KR101471519B1 - 누적 차영상 레이블링을 이용한 이동체 검출 장치 및 방법 - Google Patents

누적 차영상 레이블링을 이용한 이동체 검출 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

누적 차영상 레이블링을 이용한 이동체 검출 장치 및 방법을 공개한다. 본 발명은 연속하는 복수개의 프레임으로 구성되는 영상을 획득하는 영상 획득부, 영상 획득부로부터 영상을 수신하고, 연속하는 복수개의 프레임 간의 차영상을 획득하고, 획득된 복수개의 차영상 각각에 대해 픽셀 단위로 레이블을 지정하고, 픽셀 값의 부호를 판별하여 부호 판별값을 할당하고 누적하여 누적 차영상을 생성하는 영상 처리부, 및 누적 차영상에서 동일한 부호를 갖는 픽셀들을 추출하여 이동체를 검출하는 이동체 검출부를 포함한다.

Description

누적 차영상 레이블링을 이용한 이동체 검출 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DETECTING MOVING OBJECTS USING ACCUMULATIVE DIFFERENCE IMAGE LABELING}
본 발명은 이동체 검출 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 누적 차영상 레이블링을 이용하여 고스트 현상을 제거할 수 있는 이동체 검출 장치 및 방법에 관한 것이다.
감시정찰 시스템에서 주요 검출 대상은 움직이는 물체, 즉 이동체이다. 기존에 이동체의 검출 방법은 레이더, 초음파 등의 다양한 방식이 있지만 그 중 한가지로 영상을 촬영하여 분석하는 방식이 있다. 영상을 이용한 이동체 검출 방식은 기본적으로 연속하여 촬영된 복수개의 영상을 비교하여, 이동체에 의해 차이가 발생한 영역을 통해 이동체를 검출한다. 이러한 영상을 이용한 이동체 검출 방식으로는 배경 모델링 기법, 옵티컬 플로우 기법 및 차영상 기법 등이 대표적으로 알려져 있다.
먼저 배경 모델링 기법은 영상에서 배경을 분리하여 이동체를 검출하는 기법으로, 영상에서 배경을 분리하기 위해서는 이동체가 존재하지 않는 배경 영상이 미리 저장되어 있어야 한다. 따라서 배경 모델링 기법은 배경이 변경되는 경우에 이용하기 매우 어렵다는 한계가 있어, 촬영 위치가 고정되는 환경이 아닌 이동 카메라 환경에서는 적용할 수 없다는 문제가 있다.
그리고 옵티컬 플로우 기법은 복수개의 프레임으로 구성된 영상에서 복수개의 프레임 각각의 픽셀들을 비교하여 일치하는 픽셀들을 탐색하고, 탐색된 픽셀들의 속도를 계산하여 이동체를 판별한다. 옵티컬 플로우 기법은 이동 카메라 환경에 의해 배경이 변화하더라도, 배경에 해당하는 픽샐의 속도와 다른 속도를 갖는 픽셀들을 검출함으로써 이동체를 검출할 수 있다. 다만 옵티컬 플로우 기법은 일치하는 픽셀들을 탐색하기 위해 많은 연산량을 필요로 하므로, 고해상도 영상에서는 적용하기 어렵다는 문제가 있다. 또한 배경이 단순하거나 이동체의 크기가 작은 경우에는 픽셀 탐색의 정확도가 낮아져 오류가 발생할 수 있다는 문제점이 있다.
마지막으로 차영상 기법은 프레임간의 차를 이용하여 이동체를 검출하는 기법으로 배경 모델링 기법과 마찬가지로 카메라가 특정 위치에 고정된 경우에 사용된다. 하지만, 배경 모델링 기법과 달리 배경을 학습할 필요가 없다. 따라서 카메라가 이동체에 탑재된 경우에도 카메라를 짧은 시간(예를 들면, 수십 ms) 고정하는 스탑 앤 스테어(Stop and stare) 기법을 적용할 수 있다. 뿐만 아니라 배경 움직임 보상(Background Motion Compensation) 기법으로 잘 알려진 기술을 추가로 적용하면, 카메라가 멈추지 않고 움직이는 상태에서도 이동체를 탐지할 수 있다. 또한 프레임 간의 차라는 가장 단순한 방식을 이용하므로, 연산량이 높지 않아 실시간 처리가 용이하다는 장점이 있다.
도1 은 종래의 차영상 기법의 적용 예를 나타낸다.
상기한 바와 같이 차영상 기법은 현재 프레임과 이전 프레임 사이의 차를 계산한다. 프레임 차는 픽셀 단위로 계산하며, 계산된 픽셀 별 프레임 차의 절대값이 기설정 된 문턱 값 이상이면 1로 그리고, 문턱 값 미만이면 0으로 이진화하여 이동체를 검출한다.
배경의 경우에는 두 프레임 사이의 픽셀 값의 차이가 크지 않은 반면, 이전 프레임에 나타난 객체(Obi-1)와 현재 프레임에 나타난 객체(Obi), 즉 이동체는 위치 변화로 인해 픽셀 값의 차이가 크게 발생한다. 차영상 기법에서는 이 픽셀 값의 차이를 분석하여 이동체를 판별한다. 그러나 도1 의 (a) 에 도시된 바와 같이, 현재 프레임에 나타난 객체(Obi)와 이전 프레임에 나타난 객체(Obi-1) 사이의 위치 변화가 크지 않은 경우에는 객체(Obi)의 일부만이 검출된다. 반면, 현재 프레임에 나타난 객체(Obi)와 이전 프레임에 나타난 객체(Obi-1) 사이의 위치 변화가 큰 경우에는 객체(Obi) 전체가 검출된다. 또한 차 영상 기법은 객체의 위치 변화의 크기에 무관하게 두 개의 프레임 간의 차를 계산함으로 인해 고스트 객체(GO)가 검출되는 고스트 현상이 발생하는 문제가 있다.
한국 등록 특허 제10-1137110호에는 고스트 영역들을 지속적으로 누적하여 배경 모델을 취합하고, 배경 모델을 갱신함으로써 고스트 현상을 해소할 수 있는 기법이 개시되어 있다. 그러나 이는 고스트 영역을 배경에 포함하는 방식으로 고스트를 제거하는 방식이 아니라는 한계가 있다.
본 발명의 목적은 누적 차영상 레이블링을 이용하여 고스트 현상을 제거할 수 있는 이동체 검출 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 목적을 달성하기 위한 이동체 검출 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 예에 따른 이동체 검출 장치는 연속하는 복수개의 프레임으로 구성되는 영상을 획득하는 영상 획득부; 상기 영상 획득부로부터 상기 영상을 수신하고, 연속하는 상기 복수개의 프레임 간의 차영상을 획득하고, 획득된 상기 복수개의 차영상 각각에 대해 픽셀 단위로 레이블을 지정하고, 픽셀 값의 부호를 판별하여 부호 판별값을 할당하고 누적하여 누적 차영상을 생성하는 영상 처리부; 및 누적 차영상에서 동일한 부호를 갖는 픽셀들을 추출하여 이동체를 검출하는 이동체 검출부; 를 포함한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 예에 따른 이동체 검출 방법은 영상 획득부, 영상 처리부 및 이동체 검출부를 포함하는 이동체 검출 장치의 이동체 검출 방법에 있어서, 상기 영상 획득부가 연속하는 복수개의 프레임을 영상으로 획득하는 단계; 상기 영상 처리부가 상기 복수개의 프레임을 수신하여 연속하는 복수개의 프레임 사이의 차영상을 획득하는 단계; 상기 영상 처리부가 상기 복수개의 차영상 각각의 복수개의 픽셀의 픽셀 값에 따라 레이블을 할당하여 레이블링하는 단계; 상기 영상 처리부가 상기 복수개의 차영상 각각의 복수개의 상기 픽셀 값의 부호를 판별하여 부호 판별값을 할당하는 단계; 상기 영상 처리부가 상기 레이블 및 상기 부호 판별값을 누적하여 누적 차영상을 생성하는 단계; 상기 이동체 검출부가 상기 누적 차영상에서 동일한 레이블에서 동일한 부호를 갖는 것으로 판정된 픽셀들 중 기설정된 개수 이상으로 서로 인접하여 배치된 픽셀이 배치된 영역을 이동체 추정 영역으로 설정하는 단계; 및 상기 이동체 검출부가 다른 레이블에서 상기 이동체 추정 영역에 인접하여 배치되고 동일한 부호를 갖는 것으로 판정된 픽셀들을 상기 이동체 추정 영역에 추가하여 이동체를 검출하는 단계; 를 포함한다.
따라서, 본 발명의 누적 차영상 레이블링을 이용한 이동체 검출 장치 및 방법은 연속하여 획득되는 복수개의 프레임 사이의 차영상을 획득한다. 그리고 획득된 차영상을 누적하여 누적 차영상을 생성하고, 생성된 누적 차영상을 레이블링한다. 최종적으로 누적 차영상의 레이블에 따라 이동체 추정 영역을 확장하여 이동체를 검출함으로써 이동체의 전체 형상을 포함하는 이동체를 검출할 수 있고, 고스트 현상을 제거할 수 있다.
도1 은 종래의 차영상 기법의 적용 예를 나타낸다.
도2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 누적 차영상 레이블링을 이용한 이동체 검출 장치를 나타낸다.
도3 는 도3 의 누적 차영상 생성부를 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도4 는 도3 의 누적 차영상 생성부가 생성한 누적 차영상의 일예를 나타낸다.
도5 는 본 발명의 누적 차영상 레이블링을 이용한 이동체 검출 방법에 따른 누적 차영상의 예를 나타낸다.
도6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 누적 차영상 레이블링을 이용한 이동체 검출 방법을 나타낸다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로서, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "...기", "모듈", "블록" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 누적 차영상 레이블링을 이용한 이동체 검출 장치를 나타낸다. 그리고 도3 는 도3 의 누적 차영상 생성부를 동작을 설명하기 위한 도면이고, 도4 는 도3 의 누적 차영상 생성부가 생성한 누적 차영상의 일 예를 나타낸다.
도2 를 참조하면 본 발명의 이동체 검출 장치(100)는 영상 획득부(110), 영상 처리부(120) 및 이동체 검출부(130)을 구비한다.
영상 획득부(110)는 이미지 센서나 카메라 등으로 구현되어 영상을 획득한다. 본 발명에서 영상 획득부(110)는 단일 프레임의 이미지를 획득하는 것이 아니라 연속하여 획득된 복수개의 프레임으로 구성되는 영상을 획득한다. 그리고 영상 처리부(120)는 영상 획득부(110)에서 획득된 영상을 인가받아, 영상에 포함된 복수개의 프레임들 사이의 차영상을 획득하고, 획득된 복수개의 차영상 각각을 픽셀 단위로 레이블링 및 누적하여 누적 차영상을 생성한다. 이동체 검출부(130)는 영상 처리부(120)에서 생성한 누적 차영상에서 동일한 부호를 갖는 픽셀들을 추출하여 이동체를 검출한다.
영상 획득부(110)는 영상의 복수개의 프레임 각각을 획득하는 시간 간격을 이동체 검출 장치의 용도에 따라 다양하게 조절할 수 있으며, 일예로 30hz 주기로 획득할 수 있다. 프레임 획득 주기가 너무 길면, 빠르게 이동하는 이동체를 검출하지 못하는 경우가 발생할 수 있다. 반면에 프레임 획득 주기가 너무 짧으면, 느리게 이동하는 이동체의 변화가 크지 않아 마찬가지로 이동체를 검출하지 못할 우려가 있다. 게다가 검출하더라도 도1 의 (a)에 도시된 바와 같이 중첩 영역이 발생하여 이동체의 전체 형상을 판별하지 못할 우려가 있다. 따라서 프레임 획득 주기는 이동체 검출 장치의 용도를 고려하여 설정되는 것이 바람직하다.
다만 본 발명에서는 프레임 차에 의해 생성되는 차영상을 누적한 누적 차영상을 이용하므로, 기존의 차영상 기법보다 프레임 획득 주기에 대한 의존성이 낮다. 그리고 본 발명에서 이동체 검출 장치가 이동체를 검출하기 위한 누적 차영상을 획득하기 위해서는 가급적 배경의 변화가 없어야 하한다. 그러므로 일정 시간 단위로 고정된 위치를 촬영하는 스탑 앤 스테어(Stop and stare) 기법을 이용할 수 있다. 스탑 앤 스테어 기법 적용시에는 누적 차영상에서 누적하고자 하는 프레임의 개수에 따라 위치를 고정하는 시간이 조절될 수 있다. 일예로 30hz 주기로 프레임을 획득하며 5개의 프레임을 누적하고자 한다면, 165ms 이상의 시간 단위로 촬영 위치를 고정하는 것이 바람직하다.
그리고 스탑 앤 스테어 기법을 적용 시에는 고정하여 누적 획득한 프레임과 다시 이동하여 고정한 후 획득한 프레임의 차이가 크게 발생할 수 있다. 이러한 프레임의 사이의 차이가 커지는 것을 방지하기 위해 프레임을 초기화하고 다시 누적할 수도 있다.
다만 본 발명은 스탑 앤 스테어 기법 이외에 상기한 배경 움직임 보상(Background Motion Compensation) 기법에도 적용될 수 있으므로, 영상 획득부(110)가 이동하는 경우에도 적용 가능하다.
영상 처리부(120)는 영상 획득부(110)에서 획득한 영상의 프레임을 순차적으로 수신하여 임시 저장하는 프레임 버퍼부(121)와 프레임 버퍼부(121)에 저장된 복수개의 프레임 중 연속하는 두 개의 프레임에서 대응하는 픽셀들의 픽셀값의 차 계산하여 차영상을 생성하는 차영상 생성부(122), 차영상 생성부(122)에서 생성된 복수개의 차영상을 저장하는 차영상 버퍼부(123) 및 차영상 버퍼부(123)에 저장된 복수개의 차영상 중 기설정된 개수의 차영상을 픽셀 단위로 레이블링하고, 누적하여 각 픽셀의 부호를 판별하여 누적 차영상을 생성하는 누적 차영상 생성부(124)를 포함한다.
프레임 버퍼부(121)은 차영상 생성부(122)가 연속하여 획득한 두 개의 프레임 사이의 차영상을 생성할 수 있도록 획득한 프레임을 임시 저장하므로, 적어도 두 개의 프레임을 저장할 수 있는 크기의 저장 공간을 갖는다.
차영상 생성부(122)는 프레임 버퍼부(121)로부터 연속하여 획득된 두 개의 프레임을 인가받고, 두 개의 프레임 각각에서 동일 위치의 픽셀들의 픽셀 값 차를 수학식 1과 같이 계산하여 차영상을 생성한다.
Figure 112014037844117-pat00001
(여기서 i(i는 자연수)는 프레임 순서를 나타내며, (x, y)는 픽셀의 좌표, Di(x, y)는 차영상에서의 픽셀 값을 나타내고, Fi+1(x, y) 및 Fi (x, y) 는 연속한 두 개의 프레임 각각의 픽셀 값을 의미한다.)
따라서 차영상(Di)는 연속하여 획득된 두 개의 프레임 사이의 픽셀값 차로 구성된다.
차영상 버퍼부(123)는 차영상 생성부(122)에서 생성된 차영상을 저장하며, 연속하는 적어도 두 개의 프레임을 저장하는 프레임 버퍼부(121)와 달리 누적 차영상 생성부(124)가 누적하고자 하는 차영상의 개수, 즉 누적 개수(N : N은 자연수) 이상의 차영상을 저장할 수 있는 크기의 저장 공간을 가진다.
여기서 차영상 누적 개수(N)는 프레임 획득 주기 및 이동체 검출 장치의 용도를 고려하여 다양하게 설정될 수 있다. 특히 스탑 앤 스테어 기법으로 영상을 획득하는 경우에는 영상 획득부가 고정된 기간 동안 획득한 프레임의 차영상을 저장하도록 설정될 수 있다.
누적 차영상 생성부(124)는 차영상 버퍼부(123)에 저장된 복수개의 차 영상 중 기설정된 누적 개수(N)의 차영상을 획득하고, 획득된 누적 개수(N)의 차영상의 복수개의 픽셀 값의 절대값이 각각이 기설정된 문턱값(τ)보다 큰지 판별한다.
그리고 수학식 2와 같이, 픽셀 값의 절대값이 문턱값(τ)보다 크면 1 의 값을 할당하는 반면, 픽셀 값이 문턱값(τ)이하이면, 0의 값을 할당한다. 즉 차영상의 픽셀 값을 이진화(binarization)한다. 여기서 차 영상의 픽셀 값의 절대값을 문턱값(τ)과 비교하는 것은, 프레임들에서 이동체에 의한 변화가 아닌 빛과 같은 주변 환경의 변화 등으로 인해 발생하는 차이를 무시할 수 있도록 하기 위함이다.
Figure 112014037844117-pat00002
(여기서, δi(x, y)는 차영상의 픽셀값에 대응하는 할당값이며, τ는 문턱값이다.)
그리고 누적 차영상 생성부(124)는 프레임 순서에 대응하는 차영상의 순서에 따라 할당값을 수학식 3과 같이 레이블링한다.
Figure 112014037844117-pat00003
(여기서, Li(x,y)는 픽셀의 레이블 값을 나타내고, ≪ 는 비트이동 연산자를 나타낸다.)
수학식 3은 이진화된 차영상의 픽셀 값(δi(x, y))을 프레임 순서(i)만큼 비트 이동시킨다. 따라서 이진화된 차영상의 픽셀 값(δi(x, y))은 프레임 순서(i)에 따라 서로 다르게 비트 이동하게 되며, 최대로 차영상 누적 개수(N)만큼 비트 이동하여 레이블 값(Li(x, y))으로 설정한다. 즉 본 발명에서 레이블 값(Li(x, y))은 이진화된 차영상의 픽셀 값(δi(x, y))에 따라 1의 값을 갖지만 비트 이동으로 인한 비트 위치로서 레이블의 기능을 할 수 있다.
또한 누적 차영상 생성부(124)는 차영상의 픽셀값(Di(x, y))이 음의 값을 갖는지 또는 양의 값을 갖는지를 수학식 4 및 5와 같이 계산하여 각 프레임 순서에 따른 픽셀별 음의 부호 판정값(SNi)과 양의 부호 판정값(SPi) 각각 획득한다.
Figure 112014037844117-pat00004
(여기서 SNi는 픽셀별 음의 부호 판정값을 나타내고, N은 차영상 누적개수를 나타낸다.)
Figure 112014037844117-pat00005
(여기서 SNi는 픽셀별 음의 부호 판정값을 나타내고, N은 차영상 누적개수를 나타낸다.)
수학식 4를 살펴보면, 차영상에서의 픽셀 값(Di(x, y))이 음의 문턱값(-τ)보다 작으면, 1 의 값을 N+i 만큼 비트 이동시키고, 차영상에서의 픽셀 값(Di(x, y))이 음의 문턱값(-τ)보다 작지 않으면, 0의 값을 할당한다.
그리고 수학식 5 에서는 차영상에서의 픽셀 값(Di(x, y))이 양의 문턱값(τ)보다 크면, 1 의 값을 2N+i 만큼 비트 이동시키고, 차영상에서의 픽셀 값(Di(x, y))이 양의 문턱값(τ)보다 크지 않으면, 0의 값을 할당한다.
수학식4 및 수학식5 에서도 비트 이동 연산자가 사용되므로, 픽셀별 음의 부호 판정값(SNi)은 차영상 누적 개수(N)에 프레임 순서(i)의 합만큼 비트 이동되고, 픽셀별 양의 부호 판정값(SPi)은 차영상 누적 개수(N)의 2배(2N)에 프레임 순서(i)의 합만큼 비트 이동된다.
이진화된 차영상의 픽셀 값(δi(x, y))이 차영상 누적 개수(N)만큼 비트 이동할 수 있다. 픽셀별 음의 부호 판정값(SNi)은 N번째 비트 이후로 2N 비트까지 비트 이동하게 되며, 픽셀별 양의 부호 판정값(SPi)은 2N번째 비트 이후로 3N 비트까지 비트 이동하게 된다.
이후 누적 차영상 생성부(124)는 이진화된 차영상의 픽셀 값(δi(x, y))와 픽셀별 음의 부호 판정값(SNi)과 양의 부호 판정값(SPi)을 수학식 6 에 따라 통합하여 누적 차영상(Ci)의 각 픽셀값(Ci(x, y))을 획득한다.
Figure 112014037844117-pat00006
(여기서, Ci(x, y)는 누적 차영상의 각 픽셀값을 나타내고, | 는 비트 논리합 연산자를 나타낸다.)
수학식 6 에서 레이블 값(Li(x, y))은 이진화된 차영상의 픽셀 값(δi(x, y)) 각각은 프레임 순서(i)만큼 비트 이동되도록 설정되었다. 그러므로 복수개의 레이블 값(Li(x, y))들을 비트 논리합으로 누적하더라도 레이블 값(Li(x, y))들은 도3 에 도시된 바와 같이 서로 중첩되지 않는다.
또한 도3 에 도시된 바와 같이, 픽셀별 음의 부호 판정값(SNi) 및 픽셀별 양의 부호 판정값(SPi) 또한 각각 차영상 누적 개수(N) 및 차영상 누적 개수(N)의 2배에 프레임 순서(i)를 더한 값만큼 비트 이동되었다. 그러므로 비트 논리합 연산으로 누적하더라도 서로 중첩되지 않는다.
도3 에서는 일예로 차영상 누적 개수(N)가 5 인 것으로 가정하였으며, 이에 따라 누적 차영상의 각 픽셀값(Ci(x, y))이 5비트의 레이블 값(Li(x, y))과 5비트의 음의 부호 판정값(SNi) 및 5비트의 양의 부호 판정값(SPi)을 포함한다.
그리고 도3 에 도시된 바와 같이, 픽셀별 음의 부호 판정값(SNi) 및 픽셀별 양의 부호 판정값(SPi)은 수학식 2 및 6 에 따라 레이블 값(Li(x, y))이 1로 설정된 비트에 대응하는 비트에 픽셀별 음의 부호 판정값(SNi) 및 픽셀별 양의 부호 판정값(SPi) 중 하나가 1로 지정된다.
결과적으로 본 발명에서 누적 차영상(Ci)의 각 픽셀값(Ci(x, y))은 도4 에 도시된 바와 같이, 하나의 특정 값으로 계산되는 것이 아니라, 누적 차영상(Ci)에 누적되는 N개의 차영상(Di) 모두의 이진화된 차영상의 픽셀 값(δi(x, y))과 픽셀별 음의 부호 판정값(SNi) 및 픽셀별 양의 부호 판정값(SPi)을 포함하는 비트열의 형태로 구성될 수 있다.
즉 누적 차영상 생성부(124)는 각 픽셀별로 차영상 누적 개수(N)의 3배의 비트수를 갖고, 차영상의 픽셀 값(δi(x, y))과 픽셀별 음의 부호 판정값(SNi) 및 픽셀별 양의 부호 판정값(SPi)을 포함하는 비트열로 구성된 누적 차영상을 생성한다.
한편 이동체 검출부(130)는 부호 판별부(131) 및 이동체 판별부(132)를 포함한다. 부호 판별부(131)는 영상 처리부(120)의 누적 차영상 생성부(124)에서 생성된 누적 차영상을 수신하고, 수신된 누적 차영상에서 픽셀별로 레이블 값(Li)에 따른 픽셀의 부호를 판별한다.
부호 판별부(131)는 우선 가장 마지막에 획득된 차영상(Di)의 픽셀 별 레이블값(Li)을 분석하고, 레이블값(Li)이 1인, 즉 연속하는 프레임에서 픽셀값의 차가 큰 픽셀을 탐색한다. 그리고 탐색된 레이블값(Li)이 1인 픽셀들에 대해 픽셀별 음의 부호 판정값(SNi) 및 픽셀별 양의 부호 판정값(SPi)을 분석하여 이동체 판별부(132)로 전송한다.
또한 부호 판별부(131)은 부호 판별부(131)는 이전 획득된 차영상(Di-1, …, Di-N) 의 픽셀 별 레이블값(Li-1, …, Li-N)과 레이블값(Li-1, …, Li-N)에 따른 픽셀별 음의 부호 판정값(SNi-1, …, SNi-N) 및 픽셀별 양의 부호 판정값(SPi-1, …, SPi-N)을 판별하여 이동체 판별부(132)로 전송한다.
이동체 판별부(132)는 동일한 부호 판정값(SNi, SPi)을 갖는 픽셀이 인접하여 배치되고 기설정된 개수(예를 들면 10개의 픽셀) 이상의 픽셀이 그룹을 형성하는 영역을 검출한다.
상기한 바와 같이 레이블값(Li)이 1인 픽셀은 픽셀별 음의 부호 판정값(SNi) 및 픽셀별 양의 부호 판정값(SPi) 중 하나가 1로 할당된다. 그러므로 검출된 영역은 프레임간 변화가 없는 배경과 달리 프레임간의 픽셀 값의 변화가 클 뿐만 아니라, 픽셀 값이 동일하게 증가 또는 감소한 픽셀들의 영역이다. 즉 이동체가 존재하는 것으로 추정될 수 있는 이동체 추정 영역이다.
다만 차영상 버퍼부(123)에 마지막 저장된 차영상만을 이용하여 탐색한 영역이기 때문에, 프레임 획득 주기 및 이동체의 이동 속도 등에 의해 도1 의 (a)에서 설명한 바와 같이 차영상에서 이동체가 중첩된 영역이 존재할 수 있다. 이로 인해 이동체 전체의 형상이 탐색되지 않을 수 있다.
이에 이동체 판별부(132)는 부호 판별부(131)에서 전송되는 이전 차영상(Di-1)의 픽셀별 부호 판별 결과에서 이동체 추정 영역과 인접하고, 동일한 부호를 갖는 영역을 탐색하여 이동체 추정 영역에 추가한다.
마찬가지로 이동체 판별부(132)는 차영상 누적 개수만큼 이전 차영상(Di-2, …, Di-N) 의 픽셀별 부호 판별 결과에서 이동체 추정 영역과 인접하고, 동일한 부호를 갖는 영역을 탐색하여 이동체 추정 영역에 추가한다. 그리고 최종적으로 획득된 이동체 추정 영역을 이동체로 판별한다.
도5 는 본 발명의 누적 차영상 레이블링을 이용한 이동체 검출 방법에 따른 누적 차영상의 예를 나타낸다.
도5 에서는 설명의 편의를 위하여 3개(N=3)의 차영상이 누적된 누적 차영상의 일 예를 나타낸다. 도5 에서 i 번째 차영상(Di)의 일정 영역이 모두 동일하게 픽셀별 양의 부호 판정값(SPi)이 1로 설정되어 +로 표시된 반면, 일부는 이전 프레임과 차가 크지 않은 0으로 설정되었다. 그러므로 +로 표시된 영역이 이동체 추정 영역으로 우선 설정된다.
그러나 0으로 설정된 영역은 도1 의 (a)에서와 같이 연속하는 두 프레임 사이에 이동체가 중첩된 영역이 발생하였기 때문으로 이동체로서 판별되어야 하는 영역이다. 이에 이동체 판별부(132)는 i-1 번째 차영상(Di-1)을 분석하고, 이동체 추정 영역에 연속하여 배치되고 +인 영역을 탐지하여 이동체 추정 영역으로 포함한다.
이에 i 번째 차영상(Di)에서 0으로 설정된 영역 중 일부가 이동체 추정 영역에 포함된다. 즉 실제 이동체의 전체 형상을 포함할 수 있는 반면, -인 영역과 0 인 영역이 이동체 추정 영역에서 제외되므로 고스트도 함께 제거된다.
도6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 누적 차영상 레이블링을 이용한 이동체 검출 방법을 나타낸다.
도1 내지 도5 를 참조하여 도6 의 이동체 검출 방법을 설명하면, 우선 영상 획득부(110)가 프레임 단위로 획득한 영상을 영상 처리부(120)의 프레임 버퍼(121)로 입력한다(S11).
이에 프레임 버퍼(121)는 인가된 프레임(Fi)를 버퍼링하여 임시 저장한다(S12). 여기서 프레임 버퍼(121)은 상기한 바와 같이 입력되는 프레임 전체를 버퍼링 저장하는 것이 아니라 차영상을 생성하기 위해 연속하여 인가된 2개 이상의 프레임을 저장할 수 있다.
그리고 차영상 생성부(122)는 프레임 버퍼(121)에 버퍼링된 프레임이 초기 프레임(F1)인지 판별한다(S13). 여기서 초기 프레임(F1)이라 함은 영상 획득부(110)가 구동되어 획득한 최초의 프레임일 수도 있으나, 스탑 앤 스테어 기법을 사용하는 경우에는 영상 획득부(110)가 특정 위치를 고정하여 촬영한 최초의 프레임으로 설정될 수도 있다.
차영상 생성부(122)는 판별 결과 초기 프레임(F1)인 것으로 판단되면, 차영상을 생성하기 위한 이전 프레임이 프레임 버퍼부(121)에 저장되어 있지 않다. 따라서 프레임 버퍼부(121)가 다시 영상 획득부(110)로부터 다음 프레임(Fi+1)을 입력 받는다(S11).
그러나 초기 프레임이 아니라면, 수학식 1과 같이 연속하여 인가된 두개의 프레임(Fi+1, Fi) 사이의 픽셀별 차를 계산하여 차영상(Di)을 생성한다(S14). 그리고 생성된 차영상(Di)을 차영상 버퍼부(123)에 순차적으로 누적하여 저장한다(S15).
누적 영상 생성부(124)는 차영상 버퍼부(123)에 누적되어 저장된 차영상의 개수가 기설정된 차영상 누적 개수(N) 이상인지 판별한다(S16). 만일 저장된 차영상의 개수가 차영상 누적 개수(N) 미만이면, 다시 영상 획득부(110)로부터 프레임을 입력받는다(S11).
그러나 저장된 차영상의 개수가 차영상 누적 개수(N) 이상이면, 저장된 차영상 각각에 대해 수학식 2 내지 6에 따라 레이블링하고, 픽셀별 음의 부호 판정값(SNi) 및 픽셀별 양의 부호 판정값(SPi)을 할당하여 누적 차 영상(Ci)를 생성한다(S17).
누적 차영상(Ci)이 생성되면, 이동체 검출부(130)는 이동체 검출을 위한 초기 탐색 레이블(L)을 i로 설정한다(S18). 그리고 누적 차영상(Ci)에서 레이블이 L이고 부호가 동일한 픽셀을 탐색하여 동일한 부호 판정값(SNi, SPi)을 갖고 기설정된 개수 이상으로 인접하여 배치되어 픽셀이 그룹을 형성하는 영역을 검출하여 이동체 추정 영역을 설정한다(S19).
이후 이동체 검출부(130)는 탐색 레이블(L)을 1만큼 감소하여 재설정한다(S20). 이동체 검출부(130)는 재설정된 탐색 레이블(L)에서 이동체 추정 영역에 인접하여 배치도고, 이동체 추정 영역의 판정된 부호와 동일한 부호의 픽셀을 탐색하여 이동체 추정 영역에 추가한다(S21).
그리고 탐색 레이블(L)이 0인지 판별한다(S22). 만일 탐색 레이블(L)이 0이 아니면, 다시 탐색 레이블(L)을 1만큼 감소하여 재설정한다(S20). 그러나 탐색 레이블(L)이 0이면, 탐색된 이동체 추정 영역을 이동체로 확정하여 검출한다(S23).
결과적으로 누적 차영상 레이블링을 이용한 이동체 검출 장치 및 방법은 연속하여 획득되는 복수개의 프레임 사이의 차영상을 획득한다. 그리고 획득된 차영상을 누적하여 누적하여 누적 차영상을 생성하고, 생성된 누적 차영상을 레이블링한다. 최종적으로 누적 차영상의 레이블에 따라 이동체 추정 영역을 확장하여 이동체를 검출함으로써 이동체의 전체 형상을 포함하는 이동체를 검출할 수 있고, 고스트 현상을 제거할 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 연속하는 복수개의 프레임으로 구성되는 영상을 획득하는 영상 획득부;
    상기 영상 획득부로부터 상기 영상을 수신하고, 연속하는 상기 복수개의 프레임 간의 차영상을 획득하고, 획득된 상기 복수개의 차영상 각각에 대해 픽셀 단위로 레이블을 지정하고, 픽셀 값의 부호를 판별하여 부호 판별값을 할당하고 누적하여 누적 차영상을 생성하는 영상 처리부; 및
    누적 차영상에서 동일한 부호를 갖는 픽셀들을 추출하여 이동체를 검출하는 이동체 검출부; 를 포함하고,
    상기 영상 처리부는
    상기 영상 획득부에서 획득한 상기 영상의 상기 복수개의 프레임을 순차적으로 수신하여 임시 저장하는 프레임 버퍼부;
    상기 프레임 버퍼부에 저장된 상기 복수개의 프레임 중 연속하는 두 개의 프레임에서 대응하는 픽셀들의 픽셀 값의 차를 계산하여 차영상을 생성하는 차영상 생성부;
    상기 차영상 생성부에서 생성된 복수개의 상기 차영상을 저장하는 차영상 버퍼부; 및
    상기 차영상 버퍼부에 저장된 복수개의 차영상 중 기설정된 차영상 누적개수에 대응하는 개수의 차영상을 픽셀 단위로 레이블링하고, 누적하여 각 픽셀의 부호를 판별하여 픽셀별 레이블값과 부호 판별값을 포함하는 누적 차영상을 생성하는 누적 차영상 생성부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동체 검출 장치.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서, 상기 누적 차영상 생성부는
    상기 부호 판별값을 양의 부호 판별값과 음의 부호 판별값을 구분하여 상기 누적 차영상의 복수개의 픽셀 각각에 포함하는 것을 특징으로 하는 이동체 검출 장치.
  4. 제3 항에 있어서, 상기 누적 차영상 생성부는
    차영상 누적개수의 3배의 비트를 할당하고, 상기 복수개의 차영상이 누적되는 순서에 따라 상기 레이블과 상기 양의 부호 판별값과 상기 음의 부호 판별값을 서로 다른 위치의 비트에 할당하는 것을 특징으로 하는 이동체 검출 장치.
  5. 제4 항에 있어서, 상기 차영상 생성부는
    수학식
    Figure 112014037844117-pat00007

    (여기서 i(i는 자연수)는 프레임 순서를 나타내며, (x, y)는 픽셀의 좌표, Di(x, y)는 차영상에서의 픽셀 값을 나타내고, Fi+1(x, y) 및 Fi (x, y) 는 연속한 두 개의 프레임 각각의 픽셀 값을 의미한다.)
    에 따라 상기 차영상을 생성하는 것을 특징으로 하는 이동체 검출 장치.
  6. 제5 항에 있어서, 상기 누적 차영상 생성부는
    수학식
    Figure 112014037844117-pat00008

    (여기서, δi(x, y)는 차영상의 픽셀값에 대응하는 할당값이며, τ는 문턱값이다.)
    에 따라 상기 차영상의 복수개의 픽셀 각각의 픽셀 값을 이진화하고,
    수학식
    Figure 112014037844117-pat00009

    (여기서, Li(x,y)는 픽셀의 레이블 값을 나타내고, ≪ 는 비트이동 연산자를 나타낸다.)
    에 따라 상기 누적 차영상의 복수개의 픽셀 각각에 상기 레이블을 지정하는 것을 특징으로 하는 이동체 검출 장치.
  7. 제6 항에 있어서, 상기 누적 차영상 생성부는
    수학식
    Figure 112014037844117-pat00010

    (여기서 SNi는 픽셀별 음의 부호 판정값을 나타내고, N은 차영상 누적개수를 나타낸다.)
    및 수학식
    Figure 112014037844117-pat00011

    (여기서 SNi는 픽셀별 음의 부호 판정값을 나타내고, N은 차영상 누적개수를 나타낸다.)
    에 따라 상기 누적 차영상의 복수개의 픽셀 각각에 상기 양의 부호 판별값과 상기 음의 부호 판별값을 지정하는 것을 특징으로 하는 이동체 검출 장치.
  8. 제7 항에 있어서, 상기 누적 차영상 생성부는
    수학식
    Figure 112014037844117-pat00012

    (여기서, Ci(x, y)는 누적 차영상의 각 픽셀값을 나타내고, | 는 비트 논리합 연산자를 나타낸다.)
    에 따라 상기 누적 차영상을 생성하는 것을 특징으로 하는 이동체 검출 장치.
  9. 제8 항에 있어서, 상기 이동체 검출부는
    상기 누적 차영상 생성부에서 생성된 누적 차영상을 수신하고, 수신된 상기 누적 차영상에서 픽셀별로 상기 레이블 값에 따른 픽셀의 부호를 판별하는 부호 판별부; 및
    상기 부호 판별부에서 동일한 레이블에서 동일한 부호를 갖는 것으로 판정된 픽셀들 중 기설정된 개수 이상으로 서로 인접하여 배치된 픽셀이 배치된 영역을 이동체 추정 영역으로 설정하고, 다른 레이블에서 상기 이동체 추정 영역에 인접하여 배치되고 동일한 부호를 갖는 것으로 판정된 픽셀들을 상기 이동체 추정 영역에 추가하여 이동체를 검출하는 이동체 판별부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동체 검출 장치.
  10. 영상 획득부, 영상 처리부 및 이동체 검출부를 포함하는 이동체 검출 장치의 이동체 검출 방법에 있어서,
    상기 영상 획득부가 연속하는 복수개의 프레임을 영상으로 획득하는 단계;
    상기 영상 처리부가 상기 복수개의 프레임을 수신하여 연속하는 복수개의 프레임 사이의 차영상을 획득하는 단계;
    상기 영상 처리부가 상기 복수개의 차영상 각각의 복수개의 픽셀의 픽셀 값에 따라 레이블을 할당하여 레이블링하는 단계;
    상기 영상 처리부가 상기 복수개의 차영상 각각의 복수개의 상기 픽셀 값의 부호를 판별하여 부호 판별값을 할당하는 단계;
    상기 영상 처리부가 상기 레이블 및 상기 부호 판별값을 누적하여 누적 차영상을 생성하는 단계;
    상기 이동체 검출부가 상기 누적 차영상에서 동일한 레이블에서 동일한 부호를 갖는 것으로 판정된 픽셀들 중 기설정된 개수 이상으로 서로 인접하여 배치된 픽셀이 배치된 영역을 이동체 추정 영역으로 설정하는 단계; 및
    상기 이동체 검출부가 다른 레이블에서 상기 이동체 추정 영역에 인접하여 배치되고 동일한 부호를 갖는 것으로 판정된 픽셀들을 상기 이동체 추정 영역에 추가하여 이동체를 검출하는 단계; 를 포함하는 이동체 검출 방법.
  11. 제10 항에 있어서, 상기 차영상을 획득하는 단계는
    상기 복수개의 프레임 중 연속하는 두 개의 프레임에서 대응하는 픽셀들의 픽셀 값의 차를 수학식
    수학식
    Figure 112014037844117-pat00013

    (여기서 i(i는 자연수)는 프레임 순서를 나타내며, (x, y)는 픽셀의 좌표, Di(x, y)는 차영상에서의 픽셀 값을 나타내고, Fi+1(x, y) 및 Fi (x, y) 는 연속한 두 개의 프레임 각각의 픽셀 값을 의미한다.)
    에 따라 계산하여 차영상을 생성하는 것을 특징으로 하는 이동체 검출 방법.
  12. 제11 항에 있어서, 상기 레이블링하는 단계는
    상기 차영상의 복수개의 픽셀 각각의 픽셀 값을 수학식
    Figure 112014037844117-pat00014

    (여기서, δi(x, y)는 차영상의 픽셀값에 대응하는 할당값이며, τ는 문턱값이다.)
    에 따라 이진화하는 단계; 및
    수학식
    Figure 112014037844117-pat00015

    (여기서, Li(x,y)는 픽셀의 레이블 값을 나타내고, ≪ 는 비트이동 연산자를 나타낸다.)
    에 따라 상기 누적 차영상의 복수개의 픽셀 각각에 상기 레이블을 지정하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동체 검출 방법.
  13. 제12 항에 있어서, 상기 부호 판별값을 할당하는 단계는
    상기 부호 판별값을 양의 부호 판별값과 음의 부호 판별값을 구분하여 상기 누적 차영상의 복수개의 픽셀 각각에 포함하는 것을 특징으로 하는 이동체 검출 방법.
  14. 제13 항에 있어서, 상기 부호 판별값을 할당하는 단계는
    상기 누적 차영상의 복수개의 픽셀 각각에 상기 음의 부호 판별값을 수학식
    Figure 112014037844117-pat00016

    (여기서 SNi는 픽셀별 음의 부호 판정값을 나타내고, N은 차영상 누적개수를 나타낸다.)에 따라 지정하는 단계; 및
    상기 누적 차영상의 복수개의 픽셀 각각에 상기 양의 부호 판별값을 수학식
    Figure 112014037844117-pat00017

    (여기서 SNi는 픽셀별 음의 부호 판정값을 나타내고, N은 차영상 누적개수를 나타낸다.)
    에 따라 지정하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동체 검출 방법.
  15. 제14 항에 있어서, 상기 누적 차영상을 생성하는 단계는
    상기 누적 차영상을 수학식
    Figure 112014037844117-pat00018

    (여기서, Ci(x, y)는 누적 차영상의 각 픽셀값을 나타내고, | 는 비트 논리합 연산자를 나타낸다.)
    에 따라 생성하는 것을 특징으로 하는 이동체 검출 방법.
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