KR19980017645A - 화상전화기의 목표물 추적장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 목표물 이동시 목표물을 추적하여 카메라의 방향을 변경하여 주는 목표물 추적장치 및 방법에 관한 것으로, 적외선 영상을 인가받아 이를 디지탈화한 다음 경계화소의 크기와 방향에 의해 에지를 검출하고, 이렇게 검출된 에지를 이진화하여 에지내의 중심점을 찾아 카메라의 방향을 변경함으로써 목표물을 안정적으로 추적할 수 있도록 하는 목표물 추적장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 디지탈화된 입력 영상을 수평 및 수직 미분하는 제1과정; 상기 제1과정에 의해 구해진 수평 및 수직 미분값의 크기를 계산하여 기 설정된 문턱치와 비교함으로써 에지화소를 추출하는 제2과정; 상기 제2과정에 의하여 추출된 각 에지화소를 크기와 방향에 따라 필터링한 다음 이를 최종적인 문턱치와 비교하여 이진화하는 제3과정; 상기 제3과정에 의하여 이진화된 에지화소들의 중심점을 계산하여 그 중심점에 따라 카메라의 방향을 조절하는 제4과정을 포함하여 수행됨을 특징으로 한다.

Description

화상전화기의 목표물 추적장치 및 방법

[발명의 상세한 설명]

본 발명은 화상 전화기에 있어서, 목표물 이동시 목표물을 추적하여 카메라의 방향을 변경하여 주는 목표물 추적장치 및 방법에 관한 것이다.

[발명의 목적]

본 발명은 화상 전화기에 있어서, 목표물 즉 통화자를 추적하여 카메라의 방향을 자동으로 조절함으로써 목표물이 자유롭게 이동하면서 통화할 수 있도록 하기 위한 목표물 추적장치 및 방법을 제공하는데 목적이 있다.

[발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술]

본 발명은 화상 전화기에 있어서, 목표물 이동시 목표물을 추적하기 위하여 적외선 영상을 인가받아 이를 디지탈화한 다음 경계화소의 크기와 방향에 의해 에지를 검출하고, 이렇게 검출된 에지를 이진화하여 에지내의 중심점을 찾아 카메라이 방향을 변경함으로써 목표물을 안정적으로 추적할 수 있도록 하는 목표물 추적 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 목표물을 추적하는 기법에는 중심점 추적방법과 상관 추적기법이 있다.

중심점 추적기법은 이동 물체를 배경으로부터 분리한 후 추출된 이동 물체의 중심점을 추적하는 기법이다.

이때, 물체, 즉 목표물을 배경과 분리하기 위해 문턱치를 이용하게 된다.

즉, 문턱치를 이용하여 배경과 물체를 이진화하게 된다.

그러나 이러한 중심적 추적기법은 잡음에 대한 영향을 많이 받는 단점이 있다.

즉, 영상이 비교적 단순하여 영상 영역화가 용이하고 추적 가능한 물체의 속도에 대한 제약이 비교적 적은 경우에는 추적 안정성이 좋고 잡음의 영향이 적다.

그러나 반대로 영상이 비교적 복잡하여 영상 영역화가 용이하지 않고 추적 가능한 목표물의 속도에 대한 제약이 비교적 많은 경우에는 추적 안정성이 나쁘고 잡음이 많아진다.

또한, 상관 추적기법은 이전 프레임이 이동 물체, 즉 목표물의 위치에 적당한 크기의 영역을 정의하고, 정의된 영역과 현재 프레임내의 검색영역과의 상관도를 계산하여 상관도가 가장 높은 영역으로 물체가 이동한 것으로 추정하는 방법이다.

따라서 상관 추적기법은 중심점 추적기법과 같이 영상 영역화 과정을 수행하지 않고 입력되는 현재 프레임의 영상으로부터 직법 상관도를 계산하기 때문에 비교적 복잡한 영상에 대해서도 추적 성능이 유지되지만 계산량이 많아지는 단점이 있다.

본 발명은 상기의 단점을 개선하기 위하여 적외선 영상을 인가받아 이를 디지탈화한 다음 경계화소의 크기와 방향에 의해 예지를 검출하고, 이렇게 검출된 에지를 이진화하여 에지내의 중심점을 찾아 카메라의 방향을 변경함으로써 목표물을 안정적으로 추적할 수 있도록 하는 목표물 추적장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 의한 목표물 추적장치의 구성을 나타낸 블럭도.

도 2는 본 발명에 의한 에지의 방향에 따른 90도 각조의 주변화소를 나타낸도.

도 3은 본 발명에 따른 에지 필터링을 설명하기 위한 도.

도 4는 본 발명에 의한 목표물 추적방법을 나타낸 흐름도.

*도면의 주요부분이 대한 부호의 설명*

100:적외선 카메라110:아날로그/디지탈 변환부

120:영상저장부130:미분부

140:에지 필터링부150:이진화부

160:중심점 계산부170:모터구동부

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 화상 전화기의 목표물 추적방법은, 디지탈화된 입력 영상을 수평 및 수직 미분하는 제1과정; 상기 제1과정에 의해 구해진 수평 및 수직 미분값의 크기를 계산하여 기 설정된 문턱치와 비교함으로써 에지화소를 추출하는 제2과정; 상기 제2과정에 의하여 추출된 각 에지화소를 크기와 방향에 따라 필터링한 다음 이를 이진화하는 제3과정; 상기 제3과정에 의하여 이진화된 에지화소들의 중심점을 계산하여 그 중심점에 따라 카메라의 방향을 조절하는 제4과정을 포함하여 수행됨을 특징으로 한다.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 화상 전화기의 목표물 추적장치는, 카메라(100)로부터 입력되는 영상신호를 디지탈 신호로 변환하는 아날로그/디지탈 변환부(110); 상기 아날로그/디지탈 변환부(110)로부터 출력되는 영상 신호를 저장하는 영상 저장부(120); 상기 영상 저장부(120)로부터 출력되는 한 프레임의 영상신호의 수평 및 수직 미분값을 구한 다음 각 화소당 미분값의 크기를 구하는 미분부(130); 상기 미분부(130)로부터 출력되는 각 화소당 미분값의 크기를 기 설정된 문턱치와 비교하여 각 에지화소를 추출하는 비교부(140); 상기 비교부(140)에 의해 추출된 각 에지화소를 방향과 크기에 따라 이를 필터링하는 에지 필터링부(150); 상기 에지 필터링부(150)에 의해 필터링된 각 에지화소를 최종적인 임계값과 비교함으로써 이진화하는 이진화부(160); 상기 이진화부(160)에 의해 이진화된 에지화소들이 중심점을 구하는 중심점 계산부(170); 상기 중심점 계산부(170)로부터 출력되는 중심점에 따라 상기 카메라(100)의 방향을 조절하는 모터 구동부(180)를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

먼저 목표물 추적 모드에서 적외선 카메라(100)로부터 초기한 프레임이 적외선 입력영상이 출력되면 그 영상신호는 아날로그/디지탈 변환부(110)에 의해 디지탈 신호로 변환되어 2차원 행렬상에서 지정된 범위내의 값을 가지는 디지탈 영상 신호가 되며, 이렇게 변환된 영상신호는 영상 저장부(120)에 의해 저장되는데, 이 영상 저장부(120)는 영상을 저장하기에 적합한 VRAM(Video RAM)을 사용하는 것이 바람직하다(ST1, ST2).

또한, 적외선 카메라를 이용한 적외선 영상을 사용하는 이유는 배경과 목표물 사이의 윤곽부분의 신호가 애매모호한 단점이 있으나 배경으로부터 목표물의 추출이 용이하기 때문이다.

상기 영상 저장부(120)에 저장된 영상 신호는 2차원 행렬 I(x,y)에 밝기값이 할당된 형태이며, 미분부(130)에서 이를 읽어들여 수평 및 수직방향으로 아래 식(1)과 식(2)와 같이 미분이 이루어진다.

I(x-1, y-1)+I(x-1,y)+I(x-1,y+1)-I(x+1, y-1)-(x+1,y)-I(x+1,y+1)=h

…………식(1)

I(x-1, y-1)+I(x,y-1)+I(x+1,y-1)-I(x-1, y+1)-I(x,y-1)-I(x+1,y+1)=v

…………식(2)

즉, 수평미분(h) 기준화소(x,y)를 중심으로 하여 좌측의 화소((x-1,y-1),(x-1,y),(x-1,y+1))의 밝기값과 우측의 화소((x+1,y-1),(x+1,y),(x+1,y+1))이 밝기값의 차를 구하므로써 이루어지고, 수직미분(v)은 기준화소(x,y)를 중심으로 하여 상측이 화소((x-1,y-1),(x,y-1),(x+1,y-1))의 밝기값과 하측의 화소((x-1,y+1),(x,y+1),(x+1,y+1))의 밝기값의 차를 구하므로써 이루어진다.

위의 식(1)에 도시한 바와 같이 수평미분을 수행하여 수평미분값(h)을 계산하고, 위의 식(2)에 도시한 바와 같이 수직미부을 수행하여 수직미분값(v)을 계산한 후 이들 미분값(h,v)의 크기((h²+v²)^1/2)를 계산한다.

즉, 수평 및 수직 미분값(h,v)을 각각 제곱한 후 다시 제곱근을 취해 미분값의 크기((h²+v²)^1/2)를 계산한다(ST3,ST4).

상기 계산된 미분값이 크기((h²+v²)^1/2)는 비교부(140)로 입력되어 미리 설정돈 에지 판별용 문턱치와 비교되어 상기 에지 판별용 문턱치보다 큰 경우에 기준화소(x,y)가 에지 화소가 된다.

이때, 상기 에지 판별용 문턱치를 비교적 낮게 잡아서 적외선 영상에서의 밝기값에지화소 조금의 변화만 발생하더라도 에지라고 일단은 판단하게 된다.

이와 같은 미분값의 크기 및 비교과정은 한 프레임의 영상신호의 각 화소에 대해 수행하여 모든 에지 화소들을 추출해낸다(ST5,ST6).

이렇게 추출된 에지 화소들은 에지를 더욱 뚜렷이 하기 위해 고역을 강조하는 고역 통과 필터링이 행해지는데, 일반적인 고역 통과 필터링은 영상을 먼저 주파수 공간으로 변환한 다음 고주파 성분만을 통과시키는 기법이나, 이의 필터링을 거치고 나면 영상의 에지 부분 뿐만이 아니라 샷 노이즈(shot noise)와 같은 성분이 같이 증폭되는 바람직하지 못한 결과르 초래하게 된다.

그러므로, 본 발명에서는 고주파 성분의 밝기값이 급격히 변하는 부분, 즉 에지 부분을 통과시키고 에지가 아닌 잡음 등은 통과시키지 않도록 하고, 이러한 필터링은 주파수 영역이 아닌 입력영상으로부터 추추된 에지의 공간영역(spatial domain)에서 구현하도록 한다.

따라서, 에지 필터링부(150)에서는 상기 비교부(140)로부터 출력되는 에지 화소에 대해 먼저 도 2a 내지 도 2d에 도시한 바와 같이 에지 방향과 90도가 되는 주변화소들을 검색한다.

이렇게 검색된 2개의 주변화소와 에지화소중 밝기값이 큰 화소는 도 3에 도시한 바와 같이 에지화소의 밝기값의 반만큼의 크기를 더해주고, 밝기값이 작은 화소는 에지화소의 밝기값의 반만큼이 크기를 빼줌으로써 정확한 에지화소만을 증폭시키게 된다.

위의 과정을 에지로 추출된 전 화소에 적용하게 되면 에지 성분만이 더 중폭되어 고역 통과 필터링을 행한 것과 같은 효과를 낼 수 있다(ST7, ST8).

상기 에지 필터링부(150)에 의해 필터링된 에지화소는 이진화부(160)에 의해 최종적인 목표물만을 배경으로부터 분리하게 되는데, 이는 각 에지화소가 최종적인 에지 판별용 문턱치(상기 비교부(140)의 에지 판별용 문턱치보다 비교적 높음) 보다 크면 1로 셋팅하고, 그렇지 않으면 0으로 셋팅하여 목표물을 배경으로부터 분리한다(ST9, ST10).

이후 상기 이진화부(160)에 의해 분리된 목표물에 대한 이진 데이타는 중심점 계산부(170)로 입력되어 다음 식(3)과 식(4)에 의해 목표물이 중심점이 계산된다(ST11).

여기서 N은 I(x,y)가 1인 화소의 갯수이다.

이렇게 상기 중심점 계산부(170)로부터 계산된 목표물의 중심점을 이용하여 모터 구동부(180)에서는 모터를 구동하여 적외선 카메라(100)의 방향을 변경한다(ST12).

이와 같은 동작을 통해 카메라(100)의 방향을 목표물이 위치에 따라 변화시켜 카메라(100)가 목표물을 추적할 수 있도록 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 화상전화기의 목표물 추적장치 및 방법은 에지화소의 방향과 크기에 의하여 목표물의 에지를 더욱 정밀하게 추출할 수 있어 목표물의 추적 성능을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (8)

1. 디지탈화된 입력 영상을 수평 및 수직 미분하는 제1과정;

   상기 제1과정에 의해 구해진 수평 및 수직 미분값의 크기를 계산하여 기설정된 문턱치와 비교함으로써 에지화소를 추출하는 제2과정;

   상기 제2과정에 의하여 추출된 각 에지화소를 크기와 방향에 따라 필터링한 다음 이를 최종적인 문턱치와 비교하여 이진화하는 제3과정;

   상기 제3과정에 의하여 이진화된 에지화소들의 중심점을 계산하여 그 중심점에 따라 카메라의 방향을 조절하는 제4과정을 포함하여 수행됨을 특징으로 하는 화상 전화기의 목표물 추적방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제2과정의 문턱치는 비교적 낮은 값으로 설정되는 것으 특징으로 하는 화상 전화기의 목표물 추적방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 제3과정은 추출된 각 에지화소에 대해 에지 방향과 90도가 되는 주변 2화소를 검색하는 재1단계;

   상기 제1단계에 의해 검색된 2개의 주변화소와 에지화소중 밝기값이 큰 화소는 에지화소의 밝기값의 반만큼의 크기를 더해주고, 밝기값이 작은 화소는 에지화소의 밝기값의 반만큼의 크기를 빼주어 각 에지화소를 증폭시키는 제2단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 화상 전화기의 목표물 추적방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 제3과정의 최종적인 문턱치는 제1과정의 문턱치 보다 높게 설정됨을 특징으로 하는 화상 전화기의 목표물 추적방법.
5. 카메라로부터 입력되는 영상신호를 디지탈 신호로 변환하는 아날로그/디지탈 변환부;

   상기 아날로그/디지탈 변환부로부터 출력되는 영상신호를 저장하는 영상 저장부;

   상기 영상 저장부로부터 및 출력되는 한 프레임의 영상신호의 수평 및 수직 미분값을 구한 다음 각 화소당 미분값의 크기를 구하는 미분부;

   상기 미분부로부터 출력되는 각 화소당 미분값의 크기를 기 설정된 문턱치와 비교하여 각 에지화소를 추출하는 비교부;

   상기 비교부에 의해 추출된 각 에지화소를 방향과 크기에 따라 이를 필터링하는 에지 필터링부;

   상기 에지 필터링부에 의해 필터링된 각 에지화소를 최종적인 임계값과 비교함으로써 이진화하는 이진화부;

   상기 이진화부에 의해 이진화된 에지화소들의 중심점을 구하는 중심점 계산부;

   상기 중심점 계산부로부터 출력되는 중심점에 따라 상기 카메라의 방향을 조절하는 모터 구동부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 화상 전화기의 목표물 추적장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 비교부의 문턱치는 비교적 낮은 값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 화상 전화기의 목표물 추적장치.
7. 제5항에 있어서, 상기 에지 필터링부는 추출된 각 에지화소에 대해 에지 방향과 90도가 되는 주변 2화소를 검색한 다음 검색된 2개의 주변화소와 에지화소 중 밝기값이 큰 화소는 에지화소의 밝기값의 반만큼의 크기를 더해죽, 밝기값이 작은 화소는 에지화소의 밝기값의 반만큼의 크기를 빼주어 각 에지화소를 증폭시키는 것을 특징으로 하는 화상 전화기이 목표물 추적장치.
8. 제5항에 있어서, 상기 이진화부의 최종적인 문턱치는 비교부의 문턱치 보다 높게 설정됨을 특징으로 하는 화상 전화기의 목표물 추적장치.