KR19980031721A - Moving subject automatic tracking device and method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 비디오 카메라의 촬상방향을 움직여 피사체를 추적할 때 줌기능 및 자동촛점조절기능을 이용하여 피사체 탐색영역을 확대하도록 한 이동 피사체 자동 추적장치 및 방법에 관한 것이다. 이러한 본 발명은 카메라 지지장치에 설치된 한계위치센서의 상태에 따라 줌밍을 수행하고 초점을 자동으로 맞추는 줌/포커스 콘트롤러를 구비한다. 중앙처리장치는 연속된 두 영상프레임의 차인 이동벡터로 피사체의 움직임 유무를 판단한다. 피사체가 움직일 경우 이동벡터를 이용해 이동거리 및 모터구동 펄스수를 계산하고 그에 따라 팬모터와 틸트모터를 회전시켜 피사체를 추적한다. 이때 한계위치센서들의 상태를 체크하여 피사체 탐색영역을 확대시킬 수 있도록 줌밍을 수행하거나 비디오 카메라를 이동 또는 초기화시킨다. 따라서, 피사체의 운동거리가 큰 경우에도 피사체를 놓치지 않고 쉽게 추적할 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to an apparatus and method for automatically tracking a moving subject to enlarge a subject search area by using a zoom function and an auto focusing function when tracking a subject by moving an imaging direction of a video camera. The present invention includes a zoom / focus controller that performs zooming and automatically focuses according to the state of the limit position sensor installed in the camera support. The CPU determines whether a subject moves by using a motion vector, which is a difference between two consecutive image frames. When the subject moves, the movement vector and the number of motor driving pulses are calculated using the movement vector, and the fan and tilt motor are rotated accordingly to track the subject. At this time, the zooming is performed or the video camera is moved or initialized so as to enlarge the subject search area by checking the state of the limit position sensors. Therefore, even if the movement distance of the subject is large, there is an effect that can be easily tracked without missing the subject.
Description
도 1은 본 발명에서 제안한 이동 피사체 자동 추적장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도.1 is a block diagram schematically showing the configuration of a moving subject automatic tracking device proposed in the present invention.
도 2는 도 1의 비디오 카메라와 카메라 지지장치의 구조를 좀더 상세하게 설명하기 위한 예시도.Figure 2 is an exemplary view for explaining in more detail the structure of the video camera and the camera support of Figure 1;
도 3은 본 발명의 이동 피사체 자동 추적방법을 나타낸 동작흐름도.3 is a flowchart illustrating a method for automatically tracking a moving subject of the present invention.
도 4는 이미지평면 π상에서 움직이는 목표물의 이동벡터로부터 비디오 카메라의 이동각 및 변위를 구하는 과정을 설명하기 위한 그래프.4 is a graph for explaining a process of obtaining a moving angle and a displacement of a video camera from a moving vector of a target moving on an image plane [pi].
도 5는 와이드 방향으로 한단계씩 줌밍했을 경우 화면상에서 피사체가 차지하는 위치를 나타낸 상태도.5 is a state diagram illustrating a position occupied by a subject on a screen when zooming by one step in the wide direction;
도 6은 본 실시예에서 설정한 유효영역을 나타낸 화면상태도.6 is a screen state diagram showing an effective area set in this embodiment.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※ Explanation of code for main part of drawing
1 : 비디오 카메라2 : 카메라 지지장치1: video camera 2: camera support device
6 : 줌/포커스 콘트롤러7 : 중앙처리장치6: Zoom / Focus Controller 7: Central Processing Unit
10 : 팬모션 캐리어13,14,17,18 : 한계위치센서10: Fan motion carrier 13, 14, 17, 18: limit position sensor
12 : 홀15 : 틸트모션 캐리어12: hole 15: tilt motion carrier
[발명의목적][Objective of the invention]
본 발명의 목적은 이동벡터를 이용해 검출한 피사체의 움직임에 따라 비디오 카메라의 촬상방향을 움직여 피사체가 항상 카메라의 정면에 위치하도록 한 이동 피사체 자동 추적장치 및 방법을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an apparatus and method for automatically tracking a moving subject, by moving an imaging direction of a video camera according to a movement of a subject detected using a moving vector so that the subject is always positioned in front of the camera.
본 발명의 다른 목적은 카메라의 줌기능 및 자동촛점조절기능을 이용해 피사체 탐색영역을 확대함으로써 움직임이 큰 피사체를 쉽게 추적할 수 있도록 한 이동 피사체 자동 추적장치 및 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide an apparatus and a method for automatically tracking a moving subject, which makes it possible to easily track a subject having a large movement by enlarging the subject search region by using a zoom function and an auto focusing function of a camera.
본 발명의 또다른 목적은 피사체의 이동이 광범위하게 이루어질 경우에도 추적중인 피사체를 놓치지 않고 계속 추적할 수 있도록 한 이동 피사체 자동 추적장치 및 방법을 제공하는데 있다.Still another object of the present invention is to provide an apparatus and method for automatically tracking a moving subject, so that even when the subject moves in a wide range, the subject being tracked can not be missed.
[발명이속하는기술분야및그분야의종래기술][Technical Field to which the Invention belongs and Conventional Technology in the Field]
본 발명은 피사체가 항상 카메라의 정면에 위치하도록 추적하는 장치에 관한 것으로, 특히 줌(Zoom)기능을 이용해 탐색영역을 확대함으로써 움직임이 큰 피사체를 쉽게 추적할 수 있도록 한 이동 피사체 자동 추적장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for tracking a subject so that the subject is always located in front of the camera. In particular, an apparatus and method for automatically tracking a moving subject to easily track a large-moving subject by enlarging a search area by using a zoom function It is about.
일반적으로 영상 전화기나 회의 시스템은 피사체의 움직임(Motion)을 검출하여 동영상데이타를 음성데이타와 함께 상대방에게 전송하게 된다. 영상 전화기의 경우에는 이 기능을 실현하기 위해 비디오 카메라가 본체에 설치되어 있다. 그러나 종래에는 상기 카메라가 전화기의 본체에 고정되어 있으므로 피사체가 움직일 경우에는 사용자가 직접 영상 전화기 본체의 위치를 조정하여 피사체가 카메라의 정면에 위치하도록 조정해야 하였다. 또는 사용자 자신이 모니터를 통해 피사체의 움직임을 보고, 영상 전화기에 고정된 비디오 카메라를 물리적인 힘에 의해 상하 또는 좌우로 움직여 모니터에 사용자 자신의 모습이 표시되도록 하였다.In general, a video telephone or a conference system detects a motion of a subject and transmits video data along with audio data to the other party. In the case of a video telephone, a video camera is installed in the main body to realize this function. However, in the related art, since the camera is fixed to the main body of the phone, when the subject moves, the user has to adjust the position of the main body of the video phone so that the subject is positioned in front of the camera. Or, the user himself sees the movement of the subject through the monitor and moves the video camera fixed to the videophone up and down or left and right by physical force so that the user's appearance is displayed on the monitor.
그러나 이와 같은 자기모드 방식은 상대방에게 현재 자신이 움직이는 모습을 전송하려면 사용자가 일일이 카메라의 위치를 조절해야 하므로 사용하기가 매우 불편하였다. 또, 영상 전화기의 사용자가 카메라를 의식하면서 통화해야 하므로 사용자의 불편을 초래하게 되는 문제점이 있었다.However, such a self-mode method was very inconvenient to use because the user must adjust the position of the camera to transmit the current movement to the other party. In addition, since the user of the video phone must talk while conscious of the camera, there was a problem that causes inconvenience to the user.
종래에는 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 피사체의 운동방향을 검출한 후 그 움직임에 적응하여 비디오 카메라의 촬상방향을 상하 또는 좌우로 이동시키는 영상 전화기를 개발하였다. 이 영상 전화기는 비디오 카메라에 2개의 모터를 장착하여 카메라가 상하방향과 좌우방향으로 움직일 수 있게 하였다. 그리고 이미 상용화된 블럭 매칭 알고리즘(Blick Matching Algolithm)을 이용하여 현재 입력된 영상데이타로부터 피사체의 운동방향과 크기를 검출한다. 영상 전화기를 사용하여 통화하는 도중에 사용자가 움직이게 되면, 비디오 카메라는 검출된 피사체의 운동방향에 따라 촬상방향을 상하 또는 좌우로 이동하여 피사체가 항상 화면의 중앙에 위치하도록 추적한다.Conventionally, in order to solve this problem, a video telephone which detects a moving direction of a subject and adapts the movement thereof to move the imaging direction of the video camera up or down or left and right. The video phone is equipped with two motors in the video camera, allowing the camera to move up and down and left and right. Then, the motion direction and size of the subject are detected from image data currently input using a commercially available block matching algorithm (Blick Matching Algolithm). When the user moves during a call using a video phone, the video camera moves the image capturing direction up or down or left and right according to the detected direction of movement of the subject so that the subject is always positioned at the center of the screen.
[발명이이루고자하는기술적과제][Technical Challenges to Invent]
상기와 같은 자동추적 방식은 자기모드 방식의 문제점을 보완하여 사용자가 일일이 카메라의 위치를 조절하거나, 카메라를 의식하면서 통화해야 하는 불편을 없애는 장점이 있다. 그러나 비디오 카메라의 촬상방향을 상하 또는 좌우로 이동시켜 피사체의 움직임을 추적하므로 피사체를 추적할 수 있는 공간이 매우 제한된다는 근원적인 한계가 있다. 즉, 사용자가 카메라가 움직일 수 있는 한계범위를 초과하여 이동하게 되면 추적하던 피사체를 잃게 되는 것이다. 이러한 문제점은 이동벡터(Motion Vector)를 이용하여 부호화를 수행하는 영상 전화기의 구조상 바로 부호화의 실패를 가져오게 된다.The automatic tracking method as described above has the advantage of eliminating the inconvenience that the user has to adjust the position of the camera or call while conscious of the camera to compensate for the problem of the self-mode method. However, since the movement of the subject is tracked by moving the imaging direction of the video camera up and down or left and right, there is a fundamental limitation that the space for tracking the subject is very limited. In other words, if the user moves beyond the limit of camera movement, the subject being tracked is lost. This problem causes a failure in encoding immediately due to the structure of a video telephone that performs encoding using a motion vector.
[발명의구성및작용]Composition and Action of the Invention
상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 이동 피사체 자동 추적장치는 비디오 카메라를 탑재하고 비디오 카메라가 한 축을 중심으로 회전함과 동시에 그 축과 직교하는 다른 한 축을 중심으로 회전할 수 있도록 팬모터와 틸트모터를 장착한 카메라 지지장치를 구비한다. 팬모터와 틸트모터에 연결된 팬/틸트 콘트롤러는 피사체의 이동벡터를 산출하여 방위각과 앙각 방향의 회전각도를 계산하고, 비디오 카메라를 움직여야 할 거리만큼 모터구동 펄스신호를 발생시켜 팬모터와 틸트모터의 구동을 제어하게 된다. 줌/포커스 콘트롤러는 카메라 지지장치에 설치된 한계위치센서의 출력상태에 따라 줌렌즈를 조절하여 줌밍을 수행하고, 비디오 카메라로 입력되는 영상의 휘도성분 최대치를 이용하여 초점을 자동으로 맞춘다. 팬/틸트 콘트롤러와 줌/포커스 콘트롤러에 연결된 중앙처리장치는 이동 피사체 자동 추적장치를 초기화하고, 각 기능블럭들의 동작순서를 제어한다.The moving object automatic tracking device of the present invention for achieving the above objects is equipped with a video motor and a fan motor so that the video camera rotates about one axis and rotates about another axis orthogonal to the axis. A camera support device equipped with a tilt motor is provided. The pan / tilt controller connected to the pan motor and the tilt motor calculates the movement vector of the subject, calculates the rotation angles in the azimuth and elevation directions, and generates the motor driving pulse signal as far as the video camera should be moved. It will control the driving. The zoom / focus controller performs zooming by adjusting the zoom lens according to the output state of the limit position sensor installed in the camera support, and automatically focuses using the maximum luminance component of the image input to the video camera. The central processing unit connected to the pan / tilt controller and the zoom / focus controller initializes the moving object auto tracking device and controls the operation order of the respective function blocks.
또한 본 발명의 이동 피사체 자동 추적방법은 이동 피사체 자동 추적장치를 초기화시키는 제 1과정과, 최초의 영상프레임과 다음의 영상프레임을 검출하여 그 차분인 이동벡터로 피사체의 움직임 유무를 판단하는 제 2과정과, 피사체가 움직일 경우 이동벡터를 이용해 이동거리 및 모터구동 펄스수를 계산하고 그에 따라 팬모터와 틸트모터를 회전시켜 피사체를 추적하는 제 3과정과, 한계위치센서들의 출력상태를 체크하여 피사체 탐색영역을 확대시킬 수 있도록 줌밍을 수행하거나 비디오 카메라를 이동 또는 초기화시키는 제 4과정으로 이루어진다.In addition, the method for automatically tracking a moving subject of the present invention includes a first process of initializing a moving subject automatic tracking apparatus, and a second process of detecting the first image frame and the next image frame and determining whether the subject is moving by a difference vector. The third step of tracking the subject by calculating the moving distance and the number of motor driving pulses by using the movement vector and rotating the pan motor and the tilt motor according to the process, and checking the output state of the limit position sensors. A fourth process of performing zooming or moving or initializing the video camera to enlarge the search area is performed.
이하, 첨부된 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 6 as follows.
도 1은 본 발명에서 제안한 이동 피사체 자동 추적장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도이다. 부호 1은 피사체의 영상을 포착하여 전기적인 신호로 변환하는 비디오 카메라로, 줌렌즈와 AF(Automatic Focus)렌즈로 이루어진 렌즈유니트를 구비한다. 이 비디오 카메라(1)는 렌즈를 통해 입력된 영상을 CCD(Charge Coupled Device)소자에 촬상하여 전기적인 신호로 변환한다. 비디오 카메라(1)를 탑재한 카메라 지지장치(Video Camera Mount; 2)는 비디오 카메라(1)의 방위각 및 앙각 방향의 회전운동이 가능하도록 팬모터(Pan Motor; 3)와 틸트모터(Tilt Motor; 4)를 구비한다.1 is a block diagram schematically illustrating a configuration of an apparatus for automatically tracking a moving subject proposed in the present invention. Reference numeral 1 denotes a video camera which captures an image of a subject and converts the image into an electrical signal, and includes a lens unit including a zoom lens and an automatic focus (AF) lens. The video camera 1 captures an image input through a lens on a CCD (Charge Coupled Device) element and converts it into an electrical signal. A video camera mount (2) mounted with a video camera (1) includes a pan motor (3) and a tilt motor (Tilt Motor) to enable rotational motion of the azimuth and elevation angles of the video camera 1; 4) is provided.
팬모터(3)와 틸트모터(4)에 연결된 팬/틸트 콘트롤러(5)는 피사체의 움직임에 대응하여 상기 팬모터(3)와 틸트모터(4)의 구동을 제어한다. 이를 위해 먼저 피사체의 이동벡터를 산출하고, 이동벡터로부터 비디오 카메라(1)의 방위각과 앙각 방향의 회전각도를 계산한 후, 비디오 카메라(1)를 움직여야 할 거리만큼 모터구동 펄스신호를 발생시켜 팬모터(3)와 틸트모터(4)로 출력한다. 그러면 팬모터(3)가 구동되어 비디오 카메라(1)를 좌측 또는 우측 방향으로 회전시키고, 동시에 틸트모터(4)가 구동되어 비디오 카메라(1)를 상측 또는 하측 방향으로 움직이게 한다.The pan / tilt controller 5 connected to the fan motor 3 and the tilt motor 4 controls the driving of the fan motor 3 and the tilt motor 4 in response to the movement of the subject. To do this, first calculate the movement vector of the subject, calculate the rotation angle of the azimuth and elevation angles of the video camera 1 from the movement vector, and then generate a motor driving pulse signal as far as the video camera 1 should be moved to generate the pan. Output to the motor 3 and the tilt motor (4). Then, the fan motor 3 is driven to rotate the video camera 1 in the left or right direction, and at the same time the tilt motor 4 is driven to move the video camera 1 in the upward or downward direction.
카메라 지지장치(2)와 비디오 카메라(1)에 각각 입출력단이 연결된 줌/포커스(Zoom/Focus) 콘트롤러(6)는 카메라 지지장치(2)에 설치된 한계위치센서(End- Position Sensor)의 출력상태에 따라 비디오 카메라(1)의 줌렌즈를 조절하여 줌밍(Zooming, Zoom-in or Zoom-out)을 수행하도록 한다. 그후, 비디오 카메라(1)로 입력되는 영상의 휘도성분 최대치를 이용하여 초점을 자동으로 맞추어 주게 된다. 여기서, 한계위치센서는 비디오 카메라(1)가 좌우(수평) 또는 상하(수직) 방향으로 회전할 때 회전한계 위치를 지정하기 위하여 장착된 것이다.A zoom / focus controller 6 having input / output ends connected to the camera support device 2 and the video camera 1 respectively outputs an end-position sensor installed in the camera support device 2. According to the state, the zoom lens of the video camera 1 is adjusted to perform zooming, zoom-in or zoom-out. Thereafter, the focus is automatically adjusted using the maximum luminance component of the image input to the video camera 1. Here, the limit position sensor is mounted to designate the rotation limit position when the video camera 1 rotates in the left-right (horizontal) or up-down (vertical) direction.
팬/틸트 콘트롤러(5)와 줌/포커스 콘트롤러(6)에 각각 연결된 중앙처리장치(7)는 본 발명의 이동 피사체 자동 추적장치를 초기화하고, 각 기능블럭들의 동작순서를 제어하게 된다.The central processing unit 7 connected to the pan / tilt controller 5 and the zoom / focus controller 6 respectively initializes the moving object automatic tracking device of the present invention and controls the operation order of the respective function blocks.
도 2는 도 1의 비디오 카메라(1)와 카메라 지지장치(2)의 구조를 좀더 상세하게 설명하기 위한 예시도이다. 렌즈유니트(8)를 구비한 비디오 카메라(1)는 어떤 한 축을 중심으로 회전할 수 있고, 동시에 그 축과 직교하는 또다른 한 축을 중심으로 회전할 수 있다. 카메라 지지장치(2)에 있어서, 비디오 카메라(1)의 회전운동을 지원하는 부분은 마운트 베이스(Mount Base; 9)에 위치한다. 여기서, A는 팬모터에 의한 수평방향의 회전각도를 의미하고, B는 틸트모터에 의한 수직방향의 회전각도를 의미한다.FIG. 2 is an exemplary diagram for describing in detail the structures of the video camera 1 and the camera support device 2 of FIG. 1. The video camera 1 with the lens unit 8 can rotate about one axis and at the same time rotate about another axis orthogonal to that axis. In the camera support device 2, the portion supporting the rotational movement of the video camera 1 is located at a mount base 9. Here, A means the angle of rotation in the horizontal direction by the fan motor, B means the angle of rotation in the vertical direction by the tilt motor.
방위각 방향(좌우방향)의 회전운동을 지원하기 위하여 팬모션 캐리어(Pan Motion Carrier; 10)가 마운트 베이스(9)위에 설치된다. 이 팬모션 캐리어(10)는 팬 샤프트(Pan Shaft; 11)를 통해 팬모터(3)에 직접 연결된다. 팬모션 캐리어(10)에 있는 홀(Hole; 12)은 두쌍의 포토센서(Photosensor; 13,14)와 함께 한계 회전각을 포착하는데 사용된다. 발광부(a)와 수광부(b)로 이루어진 포토센서(13)(14)는 비디오 카메라(1)의 좌회전 한계를 감지하는 PLE(Pan Left-End)센서(13)와 우회전 한계를 감지하는 PRE(Pan Right-End)센서(14)로서, 회전 한계위치에 설치된다. 팬모션 캐리어(10)의 홀(12)과 포토센서(13)(14)가 일직선상에 있지 않을 경우 발광부(a)의 빛을 수광부(b)에서 받을 수 없다. 그러나 팬모션 캐리어(10)가 회전하여 홀(12)과 포토센서(13)(14)가 일직선상에 배열될 경우에는 발광부(a)의 빛을 수광부(b)에서 받을 수 있으므로 회전 한계위치에 도달한 것을 감지할 수 있게 된다.In order to support the rotational movement in the azimuth direction (left and right directions), a Pan Motion Carrier 10 is installed on the mount base 9. This fan motion carrier 10 is directly connected to the fan motor 3 via a fan shaft 11. A hole 12 in the fan motion carrier 10 is used to capture the limit angle of rotation with two pairs of photosensors 13 and 14. The photo sensor 13 and 14 including the light emitting part a and the light receiving part b have a pan left-end sensor 13 for detecting a left turn limit of the video camera 1 and a PRE for detecting a right turn limit. (Pan Right-End) sensor 14, which is installed at the rotational limit position. When the holes 12 and the photosensors 13 and 14 of the fan motion carrier 10 are not in a straight line, the light of the light emitting unit a cannot be received by the light receiving unit b. However, when the fan motion carrier 10 is rotated so that the holes 12 and the photosensors 13 and 14 are arranged in a straight line, the light of the light emitting part a may be received by the light receiving part b. You can detect that you have reached.
앙각 방향(상하방향)의 회전운동을 지원하기 위하여 팬모션 캐리어(10)위에 틸트모션 캐리어(Tilt Motion Carrier; 15)가 설치된다. 이 틸트모션 캐리어(15)는 틸트 샤프트(Tilt Shaft; 16)를 통해 틸트모터(4)에 직접 연결된다. 도면에는 표시되지 않았으나 팬모션 캐리어(10)와 마찬가지로 틸트모션 캐리어(15)에도 홀이 있어, 포토센서(17)(18)와 함께 한계 회전각을 포착하는데 사용된다. 즉, TUE(Tilt Upper-End)센서(17)는 비디오 카메라(1)의 상방향 회전 한계를 감지하고, TLE(Tilt Lower-End)센서(18)는 하방향 회전 한계를 감지하는 것이다. TUE센서(17)와 TLE센서(18)에 의해 상하방향의 회전 한계위치를 감지하는 방법은 전술된 PLE센서(13)와 PRE센서(14)에 의해 좌우방향의 회전 한계위치를 감지하는 방법과 동일하다.A tilt motion carrier 15 is installed on the pan motion carrier 10 to support the rotational motion in the elevation angle (up and down direction). This tilt motion carrier 15 is directly connected to the tilt motor 4 via a tilt shaft 16. Although not shown in the drawing, the tilt motion carrier 15 has a hole as well as the fan motion carrier 10, and is used to capture the limit rotation angle together with the photosensors 17 and 18. That is, the tilt upper-end (TUE) sensor 17 detects the upper rotation limit of the video camera 1, and the tilt lower-end (TLE) sensor 18 detects the lower rotation limit. The method of detecting the rotational limit position in the vertical direction by the TUE sensor 17 and the TLE sensor 18 includes a method of sensing the rotational limit position in the left and right directions by the PLE sensor 13 and the PRE sensor 14 described above. same.
도 3은 상기 중앙처리장치(7)에 의해 실행되는 본 발명의 이동 피사체 자동 추적방법을 나타낸 동작흐름도이다. 먼저, 중앙처리장치(7)는 이동 피사체 자동 추적장치를 초기화시키기 위해 팬/틸트 콘트롤러(5)와 줌/포커스 콘트롤러(6)로 초기화 명령을 내보낸다. 팬/틸트 콘트롤러(5)로 보낸 초기화 명령에 의해 카메라 지지장치(2)위의 팬모션 캐리어(10)와 틸트모션 캐리어(15)는 비디오 카메라(1)의 렌즈유니트(8)가 정중앙을 향하도록 방위각과 앙각을 0°로 조정하게 된다(S1). 그리고 줌/포커스 콘트롤러(6)로 보낸 초기화 명령에 의해 비디오 카메라(1)는 최소의 초점거리를 갖도록 줌렌즈와 AF렌즈를 초기화시킨다(S2).3 is an operation flowchart showing a method for automatically tracking a moving subject of the present invention executed by the CPU 7. First, the central processing unit 7 sends an initialization command to the pan / tilt controller 5 and the zoom / focus controller 6 to initialize the moving object automatic tracking device. The pan motion carrier 10 on the camera support device 2 and the tilt motion carrier 15 are directed to the center of the lens unit 8 of the video camera 1 by an initialization command sent to the pan / tilt controller 5. The azimuth and elevation angles are adjusted to 0 [deg.] (S1). In response to the initialization command sent to the zoom / focus controller 6, the video camera 1 initializes the zoom lens and the AF lens to have the minimum focal length (S2).
초기화 과정이 완료되면, 피사체를 포착하기 위하여 비디오 카메라(1)를 통해 최초의 영상프레임을 검출하고(S3), 다시 다음의 영상프레임을 검출하여(S4) 피사체의 움직임이 있는지를 판단한다. 이때 움직임의 유무는 이동벡터에 의해 판정되고, 이동벡터는 최초의 영상프레임과 다음의 영상프레임과의 차로 표시되므로 상기 전후 두 프레임 사이의 차분을 구하여 움직임 유무를 판정한다(S5). 상기에서 구해진 이동벡터가 설정값 이상의 크기를 가지면 움직임이 있다고 가정하고, 팬/틸트 콘트롤러(5)에서 이동벡터를 이용해 비디오 카메라(1)가 이동해야 할 거리를 계산한다. 여기서, 비디오 카메라(1)의 이동거리는 이동벡터에 비례한다. 상기 이동거리에 따라 구동펄스수를 계산하여 팬모터(3)와 틸트모터(4)를 구동시키면, 팬모션 캐리어(10)와 틸트모션 캐리어(15)가 이동벡터의 방향에 따라 회전하여 피사체의 이동에 의해 생긴 변위를 보정한다. 이 동작에 의해 비디오 카메라(1)는 좌우 또는 상하 방향으로 움직이면서 피사체를 추적하게 된다(S6).When the initialization process is completed, the first image frame is detected through the video camera 1 to capture the subject (S3), and the next image frame is detected again (S4) to determine whether there is movement of the subject. In this case, the presence or absence of the motion is determined by the motion vector, and the motion vector is represented by the difference between the first video frame and the next video frame, thereby determining the difference between the two frames before and after the motion (S5). If the motion vector obtained above has a magnitude greater than or equal to the set value, it is assumed that there is motion, and the distance to which the video camera 1 should move is calculated using the motion vector in the pan / tilt controller 5. Here, the moving distance of the video camera 1 is proportional to the moving vector. If the fan motor 3 and the tilt motor 4 are driven by calculating the number of driving pulses according to the moving distance, the pan motion carrier 10 and the tilt motion carrier 15 rotate in accordance with the direction of the movement vector, thereby Correct displacement caused by movement. By this operation, the video camera 1 tracks the subject while moving in the left and right or up and down directions (S6).
도 4는 이미지평면 π상에서 움직이는 목표물의 이동벡터로부터 비디오 카메라(1)의 이동각 및 변위를 구하는 과정을 설명하기 위한 그래프이다. 이동벡터를라고 가정하고 도 4를 참조하여 비디오 카메라(1)가 좌우 또는 상하로 이동하는 각도를 다음과 같은 방법으로 구한다. 먼저, 프레임상에서 대상물체의 움직임은 도 4에서와 같이 이미지평면 π에서 x방향 또는 y방향으로의 거리 이동으로 표시할 수 있다. 이 평면(π)상에서 대상물체의 위치를 t라고 할 때 점 t와 비디오 카메라(1)의 광학축(Optical axis)과의 변위를 보정하기 위해서는 상기 카메라(1)의 광학축을 φ, θ성분에 대해 이동시켜야 한다. 대상물체의 이미지평면(π)상의 위치를 φ, θ성분으로 변환하는 식은 아래의 수학식 1과 같다.4 is a graph for explaining a process of obtaining a moving angle and a displacement of the video camera 1 from the moving vector of the target moving on the image plane π. Moving vector 4, the angle at which the video camera 1 moves left and right or up and down with reference to FIG. 4. Find the following way. First, the movement of the object on the frame may be represented by a distance movement in the x direction or the y direction in the image plane π as shown in FIG. 4. In order to correct the displacement of the point t and the optical axis of the video camera 1 when the position of the object is t on this plane π, the optical axis of the camera 1 is adjusted to φ and θ components. Must be moved. Position on the image plane (π) of the object The equation for converting into φ and θ components is shown in Equation 1 below.
[수학식1][Equation 1]
여기서,는 비디오 카메라(1)의 초점거리를,는 비디오 카메라(1)의 초기 광학축의성분을 나타낸다. 수학식 1을 이용하여 변위를 구할 수 있는데, 연속된 두 프레임 사이에서 이동벡터가이면 비디오 카메라(1)의 초기위치로부터 변위는 수학식 2에 의해 구해진다.here, Is the focal length of the video camera 1, Is the initial optical axis of the video camera 1 Represents a component. Equation 1 can be used to calculate the displacement, and the motion vector between two consecutive frames Initial position of the back video camera (1) Displacement from Is obtained by equation (2).
[수학식2][Equation 2]
여기서,는 비디오 카메라(1)의 AF렌즈가 피사체에 초점을 맞추는 과정에서 알 수 있으므로 이동벡터를 구하면 수학식 2를 이용하여 비디오 카메라(1)의 이동각을 쉽게 구할 수 있다.here, Since the AF lens of the video camera 1 focuses on the subject, the moving vector When Equation 2 is obtained, the moving angle of the video camera 1 can be easily obtained using Equation 2.
팬/틸트 콘트롤러(5)는 수학식 2를 이용하여 이전 단계(S5)에서 검출된 이동벡터로부터 변위를 구하고, 실제로 비디오 카메라(1)를 회전시키기 위해 모터에 인가될 펄스수를 산출한다. 팬모터(3) 및 틸트모터(4)는 인가되는 펄스수만큼만 회전하여 피사체의 이동에 의해 생긴 변위를 보정한다(S6). 비디오 카메라(1)가 피사체의 움직임을 추적할 때 줌/포커스 콘트롤러(6)는 한계위치센서(PLE센서, PRE센서, TUE센서, TLE센서)의 출력상태를 계속적으로 체크한다(S7).The pan / tilt controller 5 displaces from the motion vector detected in the previous step S5 using Equation 2 And calculate the number of pulses to be applied to the motor to actually rotate the video camera 1. The fan motor 3 and the tilt motor 4 rotate only by the number of pulses applied to correct the displacement caused by the movement of the subject (S6). When the video camera 1 tracks the movement of the subject, the zoom / focus controller 6 continuously checks the output state of the limit position sensors (PLE sensor, PRE sensor, TUE sensor, TLE sensor) (S7).
비디오 카메라(1)가 이동하여 수평/수직 방향중 어느 한 방향으로 한계값에 도달하게 되면 한계위치센서들이 이것을 감지하게 된다. 예를 들어, 비디오 카메라(1)가 좌측으로 회전하여 한계위치에 도달하게 되면, 팬모션 캐리어(10)의 홀(12)과 PLE센서(13)가 일직선상에 있게 되므로 PLE센서(13)의 출력값이 1이 된다(S8). 피사체가 같은 방향으로 계속 이동하면 비디오 카메라(1)는 더 이상 피사체를 추적할 수 없으므로 줌/포커스 콘트롤러(6)는 비디오 카메라(1)의 줌렌즈를 와이드(Wide) 방향으로 조절하여 피사체의 영상을 한단계 축소시킨다(S9).When the video camera 1 reaches a limit value in one of the horizontal and vertical directions, the limit position sensors detect this. For example, when the video camera 1 is rotated to the left to reach the limit position, the hole 12 of the fan motion carrier 10 and the PLE sensor 13 are in line with each other. The output value becomes 1 (S8). If the subject continues to move in the same direction, the video camera 1 can no longer track the subject, so the zoom / focus controller 6 adjusts the zoom lens of the video camera 1 in the wide direction to adjust the image of the subject. Reduce one step (S9).
도 5는 와이드 방향으로 한단계씩 줌밍했을 경우 화면상에서 피사체가 차지하는 위치를 나타낸 상태도이다. 최초의 영역 Ⅰ에서 피사체는 인물의 좌측이 화면을 벗어나 있다. 와이드 방향으로 한단계 줌밍하여 더욱 넓은 영역(영역 Ⅱ)을 잡으면 피사체는 화면의 중앙(Center)에 영역 Ⅰ에서보다 상대적으로 접근하게 된다. 이와 같이 피사체가 차지하는 위치를 체크하여 피사체가 화면의 중앙에 더욱 접근할 때까지 와이드 방향으로 한단계씩 줌밍한다.5 is a state diagram illustrating a position occupied by a subject on a screen when zooming by one step in the wide direction. In the first area I, the subject has the left side of the person off the screen. When zooming in a wide step to capture a wider area (area II), the subject is closer to the center of the screen than area I is. In this way, the position occupied by the subject is checked, and the zooming is performed one step in the wide direction until the subject approaches the center of the screen.
이러한 기능을 효율적으로 수행하기 위해서는 화면상에서 유효영역(Effective Region)을 정의하는 것이 필요하다. 유효영역은 피사체가 실제로 존재해야 할 영역을 나타낸다. 본 발명의 이동 피사체 자동 추적장치는 피사체의 움직임의 변화가 완만하고 이동거리도 비교적 짧은 영상 전화기나 회의 시스템에서의 사용을 목적으로 하고 있다. 이때 피사체는 사람의 상반신일 경우가 대부분이다. 그러므로 유효영역은 좌우측 양단과 상단의 일부를 제외한 영역으로 정하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 도 6에 표시한 것처럼 화면(A)상에서 좌우 각각 2블럭과 상단의 1블럭을 제외한 부분을 유효영역(B)으로 설정하였다. 여기서, 1블럭은 8×8화소로 구성되어 있다.In order to perform this function efficiently, it is necessary to define an effective region on the screen. The effective area indicates an area where the subject should actually exist. The moving object automatic tracking device of the present invention is intended for use in a video telephone or a conference system where the change in the movement of the subject is smooth and the moving distance is relatively short. The subject is most often the upper body of a person. Therefore, it is preferable to set the effective area to an area except for left and right ends and a part of the upper end. In the present embodiment, as shown in Fig. 6, portions except for two blocks on the screen A and one block on the upper side are set as the effective area B, respectively. Here, one block is composed of 8 x 8 pixels.
피사체가 화면의 중앙에 접근하였는지를 직접 판단하는 것이 어려우므로 중앙처리장치(7)는 피사체가 유효영역내에 포함되는지의 여부로 줌밍을 계속할 것인지 중단할 것인지를 판단한다. 만약, 피사체가 유효영역내에 포함되지 않는데도 더 이상 줌밍할 수 없다고 판단되면(S10), 경계영역을 벗어난 것으로 판정하고(S11) 비디오 카메라(1)를 초기상태로 되돌린다(S1). 피사체가 유효영역내에 포함되는지를 판단하여(S12) 포함되지 않으면 와이드 방향으로 줌밍을 계속한다(S9). 마지막 줌밍단계에 도달하기 전에 피사체가 유효영역내에 포함되면, 비디오 카메라(1)를 우측(이전의 이동방향과 반대방향)으로 한단계 이동시킨 후(S13), TUE센서(17)와 TLE센서(18)의 상태를 조사한다.Since it is difficult to directly determine whether the subject has approached the center of the screen, the CPU 7 determines whether to continue or stop zooming based on whether the subject is included in the effective area. If it is determined that the subject can no longer be zoomed even though it is not included in the effective area (S10), it is determined that it is out of the boundary area (S11) and the video camera 1 is returned to the initial state (S1). It is determined whether the subject is included in the effective area (S12), and if not included, zooming continues in the wide direction (S9). If the subject is included in the effective area before reaching the last zooming step, the video camera 1 is moved one step to the right (in the opposite direction to the previous moving direction) (S13), and then the TUE sensor 17 and the TLE sensor 18 Check the condition of).
만약, 단계(S8)에서 PLE센서(13)의 출력값이 1이 아닐 경우에는 PRE센서(14)의 출력값이 1인지를 판단한다(S14). 비디오 카메라(1)가 우측 한계위치에 도달하여 PRE센서(14)의 출력값이 1이 되면, 전술된 것처럼 와이드 방향으로의 줌밍과 유효영역 포함여부의 조사를 반복한다(S15∼S17). 피사체가 유효영역내에 포함될 때까지 줌밍을 계속하여 마지막 줌밍단계에 도달하기 전에 피사체가 유효영역내에 포함되면, 비디오 카메라(1)를 좌측으로 한단계 이동시킨 후(S18), TUE센서(17)와 TLE센서(18)의 상태를 조사한다. 피사체가 유효영역내에 포함되지 않으면서 마지막 줌밍단계에 도달하면(S16), 경계영역을 벗어난 것으로 판정하고(S19) 비디오 카메라(1)를 초기상태로 되돌린다(S1).If the output value of the PLE sensor 13 is not 1 in step S8, it is determined whether the output value of the PRE sensor 14 is 1 (S14). When the video camera 1 reaches the right limit position and the output value of the PRE sensor 14 becomes 1, the zooming in the wide direction and the investigation of whether the effective area is included are repeated as described above (S15 to S17). If the subject is included in the effective area before continuing to the last zooming step until the subject is included in the effective area, the video camera 1 is moved one step to the left (S18), and then the TUE sensor 17 and the TLE are The state of the sensor 18 is checked. When the last zooming step is reached while the subject is not included in the effective area (S16), it is determined to be out of the boundary area (S19), and the video camera 1 is returned to the initial state (S1).
비디오 카메라(1)가 상측 한계위치에 도달하여 TUE센서(17)의 출력값이 1이 되면(S20), 전술된 것처럼 와이드 방향으로의 줌밍과 유효영역 포함여부의 조사를 반복한다(S21∼S23). 줌밍을 계속하여 피사체가 유효영역내에 포함되면, 비디오 카메라(1)를 하측으로 한단계 이동시킨 후(S24), 단계(S4)로 되돌아가 영상프레임을 다시 검출한다. 그러나 피사체가 유효영역내에 포함되지 않으면서 마지막 줌밍단계에 도달하면(S22), 경계영역을 벗어난 것으로 판정하고(S25) 비디오 카메라(1)를 초기상태로 되돌린다(S1).When the video camera 1 reaches the upper limit position and the output value of the TUE sensor 17 becomes 1 (S20), the zooming in the wide direction and the investigation whether the effective area is included as described above are repeated (S21 to S23). . If zooming continues and the subject is included in the effective area, the video camera 1 is moved one step downward (S24), and the process returns to step S4 to detect the image frame again. However, when the final zooming step is reached while the subject is not included in the effective area (S22), it is determined to be out of the boundary area (S25) and the video camera 1 is returned to the initial state (S1).
단계(S20)에서 TUE센서(17)의 출력값이 1이 아닐 경우에는 TLE센서(18)의 출력값이 1인지를 판단한다(S26). 비디오 카메라(1)가 하측 한계위치에 도달하여 TLE센서(18)의 출력값이 1이 되면(S26), 전술된 것처럼 와이드 방향으로의 줌밍과 유효영역 포함여부의 조사를 반복한다(S27∼S29). 줌밍을 계속하여 피사체가 유효영역내에 포함되면, 비디오 카메라(1)를 상측으로 한단계 이동시킨 후(S30), 단계(S4)로 되돌아가 영상프레임을 다시 검출한다. 그러나 피사체가 유효영역내에 포함되지 않으면서 마지막 줌밍단계에 도달하면(S28), 경계영역을 벗어난 것으로 판정하고(S31) 비디오 카메라(1)를 초기상태로 되돌린다(S1).If the output value of the TUE sensor 17 is not 1 in step S20, it is determined whether the output value of the TLE sensor 18 is 1 (S26). When the video camera 1 reaches the lower limit position and the output value of the TLE sensor 18 becomes 1 (S26), as described above, the zooming in the wide direction and whether the effective area is included are repeated (S27 to S29). . If zooming continues and the subject is included in the effective area, the video camera 1 is moved upward by one step (S30), and the process returns to step S4 to detect the image frame again. However, when the final zooming step is reached while the subject is not included in the effective area (S28), it is determined to be out of the boundary area (S31) and the video camera 1 is returned to the initial state (S1).
단계(S26)에서 TLE센서(18)의 출력값이 1이 아닐 경우에는 피사체가 차지하는 영역과 유효영역과의 비율(영역비)로 다음 처리를 결정한다(S32). 상기 영역비가 미리 정한 어떤 값보다 작을 경우에는 비디오 카메라(1)의 줌렌즈를 텔레(Tele) 방향으로 조절하여 피사체의 영상을 한단계 확대시킨다(S33). 이와 같이 텔레 방향으로의 줌밍을 계속하여 영역비가 설정값보다 커지면 단계(S4)로 되돌아가 영상프레임을 다시 검출한다. 이것은 피사체가 화면의 중앙에는 있지만 정도 이상으로 축소되는 것을 방지하기 위한 것이다.If the output value of the TLE sensor 18 is not 1 in step S26, the next process is determined by the ratio (area ratio) between the area occupied by the subject and the effective area (S32). If the area ratio is smaller than a predetermined value, the zoom lens of the video camera 1 is adjusted in the tele direction to enlarge the image of the subject by one step (S33). As described above, when zooming continues in the tele direction and the area ratio becomes larger than the set value, the process returns to step S4 to detect the image frame again. This is to prevent the subject from being zoomed out beyond that in the center of the screen.
[발명의효과][Effects of the Invention]
이상에서와 같이 본 발명은 비디오 카메라의 촬상방향을 수평 또는 수직 방향으로 움직여 피사체의 움직임을 추적하므로 사용자의 편리함을 도모할 수 있다. 특히, 카메라의 줌기능 및 자동촛점조절기능을 이용하여 화면영역을 확대하였으므로 기존보다 피사체 탐색영역을 훨씬 광범위하게 가질 수 있다. 그러므로 피사체의 운동거리가 큰 경우에도 피사체를 놓치지 않고 쉽게 추적할 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention tracks the movement of the subject by moving the imaging direction of the video camera in a horizontal or vertical direction, thereby improving user convenience. In particular, since the screen area is enlarged using the zoom function and the auto focus control function of the camera, the object search area can be much more extensive than before. Therefore, even if the moving distance of the subject is large, there is an effect that can be easily tracked without missing the subject.
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