영상인식 및 동작감지센서를 이용한 화재감지 시스템 및 그 방법
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영상인식 및 동작감지센서를 이용한 화재감지 시스템 및 그 방법
  • CCTV뉴스
  • 승인 2011.12.29 00:00
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출 원 인  목원대학교 산학협력단, ㈜텔트론 
발 명 자  이재진, 강희조, 김지웅
공개번호  10-2011-0129117
공개일자  2011년 12월 01일


본 발명은 영상이미지의 획득에 의한 영상인식 및 동작감지센서를 이용한 화재감지 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 영상 캡처를 통해 영상이미지를 획득하는 제 1단계; 상기 제 1단계에서 얻어진 영상이미지에서 움직이는 영역 이미지를 검출해내는 제 2단계; 상기 제 2단계를 통해 검출된 움직이는 영역 이미지가 움직이는 형태로서 화재영역 이미지인지 여부를 판별하는 제 3단계; 상기 제 3단계에서 움직이는 영역 이미지가 화재영역 이미지로 판별된 경우 사람이나 물체의 움직임에 반응하는 동작감지센서가 반응하는지 여부를 더 수행하여 검증하는 제 4단계; 상기 제 4단계의 검증과정을 통해 동작감지센서가 반응하지 않는 경우 움직이는 영역 이미지를 화재영역 이미지로 판단하고 이미지의 패턴에 의한 모델분석과 함께 화재경보를 발생시키는 제 5단계를 포함하는 영상인식 및 동작감지센서를 이용한 화재감지방법을 특징으로 하며, 이를 구현하기 위한 카메라 및 동작감지센서를 포함하는 화재감지시스템을 제안한다.

특허청구의 범위
청구항 1
설치주변 환경을 촬영하여 영상을 제공하기 위한 카메라;상기 카메라로부터 제공된 영상으로부터 화재요인이 인식되는 경우 화재검출여부에 대하여 재인식 및 검증수단으로 사용하기 위한 동작감지센서; 상기 카메라 및 동작감지센서의 출력신호를 입력받으며 상기 카메라로부터 입력되는 영상을 캡처하되 움직이는 영역의 이미지를 검출하여 화재요인에 해당하는 영상인지 판별하는데 사용하기 위한 영상인식부; 상기 영상인식부를 통해 검출된 움직이는 영역 이미지가 화재영역 이미지인지 여부를 판별함과 더불어 동작감지센서가 반응하는지 여부를 판별하여 이를 연산하며 그 연산처리에 따라 화재영역 이미지에 대한 패턴 분석 및 화재경보 발생을 신호처리하기 위한 연산신호처리부; 상기 카메라와 외부 입력장치로부터 입력되는 영상을 모니터링 및 화재 영상을 모니터링하기 위한 디스플레이부; 상기 연산신호처리부의 신호처리에 따라 화재발생을 경보하기 위한 경보발생부를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상인식 및 동작감지센서를 이용한 화재감지시스템.

청구항 2
제 1항에 있어서,
상기 동작감지센서는 ISM 밴드대역의 주파수 10.525GHz를 사용하여 화재감지의 재인식 및 검증에 대한 정확도를 높일 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 영상인식 및 동작감지센서를 이용한 화재감지시스템.

청구항 3
제 1항에 있어서,
상기 화재감지시스템은 화재경보장치나 침입감지장치, 이들을 겸하는 화재경보 및 침입감지장치 또는 화염분석감지장치로 활용할 수 있는 것을 특징으로 하는 영상인식 및 동작감지센서를 이용한 화재감지시스템.

청구항 4
영상 캡처를 통해 영상이미지를 획득하는 제 1단계; 상기 제1단계에서 얻어진 영상이미지에서 움직이는 영역 이미지를 검출해내는 제 2단계; 상기 제 2단계를 통해 검출된 움직이는 영역 이미지가 움직이는 형태로서 화재영역 이미지인지 여부를 판별하는 제 3단계;상기 제 3단계에서 움직이는 영역 이미지가 화재영역 이미지로 판별된 경우 사람이나 물체의 움직임에 반응하는 동작감지센서가 반응하는지 여부를 더 수행하여 검증하는 제 4단계; 상기 제 4단계의 검증과정을 통해 동작감지센서가 반응하지 않는 경우 움직이는 영역 이미지를 화재영역 이미지로 판단하고 이미지의 패턴에 의한 모델분석과 함께 화재경보를 발생시키는 제 5단계를 포함하는 것을 특징으로하는 영상인식 및 동작감지센서를 이용한 화재감지방법.

청구항 5
제 4항에 있어서, 상기 영상이미지를 획득하는 제 1단계에서는 영상이 디스플레이되지 않도록 제어하되 상기 제 4단계의 검증과정에서 동작감지센서가 반응할 때까지 영상이 지속적으로 디스플레이되지 않도록 제어하며, 상기 제 4단계의 검증과정에서 동작감지센서가 반응하지 않는 경우 화재 영상을 디스플레이하여 모니터링할 수 있도록 전환 제어하는 것을 특징으로 하는 영상인식 및 동작감지센서를 이용한 화재감지방법.

청구항 6
제 4 항에 있어서, 상기 제 4단계의 검증과정에 있어 동작감지센서가 반응하는 경우 침입보안을 위해 사용되었을 때에는 영상이 디스플레이되도록 전환 제어되는 것을 특징으로 하는 영상인식 및 동작감지센서를 이용한 화재감지방법.


명 세 서
기 술 분 야
본 발명은 화재의 감지 및 검출을 위한 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 [0001] 상세하게는 영상 입력을 통해 화염이나 연기의 패턴을 분석하여 화재여부를 인식함과 더불어 동작감지센서의 반응신호를 함께 입력받아 화재여부의 재인식수단으로 활용하여 오인식률을 낮추고 화재감지의 정확성을 높일 수 있는 영상인식 및 동작감지센서를 이용한 화재감지 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

배 경 기 술
일반적으로 화재를 감지하는 방법으로는 연기감지센서와 열감지센서, 화염감지센서 등을 이용하고 있는데, 이중에서 화염감지센서가 연기감지센서 및 열감지센서에 비해 화재 감지능력이 좋으나 이는 개인 프라이버시 문제가 발생되는 문제점으로 일반 가정이나 개인 사무실 등에 장착하기 어려운 문제점이 있는 등 설치상 제약이 뒤따르고 있으며, 이러한 센서를 이용한 화재 감지방식의 경우에는 일선 현장 등에서 오인(誤認) 검출이 빈번히 발생하는 문제점이 노출되고 있고, 이로 인해 소방인력이 무분별하게 출동함에 따라 시간, 인적 및 경제적 자원의 낭비가 발생되고 있다. 또한, 화재발생이 대형 재난으로 이어지는 경우는 초기 화재발생경보를 경시하는 풍조에서 발생되는 경우가 대부분이며, 이러한 대형재난의 단초는 현장에 설치되는 화재감지기의 불완전함에 기인되는 것으로 보고되고 있다.
한편, CCTV용 감시시스템이 적용되어 운용되고 있으나, 이는 간단히 연기센서만을 이용한 감시시스템을 갖는 것으로서 초기 화재감지의 어려움이 있을 뿐만 아니라 화재의 규모를 파악하기 어려운 문제점을 안고 있다.

발명의 내용
해결하려는 과제
본 발명의 목적은 영상 입력을 통해 화염이나 연기의 패턴을 분석하여 화재여부를 인식함과 더불어 동작감지센서의 반응신호를 함께 입력받아 화재여부의 재인식수단으로 활용하여 오인식률을 낮추고 화재감지의 정확성을 높일 수 있도록 한 영상인식 및 동작감지센서를 이용한 화재감지 시스템 및 그 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 목적은 자동으로 화재를 감지하는 한편 자동으로 디스플레이 화면과 알람을 통해 화재발생을 알려줄 수 있도록 하며, 종래에 비해 오인식률을 낮출 수 있도록 하고 영상 화재감시뿐만 아니라 침입방지를 위한 보안감시를 더불어 수행하게 함으로써 시스템 절감과 운용효율을 높일 수 있도록 한 영상인식 및 동작감지센서를 이용한 화재감지 시스템 및 그 방법을 제공함에 있다.
본 발명은 감시화면의 디스플레이를 진행하지 않는 상태에서 영상으로부터 화염이나 연기를 캡처하여 얻어내고 동작감지센서의 감지여부에 따라 화재로 인식되는 경우에만 화면 디스플레이가 이루어지도록 하여 일반 가정이나 개인 사무실에도 무난하게 설치하여 사용할 수 있도록 하는 등 설치공간 및 적용범위를 확장 할 수 있도록한 영상인식 및 동작감지센서를 이용한 화재감지 시스템 및 그 방법을 제공함에 있다.

과제의 해결 수단
본 발명에 따른 영상인식 및 이용한 화재감지 시스템은, 설치주변 환경을 촬영하여 영상을 제공하기 위한 카메라; 상기 카메라로부터 제공된 영상으로부터 화재요인이 인식되는 경우 화재검출여부에 대하여 재인식 및 검증수단으로 사용하기 위한 동작감지센서;
상기 카메라 및 동작감지센서의 출력신호를 입력받으며 상기 카메라로부터 입력되는 영상을 캡처하되 움직이는 영역의 이미지를 검출하여 화재요인에 해당하는 영상인지 판별하는데 사용하기 위한 영상인식부; 상기 카메라를 통해 촬영되는 영상을 저장 및 상기 영상인식부를 통해 검출되는 움직이는 영역 이미지를 저장하기 위한 메모리부; 상기 영상인식부를 통해 검출된 움직이는 영역 이미지가 화재영역 이미지인지 여부를 판별함과 더불어 동작감지센서가 반응하는지 여부를 판별하여 이를 연산하며 그 연산처리에 따라 화재영역 이미지에 대한 패턴 분석 및 화재경보 발생을 신호처리하기 위한 연산신호처리부;
상기 카메라와 외부 입력장치로부터 입력되는 영상을 모니터링하고 화재 영상을 모니터링하기 위한 디스플레이부;
상기 연산신호처리부의 신호처리에 따라 화재발생을 경보하기 위한 경보발생부를 포함하는 것을 그 기술적 구성상의 기본 특징으로 한다.
본 발명에 따른 영상인식 및 동작감지센서를 이용한 화재감지 방법은, 영상 캡쳐를 통해 영상이미지를 획득하는 제 1단계; 상기 제 1단계에서 얻어진 영상이미지에서 움직이는 영역 이미지를 검출해내는 제 2단계;
상기 제 2단계를 통해 검출된 움직이는 영역 이미지가 움직이는 형태로서 화재영역 이미지인지 여부를 판별하는 제 3단계; 상기 제 3단계에서 움직이는 영역 이미지가 화재영역 이미지로 판별된 경우 사람이나 물체의 움직임에 반응하는 동작감지센서가 반응하는지 여부를 더 수행하여 검증하는 제 4단계; 상기 제 4단계의 검증과정을 통해 동작감지센서가 반응하지 않는 경우 움직이는 영역 이미지를 화재영역 이미지로 판단하고 이미지의 패턴에 의한 모델분석과 함께 화재경보를 발생시키는 제 5단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.



발명의 효과
본 발명은 위험 상황 인지 후 디스플레이 화면을 통한 상황 판단이 가능하므로 잘못된 대응 및 조치를 배제하여 가장 적절한 화재여부를 모니터링할 수 있으며, 화재여부 판단 및 검증수단을 제공하므로 영상에 의한 화재감지시스템에 있어 화재감지의 정확성을 크게 높일 수 있고 오인식률을 낮출 수 있으며, 프라이버시 공간 등에 설치할 수 있어 적용범위를 확대할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 영상 화재감시뿐만 아니라 침입방지를 위한 보안 감시 및 화염 분석 및 감지에도 활용할 수 있게 되어 시스템 절감과 더불어 화재감지에 따른 설비운용효율을 극대화를 도모할 수 있으며, 조기 화재검출에 따른 재산 및 인명 피해도 크게 줄일 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 재난현장뿐만 아니라, 일반 건설, 중공업과 같은 사업장에서도 위험 작업자 및 자재, 물류관리에도 적용할 수 있는 기술로서 응용범위를 확대 및 기타 산업분야에서의 활용이 가능한 효과가 있다.



발명을 실시하기 위한 구체적인 내용

본 발명에 대해 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 [0026] 같으며, 이와 같은 상세한 설명을 통해서 본 발명의 특징들을 보다 더 이해할 수 있게 될 것이다.
본 발명의 실시예에 의한 영상인식 및 동작감지센서를 이용한 화재감지시스템은 도 1을 참조하여 설명하면, 설치주변 환경을 촬영하여 영상을 제공하기 위한 카메라(110)와, 카메라(110)로부터 제공된 영상으로부터 화재요인이 인식되는 경우 화재검출여부에 대하여 재인식 및 검증수단으로 사용하기 위한 동작감지센서(120)와, 카메라(110) 및 동작감지센서(120)의 출력신호를 입력받으며 카메라(110)로부터 입력되는 영상을 캡쳐하되 움직이는 영역의 이미지를 검출하여 화재요인에 해당하는 영상인지 판별하는데 사용하기 위한 영상인식부(130)와, 카메라(110)를 통해 촬영되는 영상을 저장 및 영상인식부(130)를 통해 검출되는 움직이는 영역 이미지 등의 각종 데이터를 저장하기 위한 메모리부(140)와, 영상인식부(130)를 통해 검출된 움직이는 영역 이미지가 화재영역 이미지인지 여부를 판별함과 더불어 동작감지센서(120)가 반응하는지 여부를 판별하여 이를 연산하며 그 연산처리에 따라 화재영역 이미지에 대한 패턴 분석 및 화재경보 발생을 신호처리하기 위한 연산신호처리부(150)와, 카메라(110)와 외부입력장치(180)로부터 입력되는 영상을 모니터링 및 화재 영상을 모니터링하기 위한 디스플레이부(160)와 연산신호처리부(150)의 신호처리에 따라 화재발생을 경보하기 위한 경보발생부(170)를 포함하는 구성으로 이루어진다.
카메라(110)는 360도 회전이 가능한 팬 틸트 카메라나 입체적 영상획득이 가능한 스테레오스코픽(stereoscopic)방식의 카메라를 적용함이 바람직할 것이며, 이때 구비되는 카메라(110)는 PTZ(Pan/Tilt/Zoom) 위치제어가 가능하도록 구성함으로써 이동하는 화재영역에 대해 보다 용이하면서도 정밀한 영상 촬영을 수행하도록 구성될 수 있다. 그리고, 카메라(110)로서 CCTV카메라를 적용할 수 있음은 물론이다. 또한, 카메라(110)에는 LED를 조명수단으로 장착한 구성을 갖도록 하여 어두운 곳에서도 용이한 촬영 및 영상획득이 가능하도록 구성할 수 있다.
동작감지센서(120)는 사람 또는 물체의 움직임이 있을 때만 반응신호를 출력하는 센서[사람 또는 물체는 그 크기 및 부피의 변화는 없고 움직임만 있으므로 일정한 크기 또는 부피를 가지면서 움직임만 있는 경우 반응신호를 출력하는 센서]로서 화염이나 연기에는 반응하지 않게 하며, 화재감지의 재인식 및 검증 효율과 함께 정확도를 높이기 위해 ISM 밴드대역의 주파수 10.525GHz를 사용하는 RF 동작감지센서를 적용함이 바람직할 것이다.
경보발생부(170)는 알람이나 부저 또는 음성경보 등 다양한 유형으로 구성될 수 있다 할 것이다.
외부입력장치(180)는 카메라(110)가 촬영하는 영상신호 이외의 별도 영상신호를 보내는 장치로서 CCTV카메라 등을 일 예로 들 수 있다.
상술한 구성으로 이루어진 본 발명에 의한 화재감지시스템은 화재경보장치나 침입감지장치, 이들을 겸하는 화재경보 및 침입감지장치, 화염분석감지장치 등으로 활용될 수 있는데, 본 발명에 의한 영상인식 및 동작감지센서를 이용한 화재감지시스템의 작용 및 화재감지방법을 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
PTZ(Pan/Tilt/Zoom) 위치 제어되는 카메라(110)와 동작감지센서(120)를 모두 ON시킨 상태에 카메라(110)로 촬영하여 영상을 획득한다(S1).
이때, 카메라(110)로 영상을 획득하는 단계에서는 디스플레이부(160)를 통해 영상이 디스플레이 되지 않도록 제어함이 바람직한데, 이는 일반 가정이나 개인 사무실에 장착시 개인 프라이버시 문제발생을 차단 및 설치상 제약을 없앨 수 있도록 하기 위함이다.
카메라(110)로부터 촬영된 영상은 실시간으로 영상 인식부(130)로 전송되는데, 영상 인식부(130)에서는 영상 캡처를 통해 영상 이미지를 획득하되 위치제어에 의해 360도 방향의 영상이 전송되므로 파노라마 영상으로 펼치는 작업을 수행하여 영상 이미지의 해상도를 높이면서 정확하게 영상을 인식할 수 있도록 하며, 이때 화재영역은 화재물질이나 대기순환 및 바람 등에 따라 가변적으로 변화하게 되므로 움직임 영역을 갖는 영상 이미지를 검출해낸다(S2).
여기서, 카메라(110)를 통해 촬영되는 영상과 영상 인식부(130)를 통해 캡처되는 영상 이미지 및 영상 이미지 중에서 검출되는 움직이는 영역의 이미지는 메모리부(140)에 분류 저장 되어진다.
영상 인식부(130)를 통해 검출된 움직이는 영역 이미지는 연산 신호 처리부(150)[0039] 측으로 입력되고, 이 연산 신호 처리부(150)에서는 검출된 움직이는 영역 이미지가 정말로 움직이는 형태이고 화재영역 이미지인지 여부를 판별하게 된다[화재가 발생될 경우 화염의 크기, 면적 및 부피 등이 점점 커지거나 작아지면서 움직임이 포착되므로 이에 대한 차이로서 화재영역 이미지인지의 여부를 판별하게 된다](S3).
이와 더불어 연산 신호 처리부(150)에서는 움직이는 영역 이미지가 화재영역 이미지로 판별된 경우 동작감지센서(120)가 반응하는지 여부를 더 수행함으로써 화재감지를 검증하게 한다[동작감지센서(120)는 사람 또는 물체는 그 크기 및 부피의 변화는 없고 움직임만 있으므로 일정한 크기 또는 부피를 가지면서 움직임만 있을 경우 감지한다](S4).
연산신호처리부(150)에서는 동작감지센서(120)가 반응하지 않으면 움직이는 영역 이미지를 화재영역 이미지로 판별하게 되고, 동작감지센서(120)가 반응하면 움직이는 영역 이미지가 화재영역 이미지가 아닌 것으로 판별하여 제 1단계(S1)에서부터 다시 수행되게 한다[사람 또는 물체는 그 크기 및 부피의 변화는 없고 움직임만 있으므로 일정한 크기 또는 부피를 가지면서 움직임만 있을 경우 동작감지센서(120)가 작동되는 반면 화재가 발생될 경우 화염의 크기, 면적 및 부피 등이 점점 커지거나 작아지면서 움직임이 포착되므로 이에 대한 차이로서 화재영역 이미지인지의 여부를 판별하게 된다].

여기서, 동작감지센서(120)가 반응하게 되면 비화재의 판단으로 디스플레이를 지속적으로 수행하지 않게 하며, 침입보안장치로 사용되었을 경우에는 디스플레이부(160)에 카메라(110)를 통해 촬영되는 영상이 디스플레이되게 한다.

연산신호처리부(150)에서는 동작감지센서(120)가 반응하지 않는 경우 화재영역 이미지로 판별된 영상 이미지에 대해 기존 모델과의 비교 및 확률분포를 통한 연산처리를 수행하여 화재발생형태가 화염인지 연기인지 이미지의 패턴에 의한 모델분석을 행하고 화재영역 이미지에 대해 화염 또는 연기를 확인 및 경보발생부(170)에 신호를 주어 화재경보를 발생되게 한다(S5).
이때, 동작감지센서(120)가 반응하지 않으면 디스플레이부(160)를 통해 영상을 디스플레이함으로써 화재 영상을 모니터링할 수 있게 하며, 모델분석 데이터는 메모리부(140)에 저장되게 한다.

여기서, 영상 이미지의 모델분석 및 모니터링을 통해 화재형태 및 화재원인을 체크할 수 있다 할 것이다.



<본 자료는 특허청에서 2011년 12월 1일 공개 공보된 자료임을 알려드립니다.>


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