KR100912086B1 - 지능형 유비쿼터스 인체감지 제어 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 지능형 유비쿼터스 인체감지 제어 시스템은 대상체의 적외선 파장 대역을 감지하고, 상기 감지된 파장대역에 해당하는 온도와 주변 온도의 차이에 상응하는 기전력을 발생시키는 TIR센서를 포함하여 인체의 정적 존재를 감지하는 감지부; 주변의 조도를 감지하여 이에 상응하는 신호를 출력하는 조도센서부; 상기 감지부 및 상기 조도센서부로부터 입력되는 신호를 디지털 정보로 변환하고, 상기 변환된 정보를 지그비(ZIGBEE) 무선통신으로 전송하는 신호처리부; 및 상기 전송된 조도 정보가 제1기준정보 이상이며, 상기 전송된 기전력 정보가 제2기준정보 이상인 경우에 한해 조명 장치가 점등되도록 제어하는 제어부를 포함하여 구성된다.
상기 본 발명에 의하면, 사람이 움직이지 않은 상태에 있더라도 이를 효과적으로 인지할 수 있는 효과를 제공하며, 내부 공간의 다양한 환경을 제어하는 외부 장치 등과의 연계를 통하여 더욱 사용자 지향적인 지능형 유비쿼터스 제어 환경을 제공할 수 있다.

Description

지능형 유비쿼터스 인체감지 제어 시스템{System for intelligent and ubiquitous control a body sensing}
본 발명은 사람의 존재 등을 감지하여 이를 활용하는 제어 시스템에 관한 것으로서, 사람이 움직이지 않는 정적 상태에 있더라도 이를 효과적으로 연속적으로 감지할 수 있으며, 사람이 이동하는 경우 이동 경향성을 반영하여 지능적으로 조명 장치 등이 연동할 수 있도록 구성된 비접촉식 지능형 유비쿼터스 인체 감지 제어 시스템에 관한 것이다.
근래 사무 자동화 또는 홈오토메이션(home-automation)과 에너지 절약형 시스템의 융합화에 대한 관심이 높아짐에 따라 물리적 작동법에 의한 스위치 조작으로 조명 등의 설비를 구동하는 방법이 지양되고 사람 등의 인체를 감지하고 이를 반영하여 조명 장치 등이 구동되도록 하는 절전형 감지 장치가 보편적으로 이용되고 있다.
종래 이러한 감지 장치의 대부분은 PIR(Pyro-electricity Infrared) 센서 또는 MR(Microwave Radar) 센서 등을 채용하여 사람의 존재를 감지하는 기술이 적용되어 있는데, 상기 센서 등은 광학적 특성상 피사체(사람)의 이동이 발생되는 경우 에만 이를 식별 내지 감지할 수 있도록 구성되어 있다.
즉, 적외선 센싱 영역 내에 사람이 진입하게 되면 이를 감지하여 조명 장치 등의 구동이 개시되고, 그 후 미리 설정된 시간이 초과되면 자동으로 소등되도록 구성되어 있다. 아파트 엘리베이터 등에서 엘리베이터를 기다리는 경우 흔히 경험하는 바와 같이 피사체(사람)가 움직이지 않으면 이러한 센서는 이를 감지하지 못하여 소등된 상태를 유지하게 되므로 조명을 다시 점등하기 위해서는 인위적인 움직임을 만들어야 다시 조명이 점등된다.
이와 같이 종래 센서는 사람이 움직이지 않는 경우 이를 유효하게 센싱하지 못한다는 문제점을 가지고 있으며, 또한, 종래 감지 장치는 특정 장치의 구동을 위한 온오프 조작만이 개별적으로 수행될 뿐, 시스템적으로 사람의 이동 경향이나 공간의 환경적 특성을 반영하여 다양한 조명, 공조, 냉난방, 경비 시스템 등과 유기적으로 연계되어 실질적인 사무 자동화 또는 홈오토메이션을 위한 인프라를 제공하지 못하고 있다고 할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 배경에서 상기의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서 피사체의 움직임과는 무관히 피사체를 유효하게 식별 내지 감지할 수 있고, 이를 활용하여 사무 자동화 또는 홈 오토메이션을 위한 다양한, 조명, 공조, 냉난방, 경비 시스템과 유기적으로 연계되어 활용될 수 있는 유비쿼터스 감지 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명에 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 구성과 구성의 조합에 의해 실현될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 지능형 유비쿼터스 인체감지 제어 시스템은 대상체의 적외선 파장 대역을 감지하고, 상기 감지된 파장대역에 해당하는 온도와 주변 온도의 차이에 상응하는 기전력을 발생시키는 TIR센서를 포함하여 인체의 정적 존재를 감지하는 감지부; 주변의 조도를 감지하여 이에 상응하는 신호를 출력하는 조도센서부; 상기 감지부 및 상기 조도센서부로부터 입력되는 신호를 디지털 정보로 변환하고, 상기 변환된 정보를 지그비(ZIGBEE) 무선통신으로 전송하는 신호처리부; 및 상기 전송된 조도 정보가 제1기준정보 이상이며, 상기 전송된 기전력 정보가 제2기준정보 이상인 경우에 한해 조명 장치가 점등되도록 제어하는 제어부를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 감지부가 복수 개 설치되고, 상기 제어부가 상기 복수 개의 감지부 중 상기 제2기준정보 이상의 기전력 정보를 전송한 감지부의 위치 정보를 검출하고, 상기 검출된 위치 정보에 해당하는 장소에 설치된 조명 장치가 점등되도록 제어하는 구성으로 이루어질 수 있다.
바람직한 실시형태를 구현하기 위하여, 상기 감지부가 n개(n은 3 이상의 자연수) 설치되는 경우, 상기 제어부가 n-2번째 및 n-1번째 감지부에서 연속적으로 제2기준정보 이상의 기전력 정보가 전송되면, 상기 n-1번째 감지부의 기전력 정보가 전송된 시간을 기준으로 상기 양 정보가 전송된 시간차보다 짧은 시간이 경과된 후 n번째 감지부에 해당하는 조명 장치가 점등되도록 제어하는 구성으로 이루어질 수 있다.
상기의 경우, 본 발명의 제어부는 상기 n-2번째 및 n-1번째 감지부에서 정보가 전송된 각 시간의 차와 상기 n-2번째 및 n-1번째 감지부의 이격된 거리를 이용하여, 대상체의 속도 정보를 더 생성하고, 상기 n번째 감지부에 해당하는 조명 장치를 점등하되, 조명 장치의 조사 방향을 상기 대상체의 속도 정보에 대응하는 속도로 변화시키도록 구성하는 것이 더욱 바람직하다.
이와 함께, 상기 본 발명에 의한 시스템은 상기 조명장치가 점등되는 경우 상기 대상체의 얼굴 영역에 대한 영상을 촬영하는 영상부; 및 출입이 허용된 자의 얼굴에 대한 인증영상정보를 저장하는 영상저장부를 더 포함할 수 있으며, 이 경우 상기 제어부는 상기 영상부에서 촬영된 영상이 상기 인증영상정보와 매칭되지 않는 경우 상기 점등된 조명장치가 소등되도록 제어하고, 알람 수단을 가동하도록 구성 할 수 있다.
또한, 상기 감지부는 TIR센서가 복수 개 구비된 TIR센서모듈을 포함하고, 상기 TIR센서모듈의 전면에는 적외선 집광을 위한 비구면 볼록형 렌즈가 구비되되, 상기 비구면 블록형 렌즈의 표면 중 상기 복수 개 TIR센서에 대응되는 영역이 이중 볼록형으로 형성되도록 구성하는 것이 바람직하다.
또 다른 바람직한 실시형태를 위하여, 상기 TIR센서모듈은 수직 방향으로 정렬된 복수 개의 TIR센서가 구비되며, 상기 제어부는 상기 신호처리부로부터 전송된 상기 복수 개 TIR센서 각각의 기전력 정보를 이용하여 해당하는 위치의 각 온도 정보를 검출하고, 수직방향의 상하 온도 차가 기준 온도차보다 큰 경우 공조 장치가 구동되도록 제어하는 구성으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 TIR센서모듈은 상기 비구면 볼록형 렌즈, 상기 비구면 볼록형 렌즈를 투과한 적외선 파장을 필터링하는 밴드 패스 필터 및 상기 TIR센서가 히트 씽크 하우징 내에 장착된 단일 모듈로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 본 발명에 의한 지능형 유비쿼터스 인체감지 제어 시스템에 의하면, 우선, 사람이 움직이지 않는 경우에도 유효하게 사람을 감지할 수 있어 더욱 실질적인 인체 감지 장치를 구현할 수 있으며, 저전력 지그비 무선 통신 환경을 적용하여, 원격지에서도 간단하고 용이하게 설치된 장치 등을 효과적으로 제어 및 운용할 수 있다.
또한, 사람의 이동 경향 등을 파악하고 이를 조명 장치 등에 반영함으로써 더욱 지능적이고 사용자 지향적인 시스템을 구현할 수 있으며, 공간의 온도 분포 등을 효율적으로 감지하고 이를 공조 장치 등과 연계하여 더욱 실질적인 유비쿼터스 환경을 제공할 수 있다.
이와 함께, 상기 본 발명의 다양한 구성을 통하여 지능형 빌딩 제어 시스템 또는 에너지 절약을 위한 그린 빌딩 내지 건축물을 구현하기 위한 실질적인 인프라를 제공할 수 있는 효과를 창출할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 지능형 유비쿼터스 인체감지 제어 시스템의 구성을 도시한 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 지능형 유비쿼터스 인체감지 제어 시스템(이하 제어 시스템으로 칭한다)은 크게 제어 장치부(110) 및 센서장치부(120)로 구분될 수 있다. 여기에서, 상기 제어 장치부(110)는 메모리부(111), 제어부(112) 및 영상저장부(115)를 포함하여 구성되며, 상기 센서장치부(120)는 감지부(121), 신호처리부(123), 조도센서부(125) 및 영상부(127)를 포함하여 구성될 수 있다.
앞서 설명된 바와 같이 본 발명의 일 측면에 의한 목적은 인체의 움직임만을 감지하는 종래 적외선 센싱 구성을 극복하기 위한 것으로서, 상기 감지부(121)는 대상체(사람 등 감지의 대상이 되는 피사체)의 적외선 파장 대역을 감지하고, 상기 감지된 파장대역에 해당하는 온도와 주변 온도의 차이에 상응하는 기전력을 발생시키는 TIR센서를 이용하여 인체의 정적 존재를 감지하게 된다.
본 발명의 구성에 대한 상세한 작용 또는 기능을 설명하기에 앞서 본 발명의 기본적인 구성으로 채용하고 있는 상기 TIR(Thermopiled InfraRed)센서를 우선 상세히 설명하도록 한다.
모든 열원을 가지는 대상은 상기 열원에 고유하게 대응되는 파장 대역의 적외선을 지속적으로 방사하게 되는데, 사람의 경우 이에 해당하는 최대 파장은 9.4㎛에 해당한다.
대상체(object)의 온도(절대 온도T)와 대상체가 방사하는 빛의 최대 파장은 빌헬름 빈의 법칙에 의하여 아래의 수학식 1과 같이 서로 반비례한다(도 2참조).
Figure 112009009825759-pat00001
상기 수학식 1에서 b는 빈 상수로서 2.897768×10-3m이며, 상기 T는 절대온도로서 대상체의 섭씨 온도(centigrade)에 273을 더한 값이 된다. 예를 들어, 대상체가 사람이고 대상체의 온도가 36도인 경우, 인체의 최대 파장은 상기 수식에 의할 때 2897.768/309=9.4㎛가 된다.
절대온도와 최대 파장은 상호 반비례 관계이므로 상기 대상체인 사람의 체온이 37도라면 최대 파장은 36도일 때와 비교하여 짧게 되고, 체온인 35도인 경우에는 상기 최대 파장은 36도일 때와 비교하여 길어지게 된다.
또한, 모든 대상체(복사체)는 고유 온도에 대응하는 에너지를 가지게 되는데, 스테판 볼츠만의 법칙에 의하여 아래와 같은 수식으로 정의되고 있다.
Figure 112009009825759-pat00002
상기 수학식 2에서 σ는 볼츠만 상수로서 5.67×10-8 watt/m2K4r이며, ε는 복사체의 복사율이고, Pobject가 해당하는 대상체의 단위면적 및 단위시간 당 복사에너지에 해당하며, Tobject는 대상체의 절대온도에 해당한다.
상기 ε와 관련하여 아래 표 1에서 물체마다 고유하게 정의되는 복사율을 예 시한다.
Figure 112009009825759-pat00003
상기의 수식 등에서와 같이 대상체의 고유 파장에 의한 복사 에너지(Pobject)와 주변의 온도에 의한 에너지(Pambiance)와의 상관 관계를 이용하면 아래 수학식과 같이 적외선 고유 파장 대역을 가지는 대상체가 감지되는 경우 이에 상응하는 기전력(Vth)을 얻을 수 있게 된다.
Figure 112009009825759-pat00004
상기 수학식에서와 같이 대상체의 온도와 주변의 온도의 차이에 비례하는 기전력(Vth)을 최종적으로 획득할 수 있게 되고, 통계적 실험 결과 데이터를 이용하여 사람이 대상체인 경우 발생되는 기전력의 크기를 소정의 기준 기전력으로 설정한 후, 실제 적외선 파장 대역을 감지하는 TIR센서를 포함하는 본 발명의 감지부(121)에서 출력되는 기전력의 크기를 상기 기준 기전력과 비교하면 사람의 존재를 감지하는 기능을 수행할 수 있다.
다시 도 1을 참조하여 본 발명의 다른 구성을 설명하면, 본 발명의 조도센서부(125)는 주변의 조도를 감지하고, 감지된 조도에 해당하는 크기의 신호를 출력하는 기능을 담당한다.
주변 환경이 밝은 경우에는 조명의 점등이 필요하지 않으므로 상기 조도센서부(125)에서 출력되는 결과값은 실제 조명의 점등이 요구되는 환경인지를 판단하는 하나의 기준으로 작용하게 된다. 상기 조도 센서부(125)와 앞서 설명된 감지부(121)의 결과 데이터를 이용하여 조명을 제어하는 방법은 후술하도록 한다.
한편, 본 발명의 신호처리부(123)는 상기 감지부(121) 및 상기 조도센서부(125)와 전기적으로 연결되어 상기 감지부(121)로부터 입력되는 기전력 신호와 상기 조도센서부(125)로부터 입력되는 조도 신호를 디지털 정보로 변환한 후, 이를 본 발명의 제어부(113)로 전달한다.
상기 신호처리부(123)와 상기 제어부(113)는 물리적으로 단일의 장치 내에 구비될 수 있다. 그러나, 상기 제어부(113)는 후술되는 바와 같이 사무실 등의 공 간 내에 설치되는 조명, 공간 내 공기의 환기 등을 담당하는 팬수단, 공간의 냉방 또는 난방을 담당하는 냉낭방기 등을 제어하는 기능을 수행하므로 상기 신호처리부(123)와 실시형태에 따라서 물리적으로 이격되어 설치되는 것이 바람직할 수 있다.
이러한 경우, 상기 신호처리부(123)는 상기 변환된 디지털 정보를 무선 통신을 이용하여 상기 제어부(113)으로 전송하는 것이 바람직하며, 특히, 지그비(ZIGBEE) 무선통신을 이용하여 전송하는 것이 바람직하다.
본 발명과 같이 복수 개의 센싱장치(노드)를 구비하여야 하고, 상당히 먼 거리를 통한 통신이 이루어질 필요가 크지 않으며 전송되는 데이터가 고용량이 아니므로 2.4GHz의 표준 통신 프로토콜인 지그비(ZIGBEE)에 의한 무선 통신 방법이 지원 가능한 노드의 수, 소모 전력 또는 확장성에서 가장 바람직하다고 할 수 있다.
특히 상기와 같이 지그비 통신을 이용하는 경우, 특정 노드는 인접한 노드로부터 전달받은 데이터를 다시 인접한 노드로 전달하여 최종적으로 원하는 모듈로 전달하는 즉, 소정의 리피터(repeater) 방식에 의한 애드혹(Ad-Hoc) 데이터 전송의 중계 기능을 수행할 수 있어 데이터 전송을 더욱 안전하고 효과적으로 전송할 수 있다.
상기와 같은 방식에 의하여 신호처리부(123)에서 조도 정보 및 기전력 정보가 제어부(113)으로 전송되면, 본 발명의 제어부(113)는 상기 전송된 조도 정보가 제1기준정보 이상이어야 한다는 제1조건과 상기 전송된 기전력 정보가 제2기준정보 이상이어야 한다는 제2조건이 모두 충족되는 경우에 한해 해당하는 조명 장치(500) 가 점등되도록 제어한다.
상기 제1기준정보는 조명을 점등하는 밝기에 대한 기준정보를 의미하는 것으로서, 실제 조명이 점등될 필요가 있을 정도로 조명 장치가 설치되어 있는 공간의 밝기가 어두운 경우에 한해 조명을 점등되도록 제어하기 위한 기준정보가 된다.
동일한 관점에서 상기 제2기준정보 또한, 앞서 설명된 바와 같이 실제 사람이 공간에 존재하는 경우에 한해 조명이 점등되도록 제어하기 위한 기준정보로서, 앞서 설명된 바와 같이 사람의 체온에 해당하는 적외선 파장 대역 범위를 기준으로 하여 설정되는 정보에 해당한다.
상기 제1기준정보 및 제2기준정보는 설치되는 환경, 공간의 특성, 오차 범위 등을 고려하여 가변가능하도록 설정될 수 있음은 물론이다.
또한, 앞서 설명된 감지부(121)는 유비쿼터스 환경의 제어 시스템을 구현하기 위하여 공간 내 복수 개 설치될 수 있다. 이러한 경우, 본 발명의 제어부(113)는 상기 복수 개의 감지부(121) 중 상기 제2기준정보 이상의 기전력 정보를 전송한 특정 감지부의 위치 정보를 검출하고, 상기 검출된 위치 정보에 해당하는 장소에 설치된 조명 장치만이 선택적으로 점등되도록 제어하도록 구성함으로써, 가장 적절한 장소의 조명만을 점등시킴으로써 에너지 효율을 높일 수 있다.
앞서 설명된 신호처리부(123)에서 기전력 정보 등을 전송할 때, 해당하는 각 감지부(121)를 식별할 수 있는 고유 코드 정보를 함께 수록하고, 이를 본 발명의 제어부(113)로 전송하게 되면, 상기 제어부(113)는 상기 조건에 부합되는 감지부(121)의 코드를 확인함으로써 어느 감지부(121)에서 제2기준정보 이상의 기전력 정보를 전송하였는지 식별할 수 있다.
이와 같은 알고리즘에 의하여 상기 특정 감지부의 위치에 해당하는 장소에 설치되어 있는 조명 장치를 선별하여 선택적으로 조명의 점등을 제어하게 된다. 이 과정에서 상기 감지부를 식별하는 코드와 상기 감지부의 위치에 해당하는 장소에 설치된 조명에 대한 정보는 상호 정보가 연계된 데이터 테이블 등의 데이터베이스등을 이용하여 구현할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 의한 조명 제어 방법을 도시하고 있는 도 3을 통하여 본 발명의 지능형 조명 제어 방법을 설명하도록 한다.
앞서 설명한 실시예에서는 상기 감지부(121)가 실제 사람을 감지하는 경우 이에 해당하는 조명이 점등되도록 제어되나, 이하에서 설명되는 실시예에서는 상기 구성을 더욱 개선시켜 사람의 이동에 따른 경향을 반영하여 예측된 경로 상의 조명을 제어함으로써 더욱 사용자 편의성을 증진할 수 있게 된다.
도 3에 도시된 바와 같이 상기 감지부(121)는 n개가 일련의 수열적 배열로 설치되는데, 상기 n은 자연수로서 3 이상의 수인 것이 바람직하다. 도 3의 첫번째 감지부인 제1감지부(121-1)의 감지 영역에 사람이 존재하게 되면, 앞서 설명된 방법에 의하여 상기 제1감지부(121-1)에 대응되는 위치에 해당하는 제1조명장치(500-1)가 점등되도록 본 발명의 제어부(113)이 제어한다.
그 후, 사람이 이동하여 제2감지부(121-2)의 감지영역에 사람이 존재하게 되면, 동일한 방법에 의하여 제2조명장치(500-2)가 점등된다. 이러한 경우, 제1조명장치의 점등에 이어 순차적으로 제2조명장치가 점등된 것이며, 이는 사람이 이동하 고 있다는 것을 추론할 수 있게 된다.
상기와 같이 사람의 이동으로 판단될 수 있는 경우, 실제 사람이 특정 영역에 들어서기 전에 조명이 점등되면 사람의 보행을 더욱 안전하게 유도할 수 있게 된다.
이러한 사용자 편의성을 증대시키기 위하여, 본 발명의 제어부(113)는 상기와 같이 제1감지부(121-1) 및 제2감지부(121-2)에서 연속적으로 제2기준정보 이상의 기전력 정보가 신호처리부(123)를 거쳐 상기 제어부(113)으로 입력되면, 상기 제1감지부 및 제2감지부에서 생성된 신호가 제어부에 수신된 각각의 시간정보(t1, t2)를 소정의 메모리부(111) 등에 저장하고, 상기 시간의 차(t2-t1=△t)를 연산한다.
상기 △t는 제1감지부에서 제2감지부로 사람이 이동하는데 소요되는 시간에 대응된다고 할 수 있으므로, 본 발명의 제어부(113)는 상기 제2감지부(121-2)에서 생성된 신호가 수신된 시간 후 상기 △t보다 짧은 시간 안에 제3조명장치(500-3)가 점등되도록 제어한다.
예를 들어, 상기 제1감지부로부터 신호가 수신된 시간이 22시00분 00초이고, 제2감지부로부터 신호가 수신된 시간이 22시00분 10초라면, △t는 10초가 된다. 이러한 경우, 본 발명의 제어부(113)는 상기 제2감지부로부터 신호가 수신된 시간인 22시00분 10초를 기준으로 10보다 짧은 시간인 예를 들어 7초 후인 22시 00분 17초에 제3조명장치(500-3)가 점등되도록 제어한다.
추가적인 방법으로 상기 제3조명장치(500-3)이 점등된 후, 실제 사용자가 제 3조명장치(500-3)의 영역에 해당하는 제3감지부(121-3)의 감지 영역으로 이동하지 않을 수도 있다. 이러한 경우에도 계속 제3조명장치(500-3)가 점등된 상태를 유지하는 것은 합리적이지 않으므로 제3조명장치(500-3)이 점등된 후, 12초 정도가 도과되었으나 제3감지부(121-3)로부터 실제 사람의 존재에 대한 감지신호가 입력되지 않으면 상기 제3조명장치(500-3)가 소등되도록 제어하는 것이 바람직하다.
물론, 그 후 사람이 제3감지부(121-3)의 감지 영역으로 진입되면, 앞서 설명된 바와 같은 알고리즘에 의하여 상기 제3감지부(121-3)의 위치에 해당하는 곳에 설치된 상기 제3조명장치(500-3)가 점등되도록 제어된다.
만약, 상기 복수 개의 감지부 각각 간의 상호 이격 거리를 미리 저장하고 있다면, 상기 △t와 상기 이격 거리를 이용하여 사람의 보행 속도(V)정보를 생성할 수 있다.
만약 감지부 각각의 거리가 동일하지 않다면, 상기 생성된 보행 속도 정보를 이용하여 더욱 효과적인 조명 장치의 제어를 수행할 수도 있다.
예를 들어, 상기와 동일한 예에서, 만약 제1감지부(121-1)와 제2감지부(121-2) 사이의 거리가 3m이며, 제2감지부(121-2)와 제3감지부(121-3) 사이의 거리가 6m라고 가정하면, 앞선 예와 같이 △t가 10초이므로, 사람의 속도는 V = D(거리)/t(시간) 이므로, 0.3m/s가 된다. 그러면, 상기 제2감지부(121-2_와 제3감지부 (121-3)사이의 거리가 6m이므로 제2감지부(121-2)의 감지영역을 지난 사람이 약 20초 후에 제3감지부(121-3)의 감지 영역으로 진입된다는 것을 예측할 수 있으므로, 상기 제2감지부(121-2)에서 신호가 수신된 시간을 기준으로 상기 20초보다 짧은 시 간 예를 들어, 15초 정도 후에 상기 제3감지부(121-3)에 해당하는 제3조명장치(500-3)이 점등되도록 제어할 수 있다.
또한, 조명 장치의 조명 방향을 모터 구동 등을 이용하여 가변할 수 있도록 구성한 후, 상기와 같은 방법에 의하여 제3조명장치의 조명을 점등시키되 상기 속도 정보(V), 방향성 또는 조명 장치와 지면의 높이 등의 정보를 고려하여 상기 조명 장치의 조명 방향이 사람의 이동 방향에 따라 가변될 수 있도록 상기 조명 장치의 조사 각도가 상기 속도 정보(V)에 대응되는 속도(V`)로 가변되도록 제어하는 것이 더욱 바람직하다.
상기 설명에서, 제1, 제2 및 제3 등은 특정한 우선순위 내지 중요성 등을 언급하거나 물리적으로 상호 동일하지 않은 구성임을 나타내기 위하여 사용되는 용어가 아니며, 상기 실시예를 설명함에 있어 복수 개 조명장치 및 감지부를 단순히 순서적으로 구분하기 위하여 사용되는 용어에 해당될 뿐이다.
또 다른 실시예를 구현하기 위한 본 발명은 영상부(127)를 더 포함할 수 있다. 상기 영상부(127)는 상기 조명장치가 점등되는 경우 상기 대상체의 얼굴 영역에 대한 영상을 촬영한다. 조명장치가 점등되었다는 것은 상기 감지부(121)의 감지 영역에 사람이 존재한다는 것을 의미하므로, 상기 영상부(127)는 미리 상기 감지 영역에 초점을 맞춘 상태로 세팅되어 있는 것이 바람직하다.
조명이 점등되는 경우, 영상에 필요한 조도가 확보되므로 플래쉬(flash)같은 확장 장치의 도움이 없이도 충분히 영상을 획득할 수 있다. 상기 획득된 영상은 차후 안전사고 등이 발생하거나 이력 데이터를 이용하는 경우 등에도 활용될 수 있 다.
한편, 본 발명의 영상저장부(115)는 출입 등이 허용된 인증된 자의 얼굴에 대한 영상정보인 인증영상정보를 저장하고 있는데, 본 발명의 제어부(113)는 상기 영상부(127)에서 촬영된 영상정보가 신호처리부(123) 등의 매개를 통하여 전송되면, 상기 영상저장부(115)에 저장되어 있는 인증영상정보와 상기 전송된 영상정보를 상호 매칭을 통한 비교 기법을 통하여 상호 매칭되지 않는 경우 점등된 조명장치가 소등되도록 제어한다.
상기 매칭 기법은 영상 신호 처리에 사용되는 기법으로, 영상 특히 얼굴 영상인 경우, 인간의 얼굴 특징을 뚜렷이 구별짓는 복수 개의 특징점 정보를 도출하고, 상기 도출된 특징점 정보의 상호 매칭 비율의 대소를 이용하여 상호 간의 일치서 여부를 판단하는 기법을 의미한다.
출입 허용 등이 엄격히 통제되는 장소에서는 상기 매칭 비율의 높이고, 반대되는 경우에는 매칭 비율을 낮추어 설정하면, 설치되는 장소 또는 환경에 따른 유연한 인증 기법으로 활용될 수 있다.
상기와 같이 점등된 조명장치를 소등함과 함께 상기와 같이 영상정보가 매칭되지 않는 경우는 출입이 제한된 자 또는 침입자일 가능성이 높다고 할 수 있으므로 상기 제어부(113)는 소정의 알람 장치(600)가 가동되도록 제어한다.
한편, 도 4는 각각 종래 적외선 감지 장치에 보편적으로 사용되는 렌즈의 도시하고 있으며, 도 5는 본 발명에 의한 렌즈를 도시하고 있다.
적외선 감지 장치는 감지 거리를 연장하고 적외선의 집광율을 향상시키기 위 하여 집광렌즈를 주로 사용하게 되는데, 종래 사용되는 렌즈는 플라스틱 재질로 만들어지면, 표면에 많은 동심원의 홈을 만들어 빛을 집중시키는 편측렌즈 방식이 주로 이용되고 있다.
그러나 도 4에 도시된 바와 같이 종래 편측렌즈는 도리어 표면의 홈들에 의하여 초점이 상호 불일치되는 경우가 많고 구면수차가 크게 된다는 단점이 발생하는데, 이러한 문제점을 극복하기 위하여, 본 발명의 감지부(121)는 우선, 적외선 집광 영역이 확장되도록 하기 위하여 상기 TIR센서가 복수 개 구비된 모듈, 즉 어레이 형태의 TIR센서모듈로 감지부(121)를 구성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 TIR센서모듈의 전면에는 적외선 집광을 위한 비구면 볼록형 렌즈가 전체적으로 구비되며, 상기 비구면 블록형 렌즈의 표면은 상기 복수 개 TIR센서에 대응되는 각 영역이 이중 볼록형으로 형성된다.
상기와 같이 렌즈를 구성하는 경우, 초점이 각 TIR센서마다 독립적으로 이루어질 수 있어 각 TIR센서의 집광율을 높일 수 있고, 또한, 전체적으로 구면수차가 거의 존재하지 않으므로 더욱 빛을 집중시킬 수 있게 된다.
앞서 설명된 바와 같이 본 발명은 대상체의 적외선 파장과 주변의 온도를 이용하여 사람의 존재를 정적으로 감지하는 장치에 해당하므로, 특히 상기 TIR센서 모듈로 구성되는 감지부(121)는 정밀한 감지를 위하여 외부 온도 또는 다른 파장 대역 빛의 투입을 차단하는 것이 바람직하다.
즉, 도 6에 도시된 바와 같이 TIR센서모듈(200)은 상기 비구면 볼록형 렌즈 와 상기 비구면 볼록형 렌즈를 투과한 적외선 파장을 필터링하는 밴드 패스 필 터(210) 및 상기 복수 개의 TIR센서(220)가 히트 씽크 하우징(heat sink housing)(230) 내에 장착된 단일 모듈로 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 TIR센서모듈(200)을 수직 방향 즉, 상하방향으로 정렬되도록 복수 개의 TIR센서를 구비시킬 수 있다.
앞서 상세히 설명된 바와 같이 상기 TIR센서는 감지 영역의 적외선 파장을 감지할 수 있고, 상기 감지된 파장 크기의 각 영역의 온도를 알 수 있다. 그러므로 상기와 같이 상하 방향으로 TIR센서를 복수 개 정렬시키게 되면, 도 7에 도시된 바와 같이 지면에서부터 공간의 천장에 이르는 각 높이대별로 온도를 센싱할 수 있게 된다.
실험에 의하면, 상기 TIR센서모듈(200)에 TIR센서가 8개 정도 구비되면, 광각, 거리, 오차 범위 등을 모두 감안할 때, 3 내지 4M의 높이를 커버링할 수 있다. 이와 같이 예시된 각각의 8개 높이 영역(a,b,c,...,h)별 온도 정보를 획득할 수 있고, 이에 따른 온도 분포를 알 수 있게 된다.
이와 같이 TIR센서모듈(200)을 구성하면, 본 발명의 제어부(113)는 앞서 설명된 메커니즘에 의하여 각 TIR센서로부터의 기전력 정보를 수신하게 되고, 이를 이용하여 각 온도 정보를 검출할 수 있게 된다.
그 후, 상기 제어부(113)는 상기 검출된 온도 정보를 기초로 수직 방향의 상하 온도 차가 미리 정해진 기준온도차보다 큰 경우 소정의 외부 공조 장치(700)가 구동되도록 제어하게 된다.
즉, 상기와 같이 수직 방향의 상하 온도 차가 기준 온도차보다 크다는 것은 하면 온도와 상면 온도 사이의 온도차가 그만큼 크다는 것을 나타내는 것이므로 공간 내부 공기의 순환이 원활하지 않다는 것을 의미한다. 그러므로 소정의 팬 수단이 구비된 공조장치(700)를 구동시킴으로써 공간 내부의 공기 순환을 원활하도록 자동적으로 유도할 수 있다.
상기 구동 방법에서 상기 온도차의 크기에 대응하는 전력이 상기 공조장치에 공급되도록 제어하여 온도차에 따른 차등적 공조 장치 구동이 되도록 제어하는 것이 더욱 바람직하다. 이와 함께 인간의 신체 높이에 해당하는 1.2~1.9m에 해당하는 영역을 중심으로 상하 온도차를 연산하고 이를 공조장치의 제어에 활용하는 것이 더욱 바람직하다.
이하에서는 첨부된 도 8을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 인체 감지 제어 방법의 과정을 설명하도록 한다.
우선, 본 발명의 감지부(121)를 통하여 인체 감지에 대한 신호가 신호처리부(123)에 입력되며(S100), 본 발명의 조도센서부(125)로부터 조도 감지에 대한 신호가 입력된다(S110).
상기 인체 감지에 대한 신호와 조도 감지에 대한 신호는 상기 도 8에 도시된 실시예와 같이 직렬적 시계열 순서로 구성될 수도 있으나, 앞서 상세히 설명된 바와 같이 상기 양 신호의 입력은 반대의 순서로 구성되거나 병렬적 순서로 구성될 수 있음은 물론이다.
상기와 같이 조도 감지에 대한 신호와 인체 감지에 대한 신호가 입력되면, 본 발명의 신호처리부(123)는 상기 신호들을 디지털 정보로 변환한다(S120). 상기 와 같이 디지털 정보로 변환이 완료되면 상기 디지털 정보는 지그비통신을 이용하여 무선으로 본 발명의 제어부(113)로 전송된다(S130).
전송이 완료되면 상기 제어부(113)는 상기 조도 정보가 제1기준정보보다 크고, 상기 기전력 정보(인체 감지에 대한 신호 정보)가 제2기준정보보다 큰지 판단하여 양 조건 모두가 충족되는 경우 해당하는 조명 장치의 구동을 개시한다(S150).
조명 장치가 구동되면, 해당되는 영역의 영상을 획득하여, 상기 영상에 포함되는 대상체의 얼굴 영상을 생성한다(S160). 물론, 얼굴 인식 기법을 활용하여 상기 해당되는 영역에서 대상체의 얼굴 영상만을 획득할 수도 있음은 물론이다.
상기 획득된 영상이 제어부(113)로 전송되면, 본 발명의 상기 제어부(113)는 영상저장부(115)에 저장되어 있는 인증영상정보와 상기 전송된 영상을 매칭하여 상호 동일성 여부를 판단한다(S170).
만약 상기 전송된 영상이 상기 인증영상정보와 매칭되지 않는 경우에는 침입자 등으로 간주하여, 점등된 조명 장치를 소동하고 소정의 알람 수단의 구동을 개시하게 된다(S180).
이상에서와 같이 본 발명에 따른 지능형 유비쿼터스 인체감지 제어 시스템 등에 대하여 상세히 기술하였으나, 상기 도 1 등에 도시된 본 발명에 의한 제어 시스템의 각 구성은 물리적으로 구분되는 구성요소라기보다는 논리적으로 구분되는 구성요소로 이해되어야 한다. 즉, 각각의 구성은 본 발명의 기술사상을 실현하기 위하여 논리적으로 구분된 구성요소에 해당하므로 각각의 구성요소가 통합 또는 분리되어 수행되더라도 본 발명의 논리 구성이 수행하는 기능을 실현할 수 있다면 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 한다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술된 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 지능형 유비쿼터스 인체감지 제어 시스템의 구성을 도시한 블록도,
도 2는 대상체의 온도와 이에 따른 최대 파장을 도시하고 있는 도면,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시형태에 의한 조명 제어 방법을 도시하는 도면,
도 4는 종래 렌즈의 형상을 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 비구면 볼록 렌즈의 형상을 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 단일 모듈로 구성된 TIR센서모듈을 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 상하 방향 영역의 온도를 감지하는 실시예를 도시한 도면,
도 8은 본 발명에 의한 인체 감지 제어 방법의 과정을 도시한 흐름도이다.

Claims (8)

  1. 대상체의 적외선 파장 대역을 감지하고, 상기 감지된 파장대역에 해당하는 온도와 주변 온도의 차이에 상응하는 기전력을 발생시키는 TIR센서를 포함하여 인체의 정적 존재를 감지하는 n개(n은 3 이상의 자연수)의 감지부;
    주변의 조도를 감지하여 이에 상응하는 신호를 출력하는 조도센서부;
    상기 감지부 및 상기 조도센서부로부터 입력되는 신호를 디지털 정보로 변환하고, 상기 변환된 정보를 지그비(ZIGBEE) 무선통신으로 전송하는 신호처리부; 및
    상기 전송된 조도 정보가 제1기준정보 이상이며, 상기 전송된 기전력 정보가 제2기준정보 이상인 경우에 한해 조명 장치가 점등되도록 제어하는 제어부를 포함하며,
    상기 제어부는,
    n-2번째 및 n-1번째 감지부에서 연속적으로 제2기준정보 이상의 기전력 정보가 전송되면, 상기 n-1번째 감지부의 기전력 정보가 전송된 시간을 기준으로 상기 양 기전력 정보가 전송된 시간차보다 짧은 시간이 경과된 후 n번째 감지부에 해당하는 조명 장치가 점등되도록 제어하고, 상기 n-2번째 및 n-1번째 감지부에서 정보가 전송된 각 시간의 차와 상기 n-2번째 및 n-1번째 감지부의 이격된 거리를 이용하여, 대상체의 속도 정보를 생성하여 상기 n번째 감지부에 해당하는 조명 장치의 조사 방향을 상기 대상체의 속도 정보에 대응하는 속도로 변화시키는 것을 특징으로 하는 지능형 유비쿼터스 인체감지 제어 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 조명장치가 점등되는 경우 상기 대상체의 얼굴 영역에 대한 영상을 촬영하는 영상부; 및
    출입이 허용된 자의 얼굴에 대한 인증영상정보를 저장하는 영상저장부를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 영상부에서 촬영된 영상이 상기 인증영상정보와 매칭되지 않는 경우 상기 점등된 조명장치가 소등되도록 제어하고, 알람 수단을 가동하는 것을 특징으로 하는 지능형 유비쿼터스 인체감지 제어 시스템.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 감지부는,
    TIR센서가 복수 개 구비된 TIR센서모듈을 포함하고,
    상기 TIR센서모듈의 전면에는 적외선 집광을 위한 비구면 볼록형 렌즈가 구비되되, 상기 비구면 블록형 렌즈의 표면 중 상기 복수 개 TIR센서에 대응되는 각 영역이 이중 볼록형으로 형성된 것을 특징으로 하는 지능형 유비쿼터스 인체감지 제어 시스템.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 TIR센서모듈은,
    수직 방향으로 정렬된 복수 개의 TIR센서가 구비되며,
    상기 제어부는,
    상기 신호처리부로부터 전송된 상기 복수 개 TIR센서 각각의 기전력 정보를 이용하여 해당하는 위치의 각 온도 정보를 검출하고, 수직방향의 상하온도 차가 기준 온도차보다 큰 경우 공조 장치가 구동되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 지능형 유비쿼터스 인체감지 제어 시스템.
  8. 제 6항에 있어서, 상기 TIR센서모듈은,
    상기 비구면 볼록형 렌즈, 상기 비구면 볼록형 렌즈를 투과한 적외선 파장을 필터링하는 밴드 패스 필터 및 상기 TIR센서가 히트 씽크 하우징 내에 장착된 단일 모듈로 형성된 것을 특징으로 하는 지능형 유비쿼터스 인체감지 제어 시스템.
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