KR19990066117A - 기상사진의태풍인식방법및장치 - Google Patents

Abstract

기상사진의 태풍인식방법 및 장치는 기상위성으로부터 수신한 기상사진에서 패턴인식을 통해 태풍의 존재, 위치, 위험영역을 산출하여 태풍을 자동경보하기 위한 것이다. 본 발명은 기상위성에서 적외선센서로 촬영된 적외선이미지의 기상사진데이타를 수신하여 이진이미지로 변환하는 이진필터, 이진이미지를 단순하고 매끄러운 형태로 변환하는 부식필터, 부식필터의 출력이미지를 필터링하여 외곽선만을 추출하는 외곽선추출필터, 추출된 외곽선을 형성하는 폐곡선상의 모든 화소들을 배열순서대로 어레이에 (x,y)좌표형태로 저장하는 메모리, 메모리에 저장된 어레이길이, x축 길이, y축 길이, 그리고 x와 y축의 길이 비율에 따라 태풍후보를 결정하고, 태풍후보중 어레이길이가 가장 큰 것을 태풍으로 하여 그 어레이의 최대/최소 x좌표값과 y좌표값을 산출해 태풍영역을 구하는 판단부, 및 판단부에 의해 구한 태풍 및 그 영역을 전자해도상에 중첩 표시하는 기상사진위에 함께 표시하는 표시부로 구성된다. 따라서, 본 발명은 기상정보가 없는 기상사진으로부터 태풍의 존재 및 위치를 알아내어 태풍 자동경보를 하며, 기상사진의 이용범위를 확대시킬 수 있는 효과를 제공한다.

Description

기상사진의 태풍인식방법 및 장치

본 발명은 기상사진의 태풍인식방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 기상위성으로부터 수신한 기상사진에서 태풍을 인식하여 전자해도상에 중첩되는 기상사진에 태풍위험지역을 경보해줄 수 있도록 한 기상사진의 태풍인식방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로 선박의 항해시 현재 항해하는 위치의 기상상태를 알기 위하여, 지상의 기상국과 무선교선을 통해 음성으로 기상상태를 전달받거나 팩스(FAX)등의 문서전달기기를 통해 해상의 기상상태를 나타내는 기상도를 전달받아 항해시의 항해계획을 세워왔다. 최근에는 과학연구, 우주관측, 기상관측, 통신, 방송, 자원탐사등에 광범위하게 이용되는 인공위성을 통해 현재 기상상태의 위성사진을 수신받는다. 그래서, 현재 선박항해위치를 나타내는 전자해도상에 수신되는 기상위성사진을 중첩시켜 화면에 표시하므로 항해자가 보다 신속하고 정확하게 선박을 운항할 수 있도록 한다. 기상위성으로부터 기상사진을 자동수신받아 좌표를 계산하여 전자해도상에 중첩 출력하는 기술은 이미 동일출원인에 의해 1997년 8월 18일자로 특허출원된 특허출원번호 제 39202호의 "기상위성사진 좌표계산방법"에 기재되어 있으므로, 여기서는 언급을 생략한다.

그런데, 기상위성으로부터 수신되는 기상사진은 아무런 기상정보가 없는 단순한 적외선지표사진이다. 이로 인하여, 기상사진의 이용범위가 제한적인 단점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 기상위성사진을 수신하여 전자해도상에 중첩 출력하는 기상위성수신시스템에서, 수신한 기상사진으로부터 태풍을 인식하여 경보해줄 수 있도록 하는 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 전술한 기상사진의 태풍인식방법을 구현한 장치를 제공함에 있다.

도 1은 본 발명에 따른 기상사진의 태풍인식장치를 채용한 기상위성수신시스템을 나타내는 구성도,

도 2a-2d는 도 1 태풍인식수단의 동작을 설명하기 위한 도면,

도 3은 도 1 메모리의 태풍인식을 위한 경로탐색을 설명하기 위한 도면,

도 4는 도 1 표시부의 전자해도상에 중첩된 기상사진에 태풍을 표시한 상태도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 기상위성수신기 20 : 태풍인식수단

21 : 이진필터 22 : 부식필터

23 : 외곽선추출필터 24 : 메모리

241 : 스택 242 : 메모리어레이

25 : 판단부 30 : 표시부

이와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 기상사진의 태풍인식방법은, 기상위성으로부터 수신한 기상사진의 태풍인식을 하기 위한 방법에 있어서, (1) 수신한 기상사진데이타를 이진형태의 이미지(Image)로 변환하는 단계와, (2) 기상사진의 이진이미지데이타를 필터링하여 단순하고 매끄러운형태의 이미지로 변환하는 단계와, (3) 상기 필터링된 이미지데이타에서 외곽선을 추출하는 단계와, (4) 상기 추출된 외곽선을 형성하는 폐곡선상의 화소들을 배열순서대로 어레이에 좌표형태로 저장하는 단계와, (5) 상기 저장된 어레이길이에 근거하여 태풍의 존재, 위치, 및 위험영역을 산출하는 단계, 및 (6) 전자해도상에 중첩되는 기상사진에 상기 산출된 태풍 및 태풍위험영역을 표시하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 기상사진의 태풍인식장치는, 기상위성수신시스템에 있어서, 기상위성으로부터 기상사진데이타를 수신하는 기상위성수신기와, 수신된 기상사진의 화소데이타를 패턴인식을 통해 태풍을 인식하는 태풍인식수단, 및 태풍이 인식되면 이를 경보하는 수단을 포함한다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 기술하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 기상사진의 태풍인식장치를 채용한 기상위성수신시스템의 구성도를 나타낸다. 도 1에 나타낸 시스템은, 크게 기상위성으로부터 기상사진데이타를 수신받기 위한 기상위성수신기(10), 수신되는 기상사진데이타로부터 패턴인식기법에 근거하여 태풍을 인식하기 위한 태풍인식수단(20), 및 태풍경보를 담은 기상사진을 전자해도상에 중첩시켜 한 화면으로 표시하는 표시부(30)로 구성된다. 태풍인식수단(20)은 수신한 기상사진데이타가 이미지(Image)이므로 이를 이진이미지로 변환하는 이진필터(21), 이진이미지를 단순하고 매끄러운 형태로 변환하는 부식필터(22), 및 부식필터(22)의 출력이미지를 외곽선추출필터링하는 외곽선추출필터(23)를 구비한다. 태풍인식수단(20)은 또한, 외곽선추출필터(23)에 의해 추출되는 외곽선을 형성하는 폐곡선상의 화소들을 배열순서대로 어레이(array)에 저장하는 메모리(24)와, 메모리(24)에 저장된 각 어레이길이에 따라 태풍의 존재를 판단하는 판단부(25)를 구비한다. 이러한 구성을 갖는 도 1 시스템의 동작을 도 2 내지 도 4를 참조하여 좀더 구체적으로 설명한다.

기상위성수신기(10)는 지구 극궤도 또는 정지궤도를 운행하는 기상위성으로부터 기상사진데이타를 수신하여 그림파일형태로 일단 저장한다. 위성으로부터 전송되는 기상사진데이타는 위성에 장착된 적외선센서로 촬영된 이미지(Image)이다. 적외선이미지는 흑백 그레이 스케일 이미지이며, 이미지의 한 화소(pixel)는 8비트로 표시된다. 따라서, 각 화소의 색상은 검정색의 "영(0)"레벨부터 흰색의 "255"레벨까지 존재한다. 태풍인식수단(20)의 이진필터(21)는 그림파일형태로 저장된 도 2a에 나타낸 바와 같은, 기상사진의 이미지를 도 2b에 나타낸 바와 같은 이진이미지로 변환한다. 즉, 이진필터(21)는 기설정된 문턱값을 기준으로 그 이하 레벨의 색상을 가진 화소는 흑으로, 그 이상 레벨의 색상을 가진 화소는 백으로 하는 이미지로 변환한다. 본 실시예에서, 문턱값은 "200"으로 한다. 부식필터(22)는 도 2b에 나타낸 바와 같은, 이진이미지를 필터링하여 도 2c에 나타낸 바와 같이 좀더 단순하고 매끄러운 형태로 변환한다. 필터링처리가 끝난 도 2c의 이미지는 외곽선추출필터(23)에 의해 필터링되어 외곽선만을 흰색으로 하고 나머지부분은 모두 흑색으로 처리된 도 2d에 보여지는 바와 같은 이미지를 얻어낸다. 외곽선추출필터(23)의 필터링에 의해 얻어지는 외곽선을 형성하는 폐곡선의 화소집합들은 배열순서대로 메모리(24)에 (x,y)좌표형태로 저장된다. 좀더 구체적으로 설명하면, 도 3에 보여지는 바와 같은 폐곡선의 A에서 J까지의 화소들중 A가 시작점(start point)인 경우, J와 B 2가지의 탐색경로가 존재한다. 여기에서 B방향으로 탐색할 경우 J방향으로는 탐색하지 않으므로, 화소 J을 스택(stack)(241)에 저장(push)한다. 이때, 메모리어레이(242)에는 화소 A의 좌표가 저장되며, 스택(241)에는 화소 J가 저장된다. 화소 A를 시작점으로 해서 연결되어 있는 화소 B, C, D, E가 차례로 탐색되며, 탐색된 화소들을 메모리어레이(242)에 (x,y) 좌표형태로 저장된다. 한편, 화소 E에서도 F와 H 2가지의 탐색경로가 존재하므로 어느 하나의 경로를 선택한다. 여기서, H방향으로 탐색할 경우 F방향으로는 탐색하지 않으므로, 화소 H을 스택(241)에 저장한다. 화소 E에서 선택한 화소 F, G가 차례로 탐색되며, 탐색된 화소들은 메모리어레이(242)에 좌표형태로 저장된다. 화소 G을 탐색한 후 더 이상의 연결된 경로가 없으므로, 스택(241)의 후입선출(last-in first-out; LIFO)에 따라 저장된 화소 H을 먼저 읽어내어 화소 H에서부터 연결된 탐색하지 않은 화소 I, J을 차례로 탐색한다. 탐색된 화소 H, I, J는 메모리어레이(242)에 좌표형태로 저장된다. 스택(241)이 널(null)상태이면 모든 경로를 다 탐색했음을 의미한다. 이와 같은 과정을 통해 외곽선을 형성하는 폐곡선상의 모든 화소들을 배열순서대로 메모리(24)의 메모리어레이(242)에 좌표형태로 저장한다. 판단부(25)는 메모리(24)에 저장된 각 어레이중에서 길이(화소의 수), x축 길이, y축 길이, x와 y축의 길이 비율에 근거하여 태풍후보를 검출한다. 본 실시예에서는, 화소의 수가 1000이상, x축 길이 150 이상, y축 길이 150 이상, x와 y축 길이 비율(MIN(x,y)/MAX(x,y))이 0.5 이상인 모든 어레이를 태풍후보로 검출하며, 이를 만족하는 어레이가 없을 경우 태풍은 존재하지 않는 것으로 한다. 판단부(25)는 검출된 태풍후보중 어레이길이가 가장 큰 것을 태풍으로 하고, 그 어레이의 최대/최소 x좌표값, y좌표값을 산출해 태풍의 영역으로 정한다. 표시부(30)는 전자해도등의 전자지도상에 수신된 기상사진을 중첩하여 표시하며, 이때 판단부(25)에 의해 산출된 태풍영역을 도 4에 보여지는 바와 같이 함께 표시하여 태풍에 대해 경보를 한다. 도 4를 보면, 기상사진이 중첩된 전자해도상에는 항로, 선박위치, 태풍위험지역, 태풍등이 표시된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 기상사진의 태풍인식방법 및 장치는, 기상위성으로부터 수신한 기상사진을 패턴인식처리하여 태풍의 존재, 위치, 위험영역들을 산출하므로써 기상사진을 선박의 항해에 이용되는 전자해도등의 전자지도상에 중첩하여 표시할 때 함께 표시하여 태풍에 대해 경보를 할 수 있는 효과를 갖는다.

Claims (11)

1. 기상위성으로부터 수신한 기상사진의 태풍인식을 하기 위한 방법에 있어서,

   (1) 수신한 기상사진데이타를 이진형태의 이미지(Image)로 변환하는 단계;

   (2) 기상사진의 이진이미지데이타를 필터링하여 단순하고 매끄러운형태의 이미지로 변환하는 단계;

   (3) 상기 필터링된 이미지데이타에서 외곽선을 추출하는 단계;

   (4) 상기 추출된 외곽선을 형성하는 폐곡선상의 화소들을 배열순서대로 어레이에 좌표형태로 저장하는 단계;

   (5) 상기 저장된 어레이길이에 근거하여 태풍의 존재, 위치, 및 위험영역을 산출하는 단계; 및

   (6) 전자해도상에 중첩되는 기상사진에 상기 산출된 태풍 및 태풍위험영역을 표시하는 단계를 포함하는 기상사진의 태풍인식방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 제 (4) 단계는 추출된 외곽선을 형성하는 폐곡선상의 화소들중 하나의 화소를 시작점으로 해서 연결되는 화소들을 차례로 탐색하며, 탐색한 화소를 어레이에 (x,y) 좌표형태로 저장하는 것을 특징으로 하는 기상사진의 태풍인식방법.
3. 제 2항에 있어서, 상기 제 (4) 단계는 탐색시 2가지의 경로가 존재할 때마다 하나의 경로를 선택하여 탐색하고, 나머지 경로에 대해 그 화소를 별도로 저장해두는 것을 특징으로 하는 기상사진의 태풍인식방법.
4. 제 3항에 있어서, 상기 제 (4) 단계는 더 이상의 연결된 탐색경로가 없을 때마다 별도로 저장한 화소들을 후입선출에 따라 차례로 읽어내어 그 화소를 시작점으로 하여 연결된 탐색하지 않은 화소들을 차례로 탐색하는 것을 특징으로 하는 기상사진의 태풍인식방법.
5. 제 2항에 있어서, 상기 제 (5) 단계는 상기 저장된 화소의 수, x축 길이, y축 길이, x와 y축의 길이 비율 각각이 기설정치 이상인 어레이를 태풍후보로 검출하며, 검출된 태풍후보중 화소의 수가 가장 큰 것을 태풍으로 하는 것을 특징으로 하는 기상사진의 태풍인식방법.
6. 제 5항에 있어서, 상기 제 (5) 단계는 태풍으로 결정된 어레이의 최대, 최소의 x좌표값과 y좌표값을 산출해 태풍영역으로 정하는 것을 특징으로 하는 기상사진의 태풍인식방법.
7. 기상위성수신시스템에 있어서,

   기상위성으로부터 기상사진데이타를 수신하는 기상위성수신기;

   수신된 기상사진의 화소데이타를 패턴인식을 통해 태풍을 인식하는 태풍인식수단; 및

   태풍이 인식되면 이를 경보하는 수단을 포함하는 기상사진의 태풍인식장치.
8. 제 7항에 있어서, 상기 태풍인식수단은

   수신된 기상사진데이타를 이진형태의 이미지(Image)로 변환하는 이진필터;

   기상사진의 이진이미지데이타를 필터링하여 단순하고 매끄러운형태의 이미지로 변환하는 부식필터;

   상기 필터링된 이미지데이타에서 외곽선을 추출하는 외곽선추출필터;

   상기 추출된 외곽선을 형성하는 폐곡선상의 화소들을 탐색하여 배열순서대로 어레이에 좌표형태로 저장하는 메모리; 및

   상기 저장된 어레이길이에 근거하여 태풍의 존재, 위치, 및 위험영역을 산출하는 판단부를 구비함을 특징으로 하는 기상사진의 태풍인식장치.
9. 제 8항에 있어서, 상기 메모리는

   추출된 외곽선을 형성하는 폐곡선상의 화소들중 하나의 화소를 시작점으로 해서 연결되는 화소들을 차례로 탐색시, 탐색한 화소를 (x,y) 좌표형태로 저장하기 위한 메모리어레이; 및

   2가지의 탐색경로가 존재할 때마다 탐색되지 않는 화소를 저장하여, 더 이상의 연결된 탐색경로가 없을 때 그 저장된 화소를 시작점으로 하여 탐색하도록 하기 위한 스택으로 이루어짐을 특징으로 하는 기상사진의 태풍인식장치.
10. 제 9항에 있어서, 상기 판단부는 상기 메모리어레이에 저장된 화소의 수, x축 길이, y축 길이, x와 y축의 길이 비율 각각이 기설정치 이상인 어레이를 태풍후보로 검출하며, 검출된 태풍후보중 화소의 수가 가장 큰 것을 태풍으로 하고, 태풍으로 결정된 어레이의 최대, 최소의 x좌표값과 y좌표값을 산출해 태풍영역으로 정하는 것을 특징으로 하는 기상사진의 태풍인식장치.
11. 제 10항에 있어서, 상기 태풍경보수단은 전자해도상에 중첩되는 기상사진에 상기 산출된 태풍 및 태풍위험영역을 화면표시하는 표시부인 것을 특징으로 하는 기상사진의 태풍인식장치.