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KR101996907B1 - 객체 추적 장치 - Google Patents

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KR101996907B1
KR101996907B1 KR1020180088082A KR20180088082A KR101996907B1 KR 101996907 B1 KR101996907 B1 KR 101996907B1 KR 1020180088082 A KR1020180088082 A KR 1020180088082A KR 20180088082 A KR20180088082 A KR 20180088082A KR 101996907 B1 KR101996907 B1 KR 101996907B1
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KR
South Korea
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tracking
camera
tilt
detection
mapping information
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KR1020180088082A
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English (en)
Inventor
장준호
이종록
Original Assignee
비티에스 유한회사
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Abstract

검지 카메라에 의해 검지된 객체에 대하여 복수의 카메라로 동시에 추적함으로써 다양한 각도에서 객체를 감시할 수 있는 개선된 객체 추적 방법 및 이제 적합한 객체 추적 장치가 개시된다.
객체 추적 방법은
상기 검지 카메라와 상기 복수의 추적 카메라가 동일한 영역을 촬상하고 있는 상태에서 상기 검지 카메라에서 파악되는 영역 좌표와 상기 복수의 추적 카메라 각각에서 파악되는 영역 좌표를 매칭시킨 매핑 정보를 작성하는 과정;
상기 검지 카메라에 의해 검출된 객체의 위치 좌표를 실시간으로 산출하는 과정;
산출된 객체 위치 좌표 및 상기 매핑 정보를 참조하여 복수의 추적 카메라 각각이 객체를 촬상하기 위한 pan/tilt/zoom 파라메터를 산출하는 과정;
산출된 pan/tilt/zoom 파라메터에 따라 상기 복수의 추적 카메라가 동시에 객체를 촬상하는 과정;
을 포함한다

Description

객체 추적 장치 {Apparatus for tracking object}
본 발명은 객체 추적 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 검지 카메라에 의해 검지된 객체(object)에 대하여 복수의 추적 카메라로 동시에 추적함으로써 다양한 각도에서 객체를 감시할 수 있는 개선된 객체 추적 방법 및 이제 적합한 객체 추적 장치에 관한 것이다.
객체 추적 시스템은 감시 대상이 되는 객체를 추적하여 영상을 저장하거나 감시 영역 내에 들어온 사람의 위치를 판별하여 지능형 가전을 제어하는 등의 용도로 사용되고 있다.
공원, 항만, 옥외 주차장 등 넓은 지역을 CCTV 카메라로 감시하기 위해서 종래에는 고정된 하나의 검지 카메라와 pan/tilt/zoom 조절이 가능한 추적 카메라를 하나의 기둥(POLE)에 설치하여, 검지 카메라에서 객체 검지 시, 추적 카메라가 객체를 추적하는 영상감시 시스템을 활용하였다. 이는 검지 카메라의 영역 내에서만 감시 추적이 가능하다는 제한이 있었다.
즉, 종래의 객체 추적 장치에서는 하나의 검지 카메라를 이용하여 피사체, 예컨대 사람의 이동에 대한 추적을 수행하기 때문에 피사체가 이동하여 다른 물체에 의해 겹치거나 가려지는 경우에는 검지 카메라에 의해 검출되지 않기 때문에 피사체 추적을 수행하는데 어려움이 있다.
도 1은 종래의 객체 추적 장치를 보이는 블록도이다.
*도 1을 참조하면, 종래의 객체 추적 장치는 제1영상획득부(110), 객체추출부(120), 제2영상획득부(130) 및 제어부(140)를 구비한다.
제1영상획득부(110)는 감시대상 영역 전체에 대해 전방위 검지 카메라에 의해 촬영된 복수의 전체 영상 프레임을 일정한 시간 간격으로 획득한다.
객체추출부(120)는 복수의 전체 영상 프레임 중 현재 영상프레임을 구성하는 화소들과 현재 영상프레임에 시간적으로 앞서는 이전 영상프레임을 구성하는 화소들의 화소값의 차를 기초로 현재 영상 프레임으로부터 객체영상을 추출한다.
객체추출부(120)에 의해 객체영상을 추출하는 방법으로, 연속하는 이전 영상프레임 및 현재 영상프레임 간의 화소값의 변화만을 이용하는 방법이 있다. 객체가 존재하지 않았던 감시대상 영역에 객체의 진입이 발생하면 전방위 검지 카메라에 의해 촬영되는 전체영상프레임에 변화가 발생하게 되며, 이는 전체영상프레임 상에서 감시대상 영역에 진입한 객체가 위치하는 영역에서의 화소값의 변화로 나타난다. 따라서 객체추출부(120)는 이전 영상프레임과 현재영상프레임을 구성하는 화소들의 화소값을 각각 비교하여 화소값에 변화가 발생한 영역을 객체영상으로 결정할 수 있다.
객체영상을 추출하는 다른 방법으로, 복수의 이전 영상프레임을 이용하여 현재 영상프레임으로부터 객체영상을 추출하기 위한 기준을 설정할 수도 있다. 즉, 객체추출부(120)는 현재 영상프레임에 시간적으로 앞서는 복수의 이전 영상프레임을 기초로 객체영상을 추출하기 위한 배경영상을 생성하고, 배경영상을 구성하는 화소들과 현재 영상프레임을 구성하는 화소들의 화소값의 차를 기초로 객체영상을 추출할 수 있다. 복수의 이전 영상프레임에 걸쳐 화소값이 변화하지 않는 영역은 객체가 존재하지 않는 배경으로 간주되므로, 객체추출부(120)는 이를 이용하여 배경영상을 생성한다. 배경영상과 현재 영상프레임 사이에서 화소값이 변화한 영역을 객체영상으로 결정하게 되면 이전 영상프레임과 현재 영상프레임을 비교하는 경우에 비하여 보다 정확하게 객체영상을 추출할 수 있다.
제2영상획득부(130)는 감시대상 영역 중에서 객체영상에 대응하는 감시대상 객체에 대해 팬/틸트/줌 조절이 가능한 추적 카메라에 의해 촬영된 객체 영상 프레임을 획득한다.
즉, 종래의 객체 추적 장치는 검지 카메라와 추적 카메라가 동일한 방향, 동일한 영역, 같은 화각을 가지고 있어서, 검지된 객체의 좌표 정보를 팬/틸트/줌 (pan/tilt/zoom) 카메라에 전송하여 객체의 좌표에 따라 pan/tilt/zoom의 파라메터 값을 컨트롤하여 팬/틸트/줌 카메라를 객체를 따라 이동시키고, 객체의 움직임에 따른 좌표 변화 정보를 피드백하여 다시 팬/틸트/줌 카메라의 PAN, TILT, ZOOM 파라메터 값을 컨트롤하였다.
도 2는 종래의 객체 추적 장치의 동작을 보인다.
도 2를 참조하면, 종래의 객체 추적 장치는 검지 카메라와 추적 카메라가 1:1로 매칭되어 있고, 검지 카메라의 화각에 따라 추적 카메라의 팬/틸트/줌을 매칭시켜 객체 추적을 수행한다.
그렇지만 이러한 종래의 객체 추적 장치는 검지 카메라와 추적 카메라가 1 : 1로 조합된 경우만이 가능하였고, 검지 카메라와 추적 카메라가 동일한 영역, 동일한 방향인 경우만 가능하여 추적 카메라의 활용이 제한적이었다.
대한민국특허청 공개특허 10-2010-0103109 (2010.09.27.) 대한민국특허청 공개특허 10-2013-0097868 (2013.09.04.)
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서 팬/틸트/줌 동작이 가능한 추적 카메라와 고정된 검지 카메라의 n : n 조합이 가능한 객체 추적 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 상기 객체 추적 방법에 적합한 객체 추적 장치를 제공하는 것에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 객체 추적 방법은
고정된 검지 카메라에 의해 검출된 객체를 pan/tilt/zoom 조절이 가능한 복수의 추적 카메라로 동시에 추적하는 객체 추적 방법에 있어서,
상기 검지 카메라와 상기 복수의 추적 카메라가 동일한 영역을 촬상하고 있는 상태에서 상기 검지 카메라에서 파악되는 영역 좌표와 상기 복수의 추적 카메라 각각에서 파악되는 영역 좌표를 매칭시킨 매핑 정보를 작성하는 과정;
상기 검지 카메라에 의해 검출된 객체의 위치 좌표를 실시간으로 산출하는 과정;
산출된 객체 위치 좌표 및 상기 매핑 정보를 참조하여 복수의 추적 카메라 각각이 객체를 촬상하기 위한 pan/tilt/zoom 파라메터를 산출하는 과정;
산출된 pan/tilt/zoom 파라메터에 따라 상기 복수의 추적 카메라가 동시에 객체를 촬상하는 과정;을 포함한다.
상기의 다른 목적을 달성하는 본 발명에 따른 객체 추적 장치는
화각 및 방향이 고정된 복수의 검지 카메라;
pan/tilt/zoom을 제어할 수 있는 복수의 추적 카메라;
상기 검지 카메라에 의해 검지된 객체를 추적하도록 상기 추적 카메라를 제어하는 객체 추적 서버;를 포함하며,
여기서, 상기 객체 추적 서버는
상기 검지 카메라와 상기 추적 카메라와의 매핑 정보를 발생하는 매핑 정보 발생부;
상기 검지 카메라에서 발생한 영상 프레임으로부터 객체가 위치하는 좌표 (객체 위치 좌표)를 검출하는 객체 위치 좌표 검출부;
상기 매핑 정보 발생부에서 발생된 매핑 정보와 상기 객체 위치 좌표 검출부에 의해 검출된 객체 위치 좌표를 참조하여 상기 추적 카메라에서 본 객체의 위치 좌표를 얻고, 이에 근거하여 상기 추적 카메라를 제어하기 위한 pan/tilt/zoom 파라메터를 연산하여 상기 추적 카메라에 제공하는 pan/tilt/zoom 파라메터 연산부;
상기 추적 카메라에 의해 획득된 객체 영상을 저장하는 저장부; 및
상기 매핑 정보 발생부, 상기 객체 위치 좌표 검출부, 상기 pan/tilt/zoom 파라메터 연산부를 제어하여 상기 검지 카메라에 의해 검지된 객체를 상기 추적 카메라가 추적하도록 제어하며, 상기 추적 카메라에 의해 획득된 객체 영상을 상기 저장부에 저장하도록 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 객체 추적 방법 및 장치는 일정 지역내의 여러 장소의 개별 기둥(POLE)에 분산 설치된 고정형 카메라를 검지 카메라로 활용하여 검지 카메라 1대와 추적 카메라 n대의 구성으로 그루핑(GRUPPING)할 수도 있고, 필요에 따라서는 검지 카메라 n대와 추적 카메라 n대의 구성으로 그루핑하여 사각 지역을 최소화하고 추적 카메라의 활용도를 극대화하여 비용을 절감할 수 있다.
또한 영역 좌표값의 자동 매핑(Mapping) 제네레이션을 이용하여 감시 정확성을 확대할 수 있다.
도 1은 종래의 객체 추적 장치를 보이는 블록도이다.
도 2는 종래의 객체 추적 장치의 동작을 보인다.
도 3은 본 발명에 따른 객체 추적 장치의 개념을 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 객체 검출 장치의 구동 방식을 도식적으로 보인다.
도 5는 검지 카메라와 추적 카메라를 매핑시키는 방법을 보이는 흐름도이다.
도 6은 본 발명에 따른 객체 추적 장치의 구성을 보이는 구성도이다.
도 7은 도 6에 도시된 객체 추적 서버의 상세한 구성을 보이는 구성도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 동작을 상세하게 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 객체 추적 장치의 개념을 도시한다.
도 3은 1대의 검지 카메라와 n대의 추적 카메라를 조합한 경우를 도시한다. 도 3에는 1대의 검지 카메라와 4대의 추적 카메라가 도시되어 있지만 이에 한정하는 것은 아니다. 여기서, 검지 카메라(302)는 방향 및 화각이 고정된 카메라이고 추적 카메라(304)는 팬/틸트/줌 동작에 의해 방향 및 화각을 변경할 수 있는 카메라이다.
검지 카메라(302)와 4대의 추적 카메라(304)가 보는 방향과 각도가 서로 다르지만 미리 설정된 매핑 정보에 따라 하나의 객체를 4대의 추적 카메라(304)에 의해 동시에 감시함으로써 객체의 한 면이 아니라 다양한 각도에서 추적이 가능하다.
도 4는 본 발명에 따른 객체 검출 장치의 구동 방식을 도식적으로 보인다.
도 4에 도시된 바와 같이, 고정된 검지 카메라(302)가 영상 분석에 의해 객체를 검지하고, 객체의 실시간 위치 정보를 산출하여 전송한다.
추적 카메라(304)는 수신된 객체의 실시간 위치 정보를 참조하여 이동 및 추적을 수행하게 된다.
검지 카메라(302)가 검지한 객체를 복수의 추적 카메라(304)가 동시에 추적하도록 하기 위해서는 검지 카메라(302)의 화각과 추적 카메라(304)의 화각을 매칭시켜 매핑하는 단계가 필요하다.
이를 위해서, 검지 카메라(302)와 추적 카메라(304)가 동일한 영역(예를 들어, 동일한 객체)을 촬영하고 있는 상태에서 검지 카메라(302)의 사각형 화면 영역을 추적 카메라(304)의 투시 영역으로 변환 매칭한 후, 각각의 좌표 정보를 매핑한다.
이는 검지 카메라(302)에게 보이는 사각형 화면 영역이 추적 카메라(304)가 보는 영역(투시 영역) 내에서 어떤 영역에 해당하는 것인지를 판단하고, 검지 카메라(302)의 사각형 화면 영역의 네 귀퉁이 좌표와 추적 카메라(304)의 투시 영역 내의 사각형 화면 영역(아마도 찌그러진 형태의 사각형)의 네 귀퉁이 좌표를 묶어서 함께 저장한다.
검지 카메라가 보는 영역은 직선이지만 추적 카메라가 보는 영역은 직선이 아니다.
검지 카메라(302)가 보는 영역은 직사각형이고 추적 카메라(304)가 보는 영역은 보는 각도가 다른 영역의 동일 화면이다. 따라서 검지카메라와 추적카메라의 영역을 사각 꼭지점의 좌표를 매칭할 때, 검지 카메라(302)는 직선으로, 추적 카메라(304)는 곡선의 좌표로 매칭을 하게 된다.
직선 y = px + q(p ≠ 0), 이차곡선 f(x, y) = 0을 연립하여 f(x, px + q) = 0으로 놓게 되면,
f(x, px + q) = 0은 x에 관한 이차식이다.
이차곡선과 직선의 위치관계는 크게 두 점에서 만나는 경우, 한 점에서 만나는 경우(접하는 경우), 만나지 않는 경우로 나눌 수 있다.
위치관계를 파악하기 위해서는 f(x, px + q) = 0의 판별식을 이용하면 된다.
여기서는 검지카메라가 보는 영역과 추적 카메라가 보는 영역이 만나는 것 즉, 직선과 곡선이 무조건 만나는 경우만을 가정하므로,
포물선 y2 = 4px 위의 점(x1, y1)에서의 접선의 방정식은 y1y = 2p(x + x1),
포물선 x2 = 4py위의 점(x1, y1)에서의 접선의 방정식은 x1x = 2p(y + y1) 이다.
여기서, x1, y1, x2, y2는 사각형 꼭지점의 x,y 좌표이고 p는 기울기이다.
이러한 수학식을 이용하여 검지 카메라(302)의 사각형 화면에 상당하는 추적 카메라(304)의 사각형 화면의 좌표를 얻는다.
도 5는 검지 카메라와 추적 카메라를 매핑시키는 방법을 보이는 흐름도이다.
먼저, 객체 검지 카메라(302)로 미리 설정된 영역을 촬상한다. (s402)
추적 카메라(304)의 팬/틸트/줌 파라메터를 조정하여 객체 검지 카메라(302)와 동일한 영역을 촬상하도록 한다.(s404)
검지 카메라(302)의 사각형 화면 영역을 추적 카메라(304)의 투시 영역으로 변환 매칭한다. (s406) 변환 방법은 상기의 수식을 참조하여 설명한 바 있으므로 상세할 설명을 생략한다.
각각의 좌표 정보를 매핑한다. (s408)
먼저, 검지 카메라(302)의 사각형 영역 네 꼭지점 좌표가 산출된다.
이어서 검지 카메라(302)에 보이는 사각형 영역의 정중앙 좌표를 함수 값으로 계산한 후, 추적 카메라(304)의 좌표 값을 산정하여 좌표 정보를 보정한다,
사각형 영역은 검지 카메라(302)에서 투시하는 영역이다.
검지 카메라(302)의 가시영역의 객체의 위치 좌표를 추적 카메라(304)의 가시 영역의 위치 좌표에 매칭하여야 추적 카메라(304)가 그 객체를 추적하게 된다.
이러한 과정을 각각의 n대의 검지 카메라(302) 및 n대의 추적 카메라(304)에 대하여 반복하여 전체 매핑 정보를 획득한다. (s410)
획득된 매핑 정보를 저장한다.(s412)
매핑 정보는 검지 카메라(302)의 식별 번호와 함께 저장된다.
저장되는 매핑 정보는 다음과 같다.
검지 카메라 #1 ; 추적 카메라 #1 좌표 정보
추적 카메라 #2 좌표 정보
, , ,
추적 카메라 #n 좌표 정보
,,,
검지 카메라 #2 ; 추적 카메라 #1 좌표 정보
추적 카메라 #2 좌표 정보
, , ,
추적 카메라 #n 좌표 정보
,,,
검지 카메라 #n ; 추적 카메라 #1 좌표 정보
추적 카메라 #2 좌표 정보
, , ,
추적 카메라 #n 좌표 정보
도 6은 본 발명에 따른 객체 추적 장치의 구성을 보이는 구성도이다.
객체 추적 장치(500)는 검지 카메라(302), 추적 카메라(304), 네트워크 장치(306), 스위칭 허브(308), 객체 추적 서버(310)를 포함한다.
검지 카메라(302) 및 추적 카메라(304)는 현장에 설치되는 것 예를 들어, 기둥(pole)에 설치되는 것이다.
검지 카메라(302) 및 추적 카메라(304)는 네트워크 장치(306) 및 스위칭 허브(308)를 통하여 객체 추적 서버(310)로 연결된다.
스위칭 허브(308) 및 객체 추적 서버(310)는 상황실에 설치되는 것으로서, 원격으로 검지 카메라(302) 및 추적 카메라(304)를 운용하는 것을 가능하게 한다.
여기서, 객체 추적 서버(310)는 매핑 정보 발생부(502), 객체 위치 좌표 검출부(504), pan/tilt/zoom 파라메터 연산부(506), 제어부(508) 그리고 저장부(510)로 구성된다. (도 7 참조)
도 7은 도 6에 도시된 객체 추적 서버의 상세한 구성을 보이는 구성도이다.
도 7을 참조하면, 객체 추적 장치(500)는 검지 카메라(302), 추적 카메라(304), 객체 추적 서버(310)를 포함하며, 여기서 객체 추적 서버(310)는 매핑 정보 발생부(502), 객체 위치 좌표 검출부(504), pan/tilt/zoom 파라메터 연산부(506), 제어부(508) 그리고 저장부(510)로 구성된다. 도 7에 있어서, 설명을 간략하게 하기 위하여 도 6에 도시된 네트워크 장치(306) 및 스위칭 허브(308)는 생략되어있다.
매핑 정보 발생부(502)는 검지 카메라(302)와 추적 카메라(304)와의 매핑 정보를 발생한다. 매핑 정보는 상기에서 설명한 바 있으므로 상세한 설명을 생략하기로 한다.
객체 위치 좌표 검출부(504)는 검지 카메라(302)에서 발생한 영상 프레임으로부터 객체가 위치하는 좌표 (이하 객체 위치 좌표라 함)를 검출한다.
pan/tilt/zoom 파라메터 연산부(306)는 저장된 매핑 정보와 객체 위치 좌표 검출부(504)에 의해 검출된 객체 위치 좌표를 참조하며, 추적 카메라(304)에서 본 객체의 위치 좌표를 얻고, 이에 근거하여 추적 카메라(304)를 제어하기 위한 pan/tilt/zoom 파라메터를 연산한다.
pan/tilt/zoom 파라메터 연산부(506)에서 연산된 pan/tilt/zoom 파라메터는 추적 카메라(304)에 제공되고, 추적 카메라(304)는 그에 제공된 pan/tilt/zoom 파라메터에 따라 방향 및 줌을 제어한다.
pan/tilt/zoom 파라메터에 따라 방향 및 줌을 제어함에 따라 추적 카메라(304)는 객체로 이동 및 추적을 수행하게 된다.
객체 위치 좌표 검출부(504)가 실시간으로 객체 위치 좌표를 산출하므로 추적 카메라(304)가 객체를 실시간으로 추적하게 된다.
저장부(508)는 객체 추적 영상을 저장한다.
제어부(510)는 객체 추적 장치(500)의 동작을 제어하는 것으로서 마이크로 프로세서와 메모리를 포함하는 구성일 수 있다.
한편, n:n 구성은 a 검지 카메라의 감시 영역을 벗어나서 b 검지 카메라의 감시 영역에 들어섰을 때 객체 위치 좌표를 검출하는 역할을 b 검지 카메라쪽으로 돌리는 것에 의해 달성될 수 있다. a 검지 카메라에서 객체의 운동 방향 및 속도를 체크하뎌 동일한 방향에 있는 b 검지 카메라와 추적 카메라(304)를 매칭시킴으로써 추적 카메라(304)가 b 검지 카메라가 검지하는 객체를 추적하게 할 수 있다.
302...검지 카메라 304...추적 카메라
502...매핑 정보 발생부 504...객체 위치 좌표 산출부
506...pan/tilt/zoom 파라메터 연산부
508...제어부 510...저장부

Claims (1)

  1. 일정 지역내의 여러 장소의 개별 기둥(POLE)에 분산 설치되며 화각 및 방향이 고정된 복수의 검지 카메라;
    일정 지역내의 여러 장소의 개별 기둥(POLE)에 분산 설치되며 pan/tilt/zoom을 제어할 수 있는 복수의 추적 카메라;
    상기 검지 카메라 1대와 상기 추적 카메라 n대의 구성으로 그루핑하여 하나의 검지 카메라에서 검출된 객체를 n대의 추적 카메라로 추적하도록 제어하는 객체 추적 서버;를 포함하며,
    여기서, 상기 객체 추적 서버는
    상기 검지 카메라와 상기 추적 카메라와의 매핑 정보를 발생하는 매핑 정보 발생부;
    상기 검지 카메라에서 발생한 영상 프레임으로부터 객체가 위치하는 좌표 (객체 위치 좌표)를 검출하는 객체 위치 좌표 검출부; 및
    상기 매핑 정보 발생부에서 발생된 매핑 정보와 상기 객체 위치 좌표 검출부에 의해 검출된 객체 위치 좌표를 참조하여 상기 추적 카메라에서 본 객체의 위치 좌표를 얻고, 이에 근거하여 상기 추적 카메라를 제어하기 위한 pan/tilt/zoom 파라메터를 연산하여 상기 추적 카메라에 제공하는 pan/tilt/zoom 파라메터 연산부;
    상기 추적 카메라에 의해 획득된 객체 영상을 저장하는 저장부; 및
    상기 매핑 정보 발생부, 상기 객체 위치 좌표 검출부, 상기 pan/tilt/zoom 파라메터 연산부를 제어하여 상기 검지 카메라에 의해 검지된 객체를 상기 추적 카메라가 추적하도록 제어하며, 상기 추적 카메라에 의해 획득된 객체 영상을 상기 저장부에 저장하도록 제어하는 제어부;를 포함하며,
    여기서, 상기 매핑 정보 발생부에서 발생하는 매핑 정보는 상기 검지 카메라의 사각형 화면 영역의 네 귀퉁이 좌표와 상기 추적 카메라의 투시 영역 내의 사각형 화면의 네 귀퉁이 좌표를 가지는 것을 특징으로 하는 객체 추적 장치.
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