KR101284842B1

KR101284842B1 - 수위 측정 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101284842B1
Application number: KR1020130040619A
Authority: KR
Inventors: 추연학; 벤 화이트; 임인건
Original assignee: 브이씨에이 테크놀러지 엘티디; (주)유디피
Priority date: 2013-04-12
Filing date: 2013-04-12
Publication date: 2013-07-10

Abstract

본 발명은 수위 측정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 감시 영역에 대한 삼차원의 공간 정보 및 감시 영역의 경사면 정보를 근거로 한 수위 변화의 교정(較正)을 통해 실제의 수위를 계산함으로써 경사면 정보가 제공되는 임의의 설치 환경에서 물 영역의 변화만을 통해 정확한 수위를 산출하도록 하여 수위 측정의 편의성 및 정확도를 확보하며, 삼차원의 공간 정보에서 감시 영역의 경사면 정보와 영상 데이터의 촬영 각도의 설정에 따라 발생하는 캘리브레이션 편차를 더 반영하여 측정 수위를 교정(較正)함으로써 카메라의 설치 위치, 설치 각도 및 감시 영역의 위치와 무관하게 정확한 수위를 산출하도록 하여 수위 측정의 정밀도를 향상시키고, 화면상에서 영상 데이터에 적용할 수 있는 가상 목자판 또는 가상 수위 측정 폴대를 수위 측정을 위한 사용자 인터페이스로 제공함으로써 영상 데이터 내 임의 지점에서도 용이하게 수위를 측정 및 표시할 수 있도록 하여 수위 측정을 위한 사용자의 편의성을 더욱 향상시킨다.

Description

수위 측정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING WATER LEVEL}

본 발명은 수위 측정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 기존의 목자판을 이용한 수위 측정 방법 대신, 영상 분석 방식을 통해 수위를 측정하는 수위 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.

수위 측정을 위한 종래의 방식은 교각 등에 목자판을 설치하여 눈금을 통해 수위를 식별하는 방식이 대부분이었으나, 이는 사람이 식별해야 하는 단점이 있었으며 원거리에서 시야 식별이 어려워 수위 측정의 편의성이 매우 떨어졌다.

최근에는, 설치된 목자판을 카메라로 촬영하여 촬영한 영상 데이터에서 목자판의 눈금을 식별하여 수위를 판별하는 방식도 있었으나, 이 역시 목자판의 페인트가 벗겨지거나 오염이나 수면 녹조가 발생하는 경우 영상 분석의 오류가 많아 수위 측정의 신뢰도가 많이 떨어졌다.

또한, 영상 데이터에서 단순한 픽셀 계산을 통해 물 영역을 인식하여 수위를 계산하는 방식도 있었으나, 이와 같은 방식 역시 촬영 거리 또는 카메라의 설치 위치나 촬영하는 감시 영역의 특성이 고려되지 않아 수위를 정밀하게 측정할 수 없었으며 수위 측정 장치의 설치 및 관리에 어려움이 많았다.

한국등록특허 제10-1200107(2012.11.05), 발명의 명칭:영상 기반의 수위 계측 시스템 및 그 방법.

전술한 문제점을 개선하기 위한 본 발명 실시 예의 목적은 감시 영역에 대한 삼차원의 공간 정보 및 감시 영역의 경사면 정보를 근거로 한 수위 변화의 교정(較正)을 통해 실제의 수위를 계산함으로써 경사면 정보가 제공되는 임의의 설치 환경에서 물 영역의 변화만을 통해 정확한 수위를 산출하도록 한 수위 측정 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

전술한 문제점을 개선하기 위한 본 발명 실시 예의 다른 목적은 삼차원의 공간 정보에서 감시 영역의 경사면 정보와 영상 데이터의 촬영 각도의 설정에 따라 발생하는 캘리브레이션 편차를 더 반영하여 측정 수위를 교정(較正)함으로써 카메라의 설치 위치, 설치 각도 및 감시 영역의 위치와 무관하게 정확한 수위를 산출하도록 한 수위 측정 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

전술한 문제점을 개선하기 위한 본 발명 실시 예의 또 다른 목적은 화면상에서 영상 데이터에 적용할 수 있는 가상 목자판 또는 가상 수위 측정 폴대를 수위 측정을 위한 사용자 인터페이스로 제공함으로써 영상 데이터 내 임의 지점에서도 용이하게 수위를 측정 및 표시할 수 있도록 한 수위 측정 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 수위 측정 장치는 뭍과 물을 포함하도록 설정된 적어도 하나 이상의 감시 영역을 포함하는 영상 데이터를 획득하여 수위를 측정하는 수위 측정 장치로서, 카메라 또는 외부 장치로부터 상기 영상 데이터를 수신하는 수신부, 유사 특성 영역으로 물 영역과 뭍 영역이 구분된 수위 모델을 통해, 상기 감시 영역에서 뭍 영역과 물 영역의 변화를 판단하는 물 변화 판단부, 기 설정된 캘리브레이션 방법을 통해 이차원의 상기 영상 데이터를 삼차원의 공간 정보와 대응시키는 캘리브레이션부 및 상기 영상 데이터 중 상기 감시 영역에서의 상기 물 영역의 변화를 상기 삼차원의 공간 정보 및 상기 감시 영역의 경사면 정보를 기초로 하는 수위 측정 모델을 통해 교정(較正)하여 수위를 측정하는 수위 측정부를 포함한다.

상기 수위 측정부는 상기 캘리브레이션 방법으로 대응시킨 삼차원의 공간 정보에서 상기 감시 영역의 경사면 정보와 상기 영상 데이터의 촬영 각도의 설정에 따라 발생하는 캘리브레이션 편차를 더 반영하여 상기 수위를 교정(較正)하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 수위 측정부는 기 설정된 수위 값을 캘리브레이션 시에 확인된 물 영역에 대해 대응시킨 후, 상기 물 변화 판단부에서 판단된 상기 물 영역의 변화를 캘리브레이션된 상기 삼차원의 공간 정보에 대응하여 수위를 측정하되, 상기 감시 영역의 경사면 정보를 기초로 하는 삼각 함수를 통해 교정(較正)하여 상기 수위를 측정할 수 있다.

더불어, 상기 수위 측정부는 상기 영상 데이터 내에서 상기 경사면 정보를 반영 가능한 임의의 물 영역을 포함하는 영역에서 측정한 수위를 근거로 상기 영상 데이터 내의 임의의 물 영역의 수위를 상기 삼차원의 공간 정보를 기초로 연산하여 측정할 수 있다.

또는, 상기 수위 측정부는 상기 삼차원의 공간 정보를 기초로 상기 영상 데이터 내에서 상기 경사면 정보를 반영 가능한 임의의 물 영역을 포함하는 영역을 상기 감시 영역으로 설정하여 상기 수위를 측정할 수도 있다.

상기 물 변화 판단부는 상기 뭍 영역 및 물 영역 각각에 대하여 각 영역의 일부 픽셀을 포함하는 대표 영역을 설정한 후 상기 각 대표 영역에 대하여 평균 대푯값을 산출하고 상기 평균 대푯값과 기 설정된 근사 범위 내에 있는 값을 가지는 픽셀을 그룹화하여 상기 뭍 영역과 물 영역을 구분하는 상기 수위 모델을 통해 상기 물 영역의 변화를 판단할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수위 측정 장치는 화면상에서 상기 영상 데이터에 적용할 수 있는 가상 목자판 또는 가상 수위 측정 폴대를 상기 수위 측정을 위한 사용자 인터페이스로 제공하는 사용자 인터페이스 제공부;를 더 포함할 수 있다.

이때, 상기 사용자 인터페이스 제공부는 상기 가상 목자판 또는 가상 수위 측정 폴대의 표시 눈금의 수치 값을 화면상에서 위치시키는 영역에서 측정되는 수위에 따라 자동 조정할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수위 측정 장치는 측정한 상기 수위, 상기 수위에 따른 경고 신호 중 하나 이상을 표시하거나 출력하는 출력부를 더 포함할 수 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 수위 측정 방법은 뭍과 물을 포함하도록 설정된 적어도 하나 이상의 감시 영역을 포함하는 영상 데이터를 획득하여 수위를 측정하는 수위 측정 장치의 수위 측정 방법으로서, 물 변화 판단부가 유사 특성 영역으로 물 영역과 뭍 영역이 구분된 수위 모델을 통해, 상기 감시 영역에서 뭍 영역과 물 영역의 변화를 판단하는 단계, 캘리브레이션부가 기 설정된 캘리브레이션 방법을 통해 이차원의 상기 영상 데이터를 삼차원의 공간 정보와 대응시키는 단계 및 수위 측정부가 상기 영상 데이터 중 상기 감시 영역에서의 상기 물 영역의 변화를 상기 삼차원의 공간 정보 및 상기 감시 영역의 경사면 정보를 기초로 하는 수위 측정 모델을 통해 교정(較正)하여 수위를 측정하는 단계를 포함한다.

상기 수위 측정 단계는 상기 수위 측정부가 촬영되는 상기 캘리브레이션 방법으로 대응시킨 삼차원의 공간 정보에서 상기 감시 영역의 경사면 정보와 상기 영상 데이터의 촬영 각도의 설정에 따라 발생하는 캘리브레이션 편차를 더 반영하여 상기 수위를 교정(較正)하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 수위 측정 단계는 상기 수위 측정부가 기 설정된 수위 값을 캘리브레이션 시에 확인된 물 영역에 대해 대응시킨 후, 상기 물 변화 판단부에서 판단된 상기 물 영역의 변화를 캘리브레이션된 상기 삼차원의 공간 정보에 대응하여 수위를 측정하되, 상기 감시 영역의 경사면 정보를 기초로 하는 삼각 함수를 통해 교정(較正)하여 상기 수위를 측정할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 수위 측정 장치 및 방법은 감시 영역에 대한 삼차원의 공간 정보 및 감시 영역의 경사면 정보를 근거로 한 수위 변화의 교정(較正)을 통해 실제의 수위를 계산함으로써 경사면 정보가 제공되는 임의의 설치 환경에서 물 영역의 변화만을 통해 정확한 수위를 산출하도록 하여 수위 측정의 편의성 및 정확도를 확보하는 효과가 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 수위 측정 장치 및 방법은 삼차원의 공간 정보에서 감시 영역의 경사면 정보와 영상 데이터의 촬영 각도의 설정에 따라 발생하는 캘리브레이션 편차를 더 반영하여 측정 수위를 교정(較正)함으로써 카메라의 설치 위치, 설치 각도 및 감시 영역의 위치와 무관하게 정확한 수위를 산출하도록 하여 수위 측정의 정밀도를 향상시키는 효과가 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 수위 측정 장치 및 방법은 화면상에서 영상 데이터에 적용할 수 있는 가상 목자판 또는 가상 수위 측정 폴대를 수위 측정을 위한 사용자 인터페이스로 제공함으로써 영상 데이터 내 임의 지점에서도 용이하게 수위를 측정 및 표시할 수 있도록 하여 수위 측정을 위한 사용자의 편의성을 더욱 향상시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수위 측정 장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수위 측정 장치를 통한 수위 측정의 예시도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 감시 영역 설정의 예시도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 캘리브레이션의 예시도.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 물 영역의 변화에 따른 수위 측정의 예시도.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수위 측정에서의 추가 교정(較正)의 예시도.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 사용자 인터페이스 제공의 예시도.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수위 측정 방법의 순서도.

상기한 바와 같은 본 발명을 첨부된 도면들과 실시 예들을 통해 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수위 측정 장치의 구성도다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수위 측정 장치는 뭍과 물을 포함하도록 설정된 적어도 하나 이상의 감시 영역을 포함하는 영상 데이터를 획득하여 수위를 측정하는 수위 측정 장치로서, 카메라부(100) 또는 외부 장치로부터 상기 영상 데이터를 수신하는 수신부(200), 감시 영역 또는 수위 산출을 위한 기준선을 설정하는 설정부(400) 및 상기 영상 데이터의 감시 영역을 분석하여 수위를 산출하는 제어부(500)를 포함한다.

상기 카메라부(100)는 수위 측정을 위한 카메라를 구비하며, 적외선 카메라나 적외선 조명 카메라가 사용될 수도 있다.

상기 수신부(200)는 상술한 카메라 이외에도 네트워크를 통해 영상 데이터를 스트림 형태로 제공하는 각종 외부 장치와 연결될 수 있으며, 이를 통해 상기 수신부는 스트림 형태의 영상 데이터를 획득할 수도 있다.

상기 제어부(500)는 유사 특성 영역으로 물 영역과 뭍 영역이 구분된 수위 모델을 통해, 상기 감시 영역에서 뭍 영역과 물 영역의 변화를 판단하는 물 변화 판단부(521), 기 설정된 캘리브레이션 방법을 통해 이차원의 상기 영상 데이터를 삼차원의 공간 정보와 대응시키는 캘리브레이션부(522) 및 상기 영상 데이터 중 상기 감시 영역에서의 상기 물 영역의 변화를 상기 삼차원의 공간 정보 및 상기 감시 영역의 경사면 정보를 기초로 하는 수위 측정 모델을 통해 교정(較正)하여 수위를 측정하는 수위 측정부(523)를 포함하는 측정부(520)을 포함한다.

또한, 상기 제어부(500)는 상기 영상 데이터에서 상기 감시 영역의 데이터를 추출하는 필터링부(510)를 더 포함할 수 있다.

상기 수위 측정부(523)는 상기 영상 데이터에서 추출된 수위 변화량을 캘리브레이션된 삼차원의 공간 정보와 상기 감시 영역의 경사면 정보를 기초로 하는 수위 측정 모델을 통해 수직 수위로 교정(較正)하여 실제의 수위를 정확히 측정할 수 있다.

이때, 더욱 바람직하게는, 상기 수위 측정부(523)는 상기 캘리브레이션 방법으로 대응시킨 삼차원의 공간 정보에서 상기 감시 영역의 경사면 정보와 상기 영상 데이터의 촬영 각도의 설정에 따라 발생하는 캘리브레이션 편차를 더 반영하여 상기 수위를 교정(較正)하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 수위 측정 장치는 수위 측정 및 표시를 위해 화면상에서 상기 영상 데이터에 적용할 수 있는 가상 목자판 또는 가상 수위 측정 폴대를 상기 수위 측정을 위한 사용자 인터페이스로 제공하는 사용자 인터페이스 제공부(300)를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수위 측정 장치는 측정한 상기 수위, 상기 수위에 따른 경고 신호 중 하나 이상을 표시하거나 출력하는 출력부(700)를 더 포함할 수 있다.

더불어, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수위 측정 장치는 상기 수위 모델 및 수위 측정 모델의 저장, 관리, 상기 영상 데이터의 저장, 관리, 상기 추출된 수위 정보의 관리, 수위 측정 환경 설정 정보의 저장 관리를 위한 저장부(600)를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 저장부(600)의 일 예로는, 플래쉬 메모리와 같은 탈착 가능한 메모리를 들 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수위 측정 장치를 통한 수위 측정의 예시도다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수위 측정 장치(900)는 도시된 바와 같이 뭍 영역(6,7)과 물 영역(8)이 동시에 존재하는 강, 댐, 호숫가, 기슭, 해안가 등과 같은 곳에서 카메라(100)를 통해 촬영한 영상에서 뭍 영역(6,7)과 물 영역(8)이 동시에 존재하도록 감시 영역을 설정하고, 해당 감시 영역에 대하여 기 설정된 수위 모델을 통해 뭍 영역(6,7)과 물 영역(8)을 구분하기 위한 물 변화 판단 과정을 수행하여 산출된 수위 변화를 캘리브레이션된 삼차원 공간 정보와 감시 영역의 경사면 정보(5)를 적용하여 교정하여 정확한 수위를 산출한다.

바람직하게는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수위 측정 장치(900)의 카메라(100)는 강둑, 제방, 방죽 등이 설치되어 경사면 정보를 기 입력받거나 확인할 수 있는 감시 영역을 포함하는 곳을 촬영하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 수위 측정 장치(900)는 카메라(100)가 촬영하는 영상 데이터에 촬영(1)되는 영역(2)을 임의의 캘리브레이션 방법을 통해 삼차원의 공간 정보와 대응시킨다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수위 측정 장치(900)는 상기 영상 데이터에서 하나 이상의 감시 영역을 설정하는데, 이때 상기 감시 영역은 강둑과 같이 기 설정된 경사면 정보(5)를 활용할 수 있는 영역을 포함한다.

이후, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수위 측정 장치(900)는 수위의 변화(3에서 4)에 따라 상기 감시 영역에서 판단되는 차이를 상기 경사면 정보(5)를 근거로 하는 수위 측정 모델에 의해 실제의 수위 변화 값(h2)으로 변환한 후 이를 원래의 기저 수위(h1)에 더하여 현재의 실제 수위(h1 + h2)를 정확하게 산출할 수 있으며, 바람직한 실시 예로서, 상기 경사면 정보(5)를 기초로 하는 삼각 함수를 통해 실제의 수위 변화를 산출할 수 있다.

상기 감시 영역의 경사면 정보(5)는 인공적으로 설치된 강둑이나 제방, 방죽, 교각, 고수부지 등의 구조물의 경사면 각도를 포함할 수 있는데, 상기 경사면 각도는 실측하지 않아도 설계 정보나 구조물 정보로부터 입력받을 수 있는 경우라면 이를 통해 입력받아 수위 측정 모델에 적용하며 실측이 필요한 경우에는 실측을 통해 경사면 각도를 입력받아 수위 측정 모델에 활용할 수 있도록 구성할 수 있다.

더불어, 더욱 바람직하게는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수위 측정 장치(900)는 촬영하는 영상 데이터에서 설정된 캘리브레이션 정보와 상기 카메라(100)의 촬영 각도에 따른 오차를 고려한 추가 교정을 통해 더욱 정밀한 수위를 측정하도록 구성할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 수위 측정 장치(900)는 알고 있는 기준 수위(h1)를 기초로 경사면 정보(5)와 영상 데이터 내의 수위 변화에 따른 교정된 수위 측정치(h2)를 가감하여 실제의 수위(h1 + h2)를 산출하여 목자판의 눈금 식별이나 영상 분석시 촬영 거리나 위치의 차이에 따른 수위 식별의 오차 없이 정확한 수위를 산출할 수 있다.

또한, 촬영 각도 정보를 이용한 추가적 교정을 통해 더욱 정밀한 수위 측정이 가능하여 촬영 각도 및 촬영 거리에 따른 수위 측정의 왜곡을 방지할 수 있다.

더불어, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수위 측정 장치(900)는 상기 산출한 실제 수위를 근거로 이를 화면상에 표시하는 가상 수위 측정 폴대(310)나 가상 목자판을 사용자 인터페이스로 제공하여 사용자의 편의성을 높이도록 구성할 수도 있다.

더욱 바람직하게는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수위 측정 장치(900)는 사용자가 상기 가상 목자판 또는 가상 수위 측정 폴대(310)를 이용하여 산출된 수위의 조정 또는 보정이 가능하도록 구성하여 측정 오차의 범위를 줄이고 수위 측정을 위한 환경 설정이 편리하도록 구성할 수도 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 감시 영역 설정의 예시도다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수위 측정 장치는 촬영하는 영상 데이터 내에서 뭍 영역(7)과 물 영역(8)을 포함하는 하나 이상의 감시 영역(10,20)을 설정하여 상기 감시 영역(10,20)에서 수위 변화를 판단할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 수위 측정 장치는 물 영역(7)과 뭍 영역(8)을 유사 특성 영역으로 구분하는 수위 모델을 통해 상기 감시 영역(10,20)에서의 수위 변화(3에서 4)를 판단할 수 있다.

이의 바람직한 실시 예로서, 상기 물 변화 판단부(521)는 상기 뭍 영역(7) 및 물 영역(8) 각각에 대하여 각 영역의 일부 픽셀을 포함하는 대표 영역을 설정한 후 상기 각 대표 영역에 대하여 평균 대푯값을 산출하고 상기 평균 대푯값과 기 설정된 근사 범위 내에 있는 값을 가지는 픽셀을 그룹화하여 상기 뭍 영역과 물 영역을 구분하는 상기 수위 모델을 통해 상기 물 영역의 변화(11에서 12 또는 21에서 22)를 판단할 수 있다.

또한, 다른 바람직한 실시 예로서, 상기 물 변화 판단부(521)는 각종 외부 환경 변화에 대응하기 위하여 상기 뭍 영역과 물 영역의 구분을 더욱 명확히 하도록 별도의 경계선(12 또는 22: Boundary) 검출이 에지 검출 방식 등으로 수행될 수도 있다.

더하여, 상기 물 변화 판단부(521)는 상기 감시 영역(10,20) 내에 별도의 기준선을 직선이나 곡선 등으로 설정하여 위험 수위를 설정할 수 있는데, 상기 물 영역이 상기 기준선을 침범하거나 경계선이 상기 기준선에 도달하는 경우 이와 연동 되어 경고신호를 출력할 수 있다.

더불어, 상기 물 변화 판단부(521)는 상기 기준선을 상기 감시 영역(10,20) 내에 복수로 마련하고 기준선과 수위 값이 매칭된 매칭 테이블을 상기 저장부(600)에 저장하여 영역 또는 수위 변화에 따라 경계선이 위치하는 복수의 기준선 중 하나를 감지하여 수위 값을 산출하도록 구성할 수도 있다.

또는, 상기 물 변화 판단부(521)는 픽셀의 변화량 또는 뭍 영역(7) 또는 물 영역(8)의 어느 하나를 기준으로 기존에 누적된 변화량에서 가감한 변화량으로 물 영역의 변화를 판단할 수 있는데, 일례로, 변화량 측정 기준이 물 영역에 대한 변화량인 경우 특정시점에서 물 영역이 증가하면 기존 누적 변화량에서 산출된 변화량만큼 증가시키고, 물 영역이 감소하면 기존 누적 변화량에서 산출된 변화량만큼 감소시켜 특정시점에 대한 최종 누적 변화량을 산출하도록 구성할 수도 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 캘리브레이션의 예시도로서, 도 2에서 도시한 그림에서 카메라(100)가 촬영하는 영역에 대한 영상 데이터에서 가상의 일 평면을 소정의 삼차원 공간에 대응시키는 캘리브레이션의 일 예를 도시한 것이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수위 측정 장치는 카메라(100)에 의해 상기 뭍 영역(6,7)과 물 영역(8)을 포함하여 촬영되는 영상 데이터에 객체의 이동 거리 및 크기 변화의 측정이 가능한 삼차원 캘리브레이션 방법을 적용하여 이차원의 영상 데이터를 삼차원의 공간 정보에 대응시킨다.

이러한 캘리브레이션 방법의 일 예로서, 수위 측정 개시 이전에, 사람이 촬영 영역의 일부에 위치한 후 사람의 실제 움직임에 대한 거리나 크기 변화를 영상 데이터 내에서 측정하여 캘리브레이션을 수행하는 수동 캘리브레이션 방법을 사용하거나 또는 촬영하는 영상 데이터에서 삼차원 캘리브레이션을 자동 지원하는 사용자 인터페이스를 활용하는 자동 캘리브레이션 방법을 사용할 수도 있다.

본 발명에서는 임의의 캘리브레이션 방법을 사용해도 무방함에 유의한다.

상술한 자동 캘리브레이션 방법의 바람직한 실시 예로서, 도시한 바와 같이 화면상에 표시되는 이차원의 영상 데이터에 가상의 격자(30)를 배치하여 삼차원 캘리브레이션을 지원하는 사용자 인터페이스를 통해 이차원의 상기 영상 데이터를 삼차원의 공간 정보에 대응시킬 수 있다.

이때, 화면에 표시되는 상가 가상의 격자(30)는 촬영 영역인 실제의 뭍 영역(6,7)과 물 영역(8)을 포함하는 일 평면에 대응하여, 상기 대응으로 인한 삼차원의 공간 정보를 통해 적어도 두 지점 간의 거리를 산출할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 물 영역의 변화에 따른 수위 측정의 예시도로서, 감시 영역(10)에서의 물 영역의 변화(11에서 12: h3)를 교정(h2)하여 실제 수위(h1 + h2)를 측정하는 예를 도시한 것이다.

수위 측정의 바람직한 실시 예로서, 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 상기 수위 측정부(523)는 기 설정된 수위 값(h1)을 캘리브레이션 시에 확인된 물 영역(3)에 대해 대응시킨 후, 상기 물 변화 판단부(521)에서 판단된 상기 물 영역의 변화(h3)를 캘리브레이션된 상기 삼차원의 공간 정보에 대응하여 수위를 측정하되, 상기 감시 영역(10)의 경사면 정보(5)를 기초로 하는 삼각 함수를 통해 교정(較正)하여 상기 수위(h1 + h2)를 측정할 수 있다.

도 5a에서와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수위 측정 장치는 경사면 각도(α)를 포함하는 경사면 정보(5)가 기 설정된 구조물을 포함하는 감시 영역(10)을 설정하고 영상 데이터에서 파악되는 물 영역의 변화량(h3)을 도 5b와 같이 상기 경사면 각도(α)를 기초로 하는 수위 측정 모델을 적용하여 수직의 실제 수위 변화(h2)로 교정한 후 이를 기 설정된 기저 수위(h1)에 더하여 산출한다.

예를 들어, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수위 측정 장치는 영상 내 변화량으로 파악되는 물의 경계선 변화(11에서 12:h3)를 실제 촬영 영역에 해당하는 강둑과 같이 경사가 존재하는 영역에서의 수위 변화(h4)로 인식한 후 기 설정된 삼차원의 공간 정보와 대응하여 수직의 실제 수위 변화(h2)를 산출하는 것이다.

이때, 삼차원의 공간 정보에 따라 촬영 거리에 따른 물 변화의 정도(h3)와 경사면 정보의 대응 정도가 자동 교정(h4)되어 실제의 수위(h2)가 산출됨은 물론이다.

상술한 수위 측정 모델의 바람직한 실시 예로서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수위 측정 장치는 경사면 정보(5)가 기 설정된 강둑과 수직면 또는 수평면 사이의 각도(α)를 기초로 하는 삼각 함수를 적용한 수위 측정 모델을 적용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 화면상에서 상기 수직면에 대응하는 가상의 수위 측정 폴대를 수직으로 세워 이를 기준으로 상기 수위 측정 모델을 적용하여 상기 수위 측정 폴대에서 수위 및 수위 변화를 측정 또는 표시하도록 구성할 수도 있다.

또 다른 바람직한 실시 예로서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수위 측정 장치는 교각이나 혹은 수면상에 위치한 인공 구조물과 같이 그 경사면 각도 또는 경사면 정보가 쉽게 예측 가능한 구조물에 대해서도 상술한 경사면 각도를 이용한 수위 측정 모델을 적용하여 상기 교각 또는 인공 구조물에서의 물 영역의 변화를 실제의 수위 변화로 교정하여 수위를 산출할 수 있으며, 이때 해당 교각 또는 인공 구조물에 가상의 목자판이나 가상의 수위 측정 폴대를 표시하여 사용자의 시각적 편의성을 향상시키도록 구성할 수도 있다.

이처럼, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수위 측정 장치는 감시 영역에 대한 삼차원의 공간 정보 및 감시 영역의 경사면 정보(5)를 근거로 한 수위 변화의 교정(較正)을 통해 실제의 수위(h1 + h2)를 계산하여 경사면 정보(5)가 제공되는 임의의 설치 환경에서 화면상의 물 영역의 변화(h3)만을 통해 정확한 수위를 산출할 수 있어 수위 측정의 편의성 및 정확도를 확보하게 된다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수위 측정에서의 추가 교정(較正)의 예시도로서, 카메라의 촬영 각도(β)에 따라 발생하는 캘리브레이션 오차를 더 반영하여 정밀한 수위를 측정하는 예를 도시한 것이다.

도 4에서 상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수위 측정 장치는 예를 들어, 화면상에 표시되는 이차원의 영상 데이터(2)에 삼차원 캘리브레이션을 지원하는 가상의 격자를 배치하는 사용자 인터페이스를 통해 상기 영상 데이터를 삼차원의 공간 정보에 대응시킬 수 있다.

또한, 화면에 표시되는 상가 가상의 격자는 촬영 영역인 실제의 뭍 영역(6,7)과 물 영역(8)을 포함하는 일 평면(2)에 대응하여, 상기 대응으로 인한 삼차원의 공간 정보를 통해 적어도 두 지점 간의 거리를 산출할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

이때, 도 6에 도시한 바와 같이, 대부분의 자동화된 삼차원의 캘리브레이션 방법에 의해서 대응되는 삼차원의 공간 정보는 실제의 촬영 영역에서 일 평면(2)에 대응하는 것이 일반적이어서 이차원의 영상 데이터 내에서 두 지점 간의 실제 거리를 식별 가능하나, 실제 공간상의 높이 변화를 산출하기 위해서는 별도의 추가 캘리브레이션을 수행해야 한다.

따라서, 더욱 바람직하게는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수위 측정 장치는 이와 같은 일반적인 캘리브레이션 방법에서 발생할 수 있는 캘리브레이션 오차로 인해 설치된 카메라의 촬영 각도(β) 및 감시 영역과의 거리와 경사면의 각도에 따라 발생할 수 있는 측정 높이 변화(h4)의 왜곡 즉, 수위 변화(3에서 4) 측정의 오차를 보정하여 기 측정한 실제 수위를 교정(較正)하도록 구성할 수 있다.

바람직한 실시 예로서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수위 측정 장치는 이와 같이 삼차원의 공간 정보에서 감시 영역의 경사면 정보와 영상 데이터의 촬영 각도(β)의 설정에 따라 발생하는 캘리브레이션 편차를 더 반영하여 측정 수위를 교정(較正)하여 카메라(100)의 설치 위치, 설치 각도 및 감시 영역의 위치와 무관하게 정확한 수위를 산출할 수 있으므로 수위 측정의 정밀도를 더욱 향상시키게 된다.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 사용자 인터페이스 제공의 예시도로서, 화면상의 영상 데이터(110)에서 사용자에게 가상 수위 측정 폴대(312)를 제공하고 상기 가상 수위 측정 폴대(312)를 통해 측정 수위를 산출하거나 표시하는 예를 도시한 것이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수위 측정 장치는 화면상의 상기 영상 데이터(110)의 감시 영역(10)이나 임의의 물 영역(8)에서 적용할 수 있는 가상 목자판 또는 가상 수위 측정 폴대(312)를 상기 수위 측정을 위한 사용자 인터페이스로 제공한다.

도시하지는 않았지만, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수위 측정 장치는 상기 감시 영역(10) 내에서 상기 가상 목자판 또는 가상 수위 측정 폴대를 위치시켜 변화되는 수위(11에서 12)를 측정하거나 표시하도록 구성할 수 있다.

또는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수위 측정 장치는 상기 영상 데이터(110) 내의 임의의 물 영역(8)에 상기 가상 목자판 또는 가상 수위 측정 폴대(311)를 위치시킬 수 있다.

이때, 바람직한 실시 예로서, 상기 수위 측정부(523)는 상기 영상 데이터(110) 내에서 상기 경사면 정보를 반영 가능한 임의의 물 영역을 포함하는 감시 영역(10)에서 측정한 수위를 근거로 상기 영상 데이터(110) 내의 임의의 물 영역(8)의 수위를 상기 삼차원의 공간 정보를 기초로 연산하여 해당 지점에서의 수위를 측정하여 가상 수위 측정 폴대(311)에 표시할 수 있다.

또한, 다른 바람직한 실시 예로서, 상기 수위 측정부(523)는 상기 삼차원의 공간 정보를 기초로 상기 영상 데이터(110) 내에서 상기 경사면 정보를 반영 가능한 강둑, 교각, 제방, 방죽과 같은 임의의 물 영역(8)을 포함하는 영역을 상기 감시 영역으로 설정하여 상기 수위를 측정하고 상기 수위 측정 폴대(312)는 임의의 물 영역(8)에 위치시켜 상기 측정한 수위를 그대로 표시하도록 구성할 수도 있다.

또 다른 바람직한 실시 예로서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수위 측정 장치의 사용자 인터페이스 제공부(300)는 화면상의 영상 데이터(110) 내에서 교각 등에 설치된 실제의 목자판(50)에 가상 수위 측정 폴대(310)를 겹치도록 하여 가상 수위 측정 폴대(310)의 눈금이나 측정 수위를 사용자가 실제의 목자판(50)을 기준으로 조정하여 수위 측정을 위한 초기 환경을 용이하게 설정하도록 구성할 수도 있다.

더불어, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수위 측정 장치의 상기 사용자 인터페이스 제공부(300)는 상기 가상 목자판 또는 가상 수위 측정 폴대(310,311,312)의 표시 눈금의 수치 값을 화면상에서 위치시키는 영역에서 측정되는 수위에 따라 자동 조정하는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수위 측정 장치는 화면상에서 영상 데이터(110)에 적용할 수 있는 가상 목자판 또는 가상 수위 측정 폴대(310,311,312)를 수위 측정을 위한 사용자 인터페이스로 제공하여 영상 데이터 (110)내 임의 지점(8)에서도 용이하게 수위를 측정 및 표시할 수 있게 되어 수위 측정을 위한 사용자의 편의성을 더욱 향상시키는 장점이 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수위 측정 방법의 순서도다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수위 측정 방법은 뭍과 물을 포함하도록 설정된 적어도 하나 이상의 감시 영역을 포함하는 영상 데이터를 획득하여 수위를 측정하는 수위 측정 장치의 수위 측정 방법으로서, 물 변화 판단부(521)가 유사 특성 영역으로 물 영역과 뭍 영역이 구분된 수위 모델을 통해, 상기 감시 영역에서 뭍 영역과 물 영역의 변화를 판단하는 단계(S10,S30), 캘리브레이션부(522)가 임의의 캘리브레이션 방법을 통해 이차원의 상기 영상 데이터를 삼차원의 공간 정보와 대응시키는 단계(S20) 및 수위 측정부(523)가 상기 영상 데이터 중 상기 감시 영역에서의 상기 물 영역의 변화를 상기 삼차원의 공간 정보 및 상기 감시 영역의 경사면 정보를 기초로 하는 수위 측정 모델을 통해 교정(較正)하여 수위를 측정하는 단계(S40)를 포함한다.

상기 수위 측정 단계(S40)는 상기 수위 측정부(523)가 촬영되는 상기 캘리브레이션 방법으로 대응시킨 삼차원의 공간 정보에서 상기 감시 영역의 경사면 정보와 상기 영상 데이터의 촬영 각도의 설정에 따라 발생하는 캘리브레이션 편차를 더 반영하여 상기 수위를 교정(較正)하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 수위 측정 단계(S40)는 상기 수위 측정부(523)가 기 설정된 수위 값을 캘리브레이션 시에 확인된 물 영역에 대해 대응시킨 후, 상기 물 변화 판단부(521)에서 판단된 상기 물 영역의 변화를 캘리브레이션된 상기 삼차원의 공간 정보에 대응하여 수위를 측정하되, 상기 감시 영역의 경사면 정보를 기초로 하는 삼각 함수를 통해 교정(較正)하여 상기 수위를 측정할 수 있다.

이상에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시 예들에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나 본 발명은 상술한 실시 예에 한정되지 아니하며, 특허 청구의 범위에서 첨부하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능할 것이다.

1: 카메라 촬영 영역 2: 캘리브레이션 대상 영역
3: 기준 수위 4: 현재 수위
5: 경사면 6, 7: 뭍 영역
8: 물 영역 10,20: 감시 영역
11,21: 기준 수위 12,22: 현재 수위
30: 캘리브레이션 설정 인터페이스 50: 목자판
100: 카메라부 110: 촬영 영상 화면
200: 수신부 300: 사용자 인터페이스 제공부
310, 311,312: 가상 목자판 또는 가상 수위 측정 폴대
400: 설정부 500: 제어부
510: 필터링부 520: 측정부
521: 물 변화 판단부 522: 캘리브레이션부
523: 수위 측정부 600: 저장부
700: 출력부 900: 수위 측정 장치

Claims

뭍과 물을 포함하도록 설정된 적어도 하나 이상의 감시 영역을 포함하는 영상 데이터를 획득하여 수위를 측정하는 수위 측정 장치에 있어서,
카메라 또는 외부 장치로부터 상기 영상 데이터를 수신하는 수신부;
유사 특성 영역으로 물 영역과 뭍 영역이 구분된 수위 모델을 통해, 상기 감시 영역에서 뭍 영역과 물 영역의 변화를 판단하는 물 변화 판단부;
기 설정된 캘리브레이션 방법을 통해 이차원의 상기 영상 데이터를 삼차원의 공간 정보와 대응시키는 캘리브레이션부;및
상기 영상 데이터 중 상기 감시 영역에서의 상기 물 영역의 변화를 상기 삼차원의 공간 정보 및 상기 감시 영역의 경사면 정보를 기초로 하는 수위 측정 모델을 통해 교정(較正)하여 수위를 측정하는 수위 측정부;를 포함하는 수위 측정 장치.
제 1항에 있어서, 상기 수위 측정부는
상기 캘리브레이션 방법으로 대응시킨 삼차원의 공간 정보에서 상기 감시 영역의 경사면 정보와 상기 영상 데이터의 촬영 각도의 설정에 따라 발생하는 캘리브레이션 편차를 더 반영하여 상기 수위를 교정(較正)하는 것을 특징으로 하는 수위 측정 장치.
제 1항에 있어서, 상기 수위 측정부는
기 설정된 수위 값을 캘리브레이션 시에 확인된 물 영역에 대해 대응시킨 후, 상기 물 변화 판단부에서 판단된 상기 물 영역의 변화를 캘리브레이션된 상기 삼차원의 공간 정보에 대응하여 수위를 측정하되, 상기 감시 영역의 경사면 정보를 기초로 하는 삼각 함수를 통해 교정(較正)하여 상기 수위를 측정하는 수위 측정 장치.
제 1항에 있어서,
화면상에서 상기 영상 데이터에 적용할 수 있는 가상 목자판 또는 가상 수위 측정 폴대를 상기 수위 측정을 위한 사용자 인터페이스로 제공하는 사용자 인터페이스 제공부;를 더 포함하는 수위 측정 장치.
제 4항에 있어서, 상기 사용자 인터페이스 제공부는
상기 가상 목자판 또는 가상 수위 측정 폴대의 표시 눈금의 수치 값을 화면상에서 위치시키는 영역에서 측정되는 수위에 따라 자동 조정하는 것을 특징으로 하는 수위 측정 장치.
제 1항에 있어서, 상기 수위 측정부는
상기 영상 데이터 내에서 상기 경사면 정보를 반영 가능한 임의의 물 영역을 포함하는 영역에서 측정한 수위를 근거로 상기 영상 데이터 내의 임의의 물 영역의 수위를 상기 삼차원의 공간 정보를 기초로 연산하여 측정하는 것을 특징으로 하는 수위 측정 장치.
제 1항에 있어서, 상기 수위 측정부는
상기 삼차원의 공간 정보를 기초로 상기 영상 데이터 내에서 상기 경사면 정보를 반영 가능한 임의의 물 영역을 포함하는 영역을 상기 감시 영역으로 설정하여 상기 수위를 측정하는 것을 특징으로 하는 수위 측정 장치.
제 1항에 있어서, 상기 물 변화 판단부는
상기 뭍 영역 및 물 영역 각각에 대하여 각 영역의 일부 픽셀을 포함하는 대표 영역을 설정한 후 상기 각 대표 영역에 대하여 평균 대푯값을 산출하고 상기 평균 대푯값과 기 설정된 근사 범위 내에 있는 값을 가지는 픽셀을 그룹화하여 상기 뭍 영역과 물 영역을 구분하는 상기 수위 모델을 통해 상기 물 영역의 변화를 판단하는 것을 특징으로 하는 수위 측정 장치.
제 1항에 있어서,
측정한 상기 수위, 상기 수위에 따른 경고 신호 중 하나 이상을 표시하거나 출력하는 출력부;를 더 포함하는 수위 측정 장치.
뭍과 물을 포함하도록 설정된 적어도 하나 이상의 감시 영역을 포함하는 영상 데이터를 획득하여 수위를 측정하는 수위 측정 장치의 수위 측정 방법에 있어서,
a) 물 변화 판단부가 유사 특성 영역으로 물 영역과 뭍 영역이 구분된 수위 모델을 통해, 상기 감시 영역에서 뭍 영역과 물 영역의 변화를 판단하는 단계;
b) 캘리브레이션부가 기 설정된 캘리브레이션 방법을 통해 이차원의 상기 영상 데이터를 삼차원의 공간 정보와 대응시키는 단계;및
c) 수위 측정부가 상기 영상 데이터 중 상기 감시 영역에서의 상기 물 영역의 변화를 상기 삼차원의 공간 정보 및 상기 감시 영역의 경사면 정보를 기초로 하는 수위 측정 모델을 통해 교정(較正)하여 수위를 측정하는 단계;를 포함하는 수위 측정 방법.
제 10항에 있어서, 상기 c)단계는
상기 수위 측정부가 촬영되는 상기 캘리브레이션 방법으로 대응시킨 삼차원의 공간 정보에서 상기 감시 영역의 경사면 정보와 상기 영상 데이터의 촬영 각도의 설정에 따라 발생하는 캘리브레이션 편차를 더 반영하여 상기 수위를 교정(較正)하는 것을 특징으로 하는 수위 측정 방법.
제 10항에 있어서, 상기 c)단계는
상기 수위 측정부가 기 설정된 수위 값을 캘리브레이션 시에 확인된 물 영역에 대해 대응시킨 후, 상기 물 변화 판단부에서 판단된 상기 물 영역의 변화를 캘리브레이션된 상기 삼차원의 공간 정보에 대응하여 수위를 측정하되, 상기 감시 영역의 경사면 정보를 기초로 하는 삼각 함수를 통해 교정(較正)하여 상기 수위를 측정하는 수위 측정 방법.