KR20140033597A - 영상정보를 활용한 흘수 측정방법 - Google Patents

Abstract

영상정보를 활용한 흘수 측정방법이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 영상정보를 활용한 흘수 측정방법은 a)선박의 흘수마크를 촬영하여 상기 흘수마크를 포함하는 영상정보를 획득하는 단계; b)획득된 상기 영상정보를 흘수 리딩장치에 입력하는 단계; c)상기 흘수 리딩장치에 미리 입력된 문자 템플릿(Character template) 정보와 상기 영상정보의 상기 흘수마크를 비교하여, 흘수마크의 위치를 설정하는 단계; d) 상기 영상정보를 바탕으로 수선을 설정하는 단계; e)상기 영상정보가 왜곡된 이미지를 포함할 경우, 상기 영상정보의 상기 왜곡된 이미지를 보정하는 단계; 및 f)흘수선의 위치, 흘수마크의 위치, 흘수마크의 문자 템플릿의 크기로 흘수를 계산하는 단계;를 포함한다.

Description

영상정보를 활용한 흘수 측정방법{Draft measuring method}

본 발명은 영상정보를 활용한 흘수 측정방법에 관한 것이다.

일반적으로, 선박건조사에서는 선주와 계약을 체결할 때 선박의 재화중량을 계약서에 명기하고 이를 만족시키기 위해서 경하중량이 초과되지 않도록 선박을 건조하므로 선박건조가 완료된 후에 경하중량을 측정하는 흘수측정시험은 선박건조사와 선주 모두에게 중요하고 민감한 선박성능의 평가기준이 된다.

종래에는, 도 1을 참조하여 기존의 측정방법을 설명하면, 흘수를 측정하고자 하는 대형선박인 피측정선(1)에 소형선(Small Boat)인 측정선(2)을 접근시키고 측정선(2)의 선수부에 있는 작업자(11)와 선미부에 있는 작업자(12)가 해수의 유동으로 피측정선(1)과 측정선(2)이 서로 부딪히거나 멀어지지 않도록 하기 위하여 피측정선(1)에 부착한 자석에 연결된 밧줄을 당기거나 밀면 숙련된 경험의 측정선(2) 운전수는 측정선(2)과 타(Rudder)의 조작과 엔진출력의 증감을 통하여 피측정선(1)과 측정선(2)이 일정한 간격을 유지하는 동안에 피측정선(1)과 측정선(2) 사이에 측정자(13)는 수동게이지를 피측정선(1)의 흘수선에 대고 흘수선과 수면과의 거리를 측정한다.

상기, 피측정선(1)의 흘수선과 수면과의 거리를 측정하는 작업을 더욱 상세하게 설명하면, 측정선(2)에 있는 측정자(13)는 눈금표식이 된 원통형의 투명유리관인 수동게이지 상단에 있는 레버를 잡고 수동게이지 상단의 기준부위를 피측정선(1)의 선체외벽 흘수기준선에 일치시키고 수동게이지의 하단을 해수면으로 향하게 하여 수동게이지의 유리관 수위가 안정한 상태를 보이는 순간을 포착하여 수동게이지 상단에 있는 밸브 닫힘용 레버를 놓으면 수위가 고정되며, 수동게이지 유리관 안에 차있는 수위의 눈금값을 목측하여 흘수기준 값에서 목측한 값을 뺀 결과를 흘수값으로 사용하고 있으며, 이와 같은 측정과정을 여러 차례 반복 측정한 결과의 평균값을 피측정선(1)의 흘수로 최종 결정한다.

상기, 수동게이지로 흘수를 측정하는 기존의 방법은 국내 조선사뿐만 아니라 전세계 대형선박 건조사에서도 공통적으로 채택하고 있는 방법으로, 수동게이지를 이용하는 기존의 방법은 흘수 측정값을 목측에 의존할 뿐만 아니라 수동게이지에 있는 유리관 밸브닫힘용 레버의 동작시점이 측정자(13)의 조작에 따라 결정되는 이유로 인한 개인오차의 발생과 객관성의 결여로 인하여 측정값의 신뢰도에 심각한 문제가 있으며, 피측정선(1)의 선미부나 선수부에서와 같이 외판의 굴곡도가 심한 부위에서 측정할 경우 파고가 1m 이상인 해상조건에서 흘수를 측정해야 할 경우에는 측정선(2)의 심한 유동 때문에 측정선(2)에 있는 측정자(13)가 수동게이지를 수면과 정확하게 수직방향이 되도록 유지하기 어려워 측정값의 정확도에 대하여 선주측과 선박건조사측간에 이견과 심각한 분쟁의 소지가 되고 있는 문제점이 있었다.

또한, 해상의 작은 파도에도 유동이 심한 측정선(2)을 피측정선(1)에 약 1m 내외의 일정간격으로 접근하여 유지하고자 할 때 측정선(2)에서 측정자(13)가 수동게이지를 피측정선(1) 외벽에 대고 측정하는 과정에서 두 선박 사이에 측정자(13)가 압착되거나 두 선박 사이의 거리를 일정하게 유지하려고 측정선(2)에서 피측정선(1)을 밀거나 당기는 작업자(11,12)가 바다에 빠질 우려가 있는 등 측정 작업 중에 중대재해의 발생에 노출되는 요인과 피측정선(1)의 운전자를 포함하여 최소한 5명의 인력과 작업시간이 많이 소요되는 문제점도 있었다.

즉, 상기한 종래기술은 기상상황이 악화될 경우 측정자가 바다에 빠지거나 측정선(2)과 피측정선(1) 사이에 협착될 위험이 증가하며, 파고가 높아질 경우 측정 오차의 발생 가능성이 증가되는 문제가 있었다.

본 발명의 실시예들은 선박에 부착된 흘수마크를 촬영장비로 촬영한 후 해당 영상정보를 흘수 리딩장치에 입력하여 흘수를 자동 계산하는 영상정보를 활용한 흘수측정방법을 제공함으로써, 흘수측정 과정에서의 측정자의 위험 발생요인이 감소되며, 오차발생 가능성 및 측정 시간이 감소되도록 하고자 한다.

본 발명의 일측면에 따르면, a)선박의 흘수마크를 촬영하여 상기 흘수마크를

포함하는 영상정보를 획득하는 단계; b)획득된 상기 영상정보를 흘수 리딩장치에 입력하는 단계; c)상기 흘수 리딩장치에 미리 입력된 문자 템플릿(Character template) 정보와 상기 영상정보의 상기 흘수마크를 비교하여, 흘수마크의 위치를 설정하는 단계; d) 상기 영상정보를 바탕으로 수선을 설정하는 단계; e)상기 영상정보가 왜곡된 이미지를 포함할 경우, 상기 영상정보의 상기 왜곡된 이미지를 보정하는 단계; 및 f)흘수선의 위치, 흘수마크의 위치, 흘수마크의 문자 템플릿의 크기로 흘수를 계산하는 단계;를 포함하는 영상정보를 활용한 흘수 측정방법이 제공될 수 있다.

또한, 상기 흘수 리딩장치에 제공되는 상기 영상정보는 정지이미지 또는 동영상일 수 있다.

또한, 상기 정지이미지가 복수개로 상기 흘수 리딩장치에 제공될 경우, 각각의 정지이미지에 대한 흘수를 계산하고, 계산된 각각의 흘수를 평균화할 수 있다.

또한, 상기 영상정보가 동영상인 경우, 상기 동영상에서 선택된 구간 전체의 흘수를 측정하고, 이들의 평균치를 통해 흘수을 산정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 문자 템플릿은 상기 흘수마크와 유사한 형태일 수 있다.

또한, 상기 수선은 상기 영상정보의 픽셀들의 색 값(R, G, B)의 변화를 통해 설정될 수 있다.

본 발명의 실시예들은 선박에 부착된 흘수마크를 촬영장비로 촬영한 후 해당 영상정보를 흘수 리딩장치에 입력하여 흘수를 자동 계산하는 영상정보를 활용한 흘수측정방법을 제공함으로써, 흘수측정 과정에서의 측정자의 위험 발생요인이 감소되며, 오차발생 가능성 및 측정 시간을 감소할 수 있다.

도 1은 종래 방법의 측정준비과정을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 영상정보를 활용한 흘수측정방법을 설명하기 위한 개념도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 흘수 계산 소프트웨어를 이용한 계산 플로우차트.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 흘수마크 촬영정보의 예를 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 흘수마크의 좌표축.
도 6은 삼각함수를 응용한 회전각도 추정원리를 설명하기 위한 개념도.
도 7은 테스트 마크의 x축 회전 전과 회전 후의 이미지.
도 8은 실제 흘수마크를 촬영한 사진.
도 9는 테스트 마크의 y축 회전 이미지.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부된 도면을 참조하여 자세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 영상정보를 활용한 흘수측정방법을 설명하기 위한 개념도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 흘수 계산 소프트웨어를 이용한 계산 플로우차트이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 흘수마크 촬영정보의 예를 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 영상정보를 활용한 흘수측정방법은 선박(110)에 부착된 흘수마크(Draft Mark)(120)를 촬영장비(130)로 촬영한 후 해당 영상정보를 흘수 리딩장치(140)에 입력하여 흘수(draft: 흘수)를 자동 계산하게 된다.

이때, 상기 흘수 리딩장치(140)는 촬영장비(130)의 영상 정보 즉, 선박(110)의 흘수마크(120)의 영상정보를 바탕으로, 해당 선박(110)의 흘수(draft)를 자동으로 측정하는 장치로서, 이미지 처리부(image processing module), 흘수 연산부(draft calculation module), 표시부(visualization module)를 포함할 수 있다.

이와 같은 흘수 리딩장치(140)로는 예를 들어, 데스크탑 또는 랩탑 컴퓨터가 사용될 수 있다. 이러한 컴퓨터에는 흘수마크(120)의 영상정보를 바탕으로 해당 선박(110)의 흘수(draft)를 자동으로 측정할 수 있는 소프트웨어가 설치될 수 있다.

한편, 상기 흘수마크(120)의 영상정보는 주변에서 흔히 사용할 수 있는 디지털 사진기나 휴대폰 카메라 등과 같은 촬영장비(130)로 획득될 수 있다.

이처럼, 획득된 흘수마크(120)의 영상정보를 컴퓨터에 입력하여 이를 토대로 흘수를 측정하는 방법이 도 2를 통해 개시된다.

상기와 같은 방식으로 선박의 흘수를 측정할 경우, 종래기술의 드라프트 게이지(draft gauge)를 이용한 접촉식 측정방법에 비해, 위험 발생 가능성이 감소되고, 안전하다. 또한, 오차발생 가능성 및 측정 시간이 감소되어 정확한 측정이 가능하며, 측정효율성도 향상될 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 영상정보를 활용한 선박의 흘수측정방법에 대해 플로우챠트를 참조하여 자세히 설명한다.

본 발명에 따른 선박의 흘수 측정방법에 따르면, 선박의 흘수마크(draft mark)를 촬영장비로 촬영하는 a)단계를 수행한다.

이때, 촬영된 영상정보에는 도 4에서와 같이 미터 단위의 흘수마크가 포함되도록 촬영한다. 흘수마크는 흘수 측정의 기준이 될 수 있다. 촬영된 흘수마크를 기준으로, 상기 흘수마크로부터 수면까지의 거리를 측정할 수 있다. 이렇게 측정된 거리를 바탕으로 선박의 흘수를 산출해 낼 수 있다.

계속해서, 촬영한 영상정보를 흘수 리딩장치(140)로 입력하는 b)단계를 수행한다. 이때, 흘수 리딩장치(140)에 제공되는 영상정보는 정지이미지 또는 동영상 형태로 제공될 수 있다.

먼저, 정지이미지를 촬영한다. 이후 컴퓨터 즉, 흘수 리딩장치(140)에 적어도 하나의 정지이미지가 흘수 측정데이터로 제공될 수 있다. 복수의 정지이미지가 제공될 경우, 이들의 평균값을 산출해 낼 수 있다. 이에 의해, 보다 정확한 흘수를 측정할 수 있다.

이때, 정지이미지 촬영시 해수면의 높이가 수시로 변할 수 있으므로, 예를 들어, 30~40장의 정지이미지가 흘수 측정데이터로 제공될 수 있다. 한편, 동영상을 촬영한 후 흘수 리딩장치(140)에 동영상이 제공되는 경우, 촬영된 동영상의 각 프레임 단위가 흘수 측정데이터로 제공될 수 있다.

또한, 촬영된 동영상에서 선택된 구간 전체의 흘수마크를 측정하여 이들의 평균치를 산출하여 흘수값을 보다 정확하게 측정할 수 있다.

다음, 흘수 리딩장치(140)에 입력된 영상정보에서 흘수마크(120)를 탐색하는 c)단계를 수행한다.

이때, 탐색작업은 문자 탐색을 위한 문자 템플릿(Character template, 이하 C.T.)을 사용하며, 이것은 흘수마크의 형태와 동일한 형태로 작성된다. 이를 위해, 리딩장치(140)는 흘수마크(120)에 대응하는 C.T.정보를 저장하고 있다.

또한, 입력된 영상정보 내의 탐색영역(Searching Piece, 이하 S.P.)과 C.T.의 크기를 변경하며 비교한 후, S.P.의 흘수마크(120)와 C.T.를 비교한 후, S.P.의 흘수마크(120)와 C.T.의 일치율이 가장 높은 흘수마크(120)를 기준 흘수마크 위치(이하 B.P.)로 설정한다. 예를 들어, S.P.의 흘수마크(120)가 '3M'이라 하고, C.T.정보가 1M, 2M, 3M, 4M 5M, 6M이라고 하자. 리딩장치(140)는 S.P.의 흘수마크(120)인 3M의 정보를 제공받고, S.P.의 3M과 C.T.의 1M, 2M, 3M, 4M 5M, 6M을 비교한 후, S.P.와 C.P. 간의 일치율이 가장 높은 3M을 기준 흘수마크 위치로 설정한다.

다음, 입력된 영상정보에서 수선(Water line)을 탐색하는 d)단계를 수행한다.

상기 d)단계는 입력된 영상정보에서 찾아진 B.P.에서의 연직 하방으로 흘수선(Water line)을 탐색한다.

이때, 흘수선 탐색은 연직 상방과 연직 하방에 위치한 픽셀들의 색 값(R, G, B) 변화를 통해 탐색할 수 있고, 흘수마크의 중심점에서 연직 하방의 흘수선의 위치를 설정하게 된다.

다음, 영상정보의 왜곡된 이미지를 보정하는 단계로서, X,Y,Z축 회전에 의한 투영을 삼각함수를 이용해 보정하는 e)단계를 수행한다.

상기 e)단계를 보다 자세히 설명하면, 이미지는 3차원의 사물을 2차원으로 평면화시켜 작성되는 것으로서, 피사체를 보는 위치에 따라 촬영되는 피사체의 형상이 실제와 다르게 왜곡되어 저장된다.

이하, 본 발명에 따른 영상정보의 왜곡된 이미지를 보정하는 방법에 대해 도5 내지 도 10을 참조하여 자세히 설명한다.

이미지는 3차원의 사물을 2차원으로 평면화시켜 작성되는 것으로서 피사체를 중심으로 회전할 경우 정면에서 촬영된 이미지와 다른 형상으로 기록될 수 있다. 예컨대 흘수(draft) 계산을 위해 제공되는 영상정보가 왜곡될 수 있고, 때문에 이를 보정하는 과정이 필요하게 된다.

먼저, 흘수마크 촬영 시 가장 크게 영향을 주는 왜곡요소는 x축 회전에 의한 투영과 y축 회전에 의한 투영이다.

이러한 x축과 y축 회전에 의한 투영에 대한 영향은 삼각함수를 활용하여 보정할 수 있다.

이를 검증하기 위해 도 7, 9에 도시된 바와 같은 테스트용 마크가 사용되었다. 이때 사용된 테스트 마크의 비율은 실제 선박에 적용되는 흘수마크(draft mark)와 동일하다.

도 5는 본 발명에 따른 흘수마크의 좌표축을 나타내고 있고, 도 6은 삼각함수를 응용한 회전각도 추정원리를 설명하기 위한 개념도이다.

도 7은 테스트 마크의 x축 회전 전과 회전 후의 이미지를 나타낸다.

흘수마크를 촬영한 이미지의 x축 회전 각은 테스트 마크에 나타난 a와 b의 삼각비 관계를 통해 구할 수 있다.

만약, x축 회전이 일어나지 않았을 경우를 가정하면, a의 길이는 b의 길이에 9를 곱한 길이 즉, 9*b의 길이와 같아야 한다.

하지만, x축 회전으로 인해 왜곡된 이미지상에서의 a와 b의 픽셀(pixel) 값과 이들 사이에서의 상관관계는 전혀 다르게 나타나게 된다. 따라서, 이들의 상관관계를 정확히 계산하기 위해서는 먼저 x축으로 회전한 각도 θ값을 산출할 필요가 있다.

x축으로의 회전각도 θ는

로 정의 될 수 있다.

도 8은 실제 흘수마크를 촬영한 사진을 나타낸다.

도 8을 참조하여 x축 회전으로 인한 투영길이 보정방법에 대해 설명한다.

먼저, a의 실제 거리는 70cm 이고, b의 실제 거리는 10cm 이며, a의 이미지 상 거리는 303픽셀이고, b의 이미지상 거리는 45픽셀이며, c의 이미지상 거리는 336픽셀이다.

이때, 보정되지 않은 b마크와 흘수선 간의 거리 c는 b:c = 10:X의 비례식으로 정의 될 수 있고, 이를 통해 x값을 도출해 보면, X = 10*336/45 = 74.7cm가 되는 것을 알 수 있다. 즉 c의 보정전 이미지상에서의 거리 X를 74.7cm로 추정해 볼 수 있다.

그리고, 상기 c의 보정된 실제거리 값은 X * cosθ(x축 회전각도)로 추정해볼 수 있는데, 이는 다음의 식으로 정의 될 수 있다.

c =

= 71.85cm

즉, 흘수마크 3m에서 c의 보정값 0.7185m를 뺀 값 2.282m가 본 발명에 따른 보정방법을 통해 구해진 흘수 계산값이 된다.

이와 같은 방법으로 구해진 흘수 계산값은 실제 게이지를 통해 측정한 흘수 측정값인 2.279m와는 0.5% 이내의 오차 범위 안에 있게 됨을 알 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 보정방법을 통해 구해진 흘수 계산 값을 적용하여 산출하게 되면 보다 정확한 흘수값을 구할 수 있다.

도 9는 테스트 마크의 y축 회전 이미지를 나타낸다.

도 9를 참조하면, 테스트 마크가 y축으로 회전한 경우, 먼저 화면에 수직한 흘수선을 탐색한다. 이때, a의 길이가 계산되는 것을 방지하기 위해 θ1을 계산하여 보정한다. θ1은 직각삼각형 닮음의 성질에 의하여 θ2와 동일한 각도가 되고 θ2는 흘수 마크의 외곽선 검출에 의해 계산하게 되며, 다음 식이 성립하게 된다.

그리고, a, c, d는 이미지 분석을 통해 픽셀수로 구할 수 있고, 이 값을 통해 y축 회전이 보정된 거리 b=a*cosθ1으로 계산될 수 있다.

그리고, 테스트용 마크를 z축 회전하여 촬영하는 경우, 발생하는 오차는 흘수 리딩(reading) 특성상 초점이 테스트 마크의 중심점과 일치하여 촬영되므로 테스트 결과 오차범위가 1% 이내로 측정 결과에 미치는 영향이 작기 때문에 보정 대상에서 제외되어도 무방하다.

상기한 바와 같은 방법을 통해 왜곡된 이미지를 보정한 다음, 흘수선의 위치, 흘수마크의 위치, 흘수마크 C.T.의 크기로 흘수를 계산하는 f)단계를 수행한다.

그런 다음, 계산결과를 영상정보와 그에 해당하는 흘수, 기준 흘수를 디스플레이 한 후, 및 파일로 저장하는 g)단계를 수행한다.

이때, 상기 b)단계에서 입력된 영상정보가 복수일 경우, 각각의 영상정보에 대해 c)~f)단계의 과정을 반복 수행하고, 반복 수행한 결과를 분석하여 흘수 평균값을 계산한다.

상기한 바와 같은 본 발명은 촬영장비(130)와 흘수 리딩장치(140)를 카메라가 장착된 랩탑(Lap-top) 컴퓨터, 스마트폰(Smart-phone) 등 모바일(Mobile) 장비를 이용하여 일체형으로 구현할 수 있고, 측정 및 흘수계산이 동시 수행되도록 할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어 당업자는 각 구성요소의 재질, 크기 등을 적용 분야에 따라 변경하거나, 실시형태들을 조합 또는 치환하여 본 발명의 실시예에 명확하게 개시되지 않은 형태로 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것으로 한정적인 것으로 이해해서는 안되며, 이러한 변형된 실시예는 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다고 하여야 할 것이다.

110: 선박
120: 흘수마크
130: 촬영장비
140: 흘수 리딩장치

Claims (6)

1. a)선박의 흘수마크를 촬영하여 상기 흘수마크를 포함하는 영상정보를 획득하는 단계;
   b)획득된 상기 영상정보를 흘수 리딩장치에 입력하는 단계;
   c)상기 흘수 리딩장치에 미리 입력된 문자 템플릿(Character template) 정보와 상기 영상정보의 상기 흘수마크를 비교하여, 흘수마크의 위치를 설정하는 단계;
   d) 상기 영상정보를 바탕으로 수선을 설정하는 단계;
   e)상기 영상정보가 왜곡된 이미지를 포함할 경우, 상기 영상정보의 상기 왜곡된 이미지를 보정하는 단계; 및
   f)흘수선의 위치, 흘수마크의 위치, 흘수마크의 문자 템플릿의 크기로 흘수를 계산하는 단계;를 포함하는 영상정보를 활용한 흘수 측정방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 흘수 리딩장치에 제공되는 상기 영상정보는 정지이미지 또는 동영상인 영상정보를 활용한 흘수 측정방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 정지이미지가 복수개로 상기 흘수 리딩장치에 제공될 경우,
   각각의 정지이미지에 대한 흘수를 계산하고, 계산된 각각의 흘수를 평균화하는 영상정보를 활용한 흘수 측정방법.
4. 제2항에 있어서,
   상기 영상정보가 동영상인 경우,
   상기 동영상에서 선택된 구간 전체의 흘수를 측정하고, 이들의 평균치를 통해 흘수을 산정하는 영상정보를 활용한 흘수 측정방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 문자 템플릿은 상기 흘수마크와 유사한 형태인 영상정보를 활용한 흘수 측정방법.
6. 제1 항에 있어서,
   상기 수선은 상기 영상정보의 픽셀들의 색 값(R, G, B)의 변화를 통해 설정되는 영상정보를 활용한 흘수 측정방법.

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