KR101170269B1 - 감시 장치 및 방법 - Google Patents

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KR101170269B1
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KR1020110010639A
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아닐쿠마제인
박운상
최현철
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고려대학교 산학협력단
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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Abstract

목표물과 카메라간의 거리와 무관하게 목표물을 정확히 카리킬 수 있는 감시 장치 및 방법을 제시한다. 제시된 감시 장치는 감시대상 영역내의 목표물을 촬상하는 회전 촬상 모듈, 회전 촬상 모듈에 대해 세로 방향으로 설치되고 감시대상 영역을 촬상하는 제 1 고정 촬상 모듈, 회전 촬상 모듈에 대해 가로 방향으로 설치되고 감시대상 영역을 촬상하는 제 2 고정 촬상 모듈, 및 제 1 및 제 2 고정 촬상 모듈로부터의 목표물이 포함된 영상 정보를 기초로 회전 촬상 모듈의 회전 중심점과 초점의 위치가 일치하는 가상의 고정 촬상 모듈의 목표물의 위치 정보를 생성하고 가상의 위치 정보에 근거하여 회전 촬상 모듈을 제어하는 제어 모듈을 포함한다. 고정 카메라와 PTZ 카메라를 이용하여 넓은 범위의 감시를 수행함과 동시에 감시 구역내에 존재하는 침입자나 목표물에 대한 고해상도 영상을 거리에 상관없이 정확하게 촬영할 수 있게 된다. 이에 의해, 얼굴 감식 및 물체 인식을 통한 보안 시스템의 신뢰성을 획기적으로 높일 수 있다. 카메라와 목표물간의 거리와 무관하게 PTZ 카메라가 정확히 목표물을 가리키도록 제어할 수 있어 감시 거리를 확대할 수 있다.

Description

감시 장치 및 방법{Apparatus and method for monitoring}
본 발명은 감시 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고정 카메라와 PTZ카메라를 이용하여 정확하게 목표물을 향하도록 하는 감시 장치 및 방법에 관한 것이다.
요즘, 산업의 발달로 인하여 기업이 보유한 기술이나 정보가 외부로 유출되거나 도난당하는 경우가 많다. 이를 막기 위하여 감시 카메라에 대한 관심이 크게 늘었으며 그 수요 또한 크게 증가하였다.
특히, 각종 범죄에 대한 예방이나 범인 추적을 위하여 어두운 골목이나 주차장 또는 실내 출입구 등에 감시 카메라가 설치되고 있다.
이처럼 급격한 수요의 증가로 인하여 향상된 보안성을 제공하고자 많은 노력과 연구가 진행되고 있다. 그러나, 저배율 이미지 문제는 여전히 해결해야 할 과제로 남아있다. 저배율 이미지 문제는 기존의 광역 카메라("고정 카메라"라고도 함)를 이용하여 감시할 경우 사물이나 사람이 전체 영상에 비해 작은 비율을 차지하는 것을 말한다.
이러한 문제로 인해 실제 범죄 현장에서 감시 카메라에 범인의 모습이 촬영되었더라도 얼굴을 식별할 수 없을 만큼 이미지가 작게 촬영되어 범인 검거에 큰 도움이 되지 못하는 경우가 많다.
이러한 문제를 해결하기 위해 고정 카메라와 PTZ(Pan/Tilt/Zoom) 카메라의 조합을 많이 사용한다. 고정 카메라는 광각(廣角) 영역을 촬상한다. PTZ 카메라는 팬(Pan), 틸트(Tilt), 줌(Zoom) 기능을 통해 목표물의 자세한 모습을 촬영한다. 고정 카메라가 감시대상 영역에 존재하는 목표물을 촬상하면 PTZ 카메라는 그 촬상된 목표물의 원하는 위치(예컨대, 얼굴 등의 특정 위치)를 포커싱하도록 팬(Pan)/틸팅(Tilting)하여 해당 목표물에 대한 고배율 이미지를 얻는 것이다.
하나의 PTZ 카메라와 다수의 고정 카메라를 사용하는 시스템([Stillman et al., 1999], [Hapmapur et al., 2003] 참조)은 물체와 카메라 사이의 거리 계산을 가능하게 한다. 이 시스템은 사람이 두개의 눈을 가지고 사물의 3차원 정보를 얻듯이 다수의 고정 카메라를 이용하여 스테레오 합성 방법으로 목표물에 대한 3차원 좌표를 생성한다. 이 시스템은 이론적으로 3차원 좌표를 이용하여 PTZ 카메라의 팬, 틸트 각도값을 정확하게 산출할 수 있다. 그러나, 이와 같은 시스템은 다수의 고정 카메라를 사용하기 때문에 비용적인 측면에 불리하다. 또한, 스테레오 합성 방법은 복잡한 연산을 필요로 한다. 그리고, 스테레오 합성 방법은 스테레오 이미지간의 대응점 획득 등에 따른 부정확성으로 인해 많은 오차를 보이게 된다. 특히, 이 시스템은 사용한 카메라의 해상도나 구성 방식에 따라 계산 가능한 카메라와 물체와의 거리를 제한받게 된다.
한편, 하나의 PTZ 카메라와 하나의 고정 카메라를 사용하는 시스템([Marchesotti et al., 2005], [Prince et al., 2006] 참조)은 고정 카메라에서 물체의 위치를 측정하고 PTZ 카메라를 조정하여 고배율 이미지를 얻는다. 이 시스템은 도 1에서와 같이 고정 카메라로 촬영한 목표물 "a"와 "b"의 영상(12)을 해당 고정 카메라의 촬상면(영상 평면)(10)에서 동일 지점에 위치시킨다. 그러나, PTZ 카메라(14)는 거리에 따라 서로 다른 팬(pan), 틸트(tilt) 각도 값으로 움직여야 목표물 "a"와 목표물 "b"를 정확히 가리킬 수 있다. 다시 말해서, 이 시스템은 고정 카메라의 포컬 포인트(초점)(focal point)와 PTZ 카메라(14)의 회전 중심점이 일치하지 않다. 그에 따라, 고정 카메라에 동일한 이미지 좌표로 촬영되는 목표물 "a"와 "b"는 각기 다른 팬, 틸트 각도값으로 대응된다.
이에, 고정 카메라로부터 촬영된 영상안에서 목표물에 대한 2차원 좌표와 PTZ 카메라가 해당 목표물을 향하도록 제어해 주는 팬(Pan), 틸트(Tilt) 각도값을 보정(calibration)해 주는 작업이 중요하다.
이와 같이 고정 카메라의 포컬 포인트(초점)와 PTZ 카메라의 회전 중심점이 일치하지 않는다는 이유로 인해, 보정 과정에서 얻어지는 고정 카메라의 이미지 좌표와 PTZ 카메라의 팬, 틸트 각도값들의 상관 관계는 카메라와 물체간의 거리에 의존하는 결과를 낳는다. 즉, 고정 카메라의 이미지상의 동일한 좌표에서 관찰되는 물체일지라도, 그 물체의 실제 삼차원 좌표에 따라 서로 다른 팬, 틸트 각도값을 필요로 할 수 있다.
이러한 거리 의존성은 카메라 보정 과정을, 물체가 관찰될 것으로 기대되는 거리에서 수행하도록 요구한다. 그러나, 물체가 관찰되는 거리는 사전에 알 수 없고 사물은 넓은 범위의 거리에서 관찰되므로, 거리 의존성은 PTZ 카메라의 정확한 조정을 방해하는 요소로 작용한다.
그에 따라, PTZ 카메라와 고정 카메라를 사용하는 종래의 대부분의 시스템들은 목표물과 카메라 사이를 일정하다고 가정하고 사용된다.
그러나, 목표물이 카메라에 너무 가까이 근접해 오거나 카메라로부터 멀리 이동하게 되면 PTZ 카메라가 목표물을 정확히 가리키지 못하여 촬영 영역에서 벗어나게 된다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 목표물과 카메라간의 거리와 무관하게 목표물을 정확히 가리킬 수 있는 감시 장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시양태에 따른 감시 장치는, 감시대상 영역내의 목표물을 촬상하는 회전 촬상 모듈; 회전 촬상 모듈에 대해 세로 방향으로 설치되고, 감시대상 영역을 촬상하는 제 1 고정 촬상 모듈; 회전 촬상 모듈에 대해 가로 방향으로 설치되고, 감시대상 영역을 촬상하는 제 2 고정 촬상 모듈; 및 제 1 및 제 2 고정 촬상 모듈로부터의 목표물이 포함된 영상 정보를 기초로 회전 촬상 모듈의 회전 중심점과 초점의 위치가 일치하는 가상의 고정 촬상 모듈의 목표물의 위치 정보를 생성하고, 가상의 위치 정보에 근거하여 회전 촬상 모듈을 제어하는 제어 모듈;을 포함한다.
바람직하게, 제 1 고정 촬상 모듈과 제 2 고정 촬상 모듈 및 회전 촬상 모듈은 각각의 방향 축이 서로 평행하다.
제어 모듈은 목표물과의 거리와는 무관하게 하나의 회전 각도값을 회전 촬상 모듈에게로 제공한다. 이 경우, 하나의 회전 각도값은 팬, 틸트 각도값중 하나 이상을 포함한다.
제어 모듈은, 제 1 및 제 2 고정 촬상 모듈로부터의 영상 정보에서 감시대상 영역내의 목표물의 위치를 연산하는 위치 연산부; 및 위치 연산부로부터의 위치 정보를 기초로 회전 촬상 모듈의 회전 중심점과 초점의 위치가 일치하는 가상의 고정 촬상 모듈의 목표물의 위치 정보를 생성하고 가상의 위치 정보에 근거하여 회전 촬상 모듈의 회전 각도를 제어하는 제어부;를 포함한다.
위치 연산부는, 제 1 고정 촬상 모듈로부터의 영상 정보에서 감시대상 영역내의 목표물에 대한 위치를 연산하는 제 1 위치 연산부; 및 제 2 고정 촬상 모듈로부터의 영상 정보에서 감시대상 영역내의 목표물에 대한 위치를 연산하는 제 2 위치 연산부;를 포함한다.
위치 연산부는 배경 차영상을 이용하여 감시대상 영역내의 목표물의 위치를 연산한다.
제어부는 제 1 고정 촬상 모듈에서 촬영된 감시대상 영역내의 목표물의 위치 정보중 가로 좌표와 제 2 고정 촬상 모듈에서 촬영된 감시대상 영역내의 목표물의 위치 정보중 세로 좌표를 조합하여 가상의 위치 정보를 생성한다.
본 발명의 바람직한 다른 실시양태에 따른 감시 장치는, 감시대상 영역을 촬상하는 제 1 및 제 2 고정 촬상 모듈; 및 제 1 고정 촬상 모듈에 대해 세로 방향으로 설치되고 제 2 고정 촬상 모듈에 대해서는 가로 방향으로 설치되고, 감시대상 영역내의 목표물을 촬상하는 회전 촬상 모듈;을 포함하고,
회전 촬상 모듈은, 제 1 및 제 2 고정 촬상 모듈로부터의 목표물이 포함된 영상 정보를 기초로 해당 회전 촬상 모듈의 회전 중심점과 초점의 위치가 일치하는 가상의 고정 촬상 모듈의 목표물의 위치 정보를 생성하고 가상의 위치 정보에 근거하여 해당 회전 촬상 모듈의 회전을 제어하는 제어 모듈;을 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시양태에 따른 감시 방법은, 감시대상 영역내의 목표물을 촬상하는 회전 촬상 모듈, 감시대상 영역을 촬상하는 제 1 및 제 2 고정 촬상 모듈, 및 제어 모듈을 포함하는 감시 장치의 감시 방법으로서,
제어 모듈이, 제 1 및 제 2 고정 촬상 모듈로부터의 목표물이 포함된 영상 정보를 기초로 회전 촬상 모듈의 회전 중심점과 초점의 위치가 일치하는 가상의 고정 촬상 모듈의 목표물의 위치 정보를 생성하는 단계; 및 제어 모듈이, 가상의 위치 정보에 근거하여 회전 촬상 모듈을 제어하는 단계;를 포함한다.
가상의 위치 정보 생성 단계는 제 1 고정 촬상 모듈에서 촬영된 감시대상 영역내의 목표물의 위치 정보중 가로 좌표와 제 2 고정 촬상 모듈에서 촬영된 감시대상 영역내의 목표물의 위치 정보중 세로 좌표를 조합하여 가상의 위치 정보를 생성한다.
가상의 위치 정보 생성 단계는, 제 1 및 제 2 고정 촬상 모듈로부터의 영상 정보에서 감시대상 영역내의 목표물의 위치를 연산하는 단계; 및 위치 연산 단계로부터의 위치 정보를 기초로 회전 촬상 모듈의 회전 중심점과 초점의 위치가 일치하는 가상의 고정 촬상 모듈의 목표물의 위치 정보를 생성하는 단계;를 포함한다.
위치 연산 단계는 배경 차영상(background subtraction image)을 이용하여 감시대상 영역내의 목표물의 위치를 연산한다.
회전 촬상 모듈 제어 단계는 목표물과의 거리와는 무관하게 하나의 회전 각도값을 회전 촬상 모듈에게로 제공한다. 이 경우, 하나의 회전 각도값은 팬, 틸트 각도값중 하나 이상을 포함한다.
제 1 고정 촬상 모듈은 회전 촬상 모듈에 대해 세로 방향으로 설치되고, 제 2 고정 촬상 모듈은 회전 촬상 모듈에 대해 가로 방향으로 설치됨이 바람직하다.
바람직하게, 제 1 고정 촬상 모듈과 제 2 고정 촬상 모듈 및 회전 촬상 모듈은 각각의 방향 축이 서로 평행하다.
이러한 구성의 본 발명에 따르면, 고정 카메라와 PTZ 카메라를 이용하여 넓은 범위의 감시를 수행함과 동시에 감시 구역내에 존재하는 침입자나 목표물에 대한 고해상도 영상을 거리에 상관없이 정확하게 촬영할 수 있게 된다. 이에 의해, 얼굴 감식 및 물체 인식을 통한 보안 시스템의 신뢰성을 획기적으로 높일 수 있다.
고정 카메라와 PTZ 카메라를 이용하여 자동으로 물체를 추적, 검출 및 확대하여 녹화할 수 있으므로, 무인화 및 자동화된 인공지능형 영상 보안 시스템을 저렴한 비용으로 구현할 수 있다.
카메라와 목표물간의 거리와 무관하게 PTZ 카메라가 정확히 목표물을 가리키도록 제어할 수 있어 감시 거리를 확대할 수 있다.
고정 카메라에 의하여 상시 다른 감시대상 물체의 출현에 대기하고 있으므로 새로운 목표물이 고정 카메라로부터 촬상된 경우, 현재 PTZ 카메라의 위치에서 새로 감지된 목표물로 신속하게 이동/추적할 수 있다.
도 1은 종래 하나의 PTZ 카메라와 하나의 고정 카메라를 사용하는 감시 장치를 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 감시 장치의 블럭구성도이다.
도 3은 도 2의 제 1 고정 촬상 모듈과 제 2 고정 촬상 모듈 및 회전 촬상 모듈의 설치예를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 감시 장치의 동작을 설명하는 플로우차트이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 감시 장치내의 위치 연산부에서 출력되는 위치 데이터를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 감시 장치에서 가상의 고정 촬상 모듈의 위치 정보를 생성하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 2의 감시 장치의 특징을 설명하는 도면이다.
도 8은 도 2의 감시 장치의 동작 영역을 설명하는 개략도이다.
도 9는 도 2의 감시 장치와 목표물 사이의 거리별 최종 영상 및 기존의 감시 장치와 목표물 사이의 거리별 최종 영상간의 차이를 나타낸 도면이다.
본 발명은 PTZ 카메라와 고정 카메라의 구조를 조정하여 동축 동심 구조를 구현함으로써 간단한 연산만으로도 목표물과 카메라(또는 감시 장치)간의 거리와 무관하게 PTZ 카메라가 목표물을 정확하게 향하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 감시 장치 및 방법에 대하여 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니된다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 감시 장치의 블럭구성도이다. 도 3은 도 2의 제 1 고정 촬상 모듈과 제 2 고정 촬상 모듈 및 회전 촬상 모듈의 설치예를 도시한 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 감시 장치는 제 1 고정 촬상 모듈(20), 제 2 고정 촬상 모듈(24), 회전 촬상 모듈(30), 및 제어 모듈(60)을 포함한다.
제 1 고정 촬상 모듈(20)은 회전 촬상 모듈(30)에 대해 세로 방향(도 3 참조)으로 설치된다. 제 1 고정 촬상 모듈(20)은 감시대상 영역에 대해 고정된 채로 넓은 영역을 촬상한다. 즉, 제 1 고정 촬상 모듈(20)은 감시대상 영역 전체를 포괄하도록 줌아웃 상태에서 촬상가능하게 고정된다. 제 1 고정 촬상 모듈(20)의 일 예로는 광역 카메라("고정 카메라"라고도 함)를 들 수 있다.
제 2 고정 촬상 모듈(24)은 회전 촬상 모듈(30)에 대해 가로 방향(도 3 참조)으로 설치된다. 제 2 고정 촬상 모듈(24)은 감시대상 영역에 대해 고정된 채로 넓은 영역을 촬상한다. 즉, 제 2 고정 촬상 모듈(24)은 감시대상 영역 전체를 포괄하도록 줌아웃 상태에서 촬상가능하게 고정된다. 제 2 고정 촬상 모듈(24)의 일 예로는 고정 카메라를 들 수 있다.
회전 촬상 모듈(30)은 감시대상 영역내의 목표물을 촬상한다. 예를 들어, 회전 촬상 모듈(30)의 일 예로는 PTZ 카메라를 들 수 있다.
바람직하게, 제 1 고정 촬상 모듈(20)과 제 2 고정 촬상 모듈(24)의 방향 축은 팬, 틸트 각도값이 0으로 설정된 초기의 회전 촬상 모듈(30)의 회전 축과 서로 평행하다. 제 1 고정 촬상 모듈(20)과 제 2 고정 촬상 모듈(24)의 초점에서 팬, 틸트 각도값이 0으로 설정된 초기의 회전 촬상 모듈(30)의 방향축에 수직인 방향으로 두개의 선을 그었다고 가정한다. 그리하면, 이 두 직선은 서로 수직인 관계에 놓이고 회전 촬상 모듈(30)의 회전 중심점을 포함한다. 그리고, 회전 촬상 모듈(30)의 방향축에 수직인 면은 제 1 고정 촬상 모듈(20)과 제 2 고정 촬상 모듈(24)의 초점을 포함한다. 이는 추후의 제어 모듈(60)에서 제 1 고정 촬상 모듈(20)과 제 2 고정 촬상 모듈(24)의 목표물의 위치를 이용하여 회전 촬상 모듈(30)의 회전 중심점과 일치하는 가상의 고정 촬상 모듈의 목표물의 위치 정보를 생성할 수 있도록 하기 위함이다.
도 3에서, 제 1 고정 촬상 모듈(20)과 제 2 고정 촬상 모듈(24) 및 회전 촬상 모듈(30)은 체결 부재(도시 생략)에 의해 지지 프레임(32, 34, 36, 38, 40)에 고정되게 설치된다. 바람직하게는, 제 1 고정 촬상 모듈(20)과 제 2 고정 촬상 모듈(24) 및 회전 촬상 모듈(30)간의 이격 거리를 가급적 줄이는 것이 좋다.
본 발명의 실시예에서는 도 3에서와 같이 제 1 고정 촬상 모듈(20)과 제 2 고정 촬상 모듈(24) 및 회전 촬상 모듈(30)을 서로 약간 이격되게 설치하였다. 제 1 고정 촬상 모듈(20)과 제 2 고정 촬상 모듈(24) 및 회전 촬상 모듈(30)은 하드웨어적으로 하나의 모듈로 구현되기 어렵기 때문에 도 3에서와 같이 설치된다. 물론, 제 1 고정 촬상 모듈(20)과 제 2 고정 촬상 모듈(24) 및 회전 촬상 모듈(30)을 하드웨어적으로 하나의 모듈로 구현시킬 수 있다면 그리하여도 된다.
제어 모듈(60)은 제 1 고정 촬상 모듈(20) 및 제 2 고정 촬상 모듈로부터의 목표물이 포함된 영상 정보를 기초로 회전 촬상 모듈(30)의 회전 중심점과 일치하는 가상의 고정 촬상 모듈의 목표물의 위치 정보를 생성한다. 제어 모듈(60)은 가상의 위치 정보에 근거하여 회전 촬상 모듈(30)을 제어한다.
제어 모듈(60)은 제 1 및 제 2 고정 촬상 모듈(20, 24)에 촬상된 영상내의 목표물에 대해 거리(예컨대, 회전 촬상 모듈(30)과 목표물간의 거리)와는 무관하게 하나의 회전 각도값을 회전 촬상 모듈(30)에게로 제공한다. 여기서, 하나의 회전 각도값은 팬, 틸트 각도값중 적어도 하나 이상을 포함한다. 물론, 제어 모듈(60)은 회전 촬상 모듈(30)의 줌(Zoom) 제어를 행할 수 있다. 본 발명의 실시예는 회전 촬상 모듈(30)이 목표물을 정확하게 가리키게 하는 것이 중요하므로, 굳이 줌(Zoom)을 포함시키지 않았다. 그러나, 도 5의 (c)와 같이 목표물의 크기를 확인할 수 있다. 따라서 적절한 줌을 사용하여 고배율 영상을 획득할 수 있음은 당연하다.
제어 모듈(60)은 위치 연산부(70), 및 제어부(28)를 포함한다.
위치 연산부(70)는 제 1 및 제 2 고정 촬상 모듈(20, 24)로부터의 영상 정보에서 감시대상 영역내의 목표물의 위치를 연산한다. 위치 연산부(70)는 배경 차영상(background subtraction image)을 이용하여 감시대상 영역내의 목표물의 위치를 연산한다.
위치 연산부(70)는 제 1 고정 촬상 모듈(20)로부터의 영상 정보에서 감시대상 영역내의 목표물에 대한 위치를 연산하는 제 1 위치 연산부(22), 및 제 2 고정 촬상 모듈(24)로부터의 영상 정보에서 감시대상 영역내의 목표물에 대한 위치를 연산하는 제 2 위치 연산부(26)를 포함한다.
제어부(28)는 위치 연산부(70)로부터의 위치 정보를 기초로 회전 촬상 모듈(30)의 회전 중심점과 일치하는 가상의 고정 촬상 모듈의 목표물의 위치 정보를 생성한다. 바람직하게, 제어부(28)는 제 1 고정 촬상 모듈(20)에서 촬영된 감시대상 영역내의 목표물의 위치 정보중 가로 좌표(예컨대, X 좌표)와 제 2 고정 촬상 모듈(24)에서 촬영된 감시대상 영역내의 목표물의 위치 정보중 세로 좌표(예컨대, Y 좌표)를 조합하여 가상의 위치 정보를 생성한다. 제어부(28)는 가상의 위치 정보에 근거하여 회전 촬상 모듈(30)의 회전 각도(예컨대, 팬, 틸트 각도값)를 제어(조정)한다.
상술한 설명에서는 제어 모듈(60)을 회전 촬상 모듈(30)과는 별개로 구성시켰으나, 필요에 따라서는 제어 모듈(60)이 회전 촬상 모듈(30)의 내부에 설치되는 것으로 하여도 무방하다. 이 경우에 대한 구성 설명을 별도로 하지 않아도 동종업계에 종사하는 자라면 상술한 설명으로 충분히 이해가능하리라 본다.
이어, 본 발명의 실시예에 따른 감시 장치의 동작에 대해 도 4의 플로우차트를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 감시 장치내의 위치 연산부에서 출력되는 위치 데이터를 설명하기 위한 도면이다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 감시 장치에서 가상의 고정 촬상 모듈의 위치 정보를 생성하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 제 1 고정 촬상 모듈(20) 및 제 2 고정 촬상 모듈(24)에 촬상된 영상(즉, 감시대상 영역내의 목표물이 포함된 영상)이 제어 모듈(60)에게로 전송된다.
제어 모듈(60)은 제 1 및 제 2 고정 촬상 모듈(20, 24)로부터의 영상 정보에서 감시대상 영역내의 목표물의 위치를 연산한다(S10). 제어 모듈(60)내의 위치 연산부(70)가 위치 연산을 행한다. 위치 연산부(70)는 목표물이 감지되면 해당 목표물이 어느 위치에 있는지를 연산하고, 연산된 목표물의 위치 데이터를 제어부(28)에게로 전송한다.
위치 연산부(70)에서의 위치 연산 과정을 보다 자세히 설명하면 다음과 같다. 이하에서는 위치 연산부(70)의 제 1 위치 연산부(22)와 제 2 위치 연산부(26)는 동일한 위치 연산 동작을 수행하므로 제 1 위치 연산부(22)에서의 동작만을 설명한다. 제 2 위치 연산부(26)에 대한 동작 설명은 후술하는 제 1 위치 연산부(22)에 대한 동작 설명으로 충분히 이해가능하다.
제 1 위치 연산부(22)는 배경 차영상을 이용하여 감시대상 영역내의 목표물의 위치를 연산한다. 즉, 제 1 위치 연산부(22)는 미리 촬영된 배경 영상(도 5의 (a) 참조)과 입력 영상(도 5의 (b) 참조)을 이용하여 해당 목표물의 영역(도 5의 (c) 참조)을 구한다. 다시 말해서, 제 1 위치 연산부(22)는 이미 촬영된 배경 영상(도 5의 (a) 참조)과 제 1 고정 촬상 모듈(20)로부터 전송된 영상(도 5의 (b) 참조)과의 픽셀 단위별 차이를 구한다. 제 1 위치 연산부(22)는 그 픽셀 단위별 차이를 통해 감시대상 영역의 목표물의 유무와 침입 대상에 대한 영역을 알게 된다. 예를 들어, 목표물이 사람이라고 가정한다. 사람은 대부분 서서 이동하기 때문에 배경 차영상에 의해 얻은 목표물의 영역(도 5의 (c))에서 높이를 대략 7등분하여 제일 상단 블록의 중심점을 목표물의 얼굴에 대한 이미지 좌표로 간주할 수 있다. 따라서, 제 1 위치 연산부(22)는 목표물의 얼굴에 대한 이미지 좌표를 위치 데이터로 하여 제어부(28)에게로 전송한다.
이후, 제어부(28)는 제 1 및 제 2 위치 연산부(22, 26)로부터의 위치 정보를 기초로 회전 촬상 모듈(30)의 회전 중심점과 일치하는 가상의 고정 촬상 모듈의 영상내의 목표물 위치 정보를 생성한다(S22). 고정 카메라 3대를 도 3에서와 같이 알파벳 "L"자 형태로 배치하였다고 가정한다. 중앙의 고정 카메라(즉, 도 3의 회전 촬상 모듈(30)의 위치에 설치된 것임)로 촬영된 목표물의 위치 좌표는 상단의 고정 카메라(즉, 도 3의 제 1 고정 촬상 모듈(20)의 위치에 설치된 것임)와 측면의 고정 카메라(즉, 도 3의 제 2 고정 촬상 모듈(24)의 위치에 설치된 것임)에서 촬영된 목표물의 위치 좌표의 가로, 세로의 위치 정보의 조합으로 추론할 수 있다. 즉, 상단과 중앙의 고정 카메라에서 촬영된 목표물의 위치 정보는 가로축(X 좌표)이 일치한다. 측면과 중앙의 고정 카메라로부터 촬영된 목표물의 위치 정보는 세로축(Y 좌표)이 일치한다. 상단의 고정 카메라로부터 목표물 위치에 대한 가로축 정보와 측면 고정 카메라로부터 세로축 정보를 이용하면 중앙의 고정 카메라가 없더라도 중앙의 고정 카메라에서 촬영되었을 목표물의 위치 정보를 추출할 수 있다. 또한, 목표물의 특성에 따라 목표물의 움직임이 좌우로 많은 경우와 상하로 많은 경우에는 제 1 고정 촬상 모듈(20) 및 제 2 고정 촬상 모듈(24)중 하나를 선택적으로 적용할 수 있다.
이와 같은 방법으로, 제어부(28)는 제 1 및 제 2 고정 촬상 모듈(20, 24)의 영상내의 목표물에 대한 위치 정보((x s h , y s h ),(x s v , y s v ))를 이용하여 회전 촬상 모듈(30)과 동축 동심 관계에 있는 가상의 고정 촬상 모듈의 영상내의 목표물 위치 정보(x s h , y s v )를 추출한다. 여기서, (x s h , y s h )는 제 1 고정 촬상 모듈(20)에 찰상된 영상 평면(도 6의 20a 참조)의 위치 정보이다. (x s v , y s v )는 제 2 고정 촬상 모듈(24)에 찰상된 영상 평면(도 6의 24a 참조)의 위치 정보이다.
제어부(28)는 제 1 고정 촬상 모듈(20)에서 촬영된 목표물의 위치 정보의 가로 좌표(X 좌표; x s h )와 제 2 고정 촬상 모듈(24)에서 촬영된 목표물의 위치 정보의 세로 좌표(Y 좌표; y s v )를 조합하여 가상의 고정 촬상 모듈의 목표물의 위치 정보(x s h , y s v )를 생성한다. (x s h , y s v )는 가상의 고정 촬상 모듈의 영상 평면(도 6의 28a 참조)에서의 목표물의 위치 정보이다. 도 6에서, 미설명 부호 K는 가상의 고정 촬상 모듈의 포컬 포인트(focal point)와 회전 촬상 모듈(30)의 회전 중심점이 일치하는 점을 의미한다. 미설명 부호 5는 목표물을 의미한다.
이와 같이 가상의 위치 정보(x s h , y s v )가 생성되면, 제어부(28)는 가상의 위치 정보(x s h , y s v )에 근거하여 회전 촬상 모듈(30)의 팬(pan), 틸트(tilt)의 각도값을 제어한다(S30).
이에 의해, 회전 촬상 모듈(30)은 목표물을 정확히 향하도록 조정된다. 회전 촬상 모듈(30)은 목표물을 인식할 수 있을 정도로 확대하여 감시대상에 대한 고해상도 영상(도 6에서 30a 참조)을 촬영한다.
결국, 관리자는 회전 촬상 모듈(30)에서 촬영된 영상을 통해 감시대상 물체를 분석하여 사람이면 얼굴 또는 착용하고 있는 복장을 쉽게 인식할 수 있다. 한편, 관리자는 분석한 감시대상 물체가 차량이면 차량번호를 간단하게 추출하는 등의 후속 조치를 취할 수 있다.
기존의 감시 장치(도 1 참조)는 고정 카메라의 포컬 포인트(초점)(focal point)와 PTZ 카메라(14)의 회전 중심점이 일치하지 않다. 그에 따라, 고정 카메라에 동일한 이미지 좌표로 촬영되는 목표물 "a"와 "b"는 각기 다른 팬, 틸트 각도값으로 대응된다. 즉, 기존의 감시 장치는 목표물이 감시 카메라로부터 넓은 범위의 거리값에서 관찰될 경우 이 거리를 정확히 측정해야 한다는 단점이 있다.
그러나, 상술한 본 발명의 실시예의 감시 장치는 동축 동심 구조에 의해 고정 카메라에서 촬영된 영상의 위치와 PTZ 카메라의 팬, 틸트 각도값이 일대일로 매칭된다. 즉, 본 발명의 실시예의 감시 장치는 상호 다른 위치에 존재하는 목표물이 많더라도 동일한 이미지 좌표로 촬영되었다면 하나의 팬, 틸트 각도값 보정을 행한다. 따라서, 본 발명의 실시예는 목표물과 카메라(또는 감시 장치)간의 사이 거리와는 무관하게 간단한 연산에 의해 PTZ 카메라가 목표물을 정확히 가리킬 수 있게 된다.
도 7은 도 2의 감시 장치의 특징을 설명하는 도면이다. 도 7에서, 참조부호 50은 가상의 고정 카메라의 촬상면(영상 평면)을 의미한다. 52는 가상의 고정 카메라로 촬영한 목표물 "a"와 "b"의 영상을 의미한다. 54는 PTZ 카메라를 의미한다.
하나의 고정 카메라와 하나의 PTZ 카메라를 이용하여 동축 동심으로 하드웨어적으로 구현하기 어렵다. 본 발명의 실시예에서는 2개의 고정 카메라(제 1 고정 촬상 모듈(20), 제 2 고정 촬상 모듈(24))를 이용하여 PTZ 카메라와 동축 동심 관계에 있는 가상의 고정 카메라 이미지(목표물 포함)를 생성하였다.
따라서, 도 7의 가상의 고정 카메라의 촬상면(50)은 하나의 고정 카메라의 촬상면으로 이해할 수 있다. 이에 의해, 본 발명의 실시예는 하나의 고정 카메라의 포컬 포인트와 하나의 PTZ 카메라의 회전 중심점을 일치시킨다.
도 7을 보게 되면, 본 발명의 실시예는 동축 동심 구조에 의해 가상의 고정 카메라에서 촬영된 영상의 위치와 PTZ 카메라의 팬, 틸트 각도값을 일대일로 매칭시킬 수 있음을 알 수 있다.
도 8은 도 2의 감시 장치의 동작 영역을 설명하는 개략도이다. 도 8의 참조부호 42는 동작 영역이다. 동작 영역(42)은 제 1 고정 촬상 모듈(20)의 촬영가능한 감시대상 영역과 제 2 고정 촬상 모듈(24)의 촬영가능한 감시대상 영역의 교집합 부분이다. 회전 촬상 모듈(30)이 제 1 및 제 2 고정 촬상 모듈(20, 24)에 근접되게 설치되어 있어서 회전 촬상 모듈(30)에서 촬영되는 목표물(5)은 동작 영역(42)내에 위치하게 된다. 도 8에서는 목표물(5)과 카메라(즉, 제 1 고정 촬상 모듈(20)과 제 2 고정 촬상 모듈(24) 및 회전 촬상 모듈(30))가 소정 거리 이격되어 있는 것으로 하였다.
여기서, 제 1 고정 촬상 모듈(20)과 제 2 고정 촬상 모듈(24) 및 회전 촬상 모듈(30)간의 이격 거리를 가급적 줄이는 것이 좋다. 그리하면, 동작 영역(42)이 더 넓어지고, 회전 촬상 모듈(30)에서 촬영되는 목표물(5)이 동작 영역(42)을 벗어나지 못하게 된다.
도 9는 도 2의 감시 장치와 목표물 사이의 거리별 최종 영상 및 기존의 감시 장치와 목표물 사이의 거리별 최종 영상간의 차이를 나타낸 도면이다.
기존의 감시 장치는 도 9의 (a)에서와 같이 카메라와 목표물간의 거리가 고정 카메라 이미지 좌표와 팬, 틸트 각도값의 보정이 행해진 거리로부터 멀어질수록 획득되는 목표물의 영상이 다르게 된다. 도 9의 (a)에서는 목표물과 카메라간의 거리가 최초 보정 거리로부터 멀어지게 되면 PTZ 카메라가 목표물을 촬영하지 못하는 경우가 발생함을 보여준다.
본 발명의 실시예에 따른 감시 장치는 도 9의 (b)에서와 같이 목표물과 카메라(또는 감시 장치)간의 거리와는 무관하게 고해상도의 목표물의 영상을 획득한다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 감시 장치는 동축 동심 구조를 구현하였기 때문에, 카메라와 목표물간의 거리가 최초 보정 거리로부터 달라지더라도 회전 촬상 모듈(30)에서 획득되는 고해상도의 목표물은 변함이 없다는 거리 불변성을 갖는다.
한편, 본 발명은 상술한 실시예로만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있고, 그러한 수정 및 변형이 가해진 기술사상 역시 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 한다.
20 : 제 1 고정 촬상 모듈 22 : 제 1 위치 연산부
24 : 제 2 고정 촬상 모듈 26 : 제 2 위치 연산부
28 : 제어부 30 : 회전 촬상 모듈
60 : 제어 모듈 70 : 위치 연산부

Claims (20)

  1. 감시대상 영역내의 목표물을 촬상하는 회전 촬상 모듈;
    상기 회전 촬상 모듈에 대해 세로 방향으로 설치되고, 상기 감시대상 영역을 촬상하는 제 1 고정 촬상 모듈;
    상기 회전 촬상 모듈에 대해 가로 방향으로 설치되고, 상기 감시대상 영역을 촬상하는 제 2 고정 촬상 모듈; 및
    상기 제 1 및 제 2 고정 촬상 모듈로부터의 상기 목표물이 포함된 영상 정보를 기초로 상기 회전 촬상 모듈의 회전 중심점과 초점의 위치가 일치하여 상기 회전 촬상 모듈과 동축 동심의 관계에 있는 가상의 고정 촬상 모듈의 목표물의 위치 정보를 생성하고, 상기 가상의 위치 정보에 근거하여 상기 목표물과의 거리와는 무관하게 상기 회전 촬상 모듈을 제어하는 제어 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 감시 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 고정 촬상 모듈과 상기 제 2 고정 촬상 모듈 및 상기 회전 촬상 모듈은 각각의 방향 축이 서로 평행한 것을 특징으로 하는 감시 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어 모듈은 상기 목표물과의 거리와는 무관하게 하나의 회전 각도값을 상기 회전 촬상 모듈에게로 제공하는 것을 특징으로 하는 감시 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 하나의 회전 각도값은 팬, 틸트 각도값중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 감시 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어 모듈은,
    상기 제 1 및 제 2 고정 촬상 모듈로부터의 영상 정보에서 상기 감시대상 영역내의 목표물의 위치를 연산하는 위치 연산부; 및
    상기 위치 연산부로부터의 위치 정보를 기초로 상기 회전 촬상 모듈의 회전 중심점과 초점의 위치가 일치하는 가상의 고정 촬상 모듈의 목표물의 위치 정보를 생성하고 상기 가상의 위치 정보에 근거하여 상기 회전 촬상 모듈의 회전 각도를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 감시 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 위치 연산부는,
    상기 제 1 고정 촬상 모듈로부터의 영상 정보에서 상기 감시대상 영역내의 목표물에 대한 위치를 연산하는 제 1 위치 연산부; 및
    상기 제 2 고정 촬상 모듈로부터의 영상 정보에서 상기 감시대상 영역내의 목표물에 대한 위치를 연산하는 제 2 위치 연산부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 감시 장치.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 위치 연산부는 배경 차영상을 이용하여 상기 감시대상 영역내의 목표물의 위치를 연산하는 것을 특징으로 하는 감시 장치.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제 1 고정 촬상 모듈에서 촬영된 상기 감시대상 영역내의 목표물의 위치 정보중 가로 좌표와 상기 제 2 고정 촬상 모듈에서 촬영된 상기 감시대상 영역내의 목표물의 위치 정보중 세로 좌표를 조합하여 상기 가상의 위치 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 감시 장치.
  9. 감시대상 영역내의 목표물을 촬상하는 회전 촬상 모듈, 상기 감시대상 영역을 촬상하는 제 1 및 제 2 고정 촬상 모듈, 및 제어 모듈을 포함하는 감시 장치의 감시 방법으로서,
    상기 제어 모듈이, 상기 제 1 및 제 2 고정 촬상 모듈로부터의 상기 목표물이 포함된 영상 정보를 기초로 상기 회전 촬상 모듈의 회전 중심점과 초점의 위치가 일치하여 상기 회전 촬상 모듈과 동축 동심의 관계에 있는 가상의 고정 촬상 모듈의 목표물의 위치 정보를 생성하는 단계; 및
    상기 제어 모듈이, 상기 가상의 위치 정보에 근거하여 상기 목표물과의 거리와는 무관하게 상기 회전 촬상 모듈을 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 감시 장치의 감시 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 가상의 위치 정보 생성 단계는 상기 제 1 고정 촬상 모듈에서 촬영된 상기 감시대상 영역내의 목표물의 위치 정보중 가로 좌표와 상기 제 2 고정 촬상 모듈에서 촬영된 상기 감시대상 영역내의 목표물의 위치 정보중 세로 좌표를 조합하여 상기 가상의 위치 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 감시 장치의 감시 방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 가상의 위치 정보 생성 단계는,
    상기 제 1 및 제 2 고정 촬상 모듈로부터의 영상 정보에서 상기 감시대상 영역내의 목표물의 위치를 연산하는 단계; 및
    상기 위치 연산 단계로부터의 위치 정보를 기초로 상기 회전 촬상 모듈의 회전 중심점과 초점의 위치가 일치하는 가상의 고정 촬상 모듈의 목표물의 위치 정보를 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 감시 장치의 감시 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 위치 연산 단계는 배경 차영상을 이용하여 상기 감시대상 영역내의 목표물의 위치를 연산하는 것을 특징으로 하는 감시 장치의 감시 방법.
  13. 청구항 9에 있어서,
    상기 회전 촬상 모듈 제어 단계는 상기 목표물과의 거리와는 무관하게 하나의 회전 각도값을 상기 회전 촬상 모듈에게로 제공하는 것을 특징으로 하는 감시 장치의 감시 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 하나의 회전 각도값은 팬, 틸트 각도값중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 감시 장치의 감시 방법.
  15. 청구항 9에 있어서,
    상기 제 1 고정 촬상 모듈은 상기 회전 촬상 모듈에 대해 세로 방향으로 설치되고, 상기 제 2 고정 촬상 모듈은 상기 회전 촬상 모듈에 대해 가로 방향으로 설치되는 것을 특징으로 하는 감시 장치의 감시 방법.
  16. 청구항 9에 있어서,
    상기 제 1 고정 촬상 모듈과 상기 제 2 고정 촬상 모듈 및 상기 회전 촬상 모듈은 각각의 방향 축이 서로 평행하도록 된 것을 특징으로 하는 감시 장치의 감시 방법.
  17. 감시대상 영역을 촬상하는 제 1 및 제 2 고정 촬상 모듈; 및
    상기 제 1 고정 촬상 모듈에 대해 세로 방향으로 설치되고 상기 제 2 고정 촬상 모듈에 대해서는 가로 방향으로 설치되고, 상기 감시대상 영역내의 목표물을 촬상하는 회전 촬상 모듈;을 포함하고,
    상기 회전 촬상 모듈은, 상기 제 1 및 제 2 고정 촬상 모듈로부터의 상기 목표물이 포함된 영상 정보를 기초로 해당 회전 촬상 모듈의 회전 중심점과 초점의 위치가 일치하여 상기 회전 촬상 모듈과 동축 동심의 관계에 있는 가상의 고정 촬상 모듈의 목표물의 위치 정보를 생성하고 상기 가상의 위치 정보에 근거하여 상기 목표물과의 거리와는 무관하게 해당 회전 촬상 모듈의 회전을 제어하는 제어 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 감시 장치.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 제어 모듈은 상기 목표물과의 거리와는 무관하게 하나의 회전 각도값을 상기 회전 촬상 모듈에게로 제공하는 것을 특징으로 하는 감시 장치.
  19. 청구항 17에 있어서,
    상기 제어 모듈은,
    상기 제 1 및 제 2 고정 촬상 모듈로부터의 영상 정보에서 상기 감시대상 영역내의 목표물의 위치를 연산하는 위치 연산부; 및
    상기 위치 연산부로부터의 위치 정보를 기초로 상기 회전 촬상 모듈의 회전 중심점과 초점의 위치가 일치하는 가상의 고정 촬상 모듈의 목표물의 위치 정보를 생성하고 상기 가상의 위치 정보에 근거하여 상기 회전 촬상 모듈의 회전 각도를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 감시 장치.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제 1 고정 촬상 모듈에서 촬영된 상기 감시대상 영역내의 목표물의 위치 정보중 가로 좌표와 상기 제 2 고정 촬상 모듈에서 촬영된 상기 감시대상 영역내의 목표물의 위치 정보중 세로 좌표를 조합하여 상기 가상의 위치 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 감시 장치.

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