KR101629738B1 - 폐쇄 회로 티비 감시 시스템의 성능 평가 방법 및 시스템 - Google Patents

폐쇄 회로 티비 감시 시스템의 성능 평가 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폐쇄 회로 티비 감시 시스템의 성능 평가 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 감시 대상 공간에 대하여 소정의 샘플링 위치를 선정하고, 각 샘플링 위치에 대한 하나 이상의 샘플링 방향에서의 각 감시 해상도를 산출한 후, 감시 목적에 따른 감시 환경에서 소정의 기준 해상도 이상의 비율을 산출하여 폐쇄 회로 티비 감시 시스템의 성능을 정량적으로 평가하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 (a) 감시 대상 공간에 대한 소정의 샘플링 위치를 선정하는 단계; (b) 각 샘플링 위치에 대하여 하나 이상의 샘플링 방향을 선정하는 단계; (c) 각 샘플링 위치 및 샘플링 방향에 대하여 감시 해상도를 산출하는 단계; 및 (d) 산출된 상기 감시 해상도가 소정의 기준 해상도보다 큰 경우를 산정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐쇄 회로 티비 감시 시스템의 성능 평가 방법을 개시한다.

Description

폐쇄 회로 티비 감시 시스템의 성능 평가 방법 및 시스템 {Method and system for evaluating the performance of CCTV surveillance system}
본 발명은 폐쇄 회로 티비 감시 시스템의 성능 평가 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 감시 대상 공간에 대하여 소정의 샘플링 위치를 선정하고, 각 샘플링 위치에 대한 하나 이상의 샘플링 방향에서의 각 감시 해상도를 산출한 후, 감시 목적에 따른 감시 환경에서 소정의 기준 해상도 이상의 비율을 산출하여 폐쇄 회로 티비 감시 시스템의 성능을 정량적으로 평가하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
종래부터 교통 정보 획득, 환자 등 피관찰 대상의 모니터링 등 여러가지 목적을 위하여 다양한 폐쇠회로 티비(Closed-Circuit TeleVision, CCTV) 시스템이 사용되어 오고 있다. 폐쇄 회로 티비(CCTV) 시스템은 영상 정보를 특정의 목적으로 특정한 사용자에게만 전달하는 폐쇄 회로(Closed-Circuit) 방식의 일종으로, 불특정 다수에게 영상 정보를 전달하는 것을 목적으로 하는 개방회로(Open-Circuit) 방식과 대비될 수 있다. 특히 근래에 와서는 대형 쇼핑몰, 아파트 단지, 지하 주차장 등의 실내외 공간에 범죄의 예방 및 증거의 수집, 주차 위반 차량 적발 및 관리, 안전 및 보안 관리 등의 목적을 위해 폐쇄 회로 티비(CCTV) 시스템을 설치하여 운영하는 경우가 크게 증가하고 있다.
그런데, 상기와 같이 폐쇄 회로 티비(CCTV) 카메라의 설치 대수가 크게 증가하거나, 그 해상도 등의 성능이 개선되고 있음에도 불구하고, 폐쇄 회로 티비(CCTV) 시스템이 감시 대상 공간을 얼마나 효과적으로 감시하고 있는지를 평가하는 방법에 대해서는 아직 적절한 방안이 제시되지 못하고 있는 실정이다. 보다 구체적으로, 종래 통상적으로 감시 대상 공간에 대한 폐쇄 회로 티비(CCTV) 시스템의 성능을 평가함에 있어서는, 폐쇄 회로 티비(CCTV) 카메라의 화각(Field of View, FOV)을 고려하여 감시 대상 공간의 2차원 평면도 상에서 작도하여 커버리리를 판단하는 등 초보적인 수준에 그치고 있는 실정이다.
이에 대하여, 대한민국 등록특허 제10-1178891호(2012년 8월 27일 등록)에서는 감시 대상 공간을 평면적으로 그리딩(Gridding)하여 복수의 스팟(spot)으로 분할한 후, 각 개별 스팟(spot)에 대한 폐쇄 회로 티비(CCTV)의 감시성을 산출하여, 전체 감시 대상 공간에 대한 방범 성능을 평가하는 방법 및 시스템을 제시하고 있다.
그러나, 상기와 같은 종래의 기술들은 평면적인 2차원 공간을 기반으로 하여 분석이 이루어지게 되므로, 복수의 폐쇄 회로 티비(CCTV) 간의 불필요한 중복 커버지리가 발생하거나 사각지대가 발생할 가능성이 상존하게 된다.
또한, 교통량 측정 등의 경우에는 낮은 해상도의 영상으로도 충분히 목적을 달성할 수 있는 반면, 범죄자의 얼굴 식별 등을 위해서는 매우 높은 해상도의 영상이 요구되는 등 감시 목적에 따라 필요한 해상도가 달라질 수 있고, 나아가 동일한 감시 대상 공간의 같은 위치에 존재하는 동일한 감시 대상체라 하더라도 감시 대상체의 방향 등에 따라 각 폐쇄 회로 티비(CCTV)로 식별할 수 있는 감시 대상체의 해상도가 달라질 수 있어, 상기한 종래의 기술만으로는 폐쇄 회로 티비(CCTV) 감시 시스템의 성능을 적절하게 정량화하여 평가하기에 크게 부족한 현실이다.
이에 따라, 다양한 감시 목적 및 그에 따라 필요한 감시 해상도를 고려하고, 특히 이와 함께 감시 대상체의 방향, 이동, 위치 등을 3차원적으로 고려하여 특정한 감시 대상 공간에 대한 감시 성능을 정량적으로 평가할 수 있는 폐쇄 회로 티비 감시 시스템의 성능 평가 방법 및 시스템이 요구되고 있으나, 이에 대한 적절한 해결책이 아직 제시되지 못하고 있는 실정이다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 다양한 감시 목적 및 그에 따라 필요한 감시 해상도를 고려하고, 특히 이와 함께 감시 대상체의 방향, 이동, 위치 등을 3차원적으로 고려하여 특정한 감시 대상 공간에 대한 감시 성능을 정량적으로 평가할 수 있는 폐쇄 회로 티비 감시 시스템의 성능 평가 방법 및 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 한 측면에 따른 폐쇄 회로 티비 감시 시스템의 성능 평가 방법은 (a) 감시 대상 공간에 대한 소정의 샘플링 위치를 선정하는 단계; (b) 각 샘플링 위치에 대하여 하나 이상의 샘플링 방향을 선정하는 단계; (c) 각 샘플링 위치 및 샘플링 방향에 대하여 감시 해상도를 산출하는 단계; 및 (d) 산출된 상기 감시 해상도가 소정의 기준 해상도보다 큰 경우를 산정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 (d) 단계에 이어서, (e) 전체 감시 대상 공간에 대한 각 샘플링 위치 각 샘플링 방향에 대하여, 산출된 상기 감시 해상도가 소정의 기준 해상도보다 큰 경우의 비율을 구하여 감시 성능 지수를 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 (b) 단계에서, 수평각과 고도각을 일정한 간격으로 나누어 샘플링 방향을 선정할 수 있다.
또한, 상기 (b) 단계에서, 소정의 구에 내접하는 정사면체, 정육면체, 정팔면체, 정십이면체, 정이십면체 또는 다른 정다면체에 대하여, 상기 구의 중심점에서 꼭지점, 각 모서리의 중심점, 또는 각 면의 중심점으로 향하는 방향을 샘플링 방향으로 선정할 수 있다.
또한, 상기 (c) 단계에서, 각 샘플링 위치 및 샘플링 방향에 대한 감시 해상도(
Figure 112014036149956-pat00001
)는, 감시 대상체의 위치에 의하여 감시 카메라의 투영의 중심으로부터 객체까지의 수직 거리(
Figure 112014036149956-pat00002
)와 광학축으로부터 벗어난 각도(
Figure 112014036149956-pat00003
), 감시 대상체의 실제 방향과 가장 높은 해상도로 감시 카메라 영상에 관측될 수 있는 방향 간의 사이 각도(
Figure 112014036149956-pat00004
), 그리고 감시 카메라의 투영의 중심으로부터 영상면까지의 수직 거리(
Figure 112014036149956-pat00005
)에 대하여,
Figure 112014036149956-pat00006
에 의하여 산출될 수 있다.
또한, 감시 대상체를 촬영하는 감시 카메라가 복수개 존재하는 경우에는, 각 감시 카메라에서의 감시 해상도 중 최대치를 감시 해상도로 산출할 수 있다.
또한, 상기 (e) 단계에서, 전체 감시 대상 공간에 대한 감시 성능 지수는, 전체 샘플링 위치의 숫자(
Figure 112014036149956-pat00007
), 각 샘플링 위치에서의 샘플링 방향의 숫자(
Figure 112014036149956-pat00008
), 각 샘플링 위치 및 샘플링 방향에서의 복수의 카메라를 고려한 감시 해상도(
Figure 112014036149956-pat00009
), 기준 해상도(
Figure 112014036149956-pat00010
)에 대하여,
Figure 112014036149956-pat00011
에 의하여 산출될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 기록 매체는 앞서 기재된 일련의 방법을 수행하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독이 가능한 기록 매체인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 폐쇄 회로 티비 감시 시스템의 성능 평가 시스템은, 감시 대상 공간에 대한 소정의 샘플링 위치를 선정한 후, 각 샘플링 위치에 대하여 하나 이상의 샘플링 방향을 선정하는 감시 대상 공간 모델링부; 각 샘플링 위치 및 샘플링 방향에 대하여 감시 해상도를 산출하는 감시 해상도 산출부; 산출된 상기 감시 해상도가 소정의 기준 해상도보다 큰 경우를 산정하는 감시 성능 지수 산출부; 상기 감시 대상 공간 모델링부, 감시 해상도 산출부 및 감시 성능 지수 산출부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제어부는 사용자로부터 소정의 입력을 받아, 그에 따라 상기 감시 대상 공간 모델링부, 감시 해상도 산출부 및 감시 성능 지수 산출부를 제어하고, 산출된 감시 성능 지수 혹은 감시 해상도 정보를 사용자에게 제공할 수 있다.
또한, 상기 감시 성능 지수 산출부는, 전체 감시 대상 공간에 대한 각 샘플링 위치 및 샘플링 방향에 대하여, 산출된 상기 감시 해상도가 소정의 기준 해상도보다 큰 경우의 비율을 구하여 감시 성능 지수를 산출할 수 있다.
또한, 상기 감시 대상 공간 모델링부는, 수평각과 고도각을 일정한 간격으로 나누어 샘플링 방향을 선정할 수 있다.
또한, 상기 감시 대상 공간 모델링부는, 소정의 구에 내접하는 정사면체, 정육면체, 정팔면체, 정십이면체, 정이십면체 또는 다른 정다면체에 대하여, 상기 구의 중심점에서 꼭지점, 각 모서리의 중심점, 또는 각 면의 중심점으로 향하는 방향을 샘플링 방향으로 선정할 수 있다.
또한, 감시 해상도 산출부는, 각 샘플링 위치 및 샘플링 방향에 대한 감시 해상도(
Figure 112014036149956-pat00012
)를, 감시 대상체의 위치에 의하여 감시 카메라의 투영의 중심으로부터 객체까지의 수직 거리(
Figure 112014036149956-pat00013
)와 광학축으로부터 벗어난 각도(
Figure 112014036149956-pat00014
), 감시 대상체의 실제 방향과 가장 높은 해상도로 감시 카메라 영상에 관측될 수 있는 방향 간의 사이 각도(
Figure 112014036149956-pat00015
), 그리고 감시 카메라의 투영의 중심으로부터 영상면까지의 수직 거리(
Figure 112014036149956-pat00016
)에 대하여,
Figure 112014036149956-pat00017
에 의하여 산출할 수 있다.
또한, 감시 대상체를 촬영하는 감시 카메라가 복수개 존재하는 경우에는, 각 감시 카메라의 감시 해상도 중 최대치를 감시 해상도로 산출할 수 있다.
또한, 전체 감시 대상 공간에 대한 감시 성능 지수는, 전체 샘플링 위치의 숫자(
Figure 112014036149956-pat00018
), 각 샘플링 위치에서의 샘플링 방향의 숫자(
Figure 112014036149956-pat00019
), 각 샘플링 위치 및 샘플링 방향에서의 복수의 카메라를 고려한 감시 해상도(
Figure 112014036149956-pat00020
), 기준 해상도(
Figure 112014036149956-pat00021
)에 대하여,
Figure 112014036149956-pat00022
에 의하여 산출될 수 있다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 감시 대상 공간에 대한 소정의 샘플링 위치를 선정하고, 각 샘플링 위치에 대한 하나 이상의 샘플링 방향에서의 각 감시 해상도를 산출한 후, 감시 목적에 따른 감시 환경에서 소정의 기준 해상도 이상의 비율을 산출하여 폐쇄 회로 티비 감시 시스템의 성능을 정량적으로 평가함으로써, 다양한 감시 목적 및 그에 따라 필요한 감시 해상도를 고려하고, 특히 이와 함께 감시 대상체의 방향, 이동, 위치 등을 3차원적으로 고려하여 특정한 감시 대상 공간에 대한 감시 성능을 정량적으로 평가할 수 있는 폐쇄 회로 티비 감시 시스템의 성능 평가 방법 및 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 감시 해상도의 정의 및 감시 대상체의 방향에 따른 감시 해상도의 변화에 대한 설명도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 감시 대상 공간의 그리딩(gridding)에 의한 샘플링 위치의 선정에 대한 설명도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수평각 및 고도각을 소정의 각도로 나눈 샘플링 방향에 대한 설명도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 여러 다면체를 활용하여 샘플링 방향을 선정하는 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐쇄 회로 티비 감시 시스템의 성능 평가 방법의 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐쇄 회로 티비 감시 시스템의 성능 평가 시스템의 구성도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 한 대의 감시 카메라에 의한 감시 해상도(α = 0°)의 산출 결과 그래프이다.
도 8 은 본 발명의 일 실시예에 따른 한 대의 감시 카메라에 의한 감시 해상도(α= 45°)의 산출 결과 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 두 대의 감시 카메라에 의한 감시 해상도(α 1 = 45°, α 2 = -45°)의 산출 결과 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 소정의 지하 주차장에서의 감시 카메라의 배치도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 10의 지하 주차장에서의 특정 감시 해상도 이상의 영역을 표시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 방향을 향하는 감시 대상체의 높이에 따른 감시 해상도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 +x축 방향을 향하는 감시 대상체의 높이에 따른 감시 해상도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 추가 후, 수직 방향을 향하는 감시 대상체의 높이에 따른 감시 해상도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 추가 후, +x축 방향을 향하는 감시 대상체의 높이에 따른 감시 해상도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 추가 후, 다양한 방향을 향하는 감시 대상체의 160cm 높이에서의 감시 해상도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 이하에서는 특정 실시예들을 첨부된 도면을 기초로 상세히 설명하고자 한다.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하에서는, 본 발명에 따른 폐쇄 회로 티비 감시 시스템의 성능 평가 방법 및 시스템의 예시적인 실시형태들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 감시 해상도의 정의 및 감시 대상체의 방향에 따른 감시 해상도의 변화에 대한 설명도이다. 먼저 도 1(a)에서는 감시 해상도의 정의를 도시하기 위한 도면을 보여주고 있다.
객체(즉, 감시 대상체)가 영상 상에 투영되었을 때, 객체가 어느 정도로 자세히 표현되었는가를 평가하는 대표적인 지표로는 공간(geometric), 복사(radiometric), 분광(spectral), 시간(temporal) 해상도를 들 수 있는데, 이 중에 영상으로부터 객체의 위치 및 형태 등과 같은 기하학적 특성을 파악하는 과정에 있어서는 영상의 공간 해상도가 가장 큰 영향을 미친다. 영상의 공간 해상도는 주로 영상 상의 단위 길이 또는 한 픽셀(pixel)에 투영되는 지상에서의 길이를 의미하는 지상 샘플링 길이(Ground Sampling Distance, 이하 GSD)로 표현된다. 이와 같은 맥락에 따라 폐쇄 회로 티비(Closed-Circuit TeleVision, 이하 CCTV)의 감시 성능은 관측하고자 하는 객체를 얼마의 GSD로 살펴볼 수 있는가로 판단할 수 있을 것이다. 따라서 감시 대상 공간 내 임의의 길이가 CCTV 영상 상에 얼마의 길이로 투영되었는가를 계산하고, 이 수치를 감시 해상도로 정의한다.
CCTV 카메라의 초점거리, 주점의 위치, 왜곡변수 등과 같은 내부특성을 나타내는 내부표정요소와 CCTV 카메라의 위치, 자세를 나타내는 외부표정요소를 포함하는 카메라 변수 및 객체의 위치와 방향을 알고 있다고 가정하면, 카메라 변수는 감시 대상 공간 내 CCTV 설치 직후, 취득 영상과 기준데이터를 활용하여 자체 보정(self-calibration)과 같은 카메라 모델링 과정에 의하여 산출될 수 있으며, 동일 카메라로부터 취득된 영상에 대해서는 이전에 산출된 카메라 변수를 그대로 적용할 수도 있다. 따라서 감시 대상 공간 내 특정 위치에 특정 방향을 향하고 있는 객체에 대한 하나의 카메라에 의한 감시 해상도(
Figure 112014036149956-pat00023
)는 하기 (수학식 1)과 같이 객체의 위치(
Figure 112014036149956-pat00024
)와 방향(
Figure 112014036149956-pat00025
)과 카메라 변수(
Figure 112014036149956-pat00026
)에 대한 함수로 표현할 수 있고, 다시 도 1(a)를 참고하면 하기 (수학식 2)와 같이 정의될 수 있다.
Figure 112014036149956-pat00027
Figure 112014036149956-pat00028
도 1(a)에서 볼 수 있는 바와 같이, 객체(
Figure 112014036149956-pat00029
)의 위치(
Figure 112014036149956-pat00030
)에 의하여 CCTV 카메라의 투영의 중심(
Figure 112014036149956-pat00031
)으로부터 객체까지의 수직거리(
Figure 112014036149956-pat00032
)와 광학축으로부터 벗어난 각(
Figure 112014036149956-pat00033
)이 결정되고, 객체(
Figure 112014036149956-pat00034
)의 실제 방향(
Figure 112014036149956-pat00035
)과 가장 높은 해상도로 CCTV 영상 상에 관측될 수 있는 방향(
Figure 112014036149956-pat00036
) 으로부터 그 사잇각(
Figure 112014036149956-pat00037
)이 결정된다.
Figure 112014036149956-pat00038
와
Figure 112014036149956-pat00039
는 각각 객체(
Figure 112014036149956-pat00040
)가 실제 위치하는 표면의 법선벡터(normal vector), 객체(
Figure 112014036149956-pat00041
)가 가장 높은 해상도로 영상 상에 투영될 수 있는 표면의 법선벡터와 같다. 실제 객체(
Figure 112014036149956-pat00042
)가 위치하는 표면에서의 이 영상으로 투영된 길이는
Figure 112014036149956-pat00043
이 되며, 최대 해상도를 성취할 수 있는 표면에 객체가 존재한다면
Figure 112014036149956-pat00044
의 길이로 투영되기 위해서
Figure 112014036149956-pat00045
이면 되고, 이에 따라 이들 간의 관계는 수식으로 나타내면 하기 (수학식 3)과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112014036149956-pat00046
Figure 112014036149956-pat00047
은 CCTV 영상의 축척을 적용하면 하기 (수학식 4)에 의해
Figure 112014036149956-pat00048
과 같아진다.
Figure 112014036149956-pat00049
은 실제 객체가 위치한 표면 위의
Figure 112014036149956-pat00050
이 영상 상에 투영된 길이
Figure 112014036149956-pat00051
에 대하여 아래 (수학식 5)와 같은 관계를 갖는다.
Figure 112014036149956-pat00052
Figure 112014036149956-pat00053
이상의 (수학식 3 내지 5)와 같은 관계를 이용하여, (수학식 2)의
Figure 112014036149956-pat00054
에 위치하며
Figure 112014036149956-pat00055
방향을 가지는 객체(
Figure 112014036149956-pat00056
)에 대한 감시 해상도는 객체(
Figure 112014036149956-pat00057
)가 존재하는 위치와 방향에 의해 결정되는
Figure 112014036149956-pat00058
에 의하여 하기 (수학식 6)과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112014036149956-pat00059
또한, 영상의 공간 해상도는 1) 지상의 단위 길이가 영상 상에 몇 픽셀로 표현되는지, 혹은 2) 영상 상의 한 픽셀이 지상에서 얼마의 길이를 표현하는지와 같은 두 가지의 수치를 채택하여 표현할 수 있다. 이와 같은 개념을 객체의 위치와 방향에 따라 결정되는 CCTV 영상의 감시 해상도에 적용하면, 전자의 경우는 (수학식 6)과 같이 표현되고 후자의 경우는 하기 (수학식 7)과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112014036149956-pat00060
그런데, 도 1(b)에서와 같이 동일한 위치에 객체가 존재하더라도 객체가 바라보는 방향이
Figure 112014036149956-pat00061
이라면 최대의 해상도로 영상 상에
Figure 112014036149956-pat00062
가 나타나지만,
Figure 112014036149956-pat00063
을 법선벡터로 하는 평면을 기준으로
Figure 112014036149956-pat00064
만큼 기울어진 표면에
Figure 112014036149956-pat00065
가 존재할 때 그 해상도는 최대 해상도보다 낮은 해상도로 영상 상에 나타날 것이다.
Figure 112014036149956-pat00066
의 크기가 점점 커져 90°에 이르면 객체는
Figure 112014036149956-pat00067
의 방향을 바라보는 상황이 되어 영상 상에서 관측이 불가능해질 것이다. 이에 따라, (수학식 7)과 같은 방식으로 객체의 위치 및 방향에 따른 감시 해상도를 결정하게 되면,
Figure 112014036149956-pat00068
의 값이 0이 되는 경우가 발생하여 감시 해상도를 정의할 수 없게 된다. 따라서, 본 발명에서 CCTV에 의한 감시 해상도는 (수학식 6)의 정의를 사용하기로 한다. 또한,
Figure 112014036149956-pat00069
가 90°보다 큰 경우에 대해서는 감시 해상도가 음의 부호를 갖게 되지만 이는 감시하고자 하는 객체면의 반대 방향이 영상 상에 투영되는 경우와 같다. 예를 들면, 범죄 용의자의 얼굴을 관측하고 싶으나 CCTV 영상 상에는 용의자의 뒤통수만 관측되는 경우이다. 이때의 감시 해상도는 의미가 없으므로 음의 해상도 대신에 0으로 감시 해상도를 결정하는 것이 보다 적절하다.
(수학식 6)과 같이 특정 위치에서 특정 방향을 바라보는 객체에 대한 감시 해상도를 결정하기 위해서는
Figure 112014036149956-pat00070
를 알아야 한다. 카메라 모델링과 감시 영역의 공간 모델링을 통하여 CCTV 카메라의 내·외부표정요소와 객체의 위치와 방향을 알고 있다고 가정하였으므로, 이를 이용하여
Figure 112014036149956-pat00071
을 다음과 같이 산출할 수 있다.
우선 동일한 3차원 공간좌표계를 기준으로 표현되는 카메라의 외부표정요소(
Figure 112014036149956-pat00072
)와 객체의 위치
Figure 112014036149956-pat00073
(
Figure 112014036149956-pat00074
)로부터 객체에서 카메라 투영의 중심(
Figure 112014036149956-pat00075
)까지의 거리(
Figure 112014036149956-pat00076
)와 카메라 광학축의 단위벡터(
Figure 112014036149956-pat00077
)를 계산한다. 이어서, CCTV 카메라를 통해 객체가 가장 높은 해상도로 관측될 수 있는 표면의 법선 벡터
Figure 112014036149956-pat00078
를 하기 (수학식 8)을 이용하여 계산한다.
Figure 112014036149956-pat00079
다음으로 CCTV 카메라의 광학축으로부터 객체가 벗어난 각(off-axis angle)
Figure 112014036149956-pat00080
는 (수학식 9)와 같은 관계를 이용하여 결정하고, 이로부터 (수학식 10)을 이용하여
Figure 112014036149956-pat00081
를 계산한다. 또한, 객체가 실제 위치하는 표면과 CCTV 카메라를 통해 객체가 가장 높은 해상도로 관측될 수 표면이 이루는 각
Figure 112014036149956-pat00082
는 두 표면의 법선벡터 간의 내적을 이용하는 (수학식 11)과 같은 관계를 이용하여 결정할 수 있다.
Figure 112014036149956-pat00083
Figure 112014036149956-pat00084
Figure 112014036149956-pat00085
한 대의 CCTV 카메라와 한 개의 객체 간의 상대적인 위치와 자세에 의하여 (수학식 9 내지 11)과 같이
Figure 112014036149956-pat00086
가 달라지고, 이에 따라 (수학식 6)과 같이 정의되는 감시 해상도가 달라질 것이다. 그러나 보통은 감시 대상 공간 내에 다수의 카메라가 설치되고, 경우에 따라 한 개의 객체가 복수의 카메라 영상에 나타날 수 있다. 해당 객체에 대한 감시 해상도는 각각의 CCTV 카메라와 객체 간의 상대적인 위치와 자세에 의하여 결정되기 때문에 각각의 카메라 영상마다 다른 감시 해상도가 성취될 것이다. 한 개의 객체가 서로 다른 감시 해상도로 복수의 카메라 영상에 나타나더라도, 그 중 가장 큰 값의 감시 해상도를 가지는 영상을 이용하면 되므로, 결국 그 객체에 대한 감시 해상도는 복수의 감시 해상도 중 가장 큰 값으로 정의하여 사용할 수 있다. 이와 같은 사실을 고려하여, 다수의 카메라로 구성되는 CCTV 감시 시스템의 감시 대상 공간 내 하나의 객체의 위치와 방향에 따른 감시 해상도(
Figure 112014036149956-pat00087
)는 최종적으로 (수학식 12)와 같이 표현할 수 있다. 이때,
Figure 112014036149956-pat00088
은 CCTV 감시 시스템의 총 카메라 개수를 의미한다.
Figure 112014036149956-pat00089
다음으로는, 앞서 살펴본 일련의 과정을 통하여 감시 해상도를 산출한 후, 이어서 감시 성능 지수를 어떻게 정의하고 산출할 것인가에 대하여 살펴 본다.
상기한 바와 같이, 감시 대상 공간 내 객체의 위치와 방향에 따라
Figure 112014036149956-pat00090
가 결정되고, 이에 따라 (수학식 12)를 사용하여 객체에 대한 감시 해상도
Figure 112014036149956-pat00091
가 산출될 수 있다. 이어서, 소정의 감시 대상 공간이 CCTV 감시 시스템에 의해 얼마나 효과적으로 감시되고 있는지를 정량적으로 평가하는 감시 성능 지수는, 감시 대상 공간 내의 모든 위치에서 객체의 방향에 따른 감시 해상도를 산출하여 그 감시 해상도가 일정한 임계값(
Figure 112014036149956-pat00092
) 이상이 되는 비율을 하기 (수학식 13)과 같이 산출하여 정량화할 수 있다. 여기서
Figure 112014036149956-pat00093
은 대상 공간에서 샘플링된 위치(샘플링 위치)의 개수이며,
Figure 112014036149956-pat00094
은 각 개별 위치에서 객체(감시 대상체)가 취할 수 있는 방향(샘플링 방향)의 개수이다.
Figure 112014036149956-pat00095
감시 해상도를 기반으로 감시 대상 공간에 대한 감시 성능 지수를 산출할 때, 먼저 감시 대상 공간 전체 범위를 포함하면서 객체가 존재할 수 있는 3차원 위치와 각각의 위치에서 객체가 바라볼 수 있는 방향을 적절하게 샘플링(sampling)하는 것이 중요하다. 공간에서 3차원 위치에 대한 샘플링은 공간상에 임의의 3차원 직교좌표계를 정의하고 각 축을 따라 일정 간격으로 분할하여 도 2와 같이 3차원 격자를 형성하는 것이다. 공간 내 형성된 모든 3차원 격자의 위치 즉
Figure 112014036149956-pat00096
에서 감시 해상도를 정의할 수 있다. 예를 들어, 1 × 1 × 1 ㎥ 크기의 공간 내 각 축 방향으로 10 ㎝ 간격으로 위치에 대한 샘플링을 수행하면, 총 1,000 개의 위치가 정의될 수 있다.
또한, 임의의 3차원 위치에서 객체(감시 대상체)가 바라볼 수 있는 방향은 수평범위로 360°, 수직범위로 180°이며, 이에 대한 입체각(solid angle)은 4π가 된다. 이 모든 범위를 포함하도록 방향에 대한 샘플링을 위하여 임의의 3차원 위치를 중심으로 도 5와 같이 일정한 수평각과 고도각으로 분할하는 방법을 고려할 수 있다. 이에 따라, 임의의 위치에서 객체가 취할 수 있는 방향 즉
Figure 112014036149956-pat00097
에서 각각 감시 해상도가 정의되게 된다. 예를 들어, 1°의 간격으로 방향에 대한 샘플링을 수행한다면, 한 위치마다 취할 수 있는 방향은 총 360 × 180 = 64,800 개이다. 샘플링된 방향의 개수를 줄이기 위하여 수평각과 고도각 간격을 10°, 45°로 늘린다면, 각각 648 개, 32 개의 방향이 정의될 수 있다. 이에 따라, 1 ㎥ 공간 내 정의되는 1,000 개의 위치마다 8 × 4 = 32 개의 방향에 대한 감시 해상도를 산출하더라도 총 연산 횟수는 32,000 번에 이른다.
이와 같이 특정 위치에서 전방위로 일정한 수평각과 고도각으로 나눠 방향에 대한 샘플링을 수행할 때, 정의된 방향을 직관적으로 인지하는 것이 용이하다는 장점이 있지만, 정의된 개별 방향이 커버하는 입체각이 모두 동일하지 못하다는 단점이 있다. 특히, 고도각이 커질수록 개별 방향이 커버하는 입체각은 작아지게 되는 문제가 나타난다.
이에 대하여, 정의된 모든 방향이 동일한 크기의 입체각의 범위를 대표하도록 하기 위하여 특정 위치를 중심으로 하는 구에 내접하는 정다면체의 꼭짓점 또는 개별 면의 중심점을 고려할 수 있다. 예를 들어 도 4에서 볼 수 있는 (a)정사면체, (b)정육면체, (c)정팔면체, (d)정십이면체, (e)정이십면체 및 그 외에도 다양한 정다면체를 사용하는 것도 가능하다. 도 4(d) 정십이면체를 사용하는 경우를 보면, 특정 위치를 중심으로 하는 구에 내접하는 정이십면체를 가정하고, 구의 중심점으로부터 각각의 정이십면체 꼭지점으로 향하는 방향에 대하여 샘플링을 수행한다면, 샘플링되는 방향의 수도 12 개로 줄고 모든 방향이 대표하는 입체각의 크기도 동일해질 수 있게 된다. 나아가, 꼭지점, 면의 중심점 뿐만 아니라 정다면체의 각 모서리의 중심점을 사용하여 방향을 샘플링하는 것도 가능하다.
이어서, 앞서 살펴본 감시 해상도 및 감시 성능 지수를 사용하는 특정한 감시 대상 공간에 대한 폐쇄 회로 티비 감시 시스템의 성능 평가 방법 및 시스템을 보다 자세하게 살펴본다.
먼저, 특정 감시 대상 공간에 대한 감시 성능 지수의 산출을 위하여, 상기 감시 대상 공간에 대한 3차원 모델과 CCTV 카메라의 내·외부특성을 나타내는 변수를 이용하여 감시 대상 공간을 정의한다. 다음으로 감시 대상 공간의 전체 범위를 포함하도록 감시 대상 공간 내 3차원 위치를 샘플링하고, 개별 위치마다 객체의 방향을 명시할 수 있도록 방향에 대한 샘플링을 수행한다. 이어서 (수학식 6)으로부터 샘플링을 통해 정의된 모든 위치에서 객체의 방향에 따른 감시 해상도를 산출한다. 마지막으로 (수학식 13)으로부터 감시 목적에 따라 정하여지는 소정의 기준 해상도를 기준으로 하여, 상기 감시 대상 공간의 각 위치에 대하여 산출된 감시 해상도를 비교하여 감시 성능 지수를 산출하여 감시 성능 평가를 수행하게 된다.
도 5에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐쇄 회로 티비 감시 시스템의 성능 평가 방법의 흐름도를 보여주고 있다. 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 폐쇄 회로 티비 감시 시스템의 성능 평가 방법은 감시 대상 공간을 정의하는 단계(S510), 감시 대상 공간에 대한 소정의 샘플링 위치를 선정하고, 각 샘플링 위치에 대하여 하나 이상의 샘플링 방향을 선정하는 단계(S520), 각 샘플링 위치 및 그에 대한 각 샘플링 방향에 대하여 감시 해상도를 산출하는 단계(S530) 및 전체 감시 대상 공간에 대하여 감시 목적에 따르는 소정의 감시 해상도를 기준으로 감시 성능 지수를 산출하는 단계(S540)를 포함하여 구성될 수 있다.
또한 도 6에서는 본 발명의 일 실시예에 따르는 폐쇄 회로 티비 감시 시스템의 성능 평가 시스템(600)을 도시하고 있다. 도 6에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르는 폐쇄 회로 티비 감시 시스템의 성능 평가 시스템(600)은 감시 대상 공간에 대한 소정의 샘플링 위치를 선정한 후, 각 샘플링 위치에 대하여 하나 이상의 샘플링 방향을 선정하는 감시 대상 공간 모델링부(610), 각 샘플링 위치 및 그에 대한 각 샘플링 방향에 대하여 감시 해상도를 산출하는 감시 해상도 산출부(620), 산출된 상기 감시 해상도가 소정의 기준 해상도보다 큰 경우를 산정하는 감시 성능 지수 산출부(630) 및 사용자로부터 소정의 입력을 받아, 그에 따라 상기 감시 대상 공간 모델링부(610), 감시 해상도 산출부(620), 감시 성능 지수 산출부(630)를 제어하고, 산출된 감시 성능 지수 혹은 감시 해상도 정보를 사용자에게 제공하는 제어 및 인터페이스부(640)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 본 발명의 일 실시예에 따르는 폐쇄 회로 티비 감시 시스템의 성능 평가 방법 및 시스템을 보다 자세하게 살펴보면 아래와 같다.
먼저, 사용자는 감시 성능을 평가하고자 하는 특정의 감시 영역을 정하고 감시 대상 공간을 확정한다(S510). 이어서, 사용자는 제어 및 사용자 인터페이스부(640)를 통하여 감시 성능의 평가에 필요한 데이터들을 입력하고, 그로부터 산출하고자 하는 목적 데이터(예를 들어, 전제 감시 대상 공간의 감시 성능 지수)를 설정한다.
제어 및 사용자 인터페이스부(640)는 감시 대상 공간에 관한 데이터 등을 감시 대상 공간 모델링부(610)로 전송하고, 감시 대상 공간에 대한 소정의 샘플링 위치를 선정한 후, 각 샘플링 위치에 대하여 하나 이상의 샘플링 방향을 선정하는 작업을 수행하도록 한다(S520). 산출된 감시 대상 공간의 모델링 데이터는 감시 해상도 산출부(620)로 전달되고, 제어 및 사용자 인터페이스부(640)는 감시 해상도의 산출에 필요한 데이터와 명령을 전달하여 적절하게 제어하여 감시 대상 공간의 각 샘플링 위치 및 그에 대한 각 샘플링 방향에 대한 감시 해상도가 산출되도록 한다(S530). 이어서, 산출된 감시 해상도 정보는 감시 성능 지수 산출부(630)로 전송되고, 제어 및 사용자 인터페이스부(640)는 감시 목적에 따라 결정되는 기준 해상도와 상기 산출된 감시 대상 공간의 각 샘플링 위치 및 그에 대한 각 샘플링 방향에 대한 감시 해상도를 비교하여 감시 성능 지수를 산출하게 된다(S540).
이때, 상기 감시 성능 지수를 산출함에 있어서는 전체 감시 대상 공간에 대한 샘플링 위치 및 각 샘플링 방향에 대하여, 산출된 상기 감시 해상도가 소정의 기준 해상도보다 큰 경우의 비율을 구함으로써, 감시 성능 지수를 산출하는 것이 가능하다.
이때, 방향에 대한 샘플링에 있어서 수평각과 고도각을 일정한 간격으로 나누어 샘플링 방향을 선정할 수도 있으나, 나아가 소정의 구에 내접하는 정사면체, 정육면체, 정팔면체, 정십이면체, 정이십면체 또는 다른 정다면체에 대하여, 상기 구의 중심점에서 꼭지점, 각 모서리의 중심점, 또는 각 면의 중심점으로 향하는 방향을 샘플링 방향으로 선정하는 경우 입체각의 크기를 동일하게 할 수 있다는 장점이 있다.
각 샘플링 위치 및 그에 대한 각 샘플링 방향에 대한 감시 해상도(
Figure 112014036149956-pat00098
)를 산출함에 있어서는, 감시 대상체의 위치에 의하여 감시 카메라의 투영의 중심으로부터 객체까지의 수직 거리(
Figure 112014036149956-pat00099
)와 광학축으로부터 벗어난 각도(
Figure 112014036149956-pat00100
), 감시 대상체의 실제 방향과 가장 높은 해상도로 감시 카메라 영상에 관측될 수 있는 방향 간의 사이 각도(
Figure 112014036149956-pat00101
), 그리고 감시 카메라의 투영의 중심으로부터 영상면까지의 수직 거리(
Figure 112014036149956-pat00102
)에 대하여, (수학식 6)
Figure 112014036149956-pat00103
에 의하여 산출하는 것이 가능하고, 나아가 특정 감시 대상체를 촬영하는 감시 카메라가 복수개 존재하는 경우에는, 각 감시 카메라에서의 감시 해상도 중 최대치를 감시 해상도로 산출하는 방법으로 감시 해상도를 산출할 수 있게 된다.
또한, 전체 감시 대상 공간에 대한 감시 성능 지수는, 앞서 살핀 바와 같이 분할된 전체 샘플링 위치의 숫자(
Figure 112014036149956-pat00104
), 각 샘플링 위치에서의 샘플링 방향의 숫자(
Figure 112014036149956-pat00105
), 각 샘플링 위치의 복수의 카메라를 고려한 감시 해상도(
Figure 112014036149956-pat00106
), 기준 해상도(
Figure 112014036149956-pat00107
)에 대하여, (수학식 13)
Figure 112014036149956-pat00108
에 의하여 산출할 수 있게 된다.
아래에서는 본 발명의 다양한 실시예로서 감시 해상도를 산출하고, 이를 바탕으로 대상 공간에 대한 감시 성능을 산출하는 예시를 통하여 본 발명에 대한 이해를 돕고자 한다. 이때, CCTV 카메라의 내부특성에 관한 변수로써, 초점길이, 픽셀크기, 감지기(detector) 크기는 각각 10 ㎜, 5 ㎛, 4000×3000로 가정하였다.
실시예 1. 하나의 위치에서의 감시 해상도
20 x 10 x 3 ㎥ 크기를 갖는 직육면체의 실내 공간(감시 대상 공간)을 가정하자. 바닥면의 남서쪽 모서리를 지상좌표계의 원점으로 하자. 정의된 실내 공간 내의 천장 중심, 즉 (10, 5, 3) 위치에 직하방을 바라보도록 CCTV 카메라가 설치되었고 CCTV 카메라의 광학축 상 지상으로부터 1 m 높이 즉 (10, 5, 1) 위치에 객체(감시 대상체)가 있을 때, 객체의 방향에 따른 감시 해상도를 산출하여 시각화한 결과는 도 7(a)와 같다. 객체의 방향은 일정 간격의 수평각과 고도각을 갖도록 샘플링하여 표현한 결과이며, 객체의 방향이 객체와 카메라 투영 중심(C1) 위치를 잇는 방향과 같을 때 가장 높은 감시 해상도를 갖는 것을 확인할 수 있다.
감시 해상도를 표현한 결과를 확대하면 도 7(b)의 좌측 그래프와 같고, 이때 감시 해상도는 지상에서 1 ㎝의 길이가 CCTV 영상 상에서 몇 개의 픽셀로 표현되는 지로 정의하였다. CCTV 카메라의 광학축 상에 객체가 위치하므로
Figure 112014036149956-pat00109
는 0°이고, 객체가 바라보는 방향에 따라
Figure 112014036149956-pat00110
가 0°에서 180°까지 바뀔 수 있다. 도 7(b)의 우측 그래프에서 볼 수 있는 바와 같이, 광학축과 일치하는 방향으로 바라볼 때
Figure 112014036149956-pat00111
는 0°로 감시 해상도는 최대가 된다.
Figure 112014036149956-pat00112
의 값이 커짐에 따라 감시 해상도가 줄어들어
Figure 112014036149956-pat00113
가 90°가 될 때 감시 해상도는 0이 된다.
Figure 112014036149956-pat00114
가 90°를 넘어 180° 이내의 값을 가지는 경우는 객체가 CCTV 카메라 반대방향을 바라보는 상황으로 CCTV 영상 상에서 객체를 확인하는 것이 불가능하므로 이러한 경우 감시 해상도는 모두 0이 된다.
도 8(a)는 CCTV 카메라의 광학축으로부터 45° 벗어난 직선상에 객체(감시 대상체)가 위치하는 경우, 즉
Figure 112014036149956-pat00115
가 45°일 때 객체의 방향에 따른 감시 해상도를 표현한 것이다. 이때 CCTV 카메라는 (8, 5, 3) 위치에 직하방을 바라보도록 설치되었고, 객체는 (10, 5, 1)좌표를 갖는 위치에 존재한다.
동일한 위치에 객체가 존재하더라도 객체가 카메라 투영의 중심과 객체를 잇는 직선 방향으로 바라볼 때, 즉 -x 축에서 위쪽으로 45°인 방향(수평각: 180°, 고도각: 45)°으로 바라볼 때, 가장 높은 감시 해상도가 성취되는 것을 도 8(b)에서 확인할 수 있다. 이처럼 동일한 위치에 객체가 존재하더라도 CCTV 카메라와 객체 간의 상대적인 위치 관계에 따라 최대의 감시 해상도가 성취될 수 있는 객체의 방향이 바뀐다.
이상의 시뮬레이션은 한 대의 CCTV 카메라에 의해 한 객체점이 모니터링 될 때의 감시 해상도에 관한 것이다. 아래에서는, 감시 대상 공간 내에 두 대 이상의 CCTV 카메라가 설치되고, 이들에 의해 한 객체가 모니터링될 때 객체의 방향에 따른 감시 해상도를 확인해 본다. (8, 10, 3)과 (12, 10, 3)의 위치에 두 대의 CCTV 카메라가 직하방을 바라보도록 설치되었고, 객체는 (10, 10, 1)의 위치에 존재하여 각 카메라의 광학축으로부터 각각 45° 벗어난 직선상에 객체가 위치하는 경우 객체의 방향에 따른 감시 해상도를 표현한 결과는 도 9(a)와 같다.
도 7(a), 도 8(a)에서와 같은 공간 내 동일한 위치에 존재하는 객체를 시뮬레이션 했지만, 두 대의 CCTV 카메라와의 상대적인 기하관계로 인하여 최대의 감시 해상도를 성취할 수 있는 객체의 방향은 두 방향으로 수평각, 고도각이 0°, 45°일 때와 180°, 45°인 경우이다. 방향에 대한 샘플링 간격을 5°로 하였을 때, 객체가 한 위치에서 취할 수 있는 방향은 총 36 × 72 = 2539 가지로, 한 대의 CCTV 카메라가 설치된 경우는 객체가 CCTV 영상 상에 나타나는 방향의 비율은 50 %였지만, 도 9(b)에서 확인할 수 있듯이 두 대의 CCTV 카메라가 설치된 경우에는 총 1766 개의 방향에서 CCTV 영상 상에 관측되어 그 비율이 약 67 %로 50 % 이상이었다.
실시예 2. 소정의 감시 대상 공간에 대한 감시 성능 지수
아래에서는 앞서 살펴본 한대 혹은 두대의 CCTV 카메라에 의한 감시 해상도의 산출에서 더 나아가 소정의 감시 대상 공간에 대한 감시 성능 지수를 산출하는 일련의 과정 및 그 결과를 자세하게 검토한다. 일상 공간에서 가장 쉽게 CCTV 시스템을 발견할 수 있는 곳은 아파트나 여타 건물들의 지하주차장이다. 따라서 앞서 살펴본 감시 해상도의 개념을 바탕으로 공간에 대한 감시 성능을 평가하기 위한 감시 대상 공간으로써 일반적인 주차 공간의 구성과 주차 구역의 크기를 참조하여 도 10(a)와 같은 지하주차장을 모의 생성하였다. 생성된 주차장의 평면적은 104.1 × 34 ㎡이고, 높이는 3 m이다. 또한, 지하주차장 내 CCTV카메라는 주로 자동차나 사람이 이동하는 통로를 따라 천장에 도 10(b)와 같이 서로 반대방향을 바라보도록 쌍으로 설치되는 점을 반영하여 개별 CCTV 카메라의 위치 및 방향을 정하였다. 이때 카메라 쌍 간의 거리는 x축 방향으로 약 20 m, y축 방향으로 17 m이며, y축 방향으로 각각 ± 12°씩 회전되어 설치된 것으로 가정하였다.
정의된 공간 내에서 객체가 존재할 수 있는 위치는 50 ㎝ 간격의 3차원 격자점마다 샘플링하고, 객체가 바라볼 수 있는 방향은 수평각·고도각 체계에서 90°마다 샘플링하여, 지하주차장에서 임의의 객체가 가질 수 있는 위치와 방향에 대하여 배치된 CCTV 카메라를 통하여 관측되는 감시 해상도를 산출하였다.
도 11(a)는 객체가 바닥에 위치하면서(z = 0) 천장을 바라볼 경우, 배치된 CCTV 카메라 영상 상에 0보다 큰 감시 해상도로 관측될 수 있는 객체의 수평위치를 표현한 것이다. 총 14421 개 중, 10138 개의 바닥 위치가 CCTV 영상 상에 관측되어, 바닥면의 약 70.3 %가 감시 가능 영역으로 산출되었다. 이와 같은 감시 성능 평가 결과는 기존의 2차원 평면도 상에 개별 CCTV 카메라의 커버리지를 작도하여 사각지역을 산출하는 방식의 결과와 유사하다.
그런데, 예를 들어 주차장을 통해 침입했던 범죄자의 신원을 CCTV 카메라 영상으로부터 파악하고자 한다면, 범죄자가 영상 상에 나타나야 함은 물론 영상으로부터 범죄자의 얼굴인식이 가능해야 할 것이다. 그러나 기존의 평면도 기반의 사각지역 산출에 의한 감시 성능 평가로는 이와 같은 목적 달성 여부를 가늠할 수 없다. 사용되는 CCTV 카메라의 특성변수에 따라 차이는 있겠지만, 보통 CCTV 영상으로부터 세부적으로 객체를 감시하고자 한다면 60 pixels/ft, 일반적인 감시를 위해서는 20 pixels/ft의 해상도가 요구된다고 한다(Theia Technologies, 2009). 따라서 CCTV 영상으로부터 일면식이 없는 범죄자의 이목구비를 구체적으로 인지하기 위해서는 감시 해상도가 약 2 pixels/㎝ 이상이어야 한다. 도 11(b)는 객체가 연직상방을 바라본다고 가정할 때, 공간 내 바닥면에서의 감시 해상도를 표현한 것이고, 도 11(c)는 이로부터 감시 해상도가 2 pixels/㎝ 이상 성취되는 바닥면에서의 위치를 나타낸 것이다. 이 결과는 총 14421 개 중, 3678 개의 위치에서 2 pixels/㎝ 이상의 해상도가 나타난 것으로, 범죄자의 얼굴이 바닥 높이에 있을 때 약 25.5 %의 비율로 관측이 가능하다는 것을 의미한다. 이처럼 제안된 CCTV에 의한 감시 성능 평가 방법을 통하여 CCTV 영상이 감시 목적 달성을 위한 해상도를 어느 정도의 비율로 성취할 수 있는지 판단할 수 있게 된다.
뿐만 아니라 본 발명에 따른 평가 방법은 감시 대상 객체의 기하학적 특성 및 이동 경향을 반영하여 공간에 대한 3차원 정밀 감시 성능 평가를 수행할 수 있도록 한다. 도 10(a)에서 붉은색 영역(A)은 주차장에서 건물로 사람이 진입할 수 있는 에스컬레이터나 승강기가 위치하여, 감시에 있어 주의를 요하는 영역이다. 이 특정 영역에 대하여 현재 범죄 예방 및 대처에 있어서 CCTV 감시 성능이 얼마나 취약한지 확인해 볼 수 있다. 감시 성능 평가 대상 공간은 수평적으로 붉은 영역의 평면 범위로, 수직적으로 200 ㎝ 이하로 한정하였으며, 대상 객체의 방향은 전방위로 설정하였다. 이와 같은 범위 내에서 객체의 위치에 대한 샘플링 간격은 40 ㎝, 객체의 방향에 대한 샘플링 간격은 30°로 설정하여 위치와 방향에 따른 감시 해상도를 산출하였다. 도 12는 객체가 연직상방으로 향하고 있을 때, 객체의 높이에 따른 평면 위치에서의 감시 해상도를 나타낸다. 객체의 높이가 높아짐에 따라 대상 영역에 대한 감시 성능이 확연히 줄어드는 것을 확인할 수 있다. 기존 방식처럼 붉은 영역의 평면 도면에 CCTV 카메라의 화각을 고려하여 커버리지를 산출한다면 도 12(a)와 유사한 결과를 얻을 수 있을 것이다. 그러나 성인의 평균 신장을 고려한다면, 얼굴의 위치는 주로 160 cm의 높이에 있을 것이다. 도 12(d)를 살펴보면 실제로는 붉은 영역에 대해 CCTV 영상으로부터 사람의 신원 파악이 매우 어렵다는 것을 알 수 있다.
또한, 얼굴면이 주로 향하는 방향을 고려하여 객체의 방향이 +x축 방향과 같을 때, 객체의 높이에 따른 감시 해상도는 도 13과 같다. 실질적인 객체의 방향까지 고려되면, 객체를 기준으로 +x축에 설치된 CCTV 영상 상에서는 도 12와 비교하여 더 높은 해상도가 성취되는 반면, -x축에 설치된 CCTV 영상 상에는 객체가 감시되지 않는다는 것을 확인할 수 있다.
상기와 같은 감시 성능을 개선하기 위하여 CCTV 카메라 1대를 추가 설치하는 경우의 감시 성능을 검토해 본다. 추가 카메라의 설치 위치로써 (26.6, 17, 3)에 y축에 대하여 -12°만큼 회전시켜 카메라를 설치했을 때, 붉은 영역에 대한 감시 해상도의 변화를 살펴보고자 한다. 도 14는 카메라 추가 후, 객체의 방향이 연직상방일 때, 높이에 따른 감시 해상도를 보여준다. 도 12와 비교하여 카메라를 해당 위치에 추가 설치함으로써, 붉은색 영역도 15는 카메라 추가 설치 후, 객체의 방향이 +x축 방향과 같을 때, 객체의 높이에 따른 감시 해상도다. 도 13과 비교하여 대상 영역의 중심부분에 대한 감시 성능이 상당히 개선된 것을 확인할 수 있다.
도 16은 대상 객체의 높이가 160 ㎝일 때, 객체의 주요 방향에 따른 감시 해상도를 나타낸다. 동일한 위치에 객체가 존재하더라도, 이처럼 객체가 향하는 방향에 따라 대상 영역에서의 감시 성능이 확연하게 달라질 수 있다는 것을 알 수 있다. 또한, 도 16(f)와 같이 객체가 -z축 방향으로 바라보는 경우에는 카메라를 추가 설치하였더라도 CCTV 영상 상에 전혀 나타나지 않는 경우도 있다. 이는 범죄자가 의도적으로 바닥을 바라보면서 이동하는 경우에는 CCTV 영상으로부터 얼굴을 전혀 인식할 수 없음을 의미한다. 이러한 경우까지 감시하고자 한다면 CCTV 카메라를 낮은 높이, 예를 들어 0 ~ 50 ㎝의 범위에 설치함으로써, 감시 성능을 개선할 수 있을 것이다.
위치와 방향에 대한 샘플링 간격에 따라 도 10(a)의 붉은색 영역(A)에 대하여 총 37(x) × 20(y) × 6(z) × 12(수평각) × 7(고도각) = 372960 개의 감시 해상도가 산출되었으며, 카메라를 추가로 설치하기 전에는 감시 해상도가 2 pixels/㎝ 이상인 비율이 0.362 %, 1 pixels/cm 이상인 비율이 0.388 % 이었으나, 설치 후에는 2 pixels/㎝ 이상인 비율이 9.156 %, 1 pixels/cm 이상인 비율이 10.213 %로 감시 성능이 크게 개선되었음을 확인할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
600 : 폐쇄 회로 티비 감시 시스템의 성능 평가 시스템
610 : 감시 대상 공간 모델링부
620 : 감시 해상도 산출부
630 : 감시 성능 지수 산출부
640 : 제어 및 사용자 인터페이스부

Claims (16)

  1. (a) 감시 대상 공간에 대하여 3차원으로 샘플링 위치를 선정하는 단계;
    (b) 각 샘플링 위치에 대하여 하나 이상의 샘플링 방향을 선정하는 단계;
    (c) 각 샘플링 위치 및 샘플링 방향에 대하여 지상 샘플링 길이(GSD)를 기초로 감시 해상도를 산출하는 단계; 및
    (d) 상기 감시 대상 공간에 대한 각 샘플링 위치와 각 샘플링 방향에 대하여 산출된 감시 해상도를 기초로 감시 성능 지수를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐쇄 회로 티비 감시 시스템의 성능 평가 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (d) 단계는,
    산출된 상기 감시 해상도가 소정의 기준 해상도보다 큰 경우의 비율을 구하여 감시 성능 지수를 산출하는 것을 특징으로 하는 폐쇄 회로 티비 감시 시스템의 성능 평가 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서,
    수평각과 고도각을 일정한 간격으로 나누어 샘플링 방향을 선정하는 것을 특징으로 하는 폐쇄 회로 티비 감시 시스템의 성능 평가 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서,
    소정의 구에 내접하는 정다면체에 대하여,
    상기 구의 중심점에서 꼭지점, 각 모서리의 중심점, 또는 각 면의 중심점으로 향하는 방향을 샘플링 방향으로 선정하는 것을 특징으로 하는 폐쇄 회로 티비 감시 시스템의 성능 평가 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서,
    각 샘플링 위치 및 샘플링 방향에 대한 감시 해상도(
    Figure 112014036149956-pat00116
    )는,
    감시 대상체의 위치에 의하여 감시 카메라의 투영의 중심으로부터 객체까지의 수직 거리(
    Figure 112014036149956-pat00117
    )와 광학축으로부터 벗어난 각도(
    Figure 112014036149956-pat00118
    ), 감시 대상체의 실제 방향과 가장 높은 해상도로 감시 카메라 영상에 관측될 수 있는 방향 간의 사이 각도(
    Figure 112014036149956-pat00119
    ), 그리고 감시 카메라의 투영의 중심으로부터 영상면까지의 수직 거리(
    Figure 112014036149956-pat00120
    )에 대하여,
    Figure 112014036149956-pat00121

    에 의하여 산출되는 것을 특징으로 하는 폐쇄 회로 티비 감시 시스템의 성능 평가 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    감시 대상체를 촬영하는 감시 카메라가 복수개 존재하는 경우에는,
    각 감시 카메라에서의 감시 해상도 중 최대치를 감시 해상도로 산출하는 것을 특징으로 하는 폐쇄 회로 티비 감시 시스템의 성능 평가 방법.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 (d) 단계에서,
    전체 감시 대상 공간에 대한 감시 성능 지수는,
    전체 샘플링 위치의 숫자(
    Figure 112016021727909-pat00122
    ), 각 샘플링 위치에서의 샘플링 방향의 숫자(
    Figure 112016021727909-pat00123
    ), 각 샘플링 위치 및 샘플링 방향에서의 복수의 카메라를 고려한 감시 해상도(
    Figure 112016021727909-pat00124
    ), 기준 해상도(
    Figure 112016021727909-pat00125
    )에 의하여 산출되는 것을 특징으로 하는 폐쇄 회로 티비 감시 시스템의 성능 평가 방법.
  8. 제 1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 수행하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독이 가능한 기록 매체.
  9. 감시 대상 공간에 대하여 3차원으로 샘플링 위치를 선정한 후, 각 샘플링 위치에 대하여 하나 이상의 샘플링 방향을 선정하는 감시 대상 공간 모델링부;
    각 샘플링 위치 및 샘플링 방향에 대하여 지상 샘플링 길이(GSD)를 기초로 감시 해상도를 산출하는 감시 해상도 산출부;
    상기 감시 대상 공간에 대한 각 샘플링 위치와 각 샘플링 방향에 대하여 산출된 감시 해상도를 기초로 감시 성능 지수를 산출하는 감시 성능 지수 산출부; 및
    상기 감시 대상 공간 모델링부, 감시 해상도 산출부 및 감시 성능 지수 산출부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐쇄 회로 티비 감시 시스템의 성능 평가 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는 사용자로부터 소정의 입력을 받아,
    그에 따라 상기 감시 대상 공간 모델링부, 감시 해상도 산출부 및 감시 성능 지수 산출부를 제어하고,
    산출된 감시 성능 지수 혹은 감시 해상도 정보를 사용자에게 제공하는 것을 특징으로 하는 폐쇄 회로 티비 감시 시스템의 성능 평가 시스템.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 감시 성능 지수 산출부는,
    산출된 상기 감시 해상도가 소정의 기준 해상도보다 큰 경우의 비율을 구하여 감시 성능 지수를 산출하는 것을 특징으로 하는 폐쇄 회로 티비 감시 시스템의 성능 평가 시스템.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 감시 대상 공간 모델링부는,
    수평각과 고도각을 일정한 간격으로 나누어 샘플링 방향을 선정하는 것을 특징으로 하는 폐쇄 회로 티비 감시 시스템의 성능 평가 시스템.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 감시 대상 공간 모델링부는,
    소정의 구에 내접하는 정다면체에 대하여,
    상기 구의 중심점에서 꼭지점, 각 모서리의 중심점, 또는 각 면의 중심점으로 향하는 방향을 샘플링 방향으로 선정하는 것을 특징으로 하는 폐쇄 회로 티비 감시 시스템의 성능 평가 시스템.
  14. 제9항에 있어서,
    감시 해상도 산출부는,
    각 샘플링 위치 및 샘플링 방향에 대한 감시 해상도(
    Figure 112014036149956-pat00127
    )를,
    감시 대상체의 위치에 의하여 감시 카메라의 투영의 중심으로부터 객체까지의 수직 거리(
    Figure 112014036149956-pat00128
    )와 광학축으로부터 벗어난 각도(
    Figure 112014036149956-pat00129
    ), 감시 대상체의 실제 방향과 가장 높은 해상도로 감시 카메라 영상에 관측될 수 있는 방향 간의 사이 각도(
    Figure 112014036149956-pat00130
    ), 그리고 감시 카메라의 투영의 중심으로부터 영상면까지의 수직 거리(
    Figure 112014036149956-pat00131
    )에 대하여,
    Figure 112014036149956-pat00132

    에 의하여 산출하는 것을 특징으로 하는 폐쇄 회로 티비 감시 시스템의 성능 평가 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    감시 대상체를 촬영하는 감시 카메라가 복수개 존재하는 경우에는,
    각 감시 카메라에서의 감시 해상도 중 최대치를 감시 해상도로 산출하는 것을 특징으로 하는 폐쇄 회로 티비 감시 시스템의 성능 평가 시스템.
  16. 제11항에 있어서,
    전체 감시 대상 공간에 대한 감시 성능 지수는,
    전체 샘플링 위치의 숫자(
    Figure 112016021727909-pat00133
    ), 각 샘플링 위치에서의 샘플링 방향의 숫자(
    Figure 112016021727909-pat00134
    ), 각 샘플링 위치 및 샘플링 방향에서의 복수의 카메라를 고려한 감시 해상도(
    Figure 112016021727909-pat00135
    ), 기준 해상도(
    Figure 112016021727909-pat00136
    )에 의하여 산출되는 것을 특징으로 하는 폐쇄 회로 티비 감시 시스템의 성능 평가 시스템.
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