KR102332404B1 - 영상 정보를 이용한 수도미터기 자동시험장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 영상 정보를 이용한 수도미터기 자동시험장치에 관한 것으로서, 상세하게는 수도미터기의 영상 정보를 촬영하며, 촬영된 영상 이미지 상에서 시동침과 1리터침을 인식하여 회전 각도를 계산하며, 회전 각도를 기준으로 회전 알피엠을 계산하며, 계산된 회전 알피엠을 참조하여 순시 유량을 계산을 계산한 후, 계산된 순시 유량 정보와 기준 유량계의 순시 유량 정보를 비교하여 일치 여부를 분석하기 위한 영상 정보를 이용한 수도미터기 자동시험장치에 관한 것이다.
본 발명을 통해, 시험 측정 속도가 빠르며, 정확하며, 설치가 용이하면서 숙련공이 필요 없으며, 진동과는 무관한 수도미터기 자동시험장치를 제공하는 효과가 있다.

Description

영상 정보를 이용한 수도미터기 자동시험장치{Water meter automatic test system using image information}
본 발명은 영상 정보를 이용한 수도미터기 자동시험장치에 관한 것으로서, 상세하게는 수도미터기의 영상 정보를 촬영하며, 촬영된 영상 이미지 상에서 시동침과 1리터침을 인식하여 회전 각도를 계산하며, 회전 각도를 기준으로 회전 알피엠을 계산하며, 계산된 회전 알피엠을 참조하여 순시 유량을 계산을 계산한 후, 계산된 순시 유량 정보와 기준 유량계의 순시 유량 정보를 비교하여 일치 여부를 분석하기 위한 영상 정보를 이용한 수도미터기 자동시험장치에 관한 것이다.
일반적으로, 주택, 영업장 등에는 공급되는 용수의 사용량, 즉, 적산 유량을 측정하는 수도미터가 설치되어 있어, 그 수도미터에 의한 유량 적산값으로 용수의 사용료가 부과되고 있다.
일반적으로 사용하고 있는 기계식 수도미터는, 주택이나 각종 건축물에서 소비하고 있는 물 사용량을 검침하여 그에 따른 적정 요금을 부과할 수 있도록 하기 위해 수치상으로 나타내는 것이다.
이러한 기계식 수도미터는 물이 계량부로 유입되어 수도미터 내의 임펠러를 회전시켜 임펠러의 회전력을 계량부 내에 배열되어 있는 기어 유닛들을 통해 카운팅 할 수 있도록 구성하여 기어의 회전수를 적산하여 유량 카운터에서 사용량을 표시하는 형태로 되어 있다.
수도계량기는 생산하여 검정을 받게 되며, 검정전에 전수 기차시험을 진행하게 된다. 이때에 기준탱크에 10 liter 또는 100 liter를 받아서 처리하게 되는데, 10 liter를 받는 데도 시간이 많이 걸리게 된다.
시간이 가장 많이 걸리는 최소유량(Q1) 시험은 15mm 기준으로 16 liter/hour 정도를 흘리기 때문에 10 liter를 받는다고 해도 40분 가까이 걸리게 된다. 따라서 전체 Q1,Q2,Q3 시험을 진행해야 하는데, 이 시험을 모두 진행하게 되면 1시간 이상이 소요되게 된다.
시험을 진행하는 시험대에 최대 20개까지 거치할 수 있기 때문에 1일 9시간 기준으로 8번 정도의 시험을 진행할 수 있으며, 시험대당 160개( 20 * 8 ) 밖에 시험 할 수 없게 된다.
또한, 일부 지자체에서 납품검사를 시행하게 되는데, 샘플시험을 진행한다고 할지라도 납품수량에 따라서 몇일이 소요되게 된다.
이렇듯 생산시험 및 납품시험을 위해서 많은 시간과 인력을 필요로 하게 된다.
다음은 기존 성능 검사장치에 대하여 설명하도록 하겠다.
기계식 시험장비의 경우, 시작시 계기를 읽고, 시험이 끝나면 계기를 읽어서 기준량과 비교하는 시험을 수행하고 있다.
따라서, 숙련공이 필요하며, 기준량이 달라질 수 있으며, 시험 시간이 많이 걸리는 문제점과 판독 오차가 발생하게 된다.
그리고, 레이저 센서를 이용한 자동화 장치의 경우, 레이저 센서로 시동침의 회전을 인식하여 기준 유량계와 비교하여 시험을 수행하고 있다.
이는 시험 시간이 짧은 장점과 정확도가 높은 장점이 있으나, 가격이 비싸며, 계량기의 시동침에 센서를 정렬하기가 매우 힘들기 때문에 오히려 숙련공이 아니면 센서 정렬에 의한 시간이 오래 걸리는 단점과 진동에 취약한 단점과 테스트 장치에 진동이 가해지면 오차가 커지는 문제점이 발생하며, 사용이 어려워 거의 사용하지 않는 장치이다.
그리고, 카메라를 이용한 시험장치의 경우, 기계식을 약간 보완한 것으로서, 시작시 계기의 값을 촬영하고, 종료시 촬영하여 숫자를 인식하여 자동으로 유량을 산출하여 시험하는 방식이다.
따라서, 인식률이 저조하며, 직접 입력하는 경우가 많으며, 시험 시간은 기계식과 같으므로 비용 대비 효과가 없는 문제점이 있었다.
결국, 시험 측정 속도가 빠르며, 정확하며, 설치가 용이하면서 숙련공이 필요없으며, 진동과는 무관한 시험장치의 개발이 필요하게 되었다.
대한민국등록특허번호 제10-0275861호
따라서, 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로,
본 발명의 목적은 수도미터기의 영상 정보를 촬영하며, 촬영된 영상 이미지 상에서 시동침과 1리터침을 인식하여 회전 각도를 계산하며, 회전 각도를 기준으로 회전 알피엠을 계산하며, 계산된 회전 알피엠을 참조하여 순시 유량을 계산을 계산한 후, 계산된 순시 유량 정보와 기준 유량계의 순시 유량 정보를 비교하여 일치 여부를 분석하기 위한 영상 정보를 이용한 수도미터기 자동시험장치를 제공하고자 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 영상 정보를 이용한 수도미터기 자동시험장치는,
수도미터기의 시동침과 1리터침을 촬영하기 위한 카메라부(100)와,
상기 카메라부로부터 촬영된 이미지를 획득하여 시동침과 1리터침을 인식하여 회전 각도를 계산하고, 상기 계산된 값을 기준으로 회전 알피엠을 계산하기 위한 회전알피엠계산모듈(210);과
상기 회전알피엠계산모듈에 의해 계산된 회전 알피엠을 참조하여 순시 유량을 계산하기 위한 순시유량계산모듈(220);과
상기 순시유량계산모듈(220)에 의해 계산된 순시 유량 정보와 기준 유량계의 순시 유량 정보를 비교하여 일치 여부를 분석하기 위한 기준순시유량비교모듈(230);을 포함하여 구성되는 수도미터기자동시험부(200)를 포함하여 구성됨으로써, 본 발명의 과제를 해결하게 된다.
본 발명에 따른 영상 정보를 이용한 수도미터기 자동시험장치는,
수도미터기의 영상 정보를 촬영하며, 촬영된 영상 이미지 상에서 시동침과 1리터침을 인식하여 회전 각도를 계산하며, 회전 각도를 기준으로 회전 알피엠을 계산하며, 계산된 회전 알피엠을 참조하여 순시 유량을 계산을 계산한 후, 계산된 순시 유량 정보와 기준 유량계의 순시 유량 정보를 비교하여 일치 여부를 분석함으로써, 시험 측정 속도가 빠르며, 정확하며, 설치가 용이하면서 숙련공이 필요없으며, 진동과는 무관한 수도미터기 자동시험장치를 제공하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 영상 정보를 이용한 수도미터기 자동시험장치의 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 영상 정보를 이용한 수도미터기 자동시험장치의 수도미터기자동시험부(200) 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 영상 정보를 이용한 수도미터기 자동시험장치의 수도미터기자동시험부(200)에서 칼라 영상을 흑백 영상으로 변환한 예시도이며, 도 4는 4개의 원을 검출한 영상 예시도이며, 도 5는 원의 중심으로 부터 시동침의 위치를 지정하여, ROI를 선정하는 예시도이며, 도 6은 이미지의 팽창(Dilate) 처리를 통한 시동침 외의 영상 제거한 예시도이며, 도 7은 영상에 threshold 값으로 2진화 처리한 예시도이며, 도 8은 1리터 바늘침을 인식하기 위하여 인식한 원의 가장 왼쪽에 있는 10픽셀 정도 크게 ROI로 설정한 예시도이며, 도 9는 이미지의 팽창(Dilate) 처리를 통한 시동침 영상의 끊어진 곳을 연결한 예시도이다.
본 발명의 실시예에 따른 영상 정보를 이용한 수도미터기 자동시험장치는,
수도미터기의 시동침과 1리터침을 촬영하기 위한 카메라부(100)와,
상기 카메라부로부터 촬영된 이미지를 획득하여 시동침과 1리터침을 인식하여 회전 각도를 계산하고, 상기 계산된 값을 기준으로 회전 알피엠을 계산하기 위한 회전알피엠계산모듈(210);과
상기 회전알피엠계산모듈에 의해 계산된 회전 알피엠을 참조하여 순시 유량을 계산하기 위한 순시유량계산모듈(220);과
상기 순시유량계산모듈(220)에 의해 계산된 순시 유량 정보와 기준 유량계의 순시 유량 정보를 비교하여 일치 여부를 분석하기 위한 기준순시유량비교모듈(230);을 포함하여 구성되는 수도미터기자동시험부(200)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 시동침은,
별모양 시동침으로 형성하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 시동침을 통해 Q1모드와 Q2모드에 대한 테스트를 진행하며,
1리터침을 통해 Q3 모드에 대한 테스트를 수행하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 의한 영상 정보를 이용한 수도미터기 자동시험장치의 실시예를 통해 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 영상 정보를 이용한 수도미터기 자동시험장치의 전체 구성도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명인 영상 정보를 이용한 수도미터기 자동시험장치는 크게, 카메라부(100)와, 수도미터기자동시험부(200)를 포함하여 구성된다.
상기 카메라부(100)를 통해 수도미터기(10)의 시동침(11)과 1리터침(12)을 촬영하게 된다.
이때, 시동침과 1리터침을 사용하는 이유는 시동침을 통해 Q1모드와 Q2모드를 사용하기 위한 것이며, 1리터침을 통해 Q3 모드를 사용하기 위한 것이다.
상기 Q1 모드는 시간당 0.016m3/h, Q2 모드는 시간당 0.026m3/h, Q3 모드는 시간당 1.6m3/h와 같이 유속이 다르기 때문에 시동침과 1리터침을 촬영하는 것이다.
또한, 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 수도미터기자동시험부(200)는,
상기 카메라부로부터 촬영된 이미지를 획득하여 시동침과 1리터침을 인식하여 회전 각도를 계산하고, 상기 계산된 값을 기준으로 회전 알피엠을 계산하기 위한 회전알피엠계산모듈(210);과
상기 회전알피엠계산모듈에 의해 계산된 회전 알피엠을 참조하여 순시 유량을 계산하기 위한 순시유량계산모듈(220);과
상기 순시유량계산모듈(220)에 의해 계산된 순시 유량 정보와 기준 유량계의 순시 유량 정보를 비교하여 일치 여부를 분석하기 위한 기준순시유량비교모듈(230);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 회전알피엠계산모듈(210)은 카메라부로부터 촬영된 이미지를 획득하여 시동침과 1리터침을 인식하여 회전 각도를 계산하고, 상기 계산된 값을 기준으로 회전 알피엠을 계산하게 되는데, 칼라 영상을 흑백 영상으로 변환하며, 변환된 흑백 영상을 참조하여 2진화를 통해 이전 위치와 비교하여 회전 각도를 계산하게 된다.
영상 처리 방법을 구체적으로 설명하자면, Q1 모드, Q2 모드에서는,
도 3에 도시한 바와 같이, 칼라 영상을 흑백 영상으로 변환하게 되고, 이후, 수도미터기를 카메라부의 앵글에 들어왔는지를 판단하기 위하여, 도 4에 도시한 바와 같이, 수도미터기의 리터 바늘이 있는 눈금의 원을 검출하여 판단하게 된다.
이때, 원이 있으면 수도미터기가 영상 이미지 상에 존재하는 것이다.
도 4의 경우에는 4개의 원을 검출한 영상 예시도로서, 원의 반지름은 50 ~ 100 픽셀 사이를 가져야 한다.
그리고, 시동침의 ROI는 도 5에 도시한 바와 같이, 맨 왼쪽의 원으로부터 상대 거리로 구하게 된다.
원의 크기는 일정하지만, 수도미터기와 카메라부 사이의 거리에 따라서 원의 크기가 달라지므로 원의 중심으로 부터 시동침의 위치를 지정하여 ROI를 선정하게 된다.
이후, 도 6에 도시한 바와 같이, 이미지의 팽창(Dilate) 처리를 통한 시동침 외의 영상을 제거하게 된다.
이후, 도 7에 도시한 바와 같이, 영상에 threshold 값으로 2진화 처리하게 된다.
이후, 윤곽선 추출한 객체의 꼭지점 개수와 상호 거리 계산에 의한 별모양을 판별하게 된다.
이후, 별모양 인식 후, 5개의 꼭지점에 대해서 최소거리가 되는 별들을 일치시키게 된다.
이후, 별의 중심점을 기준으로 각 꼭지점들의 이동각도의 평균을 구하게 되는데, 평균 각도를 누적 각도에 더하여 누적 각도를 구하게 된다.
이후, 누적 각도에 시동침의 1회전당 흐르는 CC 량을 곱하여 적산유량을 구하게 된다.
예를 들어, 회전 RPM은 '(이동각/360)/( 현재 시간 - 이전 시간)'이 된다.
그리고, 상기 순시유량계산모듈(220)은 회전알피엠계산모듈에 의해 계산된 회전 알피엠을 참조하여 순시 유량을 계산하기 위한 기능을 수행하게 된다.
즉, 상기 계산된 알피엠에 별모양 시동침이 1회전하는데 흐르는 유량을 구하게 되는데, 구체적으로 '시동침이 1회전하는 유량 x RPM x 60'이라는 계산식을 이용하여 시간당 유량을 구할 수 있게 된다.
이때, 상기 기준순시유량비교모듈(230)은 상기 순시유량계산모듈(220)에 의해 계산된 순시 유량 정보와 기준 유량계의 순시 유량 정보를 비교하여 일치 여부를 분석하기 위한 기능을 수행하게 된다.
즉, 상기 계산된 순시 유량 정보를 기준 유량계의 순시 유량 정보인 순시 유량 정보와 비교하여 일치 여부를 분석하게 되는 것이다.
한마디로 요약하면, 정확도를 비교하는 것이다.
한편, 카메라부를 통해 인식 오차를 줄이기 위하여 1바퀴로 계산하는 것이 아니라, 여러 바퀴의 평균값으로 산출할 수도 있다.
한편, 상기 1리터침은 Q3모드의 테스트용으로 사용되게 된다.
Q3 모드에서는 유량이 많아서 별모양의 시동침으로는 영상 인식이 불가능하기 때문에 1리터 침을 통해 판단하게 되는 것이다.
요약하자면, 저유량인 Q1모드 및 Q2모드에서는 테스트 중에 계속해서 별모양 시동침의 회전 각도를 인식하여 순시 유량을 인식하게 하는 것이며, Q3모드에서는 1리터 바늘침의 회전각을 인식하여 순시 유량을 정밀하게 인식하게 되는 것이다.
영상 처리 방법을 구체적으로 설명하자면, Q3 모드에서는,
Q1 모드와 Q2 모드와 동일하게 칼라 영상을 흑백 영상으로 변환하고, 이후, 수도미터기를 카메라부의 앵글에 들어왔는지를 판단하기 위하여, 도 4에 도시한 바와 같이, 수도미터기의 리터 바늘이 있는 눈금의 원을 검출하여 판단하게 된다.
이때, 원이 있으면 수도미터기가 영상 이미지 상에 존재하는 것이다.
도 4의 경우에는 4개의 원을 검출한 영상 예시도로서, 원의 반지름은 50 ~ 100 픽셀 사이를 가져야 한다.
그리고, 도 8에 도시한 바와 같이, 인식한 원의 가장 왼쪽에 있는 10픽셀 정도 크게 ROI로 설정한다.
이후, 도 9에 도시한 바와 같이, 이미지의 팽창(Dilate) 처리를 통한 시동침 영상의 끊어진 곳을 연결하게 된다.
또한, 부가적으로 다른 바늘침도 전부 영상 분석하여 자동으로 적산량을 구할 수도 있다.
이를 통해 테스트 시간을 줄이고도 신뢰성을 높인 시험을 진행할 수가 있게 되는 것이다.
본 발명을 통해, 수도미터기의 영상 정보를 촬영하며, 촬영된 영상 이미지 상에서 시동침과 1리터침을 인식하여 회전 각도를 계산하며, 회전 각도를 기준으로 회전 알피엠을 계산하며, 계산된 회전 알피엠을 참조하여 순시 유량을 계산을 계산한 후, 계산된 순시 유량 정보와 기준 유량계의 순시 유량 정보를 비교하여 일치 여부를 분석함으로써, 시험 측정 속도가 빠르며, 정확하며, 설치가 용이하면서 숙련공이 필요없으며, 진동과는 무관한 수도미터기 자동시험장치를 제공하는 효과가 있다.
상기와 같은 내용의 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시된 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.
100 : 카메라부
200 : 수도미터기자동시험부

Claims (1)

  1. 영상 정보를 이용한 수도미터기 자동시험장치에 있어서,
    수도미터기의 시동침과 1리터침을 촬영하기 위한 카메라부(100)와,
    상기 카메라부로부터 촬영된 이미지를 획득하여 시동침과 1리터침을 인식하여 회전 각도를 계산하고, 상기 계산된 값을 기준으로 회전 알피엠을 계산하기 위한 회전알피엠계산모듈(210);과
    상기 회전알피엠계산모듈에 의해 계산된 회전 알피엠을 참조하여 순시 유량을 계산하기 위한 순시유량계산모듈(220);과
    상기 순시유량계산모듈(220)에 의해 계산된 순시 유량 정보와 기준 유량계의 순시 유량 정보를 비교하여 일치 여부를 분석하기 위한 기준순시유량비교모듈(230);을 포함하여 구성되는 수도미터기자동시험부(200)를 포함하여 구성되되,
    상기 시동침은,
    별모양 시동침으로 형성하는 것을 특징으로 하며,
    상기 시동침을 통해 Q1모드와 Q2모드에 대한 테스트를 진행하며, 1리터침을 통해 Q3 모드에 대한 테스트를 수행하는 것을 특징으로 하며,
    상기 회전알피엠계산모듈(210)은,
    칼라 영상을 흑백 영상으로 변환하며, Q1 모드, Q2 모드에서는 수도미터기가 카메라부의 앵글에 들어왔는지를 판단하기 위하여, 수도미터기의 리터 바늘이 있는 눈금의 원을 검출하고, 시동침의 ROI는 원의 중심으로 부터 시동침의 위치를 지정하여 ROI를 선정하며, 이미지의 팽창(Dilate) 처리를 통한 시동침 외의 영상을 제거하며, 시동침 영상에 threshold 값으로 2진화 처리하고, 윤곽선 추출한 객체의 꼭지점 개수와 상호 거리 계산에 의한 별모양을 판별하고, 별모양 인식 후, 5개의 꼭지점에 대해서 최소거리가 되는 별들을 일치시키고, 별의 중심점을 기준으로 각 꼭지점들의 이동각도의 평균을 구하되, 평균 각도를 누적 각도에 더하여 누적 각도를 구하는 것을 특징으로 하고, 이후, 누적 각도에 시동침의 1회전당 흐르는 CC 량을 곱하여 적산유량을 구하는 것을 특징으로 하며, 회전 RPM은 '(이동각/360)/( 현재 시간 - 이전 시간)'의 수식을 이용하여 계산되는 것을 특징으로 하며,
    상기 순시유량계산모듈(220)은,
    '시동침이 1회전하는 유량 x RPM x 60'의 수식을 이용하여 시간당 유량을 계산하는 것을 특징으로 하는 영상 정보를 이용한 수도미터기 자동시험장치.
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