KR100814262B1

KR100814262B1 - 씨씨디 카메라를 사용한 히스테리시스 물벼룩 인식 특성을갖는 물벼룩 실시간 활동량 모니터링 장치

Info

Publication number: KR100814262B1
Application number: KR1020060093892A
Authority: KR
Inventors: 김응수; 박세훈; 박세현
Original assignee: 김응수; 박세훈; 박세현
Priority date: 2006-09-27
Filing date: 2006-09-27
Publication date: 2008-03-17

Abstract

본 발명은 CCD 카메라를 사용한 히스테리시스 물벼룩 인식 특성을 갖는 물벼룩 실시간 활동량 모니터링 장치에 관한 것으로; 수질 감시를 위한 물벼룩의 활동을 촬영하는 CCD 카메라와, 이 CCD 카메라의 출력에서 소프트웨어의 도움 없이 하드웨어에 의해 실시간으로 활동량을 측정할 수 있는 에프피지에이(FPGA)와 임베디드 시스템을 구비하여 이루어지고; 상기 에프피지에이(FPGA)는 셀 내의 물벼룩의 존재 유무 인식과 물벼룩 인식시에 히스테리시스 특성을 갖도록 하기 위해 버퍼램의 출력을 오프세트하이(Offset High) 만큼 증가시키는 "+" 로직과, 버퍼램의 출력을 오프세트로우(Offset Low) 만큼 감소시키는 "-" 로직과, 버퍼램의 출력이 상기 "+" 로직과 상기 "-" 로직을 통해 멀티플렉서에 공급되는 버퍼램과, 래치램의 출력이 셀렉트(Select)에 공급되고 멀티플렉서의 출력이 씨엠피(CMP) 로직의 한 입력으로 공급되는 멀티플렉서(Mux)와, 씨엠피(CMP) 로직의 입력에 상기 멀티플렉서의 출력이 입력되고, 또한 사용자가 설정한 기준치(No of Dot)가 공급되며 상기 씨엠피(CMP) 로직의 출력이 래치비트로 공급되는 씨엠피(CMP) 로직과, 래치비트의 출력이 엑스오알(Xor) 로직 및 프레임램에 입력되는 래치비트와, 상기 래치램으로부터의 출력 및 상기 래치비트로 부터의 출력이 각각 엑스오알(Xor) 로직에 입력되고 엑스오알(Xor) 로직의 출력이 액티비티 카운터에 입력되는 엑스오알(Xor) 로직과, 프레임램의 내부가 셀 0부터 셀 N-1로 구성되고 상기 래치비트의 출력을 입력받아 내부 셀에 저장하고 프레임램의 출력을 래치램에 공급하는 프레임램과, 상기 Xor 로직의 출력을 입력받아 엑티비티 카운터의 출력을 표시장치와 임베디드 시스템에 각각 제공하는 액티비티 카운터를 구비하여 이루어져 있다. 이러한 구조로 이루어진 본 발명의 장치는 상기 멀티플렉서와 상기 ‘+'로직과, 상기 '-'로직 및 상기 CMP 로직을 사용하여 버퍼램 출력의 진동 형상을 방지하기 위해 버퍼램출력 값이 이전 상태의 셀값보다 일정 개수 이상 많거나 일정 개수 이하로 적은 경우에만 셀의 값이 변하게 하여, 셀의 상태비교시 과거 상태 의존적 히스테리시스 특성을 이용하여 물벼룩 실시간 활동량을 모니터링 할 수 있는 것이다.

실시간 물벼룩 활동량 모니터링 장치, 모니터링 장치, 수질, 물벼룩, CCD 카메라

Description

씨씨디 카메라를 사용한 히스테리시스 물벼룩 인식 특성을 갖는 물벼룩 실시간 활동량 모니터링 장치 {An Real Time Monitoring Appratus for the Water Flea Activity which has Hysteresis Chrateristic using CCD Camera}

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

도 2 본 발명의 실시예에 관한 CCD 카메라를 사용한 히스테리시스 물벼룩 인식 특성을 갖는 물벼룩 실시간 활동량 모니터링 장치을 도시해 놓은 구성도,

도 3 는 본 발명의 CCD 카메라를 사용한 물벼룩 실시간 활동량 모니터링 장치에서 셀라인 내의 셀들을 위한 구현된 하드웨어 구성도,

도 4 은 셀라인(Cell Line)과 셀구조,

도 5 는 그레이레벨과 하이리미트와 로우리미트에 의한 비트 변환,

도 6 은 물벼룩 활동량 검출을 위한 하드웨어 구성도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 물벼룩 20 : CCD 카메라

30 : FPGA(Field Programmable Gate Array)

40 : 표시장치 50 : 임베디드 시스템

60 : 웹브라우져 71 : 비디오 입력프로세서

72 : 멀티플렉서 77 : 버퍼램

83 : CMP 로직 84 : 래치비트

85 : Xor 로직 86 : 래치램

87 : Activity Counter 88 : 프레임램

89 : + 로직 90 : - 로직

본 발명은 CCD 카메라를 사용한 물벼룩 실시간 활동량 모니터링 장치에 관한 것으로, 특히 히스테리시스 인식 특성을 이용하여 물벼룩 인식시 인식 값이 진동하는 현상 없이 물벼룩의 인식이 가능한 수질 경보를 위한 실시간 물벼룩 활동량 모니터링 장치에 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 있는바, 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 없었다.

따라서, 미생물의 경우 부가적인 미생물의 오염에 대한 대책이 필요할 실정이다. 이와 반대로 어류를 사용하는 경우에는 오염물질 유입에 대한 반응 속도가 미생물에 비해 상대적으로 느리나 눈으로 어류의 생육 상태를 쉽게 판단할 수 있어 타 생물학적 센서와 보완적인 측면에서 많이 사용한다.

물벼룩은 생육 상태를 눈으로 쉽게 판독될 뿐 아니라, 배양이 쉽고 넓은 pH에서 저항성, 독성 물질에 대한 뚜렷한 감수성으로 인해 미국 환경보호청(EPA)에서 유해물질 독성 시험 동물로 추천하고 있다.

물벼룩이 살고 있는 물에 독성물질이 유입되면 활동량의 변화를 가져오는데, 이러한 물벼룩 활동량의 변화를 측정하여 수질의 독성 물질 유입 여부를 판단할 수 있다.

도 1 은 물벼룩 활동량 모니터링을 위한 종래 시스템을 도시해 놓은 구성도로서, 도 1에 따른 물벼룩을 이용한 종래의 수질 오염 정도를 측정하는 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)이 활동량에 비례하여 발광부 LED(1)의 빛을 수광부 포토 트랜지스터(2)에서 차단하게 되고, 상기 포토 트랜지스터(2)의 출력이 증폭기(4)를 통해 순차적으로 필터(5), 카운터(6) 및 디지트론의 표시장치(7)로 전달되어지게 되어 있다.

따라서, 이것을 필터(5)를 거쳐 계수함으로서 물벼룩(3)의 활동량에 비례하는 수치가 카운터(6)를 통해 표시장치(7)에 나타나게 하는 것이다.

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 조정하여야 한다.

더군다나 물벼룩(3)이 빛에 민감한 특성 때문에 발광부 LED(1)의 레이저 빛을 받는 위치와 받지 않는 위치에서 물벼룩(3)이 빛에 대한 스트레스 강도가 틀리므로 이것이 물벼룩(3)의 활동에 영향을 미친다.

또한, 종래 시스템은 물벼룩(3)의 효과적인 활동량 측정을 위해 수광부와 발광부의 LED(1)와 포토 트랜지스터(2)의 센서 개수가 증감이 필요할 경우 센서가 하드웨어적으로 고정되어 있어 불가능한 단점이 있었다.

그러므로, 물벼룩의 활동량 조사를 종래 시스템으로 이용할 경우 LED를 이용한 발광부와 포토 트랜지스터를 이용한 수광부를 사용하는 방법이 있으나, 물벼룩이 빛에 민감하게 반응하고 측정 대상인 물벼룩을 기준에 두고 2 개의 장치(발광부와 수광부)를 두는 불편한 점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 LED 방식이 갖는 문제점을 개선하여, 물벼룩 활동이 촬영된 CCD 카메라의 출력을 사용하여 실시간으로 영상처리를 하여 물벼룩 실시간 활동량 모니터링을 용이하게 구축할 수 있게 하는 물벼룩 활동 감시 장치를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 수질 감시를 위한 물벼룩의 활동을 촬영하는 씨씨디(CCD) 카메라, 이 씨씨디(CCD) 카메라의 출력에서 소프트웨어의 도움 없이 하드웨어에 의해 실시간으로 활동량을 측정할 수 있는 에프피지에이(FPGA)와 임베디드 시스템를 구비하여 이루어지고;

상기 에프피지에이(FPGA)에는 단위화소 N x N 내의 물벼룩의 존재 유무 인식과 인식시에 히스테리시스 특성을 갖도록 하기 위해 버퍼램의 출력을 오프세트하이(Offset High) 만큼 증가시키는 "+" 로직과, 버퍼램의 출력을 오프세트로우(Offset Low) 만큼 감소시키는 "-" 로직과, 버퍼램의 출력이 상기 "+" 로직과 상기 "-" 로직을 통해 멀티플렉서에 공급되는 버퍼램과, 래치램의 출력이 셀렉트(Select)에 공급되고 멀티플렉서의 출력이 씨엠피(CMP) 로직의 한 입력으로 공급되는 멀티플렉서(Mux)와, 씨엠피(CMP) 로직의 입력에 상기 멀티플렉스의 출력이 입력되고, 또한 사용자가 설정한 기준치(No of Dot)가 공급되며 상기 씨엠피(CMP)의 출력이 래치비트로 공급되는 씨엠피(CMP) 로직과, 래치비트의 출력이 엑스오알(Xor) 로직 및 프레임램에 입력되는 래치비트와, 상기 래치램으로부터의 출력 및 상기 래치비트로 부터의 출력이 각각 엑스오알(Xor) 로직에 입력되고 엑스오알(Xor) 로직의 출력이 액티비티 카운터에 입력되는 엑스오알(Xor) 로직과, 프레임램의 내부가 셀 0부터 셀 N-1로 구성되고 상기 래치비트의 출력을 입력받아 내부 셀에 저장하고 프레임램의 출력을 래치램에 공급하는 프레임램과, 상기 엑스오알(Xor) 로직의 출력을 입력받아 액티비티 카운터의 출력이 표시장치와 임베디드 시스템에 각각 제공하는 액티비티 카운터를 구비하여 이루어진다.

상기한 바와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 장치는, 종래의 방식과 달리 발광부가 필요하지 않아 물벼룩 활동에 영향을 주지 않을 뿐만 아니라, 정밀 조정이 필요하지않는 CCD 카메라를 사용하여 물벼룩 활동을 직접 영상 처리하여 측정함으로 기존의 센서의 문제점을 해결하고 실시간으로 물벼룩 활동 감시를 통한 수질을 측정 모니터링 할 수 있는 장점이 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 관한 것으로 CCD 카메라를 사용한 히스테리시스 물벼룩 인식 특성을 갖는 물벼룩 실시간 활동량 모니터링 장치을 도시해 놓은 구성도이다.

본 발명에서 구현하는 방식은 물벼룩(10)의 활동을 CCD 카메라(20) 영상을 전부 이미지 버퍼에 저장한 뒤 컴퓨터나 DSP(Digital Signal Processor)의 소프트웨어 도움으로 활동량을 일괄 계산하는 방식이 아니라, 소프트웨어의 도움 없이 상기 CCD 카메라(20)의 출력에서 하드웨어(FPGA(Field Programmable Gate Array : 30), 임베디드 시스템(50))에 의해서 실시간으로 활동량을 측정할 수 있게 한 것이 다.

따라서, 고속이 아닌 일반 CCD 카메라(20)의 NTSC(National Television Standard Committee) 영상 출력일 경우에도 1/30 초의 정확도를 가질 수 있고, 물벼룩(10)의 활동량 측정 하드웨어(30)를 사용하여 수질 경보를 위한 물벼룩 활동량 모니터링 임베디드 시스템(50)을 구현할 수 있다.

즉, 수질 감시를 위한 물벼룩(10)의 활동량 측정을 CCD 카메라(20)를 이용하여 실시간으로 측정하는 FPGA(Field Programmable Gate Array : 30)를 구현하고 있다.

상기 물벼룩(10)은 수질 감시에 빈번히 사용하며 살아있는 생물학적 센서라고 할 수 있고, 물벼룩(10)은 수질이 오염이 되면 활동량의 변화가 나타나기 때문에 물벼룩(10)의 활동량을 감시함으로 해당 수질의 독성 물질의 유입을 즉각 인식할 수 있다.

따라서, 본 발명에서는 기존의 방식을 대체하기 위해 CCD 카메라(20)을 사용하고, 이 CCD 카메라(20)의 영상처리를 위해 실시간으로 하드웨어(30)로 처리하는 장치을 구현하고, 이렇게 구현된 하드웨어는 수질 경보를 위한 모니터링 임베디드 시스템(50)을 구축할 수 있다.

상기 FPGA(30)에는 표시장치(40)와 임베디드 시스템(50)이 각각 연결되고, 이 임베디드 시스템(Embedded system : 50)에는 네트워킹이 되도록 웹브라우져(Web Browser : 60)가 구성되어 있다.

도 3은 본 발명의 CCD 카메라를 사용한 물벼룩 실시간 활동량 모니터링 장치 에서 셀라인 내의 셀들을 구현한 하드웨어 구성도이고, 도 4는 셀라인(Cell Line)과 셀구조를 나타낸 것이며, 도 5 는 그레이 레벨(Gray Level)의 하이 리미트(High limit)와 로우 리미트(Low limit)에 의한 비트 변환도이다.

도 2에 도시된 물벼룩(10) 활동량 측정을 위한 실시간 처리 장치의 하드웨어 구성은 도 3에 도시된 바와 같이 구성되어 있으며, 상기 CCD 카메라(20)로부터의 출력은 상기 FPGA(30)내 비디오 입력프로세서(Video Input Processor : 71)에 의해 화면 면적에 해당하는 각 화소들이 디지털 값으로 순차적으로 출력된다.

본 발명에서는 한 마리의 물벼룩(10)의 활동을 검출할 수 있는 단위 면적을 N x N 개의 화소라 두고, 이 단위 화소 면적을 셀(Cell)이라고 하며, 이 단위면적은 한 마리의 물벼룩 면적에 대응된다. 그리고, 본 발명에서 셀이 가로줄로 나열되어 있는 것을 셀라인(Cell Line) 이라 한다. 전체 화면에 대해 셀라인(Cell Line) 별로 물벼룩 활동량을 화면의 위에서 아래로 산출해 내면 전체 화면의 면적에 대한 전체 셀(Cell)의 물벼룩 활동량이 측정된다.

도 4는 화면에서 셀라인 내의 셀(Cell)의 배치를 나타낸 것이다. 여기서, 셀라인은 N 개의 수평 주사선에 해당한다. 그리고, 셀 안의 M x M 화소 면적은 실제 물벼룩의 영상을 검출하는 영역이다. 상기 셀(Cell) 내에서 물벼룩 영상 검출은 도5의 그레이(Gray) 레벨의 하이 리미트와 로우 리미트에 의해 1, 0의 두 가지 비트 값으로 변화된다. 물에 담긴 물벼룩의 용기는 투명하며 배경이 단색 바탕에서 영상이 캡처되므로, 2 가지 레벨에서 물벼룩 영상과 배경 영상이 쉽게 추출된다.

도 5 는 물벼룩 영상을 추출하는 도 3의 윈도우 필터(Window Filter : 72)의 원리를 설명한 그래프이다. 그레이 레벨이 로우 리미트이상이고 하이 리미트 이하 인 값이 물벼룩의 영상 레벨이라고 두고, 그외 그레이 레벨 값을 배경 화면이라 둔다.

그리고, 임의 영상의 그레이 레벨이 로우 리미트 이상이고 하이 리미트 이하인 범위 내에 있으면 물벼룩의 영상이라 간주하고 '1'의 값을 인가하고, 그 밖의 범위이면 ‘0’을 인가한다. 여기서, 영상 그레이 레벨은 최대로 밝은 것을 0, 가장 어두운 것을 255로 역 변환시켜서 사용한다. 상기 영상의 로우 리미트, 하이 리미트는 외부에서 영상 상황에 맞추어 적절이 선택되며, N 과 M 의 크기는 카운터로 구현되게 하므로 가변할 수 있다.

물벼룩의 영상 인식을 위해서는 각각의 셀 내에 존재하는 ‘1’의 개수를 카운터 하여 ‘1’의 개수가 일정 개수(No of Dot) 이상이면 물벼룩의 영상이라 인식한다. 여기서, 일정 개수(No of Dot)는 셀 내의 M x M의 크기에 관계되며 외부 밝기에도 관계한다.

도 3은 셀 라인(Cell Line)에서 각 셀(Cell)의 ‘1’의 개수를 카운터한 후 이를 누적하기 위한 것이다. CCD 카메라로부터의 비디오신호는 비디오 입력프로세서(71)로 공급되어 화면 면적에 해당하는 각 화소들의 값이 디지털 값으로 순차적으로 윈도우 필터(72)로 출력된다. 이 윈도우 필터(72)에는 그레이 레벨의 하이 리미트(High Limit)와 로우 리미트(Low Limit)가 각각 공급된다.

상기 윈도우 필터(72)의 출력은 0 또는 1의 값으로 비트카운터(73)에 공급되는 바, 이 비트 카운터(73)에는 En, Clear, WE가 각기 공급되고, 비트 카운터(73)의 출력이 ADD 로직(74)의 한 입력에 입력된다. 상기 ADD 로직(74)의 다른 입력에는 멀티플렉서(Mux : 75)의 출력이 입력되고, 상기 ADD 로직(74)의 출력은 버퍼램(BUFFER RAM : 77)의 버퍼 입력(BUFFER INPUT)에 입력된다. 상기 버퍼램(77)에는 쓰기 제어를 위하여 WE가 공급된다.

상기 버퍼램(77)의 버퍼출력(BUFFER OUTPUT)은 래치(Latch : 76)를 통해 멀티플렉서(75)로 공급된다. 상기 멀티플렉서(75)는 별도의 "0" 입력과 Select가 각기 공급되도록 구성되어져 있다.

도 4에 도시된 셀라인(Cell Line)은 N 개의 수평 주사선으로 구성되어 있으므로 셀라인내의 모든 셀이 계산되기 위해서는 이전의 계산 값을 저장하여 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 셀 라인의 이전 셀 값을 누적하기 위해 사용된다. 이렇게 누적하기 위해서는 임의의 수평 주사선에서 각 셀에 대해 N x N의 시작 시점에서 비트 카운터(73)가 초기화되고, M x M 영역에서 비트 카운터(73)가 동작되며, N x N 의 영역의 끝 지점에서 셀의 버퍼램(77) 메모리 값과 더해져서 다시 버퍼램(77)에 저장된다. 그리고, 셀 라인의 마지막 주사선에서 각 셀의 버퍼램(77) 값이 일정 개수(No of Dot) 이상인가 비교하여 해당 셀 내의 물벼룩의 유무를 인식한다.

도 3에 도시된 하드웨어는 연속된 새로운 셀라인(Cell Line)을 처리하기 위해 재사용된다. 도 3에서 멀티플렉서(75)는 다음 셀 라인을 선택하기 위해서 및 각 셀의 버퍼램(77) 버퍼를 초기화하기 위해 사용된다.

도 6은 셀 내의 물벼룩 유무 인식과 물벼룩 활동량 검출을 위한 구조이다. 버퍼출력(78)은 버퍼출력(78)을 Offset High 만큼 증가시키는 "+"로직(89)과 버퍼출력을 Offset Low 만큼 감소시키는"-"로직(90)을 통해 멀티플렉서(72)에 공급되고, 버퍼의 출력이 히스테리시스 특성을 갖도록 상기 "+"로직(89)에는 Offset High가, 상기 "-"로직(90)에는 Offset Low가 각각 공급된다. 상기 멀티플렉서(72)의 Select에는 래치 램(86)으로부터의 출력이 공급되고, 멀티플렉서(72)의 출력은 CMP 로직(83)의 한 입력에 공급된다.

상기 CMP 로직(83)에는 멀티플렉서(72)에서 입력되는 것 이외에 사용자가 미리 화소의 개수로 설정한 기준치(No of Dot)가 입력되고, CMP 로직(83)의 출력은 래치비트(84)의 입력에 입력되고, 이 래치비트(84)에는 동기를 위해 clk이 공급되게 된다. 상기 래치비트(84)의 출력은 Xor 로직(85)에 입력되는 한편, 프레임데이터 입력(93)으로 프레임램(88)에 공급된다. 또한, 상기 Xor 로직(85)은 래치비트(84)의 출력과 래치램(86)으로부터의 출력이 각각 입력되고, 상기 Xor 로직(85)의 출력은 액티비티 카운터(87)에 입력된다.

상기 프레임램(88)은 셀0 부터 셀N-1로 구성되고, 프레임데이터 출력이 상기 래치램(86)에 공급된다. 상기 액티비티 카운터(87)에는 Clear, En이 공급되며, 액티비티 카운터(87)의 출력은 표시장치(40)의 디지트론과 임베디드 시스템(50)에 각각 공급된다.

도 3에 도시된 버퍼램(77)의 버퍼출력(78)은 임의 셀라인에서 특정 셀내의 '1'의 누적 계수이며, 이것과 기준치(No of Dot)와 비교하여 물벼룩의 유무를 인식한다. 래치비트(Latch Bit : 84)는 버퍼출력과 기준치(No of Dot)와 비교하는 CMP 로직(83)을 거쳐 '1'이면 셀 내의 물벼룩이 있음을 나타내고, '0'이면 없음을 나타낸다.

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

따라서, 과거의 셀의 상태를 알기 위해서는 셀의 상태를 저장시킬 메모리가 필요한데, 이것이 프레임램(Frame RAM : 88)인 것이다. 상기 프레임램(88)은 화면 내의 모든 셀에 대한 '1' 또는 '0'의 상태를 저장하며, 각 셀 당 1 비트 크기의 메모리를 지닌다.

임의 셀의 현재 상태는 과거의 셀이 저장되어 있는 프레임램(88) 메모리 내용과 비교한 후 다시 그 결과를 프레임램(88)에 저장한다.

물벼룩이 셀 영역 근처에서 물벼룩 활동과 무관한 떨림이나 영상의 떨림 혹은 영상의 잡음으로 인해 셀의 상태가 '1' 과 '0'로 진동하는 경우가 있다. 본 발명에서 이 진동 형상을 방지하기 위해 버퍼 출력(Buffer output)과 일정 개수(No of Dot)와 비교할 때 단순 비교하는 것이 아니라 과거 상태에 의존하여 비교하여 히스테리시스 특성을 갖도록 하고 있으며, 도 6에 도시된 바와 같이 멀티플렉서(Mux : 72)와 '+' 로직(89), '-' 로직(90) 및 CMP 로직(83)으로 구성되어 있다. 히스테리시스 특성을 갖도록 하기 위해서 래치램(86)의 셀 상태가 '0'인 경우 CMP로직(83)의 두 입력에 각각 기준치(No Of Dot) 값과 버퍼출력(78)에서 Offset high을 더한 값을 입력하고, 래치램(86)의 셀 상태가 '1'이면 비교로직인 CMP로직(83)의 두 입력은 기준치(No of Dot) 값과 버퍼출력(78)에서 Offset low를 뺀 값을 입력한다.

Xor 로직(85)의 출력을 액티비티 카운터(Activity Counter 87)를 통하여 단위 시간 동안 계수를 함으로서 물벼룩의 활동량을 측정할 수 있다. 이 물벼룩의 활동량 측정 데이터는 표시장치(40)의 LCD에 직접 표시하거나 임베디드 시스템(50)으로 출력하여 모니터링할 수 있다.

이상과 같이 구성되는 본 발명은 종래의 물벼룩의 활동량 측정에서 단점인 발광부와 수광부 2 개의 장치를 두는 방식과, 물벼룩이 센서에 민감하게 반응하여 활동량에 영향을 주는 문제와 센서의 개수가 고정된다는 문제점을 CCD 카메라의 영상처리 전용 하드웨어로 구성함으로써 해결한다. 그리고, 본 발명에 의한 물벼룩의 활동량 모니터링 장치는 CDD 카메라의 물벼룩 영상처리를 위해 이미지 버퍼에 저장한 후 컴퓨터나 DSP를 사용하여 소프트웨어적으로 일괄 처리를 하는 것이 아니라 전용하드웨어로 처리하므로 실시간 처리를 할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 히스테리시스 인식 특성으로 인해 물벼룩 인식시 인식 값이 진동하는 현상 없이 물벼룩의 인식이 가능한 수질 경보를 위한 실시간 물벼룩 활동량 모니터링 장치를 구현할 수 있다.

한편, 본 발명의 CCD 카메라를 사용한 히스테리시스 물벼룩 인식 특성을 갖 는 물벼룩 실시간 활동량 모니터링 장치에 대한 기술사상을 예시도면에 의거하여 설명했지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명의 특허청구범위를 한정하는 것은 아니다. 본 발명은 이 기술분야의 통상 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함을 분명하게 밝혀 둔다.

Claims

수질 감시를 위한 물벼룩의 활동을 촬영하는 씨씨디(CCD) 카메라, 이 씨씨디(CCD) 카메라의 출력에서 실시간으로 활동량을 측정할 수 있는 에프피지에이(FPGA)와 임베디드 시스템을 구비하여 이루어지고;

상기 에프피지에이(FPGA)에는 셀 내의 물벼룩의 존재 유무 인식과 인식시에 히스테리시스 특성을 갖도록 하기 위해 버퍼램의 출력을 오프세트하이(Offset High) 만큼 증가시키는 "+" 로직과, 버퍼램의 출력을 오프세트로우(Offset Low) 만큼 감소시키는 "-" 로직과, 버퍼램의 출력이 상기 "+" 로직과 상기 "-" 로직을 통해 멀티플렉서에 공급되는 버퍼램과, 래치램의 출력이 셀렉트(Select)에 공급되고 멀티플렉서(Mux)의 출력이 씨엠피(CMP) 로직의 한 입력으로 공급되는 멀티플렉서(Mux)와, 씨엠피(CMP) 로직의 입력에 상기 멀티플렉서의 출력이 입력되고, 또한 사용자가 설정한 기준치(No of Dot)가 공급되며 상기 씨엠피(CMP) 로직의 출력이 래치비트로 공급되는 씨엠피(CMP) 로직과, 래치비트의 출력이 엑스오알(Xor) 로직 및 프레임램에 입력되는 래치비트와, 상기 래치램으로부터의 출력 및 상기 래치비트로 부터의 출력이 각각 엑스오알(Xor) 로직에 입력되고 엑스오알(Xor) 로직의 출력이 액티비티 카운터에 입력되는 엑스오알(Xor) 로직과, 프레임램의 내부가 셀 0부터 셀 N-1로 구성되고 상기 래치비트의 출력을 입력받아 내부 셀에 저장하고 프레임램의 출력을 래치램에 공급하는 프레임램과, 상기 Xor 로직의 출력을 입력받아 액티비티 카운터의 출력이 표시장치와 임베디드 시스템에 각각 제공하는 액티비티 카운터를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 CCD 카메라를 사용한 히스테리시스 물벼룩 인식 특성을 갖는 물벼룩 실시간 활동량 모니터링 장치.