KR100388795B1

KR100388795B1 - 무인 감시 시스템

Info

Publication number: KR100388795B1
Application number: KR10-2000-0077775A
Authority: KR
Inventors: 이주신
Original assignee: 주식회사 신정기연
Priority date: 2000-12-18
Filing date: 2000-12-18
Publication date: 2003-06-25
Also published as: KR20020048574A

Abstract

본 발명은 CCD 카메라를 통해 이동물체가 포함된 영상과 기준영상(이동물체가 없는 배경영상)을 비교함으로써 이동물체의 윤곽선을 분리한 뒤, 소정비율을 검사하여 검출영상을 전송하는 무인 감시 시스템에 관한 것이다. 이를 위해, 영상을 입력하여 전기적 신호로 변환하는 CCD 카메라수단; 상기 카메라 수단에 의해 입력된 이동물체가 있는 입력영상의 히스토그램을 균일화하여 윤곽선을 검출하는 수단; 상기 카메라 수단에 의해 입력된 기준영상의 히스토그램을 균일화하여 윤곽선을 검출하는 수단; 상기 입력영상의 히스토그램으로부터 상기 기준영상의 히스토그램을 감산하여 차히스토그램을 산출하는 수단; 상기 차히스토그램의 영상을 이진화하는 수단; 이진화된 상기 영상으로부터 상기 이동물체의 영역을 추출하여 분리하는 수단; 및 상기 분리된 영상이 소정비율 조건을 만족할 경우 해당 검출영상을 전송하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 감시 시스템이 제공된다.

Description

무인 감시 시스템{An Unmanned Security System}

본 발명은 무인 감시 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 CCD 카메라를 통해 이동물체가 포함된 입력영상과 기준영상을 비교함으로써 이동물체의 윤곽선을 분리한 뒤, 소정비율을 검사하여 검출영상을 전송하는 무인 감시 시스템에 관한 것이다.

종래의 빈 사무실, 창고, 주차장, 은행 등에서 사용하는 무인 감시 카메라는 고정형이거나 소정각도 범위안에서 반복적으로 회전하는 방식이었다. 따라서, 중앙의 관리자는 다수의 CCD 카메라가 전송하는 영상을 일일이 체크하고 녹화하였다.

특히 인터넷과 네트워크가 발달하면서 인터넷을 통한 원격 무인 감시가 도입되었다. 그러나 이러한 원격 무인 감시 시스템은 많은 동영상 자료가 인터넷을 통해 전송되기 때문에 전송속도가 느리고, 해상도가 낮아서 영상품질이 나쁘다는 단점이 있었다.

뿐만 아니라 CCD 카메라가 단지 영상을 전송하는데 그치기 때문에 도둑이 침입하거나 이동물체가 있는 경우 이를 즉시 감지할 수 없었다.

따라서, 인터넷 상에 최소한의 데이터가 전송되면서도 이동물체가 발견되면 이를 스스로 판단하여 해당 영상을 중앙으로 전송할 수 있는 시스템의 개발이 요구되어 왔다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 본 발명의 목적은 기준영상과 입력영상(이동물체가 없는 배경영상)을 비교하여 이동물체를 검출함으로써 이동물체가 검출되었다고 판단되었을 때 해당 검출영상을 인터넷을 통해 전송하는 무인 감시 시스템을 제공하는 것이다.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 영상을 입력하여 전기적 신호로 변환하는 CCD 카메라수단; 상기 카메라 수단에 의해 입력된 이동물체가 있는 입력영상의 히스토그램을 균일화하여 윤곽선을 검출하는 수단; 상기 카메라 수단에 의해 입력된 기준영상의 히스토그램을 균일화하여 윤곽선을 검출하는 수단; 상기 입력영상의 히스토그램으로부터 상기 기준영상의 히스토그램을 감산하여 차히스토그램을 산출하는 수단; 상기 차히스토그램의 영상을 이진화하는 수단; 이진화된 상기 영상으로부터 상기 이동물체의 영역을 추출하여 분리하는 수단; 및 상기 분리된 영상이 소정비율 조건을 만족할 경우 해당 검출영상을 전송하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 감시 시스템에 의하여 달성된다.

그리고, 상기 소정비율 조건은 상기 전체영상과 분리된 영상의 면적비, 길이비율, 얼굴과 몸의 면적비율 조건을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 전체영상과 분리된 영상의 면적비는 0.02 ∼ 0.3 범위이고, 상기 길이비율은 0.1 ∼ 0.3 범위이고, 상기 얼굴과 몸의 면적비율은 0.03 ∼ 0.3 범위인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는, 상기 전체영상과 분리된 영상의 면적비는 0.003 ∼ 0.23 범위이고, 상기 길이비율은 0.11 ∼ 0.25 범위이고, 상기 얼굴과 몸의 면적비율은 0.05 ∼ 0.12 범위이다.

상기 해당 검출영상은 인터넷을 통해 전송되는 것이 바람직하다.

상기 이동물체의 영역을 추출하여 분리하는 수단은, 수직 가산투영 및 수평 가산투영에 의해 분리하는 것이 가능하다.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 또한, CCD 카메라를 통해 영상을 입력하여 전기적 신호로 변환하는 단계; 상기 CCD 카메라에 의해 입력된 이동물체가 없는 기준영상의 히스토그램을 균일화하여 윤곽선을 검출하는 단계(S10a, S12a, S14a); 상기 CCD 카메라에 의해 입력된 이동물체가 있는 입력영상의 히스토그램을 균일화하여 윤곽선을 검출하는 단계(S10b, S12b, S14b); 상기 입력영상의 히스토그램으로부터 상기 기준영상의 히스토그램을 감산하여 차히스토그램을 산출하는 단계(S16); 상기 차히스토그램의 영상을 이진화하는 단계(S18); 이진화된 상기 영상으로부터 상기 이동물체의 영역을 추출하여 분리하는 단계(S24, S30); 및 상기 분리된 영상이 소정비율 조건을 만족하는지를 판단하는 단계; 상기 소정비율 조건을 만족할 경우 해당 검출영상을 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 감시 방법에 의해서도 달성될 수 있다.

그리고, 상기 이동물체의 영역을 추출하여 분리하는 단계는, 상기 이진화 영상을 수평 가산 투영하는 단계; 상기 수평 가산 투영으로부터 상기 이동물체의 머리와 몸영역의 분리점을 탐색하는 단계; 상기 이진화 영상을 수직 가산 투영하는 단계; 상기 수직 가산 투영으로부터 상기 이동물체의 좌우 폭을 탐색하는 단계; 및 상기 분리점 및 상기 좌우 폭으로부터 상기 머리영역과 몸영역을 탐색하여 표시하는 단계;을 포함하는 것이 가능하다.

또한, 상기 소정비율 판단단계는, 상기 전체영상과 분리된 영상의 면적비가 0.02 ∼ 0.3 범위인지를 판단하는 단계(S40); 상기 길이비율이 0.1 ∼ 0.3 범위인지를 판단하는 단계(S50); 상기 얼굴과 몸의 면적비율이 0.03 ∼ 0.3 범위인지를 판단하는 단계(S60)를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기와 같은 본 발명의 목적은, CCD 카메라를 통해 영상을 입력하여 전기적 신호로 변환하는 프로그램 코드; 상기 CCD 카메라에 의해 입력된 이동물체가 없는 기준영상의 히스토그램을 균일화하여 윤곽선을 검출하는 프로그램 코드; 상기 CCD 카메라에 의해 입력된 이동물체가 있는 입력영상의 히스토그램을 균일화하여 윤곽선을 검출하는 프로그램 코드; 상기 입력영상의 히스토그램으로부터 상기 기준영상의 히스토그램을 감산하여 차히스토그램을 산출하는 프로그램 코드; 상기 차히스토그램의 영상을 이진화하는 프로그램 코드; 이진화된 상기 영상으로부터 상기 이동물체의 영역을 추출하여 분리하는 프로그램 코드; 및 상기 분리된 영상이소정비율 조건을 만족하는지를 판단하는 프로그램 코드; 상기 소정비율 조건을 만족할 경우 해당 검출영상을 전송하는 프로그램 코드를 포함하는 것을 특징으로 하는 기록매체에 의해서도 달성될 수 있다.

그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.

도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 무인 감시 시스템의 흐름도,

도 3은 차히스토그램을 이용한 에지검출을 설명하는 그래프,

도 4는 영역분리 영상,

도 5는 도2중 영역분리(S30) 단계의 세부적인 흐름도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.

도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 무인 감시 시스템의 흐름도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 우선 이동물체가 없는 기준영상의 히스토그램을 균일화한다(S10a). 히스토그램 균일화란 영상의 명도값의 분포를 나타내는 히스토그램이 균일하게 되도록 변환하는 것을 말한다. 또한 이동물체가 포함된 입력영상의 히스토그램을 균일화한다(S10b). 이동물체란 CCD 카메라(미도시)에 포착된 영상중 시간에 따라 움직이는 것으로써 침입자가 대표적이다.

이와 같이 균일화된 히스토그램에서 잡음을 제거하고(S12) 윤곽선을 검출한다(S14). 윤곽선을 검출하는 방법은 차히스토그램을 사용한다. 즉,[수학식 1]H_d(x) = H_c(x) - H_r(x)

여기서, H_d(x) : 차히스토그램,

H_c(x) : 이동물체가 포함된 영상의 히스토그램,

H_r(x) : 이동물체가 없는 영상의 히스토그램이다.

도 3은 수학식 1 에 의해 얻어진 차히스토그램을 이용한 에지검출을 설명하는 그래프이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 수평축은 그레이 레벨이고, 수직축은 픽셀수이다. 도 3에서, 차히스토그램의 기울기(G)는 다음에 의하여 산출된다.[수학식 2]G = ｜max_avr｜ + ｜min_avr｜ / ｜max_avrgl- min_avrgl｜여기서, max_avr= ( max₁+ max₂) / 2, min_avr= ( min₁+ min₂) / 2,

max_avrgl= ( max_1gl+ max_2gl) / 2, min_avrgl= ( min_1gl+ min_2gl) / 2,

max₁: 차히스토그램에서 최고점,

max₂: max₁다음으로 큰 값을 가지는 점,

min₁: 차히스토그램에서 최저점,

min₂: min₁다음으로 작은 값을 가지는 점,

max_avr: max₁과 max₂의 평균값,

min_avr: min₁과 min₂의 평균값,

max_1gl: max₁에 대응하는 그레이 레벨,

max_2gl: max₂에 대응하는 그레이 레벨,

min_1gl: min₁에 대응하는 그레이 레벨,

min_2gl: min₂에 대응하는 그레이 레벨,

max_avrgl: max_1gl과 max_2gl의 평균 그레이값,

min_avrgl: min_1gl과 min_2gl의 평균 그레이값이다.

수학식 2 에 의해 얻어진 기울기(G)를 다음 식에 대입한다.[수학식 3]

[수학식 4]TH = k / 100, (TH는 쓰레솔드 값)

따라서 [수학식 4] 에 의해 기준영상과 입력영상의 윤곽선을 검출할 수 있다.

윤곽선을 검출한 다음, 일정시간(ΔT) 마다 입력되는 입력영상과 배경영상인 기준영상으로부터 차영상을 산출한다.

즉, 기준영상의 휘도값은 다음식으로 표현된다.[수학식 5]

그리고, 기준영상내에 이동물체가 있다면 일정시간(ΔT) 샘플되는 입력영상의 휘도값은 다음식으로 표현된다.[수학식 6]

따라서, 기준영상과 휘도영상의 차영상(DIR(x,y,t))은 다음식으로 표현된다(S16).[수학식 7a]DIR(x,y,t) = ｜Rb(x,y,t) - G(x,y,t)｜

다음으로는 얻어진 차영상(DIR(x,y,t))을 이진화하여(S18), "0"과 "1"의 데이터로 화면을 구성한다. 따라서, "0"인 경우는 백색, "1"인 경우는 흑색 또는 그 반대로 설정할 수 있다. 이를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

즉, 물체의 마스크 함수 λ(x,y,t)는 물체가 존재할 때, "1"의 값을 갖고, 물체가 존재하지 않을 때 "0"의 값을 갖는다. 그런데 상기 마스크 함수 λ(x,y,t)는 다음과 같이 정의한다.[수학식 7b]

여기서, PB(x,y,t)는 샘플된 화소의 밝기 함수,

Ob(x,y,t)는 이동물체를 포함한 영상의 화소 밝기 함수,

a(x,y,t)는 기준영상의 화소 밝기 함수,

λ(x,y,t)는 물체 마스크 함수로서, PB(x,y,t) = a(x,y,t) 또는 PB(x,y,t) = Ob(x,y,t)이고, Ob(x,y,t) ≠a(x,y,t)이다.

이진화된 영상에서 영역을 탐색하여(S20) 이동물체가 있는지 검출한다(S22). 만약 이동물체가 없다면 최초단계로 돌아가 지금까지의 단계를 순환반복한다. 그리고, 이동물체가 검출되면 전체영상에서 이동물체를 포함한 주위의 영역을 추출한다(S24).

그리고 추출된 영역에서 이동물체(20)와 배경을 분리한다(S30). 도 4는 영역분리 영상이고, 도 5는 도2중 영역분리(S30) 단계의 세부적인 흐름도이다. 도 4에 도시된 바와 같이 이동물체(20)는 백색으로 표현되고, 배경은 흑색으로 표현된다. 그리고, 이동물체(20)의 기하학적 위치가 체크된다. 즉,[수학식 8]얼굴영역의 가로길이(Fb) = ｜F_lp - F_rp｜[수학식 9]얼굴영역의 세로길이(Fs) = ｜V_p1 - V_p3｜[수학식 10]얼굴영역의 면적(FA) = Fb x Fs[수학식 11]몸영역의 가로길이(Bb) = ｜H_p3 - H_p4｜[수학식 12]몸영역의 세로길이(Bs) = ｜V_p3 - V_p4｜[수학식 13]몸영역의 면적(BA) = Bb x Bs[수학식 14]물체영역의 총면적(HA) = FA + BA[수학식 15]영상전체와 추출영역의 면적비(TR) = 추출영역의 면적(HA) / 영상전체의 면적(TA)[수학식 16]얼굴영역과 몸영역 길이비(LR) = 얼굴영역 길이(Fs) / 몸영역 길이(Bs)[수학식 17]얼굴영역과 몸영역 면적비(AR) = 얼굴영역 면적(FA) / 몸영역 면적(BA)

상기와 같은 수학식에 의해 분리된 영상을 기초로 하여, 이동물체(20)가 사람인지를 파악하게 된다. 이를 위해서는 영상전체와 추출영역의 면적비(TR)가 소정범위이내인가(S40), 얼굴영역과 몸영역 길이비(LR)가 소정범위이내인가(S50), 얼굴영역과 몸영역 면적비(AR)가 소정범위이내인가(S60)를 판단하게 된다.

본 실시예에서는 0.039 < TR < 0.237, 0.11 < LR < 0.25, 0.056 < AR < 0.125 범위를 사용하여 판단하였다. 이와 같은 범위를 사용하여 이동물체(20)가 사람인지를 식별하는 실험의 결과가 다음의 표 1과 같음을 알 수 있었다.

상기와 같은 사람인식 결과 이동물체(20)가 사람이라고 판단되면, 검출영상을 인터넷을 통해 전송하게 된다(S70).

본 발명에서 영상을 입력하여 전기적 신호로 변환하는 CCD 카메라수단는 통상의 CCD 카메라(미도시)를 사용하였다. 그러나 필요에 따라 디지털 캠코더, 웹캠 등으로 대체하여 사용할 수 있다.

본 발명에서의 기록매체의 일 예로는 하드 디스크, CD-ROM, DVD, 광자기 디스크, ROM-칩, 자기기록 테이프, 디지털 테이프 등을 들 수 있다.

그리고, 본 발명의 연산, 제어 등은 마이컴이나 퍼스널 컴퓨터의 중앙제어장치, 주기억장치(RAM)를 갖춘 하드웨어와 비쥬얼 C(C++), 비쥬얼 베이직, 델파이 등과 같은 고급언어로 작성되어 컴파일된 실행파일을 갖는 소프트웨어에 의하여 실행될 수 있다.

프레임	변화픽셀수	FA	BA	HA	TR	LR	AR
2	9
3	18
4	74
5	174
6	289	71	225	296	0.01	0.3158	0.3156
7	445	134	321	455	0.02	0.5294	0.4174
8	581	12	0	12	0	0.8333	inf
9	801	353	461	814	0.03	0.7455	0.7657
10	1032	356	691	1047	0.04	0.5625	0.5152
11	1246	117	1137	1254	0.05	0.1818	0.1029
12	1447	529	938	1467	0.06	0.5072	0.564
13	1629	320	1330	1650	0.07	0.2805	0.2406
14	1841	167	1686	1853	0.07	0.1739	0.0991
15	2040	3	2028	2031	0.08	0.0615	0.0015
16	2211	68	2152	2220	0.09	0.068	0.0316
17	2293	72	2229	2301	0.09	0.0777	0.0323
18	2398	12	2374	2386	0.09	0.2321	0.0051
19	2361	49	2318	2367	0.09	0.0769	0.0211
20	2439	170	2226	2396	0.09	0.1633	0.0764

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 무인 감시 시스템에 의하면, 기준영상과 입력영상을 비교하여 이동물체를 검출함으로써 이동물체가 검출되었다고 판단되었을 때 해당 검출영상을 인터넷을 통해 전송된다.

따라서, 중앙 감시자는 이동물체가 검출된 영상만을 감시하면 되므로 관리부담이 대폭 줄어들고, 필요한 경우에만 인터넷을 통해 동영상이 전달되므로 네트워크에 대용량 데이터로 인한 부하가 걸리지 않는 특징이 있다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

Claims

영상을 입력하여 전기적 신호로 변환하는 CCD 카메라수단;

상기 카메라 수단에 의해 입력된 이동물체가 있는 입력영상의 히스토그램을 균일화하여 윤곽선을 검출하는 수단;

상기 카메라 수단에 의해 입력된 이동물체가 없는 기준영상의 히스토그램을 균일화하여 윤곽선을 검출하는 수단;

상기 입력영상의 히스토그램으로부터 상기 기준영상의 히스토그램을 감산하여 차히스토그램을 산출하는 수단;

상기 차히스토그램의 영상을 이진화하는 수단;

이진화된 상기 영상으로부터 수직 가산투영 및 수평 가산투영에 의해 상기 이동물체의 영역을 추출하여 분리하는 수단; 및

상기 분리된 영상이 소정비율 조건을 만족할 경우 해당 검출영상을 전송하는 수단을 포함하고,

상기 소정비율 조건은 상기 전체영상과 분리된 영상의 면적비, 길이비율, 얼굴과 몸의 면적비율 조건을 포함하며,

상기 전체영상과 분리된 영상의 면적비는 0.02 ∼ 0.3 범위이고, 상기 길이비율은 0.1 ∼ 0.3 범위이고, 상기 얼굴과 몸의 면적비율은 0.03 ∼ 0.3 범위이고,

상기 해당 검출영상은 인터넷을 통해 전송되는 것을 특징으로 하는 무인 감시 시스템.
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CCD 카메라를 통해 영상을 입력하여 전기적 신호로 변환하는 단계;

상기 CCD 카메라에 의해 입력된 이동물체가 없는 기준영상의 히스토그램을 균일화하여 윤곽선을 검출하는 단계(S10a, S12a, S14a);

상기 CCD 카메라에 의해 입력된 이동물체가 있는 입력영상의 히스토그램을 균일화하여 윤곽선을 검출하는 단계(S10b, S12b, S14b);

상기 입력영상의 히스토그램으로부터 상기 기준영상의 히스토그램을 감산하여 차히스토그램을 산출하는 단계(S16);

상기 차히스토그램의 영상을 이진화하는 단계(S18);

이진화된 상기 영상으로부터 상기 이동물체의 영역을 추출하여 분리하는 단계(S24, S30); 및

상기 분리된 영상이 소정비율 조건을 만족하는지를 판단하는 단계;

상기 소정비율 조건을 만족할 경우 해당 검출영상을 전송하는 단계;를 포함하고,

상기 이동물체의 영역을 추출하여 분리하는 단계는,

상기 이진화 영상을 수평 가산 투영하는 단계;

상기 수평 가산 투영으로부터 상기 이동물체의 머리와 몸영역의 분리점을 탐색하는 단계;

상기 이진화 영상을 수직 가산 투영하는 단계;

상기 수직 가산 투영으로부터 상기 이동물체의 좌우 폭을 탐색하는 단계; 및

상기 분리점 및 상기 좌우 폭으로부터 상기 머리영역과 몸영역을 탐색하여 표시하는 단계;을 포함하고,

상기 소정비율 판단단계는,

상기 전체영상과 분리된 영상의 면적비가 0.02 ∼ 0.3 범위인지를 판단하는 단계(S40);

상기 길이비율이 0.1 ∼ 0.3 범위인지를 판단하는 단계(S50); 및

상기 얼굴과 몸의 면적비율이 0.03 ∼ 0.3 범위인지를 판단하는 단계(S60)를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 감시 방법.
삭제
삭제
CCD 카메라를 통해 영상을 입력하여 전기적 신호로 변환하는 프로그램 코드;

상기 CCD 카메라에 의해 입력된 이동물체가 없는 기준영상의 히스토그램을 균일화하여 윤곽선을 검출하는 프로그램 코드;

상기 CCD 카메라에 의해 입력된 이동물체가 있는 입력영상의 히스토그램을 균일화하여 윤곽선을 검출하는 프로그램 코드;

상기 입력영상의 히스토그램으로부터 상기 기준영상의 히스토그램을 감산하여 차히스토그램을 산출하는 프로그램 코드;

상기 차히스토그램의 영상을 이진화하는 프로그램 코드;

상기 이진화 영상을 수평 가산 투영하여 상기 이동물체의 머리와 몸영역의 분리점을 탐색하고, 상기 이진화 영상을 수직 가산 투영하여 상기 이동물체의 좌우 폭을 탐색하고, 상기 분리점 및 상기 좌우 폭으로부터 상기 머리영역과 몸영역을 탐색하여 표시하는 프로그램 코드;

상기 표시된 영상이, 상기 전체영상과 분리된 영상의 면적비가 0.02 ∼ 0.3 범위인지, 상기 길이비율이 0.1 ∼ 0.3 범위인지, 상기 얼굴과 몸의 면적비율이 0.03 ∼ 0.3 범위인지를 판단하는 프로그램 코드; 및

상기 판단조건을 만족할 경우 해당 검출영상을 인터넷을 통해 전송하는 프로그램 코드를 포함하는 것을 특징으로 하는 기록매체.