KR102473078B1 - 복수의 ptz카메라에 의해 촬영되는 감시영역의 위치산출장치 - Google Patents

복수의 ptz카메라에 의해 촬영되는 감시영역의 위치산출장치 Download PDF

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최희욱
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Abstract

복수의 PTZ카메라에 의해 촬영되는 감시영역의 위치산출장치는, 복수의 PTZ카메라의 설치높이를 포함하는 위치정보를 저장하며, 복수의 PTZ카메라 중 어느 하나를 상하좌우 회전되도록 제어하여 어느 하나의 상하회전각 및 좌우회전각을 측정하고, 측정된 어느 하나의 상하회전각에 기초하여 관측반경을 산출하며, 복수의 PTZ카메라의 설치높이를 포함하는 위치정보, 산출된 관측반경 및 측정된 어느 하나의 좌우회전각에 기초하여 목표위치정보를 산출하는 제어부를 포함한다.

Description

복수의 PTZ카메라에 의해 촬영되는 감시영역의 위치산출장치{Location Calculating Device of a surveillance area photographed by a plurality of PTZ cameras}
본 발명은 복수의 PTZ카메라에 의해 촬영되는 감시영역의 위치산출장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수의 PTZ카메라에 의해 촬영되는 촬영영상에서의 위치를 산출할 수 있는 복수의 PTZ카메라에 의해 촬영되는 감시영역의 위치산출장치에 관한 것이다.
보안용 CCTV 시스템인 영상감시시스템은 이동하는 사람과 물체를 감시하기 위해 마련된다. 이렇게 찾고자 하는 이동하는 사람과 물체를 감시하는 데에는 어려움이 많다. 첫째로 다수의 감시자가 다수의 카메라들 각각에 대한 영상을 모두 확인하여야 한다는 점이다. 둘째, 확인한다고 하여도 연계를 하기 어려우므로 찾고자 하는 이동하는 사람과 물체의 이동을 파악하는데 장기간의 시간이 소요된다.
또한, 영상 관제의 사각지대를 줄이고 응급 상황 발생 시 현장의 세밀한 관찰이 필요한 PTZ 카메라는 실시간 관제가 필요한 현장에 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 긴급한 현장 상황 관찰이 필요한 응급 상황 발생 시에는 신속하고 정확한 PTZ 카메라의 제어가 매우 중요한 기능적 요구 사항으로 부각되고 있다. 효율적인 관제 업무를 위해 PTZ 카메라 제어의 편리성을 도모하는 다양한 기술과 방법이 제시되고 있으니 아직도 개선의 여지가 있다. 영상 감시 시스템에서 PTZ 카메라 제어를 하는 통상적인 방법은 제어버튼을 누르는 것이다.
그러나 PTZ 카메라가 정확한 관찰 위치로 이동하기 위해 수 차례 제어 버튼을 반복하여 눌러야 한다. 주로 사용되는 IP 카메라의 경우 네트워크 지연으로 인해 관찰 화면과 실제 이동 간의 시간차가 발생하고 이로 인해 세밀한 관찰 위치로 이동하는 작업이 더욱 어려워진다.
따라서 본 발명의 목적은 복수의 PTZ카메라에 의해 촬영되는 촬영영상 내에서 목표위치의 정보를 파악할 수 있는 복수의 PTZ카메라에 의해 촬영되는 감시영역의 위치산출장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 복수의 PTZ카메라에 의해 촬영되는 감시영역의 위치산출장치는, 상기 복수의 PTZ카메라의 설치높이를 포함하는 위치정보를 저장하며, 상기 복수의 PTZ카메라 중 어느 하나를 상하좌우 회전되도록 제어하여 상기 어느 하나의 상하회전각 및 좌우회전각을 측정하고, 측정된 상기 어느 하나의 상하회전각에 기초하여 관측반경을 산출하며, 상기 복수의 PTZ카메라의 설치높이를 포함하는 위치정보, 산출된 상기 관측반경 및 측정된 상기 어느 하나의 좌우회전각에 기초하여 목표위치정보를 산출하는 제어부를 포함한다. PTZ카메라의 설치높이, 위치정보, 관측반경 및 좌우회전각을 이용하여 수의 PTZ카메라에 의해 촬영되는 촬영영상 내에서 목표에 대한 위치를 산출할 수 있으므로 목표위치의 객체에 대한 추적효율이 향상될 수 있다.
여기서, 상기 제어부는, 상기 복수의 PTZ카메라 중 어느 하나와 상기 어느 하나의 PTZ카메라에 인접한 PTZ카메라를 동일한 지점을 촬영하도록 하며, 상기 어느 하나의 PTZ카메라와 상기 인접한 PTZ카메라의 목표위치를 산출하며, 산출된 상기 어느 하나의 PTZ카메라와 상기 인접한 PTZ카메라의 목표위치 간의 차이를 이용하여 목표위치정보를 보정하면 PTZ카메라에 의해 촬영되는 촬영영상 내에서 목표에 대한 위치를 더욱 정확하게 산출할 수 있어 바람직하다.
그리고 상기 제어부는, 상기 복수의 PTZ카메라 각각에 대한 관측반경을 산출하며, 산출된 상기 복수의 PTZ카메라 각각에 대한 관측반경으로 인접한 PTZ카메라를 검출하면 복수의 PTZ카메라에 의해 촬영되는 전체 감시영역에 대한 위치산출이 정확히 이루어질 수 있어 바람직하다.
여기서, 상기 제어부는, 상기 복수의 PTZ카메라 중 어느 하나의 관측위치에서의 관측영상을 중심으로 하는 상기 관측영상 주변의 참조영상을 저장하며, 상기 참조영상 내의 지점 및 영역에 대한 상기 목표위치정보를 산출하고 상기 제어부는, 상기 관측영상의 패턴을 저장하며, 상기 관측영상의 패턴매칭을 통하여 상하좌우를 포함하는 상기 관측영상 주변의 참조영상을 줌 배율에 따라 저장하면 광범위한 영역에 대한 영상에서의 위치를 파악할 수 있으므로 객체의 추적이 광범위하게 이루어질 수 있어 바람직하다.
본 발명에 따르면 PTZ카메라의 설치높이, 위치정보, 관측반경 및 좌우회전각을 이용하여 수의 PTZ카메라에 의해 촬영되는 촬영영상 내에서 목표에 대한 위치를 산출할 수 있으므로 목표위치의 객체에 대한 추적효율이 향상될 수 있는 효과가 있다.
또한, PTZ카메라에 의해 촬영되는 촬영영상 내에서 목표에 대한 위치를 더욱 정확하게 산출할 수 있고, 복수의 PTZ카메라에 의해 촬영되는 전체 감시영역에 대한 위치산출이 정확히 이루어질 수 있으며, 광범위한 영역에 대한 영상에서의 위치를 파악할 수 있으므로 객체의 추적이 광범위하게 이루어질 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 위치산출장치를 이용한 PTZ카메라 제어 데이터를 GPS좌표로 변환하는 방법 예시도이다.
도 2는 PTZ카메라 설치 높이와 상하 회전각에 따른 관측 반경 산출 방법 예시도이다.
도 3은 관측 목표 매칭 방법을 활용한 PTZ카메라 설치 위치의 GPS좌표 보정 방법 예시도이다.
도 4는 GPS좌표를 활용하여 인접 카메라를 검출하는 방법 예시도이다.
도 5는 기존의 수동 제어 기술을 활용한 PTZ 카메라의 이동에 대한 예시도이다.
도 6은 기존의 위치 정보 기반 자동 제어 기술을 활용한 PTZ카메라의 이동에 대한 예시도이다.
도 7은 영상에서 위치 정보를 추출하는 제어 기술을 활용한 PTZ 카메라의 이동에 대한 예시도이다.
도 8은 위치산출장치의 예시도이다.
도 9는 복수의 PTZ카메라를 통한 위치산출장치의 블록 예시도이다.
도 10은 기존의 위치 정보에서 PTZ 제어 정보를 생성하는 예시도이다.
도 11은 위치산출장치를 통한 영상에서 PTZ 제어 및 협업 감시용 위치 정보를 생성하는 예시도이다.
도 12는 사용자입력을 통한 이동하는 타깃을 관찰하는 예시도이다.
도 13은 영역선택을 통한 이동하는 타깃을 관찰 및 확대하는 예시도이다.
도 14는 참조이미지 및 영역 선택을 통한 이동하는 타깃을 관찰 및 확대하는 예시도이다.
도 15는 참조이미지를 생성하는 예시도이다.
도 16은 영상과 PTZ카메라 제어 각도와 상관 관계를 나타내는 예시도이다.
도 17은 패턴 매칭 방법을 활용한 PTZ카메라 회전 범위 측정 예시도이다.
도 18은 PTZ카메라의 줌배율에 따른 PTZ카메라의 회전 범위 측정 방법 예시도이다.
도 19는 영상 내 위치 정보에서 PTZ카메라의 위치정보를 산출하는 방법 예시도이다.
도 20은 제어 대상 카메라와 인접 카메라를 영상출력부에 표출하는 방법 예시도이다.
도 21은 영상출력부에 PTZ카메라의 제어 상태를 표출하는 방법 예시도이다.
도 22는 제어블록도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 위치산출장치(1)를 상세히 설명한다.
도 5는 기존의 수동 제어 기술을 활용한 PTZ 카메라의 이동에 대한 예시도이고, 도 6은 기존의 위치 정보 기반 자동 제어 기술을 활용한 PTZ카메라의 이동에 대한 예시도이다.
먼저, 기존 기술에 대한 예시를 설명한다.
영상 관제의 사각지대를 줄이고 응급 상황 발생 시 현장의 세밀한 관찰이 필요한 PTZ 카메라는 실시간 관제가 필요한 현장에 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 긴급한 현장 상황 관찰이 필요한 응급 상황 발생 시에는 신속하고 정확한 PTZ 카메라의 제어가 매우 중요한 기능적 요구 사항으로 부각되고 있다. 효율적인 관제 업무를 위해 PTZ 카메라 제어의 편리성을 도모하는 다양한 기술과 방법이 제시되고 있으니 아직도 개선의 여지가 있다. 영상 감시 시스템에서 PTZ 카메라 제어를 하는 통상적인 방법은 제어버튼을 누르는 것이다.
그러나 PTZ 카메라가 정확한 관찰 위치로 이동하기 위해 수 차례 제어 버튼을 반복하여 눌러야 한다. 주로 사용되는 IP 카메라의 경우 네트워크 지연으로 인해 관찰 화면과 실제 이동 간의 시간차가 발생하고 이로 인해 세밀한 관찰 위치로 이동하는 작업이 더욱 어려워진다.
이를 개선하기 위하여 도 5와 같이 전자 지도상의 위치 좌표를 활용하여 PTZ를 제어하는 방법이 제시되었으나, 정확한 관찰 위치로 이동하는 마지막 단계에는 제어버튼을 누르는 작업이 수반되어야 한다. 또한, 인접한 근방으로의 이동은 자동으로 이루어지나 정확한 관찰 위치로 이동하기 위해서는 수작업이 수반되어야 한다.
도 6과 같이 객체 인식 방법을 통해 연관된 카메라를 자동으로 제어하는 방법도 제시되고 있으나, 추적 대상 인식 실패, 오감지, 예상 이동 경로 이탈 등으로 인한 추적 실패가 발생할 경우 제어 모드를 수동으로 변경하고 수작업으로 제어버튼을 눌러야 하는 상황이 발생한다. 또한, 오동작이 이루어질 경우 자동 추적을 끄는 작업이 추가되고 예측하지 못한 방향으로 이동한 카메라를 이동시키기 위한 작업에 시간이 소요되는 문제가 있다.
도 8은 위치산출장치(1)의 예시도이다.
도 8을 참조하여 위치산출장치 (1)의 구성을 설명한다.
위치산출장치(1)는 PTZ카메라(10), 영상출력부(20), 통신부(30), 사용자입력부(32), 조명부(34), 스피커(36) 및 제어부(40)를 포함한다.
PTZ카메라(10)는 전체 감시구역 중 일부 감시구역을 촬영하는 복수로 마련된다. PTZ카메라(10)는 제1PTZ카메라(11), 제2PTZ카메라(12) 및 제nPTZ카메라(n)를 포함한다.
PTZ카메라(10)는 각각이 회전구동부, 틸트구동부 줌인구동부를 포함하여 PTZ의 움직임을 구현할 수 있다. PTZ카메라(1)는 각각은 제어부(40)의 제어명령에 따라 촬영하려는 위치로 이동되어 촬영을 할 수 있다. 복수의 PTZ카메라(10) 각각은 통신부를 포함하고 있어서, 촬영된 영상을 제어부(4)로 유선 및 무선 중 어느 하나로 전송할 수 있다.
영상출력부(20)는 복수의 PTZ카메라(10)에서 촬영된 복수의 감시촬영영상을 표시한다. 영상출력부(20)는 멀티화면을 구현할 수 있도록 복수의 디스플레이부(11 내지 n)으로 구성될 수 있다. 영상출력부(20)는 복수의 디스플레이부(11 내지 n) 각각이 하나의 영상을 표시하도록 분할 표시되도록 할 수도 있고, 복수의 디스플레이부(11 내지 n) 각각이 복수의 PTZ카메라(10) 각각의 촬영영상을 표시하도록 할 수도 있다.
통신부(30)는 복수의 PTZ카메라(10)로부터 전송되는 촬영영상을 수신할 수 있으며, 복수의 PTZ카메라(10)로 회전구동부, 틸트구동부 줌인구동부를 제어하여 회전, 틸팅 및 줌인아웃되도록 하는 위치정보 및 이동명령을 전송한다.
사용자입력부(32)는 사용자의 명령을 입력할 수 있는 입력부로 구성될 수 있다. 사용자입력부(32)는 마우스, 키보드, 터치판넬, 음성인식부 및 제스쳐인식부로 마련될 수 있다.
조명부(34)는 복수의 PTZ카메라(10) 각각에 지지되어 복수의 PTZ카메라(10)가 촬영하려는 위치를 향해 조명을 비춘다. 조명부(34)는 조도센서를 구비하고 있어 조명부(34)는 주변의 조도가 낮아지는 밤이 되는 경우 제어부(40)의 제어에 따라 조명을 출력할 수 있다.
스피커(36)는 조명부(34)와 같이 복수의 PTZ카메라(10) 각각에 지지되어 음성을 출력할 수 있다. 스피커(36)는 제어부(40)의 제어에 따라 안내음성이 출력할 수 있다.
제어부(40)는 복수의 PTZ카메라(10)의 설치높이를 포함하는 위치정보를 저장하며, 복수의 PTZ카메라(10) 중 어느 하나를 상하좌우 회전되도록 제어하여 어느 하나의 상하회전각 및 좌우회전각을 측정하고, 측정된 어느 하나의 상하회전각에 기초하여 관측반경을 산출하며, 복수의 PTZ카메라(10)의 설치높이를 포함하는 위치정보, 산출된 관측반경 및 측정된 어느 하나의 좌우회전각에 기초하여 목표위치정보를 산출한다.
제어부(40)는 복수의 PTZ카메라(10) 중 어느 하나와 어느 하나의 PTZ카메라에 인접한 PTZ카메라를 동일한 지점을 촬영하도록 하며, 어느 하나의 PTZ카메라와 인접한 PTZ카메라의 목표위치를 산출하며, 산출된 어느 하나의 PTZ카메라와 인접한 PTZ카메라의 목표위치 간의 차이를 이용하여 목표위치정보를 보정한다.
제어부(40)는 복수의 PTZ카메라(10) 각각에 대한 관측반경을 산출하며, 산출된 복수의 PTZ카메라(10) 각각에 대한 관측반경으로 인접한 PTZ카메라를 검출한다.
제어부(40)는 복수의 PTZ카메라(10) 중 어느 하나의 관측위치에서의 관측영상을 중심으로 하는 관측영상 주변의 참조영상을 저장하며, 참조영상 내의 지점 및 영역에 대한 목표위치정보를 산출한다.
제어부(40)는 관측영상의 패턴을 저장하며, 관측영상의 패턴매칭을 통하여 상하좌우를 포함하는 관측영상 주변의 참조영상을 줌 배율에 따라 저장한다.
도 1은 본 발명에 따른 위치산출장치(1)를 이용한 PTZ카메라 제어 데이터를 GPS좌표로 변환하는 방법 예시도이다.
PTZ카메라(10)가 설치된 위치의 GPS 좌표는 설치 시점에 측정된 정보를 입력한 후 카메라 설정 데이터베이스에 저장한다.
목표점 GPS 좌표는 상하 회전각을 통해 추출된 관측 반경과 좌우 회전각을 이용해서 계산한다.
관측 반경을 R, 기준점 위도와 경도를 LAb와 LOb라 하고 목표점 위도와 경도를 각각 LAt와 LOt 라고 했을 경우
LAt = LAt + R x Cos(P) / 111319.4908
LOt = LOt + R x Sin(P) / 111319.4908 이다.
도 2는 PTZ카메라 설치 높이와 상하 회전각에 따른 관측 반경 산출 방법 예시도이다.
카메라가 설치된 위치의 관측 반경은 설치 높이를 H, 상하 회전각을 T로 할 경우 다음과 같이 계산된다.
R = H / sin(T)
예를 들어 카메라 설치 높이가 28m이고 상하 회전각이 5˚일 경우 관측 반경은 다음과 같이 계산된다.
R = 28 / sin(5) = 320.04m
도 3은 관측 목표 매칭 방법을 활용한 PTZ카메라 설치 위치의 GPS좌표 보정 방법 예시도이다.
PTZ카메라 설치 위치에 지정되는 기준 GPS 좌표는 측정 오차에 의해 카메라간 협업 시 위치 정보 불일치가 발생한다.
기준 카메라와 대상 카메라에 대해 동일 목표에 대한 GPS 좌표 계산 결과를 비교하여 오차 보정치를 확인한다.
위도 오차를 LAd 경도 오차를 LOd 라고 할 경우 오차는 다음과 같이 계산된다.
LAd = LAb - LAt
LOd = LOb - LOb
도 4는 GPS좌표를 활용하여 인접 카메라를 검출하는 방법 예시도이다.
제어 대상 카메라에서 현재 관찰중인 관측 목표의 GPS 좌표를 계산하고 해당 지점의 관측 범위와 모든 카메라의 관측 범위를 확인하여 교차하는 부분이 있을 경우 인접 카메라로 검출한다.
검출 반경은 관찰 지역의 특성을 반영할 수 있도록 사용자에 의해 지정 가능하다.
관측 범위 교차 검출은 원의 교차점을 구하는 수학식을 알고리즘으로 활용한다.
도 7은 영상에서 위치 정보를 추출하는 제어 기술을 활용한 PTZ 카메라(10)의 이동에 대한 예시도이다.
관제사가 관찰하는 화면상의 위치를 선택하고 이를 통해 계산된 PTZ 카메라(10) 제어 정보를 활용해 PTZ카메라(10)를 이동시키면 기존 방법에서 요구되는 반복 작업이 줄어들어 PTZ 카메라(10) 제어의 효율성이 크게 향상되고 이로 통해 감시 업무의 효율성을 크게 향상시킬 수 있다.
도 9는 복수의 PTZ카메라(10)를 통한 위치산출장치(1)의 블록 예시도이다.
PTZ 카메라(10)는 영상의 위치정보에서 PTZ카메라 제어 정보를 추출하기 위한 파라미터 정보를 초기화 과정을 거쳐 데이터베이스에 저장한다. 카메라에서 촬상되고 있는 영상의 크기만큼의 상하, 좌우 각도를 측정하는 과정으로 각도가 카메라 렌즈의 배율에 따라 정비례하지 않기 때문에 배율에 따른 각도 측정을 반복하여 데이터베이스에 저장한다.
PTZ 카메라(10)는 인접 카메라 검출 및 인접 카메라 제어를 위해 초기화(GPS 좌표) 정보를 데이터베이스에 저장하고 GPS 좌표 보정을 위한 파 라미터를 목표 매칭 방법에 의해 생성하고 데이터베이스에 저장한다. 초기화 정보는 현재 카메라가 설치된 위치의 GPS 좌표를 의미한다. 이 값은 측정을 통해 데이터베이스에 입력한다. 측정된 GPS의 위치 값은 오차가 있기 때문에 특정 카메라에서 산출된 GPS 좌표가 또 다른 인접 카메라의 GPS 좌표와 일치하지 않을 수 있다. 이 때문에 특정 카메라의 GPS좌표를 기준으로 삼고 두 카메라 사이의 동일한 지점을 촬영한 후 산출된 GPS 좌표의 차이만큼 GPS 보정값으로 사용하는 것이다.
PTZ 카메라(10)는 제어부(40)와 연동하여 참조 이미지를 생성한 후 전송하며 PTZ 위치 정보를 카메라 데이터베이스에 저장하고, 영상 내 위치 정보를 수신하면 해당 위치에 대한 정보를 계산하여 PTZ을 목표 위치로 이동시킨다. 영상 내 위치정보라 함은 화면에서 선택된 위치 정보이다. 영상출략부(20) 화면에 표시되는 영상의 크기는 화면 확대 및 축소에 의해 달라질 수 있기 때문에 백분율로 전달한다.
PTZ 카메라(10)는 PTZ카메라(10) 제어 정보 계산 후 인접 카메라 제어를 위한 정보를 계산하고 제어부(40)로 전송한다. PTZ카메라 제어 정보는 Pan, Tilt, Zoom 위치 정보이고 인접 카메라 제어를 위한 정보는 GPS 좌표 정보이다. GPS 좌표는 위도, 경도만 전달한다.
여기서, PTZ 카메라(10)를 이용하여 GPS좌표를 획득하는 것이 아니라 고정형 카메라(돔 카메라, 블렛카메라, 박스형카메라)도 해당 방향으로 촬영하고 있다면 연동되어 GPS좌표를 획득할 수 있다.
PTZ 카메라(10)는 인접 카메라 제어를 위한 위치정보를 수신하면 위치 정보 보정을 수행한 후 PTZ 제어를 위한 제어 정보를 계산하여 PTZ을 목표 위치로 이동시킨다.
제어부(40)는 PTZ을 제어하고 참조 이미지를 수신하여 데이터베이스에 저장한다.
제어부(40)는 외부 이벤트 알람 시스템과 연동하여 이벤트 발생 상황을 화면상에 표출하고 운영자의 선택에 의해 해당 카메라의 영상이 실 시간으로 표시되며 이 때 참조 이미지도 함께 화면상에 표출한다.
제어부(40)는 선택된 카메라는 표출 시스템으로 전송되어 지정된 모니터 상에 선택된 카메라 영상을 표출되기 위한 용도로 활용한다.
제어부(40)는 실시간 영상이나 참조 이미지 영상 위에서 클릭이나 영역을 선택하면 해당 정보가 카메라로 전송된다.
제어부(40)는 영상 내 위치 전송 후 카메라에서 계산된 인접 카메라 제어를 위한 위치 정보를 수신한다.
제어부(40)는 인접 카메라 제어 정보를 활용하여 인접 카메라를 검출하고 위치 정보를 해당 카메라로 전송한다.
제어부(40)는 인접 카메라 정보는 표출 시스템으로 전송되어 지정된 모니터 상에 인접 카메라 영상을 표출하기 위한 용도로 활용한다.
제어부(40)는 외부 알람 시스템(GPS연동 알람서버시스템(2)와 속도검지 연동 알람 서버시스템(3)에서 GPS 좌표를 함께 수신할 수 있는 경우에는 일련의 과정을 자동화할 수 있다.
제어부(40)는 영상출력부(20)에 표시되는 지도 화면 위에 제어 대상 카메라와 인접 카메라에 대한 감시 범위, 감시 한계, 화각, 관찰 위치와 GPS 좌표를 표시한다.
영상출력부(20)는 제어부(40)에서 표출 대상 PTZ 카메라에 대한 정보를 수신하면 지정된 모니터에 지정된 화면 크기로 영상을 표출한다.
영상출력부(20)는 표출 시스템의 영상은 지정된 카메라의 영상 소스 주소에 따라 카메라에서 직접 수신하거나 분배 서버에서 수신한다.
영상출력부(20)는 표출되는 영상 위에 이벤트 발생 내용과 제어 시스템에서 목표 촬상 중인 카메라인지 인접 카메라인지 여부를 문자 자막으로 표출한다.
영상출력부(20)는 전환된 화면은 운영자에 의해 수동으로 원상 복원하거나 지정된 시간 후에 자동으로 원상 복귀한다.
도 10은 기존의 위치 정보에서 PTZ카메라 제어 정보를 생성하는 예시도이다.
위치 정보를 기반으로 PTZ카메라 제어를 자동화하는 기존 방식의 경우 관찰 대상 위치를 외부에 장착된 GPS센서 등으로부터 얻어진 정보에서 PTZ카메라 제어 정보를 추출한다.
그러나 GPS나, 지도기반 위치 정보와 실제 카메라의 촬상 위치의 오차로 인해 정확한 위치로 이동이 어렵고 이로 인해 수작업 제어가 동반되어야 한다. 이에 따라 여러 카메라를 동시에 제어하는 협업 감시의 경우에 있어 연관된 모든 PTZ 카메라에 오차가 발생한다.
도 11은 위치산출장치(1)를 통한 영상에서 PTZ 제어 및 협업 감시용 위치 정보를 생성하는 예시도이다.
도 11은 도 10에서의 문제를 개선하기 위한 것으로 화면상에서 PTZ 카메라 제어 정보를 추출하고 이 정보를 기반으로 인접 PTZ 카메라의 제어 정보를 생성하고, 촬영 위치 오차가 최소화되고 정확한 위치로 이동해야 하는 수작업 절차가 필요 없어진다. 인접 카메라의 위치 정보는 관측 목표 매칭 방법에 의한 카메라간 보정 과정을 거쳐 카메라 설치 시 지정한 GPS 좌표의 오차를 보정한다. 정확한 PTZ카메라 제어 정보를 인접 카메라의 제어 정보로 제공하기 때문에 협업에 있어서도 오차가 최소화된다.
도 12는 사용자입력을 통한 이동하는 타깃을 관찰하는 예시도이고, 도 13은 영역선택을 통한 이동하는 타깃을 관찰 및 확대하는 예시도이다.
실시간 영상 위에서 관측 타깃 지점을 좌측 마우스 버튼으로 클릭하면 해당 지점으로 카메라가 회전된다.
이후 실시간 영상 위에서 관측 타킷 영역을 선택하면 해당 영역으로 이동 후 확대하여 표출된다. 마우스 휠을 조정하여 줌 배율을 조절할 수 있다.
마우스 오른쪽 버튼을 누르면 이전 단계의 위치로 복귀될 수 있다.
도 14는 참조 이미지 및 영역 선택을 통한 이동하는 타깃을 관찰 및 확대하는 예시도이다.
참조 이미지 위에서 관측 타깃 지점을 좌측 마우스 버튼으로 클릭하면 해당 지점으로 카메라가 회전한다.
참조 이미지 위에서 관측 타킷 영역을 선택하면 해당 영역으로 이동 후 확대하여 표출된다.
마우스 휠을 조정하여 줌 배율을 조절할 수 있다.
마우스 오른쪽 버튼을 누르면 이전 단계의 위치로 복귀될 수 있다.
카메라의 현재 화각을 벗어나는 위치로 이동할 경우도 1회의 동작으로 PTZ 제어가 가능하다.
도 15는 참조 이미지를 생성하는 예시도이다.
참조 이미지는 PTZ 카메라(10)를 관측 위치로 이동시키고 해당 지점의 영상을 이미지 파일로 저장하는 과정을 반복하는 방법으로 생성한다.
참조 이미지 파일 저장 시 해당 관측 지점의 PTZ 위치정보(PAN, TILT, ZOOM)를 저장하여 이미지 클릭이나 영역 선택 시 PTZ카메라 제어 좌표 계산을 위한 용도로 활용한다.
참조 이미지는 운영자의 필요에 따라 PTZ 카메라(10)의 관측 범위에 해당하는 전체 영역을 대상으로 하거나 일부 영역을 대상으로 생성할 수 있다.
참조 이미지 저장 시 레이블을 붙여 참조 이미지의 식별을 용이하게 하는 작업을 부가적으로 수행할 수 있다.
도 16은 영상과 PTZ카메라 제어 각도와 상관 관계를 나타내는 예시도이다.
PTZ카메라(10)가 촬영 중인 영상의 범위와 PTZ 제어 각도 범위는 상관 관계를 갖고 있다.
PTZ카메라(10)의 줌 배율의 클수록 제어 각도 범위가 줄어드는 반비례 관계이지만 PTZ카메라(10)의 회전축 중심에 이미지 센서가 위치할 수 없는 물리적인 한계로 인한 오차가 있다.
PTZ카메라(10)의 줌 모터를 제어하여 줌 배율을 조정해야 하는 모터 제어 수치는 줌 배율과 대비하여 다차원 함수로 나타나는 특징이 있다.
상기 특징을 반영한 수학식을 도출하기 위해서는 PTZ 카메라(10)의 물리적인 형상과 기계적인 제어 수치를 측정한 후 매우 복잡한 수치 해석 과정을 거쳐야 하는데, 이러한 과정은 제조사만 할 수 있는 방법이기 때문에 범용성이 떨어진다.
위치산출장치(1)는 약간의 오차를 허용하더라도 실용성에 있어 문제가 없는 수준으로 활용할 수 있는 방법이다.
도 17은 패턴 매칭 방법을 활용한 PTZ카메라 회전 범위 측정 예시도이다.
줌 배율에 따른 PTZ카메라 제어 각도 범위를 측정하는 과정을 반복하여 데이터베이스에 저장하는 방법을 기본으로 활용한다.
PZT 카메라(10) 회전 시 패턴 매칭 기법을 활용하여 정확한 위치에 자동으로 정지한 후 해당 위치의 위치 정보를 읽는다.
도 18은 PTZ카메라(10)의 줌배율에 따른 PTZ카메라(10)의 회전 범위 측정 방법 예시도이다.
패턴 매칭이 용이한 지점으로 PTZ카메라(10) 위치를 이동한 후 초기화 시작한다.
PTZ카메라(10)는 최소 1배율인 1X로 배율을 조정한 후 기준 영상을 캡처하여 메모리에 저장한다.
PTZ카메라(10)는 좌측으로 천천히 회전하면서 캡처 메모리에 저장된 기준 영상과 패턴 매칭을 하여 매칭이 실패하는 즉시 정지한 후 좌우 위치 값을 읽고 카메라 설정 데이터베이스에 저장한다.
PTZ카메라(10)의 패턴 매칭은 이미지 유사도 비교 알고리즘을 사용하여 유사도 정도가 설정된 기준치 이하로 떨어지면 매칭 실패로 처리한다.
PTZ카메라(10)의 기준 위치로 복귀한 후 우측 방향, 상부 방향, 하부 방향에 대해 각각 동일 과정을 반복한다.
PTZ카메라(10)는 하부 방향에 대한 측정이 끝나면 줌 배율을 지정된 단계만큼 확대한 후 측정을 반복한다.
PTZ카메라(10)는 줌 배율이 최대 배율에 도달하면 측정 과정을 완료한다.
도 19는 영상 내 위치 정보에서 PTZ카메라(10)의 위치정보를 산출하는 방법 예시도이다.
영상 중심과 선택 지점과의 Offset 만큼 해당하는 좌우 위치 값(Pan Value)과 상하 위치 값(Tilt Value)를 비례식으로 계산한다.
현재 줌 배율 Z에 해당한 Pan Range와 Tilt Range를 데이터베이스에서 읽어 온 후 선형 보간법으로 Pan Range와 Tilt Range를 변환한다.
현재 줌 배율에 해당하는 Pan Range와 Tilt Ran Range를 각각 PRc과 TRc라고 할 경우 Zn+1 - Zn : Z - Zn = PRn+1 - PRn : PRc - PRn 이므로
PRc = (Z - Zn) x (PRn+1 - PRn) / (Zn+1 - Zn) + PRn
Zn+1 - Zn : Z - Zn = TRn+1 - TRn : TRc - TRn 이므로
TRc = (Z - Zn) x (TRn+1 - TRn) / (Zn+1 - Zn) + TRn
선택 지점의 Offset에 해당하는 위치 정보는 현재 줌 배율에 해당하는 PRn과 TRn과 비례식으로 계산한다.
현재 위치 정보에 해당하는 Pan Value를 Pc, Tilt Value를 Tt라 하고 이동 후 위치 정보에 해당하는 Pan Value를 Pn, Tilt Value를 Tt이라 하면
W : X = PRn : Pn - Pc 이므로
Pt = (X) x PRn / W + Pc
H : Y = TRn : Tn - Tc 이므로
Tt = (Y) x TRn / H + Tc
구해진 Pn과 Tn 위치로 카메라를 이동시키면 카메라 이동이 완료된다.
영역 선택에 의한 확대 배율은 영상의 폭과 높이에 대한 선택 영역의 폭과 높이를 비율로 계산하여 구한다.
현재 배율을 Z라 하고 확대되어야 할 줌 배율을 Zt라 할 경우
가로 방향에 대한 확대 배율은 Zt = Z * W / w
세로 방향에 대한 확대 배율은 Zt = Z * H / h
적용할 확대 배율은 사용자에 의해 적은 확대 배율, 큰 확대 배율, 평균 배율로 선택한다.
PTZ카메라(10) 이동 후 줌 배율 Zt를 적용시키면 확대가 완료된다.
도 20은 제어 대상 카메라와 인접 카메라를 영상출력부에 표출하는 방법 예시도이다.
제어 대상 카메라와 인접 카메라 표출을 위한 모니터는 현장 상황에 부합하도록 운영자에 의해 지정된다. 이를 테면 도로와 같은 직선 구간에서는 상하로만 표출할 수 있도록 대상 모니터를 지정한다.
대상 카메라를 중심으로 카메라가 설치된 위치를 고려하여 상, 하, 좌, 우로 인접 카메라를 표출하며, 대상 카메라가 변경되면 인접 카메라도 화면도 자동으로 교체하고, 인접 카메라가 관찰 범위에서 사라지면 화면은 원상으로 복귀하거나 블랭크로 표시할 수 있다. 제어가 종료되면 운영자에 위해 수동 복위하거나 일정 시간 지난 후 자동으로 원상 복귀된다.
도 21은 영상출력부(20)에 PTZ카메라(10)의 제어 상태를 표출하는 방법 예시도이다.
제어부(40)는 디지털 지도와 연계하여 카메라 상태를 표시한다. 디지털 지도 화면에는 카메라 설치 상태와 제어 대상 카메라, 인접 카메라에 대상, 각각의 카메라에 대한 관찰 반경, 감시 한계, 화각, 관찰 방향, 관찰 위치와 GPS 좌표를 표시한다. 영상출략부(20) 화면에는 제어 대상 카메라, 참조 카메라와 방향, 알람 발생 상황이 표시된다.
상기의 실시 예 이외의 변형 가능한 실시 예를 설명한다.
제어부(40)는 복수의 PTZ카메라(10)의 위치정보를 저장하며, 복수의 PTZ카메라(10)에서 촬영된 촬영영상을 수신하여 영상출력부(20)에 표시하고, 복수의 PTZ카메라(10)에서 촬영된 촬영영상 내의 지점 및 영역에 대한 입력정보를 수신하면 복수의 PTZ카메라(10)의 위치정보에 기초하여 입력정보에 대한 위치정보를 산출할 수 있다.
제어부(40)는 복수의 PTZ카메라(10)에서 촬영되고 있는 영상의 크기만큼의 상하, 좌우 각도 및 복수의 PTZ카메라(10) 중 어느 하나의 PTZ카메라와 인접PTZ카메라가 설치된 위치의 GPS 좌표를 측정하여 저장하고, 복수의 PTZ카메라(10) 각각의 참조위치에 대하여 촬영된 참조이미지를 저장하며, 저장된 복수의 PTZ카메라(10)에서 촬영되고 있는 영상의 크기만큼의 상하, 좌우 각도 및 복수의 PTZ카메라(10) 중 어느 하나의 PTZ카메라와 인접PTZ카메라가 설치된 위치의 GPS 좌표를 측정하여 저장하고, 복수의 PTZ카메라(10) 각각의 참조위치에 대하여 촬영된 참조이미지에 기초하여 복수의 PTZ카메라(10)의 위치정보를 산출하여 저장할 수 있다.
제어부(40)는 산출된 입력정보에 대한 위치정보 및 이동제어정보를 해당 PTZ카메라와 해당 PTZ카메라 중 인접한 PTZ카메라로 전송하여 산출된 입력정보에 대한 위치정보로 이동하여 촬영이 이루어지도록 제어할 수 있다.
제어부(40)는 해당 PTZ카메라의 감시촬영영상을 중앙표시영역에 표시하고, 해당 PTZ카메라 중 인접한 PTZ카메라의 감시촬영영상이 중앙표시영역의 상하좌우 인접한 표시영역에 표시되도록 영상출력부(20)의 디스플레이부(21 내지 n)를 제어할 수 있다.
제어부(40)는 해당 PTZ카메라의 감시촬영영상을 중앙표시영역에 표시하고, 해당 PTZ카메라 중 인접한 PTZ카메라의 감시촬영영상의 위치정보가 해당 PTZ카메라의 감시촬영영상의 위치정보와 기설정된 중첩정도에 기초하여 중첩되며 표시되도록 제어할 수 있다.
제어부(40)는 사용자가 촬영하려는 촬영위치가 이동 또는 변경되는 경우 이동 또는 변경되는 촬영위치에 대응하여 인접한 PTZ카메라에서 촬영된 감시촬영영상이 영상출력부(20)에 변경되어 표시되도록 제어할 수 있다.
제어부(40)는 영상출력부(20)에 표시되는 감시촬영영상에 대응하는 기준PTZ카메라를 변경하는 사용자의 명령이 입력되면 기준카메라에 대한 인접PTZ카메라를 검출하며, 검출된 인접PTZ카메라의 감시촬영영상이 영상출력부(20)에 표시되도록 제어할 수 있다.
제어부(40)는 인접PTZ카메라가 협업 대상 PTZ카메라에서 제외되는 것으로 판단되면 기준PTZ카메라의 감시촬영영상이 표시되도록 제어할 수 있다.
제어부(40)는 복수의 PTZ카메라(10)를 위치정보와 함께 영상출력부(20)에 표시하며, 사용자에 의해 선택되는 복수의 PTZ카메라(10) 중 하나의 PTZ카메라에서 촬영된 감시촬영영상을 영상출력부(20)에 표시되도록 제어할 수 있다.
제어부(40)는 복수의 PTZ카메라(10) 중 어느 하나의 PTZ카메라의 감시촬영영상을 중앙표시영역에 표시하고, 중앙표시영역의 복수의 방향에 대응한 복수의 인접PTZ카메라 중 해당 인접PTZ카메라의 감시촬영영상을 중앙표시영역의 해당방향 측면에 표시되도록 제어할 수 있다.
상기의 위치산출장치(1)로 인하여, PTZ카메라(10)의 설치높이, 위치정보, 관측반경 및 좌우회전각을 이용하여 수의 PTZ카메라(10)에 의해 촬영되는 촬영영상 내에서 목표에 대한 위치를 산출할 수 있으므로 목표위치의 객체에 대한 추적효율이 향상될 수 있다. 또한, PTZ카메라에 의해 촬영되는 촬영영상 내에서 목표에 대한 위치를 더욱 정확하게 산출할 수 있고, 복수의 PTZ카메라에 의해 촬영되는 전체 감시영역에 대한 위치산출이 정확히 이루어질 수 있으며, 광범위한 영역에 대한 영상에서의 위치를 파악할 수 있으므로 객체의 추적이 광범위하게 이루어질 수 있다.
1: 위치산출장치(1) 2: GPS연동 알람 서버시스템
3: 속도검지 연동 알람 서버시스템
10: PTZ카메라 11: 제1PTZ카메라
12: 제2PTZ카메라 n: 제nPTZ카메라
20: 영상출력부 21: 제1디스플레이부
22: 제2디스플레이부 n: 제n디스플레이부
30: 통신부 32: 사용자입력부
34: 조명부 36: 스피커
40: 제어부

Claims (5)

  1. 복수의 PTZ카메라에 의해 촬영되는 감시영역의 위치산출장치에 있어서,
    상기 복수의 PTZ카메라의 설치높이를 포함하는 위치정보를 저장하며, 상기 복수의 PTZ카메라 중 어느 하나를 상하좌우 회전되도록 제어하여 상기 어느 하나의 상하회전각 및 좌우회전각을 측정하고, 측정된 상기 어느 하나의 상하회전각에 기초하여 관측반경을 산출하며, 상기 복수의 PTZ카메라의 설치높이를 포함하는 위치정보, 산출된 상기 관측반경 및 측정된 상기 어느 하나의 좌우회전각에 기초하여 목표위치정보를 산출하는 제어부를 포함하며,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 PTZ카메라 중 특정 카메라의 GPS좌표를 기초로 하여 인접한 카메라와 사이의 동일한 지점을 촬영한 후 산출된 GPS 좌표의 차이만큼 GPS 보정값으로 사용하여 산출된 상기 인접한 카메라의 위치정보를 포함하는 상기 복수의 PTZ카메라의 위치정보를 저장하며,
    상기 복수의 PTZ카메라에서 촬영된 참조 이미지를 저장하고, 상기 복수의 PTZ카메라에서 촬영된 복수의 감시촬영영상 및 상기 참조 이미지 중 적어도 하나의 영역 상에 대한 지점 및 영역의 사용자 입력이 수신되면 적어도 하나의 영역 상에 대한 지점 및 영역에 대한 해당 위치정보를 해당 PTZ카메라로 전송하도록 제어하고,
    상기 복수의 PTZ카메라 중 어느 하나의 PTZ카메라의 감시촬영영상을 중앙표시영역에 표시하고, 해당 관측 지점의 PTZ 위치정보를 저장하며, 해당 PTZ카메라를 상기 감시촬영영상의 상하좌우를 향하도록 하는 과정을 반복하여 참조 이미지를 생성 저장하며,
    상기 참조 이미지는 상기 복수의 PTZ카메라 중 어느 하나의 관측 범위에 해당하는 전체 영역을 대상으로 하거나 일부 영역을 대상으로 생성하는 것을 특징으로 하는 위치산출장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 PTZ카메라 중 어느 하나와 상기 어느 하나의 PTZ카메라에 인접한 PTZ카메라를 동일한 지점을 촬영하도록 하며, 상기 어느 하나의 PTZ카메라와 상기 인접한 PTZ카메라의 목표위치를 산출하며, 산출된 상기 어느 하나의 PTZ카메라와 상기 인접한 PTZ카메라의 목표위치 간의 차이를 이용하여 목표위치정보를 보정하는 것을 특징으로 하는 위치산출장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 PTZ카메라 각각에 대한 관측반경을 산출하며, 산출된 상기 복수의 PTZ카메라 각각에 대한 관측반경으로 인접한 PTZ카메라를 검출하는 것을 특징으로 하는 위치산출장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 PTZ카메라 중 어느 하나의 관측위치에서의 관측영상을 중심으로 하는 상기 관측영상 주변의 참조영상을 저장하며, 상기 참조영상 내의 지점 및 영역에 대한 상기 목표위치정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 위치산출장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 관측영상의 패턴을 저장하며, 상기 관측영상의 패턴매칭을 통하여 상하좌우를 포함하는 상기 관측영상 주변의 참조영상을 줌 배율에 따라 저장하는 것을 특징으로 하는 위치산출장치.
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