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WO2017099541A1 - 다수 스테레오 카메라를 이용한 피사체 공간이동 추적 시스템 - Google Patents

다수 스테레오 카메라를 이용한 피사체 공간이동 추적 시스템 Download PDF

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Publication number
WO2017099541A1
WO2017099541A1 PCT/KR2016/014491 KR2016014491W WO2017099541A1 WO 2017099541 A1 WO2017099541 A1 WO 2017099541A1 KR 2016014491 W KR2016014491 W KR 2016014491W WO 2017099541 A1 WO2017099541 A1 WO 2017099541A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
subject
ptz camera
camera
stereo
stereo cameras
Prior art date
Application number
PCT/KR2016/014491
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English (en)
French (fr)
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WO2017099541A8 (ko
Inventor
이종훈
황인규
천준호
Original Assignee
공간정보기술 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 공간정보기술 주식회사 filed Critical 공간정보기술 주식회사
Priority to JP2017533380A priority Critical patent/JP2018502504A/ja
Priority to CN201680001935.9A priority patent/CN107113403A/zh
Priority to US15/323,274 priority patent/US20180278919A1/en
Publication of WO2017099541A1 publication Critical patent/WO2017099541A1/ko
Publication of WO2017099541A8 publication Critical patent/WO2017099541A8/ko

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    • H04N2013/0081—Depth or disparity estimation from stereoscopic image signals

Definitions

  • the present invention relates to a stereo camera in the field of surveying technology. More specifically, a combination of a PTZ camera and a plurality of stereo cameras forms a logical structure in a digital form for a three-dimensional space, thereby moving the subject through information sharing in the three-dimensional space.
  • the present invention relates to a subject space movement tracking system using a plurality of stereo cameras that can be easily tracked and precisely tracked by setting pan, tilt, and zoom driving values of a PTZ camera based on three-dimensional coordinates of a subject.
  • security cameras such as houses, department stores, banks, and exhibition halls are installed with a closed circuit television (CCTV) to prevent, prevent, or promptly deal with disasters such as intrusion, theft, or fire.
  • CCTV closed circuit television
  • many surveillance cameras have been installed in underground parking lots, roads for parking control, etc., where crime frequently occurs.
  • a high-resolution camera provided separately from the surveillance camera may be manually or automatically operated to acquire subject information (a face when the subject is a person and a license plate when the subject is a vehicle).
  • subject information a face when the subject is a person and a license plate when the subject is a vehicle.
  • the camera for detecting the movement of the subject and the high resolution camera for acquiring the information of the subject operate independently so that information sharing in the three-dimensional space is not achieved. Continuous movement has the disadvantage of being difficult to retrace.
  • Patent Document 1 Republic of Korea Patent Registration No. 1311859 (September 17, 2013) "Illegal parking control system and control method using omnidirectional camera"
  • the present invention was devised to solve the above-mentioned problems, and combines a PTZ camera and a plurality of stereo cameras to form a logical structure in a digital form for a three-dimensional space, thereby sharing information about the three-dimensional space.
  • An object of the present invention is to provide a large number of stereo cameras that can be easily tracked for the movement of a camera and can precisely track by setting pan, tilt, and zoom driving values of a PTZ camera based on three-dimensional coordinates of a subject.
  • the present invention devised to achieve the above object consists of a plurality of stereo cameras fixed in different directions, and the three-dimensional space by matching the depth map generated according to the shooting area of each of the plurality of stereo cameras
  • a spatial data synthesizing unit for forming a spatial map for sharing information about the data; and analyzing a point cloud of the spatial map to determine that a subject exists in a shooting area of the stereo camera corresponding to the point when a change occurs in a specific point.
  • a subject camera a PTZ camera which pans and tilts to move the photographing direction toward the subject and zooms around the subject; and any one of the shooting ranges of the stereo camera
  • a subject space movement tracking system using a plurality of stereo cameras including a driving control unit for driving the PTZ camera according to any one of the methods or a combination of the first and second methods.
  • the subject space movement tracking system using a plurality of stereo cameras of the present invention even if the subject moves again during subject tracking, continuous tracking is possible.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically showing a subject space movement tracking system using multiple stereo cameras according to the present invention
  • FIG. 2 is a view showing an installation example of a stereo camera and a PTZ camera included in the present invention
  • FIG. 3 is a plan view showing a photographing area of a stereo camera included in the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a three-dimensional depth map of the photographing area of FIG. 3;
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a three-dimensional space map in which a plurality of depth maps illustrated in FIG. 4 are matched to one;
  • FIG. 6 is a view for explaining a first method and a second method for driving a PTZ camera included in the present invention.
  • a stereo camera composed of a plurality of fixed and installed in different directions and the depth map generated according to the shooting area of each of the plurality of stereo cameras matched to share information on the three-dimensional space
  • a spatial data synthesizing unit forming a spatial map formed by the data map; and a subject detecting unit determining that a subject exists in a shooting area of a stereo camera corresponding to the point when a point cloud of the spatial map changes by analyzing a point cloud of the spatial map; And a panning and tilting operation to move the photographing direction toward the subject and to zoom around the subject, and the position of any one point of the shooting range of the stereo camera.
  • a subject space movement tracking system using a plurality of stereo cameras including a driving control unit for driving the PTZ cameras according to the combination of the first and second schemes is proposed.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically showing a subject space movement tracking system using multiple stereo cameras according to the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically showing a subject space movement tracking system using a plurality of stereo cameras according to the present invention
  • Figure 2 is a view showing an installation example of a stereo camera and a PTZ camera included in the present invention.
  • the subject space movement tracking system 100 using a plurality of stereo cameras is a stereo camera 110, a spatial data synthesizing unit 120, an object detecting unit 130, and a driving controller. 140, and a PTZ camera 150.
  • the physical components installed outside are the stereo camera 110 and the PTZ camera 150, the spatial data synthesizing unit 120, the subject detecting unit 130, and the drive control unit 140 is a coded program It is performed based on the installed PC.
  • the stereo camera 110 is composed of a plurality and fixedly installed in different directions to share a three-dimensional space. That is, in the plurality of stereo cameras 110, four stereo cameras 110 may be moved east and west, respectively, at an intersection of the crossroads as shown in FIG. 2. Can be installed to photograph roads south, north, and north. As such, the number of stereo cameras 110 is sufficient to be able to share a three-dimensional space, and it is not necessary to configure four as an intersection of a range, and if more precise shooting range is desired, it is also composed of five or more units. It is obvious that the invention is possible in the art.
  • the stereo camera 110 configured as four as shown in FIG. 2, and for convenience, the first and second stereo cameras 110 are respectively rotated in a clockwise direction based on the stereo camera 110 photographing the east road. It will be referred to as a second stereo camera 110, a third stereo camera 110, a fourth stereo camera 110.
  • the first to fourth stereo cameras 110 include a left eye lens and a right eye lens, each of which is spaced apart from each other by a predetermined baseline, and have parallel optical axes. By calculating the parallaxes between the left and right eye lenses in the shared image, that is, how many pixels are away from the shared image, a depth value with the subject is calculated, and a depth map is generated based on this.
  • the stereo camera 110 since the stereo camera 110 is composed of four, all four depth maps generated by the first to fourth stereo cameras 110 may be four.
  • the plurality of stereo cameras 110 is thus described.
  • the depth map generated according to each photographing area is matched into one three-dimensional space, which is performed by the spatial data synthesizing unit 120 that receives photographing data from each stereo camera 110.
  • FIG. 3 is a plan view showing a photographing area of a stereo camera
  • FIG. 4 is a view showing the photographing area of FIG. 3 as a 3D depth map
  • an arrow in each direction indicates a shooting direction of each of the first to fourth stereo cameras 110, and as shown in FIG. 3, an image captured by each stereo camera 110, that is, a surveillance area is a stereo.
  • a zone B and a far distance A zone are separated from the camera 110, and each of the zone A and zone B is shown in FIG. 4 according to the parallax values of the left and right eye lenses of the stereo camera 110.
  • the three-dimensional depth map 10 is converted.
  • the A zone depth map 10 and the B zone depth map 10 of each of the first to fourth stereo cameras 110 are again shown in FIG. 5 by the spatial data synthesizing unit 120 as shown in FIG. 5. Is matched with the spatial map 20. That is, although not shown in the drawings, the color and coordinate data input through the imaging of the stereo camera 110 are matched to a specific position of the spatial map 20, and thus, the spatial map 20 is the first to fourth stereo cameras. Point cloud by 110, that is, a myriad of colors and coordinate data are gathered to form a spatial configuration.
  • the subject detecting unit 130 analyzes the point cloud of the spatial map 20 and detects that a subject exists in the photographing area of the stereo camera 110 corresponding to the point when a change occurs in a specific point. At this time, since the spatial map 20 is stored in the same type of data structure in the same memory, the point change in any one region is shared as a whole, and thus the tracking can be continuously performed when the subject moves.
  • the PTZ camera 150 performs panning and tilting so that the shooting direction is directed toward the subject, and zooming around the license plate when the subject is a human face or the subject when the subject is a car. Perform.
  • the PTZ camera 150 since the PTZ camera 150 is configured to identify information of the subject, it is preferable to use a higher resolution camera than the stereo camera 110 that detects the movement of the subject.
  • the PTZ camera 150 should cover all the shooting ranges of the stereo camera 110, the PTZ camera 150 and the stereo camera 110 are installed adjacent to each other, and most preferably the PTZ camera 150. At the center, the plurality of stereo cameras 110 may be installed so as to surround the PTZ camera 150.
  • the PTZ camera 150 is controlled according to the driving value calculated by the driving controller 140, and the driving controller 140 is a method of driving the PTZ camera 150 as one of the first method and the second method. One or a combination of the first and second methods is used to drive the PTZ camera 150.
  • FIG. 6 is a view for comparing driving of the PTZ camera 150 by the first method and driving of the PTZ camera 150 by the second method.
  • the first method for controlling the PTZ camera 150 sets an initial value by matching a position of one point of a shooting range of the stereo camera 110 with an angle of the PTZ camera 150. Then, when the subject is detected, the PTZ camera 150 faces the subject by calculating the pan angle ⁇ 1 and the tilt angle ⁇ 2 necessary for the movement based on the center coordinates of the subject (eg, 'z' in FIG. 6). Set the zoom level by calculating the distance to the subject. The above operation may be repeated until the subject disappears from the shooting range.
  • the first method has an advantage of accurately capturing an object, system overload may occur because data required for calculation increases.
  • the second scheme may be used to complement the first scheme.
  • the second method for controlling the PTZ camera 150 is to first set a shooting zone for the three-dimensional space and to set each zone (for example, 'a', 'b', 'c' of FIG. 6) to the PTZ camera 150.
  • Manual setting of the drive value of the PTZ camera 150 is directed ().
  • the preset value for the 'a' zone is loaded and the PTZ camera 150 is driven to face the subject in the 'a' zone.
  • the subject is detected in the 'b' zone or the 'c' zone.
  • the driving value of 150 may be preset.
  • stereo camera 120 spatial data synthesis unit
  • the present invention relates to a subject space movement tracking system using a plurality of stereo cameras, it is possible to continue tracking even if the subject moves again during subject tracking, and to extract a three-dimensional coordinates of the subject by using a stereo camera, By setting the pan, tilt, and zoom driving values of the PTZ camera, precise tracking of the subject is possible, and it can be used as surveillance cameras installed for parking control in underground parking lots or roads.

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Abstract

본 발명은 피사체의 움직임을 추적하는 스테레오 카메라에 관한 것으로, 복수 개로 구성되는 스테레오 카메라와, 상기 복수의 스테레오 카메라 각각의 촬영 영역에 따라 생성된 깊이지도를 정합하는 공간데이터 합성부와, 스테레오 카메라의 촬영 영역에 피사체가 존재 여부를 판단하는 피사체 감지부와, 패닝(Panning) 및 틸팅(Tilting)을 수행하여 촬영 방향이 피사체를 향하도록 이동하고 피사체를 중심으로 주밍(Zooming)을 수행하는 PTZ카메라와, 상기 PTZ카메라를 구동하는 구동 제어부로 구성되며, 상기 구동 제어부는 상기 스테레오 카메라의 촬영 범위 중 어느 한점의 위치를 상기 PTZ카메라의 각도와 매칭하여 초기값을 설정하고 피사체가 감지되면 피사체의 중심 좌표를 기초로 이동에 필요한 팬 각과 틸트 각 및 피사체와의 거리에 따라 산출된 줌 레벨에 맞춰 상기 PTZ카메라를 구동하는 제1 방식과, 3차원 공간에 대한 촬영 구역을 설정하고 설정된 각각의 구역으로 촬영 방향이 향하도록 상기 PTZ카메라의 구동값을 수동으로 프리세팅(pre-setting)한 후 피사체가 감지된 구역에 대한 프리세팅 값을 호출하여 상기 PTZ카메라를 구동하는 제2 방식을 사용하는 다수 스테레오 카메라를 이용한 피사체 공간이동 추적 시스템을 제시한다.

Description

다수 스테레오 카메라를 이용한 피사체 공간이동 추적 시스템
본 발명은 측량 기술분야 중 스테레오 카메라에 관한 것으로 보다 자세하게는 PTZ카메라 및 복수 개의 스테레오 카메라를 조합하여 3차원 공간에 대한 디지털 형태의 논리구조를 형성하여 3차원 공간에 대한 정보 공유를 통해 피사체의 움직임에 대한 추적이 용이하고, 피사체에 대한 3차원 좌표를 기초로 PTZ카메라의 팬, 틸트, 줌 구동값을 설정함으로써 정밀한 추적이 가능한 다수 스테레오 카메라를 이용한 피사체 공간이동 추적 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 주택, 백화점, 은행, 전시장 등의 보안이 요구되는 장소에서는 침입, 도난 또는 화재 등을 비롯한 재해를 예방·방지 또는 신속한 처리를 위하여 감시카메라(CCTV; Closed Circuit Television)를 설치하고 있다. 또한, 최근에는 범죄가 자주 발생하는 지하 주차장이나 주차 단속 등을 위한 도로 등에도 감시카메라가 많이 설치되고 있다.
종래 감시카메라는 일정한 부분만을 촬영할 수 있다는 단점이 있었으며, 이를 해결하기 위해 감시카메라를 복수 개로 구성하거나 대한민국 특허 등록번호 1311859호에 개시된 것처럼 어안렌즈를 장착한 카메라를 이용하여 촬영 범위를 넓히고자 하는 노력이 시도되고 있다. 그러나 이러한 경우에도 촬영 범위만 넓어질 뿐 감시 대상이 되는 차량이나 사람 등의 피사체의 움직임을 계속적으로 추적하는 시스템에 대한 개발은 미비한 수준에 이르고 있다.
즉, 종래의 감시카메라를 통해 피사체의 움직임이 감지되면 피사체의 정보(피사체가 사람인 경우 얼굴, 피사체가 차량인 경우 번호판)를 취득하기 위해 감시카메라와 별도로 구비되는 고해상도 카메라를 수동 또는 자동으로 조작하여 피사체를 촬영하는데, 이처럼 피사체의 움직임을 감지하기 위한 카메라, 그리고 피사체의 정보를 취득하기 위한 고해상도 카메라가 개별적으로 동작함으로써 3차원 공간에 대한 정보 공유가 이루어지지 않게 되고, 그 결과 피사체 추적 중에 피사체가 계속적으로 움직이면 재추적이 어려운 단점이 있다.
(특허문헌 1) 대한민국 특허 등록번호 1311859호(2013.09.17) "전방위 카메라를 이용한 불법 주정차 단속 시스템 및 단속방법"
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로 피티지(PTZ)카메라 및 복수 개의 스테레오 카메라를 조합하여 3차원 공간에 대한 디지털 형태의 논리구조를 형성하여 3차원 공간에 대한 정보 공유를 통해 피사체의 움직임에 대한 추적이 용이하고, 피사체에 대한 3차원 좌표를 기초로 PTZ카메라의 팬, 틸트, 줌 구동값을 설정함으로써 정밀 추적이 가능한 다수 스테레오 카메라를 제공하는 것을 발명의 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 창안된 본 발명은 복수 개로 구성되며 서로 다른 방향을 향해 고정 설치되는 스테레오 카메라와, 상기 복수의 스테레오 카메라 각각의 촬영 영역에 따라 생성된 깊이지도를 정합하여 3차원 공간에 대한 정보 공유가 이루어지는 공간지도를 형성하는 공간데이터 합성부와, 상기 공간지도의 포인트 클라우드를 분석하여 특정 포인트에 변화가 생기면 해당 포인트에 대응되는 스테레오 카메라의 촬영 영역에 피사체가 존재하는 것으로 판단하는 피사체 감지부와, 패닝(Panning) 및 틸팅(Tilting)을 수행하여 촬영 방향이 피사체를 향하도록 이동하고 피사체를 중심으로 주밍(Zooming)을 수행하는 PTZ카메라와, 상기 스테레오 카메라의 촬영 범위 중 어느 한점의 위치를 상기 PTZ카메라의 각도와 매칭하여 초기값을 설정하고 피사체가 감지되면 피사체의 중심 좌표를 기초로 이동에 필요한 팬 각과 틸트 각 및 피사체와의 거리에 따라 산출된 줌 레벨에 맞춰 상기 PTZ카메라를 구동하는 제1 방식과, 3차원 공간에 대한 촬영 구역을 설정하고 설정된 각각의 구역으로 촬영 방향이 향하도록 상기 PTZ카메라의 구동값을 수동으로 프리세팅(pre-setting)한 후 피사체가 감지된 구역에 대한 프리세팅 값을 호출하여 상기 PTZ카메라를 구동하는 제2 방식 중 어느 하나 또는 상기 제1 및 제2 방식의 조합에 따라 상기 PTZ카메라를 구동하는 구동 제어부를 포함하는 다수 스테레오 카메라를 이용한 피사체 공간이동 추적 시스템을 제공한다.
본 발명의 다수 스테레오 카메라를 이용한 피사체 공간이동 추적 시스템에 따르면, 피사체 추적 중에 다시 피사체가 움직이더라도 계속적인 추적이 가능하다.
또한, 스테레오 카메라를 사용함으로써 피사체에 대한 3차원 좌표를 추출할 수 있고, 이를 통해 PTZ카메라의 팬, 틸트, 줌 구동값을 설정함으로써 피사체에 대한 정밀 추적이 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 다수 스테레오 카메라를 이용한 피사체 공간이동 추적 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도,
도 2는 본 발명에 포함된 스테레오 카메라 및 PTZ카메라의 설치 예시를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명에 포함된 스테레오 카메라의 촬영 영역을 평면적으로 나타낸 도면,
도 4는 도 3의 촬영 영역을 3차원의 깊이지도로 나타낸 도면,
도 5는 도 4에 도시된 복수 개의 깊이지도가 하나로 정합된 3차원 공간지도를 나타낸 도면, 그리고
도 6은 본 발명에 포함된 PTZ카메라를 구동하기 위한 제1 방식과 제2 방식을 설명하기 위한 도면.
본 발명의 하나의 모습에 따라, 복수 개로 구성되며 서로 다른 방향을 향해 고정 설치되는 스테레오 카메라와, 상기 복수의 스테레오 카메라 각각의 촬영 영역에 따라 생성된 깊이지도를 정합하여 3차원 공간에 대한 정보 공유가 이루어지는 공간지도를 형성하는 공간데이터 합성부와, 상기 공간지도의 포인트 클라우드를 분석하여 특정 포인트에 변화가 생기면 해당 포인트에 대응되는 스테레오 카메라의 촬영 영역에 피사체가 존재하는 것으로 판단하는 피사체 감지부와, 패닝(Panning) 및 틸팅(Tilting)을 수행하여 촬영 방향이 피사체를 향하도록 이동하고 피사체를 중심으로 주밍(Zooming)을 수행하는 PTZ카메라와, 상기 스테레오 카메라의 촬영 범위 중 어느 한점의 위치를 상기 PTZ카메라의 각도와 매칭하여 초기값을 설정하고 피사체가 감지되면 피사체의 중심 좌표를 기초로 이동에 필요한 팬 각과 틸트 각 및 피사체와의 거리에 따라 산출된 줌 레벨에 맞춰 상기 PTZ카메라를 구동하는 제1 방식과, 3차원 공간에 대한 촬영 구역을 설정하고 설정된 각각의 구역으로 촬영 방향이 향하도록 상기 PTZ카메라의 구동값을 수동으로 프리세팅(pre-setting)한 후 피사체가 감지된 구역에 대한 프리세팅 값을 호출하여 상기 PTZ카메라를 구동하는 제2 방식 중 어느 하나 또는 상기 제1 및 제2 방식의 조합에 따라 상기 PTZ카메라를 구동하는 구동 제어부를 포함하는 다수 스테레오 카메라를 이용한 피사체 공간이동 추적 시스템이 제안된다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 기술 등은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 함과 더불어, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어들은 실시 예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 다수형도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 언급된 구성요소, 단계, 동작은 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
한편, 도면의 구성요소는 반드시 축척에 따라 그려진 것은 아니고, 예컨대, 본 발명의 이해를 돕기 위해 도면의 일부 구성요소의 크기는 다른 구성요소에 비해 과장될 수 있다. 또한, 각 도면에 걸쳐 표시된 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭하고, 도시의 간략화 및 명료화를 위해, 도면은 일반적 구성 방식을 도시하고 있다, 또한, 본 발명의 설명된 실시 예의 논의를 불필요하게 불명료하도록 하는 것을 피하기 위해 공지된 특징 및 기술의 상세한 설명은 생략될 수 있다.
이하에서는 본 발명을 구현하기 위한 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 다수 스테레오 카메라를 이용한 피사체 공간이동 추적 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 1은 본 발명에 따른 다수 스테레오 카메라를 이용한 피사체 공간이동 추적 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이고, 도 2는 본 발명에 포함된 스테레오 카메라 및 PTZ카메라의 설치 예시를 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면 본 발명에 따른 다수 스테레오 카메라를 이용한 피사체 공간이동 추적 시스템(100)은 크게 스테레오 카메라(110), 공간데이터 합성부(120), 피사체 감지부(130), 구동 제어부(140), 그리고 PTZ카메라(150)를 포함한다. 여기서, 외부에 설치되는 물리적 구성요소는 스테레오 카메라(110)와 PTZ카메라(150)가 되며, 공간데이터 합성부(120), 피사체 감지부(130), 그리고 구동 제어부(140)는 코드화된 프로그램이 설치된 PC를 기반으로 수행된다.
상기 스테레오 카메라(110)는 복수 개로 구성되며 서로 다른 방향을 향해 고정 설치되어 3차원 공간을 공유한다. 즉, 상기 복수 개의 스테레오 카메라(110)는 3차원 공간에 대한 사각지대가 발생하지 않도록 지정된 방향 예를 들어, 도 2에 도시된 것처럼 사거리의 교차로에서 네 대의 스테레오 카메라(110)가 각각 동, 서, 남, 북쪽의 도로를 촬영하도록 설치될 수 있다. 이처럼, 스테레오 카메라(110)의 개수는 3차원 공간을 공유할 수 있을 정도가 되면 충분하고 사거리의 교차로라고 하여 반드시 네 대로 구성할 필요는 없으며, 보다 촘촘한 촬영범위를 원하는 경우 다섯 대 이상으로도 구성 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 자명하다.
이하에서는 도 2에 도시된 대로 네 대로 구성된 스테레오 카메라(110)를 기준으로 설명하며, 편의상 동쪽 도로를 촬영하는 스테레오 카메라(110)를 기준으로 시계방향으로 돌아가면서 각각 1번 스테레오 카메라(110), 2번 스테레오 카메라(110), 3번 스테레오 카메라(110), 4번 스테레오 카메라(110)로 칭하기로 한다.
상기 1번 내지 4번 스테레오 카메라(110)는 각각 소정 간격(baseline) 이격되며 광축이 평행한 좌안 렌즈와 우안 렌즈를 포함하고 있으며, 이에 따라 좌안 렌즈와 우안 렌즈에서 각각 촬영한 영상 중에서 동일 지점이 몇 픽셀 떨어져 있는지 즉, 공유 영상에서 좌안 렌즈와 우안 렌즈에 따른 시차를 계산하여 피사체와의 깊이 값을 계산하고 이를 기초로 깊이지도를 생성한다. 본 실시 예에서 상기 스테레오 카메라(110)는 모두 네 대로 구성되므로 1번 내지 4번 스테레오 카메라(110)에서 생성되는 깊이지도는 모두 네 개가 될 수 있는데, 본 발명에서는 이처럼 복수의 스테레오 카메라(110) 각각의 촬영 영역에 따라 생성되는 깊이지도를 하나의 3차원 공간으로 정합하며, 이는 각각의 스테레오 카메라(110)로부터 촬영 데이터를 입력받는 공간데이터 합성부(120)에서 수행된다.
도 3은 스테레오 카메라의 촬영 영역을 평면적으로 나타낸 도면이고, 도 4는 도 3의 촬영 영역을 3차원의 깊이지도로 나타낸 도면, 그리고 도 5는 복수 개의 깊이지도가 하나로 정합된 3차원 공간지도를 나타낸 도면이다.
도 3에서 각 방향의 화살표는 1번 내지 4번 스테레오 카메라(110) 각각의 촬영 방향을 나타내는 것으로, 도 3에 도시된 것처럼 각각의 스테레오 카메라(110)에 의해 촬영되는 영상 즉, 감시영역은 스테레오 카메라(110)로부터 가까운 거리의 B구역과 먼 거리의 A구역으로 구분되며, 각각의 A구역과 B구역은 스테레오 카메라(110)의 좌안 렌즈와 우안 렌즈의 시차 값에 따라 도 4에 도시된 것처럼 3차원 깊이지도(10)로 변환된다.
그리고, 1번 내지 4번 스테레오 카메라(110) 각각의 A구역 깊이지도(10)와 B구역 깊이지도(10)는 다시 공간데이터 합성부(120)에 의해 도 5에 도시된 것처럼 3차원 디지털 형태의 공간지도(20)로 정합된다. 즉, 도면에는 나타나 있지 않지만 스테레오 카메라(110)의 촬영을 통해 입력되는 컬러 및 좌표 데이터는 공간지도(20)의 특정 위치에 매칭되고, 따라서, 공간지도(20)는 1번 내지 4번 스테레오 카메라(110)에 의한 포인트 클라우드 즉, 무수히 많은 컬러와 좌표 데이터가 모여서 공간적 구성을 형성한다.
피사체 감지부(130)는 이러한 공간지도(20)의 포인트 클라우드를 분석하여 특정 포인트에 변화가 생기면 해당 포인트에 대응되는 스테레오 카메라(110)의 촬영 영역에 피사체가 존재하는 것으로 감지한다. 이때, 공간지도(20)는 동일 메모리 내 동일한 형태의 자료 구조로 저장되므로 어느 한 영역에서의 포인트 변화는 전체로서 공유되고 따라서 피사체가 움직일 때 계속적인 추적이 가능하다.
상기 PTZ카메라(150)는 패닝(Panning) 및 틸팅(Tilting)을 수행하여 촬영 방향이 피사체를 향하도록 하며, 피사체가 사람인 경우 사람의 얼굴 또는 피사체가 자동차인 경우 번호판을 중심으로 주밍(Zooming)을 수행한다. 이처럼, PTZ카메라(150)는 피사체의 정보를 식별하기 위한 구성이므로 피사체의 움직임을 감지하는 스테레오 카메라(110)보다 고해상도의 카메라를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, PTZ카메라(150)는 스테레오 카메라(110)의 촬영 범위를 모두 커버할 수 있어야 하므로 PTZ카메라(150)와 스테레오 카메라(110)는 서로 인접하게 설치되며, 가장 바람직하게는 PTZ카메라(150)를 가운데 두고 복수의 스테레오 카메라(110)가 PTZ카메라(150)를 둘러싸는 형태가 되게 설치할 수 있다.
여기서, 상기 PTZ카메라(150)는 구동 제어부(140)에서 산출된 구동값에 따라 제어되며, 상기 구동 제어부(140)는 PTZ카메라(150)를 구동하는 방식으로서 제1 방식과 제2 방식 중 어느 하나 또는 제1 및 제2 방식을 조합하여 PTZ카메라(150)를 구동시킨다.
도 6은 제1 방식에 의한 PTZ카메라(150)의 구동과 제2 방식에 의한 PTZ카메라(150)의 구동을 비교 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, PTZ카메라(150)를 제어하기 위한 제1 방식은 우선 스테레오 카메라(110)의 촬영 범위 중 어느 한점의 위치를 PTZ카메라(150)의 각도와 매칭하여 초기값을 설정한다. 이후 피사체가 감지되면 피사체의 중심 좌표(예컨대 도 6의 'z')를 기초로 이동에 필요한 팬 각(θ1)과 틸트 각(θ2)을 산출하여 PTZ카메라(150)가 피사체를 향하게 하고 피사체와의 거리를 계산하여 줌 레벨을 맞춘다. 상기의 동작은 피사체가 촬영 범위에서 사라질때까지 반복될 수 있다.
이러한 제1 방식은 피사체를 정확히 포착할 수 있는 장점이 있으나 연산에 필요한 데이터가 증가하기 때문에 시스템 과부하가 발생할 수 있다. 따라서 제1 방식을 보완하기 위해 제2 방식이 사용될 수 있다.
PTZ카메라(150)를 제어하기 위한 제2 방식은 우선 3차원 공간에 대한 촬영 구역을 설정하고 설정된 각각의 구역(예컨대 도 6의 'a', 'b', 'c')으로 PTZ카메라(150)가 향하도록 PTZ카메라(150)의 구동값을 수동으로 프리세팅(pre-setting)한다. 이후 'a'구역에 피사체가 감지되면 'a'구역에 대한 프리세팅 값을 불러와 PTZ카메라(150)가 'a'구역의 피사체를 향하도록 구동시킨다. 'b'구역이나 'c'구역에 피사체가 감지되는 경우에도 동일하게 적용되며, 설명의 편의상 'a', 'b', 'c'구역만을 예시하였으나 촬영 대상이 되는 모든 구역에 대해 PTZ카메라(150)의 구동값을 프리세팅할 수 있다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한, 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내고 설명하는 것에 불과하며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉, 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 전술한 실시 예들은 본 발명을 실시하는데 있어 최선의 상태를 설명하기 위한 것이며, 본 발명과 같은 다른 발명을 이용하는데 당업계에 알려진 다른 상태로의 실시, 그리고 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서, 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한, 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
[부호의 설명]
100: 다수 스테레오 카메라를 이용한 피사체 공간이동 추적 시스템
110: 스테레오 카메라 120: 공간데이터 합성부
130: 피사체 감지부 140: 구동 제어부
150: PTZ카메라
본 발명은 다수 스테레오 카메라를 이용한 피사체 공간이동 추적 시스템에 관한 것으로서, 피사체 추적 중에 다시 피사체가 움직이더라도 계속적인 추적이 가능하며, 스테레오 카메라를 사용함으로써 피사체에 대한 3차원 좌표를 추출할 수 있고, 이를 통해 PTZ카메라의 팬, 틸트, 줌 구동값을 설정함으로써 피사체에 대한 정밀 추적이 가능하며, 지하 주차장이나 도로 등에 주차 단속 등을 위하여 설치되는 감시카메라 등으로 활용 가능하다.

Claims (1)

  1. 복수 개로 구성되며 서로 다른 방향을 향해 고정 설치되는 스테레오 카메라;
    상기 복수의 스테레오 카메라 각각의 촬영 영역에 따라 생성된 깊이지도를 정합하여 3차원 공간에 대한 정보 공유가 이루어지는 공간지도를 형성하는 공간데이터 합성부;
    상기 공간지도의 포인트 클라우드를 분석하여 특정 포인트에 변화가 생기면 해당 포인트에 대응되는 스테레오 카메라의 촬영 영역에 피사체가 존재하는 것으로 판단하는 피사체 감지부;
    패닝(Panning) 및 틸팅(Tilting)을 수행하여 촬영 방향이 피사체를 향하도록 이동하고 피사체를 중심으로 주밍(Zooming)을 수행하는 PTZ카메라; 및
    상기 스테레오 카메라의 촬영 범위 중 어느 한점의 위치를 상기 PTZ카메라의 각도와 매칭하여 초기값을 설정하고 피사체가 감지되면 피사체의 중심 좌표를 기초로 이동에 필요한 팬 각과 틸트 각 및 피사체와의 거리에 따라 산출된 줌 레벨에 맞춰 상기 PTZ카메라를 구동하는 제1 방식과, 3차원 공간에 대한 촬영 구역을 설정하고 설정된 각각의 구역으로 촬영 방향이 향하도록 상기 PTZ카메라의 구동값을 수동으로 프리세팅(pre-setting)한 후 피사체가 감지된 구역에 대한 프리세팅 값을 호출하여 상기 PTZ카메라를 구동하는 제2 방식 중 어느 하나 또는 상기 제1 및 제2 방식의 조합에 따라 상기 PTZ카메라를 구동하는 구동 제어부;를 포함하되,
    상기 스테레오 카메라는 동, 서, 남, 북 방향을 각각 촬영하는 4 개로 이루어지고,
    상기 4 개의 스테레오 카메라는 서로 이격되어 설치되며 광축이 평행한 좌안렌즈와 우안렌즈를 포함하고,
    상기 PTZ카메라를 가운데 두고 상기 4 개의 스테레오 카메라가 상기 PTZ카메라를 둘러싸는 형태로 설치되는 것을 특징으로 하는 다수 스테레오 카메라를 이용한 피사체 공간이동 추적 시스템.
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