1. 서론
1.1 연구의 동기와 목표
1.2 기존 연구에 대한 검토
2. 새로운 영상 수위 계측법의 제안
2.1 시공간 영상 분석의 원리
2.2 시공간 영상 분석에 의한 수표면 위치 검출
① CCTV를 이용하여 1초~2초 정도의 영상을 촬영하여 동영상으로 만든다.
② 이 동영상에서 수표면의 개략적인 위치를 설정한다.
③ 촬영된 영상에서 가로 방향으로 한 화소 간격으로 측정선 설정 후, 측정선을 따라 수표면의 개략적인 위치에서 상하 10화소 안의 영상 한 줄을 잘라내어 시간적으로 차례로 합성하여 3차원 시공간 영상을 만든다.
④ 시공간 영상을 회색 영상으로 변환한다.
⑤ 변환된 시공간 영상에서 영상 강도의 평균과 표준편차를 계산한다. 이렇게 계산된 표준편차가 기준값 이하인 영역을 비유수 영역(고정영역), 기준값 이상인 영역을 유수 영역으로 구분한다. 이 기준값은 앞의 분석에 근거하여 5.0으로 하였으나, 추가적인 연구가 진행된다면 영상의 품질에 따라 다소 변할 수도 있다. 그리고 표준편차가 첨두를 이루는 부분(여기서는 10.0 이상)인 부분을 수표면이나 영상내 얼룩으로 구분한다.
⑥ 위의 과정 ⑤에서 분리한 유수 영역을 선으로 연결하여, 부정확한 부분을 제거하고 단락된 부분은 연결하고 유수 영역과 비유수 영역의 경계를 수표면으로 설정한다.
⑦ 그 다음에 영상내 수위를 실제 수면 표고로 환산한다.
⑧ 검출된 수표면을 다음 단계의 개략적인 수표면 위치로 잡고 ①과 ③~⑦을 반복한다.
3. 개발된 방법의 시험
3.1 시험 수로
3.2 시험 조건
3.3 영상 분석에 의한 수위 검출 결과
3.4 개발된 방법의 한계와 추후 개발 방향
4. 결론
(1) 영상 수위계 제작에 필요한 수위 검출에 관련된 기존의 연구들 세밀히 검토하였다. 그 결과 영상 처리를 통한 수위 검출은 일본과 한국에서 몇 가지 핵심적인 연구가 수행되었음을 확인하였다. 기존의 방법들은 크게 경사 양수표와 같이 하드웨어적으로 해결하는 방법과 영상 처리의 소프트웨어적인 방법으로 나눌 수 있다. 그 중에서 영상 처리에 의한 방법은 단순한 윤곽선 추출법, 상호상관법, 프레임 가산법 등이 있었다.
(2) 기존 연구가 지닌 한계를 밝혀내고 이를 극복하기 위한 새로운 방법을 제안하였다. 제시된 방법은 시공간 영상을 이용하는 방법으로, 시공간 영상을 이용하여 유수 영역과 비유수 영역으로 분리하는 방식을 채택하였다.
(3) 구체적으로는 하천 구조물 주위를 촬영한 동영상에서 측정선의 시공간 영상을 작성하고, 이 시공간의 영상의 영상 강도 평균과 표준편차를 분석하여, 표준편차가 특정 기준값(예제 영상에서는 5.0 화소) 이하인 영역을 비유수 영역(고정영역), 기준값 이상인 영역을 유수 영역으로 구분한다. 그리고 첨두를 이루는 부분(예제 영상에서는 10.0 화소 이상)인 부분을 수표면이나 영상내 얼룩으로 구분하는 방법이다.
(4) 제안된 방법을 컴퓨터 프로그램으로 구현하고 이를 실증 시험을 하였다. 그 결과 제안된 방법이 매우 효율적으로 수위를 검출할 수 있음을 보였다. 또한 지속적인 계측이 가능하다는 점, 완전 자동화가 가능하다는 점 등은 실제 현장에서 운용할 때는 좋은 장점이 될 수 있을 것이다.
(5) 본 연구에서 개발한 영상 수위계의 측정 한계는 영상 해상도(m/pixel)에 의존하므로 가급적 수표면과 카메라 사이의 거리를 줄이거나, 고해상도의 카메라를 이용해야 한다. 또한, 카메라의 해상도가 좋지 않을 경우 영상수위계의 활용성이 떨어지게 된다. 아울러 기상이 악조건일 경우는 영상의 품질이 떨어지므로, 역시 측정 자체가 한계에 부딪힐 수 있으므로, 이에 대한 보완 연구가 추후 진행되어야 한다.