KR102479960B1 - 레이더 선박접근 경고장치 및 그 장치의 구동방법, 그리고 컴퓨터 판독가능 기록매체 - Google Patents

레이더 선박접근 경고장치 및 그 장치의 구동방법, 그리고 컴퓨터 판독가능 기록매체 Download PDF

Info

Publication number
KR102479960B1
KR102479960B1 KR1020200111760A KR20200111760A KR102479960B1 KR 102479960 B1 KR102479960 B1 KR 102479960B1 KR 1020200111760 A KR1020200111760 A KR 1020200111760A KR 20200111760 A KR20200111760 A KR 20200111760A KR 102479960 B1 KR102479960 B1 KR 102479960B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
radar
image
threshold level
ship
objects
Prior art date
Application number
KR1020200111760A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20220030045A (ko
Inventor
김정완
진성현
조병현
김기성
Original Assignee
(주)대한엔지니어링
전남대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주)대한엔지니어링, 전남대학교산학협력단 filed Critical (주)대한엔지니어링
Priority to KR1020200111760A priority Critical patent/KR102479960B1/ko
Publication of KR20220030045A publication Critical patent/KR20220030045A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102479960B1 publication Critical patent/KR102479960B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G3/00—Traffic control systems for marine craft
    • G08G3/02—Anti-collision systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/52—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/886—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for alarm systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/93—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S13/937—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of marine craft
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/10—Segmentation; Edge detection
    • G06T7/11—Region-based segmentation
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/60—Analysis of geometric attributes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
  • Traffic Control Systems (AREA)

Abstract

본 발명은 레이더 선박접근 경고장치 및 그 장치의 구동방법, 그리고 컴퓨터 판독가능 기록매체에 관한 것으로서, 본 발명의 실시예에 따른 레이더 선박접근 경고장치는, 레이더로 탐지한 물체의 레이더 영상을 수신하는 통신 인터페이스부, 및 수신한 레이더 영상 내의 물체들에 대한 화소의 계조값을 수 프레임 동안 누적 및 분석하여 분석 결과로서 취득되는 물체의 특성을 근거로 고정물체와 이동물체를 구분하며, 구분한 이동물체를 레이더 영상 내에서 추적하여 해상에 설치되는 보호대상물과의 충돌 여부를 감지하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

레이더 선박접근 경고장치 및 그 장치의 구동방법, 그리고 컴퓨터 판독가능 기록매체{Radar-based ship approaching warning apparatus and driving method thereof, and Computer Readable Recording Medium}
본 발명은 레이더 선박접근 경고장치 및 그 장치의 구동방법, 그리고 컴퓨터 판독가능 기록매체에 관한 것으로서, 더 상세하게는 가령 레이더로 탐지한 영상에서 정지해 있거나 고정된 물체를 인식해 제거하고 이동하는 선박만 추적하여 보호대상 구조물과의 충돌 가능성을 판단해 충돌을 예방하는 레이더 선박접근 경고장치 및 그 장치의 구동방법, 그리고 컴퓨터 판독가능 기록매체에 관한 것이다.
전국에는 약 98개의 해상 교량이 있으며, 전남은 43개로 가장 많고, 경기·인천, 경남, 부산 등의 순으로 교량을 보유 중이다. 2019년 2월 28일 부산에서 러시아 화물선 '씨크랜드 호'가 '광안대교'와 충돌하는 사고가 발생했다. 다리가 무너지거나 배가 침몰하는 등의 대형 사고가 일어나지는 않았지만 상당히 위험한 사고임은 분명하다. 이에 따라 부산지방해양수산청과 부산항만공사는 용호부두 운영 중단, 부산항 예선 제도의 실효성 강화, 선박 입출항 신고·보고 절차 강화, 부산항 예선 사용기준 상향 조정 추진 등의 정책적 대책을 발표한 바 있다.
그런데, 현재 해상교량의 접근 경고는 주간표지 및 등명기로만 설치되어 운영 중이다. 러시아 화물선이 교량과 부딪힌 것은 여러가지 요인이 있지만, 표지를 인지하지 못하고 이에 따른 경고 발생이 없는 점도 중요한 요인으로 지적되었다.
한편, 해상에서 레이더로 탐지한 물체의 동영상 데이터는 고정되어 있는 카메라로 찍은 동영상 데이터와는 다르게 정지되어 있고 형제가 변하지 않은 물체라도 위치와 크기, 신호의 세기 등이 계속적으로 변하는 특성이 있다. 그것은 수신되는 레이더 신호가 레이더 신호의 발사주기, 빔 각도, 카운터의 클락 주파수, 물체의 반사계수 등 여러 요인에 의해 같은 물체에서 반사되는 신호라도 상당한 차이가 있기 때문이다. 따라서, 카메라로 찍은 동영상에서 움직이는 물체를 트래킹하기 위해 많이 사용되고 있는 GMM(Gaussian Mixture Model) 알고리즘을 적용할 경우 정지해 있는 물체나 고정물체도 이동하는 물체로 인식되는 문제점이 있다.
한국등록특허공보 제10-1051802호(2011.07.19) 한국등록특허공보 제10-1693981호(2017.01.02) 한국공개특허공보 제10-2015-0019472호(2015.02.25) 한국공개특허공보 제10-2015-0111092호(2015.10.05)
본 발명의 실시예는 가령 레이더로 탐지한 탐지영상에서 정지해 있거나 고정된 물체를 인식해 제거하고 이동하는 선박만 추적하여 보호대상 구조물과의 충돌 가능성을 판단해 충돌을 예방하는 레이더 선박접근 경고장치 및 그 장치의 구동방법, 그리고 컴퓨터 판독가능 기록매체를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 실시예에 따른 레이더 선박접근 경고장치는, 레이더로 탐지한 물체의 레이더 영상을 수신하는 통신 인터페이스부, 및 상기 수신한 레이더 영상 내의 상기 물체들에 대한 화소의 계조값을 수 프레임(frame) 동안 누적 및 분석하여 분석 결과로서 취득되는 상기 물체의 특성을 근거로 고정물체와 이동물체를 구분하며, 상기 구분한 이동물체를 상기 레이더 영상 내에서 추적하여 해상에 설치되는 보호대상물과의 충돌 여부를 감지하는 제어부를 포함한다.
상기 제어부는, 상기 수 프레임 동안 누적된 계조값에 대하여 기설정되는 임계 레벨을 근거로 흑백의 이진 영상을 생성하며, 상기 생성한 이진 영상에서 계조(gray level)가 '1'로 표현되는 영상 내 물체들에 대한 이미지 특성을 분석하여 상기 고정물체와 상기 이동물체를 구분할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 이미지 특성을 분석하기 위하여 상기 '1'로 나타나는 상기 영상 내 물체의 면적(area), 속이 꽉 찬 정도를 나타내는 솔리더티(solidity) 및 모양에 관계되는 엑스텐트(extent) 중 적어도 하나를 분석할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 레이더의 신호 특성 및 상기 물체로서 탐지하고자 하는 대상 선박의 크기 중 적어도 하나를 근거로 상기 계조값을 누적하는 프레임의 수를 결정할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 임계 레벨을 기준으로 상위 임계 레벨과 하위 임계 레벨을 각각 설정하고, 상기 상위 임계 레벨과 상기 하위 임계 레벨 사이에 포함되는 계조값을 '1'로 나타낼 수 있다.
상기 제어부는, 상기 이동물체가 인식되면 연속되는 2개의 레이더 영상에서 상기 이동물체가 포함하는 지정 크기의 영역을 설정한 후 상기 설정한 각 영역에 대해 상호관계(cross-correlation) 작업을 수행하여 상호관계계수값을 계산하며, 상기 계산한 상호관계계수값에서 가장 큰 값의 위치를 찾아 상기 이동물체의 속도를 계산할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 레이더 선박접근 경고장치의 구동방법은, 통신 인터페이스부가, 레이더로 탐지한 물체의 레이더 영상을 수신하는 단계, 및 제어부가, 상기 수신한 레이더 영상 내의 상기 물체들에 대한 화소의 계조값을 수 프레임 동안 누적 및 분석하여 분석 결과로서 취득되는 상기 물체의 특성을 근거로 고정물체와 이동물체를 구분하며, 상기 구분한 이동물체를 상기 레이더 영상 내에서 추적하여 해상에 설치되는 보호대상물과의 충돌 여부를 감지하는 단계를 포함한다.
상기 감지하는 단계는, 상기 수 프레임 동안 누적된 계조값에 대하여 기설정되는 임계 레벨을 근거로 흑백의 이진 영상을 생성하는 단계, 및 상기 생성한 이진 영상에서 계조가 '1'로 표현되는 영상 내 물체들에 대한 이미지 특성을 분석하여 상기 고정물체와 상기 이동물체를 구분하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 감지하는 단계는, 상기 이미지 특성을 분석하기 위하여 상기 '1'로 나타나는 상기 영상 내 물체의 면적, 속이 꽉 찬 정도를 나타내는 솔리더티 및 모양에 관계되는 엑스텐트 중 적어도 하나를 분석할 수 있다.
상기 감지하는 단계는, 상기 레이더의 신호 특성 및 상기 물체로서 탐지하고자 하는 대상 선박의 크기 중 적어도 하나를 근거로 상기 계조값을 누적하는 프레임의 수를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 감지하는 단계는, 상기 임계 레벨을 기준으로 상위 임계 레벨과 하위 임계 레벨을 각각 설정하고, 상기 상위 임계 레벨과 상기 하위 임계 레벨 사이에 포함되는 계조값을 '1'로 나타낼 수 있다.
상기 구동방법은, 상기 이동물체가 인식되면 연속되는 2개의 레이더 영상에서 상기 이동물체가 포함하는 지정 크기의 영역을 설정한 후 상기 설정한 각 영역에 대해 상호관계 작업을 수행하여 상호관계계수값을 계산하는 단계, 및 상기 계산한 상호관계계수값에서 가장 큰 값의 위치를 찾아 상기 이동물체의 속도를 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 컴퓨터 판독가능 기록매체는, 레이더 선박접근 경고장치의 구동방법을 실행하기 위한 프로그램을 포함하는 컴퓨터 판독가능 기록매체로서, 상기 레이더 선박접근 경고장치의 구동방법은, 레이더로 탐지한 물체의 레이더 영상을 취득하는 단계, 및 상기 취득한 레이더 영상 내의 상기 물체들에 대한 화소의 계조값을 수 프레임 동안 누적 및 분석하여 분석 결과로서 취득되는 상기 물체의 특성을 근거로 고정물체와 이동물체를 구분하며, 상기 구분한 이동물체를 상기 레이더 영상 내에서 추적하여 해상에 설치되는 보호대상물과의 충돌 여부를 감지하는 단계를 실행한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 종래 레이더로 탐지한 물체의 영상은 카메라로 찍은 영상과는 다르게 정지되어 있고 형체가 변하지 않은 물체라도 연속되는 영상에서 위치와 크기, 신호의 세기 등이 계속적으로 변하는 특성이 있어서 이동하는 선박을 이미지 프로세싱 작업을 통해 인식하기가 어려운 문제를 해결함으로써 이동하는 선박을 신뢰성 높게 찾아낼 수 있고 아울러 속도를 계산할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예는 장사장교나 해상 구조물에 설치한 레이더 영상 신호로부터 이동하는 선박을 인식해서 그 선박의 이동 방향과 속도 등을 파악하고 보호대상 구조물과 충돌 가능성을 판단하여 충돌이 예상되는 위험 영역으로 접근시 스피커와 전광판을 통해 경고하여 해상 안전을 도모할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레이더 기반 선박 접근 경고 시스템을 나타내는 도면,
도 2는 도 1의 레이더 선박접근 경고장치의 세부구조를 예시한 블록다이어그램,
도 3 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 레이더 영상의 영상 처리 과정을 설명하기 위한 도면, 그리고
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 레이더 선박접근 경고장치의 구동과정을 나타내는 흐름도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
구체적인 설명에 앞서, 본 발명의 실시예에서는 레이더 기반 선박 접근 경고 시스템(이하, 경고 시스템)(90)으로서, 레이더를 수평으로 발사하여 교량 혹은 시설에 접근하는 선박의 거리를 측정하여 일정 거리 이상 접근할 경우 경고를 알리기 위한 시스템과 레이저를 수직으로 발사하여 해저면과 수면의 높이 측정, 교량과 수면의 높이를 측정하여 표시하기 위한 시스템을 예시한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레이더 기반 선박 접근 경고 시스템을 나타내는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 레이더 기반 선박 접근 경고 시스템(이하, 경고 시스템)(90)은 레이저수위관측장치(100), 레이더 선박접근 경고장치(110), 음향출력장치(120) 및 표시장치(130)의 일부 또는 전부를 포함하며, 카메라나 제어장치 및 관제센터의 모니터링장치 등을 더 포함할 수 있다.
여기서, "일부 또는 전부를 포함한다"는 것은 음향출력장치(120)나 표시장치(130)와 같은 일부 구성요소가 생략되어 경고 시스템(90)이 구성되거나, 레이저수위관측장치(100)와 같은 일부 구성요소가 레이더 선박접근 경고장치(110)와 같은 다른 구성요소에 통합되어 구성될 수 있는 것 등을 의미하는 것으로서, 발명의 충분한 이해를 돕기 위하여 전부 포함하는 것으로 설명한다.
레이저수위관측장치(100)는 송신부에서 레이저를 발사하여 반사판 혹은 매질의 차이에서 되돌아오는 신호를 수신부에서 측정하여 거리값을 수위로 환산하여 해수면의 높이를 파악할 수 있는 장치이다. 레이저수위관측장치(100)는 주파수 변조 연속파(Frequency Modulated Continuous Wave: FMCW) 레이더의 스윕(Sweep) 선형성을 개선하는 기술을 적용하여 정확도를 향상시킨다. 또한 DSP(Digital Signal Processor)를 이용한 신호처리를 수행하여 최근 상용화된 FMCW 레이더 장치를 통해 주요 요소를 복합한 칩(chip)을 이용하여 장치 하드웨어(H/W) 및 소프트웨어(S/W)를 단순화할 수 있다. 이에 근거해 볼 때, 레이저수위관측장치(100)는 신호처리모듈 및 운용모듈 등을 포함할 수 있다.
레이저수위관측장치(100)는 가령 교량(97)으로부터 해수면(혹은 해저면)에 대하여 레이저를 수직으로 발사하여 해수면과 해저면의 높이 측정, 교량(97)과 (해)수면의 높이를 측정하기 위해 사용된다. 이를 위하여 레이저수위관측장치(100)는 데이터 획득 및 처리부, 레이저 송신부 및 레이저 수신부, 그리고 렌즈부를 더 포함할 수 있다. 데이터 획득 및 처리부는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 등의 동작을 수행하거나, CPU나 MPU의 역할을 수행할 수 있으며, 또는 CPU나 MPU의 제어하에 동작할 수도 있다. 레이저수위관측장치(100)는 가령 주기적으로(예: 5초) 해수면과 해저면의 높이, 교량(97)과 수면의 높이를 측정하여 측정 결과를 저장한 후 저장한 측정 결과가 표시장치(130)에 표시되도록 할 수 있지만, 가령 제어부의 제어하에 선박(99)이 교량(97)으로 진입하는 것으로 판단될 때 그에 즈음하여 측정을 수행한 후 이를 근거로 표시장치(130)를 통해 적절한 시각적 정보가 출력되도록 할 수 있다.
레이저는 단일 파장의 빛을 발생하는 단색성, 빛의 퍼짐 정도가 매우 작은 직진성, 밝기가 아주 높은 고휘도, 렌즈를 이용하여 매우 작은 크기로 집속이 가능한 집속도, 매우 높은 에너지 강도를 얻을 수 있는 고에너지 강도성을 띄고 있다. 레이저는 고유한 특성 때문에 과학 및 산업 분야에서 다양하게 응용되고 있으며, 초고속 인터넷, DVD 저장매체, 바코드, 레이저 수술, 국방분야, 거리 측정과 표적지시기 목적으로 널리 사용될 수 있다.
레이더 선박접근 경고장치(110)는 FMCW 레이더(X-Band, 9.3~9.5㎓)를 발사하여 획득한 데이터를 통해 교량(97) 혹은 시설에 접근하는 선박의 방향, 거리를 측정하고 일정거리 이상 접근할 경우 스피커, LED 전광판으로 경고를 알려서 충돌을 방지하는 장치이다. 레이더 선박접근 경고장치(110)는 레이더 센서, 레이더 스코프, 레이더 자료처리장치 등을 포함할 수 있다. 또한, 레이더 자료처리장치는 제어부, 신호처리부, 연산부, 저장부, 전원부 등을 포함할 수 있다.
레이더는 강력한 전자기파를 발사하여 그 전자기파가 대상 물체에서 반사되어 돌아오는 반향파를 수신하여 물체를 식별하거나 물체의 위치, 움직이는 속도 등을 탐지하는 장치이며, 주로 비행기, 배, 자동차, 구름 등을 탐지하는 데 쓰인다. 레이더에 파장이 긴 저주파 전자기파를 사용하면 감쇠가 적어서 탐지 거리가 길어지지만 파장보다 작은 물체를 식별하기 어려워 해상도가 떨어진다. 반대로 파장이 짧은 고주파를 이용하면 해상도는 높아지나 공기 중의 수분, 구름, 공기 분자(산소 분자는 특정 주파수에 민감하다) 등에 의해 흡수되거나 산란되어 감쇠가 심하게 나타난다. 그러므로 레이더는 그 용도에 따라 사용하는 파장이 다르다. 본 발명의 실시예에 따라 레이더는 전파(radio wave)나 마이크로파(micro wave)를 사용한다.
해상에서 레이더로 탐지한 물체의 동영상 데이터는 고정되어 있는 카메라로 찍은 동영상 데이터와는 다르게 정지되어 있고 형제가 변하지 않은 물체라도 위치와 크기, 신호의 세기 등이 계속적으로 변하는 특성을 갖는다는 점을 고려하여 본 발명의 실시예에 따른 레이더 선박접근 경고장치(110)는 레이더의 탐지영상에서 정지해 있거나 고정된 물체를 인식해서 제거하고 이동하는 선박만 추적하는 신뢰도가 높은 알고리즘이 적용된 프로그램을 포함하여 이를 실행시킨다. 즉 본 발명의 실시예는 레이더로 탐지한 물체(예: 해상의 정지물체나 이동물체 등)가 나타나 있는 영상 데이터를 마이크로프로세서를 탑재하고 있는 SBC(Single Board Computer)와 같은 컴퓨터로 읽어들이고 일련의 영상처리 과정을 통해서 이동하는 선박을 인식하고 그 궤적을 추적하여 이동 방향 및 속도를 계산하는 알고리즘과 영상처리 기법을 실행하며, 이러한 계산을 통해 미리 설정한 위험영역에 진입할 가능성이 있을 경우 음향출력장치(120)인 스피커와 표시장치(130)인 전광판을 통해 경고한다.
좀더 살펴보면, 해상에서 레이더를 운용하면서 탐지된 물체에 대한 화상신호를 분석해보면 가장 특징적인 것은 고정되어 있고 형상이 일정한 물체라 하더라도 레이더(RADAR)가 회전하면서 생성되는 매 화상마다 크기와 위치가 달라진다는 것이다. 이와 같이 나타나는 이유는 송수신 신호의 강도 차이, 수신신호의 증폭, 필터링과 같은 신호 상태(signal conditioning), 거리 및 각도 해상도, 노이즈 등으로 인한 것이다. 사진 동영상에서 움직이는 물체를 식별하는 알고리즘으로는 GMM(Gaussian Mixture Model)을 많이 사용한다. 그러나 RADAR 동영상에 이를 적용하면 매 화상마다 상당한 변화가 있기 때문에 고정물도 변화가 있는 부분을 움직이는 물체로 인식하기 때문에 이에 적합한 알고리즘이 필요하다.
이에 따라 본 발명의 실시예에 따른 레이더 선박접근 경고장치(110) 또는 관제센터의 모니터링장치는 레이더 영상에 대하여 수 프레임 즉 복수의 비디오 프레임 단위로 영상 내의 물체 즉 객체의 화소들에 대한 계조값을 누적하여 저장하고 그 저장한 계조값들을 분석하여 영상 내의 물체들에 대한 특성을 인식하게 된다. 따라서 이러한 인식 결과를 근거로 물체를 구분해 내며, 가령 이와 같은 동작을 통해 레이더 선박접근 경고장치(110)에서 관심 대상인 이동 선박을 검출하며, 검출한 이동 선박을 추적하여 해상의 교량(97)이나 해상풍력 발전 시설물 등의 보호대상물과의 충돌 여부를 감지하고, 충돌이 예상될 때 음향출력장치(120)나 표시장치(130)로 경고하여 이동 선박이 접근하지 않도록 할 수 있다. 영상처리와 관련한 내용은 이후에 자세히 다루기로 한다.
음향출력장치(120)는 가령 혼 스피커를 포함하며, 선박(99)에 대한 경고 알림을 수행한다. 더 정확하게는 선박(99)의 관계자에게 경고한다. CPU나 MPU 등의 제어부는 레이저수위관측장치(100)나 레이더 선박접근 경고장치(110)의 측정 결과를 근거로 교량(97)의 접근시 위험이 발생할 수 있음을 음성으로 통지한다고 볼 수 있다.
이의 과정에서 가령, 제어부는 교량(97)으로 진입하는 선박(99)의 국적이나 관계자(예: 선장이나 항해사 등)의 국적을 판단할 수 있고, 이를 근거로 안내방송 즉 경고방송이 송출되도록 할 수도 있다. 이를 위하여 카메라의 촬영영상을 이용하여 선박(99)의 모양이나 특정 언어를 확인할 수 있지만, 정확도를 높이기 위하여 지방해양항만청 및 영사관 등에 등록되어 있는 선박 정보를 근거로 경고방송을 송출할 수 있다. 물론, 선박(99)의 국적정보를 취득하기 위한 다양한 방법이 있을 수 있다. 예를 들어, 모든 선박은 선박국적증서를 비치해야 한다. 따라서, 선박국적증서의 발급시 탑재되는 통신모듈의 통신 신호가 감지되는 경우 이를 이용할 수 있다. 또는 특정 선박의 위치 추적 정보를 제공하는 시스템이 있는 경우, 이를 통해서도 진입 선박(99)의 국적을 취득하여, 더 정확하게는 선장이나 항해사(혹은 조타수)의 국적을 파악하여 이를 근거로 방송을 송출할 수 있다. 이의 경우, 드론을 해당 선박(99)으로 보내 국적을 파악하도록 할 수도 있다. 가령 드론을 통해 촬영이 이루어지도록 하고, 촬영영상을 수신하여 이를 분석해 국적을 판단할 수도 있다.
표시장치(130)는 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이 접근금지, STOP 경고표시, 수위, 교량(97)과 해수면의 거리 표시를 수행할 수 있으며, 5초 간격으로 표시할 수 있다. 물론 표시장치(130)의 표시정보 또한 제어부의 제어하에 제어될 수 있다. 이러한 표시장치(130)를 통한 표시정보는 야간에 유용할 수 있으며, 야간의 경우에는 음향출력장치(120)와 병행하여 사용될 수도 있다. 물론 CPU 등의 제어부는 표시장치(130)의 경우에도 선박(99)이나 관계자의 국적을 근거로 해당 국적의 언어로 출력할 수 있다. 예를 들어, 영어를 기본으로 제공할 수 있지만, 러시아나 인도 선박인 경우에는 해당 국가의 언어로 정보가 제공되도록 할 수도 있다.
제어장치는 도 1에 별도로 도시하지는 않았지만, 개별 장치의 형태로 구성될 수 있지만, 특정 장치, 가령 레이저수위관측장치(100) 등에 탑재되어 사용될 수도 있다. 이를 통해 주변 장치들과 연동하여 전반적인 제어 동작을 수행한다. 제어장치는 대표적으로 레이저수위관측장치(100)를 통해 수신되는 데이터를 분석하여 수위, 교량(97)과 해수면의 거리를 측정할 수 있다. 측정 결과를 메모리와 같은 저장부에 저장할 수 있으며, 레이더 선박접근 경고장치(110)를 통해 교량(97)으로 접근하는 선박(99)과의 접근 거리를 측정할 수도 있다. 제어장치는 정확성을 높이기 위하여 대표적으로 선박(99)의 종류에 따라 선별적으로 경고알림이나 경고문구를 출력할 수 있다. 예를 들어, 진입하는 선박(99)의 무게를 판단할 수 있거나, 또는 선박의 높이나 크기를 판단할 수 있는 경우, 이를 근거로 선별적으로 경고알림 등이 제공되도록 할 수 있다. 레이더 선박접근 경고장치(110)를 통해 진입하는 선박에 대한 크기, 더 정확하게는 높이를 측정할 수도 있으므로 이의 결과를 근거로 교량(97)의 통과 여부를 판단하여 그에 적절한 안내방송이나 경고문구를 제공할 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 해상장치, 다시 말해 도 1의 레이저수위관측장치(100) 등의 다양한 장치들은 함체의 내부에 구비되며, 함체는 방수 설계가 필수적으로 이루어진다. 또한 센서 즉 레이저, 레이더 센서의 거치대나 렌즈 마운트 설계가 이루어진다. 나아가, 함체는 내염수성 등을 고려하여 설계된다. 내염수성을 고려한 표면처리가 함체의 내부 및/또는 외부(면)에 코팅 등의 방식으로 이루어질 수 있다.
모니터링장치는 관제센터 내에 구비될 수 있으며, 컴퓨터 등을 포함한다. 모니터링장치는 모니터링 프로그램을 포함하며, 레이저수위관측장치(100)와 레이더 선박접근 경고장치(110)로부터 데이터를 수신하여 선박의 이동경로, 충돌 예상 경고 등을 실시간으로 모니터링할 수 있다. 모니터링장치는 별도의 제어장치가 구성되지 않는 경우에는 레이저수위관측장치(100)나 레이더 선박접근 경고장치(110)와 직접 통신할 수 있지만, 경고 시스템(90)이 제어장치를 구비하는 경우에는 해당 제어장치와 통신을 수행하여 데이터를 송수신할 수 있다.
통상, 모니터링장치 즉 관제센터는 내륙에 설치될 수 있고, 따라서 해상의 레이더 선박접근 경고장치(110)와 통신을 위해서는 민간 기업의 사설 통신망 등을 이용할 수 있지만, 이러한 통신망은 여러 원인으로 불통이 발생할 수 있다. 따라서, 모니터링장치에서 본 발명의 실시예에 따른 영상처리동작을 수행하는 경우, 물론 그것도 배제할 수는 없지만, 이동선박의 안전한 감시체계를 구축하기 위해서는 해상의 제어장치나 레이더 선박접근 경고장치(110)에서 본 발명의 실시예에 따른 영상처리 동작이 이루어지는 것이 바람직하다.
상기의 구성 결과, 장사장교나 해상 구조물에 설치하여 레이더로 선박을 포함한 주위 물체를 탐지하고 그 중에서 이동하는 선박을 인식해 그 선박의 이동 방향과 속도 등을 파악하고, 보호대상 구조물과 충돌 가능성을 판단하여 충돌이 예상되는 위험영역으로 접근시 스피커와 전광판을 통해 경고할 수 있을 것이다.
도 2는 도 1의 레이더 선박접근 경고장치의 세부구조를 예시한 블록다이어그램이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 도 1의 레이더 선박접근 경고장치(110)는 통신 인터페이스부(200), 제어부(210), 선박경고처리부(220) 및 저장부(230)의 일부 또는 전부를 포함한다.
여기서, "일부 또는 전부를 포함한다"는 것은 저장부(230)와 같은 일부 구성요소가 생략되어 구성되거나, 선박경고처리부(220)와 같은 일부 구성요소가 제어부(210)와 같은 다른 구성요소에 통합되어 구성될 수 있는 것 등을 의미하는 것으로서, 발명의 충분한 이해를 돕기 위하여 전부 포함하는 것으로 설명한다.
통신 인터페이스부(200)는 영상 레이더에 연결되어 레이더 영상을 수신할 수 있다. 또는 통신 인터페이스부(200)는 레이더 안테나를 통해 레이더 센서의 신호를 송수신하는 송수신기를 포함할 수도 있다. 영상 레이더는 마이크로 전자파를 지역의 표적, 더 정확하게는 해상의 물체에 조사하여 원근에 따라 차례로 물체에 반사되어 들어오는 반사파를 데이터 기록 장치에 기록하여 영상을 얻는 장비이다. 영상 레이더는 빔포밍 방식으로 레이더 영상을 생성할 수 있다. 가령 같은 시간에 같은 지점을 빔포밍하도록 동기화된 레이더들로부터 캡쳐 영상들을 획득하고, 캡쳐 영상들의 적어도 하나의 중첩 영역에 기초하여 캡쳐 영상들을 합성하고, 합성된 캡쳐 영상들에 기초하여 고해상도 영상을 생성할 수 있다. 이와 같이 통신 인터페이스부(200)는 영상 레이더와 통신하여 레이더 영상을 획득할 수 있다.
제어부(210)는 도 2의 통신 인터페이스부(200), 선박경고처리부(220) 및 저장부(230)의 전반적인 제어 동작을 담당한다. 대표적으로 제어부(210)는 통신 인터페이스부(200)를 통해 레이더 영상이 수신되는 경우 이를 저장부(230)에 임시 저장한 후 선반경고처리부(220)로 제공할 수 있다. 또한, 제어부(210)는 선박경고처리부(220)의 요청에 따라 통신 인터페이스부(200)를 통해 도 1의 음향출력장치(120)와 표시장치(130)를 제어할 수 있다.
예를 들어, 제어부(210)는 선박경고처리부(220)의 요청에 따라 이동 선박의 충돌 위험이 있다고 판단될 때 충돌 위험에 상응하는 문구가 표시장치(130)에 표시되도록 요청할 수 있다. 물론 제어부(210)는 저장부(230)에 룩업테이블(LUT) 형태로 저장되어 있는 알림 문구와 관련한 데이터를 검색하여 이를 표시장치(130)에 제공해 줄 수도 있다. 이와 같이 제어부(210)는 선박경고처리부(220)와 연계하여 본 발명의 실시예에 따른 다양한 동작을 수행할 수 있다.
선박경고처리부(220)는 레이더 영상으로부터 고정물체와 이동물체(예: 이동선박)를 정확히 구분하고, 이동물체를 추적하여 속도 및 거리를 측정하여 이동선박과 같은 물체가 도 1에서와 같은 교량(97)이나 해상의 풍력발전소 등의 보호대상물에 충돌할지 여부를 검출한다. 레이더 영상의 특성상 영상 내의 고정물체와 이동물체를 구분해 내는 것은 상당히 어려움이 있으므로, 본 발명의 실시예에서는 영상 내의 대상물체 즉 객체에 대하여 화소의 계조값을 수 프레임에 걸쳐 누적하고, 이를 분석하여 영상 내의 객체 즉 해상의 물체에 대한 특성을 구분한다.
좀더 구체적으로, 선박경고처리부(220)는 수신된 레이더 영상에서 수 프레임에 해당하는 객체의 화소에 대한 계조값을 추출할 수 있다. 여기서, 계조값은 특정 컬러당 256 계조를 가지므로, 화소의 화소 데이터를 분석하여 계조값을 추출할 수 있다. 더 정확히 말해, 화소 데이터는 2진 16비트나 32비트의 형태로 데이터 통신이 이루어지고 이를 분석하여 화소당 계조값을 얻을 수 있게 된다. 따라서 선박경고처리부(220)는 레이더 영상을 초당 60장의 비디오 프레임을 획득할 수 있다고 가정할 때, 가령 10장의 비디오 프레임에 대한 화소의 계조값을 근거로 영상 내 객체에 대한 특성을 분석해낸다.
이를 위하여 선박경고처리부(220)는 256 계조에 대한 기준값으로서의 임계 레벨을 정하여 이를 기준으로 상위 임계 레벨과 하위 임계 레벨(threshold level)을 설정할 수 있다. 따라서, 상위 임계 레벨과 하위 임계 레벨의 범위 내에 있는 계조값에 대하여는 즉 픽셀에 대하여는 '1'로 표현하고, 나머지는 '0'으로 표현함으로써 바이너리(binary) 즉 이진 영상을 생성할 수 있다. 이진 영상에서 계조값이 '1'로 나타나는 객체들, 즉 해상 물체들에 대해 이미지 특성, 가령 면적(area), 솔리더티(solidity), 엑스텐트(extent) 등을 근거로 필터링하여 이동선박의 객체와 고정물체의 객체를 포함하는 2개의 이진 영상을 얻을 수 있다. 이와 같은 과정을 통해 이동선박과 같은 객체를 명확히 구분해 내고, 이를 영상에서 추적함으로써 이동선박의 거리 및 속도를 계산할 수 있으며, 이를 통해 결국 교량(97)에의 충돌 여부를 판단할 수 있다.
거리 및 속도를 계산하는 방식은 영상을 통해 계산하거나 레이더 파의 속도를 근거로 계산할 수 있다. 가령, (n-1) 프레임과 n 프레임 사이의 속도를 알 수 있다. 가령 1초당 30장의 프레임을 생성하는 경우, 1/30초가 하나의 비디오 프레임당 시간이 된다. 그리고, 비디오 프레임의 추적 객체에 대한 이동 거리를 픽셀을 통해 계산할 수 있다. 따라서 1/30초당 이동거리를 미분 연산하면 속도를 알 수 있다. 이외에도 레이더 파를 물체에 방사할 때의 시간과 반사파의 수신 시간을 측정하면 시간차를 계산할 수 있으며, 레이더 파의 속도는 기설정될 수 있으며, 이를 근거로 이동선박의 속도를 추정할 수 있다. 속도를 적분 연산하면 거리값을 얻을 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 서로 다른 두 장의 영상함수에서 한 장의 영상함수를 이동시키면서 두 함수의 곱을 이동 변위의 함수로 표시하는 상호상관계수 (Cross-correlation coefficient)를 이용하는 것이 바람직하다.
선박경고처리부(220)는 영상의 분석 결과를 제어부(210)로 제공하며, 예를 들어 영상 분석 결과로서 위험정도 상, 중, 하의 형태로 연산 결과를 제공할 수 있다. 이의 경우, 제어부(210)는 위험정도 상, 중, 하에 따라 지정된 동작을 수행할 수 있다. 가령 위험 상에 해당하는 경우, 이에 상응하여 기저장된 동작을 수행하기 위해 음향출력장치(120)와 표시장치(130)를 통해 이동선박에 대한 경고방송이나 문구가 표시되도록 동작할 수 있을 것이다.
저장부(230)는 제어부(210)의 제어하에 처리되며, 룩업테이블 형태로 데이터를 저장할 수 있다. 예를 들어, 룩업테이블의 좌측에는 위험정도 상, 중, 하를 각각 나타내는 2진 비트 정보가 기록될 수 있다. 또한, 좌측의 2진 비트 정보에 매칭되어서 룩업테이블의 우측에는 음향출력장치(120)나 표시장치(130)를 어떠한 상태로 동작시킬지에 대한 동작 데이터가 기록될 수 있다. 따라서, 제어부(210)는 선박경고처리부(220)의 지시에 따라 저장부(230)의 룩업테이블에 기록된 동작 데이터를 불러내어 음향출력장치(120)나 표시장치(130)로 전송할 수 있다.
또한, 저장부(230)는 통신 인터페이스부(200)를 통해 레이더 영상이 제공되는 경우 제어부(210)의 제어하에 임시 저장한 후 선박경고처리부(220)로 제공되도록 출력할 수 있을 것이다.
한편, 본 발명의 다른 실시예로서, 도 2의 제어부(210)는 CPU와 메모리를 포함하며, CPU와 메모리는 원칩화하여 구성될 수 있다. 제어부(210)는 제어회로, 연산부(ALU), 명령어해석부, 레지스트리 등을 포함할 수 있으며, 메모리는 램(RAM)을 포함할 수 있다. 제어회로는 제어 동작을, 연산부는 2진 비트정보의 연산처리를, 그리고 명령어해석부는 입력된 2진 비트정보가 어떠한 동작의 수행에 관련되는지를 해석할 수 있다. 여기서, 해석은 룩업테이블(LUT)상의 좌측과 우측에 데이터를 매칭한 후 제어회로가 좌측 데이터를 근거로 우측의 데이터를 찾아 동작을 수행하는 것일 수 있다. 레지스트리는 소프트웨어적인 데이터 저장에 관여한다. 상기의 구성에 따라 CPU는 레이더 선박접근 경고장치(110)의 초기 구동시 선박경고처리부(220)의 프로그램을 복사하여 메모리에 로딩한 후 이를 실행시켜 데이터 처리 속도를 빠르게 증가시킬 수 있게 된다.
도 3 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 레이더 영상의 영상 처리 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3 내지 도 9의 영상 처리 동작은 도 2의 선박경고처리부(220)에 저장된 프로그램을 실행함으로써 이루어질 수 있으며, 제어부(210)를 구성하는 메모리의 내부에 저장되는 프로그램을 실행함으로써 이루어지는 등 다양하게 이루어질 수 있다. 설명의 편의상 도 3 내지 도 9의 영상 처리 동작은 도 1의 레이더 선박접근 경고장치(110)를 참조하여 설명한다.
레이더 선박접근 경고장치(110)는 레이더 동영상으로부터 선박을 트래킹하기 위해서는 도 3과 같은 영상 데이터로부터 우선 고정물체를 제거할 필요가 있다. 도 3은 레이더에 탐지된 물체 영상을 나타낸다. 그런데 고정되어 있고 형상이 일정한 물체라 하더라도 레이더가 회전하면서 생성되는 매 영상마다 크기와 위치가 달라지는 특징이 있기 때문에 이러한 특성 가운데서도 알고리즘을 통해 고정물체와 이동선박을 식별해낼 수 있는 성능을 본 발명의 실시예에 따른 레이더 선박접근 경고장치(110)가 갖는다.
동영상의 영상 데이터의 그레이 레벨(gray level)값 즉 계조값을 10 프레임 정도 누적을 시켜서 적절한 임계 레벨 또는 기준값을 정해서 상위 임계 레벨 그 이상의 값을 갖는 픽셀과 하위 임계 수준 이하의 값을 갖는 픽셀을 '0'으로 하고 나머지는 '1'로 하여 이진 영상으로 만들게 되면 도 4의 (c)와 같이 고정물체의 경계영역은 pixel gray level이 '1'로 나타나게 되고 안과 밖은 '0'으로 나타나게 된다. 도 4는 레이더 영상의 그레이 레벨을 10 프레임 누적시켰을 때 물체에 다른 특성을 각각 보여주고 있다. 도 4의 (a)는 빠른 이동 객체, (b)는 느린 이동 객체, 그리고 (c)는 고정 객체에 대한 특성을 각각 보여준다. 움직이는 선박의 경우에는 선박의 크기 및 속도에 따라 도 4의 (a)와 같이 나타날 수도 있고 (b)와 같이 나타날 수도 있다. 그러나 고정 물체는 연속되는 레이더 영상에서 위치나 크기, 신호강도가 다소 변하더라도 같은 위치에 고정되어 있기 때문에 도 4의 (c)와 같은 특성을 나타내게 된다. 여기서, 그레이 레벨은 계조라 명명되기도 하며, 컴퓨터 그래픽에서 화면상의 각 점에 흑백의 명암을 지정하여 화상을 형성하는 것이며, 8비트의 이것은 256가지 색을 나타낼 수 있다. 즉 그레이 레벨은 0~255 레벨의 색으로 표현할 수 있어 256 계조라 명명되기도 한다.
여기서 누적시키는 프레임 수와 Upper threshold level 및 Lower threshold level은 레이더의 신호 특성과 탐지하고자 하는 대상 선박의 크기 등에 따라 적합한 값을 정할 수 있고 도 5와 같은 이진 영상이 만들어진다. 이진 영상은 영상이 백과 흑, 혹은 0과 1 등의 두 가지 값만 가진 영상을 말한다. 도 5는 누적 영상을 임계처리(thresholding)한 이진 영상을 보여준다.
도 5의 이진 영상에서 그레이 레벨이 '1'로 나타나는 객체(object)들에 대해 이미지 특성 즉, 면적, 솔리더티, 엑스텐트 등을 적절하게 설정하여 적용하여 필터링하면 도 6의 (a)와 같이 이동선박에 의한 객체와 도 6의 (b)와 같이 고정물체에 의한 객체만을 포함하는 2개의 이진 영상으로 나눌 수 있다. 여기서, 솔리더티는 객체의 속이 꽉 찬 정도를 나타내며, 엑스텐트는 경계 픽셀 수를 총 픽셀 수로 나눈 값으로 원이나 정방형에 가까운 모양의 객체는 값이 작고 길쭉한 모양의 객체는 값이 크다. 한편, 본 발명의 실시예에 따른 레이더 선박접근 경고장치(110)는 필터링을 위해 이미지 필터를 포함할 수 있다.
도 6은 이동선박에 대한 이진영상((a) 참조)과 고정물체에 대한 이진영상(b) 참조)을 각각 보여주며, 도 7은 레이더 연속 영상의 이동선박에 대한 인터로게이션 영역 설정 모습을 보여준다. 도 6의 (a)와 같이 이동선박이 인식되면 연속되는 두 개의 레이더 영상에서 이 객체를 포함하는 적합한 크기의 인터로게이션 영역(interrogation area)을 도 7과 같이 정한 후 이 영역에 대해 상호관계(cross-correlation) 작업을 수행하고, 도 8과 같이 계산된 상호관계계수(cross-correlation coefficient) 값으로부터 가장 큰 값의 위치를 찾아, 도 9와 같이 이동선박의 속도를 계산할 수 있다. 도 8은 이동선박에 대해 계산된 상호관계계수를 보여주며, 도 9는 계산된 이동 선박의 속도를 설명하기 위한 도면이다.
좀더 살펴보면, 움직이는 선박은 선박의 크기 및 속도, 위치에 따라 연속되는 화상에서 중첩되는 정도가 다르게 나타난다. 예를 들면 500m 거리에 있는 선박이 20노트로 레이더 빔에 직각인 방향으로 움직이고 있다면 레이더 스캐닝 회전속도를 24rpm으로 설정한 조건에서는 1회전 하는 동안 25.7m를 진행하고, 레이더의 horizontal beam width도 4°이기 때문에 소형 선박이라 하더라도 진행하는 속도에 따라 상당 부분이 중첩되게 나타날 수 있다.
따라서, 레이더 동영상으로부터 선박을 트래킹하기 위해서는 화상 데이터로부터 우선 고정물체를 제거할 필요가 있다. 그런데 앞서 언급한 바와 같이 고정되어 있고 형상이 일정한 물체라 하더라도 RADAR가 회전하면서 생성되는 매 화상마다 크기와 위치가 달라지는 특징이 있다. 그런데 동영상의 화상 데이터의 gray level값을 20 frame 정도 누적을 시켜서 적절한 threshold level 구간을 정해서 Upper threshold level 그 이상의 값을 갖는 pixel과 Lower threshold level 이하의 값을 갖는 pixel을 “0”으로 하고 나머지는 “1”로 하여 binary image로 만들게 되면 도 4의 (c)와 같이 고정물체의 경계영역은 pixel gray level이 “1”로 나타나게 되고 안과 밖은 “0”으로 나타나게 된다.
움직이는 선박의 경우에는 선박의 크기 및 속도에 따라 도 4의 (a)와 같이 될 수도 있고 (b)와 같이 나타날 수도 있다. 대형 선박이 천천히 움직일 경우 (b)와 (c)의 특성을 함께 나타낼 수도 있다. 이러한 특성을 이용하면 레이더 화상에서 고정물체 맵(map)을 만들 수 있고, 이 배경(background) 화상은 움직이는 선박을 인식하기 위한 image processing시 고정물 영역을 화상에서 제거하여 효율적으로 움직이는 선박을 인식하는데 이용되며 시간이 지남에 따라 고정물에 변화가 있을 수 있기 때문에 주기적으로 고정물체 map을 update한다. 고정물을 인식하여 background 화상을 만드는 전체적인 개념은 앞서 충분히 설명하였으므로 그 내용들로 대신하고자 한다.
또한, 선박 속도 계산을 위해 상호관계를 측정한다. 움직이는 선박이 인식되면 해당 영역에 대하여 연속되는 화상간의 cross-correlation을 구하여 속도를 계산한다. 선박이 움직이는 경우 레이더 화상에 나타난 그 선박의 이미지와 연속되는 화상에서 나타나는 동일 선박의 이미지는 위치는 달라졌지만 gray level이나 크기가 유사하기 때문에 cross-correlation을 구했을 때 계산된 coefficient가 가장 크게 나타난 위치가 이동한 거리이며 화상간의 시간으로 이를 나눠 속도를 계산하는 방법이다. Cross-correlation을 통하여 속도를 계산하는 과정도 앞서 충분히 설명하였으므로 그 내용들로 대신하고자 한다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 레이더 선박접근 경고장치의 구동과정을 나타내는 흐름도이다.
설명의 편의상 도 10을 도 1과 함께 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 레이더 선박접근 경고장치(110)는 레이더로 탐지한 물체의 레이더 영상을 취득한다(S1000).
또한, 레이더 선박접근 경고장치(110)는 수신한 레이더 영상 내의 물체들(혹은 객체들)에 대한 화소의 계조값을 수 프레임 동안 누적 및 누적된 계조값을 분석하여 분석 결과로서 얻는 물체의 특성을 근거로 고정물체와 이동물체를 구분하며, 구분한 이동물체를 레이더 영상 내에서 추적하여 해상에 설치되는 보호대상물과의 충돌 여부를 감지한다(S1110).
좀더 구체적으로 레이저 선박접근 경고장치(110)는 레이더 영상에 대하여 화소의 그레이 레벨 및 임계 레벨을 근거로 이진 영상을 생성한다. 그리고 이진 영상 내의 객체들에 대해 이미지 특성을 적절히 설정해 필터링하여 고정 물체와 이동 물체에 의한 객체만을 포함하는 2개의 이진 영상을 얻는다. 그리고, 이동선박이 인식되는 연속되는 두 개의 레이더 영상에서 이동선박에 해당하는 객체를 포함하는 적정 크기의 인터로게이션 영역에 바운딩 박스(bounding box)를 설정한 후 이 영역에 대해 상호관계 작업을 수행하며, 이를 통해 계산된 상호관계계수값으로부터 가장 큰 값의 위치를 찾아 이동선박의 속도를 계산할 수 있다. cross-correlation을 구했을 때 계산된 coefficient가 가장 크게 나타난 위치가 이동한 거리이며 화상간의 시간으로 이를 나눠 속도를 계산할 수 있다.
상기한 내용 이외에도 도 1의 레이더 선박접근 경고장치(110)는 다양한 동작을 수행할 수 있으며, 기타 자세한 내용은 앞서 충분히 설명하였으므로 그 내용들로 대신하고자 한다.
한편, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성 요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 그 컴퓨터 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 본 발명의 기술 분야의 당업자에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 비일시적 저장매체(non-transitory computer readable media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시 예를 구현할 수 있다.
여기서 비일시적 판독 가능 기록매체란, 레지스터, 캐시(cache), 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라, 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 구체적으로, 상술한 프로그램들은 CD, DVD, 하드 디스크, 블루레이 디스크, USB, 메모리 카드, ROM 등과 같은 비일시적 판독가능 기록매체에 저장되어 제공될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.
97: 교량 99: 선박
100: 레이저수위관측장치 110: 레이더 선박접근 경고장치
120: 음향출력장치 130: 표시장치
200: 통신 인터페이스부 210: 제어부
220: 선박경고처리부 230: 저장부

Claims (13)

  1. 레이더로 탐지한 물체의 레이더 영상을 수신하는 통신 인터페이스부; 및
    상기 수신한 레이더 영상 내의 상기 물체들에 대한 화소의 계조값을 수 프레임(frame) 동안 누적 및 분석하여 분석 결과로서 취득되는 상기 물체의 특성을 근거로 고정물체와 이동물체를 구분하며, 상기 구분한 이동물체를 상기 레이더 영상 내에서 추적하여 해상에 설치되는 보호대상물과의 충돌 여부를 감지하는 제어부;를
    포함하며,
    상기 제어부는, 상기 수 프레임 동안 누적된 계조값에 대하여 기설정되는 임계 레벨을 근거로 흑백의 이진 영상을 생성하며, 상기 생성한 이진 영상에서 계조(gray level)가 '1'로 표현되는 영상 내 물체들에 대한 이미지 특성을 분석하여 상기 고정물체와 상기 이동물체를 구분하고,
    상기 제어부는, 상기 이미지 특성을 분석하기 위하여 상기 '1'로 나타나는 상기 영상 내 물체의 면적(area), 속이 꽉 찬 정도를 나타내는 솔리더티(solidity) 및 모양에 관계되는 엑스텐트(extent) 중 적어도 하나를 분석하는 레이더 선박접근 경고장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 레이더의 신호 특성 및 상기 물체로서 탐지하고자 하는 대상 선박의 크기 중 적어도 하나를 근거로 상기 계조값을 누적하는 프레임의 수를 결정하는 레이더 선박접근 경고장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 임계 레벨을 기준으로 상위 임계 레벨과 하위 임계 레벨을 각각 설정하고, 상기 상위 임계 레벨과 상기 하위 임계 레벨 사이에 포함되는 계조값을 '1'로 나타내는 레이더 선박접근 경고장치.
  6. 삭제
  7. 통신 인터페이스부가, 레이더로 탐지한 물체의 레이더 영상을 수신하는 단계; 및
    제어부가, 상기 수신한 레이더 영상 내의 상기 물체들에 대한 화소의 계조값을 수 프레임 동안 누적 및 분석하여 분석 결과로서 취득되는 상기 물체의 특성을 근거로 고정물체와 이동물체를 구분하며, 상기 구분한 이동물체를 상기 레이더 영상 내에서 추적하여 해상에 설치되는 보호대상물과의 충돌 여부를 감지하는 단계;를포함하고,
    상기 감지하는 단계는,
    상기 수 프레임 동안 누적된 계조값에 대하여 기설정되는 임계 레벨을 근거로 흑백의 이진 영상을 생성하는 단계; 및
    상기 생성한 이진 영상에서 계조가 '1'로 표현되는 영상 내 물체들에 대한 이미지 특성을 분석하여 상기 고정물체와 상기 이동물체를 구분하는 단계;를
    포함하며,
    상기 감지하는 단계는,
    상기 이미지 특성을 분석하기 위하여 상기 '1'로 나타나는 상기 영상 내 물체의 면적, 속이 꽉 찬 정도를 나타내는 솔리더티 및 모양에 관계되는 엑스텐트 중 적어도 하나를 분석하는 레이더 선박접근 경고장치의 구동방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제7항에 있어서,
    상기 감지하는 단계는,
    상기 레이더의 신호 특성 및 상기 물체로서 탐지하고자 하는 대상 선박의 크기 중 적어도 하나를 근거로 상기 계조값을 누적하는 프레임의 수를 결정하는 단계;를 더 포함하는 레이더 선박접근 경고장치의 구동방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 감지하는 단계는,
    상기 임계 레벨을 기준으로 상위 임계 레벨과 하위 임계 레벨을 각각 설정하고, 상기 상위 임계 레벨과 상기 하위 임계 레벨 사이에 포함되는 계조값을 '1'로 나타내는 레이더 선박접근 경고장치의 구동방법.
  12. 삭제
  13. 삭제
KR1020200111760A 2020-09-02 2020-09-02 레이더 선박접근 경고장치 및 그 장치의 구동방법, 그리고 컴퓨터 판독가능 기록매체 KR102479960B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200111760A KR102479960B1 (ko) 2020-09-02 2020-09-02 레이더 선박접근 경고장치 및 그 장치의 구동방법, 그리고 컴퓨터 판독가능 기록매체

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200111760A KR102479960B1 (ko) 2020-09-02 2020-09-02 레이더 선박접근 경고장치 및 그 장치의 구동방법, 그리고 컴퓨터 판독가능 기록매체

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220030045A KR20220030045A (ko) 2022-03-10
KR102479960B1 true KR102479960B1 (ko) 2022-12-21

Family

ID=80816408

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200111760A KR102479960B1 (ko) 2020-09-02 2020-09-02 레이더 선박접근 경고장치 및 그 장치의 구동방법, 그리고 컴퓨터 판독가능 기록매체

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102479960B1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116400352B (zh) * 2023-03-21 2024-05-28 大连理工大学 一种基于相关性分析的雷达回波图像海浪纹理检测方法
CN117492030B (zh) * 2023-12-29 2024-03-15 中公智联（北京）科技有限公司 一种桥梁碰撞信号识别装置及方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101051802B1 (ko) 2009-07-02 2011-07-25 삼성물산 주식회사 선박의 충돌방지 시스템 및 그 방법
KR20150019472A (ko) 2013-08-14 2015-02-25 현대중공업 주식회사 해양구조물의 경고방송 시스템
KR101512237B1 (ko) * 2013-09-05 2015-04-16 (주) 너울정보 선박의 충돌방지장치
KR20150111092A (ko) 2014-03-25 2015-10-05 현대중공업 주식회사 선박의 충돌 제어 시스템
KR101693981B1 (ko) 2015-04-29 2017-01-10 현대중공업 주식회사 선박의 충돌 회피 방법 및 장치
KR102194499B1 (ko) * 2019-01-18 2020-12-23 주식회사 인텔리빅스 객체 이미지 인식 dcnn 기반 cctv 영상분석장치 및 그 장치의 구동방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220030045A (ko) 2022-03-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102479960B1 (ko) 레이더 선박접근 경고장치 및 그 장치의 구동방법, 그리고 컴퓨터 판독가능 기록매체
Hasirlioglu et al. Reproducible fog simulation for testing automotive surround sensors
KR20200067629A (ko) 레이더 데이터를 처리하는 장치 및 방법
CN104071311B (zh) 一种船舶预警方法
US20100289690A1 (en) Radar device
JP4287647B2 (ja) 環境状況把握装置
CN111899568B (zh) 桥梁防撞预警系统、方法、装置和存储介质
CN104103198B (zh) 船舶周边目标检测报警系统
KR20070068349A (ko) 해상 운송수단용 충돌방지 경고 시스템 및 충돌방지 분석방법
KR101512237B1 (ko) 선박의 충돌방지장치
CN113820705A (zh) 船舶用物标检测系统及方法、可信度推定装置、以及程序
US6664916B1 (en) System and method for identifying navigational markers using radar
CN104648627B (zh) 一种船舶预警方法
JP6154219B2 (ja) エコー信号処理装置、波浪レーダ装置、エコー信号処理方法、及びエコー信号処理プログラム
JP2023181079A (ja) 水上移動体衝突警報装置及び衝突警報信号の出力方法
NO169267B (no) Fremgangsmaate ved system til deteksjon, lokalisering og klassifisering av maalobjekter
CN104700660B (zh) 船舶周边目标检测报警系统
KR102365702B1 (ko) 해상장치 및 그 장치의 구동방법
WO2005043187A1 (en) System and method for suppression of sea clutter in radar image
JP2020008535A (ja) 目標検出装置及び目標検出プログラム
JP2011185719A (ja) 追尾レーダ装置
Dellepiane et al. A data fusion approach for the analysis of azimuth ambiguities
CN104648628B (zh) 一种船舶预警方法
WO2022244108A1 (ja) 航走体検出装置、航走体検出システム及び航走体検出方法
Harris et al. Process for automatic target detection using small marine radar

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right