KR20160075473A

KR20160075473A - 다파장 광원을 이용한 수중 다분광 영상 취득 시스템

Info

Publication number: KR20160075473A
Application number: KR1020160076735A
Authority: KR
Inventors: 오상우; 이문진; 이승현
Original assignee: 한국해양과학기술원
Priority date: 2016-06-20
Filing date: 2016-06-20
Publication date: 2016-06-29

Abstract

본 발명은 심해에서 수중 물체의 영상을 취득하고 심해환경을 모니터링 할 수 있도록 6가지의 스펙트럼을 가지는 각각의 광원을 사용하여 심해에서 다분광 영상을 취득할 수 있는 다파장 광원을 이용한 수중 다분광 영상 취득 시스템에 관한 것으로, 본 발명은 서로 다른 스펙트럼(spectrum)을 가지는 다수의 광원으로 이루어져 수중 물체에 광을 조사하는 조명부와, 상기 조명부의 각 광원이 조사하는 상기 수중 물체를 촬영하여 각 광원에 대응하는 영상 신호를 출력하는 영상 촬영부 및 상기 영상 신호를 수신하여 서로 다른 스펙트럼을 가지는 다분광 영상을 생성하는 영상 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

다파장 광원을 이용한 수중 다분광 영상 취득 시스템{UNDERWATER MULTISPECTRAL IMAGING SYSTEM USING MULTIWAVELENGTH LIGHT SOURCE}

본 발명은 수중 다분광 영상 취득 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 심해에서 수중 물체의 영상을 취득하고 심해환경을 모니터링 할 수 있도록 6가지의 스펙트럼을 가지는 각각의 광원을 사용하여 심해에서 다분광 영상을 취득할 수 있는 다파장 광원을 이용한 수중 다분광 영상 취득 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 태양광은 수중 깊이 침투할 수 없기 때문에, 심해 환경에서는 근시안적으로만 시야를 확보할 수 있어 정확한 물체의 판단을 수행할 수 없다.

이러한 이유로, 해저 생산 시스템의 설치, 해저 자원의 탐사, 해저 케이블의 설치, 침몰 선박의 인양, 해저 지형의 지도의 작성, 수중 구조의 수리, 수중 생태 환경의 관찰 등 심해 환경을 모니터링하기 위해서 수중 램프 등 인공광을 사용하여 수중 영상을 촬영할 수 있다.

인공광으로는 예를 들어, 백열전구나 HPS(High Pressure Sodium) 램프를 사용하였으나, 에너지 효율이 낮고 비용이 많이 든다는 단점이 있다. 따라서, 최근에는 LED(light emitting diode)를 이용한 조명기구가 다양한 형태로 사용되고 있다.

예를 들어, 대한민국 공개특허 제10-2014-0085910호는 유선형 방열구조를 갖는 지향형 수중 LED 램프에 관한 것으로, 수중 환경에 따라 조명되는 조사각을 가변시킬 수 있고, 유체저항을 최소화시킬 수 있는 기술을 개시하고 있다.

한편, 수중 환경을 모니터링 하기 위하여, 수중 조명의 컬러가 제한될 수 있다. 예를 들어, 백색광(white-colored lighting)은 컬러 사진을 캡쳐하는데 적용되고, 청색광(blue-colored lighting)은 광범위한 영역을 모니터링하는데 사용될 수 있다.

특히, 심해 환경의 모든 물체는 그들 만의 특별한 스펙트럼 지문을 가지고 있다. 따라서, 심해 환경에서 물체를 세부적으로 모니터링하고 분석하기 위해서는 다분광 정보(multispectral information)가 필수적으로 필요하다.

일반적으로, 심해에서 수중 물체의 영상을 취득하기 위해서 백색광과 컬러 카메라가 사용되고 있다.

컬러 사진을 제작하기 위해 컬러 카메라는 세 가지 색(적색(R), 녹색(G) 및 청색(B))만을 사용하고 있지만, RGB를 제외한 다른 파장에서의 중요한 스펙트럼 정보가 있다면, 통상적인 백색광과 컬러 카메라의 조합을 사용하는 경우, 정확한 정보를 분석하기에는 불가능하다는 문제점이 있다.

또한, 물체에 대한 다분광 정보의 취득을 위해 초분광 카메라(hyper spectral camera)가 사용될 수 있으나, 이들 장치로 시스템을 구성하는 경우 비용이 증가한다는 단점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 수중 다분광 영상의 인식을 위해, 광대역의 스펙트럼을 커버하는 광원으로써 각각의 파장을 가지는 색상별 LED를 각각 사용하고, 또한 각각의 컬러에서 광의 세기를 평가하기 위해 단색의 CCD(charge coupled device) 카메라를 사용하여 영상을 취득할 수 있는 다파장 광원을 이용한 수중 다분광 영상 취득 시스템의 제공을 목적으로 한다.

그러나 본 발명의 목적은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 다파장 광원을 이용한 수중 다분광 영상 취득 시스템은, 서로 다른 스펙트럼(spectrum)을 가지는 다수의 광원으로 이루어져 수중 물체에 광을 조사하는 조명부와, 상기 조명부의 각 광원이 조사하는 상기 수중 물체를 촬영하여 각 광원에 대응하는 영상 신호를 출력하는 영상 촬영부 및 상기 영상 신호를 수신하여 서로 다른 스펙트럼을 가지는 다분광 영상을 생성하는 영상 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 다파장 광원을 이용한 수중 다분광 영상 취득 시스템은, 상기 광원이 UV(ultra violet), 청색, 녹색, 노랑색, 적색 및 IR(infra-red)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 다파장 광원을 이용한 수중 다분광 영상 취득 시스템은, 상기 광원이 LED(litht emitting diode)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 다파장 광원을 이용한 수중 다분광 영상 취득 시스템은, 상기 영상 제어부가 상기 조명부의 발광시간과 상기 영상 촬영부의 촬영시간을 동기화시키는 것을 특징으로 한다.

아울러, 본 발명에 따른 다파장 광원을 이용한 수중 다분광 영상 취득 시스템은, 상기 영상 촬영부가 단색(monochrome)의 CCD(charge coupled device) 카메라를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 수중 다분광 영상 취득 시스템에 따르면, 광원으로서 서로 다른 파장을 가지는 6가지 색의 LED를 통해 수중 물체에 광을 비추고 단색(monochrome)의 CCD 카메라로 캡쳐함으로써, 6개의 다른 스펙트럼을 가지는 다분광 영상을 생성할 수 있고, 또한, 단일 스펙트럼을 가지는 각각의 영상의 분석과 비교를 통해, 기존의 조명으로 취득된 영상에서 밝혀지지 않은 포인트를 나타낼 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 수중 다분광 영상 취득 시스템은, 6종류의 광원과 단색의 CCD 카메라의 조합으로 재현된 컬러 영상은 기존의 백색광과 컬러 카메라의 조합으로 생성된 영상보다 표현력을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

도 1은, 본 발명의 실시예에 따른 다파장 광원을 이용한 수중 다분광 영상 취득 시스템을 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 2는, 파장에 따른 광의 강도를 나타내는 그래프이다.
도 3은, 본 발명에 따른 수중 다분광 영상 취득 시스템을 사용하여 촬영된 이미지와 종래의 기술로 촬영된 이미지를 비교한 예시도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예의 상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다파장 광원을 이용한 수중 다분광 영상 취득 시스템을 개략적으로 나타내는 구성도이다.

도면에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 다파장 광원을 이용한 수중 다분광 영상 취득 시스템(1)은 조명부(100), 영상 촬영부(110) 및 영상 제어부(120)를 포함하여 구성될 수 있다.

조명부(100)는 수중 특히, 태양광이 침투하지 못하는 심해에서 심해 환경이나 수중 물체(10)를 모니터하기 위해 인공광을 제공할 수 있다. 이 조명부(100)는 광원으로 다수의 LED(litht emitting diode)로 이루어질 수 있다.

특히, 수중 물체(10)의 스펙트럼 지문을 모니터링 및 분석하기 위하여, 조명부(100)는 6개의 각기 다른 스펙트럼을 가지는 광원을 포함할 수 있다.

예를 들어, 조명부(100)는 UV(ultra violet) LED(101), 청색 LED(102), 녹색 LED(103), 노랑색 LED(104), 적색 LED(105) 및 IR(infra-red) LED(106)로 이루어질 수 있다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 점선으로 나타낸 그래프는 기존의 백색광과 컬러 카메라(예를 들어, 청색(20), 녹색(30), 적색(40))의 조합에서 각 컬러의 파장에 따른 광의 강도를 나타내고 있고, 실선으로 나타낸 그래프는 본 발명에 따른 다파장 광원의 UV(201), 청색(202), 녹색(203), 노랑색(104), 적색(105) 및 IR(206)의 파장에 따른 강도를 나타내고 있다.

도면에 나타낸 바와 같이, 본 발명에서는 다파장 광원을 사용함으로써 광대역의 스펙트럼을 커버할 수 있는 특징이 있다.

영상 촬영부(110)는 조명부(100)를 이루는 각 광원, 즉 각각의 LED(101 내지 106)에서 동시에 조사되는 광을 사용하여 수중 물체(10)를 촬영하고, 각 광원에 대응하는 영상 신호를 출력할 수 있다.

영상 촬영부(110)는 각각의 LED(101 내지 106)에서 조사된 광이 수중 물체(10)에 반사되는 광의 세기를 평가할 수 있도록 단색(monochrome)의 CCD(charge coupled device) 카메라를 포함할 수 있다.

영상 제어부(120)는 영상 촬영부(110)를 통해 출력되는 각각의 영상 신호를 수신하여, 서로 다른 스펙트럼을 가지는 다분광 영상을 생성할 수 있다. 예를 들어, 영상 제어부(120)에서는 서로 다른 스펙트럼을 가지는 여섯 개의 영상 신호를 사용하여 컬러 영상을 생성할 수 있다.

또한, 영상 제어부(120)에서는 조명부(100)에서 조사되는 광의 발광시간과 영상 촬영부(110)를 통해 수중 물체(10)를 촬영하는 촬영시간을 동기화시킬 수 있다.

도 3의 (a)는 종래의 기술인 백색광과 컬러 카메라의 조합으로 촬영된 이미지를 나타내고, 도 3의 (b)는 본 발명에 따른 수중 다분광 영상 취득 시스템을 사용하여 촬영된 이미지를 나타낸다.

본 발명에 따른 수중 다분광 영상 취득 시스템(1)의 성능을 평가하기 위하여 동일한 물체를 촬영하였다. 영상에 대한 비교 및 분석 결과를 정량화하기 위하여, 별도의 영상 분석 알고리즘이 사용되었다.

도면에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 수중 다분광 영상 취득 시스템(1)을 통해 촬영된 영상에서는 종래의 컬러 사진에서 나타나지 않은 특징을 밝혀낼 수 있었으며, 도 3의 (b)의 영상의 경우, 도 3의 (a)의 영상과 비교하여 표현력이 더 좋게 나타나고 있는 것으로 확인할 수 있다.

상기 본 발명의 내용은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

1 : 수중 다분광 영상 취득 시스템
100 : 조명부 101 : UV(ultra violet) LED
102 : 청색 LED 103 : 녹색 LED
104 : 노란색 LED 105 : 적색 LED
106 : IR(infra-red) LED
110 : 영상 촬영부
120 : 영상 제어부

Claims

서로 다른 스펙트럼(spectrum)을 가지는 다수의 광원으로 이루어지고, 수중 물체에 다수의 광을 동시에 조사하는 조명부;
상기 조명부의 각 광원이 조사하는 동안 상기 수중 물체를 촬영하여 각 광원에 대응하는 영상 신호를 출력하기 위하여 단색(monochrome)의 CCD(charge coupled device) 카메라를 포함하는 영상 촬영부; 및
상기 영상 신호를 수신하여 서로 다른 스펙트럼을 가지는 다분광 영상을 생성하는 영상 제어부;를 포함하여 구성되고,
상기 광원은 UV(ultra violet), 청색, 녹색, 노랑색, 적색 및 IR(infra-red) LED(litht emitting diode)로 이루어지며,
상기 영상 제어부는 상기 조명부의 각 광원에 대한 발광시간과 상기 영상 촬영부의 촬영시간을 동기화시키는 것을 특징으로 하는 다파장 광원을 이용한 수중 다분광 영상 취득 시스템.