KR20220023237A - 이동 물체를 고속으로 추적하고 예측하여 고품질의 영상을 지속적으로 제공하는 카메라의 고속 줌과 포커싱을 위한 장치 및 이를 이용한 카메라의 고속 줌과 포커싱 방법 - Google Patents
이동 물체를 고속으로 추적하고 예측하여 고품질의 영상을 지속적으로 제공하는 카메라의 고속 줌과 포커싱을 위한 장치 및 이를 이용한 카메라의 고속 줌과 포커싱 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 목표로 하는 원거리 이동 물체에 대한 현재 거리정보, 고도 및 방위 정보를 위치탐지센서를 통해 허용 오차범위 내에서 정확하게 측정하고 동시에 카메라를 통해 촬영한 후, 상기 원거리 이동 물체에 대한 현재 위치 및 예상되는 이동 경로에 대한 정보와 촬영된 영상정보를 연산제어부로 전송하면, 상기 연산제어부에서는 수신된 현재 위치 및 예상되는 이동 경로에 대한 정보와, 촬영된 영상정보를 기반으로 상기 원거리 이동 물체의 향후 이동 지점에 대한 연산을 수행하게 되며, 이와 같이 연산과정을 통해 예측 이동 지점에 대한 예측정보가 추출되면, 카메라 렌즈의 수정 예측 값, 조명 렌즈의 수정 예측 값 및 팬틸트의 방위, 고도 수정 예측 값을 전송하여 각 기기들의 기 설정된 조건이 재설성된 상태에서 촬영이 이루어지고, 이와 같은 과정이 반복적으로 수행됨에 따라 원거리 이동 물체에 대한 고품질의 영상이 효과적으로 제공될 수 있으며, 또한 ISP에 의한 영상 분석없이 위치탐지센서로부터 제공받은 정보를 기반으로 자동으로 렌즈의 줌 설정상태 및 팬틸트의 방위 및 고도 설정상태를 변경할 수 있어 빠르고 정확한 물체 인식이 이루어질 수 있어 이동하는 물체에 대한 고속 추적 및 예측이 가능하여 고품질의 영상이 지속적으로 제공될 수 있는, 카메라의 고속 줌과 포커싱을 위한 장치 및 이를 이용한 카메라의 고속 줌과 포커싱 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 목표로 하는 원거리 이동 물체에 대한 현재 거리정보, 고도 및 방위 정보를 위치탐지센서를 통해 허용 오차범위 내에서 정확하게 측정하고 동시에 카메라를 통해 촬영한 후, 상기 원거리 이동 물체에 대한 현재 위치 및 예상되는 이동 경로에 대한 정보와 촬영된 영상정보를 연산제어부로 전송하면,
상기 연산제어부에서는 수신된 현재 위치 및 예상되는 이동 경로에 대한 정보와, 촬영된 영상정보를 기반으로 상기 원거리 이동 물체의 향후 이동 지점에 대한 연산을 수행하게 되며, 이와 같이 연산과정을 통해 예측 이동 지점에 대한 예측정보가 추출되면, 카메라 렌즈의 수정 예측 값, 조명 렌즈의 수정 예측 값 및 팬틸트의 방위, 고도 수정 예측 값을 전송하여 각 기기들의 기 설정된 조건이 재설정된 상태에서 촬영이 이루어지고, 이와 같은 과정이 반복적으로 수행됨에 따라 원거리 이동 물체에 대한 고품질의 영상이 효과적으로 제공될 수 있으며,
또한 ISP(Image Signal Processor)에 의한 영상 분석없이 위치탐지센서로부터 제공받은 정보를 기반으로 자동으로 렌즈의 줌과 포커싱 설정상태 및 팬틸트의 방위 및 고도 설정상태를 변경할 수 있어 빠르고 정확한 물체 인식이 이루어질 수 있어 이동하는 물체에 대한 고속 추적 및 예측이 가능하여 고품질의 영상이 지속적으로 제공될 수 있는, 이동 물체를 고속으로 추적하고 예측하여 고품질의 영상을 지속적으로 제공하는 카메라의 고속 줌과 포커싱을 위한 장치 및 이를 이용한 카메라의 고속 줌과 포커싱 방법에 관한 것이다.
카메라를 이용한 넓은 영역을 감시하는 요구가 증가하면서, 다양한 복수의 물체를 영상으로 촬영하고, AI 기술을 이용한 영상 분석을 통해 자동으로 필요한 영역의 문제 상황 확인과 즉각적인 대응을 지시하는 카메라 기반의 영상 분석 및 시스템 운영 솔루션이 제공되고 있다.
그러나 넓은 영역의 복수 물체를 빠르게 추적하며 정확한 영상을 제공하기 위해서는 빠른 물체의 추적 기술과 물체별 정확한 영상확보 기술이 필요하게 된다.
정확한 영상으로 빠른 물체를 추적하기 위해서는 물체가 이동하는 내용에 따라 카메라의 광학적인 렌즈를 빠르게 조정하여 최적의 줌 상태와 정밀한 포커스를 최대한 빨리 확보할 수 있는 기술이 요구된다.
카메라에서 원거리의 대상 물체를 필요한 사이즈로 정확하게 촬영을 하기 위해 카메라 렌즈를 조정하여 적당한 배율로 확대 후 미세 조정을 통한 정확한 목표지점에 포커스를 맞추는 작업을 수동 또는 자동으로 하게 된다.
최근에 발매되는 핸드폰 카메라에서도 목표 물체나 사람을 지정하면 자동으로 물체의 이동에 맞추어 거리와 포커스를 자동으로 맞추어 촬영을 하는 SW가 제공되고 있다.
본 발명의 배경은 이러한 이동 물체를 고속으로 추적하여 고화질 영상을 확보하는 기술에 대한 요구를 만족시키기 위한 발명을 제안하고자 한다.
특정의 감시 영역 내에서 목표로 하는 물체가 감지 되면 물체를 인식하기 위해 물체를 필요한 사이즈가 영상 내에서 확보가 되도록 렌즈의 줌 기능을 조정하여 맞추게 된다.
이러한 줌 기능이 이루어지면 최적의 영상 상태를 만들기 위해 미세한 포커스(Focus)를 조정하게 된다.
상기의 기능을 수행하는 과정은 도 1에 도시된 순서대로 진행되게 된다. 즉, 감시, 발견, 확대 조정 및 추적의 단계를 거치게 된다.
상기의 과정에서 발견 단계의 물체가 발견된 거리 및 물체의 사이즈에 따라 확대 및 조정의 단계를 필요로 하고, 이 과정을 잘 수행 후 추적의 단계로 진행되게 된다. 감시 및 추적을 완벽히 하기 위해서는 확대 및 조정의 시간을 가능한 짧은 시간에 빠르게 완료하는 것이 필요하다. 본 발명은 이러한 요구에 대응하는 기술을 제공하고자 한다.
발견된 물체를 확대하기 위해 사용하는 일반적인 방법으로는 카메라 영상에 포착된 물체의 초점을 확인하는 방법을 사용한다. 물체의 초점을 확인하는 방법은 카메라의 ISP(Image Signal Processor)에서 순차적으로 초점을 확인하며 최적의 초점 거리를 찾는 것이다.
이 방법을 사용하면, 어느정도 짧은 거리의 경우 초점을 정확하게 하여 빠른 추적을 가능하게 하나 원거리의 물체, 또는 주변에 다른 사물이 다양하게 포함되어 있는 경우에는 카메라 스스로 최적의 조건으로 찾아가는 데 있어 많은 시간 지연을 유발하게 한다.
도 2는 카메라를 이용한 이동물체 영상 촬영 및 전송과정을 나타낸 일반적인 순서도이다. 이와 같이 도 2에 도시된 종래 개시된 라이다를 이용한 물체 추적 방식은 고정 물체의 추적에는 효과적이지만 이동 물체에는 다음의 문제가 있었다.
첫째. 라이다가 목표 물체를 측정 후 관련 정보를 팬틸트, 카메라, 조명에 전달하고, 상기 팬틸트, 카메라, 조명 각각으로부터 전달 받은 정보에 맞추어 각 기기를 조정하게 되며, 이때 일정 시간이 소요된다.
둘째. 따라서 촬영된 영상은 상기의 소요시간에 의해 물체의 거리, 고도, 방위가 변형된 상태에서 영상을 촬영하게 되어 왜곡된 영상을 확보하게 되는 문제점이 있다.
셋째. 상기 현상은 이동 물체의 속도에 따라, 목표하는 이동 물체 수에 따라 큰 차이를 발생시키는 문제가 있다.
본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제를 해결하기 위하여 제시되는 것으로서, 이동 물체를 추적하고 예측하여 고품질의 영상을 지속적으로 제공할 수 있는 기술을 제공하고자 한다.
본 발명은 목표로 하는 원거리 이동 물체에 대한 현재 거리정보, 고도 및 방위 정보를 위치탐지센서를 통해 허용 오차범위 내에서 정확하게 측정하고 동시에 카메라를 통해 촬영한 후, 상기 원거리 이동 물체에 대한 현재 위치 및 예상되는 이동 경로에 대한 정보와 촬영된 영상정보를 연산제어부로 전송하면,
상기 연산제어부에서는 수신된 현재 위치 및 예상되는 이동 경로에 대한 정보와, 촬영된 영상정보를 기반으로 상기 원거리 이동 물체의 향후 이동 지점에 대한 연산을 수행하게 되며, 이와 같이 연산과정을 통해 예측 이동 지점에 대한 예측정보가 추출되면, 카메라 렌즈의 수정 예측 값, 조명 렌즈의 수정 예측 값 및 팬틸트의 방위, 고도 수정 예측 값을 전송하여 각 기기들의 기 설정된 조건이 재설정된 상태에서 촬영이 이루어지고, 이와 같은 과정이 반복적으로 수행됨에 따라 원거리 이동 물체에 대한 고품질의 영상이 효과적으로 제공될 수 있으며,
또한 ISP(Image Signal Processor)에 의한 영상 분석없이 위치탐지센서로부터 제공받은 정보를 기반으로 자동으로 렌즈의 줌과 포커싱 설정상태 및 팬틸트의 방위 및 고도 설정상태를 변경할 수 있어 빠르고 정확한 물체 인식이 이루어질 수 있으며, 이동하는 물체에 대한 고속 추적 및 예측이 가능하여 고품질의 영상이 지속적으로 제공될 수 있는, 이동 물체를 고속으로 추적하고 예측하여 고품질의 영상을 지속적으로 제공하는 카메라의 고속 줌과 포커싱을 위한 장치 및 이를 이용한 카메라의 고속 줌과 포커싱 방법을 제공하고자 하는 것을 발명의 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여,
본 발명은 이동하는 단일 또는 다수의 목표 물체에 대한 거리, 고도, 방위 및 이동속도를 실시간으로 측정하는 위치탐지센서와,
상기 위치탐지센서를 통해 측정된 상기 목표 물체의 현재 위치 및 예상되는 이동 경로에 대한 정보를 기반으로 상기 목표 물체의 이동 예측 정보를 연산하여 축출하고, 상기 축출된 이동 예측 정보에 따라 카메라모듈, 조명기 및 팬틸트로 제어신호를 전송하여 기기 조건 설정을 제어하는 연산제어부와,
상기 연산제어부를 통해 축출되는 상기 목표 물체의 현재 정보 및 이동 예측 정보를 실시간으로 저장하는 데이터저장부와,
상기 연산제어부의 제어신호에 따라 카메라 렌즈의 초점을 강제로 수정하는 카메라모듈과,
상기 연산제어부의 제어신호에 따라 조명 렌즈의 초점을 강제로 수정하는 조명기와,
상기 카메라모듈 및 조명기와 결합을 이루어 상기 연산제어부의 제어신호에 따라 촬상각도에 가변을 주는 팬틸트를 포함하여, 상기 목표 물체의 이동 예상 지점을 미리 예측하고, 이와 같이 예측된 지점에서의 물체를 기준으로 카메라의 고속 줌과 포커싱하여 촬영함으로써 안정적으로 고품질의 영상을 제공할 수 있도록 하는 카메라의 고속 줌 및 포커싱을 위한 장치를 제공한다.
또한, 카메라의 고속 줌 및 포커싱을 위한 장치를 이용한 카메라의 고속 줌과 포커싱 방법으로서,
감시영역 내에서 이동 중인 단일 또는 다수의 목표 물체를 위치탐지센서를 통해 감지하고, 상기 이동 중인 목표 물체와 거리, 고도, 방위 및 이동속도를 상기 위치탐지센서를 통해 실시간으로 측정하는 단계(S10)와,
상기 위치탐지센서를 통해 측정된 정보를 연산제어부로 실시간 전송하는 단계(S20)와,
상기 연산제어부에서 상기 위치탐지센서를 통해 측정된 정보를 기반으로 상기 목표 물체의 이동 예측 지점에 대한 정보를 축출하고, 이와 같이 축출된 정보를 카메라모듈, 조명기 및 팬틸트로 전송하여 카메라와 조명의 렌즈 초점을 상기 축출된 정보에 따라 강제로 수정하고, 동시에 팬틸트의 방위 및 고도를 강제로 수정하는 단계(S30)와,
상기 연산제어부의 제어신호에 따라 팬틸트의 촬상각도가 가변되고, 상기 팬틸트와 결합을 이루는 조명기 및 카메라모듈의 렌즈 초점이 강제로 수정된 상태에서 상기 목표 물체의 이동 예상 지점을 강제 줌과 포커싱하여 촬영하는 단계(S40)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 이동 물체를 고속으로 추적하고 예측하여 고품질의 영상을 지속적으로 제공하는 카메라의 고속 줌과 포커싱 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 이동 물체를 고속으로 추적하고 예측하여 고품질의 영상을 지속적으로 제공하는 카메라의 고속 줌과 포커싱을 위한 장치 및 이를 이용한 카메라의 고속 줌과 포커싱 방법은 다음의 효과를 갖는다.
첫째. 촬영을 목표로 하는 이동 물체의 현재 위치와 예상되는 이동 경로에 대한 정보를 위치탐지센서를 통해 실시간으로 획득하고, 이와 같이 획득한 정보를 기반으로 자동으로 카메라와 조명 렌즈를 빠르게 조정함으로써 최적의 줌과 정밀한 포커스를 고속으로 확보할 수 있다는 장점을 갖는다.
둘째. 종래 개시되어 있는 기술들은 대부분 촬영을 목표로 하는 물체가 고정되어 있는 상태를 기반으로 하고 있으나, 본 발명에서는 이동하는 물체를 대상으로 하여 상기 물체의 이동 방향을 라이더 센서를 통해 획득하는 정보를 기반으로 분석하여 카메라와 조명의 초점거리를 미리 예상하고, 이와 같이 예상된 지점에 맞춰 카메라와 조명의 초점을 미리 맞추어 둠으로써 렌즈의 물리적인 동작 지연속도를 커버할 수 있으며, 이와 같은 효과를 통해 이동하는 물체의 빠른 추적, 촬영이 신속하면서도 용이하고, 더불어 고품질의 영상 확보가 가능하다는 장점을 갖는다.
셋째. 위치탐지센서를 이용한 카메라 초점 보정 기술은 위치탐지센서 정보를 추출한 시점에서부터 카메라 촬영에 이르기까지 시스템을 구성하는 기기간의 정보 전달 및 설정에 의한 지연시간이 발생하기 때문에, 이동물체를 단순하게 초점을 맞추면 앞서 살펴본 대로 항상 시간 지연이 발생하여 정확한 초점이 불가하나, 본 발명에서 제시하는 기술을 적용할 경우 이동경로를 미리 예측하여 카메라와 조명의 렌즈 초점을 강제로 수정함으로써 지연시간을 최대로 제거하여 이동하는 물체에 대한 정확한 영상 정보 제공이 가능하다.
넷째. 본 발명에 따른 기술을 이용할 경우, 단일 이동 물체의 추적 및 영상확보는 물론 다수의 이동 물체를 추적하면서 고품질의 영상을 확보에 용이하다는 장점을 갖는다.
도 1은 카메라를 통해 종래 수행되던 일반적인 추적과정을 도시한 순서도.
도 2는 카메라를 이용한 이동물체 영상 촬영 및 전송과정을 나타낸 일반적인 순서도.
도 3은 본 발명에 따른 카메라의 고속 줌과 포커싱을 위한 장치를 도시한 전체 개략도.
도 4는 본 발명에 따른 카메라의 고속 줌과 포커싱을 위한 장치를 구성하는 카메라 모듈의 전체 구성도.
도 5는 본 발명에 따른 카메라의 고속 줌과 포커싱을 위한 장치가 단일 물체 추적과정을 도시한 개략도.
도 6은 본 발명에 따른 카메라의 고속 줌과 포커싱을 위한 장치가 다중 물체 추적과정을 도시한 개략도.
도 7은 본 발명에 따른 카메라의 고속 줌과 포커싱을 위한 장치의 미세 조정과정을 도시한 도면.
도 2는 카메라를 이용한 이동물체 영상 촬영 및 전송과정을 나타낸 일반적인 순서도.
도 3은 본 발명에 따른 카메라의 고속 줌과 포커싱을 위한 장치를 도시한 전체 개략도.
도 4는 본 발명에 따른 카메라의 고속 줌과 포커싱을 위한 장치를 구성하는 카메라 모듈의 전체 구성도.
도 5는 본 발명에 따른 카메라의 고속 줌과 포커싱을 위한 장치가 단일 물체 추적과정을 도시한 개략도.
도 6은 본 발명에 따른 카메라의 고속 줌과 포커싱을 위한 장치가 다중 물체 추적과정을 도시한 개략도.
도 7은 본 발명에 따른 카메라의 고속 줌과 포커싱을 위한 장치의 미세 조정과정을 도시한 도면.
이하, 본 발명에 따른 이동 물체를 추적하고 예측하여 고품질의 영상을 지속적으로 제공하는 카메라의 고속 줌과 포커싱을 위한 장치 및 이를 이용한 카메라의 고속 줌과 포커싱 방법에 대한 구체적인 기술 내용을 도면과 함께 살펴보도록 한다.
도 3에 도시된 바와 같이,
본 발명에 따른 카메라의 고속 줌과 포커싱을 위한 장치는
이동하는 단일 또는 다수의 목표 물체(100)에 대한 거리, 고도, 방위 및 이동속도를 실시간으로 측정하는 위치탐지센서(10)와,
상기 위치탐지센서(10)를 통해 측정된 상기 목표 물체(100)의 현재 위치 및 예상되는 이동 경로에 대한 정보를 기반으로 상기 목표 물체(100)의 이동 예측 정보를 연산하여 축출하고, 상기 축출된 이동 예측 정보에 따라 카메라모듈, 조명기 및 팬틸트로 제어신호를 전송하여 기기 조건 설정을 제어하는 연산제어부(20)와,
상기 연산제어부(20)를 통해 축출되는 상기 목표 물체(100)의 현재 정보 및 이동 예측 정보를 실시간으로 저장하는 데이터저장부(30)와,
상기 연산제어부(20)의 제어신호에 따라 카메라 렌즈의 초점을 강제로 수정하는 카메라모듈(40)과,
상기 연산제어부(20)의 제어신호에 따라 조명 렌즈의 초점을 강제로 수정하는 조명기(50)와,
상기 카메라모듈(40) 및 조명기(50)와 결합을 이루어 상기 연산제어부(20)의 제어신호에 따라 촬상각도에 가변을 주는 팬틸트(60)를 포함한다.
본 발명은 이와 같은 카메라의 고속 줌과 포커싱을 위한 장치를 통해, 상기 목표 물체(100)의 이동 지점을 미리 예측하여 카메라의 고속 줌과 포커싱을 통해 촬영된 고품질의 영상을 제공할 수 있다.
비행기나 전차, 드론 등은 일정한 궤적을 이루면서 이동하기 때문에 갑자기 방향을 틀거나 속도가 급격히 변하는 경우는 드물다.
따라서 본 발명에서는 이동하는 목표 물체의 과거 이동속도, 이동 거리 및 속도에 대한 데이터를 수집하고, 이와 같이 수집된 데이터를 기반으로 연산장치를 통해 상기 목표 물체의 이동 방향과 이동 거리를 예측한 후, 이와 같이 연산된 정보가 카메라로 전송되고, 상기 카메라는 이동하는 물체에 맞춰 지속적으로 선명한 초점을 맞출 수 있도록 한다.
이와 같은 본 출원발명의 기술과 관련된 도 2에 도시된 종래 카메라를 이용한 이동물체 영상 촬영 및 전송과정을 살펴보면 다음의 과정으로 진행된다.
1. 라이다 센서를 이용하여 목표 물체의 거리, 고도, 방위, 속도를 측정하고, 확보된 측정정보를 제어시스템으로 전송한다.
2. 라이다 센서로 부터 제어시스템에 측정 정보가 전송되면, 측정 정보 중 고도 및 방위 정보는 팬틸트에 전송하고, 거리 정보는 카메라에 전송한다.
3. 상기 제어시스템을 통해 전달된 정보를 기반으로 팬틸트는 방위 및 고도를 수정하고 카메라 및 조명은 렌즈 초점을 거리 정보에 맞춰 강제로 수정한다.
4. 렌즈 초점이 강제 수정된 카메라는 목표 물체에 대한 영상을 촬영한 후 상기 제어 시스템으로 전송한다.
이와 같은 종래 방식은 고정 물체의 추적에는 효과적이지만 이동 물체에 적용하기에는 다음의 문제가 있다.
라이다 센서가 목표 물체를 측정하고, 이와 같이 측정된 정보가 팬틸트, 카메라, 조명기기 각각에 전달하고, 상기 팬틸트, 카메라, 조명기기 각각이 전달받은 측정정보에 맞춰 조정을 하는데는 시간이 소요된다.
따라서 촬영된 영상은 상기의 소요시간에 의해 물체의 거리, 고도, 방위가 변형된 상태에서 영상을 촬영하게 되기 때문에 왜곡된 영상을 확보하게 되는 문제가 있다. 더욱이 이와 같은 현상은 이동 물체의 속도에 따라, 목표하는 이동 물체 수에 따라 큰 차이를 발생시키게 된다.
상기 도 3에 도시된 본 발명에 따른 카메라의 고속 줌과 포커싱을 위한 장치는 원거리에서 이동하는 목표 물체(100)는 '(1)'->'(2)'->'(3)' 순서로 위치가 이동되며, 상기 목표 물체(100)는 일정 시간이 경과하여 '(4)' 지점에 위치하게 되고, 상기 '(4)' 지점에 위치할 것으로 예상되는 예상 물체에 맞춰 카메라 렌즈(401), 조명 렌즈(501) 및 팬틸트(60)의 고도와 방위를 재설정하게 된다.
보다 상세하게는,
상기 목표 물체(100)현재 위치 및 이동 방향 정보를 라이더 센서를 통해 획득하고, 이와 같이 획득된 정보를 기반으로 분석하고 연산하여, 카메라와 조명의 렌즈 초점거리를 상기 목표 물체(100)가 향후 이동할 것이라고 예상되는 지점에 미리 맞추어 둠으로써, 렌즈의 물리적인 동작 지연속도를 커버할 수 있으며, 이동하는 물체의 빠른 추적과 신속한 촬영이 가능할 뿐만 아니라 고품질의 영상을 안정적으로 확보할 수 있다는 장점을 갖게 된다.
즉, 본 발명에서 제시하는 기술을 적용할 경우 목표 물체(100)의 이동경로를 미리 예측하여 카메라와 조명의 렌즈 초점을 강제로 수정함으로써 렌즈의 물리적인 동작 지연시간을 최대로 제거함으로써 이동하는 물체에 대한 신속하고 정확하며 선명한 고품질의 영상 정보 제공이 가능하다.
목표로 하는 원거리 목표 물체(100)에 대한 현재 거리정보, 고도 및 방위 정보를 위치탐지센서를 통해 허용 오차범위 내에서 정확하게 측정하고 동시에 카메라를 통해 촬영한 후, 상기 원거리 목표 물체(100)에 대한 현재 위치 및 예상되는 이동 경로에 대한 정보와 촬영된 영상정보는 상기 연산제어부(20)로 전송된다.
상기 연산제어부(20)는 카메라모듈(40)을 통해 목표 물체(100)의 이동을 고속으로 추적하면서 촬영된 영상을 분석하는 영상분석부(201)와,
위치탐지센서(10)를 통해 제공되는, 상기 카메라모듈에서 추적하여 촬영하고 있는 이동 중 목표 물체(100)의 거리, 고도, 방위, 이동 속도를 포함하는 현재 위치 및 예상되는 이동 경로에 대한 정보와, 상기 영상분석부(201)를 통해 제공되는 영상정보에 대한 데이터를 수집하는 데이터수집부(202)와,
상기 데이터수집부(202)에 수집된 정보를 기반으로 연산을 수행하여 상기 이동 중인 목표 물체에 대한 예상되는 이동 지점을 예측하는 예측연산부(203)와,
상기 예측연산부(203)를 통해 예상되는 이동 지점들 중 정확도가 가장 높게 나온 지점을 목표 지점으로 확정하는 목표확정부(204)와,
상기 목표확정부(204)를 통해 확정된 예상 이동 지점에 대한 정보를 카메라모듈(40), 조명기(50) 및 팬틸트(60)로 전송하고 기설정된 렌즈 초점과 팬틸트의 방위 및 고도를 상기 예상 이동 지점에 맞춰 재설정하도록 제어하는 정보전달부(205)를 포함한다.
상기 위치탐지센서(10)라 함은 측정 물체에 대한 방위각도와 거리 값을 측정할 수 있는 센서를 의미하는 것으로서, 구체적인 예로 라이다(LIDAR) 센서 또는 레이더(RADAR) 센서 등이 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 연산제어부(20)를 통해 도출된 예상물체'(4)'에 대한 거리정보, 고도, 방위 정보가 확정되면, 이와 같이 확정된 정보는 정보전달부(205)를 통해 카메라모듈(40), 조명기(50) 및 팬틸트(60)로 전송된다.
상기 카메라 모듈(40)은 도 4에 도시된 바와 같이,
렌즈 조정 모터(411)를 포함하는 카메라 렌즈(41)와,
상기 카메라 렌즈(41)를 통해 들어오는 빛을 전기적인 영상 신호로 바꿔 주는 CMOS 이미지센서(CIS)(42)와,
상기 이미지센서(CIS)(42)에서 출력되는 로데이터(Raw Data)에 대한 화상처리하는 이미지 신호 처리 장치(ISP)(43)와,
카메라모듈(40)의 전체 구동을 제어하는 카메라제어부(44)와,
상기 카메라제어부(44)와 연결되어 상기 연산제어부(20)를 통해 제공되는 포커스 정보를 렌즈의 물리적인 포커스 정보로 미리 환산한 값을 저장하고, 상기 카메라제어부(44)의 동작 수행에 필요한 프로그램을 저장하고, 상기 카메라 렌즈(41)를 통해 입력된 영상을 임시 저장하는 메모리(45)를 포함한다.
이때 상기 카메라제어부(44)는 상기 이미지 신호 처리 장치(ISP)(43)에 의한 영상 분석 과정을 거치지 않고 연산제어부로부터 전송되는 제어신호에 따라 상기 카메라 렌즈(41)의 렌즈 조정 모터(411)를 제어하여 카메라 렌즈의 줌과 포커싱 상태를 강제 설정할 수 있도록 구성된다.
상기 카메라 모듈(40)을 구성하는 카메라제어부(44)는 이미지 신호 처리 장치(ISP)(43)로부터 전달되는 포커스를 위한 렌즈 구동 정보와, 연산제어부(20)로부터 전달되는 포커스 정보 중 상황에 따라 선택하여 상기 카메라 렌즈(41)의 물리적인 포커스 위치를 결정하여 제어할 수 있다.
상기 이미지 신호 처리 장치(ISP)(43)에서 전달되는 포커스 값과 상기 연산제어부(20)로부터 전달되는 예측값 중 선택 여부는 상기 목표 물체의 이동 속도나 변화 내용에 따라 선택을 하도록 한다
이동의 속도나 변화 내용은 연산제어부(20)에서 제공되는 실시간 정보를 기준으로 정하고, 실제적인 값은 상황과 응용에 따라 최적화가 가능하다.
일례로, 상기 목표 물체의 속도가 50 km/hr 이하인 경우에는 ISP 정보를 사용하고, 50 km/hr를 초과하게 되는 경우에는 상기 연산제어부(20)를 통해 제공되는 예측값을 사용한다.
또한 카메라제어부(44)는 연산제어부(20)를 통해 제공되는 포커스 정보에 매칭되는 메모리(45)에 저장된 환산 테이블 값을 찾아 렌즈의 최적 포커스 위치값으로 전환하고, 이와 같이 전환된 위치값을 기준으로 렌즈에 부착된 모터를 작동시켜 렌즈의 초점을 조정하도록 한다.
다음으로 이와 같은 본 발명의 카메라의 고속 줌과 포커싱을 위한 장치를 통한 카메라의 고속 줌과 포커싱 방법을 살펴보면 다음과 같다.
감시영역 내에서 이동 중인 단일 또는 다수의 목표 물체를 위치탐지센서를 통해 감지하고, 상기 이동 중인 목표 물체와 거리, 고도, 방위 및 이동속도를 상기 위치탐지센서를 통해 실시간으로 측정하는 단계(S10)와,
상기 위치탐지센서를 통해 측정된 정보를 연산제어부로 실시간 전송하는 단계(S20)와,
상기 연산제어부에서 상기 위치탐지센서를 통해 측정된 정보를 기반으로 상기 목표 물체의 이동 예측 지점에 대한 정보를 축출하고, 이와 같이 축출된 정보를 카메라모듈, 조명기 및 팬틸트로 전송하여 카메라와 조명의 렌즈 초점을 상기 축출된 정보에 따라 강제로 수정하고, 동시에 팬틸트의 방위 및 고도를 강제로 수정하는 단계(S30)와,
상기 연산제어부의 제어신호에 따라 팬틸트의 촬상각도가 가변되고, 상기 팬틸트와 결합을 이루는 조명기 및 카메라모듈의 렌즈 초점이 강제로 수정된 상태에서 상기 목표 물체의 이동 예상 지점을 강제 줌과 포커싱하여 촬영하는 단계(S40)를 포함한다.
도 3 및 도 4를 통해 제시된 본 발명에 따른 카메라의 고속 줌과 포커싱을 위한 장치 및 방법은 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 단일 물체 또는 다중 물체에 따라 효과적인 적용이 가능하다.
도 5는 본 발명에 따른 카메라의 고속 줌과 포커싱을 위한 장치가 단일 물체 추적과정을 도시한 개략도이다.
상기 도 5에 도시된 이동 물체를 고속으로 추적하고 예측하여 고품질의 영상을 지속적으로 제공하는 카메라의 고속 줌과 포커싱을 위한 장치를 통한 단일 물체에 대한 예측과정은 다음과 같다.
먼저, 감시영역 내에서 목표 물체(물체 1)가 발견되면 위치탐지센서(10)에서는 상기 목표 물체(물체 1)를 추적하게 된다. 상기 위치탐지센서(10)를 통해 확보되는 상기 목표 물체와의 거리, 방위, 고도, 속도 정보를 실시간으로 연산제어부로 전송한다.
상기 연산제어부에서는 상기 위치탐지센서(10)를 통해 제공되는 상기 목표 물체와의 거리, 방위, 고도, 속도 정보를 근거로 하여 상기 목표 물체의 예상 이동 지점에 대해 연산처리하고, 이와 같이 연산처리과정을 통해 확정된 예측정보는 카메라모듈(40), 조명기(50) 및 팬틸트(60)로 전송되고, 이와 같이 전송된 예측정보를 기반으로 기기 조건이 새롭게 설정된다.
이와 같이 새롭게 설정된 조건에 맞춰 상기 촬영부(40), 조명기(50) 및 팬틸트(60)는 카메라의 고속 줌과 포커싱이 이루어지고, 상기 목표 물체(물체 1)의 이동 경로에 맞춰 고품질의 촬영 영상을 지속적으로 제공할 수 있게 된다.
이때, 상기 연산제어부를 통해 제공되는 포커스 정확도와 예측정보는 ISP의 영상분석에 의한 포커스 정확도 및 예측정보와의 정확도를 비교하여 우수한 정보를 선택하여 설정하는 것도 가능하다.
그리고 상기 목표 물체(물체 1)의 이동 속도가 느린 경우에는 카메라 자체에 내장되어 있는 포커스 기능을 사용할 수 있다. 이동이 빠를 경우에는 본 발명에서 제시하는 예측정보에 의해 강제로 카메라 렌즈 초점이 조정되어 촬영이 이루어진다.
이동 물체를 고속으로 추적하고 예측하여 고품질의 영상을 지속적으로 제공하는 카메라의 고속 줌과 포커싱을 위한 장치를 통한 다중 물체에 대한 예측과정은 다음과 같다.
본 발명에 따른 카메라의 고속 줌과 포커싱을 위한 장치가 다중 물체 추적과정을 도 6에 도시하고 있는 바와 같이,
일례로 제시하고 있는 물체 1 내지 물체 3의 다중의 물체를 위치탐지센서(10)로 동시에 추적이 가능하기에 다중의 물체에 대한 정보를 실시간으로 확보가 가능하고, 이로 인해 실시간으로 다중의 물체에 대한 예상 이동위치를 사전에 확보해 둘 수 있다.
따라서 목표 '물체1'에서 목표 '물체2'로 이동시 이미 확보된 목표 '물체2'의 예상 위치를 카메라, 조명 및 팬틸트로 전송이 가능해 빠르게 목표 '물체2'로 포커싱이 가능하게 해주고 이후 목표 '물체3'으로 이동시 상기와 같이 이미 확보된 목표 '물체3'의 예상이동 정보를 이용해 빠르게 포커싱이 되도록 하게 한다.
본 발명은 이와 같은 카메라의 고속 줌과 포커싱을 위한 장치(1) 및 방법을 통해 지연시간을 최대한 제거하면서 동시에 정확하고 선명한 영상 확보가 가능하다.
그리고 다중의 이동 물체를 추적하고 영상을 확보하기 위한 초고속 영상 초점 확보 기술로서 큰 효과를 제공할 수 있다.
하나의 카메라를 통해 다수의 물체를 추적하고자 할 경우, 기존 영상을 보고 초점을 맞추는 방식은 추적속도가 매우 느리기 때문에 멀티 추적이 쉽지 않다.
본 발명에서는 위치탐지센서 기술을 적용함으로써 종래 방식을 통해서는 적용하기 어렵던 멀티 추적이 가능하다. 또한 각각의 물체가 각기 다른 속도로 이동하더라도 해당 물체에 대한 예측정보가 바로 입력되기 때문에 다중 물체에 대한 다중 추적이 가능하다.
본 발명에서 위치탐지센서를 이용하여 지속적으로 획득되는 측정 데이터를 근거로 통계적인 예측정보를 사용하는 것은 경우에 따라 정확도를 낮추는 현상이 발생할 수 있다.
예측 가능한 경우는,
도 7에 도시된 바와 같이, 이동 물체의 속도가 느린 경우와 이동 물체가 근접해 왔을 경우이다.
이와 같은 경우 위치탐지센서의 거리 오차 범위가 카메라의 자동 초점 속도 및 정확도 성능을 따라가지 못하는 경우가 발생한다. 이러한 경우를 대비해 라이더로 초점을 확보후 경우에 따라 카메라 자체 초점 조정 기능으로 전환시키는 방안을 병행하는 미세 조정 기술을 구비한 시스템을 제공한다.
즉, 상기 카메라모듈(40)은 연산제어부(20)의 제어신호에 따라 카메라 렌즈(401)의 초점이 1차 자동 제어된 후,
상기 카메라 모듈 자체 초점 조정 기능으로 전환되어 카메라 렌즈(401)의 초점 2차로 미세하게 조정할 수 있다.
이것을 통해 라이다(LIDAR), 레이더(RADAR)를 포함하는 위치탐지센서의 장점과 카메라의 장점 모두를 최적으로 사용가능한 초고속 초점 확보 기술을 제공할 수 있다.
종래 개시되어 있는 기술들은 측정 물체가 이동하고 측정 대상은 고정되어 있는 상태에서 적용되는 것들이었으나, 본 발명에서는 이동하고 있는 물체를 측정 대상으로 하여 상기 측정 대상의 이동 방향에 대한 정보를 위치탐지센서를 통해 획득하고, 이와 같이 획득된 정보를 기반으로 일정 시간 경과 후에 상기 측정 대상이 위치할 지점에 대한 초점거리를 미리 예상하여 렌즈의 초점을 미리 맞춤으로서 렌즈의 물리적인 동작 지연속도를 커버할 수 있어, 이동 물체를 고속으로 추적하고 예측하여 고품질의 영상을 지속적으로 제공할 수 있어 산업상 이용가능성이 크다.
10 : 위치탐지센서 20 : 연산제어부
30 : 데이터저장부 40 : 카메라모듈
41 : 카메라 렌즈 42 : CMOS 이미지센서(CIS)
43 : 이미지 신호 처리 장치(ISP) 44 : 카메라제어부
45 : 메모리 50 : 조명기
60 : 팬틸트 100: 목표 물체
201: 영상분석부 202: 데이터수집부
203: 예측연산부 204: 목표확정부
205: 정보전달부 411: 렌즈 조정 모터
30 : 데이터저장부 40 : 카메라모듈
41 : 카메라 렌즈 42 : CMOS 이미지센서(CIS)
43 : 이미지 신호 처리 장치(ISP) 44 : 카메라제어부
45 : 메모리 50 : 조명기
60 : 팬틸트 100: 목표 물체
201: 영상분석부 202: 데이터수집부
203: 예측연산부 204: 목표확정부
205: 정보전달부 411: 렌즈 조정 모터
Claims (8)
- 이동하는 단일 또는 다수의 목표 물체(100)에 대한 거리, 고도, 방위 및 이동속도를 실시간으로 측정하는 위치탐지센서(10)와,
상기 위치탐지센서(10)를 통해 측정된 상기 목표 물체(100)의 현재 위치 및 예상되는 이동 경로에 대한 정보를 기반으로 상기 목표 물체(100)의 이동 예측 정보를 연산하여 축출하고, 상기 축출된 이동 예측 정보에 따라 카메라모듈, 조명기 및 팬틸트로 제어신호를 전송하여 기기 조건 설정을 제어하는 연산제어부(20)와,
상기 연산제어부(20)를 통해 축출되는 상기 목표 물체(100)의 현재 정보 및 이동 예측 정보를 실시간으로 저장하는 데이터저장부(30)와,
상기 연산제어부(20)의 제어신호에 따라 카메라 렌즈의 초점을 강제로 수정하는 카메라모듈(40)과,
상기 연산제어부(20)의 제어신호에 따라 조명 렌즈의 초점을 강제로 수정하는 조명기(50)와,
상기 카메라모듈(40) 및 조명기(50)와 결합을 이루어 상기 연산제어부(20)의 제어신호에 따라 촬상각도에 가변을 주는 팬틸트(60)를 포함하여, 상기 목표 물체(100)의 이동 예상 지점을 미리 예측하고, 이와 같이 예측된 지점에서의 물체를 기준으로 카메라의 고속 줌과 포커싱하여 촬영함으로써 안정적으로 고품질의 영상을 제공할 수 있도록 하는 카메라의 고속 줌 및 포커싱을 위한 장치.
- 청구항 1에 있어서,
위치탐지센서(10)는 라이다(LIDAR) 센서 또는 레이더(RADAR) 센서인 것을 특징으로 하는, 카메라의 고속 줌 및 포커싱을 위한 장치.
- 청구항 1에 있어서,
연산제어부(20)는 카메라모듈(40)을 통해 목표 물체(100)의 이동을 고속으로 추적하면서 촬영된 영상을 분석하는 영상분석부(201)와,
위치탐지센서(10)를 통해 상기 카메라모듈에서 추적하여 촬영하고 있는 이동 중 목표 물체(100)의 거리, 고도, 방위, 이동 속도를 포함하는 현재 위치 및 예상되는 이동 경로에 대한 정보와, 상기 영상분석부(201)를 통해 제공되는 영상정보에 대한 데이터를 수집하는 데이터수집부(202)와,
상기 데이터수집부(202)에 수집된 정보를 기반으로 연산을 수행하여 상기 이동 중인 목표 물체(100)의 예상되는 이동 지점을 예측하는 예측연산부(203)와,
상기 예측연산부(203)를 통해 예상되는 이동 지점들 중 정확도가 가장 높게 나온 지점을 목표 지점으로 확정하는 목표확정부(204)와,
상기 목표확정부(204)를 통해 확정된 예상 이동 지점에 대한 정보를 카메라모듈(40), 조명기(50) 및 팬틸트(60)로 전송하고 기설정된 렌즈 초점과 팬틸트의 방위 및 고도를 상기 예상 이동 지점에 맞춰 재설정하도록 제어하는 정보전달부(205)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 카메라의 고속 줌 및 포커싱을 위한 장치.
- 청구항 1에 있어서,
카메라모듈(40)은 연산제어부(20)의 제어신호에 따라 카메라 렌즈(401)의 초점이 1차 자동 제어된 후,
상기 카메라 모듈 자체 초점 조정 기능으로 전환되어 카메라 렌즈(401)의 초점 2차로 미세하게 조정되는 것을 특징으로 하는, 카메라의 고속 줌 및 포커싱을 위한 장치.
- 청구항 1에 있어서,
카메라모듈(40)는
렌즈 조정 모터(411)를 포함하는 카메라 렌즈(41)와,
상기 카메라 렌즈(41)를 통해 들어오는 빛을 전기적인 영상 신호로 바꿔 주는 CMOS 이미지센서(CIS)(42)와,
상기 이미지센서(CIS)(42)에서 출력되는 로데이터(Raw Data)에 대한 화상처리하는 이미지 신호 처리 장치(ISP)(43)와,
카메라모듈(40)의 전체 구동을 제어하는 카메라제어부(44)와,
상기 카메라제어부(44)와 연결되어 상기 연산제어부(20)를 통해 제공되는 포커스 정보를 렌즈의 물리적인 포커스 정보로 미리 환산한 값을 저장하고, 상기 카메라제어부(44)의 동작 수행에 필요한 프로그램을 저장하고, 상기 카메라 렌즈(41)를 통해 입력된 영상을 임시 저장하는 메모리(45)를 포함하는 것으로서,
상기 카메라제어부(44)는 상기 이미지 신호 처리 장치(ISP)(43)에 의한 영상 분석 과정을 거치지 않고 연산제어부로부터 전송되는 제어신호에 따라 상기 카메라 렌즈(41)의 렌즈 조정 모터(411)를 제어하여 카메라 렌즈의 줌 상태를 강제 설정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 카메라의 고속 줌 및 포커싱을 위한 장치.
- 청구항 5에 있어서,
카메라제어부(44)는 이미지 신호 처리 장치(ISP)(43)로부터 전달되는 포커스를 위한 렌즈 구동 정보와, 연산제어부(20)로부터 전달되는 포커스 정보 중 상황에 따라 선택하여 상기 카메라 렌즈(41)의 물리적인 포커스 위치를 결정하여 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는, 카메라의 고속 줌 및 포커싱을 위한 장치.
- 청구항 5에 있어서,
카메라제어부(44)는 연산제어부(20)를 통해 제공되는 포커스 정보에 매칭되는 메모리(45)에 저장된 환산 테이블 값을 찾아 렌즈의 최적 포커스 위치값으로 전환하고, 상기 전환된 위치값을 기준으로 렌즈에 부착된 모터를 작동시켜 렌즈의 초점을 조정하도록 하는 것을 특징으로 하는, 카메라의 고속 줌 및 포커싱을 위한 장치.
- 감시영역 내에서 이동 중인 단일 또는 다수의 목표 물체를 위치탐지센서를 통해 감지하고, 상기 이동 중인 목표 물체와 거리, 고도, 방위 및 이동속도를 상기 위치탐지센서를 통해 실시간으로 측정하는 단계(S10)와,
상기 위치탐지센서를 통해 측정된 정보를 연산제어부로 실시간 전송하는 단계(S20)와,
상기 연산제어부에서 상기 위치탐지센서를 통해 측정된 정보를 기반으로 상기 목표 물체의 이동 예측 지점에 대한 정보를 축출하고, 이와 같이 축출된 정보를 카메라모듈, 조명기 및 팬틸트로 전송하여 카메라와 조명의 렌즈 초점을 상기 축출된 정보에 따라 강제로 수정하고, 동시에 팬틸트의 방위 및 고도를 강제로 수정하는 단계(S30)와,
상기 연산제어부의 제어신호에 따라 팬틸트의 촬상각도가 가변되고, 상기 팬틸트와 결합을 이루는 조명기 및 카메라모듈의 렌즈 초점이 강제로 수정된 상태에서 상기 목표 물체의 이동 예상 지점을 강제 줌과 포커싱하여 촬영하는 단계(S40)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 이동 물체를 고속으로 추적하고 예측하여 고품질의 영상을 지속적으로 제공하는 카메라의 고속 줌과 포커싱 방법.
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