KR101616432B1 - 영상 내 해수면 검출방법 및 그를 이용한 선박의 흘수 측정방법 - Google Patents

Abstract

영상 내 해수면 검출방법, 및 그를 이용한 선박의 흘수 측정방법이 제공된다. 영상 내 해수면 검출방법은, 해수면이 촬영된 영상을 입력 받고 영상을 구성하는 픽셀 중 해수면상의 픽셀 및 그 주변의 픽셀들을 에지픽셀로 추출하는 A단계, 에지픽셀과 에지픽셀이 아닌 픽셀에 서로 다른 코드값을 부여하여 에지픽셀과 에지픽셀이 아닌 픽셀이 서로 구분되도록 영상을 코딩하는 B단계, 영상 내에서 에지픽셀의 개수가 증가하는 방향을 지시하는 에지추적함수를 정의하고, 에지추적함수로 코드값을 계산하여 그에 대응하는 에지추적함수의 함수값을 각각의 픽셀에 할당하는 C단계, 및 각각의 픽셀에 할당된 함수값을 추적하여 에지픽셀로부터 서로 연속적으로 연결된 해수면픽셀을 결정하는 D단계를 포함한다.

Description

영상 내 해수면 검출방법 및 그를 이용한 선박의 흘수 측정방법{Method of measuring sea level in image and Method of measuring draft of ship using the same}

본 발명은 촬영된 영상 내에서 해수면을 검출하는 검출방법 및 그를 이용한 선박의 흘수 측정방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 영상 내 해수면을 최소한의 계산과정만을 거쳐 높은 신뢰도로, 빠르게 결정하는 해수면의 검출방법과, 이러한 검출방법을 이용한 영상 판독 과정을 통해 선박의 흘수를 정확하게 측정하는 선박의 흘수 측정방법에 관한 것이다.

선박의 흘수(draft/draught)는 해수면으로부터 선체의 가장 깊은 부분 간의 수직거리를 나타내는 것으로서, 선박이 해수면 아래로 얼마나 잠겨있는 지 또는 선박의 해수면 아래에 위치한 부분이 얼마나 되는 지를 판단할 수 있는 척도가 된다. 건조 선박의 흘수는 선박의 안정성, 화물을 적재할 수 있는 적재능력 등 선박의 성능을 평가할 수 있는 주요한 평가 기준이 된다.

선박의 흘수는 선체에 배열된 흘수마크(draft mark)와 해수면 사이의 상대적인 위치 관계로부터 측정될 수 있다. 흘수마크는 선체의 측면에 해수면과 수직한 방향으로 일정 간격 배열된 숫자의 세트로 이루어지며, 이러한 흘수마크와 해수면과의 교차점을 직접 또는 유추적으로 파악하는 방식으로 흘수값을 읽을 수 있다. 그러나 이와 같이 선체의 흘수마크를 육안으로 직접 판독하는 방식으로는 흘수값을 개략적으로 밖에 알 수 없는 한계가 있다.

따라서, 종래 이를 개선하기 위해 게이지가 부착된 흘수 측정기구를 이용하여 흘수값을 측정하는 방식을 채택하였다. 이러한 측정기구는 예를 들어, 게이지가 형성된 유리관 내부에 해수를 수용하여 흘수마크와 해수면 사이의 간격 등을 보다 명확히 파악할 수 있도록 형성될 수 있다. 대한민국 공개특허 제10-2013-0068305호 등에 이러한 측정기구의 예가 개시되어 있다.

그러나 이러한 측정기구를 이용하는 경우에도, 실제 게이지를 읽는 등의 판독과정은 육안을 통해 이루어지게 된다. 따라서 서로 다른 측정자로부터 측정된 흘수값들이 서로 불일치 하는 등 문제가 발생하는 경우가 있었다. 또한, 해수면이 수시로 변경되어 흘수값을 측정하기 어렵거나, 측정위치의 선정 등이 임의적으로 이루어지거나, 측정자의 의도치 않은 실수나 판독오차 등에 의해서도 흘수값이 달라질 수 있는 바, 이러한 문제를 해소하고 보다 정확하게 흘수를 측정할 수 있는 방안이 필요한 실정이다.

대한민국 공개특허 제10-2013-0068305호, (2013.06.26)

이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 영상 내 해수면을 최소한의 계산과정만을 거쳐 높은 신뢰도로, 빠르게 결정하는 해수면의 검출방법과, 이러한 검출방법을 이용한 영상 판독 과정을 통해 선박의 흘수를 정확하게 측정하는 선박의 흘수 측정방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 의한 영상 내 해수면 검출방법은, 해수면이 촬영된 영상을 입력받고 상기 영상을 구성하는 픽셀 중 상기 해수면상의 픽셀 및 그 주변의 픽셀들을 에지픽셀로 추출하는 A단계; 상기 에지픽셀과 상기 에지픽셀이 아닌 픽셀에 서로 다른 코드값을 부여하여 상기 에지픽셀과 상기 에지픽셀이 아닌 픽셀이 서로 구분되도록 상기 영상을 코딩하는 B단계; 상기 영상 내에서 상기 에지픽셀의 개수가 증가하는 방향을 지시하는 에지추적함수를 정의하고, 상기 에지추적함수로 상기 코드값을 계산하여 그에 대응하는 상기 에지추적함수의 함수값을 각각의 픽셀에 할당하는 C단계; 및 각각의 픽셀에 할당된 상기 함수값을 추적하여 상기 에지픽셀로부터 서로 연속적으로 연결된 해수면픽셀을 결정하는 D단계를 포함한다.

상기 에지추적함수는, 상기 영상 내에서 n행 m열에 위치한 픽셀의 상기 코드값을 A_n,m 이라 하고, 그에 대응하는 상기 에지추적함수의 상기 함수값을 B_n,m 이라 할 때,

수학식

B_n,m = Max(B_n,m-1 B_n-1,m-1 B_n+1,m-1)+ A_n,m ,

B_n,1 = A_n,1

에 의해 정의될 수 있다.

상기 B단계의 상기 코드값 A_n,m 은 추출된 상기 에지픽셀에 대해 1, 상기 에지픽셀이 아닌 픽셀에 대해 0으로 설정되고, 상기 C단계의 상기 함수값 B_n,m 은 상기 에지픽셀에 대해 1보다 큰 정수로 계산될 수 있다.

상기 D단계의 상기 해수면픽셀은 열의 수 m이 증가할 때마다 할당된 상기 함수값 B_n,m 이 증가하는 방향의 상기 에지픽셀을 서로 연결한 연결선상의 상기 에지픽셀들로 결정될 수 있다.

상기 A단계의 상기 에지픽셀은 상기 영상의 서로 다른 색상 채널(R: 레드, G: 그린, B: 블루)로부터 각각 독립적으로 추출된 후 병합될 수 있다.

본 발명에 의한 선박의 흘수 측정방법은, 흘수마크가 표시된 선체와 해수면을 함께 촬영하는 a단계; 촬영된 영상의 상기 흘수마크가 강조되도록 상기 영상을 이진화하는 b단계; 상기 영상의 상기 흘수마크가 배열된 방향으로 연장된 흘수선을 결정하는 c단계; 상기 흘수마크를 판독하여 각각의 상기 흘수마크의 흘수값을 인식하는 d단계; 상기 영상 내 해수면 검출방법으로 상기 해수면을 결정하는 e단계; 및 상기 흘수선을 따라서 상기 해수면과 가장 인접한 상기 흘수마크를 파악하고, 상기 해수면과 가장 인접한 상기 흘수마크의 흘수값에서, 상기 해수면과 가장 인접한 상기 흘수마크와 상기 해수면 사이의 거리값을 뺀 값으로 흘수를 결정하는 f단계를 포함할 수 있다.

상기 a단계 이전에, 상기 선체 외측에 측정용 보트를 준비하고, 상기 보트에 팬(pan) 및 틸트(tilt)가 가능한 자동제어카메라를 탑재하는 단계를 더 포함하여, 상기 자동제어카메라로 a단계의 상기 선체와 상기 해수면을 포커싱하여 촬영할 수 있다.

상기 b단계의 상기 영상은 서로 다른 상기 흘수마크 및 그 주변을 구성하는 픽셀들로 이루어진 각각의 로컬 윈도우에 대해 서로 다른 임계값을 기준으로 이진화할 수 있다.

상기 c단계의 상기 흘수선은 서로 다른 상기 흘수마크의 중앙을 가로질러 상기 e단계의 영상 내 해수면 검출방법으로 결정된 상기 해수면과 교차하는 직선으로 결정되는 선박의 흘수 측정방법.

상기 d단계의 상기 흘수마크가 판독될 때, 상기 흘수선이 연장된 방향의 상기 흘수마크의 너비 및 상기 흘수마크 사이의 간격이 측정되고, 상기 f단계의 상기 거리값은 측정된 상기 흘수마크의 너비 및 상기 흘수마크 사이의 간격으로부터 비례적으로 결정될 수 있다.

본 발명에 의하면, 촬영된 영상으로부터 매우 신뢰도 높게, 최소한의 계산만으로 정확한 해수면을 검출할 수 있다. 또한, 이와 같이 정확하게 검출된 해수면을 바탕으로 최적화된 영상 판독 과정을 진행하여, 오차를 최소화하고 신뢰성을 높인 명확한 흘수값을 얻어낼 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 영상 내 해수면 검출방법을 도시한 순서도이다.
도 2는 도 1의 검출방법에 따라 입력된 영상 및 에지추출을 통해 변환된 영상의 일 례를 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 영상을 구성하는 각 픽셀에 부여된 코드값을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 4는 도 3의 코드값 계산을 통해 각 에지픽셀에 할당된 함수값을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 5는 도 4의 함수값을 추적하여 해수면픽셀이 결정된 상황을 개념적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 선박의 흘수 측정방법을 도시한 순서도이다.
도 7 및 도 8은 영상 촬영과정을 개념적으로 도시한 도면이다.
도 9는 도 6의 측정방법에 따라 촬영된 영상 및 이진화를 통해 변환된 영상의 일 례를 도시한 도면이다.
도 10은 흘수마크 및 흘수마크를 따라 결정된 흘수선을 도시한 도면이다.
도 11은 결정된 흘수선과, 결정된 해수면, 및 그 교차지점, 판독된 흘수마크와 흘수마크 사이의 간격을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 의한 선박의 흘수 측정방법을 적용하여 산출된 흘수값의 측정결과들을 처리화면과 함께 도시한 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징 그리고 그것들을 달성하기 위한 방법들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 단지 청구항에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 영상 내 해수면 검출방법에 대해 상세히 설명한다. 설명은 도 1의 순서도를 기준으로 하되, 검출방법의 각 단계를 보다 구체적으로 도시한 도 2 내지 도 5를 함께 참조하는 방식으로 진행한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 영상 내 해수면 검출방법을 도시한 순서도이고, 도 2는 도 1의 측정방법에 따라 입력된 영상 및 에지추출을 통해 변환된 영상의 일 례를 도시한 도면이며, 도 3은 도 2의 영상을 구성하는 각 픽셀에 부여된 코드값을 예시적으로 도시한 도면이다. 또한, 도 4는 도 3의 코드값 계산을 통해 각 에지픽셀에 할당된 함수값을 예시적으로 도시한 도면이고, 도 5는 도 4의 함수값을 추적하여 해수면픽셀이 결정된 상황을 개념적으로 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 영상 내 해수면 검출방법은 해수면이 촬영된 영상을 입력 받고(S100), 상기 영상을 구성하는 픽셀(pixel) 중 해수면상의 픽셀 및 그 주변의 픽셀들을 에지(edge)픽셀로 추출하는 단계(S200), 에지픽셀과 에지픽셀이 아닌 픽셀에 서로 다른 코드값을 부여하여 에지픽셀과 에지픽셀이 아닌 픽셀이 서로 구분되도록 영상을 코딩하는 단계(S300), 정의된 에지추적함수로 픽셀의 코드값을 계산하여(S400) 그에 대응하는 에지추적함수의 함수값을 각각의 픽셀에 할당하는 단계(S500), 및 이와 같이 각각의 픽셀에 할당된 함수값을 추적하여 서로 연속적으로 연결된 해수면픽셀을 결정하는 단계(S600)를 포함한다.

이 때, 상기 에지픽셀은 영상 내 촬영된 다양한 물체들의 윤곽선 또는 경계선을 구성하는 픽셀들로, 상기 에지추적함수는 간결한 산식으로 에지픽셀 간의 관계를 반영하여 특히, 영상 내에서 이러한 에지픽셀의 개수가 연속적으로 증가하는 방향을 매우 효과적으로 지시 또는 표시할 수 있다. 따라서, 에지추적함수의 함수값을 추적함으로써 촬영된 영상을 가로질러 연속적으로 연결된 에지픽셀의 세트 즉, 해수면을 구성하는 핵심 픽셀들로만 구성된 해수면픽셀(도 5의 20 참조)들을 매우 용이하게 찾아낼 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 의한 영상 내 해수면 검출방법으로 상기 해수면픽셀들이 연결되어 형성된 간결하고도 명확한 해수면(도 5, 도 11, 및 도 12의 S 참조)을 검출해 낼 수 있으며, 이를 이용하여 선박의 흘수 등을 측정하는 측정 프로세스 등을 매우 용이하게 진행할 수 있다. 이하, 이러한 특징을 갖는 영상 내 해수면 검출방법에 대해 도면을 참조하여 좀 더 상세히 설명한다.

최초에 입력 받은 해수면이 촬영된 영상은 컬러 카메라로 촬영된 디지털 영상일 수 있으며, 아날로그 방식으로 촬영된 경우 처리가 용이하도록 디지털 방식으로 변환된 영상일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의한 영상 내 해수면 검출방법은 이와 같이 데이터화된 영상을 컴퓨터나 워크 스테이션을 통해 입력 받아 처리한다(S100).

처리과정은 전술한 바와 같이 입력된 영상을 구성하는 픽셀 중 영상 내 해수면(도 2의 S' 참조) 상에 위치한 픽셀 및 그 주변의 픽셀들을 에지(edge)픽셀로 추출하는 과정(S200)일 수 있다. 이와 같은 처리과정을 거쳐 에지픽셀이 추출된 영상과, 처리 전의 입력된 영상의 예가 도 2에 도시되어 있다. 도 2의 (a)는 처리 전의 입력된 컬러 영상이고, 도 2의 (b)는 에지픽셀이 추출된 변환된 영상이다. 에지픽셀은 앞서 설명한 바와 같이 영상 내 촬영된 물체들의 윤곽선, 또는 경계선을 구성하는 픽셀들을 말한다.

이 때, 에지픽셀들을 추출하여 영상을 변환하는 처리과정은 케니에지(Canny edge)검출방식을 이용하여 진행될 수 있다. 케니에지 검출방식은 필터를 이용한 노이즈제거, 영상내 강도 변화의 그래디언트(gradient) 성분을 이용한 에지(영상의 강도가 급격히 변화하여 물체 등의 윤곽선 등으로 파악될 수 있는 부분)파악, 및 상대적으로 강한 임계값과 낮은 임계값을 연계적, 보완적으로 사용하는 에지 연결과정 등을 적용하여 최적의 에지픽셀들을 추출할 수 있다. 이러한 에지픽셀들은 도 2의 (a)와 같이 입력된 컬러 영상으로부터 직접 추출될 수도 있으나, 바람직하게는 상기 영상을 서로 다른 색상 채널(R: 레드, G: 그린, B: 블루)로 각각 분리한 후, 분리된 각각의 색상 채널로부터 케니에지 검출방식을 적용하여 각각 독립적으로 추출될 수 있다.

즉, 서로 분리된 색상채널을 독립적으로 이용하여 각 색상채널에서 서로 다른 강도로 나타날 수 있는 에지픽셀들을 모두 추출할 수 있다. 이와 같이 독립적으로 추출된 에지픽셀들은 각 색상 채널을 다시 합치는 과정을 통해 하나의 영상 내에 모두 표현되도록 병합(merge)할 수 있다. 이에 따라 입력된 영상의 해수면(도 2의 S' 참조)과 그 주변의 대부분의 픽셀들이 모두 에지픽셀로 추출된 도 2의 (b)에 도시된 바와 같은 신뢰도 높은 변환 영상을 얻을 수 있다.

추출된 에지픽셀(10)과 에지픽셀이 아닌 픽셀에는 도 3에 도시된 바와 같이 서로 다른 코드값(A_n,m)이 부여된다(S300). 도 3은 도 2의 변환된 영상(b)의 일부를 확대하여 개념적으로 도시한 것으로서 영상 내 해수면 (S') 및 그 주변의 각 픽셀에 부여된 코드값들을 도시한 것이다. 각 픽셀들을 해당 윈도우(도 2의 행번호 n 및 열번호 m이 기재된 부분을 제외한 격자 안의 코드값이 부여된 부분을 말한다) 내의 n행 m열의 행렬요소로 표현하면, n행 m열에 위치한 픽셀에 부여된 코드값 A_n,m 은 도시된 바와 같이 에지픽셀(10)에 대해서는 1, 에지픽셀이 아닌 픽셀(도면부호가 부여되지 않은 나머지 부분)에 대해서는 0 으로 설정될 수 있다. 예를 들어, 도 3의 3행 1열에 위치한 픽셀은 에지픽셀(10)로서 코드값 A_3,1= 1 이고, 2행 7열에 위치한 픽셀은 에지픽셀이 아닌 픽셀로서 코드값 A_2,7= 0이 된다.

이와 같이 에지픽셀(10)과 에지픽셀이 아닌 픽셀을 1과 0의 코드값으로 코딩하여 서로 완전히 구분되도록 할 수 있다. 이를 시각적으로 표현하면 도 2의 (b)와 같은 영상이 될 수 있으나, 반드시 이와 같이 흑백의 영상으로 한정될 필요는 없다. 코딩 과정은 컴퓨터나 워크 스테이션의 처리모듈 내부에서 이루어지는 것으로 외부로는 별도로 표시되지 않을 수 있다.

또한, 코드값 A_{n, m} 의 표현방법 역시 행과 열을 이용한 방식으로 한정될 필요는 없다, 즉, 영상 내부에 가로 세로로 나란히 배열된 복수의 픽셀들에 특정 값을 할당할 수 있는 방법이라면 예를 들어, 가로축 X와 세로축 Y을 이용한 방식 등으로도 얼마든지 코드값을 자유롭게 표시할 수 있다. 즉, 본 명세서 상에서 코드값과 후술할 에지추적함수의 함수값 등을 픽셀에 할당하기 위해 행렬 표현을 사용하였으나, 이는 본 발명의 기술사상을 보다 명확히 표현하기 위해 예시적으로 적용된 것일 뿐 코드값 및 에지추적함수의 함수값 등을 픽셀에 할당하는 방식은 필요에 따라 얼마든지 달라질 수 있다.

이와 같이 각 픽셀에 부여된 코드값을, 에지픽셀(10)의 개수가 증가하는 방향을 지시하도록 정의된 에지추적함수로 계산하여 함수값을 산출하고(S400), 산출된 함수값들을 각각의 픽셀에 할당한다(S500). 에지추적함수는 전술한 바와 같이 간결한 산식으로 에지픽셀(10)간의 관계를 반영한 것으로 모든 픽셀에 대해 계산될 수 있으나, 에지픽셀(10), 특히, 서로 인접하여 연속적으로 연결된 에지픽셀(10)에 대해 계산되는 경우 특별한 의미를 갖는 함수값을 산출하게 된다. 이하, 에지추적함수 및 에지추적함수의 함수값에 대해 좀 더 상세히 설명한다.

에지추적함수는 영상 내에서 n행 m열에 위치한 픽셀의 코드값을 A_n,m 이라 하고, 그에 대응하는 상기 에지추적함수의 상기 함수값을 B_n,m 이라 할 때, 구체적으로 다음과 같은 수학식에 의해 정의될 수 있다.

[수학식 1]

B_n,m = Max(B_n,m-1, B_n-1,m-1, B_n+1,m-1)+ A_n,m ,

B_n,1 = A_n,1

이 때, 함수값 B_n,m, 코드값 A_n,m 은 전술한 바와 같이 각각의 픽셀을 행과 열을 이용한 행렬요소로 표현하여 그에 대응하는 값을 표시한 것이다. 또한, B_n,m-1 은 n행 m열에 위치한 픽셀과 동일한 행의 바로 좌측 열(n행, m-1열)에 위치한 픽셀의 함수값이고, B_n-1,m-1 은 n행 m열에 위치한 픽셀의 바로 아래 행 바로 좌측 열(n-1행, m-1열)에 위치한 픽셀의 함수값이며, B_n+1,m-1 은 n행 m열에 위치한 픽셀의 바로 위 행 바로 좌측 열(n+1행, m-1열)에 위치한 픽셀의 함수값을 나타낸 것이다. 에지추적함수 내의 Max 함수는 이러한 함수값(B_n,m-1, B_n-1,m-1, B_n+1,m-1)을 변수로 하여 상호 비교한 후 그 중 최대값을 결과물로 산출하는 비교 함수이다.

따라서, n행 m열에 위치한 픽셀에 할당되는 함수값 B_n,m 은 그 좌측 열의 위아래로 인접한 서로 다른 세 픽셀(n행 m-1열, n-1행 m-1열, 및 n+1행 m-1열에 각각 위치한 픽셀)의 함수값(B_n,m-1, B_n-1,m-1, B_n+1,m-1) 중 가장 큰 값에다 자신(n행 m열에 위치한 픽셀)에게 부여된 코드값 A_n,m 을 더함으로써 얻어진다. 이러한 연산이 시작되는 시작점 즉, 첫번째 열의 함수값 B_n,1 은 상기 [수학식 1]에 기재된 바와 같이 그 자신의 코드값 A_n,1과 동일한 값으로 설정된다.

즉, 에지추적함수는 영상을 구성하는 픽셀의 가장 좌측 열에 대해 각 픽셀의 코드값과 동일한 값을 함수값으로 산출하고, 그 다음 열의 픽셀부터는 바로 좌측 열의 인접한 픽셀(좌측 열 동일 행, 좌측 열 바로 위 행, 좌측 열 바로 아래 행의 픽셀)이 갖는 함수값 중 가장 큰 함수값에 다시 자신의 코드값을 합산하여 새로운 함수값을 산출한다. 따라서, 에지추적함수는 영상의 좌측 시작점으로부터 0이 아닌 코드값이 부여된 픽셀 즉, 에지픽셀이 서로 인접하게 연속적으로 분포하는 경우, 이러한 에지픽셀을 따라 지속적으로 증가하는 함수값들을 서로 연속한 각각의 에지픽셀에 할당할 수 있다. 이 때, 에지픽셀이 서로 인접하다는 것은 서로 다른 에지픽셀이 하나 또는 그 이상의 행 또는 열을 사이에 두고 분리되어 있지 않은 것을 말한다.

이에 따라 각각의 에지픽셀에는 1보다 큰 정수로 계산된 함수값이 할당된다. 이와 같이 에지추적함수로부터 계산된 함수값들의 분포가 도 4에 도시되어 있다. 도 3과 함께 도 4에 대해 살펴보면 다음과 같다.

도 4의 함수값들은 도 3의 코드값에 대해 계산된 것으로, 가장 좌측 1열의 3행에 0이 아닌 함수값 즉, 해당 픽셀의 코드값과 동일한 값의 함수값 A_3,1= B_3,1 =1이 발견된다. 도 3 및 도 4의 3행 1열에 위치한 픽셀은 0이아닌 코드값이 함수값으로 산출된 것으로 에지픽셀(10)이 된다.

두번째 열의 경우 증가된 함수값(B_2,2 =2, B_3,2 =2)은 2행과 3행에서 발견된다. 이러한 함수값들은 각각의 픽셀에 부여된 코드값(A_2,2 =1, A_3,2 =1)들이 상기 3행 1열의 함수값 B_3,1 =1에 합산되어 산출된 것으로 2행 2열, 및 3행 2열에 위치하는 픽셀들은 모두 0이 아닌 코드값을 가짐을 알 수 있다. 따라서, 2행 2열, 및 3행 2열에 위치하는 픽셀 들은 모두에 첫번째 열에서 발견된 에지픽셀(10)과 인접한 에지픽셀(10)로 파악할 수 있다.

세번째 열의 경우에는 세번째 행의 픽셀에만 더욱 증가된 함수값(B_3,3 =3)이 발견된다. 따라서, 3행 3열에 위치한 픽셀 또한 0이 아닌 코드값을 갖는 에지픽셀(10)로 파악될 수 있다. 이와 같은 방식으로 열과 열을 옮겨가면서 차례로 증가되는 함수값을 따라가면, 여러 에지픽셀(10)들 중 영상의 좌측으로부터 우측을 향해 서로 인접하게, 연속적으로 배열된 에지픽셀(10)들의 배열을 용이하게 찾아낼 수 있다. 즉, 에지추적함수의 함수값이 1보다 크게, 연속적으로 증가하는 것은 에지픽셀(10)의 코드값 1이 연속적으로 합산된 것으로 에지추적함수의 함수값이 증가하는 방향을 따라 특히, 서로 인접한 에지픽셀(10)의 개수가 연속적으로 증가하는 것이다. 이는 도 4와 도 3 전체를 함께 비교해 보면 더욱 명확히 알 수 있다.

이와 같이 증가되는 함수값을 추적하면, 도 5에 도시된 바와 같이 일부 상하 방향으로 굴절되면서 영상을 가로 방향으로 가로지르는 연속한 연결선(21)을 찾아낼 수 있다. 여러 에지픽셀(도 4의 10 참조)들 중 이와 같은 연결선(21)상에 위치한 에지픽셀들을 해수면픽셀(20)로 결정한다(S600). 즉, 해수면픽셀(20)은 열의 수 m이 증가할 때마다 할당된 함수값 B_n,m 이 증가하는 방향의 에지픽셀을 서로 연결한 연결선(21)상의 에지픽셀들로 결정될 수 있다.

해수면은 일부 상하로 진동하나 영상의 좌 우를 가로지르는 연속한 곡선으로 표현될 수 있는 바, 에지추적함수의 함수값을 추적하여, 이를 반영하는 단절되지 않는 연결선(21)을 찾고 연결선(21) 상의 서로 인접하게, 연속적으로 배열된 에지픽셀들을 해수면픽셀(20)로 결정하는 것이다. 결정된 해수면픽셀(20)들은 그 주변에 별개로 분리된 에지픽셀의 노이즈들이 모두 제거되어 간결하고 명확한 해수면(S)을 나타내게 된다.

이와 같은 방식으로 영상 내에서 매우 간결하면서도 신뢰도 높게 해수면(S)을 정확히 검출할 수 있다. 또한, 이러한 해수면의 검출방식은 각 픽셀에 대해 에지추적함수의 함수값을 할당하는 것만으로 자연스럽게 이루어지는 것으로서, 별도의 번거로운 계산과정이 없이 최소한의 계산만으로 간결하게 이루어지는 장점을 갖는다.

이하, 도 6 내지 도 11을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 선박의 흘수 측정방법에 대해 상세히 설명한다. 흘수 측정방법에 대한 설명 역시 도 6의 순서도를 기준으로 하되, 측정방법의 각 단계를 보다 구체적으로 도시한 도 7 내지 도 11을 함께 참조하는 방식으로 진행한다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 선박의 흘수 측정방법을 도시한 순서도이고, 도 7 및 도 8은 영상 촬영과정을 개념적으로 도시한 도면이며, 도 9는 도 6의 측정방법에 따라 촬영된 영상 및 이진화를 통해 변환된 영상의 일 예를 도시한 도면이다. 또한, 도 10은 흘수마크 및 흘수마크를 따라 결정된 흘수선을 도시한 도면이고, 도 11은 결정된 흘수선과, 결정된 해수면, 및 그 교차지점, 판독된 흘수마크와 흘수마크 사이의 간격을 예시적으로 도시한 도면이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 선박의 흘수 측정방법은, 흘수마크가 표시된 선체와 해수면을 함께 촬영하는 영상 촬영단계(S20), 촬영된 영상의 흘수마크가 강조되도록 영상을 이진화하는 단계(S30), 영상의 흘수마크가 배열된 방향으로 연장된 흘수선을 결정하는 단계(S40), 흘수마크를 판독하여 각 흘수마크의 흘수값을 인식하는 단계(S50), 전술한 영상 내 해수면 검출방법을 이용하여 해수면을 결정하는 단계(S60), 및 흘수선을 따라서 상기 해수면과 가장 인접한 흘수마크를 파악하고, 상기 흘수마크의 흘수값에서 해수면과 가장 인접한 상기 흘수마크와 해수면 사이의 거리값을 뺀 값으로 흘수를 결정하는 단계(S80)를 포함한다. 이 때, 영상을 촬영하는 단계(S20) 이전에, 선체의 외측에 측정용 보트를 준비하고 자동제어카메라를 탑재하는 단계(S10)를 더 포함하여 자동제어카메라로 선체와 해수면을 포커싱하여 영상을 촬영하도록 구성할 수 있다. 이하 각 단계에 대해 좀 더 상세히 설명한다.

먼저, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 자동제어카메라(300)가 탑재된 측정용 보트(200)을 준비하고(S10), 이를 이용하여 선체(100)와 해수면을 지속적으로 포커싱 하여 보다 명확한 영상을 촬영한다(S20). 자동제어카메라(300)는 팬(pan) 및 틸트(tilt)가 가능한 것으로, 예를 들어, PTZ(Pan Tilt Zoom)제어가 가능한 자동제어 기능을 갖춘 카메라세트로 구성될 수 있다. 자동제어카메라(300)는 측정용 보트(200) 내의 적당한 높이에 고정된다.

카메라를 육상이 아닌 보트(200)에 탑재하여 촬영하므로 선체와 해수면을 보다 명확히 촬영할 수 있으나, 보트(200)의 랜덤한 움직임에 따라 의도치 않은 방향으로 포커싱이 어긋날 수 있다. 자동제어카메라(300)는 특히, 보트의 롤링(rolling) 및 수직방향운동(heaving)에 대응하여 그와 반대방향으로 틸팅(tilting)하고, 보트의 요잉(yawing) 및 수평방향운동(surging)에 대응하여 그와 반대방향으로 패닝(panning)하도록 제어됨으로써, 포커싱이 어긋나는 경우에도 곧바로 이를 해소하여 선체(100)와 해수면의 특정 지점 즉, 흘수마크가 해수면과 직접 또는 간접적으로 교차하는 부분을 지속적으로 촬영할 수 있다.

즉, 도 7에 도시된 바와 같이 보트(200)가 파도에 의해 수직방향으로 승하강(heaving)하거나, 보트(200)의 길이방향을 축으로 일 측 또는 타측으로 회전(rolling)할 수 있다. 이러한 움직임에 의해 자동제어카메라(300)의 카메라헤드가 바라보는 시선이 상방 또는 하방으로 이동하여 변화되므로, 카메라헤드를 그 반대방향으로 수직하게 움직여(tilting) 촬영지점을 지속적으로 포커싱 할 수 있다. 도 7에는 보트(200)가 상승 또는 도면상의 시계방향으로 롤링하여 자동제어카메라(300)의 카메라헤드가 그 반대방향(도면상의 하방)을 향해 틸팅되는 모습이 도시되었다.

또한, 도 8에 도시된 바와 같이 보트(200)를 지나는 해수의 흐름방향이나 속도가 변화하여 보트(200)가 자신의 길이방향을 따라 수평방향으로 운동(surging)하거나, 해수면과 수직한 방향의 축을 중심으로 회전(yawing)할 수 있다. 이러한 움직임에 의해 자동제어카메라(300)의 카메라헤드가 바라보는 시선은 수평방향으로 이동하여 변화하게 된다. 따라서, 카메라헤드를 그 반대방향으로 수평하게 움직여(panning) 역시 촬영지점을 지속적으로 포커싱 할 수 있다. 도 8에는 보트(200)가 자신의 진행방향을 따라 전진, 또는 도면상의 시계방향으로 요잉하여 자동제어카메라(300)의 카메라헤드가 그 반대방향(도면상의 우측 방향)으로 패닝하는 모습이 도시되었다.

이와 같은 틸팅 및 패닝 제어는 자동제어카메라(300)가 촬영한 영상 내에서 촬영지점에 위치한 촬영대상(예를 들어, 선체의 흘수마크가 될 수 있다)의 이동량을 파악함으로써 이루어질 수 있다. 즉, 보트(200)의 움직임에 의해 자동제어카메라(300)의 카메라헤드가 바라보는 시선이 변화하고 영상 내 촬영대상의 위치가 변동되므로, 화면 상에서 촬영대상이 움직인 거리를 파악하여 이를 해소하는 방향으로 자동제어카메라(300)가 회전하도록 할 수 있다. 예를 들어, 촬영대상의 영상 내 이동량(이동거리)과 선체(100)와 보트(200)사이의 거리 등을 파악하고 삼각함수를 이용하여 역산하면 자동제어카메라(300)가 틸팅 또는 패닝 가능한 각도가 계산될 수 있다.

이와 같은 방식으로 영상이 촬영되면 흘수마크가 강조되도록 영상을 이진화한다(S30). 즉, 도 9의 (a)에 도시된 바와 같이 흘수마크(D)와 해수면(S')이 촬영된 영상을 얻고, 영상 내 보다 밝은 픽셀들을 추출하는 방식으로 이진화하여 도 9의 (b)에 도시된 바와 같은 흘수마크(D)가 강조된 영상을 얻을 수 있다.

흘수마크(D)는 선체에 대해 명확히 구분되도록 밝은 색상으로 채색되므로, 예를 들어, 영상 내에서 특정 명도이상의 픽셀만이 드러나도록 적절한 임계값을 설정하는 등의 방식으로 흘수마크(D)가 명확히 드러난 이진영상(binary image)을 얻을 수 있다. 특히, 이러한 이진영상은 서로 다른 흘수마크(D) 및 그 주변을 구성하는 각각의 픽셀들이 모여 형성되는 로컬 윈도우(촬영된 영상 전체가 아닌 영상의 특정 부분을 구성하는 픽셀들의 집합을 말한다. 전체 영상은 서로 다른 복수 개의 로컬 윈도우로 이루어질 수 있다)에 대해 서로 다른 임계값을 설정하여, 각각의 로컬 윈도우가 서로 다른 임계값을 기준으로 이진화되도록 할 수 있다. 임계값은 각각의 로컬 윈도우의 평균 밝기, 픽셀의 분포 등을 고려하여 적응적으로 설정될 수 있다.

따라서, 조명이나 태양광 등이 불균일하게 적용된 조건에서 영상이 촬영된 경우에도 각각의 로컬 윈도우에 대해 최적의 임계값을 적용하여 영상 전체를 통해 흘수마크(D)가 명확하게 드러난 이미지를 얻을 수 있다. 그러나 영상 이진화방식이 이로써 한정될 필요는 없으며, 필요에 따라 여러 가지 다양한 영상 처리방식을 사용하여 명확한 이진 이미지를 얻는 것이 가능하다.

이와 같이 흘수마크(D)가 명확히 드러난 이미지로부터 흘수마크(D)가 배열된 방향으로 흘수선을 결정하고(S40), 흘수마크(D)를 판독하여 각 흘수마크(D)의 흘수값을 인식할 수 있다(S50). 흘수마크(D)는 각각의 크기와 간격이 일정하게 형성되므로, 도 10의 (a)에 도시된 바와 같이 유사크기를 갖는 흘수마크(D)를 일종의 연결 요소(connected components)로 추출하여 도 10의 (b)에 도시된 바와 같은 서로 다른 흘수마크(D)의 중앙을 가로지르는 흘수선(L)을 찾아낼 수 있다.

흘수선(L)은 각 흘수마크(D)의 중앙을 가로지르는 직선으로 형성되되, 영상 내에서 반드시 수직한 방향으로 형성될 필요는 없다. 흘수선(L)은 촬영된 영상 내에서 흘수마크(D)가 배열된 상태에 대응하여 경사지게 형성될 수 있다. 이러한 흘수선(L)은 전술한 영상 내 해수면 검출방법을 통해 결정된 해수면과 교차하여 선박의 흘수가 측정되는 측정포인트를 정확히 지시하게 된다.

한편, 흘수마크(D)는 영상 내 문자를 패턴화하여 인식하는 문자인식 소프트웨어 등을 이용하여 판독될 수 있다. 흘수마크(D)는 수면 아래 선체가 잠긴 깊이를 일정한 간격으로 표시한 복수의 숫자세트로 이루어져 있으며, 흘수마크(D)를 판독하여 이러한 숫자세트가 나타내는 흘수값을 인식할 수 있다. 흘수마크(D)는 예를 들어, 정확도가 높은 테서렉트 문자인식 엔진(Tesseract OCR engine) 등을 이용하여 판독될 수 있으며, 흘수마크(D)를 판독하는 과정에서 흘수선(L)이 연장된 방향의 흘수마크(D)의 너비 및 흘수마크(D) 사이의 간격 또한 함께 측정될 수 있다. 흘수마크(D)의 너비 및 흘수마크(D) 사이의 간격은 영상으로부터 측정될 수도 있으나, 미리 그 값이 결정되어 있는 경우에는 입력된 값을 이용할 수도 있다.

해수면은 전술한 영상 내 해수면 검출방법을 이용하여 간결하고 명확하게 결정된다(S60). 결정된 해수면(S)은 도 11에 도시된 바와 같이 흘수선(L)과 교차하여 이를 테면, 흘수가 측정되는 측정 포인트를 지시할 수 있다. 측정 포인트는 결정된 해수면(S)과 흘수선(L)이 교차하는 지점으로 도면상의 교차선(x) 상에 위치하는 것일 수 있다.

이와 같이 해수면(S)이 결정되면 흘수선(L)을 따라서 해수면(S)과 가장 인접한 흘수마크(D)를 파악하고(S70), 해수면(S)과 가장 인접한 흘수마크(D)가 지시하는 흘수값에서 해수면(S)과 가장 인접한 흘수마크(D)와 해수면(S) 사이의 거리값을 뺀 값으로 흘수를 결정한다(S80). 즉, 해수면(S)과 흘수선(L)이 교차하는 지점인 측정 포인트와 가장 인접한 흘수마크(D)를 파악하여 대략적인 흘수값을 인식하는 동시에, 이 흘수마크(D)가 측정 포인트 즉, 해수면(S)과 흘수선(L)이 교차하는 지점과 이격된 거리값을 상기 흘수값에서 차감하여 정확한 흘수를 측정할 수 있는 것이다. 해수면(S)과 가장 인접한 흘수마크(D)와 해수면(S) 사이의 거리값은 전술한 흘수마크(D)의 너비 및 흘수마크(D) 사이의 간격으로부터 비례적으로 결정될 수 있다.

예를 들면, 흘수마크(D)의 너비 또는 흘수마크(D) 사이의 간격 사이의 픽셀 수와, 해수면(S)과 가장 인접한 흘수마크(D)와 해수면(S) 사이의 픽셀 수를 비교하는 등의 방식으로 해수면(S)과 가장 인접한 흘수마크(D)와 해수면(S) 사이의 상기 거리값을 용이하게 결정할 수 있다. 도시된 바와 같이 흘수마크(D)의 너비와 흘수마크(D) 사이의 간격이 각각 100mm가 되고, 해수면(S)과 가장 인접한 흘수마크(D)와 해수면(S) 사이의 간격이 흘수마크(D)의 너비 또는 흘수마크(D) 사이의 간격의 절반 정도로 형성되는 경우, 상기 거리값이 50mm 내외의 값으로 산출될 수 있다. 픽셀의 수를 정확히 비교하면 보다 정밀한 거리값이 산출된다.

이와 같은 방식으로 측정된 선박의 흘수가 도 12에 도시되어 있다. 도 12의 해수면(S)과 가장 인접한 흘수마크(D)는 해수면(S) 아래에 잠긴 숫자 6M와 해수면(S) 위의 숫자 7M 사이에 위치한 숫자 6으로 파악되므로, 대략적인 흘수값은 6.6미터로 인식된다. 이러한 흘수값에서 전술한 바와 같은 방식으로 해수면(S)과 가장 인접한 흘수마크(D)(숫자 6)와 해수면(S) 사이의 거리값을 결정하여 차감하면, 도시된 바와 같은 6.593미터, 6.590미터, 6.559미터, 6.588미터, 6.550미터의 매우 정확한 흘수가 측정된다. 상기 흘수는 영상 내에서 지속적으로 변화하는 해수면(S)에 의해 오차 범위 내에서 변동되는 것으로, 최종 흘수는 이러한 흘수를 반복 측정하여 그 평균값을 취하는 방식으로 구해질 수 있다.

이와 같이하여 선박의 흘수를 매우 용이하게, 높은 신뢰도로 측정할 수 있다.

이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고도 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

10: 에지픽셀 20: 해수면픽셀
21: 연결선 100: 선체
200: 보트 300: 카메라
S: 영상 내 해수면 검출방법으로 결정된 해수면
S': 결정 전 해수면 D: 흘수마크
L: 흘수선

Claims (10)

1. 해수면이 촬영된 영상을 입력 받고 상기 영상을 구성하는 픽셀 중 상기 해수면상의 픽셀 및 그 주변의 픽셀들을 에지픽셀로 추출하는 A단계;
   상기 에지픽셀과 상기 에지픽셀이 아닌 픽셀에 서로 다른 코드값을 부여하여 상기 에지픽셀과 상기 에지픽셀이 아닌 픽셀이 서로 구분되도록 상기 영상을 코딩하는 B단계;
   상기 영상 내에서 상기 에지픽셀의 개수가 증가하는 방향을 지시하는 에지추적함수를 정의하고, 상기 에지추적함수로 상기 코드값을 계산하여 그에 대응하는 상기 에지추적함수의 함수값을 각각의 픽셀에 할당하는 C단계; 및
   각각의 픽셀에 할당된 상기 함수값을 추적하여 상기 에지픽셀로부터 서로 연속적으로 연결된 해수면픽셀을 결정하는 D단계를 포함하되,
   상기 에지추적함수는,
   상기 영상 내에서 n행 m열에 위치한 픽셀의 상기 코드값을 A_n,m 이라 하고, 그에 대응하는 상기 에지추적함수의 상기 함수값을 B_n,m 이라 할 때,
   수학식
   B_n,m = Max(B_n,m-1, B_n-1,m-1, B_n+1,m-1)+ A_n,m ,
   B_n,1 = A_n,1
   에 의해 정의되는 영상 내 해수면 검출방법.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 B단계의 상기 코드값 A_n,m 은 추출된 상기 에지픽셀에 대해 1, 상기 에지픽셀이 아닌 픽셀에 대해 0으로 설정되고,
   상기 C단계의 상기 함수값 B_n,m 은 상기 에지픽셀에 대해 1보다 큰 정수로 계산되는 영상 내 해수면 검출방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 D단계의 상기 해수면픽셀은 열의 수 m이 증가할 때마다 할당된 상기 함수값 B_n,m 이 증가하는 방향의 상기 에지픽셀을 서로 연결한 연결선상의 상기 에지픽셀들로 결정되는 영상 내 해수면 검출방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 A단계의 상기 에지픽셀은 상기 영상의 서로 다른 색상 채널(R: 레드, G: 그린, B: 블루)로부터 각각 독립적으로 추출된 후 병합되는 영상 내 해수면 검출방법.
6. 흘수마크가 표시된 선체와 해수면을 함께 촬영하는 a단계;
   촬영된 영상의 상기 흘수마크가 강조되도록 상기 영상을 이진화하는 b단계;
   상기 영상의 상기 흘수마크가 배열된 방향으로 연장된 흘수선을 결정하는 c단계;
   상기 흘수마크를 판독하여 각각의 상기 흘수마크의 흘수값을 인식하는 d단계;
   제1항, 및 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항의 영상 내 해수면 검출방법으로 상기 해수면을 결정하는 e단계; 및
   상기 흘수선을 따라서 상기 해수면과 가장 인접한 상기 흘수마크를 파악하고, 상기 해수면과 가장 인접한 상기 흘수마크의 흘수값에서, 상기 해수면과 가장 인접한 상기 흘수마크와 상기 해수면 사이의 거리값을 뺀 값으로 흘수를 결정하는 f단계를 포함하는 선박의 흘수 측정방법.
7. 제6항에 있어서,
   상기 a단계 이전에, 상기 선체 외측에 측정용 보트를 준비하고, 상기 보트에 팬(pan) 및 틸트(tilt)가 가능한 자동제어카메라를 탑재하는 단계를 더 포함하여, 상기 자동제어카메라로 a단계의 상기 선체와 상기 해수면을 포커싱하여 촬영하는 선박의 흘수 측정방법.
8. 제6항에 있어서,
   상기 b단계의 상기 영상은 서로 다른 상기 흘수마크 및 그 주변을 구성하는 픽셀들로 이루어진 각각의 로컬 윈도우에 대해 서로 다른 임계값을 기준으로 이진화하는 선박의 흘수 측정방법.
9. 제6항에 있어서,
   상기 c단계의 상기 흘수선은 서로 다른 상기 흘수마크의 중앙을 가로질러 상기 e단계의 영상 내 해수면 검출방법으로 결정된 상기 해수면과 교차하는 직선으로 결정되는 선박의 흘수 측정방법.
10. 제6항에 있어서,
    상기 d단계의 상기 흘수마크가 판독될 때, 상기 흘수선이 연장된 방향의 상기 흘수마크의 너비 및 상기 흘수마크 사이의 간격이 측정되고,
    상기 f단계의 상기 거리값은 측정된 상기 흘수마크의 너비 및 상기 흘수마크 사이의 간격으로부터 비례적으로 결정되는 선박의 흘수 측정방법.

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