WO2019124636A1 - 압축영상에 대한 신택스 기반의 도로 역주행 감지 방법 - Google Patents

압축영상에 대한 신택스 기반의 도로 역주행 감지 방법 Download PDF

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WO2019124636A1
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WO
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moving object
image
road
compressed image
object area
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PCT/KR2018/002558
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이성진
정승훈
배현성
이현우
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이노뎁 주식회사
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    • H04N19/10—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using adaptive coding
    • H04N19/134—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using adaptive coding characterised by the element, parameter or criterion affecting or controlling the adaptive coding
    • H04N19/136—Incoming video signal characteristics or properties
    • H04N19/137—Motion inside a coding unit, e.g. average field, frame or block difference
    • H04N19/139—Analysis of motion vectors, e.g. their magnitude, direction, variance or reliability
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04N19/167—Position within a video image, e.g. region of interest [ROI]
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    • H04N19/169—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using adaptive coding characterised by the coding unit, i.e. the structural portion or semantic portion of the video signal being the object or the subject of the adaptive coding
    • H04N19/184—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using adaptive coding characterised by the coding unit, i.e. the structural portion or semantic portion of the video signal being the object or the subject of the adaptive coding the unit being bits, e.g. of the compressed video stream
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    • H04N19/70—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals characterised by syntax aspects related to video coding, e.g. related to compression standards

Definitions

  • the present invention relates generally to techniques for effectively identifying a road backlash from compressed images such as H.264 AVC and H.265 HEVC.
  • the present invention relates to a method and an apparatus for detecting a moving image of a compressed image generated by a CCTV camera, that is, an area in which there is a significant motion, On the basis of a syntax such as a motion vector and a coding type and observing the coordinate transition type of the moving object region to detect a road backlash event in a case where it corresponds to a predetermined inverse direction in the road zone will be.
  • the image sensing system adopts compressed image for efficiency of storage space.
  • complicated image compression techniques of high compression ratio such as H.264 AVC and H.265 HEVC are adopted.
  • a compressed image is generated according to one of these technical specifications, and the apparatus for reproducing the moving image receives the compressed image, and if the compressed image is received, As shown in FIG.
  • a process of decoding a compressed image to obtain a reproduced image, that is, an original image in which a decompressed image has been obtained, is then processed.
  • a moving picture decoding apparatus includes a syntax analyzer 11, an entropy decoder 12, an inverse transformer 13, a motion vector calculator 14, a predictor 15, a deblocking filter 16).
  • Such hardware modules process compressed images sequentially, decompress them, and restore the original image data.
  • the parser 11 parses the motion vector and the coding type for the coding unit of the compressed image.
  • Such a coding unit is generally an image block such as a macroblock or a sub-block, but may be implemented not exactly in accordance with a technical standard.
  • the CCTV camera installed on the road is used. If necessary, a CCTV camera may be installed on the entrance road of the main road.
  • the control agent monitors the CCTV footage and finds a vehicle in a reverse direction, it sends the information to the traffic police so that interception can be performed.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating a process of detecting a backward running from a compressed image generated by a CCTV camera in a conventional image analysis solution.
  • a compressed image is decoded according to H.264 AVC and H.265 HEVC (S10), and the frame images of the reproduced image are downscaled to a small image, for example, 320x240 (S20).
  • S10 H.264 AVC and H.265 HEVC
  • S20 320x240
  • downscaling is performed to reduce the processing burden in the subsequent process.
  • differential images are obtained for the resized frame images, and a moving object (vehicle) is extracted through image analysis (S30).
  • S40 road lane image
  • it is sensed that the road backward movement is taking place by comparing the movement route of the moving object with the setting of the reverse direction of the route of interest (S50).
  • the present invention provides a high-level detection function that allows the video control system to detect a specific situation (road inversion) that is problematic in real life by software, in addition to simply photographing and storing the surroundings or informing the existence of moving objects therefrom There is a need. At this time, efficient implementation techniques are also required in view of the realistic problems of system construction cost and physical space.
  • An object of the present invention is to provide a technique for effectively identifying a road inversion from a compressed image such as H.264 AVC and H.265 HEVC.
  • the present invention provides an image processing apparatus and a method for processing a moving image in a region where there is a significant motion for a compressed image generated by, for example, a CCTV camera.
  • the present invention provides a technique of extracting a road based on a syntax such as a motion vector and a coding type and observing a coordinate transition type of the moving object region to detect a road backward event in a case where the direction corresponds to a preset reverse direction in the road area will be.
  • a method for detecting a dynamic inverse of a compressed image comprising: a first step of obtaining a motion vector and a coding type for a coding unit by parsing a bit stream of a compressed image; A second step of acquiring a motion vector accumulation value for a predetermined time for each of a plurality of image blocks constituting a compressed image; A third step of comparing the accumulated value of the motion vector with a preset first threshold value for a plurality of image blocks; A fourth step of marking an image block having a motion vector accumulation value exceeding a first threshold value as a moving object region; A fifth step of extracting a moving direction from a moving object area existing in a road zone preset in the compressed image to an area of interest and generating a road backlash event with respect to the moving object area in a case where the moving direction corresponds to a predetermined reverse- ; ≪ / RTI >
  • an image block constituting a compressed image may include a macro block and a sub-block.
  • the fifth step is a step 5a for newly issuing and allocating a unique ID when the moving object area is in an ID unassigned state; (B) identifying the presence of the moving object area in the road zone preset to the area of interest in the compressed image; A fifth step c) of extracting a center coordinate for a moving object area having a unique ID identical to the moving object area identified in the road section, for a series of image frames constituting the compressed image; A fifth step of calculating a coordinate transition vector with respect to a center coordinate between image frames temporally adjacent to each other; 5e < / RTI > of identifying a preset inverse direction vector for the road section; A fifth step of generating a road backlash event for the moving object area when the coordinate transition vector and the inverse direction vector correspond to each other; And a fifth step of revoking the assigned unique ID when the moving object area disappears in the series of image frames.
  • a road traversing method for detecting a plurality of adjacent image blocks (hereinafter, referred to as 'neighboring blocks') around a moving object area. Comparing a motion vector value with a predetermined second threshold value for a plurality of neighboring blocks; Further comprising: marking a neighboring block having a motion vector value exceeding a second threshold as a moving object region; D) marking a neighboring block having a coding type of an intra picture among a plurality of neighboring blocks as a moving object region; Marking a predetermined number or less of unmarked image blocks surrounded by the moving object area as a moving object area by performing interpolation on the plurality of moving object areas.
  • a computer readable nonvolatile recording medium records a program for causing a computer to execute a syntax-based road reversal detection method for a compressed image as described above.
  • the moving object region is extracted from the CCTV image without performing the complicated processing such as decoding, downscaling resizing, differential image acquisition, and image analysis on the CCTV compressed image, There is an advantage that performance improvement can be obtained.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a general configuration of a moving picture decoding apparatus
  • FIG. 2 is a flowchart showing a process of detecting a road inversion from a compressed image in the prior art.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the whole process of detecting a road backward running from a compressed image according to the present invention
  • FIG. 4 is a flowchart showing an embodiment of a process of detecting valid motion from a compressed image in the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a result of applying a valid motion region detection process according to the present invention to a CCTV monitoring screen.
  • Figures 6 and 7 are partially enlarged views of the main part of Figure 5;
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating an example of a process of detecting a boundary region for a moving object region in the present invention.
  • FIG. 9 is a view showing an example of a result of applying a boundary region detection process according to the present invention to a compressed image.
  • Figs. 10 and 11 are partially enlarged views of the main part of Fig. 9; Fig.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a result of summarizing a moving object region through interpolation in the present invention.
  • Figs. 13 and 14 are partially enlarged views of the main part of Fig. 12; Fig.
  • 15 is a flowchart showing an embodiment of a process of detecting a road backlash event based on a moving direction of a moving object region in the present invention.
  • 16 is a diagram illustrating an example in which a unique ID is assigned to a moving object area in the present invention.
  • 17 is a diagram showing an example in which center coordinates are set in a moving object area in the present invention.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the overall process of detecting a road backward running from a compressed image according to the present invention.
  • the road reversal detection process according to the present invention can perform well in a system for handling a series of compressed images, for example, an image analysis server in a CCTV image control system.
  • a bitstream of a compressed image is parsed without decoding a compressed image, and syntax information such as a macroblock and a sub-block, preferably a motion vector, And the coding type (Coding Type) information.
  • the obtained moving object area does not accurately reflect the boundary line of the moving object as shown in the image attached to this specification, but has a high processing speed and high reliability. Then, in the present invention, it is discriminated whether there is a road backward movement in the compressed image based on the thus obtained moving object area.
  • the present invention it is possible to extract a moving object region without decoding a compressed image, and to sense a backward traveling on the road.
  • the apparatus or software to which the present invention is applied should not perform the operation of decoding the compressed image, and the scope of the present invention is not limited thereto.
  • Step S100 First, an effective motion that is substantially meaningful from the compressed image is detected based on the motion vector of the compressed image, and the image area in which the valid motion is detected is set as the moving object area.
  • the motion vector and coding type of the coding unit of the compressed image are parsed according to a moving picture compression standard such as H.264 AVC and H.265 HEVC.
  • the size of the coding unit is generally 64 x 64 pixels to 4 x 4 pixels and can be set to be flexible.
  • a predetermined time period e.g., 500 msec
  • Step S200 Next, the boundary region is detected based on the motion vector and the coding type for the moving object region detected in the previous step (S100). For this purpose, when a plurality of image blocks neighboring the image block marked as the moving object region are examined and the motion vector is generated over a second threshold value (for example, 0) or the coding type is an intra picture, Mark the block as a moving object area. In this process, the image block is substantially a block of the moving object area detected in step S100.
  • a second threshold value for example, 0
  • the coding type is an intra picture
  • the image block If an effective motion is found and the image block has some motion in the vicinity of the moving object area, it is marked as a moving object area because it is likely to be a lump with the previous moving object area.
  • the intra picture adjacent to the image block already detected as the moving object region is estimated as a lump together with the previously extracted moving object region.
  • Step S300 Interpolation is applied to the moving object area detected in the previous steps S100 and S200 to arrange the fragmentation of the moving object area.
  • the moving object region is determined in units of image blocks, in reality, there is an image block which is not marked as the moving object region in the middle even though it is one moving object (for example, As shown in FIG.
  • Step S400 The moving object region is quickly extracted based on the syntax (motion vector, coding type) of the coding unit for the compressed image through the above process.
  • step S400 if the vehicle is traveling in the opposite direction on the road in the compressed image using the extracted result of the moving object area, the detection is performed to prevent a traffic accident. In the specification, this is called “road reversal".
  • the video control system informs the fact that the current road reversal occurred and the point where the reverse run occurred, so that the control personnel can pay more attention to prevent traffic accidents.
  • road backward information can be useful in securing evidence.
  • the road zone is preset in the compressed image as a kind of ROI.
  • a CCTV camera installed at a specific point creates a compressed image while photographing the surroundings.
  • the road area can be set as an area of interest in advance by referring to the surrounding terrain for each compressed image generated by the CCTV camera installed in the vicinity of the road. It is also possible to set the forward travel direction and the reverse travel direction for each road area in advance. This information is stored in advance in the video control system to which the technique of the present invention is applied.
  • a moving image object region is found, which is presumed to be moving within the road area previously set as the ROI, the moving direction is checked between a series of image frames. And when it is determined that the direction of travel corresponds to the direction of the reverse travel that has been set in advance for the road area, a road backlash event is generated for the moving object area.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating an embodiment of a process for detecting valid motion from a compressed image in the present invention
  • FIG. 5 is a view illustrating an example of a result of applying the effective moving area detection process according to the present invention to a CCTV monitoring screen.
  • Step S110 First, the coding unit of the compressed image is parsed to obtain a motion vector and a coding type.
  • the moving picture decoding apparatus performs a syntax analysis (header parsing) and a motion vector operation on a stream of a compressed image according to a moving picture compression standard such as H.264 AVC and H.265 HEVC.
  • a moving picture compression standard such as H.264 AVC and H.265 HEVC.
  • Step S120 The motion vector accumulation value for a preset time (for example, 500 ms) is obtained for each of the plurality of image blocks constituting the compressed image.
  • This step is presented with the intent to detect any valid motion that is substantially meaningful from the compressed image, such as a running car, a runner, or a crowd fighting with each other.
  • the shaking leaves, the ghost appearing for a while, and the shadows that change slightly due to the reflection of light are prevented from being detected because they are moving objects, but they are meaningless objects.
  • the motion vector accumulation value is obtained by accumulating the motion vectors in units of one or more image blocks for a preset predetermined time (for example, 500 msec).
  • the image block is used as a concept including a macro block and a sub-block.
  • Steps S130 and S140 The motion vector accumulation value is compared with a preset first threshold value (e.g., 20) for a plurality of image blocks, and an image block having a motion vector accumulation value exceeding the first threshold value, Lt; / RTI >
  • a preset first threshold value e.g. 20
  • a significant motion that is, a valid motion is detected in the corresponding image block, and is marked as a moving object region.
  • the degree of movement is such that the control personnel are worthy of interest.
  • the cumulative value for a predetermined time period is small enough to not exceed the first threshold value even if a motion vector occurs, the change in the image is estimated to be insignificant and insignificant, and ignored in the detection step.
  • Step S150 The moving object region is displayed on the reproduction screen of the compressed image so as to be distinguished from the general image.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a result of applying a valid motion region detection process to a CCTV monitoring screen.
  • a plurality of image blocks indicating a cumulative motion vector value exceeding a first threshold value are marked as a moving object region, Line box.
  • Figs. 6 and 7 are enlarged views of main parts in Fig. 5.
  • Fig. 5 is a diagram illustrating an example of a result of applying a valid motion region detection process to a CCTV monitoring screen.
  • a plurality of image blocks indicating a cumulative motion vector value exceeding a first threshold value are marked as a moving object region, Line box.
  • Figs. 6 and 7 are enlarged views of main parts in Fig. 5.
  • the sidewalk block, the road, and the shadowed portion are not displayed as the moving object area, while the walking people and the traveling car are displayed as the moving object area.
  • the moving object region is represented by a thick line block, but it is more preferable that the CCTV monitor screen expresses the moving object region in a color that the controller can identify immediately.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating an embodiment of a process of detecting a boundary region for a moving object region in the present invention.
  • the moving object is not properly marked and only a part of the moving object is marked.
  • you look at a person walking or a car in motion you can find that not all of the objects are marked, but only some of the blocks are marked.
  • a plurality of moving object areas are marked for one moving object. This means that the judgment criterion of the moving object region adopted in the previous (S100) is very useful for filtering out the general region, but it is very strict.
  • Step S210 First, a plurality of adjacent image blocks are identified centering on the image block marked as the moving object region by the previous step (S100). These are referred to herein as " neighboring blocks ". These neighboring blocks are portions that are not marked as a moving object region according to S100. In the process of FIG. 8, a more detailed look at the neighboring blocks will be made to see if there are any neighboring blocks that can be included in the boundary of the moving object region.
  • Step S220 S230: The motion vector value is compared with a preset second threshold value (e.g., 0) for a plurality of neighboring blocks, and a neighboring block having a motion vector value exceeding the second threshold value is marked as a moving object region do. If there is a motion that is located adjacent to the recognized moving object region, which is substantially effective, the moving image block is likely to be a lump of the moving object region ahead of the moving object region. Therefore, this neighboring block is also marked as a moving object area.
  • a preset second threshold value e.g., 0
  • Step S240 Also, among the plurality of neighboring blocks, marking that the coding type is intra picture is marked as the moving object area.
  • marking that the coding type is intra picture is marked as the moving object area.
  • the intra picture adjacent to the image block already detected as the moving object region is safer to maintain the setting of the extracted moving object region.
  • Step S250 The moving object region is displayed on the reproduction screen of the compressed image so as to be distinguished from the general image.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of a result applied to the boundary region detection process according to the present invention.
  • a plurality of image blocks marked as a moving object region are displayed as thick line boxes on a monitor screen.
  • the moving object area is further expanded in FIGS. 10 and 11 to cover the entire moving object Can be found.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a result of summarizing a moving object region through interpolation in the present invention
  • FIGS. 13 and 14 are enlarged views of main parts in FIG.
  • Step S300 is a process of organizing the division of the moving object region by applying interpolation to the moving object region detected in the previous steps S100 and S200.
  • a non-marking image block is found between moving object areas indicated by blocks. If there are non-marking image blocks in the middle, it is difficult to judge whether they are objects to be considered as individual moving objects or as a mass. In particular, since it is displayed mottled on the monitor screen of the CCTV video control system, it is difficult for the control personnel to grasp it immediately. Moreover, there is a problem that the process of step S400 becomes complicated because the number of the moving object areas becomes large.
  • the present invention if one or a small number of non-marking image blocks surrounded by a plurality of image blocks marked as a moving object region exist, they are marked as a moving object region, which is called interpolation. 9 and 12, all non-marking image blocks existing between the moving object areas are marked as moving object areas. This makes it possible to derive a more intuitive and accurate moving object detection result for reference by the control personnel.
  • FIG. 15 is a flowchart illustrating an embodiment of a process for detecting a road backlash event from a compressed image based on a moving direction of a moving object region in the present invention.
  • the present invention extracts a moving object region based on syntax information that can be directly obtained from a coding unit of a compressed image. It is not necessary to decode a compressed image of the conventional technique to acquire and analyze a difference image with respect to the original image, thereby achieving a processing speed improvement of up to 20 times according to the inventor's test. However, this approach has the drawback of being less accurate. There is a conceptual difference in that it does not extract the moving object itself but extracts a block of the image block which is assumed to contain the moving object.
  • the present invention adopts a different approach from the conventional technique in the process of determining whether there is a scene of a backward motion on the CCTV photographed image. That is, if a moving direction is extracted from a moving object region found in a road region preset as a region of interest, that is, a block of image blocks estimated to contain the moving object, It assumes that there is something going in reverse on the object area and generates a road backlash event.
  • Step S410 First, if a moving object region that is not assigned an ID is found to handle the moving object region as one object, an Unique ID is newly issued and assigned. That is, in the previous process, the chunks of connected image blocks marked as moving object area are treated as one object (object). In order to implement this in the software processing process, a unique ID is assigned to a moving object area (a block of image blocks) and managed.
  • FIG. 16 shows an example in which a unique ID is assigned to a moving object area.
  • step S410 it is necessary to determine whether or not the blocks of the image blocks marked as the moving object region are the same between the series of image frames. This is because it is possible to judge whether or not the Unique ID has been previously assigned to the moving object area being handled.
  • the present invention does not deal with the contents of the original video image but checks whether or not the video block is the moving object area, so that it is impossible to precisely check whether or not the mass of the moving object area in the preceding and subsequent video frames is identical. That is, since the contents of the image included in the image are not grasped, the change can not be identified, for example, when the cat is replaced by a dog between the front and back frames at the same point. However, it is very unlikely that the time interval between frames is very short and that the observation object of the video control system moves at normal speed.
  • Step S420 It is not necessary to monitor all the places in the area to monitor the backward movement of the road through the CCTV video control, and select some points where the backlash may occur.
  • road areas recognized as needing to monitor the backward movement of roads correspond to ROIs.
  • ROIs are referred to as ROIs. These areas of interest (road areas) are preset in the video control system.
  • the presence of the moving object region is identified in the road zone preset in the compressed image to the ROI. It is determined that there is a moving object area when a moving object area allocated with the same unique ID is found in a plurality of consecutive frames. In order to determine the moving direction of the moving object area, it is also necessary to find a moving object area having the same unique ID in a plurality of image frames.
  • the moving object region found at this stage is a vehicle or not. It is to examine further considering the possibility of a reversing vehicle because the movement of movement is identified in the area of interest that it is necessary to monitor the reverse movement of the road.
  • Step S430 Subsequently, a series of positional information according to the time flow is extracted with respect to the moving object area found in the road area.
  • a moving object region having the same Unique ID as the moving object region identified above in the road zone is identified for a series of image frames (for example, 30 frames / second) constituting the compressed image, And calculates the center coordinates (cx, cy). At this time, the frame in which the moving object area is not found can be ignored, and it is preferable to calculate the center coordinates based on the above Unique ID to manage the identity of the moving object area.
  • a rectangle optimally including the moving object area is formed, and the center coordinates of the rectangle are set as the center coordinates (cx, cy) of the moving object area .
  • Steps S440, S450, and S460 the coordinate transition vectors (DELTA x, DELTA y) of the moving object region are calculated between the adjacent image frames temporally adjacent to each other in a series of image frames. That is, with respect to the same unique ID, the difference between the center coordinates (cx_prv, cy_prv) in the previous frame and the center coordinates (cx_cur, cy_cur) in the current frame can be calculated as the coordinate transition vectors (x, y).
  • This coordinate transition vector is a value indicating how the moving object area moves with time. In the present invention, since only the moving direction is a problem, it is preferable to normalize the coordinate transition vector by (-1, 0, +1), ignoring the size of each coordinate.
  • the moving direction is checked with respect to the coordinate transition vector of the moving object area to check whether the likelihood of the inversion of the road is high.
  • the forward travel direction and the reverse travel direction can be set in advance according to the road layout condition and the CCTV camera photographing condition.
  • the coordinate transition vector of the moving object area is compared with the direction vector of the inverse direction of the road section to determine whether they correspond to each other.
  • normalization processing it is determined that these vectors correspond to each other when they are equal to each other.
  • normalization processing it is determined that they correspond to each other when the directions indicated by both vectors are within a certain critical angle.
  • the coordinate transition vector and the inverse direction vector correspond to each other, it is determined that there is a high possibility that the corresponding moving object region is reversed in the road area, and a road backward movement event is generated.
  • a moving object area in which a road backlash event occurs is displayed on a playback screen of a compressed image so as to be distinguished from a general image.
  • the control personnel of the video control system can immediately recognize the image point where the road backward movement is detected, thereby observing with higher attentiveness. This can be equally helpful in the process of securing evidence.
  • Step S480 If the moving object region disappears in a series of image frames, the moving object region is destroyed by recycling the unique ID allocated in Step S410 for the moving object region.
  • the present invention can be embodied in the form of computer readable code on a computer-readable non-volatile recording medium.
  • a non-volatile recording medium includes all kinds of storage devices for storing computer-readable data such as a hard disk, an SSD, a CD-ROM, a NAS, a magnetic tape, a web disk, a cloud disk, And the code may be distributed and stored in the storage device of the computer.

Abstract

본 발명은 예컨대 CCTV 카메라가 생성하는 압축영상에 대해 무언가 유의미한 움직임이 존재하는 영역, 즉 이동객체 영역을 종래기술처럼 복잡한 이미지 프로세싱을 수행할 필요없이 압축영상을 구성하는 영상 블록 단위로 모션벡터와 코딩유형과 같은 신택스(syntax)에 기초하여 추출하고 그 이동객체 영역의 좌표 천이 유형을 관찰하여 도로구역 내에서 미리 설정된 역주행 방향에 대응하는 경우에 도로 역주행 이벤트를 검출하는 기술에 관한 것이다. 본 발명에 따르면 압축영상에 대해 디코딩, 다운스케일 리사이징, 차영상 획득, 영상 분석 등과 같은 복잡한 프로세싱을 거치지 않고서도 CCTV 촬영 영상으로부터 도로 역주행을 실시간으로 식별할 수 있어 영상관제 시스템을 통한 교통사고 예방 효과를 높일 수 있는 장점이 있다.

Description

압축영상에 대한 신택스 기반의 도로 역주행 감지 방법
본 발명은 일반적으로 H.264 AVC 및 H.265 HEVC 등의 압축영상으로부터 도로 역주행을 효과적으로 식별해내는 기술에 관한 것이다.
더욱 상세하게는, 본 발명은 예컨대 CCTV 카메라가 생성하는 압축영상에 대해 무언가 유의미한 움직임이 존재하는 영역, 즉 이동객체 영역을 종래기술처럼 복잡한 이미지 프로세싱을 수행할 필요없이 압축영상을 구성하는 영상 블록 단위로 모션벡터와 코딩유형과 같은 신택스(syntax)에 기초하여 추출하고 그 이동객체 영역의 좌표 천이 유형을 관찰하여 도로구역 내에서 미리 설정된 역주행 방향에 대응하는 경우에 도로 역주행 이벤트를 검출하는 기술에 관한 것이다.
최근에는 범죄 및 사고 예방이나 사후증거 확보를 위해 CCTV를 이용하는 영상관제 시스템을 구축하는 것이 일반적이다. 지역별로 다수의 CCTV 카메라를 설치해둔 상태에서 이들 CCTV 카메라가 생성하는 영상을 모니터에 표시하고 스토리지 장치에 저장해두는 것이다. 범죄나 사고가 발생하는 장면을 관제 요원이 발견하게 되면 그 즉시 적절하게 대처하는 한편, 필요에 따라서는 사후증거 확보를 위해 스토리지에 저장되어 있는 영상을 검색하는 것이다.
그런데. CCTV 카메라의 설치 현황에 비해 관제 요원의 수는 매우 부족한 것이 현실이다. 이처럼 제한된 인원으로 영상 감시를 효과적으로 수행하려면 CCTV 영상을 모니터 화면에 단순 표시하는 것만으로는 충분하지 않다. 각각의 CCTV 영상에 존재하는 객체의 움직임을 감지하여 실시간으로 해당 영역에 무언가 추가 표시함으로써 효과적으로 발견되도록 처리하는 것이 바람직하다. 이러한 경우에 관제 요원은 CCTV 영상 전체를 균일한 관심도를 가지고 지켜보는 것이 아니라 객체 움직임이 있는 부분을 중심으로 CCTV 영상을 감시하면 된다.
한편, 영상감지 시스템에서는 스토리지 공간의 효율을 위해 압축영상을 채택하고 있다. 특히 최근에는 CCTV 카메라의 설치 대수가 급속하게 증가하고 고화질 카메라가 주로 설치됨에 따라 H.264 AVC 및 H.265 HEVC 등과 같은 고압축율의 복잡한 영상압축 기술이 채택되고 있다.
동영상 데이터를 생성하는 카메라 장치에서는 이들 기술규격 중 어느 하나에 따라 압축영상을 생성하여 제공하며, 동영상을 재생하는 장치에서는 이러한 압축영상을 전달받으면 그 압축영상을 인코딩할 때 적용했던 기술규격에 따라 역으로 디코딩을 수행한다. 영상압축 기술이 적용된 CCTV 영상에서 움직임 유무를 판단하려면 종래에는 압축영상을 디코딩하여 재생영상, 즉 압축이 풀려있는 원래 영상을 얻은 후에 이미지 처리하는 과정이 필요하였다.
도 1은 H.264 AVC 기술규격에 따른 동영상 디코딩 장치의 일반적인 구성을 나타내는 블록도이다. 도 1을 참조하면, H.264 AVC에 따른 동영상 디코딩 장치는 구문분석기(11), 엔트로피 디코더(12), 역 변환기(13), 모션벡터 연산기(14), 예측기(15), 디블로킹 필터(16)를 포함하여 구성된다.
이들 하드웨어 모듈이 압축영상을 순차적으로 처리함으로써 압축을 풀고 원래의 영상 데이터를 복원해낸다. 이때, 구문분석기(11)는 압축영상의 코딩 유닛에 대해 모션벡터 및 코딩유형을 파싱해낸다. 이러한 코딩 유닛(coding unit)은 일반적으로는 매크로블록이나 서브 블록과 같은 영상 블록인데, 기술규격에 따라서는 정확히 일치하지 않게 구현될 수도 있다.
한편, 최근에 도로 역주행으로 인한 사고 발생이 늘어나면서 도로 역주행을 적절하게 통제할 수 있어야 한다는 요구가 제기되고 있다. 도로 역주행 사고가 유발된 이유로는 음주운전과 같은 치명적인 과실로 인한 경우도 있지만 진입로 착각과 같은 사소한 실수로 인한 경우도 많다. 도로 역주행 사고는 일반적인 교통사고에 비해 인명사고의 위험률이 높아서 예방의 필요성은 높기는 하지만, 정작 도로 역주행을 예방하는 수단은 강구하기가 쉽지 않다.
도로 진입로에 인력을 투입하여 도로 역주행 차량을 막는다는 것은 현실적으로 어렵기도 하고 매우 위험하기도 하다. 이에, CCTV 영상관제 시스템을 이용하여 도로 역주행 차량을 감시하는 방안이 제시되고 있다. 기본적으로는 기존에 도로상에 설치되어 있는 CCTV 카메라를 활용하는데, 필요에 따라서는 주요 도로의 진입로에 CCTV 카메라를 추가로 설치할 수도 있다. 관제요원이 CCTV 촬영 영상을 모니터링하다가 도로 역주행 차량을 발견하면 교통경찰 측으로 해당 정보를 전달하여 단속이 이루어지도록 하는 것이다.
도 2는 기존의 영상분석 솔루션에서 CCTV 카메라가 생성한 압축영상으로부터 도로 역주행을 감지하는 과정을 나타내는 순서도이다.
도 2를 참조하면, 종래기술에서는 압축영상을 H.264 AVC 및 H.265 HEVC 등에 따라 디코딩하고(S10), 재생영상의 프레임 이미지들을 작은 이미지, 예컨대 320x240 정도로 다운스케일 리사이징을 한다(S20). 이때, 다운스케일 리사이징을 하는 이유는 이후 과정에서의 프로세싱 부담을 그나마 줄이기 위한 것이다. 그리고 나서, 리사이징된 프레임 이미지들에 대해 차영상(differentials)을 구한 후에 영상 분석을 통해 이동객체(차량)를 추출해낸다(S30). 그리고 나서, 도로 차선 이미지와의 대비 등을 통해 차량의 이동 경로를 획득한 후(S40), 이동객체의 이동 경로를 미리 설정해둔 관심 도로의 역주행 방향 설정과 대비함으로써 도로 역주행이 일어나고 있다는 것을 감지하게 된다(S50).
종래기술에서 이동객체를 추출하려면 압축영상 디코딩, 다운스케일 리사이징, 영상 분석을 수행한다. 이들은 복잡도가 매우 높은 프로세스이고, 그로 인해 종래의 영상관제 시스템에서는 한 대의 영상분석 서버가 동시 처리할 수 있는 용량이 상당히 제한되어 있다. 현재 고성능의 영상분석 서버가 커버할 수 있는 최대 CCTV 채널은 통상 최대 16 채널이다. 다수의 CCTV 카메라가 설치되므로 영상관제 시스템에는 다수의 영상분석 서버가 필요하였고, 이는 비용 증가와 물리적 공간 확보의 어려움이라는 문제점을 유발하였다.
대규모의 영상관제 시스템을 구축 및 유지하는 데에는 상당한 예산이 소요되는 바, 그에 상당하는 효용가치가 요구되고 있다. 그러한 요구의 기본 방향은 교통사고 예방 및 사후증거 확보이다. 그에 따라, 주변 모습을 단순히 촬영하여 저장하거나 이로부터 이동객체의 존재를 알려주는 것에서 더 나아가 실생활에서 문제되는 특수한 상황(도로 역주행)을 영상관제 시스템이 소프트웨어로 검출해주는 높은 수준의 감지 기능을 제공할 필요가 있다. 이때, 시스템 구축 비용과 물리적 공간 확보라는 현실적인 문제를 고려하여 효율적인 구현 기술도 요망된다.
본 발명의 목적은 일반적으로 H.264 AVC 및 H.265 HEVC 등의 압축영상으로부터 도로 역주행을 효과적으로 식별해내는 기술을 제공하는 것이다.
특히, 본 발명의 목적은 예컨대 CCTV 카메라가 생성하는 압축영상에 대해 무언가 유의미한 움직임이 존재하는 영역, 즉 이동객체 영역을 종래기술처럼 복잡한 이미지 프로세싱을 수행할 필요없이 압축영상을 구성하는 영상 블록 단위로 모션벡터와 코딩유형과 같은 신택스(syntax)에 기초하여 추출하고 그 이동객체 영역의 좌표 천이 유형을 관찰하여 도로구역 내에서 미리 설정된 역주행 방향에 대응하는 경우에 도로 역주행 이벤트를 검출하는 기술을 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 압축영상에 대한 신택스 기반의 도로 역주행 감지 방법은, 압축영상의 비트스트림을 파싱하여 코딩 유닛에 대한 모션벡터 및 코딩유형을 획득하는 제 1 단계; 압축영상을 구성하는 복수의 영상 블록 별로 미리 설정된 시간동안의 모션벡터 누적값을 획득하는 제 2 단계; 복수의 영상 블록에 대하여 모션벡터 누적값을 미리 설정된 제 1 임계치와 비교하는 제 3 단계; 제 1 임계치를 초과하는 모션벡터 누적값을 갖는 영상 블록을 이동객체 영역으로 마킹하는 제 4 단계; 압축영상에서 관심영역으로 미리 설정된 도로구역 내에 존재하는 이동객체 영역에 대해 이동 방향성을 추출하여 도로구역에 대해 미리 설정된 역주행 방향과 대응되는 경우에 이동객체 영역에 대해 도로 역주행 이벤트를 발생시키는 제 5 단계;를 포함하여 구성된다.
본 발명에서 압축영상을 구성하는 영상 블록은 매크로블록과 서브블록을 포함할 수 있다.
이때, 제 5 단계는, 이동객체 영역이 ID 미할당 상태인 경우에 Unique ID를 신규 발행하여 할당하는 제 5a 단계; 압축영상에서 관심영역으로 미리 설정된 도로구역 내에 이동객체 영역의 존재를 식별하는 제 5b 단계; 압축영상을 구성하는 일련의 영상 프레임에 대해 도로구역 내에서 식별된 이동객체 영역과 동일한 Unique ID를 갖는 이동객체 영역에 대해 중심좌표를 추출하는 제 5c 단계; 시간적으로 서로 인접하는 영상 프레임 간에 중심좌표에 대한 좌표 천이 벡터를 산출하는 제 5d 단계; 도로구역에 대해 미리 설정된 역주행 방향벡터를 식별하는 제 5e 단계; 좌표 천이 벡터와 역주행 방향벡터가 대응하는 경우에 이동객체 영역에 대해 도로 역주행 이벤트를 발생시키는 제 5f 단계; 이동객체 영역이 일련의 영상 프레임에서 사라지는 경우에 그 할당된 Unique ID를 리보크하는 제 5g 단계;를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 도로 역주행 감지 방법은, 이동객체 영역을 중심으로 그 인접하는 복수의 영상 블록(이하, '이웃 블록'이라 함)을 식별하는 제 a 단계; 복수의 이웃 블록에 대해 모션벡터 값을 미리 설정된 제 2 임계치와 비교하는 제 b 단계; 제 2 임계치를 초과하는 모션벡터 값을 갖는 이웃 블록을 이동객체 영역으로 추가 마킹하는 제 c 단계; 복수의 이웃 블록 중에서 코딩유형이 인트라 픽쳐(Intra Picture)인 이웃 블록을 이동객체 영역으로 추가 마킹하는 제 d 단계; 복수의 이동객체 영역에 대하여 인터폴레이션을 수행하여 이동객체 영역으로 둘러싸인 미리 설정된 갯수 이하의 비마킹 영상 블록을 이동객체 영역으로 추가 마킹하는 제 e 단계;를 더 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 컴퓨터로 판독가능한 비휘발성 기록매체는 컴퓨터에 이상과 같은 압축영상에 대한 신택스 기반의 도로 역주행 감지 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 것이다.
본 발명에 따르면 CCTV 압축영상에 대해 디코딩, 다운스케일 리사이징, 차영상 획득, 영상 분석 등과 같은 복잡한 프로세싱을 거치지 않고서도 CCTV 영상에서 이동객체 영역을 추출하므로 기존의 영상분석 서버에 비해 약 20배 정도의 성능 향상을 얻을 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면 압축영상에 대해 디코딩, 다운스케일 리사이징, 차영상 획득, 영상 분석 등과 같은 복잡한 프로세싱을 거치지 않고서도 CCTV 촬영 영상으로부터 도로 역주행을 실시간으로 식별할 수 있어 영상관제 시스템을 통한 교통사고 예방 효과를 높일 수 있는 장점이 있다.
도 1은 동영상 디코딩 장치의 일반적인 구성을 나타내는 블록도.
도 2는 종래기술에서 압축영상으로부터 도로 역주행을 감지하는 과정을 나타내는 순서도.
도 3은 본 발명에 따라 압축영상으로부터 도로 역주행을 감지하는 전체 프로세스를 나타내는 순서도.
도 4는 본 발명에서 압축영상으로부터 유효 움직임을 검출하는 과정의 구현 예를 나타내는 순서도.
도 5는 CCTV 모니터링 화면에 본 발명에 따른 유효 움직임 영역 검출 과정이 적용된 결과의 일 예를 나타내는 도면.
도 6 및 도 7은 도 5의 주요 부분에 대한 부분 확대 도면.
도 8은 본 발명에서 이동객체 영역에 대한 바운더리 영역을 검출하는 과정의 구현 예를 나타내는 순서도.
도 9는 압축영상에 대해 본 발명에 따른 바운더리 영역 검출 과정이 적용된 결과의 일 예를 나타내는 도면.
도 10 및 도 11은 도 9의 주요 부분에 대한 부분 확대 도면.
도 12는 본 발명에서 인터폴레이션을 통해 이동객체 영역을 정리한 결과의 일 예를 나타내는 도면.
도 13 및 도 14는 도 12의 주요 부분에 대한 부분 확대 도면.
도 15는 본 발명에서 이동객체 영역의 이동 방향성에 기초하여 도로 역주행 이벤트를 검출하는 과정의 구현 예를 나타내는 순서도.
도 16은 본 발명에서 이동객체 영역에 Unique ID가 할당된 일 예를 나타내는 도면.
도 17은 본 발명에서 이동객체 영역에 중심좌표가 설정된 일 예를 나타내는 도면.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 따라 압축영상으로부터 도로 역주행을 감지하는 전체 프로세스를 나타내는 순서도이다. 본 발명에 따른 도로 역주행 감지 프로세스는 일련의 압축영상을 다루는 시스템, 예컨대 CCTV 영상관제 시스템에서 영상분석 서버가 양호하게 수행할 수 있다.
본 발명에서는 압축영상을 디코딩할 필요없이 압축영상의 비트스트림을 파싱하여 각 영상 블록, 즉 매크로블록(Macro Block) 및 서브블록(Sub Block) 등의 신택스 정보, 바람직하게는 모션벡터(Motion Vector)와 코딩유형(Coding Type) 정보를 통해 이동객체 영역을 빠르게 추출한다. 이렇게 얻어진 이동객체 영역은 본 명세서에 첨부된 이미지에서 보여지는 바와 같이 이동객체의 경계선을 정확하게 반영하지는 못하지만 처리속도가 빠르면서도 신뢰도가 높은 장점이 있다. 그리고 나서, 본 발명에서는 이렇게 얻어진 이동객체 영역에 기초하여 압축영상 내에 도로 역주행이 존재하는지 여부를 식별해낸다.
한편, 본 발명에 따르면 압축영상을 디코딩하지 않고도 이동객체 영역을 추출해내고 도로 역주행을 감지할 수 있다. 하지만, 본 발명이 적용된 장치 또는 소프트웨어라면 압축영상을 디코딩하는 동작을 수행하지 않아야 하는 것으로 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
이하, 도 3을 참조하여 본 발명에 따라 압축영상으로부터 도로 역주행을 감지하는 과정의 개념을 살펴본다.
단계 (S100) : 먼저, 압축영상의 모션벡터에 기초하여 압축영상으로부터 실질적으로 의미를 인정할만한 유효 움직임을 검출하며, 이처럼 유효 움직임이 검출된 영상 영역을 이동객체 영역으로 설정한다.
이를 위해, H.264 AVC 및 H.265 HEVC 등의 동영상압축 표준에 따라서 압축영상의 코딩 유닛(coding unit)의 모션벡터와 코딩유형을 파싱한다. 이때, 코딩 유닛의 사이즈는 일반적으로 64x64 픽셀 내지 4x4 픽셀 정도이며 플렉서블(flexible)하게 설정될 수 있다.
각 영상 블록에 대해 미리 설정된 일정 시간(예: 500 msec) 동안 모션벡터를 누적시키고, 그에 따른 모션벡터 누적값이 미리 설정된 제 1 임계치(예: 20)을 초과하는지 검사한다. 만일 그러한 영상 블록이 발견되면 해당 영상 블록에서 유효 움직임이 발견된 것으로 보고 이동객체 영역으로 마킹한다. 그에 따라, 모션벡터가 발생하였더라도 일정 시간동안의 누적값이 제 1 임계치를 넘지 못하는 경우에는 영상 변화가 미미한 것으로 추정하고 무시한다.
단계 (S200) : 다음으로, 앞의 (S100)에서 검출된 이동객체 영역에 대하여 모션벡터와 코딩유형에 기초하여 바운더리 영역이 어디까지인지 검출한다. 이를 위해, 이동객체 영역으로 마킹된 영상 블록을 중심으로 인접한 복수의 영상 블록을 검사하여 모션벡터가 제 2 임계치(예: 0) 이상 발생하였거나 코딩유형이 인트라 픽쳐(Intra Picture)일 경우에는 해당 영상 블록도 이동객체 영역으로 마킹한다. 이러한 과정을 통해서는 실질적으로는 해당 영상 블록이 앞서 (S100)에서 검출된 이동객체 영역과 한 덩어리를 이루는 형태로 되는 결과가 된다.
유효 움직임이 발견되어 이동객체 영역의 근방에서 어느 정도의 움직임이 있는 영상 블록이라면 이는 앞의 이동객체 영역과 한 덩어리일 가능성이 높기 때문에 이동객체 영역이라고 마킹한다. 또한, 인트라 픽쳐의 경우에는 모션벡터가 존재하지 않기 때문에 모션벡터에 기초한 판정이 불가능하다. 이에, 이동객체 영역으로 이미 검출된 영상 블록에 인접하여 위치하는 인트라 픽쳐는 일단 기 추출된 이동객체 영역과 함께 한 덩어리로 추정한다.
단계 (S300) : 앞의 (S100)과 (S200)에서 검출된 이동객체 영역에 인터폴레이션(interpolation)을 적용하여 이동객체 영역의 분할(fragmentation)을 정리한다. 앞의 과정에서는 영상 블록 단위로 이동객체 영역 여부를 판단하였기 때문에 실제로는 하나의 이동객체(예: 사람)임에도 불구하고 중간중간에 이동객체 영역으로 마킹되지 않은 영상 블록이 존재하여 여러 개의 이동객체 영역으로 분할되는 현상이 발생할 수 있다.
그에 따라, 이동객체 영역으로 마킹된 복수의 영상 블록으로 둘러싸여 하나 혹은 소수의 비마킹 영상 블록이 존재한다면 이들은 이동객체 영역으로 추가로 마킹한다. 이를 통해, 여러 개로 분할되어 있는 이동객체 영역을 하나로 뭉쳐지도록 만들 수 있는데, 이와 같은 인터폴레이션의 영향은 도 9와 도 12를 비교하면 명확하게 드러난다.
단계 (S400) : 이상의 과정을 통하여 압축영상에 대해 코딩 유닛의 신택스(모션벡터, 코딩유형)에 기초하여 이동객체 영역을 신속하게 추출하였다. 단계 (S400)에서는 이러한 이동객체 영역의 추출 결과를 이용하여 압축영상에서 차량이 도로에서 반대방향으로 주행하고 있다면 교통사고 예방을 위해 이를 감지해낸다. 명세서에서는 이를 '도로 역주행'라고 부른다. 영상관제 시스템에서 현재 도로 역주행이 발생하였다는 사실 및 그 도로 역주행이 발생한 지점을 알려줌으로써 관제요원이 좀더 주목할 수 있도록 하여 교통사고를 예방하려는 것이다. 또한, 사후증거 확보라는 면에서도 도로 역주행 정보는 유용하게 활용될 수 있다.
이를 위해, 도로구역이 일종의 관심영역(ROI)으로서 압축영상에 미리 설정되어 있다. 본 발명에서는 특정의 지점에 설치된 CCTV 카메라가 주변을 촬영하면서 압축영상을 생성하는 것으로 가정한다. 이러한 환경에서는 도로 주변에 설치된 CCTV 카메라가 생성하는 각각의 압축영상에 대해서 주변 지형을 참고하여 도로구역을 미리 관심영역으로서 설정해둘 수 있다. 또한, 각각의 도로구역에 대해서 정주행 방향과 역주행 방향을 미리 설정하는 것도 가능하다. 이러한 정보는 본 발명의 기술이 적용된 영상관제 시스템에 미리 저장되어 있다.
이처럼 관심영역(ROI)으로서 미리 설정되어 있는 도로구역 내에 무언가 이동하고 있는 것으로 추정되는 영상 덩어리, 즉 이동객체 영역이 발견되면 일련의 영상 프레임 간에 그 이동방향성을 체크한다. 그 체크 결과 그 이동방향성이 해당 도로구역에 대해 미리 설정되어 있는 역주행 방향에 맞는 경우에 그 이동객체 영역에 대해 도로 역주행 이벤트를 발생시킨다.
압축영상으로부터 도로 역주행을 감지하는 구체적인 과정에 대해서는 도 15를 참조하여 상세하게 후술한다.
도 4는 본 발명에서 압축영상으로부터 유효 움직임을 검출하는 과정의 구현 예를 나타내는 순서도이고, 도 5는 CCTV 모니터링 화면에 본 발명에 따른 유효 움직임 영역 검출 과정이 적용된 결과의 일 예를 나타내는 도면이다.
단계 (S110) : 먼저, 압축영상의 코딩 유닛을 파싱하여 모션벡터 및 코딩유형을 획득한다. 도 1을 참조하면, 동영상 디코딩 장치는 압축영상의 스트림에 대해 H.264 AVC 및 H.265 HEVC 등과 같은 동영상압축 표준에 따라 구문분석(헤더 파싱) 및 모션벡터 연산을 수행한다. 이러한 과정을 통하여 압축영상의 코딩 유닛에 대하여 모션벡터와 코딩유형을 파싱해낸다.
단계 (S120) : 압축영상을 구성하는 복수의 영상 블록 별로 미리 설정된 시간(예: 500 ms) 동안의 모션벡터 누적값을 획득한다.
이 단계는 압축영상으로부터 실질적으로 의미를 인정할만한 유효 움직임, 예컨대 주행중인 자동차, 달려가는 사람, 서로 싸우는 군중들이 있다면 이를 검출하려는 의도를 가지고 제시되었다. 흔들리는 나뭇잎, 잠시 나타나는 고스트, 빛의 반사에 의해 약간씩 변하는 그림자 등은 비록 움직임은 있지만 실질적으로는 무의미한 객체이므로 검출되지 않도록 한다.
이를 위해, 미리 설정된 일정 시간(예: 500 msec) 동안 하나이상의 영상 블록 단위로 모션벡터를 누적시켜 모션벡터 누적값을 획득한다. 이때, 영상 블록은 매크로블록과 서브블록을 포함하는 개념으로 사용된 것이다.
단계 (S130, S140) : 복수의 영상 블록에 대하여 모션벡터 누적값을 미리 설정된 제 1 임계치(예: 20)와 비교하며, 제 1 임계치를 초과하는 모션벡터 누적값을 갖는 영상 블록을 이동객체 영역으로 마킹한다.
만일 이처럼 일정 이상의 모션벡터 누적값을 갖는 영상 블록이 발견되면 해당 영상 블록에서 무언가 유의미한 움직임, 즉 유효 움직임이 발견된 것으로 보고 이동객체 영역으로 마킹한다. 예컨대 영상관제 시스템에서 사람이 뛰어가는 정도로 관제 요원이 관심을 가질만한 가치가 있을 정도의 움직임을 선별하여 검출하려는 것이다. 반대로, 모션벡터가 발생하였더라도 일정 시간동안의 누적값이 제 1 임계치를 넘지 못할 정도로 작을 경우에는 영상에서의 변화가 그다지 크지않고 미미한 것으로 추정하고 검출 단계에서 무시한다.
단계 (S150) : 압축영상의 재생 화면에 이동객체 영역을 일반 영상과 구별되도록 디스플레이 제공한다. 도 5는 CCTV 모니터링 화면에 유효 움직임 영역 검출 과정이 적용된 결과의 일 예를 나타내는 도면으로서, 제 1 임계치를 초과하는 모션벡터 누적값을 나타낸 다수의 영상 블록이 이동객체 영역으로 마킹되어 모니터 화면에 두꺼운 라인의 박스로 표시되었다. 도 6 및 도 7은 도 5에서 주요 부분을 확대하여 표시한 도면이다.
도 5 내지 도 7을 살펴보면 보도블럭이나 도로, 그리고 그림자가 있는 부분 등은 이동객체 영역으로 표시되지 않은 반면, 걷고있는 사람들이나 주행중인 자동차 등이 이동객체 영역으로 표시되었다. 한편, 본 명세서에서는 두꺼운 라인의 블록으로 이동객체 영역을 표현하였으나, CCTV 모니터 화면에서는 관제요원이 즉각 식별할 수 있는 색상으로 표현하는 것이 더 바람직하다.
도 8은 본 발명에서 이동객체 영역에 대한 바운더리 영역을 검출하는 과정의 구현 예를 나타내는 순서도이고, 도 9는 압축영상에 대해 바운더리 영역 검출 과정이 적용된 결과의 일 예를 나타내는 도면이다. 이때, 도 10 및 도 11은 도 9에서 주요 부분을 확대하여 표시한 도면이다.
도 5 내지 도 7를 살펴보면 이동객체가 제대로 마킹되지 않았으며 일부에 대해서만 마킹이 이루어진 것을 발견할 수 있다. 즉, 걷고있는 사람이나 주행중인 자동차를 살펴보면 객체의 전부가 마킹된 것이 아니라 일부 블록만 마킹되었다는 것을 발견할 수 있다. 더욱이 하나의 이동객체에 대해 복수의 이동객체 영역이 마킹된 것도 많이 발견된다. 이는 앞의 (S100)에서 채택한 이동객체 영역의 판단 기준이 일반 영역을 필터링 아웃하는 데에는 매우 유용하지만 상당히 엄격한 것이었다는 것을 의미한다.
따라서, 이동객체 영역을 중심으로 그 주변을 살펴봄으로써 이동객체의 바운더리를 검출하는 과정이 필요하다.
단계 (S210) : 먼저, 앞의 (S100)에 의해 이동객체 영역으로 마킹된 영상 블록을 중심으로 하여 인접하는 복수의 영상 블록을 식별한다. 이들은 본 명세서에서는 편이상 '이웃 블록'이라고 부른다. 이들 이웃 블록은 (S100)에 의해서는 이동객체 영역으로 마킹되지 않은 부분인데, 도 8의 프로세스에서는 이들에 대해 좀더 살펴봄으로써 이들 이웃 블록 중에서 이동객체 영역의 바운더리에 포함될만한 것이 있는지 확인하려는 것이다.
단계 (S220, S230) : 복수의 이웃 블록에 대하여 모션벡터 값을 미리 설정된 제 2 임계치(예: 0)와 비교하고, 제 2 임계치를 초과하는 모션벡터 값을 갖는 이웃 블록을 이동객체 영역으로 마킹한다. 실질적으로 의미를 부여할만한 유효 움직임이 인정된 이동객체 영역에 인접하여 위치하고 어느 정도의 움직임도 발견되고 있다면 그 영상 블록은 촬영 영상의 특성상 앞의 이동객체 영역과 한 덩어리일 가능성이 높다. 따라서, 이러한 이웃 블록도 이동객체 영역이라고 마킹한다.
단계 (S240) : 또한, 복수의 이웃 블록 중에서 코딩유형이 인트라 픽쳐인 것을 이동객체 영역으로 마킹한다. 인트라 픽쳐의 경우에는 모션벡터가 존재하지 않기 때문에 해당 이웃 블록에 움직임이 존재하는지 여부를 모션벡터에 기초하여 판단하는 것이 원천적으로 불가능하다. 이 경우에 이동객체 영역으로 이미 검출된 영상 블록에 인접 위치하는 인트라 픽쳐는 일단 기 추출된 이동객체 영역의 설정을 그대로 유지해주는 편이 안전하다.
단계 (S250) : 압축영상의 재생 화면에 이동객체 영역을 일반 영상과 구별되도록 디스플레이 제공한다. 도 9는 본 발명에서 바운더리 영역 검출 과정까지 적용된 결과의 일 예를 나타내는 도면인데, 이상의 과정을 통해 이동객체 영역으로 마킹된 다수의 영상 블록이 모니터 화면에 두꺼운 라인의 박스로 표시되었다. 도 10 및 도 11을 살펴보면, 앞서 도 6 및 도 7에서 박스 표시되었던 이동객체 영역의 근방으로 도 10 및 도 11에서는 이동객체 영역이 좀더 확장되었으며 이를 통해 이동객체를 전부 커버할 정도가 되었다는 사실을 발견할 수 있다.
도 12는 본 발명에서 인터폴레이션을 통해 이동객체 영역을 정리한 결과의 일 예를 나타내는 도면이고, 도 13 및 도 14는 도 12에서 주요 부분을 확대하여 표시한 도면이다.
단계 (S300)은 앞의 (S100)과 (S200)에서 검출된 이동객체 영역에 인터폴레이션을 적용하여 이동객체 영역의 분할을 정리하는 과정이다. 도 9 내지 도 11을 살펴보면 블록으로 표시된 이동객체 영역 사이사이에 비마킹 영상 블록이 발견된다. 이렇게 중간중간에 비마킹 영상 블록이 존재하게 되면 이들이 여러 개의 개별적인 이동객체인지 아니면 한 덩어리로 간주해야 할 대상인지 판단하기 어렵다. 특히, CCTV 영상관제 시스템의 모니터 화면 상에 얼룩덜룩하게 표시되므로 관제 요원이 즉각적으로 파악하기가 곤란하다는 단점도 있다. 더욱이, 이동객체 영역의 갯수가 많아지기 때문에 단계 (S400)의 프로세스가 복잡해지는 문제도 있다.
그에 따라, 본 발명에서는 이동객체 영역으로 마킹된 복수의 영상 블록으로 둘러싸여 하나 혹은 소수의 비마킹 영상 블록이 존재한다면 이는 이동객체 영역으로 마킹하는데, 이를 인터폴레이션이라고 부른다. 도 9와 도 12를 대비하여 살펴보면, 이동객체 영역 사이사이에 존재하던 비마킹 영상 블록이 모두 이동객체 영역이라고 마킹되었다. 이를 통해, 관제 요원이 참고하기에 좀더 직관적이고 정확한 이동객체 검출 결과를 도출할 수 있게 되었다.
도 15는 본 발명에서 이동객체 영역의 이동 방향성에 기초하여 압축영상으로부터 도로 역주행 이벤트를 검출하는 과정의 구현 예를 나타내는 순서도이다.
전술한 바와 같이 본 발명은 압축영상의 코딩 유닛에서 바로 얻을 수 있는 신택스 정보에 기초하여 이동객체 영역을 추출한다. 종래기술의 압축영상을 디코딩하여 원본 영상에 대해 차영상을 획득하여 분석하는 과정이 불필요하게 되었으며, 이를 통해 발명자의 테스트에 따르면 최대 20배의 처리속도 개선을 이루었다. 그러나, 이러한 접근방식은 정밀도가 떨어진다는 약점이 있다. 이동객체 자체를 추출하는 것이 아니라 이동객체가 포함되어 있을 것으로 추정되는 영상 블록의 덩어리를 추출한다는 점에서 개념상 차이가 있다.
이러한 차이점을 반영하여 본 발명은 CCTV 촬영 영상에 도로 역주행 장면이 있는지 판단하는 과정에서도 종래기술과는 상이한 접근법을 채택하였다. 즉, 관심영역으로 미리 설정되어 있는 도로구역에서 발견된 이동객체 영역, 즉 이동객체가 포함되어 있을 것으로 추정되는 영상 블록의 덩어리에 대해 이동 방향성을 추출하여 해당 도로구역의 역주행 방향과 대응한다면 그 이동객체 영역에 역주행하는 무언가가 있을것이라고 추정하고 도로 역주행 이벤트를 발생시킨다.
이하에서, 본 발명에서 채택하고 있는 도로 역주행 검출 과정의 일 실시예를 구체적으로 기술한다.
단계 (S410) : 먼저, 이동객체 영역을 하나의 객체(오브젝트)처럼 다루기 위하여 식별정보(ID) 미할당 상태인 이동객체 영역을 발견하면 Unique ID를 신규 발행하여 할당해준다. 즉, 이전의 과정에서 이동객체 영역이라고 마킹되어진 서로 연결되어 있는 영상블록의 덩어리를 하나의 객체(오브젝트)처럼 다루는 것이다. 이를 소프트웨어 처리 과정에서 구현하기 위해 이동객체 영역(영상블록의 덩어리)에 대해 Unique ID를 할당하여 관리한다.
그에 따라, 도 15에서 이후의 과정은 이동객체 영역에 할당된 Unique ID를 기준으로 수행되는 것이 바람직한다. 도 16은 이동객체 영역에 Unique ID가 할당되어 있는 일 예를 나타낸다.
한편, 단계 (S410)에서는 이동객체 영역이라고 마킹되어진 서로 연결되어 있는 영상블록의 덩어리가 일련의 영상 프레임 간에 동일한 것인지 아닌지를 판단할 수 있어야 한다. 그래야, 현재 다루고 있는 이동객체 영역에 대해 이전에 Unique ID가 할당되어 있었는지 여부를 판단할 수 있기 때문이다.
본 발명에서는 원본 영상 이미지의 내용을 다루는 것이 아니라 영상블록이 이동객체 영역인지 여부만 체크하였기 때문에 앞 뒤의 영상 프레임에서 이동객체 영역의 덩어리의 동일성 여부를 정밀하게 확인할 수 없다. 즉, 영상에 포함된 이미지 내용을 파악하지 않기 때문에 예컨대 동일 지점에서 앞 뒤 프레임 간에 고양이가 개로 치환되었을 때에 그러한 변화를 식별하지 못한다. 하지만, 프레임 간의 시간간격이 매우 짧다는 점과 영상관제 시스템의 관찰 대상은 통상의 속도로 움직인다는 점을 감안하면 이러한 일이 벌어질 가능성은 매우 낮다.
이에, 본 발명에서는 앞 뒤 프레임에서 이동객체 영역의 덩어리 간에 중첩되는 영상블록의 비율 혹은 갯수가 일정 임계치 이상인 것들을 동일한 이동객체 영역이라고 추정한다. 이러한 접근방식에 의하면 원본 영상의 내용을 모르더라도 특정의 이동객체 영역이 움직이고 있는 것인지 아니면 새로운 이동객체 영역이 신규로 나타난 것인지 아니면 기존의 이동객체 영역이 사라진 것인지 판단할 수 있다. 이러한 판단은 정확도는 종래기술에 비해 낮지만 데이터 처리 속도를 획기적으로 높일 수 있어 실제 적용에서는 오히려 장점을 나타낸다.
단계 (S420) : CCTV 영상관제를 통해 도로 역주행을 감시하는 것은 그 지역의 모든 공간에 대해 필요한 것은 아니고 도로 역주행이 발생할 수 있는 일부 지점을 선별하여 수행하게 된다. CCTV 영상관제에서 유심히 다루는 지역을 일반적으로 '관심영역(Region of Interest, ROI)'이라고 부르는데, 본 발명에서는 도로 역주행을 감시할 필요성이 인정된 도로구역들이 관심영역(ROI)에 해당한다. 이들 관심영역(도로구역)은 영상관제 시스템에 미리 설정되어 있다.
이에, 압축영상에서 관심영역(ROI)으로 미리 설정되어 있는 도로구역 내에서 이동객체 영역의 존재를 식별한다. 하나의 영상 프레임에서 이동객체 영역을 발견하는 것으로는 부족하고 동일 Unique ID가 할당되어 있는 이동객체 영역이 복수의 연속된 프레임에서 발견될 때에 이동객체 영역이 존재한다고 판단한다. 이동객체 영역의 이동 방향성을 판단하기 위해서도 복수의 영상 프레임에서 동일 Unique ID의 이동객체 영역이 발견될 필요가 있다.
본 발명에서는 재생 영상의 내용을 분석하지 않기 때문에 이 단계에서 발견된 이동객체 영역이 차량인지 아닌지도 알 수 없다. 도로 역주행을 감시할 필요가 있다고 판단한 관심영역에서 무언가 이동하는 움직임이 식별되었기 때문에 역주행 차량일 가능성을 고려하여 좀더 살펴보려는 것이다.
단계 (S430) : 이어서, 도로구역에서 발견된 이동객체 영역과 관련하여 시간 흐름에 따른 일련의 위치 정보를 추출한다.
이를 위해, 압축영상을 구성하는 일련의 영상 프레임(예: 30 프레임/초)에 대하여 도로구역에서 위 식별된 이동객체 영역과 동일 Unique ID를 갖는 이동객체 영역을 식별하고, 이들 이동객체 영역 각각의 중심좌표(cx, cy)를 산출한다. 이때, 그 이동객체 영역이 발견되지 않는 프레임은 무시할 수 있고, 이동객체 영역의 아이덴티티(identity)를 관리하기 위해 전술한 Unique ID를 기준으로 중심좌표를 산출하는 것이 바람직하다.
이동객체 영역에 대해 중심좌표를 산출하는 일 실시예로서, 해당 이동객체 영역을 최적으로 포함하는 사각형을 가상으로 형성한 후에 그 사각형의 중심 좌표를 이동객체 영역의 중심좌표(cx, cy)로 설정하도록 구현할 수 있다. 도 17은 세 개의 이동객체 영역(Unique ID = 001, 002, 003)에 대하여 각각 중심좌표가 설정된 예를 나타낸다.
단계 (S440, S450, S460) : 그리고 나서, 일련의 영상 프레임에서 시간적으로 서로 인접하는 영상 프레임 간에 이동객체 영역의 좌표 천이 벡터(△x, △y)를 산출한다. 즉, 동일한 Unique ID에 대해서 앞선 프레임에서의 중심좌표(cx_prv, cy_prv)와 현재 프레임에서의 중심좌표(cx_cur, cy_cur) 간의 차이를 좌표 천이 벡터(△x, △y)로 산출할 수 있다. 이러한 좌표 천이 벡터는 해당 이동객체 영역이 시간 경과에 따라서 어떻게 움직이는지를 나타내는 값이다. 본 발명에서는 이동 방향만 문제되므로 좌표 천이 벡터에 대해 각 좌표의 크기는 무시하고 (-1, 0, +1)로 정규화 처리하는 것이 바람직하다.
이어서, 이동객체 영역의 좌표 천이 벡터에 대해 이동 방향성을 확인하여 도로 역주행의 가능성이 높은지 체크한다. 이를 위해, 먼저 해당 도로구역에 대해 미리 설정된 역주행 방향벡터를 식별한다. 관심영역(ROI)로 설정되어 있는 각각의 도로구역에 대해서는 도로 배치 사정과 CCTV 카메라 촬영 조건에 따라 정주행 방향과 역주행 방향을 미리 설정할 수 있다. 본 발명에서는 이동 방향만 문제되므로 역주행 방향벡터에 대해서도 각 좌표의 크기는 무시하고 (-1, 0, +1)로 정규화 처리하는 것이 바람직하다.
그리고 나서, 이동객체 영역의 좌표 천이 벡터와 도로구역의 역주행 방향벡터를 비교하여 서로 대응하는지 여부를 판단한다. 정규화 처리한 경우에는 서로 동일한 경우에 이들 벡터가 서로 대응한다고 판단하고, 정규화 처리하지 않은 경우에는 양 벡터가 가리키는 각각의 방향이 일정 임계각도 이내인 경우에 서로 대응한다고 판단한다. 좌표 천이 벡터와 역주행 방향벡터가 서로 대응하는 경우에는 해당 이동객체 영역이 그 도로구역에서 역주행하고 있을 가능성이 크다고 판단하고 도로 역주행 이벤트를 발생시킨다.
이때, 좌표 천이 벡터와 역주행 방향벡터를 정규화 처리함에 의해 역주행 발생 여부의 판단에 있어서 세밀함은 포기하는 대신 확실함을 더하면서 판단 소요 시간도 대폭 단축할 수 있는 장점이 있다.
단계 (S470) : 압축영상의 재생 화면에 도로 역주행 이벤트가 발생한 이동객체 영역을 일반 영상과 구별되도록 디스플레이 제공한다. 이를 통해, 영상관제 시스템의 관제요원은 도로 역주행이 검출된 영상 지점을 즉시 인식할 수 있게 되고, 이를 통해 좀더 높은 주의력을 가지고 관찰하게 된다. 이는 사후증거 확보의 과정에서도 마찬가지로 도움을 줄 수 있다.
단계 (S480) : 한편, 이동객체 영역이 일련의 영상 프레임에서 사라지는 경우에 그 이동객체 영역에 대해 앞서 단계 (S410)에서 할당하였던 Unique ID를 리보크 처리함으로써 이동객체 영역을 소멸시킨다.
한편, 본 발명은 컴퓨터가 읽을 수 있는 비휘발성 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드의 형태로 구현되는 것이 가능하다. 이러한 비휘발성 기록매체는 컴퓨터가 읽을 수 있는 데이터를 저장하는 모든 종류의 스토리지 장치를 포함하는데 예컨대 하드디스크, SSD, CD-ROM, NAS, 자기테이프, 웹디스크, 클라우드 디스크 등이 있고 네트워크로 연결된 다수의 스토리지 장치에 코드가 분산 저장되고 실행되는 형태로 구현될 수도 있다.

Claims (7)

  1. 압축영상의 비트스트림을 파싱하여 코딩 유닛에 대한 모션벡터 및 코딩유형을 획득하는 제 1 단계;
    압축영상을 구성하는 복수의 영상 블록 별로 미리 설정된 시간동안의 모션벡터 누적값을 획득하는 제 2 단계;
    상기 복수의 영상 블록에 대하여 상기 모션벡터 누적값을 미리 설정된 제 1 임계치와 비교하는 제 3 단계;
    상기 제 1 임계치를 초과하는 모션벡터 누적값을 갖는 영상 블록을 이동객체 영역으로 마킹하는 제 4 단계;
    압축영상에서 관심영역으로 미리 설정된 도로구역 내에 존재하는 상기 이동객체 영역에 대해 이동 방향성을 추출하여 상기 도로구역에 대해 미리 설정된 역주행 방향과 대응되는 경우에 상기 이동객체 영역에 대해 도로 역주행 이벤트를 발생시키는 제 5 단계;
    를 포함하여 구성되는 압축영상에 대한 신택스 기반의 도로 역주행 감지 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 5 단계는,
    상기 이동객체 영역이 ID 미할당 상태인 경우에 Unique ID를 신규 발행하여 할당하는 제 5a 단계;
    압축영상에서 관심영역으로 미리 설정된 도로구역 내에 상기 이동객체 영역의 존재를 식별하는 제 5b 단계;
    압축영상을 구성하는 일련의 영상 프레임에 대해 상기 도로구역 내에서 식별된 이동객체 영역과 동일한 Unique ID를 갖는 이동객체 영역에 대해 중심좌표를 추출하는 제 5c 단계;
    시간적으로 서로 인접하는 영상 프레임 간에 상기 중심좌표에 대한 좌표 천이 벡터를 산출하는 제 5d 단계;
    상기 도로구역에 대해 미리 설정된 역주행 방향벡터를 식별하는 제 5e 단계;
    상기 좌표 천이 벡터와 상기 역주행 방향벡터가 대응하는 경우에 상기 이동객체 영역에 대해 도로 역주행 이벤트를 발생시키는 제 5f 단계;
    상기 이동객체 영역이 상기 일련의 영상 프레임에서 사라지는 경우에 상기 할당된 Unique ID를 리보크(revoke)하는 제 5g 단계;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 압축영상에 대한 신택스 기반의 도로 역주행 감지 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 4 단계와 상기 제 5 단계 사이에 수행되는,
    상기 이동객체 영역을 중심으로 그 인접하는 복수의 영상 블록(이하, '이웃 블록'이라 함)을 식별하는 제 a 단계;
    상기 복수의 이웃 블록에 대해 모션벡터 값을 미리 설정된 제 2 임계치와 비교하는 제 b 단계;
    상기 제 2 임계치를 초과하는 모션벡터 값을 갖는 이웃 블록을 이동객체 영역으로 추가 마킹하는 제 c 단계;
    를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 압축영상에 대한 신택스 기반의 도로 역주행 감지 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제 c 단계 이후에 수행되는,
    상기 복수의 이웃 블록 중에서 코딩유형이 인트라 픽쳐(Intra Picture)인 이웃 블록을 이동객체 영역으로 추가 마킹하는 제 d 단계;
    를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 압축영상에 대한 신택스 기반의 도로 역주행 감지 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제 d 단계 이후에 수행되는,
    상기 복수의 이동객체 영역에 대하여 인터폴레이션을 수행하여 이동객체 영역으로 둘러싸인 미리 설정된 갯수 이하의 비마킹 영상 블록을 이동객체 영역으로 추가 마킹하는 제 e 단계;
    를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 압축영상에 대한 신택스 기반의 도로 역주행 감지 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 영상 블록은 매크로블록과 서브블록을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 압축영상에 대한 신택스 기반의 도로 역주행 감지 방법.
  7. 컴퓨터에 청구항 1 내지 6 중 어느 하나의 항에 따른 압축영상에 대한 신택스 기반의 도로 역주행 감지 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 판독가능한 비휘발성 기록매체.
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