KR20230094077A - 국방경계 감시시스템에서 휴리스틱 기반의 카메라 관제영역 추정 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 일반적으로 국방경계 감시시스템에서 카메라의 관제영역을 추정하는 기술에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 국방경계 감시시스템에서 카메라 관제영역의 기하학적 특성에 관한 휴리스틱을 활용하여 개별 카메라의 관제영역 절대 좌표를 빠르게 추정함으로써 적을 발견하였을 경우에 해당 지점을 지도 상의 실제 위치로 정확하게 매핑해줄 수 있어 적 발견시 신속한 대응이 가능하도록 해주는 휴리스틱 기반의 카메라 관제영역 추정 기술에 관한 것이다. 본 발명에 따르면 국방경계 감시시스템에서 카메라 영상으로부터 적을 발견하는 경우에 해당 지역으로 신속히 출동하여 적 침투에 효과적으로 대응할 수 있는 장점이 있다. 따라서, 본 발명은 국방력 강화에 일조할 수 있다.
Description
본 발명은 일반적으로 국방경계 감시시스템에서 카메라의 관제영역을 추정하는 기술에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 국방경계 감시시스템에서 카메라 관제영역의 기하학적 특성에 관한 휴리스틱을 활용하여 개별 카메라의 관제영역 절대 좌표를 빠르게 추정함으로써 적을 발견하였을 경우에 해당 지점을 지도 상의 실제 위치로 정확하게 매핑해줄 수 있어 적 발견시 신속한 대응이 가능하도록 해주는 휴리스틱 기반의 카메라 관제영역 추정 기술에 관한 것이다.
국민의 생명과 재산을 보호하기 위하여 국방경계는 대단히 중요하다. 이때, 근무자들이 일순간이라도 방심하여 경계근무에 헛점이 생겨 아주 위험한 상황이 발생할 수 있는 위험성이 내재되어 있다. 또한, 인구 감소에 따른 군 병력이 감소하고 있는 문제도 고려되어야 한다. 이에, 인력에만 의존하지 말고 CCTV 카메라를 이용한 영상관제를 국방경계에도 적용할 필요가 있다.
지능형 국방경계 감시시스템은 경계(border)에 이격 설치된 다수의 카메라가 생성한 영상을 컴퓨터 영상 분석하여 적을 탐지한다. 이를 위해, 지능형 국방경계 감시시스템은 다수의 카메라, VMS(Video Management System), GIS(Geographic Information System), 영상분석 서버를 구비한다. 카메라는 각자 자신이 담당하는 경계 부분을 촬영한 영상을 생성하고, VMS는 생성된 영상을 실시간 재생, 저장, 다른 시스템에 전송하며, GIS는 카메라의 위치를 지도상에 표시하고, 영상분석 서버는 VMS로부터 받은 영상을 분석하여 주요 이벤트(예: 적 탐지)의 발생을 VMS에 알린다.
이러한 지능형 국방경계 감시시스템에서 가장 중요한 목표는 적을 탐지하고 대응하는 시간을 최소화하는 것이다. 이를 위해서는 카메라 영상에서 영상분석 서버가 신속하게 적을 탐지해야 할 뿐만 아니라, 적을 탐지한 경우에 그 탐지된 적의 위치와 상태를 빠르게 파악하여 관련 부서에 전달하는 것이 중요하다.
기존의 GIS 시스템의 경우에는 카메라 위치만 표시되기 때문에 적 위치에 관한 정보가 불충분하였다. 이를 개선하기 위해서는 카메라의 조향방향과 관제영역, 카메라의 픽셀좌표에 대한 지도상의 좌표 등을 매핑할 수 있어야 한다. 관제영역을 추정하는 문제와 관련하여 김태우, 김형헌, 김평강 "카메라 기반 국방경계시스템에서 관제영역을 지도상에 매핑하는 방법", 정보 및 제어 논문집, 페이지 185-186, 2020(이하, '선행기술문헌 1'이라 함)에서는 픽셀좌표 [0,0]에서 시작하여 영상 내의 경계 네 점을 지도상에서 추정하여 관제영역을 획득하는 기법을 제시하였고 Taewoo Kim, Hyungheon Kim, "Method of outlining a camera surveillance area on a map in the defense boundary system", International Conference on Electronics, Information, and Communication Proc., 2021(이하, '선행기술문헌 2'라 함)에서는 카메라의 관제영역이 등변사다리꼴이라는 사전지식을 활용하여 가장 가까운 제 1 포인트와 가장 멀리 있는 제 2 포인트로부터 관제 사각형을 추정하는 기법을 제시하였다.
한편, 위의 두 논문에서는 관제 사각형의 양 끝점을 추정하기 위해 김태우, 김형헌, 김평강 "CCTV 기반 지능형 국방경계 시스템에서 3차원 지형정보를 활용한 표적 위치 표출시스템 설계", 한국정보과학회 2020 한국소프트웨어종합학술대회 논문집, 27-29, 2020(이하, '선행기술문헌 3'이라 함)에서 제안한 픽셀좌표와 지도좌표 간의 상호 매핑 기법을 이용하였다. 그런데, 이 기법은 예외 상황(예: 우물 형태의 지형)에서의 처리가 비효율적이었다.
이처럼 관제영역 추정이 불비함으로 인해 카메라 영상에서 적을 탐지하더라도 그 적이 정확히 어디에 있는지를 알지 못하여 신속한 대응이 이루어지지 못하는 문제점이 있었다.
김태우, 김형헌, 김평강 "카메라 기반 국방경계시스템에서 관제영역을 지도상에 매핑하는 방법", 정보 및 제어 논문집, 페이지 185-186, 2020
Taewoo Kim, Hyungheon Kim, "Method of outlining a camera surveillance area on a map in the defense boundary system", International Conference on Electronics, Information, and Communication Proc., 2021
김태우, 김형헌, 김평강 "CCTV 기반 지능형 국방경계 시스템에서 3차원 지형정보를 활용한 표적 위치 표출시스템 설계", 한국정보과학회 2020 한국소프트웨어종합학술대회 논문집, 27-29, 2020
본 발명의 목적은 일반적으로 국방경계 감시시스템에서 카메라의 관제영역을 추정하는 기술을 제공하는 것이다.
특히, 본 발명의 목적은 국방경계 감시시스템에서 카메라 관제영역의 기하학적 특성에 관한 휴리스틱을 활용하여 개별 카메라의 관제영역 절대 좌표를 빠르게 추정함으로써 적을 발견하였을 경우에 해당 지점을 지도 상의 실제 위치로 정확하게 매핑해줄 수 있어 적 발견시 신속한 대응이 가능하도록 해주는 휴리스틱 기반의 카메라 관제영역 추정 기술을 제공하는 것이다.
한편, 본 발명의 해결 과제는 이들 사항에 제한되지 않으며 본 명세서의 기재로부터 다른 해결 과제가 이해될 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 국방경계 감시시스템에서 휴리스틱 기반의 카메라 관제영역 추정 방법은, 해당 카메라에 대한 설치 위치, PTZ 앵글, 설치 높이, 초기 지자기 방향, FOV(Field Of View), 지형 지물의 높이 중 하나이상을 포함하는 관제 파라미터를 획득하는 제 1 단계; 카메라 촬영영상의 제 1 목표점(P1)의 픽셀좌표(Px1, Py1)로부터 카메라 관제영역에 대한 공통좌표계의 제 1 추정좌표(est_x1, est_y1)을 획득하는 제 2 단계; 카메라 촬영영상의 제 2 목표점(P2)의 픽셀좌표(Px2, Py2)로부터 카메라 관제영역에 대한 공통좌표계의 제 2 추정좌표(est_x2, est_y2)을 획득하는 제 3 단계; 해당 카메라의 가시선(L1), 좌측 화각선(L2), 우측 화각선(L3), 제 1 추정좌표(est_x1, est_y1), 제 2 추정좌표(est_x2, est_y2)으로부터 해당 카메라에 대한 현재 카메라 관제영역의 등변사다리꼴을 정의하는 네 꼭지점(Pa, Pb, Pc, Pd)에 대한 공통좌표계의 추정좌표를 획득하는 제 4 단계;를 포함하여 구성된다.
본 발명에서 제 2 단계는, 제 1 추정좌표(est_x1, est_y1)를 해당 카메라의 설치 위치(x0, y0)로 초기 설정하는 제 2a 단계; 제 1 추정좌표(est_x1, est_y1)로부터 해당 카메라의 가시선(L1) 방향으로 특정 스텝 이동한 위치로 제 1 체크 공통좌표(nx1, ny1)를 계산하는 제 2b 단계; 좌표계 변환을 통해 제 1 체크 공통좌표(nx1, ny1)에 대응하는 제 1 체크 픽셀좌표(Pnx1, Pny1)를 획득하는 제 2c 단계; 제 1 체크 픽셀좌표(Pnx1, Pny1)와 제 1 목표점(P1)의 픽셀좌표(Px1, Py1) 간의 픽셀오차(e1) 및 픽셀거리(d1)를 연산하는 제 2d 단계; 픽셀거리(d1)가 미리 설정된 임계치 이하인 경우, 제 1 추정좌표(est_x1, est_y1)를 제 1 체크 공통좌표(nx1, ny1)로 설정하고 종료하는 제 2e 단계; 픽셀거리(d1)가 임계치 이상이고 픽셀오차(e1)의 부호가 제 1 상태인 경우, 제 1 추정좌표(est_x1, est_y1)를 제 1 체크 공통좌표(nx1, ny1)로 설정하고 제 2b 단계로 진행하는 제 2f 단계; 픽셀거리(d1)가 임계치 이상이고 픽셀오차(e1)의 부호가 제 2 상태인 경우, 미리 설정된 규칙에 따라 스텝을 감소시키고 제 2b 단계로 진행하는 제 2g 단계;를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에서 제 3 단계는, 제 2 추정좌표(est_x2, est_y2)를 해당 카메라의 설치 위치(x0, y0)로 초기 설정하는 제 3a 단계; 제 2 추정좌표(est_x2, est_y2)로부터 해당 카메라의 가시선(L1) 방향으로 특정 스텝 이동한 위치로 제 2 체크 공통좌표(nx2, ny2)를 계산하는 제 3b 단계; 좌표계 변환을 통해 제 2 체크 공통좌표(nx2, ny2)에 대응하는 제 2 체크 픽셀좌표(Pnx2, Pny2)를 획득하는 제 3c 단계; 제 2 체크 픽셀좌표(Pnx2, Pny2)와 제 2 목표점(P1)의 픽셀좌표(Px2, Py2) 간의 픽셀오차(e2) 및 픽셀거리(d2)를 연산하는 제 3d 단계; 픽셀거리(d2)가 미리 설정된 임계치 이하인 경우, 제 2 추정좌표(est_x2, est_y2)를 제 2 체크 공통좌표(nx2, ny2)로 설정하고 종료하는 제 3e 단계; 픽셀거리(d2)가 임계치 이상이고 픽셀오차(e2)의 부호가 제 2 상태인 경우, 제 2 추정좌표(est_x2, est_y2)를 제 2 체크 공통좌표(nx2, ny2)로 설정하고 제 3b 단계로 진행하는 제 3f 단계; 픽셀거리(d2)가 임계치 이상이고 픽셀오차(e2)의 부호가 제 2 상태인 경우, 미리 설정된 규칙에 따라 스텝을 감소시키고 제 3b 단계로 진행하는 제 3g 단계;를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에서 제 3 단계는, 제 2 추정좌표(est_x2, est_y2)를 제 1 추정좌표(est_x1, est_y1)로 초기 설정하는 제 3a 단계; 제 2 추정좌표(est_x2, est_y2)로부터 해당 카메라의 가시선(L1) 방향으로 특정 스텝 이동한 위치로 제 2 체크 공통좌표(nx2, ny2)를 계산하는 제 3b 단계; 좌표계 변환을 통해 제 2 체크 공통좌표(nx2, ny2)에 대응하는 제 2 체크 픽셀좌표(Pnx2, Pny2)를 획득하는 제 3c 단계; 제 2 체크 픽셀좌표(Pnx2, Pny2)와 제 2 목표점(P1)의 픽셀좌표(Px2, Py2) 간의 픽셀오차(e2) 및 픽셀거리(d2)를 연산하는 제 3d 단계; 픽셀거리(d2)가 미리 설정된 임계치 이하인 경우, 제 2 추정좌표(est_x2, est_y2)를 제 2 체크 공통좌표(nx2, ny2)로 설정하고 종료하는 제 3e 단계; 픽셀거리(d2)가 임계치 이상이고 픽셀오차(e2)의 부호가 제 2 상태인 경우, 제 2 추정좌표(est_x2, est_y2)를 제 2 체크 공통좌표(nx2, ny2)로 설정하고 제 3b 단계로 진행하는 제 3f 단계; 픽셀거리(d2)가 임계치 이상이고 픽셀오차(e2)의 부호가 제 2 상태인 경우, 미리 설정된 규칙에 따라 스텝을 감소시키고 제 3b 단계로 진행하는 제 3g 단계;를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에서 제 4 단계는, 가시선(L1)과 제 1 추정좌표(est_x1, est_y1)에 기초하여 근접 수평선(L4)을 획득하는 제 4a 단계; 가시선(L1)과 제 2 추정좌표(est_x2, est_y2)에 기초하여 원격 수평선(L5)을 획득하는 제 4b 단계; 좌측 화각선(L2), 우측 화각선(L3), 근접 수평선(L4), 원격 수평선(L5)이 정의하는 네 개의 교점(Pa, Pb, Pc, Pd)을 획득하는 제 4c 단계; 네 개의 교점을 카메라 관제영역의 등변사다리꼴을 정의하는 네 꼭지점에 대한 공통좌표계의 추정좌표로 설정하는 제 4d 단계;를 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 컴퓨터프로그램은 컴퓨터에 이상과 같은 국방경계 감시시스템에서 휴리스틱 기반의 카메라 관제영역 추정 방법을 실행시키기 위하여 비휘발성 저장매체에 저장된 것이다.
본 발명에 따르면 국방경계 감시시스템에서 카메라 영상으로부터 적을 발견하는 경우에 해당 지역으로 신속히 출동하여 적 침투에 효과적으로 대응할 수 있는 장점이 있다. 따라서, 본 발명은 국방력 강화에 일조할 수 있다.
[도 1]은 본 발명에 따라 휴리스틱 기반으로 카메라 관제영역 추정을 처리하는 전체 시스템 구성을 나타내는 도면.
[도 2]는 본 발명에서 공통좌표계 및 카메라 좌표계의 개념을 나타내는 도면.
[도 3]은 본 발명에서 특정 카메라에 대한 관제영역을 도출하는 개념을 나타내는 도면.
[도 4]는 본 발명에 따른 휴리스틱 기반의 카메라 관제영역 추정 방법의 전체 프로세스를 나타내는 도면.
[도 5]는 본 발명에서 목표점에 대응하여 카메라 관제영역의 기준 포인트를 추정하는 과정을 나타내는 도면.
[도 6]은 본 발명에서 카메라 관제영역의 등변사다리꼴을 정의하는 네 꼭지점을 획득하는 과정을 나타내는 도면.
[도 7]은 본 발명에서 관제영역 도출 결과 및 관제경계점 도출 과정의 일 예를 나타내는 도면.
[도 2]는 본 발명에서 공통좌표계 및 카메라 좌표계의 개념을 나타내는 도면.
[도 3]은 본 발명에서 특정 카메라에 대한 관제영역을 도출하는 개념을 나타내는 도면.
[도 4]는 본 발명에 따른 휴리스틱 기반의 카메라 관제영역 추정 방법의 전체 프로세스를 나타내는 도면.
[도 5]는 본 발명에서 목표점에 대응하여 카메라 관제영역의 기준 포인트를 추정하는 과정을 나타내는 도면.
[도 6]은 본 발명에서 카메라 관제영역의 등변사다리꼴을 정의하는 네 꼭지점을 획득하는 과정을 나타내는 도면.
[도 7]은 본 발명에서 관제영역 도출 결과 및 관제경계점 도출 과정의 일 예를 나타내는 도면.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
[도 1]은 국방경계 감시시스템에서 본 발명에 따라 휴리스틱 기반으로 카메라 관제영역 추정을 처리하는 전체 시스템 구성을 나타내는 도면이다.
[도 1]을 참조하면, 국방경계 감시시스템을 위한 카메라 관제영역 추정 프로세스는 CCTV 카메라(100), 영역추정 장치(200), 영상관제 장치(300), GIS 연동 장치(400)의 협조동작에 의해 수행될 수 있다. 이중에서 영역추정 장치(200), 영상관제 장치(300), GIS 연동 장치(400)는 독립된 장치로서 구현되어야 하는 것은 아니고 이들 중 일부는 일체로 구현될 수도 있고 영상관제 시스템(1000)의 외부, 예컨대 영상분석 서버(2000)에 구현될 수도 있다.
본 발명에서 CCTV 카메라(100)는 국방경계 감시를 위하여 여러 지점에 분산 설치된 카메라 장치로서 각자 촬영 영상을 네트워크를 통해 영역추정 장치(200)와 영상관제 장치(300)로 제공한다. 이때, CCTV 카메라(100)는 엣지 분석(edge analysis) 기능을 구비하여 자신이 생성하는 영상에서 움직이는 사람, 차량의 식별 등 기본적인 영상 분석을 수행하고 이 정보를 영역추정 장치(200)와 영상관제 장치(300)로 제공하도록 구성되는 것이 바람직하다.
영역추정 장치(200)는 카메라 영상 내에서 예컨대 적 침투 등을 발견한 특정 지점에 대응하여 물리공간의 실제 위치를 추정하는 과정, 즉 해당 카메라의 관제영역을 추정하는 프로세스를 수행하는 장치이다. 이때, 카메라 관제영역 추정 프로세스에 필요한 기초 정보는 영상관제 장치(300)로부터 제공받을 수 있다.
영상관제 장치(300)는 영상관제 시스템(1000)을 전반적으로 관리하는 장치로서, 예컨대 CCTV 카메라(100)에서 생성된 영상을 관제요원을 통해 실시간으로 모니터링하고 추후 확인을 위해 스토리지 장치에 영상을 저장한다. 또한, 영상관제 장치(300)는 카메라 영상을 영상분석 서버(2000)로 전달하여 특정 목적에 따라 영상 분석이 이루어지도록 제어한다. 영상관제 장치(300)는 영역추정 장치(200)로 기초 정보를 제공하는데, 예컨대 CCTV 카메라(100) 각각에 대한 설치 위치 정보(위도, 경도)를 제공한다. 또한, 영상관제 장치(300)는 CCTV 카메라(100)에 대한 조작을 수행하는데, 예컨대 방위 정보 초기설정을 위해 CCTV 카메라(100)에 대한 PTZ 제어를 수행한다. 또한, 영상관제 장치(300)는 영역추정 장치(200)와 협조 동작하여 카메라 영상의 영역을 지도 상에 표시한다.
GIS 연동 장치(400)는 영역추정 장치(200)와 영상관제 장치(300)가 지리정보 데이터베이스를 액세스할 수 있도록 해준다.
영상분석 서버(2000)는 영상관제 시스템(1000)과 협조 동작하여 카메라 영상에 대한 분석을 수행하는 장치이다. 국방경계 감시시스템의 목적상 영상분석 서버(2000)는 카메라 영상을 분석하여 특이사항(예: 사물 존재, 특이 상황 발생, 적 침투 발생 등)이 존재하는지 여부를 식별하여 영상관제 시스템(1000)으로 제공한다.
[도 2]는 본 발명에서 공통좌표계 및 카메라 좌표계의 개념을 나타내는 도면이다.
영상분석 서버(2000)는 카메라 촬영영상 내에서 특이사항을 감지하는 경우에 해당 카메라 영상 내에서 해당 타겟(target)의 픽셀 좌표를 영상관제 시스템(1000)으로 알려준다. 이에, 그 타켓이 물리공간에서 어디에 위치하는지 알기 위해서는 픽셀좌표를 물리공간 상의 위치, 즉 지도상의 위치로 매핑하는 과정이 필요하다.
이 과정을 일반적으로 좌표계 변환이라고 부른다. 좌표계는 공통좌표계(글로벌 좌표계)와 카메라 좌표계(고유 좌표계)가 있는데, [도 2] (a)는 공통좌표계의 개념을 나타내고 [도 2] (b)는 카메라 좌표계의 개념을 나타낸다. 공통좌표계는 세계지도의 왼쪽 상단을 원점으로 하는 좌표계이고, 카메라 좌표계는 해당 카메라의 위치를 원점으로 삼는 좌표계이다.
특정 포인트에 대하여 공통좌표계와 카메라 좌표계 간에 변환이 이루어질 수 있는데, 이에 대해서는 선행기술문헌 3에 자세하게 기술되어 있으므로 본 명세서에서는 설명을 생략한다. 이러한 좌표계 변환을 이용하여 물리공간(현실 공간)의 특정 GIS 좌표와 카메라 영상의 픽셀 좌표(촬영화면 내의 좌표) 간의 상호 변환이 가능하다.
[도 3]은 본 발명에서 특정 카메라(100)에 대한 관제영역을 기하학적 특성을 이용하여 도출하는 개념을 나타내는 도면이다.
카메라 관제영역은 카메라의 물리적 특성상 특정 화각(FOV)에 들어오는 영역만을 포함하며, 그에 따라 [도 3]에 나타낸 바와 같이 원거리의 가로폭이 긴 등변사다리꼴의 형태를 가진다. 화각 정보를 아는 상태에서 카메라 관제영역을 산출하기 위해서는 [도 3]의 직선 L1 상에 있는 목표점 P1과 P2의 좌표, 즉 P1(x1, y1)과 P2(x2, y2)의 값을 획득하면 된다. P1(x1, y1)과 P2(x2, y2)를 알게 되면 공간도형(물리공간) 상에서 직선 L2 ~ L5의 방정식과 이들 간의 교점(Pa, Pb, Pc, Pd)을 산출할 수 있으며 이 교점들의 내부가 카메라(100)의 관제영역으로 판단할 수 있다. 이 과정에 관한 수학적 논리는 선행기술문헌 2에 자세하게 설명되어 있으므로 본 명세서에는 생략한다.
한편, [도 3]에서 사전에 알려져 있는 것은 L1, L2, L3의 방향(각도)과 카메라(100)의 물리공간 위치(x0, y0)이다. 즉, 해당 CCTV 카메라(100)가 어디에 배치되어 어디를 바라보는지와 그 카메라(100)의 기술사양은 어떻게 되는지가 미리 알려져있다. 이들 정보를 이용하여 L1 방정식을 산출하고 선행기술문헌 1, 2의 방법을 이용하여 P1, P2를 얻어낸 후 등변사다리꼴의 네 꼭지점을 L1~L4의 교점을 계산하여 획득한다. 설명의 편의를 위해, 라인 L1은 가시선(Line of Sight)이라 부르고, 라인 L2와 L3는 각각 좌측 화각선과 우측 화각선이라 부른다. 카메라 관저영역을 형성하는 나머지 2개의 라인 L4와 L5는 각각 근접 수평선과 원격 수평선이라 부른다.
본 발명에서 휴리스틱(heuristic)을 활용한다는 말의 의미는 이처럼 영상관제 환경에 대한 사전지식을 참고한다는 것이다. [도 3] (b)에 나타낸 바와 같이 카메라 관제영역이 등변 사다라꼴의 형태라는 사전지식을 활용하는 것이다. 또한, 해당 카메라의 기술사양을 고려할 때 영상관제 최대 유효영역은 2km이므로 그 이상의 공간은 고려하지 않는다 등의 사전지식을 활용할 수 있다.
[도 4]는 본 발명에 따른 휴리스틱 기반의 카메라 관제영역 추정 방법의 전체 프로세스를 나타내는 도면이다.
[도 3]에서 전술한 바와 같이 카메라 관제영역의 결정은 2개의 목표점 P1, P2의 공통좌표계 좌표, 즉 P1(x1, y1)과 P2(x2, y2)를 획득하는 문제로 모델링할 수 있다. P1(x1, y1)과 P2(x2, y2)를 알게 되면 물리공간(지도) 상에서 직선 L2 ~ L5의 방정식과 이들 간의 교점(Pa, Pb, Pc, Pd)을 산출할 수 있으며 이 교점들의 내부를 카메라 관제영역으로 판단할 수 있기 때문이다.
단계 (S110) : 먼저, 관제영역을 알고싶은 카메라, 예를 들어 적이 탐지된 카메라에 대한 관제 파라미터를 획득한다. 본 발명에서 관제 파라미터는 해당 카메라(100)의 설치 위치, PTZ 앵글, 설치 높이, 초기 지자기 방향, FOV(Field Of View), 지형 지물의 높이의 전부 또는 일부를 포함할 수 있다. 이들 관제 파라미터는 영상관제 시스템(100)에 미리 구축되어 있다.
단계 (S120, S130) : 카메라 촬영영상의 제 1 목표점(P1)과 제 2 목표점(P2)의 픽셀좌표 (Px1, Py1) 및 (Px2, Py2)로부터 카메라 관제영역에 대한 공통좌표계의 추정좌표, 즉 제 1 추정좌표(est_x1, est_y1)와 제 2 추정좌표(est_x2, est_y2)을 획득한다. 2개의 목표점(P1, P2)는 카메라 촬영영상으로부터 획득하는데, 이들 목표점(P1, P2)의 픽셀좌표 (Px1, Py1), (Px2, Py2)로부터 추정좌표 (est_x1, est_y1), (est_x2, est_y2)를 획득하는 과정은 [도 5]를 참조하여 후술한다. 카메라 촬영영상에서 목표점(P1, P2)의 픽셀좌표 선정 규칙은 미리 설정되어 있다. 예를 들어, 중앙 맨 위와 맨 아래로 미리 결정할 수 있다.
단계 (S140) : [도 3]에서 전술한 바와 같이 해당 카메라의 가시선(L1), 좌측 화각선(L2), 우측 화각선(L3), 제 1 추정좌표(est_x1, est_y1), 제 2 추정좌표(est_x2, est_y2)로부터 해당 카메라에 대한 현재 카메라 관제영역의 등변사다리꼴을 정의하는 네 꼭지점(Pa, Pb, Pc, Pd)에 대한 공통좌표계의 추정좌표를 획득한다. 이 구체적인 과정은 [도 6]을 참조하여 후술한다.
[도 5]는 본 발명에서 목표점(P1, P2)에 대응하여 카메라 관제영역의 기준 포인트를 추정하는 과정을 나타내는 도면이다.
[도 5]의 과정은 [도 4]에서 (S120) 및 (S130)에 대응한다. [도 3] (b)를 참조하여 [도 5]의 과정을 개념적으로 설명하면, 카메라 위치(x0, y0)로부터 중앙 방위 방향(L1 방향)으로 목표점(P1, P2)을 향하여 특정 스텝만큼 접근해 나가는 방식이다. P1을 추정하는 경우를 기술하면, P1보다 카메라로부터 더 먼 지점, 즉 픽셀 위치로는 height 값(Py값)이 더 작은 지점까지 이동했을 경우는 이동 스텝을 감소시켜가면서(예컨대 절반으로 설정) P1에 근접시켜가는 것이다. 이때, 현재 추정지점과 목표 지점(Px1, Py1) 간의 픽셀거리가 특정 임계치(예: 10 픽셀) 이하가 되면 충분히 근접해진 것으로 보고 추정 과정을 종료한다.
[도 5]의 과정은 카메라 촬영영상에서 특정되는 목표점(예: P1)에 대응하여 물리공간(공통좌표계) 상에서 카메라 관제영역의 기준 포인트를 추정해내는 과정이다.
단계 (S210) : 먼저, 추정좌표(est_x, est_y)를 해당 카메라의 설치 위치(x0, y0)로 초기 설정한다. 카메라 위치(x0, y0)로부터 가시선 방향(L1 방향)으로 목표점(예: P1)을 향하여 진행해나가는 방향의 시작점을 설정하는 것이다. 이때, 추정좌표(est_x, est_y)는 공통좌표계 상에서의 좌표를 나타낸다.
단계 (S220) : 추정좌표(est_x, est_y)로부터 해당 카메라의 가시선(L1) 방향으로 특정 스텝(예: 500m) 이동한 위치로 체크 공통좌표(nx, ny)를 계산한다. [도 5]에서 이하의 단계, 즉 (S230) 내지 (S290)은 체크 공통좌표(nx, ny)가 목표점에 대한 추정결과로 적합한지 여부를 확인하는 과정이다.
단계 (S230, S240) : 좌표계 변환을 통하여 공통좌표계의 체크 공통좌표(nx, ny)에 대응하는 카메라 좌표계의 체크 픽셀좌표(Pnx, Pny)를 획득한다. 그리고 나서, 체크 픽셀좌표(Pnx, Pny)와 목표점(P)의 픽셀좌표(Px, Py)(예: Px1, Py1) 간의 픽셀오차(e) 및 픽셀거리(d)를 연산한다. 이때, 픽셀오차(e)는 가시선(L1) 방향으로 이동하는 과정에서 체크 픽셀좌표(Pnx, Pny)가 목표점(P)을 넘어갔는지 여부를 나타내는 값이고, 픽셀거리(d)는 카메라 화면 상에서 목표점(P)과 체크 픽셀좌표(Pnx, Pny)가 얼마나 떨어져있는지를 나타내는 값이다. 픽셀오차(e)와 픽셀거리(d)는 개념적으로 아래의 수학식으로 표현할 수 있다.
단계 (S250, S260) : 픽셀거리(d)가 미리 설정된 임계치(예: 10 픽셀) 이하인 경우, 체크 공통좌표(nx, ny)가 목표점(예: P1)의 지도상 위치에 충분히 근접한 것이며, 그에 따라 추정좌표(est_x, est_y)를 체크 공통좌표(nx, ny)로 설정하고 종료한다.
단계 (S270, S280) : 픽셀거리(d)가 임계치 이상이고 픽셀오차(e)의 부호가 음수(-)인 경우, 체크 공통좌표(nx, ny)가 카메라(100)와 목표점(예: P1) 사이에 존재하는 것이며, 그에 따라 추정좌표(est_x, est_y)를 체크 공통좌표(nx, ny)로 설정하고 (S210)로 진행하여 추정 과정을 추가적으로 진행한다.
단계 (S290) : 픽셀거리(d)가 임계치 이상이고 픽셀오차(e)의 부호가 양수(+)인 경우, 체크 공통좌표(nx, ny)가 목표점(예: P1)을 넘어가버린 경우에 해당된다. 본 발명에서는 이 경우에 미리 설정된 규칙에 따라 스텝을 감소(예: 스텝을 절반으로 변경) 설정하고 (S210)로 진행하여 추정 과정을 다시 수행한다.
이상과 같은 (S210) 내지 (S290) 과정을 목표점 P1 및 P2에 대응하는 제 1 추정좌표(est_x1, est_y1)와 제 2 추정좌표(est_x2, est_y2)를 획득하는 데에 사용한다. 이때, 제 2 추정좌표(est_x2, est_y2)를 구할 때에는 초기 조건을 (S210)과 상이하게 구성할 수도 있다. 즉, 카메라 설치 위치(x0, y0)로부터 이동을 시작하는 것이 아니라, 추정 과정이 완료된 제 1 추정좌표(est_x1, est_y1)로부터 이동을 시작하도록 초기 설정하도록 구성될 수도 있다.
[도 6]은 본 발명에서 카메라 관제영역의 등변사다리꼴을 정의하는 네 꼭지점(Pa, Pb, Pc, Pd)을 획득하는 과정을 나타내는 도면이다.
[도 6]의 과정은 [도 4]에서 (S140)에 대응한다.
단계 (S310) : 먼저, 가시선(L1)과 제 1 추정좌표(est_x1, est_y1)에 기초하여 근접 수평선(L4)을 획득한다. 근접 수평선(L4)는 제 1 추정좌표(est_x1, est_y1)를 지나가면서 가시선(L1)에 직교하는 지표면 상의 라인이다. 따라서, 가시선(L1)의 방정식과 제 1 추정좌표(est_x1, est_y1)를 알고 있다면 근접 수평선(L4)도 구할 수 있다.
단계 (S310) : 가시선(L1)과 제 2 추정좌표(est_x2, est_y2)에 기초하여 원격 수평선(L5)을 획득한다. 원격 수평선(L5)은 제 2 추정좌표(est_x2, est_y2)를 지나가면서 가시선(L1)에 직교하는 지표면 상의 라인이다. 따라서, 가시선(L1)의 방정식과 제 2 추정좌표(est_x2, est_y2)를 알고 있다면 원격 수평선(L5)도 구할 수 있다.
단계 (S310, S320) : 지표면 상에 정의된 4개의 라인, 즉 좌측 화각선(L2), 우측 화각선(L3), 근접 수평선(L4), 원격 수평선(L5)을 획득함에 따라 이들 4개의 라인이 정의하는 네 개의 교점(Pa, Pb, Pc, Pd)을 획득할 수 있다. 이들 네 개의 교점(Pa, Pb, Pc, Pd)을 카메라 관제영역의 등변사다리꼴을 정의하는 네 꼭지점에 대한 공통좌표계의 추정좌표로 설정한다.
[도 7]을 참조하여 본 발명에 따른 휴리스틱 기반의 카메라 관제영역 추정 기술의 실제 테스트 결과를 기술한다. 테스트 환경을 위해 위도 35.6927486, 경도 128.472798 지점의 건물 옥상(30m 높이)에 카메라를 설치하였으며 카메라의 FOV_H(Horizontal Field Of View)와 FOV_V(Vertical Field Of View)는 각각 56.1도, 33.4도이다. 테스트에 사용한 주요 관제 파라미터는 다음의 [표 1]과 같으며 선행기술문헌 3에 제시된 기법을 이용하여 카메라 좌표계 및 공통좌표계 상호 간의 좌표계 변환을 수행하였다.
| 관제 파라미터 종류 | 파라미터 정의 | 파라미터 획득방법 |
| PTZ 앵글 | 카메라의 Pan, Tilt, Zoom 제어각 | 카메라의 API |
| 카메라의 설치 높이 | 해수면 기준 카메라 높이 | 건물 높이와 설치 높이를 반영하여 설정 |
| 카메라의 위치 | 카메라의 위경도 | 건물의 위도경도 |
| 카메라의 초기 지자기 방향 | Pan 0일 때의 지자기 방향 | 선행기술문헌 3에 제시된 방법으로 설정 |
| 카메라의 FOV | 카메라의 수평, 수직 화각 | 카메라 사양서 |
| 지형 지물의 높이 | 카메라가 바라보는 지형과 지물의 해수면 높이 | Google Elevation API |
[도 7] (a)에는 위 관제 파라미터에 대한 관제영역 도출결과를 나타낸다. 선행기술문헌 1 및 2에서는 이 장소에 대해 테스트하는 경우 Pan을 조절하여 북쪽을 가리키는 방위에 대해 경계점을 찾지 못하거나 우물 형태 지형에 대해 무한 루프를 반복하는 등의 문제가 발생하였다. 하지만 본 발명에 의하면 360도 전 방위에 대해 관제영역을 안정적으로 도출하였다.
[도 7] (b)는 관제경계 영역을 도출하기 위해 관제 경계점을 찾아가는 과정을 나타낸다. [도 7] (b)에서 표식 1~3은 원거리에 있는 경계점을 나타내며 4~6 방향으로 진행되는 표식은 경계점에 점점 수렴해 나가는 과정을 나타낸다.
선행기술문헌 1 및 2의 경우 다음 스텝을 결정하는 과정에서 미분 계수를 활용함으로 인해 하늘 점의 경우 무한대 거리로 발산하는 문제나 우물 지형에서 빠져나오지 못한 채 앞뒤로 갔다갔다를 무한 반복하는 문제가 있었다. 반면, 본 발명은 카메라 관제영역에 대한 휴리스틱 정보를 활용함으로써 이러한 기존의 문제점을 해결하였다. 즉, 하늘 점에 관련된 문제는 카메라 최대 촬영가능 범위(2km)로 최대 감시가능 지역을 제한하여 해결하고, 우물 지형에 관련된 문제는 뒤로 후퇴하지 않고 스텝만 변경하여 일 방향으로 추정하도록 구성함으로써 해결하였다. 종래의 미분기반 방식은 무한루프에 빠져서 값을 도출하지 못하거나 시간이 매우 많이 걸리는 문제가 있었는데 본 발명에서는 대략 10회 미만의 추정으로 안정적으로 관제영역이 도출되었다.
한편, 본 발명은 컴퓨터가 읽을 수 있는 비휘발성 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드의 형태로 구현되는 것이 가능하다. 이러한 비휘발성 기록매체로는 다양한 형태의 스토리지 장치가 존재하는데 예컨대 하드디스크, SSD, CD-ROM, NAS, 자기테이프, 웹디스크, 클라우드 디스크 등이 있고 네트워크로 연결된 다수의 스토리지 장치에 코드가 분산 저장되고 실행되는 형태도 구현될 수 있다. 또한, 본 발명은 하드웨어와 결합되어 특정의 절차를 실행시키기 위하여 매체에 저장된 컴퓨터프로그램의 형태로 구현될 수도 있다.
1000 : 영상관제 시스템
100 : CCTV 카메라
200 : 영역추정 장치
300 : 영상관제 장치
400 : GIS 연동 장치
2000 : 영상분석 서버
100 : CCTV 카메라
200 : 영역추정 장치
300 : 영상관제 장치
400 : GIS 연동 장치
2000 : 영상분석 서버
Claims (6)
- 국방경계 감시시스템에서 개별 카메라의 관제영역을 지도 상에서 추정하기 위한 방법으로서,
해당 카메라에 대한 설치 위치, PTZ 앵글, 설치 높이, 초기 지자기 방향, FOV(Field Of View), 지형 지물의 높이 중 하나이상을 포함하는 관제 파라미터를 획득하는 제 1 단계;
카메라 촬영영상의 제 1 목표점(P1)의 픽셀좌표(Px1, Py1)로부터 카메라 관제영역에 대한 공통좌표계의 제 1 추정좌표(est_x1, est_y1)을 획득하는 제 2 단계;
카메라 촬영영상의 제 2 목표점(P2)의 픽셀좌표(Px2, Py2)로부터 카메라 관제영역에 대한 공통좌표계의 제 2 추정좌표(est_x2, est_y2)을 획득하는 제 3 단계;
해당 카메라의 가시선(L1), 좌측 화각선(L2), 우측 화각선(L3), 상기 제 1 추정좌표(est_x1, est_y1), 상기 제 2 추정좌표(est_x2, est_y2)으로부터 해당 카메라에 대한 현재 카메라 관제영역의 등변사다리꼴을 정의하는 네 꼭지점(Pa, Pb, Pc, Pd)에 대한 공통좌표계의 추정좌표를 획득하는 제 4 단계;
를 포함하여 구성되는 국방경계 감시시스템에서 휴리스틱 기반의 카메라 관제영역 추정 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 제 2 단계는,
상기 제 1 추정좌표(est_x1, est_y1)를 해당 카메라의 설치 위치(x0, y0)로 초기 설정하는 제 2a 단계;
상기 제 1 추정좌표(est_x1, est_y1)로부터 해당 카메라의 가시선(L1) 방향으로 특정 스텝 이동한 위치로 제 1 체크 공통좌표(nx1, ny1)를 계산하는 제 2b 단계;
좌표계 변환을 통해 상기 제 1 체크 공통좌표(nx1, ny1)에 대응하는 제 1 체크 픽셀좌표(Pnx1, Pny1)를 획득하는 제 2c 단계;
상기 제 1 체크 픽셀좌표(Pnx1, Pny1)와 상기 제 1 목표점(P1)의 픽셀좌표(Px1, Py1) 간의 픽셀오차(e1) 및 픽셀거리(d1)를 연산하는 제 2d 단계;
상기 픽셀거리(d1)가 미리 설정된 임계치 이하인 경우, 상기 제 1 추정좌표(est_x1, est_y1)를 상기 제 1 체크 공통좌표(nx1, ny1)로 설정하고 종료하는 제 2e 단계;
상기 픽셀거리(d1)가 상기 임계치 이상이고 상기 픽셀오차(e1)의 부호가 제 1 상태인 경우, 상기 제 1 추정좌표(est_x1, est_y1)를 상기 제 1 체크 공통좌표(nx1, ny1)로 설정하고 제 2b 단계로 진행하는 제 2f 단계;
상기 픽셀거리(d1)가 상기 임계치 이상이고 상기 픽셀오차(e1)의 부호가 제 2 상태인 경우, 미리 설정된 규칙에 따라 상기 스텝을 감소시키고 제 2b 단계로 진행하는 제 2g 단계;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 국방경계 감시시스템에서 휴리스틱 기반의 카메라 관제영역 추정 방법.
- 청구항 2에 있어서,
상기 제 3 단계는,
상기 제 2 추정좌표(est_x2, est_y2)를 해당 카메라의 설치 위치(x0, y0)로 초기 설정하는 제 3a 단계;
상기 제 2 추정좌표(est_x2, est_y2)로부터 해당 카메라의 가시선(L1) 방향으로 특정 스텝 이동한 위치로 제 2 체크 공통좌표(nx2, ny2)를 계산하는 제 3b 단계;
좌표계 변환을 통해 상기 제 2 체크 공통좌표(nx2, ny2)에 대응하는 제 2 체크 픽셀좌표(Pnx2, Pny2)를 획득하는 제 3c 단계;
상기 제 2 체크 픽셀좌표(Pnx2, Pny2)와 상기 제 2 목표점(P1)의 픽셀좌표(Px2, Py2) 간의 픽셀오차(e2) 및 픽셀거리(d2)를 연산하는 제 3d 단계;
상기 픽셀거리(d2)가 미리 설정된 임계치 이하인 경우, 상기 제 2 추정좌표(est_x2, est_y2)를 상기 제 2 체크 공통좌표(nx2, ny2)로 설정하고 종료하는 제 3e 단계;
상기 픽셀거리(d2)가 상기 임계치 이상이고 상기 픽셀오차(e2)의 부호가 제 2 상태인 경우, 상기 제 2 추정좌표(est_x2, est_y2)를 상기 제 2 체크 공통좌표(nx2, ny2)로 설정하고 제 3b 단계로 진행하는 제 3f 단계;
상기 픽셀거리(d2)가 상기 임계치 이상이고 상기 픽셀오차(e2)의 부호가 제 2 상태인 경우, 미리 설정된 규칙에 따라 상기 스텝을 감소시키고 제 3b 단계로 진행하는 제 3g 단계;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 국방경계 감시시스템에서 휴리스틱 기반의 카메라 관제영역 추정 방법.
- 청구항 2에 있어서,
상기 제 3 단계는,
상기 제 2 추정좌표(est_x2, est_y2)를 상기 제 1 추정좌표(est_x1, est_y1)로 초기 설정하는 제 3a 단계;
상기 제 2 추정좌표(est_x2, est_y2)로부터 해당 카메라의 가시선(L1) 방향으로 특정 스텝 이동한 위치로 제 2 체크 공통좌표(nx2, ny2)를 계산하는 제 3b 단계;
좌표계 변환을 통해 상기 제 2 체크 공통좌표(nx2, ny2)에 대응하는 제 2 체크 픽셀좌표(Pnx2, Pny2)를 획득하는 제 3c 단계;
상기 제 2 체크 픽셀좌표(Pnx2, Pny2)와 상기 제 2 목표점(P1)의 픽셀좌표(Px2, Py2) 간의 픽셀오차(e2) 및 픽셀거리(d2)를 연산하는 제 3d 단계;
상기 픽셀거리(d2)가 미리 설정된 임계치 이하인 경우, 상기 제 2 추정좌표(est_x2, est_y2)를 상기 제 2 체크 공통좌표(nx2, ny2)로 설정하고 종료하는 제 3e 단계;
상기 픽셀거리(d2)가 상기 임계치 이상이고 상기 픽셀오차(e2)의 부호가 제 2 상태인 경우, 상기 제 2 추정좌표(est_x2, est_y2)를 상기 제 2 체크 공통좌표(nx2, ny2)로 설정하고 제 3b 단계로 진행하는 제 3f 단계;
상기 픽셀거리(d2)가 상기 임계치 이상이고 상기 픽셀오차(e2)의 부호가 제 2 상태인 경우, 미리 설정된 규칙에 따라 상기 스텝을 감소시키고 제 3b 단계로 진행하는 제 3g 단계;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 국방경계 감시시스템에서 휴리스틱 기반의 카메라 관제영역 추정 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 제 4 단계는,
상기 가시선(L1)과 상기 제 1 추정좌표(est_x1, est_y1)에 기초하여 근접 수평선(L4)을 획득하는 제 4a 단계;
상기 가시선(L1)과 상기 제 2 추정좌표(est_x2, est_y2)에 기초하여 원격 수평선(L5)을 획득하는 제 4b 단계;
상기 좌측 화각선(L2), 우측 화각선(L3), 근접 수평선(L4), 원격 수평선(L5)이 정의하는 네 개의 교점(Pa, Pb, Pc, Pd)을 획득하는 제 4c 단계;
상기 네 개의 교점을 카메라 관제영역의 등변사다리꼴을 정의하는 네 꼭지점에 대한 공통좌표계의 추정좌표로 설정하는 제 4d 단계;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 국방경계 감시시스템에서 휴리스틱 기반의 카메라 관제영역 추정 방법.
- 컴퓨터에 청구항 1 내지 5 중 어느 하나의 항에 따른 국방경계 감시시스템에서 휴리스틱 기반의 카메라 관제영역 추정 방법을 실행시키기 위하여 저장매체에 저장된 컴퓨터프로그램.
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| KR1020210183253A KR20230094077A (ko) | 2021-12-20 | 2021-12-20 | 국방경계 감시시스템에서 휴리스틱 기반의 카메라 관제영역 추정 방법 |
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| KR (1) | KR20230094077A (ko) |
Citations (3)
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| KR20000001792A (ko) | 1998-06-13 | 2000-01-15 | 배동만 | 자동 물체 인식 및 추적 촬영 기능의 보안 방법 |
| KR20140081469A (ko) | 2012-12-21 | 2014-07-01 | 서울시립대학교 산학협력단 | 저비용 다중 카메라 감시 시스템 및 방법 |
| KR101513215B1 (ko) | 2014-03-28 | 2015-04-17 | 주식회사 로보티어 | 객체 행동패턴 cctv 영상 분석서버 |
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2021
- 2021-12-20 KR KR1020210183253A patent/KR20230094077A/ko not_active Application Discontinuation
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| 김태우, 김형헌, 김평강 "카메라 기반 국방경계시스템에서 관제영역을 지도상에 매핑하는 방법", 정보 및 제어 논문집, 페이지 185-186, 2020 |
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