KR100464253B1 - 모니터링기기의영상경계치검출장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 영상입력을 받는 산업용 모니터링 기기에서 실시간으로 경계치를 획득하는 기술에 관한 것으로, 수직방향으로 위치한 두 픽셀의 밝기값 차를 검출하는 밝기 차 연산부(300A)와; 밝기 차 연산부(300A)의 출력값을 임계화 처리한 후 3라인에 걸쳐 임계화 처리된 값을 논리곱하여 해당 픽셀이 세로방향 외곽선 성분의 일부인지를 판단하는데 근거값으로 제공하는 외곽라인 판단부(300B)와; 수평방향으로 위치한 두 픽셀의 밝기값 차를 검출하는 밝기 차 연산부(300C)와; 상기 밝기 차 연산부(300C)의 출력값을 임계화 처리한 후 3라인에 걸쳐 임계화 처리된 값을 논리곱하여 해당 픽셀이 가로방향 외곽선 성분의 일부인지를 판단하는데 근거값으로 제공하는 외곽라인 판단부(300D)와; 상기 외곽라인 판단부(300B),(300D)의 출력값을 가산하여 해당 픽셀이 외곽성분의 이진영상인지의 여부를 판단할 수 있도록하는 가산기(313)를 포함시켜 구성한 것이다.

Description

모니터링 기기의 영상 경계치 검출 장치

본 발명은 영상입력을 받는 산업용 모니터링 기기에서 실시간으로 경계치를 획득하는 기술에 관한 것으로, 특히 디지탈신호 처리기와 같은 수리연산처리용 집적소자를 사용하지 않고, 기존의 하드웨어에 간단한 논리회로를 추가하는 것에 의해 사용자가 모니터링 기기를 사용하여 실시간으로 현장 상황의 외곽선 영상을 얻을 수 있도록한 모니터링 기기의 영상 경계치 검출 장치에 관한 것이다.

산업용 모니터링 기기는 생산 현장에서 PLC(PLC: Programmable Logic Controller), NC(NC: Numeric Controller), 인버터 등의 제어기기와 통신하여 기기의 동작 상황을 보여주거나 그것을 제어하기 위해 사용되는 기기이다. 그러나, 그 점차 응용영역이 점차 확장되어 산업 현장에서나 특정한 장소에서 시각적인 감시역할까지 담당하고 있는 실정에 있다.

통상의 모니터링 기기는 2,3개의 영상 입력, 많게는 10개까지의 영상입력을 받아서 감시기능을 수행하게 되는데, 이는 단순히 현장의 상황을 디스플레이하는 기능에 불과하다. 또한, 카메라에서 획득되어진 영상을 모니터링 기기의 디스플레이 소자(예: LCD, EL 등)로 직접 출력하므로 노이즈로 인하여 영상의 콘트라스트가 저하된다.

CCD 카메라와 같은 영상 획득장치를 구비한 종래의 모니터링 기기는, 그 영상 획득장치에서 출력되는 영상신호(NTSC 영상신호)를 모니터링 기기에 공급하여 적,녹,청색용 신호(R,G,B)를 추출하고, 아날로그/디지탈신호 변환을 수행하여 장착되어 있는 디스플레이소자에 표시하게 된다.

이와 같은 경우, 영상의 각 픽셀은 칼라 정보를 포함하고 있으므로 그 데이터량이 비교적 많다. 따라서, 현재 일반적인 모니터링 기기의 메모리량으로 원하는 화면의 영상을 저장하는데 커다란 장애로 대두되고 있다. 더욱이, 시각적 감시를 목적으로하는 인식, 추적과 같은 고차원적인 처리를 수행하는 경우 처리해야 할 데이터량이 더욱 증가하게 되므로 시스템의 처리속도와 하드웨어 구성 문제를 해결하는데 큰 부담이 되었다. 또한, 산업용 모니터링 기기로 현장의 상황을 감시하는데 있어서 화면내에 존재하는 물체의 색정보는 디스플레이 소자의 해상도나 현장의 밝기 등 열악한 주위 환경을 감안할 때 그다지 중요한 정보가 아니라고 말할 수 있다.

따라서, 본 발명은 기존의 모니터링 기기의 단순한 현장 상태의 디스플레이 기능을 초월하여, 획득된 영상에서 경계치를 계산하여 외곽선을 표시하는 이진화된 영상을 실시간으로 획득하는 영상 경계치 검출 장치를 제공하고자 한다.

도 1은 종래기술에 의한 산업용 모니터링 기기의 영상 획득 및 표시 장치의 블록도로서 이에 도시한 바와 같이, 생산 현장에서 목적한 대상물의 동작 상황을 보여주거나 그것을 제어하기 위해 촬영하는 씨씨디 카메라(101)와; 상기 씨씨디 카메라(101)에서 출력되는 영상신호(NTSC)를 적,녹,청색용 신호(R,G,B)로 변환함과 아울러 디지탈신호로 변환하는 색신호 및 A/D변환기(102)와; 화면상에서 선이나 원 등의 도형을 표시하는 역할을 수행하는 그래픽 콘트롤러(103)와; 멀티플렉싱 기능을 수행하여 상기 색신호 및 A/D변환기(102)의 출력신호나 그래픽 콘트롤러(103)의 출력신호를 받아들이는 버퍼(104)와; 상기 버퍼(104)의 출력신호를 일시 저장하기 위한 비디오 디램(105)과; 상기 비디오 디램(105)에서 출력되는 영상신호를 디스플레이하는 디스플레이부(106)로 구성된 것으로, 이의 작용을 첨부한 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

그래픽 콘트롤러(103)는 디스플레이되는 화면상에서 선이나 원 등의 도형을 표시하는 역할을 수행한다. 산업용 모니터링 기기의 보편적인 기능인 도형 표시와 사용자가 등록한 태그에 의한 감시 및 제어기능을 수행하기 위해 상기 그래픽 콘트롤러(103)는 비디오 디램(105)에 데이터를 라이트(write)하여 그 데이터가 디스플레이부(106)에 디스플레이된다.

영상입력 장치가 장착된 모터링 기기는 통상적으로 비디오 디램(105)의 전단에 버퍼(104)를 설치하고 그를 멀티플렉싱하여 그래픽 콘트롤러(103)가 작화한 도형을 받아들이거나 씨씨디 카메라(101)의 출력 영상신호를 받아들이게 된다.

사용자가 영상 표시 동작이 정의된 태그를 정의하면 운전중의 모니터링 기기는 그 태그의 동작 조건이 만족되는지 확인하여 조건이 만족되면 영상획득 장치로부터 송출되어 온 데이터를 상기 디스플레이부(106)의 영역에 출력하게 된다.

모니터링 기기의 운전은 모두 태그에 의해서 이루어지고 사용자가 작화한 도형은 유저인터페이스를 위한 것이다. 따라서, 화면에 영상을 출력하는 것도 태그와 어우러져야 실행된다. 일단 사용자가 임의로 도형을 작화한 후 모니터링 기기에 다운로드하면 운전을 시작할 수 있다.

이때, 모니터링 기기는 주변기기와 범용 프로토콜이나 전용 프로토콜로 통신하면서 입력장치(예: 키보드, 터치 패널, 스위치 등)를 통한 사용자의 제어를 기다리게 되며, 통신으로 인하여 또는 유저의 직접적인 입력에 의해 화상출력의 동작에 맞물린 태그의 기동조건이 만족되면 도 2와 같이 동작을 시작한다.

즉, 버퍼(104)가 씨씨디 카메라(101)측으로 멀티플렉싱하면 그 씨씨디 카메라(101)에서 출력되는 영상신호(NTSC)가 색신호 및 A/D변환기(102)에 의해 적,녹,청색용 신호(R,G,B)로 변환됨과 아울러 디지탈신호로 변환된 후 그 멀티플렉서(104) 및 비디오 디램(105)을 통해 디스플레이부(106)측으로 출력된다. 따라서, 상기 디스플레이부(106)에 현장의 상황이 디스플레이된다. 이후 동작을 마치는 기동조건이 만족되면 상기 버퍼(104)는 다시 상기 그래픽 콘트롤러(103) 방향으로 멀티플렉싱하여 그의 출력 영상 데이터를 받아들이게 된다.

그러나, 이와 같은 종래의 디스플레이 기술을 모니터링 기기에 적용하는 경우, 디스플레이 소자의 사양(해상도, 동작 가능 환경), 현장의 조명상태 등에 따라 정확한 감시 기능을 발휘하는데 어려움이 있고, 물체를 구별하는데 어려움이 있었다. 그리고, 차후 모니터링 기기에서의 기능 확장면에서 처리해야 할 데이터량이 너무 많아 몇장의 필요한 화면만 저장하고자 하는 경우에도 모니터링 기기의 메모리 사양을 결정하는데 부담을 주게 되는 결함이 있었다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 기존의 모니터링 기기의 단순한 현장 상태의 디스플레이 기능을 초월하여, 획득된 영상에서 경계치를 계산하여 외곽선을 표시하는 이진화된 영상을 실시간으로 획득하는 모니터링 기기의 영상 경계치 검출 장치를 제공함에 있다.

도 3은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 모니터링 기기의 영상 경계치 검출 장치에 대한 일실시 예시 블록도로서 이에 도시한 바와 같이, 레지스터(301),(302)와 감산기(303)로 구성되어 수직방향으로 위치한 두 픽셀의 밝기값 차를 검출하는 밝기 차 연산부(300A)와; 임계화 처리부(304), 라인 지연기(305),(306), 곱셈기(307)로 구성되어 상기 밝기 차 연산부(300A)의 출력값을 임계화 처리한 후 3라인에 걸쳐 임계화 처리된 값을 논리곱하여 해당 픽셀이 세로방향 외곽선 성분의 일부인지를 판단하는데 근거값으로 제공하는 외곽라인 판단부(300B)와; 라인 지연기(308),(309) 및 감산기(310)로 구성되어 수평방향으로 위치한 두 픽셀의 밝기값 차를 검출하는 밝기 차 연산부(300C)와; 임계화 처리부(311), 플립플롭(FF1),(FF2) 및 곱셈기(312)로 구성되어 상기 밝기 차 연산부(300C)의 출력값을 임계화 처리한 후 3라인에 걸쳐 임계화 처리된 값을 논리곱하여 해당 픽셀이 가로방향 외곽선 성분의 일부인지를 판단하는데 근거값으로 제공하는 외곽라인 판단부(300D)와; 상기 외곽라인 판단부(300B),(300D)의 출력값을 가산하여 해당 픽셀이 외곽성분의 이진영상인지의 여부를 판단할 수 있도록하는 가산기(313)로 구성한 것으로, 이와 같이 구성한 본 발명의 작용을 첨부한 도 1 및 도 4를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 영상획득 장치인 도 1의 씨씨디 카메라(101)에서 출력되는 영상신호(NTSC)에서 그레이 레벨의 밝기신호를 분리하게 되는데, 이때, 범용의 칩을 사용한다. 상기 그레이 레벨의 밝기신호를 A/D변환하여 8bit의 밝기값(IV)을 얻고, 이를 근거로 외곽선을 검출하기 위해 도 4a, 4b와 같은 마스크 연산자 매트릭스를 사용한다.

영상의 전체에 걸쳐 필터링하면 그레이 레벨값이 차이가 많이 나는 영역에서는 그 차의 값이 상대적으로 큰 값을 가지게 된다. 상대적으로 큰 값인지를 판단하기 위하여, 비교값을 주어 임계화 하게 되며, 이렇게 임계화한 결과가 외곽 성분임을 검출하는 근거가 된다.

이하, 이의 구현과정을 도 3, 도 4a 및 4b를 참조하여 좀더 상세하게 설명한다.

도 3에서 밝기 차 연산부(300A) 및 외곽라인 판단부(300B)는 도 4a의 마스크 연산자를 근사화시켜 구현한 것으로 이들을 통해 수직방향의 에너지 성분을 검출한다. 즉, 두 개의 레지스터(301), (302)와 감산기(303)를 사용하여 x-1 위치의 픽셀의 밝기값과 x+1 위치의 픽셀의 밝기 값의 차를 계산한다.

상기 감산기(303)의 출력값을 임계화 처리부(304)에 공급하여 이로부터 '0'이나 '1'의 결과를 얻고, 다음 라인의 검출 결과와 연계시키기 위해 라인 지연소자를 이용해 이진 결과를 임시로 저장한다. 즉, 3번째 라인(y+1)까지 지연시켜야 하므로 두 개의 라인 지연기(305),(306)를 사용한다. 상기 3 라인에 걸쳐 임계화한 값을 곱셈기(307)를 통해 논리곱 연산하여 외곽선 라인의 일부인지를 확인한다.

여기까지의 연산 과정은, 픽셀(x,y)이 세로방향 외곽선 성분의 일부인지를 판단하는데 사용되는 모듈이다.

한편, 상기 도 3에서 밝기 차 연산부(300C) 및 외곽라인 판단부(300D)는 도 4b의 마스크 연산자를 근사화시켜 구현한 것으로, 이들을 통해 수평방향의 에너지 성분을 검출하게 된다. 이 경우에는 수평방향 성분의 외곽선을 검출해야 하므로 y-1 라인과 y+1 라인간에 차연산이 이루어져야 한다. 따라서, 두 개의 라인 지연기(308),(309)를 사용하여 2라인을 지연시킨 후 감산기(310)를 이용하여 같은 x좌표 위치의 픽셀간의 차를 구한다. 즉, 픽셀(x-1,y-1)과 픽셀(x-1, y+1)간의 연산을 수행한다.

상기 감산기(310)의 결과치를 임계화 처리부(311)에 공급하여 이로부터 임계화 처리된 이진 결과를 얻고, 다음 연산과 연계시키기 위해 두 개의 플립플롭(FF1), (FF2)을 이용하여 2라인 지연시킨다. 이 과정을 3번 반복하면 y-1라인과 y+1 라인간에 수평방향으로 연속된 3 픽셀간의 차이값이 구해지고 이를 곱셈기(312)를 통해 논리곱하여 영상의 수평방향 외곽선의 일부인지를 판정한다.

그런데, 픽셀(x,y)은 수평이나 수직방향 외곽선의 일부일 수 있으므로, 상기 외곽라인 판단부(300B)의 결과치와 외곽라인 판단부(300D)의 결과치를 가산기(313)를 통해 가산하게 되며, 이 가산기(313)의 출력값이 '0' 인 경우에는 외곽성분이 아닌 이진 영상을 의미하고, '1' 인 경우에는 외곽성분인 이진 영상임을 의미한다.

상기 외곽라인 판단부(300B),(300D)에서 판단된 외곽라인과, 가산기(313)로 판단한 외곽라인은 외곽라인의 판단 성분이라는 점에서는 동일하다. 그러나, 상기 외곽라인 판단부(300B),(300D)에서 판단된 외곽라인은 각각 수직, 수평방향에 대한 외곽라인의 판단 성분이고, 가산기(313)로 판단한 외곽라인은 그 수직, 수평방향에 대한 외곽라인의 판단 성분이 모두 반영된 판단성분이므로 신뢰도가 높다는 점에서 차이가 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 산업용 모니터링 기기에서, 카메라를 통해 획득된 영상으로 부터 경계치를 계산하여 외곽선을 표시하는 이진화된 영상을 실시간으로 출력함으로써 특정 물체에 대한 감시기능을 수행할 때 처리해야 할 데이터량이 대폭적으로 줄어들고 시각적 구별이 뚜렷해지는 효과가 있다. 또한, 감시 대상 물체의 위치를 결정하고 물체의 모양을 인식하는 고차원적인 프로세싱에서 경계선 위주의 이진영상을 이용함으로 이의 전처리를 실시간으로 처리할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 의한 모니터링 기기의 영상 획득 및 표시 장치의 블록도.

도 2는 종래기술에 의한 모니터링 기기의 동작 신호 흐름도.

도 3은 본 발명에 의한 모니터링 기기의 영상 경계치 검출 장치의 예시 블록도.

도 4a는 본 발명의 수직방향 에지성분 검출에 적용되는 마스크 연산자 매트릭스.

도 4b는 본 발명의 수평방향 에지성분 검출에 적용되는 마스크 연산자 매트릭스.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

300A,300C : 밝기 차 연산부 300B,300D : 외곽라인 판단부

301,302 : 레지스터 303,310 : 감산기

304,311 : 임계화 처리부 305,306,308,309 : 라인 지연기

307,312 : 곱셈기 313 : 가산기

Claims (1)

1. 산업용 모니터링 기기의 영상 획득 및 표시 장치에 있어서, 수직방향으로 위치한 두 픽셀의 밝기값 차를 검출하는 밝기 차 연산부(300A)와; 밝기 차 연산부(300A)의 출력값을 임계화 처리한 후 3라인에 걸쳐 임계화 처리된 값을 논리곱하여 해당 픽셀이 세로방향 외곽선 성분의 일부인지를 판단하는데 근거값으로 제공하는 외곽라인 판단부(300B)와; 수평방향으로 위치한 두 픽셀의 밝기값 차를 검출하는 밝기 차 연산부(300C)와; 상기 밝기 차 연산부(300C)의 출력값을 임계화 처리한 후 3라인에 걸쳐 임계화 처리된 값을 논리곱하여 해당 픽셀이 가로방향 외곽선 성분의 일부인지를 판단하는데 근거값으로 제공하는 외곽라인 판단부(300D)와; 상기 외곽라인 판단부(300B),(300D)의 각기 출력되는 세로방향 외곽선 성분의 근거값, 가로방향 외곽선 성분의 근거값을 가산하여 해당 픽셀이 외곽성분이 아닌 이진 영상을 의미하는 '0' 을 출력하거나, 외곽성분인 이진영상을 의미하는 '1' 을 출력하는 가산기(313)를 포함시켜 구성한 것을 특징으로 하는 모니터링 기기의 영상 경계치 검출 장치.