KR101290517B1 - 촬영장치 및 이의 대상 추적방법 - Google Patents

촬영장치 및 이의 대상 추적방법 Download PDF

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Abstract

촬영장치 및 이의 대상 추적방법이 개시된다. 본 촬영장치는 기설정된 추적 대상의 조건을 만족시키는 것으로 선별된 추적 대상에 대한 정보를 이용하여 추적 대상을 판별한다. 이때, 본 촬영장치는 현재프레임과 이전프레임의 영상의 차에 대해 액티브 콘토어를 이용하여 선별된 추적 대상의 영역을 판별한다. 그리고, 촬영장치는 판별된 추적 대상의 영역 중 영역의 크기가 기설정된 문턱값 이하인 영역을 제거하고, 판별된 추적 대상의 형태 정보를 획득하며, 형태 정보에 기초하여 산출한 색 히스토그램과 추적 대상 정보에 기초하여 산출한 색 히스토그램을 비교하여 Bhattacharyya 계수를 이용한 유사도 거리를 산출하고, 산출된 유사도 거리가 가장 큰 대상을 추적 대상으로 판단한다. 이에 의해, 주변 환경의 변화에 강건한 추적 알고리즘의 구현이 가능해진다.
감시 카메라, 위치 추적, 추적 대상, 액티브 콘토어, 색, 히스토그램

Description

촬영장치 및 이의 대상 추적방법{Photographing apparatus for tracking object and method thereof}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 촬영장치의 블록도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 촬영장치에 구비된 추적대상 판별부의 구체적인 블록도, 그리고
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 촬영장치의 대상 추적방법의 설명에 제공되는 흐름도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
110 : 촬영부 120 : 전처리부
130 : 움직임 검출부 140 : 추적대상 판별부
141 : 영상 차 산출부 143 : 추적대상 영역 판별부
145 : 블랍 판단부 147 : 색 히스토그램 비교부
149 : 추적대상 중심점 산출부 150 : 촬영 제어부
본 발명은 촬영장치 및 이의 대상 추적방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게 는, 움직이는 추적대상을 자동으로 추적하여 계속 촬영을 수행하는 촬영장치 및 이의 대상 추적방법에 관한 것이다.
촬영기술의 발달과 더불어 급속히 발전하게 된 영상처리기술로 인하여, 사람이 촬영수단을 직접 조작하지 않고서도, 촬영하고 있는 장소에서 움직이는 추적대상을 자동으로 추적하도록 촬영수단을 자동으로 제어하는 것이 가능해 졌으며, 이 추적기술은 나날이 발전해가고 있다.
이와 같은 추적은 촬영된 영상에서 움직이는 추적대상을 추출하고, 추출된 추적대상이 영상의 중심에 위치하도록 촬영수단을 자동으로 제어하는 절차에 의하게 된다.
움직이는 추적대상을 추출하는 과정은, 촬영된 영상에 대한 분석을 통해 이루어지는데, 이 과정에서는 많은 오류가 발생할 수 있다. 추적 대상이 정확히 선택되지 않으면, 추적 대상 주변의 배경도 추적 대상에 포함되는 경우가 발생할 수 있다. 이런 경우에, 추적 대상의 색 히스토그램이 원래의 추적 대상의 정보뿐만 아니라 주변 배경의 색 히스토그램 정보를 같이 포함하고 있으므로 오류가 발생할 여지가 높다.
이에 따라, 추적대상을 보다 정확히 추출함으로서, 촬영수단의 추적동작이 보다 정확하게 이루어질 수 있도록 하기 위한 방안의 모색이 요청된다.
따라서, 본 발명의 목적은, 현재프레임과 이전프레임의 영상을 비교하여 추적대상을 보다 정확하게 추적할 수 있는 촬영장치 및 이의 대상 추적방법을 제공함 에 있다.
그리고, 본 발명의 다른 목적은, 추적 대상의 조건을 만족시키는 물체에 대해 액티브 콘토어를 이용하여 추적 대상의 형태 정보를 보다 정확하게 추출할 수 있는 촬영장치 및 이의 대상 추적방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 추출된 형태 정보에 대응되는 추적 대상의 색 특성을 이용하여 추적 대상을 보다 정확하게 판별하여 추적할 수 있는 촬영장치 및 이의 대상 추적방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 촬영장치는 현재프레임과 이전프레임의 영상을 비교하여, 기설정된 추적 대상의 조건을 만족시키는 추적 대상을 선별하고, 상기 선별된 추적 대상에 대한 정보를 출력하는 움직임 검출부, 상기 추적 대상에 대한 정보를 이용하여 추적 대상을 판별하며, 상기 판별된 추적 대상의 형태 정보를 이용하여 상기 판별된 추적 대상의 중심점 정보를 출력하는 추적대상 판별부, 및 상기 추적 대상의 중심점 정보에 기초하여 상기 판별된 추적 대상이 영상의 중앙에 위치되도록 촬영을 제어하는 촬영제어부를 포함한다.
구체적으로, 상기 추적대상 판별부는 상기 현재프레임과 이전프레임의 영상의 차를 산출하는 영상 차 산출부, 상기 산출된 영상의 차에 대해 액티브 콘토어를 이용하여 상기 선별된 추적 대상의 영역을 판별하는 추적대상 영역 판별부, 상기 판별된 추적 대상의 영역 중 영역의 크기가 기설정된 문턱값 이하인 영역을 제거하고, 상기 추적 대상 정보 및 영상 상기 판별된 추적 대상의 영역 정보의 교집합을 이용하여 상기 판별된 추적 대상의 형태 정보를 획득하는 블랍 판단부, 상기 형태 정보에 기초하여 산출한 색 히스토그램과 상기 추적 대상 정보에 기초하여 산출한 색 히스토그램을 비교하여 Bhattacharyya 계수를 이용한 유사도 거리를 산출하고, 상기 산출된 유사도 거리가 가장 큰 대상을 추적 대상으로 판단하는 색 히스토그램 비교부, 및 상기 판단된 추적 대상의 형태 정보에 기초하여 상기 추적 대상의 중심점인 에지 좌표값의 평균을 산출하는 추적대상 중심점 산출부를 포함하는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 상기 촬영 제어부는 상기 추적 대상의 중심점이 영상의 가장자리로 접근하면, 팬(Pan), 틸트(Tilt), 및 줌(Zoom) 기능 중 어느 하나를 이용하여 상기 추적 대상이 영상의 중앙에 위치되도록 촬영을 제어한다.
한편, 본 발명의 촬영장치의 대상 추적방법은, 현재프레임과 이전프레임의 영상을 비교하여, 기설정된 추적 대상의 조건을 만족시키는 추적 대상을 선별하고, 상기 선별된 추적 대상에 대한 정보를 출력하는 단계, 상기 추적 대상에 대한 정보를 이용하여 추적 대상을 판별하며, 상기 판별된 추적 대상의 형태 정보를 이용하여 상기 판별된 추적 대상의 중심점 정보를 출력하는 단계, 및 상기 추적 대상의 중심점 정보에 기초하여 상기 판별된 추적 대상이 영상의 중앙에 위치되도록 촬영을 제어하는 단계를 포함한다.
그리고, 상기 중심점 정보 출력단계는 상기 현재프레임과 이전프레임의 영상의 차를 산출하는 단계, 상기 산출된 영상의 차에 대해 액티브 콘토어를 이용하여 상기 선별된 추적 대상의 영역을 판별하는 단계, 상기 판별된 추적 대상의 영역 중 영역의 크기가 기설정된 문턱값 이하인 영역을 제거하고, 상기 추적 대상 정보 및 영상 상기 판별된 추적 대상의 영역 정보의 교집합을 이용하여 상기 판별된 추적 대상의 형태 정보를 획득하는 단계, 상기 형태 정보에 기초하여 산출한 색 히스토그램과 상기 추적 대상 정보에 기초하여 산출한 색 히스토그램을 비교하여 Bhattacharyya 계수를 이용한 유사도 거리를 산출하고, 상기 산출된 유사도 거리가 가장 큰 대상을 추적 대상으로 판단하는 단계, 및 상기 판단된 추적 대상의 형태 정보에 기초하여 상기 추적 대상의 중심점인 에지 좌표값의 평균을 산출하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 촬영장치의 블록도이다.
본 촬영장치는 현재프레임과 이전프레임의 영상을 비교하여 추적 대상의 조건을 만족시키는 물체에 대해 액티브 콘토어(Active Contour)를 이용하여 추적 대상의 형태 정보를 추출하고, 추출된 형태 정보에 대응되는 추적 대상의 색 특성을 이용하여 추적 대상을 판별한다.
그리고, 본 촬영장치는 판별된 추적 대상이 감시 영역의 가장자리로 접근하면, 추적 대상이 영상의 중심에 위치되도록 촬영수단을 자동으로 제어한다.
도 1을 참조하면, 본 촬영장치는 촬영부(110), 전처리부(120), 움직임 검출부(130), 추적대상 판별부(140), 및 촬영 제어부(150)를 포함한다.
촬영부(110)는 촬영을 통해 영상을 촬상한다. 전처리부(120)는 촬영부(110)에서 촬상된 영상을 다운-스케일링(Down-Scaling)한다.
움직임 검출부(130)는 전처리부(120)에서 다운-스케일링된 영상을 이용하여 움직임을 검출하고, 검출한 움직임이 추적 대상의 조건을 만족시키는지 여부를 판단하여 추적 대상의 조건을 만족시키는 사람이나 물체에 대한 정보를 검출하여 출력한다.
구체적으로, 움직임 검출부(130)는 전처리부(120)에 의해 다운-스케일링된 현재프레임과 이전프레임의 영상을 비교하여 검출한 움직임이 기설정된 추적 대상의 조건을 만족시키는지 여부를 판단한다.
이때, 추적 대상 조건을 추적 대상을 선별하기 위한 조건으로, 움직임이 있는 사람이나 물체를 추적 대상으로 선별하는 조건, 금지된 영역으로 접근하는 사람이나 물체를 추적 대상으로 선별하는 조건, 및 영상의 소정 영역을 벗어나는 사람이나 물체를 추적 대상으로 선별하는 조건 등이 있다. 이는, 사용자의 선택에 의해 설정가능하다.
움직임 검출부(130)는 기설정된 추적 대상의 조건을 만족시키는 움직임을 가진 사람이나 물체 즉, 추적 대상이 선별되면, 추적 대상을 판별하라는 명령 및 추적 대상에 대한 정보를 출력한다.
일 예로, 제1 추적 대상 조건이 설정되어 있으면, 움직임 검출부(130)는 무조건 움직임이 있는 대상을 추적 대상으로 선별하고, 선별된 추적 대상에 대한 정보를 출력한다. 여기서, 추적 대상에 대한 정보는 추적 대상의 중심점과 추적 대상을 포함하는 사각형 형태의 윈도우의 좌표값을 포함한다.
움직임 검출부(130)로부터 추적 대상을 판별하라는 명령이 수신되면, 추적대 상 판별부(140)는 움직임 검출부(130)로부터 수신된 추적 대상에 대한 정보를 이용하여 추적 대상을 판별한다.
이때, 추적대상 판별부(140)는 액티브 콘토어를 이용하여 추적 대상의 형태 정보를 추출하고, 추출된 형태 정보에 대응되는 추적 대상의 색 특성을 이용하여 추적 대상을 판별하며, 판별한 추적 대상의 중심점 정보를 출력한다.
촬영 제어부(150)는 추적대상 판별부(140)로부터 수신된 추적 대상의 중심점 정보에 기초하여 추적 대상의 중심점이 영상의 가장자리로 접근하면, 추적 대상이 영상의 중앙에 위치되도록 촬영부(110)를 제어한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 촬영장치에 구비된 추적대상 판별부의 구체적인 블록도이다.
도 2를 참조하면, 추적대상 판별부(140)는 영상 차 산출부(141), 추적대상 영역 판별부(143), 블랍(blob) 판단부(145), 색 히스토그램 비교부(147), 및 추적대상 중심점 산출부(149)를 포함한다.
영상 차 산출부(141)는 움직임 검출부(130)로부터 출력된 현재프레임과 이전프레임의 영상의 차를 산출한다. 추적대상 영역 판별부(143)는 영상 차 산출부(141)에 의해 산출된 영상의 차에 대해 액티브 콘토어를 이용하여 움직임이 있는 대상의 영역을 판별한다.
블랍 판단부(145)는 추적대상 영역 판별부(143)에 의해 판별된 움직임이 있는 대상의 영역 중 영역의 크기가 기설정된 문턱값 이하인 영역은 제거한다. 이는, 추적대상 영역 판별부(143)가 움직임이 있는 대상의 영역을 하나 이상 판별했을 경 우, 기설정된 크기의 면적 이하인 영역은 노이즈라는 가정하에 추적 대상이 아니라고 판단하는 것이다. 즉, 움직임이 있는 대상의 영역 중 영역의 크기가 기설정된 문턱값 이상인 영역을 추적 대상의 영역이라 판단하는 것이다.
블랍 판단부(145)는 움직임 추출부(130)로부터 수신된 추적 대상 정보 및 영상 차 산출부(141)에 의해 판별된 추적 대상의 영역 정보의 교집합을 이용하여 추적 대상의 형태 정보를 획득한다. 여기서, 획득된 추적 대상의 형태 정보는 보다 상세한 추적 대상의 에지 정보를 의미한다.
색 히스토그램 비교부(147)는 블랍 판단부(145)에 의해 획득된 형태 정보에 기초하여 추적 대상의 색 히스토그램을 산출한다. 또한, 색 히스토그램 비교부(147)는 움직임 검출부(140)로부터 출력된 추적 대상에 대한 정보에 기초하여 추적 대상의 색 히스토그램을 산출한다. 그리고, 색 히스토그램 비교부(147)는 형태 정보에 기초하여 산출한 색 히스토그램과 추적 대상 정보에 기초하여 산출한 색 히스토그램을 비교하여 Bhattacharyya 계수를 이용한 유사도 거리를 산출한다.
수학식 1은 색 히스토그램 비교부(147)가 Bhattacharyya 계수를 이용하여 유사도 거리를 산출하는 식이다.
Figure 112007017016556-pat00001
수학식 1을 참고하면, Pm(n)은 블랍 판단부(145)에 의해 획득된 형태 정보에 기초하여 산출한 추적 대상의 색 히스토그램이고, T(n)은 움직임 검출부(140)로부터 출력된 추적 대상에 대한 정보에 기초하여 산출한 추적 대상의 색 히스토그램이며, ρ[Pm,T]는 유사도 거리이다. 여기서, m = 1,...,M, n = 1,...,L이고, M은 추적 대상 후보들의 개수이며, L은 히스토그램 레벨 수이다.
즉, 형태 정보에 기초하여 산출한 추적 대상의 색 히스토그램 및 추적 대상에 대한 정보에 기초하여 산출한 추적 대상의 색 히스토그램을 이용하여 수학식 1에 의해 산출된 유사도 거리 ρ[Pm,T]가 가장 큰 대상이 최종 추적 대상으로 선택되는 것이다. 다시 말해, 형태 정보에 기초하여 산출한 추적 대상의 색 히스토그램과 가장 유사한 색 히스토그램을 가지는 대상이 추적 대상인 것이다.
추적대상 중심점 산출부(149)는 최종 추적 대상의 형태 정보에 기초하여 추적 대상의 중심점 Fn=(xn,yn)을 산출한다. 구체적으로, 추적대상 중심점 산출부(149)는 추적 대상의 에지 좌표값의 평균을 산출하며, 산출된 에지 좌표값의 평균이 추적 대상의 중심점 Fn=(xn,yn)이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 촬영장치의 대상 추적방법의 설명에 제공되는 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 전처리부(120)는 촬영부(110)에 의해 생성된 영상을 다운-스케일링한다(S310). 영상을 다운-스케일링하는 이유는, 영상의 크기를 감소시켜 연산량을 줄임으로써, 이들의 처리속도를 증가시키기 위함이다.
움직임 검출부(130)는 다운-스케일링된 현재프레임과 이전프레임의 영상을 비교하여 움직임을 검출하고, 움직임이 검출된 대상 중 기설정된 추적 대상 조건에 만족하는 추적 대상을 선별한다(S320). 그리고, 움직임 검출부(130)는 기설정된 추적 대상의 조건을 만족시키는 추적 대상이 선별되면, 선별된 추적 대상을 판별하라는 명령 및 선별된 추적 대상에 대한 정보를 출력한다.
영상 차 산출부(141)는 움직임 검출부(130)로부터 현재 입력되는 프레임의 영상과 이전에 입력된 프레임의 영상의 차를 산출한다(S330).
추적대상 영역 판별부(143)는 영상 차 산출부(141)에 의해 산출된 영상의 차에 대해 액티브 콘토어를 이용하여 움직임 검출부(130)에 의해 추적 대상 조건을 만족하는 것으로 선별된 추적 대상의 영역을 판별한다(S340).
블랍 판단부(145)는 추적대상 영역 판별부(143)에 의해 판별된 추적 대상의 영역 중 영역의 크기가 기설정된 문턱값 이하인 추적 대상의 영역을 제거하고, 추적 대상의 형태(shape) 정보를 획득한다(S350).
색 히스토그램 비교부(147)는 형태 정보에 기초하여 산출한 색 히스토그램과 추적 대상 정보에 기초하여 산출한 색 히스토그램을 비교하여, 형태 정보에 기초하여 산출한 추적 대상의 색 히스토그램과 가장 유사한 색 히스토그램을 가지는 대상을 추적 대상이라 판단한다(S360).
그리고, 추적대상 중심점 산출부(149)는 추적 대상의 형태 정보에 기초하여 추적 대상의 중심점을 산출한다(S370).
촬영 제어부(150)는 추적대상 중심점 산출부(149)에 의해 산출된 추적 대상의 중심점의의 위치에 따라 추적 대상의 촬영을 제어한다(S380). 구체적으로, 촬영 제어부(150)는 팬(Pan), 틸트(Tilt), 및 줌(Zoom) 기능을 이용하여 추적 대상의 중심점이 영상의 가장자리로 접근하면, 추적 대상이 영상의 중앙에 위치되도록 촬영부(110)를 제어한다.
이로써, 항상 추적 대상이 영상의 중심에 위치되도록 촬영부(110)를 이동하기 때문에 영상의 소정 영역만을 고려함으로써, 액티브 콘토어의 계산량을 줄일 수 있고, 움직임이 있는 다른 물체가 나타나더라도 추적 대상으로 판별된 대상의 색 히스토그램을 이용하여 판별된 대상을 추적함으로써, 다른 물체에 의한 추적 대상의 오인 가능성을 줄일 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 주변 환경의 변화에 강건한 추적 알고리즘의 구현이 가능해진다. 그리고, 액티브 콘토어를 이용하여 획득된 형태 정보를 추적에 사용함으로써, 고정되지 않은 카메라에도 적용될 수 있으며, PTZ 카메라에도 적용가능하다.
또한, 물체를 자동으로 추적하는 중에 임의의 다른 물체가 영상에 나타나게 되도 추적 대상을 오인하여 추적 대상을 놓치는 문제점이 해결된다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 이해되어져서는 안 될 것이다.

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 현재프레임과 이전프레임의 영상을 비교하여, 기설정된 추적 대상의 조건을 만족시키는 추적 대상을 선별하고, 상기 선별된 추적 대상에 대한 정보를 출력하는 움직임 검출부;
    상기 추적 대상에 대한 정보를 이용하여 추적 대상을 판별하며, 상기 판별된 추적 대상의 형태 정보를 이용하여 상기 판별된 추적 대상의 중심점 정보를 출력하는 추적대상 판별부; 및
    상기 추적 대상의 중심점 정보에 기초하여 상기 판별된 추적 대상이 영상의 중앙에 위치되도록 촬영을 제어하는 촬영제어부;를 포함하고,
    상기 추적대상 판별부는,
    상기 현재프레임과 이전프레임의 영상의 차를 산출하는 영상 차 산출부;
    상기 산출된 영상의 차에 대해 액티브 콘토어를 이용하여 상기 선별된 추적 대상의 영역을 판별하는 추적대상 영역 판별부;
    상기 판별된 추적 대상의 영역 중 영역의 크기가 기설정된 문턱값 이하인 영역을 제거하고, 상기 추적 대상 정보 및 상기 판별된 추적 대상의 영역 정보의 교집합을 이용하여 상기 판별된 추적 대상의 형태 정보를 획득하는 블랍 판단부;
    상기 형태 정보에 기초하여 산출한 색 히스토그램과 상기 추적 대상 정보에 기초하여 산출한 색 히스토그램을 비교하여 Bhattacharyya 계수를 이용한 유사도 거리를 산출하고, 상기 산출된 유사도 거리가 가장 큰 대상을 추적 대상으로 판단하는 색 히스토그램 비교부; 및
    상기 판단된 추적 대상의 형태 정보에 기초하여 상기 추적 대상의 중심점인 에지 좌표값의 평균을 산출하는 추적대상 중심점 산출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 촬영장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 현재프레임과 이전프레임의 영상을 비교하여, 기설정된 추적 대상의 조건을 만족시키는 추적 대상을 선별하고, 상기 선별된 추적 대상에 대한 정보를 출력하는 단계;
    상기 추적 대상에 대한 정보를 이용하여 추적 대상을 판별하며, 상기 판별된 추적 대상의 형태 정보를 이용하여 상기 판별된 추적 대상의 중심점 정보를 출력하는 단계; 및
    상기 추적 대상의 중심점 정보에 기초하여 상기 판별된 추적 대상이 영상의 중앙에 위치되도록 촬영을 제어하는 단계;를 포함하고,
    상기 중심점 정보 출력단계는,
    상기 현재프레임과 이전프레임의 영상의 차를 산출하는 단계;
    상기 산출된 영상의 차에 대해 액티브 콘토어를 이용하여 상기 선별된 추적 대상의 영역을 판별하는 단계;
    상기 판별된 추적 대상의 영역 중 영역의 크기가 기설정된 문턱값 이하인 영역을 제거하고, 상기 추적 대상 정보 및 상기 판별된 추적 대상의 영역 정보의 교집합을 이용하여 상기 판별된 추적 대상의 형태 정보를 획득하는 단계;
    상기 형태 정보에 기초하여 산출한 색 히스토그램과 상기 추적 대상 정보에 기초하여 산출한 색 히스토그램을 비교하여 Bhattacharyya 계수를 이용한 유사도 거리를 산출하고, 상기 산출된 유사도 거리가 가장 큰 대상을 추적 대상으로 판단하는 단계; 및
    상기 판단된 추적 대상의 형태 정보에 기초하여 상기 추적 대상의 중심점인 에지 좌표값의 평균을 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 대상 추적방법.
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