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KR101337220B1 - 모아레 방식을 이용한 적설량 측정 시스템 및 그 방법 - Google Patents

모아레 방식을 이용한 적설량 측정 시스템 및 그 방법 Download PDF

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KR101337220B1
KR101337220B1 KR1020120154075A KR20120154075A KR101337220B1 KR 101337220 B1 KR101337220 B1 KR 101337220B1 KR 1020120154075 A KR1020120154075 A KR 1020120154075A KR 20120154075 A KR20120154075 A KR 20120154075A KR 101337220 B1 KR101337220 B1 KR 101337220B1
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KR
South Korea
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snow
snowfall
light source
camera
distance
Prior art date
Application number
KR1020120154075A
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김성주
유가영
박수향
김민자
Original Assignee
유가영
주식회사 두성이앤씨
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Abstract

본 발명은 모아레 방식을 이용한 적설량 측정 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 특히 지면 위에 쌓여있는 눈의 상부에 모아레 무늬의 광원을 투영하는 적어도 1개 이상의 조명기구; 상기 지면과 특정한 거리만큼 이격되어 설치하고, 상기 적어도 1개 이상의 조명기구에 의한 모아레 무늬가 투영된 적설면 영상을 촬영하는 적어도 1개 이상의 카메라; 및 상기 적어도 1개 이상의 카메라에서 촬영된 적설면 영상 신호를 입력하고, 상기 적설면 영상 신호에서 에지(edge) 또는 릿지(ridge) 성분을 추출한 후 상기 에지 또는 릿지 성분을 이용하여 슬릿 광원을 추출한 후에 상기 슬릿 광원간의 거리 및 상기 광원과 카메라간의 각도를 이용하여 카메라와 적설면까지의 거리를 연산하며, 상기 카메라와 적설면까지의 거리를 통해 적설량 및 강설량을 측정하는 적설량 측정 장치를 포함를 포함한다. 따라서, 본 발명은 적설량을 측정하는 공간에 측정장비가 전혀 없기 때문에 눈이 쌓이는 것을 방해하지 않으면서 실질적인 비접촉식 측정이 가능해질 수 있는 효과가 있고, 모아레 방식을 이용한 비접촉식 광학 장비를 통해 높은 정밀도 및 신뢰성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 저비용으로 구현 가능하며, 적설량 및 강설량 연산 방식이 단순하고 혹한기의 폭설 및 바람 등 주변 환에 따른 측정 오차를 배제하고 적설량의 높이 데이터를 얻을 수 있다.

Description

모아레 방식을 이용한 적설량 측정 시스템 및 그 방법{Method and System to Measure a Snowfall using Moire Technique}
본 발명은 모아레 방식을 이용한 적설량 측정 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 모아레 무늬를 투영하는 광원을 이용하여 적설량을 비접촉식 광학 장비로 정밀하게 측정할 수 있는 모아레 방식을 이용한 적설량 측정 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 적설은 cm 단위로 지면에 쌓인 눈을 측정하며, 관측 대상이 되는 지면이 반 이상 눈으로 덮여 있어야 적설이 있는 것으로 판단한다. 적설은 기상 현상 분석에 있어 강우량과 함께 매우 중요한 자료로 이용되며, 산업, 농업에 있어 기초 자료로서 매우 유용하게 이용되는데, 아직까지는 적설량은 강우량과는 달리 눈금자를 사용하여 직접 측정하는 방법이 널리 사용되고 있다.
적설량은 우리나라와 같이 사계절이 뚜렷한 나라에서는 매우 중요한 기상 요소로서 기상청에서 취급하는 강우량, 온도, 습도, 풍속 및 풍향과 함께 기상현상 분석시 중요한 요소 중 하나이다. 그러나, 강우량, 온도, 습도, 풍속 및 풍향과 같은 기상 요소와 달리 적설량은 자동 측정이 용이하지 않을 뿐 아니라 자동 측정기에 의해 측정된 데이터에 오차가 커 기상분석에 어려움이 많았다.
최근 이상 기온을 원인으로 겨울에 갑자기 내리는 폭설로 인해 인명 및 재산 피해가 늘어나고 있으며 이를 사전에 인식하여 예방하고자 하는 노력이 계속되어 왔다. 현재까지 적설량을 측정하는 방법으로는 눈금자를 설치하여 직접 측정하는 방법이 가장 많이 사용되어 왔다.
종래의 눈금자를 이용한 직접 측정 방식은 갑자기 내리는 폭설 측정이 힘들 뿐 아니라, 보고 과정의 시간 지연으로 인해 폭설에 대한 대처 시간이 많이 소요되어 심각한 피해가 발생하는 경우도 있었다.
이러한 피해를 줄이고자 측정 기술의 발달로 다양한 센싱 기술이 발달하였고 이를 적설량 측정에 적용하기 위한 노력이 계속 되었다. 이러한 측정 기술 중 한가지방법으로 초음파를 이용하여 적설량을 측정하는 방법이 사용되고 있는데, 초음파를 사용하는 방식에서는 온도에 따르는 초음파 속도 변화, 사용 시간이 지남에 따라 초음파 감쇄로 인한 오차의 증가 또는 눈발이 날리는 상황에서 발생하는 초음파 산란 현상과 기타 주변 환경의 영향에 따라 부정확한 데이터가 수집되는 문제가 있어 기상 자료의 신뢰도를 떨어뜨리고 있다.
또한, 적설 측정기가 측정 대상에 수직으로 설치되므로 강설이 지면에서 떨어지지 않고 초음파 측정기 상단에 쌓이게 되어 오차가 발생하고 이러한 오차를 줄이고자 하는 노력이 지속적으로 계속되었다.
또 다른 방법으로는 적설량을 측정하기 위해 눈금자 속에 발광소자와 수광소자를 수납하여 발광소자가 발광한 광선을 수광소자가 흡수하여 높이를 측정하는 시스템도 사용되고 있다.
선행기술자료로써, 공개특허공보 제10-2005-0080141호(공개일자 2005년 08월 11일) 공보를 보면, 광학 적설계에 관한 기술내용이 공개되어 있다.
적설계는 눈(雪)이 쌓인 높이를 측정하는 적설계(積雪計)에 관한 것으로, 다수의 적외선 발광소자와 눈에 반사된 적외선을 감지하는 수광소자를 통하여 적설량을 관측하되, 발광소자에서는 변조된 적외선광을 발광하고, 수광소자를 통하여 감지된 상기 적외선광의 반사광을 복조하여 수광된 적외선광의 유효성을 검증할 수 있도록 한 것이며, 발광소자와 수광소자를 소정거리 이격하여 설치하고, 이들 간에 격벽을 구성하여 발광소자의 직사광 또는 불요(不要) 반사광이 수광소자에 입사되는 것을 원천적으로 방지한 것이다.
종래의 광학 적설계는 눈의 쌓여있는 평행도와 움직임에 대한 변수를 감안하지 않고 있고, 이 요인에 의한 오차가 발생하게 되며 그만큼 그 정확도가 떨어지는 문제점이 있다.
또한, 종래의 광학 적설계는 눈이 많이 내리는 경우에 대비해서 많은 발광소자, 및 수광소자를 수납해야 하므로 적설계 자체의 비용이 비싸지고, 바람에 의해 눈이 발광소자나 수광소자에 부착되는 경우에 광학 적설계에 의해 측정된 적설량은 대표성을 가지지도 못하고 많은 오차를 포함할 수 있다는 단점도 있다.
본 발명은 모아레 무늬를 투영하는 광원을 이용하여 적설량을 비접촉식 광학 장비로 정밀하게 측정할 수 있어 실질적인 비접촉식 측정이 가능해지고, 적설량을 측정하는 공간에 측정장비가 전혀 없기 때문에 눈이 쌓이는 것을 방해하지 않으면서 측정할 수 있을 뿐만 아니라 적설량 및 강설량 연산 방식이 단순하고 혹한기의 폭설 및 바람 등 주변 환경에 따른 측정 오차를 배제하고 적설량의 높이 데이터를 얻을 수 있는 모아레 방식을 이용한 적설량 측정 시스템 및 그 방법을 제공한다.
실시예들 중에서, 모아레 방식을 이용한 적설량 측정 시스템은, 지면 위에 쌓여있는 눈의 상부에 모아레 무늬의 광원을 투영하는 적어도 1개 이상의 조명기구; 상기 지면과 특정한 거리만큼 이격되어 설치하고, 상기 적어도 1개 이상의 조명기구에 의한 모아레 무늬가 투영된 적설면 영상을 촬영하는 적어도 1개 이상의 카메라; 및 상기 적어도 1개 이상의 카메라에서 촬영된 적설면 영상 신호를 입력하고, 상기 적설면 영상 신호에서 에지(edge) 또는 릿지(ridge) 성분을 추출한 후 상기 에지 또는 릿지 성분을 이용하여 슬릿 광원을 추출한 후에 상기 슬릿 광원간의 거리 및 상기 광원과 카메라간의 각도를 이용하여 카메라와 적설면까지의 거리를 연산하며, 상기 카메라와 적설면까지의 거리를 통해 적설량 및 강설량을 측정하는 적설량 측정 장치를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 조명기구는 전면에 슬릿광을 발생하는 슬릿 필터를 설치할 수 있고, 상기 조명기구는 유색 광원을 사용할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 적설량 측정 장치는, 상기 적설면 영상 신호를 수신하는 수신부; 상기 수신부에서 전송하는 상기 적설면 영상 신호에서 에지를 추출하는 에지 추출 필터; 상기 에지 추출 필터에서 추출된 에지에 대해 허프 변환(Hough Transform) 알고리즘을 이용하여 다수의 직선 성분을 추출하고, 상기 다수의 직선 성분에서 슬릿 광원을 추출하는 광원 추출부; 상기 광원 추출부에서 추출된 상기 슬릿 광원간의 거리와 상기 광원과 카메라간의 각도를 연산하고, 상기 슬릿 광원간의 거리와 광원과 카메라간의 각도를 이용해 상기 카메라와 적설면까지의 거리를 연산하며, 상기 카메라와 적설면까지의 거리를 이용해서 적설량 및 강설량을 측정하는 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 적설량 측정 장치는 상기 제어부에서 측정된 적설량 및 강설량에 대한 정보를 네트워크를 통해 제설방재시스템 또는 기상청에 전송하는 통신부를 더 포함할 수 있다.
상기 적설량 측정 장치는 상기 제어부에서 측정된 적설량 및 강설량에 대한 정보를 저장하는 저장부; 및 상기 적설량 및 강설량에 대한 정보를 수치로 표시하는 표시부를 더 포함할 수 있다.
실시예들 중에서, 모아레 방식을 이용한 적설량 측정 방법은, 모아레 무늬의 광원을 투영하는 적어도 1개 이상의 조명기구, 상기 적어도 1개 이상의 조명기구에 의한 광원이 투영된 적설면 영상을 촬영하는 적어도 1개 이상의 카메라 및 상기 적어도 1개 이상의 카메라에서 촬영된 적설면 영상 신호를 분석하여 적설량 및 강설량을 측정하는 적설량 측정 장치를 포함하는 적설량 측정 시스템에서 수행되는 모아레 방식을 이용한 적설량 측정 방법에 있어서, a) 상기 조명 기구의 전면에 슬릿 필터를 설치하고, 상기 적설면의 상부로 슬릿 광원을 투영하는 단계; b) 상기 슬릿 광원이 투영된 적설면 영상을 특정 시간 간격을 두고 복수개의 프레임을 캡쳐하여 적설면 영상 신호를 전송하는 단계; c) 상기 적설면 영상 신호에서 에지(Edge) 또는 릿지(Ridge)를 추출하고, 허프 변환(Hough Transform) 알고리즘을 이용하여 다수의 직선 성분을 추출한 후에 서로 다른 슬릿 광원만을 추출하는 단계; d) 상기 슬릿 광원간의 거리를 연산하고, 상기 슬릿 광원간의 거리와 광원과 카메라간의 각도를 이용하여 상기 카메라와 적설면까지의 거리를 연산하는 단계; 및 e) 상기 카메라와 적설면까지의 거리를 이용해서 적설량 및 강설량을 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 조명기구는 유색 광원을 사용할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 e) 단계는 상기 측정한 적설량 및 강설량에 대한 정보를 네트워크를 통해 제설방재시스템 또는 기상청에 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다른 일실시예에서, 상기 e) 단계는 상기 측정한 적설량 및 강설량에 대한 정보를 저장하는 단계; 및 상기 적설량 및 강설량에 대한 정보를 수치로 표시하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 모아레 방식을 이용한 적설량 측정 시스템 및 그 방법은 적설량을 측정하는 공간에 측정장비가 전혀 없기 때문에 눈이 쌓이는 것을 방해하지 않으면서 실질적인 비접촉식 측정이 가능해질 수 있는 효과가 있고, 모아레 방식을 이용한 비접촉식 광학 장비를 통해 높은 정밀도 및 신뢰성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 저비용으로 구현 가능하며, 적설량 및 강설량 연산 방식이 단순하고 혹한기의 폭설 및 바람 등 주변 환경에 따른 측정 오차를 배제하고 적설량의 높이 데이터를 얻을 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모아레 방식을 이용한 적설량 측정 시스템을 설명하는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모아레 방식을 이용한 적설량 측정 시스템을 설명하는 블록도이다.
도 3은 도 2의 적설량 측정 장치를 설명하는 블록도이다.
도 4는 도 1의 카메라에서 촬영된 적설면 영상을 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모아레 방식을 이용한 적설량 측정 방법을 설명하는 순서도이다.
도 6은 도 5에서 슬릿 광원간의 거리를 연산하는 과정을 설명하는 도면이다.
도 7은 도 5에서 적설량을 측정하는 과정을 설명하는 도면이다.
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
한편, 본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다"또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모아레 방식을 이용한 적설량 측정 시스템을 설명하는 개념도이다.
도 1을 참고하면, 모아레 방식을 이용한 적설량 측정 시스템(100)은 모아레(Moire) 기법을 이용해 고정밀 측정을 수행하는 비접촉식 광학 장비, 즉 적어도 1개 이상의 카메라(120) 및 적어도 1개 이상의 조명 기구(110)를 포함한다.
적설량 측정 시스템(100)은 쌓여 있는 눈(雪)의 상부면, 즉 적설면(積雪面)에 투영된 슬릿 광원간 거리를 측정하고, 이 슬릿 광원간의 거리를 이용하여 카메라(120)에서 적설면까지의 거리를 측정한 후에 삼각 측량법에 의거하여 구한 카메라(120)와 적설면까지의 거리를 이용해 적설량 및 강설량을 측정할 수 있다.
적설량 측정 시스템(100)은 유무선 네트워크를 통해 측정한 적설량 및 강설량에 대한 정보를 제설방재시스템(200) 또는 기상청(300)에 전송할 수 있다.
제설방재시스템(100)은 적설 구간이나 강설 구간에 적설량 측정 시스템(100)에서 전송되는 적설량 및 강설량을 토대로 알맞은 양의 제설제를 충전하고, 제설차, 제설장비 및 제설인원을 파견할 수 있다.
기상청(300)은 적설량 측정 시스템(100)에서 전송되는 적설량 및 강설량을 토대로 기후 자료에 이용하거나, 일정 이상의 적설량 및 강설량에 대해 폭설주의/경보, 대설주의/경보 등을 발령하고, 폭설/대설 대비 특보나 행동 요령 등을 시설물과 안전 사고에 유의할 수 있도록 한다.
적설량 측정 시스템(100)은 재설방재시스템(200) 및 기상청(300) 외에도 사전에 협의된 소방방재청, 경찰청, 해당 지역의 주민센터 등에 적설량 및 강설량에 대한 정보를 원격 전송할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모아레 방식을 이용한 적설량 측정 시스템을 설명하는 블록도이다.
도 2를 참고하면, 적설량 측정 시스템(100)은 적어도 하나 이상의 조명기구(110), 적어도 하나 이상의 카메라(120) 및 적설량 측정 장치(130)를 포함한다.
적어도 1개 이상의 조명 기구(110)는 지면 위에 쌓여있는 눈의 상부에 모아레 무늬의 광원을 투영하는데, 전면에 슬릿광을 발생하는 슬릿 필터(111)를 설치한다.
예를 들어, 조명 기구(110)가 2개일 경우에, 각 조명기구(110)는 각기 다른 두께의 슬릿 필터(111)를 설치하고, 측정 대상 공간인 적설면에 유색 광원을 투영한다. 백색 광원은 적설된 눈과 구분이 어렵기 때문에 유색광원을 사용한다. 조명 기구(110)가 1개일 경우에, 슬릿 필터(111)는 이동 가능하도록 설치한다.
적어도 1개 이상의 카메라(120)는 지면과 특정한 거리(D)만큼 이격되어 설치하고, 조명기구(110)에 의한 모아레 무늬가 투영된 적설면 영상을 촬영한 적설면 영상 신호를 적설량 측정 장치(130)에 전송한다.
카메라(120)는 조명 기구(110)에 의한 광원이 투영되고 있을 때 적설면의 영상을 캡쳐하는데, 약 1~2초 간격을 두고 다수 개의 프레임을 캡쳐한다. 강설량이 많을 경우에 강설중인 눈에 의해 카메라(120)의 시야가 가려지기 때문에 카메라(120)는 다수 개의 프레임을 캡쳐하고, 그 중에서 선명도 및 해상도가 높은 영상을 적설면 영상 신호로 선별할 수 있다.
적설량 측정 장치(130)는 카메라(120)에서 전송하는 적설면 영상 신호를 수신하고, 적설면 영상 신호에서 에지(edge) 또는 릿지(ridge) 성분을 추출한 후 에지 또는 릿지 성분을 이용하여 슬릿 광원을 추출함으로써 슬릿 광원간의 거리(SlitD) 및 광원과 카메라간의 각도(θ)를 이용하여 카메라와 적설면까지의 거리(d)를 연산하며, 카메라와 적설면까지의 거리(d)를 통해 적설량(Sh) 및 강설량을 측정한다.
도 3은 도 2의 적설량 측정 장치를 설명하는 블록도이고, 도 4는 도 1의 카메라에서 촬영된 적설면 영상을 설명하는 도면이다.
도 3 및 도 4를 참고하면, 적설량 측정 장치(130)는 수신부(131), 에지 추출 필터(132), 광원 추출부(133), 제어부(134), 통신부(135), 저장부 (136) 및 표시부(137)를 포함한다.
수신부(131)는 카메라(120)와 유선 또는 무선으로 연결되고, 카메라(120)에서 전송되는 적설면 영상 신호를 수신한다.
에지 추출 필터(132)는 적설면 영상 신호에서 에지(경계면)를 추출하는 것으로서, 소벨 필터가 될 수 있다.
광원 추출부(133)는 에지 추출 필터(132)에서 추출된 에지에 대해 허프 변환(Hough Transform) 알고리즘을 이용하여 다수의 직선 성분을 추출한다. 도 4를 참고하면, 슬릿 광원은 평행한 직선이 다수 개이므로 광원 추출부(133)는 이 구속조건을 이용하여 슬릿 광원만을 추출 가능하다.
제어부(134)는 광원 추출부에서 추출된 슬릿 광원간의 거리(SlitD)와 광원과 카메라간의 각도(θ)를 연산하고, 슬릿 광원간의 거리(SlitD)와 광원과 카메라간의 각도(θ)를 이용해 카메라와 적설면까지의 거리(d)를 연산하며, 카메라와 적설면까지의 거리(d)를 이용해서 적설량 및 강설량을 측정한다.
통신부(135)는 네트워크에 연결되어 제설방재시스템(200) 또는 기상청(300) 등에 제어부(134)에서 측정한 적설양 및 강설량에 대한 정보를 전송한다. 또한, 통신부(135)는 사전에 설정한 관리자의 핸드폰 번호로 단문메시지(SMS) 형태로 적설량에 대한 정보를 전송할 수도 있다.
저장부(136)는 제어부(134)에서 측정된 적설량 및 강설량에 대한 정보를 저장한다.
표시부(137)는 적설량 및 강설량에 대한 정보를 수치로 표시할 수 있다. 표시부(137)가 발광 다이오드로 이루어진 경우에 적설량을 수치로 표현하지만, 그래픽 형태의 디스플레이가 가능한 LED, LCD 또는 모니터일 경우에 지역별, 시간별, 날자별 적설량을 그래프 형태로 표시할 수 있다.
한편, 제어부(134)는 수신부(131), 에지 추출 필터(132), 광원 추출부(133), 통신부(135), 저장부(136) 및 표시부(137)의 신호 흐름을 제어하여, 적설량 및 강설량 측정 과정 및 정보의 송수신 과정이 원활히 진행될 수 있도록 한다.
이와 같이, 적설량 측정 장치(130)는 통신부(135)를 통해 적설량 및 강설량을 원격 전송할 수 있고, 표시부(137)를 통해 작업자가 직접 육안으로 적설량 측정 수치를 확인할 수도 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모아레 방식을 이용한 적설량 측정 방법을 설명하는 순서도이고, 도 6은 도 5에서 슬릿 광원간의 거리를 연산하는 과정을 설명하는 도면이며, 도 7은 도 5에서 적설량을 측정하는 과정 설명하는 도면이다.
도 5 내지 도 7을 참고하면, 모아레 방식을 이용한 적설량 측정 방법은 적어도 1개 이상의 조명 기구(110)에서 슬릿 광원이 적설면에 투영되고, 적설면의 표면에 모아레 무늬가 생성된다.(단계 S1)
카메라(120)는 조명 기구(110)에 의한 슬릿 광원이 투영된 적설면 영상을 1~2초 간격을 두고 복수 개의 프레임을 캡쳐하여 적설면 영상 신호를 적설량 측정 장치(130)에 전송한다.(단계 S2)
적설량 측정 장치(130)는 적설면 영상 신호에서 에지(Edge) 또는 릿지(Ridge)를 추출하고, 허프 변환(Hough Transform) 알고리즘을 이용하여 다수의 평행한 직선 성분을 추출한 후에 구속 조건을 이용하여 서로 다른 슬릿 광원만을 추출한다.(단계 S3)
적설량 측정 장치(130)는 슬릿 광원간의 거리(SlitD)를 연산하고, 슬릿 광원간의 거리와 광원과 카메라간의 각도(θ)를 이용하여 카메라와 적설면까지의 거리(d) 연산한다.(단계 S4)
도 6을 참고하면, 삼각 측량법에 의거하여 구한 카메라와 적설면까지의 거리(d)는 D-SlitD×tan(90-θ)이고, 여기서 θ는 카메라(120)와 광원간의 기울기 각도, D는 카메라(120)에서 지면까지 거리, SlitD 는 슬릿광원 간의 거리이다.
적설량 측정 장치(130)는 카메라와 적설면까지의 거리(d)를 이용해서 적설량(Sh) 및 강설량을 측정한다.(단계 S5 및 S6)
도 7을 참고하면, 슬릿 광원간의 거리(SlitD)와 광원과 카메라(120)간의 각도(t)를 이용하여 구한 적설량(Sh)은 h-a×cos(90-t)이고, 여기서, a는 카메라(120)에서 적설면까지 거리, h는 카메라 높이, t는 카메라의 기울기 각도이다.
적설량 측정 장치(130)는 측정한 적설량 및 강설량에 대한 정보를 네트워크를 통해 제설방재시스템(200) 또는 기상청(300)에 전송할 수 있다.
또한, 적설량 측정 장치(130)는 측정한 적설량 및 강설량에 대한 정보를 저장할 수 있고, 적설량 및 강설량에 대한 정보를 수치 또는 그래프로 표시할 수도 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 적설량 측정 시스템 200 : 제설방재시스템
300 : 기상청 110 : 조명기구
111 : 슬릿 필터 120 : 카메라
130 : 적설량 측정 장치 131 : 수신부
132 : 에지 추출 필터 133 : 광원 추출부
134 : 제어부 135 : 통신부
136 : 저장부 137 : 표시부

Claims (7)

  1. 지면 위에 쌓여있는 눈의 상부에 모아레 무늬의 광원을 투영하는 적어도 1개 이상의 조명기구;
    상기 지면과 특정한 거리만큼 이격되어 설치하고, 상기 적어도 1개 이상의 조명기구에 의한 모아레 무늬가 투영된 적설면 영상을 촬영하는 적어도 1개 이상의 카메라; 및
    상기 적어도 1개 이상의 카메라에서 촬영된 적설면 영상 신호를 입력하고, 상기 적설면 영상 신호에서 에지(edge) 또는 릿지(ridge) 성분을 추출한 후 상기 에지 또는 릿지 성분을 이용하여 슬릿 광원을 추출한 후에 슬릿 광원간의 거리 및 광원과 카메라간의 각도를 이용하여 카메라와 적설면까지의 거리를 연산하며, 상기 카메라와 적설면까지의 거리를 통해 적설량 및 강설량을 측정하는 적설량 측정 장치를 포함하는 모아레 방식을 이용한 적설량 측정 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 조명기구는 전면에 슬릿광을 발생하는 슬릿 필터를 설치하고, 유색 광원을 사용하는 것을 특징으로 하는 모아레 방식을 이용한 적설량 측정 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 적설량 측정 장치는
    상기 적설면 영상 신호를 수신하는 수신부;
    상기 수신부에서 전송하는 상기 적설면 영상 신호에서 에지를 추출하는 에지 추출 필터;
    상기 에지 추출 필터에서 추출된 에지에 대해 허프 변환(Hough Transform) 알고리즘을 이용하여 다수의 직선 성분을 추출하고, 상기 다수의 직선 성분에서 슬릿 광원을 추출하는 광원 추출부;
    상기 광원 추출부에서 추출된 상기 슬릿 광원간의 거리와 상기 광원과 카메라간의 각도를 연산하고, 상기 슬릿 광원간의 거리와 광원과 카메라간의 각도를 이용해 상기 카메라와 적설면까지의 거리를 연산하며, 상기 카메라와 적설면까지의 거리를 이용해서 적설량 및 강설량을 측정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 모아레 방식을 이용한 적설량 측정 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 적설량 측정 장치는
    상기 제어부에서 측정된 적설량 및 강설량에 대한 정보를 네트워크를 통해 제설방재시스템 또는 기상청에 전송하는 통신부를 더 포함하고,
    상기 제어부에서 측정된 적설량 및 강설량에 대한 정보를 저장하는 저장부; 및 상기 적설량 및 강설량에 대한 정보를 수치로 표시하는 표시부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모아레 방식을 이용한 적설량 측정 시스템.
  5. 모아레 무늬의 광원을 투영하는 적어도 1개 이상의 조명기구, 상기 적어도 1개 이상의 조명기구에 의한 광원이 투영된 적설면 영상을 촬영하는 적어도 1개 이상의 카메라 및 상기 적어도 1개 이상의 카메라에서 촬영된 적설면 영상 신호를 분석하여 적설량 및 강설량을 측정하는 적설량 측정 장치를 포함하는 적설량 측정 시스템에서 수행되는 모아레 방식을 이용한 적설량 측정 방법에 있어서,
    a) 상기 조명 기구의 전면에 슬릿 필터를 설치하고, 상기 적설면의 상부로 슬릿 광원을 투영하는 단계;
    b) 상기 슬릿 광원이 투영된 적설면 영상을 특정 시간 간격을 두고 복수개의 프레임을 캡쳐하여 적설면 영상 신호를 전송하는 단계;
    c) 상기 적설면 영상 신호에서 에지(Edge) 또는 릿지(Ridge)를 추출하고, 허프 변환(Hough Transform) 알고리즘을 이용하여 다수의 직선 성분을 추출한 후에 서로 다른 슬릿 광원만을 추출하는 단계;
    d) 상기 슬릿 광원간의 거리를 연산하고, 상기 슬릿 광원간의 거리와 광원과 카메라간의 각도를 이용하여 상기 카메라와 적설면까지의 거리를 연산하는 단계; 및
    e) 상기 카메라와 적설면까지의 거리를 이용해서 적설량 및 강설량을 측정하는 단계를 포함하는 모아레 방식을 이용한 적설량 측정 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 e) 단계는
    상기 측정한 적설량 및 강설량에 대한 정보를 네트워크를 통해 제설방재시스템 또는 기상청에 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모아레 방식을 이용한 적설량 측정 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 e) 단계는
    상기 측정한 적설량 및 강설량에 대한 정보를 저장하는 단계; 및 상기 적설량 및 강설량에 대한 정보를 수치로 표시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모아레 방식을 이용한 적설량 측정 방법.
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