KR100950463B1 - 엔티에스씨/피에이엘 카메라용 영상 추적 칩 개발 장치 - Google Patents

엔티에스씨/피에이엘 카메라용 영상 추적 칩 개발 장치 Download PDF

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Abstract

모터에 의해서 움직이는 카메라로부터 입력된 영상 신호에 응답해서 영상 추적을 수행하는 영상 추적 칩 개발 장치는, 상기 카메라로부터의 상기 영상 신호를 입력받아 움직임 영상을 검출하고, 검출된 움직임 영상의 좌표 정보를 출력하는 프로세서 모듈과, 상기 프로세서 모듈로부터 출력되는 좌표 정보에 응답해서 상기 모터를 구동하는 컨트롤러, 그리고 상기 카메라로부터 출력되는 영상 신호 및 상기 프로세서 모듈로부터의 상기 좌표 정보를 디스플레이하는 퍼스널 컴퓨터를 포함한다.
NTSC/PAL 카메라, 영상 추적, SoC, FPGA

Description

엔티에스씨/피에이엘 카메라용 영상 추적 칩 개발 장치{APPARATUS OF IMAGE TRACKING SOC CHIP DEVELOPMENT FOR NTSC/PAL CAMERA}
본 발명은 칩 개발 장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 엔티에스씨/피에이엘(NTSC/PAL) 카메라용 영상 추적 칩 개발 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 지식경제부 및 정보통신연구진흥원의 IT 신성장동력핵심기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[IT SoC 핵심설계인력양성].
최근 감시카메라 분야의 고성능화 및 지능화 추세에 따라 각종 영상 감지 및 추적용 SoC(System on a chip) 칩들이 많이 개발되고 있다. 기존의 NTSC/PAL 카메라용 SoC 개발 방법은 퍼스널 컴퓨터(PC) 상에서 샘플 그림이나 PC 카메라 등을 이용하여 소프트웨어 베이스(software base)로 먼저 알고리즘(algorithm)을 구현하고, 이 알고리즘을 FPGA(field-programmable gate array)라는 타겟 보드(target board)에 하드웨어 베이스(hardware base)의 언어(language)로 이식하여 구현 및 테스트하는 절차로 진행되었다.
만약 퍼스널 컴퓨터 상에서 알고리즘 개발 및 검증이 용이하지 않으면 바로 FPGA 레벨에서 구현하여 오류 정정을 수행하는 형태로 진행되어 왔다. 그러나 이 와 같이 영상 추적용 코어 알고리즘을 개발하는 단계와 이것을 하드웨어 레벨로 구현하는 단계가 서로 분리되어 있으면 개발 기간도 많이 걸릴 뿐만 아니라 추후에 SoC를 검증하는 과정에서도 많은 노력과 시간이 소요된다.
따라서 NTSC/PAL 카메라 영상 처리용 칩의 발전 속도 및 개발 주기가 짧은 상황에 대응하기 위한 새로운 개발 방법 및 장치의 필요성이 절실히 필요하다.
따라서, 본 발명의 목적은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, NTSC/PAL 카메라로부터 입력된 영상을 실시간 시뮬레이션 함과 동시에 타겟 FPGA 보드를 이용하여 SoC 로직의 동시 검증 및 테스트 가능한 NTSC/PAL 카메라용 영상 추적 칩 개발 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
상기의 과제를 이루기 위하여 본 발명의 모터에 의해서 움직이는 카메라로부터 입력된 영상 신호에 응답해서 영상 추적을 수행하는 영상 추적 칩 개발 장치는: 상기 카메라로부터의 상기 영상 신호를 입력받아 움직임 영상을 검출하고, 검출된 움직임 영상의 좌표 정보를 출력하는 프로세서 모듈과, 상기 프로세서 모듈로부터 출력되는 좌표 정보에 응답해서 상기 모터를 구동하는 컨트롤러, 그리고 상기 카메라로부터 출력되는 영상 신호 및 상기 프로세서 모듈로부터의 상기 좌표 정보를 디스플레이하는 퍼스널 컴퓨터를 포함한다. 상기 카메라로부터 출력되는 영상 신호는 아날로그 영상 신호이며, 상기 아날로그 영상 신호를 디지털 영상 신호로 변환해서 상기 프로세서 모듈 및 상기 퍼스널 컴퓨터로 각각 제공하는 아날로그-디지털 변환기를 더 포함한다.
이 실시예에 있어서, 영상 추적 칩 개발 장치는, 상기 아날로그-디지털 변환기로부터 출력되는 상기 디지털 영상 신호를 USB(universal serial bus) 신호로 변환하고, 변환된 USB 신호를 상기 퍼스널 컴퓨터로 제공하는 USB 장치를 더 포함한다.
이 실시예에 있어서, 상기 퍼스널 컴퓨터는 상기 프로세서 모듈로부터 출력되는 상기 좌표 정보를 저장한다.
이 실시예에 있어서, 상기 퍼스널 컴퓨터는 상기 프로세서 모듈로부터 출력되는 상기 좌표 정보를 OSD(on screen display) 형태로 표시하기 위한 디스플레이 장치를 포함한다.
이 실시예에 있어서, 상기 프로세서 모듈은 FPGA(field-programmable gate array)이다.
본 발명의 다른 특징에 따른 모터에 의해서 움직이는 카메라로부터 입력된 영상 신호에 응답해서 움직임 영상을 추적하는 영상 추적 칩을 개발하는 방법은: 상기 카메라로부터의 상기 영상 신호를 입력받아 움직임 영상을 검출하고, 검출된 움직임 영상의 좌표 정보를 출력하는 단계와, 상기 프로세서 모듈로부터 출력되는 좌표 정보에 응답해서 상기 모터를 구동하는 단계, 그리고 상기 카메라로부터의 상기 영상 신호 및 상기 프로세서 모듈로부터의 상기 좌표 정보를 디스플레이하는 단계를 포함한다.
이 실시예에 있어서, 상기 좌표 정보를 출력하는 단계는, 상기 움직임 영상의 시작 위치 및 끝 위치를 각각 나타내는 좌표들을 출력하는 단계를 포함한다.
이 실시예에 있어서, 상기 디스플레이 단계는, 상기 카메라로부터의 상기 영상 신호 상에 상기 움직임 영상의 상기 시작 위치 좌표 및 상기 끝 위치 좌표에 의해서 정의된 움직임 영역을 표시하는 단계를 포함한다.
이 실시예에 있어서, 상기 디스플레이 단계는, 상기 프로세서 모듈에 설정된 파라미터 정보들을 표시하는 단계를 더 포함한다.
이 실시예에 있어서, 상기 프로세서 모듈은 FPGA(field-programmable gate array)이다.
이상과 같은 본 발명에 의하면, NTSC/PAL 카메라의 영상을 PC로 고속 전송하여 실시간 시뮬레이션을 수행할 수 있다. 그리고 타겟 FPGA 보드와의 인터페이스를 통하여 SoC 로직의 동시 검증 및 테스트를 수행할 수 있다.
이하 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 영상 추적 칩 개발 장치를 보여주는 도면이다.
본 발명의 신규한 영상 추적 칩 개발 장치(100)는, NTSC/PAL 카메라(110), 모터(120), 아날로그-디지털 변환기(130), 프로세서 모듈(140), 컨트롤러(150), 퍼스널 컴퓨터(160) 그리고 USB 장치(170)를 포함한다. 이 실시예에서 프로세서 모 듈(140)은 FPGA(field-programmable gate array)로 구현된다.
NTSC/PAL 카메라(110)는 렌즈(미 도시됨)를 통해 입력된 영상을 아날로그 영상 신호로 변환해서 출력한다. 모터(120)는 컨트롤러(150)의 제어에 따라서 NTSC/PAL 카메라(110)를 이동시킨다. 예컨대, 카메라(110)는 회전축(미도시됨)을 통해 모터(120)와 연결되며, 모터(120)의 구동에 따라서 회전축에 의해 카메라(110)가 좌우 회전하도록 구성될 수 있다. 모터에 의한 카메라(110)의 회전 방향, 회전 각도 및 회전 속도 등은 다양하게 변경되어 실시될 수 있다.
아날로그-디지털 변환기(130)는 NTSC/PAL 카메라(110)로부터 출력되는 아날로그 영상 신호를 디지털 영상 신호로 변환해서 출력된다. 아날로그-디지털 변환기(130)로부터 출력되는 디지털 영상 신호는 FPGA(140)로 제공된다. FPGA(140)는 디지털 영상 신호 중 움직임 물체를 검출(detection)하는 로직과, 검출된 물체의 이동 경로를 추적(tracking)하는 로직을 포함한다. FPGA(140)는 아날로그-디지털 변환기(130)를 통해 입력된 디지털 영상 신호에서 움직임 물체를 검출하고, 움직임 물체의 이동 경로를 나타내는 좌표(X, Y)를 출력한다. 컨트롤러(150)는 FPGA(140)로부터 출력되는 좌표(X, Y)에 따라서 NTSC/PAL 카메라(110)가 이동하도록 모터(120)를 구동시키기 위한 제어 신호(CTRL)를 출력한다.
FPGA(140)가 움직임 물체를 검출하고, 좌표(X, Y)를 출력하는 과정은 다음과 같다. 카메라(110)의 위치가 고정된 상태에서 카메라(110)로부터 입력된 일련의 두 개의 영상 프레임들의 디지털 영상 신호가 동일하다면 FPGA(140)는 움직임 물체가 없는 것으로 판별한다. FPGA(140)는 일련의 두 개의 영상 프레임들의 영상 신호 비교를 위하여 적어도 두 개의 영상 프레임들을 저장하기 위한 메모리(미 도시됨)를 포함한다.
카메라(110)의 위치가 고정된 상태에서 카메라(110)로부터 입력된 일련의 두 개의 영상 프레임들 중 일부 영역의 디지털 영상 신호가 서로 다르다면 FPGA(140)는 그 일부 영역에 움직임 물체가 있는 것으로 판별하고, 움직임 물체의 중심 좌표(X, Y)를 출력한다. 움직임 물체를 검출하기 위한 적어도 일련의 두 개의 영상 프레임들은 시간적으로 연속된 프레임들 이거나 또는 소정의 시간 간격을 두고 입력된 영상 프레임들 일 수 있다. 예컨대, FPGA(140)는 움직임 물체 검출을 위하여 n 번째 프레임과 n+1 번째 프레임을 비교하거나 또는 n 번째 프레임과 n+3번째 프레임을 비교할 수 있다. FPGA(140)는 일련의 두 프레임의 영상 신호가 서로 다른 영역의 좌측 상단의 좌표와 우측 하단의 좌표를 선택하고, 그 영역의 중심 위치의 좌표를 중심 좌표(X, Y)로서 출력하게 된다.
FPGA(140)는 카메라(110)로부터 입력된 일련의 두 개의 영상 프레임들 중 일부 영역의 디지털 영상 신호가 서로 다르다면 움직임 물체의 좌표(X, Y)를 출력하고, 컨트롤러(150)는 좌표(X,Y)에 대응하는 제어 신호(CTRL)를 출력한다. 모터(120)는 컨트롤러(150)로부터의 제어 신호(CTRL)에 응답해서 카메라(110)를 회전시킨다. 그 결과, 카메라(110)는 움직임 물체의 이동 경로를 따라서 회전할 수 있다. 컨트롤러(150)로부터 출력되는 제어 신호(CTRL)는 모터의 회전 속도, 회전 각도 등을 제어하기 위한 신호이다.
카메라(110)는 회전하면서도 영상을 계속해서 입력받고, 입력된 영상에 대응 하는 아날로그 영상 신호를 출력한다. 그러나 움직임 물체를 검출하기 위해서는 카메라(110)의 위치가 고정된 상태에서 카메라(110)로부터 입력된 일련의 두 개의 영상 프레임들이 FPGA(140)로 제공되어야 한다. 모터(120)의 구동에 의한 카메라(110)의 회전 속도를 조절한다면 카메라(110)의 위치가 고정된 상태에서 카메라(110)로부터 입력된 일련의 두 개의 영상 프레임들이 FPGA(140)로 제공될 수 있다.
USB 장치(170)는 아날로그-디지털 변환기(130)로부터 출력되는 디지털 영상 신호(130)를 USB 2.0 신호로 변환해서 퍼스널 컴퓨터(160)로 전달한다. 퍼스널 컴퓨터(160)는 USB 장치(170)를 통해 입력된 디지털 영상 신호에 대응하는 영상을 디스플레이 장치(162)에 디스플레이한다. 그러므로 사용자는 NTSC/PAL 카메라(110)로부터 FPGA(140)로 제공되는 영상과 동일한 영상을 실시간으로 모니터링 할 수 있게 된다.
앞서 설명한 FPGA(140)로부터 출력되는 좌표(X, Y)는 퍼스널 컴퓨터(160)로도 제공된다. 본 발명의 퍼스널 컴퓨터(160)는 영상 추적 알고리즘을 구현한 소프트웨어를 탑재하고 있으므로, 사용자는 디스플레이 장치(162)에 디스플레이된 영상을 모니터링하면서 실시간으로 영상 추적 알고리즘을 디버깅(debugging)할 수 있다.
예컨대, 사용자는 FPGA(140)를 설계하면서 움직임 물체 검출을 위하여 카메라(110)로부터 입력된 영상 신호의 n 번째 프레임과 n+1 번째 프레임을 비교할 것인지 아니면 n 번째 프레임과 n+3번째 프레임을 비교할 것인지를 선택하여야 한다. 사용자는 아날로그-디지털 변환기(130)를 통해 카메라(110)로부터 입력된 영상과 FPGA(140)로부터 출력되는 좌표(X, Y)를 보면서 카메라(110)가 움직임 물체를 제대로 추적하고 있는 지를 모니터링하고, 비교 대상이 되는 두 프레임의 간격을 조절하기 위해 퍼스널 컴퓨터(160)에 저장된 알고리즘을 수정할 수 있다.
또한, 퍼스널 컴퓨터(160)에 구현된 소프트웨어는 NTSC/PAL 카메라(110)로부터 입력된 디지털 영상 신호와 FPGA(140)로부터 출력되는 좌표(X, Y)를 OSD(On Screen Display) 형태로 저장하여, 추후에 사용자가 영상 상태와 저장된 좌표(X, Y)를 비교해 가면서 영상 추적 알고리즘에 대한 디버깅을 할 수 있도록 한다.
도 2a 내지 도 2d는 도 1에 도시된 영상 추적 칩 개발 장치에 의해서 움직임 물체가 검출된 예들을 보여주는 도면들이다.
도 2a 내지 도 2d에 도시된 바와 같이, FPGA(140)는 일련의 두 프레임의 영상 신호의 비교에 의해서 움직임 물체 영역들(M1-M4)을 검출하고, 디스플레이 장치(162)에 표시된 현재 프레임에 움직임 물체 영역들(M1-M4)을 표시한다. FPGA(140)는 검출된 움직임 물체 영역들(M1-M4)의 중심 위치의 좌표(X, Y)를 출력한다. FPGA(140)는 움직임 물체 영역들(M1-M4)의 중심점 좌표(X, Y) 뿐만 아니라, 검출된 움직임 물체 영역들(M1-M4)의 좌측 상단의 시작점 좌표와 우측 하단의 끝점의 좌표를 퍼스널 컴퓨터(160)로 제공할 수 있다. 이 경우, 퍼스널 컴퓨터(160)는 카메라(110)로부터 입력된 영상 신호에 움직임 물체 영역들(M1-M4)을 나타내는 표식들을 부가하여 디스플레이 장치(162)에 표시한다. 또한 일련의 두 프레임의 영상 신호의 차이값들을 그래프로서 디스플레이 장치(162)에 더 표시할 수 있다.
SoC로 집적된 영상 추적 칩이 움직임 물체를 검출하는 정확도는 주변 환경에 따라서 달라질 수 있으므로, 영상 추적 칩에는 감도(sensitivity), 잡음 한계(noise threshold), 사이즈(target size)등의 파라미터 값이 설정된다. 여기서, 감도는 카메라 주변의 조도 등에 의한 영상의 변화 감지 능력을 말한다. 잡음 한계는 영상 신호에 포함된 잡음을 구별해 내는 정도, 즉, 두 프레임의 영신 신호의 변화 범위를 움직임 물체로 인식할 것인가 잡음으로 인식할 것인가를 판별하기 위한 신호 변화 범위를 말한다. 사이즈는 카메라(110)로부터 입력된 영상 신호의 크기 즉, 한 프레임의 크기를 의미한다.
이러한 영상 추적 칩을 개발하는 단계에서 FPGA(140)에도 감도, 사이즈, 잡음 한계 등의 파라미터들이 설정되는데, 본 발명의 퍼스널 컴퓨터(160)는 이러한 파라미터들을 최적화된 값으로 추출하는 기능을 포함하여 최적의 영상 추적 칩 개발이 가능하도록 한다. 즉, 퍼스널 컴퓨터(160)가 FPGA(140)에 설정된 파라미터들을 디스플레이 장치(162)에 디스플레이하면, 사용자는 파라미터들의 현재 설정된 값에 따라서 움직임 추적이 정상적으로 이루어지는 지를 용이하게 판별할 수 있다. 또한 사용자는 디스플레이 장치(162)에 표시된 영상을 보면서 FPGA(140)에 설정될 파라미터들을 변경할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 영상 관련 SoC 개발에 있어서 회로 구현 및 검증 과정을 무수히 반복하는데 소요되는 시간이 획기적으로 감소될 수 있다. 즉 알고리즘 도출, 시뮬레이션, FPGA 로직 구현, 테스트 및 검증, 알고리즘 수정 과정을 순차적으로 진행하는 것이 아니라, FPGA 로직에 대한 테스트와 동시에 퍼스널 컴퓨 터 상에서 FPGA 로직의 동작 결과를 모니터링할 수 있을 뿐만 아니라 알고리즘에 대한 디버깅이 가능하다.
따라서 각종 영상 감지 및 추적 등의 SoC 칩 개발을 더욱 빠르고 용이하게 함으로써 점점 짧아지고 있는 개발 사이클에 대응할 수 있을 뿐만 아니라 더욱 정확한 SoC 칩 개발이 가능해 진다.
또한 이러한 개발 장치를 응용함으로써 단순한 테스트 벡터(test vector)에 의해 제한된 로직 테스트 뿐만 아니라 영상 모니터링 기능에 의해 SoC 칩의 불량 여부를 판정할 수 있는 실장 테스터기로의 활용이 가능하다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 영상 추적 칩 개발 장치를 보여주는 도면이다.
도 2a 내지 도 2d는 도 1에 도시된 영상 추적 칩 개발 장치에 의해서 최적의 영상 추적 파라미터 추출 예를 보여주는 도면들이다.

Claims (11)

  1. 모터에 의해서 움직이는 카메라로부터 입력된 영상 신호에 응답해서 영상 추적을 수행하는 영상 추적 칩 개발 장치에 있어서:
    상기 카메라로부터의 상기 영상 신호를 입력받아 움직임 영상을 검출하고, 검출된 움직임 영상의 좌표 정보를 출력하는 프로세서 모듈과;
    상기 프로세서 모듈로부터 출력되는 좌표 정보에 응답해서 상기 모터를 구동하는 컨트롤러; 그리고
    상기 카메라로부터 출력되는 영상 신호 및 상기 프로세서 모듈로부터의 상기 좌표 정보를 디스플레이하는 퍼스널 컴퓨터를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 추적 칩 개발 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 카메라로부터 출력되는 영상 신호는 아날로그 영상 신호이며;
    상기 아날로그 영상 신호를 디지털 영상 신호로 변환해서 상기 프로세서 모듈 및 상기 퍼스널 컴퓨터로 각각 제공하는 아날로그-디지털 변환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 추적 칩 개발 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 아날로그-디지털 변환기로부터 출력되는 상기 디지털 영상 신호를 USB(universal serial bus) 신호로 변환하고, 변환된 USB 신호를 상기 퍼스널 컴퓨터로 제공하는 USB 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 추적 칩 개발 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 퍼스널 컴퓨터는 상기 프로세서 모듈로부터 출력되는 상기 좌표 정보를 저장하는 것을 특징으로 하는 영상 추적 칩 개발 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 퍼스널 컴퓨터는 상기 프로세서 모듈로부터 출력되는 상기 좌표 정보를 OSD(on screen display) 형태로 표시하기 위한 디스플레이 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 추적 칩 개발 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세서 모듈은 FPGA(field-programmable gate array)인 것을 특징으로 하는 영상 추적 칩 개발 장치.
  7. 모터에 의해서 움직이는 카메라로부터 입력된 영상 신호에 응답해서 움직임 영상을 추적하는 영상 추적 칩을 개발하는 방법에 있어서:
    프로세서 모듈이 상기 카메라로부터의 상기 영상 신호를 입력받아 움직임 영상을 검출하고, 검출된 움직임 영상의 좌표 정보를 출력하는 단계와;
    상기 프로세서 모듈로부터 출력되는 좌표 정보에 응답해서 상기 모터를 구동하는 단계; 그리고
    상기 카메라로부터의 상기 영상 신호 및 상기 프로세서 모듈로부터의 상기 좌표 정보를 디스플레이하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 추적 칩 개발 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 좌표 정보를 출력하는 단계는,
    상기 움직임 영상의 시작 위치 및 끝 위치를 각각 나타내는 좌표들을 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 추적 칩 개발 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 디스플레이 단계는,
    상기 카메라로부터의 상기 영상 신호 상에 상기 움직임 영상의 상기 시작 위치 좌표 및 상기 끝 위치 좌표에 의해서 정의된 움직임 영역을 표시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 추적 칩 개발 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 디스플레이 단계는,
    상기 프로세서 모듈에 설정된 파라미터 정보들을 표시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 추적 칩 개발 방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 프로세서 모듈은 FPGA(field-programmable gate array)인 것을 특징으로 하는 영상 추적 칩 개발 방법.
KR1020080065069A 2007-11-23 2008-07-04 엔티에스씨/피에이엘 카메라용 영상 추적 칩 개발 장치 KR100950463B1 (ko)

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