KR20030024354A - Global motion compensation apparatus and method for detecting a motion of an object - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A global motion compensation apparatus and a global motion compensation method are provided to achieve a significant reduction in the search area for detection of motion, while avoiding a morphological opening. CONSTITUTION: A global motion compensation apparatus comprises an image acquiring unit(200); a pre-processing unit(210) including a low pass filter, and which removes spatial high frequency components by filtering the image obtained by the image acquisition unit through the use of the low pass filter; a global motion estimation unit(220) for receiving the current image and previous image from the image acquisition unit, and estimating motion vector of the background; a block based motion compensation unit(240) for receiving the current image and previous image where spatial high frequency components are removed, from the pre-processing unit, obtaining a compensated image by performing a block based motion compensation through the use of the motion vector estimated by the global motion estimation unit, and obtaining a motion compensation error image from the difference between the compensated image and the current image where spatial high frequency components are removed; a motion detection unit(250) for comparing the sum of motion compensation error values of each block with a predetermined threshold value, and judging the block having the sum of motion compensation error values exceeding the threshold value, as an area where an object exists; and a moving object variable extraction unit(260) for obtaining variables of the object by calculating the center and area of the moving object in the block judged by the motion detection unit.

Description

능동 카메라 환경에서의 고속 움직임 검출을 위한 배경 보상 장치 및 방법{Global motion compensation apparatus and method for detecting a motion of an object}Global motion compensation apparatus and method for detecting a motion of an object

본 발명은 능동 카메라 환경에서의 고속 움직임 검출을 위한 배경 보상 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 카메라의 움직임에 따라 발생하는 전역 움직임(global motion)과 물체의 움직임(local motion)이 동시에 존재하는 상태에서 물체의 고속 움직임 검출을 위하여 제한된 탐색 영역에서 적은 계산량으로 배경의 움직임을 효과적으로 예측하여 물체의 움직임을 빠르게 찾아내는 배경 보상 장치 및 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a background compensation apparatus and method for high speed motion detection in an active camera environment, and more particularly, a global motion and a local motion simultaneously generated by a camera motion. Background of the Invention The present invention relates to a background compensation apparatus and method for quickly detecting the motion of an object by effectively predicting the motion of the background with a small amount of computation in a limited search area for fast motion detection of an object.

인터넷 이용의 보편화와 함께 관련된 분야의 기술이 급속도로 발달해 왔고, 그 속에서 이미 여러가지 형태의 고속 광대역 전송 기술이 인터넷 이용자들로 하여금 음성 및 영상을 포함하는 멀티미디어 형태의 대용량 데이터를 스트리밍 서비스를 통해 제공받는 것을 가능하게 하고 있는 가운데, 상기 스트리밍 서비스의 응용 분야는 인터넷 방송에서부터 웹 카메라를 통한 동영상 서비스까지 매우 다양하다.With the widespread use of the Internet, technologies in related fields have been rapidly developed, and various forms of high-speed broadband transmission technology have already allowed Internet users to stream large amounts of multimedia data including voice and video through streaming services. While being able to be provided, the application fields of the streaming service vary widely from internet broadcasting to video service through a web camera.

상기 웹 카메라는 일반적으로 미리 지정한 위치에 설치되어 고정된 영역내의 영상을 제공하는데 그쳐 능동적으로 관심 대상을 관찰하는데 있어서 문제점으로 작용한다. 따라서, 보다 넓은 영역의 영상을 얻기 위해서는 다수개의 카메라를 설치해 놓고 관찰자가 선택적으로 주시하는 방법을 이용하는데, 이는 다수개의 카메라를 설치하는데 수반되는 고비용 문제가 발생한다는 단점이 있었다. 또한, 상기 웹카메라가 보안 및 감시 시스템에 적용되고 있는 경우 침입자가 설치된 카메라의 위치를 파악하게 되면 카메라가 무용지물이 된다는 문제점이 있었다.The web camera is generally installed at a predetermined position to provide an image in a fixed area, which is a problem in actively observing an object of interest. Therefore, in order to obtain a wider image, a method in which a plurality of cameras are installed and an observer is selectively used, which has a disadvantage in that a high cost problem associated with installing a plurality of cameras occurs. In addition, when the web camera is applied to a security and surveillance system, there is a problem that the camera becomes useless when the location of the intruder is installed.

따라서, 카메라가 능동적(active)으로 움직이면서 움직이는 물체를 추적하는 개선된 시스템이 여러가지 형태로 제공되고 있는 바, 이하 이러한 능동 카메라 환경에서의 물체의 움직임을 검출하는 종래 기술을 설명한다.Accordingly, an improved system for tracking a moving object while the camera is active has been provided in various forms, hereinafter, the prior art for detecting the movement of an object in such an active camera environment is described.

종래 기술에 의한 움직임 검출 기법에는 차(difference)영상을 이용하는 방법과 움직임 벡터를 이용하는 방법이 있다.Conventional motion detection techniques include a method using a difference image and a method using a motion vector.

상기 차영상을 이용하는 방법은 획득한 현재 영상과 이전 영상의 밝기 차이를 구하여 차영상을 얻고, 차영상의 각 픽셀의 밝기 값을 소정의 임계값과 비교하여 임계값보다 클 때 현재 영상에 움직임이 있는 물체가 나타난 것으로 인식하는 방법이다. 이 방법은 구현이 간단하고, 움직임을 검출하는데 소요되는 시간이 적게 걸린다는 장점이 있는 반면, 배경의 밝기 값이 시간에 따라 일정값 이상 변화하는 경우에 배경의 밝기 값의 차이에 의해 생성된 차영상이 움직임 검출에 의한 차영상으로 오인되어 움직임 검출에 오류가 발생할 수 있다는 문제점이 있다.The method using the difference image obtains a difference image by obtaining a difference in brightness between the obtained current image and the previous image, and compares the brightness value of each pixel of the difference image with a predetermined threshold to increase the movement in the current image. It is a way of recognizing that an object appears. This method has the advantage of being simple to implement and taking less time to detect motion, while the difference generated by the difference in the brightness of the background when the brightness of the background changes by more than a certain value over time. There is a problem that an error may occur in motion detection because an image is mistaken as a difference image by motion detection.

상기 움직임 벡터를 이용한 방법은 획득한 현재 영상과 이전 영상으로부터 움직임 추정을 수행하여 얻은 움직임 벡터들을 이용하여 움직임을 검출하는 방법이다. 이 방법에 의하면 배경의 밝기 값이 비슷한 경우에 움직임 추정을 위한 척도 중 하나인 SAD(Sum of Absolute Difference)가 비슷하여 결과적으로 움직임 벡터가 임의의 방향성을 갖기 때문에 이를 실제 움직임과 구분할 수 있는 방법이 필요하다. 예컨대, 제로 모션(zero motion)을 선호하는 쪽으로 SAD에 웨이트(weight)를두어 움직임 추정을 수행하는 것도 한 방법이 될 수 있다.The method using the motion vector is a method of detecting motion using motion vectors obtained by performing motion estimation from the acquired current image and the previous image. According to this method, when the background brightness values are similar, the sum of absolute difference (SAD), which is one of the measures for motion estimation, is similar. need. For example, one method may be to perform motion estimation by placing a weight on the SAD in favor of zero motion.

이와 관련하여, 엠펙(MPEG) 계열이나 H.263 등의 표준 압축 방식으로 압축된 비트 스트림이 존재하는 경우에 이들 정보는 이미 계산된 값으로 이루어진 정보로서, 움직임 추정 등을 위해 별도로 계산하지 않아도 되므로 움직임 검출에 이용하기 좋다. 상기한 기법을 포함하는 대부분의 압축 기법들에서는 움직임 벡터를 추정하고 보상하는 과정을 거쳐 비트 스트림에 저장하여 두므로 이를 이용하면 해당 영상 내부의 물체의 움직임을 용이하게 검출할 수 있다.In this regard, when there is a bit stream compressed by a standard compression scheme such as MPEG series or H.263, these information are already calculated values and do not need to be separately calculated for motion estimation. Good for motion detection. Most compression schemes including the above technique are stored in the bit stream after estimating and compensating for the motion vector, so that the movement of an object in the corresponding image can be easily detected by using the same.

한편, 움직이는 카메라로부터 획득한 영상에는 배경의 전역 움직임과 물체의 움직임이 동시에 존재하게 되므로 영상마다 전역 움직임을 계산하여 물체의 움직임을 검출하는 것이 일반적인데 상기한 과정을 수행하는데 이용되는 종래 기술에는 블록 정합 기법(Block Matching Algorithm), 프레임 정합 기법(Frame Matching Algorithm) 및 라인 정합 기법(Line Matching Algorithm)이 있다.Meanwhile, since the global motion of the background and the motion of the object are simultaneously present in the image acquired from the moving camera, it is common to detect the motion of the object by calculating the global motion for each image. Block Matching Algorithm, Frame Matching Algorithm, and Line Matching Algorithm.

상기 블록 정합 기법은 획득한 현재 영상과 이전 영상을 일정한 크기의 작은 블록으로 나누어 각각의 블록에 대하여 움직임을 예측하여 움직임 벡터를 얻고, 각 움직임 벡터의 빈도 수를 이용하여 작성된 히스토그램을 바탕으로 배경의 움직임과 물체의 움직임을 결정하는 방법으로서, 계산량이 적다는 장점이 있고, 이로써 실시간으로 영상을 구현해야 하는 경우에 필수적으로 이용된다.The block matching technique divides the obtained current image and the previous image into small blocks of a predetermined size, predicts motion for each block, obtains a motion vector, and calculates a background vector based on a histogram generated using the frequency of each motion vector. As a method of determining the motion and the movement of the object, there is an advantage that the amount of calculation is small, and thus it is essential for realizing an image in real time.

상기 프레임 정합 기법은 전역 움직임이 하나의 움직임 벡터로 표현될 수 있다는 가정하에서 현재 프레임을 하나의 블록으로 간주하고 이전 영상과 블록 정합하여 전역 움직임 벡터를 얻는다. 그리고, 얻은 움직임 벡터를 이용하여 배경 영역을 보상하여 보상 영상을 얻고 현재 영상으로부터 에지 영상을 얻은 뒤 두 영상 즉, 보상 영상과 에지 영상을 픽셀끼리 AND 연산하여 영상을 얻는다.In the frame matching technique, a global motion vector is obtained by considering a current frame as one block and block matching with a previous image under the assumption that the global motion can be represented by one motion vector. A compensation image is obtained by compensating the background area using the obtained motion vector, an edge image is obtained from the current image, and an image is obtained by performing an AND operation on the two images, that is, the compensation image and the edge image.

그러나 상기에서 사용한 가정은 카메라의 지아메트리(geometry)를 고려하지 않은 것으로서 현재 영상의 배경 영역에 해당하는 에지 부분이 보상 영상에서 잘못 검출될 수 있다는 문제점이 있다. 따라서 이와 같은 노이즈 성분을 최소화 하기 위하여 수리형태학적 열기(morphological opening) 연산을 수행한 후 상기 AND 연산하여 얻은 영상에 대해서 수평 및 수직 방향으로 '0'이 아닌 화소를 투영(projection)하고 각각 투영된 횟수를 조사하여 움직이는 물체의 위치와 면적을 계산하고 추적하는 것이다.However, the assumptions used above do not take into account the geometry of the camera, and thus there is a problem in that an edge portion corresponding to the background region of the current image may be erroneously detected in the compensation image. Therefore, in order to minimize such noise components, after performing a morphological opening operation, the non-zero pixels are projected in the horizontal and vertical directions with respect to the image obtained by the AND operation. Investigate the number of times to calculate and track the position and area of a moving object.

또한, 상기 프레임 정합 기법은 배경 영역보다 물체가 차지하는 영역이 더 큰 경우 올바른 전역 움직임 벡터를 구할 수 없다는 단점이 있다.In addition, the frame matching technique has a disadvantage in that a correct global motion vector cannot be obtained when the object occupies a larger area than the background region.

상기 라인 정합 기법은 상기 프레임 정합 기법과 마찬가지로 전역 움직임이 하나의 전역 움직임 벡터로 표현될 수 있다는 가정하에서 출발하는데, 우선, 획득한 이전 영상과 현재 영상 각각으로부터 에지 영상을 얻고, 두 에지 영상을 라인 정합하여 전역 움직임을 구한다. 만일 카메라가 수평방향으로만 이동한다고 가정하면 영상을 이루는 각 수평 라인들의 라인 정합만으로 각 라인에 해당하는 움직임 벡터를 계산할 수 있다. 이 때, 각 수평라인에 대한 움직임 벡터를 계산한 뒤 가장 빈도 수가 많은 움직임 벡터를 전역 움직임 벡터로 결정한다. 따라서, 전역 움직임 추정시에 내부의 움직이는 물체에 의해 생길 수 있는 오류를 최소화 할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 카메라가 수직방향으로만 이동한다고 가정해도 각 수직라인에대하여 라인 정합하여 동일한 방법으로 전역 움직임 벡터를 구할 수 있다. 그러나, 이 방법 역시 전역 움직임이 하나의 전역 움직임 벡터로 표현될 수 있다는 가정을 하고 있으므로 계산량이 많은 수리형태학적 열기 연산이 요구된다. 따라서 경우에 따라 블록 정합보다 연산량이 많아질 수 있다.The line matching technique starts from the assumption that global motion can be represented by one global motion vector like the frame matching technique. First, an edge image is obtained from each of the acquired previous image and the current image, and the two edge images are lined. Match to get global movement. If it is assumed that the camera moves only in the horizontal direction, a motion vector corresponding to each line may be calculated only by line matching of each horizontal line constituting the image. At this time, the motion vector for each horizontal line is calculated and the most frequent motion vector is determined as the global motion vector. Therefore, there is an advantage that the error caused by the moving object inside can be minimized in the global motion estimation. In addition, even if the camera moves only in the vertical direction, a line motion can be obtained for each vertical line to obtain a global motion vector in the same manner. However, this method also assumes that global motion can be represented by a single global motion vector, so a computationally intensive mathematical morphological open operation is required. Therefore, in some cases, the amount of computation may be larger than block matching.

이하, 도면을 참조하여 상술한 종래 기술을 채용하여 물체의 움직임을 검출하는 장치 구성의 일예를 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the drawings will be described in detail an example of the configuration of an apparatus for detecting the movement of the object by employing the prior art described above.

도 1은 종래의 배경 보상 기법을 사용한 움직임 추적을 위한 장치의 구성도로서, 도 1에 도시한 바와 같이 영상 획득부(100), 프레임/선 영상 정합부(110), 배경 보상부(120), 후처리부(130) 및 이동 물체 변수 추출부(140)를 구비한다.FIG. 1 is a block diagram of an apparatus for tracking a motion using a conventional background compensation technique. As shown in FIG. 1, an image acquirer 100, a frame / line image matcher 110, and a background compensator 120 are illustrated. And a post-processing unit 130 and a moving object variable extraction unit 140.

상기 영상 획득부(100)는 현재 영상 및 이전 영상을 획득하는 수단이고, 프레임/선 영상 정합부(110)는 프레임 정합(frame matching) 또는 선정합(line matching)을 이용하여 배경의 움직임 벡터를 예측하는 수단이고, 상기 배경 보상부(120)는 배경의 움직임을 보상하여 현재 영상과의 차를 구하는 수단이고, 상기 후처리부(130)는 차영상(frame difference)으로부터 노이즈(noise) 성분을 제거하기 위해 수리형태학적 열기(morphological opening) 연산을 하는 수단이고, 상기 이동 물체 변수 추출부(140)는 이동 물체의 중심 영역과 면적 등을 계산하여 이동 물체의 변수를 얻는 수단이다.The image acquisition unit 100 is a means for acquiring a current image and a previous image, and the frame / line image matching unit 110 uses a frame matching or line matching to obtain a motion vector of a background. The background compensator 120 is a means for estimating a difference from the current image by compensating for the motion of the background, and the post processor 130 removes a noise component from the frame difference. In order to perform a morphological opening operation (morphological opening) operation, the moving object variable extraction unit 140 is a means for obtaining the variable of the moving object by calculating the center area and the area of the moving object.

상기한 수단들은 아래와 같이 동작한다. 즉, 상기 영상 획득부(100)가 연속한 두 영상을 얻은 후 상기 프레임/선 영상 정합부(110)가 프레임 또는 선별로 일정한 크기의 탐색 영역을 대상으로 SAD(Sum of Absolute Difference)를 구하여 이값이 가장 작은 변위 즉, 움직임 벡터를 찾아냄으로써 배경의 움직임을 예측한다. 이어서,상기 배경 보상부(120)가 이 움직임 벡터를 이용하여 이전 영상의 프레임 또는 선을 보상하여 현재 영상과의 차영상을 구하고, 이 과정에서 차영상을 이루는 픽셀 값의 크기가 임계값(threshold value) 이상이면 이동 물체 위의 픽셀이라고 간주된다. 이 때 상기 후처리부(130)가 배경의 움직임을 하나의 움직임 벡터로 근사하는 과정에서 발생하는 차영상 내의 노이즈를 제거하기 위하여 수리형태학적 열기 연산을 수행한다. 마지막으로, 상기 이동 물체 변수 추출부(140)가 이동 물체 위의 픽셀로 간주된 부분을 클러스터링(clustering)하여 물체의 중심의 좌표와 면적을 구한다.The above means operate as follows. That is, the image acquisition unit 100 obtains two consecutive images, and then the frame / line image matching unit 110 obtains a sum of absolute difference (SAD) for a search area having a predetermined size by frame or screening. The motion of the background is predicted by finding the smallest displacement, that is, the motion vector. Subsequently, the background compensator 120 obtains a difference image from the current image by compensating a frame or line of the previous image using the motion vector, and in this process, the size of the pixel value forming the difference image is threshold. value) is considered to be a pixel on a moving object. At this time, the post-processing unit 130 performs a mathematical morphological open operation to remove noise in the difference image generated in the process of approximating the motion of the background as one motion vector. Finally, the moving object variable extracting unit 140 clusters a portion considered as a pixel on the moving object to obtain coordinates and an area of the center of the object.

상기한 바와 같은 종래 기술은 배경의 움직임을 예측하기 위하여 프레임별 또는 선별로 일정한 탐색 영역을 대상으로 SAD(Sum of Absolute Difference)를 구하여 이 값이 가장 작은 변위를 찾아내는 방식을 취하므로 움직이는 물체의 면적이 비교적 큰 경우에는 배경 움직임 예측에 오류가 있을 확률이 높다는 단점이 있다.As described above, in order to predict the motion of the background, the SAD (Sum of Absolute Difference) is obtained for a certain search area by frame or screening, and the displacement is found to have the smallest value. In this relatively large case, there is a disadvantage in that there is a high probability that there is an error in the background motion prediction.

또한, 배경의 움직임을 하나의 움직임 벡터로 근사하는 과정에서 발생하는 차영상내의 노이즈를 제거하기 위하여 필수적으로 요구되는 수리형태학적 열기 연산은 픽셀별로 반복적으로 수행되기 때문에 많은 계산량이 필요하여 고속의 움직임 검출을 어렵게 한다.In addition, since the mathematical morphological open operation, which is essential for removing noise in the difference image generated in the process of approximating the background motion as one motion vector, is repeatedly performed for each pixel, a large amount of computation is required and therefore high speed motion is required. Makes detection difficult.

이로써 고속의 움직임 검출을 위하여 아주 제한된 탐색 영역에서 배경의 움직임을 효과적으로 예측하여 물체의 움직임 영역만을 빠르게 찾아내는 배경 보상 장치 및 방법에 대한 요구가 있었다.Accordingly, there is a need for a background compensation apparatus and method for quickly predicting only motion region of an object by effectively predicting background motion in a very limited search region for fast motion detection.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 능동 카메라 환경에서의 물체의 움직임을 추적함에 있어서, 적은 계산량으로 배경의 움직임을 정교하게 찾아 차영상의 잡음을 제거함으로써 많은 계산량을 요구하는 수리형태학적 열기(morphological opening) 연산을 피하고, 이동 물체가 위치하는 것으로 예측되는 영역을 가려냄으로써 배경의 움직임을 잘못 예측하는 확률을 낮추는 동시에, 배경의 움직임을 찾기 위해 필요한 탐색 영역을 줄일 수 있는 고속의 배경 보상 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and in tracking the movement of an object in an active camera environment, a repair that requires a large amount of computation by removing the noise of the difference image by precisely finding a background movement with a small amount of computation. By avoiding morphological opening operations and screening out areas where moving objects are expected to be located, it is possible to reduce the probability of falsely predicting background movements while reducing the search area required to find background movements. It is an object to provide a background compensation apparatus and method.

도 1은 종래 기술에 의한 물체의 움직임 검출을 위한 배경 보상 장치의 블록도,1 is a block diagram of a background compensation apparatus for detecting a motion of an object according to the prior art;

도 2는 본 발명에 의한 장치의 구성을 나타내는 블록도,2 is a block diagram showing the configuration of an apparatus according to the present invention;

도 3은 본 발명에 의한 전역 움직임 추정부의 구성을 나타내는 블록도,3 is a block diagram showing the configuration of a global motion estimation unit according to the present invention;

도 4는 본 발명에 의한 방법의 구성을 나타내는 블록도,4 is a block diagram showing the configuration of the method according to the present invention;

도 5는 본 발명에 의한 전역 움직임 벡터를 예측하는 방법의 구성을 나타내는 블록도,5 is a block diagram showing the configuration of a method for predicting a global motion vector according to the present invention;

도 6은 본 발명에 의한 블록을 선택하는 방법의 구성을 나타내는 블록도이다.6 is a block diagram showing the configuration of a method for selecting a block according to the present invention.

<도면의 주요부분의 부호에 대한 간단한 설명><Brief description of the symbols of the main parts of the drawings>

200...영상 획득부, 210...전처리부,200 image acquisition unit, 210 preprocessing unit,

220...전역 움직임 추정부, 221...블록 선택부,220 ... global motion estimator, 221 ... block selector,

222...전역 탐색 움직임 추정부, 223...예측된 움직임 벡터 선택부,222 ... global search motion estimator, 223 ... predicted motion vector selector,

230...블록 기반 움직임 보상부, 240...움직임 검출부,230 ... block based motion compensation, 240 ... motion detection,

250...이동 물체 변수 추출부.250. Moving object variable extraction unit.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 능동 카메라 환경에서의 물체의 고속 움직임 검출 장치에 있어서, 영상을 획득하는 영상 획득부와, 저역 통과 필터를 포함하며, 상기 영상 획득부가 획득한 현재 영상을 저역 통과 필터를 통해 필터링시킴으로써 공간적 고주파 성분을 제거하는 전처리부와, 상기 영상 획득부로부터 현재 영상 및 이전 영상을 입력받아 배경의 움직임 벡터를 예측하는 전역 움직임 추정부와, 상기 전처리부를 통해 공간적 고주파 성분이 제거된 현재 영상 및 이전 영상을 입력받아, 상기 전역 움직임 추정부로부터 구해진 예측된 움직임 벡터를 이용하여 블록 기반의 움직임 보상을 수행하여 보상 영상을 구한 후, 상기 보상 영상과 공간적 고주파 성분이 제거된 현재 영상과의 차영상인 움직임 보상 에러 영상을 얻는 블록 기반 움직임 보상부와, 상기 블록 기반 움직임 보상부로부터 얻은 움직임 보상 에러 영상의 각 블록의 움직임 보상 에러값의 합과 소정의 임계값을 비교하여 움직임 보상 에러값의 합이 임계값을 초과하는 블록을 물체가 존재하는 영역으로 판단하는 움직임 검출부 및 상기 움직임 검출부로부터 검출된 블록을 대상으로 이동 물체의 중심과 면적 등을 계산하여 물체의 변수를 얻는 이동 물체 변수 추출부를 구비하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides an apparatus for detecting a high speed motion of an object in an active camera environment, the apparatus including an image acquisition unit for acquiring an image, a low pass filter, and a low pass for the current image acquired by the image acquisition unit. The preprocessing unit removes the spatial high frequency components by filtering through the pass filter, the global motion estimation unit which receives the current image and the previous image from the image acquisition unit, and predicts the motion vector of the background, and the spatial high frequency component through the preprocessor. After receiving the removed current image and the previous image, performing a block-based motion compensation using the predicted motion vector obtained from the global motion estimation unit to obtain a compensation image, and then removing the compensation image and the spatial high frequency component. Block based obtaining motion compensation error image Compares the sum of the motion compensation error value of each block of the motion compensation error image obtained from the block-based motion compensation unit with a predetermined threshold value to determine a block whose sum of motion compensation error values exceeds a threshold value; And a moving object variable extracting unit configured to calculate a center and an area of the moving object, and to obtain a variable of the object, based on the motion detecting unit determining that the region exists.

또한, 상기 장치에 있어서, 상기 전역 움직임 추정부는, 일정한 크기의 작은 블록으로 나누어진 현재 영상으로부터 움직임 추정을 위해 필요한 블록을 선택하는 수단인 블록 선택부와, 선택된 블록을 대상으로 움직임 추정을 수행한 뒤 움직임 벡터를 계산하는 전역 탐색 움직임 추정부 및 선택되지 않은 나머지 블록의 움직임 벡터 추정시에 사용되는 예측된 움직임 벡터(PMV)를 상기 추정된 움직임 벡터들로부터 결정하는 예측된 움직임 벡터 선택부를 구비하는 것을 다른 특징으로 한다.In the apparatus, the global motion estimator may include a block selector which is a means for selecting a block required for motion estimation from a current image divided into small blocks of a predetermined size, and a motion estimation for the selected block. A global search motion estimator for calculating a backward motion vector and a predicted motion vector selector for determining a predicted motion vector (PMV) used in estimating motion vectors of the remaining unselected blocks from the estimated motion vectors; It is another feature.

한편, 능동 카메라 환경에서 물체의 고속 움직임 검출 방법에 있어서, 현재 영상 및 이전 영상을 획득하고, 저역 통과 필터를 통해 공간적 고주파 성분을 제거하는 제1단계와, 획득한 현재 영상 및 이전 영상으로부터 전역 움직임 벡터를 예측하는 제2단계와, 상기 공간적 고주파 성분이 제거된 현재 영상 및 이전 영상과 예측된 움직임 벡터를 이용하여 블록 기반의 움직임 추정 및 움직임 보상을 수행하여 보상 영상을 생성한 후, 상기 보상 영상과 공간적 고주파 성분이 제거된 현재 영상과의 차영상인 움직임 보상 에러 영상을 얻는 제3단계와, 상기 움직임 보상 에러 영상의 각 블록의 움직임 보상 에러값의 합과 임계값을 비교하여 움직임 보상 에러값의 합이 임계값을 초과하는 블록을 물체가 존재하는 영역으로 판단하여 이동 물체의 움직임을 검출하는 제4단계 및 검출된 블록을 대상으로 이동 물체의 중심과면적 등을 계산하여 물체의 변수를 얻는 제5단계를 구비하는 것을 다른 특징으로 한다.Meanwhile, in the high speed motion detection method of an object in an active camera environment, a first step of acquiring a current image and a previous image, and removing spatial high frequency components through a low pass filter, and global motion from the acquired current image and the previous image A second step of predicting a vector, and performing a block-based motion estimation and motion compensation using the current image, the previous image, and the predicted motion vector from which the spatial high-frequency components are removed, generate the compensation image, and then compensate the image. A third step of obtaining a motion compensation error image that is a difference image from the current image from which the spatial high frequency component has been removed; and comparing the sum of the motion compensation error value of each block of the motion compensation error image and a threshold value to obtain a motion compensation error value. The motion of the moving object is detected by judging the block whose sum exceeds the threshold as the area where the object exists. Is that it comprises a fifth step for obtaining parameters of an object by calculating the center of the area, etc. of the moving object to the target and a fourth step of the detected block to the other features.

또한, 상기 방법에 있어서, 상기 제2단계는, 현재 영상을 일정한 크기의 작은 블록으로 나누어 그 블록들로부터 움직임 추정을 하는데 필요한 블록을 선택하는 제21단계와, 선택된 블록과 이전 영상으로부터 전역 탐색하여 움직임을 추정하여 움직임 벡터를 계산하는 제22단계 및 추정된 움직임 벡터로부터 선택되지 않은 나머지 모든 블록의 해당 움직임 벡터 추정시에 사용될 예측된 움직임 벡터(PMV)를 정하는 제22단계로 이루어지는 것을 다른 특징으로 한다.In the above method, the second step may include: a twenty-first step of dividing the current image into small blocks having a predetermined size and selecting a block necessary for motion estimation from the blocks; and searching globally from the selected block and the previous image. And a twenty-second step of calculating a motion vector by estimating motion and a twenty-second step of determining a predicted motion vector (PMV) to be used in estimating a corresponding motion vector of all remaining blocks not selected from the estimated motion vector. do.

또한, 상기 방법에 있어서, 상기 제21단계는, 일정한 크기의 작은 블록으로 나누어진 현재 영상으로부터 첫번째 블록을 얻는 제211단계와, 얻은 블록의 영상을 고역 통과 필터(HPF: High Pass Filtering)를 통해 필터링시켜 그 결과 에지(Edge) 성분이 충분히 포함되어 있는지 파악하여 에지 여부를 판단하고, 판단 결과 에지가 아닌 경우에는 제215단계를 수행하는 제212단계와, 판단 결과 에지인 경우, 움직임 보상 에러값의 합과 임계치를 비교하고, 비교한 결과 움직임 보상 에러값의 합이 큰 경우에는 제215단계를 수행하는 제213단계와, 비교한 결과 움직임 보상 에러값의 합이 작은 경우, 현재 블록의 위치를 버퍼에 기억시키는 제214단계와, 버퍼에 빈 공간이 존재하는지 판단하고, 판단 결과 빈 공간이 존재하지 않는 경우에는 종료하는 제215단계와, 판단 결과 빈 공간이 존재하는 경우, 잔여 블록이 존재하는지 판단하고, 잔여 블록이 존재하지 않는 경우에는 종료하는 제216단계 및 판단 결과 잔여 블록이 존재하는 경우, 다음 블록을 얻고, 잔여블록이 존재하지 않는 경우에는 종료하는 제217단계로 이루어지는 것을 또 다른 특징으로 한다.In the above method, in the twenty-first step, the second step of obtaining the first block from the current image divided into small blocks of a predetermined size, and the image of the obtained block through a high pass filtering (HPF) After filtering, it is determined whether the edge component is sufficiently contained as a result, and it is determined whether it is an edge. If it is not an edge as a result of determination, step 212 is performed, and if it is an edge, the motion compensation error value is determined. If the sum is greater than the threshold and the sum of the motion compensation error values is large, the step 213 of performing step 215 is performed. If the sum of the motion compensation error values is small, the position of the current block is determined. A step 214 of storing the buffer in the buffer; a step 215 of determining whether there is an empty space in the buffer; If there is a liver, it is determined whether a residual block exists, and if the residual block does not exist, step 216 is terminated, and if the residual block exists, the next block is obtained, and if the residual block does not exist, the operation is terminated. It is another feature that the step 217 is made.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 의한 실시예를 상세하게 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the Example by this invention is described in detail with reference to an accompanying drawing.

도 2는 본 발명에 의한 장치 구성의 전체적인 블록도이며, 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명이 구현되는 장치는 영상 획득부(200), 전처리부(210), 전역 움직임 추정부(220), 블록 기반 움직임 보상부(230), 움직임 검출부(240) 및 이동 물체 변수 추출부(250)로 이루어져 있다.FIG. 2 is an overall block diagram of a device configuration according to the present invention. As shown in FIG. 2, the device to which the present invention is implemented includes an image acquisition unit 200, a preprocessor 210, and a global motion estimation unit 220. , A block-based motion compensator 230, a motion detector 240, and a moving object variable extractor 250.

상기 영상 획득부(200)는 영상을 획득하는 수단이고, 상기 전처리부(210)는 저역 통과 필터(Low Pass Filter, LPF)를 포함하며, 상기 영상 획득부(200)로부터 현재 영상을 입력받아 이동 물체가 존재하는 영역의 검출 기준이 되는 배경의 움직임 보상(Motion Compensation, MC) 에러를 최소화하기 위하여 획득한 현재 영상을 저역 통과 필터를 통하여 영상의 공간적 고주파 성분 즉, 체크무늬처럼 세밀하고 변화가 많은 성분이 제거된 영상으로 만드는 수단이다. 상기 움직임 보상 에러에 대해서는 관련된 부분에서 후술한다.The image acquisition unit 200 is a means for acquiring an image, and the preprocessor 210 includes a low pass filter (LPF), and receives the current image from the image acquisition unit 200 and moves it. The current image obtained in order to minimize the background motion compensation (MC) error, which is the detection criteria of the area in which an object exists, is detailed and changed in a spatial high-frequency component, that is, a checkered pattern, through a low pass filter. It is the means by which the component is removed. The motion compensation error will be described later in the related section.

상기 전역 움직임(global motion, 이하 배경과 혼용한다) 추정부(220)는 상기 영상획득부(200)를 거쳐 입력되는 서로 연속하는 이전 영상 및 현재 영상인 두 개의 영상으로부터 전역 움직임 벡터(Motion Vector, MV)를 예측하는 수단으로서, 도 3에 그 내부 구성을 도시하였다.The global motion estimator 220 may generate a global motion vector (Motion Vector) from two images, the previous image and the current image, which are consecutively inputted through the image acquisition unit 200. As a means of predicting MV), its internal configuration is shown in FIG.

도 3은 상기 전역 움직임 추정부(220)의 내부 구성을 나타낸 블록도로서, 도시한 바와 같이, 전역 움직임 추정부(220)는 블록 선택부(221), 전역 탐색(FS: Full Search) 움직임 추정부(222) 및 예측된 움직임 벡터(Predicted MotionVector, PMV) 선택부(223)로 이루어진다.3 is a block diagram illustrating an internal configuration of the global motion estimation unit 220. As shown in the drawing, the global motion estimation unit 220 includes a block selector 221 and a full search (FS) motion estimation. And a predictor 222 and a predicted motion vector (PMV) selector 223.

상기 블록 선택부(221)는 영상 획득부(200)로부터 현재 영상을 입력받아 일정한 크기로 분할한 몇 개의 블록 중에서 배경의 움직임 추정(Motion Estimation, ME)을 하는데 필요한 블록을 선택하는 수단이고, 상기 전역 탐색 움직임 추정부(222)는 선택된 블록을 대상으로 전역 탐색과 같은 정교한 움직임 추정을 수행한 뒤 움직임 벡터를 계산하는 수단이고, 상기 예측된 움직임 벡터 선택부(223)는 선택되지 않은 나머지 모든 블록의 해당 움직임 벡터 즉, 예측된 움직임 벡터(PMV)를 추정된 움직임 벡터로부터 정하는 수단이다.The block selector 221 is a means for selecting a block necessary for motion estimation (ME) of a background from among a plurality of blocks received by receiving the current image from the image acquisition unit 200 and divided into a predetermined size. The global search motion estimator 222 is a means for calculating a motion vector after performing sophisticated motion estimation such as global search on the selected block, and the predicted motion vector selector 223 is for all remaining unselected blocks. Means for determining a corresponding motion vector, i.e., the predicted motion vector (PMV), from the estimated motion vector.

다시 도2로 돌아가서, 상기 블록 기반 움직임 보상부(230)는 상기 전처리부(210)로부터 공간적 고주파 성분이 제거된 현재 영상 및 이전 영상을 입력받아 전역 움직임 추정부(220)에서 예측된 움직임 벡터를 이용하여 블록 기반의 움직임 추정 및 움직임 보상을 거쳐 공간적 고주파 성분이 제거된 현재 영상과 움직임 보상된 영상과의 차영상(difference image)인 움직임 보상 에러 영상을 얻는다. 상기 움직임 보상 중에 매우 작은 탐색 영역을 대상으로 하는 국부 탐색(local search)을 수행하므로 사실상 각 블록별로 독립적인 움직임 예측이 가능하기 때문에 하나의 배경 움직임 벡터로 전체 배경을 보상했을 때 발생하는 오차를 없애기 위해 수행하는 수리형태학적 열기(morphological opening) 연산이 불필요하게 된다.2 again, the block-based motion compensator 230 receives the current image and the previous image from which the spatial high frequency components are removed from the preprocessor 210 and obtains the motion vector predicted by the global motion estimator 220. Through the block-based motion estimation and motion compensation, a motion compensation error image is obtained, which is a difference image between the current image from which the spatial high frequency components are removed and the motion compensated image. Since local search is performed on a very small search area during the motion compensation, independent motion prediction is possible for each block, thereby eliminating errors generated when compensating the entire background with one background motion vector. The morphological opening operation performed for the sake of communication becomes unnecessary.

상기 움직임 검출부(240)는 상기 움직임 보상 에러 영상의 각 블록의 움직임 보상 에러값의 합과 소정의 임계값(threshold value)을 비교하여 움직임 보상 에러값의 합이 임계값을 초과하는 블록을 물체가 존재하는 영역으로 판단하는 수단이다.The motion detector 240 compares the sum of the motion compensation error values of the respective blocks of the motion compensation error image with a predetermined threshold value to determine whether the object is a block whose sum of the motion compensation error values exceeds the threshold value. It is a means of judging the existing area.

상기 이동 물체 변수 추출부(250)는 이동 물체의 중심과 면적 등을 계산하여 이동 물체의 변수를 얻는 수단이다.The moving object variable extractor 250 is a means for obtaining a variable of the moving object by calculating a center and an area of the moving object.

도 4는 본 발명에 의한 방법의 일실시예를 나타낸 흐름도로서, 이하에서는 도 4의 흐름도를 참조하여 본 발명에 의한 방법의 실시예들을 상세하게 설명한다.FIG. 4 is a flowchart illustrating an embodiment of the method according to the present invention. Hereinafter, embodiments of the method according to the present invention will be described in detail with reference to the flowchart of FIG. 4.

우선, 영상 획득부(200)가 이전 영상 및 현재 영상을 획득한다(S300).First, the image acquisition unit 200 obtains the previous image and the current image (S300).

이어서, 전처리부(210)가 이동 물체가 존재하는 영역의 검출 기준이 되는 배경의 움직임 보상 에러를 최소화하기 위하여 획득한 이전영상 및 현재 영상을 저역 통과 필터를 통해 필터링하여 공간적 고주파 성분을 제거한다(S310).Subsequently, the preprocessing unit 210 removes the spatial high frequency components by filtering the acquired previous image and the current image through a low pass filter in order to minimize the motion compensation error of the background, which is a detection criterion of the region where the moving object exists. S310).

계속해서, 전역 움직임 추정부(220)가 획득한 이전 영상 및 현재 영상으로부터 전역 즉, 배경 움직임 벡터를 예측한다(S320). 상기 전역 움직임 벡터를 예측하는 방법의 일실시예를 도 5에 나타내었다.Subsequently, the global motion estimation unit 220 predicts the global motion, ie, the background motion vector, from the previous image and the current image (S320). An embodiment of a method of predicting the global motion vector is shown in FIG. 5.

도 5는 배경 움직임 벡터를 예측하는 방법의 일 실시예를 나타내는 흐름도로서, 우선, 블록 선택부(221)가 현재 영상을 일정한 크기의 작은 블록으로 나누어 그 블록들 중에서 움직임 추정을 하는데 사용할 블록을 선택한다(S321). 상기 블록 선택 방법의 일실시예를 도 6에 나타내었다.FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of a method of predicting a background motion vector. First, the block selector 221 divides a current image into small blocks having a predetermined size and selects a block to use for motion estimation among the blocks. (S321). An embodiment of the block selection method is shown in FIG. 6.

도 6은 움직임 추정을 위한 블록을 선택하는 방법의 일 실시예를 나타내는 흐름도로서, 우선, 블록 선택부(221)가 일정한 크기의 작은 블록으로 나누어진 현재 영상으로부터 첫번째 블록을 얻고(S321-1), 얻은 블록의 영상을 고역 통과필터(High Pass Filtering, HPF)를 통하여 필터링시켜 그 결과 에지(Edge) 성분이 충분히 포함되어 있는지 즉, 에지 여부를 판단하고(S321-2), 판단 결과 에지가 아닌 경우에는 단계(S321-6)를 수행한다. 이 때 에지 여부를 판단하는 이유는 에지인 블록을 선택함으로써 움직임을 추정했을 때 실제 배경의 움직임을 구할 수 있도록 하기 위한 것이다.FIG. 6 is a flowchart illustrating an embodiment of a method for selecting a block for motion estimation. First, the block selector 221 obtains a first block from a current image divided into small blocks of a predetermined size (S321-1). The image of the obtained block is filtered through High Pass Filtering (HPF), and as a result, it is determined whether the edge component is sufficiently included, that is, whether it is an edge (S321-2). In this case, step S321-6 is performed. At this time, the reason for determining whether the edge is to select the block that is the edge so that the motion of the actual background can be obtained when the motion is estimated.

판단 결과 에지인 경우, 얻은 블록의 움직임 보상 에러값의 합과 소정의 임계치와 비교한다(S321-3). 비교한 결과 움직임 보상 에러값의 합이 큰 경우에는 단계(S321-6)를 수행한다. 이 때 두 값을 비교하는 이유는 움직임 보상 에러값의 합이 작은 블록을 선택함으로써 이동 물체 위의 블록을 피하고 배경 영역 위의 블록을 선택할 확률을 높이도록 하기 위한 것이다.If the determination result is an edge, the sum of the motion compensation error values of the obtained block is compared with a predetermined threshold value (S321-3). As a result of the comparison, if the sum of the motion compensation error values is large, step S321-6 is performed. In this case, the reason for comparing the two values is to select a block having a small sum of motion compensation error values so as to avoid the block on the moving object and increase the probability of selecting the block on the background area.

비교한 결과 움직임 보상 에러값의 합이 작은 경우, 현재 블록의 위치를 버퍼에 기억하고(S321-4), 버퍼에 빈 공간이 존재하는지 판단한다(S321-5). 빈 공간이 존재하지 않는 경우에는 블록 선택을 위한 작업을 종료한다(S321-8).As a result of the comparison, if the sum of the motion compensation error values is small, the position of the current block is stored in the buffer (S321-4), and it is determined whether an empty space exists in the buffer (S321-5). If no empty space exists, the operation for block selection is terminated (S321-8).

판단 결과 버퍼에 빈 공간이 존재하는 경우, 잔여 블록이 존재하는지 판단한다(S321-6). 잔여 블록이 존재하지 않는 경우에는 블록을 선택하는 작업을 종료한다(S321-8).As a result of the determination, when an empty space exists in the buffer, it is determined whether a residual block exists (S321-6). If there is no residual block, the operation of selecting a block is terminated (S321-8).

판단 결과 잔여 블록이 존재하는 경우, 다음 블록을 얻고(S321-7), 잔여 블록이 존재하지 않는 경우에는 블록을 선택하는 작업을 종료한다(S321-8). 이와 같은 방법으로 블록 선택 작업을 수행하여 약 3~4개의 움직임 추정을 위한 블록을 얻게 된다.If the residual block exists, the next block is obtained (S321-7). If the residual block does not exist, the operation of selecting the block is terminated (S321-8). In this way, a block selection operation is performed to obtain blocks for estimation of about 3 to 4 motions.

도 5로 돌아가서, 단계(S321)에 이어서, 전역 탐색 움직임 추정부(222)가 선택된 블록과 이전 영상으로부터 정교하게 전역 탐색하여 움직임을 추정한 뒤 움직임 벡터를 계산한다(S322). 이 때, 단지 몇 개의 블록에 대해 전역 탐색을 수행하더라도 탐색 영역이 큰 경우에는 계산에 적지 않은 부담을 주므로 움직임 벡터를 신속하게 얻기 위하여 이전과 현재의 전역 움직임 벡터의 상관성을 이용하여 탐색 영역을 줄이도록 하는 것이 바람직하다.5, in step S321, the global search motion estimator 222 estimates the motion by precisely globally searching the selected block and the previous image, and then calculates a motion vector (S322). In this case, even if the global search is performed on just a few blocks, the search area is large and it is a burden on the calculation. Therefore, the search area is reduced by using the correlation of the previous and current global motion vectors to obtain the motion vector quickly. It is desirable to be.

마지막으로, PMV 선택부(223)가 추정된 움직임 벡터로부터 선택되지 않은 나머지 모든 블록의 해당 움직임 벡터 추정시에 사용될 예측된 움직임 벡터를 선택한다(S322). 이 때, 배경의 움직임을 잘 묘사할 수 있는 정확한 예측된 움직임 벡터를 구하는 것이 중요한데, 예측된 움직임 벡터를 결정하기 위해 선택된 몇 개의 블록이 평탄한(homogeneous)밝기 값을 갖는 배경 영역에 위치해 있다면 배경의 움직임과는 거리가 먼 랜덤 모션(random motion)을 예측된 움직임 벡터로 정하게 되어 배경만 존재하는 경우에도 배경 보상 후 움직임 보상 에러 값이 크게 계산된다. 이와 같은 이유로, 상기한 바와 같이 예측된 움직임 벡터를 구하기 위해 블록을 선택할 때에는 에지 성분이 포함되고, 움직임 보상 에러값이 작은 것을 선택하도록 한다.Finally, the PMV selector 223 selects the predicted motion vector to be used when estimating the corresponding motion vector of all remaining blocks not selected from the estimated motion vector (S322). At this time, it is important to obtain an accurate predicted motion vector that can describe the motion of the background. If several blocks selected to determine the predicted motion vector are located in the background region with homogeneous brightness, Since the random motion far from the motion is set as the predicted motion vector, even if only the background exists, the motion compensation error value is largely calculated after the background compensation. For this reason, when selecting a block to obtain a predicted motion vector as described above, an edge component is included and a motion compensation error value is selected to be small.

도 4로 돌아가서, 단계 (S320)에 이어서, 블록 기반 움직임 보상부(230)가 공간적 고주파 성분이 제거된 영상을 예측된 움직임 벡터를 이용하여 블록 기반의 움직임 보상을 한다(S330). 이 과정에서 공간적 고주파 성분이 제거된 현재 영상과 움직임 보상된 영상의 차영상(difference image)인 움직임 보상 에러 영상을 생성한다.4, in step S320, the block-based motion compensation unit 230 performs block-based motion compensation on the image from which the spatial high frequency component is removed using the predicted motion vector (S330). In this process, a motion compensation error image is generated which is a difference image between the current image from which the spatial high frequency components are removed and the motion compensated image.

상기 움직임 보상은 모든 블록에 대해 수행되며, 배경의 움직임을 잘 묘사하는 전역 움직임 벡터를 이용하여 매우 작은 탐색 영역을 가지는 국부 탐색(local search)을 함으로써 배경 영역에 대해서는 움직임 보상 에러값을 극소화하고 이동 물체 영역에 대해서는 움직임 보상 에러값을 극대화함으로써 움직임 보상을 하게 된다.The motion compensation is performed for all blocks, and by performing a local search having a very small search area using a global motion vector that well describes the motion of the background, the motion compensation error value is minimized and moved for the background area. The motion compensation is performed for the object area by maximizing the motion compensation error value.

또한, 상기한 바와 같이, 움직임 보상은 모든 블록에 대해 수행되며, 배경의 움직임을 잘 묘사하는 전역 움직임 벡터를 이용하여 매우 작은 탐색 영역을 가지는 국부 탐색(local search)을 함으로써 사실상 각 블록별로 독립적인 움직임 예측이 가능하기 때문에 하나의 배경 움직임 벡터로 전체 배경을 보상했을 때 발생하는 오차를 없애기 위해 필요한 많은 계산량을 요구하는 수리형태학적 열기(morphological opening) 연산을 피할 수 있다.In addition, as described above, motion compensation is performed for all blocks, and is actually independent of each block by performing a local search having a very small search area using a global motion vector that describes the background motion well. Because motion prediction is possible, it is possible to avoid morphological opening operations that require a large amount of computation to eliminate the error that occurs when compensating the entire background with one background motion vector.

이어서, 움직임 검출부(240)가 상기 움직임 보상 에러 영상의 각 블록의 움직임 보상 에러값의 합과 임계값을 비교하여 움직임 보상 에러값의 합이 임계값을 초과하는 블록을 물체가 존재하는 영역으로 판단하여 이동 물체의 움직임을 검출한다(S340). 상기 움직임 보상 에러값의 합은 상술한 배경 움직임 추정 및 움직임 보상 과정에서 이미 구해진 값이므로 추가적인 계산이 불필요하다.Subsequently, the motion detector 240 compares the sum of the motion compensation error values of the respective blocks of the motion compensation error image with a threshold value, and determines that the block in which the sum of the motion compensation error values exceeds the threshold value is an area in which the object exists. By detecting the movement of the moving object (S340). Since the sum of the motion compensation error values is a value already obtained in the above-described background motion estimation and motion compensation process, no additional calculation is necessary.

마지막으로, 이동 물체 변수 추출부(250)가 물체의 중심과 면적 등을 계산하여 물체의 변수를 획득한다(S350).Finally, the moving object variable extracting unit 250 calculates the center and the area of the object to obtain the variable of the object (S350).

상술한 바와 같이 본 발명은 제한된 탐색 영역에서 적은 계산량으로 배경의움직임을 효과적으로 예측하여 물체의 움직임을 빠르게 찾아낼 수 있다.As described above, the present invention can effectively predict the movement of the background with a small amount of computation in a limited search area, thereby quickly finding the motion of the object.

본 발명에 의하면, 능동 카메라 환경에서의 고속 움직임 검출을 위한 배경 보상 장치 및 방법에 있어서, 배경의 움직임을 잘 묘사하는 전역 움직임 벡터를 고속으로 예측하고 이를 이용하여 매우 작은 탐색 영역을 가지는 국부 탐색을 함으로써 배경 영역에 대해서는 움직임 보상 에러를 극소화하고 이동 물체 영역에 대해서는 움직임 보상 에러를 극대화함으로써 움직임 검출을 위한 탐색 영역을 대폭 축소시킬 수 있다.According to the present invention, in a background compensation apparatus and method for fast motion detection in an active camera environment, a local search having a very small search area is predicted using a fast prediction of a global motion vector that describes a background motion well. Accordingly, the search region for motion detection can be greatly reduced by minimizing the motion compensation error in the background region and maximizing the motion compensation error in the moving object region.

또한, 본 발명에 의하면, 각 블록별로 독립적인 움직임 예측이 가능하기 때문에 하나의 배경 움직임 벡터로 전체 배경을 보상했을 때 발생하는 오차를 없애기 위해 수행하고 또한, 많은 계산량을 요구하는 수리형태학적 열기(morphological opening) 연산을 피할 수 있다.In addition, according to the present invention, since independent motion prediction is possible for each block, it is performed to eliminate an error occurring when compensating the entire background with one background motion vector, and a mathematical morphology that requires a large amount of computation ( morphological opening operations can be avoided.

또한, 본 발명에 의하면, 계산량이 적어 비교적 저가의 시스템에서 실시간 동영상 추적 구현이 가능하고 시중의 DSP(Digital signal processor)를 이용하여 독립시스템을 구현할 수 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to implement real-time video tracking in a relatively low-cost system due to the small amount of computation, and to implement an independent system using a commercial digital signal processor (DSP).

Claims (5)

능동 카메라 환경에서의 물체의 고속 움직임 검출 장치에 있어서,In a high speed motion detection apparatus of an object in an active camera environment, 영상을 획득하는 영상 획득부;An image obtaining unit obtaining an image; 저역 통과 필터를 포함하며, 상기 영상 획득부가 획득한 현재 영상을 저역 통과 필터를 통해 필터링시킴으로써 공간적 고주파 성분을 제거하는 전처리부;A preprocessing unit including a low pass filter and removing spatial high frequency components by filtering a current image obtained by the image acquisition unit through a low pass filter; 상기 영상 획득부로부터 현재 영상 및 이전 영상을 입력받아 배경의 움직임 벡터를 예측하는 전역 움직임 추정부;A global motion estimator that receives a current image and a previous image from the image acquirer and predicts a motion vector of a background; 상기 전처리부를 통해 공간적 고주파 성분이 제거된 현재 영상 및 이전 영상을 입력받아, 상기 전역 움직임 추정부로부터 구해진 예측된 움직임 벡터를 이용하여 블록 기반의 움직임 보상을 수행하여 보상 영상을 구한 후, 상기 보상 영상과 공간적 고주파 성분이 제거된 현재 영상과의 차영상인 움직임 보상 에러 영상을 얻는 블록 기반 움직임 보상부;After receiving the current image and the previous image from which the spatial high frequency components are removed through the preprocessor, a block-based motion compensation is performed by using the predicted motion vector obtained from the global motion estimation unit, and then the compensation image is obtained. A block-based motion compensation unit for obtaining a motion compensation error image that is a difference image from a current image from which spatial and high frequency components are removed; 상기 블록 기반 움직임 보상부로부터 얻은 움직임 보상 에러 영상의 각 블록의 움직임 보상 에러값의 합과 소정의 임계값을 비교하여 움직임 보상 에러값의 합이 임계값을 초과하는 블록을 물체가 존재하는 영역으로 판단하는 움직임 검출부; 및Compares the sum of the motion compensation error values of each block of the motion compensation error image obtained from the block-based motion compensator with a predetermined threshold to move a block whose sum of motion compensation error values exceeds the threshold to an area where an object exists. A motion detecting unit to determine; And 상기 움직임 검출부로부터 검출된 블록을 대상으로 이동 물체의 중심과 면적 등을 계산하여 물체의 변수를 얻는 이동 물체 변수 추출부Moving object variable extraction unit for obtaining the variable of the object by calculating the center and area of the moving object for the block detected by the motion detector 를 구비하는 것을 특징으로 하는 능동 카메라 환경에서 물체의 고속 움직임검출을 위한 배경 보상 장치.Background compensation apparatus for the high-speed motion detection of the object in the active camera environment, characterized in that it comprises a. 제1항에 있어서, 상기 전역 움직임 추정부는,The method of claim 1, wherein the global motion estimation unit, 일정한 크기의 작은 블록으로 나누어진 현재 영상으로부터 움직임 추정을 위해 필요한 블록을 선택하는 수단인 블록 선택부;A block selecting unit which is a means for selecting a block necessary for motion estimation from a current image divided into small blocks of a predetermined size; 선택된 블록을 대상으로 움직임 추정을 수행한 뒤 움직임 벡터를 계산하는 전역 탐색 움직임 추정부; 및A global search motion estimator configured to calculate a motion vector after performing motion estimation on the selected block; And 선택되지 않은 나머지 블록의 움직임 벡터 추정시에 사용되는 예측된 움직임 벡터(PMV)를 상기 추정된 움직임 벡터들로부터 결정하는 예측된 움직임 벡터 선택부Predicted motion vector selection unit for determining a predicted motion vector (PMV) used in estimating motion vectors of the remaining unselected blocks from the estimated motion vectors. 를 구비하는 것을 특징으로 하는 능동 카메라 환경에서 물체의 고속 움직임 검출을 위한 배경 보상 장치.Background compensation device for the high-speed motion detection of the object in the active camera environment characterized in that it comprises a. 능동 카메라 환경에서 물체의 고속 움직임 검출 방법에 있어서,In a high speed motion detection method of an object in an active camera environment, 현재 영상 및 이전 영상을 획득하고, 저역 통과 필터를 통해 공간적 고주파 성분을 제거하는 제1단계;Obtaining a current image and a previous image, and removing spatial high frequency components through a low pass filter; 획득한 현재 영상 및 이전 영상으로부터 전역 움직임 벡터를 예측하는 제2단계;A second step of predicting a global motion vector from the acquired current image and the previous image; 상기 공간적 고주파 성분이 제거된 현재 영상 및 이전 영상과 예측된 움직임 벡터를 이용하여 블록 기반의 움직임 추정 및 움직임 보상을 수행하여 보상 영상을생성한 후, 상기 보상 영상과 공간적 고주파 성분이 제거된 현재 영상과의 차영상인 움직임 보상 에러 영상을 얻는 제3단계;After generating a compensation image by performing block-based motion estimation and motion compensation using the current image and the previous image from which the spatial high frequency component is removed, and the predicted motion vector, the current image from which the compensation image and the spatial high frequency component are removed A third step of obtaining a motion compensation error image that is a difference image with the second image; 상기 움직임 보상 에러 영상의 각 블록의 움직임 보상 에러값의 합과 임계값을 비교하여 움직임 보상 에러값의 합이 임계값을 초과하는 블록을 물체가 존재하는 영역으로 판단하여 이동 물체의 움직임을 검출하는 제4단계; 및Comparing the sum of the motion compensation error values of the respective blocks of the motion compensation error image with a threshold value and determining a block whose sum of the motion compensation error values exceeds a threshold value as an area where an object exists to detect the movement of the moving object. The fourth step; And 검출된 블록을 대상으로 이동 물체의 중심과 면적 등을 계산하여 물체의 변수를 얻는 제5단계The fifth step of obtaining the variable of the object by calculating the center and area of the moving object with respect to the detected block 를 구비하는 것을 특징으로 하는 능동 카메라 환경에서 물체의 고속 움직임 검출을 위한 배경 보상 방법.Background compensation method for the high-speed motion detection of the object in the active camera environment characterized in that it comprises a. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 제2단계는,The second step, 현재 영상을 일정한 크기의 작은 블록으로 나누어 그 블록들로부터 움직임 추정을 하는데 필요한 블록을 선택하는 제21단계;A twenty-first step of dividing the current image into small blocks of a predetermined size and selecting a block necessary for motion estimation from the blocks; 선택된 블록과 이전 영상으로부터 전역 탐색하여 움직임을 추정하여 움직임 벡터를 계산하는 제22단계; 및A twenty-second step of estimating motion by globally searching from the selected block and the previous image to calculate a motion vector; And 추정된 움직임 벡터로부터 선택되지 않은 나머지 모든 블록의 해당 움직임 벡터 추정시에 사용될 예측된 움직임 벡터(PMV)를 정하는 제22단계A twenty-second step of determining a predicted motion vector (PMV) to be used in estimating a corresponding motion vector of all remaining blocks not selected from the estimated motion vector; 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 능동 카메라 환경에서 물체의 고속 움직임 검출을 위한 배경 보상 방법.Background compensation method for the high-speed motion detection of the object in the active camera environment, characterized in that consisting of. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 제21단계는,The twenty-first step, 일정한 크기의 작은 블록으로 나누어진 현재 영상으로부터 첫번째 블록을 얻는 제211단계;Obtaining a first block from a current image divided into small blocks of a predetermined size; 얻은 블록의 영상을 고역 통과 필터(HPF)를 통해 필터링시켜 그 결과 에지(Edge) 성분이 충분히 포함되어 있는지 파악하여 에지 여부를 판단하고, 판단 결과 에지가 아닌 경우에는 제215단계를 수행하는 제212단계;The image of the obtained block is filtered through a high pass filter (HPF), and as a result, it is determined whether the edge component is sufficiently included to determine whether it is an edge. If the result is not an edge, step 215 is performed. step; 판단 결과 에지인 경우, 움직임 보상 에러값의 합과 임계치를 비교하고, 비교한 결과 움직임 보상 에러값의 합이 큰 경우에는 제215단계를 수행하는 제213단계;If the result of the determination is an edge, the sum of the motion compensation error values is compared with a threshold; and if the sum of the motion compensation error values is large, step 215 is performed; 비교한 결과 움직임 보상 에러값의 합이 작은 경우, 현재 블록의 위치를 버퍼에 기억시키는 제214단계;If the sum of the motion compensation error values is small as a result of the comparison, step 214 of storing a location of a current block in a buffer; 버퍼에 빈 공간이 존재하는지 판단하고, 판단 결과 빈 공간이 존재하지 않는 경우에는 종료하는 제215단계;Determining whether empty space exists in the buffer, and if the empty space does not exist, ending (215); 판단 결과 빈 공간이 존재하는 경우, 잔여 블록이 존재하는지 판단하고, 잔여 블록이 존재하지 않는 경우에는 종료하는 제216단계; 및If it is determined that the empty space exists, it is determined whether a residual block exists; and if the residual block does not exist, step 216 is finished; And 판단 결과 잔여 블록이 존재하는 경우, 다음 블록을 얻고, 잔여블록이 존재하지 않는 경우에는 종료하는 제217단계If the residual block exists, the next block is obtained; and if the residual block does not exist, step 217 is completed. 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 능동 카메라 환경에서 물체의 고속 움직임 검출을 위한 배경 보상 방법.Background compensation method for the high-speed motion detection of the object in the active camera environment, characterized in that consisting of.
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