KR101180421B1 - 편광필터와 센서를 이용한 노면 상태 자동검지 방법 - Google Patents

Abstract

노면상태를 자동검지 할 때, 노면온도 센서, 대기온도 센서 및 대기습도 센서의 정보를 활용함으로써 CCTV 노면상태 자동검지 성능을 향상시킬 수 있는, 편광필터와 센서를 이용한 노면 상태 자동검지 방법이 제공된다.

Description

편광필터와 센서를 이용한 노면 상태 자동검지 방법{AUTOMATIC DETECTING METHOD OF ROAD SURFACE CONDITION USING POLARIZED LIGHT FILTER AND SENSORS}

본 발명은 노면 상태의 자동검지 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, CCTV(Closed Circuit TV) 카메라로부터 촬영된 영상을 활용하여 도로의 노면 상태(수막, 결빙, 적설 등)를 자동 검지 또는 검출하고자 할 때, 수직 및 수평 편광필터(Polarized Light Filter) 및 노면온도 센서, 대기온도 센서 및 대기습도 센서를 이용하는 노면상태 자동검지 방법에 관한 것이다.

수막, 결빙, 적설 등의 악천후 노면상태 정보는 효율적인 도로관리 및 교통안전에 중요한 역할을 한다. 기존의 노면상태 관리는 도로 기상 정보 시스템(Road Weather Information System: RWIS)라는 장비를 활용하고 있으며, 이러한 RWIS는 기상관측 시스템의 자료를 이용하여 도로 노면 및 대기의 상태 예측 시스템으로 예측정보까지 제공할 수 있는 시스템이다.

이러한 RWIS는 측정된 기상데이터와 노면상태 정보를 실시간으로 제공함으로써, 운전자의 운행 예정지역의 도로 기상정보를 사전에 제공하여 운전자에게 안전 운행을 위한 정보를 제공해주며, 또한, 도로 운영자에게 도로관리에 대한 효율적인 의사결정 정보를 제공해줄 수 있다.

이러한 RWIS는 노면의 상태를 검지하기 위해 온도센서, 레이저 등 다양한 센서를 이용하고 있지만, 이러한 RWIS는 장비 설치 및 유지관리비가 매우 고가이기 때문에 그 보급에 한계가 있다.

한편, 도로의 동결, 적설 등의 위험 상태를 자동으로 감지하여 이를 운전자에게 미리 알려줌으로써 운전 사고를 줄이기 위한 노면상태 판별장치에 관한 여러 기술들이 공지되어 있다.

관련 기술로서, 대한민국 등록특허번호 제10-963849호에는 "도로 기상 종합 시스템 및 제공방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 1을 참조하여 설명한다.

도 1은 종래의 기술에 따른 도로 기상 종합 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.

도 1을 참조하면, 종래의 기술에 따른 도로 기상 종합 시스템은, 기상 센서(10), 안개 센서(21), 노면 센서(22), 감시 카메라(23), 자료 처리기(20), 데이터베이스(30) 및 연동 시스템(40)을 포함한다. 여기서, 상기 기상 센서(10)는 풍향 풍속 센서(11), 강수 센서(12), 온도/습도 센서9(13) 및 강우량/강설량 센서(14)를 포함하며, 상기 데이터베이스(30)는 데이터 로거(31) 및 모니터링부(32)에 구비된 데이터베이스일 수 있다. 또한, 상기 연동 시스템(40)은 조명등(41), 가로등(42) 및 전광판(43)을 포함할 수 있다.

종래의 기술에 따른 도로 기상 종합 시스템은, 도로의 기상 상태 및 노면상태를 정확하게 파악하여 운전자가 운행 중에 도로의 현 상태를 정확하게 파악함으로써 교통사고를 사전에 예방할 수 있어 교통사고의 위험을 줄일 수가 있다.

또한, 다른 관련 기술로서, 대한민국 공개특허번호 제2004-61421호에는 "감시 카메라 설치 주변 온도 습도 안개 대기 적설 등 환경감시 장치 및 시스템"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 2를 참조하여 설명한다.

도 2는 종래의 기술에 따른 감시 카메라에 설치된 주변 온도, 습도, 안개, 대기 적설 등 환경감시 시스템의 구성도이다.

도 2를 참조하면, 종래의 기술에 따른 감시 카메라에 설치된 주변 온도, 습도, 안개, 대기 적설 등 환경감시 시스템은, CCTV 카메라(51), 영상입력 증폭기(52), 영상+자막부(53), 영상출력 증폭기(54), 모니터(55), 수직/수평 동기 검출부(56), 온도/습도 검출부(57), 적설/대기 검출부(58). 제어부(59), 통신 모뎀(60), 알람 출력부(61) 및 전원부(62)를 포함할 수 있다.

종래의 기술에 따른 감시 카메라에 설치된 주변 온도, 습도, 안개, 대기 적설 등 환경감시 시스템은, 고속도로나 국도 및 신호등 주변 CCTV 설치 지점의 온도나 습도, 안개 등의 노면상태와 대기상태를 수집하여 광케이블이나 모뎀 등을 이용하여 전송하고, 상황실 모니터 영상에 문자로 표시하며, 데이터 서버에 데이터를 저장하여 기상상태 등을 데이터베이스화하고, 위험상태를 경보하여 사고를 예방하기 위한 것이다.

또한, 또 다른 관련 기술로서, 대한민국 공개특허번호 제2011-30983호에는 "노면 상태 감지 장치와 노면 상태 알림 제어 시스템 및 노면 상태 알림 제어 방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명한다.

도 3a 및 도 3b는 각각 종래의 기술에 따른 노면 상태 알림 제어 시스템 및 노면 상태 감지 장치의 구성도이다.

도 3a를 참조하면, 종래의 기술에 따른 노면 상태 알림 제어 시스템은, 데이터 관리장치(71), 교통표지 시설물(72), 상태 알림장치(73), 결빙 제거장치(74), 노면상태 감지장치(80), 노면상태 관리장치(75), 경고 제어장치(76), 및 외부 장치(77)를 포함하고, 이때, 상기 외부 장치(77)는 교통방송 시스템(77a, 및 방재관리 시스템(77b)일 수 있다.

또한, 도 3b에 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 노면상태 감지장치(80)는, 감지 센서 모듈(81), 발광 수단(85) 및 전원공급 모듈(86)을 포함하고, 상기 감지 센서 모듈(81)은 감지 센서(82), 분석부(83) 및 통신부(84)를 포함한다. 이때, 상기 감지 센서(82)는 결빙 센서(82a), 온도 센서(82b), 습도 센서(82c) 및 침수 센서(82d)를 포함할 수 있다.

종래의 기술에 따른 노면상태 감지장치(80)는 감지 센서 모듈(81)을 이용하여 도로의 노면 상태를 감지해서 노면상태 정보를 생성한다. 여기서, 노면상태 정보는 노면의 결빙 정보, 결로 정보 및 침수 정보 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 노면상태 감지장치(80)는 노면상태 정보가 설정한 기준값 이상이면 발광 수단(85)을 이용하여 노면상태 정보에 따라 색을 출력한다. 여기서, 기준값은 노면 상태가 침수, 결빙 및 결로 중 하나 이상이 발생하기 시작하는 값으로서, 미리 지정된 알고리즘(예를 들어, 프로그램, 확률 모델 등)에 따라 기준값을 설정할 수 있다.

종래의 기술에 따른 노면 상태 알림 제어 시스템은, 발광 수단을 이용하여 침수, 결빙 및 결로와 같은 노면 상태를 표시하고, 또한, 도로 상태를 감지하여 교통 정보 시스템 및 방재 정보 시스템을 전송할 수 있다.

전술한 바와 같이, 종래의 노면상태 판별장치들은 매설식 센서를 장착하거나 사람이 도로의 각 지점에 설치되어 있는 카메라를 주시하여 판단하는 방법을 이용하였다. 그러나 이러한 종래의 노면상태 판별장치들은 상대적으로 높은 장착 비용, 인건비 상승 및 잦은 고장 등의 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 도로에 설치된 카메라로부터 취득된 영상 정보와 주변에 설치된 센서를 통해 얻어진 온도 또는 습도 등의 추가 정보를 분석하여 노면 상태를 자동으로 판단하는 노면상태 판별장치가 연구되고 있다. 예를 들면, 편광필터를 회전시키면서 노면 상태를 판정하는 방법이 있다.

한편, 현재 많은 도로관리기관에서는 도로 감시용 CCTV를 구축 및 운영 중이므로 이러한 CCTV를 활용하여 특히 악천후시 노면상태를 자동검지하고 있다. 이러한 CCTV를 활용한 노면상태 자동검지를 위해서는 평상시 CCTV 영상이 아닌 수직 및 수평 편광영상이 필요하다.

그런데 이러한 CCTV 카메라에 구비된 영상센서는 조도 등에 민감하여 반응하기 때문에, 때로는 원하지 않는 결과가 도출될 수 있고, 이에 따라 노면상태의 자동검지 성능이 떨어진다는 문제점이 있다.

1) 대한민국 등록특허번호 제10-963849호(출원일: 2008년 7월 15일), 발명의 명칭: "도로 기상 종합 시스템 및 제공방법" 2) 대한민국 공개특허번호 제2004-61421호(공개일: 2004년07월07일), 발명의 명칭: "감시 카메라 설치 주변 온도 습도 안개 대기 적설 등 환경감시 장치 및 시스템" 3) 대한민국 공개특허번호 제2011-30983호(공개일: 2011년 3월 24일), 발명의 명칭: "노면 상태 감지 장치와 노면 상태 알림 제어 시스템 및 노면 상태 알림 제어 방법" 4) 대한민국 등록특허번호 제10-494877호(출원일:2003년 5월 14일), 발명의 명칭: "노면결빙 감지장치" 5) 일본 공개특허번호 제2008-143508호(공개일: 2008년 6월 26일), 발명의 명칭: "노면 상황 판정 방법 및 그 장치" 6) 일본 공개특허번호 제2003-156430호(공개일: 2003년 5월 30일), 발명의 명칭: "노면 상의 물, 얼음, 눈의 검지 방법 및 노면상의 물, 얼음, 눈의 검지 장치" 7) 대한민국 공개특허번호 제2011-61741호(공개일: 2011년 6월 10일), 발명의 명칭: "노면 상태 판별 장치 및 노면 상태 판별 방법"

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 노면상태를 자동검지 할 때, 노면온도 센서, 대기온도 센서 및 대기습도 센서의 정보를 활용함으로써, CCTV 노면상태 자동검지 성능을 향상시킬 수 있는, 편광필터와 센서를 이용한 노면 상태 자동검지 방법을 제공하기 위한 것이다.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 편광필터와 센서를 이용한 노면 상태 자동검지 방법은, 편광필터와 센서를 이용하여 노면 상태가 수막/결빙/적설/마른 노면인지 판단하는 자동검지 방법에 있어서, a) 편광필터가 부착된 CCTV 카메라부터 수직 편광영상을 획득하는 단계; b) 상기 편광필터를 90도 회전시킨 상태에서 상기 CCTV 카메라로부터 수평 편광영상을 획득하는 단계; c) 상기 획득된 수직 및 수평 편광영상에 따라 영상을 1차 분류하여 노면이 수막/결빙/적설/마른 노면 중에서 어떤 상태인지 확인하는 단계; d) 상기 1차 분류된 영상에 대해 대기온도 센서, 대기습도 센서 및 노면온도 센서로부터 획득된 대기온도, 대기습도 및 노면온도를 적용하여 2차 분류하는 단계; 및 e) 상기 2차 분류된 결과에 따라 노면 상태가 상기 수막/결빙/적설/마른 노면 중에서 어떤 상태인지 최종 판단하는 단계를 포함하며,
상기 a) 및 b) 단계의 CCTV 카메라로 수직 및 수평편광영상의 획득은 CCTV 카메라의 렌즈 전면에 부착되고, 스테핑 모터에 의해 90도 각도로 회전하면서 수직 및 수평 편광영상을 각각 획득하는 편광필터; 상기 편광필터가 정확하게 90도 회전하는지 여부를 검지하는 적외선 검지센서인 위치검지 센서; 상기 위치검지 센서에 의해 상기 편광필터가 정확하게 90도 회전이 이루어지지 않은 것으로 검지된 경우, 상기 편광필터가 90도 회전하도록 상기 편광필터의 회전 위치를 보정하는 필터구동 벨트; 상기 편광필터의 외주면에 체결되어 상기 필터구동 벨트와 체결되는 필터구동 링; 및 90도 각도마다 돌출된 4개의 돌출부를 구비하고, 상기 편광필터 앞쪽에 부착되어 상기 편광필터와 함께 회전하는 위치판단 링;를 포함하는 자동제어형 편광필터를 이용한다.

여기서, 상기 c) 단계는 상기 수직 및/또는 수평 편광영상으로부터 편광계수 및 웨이블릿 계수를 산출하여 반사영역과 표면 질감을 1차적으로 분류하여 노면이 수막/결빙/적설/마른 노면인지 확인할 수 있다.

여기서, 상기 1차 분류된 결과가 수막 상태인 경우, 상기 d) 단계는, 상기 대기습도 센서에서 검지된 대기습도가 기설정된 눈/비 상황의 습도인지 확인하는 단계; 상기 대기습도가 눈/비 상황의 습도인 경우, 상기 대기온도 센서에서 검지된 대기온도가 영상(0℃ 이상)인지 확인하는 단계; 및 상기 눈/비 상황의 습도이고 상기 대기온도가 영상인 경우, 상기 노면온도 센서에서 검지된 노면온도가 영상(0℃ 이상)인지 확인하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 상기 e) 단계는 상기 눈/비 상황의 습도이고 상기 대기온도가 영상이며, 상기 노면온도가 영상인 경우, 노면 상태를 수막 생성 노면으로 판단하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 1차 분류된 결과가 결빙 상태인 경우, 상기 d) 단계는, 상기 대기온도 센서에서 검지된 대기온도가 기설정된 결빙 상태의 대기온도인지 확인하는 단계; 및 상기 결빙 상태의 대기온도인 경우, 상기 노면온도 센서에서 검지된 노면온도가 기설정된 결빙 상태의 노면온도인지 확인하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 상기 e) 단계는 상기 결빙 상태의 대기온도이고 결빙 상태의 노면온도인 경우, 노면 상태를 결빙 노면으로 판단하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 1차 분류된 결과가 적설 상태인 경우, 상기 d) 단계는, 상기 대기습도 센서에서 검지된 대기습도가 기설정된 눈/비 상황의 습도인지 확인하는 단계; 상기 대기습도가 눈/비 상황의 습도인 경우, 상기 대기온도 센서에서 검지된 대기온도가 기설정된 적설 상태의 대기온도인지 확인하는 단계; 및 상기 눈/비 상황의 습도이고 상기 대기온도가 적설 상태의 대기온도인 경우, 상기 노면온도 센서에서 검지된 노면온도가 기설정된 적설 상태의 노면온도인지 확인하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 상기 e) 단계는 상기 눈/비 상황의 습도이고 상기 대기온도가 적설 상태의 대기온도이며, 상기 노면온도가 적설 상태의 노면온도인 경우, 노면 상태를 적설 노면으로 판단하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 e) 단계는 상기 2차 분류된 결과가 수막/결빙/적설 중 어떤 상태도 아닌 경우, 노면 상태가 마른 노면인 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 d) 단계의 노면온도 센서는 적외선 방식의 비접촉식 온도 센서일 수 있다.

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본 발명에 따르면, 노면상태를 자동검지 할 때, 노면온도 센서, 대기온도 센서 및 대기습도 센서의 정보를 활용함으로써, CCTV 노면상태 자동검지 성능을 향상시킬 수 있다. 특히, 비교적 저가의 센서를 부가적으로 설치 및 활용함으로써 노면상태 자동검지 성능을 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래의 기술에 따른 도로 기상 종합 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 감시 카메라에 설치된 주변 온도, 습도, 안개, 대기 적설 등 환경감시 시스템의 구성도이다.
도 3a 및 도 3b는 각각 종래의 기술에 따른 노면 상태 알림 제어 시스템 및 노면 상태 감지 장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 편광필터와 센서를 이용한 노면 상태 자동검지 장치가 도로 상에 구현된 것을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 편광필터와 센서를 이용한 노면 상태 자동검지 장치의 개략적인 구성도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 노면 상태 자동검지 장치에 적용되는 편광필터가 자동제어형 편광필터인 경우를 예시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 편광필터와 센서를 이용한 노면 상태 자동검지 장치에서 수집된 수직 및 수평 영상신호에 의해 노면상태를 분류하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 편광필터와 센서를 이용한 노면 상태 자동검지 방법의 동작흐름도이다.
도 9a 내지 도 9c는 각각 본 발명의 실시예에 따른 편광필터와 센서를 이용한 노면 상태 자동검지 방법에서, 수막, 결빙 및 적설을 검지하는 방법의 동작흐름도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 편광필터와 센서를 이용한 노면 상태 자동검지 장치가 도로 상에 구현된 것을 나타내는 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 편광필터와 센서를 이용한 노면 상태 자동검지 장치의 개략적인 구성도이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 편광필터와 센서를 이용한 노면 상태 자동검지 장치는, 영상 수집장치(100) 및 제어반(200)을 포함한다. 이때, 하나의 제어반(제어함체)(200) 내에 상기 영상 처리부(210) 및 도로 상태 판단부(220)가 구현될 수 있다. 또한, 상기 영상 수집장치(100)는 영상 수집부(110), 대기온도 센서(120), 대기습도 센서(130) 및 노면온도 센서(140)를 포함할 수 있고, 이때, 상기 영상 수집부(110)는 CCTV 카메라(111) 및 편광필터(112)를 포함한다.

영상 수집부(110)는 4~6m의 지주 상에 설치될 수 있고, 도로 상태를 감시하고 노면의 수직 및 수평 편광영상을 확보하기 위해서 편광필터(112)가 부착된 CCTV 카메라(111)로부터 촬영된 노면 영상을 수집하여 전송한다. 즉, 상기 영상 수집부(100)는 편광필터(112)가 부착된 CCTV 카메라(110)로부터 촬영된 노면 영상을 수집한다.

대기온도 센서(120)는 상기 CCTV 카메라 근처에 배치되어 노면상태 감시 지점의 대기온도를 검지하고, 대기습도 센서(130)는 상기 CCTV 카메라 근처에 배치되어 노면상태 감시 지점의 대기습도를 검지한다.

노면온도 센서(140)는 상기 CCTV 카메라(111) 근처에 배치되어 노면의 온도를 검지한다. 이때, 상기 노면온도 센서(140)는 도로 노면의 상태를 측정하는 센서로서, 비접촉식 적외선 방식으로 측정하는데, 도로 외곽에 4~6m의 높이의 지주에 설치한다. 이러한 노면온도 센서(140)는 적외선 레이저를 송신하여 노면에서 반사되는 반사 값을 수신하고, 수신된 반사율을 전기적 신호 값으로 변환하고, 상기 변환된 전압 값을 이용하여 노면상태를 측정하게 된다.

또한, 상기 영상 수집부(100) 및 상기 제어반(200) 사이에 동축 케이블, 데이터 케이블 및 제어 케이블이 연결되어 제어 명령 및 수집 데이터 등을 전송하게 된다.

영상 처리부(210)는 상기 영상 수집부에서 수집된 수직 및 수평 편광영상에 대해 노면상태 판단 알고리즘을 통하여 노면의 상태를 자동 검지한다. 이때, 상기 영상 처리부(210)는 상기 수직 및/또는 수평 편광영상으로부터 편광계수 및 웨이블릿 계수를 산출하여 반사영역과 표면 질감을 1차적으로 분류하여 노면이 수막/결빙/적설/마른 노면인지 확인할 수 있다.

도로상태 판단부(220)는 상기 수직 및 수평 편광영상, 대기온도, 대기습도 및 노면온도를 조합하여 도로의 노면의 상태가 수막/결빙/적설/마른 노면 중에서 어떤 상태인지 판단한다.

예를 들면, 상기 도로 상태 판단부(220)는, 눈/비 상황의 습도이고 대기온도가 영상(0℃ 이상)이며, 노면온도가 영상(0℃ 이상인 경우, 노면 상태를 수막 생성 노면으로 판단한다. 여기서, 눈/비 상황의 습도는 사용자에 의해 도로 및 노면 조건에 따라 임의로 설정될 수 있다.

또한, 상기 도로 상태 판단부(220)는, 결빙 상태의 대기온도이고 결빙 상태의 노면온도인 경우, 노면 상태를 결빙 노면으로 판단한다. 여기서, 결빙 상태의 대기온도 및 결빙 상태의 노면온도는 영하(0℃ 이하)로서, 사용자에 의해 도로 및 노면 조건에 따라 임의로 설정될 수 있다.

또한, 상기 도로 상태 판단부(220)는, 눈/비 상황의 습도이고 대기온도가 적설 상태의 대기온도이며, 노면온도가 적설 상태의 노면온도인 경우, 노면 상태를 적설 노면으로 판단한다. 여기서, 눈/비 상황의 습도, 적설 상태의 대기온도 및 적설 상태의 노면온도는 사용자에 의해 도로 및 노면 조건에 따라 임의로 설정될 수 있다.

또한, 상기 도로 상태 판단부(220)는 2차 분류된 결과가 수막/결빙/적설 중 어떤 상태도 아닌 경우, 노면 상태가 마른 노면인 것으로 판단하게 된다.

한편, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 노면 상태 자동검지 장치에 적용되는 편광필터가 자동제어형 편광필터인 경우를 예시하는 도면이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 노면 상태 자동검지 장치에서 편광필터(112)는 자동제어형 편광필터로 구현될 수 있으며, 이때, 자동제어형 편광필터는 스테핑 모터(Stepping Motor: 112-2), 편광필터(112-3), 필터구동 링(112-4), 위치검지 센서(112-5), 필터구동 벨트(112-6) 및 위치판단 링(112-7)을 포함할 수 있다. 상기 편광필터(112)가 자동제어형 편광필터로 구현되는 것은 단지 예시적인 것이며, 이에 국한되는 것은 아니다.

편광필터(112-3)는 CCTV 카메라의 렌즈(112-1) 전면에 부착되고, 스테핑 모터(112-2)에 의해 90도 각도로 회전하면서 수직 및 수평 편광영상을 각각 획득한다.

위치판단 링(112-7)은 각각 90도 각도마다 돌출된 4개의 돌출부를 구비하고, 상기 편광필터(112-3) 앞쪽에 부착되어 상기 편광필터(112-3)와 함께 회전한다.

위치검지 센서(112-5)는 상기 편광필터(112-3)가 정확하게 90도 회전하는지 여부를 검지한다. 이때, 상기 위치검지 센서(112-5)는 상기 위치판단 링(112-7)의 돌출부를 검지하여 상기 편광필터(112-3)가 정확히 90도 각도로 회전하는지 여부를 검지하며, 또한, 상기 위치검지 센서(112-5)는 적외선검지 센서일 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다.

필터구동 벨트(112-6)는 상기 위치검지 센서(112-5)에 의해 상기 편광필터(112-3)가 정확하게 90도 회전이 이루어지지 않은 것으로 검지된 경우, 상기 편광필터(112-3)가 90도 회전하도록 상기 편광필터(112-3)의 회전 위치를 보정한다.

필터구동 링(112-4)은 상기 편광필터(112-3)의 외주면에 체결되어 상기 필터구동 벨트(126)와 체결된다.

한편, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 편광필터와 센서를 이용한 노면 상태 자동검지 장치에서 수집된 수직 및 수평 영상신호에 의해 노면상태를 분류하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 편광필터와 센서를 이용한 노면 상태 자동검지 장치에서 수집된 수직 및 수평 영상신호에 의해 노면상태를 1차적으로 검지하여 분류하는 영상 처리부(210)는, 편광계수 계산부(211), 웨이블릿 패킷 변환부(212), 반사영역 분류부(213), 사전 분류부(214), 표면 질감 분류부(215) 및 분류 결과 종합부(216)를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 편광필터는, 수직편광으로 촬영된 영상과 수평편광으로 촬영된 영상을 수집 및 분석하여 편광성분을 추출할 수 있으며, 수집된 편광성분은 편광계수(수직 편광성분/수평 편광성분)를 산출할 수 있는데, 편광계수의 값으로 노면의 상태를 분석할 수 있다.

이러한 편광필터를 이용한 영상검지는 수직 방향 필터를 사용한 영상과 수평 방향 필터를 사용한 영상 사이에 반사광의 양에 큰 차이가 발생하는 특징을 사용한 것으로, 예를 들면, 젖은 노면의 경우, 상기 편광필터를 수직과 수평으로 놓고 촬영한 사진을 분석해 보면 반사광의 양에 큰 차이가 발생되고, 또한, 마른 노면의 경우, 그 차이가 크지 않다는 점에서 노면상태를 판단할 수 있다.

이러한 편광필터를 이용한 영상은 도로의 수직 편광영상과 수평 편광영상을 분석하여 편광 계수를 계산하는데 이용되며, 편광계수 계산부(211)는 전술한 자동제어형 편광필터를 사용하여 수집된 수직 편광영상과 수평 편광영상을 분석하여 편광 계수를 계산한다.

반사영역 분류부(213)는 상기 편광계수 계산부(211)로부터 산출된 편광계수로부터 도로의 표면 반사가 심하고 적은 영역을 구분하여 도로의 젖은 표면을 분류하게 된다.

웨이블릿 패킷 변환부(212)는 상기 수평 편광영상을 웨이블릿 패킷으로 변환하고, 웨이블릿 계수를 산출한다. 즉, 상기 편광계수를 통해 동시에 수평 편광영상은 웨이블릿 패킷 변환부(212)를 통과하여 웨이블릿 계수를 얻는데 사용되고, 이러한 웨이블릿 계수를 이용하여 도로 표면의 질감을 분류할 수 있다.

사전 분류부(214)는 상기 웨이블릿 계수를 통해 도로 표면의 질감을 사전에 분류하고, 이후, 표면 질감 분류부(215)가 도로 표면의 질감을 구체적으로 분류하게 된다.

분류 결과 종합부(216)는 상기 반사영역 분류부(213)에 의해 분류된 데이터와 상기 표면 질감 분류부(215)에 의해 분류된 데이터를 종합함으로써, 노면의 상태가 수막/결빙/적설/마른 노면 중에서 어떤 상태인지 1차적으로 확인할 수 있게 된다.

한편, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 편광필터와 센서를 이용한 노면 상태 자동검지 방법의 동작흐름도이다.

도 4 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 편광필터와 센서를 이용한 노면 상태 자동검지 방법은, 먼저, 편광필터(112)가 부착된 CCTV 카메라(111)로부터 수직 편광영상을 획득한다(S110).

다음으로, 상기 편광필터(112)를 90도 회전시킨 상태에서 상기 CCTV 카메라(111)로부터 수평 편광영상을 획득한다(S120).

다음으로, 상기 획득된 수직 및 수평 편광영상에 따라 영상을 1차 분류하여 노면이 수막/결빙/적설/마른 노면 중에서 어떤 상태인지 확인한다(S130). 이때, 수막/결빙/적설/마른 노면인지의 1차적인 판단은 상기 영상 처리부(210)에서 수행될 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니며, 상기 도로 상태 판단부(220)에서 처리될 수도 있다.

다음으로, 상기 도로 상태 판단부(220)는 상기 1차 분류된 영상에 대해 대기온도 센서, 대기습도 센서 및 노면온도 센서로부터 획득된 대기온도, 대기습도 및 노면온도를 적용하여 2차적으로 분류한다(S140).

다음으로, 상기 도로 상태 판단부(220)는 상기 2차적으로 분류된 결과에 따라 수막/결빙/적설/마른 노면 중에서 노면 상태를 최종 판단한다(S150).

본 발명의 실시예에 따른 편광필터와 센서를 이용한 노면 상태 자동검지 방법은, 노면상태를 자동검지 할 때, 노면온도 센서, 대기온도 센서 및 대기습도 센서의 정보를 활용함으로써 CCTV 노면상태 자동검지 성능을 향상시킬 수 있다. 특히, 비교적 저가의 센서를 부가적으로 설치 및 활용함으로써 노면상태 자동검지 성능을 향상시킬 수 있다.

한편, 도 9a 내지 도 9c는 각각 본 발명의 실시예에 따른 편광필터와 센서를 이용한 노면 상태 자동검지 방법에서, 수막, 결빙 및 적설을 검지하는 방법의 동작흐름도이다.

도 9a를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 편광필터와 센서를 이용한 노면 상태 자동검지 방법에서, 수막을 검지하는 방법은, 편광필터(112)가 부착된 CCTV 카메라(111)로부터 수직 편광영상을 획득하고(S110), 상기 편광필터(112)를 90도 회전시킨 상태에서 상기 CCTV 카메라(111)로부터 수평 편광영상을 획득하며(S120), 상기 획득된 수직 및 수평 편광영상에 따라 영상을 1차 분류하여 노면이 수막/결빙/적설/마른 노면 중에서 어떤 상태인지 확인한다(S130).

다음으로, 상기 1차 분류된 결과가 수막 상태인지 확인하여(S161), 상기 도로 상태 판단부(220)는 상기 대기습도 센서에서 검지된 대기습도가 기설정된 눈/비 상황의 습도인지 확인한다(S163). 여기서, 만일 상기 1차 분류된 결과가 수막 상태가 아닌 경우, 결빙/적설/마른 노면 판단 알고리즘을 적용하게 된다(S162).

다음으로, 상기 대기습도가 눈/비 상황의 습도인 경우, 상기 도로 상태 판단부(220)는 상기 대기온도 센서에서 검지된 대기온도가 영상(0℃ 이상)인지 확인한다(S164).

다음으로, 상기 눈/비 상황의 습도이고 상기 대기온도가 영상인 경우, 상기 도로 상태 판단부(220)는 상기 노면온도 센서에서 검지된 노면온도가 영상(0℃ 이상)인지 확인한다(S165).

다음으로, 상기 눈/비 상황의 습도이고 상기 대기온도가 영상이며, 상기 노면온도가 영상인 경우, 상기 도로 상태 판단부(220)는 노면 상태를 수막 생성 노면으로 판단하게 된다(S166).

또한, 도 9b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 편광필터와 센서를 이용한 노면 상태 자동검지 방법에서, 결빙을 검지하는 방법은, 편광필터(112)가 부착된 CCTV 카메라(111)로부터 수직 편광영상을 획득하고(S110), 상기 편광필터(112)를 90도 회전시킨 상태에서 상기 CCTV 카메라(111)로부터 수평 편광영상을 획득하며(S120), 상기 획득된 수직 및 수평 편광영상에 따라 영상을 1차 분류하여 노면이 수막/결빙/적설/마른 노면 중에서 어떤 상태인지 확인한다(S130).

다음으로, 상기 1차 분류된 결과가 결빙 상태인지 확인하여(S171), 상기 도로 상태 판단부(220)는 상기 대기온도 센서에서 검지된 대기온도가 기설정된 결빙 상태의 대기온도인지 확인한다(S173). 여기서, 만일 상기 1차 분류된 결과가 결빙 상태가 아닌 경우, 수막/적설/마른 노면 판단 알고리즘을 적용하게 된다(S172).

다음으로, 상기 결빙 상태의 대기온도인 경우, 상기 도로 상태 판단부(220)는 상기 노면온도 센서에서 검지된 노면온도가 기설정된 결빙 상태의 노면온도인지 확인한다(S174).

다음으로, 상기 결빙 상태의 대기온도이고 결빙 상태의 노면온도인 경우, 상기 도로 상태 판단부(220)는 노면 상태를 결빙 노면으로 판단한다(S175).

또한, 도 9c를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 편광필터와 센서를 이용한 노면 상태 자동검지 방법에서, 적설을 검지하는 방법은, 편광필터(112)가 부착된 CCTV 카메라(111)로부터 수직 편광영상을 획득하고(S110), 상기 편광필터(112)를 90도 회전시킨 상태에서 상기 CCTV 카메라(111)로부터 수평 편광영상을 획득하며(S120), 상기 획득된 수직 및 수평 편광영상에 따라 영상을 1차 분류하여 노면이 수막/결빙/적설/마른 노면 중에서 어떤 상태인지 확인한다(S130).

다음으로, 상기 1차 분류된 결과가 적설 상태인지 확인하여(S181), 상기 도로 상태 판단부(220)는 상기 대기습도 센서에서 검지된 대기습도가 기설정된 눈/비 상황의 습도인지 확인한다(S183). 여기서, 만일 상기 1차 분류된 결과가 적설 상태가 아닌 경우, 수막/결빙/마른 노면 판단 알고리즘을 적용하게 된다(S182).

다음으로, 상기 대기습도가 눈/비 상황의 습도인 경우, 상기 도로 상태 판단부(220)는 상기 대기온도 센서에서 검지된 대기온도가 기설정된 적설 상태의 대기온도인지 확인한다(S184).

다음으로, 상기 눈/비 상황의 습도이고 상기 대기온도가 적설 상태의 대기온도인 경우, 상기 도로 상태 판단부(220)는 상기 노면온도 센서에서 검지된 노면온도가 기설정된 적설 상태의 노면온도인지 확인한다(S185).

다음으로, 상기 눈/비 상황의 습도이고 상기 대기온도가 적설 상태의 대기온도이며, 상기 노면온도가 적설 상태의 노면온도인 경우, 상기 도로 상태 판단부(220)는 노면 상태를 적설 노면으로 판단한다(S186).

한편, 상기 도로 상태 판단부(220)는 상기 2차 분류된 결과가 수막/결빙/적설 중 어떤 상태도 아닌 경우, 노면 상태가 마른 노면인 것으로 판단하게 된다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 영상 수집장치
200: 제어반
110: 영상 수집부
111: CCTV 카메라
112: 편광필터
120: 대기온도 센서
130: 대기습도 센서
140: 노면온도 센서
210: 영상 처리부
220: 도로상태 판단부

Claims (14)

1. 편광필터와 센서를 이용하여 노면 상태가 수막/결빙/적설/마른 노면인지 판단하는 자동검지 방법에 있어서,
   a) 편광필터가 부착된 CCTV 카메라부터 수직 편광영상을 획득하는 단계;
   b) 상기 편광필터를 90도 회전시킨 상태에서 상기 CCTV 카메라로부터 수평 편광영상을 획득하는 단계;
   c) 상기 획득된 수직 및 수평 편광영상에 따라 영상을 1차 분류하여 노면이 수막/결빙/적설/마른 노면 중에서 어떤 상태인지 확인하는 단계;
   d) 상기 1차 분류된 영상에 대해 대기온도 센서, 대기습도 센서 및 노면온도 센서로부터 획득된 대기온도, 대기습도 및 노면온도를 적용하여 2차 분류하는 단계; 및
   e) 상기 2차 분류된 결과에 따라 노면 상태가 상기 수막/결빙/적설/마른 노면 중에서 어떤 상태인지 최종 판단하는 단계를 포함하며,
   상기 a) 및 b) 단계의 CCTV 카메라로 수직 및 수평편광영상의 획득은
   CCTV 카메라의 렌즈(112-1) 전면에 부착되고, 스테핑 모터(112-2)에 의해 90도 각도로 회전하면서 수직 및 수평 편광영상을 각각 획득하는 편광필터(112-3); 상기 편광필터가 정확하게 90도 회전하는지 여부를 검지하는 적외선 검지센서인 위치검지 센서(112-5); 상기 위치검지 센서에 의해 상기 편광필터가 정확하게 90도 회전이 이루어지지 않은 것으로 검지된 경우, 상기 편광필터가 90도 회전하도록 상기 편광필터의 회전 위치를 보정하는 필터구동 벨트(112-6); 상기 편광필터(112-3)의 외주면에 체결되어 상기 필터구동 벨트(126)와 체결되는 필터구동 링(112-4); 및 90도 각도마다 돌출된 4개의 돌출부를 구비하고, 상기 편광필터(112-3) 앞쪽에 부착되어 상기 편광필터(112-3)와 함께 회전하는 위치판단 링(112-7);를 포함하는 노면상태 검지를 위한 자동제어형 편광필터를 이용하는 것을 특징으로 하는 편광필터와 센서를 이용한 노면 상태 자동검지 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 c) 단계는 상기 수직 및/또는 수평 편광영상으로부터 편광계수 및 웨이블릿 계수를 산출하여 반사영역과 표면 질감을 1차적으로 분류하여 노면이 수막/결빙/적설/마른 노면인지 확인하는 것을 특징으로 하는 편광필터와 센서를 이용한 노면 상태 자동검지 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 1차 분류된 결과가 수막 상태인 경우, 상기 d) 단계는,
   상기 대기습도 센서에서 검지된 대기습도가 기설정된 눈/비 상황의 습도인지 확인하는 단계;
   상기 대기습도가 눈/비 상황의 습도인 경우, 상기 대기온도 센서에서 검지된 대기온도가 영상(0℃ 이상)인지 확인하는 단계; 및
   상기 눈/비 상황의 습도이고 상기 대기온도가 영상인 경우, 상기 노면온도 센서에서 검지된 노면온도가 영상(0℃ 이상)인지 확인하는 단계
   를 포함하는 편광필터와 센서를 이용한 노면 상태 자동검지 방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 e) 단계는 상기 눈/비 상황의 습도이고 상기 대기온도가 영상이며, 상기 노면온도가 영상인 경우, 노면 상태를 수막 생성 노면으로 판단하는 것을 특징으로 하는 편광필터와 센서를 이용한 노면 상태 자동검지 방법.
5. 제2항에 있어서, 상기 1차 분류된 결과가 결빙 상태인 경우, 상기 d) 단계는,
   상기 대기온도 센서에서 검지된 대기온도가 기설정된 결빙 상태의 대기온도인지 확인하는 단계; 및
   상기 결빙 상태의 대기온도인 경우, 상기 노면온도 센서에서 검지된 노면온도가 기설정된 결빙 상태의 노면온도인지 확인하는 단계
   를 포함하는 편광필터와 센서를 이용한 노면 상태 자동검지 방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 e) 단계는 상기 결빙 상태의 대기온도이고 결빙 상태의 노면온도인 경우, 노면 상태를 결빙 노면으로 판단하는 것을 특징으로 하는 편광필터와 센서를 이용한 노면 상태 자동검지 방법.
7. 제2항에 있어서, 상기 1차 분류된 결과가 적설 상태인 경우, 상기 d) 단계는,
   상기 대기습도 센서에서 검지된 대기습도가 기설정된 눈/비 상황의 습도인지 확인하는 단계;
   상기 대기습도가 눈/비 상황의 습도인 경우, 상기 대기온도 센서에서 검지된 대기온도가 기설정된 적설 상태의 대기온도인지 확인하는 단계; 및
   상기 눈/비 상황의 습도이고 상기 대기온도가 적설 상태의 대기온도인 경우, 상기 노면온도 센서에서 검지된 노면온도가 기설정된 적설 상태의 노면온도인지 확인하는 단계
   를 포함하는 편광필터와 센서를 이용한 노면 상태 자동검지 방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 e) 단계는 상기 눈/비 상황의 습도이고 상기 대기온도가 적설 상태의 대기온도이며, 상기 노면온도가 적설 상태의 노면온도인 경우, 노면 상태를 적설 노면으로 판단하는 것을 특징으로 하는 편광필터와 센서를 이용한 노면 상태 자동검지 방법.
9. 제2항에 있어서,
   상기 e) 단계는 상기 2차 분류된 결과가 수막/결빙/적설 중 어떤 상태도 아닌 경우, 노면 상태가 마른 노면인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 편광필터와 센서를 이용한 노면 상태 자동검지 방법.
10. 제1항에 있어서,
    상기 d) 단계의 노면온도 센서는 적외선 방식의 비접촉식 온도 센서인 것을 특징으로 하는 편광필터와 센서를 이용한 노면 상태 자동검지 방법.
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