KR200361170Y1 - 철도 건널목 돌발상황 자동감지 영상처리경보장치 - Google Patents

철도 건널목 돌발상황 자동감지 영상처리경보장치 Download PDF

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Abstract

본 고안은 철도 건널목 돌발상황 자동감지 영상처리경보장치에 관한 것으로서 다중 영상분석 및 처리에 의하여 자동으로 철도 건널목에서의 인명 및 차량운행에 의한 각종 위해요소를 발생 즉시 감지할 수 있도록 하고, 철도 건널목에서의 인접도로, 보행자, 여러 가지 기상조건 등의 주변 환경에 의한 각종 위해요소들을 집중 감시할 수 있도록 하기 위하여, 촬상장치, 영상분배장치, 영상변환장치, 영상처리장치, 경보제어기, 복합 검지 수집장치, 무선전송장치 및 차상장치로 구성되어, 안정되고 정확한 동작을 보장하기 위한 다중의 논리함수 연산을 수행하는 영상처리장치와 철도 건널목 돌발상황 자동감지 영상처리 경보장치의 연동에 의한 철도 건널목 돌발상황 자동감지 영상처리경보장치를 제공한다.

Description

철도 건널목 돌발상황 자동감지 영상처리경보장치{IMAGE PROCESSING ALARM SYSTEM FOR AUTOMATICALLY SENSING UNEXPECTED ACCIDENT AT RAILROAD CROSSING}
본 고안은 철도 건널목 경보장치에 관한 것으로서, 특히 철도 건널목에서 발생하는 돌발상황을 영상처리에 의하여 자동으로 감지하고 이를 경보하기 위한 철도 건널목 돌발상황 자동감지 영상처리경보장치에 관한 것이다. 본 고안은 다중 영상분석 및 처리에 의하여 자동으로 철도 건널목에서의 인명 및 차량운행에 의한 각종 위해요소를 발생 즉시 감지할 수 있도록 하고, 철도 건널목에서의 인접도로, 보행자, 여러 가지 기상조건 등의 주변 환경에 의한 각종 위해요소들을 집중 감시할 수 있도록 하기 위하여, 촬상장치, 영상분배장치, 영상변환장치, 영상처리장치, 경보제어기, 복합 검지 수집장치, 무선전송장치 및 차상장치로 구성되어, 안정되고 정확한 동작을 보장하기 위한 다중의 논리함수 연산을 수행하는 영상처리장치와 철도 건널목 돌발상황 자동감지 영상처리 경보장치의 연동에 의한 철도 건널목 돌발상황 자동감지 영상처리경보장치를 제공한다.
현재의 철도 건널목에서의 돌발상황은 열차 운행정보 및 수동경보장치에 의하여 운영 및 관리되고 있으나, 기존의 무인 건널목에서의 돌발상황에 차량 운전원의 육안전방주시 및 안전속도 감속에 있어서도 돌발상황에 실시간으로 대응하기에는 인원 및 설비적 측면으로 미흡한 상황이다.
또한, 건널목에 카메라를 설치하여 그 영상을 실시간으로 기관사에게 송수신하는 장치가 고안되고 있으나, 기관사가 수신한 철도 건널목의 영상을 눈으로 확인하고 돌발상황 여부를 판단하여, 그에 따라 실시간으로 대응하기에는 시간적으로 매우 촉박할 뿐만 아니라, 기관사의 주 임무가 열차의 안전운행에 있음으로 하여, 실시간으로 전송되는 철도 건널목의 영상으로 지속적으로 주시하여 돌발상황에 대비하는 것은 현실적으로는 불가능한 일이다.
뿐만 아니라, 단순한 모션 캡쳐 등의 영상처리기법에 의하여 철도 건널목 내의 물체존재 여부를 자동으로 판단하는 일반적인 영상검지기법의 경우에는 철도 건널목에서의 인접도로, 보행자, 여러 가지 기상조건 등의 주변 환경에 의한 각종 위해요소들을 집중 감시하는데 있어서, 오작동 및 과작동이 빈번하게 발생함으로써, 오히려 이를 복구하는데 많은 시간이 소요되는 문제점이 있었다.
이에 따라, 본 고안의 출원인에 의하여 2002년 9월 7일자로 공동 출원된 대한민국특허출원 제2002-0054058호 '지하철/철도 승강장 돌발상황 자동감지 영상처리경보시스템 및 방법'에는 철도 건널목의 돌발상황에 대하여 이를 즉시 자동으로 감지하고 경보하는 고도의 영상처리기법에 의한 경보시스템이 개시되어 있다.
상기 선출원에 의한 영상처리를 이용한 감지정보의 추출방식은 Trip-line을 이용하는 방식과 이동체의 움직임을 추적하는 Tracking방식으로 크게 2가지로 나눌 수 있다.
상기 선출원에서 적용하는 상기 Trip-line 방식 및 상기 Tracking방식을 간략히 설명하면 다음과 같다.
첫째, Trip-line 방식의 알고리즘의 경우에는 일반적으로 영상에서 감시하고자하는 영역의 중앙에 trip-line을 설치하여, 설치된 trip-line의 영역 내에서 기준영상과 현재의 감시영역 영상과의 Gray level의 차나 특징 값의 변화를 분석하여 점유정보를 산출한다.
이 방식은 주어진 영역에 대한 처리만을 하므로 계산량이 적고 알고리즘도 상대적으로 복잡하지 않다. Trip-line 방식의 감지 알고리즘의 결과로 나온 정보는 1차적으로 감지대상의 존재 여부에 관한 정보이고, 이 정보를 이용하여 감지대상의 점유율 등에 의한 크기를 직접 구할 수 있고 두개의 trip-line을 이용하여 감지대상의 이동 변이량을 구할 수 있다.
하지만, 이 방식은 정해진 위치에서의 이동체의 움직임 밖에는 알 수 없으므로, 환경요인 등의 변화유발 요인에 의한 정확한 정보는 얻어내기 어렵다.
또한, 이 방식은 감지 대상의 움직임을 추적하는 tracking 방식에서 대상 추적 시점을 알려주는 trigger 정보를 제공하는 중요한 역할을 하므로 이 단계의 알고리즘이 좋은 성능을 가져야만 감지대상의 추적 단계에서 좋은 성능을 낼 수 있다.
둘째, 감지대상의 움직임을 추적하는 Tracking방식은 영상에서 감지대상의 영역을 배경과 분리해낸 후, 각 대상의 영역의 운동방향을 구하여 필요한 정보를 얻고 다음 영상에서의 위치를 예측함으로써 영상 내에서 임의의 방향으로의 감지대상의 추적을 하게 된다.
이 방식을 사용하면 감지대상의 움직임에 관한 정보를 얻을 수 있으므로 trip-line보다 정확한 이동 속도정보를 얻을 수 있으며, 감지대상의 이동방향 변경이나 감시영역의 이동 상황 등에 관한 정보를 추출할 수 있다.
하지만, 감지대상 추적 중에 다수의 감지대상의 영상이 겹쳐질 때는 영상에서 하나의 감지대상만 보이게 되는 문제가 발생하여 감지대상의 추적 중 감지대상을 잃어버리는 문제가 발생한다. 그러므로 두 개의 감지대상이 겹쳐지는 문제를 해결하기 위해서는 각 감지대상의 영역들을 구분하여 인식하는 과정을 필요로 한다.
따라서, 감지대상의 추적방식은 감지대상의 감지와 감지대상영역을 분리해내는 과정, 감지대상을 인식하는 과정, 그리고 인식된 영역을 예측하는 과정이 필요하게 되어 많은 계산을 필요로 하므로 실시간 처리를 위해서는 계산능력이 강력한 장치를 필요로 한다.
상기에서 간략히 설명한 상기 Trip-line 방식 및 상기 Tracking방식을 통합한 알고리즘을 적용하는 선출원을 통하여 지하철/철도 승강장의 돌발상황에 대하여 자동으로 검지가 가능하며, 이를 통하여 정확하고 신속한 경보 및 적절한 사고대처가 가능하게 된다.
한편, 철도 건널목를 비롯한 철로상에서 철도 차량에 의해 생기는 대인사고 건수는 지난 97 - 2001년 국내에서 한해 평균 364건에 사망자수가 평균 277명으로서, 하루에 1건 꼴로 발생하였다.
올해(2004년)에는 4월까지만 83건의 사고가 발생, 67명이 숨졌으며, 사망자의 연령은 50세 이상의 노년층이 많다는 것이 특징인데, 지난해 사상사고 사망자 중 50세 이상인 사람이 전체의 40%가 넘는다. 계절적으로는 야외활동이 비교적 적은 겨울철에만 사고 건수가 조금 적고(전체의 약 20%), 나머지 계절에는 고르게 발생하였다.
이렇게 노년층 사망자가 많은 이유는 노인들이 기차의 속도를 잘못 판단, 무리하게 길을 건너는 경우가 많기 때문으로, 이러한 공중사상사고의 전체적 발생 건수는 철도청의 홍보활동과 시설물 확충을 통해 해마다 조금씩 줄어드는 추세에 있으나, 고속철도가 개통되는 등 철도에 대한 수요 및 시설이 증가하면서 공중사상사고의 위험은 더욱 증가하고 있는 실정이다.
따라서, 공중의 철도안전의식 고취 등 예방을 위한 홍보활동과 더불어 사고의 위험을 신속하고 확실하게 공중에게 경보할 수 있는 철도 건널목 내의 자동경보장치의 필요성이 시급한 실정이며, 상기 선출원에 설명되어 있는 고도의 영상처리방법을 이용한 감지정보의 추출방식을 철도 건널목에 적용함으로써, 철도 건널목의 돌발상황을 고도의 영상처리에 의하여 자동으로 감지하여 이를 경보할 수 있는 장치가 더욱 절실히 요망된다.
따라서, 상기한 문제점을 해결하기 위한 본 고안의 목적은 카메라 입력 영상을 처리하는 영상변환장치와 연동하여 고유한 감지 알고리즘을 수행하는 영상처리장치(감지 모듈)가 결합하여 철도 건널목에서의 인명 및 차량운행에 의한 각종 위해요소를 발생 즉시 감지할 수 있는 철도 건널목 돌발상황 자동감지 영상처리경보장치를 제공하는데 있다.
또한, 본 고안의 목적은 철도 건널목에서의 인접도로, 보행자, 여러 가지 기상조건 등의 주변 환경에 의한 각종 위해요소들을 집중 감시할 수 있도록 철도 건널목에서의 돌발 상황을 자동으로 탐지 및 경보신호를 생성하여 주행중인 차량의 운전원과 관리실, 중앙 사령센타에 실시간으로 영상 및 경보신호를 전송하여 적극적 사전 대응을 가능하게 하여 보다 안전한 이용 및 주행환경을 제공할 수 있는 철도 건널목 돌발상황 자동감지 영상처리경보장치를 제공하는데 있다.
또한, 본 고안의 목적은 그림자 등의 광량 변화, 조도변화 및 감지대상 지역에 대한 오경보 발생요인을 trip-line 방식 및 tracking 방식의 조합으로서 최적의 검지 알고리즘을 제공하는 철도 건널목 돌발상황 자동감지 영상처리경보장치를 제공하는데 있다.
또한, 본 고안의 목적은 고도의 영상처리 방법과 다중논리함수의 적용에 의한 수치해석 방법을 철도 건널목내의 열차 안전운행에 위해요소로 작용하는 점유물체에 대한 복합적인 검지정보의 수집체계(논리 수집기/적외선 광축 검지기/초고주파 검지기/초음파 검지기/지자기 검지기/루프 차량검지기/시정계 등)와 최적으로연계함으로써 보다 안전하고 정확한 철도 건널목 돌발상황 자동감지 영상처리경보장치를 제공하는데 있다.
또한, 본 고안의 목적은 이용자 편익을 위하여 건널목 도착전/현재 상황/열차 통과 등의 이용정보를 고도의 영상처리 방법 및 다중논리함수의 적용에 의한 수치해석 방법과 연계함으로써 더욱 이용자 편익을 도모할 수 있는 철도 건널목 돌발상황 자동감지 영상처리경보장치를 제공하는데 있다.
도 1은 본 고안에 따른 철도 건널목 돌발상황 자동감지 영상처리경보장치의 블록구성도,
도 2는 본 고안에 따른 철도 건널목과 차상장치 간 무선통신 흐름을 나타낸 도면,
도 3은 본 고안에 따른 철도 건널목 내 촬상장치 배치도,
도 4는 본 고안에 따른 철도 건널목 돌발상황 자동감지를 위한 주야간 상태판단 영상처리 제어흐름도,
도 5는 본 고안에 따른 철도 건널목 돌발상황 자동감지를 위한 바닥정보 갱신 영상처리 제어흐름도,
도 6은 본 고안의 영상처리 결과, 감지대상의 유무에 따른 주파수 분포도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 관리실/상황지령실 20 : 기존 제어기
30 : 점유물체 검지장치 40 : 가변정보표지
100 : 제어부 110 : 촬상장치
120 : 영상분배장치 130 : 영상변환장치
140 : 영상처리장치 150 : 경보제어기
160 : 복합검지수집장치 170 : 무선전송장치
180 : 차상장치(상행) 182 : 차상장치(하행)
C : 촬상장치(CCD Camera)
RT : 무선전송장치 (Radio frequency Transmitter)
NTSC : NTSC 방식의 영상신호 규격
상기한 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따른 철도 건널목 내에 트립라인(Trip-Line)을 설정하고, 상기 철도 건널목 폐쇄 시, 상기 트립라인 영역 내의 점유물체 여부를 감지하는 감지대상유무감지 기능과, 상기 감지대상의 속도를 측정하여 상기 감지대상추적 기능을 복합한 영상처리를 이용한 감지정보의 추출방식에 따라 철도 건널목의 돌발상황을 자동으로 감지하여 경보하는 영상처리경보장치에 있어서,
상기 철도 건널목의 영상을 감시할 수 있도록 상기 철도 건널목의 소정위치에 적어도 하나 이상 구비되어, 상기 철도 건널목의 영상을 지속적으로 촬영하는 촬상장치와;
상기 촬상장치에 연결되어 상기 촬상장치의 동작 제어신호를 해당 촬상장치로 인가하고, 상기 촬상장치가 촬영한 영상을 수신하여 관리실 및 상황 지령실과 상기 영상신호를 처리하는 각 구성부로 전송하는 영상분배장치와;
상기 영상분배장치로부터 수신한 아날로그 영상신호를 고해상도 디지털 영상신호로 변환하는 영상변환장치와;
상기 영상변환장치로부터 변환된 디지털 영상신호를 자동감지 영상처리 알고리즘에 의거, 처리하여 철도 건널목 내의 차량주행 위해요소의 감지 및 기타 승강장 돌발상황을 자동으로 감지하고, 돌발상황이 발생한 영상신호정보를 포함하는 경보신호를 즉시 발생하는 영상처리장치와;
상기 영상처리장치로부터 상기 경보신호를 수신하면, 상기 관리실 및 상황 지령실과 기존 제어기로 경보연동제어신호를 송출하고, 돌발상황이 발생한 영상선택을 위한 경보제어신호를 상기 영상분배장치로 송출하는 경보제어기와;
상기 촬상장치에서 촬영한 영상신호를 지속적으로 무선 전송하며, 상기 경보제어기로부터 수신한 경보제어신호에 따라 상기 돌발상황이 발생한 경보영상신호정보를 상기 영상분배장치로부터 인가받아 상기 철도 건널목에 접근하는 열차로 무선 전송하는 무선전송장치와;
상기 열차에 구비되며, 상기 무선전송장치로부터 전송되는 영상신호 및 상기 경보영상신호정보를 수신하여, 이를 모니터에 디스플레이하고 음성출력장치를 통하여 경보하는 차상장치; 및
상기 촬상장치로부터 촬영된 영상신호를 분석 및 처리하여 상기 철도 건널목 돌발상황 발생시 상기 돌발상황을 자동으로 감지하고 경보하도록 상기 각 구성부의 동작을 제어하는 제어부; 로 이루어짐을 특징으로 하는 철도 건널목 돌발상황 자동감지 영상처리경보장치를 제공한다.
또한, 본 고안에 따른 철도 건널목 돌발상황 자동감지 영상처리경보장치는 상기 철도 건널목에 기 설치되어 있는 논리 수집기, 적외선 광축 검지기, 초고주파 검지기, 초음파 검지기, 지자기 검지기, 루프 차량 검지기 및 시정계 중 하나 이상의 검지기기로부터 검지신호를 수신하여 상기 경보제어기로 복합 검지신호를 송출하는 복합검지수집장치를 더 구비함을 특징으로 한다.
또한, 본 고안에 따른 철도 건널목 돌발상황 자동감지 영상처리경보장치에 있어서, 상기 영상분배장치는 상기 촬상장치로부터 인가되는 영상신호에 영상출력 시, 식별이 가능하도록 문자/숫자/현재 시간 등을 삽입/삭제/편집이 가능한 자막기능을 더 구비함을 특징으로 한다.
또한, 본 고안에 따른 철도 건널목 돌발상황 자동감지 영상처리경보장치에 있어서, 상기 경보제어기는 상기 철도 건널목을 가로지르는 도로의 유입 상류부에 설치되는 가변정보표지에 열차 통과 정보/계도 및 홍보문안/공공정보게시/건널목 이용 사전정보 등 진입차량에 대한 정보를 표시하는 표출정보를 포함하는 경보제어신호를 상기 가변정보표지에 전송하는 기능을 더 구비함을 특징으로 한다.
이하 본 고안의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 그리고 본 고안의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 고안에 따른 철도 건널목 돌발상황 자동감지 영상처리경보장치의블록구성도이고, 도 2는 본 고안에 따른 철도 건널목과 차상장치 간 무선통신 흐름을 나타낸 도면이며, 도 3은 본 고안에 따른 철도 건널목 내 촬상장치 배치도이다.
본 고안에 따른 철도 건널목 돌발상황 자동감지 영상처리경보장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 적정수의 카메라로 구성되는 촬상장치(110), 영상분배장치(120), 영상변환장치(130), 영상처리장치(140), 경보제어기(150), 복합검지수집장치(160), 무선전송장치(170) 및 차상장치(180)와 이들 구성부들을 전반적으로 제어하는 제어부(100)로 구성된다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 고안에 따른 철도 건널목 돌발상황 자동감지 영상처리경보장치의 동작원리를 전반적으로 설명한다.
상기 촬상장치(110)는 도 3에 도시된 바와 같이 제어부(100)의 제어에 따라 기 설정된 복합검지존의 영상을 촬영하여 도 1의 영상분배장치(120)에 입력을 주고, 상기 영상분배장치(120)는 상기 영상변환장치(130)에 입력을 준다. 또한, 상기 영상분배장치(120)는 상기 촬상장치(110)로부터 수신한 영상신호를 관리실/상황 지령실(10) 및 상기 차상장치(180)로 전송할 수 있도록 상기 무선전송장치(170)로 전송한다.
상기 영상변환장치(130)는 상기 영상분배장치(120)로부터 인가받은 영상신호를 디지털 신호로 변환하여 영상처리장치(140)의 감지모듈 메모리(미도시함)에 저장한다. 상기 영상처리장치(140)는 감지모듈을 통하여 상기 메모리에 저장된 영상을 로드하여 적절한 영상처리를 수행한 후 상술한 감지 알고리즘을 통하여 감지대상을 감지한다.
상기 영상처리장치(140)는 다양한 이동경로 정보를 추출하여, 돌발상황 발생시 경보제어기(150)로 전송한다.
또한, 복합검지수집장치(160)는 건널목 폐쇄 이후의 유입 및 유출정보의 논리를 수집하여 분석하는 논리 수집기, 보행자 및 차량의 유입/유출을 검지하는 적외선 광축 검지기, 건널목 내에서의 점유 물체를 감지하는 초고주파/초음파/지자기/루프 차량 검지기, 건널목 내의 수집되는 검지정보의 보정 및 운행열차의 안전운행 정보 수집을 위한 시정계(안개 검지기) 등을 포함하는 검지장치(40)로부터 생성되는 1차 자료를 수집하여 상기 경보제어기(150)에 복합검지신호를 전송한다.
상기 경보제어기(150)는 상기 영상처리장치(140)로부터 인가받은 돌발상황 발생에 따른 정보로부터 경보연동제어신호를 발생하여 상기 관리실/상황지령실(10) 및 기존 제어기(20)로 전송함으로써 상기 관리실/상황 지령실(10) 및 기존 제어기(20)에서 상기 경보연동제어신호와 연동하여 경보를 발생토록 한다.
또한, 상기 경보제어기(150)는 상기 영상분배장치(120)로 영상선택을 제어하는 경보제어신호를 송출하여 상기 영상분배장치(120)로부터 상기 관리실/상황 지령실(10) 및 상기 무선전송장치(170)를 통하여 영상신호를 수신하는 차상장치로 전송되는 영상신호 중 돌발상황이 발생한 지역의 영상신호를 선택, 확대하여 디스플레이 할 수 있도록 한다.
한편, 상기 경보제어기(150)는 필요시 철도 건널목과 연계된 도로의 유입 상류부에 설치되는 가변정보표지(예로서, 전광판 등 표출정보 표시장치, 40)에 진입차량에 대한 사전정보(열차 통과 정보/계도 및 홍보문안/공공정보계시/건널목 이용 사전정보)를 표출할 수 있도록 표출정보 경보제어신호를 전송한다.
한편, 상기 제어부(100)는 본 고안에 따른 철도 건널목 돌발상황 자동감지 영상처리경보장치의 동작을 전반적으로 제어하며, 상기 영상처리장치(140)에서 분석한 영상분석결과를 토대로 상기 촬상부(110)를 제어하며, 상기 복합검지수집장치(160)를 통하여 연동하는 각종 검지기의 상태를 감시하고, 관리자의 I/O포트를 통하여 그 상태를 표시한다.
상기 복합검지수집장치(160)는 논리 수집기, 적외선 광축 검지기, 초고주파 검지기, 초음파 검지기, 지자기 검지기, 루프 차량 검지기, 시정계 등의 다양한 검지장치로부터 복합적인 검지신호를 수집함으로써 더욱 정확하고 신속하게 철도 건널목 내 위해요소를 발생 즉시 감지할 수 있다.
상기 복합검지수집장치(160)는 각종 검지장치로부터 수신되는 검지신호를 수집하여 복합검지신호를 상기 경보제어기(150)로 송출한다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 고안에 따른 철도 건널목 돌발상황 자동감지 영상처리경보장치는 각종 부가장치의 배치와 다중 영상분석 및 처리에 의하여 자동으로 철도 건널목에서의 인명 및 차량운행에 의한 각종 위해요소를 발생 즉시 감지할 수 있으며, 철도 건널목에서의 인접도로, 보행자, 여러 가지 기상조건 등의 주변 환경에 의한 각종 위해요소들을 집중 감시할 수 있다.
본 고안에 따른 철도 건널목 돌발상황 자동감지 영상처리경보장치는 히스토그램에 의한 평균, 분산분석과 분포함수의 평균과 분산 값을 동시에 비교하는 알고리즘 및 방식을 이용한다.
통계량의 변화량으로 감지대상의 이동괘적과 오동작을 유발하는 교행차량에 의한 역광 및 그림자 등의 위해요소를 탐지할 수 있고 히스토그램 정보를 구분하여 감지대상의 색과 그림자에 대한 특징을 추출한다. 즉 Trip_Line을 점유하는 물체(그림자, 불빛)등은 분포함수의 변화량을 이용하여 탐지하고, 여기서 감지대상과 그림자, 불빛 등은 히스토그램의 변화를 이용하여 구분한다.
도 4는 본 고안에 따른 철도 건널목 돌발상황 자동감지를 위한 주야간 상태판단 영상처리 제어흐름도이고, 도 5는 본 고안에 따른 철도 건널목 돌발상황 자동감지를 위한 바닥정보 갱신 영상처리 제어흐름도이며, 도 6은 본 고안의 영상처리 결과, 감지대상의 유무에 따른 주파수 분포도를 보인 히스토그램이다.
이하, 본 고안에 따른 철도 건널목 돌발상황 자동감지 영상처리경보장치에 적용되는 철도 건널목 돌발상황 자동감지 영상처리방법을 상세히 설명한다.
(1). STEP 1. : 통계 정보 추출
탐지라인1(감지대상의 점유부분), 2(감지대상의 이탈부분)를 화면내의 감지영역에 설치하여 각각의 분포함수의 평균과 분산 값을 계산한다. 또한 Pixel 값을 탐지라인의 평균값을 기준으로 어두운 색과 밝은 색의 두 부분으로 구분하여 히스토그램을 구성한다. 히스토그램의 분산과 최소 구간, 최대 구간을 구하고 구간의 폭을 계산한다. 그리고 분포함수의 변화를 탐지할 수 있는 통계량을 계산한다.
(2). STEP 2. : 주, 야간의 구분
주, 야간 구분의 경우는 철도 건널목에서의 감지기능을 극대화 하기 위한 매우 중요한 Step 으로서, 도 4와 같이 분포함수의 평균값을 이용하여 주간과 야간을 판단한다. 주간과 야간을 판단하고 이를 히스토그램과 분포함수의 변화탐지 임계값에 대입하여 변화시킨다.
(3). STEP 3. : 감지대상의 이동여부 판단
탐지라인 구간의 Pixel값에 대한 분포함수의 변화를 판단한다. 분포함수의 변화가 없으면 각 탐지라인의 평균, 분산값을 Update한다. 감지대상에 점유한 후 분포함수가 정상으로 되돌아 온 경우에는 점유율을 계산한다.
(4). STEP 4. : 감지대상과 그림자, 불빛 등의 구분
분포함수가 변화하면 히스토그램의 정보를 이용하여 감지대상과 그림자, 불빛 등을 구분한다. 탐색라인에 감지대상을 점유한 경우로 판단되면 감지대상 정보를 갱신하고 감지대상의 점유영역을 검색한다. 감지대상의 점유영역은 그림자에 의해 어두운 Pixel값이 집중되어 있으므로 clusting으로 어두운 pixel값이 밀집한 영역을 감지대상으로 인식한다.
(5). STEP 5. : 감지대상정보의 갱신
도 5와 같이 바닥정보 갱신에 의한 감지대상의 점유가 확인되고 각종 정보를수집한 후 필요한 정보를 계산한다.
감지대상의 유무감지는 trip-line영역을 관찰하여 그 영역에 감지대상이 존재하는지의 여부를 알아내는 기능으로서, 영상처리경보장치에서 감지대상의 유무를 감지하는 기능은 철도 건널목 내에서의 돌발상황 자동감지 기능을 위하여 매우 유용하게 사용된다.
특히, 주행 철로부에 trip-line을 설정하여 열차 통과에 의한 건널목 패쇄 시 통행자 및 건널목 이용차량의 복합검지존(Zone) 내의 점유 등의 돌발 사고를 실시간으로 감지하는 기능으로도 이용된다.
또한, 감지대상을 추적하여 감시 대상의 돌발상황 회피 능력 여부를 구하기 위한 이동체 속도를 측정하는 알고리즘에서는 속도를 측정하는 구간에 감지대상의 점유를 알려서 그 다음 단계인 감지대상 추적(object tracking )을 시작하게 하는 triggering 기능을 한다.
상기 감지대상유무감지 알고리즘은 24시간 실시간으로 동작해야 하므로 무엇보다도 Adaptiveness, Robustness, 그리고 간결성이 필수적이다. 여기서의 감지대상 유무판정은 영상에서 감지대상의 유무를 판정할 수 있는 measure를 계산하고 이 결과를 임계치와 비교하여 감지대상의 유무를 판정하였다.
이때, 그림자와 불빛에 의한 영향을 고려하였으며, 감지대상의 유무판정의 기준이 되는 임계치는 환경의 변화에 적응할 수 있도록 하였으며 주간과 야간의 경우에 외부의 개입없이 동시에 적용이 가능하도록 한다.
통상의 맑은 날씨의 경우에는 감지영역 상에 감지대상이 있을 때와 감지대상이 없을 때는 구별은 쉽다. 대개 감지대상이 없는 상태의 감지영역의 픽셀(pixel)들의 그레이레벨(gray level)의 분포는 약간의 변동은 있지만 도 6과 같이 일정하게 유지되는 일정한 값 주위에 대칭형으로 몰려 있는 단일 가우시안 분포를 하게 된다. 그러나 감지대상이 감지영역 위를 덮는 순간의 분포는 현재의 평균과는 떨어진 곳에서 분포를 이루거나 한 쪽으로 치우치거나 또는 두 개의 가우시안 분포가 겹친 모양을 나타내기도 한다.
또한 대부분의 감지대상이 trip-line을 통과할 때에 영상은 안정한 상태에서 비교적 짧은 시간 안에 급격한 변화를 겪게 된다. 따라서 감지대상이 있는 경우와 없는 경우에 trip-line 위의 gray level이 차이가 나게 되고 이를 구별하는 measure로 t 시점에서의 trip-line 위의 순간 평균을 사용할 수 있다. 즉, 현재의 감지대상이 없는 상태에서의 trip-line 위의 평균을 기준값으로 저장하여 그 값을 가지고 있다가 현재(t)의 평균과 비교하여 일정한 임계치 이상의 변화가 생긴 경우에 감지대상이 있는 것으로 감지한다. 이것을 식으로 나타내면 다음과 같다.
위의 식에서 구한 t 시간에서의 Trip_Line 위 Pixel들의 평균 avg(t)와 현재의 기준평균인 ref_avg(t)와의 차가 임계치인 T(t)보다 큰 경우에 감지대상을 감지한다.
그러나, 평균값의 변화를 사용하는 경우, 때때로 감지대상이 지나갔음에도 불구하고 그때의 평균이 감지대상이 없는 감지영역의 평균과 비슷한 경우 분포의 모양은 틀리지만 평균이 비슷한 값을 가지므로 감지하지 못하는 경우가 발생하게 된다. 이러한 감지대상은 주로 감지영역의 바닥과 비슷한 회색계열이나 검정색 계열인데, 이것을 감지하기 위해 임계치를 작게 하는 경우에는, 구름 또는 반사된 불빛에 의해서 trip-line 위의 평균값이 약간씩 변하여도 민감하게 반응하여 감지대상이 있는 것으로 오판하는 경우가 생긴다.
이러한 이유로 평균을 이용하는 경우에는 적절한 임계치의 결정이 어려우며, 결정한다 해도 에러가 커서 신뢰성이 떨어진다. 따라서 평균의 변화로 감지대상을 감지하는 것을 사용하지 않고 분포의 특성을 이용하여 감지대상을 감지하는 방식을 채택하였다.
분포의 퍼진 정도를 표현할 수 있는 분산을 감지대상의 감지하는 특징으로이용하게 되면, 감지대상이 없을 때의 영상인 기준 영상과 감지대상이 지나가는 순간의 영상과 평균이 같게 되더라도 분포의 모양을 비교하여 다르게 나오는 경우에도 감지를 하게 되고, 이와 반대로 평균값이 반사나 시간의 변화에 따라 약간씩 변하더라도 잘못 감지 되는 경우가 매우 작게 되어 감지가 잘 된다.
이 방법은 크게 분포를 히스토그램으로 재구성하는 단계와 분포의 퍼진 정도를 나타내는 measure를 정의하고 이를 계산하는 2단계로 이루어진다.
첫번째 단계에서는 현재 trip-line 상의 모든 pixel의 gray level을 trip-line상에 감지대상이 없을 때의 평균과의 비로 나타내고, 이 값이 가지는 범위를 일정 개수의 구간으로 나눈 후 각 pixel들을 해당하는 구간에 할당한다. 이 단계를 거치게 되면 히스토그램상에서 중앙은 항상 감지대상이 없는 감지영역의 평균이 위치하게 된다. 히스토그램상에서 감지대상이 없는 경우에는 중앙을 중심으로 대칭으로 몰려있는 분포가 나오게 되고, 감지대상이 지나가게 되면 이와는 전혀 다른 모습을 띠게 된다. 따라서 두 번째 단계에서는 감지대상이 없을 때와 있을 때를 판별할 수 있는 measure를 계산하여 임계치와 비교한다. 영상처리경보장치의 환경상 실시간으로 상황이 변화하므로 이것에 적응하기 위해서 기준평균과 임계치도 실시간으로 획득하여 현재의 상황을 반영하도록 하였다.
우선 trip-line 위의 각 pixel의 gray level을 ref_avg(t)과의 ratio를 구한다. 이 ratio가 가지는 범위를 일정한 개수의 구간으로 나누어 각 pixel들을 각 구간에 할당하였다 이때 ratio의 상한값을 제한하였다. 식으로 나타내면 다음과 같다.
앞에서와 마찬가지로 ref_avg(t)은 감지대상이 없는 최근의 순간에 구한 trip-line의 평균값이다 위 식에서 Ik(t)의 의미는 trip-line 위의 k번째 pixel의 gray level이 속하게 되는 구간의 번호를 말한다. 이와같이 구간을 나누는 방법을 정의할때, ref_avg(t)이 속하게 되는 구간의 번호 Iref(t) 이다.
한편, 본 고안의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예를 들어 설명하였으나, 본 고안의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 고안의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 실용신안등록청구의 범위뿐 아니라 이 실용신안등록청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
상술한 바와 같이, 본 고안은 안전사고가 빈번히 발생하는 철도 건널목의 돌발상황에 즉각 대응할 수 있도록 고도의 영상처리방법을 이용한 감지정보의 추출방식을 철도 건널목에 적용함으로써, 철도 건널목의 돌발상황을 고도의 영상처리에 의하여 발생 즉시, 자동으로 감지하여 이를 신속하고 정확하게 경보할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 고안은 철도 건널목에서의 인접도로, 보행자, 여러 가지 기상조건 등의 주변 환경에 의한 각종 위해요소들을 집중 감시할 수 있도록 철도 건널목에서의 돌발 상황을 자동으로 탐지 및 경보신호를 생성하여 주행중인 차량의 운전원과 관리실, 중앙 사령센타에 실시간으로 영상 및 경보신호를 전송하여 적극적 사전 대응을 가능하게 하여 보다 안전한 이용 및 주행환경을 제공할 수 있는 효과가 있다.
뿐만 아니라, 본 고안은 그림자 등의 광량 변화, 조도변화 및 감지대상 지역에 대한 오경보 발생요인을 trip-line 방식 및 tracking 방식의 조합으로서 최적의 검지 알고리즘을 제공할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 고안은 고도의 영상처리 방법과 다중논리함수의 적용에 의한 수치해석 방법을 철도 건널목내의 열차 안전운행에 위해요소로 작용하는 점유물체에 대한 복합적인 검지정보의 수집체계(논리 수집기/적외선 광축 검지기/초고주파 검지기/초음파 검지기/지자기 검지기/루프 차량검지기/시정계 등)와 최적으로 연계함으로써 보다 안전하고 정확한 철도 건널목 돌발상황 자동감지 영상처리경보장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 철도 건널목 내에 트립라인(Trip-Line)을 설정하고, 상기 철도 건널목 폐쇄 시, 상기 트립라인 영역 내의 점유물체 여부를 감지하는 감지대상유무감지 기능과, 상기 감지대상의 속도를 측정하여 상기 감지대상추적 기능을 복합한 영상처리를 이용한 감지정보의 추출방식에 따라 철도 건널목의 돌발상황을 자동으로 감지하여 경보하는 영상처리경보장치에 있어서,
    상기 철도 건널목의 영상을 감시할 수 있도록 상기 철도 건널목의 소정위치에 적어도 하나 이상 구비되어, 상기 철도 건널목의 영상을 지속적으로 촬영하는 촬상장치와;
    상기 촬상장치에 연결되어 상기 촬상장치의 동작 제어신호를 해당 촬상장치로 인가하고, 상기 촬상장치가 촬영한 영상을 수신하여 관리실 및 상황 지령실과 상기 영상신호를 처리하는 각 구성부로 전송하는 영상분배장치와;
    상기 영상분배장치로부터 수신한 아날로그 영상신호를 고해상도 디지털 영상신호로 변환하는 영상변환장치와;
    상기 영상변환장치로부터 변환된 디지털 영상신호를 자동감지 영상처리 알고리즘에 의거, 처리하여 철도 건널목 내의 차량주행 위해요소의 감지 및 기타 승강장 돌발상황을 자동으로 감지하고, 돌발상황이 발생한 영상신호정보를 포함하는 경보신호를 즉시 발생하는 영상처리장치와;
    상기 영상처리장치로부터 상기 경보신호를 수신하면, 상기 관리실 및 상황지령실과 기존 제어기로 경보연동제어신호를 송출하고, 돌발상황이 발생한 영상선택을 위한 경보제어신호를 상기 영상분배장치로 송출하는 경보제어기와;
    상기 촬상장치에서 촬영한 영상신호를 지속적으로 무선 전송하며, 상기 경보제어기로부터 수신한 경보제어신호에 따라 상기 돌발상황이 발생한 경보영상신호정보를 상기 영상분배장치로부터 인가받아 상기 철도 건널목에 접근하는 열차로 무선 전송하는 무선전송장치와;
    상기 열차에 구비되며, 상기 무선전송장치로부터 전송되는 영상신호 및 상기 경보영상신호정보를 수신하여, 이를 모니터에 디스플레이하고 음성출력장치를 통하여 경보하는 차상장치; 및
    상기 촬상장치로부터 촬영된 영상신호를 분석 및 처리하여 상기 철도 건널목 돌발상황 발생시 상기 돌발상황을 자동으로 감지하고 경보하도록 상기 각 구성부의 동작을 제어하는 제어부; 로 이루어짐을 특징으로 하는 철도 건널목 돌발상황 자동감지 영상처리경보장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 철도 건널목에 기 설치되어 있는 논리 수집기, 적외선 광축 검지기, 초고주파 검지기, 초음파 검지기, 지자기 검지기, 루프 차량 검지기 및 시정계 중 하나 이상의 검지기기로부터 검지신호를 수신하여 상기 경보제어기로 복합 검지신호를 송출하는 복합검지수집장치를 더 구비함을 특징으로 하는 철도 건널목 돌발상황자동감지 영상처리경보장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 영상분배장치는,
    촬상장치로부터 인가되는 영상신호에 영상출력 시, 식별이 가능하도록 문자/숫자/현재 시간 등을 삽입/삭제/편집이 가능한 자막기능을 더 구비함을 특징으로 하는 철도 건널목 돌발상황 자동감지 영상처리경보장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 경보제어기는,
    상기 철도 건널목을 가로지르는 도로의 유입 상류부에 설치되는 가변정보표지에 열차 통과 정보/계도 및 홍보문안/공공정보게시/건널목 이용 사전정보 등 진입차량에 대한 정보를 표시하는 표출정보를 포함하는 경보제어신호를 상기 가변정보표지에 전송하는 기능을 더 구비함을 특징으로 하는 철도 건널목 돌발상황 자동감지 영상처리경보장치.
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