KR102193911B1 - 표적 탐지, 인지 및 추적을 위한 감시 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents

표적 탐지, 인지 및 추적을 위한 감시 시스템 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

일 실시 예에 따르면, 적어도 하나 이상의 카메라의 가시선을 조정할 수 있는 감시 시스템의 제어 방법은 사용자가 입력 장치를 통하여 디스플레이 영상 내 선택한 특정 지점에 대한 정보를 수신하는 단계와 특정 지점이 상기 디스플레이 영상의 중심점에 오도록 상기 카메라의 가시선을 이동시키는 단계를 포함한다. 카메라의 가시선의 이동 속도는 중심점으로부터 특정 지점의 상대적인 위치를 기초로 결정된다.

Description

표적 탐지, 인지 및 추적을 위한 감시 시스템 및 그 제어 방법{SURVEILLANCE SYSTEM FOR TARGET DETECTION, RECOGNITION AND TRACKING AND CONTROLLING METHOD THEREOF}
아래의 설명은 표적 탐지, 인지 및 추적을 위한 감시 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
이동하는 표적을 추적하는 전자광학감시 장비 운용은 영상을 관찰하면서 외부입력장치(예를 들어, 조이스틱이나 키보드 등)를 사용하여 가시선을 회전시키는 방법으로 이루어진다. 디스플레이 등 화면 상에 나타난 표적의 경로 변화를 육안으로 추적하여, 외부입력장치를 이용하여 전자광학 감시 장비의 카메라 등의 가시선을 제어하는 방식에 따른 것이다. 이러한 방법은 장비 운용자의 숙련도 및 표적의 이동궤적의 복잡성 등에 따른 영향이 크고, 경로변화 추적이 정밀하게 수행되어야 할 때나, 빠른 추적이 요구되는 상황 등 다양한 상황에 맞추어 유연하게 감시하는 것이 어려운 문제가 있었다.
기존의 방식에 따르면, 입력 장치를 통해 가시선 회전 명령이 입력될 때마다 고정된 단위 각도만큼 감시 장비의 가시선을 회전시키는데, 여기서, 단위 각도의 가장 정밀한 수준의 회전분해능은 0.01°수준이었다. 즉, 기존의 방법은 1회의 회전 명령(1 pulse)에 대하여, 영상 내의 가시선(영상의 중심점)은 10km 거리에서 1.7m 폭만큼 이동되고, 30km 거리에서 5.1m 폭만큼 이동되므로, 감시 장비로부터 표적까지의 거리가 증가할수록 정밀하게 추적하는 것에 어려움이 있었다.
또한, 하나의 카메라를 이용한 전자광학감시 장비의 경우, 해당 카메라의 가용 목적에 따른 수행만 가능했다. 예를 들어, 이동하는 표적의 인지나 탐지 중 하나, 야간 탐지 또는 주간 탐지 중 하나, 그리고 원거리 또는 근거리 표적 추적 중 하나의 목적에 따라 수행되었다. 또한 감시 장비에 탑재된 가시선 회전 시스템은 이미 설정된 속도 범위내에서 구동 가능하여, 다양한 시점에서의 관측이 어려운 문제가 있었다.
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.
일 실시 예에 따르면, 적어도 하나 이상의 카메라의 가시선을 조정할 수 있는 감시 시스템의 제어 방법은, 사용자가 입력 장치를 통하여 디스플레이 영상 내 선택한 특정 지점에 대한 정보를 수신하는 단계; 및 상기 특정 지점이 상기 디스플레이 영상의 중심점에 오도록 상기 카메라의 가시선을 이동시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 카메라의 가시선의 이동 속도는 상기 중심점으로부터 상기 특정 지점의 상대적인 위치를 기초로 결정될 수 있다.
상기 가시선을 이동시키는 단계는, 상기 중심점으로부터 상기 특정 지점까지의 거리를 산출하는 단계; 및 상기 중심점에 대한 상기 특정 지점의 방향을 결정하는 단계를 포함하고, 상기 산출된 거리가 증가할수록 상기 카메라의 가시선의 이동 속도의 크기가 증가되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 거리는, 상기 중심점으로부터 상기 특정 지점까지의 방위각 차이 및 고각 차이에 의해 산출될 수 있다.
상기 카메라의 가시선의 이동 속도는 아래의 수학식을 따를 수 있다.
[수학식]
Figure 112019052632620-pat00001
(V_r: 카메라의 가시선의 이동 속도, a: 보정 계수, θ0: 사용자가 특정 지점을 선택한 순간의 카메라의 가시선의 방위각, θc: 특정 지점의 방위각,
Figure 112019052632620-pat00002
: 사용자가 특정 지점을 선택한 순간의 카메라의 가시선의 고각,
Figure 112019052632620-pat00003
: 특정 지점의 방위각)
상기 감시 시스템은, 제 1 카메라와, 상기 제 1 카메라의 시야(field of view, FOV)에 대응하는 영상 정보를 출력하는 제 1 디스플레이와, 제 2 카메라와, 상기 제 2 카메라의 시야에 대응하는 영상 정보를 출력하는 제 2 디스플레이를 포함할 수 있다. 상기 제 1 카메라의 시야의 중심점은 상기 제 2 카메라의 시야에 포함되고, 상기 제 2 카메라의 시야의 중심점은 상기 제 1 카메라의 시야에 포함될 수 있다.
상기 제 1 카메라의 시야는, 상기 제 2 카메라의 시야보다 넓을 수 있다.
상기 제 1 카메라의 가시선의 이동 속도와, 상기 제 2 카메라의 가시선의 이동 속도는 동일할 수 있다. 사용자가 상기 제 1 디스플레이 영상의 중심점으로부터 상기 제 1 디스플레이의 최대 길이 대비 설정 비율에 위치하는 지점을 선택한 경우의 상기 가시선의 이동 속도는, 사용자가 상기 제 2 디스플레이 영상의 중심점으로부터 상기 제 2 디스플레이의 최대 길이 대비 상기 설정 비율에 위치하는 지점을 선택한 경우의 상기 가시선의 이동 속도보다 빠를 수 있다.
상기 제 1 카메라는 열상 카메라이고, 상기 제 2 카메라는 가시광선 대역의 카메라일 수 있다.
상기 감시 시스템은, 팬틸트 베이스와, 팬 축을 통해 상기 팬틸트 베이스에 대하여 제 1 방향으로 회전 가능하게 연결된 팬틸트 본체와, 틸트 축을 통해 상기 팬틸트 본체에 대하여 제 2 방향으로 회전 가능하게 연결되고, 상기 카메라를 지지하는 카메라 브라켓과, 상기 팬 축 및 상기 틸트 축을 구동하기 위한 구동부를 포함할 수 있다. 상기 가시선을 이동시키는 단계는, 상기 중심점으로부터 상기 특정 지점까지의 방위각 차이를 산출하는 단계와 상기 중심점으로부터 상기 특정 지점까지의 고각 차이를 산출하는 단계 및 산출된 상기 방위각 차이 및 상기 고각 차이에 기초하여, 상기 구동부를 제어하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 구동부는 상기 방위각 차이가 클수록 상기 팬 축을 빠르게 회전시키고, 상기 고각 차이가 클수록 상기 틸트 축을 빠르게 회전시킬 수 있다.
일 실시 예에 따르면 디스플레이의 영상을 보면서 영상 내의 특정 지점을 선택하여 직접적이고, 직관적인 추적이 가능하다. 이에 따라 사용자들은 시스템에 대한 짧은 기간의 적응 훈련만으로, 정확하고 높은 정확도로 감시 작업을 수행할 수 있다.
일 실시 예에 따르면 시야(field of view, FOV)의 증감에 대응해서, 가시선 이동 속도가 조절될 수 있으므로, 사용자가 추가적으로 가시선 이동 속도를 조작하지 않더라도, 상황에 적절한 속도로 표적을 용이하게 추적할 수 있다. 예를 들어, 카메라의 시야를 최대로 확대한 상태에서는 표적을 빠른 속도로 추적할 수 있으면서도, 카메라의 시야를 최소로 축소시킨 상태에서 표적을 추적할 경우, 감시 장비의 회전 분해능이 약 0.0005°정도로 높은 수준을 달성할 수 있다.
일 실시 예에 따르면 서로 다른 시야를 가지며 가시선이 실질적으로 일치하는 복수 개의 카메라와, 복수 개의 카메라에 각각 대응하는 복수 개의 디스플레이를 통하여, 표적의 탐지 및 인지를 동시에 수행할 수 있다. 예를 들어, 시야가 좁은 디스플레이 상에서 표적이 벗어나 이동하는 경우에도, 시야가 넓은 디스플레이를 통하여 표적을 계속하여 추적할 수 있으므로 연속적인 감시가 가능하다. 또한, 시야가 넓은 디스플레이 상에서 표적의 종류를 인지하기 어려운 경우에도, 시야가 좁은 디스플레이를 통하여 확대된 영상 내에서 표적의 종류를 인지할 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 감시 시스템의 블록도이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 감시 시스템의 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 가시선을 이동시키는 단계를 나타내는 순서도이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 영상 전환 속도를 결정하는 단계를 나타내는 순서도이다.
도 5는 특정 지점 선택에 따라서 디스플레이 영상이 변화되는 모습을 나타내는 도면이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 2 개의 카메라의 가시선이 정렬된 상태에서, 각각의 카메라의 시야에 대응하는 영상 정보를 출력하는 2개의 디스플레이를 나타내는 도면이다.
도 7은 일 실시 예에 따른 감시거리별 표적의 이동 각속도와 회전 분해능에 따른 추적 가부를 나타낸 표이다.
도 8은 일 실시 예에 따른 감시 시스템의 정면도이다.
도 9는 일 실시 예에 따른 영상 전환 속도를 결정하는 단계를 나타내는 순서도이다.
이하, 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 일 실시 예에 따른 감시 시스템의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 일 실시 예에 따른 감시 시스템(2)은, 적어도 하나 이상의 카메라의 가시선을 조정하면서 표적을 관측할 수 있다. 감시 시스템(2)은, 카메라(21), 디스플레이(26), 입력장치(22), 제어부(23) 및 구동부(27)를 포함할 수 있다.
카메라(21)는 표적을 촬영하는 이미징 장치로써, 그 종류는 제한되지 않는다. 카메라(21)는 적어도 하나 이상을 구비할 수 있다. 일 예로, 2개의 카메라(21)를 이용하는 경우, 제 1 카메라는 열상 카메라로, 제 2 카메라는 가시광선 대역의 카메라 등을 이용하여 주간이나 야간 등 감시 시간에 구애받지 않는 시스템을 구축할 수 있다. 이러한 시스템을 이용하여 24시간 연속감시를 효율적으로 수행할 수 있다. 다른 예로, 제 1 카메라와 제 2 카메라의 시야를 달리 하는 경우, 넓은 시야의 카메라를 이용하여 이동하는 표적을 탐지 및 추적하고, 좁은 시야의 카메라를 이용하여 표적의 종류를 인지하는 기능을 동시에 수행하는 시스템을 구축할 수 있다. 한 개의 카메라를 이용하여 같은 기능을 수행할 경우, 시야를 넓게 하여 표적을 탐지 및 추적하고, 다시 배율을 조절함으로써 시야를 좁게 하여 표적의 확대 영상을 통해 표적을 인지해야 한다. 따라서 이러한 시스템을 통하여 탐지와 인지가 동시에 수행될 수 없는 한계를 극복할 수 있다.
디스플레이(26)는, 카메라(21)로부터 전달받은 영상 신호를 출력할 수 있다. 디스플레이(26)는, 카메라의 시야(field of view, FOV)에 대응하는 영상 정보를 출력할 수 있다. 디스플레이(26)는, 각각의 카메라(21)의 개수에 대응하여 복수 개가 구비될 수도 있다. 예를 들어, 도 6에 도시한 것처럼, 복수 개의 디스플레이(26)의 크기는 동일하고, 각각의 디스플레이(26)에서 출력되는 시야는 서로 상이할 수도 있다.
사용자는 입력 장치(22)를 통해, 디스플레이(26) 영상 내 특정 지점을 선택할 수 있다. 예를 들어, 입력 장치(22)는, 마우스이거나, 디스플레이(26) 상에 적층된 터치 스크린일 수 있다. 한편, 입력 장치(22)의 종류는 반드시 상술한 것으로 제한되지 않으며, 디스플레이(26) 영상 내 임의의 지점을 선택할 수 있는 수단이라면 어느 것이라도 가능하다는 점을 밝혀 둔다.
구동부(27)는, 카메라(21)의 가시선을 이동(move)시킬 수 있다. 여기서 "이동"이라는 개념은, 회전 또는 병진 운동 등을 모두 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 감시 시스템이 팬틸트 장치로 구성된 경우, 구동부(27)는 2축 회전 동작을 통하여, 카메라(21)의 가시선을 이동시킬 수 있다.
제어부(23)는, 카메라(21) 및 입력장치(22)로부터 입력받은 정보에 기초하여, 디스플레이(26) 및 구동부(27)를 제어할 수 있다. 제어부(23)는, 영상전환속도 산출 프로세서(24) 및 팬 축 틸트 축 제어 프로세서(25)를 포함할 수 있다.
영상전환속도 산출 프로세서(24)는, 입력 장치(22)를 통해 선택된 특정 지점에 대한 정보를 수신하고, 수신된 정보에 기초하여 후술하는 것처럼 가시선의 이동 속도를 결정할 수 있다.
팬 축 및 틸트 축 제어 프로세서(25)는, 영상전환속도 산출 프로세서(24)로부터 결정된 가시선의 이동 속도를 전달받고, 이를 기초로 구동 명령을 생성하여 구동부(27)로 전달할 수 있다. 팬 축 및 틸트 축 제어 프로세서(25)는, 결정된 이동 속도를 달성하기 위하여 구동부(27)에 포함된 각각의 운동 요소별(예: 팬 축 및 틸트 축) 조작량을 결정하고, 결정된 조작량에 기초하여 구동 명령을 생성할 수 있다.
한편, 이해의 편의를 위하여 영상전환속도 산출 프로세서(24)와, 팬 축 및 틸트 축 제어 프로세서(25)를 서로 구별하여 설명하였으나, 상술한 2개의 프로세서(24, 25)는 반드시 서로 물리적으로 분리되어야 하는 것은 아님을 밝혀 둔다. 다시 말하면, 상술한 2개의 프로세서(24, 25)는 물리적으로 하나인 프로세서일 수도 있다는 점을 통상의 기술자라면 이해할 수 있을 것이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 감시 시스템의 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2를 참조하면, 감시 시스템(2)의 제어 방법은, 디스플레이(26) 영상 내 특정 지점을 선택하는 단계(31)와, 선택한 특정 지점으로 가시선을 이동시키는 단계(32)와, 가시선이 특정 지점에 도달하였는지 여부를 결정하는 단계(33)와, 가시선이 특정 지점에 도달한 경우 구동부가 정지하는 단계(34)를 포함할 수 있다.
여기서, "특정 지점"이란 2차원 디스플레이 영상을 기준으로 한 좌표계 내에서의 사용자가 선택한 지점을 의미하는 것이며, 실제 물리적 공간상의 표적이 위치한 지점을 의미하는 것은 아님을 밝혀 둔다. 또한, 특정 지점이란, 디스플레이 영상 내에서 보여지는 표적이 위치한 지점을 의미하는 것으로 제한되는 것은 아님을 밝혀 둔다. 예를 들어, 사용자는 표적의 이동 궤적을 예측하여, 표적의 진행 방향으로 전방에 위치하는 지점을 선택함으로써, 가시선의 이동 궤적과, 표적의 이동 궤적이 유사한 경향성을 갖도록 감시 시스템(2)을 제어할 수 있다.
한편, 도 2에서는 생략하였으나, 단계 32를 수행하는 과정, 즉, 가시선이 특정 지점을 향하여 이동하는 과정에서, 사용자는 디스플레이(26) 영상 내 새로운 지점을 선택할 수도 있다. 이 경우, 제어부(23)는, 가시선이 특정 지점을 향하여 더 이상 이동하지 않도록 구동부(27)의 구동을 중단시키고, 사용자에 의해 선택된 새로운 지점이 단계 31에서 선택된 특정 지점인 것으로 보고, 단계 32를 수행할 수 있다. 이와 같은 과정을 통하여, 사용자는 실시간으로 변화하는 표적의 진행 방향을 반자동 방식으로 추적하여, 표적을 탐지 및 인지할 수 있다.
한편, 반대되는 기재가 없는 이상 상술한 단계들 중 일부의 단계들은 생략될 수도 있다. 예를 들면, 일 실시 예에 따른 감시 시스템의 제어 방법은, 단계 33 및 단계 34를 수행하지 않고, 단계 31 및 단계 32를 반복하여 수행할 수도 있다. 다시 말하면, 도 3 등을 통하여 후술하는 것처럼 단계 32를 수행하기 위한 가시선의 이동 속도가 결정되면, 새로운 특정지점이 선택되기 전까지, 결정된 이동 속도로 가시선을 계속하여 이동시킬 수도 있다. 이와 같은 방식에 의하면, 일정한 속도로 이동하는 표적을 감시함에 있어서, 사용자가 특정 지점을 선택하는 과정을 수회 거치면, 가시선의 이동 속도(이동 속력 및 이동 방향)와 표적의 이동 속도(이동 속력 및 이동 방향)가 상호 일치됨으로써, 추가적인 조작 없이 감시 시스템이 표적을 계속하여 추적하도록 할 수도 있다.
실시 예에 따르면 대략적인 표적의 진행 경향을 파악하는 것만으로, 표적의 추적을 수행할 수 있다. 실제 본 알고리즘을 활용하여 제작된 감시 시스템 시뮬레이터로 시험한 결과, 피시험자는 10분 내지 20분 정도의 짧은 훈련 시간만으로, 본 감시 시스템의 인터페이스에 수월하게 적응할 수 있음을 확인하였다.
도 3은 일 실시 예에 따른 가시선을 이동시키는 단계를 나타내는 순서도이다.
도 3을 참조하면, 가시선을 이동시키는 단계(32)는, 영상 전환 속도를 결정하는 단계(321)와, 구동부를 제어하는 단계(322)를 포함할 수 있다.
영상 전환 속도를 결정하는 단계(321)에서, 제어부(23)는, 카메라(21)의 가시선의 이동 속도(velocity)를 결정하며, 이는 카메라(21)의 가시선의 이동 속력(speed) 및 이동 방향(direction)을 포함하는 개념이다. 카메라(21)의 가시선의 이동 속도는, 디스플레이(26)의 영상의 중심점으로부터 사용자가 선택한 특정 지점의 상대적인 위치를 기초로 결정될 수 있다. 단계 321에 대한 구체적인 내용은 도 4 및 도 9 등을 통하여 후술하기로 한다.
구동부(27)를 제어하는 단계(322)에서, 제어부(23)는, 단계 321에서 결정된 영상 전환 속도에 기초하여, 구동부(27)에 포함된 각각의 운동 요소별 조작량을 결정하고, 결정된 조작량에 기초하여 구동 명령을 생성하고, 생성된 구동 명령을 구동부(27)로 전달할 수 있다. 구동부(27)에 포함된 각각의 운동 요소별 조작량은 실제 감시 시스템(2)의 구동부(27)의 구조에 따라서 달라질 수 있다. 예를 들어, 구동부(27)가 팬틸트 구조를 갖는 경우, 제어부(23)는, 단계(322)에서 팬 축 및 틸트 축 각각의 각속도를 결정하고, 결정된 각각의 각속도에 따라서 팬 축 및 틸트 축을 제어할 수 있다.
도 4는 일 실시 예에 따른 영상 전환 속도를 결정하는 단계를 나타내는 순서도이다.
도 4를 참조하면, 영상 전환 속도를 결정하는 단계(321)는, 중심점으로부터 특정 지점까지의 거리를 산출하는 단계(3211)와, 중심점에 대한 특정 지점의 방향을 결정하는 단계(3212)를 포함할 수 있다.
단계 3211에서 산출된 거리는, 디스플레이의 영상의 중심점으로부터 사용자가 선택한 특정 지점까지의 변위(displacement)를 의미하는 것으로 해당 변위의 단위는 미리 설정된 기준에 따라 결정될 수 있다. 예를 들면, 도 5와 같이, 디스플레이의 영상의 영역을 방위각 θ 및 고각
Figure 112019052632620-pat00004
으로 표현할 경우, 산출된 거리는 방위각 차이 및 고각 차이로 산출된 각도 단위를 가질 수 있다. 다른 예로, 디스플레이의 영상의 영역을 미터법(metric)에 따른 수평 위치 및 수직 위치로 표현할 경우, 산출된 거리는 수평 위치 차이 및 수직 위치 차이로 산출된 길이 단위를 가질 수 있다. 도 5에서는 단계 3211에서 산출된 거리가 각도 단위를 갖는 경우를 예시적으로 설명하기로 하지만, 반드시 이와 같이 제한되는 것은 아님을 밝혀 둔다.
단계 3211에서 결정된 방향은, 단계 3211에서 산출된 2개의 차이의 비율을 의미하는 것으로 이해할 수 있다. 예를 들면, 도 5와 같이, 디스플레이의 영상의 영역을 방위각 θ 및 고각
Figure 112019052632620-pat00005
으로 표현할 경우, 결정된 방향은 방위각 차이
Figure 112019052632620-pat00006
및 고각 차이
Figure 112019052632620-pat00007
의 비율로 표현될 수 있다. 다른 예로, 디스플레이의 영상의 영역을 미터법(metric)에 따른 수평 위치 및 수직 위치로 표현할 경우, 산출된 거리는 수평 위치 차이 및 수직 위치 차이의 비율인 기울기로 표현될 수 있다.
도 5는 특정 지점 선택에 따라서 디스플레이 영상이 변화되는 모습을 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 디스플레이 영상의 특정 지점을 선택하면, 특정 지점이 디스플레이 영상의 중심점에 위치하도록 카메라의 가시선이 회전되는 것을 확인할 수 있다. 디스플레이 영상의 중심점을 기준으로 '┼'자 참조선이 배치되어 있다. 참조선은 화상정보 입력장치를 이용하여 상기 디스플레이 영상 내에서 클릭할 위치를 정확하게 표적할 수 있도록 하는 보조선이다. 참조선의 중심점은 관측하는 실제 공간에서 표적이 위치한 가상의 평면과 가시선이 만나는 점이다.
먼저 도 5의 (a)는 디스플레이 영상내 특정 지점을 선택하는 모습을 나타낸 도면이다. 특정 지점을 선택한 당시의 카메라 가시선의 위치 P0의 방위각과 고각을 각각 θ0 및
Figure 112019052632620-pat00008
으로 하고, 선택한 특정 지점 Pc의 방위각과 고각을 θc 및
Figure 112019052632620-pat00009
으로 한다. 카메라의 가시선의 이동 속도(V_r)는 방위각 차이 (θc-θ0) 및 고각 차이 (
Figure 112019052632620-pat00010
-
Figure 112019052632620-pat00011
)에 기초하여 아래의 수학식 1에 따라 결정될 수 있다.
Figure 112019052632620-pat00012
여기서,
V_r: 카메라의 가시선의 이동 속도(°/s)
a: 보정 계수(/s)
θ0: 사용자가 특정 지점을 선택한 순간의 카메라의 가시선의 방위각(°)
θc: 특정 지점의 방위각(°)
Figure 112019052632620-pat00013
: 사용자가 특정 지점을 선택한 순간의 카메라의 가시선의 고각(°)
Figure 112019052632620-pat00014
: 특정 지점의 고각(°)
이상의 수학식 1에 따르면, 보정 계수 a가 카메라(21)의 시야의 크기에 무관하게 동일한 값을 갖더라도, 카메라(21)의 시야가 변화함에 따라서, 카메라의 가시선의 이동 속도(V_r)가 변화될 수 있다. 구체적으로, 사용자가 디스플레이(26) 상에서 동일한 지점을 선택하더라도, 카메라(21)의 시야가 넓은 경우의 방위각 차이
Figure 112019052632620-pat00015
및 고각 차이
Figure 112019052632620-pat00016
보다, 카메라(21)의 시야가 좁은 경우의 방위각 차이
Figure 112019052632620-pat00017
및 고각 차이
Figure 112019052632620-pat00018
가 작아지게 된다. 따라서, 수학식 1에 따르면, 카메라(21)의 시야에 적절한 이동 속도를 제공하는 것이 가능하다.
한편, 이와 달리, 보정 계수 a는 카메라(21)의 시야의 크기에 따라서 변화될 수도 있다. 예를 들면, 제어부(23)는, 카메라(21)의 줌배율을 입력받아, 보정 계수 a가 줌 배율에 따라 조절(비례 또는 반비례)되도록 할 수 있다. 일 예로, 보정 계수 a는 카메라(21)의 시야가 클수록 커지고, 카메라(21)의 시야가 작을수록 작은 값을 가질 수 있다. 이와 같은 방법에 의하면, 표적의 탐지 및 추적을 위하여 넓은 시야(낮은 줌 배율)를 활용할 때에, 추적 속도를 향상하여 기민한 추적을 가능하게 하고, 표적의 인지를 위하여 좁은 시야(높은 줌 배율)를 활용할 때, 추적 속도를 늦추어 정밀한 추적을 가능하게 할 수 있다. 한편, 이와 반대로 설정하는 것도 가능하며 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
이상의 과정을 통하여 이동 속도(V_r)가 결정되면, 제어부(23)는 구동부(27)의 구조에 따라서, 구동부(27) 각각의 운동 요소별 조작량을 결정하고, 결정된 조작량에 기초하여 구동 명령을 생성하고, 생성된 구동 명령을 구동부(27)로 전달함으로써, 감시 시스템(2)이 표적을 추적하도록 할 수 있다.
도 5의 (b)는 카메라의 가시선이 선택한 특정 지점으로 이동한 모습을 나타낸 도면이다. 카메라의 가시선이 회전하는 동안, 새로운 특정 지점을 선택하지 않는다면, 카메라의 가시선은 선택한 특정 지점으로 이동하고 그 결과 선택한 특정 지점은 디스플레이 영상의 중심(P0')에 놓일 수 있다. 한편, 도 2의 단계 33 및 단계 34가 수행되지 않을 경우에는, 가시선은 특정 지점을 통과하여 계속하여 결정된 이동 속도(V_r)로 이동할 수도 있을 것이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 2 개의 카메라의 가시선이 정렬된 상태에서, 각각의 카메라의 시야에 대응하는 영상 정보를 출력하는 2개의 디스플레이를 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 감시 시스템(2)은 제 1 카메라와, 제 1 카메라의 시야(field of view, FOV)에 대응하는 영상 정보를 출력하는 제 1 디스플레이와, 제 2 카메라와, 제 2 카메라의 시야에 대응하는 영상 정보를 출력하는 제 2 디스플레이를 포함할 수 있다.
제 1 카메라 및 제 2 카메라는 동일한 영역을 감시하기 위하여, 각각의 가시선의 이동 속도가 동일하게 설정될 수 있다. 다시 말하면, 제 1 카메라의 시야의 중심점은 제 2 카메라의 시야에 포함되고, 제 2 카메라의 시야의 중심점은 제 1 카메라의 시야에 포함되어, 2 개의 디스플레이 영상은 항상 서로 중첩되어 비추는 동일한 영역을 가질 수 있다. 예를 들면, 복수 개의 카메라는, 동일한 팬 축 및 틸트 축을 구비하는 하나의 팬틸트 장치에 설치될 수 있다.
예를 들어, 2개의 카메라는 서로 다른 시야를 갖도록 할 수 있는데, 도 6의 (a)는 넓은 시야로 설정한 제 1 카메라의 디스플레이 영상이고, 도 6의 (b)는 좁은 시야로 설정한 제 2 카메라의 디스플레이 영상이다. 예를 들어, 제 1 카메라의 시야는 제 2 카메라의 시야보다 10배 이상 넓게 할 수 있다. 이와 같이 설정한 감시 시스템(2)에서는 표적의 탐지 및 인지를 동시에 수행할 수 있는 이점이 있다.
사용자는, 2개의 카메라에 대응하는 2개의 디스플레이 중 어느 하나의 디스플레이에서 선택적으로 특정 지점을 선택함으로써, 2개의 카메라의 가시선을 동시에 이동시킬 수 있다. 예를 들어, 도 6과 같이 디스플레이의 크기가 동일하다면, 동일한 지점을 선택하더라도, 도 6의 (a)에 표현된 제 1 디스플레이 상에서 해당 지점을 선택할 때의 가시선의 이동 속도가, 도 6의 (b)에 표현된 제 2 디스플레이 상에서 해당 지점을 선택할 때의 가시선의 이동 속도보다 빠를 수 있다.
한편, 넓은 화각으로 표적을 탐지하기 위한 제 1 디스플레이는, 좁은 화각으로 표적을 인지하기 위한 제 2 디스플레이보다 상대적으로 작을 수도 있다. 그러나 디스플레이의 크기에 무관하게 넓은 화각으로 표적을 탐지하기 위한 제 1 디스플레이에서의 추적 속도는 충분히 빨라야 한다.
따라서, 제어부(23)는, 디스플레이 영상의 중심점으로부터 특정 지점까지의 거리를, 디스플레이 영상 상에서의 절대적인 길이가 아니라, 디스플레이의 최대 길이를 고려한 상대적인 길이 비율로써 산출하고, 이를 이용하여 가시선의 이동 속도를 결정할 수도 있다. 다시 말하면, 사용자가 제 1 디스플레이 영상의 중심점으로부터 제 1 디스플레이의 최대 길이 대비 설정 비율에 위치하는 지점을 선택한 경우의 가시선의 이동 속도는, 사용자가 제 2 디스플레이 영상의 중심점으로부터 제 2 디스플레이의 최대 길이 대비 설정 비율에 위치하는 지점을 선택한 경우의 가시선의 이동 속도보다 빨라질 수 있다. 이와 같은 제어 방법에 의하면, 제 1 디스플레이가 제 2 디스플레이보다 작은 경우에도 본 발명에서 목적한 것과 같이 시야에 따라서 유연한 이동 속도를 제공하는 것이 가능하다. 한편, 도 5를 통하여 앞서 설명한 [수학식 1]에 따른 이동 속도(V_r)의 결정 방법에 의하면, 디스플레이의 크기에 무관하게 방위각 차이
Figure 112019052632620-pat00019
및 고각 차이
Figure 112019052632620-pat00020
에 기초하여 이동 속도(V_r)를 결정하므로, 이상의 목적을 달성할 수 있다는 점을 알 수 있다.
도 7은 일 실시 예에 따른 감시거리별 표적의 이동 각속도와 회전 분해능에 따른 추적 가부를 나타낸 표이다.
도 7을 참조하면, 100km/h 의 고속으로 이동하는 표적의 이동 각속도는 10 km 만큼 떨어진 거리에서 0.1563°/s, 20km 만큼 떨어진 거리에서 0.0781°/s, 30 km만큼 떨어진 거리에서 0.0521°/s로 측정된다. 4km/h 의 저속으로 이동하는 표적의 이동 각속도는 10 km 만큼 떨어진 거리에서 0.0063°/s, 20km 만큼 떨어진 거리에서 0.0031°/s, 30 km만큼 떨어진 거리에서 0.0021°/s로 측정된다. 이동하는 표적을 추적하기 위해서는 감시 장비의 회전 분해능이 물체의 이동 각속도보다 작아야 한다. 따라서 보통의 0.01°/s 회전 분해능을 갖는 체계#1에 따르는 경우, 4km/h 의 저속으로 이동하는 표적은 표적과 카메라 간의 거리와 관계없이 추적이 불가능하다. 반면, 일 실시 예에 따르면 좁은 시야의 카메라에 대응하는 디스플레이 영상을 정밀하게 수평시계로 나눌 수 있으므로, 작은 회전 분해능을 가질 수 있다. 따라서 저속으로 이동하는 표적을 탐지하는데 용이하다. 구체적으로 좁은 시야의 카메라에 대응하는 디스플레이 영상의 수평 시계를 600등분하여 0.0005 °/s 만큼 작은 회전 분해능을 가질 수 있다.
도 8은 일 실시 예에 따른 감시 시스템의 정면도이고, 도 9는 일 실시 예에 따른 영상 전환 속도를 결정하는 단계를 나타내는 순서도이다.
먼저 도 8은 감시 시스템(1)의 일 예를 나타낸 것으로, 2개의 카메라를 지지하며, 팬틸트 구조를 갖는 감시 시스템(1)을 도시한 것이다. 도 8을 참조하면, 감시 시스템(1)은, 팬틸트 베이스(11), 팬 축(12), 팬틸트 본체(13), 틸트 축(14), 카메라 브라켓(15) 및 구동부(미도시)를 포함할 수 있다.
팬틸트 본체(13)는, 팬틸트 베이스(11)에 대하여 제 1 방향으로 회전 가능하게 연결될 수 있다. 여기서, 제 1 방향은 방위각 방향과 일치할 수 있다.
카메라 브라켓(15)은, 카메라를 지지하기 위한 것으로, 틸트 축(14)을 통해 팬틸트 본체(13)에 대하여 제 2 방향으로 회전 가능하게 연결될 수 있다. 여기서, 제 2 방향은 고각 방향과 일치할 수 있다.
구동부는, 제어부(23)의 명령에 따라서, 제어부(23)에 의해 결정된 각속도로, 팬 축(12) 및 틸트 축(14)을 구동시킬 수 있다.
감시 시스템(1)이 도 8과 같이 팬틸트 구조를 갖는 경우, 도 9와 같이 영상 전환 속도가 결정될 수 있다. 도 9를 참조하면, 영상 전환 속도를 결정하는 단계(421)는, 중심점으로부터 특정 지점까지의 방위각 차이를 산출하는 단계(4211)와, 중심점으로부터 특정 지점까지의 고각 차이를 산출하는 단계(4212)를 포함할 수 있다. 제어부(23)는, (i) 단계 4211에서 산출된 방위각 차이에 기초하여, 아래의 수학식 2처럼 팬 축(12)의 각속도를 결정하고, (ii) 단계 4212에서 산출된 고각 차이에 기초하여, 아래의 수학식 3처럼 틸트 축(14)의 각속도를 결정할 수 있다.
Figure 112019052632620-pat00021
Figure 112019052632620-pat00022
이상의 수학식 2 및 수학식 3을 종합하면, 결과적으로 감시 시스템(1)의 가시선의 이동 속도는 [수학식 1]과 같이 결정될 수 있음을 알 수 있다.
이상과 같이 비록 한정된 도면에 의해 실시 예들이 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구조, 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

Claims (9)

  1. (i) 제 1 카메라와, (ii) 상기 제 1 카메라의 시야(field of view, FOV)에 대응하는 영상 정보를 출력하는 제 1 디스플레이와, (iii) 상기 제 1 카메라의 시야보다 좁은 시야를 갖는 제 2 카메라와, (iv) 상기 제 2 카메라의 시야에 대응하는 영상 정보를 출력하는 제 2 디스플레이와, (v) 상기 제 1 카메라 및 상기 제 2 카메라 각각의 가시선을 동일한 이동 속도로 이동시키는 구동부를 포함하는 감시 시스템의 제어 방법에 있어서,
    사용자가 입력 장치를 통하여 상기 제 1 디스플레이 및 상기 제 2 디스플레이 중 어느 하나의 디스플레이의 영상 내 선택한 특정 지점에 대한 정보를 수신하는 단계; 및
    상기 카메라의 가시선을 이동시키는 단계를 포함하고,
    상기 가시선의 이동 속도는, 상기 특정 지점이 선택되는 순간의 상기 어느 하나의 디스플레이의 영상의 중심점으로부터 상기 특정 지점의 상대적인 위치를 기초로 결정되고,
    상기 어느 하나의 디스플레이 내에서, 상기 특정 지점 및 상기 중심점 사이의 거리가 길수록 상기 이동 속도의 크기가 증가되고,
    상기 특정 지점으로써, 사용자가 상기 제 1 디스플레이의 영상의 중심점으로부터 상기 제 1 디스플레이의 영상의 최대 길이 대비 설정 비율에 위치하는 지점을 선택한 경우의 상기 가시선의 이동 속도는, 사용자가 상기 제 2 디스플레이의 영상의 중심점으로부터 상기 제 2 디스플레이의 영상의 최대 길이 대비 상기 설정 비율에 위치하는 지점을 선택한 경우의 상기 가시선의 이동 속도보다 빠른 것을 특징으로 하는 감시 시스템의 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가시선을 이동시키는 단계는,
    상기 중심점으로부터 상기 특정 지점까지의 거리를 산출하는 단계; 및
    상기 중심점에 대한 상기 특정 지점의 방향을 결정하는 단계를 포함하는 감시 시스템의 제어 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 거리는, 상기 중심점으로부터 상기 특정 지점까지의 방위각 차이 및 고각 차이에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 감시 시스템의 제어 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 가시선의 이동 속도는 아래의 수학식에 따르는 것을 특징으로 하는 감시 시스템의 제어 방법.
    [수학식]
    Figure 112020078065406-pat00023

    (V_r: 가시선의 이동 속도, a: 보정 계수, θ0: 사용자가 특정 지점을 선택한 순간의 가시선의 방위각, θc: 특정 지점의 방위각,
    Figure 112020078065406-pat00024
    : 사용자가 특정 지점을 선택한 순간의 가시선의 고각,
    Figure 112020078065406-pat00025
    : 특정 지점의 고각)
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 카메라 및 상기 제 2 카메라 중 어느 하나의 카메라는 열상 카메라이고, 나머지 하나의 카메라는 가시광선 대역의 카메라인 감시 시스템의 제어 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 감시 시스템은, (i) 팬틸트 베이스와, (ii) 팬 축을 통해 상기 팬틸트 베이스에 대하여 제 1 방향으로 회전 가능하게 연결된 팬틸트 본체와, (iii) 틸트 축을 통해 상기 팬틸트 본체에 대하여 제 2 방향으로 회전 가능하게 연결되고, 상기 제 1 카메라 및 상기 제 2 카메라를 지지하는 카메라 브라켓을 포함하고,
    상기 구동부는, 상기 팬 축 및 상기 틸트 축을 구동하고,
    상기 가시선을 이동시키는 단계는,
    상기 중심점으로부터 상기 특정 지점까지의 방위각 차이를 산출하는 단계;
    상기 중심점으로부터 상기 특정 지점까지의 고각 차이를 산출하는 단계; 및
    산출된 상기 방위각 차이 및 상기 고각 차이에 기초하여, 상기 구동부를 제어하는 단계를 포함하고,
    상기 구동부는 상기 방위각 차이가 클수록 상기 팬 축을 빠르게 회전시키고, 상기 고각 차이가 클수록 상기 틸트 축을 빠르게 회전시키는 것을 특징으로 하는 감시 시스템의 제어 방법.
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