KR101218392B1 - 단일 파장의 ｌｅｄ 광원과 ｃｃｄ센서를 이용한 유출유 탐지 방법 및 장치 - Google Patents

단일 파장의 ｌｅｄ 광원과 ｃｃｄ센서를 이용한 유출유 탐지 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 단일 파장의 LED 광원과 CCD센서를 이용한 유출유 탐지 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수면에 부유할 수 있는 장치를 이용하여, 수면의 영상을 촬영하고 이를 영상처리함으로써, 기름의 유출여부를 탐지할 수 있도록 한 것이다.
특히, 본 발명은 기름의 두께에 따라 투과율이 달라지는 청색광을 광원으로 하여 수면의 영상을 촬영하고, 이에 기초하여 기름의 유출여부 및 유출정도를 신속하고 정확하게 탐지할 수 있다.
또한, 전력소모를 최소화하여 별도의 전원공급원이 없이 오랜 시간동안 단독으로 해상에서 운용할 수 있으며, 유출유 탐지 장치의 단가 및 유지보수 비용이 저럼하면서도 실시간으로 유출유를 정확하게 탐지할 수 있다.
따라서, 환경오염방지 분야, 특히 해상에서의 유출유 탐지 분야에서 장치의 제작 및 운용의 효율성, 신뢰성 및 경쟁력을 향상시킬 수 있다.

Description

단일 파장의 ＬＥＤ 광원과 ＣＣＤ센서를 이용한 유출유 탐지 방법 및 장치{Method and device for detection of spilt oil using single wavelength LED and CCD sensor}
본 발명은 단일 파장의 LED 광원과 CCD센서를 이용한 유출유 탐지 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수면에 부유할 수 있는 장치를 이용하여, 수면의 영상을 촬영하고 이를 영상처리함으로써, 기름의 유출여부를 탐지할 수 있도록 한 것이다.
특히, 본 발명은 기름의 두께에 따라 투과율이 달라지는 청색광을 광원으로 하여 수면의 영상을 촬영하고, 이에 기초하여 기름의 유출여부 및 유출정도를 신속하고 정확하게 탐지할 수 있는 단일 파장의 LED 광원과 CCD센서를 이용한 유출유 탐지 방법 및 장치에 관한 것이다.
해양에서 발생된 기름유출사고는 인간을 포함한 해양을 이용하는 모든 생명체에 치명적인 영향을 미치므로, 사고가 발생하였을 경우 빠른 시간 내에 기름의 확산을 막는 일이 매우 중요하다.
해양에서 발생된 기름유출사고의 신속한 확산방지를 위해서는 해당 사고가 언제, 어디서, 어떠한 형태로 발생되었는지를 파악하는 것이 중요하며, 이러한 작업을 효과적으로 수행하기 위해서는 해상에 유출된 기름을 신속하고 정확하게 탐지하는 기술의 개발이 요구된다.
이러한 기술로는 대한민국 등록특허공보 제10-1039665호 "가시광대 위성자료를 이용한 유출유 탐지 방법" 및 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0036487호 "기름탐지시스템 및 이를 이용한 기름탐지방법"이 있으며, 두 기술 모두 인공위성을 이용하여 기름의 유출을 탐지하는 것을 특징으로 하고 있다.
그러나, 인공위성을 이용한 기름의 유출 탐지 방법은, 광역적인 지역에서 대형 해상사고에 의한 많은 양의 기름 유출은 확인이 가능하지만, 국지적인 지역에서 소량의 기름이 유출된 경우에는 상세한 정보를 획득하기에 어려움이 있다.
또한, 기름의 유출여부 판단에 필요한 정보를 제공하는 인공위성은, 그 자체로 제작과 발사 및 운용 등에 많은 비용과 인력이 투입되어야 하기 때문에, 실제로 기름의 유출을 탐지하기 위한 용도로 인공위성을 제작하여 운용하기에는 어려움이 많았다.
따라서, 현재까지 개발된 다양한 해상 기름탐지 방법 중에서 가장 효율적이라고 알려진 방법으로는, 유출된 지역에서 직접 기름의 존재를 탐지하는 유출유 현장탐지기술이 있다.
유출유 현장탐지기술은 해양근처에 위치한 원유정제설비와 같이 기름의 유출 가능성이 높은 시설이나, 양식어장과 같이 기름이 유출될 경우 그에 대한 피해가 클 것으로 예상되는 지역에서 실시간으로 기름의 유출 여부를 확인할 수 있도록 하는 중요한 기술이다.
유출유 현장탐지기술의 개발과 관련하여, 초기에는 현장에서 기름의 존재뿐만 아니라 종류 및 성분을 분석하기 위해서 실험실에서 기름을 분석하는데 사용되던 방법인 질량분석기법을 이용한 센서의 개발이 시도되었으나, 이는 성분분석의 위한 전처리 공정이 필요하므로 실시간으로 결과를 확인하기에는 많은 어려움이 따른다.
이러한 단점을 개선하기 위해 전처리 과정이 필요없는 방법인 자외선 대역의 빛에 대한 형광반응을 원리로 한 자외선 형광측정(UV Fluorescence) 방법이나, 물과 기름이 갖는 서로 다른 전기적 정전용량(Capacitance)를 탐지 원리로 하는 센서가 제안되어 유출유 현장탐지를 위한 소형화 플랫폼 형태로 개발되었다.
그러나, 이러한 방법들은 자외선 소스 및 스펙트럼 분석기 등 고가의 부품들이 집적되어야 하고, 이를 구동하기 위한 전력소비량이 크므로, 별도의 전원공급원이 없이 오랜 시간동안 단독으로 해상에서 운용되어야하는 유출유 현장탐지센서 플랫폼에 적용하기에는 부적합하며, 제품의 단가 및 유지보수 비용이 높아, 분실의 우려가 큰 해상에 다수의 센서를 설치하는 데는 한계가 있다.
따라서, 해상의 유출유를 탐지함에 있어, 전력소모를 최소화하여 오랜시간 운용이 가능하고 제품의 단가 및 유지보수 비용이 저렴하면서도 실시간으로 유출유를 정확하게 탐지할 수 있는 장치의 개발이 요구되고 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1039665호 "가시광대 위성자료를 이용한 유출유 탐지 방법" 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0036487호 "기름탐지시스템 및 이를 이용한 기름탐지방법"
상기와 같은 요구에 의해, 본 발명은 전력소모를 최소화하여 별도의 전원공급원이 없이 오랜 시간동안 단독으로 해상에서 운용할 수 있는 단일 파장의 LED 광원과 CCD센서를 이용한 유출유 탐지 방법 및 장치를 제공하는데 목적이 있다.
특히, 유출유 탐지 장치의 단가 및 유지보수 비용이 저럼하면서도 실시간으로 유출유를 정확하게 탐지할 수 있는 단일 파장의 LED 광원과 CCD센서를 이용한 유출유 탐지 방법 및 장치를 제공하는데 목적이 있다.
또한, 유출유 탐지 장치의 위치를 실시간으로 확인할 수 있도록 함으로써, 장치의 분실을 방지하고, 해상에서 원하는 위치의 유출유 탐지정보를 정확히 획득할 수 있는 단일 파장의 LED 광원과 CCD센서를 이용한 유출유 탐지 방법 및 장치를 제공하는데 목적이 있다.
또한, 유출유 탐지 장치에 고장이 발생할 경우 해당 장치의 유지 및 보수작업을 위한 장치의 회수가 용이하도록 하는 등, 유출유 탐지 장치의 관리가 용이하도록 하는 단일 파장의 LED 광원과 CCD센서를 이용한 유출유 탐지 방법 및 장치를 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 단일 파장의 LED 광원과 CCD센서를 이용한 유출유 탐지 방법은, 청색광을 광원으로 하여 촬영된 영상을 수신하는 영상수신단계; 상기 영상을 구성하는 각각의 픽셀에 대한 색상값을 확인하는 영상처리단계; 및 상기 픽셀별 색상값에 기초하여 기름의 유출여부를 판단하는 유출여부판단단계를 포함한다.
또한, 상기 영상처리단계는, 상기 영상을 그레이스케일로 변환하는 단계; 및 그레이스케일로 변환된 상기 영상의 픽셀별 색상값을 확인하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 유출여부판단단계는, 상기 영상에 포함된 모든 픽셀의 색상값을 합하여 색상합산값을 산출하는 단계; 상기 색상합산값과 설정값을 비교하는 단계; 및 상기 비교결과에 기초하여 기름의 유출여부 및 유출정도를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 영상처리단계는, 상기 영상의 픽셀별 색상값을 확인하는 단계; 및 상기 색상값이 최대값을 갖는 픽셀을 추출하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 유출여부판단단계는, 상기 영상처리단계에서 추출된 픽셀의 개수를 합산하여 픽셀합산값을 산출하는 단계; 상기 픽셀합산값과 설정값을 비교하는 단계; 및 상기 비교결과에 기초하여 기름의 유출여부 및 유출정도를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 단일 파장의 LED 광원과 CCD센서를 이용한 유출유 탐지 장치는, 청색광을 방출하는 광방출부; 상기 청색광이 통과하는 수면을 촬영하는 영상촬영부; 원격지와 데이터통신을 수행하는 무선통신부; 상기 영상촬영부에서 촬영된 영상을 구성하는 각각의 픽셀에 대한 색상값을 확인하는 영상처리부; 상기 영상처리부에서 확인된 픽셀별 색상값에 기초하여 기름의 유출여부를 판단하는 기름유출판단부; 및 상기 광방출부의 청색광 방출을 제어하고, 상기 기름유출판단부의 판단결과를 상기 무선통신부를 통해 원격지로 전송하는 제어부를 포함한다.
또한, 상기 영상처리부는, 상기 영상을 그레이스케일로 변환하여 상기 영상에 포함된 각각의 픽셀들이 갖는 색상값을 확인하고, 상기 기름유출판단부는, 상기 영상처리부에서 확인된 색상값을 합하여 기름의 유출여부 및 유출정도를 판단할 수 있다.
또한, 상기 영상처리부는, 상기 영상의 픽셀별 색상값을 확인하여 최대값을 갖는 픽셀을 추출하고, 상기 기름유출판단부는, 상기 영상처리부에서 추출된 픽셀의 개수를 합산하여 기름의 유출여부 및 유출정도를 판단할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 단일 파장의 LED 광원과 CCD센서를 이용한 유출유 탐지 장치는, 유출유 탐지시간 및 유출정도를 포함하는 유출유탐지정보가 저장되는 데이터저장부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 무선통신부의 통신이 중단되면, 상기 기름유출판단부의 판단결과를 현재시간과 매칭하여 상기 데이터저장부에 저장하고, 상기 무선통신부의 통신이 재개되면, 상기 데이터저장부에 저장된 유출유탐지정보를 원격지로 전송할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 단일 파장의 LED 광원과 CCD센서를 이용한 유출유 탐지 장치는, 현재의 위치정보를 수신하는 GPS수신부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 기름유출판단부의 기름의 유출여부 및 유출정도를 판단결과와, 상기 GPS수신부로 수신된 위치정보를 매칭하여 유출유탐지정보를 생성할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 단일 파장의 LED 광원과 CCD센서를 이용한 유출유 탐지 장치는, 탐지대상위치정보를 포함하는 데이터저장부; 및 적어도 하나의 스크류에 대한 동작을 제어하는 스크류구동부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 GPS수신부로 수신된 위치정보와 상기 탐지대상위치정보를 비교하고, 현재 위치가 탐지대상위치에서 벗어난 경우, 상기 탐지대상위치로 이동하도록 상기 스크류구동부를 제어할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 단일 파장의 LED 광원과 CCD센서를 이용한 유출유 탐지 장치는, 수면의 높이를 측정하는 수위센서; 및 밸러스트탱크의 부력을 조절하는 부력조절부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 수위센서에서 측정된 수면의 높이와 설정수면높이를 비교하고, 측정수면높이와 설정수면높이가 다른 경우, 측정수면높이가 설정수면높이에 매칭되도록 상기 부력조절부를 제어할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 단일 파장의 LED 광원과 CCD센서를 이용한 유출유 탐지 장치는, 수직방향으로 중공의 영상촬영공간부가 형성되고, 상기 영상촬영공간부와 공간적으로 이어지도록 수평방향으로 관통하여 유입로 및 유출로가 형성되는 부유몸체; 상기 영상촬영공간부의 하부면에 구성되어 청색광을 방출하는 광방출부; 상기 영상촬영공간부의 상부면에 구성되는 영상촬영부; 및 상기 부유몸체의 상부면 일측에 설치되는 무선통신안테나; 상기 영상촬영부에서 촬영된 영상을 영상처리하여 기름의 유출여부를 판단하고 그 결과를 상기 무선통신용안테나를 통해 원격지로 전송하는 데이터처리모듈을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 단일 파장의 LED 광원과 CCD센서를 이용한 유출유 탐지 장치는, 상기 부유몸체의 상부에 설치되는 GPS안테나; 및 상기 유입로 및 유출로가 형성된 방향으로 이동하도록 상기 부유몸체의 저면부에 설치되는 스크류를 더 포함하고, 상기 데이터처리모듈은, GPS안테나를 통해 수신된 위치정보와 탐지대상위치정보를 비교하고, 현재 위치가 탐지대상위치에서 벗어난 경우, 상기 탐지대상위치로 이동하도록 상기 스크류를 동작시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 단일 파장의 LED 광원과 CCD센서를 이용한 유출유 탐지 장치는, 상기 영상촬영공간부의 내측에 설치되는 적어도 하나의 수위센서; 및 상기 부유몸체의 내측하부에 설치되는 밸러스트탱크를 더 포함하고, 상기 데이터처리모듈은, 상기 수위센서에서 측정된 수면의 높이와 설정수면높이를 비교하고, 측정수면높이와 설정수면높이가 다른 경우, 측정수면높이가 설정수면높이에 매칭되도록 상기 밸러스트탱크를 제어할 수 있다.
또한, 상기 영상촬영공간부는, 상기 유입로 또는 유출로의 공간부를 높이에 따라 안정영역 및 불안정영역으로 구분하고, 상기 수위센서는, 상기 안정영역 및 불안정영역의 경계선에 대응하여 복수개가 설치되며, 상기 데이터처리모듈은, 상기 복수개의 수위센서에 의해 감지된 수면의 높이가 불안정영역에 위치할 경우, 현재 수면의 높이가 안정영역에 위치하도록 상기 밸러스트탱크를 제어할 수 있다.
상기와 같은 해결수단에 의해, 본 발명은 유출유 탐지를 위한 구성(전자소자)의 전력소모를 최소화하여, 별도의 전원공급원이 없이 오랜 시간동안 단독으로 해상에서 운용할 수 있는 장점이 있다.
특히, 유출유 탐지 장치의 단가 및 유지보수 비용이 저럼하면서도 실시간으로 유출유를 정확하게 탐지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 유출유 탐지 장치의 위치를 실시간으로 확인할 수 있도록 함으로써, 장치의 분실을 방지하고, 해상에서 원하는 위치의 유출유 탐지정보를 정확히 획득할 수 있는 효과가 있다.
더불어, 유출유 탐지 장치에 고장이 발생할 경우 해당 장치의 유지 및 보수작업을 위한 장치의 회수가 용이하도록 하는 등, 유출유 탐지 장치의 관리가 용이하도록 하는 효과가 있다.
또한, 유출유의 탐지가 요구되는 지역으로 유출유 탐지 장치를 이동할 수 있도록 함으로써, 상대적으로 적은 개수의 유출유 탐지 장치로도 넓은 지역에 대한 유출유 탐지가 가능하도록 하는 장점이 있다.
따라서, 환경오염방지 분야, 특히 해상에서의 유출유 탐지 분야에서 장치의 제작 및 운용의 효율성, 신뢰성 및 경쟁력을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 단일 파장의 LED 광원과 CCD센서를 이용한 유출유 탐지 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 2는 도 1의 구체적인 일 실시예를 설명하는 흐름도이다.
도 3 내지 도 6은 도 2의 유출유 탐지 방법에 의한 광원별 유출유 탐지 성능을 비교한 그래프이다.
도 7은 도 1의 구체적인 다른 일 실시예를 설명하는 흐름도이다.
도 8 내지 도 11은 도 7의 유출유 탐지 방법에 의한 광원별 유출유 탐지 성능을 비교한 그래프이다.
도 12는 본 발명에 의한 단일 파장의 LED 광원과 CCD센서를 이용한 유출유 탐지 장치의 일 실시예를 설명하는 블록도이다.
도 13은 본 발명에 의한 단일 파장의 LED 광원과 CCD센서를 이용한 유출유 탐지 장치의 다른 일 실시예를 설명하는 블록도이다.
도 14는 본 발명에 의한 단일 파장의 LED 광원과 CCD센서를 이용한 유출유 탐지 장치의 또 다른 일 실시예를 설명하는 블록도이다.
도 15는 도 12의 구성이 적용된 유출유 탐지 장치를 설명하는 구성도이다.
도 16은 도 13의 구성이 적용된 유출유 탐지 장치를 설명하는 구성도이다.
도 17은 도 14의 구성이 적용된 유출유 탐지 장치를 설명하는 구성도이다.
도 18은 도 17의 수위센서 및 이를 이용한 부력조절방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 단일 파장의 LED 광원과 CCD센서를 이용한 유출유 탐지 방법 및 장치에 대한 예는 다양하게 적용할 수 있으며, 이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 가장 바람직한 실시 예에 대해 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 의한 단일 파장의 LED 광원과 CCD센서를 이용한 유출유 탐지 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 유출유 탐지 방법은 영상수신단계(단계 S100), 영상처리단계(단계 S200) 및 유출여부판단단계(단계 S300)를 포함한다.
영상수신단계(단계 S100)는 청색광을 광원으로 하여 촬영된 영상을 수신한다.
여기서, 전자기파의 가시광선영역에서 465nm 파장을 포함하는 청색광은, 물에 대하여 투과율이 높고 기름에 대하여 흡수율이 높은 것이 특징이다.
따라서, 수면의 하부에 청색광을 방출하면서 전력소모가 적은 청색LED를 광원으로 배치하고, 그 상부에 광량을 정량적으로 측정할 수 있는 CCD(Charge Coupled Device)카메라를 배치하여 수면의 영상을 촬영할 수 있다.
영상처리단계(단계 S200)는 영상수신단계(단계 S100)에서 수신된 영상을 구성하는 각각의 픽셀에 대한 색상값을 확인한다.
예를 들어, 수신된 영상을 그레이스케일로 변환한 경우에는 0(가장 밝음)에서 1(가장 어두움)까지의 밝기를 색상값으로 확인할 수 있다.
다른 예로, 수신된 영상이 컬러영상인 경우에는 0(가장 어두움)에서 255(가장 밝음)까지의 RGB값을 색상값으로 확인할 수 있다.
유출여부판단단계(단계 S300)는 영상처리단계(단계 S200)에서 확인된 픽셀별 색상값에 기초하여 기름의 유출여부를 판단한다.
예를 들어, 수신된 영상을 그레이스케일로 변환한 경우에는 모든 픽셀의 밝기(빛의 세기)를 모두 합하고, 그 값이 설정값(유출여부 판단 기준값)보다 큰 경우(밝기가 어두운 경우) 기름이 유출된 것으로 판단할 수 있으며, 픽셀의 밝기를 합한 값이 커질수록(어두울수록) 보다 많은 양의 기름이 유출된 것으로 판단할 수 있다.
다른 예로, 수신된 영상이 컬러영상인 경우에는 RGB값 모두가 최대값(255)를 갖는 픽셀의 개수를 확인하고, 그 값이 설정값보다 작은 경우(밝은 픽셀의 개수가 적은 경우) 기름이 유출된 것으로 판단할 수 있으며, 최대값의 픽셀 개수가 '0'에 가까울수록(어두울수록) 보다 많은 양의 기름이 유출된 것으로 판단할 수 있다.
도 2는 도 1의 구체적인 일 실시예를 설명하는 흐름도이다.
도 2에서, 영상수신단계(단계 S100)에서 컬러영상이 수신되면(단계 S111), 영상처리단계(단계 S200)에서 수신된 컬러영상을 그레이스케일로 변환할 수 있고(단계 S211), 그레이스케일로 변환된 영상의 픽셀별 색상값을 확인할 수 있다(단계 S212). 여기서, 그레이스케일은 흑백영상의 밝고 어두운 정도를 0% 내지 100%로 표현하는 것으로, 본 발명에서는 그레이스케일의 밝고 어두운 정도를 0에서 1의 범위로 변환하여 픽셀별 색상값으로 결정할 수 있다.
또한, 유출여부판단단계(단계 S300)는 영상에 포함된 모든 픽셀의 색상값을 합하여 색상합산값을 산출할 수 있고(단계 S311), 산출된 색상합산값과 설정값을 비교할 수 있으며(단계 S312), 비교결과에 기초하여 기름의 유출여부 및 유출정도를 판단할 수 있다(단계 S313). 여기서, 기름의 유출여부 및 유출정도의 판단은 도 3의 그래프에 기초하여 수행될 수 있다.
도 3 내지 도 6은 도 2의 유출유 탐지 방법에 의한 광원별 유출유 탐지 성능을 비교한 그래프로서, 도 3은 청색광을 광원으로 하여 도 2의 방법을 적용한 결과이고, 도 4는 녹색광을 광원으로 하여 도 2의 방법을 적용한 결과이며, 도 5는 적색광을 광원으로 하여 도 2의 방법을 적용한 결과이고, 도 6은 황색광을 광원으로 하여 도 2의 방법을 적용한 결과이다.
도 3 내지 도 6에 나타난 바와 같이, 순수한 물인 경우에서 기름이 15mm의 두께로 존재하는 경우까지를 살펴보면, 청색광을 광원으로 하였을 때, 기름의 유출정도에 대응하여 촬영된 영상의 밝기가 점차적으로 감소하는 경향이 나타나고 있음을 알 수 있다.
따라서, 도 2의 방법을 적용함에 있어, 광원을 청색광으로 사용하는 것이 가장 바람직함을 알 수 있다.
도 7은 도 1의 구체적인 다른 일 실시예를 설명하는 흐름도이다.
도 7에서, 영상수신단계(단계 S100)에서 컬러영상이 수신되면(단계 S111), 영상처리단계(단계 S200)에서 수신된 컬러영상의 픽셀별 색상값을 확인할 수 있고 (단계 S221), 확인된 색상값이 최대값을 갖는 픽셀을 추출할 수 있다(단계 S222). 여기서, 컬러영상은 각 픽셀별로 RGB값을 각각 포함하고 있으며, RGB값이 모두 255인 픽셀을 최대값을 갖는 픽셀로 추출할 수 있다.
또한, 유출여부판단단계(단계 S300)는 최대값을 갖는 픽셀의 개수를 합산하여 픽셀합산값을 산출할 수 있고(단계 S321), 산출된 색상합산값과 설정값을 비교할 수 있으며(단계 S322), 비교결과에 기초하여 기름의 유출여부 및 유출정도를 판단할 수 있다(단계 S323). 여기서, 기름의 유출여부 및 유출정도의 판단은 도 8의 그래프에 기초하여 수행될 수 있다.
또한, 도 2에 나타난 설정값과 도 7에 나타난 설정값은 동일한 값이 아니고, 각 방법에 따라 서로 다른 값으로 설정됨은 당연하다.
도 8 내지 도 11은 도 7의 유출유 탐지 방법에 의한 광원별 유출유 탐지 성능을 비교한 그래프이다.
도 8은 청색광을 광원으로 하여 도 7의 방법을 적용한 결과이고, 도 9는 녹색광을 광원으로 하여 도 7의 방법을 적용한 결과이며, 도 10은 적색광을 광원으로 하여 도 7의 방법을 적용한 결과이고, 도 11은 황색광을 광원으로 하여 도 7의 방법을 적용한 결과이다.
도 8 내지 도 11에 나타난 바와 같이, 순수한 물인 경우에서 기름이 15mm의 두께로 존재하는 경우까지를 살펴보면, 청색광을 광원으로 하였을 때, 기름의 유출정도에 대응하여 촬영된 영상의 밝기가 점차적으로 감소하는 경향이 나타나고 있음을 알 수 있다.
따라서, 도 2의 방법은 물론, 도 7의 방법을 적용함에 있어도, 광원을 청색광으로 사용하는 것이 가장 바람직함을 알 수 있다.
도 12는 본 발명에 의한 단일 파장의 LED 광원과 CCD센서를 이용한 유출유 탐지 장치의 일 실시예를 설명하는 블록도이다.
도 12를 참조하면, 유출유 탐지 장치(100)는 광방출부(111), 영상촬영부(112), 영상처리부(120), 기름유출판단부(130), 제어부(140) 및 무선통신부(150)를 포함한다.
광방출부(111)는 청색광을 방출하는 광원으로, 전력소모가 적은 청색LED를 포함할 수 있다.
영상촬영부(112)는 청색광이 통과하는 수면을 촬영하는 것으로, 전력소모가 적은 CCD카메라를 포함할 수 있다.
영상처리부(120)는 영상촬영부(112)에서 촬영된 영상을 구성하는 각각의 픽셀에 대한 색상값을 확인하고, 기름유출판단부(130)는 영상처리부(120)에서 확인된 픽셀별 색상값에 기초하여 기름의 유출여부를 판단하는 것으로, 도 2 또는 도 7에 나타난 유출유 탐지 방법을 적용하여 해당 기능을 수행할 수 있다.
제어부(140)는 광방출부(111)의 청색광 방출을 제어하고, 기름유출판단부(130)의 판단결과를 수신하여 무선통신부(150)를 통해 원격지로 전송한다.
무선통신부(150)는 원격지와 데이터통신을 수행하는 것으로, 통신방식에 따라 다양한 변형이 가능하다. 바람직하게는, 센서네트워크와 같이 해상에서 각 유출유 탐지 장치(100)를 노드로 하여 네트워크를 구성하고, 하나의 유출유 탐지 장치(100)가 인접한 유출유 탐지 장치(100)와 통신하는 것만으로도 원격지까지 데이터 전송이 가능하도록 함으로써, 무선통신에 소모되는 전력을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 유출유 탐지 장치(100)는 제어부(140)와 연동하는 데이터저장부(141)를 더 포함할 수 있다.
데이터저장부(141)는 유출유 탐지시간 및 유출정도를 포함하는 유출유탐지정보를 저장할 수 있다.
그리고, 제어부(140)는 다양한 원인에 의해 무선통신부(150)의 통신이 중단되면, 기름유출판단부(130)의 판단결과(기름의 유출여부 및 유출정도)를 현재시간(유출유 탐지시간)과 매칭하여 데이터저장부(141)에 저장할 수 있다.
이후, 무선통신부(150)의 통신이 재개되면, 제어부(140)는 데이터저장부(141)에 저장된 유출유탐지정보를 원격지로 전송할 수 있다.
또한, 데이터저장부(141)는 유출유 탐지 장치(100)의 식별정보를 더 저장할 수 있고, 제어부(140)는 유출유 탐지 장치(100)의 식별정보와 함께 유출유탐지정보를 원격지로 전송함으로써, 유출유탐지정보가 어떤 유출유 탐지 장치(100)에 의해 전송된 것인지를 확인하는 것으로, 해당 유출유탐지정보가 해상에서 어느 지점에 대한 정보인지를 확인할 수 있도록 할 수 있다.
한편, 유출유 탐지 장치(100)는 해상에 부유되어 설치되는 바, 특정 지점에 고정되지 못하고 위치가 이동될 수 있으며, 이러한 경우 식별정보만으로는 유출유 탐지 장치(100)의 정확한 위치를 알지 못하여, 원격지에서 취합되는 유출유탐지정보에 오류가 발생하는 경우가 발생할 수 있다.
따라서, 유출유 탐지 장치(100)에 대한 정확한 위치정보가 요구되는 경우가 발생할 수 있다.
도 13은 본 발명에 의한 단일 파장의 LED 광원과 CCD센서를 이용한 유출유 탐지 장치의 다른 일 실시예를 설명하는 블록도이다.
도 13을 참조하면, 유출유 탐지 장치(100)는 현재의 위치정보를 수신하는 GPS수신부(161)를 더 포함할 수 있다.
또한, 제어부(140)는 기름유출판단부(130)의 기름의 유출여부 및 유출정도를 판단결과와, GPS수신부(161)로 수신된 위치정보를 매칭하여 유출유탐지정보를 생성할 수 있고, 생성된 유출유탐지정보를 무선통신부(150)를 통해 원격지로 전송할 수 있다.
따라서, 원격지에서는 수신된 유출유탐지정보가 해상의 어느 지점에 대한 정보인지를 정확히 확인할 수 있다.
한편, 유출유 탐지 장치(100)가 측정해야 할 지점을 벗어나거나, 새로 측정지점이 발생되어 인근에 위치한 유출유 탐지 장치(100)를 해당 지점으로 이동시켜야 하는 경우와 같이, 해상에서 유출유 탐지 장치(100)를 이동시킬 필요가 있을 수 있다.
이를 위하여, 본 발명의 유출유 탐지 장치(100)는 적어도 하나의 스크류에 대한 동작을 제어하는 스크류구동부(162)를 더 포함할 수 있다.
또한, 데이터저장부(141)는 유출유 탐지 장치(100)가 위치해야 할 탐지대상위치정보를 포함할 수 있다. 여기서, 탐지대상위치정보는 유출유 탐지 장치(100)가 최초 설치되는 시점에서 설정되어 저장될 수 있으며, 유출유 탐지 장치(100)를 운용하는 과정에서 필요에 의해 원격지로부터 새로운 탐지대상위치정보를 수신하여 재설정할 수 있다.
그리고, 제어부(140)는 GPS수신부(161)로 수신된 위치정보와 저장부(141)에 저장된 탐지대상위치정보를 비교하고, 현재 위치가 탐지대상위치에서 벗어난 경우, 유출유 탐지 장치(100)가 탐지대상위치로 이동하도록 스크류구동부(141)를 제어할 수 있다.
한편, 본 발명의 유출유 탐지 장치(100)는 해상의 수면에 부유되도록 설치되고, 광방출부(111)는 수면의 하부에 위치되고 영상촬영부(112)는 수면의 상부에 위치되도록 해야 하므로, 유출유 탐지 장치(100)가 적절한 깊이로 수면에 잠기도록 부력을 조절해야할 필요가 있을 수 있다.
도 14는 본 발명에 의한 단일 파장의 LED 광원과 CCD센서를 이용한 유출유 탐지 장치의 또 다른 일 실시예를 설명하는 블록도이다.
도 14를 참조하면, 유출유 탐지 장치(100)는 수면의 높이를 측정하는 적어도 하나의 수위센서(171) 및 밸러스트탱크(Ballast tank)의 부력을 조절하는 부력조절부(172)를 더 포함할 수 있다.
또한, 제어부는 수위센서(171)에서 측정된 수면의 높이와 설정수면높이를 비교하고, 측정수면높이와 설정수면높이가 다른 경우, 측정수면높이가 설정수면높이에 매칭되도록 부력조절부(172)를 제어할 수 있다. 여기서, 부력조절부(172)의 제어는, 부력조절부(172)를 통해 밸러스트탱크의 부력을 조절하는 것을 포함할 수 있다.
이와 같이, 수면의 높이에 따른 부력의 조절방법에 대해서는 도 18을 참조하여 하기에서 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 15는 도 12의 구성이 적용된 유출유 탐지 장치를 설명하는 구성도이다.
도 15를 참조하면, 유출유 탐지 장치(100)는 부유몸체(180) 및 데이터처리모듈(185)를 포함한다.
부유몸체(180)는 수직방향으로 중공의 영상촬영공간부(181)가 형성되고, 수평방향으로 유입로(182) 및 유출로(183)가 형성되며, 유입로(182) 및 유출로(183)는 영상촬영공간부(181)와 공간적으로 이어지도록 부유몸체(180)를 관통하여 형성된다.
또한, 영상촬영공간부(181)의 하부면에는 청색광을 방출하는 광방출부(111)가 설치되고, 영상촬영공간부(181)의 상부면에는 영상촬영공간부(181) 내부의 수면을 촬영하는 영상촬영부(112)가 설치된다.
또한, 부유몸체(180)의 상부면 일측에 설치되는 무선통신안테나(151)가 설치된다.
데이터처리모듈(185)은 영상촬영부(112)에서 촬영된 영상을 영상처리하여 기름의 유출여부를 판단하고 그 결과를 무선통신용안테나(151)를 통해 원격지로 전송하는 것으로, 도 12에 나타난 영상처리부(120), 기름유출판단부(130), 제어부(141) 및 무선통신부(150)를 포함할 수 있으며, 무선통신부(150)는 무선통신안테나(151)와 연결될 수 있다.
따라서, 해상에서 기름이 유출되면, 도 16에 나타난 바와 같이 유출유가 유입로(182)를 통해 영상촬영공간부(181)로 유입되면서 유출유 탐지 장치(100)에 의해 해당 지점에서의 유출유 확인이 이루어질 수 있다.
도 16은 도 13의 구성이 적용된 유출유 탐지 장치를 설명하는 구성도이다.
도 16을 참조하면, 유출유 탐지 장치(100)는 부유몸체(180)의 상부에 설치되는 GPS안테나(163) 및 부유몸체(180)의 저면부에 설치되는 스크류(164)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 스크류(164)는 유출유 탐지 장치(100)가 유입로(182) 및 유출로(183)가 형성된 방향(도 16에서 좌측상부에 도시된 화살표 방향)으로 이동하도록 설치될 수 있다.
또한, 데이터처리모듈(185)은 GPS안테나(163)를 통해 수신된 위치정보와 탐지대상위치정보를 비교하고, 현재 위치가 탐지대상위치에서 벗어난 경우, 탐지대상위치로 이동하도록 스크류(164)를 동작시킬 수 있다.
따라서, 유출유 탐지 장치(100)가 이동하는 과정에서 기름이 유출된 지점을 통과하게 되면, 유입로(182)로 유입된 유출유는 영상촬영공간부(181)를 거쳐 유출로(183)로 이동되고, 유출유 탐지 장치(100)는 해당 지점에 대한 위치정보 및 유출유를 탐지정보를 획득할 수 있게 된다.
이와 같은 유출유 탐지 장치(100)의 이동은, 원격지에 의해서도 제어될 수 있으며, 상기와 같은 과정에 의해 유출유 탐지 위치 및 정보를 획득할 수 있다.
여기서, 데이터처리모듈(185)은 도 13의 영상처리부(120), 기름유출판단부(130), 제어부(141), 무선통신부(150), GPS수신부(161) 및 스크류구동부(162)를 포함할 수 있으며, GPS수신부(161)는 GPS안테나(163)와 연결될 수 있고, 스크류구동부(162)는 스크류(164)와 연결될 수 있다.
도 17은 도 14의 구성이 적용된 유출유 탐지 장치를 설명하는 구성도이다.
도 17을 참조하면, 유출유 탐지 장치(100)는 영상촬영공간부(181)의 내측에 설치되는 적어도 하나의 수위센서(171) 및 부유몸체(180)의 내측하부에 설치되는 밸러스트탱크(173)를 더 포함할 수 있다.
또한, 데이터처리모듈(185)은 수위센서(171)에서 측정된 수면의 높이와 설정수면높이를 비교하고, 측정수면높이와 설정수면높이가 다른 경우, 측정수면높이가 설정수면높이에 매칭되도록 밸러스트탱크(173)를 제어할 수 있다. 여기서, 데이터처리모듈(185)은 도 14의 영상처리부(120), 기름유출판단부(130), 제어부(141), 무선통신부(150), GPS수신부(161), 스크류구동부(162) 및 부력조절부(172)를 포함할 수 있으며, 부력조절부(172)는 밸러스트탱크(173)와 연결될 수 있다.
도 18은 도 17의 수위센서 및 이를 이용한 부력조절방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 18을 참조하면, 영상촬영공간부(181)는 상기 유입로(182) 또는 유출로(183)의 공간부를 높이에 따라 안정영역(R1) 및 불안정영역(R2, R3)으로 구분할 수 있다. 여기서, 안정영역(R1) 및 불안정영역(R2, R3)은 유입로(182)를 통해 유출유가 원활하게 내부로 유입될 수 있는 수면의 높이를 기준으로 설정될 수 있다. 다시 말해, 수면의 높이가 너무 낮거나 너무 높은 경우에는, 실제 해상에 유출된 양보다 적은 양의 유출유가 영상촬영공간부(181)로 유입되어 잘못된 정보를 생성할 수 있기 때문에, 이를 방지하기 위하여 안정영역(R1) 및 불안정영역(R2, R3)을 설정할 수 있다.
그리고, 수위센서(171)는 안정영역(R1) 및 불안정영역(R2, R3)의 경계선에 대응하여 복수개(171a 내지 171d)가 설치될 수 있다.
또한, 데이터처리모듈(185)은 복수개의 수위센서(171a 내지 171d)에 의해 감지된 수면의 높이가 불안정영역에 위치할 경우, 현재 수면의 높이가 안정영역에 위치하도록, 도 17에 나타난 밸러스트탱크(173)를 제어할 수 있다.
예를 들어, 현재의 수면이 안정영역(R1)에 위치하여 제3 및 제4 수위센서(171c)(171d)로부터 감지신호가 수신되고 있는 상태에서, 제2 수위센서(171b)로부터 감지신호가 수신되면, 수면이 불안정영역(R2)으로 이동한 것으로 판단하고, 유출유 탐지 장치(100)가 상승하도록 밸러스트탱크(173)를 제어할 수 있다.
또한, 제2 수위센서(171b)로부터 감지신호가 수신되고 제1 수위센서(171a)로부터 감지신호가 수신되면, 유출유 탐지 장치(100)가 보다 빠르게 상승하도록 밸러스트탱크(173)를 제어할 수 있다.
또한, 수면이 낮아지는 경우에도 상기와 동일한 과정에 의해 수면의 높이를 조절할 수 있다.
따라서, 정확한 유출여부 및 유출정도를 측정할 수 있도록 수면의 높이를 제어할 수 있다.
이상에서 본 발명에 의한 단일 파장의 LED 광원과 CCD센서를 이용한 유출유 탐지 방법 및 장치에 대하여 설명하였다. 이러한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지는 것이므로, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 유출유 탐지 장치
111 : 광방출부 112 : 영상촬영부
120 : 영상처리부 130 : 기름유출판단부
140 : 제어부 141 : 데이터저장부
150 : 무선통신부 151 : 무선통신안테나
161 : GPS수신부 162 : 스크류구동부
163 : GPS안테나 164 : 스크류
171 : 수위센서 172 : 부력조절부
173 : 밸러스트탱크(Ballast tank)
180 : 부유몸체
181 : 영솽촬영공간부 182 : 유입로
183 : 유출로 185 : 데이터처리모듈

Claims (16)

  1. 청색광을 광원으로 하여 촬영된 영상을 수신하는 영상수신단계;
    상기 영상을 구성하는 각각의 픽셀에 대한 색상값을 확인하는 영상처리단계; 및
    상기 픽셀별 색상값에 기초하여 기름의 유출여부를 판단하는 유출여부판단단계를 포함하고,
    상기 영상처리단계는,
    상기 영상을 그레이스케일로 변환하는 단계; 및
    그레이스케일로 변환된 상기 영상의 픽셀별 색상값을 확인하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 파장의 LED 광원과 CCD센서를 이용한 유출유 탐지 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 유출여부판단단계는,
    상기 영상에 포함된 모든 픽셀의 색상값을 합하여 색상합산값을 산출하는 단계;
    상기 색상합산값과 설정값을 비교하는 단계; 및
    상기 비교결과에 기초하여 기름의 유출여부 및 유출정도를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 파장의 LED 광원과 CCD센서를 이용한 유출유 탐지 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 영상처리단계는,
    상기 영상의 픽셀별 색상값을 확인하는 단계; 및
    상기 색상값이 최대값을 갖는 픽셀을 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 파장의 LED 광원과 CCD센서를 이용한 유출유 탐지 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 유출여부판단단계는,
    상기 영상처리단계에서 추출된 픽셀의 개수를 합산하여 픽셀합산값을 산출하는 단계;
    상기 픽셀합산값과 설정값을 비교하는 단계; 및
    상기 비교결과에 기초하여 기름의 유출여부 및 유출정도를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 파장의 LED 광원과 CCD센서를 이용한 유출유 탐지 방법.
  6. 청색광을 방출하는 광방출부;
    상기 청색광이 통과하는 수면을 촬영하는 영상촬영부;
    원격지와 데이터통신을 수행하는 무선통신부;
    상기 영상촬영부에서 촬영된 영상을 구성하는 각각의 픽셀에 대한 색상값을 확인하는 영상처리부;
    상기 영상처리부에서 확인된 픽셀별 색상값에 기초하여 기름의 유출여부를 판단하는 기름유출판단부; 및
    상기 광방출부의 청색광 방출을 제어하고, 상기 기름유출판단부의 판단결과를 상기 무선통신부를 통해 원격지로 전송하는 제어부를 포함하고,
    상기 영상처리부는,
    상기 영상을 그레이스케일로 변환하여 상기 영상에 포함된 각각의 픽셀들이 갖는 색상값을 확인하고,
    상기 기름유출판단부는,
    상기 영상처리부에서 확인된 색상값을 합하여 기름의 유출여부 및 유출정도를 판단하는 것을 특징으로 하는 단일 파장의 LED 광원과 CCD센서를 이용한 유출유 탐지 장치.
  7. 삭제
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 영상처리부는,
    상기 영상의 픽셀별 색상값을 확인하여 최대값을 갖는 픽셀을 추출하고,
    상기 기름유출판단부는,
    상기 영상처리부에서 추출된 픽셀의 개수를 합산하여 기름의 유출여부 및 유출정도를 판단하는 것을 특징으로 하는 단일 파장의 LED 광원과 CCD센서를 이용한 유출유 탐지 장치.
  9. 제 6항 또는 제 8항에 있어서,
    유출유 탐지시간 및 유출정도를 포함하는 유출유탐지정보가 저장되는 데이터저장부를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 무선통신부의 통신이 중단되면, 상기 기름유출판단부의 판단결과를 현재시간과 매칭하여 상기 데이터저장부에 저장하고,
    상기 무선통신부의 통신이 재개되면, 상기 데이터저장부에 저장된 유출유탐지정보를 원격지로 전송하는 것을 특징으로 하는 단일 파장의 LED 광원과 CCD센서를 이용한 유출유 탐지 장치.
  10. 제 6항 또는 제 8항에 있어서,
    현재의 위치정보를 수신하는 GPS수신부를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 기름유출판단부의 기름의 유출여부 및 유출정도를 판단결과와, 상기 GPS수신부로 수신된 위치정보를 매칭하여 유출유탐지정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 단일 파장의 LED 광원과 CCD센서를 이용한 유출유 탐지 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    탐지대상위치정보를 포함하는 데이터저장부; 및
    적어도 하나의 스크류에 대한 동작을 제어하는 스크류구동부를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 GPS수신부로 수신된 위치정보와 상기 탐지대상위치정보를 비교하고, 현재 위치가 탐지대상위치에서 벗어난 경우, 상기 탐지대상위치로 이동하도록 상기 스크류구동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 단일 파장의 LED 광원과 CCD센서를 이용한 유출유 탐지 장치.
  12. 제 6항 또는 제 8항에 있어서,
    수면의 높이를 측정하는 수위센서; 및
    밸러스트탱크의 부력을 조절하는 부력조절부를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 수위센서에서 측정된 수면의 높이와 설정수면높이를 비교하고, 측정수면높이와 설정수면높이가 다른 경우, 측정수면높이가 설정수면높이에 매칭되도록 상기 부력조절부를 제어하는 것을 특징으로 하는 단일 파장의 LED 광원과 CCD센서를 이용한 유출유 탐지 장치.
  13. 수직방향으로 중공의 영상촬영공간부가 형성되고, 상기 영상촬영공간부와 공간적으로 이어지도록 수평방향으로 관통하여 유입로 및 유출로가 형성되는 부유몸체;
    상기 영상촬영공간부의 하부면에 구성되어 청색광을 방출하는 광방출부;
    상기 영상촬영공간부의 상부면에 구성되는 영상촬영부; 및
    상기 부유몸체의 상부면 일측에 설치되는 무선통신안테나;
    상기 영상촬영부에서 촬영된 영상을 영상처리하여 기름의 유출여부를 판단하고 그 결과를 상기 무선통신안테나를 통해 원격지로 전송하는 데이터처리모듈을 포함하고,
    상기 부유몸체의 상부에 설치되는 GPS안테나; 및
    상기 유입로 및 유출로가 형성된 방향으로 이동하도록 상기 부유몸체의 저면부에 설치되는 스크류를 더 포함하고,
    상기 데이터처리모듈은,
    GPS안테나를 통해 수신된 위치정보와 탐지대상위치정보를 비교하고, 현재 위치가 탐지대상위치에서 벗어난 경우, 상기 탐지대상위치로 이동하도록 상기 스크류를 동작시키는 것을 특징으로 하는 단일 파장의 LED 광원과 CCD센서를 이용한 유출유 탐지 장치.
  14. 삭제
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 영상촬영공간부의 내측에 설치되는 적어도 하나의 수위센서; 및
    상기 부유몸체의 내측하부에 설치되는 밸러스트탱크를 더 포함하고,
    상기 데이터처리모듈은,
    상기 수위센서에서 측정된 수면의 높이와 설정수면높이를 비교하고, 측정수면높이와 설정수면높이가 다른 경우, 측정수면높이가 설정수면높이에 매칭되도록 상기 밸러스트탱크를 제어하는 것을 특징으로 하는 단일 파장의 LED 광원과 CCD센서를 이용한 유출유 탐지 장치.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 영상촬영공간부는,
    상기 유입로 또는 유출로의 공간부를 높이에 따라 안정영역 및 불안정영역으로 구분하고,
    상기 수위센서는,
    상기 안정영역 및 불안정영역의 경계선에 대응하여 복수개가 설치되며,
    상기 데이터처리모듈은,
    상기 복수개의 수위센서에 의해 감지된 수면의 높이가 불안정영역에 위치할 경우, 현재 수면의 높이가 안정영역에 위치하도록 상기 밸러스트탱크를 제어하는 것을 특징으로 하는 단일 파장의 LED 광원과 CCD센서를 이용한 유출유 탐지 장치.
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