2018.04.05

가정용 보안 카메라의 움직임 탐지 원리와 한계

Michael Ansaldo | TechHive

오늘날 시장에 쏟아져 나오고 있는 가정용 DIY 보안 카메라의 핵심은 바로 움직임 탐지 기술이다. 보안 카메라에 내장된 센서가 24시간 쉬지 않고 시야각 내에서 일어나는 모든 움직임을 모니터링하는 덕분에 우리는 집에서 수상한 일이 생기면 바로 이에 대해 알 수 있을 것이라 믿고 마음 편히 일상행활을 할 수 있는 것이다. 움직임 탐지 기술이 없었다면 휴대폰이나 컴퓨터로 계속해서 침입자가 들어오지 않는지를 지켜봐야 했을 것이고, 그랬다면 보안 카메라는 지금처럼 실용적이지 않았을 것이다.

하지만 움직임 탐지 기능은 매우 헷갈리고 때로는 짜증을 유발하기도 한다. 알람이 너무 많이 울릴 경우 성가시고 시간 낭비이기도 하지만, 그렇다고 알람이 거의 없으면 또 카메라가 제대로 작동하는 것인지 의심하게 된다. 어떤 센서들은 움직임이 아닌 요소들, 예를 들어 조명의 변화에 반응하기도 한다. 게다가 틈만 나면 버튼을 눌러 알람을 꺼버리는 고양이와 강아지는 또 어쩔 것인가?

보안 카메라와 관련된 이런 문제들을 더 잘 이해하고, 문제를 해결하는 데 도움을 주기 위해 움직임 탐지 기술의 원리와 한계점을 알아봤다.

두 종류의 움직임 탐지 기술
스마트 디바이스는 광 펄스(light pulses), 온도, 무선 전파 등 다양한 기술을 활용해 움직임을 감지한다. 그러나 일반 소비자용 보안 카메라 대부분은 아래 두 가지 기술 중 하나를 사용한다.

PIR(Passive Infrared)
PIR은 모든 생명체에서 발산되는 주변 열을 탐지하는 기술이다. 때문에 PIR은 경우에 따라 열 감지(heat vision)이라고도 불린다. PIR 센서가 열을 발산하는 물체의 움직임을 탐지하거나, 혹은 이동하지 않더라도 특정 물체와 그 주변 물체간 온도 차가 심하게 나는 것을 탐지하면 카메라가 녹화를 시작하고, 동시에 사용자에게 알림을 보낸다.

막시무스 카메라 플러드라이트(Maximus Camera Floodlight)는 PIR이 탑재되어 있다. (카메라 아래의 커다란 반원형 물체다).

CV(Computer vision)
CV는 보다 넓은 범주에서 움직임을 탐지하는 것으로, 카메라의 소프트웨어가 녹화 중인 영상의 프레임을 분석해 침입이라 할 수 있을 만큼 커다란 움직임이 있는지를 살펴보는 방식이다.

CV 방식은 원하는 결과 그리고 디바이스를 설계하는 기술자들의 선호도에 따라 여러 가지 다른 방법론을 적용하게 된다. 카타리(Canary)의 소프트웨어 엔지니어링 책임자인 앤드리 캣츠맨은 “가장 쉬운 방법은 단기간 내에 픽셀에 상당한 정도의 변화가 있는지 살펴보고, 이를 장기간의 평균과 비교해 어떤 움직임이 있었다는 결론을 도출해 내는 것”이라고 설명했다.

또는, 픽셀 그룹을 추적해 방향 패턴을 식별하는 방법도 있다. 즉, 이전 프레임에서는 파란색 점이 이 위치에 있었는데, 그 다음 프레임에서는 파란색 점이 한 픽셀 왼쪽으로 이동했다고 한다면 이를 통해 어떤 물체의 움직임이 있었음을 유추해 낼 수 있다.

방법은 다르지만 기본적으로 CV 접근 방식은 동일하다. 움직임을 탐지하고 가능하면 그 움직인 물체의 형상까지 파악하는 것이다. 그런 후에 보다 고급 기술을 적용해 움직인 물체가 사람이었는지, 동물이나 탈 것, 혹은 바람에 흔들리는 나무였는지까지 식별하는 것이다. 그리고 이들 중 사용자가 가장 관심을 가지고 있는 움직임은 누구의 것인지를 파악해 해당 물체(사람이나 탈 것)가 움직일 때 이를 더욱 강조하고, 중요하지 않은 물체의 움직임(동물이나 나무 등)은 무시한다.

장점과 단점
이처럼 각각 움직임 탐지 기술은 장점과 단점이 뚜렷하다. PIR 센서는 생물체에서 발산되는 열을 탐지하기 때문에 바람에 흔들리는 커튼이나 조광량의 변화 둥 무생물의 움직임, 중요하지 않은 물체의 움직임을 CV 기반 카메라모다 잘 필터링한다.

카나리 플레스(Canary Flex) 가정용 보안 카메라는 PIR 모션 센서를 사용하기 때문에 배터리로 전력을 공급할 수 있다.

PIR는 전력 효율이 매우 좋다. 그래서 배터리로 가동되는 카메라에서 주로 사용한다. PIR 센서가 유의미한 동작을 탐지해 내기 전까지는 저전력 모드에서 영상을 녹화하지 않으며 기다리는 것이다. 그러다가 열이 탐지되면 단기간(30초짜리 영상 녹화 등) 동안만, 혹은 물체의 움직임이 사라질 때까지만 녹화 모드를 유지하게 된다.

그렇지만 PIR은 평소에 저전력 모드에서 ‘잠을 자고’ 있기 때문에, 움직임이 발생했을 때 잠에서 깨어나 녹화 모드로 전환되는 속도가 CV보다 느리다. 때문에 최초 움직임이 발생한 시점, 예를 들어, 침입자가 문으로 들어오는 순간을 녹화하지 못하게 될 가능성이 크다. 이 때가 얼굴 촬영에 가장 적합한 순간이라는 점을 생각하면, 경찰에 용의자의 얼굴 사진을 제출해야 하거나, 녹화 영상을 증거로 제출할 때 상당한 문제가 될 수 있다.

또한, 열로 움직임을 감지하는 특성상 PIR은 유리 너머의 물체를 탐지하지 못하므로, 내부에 설치된 카메라로 창문을 통해 마당까지 감시하는 것은 불가능하다.

링 플러드라이트 캠(Ring Floodlight Cam)은 매우 유연하게 움직임 탐지 영역을 설정할 수 있다.

CV 방식의 가장 큰 장점은 보다 구체적인 프레임 분석이 가능하다는 것이다. 또한, 앞서 언급했듯 안면 인식 기술과 같은 고급 기능을 적용해 움직이는 물체를 식별하는 것도 가능하다.

그렇지만 이런 기능을 활용하기 위해 필요한 알고리즘은 카메라 내에서 로컬로 가동하기에는 너무 복잡하고 무겁기 때문에, 유료 사용자만 액세스할 수 있는 클라우드 원격 서버에서 이를 처리한다. 당연한 얘기지만 이렇게 되면 카메라 비용이 매우 비싸진다.

CV 탐지 기술은 소프트웨어 알고리즘의 품질에도 영향을 받는다. 가드질라(Guardzilla)의 최고 매출 책임자인 테리 베이더는 이 때문에 CV 방식이 잘못된 보고를 할 가능성이 더 높다고 지적한다. 움직임의 주체가 누구이건 상관없이(천장에서 돌아가는 선풍기이건, 창 밖에서 흔들리는 나뭇잎이건, 혹은 실내 조명의 변화이건), 규모가 큰 움직임이 발생하면 무조건 이를 움직임으로 인식하기 때문이다.



2018.04.05

가정용 보안 카메라의 움직임 탐지 원리와 한계

Michael Ansaldo | TechHive

오늘날 시장에 쏟아져 나오고 있는 가정용 DIY 보안 카메라의 핵심은 바로 움직임 탐지 기술이다. 보안 카메라에 내장된 센서가 24시간 쉬지 않고 시야각 내에서 일어나는 모든 움직임을 모니터링하는 덕분에 우리는 집에서 수상한 일이 생기면 바로 이에 대해 알 수 있을 것이라 믿고 마음 편히 일상행활을 할 수 있는 것이다. 움직임 탐지 기술이 없었다면 휴대폰이나 컴퓨터로 계속해서 침입자가 들어오지 않는지를 지켜봐야 했을 것이고, 그랬다면 보안 카메라는 지금처럼 실용적이지 않았을 것이다.

하지만 움직임 탐지 기능은 매우 헷갈리고 때로는 짜증을 유발하기도 한다. 알람이 너무 많이 울릴 경우 성가시고 시간 낭비이기도 하지만, 그렇다고 알람이 거의 없으면 또 카메라가 제대로 작동하는 것인지 의심하게 된다. 어떤 센서들은 움직임이 아닌 요소들, 예를 들어 조명의 변화에 반응하기도 한다. 게다가 틈만 나면 버튼을 눌러 알람을 꺼버리는 고양이와 강아지는 또 어쩔 것인가?

보안 카메라와 관련된 이런 문제들을 더 잘 이해하고, 문제를 해결하는 데 도움을 주기 위해 움직임 탐지 기술의 원리와 한계점을 알아봤다.

두 종류의 움직임 탐지 기술
스마트 디바이스는 광 펄스(light pulses), 온도, 무선 전파 등 다양한 기술을 활용해 움직임을 감지한다. 그러나 일반 소비자용 보안 카메라 대부분은 아래 두 가지 기술 중 하나를 사용한다.

PIR(Passive Infrared)
PIR은 모든 생명체에서 발산되는 주변 열을 탐지하는 기술이다. 때문에 PIR은 경우에 따라 열 감지(heat vision)이라고도 불린다. PIR 센서가 열을 발산하는 물체의 움직임을 탐지하거나, 혹은 이동하지 않더라도 특정 물체와 그 주변 물체간 온도 차가 심하게 나는 것을 탐지하면 카메라가 녹화를 시작하고, 동시에 사용자에게 알림을 보낸다.

막시무스 카메라 플러드라이트(Maximus Camera Floodlight)는 PIR이 탑재되어 있다. (카메라 아래의 커다란 반원형 물체다).

CV(Computer vision)
CV는 보다 넓은 범주에서 움직임을 탐지하는 것으로, 카메라의 소프트웨어가 녹화 중인 영상의 프레임을 분석해 침입이라 할 수 있을 만큼 커다란 움직임이 있는지를 살펴보는 방식이다.

CV 방식은 원하는 결과 그리고 디바이스를 설계하는 기술자들의 선호도에 따라 여러 가지 다른 방법론을 적용하게 된다. 카타리(Canary)의 소프트웨어 엔지니어링 책임자인 앤드리 캣츠맨은 “가장 쉬운 방법은 단기간 내에 픽셀에 상당한 정도의 변화가 있는지 살펴보고, 이를 장기간의 평균과 비교해 어떤 움직임이 있었다는 결론을 도출해 내는 것”이라고 설명했다.

또는, 픽셀 그룹을 추적해 방향 패턴을 식별하는 방법도 있다. 즉, 이전 프레임에서는 파란색 점이 이 위치에 있었는데, 그 다음 프레임에서는 파란색 점이 한 픽셀 왼쪽으로 이동했다고 한다면 이를 통해 어떤 물체의 움직임이 있었음을 유추해 낼 수 있다.

방법은 다르지만 기본적으로 CV 접근 방식은 동일하다. 움직임을 탐지하고 가능하면 그 움직인 물체의 형상까지 파악하는 것이다. 그런 후에 보다 고급 기술을 적용해 움직인 물체가 사람이었는지, 동물이나 탈 것, 혹은 바람에 흔들리는 나무였는지까지 식별하는 것이다. 그리고 이들 중 사용자가 가장 관심을 가지고 있는 움직임은 누구의 것인지를 파악해 해당 물체(사람이나 탈 것)가 움직일 때 이를 더욱 강조하고, 중요하지 않은 물체의 움직임(동물이나 나무 등)은 무시한다.

장점과 단점
이처럼 각각 움직임 탐지 기술은 장점과 단점이 뚜렷하다. PIR 센서는 생물체에서 발산되는 열을 탐지하기 때문에 바람에 흔들리는 커튼이나 조광량의 변화 둥 무생물의 움직임, 중요하지 않은 물체의 움직임을 CV 기반 카메라모다 잘 필터링한다.

카나리 플레스(Canary Flex) 가정용 보안 카메라는 PIR 모션 센서를 사용하기 때문에 배터리로 전력을 공급할 수 있다.

PIR는 전력 효율이 매우 좋다. 그래서 배터리로 가동되는 카메라에서 주로 사용한다. PIR 센서가 유의미한 동작을 탐지해 내기 전까지는 저전력 모드에서 영상을 녹화하지 않으며 기다리는 것이다. 그러다가 열이 탐지되면 단기간(30초짜리 영상 녹화 등) 동안만, 혹은 물체의 움직임이 사라질 때까지만 녹화 모드를 유지하게 된다.

그렇지만 PIR은 평소에 저전력 모드에서 ‘잠을 자고’ 있기 때문에, 움직임이 발생했을 때 잠에서 깨어나 녹화 모드로 전환되는 속도가 CV보다 느리다. 때문에 최초 움직임이 발생한 시점, 예를 들어, 침입자가 문으로 들어오는 순간을 녹화하지 못하게 될 가능성이 크다. 이 때가 얼굴 촬영에 가장 적합한 순간이라는 점을 생각하면, 경찰에 용의자의 얼굴 사진을 제출해야 하거나, 녹화 영상을 증거로 제출할 때 상당한 문제가 될 수 있다.

또한, 열로 움직임을 감지하는 특성상 PIR은 유리 너머의 물체를 탐지하지 못하므로, 내부에 설치된 카메라로 창문을 통해 마당까지 감시하는 것은 불가능하다.

링 플러드라이트 캠(Ring Floodlight Cam)은 매우 유연하게 움직임 탐지 영역을 설정할 수 있다.

CV 방식의 가장 큰 장점은 보다 구체적인 프레임 분석이 가능하다는 것이다. 또한, 앞서 언급했듯 안면 인식 기술과 같은 고급 기능을 적용해 움직이는 물체를 식별하는 것도 가능하다.

그렇지만 이런 기능을 활용하기 위해 필요한 알고리즘은 카메라 내에서 로컬로 가동하기에는 너무 복잡하고 무겁기 때문에, 유료 사용자만 액세스할 수 있는 클라우드 원격 서버에서 이를 처리한다. 당연한 얘기지만 이렇게 되면 카메라 비용이 매우 비싸진다.

CV 탐지 기술은 소프트웨어 알고리즘의 품질에도 영향을 받는다. 가드질라(Guardzilla)의 최고 매출 책임자인 테리 베이더는 이 때문에 CV 방식이 잘못된 보고를 할 가능성이 더 높다고 지적한다. 움직임의 주체가 누구이건 상관없이(천장에서 돌아가는 선풍기이건, 창 밖에서 흔들리는 나뭇잎이건, 혹은 실내 조명의 변화이건), 규모가 큰 움직임이 발생하면 무조건 이를 움직임으로 인식하기 때문이다.



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