KR100203284B1

KR100203284B1 - 이동 피사체 자동 추적장치 및 방법

Info

Publication number: KR100203284B1
Application number: KR1019960051280A
Authority: KR
Inventors: 이희정
Original assignee: 윤종용; 삼성전자주식회사
Priority date: 1996-10-31
Filing date: 1996-10-31
Publication date: 1999-06-15
Also published as: KR19980031721A

Abstract

본 발명은 비디오 카메라의 촬상방향을 움직여 피사체를 추적할 때 줌기능 및 자동촛점조절기능을 이용하여 피사체 탐색영역을 확대하도록 한 이동 피사체 자동 추적장치 및 방법에 관한 것이다. 이러한 본 발명은 카메라 지지장치에 설치된 한계위치센서의 상태에 따라 줌밍을 수행하고 초점을 자동으로 맞추는 줌/포커스 콘트롤러를 구비한다. 중앙처리장치는 연속된 두 영상프레임의 차인 이동벡터로 피사체의 움직임 유무를 판단한다. 피사체가 움직일 경우 이동벡터를 이용해 이동거리 및 모터구동 펄스수를 계산하고 그에 따라 팬모터와 틸트모터를 회전시켜 피사체를 추적한다. 이때 한계위치센서들의 상태를 체크하여 피사체 탐색영역을 확대시킬 수 있도록 줌밍을 수행하거나 비디오 카메라를 이동 또는 초기화시킨다. 따라서, 피사체의 운동거리가 큰 경우에도 피사체를 놓치지 않고 쉽게 추적할 수 있는 효과가 있다.

Description

이동 피사체 자동 추적장치 및 방법

도 1은 본 발명에서 제안한 이동 피사체 자동 추적장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도.

도 2는 도 1의 비디오 카메라와 카메라 지지장치의 구조를 좀더 상세하게 설명하기 위한 예시도.

도 3은 본 발명의 이동 피사체 자동 추적방법을 나타낸 동작흐름도.

도 4는 이미지평면 π상에서 움직이는 목표물의 이동벡터로부터 비디오 카메라의 이동각 및 변위를 구하는 과정을 설명하기 위한 그래프.

도 5는 와이드 방향으로 한단계씩 줌밍했을 경우 화면상에서 피사체가 차지하는 위치를 나타낸 상태도.

도 6은 본 실시예에서 설정한 유효영역을 나타낸 화면상태도.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 비디오 카메라2 : 카메라 지지장치

6 : 줌/포커스 콘트롤러7 : 중앙처리장치

10 : 팬모션 캐리어13,14,17,18 : 한계위치센서

12 : 홀15 : 틸트모션 캐리어

[발명의목적]

본 발명의 목적은 이동벡터를 이용해 검출한 피사체의 움직임에 따라 비디오 카메라의 촬상방향을 움직여 피사체가 항상 카메라의 정면에 위치하도록 한 이동 피사체 자동 추적장치 및 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 카메라의 줌기능 및 자동촛점조절기능을 이용해 피사체 탐색영역을 확대함으로써 움직임이 큰 피사체를 쉽게 추적할 수 있도록 한 이동 피사체 자동 추적장치 및 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또다른 목적은 피사체의 이동이 광범위하게 이루어질 경우에도 추적중인 피사체를 놓치지 않고 계속 추적할 수 있도록 한 이동 피사체 자동 추적장치 및 방법을 제공하는데 있다.

[발명이속하는기술분야및그분야의종래기술]

본 발명은 피사체가 항상 카메라의 정면에 위치하도록 추적하는 장치에 관한 것으로, 특히 줌(Zoom)기능을 이용해 탐색영역을 확대함으로써 움직임이 큰 피사체를 쉽게 추적할 수 있도록 한 이동 피사체 자동 추적장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 영상 전화기나 회의 시스템은 피사체의 움직임(Motion)을 검출하여 동영상데이타를 음성데이타와 함께 상대방에게 전송하게 된다. 영상 전화기의 경우에는 이 기능을 실현하기 위해 비디오 카메라가 본체에 설치되어 있다. 그러나 종래에는 상기 카메라가 전화기의 본체에 고정되어 있으므로 피사체가 움직일 경우에는 사용자가 직접 영상 전화기 본체의 위치를 조정하여 피사체가 카메라의 정면에 위치하도록 조정해야 하였다. 또는 사용자 자신이 모니터를 통해 피사체의 움직임을 보고, 영상 전화기에 고정된 비디오 카메라를 물리적인 힘에 의해 상하 또는 좌우로 움직여 모니터에 사용자 자신의 모습이 표시되도록 하였다.

그러나 이와 같은 자기모드 방식은 상대방에게 현재 자신이 움직이는 모습을 전송하려면 사용자가 일일이 카메라의 위치를 조절해야 하므로 사용하기가 매우 불편하였다. 또, 영상 전화기의 사용자가 카메라를 의식하면서 통화해야 하므로 사용자의 불편을 초래하게 되는 문제점이 있었다.

종래에는 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 피사체의 운동방향을 검출한 후 그 움직임에 적응하여 비디오 카메라의 촬상방향을 상하 또는 좌우로 이동시키는 영상 전화기를 개발하였다. 이 영상 전화기는 비디오 카메라에 2개의 모터를 장착하여 카메라가 상하방향과 좌우방향으로 움직일 수 있게 하였다. 그리고 이미 상용화된 블럭 매칭 알고리즘(Blick Matching Algolithm)을 이용하여 현재 입력된 영상데이타로부터 피사체의 운동방향과 크기를 검출한다. 영상 전화기를 사용하여 통화하는 도중에 사용자가 움직이게 되면, 비디오 카메라는 검출된 피사체의 운동방향에 따라 촬상방향을 상하 또는 좌우로 이동하여 피사체가 항상 화면의 중앙에 위치하도록 추적한다.

[발명이이루고자하는기술적과제]

상기와 같은 자동추적 방식은 자기모드 방식의 문제점을 보완하여 사용자가 일일이 카메라의 위치를 조절하거나, 카메라를 의식하면서 통화해야 하는 불편을 없애는 장점이 있다. 그러나 비디오 카메라의 촬상방향을 상하 또는 좌우로 이동시켜 피사체의 움직임을 추적하므로 피사체를 추적할 수 있는 공간이 매우 제한된다는 근원적인 한계가 있다. 즉, 사용자가 카메라가 움직일 수 있는 한계범위를 초과하여 이동하게 되면 추적하던 피사체를 잃게 되는 것이다. 이러한 문제점은 이동벡터(Motion Vector)를 이용하여 부호화를 수행하는 영상 전화기의 구조상 바로 부호화의 실패를 가져오게 된다.

[발명의구성및작용]

상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 이동 피사체 자동 추적장치는 비디오 카메라를 탑재하고 비디오 카메라가 한 축을 중심으로 회전함과 동시에 그 축과 직교하는 다른 한 축을 중심으로 회전할 수 있도록 팬모터와 틸트모터를 장착한 카메라 지지장치를 구비한다. 팬모터와 틸트모터에 연결된 팬/틸트 콘트롤러는 피사체의 이동벡터를 산출하여 방위각과 앙각 방향의 회전각도를 계산하고, 비디오 카메라를 움직여야 할 거리만큼 모터구동 펄스신호를 발생시켜 팬모터와 틸트모터의 구동을 제어하게 된다. 줌/포커스 콘트롤러는 카메라 지지장치에 설치된 한계위치센서의 출력상태에 따라 줌렌즈를 조절하여 줌밍을 수행하고, 비디오 카메라로 입력되는 영상의 휘도성분 최대치를 이용하여 초점을 자동으로 맞춘다. 팬/틸트 콘트롤러와 줌/포커스 콘트롤러에 연결된 중앙처리장치는 이동 피사체 자동 추적장치를 초기화하고, 각 기능블럭들의 동작순서를 제어한다.

또한 본 발명의 이동 피사체 자동 추적방법은 이동 피사체 자동 추적장치를 초기화시키는 제 1과정과, 최초의 영상프레임과 다음의 영상프레임을 검출하여 그 차분인 이동벡터로 피사체의 움직임 유무를 판단하는 제 2과정과, 피사체가 움직일 경우 이동벡터를 이용해 이동거리 및 모터구동 펄스수를 계산하고 그에 따라 팬모터와 틸트모터를 회전시켜 피사체를 추적하는 제 3과정과, 한계위치센서들의 출력상태를 체크하여 피사체 탐색영역을 확대시킬 수 있도록 줌밍을 수행하거나 비디오 카메라를 이동 또는 초기화시키는 제 4과정으로 이루어진다.

이하, 첨부된 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에서 제안한 이동 피사체 자동 추적장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도이다. 부호 1은 피사체의 영상을 포착하여 전기적인 신호로 변환하는 비디오 카메라로, 줌렌즈와 AF(Automatic Focus)렌즈로 이루어진 렌즈유니트를 구비한다. 이 비디오 카메라(1)는 렌즈를 통해 입력된 영상을 CCD(Charge Coupled Device)소자에 촬상하여 전기적인 신호로 변환한다. 비디오 카메라(1)를 탑재한 카메라 지지장치(Video Camera Mount; 2)는 비디오 카메라(1)의 방위각 및 앙각 방향의 회전운동이 가능하도록 팬모터(Pan Motor; 3)와 틸트모터(Tilt Motor; 4)를 구비한다.

팬모터(3)와 틸트모터(4)에 연결된 팬/틸트 콘트롤러(5)는 피사체의 움직임에 대응하여 상기 팬모터(3)와 틸트모터(4)의 구동을 제어한다. 이를 위해 먼저 피사체의 이동벡터를 산출하고, 이동벡터로부터 비디오 카메라(1)의 방위각과 앙각 방향의 회전각도를 계산한 후, 비디오 카메라(1)를 움직여야 할 거리만큼 모터구동 펄스신호를 발생시켜 팬모터(3)와 틸트모터(4)로 출력한다. 그러면 팬모터(3)가 구동되어 비디오 카메라(1)를 좌측 또는 우측 방향으로 회전시키고, 동시에 틸트모터(4)가 구동되어 비디오 카메라(1)를 상측 또는 하측 방향으로 움직이게 한다.

카메라 지지장치(2)와 비디오 카메라(1)에 각각 입출력단이 연결된 줌/포커스(Zoom/Focus) 콘트롤러(6)는 카메라 지지장치(2)에 설치된 한계위치센서(End- Position Sensor)의 출력상태에 따라 비디오 카메라(1)의 줌렌즈를 조절하여 줌밍(Zooming, Zoom-in or Zoom-out)을 수행하도록 한다. 그후, 비디오 카메라(1)로 입력되는 영상의 휘도성분 최대치를 이용하여 초점을 자동으로 맞추어 주게 된다. 여기서, 한계위치센서는 비디오 카메라(1)가 좌우(수평) 또는 상하(수직) 방향으로 회전할 때 회전한계 위치를 지정하기 위하여 장착된 것이다.

팬/틸트 콘트롤러(5)와 줌/포커스 콘트롤러(6)에 각각 연결된 중앙처리장치(7)는 본 발명의 이동 피사체 자동 추적장치를 초기화하고, 각 기능블럭들의 동작순서를 제어하게 된다.

도 2는 도 1의 비디오 카메라(1)와 카메라 지지장치(2)의 구조를 좀더 상세하게 설명하기 위한 예시도이다. 렌즈유니트(8)를 구비한 비디오 카메라(1)는 어떤 한 축을 중심으로 회전할 수 있고, 동시에 그 축과 직교하는 또다른 한 축을 중심으로 회전할 수 있다. 카메라 지지장치(2)에 있어서, 비디오 카메라(1)의 회전운동을 지원하는 부분은 마운트 베이스(Mount Base; 9)에 위치한다. 여기서, A는 팬모터에 의한 수평방향의 회전각도를 의미하고, B는 틸트모터에 의한 수직방향의 회전각도를 의미한다.

방위각 방향(좌우방향)의 회전운동을 지원하기 위하여 팬모션 캐리어(Pan Motion Carrier; 10)가 마운트 베이스(9)위에 설치된다. 이 팬모션 캐리어(10)는 팬 샤프트(Pan Shaft; 11)를 통해 팬모터(3)에 직접 연결된다. 팬모션 캐리어(10)에 있는 홀(Hole; 12)은 두쌍의 포토센서(Photosensor; 13,14)와 함께 한계 회전각을 포착하는데 사용된다. 발광부(a)와 수광부(b)로 이루어진 포토센서(13)(14)는 비디오 카메라(1)의 좌회전 한계를 감지하는 PLE(Pan Left-End)센서(13)와 우회전 한계를 감지하는 PRE(Pan Right-End)센서(14)로서, 회전 한계위치에 설치된다. 팬모션 캐리어(10)의 홀(12)과 포토센서(13)(14)가 일직선상에 있지 않을 경우 발광부(a)의 빛을 수광부(b)에서 받을 수 없다. 그러나 팬모션 캐리어(10)가 회전하여 홀(12)과 포토센서(13)(14)가 일직선상에 배열될 경우에는 발광부(a)의 빛을 수광부(b)에서 받을 수 있으므로 회전 한계위치에 도달한 것을 감지할 수 있게 된다.

앙각 방향(상하방향)의 회전운동을 지원하기 위하여 팬모션 캐리어(10)위에 틸트모션 캐리어(Tilt Motion Carrier; 15)가 설치된다. 이 틸트모션 캐리어(15)는 틸트 샤프트(Tilt Shaft; 16)를 통해 틸트모터(4)에 직접 연결된다. 도면에는 표시되지 않았으나 팬모션 캐리어(10)와 마찬가지로 틸트모션 캐리어(15)에도 홀이 있어, 포토센서(17)(18)와 함께 한계 회전각을 포착하는데 사용된다. 즉, TUE(Tilt Upper-End)센서(17)는 비디오 카메라(1)의 상방향 회전 한계를 감지하고, TLE(Tilt Lower-End)센서(18)는 하방향 회전 한계를 감지하는 것이다. TUE센서(17)와 TLE센서(18)에 의해 상하방향의 회전 한계위치를 감지하는 방법은 전술된 PLE센서(13)와 PRE센서(14)에 의해 좌우방향의 회전 한계위치를 감지하는 방법과 동일하다.

도 3은 상기 중앙처리장치(7)에 의해 실행되는 본 발명의 이동 피사체 자동 추적방법을 나타낸 동작흐름도이다. 먼저, 중앙처리장치(7)는 이동 피사체 자동 추적장치를 초기화시키기 위해 팬/틸트 콘트롤러(5)와 줌/포커스 콘트롤러(6)로 초기화 명령을 내보낸다. 팬/틸트 콘트롤러(5)로 보낸 초기화 명령에 의해 카메라 지지장치(2)위의 팬모션 캐리어(10)와 틸트모션 캐리어(15)는 비디오 카메라(1)의 렌즈유니트(8)가 정중앙을 향하도록 방위각과 앙각을 0°로 조정하게 된다(S1). 그리고 줌/포커스 콘트롤러(6)로 보낸 초기화 명령에 의해 비디오 카메라(1)는 최소의 초점거리를 갖도록 줌렌즈와 AF렌즈를 초기화시킨다(S2).

초기화 과정이 완료되면, 피사체를 포착하기 위하여 비디오 카메라(1)를 통해 최초의 영상프레임을 검출하고(S3), 다시 다음의 영상프레임을 검출하여(S4) 피사체의 움직임이 있는지를 판단한다. 이때 움직임의 유무는 이동벡터에 의해 판정되고, 이동벡터는 최초의 영상프레임과 다음의 영상프레임과의 차로 표시되므로 상기 전후 두 프레임 사이의 차분을 구하여 움직임 유무를 판정한다(S5). 상기에서 구해진 이동벡터가 설정값 이상의 크기를 가지면 움직임이 있다고 가정하고, 팬/틸트 콘트롤러(5)에서 이동벡터를 이용해 비디오 카메라(1)가 이동해야 할 거리를 계산한다. 여기서, 비디오 카메라(1)의 이동거리는 이동벡터에 비례한다. 상기 이동거리에 따라 구동펄스수를 계산하여 팬모터(3)와 틸트모터(4)를 구동시키면, 팬모션 캐리어(10)와 틸트모션 캐리어(15)가 이동벡터의 방향에 따라 회전하여 피사체의 이동에 의해 생긴 변위를 보정한다. 이 동작에 의해 비디오 카메라(1)는 좌우 또는 상하 방향으로 움직이면서 피사체를 추적하게 된다(S6).

도 4는 이미지평면 π상에서 움직이는 목표물의 이동벡터로부터 비디오 카메라(1)의 이동각 및 변위를 구하는 과정을 설명하기 위한 그래프이다. 이동벡터를라고 가정하고 도 4를 참조하여 비디오 카메라(1)가 좌우 또는 상하로 이동하는 각도를 다음과 같은 방법으로 구한다. 먼저, 프레임상에서 대상물체의 움직임은 도 4에서와 같이 이미지평면 π에서 x방향 또는 y방향으로의 거리 이동으로 표시할 수 있다. 이 평면(π)상에서 대상물체의 위치를 t라고 할 때 점 t와 비디오 카메라(1)의 광학축(Optical axis)과의 변위를 보정하기 위해서는 상기 카메라(1)의 광학축을 φ, θ성분에 대해 이동시켜야 한다. 대상물체의 이미지평면(π)상의 위치를 φ, θ성분으로 변환하는 식은 아래의 수학식 1과 같다.

[수학식1]

여기서,는 비디오 카메라(1)의 초점거리를,는 비디오 카메라(1)의 초기 광학축의성분을 나타낸다. 수학식 1을 이용하여 변위를 구할 수 있는데, 연속된 두 프레임 사이에서 이동벡터가이면 비디오 카메라(1)의 초기위치로부터 변위는 수학식 2에 의해 구해진다.

[수학식2]

여기서,는 비디오 카메라(1)의 AF렌즈가 피사체에 초점을 맞추는 과정에서 알 수 있으므로 이동벡터를 구하면 수학식 2를 이용하여 비디오 카메라(1)의 이동각을 쉽게 구할 수 있다.

팬/틸트 콘트롤러(5)는 수학식 2를 이용하여 이전 단계(S5)에서 검출된 이동벡터로부터 변위를 구하고, 실제로 비디오 카메라(1)를 회전시키기 위해 모터에 인가될 펄스수를 산출한다. 팬모터(3) 및 틸트모터(4)는 인가되는 펄스수만큼만 회전하여 피사체의 이동에 의해 생긴 변위를 보정한다(S6). 비디오 카메라(1)가 피사체의 움직임을 추적할 때 줌/포커스 콘트롤러(6)는 한계위치센서(PLE센서, PRE센서, TUE센서, TLE센서)의 출력상태를 계속적으로 체크한다(S7).

비디오 카메라(1)가 이동하여 수평/수직 방향중 어느 한 방향으로 한계값에 도달하게 되면 한계위치센서들이 이것을 감지하게 된다. 예를 들어, 비디오 카메라(1)가 좌측으로 회전하여 한계위치에 도달하게 되면, 팬모션 캐리어(10)의 홀(12)과 PLE센서(13)가 일직선상에 있게 되므로 PLE센서(13)의 출력값이 1이 된다(S8). 피사체가 같은 방향으로 계속 이동하면 비디오 카메라(1)는 더 이상 피사체를 추적할 수 없으므로 줌/포커스 콘트롤러(6)는 비디오 카메라(1)의 줌렌즈를 와이드(Wide) 방향으로 조절하여 피사체의 영상을 한단계 축소시킨다(S9).

도 5는 와이드 방향으로 한단계씩 줌밍했을 경우 화면상에서 피사체가 차지하는 위치를 나타낸 상태도이다. 최초의 영역 Ⅰ에서 피사체는 인물의 좌측이 화면을 벗어나 있다. 와이드 방향으로 한단계 줌밍하여 더욱 넓은 영역(영역 Ⅱ)을 잡으면 피사체는 화면의 중앙(Center)에 영역 Ⅰ에서보다 상대적으로 접근하게 된다. 이와 같이 피사체가 차지하는 위치를 체크하여 피사체가 화면의 중앙에 더욱 접근할 때까지 와이드 방향으로 한단계씩 줌밍한다.

이러한 기능을 효율적으로 수행하기 위해서는 화면상에서 유효영역(Effective Region)을 정의하는 것이 필요하다. 유효영역은 피사체가 실제로 존재해야 할 영역을 나타낸다. 본 발명의 이동 피사체 자동 추적장치는 피사체의 움직임의 변화가 완만하고 이동거리도 비교적 짧은 영상 전화기나 회의 시스템에서의 사용을 목적으로 하고 있다. 이때 피사체는 사람의 상반신일 경우가 대부분이다. 그러므로 유효영역은 좌우측 양단과 상단의 일부를 제외한 영역으로 정하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 도 6에 표시한 것처럼 화면(A)상에서 좌우 각각 2블럭과 상단의 1블럭을 제외한 부분을 유효영역(B)으로 설정하였다. 여기서, 1블럭은 8×8화소로 구성되어 있다.

피사체가 화면의 중앙에 접근하였는지를 직접 판단하는 것이 어려우므로 중앙처리장치(7)는 피사체가 유효영역내에 포함되는지의 여부로 줌밍을 계속할 것인지 중단할 것인지를 판단한다. 만약, 피사체가 유효영역내에 포함되지 않는데도 더 이상 줌밍할 수 없다고 판단되면(S10), 경계영역을 벗어난 것으로 판정하고(S11) 비디오 카메라(1)를 초기상태로 되돌린다(S1). 피사체가 유효영역내에 포함되는지를 판단하여(S12) 포함되지 않으면 와이드 방향으로 줌밍을 계속한다(S9). 마지막 줌밍단계에 도달하기 전에 피사체가 유효영역내에 포함되면, 비디오 카메라(1)를 우측(이전의 이동방향과 반대방향)으로 한단계 이동시킨 후(S13), TUE센서(17)와 TLE센서(18)의 상태를 조사한다.

만약, 단계(S8)에서 PLE센서(13)의 출력값이 1이 아닐 경우에는 PRE센서(14)의 출력값이 1인지를 판단한다(S14). 비디오 카메라(1)가 우측 한계위치에 도달하여 PRE센서(14)의 출력값이 1이 되면, 전술된 것처럼 와이드 방향으로의 줌밍과 유효영역 포함여부의 조사를 반복한다(S15∼S17). 피사체가 유효영역내에 포함될 때까지 줌밍을 계속하여 마지막 줌밍단계에 도달하기 전에 피사체가 유효영역내에 포함되면, 비디오 카메라(1)를 좌측으로 한단계 이동시킨 후(S18), TUE센서(17)와 TLE센서(18)의 상태를 조사한다. 피사체가 유효영역내에 포함되지 않으면서 마지막 줌밍단계에 도달하면(S16), 경계영역을 벗어난 것으로 판정하고(S19) 비디오 카메라(1)를 초기상태로 되돌린다(S1).

비디오 카메라(1)가 상측 한계위치에 도달하여 TUE센서(17)의 출력값이 1이 되면(S20), 전술된 것처럼 와이드 방향으로의 줌밍과 유효영역 포함여부의 조사를 반복한다(S21∼S23). 줌밍을 계속하여 피사체가 유효영역내에 포함되면, 비디오 카메라(1)를 하측으로 한단계 이동시킨 후(S24), 단계(S4)로 되돌아가 영상프레임을 다시 검출한다. 그러나 피사체가 유효영역내에 포함되지 않으면서 마지막 줌밍단계에 도달하면(S22), 경계영역을 벗어난 것으로 판정하고(S25) 비디오 카메라(1)를 초기상태로 되돌린다(S1).

단계(S20)에서 TUE센서(17)의 출력값이 1이 아닐 경우에는 TLE센서(18)의 출력값이 1인지를 판단한다(S26). 비디오 카메라(1)가 하측 한계위치에 도달하여 TLE센서(18)의 출력값이 1이 되면(S26), 전술된 것처럼 와이드 방향으로의 줌밍과 유효영역 포함여부의 조사를 반복한다(S27∼S29). 줌밍을 계속하여 피사체가 유효영역내에 포함되면, 비디오 카메라(1)를 상측으로 한단계 이동시킨 후(S30), 단계(S4)로 되돌아가 영상프레임을 다시 검출한다. 그러나 피사체가 유효영역내에 포함되지 않으면서 마지막 줌밍단계에 도달하면(S28), 경계영역을 벗어난 것으로 판정하고(S31) 비디오 카메라(1)를 초기상태로 되돌린다(S1).

단계(S26)에서 TLE센서(18)의 출력값이 1이 아닐 경우에는 피사체가 차지하는 영역과 유효영역과의 비율(영역비)로 다음 처리를 결정한다(S32). 상기 영역비가 미리 정한 어떤 값보다 작을 경우에는 비디오 카메라(1)의 줌렌즈를 텔레(Tele) 방향으로 조절하여 피사체의 영상을 한단계 확대시킨다(S33). 이와 같이 텔레 방향으로의 줌밍을 계속하여 영역비가 설정값보다 커지면 단계(S4)로 되돌아가 영상프레임을 다시 검출한다. 이것은 피사체가 화면의 중앙에는 있지만 정도 이상으로 축소되는 것을 방지하기 위한 것이다.

[발명의효과]

이상에서와 같이 본 발명은 비디오 카메라의 촬상방향을 수평 또는 수직 방향으로 움직여 피사체의 움직임을 추적하므로 사용자의 편리함을 도모할 수 있다. 특히, 카메라의 줌기능 및 자동촛점조절기능을 이용하여 화면영역을 확대하였으므로 기존보다 피사체 탐색영역을 훨씬 광범위하게 가질 수 있다. 그러므로 피사체의 운동거리가 큰 경우에도 피사체를 놓치지 않고 쉽게 추적할 수 있는 효과가 있다.

Claims

줌렌즈와 AF렌즈를 통해 입력되는 피사체의 영상을 전기적인 신호로 변환하는 비디오 카메라를 구비한 이동 피사체 자동 추적장치에 있어서,

상기 비디오 카메라를 탑재하고 비디오 카메라가 한 축을 중심으로 회전함과 동시에 그 축과 직교하는 다른 한 축을 중심으로 회전할 수 있도록 팬모터와 틸트모터를 구비한 카메라 지지장치와;

피사체의 이동벡터를 산출하여 방위각과 앙각 방향의 회전각도를 계산하고 비디오 카메라를 움직여야 할 거리만큼 모터구동 펄스신호를 발생시켜 팬모터와 틸트모터의 구동을 제어하는 팬/틸트 콘트롤러와;

카메라 지지장치에 설치된 한계위치센서의 출력상태에 따라 줌렌즈를 조절하여 줌밍을 수행하고, 비디오 카메라로 입력되는 영상의 휘도성분 최대치를 이용하여 초점을 자동으로 맞추어 주는 줌/포커스 콘트롤러와;

이동 피사체 자동 추적장치를 초기화하고 팬/틸트 콘트롤러와 줌/포커스 콘트롤러에 연결되어 각 기능블럭들의 동작순서를 제어하는 중앙처리장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 피사체 자동 추적장치.
제 1항에 있어서, 상기 카메라 지지장치는 팬 샤프트를 통해 팬모터에 연결되어 팬모터가 회전함에 따라 마운트 베이스위에서 방위각 방향(좌우방향)으로 함께 회전하는 팬모션 캐리어와; 틸트 샤프트를 통해 틸트모터에 연결되어 틸트모터가 회전함에 따라 팬모션 캐리어위에서 앙각 방향(상하방향)으로 함께 회전하는 틸트모션 캐리어와; 팬모션 캐리어 및 틸트모션 캐리어의 회전 한계위치에 설치되어 팬모션 및 틸트모션 캐리어에 각각 있는 홀과 일직선상에 있을 경우 회전 한계위치에 도달한 것을 감지하는 한계위치센서들을 구비한 것을 특징으로 하는 이동 피사체 자동 추적장치.
제 2항에 있어서, 상기 한계위치센서는 비디오 카메라의 좌회전 한계를 감지하는 PLE센서와; 우회전 한계를 감지하는 PRE센서와; 상방향 회전 한계를 감지하는 TUE센서와; 하방향 회전 한계를 감지하는 TLE센서인 것을 특징으로 하는 이동 피사체 자동 추적장치.
줌렌즈와 AF렌즈를 구비한 비디오 카메라가 수평 및 수직 방향으로 회전하여 피사체의 움직임을 추적하는 방법에 있어서,

이동 피사체 자동 추적장치를 초기화시키는 제 1과정과;

최초의 영상프레임과 다음의 영상프레임을 검출하여 그 차분인 이동벡터로 피사체의 움직임 유무를 판단하는 제 2과정과;

피사체가 움직일 경우 이동벡터를 이용해 이동거리 및 모터구동 펄스수를 계산하고 그에 따라 팬모터와 틸트모터를 회전시켜 피사체를 추적하는 제 3과정과;

한계위치센서들의 출력상태를 체크하여 피사체 탐색영역을 확대시킬 수 있도록 줌밍을 수행하거나 비디오 카메라를 이동 또는 초기화시키는 제 4과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 이동 피사체 자동 추적방법.
제 4항에 있어서, 상기 제 1과정은 비디오 카메라의 렌즈가 정중앙을 향하도록 팬모션 캐리어 및 틸트모션 캐리어의 방위각과 앙각을 0°로 조정하는 단계와; 최소의 초점거리를 갖도록 줌렌즈와 AF렌즈를 초기화시키는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 이동 피사체 자동 추적방법.
제 4항에 있어서, 상기 제 3과정은 이동벡터가 설정값보다 클 경우 움직임이 있다고 판단하여 이동벡터로부터 비디오 카메라의 이동각도 및 변위를 계산하는 단계와; 계산된 변위에 따라 모터에 인가될 펄스수를 산출하여 팬모터와 틸트모터를 구동시키는 단계와; 모터구동에 의해 비디오 카메라가 이동벡터의 방향으로 이동하면서 피사체를 추적하고 피사체의 이동에 의해 생긴 변위를 보정하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 이동 피사체 자동 추적방법.
제 6항에 있어서, 이미지평면 π상에서 움직이는 목표물의 위치를 t, 그 이동벡터를라고 할 때 비디오 카메라가 수평 또는 수직으로 이동하는 각도는 아래의 식에 의거하여 구하도록 한 것을 특징으로 하는 이동 피사체 자동 추적방법.

여기서,는 비디오 카메라의 초점거리이고,는 비디오 카메라의 초기 광학축의 수평/수직 이동각도 성분이다.
제 7항에 있어서, 비디오 카메라의 초기위치로부터의 변위는 아래의 식에 의거하여 구하도록 한 것을 특징으로 하는 이동 피사체 자동 추적방법.
제 4항에 있어서, 상기 제 4과정은 한계위치센서들의 출력상태를 체크하여 비디오 카메라가 좌우/상하 방향중 어느 한 방향으로 한계위치에 도달하였는지를 판단하는 단계와; 한계위치에 도달했을 경우 와이드 방향으로 한단계 줌밍하여 피사체 탐색영역을 확대시키는 단계와; 피사체가 유효영역내에 포함되는지를 판단하여 포함될 때까지 와이드 방향으로 줌밍을 계속하는 단계와; 피사체가 유효영역내에 포함될 경우 비디오 카메라를 이전의 이동방향과 반대방향으로 한단계 이동시키는 단계와; 피사체가 유효영역내에 포함되지 않으면서 마지막 줌밍단계에 도달할 경우 경계영역을 벗어난 것으로 판단하여 비디오 카메라를 초기화시키는 단계와; 비디오 카메라가 어느 방향으로도 한계위치에 도달하지 않았을 경우 피사체가 차지하는 영역과 유효영역과의 비율을 설정값과 비교하는 단계와; 상기 영역비가 설정값보다 작을 경우 영역비가 커질 때까지 텔레 방향으로 한단계씩 줌밍하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 이동 피사체 자동 추적방법.
제 9항에 있어서, 8×8화소를 1블럭으로 가정할 때 상기 유효영역은 화면상에서 좌우 각각 2블럭과 상단의 1블럭을 제외한 나머지 영역인 것을 특징으로 하는 이동 피사체 자동 추적방법.