KR101494775B1 - 표적감지장치 - Google Patents

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KR101494775B1 KR20130029967A KR20130029967A KR101494775B1 KR 101494775 B1 KR101494775 B1 KR 101494775B1 KR 20130029967 A KR20130029967 A KR 20130029967A KR 20130029967 A KR20130029967 A KR 20130029967A KR 101494775 B1 KR101494775 B1 KR 101494775B1
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Abstract

본 발명은 기 설정된 위치에서 기 설정된 방향의 적어도 하나의 물체를 포함하는 외부환경을 이미지로 획득하는 감지유닛, 상기 외부환경의 수치지형데이터 및 상기 감지유닛과의 거리에 대응되는 상기 표적의 기준크기정보를 포함하는 기준테이블 및 상기 기준테이블과 상기 위치 및 방향에 근거하여 상기 감지유닛으로부터 상기 물체까지의 거리를 계산하고, 상기 물체의 크기가 상기 거리에 대응되는 기준크기와의 차이가 기 설정된 범위보다 크면 상기 물체를 상기 클러터로 처리하는 제어부를 포함한다. 이에 따라 상기 표적감지장치는 클러터를 제외한 물체의 이미지를 얻을 수 있고, 이에 따라 보다 정확하게 표적을 감지할 수 있다.

Description

표적감지장치{APPARATUS FOR DETECTING OBJECTION}
본 발명은 클러터의 제거가 가능한 표적감지장치 및 표적감지방법에 관한 발명이다.
일반적으로 건물이나 시설의 침입자를 감시하기 위하여 주간카메라 또는 열상카메라가 장착된 팬-틸트 구동기능을 갖는 고정형 감시장비 및 감시경계로봇 등에 탑재된 이동형 감시카메라를 컴퓨터와 연동하여 대부분 육안으로 침입자를 감시한다.
최근에는 자동감시가 가능하도록 다양한 연구가 진행되고 있으며, 일부는 자동감시기능을 운용하고 있다. 다만, 감시장치에 탑재된 카메라 영상 각각의 픽셀에 대해 거리측정 기능이 없기 때문에 가까운 지역의 작은 물체 움직임이 큰 물체 움직임으로 잘못 판단되어 표적으로 인지되는 경우 및 원거리의 표적이 작은 물체움직임으로 잘못 판단되어 표적을 클러터로 잘못 판단되는 경우가 발행할 수있다.
이와 같은 경우, 자동감시성능을 제대로 발휘하지 못하는 경우가 있어 표적의 정확한 감지에 어려움이 있다.
이에 본 발명의 기술적 과제는 탐지율이 향상된 표적감지장치를 공하는 것이다.
이와 같은 본 발명의 과제를 달성하기 위한 일 실시예에 따른 표적감지장치는 감지유닛, 기준테이블, 제어부를 포함한다. 상기 감지유닛은 기 설정된 위치에서 기 설정된 방향의 적어도 하나의 물체를 포함하는 외부환경을 이미지로 획득한다. 상기 기준테이블은 상기 외부환경의 수치지형데이터 및 상기 감지유닛과의 거리에 대응되는 상기 표적의 기준크기정보를 포함한다. 상기 제어부는 상기 기준테이블과 상기 위치 및 방향에 근거하여 상기 감지유닛으로부터 상기 물체까지의 거리를 계산하고, 상기 물체의 크기가 상기 거리에 대응되는 기준크기와의 차이가 기 설정된 범위보다 크면 상기 물체를 상기 클러터로 처리한다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 감지유닛은 상기 이미지를 획득하도록 형성되는 카메라부 및 상기 카메라부의 이미지 획득 방향을 변경시키도록 형성되는 구동장치를 구비하는 센서헤드 및 상기 센서헤드의 고도를 변경시키도록 형성되는 마스트를 포함한다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 구동장치는 상기 카메라부를 방위각 방향으로 이동 시키는 제1 구동모터 및 상기 카메라부를 고저각 방향으로 이동 시키는 제2 구동모터를 포함한다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 감지유닛은 상기 카메라부의 상기 방향을 감지하기 위한 항법장치를 더 포함한다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 구동장치는 상기 카메라의 방위각 방향을 감지하는 제1 센서 및 상기 카메라의 고저각 방향을 감지하는 제2 센서를 포함하고, 상기 제어부는 상기 위치에 관한 정보 및 상기 제1 및 제2 센서에 의항 방위각 방향에 관한 정보 및 고저각 방향에 관한 정보에 근거하여 상기 카메라부가 외부환경을 지향하는 지향방향을 산출한다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 카메라부는 상기 물체의 열을 감지하는 열상 카메라부와 상기 물체에 반사되는 빛을 감지하는 주간 카메라부를 포함하고, 상기 지향방향은 상기 열상 카메라부 상기 주간 카메라부의 중심점이 지향하는 방향으로 정의된다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 제어부는 상기 고도, 상기 고각 및 수학식 (1)을 이용하여 상기 감지유닛의 위치로부터 초기길이만큼을 갖는 선분을 산출하고, 상기 선분의 끝점이 상기 수치지형데이터에 포함되는지 여부를 판단한다.
상기 제어부는 상기 수치지형데이터에 상기 선분의 끝점에 관한 정보가 포함되지 아니하는 경우, 상기 초기길이와 다른 길이로 형성되는 선분을 산출하고, 상기 다른 선분의 끝점에 관한 데이터가 상기 수치지형데이터에 포함되는지 여부를 판단한다.
상기 제어부는 상기 다른 선분의 끝점이 상기 수치지형데이터에 포함되는 경우, 상기 다른 길이를 상기 거리로 정의한다.
상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 획득되는 이미지에 포함되는 물체 중 클러터를 제거하여, 표적을 보다 정확하게 탐지할 수 있다.
도 1는 본 발명에 따른 클러터 제거장치를 설명하기 위한 개념도.
도 2은 본 발명에 따른 클러터 제거방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 3은 수치지형 고도자료(DTED)를 이용하여 지향방향을 매칭시키는 개념도.
이하, 본 발명과 관련된 표적감지유닛에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
도 1는 본 발명에 따른 표적감지장치의 구성을 설명하기 한 개념도이다. 표적감지장치(1000)는 감지유닛(100), 제어부(200) 및 기준테이블(300)를 포함한다. 본 발명에 따른 표적감지장치(1000)는 상기 감지유닛(100), 상기 제어부(200) 및 상기 기준테이블(300)을 이용하여, 상기 감지유닛(100)으로부터 획득된 이미지에 포함된 클러터(clutter)를 제거할 수 있다. 여기에서 클러터(clutter)는 불필요한 반사파 등에 의하여 나타나는 반향(echo)에 해당되며, 이는 실제 표적이 아니다. 따라서, 클러터(clutter)를 표적으로 오해하는 불편함이 방지된다.
이하, 상기 표적감지장치(1000)의 구체적인 구조 및 상기 클러터(clutter)의 제거방법을 설명한다.
상기 감지유닛(100)은 센서헤드(110), 마스트(120) 및 제어유닛(130)을 구비한다. 상기 마스트(120)은 지면으로부터 높이 방향으로 연장되고, 상기 일단에는 상기 센서헤드(110)가 장착된다. 상기 마스트(120)는 상기 높이 방향을 따라 연장되거나 축소되어 상기 마스트(120)가 조절될 수 있다.
상기 센서헤드(110)는 주간 카메라(111) 및 열상 카메라(112)를 포함하여 외부환경의 이미지를 획득하도록 형성되는 카메라부와 상기 카메라부의 상기 이미지의 획득 방향을 조절하는 구동장치를 포함한다. 또한, 상기 센서헤드(110)는 상기 센서헤드(110)의 위치를 인지하기 위한 항법장치(미도시)를 포함할 수 있다. 본 발명의 항법장치는 위성위치확인시스템(GPS, 또는 위성항법장치), 즉 인공위성을 이용하여 위치를 파악하는 시스템(또는 장치)로 구현될 수 있다.
또한, 상기 센서헤드(110)는 상기 센서헤드(110)의 방위각(ФW) 방향의 이동을 감지하는 제1 센서(113') 및 상기 센서헤드(110)의 고저각(ФE) 방향의 이동을 감지하는 제2 센서(114')를 더 구비할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 및 제2 센서(113', 11'4)에 의하여 상기 센서헤드(110)의 방위각(ФW) 방향에 관한 정보 및 고저각(ФE) 방향의 정보를 산출할 수 있다.
상기 외부환경에는 적어도 하나의 물체를 포함하고, 상기 이미지에는 상기 물체에 대응되는 다른 이미지가 형성될 수 있다.
상기 주간 카메라(111)는 상기 물체에 반사되는 빛을 이용하여 상기 물체를 감지한다. 상기 열상 카메라(112)는 상기 물체에서 방출되는 열을 이용하여 상기 물체를 감지하며, 상기 열상 카메라(112)는 적외선 카메라 등으로 구현될 수 있다. 상기 주간 카메라(111)와 상기 열상 카메라(112)는 기 설정된 간격으로 이격되어 배치될 수 있다.
상기 이미지의 획득 방향은 외부 환경 중 상기 카메라부가 촬영하고 있는 각도를 의미한다. 즉, 상기 구동장치에 의하여 사용자는 상기 외부환경에 포함된 특정 영역을 이미지로 획득할 수 있다. 상기 구동장치는 상기 카메라부를 방위각(ФW) 방향으로 이동시키는 제1 구동모터(113)와 상기 카메라부를 고저각(ФE) 방향으로 이동 시키는 제2 구동모터(114)를 구비한다.
이에 따라, 상기 센서헤드(110)는 상기 방위각(ФW) 방향 및 상기 고저각(ФE) 방향으로 이동될 수 있다.
상기 제어유닛은 사용자의 제어에 근거하여 제1 및 제2 구동모터(113, 114) 및 상기 마스트(120)를 구동시켜 상기 센서헤드(110)의 위치를 변경시킬 수 있다. 즉, 상기 제1 및 제2 구동모터(113, 114)를 이용하여 상기 센서헤드(110)의 방위각(ФW) 방향 및 고저각(ФE) 방향을 변경시키고, 상기 마스트(120)를 이용하여 상기 센서헤드(110)의 고도를 변경시킬 수 있다.
한편, 상기 제어부(200)는 상기 방위각(ФW) 방향 정보, 고저각(ФE) 방향 정보 및 상기 고도 정보에 근거하여 상기 카메라부가 상기 외부환경을 지향하는 지향방향을 산출할 수 있다. 여기에서 지향방향은 상기 카메라부가 상기 특정 영역을 촬영하기 위한 방향이며, 상기 지향방향은 상기 주간 카메라(111)와 상기 열상 카메라(112)의 중심점이 지향하는 방향으로 정의될 수 있다.
상기 제어부(200)은 상기 방위각(ФW) 방향 정보, 고저각(ФE) 방향 정보, 상기 고도 정보 및 상기 지향방향과 상기 기준테이블(300)에 근거하여 상기 획득된 이미지에 포함되는 물체의 제어여부를 결정한다.
상기 기준 테이블(300)은 상기 외부환경의 수치지형데이터(DTED, Digital Terrain Elevation data) 및 상기 감지유닛과의 거리에 대응되는 표적의 기준크기정보를 포함한다.
여기에서 수치지형데이터는 지표면에 일정 간격으로 분포된 지점의 높이 값을 수치로 기록한 것을 의미한다. 상기 수치지형데이터를 이용하여 상기 제어부(200)는 상기 표적감지유닛(100)이 지표상에 배치된 위치의 고도를 알 수 있다.
이에 따라, 상기 항법장치(미도시)에 의하여 상기 센서헤드(110)의 위치를 파악하고, 상기 마스트(120)에 의하여 조절된 높이 ?? 상기 수치지형데이터를 통한 고도를 이용하여 상기 센서헤드(110)의 고도를 산출할 수 있다.
상기 거리는 상기 감지유닛(100), 구체적으로 상기 감지유닛(100)에 포함되는 카메라부로부터 획득된 이미지 상에 포함된 물체까지의 거리로 정의될 수 있다. 상기 기준크기정보는 상기 거리에 대응되는 표적의 기준크기에 관한 정보를 포함하며, 상기 물체의 크기는 실질적으로 거리의 제곱에 비례하므로 각 거리에 대한 표적의 기준크기를 예측할 수 있다.
이하, 상기 표적감지장치(1000)가 획득된 이미지 중 클러터를 제거하는 과정을 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 클러터 제거방법을 설명하기 위한 흐름도이고,도 3은 수치지형 고도자료(DTED)를 이용하여 지향방향을 매칭시키는 개념도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 표적감지유닛(100)을 이용하여 물체를 촬영한다(S101). 구체적으로, 상기 센서헤드(110)를 구성하는 상기 카메라부를 이용하여 물체를 포함하는 외부환경의 이미지를 획득하는 것으로, 예를 들어 낮에는 주간 카메라(111), 빛이 희미한 밤에는 열성 카메라(112)를 이용할 수 있다. 상기 물체를 촬영하는 단계는 시간의 흐름에 따라 복수번 촬영될 수 있다. 상기 물체가 움직이는 경우, 상기 카메라부는 상기 움직이는 물체를 시간의 흐름에 따라 획득 된다.
상기 제어부(200)는 상기 표적감지유닛의 위치 및 물체에 대한 지향방향을 측정한다(S102). 상기 센서헤드(110)에 포함되는 제1 및 제2 센서(113'. 114')에 의하여 방위각(ФW) 방향에 관한 정보 및 고저각(ФE) 방향에 관한 정보를 산출한다. 상기 지향방향은 상기 카메라부가 외부환경 중 특정영역을 지향하는 방향으로 정의된다. 상기 제어부는 상기 방위각(ФW) 방향에 관한 정보 및 고저각(ФE) 방향에 관한 정보에 근거하여 상기 지향방향을 산출할 수 있다. 상기 지향방향에 의하여 상기 마스트로부터 상기 지향방향으로 연장되는 선분의 고각(θE)를 구할 수 있다. 도 3을 참조하면, 상기 지면으로부터 높이 방향으로 연장되는 마스트(120)의 연장방향과 상기 지향방향 사이의 각도가 고각(θE)으로 정의된다.
상기 항법장치(미도시)에 따른 위치에 근거한 상기 표적감지유닛(100)이 배치되는 위치의 고도(H1)와 상기 마스트(200)의 높이(H2)를 합하여, 상기 센서헤드(110)의 고도(H)를 계산한다.
상기 제어부는 상기 지향방향에 근거하여 상기 카메라로부터 상기 물체까지의 거리를 산출한다(S201).
즉, 상기 제어부는 상기 고도(H), 상기 고각(θE)과 수학식(1)에 근거하여 상기 물체까지의 초기길이(L)를 계산할 수 있다. 상기 고도(H)는 상기 수치지형 데이터를 이용하여 산출될 수 있으며, 상기 고각(θE)은 상기 마스트(120)의 연장방향과 상기 지향방향 사이의 각도를 이용하여 구할 수 있다.
Figure 112014060265132-pat00007
삭제
상기 제어부는 상기 초기길이(L)만큼 연장되는 선분의 끝점에 관한 데이터가 상기 수치지형 고도데이터에 포함되는지 여부를 판단한다. 상기 제어부는 상기 다른 선분의 끝점이 상기 수치지형데이터에 포함되는 경우, 상기 다른 길이를 상기 거리로 정의한다.
한편, 상기 선분의 끝점에 관한 정보가 포함되지 아니하는 경우, 상기 제어부는 상기 초기길이와 다른 길이로 형성되는 선분을 산출하고, 상기 다른 길이로 형성되는 선분의 끝점에 관한 데이터가 상기 수치지형데이터에 포함되는지 여부를 다시 판단한다.
삭제
상기 제어부(200)는 상기 산출된 선분의 끝점에 관한 데이터가 상기 수치지형 데이터에 포함되는 때까지 상기 과정을 반복한다.
상기 제어부(200)는 상기 카메라에 의하여 획득된 물체에 근거하여 상기 물체의 크기를 산출한다(S202). 상기 물체의 크기(차영상, DIn)를 산출하기 위하여 아래의 수학식(2)를 이용할 수 있다. 차영상이라함은 n번째 영상과 n-1번째 영상의 차이를 의미한다. 상기 차이에 의하여 물체의 크기를 산출한다.
Figure 112014060265132-pat00008
즉, 상기 물체의 크기는 시간의 흐름에 따라 촬영된 물체의 대응되는 이미지의 차이에 해당될 수 있다.
삭제
또한, 상기 제어부(200)는 상기 거리에 대응되는 기준크기(문턱값, VTH)를 계산한다(S203). 상기 제어부는 상기 기준크기(VTH)가 상기 차영상(DIn)보다 크거나 같은 경우, 1로 정의하고, 작은경우 0으로 정의한다. 즉, 이하의 수학식(3)인 이전영상 변환식을 이용하여 이진영상을 구할 수 있다. 상기 이진영상에 의하여 4방향 레이블링 기법을 적용한 표적을 구분한다.
Figure 112014060265132-pat00009
한편, 상기 제어부는 상기 물체의 크기(DIn)가 기준크기(VTH)의 약 1.5배 미만, 약 0.5배 초과인지 여부를 판단한다(S204).
삭제
상기 물체의 크기(DIn)이 상기 기준크기(VTH)의 약 1.5배 미만, 약 0.5배 초과범위 내에 해당되는 경우에 상기 물체를 표적으로 감지한다(S205). 또한, 상기 범위 외에 해당되는 경우에 상기 물체를 클러터로 처리한다(S206). 상기 제어부(200)는 클러터로 처리된 물체는 상기 이미지로부터 삭제보정한다.
상기와 같이 설명된 표적감지장치는 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (9)

  1. 기 설정된 위치에서 기 설정된 방향의 적어도 하나의 물체를 포함하는 외부환경을 이미지로 획득하는 감지유닛;
    상기 외부환경의 고도 정보를 포함하는 수치지형데이터 및 상기 감지유닛과의 거리에 대응되는 상기 물체의 기준크기정보를 포함하는 기준테이블; 및
    상기 기준테이블과 상기 위치 및 방향에 근거하여, 수학식 (1)을 이용하여 상기 감지유닛으로부터 상기 물체까지의 거리(L)를 계산하고, 상기 물체의 크기가 상기 거리에 대응되는 기준크기와의 차이가 기 설정된 범위보다 크면 상기 물체를 클러터로 처리하는 제어부를 포함하고,
    상기 감지유닛은,
    상기 이미지를 획득하도록 형성되는 카메라부 및 상기 카메라부의 이미지 획득 방향을 변경하도록 형성되는 구동장치를 구비하는 센서헤드; 및
    상기 센서헤드의 고도를 변경시키도록 형성되는 마스트를 포함하며,
    여기에서 상기 수학식 (1)은
    Figure 112014108560346-pat00010
    이며, 고도(H)는 수치지형 데이터에 포함되며, 고각(θE)은 상기 마스트의 연장방향과 상기 지향방향 사이의 각도를 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 표적감지장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 구동장치는 상기 카메라부를 방위각 방향으로 이동 시키는 제1 구동모터 및 상기 카메라부를 고저각 방향으로 이동 시키는 제2 구동모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 표적감지장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 감지유닛은 상기 카메라부의 상기 방향을 감지하기 위한 항법장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표적감지장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 구동장치는 상기 카메라의 방위각 방향을 감지하는 제1 센서 및 상기 카메라의 고저각 방향을 감지하는 제2 센서를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 위치에 관한 정보 및 상기 제1 및 제2 센서에 의항 방위각 방향에 관한 정보 및 고저각 방향에 관한 정보에 근거하여 상기 카메라부가 외부환경을 지향하는 지향방향을 산출하는 것을 특징으로 하는 표적감지장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 카메라부는 상기 물체의 열을 감지하는 열상 카메라부와 상기 물체에 반사되는 빛을 감지하는 주간 카메라부를 포함하고,
    상기 지향방향은 상기 열상 카메라부 상기 주간 카메라부의 중심점이지향하는 방향으로 정의되는 것을 특징으로 하는 표적감지장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 고도, 상기 고각(θE) 및 수학식 (1)을 이용하여,
    Figure 112014108560346-pat00011
    (1)
    상기 감지유닛의 위치로부터 초기길이만큼을 갖는 선분을 산출하고, 상기 선분의 끝점이 상기 수치지형데이터에 포함되는지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 표적감지장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 수치지형데이터에 상기 선분의 끝점에 관한 정보가 포함되지 아니하는 경우, 상기 초기길이와 다른 길이로 형성되는 선분을 산출하고,
    상기 다른 선분의 끝점에 관한 데이터가 상기 수치지형데이터에 포함되는지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 표적감지장치,
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 다른 선분의 끝점이 상기 수치지형데이터에 포함되는 경우, 상기 다른 길이를 상기 거리로 정의하는 것을 특징으로 하는 표적감지장치.
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