KR101441742B1 - 지능형 수중 영상 시스템 - Google Patents

Abstract

일반적으로 수중 카메라는 해양, 지하수, 수질, 선박, 배관 등의 사업 분야에서 광범위하게 사용되고 있는데, 이러한 특정 분야에만 사용되는 이유는 종래 제품들이 고가이고, 제품의 복잡성으로 인해 일반인이 다목적으로 사용하기에는 불편함이 있기 때문이다. 따라서 본 발명의 수중 카메라 시스템은 이런 불편함을 해결하기 위해 제작된 것으로 일반인이나 민간 업체들이 바다 및 강물 등의 수중 생태 파악과 조사, 연구사업, 해양 탐사나 해양 생태계 파악, 해양 도시 및 해양 건설 해양 레저산업에서 효과적으로 사용할 수 있을 뿐 아니라 강물, 저수지 등의 부유물로 인한 시계가 어두운 장소에서의 조난 익사체 탐사에도 유용하게 활용될 수 있는 카메라 시스템이다.

Description

지능형 수중 영상 시스템{INTELLIGENT WATER VISION SYSTEM}

본 발명은 지능형 수중영상 시스템, 특히 수중 생태 또는 환경 관찰을 위해 미들웨어 방식으로 수중 카메라 하우징에 설치된 다방향 카메라에 의해 실시간으로 모니터 가능한 지능형 수중 영상 카메라 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 수중 카메라는 바다 속의 생태 및 환경을 관찰하거나 촬영하기 위해 잠수부가 카메라를 들고 들어가 직접 촬영하는 기구이다. 그러나 잠수부가 들어갈 수 없는 깊은 바다(심해)에는 잠수부 대신에 높은 압력에 견딜 수 있는 카메라 하우징에 카메라를 장착하여 심해에 투입하여 촬영한다. 이러한 심해를 촬영하는 특수 장비인 카메라 하우징은 심해의 높은 물의 압력(수압)에 견디고 방수되도록 설계되어 수면에서 작업을 하는 배나 지상에서 모터에 의해 케이블을 통해 구동되고, 또한, 심해 상태를 촬영하여 촬영 영상과 심해 정보를 카메라 하우징에 연결된 케이블을 통해 지상으로 보내고, 지상에서는 상기 영상과 정보를 이용하여 심해 상태를 판단하여 심해의 연구 또는 개발을 위해 사용한다.

현재 사용되는 수중 카메라는 해양, 지하수, 수질, 선박, 배관 등의 사업 분야에서 광범위하게 사용되고 있는데, 이러한 특정 분야에만 사용되는 이유는 종래 제품들이 고가이고, 제품의 복잡성으로 인해 일반인이 다목적으로 사용하기에는 구성 연결의 불편함이 있기 때문이다.

본 발명의 수중 카메라 시스템은 이런 불편함을 해결하기 위해 제작된 것으로 일반인이나 민간 업체들이 바다 및 강물 등의 수중 생태 파악과 어종 조사, 연구사업, 해양 탐사나 해양 생태계 파악, 해양 도시 및 해양 건설 해양 레저산업에서 효과적으로 사용할 수 있을 뿐 아니라 강물, 저수지 등의 부유물로 인한 시계가 어두운 장소에서의 조난 익사체 탐사에도 유용하게 활용될 수 있다.

일반적으로 심해 또는 수중으로 입수된 카메라는 대부분 수압이 높은 곳에서 사용하도록 설계되어 고정밀 및 방수 기술을 요구하기 때문에 매우 고가인 것으로 알려져 있다. 따라서 종래에 통상적으로 사용하는 수중 카메라에는 상기와 같은 이유로 카메라 하우징에 단방향 카메라만을 설치하여 사용하므로, 심해의 수중 촬영시에는 심해의 환경, 물의 유속 등으로 인해 사용자가 원하는 방향으로 카메라 하우징의 촬영 방향을 바꾼다거나 이동하기도 어렵고 원하는 곳의 촬영이 상당히 어려워 원하는 영상을 얻지 못할 수도 있다.

또한, 종래에 일반적으로 사용되는 카메라는 상기와 같은 기술적 이유로 카메라의 수중 입수시 카메라 하우징 내에 하나의 카메라만을 설치하여 사용하고 있으므로 단방향 카메라로서 영상 촬영만 가능한 하우징 형태의 제품이 생산되어 사용되고 있다.

상술 된 바와 같은 단방향 카메라의 문제는 깊은 심해 속에서 카메라 방향에 따른 특정 지점만이 관측 가능하므로 심해의 지형적 특성으로 인해 원하지 않는 유속에 의해 이동이나, 위치 변경 시 해당 지점을 정확하게 관찰하기 어렵다는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하고자 본 발명에서는 하나의 카메라 하우징에 복수개의 카메라를 배치하여 전후 상하의 모든 범위 관측 및 특히 하부 방향 관측이 가능하도록 구성한 카메라 시스템을 제공하는 것이다.

또한 본 발명에서는 기존의 단순히 영상만을 제공하는 수중 카메라가 아닌 수중 및 카메라 주변의 상태를 계측하고 확인하기 위하여 온도 센서, 압력 센서, 위치 센서 등을 부착하여, 상기 센서를 이용하여 정보를 수집하고 카메라로 촬영된 영상을 중앙 처리보드에 포함된 영상 라이브러리를 통해 상기 수집된 정보나 영상을 가공하고 원격지로 수집된 정보 및 영상을 전송한다. 따라서 기존의 단순한 영상만을 제공하는 수중 카메라에 비하여 영상 필터링 효과와 함께 수중의 온도, 카메라의 현재 수심, 위치 등을 실시간으로 파악하여 케이블을 통해 원격지로 전송하며 원격지에서 현재 수중의 주변 상태를 확인할 수 있도록 구성한 것이다.

또한, 영상처리를 수행하는 컴퓨터 비젼 시스템을 기반으로 카메라에서 획득된 영상 데이터를 좀더 식별이 용이하도록 상기 영상을 가공 또는 변경하여 모니터 화면에 표시하거나, 영상 저장 검색을 가능하도록 한다. 이러한 컴퓨터 비젼 시스템은 영상에 대한 이미지 처리를 기반으로 하여 다양하게 영상을 변경시킬 수 있으며 특정 색 강조, 감소, 영역 추출, 추적 등의 기술을 사용하여 정확하게 수중영상을 식별할 수 있도록 한다. 예를 들면 심해에 분포되어 있는 여러 어종 중에서 전에 저장되어 데이터 베이스화 한 정보데이터와 비교할 수도 있어, 특정 어종을 표시, 식별하고 추적할 수 있어 현재 심해에 분포된 어종의 분포도 확인할 수 있는 것이다.

또한 상술의 시스템 전체는 휴대 가능하도록 일체화를 하며, 배터리 등의 저장 기술을 사용하여 전원이 없는 상태에서도 자체 충전 배터리를 이용하여 사용할 수 있도록 한다.

본 발명의 지능형 수중 카메라 시스템은 심해의 상태를 촬영하는 카메라 부와 상기 촬영된 영상 등의 데이터를 분석하는 지상의 플랫폼 부로 이루어지는 수중영상 시스템으로, 효과적인 수자원 관리와 인명 구난 등에 활용하기 위한 지능형 수중 카메라 시스템으로서, 카메라 부에서는 수중의 위치, 압력, 환경을 정확하게 확인할 수 있으며, 영상플랫폼 부의 중앙 처리보드에서는 카메라부에 의해 수집된 수중의 데이터(센서 정보 및 촬영된 영상)를 수집하여 처리할 수 있으며 또한 촬영된 영상을 가공, 식별, 대상 특정, 특정 사물의 추적을 할 수 있다. 즉, 다시 말하면 촬영된 영상을 가공 및 분석할 수 있어 다양한 수중 상태를 파악할 수 있다.

따라서 본 발명의 목적은 카메라 하우징 내에 다채널의 수중 카메라를 내장하여 심해의 다방향 관측 및 촬영이 가능하고 CCD 카메라를 내장하여 별도의 조명이 필요하지 않고 자체 내장된 조명으로 수중 상태 촬영이 가능하도록 하고, 상기 카메라 하우징의 특수한 방수 기술 처리로 보통 10기압 이상에서도 카메라 자체에 무리 없이 담수 및 해수에서 사용 가능하도록 다방향 촬영이 가능하도록 다채널 카메라를 내장한 지능형 수중 카메라 시스템을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 영상처리 알고리즘, 화소 값, 공간영역, 주파수 영역, 기하학 기반, 모폴로지 데이터 수집, 이벤트를 처리하는 미들웨어(Middleware; 다른 여러 프로그램을 운영할 수 있는 소프트 웨어)라 불리는 중요처리 기술을 적용한 지능형 수중 카메라 시스템을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은 고화질 영상 촬영 수중 카메라와 수중상태를 감지하는 센서, 촬영 시야를 확보하도록 광원을 제공하는 조명, 상기 촬영 수중 카메라 작동에 필요한 제어를 수행하고 수집된 정보 데이터와 촬영된 영상을 가공하여 영상플랫폼으로 전송하고, 상기 수중 카메라 상태를 제어하는 통합 제어 보드, 수중에서 수집된 데이터를 영상 플랫폼으로 전송하는 통신 장치, 수중 환경을 계측할 수 있는 온도 센서, 압력 센서, PH 센서등을 제어할 수 있는 센서 제어보드로 이루어진 수중 카메라 부와, 화면 전환 메뉴 선택을 하는 버튼, 키보드, 마우스인 사용자 입력장치, 영상 및 데이터를 저장할 수 있는 저장 장치, 상기 사용자 입력장치와 저장 장치에 연결되어 영상 필터링, 영상처리, 저장 등을 수행하는 알고리즘 구동 프로그램을 탑재하고 이전에 수집된 데이터나 촬영된 영상을 데이터 베이스화한 자료를 이용하여 현재 실시간으로 수집되는 데이터와 영상을 비교, 추적, 판독, 가공하는 영상라이브러리를 포함하여 전체 수중 카메라부를 제어하는 중앙 처리 보드, 상기 중앙처리 보드에 연결되어 외부로 연결가능한 인터페이스를 제공하고 수집한 정보 데이터와 촬영된 영상을 외부장치에 복사 및 이동하는 장치인 외부 저장 장치, 상기 중앙 처리 보드에 연결된 인터페이스 단자인 영상 외부 출력 장치, 상기 중앙처리 보드에 연결되어 실시간으로 수집된 정보 데이터와 카메라로 촬영된 영상 및 수중 환경 데이터를 표시 및 출력하는 모니터로 이루어지는 영상플랫폼을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 수중 카메라는 다양한 종류의 센서를 부착하고 제어할 수 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 카메라 하우징내의 카메라 모듈은 복수개인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 중앙처리 보드의 영상 처리는 컴퓨터 비젼 시스템을 기반으로 가공되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 지능형 수중 카메라 시스템은 바다 깊은 곳(심해) 및 민물의 수중 생태 파악과 조사 연구 사업, 바다 목장, 양식장 수중 구조물 조사 교량관리 및 해양레저 산업과 인명 구난에 이용할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 지능형 수중 영상 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 지능형 수중 영상 시스템의 메시지의 기본 흐름도이다.
도 3은 본 발명에 따른 지능형 수중 영상 시스템의 메시지의 부가적 흐름도이다.

이하 도면을 참조로 본 발명에 대해 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 지능형 수중 영상 시스템을 나타내는 도면이다.

도시된 바와 같이 본 발명에 따른 지능형 수중 영상 시스템은 수중 카메라부(10)와, 영상 플랫폼(20)으로 이루어지는데, 먼저, 상기 수중 카메라 부(10)는 고화질의 영상을 촬영할 수 있는 카메라(11)와, 상기 카메라로 수중 상황을 계측하는 센서 들(15) 및 수중에서 촬영할 수 있도록 광원을 제공하는 LED 광으로 구성되는 조명(16)과, 또한, 상기 카메라 부의 센서(15) 및 조명장치(16)에 연결되어 영상 플랫폼(20)의 명령을 수신하고 수중 카메라 작동에 필요한 제어를 수행하며, 상기 수중 카메라 부에서 수집된 데이터를 가공하여 영상 플랫폼으로 전송하고, 상기 수중 카메라 각 모듈의 상태를 제어하는 통합제어 보드(14) 및 상기 수중 카메라(11)에 작동에 필요한 전원을 공급하는 전원장치(12)와 수중 카메라(11)에서 촬영한 영상 데이터를 영상 플랫폼(20)으로 전송하고 영상 플랫폼에서 발생하는 데이터를 수신하여 카메라 부에 설치된 통합제어 보드(14)로 전송하는 통신 장치로 구성된다.

다음에 동작 과정에 대해 설명하면 상기 수중 카메라 부(10)에서 수집된 정보 및 영상 데이터는 케이블(40)을 통해 영상플랫폼(20)으로 전송되는데 상기 영상플랫폼(20)에서는 통신 장치(28)를 통해 수집된 정보 및 영상 데이터를 중앙처리 보드(29)로 전송하고, 상기 중앙처리 보드(29)에서는 영상 라이브러리를 통해 실시간으로 영상을 가공, 영상을 식별, 영상 대상을 측정하고, 물체 영상을 추적하며, 이를 위해서 영상 필터링, 영상처리, 영상저장 등의 알고리즘에 필요한 프로그램을 탑재하여, 입력되는 영상 및 데이터를 판독할 수 있도록 구성된다. 이때 상기 중앙처리 보드(29)는 외부 장치에 출력할 수 있도록 모니터(21)를 통해 수중 상태를 실시간으로 확인할 수 있는 구성으로 되어 있다. 이때 상기 중앙처리 보드의 영상 라이브러리를 이용하여 특정 물체의 영상을 추적할 수도 있는데, 만약 카메라로 촬영된 영상의 어종이 10종이라면 그 어종의 형태, 색상 등을 데이터 베이스화하여 저장하고, 추후 특정 어종을 추적하여 영상 라이브러리를 통해 분석하면 현재 심해의 어종의 분포 상태를 알 수 있을 뿐 아니라 지형도 알 수 있어 심해 연구에도 상당한 도움을 줄 수 있는 것이다.

즉 다시 말하면, 영상을 촬영하는 카메라 (11)와, 센서(15), 각 센서 데이터를 수집, 데이터를 가동하여 전송하는 센서 데이터 처리기(SDPU;sensor data process unit;도시하지 않음)로 구성되는데 심해의 상태 정보를 얻기 위해 카메라 모듈이 장착된 카메라 하우징을 깊은 심해로 투입하면, 상기 카메라 하우징에 다방향(다채널)으로 설치된 다수개의 카메라 모듈이 여러 각도로 심해 주변을 촬영하고 주변 상태 정보를 수집하게 된다. 이때 카메라 하우징에 카메라 모듈과 함께 장착된 센서는 카메라 하우징의 주변 상태, 즉 심해의 온도, 압력, 유속의 데이터 정보 를 수집하고 이러한 정보를 카메라 하우징에 연결된 케이블을 통해 영상플랫폼으로 전송하여 상기 영상플랫폼(20)에서는 수중 카메라부(10)에서 수집된 데이터 정보 및 촬영된 영상을 중앙처리 보드(29)에서 분석하여 데이터화 하여 모니터에 표시도하고 출력할 수도 있도록 구성되어 심해 주변 상태를 알 수 있는 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 지능형 수중 영상 시스템을 설명하기 위한 메시지 기본 흐름도로서,

도시된 메시지도는 수중 카메라에서 영상 및 데이터를 획득하는 기본 과정으로서, 먼저, 메시지 [M1]은 중앙처리 보드(29)에서 영상플랫폼에 설치된 통신장치(29)로 시스템 작동 명령을 전달하고 영상 플랫폼에 설치된 통신장치(28)로부터 메세지 [M1]이 상기 통신장치(28)를 통과하면 수중 카메라부에 설치된 카메라의 통합 제어 보드(14)로 메시지[M2]를 전달한다.

상기 수중 카메라부의 통합 제어 보드(14)는 메시지 [M2]의 명령을 해석하고, 기본적으로[M3], [M5], [M6]의 각각의 메시지를 각각 카메라(11), 조명(16), 센서(15)에 전달하여 수신된 명령의 종류에 따라 모듈을 작동시킨다. 이후 통합 제어 보드(14)는 [M4]의 메세지로 카메라가 촬영한 영상을 통신장치(13)로 보내고, 심해의 주변상태를 계측한 센서 정보 데이터를 [M7]의 메시지로 하여 통합제어 보드(14)가 상기 메세지[M7]을 수신하고 상기 통합 제어보드는 [M8] 메시지 작성 후 통신 장치로 전달한다. 상기 통신장치(13)는 수신한 메시지를 메세지 [M9]로하여 영상플랫폼에 있는 중앙처리 보드(29)로 메세지 [M9]를 전달하게 되고, 상기 중앙처리 보드(29)는 수신된 메시지 [M9]의 데이터를 분석하여 [M10] 메시지로 모니터(21)에 전송하여, 심해에서 계측한 센서 정보 데이터를 포함하여 촬영한 영상을 영상 플랫폼의 모니터에 표시 및 출력하도록 구성한 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 수중 영상 시스템을 설명하기 위한 메시지의 부가적 흐름도로서,

상기 위에서 상술한 바와 같이 카메라 부(10)로부터 전송된 데이터를 기초로 영상플랫폼(20)에 구성된 메뉴에 따라서 작동하는데, 상기 영상플랫폼(20)은 기본 영상 획득 및 데이터 정보 표시 이외에 다른 작업을 수행할 수 있도록 구성하며, 그 작동 과정의 흐름은 다음과 같다. 먼저, 사용자 입력장치(27)로부터 메시지 [M11]를 중앙처리 보드(29)로 전달한다. 다음에 중앙처리 보드(29)가 전달된 메세지 명령을 해석 후 해당 장치를 제어한다. 메시지 [M12]는 사용자 피드백을 위한 메시지로서 중앙처리 보드(29)로부터 사용자입력 장치(27)로 메시지를 전달한다.

또한, 정보 데이터 및 촬영된 영상의 저장하기 위해 상기 중앙 처리 보드(29)로부터 메세지 [M13]가 저장장치(26)로 전달된다. 상기 저장장치(26)를 제어하며 외부에 명령이 수신되면 [M14]의 메시지로 영상의 외부저장 장치(23)를 제어하게 되고 또한 영상을 외부로 전송하는 명령이 수신되면 상기 중앙처리 보드의 영상 라이브러리를 통해 메세지가 외부 출력 장치(22)로 전달되는 구성으로 심해상태를 촬영한 영상 및 계측 정보 데이터를 분석하여 영상플랫폼의 모니터(21)를 통해 표시 및 출력할 수 있는 것이다.

또한, 본 발명에서 전체적인 배터리(25) 전원은 영상플랫폼과 수중 카메라에 있는 전원제어 장치(24)로 장비를 제어하며 외부 전원인가시 전원장치는 영상플랫폼과 수중카메라에 전원을 공급하며 배터리(25)를 충전하고 전원이 미인가되는 경우에는 배터리에 충전된 전원을 자체적으로 사용하여 영상플랫폼(20)과 수중 카메라부(10)에 전원을 공급하여 지속적으로 사용할 수 있다.

이상과 같이 하여 본 발명에 따른 수중 영상 시스템은 해양 레저 산업, 수산산업, 어업 및 양식장 관리 체계화 등을 위해 사용될 수 있는 것이다.

본 발명은 지능형 수중 카메라 분야에 이용될 수 있다.

Claims (4)

1. 방수 처리된 하우징 내부에 설치되어 전원 제어장치에 연결된 고화질 영상을 촬영하는 수중 카메라와 통합 제어보드를 통해 전원 제어장치에 연결되어 수중상태를 감지하는 센서들, 촬영 시야를 확보하도록 광원을 제공하는 조명,
   상기 촬영 수중 카메라 작동에 필요한 제어를 수행하고 수집된 정보 데이터와 촬영된 영상을 가공하여 방수 케이블을 통해 지상의 영상플랫폼으로 전송하고, 상기 수중 카메라 상태를 제어하도록 상기 센서들과 상기 조명에 연결된 통합 제어 보드,
   상기 통합 제어보드에 연결되어 수중에서 센서들에 의해 수집된 데이터를 영상 플랫폼으로 전송하는 통신 장치,
   수중 환경을 계측할 수 있는 온도센서, 압력 센서, PH센서 등을 제어할 수 있는 센서 제어 보드로 이루어진 수중 카메라 부와,
   화면 전환 메뉴 선택을 하는 버튼, 키보드, 마우스인 사용자 입력장치,
   상기 사용자 입력 장치에 연결되어 영상 및 데이터를 저장할 수 있는 저장 장치
   상기 사용자 입력장치와 저장 장치에 연결되어 영상 필터링, 영상처리, 저장 등을 수행하는 알고리즘 구동 프로그램을 탑재하고 이전에 수집된 정보 데이터나 촬영된 영상을 데이터 베이스화한 자료를 이용하여 현재 실시간으로 수집되는 데이터와 영상 비교, 영상 추적, 영상 판독, 영상 가공하는 영상라이브러리를 포함하여 수중 카메라 부를 제어하는 중앙 처리 보드,
   상기 중앙 처리 보드에 연결되어 외부로 연결가능한 인터페이스를 제공하고 수집한 정보 데이터와 촬영된 영상을 외부장치에 복사 및 이동하는 장치인 외부 저장 장치,
   상기 중앙 처리 보드에 연결된 인터페이스 단자인 영상 외부 출력 장치,
   상기 중앙처리 보드에 연결되어 실시간으로 수집된 정보 데이터와 카메라로 촬영된 영상 및 수중 환경 데이터를 표시 및 출력하는 모니터로 이루어지는 영상플랫폼을 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 수중 영상 시스템.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 카메라 하우징내의 카메라 모듈은 복수개인 것을 특징으로 하는 지능형 수중 영상 시스템.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 중앙처리 보드의 영상 처리는 컴퓨터 비젼 시스템을 기반으로 가공되는 것을 특징으로 하는 지능형 수중 영상 시스템.

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