[논문]스테레오 카메라와 번호판 인식 알고리즘을 활용한 차량 속도 측정 시스템 구현

김영모; 류지형; 최두현

doi:10.5573/ieie.2016.53.7.078

스테레오 카메라와 번호판 인식 알고리즘을 활용한 차량 속도 측정 시스템 구현
A Vehicle Speed Measurement System Implementation using a Stereo Camera and a License Plate Recognition Algorithm 원문보기

Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers = 전자공학회논문지, v.53 no.7 = no.464, 2016년, pp.78 - 84

김영모 (경북대학교 IT대학 전자공학부) , 류지형 (경북대학교 IT대학 전자공학부) , 최두현 (경북대학교 IT대학 전자공학부)

초록
AI-Helper

본 논문에서는 번호판 인식 시스템과 스테레오 카메라를 이용한 차량의 속도 측정 시스템을 제안하고 구현한다. 차량 번호판 인식의 결과로 나오는 특징점을 활용하여 스테레오 영상의 양안 차 정보를 추출하고 이를 이용하여 해당 특징점까지의 거리를 계산한다. 본 논문에서는 인접 스테레오 영상에서 계산된 특징점까지의 거리와 각 거리에 해당하는 시간 정보를 이용하여 차량의 속도를 측정한다. 제안한 속도 측정 시스템의 정확도를 확인하기 위해 테이프 스위치로 된 기준 측정 장비를 사용하여 속도를 비교하였다. 주간과 야간 2회에 걸쳐 실시한 시험 결과에서도 알 수 있듯이 구현된 스테레오 기반 속도 측정 시스템은 경찰청 기준 오차 범위를 만족하는 속도 측정 결과를 보였다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper presents and implements a vehicle speed measurement system using a license plate recognition system and a stereo camera. Using the feature points of the license plate recognition system, the disparity information is extracted and then the distance to the feature points is calculated by using the disparity information. In this paper, a vehicle speed is measured using the adjacent distances from consecutive stereo images and the corresponding time of the distances. Actual vehicle speed is also measured using the reference measurement equipment (tape switch based system) in order to test the accuracy of the proposed speed measurement system. The implemented stereo based speed measurement system shows appropriate result within specification both in the daytime and nighttime experiments.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 논문에서는 기존의 번호판 인식 시스템과 스테레오 카메라를 이용하여 차량의 속도를 측정하는 시스템을 구현하였다. 번호판의 첫 문자나 숫자를 특징점으로 양안차를 구하고 이를 이용하여 거리를 측정하였다.
과거에는 장치가 비싸 실용성이 없었으나 최근에는 하드웨어와 디지털영상처리 기술의 발전으로 성능과 가격이 시장에서 받아들여질 수 있는 수준 이 되었고, 실제로 적극적으로 활용하고 있다. 본 논문에서는 스테레오 카메라로 차량의 속도를 측정하는 방법을 제안한다. 획득된 스테레오 영상에서 번호판 영역을 먼저 추출하여 양안차 정보를 획득한 후, 영상의 촬영시간을 이용하여 속도를 계산한다.
본 절에서는 스테레오 카메라와 번호판 인식 시스템을 이용한 차량의 속도 측정 방식을 소개한다. 스테레오 영상에서 차량까지의 거리를 측정하기 위해서는 좌영상과 우영상에서 동일점(매칭점, matching point)을 검출하는 것이 중요하다.

제안 방법

[19] 두 스위치 사이의 거리를 이미 알고 있으므로, 거리를 시간으로 나누면 속도가 측정되고 이를 기준 속도(vR)로 삼아 제안된 스테레오 기반의 속도(vS) 측정시스템의 정밀도를 분석하였다.
구현된 스테레오 기반의 속도 측정 시스템의 정밀도를 확인하기 위해 주간과 야간 각 1회씩 총 2회에 걸쳐 시험하였다.
그림 8에 주간에 측정된 83대의 속도오차율을 그래프로 나타내었다. 그래프에 경찰규격서 기준 허용 오차 상한선(+5%) 및 허용 오차 하한선(-5%)을 붉게 표시하여, 스테레오 기반으로 측정한 속도의 정확도와 허용 범위 준수여부를 확인할 수 있게 하였다. 83대의 대상 차량 중 2대의 차량이 허용 오차 범위를 각각 0.
본 논문에서는 기존의 번호판 인식 시스템과 스테레오 카메라를 이용하여 차량의 속도를 측정하는 시스템을 구현하였다. 번호판의 첫 문자나 숫자를 특징점으로 양안차를 구하고 이를 이용하여 거리를 측정하였다. 시간차를 둔 스테레오 영상으로부터 획득한 거리 정보와 시간 정보를 활용하여 차량의 속도를 측정하였다.
본 논문에서 제안하는 속도 측정 시스템은 스테레오 카메라와 번호판 인식(License Plate Recognition; LPR)시스템을 기반으로 한다. 본 장에서는 번호판 인식 시스템을 간단히 소개하고, 이를 이용한 속도 측정 시스템을 제안한다.
본 논문에서 제안하는 속도 측정 시스템은 스테레오 카메라와 번호판 인식(License Plate Recognition; LPR)시스템을 기반으로 한다. 본 장에서는 번호판 인식 시스템을 간단히 소개하고, 이를 이용한 속도 측정 시스템을 제안한다.
번호판의 첫 문자나 숫자를 특징점으로 양안차를 구하고 이를 이용하여 거리를 측정하였다. 시간차를 둔 스테레오 영상으로부터 획득한 거리 정보와 시간 정보를 활용하여 차량의 속도를 측정하였다. 제안 시스템의 성능을 확인하기 위해 기존 경찰 시험 규격과 같은 시스템을 기준 장비로 설치하여 비교하였고, 주간 및 야간에 속도를 측정하였으며, 속도 오차의 표준편차 가 주간 1.
좌측 상단에 속도를 표시하는 창, 우측 상단에 각 프레임에서 차량번호를 보여주는 창, 좌측 하단에 전체를 조망할 수 있는 창 그리고, 좌우 스테레오 이미지를 위아래로 보면서 차량번호와 속도 및 기타 정보를 한 번에 검색할 수 있는 창이 그림의 우측 하단에 있다. 화면의 중간에 위치한 영상들은 좌우 스테레오 영상으로, 추출된 번호판을 붉은 박스로 표시하여, 번호판 추출 상황을 확인할 수 있도록 하였다.
본 논문에서는 스테레오 카메라로 차량의 속도를 측정하는 방법을 제안한다. 획득된 스테레오 영상에서 번호판 영역을 먼저 추출하여 양안차 정보를 획득한 후, 영상의 촬영시간을 이용하여 속도를 계산한다.

대상 데이터

사용된 카메라 센서는 CCD소자보다 CMOS소자가 유리하다고 판단하여[21] CMV4000를 사용하였다.
5μm, 180fps(10bit)와 37fps(12bit), 글로벌 셔터 방식이다. 본 시험에서 구성한 스테레오 시스템은 초점거리 50mm, 베이스라인 거리 300mm, 광원은 730nm 파장의 LED를 사용하였다. 별도로 도로의 상황을 넓게 확인하기 위한 감시용 IP 카메라를 설치하였다.

성능/효과

9km/h로 작았다. 두 측정 장비 간의 유사도는 주간보다 야간이 높다고 할 수 있으며, 주간보다 야간이 더 안정된 결과를 보여 주었다. 야간 측정 시 속도 거리값의 범위는 +3.
따라서 설치한 다음 측정한 차량의 속도오차율이 모두 ±5%가 되어야 운영이 가능하다. 시험 결과 본 시스템이 제안하는 방식은 루프 측정기와 비교하여 뒤지지 않는 성능을 갖고 있다고 판단된다. 아울러, 실제 활용을 위해서 필요한 측정 재현성, 측정 구간 별 정확도, 장비의 노후화에 대한 분석 등에 대한 보완 연구가 필요하다고 사 료된다.
시간차를 둔 스테레오 영상으로부터 획득한 거리 정보와 시간 정보를 활용하여 차량의 속도를 측정하였다. 제안 시스템의 성능을 확인하기 위해 기존 경찰 시험 규격과 같은 시스템을 기준 장비로 설치하여 비교하였고, 주간 및 야간에 속도를 측정하였으며, 속도 오차의 표준편차 가 주간 1.26Km/h, 야간 0.9km/h로 나타났다.
주간 측정 결과, 속도차의 분포는 기준 속도 대비 +4km/h∼-3.5km/h로 7.5km/h의 범위를 보였으며, 2대를 제외한 모든 차량은 허용 속도오차율 범위 이내였다.

후속연구

이를 위한 추후 연구과제로, 스테레오 카메라를 이용하여 속도를 측정할 때 정확도와 해상도를 높이기 위한 시도로, 프레임 속도를 높여 계산할 수 있는 이미지를 보다 많이 획득하는 방법, 단파장을 이용한 조명과 필터를 활용하여 조명 변화에 보다 강인한 촬영조건, 게인 또는 조리개를 변경하는 브라켓 촬영을 통해 보다 정교한 이미지를 획득하는 방법 등을 들 수 있다. 스테레오 카메라는 이미지를 촬영한다는 속성 때문에 속도를 측정하는 과속 단속 장비뿐만 아니라, 차량 조회(수배차량 자동 경고), 교통량 조사, 도로 위 교통상황 모니터링 시스템, 차선 위반 등 도로교통 정보 수집을 위한 장 비의 센서로써 그 가능성이 무궁무진한 만큼 지속적인 보완 연구를 통해 설치된다면 다양한 용도로 활용도 가능할 것으로 사료된다.
시험 결과 본 시스템이 제안하는 방식은 루프 측정기와 비교하여 뒤지지 않는 성능을 갖고 있다고 판단된다. 아울러, 실제 활용을 위해서 필요한 측정 재현성, 측정 구간 별 정확도, 장비의 노후화에 대한 분석 등에 대한 보완 연구가 필요하다고 사 료된다.
이를 위한 추후 연구과제로, 스테레오 카메라를 이용하여 속도를 측정할 때 정확도와 해상도를 높이기 위한 시도로, 프레임 속도를 높여 계산할 수 있는 이미지를 보다 많이 획득하는 방법, 단파장을 이용한 조명과 필터를 활용하여 조명 변화에 보다 강인한 촬영조건, 게인 또는 조리개를 변경하는 브라켓 촬영을 통해 보다 정교한 이미지를 획득하는 방법 등을 들 수 있다. 스테레오 카메라는 이미지를 촬영한다는 속성 때문에 속도를 측정하는 과속 단속 장비뿐만 아니라, 차량 조회(수배차량 자동 경고), 교통량 조사, 도로 위 교통상황 모니터링 시스템, 차선 위반 등 도로교통 정보 수집을 위한 장 비의 센서로써 그 가능성이 무궁무진한 만큼 지속적인 보완 연구를 통해 설치된다면 다양한 용도로 활용도 가능할 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	영상을 이용하여 차량의 속도를 측정하는 방법에는 무엇이 있는가?	현재 영상을 이용하여 차량의 속도를 측정하는 여러 가지 알고리즘이 소개되고 있다. 통과하는 차량과 도로면의 차 영상을 이용하는 방법, 그레이 레벨의 옵티컬 플로를 이용하는 방법, 이미지 상에서 특정하기 쉬운 번호판을 특징점으로 잡고 이미지 픽셀을 계산하는 방식[10] 등이 있다. 그러나 영상을 이용하여 속도를 측정하기 위해 반드시 픽셀의 좌표값을 계산해야 하는데 스테레오 카메라가 아닌 단일 카메라로 얻은 이미지는 한 차원의 거리값을 어림잡을 수밖에 없는 단점이 있다.
	루프 검지기의 특징은 무엇인가?	예를 들어 레이저 검지 장치는 비 매설식이며, 주변광의 영향에 자유롭고, 직진하는 레이저의 성질상 방향 정보도 정확하며, 측정 신뢰도가 높고, 속도 측정 시간은 빠르지만 검지 영역이 협소하고 가격이 비싼 단점이 있다. [3～4] 지면에 매설된 유도 코일의 자기장 변화를 감지하는 루프 검지기는 검지 목적에 따라 신호제어, 램프미터링(ramp metering), 단속용 트리거 등의 용도로 다양하게 설치할 수 있으며 우수한 신뢰성으로 인해 국내는 물론 세계적으로도 널리 이용되고 있는 검지기이나 매설 및 유지보수에 따른 도로통제, 도로파손으로 인한 검지기능 상실 등의 문제가 있고, [5] 날씨 등의 주변 환경에 영향을 받는다. 무엇보다 차량의 속도가 느릴 때 정확도가 현저 히 떨어지는 치명적인 단점이 있다.
	차량의 속도를 측정하는 방식 중 레이저 검지 장치의 단점은 무엇인가?	이들 각각은 뚜렷한 장단점을 갖고 있다. 예를 들어 레이저 검지 장치는 비 매설식이며, 주변광의 영향에 자유롭고, 직진하는 레이저의 성질상 방향 정보도 정확하며, 측정 신뢰도가 높고, 속도 측정 시간은 빠르지만 검지 영역이 협소하고 가격이 비싼 단점이 있다. [3～4] 지면에 매설된 유도 코일의 자기장 변화를 감지하는 루프 검지기는 검지 목적에 따라 신호제어, 램프미터링(ramp metering), 단속용 트리거 등의 용도로 다양하게 설치할 수 있으며 우수한 신뢰성으로 인해 국내는 물론 세계적으로도 널리 이용되고 있는 검지기이나 매설 및 유지보수에 따른 도로통제, 도로파손으로 인한 검지기능 상실 등의 문제가 있고, [5] 날씨 등의 주변 환경에 영향을 받는다.

참고문헌 (21)

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PointGrey White Paper Series, "How to Evaluate Camera Sensitivity", PointGrey, May. 2015.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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