KR102388301B1 - 초음파 센서를 활용한 수중 환경 영상의 보정 방법 - Google Patents

초음파 센서를 활용한 수중 환경 영상의 보정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 초음파 센서를 활용한 수중 환경 영상의 보정 방법에 관한 것으로, 수중 카메라를 통해 촬영된 영상을 획득하는 단계; 초음파 센서를 통해 주변 객체의 상대적 방향 및 거리를 획득하는 단계; 상기 영상이 촬영된 지점에서의 탁도 센싱 정보를 획득하는 단계; 상기 탁도가 제1 임계값을 초과하는 경우, 상기 영상에서의 채도 또는 명도의 최저 및 최고폭을 제1 폭으로 변화시키는 단계; 상기 제1 폭으로 변화된 채도 또는 명도의 최저 및 최고폭에 따라, 상기 영상을 재렌더링하는 단계; 상기 재렌더링 영상에서 상기 상대적 방향을 기초로 상기 주변 객체를 인식하는 단계; 및 상기 재렌더링 영상에 상기 주변 객체의 거리를 오버레이하는 단계를 포함한다.

Description

초음파 센서를 활용한 수중 환경 영상의 보정 방법{CORRECTION METHOD OF UNDERWATER ENVIRONMENT IMAGE USING ULTRASONIC SENSOR}
본 발명은 영상 보정 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수중 카메라를 통해 촬영된 영상을 탁도에 따라 보정한 다음 초음파 센서를 통한 주변 객체 인식의 정확도를 높일 수 있는 초음파 센서를 활용한 수중 환경 영상의 보정 방법에 관한 것이다.
근래에, IT 기기, 특히, 카메라와 같은 영상 촬영 장치의 크기 대비 성능이 크게 향상되고 있으며, 이러한 영상 촬영 장치들이 사회 전반에 걸쳐 광범위하게 보급되고 있다. 카메라와 같은 영상 촬영 장치는 단순히 인물이나 주변 환경을 기록하기 위한 수단을 넘어서, 사용자가 보고 듣고 경험한 모든 것을 SNS를 통해 주변인들과 공유하기 위한 수단으로 널리 사용되고 있다.
예를 들어, 마치 사용자의 시야에 비치는 모습을 그대로 촬영하기 위하여 사용자의 몸에 부착되는 소위 액션캠이 유행하고 있으며, 나아가, 수중의 사물 및 수중 환경을 촬영하기 위한 수중 카메라에 대한 요구도 증가하고 있다.
한국등록특허 제10-0953522호 (2010.04.12)
본 발명의 일 실시예는 수중 카메라를 통해 촬영된 영상을 탁도에 따라 보정한 다음 초음파 센서를 통한 주변 객체 인식의 정확도를 높일 수 있는 초음파 센서를 활용한 수중 환경 영상의 보정 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 촬영 지점의 탁도를 반영하여 개선한 영상에 시각화된 정보를 효과적으로 표시하여 수중 활동의 의사소통을 지원하고 안전성을 확보할 수 있는 초음파 센서를 활용한 수중 환경 영상의 보정 방법을 제공하고자 한다.
실시예들 중에서, 초음파 센서를 활용한 수중 환경 영상의 보정 방법은 수중 카메라를 통해 촬영된 영상을 획득하는 단계; 초음파 센서를 통해 주변 객체의 상대적 방향 및 거리를 획득하는 단계; 상기 영상이 촬영된 지점에서의 탁도 센싱 정보를 획득하는 단계; 상기 탁도가 제1 임계값을 초과하는 경우, 상기 영상에서의 채도 또는 명도의 최저 및 최고폭을 제1 폭으로 변화시키는 단계; 상기 제1 폭으로 변화된 채도 또는 명도의 최저 및 최고폭에 따라, 상기 영상을 재렌더링하는 단계; 상기 재렌더링 영상에서 상기 상대적 방향을 기초로 상기 주변 객체를 인식하는 단계; 및 상기 재렌더링 영상에 상기 주변 객체의 거리를 오버레이하는 단계를 포함한다.
상기 방법은 상기 탁도가 제1 임계값보다 높은 제2 임계값을 초과하는 경우, 상기 영상에 밴드패스 필터를 적용하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 방법은 상기 탁도의 레벨에 반비례하여, 상기 밴드패스 필터의 패스밴드를 좁게 변형 설정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 방법은 상기 재렌더링된 영상을 NED(Near Eye Display) 또는 마스크 일체형 디스플레이를 통해 디스플레이하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 주변 객체의 상대적 방향 및 거리를 획득하는 단계는 상기 초음파 센서를 상기 카메라의 촬영 범위 내에서 수평 왕복 이동하면서 초음파 신호를 발산하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 주변 객체를 인식하는 단계는 상기 초음파 센서를 통해 상기 주변 객체의 크기를 획득하고, 상기 주변 객체의 상대적 방향과 크기를 기초로 상기 재렌더링 영상에서 상기 주변 객체를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 오버레이하는 단계는 상기 재렌더링 영상에서 인식된 상기 주변 객체를 포함하는 식별 영역을 설정하는 단계; 상기 주변 객체의 크기에 따라 상기 식별 영역의 크기를 조정하는 단계; 및 상기 식별 영역의 경계를 하이라이팅(highlighting)하여 상기 재렌더링 영상에 오버레이하는 단계를 포함할 수 있다.
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 센서를 활용한 수중 환경 영상의 보정 방법은 수중 카메라를 통해 촬영된 영상을 탁도에 따라 보정한 다음 초음파 센서를 통한 주변 객체 인식의 정확도를 높일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 센서를 활용한 수중 환경 영상의 보정 방법은 촬영 지점의 탁도를 반영하여 개선한 영상에 시각화된 정보를 효과적으로 표시하여 수중 활동의 의사소통을 지원하고 안전성을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 영상 보정 시스템을 설명하는 도면이다.
도 2는 도 1의 영상 보정 장치의 시스템 구성을 설명하는 도면이다.
도 3은 도 1의 영상 보정 장치의 기능적 구성을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 초음파 센서를 활용한 수중 환경 영상의 보정 방법을 설명하는 순서도이다.
도 5는 본 발명에 따른 수중 환경 영상의 디스플레이 화면을 설명하는 도면이다.
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
한편, 본 출원에서 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 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
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 "바로 ~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 실시된 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.
각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
본 발명은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현될 수 있고, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 1은 본 발명에 따른 영상 보정 시스템을 설명하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 영상 보정 시스템(100)은 수중 카메라(110), 영상 보정 장치(130) 및 데이터베이스(150)를 포함할 수 있다.
수중 카메라(110)는 수중에서 영상 촬영이 가능한 카메라 장치에 해당할 수 있다. 수중 카메라(110)는 독립된 카메라 장치로서 구현될 수 있고, 수중 해양레저인원의 신체에 부착되어 동작하는 웨어러블 형태로 구현될 수도 있다. 수중 카메라(110)는 영상 보정 장치(130)와 네트워크를 통해 연결될 수 있고, 복수의 수중 카메라(110)들은 영상 보정 장치(130)와 동시에 연결될 수 있다. 또한, 수중 카메라(110)는 영상 보정 시스템(100)에 접속하여 관련 서비스를 이용할 수 있는 전용 프로그램 또는 어플리케이션을 설치하여 실행할 수 있다. 한편, 수중 카메라(110)는 필요에 따라 영상 보정 장치(130)에 포함되어 구현될 수 있다.
영상 보정 장치(130)는 수중 카메라(110)를 통해 촬영한 수중 영상을 기초로 주변 객체를 인식하고 이를 영상에 함께 표시할 수 있는 컴퓨팅 장치에 해당할 수 있다. 영상 보정 장치(130)는 수중 카메라(110)와 유선 네트워크 또는 블루투스, WiFi 등과 같은 무선 네트워크로 연결될 수 있고, 네트워크를 통해 수중 카메라(110)와 데이터를 송·수신할 수 있다. 또한, 영상 보정 장치(130)는 데이터의 수집 또는 추가 기능의 제공을 위하여 외부 시스템(도 1에 미도시함)과 연동하여 동작하도록 구현될 수도 있다. 이때, 외부 시스템은 데이터 수집 및 분석을 위한 독립된 서버를 포함할 수 있다.
데이터베이스(150)는 영상 보정 장치(130)의 동작 과정에서 필요한 다양한 정보들을 저장하는 저장장치에 해당할 수 있다. 데이터베이스(150)는 수중 카메라(110)가 촬영한 영상을 저장할 수 있고, 영상 분석 및 보정을 위한 다양한 알고리즘을 저장할 수 있으며, 반드시 이에 한정되지 않고, 영상 보정 장치(130)가 초음파 센서를 활용한 수중 환경 영상의 보정을 수행하는 과정에서 다양한 형태로 수집 또는 가공된 정보들을 저장할 수 있다.
도 2는 도 1의 영상 보정 장치의 시스템 구성을 설명하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 영상 보정 장치(130)는 프로세서(210), 메모리(230), 사용자 입출력부(250) 및 네트워크 입출력부(270)를 포함하여 구현될 수 있다.
프로세서(210)는 영상 보정 장치(130)가 동작하는 과정에서의 각 단계들을 처리하는 프로시저를 실행할 수 있고, 그 과정 전반에서 읽혀지거나 작성되는 메모리(230)를 관리할 수 있으며, 메모리(230)에 있는 휘발성 메모리와 비휘발성 메모리 간의 동기화 시간을 스케줄 할 수 있다. 프로세서(210)는 영상 보정 장치(130)의 동작 전반을 제어할 수 있고, 메모리(230), 사용자 입출력부(250) 및 네트워크 입출력부(270)와 전기적으로 연결되어 이들 간의 데이터 흐름을 제어할 수 있다. 프로세서(210)는 영상 보정 장치(130)의 CPU(Central Processing Unit)로 구현될 수 있다.
메모리(230)는 SSD(Solid State Drive) 또는 HDD(Hard Disk Drive)와 같은 비휘발성 메모리로 구현되어 영상 보정 장치(130)에 필요한 데이터 전반을 저장하는데 사용되는 보조기억장치를 포함할 수 있고, RAM(Random Access Memory)과 같은 휘발성 메모리로 구현된 주기억장치를 포함할 수 있다.
사용자 입출력부(250)는 사용자 입력을 수신하기 위한 환경 및 사용자에게 특정 정보를 출력하기 위한 환경을 포함할 수 있다. 예를 들어, 사용자 입출력부(250)는 터치 패드, 터치 스크린, 화상 키보드 또는 포인팅 장치와 같은 어댑터를 포함하는 입력장치 및 모니터 또는 터치스크린과 같은 어댑터를 포함하는 출력장치를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 사용자 입출력부(250)는 원격 접속을 통해 접속되는 컴퓨팅 장치에 해당할 수 있고, 그러한 경우, 영상 보정 장치(130)는 독립적인 서버로서 수행될 수 있다.
네트워크 입출력부(270)은 네트워크를 통해 외부 장치 또는 시스템과 연결하기 위한 환경을 포함하고, 예를 들어, LAN(Local Area Network), MAN(Metropolitan Area Network), WAN(Wide Area Network) 및 VAN(Value Added Network) 등의 통신을 위한 어댑터를 포함할 수 있다.
도 3은 도 1의 영상 보정 장치의 기능적 구성을 설명하는 도면이다.
도 3을 참조하면, 영상 보정 장치(130)는 영상 획득부(310), 초음파 분석부(320), 탁도 측정부(330), 영상 보정부(340), 주변 객체 인식부(350), 주변 객체 표시부(360) 및 제어부(도 3에 미도시함)를 포함할 수 있다.
영상 획득부(310)는 수중 카메라(110)를 통해 촬영된 영상을 획득할 수 있다. 영상 보정 장치(130)는 수중 카메라(110)로부터 영상을 수신하여 데이터베이스(150)에 저장할 수 있으며, 영상 획득부(310)는 데이터베이스(150)에 접근하여 해당 영상을 획득할 수 있다. 또한, 영상 획득부(310)는 수중 카메라(110)와 직접 연동되어 촬영에 따른 영상을 수중 카메라(110)로부터 직접 수신할 수도 있다. 즉, 수중 카메라(110)는 영상 획득부(310)의 제어 명령에 따라 영상 촬영의 개시 또는 종료 동작을 수행할 수 있으며, 촬영된 영상을 영상 획득부(310)에 전달하는 동작을 수행할 수 있다.
한편, 수중 카메라(110)는 내부 메모리를 포함하여 구현될 수 있으며, 이에 따라 소정의 시간 동안 촬영된 영상을 영상 획득부(110)에 곧바로 전송하는 대신 1차적으로 내부 메모리에 저장할 수도 있다. 영상 획득부(110)는 수중 카메라(110)의 내부 메모리 용량이 기 설정된 임계값을 초과하는지 모니터링하고, 내부 메모리 용량이 임계값을 초과하는 경우 수중 카메라(110)로부터 소정의 기간 동안 촬영된 영상을 한꺼번에 수신하여 데이터베이스(150)에 저장할 수 있다.
초음파 분석부(320)는 초음파 센서를 통해 주변 객체의 상대적 방향 및 거리를 획득할 수 있다. 초음파 분석부(320)는 초음파 센서와 연동하여 초음파의 송신과 수신 동작을 수행할 수 있으며, 이를 기초로 주변 객체에서 송신 또는 반사되는 초음파 신호를 기초로 주변 객체를 인식할 수 있다. 즉, 초음파 분석부(320)는 초음파 통신을 통해 현재 위치를 기준으로 주변 객체의 상대적 방향과 거리에 관한 위치 정보를 산출할 수 있다.
예를 들어, 초음파 분석부(320)는 다른 해양레저인원의 초음파 센서와 직접 통신하여 해당 해양레저인원의 위치에 관한 GPS 센싱 정보를 수신할 수 있고, 현재 위치와 GPS 센싱 정보에 기초하여 해당 해양레저인원의 상대 위치를 결정할 수 있다. 즉, 초음파 분석부(320)는 결정된 상대 위치를 기초로 해당 해양레저인원의 상대적 방향과 거리를 산출할 수 있다.
다른 예로서, 초음파 분석부(320)는 다른 해양레저인원의 초음파 센서와 직접 통신하여 해당 해양레저인원의 식별 정보와 지자계 센싱 정보를 수신할 수 있고, 현재 위치와 지자계 센싱 정보에 기초하여 해당 해양레저인원의 상대 위치를 결정할 수 있으며, 상대 위치를 기초로 해당 해양레저인원의 상대적 방향과 거리를 산출할 수 있다.
또 다른 예로서, 초음파 분석부(320)는 별도의 중계기와 직접 통신하여 주변 해양레저인원에 대한 식별 정보와 위치 정보를 수신할 수 있다. 여기에서, 중계기는 초음파 신호를 중계하는 역할을 담당할 수 있다. 예를 들어, 중계기는 수면 위의 선박이나 부표에 설치되어 동작할 수 있고, 수중에 설치되어 동작하는 독립적인 중계 모듈에 해당할 수 있다. 초음파 분석부(320)는 해양레저인원 간의 직접적인 초음파 통신 대신 중계기와의 초음파 통신을 통해 주변 해양레저인원의 상대적 위치 정보를 획득할 수 있다.
한편, 초음파 분석부(320)는 초음파 센서를 통해 특정 방향을 향해 직접 초음파 신호를 송출할 수 있고, 주변 객체에 반사되어 수신되는 초음파 신호를 분석하여 주변 객체의 상대적 방향 및 거리를 획득할 수도 있다. 초음파 분석부(320)는 상기의 방식들 중 어느 하나를 선택적으로 활용하거나 또는 두가지 이상의 방식을 결합하여 주변 객체의 상대적 방향 및 거리를 산출할 수 있다.
일 실시예에서, 초음파 분석부(320)는 초음파 센서를 수중 카메라(110)의 촬영 범위 내에서 수평 왕복 이동하면서 초음파 신호를 발산할 수 있다. 즉, 초음파 분석부(320)는 수중 카메라(110)의 촬영 방향에 기초하여 초음파 신호를 발산할 수 있다. 초음파 분석부(320)는 수중 카메라(110)로부터 촬영 방향에 관한 정보를 수신할 수 있으며, 이를 기초로 수중 카메라(110)의 촬영 범위를 산출한 후 해당 촬영 범위 내에서 수평 왕복하면서 초음파 센서를 통해 초음파 신호를 발산할 수 있다. 예를 들어, 초음파 분석부(320)는 수중 카메라(110)의 촬영 방향을 기준으로 수중 카메라(110)의 화각만큼을 촬영 범위로 결정할 수 있다.
일 실시예에서, 초음파 분석부(320)는 수중 카메라(110)의 촬영 범위 내에서 소정의 각도로 분할된 방향들마다 초음파 신호를 발산할 수도 있다. 예를 들어, 초음파 분석부(320)는 수중 카메라(110)의 촬영 범위가 90도로 결정된 경우 해당 촬영 범위 내에서 10도 간격으로 분할된 9개의 방향들을 향해 각각 초음파 신호를 발산할 수 있다.
탁도 측정부(330)는 영상이 촬영된 지점에서의 탁도 센싱 정보를 획득할 수 있다. 탁도 측정부(330)는 수중 카메라(110)와 연동하여 수중 카메라(110)의 촬영 동작 동안 탁도(turbidity) 센서를 통해 해당 지점의 탁도를 센싱할 수 있다. 탁도 측정부(330)는 영상에 동기화된 탁도 정보를 생성하여 데이터베이스(150)에 저장할 수 있다. 한편, 탁도 측정부(330)에 의해 생성된 탁도 정보는 소정의 범위를 갖는 수치값(NTU 단위)으로 표현될 수 있고, 구체적인 수치값에 따라 기 설정된 탁도 레벨(level)로 표현될 수 있다.
여기에서, 탁도(turbidity)는 물의 흐림 정도를 나타내는 것으로 투시도와 같은 목적으로 사용되는 지표에 해당할 수 있다. 탁(濁)하다는 말은 빛의 통과를 방해하거나 가시심도(visual depth)를 제한하는 부유 물질을 포함하고 있다는 뜻이며, 탁도는 물의 탁한 정도를 표시하는 것으로 여러 가지 부유 물질에 의하여 달라지고 그 크기범위는 콜로이도 분산질로부터 굵은 분산질에 이르며 난류도에 따라 달라질 수 있다.
영상 보정부(340)는 탁도가 제1 임계값을 초과하는 경우, 영상에서의 채도 또는 명도의 최저 및 최고폭을 제1 폭으로 변화시키고, 제1 폭으로 변화된 채도 또는 명도의 최저 및 최고폭에 따라, 영상을 재렌더링할 수 있다. 즉, 제1 폭은 채도의 최대값과 최소값 간의 차이 또는 명도의 최대값과 최소값 간의 차이에 해당할 수 있다. 영상 보정부(340)는 원본 영상에 대해 제1 폭에 따른 채도 또는 명도를 적용하여 영상을 재렌더링할 수 있다. 이때, 재렌더링 연산은 제1 폭에 관한 채도 또는 명도에 대응되는 필터를 생성하고 원본 영상에 필터를 적용하는 동작으로 구현될 수 있다.
또한, 영상 보정부(340)는 탁도가 제1 임계값을 초과하는 경우 제1 임계값과의 차이를 기초로 제1 폭의 간격을 조정할 수 있다. 예를 들어, 탁도와 제1 임계값과의 차이가 클수록 제1 폭의 간격은 더 크게 조정될 수 있다. 즉, 영상 보정부(340)는 촬영된 지점의 수중 탁도에 따라 채도 또는 명도의 폭을 동적으로 조정하여 영상의 선명도를 개선할 수 있다.
일 실시예에서, 영상 보정부(340)는 탁도가 제1 임계값보다 높은 제2 임계값을 초과하는 경우, 영상에 밴드패스(band pass) 필터를 적용할 수 있다. 여기에서, 밴드패스 필터는 특정 주파수 사이의 신호만을 통과시키는 필터에 해당할 수 있다. 즉, 영상 보정부(340)는 원본 영상에 밴드패스 필터를 적용하여 특정 주파수 대역의 영상 신호만을 필터링하여 재렌더링을 수행할 수 있다. 탁도가 제2 임계값을 초과하는 경우라면 영상 보정의 효과가 크게 감소하기 때문에, 영상 보정부(340)는 밴드패스 필터를 통해 일괄적인 영상 보정을 수행할 수 있다. 이때, 제2 임계값은 실험적인 통계로부터 도출된 값으로 설정될 수 있으나, 영상 보정 장치(130)를 통해 임의의 값으로 설정될 수도 있다.
일 실시예에서, 영상 보정부(340)는 탁도의 레벨에 반비례하여, 밴드패스(band pass) 필터의 패스밴드를 좁게 변형 설정할 수 있다. 탁도의 레벨이 높아질수록 수중 시야 범위가 좁아지기 때문에, 영상 보정부(340)는 영상 보정 효과를 보다 개선하기 위해 밴드패스 필터의 패스밴드 범위를 더 좁게 변경하여 적용할 수 있다.
주변 객체 인식부(350)는 재렌더링 영상에서 상대적 방향을 기초로 주변 객체를 인식할 수 있다. 주변 객체 인식부(350)는 초음파 신호를 통해 도출되는 주변 객체의 상대적 방향을 기초로 재렌더링 영상에서 해당 상대적 방향에 대응되는 주변 영역을 결정할 수 있고, 해당 주변 영역에서 주변 객체를 검출할 수 있다. 초음파 신호는 수중 카메라(110)의 촬영 범위 내에서 발산된 결과 초음파 신호에 따른 주변 객체의 상대적 방향도 촬영 영상 내의 주변 객체의 위치와 상관 관계가 높을 수 있다. 주변 객체 인식부(350)는 초음파 신호와의 상관 관계를 반영하여 재렌더링 영상에 상대적 방향을 적용한 후 주변 객체를 보다 효과적으로 인식할 수 있다.
일 실시예에서, 주변 객체 인식부(350)는 초음파 센서를 통해 주변 객체의 크기를 획득하고, 주변 객체의 상대적 방향과 크기를 기초로 재렌더링 영상에서 주변 객체를 결정할 수 있다. 보다 구체적으로, 주변 객체 인식부(350)는 초음파 신호 분석 결과로서 주변 객체의 상대적 방향과 크기가 결정되면, 해당 정보를 이용하여 재렌더링 영상에서 주변 영역을 결정할 수 있다. 즉, 주변 객체 인식부(350)는 주변 객체의 상대적 방향을 기초로 주변 영역의 위치를 결정하고 주변 객체의 크기를 기초로 주변 영역의 크기를 결정할 수 있다.
다음으로, 주변 객체 인식부(350)는 재렌더링 영상에서 주변 영역에 대한 영상 분석을 통해 주변 객체를 최종 결정할 수 있다. 영상 분석은 다양한 영상 분석 알고리즘을 통해 수행될 수 있으며, 필요에 따라 재렌더링 영상을 프레임별 이미지로 분해하고 각 프레임마다 이미지 분석을 통해 주변 객체를 결정할 수도 있다.
주변 객체 표시부(360)는 재렌더링 영상에 주변 객체의 거리를 오버레이(overlay)하여 표시할 수 있다. 주변 객체 표시부(360)는 재렌더링 영상에 주변 객체에 관한 정보를 오버레이 하여 표시할 수 있다. 예를 들어, 주변 객체 표시부(360)는 재렌더링 영상에 주변 객체와의 거리에 관한 정보를 오버레이 하여 표시할 수 있으며, 주변 객체의 위치와 크기에 관한 정보를 시각화하여 표시할 수도 있다.
일 실시예에서, 주변 객체 표시부(360)는 재렌더링 영상 내에서 주변 객체의 인식 과정에서 결정된 주변 영역의 인근에 주변 객체의 위치와 크기에 관한 정보를 시각화하여 표시할 수 있다. 주변 영역은 주변 객체를 포함하는 가상의 영역에 해당할 수 있고, 주변 객체 표시부(360)는 해당 영역을 중심으로 주변 객체에 관한 정보를 표시하기 위한 정적 위치를 결정할 수 있다. 예를 들어, 주변 영역이 사각형 형상으로 결정된 경우, 주변 객체 표시부(360)는 해당 사각형 형상의 하단 모서리 부분에 주변 객체의 위치와 크기에 관한 정보를 시각화하여 표시할 수 있다.
일 실시예에서, 주변 객체 표시부(360)는 재렌더링 영상에서 주변 객체의 위치와 크기에 관한 정보를 주변 영역의 경계를 따라 동적으로 움직이는 그래픽으로 시각화하여 표시할 수 있다. 즉, 주변 객체 표시부(360)는 재렌더링 영상을 기초로 주변 객체를 인식하고 해당 객체에 관한 위치와 거리를 주변 객체 인근에 표시할 수 있으며, 표시 위치는 가상의 주변 영역의 경계를 따라 동적으로 변경될 수 있다. 만약 재렌더링 영상에서 주변 객체의 위치가 왼쪽으로 움직인 결과 주변 객체가 영상의 경계에 중첩되는 경우 주변 객체는 영상의 경계를 기준으로 오른쪽 부분만 표시될 수 있다. 이때, 주변 객체의 위치와 거리에 관한 정보는 주변 객체의 오른쪽 영역에서 가상의 주변 영역의 경계를 따라 이동된 위치에 표시될 수 있다.
제어부(도 3에 미도시함)는 영상 보정 장치(130)의 전체적인 동작을 제어하고, 영상 획득부(310), 초음파 분석부(320), 탁도 측정부(330), 영상 보정부(340), 주변 객체 인식부(350) 및 주변 객체 표시부(360) 간의 제어 흐름 또는 데이터 흐름을 관리할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 초음파 센서를 활용한 수중 환경 영상의 보정 방법을 설명하는 순서도이다.
도 4를 참조하면, 영상 보정 장치(130)는 영상 획득부(310)를 통해 수중 카메라(110)를 통해 촬영된 영상을 획득할 수 있다(단계 S410). 영상 보정 장치(130)는 초음파 분석부(320)를 통해 초음파 센서를 통해 주변 객체의 상대적 방향 및 거리를 획득할 수 있다(단계 S420). 영상 보정 장치(130)는 탁도 측정부(330)를 통해 영상이 촬영된 지점에서의 탁도 센싱 정보를 획득할 수 있다(단계 S430).
또한, 영상 보정 장치(130)는 영상 보정부(340)를 통해 탁도가 제1 임계값을 초과하는 경우 영상에서의 채도 또는 명도의 최저 및 최고폭을 제1 폭으로 변화시키고, 제1 폭으로 변화된 채도 또는 명도의 최저 및 최고폭에 따라 영상을 재렌더링할 수 있다(단계 S440).
일 실시예에서, 영상 보정 장치(130)는 탁도가 제1 임계값보다 높은 제2 임계값을 초과하는 경우, 영상에 밴드패스 필터(band-pass filter)를 적용할 수 있다. 밴드 패스 필터는 대역 필터로서 특정 주파수 사이의 신호만 통과시킬 수 있다. 영상 보정 장치(130)는 탁도에 따라 수중 카메라(110)에 의해 촬영된 영상에 밴드패스 필터를 적용하여 특정 주파수 사이의 신호를 제거할 수 있다. 즉, 영상 보정 장치(130)는 탁도가 높은 경우 영상의 화질을 저하시키는 수중 미세 물질에 대한 노이즈를 제거하기 위하여 밴드패스 필터를 적용할 수 있다. 이때, 밴드패스 필터는 다양한 주파수 대역으로 설정될 수 있으며, 탁도의 세기에 따라 통과 가능한 주파수 대역이 결정될 수 있다.
일 실시예에서, 영상 보정 장치(130)는 재렌더링된 영상을 NED(Near Eye Display) 또는 마스크 일체형 디스플레이를 통해 재생할 수 있다. 영상 보정 장치(130)는 수중 영상을 재생하는 다양한 디스플레이 모듈과 연동하여 동작할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 모듈은 NED, 마스크 일체형 디스플레이 등을 포함할 수 있다. 즉, 영상 보정 장치(130)는 재렌더링된 영상을 다양한 수중 디스플레이를 통해 표시하여 수중 환경에서 유용한 시각적 정보를 제공할 수 있다.
또한, 영상 보정 장치(130)는 주변 객체 인식부(350)를 통해 재렌더링 영상에서 상대적 방향을 기초로 주변 객체를 인식할 수 있다(단계 S450). 영상 보정 장치(130)는 주변 객체 표시부(360)를 통해 재렌더링 영상에 주변 객체의 거리를 오버레이(overlay)하여 표시할 수 있다(단계 S460).
일 실시예에서, 영상 보정 장치(130)는 주변 객체 표시부(360)를 통해 재렌더링 영상에서 인식된 주변 객체 주위를 하이라이팅 하는 식별 영역을 재렌더링 영상에 오버레이 하여 표시할 수 있다. 보다 구체적으로, 주변 객체 표시부(360)는 재렌더링 영상에서 인식된 상기 주변 객체를 포함하는 식별 영역을 설정할 수 있다.
여기에서, 식별 영역은 재렌더링 영상을 기초로 식별된 주변 객체의 위치와 크기에 따라 정의될 수 있다. 또한, 식별 영역은 영상 분석에 따라 식별된 주변 객체의 형상에 대응하여 정의될 수 있다. 또한, 식별 영역은 영상 촬영 지점의 탁도 레벨이 기 설정된 제3 임계값을 초과하는 경우에는 기 실정된 기본 형상들 중에서 어느 하나로 정의될 수 있고, 탁도 레벨이 제3 임계값 이하인 경우에는 영상 분석을 통해 식별되는 주변 객체의 형상을 기초로 정의될 수 있다. 예를 들어, 주변 객체의 형상이 식별되면 식별 영역은 해당 형상의 경계에서 소정의 간격으로 확장된 형태로 정의될 수 있다.
또한, 주변 객체 표시부(360)는 설정된 식별 영역의 크기를 초음파 신호를 기초로 도출된 주변 객체의 크기에 따라 조정할 수 있다. 즉, 영상 분석을 통해 결정된 식별 영역의 크기에 초음파 신호 분석으로 도출된 크기를 적용하여 하이라이팅 되는 식별 영역의 최종 크기를 결정할 수 있다.
또한, 주변 객체 표시부(360)는 식별 영역의 경계를 하이라이팅(highlighting)하여 재렌더링 영상에 오버레이하여 표시할 수 있다. 주변 객체 표시부(360)는 촬영 지점의 탁도 레벨에 따라 하이라이팅 하는 색상을 조정하여 식별 영역이 재렌더링 영상에서 보다 선명하게 표시되도록 할 수 있다.
결과적으로, 주변 객체 표시부(360)는 재렌더링 영상에서 식별된 주변 객체를 보다 효과적으로 표시하여 수중 해양레저인원이 명확히 인지 가능한 정보를 제공할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 수중 환경 영상의 디스플레이 화면을 설명하는 도면이다.
도 5를 참조하면, 영상 보정 장치(130)는 재렌더링 영상(510)에서 식별된 주변 객체(530)의 인근에서 초음파 센서를 통해 식별된 주변 객체의 거리(3.4 m)를 오버레이하여 표시할 수 있다.
일 실시예에서, 영상 보정 장치(130)는 주변 객체 표시부(360)를 통해 재렌더링 영상(510)에서 인식된 주변 객체(530)의 주위를 하이라이팅 하는 식별 영역(550)을 재렌더링 영상(510)에 오버레이 하여 표시할 수 있다. 즉, 탁도 레벨이 높아 시야 거리가 짧은 경우 해양레저인원은 재렌더링 영상(510)으로부터 주변 객체(530)를 명확히 식별하기 어려울 수 있고, 이 경우 초음파 신호를 기초로 하이라이팅 되는 식별 영역(550)을 통해 주변 객체(530)를 보다 용이하게 인식할 수 있다.
한편, 영상 보정 장치(130)는 재렌더링 영상(510)의 특정 위치에 정의되는 정보 표시 영역들(570a ~ 570d)을 통해 수중 해양레저인원에게 유용한 정보들을 표시할 수 있다. 예를 들어, 영상 보정 장치(130)는 재렌더링 영상(510)의 정보 표시 영역들(570a ~ 570d)을 통해 현재시각, 잔존 산소량, 수심, 온도, 속도, 현재 위치 등을 표시할 수 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 이해할 수 있을 것이다.
100: 영상 보정 시스템
110: 사용자 단말 130: 영상 보정 장치
150: 데이터베이스
210: 프로세서 230: 메모리
250: 사용자 입출력부 270: 네트워크 입출력부
310: 영상 획득부 320: 초음파 분석부
330: 탁도 측정부 340: 영상 보정부
350: 주변 객체 인식부 360: 주변 객체 표시부
510: 재렌더링 영상 530: 주변 객체
550: 식별 영역 570: 정보 표시 영역

Claims (7)

  1. 수중 카메라를 통해 촬영된 영상을 획득하는 단계;
    초음파 센서를 통해 주변 객체의 상대적 방향 및 거리를 획득하는 단계;
    상기 영상이 촬영된 지점에서의 탁도 센싱 정보를 획득하는 단계;
    상기 탁도가 제1 임계값을 초과하는 경우, 상기 영상에서의 채도 또는 명도의 최저 및 최고폭을 제1 폭으로 변화시키고, 상기 탁도가 상기 제1 임계값보다 높은 제2 임계값을 초과하는 경우, 상기 영상에 밴드패스 필터를 적용하는 단계;
    상기 제1 폭으로 변화된 채도 또는 명도의 최저 및 최고폭에 따라, 상기 영상을 재렌더링하는 단계;
    상기 재렌더링 영상에서 상기 상대적 방향을 기초로 상기 주변 객체를 인식하는 단계; 및
    상기 재렌더링 영상에 상기 주변 객체의 거리를 오버레이하는 단계를 포함하되,
    상기 영상에 밴드패스 필터를 적용하는 단계는 상기 탁도의 레벨에 반비례하여, 상기 밴드패스 필터의 패스밴드를 좁게 변형 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 센서를 활용한 수중 환경 영상의 보정 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 재렌더링된 영상을 NED(Near Eye Display) 또는 마스크 일체형 디스플레이를 통해 디스플레이하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 센서를 활용한 수중 환경 영상의 보정 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 주변 객체의 상대적 방향 및 거리를 획득하는 단계는
    상기 초음파 센서를 상기 수중 카메라의 촬영 범위 내에서 수평 왕복 이동하면서 초음파 신호를 발산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 센서를 활용한 수중 환경 영상의 보정 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 주변 객체를 인식하는 단계는
    상기 초음파 센서를 통해 상기 주변 객체의 크기를 획득하고, 상기 주변 객체의 상대적 방향과 크기를 기초로 상기 재렌더링 영상에서 상기 주변 객체를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 센서를 활용한 수중 환경 영상의 보정 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 오버레이하는 단계는
    상기 재렌더링 영상에서 인식된 상기 주변 객체를 포함하는 식별 영역을 설정하는 단계;
    상기 주변 객체의 크기에 따라 상기 식별 영역의 크기를 조정하는 단계; 및
    상기 식별 영역의 경계를 하이라이팅(highlighting)하여 상기 재렌더링 영상에 오버레이하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 센서를 활용한 수중 환경 영상의 보정 방법.
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