KR20210108550A - 스테레오 카메라 기반 고정식 차량 속도 측정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스테레오 카메라 기반 고정식 차량 속도 측정 방법에 관한 것으로, 제1 및 제2 카메라로 촬상한 영상에서의 관심영역상에 이동하는 차량을 감지하기 위해 특징점들을 연산부를 통해 검출하고 각 특징점의 특징벡터를 추출하는 단계; 각 특징점의 3차원 좌표를 얻기 위해 좌우 영상간의 스테레오 매칭을 CPU에서 수행하는 단계; 각 특징점의 3차원 상의 위치에 기반하여 검출된 특징점이 도로면상에 존재하는 특징점인지 차량 상의 특징점인지 분류하는 단계; 분류된 차량의 특징점들에 대해 이전 프레임에서의 차량 특징점들과의 매칭을 통해 각 특징점의 이동 거리를 파악하는 단계; 및 RANSAC 알고리즘을 통해 잘못된 매칭 쌍들을 제거하고 최종적으로 검출하고자하는 차량의 이동 속도를 추정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

스테레오 카메라 기반 고정식 차량 속도 측정 방법{Stereo vision-based vehicle speed measurement method}

본 발명은 스테레오 카메라 기반 고정식 차량 속도 측정 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량 속도를 정확하게 측정할 수 있는 스테레오 카메라 기반 고정식 차량 속도 측정 방법에 관한 것이다.

일반적으로 고정식 차량 속도 측정 시스템이란 도로변에 설치하여 도로상의 1개 차로 이상에서의 주행 차량을 감지하여 차량의 이동 속도를 측정하는 장치이다. 속도 측정 방식에는 매립식 루프 센서 방식, 레이더를 이용한 방식 및 단안 카메라를 통한 측정 방식 등 다양하다. 이 중 카메라를 이용한 방식은 카메라에 실시간으로 촬영되는 영상을 분석하여 차량을 감지, 추적하여 차량의 이동 속도를 추정한다.

기존의 카메라 기반 시스템은 한 대의 카메라를 사용하는 단안 카메라 방식으로 다음과 같은 제한 사항 및 문제점들이 있다. 기본적으로 차량의 속도를 측정하기 위해서는 타겟, 즉, 차량까지의 거리를 알 수 있어야 한다. 기존의 단안 카메라 시스템의 경우, 시스템에서 직접 거리를 측정할 수 없기 때문에 카메라 설치 후 지면(도로)상 다수 지점의 거리를 실측하여 카메라 영상과 매칭을 시켜주는 캘리브레이션 작업이 필요하고 이에 기반하여 타겟 감지 후 영상에서의 좌표에 기반하여 그 거리를 판단하게 된다. 이 방식에서, 지면 위에 존재하는 차량의 거리는 실제 보다 멀게 측정이 되고 이동 거리는 실제보다 크게 나타나 결과적으로 차량의 속도는 실제보다 빠르게 측정이 된다. 때문에 일반적으로 측정치에서 일정 비율을 차감하여 최종 속도를 판단하나 이러한 거리오차, 즉, 속도오차는 영상에서 감지한 차량의 특징점의 위치에 의해 결정되기 때문에 차량마다 다르고 결국 이는 단안 카메라 시스템에서 배제할 수 없는 속도 오차 요인이 된다. 또한 도로위에 설치해야 하는 특성상 시스템은 바람에 의해 어느 정도 흔들리게 되는데, 단안 카메라 시스템의 경우 카메라가 흔들릴 경우 캘리브레이션 된 영상좌표가 변화하게 되어 측정 거리 값이 부정확해져 결과적으로 속도 오차가 발생한다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 스테레오 매칭 알고리즘을 통해 영상에서 거리를 직접 측정하여 차량 속도 측정 정확도를 높일 수 있는 스테레오 카메라 기반 고정식 차량 속도 측정 방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 스테레오 카메라 기반 고정식 차량 속도 측정 방법은 제1 및 제2 카메라로 촬상한 영상에서의 관심영역상에 이동하는 차량을 감지하기 위해 특징점들을 연산부를 통해 검출하고 각 특징점의 특징벡터를 추출하는 단계; 각 특징점의 3차원 좌표를 얻기 위해 좌우 영상간의 스테레오 매칭을 CPU에서 수행하는 단계; 각 특징점의 3차원 상의 위치에 기반하여 검출된 특징점이 도로면상에 존재하는 특징점인지 차량 상의 특징점인지 분류하는 단계; 분류된 차량의 특징점들에 대해 이전 프레임에서의 차량 특징점들과의 매칭을 통해 각 특징점의 이동 거리를 파악하는 단계; 및 RANSAC 알고리즘을 통해 잘못된 매칭 쌍들을 제거하고 최종적으로 검출하고자하는 차량의 이동 속도를 추정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 관심영역은 도로상에 위치하도록 사전에 설정하는 것을 특징으로 한다.

상기 특징점은 차량의 번호판, 그릴, 헤드램프 중 어느 하나의 영상상에서 추출하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이, 본 발명의 스테레오 카메라 기반 고정식 차량 속도 측정 방법에 따르면 설치 작업이 용이하며, 스테레오 매칭을 통해 추출한 특징점의 3차원 정보로부터 거리 및 이동 속도를 추정하므로 오차가 매우 적으며, 촬영 영역에 대해 3차원 정보를 획득함으로써 도로 상에 존재하는 차량들의 위치 정보 및 외형 정보를 파악할 수 있어 차고 제한 감지 등 3차원 정보가 필요한 부가적인 서비스를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 스테레오 카메라 기반 고정식 차량 속도 측정 시스템의 블럭도이다.
도 2는 본 발명에 따른 스테레오 카메라 기반 고정식 차량 속도 측정 방법의 흐름도이다.
도 3은 본 발명에 따른 스테레오 카메라 기반 고정식 차량 속도 측정을 예시한 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

그러면 본 발명의 따른 스테레오 카메라 기반 고정식 차량 속도 측정 시스템 및 방법의 바람직한 일실시예를 자세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 스테레오 카메라 기반 고정식 차량 속도 측정 시스템의 블럭도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 스테레오 카메라 기반 고정식 차량 속도 측정 시스템은 제1 및 제2 카메라(100,110), 연산부(200), CPU(300), 통신부(400), 조명부(500), 및 전원공급부(600)를 포함하여 구성된다.

상기 제1 및 제2 카메라(100,110)는 스테레오 카메라로 소정 간격으로 좌우에 배치하여 도로를 통해 근접해 오는 차량의 전면을 촬상한다.

상기 연산부(200)는 제1 및 제2 카메라(100,110)를 통해 획득한 좌우 이미지에 대해 스테레오 매칭 연산을 수행하여 차량의 번호판, 그릴, 헤드램프 등의 특징점들을 검출하며, 이에 한정 하지 않는다. 여기서, 상기 특징점은 차량의 영상상에서 코너 성분이 강한 차량의 번호판, 그릴, 헤드램프 등의 영역들을 추출한다.

상기 CPU(300)는 제1 및 제2 카메라(100,110) 캘리브레이션 정보를 이용하여 특징점들을 3차원 포인트 클라우드(3D point cloud, 이하, 3차원 정보라 함) 데이터로 변환한다.

상기 통신부(400)는 CPU(300)와 원격지에 위치하는 모니터링 시스템과의 통신을 수행한다.

상기 조명부(500)는 CPU(300)의 제어에 따라 구동하여 제1 및 제2 카메라(100,110)를 위한 광을 제공한다.

상기 전원공급부(600)는 상시 전원을 공급한다.

도 2는 본 발명에 따른 스테레오 카메라 기반 고정식 차량 속도 측정 방법의 흐름도이고, 도 3은 본 발명에 따른 스테레오 카메라 기반 고정식 차량 속도 측정을 예시한 도면이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 스테레오 카메라 기반 고정식 차량 속도 측정 방법은 먼저, 제1 및 제2 카메라(100,110)로 촬상한 영상에서의 관심영역상에 이동하는 차량을 감지하기 위해 차량의 에지 성분이 강한 부분에서의 특징점들을 연산부(200)를 통해 검출하고 각 특징점의 특징벡터를 추출한다(S100).

여기서, 상기 관심영역은 도로상에 위치하도록 사전에 설정하게 되며, 관심영역에 이동 차량이 지나갈 때 특징점 검출부에서는 차량의 번호판, 그릴, 헤드램프 등의 영상에서 강한 에지 영역을 특징점으로 검출하게 된다.

이어서, 각 특징점의 3차원 좌표를 얻기 위해 좌우 영상간의 스테레오 매칭을 CPU(400)에서 수행하고(S200), 각 특징점의 3차원 상의 위치에 기반하여 검출된 특징점이 도로면상에 존재하는 특징점인지 차량 상의 특징점인지 분류하며(S300), 분류된 차량의 특징점들에 대해 이전 프레임에서의 차량 특징점들과의 매칭을 통해 각 특징점의 이동 거리를 파악한다(S400).

다음으로, RANSAC 알고리즘을 통해 잘못된 매칭 쌍들을 제거하고 최종적으로 검출하고자하는 차량의 이동 속도를 추정한다(S500).

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

100,110: 카메라 200: 연산부
300: CPU 400: 통신부
500: 조명부 600: 전원공급부

Claims (3)

1. 제1 및 제2 카메라로 촬상한 영상에서의 관심영역상에 이동하는 차량을 감지하기 위해 특징점들을 연산부를 통해 검출하고 각 특징점의 특징벡터를 추출하는 단계;
   각 특징점의 3차원 좌표를 얻기 위해 좌우 영상간의 스테레오 매칭을 CPU에서 수행하는 단계;
   각 특징점의 3차원 상의 위치에 기반하여 검출된 특징점이 도로면상에 존재하는 특징점인지 차량 상의 특징점인지 분류하는 단계;
   분류된 차량의 특징점들에 대해 이전 프레임에서의 차량 특징점들과의 매칭을 통해 각 특징점의 이동 거리를 파악하는 단계; 및
   RANSAC 알고리즘을 통해 잘못된 매칭 쌍들을 제거하고 최종적으로 검출하고자하는 차량의 이동 속도를 추정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스테레오 카메라 기반 고정식 차량 속도 측정 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 관심영역은 도로상에 위치하도록 사전에 설정하는 것을 특징으로 하는 스테레오 카메라 기반 고정식 차량 속도 측정 방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 특징점은 차량의 번호판, 그릴, 헤드램프 중 어느 하나의 영상상에서 추출하는 것을 특징으로 하는 스테레오 카메라 기반 고정식 차량 속도 측정 방법.

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