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[국내논문] 목자판 표면 상태에 적응적인 영상 기반 수위 계측 기법
Image-based Water Level Measurement Method Adapting to Ruler's Surface Condition 원문보기

韓國컴퓨터情報學會論文誌 = Journal of the Korea Society of Computer and Information, v.15 no.9, 2010년, pp.67 - 76  

김재도 (숭실대학교 전자공학과) ,  한영준 (숭실대학교 정보통신전자공학부) ,  한헌수 (숭실대학교 정보통신전자공학부)

초록
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본 논문은 수위 측정 영역의 오염 상태에 적응적인 영상 기반 수위 계측 기법을 제안한다. 수위를 측정하기 위해 사용되는 목자판이 진흙, 부유물, 조명의 강한 반사에 의해 얼룩진 경우, 목자판 내부의 수평 성분 패턴이 유지되는 영역의 최종 위치와 목자판과 수면의 색상 차를 이용하여 얻어진 대략적인 수위 위치인 참조 수위와의 거리 차를 측정하여 목자판의 오염 여부를 판단하는 기법을 사용한다. 목자판이 오염되지 않은 경우에는 수평 성분이 유지되는 최종 위치의 근방 하단 영역에서 수평 성분의 분포를 분석하여 히스토그램이 가지는 최대값의 30%이상의 값을 가지는 위치를 수위로 검출하고, 목자판이 오염된 경우는 참조 수위 근방의 색상 변화의 국지적인 정점과 골을 검출한 후 그 변화가 가장 큰 위치를 수위로 검출한다. 검출된 영상 수위는 영상에 보이는 목자판의 눈금을 기준으로 생성한 맵핑 테이블을 이용하여 실제 수위로 변환된다. 제안한 방법의 적용 가능성과 일반성을 평가하기 위하여 실제 교량에 측정 시스템을 구축하고 같은 위치에 기존에 설치된 초음파 기반 측정 시스템과 그 측정치를 비교하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper proposes a image-based water level measurement method, which adapt to the ruler's surface condition. When the surface of a ruler is deteriorated by mud, drifts, or strong light reflection, the proposed method judges the pollution of ruler by comparing distance between two levels: the firs...

Keyword

AI 본문요약
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문제 정의

  • Tsunashima[10] 에지검출 기반의 간단한 방법을 제안하였다. 이는 물이 흐를 때 수면에서 나타나는 수평 에지를 검출하는 방법을 제안하였다. 또한 이 방법은 수로의 벽에 수평 줄무늬와 같은 수평선과 같은 잡음에 강인하게 하기 위해 영상 프레임 간의 차영상을 이용하였다.
  • 위에서 기술한 기존 기법들의 경우, 수면 영역과 그 비교 대상이 되는 목자판, 수로의 벽, 육지의 환경 변화에 굉장히 민감하게 반응할 뿐만 아니라, 계측된 수위에 대한 신빙성을 부여하지 못하는 문제를 가진다. 따라서 본 논문에서는 목자판의 오염 상태에 따른 영상 기반 수위 계측 시스템을 제안한다. 제안하는 기법의 전체 흐름도는 그림 1과 같다.
  • 본 논문에서는 수위 계측을 위한 영상처리에 앞서 목자판의 상태를 판단하여, 양호한 경우의 수위 계측 방법과 불량한 경우의 수위 계측 방법을 따로 적용할 것이다. 오염과 조명 반사의 경우 공통적으로 나타나는 특징은 목자판 내부의 특징, 즉, 문자 및 가로 성분이 사라지는 것이다.
  • 본 논문은 수자원 관리와 재해 예․경보의 기초 기술이 되는 영상 기반의 수위 계측 방법을 제안하였다. 기존의 수위계측 연구들에서는 측정 시스템의 오류를 인지할 수 없어 계측된 수위의 신빙성을 부여할 수 없었고, 오류 상황에서의 또다른 측정 방법을 제안하지 않았다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
압력식을 이용한 수위 측정 시스템의 단점은 무엇인가? 압력식은 수면에 부표의 띄워그 위치 변화를 측정하는 형태[1]의 고전적 방법과 압력센서를 이용한 방법[2]이 현재 보편적으로 사용되고 있다. 하지만 이러한 시스템은 부표의 위치를 고정하기 위한 파이프를 설치하여야 하며, 대부분 수압에 의존하고 있고, 장기간 사용할때 자주 센서를 교체해야 하는 단점이 있다. 두 번째는 초음파 센서를 이용한 시스템으로, 수면에 초음파를 발사하여 반사되어 돌아오는 시간을 측정하여 수위를 측정한다[3-5].
수자원 관리와 재해 예측에 있어 가장 기초적인 정보는 무엇인가? 또한 태풍과 국지성 폭우로 인해 갑작스런 강의 범람과 홍수로 인해 수많은 인명 피해와 재산의 손실이 전 세계적으로 매년 발생하고 있어 재해 상황에 대해 대처할 수 있도록 수량을 제어하고 강의 범람을 미리 예측하여 대비할 수 있도록 하는 문제에 대한 관심 또한 증대 되고 있다. 수자원 관리와 재해 예측에 있어 가장 기초적인 정보는 바로 수위 정보이다.
수위 측정 시스템 중 초음파 센서를 이용한 시스템에서는 어떻게 수위를 측정하는가? 하지만 이러한 시스템은 부표의 위치를 고정하기 위한 파이프를 설치하여야 하며, 대부분 수압에 의존하고 있고, 장기간 사용할때 자주 센서를 교체해야 하는 단점이 있다. 두 번째는 초음파 센서를 이용한 시스템으로, 수면에 초음파를 발사하여 반사되어 돌아오는 시간을 측정하여 수위를 측정한다[3-5]. 이 시스템의 경우 그 정확도가 우수하다고 평가되고 있으나 초음파는 입사각, 온도, 습도 등에 따라 그 특성이 변하므로 온도, 습도, 진동 등을 측정할 별도의 측정계를 필요로 하며, 설치 장소에 따라 설치 위치 설계가 복잡하다.
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참고문헌 (14)

  1. 이부영, 박병윤, "부력추를 이용한 지하수위 측정용 센서개발," 한국농림기상학회, 제 1권, 제 1호, 1-5쪽, 1999년 1월. 

  2. B. Y. Lee, B. Y. Park, "Development of High Precision Underground water level meter using a Buoyant Load Cell Technique," Journal of the KSAFM, Vol. 1, No. 1, pp.1-5, 1999. 

  3. J. H. Um, "Inquiry of Special Quality of Supersonic Sensor for Water Level by Non-contact," the bulletin of Korea Environment Engineers Association, Vol. 162, pp.30-36, 2000. 

  4. S. Y. Hwang, "The evaluation an uncertainly of measurement for underground water using an ultrasonic sensor," Process control instrumentation technology, pp.102-107, 1999. 

  5. Jeong, D. H., "Water level measurement techniques by digital Way," Proceeding of Instrumentation Technology, Vol. 13, No. 4, 2005. 

  6. Y. K. Park, et al., "Development of Real time Flood Monitoring System composed of CCD Camera and Water Level Gauge," Fall Conference of Korea Society for Railway, pp.72-76, 2004. 

  7. W. Kim, et al., "Development of the Image Stage Gauge using the Image Process Technique," Conference of Korea Water Resource Association, pp.500-5004, 2006. 

  8. Y. Takagi, A. Tsujikawa, M. Takato, T. Saito, M. Kaida, "Development of a non-contact liquid level measuring system using image processing," Water science and technology, Vol. 37, No. 12, pp.381-387, 1998. 

  9. Y. Takagi, T. Yoneoka, H. Mori, M. Yoda, A. Tsujikawa, T.Saito, "Development of a water level measuring system using image processing," The 1st IWA conference on instrumentation, control and automation, pp.309-316, 2001. 

  10. N. Tsunashima, M. Shiohara, S. Sasaki, J. Tanahashi, "Water level measurement using image processing," Information processing society of Japan, Research report, Computer vision and image media, Vol. 121, No. 15, pp.111-117, 2000. 

  11. Iwahashi M., Udomsiri S. "Water Level Detection from Video with FIR Filtering," the 16th International Conference on Computer Communication and Networks, pp.826-831, 2007. 

  12. Roger. Y. Tsai, "A Versatile Camera Calibration Technique for High-Accuracy 3D Machine Vision Metrology Using Off-the-shelf TV Cameras and Lenses," IEEE Journal of Robotics and Automation, Vol. 3, No. 4, pp.323-344, 1887. 

  13. Z. Zhang, "A Flexible New Technique for Camera Calibration," IEEE Transaction on Pattern Analysis and Machine Intelligence, Vol. 22, No. 11, pp.1330-1334, 2000. 

  14. K. J. Kim, N. K. Lee, Y. J. Han, H. S. Hahn, "Remote Detection and Monitoring of a Water Level Using Narrow Band Channel," The 6th WSEAS International Conference on Signal Processing, Robotics And Automation, pp.16-19, 2007. 

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