저렴하고 효율적인 실시간 비디오 모션 감지 보안 시스템 설계

비디오 모션 감지 보안 시스템(VMDss)은 수년 동안 존재해 왔으며, 카메라가 앞쪽의 움직임을 감지하고 감지된 움직임의 이미지를 사용자에게 전송하는 기능을 제공합니다. VMDss는 비디오 이미지 내에서 운동으로 인한 시간적 및/또는 공간적 대비 변화에 반응할 수 있는 능력에 기반을 두고 있습니다. 모션 감지를 위한 여러 기법이 제안되었으며, 그중 널리 사용되는 세 가지 접근 방식은 배경 차감, 광류(optical flow), 그리고 시간적 차이(temporal differencing)입니다. 배경 차감은 현재 이미지와 참조 이미지 간의 차이를 비교하여 장면 내 앞쪽 물체를 감지하는 가장 일반적으로 사용되는 방법입니다. 광류는 각 이미지 픽셀이 인접한 이미지 간에 얼마나 움직이는지를 추정하며, 카메라 운동이나 배경 변화가 있는 경우에도 모션 감지에 성공할 수 있습니다. 부드러움 제약 조건에 따르면, 두 연속 프레임의 대응 점은 몇 픽셀 이상으로 이동해서는 안 됩니다. 불확실한 환경에서는 카메라 운동이나 배경 변화가 상대적으로 작아야 합니다. 시간적 차이를 기반으로 한 프레임 차이는 비디오 시퀀스의 연속 프레임(2개 또는 3개) 간의 차이를 활용하여 움직이는 영역을 감지하는 방법입니다. 이 방법은 동적인 환경에 매우 적응력이 뛰어나 현재 응용 프로그램에 특정 수정을 거친다면 적합합니다.

현재 고급 감시 시스템은 시장에서 매우 높은 비용으로 제공됩니다. 본 논문은 저렴하고 효율적인 보안 시스템을 설계하는 것을 목표로 합니다. 이 시스템은 사용자 친화적인 기능과 원격 제어를 가능하게 하며, 또한 미리 정의된 색상 객체 추적 기능을 포함합니다.

제안된 시스템은 두 섹션으로 구성됩니다: 전송 섹션과 수신 섹션. 전송 섹션은 컴퓨터, RS232 인터페이스, 마이크로컨트롤러, RF 송신기, RF 비디오 수신기로 구성됩니다. 수신 섹션은 모바일 플랫폼, RF 수신기, 마이크로컨트롤러, RF 카메라, 모터 드라이버, 적외선 LED로 구성됩니다. 전송 섹션의 컴퓨터는 모바일 플랫폼에 장착된 카메라로부터 시각 정보를 받아 시스템의 제어 센터 역할을 수행합니다. 또한 웹 서버로서 원격 위치에서 시스템에 접근할 수 있도록 인터넷을 통해 제어 신호를 전송하는 역할도 합니다.

시스템은 네 가지 독립적인 모드에서 작동할 수 있습니다:

1. PC 제어 모드: 제어 센터는 Microsoft Visual Studio 6.0(Visual Basic 프로그래밍 언어)을 사용하여 개발된 시각적 GUI 프로그램을 통해 모바일 플랫폼을 직접 제어합니다. 사용자는 수신된 비디오를 분석한 후 모바일 플랫폼을 제어할 수 있습니다.
2. 클라이언트-서버 모드: 이 모드는 PC 제어 모드를 확장한 것으로, 클라이언트 컴퓨터가 인터넷을 통해 원격 위치에서 모바일 플랫폼을 제어할 수 있는 클라이언트-서버 아키텍처를 포함합니다. 클라이언트는 제어 센터에 로그인하여 모바일 플랫폼을 조작하기 위한 모든 도구를 얻습니다. 즉시 이미지가 카메라를 통해 전송되어 적절한 제어 신호를 생성합니다.
3. 색상 정보 기반 객체 추적 모드: 이 모드에서 시스템은 제어 센터에서 개발된 MATLAB 프로그램을 사용하여 미리 저장된 색상 정보를 기반으로 객체를 추적하도록 설계됩니다. 프로그램은 객체의 이미지 처리를 수행하고 모바일 플랫폼이 객체를 추적할 수 있도록 제어 신호를 생성합니다.
4. 특정 객체 초점 모드: 이 모드에서 시스템은 보안에 관심이 있는 특정 객체에 초점을 맞춥니다. 모바일 플랫폼은 객체의 시각 정보를 제어 센터로 전송하여 분석합니다. MATLAB에서 개발된 프로그램은 4개의 연속 프레임을 기반으로 객체를 분석하고 적절한 제어 신호를 생성합니다.

이 분석에 따르면, 필요한 경우 보안 경보가 발령됩니다.

이 프로그램은 VB를 사용하여 TCP 및 소켓 프로그래밍을 통해 클라이언트-서버 아키텍처를 구현합니다. 클라이언트 프로그램(그림 5)은 총 16개의 버튼, 1개의 비디오 박스, 1개의 이미지 박스, 그리고 2개의 텍스트 박스로 구성되어 있습니다:

• 클라이언트와 서버 간의 연결을 관리하기 위한 버튼 2개
• 호스트 IP 주소와 통신 포트 입력을 위한 텍스트 박스 1개
• 모바일 플랫폼의 방향을 제어하는 버튼 7개
• 각각 조명과 야간 시야를 제어하는 버튼 2개
• 비디오 캡처를 위한 버튼 2개
• 스냅샷 캡처를 위한 버튼 1개
• 카메라 제어를 위한 버튼 2개 (시작, 정지)

모니터링을 종료하려면 텍스트 박스에 올바른 비밀번호를 입력해야 합니다. 활성화 시, 카메라의 앞쪽 장면의 모니터링이 지속적으로 수행되며 시각 정보가 제어 센터로 전송됩니다. 제어 센터에서는 이미지 처리를 통해 움직임을 감지합니다.

모바일 플랫폼에는 AVR ATmega8 마이크로컨트롤러와 L298 모터 드라이버 IC가 내장되어 있습니다. 컨트롤러는 모터 드라이버 IC를 구동하도록 프로그래밍되어 있으며, 이는 모바일 플랫폼의 모터를 구동시킵니다. AVR Studio ver 4.0이 프로그램 편집기로 사용되며, WINAVR은 코드 컴파일에 사용됩니다. 마이크로컨트롤러에 프로그램은 Ponyprog (ver 1.17)를 사용하여 병렬 포트와 인터페이스가 연결된 상태에서 작성됩니다.

…(본문이 길어 생략되었습니다. 전체 내용은 원문 PDF를 참고하세요.)…