KR101798396B1 - 조수간만 차이를 반영한 해양 양식장 방범용 감시 시스템 및 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 조수간만 차이를 반영한 해양 양식장 방범용 감시 시스템 및 제어 방법을 개시한다.
본 발명의 감시 시스템은 조수간만의 차이에 따른 해수면의 높이를 측정하기 위해 양식장에 설치된 표적체(물품보관함, 적조센서용 태양광지열판, 발광부표); 양식장 감시구역에 대한 영상을 획득하며 팬/틸트/줌 구동기를 구비한 일반영상 카메라; 양식장 감시구역에 대한 열화상을 획득하며 상기 일반영상 카메라에 대해 독립적으로 구동되는 팬/틸트 구동기를 구비한 열화상 카메라; 상기 열화상 카메라에 설치되어 촬영된 피사체 또는 상기 표적체에 대한 거리정보를 측정하는 레이저거리측정기; 및 상기 일반영상 카메라 또는 열화상 카메라에서 촬영된 영상을 기초로 카메라와 장비를 제어하는 제어부;를 포함하며,
상기 제어부는, 상기 양식장의 감시구역을 스캐닝한 주변지형을 감시지도로 저장하고, 영상취득부에서 촬영된 영상에 카메라의 팬/틸트 각도로 설정되는 가상의 출연감지라인(Virtual Line)으로 경계구역을 지정하며, 가상의 출연감지라인(Virtual Line)에 출연한 피사체를 상기 레이저측정기의 이격거리(Z)로 촬영영상 좌표 값(X, Y)으로 이벤트 여부를 판단하고, 일정한 시간 간격으로 해양 양식장의 특정 표적체의 위치 좌표 값(X,Y,Z)와 저장된 초기 위치점(X,Y,Z)을 비교하여 해수면 높이변화에 따라 상기 카메라의 중심좌표와 출연감지라인(Virtual Line)의 위치를 자동으로 보정하도록 구성되어, 조수간만에 차이를 고려하여 감시영역을 자동으로 실시간 보정하면서 감시 영상을 취득하고 분석하며, 이벤트 발생시 피사체를 추적하는 지능형으로 구현된 해양 양식장 방범용 감시 시스템에 관한 것이다.

Description

조수간만 차이를 반영한 해양 양식장 방범용 감시 시스템 및 제어 방법{The monitoring systems for Marine aquaculture and a shaft aligning method of the cameras}

본 발명은 조수간만 차이를 반영한 해양 양식장 방범용 감시 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열화상 카메라, 일반영상 카메라, 레이저거리측정기의 구성으로 조수간만 차이에 따른 해수면 변화에 맞춰 해상 양식장 경계구역 주변에 출연한 피사체를 추적, 감시하는 영상을 분석하도록 구성된 양식장 방범용 지능형 감시 시스템에 관한 것이다.

최근 생활수준의 향상에 따라 활어패류에 대한 수요가 증가하고 있으나, 수산자원의 고갈, 조업규제, 가용 어장 축소 등으로 인하여 자연 어획량은 크게 감소하고 있어 양식을 통해 조달되는 어패류의 비중이 갈수록 증가하고 있다.

양식이란 육상에 인공수조를 만들거나, 바다나 호수에 인공으로 그물망이나 인공어초를 만들어 어류 또는 수산 생물을 기르고 번식시키는 것으로, 양식장은 어패류의 종류에 따른 생장환경과 사육비용을 감안하여 설치되며, 일반적으로 양식은 가까운 바다에 설치된 해상 양식장을 이용해 양식을 하고 있다.

최근 해상 양식은 해수순환의 악화로 인한 어병 발병률이 상승하는 등의 문제점을 고려하여 수심이 깊고 해수 순환이 좋은 개방형 앞바다에 설치되는 양식장의 개발이 추진되고 있는데, 이와 같은 양식장은 육지로부터 멀리 떨어진 외해에 설치되므로 양식 중인 어패류가 도난 피해에 쉽게 노출된다는 문제점이 있다.

대표적인 양식생물 절도사례로 2001년 10월 16일 통영(統營)에서 발생한 약 2억 4백만원 상당의 우렁쉥이 절도사건, 2002년 4월 1일 통영에서 발생한 약 3억45만원 상당의 양식 우럭 절도사건 등이 있었고, 2008년도에 동해연안에서 어패류절도사건이 크게 증가하였다고 동해지방 해양경찰청이 발표한 바 있으며, 2014년 4월 15일에도 통영에서 약1억 5천만원 상당의 양식어류 절도사건이 발생하는 등 양식장 도난피해는 지속적으로 발생하고 있는 실정이다.

양식장 절도사건은 최근 고가 전복과 고기 어종의 대량양식에 따라 사건의 수와 피해규모가 점차 증대되고 있는데, 이러한 양식장 절도사건은 적조 피해와 함께 양식어민들에게 귀중한 재산손실을 입히는 대표적인 사례이므로 이를 해소하기 위해 어민들 자체적으로 24시간 어장을 직접 감시하는 방법을 강구하기도 하였다. 그러나 상기한 직접적인 감시 방법은 많은 인력과 노력이 소요될 뿐만 아니라, 육안으로는 침입 어선의 식별이 어렵고 증거수집이 별도로 필요하다는 점 등 도난 사고의 대응 방안으로서도 한계가 있어, 양식장의 도난 방지용 감시시스템의 개발이 요구됨에 따라 다양한 기술이 개발되었다. 양식장 주변을 항해하는 어선들로 인하여 해양안전사고 어선 화재, 어부의 실족사고와 같은 상황을 모니터링 하고, 양식장 주변에 항해하는 어선이 양식장 어망을 훼손하는 사건이 발생한 경우, 그 원인 제공자를 규명하고, 피해 금액을 산정하는데 있어서는 1km 이상 중거리에서도 어선를 식별할 수 있는 영상감시 시스템이 요구되고 있다.

이와 같은 목적으로 개발된 종래의 기술로서 대한민국 공개특허 제10-2012-0087212호 가두리 양식장 원격 감시 장치와 같이 양식장의 해상 설비에 동체 감지용 센서를 다수 개 설치한 센서네트워크 기반의 무인 감시시스템으로 구성된 기술이 개발되었으나, 해상 양식장 설비에 전기설비를 직접 설치하는 경우에는 수분과 염분, 그리고 바람이나 파도로 인한 고장 위험성이 높을 뿐만 아니라, 수상 또는 수중에 설치된 카메라의 경우 설치 조건상 카메라의 시야가 좁아져 카메라의 사각지대가 커지고 렌즈가 해수에 오염되어 해상도가 떨어지는 문제점이 있다.

한편, CCTV를 통해 양식장을 감시하며 양식장의 침입 상황을 확인할 수 있도록 구성된 대한민국 등록특허 제10-1317961호 스마트기기와 CCTV를 활용한 재난 및 방범 관리 시스템과 기술들과, 레이더 신호에 감응하는 어선자동식별장치를 어선에 설치하고 어선자동식별장치가 설치된 어선과 설치되지 않은 어선을 육상에 설치된 레이더 감지 장치에 의해 식별하도록 구성된 대한민국 등록특허 제10-0904302호 양식어장 보호를 위한 집단감시 디지털 시스템과 같은 기술들도 개발되었다.

그러나 등록특허 제10-1317961호의 기술은 남해안, 서해안과 같이 조수간만의 차가 큰 해상에 설치된 양식장의 경우 해수면의 높이 차이에 따라 감시영역이 변동되는 것에 대한 고려가 없어 불필요한 경고 이벤트와 감시영역을 벗어난 촬영이 실행되는 문제점이 있고, 등록특허 제10-0904302호의 기술은 양식장 주변을 항해하는 선박에 어선자동식별장치가 탑재되어 있는 지를 감지하여 침입이 이루어지는 것인지를 감시하므로 선박을 이용하지 않는 침입에 대해서는 인식할 수 없을 뿐만 아니라, 영상 증거를 확보하기 어려워 사후 대응에도 어려운 문제점이 있다.

대한민국 공개특허 제10-2012-0087212호 대한민국 등록특허 제10-1317961호 대한민국 등록특허 제10-0904302호

본 발명은 일반영상 카메라와 열화상 카메라를 모두 사용하여 경계구역을 감시하되, 해수면 높이가 변하는 해상, 특히 남해안, 서해안의 밀물과 썰물로 인한 자연현상으로 간조시와 만조시 해수면 차이가 약 5~8m정도 발생하는 해상 양식장을 해수면 수위에 맞춰 감시하는 것이 주된 목적이다. 이를 구현하기 위해, 레이저거리측정기를 활용하여 양식장내에 특정 표적체를 인지하여 해수면 높이를 인지하고, 팬/틸트로 구동되는 일반영상 카메라와 열화상 카메라의 팬 회전각도, 틸트 회전각도의 정보를 이용하여 가상 출연감지라인을 설정하고, 의심이 되는 피사체가 출연감지라인 내에 존재하는 경우만 이벤트와 추적촬영을 수행하는 것을 과제로 한다.

또한, 본 발명은 400~1,000m 중거리만큼 떨어진 경계구역을 감시하기 위한 감시시스템에 있어 카메라들의 일반영상 카메라의 영점보정을 수행하여 일반영상 카메라와 열화상 카메라의 중심축이 평행하지 않을 때 열화상 카메라의 좌표 값으로 일반영상 카메라를 줌 확대 촬영하면 감시영역을 벗어나게 되어 오촬영이 진행되는 것을 방지하는 것을 과제로 한다.

본 발명은 일반영상 카메라와 열화상 카메라를 모두 사용하여 경계구역을 감시하되, 해수면 높이 변화가 간조시와 만조시 차이가 약 5~8m정도 발생하는 해변에 영상감시 시스템을 설치하여 운영한다.

카메라의 영상분석 과정에서 피사체에 대한 경고(이벤트) 발생여부를 판단하는 있어서 기존은 카메라 영상분석 좌표값(X,Y)을 통해 피사체를 판단하였지만, 본 발명에서는 해수면 높이 변화로 인하여 피사체 또는 경계구역이 시간에 따라서 변화하는 특성을 고려하였다. 그래서 본 발명에서는 레이저거리측정기 장비를 활용하여, 카메라와 피사체간에 직선거리를 측정하여 그 측정값이 경계구역범위 안에 있는 지 여부를 판단하여 움직이는 피사체에 대한 경고(이벤트)여부를 판단하게 된다. 기존 촬영영상 전체에서 움직이는 피사체를 식별해야 하기 때문에 불필요한 지역에 있는 피사체도 감시하는 경우가 발생된다. 이에 본 발명에서는 촬영영상에 가상의 경계라인 또는 출연감지라인를 설정하고, 출연감지라인 내에 존재하는 피사체만 식별하기 때문에 불필요한 이벤트 발생을 줄일 수 있다. 출연감지라인 밖의 영상은 기록을 위해 녹화는 되지만, 이벤트 판단 여부에는 영향을 주지 않는다.

아울러, 본 발명은 감시카메라는 해안가, 부두가, 방파제 시설물 등에서 4~6m 높이 정도의 CCTV 폴대 위에 설치하여 해안가 양식장을 감시하는 장비이다. 기존 일반영상 카메라와 열화상 카메라가 한 개 카메라 케이스에 조립된 상태로 감시를 수행할 경우, 근거리 200m 이내는 일반영상 카메라와 열화상 카메라의 중심축이 오차범위를 벗어나서 조립되어도 감시활동이 가능하였지만, 본 발명과 같이 400~1,000m 중거리 이상 떨어진 해상 양식장을 감시할 때에는 두 개의 카메라의 중심축이 평행하지 않을 경우 열화상 카메라의 영상과 일반영상 카메라를 줌 확대한 영상이 일치하지 않는 경우가 발생한다. 본 발명에서는 열화상 카메라와 일반영상 카메라를 각각 독립된 팬/틸트 구동이 되도록 분리하여 설치하여, 데이터 영점보정을 실시한다. 열화상 카메라와 레이저거리측정기는 한 개의 케이스에 조립하지만, 촬영 피사체 소형어선의 크기를 고려하여 1,000m 거리에서도 열화상 카메라 영상과 레이저거리측정기 측정 포인트가 일치하도록 설치현장에서 기구적 조립보정 방법을 제시한다.

본 발명에서는 감시시스템의 주요 하드웨어로 일반영상 카메라, 열화상 카메라, 레이저거리측정기로 구성되고, 촬영영상에 경계구역을 설정하는 감시지도(영상맵), 출연감지라인를 설정할 수 있는 지능형 소프트웨어로 구성된다.

일반영상 카메라는 일반영상 카메라, 칼라 카메라, 일상 카메라, 네트워크 카메라, IP 카메라라고 명명한다. 일반영상 카메라는 주간에 최대 2,000m까지 확대촬영, 어선 식별이 가능하도록 32배속 정도 줌렌즈가 장착된 칼라카메라이고, 야간에는 최대 1,000m까지 인공조명, LED투광기, IR투광기를 사용하여 저조도상태에서 감시영역을 촬영하게 된다. 영상카메라는 PTZ, 패닝(수평회전), 틸팅(수직회전), 줌(렌즈 화각 조정, 직선운동) 기능을 갖추고 있다. 카메라의 화소는 240만 화소이고, 카메라 화각은 수평 62.8도, 수직 36.8도이고, 최대 줌 확대시 화각는 수평 2.23도, 수직 1.26도이다.

열화상 카메라는 일반적으로 열화상카메라, 열상카메라, TOD라고 명명한다. 열화상 카메라는 적외선 열원 감시센서를 활용하여 이를 온도로 표현하는 영상카메라이다. 열화상 카메라는 패닝(수평회전), 틸팅(수직회전)이 기능을 갖추고 있다. 최근에는 열화상 카메라에 줌 기능을 추가한 카메라가 있지만, 일반적으로 사용할 때는 줌 기능이 없는 열화상카메라로 사용되고 있다. 열화상 카메라는 디지털 줌 기능으로 2배속, 4배속이 등이 가능하다. 열화상 카메라의 화소는 640×480=약 30만픽셀이고, 화각은 수평화각 6도, 수직화각 4도이다.

레이저거리측정기(LRF)는 레이저 다이오드로부터 발사하는 짧은 펄스의 광선이 측정 목표물에 반사되어 수광부의 감광소자가 다시 수신하는 방식이고, 측정 대기 물체까지의 정확한 거리는 측정값 및 빛전송속도를 사용하여 계산된다. 도 7의 레이저거리측정 망원경과 같이 중앙부분에 특정 피사체가 일정한 면적으로 캡처되면, 이를 거리로 표시하게 된다. 본 발명에 사용하는 레이저거리측정기 측정범위는 약 1.5km까지 측정이 가능하다.

감시시스템의 영상처리 과정중 스캐닝한 영상과 열화상은 감시지도(영상맵)에 저장된다. 감시지도(영상맵)의 데이터는 카메라의 패닝(수평회전각도), 틸트(수직회전각도)로 구성되고, 각 피사체 위치는 수평각도(X), 수직각도(Y)로 좌표값을 지정된다. 또한 경계구역 외곽을 가상의 출연감지라인(Virtual Line)로 구획할 수 있고, 출연감지라인도 카메라의 팬닝/틸트 좌표값으로 정의되어 출연감지라인 면적을 설정하게 된다. 카메라 설치 높이와 해수면의 높이 변화에 따라서 시간별로 출연감지라인의 면적이 변화게 된다. 영상분석 단계에서는 출연감지라인 밖에는 마스킹 처리를 통해 이벤트 판단 여부 프로그램에는 입력되지 않고, 출연감지라인만 이벤트 판단 여부에 입력 데이터로 처리된다. 출연감지라인 내측과 외곽 영상은 기존 영상 녹화기에 촬영영상이 녹화된다.

본 발명에 따르면, 400~1,000m 중거리 범위 내에서 CCTV감시시스템에 적용하는 카메라 시스템에 관한 내용으로, 종전에는 해수면 변화를 고려하지 않고 감시구역을 넓게 감시하여 양식장 주변을 항해하는 대형 여객선, 중소형급 어선 등을 모두 감시하여 빈번하게 이벤트가 발생하고, 불필요한 피사체를 추적촬영하는 것을 개선할 있도록, 본 발명을 통해 해수면에 변화를 직접 측정하는 레이저거리측정기의 데이터를 반영하여, 범위가 좁은 경계지역을 집중하여 감시하면서 출연감지라인 내에 움직이는 피사체만 추적촬영하기 때문에 양식장 주변을 항해하는 어선에 대해서는 불필요한 이벤트 발생을 줄일 수 있어 보다 효율적으로 감시가 가능하다.

본 발명은 400~1,000m 중거리만큼 떨어진 경계구역을 감시할 때 일반영상 카메라와 열화상 카메라의 중심축 평행도가 설정된 오차범위를 벗어나는 것을 방지하도록 영점보정 제어방법을 제공하여 열화상카메라의 좌표 값에 따라 일반영상 카메라 줌 확대 촬영할 경우 감시영역을 벗어나게 되어 촬영오차가 발생하는 것을 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해양 양식장 방범용 감시시스템을 개략적으로 도시한 블록도;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 조수간만에 차이를 반영한 감시방법을 개략적으로 설명하는 흐름도;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 조수간만에 차이에 따른 양식장과 감시카메라 영상취득 방법을 설명한 사시도;
도 4a, 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 다수의 카메라간에 배치와 레이저거리측정기를 활용 방법에 관한 사시도;
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 간에 중심축 불일치, 정렬오차에 따른 영상 불일치 사례를 감시지도(영상맵)으로 설명하는 사시도;
도 6은 카메라 중심축 정렬오차를 보정하는 영점보정 프로그램 흐름도;
도 7은 레이저거리측정기와 동일한 원리 레이저거리측정망원경으로 해양 양식장 및 주변 피사체에서 조수간만의 차이에 따른 촬영 영상의 차이점을 나타낸 사시도;

이하의 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명의 해상 해양 양식장 방범용 감시시스템은 피사체 추적 기능이 있는 감시용 PTZ카메라를 이용한 감시시스템에 관한 것으로 해양 양식장을 감시하는데 있어 조수간만에 차이를 고려하여 경계구역을 자동으로 실시간 보정하고, 움직이는 피사체를 레이저거리측정기로 거리를 측정하여, 이벤트 여부를 판단하고, 이벤트 발생시 피사체를 추적하는 지능형 영상감시 프로그램에 관한 것이다.

일반적으로 일반영상카메라와 열화상카메라에서 촬영된 영상은 피사체의 X,Y좌표값만 제공하므로 해수면 높이 변화에 따라 감시구역이 변동되는 해양에서는 경계구역을 넓게 설정해야만 해양 양식장의 방범시스템을 구현할 수 있다. 이로 인해 감시구역을 외곽을 항해하는 대형 여객선, 중/소형 어선들도 함께 감시하게 되므로 불필요한 경고이벤트가 발생하게 된다.

감시해야할 피사체가 해수면에 따라 주기적으로 이동할 경우, 특정 피사체까지 측정거리(Z)를 별도의 계측장비로 측정하여, 효율적인 감시활동을 구현하고자 한다. 본 발명에서는 해수면 변화에 따른 특정 피사체까지 거리를 레이저거리측정기로 측정하여 조수간만 차이에 따른 시간별 보정을 구현하여 불필요한 이벤트 발생을 줄이는 효과를 가지고 있다.

본 발명의 해양 감시시스템은 감시 카메라를 조립하여 설치할 때, 아래와 같은 조건들을 만족시켜야 한다.

- 일반영상 카메라와 열화상 카메라가 같은 방향으로 배치되지만, 각각 별도로 팬/틸트/줌 구동이 되어야 한다.

- 열화상 카메라 케이스에 열화상 카메라와 레이저거리측정기가 조립되지만, 최종적으로 열화상 카메라 영상 중심축과 레이저거리측정기 중심축 정렬은 기구적 조립조정으로 설치현장에서 실시한다.

- 일반영상 카메라와 열화상 카메라 중심축 정렬은 영점보정 프로그램으로 실시한다.

- 해수면 높이 변화에 따른 해양 양식장의 경계구역 설정은 감시지도(영상맵)의 출연감지라인(Virtual line)으로 설정하고, 출연감지라인의 좌표값은 카메라 팬/틸트 회전각도 좌표값(X,Y)으로 설정된다. 특정 표적체까지 거리는 레이저거리측정기 측정값(Z)으로 설정된다.

이하에서는 상기 조건들을 만족하는 영상 감시 시스템 예로서 설명한다.

도 1은 해양 양식장 방범용 감시시스템을 개략적으로 도시한 블록도이다. 본 발명의 감시시스템은 주간, 야간 모두 촬영이 가능한 영상취득부(10), 카메라와 장비를 제어하는 제어부(20), 촬영된 영상, 이벤트 정보를 실시간으로 전송하는 통신부(30)로 구성된다.

영상취득부(10)는 독립된 팬/틸트/줌(PTZ)이 가능한 영상카메라 케이스(15), 열화상카메라 케이스(11)로 구성되어 주간에는 주로 일반영상 카메라(14)가 움직이는 피사체를 추적촬영하는 방식으로 감시활동을 전개하고, 야간에는 열화상 카메라(13)가 피사체에 대한 열원정보를 좌표값으로 제공하면, 일반영상 카메라(14)가 LED투광기, IR투광기를 활용하여 야간에 확대촬영을 수행하도록 구성되었다.

열화상카메라 케이스(11)에는 열원을 측정하는 열화상카메라(13)와 피사체까지 직선거리를 측정하는 레이저거리측정기(12)가 설치된다. 두 개의 장비(12,13)는 한 개의 열화상카메라 케이스(11)에 설치된다.

일반영상카메라(14)에는 32배속 줌 렌즈가 설치되며, 야간에 광원을 공급하기 위한 LED투광기, IR투광기와 같은 투광기가 더 설치될 수 있다.

영상취득부(10)와 제어부(20)는 상호 영상정보, 거리정보를 제공하고, 영상촬영하기 위해 카메라 자세제어 신호를 주고 받게 된다.

카메라(12,13,14)를 제어하기 위한 제어부(20)는 영상처리부(21), 감시지도(영상맵)(22), 지능형 소프트웨어(S/W)(23), 카메라 제어부(24)로 구성된다. 본 제어부(20)는 관제센터에서 직접 수동으로 영상취득부(10), 제어부(20), 통신부(30)를 제어도 가능하지만, 관제요원이 없는 경우, 설정된 프로그램에 의해서 순차적으로 양식장 주변을 감시, 식별, 알림을 구현하는 지능형 소프트웨어로 작동된다.

영상처리부(21)는 주간, 야간, 해무, 안개, 강우, 바람 등 상황에 따라서 촬영영상을 처리하기 위한 카메라 렌즈의 자동포커스, Day & Night, 흔들림 보정, 역광보정 등 기능을 수행하여 촬영영상의 전처리 후처리를 진행하며, 카메라 본체 안에 임베디드 형태로도 구현될 수 있다.

감시지도(22) 또는 영상맵(이하 '감시지도'라 칭함)은 경계하는 양식장의 주변지형을 스캐닝하여 저장하고, 감시지도(22) 영상은 카메라 팬/틸트/줌 각도정보를 바탕으로 좌표 값으로 매칭한다.

또한, 감시지도(22) 상에 가상 출연감지라인(Virtual Line)(71)을 설정하여 경계구역을 감시활동을 전개하며 이 경계구역 안에 이동하는 피사체(어선, 사람)등이 존재하는 경우 이벤트 발생과 함께 추적촬영이 되도록 가상의 출연감지라인이 감시지도상에 표시되고, 카메라와 양식장의 지형 형태에 따라서 가상 출연감지라인(Virtual Line)은 현장조건에 맞게 설정된다.

지능형 소프트웨어(23)는 경계구역 안에 어선, 사람 등의 출현을 영상정보를 분석하여 식별하고, 이벤트 발생여부를 판단하는 프로그램이다. 주간에는 움직이는 피사체 어선에 대한 외곽선 형태, 속도 등을 식별하는 방식으로 구현되고, 야간에는 피사체의 열원을 측정하여 그 정보를 공유하게 된다.

카메라제어(24)는 일반영상 카메라(14), 열화상 카메라(13), 레이저거리측정기(12)의 자세제어를 제어하는 운영프로그램이다. 카메라제어(24) 신호는 카메라들(13,14)의 팬/틸트 각도 제어, 줌 배율 제어, 카메라 본체 안에 성애제거, 강우에 따른 시야 흐림이 발생시 와이퍼 작동, 레이저거리측정기(12)의 레이저 발진 등을 수행하는 제어부이다.

통신부(30)는 제어부(20)의 영상정보, 이벤트 정보 등을 관제요원, 양식장 운영자, 119구급대, 해경 등에 제공하는 통신기능을 구현한다. 대용량의 영상데이터를 광케이블 통신매체를 활용한 인터넷 유선통신부(32), 이동통신망을 활용한 무선통신부(31), 관제센터에서 제어 가능한 양식장 주변에 설치된 스피커(33), 경광등(34)으로 구현된다. 이벤트 발생시에는 관제요원과 양식장 운영자에게 유무선 통신(31,32)를 통해 알림서비스를 실현하고 해양사고 발생함을 스피커(33), 경광등(34)의 작동을 통해 알려주게 된다.

도 2는 조수간만에 차이를 반영한 감시방법을 개략적으로 설명하는 흐름도이다. 양식장 감시시스템은 상시감시프로그램(41)과 비상시 추적촬영 감시프로그램(43)으로 구분된다. 상시감시프로그램(41)은 양식장 주변을 순차적으로 카메라를 동작시켜 감시활동을 전개한다.

먼저, 열화상카메라(13)와 일반영상 카메라(14)가 출연감지라인(71)에 따라서 상시감시 활동을 전개하고 있다가, 양식장(4, 5) 주변에 이동하는 피사체(어선(1), 사람(2), 열원(3))가 발견될 시, 피사체 어선(1)이 열화상카메라(13), 일반영상 카메라(14)의 화각 중앙부에 배치하도록 열화상카메라 케이스(11), 영상카메라 케이스(15)를 팬/틸트하여 자세를 조정한다. 피사체 어선(1)가 촬영영상 가운데 위치한 경우, 레이저거리측정기(12)로 그 피사체까지 거리(Z)를 측정한다. 그 측정된 값(Z)이 해수면 높이 변화에 따른 출연감지라인(71) 안에 피사체(1)가 존재하는가를 먼저 판단하게 된다. 피사체간에 거리(Z)와 영상데이터(X,Y)가 출연감지라인 안으로 판별이 되면, 이벤트를 알려주고, 경계구역 외곽이라고 판단되는 경우; 즉 거리측정값이 400~1,000m범위안에 존재하지 않는 경우; 출연감지라인 외곽을 지나는 어선(1)으로 판단하여 이벤트를 발생하지 않고 상시 감시활동을 진행하게 된다.

야간에는 열화상카메라(13)가 피사체(1, 2, 3)의 열원을 측정한다. 이 경우 영상 스크린상에 열원의 위치가 열화상 카메라 중앙부위로 이동되도록 제어 프로그램에 의해 카메라 케이스(11)의 팬/틸트 구동장치를 제어하여 자세제어를 구현한다. 열화상 카메라(13) 중앙부에 일정한 범위(X,Y) 안에 열원이 감지되면, 레이저거리측정기로 그 피사체 열원(3)까지 거리(Z)를 측정한다. 이를 기반으로 이벤트 여부를 판단하게 된다. 이벤트(42)로 인식되는 경우 추적촬영 프로그램(43)이 작동이 되고, 동시에 관제요원, 양식장 운영자에게 그 정보를 알려주는 서비스가 구현된다. 상시감시 프로그램(41)에 의해서 저장되는 영상데이터와 별도로 추적촬영영상은 별도로 관제요원, 양식장 운영자에게 실시간으로 제공 또는 저장(44)된다. 무인도와 같이 상시촬영데이터를 실시간으로 연속 전송하는데 많은 데이터 요금이 소요되기 때문에 추적촬영영상만 별도 저장(44)되어, 전송(43)하므로 전송데이터 량을 줄일 수 있다. 추적촬영 프로그램(43)에 의해서 촬영하던 중, 피사체(1)가 경계구역(45) 내측의 출연감지라인(71)에서 벗어난 경우 피사체까지 거리를 측정하여 경계구역을 벗어난 것이 확인될 때까지 추적촬영을 계속하다가, 경계구역(45) 외측으로 피사체가 벗어난 것으로 판정이 되면, 추적촬영 프로그램(43)은 종료되고 다시 상시감시 프로그램(41)으로 양식장을 감시하게 된다.

도 3은 조수간만에 차이에 따른 양식장과 감시 카메라 영상 취득 방법에 관한 사시도이다. 본 발명에서는 해수면 높이(16)와 양식장(4, 5)의 위치에 따라서 카메라 자세에 상관관계를 사시도로 표현하였고, 양식장은 완도군 당목항 선착장 앞에 있는 전복가두리양식장(4)과 미역통발양식장(5)을 표본으로 사시도상에 감시시스템 구현하였다. 해변가 부두, 방파제에 설치된 6m높이 CCTV 폴대(65) 위에 감시카메라(13,14)를 설치하였다. 해양 양식장(4, 5)의 위치가 해변에서 어선의 항로를 벗어나서 설치되어 있다. 실시예와 같이 해변가 부두에서 400~1,000m 범위에 가두리양식장이 설치된 상태이다. 가두리양식장안에는 특정 표적체(66);물품보관함, 적조센서용 태양광지열판, 발광부표 등이 설치되어 있다. 이런 특정 표적체(66)(물품보관함, 적조센서용 태양광지열판, 발광부표)는 양식장(4, 5) 위치와 함께 움직이기 때문에 경계구역(45)를 설정하는데 유용하게 사용된다. 양식장의 환경에 따라서 특정 표적체는 다르게 선택될 수 있다.

실시예에 표와 같이 만조시 해수면 높이(16)에서 카메라(12,13,14) 렌즈까지의 높이는 방파제 높이 1m, CCTV 폴 대 높이 6m, 카메라 바닥에서 렌즈까지 높이 462mm로 구성된다. 해변에서 가두리양식장까지 수평거리는 400~1,000m에 놓여져 있다. 조류와 해수면 높이 변동에 따라서 Y방향으로 이동은 되지만, 경계구역(45)은 이 범위 안에 놓여진다. 해수면의 높이가 변화하면 그 변화에 따라서 카메라 감시각도, 틸트 각도가 변경이 되며, 특히 열화상카메라 수직화각 4도 대비 감시구역의 범위가 16~28%정도가 된다.

카메라 수직기울기 각도, 최장거리까지 기울기 각도 :

카메라 수직기울기 각도, 최단거리까지 기울기 각도 :

도 4는 카메라 간에 배치와 레이저거리측정기 활용방법에 관한 대략적인 구성도이다. 도 4a의 사진은 종래의 한 개의 카메라 케이스 안에 240만 화소, 32배속 줌 렌즈가 장착된 일반영상 카메라(14)와 열화상 카메라(13)가 배치된 사진이다. 도 4a와 같이 카메라가 조립된 상태로 일반영상 카메라와 열화상 카메라를 동시에 촬영하여 각각의 카메라 화각에서 피사체 형상을 설명한 자료는 도 5a이다. 본 발명에서는 기존 카메라 케이스 안에 다른 기능을 구현하는 두 개의 카메라가 배치된 경우, 조립오차상 두 개의 카메라(13,14) 중심축(17,18)이 평행이 되지 못할 때는 도 5 카메라 간에 중심축 불일치에 따른 영상 불일치가 발생된다.

본 발명에서는 열화상 카메라(13)와 레이저거리측정기(12)는 한 개 카메라 케이스(11)에 조립된다. 열화상 카메라(13)의 중심축(18)과 레이저거리측정기(12)의 중심축(19)이 축정렬이 되기 위해서는 레이저거리측정기(12)의 고정 브라겟트와 카메라케이스(11) 바닥면 사이에 높이조절 평와셔(62), 수평높이조절 평와셔(64)를 끼워서 볼트(61,63)로 체결한다. 양식장 최대관측지점 1,000m지점에 중심축(18,19) 정렬 오차± 0.228도가 되도록 기구적 조립교정을 한다.

이때, 레이저거리측정기(12)의 중심축 정렬시에는 열화상 카메라(13)에서 촬영된 피사체가 촬영영상의 중심에 배치된 경우에만 상기 열화상 카메라(13)에서 촬영된 피사체에 대한 이격거리를 측정하도록 하여, 레이저거리측정기(12)가 다른 피사체의 이격거리를 측정하는 오류를 방지하도록 하는 것이 바람직하다.

도 4b는 본 발명의 양식장 감시 시스템의 효율적인 영상촬영방법으로 소형어선(1)의 크기를 길이 10m, 폭 3m, 수면에서 노출된 높이 1.2m인 경우, 레이저거리측정기(12)는 수면에서 돌출된 높이 1.2m 어선에 레이저를 조사하여 되돌아오는 시간차이로 거리를 측정한다. 도 7과 같이 레이저거리측정기 중앙에 있는 직사각형 안에 피사체가 존재하는 경우 거리 측정이 가능하다. 열화상 카메라(13)로 촬영된 영상 스크린은 동일한 화각범위에서 카메라와 피사체 간에 거리에 따라서 실제 촬영된 영상면적은 달라지게 된다. 같은 크기의 피사체 어선(1)도 카메라와 어선까지 거리에 따라서 촬영영상 스크린 상(S₁~Sn) 면적이 다르게 표현된다.

스크린 허용 조립오차 범위;

열화상 카메라와 레이저거리측정기 조립오차 범위 :

열화상 카메라(13)와 레이저거리측정기(12)가 상기한 조립오차 범위 내와 같이 설치되면 조립오차 범위를 벗어난 경우에 비해 레이저거리측정기가 다른 피사체의 이격거리를 측정하는 오류를 방지할 수 있으므로 감시구역에 대해 보다 효과적인 감시가 가능하며, 촬영영상의 오차가 줄어들어 촬영영상의 신뢰도가 향상되고 400m 내지 1000m 범위 내의 양식장을 감시하는데 있어 영상의 정밀도가 높아져 도난, 재난사고 등 발생시 신뢰도 높은 증거영상을 취득할 수 있게 된다.

도 5는 감시지도(22)상의 열화상 카메라(13), 일반영상 카메라(14), 레이저거리측정기(12) 간에 조립 상태에서 따른 촬영영상 불일치 사례를 사시도로 표현한 것이다. 도 5a 촬영사진은 도 4a와 같이 카메라가 조립된 상태로 일반영상 카메라와 열화상 카메라를 동시에 촬영한 화면으로 피사체의 발열원 부위가 일반영상 카메라(14)와 열화상카메라(13)에서 상이한 위치에 배치된 경우로, 열화상 카메라 영상을 가운데에 배치하고 일반영상 카메라를 확대할 경우 피사체 촬영부위(백색 ◎)가 일반영상 스크린에서 사라지게 된다. 주간과 야간에 각각 촬영한 영상으로 두 개 카메라 중심축이 정렬오차 범위를 벗어난 경우이다.

도 5b는 감시지도(22)상에 감시활동을 전개할 가두리양식장의 범위를 포함한 가상의 출연감지라인(71), 일반영상 카메라 PTZ(Zoom out) 줌을 하지 않은 표준렌즈 상에 영상각도(수평 62.8도, 수직 36.8도)(76), 열화상 카메라(13)의 화각 각도(수평 6도, 수직 4도)(74)가 표현된 것이다. 경계구역(45)안에 가두리양식장의 수직 감시구간은 만조시 1.15도 정도이다.

도 5c는 감시지도(22)상에 열화상카메라(13)의 화각 상(74)과 레이저거리측정기(12)의 측정포인트(72)를 배치한 사진이다. 출연감지라인(71)의 수직 각도가 포함된 열화상 카메라(13) 중심에서 레이저거리측정기(12)가 좌상으로 2도 정도 축정렬(18,19)이 벗어난 경우, 출연감지라인(71)을 벗어난 해양을 레이저 포인트(72)가 가르키게 된다.

도 5d는 감지지도(22)상에 있는 영상을 일반영상 카메라(14)로 최대 확대한 영상이다. 이 경우에는 일반영상 카메라(14) 최대 확대 줌 화각(수평 2.23도, 수직 1.26도)이 가상출연라인(71)를 포함하고 있기 때문에 추적 촬영이 가능하게 된다.

도 6은 초기 CCTV 폴대 위에 카메라를 설치할 때, 카메라 중심축 정렬오차를 설정된 범위로 줄이기 위해 영점을 보정하는 프로그램에 관한 흐름도이다. 영점 보정 프로그램은 가두리 양식장 주변에 발광부표를 기준으로 레이저거리측정기(12) 거리측정 값(Z)과 열화상카메라 화각 중심(X,Y)에 일치하도록 레이저거리측정기(12)의 높이조절 와셔(62,64)로 수평각도와 수직각도를 기구적으로 조립 교정하게 된다. 수평각도와 수직각도 차이 만큼을 평와셔(62,64)의 수량을 증감하여 높이 편차를 조절하여 볼트(61,63)로 체결하게 된다.

이를 바탕으로 열화상 카메라와 일반영상 카메라의 영상일치 여부를 감시지도(22)를 통해 확인할 수 있으며, 열화상 카메라와 일반영상 카메라는 각각 별도로 팬/틸트가 구동되기 때문에 열화상 카메라와 영상카메라의 영점조정은 열화상카메라(13)와 레이저거리측정기(12) 조립교정 이후에 실시할 수 있다.

본 발명에서 제어부(20)는 상기 일반영상 카메라와 열화상 카메라의 영상오차를 줄이기 위한 영점보정알고리즘을 수행할 수 있으며, 영점보정알고리즘은, 표적체가 열화상 카메라의 촬영영상 가운데에 위치하게 촬영되도록 열화상 카메라를 팬/틸팅하는 열화상카메라 조정단계; 레이저거리측정기로 표적체까지의 거리를 측정하는 거리측정단계; 일반영상 카메라가 표적체를 최대 확대하여 촬영시 표적체가 일반영상 카메라의 촬영영상 가운데에 위치하도록 일반영상 카메라를 팬/틸팅/줌하는 일반영상 카메라 조정단계; 열화상 카메라와 일반영상 카메라의 팬/틸트 각도 차이와 레이저거리측정기의 거리정보에 의해 보정계수를 도출하는 보정계수 도출단계; 및 보정계수를 적용하여 일반영상 카메라의 영점을 보정하는 영점보정단계;를 포함할 수 있다.

다시 말해, 영상카메라(14) 화각 중심(X,Y)과 레이저거리측정기로 측정한 피사체까지 거리측정 값(Z)으로 영상카메라 팬/틸트 각도를 거리별로 보정하게 된다. 이때, 열화상카메라의 영상의 중심좌표값과 영상카메라 최대 확대영상 중심좌표값의 차이 만큼을 계산하고 보정계수를 구하여 레이저거리측정기 측정값 별로 보정할 수 있다. 이를 통해 두 개의 카메라(13,14)간에 중심축(17,18)의 정렬이 이루어지도록 할 수 있다.

도 7은 레이저거리측정기에 피사체까지 거리를 측정한 데이터를 표현한 화면을 촬영한 사진이다. 레이저거리측정기(12)에 부착된 영상촬영장비는 없지만, 본 사진과 같이 레이저거리측정기 중앙에 직사각형 블록(73)에 피사체가 존재하는 경우 이에 레이저를 조사하여 거기에서 반사되는 레이저 신호의 시간차이로 거리 값으로 표현하여 화면 아래에 거리값이 표시된다. 레이저거리측정기 포인트(72)는 직사각형 블록(73)에 피사체(66, 1, 2, 3)가 존재하는 경우 반사되는 레이저 신호의 시간차이로 거리값으로 표현하여 블록 하단에 “472m”라고 표시된다. 전라남도 완도군 약산도 당목항의 물때표에서 예시된 내용과 같이 촬영사진은 3월 17일 1물 때 최저 해수면 차이 189cm를 발생하는 만조시각때와 간조시각때 레이저거리망원경을 가두리양식장에 특정 표적체를 촬영한 자료이다. 도 7a와 7b는 동일한 가두리양식장 끝단 부위를 간조시와 만조시 촬영한 영상이다. 도 7c와 도 7d는 통발양식장 앞에 미역보관 부표를 간조시와 만조시 촬영한 영상이다. 7e는 가두리양식장내 직사각형 특정 표적체(66)인 물품보관함을 촬영한 영상이다. 도 7f는 완도군 약산도 당목항과 생일도 간에 정기여객선을 레이저거리측정기를 측정한 촬영한 영상이다. 도 7g는 가두리양식장내에서 소형어선(1)과 소형어선(1)의 사람(2)을 레이저거리측정기로 측정한 촬영영상이다.

이상에서 본 발명은 한정된 실시 예에 의해 설명되었으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니다.

1: 소형어선(길이 10m, 폭 3m, 수면위 높이 1.2m) 피사체
2 : 소형어선의 사람 3 : 소형어선의 발열원
4 : (전복) 가두리 양식장
5 : (김, 미역, 다시마) 통발 양식장
11: 열화상카메라 케이스 12: 레이저거리측정기
13: 열화상카메라 14: 일반영상 카메라
15: 일반영상 카메라 케이스 16 : 해수면 높이
17 : 일반영상 카메라 영상 중심축 18 : 열화상카메라 영상 중심축
19 : 레이저거리측정기 레이저방사 중심축
22: 감시지도(영상맵)
41: 상시감시프로그램 43 : 추적촬영 프로그램
61 : 체결볼트(수직) 62 : 높이조절 평와셔, 평와셔들
63 : 체결볼트(수평) 64 : 높이조절 평와셔, 평와셔들
65 : CCTV 폴 대
66 : 특정 표적체(물품보관함, 적조센서용 태양광지열판, 발광부표)
71 : 가상 출연감지라인(Virtual Line) : 방향별 경계선을 설정하여 침입을 감지하거나 (경계라인) 가상 영역을 설정하여 이 영역을 침범하는 것을 감지하는 기능 (영역)
72 : 레이저거리측정기 포인트
73 : 레이저거리측정기 블록 74 : 열화상카메라 화각
75 : 일반영상 카메라 화각(zoom out)
76 : 일반영상 카메라 화각(zoom in)

Claims (4)

1. 해상에 설치된 양식장을 감시하기 위한 감시 시스템으로서,
   조수간만의 차에 따른 해수면의 높이를 측정하기 위해 해양 양식장에 설치된 특정 표적체;
   양식장 감시구역에 대한 영상을 획득하며 팬/틸트/줌 구동기를 구비한 일반영상카메라;
   상기 일반영상 카메라에 결합된 투광기;
   양식장 감시구역에 대한 열화상을 획득하며 상기 일반영상 카메라에 대해 독립적으로 구동되는 팬/틸트 구동기를 구비한 열화상 카메라;
   상기 팬/틸트로 구동되는 열화상 카메라 케이스에 설치되어 촬영된 피사체 또는 상기 특정 표적체에 대한 거리정보를 측정하는 레이저거리측정기; 및
   상기 일반영상 카메라 또는 열화상 카메라에서 촬영된 영상을 기초로 카메라와 장비를 제어하는 제어부;를 포함하고,
   상기 제어부는, 상기 양식장의 감시구역을 스캐닝한 주변지형을 감시지도로 저장하고, 카메라들의 팬/틸트 각도에 따라 감시지도에 중심좌표와 가상의 출연감지라인을 설정하여 경계구역을 지정하며, 상기 레이저거리측정기에 의해 측정된 표적체의 위치와 저장된 초기 위치점을 설정된 시간간격으로 비교하여 해수면 높이변화에 따라 상기 중심좌표와 출연감지라인의 위치를 자동으로 보정하되,
   설정된 시간 간격 또는 카메라들의 회전 간격 마다, 상기 열화상 카메라와 일반영상 카메라로 양식장 주변의 표적체를 감시하여 상기 카메라들의 팬/틸트 각도데이터와, 상기 레이저거리측정기로 상기 표적체와 카메라 사이의 이격거리를 기준으로 해수면 높이 변화를 추종하여 상기 열화상 카메라와 일반영상 카메라의 팬/틸트 각도를 보정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 조수간만 차이를 반영한 해양 양식장 방범용 감시 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어부는 주간에는 상기 일반영상 카메라의 영상에서 취득된 특이한 피사체가 일반영상 카메라 영상의 중앙부에 오도록 일반영상 카메라의 팬/틸트/줌 각도를 제어하여 특이한 피사체가 가상 출연감지라인 내에 있으면 경고 이벤트를 발생하고, 야간에는 상기 열화상 카메라에 특이한 열원이 감지되면 열원의 위치가 열화상카메라 중앙부위로 이동이 되도록 열화상 카메라의 팬/틸트 각도를 조정하여 가상출연감지라인 내의 특이한 열원인 경우 경고 이벤트를 발생하는 감시프로그램을 실행하며,
   상기 경고 이벤트 발생시 상기 일반영상 카메라와 열화상 카메라가 특이한 피사체가 감시지도의 가상 출연감지라인를 벗어날 때까지 피사체에 대한 추적촬영을 수행하고, 피사체가 경계구역을 벗어나면 특이한 피사체가 출현하기 전의 위치로 전환되도록 제어하는 카메라제어부를 포함한 것을 특징으로 하는 조수간만 차이를 반영한 해양 양식장 방범용 감시 시스템.
3. 청구항 1항 또는 청구항 2항에 따른 해양 양식장 방범용 감시시스템의 제어 방법에 있어서,
   상기 가상 출연감지라인 안에 출연한 피사체(길이 10m, 폭 3m, 수면위 높이 1.2m)를 촬영하여 위치 정보를 제공하기 위해 상기 레이저거리측정기와 상기 열화상 카메라는 상기 레이저거리측정기의 중심축이 상기 열화상 카메라 화각의 중심축에 대해 ±0.228˚ 이내에서 축정렬이 되도록 하나 이상의 높이조절와셔를 매개로 결합되며,
   상기 레이저거리측정기의 중심축 정렬시 상기 열화상 카메라에서 촬영된 피사체가 촬영영상의 중심에 배치된 경우에만 상기 열화상 카메라에서 촬영된 피사체에 대한 이격거리를 측정하여, 상기 레이저거리측정기가 다른 피사체의 이격거리를 측정하는 오류를 방지하도록 기구적 축정렬 영점조정을 수행하고,
   상기 제어부는 상기 일반영상 카메라와 열화상 카메라의 영상오차를 줄이기 위한 영점보정알고리즘을 수행하며,
   상기 영점보정알고리즘은, 표적체가 상기 열화상 카메라의 촬영영상 가운데에 위치하게 촬영되도록 열화상 카메라를 팬/틸팅하는 열화상카메라 조정단계;
   상기 레이저거리측정기로 상기 표적체까지의 거리를 측정하는 거리측정단계;
   상기 일반영상 카메라가 상기 표적체를 최대 확대하여 촬영시 표적체가 일반영상 카메라의 촬영영상 가운데에 위치하도록 일반영상 카메라를 팬/틸팅/줌하는 일반영상 카메라 조정단계;
   상기 열화상 카메라와 일반영상 카메라의 팬/틸트 각도 차이와 레이저거리측정기의 거리정보에 의해 보정계수를 도출하는 보정계수 도출단계; 및
   상기 보정계수를 적용하여 상기 일반영상 카메라의 영점을 보정하는 영점보정단계;를 포함한 것을 특징으로 하는 축정렬 제어방법.
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