KR20140071188A - 카메라와 목표물 사이의 수평 거리를 구하는 방법, 이 방법을 채용한 카메라 및 감시 시스템 - Google Patents

카메라와 목표물 사이의 수평 거리를 구하는 방법, 이 방법을 채용한 카메라 및 감시 시스템 Download PDF

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Abstract

카메라의 광학계의 중심 지점과 목표물의 지면 착지 지점 사이의 수평 거리로서의 카메라와 목표물 사이의 수평 거리를 구하는 방법이 개시된다. 이 방법은 단계들 (a) 내지 (c)를 포함한다. 단계 (a)에서는, 상기 카메라의 광학계의 중심 지점과 목표물의 지면 착지 지점을 연결하는 카메라-목표물 연결선이 지면에 대하여 형성한 각도로서의 상대적 목표물 각도가 구해진다. 단계 (b)에서는, 목표물이 착지한 지면의 수직 위치를 기준으로 하는 카메라의 광학계의 중심 지점의 높이로서의 카메라의 높이가 구해진다. 단계 (c)에서는, 카메라의 높이를 상대적 목표물 각도의 탄젠트(tangent) 값으로 나눈 결과가 카메라와 목표물 사이의 수평 거리로서 설정된다.

Description

카메라와 목표물 사이의 수평 거리를 구하는 방법, 이 방법을 채용한 카메라 및 감시 시스템{Method for acquiring horizontal distance between camera and target, camera and surveillance system adopting the method}
본 발명은, 카메라와 목표물 사이의 수평 거리를 구하는 방법, 이 방법을 채용한 카메라 및 감시 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 카메라의 광학계의 중심 지점과 목표물의 지면 착지 지점 사이의 수평 거리로서의 카메라와 목표물 사이의 수평 거리를 구하는 방법, 이 방법을 채용한 카메라 및 감시 시스템에 관한 것이다.
카메라 또는 감시 시스템의 호스트 장치는 카메라와 목표물 사이의 거리를 구하여 디스플레이할 필요가 있다.
예를 들어, 감시 시스템에서 카메라들이 연동하면서 사람 또는 차량 등의 목표물을 추적할 경우, 현재 목표물을 촬영중인 카메라와 목표물 사이의 거리를 디스플레이할 필요가 있다.
이와 같은 카메라와 목표물 사이의 거리를 구하기 위하여, 종래에는 레이저 센서 또는 2 대 이상의 인접 카메라들을 이용하였다.
레이저 센서를 카메라에 채용하는 경우, 레이저의 귀환 속도와 시간의 곱셈 결과가 카메라와 목표물 사이의 거리가 된다. 이와 같은 방법에 의하면 다음과 같은 문제점들이 있다.
첫째, 레이저 센서를 카메라에 채용하는 데에 따른 추가적 비용이 발생한다.
둘째, 카메라와 목표물 사이의 수평 거리가 아닌 직선 거리가 구해지므로, 카메라와 목표물 사이의 수평 거리를 알기 어렵다.
한편, 2 대 이상의 인접 카메라들을 이용하여 카메라와 목표물 사이의 거리를 구하는 방법에 의하면, 다음과 같은 문제점들이 있다.
첫째, 동영상 획득을 위한 목표물 촬영에는 어느 한 구역에서 1 대의 카메라만이 필요하므로, 추가적 카메라로 인한 비용이 발생한다.
둘째, 2 대 이상의 인접 카메라들로부터의 영상들이 사용됨에 따라, 카메라와 목표물 사이의 거리를 계산하는 방법이 복잡하다. 즉, 계산 속도가 늦어짐에 기인하여 정확하지 못한 결과가 사용될 수 있다. 예를 들어, 빠른 속도로 주행하는 차량과의 거리가 실시간으로 정확하게 디스플레이되기 어렵다.
본 발명의 실시예는, 1 대의 카메라만을 채용하여 상기 1 대의 카메라와 목표물 사이의 수평 거리를 빠르게 구할 수 있는 방법, 이 방법을 채용한 카메라 및 감시 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 제1 측면에 따르면, 카메라의 광학계의 중심 지점과 목표물의 지면 착지 지점 사이의 수평 거리로서의 카메라와 목표물 사이의 수평 거리를 구하는 방법에 있어서, 단계들 (a) 내지 (c)를 포함한다.
상기 단계 (a)에서는, 상기 카메라의 광학계의 중심 지점과 상기 목표물의 지면 착지 지점을 연결하는 카메라-목표물 연결선이 지면에 대하여 형성한 각도로서의 상대적 목표물 각도가 구해진다.
상기 단계 (b)에서는, 상기 목표물이 착지한 지면의 수직 위치를 기준으로 하는 상기 카메라의 광학계의 중심 지점의 높이로서의 상기 카메라의 높이가 구해진다.
상기 단계 (c)에서는, 상기 카메라의 높이를 상기 상대적 목표물 각도의 탄젠트(tangent) 값으로 나눈 결과가 상기 카메라와 목표물 사이의 수평 거리로서 설정된다.
바람직하게는, 상기 단계 (a)는 단계들 (a1) 내지 (a3)을 포함한다.
상기 단계 (a1)에서는, 상기 카메라의 광학계의 광축이 지면에 대하여 형성한 각도로서의 지면-카메라 각도(θ)가 구해진다.
상기 단계 (a2)에서는, 상기 카메라-목표물 연결선이 상기 카메라의 광학계의 광축에 대하여 수직 방향으로 벗어난 각도로서의 카메라-목표물 각도(ρ)가 구해진다.
상기 단계 (a3)에서는, 상기 지면-카메라 각도(θ) 및 상기 카메라-목표물 각도(ρ)에 따라 상기 상대적 목표물 각도(α)가 구해진다.
바람직하게는, 상기 단계 (a1)에서, 상기 카메라의 틸팅(tilting) 제어에서 얻어지는 틸팅 각도가 상기 지면-카메라 각도(θ)로서 설정된다.
바람직하게는, 상기 단계 (a3)에서, 지면에 대하여 상기 카메라가 평행함에 따라 상기 지면-카메라 각도(θ)가 영(0)인 경우, 상기 카메라-목표물 각도(ρ)가 상기 상대적 목표물 각도(α)로서 설정된다.
바람직하게는, 상기 단계 (a3)에서, 상기 지면-카메라 각도(θ)가 상기 카메라-목표물 각도(ρ)를 중복적으로 포함한 경우, 상기 지면-카메라 각도(θ)에서 상기 카메라-목표물 각도(ρ)를 감산한 결과가 상기 상대적 목표물 각도(α)이다.
바람직하게는, 상기 단계 (a3)에서, 상기 카메라-목표물 각도(ρ)가 상기 지면-카메라 각도(θ)를 중복적으로 포함한 경우, 상기 카메라-목표물 각도(ρ)에서 상기 지면-카메라 각도(θ)를 감산한 결과가 상기 상대적 목표물 각도(α)이다.
바람직하게는, 상기 단계 (a3)에서, 상기 지면-카메라 각도(θ)가 상기 카메라-목표물 각도(ρ)를 중복적으로 포함하지 않고, 상기 카메라-목표물 각도(ρ)가 상기 지면-카메라 각도(θ)를 중복적으로 포함하지 않은 경우, 상기 지면-카메라 각도(θ)와 상기 카메라-목표물 각도(ρ)를 가산한 결과가 상기 상대적 목표물 각도(α)이다.
바람직하게는, 상기 카메라에서 상기 광학계에 대응하는 광전 변환 소자가 구비되고, 상기 단계 (a1)은 단계들 (a11) 내지 (a14)를 포함한다.
상기 단계 (a11)에서는, 상기 카메라의 광학계의 광축이 상기 광전 변환 소자를 향하여 직선 연장될 경우, 이 연장 광축이 상기 광전 변환 소자에 도달하는 지점으로서의 센서 중심 지점(Sc)의 수직 좌표가 구해진다.
상기 단계 (a12)에서는, 상기 카메라의 광학계의 중심 지점에서 지면과 평행한 직선이 연장될 경우, 이 연장선이 상기 광전 변환 소자에 도달하는 지점으로서의 센서 수평 지점(Ec)의 수직 좌표가 구해진다.
상기 단계 (a13)에서는, 상기 센서 중심 지점(Sc)과 상기 센서 수평 지점(Ec) 사이의 수직 거리인 센서 틸팅(tilting) 거리(Et)가 구해진다.
상기 단계 (a14)에서는, 상기 센서 틸팅 거리(Et)를 상기 광학계의 초점 거리(f)로 나눈 결과가 구해지고, 구해진 나눗셈 결과의 아크탄젠트(arctangent) 값이 상기 지면-카메라 각도(θ)로서 설정된다.
바람직하게는, 상기 카메라에서 상기 광학계에 대응하는 광전 변환 소자가 구비되고, 상기 단계 (a2)는 단계들 (a21) 내지 (a24)를 포함한다.
상기 단계 (a21)에서는, 상기 카메라의 광학계의 광축이 상기 광전 변환 소자를 향하여 직선 연장될 경우, 이 연장 광축이 상기 광전 변환 소자에 도달하는 지점으로서의 센서 중심 지점(Sc)의 수직 좌표가 구해진다.
상기 단계 (a22)에서는, 상기 카메라-목표물 연결선이 상기 광전 변환 소자를 향하여 직선 연장될 경우, 이 연장선이 상기 광전 변환 소자에 도달하는 지점으로서의 목표물-영상 착지 지점(Pe)의 수직 좌표가 구해진다.
상기 단계 (a23)에서는, 상기 센서 중심 지점(Sc)과 상기 목표물-영상 착지 지점(Pe) 사이의 수직 거리인 영상 수직 거리(Ei)가 구해진다.
상기 단계 (a24)에서는, 상기 영상 수직 거리(Ei)를 상기 광학계의 초점 거리(f)로 나눈 결과가 구해지고, 구해진 나눗셈 결과의 아크탄젠트(arctangent) 값이 상기 카메라-목표물 각도(ρ)로서 설정된다.
본 발명의 제2 측면에 따르면, 카메라의 광학계의 중심 지점과 목표물의 지면 착지 지점 사이의 수평 거리로서의 카메라와 목표물 사이의 수평 거리를 구하는 상기 카메라가 제공될 수 있다. 이 카메라는 상기 카메라와 목표물 사이의 수평 거리를 구하는 방법을 채용한다.
본 발명의 제3 측면에 따르면, 카메라에 호스트 장치가 연결되고, 상기 호스트 장치는 상기 카메라의 광학계의 중심 지점과 목표물의 지면 착지 지점 사이의 수평 거리로서의 카메라와 목표물 사이의 수평 거리를 구하는 감시 시스템이 제공될 수 있다. 상기 호스트 장치는 상기 카메라와 목표물 사이의 수평 거리를 구하는 방법을 채용한다.
본 발명의 실시예의 카메라와 목표물 사이의 수평 거리를 구하는 방법, 이 방법을 채용한 카메라 및 감시 시스템에 의하면, 상기 카메라의 높이를 상기 상대적 목표물 각도의 탄젠트(tangent) 값으로 나눈 결과가 상기 카메라와 목표물 사이의 수평 거리로서 설정된다.
여기에서, 상기 상대적 목표물 각도는 상기 카메라의 파라미터들(parameters)의 설정 값들로부터 계산될 수 있다. 상기 카메라의 높이는 상기 카메라를 설치하는 사용자에 의하여 설정되어 있는 값이다.
따라서, 1 대의 카메라만을 사용하여 상기 1 대의 카메라와 목표물 사이의 수평 거리를 빠르게 구할 수 있다.
이에 따라, 레이저 센서를 카메라에 채용하는 종래 기술에 비하여 다음과 같은 효과들이 있다.
첫째, 레이저 센서를 카메라에 채용하는 데에 따른 추가적 비용이 절약된다.
둘째, 카메라와 목표물 사이의 직선 거리가 아닌 수평 거리를 빠르게 알 수 있다.
또한, 2 대 이상의 인접 카메라들을 이용하는 종래 기술에 비하여 다음과 같은 효과들이 있다.
첫째, 동영상 획득을 위한 목표물 촬영에는 어느 한 구역에서 1 대의 카메라만이 필요하므로, 추가적 카메라로 인한 비용이 절약된다.
둘째, 단순한 계산으로 인하여 수평 거리가 빠르게 구해지므로, 정확한 결과가 사용될 수 있다. 예를 들어, 빠른 속도로 주행하는 차량과의 거리가 실시간으로 정확하게 디스플레이될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 방법을 채용한 카메라 또는 감시 시스템을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예의 방법을 설명하기 위한 제1 도면이다.
도 3은 도 1의 각각의 카메라 또는 감시 시스템의 호스트 장치에서 수행되는 본 발명의 일 실시예의 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 4는 도 3의 단계 (a)를 상세하게 보여주는 흐름도이다.
도 5는 도 4의 단계 (a3)을 상세하게 보여주는 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예의 방법을 설명하기 위한 제2 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예의 방법을 설명하기 위한 제3 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예의 방법을 설명하기 위한 제4 도면이다.
도 9는 카메라의 틸팅 각도가 곧바로 얻어지지 못할 경우의 도 4의 단계 (a1)을 상세하게 보여주는 흐름도이다.
도 10은 도 4의 단계 (a2)를 상세하게 보여주는 흐름도이다.
하기의 설명 및 첨부된 도면은 본 발명에 따른 동작을 이해하기 위한 것이며, 본 기술 분야의 통상의 기술자가 용이하게 구현할 수 있는 부분은 생략될 수 있다.
또한 본 명세서 및 도면은 본 발명을 제한하기 위한 목적으로 제공된 것은 아니고, 본 발명의 범위는 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다. 본 명세서에서 사용된 용어들은 본 발명을 가장 적절하게 표현할 수 있도록 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예가 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 방법을 채용한 카메라 또는 감시 시스템을 보여준다.
도 1을 참조하면, 카메라들(101 내지 121)은, 통신 신호들(Sco)을 교환하면서 호스트 장치(13)와 통신하면서, 라이브-뷰(live-view)의 비디오 신호(Svid)를 호스트 장치(13)에 전송한다.
예를 들어, 카메라들(101 내지 121) 각각은 동축(Coaxial) 케이블을 통하여 호스트 장치(13)와 통신하면서 비디오 신호(Svid)를 호스트 장치(13)에 전송한다. 이에 따라, 호스트 장치(13)로 전송되는 비디오 신호(Svid)의 수직 블랭크 구간(Vertical blank interval)에서 통신 신호들(Dcom)이 송수신된다.
호스트 장치(13)에서 수신된 비디오 신호(Svid)는, 디스플레이 장치를 통하여 디스플레이되는 한편, 기록 장치 예를 들어, 하드 디스크 드라이브(Hard Disk Drive)에 저장된다.
또한, 호스트 장치(13)로부터의 제어 신호들에 의하여 카메라들(101 내지 121) 각각은 좌우 회전의 패닝(panning) 및 상하 회전의 틸팅(tilting)을 수행한다.
여기에서, 본 발명의 일 실시예에 의한 방법은 카메라들(101 내지 121) 각각에 의하여 수행되거나, 호스트 장치(13)에 의하여 수행될 수 있다. 즉, 각각의 카메라(101 내지 121) 또는 호스트 장치(13)는 각각의 카메라(101 내지 121)의 광학계의 중심 지점과 목표물의 지면 착지 지점 사이의 수평 거리로서의 카메라와 목표물 사이의 수평 거리를 구한다.
이와 관련된 내용이 도 2 내지 10을 참조하여 상세히 설명될 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예의 방법을 설명하기 위한 제1 도면이다. 도 2에서 참조 부호 101은 카메라, 201은 광학계, 202는 광전 변환 소자, 211은 목표물, 221은 카메라-목표물 연결선, 231은 광학계의 광축, α는 상대적 목표물 각도, Ec는 지면 착지 지점, Ei는 영상 수직 거리, EP1은 지면-평행 직선, EP2는 지면, f는 초점 거리, H는 카메라의 높이, Lc는 광학계의 중심 지점, Pe는 목표물-영상 착지 지점, Sc는 센서 중심 지점, y는 목표물 수직 길이, yi는 목표물-영상의 수직 길이, 그리고 z는 카메라와 목표물 사이의 수평 거리를 각각 가리킨다.
도 2의 제1 도면은 광학계(201)의 광축(231)이 지면(EP2)과 평행한 경우이다. 이 경우, 지평선을 촬영하면 지평선의 영상은 센서 중심 지점(Sc)의 수평 라인에 위치한다. 여기에서, 아래의 수학식 1이 성립한다.
Figure pat00001
따라서, 카메라(101)와 목표물(211) 사이의 수평 거리(z)는 아래의 수학식 2에 의하여 구해질 수 있다.
Figure pat00002
상기 수학식 2에서 S는 곱셈 기호이다.
하지만, 도 2의 제1 도면에 도시된 바와 같이 광학계(201)의 광축(231)이 지면(EP2)과 평행한 경우 즉, 광학계(201)의 광축(231)이 지면(EP2)에 대하여 형성한 각도가 영 도(0O)인 경우에만 적용될 수 있다. 그렇지 않은 경우(도 6 내지 8 참조)에 상기 수학식 2를 적용한다면, 광학계(201)의 광축(231)이 지면(EP2)에 대하여 형성한 각도에 비례하여 거리 오차가 발생된다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는, 광학계(201)의 광축(231)이 지면(EP2)에 대하여 형성한 각도에 의하여 거리 오차가 발생되지 않게 하는 거리 산출 방법을 제공한다.
도 3은 도 1의 각각의 카메라(101 내지 121) 또는 감시 시스템의 호스트 장치(13)에서 수행되는 본 발명의 일 실시예의 방법을 보여준다. 예를 들어, 도 1의 어느 한 카메라(101 내지 121) 또는 감시 시스템의 호스트 장치(13)는, 도 3의 방법에 따라, 각각의 카메라(101 내지 121)의 광학계(201)의 중심 지점(Lc)과 목표물(211)의 지면 착지 지점(Ec) 사이의 수평 거리로서의 카메라(101)와 목표물 사이의 수평 거리(z)를 구한다.
도 2 및 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예의 방법을 설명하면 다음과 같다. 이 방법은 단계들 (a) 내지 (c)를 포함한다.
단계 (a)에 있어서, 카메라(101) 또는 감시 시스템의 호스트 장치(13)는, 카메라(101)의 광학계(201)의 중심 지점(Lc)과 목표물(211)의 지면 착지 지점(Ec)을 연결하는 카메라-목표물 연결선(221)이 지면(EP2)에 대하여 형성한 각도로서의 상대적 목표물 각도(α)를 구한다.
여기에서, 상대적 목표물 각도(α)는 카메라(101)의 파라미터들(parameters)의 설정 값들로부터 계산될 수 있다. 이에 대하여 도 4 내지 10을 참조하여 상세히 설명될 것이다.
단계 (b)에 있어서, 카메라(101) 또는 감시 시스템의 호스트 장치(13)는, 목표물(211)이 착지한 지면(EP2)의 수직 위치를 기준으로 하는 카메라(101)의 광학계(201)의 중심 지점(Lc)의 높이로서의 카메라의 높이(H)를 구한다.
여기에서, 카메라(101)의 높이(H)는 카메라101)를 설치하는 사용자에 의하여 설정되어 있는 값이다.
단계 (c)에 있어서, 카메라(101) 또는 감시 시스템의 호스트 장치(13)는, 카메라의 높이(H)를 상대적 목표물 각도(α)의 탄젠트(tangent) 값(tan-1α)으로 나눈 결과를 카메라(101)와 목표물(211) 사이의 수평 거리(z)로서 설정한다. 즉, 아래의 수학식 3에 의하여 카메라(101)와 목표물(211) 사이의 수평 거리(z)가 구해진다.
Figure pat00003
상기와 같은 본 실시예의 방법, 이 방법을 채용한 카메라(101) 및 감시 시스템에 의하면, 1 대의 카메라(101)만을 사용하여 1 대의 카메라(101)와 목표물(211) 사이의 수평 거리(z)를 빠르게 구할 수 있다.
이에 따라, 레이저 센서를 카메라에 채용하는 종래 기술에 비하여 다음과 같은 효과들이 있다.
첫째, 레이저 센서를 카메라에 채용하는 데에 따른 추가적 비용이 절약된다.
둘째, 카메라와 목표물 사이의 직선 거리가 아닌 수평 거리를 빠르게 알 수 있다.
또한, 2 대 이상의 인접 카메라들을 이용하는 종래 기술에 비하여 다음과 같은 효과들이 있다.
첫째, 동영상 획득을 위한 목표물 촬영에는 어느 한 구역에서 1 대의 카메라만이 필요하므로, 추가적 카메라로 인한 비용이 절약된다.
둘째, 단순한 계산으로 인하여 수평 거리가 빠르게 구해지므로, 정확한 결과가 사용될 수 있다. 예를 들어, 빠른 속도로 주행하는 차량과의 거리가 실시간으로 정확하게 디스플레이될 수 있다.
이하, 도 4 내지 10을 참조하여 상기 단계 (a)를 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 도 3의 단계 (a)를 상세하게 보여준다.
도 6은 본 발명의 일 실시예의 방법을 설명하기 위한 제2 도면이다. 도 6에서 도 2와 동일한 참조 부호는 동일한 대상을 가리킨다. 도 6에서 참조 부호 Ec는 센서 수평 지점, Et는 센서 틸팅 거리, θ는 지면-카메라 각도, 그리고 ρ는 카메라-목표물 각도를 각각 가리킨다. 도 6의 제2 도면의 경우, 지면-카메라 각도(θ)가 카메라-목표물 각도(ρ)를 중복적으로 포함하지 않고, 카메라-목표물 각도(ρ)가 지면-카메라 각도(θ)를 중복적으로 포함하지 않는다.
도 7은 본 발명의 일 실시예의 방법을 설명하기 위한 제3 도면이다. 도 7에서 도 6과 동일한 참조 부호는 동일한 대상을 가리킨다. 도 7의 제3 도면의 경우, 지면-카메라 각도(θ)가 카메라-목표물 각도(ρ)를 중복적으로 포함한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예의 방법을 설명하기 위한 제4 도면이다. 도 8에서 도 6과 동일한 참조 부호는 동일한 대상을 가리킨다. 도 8의 제4 도면의 경우, 카메라-목표물 각도(ρ)가 상기 지면-카메라 각도(θ)를 중복적으로 포함한다.
상기한 바와 같이, 도 2의 제1 도면의 경우, 지면(EP2)에 대하여 카메라(101)가 평행함에 따라 지면-카메라 각도(θ)가 영(0)이다.
도 2, 4 및 6 내지 8을 참조하여 도 3의 단계 (a)를 상세하게 설명하면 다음과 같다. 이 단계 (a)는 단계들 (a1) 내지 (a3)을 포함한다.
단계 (a1)에 있어서, 카메라(101) 또는 감시 시스템의 호스트 장치(도 1의 13)는, 카메라(101)의 광학계(Lc)의 광축(231)이 지면(EP2)에 대하여 형성한 각도로서의 지면-카메라 각도(θ)를 구한다.
예를 들어, 카메라(101)의 틸팅(tilting) 제어에서 얻어지는 틸팅 각도가 상기 지면-카메라 각도(θ)로서 설정될 수 있다. 틸팅 각도가 곧바로 얻어지지 못할 경우의 단계 (a1)에 대해서는 도 9를 참조하여 보다 상세히 설명될 것이다.
단계 (a2)에 있어서, 카메라(101) 또는 감시 시스템의 호스트 장치(13)는, 카메라-목표물 연결선(221)이 카메라(101)의 광학계(201)의 광축(231)에 대하여 수직 방향으로 벗어난 각도로서의 카메라-목표물 각도(ρ)를 구한다. 단계 (a2)에 대해서는 도 10을 참조하여 보다 상세히 설명될 것이다.
단계 (a3)에 있어서, 카메라(101) 또는 감시 시스템의 호스트 장치(13)는, 지면-카메라 각도(θ) 및 카메라-목표물 각도(ρ)에 따라 상대적 목표물 각도(α)를 구한다. 단계 (a3)에 대해서는 도 5를 참조하여 보다 상세히 설명될 것이다.
도 5는 도 4의 단계 (a3)을 상세하게 보여준다.
도 2, 5 및 6 내지 8을 참조하여 도 4의 단계 (a3)을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 이 단계 (a3)은 단계들 S501 내지 S507을 포함한다.
먼저, 카메라(101) 또는 감시 시스템의 호스트 장치(13)는, 지면에 대하여 상기 카메라가 평행함에 따라 상기 지면-카메라 각도(θ)가 영(0)인지의 여부를 판단한다(단계 S501).
지면-카메라 각도(θ)가 영(0)인 경우 즉, 도 2의 제1 도면의 경우, 카메라(101) 또는 감시 시스템의 호스트 장치(13)는, 카메라-목표물 각도(ρ)를 상대적 목표물 각도(α)로서 설정한다(단계 S502). 즉, 도 2의 제1 도면의 경우, 아래의 수학식 4가 적용된다.
Figure pat00004
지면-카메라 각도(θ)가 영(0)이 아닌 경우 즉, 도 6의 제2 도면 또는 도 7의 제3 도면 또는 도 8의 제4 도면의 경우, 단계들 S503 내지 S507이 수행된다.
카메라(101) 또는 감시 시스템의 호스트 장치(13)는, 지면-카메라 각도(θ)가 카메라-목표물 각도(ρ)를 중복적으로 포함한 지의 여부를 판단한다(단계 S503).
지면-카메라 각도(θ)가 카메라-목표물 각도(ρ)를 중복적으로 포함한 경우 즉, 도 7의 제3 도면의 경우, 카메라(101) 또는 감시 시스템의 호스트 장치(13)는, 지면-카메라 각도(θ)에서 상기 카메라-목표물 각도(ρ)를 감산한 결과를 상대적 목표물 각도(α)로서 설정한다(단계 S504). 즉, 도 7의 제3 도면의 경우, 아래의 수학식 5가 적용된다.
Figure pat00005
상기 단계 S503에서 지면-카메라 각도(θ)가 카메라-목표물 각도(ρ)를 중복적으로 포함하지 않은 경우 즉, 도 6의 제2 도면 또는 도 8의 제4 도면의 경우, 단계들 S505 내지 S507이 수행된다.
카메라(101) 또는 감시 시스템의 호스트 장치(13)는, 카메라-목표물 각도(ρ)가 상기 지면-카메라 각도(θ)를 중복적으로 포함하는지의 여부를 판단한다(단계 S505).
카메라-목표물 각도(ρ)가 상기 지면-카메라 각도(θ)를 중복적으로 포함한 경우 즉, 도 8의 제4 도면의 경우, 카메라(101) 또는 감시 시스템의 호스트 장치(13)는, 카메라-목표물 각도(ρ)에서 지면-카메라 각도(θ)를 감산한 결과를 상대적 목표물 각도(α)로서 설정한다(단계 S507). 즉, 도 8의 제4 도면의 경우, 아래의 수학식 6이 적용된다.
Figure pat00006
지면-카메라 각도(θ)가 상기 카메라-목표물 각도(ρ)를 중복적으로 포함하지 않고, 카메라-목표물 각도(ρ)가 지면-카메라 각도(θ)를 중복적으로 포함하지 않은 경우 즉, 도 6의 제2 도면의 경우, 카메라(101) 또는 감시 시스템의 호스트 장치(13)는, 지면-카메라 각도(θ)와 상기 카메라-목표물 각도(ρ)를 가산한 결과를 상대적 목표물 각도(α)로서 설정한다(단계 S506).
도 9는 카메라(101)의 틸팅 각도가 곧바로 얻어지지 못할 경우의 도 4의 단계 (a1)을 상세하게 보여준다.
도 6, 7 및 9를 참조하여, 카메라(101)의 틸팅 각도가 곧바로 얻어지지 못할 경우의 도 4의 단계 (a1)을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 단계 (a1)은 단계들 (a11) 내지 (a14)를 포함한다.
단계 (a11)에 있어서, 카메라(101) 또는 감시 시스템의 호스트 장치(도 1의 13)는, 카메라(101)의 광학계(201)의 광축(231)이 광전 변환 소자(202)를 향하여 직선 연장될 경우, 이 연장 광축이 광전 변환 소자(202)에 도달하는 지점으로서의 센서 중심 지점(Sc)의 수직 좌표를 구한다.
단계 (a12)에 있어서, 카메라(101) 또는 감시 시스템의 호스트 장치(13)는, 카메라(101)의 광학계(201)의 중심 지점(Lc)에서 지면과 평행한 직선이 연장될 경우, 이 연장선이 광전 변환 소자(202)에 도달하는 지점으로서의 센서 수평 지점(Ec)의 수직 좌표를 구한다. 잘 알려져 있는 바와 같이, 센서 수평 지점(Ec)의 수직 좌표는 카메라(101) 자체의 수평 정도에 따라 곧바로 구해질 수 있다.
단계 (a13)에 있어서, 카메라(101) 또는 감시 시스템의 호스트 장치(13)는, 센서 중심 지점(Sc)과 센서 수평 지점(Ec) 사이의 수직 거리인 센서 틸팅(tilting) 거리(Et)를 구한다.
그리고 단계 (a14)에 있어서, 카메라(101) 또는 감시 시스템의 호스트 장치(13)는, 센서 틸팅 거리(Et)를 광학계의 초점 거리(f)로 나눈 결과를 구하고, 구해진 나눗셈 결과의 아크탄젠트(arctangent) 값을 지면-카메라 각도(θ)로서 설정한다.
즉, 카메라(101)의 틸팅 각도가 곧바로 얻어지지 못할 경우의 도 4의 단계 (a1)에서는 아래의 수학식 7이 적용된다.
Figure pat00007
도 10은 도 4의 단계 (a2)를 상세하게 보여준다.
도 6, 7 및 10을 참조하여, 도 4의 단계 (a2)를 상세하게 설명하면 다음과 같다. 단계 (a2)는 단계들 (a21) 내지 (a24)를 포함한다.
단계 (a21)에 있어서, 카메라(101) 또는 감시 시스템의 호스트 장치(도 1의 13)는, 카메라(101)의 광학계(201)의 광축(231)이 광전 변환 소자(202)를 향하여 직선 연장될 경우, 이 연장 광축이 광전 변환 소자(202)에 도달하는 지점으로서의 센서 중심 지점(Sc)의 수직 좌표를 구한다.
단계 (a22)에 있어서, 카메라(101) 또는 감시 시스템의 호스트 장치(13)는, 카메라-목표물 연결선(221)이 광전 변환 소자를 향하여 직선 연장될 경우, 이 연장선이 광전 변환 소자(202)에 도달하는 지점으로서의 목표물-영상 착지 지점(Pe)의 수직 좌표를 구한다. 여기에서, 목표물 영상과 지면(또는 바닥) 영상이 합쳐지는 지점이 목표물-영상 착지 지점(Pe)으로서 설정된다.
단계 (a23)에 있어서, 카메라(101) 또는 감시 시스템의 호스트 장치(13)는, 센서 중심 지점(Sc)과 목표물-영상 착지 지점(Pe) 사이의 수직 거리인 영상 수직 거리(Ei)를 구한다.
그리고, 단계 (a24)에 있어서, 카메라(101) 또는 감시 시스템의 호스트 장치(13)는, 영상 수직 거리(Ei)를 광학계(201)의 초점 거리(f)로 나눈 결과를 구하고, 구해진 나눗셈 결과의 아크탄젠트(arctangent) 값을 카메라-목표물 각도(ρ)로서 설정한다.
즉, 도 4의 단계 (a2)에서는 아래의 수학식 8이 적용된다.
Figure pat00008
이상 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예의 카메라와 목표물 사이의 수평 거리를 구하는 방법, 이 방법을 채용한 카메라 및 감시 시스템에 의하면, 카메라의 높이를 상대적 목표물 각도의 탄젠트(tangent) 값으로 나눈 결과가 카메라와 목표물 사이의 수평 거리로서 설정된다.
여기에서, 상대적 목표물 각도는 카메라의 파라미터들(parameters)의 설정 값들로부터 계산될 수 있다. 카메라의 높이는 카메라를 설치하는 사용자에 의하여 설정되어 있는 값이다.
본 발명의 효과를 확인하기 위한 실험에 있어서, 도 6의 경우에 해당되는 촬영 상태로서 카메라(101)로부터 9.13 미터(m) 거리에 있는 사람이 촬영되었다.
여기에서 사용되는 파라미터들은 4 개로서, 카메라의 높이(H)는 0.97 미터(m), 목표물-영상 착지 지점(Pe)의 수직 좌표의 값은 110 화소수(pixels), 초점 거리(f)는 1,550 화소수(pixels), 그리고 틸팅(tilting) 각도가 2O이었다.
상기한 바와 같이, 카메라의 틸팅 제어에서 얻어지는 틸팅 각도는 지면-카메라 각도(θ)로서 사용될 수 있다. 또한, 센서 중심 지점(Sc)의 수직 좌표가 영(0)으로 설정되어 있는 경우, 센서 중심 지점(Sc)과 상기 목표물-영상 착지 지점(Pe) 사이의 수직 거리(Ei)는 목표물-영상 착지 지점(Pe)의 수직 좌표의 값과 같다.
따라서, 카메라-목표물 각도(ρ)는 tan-1(110/1550)로서 약 4.06O이고, 상대적 목표물 각도(α)는 2O + 4.06O로서 약 6.06O이며, 상대적 목표물 각도(α)의 탄젠트 값(tan 6.06O)은 약 0.106이었다.
따라서, 카메라와 목표물 사이의 수평 거리(z)는 0.97/0.106 즉, 약 9.15 미터(m)로서 실제 수평 거리(z) 9.13 미터(m)와 거의 같았다.
이와 같이 1 대의 카메라만을 사용하여 상기 1 대의 카메라와 목표물 사이의 수평 거리를 빠르게 구할 수 있다.
이에 따라, 레이저 센서를 카메라에 채용하는 종래 기술에 비하여 다음과 같은 효과들이 있다.
첫째, 레이저 센서를 카메라에 채용하는 데에 따른 추가적 비용이 절약된다.
둘째, 카메라와 목표물 사이의 직선 거리가 아닌 수평 거리를 빠르게 알 수 있다.
또한, 2 대 이상의 인접 카메라들을 이용하는 종래 기술에 비하여 다음과 같은 효과들이 있다.
첫째, 동영상 획득을 위한 목표물 촬영에는 어느 한 구역에서 1 대의 카메라만이 필요하므로, 추가적 카메라로 인한 비용이 절약된다.
둘째, 단순한 계산으로 인하여 수평 거리가 빠르게 구해지므로, 정확한 결과가 사용될 수 있다. 예를 들어, 빠른 속도로 주행하는 차량과의 거리가 실시간으로 정확하게 디스플레이될 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명을 구현할 수 있음을 이해할 것이다.
그러므로 상기 개시된 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 특허청구범위에 의해 청구된 발명 및 청구된 발명과 균등한 발명들은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 한다.
일반적인 영상 시스템의 호스트 장치에서도 이용될 가능성이 있다.
101 내지 121 : 카메라들, 13 : 호스트 장치,
201 : 광학계, 202 : 광전 변환 소자,
211 : 목표물, 221 : 카메라-목표물 연결선,
231 : 광학계의 광축, α : 상대적 목표물 각도,
Ec : 지면 착지 지점, Ei : 영상 수직 거리,
EP1 : 지면-평행 직선, EP2 : 지면,
f : 초점 거리, H : 카메라의 높이,
Lc : 광학계의 중심 지점, Pe : 목표물-영상 착지 지점,
Sc : 센서 중심 지점, y : 목표물 수직 길이,
yi : 목표물-영상의 수직 길이,
z : 카메라와 목표물 사이의 수평 거리,
Ec : 센서 수평 지점, Et : 센서 틸팅 거리,
θ : 지면-카메라 각도, ρ : 카메라-목표물 각도.

Claims (11)

  1. 카메라의 광학계의 중심 지점과 목표물의 지면 착지 지점 사이의 수평 거리로서의 카메라와 목표물 사이의 수평 거리를 구하는 방법에 있어서,
    (a) 상기 카메라의 광학계의 중심 지점과 상기 목표물의 지면 착지 지점을 연결하는 카메라-목표물 연결선이 지면에 대하여 형성한 각도로서의 상대적 목표물 각도를 구함;
    (b) 상기 목표물이 착지한 지면의 수직 위치를 기준으로 하는 상기 카메라의 광학계의 중심 지점의 높이로서의 상기 카메라의 높이를 구함; 및
    (c) 상기 카메라의 높이를 상기 상대적 목표물 각도의 탄젠트(tangent) 값으로 나눈 결과를 상기 카메라와 목표물 사이의 수평 거리로서 설정함을 포함한, 수평 거리를 구하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 단계 (a)는,
    (a1) 상기 카메라의 광학계의 광축이 지면에 대하여 형성한 각도로서의 지면-카메라 각도(θ)를 구함;
    (a2) 상기 카메라-목표물 연결선이 상기 카메라의 광학계의 광축에 대하여 수직 방향으로 벗어난 각도로서의 카메라-목표물 각도(ρ)를 구함; 및
    (a3) 상기 지면-카메라 각도(θ) 및 상기 카메라-목표물 각도(ρ)에 따라 상기 상대적 목표물 각도(α)를 구함을 포함한, 수평 거리를 구하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 단계 (a1)에서,
    상기 카메라의 틸팅(tilting) 제어에서 얻어지는 틸팅 각도가 상기 지면-카메라 각도(θ)로서 설정되는, 수평 거리를 구하는 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 단계 (a3)에서,
    지면에 대하여 상기 카메라가 평행함에 따라 상기 지면-카메라 각도(θ)가 영(0)인 경우, 상기 카메라-목표물 각도(ρ)가 상기 상대적 목표물 각도(α)로서 설정되는, 수평 거리를 구하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 단계 (a3)에서,
    상기 지면-카메라 각도(θ)가 상기 카메라-목표물 각도(ρ)를 중복적으로 포함한 경우, 상기 지면-카메라 각도(θ)에서 상기 카메라-목표물 각도(ρ)를 감산한 결과가 상기 상대적 목표물 각도(α)인, 수평 거리를 구하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 단계 (a3)에서,
    상기 카메라-목표물 각도(ρ)가 상기 지면-카메라 각도(θ)를 중복적으로 포함한 경우, 상기 카메라-목표물 각도(ρ)에서 상기 지면-카메라 각도(θ)를 감산한 결과가 상기 상대적 목표물 각도(α)인, 수평 거리를 구하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 단계 (a3)에서,
    상기 지면-카메라 각도(θ)가 상기 카메라-목표물 각도(ρ)를 중복적으로 포함하지 않고, 상기 카메라-목표물 각도(ρ)가 상기 지면-카메라 각도(θ)를 중복적으로 포함하지 않은 경우, 상기 지면-카메라 각도(θ)와 상기 카메라-목표물 각도(ρ)를 가산한 결과가 상기 상대적 목표물 각도(α)인, 수평 거리를 구하는 방법.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 카메라에서 상기 광학계에 대응하는 광전 변환 소자가 구비되고,
    상기 단계 (a1)은,
    (a11) 상기 카메라의 광학계의 광축이 상기 광전 변환 소자를 향하여 직선 연장될 경우, 이 연장 광축이 상기 광전 변환 소자에 도달하는 지점으로서의 센서 중심 지점(Sc)의 수직 좌표를 구함;
    (a12) 상기 카메라의 광학계의 중심 지점에서 지면과 평행한 직선이 연장될 경우, 이 연장선이 상기 광전 변환 소자에 도달하는 지점으로서의 센서 수평 지점(Ec)의 수직 좌표를 구함;
    (a13) 상기 센서 중심 지점(Sc)과 상기 센서 수평 지점(Ec) 사이의 수직 거리인 센서 틸팅(tilting) 거리(Et)를 구함; 및
    (a14) 상기 센서 틸팅 거리(Et)를 상기 광학계의 초점 거리(f)로 나눈 결과를 구하고, 구해진 나눗셈 결과의 아크탄젠트(arctangent) 값을 상기 지면-카메라 각도(θ)로서 설정함을 포함한, 수평 거리를 구하는 방법.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 카메라에서 상기 광학계에 대응하는 광전 변환 소자가 구비되고,
    상기 단계 (a2)는,
    (a21) 상기 카메라의 광학계의 광축이 상기 광전 변환 소자를 향하여 직선 연장될 경우, 이 연장 광축이 상기 광전 변환 소자에 도달하는 지점으로서의 센서 중심 지점(Sc)의 수직 좌표를 구함;
    (a22) 상기 카메라-목표물 연결선이 상기 광전 변환 소자를 향하여 직선 연장될 경우, 이 연장선이 상기 광전 변환 소자에 도달하는 지점으로서의 목표물-영상 착지 지점(Pe)의 수직 좌표를 구함;
    (a23) 상기 센서 중심 지점(Sc)과 상기 목표물-영상 착지 지점(Pe) 사이의 수직 거리인 영상 수직 거리(Ei)를 구함; 및
    (a24) 상기 영상 수직 거리(Ei)를 상기 광학계의 초점 거리(f)로 나눈 결과를 구하고, 구해진 나눗셈 결과의 아크탄젠트(arctangent) 값을 상기 카메라-목표물 각도(ρ)로서 설정함을 포함한, 수평 거리를 구하는 방법.
  10. 카메라의 광학계의 중심 지점과 목표물의 지면 착지 지점 사이의 수평 거리로서의 카메라와 목표물 사이의 수평 거리를 구하는 상기 카메라에 있어서,
    상기 카메라의 광학계의 중심 지점과 상기 목표물의 지면 착지 지점을 연결하는 카메라-목표물 연결선이 지면에 대하여 형성한 각도로서의 상대적 목표물 각도를 구하고,
    상기 목표물이 착지한 지면의 수직 위치를 기준으로 하는 상기 카메라의 광학계의 중심 지점의 높이로서의 상기 카메라의 높이를 구하며,
    상기 카메라의 높이를 상기 상대적 목표물 각도의 탄젠트(tangent) 값으로 나눈 결과를 상기 카메라와 목표물 사이의 수평 거리로서 설정하는, 카메라.
  11. 카메라에 호스트 장치가 연결되고, 상기 호스트 장치는 상기 카메라의 광학계의 중심 지점과 목표물의 지면 착지 지점 사이의 수평 거리로서의 카메라와 목표물 사이의 수평 거리를 구하는 감시 시스템에 있어서,
    상기 호스트 장치는,
    상기 카메라의 광학계의 중심 지점과 상기 목표물의 지면 착지 지점을 연결하는 카메라-목표물 연결선이 지면에 대하여 형성한 각도로서의 상대적 목표물 각도를 구하고,
    상기 목표물이 착지한 지면의 수직 위치를 기준으로 하는 상기 카메라의 광학계의 중심 지점의 높이로서의 상기 카메라의 높이를 구하며,
    상기 카메라의 높이를 상기 상대적 목표물 각도의 탄젠트(tangent) 값으로 나눈 결과를 상기 카메라와 목표물 사이의 수평 거리로서 설정하는, 감시 시스템.
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