3차원 공간 모델에 대한 카메라 제어 시스템{SYSTEM FOR CONTROLLING CAMERA ON THE 3D VIRTUAL MODELING}

본 발명은 3차원 공간 모델에 대하여 카메라를 제어하는 시스템에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 3차원 공간 모델에 대한 관제 영상과 카메라 영상의 중심점에 대한 정확한 동기화를 구현하고 이를 기초로 관제 영상의 특정 지점 또는 입력된 특정 위치에 대한 영상이 카메라에 의하여 더욱 신속하고 정확하게 촬영될 수 있도록 카메라의 뷰 각도 등을 효율적으로 제어하는 시스템에 관한 것이다.

범죄 예방, 안전사고 방지, 재난 감지, 주차 관리, 교통 상황 모니터링 등의 다양한 목적을 실현하기 위하여 실내외를 불문하고 광범위한 영역에서 CCTV 및 관련 시스템이 구축되어 있으며 이러한 시스템은 다양한 사회적 필요성 등에 의하여 점진적으로 증가하는 추세라고 할 수 있다.

이러한 CCTV 및 관련 시스템은 다양한 방법으로 이용되고 있는데, 통상적으로 특정 영역의 다수 위치에 CCTV를 설치하고, 이들 복수 개의 CCTV로부터 촬영되는 영상 데이터를 관제를 위한 화면표시수단에 출력하고 관제자가 이를 시청하는 방법이 주로 이용된다.

이러한 방법은 다양한 장소의 영상을 통합적으로 모니터링할 수 있다는 점에서 장점을 가지나, 통합 모니터링을 위하여 CCTV의 뷰 각도(view angle) 등은 고정되는 경우가 대부분이므로 유동적인 환경에 신속히 대처하는데 한계가 있다고 할 수 있다.

이러한 문제점을 위하여 근래에는 실시형태에 따라 카메라의 PTZ(pan, tilt, zoom)를 원격지 등에서 제어하는 기술들이 개시되고 있는데, 이러한 PTZ 제어 기술은 통상적으로 관제자가 조작 장치나 조작을 위한 인터페이스를 이용하여 카메라의 조사 각도 등을 조정하고 그에 따라 촬영되는 영상을 모니터링하면서 원하는 관찰 지점이 촬영되면 조작 장치를 멈추는 방식으로 수행된다.

그러나 이러한 종래 기술은 연속되는 영상을 보면서 그에 따라 카메라의 조사 각도를 조정하는 방법이므로 급격하게 다른 방향으로 이동/회전하거나 또는 연속되지 않은 방향 또는 특정 위치의 원하는 지점에 대한 영상이 즉각적으로 촬영되도록 하는 것은 상당히 어렵다고 할 수 있다.

한편, 증강 현실(Augmented reality)의 인프라 구축 및 특정 영역, 공간 등에 대한 다양한 목적을 구현하기 위하여 해당 영역, 공간, 지도 등을 컴퓨터를 이용하여 객체화하는 가상 모델이 다양하게 이용되고 있다.

관제 및 모니터링 등의 효율성을 증진시키기 위하여 근래에는 특정 영역이나 공간의 가상 모델과 해당 영역 또는 공간에 설치된 CCTV카메라의 영상을 하나의 화면표시수단에 함께 표출하는 시스템이 적용되고 있는데 포털 등에서 제공하는 로드 뷰가 이에 대한 대표적인 예라고 할 수 있다. 이러한 종래 방법은 통상적으로 랜더링된 지도에 카메라의 위치를 표기하고, 사용자가 특정 카메라를 선택하는 경우 해당 카메라의 영상을 사용자에게 제공하는 방법으로 운용된다.

이러한 종래 방식은 랜더링된 지도 데이터를 통하여 전체적인 위치와 상황을 일차적으로 확인하고 후속적으로 특정 지점의 실제 영상을 확인할 수 있다는 점에서 사용자 편의성이 증진되었다고 할 수 있으나, 이미 촬영이 완료된 영상 DB만을 고정적으로 이용하는 것일 뿐, 사용자가 원하는 특정 위치 내지 영역 등에 대한 영상이 즉각적으로 촬영되도록 할 수 없으므로 활용도가 제한적이라고 할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 배경에서 상술된 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 2차원 내지 3차원 맵 데이터 등과 같은 가상의 공간 모델 데이터와 카메라 영상의 중심점 좌표를 중심으로 위치 정보를 상호 동기화시킴으로써 공간 모델 데이터와 카메라 영상의 위치 동기화를 수행하고, 이를 기초로 구현되는 공간 모델 데이터의 특정 위치와 카메라의 위치 내지 각도 사이의 함수 관계를 이용하여 공간 모델 데이터의 특정 위치를 정확히 뷰(view)할 수 있는 카메라의 팬 또는 틸트에 대한 제어 정보를 생성함으로써 선택 내지 입력된 해당 위치의 영상을 카메라가 정확하고 신속하게 촬영할 수 있도록 제어하는 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 아래의 설명에 의하여 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의하여 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 구성과 그 구성의 조합에 의하여 실현될 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 3차원 공간 모델에 대한 카메라 제어 시스템은 카메라의 3차원 위치정보, 팬(pan) 정보 및 틸트(tilt) 정보를 포함하는 특성정보 및 각 지점의 3차원 위치 정보를 포함하는 공간 모델 데이터를 저장하는 데이터 저장부; 관심영역에 해당하는 공간 모델 데이터에 대한 영상인 관제 영상 및 상기 카메라의 영상을 화면표시수단으로 표출하는 표출부; 상기 카메라 영상과 상기 관제 영상이 대응되도록 상기 관제 영상의 이동 또는 회전이 완료되면, 완료시점의 상기 관제 영상의 중심점 좌표인 기준 중심점 좌표를 추출하는 추출부; 상기 카메라의 기준 팬값 정보 정보, 기준 틸트값 정보, 상기 카메라의 위치정보 및 상기 기준 중심점 좌표를 이용하여 상기 관제 영상을 기준으로 한 상기 카메라의 기준방위각 정보 및 기준고도각 정보인 기준정보를 연산하는 기준정보연산부; 관제대상지점의 위치 정보인 관제위치정보 및 상기 카메라의 위치정보를 이용하여 관제대상지점에 대한 상기 카메라의 방위각 및 고도각 정보인 관찰정보를 연산하는 관찰정보생성부; 및 상기 카메라의 팬 또는 틸트의 범위 정보 및 상기 기준정보를 이용하여 상기 관찰정보에 대응되는 상기 카메라의 팬 또는 틸트에 대한 제어 정보를 생성하여 상기 카메라로 출력하는 데이터처리부를 포함하여 구성될 수 있다.

여기에서 본 발명의 상기 표출부는 상기 관제 영상 및 상기 카메라의 영상을 화면표시수단으로 표출하되, 상기 카메라의 조사 방향에 대한 중심 라인을 상기 관제 영상에 중첩시켜 표출시키도록 구성하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 상기 데이터처리부는 아래 수식에 의하여 제어정보를 생성하도록 구성된다.

상기 수식에서 p ₁ 는 제어정보 중 팬 정보, t ₁ 는 제어 정보 중 틸트 정보, p _max 및 p _min 은 카메라 팬(pan)의 최대값 및 최소값 정보, t _max 및 t _min 은 카메라 틸트(tilt)의 최대값 및 최소값 정보, θ ₀ 및

₀ 는 상기 카메라의 기준방위각 정보 및 기준고도각 정보, θ

₁ 및

₁ 은 관제대상지점에 대한 상기 카메라의 방위각 및 고도각 정보이다.

또한, 본 발명의 상기 연산부는 아래의 수식에 의하여 상기 기준 정보를 생성하도록 구성될 수 있다.

상기 수식에서 θ ₀ 는 기준방위각정보,

₀ 는 기준고도각정보, (x, y)는 기준 중심점 좌표, (x

_c , y

_c )는 카메라의 위치 정보 중 z=0 평면에서의 위치정보, h는 카메라의 높이 정보, d는 카메라와 기준 중심점 좌표와의 거리 정보이다.

바람직하게, 본 발명은 상기 데이터처리부가 생성한 제어정보가 해당 카메라의 팬 또는 틸트의 범위 정보를 초과하는 경우, 상기 관제위치정보를 중심으로 기준 거리 이내에 위치한 다른 카메라를 선별하고, 상기 선별된 카메라를 대상으로 상기 제어정보가 생성되도록 제어하는 제어부를 더 포함하여 구성될 수 있다.

여기에서 본 발명의 상기 제어부는 상기 기준 거리 이내에 존재하는 모든 카메라에 대하여 생성된 제어정보가 해당 카메라의 팬 또는 틸트의 범위 정보를 초과하는 경우 영상 사각 지역에 대한 정보를 출력하도록 구성하는 것이 바람직하다.

나아가, 본 발명의 상기 특성정보는 상기 카메라의 줌 정보를 더 포함할 수 있으며, 이 경우 본 발명의 상기 데이터처리부는 상기 관제대상지점의 위치 정보인 관제위치정보가 입력되면 상기 카메라와의 거리 정보를 연산하고, 아래 수식에 의하여 상기 카메라의 줌에 대한 제어 정보를 더 생성하여 상기 카메라로 출력하도록 구성될 수 있다.

상기 수식에서 z ₁ 는 카메라의 줌에 대한 제어 정보, z _max , z _min 은 카메라의 최대 및 최소 줌 정보, d _max 는 z _max 에 해당하는 최대 거리, d _min 은 z _min 에 해당하는 최소 거리, d ₁ 은 카메라와 관제대상지점까지의 거리 clamp(a, b, c)함수는 a의 값을 b와 c의 값 사이로 제한하는 함수이다.

더욱 바람직한 실시형태의 구현을 위하여 상기 본 발명의 관제위치정보는 이동객체에 대하여 시계열적으로 이루어지는 복수 개의 관제위치정보로 이루어질 수 있으며, 이 경우 본 발명의 데이터처리부는 상기 이동객체에 대한 추적 영상이 생성되도록 상기 복수 개의 관제위치정보에 대응하는 연속된 제어 정보를 상기 카메라로 출력하도록 구성될 수 있다.

본 발명에 의한 3차원 공간 모델에 대한 카메라 제어 시스템은 3차원 공간 모델 데이터의 위치 정보와 카메라의 위치 정보 사이의 상대적인 관계가 정확하게 동기화를 이룰 수 있어 특정 위치를 조사(view)하기 위한 카메라의 팬 및/또는 틸트 정보를 정확하고 신속하게 생성할 수 있어 공간 모델 데이터의 특정 위치 내지 지점에 대한 영상을 카메라가 즉각적으로 촬영할 수 있는 효과를 창출할 수 있다.

본 발명의 다른 바람직한 실시형태에 의할 때, 이동 객체의 절대적 위치 좌표가 제공되는 경우, 시변화(time variant)하는 이동 객체의 절대적 위치 좌표에 대한 카메라의 위치 좌표를 유기적으로 반영할 수 있어 카메라를 통한 이동 객체의 추적 영상 생성을 더욱 효과적으로 구현할 수 있다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 의할 때, 관심영역에 해당하는 공간 모델 데이터에 대한 영상인 관제 영상을 화면표시수단에 표출할 때, 카메라의 조사 방향에 대한 중심 라인을 관제 영상에 중첩시켜 표출시킴으로써 관제 영상과 카메라와의 위치 관계에 대한 동기화를 더욱 쉽고 정확하게 유도할 수 있어 더욱 향상된 사용자 지향적 인터페이스 환경을 구현할 수 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술 사상을 더욱 효과적으로 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 이러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 3차원 공간 모델에 대한 카메라 제어 시스템 및 관련 구성을 전반적으로 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 3차원 공간 모델에 대한 카메라 제어 시스템의 상세 구성을 도시한 블록도,
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 카메라 제어 방법에 대한 과정을 도시한 흐름도,
도 4는 카메라의 조사 방향에 대한 중심 라인을 관제 영상에 표출시키는 본 발명의 일 실시예를 설명하는 도면,
도 5는 카메라와 관제 영상 사이의 동기화 설정을 위한 관계를 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 의한 카메라 제어 방법에 대한 과정을 도시한 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 3차원 공간 모델에 대한 카메라 제어 시스템(이하 '제어시스템'이라 지칭한다)(100) 및 관련 구성을 전반적으로 도시한 도면이다.

본 발명의 제어시스템(100)은 도 1에 도시된 바와 같이 실내, 실외 등에 설치되는 하나 이상의 카메라(CCTV)(200)와 네트워크(5)을 통하여 통신 가능하게 연결된다.

본 발명의 제어시스템(100)은 실시형태에 따라서 스마트 단말, 피씨(PC)(100-2, ... ,100-n) 등에 탑재되는 형태로 구현될 수 있음은 물론, 도 1에 도시된 바와 같이 관제 서버(100-1)를 구성하는 단말 장치로 구현될 수도 있다. 또한, 실시형태에 따라 피씨 또는 관제 서버를 구성하는 단말 장치는 복수 개의 스크린으로 논리적 또는 물리적으로 구분될 수 있는 월디스플레이(Wall display)(110)와 같은 화면표시수단 및 사용자 인터페이싱을 위한 화면표시수단(105)과 연동되도록 구성될 수 있다.

본 발명은 후술되는 바와 같이 실내 공간은 물론, 특정 지역, 영역, 공간, 지도 전체를 대상으로 2D, 3D 형태로 객체를 렌더링한 공간 모델 데이터를 이용하게 되는데, 이러한 공간 모델 데이터는 특정 위치들의 절대적 좌표 정보는 물론, 다양한 지리적 특성을 표상하는 파라미터들로 구성되는 GIS와 결합될 수 있다.

공간 모델 데이터는 전체 또는 필요한 공간 영역만의 데이터 형태로 제어 시스템(100) 자체의 저장 매체에 저장될 수도 있으나, 공간 모델 데이터의 저장, 액세스, 데이터 전송 등의 효율성을 향상시키기 위하여 상기 공간 모델 데이터는 소정의 데이터 서버(300)에 저장될 수 있으며, 본 발명의 제어시스템(100)에서 선택되는 특정 영역에 해당하는 공간 모델 데이터만 선별적으로 제어시스템(100)으로 전송되도록 구성할 수도 있다.

상기 네트워크(5)는 본 발명의 제어시스템(100)와 인접한 다른 구성(200, 300) 사이의 데이터 통신이 가능하도록 하는 통신망으로서 데이터 전송이 가능하다면 유선, 무선 등을 구분하지 않으며, LAN, CDMA, WCDMA, LTE, Bluetooth, WiFi 등 다양한 프로토콜과 방식으로 구현될 수 있음은 물론이다.

본 발명의 제어시스템(100)은 후술되는 바와 같이 이동 객체에 대한 추적 영상의 생성도 가능하도록 구성되는데, 이 경우 이동 객체에 대한 절대좌표 정보를 전송할 수 있는 GPS 모듈이 탑재된 스마트폰, 이통사 서버, 관제 서버 등과도 통신 가능하게 연결될 수 있다. 또한, 본 발명의 제어시스템(100)은 UWB, Wifi, Beacon, NFS 등과 같은 다양한 수단을 이용하여 객체의 위치를 추출할 수 있는 위치 측위 서버와도 통신 가능하게 연결될 수 있다.

이하에서는 첨부된 도면 등을 참조하여 본 발명에 의한 제어시스템(100)의 구체적인 구성과 프로세싱에 대하여 상세히 설명하도록 한다.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 제어시스템(100)은 화면표시수단(110), 데이터저장부(120), 표출부(130), 추출부(140), 기준정보연산부(150), 관찰정보생성부(160), 데이터처리부(170) 및 제어부(180)를 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명의 상세한 설명에 앞서, 도 2에 도시된 본 발명의 제어시스템(100)에 대한 각 구성요소는 물리적으로 구분되는 구성요소라기보다는 논리적으로 구분되는 구성요소로 이해되어야 한다.

즉, 각각의 구성은 본 발명의 기술사상을 실현하기 위한 논리적인 구성요소에 해당하므로 각각의 구성요소가 통합 또는 분리되어 구성되더라도 본 발명의 논리 구성이 수행하는 기능이 실현될 수 있다면 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 하며, 동일 또는 유사한 기능을 수행하는 구성요소라면 그 명칭 상의 일치성 여부와는 무관히 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 함은 물론이다.

본 발명의 데이터저장부(120)는 실내 또는 실외에 설치되는 카메라(200)의 3차원 위치 정보, 팬(pan)/틸트(tilt)/줌(zoom)에 대한 스펙 범위 정보, 화각 정보, 최대 식별 거리 정보, 초점 거리 정보, 최소 식별 거리 정보, 카메라의 현재 자세 정보 등을 포함하는 카메라에 대한 다양한 특성 정보가 저장된다(S310).

또한, 본 발명의 데이터저장부(120)는 각 지점의 2차원 또는 3차원 위치 정보를 포함하는 공간 모델 데이터가 저장되는데, 앞서 설명된 바와 같이 이 공간 모델 데이터는 소정의 데이터 서버(300)에 저장되어 활용될 수 있음은 물론, 본 발명의 제어시스템(100)의 일 구성인 상기 데이터저장부(120)에 저장되어 활용될 수도 있다(S310).

마우스, 키보드, 터치 패드 등의 인터페이스 수단을 통하여 사용자 등으로부터 모니터링하고자 하는 공간이나 영역 등에 대한 정보(관심영역)가 입력되면 본 발명의 표출부(130)는 저장된 또는 전송된 공간 모델 데이터 중 사용자가 선택한 관심 영역에 해당하는 공간 모델 데이터를 선별하고, 선별된 공간 모델 데이터에 대한 영상인 관제 영상을 화면표시수단(110)으로 표출한다(S320).

상기 관제 영상은 각 화소(pixel)마다 해당 화소의 RGB 또는 YCbCr 정보를 가지는 점방식(Raster) 형태의 영상으로 구현되는 것이 바람직하며 후술되는 바와 같이 카메라 제어의 효율성을 높이기 위하여 카메라 촬영 영상 또한 이와 같이 라스터 형태의 영상으로 구현되는 것이 바람직하나 반드시 이러한 영상 형식에 제한되는 것이 아님은 물론이다.

사용자가 특정 위치를 선택하는 경우 특정 위치를 기준으로 소정 반경(가변적으로 설정)에 해당하는 영역이 표출되도록 하거나 기초 설정값에 의한 특정 뷰 각도(view angle)를 가지는 관제 영상이 출력되도록 구성될 수 있다. 사용자로부터 특정 영역이 선택되어 표출되는 형태는 물론, 본 발명의 표출부(130)는 주기적이고 자동적으로 설정된 특정한 관심 영역이 화면표시수단(110)으로 표출되도록 제어할 수도 있다.

본 발명의 표출부(130)는 이와 같이 관제 영상(관심 영역에 해당하는 공간 모델 데이터)을 화면표시수단(110)에 표출함과 동시에 상기 관심 영역 내에 위치한 하나 이상의 카메라 영상도 함께 화면표시수단(110)에 표출한다(S320). 사용자 인지성을 높이기 위하여 관제 영상을 화면 전체에, 카메라 영상은 화면 가장자리에 함께 출력하도록 구성하거나, 화면을 분할하여 분할된 각각의 영역에 관제 영상과 카메라 영상이 함께 출력되도록 구성할 수 있다.

사용자(관제자 등)는 이와 같이 화면표시수단(110)에 표출되는 관제 영상과 카메라 영상을 확인하면서, 화면표시수단(110)에 함께 출력되는 인터페이스 환경 또는 키보드, 마우스 등의 조작을 통하여 두 영상의 뷰(view) 방향 또는 각 영상의 중심점 내지 기준점 등이 상호 대응될 수 있도록 관제 영상을 회전 또는 이동시킨다.

하드웨어 제어를 통하여 자세 등을 변경시켜야 하는 카메라 영상보다는 데이터 형태로 존재하는 모델링된 공간 모델 데이터를 이동 내지 회전시키는 것이 더욱 용이하므로 카메라 영상과 관제 영상(관심 영역에 해당하는 공간 모델 데이터)의 영상 동기화를 위하여 이와 같이 관제 영상을 회전/이동시키는 것이 바람직하다.

이와 같이 영상의 동기화를 위하여 관제 영상에 대한 이동 또는 회전이 완료되면(S330), 본 발명의 추출부(140)는 완료 시점 또는 완료 입력 신호가 사용자로부터 입력된 시점의 관제 영상의 중심점 좌표인 기준 중심점 좌표에 대한 정보를 추출한다(S340).

앞서 설명된 바와 같이 공간 모델 데이터는 각 지점마다의 위치 정보가 수록되어 있으므로 관제 영상에서의 기준 중심점 좌표를 추출할 수 있으며, 모든 지점마다 위치 정보가 수록되어 있지 않다고 하여도 보간법(interpolation) 연산 등을 통하여 기준 중심점 좌표를 추출할 수 있다.

이와 관련하여, 본 발명의 표출부(130)는 도 4에 도시된 바와 같이 관제 영상을 화면표시수단(110)에 표출할 때, 카메라의 위치를 특정 아이콘 또는 상징 체계 등(A)으로 표출할 수 있으며, 카메라의 위치를 시작점으로 카메라의 조사 방향에 대한 중심 라인(L)을 관제 영상에 중첩시켜 표출시킬 수 있다(S321).

이와 같이 중심 라인(L)을 관제 영상에 함께 표출하게 되면, 카메라의 조사 방향을 더욱 쉽게 사용자가 인지할 수 있으며 또한, 이 중심 라인이 회전되도록 관제 영상을 회전시킴으로써 카메라 영상과 관제 영상의 뷰가 더욱 쉽고 정확하게 상호 대응되도록 유도할 수 있게 된다.

상술된 과정은 관제 영상을 기준으로 한 상대적인 카메라의 팬, 틸트에 대한 기준 변위를 설정하는 과정으로서, 상기 과정이 진행되는 당시의 카메라의 팬, 틸트의 값이 기준이 되는 팬, 틸트의 값이 된다. 기준 변위 설정 과정의 효율성을 높이기 위하여 해당 카메라의 팬, 틸트의 최소값(p _min , t _min )을 이용하여 기준 변위 설정 과정이 진행되도록 구성하는 것이 더욱 바람직하다.

이와 같이 카메라에 대한 관제 영상의 상대적인 위치와 중심점 좌표가 획득되면, 각 좌표 사이의 벡터 관계를 이용하여 수직 또는 수평 방향에 대한 상대적인 각도를 연산할 수 있게 되므로 카메라(200)가 기준 상태값(기준 팬값, 기준 틸트값)일 때의 관제 영상에 대한 상대적인 기준 방위각 정보와 기준 고도각 정보를 연산할 수 있게 된다.

도 5를 참조하여 기준 정보(기준 방위각 정보, 기준 고도각 정보)을 연산하는 과정을 설명하면 아래와 같다.

도 5에서 X, Y, Z는 관제 영상을 기준으로 한 좌표축이며, X', Y', Z'은 카메라에 상대적인 좌표축을 의미한다. 상기 도면에서 Z(Z')은 수직축 방향을 의미하며, X(X'), Y(Y')는 서로 직교하는 수평축 방향을 의미한다.

도 5에서 P _c (x _c , y _c )는 양 좌표의 높이 차를 고려한 카메라에 대한 수평 좌표 정보(z=0)이며, P(x, y)는 기준 중심점 좌표에 해당하며, h는 카메라의 상대적인 높이 정보, d는 카메라와 P까지의 거리에 해당한다.

θ는 방위각(pan)으로서 Z축을 기준으로 시계 방향으로 회전하는 각도이며,

₀ 및

₀ 는 각각 카메라의 기준 방위각 및 카메라의 기준 고도각에 해당한다.

3차원 좌표 체계에서 두 점의 좌표가 결정되면 이들 두 좌표 사이의 상대적인 거리, 높이, 방향성 등이 결정되게 되므로 카메라가 기준 팬값(ex. 최소 팬값)일 때의 방위각인 기준 방위각(θ ₀₎ 은 아래와 같은 수학식 1에 의하여 연산될 수 있다.

대응되는 관점에서 카메라가 기준 필트값(ex. 최소 필트값)일 때의 고도각인 기준 고도각(

₀ )은 아래 수학식 2에 의하여 연산될 수 있게 된다.

이와 대응되는 관점에서, 관제 영상과 카메라 영상을 상호 대응시키기 위하여 관제 영상이 회전되는 수평 방향 회전각(방위각), 수직 방향 회전각(고도각)을 입력받고 입력된 이 회전각 정보와 카메라의 위치 정보를 이용하여도 상기와 같은 기준 방위값 및 기준 고도값을 연산할 수 있다.

이와 같은 함수적 관계에 의하여 카메라(200)가 기준 팬 및 틸트 값일때의 기준 방위각 및 기준 고도각에 대한 값을 정의할 수 있으므로 카메라의 팬값의 범위가 (p _min , p _max ), 틸트값의 범위가 (t _min , t _max ) 일 때의 임의의 관찰 각도(방위각 및 고도각)(θ, φ)는 다음과 같은 수식으로 표현될 수 있다.

상기 수식에서 p는 팬 정보, t는 틸트 정보, p _max 및 p _min 은 카메라 팬(pan)의 최대값 및 최소값 정보, t _max 및 t _min 은 카메라 틸트(tilt)의 최대값 및 최소값 정보, θ ₀ 및

₀ 는 상기 카메라의 기준방위각 정보 및 기준고도각 정보, θ 및 은 임의의 방위각 및 고도각 정보이다.

이 때, θ의 범위를 0에서 2π로,

₀ ), ( -

₀ ) 또한, 0에서 2π, 0에서 2/π 사이 값이 되도록 주기 보정을 하는 것이 바람직하다.

이하에서는 상술된 바와 같은, 카메라에 대한 기준 정보(기준 방위각 정보, 기준 고도각 정보), 임의 방위각/고도각에 대한 팬/틸트의 함수 관계를 이용하여 사용자가 원하는 위치 지점 또는 입력된 특정 위치 지점을 정확하게 촬영하도록 카메라의 팬/틸트/줌 등을 실제 제어하는 본 발명의 실시예를 도 6을 참조하여 설명하도록 한다.

사용자가 화면표시수단(110)에 표출된 관제 영상 중 특정 지점을 선택하는 방식, 인터페이스 수단으로 특정 지점에 대한 위치 정보를 입력하는 방식 또는 다른 시스템, 단말 장치 등으로부터 카메라 영상이 촬영되어야 할 위치(관제대상지점)의 좌표 정보 등이 입력되거나 데이터베이스 검색/액세스 등의 다양한 방법으로 카메라의 촬영 대상이 되는 관제대상지점에 대한 정보가 본 발명의 관찰정보생성부(160)로 입력될 수 있다. 앞서 설명된 바와 같이 관제 영상(관심영역에 해당하는 공간 모델 데이터)의 특정 지점을 선택하는 경우, 기 DB화되어 있는 위치 정보 데이터 및 보간법 등을 이용하여 선택된 특정 지점의 좌표(위치 정보)를 추출할 수 있다.

이와 같이 관제대상지점의 위치 정보인 관제위치정보가 입력되거나 생성되면(S600) 본 발명의 관찰정보생성부(160)는 상기 관제위치정보 및 카메라(200)의 위치 정보를 이용하여 관제대상지점을 향하도록 하는 카메라의 방위각 및 고도각 정보를 연산한다. 설명의 효율성을 위하여 관제 대상 지점에 대한 방위각 및 고도각 정보를 관찰정보로 지칭하며, 각각 관찰 방위각정보 및 관찰 고도각정보로 지칭한다.

이 관찰정보는 카메라의 위치 정보와 관제위치정보 사이의 벡터로도 연산할 수 있으며, 앞서 설명된 수학식 1 및 수학식 2를 이용하여 아래와 같은 수학식 4 및 5로 연산한다.

상기 수식에서 θ ₁ 는 관찰 방위각정보, (a, b)는 카메라와의 상대적 높이 차를 고려하여 z=0으로 설정한 관제대상지점의 관제위치정보, (x _c , y _c )는 카메라의 위치 정보 중 관제대상지점의 상대적 높이 차이를 고려한 z=0 평면에서의 위치정보, h는 카메라의 높이 정보, d는 카메라와 관제대상지점과의 거리 정보이다.

상기 수식에서

₁ 은 관찰 고도각정보, h는 카메라의 상대적 높이 정보, d는 관제대상지점과 카메라와의 거리 정보이다.

이와 같이 관제대상지점에 대한 상기 카메라(200)의 관찰 방위각 정보 및 관찰 고도각 정보가 연산되면(S610), 본 발명의 데이터처리부(170)는 카메라의 팬 범위 정보, 틸트의 범위 정보 및 앞서 설명된 기준 정보를 이용하여 상기 관찰정보(관찰 방위각 정보 및 관찰 고도각 정보)에 대응되는 카메라(200)의 특정 팬 또는 틸트에 대한 제어 정보를 수학식 6을 이용하여 생성한다(S620).

상기 수학식 6에서 p ₁ 는 제어정보 중 팬 정보, t ₁ 는 제어 정보 중 틸트 정보, p _max 및 p _min 은 카메라 팬(pan)의 최대값 및 최소값 정보, t _max 및 t _min 은 카메라 틸트(tilt)의 최대값 및 최소값 정보, θ ₀ 및

₀ 는 상기 카메라의 기준방위각 정보 및 기준고도각 정보, θ

₁ 및

₁ 은 관제대상지점에 대한 상기 카메라의 방위각 및 고도각 정보이다.

한편, 상기 데이터처리부(170)에서 생성한 팬 제어정보(p ₁ ) 또는 틸트 제어 정보(t1)가 해당 카메라의 팬 또는 틸트의 범위 정보를 초과하는 경우 해당 카메라에 의하여 관제대상지점이 촬영될 수 없다는 것을 의미할 수 있다.

상기와 같은 이벤트를 효과적으로 극복하기 위하여 본 발명의 제어부(180)는 상기 데이터처리부(170)에서 생성한 팬 제어정보(p ₁ ) 또는 틸트 제어 정보(t1)가 해당 카메라의 팬 또는 틸트의 범위 정보를 초과하는 경우(S630) 상기 관제위치정보를 중심으로 기준 거리 이내에 다른 카메라가 존재하는지 여부를 데이터저장부(120)에 저장된 카메라의 위치 정보를 이용하여 확인한다. 기준 거리 이내에 다른 카메라가 복수 개 존재한다면 그 중 가장 근접한 카메라를 선별할 수 있다.

선별 과정이 완료되면 선별된 카메라를 대상으로 상술된 바와 같이 프로세싱을 진행하여 제어정보가 생성되도록 제어하고(S640) 생성된 제어 정보를 해당하는 카메라로 전송한다(S660).

이와 관련하여 본 발명의 제어부(180)는 기준 거리 이내에 존재하는 모든 카메라에 대하여 생성된 제어정보가 해당 카메라의 팬 또는 틸트의 범위 정보를 초과하는 경우(S650) 관제대상지점에 인접한 모든 카메라에 의하여 해당 영상이 생성될 수 없다는 것을 의미하므로 이 경우 해당 관제대상지점이 영상 사각 지역임을 고지하는 알람정보를 출력한다(S670). 알람정보는 화면표시수단(110)에 출력되는 것이 바람직할 것이나, 스피커 또는 진동 수단 등을 통하여 청각 또는 촉각 매체를 이용할 수도 있다.

본 발명의 더욱 바람직한 실시형태의 구현을 위하여 앞서 설명된 카메라(200)의 특성 정보에는 줌에 대한 정보가 더 포함될 수 있는데 이 경우 본 발명의 데이터처리부(170)는 상기 관제대상지점의 위치 정보인 관제위치정보가 입력되면 상기 카메라(200)와의 거리 정보를 연산하고, 아래 수학식 7에 의하여 상기 카메라의 줌에 대한 제어 정보를 더 생성하여 상기 카메라로 출력하도록 구성될 수 있다.

상기 수식에서 z ₁ 는 카메라의 줌에 대한 제어 정보, z _max , z _min 은 카메라의 최대 및 최소 줌 정보, d _max 는 z _max 에 해당하는 최대 거리, d _min 은 z _min 에 해당하는 최소 거리, d ₁ 은 카메라와 관제대상지점까지의 거리 clamp(a, b, c)함수는 a의 값을 b와 c의 값 사이로 제한하는 함수이다.

이와 같은 본 발명의 구성을 통하여 카메라와 관제대상지점까지의 거리가 연산되고 이 연산된 거리에 의하여 최적화된 줌에 의하여 관제대상지점에 대한 영상이 촬영되도록 구성할 수 있다.

실시형태에 따라서 관제대상지점에 대하여 촬영되는 영상 범위를 사용자가 설정하도록 하고, 이 영상 범위를 구성하는 각 지점의 거리 정보들을 통계적으로 활용하여 이 영상 범위 전체가 촬영될 수 있는 줌 정보를 생성하여 카메라로 출력되도록 구성할 수도 있다.

앞서 설명된 바와 같이 관제대상지점은 다양한 방식으로 이루어질 수 있는데, 관제대상지점이 이동 객체인 경우 이 이동객체의 관제위치정보는 GPS 신호, 단말의 RSSI신호 등을 이용하여 생성되는 이동 객체의 동적(動的) 위치 좌표로 이루어질 수 있다.

이와 같이 관제위치정보가 이동 객체 등에 대하여 시계열적으로 이루어지는 복수 개의 관제위치정보인 경우, 본 발명의 데이터처리부(170)는 상기 이동객체에 대한 추적 영상이 생성되도록 상기 복수 개의 관제위치정보에 대응하는 연속된 제어 정보를 상기 카메라로 출력하도록 구성하여 각 위치마다의 해당 영상이 시계열적 내지 연속적으로 촬영될 수 있도록 구성한는 것이 더욱 바람직하다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

본 발명의 설명과 그에 대한 실시예의 도시를 위하여 첨부된 도면 등은 본 발명에 의한 기술 내용을 강조 내지 부각하기 위하여 다소 과장된 형태로 도시될 수 있으나, 앞서 기술된 내용과 도면에 도시된 사항 등을 고려하여 본 기술분야의 통상의 기술자 수준에서 다양한 형태의 변형 적용 예가 가능할 수 있음은 자명하다고 해석되어야 한다.

상술된 본 발명의 3차원 공간 모델에 대한 카메라 제어 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현될 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치(시디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 자기 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)를 포함하며, 유무선 인터넷 전송을 위한 서버도 포함한다.

100 : 본 발명에 의한 제어시스템
110 : 화면표시수단 120 : 데이터저장부
130 : 표출부 140 : 추출부
150 : 기준정보연산부 160 : 관찰정보생성부
170 : 데이터처리부 180 : 제어부
200 : 카메라