KR100656345B1 - 두 대의 카메라를 이용한 이동 물체 추적 장치 및 방법 - Google Patents

두 대의 카메라를 이용한 이동 물체 추적 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

시각처리 기반의 사용자 인터페이스 및 보안/감시 시스템 또는 지능형 로봇에서 두 대의 카메라를 이용한 이동 물체 추적 장치 및 그 방법이 개시되어 있다. 본 발명은 두 대의 카메라를 이용하여 글로벌 뷰우 영상에서 이동 물체를 검출하고 로칼 뷰우에 의해 상세한 영상을 획득한다. 따라서 글로벌 뷰우를 이용하여 카메라의 움직임을 최소화하고 배경 영상의 제거 등 일차적인 방법으로 목표물을 효율적으로 검출할 수 있다. 또한 로칼 뷰우와 글로벌 뷰우의 모드 상호 전환이나 글로벌 뷰우를 로칼 뷰우의 PT 좌표와 동기화 등을 통해 목표물의 이동 영역이나 위치를 쉽게 추적할 수 있다.

Description

두 대의 카메라를 이용한 이동 물체 추적 장치 및 방법{Method and apparatus for tracking moving object by using two-cameras}
도 1은 본 발명에 따른 이동 물체 추적 장치를 구현하기 위한 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1의 영상 처리 시스템에서 카메라의 위치를 제어 및 처리하는 상세 블록도 이다.
도 3은 도 2에서 글로벌 뷰우, 탐지된 목표물의 위치 및 로칼 뷰우를 나타내는 영상의 실시 예이다.
도 4는 본 발명에 따른 두 대의 카메라를 이용한 이동물체 추적 방법을 보이는 흐름도이다.
본 발명은 보안/감시 처리 시스템에 관한 것이며, 특히 시각처리 기반의 사용자 인터페이스 및 보안/감시 시스템 또는 지능형 로봇에서 두 대의 카메라를 이용한 이동 물체 추적 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
통상적으로 이동물체에 대한 추적 기술은 보안 및 감시 시스템, 지능형 로봇 의 시각처리, 사용자 인터페이스 등 많은 응용영역을 가지고 있으며, 이의 실현을 위하여 다양한 방법으로 카메라 장치들을 이용하고 있다. 첫째로 가장 단순한 이동 물체 추적 방법은 하나 또는 복수개의 고정된 카메라 장치를 이용하여 미리 정해진 영역의 영상을 획득 및 분석하고, 이를 통하여 목표물을 탐지해내는 기술이다. 두 번째 이동 물체 추적 방법은 보안 및 감시 시스템에서 PTZ(Pan/Tilt/Zooming) 제어가 가능한 카메라 장치를 이용하여 원격지에서 수동으로 카메라 장치를 제어함으로서 원하는 영역에서 영상을 획득 및 분석하여 목표물을 탐지해 내는 기술이다. 세 번째 이동 물체 추적 방법으로는 망원 렌즈(telephoto lens) 및 광각 렌즈(wide-angle lens)가 장착된 카메라 장치를 동시에 이용하여, 고정된 영역에서 광각 렌즈를 통하여 촬영된 영상으로부터 목표물의 위치를 예측하고 망원렌즈를 통하여 예측된 위치에서 목표물 영상을 획득하여 분석하는 기술이다. 그러나 이러한 종래의 이동 물체 추적방법들은 효율적으로 이동물체를 추적하기 위한 카메라 장치들 간의 상호협력 등에 관한 유연성이 부족하여, 고속의 카메라 제어 및 이동물체 추적 시스템 등에 효과적인 성능을 제공하지 못하고 있으며, 또한 PTZ 제어가 가능한 카메라 시스템들의 장점을 효과적으로 이용하지 못하는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 시각처리 기반의 사용자 인터페이스 및 보안/감시 시스템 또는 지능형 로봇에서 각기 다른 FOV(field of view)를 갖는 두 대의 카메라 장치를 사용하여 영상분석을 통한 카메라 장치 상호간의 FOV를 자동적으로 제어함으로서 이동물체의 추적을 보다 효율적으로 구현할 수 있는 이동 물체 추적 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자하는 다른 기술적 과제는 이동 물체 추적방법을 적용한 장치를 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 두 대의 카메라를 이용한 이동 물체 추적 방법에 있어서,
상기 카메라들에 대해 각각 글로벌 뷰우 및 로칼 뷰우를 설정하는 과정;
상기 과정에서 설정된 글로벌 뷰우의 촬영 영역을 분석하는 과정;
상기 과정에서 분석된 글로벌 뷰우 촬영 영역에 따라 상기 글로벌 뷰우와 상기 로칼 뷰우 모드를 상호적으로 전환 가능하게 하고 스테레오 영상 촬영을 위해 두 대의 로칼 뷰우를 이용하여 스테레오 뷰우 모드를 설정하는 카메라 위치제어 수행과정;
상기 과정에서 카메라 위치의 제어에 따라 촬영된 목표물 영상을 획득하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기의 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 두 대의 카메라를 이용한 이동 물체 추적 장치에 있어서,
상기 카메라들에 대해 각각 글로벌 뷰우 및 로칼 뷰우를 초기화는 초기화부;
상기 초기화부에서 초기화된 글로벌 뷰우에 의해 촬영하고 상기 글로벌 뷰우 영역을 분석하여 목표물을 탐지하는 영상 분석부;
상기 과정에서 영상 분석부에서 분석된 뷰우 촬영 영역에 따라 상기 글로벌 뷰우와 상기 로칼 뷰우의 모드를 상호적으로 전환하게 하고 스테레오 촬영을 위해 두 대의 로칼 뷰우를 이용하여 스테레오 뷰우 모드를 설정하는 카메라 위치제어 수행을 위한 카메라 제어부;
상기 카메라 제어부에서 제어되는 카메라 위치에 따라 촬영된 목표물 영상을 촬영하는 영상획득부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 이동 물체 추적 시스템의 개략적인 구성도 이다.
도 1의 이동 물체 추적 시스템은 두 대의 카메라(110), 두 대의 PTZ 제어기(120), 인터페이스 장치(130), 영상처리 시스템 또는 컴퓨터(140)로 구성된다.
도 1을 참조하면, 줌(Zoom) 제어가 가능한 두 대의 카메라(110)는 미리 정해진 위치에 고정되어 있는 각각의 PTZ 제어기(120)에 장착되어 있으며, USB 또는 IEEE 1394 등과 같은 인터페이스 장치(130)를 통하여 영상처리 시스템(140)에 연결되어 있다. 그리고 두 대의 카메라(110)는 목표물(100)에 대하여 스테레오 영상의 획득이 가능한 위치에 설치되어 있다. 따라서 카메라를 통하여 입력된 영상은 영상처리 시스템(140)에서 처리된다. 영상처리 시스템(140)은 글로벌 뷰우 영상을 분석하여 분석된 뷰우 촬영 영역에 따라 글로벌 뷰우와 상기 로칼 뷰우의 모드를 상호적으로 전환 가능하게 하고 스테레오 촬영을 위해 두 대의 로칼 뷰우를 이용하여 스테레오 뷰우 모드로 설정하는 카메라 위치 제어를 수행한다.
따라서 도 1의 시스템은 두 대의 카메라를 이용하여 글로벌 영상에서 이동 물체를 검출하고 로칼 뷰우에 의해 상세한 영상을 획득한다. 따라서 글로벌 뷰우를 이용하여 카메라의 움직임을 최소화하고 배경 영상의 제거 등 일차적인 방법으로 목표물을 효율적으로 검출할 수 있다. 또한 로칼 뷰우와 글로벌 뷰우의 모드 상호 전환이나 글로벌 뷰우를 로칼 뷰우의 PT 좌표와 동기화 등을 통해 목표물의 이동 영역이나 위치를 쉽게 추적할 수 있다.
도 2는 도 1의 영상 시스템에서 이동 물체 추적을 위한 영상분석 및 카메라 제어부의 상세 블록도 이다.
도 2의 영상분석 및 카메라 제어부는 초기화부(200), 뷰우 영상 분석부(210), PTZ 처리부(220), 영상 획득부(230)로 구성된다.
초기화부(200)는 이동물체의 탐지영역에 대한 카메라 뷰우 설정을 위해 PTZ 제어기를 초기화하는 제어 신호를 발생시킨다.
뷰우 영상 분석부(210)는 입력되는 영상 신호로부터 이동물체 검출을 위해 글로벌 뷰우(global view) 및 로칼 뷰우(local view)에 대한 영상을 분석한다. 여기서 이동물체 검출은 글로벌 뷰우 영상의 분석을 통한 목표물 탐지와 로칼 뷰우에 의한 검증 과정을 통하여 수행된다.
PTZ 처리부(220)는 뷰우 영상 분석부(210)에서 영상 분석 결과에 의하여 두 대의 카메라 장치(110) 상호간에 이동물체 추적을 위한 상호협력 과정 즉, 글로벌 뷰우를 위한 PT(Pan-Tilt)좌표 수정(222), 로칼 뷰우의 글로벌 뷰우 모드 교환(224), 두 개의 로칼 뷰우 설정에 따른 스테레오 뷰우로 모드 전환(226)을 통해 카메라에 대한 PTZ 제어를 수행한다.
영상 획득(230)는 PTZ 처리부(220)에서 PTZ 제어를 수행한 결과에 의해 이동물체에 대한 영상을 획득한다.
도 3은 도 2에서 글로벌 뷰우, 목표물의 위치 및 로칼 뷰우를 나타내는 결과 영상의 실시 예이다.
도 3을 참조하면, 다른 FOV를 갖는 두 대의 카메라(110)에서 글로벌 뷰우 영상과 이의 분석과정에 의해 추출된 목표물의 위치 및 로칼 뷰우를 나타내는 결과 영상의 예를 나타낸다. 첫 번째 그림(300)은 글로벌 뷰우 카메라를 통하여 획득된 영상이다. 이 영상은 탐색하고자 하는 제스쳐 정보를 포함하고 있다. 두 번째 그림(310)은 피부색 등의 컬러정보에 의하여 검출된 제스쳐 영역과 로칼 뷰우에 의한 목표물 영역을 표시한 것이다. 그리고 세 번째 그림(320)은 제스쳐 영역의 중심 좌표를 이용한 로칼 뷰우 카메라에 의하여 획득된 목표물 영상을 나타내고 있다.
도 4는 본 발명에 따른 두 대의 카메라를 이용한 이동물체 추적 방법을 보이는 흐름도 이다.
먼저, 두 대의 카메라(110)를 이용하여 목표물을 탐지하기 위해 각각의 카메라에 대해 글로벌 뷰우 및 로칼 뷰우를 설정한다(400과정).
이어서, 배경영상의 제거나 차 영상을 이용한 움직임 추정 또는 색상 정보 등을 이용하여 이동물체 검출을 위한 글로벌 뷰우의 영상 분석을 수행한다(410 과정).
이어서, 영상 분석 과정을 통하여 원하는 목표물이 글로벌 뷰우 영역에서 탐지되었나를 체크한다(420 과정).
이때 목표물이 글로벌 뷰우 영상에서 검출되지 않았다면, 글로벌 뷰우와 로칼 뷰우 모드간에 상호 모드전환을 통하여 다른 영역에서 목표물의 검출을 시도한다(430 과정). 그리고 목표물이 글로벌 뷰유 영상에서 검출되었다면 로칼 뷰우 카메라의 PTZ를 제어하여 목표물 검출 위치로 이동하고 상세 영상을 얻는다(424 과정, 450 과정).
또한 목표물에 대한 스테레오 뷰우 영상에 대한 요청이 있을 경우(440 과정)두대의 카메라 상호간에 중심 좌표 값의 동기화 즉, 글로벌 뷰우의 PTZ 값을 로칼 뷰우의 PTZ 값과 동기화하여 목표물의 로칼 뷰우에 대한 스테레오 뷰우를 설정한다(442 과정, 450 과정). 스테레오 뷰우 모드 설정을 통해 두개의 로칼 뷰우(또는 두개의 글로벌 뷰우)에 대한 영상을 얻는다
이때 이동 물체 추적과정에서 글로벌 뷰우는 탐지된 목표물이 촬영영역을 벗어날 가능성이 없는 한 PTZ 값을 변경하지 않는다. 그러나 검출된 목표물의 중심 좌표가 글로벌 뷰우 영역에서 미리 정해놓은 영역을 벗어난 것이 탐지되면(460 과정) 목표물을 영상의 중심영역에 위치시키기 위하여 글로벌 뷰우의 PT 좌표를 로칼 뷰우의 PT 좌표로 수정한다(462 과정).
그리고 스테레오 뷰우 모드 해제 요청시 카메라가 모두 로칼 뷰우 모드(또는 글로벌 뷰우)로 설정된 스테레오 뷰우가 탐지되면(470 과정), 두 대의 카메라를 각각 글로벌 뷰우 및 로칼 뷰우로 전환하기 위하여 PT 좌표가 초기 값(origin)에 가까운 카메라에 대해 글로벌 뷰우로 설정하고 다른 카메라를 로칼 뷰우로 지정한다(470 과정). 즉, 두 대의 카메라에 대해 글로벌 뷰우 및 로칼 뷰우를 다시 설정하 고 초기화한다(484 과정).
결국, 이동 물체의 추적은 상기의 과정을 지속적으로 반복 수행함으로서 이루어지게 된다.
본 발명은 상술한 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상 내에서 당업자에 의한 변형이 가능함은 물론이다.
또한 본 발명은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 하드디스크, 플로피디스크, 플래쉬 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 저장되고 실행될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 각기 다른 FOV를 갖는 카메라 장치들간의 상호 협력을 통하여 이동물체에 대한 영상을 효율적으로 획득하고 목표물을 빠르게 탐지할 수 있다. 즉, 글로벌 뷰우와 로칼 뷰우를 갖는 두 대의 카메라 장치간에 역할분담 및 상호협력을 통한 PTZ의 자동제어는 목표물의 추적 및 영상획득 메커니즘에 있어 유연함을 제공할 수 있어 고속의 카메라 제어를 기대할 수 있다. 또한, 필요에 따라 목표물에 대한 스테레오 영상정보나 각기 다른 글로벌 뷰우를 얻 을 수 있음으로서 기존의 시각처리를 위한 카메라 장치들에 비하여 보다 다양한 뷰우에서 많은 정보를 제공할 수 있다. 따라서 본 발명은 제스쳐 또는 얼굴인식, 보안 및 감시 시스템, 지능형 로봇 등의 시각처리 시스템에 적용 개발을 보다 손쉽고 효과적으로 실현할 수 있다.

Claims (8)

  1. 두 대의 카메라를 이용한 이동 물체 추적 방법에 있어서,
    상기 카메라들에 대해 각각 글로벌 뷰우 및 로칼 뷰우를 설정하는 과정;
    상기 과정에서 설정된 글로벌 뷰우의 촬영 영역을 분석하는 과정;
    상기 과정에서 분석된 글로벌 뷰우 촬영 영역에서 목표물 검출 유무에 따라 상기 글로벌 뷰우와 상기 로칼 뷰우 모드를 상호적으로 전환하게 하고, 스테레오 영상 촬영을 위해 두 개의 로칼 뷰우를 스테레오 뷰우 모드로 설정하는 카메라 위치 제어를 수행하는 과정;
    상기 과정에서 카메라 위치의 제어에 따라 촬영된 목표물 영상을 획득하는 과정을 포함하는 이동 물체 추적 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 카메라 위치 제어 과정은 목표물에 대한 스테레오 영상을 요청한 경우 글로벌 뷰우의 PTZ 값을 로칼 뷰우의 PTZ 값과 동기화하는 것을 특징으로 하는 이동 물체 추적 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 카메라 위치 제어 과정은 상기 글로벌 뷰우 촬영 영역으로부터 이동 물체를 검출하면 PTZ 제어에 의해 검출된 목표물의 중심 좌표로 상기 로칼 뷰우를 이동하는 것을 특징으로 하는 이동 물체 추적 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 카메라 위치 제어 과정은 목표물의 중심 좌표가 글로벌 뷰우 영상에서 미리 정해진 영역을 벗어날 경우 상기 글로벌 뷰우 카메라의 PT 좌표를 로칼 뷰우 카메라의 PT 좌표 값과 동기화하여 글로벌 뷰우의 화면 중심을 목표물로 이동하는 것을 특징으로 하는 이동 물체 추적 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 카메라 위치 제어 과정은 상기 글로벌 뷰우에서 목표물이 탐지되지 않을 경우 로칼 뷰우와 모드를 상호 전환하는 것을 특징으로 하는 이동 물체 추적 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 카메라 위치 제어 과정은 상기 스테레오 뷰우 상태에서 스테레오 뷰 모드 해제 요청시 두 개의 로컬 뷰우 카메라 중에서 PT 좌표가 초기 값에 근접한 카메라를 상기 글로벌 뷰우로 설정하고 그렇지 않은 카메라를 상기 로칼 뷰우로 설정하는 것을 특징으로 하는 이동 물체 추적 방법.
  7. 두 대의 카메라를 이용한 이동 물체 추적 장치에 있어서,
    상기 카메라들에 대해 각각 글로벌 뷰우 및 로칼 뷰우를 초기화는 초기화부;
    상기 초기화부에서 초기화된 글로벌 뷰우에 의해 촬영하여 상기 글로벌 뷰우 영역을 분석하여 목표물을 탐지하는 영상 분석부;
    상기 과정에서 영상 분석부에서 분석된 뷰우 촬영 영역에서 목표물 검출 유무에 따라 상기 글로벌 뷰우와 상기 로칼 뷰우의 모드를 상호적으로 전환시키고 스 테레오 영상 촬영에 따라 두 대의 로칼 뷰우를 스테레오 뷰우 모드로 설정하는 카메라 위치 제어를 수행하는 카메라 제어부;
    상기 카메라 제어부에서 제어되는 카메라 위치에 따라 촬영된 목표물 영상을 촬영하는 영상획득부를 포함하는 이동 물체 추적 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 카메라 제어부는
    목표물이 글로벌 뷰우 영역에 벗어날 경우 뷰우의 PT 좌표를 로칼 뷰우의 PT 좌표로 수정하는 PT 좌표 수정부;
    상기 목표물이 글로벌 뷰우 영역에 탐지되지 않으면 글로벌 뷰우와 로칼 뷰우 모드를 상호 교환하는 뷰우 모드교환부;
    상기 스테레오 영상 촬영을 위해 두 개의 로칼 뷰우를 이용하여 스테레오 뷰우 모드로 설정하는 스테레오 모드 전환부를 구비하는 것을 특징으로 하는 이동 물체 추적 장치.
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