KR20150055501A - 수중영상 정합방법 - Google Patents

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Abstract

수중영상 정합방법이 개시된다. 본 발명에 따른 수중영상 정합방법은, 수중카메라를 이용하여 수심별 영상을 미리 촬영하고, 촬영된 수심별 영상에 따라 수심별 크기 보정값을 획득하는 보정값 획득단계; 음향측심기를 수중카메라와 동기화시키는 동기화단계; 음향측심기에 의한 수심자료 및 수중카메라에 의한 해저면영상을 획득하는 자료획득단계; 수심별 크기 보정값과 음향측심기에 의해 획득된 정보에 따라 해저면영상을 보정하는 보정단계; 및 보정된 해저면영상을 정합하는 정합단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 동기화된 수중카메라와 음향측심기를 이용하여 천해지역에서 해저면영상을 촬영하고 이러한 해저면영상을 수심별 크기 보정값과 음향측심기, GPS 및 자세보정센서에 의해 획득된 정보에 따라 보정하도록 함으로써 정확한 위치정보와 크기정보를 획득할 수 있고, 보정에 따른 정합이 이루어지도록 하여 퇴적물 이동 및 생태서식지에 대한 연구를 위한 우수한 영상정보의 얻을 수 있다.

Description

수중영상 정합방법{UNDERWATER IMAGE MATCHING METHOD}
본 발명은 천해의 해저면에 대한 정보를 획득하기 위한 수중영상 정합방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 음향측심기 및 수중카메라를 이용하여 촬영된 수중영상을 정합하는 수중영상 정합방법에 관한 것이다.
천해의 해저면에 대한 수중영상은 퇴적물의 이동, 해저면의 저질 상태 그리고 생태환경 등, 천해 해저면 환경에 대한 많은 정보를 제공한다.
이러한 수중영상의 획득을 위하여, 종래 다이버가 바다 속으로 들어가서 직접 사진을 촬영하도록 하는 방법이 사용되었는데, 다이버에 의하여 촬영된 해저면 수중영상은 각각의 사진 또는 동영상으로 되어 있어 정확한 촬영 위치 확인이 어렵고, 촬영된 영역 또는 크기에 대한 정보를 알 수 없어 수중영상의 정합이 곤란한 문제점이 있게 된다.
한편, 해저지형을 조사하기 위하여 다양한 장비가 개발되고 있으며, 이러한 장비들 중 해양의 수심을 측정하는 장비로서 음향 측심기가 사용되고 있다.
음향 측심기는 선박에 장착하여 수중에서 음파의 속도를 이용하여 수심을 측정하는 기기이며, 통상적으로 음파를 바다 또는 강 바닥으로 쏘아 보낸 뒤 음파가 반사되어 돌아오기까지의 시간으로 바다 또는 강의 깊이를 측정하게 된다.
기존에는 장비 직하부의 해저지형자료를 획득하는 단빔 음향측심기(Single beam echosounder)를 사용하였으나, 최근에는 다중빔 음향측심기(Multi beam echosounder)가 개발되어 음파의 송신 및 수신 범위 안에서 바다 밑 횡단면 전체를 동시에 측정할 수 있다.
선박에 고정된 음향 측심기는 파도 등에 의하여 선박과 함께 유동하게 되므로, 보다 정확한 측정을 위해서는 음향 측심기에 의해 측정되는 측심량과 선박의 자세정보(pitch, roll)를 동시에 획득하여 최종 수심을 계산하여야 한다.
이와 관련하여 한국등록특허 제10-1277783호는 "천해의 해저지형 조사장치"를 개시하며, 구체적으로 천해로 접근하여 해저지형을 조사하기 위한 장치로서, 조정간과 추진부를 구비하여 조사자에 의해 조정되는 수상 오토바이; 조정간을 중심으로 수상 오토바이의 상부 하우징 양측에 각각의 하단부가 결합되고, 일측으로 연장부가 마련되는 설치 프레임과, 설치 프레임의 연장부에 중간영역이 연직방향으로 결합되는 수직 프레임으로 이루어진 프레임부; 서로 일직선상에 위치하도록 수직 프레임에 각각 배치되는 지피에스기기, 자세보정센서, 음향측심기로 이루어진 측정부; 및 측정부와 전기적으로 연결되어 측정부로부터 발생된 데이터를 처리하고 저장하며, 측정부를 제어하도록 구성되고, 설치 프레임에 탈장착이 가능하게 결합되는 제어장치를 포함하고, 측정부와 제어장치가 마련된 프레임부가 수상 오토바이에 장착된 상태에서 수상 오토바이로 천해에 접근하여 천해의 해저지형을 조사하도록 하고 있으며, 수상 오토바이에 측정부가 일직선상에 구비되도록 함으로써, 수심이 얕은 천해로 진입이 가능하게 되고, 또한 수상 오토바이가 소형으로 이루어짐으로써 세밀한 운전이 가능하게 되어 천해의 해저지형을 세밀하게 측정할 수 있도록 하고 있다.
다만, 한국등록특허 제10-1277783호를 포함하여 종래의 해저지형 조사에 있어서는, 해저면의 수중영상을 정합하기 위한 구체적인 방법을 제시하지 못하고 있고, 특히 해저면 수중영상의 정합시 발생할 수 있는 다양한 오류를 보정할 수 있는 방법 및 보다 정확한 정합을 위한 방법을 제시하지 못하고 있으므로 이에 대한 개선이 요구된다.
(0001) 대한민국등록특허 제10-1277783호(공고일: 2013.06.24)
본 발명의 목적은, 퇴적물의 이동, 해저면의 저질 상태 및 생태환경에 대한 연구를 위하여 천해의 해저면에 대한 정보를 정확하게 획득하기 위한 수중영상 정합방법을 제공하고, 특히 음향측심기 및 수중카메라를 이용하여 촬영된 수중영상을 정합함에 있어서 정확한 영상정합을 위하여 다양한 보정인자가 고려된 수중영상 정합방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은, 수중카메라를 이용하여 수심별 영상을 미리 촬영하고, 촬영된 수심별 영상에 따라 수심별 크기 보정값을 획득하는 보정값 획득단계; 음향측심기를 상기 수중카메라와 동기화시키는 동기화단계; 상기 음향측심기에 의한 수심자료 및 상기 수중카메라에 의한 해저면영상을 획득하는 자료획득단계; 상기 수심별 크기 보정값과 상기 음향측심기에 의해 획득된 정보에 따라 상기 해저면영상을 보정하는 보정단계; 및 보정된 상기 해저면영상을 정합하는 정합단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수중영상 정합방법에 의해 달성된다.
상기 동기화단계에서 GPS 및 자세보정센서를 상기 수중카메라와 함께 결합시키고, 상기 보정단계에서 상기 해저면영상의 보정은, 상기 자세보정센서에 의해 획득된 정보가 함께 반영될 수 있다.
상기 보정단계는, 상기 수심별 크기 보정값 및 상기 음향측심기에 의해 측정된 수심자료에 따라 상기 해저면영상을 보정하는 제1 보정단계; 상기 자세보정센서에 의해 얻어진 헤딩(heading)값을 이용하여, 상기 제1 보정단계에서 보정된 상기 해저면영상을 일정한 방향으로 배열하는 제2 보정단계; 및 상기 자세보정센서에 의해 얻어진 롤(roll)값 및 피치(pitch)값을 이용하여, 상기 제2 보정단계에서 보정된 상기 해저면영상의 위치를 보정하는 제3 보정단계를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 보정값 획득단계에서 수심별 영상 촬영은, 보정플레이트를 수중에 위치시켜 이루어질 수 있다.
상기 보정플레이트는, 일정한 간격의 격자 형태로 이루어질 수 있다.
상기 보정값 획득단계는, 상기 보정플레이트의 높이에 따른 각각의 수심별 영상을 촬영하여 이루어질 수 있다.
상기 GPS, 자세보정센서 및 음향측심기는 상하방향으로 일렬로 배열될 수 있다.
상기 해저면영상은 정지영상 또는 동영상으로 이루어질 수 있다.
본 발명에 의하면, 동기화된 수중카메라와 음향측심기를 이용하여 천해지역에서 해저면영상을 촬영하고 이러한 해저면영상을 수심별 크기 보정값과 음향측심기, GPS 및 자세보정센서에 의해 획득된 정보에 따라 보정하도록 함으로써 정확한 위치정보와 크기정보를 획득할 수 있고, 보정에 따른 정합이 이루어지도록 하여 퇴적물 이동 및 생태서식지에 대한 연구를 위한 우수한 영상정보의 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중영상 정합방법 과정을 설명하는 순서도,
도 2는 본 발명에 따른 수중영상 정합방법에서 수심별 크기 보정값을 획득하는 과정을 설명하는 도면,
도 3은 본 발명에 따른 수중영상 정합방법에서 사용되는 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 수중영상 정합방법에서 해저면영상을 정합하는 과정을 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중영상 정합방법 과정을 설명하는 순서도이고, 도 2는 본 발명에 따른 수중영상 정합방법에서 수심별 크기 보정값을 획득하는 과정을 설명하는 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 수중영상 정합방법에서 사용되는 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이며, 도 4는 본 발명에 따른 수중영상 정합방법에서 해저면영상(60)을 정합하는 과정을 도시한 도면이다.
도 4는 각각의 해저면영상(60)을 정합하는 과정을 설명하는 것이며, 도 4에 도시되는 해저면영상(60)은 도 2의 보정플레이트(50)와는 다른 것이다.
본 발명에 따른 수중영상 정합방법은 보정값 획득단계(S100), 동기화단계(S200), 자료획득단계(S300), 보정단계(S400) 및 정합단계(S500)를 포함하여 이루어진다.
보정값 획득단계(S100)에서는 수중카메라(10)를 이용하여 수심별 영상을 미리 촬영하고, 촬영된 수심별 영상에 따라 수심별 크기 보정값을 획득한다.
보정값 획득단계(S100)에서는, 특히 보정플레이트(50)가 사용될 수 있으며, 보정플레이트(50)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 일정한 간격의 격자 형태로 이루어지고, 각 격자의 구분이 명확히 이루어지도록 명암의 차이가 큰 색채를 이용하여 반복된 패턴을 이루도록 형성될 수 있다.
보정값 획득단계(S100)에서는 이러한 보정플레이트(50)를 미리 수중에 위치시키고, 수중의 보정플레이트(50)를 수중카메라(10)를 이용하여 촬영하여, 촬영된 영상에서 나타나는 보정플레이트(50)의 크기를 확인한다. 그리고 수중에서 보정플레이트(50)의 높이(수중카메라(10)에서 보정플레이트(50)까지의 거리)에 따른 보정플레이트(50)의 크기(촬영된 보정플레이트(50)의 크기) 비(M=D/H)를 도출하여 수심별 크기 보정값으로 사용할 수 있다.
이때, 보정플레이트(50)의 촬영은 각각의 높이를 달리하여 촬영할 수 있으며, 각 높이별 보정플레이트(50)의 크기값을 산정한 후 수심별 크기 보정값을 도출할 수 있다. 즉, 각 높이별 보정플레이트(50)의 크기값을 도출하고, 이렇게 얻어진 값의 평균을 산출하여 수심별 크기 보정값을 얻을 수 있다.
대기중에서의 촬영과 달리, 수중에서의 촬영에서는 빛의 굴절 등의 요인으로 깊이별 보정플레이트(50)의 크기 값이 변할 수 있으며, 본 발명에서는 이러한 점을 고려하여, 수중에서 촬영된 수심별 영상을 이용하여 수심별 크기 보정값을 획득한다.
보정값 획득단계(S100)에서는, 수중카메라(10)의 렌즈 왜곡 테스트가 함께 이루어질 수 있으며, 렌즈 왜곡에 따른 실제 해저면과 촬영된 영상에서의 해저면의 차이를 해소할 수 있도록 한다.
동기화단계(S200)에서는 음향측심기(20)와 수중카메라(10)의 동기화가 이루어진다. 즉, 음향측심기(20)에서 사용되는 자료획득 프로그램의 시간과 수중카메라(10)의 시간을 동기화시키며, 임의의 시점에 촬영된 해저면영상(60)과 그 시점에서의 수심자료를 확인할 수 있도록 한다. 이때, 시간은 GPS(30) 시간으로 동기화하는 것이 바람직하다.
또한 동기화단계(S200)에서는 GPS(30)(Global Positioning System) 및 자세보정센서(40)를 수중카메라(10)와 함께 결합시키며, 특히 GPS(30), 자세보정센서(40) 및 음향측심기(20)를 상햐방향으로 일렬로 배열되도록 하며, 위치보정시의 오차를 최소화할 수 있도록 한다.
GPS(30)는 해저면영상(60)이 수중카메라(10)에 의해 촬영될 때, 그 촬영위치를 파악하여 데이터화할 수 있도록 하며, 촬영위치의 좌표값이 수중카메라(10)에 의해 촬영되는 해저면영상(60)에 포함되도록 한다. 아울러 GPS(30)는 음향측심기(20)에 의한 수심자료에 좌표값이 포함될 수 있도록 한다.
자세보정센서(40)는, 음향측심기(20)에 의한 수심측정 및 수중카메라(10)에 의한 해저면영상(60) 촬영시, 수직을 유지하지 못하고 기울어진 상태에서 이루어지는 경우, 기울어진 정도에 따른 오차값을 보정할 수 있도록 한다.
자료획득단계(S300)에서는 음향측심기(20)에 의한 수심자료 획득과 수중카메라(10)에 의한 해저면영상(60) 촬영이 동시에 이루어진다. 즉, 시간을 동기화시킨 음향측심기(20)와 수중카메라(10), 그리고 GPS(30)와 자세보정센서(40)를 이용하여 계획된 측선을 따라 천해 수심자료와 해저면의 촬영한 해저면영상(60)을 동시에 획득한다. 이때, 해저면영상(60)은 정지영상 또는 동영상으로 이루어질 수 있다.
또한, 자료획득단계(S300)에서는, GPS(30)를 이용하여 해저면영상(60)이 촬영되는 지점의 위치정보(좌표)가 획득되며, 자세보정센서(40)에 의하여 자세보정정보(heading, pitch, roll)가 획득된다.
보정단계(S400)에서는 수심별 크기 보정값과 음향측심기(20)에 의해 획득된 정보에 따라 해저면영상(60)을 보정한다. 해저면영상(60)의 보정은, 자세보정센서(40)에 의해 획득된 정보(자세보정정보)가 함께 반영된다.
구체적으로 보정단계(S400)는, 제1 보정단계(S401), 제2 보정단계(S402) 및 제3 보정단계(S403)로 구분된다.
제1 보정단계(S401)에서는 수심별 크기 보정값 및 음향측심기(20)에 의해 측정된 수심자료에 따라 해저면영상(60)을 보정한다. 즉, 음향측심기(20)에 의해 측정된 수심자료에 기초하여 촬영된 해저면영상(60)의 깊이를 도출한 후 보정값 획득단계(S100)에서 얻어진 수심별 크기 보정값을 고려하여 각 해저면영상(60)을 일정한 수심에서의 크기로 보정한다.
다음으로, 제2 보정단계(S402)에서는 자세보정센서(40)에 의해 얻어진 헤딩(heading)값을 이용하여, 제1 보정단계(S401)에서 보정된 해저면영상(60)을 일정한 방향으로 배열한다. 즉, 수중영상 정합방법에서 사용되는 장치의 요(yaw)운동에 따라 각 해저면영상(60)의 배열방향이 상이하게 될 수 있으므로, 제1 보정단계(S401)를 통하여 각 해저면영상(60)의 배열방향을 일치시킨다.(도 4(b) 참조)
제3 보정단계(S403)에서는 자세보정센서(40)에 의해 얻어진 롤(roll)값 및 피치(pitch)값을 이용하여, 제2 보정단계(S402)에서 보정된 해저면영상(60)의 위치를 보정한다. 즉, 각 해저면영상(60)을 동일 선상에 위치하도록 한다.(도 4(c) 참조)
보정이 완료된 후 정합단계(S500)가 이루어지며, 보정된 해저면영상(60) 각각을 정합한다.(도 4(d) 참조)
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 수중영상 정합방법에 의하면, 동기화된 수중카메라(10)와 음향측심기(20)를 이용하여 천해지역에서 해저면영상(60)을 촬영하고 이러한 해저면영상(60)을 수심별 크기 보정값과 음향측심기(20), GPS(30) 및 자세보정센서(40)에 의해 획득된 정보에 따라 보정하도록 함으로써 정확한 위치정보와 크기정보를 획득할 수 있고, 보정에 따른 정합이 이루어지도록 하여 퇴적물 이동 및 생태서식지에 대한 연구를 위한 우수한 영상정보의 얻을 수 있게 된다.
앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
10 : 수중카메라 20 : 음향측심기
30 : GPS 40 : 자세보정센서
50 : 보정플레이트 60 : 해저면영상
S100 : 보정값 획득단계 S200 : 동기화단계
S300 : 자료획득단계 S400 : 보정단계
S401 : 제1 보정단계 S402 : 제2 보정단계
S403 : 제3 보정단계 S500 : 정합단계

Claims (8)

  1. 수중카메라를 이용하여 수심별 영상을 미리 촬영하고, 촬영된 수심별 영상에 따라 수심별 크기 보정값을 획득하는 보정값 획득단계;
    음향측심기를 상기 수중카메라와 동기화시키는 동기화단계;
    상기 음향측심기에 의한 수심자료 및 상기 수중카메라에 의한 해저면영상을 획득하는 자료획득단계;
    상기 수심별 크기 보정값과 상기 음향측심기에 의해 획득된 정보에 따라 상기 해저면영상을 보정하는 보정단계; 및
    보정된 상기 해저면영상을 정합하는 정합단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수중영상 정합방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 동기화단계에서 GPS 및 자세보정센서를 상기 수중카메라와 함께 결합시키고,
    상기 보정단계에서 상기 해저면영상의 보정은, 상기 자세보정센서에 의해 획득된 정보가 함께 반영되는 것을 특징으로 하는 수중영상 정합방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 보정단계는,
    상기 수심별 크기 보정값 및 상기 음향측심기에 의해 측정된 수심자료에 따라 상기 해저면영상을 보정하는 제1 보정단계;
    상기 자세보정센서에 의해 얻어진 헤딩(heading)값을 이용하여, 상기 제1 보정단계에서 보정된 상기 해저면영상을 일정한 방향으로 배열하는 제2 보정단계; 및
    상기 자세보정센서에 의해 얻어진 롤(roll)값 및 피치(pitch)값을 이용하여, 상기 제2 보정단계에서 보정된 상기 해저면영상의 위치를 보정하는 제3 보정단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중영상 정합방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 보정값 획득단계에서 수심별 영상 촬영은, 보정플레이트를 수중에 위치시켜 이루어지는 것을 특징으로 하는 수중영상 정합방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 보정플레이트는, 일정한 간격의 격자 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수중영상 정합방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 보정값 획득단계는, 상기 보정플레이트의 높이에 따른 각각의 수심별 영상을 촬영하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수중영상 정합방법.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 GPS, 자세보정센서 및 음향측심기는 상하방향으로 일렬로 배열되는 것을 특징으로 하는 수중영상 정합방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 해저면영상은 정지영상 또는 동영상인 것을 특징으로 하는 수중영상 정합방법.
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