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본 기고에서는 2010년 Srimuk 등에 의해 연구된 CCTV 환경에서 영상 내의 다양한 객체들에 대한 프라이버시를 제공하는 방법으로 응용 가능한 DWDM 파장 개선을 활용한 CCTV 보안 카메라 시스템에 관해 소개한다.
DWDM 파장 개선?
제안된 고밀도 파장 분할 다중화(DWDM, dense wavelength division multiplexing) 파장 개선을 사용한 CCTV 보안 카메라 시스템은 채널 용량(channel capacity) 증가 및 보안성 강화를 제공할 수 있다. 즉 채널 수의 증가를 통해 파장 밀도(wavelength density)의 증가를 가져오게 하는 반면에 보안성(security)은 관리자에 의해 운영 되어지는 특정 파장 필터(wavelength filter)에 의해 강화되어 진다. 이로 인해 제안된 시스템은 프라이버시(privacy) 제공이 필요한 다양한 유무선 시스템 통신 링크 환경에 응용 및 활용되어 질 수 있는 장점을 가진다.
제안된 시스템에서 영상 내에 존재하는 사람에 대한 프라이버시 제공은 필터(filter)로 명명되는 알려진 코드로 제공할 수 있다. 먼저 마이크로링 공진기 시스템(microring resonator system) 내의 가우시언 펄스 전파지연(gaussian pulse propagating)을 사용하여 다파장 소스들(multi wavelength sources)을 생성한다.
가우시언 솔리톤(gaussian soliton)은 빛 조사 분야에 아주 유용한 툴로 사용되고 있다. 광학 솔리톤은 공진기 비선형 마이크로링 내에서 증식할 때 광학 대역폭을 확대할 수 있는 강력한 레이저 펄스 역할을 한다. 밝거나 어두운 솔리톤과 같은 자기위상 변조(SPM, self-phase modulation) 솔리톤 펄스의 중첩은 큰 출력 전력을 생성할 수 있다.
제안된 시스템에서 단색 광원으로부터의 빛은 감쇄(α) 주기와 상(f0) 상수의 조합인 일정한 광 필드 진폭(E0)과 무작위 위상 변조(random phase modulation)와 함께 링 공진기(ring resonator)에서 시작된다. 펌핑 주기가 없는 시간에 의존하는 입력 광 필드(Ein)는 아래 수식 (1)과 같이 표현된다.
수식에서 L은 전파 지연 거리(도파관의 길이)를 의미한다.
공진기 광학 링의 비선형성은 Kerr-타입으로 가정하였을 때 굴절률은 아래 수식 (2)와 같다.
수식에서 n0와 n2는 각각 선형 및 비선형 굴절률을 의미한다. I와 P는 각각 광 세기와 광 파워를 의미한다. 장치의 효과적인 모드 코어 영역은 Aeff로 주어진다. 마이크로링(microring)과 나노링(nanoring) 공명기의 경우 효과적인 모드 코어 영역은 0.10에서 0.50㎛2 범위를 가진다.
가우스 펄스가 입력되고 공진기 광섬유 링 내에서 증식하게 되면 공진 출력이 형성된다. 따라서 광 필드의 표준 출력은 각 왕복 과정에서의 출력 및 입력 필드(Eout(t)와 Ein(t)) 사이의 비율로 아래 수식 (3)과 같이 표현되어 진다.
카오스 노이즈로부터 신호를 검색하기 위해, 제안된 시스템에서는 적절한 매개 변수와 함께 추가/드롭(add/drop) 장치를 사용하고 있다. 링 공진기 추가/드롭 필터의 광 출력은 수식 (4)와 (5)에 의해 주어진다.
수식에서 Et와 Ed는 각각 처리량 광 필드와 드롭 포트 광 필드를 의미한다.
DWDM 파장 개선을 활용한 CCTV 보안 시스템 기법?
[그림 1]에서 일차적으로 빛의 파동은 이산 신호로 분해되며 첫 번째 링에서 증폭된다. 여기에서 더 많은 신호 증폭은 작은 링 장치(두 번째와 세 번째 링)를 사용하여 얻을 수 있다. 더 필요한 신호들은 추가/드롭 필터의 드롭 포트를 통해 얻을 수 있다.
[그림 1]의 CCTV 시스템을 통해 확장 광원의 파장은 일반적인 공개 네트워크 환경에서 DWDM을 위해 사용될 수 있다. 높은 채널 용량은 FSR 변경과 근접 파장 대역 및 적외선 파장 대역과 같은 보다 많은 가용 파장 대역을 얻을 수 있다. 생성된 신호는 CCTV 카메라와 컴퓨터 서버에서 영상 변환을 형성하는 데 사용할 수 있는 변조된 캐리어로 사용할 수 있다. 반면에 동기식 링크는 참조 신호에 의해 수행할 수 있다. 따라서 특정 파장에서 필요한 영상은 중앙 컨트롤러에서 확인할 수 있으며, 새로운 사용 가능한 파장 대역은 새로운 멀티 레이어 프로토콜을 형성하는 데 사용할 수 있다. 따라서 더 많은 통신 능력을 수행할 수 있다.
이로 인해 사람에 대한 프라이버시 보장은 CCTV가 동작할 때 제공돼 질 수 있다. 즉 중요한 영상은 중앙 제어기인 컴퓨터 서버를 통해 권한이 부여된 사람만 볼 수 있게 된다.
<다음호에서는 영상 감시 시스템 내의 프라이버시 보호를 위한 구글 스트리트 뷰 서비상에서의 얼굴 블러닝(Face-blurring) 기법에 관해 살펴보도록 하겠다.>
[참고문헌]
[1] Polthep Srimuk 등. "Novel CCTV security camera system using DWDM wavelength enhancement", Procedia Social and Behavioral Sciences 2 (2010) 79-83.
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