KR20110037485A - 상황 변화 인식 방법 및 이를 이용한 영상 처리 장치 - Google Patents

상황 변화 인식 방법 및 이를 이용한 영상 처리 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 상황 변화 인식 방법 및 이를 이용한 영상 처리 장치에 관한 것으로서, 입력 영상 프레임내에 하나 이상의 블록을 설정하고, 상기 블록내에 위치한 픽셀들에 대하여 픽셀값의 합계를 산출하고, 상기 산출된 픽셀값의 합계를 참조 영상 프레임내 동일 블록의 픽셀값의 합계와 비교하여, 상기 픽셀값의 합계의 차이가 임계값 이상이면 화면 변화가 있는 것으로 판단하고, 임계값 이내이면 화면 변화가 없는 것으로 판단함으로써, 간단한 연산과 비교를 통해 화면 변화 인식이 가능토록 한 것이다.
영상 처리, 블록 설정, 영상 프레임,

Description

상황 변화 인식 방법 및 이를 이용한 영상 처리 장치{Method for recognizing image change and image processing device using the same}
본 발명은 간단한 연산 및 비교를 통하여 동영상에서의 화면 변화를 인식할 수 있고, 이를 통해 실시간으로 입력되는 영상 처리를 단순화시킬 수 있는 상황 변화 인식 방법 및 이를 이용한 영상 처리 장치에 관한 것이다.
최근 다양한 분야에서 영상 기술이 응용되고 있는데, 대표적인 예로서, 보안 및 감시 시스템을 들 수 있다. 상기 보안 및 감시 시스템은, 보안 및 감시가 요하는 장소에 카메라를 설치하고, 상기 카메라를 통해 해당 장소를 실시간 촬영함으로써, 불법적인 침입에 대한 감지 및 예방을 도모한다.
이러한 보안 및 감시 시스템에 있어서, 영상은 대부분 실시간으로 입력되어 처리되어야 하는데, 그 해상도는 보통 27만 픽셀내지 41만 픽셀이며, 최근에는 그 픽셀수가 100만픽셀 이상으로 증가되고 있는 추세에 있다. 여기서, 초당 30개의 프레임이 발생한다고 볼때, 보안 및 감시 카메라로부터 초당 최소 810만 바이트 이상 의 영상 데이터가 발생하게 된다.
따라서, 보안 및 감시 카메라에서 발생되는 대량의 영상 데이타를 신속하게 처리하기 위해 많은 시간과 비용이 초래한다. 이에 보안 및 감시 카메라의 영상 처리에 요구되는 시간 및 비용을 줄이기 위한 다양한 노력이 이루어지고 있다.
도 1은 보안 및 감시 카메라에 대한 영상 처리 과정을 일 예를 보인 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 보안 및 감시 카메라로부터 발생되는 대량의 영상 데이터에 대한 영상 처리를 수행하는데 있어서, 영상인식이 시작되면(S110), 새로운 영상이 입력될 때마다(S120), 기준이 되는 참조 영상과 상기 획득한 새로운 영상이 동일한 지를 비교하고(S130), 상기 참조 영상과 다른 영상이 입력될 때에만 상기 입력된 영상에 대한 영상 처리를 수행하도록 한다(S140). 즉, 카메라로부터 입력되는 동영상을 매 프레임마다 모두 영상 처리하지 않고, 상황 변화가 발생하여 이전 영상과는 달라지는 경우에만 영상 처리를 수행하여, 처리한 영상 데이터의 양을 줄임으로써, 영상 처리에 소요되는 비용 및 시간을 감소시킨다. 이러한 처리 방식은, 감시 장소의 특성상 화면 변화가 적은 경우에 특히 유용하다.
그런데, 종래에는 참조 영상과 입력 영상의 비교 방법으로서, 참조 영상과 입력 영상을 각 픽셀의 값을 일대일로 비교하는 pixel-to-pixel 비교 방법을 사용하였다. 이 경우, 최저 픽셀(27만 픽셀)를 감안하더라도, 1/30 초안에 27만개 이상의 데이터를 비교하여야 한다. 따라서 여전히 비교해야할 데이터량이 많기 때문에, 보다 효율적인 동영상 처리가 이루어지고 있지 않았다.
이에, 본 발명은 간단한 연산 및 비교를 통해 참조 영상과 대비되는 입력 영상의 화면 변화를 감지함으로써, 실시간으로 입력되는 영상 데이터의 처리를 보다 단순화시킬 수 있는 상황 변화 인식 방법 및 이를 이용한 영상 처리 장치를 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 동영상을 입력받아 처리하는 장치에서 영상의 상황 변화를 인식하는 방법에 있어서, 입력 영상 프레임내에 하나 이상의 블록을 설정하는 블록 설정 과정; 상기 블록내에 위치한 픽셀들에 대하여 픽셀값의 합계를 산출하는 연산 과정; 상기 산출된 픽셀값의 합계를 참조 영상 프레임내 동일 블록의 픽셀값의 합계와 비교하는 비교 과정; 상기 픽셀값의 합계의 차이가 임계값 이상이면 화면 변화가 있는 것으로 판단하고, 임계값 이내이면 화면 변화가 없는 것으로 판단하는 판단 과정을 포함하는 상황 변화 인식 방법을 제공한다.
상기 상황 변화 인식 방법은, 화면 변화가 있는 것으로 판단되면, 상기 참조 영상 프레임에 대한 입력 영상 프레임의 변화량을 기준으로 상기 입력 영상 프레임의 영상 처리를 수행하고, 화면 변화가 없는 것으로 판단되면, 상기 입력 영상 프레임의 영상 처리를 수행하지 않는 영상 처리 과정을 더 포함할 수 있다.
상기 상황 변화 인식 방법에 있어서, 상기 판단 과정은, 상기 픽셀값의 합계의 차이가 제1 임계값보다 작으면 화면 변화가 없는 것으로 판단하고, 제2 임계값보다 크면 화면 변화가 있는 것으로 판단할 수 있다.
더하여, 상기 상황 변화 인식 방법에 있어서, 상기 판단 과정은, 상기 픽셀값의 합계의 차이가 제1 임계값보다 크고 제2 임계값보다 작으면, 상기 참조 영상 프레임과 입력 영상 프레임의 해당 블록내의 픽셀을 일대일로 대응시켜, 픽셀값을 각각 비교하는 단계; 및, 상기 블록내에서 픽셀값이 다른 픽셀의 수가 제3 임계값보다 크면, 화면 변화가 있는 것으로 판단하고, 제3 임계값보다 작으면 화면 변화가 없는 것으로 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 상황 변화 인식 방법에 있어서, 상기 참조 영상 프레임은 상기 입력 영상 프레임 보다 이전에 입력된 영상 프레임인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 다른 구성 수단으로서, 처리할 동영상을 프레임 단위로 입력받는 영상 입력부; 상기 영상 입력부를 통해 입력된 입력 영상 프레임과 참조 영상 프레임을 하나 이상의 블록으로 분할한 후, 입력 영상 프레임과 참조 영상 프레임의 동일 위치의 블록 간의 픽셀값의 합계를 비교하여 화면 변화 여부를 판단하는 제어부; 상기 제어부에서 화면 변화가 있다고 판단된 입력 영상 프레임에 대하여 영상 처리를 수행하는 영상 처리부; 상기 제어부의 제어에 따라서, 상기 입력 영상 프레임과 참조 영상 프레임 및 영상 처리부의 처리 결과를 저장하는 저장부; 및 상기 제어부의 제어에 따라서, 영상 처리 결과를 출력하는 영상 출력부를 포함하는 영상 처리 장치를 제공한다.
상기 영상 처리 장치에 있어서, 상기 제어부는, 상기 참조 영상 프레임과 입력 영상 프레임의 동일 블록 내 픽셀값의 합계의 차이가 제1 임계값보다 작으면 화면 변화가 없는 것으로 판단하고, 제2 임계값보다 크면 화면 변화가 있는 것으로 판단할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 참조 영상 프레임과 입력 영상 프레임의 동일 블록 내 픽셀값의 합계의 차이가 제1 임계값보다 크고 제2 임계값보다 작으면, 상기 참조 영상 프레임과 입력 영상 프레임의 상기 블록의 픽셀들을 일대일로 대응하여 픽셀값을 비교하고, 상기 블록내에서 픽셀값이 다른 픽셀의 수가 제3 임계값보다 많으면, 화면 변화가 있는 것으로 판단하고, 제3 임계값보다 적으면 화면 변화가 없는 것으로 판단할 수 있다.
상기 영상 처리 장치에 있어서, 상기 참조 영상 프레임은 상기 입력 영상 프레임 보다 이전에 입력된 영상 프레임인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 영상 프레임내에 하나 이상의 블록을 설정하고, 참조 영상 프레임과 입력 영상 프레임의 동일 블록내 픽셀값의 합계를 비교함에 의하여 화면의 변화를 판단함으로써, 실시간으로 입력되는 동영상에서의 화면 변화를 인식하는데 있어서의 계산량을 감소시켜 보다 신속한 영상 처리를 가능케하며, 더하여, 두 개의 임계값을 기준으로 한 이중 비교 및 블록별 픽셀값 비교를 통하여, 화면 변화와 노이즈를 구별함으로써, 화면 변화 인식 결과에 대한 신뢰성을 높일 수 있 다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 구성 요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 2는 본 발명에 의한 상황 변화 인식 방법을 나타낸 흐름도이다.
이하에서 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 상황 변화 인식 방법을 구체적으로 설명한다.
도 2를 참조하면, 본 발명은 영상 프레임이 입력되면(S201), 입력된 영상 프 레임 내에 일정 크기의 블록을 하나 이상 설정한다(S202). 여기서, 블록의 크기를 크게 할 수 록 화면 변화 인식을 위한 계산량이 줄어드는 반면에 상황 변화 인식에 대한 민감도가 낮아진다. 반대로, 블록의 크기를 작게하면, 상황 변화 인식에 대한 민감도는 높아지는데 반해, 상황 변화 인식 처리를 위한 계산량이 증가한다. 따라서, 용도 및 장치의 성능에 따라서 적절하게 블록의 크기를 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 블록은 영상 프레임 내의 여러 부분에 존재할 수 도 있고, 영상 전체를 몇개의 블럭으로 나눌 수 도 있다. 다만, 영상 프레임내에서 블럭의 위치나 크기는 매 영상 프레임마다 동일하여야 한다.
그리고, 상기 설정된 블록에 속하는 픽셀값들의 합계를 계산한다(S203). 상기 픽셀값의 합계는 Adder를 이용한 덧셈으로 간단히 계산할 수 있다.
그리고, 상기 계산된 픽셀값의 합계를 기준이 되는 참조 영상 프레임에서 동일한 위치의 블록에서의 픽셀값의 합계와 비교한다(S204). 여기서, 참조 영상 프레임은, 화면 변화를 판단하기 위한 기준이 되는 영상 프레임으로서, 상기 입력 영상 프레임보다 이전에 입력된 영상 프레임일 수 있으며, 더 구체적으로는, 바로 이전에 입력된 영상 프레임일 수 있다.
상기 비교 결과, 픽셀값의 합계의 차가 미리 설정되어 있는 제1임계값(임계값 1)보다 작으면, 입력된 영상 프레임이 참조 영상 프레임과 비교하여 화면 변화가 없는 것으로, 즉, 동일한 영상으로 판단한다(S205, S206).
상기 비교 결과, 픽셀값의 합계의 차가 미리 설정되어 있는 제1 임계값(임계값 1)보다 크면, 화면 변화가 있거나 노이즈가 포함되어 있는 경우로서, 화면 변화 와 노이즈를 구분하기 위하여, 상기 픽셀값의 합계의 차가 미리 설정되어 있는 제2 임계값(임계값 2)보다도 큰 지를 확인한다(S207). 여기서, 상기 제2 임계값(임계값 2)는 제1 임계값 보다 큰 값으로서, 상기 제1 임계값(임계값 1) 및 제2 임계값(임계값 2)은, 경험치 또는 통계치를 통하여 적절하게 설정될 수 있다.
상기 확인 결과, 상기 픽셀값의 합계의 차가 제2 임계값(임계값 2)보다도 크다면, 확실히 화면 변화가 있는 것으로 판단한다(S208).
반대로 상기 확인 결과, 상기 픽셀값의 합계의 차가 제2 임계값(임계값 2) 보다 작다면, 화면 변화가 있을 수 도 있고, 노이즈가 발생하거나 소량의 픽셀에 문제가 발생했을 가능성도 있다. 따라서, 정확한 판단을 위하여, pixel-to-pixel 방식으로, 해당 블록내 입력 영상 프레임의 픽셀과 참조 영상 프레임의 픽셀을 일대일로 직접 비교한다(S210). 상기 비교 단계(S210)에서는, 입력 영상 프레임의 픽셀과 대응되는 참조 영상 프레임의 픽셀이 서로 비슷한 값을 가지고 있는 경우에는 동일한 픽셀로 판정하고, 서로 다른 값을 가지고 있는 경우에는 다른 픽셀로 판단하는데, 이때의 판단 기준은 경험치 또는 통계치에 의하여 결정될 수 있다. 그리고 상기 판단 결과 다른 픽셀로 판정된 픽셀의 수를 카운팅한다.
상기 비교 결과, 블록내의 pixel-to-pixel 비교를 통해 서로 다른 픽셀로 판단된 픽셀의 수가 미리 설정한 제3 임계값(임계값 3) 보다 작으면(S211), 노이즈나 기타일부 픽셀에 문제가 발생한 경우로 인식하여 화면 변화가 없는 것으로 판단한다(S212). 반대로, 서로 다른 픽셀로 판단된 픽셀의 수가 제3 임계값(임계값 3)보다 많은 경우에는 화면 변화가 있는 것으로 판단한다(S213). 여기서, 상기 제3 임 계값(임계값 3)은 경험치 및 통계치로 설정될 수 있다.
상술한 과정에서, 입력된 영상 프레임이 참조 영상 프레임과 비교하여 화면 변화가 없는 것으로 판단되면, 동일한 영상에 대한 영상 처리를 반복할 필요가 없으므로, 입력된 영상 프레임에 대한 영상 처리를 수행하지 않고, 단계(S202)로 되돌아가 다음으로 입력으로 영상 프레임에 대한 화면 변화가 있는 지의 판단을 수행한다.
반대로, 상술한 과정에서, 입력된 영상 프레임이 참조 영상 프레임과 비교하여 화면 변화가 없는 것으로 판단되면, 상기 입력된 영상 프레임에 대한 영상 처리를 수행한다(S210,S214). 상기 영상 처리는, 상기 참조 영상 프레임 및 입력 영상 프레임의 변화량을 기준으로 수행된다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예로서, 상황 변화 인식 방법이 적용된 영상 처리 장치를 나타낸 블록도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 영상 처리 장치는, 영상 입력부(31)와, 제어부(32)와, 영상 처리부(33)와, 저장부(34)와, 영상 출력부(35)를 포함한다.
상기 영상 입력부는, 처리할 동영상을 프레임 단위로 입력받는 것으로서, 영상 처리 장치내 다른 구성 요소로부터 영상 프레임을 입력받을 수 도 있고, 보안/감시 카메라로부터 영상 프레임을 순차적으로 입력받을 수 도 있다.
상기 제어부(32)는, 상기 영상 입력부(31)를 통해 입력된 입력 영상 프레임과 참조 영상 프레임에 하나 이상의 블록을 설정하고, 입력 영상 프레임과 참조 영 상 프레임의 동일 위치의 블록내의 픽셀값의 합계를 비교하여 화면 변화 여부를 판단한다. 더 구체적으로, 상기 제어부(32)는 화면 변화 여부를 판단하는데 있어서, 상기 참조 영상 프레임과 입력 영상 프레임에서의 동일 블록내의 픽셀 합계의 차가 제1 임계값(임계값 1) 보다 작으면 화면 변화가 없는 것으로 판단하고, 제2 임계값(임계값 2)보다 크면 화면 변화가 있는 것으로 판단한다. 더하여, 상기 제어부(32)는, 상기 참조 영상 프레임과 입력 영상 프레임에서의 동일 블록 내의 픽셀값의 합계의 차이가 제1 임계값보다 크고 제2 임계값보다 작으면, 상기 참조 영상 프레임과 입력 영상 프레임의 해당 블록내의 각 픽셀들을 일대일로 각각 비교하여, 상기 블록내에서 픽셀값이 다른 픽셀의 수가 제3 임계값보다 많으면, 화면 변화가 있는 것으로 판단하고, 제3 임계값보다 적으면 노이즈 또는 일부 픽셀의 오류에 의한 것으로 보고 화면 변화가 없는 것으로 판단한다. 이때, 상기 참조 영상 프레임은, 입력 영상 프레임의 화면 변화를 판단하는데 기준이 되는 영상 프레임으로써, 상기 입력 영상 프레임보다 이전의 영상 프레임으로, 바람직하게는, 상기 입력 영상 프레임보다 바로 전에 입력된 영상 프레임일 수 있다. 또한, 상기 블록은, 다양한 크기로 설정될 수 있는데, 블록의 크기가 클수록 계산량은 감소하고 화면 변화 인식에 대한 민감도는 낮아지고, 블록의 크기가 작을 수 록 계산량은 증가하고 화면 변화 인식에 대한 민감도는 높아지므로, 용도 및 장치의 성능에 따라서 블록의 크기는 적절하게 설정되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 블록은 여러 부분에 존재할 수 도 있고, 하나의 프레임이 다수의 블록으로 나누어질 수 도 있으나, 모든 입력 프레임에 대하여 동일한 위치 및 크기에 설정되어야 한다.
상기 영상 처리부(33)는, 상기 제어부(32)에서 화면 변화가 있는 것으로 판단된 입력 영상 프레임을 영상 처리한다.
상기 저장부(34)는, 상기 제어부(32)의 제어에 따라서 입력 영상 프레임 및 참조 영상 프레임과 영상 처리 결과를 저장한다.
상기 영상 출력부(35)는, 상기 제어부(32)의 제어에 따라서 영상 처리 결과를 출력한다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 당업자에게 있어 명백할 것이다.
도 1은 일반적인 동영상 처리 과정의 일 예를 보인 흐름도이다.
도 2는 본 발명에 따른 상황 변화 인식 방법을 순차적으로 나타낸 흐름도이다.
도 3은 본 발명에 따른 상황 변화 인식 장치를 나타낸 블록도이다.

Claims (9)

  1. 동영상을 입력받아 처리하는 장치에서 영상의 상황 변화를 인식하는 방법에 있어서,
    입력 영상 프레임내에 하나 이상의 블록을 설정하는 블록 설정 과정;
    상기 블록내에 위치한 픽셀들에 대하여 픽셀값의 합계를 산출하는 연산 과정;
    상기 산출된 픽셀값의 합계를 참조 영상 프레임내 동일 블록의 픽셀값의 합계와 비교하는 비교 과정;
    상기 픽셀값의 합계의 차이가 임계값 이상이면 화면 변화가 있는 것으로 판단하고, 임계값 이내이면 화면 변화가 없는 것으로 판단하는 판단 과정을 포함하는 상황 변화 인식 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    화면 변화가 있는 것으로 판단되면, 상기 참조 영상 프레임에 대한 입력 영상 프레임의 변화량을 기준으로 상기 입력 영상 프레임의 영상 처리를 수행하고, 화면 변화가 없는 것으로 판단되면, 상기 입력 영상 프레임의 영상 처리를 수행하지 않는 영상 처리 과정을 더 포함하는 상황 변화 인식 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 판단 과정은,
    상기 픽셀값의 합계의 차이가 제1 임계값보다 작으면 화면 변화가 없는 것으로 판단하고, 제2 임계값보다 크면 화면 변화가 있는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 상황 변화 인식 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 판단 과정은,
    상기 픽셀값의 합계의 차이가 제1 임계값보다 크고 제2 임계값보다 작으면, 상기 참조 영상 프레임과 입력 영상 프레임의 해당 블록내의 픽셀을 일대일로 대응시켜, 픽셀값을 각각 비교하는 단계; 및
    해당 블록내에서 픽셀값이 다른 픽셀의 수가 제3 임계값보다 크면, 화면 변화가 있는 것으로 판단하고, 제3 임계값보다 작으면 화면 변화가 없는 것으로 판단하는 단계를 포함하는 상황 변화 인식 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 참조 영상 프레임은
    상기 입력 영상 프레임 보다 이전에 입력된 영상 프레임인 것을 특징으로 하는 상황 변화 인식 방법.
  6. 처리할 동영상을 프레임 단위로 입력받는 영상 입력부;
    상기 영상 입력부를 통해 입력된 입력 영상 프레임과 참조 영상 프레임을 하나 이상의 블록으로 분할한 후, 입력 영상 프레임과 참조 영상 프레임의 동일 위치의 블록 간의 픽셀값의 합계를 비교하여 화면 변화 여부를 판단하는 제어부;
    상기 제어부에서 화면 변화가 있다고 판단된 입력 영상 프레임에 대하여 영상 처리를 수행하는 영상 처리부;
    상기 제어부의 제어에 따라서, 상기 입력 영상 프레임과 참조 영상 프레임 및 영상 처리부의 처리 결과를 저장하는 저장부;
    상기 제어부의 제어에 따라서, 영상 처리 결과를 출력하는 영상 출력부를 포함하는 영상 처리 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 참조 영상 프레임과 입력 영상 프레임의 동일 블록 내 픽셀값의 합계의 차이가 제1 임계값보다 작으면 화면 변화가 없는 것으로 판단하고, 제2 임계값보다 크면 화면 변화가 있는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 영상 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 참조 영상 프레임과 입력 영상 프레임의 동일 블록 내 픽셀값의 합계의 차이가 제1 임계값보다 크고 제2 임계값보다 작으면, 상기 참조 영상 프레임과 입력 영상 프레임의 상기 블록의 픽셀들을 일대일로 대응하여 픽셀값을 비교하고, 상기 블록내에서 픽셀값이 다른 픽셀의 수가 제3 임계값보다 많으면, 화면 변화가 있는 것으로 판단하고, 제3 임계값보다 적으면 화면 변화가 없는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 영상 처리 장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 참조 영상 프레임은
    상기 입력 영상 프레임 보다 이전에 입력된 영상 프레임인 것을 특징으로 하는 영상 처리 장치.
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