KR101614874B1 - 지능형 3차원 씨씨티브이 카메라 영상 처리장치 - Google Patents

지능형 3차원 씨씨티브이 카메라 영상 처리장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 지능형 3차원 씨씨티브이 카메라 영상 처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 2개의 씨씨티브이 카메라를 통해 획득된 영상 내 사물에 대한 3차원 영상으로 처리하여 평면 표면추출 및 객체 추적을 수행할 수 있도록 하는 지능형 3차원 씨씨티브이 카메라 영상 처리장치에 관한 것이다.

Description

지능형 3차원 씨씨티브이 카메라 영상 처리장치{Intelligent 3D CCTV Camera image processing device.}
본 발명은 지능형 3차원 씨씨티브이 카메라 영상 처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 2개의 씨씨티브이 카메라를 통해 획득된 영상 내 사물에 대한 3차원 영상으로 처리하여 평면 표면추출 및 객체 추적을 수행할 수 있도록 하는 지능형 3차원 씨씨티브이 카메라 영상 처리장치에 관한 것이다.
영상으로부터 3차원 모델을 복원하는 기법은, 컴퓨터 비전 영역에서 매우 오래된 연구 주제이다.
그 대표적인 기술로서 빛과 그림자의 관계로부터 3차원 정보를 복원하는 기법(shape from shading), 물체 표면 패턴으로부터 3차원 정보를 복원하는 기법(shape from texture) 및 윤곽선 정보로부터 3차원 정보를 복원하는 기법(visual hull) 등이 있다.
특히, 윤곽선 정보로부터 3차원 정보를 복원하는 기법(visual hull)은 매우 간단하면서도 효율적으로 3차원 모델을 복원할 수 있어 최근 많은 연구가 이루어졌다.
그러나, 이 기법은 오목한 영역에 대한 복원이 불가능한 문제점이 있으며, 카메라의 수가 적은 경우 매우 조악한 모델이 생성되는 문제점이 있다.
한편, 스테레오 영상을 이용한 영상 처리기법이 활발히 연구되고 있는데, 두 대의 카메라에서 얻어진 영상에서 생기는 양안 시차를 이용하여 깊이를 추정하는 기술이지만 이를 활용하기 위한 어플리케이션 기술 개발이 시급한 실정이다.
특히, CCTV 관제 센터의 감시인력 1인당 평균 45대를 모니터링하고 있는데, 감시인력 1인이 실시간 확인할 수 있는 범위를 초과하고 있다.
구체적으로 관제인력이 2대 이상의 CCTV를 감시하면 12분이 지나면 위험 상황의 45%를 놓치며, 22분이 지나면 위험 상황의 95%를 놓치게 된다.
종래 지능형 CCTV의 특징은 인공지능 방식의 인식으로서, 사람의 얼굴, 물체의 인식, 물체의 추적분야로 발달되어 있으며, 해상도 및 화소의 밝기만으로 물체를 판별하고 있는데, 최대 문제점은 오탐지 및 오경보에 대한 신뢰도가 떨어지는 것이다.
오탐지 및 오경보의 원인은 기존 일반 카메라에서의 영상 왜곡 현상을 보정하기 어렵고, 카메라와 객체의 정확한 위치, 길이, 높이, 크기, 방향을 알 수 없기 때문이다.
특히, 본 발명과 관련있는 일반 cctv 카메라에 도입하여 사건 사고발생시 평면에서 파악하기 힘든 자료들을 입체적으로 판단할 경우에 신뢰도있는 자료가 될 수 있다는 동기 아래 제안하게 된 것이다.
대한민국 공개특허공보 10-2007-0009899호(2007.01.19)
본 발명의 지능형 3차원 씨씨티브이 카메라 영상 처리장치는 상기와 같은 종래 기술에서 발생하는 문제점을 해소하기 위한 것으로, 일반 cctv 카메라에 도입하여 사건 사고발생시 평면에서 파악하기 힘든 증거 자료들을 입체적으로 판단하도록 영상 처리를 수행하도록 하는데 있다.
본 발명의 지능형 3차원 씨씨티브이 카메라 영상 처리장치는 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 2개의 카메라를 통해 촬영된 좌측 영상 및 우측 영상을 획득하기 위한 스테레오영상수집부(100);
좌측 영상 및 우측영상의 흔들림을 보정하여 정렬하기 위한 자동보정정렬부(200);
좌측 영상의 특정 지점에 대하여 우측 영상의 동일한 특정 지점을 검색하며, 좌측 영상을 기준으로 3차원 스테레오 영상의 수직 시차를 보정하기 위한 에피폴라처리부(300);
좌, 우 스테레오 영상을 획득하여 정합 포인터 속성을 추출하며, 영상의 특징과 일치점을 찾기 위한 기본행렬을 추정하며, 좌이미지 및 아웃 라인에 우 이미지 포인터 검색을 추출하며, 최대 및 최소 불일치 포인터를 검색하여 추출하고, 평균 깊이를 산출하기 위한 깊이맵처리부(400);
스테레오 이미지와 깊이맵을 표출하기 위한 결과표출부(500);를 포함하여 구성되어 본 발명의 과제를 해결하게 된다.
본 발명에 의해, 일반 cctv 카메라에 도입하여 사건 사고발생시 평면에서 파악하기 힘든 증거 자료들을 입체적으로 판단하도록 영상 처리를 수행하도록 함으로써, 신뢰도있는 자료를 제공할 수 있게 된다.
활용적인 측면으로 3차원 객체 추출로 오인식이 적은 객체 추적에 활용할 수 있어 인식률을 높여 지능형 통합 관제시스템에 적용할 수 있으며, CCTV 자료의 활용성을 증대시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 지능형 3차원 씨씨티브이 카메라 영상 처리장치의 전체 블록도이다.
도 2는 좌측 영상 및 우측영상의 흔들림을 보정하여 정렬하는 예시도이며, 도 3 내지 도 4는 에피폴라 삼각측량을 나타낸 예시도이며, 도 5는 깊이지도 예시도이며, 도 6은 지능형 3차원 씨씨티브이 카메라 영상 처리장치의 깊이맵처리부 블록도이다.
이하, 첨부된 도면을 통해 본 발명의 지능형 3차원 씨씨티브이 카메라 영상 처리장치에 대해 상세히 설명하기로 한다.
종래의 영상 감시시스템은 색상 변화에 동작하며, 원근에 따른 왜곡이 발생하며, 미인식 및 오인식 발생, 생성된 자료의 활용이 어렵다.
그러나, 본 발명의 장치는 객체의 위치에 동작하며, 왜곡에 강인하며, 좌표에 따른 분석이 가능하고, 자료의 활용 범위가 넓은 장점이 있다.
이는 수평 정렬을 자동으로 재배열하며, 3차원 깊이 지도를 이용한 실제 좌표를 측정할 수 있으며, 관심 객체의 위치, 크기, 변위(방향,속도)를 추출할 수 있으며, 3차원 정보로 다양한 방향으로 활용이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 지능형 3차원 씨씨티브이 카메라 영상 처리장치의 전체 블록도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 지능형 3차원 씨씨티브이 카메라 영상 처리장치(1000)는,
2개의 카메라를 통해 촬영된 좌측 영상 및 우측 영상을 획득하기 위한 스테레오영상수집부(100);
좌측 영상 및 우측영상의 흔들림을 보정하여 정렬하기 위한 자동보정정렬부(200);
좌측 영상의 특정 지점에 대하여 우측 영상의 동일한 특정 지점을 검색하며, 좌측 영상을 기준으로 3차원 스테레오 영상의 수직 시차를 보정하기 위한 에피폴라처리부(300);
좌, 우 스테레오 영상을 획득하여 정합 포인터 속성을 추출하며, 영상의 특징과 일치점을 찾기 위한 기본행렬을 추정하며, 좌이미지 및 아웃 라인을 참조하여 우 이미지 포인터 검색을 추출하기 위한 깊이맵처리부(400);
스테레오 이미지와 깊이맵을 표출하기 위한 결과표출부(500);를 포함하여 구성된다.
상기 스테레오영상수집부(100)는 도 2에 도시한 바와 같이, 2개의 카메라를 통해 촬영된 좌측 영상 및 우측 영상을 획득하게 된다.
상기 자동보정정렬부(200)는 좌측 영상 및 우측영상의 흔들림을 보정하여 정렬하기 위한 기능을 수행한다.
즉, 흔들림이 발생하면 에피폴라처리부에서 데이터 처리시에 동일한 특정 지점을 검색함에 있어서 에러가 발생할 수 있기 때문에 자동 보정을 하여 정렬하게 되는 것이다.
상기 에피폴라처리부(300)는 좌측 영상의 특정 지점에 대하여 우측 영상의 동일한 특정 지점을 검색하며, 좌측 영상을 기준으로 3차원 스테레오 영상의 수직 시차를 보정하기 위한 기능을 수행하게 된다.
도 3에 도시한 바와 같이, 삼각 측량을 통해 포인터의 이미지 위치 결정은 다른 이미지에 동일한 포인터의 위치를 하나의 이미지에서 물체 포인터의 이미지와 일치하는 위치를 검색 추출한다.
또한, 도 4에 도시한 바와 같이, 에피폴은 optical center를 연결하는 선의 교점 즉, 기준 화상면과 에피폴은 다른 카메라의 optical center의 하나의 카메라에 이미지이다.
에피폴라 평면은 3D 지점에 의해 정의된 평면이며, M 및 optical center C 와 C'이다.
에피 폴라선을 화상면과 에피 폴라 평면의 교차 직선이다.
이는 다른 카메라의 optical center와 이미지 평면 지점을 통해 하나의 카메라에 이미지 정합한다.
상기 깊이맵처리부(400)는 일반적인 깊이맵을 처리하는 기술로서, 일반적으로 좌, 우 스테레오 영상을 획득하여 정합 포인터 속성을 추출하며, 영상의 특징과 일치점을 찾기 위한 기본행렬을 추정하며, 좌이미지 및 아웃 라인을 참조하여 우 이미지 포인터 검색을 추출하며, 최대 및 최소 불일치 포인터를 검색하여 추출하고, 평균 깊이를 산출하기 위한 기능을 수행한다.
상기 평균 깊이를 산출하기 위한 기술은 당업자들에게 널리 알려진 3차원 스테레오 영상 처리 기술의 깊이맵을 수행하기 위한 기술이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 정합 맵핑 기능과 화면의 이미지 포인트에 대응하는 점들은 3차원 세계의 모든 카메라 시스템은 에피 폴라 평면을 정의한다.
일반적으로 이러한 교차점과 이미지 평면, 평면 이미지를 에피 폴라선이라고 한다.
주어진 에피 폴라 라인의 모든 지점은 일치해야 한다.
해당 에피 폴라 라인에서 단일 지점에 대한 검색하여 추출하고 첫번째 이미지에서 점의 매치가 감소될 이미지 평면에 일차원 근접 에피 폴라 라인과 에피 폴라 평면의 일치를 검색 및 결정하게 된다.
한편, 도 1에 도시한 바와 같이, 상기 에피폴라처리부(300)는,
좌측 영상의 특정 지점에 대하여 우측 영상의 동일한 특정 지점을 검색하기 위한 동일지점검색부(310),
좌측 영상을 기준으로 3차원 스테레오 영상의 수직 시차를 보정하기 위한 수직시차보정부(320)를 포함하여 구성되게 된다.
즉, 동일지점검색부(310)는 좌측 영상의 특정 지점에 대하여 우측 영상의 동일한 특정 지점을 검색하게 되며, 수직시차보정부(320)는 좌측 영상을 기준으로 3차원 스테레오 영상의 수직 시차를 보정하게 된다.
한편, 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 깊이맵처리부(400)는,
좌, 우 스테레오 영상을 획득하여 정합 포인터 속성을 추출하기 위한 정합포인터속성추출부(410),
영상의 특징과 일치점을 찾기 위한 기본행렬을 추정하기 위한 기본행렬추정부(420),
좌측 이미지 및 아웃 라인에 우측 이미지 포인터 검색을 추출하기 위한 우측이미지포인터검색추출부(430),
최대 및 최소 불일치 포인터를 검색하여 추출하기 위한 최대및최소불일치포인터검색추출부(440),
평균 깊이를 산출하기 위한 평균깊이산출부(450)를 포함하여 구성되게 된다.
즉, 정합포인터속성추출부(410)에서 좌, 우 스테레오 영상을 획득하여 정합 포인터 속성을 추출하게 된다.
이후, 상기 기본행렬추정부(420)는 영상의 특징과 일치점을 찾기 위한 기본행렬을 추정하게 되고, 상기 우측이미지포인터검색추출부(430)는 좌측 이미지 및 아웃 라인에 우측 이미지 포인터 검색을 추출하게 된다.
이때, 상기 최대및최소불일치포인터검색추출부(440)는 최대 및 최소 불일치 포인터를 검색하여 추출하여 적합한 포인터를 검색하여 추출하게 되는 것이며, 평균깊이산출부(450)는 평균 깊이를 산출하게 되는 것이다.
한편, 추가적인 구성에 따라 본 발명의 장치는,
설정된 점에 대한 좌표 정보를 표출하기 위한 설정좌표표출부;
설정된 직선에 대한 길이를 계산하여 표출하기 위한 길이값표출부;
설정된 평면 표면을 추출하여 표출하기 위한 평면표면표출부를 더 포함하여 구성할 수 있다.
본 발명의 장치는 컴퓨터 화면에 스테레오 이미지, 깊이지도맵, 좌표, 측정값 출력을 정해진 레이 아웃에 출력하게 된다.
이때, 관리자에 의해 특정 포인트(점)을 선택하게 되면 설정좌표표출부는 설정된 점에 대한 좌표 정보를 표출하게 되고, 길이값표출부는 설정된 직선에 대한 길이를 계산하여 표출하게 된다.
즉, 직선을 긋게 되면 해당 직선의 길이를 계산하여 표출해주는 것이다.
또한, 평면표면표출부는 설정된 평면 표면을 추출하여 표출하게 되는 것이다.
이를 통해 카메라와 객체의 정확한 위치, 길이, 높이, 크기, 방향 등을 알 수 있어 오인식이 적은 객체 추적에 활용할 수 있으므로, 인식률이 높은 본 발명의 장치를 지능형 통합 관제시스템에 적용하여 관제 센터에서 활용할 수 있게 된다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구 범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 스테레오영상수집부
200 : 자동보정정렬부
300 : 에피폴라처리부
400 : 깊이맵처리부
500 : 결과표출부

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 지능형 3차원 씨씨티브이 카메라 영상 처리장치에 있어서,
    2개의 카메라를 통해 촬영된 좌측 영상 및 우측 영상을 획득하기 위한 스테레오영상수집부(100);
    좌측 영상 및 우측영상의 흔들림을 보정하여 정렬하기 위한 자동보정정렬부(200);
    좌측 영상의 특정 지점에 대하여 우측 영상의 동일한 특정 지점을 검색하며, 좌측 영상을 기준으로 3차원 스테레오 영상의 수직 시차를 보정하기 위한 에피폴라처리부(300);
    좌, 우 스테레오 영상을 획득하여 정합 포인터 속성을 추출하며, 영상의 특징과 일치점을 찾기 위한 기본행렬을 추정하기 위한 깊이맵처리부(400);
    스테레오 이미지와 깊이맵을 표출하기 위한 결과표출부(500);
    컴퓨터 화면에서 관리자에 의해 특정 포인트(점)을 선택하게 되면, 선택된 점에 대한 좌표 정보를 표출하기 위한 설정좌표표출부;
    컴퓨터 화면에서 관리자에 의해 특정 직선을 선택하게 되면, 선택된 직선에 대한 길이를 계산하여 표출하기 위한 길이값표출부;
    컴퓨터 화면에서 관리자에 의해 특정 평면을 선택하게 되면, 선택된 평면 표면을 추출하여 표출하기 위한 평면표면표출부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 지능형 3차원 씨씨티브이 카메라 영상 처리장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 에피폴라처리부(300)는,
    좌측 영상의 특정 지점에 대하여 우측 영상의 동일한 특정 지점을 검색하기 위한 동일지점검색부(310),
    좌측 영상을 기준으로 3차원 스테레오 영상의 수직 시차를 보정하기 위한 수직시차보정부(320)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 지능형 3차원 씨씨티브이 카메라 영상 처리장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 깊이맵처리부(400)는,
    좌, 우 스테레오 영상을 획득하여 정합 포인터 속성을 추출하기 위한 정합포인터속성추출부(410),
    영상의 특징과 일치점을 찾기 위한 기본행렬을 추정하기 위한 기본행렬추정부(420),
    좌측 이미지 및 아웃 라인을 참조하여 우측 이미지 포인터 검색을 추출하기 위한 우측이미지포인터검색추출부(430)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 지능형 3차원 씨씨티브이 카메라 영상 처리장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 지능형 3차원 씨씨티브이 카메라 영상 처리장치는,
    사물에 대한 3차원 영상으로 처리하여 평면 표면추출 및 객체 추적을 수행하는 것을 특징으로 하는 지능형 3차원 씨씨티브이 카메라 영상 처리장치.
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