KR101454548B1 - 3차원 카메라를 이용한 감시 장치 및 이의 구동 방법 - Google Patents

3차원 카메라를 이용한 감시 장치 및 이의 구동 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 3차원 카메라를 이용한 감시 장치 및 이의 구동 방법에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 3차원 카메라에서 촬영된 거리좌표를 갖는 3차원 영상을 통해, 감시 영역 내에 침입체의 크기와 위치를 판단할 수 있으므로, 감시 영역 내에 발생된 침입체의 감지효율을 증가시키는데 있다.

Description

3차원 카메라를 이용한 감시 장치 및 이의 구동 방법{Monitoring device using three dimension camera and driving method thereof}
본 발명은 3차원 카메라를 이용한 감시 장치 및 이의 구동 방법에 관한 것이다.
일반적으로 사용되는 카메라를 이용해 촬영된 2차원 컬러 영상을 통해 감시 영역 내에 침입을 감지하는 방법은 두 프레임 간의 영상의 차를 이용하거나, 움직임 벡터를 이용하는 방법이 있다. 영상의 차를 이용하는 방법은 이전 프레임과 현재 입력된 프레임에서 대응되는 좌표 점의 화소 값의 차이를 계산하는 방법으로써, 두 프레임 사이에 움직임이 발생했을 경우 화소가 0 이외의 값을 가지게 되는 원리를 이용한다. 이러한 화소들이 설정된 임계치 이상이 될 경우 물체의 출현으로 인한 화소 값의 변화로 인식하고 침입을 판단하는 방법이다. 이 방법은 영상의 컬러 정보만을 사용하므로 조명의 변화나 그림자, 사물에 의해 영상이 가려지는 등의 주변 환경 변화에 민감하게 반응하여 높은 오보율과 낮은 감지율을 야기할 수 있다.
등록특허 10-0665957(2007. 01. 02)
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 거리좌표를 갖는 3차원 영상을 통해, 감시 영역 내에 침입체의 크기와 위치를 판단하여, 침입체 감지율을 향상시킴으로써 오보율을 감소시킬 수 있는 3차원 카메라를 이용한 감시 장치 및 이의 구동 방법을 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 3차원 카메라를 이용한 감시 장치 및 이의 구동 방법은 감시 영역내에 장착된 3차원 카메라에서 송신된 영상 정보를 좌표 변환부에서 수신하는 3차원 영상 정보 수신 단계와, 상기 좌표 변환부에서 상기 영상 정보의 가로, 세로 및 거리좌표를 상기 3차원 카메라가 장착된 각도 및 높이를 반영한 실세계 좌표로 변환한 보정 영상 정보를 생성하는 좌표 변환 단계와, 상기 보정 영상 정보를 수신한 바닥영역 검출부에서, 상기 보정 영상 정보에서, 세로 좌표값에 따라 선정된 복수의 점들이 이루는 평면을 바닥영역으로 검출하는 바닥영역 검출 단계와, 상기 보정 영상 정보를 설정 시간동안 수신한 배경 모델 생성부에서, 복수의 상기 보정 영상 정보에서 상기 바닥 영역을 제외한 영역인 배경 영역에 대한 보정 영상 정보의 평균인 배경모델을 생성하는 배경 모델 생성 단계 및, 상기 좌표 변환부에서 전송된 상시 보정 영상 정보와 상기 배경 모델과의 차이가 임계치 이상이면, 상기 감시 영역내에 침입체가 있는 것으로 판단하는 감시 단계를 포함할 수 있다.
상기 감시 단계 이후에는 상기 감시 영역 내에 침입체가 있는 것으로 판단되면, 알림부를 통해 감시 영역 내에 침입체가 있는 것을 알리는 경보음을 발생시키거나, 메시지를 송출하는 알림 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 3차원 카메라에서 송신된 영상 정보는, 영상 픽셀별로 상기 3차원 카메라로부터의 거리 정보가 포함될 수 있다.
상기 바닥영역 검출단계에서는 상기 바닥 영역 검출부에서 상기 세로 좌표값이 최소값인 제1점을 선정하고, 상기 제1점과 세로 좌표값이 임계값 이하 차이나는 제2점을 선정하고, 상기 제2점과 세로 좌표값이 임계값 이하 차이나는 제3점을 선정하고, 상기 제1점, 제2점 및 제3점을 지나는 평면 방정식을 산출하여 바닥영역을 검출할 수 있다.
또한 상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 3차원 카메라를 이용한 감시 장치 및 이의 구동 방법은 감시영역 내에 장착되어, 감시영역을 촬영한 영상 픽셀별로 거리 정보가 구비된 영상 정보를 출력하는 3차원 카메라와, 상기 3차원 카메라와 전기적으로 연결되어, 상기 영상 정보의 가로, 세로 및 거리좌표를 상기 3차원 카메라가 장착된 각도 및 높이를 반영한 실세계 좌표로 변환한 보정 영상 정보를 생성하는 좌표 변환부와, 상기 좌표 변환부와 전기적으로 연결되어, 상기 보정 영상정보를 수신하여 세로 좌표값에 따라 선정된 복수의 점들이 이루는 평면을 바닥영역으로 검출하는 바닥 영역 검출부와, 상기 좌표 변환부 및 상기 바닥 영역 검출부와 전기적으로 연결되어, 상기 좌표 변환부에서 주기적으로 전송되는 복수의 보정 영상 정보에서 바닥 영역 부분을 제외한 배경 영역에 대한 평균인 배경 모델을 생성하는 배경 모델 생성부 및 상기 좌표 변환부 및 배경 모델 생성부와 전기적으로 연결되어, 상기 좌표변환부에서 전송된 보정 영상 정보의 배경 영역과, 상기 배경 모델의 차이가 기준값 이상이면 감시 영역내에 침입체가 있는 것으로 판단하는 감시부를 포함할 수 있다.
상기 3차원 카메라에서 송신된 영상 정보는, 영상 픽셀별로 상기 3차원 카메라로부터의 거리 정보가 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 3차원 카메라를 이용할 수 있다.
본 발명에 의한 3차원 카메라를 이용한 감시 장치 및 이의 구동 방법은 거리좌표를 갖는 3차원 영상을 통해, 감시 영역 내에 침입체의 크기와 위치를 판단하여, 침입체 감지율을 향상시킴으로써 오보율을 감소시킬 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 카메라를 이용한 감시 장치를 도시한 블록도이다.
도 2는 도 1의 3차원 카메라를 이용한 감시 장치의 구동 방법을 도시한 순서도이다.
도 3a 내지 도 3g는 도 2의 3차원 카메라를 이용한 감시 장치의 구동방법의 각 단계를 설명하기 위한 영상 정보 및 3차원 카메라가 장착된 감시 영역의 단면도이다.
본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다. 여기서, 명세서 전체를 통하여 유사한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
도 1을 참조하면 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 카메라를 이용한 감시 장치를 도시한 블록도가 도시되어 있다. 또한 도 2를 참조하면 도 1의 3차원 카메라를 이용한 감시 장치의 감시 방법을 도시한 순서도가 도시되어 있다. 이하에서는 도 1의 3차원 카메라를 이용한 감시 장치를 도 2의 3차원 카메라를 이용한 감시 장치의 감시 방법을 참조하여 설명하고자 한다.
도 1에 도시된 바와 같이 3차원 카메라를 이용한 감시 장치(100)는 3차원 카메라(110), 좌표 변환부(120), 바닥 영역 검출부(130), 배경 모델 생성부(140), 감시부(150) 및 알림부(160)를 포함할 수 있다.
상기 3차원 카메라(110)는 감시가 요구되는 감시 영역내에 설치되어, 상기 감시 영역을 촬영하며, 도 3a에는 3차원 카메라(110)에서 촬영된 영상정보가 도시되어 있다. 상기 3차원 카메라(110)에서 촬영된 영상 정보는, 2차원 영상의 각 필셀별로 3차원 카메라(110)로부터 이격된 거리 정보를 포함된다. 즉, 3차원 카메라(110)에서 촬영된 촬영된 영상은 거리 정보를 포함하는 3차원의 영상 정보이다. 이와 같은 3차원 카메라(110)는 감시가 요구되는 감시 영역에 대한 3차원의 영상 정보를 좌표 변환부(120)로 제공(S1)한다. 상기 3차원 카메라(110)는 주기적으로, 감시 영역내를 촬영한 영상 정보를 좌표 변환부(120)로 제공할 수 있다. 상기 3차원 카메라(110)의 촬영 주기는 감시 영역내에 침입체를 감시하기 위한 시간으로 임의적으로 설정할 수 있으며, 바람직하게는 감시 영역 내에 침입된 침입체를 누락하지 않도록 설정할 수 있다.
상기 좌표 변환부(120)는 3차원 카메라(110)에서 송신된 영상 정보의 좌표를 실세계 좌표를 적용하여 보정한 보정 영상 정보를 바닥 영역 검출부(130)로 전송한다. 상기 좌표 변환부(120)는 상기 3차원 카메라(110)에서 전송된 영상 정보의 가로, 세로(픽셀) 및 거리 좌표를 3차원 카메라(110)가 장착된 각도와 높이 정보를 반영하여 실세계 좌표로 변환함으로써 생성된 보정 영상정보를 바닥 영역 검출부(130)로 전송(S2)한다. 도 3b에는 도 3a의 영상 정보를 실세계 좌표로 변환한 보정 영상 정보가 도시되어 있다. 상기 좌표 변환부(120)는 3차원 카메라(110)로부터 영상 정보를 수신할 때마다, 실세계 좌표로 변환한 보정 영상 정보를 생성하여 배경 모델 생성부(140) 및 감시부(150)로 각각 전송한다. 또한 좌표 변환부(120)는 배경 모델 생성부(140)에서 배경 모델이 생성 완료 되면, 보정 영상 정보를 감시부(150)로만 전송할 수 있다.
상기 바닥 영역 검출부(130)는 상기 보정 영상 정보를 수신하여, 영상 정보 중 세로 좌표값(y축 좌표)이 최소값인 점들을 선정하고, 선정된 점들이 이루는 평면을 바닥 영역으로 선정(S3)한다. 도 3c는 3차원 카메라(110)가 장착된 감시 영역(A)내의 단면을 도시한 단면도이다. 이하에서는 바닥 영역 검출부(130)의 구동을 도 3a 내지 도 3c를 참조하여 설명하고자 한다. 우선 상기 바닥 영역 검출부(130)는 상기 보정 영상 정보 중에서, y축 좌표가 최소값인 제1점(P1)을 바닥 영역에 포함되는 점으로 선정한다. 상기 최소값은 0에 인접한 값으로 임의적으로 설정할 수 있으며, 바닥 영역 검출부(130)에 저장되어 있을 수 있다. 또한 바닥 영역 검출부(130)는 제1점(P1)과 y축 좌표값이 임계값 이하 차이나는 또다른 한점인 제2점(P2)을 바닥 영역에 포함되는 점으로 선정한다. 상기 임계값은 임의적으로 설정된 값으로 바닥 영역 검출부(130)에 저장되어 있을 수 있다. 또한 바닥 영역 검출부(130)는 제2점(P2)과 y축 좌표값이 임계값 이하 차이나는 또 다른 한점인 제3점(P3)을 바닥 영역에 포함되는 점으로 선정한다. 즉, 바닥 영역 검출부(130)는 바닥 영역 검출을 위해, y축 좌표값이 최소값에서 임계값 정도 차이 나는 적어도 3개의 점(P1, P2, P3)을 선정한다.
상기 바닥 영역 검출부(130)는 선정된 3점(P1, P2, P3)을 지나는 평면 방정식의 계수를 산출하여, 바닥영역을 검출할 수 있다.
상기 선정된 3점(P1, P2, P3)의 각 좌표는 수학식 1과 같을 수 있다.
Figure 112013057306964-pat00001
여기서, 선정된 3점(P1, P2, P3)은 각각 x축 좌표(x1, x2, x3), y축 좌표(y1, y2, y3) 및 z축 좌표(z1, z2, z3)를 각각 갖는다.
또한 상기 3점을 포함하는 평면 방정식은 수학식 2와 같을 수 있다.
Figure 112013057306964-pat00002
여기서, a, b 및 c는 평면 방정식의 각축에 대한 계수이며, d는 상수일 수 있다.
상기 계수(a, b, c) 및 상수(d)는 선정된 3점(P1, P2, P3)의 좌표를 적용한 수학식 3을 통해 산출할 수 있다.
Figure 112013057306964-pat00003
즉, 수학식 2의 평면 방정식은, 수학식 3을 통해 산출된 계수(a, b, c) 및 상수(d)를 대입하여 산출할 수 있다. 이와 같이 수학식 2를 통해 산출된 3점(P1, P2, P3)을 지나는 평면은 바닥 영역(A1)이 되고, 3d를 참조하면 검정색 부분이 바닥영역(A1)으로 선정된 영역으로 볼 수 있다.
상기 배경 모델 생성부(140)는 좌표 변환부(120)에서 전달된 보정 영상정보에서, 바닥 영역 검출부(130)에서 전달된 바닥 영역(A1) 부분을 제외한 배경 영역을 누적하여, 평균값인 배경 모델을 생성(S4)한다. 3d를 참조하면 검정색 부분이 바닥영역(A1)으로 선정된 영역이며, 흰색 부분이 배경 영역일 수 있다. 상기 배경 모델 생성부(140)는 좌표 변환부(120)로부터 순차적으로 전달되는 복수의 보정 영상 정보에서, 바닥영역 부분을 제외하고, 상기 바닥영역의 상부의 모든 영역을 배경 영역(A2)을 누적하고, 누적된 배경 영역(A2)의 평균 값인 배경 모델을 생성한다. 즉, 배경 모델 생성부(140)는 바닥 영역을 제외한 영역인 배경 영역에 포함된 물체를 모두 배경으로 간주하여 배경 모델을 생성한다. 이와 같이 배경 모델 생성부(140)에서 배경 모델을 생성하는 동안에는, 감시 영역 내에 침입체의 침입을 방지한 상태로 산출하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 배경 모델 생성 및 바닥 영역 검출은 실질적으로 감시 영역 내에 감시를 하기 이전에 검출하는 것이 바람직하다. 상기 배경 모델 생성부(140)는 생성된 배경 모델을 감시부(150)로 전송한다.
상기 감시부(150)는 좌표 변환부(120)에서 전송된 보정 영상 정보에서 배경 모델을 의 차이값을 산출하고, 산출된 차이값이 설정된 기준값 이상이면 감시영역(A) 내에 침입체가 있는 것으로 판단(S5)한다. 예를 들어, 도 3e와 같은 영상 정보가 3차원 카메라(110)로부터 좌표 변환부(120)로 전송되면, 좌표 변환부(120)는 도 3f와 같은 실세계 좌표로 변환한 보정 영상 정보를 감시부(150)로 전송한다. 상기 감시부(150)는 배경 모델 생성부(140)에서 생성된 배경 모델과 좌표 변환부(120)에서 전송된 보정 영상 정보(도 3f)의 배경 영역과 비교하여, 차이가 기준값 이상이면 침입체가 있는 것으로 판단한다. 즉, 도 3g에 도시된 바와 같이, 보정 영상 정보(도 3f)와 배경 모델의 차이값이 기준값 이상인 부분에 침입체(X)가 있는 것으로 판단할 수 있으며, 침입체의 크기와 3차원 카메라(110)로부터 거리인 침입체의 위치를 알 수 있다.
상기 감시부(150)는 감시 영역 내에 침입체(X)가 있는 것으로 판단되면, 상기 알림부(160)를 통해 감시 영역내에 침입체가 있는 것을 알리기 위해 경보음 발생 또는 메시지 송출등과 같은 알림을 발생(S6)시킨다.
이와같은 본원 발명은 3차원 카메라(110)에서 촬영된 영상 정보를 통해, 감시 영역 내의 침입체를 판단하므로, 침입체 감지율을 향상시킬 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 3차원 카메라를 이용한 감시 장치 및 이의 구동 방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100; 3차원 카메라를 이용한 감시 장치
110; 3차원 카메라 120; 좌표 변환부
130; 바닥 영역 검출부 140; 배경 모델 생성부
150; 감시부 160; 알림부

Claims (6)

  1. 감시 영역내에 장착된 3차원 카메라에서 송신된 영상 정보를 좌표 변환부에서 수신하는 3차원 영상 정보 수신 단계;
    상기 좌표 변환부에서 상기 영상 정보의 가로, 세로 및 거리좌표를 상기 3차원 카메라가 장착된 각도 및 높이를 반영한 실세계 좌표로 변환한 보정 영상 정보를 생성하는 좌표 변환 단계;
    상기 보정 영상 정보를 수신한 바닥영역 검출부에서, 상기 보정 영상 정보에서, 세로 좌표값에 따라 선정된 복수의 점들이 이루는 평면을 바닥영역으로 검출하는 바닥영역 검출 단계;
    상기 보정 영상 정보를 설정 시간동안 수신한 배경 모델 생성부에서, 복수의 상기 보정 영상 정보에서 상기 바닥 영역을 제외한 영역인 배경 영역에 대한 보정 영상 정보의 평균인 배경모델을 생성하는 배경 모델 생성 단계; 및
    상기 좌표 변환부에서 전송된 상시 보정 영상 정보와 상기 배경 모델과의 차이가 임계치 이상이면, 상기 감시 영역내에 침입체가 있는 것으로 판단하는 감시 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 3차원 카메라를 이용한 감시 장치의 구동방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 감시 단계 이후에는
    상기 감시 영역 내에 침입체가 있는 것으로 판단되면, 알림부를 통해 감시 영역 내에 침입체가 있는 것을 알리는 경보음을 발생시키거나, 메시지를 송출하는 알림 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 카메라를 이용한 감시 장치의 구동방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 3차원 카메라에서 송신된 영상 정보는, 영상 픽셀별로 상기 3차원 카메라로부터의 거리 정보가 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 3차원 카메라를 이용한 감시 장치의 구동방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 바닥영역 검출단계에서는
    상기 바닥 영역 검출부에서 상기 세로 좌표값이 최소값인 제1점을 선정하고, 상기 제1점과 세로 좌표값이 임계값 이하 차이나는 제2점을 선정하고, 상기 제2점과 세로 좌표값이 임계값 이하 차이나는 제3점을 선정하고, 상기 제1점, 제2점 및 제3점을 지나는 평면 방정식을 산출하여 바닥영역을 검출하는 것을 특징으로 하는 3차원 카메라를 이용한 감시 장치의 구동방법.
  5. 감시영역 내에 장착되어, 감시영역을 촬영한 영상 픽셀별로 거리 정보가 구비된 영상 정보를 출력하는 3차원 카메라;
    상기 3차원 카메라와 전기적으로 연결되어, 상기 영상 정보의 가로, 세로 및 거리좌표를 상기 3차원 카메라가 장착된 각도 및 높이를 반영한 실세계 좌표로 변환한 보정 영상 정보를 생성하는 좌표 변환부;
    상기 좌표 변환부와 전기적으로 연결되어, 상기 보정 영상정보를 수신하여 세로 좌표값에 따라 선정된 복수의 점들이 이루는 평면을 바닥영역으로 검출하는 바닥 영역 검출부;
    상기 좌표 변환부 및 상기 바닥 영역 검출부와 전기적으로 연결되어, 상기 좌표 변환부에서 주기적으로 전송되는 복수의 보정 영상 정보에서 바닥 영역 부분을 제외한 배경 영역에 대한 평균인 배경 모델을 생성하는 배경 모델 생성부; 및
    상기 좌표 변환부 및 배경 모델 생성부와 전기적으로 연결되어, 상기 좌표변환부에서 전송된 보정 영상 정보의 배경 영역과, 상기 배경 모델의 차이가 기준값 이상이면 감시 영역내에 침입체가 있는 것으로 판단하는 감시부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 3차원 카메라를 이용한 감시 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 3차원 카메라에서 송신된 영상 정보는, 영상 픽셀별로 상기 3차원 카메라로부터의 거리 정보가 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 3차원 카메라를 이용한 감시 장치.
KR1020130073736A 2013-06-26 2013-06-26 3차원 카메라를 이용한 감시 장치 및 이의 구동 방법 KR101454548B1 (ko)

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