KR102018142B1 - 수위감지 알고리즘의 검증 방법 - Google Patents

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KR102018142B1
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조명흠
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Abstract

본 발명은 지능형 CCTV 기반 자동 수위감지 방법을 사용함에 있어서, 개발된 수위 감지 알고리즘의 성능을 테스트하기 위한 검증 방법에 관한 것으로,
수위변화를 측정하기 위한 CCTV 카메라와; 상기 CCTV 카메라에서 영상을 제공받으면 내부의 CCTV 영상 분석프로그램, 즉 수위 감지 알고리즘이 실행되어 해당지역의 수위를 분석하게되는 운영컴퓨터와; 상기 운영컴퓨터에서 분석된 수위정보를 화면에 표시하되 상기 수위 감지 알고리즘의 검증을 위해 특별히 고안되어진 모드로 표시하게되는 모니터로 구성된 재난상황관리 시스템에서,
상기 수위 감지 알고리즘은 비디오 파일을 입력으로 받아 수위 감지 결과를 상기 모니터 화면에 출력하고 성능 테스트를 위해 ground truth 정보를 생성하도록 구성되며,
상기 ground truth 정보로부터 개발된 수위 감지 알고리즘의 성능을 측정하되 오차의 평균과 분산을 성능의 척도로 사용하며,
타 수위 감지 알고리즘과도 성능 비교를 할 수 있도록, 타 수위 감지 알고리즘의 결과는 개발된 수위 감지 알고리즘 결과와 더불어 상기 모니터 화면에 출력되고,
각각의 수위 검출 결과는 ground truth와 비교되며 비교 결과는 모두 .txt 파일로 출력 가능하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

수위감지 알고리즘의 검증 방법{Verification method of water level detection algorithm}
본 발명은 지능형 CCTV 기반 자동 수위감지 방법을 사용함에 있어서, 개발된 수위 감지 알고리즘의 성능을 테스트하기 위한 검증 방법에 관한 것이다.
본 발명에서는, 먼저 CCTV로 부터 비디오 파일을 입력 받아 수위 감지 결과를 화면에 출력하고, 성능 테스트를 위해 ground truth 정보를 생성하며, 이 ground truth 정보로부터 개발된 수위 감지 알고리즘의 성능을 측정하되, 오차의 평균과 분산을 성능의 척도로 사용하게됨으로써,
타 수위 감지 알고리즘과도 성능 비교를 할 수 있고, 타 수위 감지 알고리즘의 결과는 개발된 수위 감지 알고리즘 결과와 더불어 화면에 출력할 수 있으며, 각각의 수위 검출 결과는 ground truth와 비교되고, 비교 결과는 모두 .txt 파일로 출력 가능한 것을 특징으로 한다.
현대 사회는 산업화, 공업화 등으로 인한 이산화탄소와 같은 공해물질의 배출량 증가 및 산림 파괴 등으로 기온이 상승하는 지구 온난화 현상과 엘니뇨 현상 등으로 인한 급격한 환경변화가 이루어지고 있으며, 이로 인해 국지적인 장소에 기습적인 폭우가 발생되는 기상이변이 빈번하게 발생되고 있다. 이러한 기상이변을 감시하는 현재의 기상예보 시스템은 기상위성을 통한 광범위한 지역에 대해 예보가 이루어지는 반면, 국지적인 장소에 대해서는 상세 기상정보가 전달되지 못하고 있어 현실적으로 그 대비책이 무방비 상태로 남고 있는데, 예를 들어 특정 지역에서 기상 이변에 따라 폭우 등이 발생되는 경우 해당 지역 관리 기관은 중앙통제기관으로부터 1차적인 기상 통보를 받고 이를 다시 전달하는 등의 시스템에서는 주변 지역의 인적ㆍ물적 피해에 대해 전혀 대비를 할 수 없게 된다.
따라서, 이러한 문제를 해결하기 위해 대한민국 특허등록번호 제10-1059142호에서는 자동 우량 및 수위 경보장치 통신이중화를 위한 방법 및 장치라는 명칭으로 "이중 무선 통신 방법을 사용한 비상 경보 발령 시스템에 있어서, 강우의 양을 일정 시간 단위로 관측하여 제1 무선 통신 방법을 통해 통제국으로 경보 이벤트 신호를 전송하고, 상기 제1 무선 통신 방법에 의한 전송이 소정횟수 만큼 실패하면 제2 무선 통신 방법을 통해 상기 경보 이벤트 신호를 전송하는 우량국; 상기 제1 통신 방법 또는 제2 통신 방법을 통해 상기 우량국으로부터 경보 이벤트 신호를 수신하면 경보국으로 경보발령 명령을 전송하는 통제국; 상기 통제국으로부터 경보발령 명령을 수신하고, 상기 경보발령 명령에 따라 경보 메시지를 증폭하여 출력하는 경보국; 및 상기 통제국과 연결되어 상기 통제국을 모니터링하고, 경보 명령 또는 안내방송 명령을 지시하는 감시국을 포함하되, 상기 우량국은, 우량을 측정하는 강우량 센서; 경보 이벤트 신호를 송신하는 제1 송수신기; 상기 제1 송수신기의 경보 이벤트 신호 송신이 소정 횟수 만큼 실패할 경우 상기 경보 이벤트 신호를 송신하는 제2 송수신기; 상기 측정된 우량에 따라 경보 이벤트 발생을 검출하고 상기 제1 송수신기와 제2 송수신기 중 상기 경보 이벤트 신호를 전송할 통신부를 결정하는 제어부; 상기 제어부의 결정에 따라, 상기 제1 송수신기와 상기 제2 송수신기중 하나를 선택하는 통신 스위칭부; 및 상기 제1 송수신기 또는 제2 송수신기의 신호를 송수신하는 안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 비상 경보 발령 시스템"을 개시하고 있으나, 효과적인 자동 수위감지 기술에 대한 요구는 여전하다.
이러한 자동 수위 감지 알고리즘은 현재까지 3단계의 발전과정을 거쳤다. 기존에 구축된 자동 수위 감지 알고리즘은 히스토그램과 모폴로지(morphology) 변환을 주요기술로 사용하였는데, 구체적으로는 먼저 전체 영상에서 기준으로 삼은 영역을 추출하고, 추출된 영역에서 기준이 되는 영역을 잡은 다음, 그 영역을 대표하는 패치블록(patch block)를 생성하고, 비교하는 영역을 일정한 블록으로 나눈 후, 기준 영역의 패치블록과 비교영역 블록을 배터차리야 거리(Bhattacharyya distance)로 알려진 통계적인 방법으로 유사도를 계산한다. 유사도가 높은 블록끼리 묶고, 유사도가 문턱값을 넘은 블록은 분리한다. 각 블록이 유사도에 따라 분리되므로 블록끼리 너무 산개하지 않도록 모폴로지(morphology) 변환으로 비슷한 블록끼리 서로 묶어서 에러율을 줄인다. 도 7에서는 첫 번째 알고리즘의 주요 처리 단계를 도시한다. 이 알고리즘에서는 각 픽셀에 대한 비교보다 오류율이 작고 민감도에 영향을 덜 받기는 했으나, 주위환경 변화에 적용하지 못한다는 단점이 있다.
따라서, 알고리즘의 두 번째 개선으로 소방방재청 사업이 추진한 지능형 CCTV 재난활용 및 사전경고대응 기술이 제안되었다. 이것은 첫 번째 알고리즘의 문제점으로 제기된, 단순히 물의 정보만을 이용한 분석으로는 빛이 없는 야간과 조명이 밝지 않은 상황에서 대응하지 못하는 점을 개선하고자 했다. 물의 흔들림 정도를 고려하거나, 시공간에 대한 필터링을 추가하여 빗물, 물결, 카메라의 화이트 노이즈와 같은 잡음에 강인하도록 하였다. 본 알고리즘은 먼저 감지영역에서 시공간의 노이즈를 제거하고, 공간 영역의 노이즈는 양방향 필터(Bilateral filter)를 사용하여 시간 영역의 노이즈를 일정한 기간 동안의 영상을 중첩한 평균을 사용하였다. 갑작스러운 물의 변화를 보정하기 위해 200ms 이전의 영상과 현재 영상의 차영상을 사용한다. 차영상으로 얻은 흔들림의 정도와 분석 대상의 히스토그램 분석 값을 플러드 필(Floodfill)의 문턱값으로 사용하였는데, 이는 밤과 낮, 비가 오는 날, 조명의 변화에 적용하는 문턱값을 조절할 수 있게 되었다. 물 영역을 히스토그램 분석하여 20% 영역을 80% 분포의 플러드 필 상하한 임계값으로 사용한다. 차영상, 플러드 필 결과를 블록별로 평균값을 취하여 물과 물이 아닌 영역을 분리한 후 모폴로지 변환을 취하여 최종 값을 구한다. 도 8에서는 두 번째 알고리즘의 처리 단계를 도시한다. 두 번째 알고리즘은 여러 가지 최신 영상 처리 기법을 사용하여 기존보다 훨씬 정확하게 물과 뭍을 분리해내지만, 연산량 및 메모리 사용량이 대폭적으로 증가하였다는 문제점이 있다.
종래의 수위 감지 알고리즘에서는 안개나 폭우 등으로 카메라 영상의 대비가 매우 떨어져서 물과 뭍의 분리가 잘 안되거나 기타 다른 원인으로 인하여, 수위 감지 결과가 실제 ground truth 정보와 차이가 발생할 수 있는데, 이를 방치할 경우 신뢰성있는 재해 정보를 얻을 수 없으므로 급박한 재난상황에서 신속, 정확하게 대처할 수 없게되는 문제점이 있었다.
특허문헌 1: 대한민국 특허등록번호 제10-1059142호
따라서, 본 발명은 상기한 종래의 실정을 감안하여 된 것으로서,
본 발명은 지능형 CCTV 기반 자동 수위감지 방법을 사용함에 있어서, 개발된 수위 감지 알고리즘의 성능을 테스트하기 위한 검증 도구를 구비해줌으로써, 수위 감지 결과가 실제 ground truth 정보와 되도록 차이가 발생하지않도록 하여 신뢰성있는 재해 정보를 얻을 수 있도록 함에 그 첫번째 목적이 있는 것이다.
먼저 CCTV로 부터 비디오 파일을 입력 받아 수위 감지 결과를 화면에 출력하고, 성능 테스트를 위해 ground truth 정보를 생성하며, 이 ground truth 정보로부터 개발된 수위 감지 알고리즘의 성능을 측정하되, 오차의 평균과 분산을 성능의 척도로 사용하게됨으로써,
타 수위 감지 알고리즘과도 성능 비교를 할 수 있고, 타 수위 감지 알고리즘의 결과는 개발된 수위 감지 알고리즘 결과와 더불어 화면에 출력할 수 있으며, 각각의 수위 검출 결과는 ground truth와 비교되고, 비교 결과는 모두 .txt 파일로 출력할 수 있을 것인 바,
궁극적으로는 수위 감지 알고리즘의 오차를 수정해줌으로써 급박한 재난상황에서 신속, 정확하게 대처할 수 있도록 함에 두번째 목적이 있는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수위감지 알고리즘의 검증 방법은;
수위변화를 측정하기 위한 CCTV 카메라와; 상기 CCTV 카메라에서 영상을 제공받으면 내부의 CCTV 영상 분석프로그램, 즉 수위 감지 알고리즘이 실행되어 해당지역의 수위를 분석하게되는 운영컴퓨터와; 상기 운영컴퓨터에서 분석된 수위정보를 화면에 표시하되 상기 수위 감지 알고리즘의 검증을 위해 특별히 고안되어진 모드로 표시하게되는 모니터로 구성된 재난상황관리 시스템에서,
상기 수위 감지 알고리즘은 비디오 파일을 입력으로 받아 수위 감지 결과를 상기 모니터 화면에 출력하고 성능 테스트를 위해 ground truth 정보를 생성하도록 구성되며,
상기 ground truth 정보로부터 개발된 수위 감지 알고리즘의 성능을 측정하되 오차의 평균과 분산을 성능의 척도로 사용하며,
타 수위 감지 알고리즘과도 성능 비교를 할 수 있도록, 타 수위 감지 알고리즘의 결과는 개발된 수위 감지 알고리즘 결과와 더불어 상기 모니터 화면에 출력되고,
각각의 수위 검출 결과는 ground truth와 비교되며 비교 결과는 모두 .txt 파일로 출력 가능하도록 구성된다.
또한, 상기 수위감지 알고리즘의 검증 방법을 실행하면, 상기 모니터의 메인 화면에 비디오 파일에 대하여 수위 감지 결과를 출력하는 화면과, 수위 감지 결과를 ground truth 정보와 비교한 결과를 출력하는 목록과, 테스트할 비디오 파일을 열거나 여러 모드를 설정하는 기능 및 프로그램을 종료할 수 있는 버튼들이 표시되는데,
상기 버튼들 중에서 설정 버튼을 누르면, ground truth 생성 모드와, 알고리즘 검증 모드와, 알고리즘 비교 모드의 세가지 모드들 중에서 선택하도록 구성된다.
상기 세가지 모드들 중에서 ground truth 생성 모드를 선택한 경우,
먼저 생성 주기와 이벤트 영역을 설정하는 화면이 제공되는데, 상기 생성 주기는 비디오 영상에 대하여 ground truth를 몇 초 마다 생성할지를 결정하기 위한 것이고, 상기 이벤트 영역은 수위를 검출하기 위한 영역으로서,
생성 주기를 설정할 시에는 ground truth의 생성 주기를 임의로 설정할 수 있고, 이벤트 영역을 설정할 시에는 다수개를 설정할 수 있는데, 설정한 이벤트 영역 개수만큼 ground truth 결과 파일이 생성될 수 있으며,
이와 같이 생성 주기와 이벤트 영역을 설정한 후, 메인 화면에서 “파일 열기” 버튼을 눌러 재생할 비디오를 선택할 수 있도록 구성된다.
메인 화면에서 비디오 파일을 열어 실행하면 기 설정한 생성 주기 마다 자동으로 재생이 멈추며 해당 프레임에 대해 ground truth를 설정할 수 있는 새 창이 열리도록 구성되며,
상기 ground truth를 설정할 수 있는 새 창에서 작업을 중단하려면 설정 창의 닫기 버튼을 눌러 중단할 수 있는데, 그 때까지 작업한 결과를 저장할 수도 있고 하지 않을 수도 있으며, 비디오 파일 끝까지 ground truth 설정을 마치면 자동으로 정상 종료하면서 txt 파일로 결과가 저장되도록 구성된다.
상기 세가지 모드들 중에서 알고리즘 검증 모드를 선택한 경우, 상기 ground truth 생성 모드에서 출력한 파일을 입력으로 하며 생성 시에 사용한 동일한 비디오 파일을 입력으로 받아 동작하게되는데,
ground truth 생성 모드에서 다수의 이벤트 영역에 대해 생성한 경우 출력 파일이 여러 개 나올 수 있고 상기 알고리즘 검증 모드에서도 다수의 ground truth 파일을 입력으로 받아 검증할 수 있도록 구성된다.
상기 알고리즘 검증 모드에서 파일 경로 찾기 기능을 사용하여 ground truth 파일을 추가로 입력할 수 있으며, 설정을 마치면 ground truth 생성 시에 사용한 것과 동일한 비디오 파일을 열어 알고리즘을 검증할 수 있는데, Ground truth를 생성한 주기 마다 자동으로 검증하고, 오차의 평균과 분산을 결과 .txt 파일로 출력하며, 알고리즘 성능 결과 파일 역시 입력에 사용한 ground truth 파일의 개수만큼 출력하도록 구성된다.
현재 설정 중인 이벤트 영역은 서로 다른 색으로 깜빡거리며 수위 표시를 마우스 드래그로 움직여 ground truth를 설정할 수 있는데, 한 이벤트 영역에 대해 ground truth 설정을 마치면 “다음▶” 버튼을 눌러 다음 이벤트 영역으로 넘어갈 수 있고, “◀이전” 버튼을 눌러 기 설정한 ground truth를 수정할 수 있으며, 모든 이벤트 영역에 대해 설정을 마치면 “적용” 버튼을 눌러 완료할 수 있도록 구성된다.
또한, 상기 세가지 모드들 중에서 알고리즘 비교 모드를 선택한 경우, 알고리즘 검증 모드의 확장으로 타 수위 감지 알고리즘과도 성능을 비교할 수 있는데,
상기 알고리즘 검증 모드와 마찬가지로 상기 ground truth 생성 모드에서 출력한 파일을 입력으로 하고, 생성 시에 사용한 동일한 비디오 파일을 입력으로 받아 동작하며, 다수의 ground truth 파일을 입력으로 받아 비교 검증할 수 있도록 구성된다.
상기 알고리즘 검증 모드 내에서 ‘타 알고리즘과 성능 비교’를 선택함으로써 활성화할 수 있는데, Ground truth 파일 경로 찾기 기능을 나타내는 “…” 버튼 옆의 “+” 버튼을 누르면 ground truth 파일 경로와 함께 알고리즘 결과 파일 경로도 활성화되어 추가되고, 추가된 파일 경로는 “x” 버튼을 눌러 다시 삭제할 수 있도록 구성되며,
상기 알고리즘 비교 모드 내에서 설정을 마치면, ground truth 생성 시에 사용한 것과 동일한 비디오 파일을 열어 알고리즘을 비교 검증할 수 있고, Ground truth를 생성한 주기 마다 자동으로 비교 검증하며, 본 알고리즘의 결과와 타 알고리즘의 결과를 각각 ground truth와 비교하고, 비교 결과는 본 알고리즘 및 타 알고리즘에 대하여 각각 오차의 평균과 분산을 계산하여 결과 .txt 파일로 출력하되, 알고리즘 비교 결과 파일 역시 입력에 사용한 ground truth 파일의 개수만큼 출력하도록 구성된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 수위감지 알고리즘의 검증방법에서는,
지능형 CCTV 기반 자동 수위감지 방법을 사용함에 있어서, 개발된 수위 감지 알고리즘의 성능을 테스트하기 위한 검증 도구를 구비해줌으로써, 수위 감지 결과가 실제 ground truth 정보와 되도록 차이가 발생하지않도록 하여 신뢰성있는 재해 정보를 얻을 수 있는 효과가 있다.
또한, 먼저 CCTV로 부터 비디오 파일을 입력 받아 수위 감지 결과를 화면에 출력하고, 성능 테스트를 위해 ground truth 정보를 생성하며, 이 ground truth 정보로부터 개발된 수위 감지 알고리즘의 성능을 측정하되 오차의 평균과 분산을 성능의 척도로 사용하게됨으로써,
타 수위 감지 알고리즘과도 성능 비교를 할 수 있고, 타 수위 감지 알고리즘의 결과는 개발된 수위 감지 알고리즘 결과와 더불어 화면에 출력할 수 있으며, 각각의 수위 검출 결과는 ground truth와 비교되고, 비교 결과는 모두 .txt 파일로 출력할 수 있을 것인 바,
궁극적으로는 수위 감지 알고리즘의 오차를 수정해줌으로써 급박한 재난상황에서 신속, 정확하게 대처할 수 있는 효과도 있는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 수위감지 알고리즘의 검증 방법이 실행된 상태를 도시한 메인화면이고,
도 2는 본 발명의 Ground Truth 생성 모드에서 실행되는 설정창이고,
도 3은 본 발명의 Ground Truth 생성 모드에서 실행되는 이벤트 영역 설정창이고,
도 4는 본 발명의 알고리즘 검증 모드에서 실행되는 이벤트 영역 설정창이고,
도 5는 본 발명의 알고리즘 검증 모드에서 실행되는 알고리즘 검증 모드 설정창이고,
도 6은 본 발명의 알고리즘 비교 모드에서 실행되는 알고리즘 비교 모드 설정창이고,
도 7은 종래의 자동 수위감지 방법인 첫 번째 자동 수위 감지 알고리즘을 개략적으로 나타낸 흐름도이고,
도 8은 종래의 자동 수위감지 방법인 두 번째 자동 수위 감지 알고리즘을 개략적으로 나타낸 흐름도이고,
도 9는 본 발명이 실행되기 위한 기본 구성를 도시한 블록도이다.
이하, 본 발명을 첨부도면은 참고로 하여 바람직한 실시형태에 의해 보다 상세히 설명하기로 한다. 하지만, 본 발명의 범주가 여기에 한정되는 것이 아님은 물론이다.
본 명세서에서, 본 실시형태는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것으로서, 본 발명의 범주는 단지 청구항에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시형태들에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명하지 않는다.
본 명세서에서 사용된 용어들은 실시형태를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 결코 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않은 한 복수형도 포함한다. 또한, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
도 9는 본 발명이 실행되기 위한 기본 구성을 도시한 블록도로서,
수위변화를 측정하기 위한 CCTV 카메라와; 상기 CCTV 카메라에서 영상을 제공받으면 내부의 CCTV 영상 분석프로그램, 즉 수위 감지 알고리즘이 실행되어 해당지역의 수위를 분석하게되는 운영컴퓨터와; 상기 운영컴퓨터에서 분석된 수위정보를 화면에 표시하되 상기 수위 감지 알고리즘의 검증을 위해 특별히 고안되어진 모드로 표시하게되는 모니터로 구성되며,
추가적으로 상기 운영 컴퓨터에서 분석된 수위 정보가 저장되고 필요에 따라 불러 확인할 수 있게되어진 일반 저장공간과; 이벤트 조건에 도달한 수위정보만 저장되고 필요에 따라 불러 확인할 수 있게되어진 이벤트 저장공간으로 구성된다.
본 발명은 지능형 CCTV 기반 자동 수위감지 방법과 관련된 기술이므로, 기본적으로 수위 감지 영역 다변화 기능 개발단계; 자연환경에 대한 성능 저하 방지대책 수립 단계; 및 지능형 수위감지 알고리즘 정확도 향상을 검증하는 단계를 포함하는데, 본 발명은 주로 세번째 단계인 지능형 수위감지 알고리즘 정확도 향상을 검증하는 단계에 관한 것이다.
수위 감지 알고리즘은 계속적으로 개선이 필요하다. 알고리즘 개발 시 개선된 사항이 반영 되었는 지를 확인하는 작업이 필요하다. 확인 작업은 육안으로 확인하는 방법과 자동화 방법이 있다. 수위 영상은 대개 수 시간 이상의 자료로써 영상 데이터를 입력받아 처리하는데만 수 시간 이상이 필요하다.
이를 육안으로 확인하는 것은 실행이 매우 어렵다. 자동화 방법은 사람이 육안으로 확인해야 하는 작업을 기계가 대신해준다. 개발된 알고리즘의 감지율을 검증할 수 있는 툴을 개발하였다.
검증의 방법은 다음과 같다. 먼저 입력할 영상에 대해 ground truth 테이블을 생성한다. 테이블은 시각과 시간에 대해 목표 수위 값을 영상에 대해 모두 기입한다. 검증 툴은 ground table을 읽어 들이고 이를 보관한 다음, 영상에 대해 알고리즘을 동작시켜 수위 값을 추출한다.
목표 값과 실제 값을 비교하여 그 결과를 화면에 출력한다. 검증툴을 사용하면 알고리즘의 감지율 측정이 가능하며, 알고리즘을 수정하였을 경우, 감지율이 높아졌는지 낮아졌는지를 확인할 수 있다.
본 발명에서는 먼저 개발된 수위 감지 알고리즘의 성능을 테스트하기 위한 검증 도구를 개발하였는데, 이 프로그램은 비디오 파일을 입력으로 받아 수위 감지 결과를 화면에 출력하며, 성능 테스트를 위해 ground truth 정보를 생성한다.
이 ground truth 정보로부터 개발된 수위 감지 알고리즘의 성능을 측정하되, 오차의 평균과 분산을 성능의 척도로 사용한다. 또한, 타 수위 감지 알고리즘과도 성능 비교를 할 수 있으며, 타 수위 감지 알고리즘의 결과는 개발된 수위 감지 알고리즘 결과와 더불어 화면에 출력할 수 있어야 한다. 각각의 수위 검출 결과는 ground truth와 비교되며, 비교 결과는 모두 .txt 파일로 출력 가능하다.
도 1은 수위 감지 검증 도구를 실행하면 볼 수 있는 메인 화면을 나타내는데,
(가)는 비디오 파일에 대하여 수위 감지 결과를 출력하는 화면을 나타내고, (나)는 수위 감지 결과를 ground truth 정보와 비교한 결과를 출력하는 목록을 나타내며. (다)는 테스트할 비디오 파일을 열거나 여러 모드를 설정하는 기능 및 프로그램을 종료할 수 있는 버튼들을 가리킨다.
설정 버튼을 누르면 크게 세 가지의 모드를 선택할 수 있는데, 이는 (1) ground truth 생성 모드와 (2)알고리즘 검증 모드 및 (3) 알고리즘 비교 모드에 해당한다.
위 세가지 모드는 개발된 수위 감지 알고리즘의 성능을 테스트하기 위한 시나리오에 관한 것으로서, 이를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
먼저, Ground Truth 생성 모드에서는 알고리즘의 성능 검증을 위해 먼저 ground truth를 생성해야 하므로, 검증 도구는 ground truth 생성 모드를 지원할 수 있어야 한다.
이 모드에서는 생성 주기와 이벤트 영역을 반드시 설정해야 하는데, 상기 생성 주기는 비디오 영상에 대하여 ground truth를 몇 초 마다 생성할지를 결정해야하며, 상기 이벤트 영역은 수위를 검출할 영역을 의미한다.
도 2의 설정 창에서 생성 주기 설정 박스 오른쪽에 있는 “편집…” 버튼을 누르면 이벤트 영역을 설정할 수 있는데, 이 창에서는 다수의 이벤트 영역을 설정할 수 있으며, 설정한 이벤트 영역 개수만큼 ground truth 결과 파일이 생성된다.
도 2는 두 개의 이벤트 영역에 대하여 30초 마다 ground truth를 생성하기 위한 설정을 나타내며, 모든 설정을 마치면 도 1의 메인 화면에서 “파일 열기” 버튼을 눌러 재생할 비디오를 선택할 수 있다.
도 3의 이벤트 영역 설정 창에서 이미 특정 비디오 프레임이 출력된 이유는 한 번 파일 열기로 비디오를 재생한 후 설정 창을 열었기 때문이며, 프로그램을 실행하자마자 이벤트 영역을 설정 창에 들어가면 검은 화면이 나오게 된다. 이는 당연한 현상이며, 영역 설정을 원하는 특정 재생 구간이 있다면 그 프레임까지 비디오를 재생한 후 영역 설정을 할 수 있다. 이제 비디오 파일을 열어 실행하면 기 설정한 생성 주기 마다 자동으로 재생이 멈추며 해당 프레임에 대해 ground truth를 설정할 수 있는 새 창이 열린다.
작업을 중단하려면 설정 창의 닫기 버튼을 눌러 중단할 수 있는데, 이때 현재까지 작업한 결과를 저장할 수도 있고 하지 않을 수도 있다. 이는 반드시 비디오 파일에 대하여 끝까지 ground truth를 생성하고 싶지 않은 경우에 유용하다. 비디오 파일 끝까지 ground truth 설정을 마치면 자동으로 정상 종료하며 txt 파일로 결과를 저장한다.
두번째로, 개발된 알고리즘 검증 모드에서는, Ground truth 생성을 마쳤으면, 생성 파일을 이용하여 개발된 수위 감지 알고리즘의 성능을 검증할 수 있다. 알고리즘 검증 모드에서는 ground truth 생성 모드에서 출력한 파일을 입력으로 하며, 생성 시에 사용한 동일한 비디오 파일을 입력으로 받아 동작한다. 또한 ground truth 생성 시에 다수의 이벤트 영역에 대해 생성한 경우 출력 파일이 여러 개 나올 수 있는데, 알고리즘 검증 모드에서도 다수의 ground truth 파일을 입력으로 받아 검증할 수 있다.
도 5는 이러한 설정을 보여주고 있으며, 파일 경로 찾기 기능을 나타내는 “…” 버튼 옆의 “+” 버튼을 눌러 ground truth 파일을 추가로 입력할 수 있다. 다만 이러한 추가는 세 개로 제한하였으며, 추가된 파일 경로는 “x” 버튼을 눌러 다시 삭제할 수 있다. 설정을 마치면, ground truth 생성 시에 사용한 것과 동일한 비디오 파일을 열어 알고리즘을 검증할 수 있다. Ground truth를 생성한 주기 마다 두 입력값의 차이에 의해 자동으로 검증하며, 오차의 평균과 분산을 도 1의 (나) 에서와 같이 결과 .txt 파일로 출력한다. 알고리즘 성능 결과 파일 역시 입력에 사용한 ground truth 파일의 개수만큼 출력한다.
도 4는 이러한 모습을 보여주는데, 현재 설정 중인 이벤트 영역은 빨간색과 노란색으로 깜빡거리며 하늘색 수위를 마우스 드래그로 움직여 ground truth를 설정할 수 있다. 한 이벤트 영역에 대해 ground truth 설정을 마치면 “다음▶” 버튼을 눌러 다음 이벤트 영역으로 넘어갈 수 있다. 또한 “◀이전” 버튼을 눌러 기 설정한 ground truth를 수정할 수 있다. 모든 이벤트 영역에 대해 설정을 마치면 “적용” 버튼을 눌러 완료한다.
마지막으로, 타 수위 감지 알고리즘과의 비교 모드에서는,
알고리즘 검증 모드의 확장으로 타 수위 감지 알고리즘과도 성능을 비교할 수 있는데, 비교 모드 역시 ground truth 생성 모드에서 출력한 파일을 입력으로 하며, 생성 시에 사용한 동일한 비디오 파일을 입력으로 받아 동작한다. 또한 알고리즘 검증 모드와 마찬가지로 다수의 ground truth 파일을 입력으로 받아 비교 검증할 수 있다.
도 5는 이러한 설정을 보여주고 있으며, 알고리즘 검증 모드 내에서 ‘타 알고리즘과 성능 비교’ 체크 박스에 체크함으로써 활성화할 수 있다. Ground truth 파일 경로 찾기 기능을 나타내는 “…” 버튼 옆의 “+” 버튼을 누르면 ground truth 파일 경로와 함께 알고리즘 결과 파일 경로도 활성화되어 추가된다. 이번에도 마찬가지로 이러한 추가는 세 개로 제한하였으며, 추가된 파일 경로는 “x” 버튼을 눌러 다시 삭제할 수 있다.
설정을 마치면, 도 6에서와 같이 ground truth 생성 시에 사용한 것과 동일한 비디오 파일을 열어 알고리즘을 비교 검증할 수 있다. Ground truth를 생성한 주기 마다 자동으로 비교 검증하며, 본 알고리즘의 결과와 타 알고리즘의 결과를 각각 ground truth와 비교한다. 비교 결과는 본 알고리즘 및 타 알고리즘에 대하여 각각 오차의 평균과 분산을 계산하여 도 1의 (나) 에서와 같이 결과 .txt 파일로 출력한다. 알고리즘 비교 결과 파일 역시 입력에 사용한 ground truth 파일의 개수만큼 출력한다.
이상 설명드린 바와 같이 본 발명에서는, CCTV로 부터 비디오 파일을 입력 받아 수위 감지 결과를 화면에 출력하고, 성능 테스트를 위해 ground truth 정보를 생성하며, 이 ground truth 정보로부터 개발된 수위 감지 알고리즘의 성능을 측정하되, 오차의 평균과 분산을 성능의 척도로 사용하게됨으로써,
타 수위 감지 알고리즘과도 성능 비교를 할 수 있고, 타 수위 감지 알고리즘의 결과는 개발된 수위 감지 알고리즘 결과와 더불어 화면에 출력할 수 있으며, 각각의 수위 검출 결과는 ground truth와 비교되고, 비교 결과는 모두 .txt 파일로 출력할 수 있을 것인 바, 궁극적으로는 수위 감지 알고리즘의 오차를 수정해줌으로써 급박한 재난상황에서 신속, 정확하게 대처할 수 있을 것이다.
본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시형태에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시형태는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 명백한 것이며, 따라서 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
(도면 부호 없음)

Claims (11)

  1. 운영컴퓨터에 설치된 CCTV 영상 분석 프로그램에 의해, 상기 운영 컴퓨터에 제공된 CCTV 영상 정보를 분석하여 아래 모든 과정들이 모니터 상에서 단계적으로 자동처리되어지는 수위감지 알고리즘의 검증방법에 관한 것으로,
    (1) 상기 모니터의 초기 화면에서는, 비디오 파일에 대하여 수위 감지 결과를 출력하는 화면(가)과, 수위 감지 결과를 ground truth 정보와 비교한 결과를 출력하는 목록(나)과, 테스트할 비디오 파일을 열거나 여러모드를 설정하는 기능 및 프로그램을 종료할 수 있는 버튼(다)이 함께 제공되는데,
    먼저 상기 버튼(다)의 설정모드 중에서 ground truth 생성모드가 수행되며, 이때 생성주기와 이벤트 영역이 설정되므로, 설정된 이벤트 영역 개수만큼 ground truth 결과 파일이 생성되는 단계와;
    (2) 상기 생성된 ground truth 결과 파일이 실행되면 기 설정된 생성주기 마다 자동으로 재생이 멈추면서 해당 프레임에 대한 ground truth가 생성되고, 자동으로 정상 종료하면서 txt 파일로 결과가 저장되는 단계와;
    (3) 상기 모니터의 초기 화면에서, 상기 txt 파일로 결과가 저장된 ground truth와, ground truth 생성시에 사용된 동일한 비디오 파일이 자동으로 입력으로 제공되고, ground truth 생성한 주기마다 두 입력값의 차이에 의해 검증되는데, 오차의 평균과 분산이 결과 txt 파일로서 목록(나)에 제공되는 알고리즘 검증 단계와;
    (4) 상기 모니터의 초기 화면에서, 상기 txt 파일로 결과가 저장된 ground truth와, ground truth 생성시에 사용된 동일한 비디오 파일이 자동으로 입력으로 제공되어지되, 상기 알고리즘 검증단계에서 ‘타 알고리즘과 성능 비교’가 활성화됨으로서, ground truth 생성한 주기마다 본 알고리즘의 결과와 타 알고리즘의 결과가 각각 ground truth와 차이에 의해 검증되는데, 오차의 평균과 분산이 결과 txt 파일로서 목록(나)에 제공되는 알고리즘 비교 단계로 구성된 것을 특징으로 하는 수위감지 알고리즘의 검증방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 모니터의 초기 화면에 비디오 파일에 대하여 수위 감지 결과를 출력하는 화면과, 수위 감지 결과를 ground truth 정보와 비교한 결과를 출력하는 목록과, 테스트할 비디오 파일을 열거나 여러 모드를 설정하는 기능 및 프로그램을 종료할 수 있는 버튼들이 표시되는데,
    상기 버튼들 중에서 설정 버튼을 누르면, ground truth 생성 모드와, 알고리즘 검증 모드와, 알고리즘 비교 모드의 세가지 모드들 중에서 선택하도록 구성된 것을 특징으로 하는 수위감지 알고리즘의 검증 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 세가지 모드들 중에서 ground truth 생성 모드를 선택한 경우,
    먼저 생성 주기와 이벤트 영역을 설정하는 화면이 제공되는데, 상기 생성 주기는 비디오 영상에 대하여 ground truth를 몇 초 마다 생성할지를 결정하기 위한 것이고, 상기 이벤트 영역은 수위를 검출하기 위한 영역으로서,
    생성 주기를 설정할 시에는 ground truth의 생성 주기를 임의로 설정할 수 있고, 이벤트 영역을 설정할 시에는 다수개를 설정할 수 있는데, 설정한 이벤트 영역 개수만큼 ground truth 결과 파일이 생성될 수 있으며,
    이와 같이 생성 주기와 이벤트 영역을 설정한 후, 메인 화면에서 “파일 열기” 버튼을 눌러 재생할 비디오를 선택할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 수위감지 알고리즘의 검증 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    메인 화면에서 비디오 파일을 열어 실행하면 기 설정한 생성 주기 마다 자동으로 재생이 멈추며 해당 프레임에 대해 ground truth를 설정할 수 있는 새 창이 열리도록 구성된 것을 특징으로 하는 수위감지 알고리즘의 검증 방법.
  5. 삭제
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 세가지 모드들 중에서 알고리즘 검증 모드를 선택한 경우, 상기 ground truth 생성 모드에서 출력한 파일을 입력으로 하며 생성 시에 사용한 동일한 비디오 파일을 입력으로 받아 동작하게되는데,
    ground truth 생성 모드에서 다수의 이벤트 영역에 대해 생성한 경우 출력 파일이 여러 개 나올 수 있고 상기 알고리즘 검증 모드에서도 다수의 ground truth 파일을 입력으로 받아 검증할 수 있으며,
    상기 알고리즘 검증 모드에서 파일 경로 찾기 기능을 사용하여 ground truth 파일을 추가로 입력할 수 있으며, 설정을 마치면 ground truth 생성 시에 사용한 것과 동일한 비디오 파일을 열어 알고리즘을 검증할 수 있는데, Ground truth를 생성한 주기 마다 자동으로 검증하고, 오차의 평균과 분산을 결과 .txt 파일로 출력하며, 알고리즘 성능 결과 파일 역시 입력에 사용한 ground truth 파일의 개수만큼 출력하도록 구성된 것을 특징으로 하는 수위감지 알고리즘의 검증 방법.
  7. 삭제
  8. 제 6항에 있어서,
    현재 설정 중인 이벤트 영역은 서로 다른 색으로 깜빡거리며 수위 표시를 마우스 드래그로 움직여 ground truth를 설정할 수 있는데, 한 이벤트 영역에 대해 ground truth 설정을 마치면 “다음▶” 버튼을 눌러 다음 이벤트 영역으로 넘어갈 수 있고, “◀이전” 버튼을 눌러 기 설정한 ground truth를 수정할 수 있으며, 모든 이벤트 영역에 대해 설정을 마치면 “적용” 버튼을 눌러 완료할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 수위감지 알고리즘의 검증 방법.
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