한국표준과학연구원, 60m 거리에서 얼굴추적 잡아내는 CCTV 개발
야간이나 악천후에도 멀리 떨어진 물체와 사람을 고화질(HD)급으로 확인할 수 있는 CCTV 시스템이 개발됐다.
한국표준과학연구원(원장 신용현)은 지난달 보안인지기술연구단 최만용 박사팀이 가시 카메라, 열적외선 카메라, 이동추적 카메라 등과 메인 컴퓨터를 일체형으로 구성한 ‘첨단 CCTV 시스템’을 개발했다고 밝혔다.
HD급 일체형 첨단 CCTV
첨단 CCTV 시스템은 넓은 영역의 보안 상황을 기록하는 ‘가시 카메라’와, 이동 물체의 온도를 인식해 사람을 검출하고 위치 좌표를 나타내는 ‘열적외선 카메라’, 좌우 회전과 줌인 기능을 갖춘 ‘이동추적 카메라’ 등으로 구성됐다. 이를 통해 감시화각 45도, 거리 60m까지 얼굴모습을 HD급 화질로 보여준다. 원거리에서도 얼굴 확인이 가능한 이유는 이번에 개발된 CCTV 시스템에 3가지의 카메라가 일체형으로 구성되어 있기 때문이다.
CCTV 구성 및 기능
가시 카메라 모듈
우선, 가시 카메라 장치는 넓은 영역의 보안 상황을 기록하는 역할을 한다. 이 카메라는 고정되어 있으며 감시화각 45°, 거리 60m까지의 모습을 고화질로 보여준다.
열적외선 카메라 모듈
열적외선 카메라는 가시 카메라 장치와 동일한 영역을 감시하며 물체가 나타났을 경우, 이동 물체의 온도를 통해 사람을 검출하고 위치 좌표를 획득한다. 가시 카메라 장치가 보는 영역과 동일한 영역을 감시하며 이동 물체가 나타났을 경우, 이동 물체의 온도를 측정함으로써 사람 여부를 결정하고 위치 좌표를 획득한다.
일반적인 CCTV의 경우, 설정된 영역에 물체가 등장했을 때 가시광 영상 기반으로 형태의 특징 등을 파악하고 사람임을 식별하기 때문에 많은 샘플 데이터와 오랜 학습 과정이 필요하며, 속도가 느리다. 검출을 위한 사람 영역의 요구 해상도(38×96 픽셀)도 높고 보행자만 식별할 수 있어 앉거나 숙이거나 누워 있는 등 다양한 자세를 취한 사람에게는 적용이 어렵다.
이 시스템의 열적외선 기법은 사람의 체온에 해당하는 온도영역(34~37℃)을 원적외선 파장대를 이용하여 검출을 하기 때문에 기존 가시광 카메라에서 정확도를 낮추는 외부 환경 요소(빛, 그림자, 비, 안개 등)에 영향을 받지 않으며 사람의 취하고 있는 자세에도 영향을 받지 않는다. 또한 검출을 위한 요구 해상도도 세로 6 픽셀에 불과해 검출 가능 영역이 광역이고 검출 속도가 매우 빠르다.
이동 추적 카메라 모듈
이동 추적 카메라 장치는 열적외선 카메라가 제공하는 위치 좌표에 따라 좌우 회전, 줌인 등을 제어함으로써 최대 거리 60m까지 사람들에 대한 얼굴 정보를 스틸 영상으로 저장한다.
이동 추적 카메라 장치는 열적외선 카메라가 제공하는 위치 좌표에 따라 좌우 회전, 줌인 등 자세를 제어함으로써 전체 표적에 대한 얼굴 정보를 획득한다(줌배율은 30배 가능).
기본적으로 얼굴 정보는 양 눈과 입을 잇는 삼각형 형태를 이용하여 파악할 수 있다. 이동추적 카메라는 표적 얼굴의 삼각형 형태를 계산해 정면성을 판단하여 얼굴 정면에 가까운 얼굴 영상을 획득할 때까지 촬영을 재개한다. 다수의 사람이 동시에 나타나는 상황에도 빠른 자세제어 및 이동이 가능하기 때문에 평균적으로 분당 최소 30여 명의 얼굴 확인이 가능하다. 만약 다수의 사람이 있을 경우, 특정 표적에 대한 얼굴 정보를 확인하지 못하면 다른 표적을 촬영 후, 다시 재촬영한다.
메인 컴퓨터
해당 CCTV는 데이터처리, 저장, 전송 등의 전반적인 처리를 수행하는 메인 컴퓨터가 탑재된 일체형 구조로 보안 상황이 발생하면 자동으로 데이터와 알람 신호를 종합통제실로 실시간 전송해 준다.
기존 CCTV는 종합통제실에서 데이터 처리 및 저장을 위한 실시간 대용량 영상 데이터를 각 설치 위치에서 전송하기 때문에 거리가 멀수록 손실되는 데이터가 많고 손실을 막기 위한 부가 설비와 고속 회선 설치 비용이 많이 요구된다.
이번에 개발한 CCTV 시스템에서는 자체 내장된 메인 컴퓨터를 통해 데이터를 처리하고 저장한 후 저장된 소용량의 파일을 마치 메일을 보내듯이 종합통제실로 실시간 전송하기 때문에 영상 데이터 손실과 같은 현상이 발생하지 않는다. 종합통제실에서는 별도의 데이터 처리 시스템을 필요로 하지 않기 때문에 구축비용도 절약할 수 있다.
특이 환경 분석 표적에 대한 사람 여부 정확히 판단
최근 안전에 대한 관심이 높아지면서 다양한 CCTV가 개발되고 있지만 기존 고정형 CCTV는 영상이 찍혀도 대부분 해상도가 낮아 범죄자의 얼굴을 확인하기 어렵다는 문제점을 안고 있다.
감시화각 45° 기준으로, 얼굴확인 가능한 감시거리가 SD CCTV가 2.7미터, Full HD CCTV가 7.2미터에 불과한데다 줌인기능이 없기 때문에 감시거리 너머에 있는 사람의 얼굴은 식별이 어렵다. 현재 전국 CCTV의 70%는 SD 화질로 운영된다(Full HD는 30%).
이 때문에 원거리 또는 야간영상에서 얼굴확인은 거의 불가능하며, 용의자 얼굴파악을 위해서는 예상되는 도주 경로의 다른 CCTV를 일일이 확인해야 한다.
이번에 개발한 CCTV의 이동 추적 카메라 장치는 표적이 정해지면 얼굴 확인이 가능한 해상도(90×90 픽셀)까지 자동으로 줌인하고 기록하기 때문에 이러한 문제를 해결할 수 있다. 사람이 가지고 있는 특정온도(34~37℃)를 바탕으로 연구팀은 거리별 온도 특성과 야간, 안개, 우천 등 특이 환경으로부터의 영향을 분석하여 표적에 대한 사람 여부 판단 정확성을 높였다(정확도 95%).
특히 표적인물이 일시적으로 머리를 숙인다거나 뒤를 돌아봐도 얼굴정면이 보일 때까지 계속 이동 경로를 추적하며 촬영하는 것이 특징이다.
이동 추적 카메라는 빠른 카메라 자세 제어가 가능해 다수의 사람을 신속하게 추적할 수 있다. 또한 넓은 촬영화각 안에 있는 모든 인물들의 얼굴 정보를 동시에 파악할 수 있기 때문에 분당 최소 30여 명의 얼굴 확인이 가능하다.
이번에 개발된 CCTV는 데이터처리, 저장, 전송 등 전반적 처리를 수행하는 메인 컴퓨터가 탑재된 일체형구조로, 보안상황이 발생하면 자동으로 데이터와 알람 신호를 종합통제실로 실시간 전송해준다.
CCTV 자체에서 데이터를 처리, 저장한 후, 빠른 속도로 데이터를 처리해 데이터 전송 케이블 연장 길이로 인한 영상 손실 등의 문제점들을 줄일 수 있다.
또한 기존의 CCTV와 달리 종합통제실 내에 별도의 데이터 처리 시스템을 요구하지 않는다. 따라서 구축비용 절감의 장점이 있다.
CCTV 감시영역 기존 Full HD급 CCTV보다 64배 확대
한편, 한국표준과학연구원은 본 시스템기술을 영상감시전문기업인 한선엔지니어링㈜(대표 이도진)에 기술 이전하고, 지난달 표준원 행정동에서 기술이전 계약식을 가졌다. 기술이전 계약금액은 총 3억 원으로, 일본 등 특허등록이 완료되는 대로 추가적인 계약도 진행될 예정이다.
표준연 최만용 박사는 “본 기술은 기존 CCTV의 문제점들을 개선해 야간, 악천후, 원거리에서 사람을 식별할 수 있는데다 한꺼번에 다수의 얼굴 정보를 확인할 수 있는 보안 감시 기술”이라며 “이번 기술이전을 신속한 제품화로 연결시키겠다”고 말했다.
표준연 신용현 원장은 “이번에 개발된 CCTV의 감시 영역은 기존 Full HD급 CCTV보다 64배 이상 넓어 기존에 사용하고 있는 다수의 CCTV를 하나로 대체할 수 있고, 광케이블 등 고가의 구축 비용을 필요로 하지 않기 때문에 상당한 경제적 효과가 있다”라며 “최첨단 CCTV를 통해 보안과 범죄에 대한 국민들의 불안감을 해소하는 데 기여하겠다”고 말했다.
이번 연구결과는 국가과학기술연구회의 국가사회적 문제해결형 연구사업(NAP: National Agenda Project) 「지능형 다중 센싱 및 첨단 분석 기술을 활용한 보안상황 인지·대응시스템 개발(개발 기간 2010.12~2016.12)」에서 얻어진 결실이다.
인지적 상황 분석이 가능한 지능형 감시 시스템 구현에 집중해 온 연구팀은 이번 기술개발 성과를 바탕으로 향후 행태분석, 행동인지기술 등 과학수사 분석기술 개발에 주력해 흉악 범죄 예방에 힘을 실을 계획이다.
자료출처 | 한국표준과학연구원(www.kriss.re.kr)
