KR100944791B1

KR100944791B1 - 수위 관측 시스템 및 수위레벨 원격 측정 방법

Info

Publication number: KR100944791B1
Application number: KR1020070114918A
Authority: KR
Inventors: 이순걸; 신익상
Original assignee: ㈜ 거성유니텍
Priority date: 2007-11-12
Filing date: 2007-11-12
Publication date: 2010-02-26
Also published as: KR20090048847A

Abstract

본 발명은 수위계측 시스템에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 무인형 원격 수위측정 시스템으로서 필요한 적재적소에 설치하여 원격으로 수위영상 및 수치를 모니터링 할 수 있음은 물론, 영상정보를 Web 기반으로 볼 수 있으며, 수위레벨 및 레벨의 시간에 따른 변화 등에 대해 단계적인 대처가 가능하며 보다 정확하고 효율적인 종합자동기상관측 및 각종 환경감시 및 재해방지에 활용할 수 있는 수위 관측 시스템 및 수위레벨 원격 측정 방법에 관한 것이다.

본 발명은 수위를 계측하며 수십미터이상 원거리에서 기준위치를 검출하는 카메라(10); 두 대의 카메라(10) 중 한대를 선택 할 수 있는 스위치 역할을 수행하는 MUX(20); MUX(20)로부터 영상 데이터를 입력받으며 임베디드 시스템과 임베디드 OS에 적합한 구조로 되어 있고 입출력, 스케줄링, 응용프로그램을 수행하는 CPU(30); CPU(30)으로부터 영상을 입력받고 그 영상의 전처리와 영상처리 알고리즘에 의해 수위레벨을 결정하는 요소로 구성되며 처리된 결과를 통신부(70)로 보내며 입력영상을 압축하여 통신부(70)로 송출하는 역할을 담당하고 입력된 영상과 처리 결과를 DB(60)에 저장하는 영상처리부(40); 시스템의 운영과 데이터의 입출력을 하는 입/출력장치(50); 영상처리부(40)에서 보내온 영상 데이터를 저장하는 DB(60); 영상처리부(40)에서 보내온 데이터를 인터넷으로 전송하고 유무선 방식으로 전송선택을 하는 통신부(70); 카메라(10)에서 보내온 아날로그 입력영상 데이터를 디지털화하여 CPU(30)로 보내는 F/G(80); 솔라셀(110)로부터 공급되는 전압을 축적하는 배터리(90); 배터리(90)에 전압을 충전하기 위하여 충전제어하는 충전부(100); 태양에너지로부터 전압을 발생시키는 솔라셀(110); 솔라셀(110)에 의한 전원의 선택 및 솔라셀(110)의 충전부(100)를 제어하는 전원 제어부(120); 솔라셀(110)의 이상시 즉시 전환되어 전원이상발생동안 시스템의 정전을 막아 시스템이 다운되지 않도록 보호하는 전원 검출부(130);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

카메라, MUX, CPU, 영상처리부, 입/출력장치, DB, 통신부, 배터리, 충전부

Description

수위 관측 시스템 및 수위레벨 원격 측정 방법{SYSTEM FOR MEASUREMENT OF THE WATER LEVEL AND METHOD FOR MEASUREMENT OF THE WATER LEVEL}

일반적으로, 현재 전 세계적으로 산발적인 집중호우는 막대한 경제적 인적피해를 낮고 있다. 이로 인해 현재 적절한 계측시스템과 예방을 위한 관리 시스템이 필요한 실정이다. 이를 위하여 위험재난 지역 혹은 수위계측이 필요한 장소 즉 탬, 강을 지나는 철도, 해안, 저수지등 의 수위를 자동적으로 24시간 원격으로 관측할 필요가 있다.

종래에는 일반적인 초음파 센서나 음파식 센서 ,부표를 이용한 방법 등의 접촉식 등을 이용하였으나 이들 방식은 온도변화에 따라 값이 변하거나 홍수 또는 이 물질 등에 의해 유실될 염려가 있으며 측정값과 실제 수위의 일치여부의 확인이 불가능하며 수위의 모니터링이 불가능한 문제점이 있었다.

본 발명은 상기 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 무인형 원격 수위측정 시스템으로서 필요한 적재적소에 설치하여 원격으로 수위영상 및 수치를 모니터링 할 수 있음은 물론, 영상정보를 Web 기반으로 볼 수 있으며, 수위레벨 및 레벨의 시간에 따른 변화 등에 대해 단계적인 대처가 가능하며 보다 정확하고 효율적인 종합자동기상관측 및 각종 환경감시 및 재해방지에 활용할 수 있는 수위 관측 시스템 및 수위레벨 원격 측정 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명은 수위를 계측하며 수십미터이상 원거리에서 기준위치를 검출하는 카메라(10); 두 대의 카메라(10) 중 한대를 선택 할 수 있는 스위치 역할을 수행하는 MUX(20); MUX(20)로부터 영상 데이터를 입력받으며 임베디드 시스템과 임베디드 OS에 적합한 구조로 되어 있고 입출력, 스케줄링, 응용프로그램을 수행하는 CPU(30); CPU(30)으로부터 영상을 입력받고 그 영상의 전처리와 영상처리 알고리즘 에 의해 수위레벨을 결정하는 요소로 구성되며 처리된 결과를 통신부(70)로 보내며 입력영상을 압축하여 통신부(70)로 송출하는 역할을 담당하고 입력된 영상과 처리 결과를 DB(60)에 저장하는 영상처리부(40); 시스템의 운영과 데이터의 입출력을 하는 입/출력장치(50); 영상처리부(40)에서 보내온 영상 데이터를 저장하는 DB(60); 영상처리부(40)에서 보내온 데이터를 인터넷으로 전송하고 유무선 방식으로 전송선택을 하는 통신부(70); 카메라(10)에서 보내온 아날로그 입력영상 데이터를 디지털화하여 CPU(30)로 보내는 F/G(80); 솔라셀(110)로부터 공급되는 전압을 축적하는 배터리(90); 배터리(90)에 전압을 충전하기 위하여 충전제어하는 충전부(100); 태양에너지로부터 전압을 발생시키는 솔라셀(110); 솔라셀(110)에 의한 전원의 선택 및 솔라셀(110)의 충전부(100)를 제어하는 전원 제어부(120); 솔라셀(110)의 이상시 즉시 전환되어 전원이상발생동안 시스템의 정전을 막아 시스템이 다운되지 않도록 보호하는 전원 검출부(130);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 기준 위치 검출에 있어서, (a)카메라로 목표 지점의 영상을 촬영하는 단계; (b)영상처리을 위해 비교적 처리 속도를 높이기 위하여 그레이 레벨로 변환하는 단계; (c)목표물의 특징요소를 가지는 영상의 한 영역을 캡쳐하는 단계; (d)카메라에 캡쳐된 영상을 중간값 필터링을 하는 단계; (e)영상처리 알고리즘의 성능을 높이기 위한 전처리 단계로 대비개선 알고리즘을 사용하여 개선하며 최적의 게인을 찾아 최적 대비 개선을 수행하는 단계; (f)이진화 방법을 이용하여 레벨을 찾아 이진화 하는 단계; (g)단계 (f)에서 찾아진 물체들을 구분하기 위하여 연결성을 갖는 물체들에 레이블(실종의 물체식별번호)을 부여하는 단계; (h)단계 (g)에서 찾은 물체들 중 일정 크기 이하를 제거하는 단계; (i)사이즈 필터링 후 물에 해당되는 픽셀 값은 음의 값으로, 해당되지 않는 부분의 값은 양의 값으로 설정한 후 crop된 영역에서 수직 투영된 픽셀 값의 히스토그램을 산출하는 단계; (j)단계 (i)에서 구해진 히스토그램값를 가지고 변화율(미분값)을 구하는 단계; (k)결과값이 비정상적인 영역인지를 판단하는 단계; (l)결과값이 정상적인 영역이면 이득을 조정하고 단계 (e)로 돌아가는 단계; (m)픽셀의 위치를 실제 cm 값으로 환산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 수위레벨 원격 측정 방법에 있어서, (a-1)카메라로 수위 측정위한 목표지점 영상을 촬영 하는 단계; (b-1)컬러 영상을 그레이 영상으로 변환하는 단계; (c-1)목표위치(다리)의 특징점을 검출 하여 수위 측정의 절대기준위치를 검출하는 단계; (d-1)수위 측정을 위한 기준자 역할을 하는 영역(ROI) 내의 첫 번째 탐색영역(Moving Window)을 지정하는 단계; (e-1)각 Moving Window(MW)내에서 FFT(Fast Fourier Transform)을 이용한 물의 주파수를 분석하는 단계; (f-1)MW가 ROI 내에 있는가를 판단하는 단계; (g-1)MW가 ROI 내에 있는 경우 cnt_MV= cnt_MV+ 1 을 수행하고 단계 (e-1)으로 이동하는 단계; (h-1)MW가 ROI 내에 있지 않으면, cnt_k= 0 이 되는 단계; (i-1)k_f≥Limit 인지를 판단하는 단계; (j-1)k_f≥Limit 이 아니면 cnt_k= cnt_k + 1 을 수행하는 단계; (k-1)k_f≥Limit 이면 Limit 범위를 초과하는 k_f 를 갖는 영역의 MW위치를 저장하는 단계; (l-1)탐색된 MW의 대비를 개선하는 단계; (m-1)검출된 MV영역의 에지를 DETECT하고 에지 픽셀들의 표준편차와 분산을 계산하는 단계; (n-1)표준편차와 분산의 값의 스케일 값을 이진화 수행하는 단계; (o-1)검출된 MW영역에서 모폴로지컬 연산(Morphological Operation)중 Closing 연산을 수행하는 단계; (p-1)검출된 MW영역에서 템플릿 매칭 (Template Matching)을 수행하는 단계; (q-1)MW영역에서 템플릿 매칭에 의해 검출된 수위의 픽셀높이를 전체 이미지의 상대 높이로 환산하는 단계; 및 (r-1)이미지 상의 수위에 해당되는 픽셀의 위치를 실제 cm값으로 환산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 무인형 원격 수위측정 시스템으로서 필요한 적재적소에 설치하여 원격으로 수위영상 및 수치를 모니터링 할 수 있음은 물론, 영상정보를 Web 기반으로 볼 수 있으며, 수위레벨 및 레벨의 시간에 따른 변화 등에 대해 단계적인 대처가 가능하며 보다 정확하고 효율적인 종합자동기상관측 및 각종 환경감시 및 재해방지에 활용할 수 있는 수위 관측 시스템 및 수위레벨 원격 측정 방법으로 고성능 CCD 카메라를 통하여 수위레벨 영상이 얻어지고, 기존의 아날로그 데이터를 디지털화하여 신뢰성 확보 및 DB화가 되며 무인화가 가능하고 실시간 영상정보를 통한 각종 재해에 적극 대처가능하며 유무선 네트워크를 통한 관측자의 광역화가 가능하고 주파수 분석을 통한 수위계측 알고리즘 데이터의 정확 성 및 신뢰성 확보되는 효과를 얻을 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는

경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수위 관측 시스템 블럭도이다.

도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명은 수위를 계측하며 수십미터이상 원격거리에서 기준위치를 검출하는 카메라(10); 두 대의 카메라(10) 중 한대를 선택 할 수 있는 스위치 역할을 수행하는 MUX(20); MUX(20)로부터 영상 데이터를 입력받으며 임베디드 시스템과 임베디드 OS에 적합한 구조로 되어 있고 입출력, 스케줄링, 응용프로그램을 수행하는 CPU(30); CPU(30)으로부터 영상을 입력받고 그 영상의 전처리와 영상처리 알고리즘에 의해 수위레벨을 결정하는 요소로 구성되며 처리된 결과를 통신부(70)로 보내며 입력영상을 압축하여 통신부(70)로 송출하는 역할을 담당하고 입력된 영상과 처리 결과를 DB(60)에 저장하는 영상처리부(40); 시스템의 운영과 데이터의 입출력을 하는 입/출력장치(50); 영상처리부(40)에서 보내온 영상 데이터를 저장하는 DB(60); 영상처리부(40)에서 보내온 데이터를 인터넷으로 전송하고 유무선 방식으로 전송선택을 하는 통신부(70); 카메라(10)에서 보내온 아날로그 입력영상 데이터를 디지털화하여 CPU(30)로 보내는 F/G(80); 솔라셀(110)로부터 공급되는 전압을 축적하는 배터리(90); 배터리(90)에 전압을 충전하기 위하여 충전제어하는 충전부(100); 태양에너지로부터 전압을 발생시키는 솔라셀(110); 솔라셀(110)에 의한 전원의 선택 및 솔라셀(110)의 충전부(100)를 제어하는 전원 제어부(120); 솔라셀(110)의 이상시 즉시 전환되어 전원이상발생동안 시스템의 정전을 막아 시스템이 다운되지 않도록 보호하는 전원 검출부(130);로 구성된다.

카메라(10)는 관측에 이용되는 카메라는 아날로그 카메라와 USB 카메라를 사용하여 수위를 계측하며 수십미터이상 원격거리에서 기준위치 검출 가능한 구조이다.

MUX(20)는 두 대의 카메라 중 한대를 선택 할 수 있는 스위치 역할을 수행한다.

관측시스템은 이동과 협소한 장소에 적합한 소형경량의 저전력 구동형 시스템으로 임베디드 하드웨어상에 임베디드 OS를 탑재한 시스템이다.

CPU는 임베디드 시스템과 임베디드 OS에 적합한 구조의 중앙처리장치로, 입출력, 스케줄링, 그리고 응용프로그램 등을 담당한다.

영상처리부(40)는 영상을 입력받고 그 영상의 전처리와 영상처리 알고리즘에 의해 수위레벨을 결정하는 요소로 구성되며 처리된 결과를 통신부로 보내며 입력영상을 압축하여 통신부로 송출하는 역할을 담당하고 입력된 영상과 처리 결과를 DB 에 저장한다.

입출력장치(50)는 시스템의 운영과 데이터의 입출력을 위한 장치이다.

DB(60)는 입력된 영상과 처리 결과를 저장하기 위한 데이터베이스로 일정기간동안의 영상을 저장할 수 있다.

통신부(70)는 처리된 결과를 인터넷으로 전송하기 위한 전송규약, 유무선 방식의 전송선택, 데이터 전송 등의 프로그램처리와 그에 해당하는 하드웨어 장치이다.

F.G(80)는 아날로그 입력영상을 디지털화하여 관측시스템에 입력하기위한 장치이다.

배터리(90)는 솔라셀로부터 공급되는 전압을 축적하기 위한 2차 전지이다.

충전부(100)는 배터리에 전압을 충전하기 위한 충전회로를 포함한 충전제어장치이다.

솔라셀(110)은 태양에너지로부터 전압을 발생시킬 수 있는 요소로서 여러 셀을 조합한 것이다.

전원 제어부(120)는 상시전원과 솔라셀에 의한 전원의 선택 및 솔라셀의 충전부 제어등 계측 시스템의 공급전원제어를 담당한다.

감시 및 인터넷 서비스 시스템은 수위레벨 측정결과 와 수위 영상을 인터넷에 의해 전송받고 저장하며 사용자들에게 날씨 정보서비스를 제공하는 시스템이다.

전원 검출부(130)는 무정전 전원공급장치로서 상시전원 또는 솔라셀의 이상시 즉시 전환되어 전원이상발생동안 시스템의 정전을 막아 시스템이 다운되지 않도 록 보호한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기준 위치 검출 순서도이다.

도 2를 참조하여 설명하면, 우선 카메라로 목표 지점의 영상을 촬영한다(S10). 여기서는 다리를 가리키고 있다.

영상처리를 위해 비교적 처리 속도를 높이기 위하여 그레이 레벨로 변환한다(S20).

목표물의 특징요소 중 하나를 이용해서 마치 우리가 사용하는 30cm 자의 0점(0cm 부분)처럼 절대 기준위치를 찾기 위하여 특징요소를 가지는 영상의 한 영역을 캡쳐한다(S30). 이 처리는 입력된 영상에서 다리의 특징 부분이 어디에 있는지 대략 알고 있으므로 그 특징을 포함 하는 영역을 지정하면 된다. 이 절대 위치를 찾는 이유는 카메라가 미세하게 움직이기 때문이다. 따라서 카메라가 움직이더라도 영상속에서 기준위치만 알고 있으면 물의 표면의 위치는 원래 검출된 위치에 카메라의 이동에 의해 변동된 위치만 더해 주면 된다.

카메라에 캡쳐된 영상은 많은 노이즈 즉 pepper noise(후추가루처럼 점들이 많은 영상 잡음), 어둠, 햇빛에 의한 고주파 노이즈 등이 존재하므로 중간값 필터링을 한다(S40).

영상처리 알고리즘의 성능을 높이기 위한 전처리 단계로서 영상의 대비를 개선하는 것이며 전 영상영역의 대비 개선이 아니라 단계 S30에서 crop된 영역만의 local 영역에 대해서만 수행한다. 이는 영상이 전체적으로 편중되거나 광도가 낮은 경우 전 영역을 대비 개선하는 것보다 더욱 효율적인 방법이다. 대비는 sigmoid 함수(알고리즘중 하나)를 사용하여 개선하며 최적의 게인을 찾아 최적 대비 개선을 수행한다(S50).

각 입력영상마다 이진화의 최적 레벨을 찾아 이진화 한다(S60). 이는 자연계의 영상이 밤/낮 그리고 날씨 조건에 따라 시시각각 변화하기 때문이다.

단계 S60에서 찾아진 물체들을 구분하기 위하여 8 연결성을 갖는 물체들에 레이블(실종의 물체식별번호)를 부여한다(S70).

단계 S70에서 찾은 물체들 중 일정 크기 이하는 제거된다(S80). 즉 물의 영역에서 이미지의 한 픽셀의 주변 픽셀은 동일하거나 비슷한 특징값을 가지므로 이는 연결된 하나의 영역이 된다. 따라서 물의 영역은 일정 크기 이상의 물체로서 인식된다. 따라서 일정 크기 이하는 물이 아닌 다른 노이즈 등으로 인식되고 이는 제거되며 물에 해당되는 레이블이 저장된다.

사이즈 필터링 후 물에 해당되는 픽셀 값은 음의 값으로, 해당되지 않는 부분의 값은 양의 값으로 설정한 후 crop된 영역에서 수직 투영된 픽셀 값의 히스토그램을 산출한다(S90). 다시 말해서 이미지는 2차원 평면이므로 이미지의 좌에서 우로 이미지의 모든 행에 대해서 각 열 즉 각 픽셀 값을 모두 더해서 모든 행에 대한 히스토그램을 구한다.

단계 S90에서 구해진 히스토그램값를 가지고 변화율(미분값)을 구한다(S100). 즉, 변화율이 큰 부분이 바로 검출하고자 하는 기준위치(에지부분)가 되는 것이다.

결과값이 비정상적인 영역인지를 판단한다(S110).

결과값이 정상적인 영역이면 실험에 의한 최적의 이득값들을 정하여 정해진 회수 범위내에서 이득조정이득을 조정(S120)하고 단계 S50으로 돌아간다.

결과값이 비정상적인 영역이면 픽셀의 위치를 실제 cm 값으로 환산한다(S130).

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수위 관측 시스템에 관한 참고도이다.

도 3을 참조하여 설명하면, 다리(Bridge)의 관측범위 내에서 MW(Moving Window)가 이동되며 이 MW의 위치에 따라 MW가 변한다.

따라서, 도 4a과 도4b에서 설명하고 있는 MW의 값은 도면에 도시된 바와 같이 다리에 설치된 MW의 위치에 의해 결정되게 된다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수위레벨 원격 측정 방법 순서도이다.

도 4a 및 도 4b를 참조하여 설명하면, 카메라로 수위 측정위한 목표지점 영상을 촬영 한다(S200).

컬러 영상을 그레이 영상으로 변환한다(S210). 목표위치(다리)의 특징점을 검출 하여 수위 측정의 절대기준위치를 검출한다(S220).

수위 측정을 위한 기준자 역할을 하는 영역(ROI) 내의 첫 번째 탐색영 역(Moving Window)을 지정한다(S230).

각 Moving Window(MW)내에서 FFT(Fast Fourier Transform)을 이용한 물의 특성주파수 계수(K_f)를 분석한다(S240). 이때 물의 주파수 분석에 사용되는 물의 frequency factor(물의 특징 계수)를 k_f 라 한다.

: 다리의 부분 중 물(water)의 영역이 아닌 물과 구별되는 다리의 한 영역의 그레이레벨 평균 intensity

: 현재의 Moving Window영역에서 그레이레벨 평균 intensity로

영역과 동일 사이즈의 블록임.

: ROI 영역에서 그레이레벨 평균 intensity

: MV 영역에서 일정 magnitude 또는 일정 power spectrum 이상을 갖는 각 주파수성분의 총합.

: 스케일 factor

: MW 윈도우 카운터

: 카운터

MW가 ROI 내에 있는가를 판단한다(S250).

MW가 ROI 내에 있는 경우 cnt_MV = cnt_MV + 1 을 수행하고 단계 S240으로 이동한다(S260).

MW가 ROI 내에 있지 않으면, cnt_k = 0 이 된다(S270).

k_f≥Limit 인지를 판단한다(S280).

k_f≥Limit이 아니면 cnt_k = cnt_k + 1 을 수행한다(S290).

k_f≥Limit 이면 Limit 범위를 초과하는 k_f 를 갖는 영역의 MW위치를 저장한다(S300).

다음으로 탐색된 MW의 대비를 개선한다(S310). 검출된 MW영역의 에지를 DETECT하고 에지 픽셀들의 표준편차와 분산을 계산한다(S320).

표준편차와 분산의 값의 스케일 값을 이진화 수행한다(S330). 그리고 검출된 MW영역에서 모폴로지컬 연산(Morphological Operation)중 Closing 연산을 수행한다(S340).

검출된 MW영역에서 템플릿 매칭 (Template Matching)을 수행한다(S350). 그리고 MW영역에서 템플릿 매칭에 의해 검출된 수위의 픽셀높이를 전체 이미지의 상대 높이로 환산한다(S360).

다음으로 이미지 상의 수위에 해당되는 픽셀의 위치를 실제 cm값으로 환산한다(S370).

지금까지 설명한 시스템과 계측 방법을 정리하면 다음과 같다.

본 시스템은 카메라와 그와 연결된 관측시스템과 그 시스템과 연결된 인터넷 그리고 인터넷과 연결된 감시 및 인터넷 서비스 시스템으로 구성된다. 종래의 컴퓨터를 활용한 시스템은 그 부피가 커서 공간적, 시간적, 그리고 경제적 손실을 가져왔다.

본 시스템은 위험 지역에서의 시스템과 상황실의 운영 서버간에 원활하게 데이터를 주고받을 수 있도록 유무선 데이터 전송방식을 제공하며 전원이 두절 될 것을 대비하여 무정전 전원장치를 설치하고 상시 대기한다. 모든 자료의 검색기능은 Web기반으로 구성되어 있으며 측정시스템에는 DB를 두어 영상을 저장하도록 하고 영상화면의 이미지 자료 저장과 출력기능을 제공한다. 영상처리 결과는 작은 시간간격으로 웹의 정지화면에 업데이트 되며 카메라를 통해서 획득되는 영상정보를 실시간으로 인터넷을 통하여 자료와 함께 표출되도록 한다. 또한 그 결과는 표출과 함께 DB에 10분 간격으로 DB에 저장하고 저장DB의 검색 기능을 제공한다.

또 계측 시스템은 일반 PC보다 현저히 작은 임베디드 시스템을 채용하고 있다. 임베디드 시스템은 OS를 탑재하고 센서 및 카메라의 영상입력을 받아 이것을 처리하여 그 결과를 인터넷으로 전송가능하며 DB에 저장 가능한 초소형 시스템으로서 종래의 시스템에 비해 공간적, 시간적, 경제적으로 막대한 이득을 가져 올 수 있다. 또한 본 시스템은 작은 전력만으로 본 시스템을 구동할 수 있으므로 솔라셀을 이용하여 필요한 전력을 수급하도록 하는 장치를 포함한다.

계측 방법: 카메라에 의한 측정 방법에 있어서 영상에 보이는 문자를 판독하는 문자 판독방식은 판독할 문자게이지의 유실 혹은 물에 떠내려 온 부유물질에 의한 마찰로 문자가 지워지거나 날씨 조건으로 인해 문자의 판독이 어려워 질수 있다. 이에 비하여 본 발명은 영상처리 기술을 이용하여 카메라로 관측지점을 촬영하여 그 지점의 물의 주파수를 분석함으로서 물 표면의 수위를 계측한다. 계측된 값은 실제 수위 값으로 변환되어 관측 장소에서 볼 수 있도록 웹을 통하여 연속적으로 전송되며 이때 측정치와 실제 값의 비교를 위해서 수위영상이 전송된다. 또한 측정데이터와 더불어 측정 장소의 수위 영상이 실시간으로 모니터링 된다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수위 관측 시스템 블럭도,

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기준 위치 검출 순서도,

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수위 관측 시스템에 관한 참고도,

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10: 카메라 20: MUX

30: CPU 40: 영상처리부

50: 입/출력장치 60: DB

70: 통신부 80: F/G

90: 배터리 100: 충전부

110: 솔라셀 120: 전원 제어부

130: 전원 검출부

Claims

수위레벨 원격 측정 방법에 있어서,

(a-1)카메라로 수위 측정위한 목표지점 영상을 촬영 하는 단계;

(b-1)컬러 영상을 그레이 영상으로 변환하는 단계;

(c-1)목표위치(다리)의 특징점을 검출 하여 수위 측정의 절대기준위치를 검출하는 단계;

(d-1)수위 측정을 위한 기준자 역할을 하는 영역(ROI) 내의 첫 번째 탐색영역(Moving Window)을 지정하는 단계;

(e-1)각 Moving Window(MW)내에서 FFT(Fast Fourier Transform)을 이용한 물의 주파수를 분석하는 단계;

(f-1)MW가 ROI 내에 있는가를 판단하는 단계;

(g-1)MW가 ROI 내에 있는 경우 cnt_MV= cnt_MV+ 1 을 수행하고 단계 (e-1)으로 이동하는 단계;

(h-1)MW가 ROI 내에 있지 않으면, cnt_k= 0 이 되는 단계;

(i-1)k_f≥Limit 인지를 판단하는 단계;

(j-1)k_f≥Limit 이 아니면 cnt_k= cnt_k + 1 을 수행하는 단계;

(k-1)k_f≥Limit 이면 Limit 범위를 초과하는 k_f 를 갖는 영역의 MW위치를 저장하는 단계;

(l-1)탐색된 MW의 대비를 개선하는 단계;

(m-1)검출된 MW영역의 에지를 DETECT하고 에지 픽셀들의 표준편차와 분산을 계산하는 단계;

(n-1)표준편차와 분산의 값의 스케일 값을 이진화 수행하는 단계;

(o-1)검출된 MW영역에서 모폴로지컬 연산(Morphological Operation)중 Closing 연산을 수행하는 단계;

(p-1)검출된 MW영역에서 템플릿 매칭 (Template Matching)을 수행하는 단계;

(q-1)MW영역에서 템플릿 매칭에 의해 검출된 수위의 픽셀높이를 전체 이미지의 상대 높이로 환산하는 단계; 및

(r-1)이미지 상의 수위에 해당되는 픽셀의 위치를 실제 cm값으로 환산하는 단계;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 수위레벨 원격 측정 방법.
목표 지점(다리)의 특징요소를 검출하여 수위 측정의 절대기준위치를 검출하는 수위레벨 원격 측정 방법의 절대기준위치 검출 방법에 있어서,

(a)카메라로 목표 지점의 영상을 촬영하는 단계;

(b)영상처리을 위해 비교적 처리 속도를 높이기 위하여 그레이 레벨로 변환하는 단계;

(c)목표물의 특징요소를 가지는 영상의 한 영역을 캡쳐하는 단계;

(d)카메라에 캡쳐된 영상을 중간값 필터링을 하는 단계;

(e)영상처리 알고리즘의 성능을 높이기 위한 전처리 단계로 대비개선 알고리즘을 사용하여 개선하며 최적의 게인을 찾아 최적 대비 개선을 수행하는 단계;

(f)이진화 방법을 이용하여 레벨을 찾아 이진화 하는 단계;

(g)단계 (f)에서 찾아진 물체들을 구분하기 위하여 연결성을 갖는 물체들에 레이블(실종의 물체식별번호)을 부여하는 단계;

(h)단계 (g)에서 찾은 물체들 중 일정 크기 이하를 제거하는 단계;

(i)사이즈 필터링 후 물에 해당되는 픽셀 값은 음의 값으로, 해당되지 않는 부분의 값은 양의 값으로 설정한 후 crop된 영역에서 수직 투영된 픽셀 값의 히스토그램을 산출하는 단계;

(j)단계 (i)에서 구해진 히스토그램값를 가지고 변화율(미분값)을 구하는 단계;

(k)결과값이 비정상적인 영역인지를 판단하는 단계;

(l)결과값이 정상적인 영역이면 실험에 의한 최적의 이득값들을 정하여 정해진 회수 범위내에서 이득조정이득을 조정하고 단계 (e)로 돌아가는 단계;

(m)픽셀의 위치를 실제 cm 값으로 환산하는 단계;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 수위레벨 원격 측정 방법의 절대기준위치 검출 방법.
수위 관측 시스템에 있어서, 수위를 계측하며 수십미터 원격거리에서 기준위치를 검출하는 카메라(10);

두 대의 상기 카메라(10) 중 한대를 선택 할 수 있는 스위치 역할을 수행하는 MUX(20);

상기 MUX(20)로부터 영상 데이터를 입력받으며 임베디드 시스템과 임베디드 OS에 적합한 구조로 되어 있고 입출력, 스케줄링, 응용프로그램을 수행하는 CPU(30);

상기 CPU(30)로부터 영상을 입력받고 청구항 1의 수위레벨 원격 측정 방법에 의해 수위레벨이 결정되며, 처리된 결과를 통신부(70)로 보내며 입력영상을 압축하여 통신부(70)로 송출하는 역할을 담당하고 입력된 영상과 처리 결과를 DB(60)에 저장하는 영상처리부(40);

시스템의 운영과 데이터의 입출력을 하는 입/출력장치(50);

상기 영상처리부(40)에서 보내온 영상 데이터를 저장하는 DB(60);

상기 영상처리부(40)에서 보내온 데이터를 인터넷으로 전송하고 유무선 방식으로 전송선택을 하는 통신부(70);

상기 카메라(10)에서 보내온 아날로그 입력영상 데이터를 디지털화하여 CPU(30)로 보내는 F/G(80);

솔라셀(110)로부터 공급되는 전압을 축적하는 배터리(90);

상기 배터리(90)에 전압을 충전하기 위하여 충전제어하는 충전부(100);

태양에너지로부터 전압을 발생시키는 솔라셀(110);

상기 솔라셀(110)에 의한 전원의 선택 및 상기 솔라셀(110)의 충전부(100)를 제어하는 전원 제어부(120); 및

상기 솔라셀(110)의 이상시 즉시 전환되어 전원이상발생동안 시스템의 정전을 막아 시스템이 다운되지 않도록 보호하는 전원 검출부(130);

를 포함하는 수위 관측 시스템.