KR100998885B1 - 영상의 시간적 픽셀의 농도 분포 변화를 이용한 액체 경계면 인식방법 및 이를 이용하여 액체높이를 인식하는 액체높이인식장치 - Google Patents

영상의 시간적 픽셀의 농도 분포 변화를 이용한 액체 경계면 인식방법 및 이를 이용하여 액체높이를 인식하는 액체높이인식장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 액체 경계 부분을 연속적으로 촬영한 영상으로부터, 액체 경계부분에서의 영상이 시간적으로 변화하는 현상을 이용하여, 영상의 Y방향 픽셀별 농도의 시간적 변화를 확인하여 액체의 경계면을 인식함으로써, 하천의 수위, 액체 저장 탱크에서의 수위 등과 같이 액체의 높이를 측정함에 있어서의 오류 발생을 최소화하여 액체 높이 측정의 정확도를 높일 수 있는 액체 경계면 인식방법 및 이를 이용하여 액체높이를 인식하는 액체높이인식장치에 관한 것이다.
본 발명에서는 액체 경계면이 포함되도록 촬영된 영상을 그레이(Gray) 영상처리하여 X방향과 Y방향으로 분포되어 있는 각 픽셀을 농도에 따라 수치화하고, 수위표에서 X방향으로 눈금 영역에 대한 영상만을 추출하고, 추출된 영상에서 Y방향으로의 각 픽셀의 합산된 수치를 구하여 픽셀의 Y방향에 대한 히스토그램 데이터를 형성하고, 시간적으로 전, 후 관계를 갖는 촬영영상에 대해 히스토그램 데이터를 서로 비교하여, 히스토그램 데이터에 미리 설정한 증가값 이상의 차이가 발생하는지 여부를 판단하여, 미리 설정한 증가값 이상의 차이가 발생하기 시작하게 되는 픽셀의 Y방향 위치(높이)를 액체 경계면으로 인식하게 되는 것을 특징으로 하는 액체 경계면 인식방법과, 이를 이용한 액체높이인식장치가 제공된다.

Description

영상의 시간적 픽셀의 농도 분포 변화를 이용한 액체 경계면 인식방법 및 이를 이용하여 액체높이를 인식하는 액체높이인식장치{Apparatus and Method for Measuring Liquid Level Using Change of Temporal Pixel Distribution on Image}
본 발명은 영상의 시간적 픽셀의 농도 분포 변화를 이용한 액체 경계면 인식방법 및 액체 경계면 인식장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 액체 경계 부분을 연속적으로 촬영한 영상으로부터, 액체 경계부분에서의 영상이 시간적으로 변화하는 현상을 이용하여, 영상의 Y방향 픽셀별 농도의 시간적 변화를 확인하여 액체의 경계면을 인식함으로써, 하천의 수위, 액체 저장 탱크에서의 수위 등과 같이 액체의 높이를 측정함에 있어서의 오류 발생을 최소화하여 액체 높이 측정의 정확도를 높일 수 있는 액체 경계면 인식방법 및 이를 이용하여 액체높이를 인식하는 액체높이인식장치에 관한 것이다.
하천의 수위를 측정하거나 댐의 수위를 측정하는 경우, 또는 액체를 저장하고 있는 액체 탱크에서의 수위를 측정하는 경우 등과 같이 액체의 높이를 측정함에 있어서, 수위표를 설치하고 액체 경계면 부근에서 수위표의 영상을 촬영하여, 촬영된 영상을 분석하여 액체의 높이를 자동적으로 측정할 수 있는 종래의 기술이 제시되고 있다.
구체적으로 영상 촬영을 이용하여 액체의 높이를 자동적으로 측정하는 기술의 일예가 특허등록 제10-0778014호에 개시되어 있다. 위 특허등록 제10-0778014호에 개시된 "영상을 이용한 액체 높이 측정 장치"는, 수위표와, 영상취득장치와, 높이인식장치를 구비하고 있으며, 영상수신부로부터 촬영 영상을 전송받아서 색농도에 따른 수치화된 영상을 생성하여 액체 표면 즉, 액체 경계면을 인식하고, 아울러 촬영 영상으로부터 수위표의 숫자를 인식하여 최소값을 결정하고, 인식된 액체 경계면으로부터 상기 최소값에 해당하는 숫자까지의 수직방향으로의 픽셀 수를 인식하여 액체의 높이를 결정하는 구성을 가지고 있다.
그런데 종래의 기술에서는 촬영된 영상에서 수직방향, 즉 Y방향으로의 색농도 변화만을 이용하여 액체 경계면을 인식하게 된다. 즉, 촬영 영상의 Y방향으로 위에서 아래로 또는 아래에서 위로 가면서 급격히 색농도가 변화되는 위치를 액체 경계면으로 인식하게 되는 것이다. 따라서 다음과 같은 경우에 액체 경계면을 인식하는데 오류가 발생되었다.
(1) 액체 높이 측정을 위한 수위표의 표면이 오염되었을 경우;
(2) 액체가 매우 맑아 액체 속에 잠겨 있는 수위표가 투시되어 촬영되는 경우;
(3) 수위표에 부유물 등이 걸려 있는 경우;
(4) 수위표가 다단으로 설치되어 있는 경우 등
즉, (1)번이나 (3)번의 경우에는, 액체 경계면이 아님에도 불구하고, 촬영 영상에서는 수위표의 표면에 존재하는 오염물이 존재하는 위치의 상,하에서 색농도가 급격히 변화하게 되므로 이러한 오염물 존재 위치를 액체 경계면을 잘못 인식하는 경우가 발생하게 되는 것이다.
또한 (2)번의 경우, 액체가 매우 맑게 되면 액체 경계면에서 색농도의 변화가 크게 일어나지 않게 되고, 따라서 단순히 상,하 간의 색농도 변화에만 근거하여 액체 경계면을 인식하는 종래 기술에서는 정확한 액체 경계면을 인식하지 못하게 되는 것이다.
예를 들어, 교각의 기초부에 수위표가 설치되고, 기초부보다 더 작은 직경을 가진 교각에 수위표가 연속하여 위치하는 경우가 (4)번에 해당하는 것인데, 이러한 경우, 촬영된 영상에서 볼 때, 기초부와 교각의 경계 위치에서 자칫 위쪽과 아래쪽 간에 색농도의 차이가 크게 나타날 수 있으며, 그에 따라 이러한 기초부와 교각의 경계 위치를 액체 경계면으로 잘못 인식하는 경우가 생기는 것이다.
본 발명은 위와 같은 종래 기술의 한계 즉, 위에서 언급한 (1)번 내지 (4)번 에 예시된 상황을 포함하여 액체 경계를 정확하게 측정하기 어려운 상황에서 발생하게 되는 액체 높이 측정 상의 오류를 최소화할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로 위에서 언급한 (1)번 내지 (4)번에 예시된 상황 등이 발생하였을 때에도 액체의 경계면을 정확하게 인식함으로써, 하천의 수위, 액체 저장 탱크에서의 수위 등과 같이 액체의 높이를 측정함에 있어서의 오류 발생을 최소화하여 액체 높이 측정의 정확도를 높일 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
위와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 연속적으로 촬영된 액체 경계면에 대한 영상에서, Y방향 픽셀에 대한 히스토그램 데이터의 시간에 따른 변화를 이용하여 액체 경계면을 인식하는 방법 및 장치가 제공된다.
구체적으로 본 발명에서는 액체 경계면이 포함되도록 수위표(101)를 연속적으로 촬영하여 취득한 영상으로부터 액체 경계면을 인식하는 방법으로서, 액체 경계면이 포함되도록 촬영된 영상을 그레이(Gray) 영상처리하여 X방향과 Y방향으로 분포되어 있는 각 픽셀을 농도에 따라 수치화하는 단계(S1); 각 픽셀이 수치화된 영상으로부터, 수위표에서 X방향으로 주 눈금과 보조 눈금이 표시되어 있는 눈금 영역에 대한 영상만을 추출하는 단계(S2); 추출된 눈금 영역에 대한 영상에서 Y방향으로 동일한 위치에 있는 X방향의 모든 픽셀의 수치를 합산하고, 합산된 Y방향으로의 각 픽셀의 수치를 구하여 픽셀의 Y방향에 대한 히스토그램 데이터를 형성하는 단계(S3); 연속적인 촬영 영상 각각에 대해 픽셀의 Y방향에 대한 히스토그램 데이터 형성 단계를 반복하여 연속적으로 수행하여, 시간적으로 전, 후 관계를 갖는 촬영영상에 대해 히스토그램 데이터를 서로 비교하여, 상기 시간적으로 전, 후 관계를 갖는 촬영영상 간의 히스토그램 데이터에 미리 설정한 증가값 이상의 차이가 발생하는지 여부를 판단하는 단계(S4); 및 미리 설정한 증가값 이상의 차이가 발생하기 시작하게 되는 픽셀을 액체의 경계면에 위치하는 픽셀로 보아 해당 픽셀의 Y방향 위치(높이)를 액체 경계면으로 인식하는 단계(S5)를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 경계면 인식방법이 제공된다.
또한 본 발명에서는 영상취득장치를 통해 액체 경계면이 포함되도록 수위표를 연속적으로 촬영하여 취득한 영상으로부터 액체 경계면을 인식하여 액체의 높이를 결정하는 액체높이인식장치로서, 액체 경계면이 포함되도록 수위표를 연속적으로 촬영한 영상을 영상취득장치로부터 수신하는 영상수신부와, 촬영한 영상으로부터 액체의 높이를 결정하는 주제어부와, 상기 주제어부의 제어에 따라 영상취득장치를 작동시키는 촬영신호 제어모듈을 포함하여 구성되며; 상기 주제어부는 상기한 본 발명에 따른 액체 경계면 인식방법에 따라 액체의 높이를 결정하게 되는 것을 특징으로 하는 액체높이인식장치가 제공된다.
위와 같은 본 발명에 따른 방법과 장치에서, 촬영한 영상의 밝기가 사전 설정된 밝기 이하일 때에는 상기 촬영 영상의 픽셀 수치화할 때, 픽셀의 변화를 제거하고 수위표의 표시내용을 명확하게 보이도록 하기 위하여, 영상의 이진화 처리를 통해 영상을 에지(edge) 처리하는 작업을 더 수행할 수 있다.
본 발명에 의하면, 액체 경계면을 정확하게 인식하기 어려운 여러 가지 상황에서도 정확하고 안정적으로 액체의 경계면을 인식할 수 있고 그에 따라 액체의 경계면 높이를 정확하게 측정할 수 있게 된다.
이하, 첨부도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 구체적으로 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.
도 1 및 도 2에는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 경계면 인식방법이 적용되는 액체높이인식장치를 구비할 수 있는 액체 높이 측정장치의 일예로서 특허등록 제10-778014호에 개시된 액체 높이 측정장치의 구성을 보여주는 개요도와, 블록도가 개시되어 있다.
본 발명에 따른 액체 경계면 인식방법이 적용되고, 본 발명에 따른 액체높이인식장치를 구비할 수 있는 액체 높이 측정장치는 도 1 및 도 2, 그리고 특허등록 제10-888014호에 개시되어 있는 것처럼, 액체의 높이를 시각적으로 인식할 수 있도록 숫자로 이루어진 주 눈금과, 막대 표시 등과 같이 부호로 이루어진 보조 눈금이 표시되어 있고 액체에 수직하게 잠겨서 설치되는 수위표(101)와, 수위표(101)의 표면을 촬영하는 영상취득장치(102)와, 상기 영상취득장치(102)로부터 촬영된 영상을 수신하여 액체(105)의 경계면을 인식하여 액체(105)의 높이를 결정하는 액체높이인식장치(103)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기한 액체 높이 측정장치의 상기 액체높이인식장치(103)는, 상기 영상취득장치(102)에 의해 촬영한 영상을 수신하는 영상수신부(203), 촬영한 영상으로부터 액체의 높이를 결정하는 주제어부(201), 상기 주제어부(201)의 제어에 따라 영상취득장치(102)를 작동시키는 촬영신호 제어모듈(202)을 포함하여 구성될 수 있다. 도 1 및 도 2에서 부재번호 101은 수위표(101)이고, 부재번호 102는 영상취득부(102)이며, 부재번호 103은 높이 인식부(103)이고, 부재번호 104는 중앙관리 장치(104)이며, 부재번호 105는 액체(105)이고, 부재번호 107은 지지대(107)이다. 또한 부재번호 201은 주제어부(201)이고, 부재번호 202는 촬영신호 제어모듈(202)이며, 부재번호 203은 영상수신부이고, 부재번호 204는 전송수단(204)이다. 부재번호 205는 카메라(205)이고, 부재번호 206은 팬 틸트(206)이며, 부재번호 207 및 208은 각각 조명장치(207) 및 렌즈 제어 모듈(208)이다. 상기한 각 구성요소는 특허등록 제10-778014호에 모두 개시되어 있는 것이므로, 상기 특허등록 제10-778014호의 내용을 원용함으로써 이에 대한 반복 설명은 생략한다.
본 발명에 따른 액체 경계면 인식방법은 상기한 주제어부(201)에 의해서 수행된다. 즉, 본 발명에 따른 액체높이인식장치(103)의 상기 주제어부(201)는 본 발명에 따른 액체 경계면 인식방법에 의해 액체 경계면을 식별하여 액체높이를 인 식하게 되는 것이다. 아래에서 후술하는 것처럼, 본 발명에 따른 액체높이인식장치(103)의 상기 주제어부(201)는 특허등록 제10-778014호에 개시된 주제어부(201)와 상이한 액체 경계면 인식방법에 따라 액체의 경계면을 인식하게 된다.
다음에서는 본 발명에 따른 액체 경계면 인식방법에 대해 설명한다. 도 3에는 본 발명에 따른 액체 경계면 인식방법의 각 방법 단계를 설명하기 위한 흐름도가 도시되어 있다. 도 4에는 수위표(101)에서 액체(501)의 경계면이 포함되어 있도록 취득된 영상의 일예가 도시되어 있다. 도 4에서 부재번호 502는 보조 눈금이다.
본 발명에 따른 액체 경계면 인식방법은, 수위표(101)에서 액체 경계면이 포함되어 있는 영상이 취득되어 있는 상태를 전제로 하고 있다.
즉, 영상취득장치(102)를 통해, 도 4에 예시된 것과 같은 액체 경계면이 포함되도록 수위표(101)를 촬영한 영상이 연속적으로 취득되고, 취득된 영상이 상기 높이인식장치(103)로 전송되어 온 상태에서 본 발명에 따른 액체 경계면 인식방법을 통하여 액체 경계면을 인식하게 되는 것이다.
액체 경계면이 포함되어 있도록 수위표(101)를 촬영한 영상을 영상취득장치(102)에 의하여 연속적으로 취득하고, 취득된 영상을 본 발명에 따른 액체 경계면 인식장치를 포함하는 높이인식장치(103)로 전송되는 방법 단계 및 구성의 일예는 특허등록 제10-778014호에 개시되어 있으므로, 위 특허등록 제10-778014호의 내용을 원용함으로써 이에 대한 반복 설명은 생략한다. 비록 본 명세서에서는, 본 발명에 따른 액체 경계면 인식장치 및 액체 경계면 인식방법에서 이용하게 될 수위 표(101)의 연속 촬영 영상 즉, 액체 경계면이 포함되어 있도록 수위표(101)를 연속적으로 촬영한 영상이, 특허등록 제10-778014호에 개시된 방법으로 취득되는 것으로 예시하였지만 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 기타의 방법을 통하여 액체 경계면이 포함되어 있도록 수위표(101)를 연속적으로 촬영하여 취득한 영상을 본 발명의 액체 경계면 인식방법 및 액체 경계면 인식장치에서 이용할 수도 있다.
본 발명에서는 시간을 달리하여 액체 경계면이 포함되도록 수위표(101)를 촬영한 영상에서, 시간 경과에 따른 색농도의 변화에 기초하여 액체 경계면을 인식하게 된다. 즉, 일정 시간 간격으로 수위표(101)를 촬영한 각각의 영상에 대해, 앞선 시간에 촬영한 영상에서의 색농도에 따른 히스토그램 데이터와 후속된 시간에서 촬영한 영상에서의 색농도에 따른 히스토그램 데이터를 대비하여 색농도의 변화(히스토그램 데이터 간의 변화)가 발생하는 지의 여부를 감지하여 액체 경계면을 인식하게 되는 것이다.
본 발명에 따른 액체 경계면 인식방법 및 액체 경계면 인식장치를 더욱 구체적으로 설명하면, 액체 경계면이 포함되도록 수위표(101)를 촬영한 영상이 연속적으로 촬영되어 취득된 상태에서 본 발명에 따른 액체 경계면 인식장치는, 액체 경계면이 포함되도록 촬영된 영상을 그레이(Gray) 영상처리(촬영영상을 흑백으로 만드는 작업)하여 X방향과 Y방향으로 분포되어 있는 각 픽셀을 농도에 따라 수치화하는 단계(S1)를 수행한다. 여기서 X방향은 수위표의 수평방향을 나타내며, Y방향은 수위표의 높이 방향 즉, 수직방향(액체의 수위가 승하강하는 방향)을 나타낸다. 이와 같이 본 발명에 따른 액체 경계면 인식방법의 첫째 단계로서 픽셀 농도 수치 화 단계(S1)가 수행되어, 액체 경계면이 포함되도록 촬영된 영상을 흑백으로 만들게 되고(그레이 영상처리), 그에 따른 흑백 영상에 존재하는 각 픽셀의 농도(흑백 영상의 농암)가 수치화되는 것이다. 일반적으로 흑백 영상에서의 각 픽셀의 농도는 약 0∼255까지의 값을 갖는다. 이러한 촬영 영상의 그레이 영상처리 및 각 픽셀을 농도에 따라 수치화하는 방법 자체는 영상처리 분야에서 이미 공지된 것이므로 상세한 설명은 생략한다.
야간처럼 수위표를 비추는 광량(光量)이 부족하여 촬영한 영상의 밝기가 사전 설정된 밝기 이하인 경우, 본 발명에 따른 액체 경계면 인식장치에서는 영상의 이진화 처리를 통해 영상을 에지(edge) 처리를 수행한다. 도 5a는 에지 처리 전의 촬영 영상을 보여주는 사진이고, 도 5b는 에지 처리된 촬영 영상을 보여주는 사진인데, 도 5a 및 도 5b에서 알 수 있듯이 에지 처리를 수행하게 되면 야간과 같이 광량이 부족하여 어두운 영상이 취득되더라도 눈금에 표시된 숫자 등을 선명하게 인식할 수 있게 된다.
일반적으로 광량이 부족한 야간에 촬영된 영상을 그레이영상처리만 하게 되면 각 영상의 픽셀의 농도 변화가 계속적으로 변화하게 된다. 예를 들면, 시간이 지나면서 픽셀이 반짝이는 등의 현상이 발생하게 되는 것이다. 이러한 픽셀 농도가 시간이 경과하면서 계속적으로 변화하게 되면 정확한 액체 경계면을 찾기가 어렵게 되는데, 위와 같이 에지 처리를 수행하게 되면, 이러한 시간 경과에 따른 영상에서의 픽셀 놀도 변화가 제거된다. 도 5에 도시된 것과 같은 결과를 만들어내는 상기 영상의 에지 처리는 영상처리 분야에서 이미 알려진 영상처리 방법이므로, 그 구체적인 내용에 대해서는 설명을 생략한다.
후속하여 본 발명에 따른 액체 경계면 인식장치에서는, 각 픽셀이 수치화된 영상으로부터, 수위표(101)가 시작되는 점에서 X방향의 좌표를 기준을 삼아, 이미 알고 있는 주 눈금의 X방향 폭과 이미 알고 있는 보조 눈금의 X방향 폭을 이용하여, X방향으로 주 눈금과 보조 눈금이 표시되어 있는 영역의 영상만을 추출하는 단계(S2)를 수행한다.
주 눈금 및 보조 눈금이 표시된 영역("눈금 영역")에 대한 영상이 추출되면, 추출된 눈금 영역의 영상에서 Y방향으로 동일한 위치에 있는 X방향의 모든 픽셀의 수치를 합산하고, X방향으로 모든 픽셀의 수치의 합으로 이루어진 Y방향으로의 각 픽셀의 수치를 이용하여 픽셀의 Y방향에 대한 히스토그램 데이터를 형성하는 단계(S3)가 수행된다. 예를 들어, X방향으로 픽셀이 m개 배열되고, Y방향으로 픽셀이 n개 배열된다고 가정하면, 픽셀 Pxy에 대해 픽셀 P11부터 픽셀 Pm1까지의 각 픽셀의 수치합을 구하고, 픽셀 P21부터 픽셀 Pm1까지의 각 픽셀의 수치합을 구하며, 이러한 각 픽셀의 수치합을 구하는 작업을 반복하여 픽셀 P1n부터 픽셀 Pmn까지의 각 픽셀의 수치의 합을 구함으로써 "X방향으로 모든 픽셀의 수치의 합으로 이루어진 Y방향으로의 각 픽셀의 수치"를 얻어낸다. 이렇게 얻어낸 "X방향으로 모든 픽셀의 수치의 합으로 이루어진 Y방향으로의 각 픽셀의 수치"를, 픽셀의 Y방향에 대한 히스토그램 데이터로 삼게 되는 것이다.
연속적인 촬영 영상 각각에 대해 이와 같은 픽셀의 Y방향에 대한 히스토그램 데이터 형성 단계(S3)를 반복하여 연속적으로 수행하고, 전, 후의 영상에 대해 히스토그램 데이터를 서로 비교하는 단계(S4)를 수행한다. 예를 들어, 시간 t1에 촬영한 영상에 대해 픽셀의 Y방향에 대한 히스토그램 데이터를 형성하고, 상기 시간 t1에 후속하는 시간 t2에 촬영한 영상에 대해 픽셀의 Y방향에 대한 히스토그램 데이터를 형성하여, 시간 t1에서의 히스토그램 데이터와 시간 t2에서의 히스토그램 데이터를 비교하는 것이다.
이와 같은 시간에 있어서의 전, 후 영상에 대한 히스토그램 데이터 비교 단계를 통하여 미리 설정한 증가값 이상의 차이가 발생하는지 여부를 판단하게 되는데, 본 발명에 따른 액체 경계면 인식장치는, 히스토그램 데이터 간의 차이가 미리 설정한 증가값 이상이 되기 시작하는 픽셀을 액체의 경계면에 위치하는 픽셀로 보아 해당 픽셀의 Y방향 위치(높이)를 액체 경계면으로 인식한다(S5).
이와 같이 액체의 경계면으로 인식하게 되면, 후속하여 액체 경계면의 높이를 연산하게 된다. 액체 경계면의 높이를 연산하는 구체적인 방법의 일예는 특허등록 제10-778014호에 상세히 개시되어 있다. 즉, 액체 경계면을 인식하게 된 영상에서, 수위표에 새겨진 주 눈금의 숫자를 인식하고, 인식된 숫자 중 최소값과, 픽셀당 높이값을 결정하고, 액체 경계면으로부터 상기 최소값에 해당하는 숫자까지의 수직방향으로의 픽셀 수를 계수하여 상기 픽셀당 높이값을 곱하여 상기 최소값으로부터 액체 경계면까지의 거리를 연산하고, 상기 최소값으로부터 상기 연산된 거리를 차감하여 실제 액체의 높이를 연산한다. 액체 경계면의 높이 연산 과정의 일예에 대한 기타 사항은 특허등록 제10-778014호의 내용을 원용함으로써 반복 설명을 생략한다.
위에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 액체 경계면 인식방법 및 액체 경계면 인식장치에서는, 연속적으로 촬영된 액체 경계면에 대한 영상에서 시간적으로 전,후 관계를 갖는 촬영 영상들 간에 생기게 되는 Y방향 픽셀에 대한 히스토그램 데이터의 변화를 이용하여 액체 경계면을 인식하게 된다.
앞서 "배경 기술"란에서 언급한 것처럼, 종래의 기술에서는 특정 시간에 촬영된 정적 영상에서, Y방향으로의 색농도만을 점검하여 Y방향으로 위에서 아래로 또는 아래에서 위로 가면서 색농도가 급변하는 위치를 액체 경계면으로 인식하였다. 따라서 "배경 기술"란에서 언급한 (1) 내지 (4)번을 포함한 여러 가지 액체 경계면을 정확하게 인식하기 어려운 상황이 발생하게 된다.
이와 달리 본 발명에서는 종래와 같이 정적인 상태의 색농도의 변화 뿐만 아니라, 시간적인 색농도 변화에 근거하여 액체 경계면을 인식하게 된다. 즉, 시간 t1에 촬영한 영상에 대해 픽셀의 Y방향에 대한 히스토그램 데이터와, 상기 시간 t1에 후속하는 시간 t2에 촬영한 영상에 대해 픽셀의 Y방향에 대한 히스토그램 데이터를 비교하여, 히스토그램 데이터 간의 차이가 미리 설정한 증가값 이상이 되기 시작하는 위치를 액체 경계면으로 인식하는 것이다. 따라서 위와 같이 액체 경계면을 인식하기 어려운 상황에서 잘못된 위치를 액체 경계면으로 인식하게 되는 오류가 발생하지 않게되고, 정확한 액체 경계면을 인식하게 된다.
예를 들어, 액체 높이 측정을 위한 수위표의 표면이 오염되거나 수위표에 부유물 등이 걸려 있는 경우 또는 수위표가 다단으로 설치되어 있는 경우, 정적인 상 태에서의 촬영영상에서는 오염이 시작된 위치 또는 부유물이 걸린 위치, 또는 수위표가 다단으로 연결되는 위치가 색농도 급변 위치에 해당하게 되고, 종래 기술에서는 이를 액체 경계면으로 인식하는 오류를 범하게 된다. 그러나 위와 같은 오염 시작 위치 등은 짧은 시간 내에 위치가 변화되는 것이 아니므로, 본 발명에 따라 시간을 달리한 전,후 영상 간의 색농도 차이 즉, 히스토그램 데이터를 비교하게 되면, 오염 시작 위치에서 시간에 따른 히스토그램 데이터의 변화는, 액체 경계면으로 간주하기에 충분하지 않은 것이 될 것이며, 따라서 본 발명에 따르면 이러한 오염 시작 위치를 액체 경계면으로 인식하게 되는 오류가 발생하지 않게 되는 것이다.
반면에 액체 경계면은 색농도가 급변한다는 특징 이외에 일반적으로 계속 움직이는 특징을 가지고 있으므로 액체 경계면에서는 시간을 달리한 전,후 영상 간의 히스토그램 데이터의 차이가 크게 발생하게 되며, 본 발명은 이러한 시간을 달리한 전,후 영상 간의 히스토그램 데이터의 차이에 근거하여 액체 경계면을 인식하게 되므로, 정확한 액체 경계면을 인식할 수 있으며, 그에 따라 액체의 경계면 높이를 정확하게 측정할 수 있게 된다.
도 1 및 도 2는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 경계면 인식방법이 적용되는 액체 경계면 인식장치를 구비할 수 있는 액체 높이 측정장치의 일예에 대한 개요도와 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 액체 경계면 인식방법의 각 방법 단계를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 수위표에서 액체의 경계면이 포함되어 있도록 취득된 영상의 일예에 대한 도면이다.
도 5a는 에지 처리 전의 촬영 영상을 보여주는 사진이다.
도 5b는 에지 처리된 촬영 영상을 보여주는 사진이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
101 : 수위표
103 : 높이인식장치
201 : 주제어부

Claims (3)

  1. 액체 경계면이 포함되도록 수위표(101)를 연속적으로 촬영하여 취득한 영상으로부터 액체 경계면을 인식하는 방법으로서,
    시간을 달리하여 액체 경계면이 포함되도록 수위표(101)를 촬영한 영상에서, 시간 경과에 따른 색농도 변화에 기초하여 액체 경계면을 인식할 수 있도록,
    상기 체 경계면이 포함되도록 촬영된 수위표(101)의 영상을 그레이(Gray) 영상처리하여 X방향과 Y방향으로 분포되어 있는 각 픽셀을 농도에 따라 수치화하는 단계(S1);
    각 픽셀이 수치화된 영상으로부터, 수위표(101)에서 X방향으로 주 눈금과 보조 눈금이 표시되어 있는 눈금 영역에 대한 영상만을 추출하는 단계(S2);
    추출된 눈금 영역에 대한 영상에서 Y방향으로 동일한 위치에 있는 X방향의 모든 픽셀의 수치를 합산하고, 합산된 Y방향으로의 각 픽셀의 수치를 구하여 픽셀의 Y방향에 대한 히스토그램 데이터를 형성하는 단계(S3);
    연속적인 촬영 영상 각각에 대해 픽셀의 Y방향에 대한 히스토그램 데이터 형성 단계를 반복하여 연속적으로 수행하여, 시간적으로 전, 후 관계를 갖는 촬영영상에 대해 히스토그램 데이터를 서로 비교하여, 상기 시간적으로 전, 후 관계를 갖는 촬영영상 간의 히스토그램 데이터에 미리 설정한 증가값 이상의 차이가 발생하는지 여부를 판단하는 단계(S4); 및
    미리 설정한 증가값 이상의 차이가 발생하기 시작하게 되는 픽셀을 액체의 경계면에 위치하는 픽셀로 보아 해당 픽셀의 Y방향 위치(높이)를 액체 경계면으로 인식하는 단계(S5)를 포함함으로써, 시간적으로 전,후 관계를 가지는 촬영 영상에서의 색농도 변화에 근거하여 액체 경계면을 인식하게 되는 것을 특징으로 하는 액체 경계면 인식방법.
  2. 제1항에 있어서,
    촬영한 영상의 밝기가 사전 설정된 밝기 이하일 때에는 상기 촬영 영상의 픽셀 수치화 단계(S1)에서는, 픽셀의 변화를 제거하고 수위표의 표시내용을 명확하게 보이도록 하기 위하여, 영상의 이진화 처리를 통해 영상을 에지(edge) 처리하는 작업을 더 수행하는 것을 특징으로 하는 액체 경계면 인식방법.
  3. 영상취득장치(102)를 통해 액체 경계면이 포함되도록 수위표(101)를 연속적으로 촬영하여 취득한 영상으로부터 액체 경계면을 인식하여 액체(105)의 높이를 결정하는 액체높이인식장치(103)로서,
    액체 경계면이 포함되도록 수위표(101)를 연속적으로 촬영한 영상을 영상취득장치(102)으로부터 수신하는 영상수신부(203)와, 촬영한 영상으로부터 액체의 높이를 결정하는 주제어부(201)와, 상기 주제어부(201)의 제어에 따라 영상취득장치(102)를 작동시키는 촬영신호 제어모듈(202)을 포함하여 구성되며;
    상기 주제어부(201)는,
    시간을 달리하여 액체 경계면이 포함되도록 수위표(101)를 촬영한 영상에서, 시간 경과에 따른 색농도 변화에 기초하여 액체 경계면을 인식할 수 있도록,
    액체 경계면이 포함되도록 촬영된 영상을 그레이(Gray) 영상처리하여 X방향과 Y방향으로 분포되어 있는 각 픽셀을 농도에 따라 수치화하는 단계(S1);
    각 픽셀이 수치화된 영상으로부터, 수위표(101)에서 X방향으로 주 눈금과 보조 눈금이 표시되어 있는 눈금 영역에 대한 영상만을 추출하는 단계(S2);
    추출된 눈금 영역에 대한 영상에서 Y방향으로 동일한 위치에 있는 X방향의 모든 픽셀의 수치를 합산하고, 합산된 Y방향으로의 각 픽셀의 수치를 구하여 픽셀의 Y방향에 대한 히스토그램 데이터를 형성하는 단계(S3);
    연속적인 촬영 영상 각각에 대해 픽셀의 Y방향에 대한 히스토그램 데이터 형성 단계를 반복하여 연속적으로 수행하여, 시간적으로 전, 후 관계를 갖는 촬영영상에 대해 히스토그램 데이터를 서로 비교하여, 상기 시간적으로 전, 후 관계를 갖는 촬영영상 간의 히스토그램 데이터에 미리 설정한 증가값 이상의 차이가 발생하는지 여부를 판단하는 단계(S4); 및
    미리 설정한 증가값 이상의 차이가 발생하기 시작하게 되는 픽셀을 액체의 경계면에 위치하는 픽셀로 보아 해당 픽셀의 Y방향 위치(높이)를 액체 경계면으로 인식하는 단계(S5)를 통해 시간적으로 전,후 관계를 가지는 촬영 영상에서의 색농도 변화에 근거하여 액체 경계면을 인식하여 액체의 높이를 결정하게 되는 것을 특징으로 하는 액체높이인식장치.
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