- 1 -

01-A-B-154

중소기업 기술혁신개발사업 최종보고서

광학기구와 영상인식을 이용한(

원격네트워크 적설계측시스템의 개발 )

년 월2002 6

주 관 기 업 : 주 태민메카트로닉스)

위탁연구기관 : 경희대학교

- 2 -

제 출 문

중소기업청장 귀하

본 보고서를 광학기구와 영상인식을 이용한 원격네크워크 적설계측시스템의 개발"

에 관한 중소기업 기술혁신개발사업 개발기간 과제의" ( : 2001.05. ~ 2002.04.)

최종보고서로 제출합니다.

년 월 일2002 06 28

주관기업 : 주 태민메카트로닉스( )

과제책임자 : 김 진 형

위탁연구기관 : 경희대학교

- 3 -

요 약 서 초 록( )

과 제 명광학기구와 영상인식을 이용한

원격네크워크 적설계측시스템의 개발

주 관 기 업 주 태민메카트로닉스( ) 과제책임자 김 진 형

개 발 기 간 월2001. 05 . ~ 2002. 04. ( 12 )

총개발사업비

천원( )

정부출연금 천원73,000총개발

사업비천원101,473

기업부담금현금 천원15,300

현물 천원13,173

위탁연구기관

개발참여기업경희대학교

주요기술용어

개(6~10 )

네트워크 기발 지능형 적설센서모듈 광학기구 영상인식, , , ,

원격제어시스템 적설계측장치,

기술개발목표1.

기술개발의 목적 및 중요성2.

기술개발의 내용 및 범위3.

기술개발 결과4.

기대효과5.

- 4 -

기술개발목표1.

투과형 광학장치를 사용한 지능형 센서모듈과 카메라에 의한 영상인식을 통하CCD

여 정확하고 환경의 영향을 받지 않는 적설계측시스템을 개발하고 이를 인터넷 또

는 네트워크를 통하여 영상 및 적설정보의 직접 모니터링이 가능하게 함으로서 보

다 신뢰성있고 즉각적인 적설정보를 수집함과 동시에 신속한 악천후 기상에 대한

대비가 가능한 시스템의 개발을 그 목표로 한다.

기술개발의 목적 및 중요성2.

본 연구에서 개발하고자 하는 기기는 무인형 원격 적설측정 시스템으로서 필요한

적재적소에 설치하여 원격으로 적설데이터를 모니터링할 수 있을 뿐만 아니라 대,

설 또는 적설강도가 기준 이상 발생시 자동으로 경보신호가 네트워크를 통하여 송

신되며 영상정보를 기반으로 볼 수 있으며 적설강도 및 양의 시간에 따른 천Web ,

이 등에 대해 단계적인 대처가 가능하도록 한다.

기술개발의 내용 및 범위3.

가 지능형 적설센서모듈.

지능형 적설센서모듈은 전용 제어기와 그 제어기에 의해 제어되는 발광소자와 이에

대응하는 수광소자로 이루어진다 이 전용제어기는 중앙 제어장치와의 통신에 의해.

수 발광모드 및 제어모드를 적절히 바꿀 수 있다 일차적으로 적설량은 지능형 적.⋅설센서 모듈에 의해 측정된다.

나 카메라 영상인식장치. CCD

동기되어 발광하는 발광부의 빚은 중앙 제어장치에 의해 제어되는 카메라를CCD

통하여 영상으로 얻어지고 이를 영상인식을 통하여 이차적인 적설량이 측정된다.

영상에 의해 적설강도 및 주변환경 상황이 입력이 되고 이애 따라 두가지 방법에

의해 얻어진 적설량 계측 데이터의 보정이 이루어진다.

다 기반 원격 영상전송 시스템. Web

인터넷 및 네트워크 환경에서 사용 가능한 기반의 원격 영상전송 시스템을 구Web

축하여 얻어진 적설량 데이터와 현장영상을 원격지에서 실시간으로 볼 수 있도록

개발한다.

기술개발 결과4.

현재 마크 인증을 진행중에 있음KS .

- 5 -

기대효과5.

기상관측 분야에서의 진보된 자동화 시스템의 개발과 멀티미디어 영상인식분야는

기술선진국들도 경제성 확보와 국가 경쟁력확보 측면에서 국가적인 차원에서 지원

개발되고 있으며 최근에 정보 기술 발전의 주력 분야이므로 보다 적극적인 투자와

개발이 필요하며 이 분야의 기술개발은 기술경쟁력과 정보화 산업 분야에 미치는

영향과 의의가 크다.

- 6 -

목 차

제 장 서론1

제 절 기술개발의 중요성 필요성1 ( )

제 절 기존 기술 또는 제품 의 문제점과 개선방안2 ( )

제 절 기술개발에 따른 기대효과3

제 절 기술개발 내용4

제 장 개발된 적설계시스템2

제 절 개요 구조 및 동장1 -

제 절 적설계시스템의 구성2

제 장 적설계측 알고리즘3

제 절 영상 인식1

제 절 적설 영상계측 알고리즘2

제 장 클라이언트 및 동작4

제 절 클라이언트 구동1

제 절 메인화면 설명2

제 절 고정 카메라 화면3

제 절 펜틸트 카메라 화면4

- 7 -

제 장 서론1

제 절 기술개발의 중요성 필요성1 ( )

우리나라는 세계기구에 의해 이미 수자원 부족국으로 정의된 상태이다 또한 국내.

강수량의 대부분이 여름 장마기에 집중되어 있으며 봄 가을 겨울은 고질적인 물, ,

부족현상을 겪고 있다 특히 강설량이 적은 봄철의 물부족은 심하여 가뭄의 피해,

가 매우 심각한 형편이다 이 같은 배경으로 겨울철 강설량의 측정은 국가차원의.

수자원관리 측면에서 매우 중요하다.

또한 근래의 전국적민 폭설과 기습적인 남부지방의 강설 현상으로 국가적으로 막

대한 손실을 초래했다 그러나 즉각적인 대설주의보나 강설주의보가 이루어지지 못.

하였고 지역마다의 즉각적이고 정확한 적설측정이 수행되지 못함으로서 한정된 제

설장비의 투입이 효율적으로 수행되지 못하였다 따라서 이와 같은 기상재해를 미.

연에 방지하고 수자원의 관리를 위한 효율적인 기상관측의 일환으로 적설 측정 및

관리의 필요성이 증대되어 왔다.

본 연구에서 개발하고자 하는 기기는 무인형 원격 적설측정 시스템으로서 필요한

적재적소에 설치하여 원격으로 적설데이터를 모니터링할 수 있을 뿐만 아니라,

대설 또는 적설강도가 기준 이상 발생시 자동으로 경보신호가 네트워크를 통하-

여 송신되며

영상정보를 기반으로 볼 수 있으며- Web .

- 8 -

적설강도 및 양의 시간에 따른 천이 등에 대해 단계적인 대처가 가능하도록 한-

다.

이러한 성능에서 볼 때에도 본 제품과 같이 독창적인 한국형 광학기구와 영상인”

식을 이용한 원격네트워크 적설계측시스템 의 개발은 국가의 국가 경쟁력 및 국민”

의 생명과 재산 보호 측면에서도 매우 절실하며 중요함.

제 절 기존 기술 또는 제품 의 문제점과 개선방안2 ( )

일반적으로 적설이란 고체상의 강수 눈 싸락눈 싸락우박 등 가 지면에 내려 쌓, ( , , )

여 있는 깊이를 말한다 눈이 노장 또는 노장 주위의 지면에 반 이상 덮였을 때 적.

설이라고 정의한다 아무리 많은 눈이 내리더라도 지면에 쌓이기 전에 녹아버려 지.

면의 반 이상을 덮지 못하면 적설은 없고 단지 일기현상만이 있는 것이다 적설의, .

단위는 이며 소수점 아래 첫 번째 자리까지 측정한다 일반적인 적설량의 측정cm . .

법은 적설판 위의 눈금자를 사용하여 그 쌓인 눈의 양을 목측하는 방법이다 그러.

나 과학기술에 발달로 인하여 다양한 센싱기술이 개발되었고 이를 기상의 관측에, ,

적용하는 사례가 늘고 있다 참고문헌[ ].

- 9 -

표 기존 기술 또는 제품 과 제안된 적설계의 비교1. ( )

구분 기존의 일반 적설측정기 제안된 적설측정시스템 연구 당위성

작동방식

단순 아날로그 로직 회로/ 마이크로프로세서회로 수발광 신호처리를전용 제어기에서담당하고중앙제어기에서는통신에 의해관리하므로신뢰성이 높아짐.

단순 아날로그와단순논리의 조합으로복합적인 상황에 대해신뢰성있는 대응이어려움.

마이크로프로세서에 의해복합적인 상황에 대해신뢰성 있는 대응과지능적인 제어 및 측정이가능.

점검관리용이성

매우 나쁨 매우 좋음마이크로프로세서에의한 상시동작체계를 자체로

함으로써Monitoring이상 발생시 표시가능.

기기의 고장 발생의판단이 불가능하고전문가나 설치회사에의해서만 수리나유지보수가 이루어 지고있음.

영상정보에 의해 자기모니터링이 가능하며네트워크 기능으로기기이상 여부를 자동통보할 수 있음.

측정조건

측정이 제한됨 전천후 측정이 가능 대설시와 같은재해에 해당하는상태에서도 신뢰성있는 측정이가능함.

직설 강도가 어느 정도이하에서만 작동하므로대설 재해시 보정이 되지않음.

영상에 의해 적설강도자체도 측정이 가능하여신뢰성 있고 보다 정확한측정이 상시 이루어짐

센서구조및개발

일반 상용화된 센서 사용 모듈화된 전용 센서 사용

보다 고성능의제품을 위한 개발이필요.

적설관측용이 아닌초음파센서 또는 온도센서등을 이용한 적설계의구성.

센서 매트릭스 방법으로저전류형의 smart

를 구성하여sensor개발하고자 함.

확장기능

없 음

있음 통신 및 자료입출력부가 있어국가적인 망과연동하여 사용가능.

기상망 재해대책망, ,수자원망 등과 연결되어사용 가능

자가진단기능

없 음

있음self-diagonize알고리즘 내장하여복원 기능이뛰어나며 통신입력으로도 리셋이가능

마이크로프로세서를내장하여 워치독타이머에 의한 자기점검과 시 자가fail리셋기능으로

기능이 뛰어남fail-safe

측정방법

일반적인 아날로그 신호의측정으로 적설을 추정.

기존의 사람에 의한측정교본을 알고리즘화함으로서 보다 인간에가까운 측정성능을 지님.

개발 제품의 성능및 신뢰도 인증후설치 기준에 따른기존 제품과병행하여 설치가능.

- 10 -

이와 같는 적설측정장치로는 평형우설량계와 적설심도계가 있다 평형우설랑계는.

강수량의 질량을 높이로 환산하여 측정하는 기구로서 구조는 일반적인 접시형 저

울과 같다 적설심도계는 측정장소에 수감부를 설치하고 관할기상관서에서 적설량. ,

을 임의시간에 관측할 수 있도록 원격기능을 갖고 있는 적설 관측장비이다 그러나.

이 같은 장비들은 그 측정에 많은 오차 요인이 있을 뿐만 아니라 매우 번거로운 작

업이 필요하다 예를 들면 여러 이물질 등이 장애가 될 경우는 정확한 계측이 어려. ,

워 신뢰성이 떨어진다는 단점이 있다 또한 눈이라는 물질의 특성상 주위기온이 높.

아지면 녹게 되거나 밀도상의 문제 때문에 발생하는 축적후의 자중으로 인한 높이,

불균형 등을 시간에 대해 보정 처리해야 하는데 이 같은 사항들을 처리할 수 없는,

단점이 있다.

본 연구에서는 기존 방식의 단접인 단 방향성과 현실감의 결여를 극복하기 위해 첨

단 멀티미디어 기술인 영상인식 기술과 인터넷을 이용하여 현장에서 발생하는 상황

을 영상처리를 통하여 정량화하고 감시 분석할 수 있는 시스템을 개발하였다 발광, .

부를 이용하고 카메라에 의한 영상인식을 통하여 정확하고 환경의 영향을 받CCD

지 않는 알고리즘을 개발하였고 얻어진 영상 및 적설정보를 인터넷 또는 네트워크,

를 통하여 직접 모니터링이 가능하게 함으로서 보다 신뢰성 있고 신속한 적설정보

의 수집에 의한 악천후 기상에 대한 대비가 가능한 시스템에 대해 연구하였다.

- 11 -

제 절 기술개발에 따른 기대효과3

보다 진보된 형태의 영상인식 방식의 적설측정장치 개발 효과◇

측정을 인간이나 측정소자에 의존하던 방식에서 영상인식방식으로 교체함으로1>

설치 및 운영의 편리성을 확보

인간에 의존한 관측 방식에서 무인화된 관측환경을 제공하고 측정에서 화까2> DB

지 일괄처리가 가능하므로 처리시간의 단축

정확한 자료를 바탕으로 업무능률 향상과 체계적이고 정확한 정보제공으로 관3>

련 산업분야에 효과 파급

수자원 계획 수립시 결과를 미리 예측하여 과정의 오차를 최소화4> ,

제설 계획 수립시 판단근거의 체계화로 업무의 효율성 증대와 투명성 확보5>

기반 기술을 이용한 원격영상감시 시스템을 기반으로 현장상황을6> Web Internet

직접 현장감 있는 영상을 측정 데이터와 항께 제공함으로써 보다 정확한 악기상

대비체제로 전환이 가능함.

빠른 시간에 고품질의 정보제공과 쌍방항의 제어를 구현하여 유지 및 관리에서7>

등 기존 시스템을 이용하여 설치현장에 네트워크를 통하여 최대한을 보다 쉽게PC

접근할 수 있게 하여 기업경쟁력을 증대시킴.

현재 수입되고 있는 기상관련 관측기기를 국산화하고 대체함으로써 국제경쟁력8>

있는 상품화가 가능하게 되고 수출까지 가능함.

- 12 -

원격 영상 적설측정 시스템은 단순한 적설측정뿐 아니라 기반의 영상9> Internet

전송 기능과 부가장비로 각종 센서 알람 기구부와 연결이 가능하여 기존의 자동, ,

기상관측장비와 연계하여 완벽한 자동 기상관측장비 솔루션으로 제공 될 수 있음.

기상관측 분야에서의 진보된 자동화 시스템의 개발과 멀티미디어 영상인식분야는

기술선진국들도 경제성 확보와 국가 경쟁력확보 측면에서 국가적인 차원에서 지원

개발되고 있으며 최근에 정보 기술 발전의 주력 분야이므로 보다 적극적인 투자와

개발이 필요하며 이 분야의 기술개발은 기술경쟁력과 정보화 산업 분야에 미치는

영항과 의의가 크다.

이와 같은 이유로 영상인식기술과 연계된 기상 자동화 측정시스템의 개발은 그 계

획이 완료되는 시점에서 나타내어 보일 수 있는 기업의 기술력이라는 측면이외에

도 현재 대규모 투자를 하고 있는 선진국들과의 경쟁에서 앞서 나가기 위한 필연적

인 사업이며 개발이 완료되고 전문분야에 노하우가 접목된다면 상품화하였을 때에

는 엄청난 부가가치 창조는 매우 높으며 산업 기반 기술인 환경분야에서의 자동화

기술개발은 세계시장에서도 앞서 나아갈 수 있는 기틀이 될 것임이 확실하다.

- 13 -

제 절 기술개발 내용4

기술개발 목표1.

투과형 광학장치를 사용한 지능형 센서모듈과 카메라에 의한 영상인식을 통하CCD

여 정확하고 환경의 영항을 받지 않는 적설계측시스템을 개발하고 이를 인터넷 또,

는 네트워크를 통하여 영상 및 적설정보의 직접 모니터링이 가능하게 함으로서 보

다

신뢰성 있고 즉각적인 적설정보를 수집함과 동시에 신속한 악천후 기상에 대한 대

비가 가능한 시스템의 개발을 그 목표로 한다.

기술개발 내용2.

가 지능형 적설센서모듈.

지능형 적설센서모듈은 전용 제어기와 그 제어기에 의해 제어되는 발광소자와 이

에 대응하는 수광소자로 이루어진다 이 전용제어기는 중앙 제어장치와의 통신에.

의해 수 발광모드 및 제어모드를 적절히 바꿀 수 있다 일차적으로 적설량은 지.⋅능형 적설센서 모듈에 의해 측정된다.

다음과 같은 세부 기술이 개발된다.

전용 제어기에 의한 지능형 동적 수 발광 구동방법 및 구동장치- 16 bit ⋅에 의한 동기식 측정인식법 및 주변 조도에 따른 발광 강도 제어- Address

통신에 의한 제어 및 측정 모드 절환-

모듈 적층식 구조 설계- /

- 14 -

나 카메라 영상인식장치. CCD

동기되어 발광하는 발광부의 빛은 중앙 제어장치에 의해 제어되는 카메라를CCD

통하여 영상으로 얻어지고 이를 영상인식을 통하여 이차적인 적설량이 측정된다.

영상에 의해 적설강도 및 주변환경 상황이 입력이 되고 이에 따라 두가지 방법에

의해 얻어진 적설량 계측 데이터의 보정이 이루어진다.

다음과 같은 세부 기술이 개발된다.

영상처리 기술을 이용한 영상정보 입력-

입력 를 해석하여 분류 식별 동정에 의한 적설량 판독- Pattern , ,

센서 모듈과의 통신에 의한 제어 알고리즘 개발-

다 기반 원격 영상전송 시스템. Web

인터넷 및 네트워크 환경에서 사용 가능한 기반의 원격 영상전송 시스템을 구Web

축하여 얻어진 적설랑 데이터와 현장영상을 원격지에서 실시간으로 볼 수 있도록

개발한다.

다음과 같은 세부 기술이 개발된다.

베이스의 네트워크 기술- TCP / IP

스트림 영상 압축기술 및 그 복원 기술-

기반기술- Web

- 15 -

기술 요약표○

구 분 주 요 내 용 성능 및 규격

원료자재-전용 제어기기 및

드라이버의 개발

전용 마이킹과16bit

제어기PC

개발기술 및 방법-측정 및 인터넷을 통합한

멀티미디어 정보측정기술

주소 구동 광학방식과

기반 영상전달 기술Web

개발제품 용도 기능- /적설량 측정 및 영상정보

전달

높이중 의1.5m 1cm

분해능으로 측정

개발목표-

광학기구와 영상인식을

이용한 원격네트워크

적설계측시스템의 개발

완료기술의 평가○

평 가 항 목 평가방법 적용기준개 발

목표치달성도

적설측정 높이 현장 설치 후 측정 기상 측정교본 1.5m 1.5cm

측정분해능 〃 〃 1cm 1cm

측정가능 적설강도 〃 〃 50cm/hr 60cm/hr

동작온도 범위 저온 숙성 실험 KS -40℃ -

영상전달 해상도 현장설치 -320x240

pixelOK

최대영상전달 속도 인터넷 측정방법 -15

frame/seeOK

- 16 -

기술개발 수행 및 역할분담○

단계별 세부개발 내용

보유여부 수행기관기술개발기간월단위(2 )

비

고

기확보

개발대상

주관기관

위탁기관

개발참여기업

2 4 6 8 10 12

센서특성 기초실험 O O --

구동회로 구성 O O --

센서모듈 회로셀계 O O ---

센서 구조설계 O O ---

영상 인식CCD O O ---

적설량측정 영상( ) O O ---

기반 영상전송Web O O -

통신에 의한 제어 O O O --

시스템 통합 O ---

측정 및 보정 O O --

보고서 작성 O O --

- 17 -

제 장 개발된 적설계시스템2

제 절 개요 구조 및 동작1 -

적설계측시스템의 구조는 그림 과 같이 되어 있다 적설기준자는 노장에 설치되1 .

는 수직으로 직립한 높이 의 구조물이다 적설기준자는 전용 제어기와 그 제1.5m .

어기에 의해 제어되는 반경 의 발광소자가 간격으로 취부된 기준10mm LED 10mm

판으로 구성되어 있다 전용제어기는 웹서버의 기능을 하는 중앙 제어장치 와의. (PC)

통신에 의해 수발광모드 및 제어모드를 적절히 바꿀 수 있다 적설기준자 주위로.

눈이 쌓이게 되면 쌓인 부분은 가 가려져 외부에서 발광을 볼 수 없게 되고 가LED

려지지 않은 부분의 에 의해 적설량을 측정하게 된다LED .

그림 적설계시스템의 모식도1.

- 18 -

동기되어 발광하는 발광부의 빛은 중앙 제어장치에 의해 제어되는 카메라를CCD

통하여 영상으로 얻어지고 이를 영상인식을 통하여 적설량이 측정된다 영상에 의.

해 적설강도 및 주변환경 상황이 입력이 되고 이에 따라 얻어진 적설량 계측 데이

터의 보정이 이루어진다 본 시스템에서는 기상학에서 정의된 원칙에 입각하여 측.

정자가 목측 적설측정 방법을 그대로 구현할 수 있는 영상을 이용한 측정방법을 사

용하였다.

일반적으로 적설측정을 요하는 곳은 산악지역이나 눈이 많이 쌓여 사람이 접근하

기 힘든 곳이 많다 또한 사람이 수시로 측정할 수 없는 시간대인 야간 강설에 의.

해 야기되는 피해는 매우 심각한 수준이다 본 시스템은 이와 같은 단점을 보완하.

여 무인으로 운용될 수 있도록 설계되었다 또한 중앙제어기는 인터넷 및 네트워크. ,

환경에서 사용 가능한 기반의 원격영상전송 시스템으로 구축되어 얻어진 적설Web

량 데이터와 현장영상을 원격지에서 실시간으로 볼 수 있도록 설계되었으며 주변.

환경을 원격지에서 영상을 통하여 확인하기 위하여 설치된 카메라의 위치를 원격조

정 기능을 제공하였다.

- 19 -

이처럼 멀티미디어 기술인 영상 인식 기술을 이용하여 기존 방식의 단점인 현장성

과 단 방향성을 극복하고 현장에서 발생하는 상황을 영상 카메라와 지능형 센CCD

서부의 신호를 기반으로 악천후 시 보다 정확한 적설현황파악을 가능하게 하는 시

스템으로 네트워크 상에서 허용된 원격지 컴퓨터 사용자면 어느 곳에서나 원격모니

터링이 가능하도록 하였다 이와 같은 구성은 여러 지역 그리고 여러 사용자가 동.

시에 접속할 수 있도록 하는 첨단 네트워크 장비의 특성이 있다.

제 절 적설계시스템의 구성2

그림 적설계시스템의 구성2.

- 20 -

적설계 시스템은 그림 와 같이 여러 모듈로 구성되어 있는 일종의 종합 계측기기2

이다 크게 분류하면 그림에서 일점 쇄선으로 구분된 상반부의 사용자 측면에서 보.

았을 때 원격지에 위치하여 서버의 기능을 하는 계측부와 사용자에 대해 로컬에 위

치하여 데이터 저장과 표출 기능을 담당하는 측정 클라이언트의 두 부분으로 이루

어진다 여기서 중심이 되는 부분은 상반부 계측부로서 이를 영상 적설 측정장치라.

고 일컫기도 한다.

다음은 구성되고 있는 각 모듈에 대한 사항을 설명한다.

적설기준자 및 그 구동제어기1.

적설기준자는 측정단위마다 발광소자 가 설치되어 있다 이와 같이 적설기준(LED) .

자로 측정하고자 하는 관측지에 설치되면 눈이 쌓인 높이까지는 빛이 가려져서

카메라로 영상을 받아들이고 이를 적절한 이미지프로세싱을 통하여 적설의 높CCD

이를 측정한다 그러나 항상 켜져 있는 와 카메라에만 의존하는 단순한 영상. LED

측정방법은 외기 온도 주변 빛의 밝기 내리는 눈의 강도 등에 따라 오차요인이 많, ,

고 신뢰성 있는 적설량의 측정이 불가능해진다.

- 21 -

따라서 본 적설계는 적설기준자에 별도의 제어장치를 두고 영상적설 측정시스템 주

제어기과 통신을 통하여 를 카메라의 영상 캡쳐 순간과 동기시켜 구동하고 그LED

밝기와 주기 또한 프로그램에 의해 제어되도록 하였다 그림 는 이와 같은 적설. 3

센서를 구성하기 위해 와 동기시켜 적설기준자에 내장된 의 구동을 위한CCD LED

구동회로의 일부이다 적설기준자는 일정한 간격 또는 으로 가 박. (5mm 1 cm) LED

혀 있고 길이 사양에 의해 그 개수가 결정된다 그림 의 회로도는 기본적인 설계. 3

를 보여주며 계속 적층하여 사용할 수 있는 모듈러 구조로 이루어져 있다 즉 좌.

상부의 인코더 회로에 의해 별도 제어기와 연결된 어드레스 신호가 인코딩되어 그

주소에 해당하는 모듈만 활성화시키게 된다 그림에서 점선으로 표시된 사각형이. 8

개의 로 구성된 모듈화된 발광부와 발광부 구동회로를 나타낸다 각 모듈화된LED .

발광부는 하단의 디코더로 입력된 신호에 의해 개중 개의 만 구동된다 즉8 1 LED .

일련의 어드레스와 비트 데이터가 주어지면 상부의 어드레스 인코더와 하부의 디3

코더에 의해 단 위치의 만 켜지게 된다 따라서 제어기에서는 적절히 어드레스LED .

와 데이터를 적설기준자로 보내면 원하는 위치의 만 켜지게 된다 실제 이 회LED .

로는 방식을 사용하므로 의 특성과 잔상을 이용하여 프로그램dynamic drive LED

에 따라 하나의 만 켤 수도 있고 여러 개의 를 동시에 켤 수도 있고 등간LED LED

격으로 켜거나 의 발광 휘도를 조정할 수 있도록 되어 있다 이에 따랴 원거리LED .

에 위치한 카메라는 가 켜져 있음을 확인하면 눈이 그 높이까지 쌓이지CCD LED

않았음을 알게되고 가 켜진 것을 확인하지 못하게 되면 눈이 쌓여 있다고 간주LED

하고 다음 위치의 를 켜는 명령을 내보낸다 이와 같은 명령을 반복하여 결국LED .

정확한 적설량을 판별하게 된다 그림 는 실물과 동일하게 적설기준자는 검게 그. 4

리고 발광하는 는 빨강으로 나타낸 확대된 그림이다LED .

- 22 -

그림 적설기준자 구동회로3. LED

그림 확대된 적설기준자 모습4.

- 23 -

적설기준자 제어기2.

적설기준자 제어기는 측정된 적설랑 날자 시간 및 주변정보를 나타내기 위해 그, ,

림 와 같은 구조를 갖는다5 .

적설제어기 및 표시장치의 모식도(a)

- 24 -

적설기준자 제어기 회로도(b)

그림 적설기준자 제어기 구조5.

- 25 -

제어기는 표시장치 인터페이스 직렬통신 포트 아날로그 입력 인터페이스 타이머. , .

카운터 인터페이스 그리고 디지털 입출력 인터페이스를 가지며 그림과 같이 외부/ .

모듈과 연결되어 있다 이중 직렬통신 포트는 적설계측부의 주 제어장치인 기반. PC

의 제어기와 통신하기 위한 인터페이스로서 카메라 적설기준자의 동기 및 표시에/

대한 제반 명령이 이 포트를 통해 주어진다 이 제어기는 플레시 메모리에 저장되.

어 동작하는 자체적인 모니터링 프로그램에 의해 구동되며 전용 제어기인 인텔사

의 를 로 사용하였다 센서로부터 얻어지는 데이터는 일정시간 동안80C196KC CPU .

에 저장되며 일정 시간 내에 직렬통신을 통해 오류신호가 주어지면 주 제어기RAM

로 재전송이 되고 그렇지 않으면 자유로이 폐기시킨다.

강수랑 센서 및 강수감지 센서3.

강수량 센서 및 강수감지 센서는 기본적으로 기상청에서 인증 받은 센서를 구입하

여 사용한다 강수량 센서는 강수량을 알려주는 센서로서 일정한 강수량 단위마다.

직류전압을 펄스 형태의 출력으로 내보내는 구조로 되어 있다 적설기준자 제어기.

는 이 출력을 카운터 인터페이스를 통하여 카운트함으로서 강수량을 측정한다.

강수감지 센서는 비나 눈이 오고 안오는 것을 구분해주는 센서이다 이 센서 출력.

은 강수 유무를 나타내는 디지털 출력과 강수의 정도를 나타내는 아날로그 출력 두

개를 모두 발생시킨다 적설기준자 제어기는 이 신호들을 디지털 및 아날로그 인터.

페이스를 통하여 받아들임으로서 강수 유무와 정도를 측정한다.

- 26 -

주 제어기4.

기반의 제어기로서 영상 적설계측 시스템의 주 제어기이다 다음과 같은 기능PC .

을 수행한다.

단위 시간의 영상 및 다른 센서 신호를 입력받아 영상처리와 신호 판정을 통해-

적설량을 판정한다.

감시용 카메라를 제어하는 기능을 갖는다- CCD .

측정된 적설량은 다른 센서 데이터와 함께 필요하면 일부 영상도 함께 주제 어- ( )

기의 하드디스크에 저장된다.

설정된 시간에 따라 원격지로 영상 및 수치 데이터를 전송한다- .

원격지에 있는 사용자의 명령을 네트워크를 통하여 전송받아 카메라 적설기준- ,

자 및 기타 동작 명령을 수행한다.

원격 클라이언트 제어기5.

원격지의 는 기본적으로 자료 서버의 기능을 하여야 하고 적설서버들로부터PC DB

데이터를 입력받아 관리하는 역할을 한다 클라이언트들로부터 데이터의 요청이 들.

어왔을 때 그것을 효율적으로 분배하고 검색하며 클라이언트의 유저를 관리하고 보

안문제를 해결한다.

- 27 -

제 장 적설계측 알고리즘3

제 절 영상 인식1

일반적으로 영상의 인식과정은 영상입력 전처리 특징 추출 인식 출력의 단계를, , , ,

갖는다 전처리는 입력된 영상에 대해 인식을 위한 특징추출에 알맞도록 영상[1].

데이타를 개선 변형시키는 작업이다 특징추출은 전처리 과정이 끝난 문자, . [1,2]

데이터에서 인식 알고리즘에 필요한 특징 요소를 추출하여 특정벡터를 구성하는 것

으로 영상 마스킹 변환 등을 이용한다 영상 인식부에서 가장 중요한 것은 캡쳐된, .

영상에서의 인식방법 이다LED .

본 연구에 적용한 알고리즘은 적설에 의해 가려진 와 가려지지 않은 최저 높이LED

의 를 판별함으로써 적설의 높이를 측정하는 방법들 이용하였다 즉 임의 위치LED . .

의 를 켠 상태에서 카메라로 관측하여 가 보이면 적설의 높이는 그 의LED LED LED

높이보다 낮은 것이고 그렇지 않은 경우는 적설의 높이가 높이보다 높은 것이LED

다 이와 같은 방법은 캡쳐된 영상에 가 나타나는지 아닌지 결정하는 참과 거. LED ,

짓의 진리문제를 최대한 활용한 방법이다.

실제 적설시스템에서 의 판별은 매우 어렵다 왜냐하면 일반적인 카메라LED . CCD

를 이용하여 전체 길이 에 대해 의 해상도를 즉 의 고해상도를1.5m 10mm , 1/1500

갖는 영상판별 문제가 되기 때문이다 또한 이 적설계측시스템이 야외에 설치되므.

로 자연광 직사광선에 의한 영상의 변화 및 외부 잡음을 해결해야 한다.

- 28 -

작성1. Mask

전체 영상에서 의 변화를 찾기 위해 카메라에 의해 획득된 영상에서LED CCD LED

를 판별할 때 영상 프레임을 캡쳐하는 중간에도 다른 주변의 환경의 변화가 있을

수 있다 그렇기 때문에 의 위치를 기억시키고 그 정해진 의 위치에서의 변. LED LED

화만을 체크하기 위해서 마스크를 작성한다.

를 모두 켜서 사진을 한 장 찍고 를 모두 꺼서 사진을 한 장 찍었을 때 그LED LED

사진의 변화가 바로 의 위치가 된다 하지만 현장에서 프로그램 해 본 결과 외LED .

부의 노이즈가 있으므로 위와 같은 마스크작성을 수십 차례 하여 그 결과들을 비교

하여 최종의 마스크를 작성할 수 있게 해야 한다.

설척이나 카메라의 위치 모두 변하는 것이 아니므로 주어진 환경에서 생성된 마스

크를 파일로 저장하여 계속된 측정에 적용한다 마스크 작성은 낮보다는 밤이 훨씬.

정확한 값이 나온다.

원 영상(a) 마스크를 위한 영상(b) 마스크 처리된 영상(c)

그림 적설 영상 처리6.

- 29 -

검출2. LED

프레임마다 사진을 찍어서 그 변화에다 앞서 작성한 마스크를 적용시켜서 변화가

발견되었으면 가 발견되었다고 할 수 있다 를 최대로 잘 인식하기 위한LED . LED

방법을 찾아야 할 것이다 여러 가지 방법이 있을 수 있다 그 여러 가지ON/OFF . .

방법 중에서 적설값에서 함수형태를 그리며 하는 방법이 가장 좋sinenoid ON/OFF

을 듯 싶다.

이 방법은 밑에서부터 적설값이 검출될 때까지 상승하다가 적설값이 검출되면 그

주변을 함수를 그리며 진폭을 줄여가듯 를 계속 검사하는 방식이다sinenoid LED .

한 번 적설값만 검출된다면 그 다음부터는 적설값을 거의 곧바로 찾아낼 수 있으며

만약에 에러가 있을 경우에도 앞 값과 뒷 값이 상호연관이 있으므로 오차 보정도

쉽다.

적설량 계측 보정3.

가 검출되었을 경우에 그 값이 적설값이라고 할 수 있다 하지만 그 값이 에러LED .

값일 경우도 있는데 를 곡선의 방법을 사용하여 를 제어한다면 에러값LED SIGN LED

을 보정할 수 있다 다음 테이블이 대표적인 예이다. .

- 30 -

표 를 이용한 적설량 계측보정1. LED

검출유LED 검출무LED

하위 유LED 정상값 〃

하위 무LED 오류값 〃

상위 유LED 〃 오류값

상위 무LED 〃 정상값

제 절 적설 영상계측 알고리즘2

먼저 영상적설장치가 설치되면 적설기준자에 그려진 눈금을 통하여 화면 영상의 높

이 길이와 실제 길이 간의 변환표를 얻는다.

카메라에 의해 얻어지는 영상은 그림 과 같은 컬러 영상을 얻게 된다 그림 은7 . 7

실제 강원도 지역에 설치되어 시험 운영 중인 적설측정시스템에서 얻어진 영상이

다 야간 적설측정은 조명이 가해지며 본 영상은 야간에 얻어진 영상이다 사진에 서. .

적설기준자의 길이 방향으로 켜져 있는 의 영상을 뚜렷이 볼 수 있다LED .

- 31 -

그림 적설계측시스템에 의해 획득된 실제 영상7.

- 32 -

먼저 영상인식을 위해 전체 화면을 이미지 프로세싱하는 것은 많은 시간이 소요될

뿐만 아니라 적설기준자 이외 부분에서 발생할 수 있는 잡음 때문에 인식 오류가

발생할 확률도 상당히 높다 한편 적설계측시스템은 한번 설치되면 그 카메라 위.

치와 적설기준자의 위치는 고정이 되므로 적설기준자를 포함한 주변 일부 영상은

항상 획득된 영상에 대해 고정된 상대적인 위치 좌표를 갖게 된다 따라서 적설시.

캡쳐된 영상을 대략적인 패턴 분석을 통하여 적설자가 위치하는 부분만 잘라서

이미지 프로세싱을 시행한다 그림 참조(cropping) . ( 8 )

그림 그레이 레벨로 변환 한 후 된 영상8. cropping

- 33 -

그림 은 그림 을 필요한 부분 만 하여 얻어진 영상이다 동일한 영상8 7 cropping .

에 대해 영상인식은 그레이 레벨로 변환 한 후 수행이 되어야 하므로 이 영상 또

한 하기 전에 그레이 레벨로 변환하여 적설기준자의 개략적인 위치를 판cropping

정하고 그 위치에 대해 상대적인 여유를 정하여 수평방향에 대해 처리한cropping

사진이다.

잘라낸 부분 영상을 적절히 설정된 를 사용하여 경계선 추출을 하여 경계threshold

선 영상을 얻는다 부분 영상의 경계선 영상을 밑에서부터 정밀 패턴 분석하여 경.

계선이 적설기준자의 경계 영상인지 아니면 잡음에 의해 에지선이 발생한 것인 지

를 판정한다 적설기준자의 경계선이 일정 임계치 크기이상 지속되면 일차적으로.

눈이 쌓여있지 않은 높이로 판정하여 적설기준자 경계선이 나타나는 화면에서의 최

초 높이 위치를 적설량의 높이로 판정한다.

- 34 -

그림 측정된 적설량의 위치를 보여주는 영상10

- 35 -

그림 은 동일한 영상에 대해 제안된 알고리즘으로 얻어진 적설 위치를 보여주는10

사진이다 그림에서 파란색 실선이 획득된 적설 위치이다 또한 보다 신뢰성을 얻. .

기위해 일차적으로 판정된 화면 적설 높이에 대해 이차적으로 프로그램에 의해

를 켜서 화면을 캡쳐하고 를 끈 상태로 화면을 캡쳐하여 캡쳐된 영상을LED LED 2

비교하여 의 점멸이 나타나는지 판별한다 이 비교에 의해 의 점멸이 없다LED . LED

고 판정되면 결정된 화면의 높이를 적설량의 높이로 결정한다 이 때 두 영상의 비.

교는 마스크를 작성하여 수행한다 절 참조 영상에서 구해진 상대 위치의 픽셀 값(1 ).

은 앞에서 설명한 영상과 실제 길이 간의 변환표에 의해 수치 값으로 변환된다 한.

편 일차 판정된 화면높이에 대해 를 점멸하였을 때 캡쳐된 비교영상에 의해LED

점멸이 나타나면 를 재조정하여 다시 차 영상분석을 재수행한다 재LED threshold 1 .

수행되는 영상분석은 위의 차 분석을 만족시킬 때까지 반복한다1. 2 .

구해진 화면의 적설 높이는 적절한 변환 알고리즘을 통하여 실제 적설 높이로 변환

된다.

그림 은 그림 과는 다른 지역에 설치되어 시험 운영되는 적설계 시스템에서 얻11 8

어진 적설 측정의 결과를 보여주는 영상이다 이 영상을 인식한 시점은 실제 강설.

이 발생하였고 적설랑 파란 색 실선으로 표시된 측정 결과는 이 적설 위치( 5cm)

의 인식이 적절히 수행되었음을 나타낸다 사진에서 나타낸 것과 같이 적설기준자.

주변의 적설 형태와 카메라의 각도에 따른 측정 오차가 발생할 수 있는데 이에 대

한 보정도 일부 적용하여 보정 테이블화 시켜 시험 가동 중이다.

그림 는 이를 플로우챠트로 나타낸 것이다12 .

- 36 -

그림 다른 지역에 대해 실제 강설시 영상 인식의 결과11. .

- 37 -

그림 적설량 측정 알고리즘12

- 38 -

제 장 클라이언트 및 동작4

제 절 클라이언트 구동1

본 적설계의 클라이언트는 따로 프로그램이 필요하지 않고 인터넷 익스플로러가MS

설치되어 있는 컴퓨터면 사용할 수 있다.

익스플로러를 띄운다Step 1 ) .

주소창에 데이터베이스 서버의 주소를 입력한다Step2) .

예) http://190.1.45.107

- 39 -

인증창이 떴을 경우 예 을 선택한다Step3) [ ] .

제 절 메인화면 설명2

- 40 -

가 버전.

클라이언트의 버전을 나타낸다 영상이 제대로 보이지 않거나 오동작을 보일 때 버.

전번호를 이용하여 확인 및 연락이 가능하도록 되어있음 일반적으로 현재의 버전.

은 날짜 형태의 포맷으로 구성하였다.

예) V2002/04/01

나 고정카메라 화면과 펜틸트 카메라 화면.

적설계에는 두가지의 카메라가 있다 하나는 고정카메라이고 또 하나는 펜틸트 카.

메라로서 주제어기에서 직접적으로 제어가 가능하며 클라이언트 컴퓨터에서도 인터

넷을 통해 카메라를 제어할 수 있도록 되어있다 고정카메라 화면은 고정카메라의.

영상을 보여주는 곳이고 펜틸트 카메라 화면은 펜틸트 카메라의 영상을 나타내 주

는 화면을 구성한다.

다 고정화면 전환버튼 및 펜틸트 화면 전환버튼.

고정화면 전환버튼을 누르면 선택된 고정카메라의 영상을 단독으로 보여주고 적설

량과 데이터를 보여주는 화면으로 절환하게 된다 펜틸트 화면 전환버튼을 누AWS .

르면 선택된 펜틸트 카메라의 영상을 단독으로 보여주고 펜틸트 제어를 할 수 있

는 조정패드를 제공한다.

- 41 -

라 적설데이타 및 데이터. AWS

적설계가 설치되어 있는 지점별 적설데이타와 데이터를 표로 확인할 수 있다AWS .

실제 적설계측시스템은 인터넷 또는 전용망 구성이 전제로 되며 실제 기상청의 시

험 운영 사이트의 경우는 기상청 내의 전용망을 통하여 다수의 적설계측 시스템이

네트워크를 통하여 연결되어 있으므로 원격지의 사용자는 관측하고자 하는 지점을

선정하여 이를 표에서 나타낼 수 있도록 화면 구성이 되어 있다.

마 환경설정 버튼.

데이터베이스 서버의 와 기타 설정을 할 수 있는 창을 띄운다IP .

서버 주소1) DB IP

서버의 를 기입하는 창임DB IP .

초기화면 번호2)

서버에 접속하게 되었을 때 첫번째로 보여지게 할 번호를 기입함 번호를 잘못DB .

기입하면 제대로 동작하지 않을 수 있음.

바 검색 버턴.

데이터베이스 서버의 데이터를 검색할 수 있는 창을 띄운다 영상 및 데이터를 동.

시에 검색 가능하다.

- 42 -

제 절 고정카메라 화면3

가 영상화면.

고정카메라 영상입니다.

나 적설데이타 및 데이터. AWS

적설량 데이터와 강우량 적설감지 데이터입니다/ .

다 메인화면 전환버턴.

메인화변으로 복귀합니다.

- 43 -

제 절 펜틸트 카메라 화면4

가 영상화면.

펜틸트카메라의 영상을 화면에 보여줍니다.

나 펜틸트 제어버턴.

관측지에 설치된 펜틸트카메라의 방향을 조정합니다 조정할 수 있는 방향은 위 아. ,

래 왼쪽 오른쪽입니다, , .

다 줌 포커스버턴. ,

카메라의 줌 포커스를 제어할 수 있는 버턴입니다, .

- 44 -

라 이전화면 전환버턴.

메인화면으로 복귀합니다.

- 45 -

참고문헌

[1] Andrain Low, "Introduction Computer Vision and Image Processing",

McGraw-HiII, 1991

[2] Edward R. Dougherty, "Digital Image Processing Methods", Marcel Dekker,

1994

김희석 이평원 김영재 차종 번호판 위치 및 자동차 번호판 인식을 위한 영상처[3] , , ," ,

리 알고리즘 개발" ,KACC, 1997

최형일 컴퓨터비전 입문[4] " " 1991,

이상현 김진헌 박귀태 마스크 논리 연산에 효율적인 구조를 갖는 영상데[5] , , , " / H/W

이타 처리장치 한국자동제어학술회의논문집" , 1993