KR101060031B1

KR101060031B1 - 수위 감시 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101060031B1
Application number: KR1020110011466A
Authority: KR
Inventors: 추연학; 안정근; 홍상완; 박영진; 심재현; 정상만
Original assignee: (주)유디피; 대한민국(소방방재청장); 주식회사 에스원
Priority date: 2011-02-09
Filing date: 2011-02-09
Publication date: 2011-08-29
Anticipated expiration: 2031-02-09
Also published as: US20120269381A1; US8630449B2

Abstract

본 발명은 수위 감시 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 물 영역과 뭍 영역(물 이외의 영역)을 감시 영역으로 설정하고, 감시 영역의 변화를 영상 분석을 통해 감시하는 수위 감시 장치 및 방법에 대한 것이다. 본 발명에 따르면, 영상 데이터 중 물과 뭍이 포함되는 영역 일부를 감시 영역으로 설정하고 이에 대하여 수직 방향이 아닌 수평방향에 대한 영역을 영상을 통해 감시하여, 기존 수직방향으로의 수위 측정 방식보다 연산량을 대폭 감소시켜 복잡도를 개선하고 영역 구분을 위한 수위 모델 생성 과정을 통해 부유물, 난반사 등과 같은 노이즈를 용이하게 제공하고, 녹조, 황토물 등과 같은 환경변화에 대해서도 적응적으로 수위 모델을 생성함으로써 효율적인 수위 감시와 더불어 신뢰도를 높일 수 있는 효과가 있다.

Description

수위 감시 장치 및 방법{Device and method for monitoring water level}

본 발명은 수위 감시 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 물 영역과 뭍 영역(물 이외의 영역)을 감시 영역으로 설정하고, 감시 영역의 변화를 영상 분석을 통해 감시하는 수위 감시 장치 및 방법에 대한 것이다.

다양한 영상 장비의 발전과 더불어, 해당 영상 장비를 이용하여 촬영된 영상의 분석을 통해 객체를 트랙킹하거나 영상 내에 특정 기준을 설정하여 특정 대상에 대한 감시를 실시하는 것과 같은 감시 분야에 다양하게 적용되고 있으며, 영상 분석을 위해 상기 영상 장비에 적용되는 다양한 알고리즘의 개발로 인하여 더욱 정교한 감시 시스템을 제공하고 있어 성장이 지속적으로 이루어지고 있다.

상기 영상 장비가 이용되고 있는 분야 중 하나로서 수위를 측정하거나 감시하여 위험을 미리 통보하는 수위를 측정하는 분야가 있다.

기존에는 수위 측정을 위해, 수위 센서를 이용하여 수위가 일정치에 다다르면 수위 센서의 공기압 감지를 통해 수위를 인식하고 이를 통해 경고 또는 수위 측정을 실시하는 방식이 사용되었다.

그러나, 이와 같은 센서를 이용한 수위 측정 방식은 물의 흐름으로 인한 센서의 이탈, 물로 인한 센서의 오염으로 인하여 정확도가 떨어지는 문제점이 있었다.

또한, 초음파나 레이저를 이용하여 수위를 측정하는 방식이 있는데, 수면(물 표면)이 불규칙하게 변화하거나 물의 온도 변화가 있는 경우 센서의 오차가 증가하여 정확도가 역시 떨어지는 문제점이 있다.

따라서, 이러한 문제점을 개선하기 위하여 최근에 사용되기 시작한 영상 장비를 이용한 수위 측정 장치는 도 1에 도시된 바와 같이 카메라(10)를 이용하여 수직 방향으로 직접 물(W: Water)이 차지하는 영역에 대한 영상을 획득하고, 정지 영상에서 경계(B)로부터 화면 최저점까지 수직방향(X)으로의 픽셀수를 산출하고, 산출된 픽셀수와 기설정된 기준 정보를 이용하여 실제 수위를 산출하는 방식을 통해 기존 센서의 물리적 오작동으로 인한 문제를 해결하고 있다.

그러나, 이러한 수위 측정 장치는 수직 방향으로 픽셀수를 산출하여 기설정된 연산식에 따라 높이를 측정하는 알고리즘을 채용하고 있어, 수면의 이동 또는 외부환경 요인(바람, 또는 특정 객체의 이동)에 따른 수면이 불규칙적으로 이동하여 정확한 픽셀 수를 추출하기가 어려울 뿐 더러, 이러한 픽셀 수의 오차에 따라 최종적으로 산출되는 수위의 오차가 더욱 크게 벌어지는 문제점이 있다.

일례로, 특정 부분에서 바람과 같은 외부환경 변화에 의해 수위가 순간적으로 상승하는 경우 해당 픽셀 높이를 모두 포함하여 측정하므로 일시적으로 수위가 높게 측정되어, 상기 수위 측정 장치에 연계되는 경고 시스템이 실제 수위가 높지 않음에도 불구하고 경고를 울리는 등의 오작동을 야기할 수 있다.

더하여, 경계로부터 화면 최저점까지의 픽셀을 모두 산출하는 것은 연산량을 늘려 시스템을 복잡하게 하는 문제점이 있으며, 이에 따라 일정 수위까지에 대한 경계를 기준으로 수위를 감시하는 방식은 비효율적인 문제점이 있다.

이외에도, 상기 수위 측정 장치는 하천이나 저수지에서 외부 환경 요인(흙탕물, 녹조 발생)에 의한 수면색의 변화에 따라 오류가 발생하며, 더욱이 상기와 같은 수면색 변화에 따라 경계를 감지하기가 어려워 수위 측정시 심각한 오류가 발생하는 문제점이 있다.

본 발명은 수직 방향이 아닌 수평방향에 대한 물의 영역을 영상을 통해 감시하여, 물과 그 이외의 영역을 구분하고, 영역의 변화에 대한 감시를 통해 수위 변화를 검출하여 수위 감시를 효율적으로 수행하는 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 영상에 일정 기준선을 마련하여 상기 기준선에 대한 물 영역의 진입을 감지하는 수위 측정보다 더욱 효과적인 알고리즘들을 통해 수위가 일정 기준에 도달하는지 여부를 복합적으로 판단함으로써, 신뢰성을 높일 수 있는 수위 감시를 위한 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

더하여, 본 발명은 수평방향으로 진행하는 물과 뭍 사이의 경계선을 구분하기 위한 통계적 기법을 이용하여 용이하게 물 영역의 경계선 이동을 추출할 수 있으며, 해당 경계선 이동에 따른 매칭 수위를 기설정하여 다양한 레벨의 수위 알람을 부가적으로 제공하는 수위 감시 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이외에도, 본 발명은 외부 환경 요인에 따른 순간적인 수위 초과, 물의 색 변화 등과 같은 변화를 용이하게 감지하여, 측정 정확도를 높임으로써 신뢰성을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 뭍과 물을 포함하도록 설정된 감시 영역을 포함하는 영상 데이터를 획득하여 감시 영역에 대한 수위 변화를 감시하는 수위 감시 장치에 있어서, 외부 장치로부터 상기 영상 데이터를 수신하는 수신부와, 경고신호를 출력하는 출력부와, 유사 특성 영역으로 물 영역과 뭍 영역이 구분된 수위 모델이 저장되는 저장부와, 적어도 하나 이상의 감시 영역이 기설정되어 상기 수신부로부터 수신한 영상 데이터 중 상기 감시 영역에 대해 상기 수위 모델을 생성하여 상기 저장부에 저장된 수위 모델을 갱신하거나 상기 저장부에 누적하고, 상기 수위 모델의 뭍 영역과 물 영역의 변화를 통해 수위를 감시하고 상기 출력부를 통해 경고신호를 출력하는 제어부를 포함한다.

이때, 상기 제어부는 물 영역 및 뭍 영역 각각에 대하여 대표 영역을 설정한 후 상기 각 대표 영역에 대하여 평균 대표값을 산출하고, 각 평균 대표값과 기설정된 근사 범위 내에 있는 값을 가지는 픽셀을 그룹핑하여 상기 뭍 영역과 물 영역이 구분된 상기 수위 모델을 생성할 수 있다.

또한, 상기 제어부는 가우시안 모델링을 통해 유사 특성 영역으로 상기 뭍 영역과 물 영역이 구분된 상기 수위 모델을 생성할 수 있다.

더하여, 상기 제어부는 상기 물 영역과 뭍 영역 사이의 경계선 검출을 더 수행하여 상기 물 영역과 뭍 영역이 구분된 수위 모델을 생성할 수 있다.

이외에도, 상기 제어부는 상기 수신부를 통해 수신되는 영상 데이터를 근거로 생성된 상기 수위 모델과 상기 저장부에 저장된 기존 수위 모델을 비교하여 뭍 영역 또는 물 영역 어느 하나를 기준으로 산출된 픽셀의 변화량을 근거로 수위 변화를 감시할 수 있다.

이때, 상기 제어부는 상기 픽셀의 변화량이 기설정된 기준치 이상이거나 상기 픽셀의 변화량을 시간순으로 누적하여 기설정된 시간 범위 대비 누적된 픽셀의 변화량이 기설정된 기준치 이상인 경우 상기 출력부를 통해 경고신호를 출력할 수 있다.

또한, 상기 제어부는 상기 픽셀의 변화량이 기설정된 기준치 이상이며 기설정된 시간 범위 대비 누적된 픽셀의 변화량이 기설정된 기준치 이하인 경우 상기 출력부를 통해 경고신호를 출력하지 않을 수 있다.

한편, 상기 감시 영역에 적어도 하나 이상의 기준선이 기설정되며, 상기 제어부는 상기 수위 모델의 물 영역과 뭍 영역 중 어느 하나를 기준으로 상기 기준선에 대한 상기 침범 여부를 감시하여 상기 출력부를 통해 경고신호를 출력할 수 있다.

이때, 상기 저장부는 상기 적어도 하나 이상의 기준선에 수위값이 매칭된 매칭 테이블이 저장되며, 상기 제어부는 상기 매칭 테이블을 근거로 상기 기준선에 대한 침범 여부를 감시하여 수위값을 산출하고 상기 출력부를 통해 출력할 수 있다.

더하여, 복수의 감시 영역이 기설정된 경우 상기 제어부는 각 감시 영역에 대한 수위 모델을 생성하고, 각 수위 모델 중 어느 하나에서 기설정된 기준치 이상의 픽셀 변화량이 감지되는 경우 다른 하나의 수위 모델에 대한 픽셀 변화량이 기설정된 기준치 이상인지 여부를 판단하여 경고신호 출력 여부를 결정하고, 복수의 감시 영역과 각 감시영역에 대한 기준선이 설정된 경우 각 수위 모델 중 어느 하나에서 상기 기준선을 물 영역과 뭍 영역 중 어느 하나를 기준으로 침범하는 경우 다른 하나에 설정된 상기 기준선의 침범 여부를 판단하여 경고신호 출력여부를 결정할 수 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 뭍과 물을 포함하도록 감시 영역이 설정된 수위 감시 장치가 상기 감시 영역에 대한 수위 변화를 감시하는 수위 감시 방법은, 외부 장치로부터 상기 감시 영역을 포함하는 영상 데이터를 획득하는 제 1 단계와, 상기 영상 데이터로부터 상기 감시 영역에 대응하는 영역을 유사 특성 영역으로 물 영역과 뭍 영역으로 구분하여 수위 모델을 생성하는 제 2 단계와, 상기 수위 모델과 메모리에 저장된 기존 수위 모델과의 비교를 통해 수위를 감시하여 출력부를 통해 경고신호를 출력하고, 상기 수위 모델로 상기 저장부의 기존 수위 모델을 갱신하거나 상기 수위 모델을 상기 저장부에 누적 저장하는 제 3 단계를 포함할 수 있다.

이때, 상기 제 2 단계는 물 영역 및 뭍 영역 각각에 대하여 대표 영역을 설정한 후 상기 각 대표 영역에 대하여 평균 대표값을 산출하여 연관된 픽셀을 그룹핑하거나, 가우시안 모델링을 통해 유사 특성 영역으로 구분하여 상기 수위 모델을 생성할 수 있다.

또한, 상기 제 3 단계는 상기 수위 모델과 상기 기존 수위 모델을 비교하여 뭍 영역 또는 물 영역 어느 하나를 기준으로 산출된 픽셀의 변화량을 근거로 수위 변화를 검출하며, 상기 픽셀의 변화량이 기설정된 기준치 이상이거나 상기 픽셀의 변화량을 시간순으로 누적하여 기설정된 시간 범위 대비 누적된 픽셀의 변화량이 기설정된 기준치 이상인 경우 상기 출력부를 통해 경고신호를 출력할 수 있다.

더하여, 상기 제 3 단계는 상기 픽셀의 변화량이 기설정된 기준치 이상이며 기설정된 시간 범위 대비 누적된 픽셀의 변화량이 기설정된 기준치 이하인 경우 상기 출력부를 통해 경고신호를 출력하지 않을 수 있다.

이외에도, 상기 감시 영역에 적어도 하나 이상의 기준선이 기설정되며,상기 제 3 단계는 상기 수위 모델의 물 영역과 뭍 영역 중 어느 하나를 기준으로 상기 기준선에 대한 상기 침범 여부를 감시하여 상기 출력부를 통해 경고신호를 출력할 수 있다.

본 발명에 따르면, 영상 데이터 중 물과 뭍이 포함되는 영역 일부를 감시 영역으로 설정하고 이에 대하여 수직 방향이 아닌 수평방향에 대한 영역을 영상을 통해 감시하여, 기존 수직방향으로의 수위 측정 방식보다 연산량을 대폭 감소시켜 복잡도를 개선하고 영역 구분을 위한 수위 모델 생성 과정을 통해 부유물, 난반사 등과 같은 노이즈를 용이하게 제외하며, 녹조, 황토물 등과 같은 환경변화에 대해서도 적응적으로 수위 모델을 생성함으로써 효율적인 수위 감시와 더불어 신뢰도를 높일 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 감시 영역 중 물 영역 또는 뭍 영역 중 어느 하나를 기준으로 픽셀 변화량을 검출하므로 복잡도를 추가적으로 크게 개선시킬 수 있으며, 물 영역과 뭍 영역 사이의 경계선을 용이하게 검출하여 정확한 수위 감시가 이루어지도록 하는 효과가 있다.

더하여, 본 발명은 경계선 이동에 따라 침범하는 기준선과 매칭 수위를 기설정하여, 용이하게 수위 측정을 실시할 수 있는 효과가 있다.

이외에도, 본 발명은 외부 환경 요인에 따른 순간적인 수위 초과, 물의 색 변화 등과 같은 변화를 용이하게 감지하고, 외부환경 변화에 따른 노이즈를 용이하게 제외할 수 있는 과정을 제공하여 측정 정확도를 높임으로써 신뢰성을 제공하는 효과가 있다.

도 1은 종래의 수위 측정 장치를 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 수위 감시 장치의 실시예를 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 수위 감시 장치의 구성을 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 수위 감시 장치의 설정 구성을 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 수위 모델 비교를 통한 수위 변화 감시의 구성을 도시한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 감시 영역의 필터링을 통한 수위 모델 생성을 도시한 도면.
도 7은 본 발명에 따른 수위 모델 비교의 실시예를 도시한 도면.
도 8은 본 발명에 따른 수위 모델 장치의 노이즈 제거를 도시한 도면.
도 9는 본 발명에 따른 수위 모델 생성시 영역 구분에 대한 실시예를 도시한 도면.
도 10은 본 발명에 따른 수위 감시 장치의 수위 감시 방법에 대한 순서도.

본 발명은 기존에 수직방향으로 지면으로부터 수면까지의 높이를 측정하여 수위를 측정하는 방식이 복잡한 알고리즘을 요구하고, 외부 환경 변화에 강하지 못하여 노이즈로 인한 오류가 자주 발생하는 점을 개선하여, 수평방향으로 뭍 영역(물 영역이 아닌 영역)과 물 영역이 동시에 존재하는 감시 영역을 설정하고 수평이나 설정된 곡선에 따라 물 영역과 뭍 영역의 변화에 기인한 수위 변화를 감시하여 기존의 단순 수직방향 수위 측정 방식보다 효율을 개선하고 외부 환경변화에도 정확한 수위 감시를 수행하는 수위 감시 장치를 제공한다.

도 2는 본 발명에 따른 수위 감시 장치의 감시 실시예를 도시한 도면으로서, 도시된 바와 같이 뭍 영역(S: Shore)과 물 영역(W: Water)이 동시에 존재하는 해안가, 호숫가, 기슭, 댐, 강 등과 같은 곳에서 카메라(10)를 통해 촬영된 영상에서 뭍 영역과 물 영역이 동시에 존재하도록 감시 영역을 설정하고, 해당 감시 영역에 대하여 뭍 영역과 물 영역을 구분하기 위하여 필터링 과정을 통해 수위 모델을 생성한다.

해당 수위모델 생성은 도 6을 참조하여 이후 설명한다.

이후, 카메라(10)를 통해 실시간으로 영상을 획득하여 뭍 영역과 물 영역의 변화를 통해 수위의 변화를 인식할 수 있다.

이때, 상기 카메라로 적외선 카메라나 적외선 조명 카메라가 사용될 수도 있다.

또한, 각종 외부 환경 변화에 대응하기 위하여 상기 뭍 영역과 물 영역의 구분을 더욱 명확히 하도록 별도의 경계선(B: Boundary) 검출이 에지 검출 방식 등으로 수행될 수 있다.

더하여, 상기 감시 영역 내에 별도의 기준선을 직선이나 곡선 등으로 설정하여 위험 수위를 설정할 수 있는데, 상기 물 영역이 상기 기준선을 침범하거나 경계선이 상기 기준선에 도달하는 경우 이와 연동되어 경고신호를 출력할 수 있다. 더불어, 상기 기준선을 상기 감시영역 내에 복수로 마련하고 기준선과 수위 값이 매칭된 매칭 테이블을 저장하여 영역 또는 수위 변화에 따라 경계선이 위치하는 복수의 기준선 중 하나를 감지하여 수위 값을 산출할 수도 있다.

상술한 바와 같은 내용을 바탕으로, 본 발명에 따른 수위 감시 장치의 구성을 도 3을 통해 상세히 살펴보면, 상기 감시 영역에 대한 영상을 획득하는 카메라부(100)와 연결되어 상기 카메라부(100)가 획득한 영상 데이터를 수신하는 수신부(200)와, 뭍 영역과 물 영역이 유사 특성 영역으로 구분되어 생성된 수위 모델이 저장되는 저장부(400)와, 적어도 하나 이상의 감시 영역이 기설정되어 상기 수신부(200)로부터 수신한 영상 데이터 중 상기 감시 영역에 대응되는 데이터를 근거로 상기 수위 모델을 생성하여 상기 저장부(200)에 저장된 수위 모델을 갱신하거나 상기 저장부(400)에 누적하고, 상기 수위 모델의 뭍 영역과 물 영역의 변화를 통해 수위를 감시하는 제어부(300)를 포함할 수 있다.

이때, 상기 수신부(200)는 상술한 카메라 이외에도 네트워크를 통해 영상 데이터를 스트림 형태로 제공하는 각종 외부 장치와 연결될 수 있으며, 이를 통해 상기 수신부(200)는 스트림 형태의 영상 데이터를 획득할 수도 있다.

상기 제어부(300)는 시간순으로 기존 수위 모델과 최신 수위 모델과의 비교를 통해 산출된 변화량을 상기 저장부(400)에 시간순으로 누적하여 시간별 누적 변화량 통계치인 시간 통계적 모델을 생성할 수 있으며, 상기 시간 통계적 모델을 근거로 변화량이 기설정된 기준치 이상이거나 특정 시점 전후로 기설정된 시간 범위에 대비하여 누적 변화량 차이가 기설정된 기준치 이상인 경우 알람과 같은 경고신호를 출력하는 출력부(500)를 통해 경고신호를 출력할 수 있다.

이때, 상기 변화량은 픽셀의 변화량일 수 있으며, 뭍 영역 또는 물 영역의 어느 하나를 기준으로 기존에 누적된 변화량에서 가감할 수도 있다. 일례로, 변화량 측정 기준이 물 영역에 대한 변화량인 경우 특정시점에서 물 영역이 증가하면 기존 누적 변화량에서 산출된 변화량만큼 증가시키고, 물 영역이 감소하면 기존 누적 변화량에서 산출된 변화량만큼 감소시켜 특정시점에 대한 최종 누적 변화량을 산출할 수 있다.

즉, 상기 픽셀의 변화량은 상기 저장부(400)에 시간순으로 누적 저장될 수 있으며, 이때 기존 수위 모델과의 영역 차이에 따라 발생한 상기 변화량은 음과 양의 값을 가질 수 있으며 이에 따라 기존 누적 변화량에서 가감될 수 있다. 이와 같은 변화된 픽셀 부분에 대한 변화량을 산출하여 연산량을 줄일 수 있다.

이때, 상기 최신 수위 모델과 비교되는 상기 기존 수위 모델은 상기 최신 수위 모델과 생성 시간 차이가 가장 적은 수위 모델일 수 있다.

또한, 상기 제어부(300)는 상기 감시영역에 대하여 적어도 하나 이상의 기준선이 기설정되어, 뭍 영역과 물 영역의 변화를 통해 상기 기준선에 대한 침범 여부를 결정하여, 침범하는 경우 알람과 같은 경고신호를 출력하는 출력부(500)를 통해 경고신호를 출력할 수 있다.

또한, 상기 설정부(310)는 복수의 기준선이 설정될 수 있으며, 상기 저장부(400)는 각 기준선에 대응되는 수위값이 매칭된 매칭 테이블이 저장될 수 있다.

따라서, 상기 제어부(300)는 상기 복수의 기준선 중 어느 하나에 대하여 물 영역의 침범을 근거로 침범된 기준선을 상기 매칭 테이블과 비교하여 수위값을 산출하고, 상기 출력부(500)를 통해 산출된 수위값을 출력할 수 있다.

한편, 상기 제어부(300)는 상기 감시 영역 및 상기 기준선이 설정되는 설정부(310)와, 상기 수위 모델을 생성하는 필터링부(320)와, 상기 필터링부(320)가 제공하는 수위 모델과 상기 저장부(400)에 저장된 기존 수위 모델의 비교를 통해 수위 변화를 감시하고, 상기 필터링부(320)가 제공하는 수위 모델을 상기 저장부(400)에 시간순으로 누적하거나 상기 필터링부(320)의 수위 모델로 상기 저장부(400)에 저장된 기존 수위 모델을 갱신하는 감시부(330)로 구성될 수 있다.

이때, 상기 설정부(310)는 도 4에 도시된 바와 같이 상기 감시영역이 설정된 영역 설정부(311)와, 상기 기준선이 설정된 기준선 설정부(312) 및 픽셀 변화량에 대한 기준치가 설정된 변화량 설정부(313)를 포함할 수 있다.

또한, 상기 영역 설정부(311)에는 복수의 감시 영역이 설정될 수 있으며, 상기 필터링부(320)는 복수의 감시 영역이 설정된 경우 해당 감시 영역에 각각 대응되도록 복수의 수위 모델을 생성할 수 있다.

더하여, 상기 변화량 설정부(313)는 픽셀 수 또는 시간 대비 픽셀 수 중 적어도 하나에 대한 기준치가 설정될 수 있으며, 상기 감시부(330)는 최신 수위 모델과 기존 수위 모델 사이의 물 영역과 뭍 영역 중 어느 하나에 대한 변화량 또는 특정 시점 전후로 기설정된 시간 범위 대비 누적 변화량 차이가 상기 기준치를 초과하는 경우 수위가 위험수위를 초과하거나 수위가 급격하게 변하는 것으로 판단하여 상기 출력부(500)를 통해 경고신호를 출력할 수 있다.

그밖에, 상기 기준선 설정부(312) 역시 복수의 기준선이 설정되어 저장될 수 있으며, 상기 감시부(330)는 상기 기준선 설정부(312)에 설정된 복수의 기준선을 근거로 상기 매칭 테이블을 이용하여 물 영역이 침범한 적어도 하나 이상의 기준선과 매칭되는 적어도 하나 이상의 수위값 중 최대값을 수위값으로 산출할 수 있다. 즉, 복수의 기준선을 물 영역이 침범하는 경우 최대값을 수위값으로 산출할 수 있다.

또한, 상기 영역 설정부(311)와 기준선 설정부(312)는 복수의 영역에 각각 설정된 복수의 기준선이 상호 매칭될 수 있으며, 이에 대응하는 복수의 매칭 테이블이 상기 저장부(400)에 저장될 수 있다. 다시 말해, 각 영역별로 설정된 복수의 기준선에 대응하여 수위값이 저장된 서로 다른 복수의 매칭 테이블이 존재한다.

이를 통해, 상기 감시부(330)는 복수의 감시 영역의 물 영역의 변화를 감지하여 복수의 매칭 테이블에서 산출된 복수의 수위값을 상호 비교함으로써, 정확한 수위값을 산출하여 신뢰성을 높일 수 있다.

이때, 상기 감시부(330)는 상기 매칭 테이블 없이 각 영역에 설정된 하나의 기준선에 대한 비교로도, 각 감시 영역의 기준선을 모두 침범했는지 여부를 판단하여 상기 출력부(500)를 통해 경고신호 출력여부를 결정할 수 있다. 이는, 어느 한 감시 영역에서만 기준선을 침범하는 경우 순간적인 파고 또는 바람과 같은 외부환경 요인에 따른 노이즈로 판단하여 이와 같은 경우를 제외함으로써 높은 신뢰성을 제공한다.

한편, 상기 필터링부(320)는 도 5에 도시된 바와 같이 영상 데이터에 대한 필터링을 통해 수위 모델을 생성하고 이를 상기 감시부(330)에 전송한다.

상술한 바와 같이, 상기 감시부(330)는 기준선을 통해 상기 필터링부(320)로부터 전송된 수위 모델을 근거로 수위를 감시하거나 상기 필터링부(320)로부터 전송된 수위 모델과 상기 저장부(400)에 저장된 기존 수위 모델과의 비교를 통한 감시 영역의 변화량 감지를 근거로 수위를 감시할 수 있다. 또한, 상기 감시부(330)는 상기 필터링부(320)를 통해 전송되는 수위 모델로 상기 저장부(400)에 저장된 기존 수위 모델을 지속적으로 갱신하거나, 상기 필터링부(320)가 지속적으로 제공하는 수위 모델을 상기 저장부(400)에 시간순으로 누적하여 저장할 수 있으며, 시간 순으로 상기 변화량을 누적하여 저장할 수 있다.

또한, 상기 감시부(330)는 상기 필터링부(320)를 통해 수신되는 수위 모델과 상기 저장부(400)에 갱신된 수위 모델의 상호 비교를 통해 상기 변화량을 계산하여 상기 저장부(400)에 누적하고 상기 누적된 변화량을 근거로 수위를 감시한다.

한편, 상기 필터링부(320)는 도 6에 도시된 바와 같이 상기 뭍 영역과 물 영역을 구분하기 위하여 물 영역과 뭍 영역에 대하여 각각 적어도 한 픽셀 이상의 대표 영역(A, B)를 설정하며, 각 대표 영역에 대하여 평균 대표값을 산출하고, 각 평균 대표값과 기설정된 근사 범위 내에 있는 값을 가지는 픽셀을 그룹핑하여 뭍 영역과 물 영역을 구분하여 수위 모델을 생성할 수 있다.

또한, 상기 필터링부(320)는 상기 뭍 영역과 물 영역에 대한 상기 대표영역의 특성값을 가우시안 모델링 등의 방법으로 얻은 후 유사 특성 영역을 확장 선택함으로써, 상기 뭍 영역과 물 영역을 각각 구분하여 수위 모델을 생성할 수도 있다.

이와 같은, 평균 대표값이나 가우시안 모델링을 통한 영역 구분은 물 영역과 뭍 영역을 유사 특성 영역끼리 정확히 구분할 수 있어, 외부 환경요인에 따른 물의 색상 변화, 부유물 및 난반사 등에 영향을 받지 않는 특성을 확보할 수 있다.

도 7은 상술한 바와 같이 생성된 수위 모델을 이용하여 상호 비교하고 기존 수위 모델을 갱신하는 과정을 도시한 도면으로서, 우선 도 7(a)를 살펴보면 상기 감시부(330)는 상기 저장부(400)에 저장된 기존 수위 모델과 상기 필터링부(320)를 통해 수신되는 수위 모델을 상호 비교할 수 있다.

따라서, 상기 도 7(a)의 실시예처럼 상기 필터링부(320)로부터 수신된 수위 모델에서 물 영역이 상단으로 이동하여 수위변화가 발생하고, 이에 따라 기존 수위 모델과의 차이가 발생한 경우, 상기 감시부(330)는 상기 필터링부(320)로부터 수신된 수위 모델과 상기 저장부(400)의 기존 수위 모델의 변화량 차이를 계산하여 상기 저장부(400)에 시간순으로 누적하고, 누적된 변화량이 기설정된 기준치 이상이거나 시간 대비 누적 변화량 차이가 기설정된 기준치 이상인 경우 상기 출력부(500)를 통해 경고신호를 출력할 수 있다.

한편, 상기 도 7(b)는 수위 변화가 아닌 외부환경 요인(황토, 녹조)에 따라 물 영역의 색이 변화한 것으로서, 이와 같은 외부환경 요인 변화에 대해서도 상기 필터링부(320)는 상기 평균 대표값과 가우시안 모델링을 통해 유사 특성 영역으로 상호 구분하여 물 영역과 뭍 영역을 용이하게 구분할 수 있다.

따라서, 상기 감시부(330)는 상술한 바와 마찬가지로 외부환경 변화에 따른 물의 색 변화를 용이하게 감지하여, 외부환경 요인에 따른 변화가 반영된 상기 필터링부(320)의 수위 모델로 상기 저장부(400)의 기존 수위 모델을 갱신하거나, 상기 필터링부(320)의 수위 모델을 상기 저장부(400)에 누적할 수 있다.

한편, 외부환경 요인에 따라 순간적인 이상이 발생하는 경우가 있을 수 있다.

일례로, 도 8에 도시된 바와 같이 바람으로 인하여 물 영역의 일부가 순간적으로 기준선을 침범하거나 변화량이 기준치를 초과하는 경우와 같은 노이즈가 발생할 수 있다.

따라서, 상기 감시부(330)는 기존 수위 모델의 시간과 이상이 발생한 수위 모델의 시점 전후로 기설정된 시간의 차이 또는 범위(Tn-T1) 대비 누적 변화량 차이(Xn-X1)를 산출하여, 기설정된 값(Y) 이하이면 이를 노이즈로 판단하여 상기 출력부(500)를 통한 경고신호 출력을 실시하지 않을 수 있다.

도 9는 상기 필터링부(320)의 수위 모델 생성 과정에서 외부환경 요인에 따라 뭍 영역과 물 영역의 평균 대표값이 근사하거나 가우시안 모델링을 통한 영역 구분이 어려운 경우 도시된 바와 같이, 상기 필터링부(320)는 물 영역과 뭍 영역의 경계선(B: Boundary)을 검출하여 영역구분 정보를 추가로 활용할 수 있다.

또한, 복수 영역을 이용하므로 뭍 영역과 물 영역 구분에 의한 경우를 최소화할 수 있다. 따라서, 이러한 방법들을 복합적으로 고려하여 신뢰성을 높일 수 있다.

따라서, 상기 감시부는 상기 경계선을 근거로 상술한 변화량 감지를 수행하거나 기준선 침범과 같은 감지를 통해 수위 변화를 감시할 수 있다.

더하여, 상기 설정부(310)에 상술한 바와 같이 복수의 감시 영역을 설정하거나 복수의 감시 영역 내에 적어도 하나 이상의 기준선을 설정하여 해당 복수의 감시 영역에서 각각 생성되는 변화량 또는 기준선 침범 여부를 검출하여 상호 비교함으로써, 복수의 감시 영역 사이의 변화량을 대비하여 차이가 큰 경우 이를 노이즈로 인식하거나, 복수의 감시 영역 중 기설정된 감시 영역의 개수 내에서 기준선을 침범한 경우 이를 일시적인 이상 발생으로 인식하여 노이즈로 인식할 수 있다.

따라서, 상술한 바와 같이 상기 감시부(330)는 공간적 및 시간적으로 노이즈를 용이하게 제외할 수 있으며, 이러한 노이즈에 대해 상기 경고신호를 출력하지 않는다.

도 10은 본 발명에 따른 수위 감시 장치의 수위 감시 방법에 대한 순서도로서, 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 수위 감시 장치는 카메라로부터 물과 뭍을 모두 포함하는 영상 데이터를 획득하고, 상기 영상 데이터에서 기설정된 상기 감시 영역을 기준으로 뭍 영역과 물 영역이 구분된 상기 수위 모델을 생성한다.

이후, 상기 수위 모델을 상기 저장부에 저장된 기존 수위 모델과 비교하여 물 영역 또는 뭍 영역 중 어느 하나를 기준으로 픽셀의 변화량을 산출할 수 있다. 이때, 상기 수위 모델로 상기 저장부에 저장된 기존 수위 모델을 갱신하거나 상기 수위 모델을 상기 저장부에 시간순으로 누적 저장할 수 있다.

또한, 상기 픽셀의 변화량 역시 상기 저장부에 시간순으로 누적 저장될 수 있으며, 이때 기존 수위 모델과의 차이에 따라 상기 변화량은 음과 양의 값을 가질 수 있으며 이에 따라 기존 누적된 변화량에서 가감될 수 있다.

특정 시점에서 상기 픽셀의 변화량이 기설정된 기준치 이상이거나 상기 특정 시점을 전후로 기설정된 시간 범위에 대비한 누적 변화량 차이가 기설정된 기준치 이상인 경우 수위 변화에 대한 이상을 판단하여 상기 출력부를 통해 경고신호를 출력할 수 있다.

100: 카메라부 200: 수신부
300: 제어부 310: 설정부
311: 영역 설정부 312: 기준선 설정부
313: 변화량 설정부 320: 필터링부
330: 감시부 400: 저장부
500: 출력부

Claims

뭍과 물을 포함하도록 설정된 감시 영역을 포함하는 영상 데이터를 획득하여 감시 영역에 대한 수위 변화를 감시하는 수위 감시 장치에 있어서,
외부 장치로부터 상기 영상 데이터를 수신하는 수신부;
경고신호를 출력하는 출력부;
유사 특성 영역으로 물 영역과 뭍 영역이 구분된 수위 모델이 저장되는 저장부; 및
적어도 하나 이상의 감시 영역이 기설정되어 상기 수신부로부터 수신한 영상 데이터 중 상기 감시 영역에 대해 상기 수위 모델을 생성하여 상기 저장부에 저장된 수위 모델을 갱신하거나 상기 저장부에 누적하고, 상기 수위 모델의 뭍 영역과 물 영역의 변화를 통해 수위를 감시하고 상기 출력부를 통해 경고신호를 출력하는 제어부를 포함하되,
복수의 감시 영역이 기설정된 경우
상기 제어부는 각 감시 영역에 대한 수위 모델을 생성하고,
각 수위 모델 중 어느 하나에서 기설정된 기준치 이상의 픽셀 변화량이 감지되는 경우 다른 하나의 수위 모델에 대한 픽셀 변화량이 기설정된 기준치 이상인지 여부를 판단하여 경고신호 출력 여부를 결정하고
복수의 감시 영역과 각 감시영역에 대한 기준선이 설정된 경우
각 수위 모델 중 어느 하나에서 상기 기준선을 물 영역과 뭍 영역 중 어느 하나를 기준으로 침범하는 경우 다른 하나에 설정된 상기 기준선의 침범 여부를 판단하여 경고신호 출력여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 수위 감시 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제어부는 물 영역 및 뭍 영역 각각에 대하여 대표 영역을 설정한 후 상기 각 대표 영역에 대하여 평균 대표값을 산출하고, 각 평균 대표값과 기설정된 근사 범위 내에 있는 값을 가지는 픽셀을 그룹핑하여 상기 뭍 영역과 물 영역이 구분된 상기 수위 모델을 생성하는 것을 특징으로 하는 수위 감시 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제어부는 가우시안 모델링을 통해 유사 특성 영역으로 상기 뭍 영역과 물 영역이 구분된 상기 수위 모델을 생성하는 것을 특징으로 하는 수위 감시 장치.
청구항 2 또는 3에 있어서,
상기 제어부는 상기 물 영역과 뭍 영역 사이의 경계선 검출을 더 수행하여 상기 물 영역과 뭍 영역이 구분된 수위 모델을 생성하는 것을 특징으로 하는 수위 감시 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제어부는 상기 수신부를 통해 수신되는 영상 데이터를 근거로 생성된 상기 수위 모델과 상기 저장부에 저장된 기존 수위 모델을 비교하여 뭍 영역 또는 물 영역 어느 하나를 기준으로 산출된 픽셀의 변화량을 근거로 수위 변화를 감시하는 것을 특징으로 하는 수위 감시 장치.
청구항 5에 있어서,
상기 제어부는 상기 픽셀의 변화량이 기설정된 기준치 이상이거나 상기 픽셀의 변화량을 시간순으로 누적하여 기설정된 시간 범위 대비 누적된 픽셀의 변화량이 기설정된 기준치 이상인 경우 상기 출력부를 통해 경고신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 수위 감시 장치.
청구항 6에 있어서,
상기 제어부는 상기 픽셀의 변화량이 기설정된 기준치 이상이며 기설정된 시간 범위 대비 누적된 픽셀의 변화량이 기설정된 기준치 이하인 경우 상기 출력부를 통해 경고신호를 출력하지 않는 것을 특징으로 하는 수위 감시 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 감시 영역에 적어도 하나 이상의 기준선이 기설정되며,
상기 제어부는 상기 수위 모델의 물 영역과 뭍 영역 중 어느 하나를 기준으로 상기 기준선에 대한 상기 침범 여부를 감시하여 상기 출력부를 통해 경고신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 수위 감시 장치.
청구항 8에 있어서,
상기 저장부는 상기 적어도 하나 이상의 기준선에 수위값이 매칭된 매칭 테이블이 저장되며,
상기 제어부는 상기 매칭 테이블을 근거로 상기 기준선에 대한 침범 여부를 감시하여 수위값을 산출하고 상기 출력부를 통해 출력하는 것을 특징으로 하는 수위 감시 장치.
삭제
뭍과 물을 포함하도록 감시 영역이 설정된 수위 감시 장치가 상기 감시 영역에 대한 수위 변화를 감시하는 수위 감시 방법에 있어서,
외부 장치로부터 상기 감시 영역을 포함하는 영상 데이터를 획득하는 제 1 단계;
상기 영상 데이터로부터 상기 감시 영역에 대응하는 영역을 유사 특성 영역으로 물 영역과 뭍 영역으로 구분하여 수위 모델을 생성하는 제 2 단계;
상기 수위 모델과 메모리에 저장된 기존 수위 모델과의 비교를 통해 수위를 감시하여 출력부를 통해 경고신호를 출력하고, 상기 수위 모델로 상기 저장부의 기존 수위 모델을 갱신하거나 상기 수위 모델을 상기 저장부에 누적 저장하는 제 3 단계를 포함하되,
복수의 감시 영역이 기설정된 경우
상기 제어부는 각 감시 영역에 대한 수위 모델을 생성하고,
각 수위 모델 중 어느 하나에서 기설정된 기준치 이상의 픽셀 변화량이 감지되는 경우 다른 하나의 수위 모델에 대한 픽셀 변화량이 기설정된 기준치 이상인지 여부를 판단하여 경고신호 출력 여부를 결정하고
복수의 감시 영역과 각 감시영역에 대한 기준선이 설정된 경우
각 수위 모델 중 어느 하나에서 상기 기준선을 물 영역과 뭍 영역 중 어느 하나를 기준으로 침범하는 경우 다른 하나에 설정된 상기 기준선의 침범 여부를 판단하여 경고신호 출력여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 수위 감시 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 제 2 단계는 물 영역 및 뭍 영역 각각에 대하여 대표 영역을 설정한 후 상기 각 대표 영역에 대하여 평균 대표값을 산출하여 연관된 픽셀을 그룹핑하거나, 가우시안 모델링을 통해 유사 특성 영역으로 구분하여 상기 수위 모델을 생성하는 것을 특징으로 하는 수위 감시 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 제 3 단계는 상기 수위 모델과 상기 기존 수위 모델을 비교하여 뭍 영역 또는 물 영역 어느 하나를 기준으로 산출된 픽셀의 변화량을 근거로 수위 변화를 검출하며, 상기 픽셀의 변화량이 기설정된 기준치 이상이거나 상기 픽셀의 변화량을 시간순으로 누적하여 기설정된 시간 범위 대비 누적된 픽셀의 변화량이 기설정된 기준치 이상인 경우 상기 출력부를 통해 경고신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 수위 감시 방법.
청구항 13에 있어서,
상기 제 3 단계는 상기 픽셀의 변화량이 기설정된 기준치 이상이며 기설정된 시간 범위 대비 누적된 픽셀의 변화량이 기설정된 기준치 이하인 경우 상기 출력부를 통해 경고신호를 출력하지 않는 것을 특징으로 하는 수위 감시 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 감시 영역에 적어도 하나 이상의 기준선이 기설정되며,
상기 제 3 단계는 상기 수위 모델의 물 영역과 뭍 영역 중 어느 하나를 기준으로 상기 기준선에 대한 상기 침범 여부를 감시하여 상기 출력부를 통해 경고신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 수위 감시 방법.