KR102039955B1 - 지능형 영상분석을 이용한 기상정보 측정장치 - Google Patents

지능형 영상분석을 이용한 기상정보 측정장치 Download PDF

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KR102039955B1 KR1020180093979A KR20180093979A KR102039955B1 KR 102039955 B1 KR102039955 B1 KR 102039955B1 KR 1020180093979 A KR1020180093979 A KR 1020180093979A KR 20180093979 A KR20180093979 A KR 20180093979A KR 102039955 B1 KR102039955 B1 KR 102039955B1
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Abstract

본 발명에 따른 지능형 영상분석을 이용한 기상정보 측정장치는 강우량 또는 적설량의 측정값을 항상 일정하게 자동으로 측정하는 것이 가능하여, 측정값에 따른 오차발생을 최소화하는 것이 가능하며, 악천후와 같은 다양한 기상조건에서도 정확한 측정값을 제공하는 것이 가능한 장점이 있다.
또한 하천이나 계곡의 수위를 자동적으로 측정하여 기설정된 기준값 이상의 측정값이 검출될 경우에는 중앙 관제실에 구비된 경보장치를 통하여, 신속하게 경보 및 대피를 유도하는 것이 가능한 장점이 있다.

Description

지능형 영상분석을 이용한 기상정보 측정장치{WEATHER INFORMATION MEASURING DEVICE THROUGH INTELLIGENT IMAGERY ANALYSIS}
본 발명은 지능형 영상분석을 이용한 기상정보 측정장치에 관한 것으로서, 외부에 설치된 CCTV와 같은 카메라 장치를 통하여 수집되는 영상을 활용하며, 수집되는 영상을 대상으로 이미지 분석방법을 통해 적설척, 강우량 측정척의 눈금과 숫자를 인식하여 적설량 또는 강우량을 측정 및 데이터로 저장하는 것이 가능한 지능형 영상분석을 이용한 기상정보 측정장치에 관한 것이다.
일반적으로 비나 눈이 내리게 되면 기상센터에 마련된 강설계 또는 강우계에 구성된 측정척을 이용하여 비나 눈의 양을 측정하는 방법이 존재한다.
그러나 이러한 측정방법은 사람의 눈으로 눈금을 읽어야 하기 때문에 정확도가 떨어질 뿐만 아니라, 측정하는 사람에 따라 서로 다른 측정값이 발생하게 되는 문제점이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 최근에는 레이저 또는 초음파 측정기를 이용하여 적설량을 측정하거나, 측정척으로부터 나타나는 측정값을 영상으로 수집하고, 수집된 영상을 분석하여 강우량이나 강설량을 측정하는 방법이 사용되고 있다.
대한민국 등록특허 제10-1548077호는 영상 적설량 측정장치 및 방법에 관한 것으로, 앞서 촬영된 영상에서 검출된 기준값을 기반으로 하여, 이후에 촬영된 영상을 비교분석함으로써 적설량을 측정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
대한민국 등록특허 제10-0939079호는 적설량 관측 시스템 및 적설량 원격 측정 방법에 관한 것으로, 측정 기준자에 쌓인 눈을 카메라를 이용하여 촬영하며, 촬영된 영상데이터를 이진화하고 이를 분석하여 적설량을 측정하는 관측 시스템 및 적설량 원격 측정 방법에 관한 것이다.
대한민국 공개특허 제10-2016-0044371호는 자동 수위 측정 장치 및 방법에 관한 것이며, 대한민국 등록특허 제10-1393079호는 수표면인식용 표시부를 활용한 영상기반 수위측정시스템에 관한 것으로, 측정척을 대상으로 하여 패턴익식 방법을 이용하여 카메라 영상을 활용한 수위를 측정하는 방법을 제공하고 있는 것이다.
그러나 상기와 같은 종래의 기술들은 특정 기능만을 제공하기 때문에, 측정척을 이용한 측정에서부터 측정데이터를 활용하는 통합적인 시스템에 적용하기 어려운 문제점이 여전히 존재하고 있다.
따라서, 측정척의 숫자와 눈금을 이미지로 변환하고, 이미지 분석 방법을 적용하여 측정값을 정확히 측정하는 것이 가능하며, 측정 결과에 따라 여러 단계에 걸친 위험수위의 경보방법을 활용하여 신속한 상황대처가 가능하고, 부가적으로 시설 관리에 용이하게 사용하는 것이 가능하여 통합관리 및 설치비용의 절감이 가능한 지능형 영상분석을 이용한 기상정보 측정장치에 관한 필요성이 여전히 존재하고 있다.
대한민국 등록특허 제10-1548077호 (2015.08.21.) 대한민국 등록특허 제10-0939079호 (2010.01.20.) 대한민국 공개특허 제10-2016-0044371호 (2016.04.25.) 대한민국 등록특허 제10-1393079호 (2014.04.30.)
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 더욱 상세하게는 강우량 또는 적설량을 측정하고자 하는 복수개의 관측소로부터 영상데이터를 획득하며, 하나의 통합 분석서버에서 이를 측정하도록 함으로써 설치비용을 절감시키는 것이 가능하며, 악천후 등과 같은 다양한 기상조건에서도 정확한 측정값을 제공하는 것이 가능한 새로운 구조의 지능형 영상분석을 이용한 기상정보 측정장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 하천이나 계곡의 수위를 측정하여 설정한 측정값 이상의 결과값이 측정될 경우, 자동으로 중앙 관제실에 구비되어 있는 경보장치를 통하여, 신속한 경보가 가능하며, 관측 지점에 설치된 방송장치를 통하여 자동적으로 신속한 경보 및 대피정보를 안내방송하는 지능형 영상분석을 이용한 기상정보 측정장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 카메라(120)가 측정척(110)이 설치되어진 방향으로 회전되어 이동되는 PTZ 카메라 이동 단계(S10)와, 상기 카메라(120)를 통하여 측정척(110)을 포함하는 전경이미지가 영상데이터로 획득되어지는 영상데이터 획득 단계(S20)와, 카메라(120)를 통해 획득된 상기 영상데이터는 측정 서버(210)로 전송되며, 상기 측정 서버(210)는 상기 측정척(110) 부분과 주위의 배경의 분리되어지도록 영상데이터의 색상을 조정하며, 각각의 픽셀이 1 내지 255의 밝기값 중 어느 하나의 값을 가지는 흑백이미지로 변환하여 영상데이터를 보정처리하는 전처리 단계(S30)와, 상기 측정 서버(210)는 보정처리된 상기 흑백이미지의 픽셀에 대한 밝기값의 기준값을 산정하며, 산정된 상기 기준값을 임계값으로 지정하는 임계값 설정 단계(S40)와, 상기 측정 서버(210)는 각 픽셀의 밝기값이 상기 임계값보다 작은 경우에는 검정색으로 변환하고, 상기 밝기값이 임계값보다 클 경우에는 흰색으로 변환하는 이미지 이진화 단계(S50)와, 상기 이진화된 이미지는 측정 서버(210)에 의하여 측정척(110)이라고 판단되는 부분에 대한 크기와 좌표(start x, end x, start y, end y)가 계산되어지면, 상기 좌표를 이용하여 이미지를 메모리에 복사하여 측정척(110)에 대한 후보이미지를 생성하는 측정척 이미지 추출 단계(S60)와, 상기 측정 서버(210)는 상기 이미지 추출 단계(S60)에서 생성된 측정척(110)의 후보이미지 중에서 숫자와 눈금으로 판단되는 부분의 이미지만을 별도로 추출하여 숫자/눈금에 대한 후보이미지를 추출하는 숫자/눈금 이미지 추출 단계(S70)와, 측정 서버(210)는 상기 측정 서버(210)에 기저장된 숫자 이미지 템플릿과 상기 숫자/눈금에 대한 후보이미지를 순차적으로 비교하여 숫자임을 확인하여 인식하는 숫자 인식 단계(S80)와, 상기 측정 서버(210)는 상기 숫자 인식 단계(S80)에서 인식된 두 개 이상의 숫자에서 가장 낮은 두 개의 숫자를 선택하여, 상기 두 개의 숫자에 해당하는 이미지의 세로 좌표값을 이용하여 숫자간의 거리를 산출하는 숫자 간의 거리 계산 단계(S100)와, 상기 측정 서버(210)는 변환된 이진화 된 이미지 중에서 검은색 이미지를 대상으로 가로 크기와 세로 크기를 이용하며, 상기 가로 크기가 세로 크기보다 더 클 경우에는 눈금에 대한 후보이미지로 산출하고, 상기 측정 서버(210)에 기저장된 눈금 템플릿과 비교하여 눈금임을 확인하여 인식하는 눈금 인식 단계(S110)와, 상기 측정 서버(210)에서는 측정척(110)에 의해 측정된 측정값을 산출하며, 눈금 이미지의 좌표를 이용하여 산출된 측정값이 유효한 값인지를 확인하는 측정값 확인 단계(S110) 및 상기 측정값이 유효한 값일 경우 측정이 완료되어지는 측정 완료 단계(S120)를 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 영상분석을 이용한 기상정보 측정방법을 제공한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 숫자 인식 단계(S80)에서는 인식된 숫자는 상기 측정 서버(210)에 의해 한자리의 숫자로 분석되어지며, 상기 인식된 숫자 이미지의 본래 이미지 좌표와 비교하여, 비슷한 두 개의 세로 위치에 있는 값들을 찾아내고, 세로로 비슷한 두 개의 숫자 이미지에서 가로로 낮은 좌표값을 가지는 이미지가 10진수의 10자리에 해당되는 숫자이고, 가로로 큰 좌표값을 가지는 이미지가 10진수의 1자리에 해당하는 숫자로 인식되며, 상기 두 개의 숫자를 조합하여 측정척(110)에서 표시한 10진수의 눈금 숫자를 인식하는 것을 특징으로 하는 지능형 영상분석을 이용한 기상정보 측정방법을 제공한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 숫자 인식 단계(S80)에서 두 개 이상의 10진수를 찾아내지 못하게 되면, 상기 임계값 설정 단계(S40)로 되돌아가, 두 개 이상의 10진수를 찾아낼 때까지 숫자 인식 단계(S80)를 소정의 횟수만큼 반복수행하는 것을 특징으로 하는 지능형 영상분석을 이용한 기상정보 측정방법을 제공한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 숫자 간의 거리 계산 단계(S90)에서 한 픽셀 당 실제 거리는 이하의 계산식을 따르는 것을 특징으로 하는 지능형 영상분석을 이용한 기상정보 측정방법을 제공한다.
한 픽셀당 실제 거리 = (큰 숫자에 해당하는 이미지의 세로 좌표 - 작은 숫자에 해당하는 이미지의 세로 좌표) / (큰 숫자 - 작은 숫자)
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 눈금 인식 단계(S100)에서 유효한 눈금의 위치가 정상적으로 인식되지 않을 경우, 임계값 설정 단계(S40)로 되돌아가 유효한 눈금의 위치를 인식할 때까지 눈금 인식 단계(S100)를 소정의 횟수만큼 반복수행하는 것을 특징으로 하는 지능형 영상분석을 이용한 기상정보 측정방법을 제공한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 측정값 확인 단계(S110)에서 측정값은 이하의 계산식을 따르는 것을 특징으로 하는 지능형 영상분석을 이용한 기상정보 측정방법을 제공한다.
측정값 = 숫자 인식 단계(S80)에서 추출된 가장 낮은 숫자 - (눈금 인식 단계(S100)에서 가장 큰 세로 좌표값 - 숫자 인식 단계(S80)에서 추출된 가장 낮은 숫자에 해당하는 이미지의 세로 좌표값) * 숫자간 거리 계산 단계(S90)에서 산출된 한 픽셀 당 실제 거리
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 적설량을 측정하기 위한 적설척(111)과, 강우량을 측정하기 위한 강우량 측정척(112)가 구비되어지며, 상기 적설척(111)과 강우량 측정척(112)을 포함하는 전경 이미지를 영상데이터로 획득하는 카메라(120)를 포함하는 적어도 하나 이상의 관측소(100)와, 상기 관측소(100)의 카메라(120)를 통하여 획득된 영상데이터를 수신받아 저장하는 NVR(Network Video Recorder, 220)와, 상기 카메라(120)로부터 영상데이터를 제공받아 이를 분석하는 측정 서버(210)와, 상기 측정 서버(210)로부터 분석된 측정값을 저장하여 검색하고 활용가능한 DB 서버(230)와, 상기 측정 서버(210)의 영상데이터 및 측정값이 화면에 표시되어지는 모니터(240)와, 상기 측정 서버(210)의 측정값에 따라 작동되어지는 경광등 또는 경보기 중 어느 하나 이상의 경보장치(250)를 포함하는 중앙 관측소(200)를 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 영상분석을 이용한 기상정보 측정장치를 제공한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 적설척(111) 및 강우량 측정척(112)에는 눈, 상고대가 동결되어지는 것을 방지하기 위한 발열장치가 구비되어지며, 몸체에는 적외선 반사 물질이 도포되어지며, 상기 적설척(111) 및 강우량 측정척(112)에 도시된 눈금과 숫자는 적외선을 반사하지 않은 안료로 인쇄되어지는 것을 특징으로 하는 지능형 영상분석을 이용한 기상정보 측정장치를 제공한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 카메라(120)의 내부에 구비되어 발열이 가능한 발열장치(124)와, 상기 카메라(120)의 내부에 구비되어지며, 내부습기가 외부로 배출되어지는 FAN(125)과, 상기 카메라(120)에는 접점이 구비되어 상기 중앙 관측소(200)로부터 제어되는 전원제어에 따라 상기 발열장치(124) 또는 FAN(125)이 제어되어지는 것을 특징으로 하는 지능형 영상분석을 이용한 기상정보 측정장치를 제공한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나 이상의 관측소(100)에는 상기 카메라(120)에 인접되어 음성출력이 가능한 방송장치(130)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 영상분석을 이용한 기상정보 측정장치를 제공한다.
한편 본 명세서에 개시된 기술에 관한 설명은 단지 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 개시된 기술의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 개시된 기술의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 개시된 기술에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
또한 본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다. “제1”, “제2” 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소로 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
나아가 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “연결되어”있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “직접 연결되어”있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 “~사이에”와 “~사이에” 또는 “~에 이웃하는”과 “~에 직접 이웃하는” 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, “포함하다”또는 “가지다” 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에 따른 지능형 영상분석을 이용한 기상정보 측정장치는 강우량 또는 적설량의 측정값을 항상 일정하게 자동으로 측정하는 것이 가능하여, 측정값에 따른 오차발생을 최소화하는 것이 가능하며, 악천후와 같은 다양한 기상조건에서도 정확한 측정값을 제공하는 것이 가능한 장점이 있다.
또한 하천이나 계곡의 수위를 자동적으로 측정하여 기설정된 기준값 이상의 측정값이 검출될 경우에는 중앙 관제실에 구비된 경보장치를 통하여, 신속하게 경보 및 대피를 유도하는 것이 가능한 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 지능형 영상분석을 이용한 기상정보 측정장치의 관측 개념도를 도시한 도면
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 지능형 영상분석을 이용한 기상정보 측정장치의 관측 개념도를 도시한 도면
도 3은 본 발명에 따른 지능형 영상분석을 이용한 기상정보 측정장치의 강우량 측정척을 도시한 도면
도 4는 본 발명에 따른 지능형 영상분석을 이용한 기상정보 측정장치의 분석 알고리즘을 도시한 도면
도 5는 본 발명에 따른 지능형 영상분석을 이용한 기상정보 측정장치의 이진화된 이미지를 도시한 도면
도 6은 본 발명에 따른 지능형 영상분석을 이용한 기상정보 측정장치의 숫자와 마커를 추출한 모습을 도시한 도면
도 7은 본 발명에 따른 지능형 영상분석을 이용한 기상정보 측정장치의 영상장치를 도시한 도면
이하, 본 발명이 속하는 선호적인 실시예를 참고로 하여 더욱 상세하게 설명한다.
먼저 도 1은 본 발명에 따른 지능형 영상분석을 이용한 기상정보 측정장치의 관측 개념도를 도시한 도면이다.
본 발명에 따른 지능형 영상분석을 이용한 기상정보 측정장치는 관측소(100)에는 적설척(111), 강우량 측정척(112) 및 수위 측정척(112)으로 구성된 측정척(110)으로부터 촬영되는 영상데이터를 중앙 관측소(200)로 전송시키며, 전송된 상기 영상데이터를 분석하여 적설량을 측정하거나, 이를 모니터링 하여 위험상황이 발생될 상황이 예측되어질 경우에는 사전에 미리 경보하도록 구성된다.
이를 상세히 설명하면, 상기 관측소(100)는 복수의 데이터를 수집할 수 있도록 적어도 하나 이상의 장소에 설치되어지도록 구성되어진다.
상기 관측소(100)에는 적설량을 측정하기 위한 적설척(111), 강우량을 측정하기 위한 강우량 측정척(112) 및 계곡의 수위를 측정하기 위한 수위 측정척(113)으로 구성된 측정척(110)이 구성되어지며, 상기 측정척(110)이 설치된 방향을 향하도록 회전이 가능하며 주기적으로 기설정된 시간에 따라 영상을 촬영하여 영상데이터를 수집하기 위한 카메라(120)가 구비되어진다.
상기 적설척(111)은 계절특성에 따라 눈이나 상고대가 동결되어 얼어붙는 경우가 빈번하게 발생하기 때문에, 눈이나 상고대가 동결되어 얼어붙지 않도록 하기 위하여 내부에 발열장치를 구비하게 된다.
상기 적설척(111)이 동결될 경우가 발생되면 상기 발열장치를 이용하여 열을 발생시켜 적설척(111)에 얼어붙은 눈이나 상고대를 녹여 낼 수 있다.
이때, 상기 카메라(120)의 접점을 이용하여 상기 발열장치로 전원을 공급하거나, 전원 공급을 차단할 수 있도록 구성되어진다.
추가적으로 상기 적설척(111)의 표면에는 적외선 반사 필름을 구성하여 부착하거나, 적외선 반사 안료가 첨가된 페인트를 도포한다. 또한, 상기 적설척(111)에 도시된 눈금이나 숫자의 경우에는 적외선을 반사하지 않은 안료를 첨가한 페인트로 인쇄하여 야간에 측정 결과값의 정확도를 높일 수 있는 효과가 있다.
다음으로 강우량 측정척(112)은 강우량을 측정하기 위한 원통형상의 수조의 표면에 부착되어 구성되어진다.
도 3에 도시된 바와 같이 강우량에 따라 수조안의 물의 높이를 측정할 수 있도록 숫자와 눈금이 표시된 강우량 측정척(112)을 구성하며, 물의 높이에 따라 상승하거나 하강하는 부유체를 추가로 구비함으로써 강우량을 용이하게 측정하는 것이 가능한 장점이 있다.
상기 부유체는 강우 시 수조에 담기게 되는 물의 높이에 따라 상승하거나 하강하되도록 물의 비중보다 가볍게 구성되며, 상기 강우량 측정척(112)의 눈금을 가리키는 형태로 제작되어진다.
또한 상기 카메라(120)의 접점을 이용하여 상기 수조가 전력을 공급받게되면, 원격으로 수조의 물을 비울 수 있는 별도의 배수장치가 추가로 구비되어진다.
상기 카메라(120)는 상기 적설척(111) 또는 강우량 측정척(112)의 전체 모습을 촬영할 수 있는 위치에 고정형 카메라 또는 회전형 PTZ카메라(Pan Tilt Zoom camera)로 구성되어지며, 상기 카메라(120)를 통하여 획득되는 영상데이터는 네트워크 장치를 통하여 중앙 관측소(200)로 전송하게 된다.
이때 상기 네트워크 장치는 유무선인터넷, 근거리 통신망 등 양방향 통신이 가능한 모든 네트워크 전송수단을 포함한다.
상기 카메라(120)은 안개, 연무, 강한 눈보라 및 폭설이 발생했을 경우에도, 정확하고 선명한 영상데이터를 획득하기 위하여, 안개, 눈 등을 필터링하여 깨끗하고 선명한 영상을 획득하는 것이 가능한 저시정 보정 카메라를 추가적으로 사용할 수 있다.
한편, 상기 카메라(120)의 내부에는 발열장치(124)와 FAN(125)이 구비되어지며, 카메라(120)의 접점을 이용하여 중앙 관측소(200)에서 상기 발열장치(124)와 FAN(125)으로 전원이 공급되거나 차단된어진다.
상기 전원이 공급되어지면 상기 발열장치(124)와 FAN(125)이 가동되어, 카메라(120) 렌즈주변의 습기를 제거하거나, 눈이나 상고대와 같은 결정을 녹여내어 카메라(120)가 항상 동일한 상태를 유지하는 것이 가능하다.
또한 도 7에 도시된 바와 같이 상기 카메라(120)의 내부에는 별도의 온도센서(121) 및 습도센서(122)가 추가로 구성되어진다.
상기 온도센서(121)와 습도센서(122)로부터 생성되는 온도 및 습도 데이터는 카메라(120)에 구성된 제어장치(123)로 전송되며, 상기 온도 및 습도 데이터가 기설정된 기준치를 벗어날 경우에는, 상기 발열장치(124)와 FAN(125)을 작동시킴으로써, 카메라(120) 주변의 날씨가 변하여도 상기 카메라(120)가 항상 일정한 상태를 유지시키는 것이 가능한 장점이 있다.
한편, 상기 카메라(120)는 적설량을 측정하거나 강우량을 측정할 필요가 없을 경우에는 관측소(100)의 시설을 관리할 수 있는 CCTV의 용도로 활용이 가능하다.
다음으로 상기 중앙 관측소(200)는 측정 서버(210), NVR(220), DB 서버(230), 모니터(240) 및 경보 장치(250)가 구비되어진다.
상기 측정 서버(210)에는 상기 카메라(120)로부터 수신되는 영상데이터를 대상으로 하여 지능형 이미지 분석이 가능한 기상정보 측정 프로그램이 설치되어진다.
또한 상기 측정 서버(210)는 상기 관측소(100)의 카메라(120)에 접속하는 것이 가능하며, 소정의 주기에 따라 카메라(120)로부터 영상데이터를 전송받으며, 상기 측정척(110)과 카메라(120)를 제어할 수 있도록 제어신호를 전송하게 된다.
상기 측정 서버(210)는 카메라(120)에 접속하기 위한 접속 아이디와 패스워드, IP어드레스 및 접속포트 등의 정보를 사전에 입력하여 저장하며, 설정하는 것이 가능하다.
상기 측정 서버(210)는 기설정된 스케줄에 따라 주기적으로 카메라(120)에 접속하여 측정척(110)으로부터 적설량이나 강우량 및 계곡의 수위를 측정하게 된다.
만약, 적설량을 측정할 경우에는 상기 측정 서버(210)가 카메라(120)에 구성된 접점으로 제어신호를 전송하여, 상기 적설척(111)의 발열장치에 전원을 공급하거나 전원공급을 차단하게 된다.
상기 측정 서버(210)는 폭설이나 폭우가 발생했을 경우에는, 측정값이 기설정된 기준값 이상으로 측정되어지면, 경보장치(250)에 제어신호를 전송하여 알람을 발생시키거나 경광등을 작동시켜 관측소(200)의 관리자에게 위험상황임을 유도하는 것이 가능하다.
또한 상기 측정 서버(210)에는 관리자의 이메일이나 휴대번호와 같은 개인연락처를 미리 저장하여, 상기 경보장치(250)로 제어신호가 전송되어질 시 상기 관리자의 이메일이나 휴대번호로 함께 전송되어짐으로써, 관리자가 관측소(200)의 외부에 위치하여도 위험상황임을 감지할 수 있다.
한편, 상기 측정 서버(210)에 설치된 지능형 이미지 분석을 이용한 기상정보 측정 프로그램은 도 4에 도시된 바와 같이, 순서도에 따른 프로세스를 통하여 적설량, 강우량 및 계곡의 수위를 측정하게 된다. 이에 따른 상세한 설명은 추후에 하도록 한다.
상기 카메라(120)를 통하여 획득되는 영상데이터는 중앙 관측소(200)로 전송되어지며, 전송된 상기 영상데이터는 중앙 관측소(200)에 구성된 NVR(Network Video Recorder, 220)에 자동적으로 저장되어진다.
상기 NVR(220)에 저장된 영상데이터는 측정 서버(210)와 DB 서버(230)로 전송되어진다. 상기 DB 서버(230)는 전송된 영상데이터를 빅데이터로써 활용하거나, 상기 측정 서버(210)로부터 분석된 측정값을 저장하는 데이터 보관용으로 활용이 가능하다.
상기와 같이 DB 서버(230)에 저장된 측정값은 일별, 월별, 연도별로 분류하는 것이 가능하여 통계데이터를 산출하는 것이 가능하여, 기상대책을 수립하는 등에 활용이 가능한 장점이 있다.
다음으로 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 지능형 영상분석을 이용한 기상정보 측정장치의 관측 개념도를 도시한 도면이다.
상기 관측소(100)는 사람들의 접근이 용이한 지점에 설치되어 계곡의 수위를 측정할 수 있으며, 또한 별도의 방송장치(130)를 추가적으로 구성하게 된다.
상기 방송장치(130)는 상기 측정 서버(210)로부터 경고신호를 수신하게 되며, 상기 측정 서버(210)가 위험 상황임을 감지하게 되면 방송장치(130)를 이용하여 주변으로 경보 및 안내방송을 발생시킴으로써, 계곡에 위치한 주변의 인명을 안전한 장소로 신속하게 대피시키는 것이 가능하다.
상기 안내방송은 측정 서버(210)에 미리 저장되어지며 계곡 상황에 따라 상기 방송장치(130)로 자동 전송이 가능하여 중앙 관측소(200)에 관리자가 없어도 신속한 안내방송이 가능한 장점이 있다.
상기 관측지점(300)에는 하천의 수위를 측정할 수 있도록 눈금이 표시된 수위 측정척(113)이 구비되어진다.
상기 수위 측정척(113)은 눈금과 숫자가 표시되어진 수직자 형태로 제작되어 설치할 수 있으며, 하천 주변의 바위, 옹벽, 교각 등의 계곡의 수위를 측정할 수 있는 장소에 부착되어 사용되어진다.
이때 상기 수위 측정척(113)의 표면에는 적외선 반사 필름을 부착하여 구성하거나, 적외선 반사 안료가 첨가된 페인트를 도포하고, 상기 측정척(113)에 도시된 눈금이나 숫자의 경우에는 적외선을 반사하지 않은 안료를 첨가한 페인트로 인쇄하여 야간에 측정 결과값의 정확도를 높일 수 있는 효과가 있다.
상기 카메라(120)는 수위 측정척(113)을 포함하는 전체적인 전경을 확인할 수 있는 위치에 고정형 카메라 또는 회전형 PTZ카메라가 설치되어지고, 상기 카메라(120)를 통하여 획득되어지는 영상은 영상데이터화 되어 네트워크 장치를 통해 상기 중앙 관측소(200)로 전송되어진다.
또한 상기 카메라(120)는 계곡에서 발생되는 안개, 연무 및 강우 시에도, 정확하고 선명한 영상데이터를 획득하기 위하여, 안개, 눈 등을 필터링하여 깨끗하고 선명한 영상을 획득하는 것이 가능한 저시정 보정 카메라를 추가적으로 사용할 수 있다.
상기 카메라(120)로부터 획득되는 영상데이터는 상기 측정 서버(210)에 구성된 지능형 이미지 분석을 이용한 기상 정보 프로그램에 의해 분석되어진다.
상기 측정 서버(210)는 카메라(120)로부터 이미지정보를 전송받아 이미지분석을 진행하게 되며, 하천의 수위를 측정함과 동시에 상기 모니터(250)를 통하여 화면을 출력하는 것이 가능하며, 측정시각, 측정시작 시각에 따른 수위 측정척(113)을 포함하는 전경 이미지, 측정에 사용되는 수위 측정척(113)의 이미지를 생성하여 이를 저장하고, 측정값 및 단위 시간 당 수위 정보를 DB 서버(230)로 전송하여 저장하게 된다.
상기 측정 서버(210)는 홍수와 같이 수위가 범람하게 되면, 측정 서버(210)에 기설정된 기준값 이상의 측정값이 측정되어지면, 경보장치(250)에 제어신호를 전송하여 알람을 발생시키거나 경광등을 작동시키는 등의 방법을 통하여 중앙 관측소(200) 위치한 관리자에게 위험상황임을 감지할 수 있도록 주위를 유도하게 된다.
또한 상기 관측소(100)에 추가로 구성된 발송장치(130)를 통하여 미리 저장된 음성파일을 재생하여 위험발생에 따른 대피방송을 송출하거나, TTS(Text to Speech) 기능을 통해 미리 기설정된 안내문구를 음성신호로 생성하여 자동경보 방송을 송출하게 된다.
이를 통해 관측소(100)의 주변에 위치한 인명의 대피를 신속하게 유도하는 것이 가능하며, 경보 장치(250)를 통하여 중앙 관측소(200)에 위치한 관리자는 신속하게 상황을 판단하도록 유도하는 것이 가능한 장점이 있다.
다음으로 상기 측정 서버(210)에 설치되어 구성되는 지능형 이미지 분석을 이용한 기상 정보 측정 프로그램의 분석방법에 대해 상세히 설명한다.
먼저 본 발명에서는 도 4에 도시된 바와 같이, PTZ 렌즈 이동 단계(S10)에서는 상기 카메라(120)는 회전형 PTZ카메라를 적용하여 사용하는 예에 대해 설명하고자 한다.
강우량 측정 시와 적설량 측정 시 및 계곡 수위 측정에 따라 측정척의 위치가 서로 상이하기 때문에, 적설척(111), 강우량 측정척(112) 및 수위 측정척(113)의 위치에 해당하는 Pan, Tilt, Zoom값을 이용하여 카메라(120)의 렌즈방향을 측정하고자 하는 측정척(110)의 방향으로 이동되는 PTZ 카메라 이동 단계(S10)가 구성된다.
상기 PTZ 카메라 이동 단계(S10)에서는 별도의 카메라 제어부를 통하여 상기 측정척(110)의 위치에 해당하는 카메라(120)의 렌즈방향에 대해서 프리셋(preset)으로 설정하여 저장하거나, Pan, Tilt, Zoom값을 직접 확인하여 저장하는 것이 가능하다.
만일, 미리 설정된 카메라(120)의 렌즈방향이 프리셋일 경우, 상기 프리셋은 각각 복수개로 구성되어 프리셋 번호를 설정하며, 상기 기설정된 프리셋 번호를 카메라(120)로 전송하게 되면, 상기 프리셋 번호에 따라 상기 카메라(120)의 렌즈방향을 이동시키는 것이 가능하다.
또한 Pan, Tilt, Zoom값을 저장하여 상기 카메라(120)로 전송하게 되면 상기 Pan, Tilt, Zoom값에 따라 카메라(120)의 렌즈방향이 이동되어진다.
한편, 본 발명에서는 PTZ카메라의 적용 예에 대해 설명하고 있으나, 동일한 목적과 기능을 달성할 수 있는 범위 내에서 일반 카메라를 적용하여 사용되어질 수 있다.
다음으로 영상 획득 단계(S20)는 상기 카메라(120)의 렌즈방향이 측정척(110)이 설치된 방향으로 완전히 이동되어지며, 상기 측정척(110)을 포함한 전경 이미지를 영상데이터로 획득하여 저장하게 된다.
또한 상기 카메라 제어부는 PTZ카메라의 렌즈방향을 제어하여, 적설량, 강우량 또는 계곡이나 하천의 수위를 측정하기에 가장 접합한 확대영상을 획득할 수 있도록 설정된 후, 확대 이미지를 영상데이터로 획득하게 저장하게 된다.
다음으로 전처리 단계(S30)는 상기 영상 획득 단계(S20)에서 획득된 영상데이터가 측정 서버(210)를 통하여 상기 측정척(110) 부분과 상기 측정척(110) 주위의 배경이 분리되어지도록 영상데이터의 색상을 조정한다.
이때 영상데이터의 각각의 픽셀은 1 내지 255의 밝기값 중 어느 하나의 값을 가지도록 흑백이미지로 변환되며, 전체적으로 이미지가 부드러운 상태가 되도록 보정하여 정확한 분석결과를 획득하기 위한 이미지 처리단계이다.
임계값 설정 단계(S40)에서는 후술하는 이미지 이진화 단계(S50)에서 기준이 되는 기준값을 결정하기 위한 것으로, 다양한 알고리즘을 통하여 임계값을 선정하게 된다. 또한 분석에 용이한 임계값을 직접 지정하는 것이 가능하다.
즉, 측정 서버(210)에서는 보정처리된 상기 흑백이미지의 픽셀에 대한 밝기값의 기준값을 산정하며, 산정된 상기 기준값을 임계값으로 지정하게 된다.
상기 임계값의 설정 방법으로는 고정된 전역 임계값(Threshold), 가변적 적응 임계값(Adaptive Threshold), 히스테리스 임계값(Threshold)을 적용한다.
상기 고정된 전역 임계값은 이미지 전체에 같은 기준값을 정하는 방식으로, 임의로 정한 값, 전체 픽셀 밝기값의 평균값, 히스토그램의 값을 이용하는 알고리즘이다.
상기 가변적 적응 임계값은 이미지를 n*n 픽셀의 블록으로 임의설정하고, 상기 설정된 블록단위로 평균값을 구하여 임계값을 결정하는 알고리즘이다.
상기 히스테리 임계값은 주변의 값들을 참조하여 임계값을 결정하는 알고리즘이다.
본 발명에서는 기본적으로 상기 알고리즘 중에서, 이전에 성공한 알고리즘을 이용하여 임계값을 결정하고 있으나, 만일 이전에 성공한 알고리즘이 현재단계에서 실패할 경우, 상기 알고리즘을 순차적으로 적용하여 임계값을 결정하게 된다.
상기 이미지 이진화 단계(S50)는 전처리 단계(S30)를 통하여 보정이 끝난 이미지의 각 픽셀을 대상으로 밝기값을 변경하여 저장하는 단계로, 상기 측정 서버(210)에서는 임계값 설정 단계(S40)를 통해 설정된 임계값을 기준으로 각 픽셀의 밝기값이 임계값보다 작을 경우에는 검정색으로 변환하며, 상기 임계값보다 클 경우에는 흰색으로 변환하며, 도 5와 같이 이미지가 흰색 바탕에 검은 색의 덩어리가 여러 군데 나타나 검정색과 흰색, 단 두 가지의 색상으로만 변환하게 된다.
이때 상기 임계값에 따라 상기 검은 색의 덩어리는 적게는 몇 개에서 많게는 수십게 이상 나타날 수 있다.
다음으로 상기 이진화된 이미지에서 측청척 이미지를 추출하기 위한 측정척 이미지 추출 단계(S60)에서는 측정 서버(210)에 의하여 측정척(110)이라고 판단되는 부분에 대한 크기와 좌표(start x, end x, start y, end y)가 계산되어진다.
이미지의 크기가 측정척(110)의 크기라고 판단될 픽셀의 숫자를 기설정하며, 상기 기설정된 픽셀의 숫자보다 적거나, 너무 커서 전체 이미지의 80%이상을 차지하면 측정척(110)이 아닌 것으로 무시하게 된다.
상기 무시된 이미지 영역을 제외한 나머지 영역을 측정척(110)으로 가정하며, 연속되는 상기 좌표를 이용하여 이미지를 메모리에 복사하여 측정척(110)에 대한 후보이미지를 생성하게 된다.
다음으로 숫자/눈금 이미지 추출 단계(S70)에서는 측정 서버(210)에 의해 상기 측정척 이미지 추출 단계(S60)에서 생성된 측정척(110)의 후보이미지 중에서 숫자와 눈금으로 판단되는 부분의 이미지만을 별도로 추출하여 숫자와 눈금의 검정색 이미지의 덩어리 크기를 재설정하여 분석함으로써 숫자/눈금에 대한 후보이미지를 추출하게 된다.
이때 상기 측정 서버(210)에는 숫자 이미지 템플릿이 기저장되어 있으며, 상기 숫자/눈금 이미지 추출 단계(S70)에서 추출된 숫자 후보이미지와 순차적으로 비교하여 숫자임을 확인하게 되는 숫자 인식 단계(S80)를 진행하게 된다.
상기 숫자 인식 단계(S80)에서 추출된 숫자 후보이미지와 숫자 이미지 템플릿을 비교하는 방법으로는 추출된 이미지를 숫자 이미지 템플릿과 동일한 크기로 변경하고, 숫자 후보이미지에서 숫자 템플릿 이미지를 제거하여 차영상을 획득하게 된다.
즉 ‘숫자 후보이미지 - 숫자 템플릿 이미지 = 차영상’의 계산식을 거치게 된다.
이때 상기 차영상은 두 개의 이미지에서 같은 색은 ?색으로 표시하고, 다른 색은 검정색으로 표시하게 된다.
상기 차영상을 대상으로 ‘차영상 중 검정색을 자지하는 픽셀수 / 차영상의 전체 이미지 픽셀수’를 구하여, 가장 낮은 비율을 갖는 값을 해당 숫자로 파악하게 된다.
한편, 숫자 인식 단계(S80)에서 두 개 이상의 10진수를 찾아내지 못하게 된다면, 상기 임계값 설정 단계(S40)로 다시 되돌아가며, 두 개 이상의 10진수를 찾아낼 때까지 숫자 인식 단계(S80)까지 여러번 반복수행하게 된다.
다음으로 숫자 간의 거리 계산 단계(S90)에서는 숫자 간의 거리 계산 단계(S90)에서는 이미지의 한 픽셀 당 실제 거리를 계산하는 것으로, 상기 숫자 인식 단계(S80)에서 인식된 두 개 이상의 숫자에서 가장 낮은 두 개의 숫자를 선택하여 두 개의 숫자에 해당하는 이미지의 세로 좌표값을 이용하여 거리를 산출하는 것으로, 아래와 같은 계산식을 통하여 산출하게 된다.
한 픽셀 당 실제 거리 = (큰 숫자에 해당하는 이미지의 세로 좌표 - 작은 숫자에 해당하는 이미지의 세로 좌표) / (큰 숫자 - 작은 숫자)
상기와 같이 숫자간의 거리 계산이 산출되어지면, 눈금 인식 단계(S100)를 진행하게 된다.
상기 눈금 인식 단계(S100)는 측정척에서 가장 낮은 숫자에 해당하는 이미지 좌표보다 큰 좌표를 가지는 눈금을 찾게 된다.
즉, 눈금 인식 단계(S100)는 상기 측정 서버(210)를 통하여 변환된 이진화된 이미지 중에서 검은색 이미지에 해당하는 가로 크기와 세로 크기를 이용하며, 상기 가로 크기가 세로 크기보다 더 클 경우에는 눈금에 대한 후보이미지로 산출하게 된다.
상기 눈금 후보이미지는 측정 서버(210)에 기설정된 눈금 템플릿과 비교하여 눈금임을 확인하게 된다.
상기 과정에서도 유효한 눈금의 위치가 정상적으로 인식되지 않을 경우에는 임계값 설정 단계(S40)로 되돌아가 유효한 눈금의 위치를 인식할 때까지 눈금 인식 단계(S100를 여러번 반복수행하게 된다.
다음으로 측정값 확인 단계(S110)에서는 측정 서버(210)에 의하여 측정값을 산출하고, 산출된 측정값이 유효한 값인지 아닌지 확인하는 단계로, 아래와 같은 계산식을 통하여 확인하게 된다.
측정값 = 숫자 인식 단계(S80)에서 추출된 가장 낮은 숫자 - (눈금 인식 단계(S100)에서 가장 큰 세로 좌표값 - 숫자 인식 단계(S80)에서 추출된 가장 낮은 숫자에 해당하는 이미지의 세로 좌표값) * 숫자간 거리 계산 단계(S90)에서 산출된 한 픽셀 당 실제 거리
상기 계산식을 통하여 측정값을 산출하는 것이 가능하며, 측정값을 산출한 결과의 유효성을 검사하여 유효하지 않은 값이 측정되었을 경우, PTZ 렌지 이동 단계(S10)로 되돌아가 유효한 측정값이 도출될 때까지 측정값 확인 단계(S110)까지 여러번 반복수행하게 된다.
만일, 측정값의 정확한 인식이 성공하게 되면, 회전형 PTZ카메라의 Pan, Tilt, Zoom값을 다시 획득하여 수정하고 저장함으로써, 다음번의 PTZ 렌지 이동 단계(S10)에서 사용할 수 있도록 정보를 업데이트 하게 된다.
즉, 적설량 및 강우량이 증가하거나, 계곡 하천의 수위가 증가하게 되면 카메라(120)의 렌즈방향을 상향하여 조정하며, 탐색이 가능하도록 하는 것이다.
또한 측정이 완료되면 상기 카메라(120)의 렌즈방향을 기설정된 시설관리 방향으로 이동하도록 설정하여, 시설물 안전관리와 같은 부가적인 기능을 수행하여 별도의 카메라 설비를 추가적으로 구비하지 않아 설치비용이 절감되는 장점이 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이행할 수 있을 것이다.
100 : 관측소 110 : 측정척
120 : 카메라 130 : 방송장치
200 : 중앙 관측소 210 : 측정 서버
220 : NVR 230 : DB서버
240 : 모니터 250 : 경보 장치

Claims (10)

  1. 적설량을 측정하기 위한 적설척(111)과, 강우량을 측정하기 위한 강우량 측정척(112)과, 하천의 수위를 측정하기 위한 수위 측정척(113)으로 구성된 측정척(110)에 있어서, 상기 측정척(110)이 설치된 방향을 향하도록 회전 가능하며 주기적으로 영상을 촬영하여 영상데이터를 수집하는 카메라(120)를 포함하는 관측소(100)에 있어서,
    상기 적설척(111), 강우량 측정척(112), 수위 측정척(113)에는 적외선 반사 물질이 도포되고, 눈금이나 숫자가 도시된 부분에는 적외선을 반사하지 않는 물질이 도포되어 상기 카메라(120)가 야간에도 측정척(110)의 눈금 또는 숫자의 인식이 가능하며,
    상기 강우량 측정척(112)은 강우량에 따라 수조안의 채워진 물의 높이 측정이 가능하도록 숫자와 눈금이 표시되며, 물의 비중보다 가볍게 구성되어 물의 높이에 따라 상승하거나 하강되며 상기 강우량 측정척(112)에 형성된 눈금을 가리키는 부유체와 원격으로 수조의 물을 비울 수 있는 배수장치가 더 포함되고,
    상기 수위 측정척(113)은 눈금과 숫자가 표시된 수직자 형태로 제작되고 하천 주변의 바위, 옹벽, 교각에 설치되어 하천의 수위를 측정하고,
    상기 관측소(100)는 카메라(120)를 통하여 획득된 영상데이터를 수신받아 저장하는 NVR(Network Video Recorder, 220)와, 상기 카메라(120)로부터 영상데이터를 제공받아 이를 분석하는 측정 서버(210)와 상기 측정 서버(210)로부터 분석된 측정값을 저장하여 검색하고 활용 가능한 DB 서버(230)와, 상기 측정 서버(210)의 영상데이터 및 측정값이 화면에 표시되어지는 모니터(240)로 구성되며,
    상기 카메라(120)는 내부에 설치되어 카메라의 온, 습도를 측정하는 온도센서(121)와 습도센서(122)와 상기 온도센서(121)와 습도센서(122)에 연결되어 측정값을 전송받는 제어장치(123)를 포함하되,
    온도센서(121)와 습도센서(122)에서 측정된 값이 기 설정된 범위를 벗어나는 경우, 상기 제어장치(123)는 카메라 내부에 설치된 발열장치(124)와 FAN(125)이 동작되도록 제어하어 렌즈 주변의 습기를 배출하고 카메라 주변에 쌓인 눈 또는 상고대가 제거되도록 제어하여, 주변의 날씨 변화와 상관없이 상기 카메라(120)가 동일한 상태가 유지되도록 제어되고,
    상기 측정 서버(210)는 카메라(120)를 통해 인식된 측정값에 따라 작동되어지는 경광등 또는 경보기 중 어느 하나 이상의 경보장치(250)를 포함하는 중앙 관측소(200)가 포함되며,
    상기 경보장치(250)는 카메라(120)에 인식된 수위 측정척(113)의 눈금이 기 설정된 범위를 벗어나는 경우, 경보를 발생하는 것을 특징으로 하는 지능형 영상분석을 이용한 기상정보 측정장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 관측소(100)에는 카메라(120)에 인접되어 음성출력이 가능한 방송장치(130)를 더 포함되어, 상기 측정 서버(210)가 위험 상황임을 감지하게 되면 방송장치(130)를 통해 경보 및 안내방송이 발생되고,
    상기 측정 서버(210)는 카메라(120)를 통해 인식된 측정척(110)의 눈금이 기 설정된 범위를 벗어나는 경우, 경보장치(250)에 제어신호를 전송하여 알람을 발생시키고 경광등을 작동시켜 중앙 관측소(200)에 위치한 관리자에게 위험 상황임이 인식되도록 하고, 기 저장된 관리자의 이메일과 단말기에 알림메시지를 전송하여, 상기 관리자가 외부에 위치하여도 위험상황임을 인식 가능한 것을 특징으로 하는 지능형 영상분석을 이용한 기상정보 측정장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 카메라(120)를 통해 획득되는 영상데이터는 중앙 관측소(200)로 전송되고, 상기 영상데이터는 중앙 관측소(200)에 구성된 NVR(220)에 자동으로 저장되며,
    상기 NVR에 저장된 영상데이터는 DB 서버(230)로 전송되어 일별, 월별, 연도별로 분류되어 통계데이터로 산출되어 기상대책을 수립하는 빅데이터로 활용되거나,
    상기 측정 서버(210)로부터 분석된 측정값이 저장되는 데이터서버로 활용되는 것을 특징으로 하는 지능형 영상분석을 이용한 기상정보 측정장치.
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