KR100390936B1 - 영상처리기반의 스필백 판단 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스필백 판단 시스템에 관한 것으로, 도심부 교차로 및 고속도로 상에서의 사각 영상을 실 시간적으로 수집 및 가공 처리하여 교차로 내에서의 스필백 현상 발생여부를 판단하고 이를 신호 제어기나 센터 시스템 및 임의의 관할 경찰서 및 유관기관에 영상을 포함한 관련정보를 원격 송출하여 신속한 현장 복구를 제공하도록 하는 영상처리기반의 스필백 판단 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 설정된 감시영역에서 입력되는 영상이 외부 환경에 적응되도록 필터링하여 영상의 질을 향상시키는 필터링수단과, 교차로내의 설정된 감시영역의 영상을 입력하는 영상입력수단과, 입력되는 영상정보를 수집 처리하여 스필백 현상의 발생여부를 판단하며, 그 결과를 사전에 정의된 통신포트를 통해 목표 정보를 전송하는 기능을 담당하는 제어수단 및, 제어수단에서 인가되는 감시 영역에 대한 스필백 발생 여부의 정보를 무선 데이터로 패킷화하여 송신하는 유무선통신수단을 포함하는 현장장치로 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 입력되는 교차로의 검지영역을 설정 및 분할한 다음 교통관제센터에 등록하여 초기화 과정을 수행하는 과정과, 교통관제센터로부터의 구동시작신호의 검출에 따라 설정된 검지영역에서 차량이 존재하는지의 여부를 검출하는 과정과, 차량의 존재여부 결과를 설정된 알고리즘을 통해 분석하여 스필백 현상의 발생여부를 판단하는 과정과, 검지영역에서 스필백 현상의 발생이 판단되면 유무선 통신을 통해 해당 사실을 목표 송신처에 전송하여 적절한 조치를 요구하는 과정과,교통관제기관으로부터 수신되는 정보에 따라 현장장치의 운영모드 변경, 사건 발생에 대한 송신처의 변경을 수행하여 스필백 현상의 발생을 처리하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 영상처리기반의 스필백 판단방법을 제공한다.
따라서, 본 발명은 교차로와 고속도로 및 도로의 유출입 램프에서의 스필백 현상을 실측 판단함으로써, ITS의 ATIS에서 정의하고 있는 교통정보 제공 시스템에 전략적이며, 효과적으로 활용할 수 있으며, 도시부 교통관제 및 유입 유출램프에서의 스필백 현상을 실시간으로 파악하여 주변 관할 경찰서 및 유관기관에 관련정보를 원격 송출시킴으로서 민원에 의한 교통 관제를 능동적으로 대처한다.

Description

영상처리기반의 스필백 판단 시스템 및 방법{Method And System For A Base Image Processing Of Decide Spillback}
본 발명은 스필백(Spillback) 판단 시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는 도심부 교차로 및 고속도로 상에서의 사각 영상을 실 시간적으로 수집 및 가공 처리하여 교차로 내에서의 스필백 현상 발생여부를 판단하고 이를 신호 제어기나 센터 시스템 및 임의의 관할 경찰서 혹은 원격 송출하여 신속한 현장 복구를 제공하도록 하는 영상처리기반의 스필백 판단 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 교통정보의 수집체계로는 유도식 루프 검지기(Inductive Loop Detectot ; ILD)와 영상 검지기 및 초단파 검지기 등이 주류를 이루고 있으나, 유도식 루프 검지와 초단파 검지기로부터 수집될 수 있는 정보들은 보통 교통량, 점유시간, 비점유시간 등에 의한 지점 교통정보이며, 영상 검지기로부터 수집될 수 있는 정보들은 대기길이에 대한 정보가 계측될 수 있다.
그러나, 교통부문에서의 핵심정보는 교통상태의 판단이 매우 중요함에도 불구하고 지금까지는 상기한 교통정보 수집체계로부터의 지점 교통정보와 대기길이 등의 통계량을 통한 교통흐름의 추세정보에 기초하여 교통상태를 추정하는 방법이 주로 이용되어 도시부 교차로나 고속도로상의 통행량을 제어하고 있다.
이와 같이 교통흐름의 추세정보를 기초로 하는 교통상태의 추정을 통해 도로상의 교통량을 제어하는 경우 가변적인 교통량에 대하여 능동적인 대처를 수행하지 못하여 교차로 등에 한꺼번에 차량이 집중되는 경우 교통 통행의 흐름 제어를 수행할 수 없는 문제점이 발생하게 되며, 특히 교차로에서의 스필백 현상은 일단 한번 발생하게 되면 교통상태 추정을 통해 개발한 신호제어 알고리즘으로는 해당 교차로에서의 교통상태를 정상화하기는 매우 어려운 문제점으로 작용한다.
상기와 같이 교차로에서 스필백 현상이 발생하는 경우 해당 교차로를 관장하는 경찰청에서는 교통 근무자를 현장에 급파하여 수신호 또는 교통신호의 수동 조작을 통해 교통상태를 정상화하도록 유도하고 있는 실정이다.
상기와 같이 교통 근무자를 통하여 교차로에서의 스필백 현상을 정상화하는 경우 한정된 교통 근무자의 인원으로 도심부 여러 곳의 교차로에서 발생하는 스필백 현상을 신속하게 처리할 수 없는 문제점이 있으며, 교통 근무자가 교차로에서 원거리에 위치하고 있는 경우에는 신속하게 스필백 현상을 처리할 수 없는 문제점이 발생하게 된다.
본 발명은 전술한 바와 같은 제반적인 문제점을 감안한 것으로, 그 목적은 도시부 교차로에서 사각 영역의 영상을 실시간적으로 수집 및 가공 처리하여 교차로 내에서의 스필백 현상 발생여부를 판단하고, 스필백 현상의 발생이 판단되는 경우 이를 신호 제어기나 센터 시스템, 해당 교차로를 관장하는 교통 경찰서 혹은 유관기관에 유무선을 통해 송출하여 해당 교차로에서의 스필백 현상을 신속하게 처리하도록 한 것이다.
또한, 교차로 등에 설치되는 현장장치와 무선통신을 수행하는 이동통신단말기를 이동형 현장 관리 시스템으로 채용하여 초 저가형 교통상태 판단시스템으로활용하도록 함으로써, 교차로 및 고속도로 상에서의 교통혼잡에 의한 민원 발생을 최소화하여 원활한 교통소통을 제공하고, 교통정보의 수집과 서비스의 제공에 효율성을 제공하도록 한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 영상처리기반의 스필백 판단 시스템의 구성을 보이는 블록도.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 영상처리기반의 스필백 판단 시스템을 교차로에 설치한 예를 보이는 상태도.
도 3은 본 발명에 따른 영상처리기반의 스필백 판단 시스템과 연동되는 이동형 현장관리 시스템의 구성도.
도 4는 본 발명에 따라 이동형 현장관리 시스템으로 응용되는 이동통신단말기의 구성 블록도.
도 5는 본 발명에 따라 영상처리기반에서 스필백 판단을 수행하는 일 실시예의 흐름도.
도 6은 도 5에서 검지영역의 설정 및 분할을 실행하는 일 실시예의 흐름도.
도 7은 도 5에서 스필백 판단을 위해 검지영역내의 차량 존재여부를 판단하는 일 실시예의 흐름도.
도 8은 도 7의 차량 존재여부의 판단 자료를 통해 실질적인 스필백 판단을 수행하는 일 실시예의 흐름도.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 설정된 감시영역에서 입력되는 영상이 외부 환경에 적응되도록 필터링하여 영상의 질을 향상시키는 필터링 수단과, 교차로내의 설정된 감시영역의 영상을 입력하는 영상입력수단과, 입력되는 영상정보를 수집 처리하여 스필백 현상의 발생여부를 판단하며, 그 결과를 사전에 정의된 통신포트를 통해 목표 송신처에 전송하는 기능을 담당하는 제어수단 및, 제어수단에서 인가되는 감시 영역에 대한 스필백 발생 여부의 정보를 무선 데이터로 패킷화하여 송신하는 유무선통신수단을 포함하여 현장장치로 설치되는 것을 특징으로 하는 영상처리기반의 스필백 판단 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은 입력되는 교차로의 검지영역을 설정 및 분할한 다음 교통관제센터에 등록하여 초기화 과정을 수행하는 과정과, 교통관제센터로부터의 구동시작신호의 검출에 따라 설정된 검지영역에서 차량이 존재하는지의 여부를 검출하는 과정과, 차량의 존재여부 결과를 설정된 알고리즘을 통해 분석하여 스필백 현상의 발생여부를 판단하는 과정과, 검지영역에서 스필백 현상의 발생이 판단되면 유무선을 통신을 통해 해당 사실을 목표 송신처에 전송하여 적절한 조치를 요구하는 과정과, 교통관제기관으로부터 수신되는 정보에 따라 현장장치의 운영모드 변경, 사건 발생에 대한 송신처의 변경을 수행하여 스필백 현상의 발생을 처리하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 영상처리기반의 스필백 판단방법을 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 영상처리기반의 스필백 판단 시스템은 필터부(110)와, 카메라부(120), 제어부(130), RF모듈부(140)로 이루어지는데, 필터부(110)는 편광필터로 이루어지며, 영상처리 현장장치가 현장에서 설치 운용되는데 있어 설정된 각도에서 입력되는 영상이 태양광 이나 차량의 라이트 등과 같은 반사광을 최소화하도록 안정되게 필터링하여 입력되는 영상의 손실이 최소화한다.
카메라부(120)는 설정된 각도에서 입력되는 교차로의 영상을 입력하는 수단으로 일반 CCD카메라 및 CMOS센서를 이용하는 디지털 카메라 등의 2가지의 유형으로 적용되며, CCD카메라의 경우 설정된 각도의 영상을 아날로그 영상으로 처리하여 제어부(130)측에 출력하고, CMOS 센서를 이용하는 디지털 카메라의 경우 설정된 각도에서 입력되는 영상을 디지털 신호로 처리하여 제어부(130)측에 출력한다.
제어부(130)는 상기 카메라부(120)에서 입력되는 영상정보를 수집 처리하여 해당 지점에서의 스필백 현상의 발생여부를 판단하고, 그 결과를 사전에 정의된 통신포트를 통해 목표 송신처에 전송하는 기능을 담당하며, 정보의 처리방법에 있어서 요구되는 정보를 센터로부터 수신하는 기능을 수행한다.
또한, 정보의 송수신에 있어서 유선 및 무선통신체계를 각각 사용할 수 있도록 하여 현장에서 설치 및 운용함에 있어 효율성을 제공하며, 해당 지역, 즉 교차로 또는 임의의 고속도로 구간에서의 스필백 판단 결과를 문자 정보와 영상 정보로 구분하고 시스템의 구동상태를 실시간으로 감시하여 이를 패킷화하고, 목표 수신처까지 안정적으로 전송될 수 있도록 제어하며, 영상정보의 경우 웨이블렛 이나 JPEG 혹은 임의의 동영상 파일로 전송한다.
RF모듈부(140)은 제어부(130)에서 인가되는 감시 영역에 대한 스필백 발생 여부의 정보를 무선 데이터로 패킷화하여 주변을 운행하고 있는 차량(D), 즉 교차로를 진입하고자 하는 차량이나 현장의 교통신호 제어기(A)에 전송하는 기능을 담당한다.
상기에서 제어부(130)는 복수개의 통신포트, 바람직하게는 3개 이상의 통신포트를 구비하는데, 이는 상기 RF모듈부(140)와 시리얼 데이터 통신을 인터페이스하는 직렬통신포트(ⓑ)와, 현장의 교통신호 제어기(A), 교통을 관장하는 유관기관(B), 교통관제센터(C), 관할 경찰서(E), 현장 관리자(F)와 RS-232/422 기반하에서 유선망을 통해 TCP/IP 통신을 수행할 수 있도록 하는 유선통신포트(ⓐ)와, CDMA 단말기나 IMT-2000 단말기(400)를 통해 교통을 관장하는 유관기관(B), 교통관제센터(C), 관할 경찰서(E), 현장 관리자(F)와 원격 통신을 수행하기 위한 통신포트(ⓒ)로 이루어지며, 이들 각각의 통신포트들은 양방향 통신이 기본적으로 가능하도록 한다.
상기의 영상처리 현장장치(100)는 유선을 통해 공급되는 전원부(200)의 전원을 공급받을 수 있으며, 자가 발전이 가능한 태양전지(300)에 의해 전원을 공급받을 수 있도록 하며, 자체 충전장치를 구비하여 태양전지(300) 혹은 외부의 전원에이상이 발생하는 경우에 비상전원으로 사용하도록 한다.
상기한 영상처리 현장장치(100)는 첨부된 도 2a 내지 도 2b에서 알 수 있는 바와 같이, 교차로 상에 설치되는 가로등이나 신호등에 설치하여 교차로의 사각영역을 감시할 수 있도록 검지영역이 설정되도록 한다.
또한, 본 발명에 따른 영상처리기반의 스필백 판단 시스템과 연동되는 이동형 현장관리 시스템은 첨부된 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 현장에서 설치 운용되고 있는 현장장치에서 검출되는 교통상황 정보와 현장장치의 구동상태를 실시간적으로 파악할 수 있도록 하는 이동통신단말기인 PDA나 셀룰라폰 또는 스마트 폰과 연결되도록 하는데, 이는 도면에서 알 수 있는 바와 같이 현장 관리자(F)는 이동통신단말기(1000)를 이용하여 현장장치(100)와 CDMA/IMT-2000 통신장치(400)와 호를 연결한 다음 현재의 구동상태 및 최근까지의 이벤트 상황을 요청하게 되면 CDMA/IMT-2000 통신장치(400)는 현장장치(100)으로부터 수신된 현재의 구동상태 및 최근까지의 이벤트 상황과 교차로의 영상정보를 이동통신단말기(1000)에 전송하여 준다.
이때, 이동통신단말기(1000)의 운용자는 현장 관리자(F) 수신된 현장장치(100)의 상태를 파악한 다음 교통관제센터(C)에 무선 혹은 유선 통신체계를 이용하여 현장장치(100)의 운영모드 설정 및 이벤트 발생별 송신처 변경을 요청하고, 교통관제센터(C)는 현장관리자(F)의 정보에 따라 무선 통신체계를 통한 데이터 송신으로 CDMA/IMT-2000(400)을 통해 현장장치(100)측에 운영모드의 설정 및 사건 발생별 송신처 변경을 수행하여 주며, 이동통신단말기(1000)를 통해 현장 관리자(F)의 현장관리조치 요령을 제공하여 준다.
또한, 센터 시스템(C)은 현장장치(100)에 지시된 제반 이력관리 정보를 데이터 베이스에 기록한다.
상기에서 이동통신단말기(1000)는 첨부된 도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 키 입력부(1100)와, 사용자 인터페이스부(1200), 통신부(1300), 데이터 처리부(1400) 및 출력부(1500)로 이루어지는데, 키 입력부(1100)는 교통관제센터(C) 및 현장장치(100)와 호 연결을 위한 번호를 입력하는 것으로, 현장관리자(F)가 원격으로 교통관제센터(C)에 호 연결을 요청하는 경우와 현장장치(100)의 운영모드 및 목표정보를 직접 요청하는데 있어 메뉴 선택키를 사용하는 경우 사용자 인터페이스부(1200)와 함께 처리된다.
사용자 인터페이스(1200)는 현장관리자(F)기 교통관제센터(C)나 현장장치(100)로의 호 연결을 지시하는 것과 현장장치(100)의 구동상태를 참조하기 위한 신호 등 다양한 요건의 신호 처리를 수행하며, 현장장치(100) 혹은 교통관제센터(C)로부터 수신된 정보를 기초로 처리 요건을 선택하고 이를 다시 교통관제센터(C) 혹은 현장장치(100)로 재전송하기 위하여 데이터 처리부(1400)에 목표 지시사항을 저장 및 기록한다.
데이터 처리부(1400)는 현장관리자(F)가 사용자 인터페이스부(1200)를 통해 요청한 모든 내용을 패킷화하여 이를 통신부(1300)를 통해 목표 송신처로 전송할 것을 지시하며, 현장장치(100) 혹은 교통관제센터(C)로부터 수신된 모든 정보를 통신부(1300)를 통해 통보 받으며, 이를 현장관리자(F)가 지시한 바에 따라 가동 및처리하여 출력부(1500)로 전송한다.
상기에서 출력부(1500)의 전송은 수신된 텍스트 문서정보와 영상정보를 스크린상에 출력하는 경우와 현장에서 스필백 현상이 검출되는 경우 이를 음성출력을 통해 경고 신호를 출력한다.
상기한 바와 같은 기능을 포함하여 이루어지는 본 발명을 통해 스필백을 검출하는 동작에 대하여 설명하며 다음과 같다.
본 발명에서 스필백 판단을 위한 영상처리기법은 기본적으로 트립 와이어(Tripwire)기법에 기초하며, 이를 기반으로 'Rolling Horizon'에 의한 'Voting' 기법을 적용한다.
이를 위해 먼저, 현장장치(100)는 스필백 판단을 위하여 카메라(120)를 통해 입력되는 교차로의 검지영역을 설정 및 분할한 다음 교통관제센터(C)에 등록하는 초기화 과정을 수행하고(S100), 교통관제센터(C)로부터의 구동시작 신호의 검출에 따라 설정된 검지영역에서 차량이 존재하는지의 여부를 설정된 알고리즘을 통해 검출하며(S200) 검출되는 차량의 존재여부를 결과를 설정된 알고리즘을 통해 분석하여 스필백 현상의 발생여부를 판단한다(S300).
상기의 판단에서 해당 검지영역에서 스필백 현상의 발생이 판단되면 제어부(130)는 각각의 통신포트(ⓐ,ⓑ,ⓒ)를 통한 유무선 통신으로 현장신호 제어기(A)나 유관기관(B), 교통관제센터(C), 차량(D), 관할 경찰서(E) 및 현장 관리자(F)에게 통지하여 교차로에서의 스필백 현상 발생을 통지함과 동시에 적절한 조치를 요구한다(S400).
상기와 같이 스필백 현상의 발생 통보와 조치의 요구를 통지 받은 현장신호 제어기(A)나 유관기관(B), 교통관제센터(C), 관할 경찰서(E) 및 현장 관리자(F)는 현장장치의 운영모드의 변경이나 사건 발생에 대한 송신처의 변경을 수행시켜 스필백 현상의 발생을 조치함으로써 안정된 통행이 유지되도록 한다(S500).
상기한 설명에서 먼저, 전처리의 과정으로 현장장치(100)가 입력되는 영상정보로부터 검지영역을 설정 및 분할하는 과정에 대하여 첨부된 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
첨부된 도 2에서 알 수 있는 바와 같이 카메라(120)로 입력되는 영상에 대하여 교차로의 사각영역 전체를 포함하도록 검지영역을 설정하고, 교차로의 사각영역은 폐색(Occlusion)이 발생되지 않도록 위상차를 고려하여 설정한 다음 설정된 검지영역에 대하여 시스템의 환경자료에 기록 저장한다(S101).
이후, 트립 와이어에서 단위 셀을 구성하는 것으로 검지영역을 등분화하는데, 이의 경우 기본적으로 설정된 검지영역을 임의의 25∼30 등분의 다각형 영역으로 설정하며, 검지영역이 등분화되었으면 이를 환경자료에 년/월/일/시/분/초의 대한 정보를 포함하여 각 트립(Trip) 셀의 좌표를 기록 및 저장한다(S102).
상기와 같이 검지영역의 등분화가 완료되면 기본적으로 각 트립셀 별 배경정보를 수집한 다음 수집된 배경정보의 전체영역과 분할된 트립셀 간의 영상차를 기본자료로 하여 배경영상을 초기화하는데, 초기화 수행에서 각 트립셀에서의 영상차가 임계치 수준이상이면 갱신하지 않으며, 영상차가 임계치 이하 수준이면 이를 배경영상으로 간주하여 이를 정보화하고, 각각의 트립셀에 고유 ID를 부여하여 기록및 저장한다(S103).
상기의 과정을 통해 검지영역 영상정보의 모든 트립셀에 대하여 배경정보가 정상화되면 검지영역의 확증된 영상정보로 편집하여 구동 준비 완료 신호로써 교통관제센터(C)에 전송한다(S104).
상기 영상정보의 편집에 있어 현장장치(100)내의 제어부(130)는 메모리 버퍼를 자기 순환식 메모리 구조로 구성하여 각 트립셀의 ID와 검지영역의 배경영상정보 및 초기화 여부를 위한 태그 바이트(Tag Byte)를 포함하며, 각 트립셀에 대한 배경정보의 갱신의 반복 수행 결과 등록된 트립셀의 모든 ID에 대하여 초기화 종료가 확인되면 이를 영상 프레임으로 구성한 이후 그래픽 파일의 형식에 따라 헤더를 전반부에 구성한다.
상기와 같이 확증된 배경영상의 검지영역에 대한 영상정보의 편집이 완료된 초기화 종료의 정보와 스필백 판단을 위한 구동시작 요구의 신호가 교통관제센터(C)에 전송되면, 교통관제센터(C)의 운용자는 초기화된 영상정보를 확인하여(S105), 초기화가 부정확하게 이루어진 트립셀이 존재하는지의 여부를 판단한다(S106).
상기에서 초기화가 부정확하게 이루어진 트립셀이 존재하는 것으로 판단되면 해당 영역의 트립셀을 지정하여 현장장치(100)측에 트립셀의 초기화 재조정을 요구한다(S107).
상기와 같이 교통관제센터(C)로부터 트립셀의 초기화 재조정의 신호가 검출되면 현장장치(100)는 수신된 패킷으로부터 초기화 재조정 요구를 받은 해당 트립셀에 대하여 재조정 및 갱신하여 이를 교통관제센터(C)측에 전송한다(S108).
이후 초기화가 부정확하게 이루어진 모든 트립셀에 대하여 초기화 재조정을 완료한 다음 교통관제센터(C)의 전송이 완료되면 현장장치(100)는 교통관제센터(C)로부터 스필백 판단을 수행시키기 위한 구동신호의 입력을 대기한다(S110).
상기와 같은 절차를 통해 현장장치(100)가 검지영역에서 스필백 판단을 위한 전처리 과정이 수행되면 차량의 존재 여부를 판단하는데, 이는 첨부된 도 7에서 알 수 있는 바와 같은 과정을 통해 수행된다.
해당 교차로에서 스필백을 판단하기 위해서는 제어부(130)는 카메라(120)로부터 입력되는 검지영역인 사각 영역내에서 수집된 영상에 대하여 순차적으로 3프레임을 메모리 버퍼에 등록한 후 각각의 프레임에 고유 ID를 예를들어 F[1],F[2],F[3]로 설정하여 롤링 버퍼(Rolling Buffer)에 기록한다(S201).
이후, 상기 롤링 버퍼에 기록된 수집 영상을 순차적으로 차 영상 처리하여 처리된 결과를 예를들어 DF[1],DF[2]에 순차적으로 저장한 다음(S202), 차영상 처리된 DF[1],DF[2}에 대하여 다시 한번 차 영상 처리하여 예를들어 DDF[1]로 설정한 다음 기록 저장한다(S203).
이후, 상기 S203을 통해 처리된 차차 영상에 대하여 초기 단계에서 트립셀 별로 초기화된 배경영상과 차 영상화하여 그 결과를 예를들어 DDFB[1]로 설정하여 기록 저장한다(S204).
이후, 상기 S203에서 처리된 결과인 차차 영상 DDF[1]과 상기 S204에서 차 영상화한 초기화 배경영상의 처리된 결과인 DDFB[1]를 소블 매스크(Sobel Mask)를이용하여 에지(Edge)를 검출하고(S205), 검출된 에지를 기준으로 각 트립셀 별 신호대 잡음비를 검출한다(S206).
상기에서 각 트립셀 별 신호대 잡음비의 검출은 하기의 수학식 1을 통해 검출한다.
SNR_Signal_Noise_Ratio[H][V] =에지를 구성하는 총 점의 수/트립셀을 구성하는 총 점의 수
여기서, 'H'는 교차로 사각영역을 구성하는 트립셀의 수평성분의 순위이고, 'V'는 교차로 사각영역을 구성하는 트립셀의 수직 성분의 순위이다.
상기의 수학식 1을 통해 신호 대 잡음비의 검출이 완료되면 그 결과를 기초로 하여 해당 교차로의 검지영역인 사각영역, 즉 트립셀내에서 차량이 존재하는지의 여부를 추출하게 된다(S207).
상기 트립셀내의 차량 존재여부의 검출은 하기의 알고리즘을 통해 연산된다.
if SNR_Signal_Noise_Ratio[H][V] > 임계치 then
SNRStatusCode = 1
Else
SNRStatusCode = 2
End if
if DDF[1][H][V] < 임계치 then
if SNRStatusCode==1 then StatusCode = 1
Else
if SNRStatusCode==1 then StatusCode = 2
End if
여기서, SNRStatusCode=1은 트립셀 내에 차량이 존재함을 의미하고,
SNRStatusCode=2는 트립셀 내에 차량이 존재하지 않음을 의미하며,
StatusCode=1은 트립셀 내에 차량이 있으나 움직임이 없는 상태를 의미하고,
StatusCode=2는 트립셀 내에 차량이 있으며, 움직이고 있는 상태를 의미한다.
상기와 같은 과정을 통해 검지영역내에 차량이 존재하는지의 여부가 검출되면 그 결과를 기초로 하여 'Voting' 알고리즘을 통해 스필백 판단 절차를 수행하는데, 이는 첨부된 도 8과 같이 수행된다.
도면에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 검지영역내의 차량 존재여부의 결과들 중에서 'StatusCode'가 1 혹은 2 인 경우만을 추출하여 맵 테이블(Map Table)의 비교를 통해 반복을 수행하는 전계과정(iteration)을 순차적으로 기록 저장하는데, 이는 반복하는 전계과정을 10으로 나눈 나머지를 현재의 반복 정차의 값으로 설정하고, 모든 트립셀에 대하여 반복 전계과정이 최대 9가 될 때 까지 다음 알고리즘에 따른 판단 과정을 반복 수행한다(S301).
if StatusCode[H][V] == or StatusCode[H][V] == 2 then
Map_Table[iteration][H][V] = 1
Else
Map_Table[iteration][H][V] = 0
End if
상기의 알고리즘을 통해 반복 전계과정이 처리되면 각 트립셀에 대하여 스필백 판단 여부를 결정하기 위한 종합 테이블을 하기의 알고리즘을 통해 구성한다(S302).
Final_Table[H][V] = Final_Table[H][V] + Map_Table[iteration][H][V]
상기의 알고리즘을 통해 종합 테이블의 구성이 완료되면 이 결과를 기초로 하여 모든 'H' 와 'V'에 대하여 하기의 알고리즘과 같이 'Voting'을 적용한다(S303).
if Final_Table[H][V] > 임계수준 then SB_counter = SB_Counter+1
여기서, 'SB_Counter'는 스필백 가능성이 있는 트립셀의 총 수를 의미한다.
상기의 'Voting'의 적용을 통해 검출되는 결과로부터 하기의 알고리즘을 통해 해당 교차로 검지영역내에서의 스필백 현상의 발생 여부를 판단한다(S304).
SB_Decision = SB_Counter/트립셀의 총수
if SB_Decision > 임계수준 then
Current_Intersection_Status = 1
Else
Current_Intersection_Status = 0
End if
여기서, 'Current_Intersection_Status'는 스필백 여부에 대한 상태 코드로서 Current_Intersection_Status = 1이면 해당 교차로에 스필백 현상이 발생한 것을 의미하며, Current_Intersection_Status = 0이면 해당 교차로에 스필백 현상이 발생하지 않은 정상상태를 의미한다.
상기와 같은 동작의 반복을 통해 해당 교차로 내의 검지 영역 영상정보에서 스필백 현상의 발생이 검출되면 현장장치(100)는 유무선 통신으로 현장신호 제어기(A)나 유관기관(B), 교통관제센터(C), 차량(D), 관할 경찰서(E) 및 현장 관리자(F)에게 교차로에서의 스필백 현상 발생을 통지함과 동시에 적절한 조치를 요구하고, 스필백 현상의 발생 통보와 조치의 요구를 통지 받은 현장신호 제어기(A)나 유관기관(B), 교통관제센터(C), 관할 경찰서(E) 및 현장 관리자(F)는 현장장치의 운영모드의 변경이나 사건 발생에 대한 송신처의 변경을 수행시켜 스필백 현상의 발생을 조치함으로써 안정된 통행이 유지되도록 한다.
또한, 교통부문에서는 야간에 카메라로 입력되는 영상처리에 많은 약점을 갖게 되는데, 이는 수집된 영상자료가 야간인 경우 차량의 존재 유무를 판단하기 위한 임계수준의 절대적인 기준을 설정할 수 없기 때문이다. 따라서, 본 발명에서는 이를 위하여 야간의 영상에 대하여 감마 필터를 이용함으로써 환경변화에 자동적으로 적용될 수 있도록 하는 알고리즘을 적용하여 주간 및 야간에서의 안정적인 교통상황을 판단할 수 있도록 하였다.
이를 위하여 수집된 영상을 기초로 하여 히스토그램(Histogram)을 구성하는데, 이를 위하여 먼저 수집된 영상자료에 대하여 하기의 알고리즘을 통해 0∼255분포를 갖도록 히스토그램을 구성한다.
for (yi = 0 ; yi < vertical_Image_Scale ; yi++)
for (xi = 0 ; xi < Horizon_Image_Scale ; xi++)
Histogram[Gray[yi][xi] = Histogram[Gray][yi][xi]
여기서, 'yi'는 주어진 영상의 수직성분 좌표계 처리변수이고, 'xi'는 주어진 영상의 수평성분 좌표계 처리변수이며, 'Vertical_Image_Scale'는 주어진 영상의 수직성분 좌표계 최대값이며, 'Horizon_Image_Scale'는 주어진 영상의 수평성분 좌표계 최대값이며, 'Gray[yi][xi]'는 수집된 영상자료에서 수직 및 수평좌표가 각각 'yi', 'xi'인 위치에 있는 영상의 칼라값(Gray Level)을 의미한다.
상기와 같이 수집된 영상에 대한 히스토그램이 구성되면 산출된 히스토그램에서 데드밴드(Dead Band)를 추출한다. 여기서 데드밴드는 무시할 구간 혹은 영역으로, 본 발명에서는 히스토그램에 소속된 비율이 너무 낮아 그 해당 비율을 '0'으로 설정하여도 될 수 있는 구간의 급(Grade)을 정의하며, 데드밴드는 하기의 수학식 2를 통해 통해 산출한다.
데드밴드 = (Vertical_Image_Scale × Horizon_Image_Scale)a/B
여기서, 'a'는 Scale 지수 조정계수이고, 'B'는 Scale 분할 조정계수이다.
상기와 같이 히스토그램의 구성에서 데드밴드가 추출되면 추출된 데드밴드를 고려하여 히스토그램의 스케일을 하기의 알고리즘을 통해 산출한다.
For (gray=0; Gray<Max_ImageGray; Gray++) {
If (Histogram[Gray] < DeadBand) then
Histogram[Gray] = 0
Else
MinPos = Gray
Break
End if
}
For (gray=Max_ImageGray; Gray>0; Gray--) {
If (Histogram[Gray] < DeadBand) then
Histogram[Gray] = 0
Else
MaxPos = Gray
Break
End if
}
여기서, 'MinPos'는 히스토그램에서 데드밴드에 속하지 않는 최소 급의 위치이며, 'MaxPos'는 히스토그램에서 데드밴드에 속하지 않는 최대 급의 위치를 의미한다.
상기와 같이 히스토그램의 스케일이 산출되면 데드밴드에 의하여 필터링된 히스토그램을 기초로 하여 히스토그램의 비(Ratio)를 산출하는데, 히스토그램의 비는 수집된 영상에서 고려될 수 있는 그레이 레벨의 평균값을 히스토그램에서의 중간 급으로 설정하고, 이를 기준으로 히스토그램의 좌항의 급과 우항의 급을 총계하여 비율을 산출한다.
상기의 비율 산출에서 히스토그램의 좌항의 총계 산출은 하기의 알고리즘을 통해 수행된다.
LeftHistSummation = 0
For (Gray = MinPos; Gray < Max_ImageGray/2; Gray++) {
LeftHistSummation = LeftHistSummation + Histogram[Gray]
}
여기서, 'LeftHistSummation'은 히스토그램에서 좌항분에 해당하는 급의 총계값이며, 'Max_ImageGray'는 물리적으로 영상수집장치가 수집할 수 있는 최대의 칼라 값을 의미한다.
또한, 히스토그램의 우항의 총계 산출은 하기의 알고리즘을 통해 수행된다.
RightHistSummation = 0
For (Gray = Max_ImageGray/2;Gray<MaxPos+1; Gray++) {
RightHistSummation = RightHistSummation + Histogram[Gray]
}
여기서, 'RightHistSummation'은 히스토그램에서 우항분에 해당하는 급의 총계값을 의미한다.
상기의 과정을 통해 히스토그램의 좌항분의 총계와 우항분의 총계가 산출되면 그 결과를 이용하여 히스토그램의 실질적인 비를 하기의 수학식 3을 통해 산출한다.
HistoRatio = LeftHistSummation / RightHistSummation
상기의 수학식 3을 통해 히스토그램의 비가 산출되면 감마 필터에 적용될 수 있는 펙터(Factor)를 하기의 수학식 4를 통하여 산출한다.
Gamma_Factor = HistoRatioC
여기서, 'C′는 감마 펙터의 스케일 조정계수이다.
상기의 수학식 4를 통해 감마 펙터가 산출되면 이를 토대로 원래의 영상에 대하여 하기의 수학식 5를 통해 조정 과정을 수행한다.
Gamma_Output = Gray[xi][yi]G
여기서, 'G′는 감마 펙터이다.
상기의 원래 영상 조정에 대한 알고리즘은 다음과 같다.
For (yi=o; yi<Vertical_Image_Scale; yi++)
for (xi=0; xi<Horizion_Image_Scale;xi++)
if (Gray[Yi][Xi] < MinPos) = Gray[Yi][Xi] = MinPos
Gray[Yi][Xi] = (Gray[Yi][Xi]-MinPos)/(MaxPos-MinPos)
Gray{Yi][Xi] = Gray[Yi][Xi]G× Max_ImageGray
여기서, 'Yi'는 주어진 영상의 수직성분 좌표계 처리변수이고, 'Xi'는 주어진 영상의 수평성분 좌표계 처리변수이며, 'Vertical_Image_Scale'는 주어진 영상의 수직성분 좌표계 최대값이며, 'Horizion_Image_Scale'는 주어진 영상의 수평성분 좌표계 최대값이며, 'Gray[Yi][Xi]'는 수집된 영상자료에서 수직,수평좌표가 각각 Yi,Xi인 위치에 있는 영상의 칼라값(Gray Level)이며, 'MinPos'는 히스토그램에서 데드밴드에 속하지 않는 최소 급의 위치이며, 'MaxPos'는 히스토그램에서 데드밴드에 속하지 않는 최대 급의 위치이며, 'Max_ImageGray'는 물리적으로 영상수집장치가 수집할 수 있는 최대의 칼라값을 의미한다.
상기한 바와 같은 감마 필터를 이용한 환경 적응방식의 야간 영상의 조정을 통해 안정되고 고화질의 도로 교통정보를 수집하게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 교차로와 고속도로 및 도로의 유출입 램프에서의 스필백 현상을 실측 판단함으로써, ITS의 ATMS와 ATIS에서 정의하고 있는 교통정보 제공 시스템에 전략적이며, 효과적으로 활용할 수 있으며, 도시부 교통관제 및 유입 유출램프에서의 스필백 형상을 실시간으로 파악하여 주변 관할 경찰서 및 유관기관에 관련정보를 원격 송출시킴으로서 민원에 의한 교통 관제를 능동적으로 대처할 수 있다.
또한, 본 발명은 현장에서의 교통정보를 교통관제센터에 유선 및 무선통신체계로 전송할 수 있으며, 이를 통하여 간접적으로 ITS의 VTIS(부가가치 정보제공 시스템)의 민간 교통정보제공 서비스 업체에 전송함으로서 전방향 교통정보 제공 서비스와 최단 경로 제공 시스템 등의 다양한 분야에 활용할 수 있으며, 기존의 교통부문에서 사용되어 왔던 고가의 CCD카메라와 영상 제어기 및 현장에서의 굴착공사 등의 제반작업이 소요되지 않아 실제 시스템 적용에 초저가 설치 및 운용이 가능하며, 태양전지와 자체 배터리를 동시에 운용하여 별도의 전원 설비가 필요치 않으며, 정보를 원격으로 송출함에 있어 현장의 제어기와 교통정보 수집센터 및 경찰서, 유관기관 등에 동시에 송출하여 정보의 활용에 즉시성을 제공한다.
또한, 본 발명은 교통관제센터에서 원격으로 수신처를 임의적으로 선정할 수 있어 현장관리 측면에서 능동적이고 융통성을 갖으며 관할 경찰서의 현장관리 요원에게 교차로의 스필백 현상의 발생 사실을 즉각적으로 송출하여 교통관리의 측면에서 현장 대응 능력이 뛰어 나며, PDA 혹은 스마트 폰, 셀룰라 폰 등과 연계하여 원격지에서 교차로의 교통상황을 실시간적으로 참조할 수 있어 현장장치의 관리 및 교통관리에 매우 높은 효율성을 제공한다.

Claims (15)

  1. 설정된 감시영역에서 입력되는 영상이 외부 환경에 적응되도록 필터링하여 영상의 질을 향상시키는 필터링수단과;
    교차로내의 설정된 감시영역의 영상을 입력하는 영상입력수단과;
    입력되는 영상정보를 수집 처리하여 스필백 현상의 발생여부를 판단하며, 그 결과를 사전에 정의된 통신포트를 통해 목표 송신처로 전송하는 기능을 담당하는 제어수단 및;
    제어수단에서 인가되는 감시 영역에 대한 스필백 발생 여부의 정보 및 영상정보를 무선 데이터로 패킷화하여 송신하는 유무선통신수단을 포함하여 현장장치로 설치되는 것을 특징으로 하는 영상처리기반의 스필백 판단 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 필터링수단은 환경적응형 감마 필터를 적용하는 것을 특징으로 하는 영상처리기반의 스필백 판단 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 영상입력수단은 아날로그 영상을 처리하는 CCD카메라 및 CMOS센서를 이용하는 디지털 카메라를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상처리기반의 스필백 판단 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어수단은 해당 지역에서의 스필백 판단 결과를 문자 정보와 영상 정보로 구분하여 실시간으로 패킷화하고, 목표 수신처까지 안정적으로 전송될 수 있도록 제어하는 것을 특징으로 하는 영상처리기반의 스필백 판단 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어수단은 해당 지역에서 판단된 영상정보에 대하여 웨이블렛과 JPEG 및 동영상 파일로 가공하여 목표 수신처에 전송하는 것을 특징으로 하는 영상처리기반의 스필백 판단 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어수단은 무선통신수단과 시리얼 데이터를 인터페이스하는 직렬통신포트와;
    RS-232/422 기반하에서 유선망을 통해 TCP/IP 통신을 수행할 수 있도록 하는 유선통신포트와;
    원격 통신을 수행하기 위한 무선통신포트를 구비하며, 각각의 통신포트들은 양방향 통신이 기본적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 영상처리기반의 스필백 판단 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    시스템 구동을 위한 동작전원으로 유선을 통해 공급되는 상용전원과;
    자가 발전이 가능한 태양전지 및;
    태양전지 및 상용전원에 충전되는 자체 충전장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 영상처리기반의 스필백 판단 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 현장장치는 이동통신단말기와 연동하여 이동통신단말기의 운용자인 현장관리자는 해당 지역에서 검출되는 교통상황 정보와 현장장치의 구동상태를 실시간적으로 파악하며, 이동 통신단말기를 통해 해당 지역의 교통관제를 수행할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 영상처리기반의 스필백 판단 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 이동통신단말기는 현장관리자가 교통관제센터 및 현장장치와 호 연결을 위한 키 신호를 발생하는 키 입력부와;
    현장관리자가 교통관제센터나 현장장치로의 호 연결을 지시하는 것과 현장장치의 구동상태를 참조하기 위한 신호 등 다양한 요건의 신호 처리 인터페이스를 수행하는 사용자 인터페이스부와;
    현장관리자가 요청한 모든 내용을 패킷화하여 목표 송신처로 전송할 것을 지시하며, 수신된 모든 정보를 처리하는 데이터 처리부와;
    현장상태를 텍스트 문서정보와 영상정보 및 음성정보 출력하는 출력수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 영상처리기반의 스필백 판단 시스템.
  10. 입력되는 교차로의 검지영역을 설정 및 분할한 다음 교통관제센터에 등록하여 초기화 과정을 수행하는 과정과;
    교통관제센터로부터의 구동시작 신호 검출에 따라 설정된 검지영역에서 차량이 존재하는지의 여부를 검출하는 과정과;
    차량의 존재여부 결과를 설정된 알고리즘을 통해 분석하여 스필백 현상의 발생여부를 판단하는 과정과;
    검지영역에서 스필백 현상의 발생이 판단되면 유무선을 통신을 통해 해당 사실을 목표 송신처에 전송하여 적절한 조치를 요구하는 과정과;
    교통관제기관으로부터 수신되는 정보에 따라 현장장치의 운영모드 변경, 사건 발생에 대한 송신처의 변경을 수행하여 스필백 현상의 발생을 처리하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 영상처리기반의 스필백 판단방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 검지영역을 설정 분할하여 초기화하는 과정은 입력되는 영상에 대하여 교차로의 사각영역 전체를 포함하며 사각영역은 폐색이 발생되지 않도록 위상차를 고려하여 설정한 다음 시스템의 환경자료에 기록 저장하는 과정과;
    설정된 검지영역을 임의의 25∼30 등분의 다각형 영역으로 설정하여 검지영역을 등분화하여 트립셀을 구성한 다음 환경자료에 년/월/일/시/분/초의 대한 정보를 포함하여 좌표를 기록하는 과정과;
    검지영역의 등분화 이후 각 트립별 배경정보를 수집하여 전체영역과 분할된 트립셀 간의 영상차를 기본자료로 하여 배경영상을 초기화하는 과정과;
    검지영역 영상정보의 모든 트립셀에 대하여 배경정보가 정상화되면 검지영역의 확증된 영상정보로 편집하여 구동 준비 완료 신호로써 교통관제센터에 초기화 자료로 제공함과 동시에 구동 시작 요구신호를 전송하는 과정과;
    교통관제센터의 운용자는 초기화된 영상정보를 확인하여 초기화가 부정확하게 이루어진 트립셀이 존재하는지의 여부를 판단하는 과정과;
    초기화가 부정확하게 이루어진 트립셀이 존재하는 것으로 판단되면 해당 영역의 트립셀을 지정하여 트립셀의 초기화 재조정을 요구하는 과정과;
    트립셀의 초기화 재조정의 신호에 따라 해당 트립셀에 대하여 재조정 및 갱신하여 이를 교통관제센터측에 전송한 다음 스필백 판단을 수행시키기 위한 구동신호의 입력을 대기하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 영상처리기반의 스필백 판단 방법.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 해당 검지영역내의 차량 존재여부의 판단은 검지영역에서 수집된 영상에 대하여 순차적으로 3프레임을 메모리 버퍼에 하는 과정과;
    메모리 버퍼에 기록된 수집 영상을 순차적으로 차 영상 처리하여 처리된 결과를 순차적으로 저장하는 과정과;
    차영상 처리된 결과를 다시 한번 차 영상 처리하여 저장하는 과정과;
    처리된 차차 영상에 대하여 트립셀 별로 초기화된 배경영상과 차 영상화하여 그 결과를 저장하는 과정과;
    차차 영상과 차 영상화한 초기화 배경영상의 처리된 결과를 소블 매스크를 이용하여 에지를 검출하는 과정과;
    검출된 에지를 기준으로 각 트립셀 별 신호 대 잡음비를 검출하는 과정과;
    검출된 신호 대 잡음비의 결과를 기초로 하여 해당 교차로에서 차량이 존재하는지의 여부를 추출하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 영상처리기반의 스필백 판단 방법.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 스필백 판단은 검지영역내의 차량 존재여부의 결과들 중에서 임의의 상태코드의 값을 추출하여 맵 테이블의 비교를 통해 반복을 수행하는 정차값을 추출하여 종합 테이블을 구성하는 과정과;
    상기의 종합 테이블 구성 결과를 기초로 하여 모든 수직좌표의 성분과 수평좌표의 성분에 대하여 'Voting'을 적용하는 과정과;
    상기의 'Voting'의 적용을 통해 검출되는 결과로부터 해당 교차로 검지영역내에서의 스필백 현상의 발생 여부를 판단하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 영상처리기반의 스필백 판단 방법.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 배경영상의 초기화는 각 트립셀에서의 영상차가 임계치 수준 이상이면 갱신하지 않으며, 영상차가 임계치 이하 수준이면 이를 배경영상으로 간주하여 정보화하고, 각각의 트립셀에 고유 ID를 부여하여 저장하는 것을 특징으로 하는 영상처리기반의 스필백 판단방법.
  15. 청구항 11에 있어서,
    상기 확증된 검지영역의 영상정보 편집의 경우 현장장치내 제어수단은 메모리 버퍼를 자기 순환식 메모리 구조로 구성하여 각 트립셀의 ID와 검지영역의 배경영상정보 및 초기화 여부를 위한 태그 바이트를 포함하며, 각 트립셀에 대한 배경정보의 갱신의 반복 수행 결과 등록된 트립셀의 모든 ID에 대하여 초기화 종료가 확인되면 이를 영상 프레임으로 구성하고 그래픽 파일의 형식에 따라 헤더를 전반부에 구성하는 것을 특징으로 하는 영상처리기반의 스필백 판단방법.
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