보고서 정보
주관연구기관 |
홍익대학교 Hongik University |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
|
발행년월 | 2014-05 |
과제시작연도 |
2013 |
주관부처 |
중소기업청 Small and Medium Business Administration |
등록번호 |
TRKO201400012981 |
과제고유번호 |
1425081057 |
사업명 |
산학연 공동기술개발 국제사업 |
DB 구축일자 |
2014-07-12
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초록
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1. 최종목표
고성능 광역감시 및 감시 대상 인식 시스템에 적용되는 악천후 화질 향상, 인식 요소기술 개발 및 감시 카메라 구동체 시스템 통합 방안 개발
2. 개발내용 및 결과
악천후 주간 및 열상 카메라 화상 데이터 화질 향상, 인식 알고리즘 및 System on Chip 기반 화질 향상 및 고정밀 구동체 시스템, software 기반 객체 인식 통합 시스템 개발과 Field Test를바탕으로 하는 고성능 광역 감시 시스템 연동 최적화 수행
* Fog 감시 카메라 영상을 위한 fog density predic
1. 최종목표
고성능 광역감시 및 감시 대상 인식 시스템에 적용되는 악천후 화질 향상, 인식 요소기술 개발 및 감시 카메라 구동체 시스템 통합 방안 개발
2. 개발내용 및 결과
악천후 주간 및 열상 카메라 화상 데이터 화질 향상, 인식 알고리즘 및 System on Chip 기반 화질 향상 및 고정밀 구동체 시스템, software 기반 객체 인식 통합 시스템 개발과 Field Test를바탕으로 하는 고성능 광역 감시 시스템 연동 최적화 수행
* Fog 감시 카메라 영상을 위한 fog density prediction 및 화질 향상 알고리즘 및 System on chip architecture 설계
- Developed a perceptual fog density prediction model with high correlation with human perception of fog density.
- Developed a perceptual image defogging algorithm with better performance than the state-of-the-art defogging algorithms..
- Supported integration of the defogging algorithm into a system with high accuracy and speed with low cost, low power performance.
* 고성능 광역감시 및 화재감지 시스템에 적용되는 악천후 화질 향상, 연기 감지 등의 인식 요소 기술 개발
- 화재 연기 와 불꽂 인식을 통한 신속한 화재 탐지 기술 개발
- 주간뿐만 아니라 야간에도 화재를 인식할 수 있는 기술 개발.
- 일차 광역 감시, 구동체와 연동한 줌인을 후보 대상 객체의 정확한 인식
- 화질 향상 모듈, 인식 모듈과 구동체의 유기적인 통합 작용에 의한 높은 신뢰도의 탐지 및 인식
* 악천후 감시 카메라 인간 감성 기반 화질 향상 상용화 칩 기반 및 system on chip 기반 시스템 개발 및 최적화
- 악천후 감시 지역 환경 특성 및 감시 카메라 구동 상황에 따라 화질 조절 프로그래밍이 가능한 Image Enhancer 시스템 설계
- 상용화 칩 기반 Defogging 보드 시스템 개발을 바탕으로 fog detection과 defogging을 programmable 하게 최적화하기 위한 방안 개발과 상용화 칩 문제점 파악
- 상용화 defogging 칩의 문제점을 개선하기 위하여, Histogram 구간별 Pixel Population에 따라 최적화, Saturation의 조절범위를 확장하고, 주, 야간 감시 카메라에 활용 가능하며, 인간 감성을 고려하고, Look up table 기반으로 한 고속, 저비용 저전력 FPGA 기반 defogging 시스템 개발 및 검증
- 향후 다양한 인식 알고리즘에 최적화 가능한 다양한 화질 향상 시스템의 기반 마련
* 광역 감시 카메라와 악천후시 탐지율을 향상시키기 위한 영상 개선 및 인식 구동체 시스템 통합 방안 개발
- AC Servo Motor와 위치 제어 센서를 사용한 구동체를 제어하여 목표 지점으로 빠르고 신속하게 이동 시스템 개발
- 통합 관제 프로그램을 작성하여 카메라, 렌즈, 구동체와 송수신 하고 수신된 데이터를 처리하고 처리된 데이터를 피드백하여 즉각적으로 정확한 데이터가 송신되며, 화질 향상 모듈, 인식 모듈, 구동체와 연동 시스템 실현
- 카메라를 직접 제어하기 위한 전용 보드를 설계하고 자동 초점 기능을 위해 최적화된 Autofocus 알고리즘을 구현
- 카메라 직접 제어 전용 보드 개발과 외부 환경에도 영향을 받지 않도록 팬/히터/와이퍼를 직접 제어하는 통합 보드를 작성하여 강우/강설/악천후/온도변화에도 최적의 영상을 획득하도록 구현
3. 사업성과
◦ 기술적 성과
- 통합적인 기술적 성과로써, 악천후 감시 카메라 화질 향상과 객체 대상 인식 알고리즘 개선을 통한 광대역 감시 카메라 가독성, 인식률 및 객체 대상 목표 추적 기능 향상을 통하여, monitoring 부담의 경감을 통한 인건비 절감 및 고부가가치 감시 카메라 제품 개발에 활용 가능하다.
- The perceptual fog density prediction model and image defogging algorithm are developed.
The predicted fog density model correlates well with the measured visibility in a foggy scene in a human subjective study for darker, denser foggy images as well as on standard defog test images.
- Perceptual fog density, fog aware luminance, contrast, saturation, chrominance, and saliency weight maps smoothly blend these via a Laplacian pyramid.
- Development of the defogging system architecture to implement fast, low cost system on chip bad weather surveilance camera imaging system. A low cost, low power “Integration Chip (IC)” based algorithm is developed from the proposed signal processor (SP) based models.
- 기존의 시스템에 비하여 높은 신뢰도로 화재를 주간뿐만 아니라 야간에도 자동으로 인식할 수 있는 기술 개발하여, 제품의 안정성과 판단 착오로 인한 피해를 줄 일 수 있다.
- 영상의 정적 특성(형상, 텍스처)과 동적 특성(화재 영역의 확산)을 결합하여 높은 신뢰도로 대상(화재)를 인식 가능하다.
- 정밀 구동체 작동 및 인식과 연동하여, 해당 지역에 따른 적합한 화질 향상이 가능 하며, 화질 향상 및 인식 모듈, 구동체의 유기적 통합을 통한 제품의 객체 탐지 능력 및 인식 신뢰도 및 안정성을 향상시킬 수 있다.
- 다양한 이미지의 분석을 바탕으로, 악천후 감시 지역 환경 특성 및 감시 카메라 구동 상황에 따라, fog detection과 defogging 화질 조절 프로그래밍이 가능한 image enhancer 시스템 설계를 통하여 보다 고부가가치 감시 카메라 시장에서 경쟁력 확보가 가능하다.
- Look up table을 기반으로 한 고속, 저전력 FPGA 기반 defogging 시스템 개발을 통하여, 감시 카메라 시스템의 소형화. 비용절감이 가능하다.
- 카메라 직접 제어 방식을 사용하여 주변 환경에 빠르게 대응이 가능하다.
- Pan 구동체와 Tilt 구동체를 각각의 단(Layer)에 위치시키는 기존 Pan-Tilt의 방식이 아닌 모두를 최하 단에 위치시키는 구조방식을 채용, Pan-Tilt의 최상단에 장착시킬 시스템의 일체화(All in One)를 통해 생기게 되는 무게증가 하중을 견딜 수 있고, 신속함 역시 증가 시킬 수 있다.(기존대비 25%의 적재중량 이득)
◦ 경제적 성과
- The proposed IC based algorithm will be used inside of portable devices as an image enhancement engine, while the proposed SP based models will be used in a defogging sever unit.
- Open a new market/opportunity to develop perceptual image defogging chips and systems.
- 기존의 시스템에 비하여 높은 신뢰도로 화재를 주간뿐만 아니라 야간에도 자동으로 인식할 수 있어, 오동작으로 인하여 발생하는 비용을 줄이고, 상업성을 높일수 있다.
- 기후 상태 악화의 정도, 또는 현장 상황에 따라 적용되는 알고리즘을 상황실에서 원격처리가 가능하기 때문에 운용이 매우 편리하다.
- 악천후에 따른 안개 영상 제거를 통한 화질개선 Engine은 감시 카메라 및 가정용 보안기기 산업 및 카메라 모듈 탑재기기 시장에 있어서 기술 경쟁력 제공이 가능하다.
- 노이즈에 대한 처리가 불필요하여 비용 절감 효과 및 네비게이션/블랙박스와 결합 시 악천후 운전자 시야 확대용 장비로서 매우 큰 산업상 파급효과를 기대할 수 있다.
- 새롭게 제작되는 제품에 한정하여 적용되어지는 제품이 아닌 폭 넓은 호환성을 바탕으로 기존 운용중인 감시 시스템에 기존에 설치되어 있는 모든 시스템을 모두 변경하는 것이 아니라 취약한 부분만을 변경하여, 도입 비용을 절감하고 케이스 내부에 설치하여 설치비용을 절감하고, 기존 장비를 재활용하는 장점이 있다.
- 감시시스템 오동작에 대처하기 위한 상주인력을 대기 시켜야 할 확률이 크지만 본 과제를 적용 시킴에 따라 이러한 오동작 확률을 최소화하여 상주인력을 최소화, 또는 업무량을 최소화, 재빠른 대처능력을 가짐으로서 인적낭비를 줄이고, 사건 사고 예방을 통한 경제적 효과를 기대할 수 있다.
◦ 사회적 성과(일자리 창출 등)
- Open a new market/opportunities for high end surveilance camera production, operation and monitoring
- 선명하고 최적화된 영상의 구현으로 인식률 향상을 통한 감시 능력이 향상되어, 고성능 고 신뢰도 감시시스템 구축의 활성화로 범죄 검거율 상승, 국방력 향상과 국방비 절감, 해당 고용 인력의 창출 효과를 기대할 수 있다.
- 산불 발생, 화재 탐지 능력 향상을 통한 재난 방지로 인한 재산상 손실 저하가 가능하다.
4. 기술개발결과 활용계획
- 개발된 고성능, 고연산량 화질 향상 알고리즘을 바탕으로 PC 기반 감시 시스템 server로, 이를 바탕으로 chip 기반 시스템에 최적화시킨 알고리즘을 바탕으로 다양한 고정밀, 저비용, 저전력 mobile surveilance device에 활용할 계획이다.
- 악천후 시 영상의 화질 저하로 인한 인식률이 감소, 오동작 빈도 증가 문제를 극복하기 위한 차별화된 감시카메라 영상 화질 개선 시스템과 영상 분석 시스템 실현에 폭 넓은 활용 가능하다.
- 다양한 화상 데이터 분석, 탐지 및 화질 향상 기술을 통하여 네비게이션 및 블랙박스와 결합 시 악천후 운전자 시야 확대용 장비로서 매우 큰 산업상 파급효과를 기대할 수 있다. 향후 Fog 탐지 및 제거, 산불 연기 감지 기술이 적용 가능한 다양한 기능의 감시 카메라, 가정용 보안기기등 기존 상품에 적용가능 하다.
- 해안에서의 배나 사람의 조난 감시, 국경 및 해안선 등의 광역 감시 시스템, 원거리 침투 인원 감시등에 활용이 가능하며, 기존 재난방재 시스템과의 연동을 통한 조기 경보시스템 개발에 적용산림청의 광역 산불 감시 시스템 구축 및 해안 및 국경 지역의 광역 감시시스템 구축에 참여를 계획하고 있다.
- 구체적인 활용 계획으로, 해안/DMZ경계 시스템, 유적지/산불 방화감시, 교량하부감시, 항만밀수감시 시스템에 활용을 모색하고자 한다.
5. 기술개발자료의 보안관리
◦ 보안등급 분류기준에 따른 등급부여 및 관련 의견 기술
◦ 연구개발의 기술임치 및 특허 출원ㆍ등록 실적
국내 특허 등록:
- 실시간 동영상 합병 방법 및 시스템, 실시간 동영상 합병을 이용한 영상감시 시스템 및 가상 영상 투어 시스템,등록번호: 10-1383997, 등록일자: 2014. 4.13
- 감시 카메라를 이용한 연기 검출 시스템 및 방법, 등록번호: 10-130010, 등록일자: 2013.08.20
- 영상 감시 시스템 및 영상 감시 시스템의 객체 검출 방법, 등록번호: 10-1311148, 등록일자: 2013.09.09
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 『산학연공동기술개발사업』최종보고서 제출서 ... 2
- 『산학연공동기술개발사업』과제별사업비사용실적보고서 ... 3
- 개발결과의견서 ... 8
- 최종보고요약서 ... 11
- 목차 ... 16
- 제 1 장 서론 ... 18
- 제 1 절 서론 ... 18
- 제 2 절 시스템 분업 방안 ... 19
- 제 2 장 감성 기반 fog density prediction 및 defogging algorithm 및 chip architecture 개발 ... 22
- 제 1 절 Introduction ... 22
- 제 2 절 Optical Foggy Image Formation and Characteristics ... 27
- 제 3 절 Perceptual Fog Density Prediction ... 29
- 제 4 절 Perceptual Image Defogging ... 41
- 제 5 절 Defogging Model to System Integration ... 55
- 제 6 절 References ... 68
- 제 3 장 고성능 광역감시 및 화재감지 시스템에 적용되는 연기 감지 등의 인식 요소기술 개발 ... 71
- 제 1 절 연기 및 불꽃 인식 개요 ... 71
- 제 2 절 연기 및 불꽃 후보 영역 검출 ... 72
- 제 3 절 연기 및 불꽃의 인식 ... 78
- 제 4 절 카메라와 연동한 연기 및 불꽃 인식 ... 91
- 제 5 절 야간 화재 인식 ... 93
- 제 6 절 열영상 카메라를 이용한 연기 검출 ... 99
- 제 4 장 악천후 감시 카메라 인간 감성 기반 화질 향상 상용화 칩 기반 및 system on chip 기반시스템 개발 및 최적화 ... 101
- 제 1 절 개요 ... 101
- 제 2 절 악천후 영상 화질 개선 배경 이론 ... 102
- 제 3 절 Fog Sample ... 117
- 제 4 절 Rohm사 Chip을 이용한 Fog 제거 시스템 ... 118
- 제 5 절 Frame 단위 조절 시스템 ... 128
- 제 6 절 Image Results ... 140
- 제 7 절 Reference ... 160
- 제 5 장 광역 감시 카메라와 악천후시 탐지율을 향상시키기 위한 영상 개선 및 인식 통합 시스템 개발 ... 161
- 제 1 절 CCTV 시스템 개요 ... 161
- 제 2 절 고성능 감시장비 개발 ... 161
- 제 3 절 촬상부(영상 입력부) ... 163
- 제 4 절 정밀구동체 ... 171
- 제 5 절 통합 관제 프로그램 ... 178
- 제 6 장 화질 향상, 인식, 감시 카메라 시스템 연동 테스트 ... 181
- 제 1 절 화질 개선 시스템과 CCTV와의 연동 ... 181
- 제 2 절 인식 모듈과 CCTV와의 연동 ... 190
- 제 3 절 화질, 인식 모듈과 감시 카메라와의 연동 테스트 ... 194
- 제 4 절 목표 대비 개발 결과 ... 195
- 제 7 장 사업성과 ... 200
- 제 1 절 기술적 성과 ... 200
- 제 2 절 경제적 성과 ... 202
- 제 8 장 결론 ... 204
- 제 1 절 결론 ... 204
- 제 2 절 향후 활용 계획 ... 205
- 제 3 절 연구 개발 실적 논문 및 특허 ... 207
- 끝페이지 ... 275
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