KR20040033986A - 이동물체의 거리와 이동방향을 제공하는 인공지능형영상경비 시스템 - Google Patents

이동물체의 거리와 이동방향을 제공하는 인공지능형영상경비 시스템 Download PDF

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이동물체의 거리와 이동방향을 제공하는 인공지능형 영상경비 시스템은 영상장치에 의한 무인경비 시스템에 관한 것으로써 본 발명에서는 인체의 양안과 같은 조건을 갖는 영상장치(100)에 스테레오 비전 시스템을 구성하는 평행 식으로 두개의 일체형 적외선 라이트 카메라를 장착하여 저장된 영상과 현재의 영상을 비교해 차 영상을 만들기 위한 임계값을 적응형 임계값을 사용함으로써 이동물체의 추출의 오차를 최소화시키고 두개의 카메라에서 취득한 영상을 가지고 이동물체의 거리와 부피 및 방향 등의 정보 산출하는 방법을 사용했다.
이동물체의 거리와 이동방향을 제공하는 인공지능형 영상경비 시스템의 구성은 도 1에서 도시한 것과 같이 스테레오 비전 방식을 충족시키고 전 방향의 카메라 영상신호를 출력시킬 수 있는 영상장치(100)와 조절장치(10)에 연결되어 사용자가 조절장치의 설정조건을 입출력하고 조절장치(10)에서 출력된 영상신호를 모니터로 사용자에게 전달하며 이동물체가 발생 시 설정조건에 저장된 전화번호로 발신신호를 보내서 사용자 영상음성 단말기 IMT-2000(200)으로 영상음성 신호를 입출력하는 IMT-2000 통신방식의 영상음성 전화기(50) 또한 영상음성 전화기(50)로부터 신호를 받고 사용자가 경비장치의 조작이나 경비상황을 확인하며 조건설정을 입출력하는 영상음성 휴대용 단말기 IMT-2000(200)과 특히 앞에서 나온 장치들 영상장치(100)와 영상음성 전화기(50) 및 사용자가 휴대하는 IMT-2000(200)으로 사용자의 조건설정에 의하여 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제에서 제시된 내용을 수용하고 처리할 수 있는 조절정치(10)로 구성된다.
이동물체의 거리와 이동방향을 제공하는 인공지능형 영상경비 시스템은 조건설정에 의하여 자동으로 이동물체를 감지하고 이동물체를 추적하면서 이동물체에 대한 정보를 제공하며 인체의 시력의 한계를 넘어서는 경비영역을 확보하게 되고 사람이 경비근무를 할 때 나타나는 졸음이나 방심에 의한 근무태만으로 발생되는 문제점을 보완하며 경비근무의 인적자원을 효율적으로 활용할 수 있는 인공지능형 영상경비 시스템이 제공되는 것이다

Description

이동물체의 거리와 이동방향을 제공하는 인공지능형 영상경비 시스템{The Artificial Intelligence Image Security System using the distance and direction of Moving Object}
이동물체의 거리와 이동방향을 제공하는 인공지능형 영상경비 시스템은 영상장치에 의한 무인경비 시스템에 관한 것으로써 현재까지 본 분야에 관련된 기술로는 디지털 카메라나 기타 영상 카메라로 관찰하고자 한 고정된 영역에서 하나의 영상 카메라로 입력된 영상신호를 통하여 렌즈 초점 법 즉 관찰하고자 한 영역의 초점거리를 임의로 변화를 준 초점거리의 값과 관찰하고자 한 물체의 변환된 값을 두개 이상의 화면으로 비교해서 연산처리에 의하여 거리를 산출하는 방법 등이 있는데 본 발명은 우리 인체의 시각은 양안 즉 두개의 눈을 가지고 사물을 관찰함으로써 관찰하고자 하는 물체의 거리감과 입체감을 갖는 점을 감안하여 스테레오 비전 방식 즉 관찰하고자 하는 방향에서 두개의 카메라로 두개의 영상신호를 가지고 연산처리에 의하여 거리를 산출하는 방법을 사용함으로써 렌즈 초점법과 비교하면 아래와 같은 차이점을 찾을 수 있다.
단안시법 즉 렌즈 초점 법은 한 방향의 영상신호를 두개 이상의 영상화면을 갖기 위해 초점거리 이동이 필요한데 초점거리 이동을 위하여 렌즈의 이동이 필수적이며 렌즈 이동에 따른 소요되는 시간이 요구되고 렌즈 이동장치의 구성에 어려움이 따르며 연산공식이 복잡하여 연산처리 속도의 한계성과 거리측정에 따른 오차가 높게 나타나는 점이 있다
그리고 현재까지의 기술은 고정된 한 영역에 한하여 영상을 입력받아 이동물체를 추출한 관계로 다수의 영상 카메라가 요구되는 점과 옥외에 설치된 경우는 기후변화에 의한 오차의 범위가 크게 나타나는 점이 있다.
이동물체의 거리와 이동방향을 제공하는 인공지능형 영상경비 시스템은 우리 인체의 시각인 양안 즉 두개의 눈을 가지고 사물을 관찰함으로써 관찰하고자 하는 물체의 거리감과 입체감을 갖는 점을 감안하여 스테레오 비전 방식 즉 관찰하고자 하는 방향에서 두개의 카메라로 두개의 영상신호를 가지고 연산처리에 의하여 거리를 산출하는 방법을 사용함으로써 앞에서 나타나는 문제점을 보완하였으며 그리고 인공지능형 무인 경비시스템을 구현하고자 경비의 영역을 제한된 영역에서 수평방향 360 도와 수직방향 180 도의 전 방향을 하나의 시스템으로 경비가 가능하게 하고 특히 경비하고자 한 지역의 지형지물에 의한 좌표를 설정하여 입력하면 설정된 좌표에 의하여 시스템이 작동되어 효율적인 경비가 가능하게 되는 것이다.
따라서 위와 같은 기능을 갖추기 위하여 본 발명에서는 인체의 양안과 같은 조건을 갖는 스테레오 비전시스템에서의 이동객체 추출 및 거리 측정에 관한 논문 멀티미디어 학회 논 문지 제5권 제3호(2002.6)에 발표 된 내용을 적용하여 영상을 통하여 이동물체가 발생하면 이동물체를 감지하고 내부 통제실의 경보장치나 외부와의 통신망에 연결시켜서 사용자에게 발생상황을 전달하게 하며 또한 본 시스템과 이동물체 간의 거리와 이동방향 및 이동물체의 부피에 대한 정보를 제공하고 특히 이동물체를 추적하여 실 상황을 사용자에게 전달하는데 목적이 있다.
그리고 본 발명에 있어서는 경비업무에는 주간과 야간이 구분될 수 없으므로 주야간에 경비업무에 차질이 발생되지 않게 하기 위하여 현재 특허출원 중에 있는 광학장치에 의한 적외선라이트 출원번호 10-2002-0056123에 출원되어 있는 카메라와 적외선 라이트가 하나의 렌즈로 구성된 일체형 적외선 라이트 카메라를 사용하여 빛이 없는 야간에도 효율적인 경계업무를 수행할 수 있게 되는 것이다.
도 1은 이동물체의 거리와 이동방향을 제공하는 인공지능형 영상경비 시스템의 구성도.
도 2는 영상장치(100)의 구성의 전면 전단도.
도 3은 거리 이동장치(110)의 동력전달 부에 대한 상면 전단도.
도 4는 거리 이동장치(110)의 측면 전단도.
도 5는 스테레오 비전 시스템의 평형방식에서 이동물체 거리추출도.
도 6은 설정조건에 따른 이동좌표 설정과 영상화면의 표시 기능도.
이동물체의 거리와 이동방향을 제공하는 인공지능형 영상경비 시스템의 구성은 도 1에서 도시한 것과 같이 스테레오 비전 방식을 충족시키고 전 방향의 카메라영상신호를 출력시킬 수 있는 영상장치(100)와 조절장치(10)에 연결되어 사용자의 선택에 의해 조절장치의 설정조건을 입출력하고 조절장치(10)에서 출력되는 영상신호를 모니터를 통하여 사용자에게 전달하고 사용자가 외출 중에 이동 물체가 발생 시 사용자가 휴대한 영상 음성 단말기 IMT-2000(200)의 기억된 전화번호로 발신신호를 보내며 사용자의 단말기 IMT-2000(200)의 선택에 의하여 영상과 소리의 신호를 입출력하는 IMT-2000의 통신방식의 영상음성 전화기(50) 또한 사용자가 외출 시 휴대하는 IMT-2000(200)의 통신방식에 의하여 영상음성 전화기(50)로 부터 발신신호를 받고 사용자의 선택에 의하여 경비장치의 조작이나 경비상황을 확인하고 조건설정을 입출력하는 사용자용 영상음성 휴대용 단말기 IMT-2000(200)과 특히 앞에서 나온 장치들 영상장치(100)와 영상음성 전화기(50) 및 사용자가 휴대하는 IMT-2000(200)을 통하여 사용자의 사용 조건설정에 의하여 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제에서 제시된 내용을 수용하고 처리할 수 있는 조절정치(10)로 구성된다.
영상장치(100)는 도 2에서 도시한 것과 같이 수직 이동장치(120)에 장착되어 좌측 카메라(101)와 우측 카메라(102)가 대칭으로 위치하며 조절장치(10)에서 출력되는 거리이동 펄스신호에 의하여 거리조절 즉 초점거리를 두개의 카메라에 동일한 조건으로 맞추어 주는 거리조절장치(110)와 수평 이동장치(130)에 장착되어 조절장치(10)에서 출력되는 수직이동 펄스신호에 의하여 최대 수직이동 각도 150 도의 이동이 가능한 수직이동장치(120) 그리고 고정장치(108)에 장착되어 조절장치(10)의 펄스 수평출력신호에 의하여 이동각도 360도의 회전이 가능한 수평 이동장치(130) 및 수평이동장치(130)를 장착하고 경비구역의 위치에 정확한 방향으로 영상장치를고정하는 본체 고정장치(108)로 구성된다.
영상장치(100)에는 앞에서 나온 거리 이동장치(110)와 수직 이동장치(120) 그리고 수평 이동장치(130) 및 본체 고정장치(108)로 구성되는데 각 장치별로 작동방법과 구성을 추가설명하기로 한다.
거리 이동장치(110)의 기능은 사용자의 경비구역 설정 중에서 거리설정에 의해 작동되며 설정된 거리의 두개의 영상신호를 얻기 위해 도 2와 3 및 4에서 도시한 것과 같이 좌측카메라(101)와 우측카메라(102)로 대칭을 이루고 스테레오 비전 시스템을 구성하는 평행 식 카메라 설치 법에 의한 두개의 일체형 적외선 카메라로 구성되어 조절장치(10)에서 출력되는 거리이동 펄스신호에 의하여 거리이동 스텝핑 모터(103)가 구동되고 구동된 동력은 웜기어(111)로 전달되고 웜기어(111)는 웜휠 기어(112)로 전달되며 윔휠 기어(112)에서는 좌측 카메라(101)와 우측 카메라(102)로 연결되는 동력전달 봉(114)에 의하여 좌 우측 카메라에 동시에 같은 양의 동력이 대칭을 이루고 있는 이동 원형기어(115)에 전달하고 전달된 동력은 렌즈 이동장치 (105)에 고정된 이동 평형기어(118)에 의해 렌즈가 장착된 렌즈이동 장치(105)가 구동하게 되는 것이다.
이와 같이 구동되는 과정에서 이동장치(105)가 정해진 영역에서 일정하게 이동시키기 위하여 롤러 베어링(108)을 사용해 이동간 마찰저항을 줄여주며 또한 웜 기어(111)와 웜휠 기어(112)의 정회전과 역회전에 의해 동력전달 봉(114)이 좌우로 이동되는 것을 막기 위하여 베어링이 장착된 고정장치(107)로 마찰저항을 줄여서 고정시켰으며 고정장치(107)에 장착되어 이동장치(105)의 이동 량을 검출해 조절장치(10)에 출력하는 이동 포터센서(113)와 동력전달 봉(114)에 장착되어 동력전달 봉(114)의 회전 량을 포터센서(113)에 전달하는 포터마크(117)로 구성된다.
수직 이동장치(120)의 기능은 수평이동장치(130)에 장착되어 수직 이동각도 최대 150도까지 이동되고 조절장치(10)의 수직이동 펄스신호로 작동하기 위하여 도 2에서 도시된 것과 같이 수평 이동장치(130)에 장착되어 입력 펄스신호로 수직 스텝핑 모터(121)가 구동되고 구동된 동력은 모터에 장착된 속도변환기와 수직 동력 원형기어(122) 및 수직동력전달 봉(124)에 고정되어 포터 마크가 새겨진 원형 마킹 기어(123)로 동력이 전달되어 수직 원형기어(125)에 동력이 전달되며 전달된 동력은 반원형으로 되어 수직이동장치(120)에 고정되고 원형 마킹 기어(123)에 맞물려서 수직이동 장치(120)를 이동시키는 수직 반원형 기어(126)로 구성된다.
또한 위와 같은 구성에서 베어링을 내장시켜서 마찰저항을 줄여주고 수직 동력전달 봉을 수평이동장치(130)에 고정시켜주는 고정장치와 수직이동 장치(120)가 수직으로 150도 까지 마찰저항이 없이 수직원형 기어(125)의 동력에 의하여 이동할 수 있게 베어링이 내장된 수직 지지 대(106) 그리고 수직이동 장치(120)의 이동 량을 원형마크 기어(123)에 형성된 포터마크의 이동 량을 수평이동 장치에 장착되어 있는 수직 포터센서(127)로 감지하여 조절장치(10)로 출력시키는 것을 포함하여 수직이동 장치(120)로 구성된다.
수평이동 장치(130)의 기능은 본체 고정장치(108)에 장착되어 수평으로 360도의 전 방향으로 이동이 가능하며 본체 고정장치(108)에 장착되어 조절장치(10)의 펄스 출력신호에 의하여 구동되는 수평 스템핑 모터(131)와 스테핑 모터(131)에 장착되어 동력의 속도를 변환시켜주는 속도 변환기(133)에 동력이 전달되고 전달된 동력은 수평 원형기어(132)와 원형 판으로 구성된 수평 이동장치(130)의 옆면에 대형 원형기어에 맞물려서 수평 이동장치(130) 전체를 이동하게 되는 것이다.
그리고 수평 이동장치(130)를 고정시켜주는 본체 고정장치(108)의 정 중앙에 마찰저항을 줄여주는 베어링(136)과 수평 이동장치(130)의 중심 축인 중심 봉(137)의 끝 부분에는 볼트의 나사 산으로 구성되어 고정볼트(138)로 수평 이동장치(130)를 안정적으로 고정시키고 그 위에 고정핀(140)으로 고정하여 본체의 고정장치(108)에 장착되게 해서 베어링에 의하여 중심 봉(137)과 고정볼트(138)가 회전하여도 마찰저항이 최소화 할 수 있게 구성하였다
또한 수평 이동장치(130)의 진동을 줄여주기 위하여 고정장치에 90도를 이루는 4방향에 스프링 볼 베어링(141)을 장착하였으며 고정장치(108)에 장착되어 수평 이동장치(130)의 이동량을 조절장치(10)에 출력하기 위하여 수평 이동장치(130)의 하단에 위치한 수평 포터마크(134)의 신호를 수평 포터센서(135)에서 디지털 신호로 전환되어 조절장치(10)로 입력되는 수평 이동장치(130)로 구성된다.
특히 영상장치(100)에 있어서 두개의 일체형 적외선 라이트 카메라는 포터센서에 의하여 주간에서 야간으로 전환되는 시점에서 자동으로 적외선 라이트가 작동되어 적외선 LED에서 발생되는 적외선은 카메라의 줌렌즈와 공용으로 사용되어 관찰하고자 한 영역에만 적외선을 발사하게 되어 야간에 사용할 수 있는 거리를 원거리로 확대 적용할 수 있게 되고 두개의 카메라에 의하여 스테레오 비전 시스템을 구성하는 평행 식 카메라 설치 법을 충족시키고 전 방향의 카메라 영상신호를 출력시킬 수 있는 영상장치(100)로 구성된다.
영상음성 전화기(50)는 IMT-2000 통신방식에 의하여 영상과 음성통신이 이루어지며 유선 통신방식과 무선 통신방식으로 구분되어 설치하고자 한 장소의 여건에 따라 두 가지 병행하는 방법과 하나를 선택하여 사용하는 방법이 있다.
영상음성 전화기(50)의 기능은 조절장치(10)와 연결되어 사용자의 선택에 의한 조절장치의 설정조건을 입출력하고 조절장치(10)에서 출력되는 영상신호를 모니터를 통하여 사용자에게 전달하고 사용자가 외출 중일 때 이동 물체가 발생 시 사용자가 휴대하고 있는 영상 음성 단말기 IMT-2000(200)의 기억된 전화번호로 발신신호를 보내며 사용자의 단말기 IMT-2000(200)의 선택에 의하여 영상과 소리의 신호를 입출력한다.
그리고 영상음성 전화기(50)로 설정조건을 입력하는 방법은 조절장치(10)의 설명에서 추가 설명하기로 한다.
영상음성 휴대용 단말기 IMT-2000(200)은 사용자가 휴대하고 IMT-2000(200)의 통신방식에 의해 영상음성 통신이 가능한 휴대용 단말기로써 본 발명에서는 영상음성 전화기(50)로 부터 발신신호를 받고 사용자의 선택에 의하여 경비장치의 조작이나 경비상황의 확인이 가능하며 또한 비상상황 시에는 사전에 경비지역에 설치된 스피커나 경보 등에 영상음성 휴대용 단말기 IMT-2000(200)으로 육성이나 경보 음 또는 경보 등과 같은 것을 조작이 가능하게 된다.
그리고 영상음성 휴대용 단말기 IMT-2000(200)으로 설정조건을 입력하는 방법은 조절장치(10)의 설명에서 추가 설명하기로 한다.
조절정치(10)의 기능은 사용자의 설정조건에 의하여 영상장치(100)의 거리 조절신호와 수직 이동신호 및 수평 이동신호를 펄스신호로 출력하며 영상장치(100)로부터 입력받은 두개의 영상신호를 저장하고 같은 지점의 저장된 두개의 영상신호를 비교하여 이동물체를 검출하는 방법인 스테레오 비전 시스템에서의 이동객체 추출 및 거리 측정에 관한 논문 멀티미디어 학회 논 문지 제5권 제3호(2002.6)에 발표 된 내용과 같이 이동물체를 추출하고 이동물체의 부피를 구하여 설정된 정보에 의하여 음성영상 전화기(50)나 영상음성 휴대용 단말기 IMT-2000(200)으로 음성과 영상신호 및 이동물체에 대한 정보를 출력하며 사용자의 설정조건을 음성영상 전화기(50)나 영상음성 휴대용 단말기 IMT-2000(200)으로 음성영상 전화기(50)를 통하여 설정한 내용을 저장하고 저장된 설정조건에 의하여 작동신호를 출력한다.
조절정치(10)의 기능 중에서 이동물체를 추출하는 방법인 멀티미디어 학회 논 문지 제5권 제3호(2002.6)에 발표 된 내용인 스테레오 비전 시스템에서의 이동객체 추출 및 거리 측정에 관한 논문에 대하여 먼저 정리하면 스테레오 비전 시스템에서의 이동물체 추출 및 거리 측정의 방법은 아래의 표 1에서 표기한 순서에 의해 영상신호들을 저장하고 이동물체에 대한 정보를 각 단계의 수학식으로 연산하는 방법과 본 발명이 얻고자한 이동물체에 대한 정보를 순차적으로 설명하기로 한다.
1. 시작.
2. 스테레오 영상 저장(이전영상).
3. 스테레오 영상 저장(현재영상).
4. 이동물체 추출.1)PRA의 차 영상.2)적응형 임계값 적용.
5. 잡영제거(적응형 임계값)
6. 이동물체 추출.
7. 스테레오 시차추출
8. 스테레오 비전 시스템의 특징적용.
9. 이동물체의 거리 추출
1.시작은 경비하고 있는 영역에 이동하고 있는 물체가 발생한 것으로 정의하며 이동물체가 없을 경우에는 설정조건에 의하여 계속적으로 경비를 한다.
2.스테레오 영상저장 중에서 이전영상은 이동하는 물체가 발생하기 전의 영상을 말하며 본 발명에서는 경비하고 있는 영역의 각 좌표별로 영상신호를 저장하는데 이동물체가 없을 경우 현재의 영상신호를 다시 저장하는 방식으로 반복된다.
3.스테레오 영상저장 중에서 현재의 영상은 현재 받고 있는 영상을 말한다.
4.이동물체 추출방법에는 주파수 영역기법과 불록기반 측정방법인 BMA방법 및 광류기반 측정방법 또한 화소기반 측정방법인 PRA(Pixel recursive algorithm)방법이 있는데 본 발명에서는 연산시간의 단축과 하드웨어 구현이 쉽고 정확도를 높이기 위하여 화소기반 측정방법인 PRA(Pixel recursive algorithm)방법에 의한 주변 밝기의 변화에 효과적으로 적응할 수 있는 적응형 임계값을 적용하였다.
그리고 화소기반 측정방법인 PRA 방법에서 스테레오 비전 시스템의 카메라를 설치하는 방법에 따라 평행 식과 교차 식으로 구분되는데 본 발명에서는 거리측정에 효과적인 평행 식을 적용하였다.
PRA 방법에 의한 이동물체 추출방법은 수학식 1과 같이 저장되어 있는 이전영상과 현재영상의 화소에 대하여 감산연산을 수행하고 그 결과의 절대 값이 임계값 이상이면 이동물체로 인식하여 현재 영상의 화소값을 취하고 임계값 이하이면 고정성분으로 인식하여 화소값을 0으로 취함으로써 이동성분에 대한 영상을 구할 수 있다.
수학식 1에서와는 동일공간에서의 이전영상과 현재영상의 화소의 밝기이며는 차 영상을 만들기 위한 화소값이고는 주변환경에 따라 조정 되어야하는 임계값으로 수동으로 입력되는 경우 실시간 처리에는 부적합하여 적응 적으로 임계값(Adaptive threshold)을 설정할 수 있게 해서 주변환경에 능동적으로 대처할 수 있게 하였다.
카메라로 취득한 영상들은 사간에 의한 주변환경의 밝기변화와 스테레오 비전을 사용할 때 좌 우측 카메라의 특성에 의한 밝기의 차를 가지고 영상을 취득하면 실제의 이동물체 외의 다른 영역에서 이동물체 후보 군으로 등장하게 되어 영상처리의 문제점과 잘못된 영역을 추출할 확률이 높아지는 문제점을 해결하기 위하여 밝기변화에 대해 취득한 영상을 정규화 하게 되면 전체 영상을 처리하는데 소요되는 시간적인 문제가 발생해서 취득한 영상자료의 차를 구해 이동성분을 추출하면 밝기차이에 의한 임계 값 적용을 달리함으로써 효율적인 차 영상을 획득하게 되며 본 발명에서는 적응형 임계 값을 삼 단계로 적용하여 이동물체를 추출하였다,
첫 번째 수학식 2와 같이 목표물 지정 이전영상과 현재영상에 대한 평균밝기 값을 구한 것이다.
위의 수학식 2에서과는 동일공간에서 목표물 지정 이전영상과 현재의 영상의 화소 밝기이며과는 이전영상과 현재영상에서 화소 밝기의 평균값이고입력영상의 해상도이다.
두 번째 단계는 수학식 3과 같이 수학식 2에서 구해진 평균밝기 값에 대한 차를 구하는 공식이다.
위 수학식에서는 목표물 지정 이전영상과 목표물 지정 이후영상에 대한 평균밝기의 차이다.
세 번째 단계는 수학식 4에서와 같이 지정 이전영상과 목표물 지정 이후영상의 밝기 차에 대한 적응형 임계값을 구한다.
위 수학식에서은 두 영상에 대한 차 영상을 구하기 위한 적응형 임계값이고는 임계값 결정을 위해 실험에 의해 구해진 비례상수이며는 현재 영상의 밝기에 따른 임계값을 정의하기 위한 상수이고는 상수로써 이들 상수들은 실험에 의해 측정된 값들을 중회귀분석(Multiple regression analysis)을 적용하여 얻어질 수 있다.
일반적으로 입력영상에 따라 임계값과 적용범위를 매번 조절해주어야 하는데 본 발명의 방법에서는 수학식 4를 이용하여 입력영상에 따라 자동으로 적응형 임계값을 설정함으로써 밝기변화에 대하여 적응 적인 차 영상을 만들 수 있다.
5.잡영제거는 추출된 이동물체의 영상에 잔존할 수 있을 경우에는 이동물체의 영역을 확대시키는 결과가 발생하므로 잡영을 제거하여야 한다.
1차 적으로 적응형 임계값을 적용하면 잡영이 거의 나타나지 않지만 간혹 잔류 잡영이 있을 수 있는데 이 잡영을 제거하기 위한 임계값 설정은 아래의 수학식 5와 6에 의하여 잡영이 제거되며 영상처리의 전 처리과정에 적용되었다.
위 식에서는 차 영상의 화소의 밝기이고는 차 영상 중에 가장 밝은 화소의 밝기 값이며 아래의 수학식 6에서 임계값을 설정한다.
위 식에서는 물체를 추출하기 위한 임계 값이며는 실험에 의하여 구하여진 비례상수인데 본 실험에 있어서는 0.97을 사용하여 추출되는 이동물체의 후보영역에서 이동물체의 영역을 최대화하기 위한 값으로 결정하였으며 또한 이 실험 값은 거리오차를 최소화하기 위한 값이기도 한다.
6.이동물체 추출은 이동물체의 후보영역에 적응형 임계값을 적용하면 이동성분 이외의 잡영과 그림자 영역은 모두 제거된 상태의 후보영역만 남게 된 후보영역에 화소 주사방식을 적용하여 이동 물체영역만 추출하도록 하였다.
즉 위에서 아래로 그리고 좌에서 우로 주사하여 이동물체가 존재하는 시작점을 구하고 아래서 위로 그리고 우에서 죄로 주사하여 이동물체가 존재하는 끝점 좌표를 구해서 구해진 이동물체의 시작점과 끝점의 좌표를 이용해 이전영상과 현재영상 중에서 이동성분이 있는 영역을 추출하여 이동물체를 추출하게 된다.
7.스테레오 시차추출의 원리는 본 발명에 있어서 인간의 시각 계를 근거로 한 양안 시차를 이용하기 위하여 좌우 측의 두개의 카메라를 설치하여 인간의 눈과 유사한 기능을 하도록 해서 3차원 영상으로부터 시차정보를 추출함으로써 물체까지의 거리를 산출할 수 있게 되었다.
시차는 좌우 측 카메라가 획득한 영상이 일치하지 않고 벗어나 있는 상태를 말하며 거리를 구하는데 매우 중요한 자료로 써 시차성분을 추출하기 위해 좌우 측 영상을 비교하여 같은 영역을 찾아내고 이 영역에 대한 벗어남 정도를 계산하여 구할 수 있으나 양안시차 추출에서는 2차원 영상에서 보이는 단면만을 이용하기 때문에 실제 3차원 영상에 존재하는 폐쇄영역 시차 값을 찾지 못하는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서는 이동물체를 좌우카메라에서 각각 추출하고 추출된 영역에 대한 시차를 구함으로써 물체가 움직이는 것으로 제한하게 되어 많은 문제를 해결할 수 있고 빠른 연산이 이루어지게 되었다.
스테레오 시차추출의 방법은 앞에서 구한 시작점과 끝점의 좌표를 이용하여 좌우 측 영상의 이동물체 영역의 무게중심을 구하고 이 무게중심 좌표의 X측 차이 값을 수평 시차로 하여 이동물체의 시차를 구하면 아래 수학식 7로 구할 수 있다.
위 식에서는 각각 좌우 측 영상의 x축 무게 중심이고 수평시차는 거리를 계산하는데 중요한 변수가 된다.
8.스테레오 비전 시스템의 특징 적용은 스테레오 비전의 구성이 두개의 카메라를 평행 식으로 적용하여 획득한 두개의 영상으로 거리를 계산한 관계로 도 5에서 도시한 것과 같이 목표물 A까지의 거리(D)는 스테레오 카메라의 중심점(0)으로부터의 거리이며 이 거리는 목표물(A)과 두 대의 카메라에 맺혀진 영상의 위치에 의해 형성된 삼각형에 의해 산출될 수 있으며 이에 대한 식은 아래의 수학식 8과 같다.
위의 식에서은 좌우 측 카메라에 맺혀진 영상이 중심으로부터 벗어나는 거리이고는 두 카메라 즉 좌측과 우측 카메라(101,102) 사이의 중심거리이며는 렌즈와 CCD간의 거리로써는 목표물과의 거리이다.
9.이동물체의 거리추출을 위해서는 카메라의 설치방법과 카메라 켈리브레이션 및 스테레오 카메라의 설치간격 그리고 카메라의 특성이 주어져야 하는데 이와 같은 점을 고려하여 표 2와 같은 특성과 구성을 가진 스테레오 비전 시스템을 실험을 통해서 거리는 수학식 8을 적용하여 거리를 계산할 수 있다.
항 목 특 성 비 고
1. 카메라 설치 방법 평행식 식 설치
2. 카메라 설치 간격 63(mm) 2W
3. 카메라 초점 거리 3.6(mm) f
4. 카메라 크기 1화소 9.6 ×7.5(㎛)
CCD 전체 4.9 ×3.69(㎜)
해상도 가로 512 dots
세로 492 lines
또한 수학식 7의 화소단위의 수평시차는 아래의 수학식 9와 같이 쓸 수 있으며 이것을 수학식 8에 대입하여 거리를 구할 수 있다.
위 식에서는 두 카메라의 중심에서 목표물까지의 거리이고는 카메라 렌즈에서 CCD까지의 초점거리이며과은 길이 개념이지만와는 화소 개념으로 좌우 측 카메라(101,102)에 맺혀진 영상이 CCD의 중앙으로부터 벗어난 화소의 수이다.
이와 같이 수학식 9는 기존의 수학식에 길이 개념에서 화소의 개념으로 전환되어 계산되었음을 알 수 있다.
따라서 앞에서 설명된 내용과 계산방법 들을 이용해 이동물체의 크기에 관한 정보를 구할 수 있고 스테레오 비전 시스템의 두개의 카메라로 입력받은 영상을 판독하여 이동물체가 있는 위치가 영상장치(100)의 정 중앙에 위치하도록 즉 취득한 두개의 영상에 이동물체가 정 중앙에 올 수 있게 조절장치(10)에서 보상 이동신호를 수직과 수평 이동장치(120,130)에 출력함으로써 이동물체를 추적하면서 이동 방향을 알게 되고 또한 사용자에게 이동물체에 대한 정보가 제공되는 것이다.
그럼 현재까지는 조절장치(10)에서 스테레오 비전 시스템을 이용하여 이동물체의 추출과 이동물체에 대한 정보를 추출하는 방법에 대한 설명 이였고 이어서는 본 발명을 이용하여 사용자가 조건을 설정해서 사용자의 선택에 의하여 시스템이작동되어 사용자가 요구한 내용과 일치되는 정보가 발생 시 사용자에게 그 정보를 제공하는 조건설정에 대하여 설명하기로 한다.
조건설정의 입력은 영상음성 전화기(50)이나 영상음성 전화기(50)를 통하여 영상음성 휴대용 단말기 IMT-2000으로 입력하는데 경비실이나 상황실 등이 있는 장소에서는 대형 CRT 모니터나 키보드 등의 주변장치가 있는 곳에서는 키보드로 입력이 가능하며 입력내용은 아래의 표 3의 표기된 내용을 입력한다,
설정 항목 설정 조건 설정
1. 전화 1. 내선. 2. 외선. 2. 외선
2. 스피커 1. ON. 2. OFF 2. OFF
3. 경보 등 1. ON. 2. OFF 2. 수동
4. 영상장치 1. 자동. 2. 수동 1. 자동.
5. 경보장치 1. ON. 2. OFF 1. ON.
6. 전화 번호 1. 확인. 2. 정정 1. 확인
7. 이동 좌표 1. 자동. 2. 수동 1. 자동.
8. 풍량 1. 자동. 2. 수동 1. 자동.
조건설정은 음성영상 전화기(50)나 음성영상 휴대용 단말기 IMT-2000(200)으로 입력하는데 입력방법은 도 6에 도시한 가상화면의 우측하단에 있는 조건 설정을 선택하면 위의 표 3에서 표기한 설정항목이 영상화면에 나타나서 입력하고자 한 설정항목을 선택하여 입력하면 입력과 함께 저장된 설정조건 내용이 정정되며 설정조건의 설명은 표 3의 순서로 차례로 설명하기로 한다.
1. 전화의 설정은 비상사태 즉 경비하고 있는 영역에 이동물체가 발생 시 사용자에게 상황을 전달하는 역할로 1.내선으로 설정하면 음성영상 전화기(50)에 연결되고 2. 외선으로 설정되면 사용자가 휴대하고 있는 휴대용 영상음성 단말기 IMT-2000(200)에 자동발신회로에서 음성영상 전화기(50)를 통하여 자동발신 된다.
2. 스피커의 용도는 비상상황이 발생 시 경비지역의 이동물체에게 음성영상 전화기(50)나 휴대용 영상음성 단말기 IMT-2000(200)의 마이크로 음성을 전달하는 기능을 하며 사용방법은 1. ON을 선택하고 음성을 전달한 뒤 2. OFF를 선택한다.
3. 경보 등은 경비구역 내에 설치하여 이동물체에게 경보를 하기 위한 목적으로 사용되며 사용방법은 2. 스피커와 같다.
4. 영상장치는 내근 시나 외근 시에 자동으로 선택하나 비상상황이 발생 시 수동의 조작으로 보다 정확한 정보를 얻기를 원할 때나 기상의 악화로 인하여 설정된 조건에서 이동물체 후보영역이 많이 발생될 때 임의적으로 2. 수동으로 선택하여 경비 영역을 확인할 때 사용된다.
그리고 수동으로 선택되면 휴대용 단말기나 전화기에 있는 숫자 판에서 4는 좌측으로, 6은 우측으로, 2는 위로, 0은 아래방향으로 이동되어 사용자가 원하는 방향의 영상정보를 확보할 수 있게 되는 것이다.
5. 경보장치는 상황실이나 경비실에서 다른 업무를 보다가 경비지역에 이동물체가 발생 시 스피커나 경보 등을 통하여 비상상황 임을 전달하는 기능으로 사용 방법은 2. 스피커와 같다.
6. 전화번호는 비상상황이 발생되었을 때 자동발신에 의해 신호가 전달될 수 있는 사용자를 중심으로 5곳의 전화번호를 입력시켜서 사용자의 휴대용 단말기가 수신이 되지 않을 경우 1분 간격으로 3회를 발신하고 이에 응답이 없을 경우 다음 전화번호로 발신되는 기능을 가지며 입력 방법은 2. 정정을 선택하면 1-5개의 전화번호가 화면에 나타난 후 순차적으로 입력시키고 입력의 오류나 정정할 전화번호가발생 시 정정될 정화번호 순번을 선택하여 정정된 전화전호를 숫자로 입력한다.
7. 이동 좌표는 영상장치(100)가 이동하는 경로를 설정하는 것으로 1. 자동을 선택하면 거리를 입력시키고 경비하고자 하는 방위각도의 목표물에서 시작하여 수평이동에 의하여 종료지점의 목포 물까지 이동하면 자동으로 이동 좌표가 형성되어 수평이동으로 죄와 우를 왕복하여 회전하게 되며 2. 수동을 선택하면 도 6에서 도시한 것과 같이 경비하고자 하는 영역에서 영상장치(100)를 수동으로 이동하면서 영상화면을 통하여 확인하고 이동시키면 도 6의 좌표(306,307)와 같이 수평과 수직이동이 이루어지는 좌표가 형성되어 시작점에서 종료지점까지 연속적으로 지정된 좌표에 의하여 영상장치(100)가 이동하게 되고 회전좌표를 정정하고자 할 때에는 앞에서 설명한 내용과 같은 순서에 의하여 입력하면 된다.
8. 풍량은 경비하고자 하는 영역의 주변환경에 따라 다소 차이가 있고 또한 경비하는 영역이 넓거나 길 경우 즉 영상장치(100)가 회전하는 시간이 길 경우에는 현재의 영상과 저장된 영상간에 바람이나 기타 기후로 인하여 이동물체 후보 군이 증가할 수 있으므로 기상에 대한 오차를 최소화하기 위함이며 1. 자동으로 설정할 경우에는 경비부역 내에 있는 나무나 기타 유연성이 있는 물체를 설정하여 그 물체가 바람에 의하여 이동되는 량을 기준으로 하여 자동 보상하는 방법이고 이 방법으로도 이동물체를 변별하기 힘드는 기상일 경우에는 2. 수동으로 설정 값을 임의적으로 설정하는데 그 값은 100을 기준 하여 100 이하로 내려가면 보상 값이 크게 나타나는 것이고 100에 가까울 수록 보상 값이 적어진다
그리고 본 발명에서는 적응형 임계값을 적용하여 기후변화에 대응하고 있으나 기상변화의 한계는 무한에 가까운 관계로 이에 대한 오차의 한계를 최소화로 만드는데 목적이 있으며 수동 입력이 요구되는 경우에는 비상상황과 같은 여건이므로 4. 영상장치를 2. 수동으로 전환하여 실시간 경비를 하는 것이 바람직하다.
위에서와 같이 설정 조건에 의하여 본 시스템의 작동이 이루어지며 작동이 되는 각 장치에 조절장치(10)로 부터 입출력되는 신호의 순서로 설명하면 아래와 같다.
조절장치(10)에서 설정된 설정조건으로 영상장치(100)는 지정된 좌표에 의하여 수직 이동신호와 수평 이동신호 및 거리 이동신호가 출력되고 영상장치(100)로부터 수직과 수평 및 거리이동에 따른 이동거리 량을 나타내는 각각의 포터센서로부터 이동 량 펄스신호를 입력받으며 또한 영상장치(100)의 좌측과 우측 카메라로부터 두개의 영상신호를 받아서 이동물체가 있는지를 확인하다가 이동물체가 나타나면 비상상황으로 정의하고 설정된 설정조건에 의하여 사용자가 외출 시에는 사용자의 영상음성 휴대용 단말기의 저장된 전화번호로 찾아서 자동발신 회로에 의하여 영상음성 전화기(50)를 통하여 발신이 이루어지고 사용자가 수신할 수 있게 한다.
위와 같은 상황에서 사용자가 내근 시에는 상황실이나 경비실에 설치된 경보 등과 경보 스피커를 통하여 경보 음이 발생되면 하는 업무를 중단하고 영상화면과 스피커로 전달되는 음의 신호를 통하여 경비지역의 상황을 파악하고 그에 합당한 대처를 할 수 있게 되는 것이다
따라서 대처방법으로는 휴대용 단말기(200)나 영상음성 전화기(50)의 영상화면을 보고 설정조건을 선택하여 음성으로 경고 방송을 하든지 또는 경보 등을 작동하여 이동물체의 접근을 차단하는 방법을 사용한다.
조절장치(10)는 앞에서와 같이 본 시스템에서 중추적인 역할을 수행하고 각 장치의 제어용 신호와 각 장치부터 입력받은 신호를 저장하고 연산하며 비상상황이 발생 시 상황종료 시점까지 이동물체를 추적하며 영상과 음성신호를 저장하여 사용자가 외출 중에 불가피한 상황으로 인하여 즉각적인 대처에 미흡하여도 저장된 내용을 확인하여 그에 합당한 대처를 할 수 있는 조절 장치로 구성된다.
이동물체의 거리와 이동방향을 제공하는 인공지능형 영상경비 시스템은 우리의 인체의 감각기관의 한 부분인 시각의 양안을 본 발명에 적용하여 스테레오 비전 시스템의 평행 식 카메라 설치 법을 적용함으로써 인체의 양안이 가지고 있는 특성 즉 거리감과 입체감을 갖게 되어 현재까지의 이룩해온 영상처리에 의한 경비 시스템 분야에서 단순한 이동물체의 식별차원을 넘어 이동하는 물체를 추출하고 이동물체에 대한 이동방향과 부피 및 거리등의 다양한 정보를 제공할 수 있게 되었으며 특히 영상처리에 의한 이동물체를 추출하는 방법에서 이전영상과 현재영상 간의 차 영상을 만들기 위하여 현재까지는 수동으로 임계값을 주었으나 본 발명에서는 기상이나 주변환경의 변화에 능동적으로 대응이 되는 적응형 임계값을 적용함으로써 이동물체를 추출하는 오차율을 최소화하였다.
그리고 본 발명에 있어서는 현재까지의 영상경비에 있어서 특정지역에 고정된 카메라로 경비하는 방식에서 벗어나 하나의 영상장치(100)로 전 방향의 경비가 가능하게 되어서 넓은 범위의 경비가 이루어지며 경비하는 장소에 따라 주변의 지형지물이나 경비거리의 변화를 주어서 경비영역의 좌표를 설정하면 설정된 좌표에 의하여 영상장치(100)가 이동하는 반복된 경비가 형성되어 이동물체가 발생 시 발생된 이동물체를 추적하면서 이동물체에 대한 정보를 제공하게 되었다.
또한 야간 경계 근무가 요구되는 지역에서는 일체형 적외선 라이트 카메라를 장착함으로써 빛이 있는 장소의 음지나 빛이 없는 장소에도 영상이 요구되는 지역에만 적외선을 발사하여 영상을 취함으로써 인체의 시력의 한계를 넘어서 원거리의 경비거리를 확대적용 할 수 있게 되었다.
특히 앞에서와 같이 조건설정에 의하여 자동으로 이동물체를 감지하고 이동물체를 추적하면서 이동물체에 대한 정보를 제공하며 인체의 시력의 한계를 넘어서는 경비영역을 확보하게 되고 사람이 경비근무를 할 때 나타나는 졸음이나 방심에 의한 근무태만으로 나타나는 문제점을 보완하며 경비근무의 인적자원을 효율적으로 활용할 수 있는 인공지능형 영상경비 시스템이 제공되는 것이다

Claims (3)

  1. 두개의 일체형 적외선 라이트 카메라를 장착하여 스테레오 비전 시스템을 구성하는 평행식 카메라 설치법으로 도 2에서 도시된 것과 같이 초점거리를 맞추는 이동장치(110)와 수직 이동하는 수직 이동장치(120) 및 수평 이동하는 수평 이동장치 (130)로 구성되어 조건설정의 이동좌표에 의해 전 방향으로 이동을 하여 영상신호를 출력시킬 수 있는 영상장치(100)와 조절장치(10)에 연결되어 사용자가 조절장치의 설정조건을 입출력하고 조절장치(10)에서 출력된 영상신호를 모니터로 사용자에게 전달하며 이동물체가 발생 시 설정조건에 저장된 전화번호로 발신신호를 보내서 사용자 영상음성 단말기 IMT-2000(200)으로 영상음성 신호를 입출력하는 IMT-2000 통신방식의 영상음성 전화기(50) 및 영상음성 전화기(50)로부터 신호를 받고 사용자가 휴대하면서 경비장치의 조작이나 경비상황을 확인하는 영상음성 휴대용 단말기 IMT-2000(200)과 특히 본 시스템의 조건설정을 입력받아 저장하고 설정된 조건에 의해서 전 시스템의 작동신호를 입출력시키고 마이크에서 입력되는 음성신호와 영상장치에서 입력된 영상신호를 저장하고 저장된 영상과 현재의 영상을 비교해서 적응형 임계값으로 차 영상을 만들어 이동물체를 추출하고 두개의 카메라에서 취득한 영상으로 이동물체의 거리와 부피 및 방향의 정보를 산출해 영상음성 전화기(50)나 사용자 영상음성 단말기 IMT-2000(200)으로 이동물체의 정보와 영상 및 음성을 출력하는 조절장치(10)로 구성된 이동물체의 거리와 이동방향을 제공하는 인공지능형 영상경비 시스템.
  2. 청구 1항에 있어서 본 시스템의 조건설정을 입력받아 저장하고 설정된 조건에 의해서 전 시스템의 작동신호를 입출력시키고 마이크에서 입력되는 음성신호와 영상장치에서 입력된 영상신호를 저장하고 저장된 영상과 현재의 영상을 수학식 1에서 수학식 6까지 적용하여 적응형 임계값으로 비교 및 연산해서 차 영상을 만들어 이동물체를 추출하고 두개의 카메라에서 취득한 영상을 수학식 7에서 수학식 9까지 적용해서 이동물체의 거리와 부피 및 방향의 정보를 산출해 영상음성 전화기(50)나 사용자 영상음성 단말기 IMT-2000(200)으로 이동물체의 정보와 영상 및 음성을 출력하는 조절장치(10).
  3. 스테레오 비전 시스템을 구성하는 평행식 카메라 설치법에 의한 도 2에서 도시한 것과 같이 두개의 카메라(101,102)를 가지고 초점거리를 맞추는 이동장치 (110)와 수직으로 최대 150도를 이동하는 수직 이동장치(120) 및 수평으로 360도를 이동하는 수평 이동장치 (130)로 구성되어 조건설정의 이동좌표에 의해 전 방향으로 이동하여 영상신호를 출력시킬 수 있는 영상장치(100)
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