KR102230552B1 - 움직임 감지와 레이더 센서를 이용한 탐지 객체 위치 산출 장치 - Google Patents

움직임 감지와 레이더 센서를 이용한 탐지 객체 위치 산출 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 움직임 감지와 레이더 센서를 이용한 탐지 객체 위치 산출 장치에 관한 것으로서, 감시대상 영역에 설치되어 주변 영상을 촬영하는 카메라, 감시대상 영역에 설치되어 탐지 객체의 유형정보와 거리정보를 제공하는 레이더 센서, 상기 카메라와 레이더 센서의 동작을 제어하고, 상기 카메라의 촬영 영상을 분석하여 탐지 객체의 수평각도와 수직각도를 산출하고, 상기 탐지 객체의 유형정보, 거리정보, 수평각도와 수직각도 정보를 통신망을 통해 관리자 단말로 전송하는 제어부를 포함하여 구성된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 감시대상의 종류를 구분하고 카메라로부터의 거리/수평수직각도를 산출하여 관리자에게 상세한 정보를 제공할 수 있어 작업자의 신속한 대응이 가능하고, 불필요한 영상 확인 또는 현장 출동 등의 관리 업무를 방지할 수 있는 장점이 있고, 3축 센서가 내장되어 임의로 카메라 해체 시 관리자에게 알람을 제공하여 카메라의 손상이나 도난을 방지할 수 있는 효과도 있다.

Description

움직임 감지와 레이더 센서를 이용한 탐지 객체 위치 산출 장치{Device For Computing Position of Detected Object Using Motion Detect and Radar Sensor}
본 발명은 감지 카메라의 탐지 객체 위치 산출 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 움직임 감지와 레이더 센서를 이용하여 탐지 객체의 유형과 위치를 정확하게 알아낼 수 있는 방법에 관한 것이다.
인명이나 차량 사고, 사유 재산 및 공공 재산에 대한 보호의 필요성이 증대됨에 따라 범죄에 대한 예방, 증거 확보 또는 사고 예방 활동 등을 위한 다양한 형태의 감시 카메라, 폐쇄회로 카메라 등이 설치되고, 이를 시스템적으로 활용하는 기술들이 널리 개발 및 적용되고 있다.
통상적으로 이러한 감시 카메라와 이를 활용하는 감시 시스템 또는 방범 시스템에서는 특정 지역 내지 공간을 촬영하고 촬영된 영상을 특정 기간(예를 들어, 30일) 동안 보관하는 방식이 가장 일반적이라고 할 수 있다. 이러한 방식은 특정 사건이나 사고 등이 발생한 후, 사건이나 사고의 경위 내지 피의자 등을 확인하거나 식별하기 위한 목적으로 활용되고 있다. 이러한 종래의 방식은 사고나 사건 등이 발생되고 난 후, 증거 확인 등을 위하여 활용되도록 비디오 영상 등을 단순히 보관하는 방법이므로 사후적 후행 방법이라고 할 수 있다.
즉, 감시 카메라의 설치 목적은 체증을 하는데 있는데, 이는 관리자가 수많은 카메라를 지속적으로 관찰하는 것이 사실상 불가능하기 때문이다.
이에 보조 수단으로 각종 센서 등을 결합하여 알람 메시지 등을 형태로 관리자에게 제공하여 체증뿐만 아니라 범죄 또는 화재 등을 사전에 예방하는 목적을 달성하는 기술이 많이 개발되어 있다.
그러나, 감시 대상 영역내에서 객체의 움직임 감지 기술을 이용하여 객체의 침입을 관리자에게 제공하는 기술은 탐지된 객체의 유형에 관계없이 객체 움직임만 감지되면 알람 메시지를 관리자에게 제공되므로, 위험 대상이 아닌 즉 감시의 필요가 없는 객체 예를 들어 고양이나 개 등의 동물, 흔들리는 나무 등의 움직임이 감지되는 경우에도 알람 메시지가 전송되는 문제가 빈번하게 발생하고 있다.
한편 Radar 센서는 객체의 거리를 정확하게 탐지할 수 있고 객체의 유형(고양이, 개, 사람 등)을 구분할 수 있는 장점이 있지만 객체의 탐지 위치(수평, 수직 각도) 등은 알 수 없는 단점이 있다.
즉, 종래 감시 시스템은 불필요한 알람 메시지의 전송의 문제가 있고, 필요한 알람 메시지를 전송한 경우에도 관리자의 입장에서는 객체의 위치를 정확하게 알 수 없어 감시 영역이 넓은 지역에서는 신속한 대응이 어려운 문제점이 발생한다.
한국등록특허 제1848864호 “이미지 센서 및 레이더 센서를 이용하여 타겟의 궤적을 추적하는 장치 및 방법” 한국공개특허 제2017-0103256호 “감시카메라를 이용한 대상물 추적 방법, 시스템 및 장치”
본 발명 목적은 카메라의 움직임 감지, 레이더 센서, 3축 센서 등을 이용하여 침입자나 감시대상의 움직임을 정확히 감별하고, 수평/수직 각도, 거리 등을 관리자에게 제공하기 위함이다.
상기와 같은 본 발명의 목적은 감시대상 영역에 설치되어 주변 영상을 촬영하는 카메라, 감시대상 영역에 설치되어 탐지 객체의 유형정보와 거리정보를 제공하는 레이더 센서, 상기 카메라와 레이더 센서의 동작을 제어하고, 상기 카메라의 촬영 영상을 분석하여 탐지 객체의 수평각도와 수직각도를 산출하고, 상기 탐지 객체의 유형정보, 거리정보, 수평각도와 수직각도 정보를 통신망을 통해 관리자 단말로 전송하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 움직임 감지와 레이더 센서를 이용한 탐지 객체 위치 산출 장치에 의해 달성될 수 있다.
여기서, 상기 제어부는 상기 탐지 객체의 수평각도 b(단위 : °)는
Figure 112019049808328-pat00001
의 수학식을 통해 산출하고, 상기 탐지 객체의 수평각도 h(단위 : °)는
Figure 112019049808328-pat00002
의 수학식을 통해 산출할 수 있다.
그리고, 상기 제어부는 각도 표시 방법이 시계방향 표시 방법인 경우 카메라의 설치방향에 대한 수직방향 및 수평방향 오프셋 값을 반영하여 상기 탐지 객체의 수평각도와 수직각도를 시계방향 값으로 표시할 수 있다.
또한, 상기 카메라의 3축 움직임 정보를 검출하는 3축 센서가 더 포함되고, 상기 제어부는 상기 3축 센서의 검출정보에 기초하여 일정 이상의 움직임 정보가 검출되는 경우 알람 메시지를 관리자 단말로 전송할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 카메라의 전동 줌 렌즈의 동작에 기초하여 현재 카메라 렌즈의 초점길이 값을 결정하고, 상기 카메라 렌즈의 초점길이 값에 기초하여 상기 카메라 렌즈의 수평화각 및 수직화각을 산출하고, 상기 3축 센서의 방향 및 각도 정보에 기초하여 카메라의 설치방향에 대한 수직방향 및 수평방향 오프셋 값을 결정하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 감시대상의 종류를 구분하고 카메라로부터의 거리/수평수직각도를 산출하여 관리자에게 상세한 정보를 제공할 수 있어 작업자의 신속한 대응이 가능하고, 불필요한 영상 확인 또는 현장 출동 등의 관리 업무를 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면 3축 센서가 내장되어 임의로 카메라 해체 시 관리자에게 알람을 제공하여 카메라의 손상이나 도난을 방지할 수 있는 효과도 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 탐지 객체 위치 산출 시스템의 구성도이다.
도 2는 탐지 객체의 수평각도 산출방법을 설명하기 위한 것이다.
도 3은 탐지 객체의 수직각도 산출방법을 설명하기 위한 것이다.
도 4는 탐지 객체의 화면 표시방법의 일 실시예를 도시한 것이다.
도 5는 수평 및 수직방향 오프셋 각을 반영한 각도 표시방법을 설명하기 위한 것이다.
도 6은 탐지 객체 위치 산출방법이 수행되는 과정을 도시한 흐름도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호들 및 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 탐지 객체 위치 산출 시스템의 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 탐지 객체 위치 산출 시스템은 카메라(10), 레이더 센서(20), 3축센서(30), 메모리(40), 무선통신부(50), 유선통신부(60) 및 제어부(70)를 포함하여 구성된다.
카메라(10)는 감시대상 영역에 설치되는 것으로서, 외부의 영상광을 이미지 센서의 상면에 결상시키는 렌즈 시스템과 렌즈 시스템을 통과한 광을 수광하여 전기 신호로 변환하는 이미지 센서를 포함한다. 렌즈 시스템은 적어도 하나의 렌즈를 포함하며, 줌(Zoom) 기능이 있는 줌 렌즈일 수 있다. 이미지 센서는 씨씨디(CCD; charge coupled device) 또는 씨모스(CMOS; complementary metal oxide semiconductor)와 같은 광전 변환 소자를 구비하여, 렌즈 시스템을 통해 입사된 영상광을 전기적 신호인 화상 신호로 변환한다.
레이더 센서(20)는 전파신호를 발생시키는 송신기와, 송신기로부터 발생된 전파신호를 방출하는 안테나 전파신호가 목표물에 부딪혀 반사되어 되돌아오는 반사파신호를 수신하기 위한 수신기 및 수신된 반사파신호에 기초하여 탐지 객체를 탐지하고, 반사파신호가 발생된 위치를 파악하는 센서를 포함할 수 있다. 레이더 센서(20)는 탐지 객체의 정확한 거리 산출이 가능하고, 탐지 객체의 유형을 알 수 있어, 사람과 동물, 나무 등을 구별할 수 있다.
3축 센서(30)는 카메라(10)의 일측에 설치되어 카메라(10)의 기울어짐이나 흔들림에 따른 로(Raw) 데이터인 가속도 데이터를 생성하여 출력한다. 가속도 데이터는 X축 가속도 데이터, Y축 가속도 데이터 및 Z축 가속도 데이터를 포함한다.
메모리(40)는 카메라(10)에서 촬영된 영상을 저장하거나 제어부(70)의 구동 프로그램을 저장하기 위한 영역으로서, 플래쉬 메모리, DDR 메모리, SD 카드 등을 포함할 수 있다.
무선통신부(50)는 촬영된 영상이나 알람 메시지를 무선방식으로 전송하기 위한 것으로서, WiFi 모뎀이나 LTE 모뎀 등을 포함할 수 있다.
유선통신부(60)는 촬영된 영상이나 알람 메시지를 유선방식으로 전송하기 위한 것으로서, 근거리 네트워크(LAN: Local Area Network), 도시권 네트워크(MAN: Metropolitan Area Network), 광역 네트워크(WAN: Wide Area Network) 등의 다양한 네트워크를 포함할 수 있다.
제어부(70)는 카메라(10)의 촬영영상과 레이더 센서(20)의 검출신호에 기초하여 탐지 객체의 거리정보와 위치정보(수직 각도, 수평 각도)를 산출하여 산출된 정보를 무선통신부(50) 또는 유선통신부(60)를 통해 관리자에게 전송하는 기능을 수행한다.
탐지 객체의 위치정보(수직 각도, 수평 각도)를 산출하는 방법을 도 2 및 도 3을 통해 설명한다. 위치정보 산출방법 설명에 앞서 카메라 렌즈의 초점거리와 촬상각도 간의 관계는 표 1과 같이 나타낼 수 있다. 표 1은 센서 사이즈가 1/3“이고 화면비율이 4:3인 카메라의 경우를 예시하고 있다.
초점 길이(mm) 2 3 10 30 100
수평 화각 92 78 28 9.3 2.8
수직 화각 85 62 20 6.9 2.1
도 2는 탐지 객체의 수평각도 산출방법을 설명하기 위한 것으로서, 도 2a에서 a는 카메라 렌즈의 수평 화각, b는 카메라 렌즈와 탐지 객체 간의 수평각도, c는 탐지 객체의 거리를 나타내고, 도2b에서 d는 화면의 수평방향 1/2 거리, e는 화면에서 피사체인 탐지 객체의 수평 방향 거리를 나타낸다.
도 2a의 경우에 있어서, 탐지 객체의 수평각도 b(단위 : °)는
Figure 112019049808328-pat00003
와 같이 나타낼 수 있다.
여기서, 표 1의 예시에서 초점길이가 2mm인 경우 a는 92°이고, d=960pixels, e=600pixels 라고 가정하면, b° = (92/2)x(600/960) = 28.75° 그리고 탐지객체가 카메라의 좌측에 있으므로 좌28.75° 또는 L28.75°의 형태로 표현될 수 있다.
도 3은 탐지 객체의 수직각도 산출방법을 설명하기 위한 것으로서, 도 3a에서 g는 카메라 렌즈의 수직 화각, h는 카메라 렌즈와 탐지 객체 간의 수직 각도를 나타내고, 도 3b에서 j는 화면의 수직방향 1/2 거리, k는 피사체인 탐지 객체의 수직 방향 거리를 나타낸다.
도 2와 같은 같은 방법으로 수직 각도 검출의 예를 들면 탐지 객체의 수평각도 h(단위 : °)는
Figure 112019049808328-pat00004
와 같이 나타낼 수 있다.
여기서, 표 1의 예시에서 초점길이가 2mm인 경우 g는 85°이고, j=540pixels, k=300pixels 라고 가정하면, b° = (85/2)x(300/540) ≒ 23.61° 그리고 탐지객체가 카메라의 위쪽에 있으므로 위23.61° 또는 T23.61°의 형태로 표현될 수 있다.
한편 상술한 바와 같이 레이더 센서(20)는 피사체의 거리 및 동물/사람 등을 판별이 가능하므로 화면에 하기와 같이 표현하는 것이 가능하다.
사람1 14.8m H=L28.75 V=T23.61
관리자에게 제공되는 정보의 형태는 위와 같이 “침입 감지, 사람1 14.8m H=L28.75 V=T23.61”와 같은 텍스트 형태로 제공하는 방식, 캡쳐된 정지영상에 상기 텍스트가 표시되는 방식, 동영상에 상기 텍스트가 표시되는 방식 등 다양한 방식으로 제공될 수 있다.
도 4는 탐지 객체의 화면 표시방법의 일 실시예를 도시한 것이다. 도 4와 같이 여러 사람이 화면상에 등장하여 검출 될 경우에는 레이더 센서(20)는 각 사람마다 거리를 측정하고, 카메라의 움직임감지기능에서 멀리 있는 사람은 작게 표시되고 가까이 있는 사람은 Pixel이 크게 표시된다. 즉, 거리가 먼 사람은 작은 영역에서 표시되고, 큰 사람은 크게 표시되므로 다음과 같이 표시될 수 있다.(L : Left / R : Right / T : Top / B : Bottom)
사람1 20.3m H=L30.60 V=T27.34
사람2 15.3m H=L27.00 V=T22.97
사람3 08.2m H=L12.23 V=B10.08
개1 16.0m H=R30.00 V=T28.05
이러한 정보들은 상술한 바와 같이, 관리자에게 다양한 방식으로 제공될 수 있고, 저장되는 영상에 이러한 정보를 첨부하여 저장하는 것도 가능하다.
도 5는 수평 및 수직방향 오프셋 각을 반영한 각도 표시방법을 설명하기 위한 것이다. 만일 탐지 객체의 위치를 24방위 또는 시계방향 값으로 표시하고 싶다면 카메라 설치 당시 시계방향 오프셋 값을 입력하여 계산된 각도값에 오프셋 값을 더하거나 빼준 다음 각도를 시게 단위로 변환 표시하면 된다.
도 5a는 수평방향 오프셋을 반영한 시계 방향 표시의 예로서 카메라가 12시방향에 대하여 HO° 만큼 오프셋을 갖는 경우 계산된 수평각도인 b°에서 HO°만큼을 더해주면 된다. 마찬가지로 도 5b는 수직방향 오프셋을 반영한 시계 방향 표시의 예로서 카메라가 수평 방향에 대하여 VO° 만큼 오프셋을 갖는 경우 계산된 수직각도인 h°에서 HO°만큼을 더해주면 된다.
이와 같은 오프셋 보정 과정을 거쳐 도 5에서 탐지된 객체는 사람1 20.3m H=9시30분 V=T02.56°의 형태로 표시될 수 있다.
도 6은 탐지 객체 위치 산출방법이 수행되는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 우선, 관리자가 카메라 렌즈의 초점길이를 입력한다(S10). 만일, 카메라 렌즈가 전동 줌을 내장하고 있는 경우에는 카메라가 초점길이를 알고 있으므로 이러한 경우에는 본 단계는 생략될 수 있다.
현재 표시모드가 시계방향 표시모드인 경우, 관리자가 시계 방향 오프셋을 입력한다(S20). 도 5a 및 도 5b에서 설명한 바와 같이, 시계 방향 오프셋은 수평방향 오프셋과 수직방향 오프셋을 시계방향 값으로 입력할 수 있다. 이 경우 3축센서(30)가 방향 및 각도까지 내장된 것이라면 본 단계도 생략될 수 있다.
카메라(10)와 레이더 센서(20)에서 객체의 움직임이 감지되면 제어부(70)는 카메라(10)와 레이더 센서(20)의 검출 정보에 기초하여 탐지 객체의 유형정보, 거리정보, 수평각도 및 수직각도를 산출한다. 위에서 설명한 것처럼 객체의 유형정보와 거리정보는 레이더 센서(20)의 검출 정보에 기초하여 결정될 수 있고, 탐지객체의 수평각도와 수직각도는 카메라 촬영 영상을 분석하여 도 2 및 도 3의 과정을 통해 계산될 수 있다.
제어부(70)는 산출된 탐지 객체의 유형정보, 거리정보, 수평각도 및 수직각도 정보를 통신망을 통해 관리자에게 전송한다.
이상에서 본 발명에 대한 기술 사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 일 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
10 : 카메라 20 : 레이더 센서
30 : 3축센서 40 : 메모리
50 : 무선통신부 60 : 유선통신부
70 : 제어부

Claims (5)

  1. 감시대상 영역에 설치되어 주변 영상을 촬영하는 카메라(10);
    감시대상 영역에 설치되어 탐지 객체의 유형정보와 거리정보를 제공하는 레이더 센서(20);
    상기 카메라(10)와 레이더 센서(20)의 동작을 제어하고, 상기 카메라(10)의 촬영 영상을 분석하여 탐지 객체의 수평각도와 수직각도를 산출하고, 상기 탐지 객체의 유형정보, 거리정보, 수평각도와 수직각도 정보를 통신망을 통해 관리자 단말로 전송하는 제어부(70)를 포함하여 구성되고,
    상기 제어부(70)는 상기 탐지 객체의 수평각도 b(단위 : °)는
    Figure 112021500766450-pat00005
    의 수학식을 통해 산출하고, 상기 탐지 객체의 수평각도 h(단위 : °)는
    Figure 112021500766450-pat00006
    의 수학식을 통해 산출하는 것을 특징으로 하는 움직임 감지와 레이더 센서를 이용한 탐지 객체 위치 산출 장치.
    여기서, a는 카메라 렌즈의 수평 화각, b는 카메라 렌즈와 탐지 객체 간의 수평각도, c는 탐지 객체의 거리, d는 화면의 수평방향 1/2 거리, e는 화면에서 피사체인 탐지 객체의 수평 방향 거리, g는 카메라 렌즈의 수직 화각, h는 카메라 렌즈와 탐지 객체 간의 수직 각도, j는 화면의 수직방향 1/2 거리, k는 피사체인 탐지 객체의 수직 방향 거리를 나타냄
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부(70)는 각도 표시 방법이 시계방향 표시 방법인 경우 카메라(10)의 설치방향에 대한 수직방향 및 수평방향 오프셋 값을 반영하여 상기 탐지 객체의 수평각도와 수직각도를 시계방향 값으로 표시하는 것을 특징으로 하는 움직임 감지와 레이더 센서를 이용한 탐지 객체 위치 산출 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 카메라(10)의 3축 움직임 정보를 검출하는 3축 센서(30)가 더 포함되고,
    상기 제어부(70)는 상기 3축 센서(30)의 검출정보에 기초하여 일정 이상의 카메라 움직임 정보가 검출되는 경우 알람 메시지를 관리자 단말로 전송하는 것을 특징으로 하는 움직임 감지와 레이더 센서를 이용한 탐지 객체 위치 산출 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제어부(70)는
    상기 카메라(10)의 전동 줌 렌즈의 동작에 기초하여 현재 카메라 렌즈의 초점길이 값을 결정하고, 상기 카메라 렌즈의 초점길이 값에 기초하여 상기 카메라 렌즈의 수평화각 및 수직화각을 산출하고,
    상기 3축 센서(30)의 방향 및 각도 정보에 기초하여 카메라(10)의 설치방향에 대한 수직방향 및 수평방향 오프셋 값을 결정하는 것을 특징으로 하는 움직임 감지와 레이더 센서를 이용한 탐지 객체 위치 산출 장치.

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