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감시용 카메라의 촬영 위치 확인 장치

CCTV뉴스l승인2009.11.04 00:00:00

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종래의 스테핑 모터, DC 모터, BLDC 모터 또는 AC 모터 등을 사용하는 감시용 카메라의 경우 외부의 진동이나 바람 등에 의하여 모터가 탈조되어, 감시용 카메라의 위치 확인시 오차가 발생하거나, 정밀한 위치 제어를 위해서는 값이 비싼 고해상도의 엔코더를 사용해야 한다는 문제점이 있다. 이에 카메라의 종류 또는 팬/틸트 구동 장치의 종류에 관계없이 감시용 카메라의 촬영 위치를 확인할 수 있는 (주)코웰테크의 감시용 카메라의 촬영 위치 확인 장치에 대해 소개하고자 한다.

감시용 카메라의 촬영 위치 확인 장치는 감시 영역의 영상을 획득하기 위한 카메라에 좌·우로 패닝하거나 상·하로 틸팅시키기 위한 팬/틸트 구동 장치를 부착하고, 팬/틸트 구동 장치에 의해 카메라가 이동함에 따라, 카메라의 후면에 돌출되어 부착된 탐침자가 카메라의 후면에 위치해 탐침자와 접촉을 유지하도록 형성된 저항막이 도포된 반구형의 센서 기판과 접촉하여, 센서 기판과 탐침자의 접촉에 의한 저항값의 변화를 인식하여 탐침자의 위치 좌표를 구하고, 탐침자의 위치 좌표를 다시 감시용 카메라의 촬영 위치 좌표로 변환하는 위치 판별기를 포함하는 것으로 구성되어 있다.

이때 팬/틸트 기능을 갖는 감시용 카메라가 취득하는 영상의 위치 좌표를 카메라의 종류 및 팬/틸트용 모터의 종류에 상관없이 정확하게 측정할 수 있다.

일반적으로 주택을 비롯한 도로, 주차장, 백화점, 은행, 전시장 등의 장소에서는 불법행위나 도난을 방지하기 위하여 감시용 카메라를 사용하고 있다. 사용자는 감시용 카메라를 사용하여 감시 영역을 촬영하고, 사무실 등의 감시 장소에 설치된 모니터에 디스플레이되는 감시 화면을 통해 감시 영역을 확인할 수 있으며, 필요한 경우에는 원하는 장면만을 VCR 을 이용하여 녹화하기도 한다.

감시 영역을 촬영하는데 사용되는 감시용 카메라는, 일정한 영역만을 감시할 수 있는 고정형 카메라 또는 광범위한 영역을 감시할 수 있는 팬/틸트(Pan/Tilt) 모터를 이용한 이동형 카메라가 있다. 그러나 상기의 고정형 카메라는 방향 전환이 불가능하도록 고정 설치되어 있어서, 한 공간 안에서 다수의 영역을 감시하고자 할 경우, 곳곳에 카메라를 설치하여야 하는 문제점이 있었다.

따라서, 최근에는 사용자의 조작에 의해 촬영 방향을 조절하고, 설정한 프로그램에 의해 소정의 간격으로 회전하여 주위를 감시할 수 있는 팬/틸트 카메라를 대부분 사용하게 되었다.

팬(Pan) 기능은 팬/틸트 카메라에 구비된 팬 모터에 의하여 카메라가 수평 방향으로 회전하는 기능이며, 틸트(Tilt) 기능은 팬/틸트 카메라에 구비된 틸트 모터에 의해 카메라가 수직방향으로 회전하는 기능으로서, 팬/틸트 기능을 이용하면 감시용 카메라의 상·하, 좌·우의 회전을 통하여 감시영역을 확장할 수 있다.

  

그림 1. 종래의 감시용 카메라가 팬/틸트에 의해 패닝 및 틸팅되는 과정

<그림 1>은 종래의 감시용 카메라가 팬/틸트에 의해 패닝 및 틸팅되는 과정을 나타내는 정면도이다.

<그림 1>을 참조하면, 종래의 감시용 카메라는 감시 영역을 촬영하기 위한 영상을 취득하는 카메라 및 상기 카메라를 상·하, 좌·우로 회전시켜 감시 영역을 확장하기 위한 팬/틸트 구동 장치를 포함하는 것으로 구성된다.

종래의 감시용 카메라의 경우 카메라는 감시하고자 하는 특정 장소에 설치되는 팬/틸트 구동 장치에 부착되어, 팬/틸트 구동 장치가 수평 방향으로 회전되는 패닝(Panning) 동작과 수직 방향으로 회전되는 틸팅(Tilting) 동작에 의해, 감시 영역을 다른 방향으로 변경시키면서 영상을 취득한다.

팬/틸트 구동 장치는 팬 모터, 틸트 모터, 및 팬/틸트 모터를 제어하기 위한 컨트롤러로 구성된다. 팬/틸트 모터의 제어 방식에 따라 OPEN LOOP 제어 시스템과 CLOSED LOOP 제어 시스템으로 구분되며, 팬 모터 및 틸트 모터는 OPEN LOOP 제어 시스템에서는 스테핑 (Stepping) 모터를 사용하고, CLOSED LOOP 제어 시스템에서는 DC 모터, BLDC 모터 또는, AC 모터 등을 사용하게 된다.  스테핑 모터는 펄스 전력에 대응하여 회전한다는 특징이 있다.

또한 펄스 수에 비례하여 회전각이 변위 되고, 또 입력 주파수에 비례하여 회전 속도가 변화하기 때문에 피드백(Feed Back) 없이 모터의 동작 제어가 가능하게 된다.

그러나 스테핑 모터를 이용하는 OPEN LOOP 제어 시스템은 모터의 위치에 해당하는 피드백 신호가 없기 때문에, 모터가 탈조될 시에는 위치 정보가 틀어지는 문제점이 있다.

또한, 감시용 카메라는 제품의 특성상 계속해서 동작하여야 하며  외부에 설치되는 경우가 많으므로, OPEN LOOP 제어 시스템의 경우 진동, 바람 등에 의해 모터가 탈조되어, 위치 확인시 오차가 발생할 위험이 크게 된다.

따라서 스테핑 모터를 사용하는 OPEN LOOP 제어 시스템의 경우, 위치 정확도 측면에서 문제가 있게 된다.

DC 모터, BLDC 모터 또는, AC 모터 등을 사용하는 CLOSED LOOP 제어 시스템은 피드백(Feed Back) 신호를 통해 모터의 정확한 위치를 파악할 수 있다는 장점은 있지만, 감시용 카메라의 위치 제어를 위하여 별도의 엔코더(Encoder)를 사용하여야 한다는 제약이 따른다.

더욱이 엔코더의 해상도에 따라 위치 제어의 정밀도가 결정되기 때문에, 보다 정밀한 감시용 카메라의 위치 제어를 위해서는 값이 비싼 고해상도의 엔코더를 사용해야 한다는 문제점이 있었다.

또한, 종래에는 감시용 카메라에 상기의 OPEN LOOP 또는 CLOSED LOOP 제어 시스템을 적용하기 위하여는, 기존에 설치되어 있는 팬/틸트 구동 장치를 전체적으로 교체하여야 하는 문제점이 있었다.

이와 같이 종래의 스테핑 모터를 사용하는 감시용 카메라의 경우 모터의 위치에 해당하는 피드백 신호가 없기 때문에, 외부의 진동이나 바람 등에 의하여 모터가 탈조되어 감시용 카메라의 위치 확인의 오차가 발생하는 문제점과 종래의 DC 모터, BLDC 모터 또는 AC 모터 등을 사용하는 감시용 카메라의 경우, 위치 제어를 위하여 별도의 엔코더를 장착하여야 하고, 엔코더의 해상도에 따라 위치 제어의 정밀도가 결정되기 때문에, 보다 정밀한 위치 제어를 위해서는 값이 비싼 고해상도의 엔코더를 사용해야 한다는 문제점 그리고 감시용 카메라의 위치 제어를 하기 위한 스테핑 모터, DC 모터, BLDC 모터 또는, AC 모터 등을 사용하기 위하여는 기존에 설치되어 있는 팬/틸트 구동 장치를 전체적으로 교체하여야 하는 문제점 등을 해결할 수 있는 감시용 카메라의 촬영 위치 확인 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 고에서 선보이는 감시용 카메라의 촬영 위치 확인 장치는, 감시 영역의 영상을 획득하기 위한 카메라, 상기 카메라를 좌·우로 패닝하거나 상·하로 틸팅 시키기 위한 팬/틸트 구동 장치, 상기 카메라의 후면에 돌출되어 부착되는 탐침자, 상기 카메라의 후면에 탐침자와 접촉되도록 위치하고  다수의 센서를 포함하는 것으로 구성되는 센서 기판 및 센서 기판에 부착되어 센서 기판에 구비되는 센서와 탐침자 사이의 저항값을 측정하는 위치 판별기를 포함하고, 상기 탐침자는 탐침자의 표면에 전도성 금속이 코팅되어 형성되며 센서 기판은 균일한 저항 피막이 도포되고 탐침자의 이동에 따라 접촉을 유지하기 위하여 반구형의 형상으로 구성되고, 상기 위치 판별기는 센서 기판에 구비된 다수의 센서와 탐침자 사이의 거리에 따른 저항값을 계산하여 탐침자의 위치 좌표를 측정하고, 측정된 탐침자의 위치 좌표를 카메라의 촬영 위치 좌표로 반환하는 것을 특징으로 한다.

감시용 카메라의 촬영 위치 확인 장치의 위치 판별기는, 카메라의 후면에 부착된 탐침자와 센서 기판이 접촉되는 점의 좌표를 센서 기판에 구비된 다수의 센서와 탐침자 간의 저항값의 변화를 통하여 인식하고, 탐침자의 위치 좌표를 카메라의 촬영 위치 좌표로 변환하여 위치를 확인함으로써, 종래의 감시용 카메라에 사용되는 스테핑 모터를 이용하여 위치를 확인하는 경우 진동, 바람 등에 의해 모터가 탈조되어, 위치 확인시 오차가 발생할 위험이 큰 문제점을 해결하고, 감시용 카메라의 위치 확인의 정확도를 향상시키는 현저한 효과가 있다.

또한 전도성 금속으로 표면이 코팅된 탐침자와, 저항막이 도포된 센서 기판의 접촉에 따른 저항값의 변화를 인식하여 촬영 위치를 확인함으로써, 종래의 DC 모터, BLDC 모터 또는, AC 모터 등을 사용하여 위치를 확인하는 경우 정밀한 위치 제어를 위해 별도의 고가의 엔코더를 사용해야 한다는 문제점을 해결하고, 비용을 감소시킬 수 있는 현저한 효과가 있다.

더불어 카메라의 후면에 탐침자를 부착하고, 별도의 센서 기판을 구비하여 촬영 위치를 확인함으로써, 카메라의 종류 또는 팬/틸트 구동 장치에 사용되는 모터의 종류에 관계없이 감시용 카메라의 촬영 위치를 확인할 수 있어, 종래의 감시용 카메라의 경우 위치 확인을 위하여 팬/틸트 구동 장치를 완전히 교체하여야 하는 단점을 해결하고, 기존의 팬/틸트 구동 장치에도 손쉽게 적용할 수 있다.

  

그림2. 감시용 카메라의 촬영 위치 확인 장치의 구성 요소

<그림 2>는 감시용 카메라의 촬영 위치 확인 장치의 구성 요소와, 구성 요소들이 설치되어 있는 모습을 전체적으로 나타낸 정면도이다.

<그림 2>를 참조하면, 감시 영역의 영상을 획득하기 위한 카메라, 카메라를 좌·우로 패닝하거나 상·하로 틸팅시키기 위한 팬/틸트 구동 장치, 카메라의 후면에 돌출되어 부착되는 탐침자, 카메라의 후면에 위치하고 상기 탐침자와 접촉하는 반구형의 센서 기판 및 상기 센서 기판과 탐침자의 접촉에 의한 저항값의 변화를 인식하여 탐침자의 위치를 판별하고 탐침자의 위치를 카메라의 촬영 위치로 변환하는 위치 판별기를 포함하는 것으로 구성되어 있다.

카메라는 사용자가 원하는 영상을 취득하기 위하여 줌 렌즈, 포커스 렌즈, 아이리스 등이 포함되어 구성될 수 있으며, 사용자는 감시용 카메라에 구비된 줌 렌즈(Zoom Lens)를 조절하여, 피사체(Object)를 확대 촬영하거나 또는 축소 촬영할 수 있게 된다.

팬/틸트 구동 장치는 외부로부터 구동력을 전달받아 회전력을 제공한다. 팬/틸트 구동 장치에 사용되는 모터는 스테핑 모터, DC 모터, BLDC 모터 또는, AC 모터 등 어느 것이 사용되어도 무방하다. 바람직하게는 스테핑 모터와 같이 주기적으로 초기화가 필요한 모터보다는 초기화가 필요없고 가격이 저렴한 AC 모터를 사용하는 것이 좋다.

또한 수평 방향으로 회전되는 패닝(Panning) 동작과, 수직 방향으로 회전되는 틸팅(Tilting) 동작에 의해 카메라를 수평 또는 수직 방향으로 회전시켜, 감시 영역을 다른 방향으로 변경시키면서 영상을 취득할 수 있게 된다.

탐침자는 감시 영역의 영상을 취득하는 카메라의 후면에 돌출되어 설치된다. 표면에 전도성 금속을 코팅하는 것을 특징으로 한다. 바람직하게는 센서 기판과 접촉되는 탐침자의 접촉부의 형상은 센서 기판과의 접촉 면적을 최소화하기 위해서 원형 또는 뾰족하게 형성하는 것이 좋다.

카메라가 팬/틸트 구동 장치에 의하여 수평 방향으로 회전되는 패닝 동작과 수직 방향으로 회전되는 틸팅 동작에 의해 회전하는 경우 카메라와 팬/틸트 구동 장치의 부착 위치를 기준으로, 탐침자는 카메라의 촬영 방향과 대칭되어 이동한다. 따라서 센서 기판과 접촉되어 있는 탐침자의 위치 좌표는 카메라와 팬/틸트 구동 장치의 부착 위치를 기준으로 카메라의 촬영 위치와 대칭되는 위치 좌표를 갖는다.

센서 기판은 카메라의 후면에 위치하며, 카메라에 설치된 탐침자와 한 점에서 접촉되어 있다. 센서 기판은 카메라가 팬/틸트 구동 장치에 의해 상·하, 좌·우로 회전 시에 카메라의 후면에 부착된 탐침자와 접촉을 유지할 수 있도록 반구형으로 형성 된다.

센서 기판은 탐침자와 접촉되는 면에 저항 피막을 도포하여 형성된다. 센서 기판에 저항 피막을 도포하는 것은 센서 기판에 균일한 저항을 분포시키기 위함이며, 저항 피막은 가변저항기에 적용되는 탄소 피막, 금속 피막 또는 이에 상응하는 저항 피막을 사용할 수 있으며, 가격이 저렴하고 성능이 안정된 탄소 피막이 주로 사용된다.

반구형으로 형성된 센서 기판은 카메라가 팬/틸트 구동 장치에 의하여 회전시에 카메라가 패닝 또는 틸팅되는 각도를 수용하게 된다. 반구형의 센서 기판의 경우 패닝 또는 틸팅이 가능한 각도는 약 180°가 되며, 고정된 면에 감시용 카메라가 설치되는 경우 감시용 카메라의 전면부의 전 방향의 영상을 획득할 수 있게 된다.

본 고에 따른 위치 판별기는 센서 기판에 부착하여 설치되며, 센서 기판과 탐침자의 접촉 위치에 따른 저항값의 변화를 이용하여 탐침자의 위치를 판별한다. 위치 판별기는 센서 기판에 탐침자가 접촉하고 있는 위치 좌표를 판별한 후, 탐침자의 위치 좌표를 카메라 촬영 위치 좌표로 변환한다.

탐침자의 위치 좌표는 카메라와 팬/틸트 구동 장치의 부착 위치를 기준으로, 카메라의 촬영 방향의 위치 좌표와 대칭되어 있으므로, 탐침자의 위치를 판별하여 카메라의 촬영 위치를 확인할 수 있게 된다.

  

그림 3. 센서 기판에 형성된 센서와 탐침자 간의 접촉 위치에 따른 저항값의 변화

<그림 3>은 감시용 카메라의 촬영 위치 확인 장치의 센서 기판을 2차원으로 형상화하여, 센서 기판에 형성된 센서와 탐침자 간의 접촉 위치에 따른 저항값의 변화를 나타내는 평면도이다.

<그림 3>을 참조하면, 탐침자와 센서 기판의 접촉 위치에 따라 센서 기판에 구비된 다수의 센서와 탐침자간의 거리에 따른 저항값의 변화를 측정하여 탐침자의 위치 좌표로 환산한다.

센서 기판은 센서 기판과 탐침자가 접촉하는 면의 외측에 다수의 센서를 구비하며, 탐침자와 접촉하는 면에 저항 피막이 도포되는 것으로 구성된다. 저항 피막은 센서 기판의 표면에 균일한 저항이 분포되도록 하기 위함이며, 가변저항기에 적용되는 탄소 피막, 금속 피막 또는, 이에 상응하는 저항 피막을 사용한다.

본 고에서 소개하는 감시용 카메라의 촬영 위치 확인 장치는, 카메라가 일정한 감시 영역을 촬영하기 위하여 패닝 및 틸팅 이동을 하게 되면 카메라 후면에 부착된 탐침자도 이동하게 된다.

탐침자는 센서 기판과 접촉하여 이동하며, 탐침자의 이동으로 인하여 센서 기판에 구비된 센서와 탐침자 간의 거리가 변화함에 따라 센서와 탐침자간의 저항값이 변화하게 된다.

저항은 도선의 길이에 따라 비례하여 증가하는 특성이 있으므로, 센서 기판에 구비된 각각의 센서(135 : S1, S2, S3, S4)와 탐침자의 위치(P1)사이의 거리가 멀어지면 저항값(R1, R2, R3, R4)이 증가하고, 각각의 센서와 탐침자의 위치 사이의 거리가 좁아지면 저항값은 감소하게 된다.

위치 판별기는 센서 기판에 구비된 다수의 센서와 탐침자 사이에 일정한 전압을 인가한다. 각각의 센서와 탐침자간에 전압이 인가되면 전류가 흐르게 되고, 각각의 센서와 탐침자의 위치(P1) 사이의 거리에 따라 저항값이 변화하므로, 각각의 센서와 탐침자간에 흐르는 전류는 변화한 저항값에 반비례하여 측정된다.

따라서 위치 판별기는 각각의 센서와 탐침자간에 흐르는 전류를 측정하여 각각의 저항값을 구하고, 측정된 센서와 탐침자 사이의 저항값으로 센서와 탐침자간의 거리를 측정하여, 탐침자가 센서 기판과 접촉하고 있는 위치를 좌표로 환산하게 된다.

위치 판별기는 각각의 센서와 탐침자간의 저항값으로 센서와 탐침자의 거리를 측정한다. 따라서, 센서 기판은 각각의 센서와 탐침자간의 거리를 탐침자가 위치한 좌표로 변환시키기 위하여, 세 개 이상의 센서를 구비하여야 한다. 센서 기판에 구비되는 센서의 수가 두 개인 경우, 센서와 탐침자간의 거리에 따른 탐침자의 위치 좌표는 두 점이 형성될 수 있다.

따라서, 센서 기판에 세 개 이상의 센서를 구비하여, 각각의 센서와 탐침자간의 거리를 탐침자의 위치 좌표로 나타낼 수 있게 된다.

위치 판별기는 센서 기판에 접촉되는 탐침자의 위치 좌표를 확인하고, 탐침자의 위치 좌표를 카메라의 촬영 방향에 따른 위치 좌표로 변환한다.

탐침자는 카메라의 후면에 부착되고, 팬/틸트 구동 장치에 의해 카메라가 패닝 및 틸팅 동작시, 카메라의 영상 취득 위치와 대칭되어 이동한다. 따라서, 탐침자의 위치를 다시 카메라의 영상의 위치로 변환하는 과정이 필수적이다. 탐침자의 위치 좌표는 카메라와 팬/틸트 구동 장치의 접촉 위치를 기준으로 카메라의 영상 취득 위치와 대칭되는 위치 좌표를 갖는다.

따라서, 위치 판별기는 다수의 센서와 탐침자 사이의 변화된 저항값을 측정하여 탐침자의 위치 좌표를 구하고, 탐침자의 위치 좌표를 카메라와 팬/틸트 구동 장치의 접촉 위치를 기준으로 대칭시켜, 카메라의 촬영 방향의 위치 좌표를 확인할 수 있게 된다.




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