KR101726506B1 - 위치 보정을 위한 수중 랜드마크 인식 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

위치 보정을 위한 수중 랜드마크 인식 방법이 제공된다. 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 수중 랜드마크 인식 방법은 수중 이미지를 획득하는 단계; 상기 획득한 이미지의 그림자 영역을 기초로 이미지 소나와 후보 기둥의 거리를 산출하는 단계; 상기 산출된 거리에 따라 그림자 판단 마스크 및 랜드마크 판단 마스크의 크기를 결정하는 단계; 상기 결정된 그림자 판단 마스크를 상기 획득한 이미지의 그림자 후보 영역에 적용하여 그림자 영역을 판단하는 단계; 상기 판단된 그림자 영역에 상기 랜드마크 판단 마스크를 적용하여 해당 기둥의 크기를 인식하는 단계; 다수의 기둥에 대하여 상기 결정 단계 내지 크기를 인식하는 단계를 반복하는 단계; 및 다수의 기둥의 크기 및 배치 순서에 따라 적정 랜드마크인지를 판단하는 단계;를 포함하는 위치 보정을 위한 수중 랜드마크 인식 방법이 제공된다.

Description

위치 보정을 위한 수중 랜드마크 인식 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR RECOGNIZING UNDERWATER LANDMARK FOR COMPENSATING POSITION}
본 발명은 위치 보정을 위한 수중 랜드마크 인식 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근, 해양에 대한 관심이 증가함에 따라 해양의 수중 탐사 등과 같은 활동이 함께 증가하고 있다. 이런 활동이 증가하게 되면서 수중 탐사에 주로 사용되고 있는 수중 로봇과 같은 탐지기기도 다양하게 개발되고 있다.
이와 같은 수중 로봇은 현재의 위치를 파악하는 것이 중요한데, 수중 환경에서는 전파를 사용할 수 없기 때문에 현재의 위치를 파악하기 위해 GPS와 같은 항법 장치를 사용할 수 없다.
수중에서 현재 위치를 파악하기 위한 방법으로서, 특히, 해양환경 조사 등과 같이 특정 환경을 시간의 변화에 따라 반복해서 조사해야 하는 경우, 미리 정해진 위치에 설치된 랜드마크 등을 통하여 절대위치를 인식하는 방법이 있다. 그런데, 이와 같은 랜드마크를 인식하기 위해 수중에서 사용 가능한 센서는 제한적이다. 특히, 광학 센서의 경우 수중의 고해상도 영상을 획득할 수 있지만 수중 환경에서 사용 가능한 거리, 즉, 고해상도의 영상을 획득할 수 있는 거리가 제한적이다. 따라서, 수중에서는 주로 음향 센서를 이용한다.
한편, 이러한 음향 센서는 능동적으로 현재 위치를 파악할 수 있는 수중 음향 위치 추적 시스템을 구비한다. 그러나, 이와 같은 수중 음향 위치 추적 시스템은 장시간 수중에 설치하여 사용하기 곤란한 문제점이 있다. 따라서, 위치 보정을 위해 절대위치 정보를 제공하는 랜드마크의 정확하고 효율적인 인식 방법이 요구되고 있다.
공개특허공보 제10-2012-0118381(2012.10.26)
본 발명의 일 실시예는 수중에 설치된 위치 보정용 랜드마크를 정확하게 인식할 수 있는 위치 보정을 위한 수중 랜드마크 인식 방법 및 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 수중 이미지를 획득하는 단계; 상기 획득한 이미지의 그림자 영역을 기초로 이미지 소나와 후보 기둥의 거리를 산출하는 단계; 상기 산출된 거리에 따라 그림자 판단 마스크 및 랜드마크 판단 마스크의 크기를 결정하는 단계; 상기 결정된 그림자 판단 마스크를 상기 획득한 이미지의 그림자 후보 영역에 적용하여 그림자 영역을 판단하는 단계; 상기 판단된 그림자 영역에 상기 랜드마크 판단 마스크를 적용하여 해당 기둥의 크기를 인식하는 단계; 다수의 기둥에 대하여 상기 결정 단계 내지 크기를 인식하는 단계를 반복하는 단계; 및 다수의 기둥의 크기 및 배치 순서에 따라 적정 랜드마크인지를 판단하는 단계;를 포함하는 위치 보정을 위한 수중 랜드마크 인식 방법이 제공된다.
이 때, 상기 랜드마크는 일정 폭(w)과 높이(h)를 기본 단위로, 기본 단위의 2배의 폭, 2배의 높이, 2배의 폭 및 높이를 갖는 4가지 크기의 원기둥으로 이루어질 수 있다.
이 때, 상기 그림자 판단 마스크는 2 X 2 격자로 구성되고, 각 격자 크기는 서로 상이한 비율을 가질 수 있다.
이 때, 상기 그림자 영역을 판단하는 단계는 상기 그림자 판단 마스크의 좌측 하단 격자를 상기 그림자 후보 영역의 좌측 상단에 위치시킬 수 있다.
이 때, 상기 랜드마크 판단 마스크는 2 X 2 격자로 구성되고, 각 격자 크기는 동일할 수 있다.
이 때, 상기 크기를 결정하는 단계는 상기 후보 그림자 영역의 길이를 산출하고, 상기 산출된 길이를 상기 랜드마크 판단 마스크의 격자의 높이로 결정할 수 있다.
이 때, 상기 그림자 영역을 판단하는 단계는 상기 그림자 판단 마스크의 각 격자 내에 포함된 픽셀의 값을 모두 합산하여 정규화하고, 최대값과 최소값의 중간값을 기준으로 중간값보다 크면 1, 중간값보다 작으면 0로 각 격자를 채울 수 있다.
이 때, 상기 기둥의 크기를 인식하는 단계는 상기 랜드마크 판단 마스크의 각 격자 내에 포함된 픽셀의 값을 모두 합산하여 정규화하고, 최대값과 최소값의 중간값을 기준으로 중간값보다 크면 1, 중간값보다 작으면 0로 각 격자를 채울 수 있다.
이 때, 상기 거리를 산출하는 단계는 상기 획득된 이미지로부터 그림자 끝까지의 거리를 추출하고, 상기 후보 기둥의 폭을 상기 기둥의 크기를 인식하는 단계에서 산출된 폭으로 하여 상기 이미지 소나와 상기 후보 기둥 사이의 수평 거리를 산출할 수 있다.
이 때, 상기 랜드마크인지를 판단하는 단계는 인식된 기둥의 수, 기둥 사이의 간격 및 기둥의 크기에 따라 대응하는 랜드마크 ID를 판단할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 수중 이미지를 획득하는 이미지 획득부; 상기 획득한 이미지의 그림자 영역을 기초로 이미지 소나와 후보 기둥의 거리를 산출하는 거리 산출부; 상기 산출된 거리에 따라 그림자 판단 마스크 및 랜드마크 판단 마스크의 크기를 결정하고, 상기 결정된 그림자 판단 마스크를 상기 획득한 이미지의 그림자 후보 영역에 적용하여 그림자 영역인지 판단하는 그림자 판단부; 상기 판단된 그림자 영역에 상기 랜드마크 판단 마스크를 적용하여 해당 기둥의 크기를 인식하고, 다수의 기둥의 크기 및 배치 순서에 따라 적정 랜드마크인지를 판단하는 랜드마크 판단부;를 포함하는 위치 보정을 위한 수중 랜드마크 인식 장치가 제공된다.
이 때, 상기 랜드마크는 일정 폭(w)과 높이(h)를 기본 단위로, 기본 단위의 2배의 폭, 2배의 높이, 2배의 폭 및 높이를 갖는 4가지 크기의 원기둥으로 이루어질 수 있다.
이 때, 상기 그림자 판단 마스크는 2 X 2 격자로 구성되고, 각 격자 크기는 서로 상이한 비율을 가질 수 있다.
이 때, 상기 그림자 판단부는 상기 그림자 판단 마스크의 좌측 하단 격자를 상기 그림자 후보 영역의 좌측 상단에 위치시킬 수 있다.
이 때, 상기 랜드마크 판단 마스크는 2 X 2 격자로 구성되고, 각 격자 크기는 동일할 수 있다.
이 때, 상기 그림자 판단부는 상기 후보 그림자 영역의 길이를 산출하고, 상기 산출된 길이를 상기 랜드마크 판단 마스크의 격자의 높이로 결정할 수 있다.
이 때, 상기 그림자 판단부는 상기 그림자 판단 마스크의 각 격자 내에 포함된 픽셀의 값을 모두 합산하여 정규화하고, 최대값과 최소값의 중간값을 기준으로 중간값보다 크면 1, 중간값보다 작으면 0로 각 격자를 채울 수 있다.
이 때, 상기 랜드마크 판단부는 상기 랜드마크 판단 마스크의 각 격자 내에 포함된 픽셀의 값을 모두 합산하여 정규화하고, 최대값과 최소값의 중간값을 기준으로 중간값보다 크면 1, 중간값보다 작으면 0로 각 격자를 채울 수 있다.
이 때, 상기 거리 산출부는 상기 획득된 이미지로부터 그림자 끝까지의 거리를 추출하고, 상기 후보 기둥의 폭을 상기 랜드마크 판단부에서 산출된 폭으로 하여 상기 이미지 소나와 상기 후보 기둥 사이의 수평 거리를 산출할 수 있다.
이 때, 상기 랜드마크 판단부는 인식된 기둥의 수, 기둥 사이의 간격 및 기둥의 크기에 따라 대응하는 랜드마크 ID를 판단할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 위치 보정을 위한 수중 랜드마크 인식 방법 및 장치는 그림자 영역을 이용하여 수중에서의 절대위치를 제공하기 위한 랜드마크를 정확하고 용이하게 인식할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 위치 보정을 위한 수중 랜드마크 인식 방법 및 장치는 인식된 랜드마크의 절대위치를 이용하여 현재의 위치를 보정할 수 있고, 따라서 장시간 사용중에도 현재의 위치를 파악할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 보정을 위한 수중 랜드마크 인식 방법의 순서도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 보정을 위한 수중 랜드마크 인식 장치에서 랜드마크의 거리 측정 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 보정을 위한 수중 랜드마크 인식 장치에서 랜드마크를 인식하기 위한 랜드마크의 일예를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 그림자 판단 마스크 및 기둥 판단 마스크의 일예를 나타낸다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 보정을 위한 수중 랜드마크 인식 방법에서 마스크 적용의 일예를 나타낸다.
도 8은 도 1의 랜드마크 인식 단계의 세부적인 순서도를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 보정을 위한 수중 랜드마크 인식 장치의 세부 구성을 나타낸 블록도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
이하, 도 1을 참조하여, 위치 보정을 위한 수중 랜드마크 인식 방법(100)을 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 보정을 위한 수중 랜드마크 인식 방법의 순서도를 나타낸다.
본 발명의 위치 보정을 위한 수중 랜드마크 인식 방법(100)은 이미지 소나를 이용하여 획득하는 단계(S101), 그림자 영역을 라벨링하며, 그림자 영역이 맞는지 확인하는 단계(S102 내지 S106), 확인된 그림자 영역을 기반으로 랜드마크를 판단하고 적정한지 확인하는 단계(S107 내지 S109)를 포함할 수 있다.
먼저, 수중 랜드마크 인식 장치에서 수중 이미지를 획득할 수 있다(단계 S101). 구체적으로, 수중 랜드마크 인식 장치(900)에서 랜드마크(1000)를 탐색하기 위해 초음파 신호를 송출할 수 있고, 랜드마크(1000)에 반사되어 돌아오는 초음파 신호를 수신함으로써, 수중 이미지를 획득한다.
또한, 수중 랜드마크 인식 장치(900)에서 획득된 이미지로부터 노이즈를 제거할 수 있으며, 예를 들면, 가우시안 필터 및 모폴로지컬 필터를 사용하여 획득된 이미지에서 노이즈를 제거할 수 있다.
또한, 수중 랜드마크 인식 장치(900)에서 특정 임계치를 기준으로 0~255 사이의 정수 값을 갖는 픽셀의 밝기를 0 또는 1 중 어느 하나의 값으로 이치화할 수 있다.
다음으로, 획득된 이미지에서 그림자 영역을 라벨링할 수 있다(단계 S102). 여기서, 각 라벨은 랜드마크의 후보일 수 있다.
다음으로, 이미지 소나와 랜드마크와의 거리를 산출할 수 있다(단계 S103).
구체적으로, 소나 이미지에서 랜드마크의 그림자 생성모델을 2차원으로 간략화하면 도 2와 같이 나타낼 수 있다. 이때, 소나 이미지는 이미지 소나에서 초음파를 발생시켜 물체에 맞고 되돌아 오는 반사파의 거리를 측정하여 이미지를 구성하며 그림자는 음파가 물체에 부딪혀 되돌아 오지 못한 영역이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 그림자의 시작부분(OA)을 그림자를 나타낸 기준점(y)으로 하면, 그림자 길이(Sh)는 그림자의 끝거리(OD)에서 그림자 시작거리(OA)를 뺀 길이다. 이와 같은 그림자의 끝부분과 시작부분은 소나 이미지에서 이미지 처리를 통해 추출할 수 있다.
여기서, 이미지 소나와 해저면 사이의 거리인 고도(OE)는 수중 로봇에 부착된 고도 센서를 이용하여 실시간으로 측정한 값(H)을 사용한다. 랜드마크의 높이(AB)와 폭(BC)은 사전에 알고 있기 때문에 이를 이용하여 랜드마크와 이미지 소나 상의 거리(AE)를 구할 수 있다.
이때, 소나 이미지의 랜드마크의 크기를 정확히 모르기 때문에, 랜드마크의 높이(AB)와 폭(BC)은 기본적인 크기인 h, w를 기준으로 하여 거리(AE)를 계산한다.
거리(AE)를 계산하는 수식은 아래와 같다.
수식 1
Figure 112015077938295-pat00001
이와 같이, 소나 이미지에서, 그림자 끝거리(OD)만 추출하면, 기본 크기의 랜드마크 기준으로 랜드마크(1000)와 이미지 소나 사이의 수평거리(AE)를 계산할 수 있다.
여기서, 랜드마크(1000)는 그림자의 영역을 최대화할 수 있는 기둥 형상으로 구성된다. 본 발명의 실시예에 따른 랜드마크의 형상은 서로 길이와 두께가 상이한 원기둥 배열의 집합으로 이루어져 있으며, 각 윈기둥의 크기, 배열, 랜드마크의 설치위치에 대한 정보는 사전에 알 수 있다. 예를 들면, 도 3에 도시된 바와 같이, 랜드마크(1000)는 일정 비율을 갖는 4종류의 기둥으로 구성될 수 있으며, 랜드마크(1000)는 높이 h, 폭 w의 기본 기둥과, 기본 기둥에 비하여 폭이 2배, 높이가 2배, 및 폭과 높이가 2배인 기둥 등 4개로 이루어질 수 있다.
다음으로, 소나 이미지에 산출된 거리에 따라 적용할 마스크 크기를 결정할 수 있다(단계 S104). 예를 들면, 마스크는 이미지 소나와 랜드마크(1000)의 수평거리(AE)를 기준으로 다음과 같은 수식을 이용하여 마스크 크기를 결정할 수 있다.
수식 2
그림자 길이(Sh)=
Figure 112015077938295-pat00002
그림자 폭(Sw)= w (기준 랜드마크의 폭 크기)
위의 크기를 그림자 판단 및 기둥 ID 판단 마스크의 단위 크기로 설정한다.
이하, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 그림자 판단 마스크 및 기둥 판단 마스크의 일예를 나타낸다.
보다 구체적으로, 그림자 판단 마스크는 그림자의 끝부분을 확인하기 위하여 서로 상이한 크기를 갖는 2 X 2 격자로 구성될 수 있다. 이때, 우측 하단의 단위 기준 격자를 중심으로 좌측 또는 상측으로 일정 비율 크기의 격자로 구성될 수 있다. 예를 들면, 우측 하단의 기준 격자를 중심으로 좌측으로 그림자 폭의 1/2, 상측으로 그림자 길이의 1/5 크기의 격자로 구성될 수 있다.
또한, 기둥 판단 마스크는 단위 격자의 크기가 그림자 길이(Sh)와 폭(Sw)인 2 X 2 격자로 구성된다. 즉, 랜드마크가 단위 크기의 일정 배수로 구성되기 때문에, 기본 단위 격자로 이루어진 2 X 2 마스크를 사용한다.
다음으로, 라벨링한 영역이 그림자 영역인지 판단할 수 있다(단계 S105). 구체적으로, 수중 랜드마크 인식 장치에서, 도 5에 도시된 바와 같이, 획득한 이미지의 라벨링한 영역에 그림자 판단 마스크를 적용할 수 있으며, 특히, 라벨링 영역을 그림자 판단 마스크의 우측 하단에 위치시켜, 좌측 및 상단 마스크 영역과 구별되는 배경 영역인지를 판단할 수 있다.
이때, 그림자 판단 마스크에서 각각의 마스크 격자 내부의 모든 픽셀 값을 더한 후, 더한 값들을 0~1사이의 값으로 정규화하면서 최소값 및 최대값을 찾을 수 있고, 최소값 및 최대값의 중간값을 기준으로 검정에 가까우면 0을, 흰색에 가까우면 1의 값을 가지도록 할 수 있다. 이와 같이, 2 X 2 격자는 각 격자가 하나의 값으로 표시되어 그림자 영역을 명확하게 구분할 수 있다. 결과적으로, 그림자 판단 마스크에서 마스크의 우측 하단 격자가 검정색(0)으로 채워지고, 좌측 및 상단 격자들이 흰색(1)으로 채워져 있으면, 해당 라벨링 영역이 그림자 영역이라고 판단할 수 있다.
다음으로, 그림자 영역인지 확인할 수 있다(단계 S106). 이때, 그림자 영역이 아니라고 확인되면, 단계 S102로 복귀하여 그림자 영역의 라벨링을 다시 수행할 수 있으며, 그림자 영역인 경우, 단계 S107 과정을 수행할 수 있다.
다음으로, 확인된 그림자 영역을 기반으로 기둥 ID를 판단할 수 있다(단계 S107). 구체적으로, 확인된 그림자 영역에 랜드마크 판단을 위한 기둥의 ID를 판단하기 위해 랜드마크 판단 마스크를 적용할 수 있으며, 도 6에 도시된 바와 같이, 그림자 영역에 랜드마크 판단 마스크를 적용할 수 있으며, 랜드마크 판단 마스크는 2 X 2 형태로 제공될 수 있고, 각각의 마스크 격자 크기는 기준 높이 및 기준 폭 크기를 가지고 있어서, 그림자 영역을 왼쪽 상단을 기준으로 위치시켜 그림자의 크기를 통한 랜드마크(1000)의 높이 및 폭을 판단할 수 있어 각각의 기둥 정보들을 판단하여 랜드마크의 정보를 파악할 수 있다.
다음으로, 판단된 기둥 ID를 이용해 랜드마크를 판단할 수 있다(단계 S108).
이때, 판단된 기둥 ID로부터 랜드마크 ID를 인식하기 위해서는 추가적인 기둥의 정보를 파악하여야 하며 더욱 상세하게는, 도 8을 참조하여, 랜드마크의 인식 방법(800)을 통해 설명할 수 있다.
이하, 도 8을 참조하여, 랜드마크의 인식 방법(800)을 상세하게 설명할 수 있다.
랜드마크의 인식 방법(800)은 먼저, 단계 S107에서 인식된 기둥 ID 정보를 이용하여 기둥 수가 설정 값인지 판단할 수 있다(단계 S801). 구체적으로, 본 실시예는 수중에 사전 약속된 기둥들이 배열되어 있으며, 예시적으로는 기둥의 수가 5개로 설정될 수 있다. 이때, 수중 랜드마크 인식 장치에서 판단된 기둥의 수가 설정된 값이 아니라고 판단하면, 단계 S109로 진행할 수 있다.
단계 S801의 판단 결과, 기둥 수가 설정 값과 동일하다고 판단하면, 기둥 간격이 일정한지 판단할 수 있다(단계 S802). 구체적으로, 상술한 바와 같은 각각의 기둥과 이미지 소나 사이의 거리 산출에 따라 기둥 사이의 간격을 산출할 수 있다. 이때, 기둥의 간격이 일정하지 않다고 판단하면, 단계 S109로 진행할 수 있다.
단계 S802의 판단 결과, 기둥 간격이 일정하다고 판단하면, 도 7에 도시된 바와 같이, 기둥의 배치 순서에 따라 구성된 랜드마크 ID를 분석하고, 분석된 랜드마크 ID와 일치하는 정보가 존재하는지 판단할 수 있다(단계 S803). 이때, 일치하는 랜드마크 ID가 존재하지 않는다고 판단하면, 단계 S109로 진행할 수 있다.
다시, 도 5를 참조하면, 단계 S108에서 랜드마크 판단에 따라, 인식된 랜드마크가 적정한지 판단할 수 있다(단계 S109). 구체적으로, 랜드마크 인식 방법(800)에 따라 랜드마크가 적절하게 인식되었다고 판단하면, 랜드마크 인식을 종료할 수 있다.
한편, 랜드마크 인식 방법(800)에 따라 랜드마크가 적절하게 인식되지 않았다고 판단하면, 수중 랜드마크 인식 장치에서 획득한 이미지가 랜드마크를 판단하기에 적절하지 못했던 것일 수 있으므로 단계 S101로 복귀하여 수중 이미지를 다시 획득할 수 있다
이와 같이, 랜드마크 ID에 따라 랜드마크를 정확하게 인식하면, 랜드마크의 절대위치를 기준으로, 이미지 소자와 랜드마크(1000) 사이의 상대 거리를 계산하여 이미지 소나의 위치를 보정할 수 있다.
이때, 이미지 소나와 랜드마크(1000) 사이의 산출된 거리는 도 2에서 랜드마크의 폭(w)을 기준 크기로 설정한 것이므로, 기둥 ID 식별을 통하여 확인된 기둥의 폭(BC)과 높이(AB)를 적용하여 정확한 거리를 재산출할 수 있다.
이와 같은 방법에 의해, 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 보정을 위한 수중 랜드마크 인식 방법 및 장치는 그림자 영역을 이용하여 수중에서의 절대위치를 제공하기 위한 랜드마크를 정확하고 용이하게 인식할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 보정을 위한 수중 랜드마크 인식 방법 및 장치는 인식된 랜드마크의 절대위치를 이용하여 현재의 위치를 보정할 수 있고, 따라서 장시간 사용 중에도 현재의 위치를 파악할 수 있다.
이하에서는 도 9를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 보정을 위한 수중 랜드마크 인식 장치의 세부 구성을 나타낸 블록도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 위치 보정을 위한 수중 랜드마크 인식 장치(900)는 이미지 획득부(910), 거리 산출부(920), 그림자 판단부(930) 및 랜드마크 판단부(940)를 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 이미지 획득부(910)는 랜드마크(1000)를 탐색하기 위해 초음파 신호를 송출할 수 있고, 랜드마크(1000)에 반사되어 돌아오는 초음파 신호를 수신함으로써, 수중 이미지를 획득한다.
또한, 이미지 획득부(910)는 획득된 이미지로부터 노이즈를 제거할 수 있다. 이미지 획득부(910)는 예를 들면, 가우시안 필터 및 모폴로지컬 필터를 사용하여 획득된 이미지에서 노이즈를 제거할 수 있다.
또한, 이미지 획득부(910)는 특정 임계치를 기준으로 0~255 사이의 정수 값을 갖는 픽셀의 밝기를 0 또는 1 중 어느 하나의 값으로 이치화할 수 있다.
거리 산출부(920)는 이미지 획득부(910)로부터 획득된 랜드마크(1000)의 그림자 정보를 이용하여 수중 위치 보정 장치(900)가 장착된 이미지 소나와 랜드마크(1000) 사이의 거리를 측정할 수 있다.
그림자 판단부(930)는 거리 산출부(920)에서 산출된 거리의 크기에 따라 그림자 마스크의 크기를 결정할 수 있다.
보다 구체적으로, 그림자 판단 마스크는 그림자의 끝부분을 확인하기 위하여 서로 상이한 크기를 갖는 2 X 2 격자로 구성될 수 있다. 이때, 우측 하단의 단위 기준 격자를 중심으로 좌측 또는 상측으로 일정 비율 크기의 격자로 구성될 수 있다. 예를 들면, 우측 하단의 기준 격자를 중심으로 좌측으로 그림자 폭의 1/2, 상측으로 그림자 길이의 1/5 크기의 격자로 구성될 수 있다.
또한, 기둥 판단 마스크는 단위 격자의 크기가 그림자 길이(Sh)와 폭(Sw)인 2 X 2 격자로 구성된다. 즉, 랜드마크가 단위 크기의 일정 배수로 구성되기 때문에, 기본 단위 격자로 이루어진 2 X 2 마스크를 사용한다.
그림자 판단부(930)는 이치화된 이미지에서 그림자의 후보 영역을 라벨링할 수 있다. 이때, 그림자 판단부(930)는 거리 산출부(920)에 의해 격자 크기가 결정된 판단 마스크를 이용하여, 이미지 획득부(910)로부터 획득된 이미지 중 라벨링 영역이 그림자인지 판단할 수 있다. 이때, 그림자 판단부(930)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 라벨링 영역을 그림자 판단 마스크의 우측 하단에 위치시킬 수 있다. 여기서, 마스크의 우측 하단이 그림자 영역에 정확하게 일치하면, 그 좌측 및 상측은 배경으로 구분될 수 있다. 즉, 그림자 판단 마스크의 하단을 그림자 후보 영역에 위치시킨 후 마스크의 좌측 및 우측 상단을 값을 확인함으로써, 해당 라벨링 영역이 그림자 영역인지 판단할 수 있다.
이때, 그림자 판단부(930)는 각각의 마스크 격자 내부의 모든 픽셀 값을 더한 후, 더한 값들을 0~1사이의 값으로 정규화하면서 최소값 및 최대값을 찾을 수 있고, 최소값 및 최대값의 중간값을 기준으로 검정에 가까우면 0을, 흰색에 가까우면 1의 값을 가지도록 할 수 있다. 이와 같이, 2 X 2 격자는 각 격자가 하나의 값으로 표시되어 그림자 영역을 명확하게 구분할 수 있다. 결과적으로, 그림자 판단부(930)는 마스크의 우측 하단 격자가 검정색(0)으로 채워지고, 좌측 및 상단 격자들이 흰색(1)으로 채워져 있으면, 해당 라벨링 영역이 그림자 영역이라고 판단할 수 있다.
랜드마크 판단부(940)는 랜드마크 판단 마스크를 적용하여 그림자로 판단된 영역이 기 설정된 랜드마크인지 판단할 수 있다.
구체적으로 랜드마크 판단부(940)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 그림자 영역의 좌측 상단을 기준으로 상술한 바와 같은 2 X 2 랜드마크 판단 마스크를 위치시킬 수 있다.
이때, 랜드마크 판단부(940)는 상술한 바와 같이, 랜드마크 판단 마스크의 각 격자를 0 또는 1로 결정함으로써, 격자 내에 표시되는 그림자 영역에 대응하는 격자 수에 따라 랜드마크(1000)를 구성하는 각 기둥의 높이 및 폭을 판단할 수 있다. 결과적으로, 랜드마크 판단부(940)는 각 기둥의 높이 및 폭에 따라 기둥 ID를 판단할 수 있다.
또한, 랜드마크 판단부(940)는 상술한 바와 같이 판단된 각 기둥 ID를 이용하여 기둥들의 크기 및 순서의 조합에 따른 랜드마크 ID를 판단할 수 있다. 여기서, 랜드마크(1000)는 일정 수의 기둥과, 기둥들의 형상, 및 기둥들의 배치 순서에 따라 랜드마크를 식별하기 위한 ID 정보를 제공할 수 있다. 따라서, 랜드마크 판단부(940)는 도 7에 도시된 바와 같이, 판단된 기둥 ID를 이용하여 랜드마크(1000) ID를 판단할 수 있다.
이와 같은 구성에 의해, 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 보정을 위한 수중 랜드마크 인식 방법 및 장치는 그림자 영역을 이용하여 수중에서의 절대위치를 제공하기 위한 랜드마크를 정확하고 용이하게 인식할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 보정을 위한 수중 랜드마크 인식 방법 및 장치는 인식된 랜드마크의 절대위치를 이용하여 현재의 위치를 보정할 수 있고, 따라서 장시간 사용 중에도 현재의 위치를 파악할 수 있다.
이상에서는 본 발명을 실시예에 기초하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 상기 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
900 : 위치 보정을 위한 수중 랜드마크 인식 장치
910 : 이미지 획득부 920 : 거리 산출부
930 : 그림자 판단부 940 : 랜드마크 판단부
1000 : 랜드마크

Claims (20)

  1. 수중 이미지를 획득하는 단계;
    상기 획득한 이미지의 그림자 영역을 기초로 이미지 소나와 후보 기둥의 거리를 산출하는 단계;
    상기 산출된 거리에 따라 그림자 판단 마스크 및 랜드마크 판단 마스크의 크기를 결정하는 단계;
    상기 결정된 그림자 판단 마스크를 상기 획득한 이미지의 그림자 후보 영역에 적용하여 그림자 영역을 판단하는 단계;
    상기 판단된 그림자 영역에 상기 랜드마크 판단 마스크를 적용하여 해당 기둥의 크기를 인식하는 단계;
    다수의 기둥에 대하여 상기 결정 단계 내지 크기를 인식하는 단계를 반복하는 단계; 및
    다수의 기둥의 크기 및 배치 순서에 따라 적정 랜드마크인지를 판단하는 단계;
    를 포함하며,
    상기 그림자 영역을 판단하는 단계는 상기 그림자 판단 마스크의 각 격자 내에 포함된 픽셀의 값을 모두 합산하여 정규화하고, 최대값과 최소값의 중간값을 기준으로 중간값보다 크면 1, 중간값보다 작으면 0로 각 격자를 채우는 위치 보정을 위한 수중 랜드마크 인식 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 랜드마크는 일정 폭(w)과 높이(h)를 기본 단위로, 기본 단위의 2배의 폭, 2배의 높이, 2배의 폭 및 높이를 갖는 4가지 크기의 원기둥으로 이루어지는 위치 보정을 위한 수중 랜드마크 인식 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 그림자 판단 마스크는 2 X 2 격자로 구성되고, 각 격자 크기는 서로 상이한 비율을 갖는 위치 보정을 위한 수중 랜드마크 인식 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 그림자 영역을 판단하는 단계는 상기 그림자 판단 마스크의 좌측 하단 격자를 상기 그림자 후보 영역의 좌측 상단에 위치시키는 위치 보정을 위한 수중 랜드마크 인식 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 랜드마크 판단 마스크는 2 X 2 격자로 구성되고, 각 격자 크기는 동일한 위치 보정을 위한 수중 랜드마크 인식 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 크기를 결정하는 단계는 상기 그림자 후보 영역의 길이를 산출하고, 상기 산출된 길이를 상기 랜드마크 판단 마스크의 격자의 높이로 결정하는 위치 보정을 위한 수중 랜드마크 인식 방법.
  7. 삭제
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 기둥의 크기를 인식하는 단계는 상기 랜드마크 판단 마스크의 각 격자 내에 포함된 픽셀의 값을 모두 합산하여 정규화하고, 최대값과 최소값의 중간값을 기준으로 중간값보다 크면 1, 중간값보다 작으면 0로 각 격자를 채우는 위치 보정을 위한 수중 랜드마크 인식 방법.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 거리를 산출하는 단계는 상기 획득된 이미지로부터 그림자 끝까지의 거리를 추출하고, 상기 후보 기둥의 폭을 상기 기둥의 크기를 인식하는 단계에서 산출된 폭으로 하여 상기 이미지 소나와 상기 후보 기둥 사이의 수평 거리를 산출하는 위치 보정을 위한 수중 랜드마크 인식 방법.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 랜드마크인지를 판단하는 단계는 인식된 기둥의 수, 기둥 사이의 간격 및 기둥의 크기에 따라 대응하는 랜드마크 ID를 판단하는 위치 보정을 위한 수중 랜드마크 인식 방법.
  11. 수중 이미지를 획득하는 이미지 획득부;
    상기 획득한 이미지의 그림자 영역을 기초로 이미지 소나와 후보 기둥의 거리를 산출하는 거리 산출부;
    상기 산출된 거리에 따라 그림자 판단 마스크 및 랜드마크 판단 마스크의 크기를 결정하고, 상기 결정된 그림자 판단 마스크를 상기 획득한 이미지의 그림자 후보 영역에 적용하여 그림자 영역인지 판단하는 그림자 판단부;
    상기 판단된 그림자 영역에 상기 랜드마크 판단 마스크를 적용하여 해당 기둥의 크기를 인식하고, 다수의 기둥의 크기 및 배치 순서에 따라 적정 랜드마크인지를 판단하는 랜드마크 판단부;
    를 포함하되,
    상기 그림자 판단부는 상기 그림자 판단 마스크의 각 격자 내에 포함된 픽셀의 값을 모두 합산하여 정규화하고, 최대값과 최소값의 중간값을 기준으로 중간값보다 크면 1, 중간값보다 작으면 0로 각 격자를 채우는 위치 보정을 위한 수중 랜드마크 인식 장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 랜드마크는 일정 폭(w)과 높이(h)를 기본 단위로, 기본 단위의 2배의 폭, 2배의 높이, 2배의 폭 및 높이를 갖는 4가지 크기의 원기둥으로 이루어지는 위치 보정을 위한 수중 랜드마크 인식 장치.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 그림자 판단 마스크는 2 X 2 격자로 구성되고, 각 격자 크기는 서로 상이한 비율을 갖는 위치 보정을 위한 수중 랜드마크 인식 장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 그림자 판단부는 상기 그림자 판단 마스크의 좌측 하단 격자를 상기 그림자 후보 영역의 좌측 상단에 위치시키는 위치 보정을 위한 수중 랜드마크 인식 장치.
  15. 제 11항에 있어서,
    상기 랜드마크 판단 마스크는 2 X 2 격자로 구성되고, 각 격자 크기는 동일한 위치 보정을 위한 수중 랜드마크 인식 장치.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 그림자 판단부는 상기 그림자 후보 영역의 길이를 산출하고, 상기 산출된 길이를 상기 랜드마크 판단 마스크의 격자의 높이로 결정하는 위치 보정을 위한 수중 랜드마크 인식 장치.
  17. 삭제
  18. 제 11항에 있어서,
    상기 랜드마크 판단부는 상기 랜드마크 판단 마스크의 각 격자 내에 포함된 픽셀의 값을 모두 합산하여 정규화하고, 최대값과 최소값의 중간값을 기준으로 중간값보다 크면 1, 중간값보다 작으면 0로 각 격자를 채우는 위치 보정을 위한 수중 랜드마크 인식 장치.
  19. 제 11항에 있어서,
    상기 거리 산출부는 상기 획득된 이미지로부터 그림자 끝까지의 거리를 추출하고, 상기 후보 기둥의 폭을 상기 랜드마크 판단부에서 산출된 폭으로 하여 상기 이미지 소나와 상기 후보 기둥 사이의 수평 거리를 산출하는 위치 보정을 위한 수중 랜드마크 인식 장치.
  20. 제 11항에 있어서,
    상기 랜드마크 판단부는 인식된 기둥의 수, 기둥 사이의 간격 및 기둥의 크기에 따라 대응하는 랜드마크 ID를 판단하는 위치 보정을 위한 수중 랜드마크 인식 장치.
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