KR102139987B1 - 진동 합성 영상정보를 이용한 급경사지 위험 감시 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 카메라(10)에 의하여 촬상된 영상을 기반으로 급경사지의 진동을 파악하고 위험을 감지하는 방법에 관한 것으로, 영상정보를 처리하여 진동정보를 산출하고 이를 영상정보에 합성하여 원격지에 전송할 수 있도록 한 것이다.
본 발명을 통하여, 사면 지반에 센서를 설치하지 않고도 낙석 등 급경사 사면의 위험요소를 정밀하게 감시할 수 있으며, 사면 지반의 미세한 진동을 정확하고 신속하게 감지함은 물론, 감지된 정보를 원격지에 전송함에 있어서, 기존 상용 통신 체계를 그대로 적용할 수 있을 뿐 아니라 정보 형식의 변동 없이도 영상정보의 전송만으로 진동정보를 안정적으로 동반 전송할 수 있다.

Description

진동 합성 영상정보를 이용한 급경사지 위험 감시 방법{SLOPE MONITORING METHOD USING VIBRATION SYNTHESIZED IMAGE}

본 발명은 카메라(10)에 의하여 촬상된 영상을 기반으로 급경사지의 진동을 파악하고 위험을 감지하는 방법에 관한 것으로, 영상정보를 처리하여 진동정보를 산출하고 이를 영상정보에 합성하여 원격지에 전송할 수 있도록 한 것이다.

급경사 사면의 안정성은 자연 사면은 물론, 인공적인 절, 성토사면 소재 지역에 있어서 인접 시설물의 안전도 판단의 핵심 요소로서, 지형 및 지질 조건에 따른 역학적 분석을 통하여 추정되거나, 각종 센서를 매설하여 사면 지반의 거동을 실측하는 방식으로 파악될 수 있다.

지형 및 지질 조건 등 사면 지반 특성을 통한 안정성 검토는 산사태 등 재해 발생 가능성을 추정하거나 옹벽 등 보강 시설물의 설계 및 시공에 활용되는 방식으로서, 주로 장기적인 계획 수립에 유효한 바, 사면 지반에서의 낙석 빈도 및 총량 등 위험 상황 야기 거동에 대한 실측 및 감시, 임박한 붕괴에 대한 경보에 있어서는 한계가 있을 수 밖에 없다.

이에, 각종 센서류를 사면 지반 또는 주변에 설치하거나, 사면을 주기적으로 촬영하는 카메라(10)를 설치하여 사면 지반의 변형을 감시하는 기술이 개발되어 활용되고 있으며, 관련 종래기술로는 특허 제1149916호 등을 들 수 있다.

전술한 바와 같이, 종래의 사면 안정 검측 방법은 사면 지반에 센서를 설치하는 방식과 사면을 촬영하는 방식으로 분류될 수 있으며, 특허 제1149916호에서와 같이 이들 방식이 병용될 수도 있는데, 이들 모두 상당한 문제점 및 한계를 가진다.

우선, 사면 지반에 가속도계, 변위계 또는 GPS수신기 등의 센서를 설치하는 방식은 측정 정밀도 측면에서는 유리하나 센서의 설치 및 운용에 막대한 비용이 소요되는 문제점을 가진다.

특히, 센서의 운용에 필수적으로 소요되는 전력을 공급하기 위하여 배선을 구축하거나 태양광 발전장치를 병설하게 되는데, 이들 배전 및 발전시설의 설치 및 운용에도 막대한 비용이 소모될 수 밖에 없으며, 사면 지반의 지형 특성상 배선 또는 태양광 발전장치의 설치가 곤란한 경우가 많아 적용에 심각한 제약이 있는 실정이다.

이에, 사면 지반 자체에 센서류를 설치하지 않고, 상시 전력 공급이 가능한 원격지에서 사면을 촬영하는 카메라(10)를 설치함으로써, 영상을 통하여 사면 지반의 실황을 감시하는 방식이 개발되었으나, 이 역시 사면 안정 검측에 있어서 실질적 효과를 기대할 수 없는 문제점이 있다.

이러한 종래기술의 문제점은 광범위한 사면 지반에 대하여 단순 촬영을 실시하고, 이로써 획득된 영상정보를 처리함에서 비롯된 것으로, 사면 지반에서 발생될 수 있는 낙석 등의 이동체 파악에는 유용할 수 있으나, 지표면의 진동 등 사면 안정과 직결되는 거동의 파악에는 한계가 있을 수 밖에 없는 것이다.

본 발명은 전술한 문제점을 감안하여 창안된 것으로, 사면 지반에 설치되는 표적(20)과, 인터넷에 접속되는 발신컴퓨터(31) 및 수신컴퓨터(32)와, 발신컴퓨터(31)에 연결되어 상기 표적(20)을 촬영하는 카메라(10)가 구성되어, 카메라(10)가 촬상된 영상정보를 발신컴퓨터(31)로 입력함에 따라 발신컴퓨터(31)가 입력된 영상정보를 기억장치에 저장하고, 영상정보를 이진화하여 이진화정보를 생성하는 촬상단계(S11)와, 발신컴퓨터(31)가 이진화정보에서 표적(20)의 좌표를 산출하고 산출된 좌표를 기억장치에 저장하는 측점단계(S12)와, 발신컴퓨터(31)가 당 시점의 좌표 및 기억장치에 기 저장된 좌표를 활용하여 FFT(Fast Fourier Transform)를 실시함으로써 진동정보를 산출하는 분석단계(S20)와, 발신컴퓨터(31)가 산출된 진동정보가 수록된 2차원바코드를 생성하는 생성단계(S31)와, 발신컴퓨터(31)가 생성된 2차원바코드와 상기 영상정보를 합성하여 합성영상을 생성하는 합성단계(S32)와, 발신컴퓨터(31)가 합성영상을 인터넷을 통하여 수신컴퓨터(32)로 전송하는 전송단계(S40)로 이루어짐을 특징으로 하는 진동 합성 영상정보를 이용한 급경사지 위험 감시 방법이다.

또한, 상기 전송단계(S40)가 수행된 후, 합성영상을 수신한 수신컴퓨터(32)가 합성영상내 2차원바코드를 추출하고, 수치화한 후 출력하는 출력단계(S50)가 수행됨을 특징으로 하는 진동 합성 영상정보를 이용한 급경사지 위험 감시 방법이다.

본 발명을 통하여, 사면 지반에 센서를 설치하지 않고도 낙석 등 급경사 사면의 위험요소를 정밀하게 감시할 수 있으며, 사면 지반의 미세한 진동을 정확하고 신속하게 감지함은 물론, 감지된 정보를 원격지에 전송함에 있어서, 기존 상용 통신 체계를 그대로 적용할 수 있을 뿐 아니라 정보 형식의 변동 없이도 영상정보의 전송만으로 진동정보를 안정적으로 동반 전송할 수 있다.

또한, 정밀 진동정보를 기반으로, 사면 지반에 대한 고도의 역학적 분석이 가능하며, 이로써 사면 지반의 미세한 변화를 포착하고, 그 상황을 세밀하게 기록함은 물론, 이를 기반으로 실시간 경보를 제공하여, 산사태 등 사면관련 재해의 발생을 적시에 예측하고 인적, 물적 피해를 경감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 수행 상황 설명도
도 2는 본 발명 수행 시스템의 구성도
도 3은 본 발명의 흐름도
도 4는 본 발명의 발신컴퓨터 화면 예시도
도 5는 본 발명의 수신컴퓨터 화면 예시도
도 6은 출력단계가 수행되는 본 발명의 수신컴퓨터 화면 예시도

본 발명의 상세한 구성 및 수행과정을 첨부된 도면을 통하여 설명하면 다음과 같다.

우선, 도 1은 본 발명의 수행 상황을 도시한 것으로, 도시된 바와 같이, 감시 대상 급경사 사면의 전방에 카메라(10)가 설치되며, 해당 사면에는 표적(20)이 설치되어, 카메라(10)가 표적(20)을 상시 촬영한다.

카메라(10)는 사면 지반에 고정되는 표적(20)을 시준(視準)할 수 있는 위치와 각도로 설치되는데, 도 1에 예시된 실시예에서는 사면 주변의 건물에 카메라(10)가 설치되어 있으며, 이렇듯 건물 등 기존 시설물을 활용하는 경우 카메라(10)에 대한 전력 공급 및 통신망 활용 등에 있어서 유리하다.

도 2는 본 발명을 수행하는 구성요소 및 각 구성요소간 연결관계를 도시한 것으로, 도시된 바와 같이, 본 발명은 사면 지반에 설치되는 표적(20)과, 인터넷에 접속되는 발신컴퓨터(31) 및 수신컴퓨터(32)와, 발신컴퓨터(31)에 연결되어 상기 표적(20)을 촬영하는 카메라(10)가 구성되어 수행된다.

즉, 발신컴퓨터(31)는 현장에 설치되는 컴퓨터로서, 표적(20)에 대한 디지털 동영상 촬영을 상시 수행하는 카메라(10)와 직결되며, 수신컴퓨터(32)는 급경사 사면의 감시를 수행하는 상황실 또는 주무 관청 등 원격지에 설치된 컴퓨터로서 인터넷을 통하여 발신컴퓨터(31)와 연결된다.

여기서 표적(20)은 카메라(10)에 의하여 촬상되는 피사체로서 종래기술의 센서와는 달리 능동적 기능을 수행할 필요가 없으며, 따라서 표적(20)을 사면 지반에 타입하여 고정하는 등의 간단한 조치만으로 본 발명의 수행이 가능하다.

즉, 본 발명에 있어서 사면 지반에 설치되는 표적(20)은 가속도계, 변위계 또는 GPS수신기 등 종래기술에서의 센서류와 달리 전력 공급은 물론 통신망 연결이 필요하지 않은 구성으로서, 단지 고대비(高對比) 피사체를 제공하는 역할만으로도 영상 검측에 있어서 고도의 검측 감도 및 정밀도를 발현할 수 있는 것이다.

도 3은 본 발명의 수행 과정을 단계별로 도시한 흐름도로서, 동 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명은 카메라(10)가 촬상된 영상정보를 발신컴퓨터(31)로 입력함에 따라 발신컴퓨터(31)가 입력된 영상정보를 기억장치에 저장하고, 영상정보를 이진화하여 이진화정보를 생성하는 촬상단계(S11)로 개시된다.

본 발명에 있어서 카메라(10)는 전술한 바와 같이 디지털 동영상을 촬영하는 카메라(10)로서 정밀한 진동 분석이 가능하도록 고속촬영이 실시될 수도 있으며, 동영상 영상정보 형식의 정보를 발신컴퓨터(31)로 입력하게 된다.

도 4는 본 발명이 수행되는 발신컴퓨터(31)의 화면을 예시한 것으로, 도시된 바와 같이, 촬상되어 입력된 영상은 필요에 따라 확대된 후 이진화 처리되는데, 이러한 영상정보의 처리 및 후술할 진동 분석, 2차원바코드의 생성, 합성영상의 생성 및 전송은 발신컴퓨터(31) 즉, 발신컴퓨터(31)에 응용프로그램으로서 탑재된 프로그램에 의하여 수행된다.

결국, 발신컴퓨터(31)에 탑재된 본 발명 수행 응용프로그램은 이미지프로세싱(Image processing), 좌표독출, 고속푸리에변환(FFT, Fast Fourier Transform), 2차원바코드 생성 및 영상정보 송출 기능을 수행하는 것이다.

영상정보의 이진화(二進化)는 영상정보를 구성하는 화상(畵像)의 픽셀값을 일정 기준치를 상회하는 값과 하회하는 값으로 이분하여 대비를 극대화하는 처리로서, 여기서 기준치는 전체 픽셀값의 산술평균을 적용하는 방식이나, 영상정보를 구성하는 화상의 전체 영역에 있어서 명암분포 균일성을 검정하는 방식 등을 선택할 수 있다.

또한, 도면상 표현되지는 않았으나, 촬상된 영상정보를 구성하는 화상의 픽셀값을 그레이 스케일(gray scale)로 변환하는 등의 방식으로 일차 균일화한 후, 균일화된 화상을 최종 이진화하는 단계적 처리를 수행함으로써, 이진화 처리의 효율성 및 정확성을 제고할 수도 있다.

촬상단계(S11)가 완료되면, 발신컴퓨터(31) 즉, 전술한 응용프로그램이 이진화정보에서 표적(20)의 좌표를 산출하고 산출된 좌표를 기억장치에 저장하는 측점단계(S12)수행된다.

이어서, 발신컴퓨터(31) 즉, 상기 응용프로그램이 당 시점의 좌표 및 기억장치에 기 저장된 좌표를 활용하여 FFT(Fast Fourier Transform)를 실시함으로써 진동정보를 산출하는 분석단계(S20)가 수행된다.

이러한 분석단계(S20)에 있어서의 FFT 처리는 시계열 좌표를 활용하여 실시되는 것으로, 당 시점(時點)의 표적(20) 좌표와 일정 시간 이전 시점 부터의 좌표가 입력치로 활용되어 수행되며, 이로써 진동수 및 진폭 등이 포함되는 진동정보가 산출된다.

분석단계(S20)에서 산출되는 진동정보는 문자열 내지 숫자열 형태의 정보로 표시될 수 있는데, 종래기술에서는 이러한 문자열 형식 정보를 영상정보와 동반하여 원격지로 송신하는 경우, 문자열 형식 정보와 영상정보에 대하여 각각 별도의 통신규약이 적용되는 별도의 통신로를 개설하거나, 영상정보와 문자열 형식 정보를 병합하여 단일 통신로로 전송한 후, 수신처에서 병합된 정보를 분해하는 과정을 수행하였다.

따라서, 영상정보만을 전송하는 경우에 비하여 통신부하가 증가하거나, 병합된 특이형식 정보의 전송으로 인하여 통상적인 영상정보 전송 플랫폼을 활용할 수 없는 문제점이 있었는데, 전자(前者) 문제점의 심각성에는 이견이 있을 수 없으나, 후자의 영상정보 전송 플랫폼 관련 문제점에 대한 심각성은 통신 경로에 대한 선택의 문제로 치부될 수 있다.

그러나, 근래 상당수의 정보가 영상정보 형태로 통용되고 있을 뿐 아니라, 영상통화 또는 인터넷 방송 등 상용 통신망을 활용하는 다양한 영상정보 전송 플랫폼 서비스가 제공되고 있는 바, 영상정보 형식의 정보는 여타의 정보 형식에 비하여 원격지 전송 편의성 및 비용에 있어서 유리하다 할 수 있다.

특히, 영상통화 또는 인터넷 방송 등의 플랫폼을 활용할 경우 발신컴퓨터(31)와 후술할 수신컴퓨터(32)간 영상정보의 스트리밍이 가능한 바, 감시 영상 및 진동정보의 실시간 전송이 가능하므로, 급경사 사면의 위험 상황 감시에 있어서 핵심 요소인 신속성을 확보할 수 있으나, 전술한 병합정보의 경우 그 형식이 일반적인 동영상 파일 등 영상정보가 아닌 압축파일 등의 형식을 가지므로 실시간 전송이 가능한 영상정보 전송 플랫폼을 활용할 수 없을 뿐 아니라, 동영상 영상정보와 진동정보가 분리될 경우 추후 수신측의 정보 활용시 진동정보와 영상정보간 동기화(synchronization)가 필요하므로 진동정보를 구성하는 개별 진동 측정치에 시각(時刻) 또는 동영상 영상정보내 프레임을 특정할 수 있는 정보가 각각 부여되어야 하며, 그에 따라 전체 진동정보의 용량도 증가할 수 밖에 없다.

이에, 본 발명에서는 영상정보의 형식은 변동 없이 유지하면서도 문자열 정보인 진동정보를 합성할 수 있도록 하였으며, 이는 도 3에서와 같이, 발신컴퓨터(31)가 산출된 진동정보가 수록된 2차원바코드를 생성하는 생성단계(S31)와, 발신컴퓨터(31)가 생성된 2차원바코드와 상기 영상정보를 합성하여 합성영상을 생성하는 합성단계(S32)와, 발신컴퓨터(31)가 합성영상을 인터넷을 통하여 수신컴퓨터(32)로 전송하는 전송단계(S40)를 통하여 달성될 수 있다.

즉, 진동정보를 2차원바코드로 변환하여 영상정보에 합성함으로써, 도 5에서와 같은 화면의 합성영상을 생성하는 것으로, 이로써 일반 동영상 파일인 영상정보의 형식은 일체의 변동 없이 유지하면서도, 문자열 정보인 진동정보를 안정적으로 영상정보에 합성할 수 있으며, 특히 2차원바코드를 적용함으로써 수신컴퓨터(32)에서 합성영상을 처리하고 합성영상에서 진동정보를 추출함에 있어서도 신속성, 편의성 및 무오성(無誤性)을 확보할 수 있다.

특히, 동영상 영상정보를 구성하는 각각의 프레임에 당 시점(時點)에서의 진동 산출치를 진동정보로서 수록할 수 있는 바, 수신측에서 정보를 활용함에 있어서 영상정보와 진동정보에 대한 별도의 동기화가 필요하지 않으며, 영상정보의 개별 프레임을 구성하는 화상의 일부를 2차원바코드가 점유할 뿐, 별도의 해상도 증가 또는 화상의 픽셀수 증가가 초래되지 않는 바 일체의 용량 증가 없이 통신 및 정보 처리를 수행할 수 있다.

도 5에서와 같이, 합성영상을 생성함에 있어서의 2차원바코드의 화면상 위치는 중앙이 아닌 외곽부에 설정함으로써, 중앙부에 위치하는 표적(20)에 대한 사용자의 시각적 확인을 방해하지 않도록 하는 것이 바람직하다.

한편, 전송단계(S40)가 수행된 후, 합성영상을 수신한 수신컴퓨터(32)가 합성영상내 2차원바코드를 추출하고, 수치화한 후 출력하는 출력단계(S50)가 수행됨으로써, 도 6에서와 같이 수신컴퓨터(32)의 사용자가 진동정보를 문자 및 수치로서 실시간 파악할 수도 있다.

합성영상내 2차원바코드의 수치화 내지 문자화는 수신컴퓨터(32)에 탑재된 응용프로그램에 의하여 수행될 수 있는데 동 응용프로그램은 통상의 2차원바코드 스캐닝 프로그램을 적용할 수 있으므로, 용이한 시스템 구축이 가능하다.

이렇듯, 진동정보를 2차원바코드로서 영상정보에 합성하여 수신컴퓨터(32)로 전송함으로써, 수신컴퓨터(32)에서 영상정보로부터 진동정보를 신속하고 정확하게 추출할 수 있는데, 일견 진동정보를 2차원바코드가 아닌 일반 문자로 영상정보에 합성하는 방식의 적용하여도 유사한 효과를 얻을 수 있을 것으로 오해될 수 있다.

그러나, 일반 문자인 진동정보를 영상정보에 자막 형태로 합성할 경우, 수신측에서 이를 활용함에 있어서 OCR(optical character reader) 엔진의 활용이 필수적인데, OCR 엔진은 2차원바코드 스캐닝에 비하여 그 정확도가 극히 저조할 뿐 아니라 가동에 상당한 전산자원 및 시간이 소요되는 바, 효율성, 신속성 및 정확성에 있어서 비교 대상이 될 수 없다.

한편, 본 발명의 중요한 특징 중 하나인 동영상 영상정보내 개별 프레임별 2차원바코드 합성은 2차원바코드내 수록된 진동정보가 바로 당해 프레임과 동기화된 정보라 할 수 있으므로, 별도의 동기화 처리 없이도 고도의 동기화 처리를 수행한 것보다 월등히 정확하게 동기화된 진동정보 및 영상정보를 획득할 수 있다.

특히, 본 발명에서는 수신컴퓨터(32)가 아닌 발신컴퓨터(31)에서 진동 분석인 FFT가 수행되는데, 이로써 고속촬영을 통한 고품질 진동정보의 획득이 가능하다.

즉, 카메라(10)가 일반적인 동영상이 아닌 고속촬영 동영상을 촬영한 후 발신컴퓨터(31)가 이를 분석하여 고품질의 진동정보를 추출하되, 수신컴퓨터(32)로 영상정보를 전송함에 있어서는 일반적인 영상정보 전송 플랫폼을 활용할 수 있도록 고속촬영 동영상이 아닌 일반 동영상으로 변환된 영상정보를 생성하여 전송하는 것이다.

이는, 일단 진동정보의 산출에는 고속촬영 동영상 원본을 활용하여 고정밀 진동정보를 수립하고, 고속촬영 동영상 중 일부 프레임을 소거하여 일반 동영상 영상정보상 일련의 프레임을 구성하되, 이들 일련의 프레임에 시간적으로 각각 일치하는 진동정보를 2차원바코드로 합성하는 방식으로 진행된다.

이러한 본 발명을 통하여, 사면 지반의 미세한 진동 등 변화를 포착하고 이를 기반으로 상황실 또는 주무 관청 등 원격지에 실시간 진동정보 및 영상정보를 동반 제공함으로써, 산사태 등 사면관련 재해의 발생을 적시에 예측하고 인적, 물적 피해를 경감할 수 있다.

10 : 카메라
20 : 표적
31 : 발신컴퓨터
32 : 수신컴퓨터
S11 : 촬상단계
S12 : 측점단계
S20 : 분석단계
S31 : 생성단계
S32 : 합성단계
S40 : 전송단계
S50 : 출력단계

Claims (2)

1. 사면 지반에 설치되는 표적(20)과, 인터넷에 접속되는 발신컴퓨터(31) 및 수신컴퓨터(32)와, 발신컴퓨터(31)에 연결되어 상기 표적(20)을 고속촬영 동영상으로 촬영하는 카메라(10)가 구성되어,
   카메라(10)가 촬상된 영상정보를 발신컴퓨터(31)로 입력함에 따라 발신컴퓨터(31)가 입력된 영상정보를 기억장치에 저장하고, 영상정보를 이진화하여 이진화정보를 생성하는 촬상단계(S11)와;
   발신컴퓨터(31)가 이진화정보에서 표적(20)의 좌표를 산출하고 산출된 좌표를 기억장치에 저장하는 측점단계(S12)와;
   발신컴퓨터(31)가 당 시점의 좌표 및 기억장치에 기 저장된 좌표를 활용하여 FFT(Fast Fourier Transform)를 실시함으로써 진동정보를 산출하는 분석단계(S20)와;
   발신컴퓨터(31)가 산출된 진동정보가 수록된 2차원바코드를 생성하는 생성단계(S31)와;
   발신컴퓨터(31)가 생성된 2차원바코드와 상기 고속촬영 동영상 중 일부 프레임을 소거하여 일반 동영상 영상정보상 일련의 프레임을 구성한 영상정보를 합성하여 합성영상을 생성하는 합성단계(S32)와;
   발신컴퓨터(31)가 합성영상을 인터넷을 통하여 수신컴퓨터(32)로 전송하는 전송단계(S40)로 이루어짐을 특징으로 하는 진동 합성 영상정보를 이용한 급경사지 위험 감시 방법.
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