KR100967456B1 - 철도건널목 지장물 영상 검지장치 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 컴퓨터 시각기술에 기반하여 철도 건널목의 주변 상황을 동영상분석에 의해 위험지역에 지장물을 판단하여 경보하는 철도건널목 지장물 영상 검지장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 건널목의 영상을 차신호 연산부(20)로 현재 프레임과 전의 프레임의 차신호를 구하고 현재 프레임과 배경 프레임의 차신호를 구한다. 이동영역 검지부(40)는 상기 현재 프레임과 전의 프레임의 차신호 그리고 현재 프레임과 배경 프레임의 차신호를 앤드 연산하여 이동영역을 검출하고, 정지영역 검지부(30)는 현재 프레임과 전의 프레임의 차신호 그리고 현재 프레임과 배경 프레임의 차신호를 감산연산하여 정지영역을 검출한다. 객체 추출부(60)는 상기 이동영역 검지부(40) 및 정지영역 검지부(30)에서 출력되는 영상신호에서 관심객체를 추출하고, 경로 추출부(70)는 객체 추출부(60)의 영상신호에서 관심객체의 경로정보를 추출하고, 제어부(80)는 객체의 경로정보로부터 건널목의 위험지역에 있는지를 판단하여 위험지역에 있는 경우 경보신호를 전송한다. 동영상분석에 의한 실시간 객체 검지 및 추적기술을 이용하여 철도건널목에서의 지장물을 검지하여 경보함으로써 철도건널목에서 발생할 수 있는 사고를 방지할 수 있다.

컴퓨터 시각기술, 동영상 분석, 이동영역, 정지영역, 검지, 철도건널목, 지 장물

Description

철도건널목 지장물 영상 검지장치 및 그 제어방법{moving picture checking apparatus for an obstacle on a rail road crossing and method thereof}

본 발명은 철도건널목 지장물 영상 검지장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 특히 컴퓨터 시각기술에 기반하여 철도 건널목의 주변 상황을 촬영한 동영상분석에 의해 위험지역에 지장물이 진입하는 것을 판단하여 경보신호를 발생시켜 철도건널목에서 발생할 수 있는 사고를 미연에 방지할 수 있는 철도건널목 지장물 영상 검지장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.

종래 철도 건널목에는 건널목 내로 열차의 진입을 사전에 감지하는 열차진입감지장치, 건널목 내에 열차의 진입 및 통과에 지장을 주는 물체를 검지하는 지장물 검지장치, 철도건널목의 상황을 열차에 전달하기 위한 건널목 신호장치, 열차가 건널목에 접근하여 통과할 때까지 도로의 통행을 막는 차단장치, 열차가 건널목에 접근하였을 때, 도로 통행자에게 경고하는 경보장치 등을 부분적으로 설치하여 건널목 내로 진입하는 열차로부터 인명과 대형사고를 방지하고 있다.

그러나 종래의 장치들은 개별적인 제어장치에 의하여 동작되도록 되어 있어 각각의 장치들은 건널목 내와 주변 교통 상황에서 발생하는 다양한 경우에 적합하게 대응하지 못하는 문제가 발생한다.

또한 종래의 방식은 단순한 센서방식의 지장물 검지방식을 사용함으로써 센서 오작동에 기인한 철도 건널목의 안전사고 문제점을 내포하고 있다.

종래 기술의 대표적인 예로서 대한민국 실용신안공보 20-201989호에 철도 건널목의 경보시스템이 개시된다. 이 종래의 기술은, 멀리서 다가오고 있는 기차의 위치와 속도 등을 검출하여 철도건널목을 이용하고자 하는 통행자들에게 그 시시각각 변화하는 도착 잔여거리 및 도착 잔여시간을 시각적으로 표시하는 철도건널목에서의 접근하는 기차의 거리 및 시간 표시시스템을 제공한다.

도 1에 종래기술의 철도건널목 경보시스템의 개략적인 구성을 나타내는 구성도가 도시된다.

종래기술의 철도건널목 경보시스템은 철로 위를 주행하는 기차의 위치 및 속도를 검출하기 위한 다수의 검출수단(1)과, 상기 검출수단(1)으로부터의 신호를 처리하여 마이콤(3)으로 제공하는 인터페이스(2)와, 그 처리된 신호에 따라 소정의 명령을 출력하기 위한 마이콤(3)과, 상기 검출수단(1)과 마이콤(3) 및 인터페이스(2)에 전원을 공급하는 전원장치(6)를 포함하여 구성되는 시스템에 있어서, 기차가 건널목에 접근하는 동안, 시시각각으로 순간적으로 변화하는 철도건널목까지의 잔여거리 및 잔여시간을 시각적으로 표시하기 위한 표시부(5)와, 상기 다수의 검출 수단(1)으로부터 입력되는 다수의 위치신호로부터 기차의 속도를 연산하거나 그 검출수단(1)으로부터 속도신호를 입력받아 철도건널목까지의 시시각각 변화하는 잔여거리 및 잔여시간을 마이콤(3)에서 시시각각 연속적으로 산출하며, 그 산출된 잔여거리 및 잔여시간을 표시하도록 표시부(5)를 구동하기 위한 표시구동부(4)를 포함하여 구성된다.

이 종래기술의 철도건널목 경보 시스템도 센서를 이용하기 때문에 센서의 오동작으로 인한 문제를 해결하지 못한다. 이러한 종래의 문제를 해결하기 위하여 철도건널목의 상황을 명확히 인식할 수 있는 기술이 요청되며 상황인식기술에 의하여 획득된 상황정보에 의한 유기적인 장치제어가 요청된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 컴퓨터 시각기술에 기초한 동영상분석에 의한 실시간 객체 검지 및 추적기술을 이용하여 철도건널목의 지장물을 검지하는 철도건널목 지장물 영상 검지장치 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 물체에 대한 모델을 생성하고 그 모델을 동적으로 갱신하면서 원하는 물체를 추적하여 철도건널목의 지장물을 검지하는 철도건널목 지장물 영상 검지장치 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 오작동이 많은 센서를 대체할 수 있는 철도건널목의 지장물을 검지하는 철도건널목 지장물 영상 검지장치 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 철도건널목 주변의 상황을 인식하여 철도건널목에서 발생할 수 있는 사고로 인한 인명과 재산피해, 복구비용을 저감할 수 있는 철도건널목 지장물 영상 검지장치 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 건널목 지장물 검지장치는 철도 건널목에 설치된 다수의 카메라로부터 건널목의 영상을 촬영하는 감시 카메라부와;

상기 감시 카메라부에서 출력되는 건널목의 영상을 현재 프레임과 전의 프레임 및 배경영상 프레임으로 분리하고, 상기 현재 프레임과 전의 프레임의 차신호를 구하여 이진화하고 현재 프레임과 배경 프레임의 차신호를 구하여 이진화하고 필터링하여 노이즈를 제거하는 차신호 연산부와;

상기 현재 프레임과 전의 프레임의 차신호 그리고 현재 프레임과 배경 프레임의 차신호를 앤드 연산하여 이동영역을 검출하는 이동영역 검지부와;

상기 현재 프레임과 전의 프레임의 차신호 그리고 현재 프레임과 배경 프레임의 차신호를 감산연산하여 정지영역을 검출하는 정지영역 검지부와;

상기 이동영역 검지부 및 정지영역 검지부에서 출력되는 영상신호를 상기 차 신호 연산부로 피드백하여 배경영상 프레임을 갱신하도록 하는 배경영상 갱신부와;

상기 이동영역 검지부 및 정지영역 검지부에서 출력되는 영상신호에서 블럽부분에 식별기호를 부여하고, 동일객체의 블럽부분을 병합하여 객체를 추출하는 객체 추출부와;

상기 객체 추출부에서 추출된 객체의 영상신호에서 객체의 경로정보를 추출하는 경로 추출부와;

상기 객체의 경로정보로부터 건널목의 위험지역에 있는지를 판단하여 위험지역에 있는 경우 경보신호를 출력하는 제어부와;

상기 제어부로부터 경보신호를 입력받아 진입열차에 전송하는 경보부로 구성된다.

본 발명에 의한 상기 차신호 연산부는 상기 감시 카메라부에서 출력되는 영상신호 중에서 이전 프레임 I(t-1)과 현재 프레임 I(t)의 차를 구하는 제1 감산부와;

상기 제1 감산부의 출력을 이진화하는 제1 이진화부와;

상기 제1 이진화부의 출력을 필터링하여 노이즈를 제거하는 제1 필터링부와;

상기 현재 프레임 I(t)과 상기 배경 프레임 B(t)의 차를 구하는 제2 감산부와;

상기 제2 감산부의 출력을 이진화하는 제2 이진화부와;

상기 제2 이진화부의 출력을 필터링하여 노이즈를 제거하는 제2 필터링부로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 상기 이동영역 검지부는 상기 이동하는 물체의 이동 전후의 겹치는 부분을 제외한 화면과 이동물체 및 정지 물체 표시화면을 앤드연산한 결과값이 임계치(임계치> 픽셀변화량/단위시간)를 넘지 못하면 이동물체로 판단하지 않는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 상기 객체 추출부는 이동역역 검지부와 정지영역 검지부로부터 이동영역과 정지영역에 대한 데이터를 입력받아서 블럽 레이블링과 배경과 유사한 밝기값 등에 의해 끊어진 블럽영역을 일정한 조건하에 연결하는 작업을 하는 블럽 요소 연결부와;

상기 블럽 요소 연결부에서 레이블링되고 합쳐진 블럽영역들을 뭉쳐주거나 끊어주어 블럽머징(Blob Merging)을 실행하는 블럽머징부와;

상기 블럽머징부에서 출력되는 객체 블럽의 중심 위치, 세로 및 가로 길이, 가로세로비, 가로세로의 면적 등의 정보를 추출하여 관심객체를 추출하는 객체 추출부로 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 레이블링은 물체 부분에 해당하는 각각의 화소들을 같은 특징들을 갖는 화소들끼리 하나의 영역으로 묶어 각 영역에 레이블 값을 할당하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 레이블링 알고리즘은 레이블링 윈도우를 사용하는 1-패스 레이블링 방법을 사용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 레이블링 윈도우는 2×2 윈도우로써 레이블을 할당할 화소를 기준으로 다른 화소들의 레이블 값을 확인하여 레이블을 할당하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 상기 경로 추출부는 상기 객체 추출부로부터 입력되는 객체들에 대해 칼라히스토그램 기법 및 기하학적 특성을 이용하여 객체 모델을 만든 후, 현재 시점과 전의 시점을 비교/관찰하여 유사한 특성을 나타내는 객체들과 서로 매칭시켜 그 객체의 이동경로를 추출하는 것과 새로 추출된 객체의 칼라 히스토그램 및 기하학적 특성 값과 기존 객체 모델의 특성값 변화분에 대해 객체모델을 추가 및 갱신하여 추후에 객체의 이동경로를 추출하는데 비교자료로 사용하여 정확한 경로를 추출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 철도 건널목 지장물 영상 검지장치의 제어방법은 초기화하고, 감시 카메라부로부터 건널목 영상을 입력받는 단계;

차신호 연산부를 제어하여 건널목 영상의 현재 프레임과 전의 프레임의 차신호를 구하여 이진화하고 현재 프레임과 배경 프레임의 차신호를 구하여 이진화하는 단계와;

이동영역 검지부를 제어하여 현재 프레임과 전의 프레임의 차신호 그리고 현재 프레임과 배경 프레임의 차신호를 앤드 연산하여 이동영역을 검출하고, 정지영역 검지부를 제어하여 상기 현재 프레임과 전의 프레임의 차신호 그리고 현재 프레임과 배경 프레임의 차신호를 감산연산하여 정지영역을 검출하고, 상기 이동영역 검지부 및 정지영역 검지부에서 출력되는 영상신호를 상기 차신호 연산부로 피드백하여 배경영상 프레임을 갱신하는 단계와;

객체 추출부를 제어하여 상기 이동영역 검지부 및 정지영역 검지부에서 출력되는 영상신호에서 블럽부분에 식별기호를 부여하고, 동일객체의 블럽부분을 병합 하여 관심객체를 추출하는 단계와:

경로 추출부를 제어하여 상기 객체 추출부에서 추출된 관심객체의 영상신호에서 관심객체의 경로정보를 추출하는 단계와;

관심객체가 위험지역 내에 있는지를 판단하여 관심객체가 위험지역 내에 있지 않은 경우 상기 감시 카메라부로부터 건널목 영상을 입력받는 단계로 복귀하여 그 이하의 과정을 수행하는 단계와;

관심객체가 위험지역 내에 있는 경우 경보부에서 경보신호를 발생하는 단계로 구성된다.

이와 같이 본 발명에 의하면 컴퓨터 시각기술에 기초한 동영상분석에 의한 실시간 객체 검지 및 추적기술을 이용하여 철도건널목에서의 지장물을 검지한 후, 검지된 영상을 경보신호와 함께 전송함으로써 오작동이 많은 센서를 대체할 수 있고, 철도건널목 주변의 상황을 인식하여 철도건널목에서 발생할 수 있는 사고로 인한 인명과 재산피해, 복구비용을 저감할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2에 본 발명에 의한 건널목 지장물 영상 검지장치의 구성을 나타내는 블 록도가 도시된다.

본 발명에 의한 건널목 지장물 영상 검지장치는 철도 건널목에 설치된 다수의 카메라로부터 건널목의 영상을 촬영하는 감시 카메라부(10)와; 상기 감시 카메라부(10)에서 출력되는 건널목의 영상을 현재 프레임과 전의 프레임 및 배경영상 프레임으로 분리하고, 상기 현재 프레임과 전의 프레임의 차신호를 구하여 이진화하고 현재 프레임과 배경 프레임의 차신호를 구하여 이진화하고 필터링하여 노이즈를 제거하는 차신호 연산부(20)와; 상기 현재 프레임과 전의 프레임의 차신호 그리고 현재 프레임과 배경 프레임의 차신호를 앤드 연산하여 이동영역을 검출하는 이동영역 검지부(40)와; 상기 현재 프레임과 전의 프레임의 차신호 그리고 현재 프레임과 배경 프레임의 차신호를 감산연산하여 정지영역을 검출하는 정지영역 검지부(30)와; 상기 이동영역 검지부(40) 및 정지영역 검지부(30)에서 출력되는 영상신호를 상기 차신호 연산부(20)로 피드백하여 배경영상 프레임을 갱신하도록 하는 배경영상 갱신부(50)와; 상기 이동영역 검지부(40) 및 정지영역 검지부(30)에서 출력되는 영상신호에서 블럽부분에 식별기호를 부여하고, 동일객체의 블럽부분을 병합하여 객체를 추출하는 객체 추출부(60)와; 상기 객체 추출부(60)에서 추출된 객체의 영상신호에서 객체의 경로정보를 추출하는 경로 추출부(70)와; 상기 객체의 경로정보로부터 건널목의 위험지역에 있는지를 판단하여 위험지역에 있는 경우 경보신호를 출력하는 제어부(80)와; 상기 제어부(80)로부터 경보신호를 입력받아 경보하는 경보부(90)로 구성된다.

감시 카메라부(10)는 철도 건널목에 다수의 카메라를 설치하고 건널목의 영상을 촬영하여 차신호 연산부(20)로 출력한다. 감시 카메라부(10)에서 출력되는 영상신호는 인터넷 등의 통신망을 통해 원거리에 떨어져 있는 지상장치에 송신되어 처리될 수 있다.

차신호 연산부(20)는 상기 감시 카메라부(10)에서 출력되는 건널목의 영상을 현재 프레임과 전의 프레임 및 배경영상 프레임으로 분리하고, 상기 현재 프레임과 전의 프레임의 차를 구하여 이진화하고 현재 프레임과 배경 프레임의 차를 구하여 이진화하고 필터링하여 노이즈를 제거한다.

도 3에 본 발명에 의한 차신호 연산부의 일실시예가 도시된다.

본 발명에 의한 차신호 연산부(20)는 상기 감시 카메라부(10)에서 출력되는 영상신호 중에서 상기 현재 프레임 I(t)과 상기 배경 프레임 B(t)의 차를 구하는 제1 감산부(21)와; 상기 제1 감산부(21)의 출력을 이진화하는 제1 이진화부(22)와; 상기 제1 이진화부(22)의 출력을 필터링하여 노이즈를 제거하는 제1 필터링부(23)와; 상기 감시 카메라부(10)에서 출력되는 영상신호 중에서 이전 프레임 I(t-1)과 현재 프레임 I(t)의 차를 구하는 제2 감산부(24)와; 상기 제2 감산부(24)의 출력을 이진화하는 제2 이진화부(25)와; 상기 제2 이진화부(25)의 출력을 필터링하여 노이즈를 제거하는 제2 필터링부(26)로 구성된다.

상기 감시 카메라부(10)에서 출력되는 영상신호 중에서 이전 프레임 I(t-1)과 현재 프레임 I(t)의 차를 구하면, 도 4에 도시된 바와 같이, 이동하는 물체 A의 이동 전후의 겹치는 부분을 제외한 화면(43)이 표시된다. 또한, 현재 프레임 I(t)과 상기 배경 프레임 B(t)의 차를 구하여 표시한 화면(44)을 보면, 이동물체 및 정지 물체가 표시된다.

이동영역 검지부(40)는 상기 이동하는 물체 A의 이동 전후의 겹치는 부분을 제외한 화면(43)과 이동물체 및 정지 물체 표시화면(44)을 앤드연산하여 이동물체를 구하여 이동영역 화면(45)에 표시하고, 정지영역 검지부(30)는 상기 겹치는 부분을 제외한 화면(43)과 이동물체 및 정지 물체 표시화면(44)을 감산연산하여 정지물체를 구하여 표시한다.

이때 상기 이동하는 물체 A의 이동 전후의 겹치는 부분을 제외한 화면(43)과 이동물체 및 정지 물체 표시화면(44)을 앤드연산한 결과값이 임계치(예를 들면, 임계치> 픽셀변화량/단위시간)를 넘지 못하면 이동물체로 판단하지 않는다.

도 5에 본 발명에 의한 객체 추출부의 내부 구성을 나타내는 블록도가 도시된다.

본 발명에 의한 객체 추출부(60)는 이동역역 검지부(40)와 정지영역 검지부(30)로부터 이동영역과 정지영역에 대한 데이터를 입력받아서 블럽 레이블링과 배경과 유사한 밝기값 등에 의해 끊어진 블럽영역을 일정한 조건(예를 들면, 수직/수평방향으로 2 픽셀 이하로 끊어진 영역은 하나의 영역으로 판단)하에 각 화소별로 연결하는 작업을 하는 블럽 요소 연결부(61)와; 상기 블럽 요소 연결부(61)에서 레이블링되고 합쳐진 블럽영역들을 뭉쳐주거나 끊어주어 블럽머징(Blob Merging)을 실행하는 블럽머징부(62)와; 상기 블럽머징부(62)에서 출력되는 객체 블럽의 중심 위치, 세로 및 가로 길이, 가로세로비, 가로세로의 면적 등의 정보를 추출하여 관심객체를 추출하는 관심객체 추출부(63)로 구성된다.

블럽 요소 연결부(61)는 이동역역 검지부(40)와 정지영역 검지부(30)로부터 출력되는 이동영역과 정지영역에 대한 블럽데이터는 빛의 반사와 노이즈 등의 영향에 의해 하나의 객체영상이라도 반사하는 빛 등에 의해 크고 작은 블럽 영역들이 서로 연결되고 끊어져 표시된다. 이렇게 연결되고 끊어져 표시되는 크고 작은 블럽 영역들을 일정한 조건(예를 들면, 수직/수평방향으로 2 픽셀 이하로 끊어진 영역은 하나의 영역으로 판단)하에 각 픽셀별로 연결하는 작업을 한다.

블럽머징부(62)는 상기 블럽 요소 연결부(61)에서 레이블링되고 합쳐진 블럽영역을 일정한 조건하에 뭉쳐주거나 끊어주어 하나의 객체를 구성하는 블럽들을 하나의 영역으로 묶어준다.

관심객체 추출부(63)는 상기 블럽머징부(62)에서 출력되는 객체 블럽으로부터 그 객체의 중심 위치, 세로 및 가로 길이, 가로세로비, 가로세로의 면적, 밀집도 등의 정보를 추출하여 관심객체에 대한 정보를 추출한다.

이와 같이 블럽머징의 실행에 의해 지장물로 의심되는 객체에 대한 정보를 추출할 수 있고, 이러한 관심객체 정보는 객체 추출부(60)로부터 경로추출부(70)에 입력되고, 경로추출부(70)는 상기 객체 추출부(60)로부터 입력되는 객체들에 대해 칼라히스토그램 기법 및 기하학적 특성을 이용하여 객체 모델을 다음 과정으로 만 든다.

먼저 이동물체 영역의 최소인접 사각형을 계산하고, 상기 계산된 최소인접 사각형을 셀의 크기로 일정하게 분할한다. 셀의 크기는 예를 들면, 셀의 크기는 5×5로 설정할 수 있다. 이 셀의 크기는 문제영역에 따라 달라질 수 있다. 이와 같이 이동물체 영역이 일정한 크기의 셀들로 분할되면 이 셀들 중에서 경계셀과 내부셀을 선택한다.

경계셀은 이동물체의 경계에 해당하는 셀들로서 배경과 인접한 셀들을 말하고 내부셀은 이동물체의 내부영역을 대표하는 대표셀들을 말한다.

이동물체의 경계셀과 내부셀들이 추출되면 이들을 중심으로 모델을 대표할 수 있는 특징들 예를 들면, 칼라특징, 텍스쳐 특징, 모양특징, 에지 특징들을 계산하여 그 특징에 의거 모델을 생성한다.

객체 모델을 만든 후, 현재 시점과 전의 시점을 비교/관찰하여 유사한 특성을 나타내는 객체들과 서로 매칭시켜 그 객체의 이동경로를 추출하는 것과 새로 추출된 객체의 칼라 히스토그램 및 기하학적 특성값과 기존 객체 모델의 특성값 변화분에 대해 객체모델을 추가 및 갱신하여 추후에 객체의 이동경로를 추출하는데 비교자료로 사용하여 정확한 경로를 추출하게 된다.

도 6(a) 및 (b)에 본 발명에 의해 칼라 히스토그램 기법을 이용하여 관심객체의 이동경로를 추출하는 방법을 나타낸다.

t-1의 시점에 도 6(a)에 도시된 바와 같이 객체 A, B에 대한 칼라 히스토그 램을 산출하면, 객체 A에 대한 칼라 히스토그램은 밝은녹색(Green)으로 편향된 칼라 히스토그램이 산출되고, 객체 B에 대한 칼라 히스토그램은 어두운 빨간색(Red)으로 편향된 칼라 히스토그램이 산출된다.

t시점에 도 6(b)에 도시된 바와 같이 객체 A, B에 대한 칼라 히스토그램을 산출하여 밝은녹색(Green)으로 편향된 칼라 히스토그램이 산출되는 영역을 객체 A로 판정하고, 어두운 빨간색(Red)으로 편향된 칼라히스토그램이 산출되는 영역을 객체 B로 판정한다.

또한, 칼라 히스토그램 기법외에 t-1의 시점에서 관찰된 각 객체의 기하학적 특성(위치, 방향, 크기, 속도 등)을 분석 및 비교하여 유사한 특성값을 갖는 t 시점의 객체를 탐색하여 매칭한다.

그리고 t-1의 시점에서 추출된 객체와 매칭이 안되는 것은 칼라 히스토그램과 기하학적 특성을 새로운 객체모델로 추가하여 이후에 추출되는 관심객체에 대하여 관찰모델로써 사용한다.

이와 같이 이전영상과 현재 영상에서 추출된 객체에 대해 칼라 히스토그램 기법 및 기하학적 특성을 이용하여 이동 전,후의 이동경로를 찾아서 이동경로를 생성한다.

제어부(80)는 상기 경로 추출부(70)에서 추출된 경로 데이터를 입력받아 해당 관심객체가 위험지역에 들어갔는지를 판단한다. 도 7에 도시된 바와 같이 위험지역(71)에 관심객체(72)가 진입하게 되면 제어부(80)는 경로데이터와 객체 데이터 를 경로 추출부(70)에서 입력받아 현재 위험지역(71)에 진입한 이동객체(72)의 중심이 위험지역(71) 내에 있는지를 판단하여 그 중심이 위험지역(71) 내에 있으면 위험지역(71)에 진입한 것으로 판단하여 경보부(90)를 제어하여 경보를 울린다.

도 8에 본 발명에 의한 철도 건널목의 지장물 영상 검지장치를 제어하는 방법을 나타내는 플로우차트가 도시된다.

단계 S81에서 초기화하고, 단계 S82에서 감시 카메라부(10)로부터 건널목 영상을 입력받는다. 단계 S83에서 차신호 연산부(20)를 제어하여 건널목 영상의 현재 프레임과 전의 프레임의 차신호를 구하여 이진화하고 현재 프레임과 배경 프레임의 차신호를 구하여 이진화하고 필터링하여 노이즈를 제거한다.

단계 S84에서 이동영역 검지부(40)를 제어하여 현재 프레임과 전의 프레임의 차신호 그리고 현재 프레임과 배경 프레임의 차신호를 앤드 연산하여 이동영역을 검출하고, 정지영역 검지부(30)를 제어하여 상기 현재 프레임과 전의 프레임의 차신호 그리고 현재 프레임과 배경 프레임의 차신호를 감산연산하여 정지영역을 검출하고, 상기 이동영역 검지부(40) 및 정지영역 검지부(30)에서 출력되는 영상신호를 상기 차신호 연산부(20)로 피드백하여 배경영상 프레임을 갱신한다.

단계 S85에서 객체 추출부(60)를 제어하여 상기 이동영역 검지부(40) 및 정지영역 검지부(30)에서 출력되는 영상신호에서 블럽부분에 식별기호를 부여하고, 동일객체의 블럽부분을 병합하여 관심객체를 추출한다.

단계 S86에서 경로 추출부(70)를 제어하여 상기 객체 추출부(60)에서 추출된 관심객체의 영상신호에서 관심객체의 경로정보를 추출한다.

단계 S87에서 관심객체가 위험지역 내에 있는지를 판단한다. 관심객체가 위험지역 내에 있지 않은 경우 단계 S82로 복귀하여 그 이하의 과정을 수행한다.

관심객체가 위험지역 내에 있는 경우 단계 S88로 진행하여 경보부(90)를 제어하여 경보를 발생하고 본 프로그램을 종료한다.

이와 같이 컴퓨터 시각기술에 기초한 동영상분석에 의해 위험지역에 관심객체(72)가 진입한 경우 경보를 발생시켜 경보함으로써 철도건널목에서의 사고를 방지할 수 있다.

도 1은 종래기술의 철도건널목 경보시스템의 개략적인 구성을 나타내는 구성도,

도 2는 본 발명에 의한 건널목 지장물 영상 검지장치의 구성을 나타내는 블록도,

도 3은 본 발명에 의한 차신호 연산부의 일실시예,

도 4는 본 발명에 의해 차신호 연산부에서 이전 프레임 I(t-1)과 현재 프레임 I(t)의 차 그리고 현재 프레임 I(t)과 상기 배경 프레임 B(t)의 차를 구하여 표시한 화면의 실시예,

도 5는 본 발명에 의한 객체 추출부의 내부 구성을 나타내는 블록도,

도 6(a) 및 (b)는 본 발명에 의해 칼라히스토그램 기법을 이용하여 이동객체의 이동경로를 추출하는 방법,

도 7은 본 발명에 의해 위험지역에 이동객체가 진입하게 되어 경보를 울리는 실시예,

도 8은 본 발명에 의한 철도 건널목의 지장물 영상 검지장치를 제어하는 방법을 나타내는 플로우차트이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10: 감시 카메라부 20: 차신호 연산부

30: 정지영역 검지부 40: 이동영역 검지부

50: 배경영상 갱신부 60: 객체 추출부

70: 경로 추출부 80: 제어부

90: 경보부

Claims (10)

1. 철도 건널목에 설치되어 건널목의 영상을 촬영하는 감시 카메라부(10)와;

   상기 감시 카메라부(10)에서 출력되는 건널목의 영상을 현재 프레임과 전의 프레임 및 배경영상 프레임으로 분리하고, 상기 현재 프레임과 전의 프레임의 차를 구하여 이진화하고 현재 프레임과 배경 프레임의 차를 구하여 이진화하고 필터링하여 노이즈를 제거하는 차신호 연산부(20)와;

   상기 현재 프레임과 전의 프레임의 차신호 그리고 현재 프레임과 배경 프레임의 차신호를 앤드 연산하여 이동영역을 검출하는 이동영역 검지부(40)와;

   상기 현재 프레임과 전의 프레임의 차신호 그리고 현재 프레임과 배경 프레임의 차신호를 감산연산하여 정지영역을 검출하는 정지영역 검지부(30)와;

   상기 이동영역 검지부(40) 및 정지영역 검지부(30)에서 출력되는 영상신호를 상기 차신호 연산부(20)로 피드백하여 배경영상 프레임을 갱신하도록 하는 배경영상 갱신부(50)와;

   상기 이동영역 검지부(40) 및 정지영역 검지부(30)에서 출력되는 영상신호에서 블럽부분에 식별기호를 부여하고, 동일객체의 블럽부분을 병합하여 객체를 추출하는 객체 추출부(60)와;

   상기 객체 추출부(60)에서 추출된 객체의 영상신호에서 객체의 경로정보를 추출하는 경로 추출부(80)와;

   상기 객체의 경로정보로부터 건널목의 위험지역에 있는지를 판단하여 위험지역에 있는 경우 경보신호를 출력하는 제어부(80)와;

   상기 제어부(80)로부터 경보신호를 입력받아 경보하는 경보부(90)로 구성되는 것을 특징으로 하는 철도건널목 지장물 영상 검지장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 차신호 연산부(20)는 상기 감시 카메라부(10)에서 출력되는 영상신호 중에서 상기 현재 프레임 I(t)과 상기 배경 프레임 B(t)의 차를 구하는 제1 감산부(21)와; 상기 제1 감산부(21)의 출력을 이진화하는 제1 이진화부(22)와; 상기 제1 이진화부(22)의 출력을 필터링하여 노이즈를 제거하는 제1 필터링부(23)와; 상기 감시 카메라부(10)에서 출력되는 영상신호 중에서 이전 프레임 I(t-1)과 현재 프레임 I(t)의 차를 구하는 제2 감산부(24)와; 상기 제2 감산부(24)의 출력을 이진화하는 제2 이진화부(25)와; 상기 제2 이진화부(25)의 출력을 필터링하여 노이즈를 제거하는 제2 필터링부(26)로 구성되는 것을 특징으로 하는 철도 건널목 지장물 영상 검지장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 이동영역 검지부(40)는 이동하는 물체의 이동 전후의 겹치는 부분을 제외한 화면(43)과 이동물체 및 정지 물체 표시화면(44)을 앤드연산한 결과값이 임계치(임계치> 픽셀변화량/단위시간)를 넘지 못하면 이동물체로 판단하지 않는 것을 특징으로 하는 철도 건널목 지장물 영상 검지장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 객체 추출부(60)는

   이동영역 검지부(40)와 정지영역 검지부(30)로부터 이동영역과 정지영역에 대한 데이터를 입력받아서 블럽 레이블링과 반사하는 빛 등에 의해 끊어진 블럽영역을 일정한 조건하에 연결하는 작업을 하는 블럽 요소 연결부(61)와;

   상기 블럽 요소 연결부(61)에서 레이블링되고 합쳐진 블럽영역들을 뭉쳐주거나 끊어주어 블럽머징(Blob Merging)을 실행하는 블럽머징부(62)와;

   상기 블럽머징부(62)에서 출력되는 객체 블럽의 중심 위치, 세로 및 가로 길이, 가로세로비, 가로세로의 면적 등의 정보를 추출하여 이동객체를 추출하는 객체 추출부(63)을 구성된 것을 특징으로 하는 철도 건널목 지장물 영상 검지장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 블럽 요소 연결부(61)는 수직/수평방향으로 2 픽셀 이하로 끊어진 영역은 하나의 영역으로 판단하여 상기 블럽영역을 연결하는 작업을 행하는 것을 특징으로 하는 철도 건널목 지장물 영상 검지장치.
6. 제4항에 있어서, 상기 레이블링은 물체 부분에 해당하는 각각의 화소들을 같은 특징들을 갖는 화소들끼리 하나의 영역으로 묶어 각 영역에 레이블 값을 할당하는 것을 특징으로 하는 철도 건널목 지장물 영상 검지장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 레이블링 알고리즘은 레이블링 윈도우를 사용하는 1-패스 레이블링 방법을 사용하는 것을 특징으로 하는 철도 건널목 지장물 영상 검지장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 레이블링 윈도우는 2×2 윈도우로써 레이블을 할당할 화소를 기준으로 다른 화소들의 레이블 값을 확인하여 레이블을 할당하는 것을 특징으로 하는 철도 건널목 지장물 영상 검지장치.
9. 제 1항에 있어서, 상기 경로 추출부(70)는 상기 객체 추출부(60)로부터 입력되는 객체들에 대해 칼라히스토그램 기법 및 기하학적 특성을 이용하여 객체 모델을 만든 후, 현재 시점과 전의 시점을 비교/관찰하여 유사한 특성을 나타내는 객체들과 서로 매칭시켜 그 객체의 이동경로를 추출하는 것과 새로 추출된 객체의 칼라 히스토그램 및 기하학적 특성 값과 기존 객체 모델의 특성값 변화분에 대해 객체모델을 추가 및 갱신하여 추후에 객체의 이동경로를 추출하는데 비교자료로 사용하여 정확한 경로를 추출하는 것을 특징으로 하는 철도 건널목 지장물 영상 검지장치.
10. 초기화하고, 감시 카메라부(10)로부터 건널목 영상을 입력받는 단계;

    차신호 연산부(20)를 제어하여 건널목 영상의 현재 프레임과 전의 프레임의 차신호를 구하여 이진화하고 현재 프레임과 배경 프레임의 차신호를 구하여 이진화하는 단계와;

    이동영역 검지부(40)를 제어하여 현재 프레임과 전의 프레임의 차신호 그리고 현재 프레임과 배경 프레임의 차신호를 앤드 연산하여 이동영역을 검출하고, 정지영역 검지부(30)를 제어하여 상기 현재 프레임과 전의 프레임의 차신호 그리고 현재 프레임과 배경 프레임의 차신호를 감산연산하여 정지영역을 검출하고, 상기 이동영역 검지부(40) 및 정지영역 검지부(30)에서 출력되는 영상신호를 상기 차신호 연산부(20)로 피드백하여 배경영상 프레임을 갱신하는 단계와;

    객체 추출부(60)를 제어하여 상기 이동영역 검지부(40) 및 정지영역 검지부(30)에서 출력되는 영상신호에서 블럽부분에 식별기호를 부여하고, 동일객체의 블럽부분을 병합하여 관심객체를 추출하는 단계와:

    경로 추출부(70)를 제어하여 상기 객체 추출부(60)에서 추출된 관심객체의 영상신호에서 관심객체의 경로정보를 추출하는 단계와;

    관심객체가 위험지역 내에 있는지를 판단하여 관심객체가 위험지역 내에 있지 않은 경우 상기 감시카메라부(10)로부터 건널목 영상을 입력받는 단계로 복귀하여 그 이하의 과정을 수행하는 단계와;

    관심객체가 위험지역 내에 있는 경우 경보신호를 발생시키는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 철도 건널목 지장물 영상 검지장치의 제어방법.

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