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[국내논문] Optical Flow 기반 CCTV 영상에서의 차량 통행량 및 통행 속도 추정에 관한 연구
Optical Flow Based Vehicle Counting and Speed Estimation in CCTV Videos 원문보기

방송공학회논문지 = Journal of broadcast engineering, v.22 no.4, 2017년, pp.448 - 461  

김지혜 (LIG넥스원 항공연구소.Project 5팀) ,  신도경 (LIG넥스원 항공연구소.Project 5팀) ,  김재경 (LIG넥스원 항공연구소.Project 5팀) ,  권철희 (LIG넥스원 항공연구소.Project 5팀) ,  변혜란 (연세대학교 컴퓨터과학과)

초록
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본 논문에서는 교통관제용 CCTV로부터 촬영된 영상에서 교통 상황 분석을 위해 차량의 통행량 및 통행 속도를 획득하는 방법을 제안한다. 제안하는 방법은 촬영된 영상에 역 투영 사상(IPM, Inverse Perspective Mapping) 방법을 이용하여 카메라 각도에 따른 시각적 관점에서 기인한 왜곡을 제거하고, 차선 검출 알고리즘을 통해 1) 차량 통행량, 2) 차량 통행 속도를 측정할 소정 영역을 획득한다. 소정 영역에 대하여 광류(Optical flow) 기반 모션 추정을 이용하여 차량 통행량 및 통행 속도를 획득한다. 본 논문에서 제안한 방법을 지역별 다양한 CCTV 영상인 총 106,993 프레임, 약 세 시간 길이의 영상에 적용하여 88.94%의 검출 성능을 얻을 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper proposes a vehicle counting and speed estimation method for traffic situation analysis in road CCTV videos. The proposed method removes a distortion in the images using Inverse perspective Mapping, and obtains specific region for vehicle counting and speed estimation using lane detection ...

Keyword

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 장에서는 도로 주변에 설치된 CCTV 영상을 분석하여 교통량과 주행속도를 추정하는 방법에 대하여 소개한다. 본 논문에서 제안하는 CCTV 영상에서 교통량을 분석하는 과정은 크게 1) 역 투영 사상(IPM, Inverse Perspective Mapping) 적용, 2) 차선 검출 알고리즘을 통한 소정 영역 획득, 3) 광류(OF, Optical Flow)기반 모션 추출, 4) 교통량 판단의 4단계 구조로 구성된다.
  • 본 절에서는 IPM이 적용된 탑-뷰 영상에서 차선의 수량과 위치를 인식하여 차량 통행량 및 통행 속도를 측정할 소정 영역을 획득하는 방법을 소개한다.
  • 본 절에서는 도로의 CCTV에서 촬영된 영상에서 차량 통행량 추정 방법에 대하여 소개한다. 제안하는 통행량 추정 방법은 IPM 방법이 적용된 영상에서 차량의 모션을 이용한 방법이다.
  • 제안하는 통행량 추정 방법을 설명하기에 앞서 본 논문에서 차량의 모션을 추정하기 위해 사용한 고밀도 광류에 대해 소개한다. 먼저 광류란 이미지에서 밝기 패턴이 어떻게 이동하였는지를 나타내는 분포로, 이를 통해 지역적으로 물체들의 이동 정보를 얻을 수 있다.
  • 본 절에서는 도로의 CCTV에서 촬영된 영상에서 차량의 통행 속도 추정 방법에 대하여 소개한다. 역 투영 사상 방법이 적용된 소정의 영역에서 Lucas-Kanade 방식의 광류를 사용하였다.
  • 본 논문에서는 교통 상황 분석을 위해 차량 통행량과 통행 속도 추정에 대한 성능을 측정하였다. 먼저 차량 통행량에 대한 성능을 측정하기 위해 각 차선별 차량 통행량의 ground truth값과 제안하는 방법을 이용해 얻은 값의 차이를 통해 정확도를 측정하였다.
  • 본 논문에서는 도로의 CCTV로부터 촬영된 영상에서의 교통 상황 분석을 위해 차량의 통행량 및 통행 속도를 획득하는 방법을 제안하고 실험을 통하여 그 효과를 검증하였다. 카메라 각도에 따른 시각적 관점에서 오는 왜곡을 제거하기 위해 역 투영 사상 변환(IPM, Inverse Perspective Mapping)을 이용하였고, 차량 통행량 및 통행 속도를 측정할 소정 영역을 획득하기 위해 차선 검출 알고리즘을 이용하였다.
  • 향후 연구로는 차량이 많아 정체현상이 있는 영상에 대하여 추가적인 연구를 진행하고자 한다. 차량과 같은 장애물로 인한 차선 검출 알고리즘의 오류율을 낮추고, 정체현상으로 인해 차량의 모션이 매우 작게 나타나는 경우에서의 차량 통행량 추정의 정확도를 높이는 것이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
차량 통행량 측정을 위한 차량 검출 방법에는 무엇이 있는가? 차량 통행량 측정을 위한 차량 검출 방법에는 노면에 설치되는 센서를 이용한 방법과 영상 분석을 이용한 방법이 있다. 영상 분석을 이용한 대표적인 방법으로는 차영상(FD, Frame Difference), 배경제거(BS, Background Subtraction),광류(OF, Optical Flow)가 있다[4],[5],[14]-[16].
현재의 교통 상황 측정 관련 기술의 단점은 무엇인가? 이러한 ITS 기술에서 교통 상황을 분석하는 것은 도로와 주행 차량에게 유용한 정보를 제공할 수 있다. 하지만 현재의 교통 상황 측정 관련 기술은 노면에 설치된 센서를 이용하여 구간속도를 측정하는 방법을 사용하고 있어 설치 및 관리 비용이 높으며 차량 자체의 속도가 아닌 구간속도를 제공하는 단점이 있다.
차량의 수를 측정하기 위해 직접 수동으로 지나가는 차량의 수를 세는 방법의 문제점은 무엇인가? 교통량에서도 일정 시간동안 통과하는 차량의 수를 측정하기 위해 직접 수동으로 지나가는 차량의 수를 세는 방법이 있다. 이 방법은 사람에 의한 수작업으로 진행되므로 정확도는 높을 수 있으나 인력과 시간이 많이 투입되어야 하는 문제점이 있다. 따라서 현대에는 도로에 설치된 카메라에서 제공하는 영상들을 지능형 교통 시스템에 광범위하게 이용하고 있다.
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참고문헌 (23)

  1. EunJu Lee, Jae-Yeal Nam, ByoungChul Ko, "Speed-limit Sign Recognition Using Convolutional Neural Network Based on Random Forest", The Korean Institute of Broadcast and Media Engineers, pp.938-949, 2015. 

  2. Kum, Chang-Hoon, Cho, Dong-Chan, Kim, Whoi-Yul, "Development of Lane Detection System using Surrounding View Image of Vehicle", The Korean Institute of Broadcast and Media Engineers, pp.331-334, 2013. 

  3. Hyung-Sub Kang, Dong-Chan Cho and Whoi-Yul Kim, "Passing Vehicle Detection using Local Binary Pattern Histogram", The Korean Institute of Broadcast and Media Engineers, pp.261-264, 2010. 

  4. A. Tourani and A. Shahbahrami, "Vehicle Counting Method Based on Digital Image Processing Algorithms," IEEE Transactions on International Conference on Pattern Recognition and Image Analysis, pp. 1-6, 2015. 

  5. Y. Xia, X. Shi, G. Song, Q. Geng and Y. Liu, "Towards imporving quality of video-based vehicle counting method for traffic flow estimation," Signal Processing, pp. 672-681, 2016. 

  6. X. Qimin, L. Xu, W. Mingming, L. Bin and S. Xianghui, "A Methodology of Vehicle Speed Estimation Based on Optical Flow," IEEE International Conference on Service Operations and Logistics and Informaitcs, pp. 33-37, 2014. 

  7. J. Lan, J. Li, G. Hu, B. Ran, L. Wang, "Vehicle speed measurement based on gray constraint optical flow algorithm," International Journal of Light and Eletron Optics, pp. 289-295, 2014. 

  8. M.S. Shirazi and B. Morris, "A Typical Video-based Framework for Counting, Behavior and Safety Analysis at Intersections," IEEE Transactions on Intelligent Vehicles Symposium, pp. 1264-1269, 2015. 

  9. S.C. Diamantas and P. Dasgupta, "Active Vision Speed Estimation from Optical Flow," Towardss Autonomous Robotic Systems, pp. 173-184, 2014. 

  10. X. Yu, X. Gao, "Review of Vehicle State Estimation Problem under Driving Situation," Chinese Journal of Mechanical Engineering, pp. 20-33, 2009. 

  11. D.C. Luvizon, B.T. Nassu and R. Minetto, "Vehicle speed estimation by license plate detection and tracking," IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing, pp. 6563-6567, 2014. 

  12. E. Patel and D. Shukla, "Comparison of Optical Flow Algorithms for Speed Determination of Moving Objects," International Journal of Computer Applications, Vol. 63, No. 5, pp. 32-37, 2013. 

  13. D. Ding, J.S. Yoo, J.K. Jung and S. Kwon, "An Urban Lane Detection Method Based on Inverse Perspective Mapping," NGCIT, Advanced Science and Technology Letters, vol. 63 pp.53-58, 2014. 

  14. S. Aslani and H. Mahdavi-Nasab, "Optical Flow Based Moving Object Detection and Tracking for Traffic Surveillance," International Journal of Electrical, Computer, Energetic, Electronic and Communication Engineering, Vol. 7, No. 9, pp. 1252-1256, 2013. 

  15. A. Glowacz, Z. Mikrut and P. Pawlik, "Video Detection Algorithm Using an Optical Flow Calculation Method," Multimedia Communications, Services and Security, Vol. 287, pp. 118-129, 2012. 

  16. H.Y. Cheng and S.H. Hsu, "Intelligent Highway Traffic Surveillance With Self-Diagnosis Abilities," IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems, Vol. 12, No. 4, pp. 1462-1472, 2011. 

  17. M. Mizushima, Y. Taniquchi, G. hasegawa, H. Nakano and M. Matsuoka, "Counting Pedestrians Passing through a Line in Video Sequences based on Optical Flow Extraction", Recent Advances in Circuits, Systems and Automatic Control, pp. 129-136, 2013. 

  18. K. Jo, K. Chu, K. Lee, M. Sunwoo, "Integration of Multiple Vehicle Models with IMM Filter for Vehicle Localization," IEEE Transactions on Intelligent Vehicles Symposium, pp. 746-751, 2010. 

  19. M. Bertozzi, A. Broggi and A. Fascioli, "An extension to the Inverse Perspective Mapping to handle non-flat roads," IEEE International Conference on Intelligent Vehicle, pp. 305-310, 1998. 

  20. M. Aly, "Real time Detection of Lane Markers in Urban Streets", IEEE Transactions on Intelligent Vehicles Symposium, 2008. 

  21. S. Suzuki and K. Abe, "Topological Structural Analysis of Digitized Binary Images by Border Following", Computer Vision, Graphics, and Image Processing, Vol. 30, No. 1, pp. 32-46, 1985. 

  22. L. Imsland, T.A. Johansen, T.I. Fossen, et al, "Vehicle velocity estimation using nonliear observer," Automatica, pp. 2091-2103, 2006. 

  23. R. Zhao and X. Wang, "Counting Vehicles from Semantic Rigions," IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems, Vol. 14, No. 2, pp. 1016-1022, 2013. 

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