력된 설정 파라메터를 FPGA 보드(30)에 설정할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 CCD 카메라(20)를 사용한 물벼룩 실시간 활동량 측정 및 원격 수질 감시 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 실시간 측정 하드웨어(34)는, 셀 내의 물벼룩의 존재 유무 인식과 물벼룩 활동량 검출을 위하여 버퍼램(77)의 출력을 Offset High 만큼 증가시키는 "+" 로직과; 버퍼램(77)의 출력을 Offset Low 만큼 감소시키는 "-" 로직과; 버퍼램(77)의 출력이 상기 "+" 로직과 상기 "-" 로직을 통해 멀티플렉서(72)에 공급되는 버퍼램(77)과; 래치램(86)으로부터 Select가 공급되어 그 출력이 CMP로직(83)의 한 입력으로 공급되는 멀티플렉서(72)와; CMP로직(83)의 입력에 상기 멀티플렉서(72)의 출력이 입력되고 다른 입력에 No Of DOT가 공급되며 그 출력이 래치비트(84)로 공급되는 CMP로직(83)과; 래치비트(84)의 출력이 Xor로직(85) 및 프레임램(88)에 입력되는 래치비트(84)와; 상기 래치램(86)으로부터의 출력 및 상기 래치비트(84)로 부터의 출력이 Xor로직(85)에 입력되고, Xor로직(85)의 출력이 액티비티 카운터(87)에 입력되는 Xor로직(85)과; 프레임램(88)의 내부가 셀 0부터 셀 NxM-1로 구성되고 상기 래치비트(84)의 출력을 입력받아 프레임램(88)의 출력을 래치램(86)에 공급하는 프레임램(88)과; 상기 Xor로직(85)의 출력을 입력받아 그 출력이 표시장치(40)와 임베디드 시스템(50)에 각각 제공하는 액티비티 카운터(87)로 이루어진 것을 특징으로 하는 CCD 카메라를 사용한 물벼룩 실시간 활동량 측정 및 원격 수질 감시 시스템.

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