CCTV 카메라의 효율적인 배치는 감시성능의 향상을 가져온다

실내공간의 안전도를 증대시키기 위해 실내공간 내에서 CCTV 카메라를 효과적으로 배치하는 방법에 관한 고찰의 내용을 살펴보고자 한다. 지하주차공간이라는 실내공간을 바닥, 기둥, 벽체, 주차면 등 그 구성요소를 정의한 후, 구축된 3차원 실내공간 내에서 입주민들의 주 이동경로를 설정한다. 해당 이동경로를 따라 이동하거나 바닥 그리드 상에 위치한 아바타 얼굴의 위치 및 방향과 주변에 설치된 CCTV 카메라와의 거리 및 각도 등 공간적인 분석과, 카메라 자체의 사양에 따른 피사체 인식 정도의 계량화를 통하여 각 CCTV 카메라의 감시성능 및 실내공간의 각 Grid 바닥의 감시안전도를 평가하는 방법을 소개하고, 이러한 방법에 기초하여 설계방법의 개선방안을 도출하는 것에 대해 소개한다.

국민들이 생활하면서 범죄에 노출되는 환경이 증가하고, 성범죄, 특수범죄 등 부녀자들 및 사회적 약자들이 불안해하는 사회적 분위기가 확산되면서 CCTV 카메라의 활용과 배치가 증가하고 있다. 옥외의 경우 각급 기초지자체별로 CCTV 카메라가 설치되지 않은 지역에 대한 예산확보 및 설치가 주된 목표라면, 지하주차장 등 실내공간의 경우 해당 실내공간의 건축주나 관리자가 CCTV 카메라를 설치하여 모니터링 및 감시체계를 구축하고 있다.

CCTV 카메라에 대한 관심은 최초에는 설치에서, 현재는 카메라의 사양 업그레이드 및 지능형 영상감시 시스템과 같이 카메라의 기능 업그레이드로 점차 옮겨가고 있다. 그러나 CCTV 카메라의 배치 결과를 평가하거나 시뮬레이션하는 것에는 관심이 적어, 카메라의 배치 설계시에는 2차원 평면 상태에서 CCTV 카메라를 배치하고 있는 실정이다. 또한 범죄가 발생한 뒤 DVR 또는 NVR 등 영상저장장치에 녹화된 영상을 토대로 수사를 진행하는 경우가 많지만, 정작 CCTV 카메라가 잘 배치되어 있지 못하여 도움을 받지 못하는 경우도 많은데, 이에 카메라의 배치에 있어서 범죄자나 보행자를 효율적으로 감시할 수 있는 효과적인 방법을 도출하는 것이 필요하다.

공공주택단지 시행사 및 시공사들은 입주민들이 안전하게 일상생활을 할 수 있도록 공공주택단지 내외에 CCTV를 설치하여 운영하고 있지만 입주민이 느끼는 안전에 대한 체감도는 부족한 실정이다.

또한 재해 또는 범죄가 발생하게 될 경우 그 대응방안은 CCTV 카메라의 설치대수를 늘리거나, 카메라 화소수를 증가시키는 등 하드웨어의 수량증가나 성능향상에 치우치고 있으며, 특히 CCTV 카메라를 배치할 경우에는 실내외를 막론하고 평면도를 기반으로 CCTV 카메라의 초점방향과 화각을 표시하여 정하는 것에 치우치고 있어 하드웨어적인 투자뿐만 아니라 소프트웨어적인 접근을 통해 CCTV 카메라의 배치 효율성 측면에도 관심을 가져야 할 시점이다. CCTV 카메라의 배치설계는 설계자의 재량에 의존적이며, CCTV 카메라 별 효율성에 대한 검토 및 CCTV 카메라가 탐지하지 못하는 영역에 대한 검증이 이루어지지 않고 있어 이에 대한

정량적인 접근이 된다면 CCTV 카메라 배치 기술이 한 단계 업그레이드 되어 시민들의 안전도 향상에 일조할 수 있다.

3D 실내공간정보의 구축 및 보행자 이동경로 설정

아파트 지하주차장을 대상으로 한다면, 기본적으로 감시안전도 분석을 위해서는 바닥, 기둥, 벽체 및 주차면으로 지하주차장의 3D 실내공간정보 구성요소를 정의할 필요가 있다. 3D 실내공간정보가 구축되고 CCTV 카메라가 기존 방식대로 배치되면 일반 보행자의 동선을 설정한다. 아파트 지하주차장의 경우 동별 거주자의 주차구역이 일반적으로 해당 동 출입구 인근으로 정해져 있으므로, 각 동 출입구당 3~4개의 이동경로를 설정한다.

감시성능 3D 평가기법

사람형상의 아바타를 설정된 이동경로를 따라 일정 간격(1m)으로 이동시키면서 기 배치된 CCTV 카메라들이 이 아바타를 어느 정도 감시할 수 있는지를 평가하는 관찰점수를 도출한다. CCTV 카메라 별 감시성능 평가시 아바타와 CCTV 카메라와의 거리 뿐만 아니라 아바타 얼굴인식을 위한 각도 등을 고려하여 계량화함으로써 3D 공간분석을 수행할 수 있다.

위와 같은 경우를 가정하면, CCTV 카메라의 CCD 크기, CCD 화소, 초점거리를 카메라의 사양 데이터로 하고, 3차원 가상공간 상에서 카메라렌즈중심(optical center)에서 아바타 얼굴중심까지의 거리와 카메라 감시방향선 벡터와 아바타 얼굴 정면 벡터와의 각도를 계산할 수 있다. 이 각도는 cosine 관계로 적용된다. 즉 얼굴이 카메라와 90°의 각을 이루는 경우 카메라에서 얼굴은 보이지 않는 것이다. 또한 아는 사람의 식별을 위해서는 통상 1ft에 40 픽셀, 모르는 사람의 식별을 위해서는 80 픽셀이 필요하다고 알려져 있다. 아바타를 이동경로 상에서 이동시킬 때마다 배치된 카메라의 감시성능 점수를 계산하고 이를 합산하면, 카메라 별 감시성능점수를 도출할 수 있으며, 감시성능점수가 낮은 카메라의 경우 위치를 이동시키거나 감시의 수평방향과 수직방향을 조정하여 재배치할 수 있다.

적용사례

적용을 위해 선정한 OO 아파트의 지하주차장은 279대의 주차대수를 포함한 지하1층의 실내주차장으로서 계단실 3개가 있다. 입주민들은 계단실을 이용하여 지상1층으로 나갈 수 있으며 차량이 진출입하는 램프 1개소가 있다.

현장 내 모든 카메라(27개소)에 대해서 촬영하고 조사한 결과 평면각도와 수직각도 모두 카메라별로 다양한 값을 가지고 있음을 확인할 수 있었다. 수직각도는 일반적으로 준공도서에서조차 표기되지 않는데 카메라 설치자의 임의대로 시공되어 있으며 14.5°~30°내의 값들을 가지고 있었다.

해당 지하주차장 시방서에 의하면, 촬영소자, 유효화소수, 해상도를 일정 값 이상으로 요구하고 있다. 또한 초점거리는 고정식 카메라의 경우 3.5~8 mm를, 피사각도는 수평 40° ~ 65° 를 요구한다. 이에 본 사례에서는 1/3" CCD의 유효화면 치수 가로 4.8mm, 세로 3.6mm를 적용하고, 초점거리는 8mm를 적용하였다. 이때 피사각도는 56°로 계산된다. 유효해상도는 680X480 으로 적용하였다.

주요이동경로에 따른 탐지 성능 분석결과

각 계단실(A, B, C) 별로 3~4개의 대표 경로를 설정하였다. 그 경로의 이름은 각각 A-1, A-2, A-3, A-4, B-1, B-2, B-3, B-4, C-1, C-2, C-3으로 한다.

경로를 따라 아바타를 1m 간격으로 이동시키며 감시성능 3D 평가기법을 적용한다. 아래는 분석결과를 표로 정리한 것이다.

이상의 분석결과들에 의해 계단실 앞에 위치한 카메라들의 감시활용도가 높으며, 차량에서 계단실로 이동하는 방향(out)보다 계단실에서 차량으로 이동하는 방향(in)의 감시가 잘되고 있음을 알 수 있다. 그러나 일반적으로 입주민들의 출/퇴근 시간을 감안한다면 계단실에서 차량으로 이동하는 쪽은 출근, 즉 범죄가 많이 발생하지 않는 오전 시간대가 많고, 차량에서 계단실로 이동하는 쪽은 퇴근, 즉 범죄 발생 빈도가 높은 밤 시간대가 많으므로, 카메라의 방향에 대한 고려가 필요한 부분이라고 판단된다.

바닥 감시안전도 분석결과

바닥 감시안전도는 바닥을 1.5m 의 정방형 Grid로 분할하고, 해당 Grid에 바닥 자체, 차량, 사람 세 가지 객체에 대한 주변 카메라의 감시성능 평가결과의 합계를 도출함으로써 분석하였다. 아래 그림과 같이 감시안전도 값과 바닥, 번호판, 사람 등 Grid 면 위에 놓아진 객체의 종류에 따라 범례를 구분하였다.

바닥 자체의 감시안전도 분석결과로 시각화된 모습을 보면 군데 군데 감시안전도가 0인 바닥면을 많이 볼 수 있다. 이것은 카메라가 바닥을 효율적으로 감시하기 위해 배치되지 못했다는 것을 나타낸다.

CCTV 카메라 탐지 문제점 및 개선방안의 도출

현재는 평면도 상에서 CCTV 카메라를 배치시키고 있다. 우선 지하주차장의 차량 입출구 및 이용자 출입구에 카메라를 설치한 후 내부에는 구조에 따라 카메라의 피사각도를 고려하여 사각지대가 발생하지 않도록 적절히 배치한다. 이때 정해진 기준은 없으며 유효감시거리와 피사각도에 대한 적절한 값을 제시하여 카메라마다.

부채꼴 형태의 감시영역을 도형화한 뒤 이 도형들을 평면도상에서 배치하는 방식이 일반적이다. 이러한 기존 방식의 문제점은, 첫째, 수직각도에 대한 가이드가 없어 카메라마다 다양한 수직각도로 설치되고 있고 이에 따라 바닥의 감시안전도가 낮아지고 있으며, 둘째, 주차장 기준으로 들어오는 방향과 나가는 방향에 대한 고려가 없이 카메라의 방향이 정해져 있어 나가는 방향이 주 감시방향이 되지 못하고 있으며, 셋째, 카메라의 간격이 적절하지 않다는 점이며, 이에 의한 결과로 감시안전도가 낮아지고 있다.

개선 전략은 다음과 같이 세 가지로 제시한다.

전략 1 (각도). 수직각도가 23°가 넘는 카메라들은 15~20°로 한다.

전략 2 (in/out). in (계단실에서 차량으로) 보다는 out (차량에서 계단실로) 방향을 감시할 수 있는 카메라 수를 많게 한다. (단, 계단실 앞 카메라는 기존안대로)

전략 3 (간격). 바닥 감시면적을 최대한 넓히도록 카메라의 간격을 재배치 한다.

상기 전략에 따라 개선안을 도출하면 다음과 같이 전반적으로 약 30% 내외의 바닥 감시안전도가 상승한 것을 알 수 있었다.

CCTV 카메라 설계기준의 개선방안

일반적으로 유효감시거리 30m 이내의 피사체는 동일하게 감시되는 것으로 가정하는 경우가 많지만, 같이 바닥, 번호판, 사람은 그 크기, 위치, 방향이 다르므로 30m 이내에서도 감시정도에 있어 차이를 보일 수밖에 없다.

특히 사람의 경우 키 때문에 유효감시가 가능한 면적이 일반적인 추측보다 매우 적은 것으로 파악되었다. 또한 피사각도를 일정한 값으로 정하는 것보다는 CCD의 크기를 유효크기로 적용하였으므로 초점거리에 따라 피사각이 결정되도록 하는 것이 보다 합리적일 것이다.

또한 수직각도에 대한 가이드가 없어 현장에서는 설치자의 개인적인 습관이나 판단에 따라 매우 다양한 수직각도로 설치되고 있다. 경로에 대한 감시성능평가, 바닥자체, 자동차 번호판, 사람에 의한 바닥 감시안전도 평가결과를 분석해보면 카메라의 수직각도는 15~20° 사이로 설정되는 것이 바람직하다고 판단된다. 여기에서는 23°이상의 수직각도를 보이는 카메라들의 수직각도를 18.5°로 재설정하여 적용하였다. 이를 결과물을 반영하여 CCTV 배치설계기준을 제안하면 다음 표와 같다.

지하주차장이라는 실내공간을 대상으로 하여 실내공간정보의 구성요소를 정의하고 구축하였으며, CCTV 카메라를 배치하였다. 또한 CCTV 카메라에 의한 공간탐지 효율성을 3차원적인 공간분석을 토대로 계산하는 방법을 개발하고, 이용자의 주요경로에 따라 설치된(설계된) CCTV 카메라가 사람을 인지/인식/식별할 수 있는 정도를 정량화하여 특정 경로가 탐지되고 있는 정도를 파악하였다. 또한 주차장 바닥을 일정간격의 Grid로 분할하고, 해당 Grid 바닥자체, 자동차 번호판, 사람을 각각 객체로 하여 CCTV 카메라에 의한 감시점수를 정량화함으로써 결과적으로 바닥 감시안전도를 평가하였다. 이에 따라 CCTV 카메라의 수직각도의 적정범위가 15~25° 임을 알게 되었고, 주차장에서 외부로 나가는 방향 또는 외부에서 주차장으로 들어오는 방향 등 방향에 따른 감시안전도를 적절히 배분하기 위한 CCTV 카메라의 위치와 방향을 설정하는 것이 필요함을, 그리고 탐지영역의 최대화를 위한 CCTV 카메라의 배치 간격의 적정성이 필요함을 알게 되었으며, 이를 실제사례에 적용하여 약 30%의 감시안전도를 향상시킬 수 있었다. 또한 현 CCTV 카메라 설계기준을 분석하고 감시 효율화의 개선방안을 도출하여 관련된 설계기준의 개정안을 수립, 제시하였다.

이러한 기법은 공간정보와 융복합한 CCTV 카메라 배치 평가 시뮬레이션이라고 할 수 있겠다. 그리고 이 기법은 CPTED (범죄환경예방설계) 설계기법의 구체적인 사례로 활용될 수 있다. 공간정보적인 관점에서 볼 때, 최근 지하공간의 활용도가 커지면서 지하 주차장의 규모나 통로의 방향 등이 복잡해지고 있어 보다 정량적인 접근이 필요한 상황이 도래하였다. 이에 Software적인 접근을 통해 CCTV의 활용도를 증가시킬 수 있다면, 동일한 예산으로 국민들의 안전향상에 더욱 기여할 수 있을 것이다.

코아텍 김성모 대표