KR101390412B1

KR101390412B1 - 무표시구간의 차량검출장치

Info

Publication number: KR101390412B1
Application number: KR1020120129184A
Authority: KR
Inventors: 김광섭
Original assignee: 휴앤에스(주)
Priority date: 2012-11-15
Filing date: 2012-11-15
Publication date: 2014-04-30

Abstract

본 발명은 레이더 장치 및 카메라 영상을 이용하여 어린이 보호구혁 등과 같은 특정구역을 차량이 통과할 때 레이더 신호에 의하여 차량의 위치 및 속도가 검출이 불가할 때 보완적으로 카메라 영상에 의하여 차량의 위치 및 속도를 보정함으로써 전체 검지영역에서의 차량을 검출하도록 하는 장치를 제공한다.

Description

무표시구간의 차량검출장치{detecting system for speed of vehicle}

본 발명은 레이더 장치 및 카메라 영상을 이용하여 어린이 보호구혁 등과 같은 특정구역을 차량이 통과할 때 레이더 신호에 의하여 차량의 위치 및 속도의 검출이 불가할 때 보완적으로 카메라 영상에 의하여 차량의 위치 및 속도를 보정함으로써 전체 검지영역에서의 차량을 검출하도록 하는 장치에 관한 것이다.

검지영역, 특히 어린이 보호구혁 내에 교통사고를 방지하기 위하여 검지 영역 전체에서 차량들이 저속으로 운행하도록 요구되었으며, 규정속도를 위반하는 차량을 검출하기 위한 많은 장치들이 개발되어 왔다.

그러나 이러한 검출장치는 차량들이 루프 검지기나 레이져(LASER) 센서를 이용하여 차량이 특정 위치를 통과할 때의 일시적인 차량 속도를 검출하는 장치이기 때문에 운전자는 루프가 설치되는 등의 특정 위치에서 일시적으로 감속 운행함으로써 단속을 회피하고자 하는 경향이 있다. 이와 같은 운전습관으로 인하여 어린이 보호구역 등 전체 구간에서 규정속도가 지켜지지 않기 때문에 여전히 많은 사고가 발생하고 있다.

이러한 문제점을 개선하기 위하여 검출장치를 두 곳에 설치하고, 두 곳을 통과하는 시간을 산출함으로써 평균속도를 구하고, 평균속도가 규정속도를 초과하는 경우에 과속차량으로 분류하는 시스템이 개발되었다.

그러나 이러한 시스템에서도 일정 구간에서는 과속으로 주행하고, 다른 구간에서 감속하는 경향이 있어 개선된 효과를 얻기 어려웠으며, 검출장치가 설치된 두 곳에 모두 카메라, 속도검출장치, 차량번호 인식장치 모두를 구비하여야 하기 때문에 장치가 중복적으로 갖춰져야 하는 문제점이 있었다.

또한, 이러한 시스템의 문제점을 개선하기 위하여 레이져 및 레이더로 검지영역 내에서 차량의 속도를 추종하는 단일 시스템이 개발되었으나, 레이져 시스템은 레이져를 주행 중인 차량에 추종시켜야 되는 문제점이 있어 주행중인 차량을 감시하기에 곤란하였으며, 레이더의 도플러 효과를 이용하여 차량의 속도를 산출하는 시스템은 차량이 작고, 차량과 수신장치 사이에 장애물이 있는 경우에 수신신호가 일시적으로 사라져 일정구간 차량의 속도 산출할 수 없는 현상이 발생하며, 차량이 정지시에 수신신호의 레벨이 현격히 낮아져 차량의 검출이 어려운 문제점이 존재하였다.

또한 차량으로부터 수신되는 차량의 신호레벨이 크기가 낮아지게 되면 차량의 위치 추적이 매우 어렵게 되며, 차량의 위치추적이 연속적으로 이루어지지 않는 경우 과속한 차량이 카메라를 통과할 때 다른 차량을 촬영하게 되는 문제점을 갖게 된다.

또한 종래에 카메라 영상에 의존하여 차량의 속도를 산출하는 방식이 존재하였으나, 카메라 영상 내에서 모든 차량의 속도를 산출하는 것은 많은 양의 데이터를 짧은 순간에 처리해야 하기 때문에 많은 연산처리가 수행되어져야 하고, 이러한 연산처리를 위하여 고용량의 메모리가 필요하여 처리시스템 구축비용이 증가하게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 해결과제는 지정된 검지영역을 주행하는 차량의 속력을 레이더 장치를 이용하여 검출하는 과정에서 검출에러가 발생한 영역에 대하여 카메라 영상에 의하여 위치를 보정함으로써 검지영역 전체에 걸쳐 정확한 속도 산출이 이루어지도록 하기 위한 것이다.

또한 본 발명은 검지영역 내에 차량을 연속적으로 추적하도록 하여 특정차량이 과속하게 되는 경우에 이를 정확히 추출하도록 함으로써 정확히 과속차량을 검출할 수 있도록 하기 위한 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 해결수단은 도로를 포함하는 기설정된 검지영역을 1fps(frame per second) 이상으로 촬영하는 카메라; 상기 카메라에 촬영된 영상의 각 픽셀위치에 대응하여 실제 도로를 포함하는 공간의 각 위치가 저장되는 저장모듈; 상기 검지영역에 레이더(RADAR) 전파를 송신하고, 이동하는 차량에 의하여 반사되는 레이더 반사파를 수신하는 레이더 장치; 상기 카메라를 제어하고, 상기 레이더 장치로부터 송신신호와 수신신호를 입력받아 상기 차량의 위치와 속도를 산출하는 제어모듈; 특정 시간동안 상기 제어모듈에 의하여 차량의 위치와 속도가 산출되지 않는 무표시구간이 존재할 때, 상기 저장모듈에 저장된 무표시 구간에서의 프레임 영상들을 독출하고, 상기 무표시 구간의 프레임 영상들에서 상기 차량의 위치를 각각 산출하는 위치 보정모듈을 포함하는 것이다.

또한 본 발명에서 인접되는 두 프레임에서 상기 차량의 위치변화와 프레임 간격에 의하여 상기 두 프레임 사이의 차량의 속력을 산출하는 속도보정모듈을 포함하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 위치보정모듈은 상기 무표시구간이 시작되는 시점과 상기 시점에서의 차량의 위치를 상기 제어모듈로부터 입력받고, 상기 저장모듈로부터 상기 시점의 프레임 영상을 독출하여 상기 차량의 위치에 존재하는 차량의 특징점(key point)을 검출하고, 연속되는 프레임들을 검출하여 상기 특징점들을 검출함으로써 상기 차량의 위치변화를 산출하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 카메라에 촬영된 영상은 상기 도로의 영상과 상기 도로영상의 노변과 일치하는 노변선들과 상기 노변선들 사이에 원근감을 갖도록 표시되는 복수의 구획선들이 구비된 기준영상 OSD(On Screen Display)와 합성되되 상기 기준영상 OSD 구획선들 사이의 간격은 실제 도로에서 동일한 거리를 나타내는 것이 바람직하다.

상기 과제와 해결수단을 갖는 본 발명에 따르면, 위치추적모듈에 의하여 무표시 구간의 시점에서 차량의 위치를 파악할 수 있기 때문에 무표시구간의 시점에서 차량의 영상을 판독하고, 해당차량의 특징점을 추출하면 해당차량을 연속되는 프레임들에서 간편하게 확인할 수 있다. 따라서 영상판독 알고리즘 매우 단순화될 수 있으며, 연산량이 매우 작아지고 저장모듈의 영상저장용량도 획기적으로 개선될 수 있다.

이와 같은 방식에 의하여 무표시구간의 차량의 위치와 속도정보를 산출할 수 있어 차량이 검지영역 전체에서 규정속도를 준수하였는지를 검출할 수 있다.

또한 각각의 프레임 영상은 도로영상과 기준영상 OSD와 합성되어 있어 육안으로도 해당차량이 규정속도를 위반했는지를 알 수 있도록 하므로 본 발명을 과속차량단속장비로 적용할 때 영상자료를 증거자료로 제시할 수 있어 민원을 해소할 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예를 설명하기 위한 전체적인 회로블록도이다.
도 2는 본 발명의 레이더 신호에 의하여 위치추적모듈에 의하여 추적되는 차량의 위치와 속도산출모듈에 의하여 산출되는 속도의 그래프이다.
도 3a는 본 발명에 적용되는 기준영상 OSD의 일예를 도시한 것이다.
도 3b는 기준영상 OSD와 차량이 주행할 때의 각각 시간에 따른 프레임 영상이다.
도 4는 본 발명에 의하여 이루어지는 위치무표시구간에서의 위치보정과 속도보정의 알고리즘의 순서도이다.
도 5는 본 발명에 의하여 산출되는 위치보정곡선과 속도보정곡선의 그래프이다.

도 1은 본 발명의 일실시예를 설명하기 위한 전체적인 회로블록도이다.

본 발명의 차량 속도 검출장치(100)는 제어부(101)와, 제어부(101)의 제어를 받아 마이크로파를 출사하는 레이더(RADAR) 장치(120)와, 차량을 촬영하는 카메라(130)와, 제어부(101)에 연결되어 데이터관리, 저장 및 제어부(101)에 특정 지령을 전송하는 미도시된 서버로 이루어진다.

레이더 장치(120)는 제어부(101)의 제어를 받아 레이더를 검지영역에 출사하고, 검지영역 내에 이동체로부터 반사되는 레이더를 수신하여 제어부(101)에 전송한다.

제어부(101)는 오퍼레이팅 시스템을 구비하여 제어부(101) 내의 모듈들을 제어하고 레이더 장치(120), 카메라(130)와 같은 제어대상들을 제어하고, 제어대상들로부터 신호 또는 영상을 입력받는다. 또한 제어부(101)는 레이더장치(120)에서 출사되는 송신신호와 레이더 장치(120)에 수신되는 수신신호를 입력받아 주파수 변환하고, 주파수 변환된 송, 수신신호로부터 이동체의 위치와 이동체의 속력을 추출하는 제어모듈(103)과, 상기 제어모듈(103)로부터 출력되는 차량의 위치에 의하여 차량의 검지영역 전체에 대하여 연속적인 위치를 추적하는 위치추적모듈(105)과, 제어모듈(103)로부터 출력되는 차량의 속력정보에 의하여 검지영역 전체에 대하여 연속적인 속력을 산출하는 속도산출모듈(107)과, 위치추적모듈(105)에 의하여 추적되지 않는 영역에 대하여 추정되는 차량의 위치를 보정 산출하는 위치보정모듈(109)과, 위치보정모듈(109)에 의하여 산출되는 보정위치에 의하여 보정속도를 산출하는 속도보정모듈(111)과, 카메라(130)에 의하여 촬영된 프레임 영상들과 촬영된 영상내의 각 픽셀들에 대응하는 실제 공간의 위치가 매칭되어 저장되며, 위치 데이터와 속력 데이터가 저장되는 저장모듈(113)을 구비한다.

도 2는 본 발명의 레이더 신호에 의하여 위치추적모듈에 의하여 추적되는 차량의 위치와 속도산출모듈에 의하여 산출되는 속도의 그래프이다.

도 2에서 (a)는 위치추적모듈(105)에서 추적되는 차량의 위치를 표시하는 곡선으로 검지영역중 최대 이격위치인 P4에서 카메라의 직하부인 위치(0)까지 차량의 시간-위치의 그래프이고, 카메라(130)의 직하부로부터 이격된 거리가 y축으로 표시되며, 레이더 장치(120)에 의하여 감지되는 가장 원거리는 y= p4이며, p4로부터 p3까지는 선형적으로 위치가 감소하다가 p3(t= t1)로부터 p2(t=tp)에 도달할 때까지 비선형적으로 급격하게 위치가 감소한 후 tp ~ tq까지의 시간에서 위치가 추적되지 않는 위치 무표시구간이 발생하게 된다.

이와 같은 무표시구간은 제어모듈(103)에 입력되는 레이더 송수신신호의 레벨이 약한 경우에 차량의 위치, 속도가 산출되지 않기 때문에 위치추적모듈(105)에 의하여 위치를 추종할 수 없기 때문에 발생하게 되거나, 앞차량에 의하여 가려지게 되거나 차량이 정지되었을 때 발생된다. 제어모듈(103)은 시간 tq에서 레이더 송수신신호의 레벨이 위치추적이 가능한 정도로 높아지면 다시 위치P1을 추적하게 되고, 결국 시간tx에서 카메라(130)의 직하부를 통과하는 것을 검출하게 된다.

마찬가지로 도 2의 (b)는 제어모듈(103)에 의하여 출력되는 속도정보를 기초로 속도산출모듈(107)에 의하여 구성되는 시간 대 속도의 곡선이다. 도 2b는 도시된 바와 같이 도 2a의 1차 미분한 곡선과 일치하는 바, 0~t1에서는 속도V1(20Km/h)이며, t1 ~ tp에서는 속도가 선형적으로 증가하여 tp =28.8km/h이고, 입력신호 레벨이 낮은 시간대인 시간 tp ~ tq 사이에는 속도곡선이 존재하지 않게 되는 속도 무표시구간을 형성하며, tq~tx에서는 속도V1(20Km/h)를 유지한다.

도 3a는 본 발명에 적용되는 기준영상 OSD의 일예를 도시한 것이고, 도 3b는 기준영상 OSD와 차량이 주행할 때의 각각 시간에 따른 프레임 영상이다.

도 3a에 도시된 기준영상 OSD(On Screen Display)는 카메라(130)에서 촬영된 도로영상과 중첩되는 영상으로 카메라 영상 내의 차량의 위치를 육안으로도 확인할 수 있도록 하기 위하여 영상 내에 도로의 노변과 일치하는 노변선(131), (132)과 노변선들 사이에 원근감을 갖도록 복수의 구획선(133)이 도시되어져 있으며, 복수의 구획선들에는 카메라(130)의 직하부로부터 이격되는 거리가 표시된다. 구획선(133)들의 간격은 카메라(130)에 접근될수록 넓어지고, 멀어질수록 좁아지게 된다.

이와 같은 OSD 영상은 카메라(130)에 의하여 획득되는 영상과 합성되어 카메라(130)에 의하여 획득된 영상에 구획선과 노변선을 표시하게 되며 OSD 영상의 노변선은 실제 도로영상의 노변과 일치되도록 노변선이 형성된다. 이때 OSD 영상과 실제 도로 영상이 합성된 영상에서 구획선(133)들의 간격은 실제 도로에서 동일한 거리를 의미하나 촬영된 영상은 원근감이 표현되기 때문에 카메라에서 멀어진 영상영역에서는 좁게, 가까운 부분은 넓게 표출된다. 또한 도 3a 에 도시된 바와 같이 합성 영상 내에서 한 구역선이 통과하는 지점에 대응하는 실제 위치와 영상 내에서 다른 인접 구역선이 통과하는 지점에 대응하는 실제 위치까지의 거리가 10m 임을 나타낸다. 또한 OSD 영상의 특정 위치와 실제 공간의 좌표가 1:1 매칭을 이룬 데이터가 저장모듈(113)에 저장되므로, OSD 영상 내에 차량이 위치가 결정되게 되면 실제 공간의 도로상의 위치를 결정할 수 있다.

또한 이와 같은 기준영상 OSD에 의하여 별도의 도구 없이 육안으로도 프레임별로 특정 차량이 놓여 있는 구역선들을 보게 되면 즉시 차량이 과속한 것인지를 알 수 있다.

카메라(130)에서 촬영되는 촬영속도는 1fps(frame per second) 이상으로 통상적으로는 동영상 속도인 30fps로 초당 30프레임의 영상이 획득되지만 도 3b는 설명을 단순화하기 위하여 카메라(130)가 1fps, 즉 1초당 1frame의 영상을 획득하는 것을 전제로 설명하기로 한다.

도 3b에 도시된 바와 같이 시간 tp에서 촬영된 영상 내에 차량의 앞범퍼의 위치 좌표가 저장모듈(113)에 실제공간과 매칭되는 좌표는 Y= 105m(Y는 카메라의 직하부로부터 이격된 거리로 정의된다)이고, 마찬가지로 동일한 차량이 카메라 쪽으로 진행하면서 촬영된 영상에서 판독되는 차량의 위치를 저장모듈(103)에 저장된 매칭되는 실제 공간의 위치를 독출할 때 각각의 시각에서 차량의 앞범퍼의 위치는 tp +1 (sec)에서 Y = 98m, tp + 2에서 Y = 77m, tp + 3에서 Y = 64m, tp +4에서 Y =59m로 검출되었다 하면, 각 시간영역에서 차량의 속도는 다음의 표1과 같다.

	tp	tp+1	tp+2	tp+3	tp+4	tq=tp+5
위치	p2=105m	98m	79m	64m	56m	50m
속도	V1=8m/s = 28.8km/h	7m/s =25.2km/h	19m/s =68.4km/h	15m/s =54km/h	8m/s = 28.8km/h	V1=7.2 m/s = 20.0km/h

도 2(a), (b)에 나타난 바와 같이 tp는 무표시구간의 시작시간이고, 표1에 서 제시되듯이 tp 로부터 5초가 경과되는 시점인 tq=(tp + 5)이 무표시구간의 종료시간임을 알 수 있다. 또한 표1에서와 같이 tp, tq=(tp + 5)에서의 차량의 위치는 도 2(a)의 위치그래프에서 나타나는 바와 같이 차량의 위치추적모듈(105)에 의하여 추적되게 되어 P2= 105, P1= 50m 임을 알 수 있다.

도 4는 본 발명에 의하여 이루어지는 위치무표시구간에서의 위치보정과 속도보정의 알고리즘의 순서도이다.

위치보정모듈(109)은 위치추적모듈(105)에서 더 이상의 위치가 추적되지 않는 경우에 위치추적모듈(105)에서 최종적으로 위치가 추적된 차량의 위치(P2)와 그 시간(tp)을 산출하고(S1), (S2), 저장모듈(113)에 그 시간(tp)에 촬영된 영상을 독출한다(S3). 이와 같이 독출된 무표시구간 초기영상에서 위치추적모듈(105)에서 무표시구간을 구간을 형성하는 특정 차량의 최종위치를 즉시 산출할 수 있기 때문에 특정 차량을 찾기 위한 별도의 연산이 필요없기 때문에 연산과정이 대폭축소되며, 연산속도가 매우 빨라지게 된다. 이와 같이 특정차량의 위치(P2)에 존재하는 차량의 특징점(key point)을 추출하고 연속되는 프레임들에서 동일한 특징점들을 추출하여 연속프레임들에서 특정차량의 위치를 추적한다(S4), (S5). 영상의 특징점이란 영상에서 두드러지는 포인트를 지칭하는 것으로, 연속되는 프레임들에 동일한 특징점들이 존재하는 위치에 의하여 동일 차량을 추적할 수 있으며, 이러한 특징점의 추출과 추출된 특징점을 이용하여 연속되는 프레임들로부터 동일차량을 추적하는 방법은 D. Lowe, "Distinctive image features from scale-invariant keypoints," International Journal of Computer Vision, vol. 2, no. 60, pp. 91-110, 2004.의 기재된 내용과 같이 일반적인 방법이라 할 수 있다.

이와 같이 각각의 프레임들 내에서 동일 차량이 위치가 산출되게 되면, 프레임들의 촬영시간 간격과 프레임 영상 내에 특정차량이 존재하는 위치의 변화량에 의하여 각 시간대별 보정속도를 산출한다(S6).

표1에서와 같이 동일한 특정차량의 각 프레임 내의 위치가 결정되게 되면, 프레임들 사이의 위치변화를 프레임들의 시간간격(표1에서는 1초)으로 나누면 보정속도를 구할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 무표시구간의 각각의 시간에 대한 위치가 결정되면, 각각의 위치를 연결하는 직선의 기울기는 평균속도에 해당하기 때문에 도 5의 보정속도 곡선을 얻을 수 있으며, 이러한 보정속도의 산출은 무표시구간의 종료시점까지 계속되게 되며(S7), 무표시구간의 종료시점이 도래하면 무표시 구간의 종료시점에 프레임 영상에서 추출되는 동일차의 위치와 위치추적모듈(105)에서 산출되는 차량의 위치가 기설정되는 오차범위 내에 있는지를 검출하고, 오차범위 내에 존재하면 종위치와 속도를 보정하는 과정을 종료하고(S10), 오차범위를 벗어나게 되면 동일차가 아닌 다른 차를 추종하는 경우가 내포되어 있기 때문에 에러 처리를 한다(S11).

100: 차량속도 검출장치 101: 제어부 103: 제어모듈
105: 위치추적모듈 107: 속도산출모듈
109: 위치보정모듈 111: 카메라구동모듈
120: 레이더 장치 130: 카메라

Claims

도로를 포함하는 기설정된 검지영역을 1fps(frame per second) 이상으로 촬영하는 카메라;
상기 카메라에 촬영된 영상의 각 픽셀위치에 대응하여 실제 도로를 포함하는 공간의 각 위치가 저장되는 저장모듈;
상기 검지영역에 레이더(RADAR) 전파를 송신하고, 이동하는 차량에 의하여 반사되는 레이더 반사파를 수신하는 레이더 장치;
상기 카메라를 제어하고, 상기 레이더 장치로부터 송신신호와 수신신호를 입력받아 상기 차량의 위치와 속도를 산출하는 제어모듈;
특정 시간동안 상기 제어모듈에 의하여 차량의 위치와 속도가 산출되지 않는 무표시구간이 존재할 때, 상기 저장모듈에 저장된 무표시 구간에서의 프레임 영상들을 독출하고, 상기 무표시 구간의 프레임 영상들에서 상기 차량의 위치를 각각 산출하는 위치 보정모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 무표시구간의 차량 검출장치.
청구항1에서, 인접되는 두 프레임에서 상기 차량의 위치변화와 프레임 간격에 의하여 상기 두 프레임 사이의 차량의 속력을 산출하는 속도보정모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 무표시구간의 차량 검출장치.
청구항2에서, 상기 위치보정모듈은 상기 무표시구간이 시작되는 시점과 상기 시점에서의 차량의 위치를 상기 제어모듈로부터 입력받고, 상기 저장모듈로부터 상기 시점의 프레임 영상을 독출하여 상기 차량의 위치에 존재하는 차량의 특징점(key point)을 검출하고, 연속되는 프레임들에서의 상기 특징점들의 좌표를 산출하여 상기 차량의 위치변화를 산출하는 것을 특징으로 하는 무표시구간의 차량검출장치.
청구항1에서, 상기 카메라에 촬영된 영상은 상기 도로의 영상과 상기 도로영상의 노변과 일치하는 노변선들과 상기 노변선들 사이에 원근감을 갖도록 표시되는 복수의 구획선들이 구비된 기준영상 OSD(On Screen Display)와 합성되되 상기 기준영상 OSD 구획선들 사이의 간격은 실제 도로에서 동일한 거리를 나타내는 것을 특징으로 하는 무표시구간의 차량검출장치.