KR101553460B1 - 전체 감시영역을 설정하면 각 카메라별로 자신의 감시영역을 재구성하는 지도 기반 영상 감시 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 지도 기반 영상 감시 시스템은 복수 위치에 설치되는 복수 카메라에 의하여 감시영역의 영상을 수집하는 영상 입력부, 상기 복수 카메라의 전체 감시영역을 평면지도 상에 표시하되 상기 전체 감시영역은 다각형의 꼭지점들의 집합으로 표시되고, 상기 복수 카메라의 설치점들이 상기 꼭지점들과 함께 표시되는 감시영역 설정부, 상기 꼭지점들과 상기 설치점들의 위치 좌표를 광역 좌표계로 변환하는 광역 좌표 변환부, 상기 영상의 품질을 개선하기 위하여, 상기 영상을 처리하는 영상 처리부, 상기 처리 후 감시영역과 기준 영상을 비교하여 침입 여부를 판단하되, 상기 전체 감시영역의 관점에서 침입 여부를 결정하는 것이 아니고, 상기 복수 카메라의 관점에서 침입 여부를 판단하는 침입 탐지부를 포함한다.

Description

전체 감시영역을 설정하면 각 카메라별로 자신의 감시영역을 재구성하는 지도 기반 영상 감시 시스템 및 방법 {System and method for monitoring image based map}

본 발명은, 전체 감시영역을 설정하면 각 카메라별로 자신의 감시영역을 재구성하는 지도 기반 영상 감시 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히, 넓은 감시영역을 복수의 감시 카메라 또는 이동식 카메라로 침입여부를 탐지하는 영상 감시 시스템에 있어서 각 카메라의 감시영역을 정의하는 방법으로 개별적인 감시영역을 입력하는 대신 전체 감시영역을 다각형으로 표현하여 입력하고, 각 카메라의 설치 환경과 카메라의 특성을 반영하여 입력된 다각형을 자동으로 자신의 감시영역으로 변환하는 지도 기반 영상 감시 시스템 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 영상 감시 방법은 사람을 대신하여 주요 시설 및 지역을 감시하는 방법으로 다양한 부문에 널리 보급되고 있다. 현재의 영상감시 기술수준은 특정 지점에 카메라를 설치하고 실시간으로 촬영된 영상을 중앙 관제실로 전송하여 관리자로 하여금 이상 상황을 모니터링 하도록 하는 수준이다.

그러나 넓은 지역일수록 감시 카메라 수와 중앙 관제실의 모니터 수가 증가하기 때문에 이러한 영상 감시 시스템 체계는 관리자가 정확한 관찰을 수행하는데 결정적 장애가 된다.

이를 보완하기 위하여 사람의 동작을 분석하여 이상 행동을 사전에 예측하고 관리자에게 주의신호를 보내거나 감시영역을 여러 수준의 위험도로 구분하여 이상 여부를 알려주는 스마트 기능들이 개발되고 있다.

이러한 스마트 기능을 구현하기 위한 핵심기술 중 하나는 감시영역을 개별 카메라에 입력하는 것인데 현재 감시영역을 입력하는 방법은 카메라를 설치하고 카메라가 주시하는 평면공간을 기준으로 다각형으로 표시하거나 격자로 표시하는 방법을 사용한다.

그러나 카메라 수가 증가 혹은 감소하거나 카메라의 위치가 자주 변경되는 경우 각 카메라 별로 감시영역을 정의하는데 한계가 있다.

따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 카메라 수가 수시로 증감하거나 카메라 위치가 자주 변경되는 경우에도 영상 감시 시스템을 그때마다 수정하지 않아도 되는 전체 감시영역을 설정하면 각 카메라별로 자신의 감시영역을 재구성하는 지도 기반 영상 감시 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 전체 감시영역을 한 번만 입력하면, 카메라 성능이나 환경이 바뀌더라도 별도로 감시영역의 재설정이 필요 없는 전체 감시영역을 설정하면 각 카메라별로 자신의 감시영역을 재구성하는 지도 기반 영상 감시 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명의 지도 기반 영상 감시 시스템은 복수 위치에 설치되는 복수 카메라에 의하여 감시영역의 영상을 수집하는 영상 입력부, 상기 복수 카메라의 전체 감시영역을 평면지도 상에 표시하되 상기 전체 감시영역은 다각형의 꼭지점들의 집합으로 표시되고, 상기 복수 카메라의 설치점들이 상기 꼭지점들과 함께 표시되는 감시영역 설정부, 상기 꼭지점들과 상기 설치점들의 위치 좌표를 광역 좌표계로 변환하는 광역 좌표 변환부, 상기 영상의 품질을 개선하기 위하여, 상기 영상을 처리하는 영상 처리부, 상기 처리 후 감시영역의 다각형과 상기 이동객체 영상의 위치를 비교하여 침입 여부를 판단하되, 상기 전체 감시영역의 관점에서 침입 여부를 결정하는 것이 아니고, 상기 복수 카메라의 관점에서 침입 여부를 판단하는 침입 탐지부를 포함한다.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 본 발명의 지도 기반 영상 감시 방법은, 전체 감시영역을 평면지도 상에 다각형으로 표시하고, 복수의 카메라의 설치점들을 상기 평면지도 상에 설정하며, 상기 꼭지점들과 상기 설치점들을 임의로 설정된 광역 좌표계로 변환하며, 및 상기 꼭지점들의 좌표를 상기 설치점들을 원점으로 하는 카메라 좌표계로 변환하는 것을 포함함으로써, 상기 전체 감시영역은 상기 각 카메라 관점의 감시영역으로 재구성된다.

위에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 구성에 의하면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

본 발명은 감시영역의 넓이와 무관하게 전체 감시영역을 한 번만 입력하면 설치된 카메라의 수, 카메라 위치 변경 등과 무관하게 각 감시 카메라의 정보를 이용하여 감시영역을 자동으로 설정할 수 있다. 따라서 각 카메라의 구성이 변경되는 경우도 전체 시스템을 수정할 필요가 없는 적응형 스마트 영상 감시 시스템을 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 지도 기반 영상 감시 시스템의 구성을 나타내는 블록도.
도 2는 본 발명에 의한 평면지도 상에 전체 감시영역의 다각형과 함께 복수 카메라의 설치 위치(C1 내지 C4)가 설계되는 감시 환경의 예시도.
도 3은 도 2에서 복수 카메라 관점(C1 내지 C4)별 감시영역의 예시도.
도 4는 본 발명에 의한 전체 감시영역을 각 카메라별 가시권 내의 감시영역으로 재구성하는 예시도.
도 5는 본 발명에 의한 지도 기반 영상 감시 방법을 나타내는 순서도.
도 6은 본 발명에 의한 광역 좌표계를 카메라 좌표계로 변환하는 좌표 변환 함수.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해 질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려 주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 전체 감시영역 설정만으로 각 카메라별로 감시영역을 재구성하는 지도 기반 영상 감시 시스템(100)은, 복수 카메라에 의하여 영상을 수집하는 영상 입력부(110), 상기 영상의 품질을 개선하기 위하여 수집된 영상을 처리하는 영상 처리부(120), 복수 카메라의 전체 감시영역을 평면지도 상에 표시함으로써, 전체 감시영역은 다각형의 꼭지점들(v1 내지 v5)의 집합으로 표시되고, 복수 카메라의 설치점들(C1 내지 C4)이 꼭지점들(v1 내지 v5)과 함께 표시되는 감시영역 설정부(130), 꼭지점들(v1 내지 v5)과 설치점들(C1 내지 C4)의 위치 좌표를 광역 좌표계로 변환하는 광역 좌표 변환부(140), 광역 좌표계를 각 카메라의 카메라 좌표계로 자동 변환하는 카메라 좌표 변환부(150), 변환된 다각형을 각 카메라의 시각넓이에 따라 절단하여 각 카메라의 감시영역 다각형으로 재구성하는 기하 처리부(160), 및 상기 처리 후 감시영역의 영상과 기준 영상을 비교하여 침입 여부를 판단하는 침입 탐지부(170)를 포함한다.

이때, 본 발명의 실시예에 의하면, 침입 탐지부(170)는 전체 감시영역의 관점에서 침입 여부를 결정하는 것이 아니고, 복수 카메라의 관점에서 침입 여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.

즉, 카메라 좌표 변환부(150)는 평면지도 상에 표시된 전체 감시영역 다각형을 카메라 위치를 원점으로 하는 각 카메라 감시영역 다각형 좌표로 변환되도록, 광역 좌표계를 각 카메라의 카메라 좌표계로 자동 변환한다.

복수 카메라는, 제1위치(C1)의 제1카메라(102a), 제2위치(C2)의 제2카메라(102b), 제3위치(C3)의 제3카메라(102c), 및 제4위치(C4)의 제4카메라(102d)를 포함한다. 따라서 영상 입력부(110)는 적어도 2개 이상의 위치(C1 내지 C4)에 설치되는 복수 카메라(102a 내지 102d)에 의하여 영상을 획득할 수 있다.

영상 입력부(110)는, 전술한 카메라를 이용하여 원시 영상 데이터를 수집한다. 이를 위하여 카메라는 적어도 침입자의 영상에 대한 광학적 신호를 수광하는 렌즈, 및 상기 수광된 광학적 신호를 영상 처리에 필요한 전기적 영상 신호로 변경하는 영상 데이터를 생성하는 이미지 센서를 포함한다.

따라서 이미지 센서는 CCD(Charged Coupled Device) 이미지 센서와, CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서 등을 포함하고, 카메라는 CCD, CMOS 외에도 화상, 웹, 혹은 각종 IP 디지털 카메라를 모두 포함할 수 있다.

영상 처리부(120)는, 수집 영상을 프레임 영상으로 처리하여 객체 데이터를 추출할 수 있다.

지도 기반 영상 감시 시스템(100)은 시계열 영상으로부터 이동객체를 탐지하고, 이동객체의 이동 방향, 및 이동 속도 등을 계산하며, 감시구역의 경계와 비교함으로서 설계된 영역에 이동객체가 접근하거나 침입했는지 여부를 판단할 수 있다.

따라서 지도 기반 영상 감시 시스템(100)의 핵심 과제 중 하나는 감시영역을 정의하는 작업이다. 그러나 넓은 지역을 감시해야하는 경우에는 복수 카메라를 사용하게 되는데 각 카메라별로 자신의 감시영역을 입력해야하므로 비효율적이다. 특히 각 카메라별로 감시영역을 입력하는 접근 방법은 카메라 위치나 성능이 바뀌는 경우 매번 감시영역을 재입력해야 하므로 전체 시스템을 그때마다 수정해야 하는 단점이 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해 본 발명의 실시예는 전체 감시영역을 한번 만 입력하면 카메라의 성능과 환경이 바뀌어도 바뀐 환경을 반영하여 자동으로 감시영역을 재설정하는 방법을 제공하는 것이다.

이를 위하여, 감시영역 설정부(130)는, 감시영역을 가령, 위성지도와 같은 평면지도에 다각형으로 표시하고, 지도상의 좌표로 표현된 다각형을 구성하는 꼭지점들(v1 내지 v5)의 집합을 감시 시스템에 입력한다.

또한 감시영역 설정부(130)는 평면지도를 바탕으로 카메라가 설치될 위치를 설계한 후 그 설치점들(C1 내지 C4)의 좌표와 설치단계에서 카메라의 높이, 팬, 틸트 등의 정보를 시스템(100)에 함께 입력한다.

따라서 지도 기반 영상 감시 시스템(100)은 이러한 정보를 이용하여 지도상에 표시된 감시영역 다각형을 자동으로 각 카메라의 카메라 좌표계로 변환하고, 변환된 다각형을 각 카메라의 시각넓이에 따라 절단하여 해당 카메라의 감시영역 다각형으로 재구성할 수 있다.

즉, 감시영역 설정부(130)에 의하여 평면지도상에 감시영역을 다각형으로 편집하여 다각형 꼭지점들(v1 내지 v5)의 좌표를 획득하고, 복수 카메라를 동일 평면지도상에 설정하고, 그 설치점들(C1 내지 C4)을 획득하면, 광역 좌표 변환부(140)에 의하여 꼭지점들(v1 내지 v5)과 설치점들(C1 내지 C4)은 임의로 설정된 광역 좌표계로 변환되고, 카메라 좌표 변환부(150)에 의하여 위 광역 좌표계를 카메라 위치를 원점으로 하는 카메라 좌표계로 변환함으로써, 각 카메라 관점에서 정의된 감시영역 다각형을 입력할 수 있게 된다.

기하 처리부(160)는, 전체 감시영역을 각 카메라 가시권 내의 감시영역으로 재구성한다. 도 4를 참조하면, 감시영역을 나타내는 다각형의 꼭지점들(v1 내지 v4, x1 내지 x4, 혹은 y1 내지 y4)은 가시권 내부 정점(x1,x2,x3,x4)과 가시권 외부 정점(y1,y2,y3,y4)으로 구분될 수 있다. 특히 가시권 외부 정점(y1,y2,y3,y4)은 가시권 선분과 교차하는 다각형 선분(가령, 선분 (x1, y1), 선분 (y2, y3), 혹은 선분 (x4, y4))의 정점들로서 각 카메라 환경에 따라 가변적이다. 각 카메라의 최종적인 감시영역은 내부 정점(x1,x2,x3,x4)과 가시권 외부 정점(y1,y2,y3,y4)으로 구성되는 다각형이다.

특히, 감시영역 설정부(130), 광역 좌표 변환부(140), 카메라 좌표 변환부(150), 및 기하 처리부(160)를 포함하는 운영 프로그램(P)은 복수의 카메라를 이용하여 넓은 영역을 감시하는 지도 기반 영상 감시 시스템(100)에 있어서, 개별적인 감시영역을 입력하는 대신 전체 감시영역을 다각형으로 입력할 때 입력된 다각형을 자동으로 자신의 감시영역으로 전환되도록 할 수 있다.

침입 탐지부(170)는, 객체 데이터를 추적하고, 객체 데이터를 재정의된 감시영역과 비교하여 침입 여부를 판단할 수 있다. 가령, 감시영역을 구성하는 각 프레임에서 카메라 관점에서 재정의된 감시영역 다각형과 카메라 영상에서 추출한 이동객체의 위치를 비교하여 침입여부를 판단한다.

경보 출력부(180)를 더 포함할 수 있다. 경보 출력부(180)는 침입자에 대한 경고 조치 혹은 관리자에게 비상 상황을 알릴 수 있다. 따라서 경보 출력부(180)는, LED 혹은 LCD 기타 디스플레이 패널, 스피커, 램프, 및 진동기 중 적어도 어느 하나 이상의 조합으로 구성될 수 있다.

이하, 도 5를 참조하여, 전체 감시영역을 설정하면 각 카메라별로 자신의 감시영역을 재구성하는 지도 기반 영상 감시 방법을 설명한다.

적어도 2개 이상의 카메라가 서로 다른 위치에서 감시영역의 영상을 수집하는 단계(S10)

수집된 감시영역의 영상을 처리하는 단계(S20)

복수의 카메라로 획득한 감시영역의 영상을 처리한다. 본 발명의 영상 처리부(120)는 영상 처리 함수를 이용하여 영상의 품질을 개선하고, 침입자의 이동 방향 및 이동 속도를 계산할 수 있다.

전체 감시영역을 평면지도 상에 다각형으로 표시하는 단계(S30)

감시영역은 평면지도 상에 표시되는 상기 다각형을 구성하는 꼭지점들(v1 내지 v5)의 집합이다.

복수 카메라의 위치를 평면지도 상에 설정하는 단계(S40)

감시영역 설정 시 이때 복수 카메라의 설치점들(C1 내지 C4)을 평면지도 상에 함께 설정한다. 카메라의 설치점들(C1 내지 C4) 설정 시 카메라의 높이, 팬, 혹은 틸트 등의 정보도 함께 설정될 수 있다.

꼭지점들과 설치점들을 임의로 설정된 광역 좌표계로 변환하는 단계(S50)

꼭지점들의 좌표를 설치점들을 원점으로 하는 카메라 좌표계로 변환하는 단계(S60)

좌표 변환 함수를 이용하여 광역 좌표계를 카메라 좌표계로 변환할 수 있는데, 도 6에 도시된 바와 같이 좌표 변환 함수는 카메라 설치 시 측정한 카메라의 위치와 방향을 이용하여 감시영역을 변환할 수 있다.

전체 감시영역에서 복수 카메라의 가시권에 있는 감시영역만을 절단하는 단계(S70)

이로써, 전체 감시영역은 각 카메라 관점의 감시영역으로 재구성된다. 가시권에 있는 감시영역만을 절단하여 재구성하는 것은, 상대적인 것으로, 가시권에 있지 않는 감시영역은 카메라의 성능과 환경에 따라 가시권에 있는 감시영역으로 전환될 수 있다.

이와 같이 본 발명은 좌표 변환 함수와 기하 처리 함수를 이용하여 각 카메라 별로 감시영역을 재설정할 수 있다. 가령, 좌표 변환 함수는 카메라 설치 시 측정한 카메라의 위치와 방향을 이용하여 감시영역을 변환하고, 기하 처리 함수는 전체 감시영역으로부터 카메라 가시권에 있는 감시영역 만을 절단하여 재구성하는 기능을 담당한다.

각 카메라 관점에서 재설정된 감시영역의 다각형을 영상으로부터 추출한 이동객체의 위치와 대비하여 침입 여부를 판단하는 침입 탐지 단계(S80)

본 발명의 침입 탐지부(170)는 침입 탐지 함수를 이용하여 감시영역과 이동객체의 위치를 비교하여 침입 여부를 판단할 수 있다.

침입자 혹은 관리자에게 시각적, 청각적, 혹은 감각적 알람을 제공하는 단계(S90)

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 평면지도 위에 감시영역을 다각형으로 편집하여 다각형 정점의 좌표를 획득하고, 카메라 설치 위치를 전술한 동일 지도 위에서 설계하여 그 위치를 획득하며, 다각형 정점과 카메라 위치 좌표를 임의로 설정된 광역 좌표계로 변환하고, 최종적으로 다각형의 정점 좌표를 카메라 위치를 원점으로 하는 카메라 좌표계로 변환함으로서 각 카메라 관점에서 정의된 감시영역으로 재구성하는 구성을 기술적 사상으로 하고 있음을 알 수 있다. 이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.

100: 감시 시스템 102: 카메라
110: 영상 입력부 120: 영상 처리부
130: 감시영역 설정부 140: 광역 좌표 변환부
150: 카메라 좌표 변환부 160: 기하 처리부
170: 침입 탐지부 180: 경보 출력부

Claims (6)

1. 복수 위치에 설치되는 복수 카메라에 의하여 감시영역의 영상을 수집하는 영상 입력부;
   상기 복수 카메라의 전체 감시영역을 평면지도 상에 표시하는 감시영역 설정부; - 상기 전체 감시영역은 다각형의 꼭지점들의 집합으로 표시되고, 상기 복수 카메라의 설치점들이 상기 꼭지점들과 함께 표시된다.
   상기 꼭지점들과 상기 설치점들의 위치 좌표를 광역 좌표계로 변환하는 광역 좌표 변환부;
   상기 영상의 품질을 개선하기 위하여, 상기 영상을 처리하는 영상 처리부;
   상기 처리 후 감시영역의 다각형과 이동객체 영상의 위치를 비교하여 침입 여부를 판단하는 침입 판단부; - 상기 침입 판단부는 상기 전체 감시영역의 관점에서 침입 여부를 결정하는 것이 아니고, 상기 복수 카메라의 관점에서 침입 여부를 판단한다.를 포함하고,
   상기 평면지도 상에 표시된 전체 감시영역 다각형을 카메라 위치를 원점으로 하는 각 카메라 감시영역 다각형 좌표로 변환되도록, 상기 광역 좌표계를 각 카메라의 카메라 좌표계로 자동 변환하는 카메라 좌표 변환부를 더 포함하며,
   상기 광역 좌표계가 상기 카메라 좌표계로 변환됨으로써 상기 복수 카메라의 관점에서 전체 감시영역은 각 카메라별 가시권 내의 감시영역으로 재구성되는 것을 특징으로 하는 지도 기반 영상 감시 시스템.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 변환된 다각형을 각 카메라의 시각넓이에 따라 절단하여 각 카메라의 감시영역 다각형으로 재구성하는 기하 처리부를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 지도 기반 영상 감시 시스템.
4. 제 3 항에 있어서
   상기 평면지도는 위성지도인 것을 특징으로 하는 지도 기반 영상 감시 시스템.
5. 삭제
6. 삭제

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