KR101224548B1 - 화재 영상 감지시스템 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 감시대상지역을 촬영하며 포커싱, 트래킹의 동작이 가능한 촬영기; 화재발생 위치를 산출하는 엘알에프(LRF:Lazer Range Finder); 상기 촬영기로부터 촬영되는 영상데이터에서 RGB값을 측정하고, 측정되는 RGB값에 기초하여 화염의 색상을 감지한 후, 연기의 색상이 감지되면 화재가 발생하였다고 판단하고, 화재가 발생하였다고 판단되면 촬영기의 설치위치 좌표값, 엘알에프로부터 수신된 거리값 및 촬영기로부터 수신된 촬영 각도값을 이용하여 화재발생위치를 추적하며, 상기 촬영기가 촬영한 영상이 통제실 단말기에 출력되도록 처리하는 제어부; 상기 제어부의 제어에 따라 화염의 색상이 감지되면 영상데이터를 녹화하여 저장하는 메모리부; 및 상기 제어부의 제어에 따라 화염의 색상을 감지하면 1차 경보를 출력하고, 연기의 색상이 추가로 감지되면 최종경보를 출력하되, 화재 경고음 또는 화재경고 메세지를 출력하는 경보부;를 포함하는 화재 영상 감지시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 감지대상지역을 원거리에서 촬영하여 촬영되는 영상데이터로부터 화염을 RGB 색상값을 기초로 감지하고, 추가로 연기를 RGB 색상값을 기초로 감지하여 화재의 발생을 판단하되, 계절에 따라 RGB 색상값을 감지하는 민감도를 조절하여 화재의 감지를 정확하게 감지하여 화재의 오보에 따른 경보를 줄이고자 하는 화재 영상 감지시스템 및 그 방법을 제공할 수 있다.

Description

화재 영상 감지시스템 및 그 방법{Fire imaging detection system and method}

본 발명은 화재 영상 감지시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 촬영기를 화재감시지역에 설치하여 촬영되는 영상데이터를 통해 화염 및 연기의 색상을 RGB(Red-Green-Blue) 색상값을 기초로 감지하되, RGB 색상을 HSI 색상으로 변경하여 조명의 변화나 장면의 변화에도 화염 및 연기를 감지하고, 변화하는 계절에 따라 화염 및 연기의 RGB 색상 또는 HSI 색상을 감지하는 민감도를 변경하도록 하여 화재의 발생을 판단함은 물론, 화재발생위치와 경보를 통해 신속한 출동이 이루어져 초기에 화재진압이 이루어지도록 하는 화재 영상 감지시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

본 발명은 화재 영상 감지시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 화재가 발생하였을 때 초동진화를 하기 위해 카메라를 이용하여 화재발생지역을 조기에 발견하고 화재 경보를 울리는 화재감지시스템이 다양한 방법으로 제시되어 왔다. 그리고, 카메라는 360°회전하며 화재감지지역을 촬영한 영상을 상황실에 송신하며, 상황실에서는 수신된 촬영 영상을 모니터링함으로써 화재감시지역을 감시한다.

또한, 카메라의 일차 회전시 촬영된 영상과 이차 회전시 촬영된 영상을 상호 비교하여 이상 징후를 자동 감지하는 시스템도 있었다.

하지만, 360°회전하는 카메라는 일회전하는데 긴 시간이 소모되므로 화재가 발화된 시점에 대응하여 신속히 감지할 수 없는 문제가 있었다. 또한, 촬영된 전후의 영상을 각각의 촬영각에 따라 상호 비교해야 하므로 처리해야 하는 데이터가 방대히지므로, 그만큼 시간 지연을 감수하거나, 빠른 데이터 처리를 할 수 있는 시스템을 갖추어야 하는 어려움이 있었다.

그리고, 회전하는 카메라에 의존하여 설정된 촬영각에 따라 넓은 지역을 순차적으로 감시해야 하므로, 감시대상 지역을 총괄적으로 감시할 수 없었다.

또한, 화재를 감지하더라도 신속한 위치를 추적하기 어려운 문제점도 있었다.

상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은, 촬영기를 화재감시지역에 설치하여 촬영되는 영상데이터를 통해 화염 및 연기의 색상을 RGB 색상값을 기초로 감지하되, RGB 색상을 HSI 색상으로 변경하여 조명의 변화나 장면의 변화에도 화염 및 연기를 감지하고, 변화하는 계절에 따라 화염 및 연기의 RGB 색상 또는 HSI 색상을 감지하는 민감도를 변경하도록 하여 화재의 발생을 판단에 오보를 줄여 효율적인 화재를 감지할 수 있는 화재 영상 감지시스템 및 그 방법을 제공하기 위함이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 엘알에프를 이용하여 화재 발생장소를 정확하고 빠르게 판단하여 화재발생위치로 신속한 출동과 함께 화재진압을 할 수 있도록 화재 영상 감지시스템 및 그 방법을 제공하기 위함이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 화재발생을 감지하여 경보를 알리는 화재 영상 감지시스템에 있어서, 감시대상지역을 촬영하며 포커싱, 트래킹의 동작이 가능한 촬영기; 상기 촬영기로부터 촬영되는 영상데이터에서 RGB(Red-Green-Blue) 색상값을 측정하고, 측정되는 RGB 색상값에 기초하여 화염의 색상이 감지한 후, 연기의 색상이 감지되면 화재가 발생하였다고 판단하고, 상기 촬영기가 촬영한 영상이 통제실 단말기에 출력되도록 처리하는 제어부; 상기 제어부의 제어에 따라 화염의 색상이 감지되면 영상데이터를 녹화하여 저장하는 메모리부; 및 상기 제어부의 제어에 따라 화염의 색상을 감지하면 1차 경보를 출력하고, 연기의 색상이 추가로 감지되면 최종경보를 출력하되, 화재 경고음 또는 화재경고 메세지를 출력하는 경보부;를 포함하고, 상기 제어부는, 화염의 색상을 감지하되, 화염색상이 감지되면 감지된 위치를 확대하여 촬영하며, 에지 검출(edge detection)을 통해 화염색상의 테두리가 지속적으로 변동되고, 확대한 화면에서 연기의 색상이 추가로 감지되어 에지 검출을 통해 연기색상의 테두리가 지속적으로 변동되면 화재가 발생하였다고 판단하는 것을 특징으로 하고, 상기 제어부는, 타이머로 체크되는 시간과 날짜를 통해 4계절을 구분가능한 시간판단부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 시간판단부로부터 구분된 계절이 봄, 여름 또는 겨울이면 화염의 색상을 가을보다 민감하게 감지하고, 시간판단부로부터 구분된 계절이 가을이면 연기의 색상을 봄, 여름 또는 겨울보다 민감하게 감지하는 것을 특징으로 한다.

삭제

또한, 상기 제어부는, RGB 색상값으로 화염의 색상을 1차 감지하면, RGB 색상을 HSI(Hue-Saturation-Intensity) 색상으로 변환하여 이진영상을 얻고, 상기 이진영상에 따른 화염의 화소로 화염을 2차 감지하여 화염의 발생을 감지할 수 있는 것을 특징으로 한다.

삭제

또한, 상기 제어부는, 화염 또는 연기의 색상이 사물을 배경으로 나타날 때 감지하는 것보다 사물경계를 넘어 청색으로 감지되는 배경에 화염 또는 연기의 색상을 민감하게 감지하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 특징에 따르면, 화재발생을 감지하여 경보를 알리는 화재 영상 감지시스템에 있어서, 감시대상지역을 촬영하며 포커싱, 트래킹의 동작이 가능한 촬영기; 화재발생 위치를 산출하는 엘알에프(LRF:Lazer Range Finder); 상기 촬영기로부터 촬영되는 영상데이터에서 화염의 색상을 감지한 후, 연기의 색상이 감지되면 화재가 발생하였다고 판단하고, 상기 촬영기가 촬영한 영상이 통제실 단말기에 출력되도록 처리하는 제어부; 상기 제어부의 제어에 따라 화염의 색상이 감지되면 영상데이터를 녹화하여 저장하는 메모리부; 상기 제어부의 제어에 따라 화염의 색상을 감지하면 1차 경보를 출력하고, 연기의 색상이 추가로 감지되면 최종경보를 출력하되, 화재 경고음 또는 화재경고 메세지를 출력하는 경보부; 및 화재의 발생시각을 측정할 수 있도록 구비된 타이머;를 포함하는 화재 영상 감지시스템을 이용한 화재발생 감지방법에 있어서, (a) 촬영기로부터 감시대상지역을 촬영하는 단계; (b) 상기 (a)단계에서 촬영되는 영상데이터로부터 화염을 감지하는 단계; (c) 화염색상이 감지되면 영상데이터를 녹화하여 메모리부에 저장하며, 1차 경보를 출력하는 단계; (d) 화염색상이 감지된 위치를 확대하여 촬영하며 에지 검출(edge detection)을 통해 화염색상의 테두리가 지속적으로 변동되고, 확대한 화면에서 연기의 색상이 추가로 감지되어 에지 검출을 통해 연기색상의 테두리가 지속적으로 변동되면 화재가 발생하였다고 판단하는 단계; 및 (e) 최종경보를 출력하는 단계;를 포함하고, 상기 제어부는, 타이머로 체크되는 시간과 날짜를 통해 4계절을 구분가능한 시간판단부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 시간판단부로부터 구분된 계절이 봄, 여름 또는 겨울이면 화염의 색상을 가을보다 민감하게 감지하고, 시간판단부로부터 구분된 계절이 가을이면 연기의 색상을 봄, 여름 및 겨울보다 민감하게 감지하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 (b)단계는, 상기 영상데이터에서 RGB(Red-Green-Blue) 색상값을 측정하고, 측정되는 RGB 색상값에 기초하여 화염의 색상을 1차 감지하면, RGB 색상을 HSI(Hue-Saturation-Intensity) 색상으로 변환하여 이진영상을 얻고, 상기 이진영상에 따른 화염의 화소로 화염을 2차 감지하여 화염의 발생을 감지할 수 있는 것을 특징으로 한다.

삭제

또한, 상기 (b) 및 (d) 단계는, 화염 또는 연기의 색상이 사물을 배경으로 나타날 때 감지하는 것보다 사물경계를 넘어 청색으로 감지되는 배경에 화염 또는 연기의 색상을 민감하게 감지하는 것을 특징으로 한다.

이상 살펴본 바와 같은 본 발명에 따르면, 촬영기를 화재감시지역에 설치하여 촬영되는 영상데이터를 통해 화염 및 연기의 색상을 RGB 색상값을 기초로 감지하되, RGB 색상을 HSI 색상으로 변경하여 조명의 변화나 장면의 변화에도 화염 및 연기를 감지하고, 변화하는 계절에 따라 화염 및 연기의 RGB 색상 또는 HSI 색상을 감지하는 민감도를 변경하도록 하여 화재의 발생을 판단에 오보를 줄여 효율적인 화재를 감지할 수 있는 화재 영상 감지시스템 및 그 방법을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 엘알에프를 이용하여 화재 발생장소를 정확하고 빠르게 판단하여 화재발생위치로 신속한 출동과 함께 화재진압을 할 수 있도록 화재 영상 감지시스템 및 그 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 화재 영상 감지시스템를 나타낸 전체시스템도이고,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 화재 영상 감지시스템을 나타낸 블록도이고,
도 3 및 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 화재 발생 감지방법의 동작과정을 도시한 순서도이고,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예의 의한 화재 발생 감지방법에서 위치를 추적하는 방법을 나타낸 도면이다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 화재 영상 감지시스템 및 방법을 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 화재 영상 감지시스템를 나타낸 전체시스템도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 화재 영상 감지시스템을 나타낸 블록도이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 화재 영상 감지시스템은 촬영기(110), 엘알에프(112), 제어부(120), 메모리부(130) 및 경보부(140)를 포함한다.

그리고, 촬영기(110)는 감시대상지역을 촬영하며 포커싱, 트래킹의 동작이 가능한 카메라를 사용한다. 즉, 카메라는 펜/틸트 회전형 카메라, 돔 카메라, 적외선 카메라, 고정형 카메라, UTP카메라 등을 포함할 수 있다. 또한, 카메라는 회전형 및 고정형 모두에 적용할 수 있으며, 줌-인(zoom-in) 및 줌-아웃(zoom-out) 기능, 주야간 변환 기능 등을 구비하면 더욱 바람직하나, 이에 한정하지 않으며 일반적으로 사용되고 있는 카메라를 사용해도 무방하다. 그리고, 카메라에 대한 기술은 공지된 사항이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

또한, 엘알에프(112)(LRF:Lazer Range Finder)는 화재발생 위치를 산출하기 위한 것이며, 레이저를 이용한 거리측정기이고, 통상적으로 많이 사용되는 기구이므로 엘알에프(112)의 상세한 구성에 대한 설명은 생략한다.

제어부(120)는 시간판단부(122), 화재판단부(124) 및 위치판단부(128)를 포함한다.

먼저, 시간판단부(122)는 타이머(미도시)로서, 시간과 날짜를 체크할 수 있고 4계절을 구분하며, 이에 따라 현재의 시점이 4계절 중 어느 계절인지 인식한다.

4계절은 예를 들어, 봄: 3~5월, 여름: 6~8월, 가을: 9~11월, 겨울: 1,2 및 12월로 구분할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니고, 사용자의 설정에 따라 4계절을 조정할 수 있다.

화재판단부(124)는 화염감지부(125) 및 연기감지부(126)를 포함한다.

화염감지부(125)는 화염의 색상인 RGB(Red-Green-Blue) 색상값을 감지한다.

여기서, 화염의 색상은 빨간색(R, red)이 초록색(G, green)에 비하여 현저히 색상값이 높게 나타나므로 화염감지부(125)가 빨간색을 통해 화염을 감지한다. 더불어, 화염의 특성은 RGB 색좌표계에서 빨간색(Red) 성분의 계열에 속하고, 낮은 온도에서는 빨간색에서 노란색(Yellow) 계통이고 고온에서는 백색(White)과 유사하게 되는 특성이 있다.

특히, 화염감지부(125)는 4계절 중 가을과 같은 계절에 단풍으로 인하여 화재감시지역 내에서 빨간색을 화염의 색상으로 다수 감지하기 때문에 화염의 색상으로 감지하는 과정에서 데이터처리가 지연될 수 있는 점을 방지하기 위하여 RGB 색상을 HSI 색상으로 변환하여 화염의 화소를 통해 화염의 발생을 재감지하도록 한다.

즉, 화염감지부(125)가 RGB 색상값으로 화염의 색상을 1차 감지하면, RGB 색상을 HSI(Hue-Saturation-Intensity) 색상으로 변환하여 화염의 색상을 2차 감지하도록 한다. 이는, HSI 색상이 RGB 색상보다 명도에 덜 민감하기 때문에 조명의 변화나 장면의 변환에 영향을 덜 받는 특성이 있어, HSI 색상을 통해 화염을 정확하게 감지함으로써, 화염의 색상 감지에 따른 시스템을 안정적으로 제어할 수 있다.

이러한 HSI 색상은 하나의 원뿔 밑에 또 하나의 원뿔이 뒤집어져 있는 이중 원뿔 모형의 좌표계를 사용한다. 색상 S는 원뿔의 둘레를 따라 0°에서 360°의 범위를 가진 각도 θ로 표현하며, 채도 H는 0에서 1까지의 범위를 가지는 반지름으로 표현한다. 또한, 명도 I는 원뿔의 세로축으로 표현하는데 좌표값이 0일 때 검정색이고 좌표 값이 1일 때 흰색을 나타낸다. S=0일 때 색상은 명도 I의 명암도를 가지며, S=1일 때 그 색상은 원뿔기반 모형의 꼭대기 가장자리에 위치한다. 채도가 강할수록 그 컬러는 명도에 따라서 흰색, 회색, 검정색이 되며, 색상의 조절은 각도에 따라 0°에서는 빨간, 120°에서는 녹색, 240°에서는 파란색 그리고 360°에서는 다시 빨간색으로 변한다. I=0일 때 색상은 검정색이며 S=0일 때 색상은 명암도 등급을 나타내므로 이러한 경우 H는 정의되지 않는다. I를 조절함으로써 색상은 어둡게 또는 밝게 할 수 있으며, S=1을 유지하고 I를 조절하며 그 컬러의 농도를 변화시킬 수 있다.

즉, RGB의 색상으로부터 [수학식1]을 통해 HSI 색상으로 변환할 수 있다.

예를 들어, 화염의 색상인 빨간색을 변환하면, RGB 색상은 (1, 0, 0)이고, HSI 색상으로 변환하면 (0°, 1, 0.33)이 된다.

이렇게 변환되는 HSI 색상을 통해 화염의 색상 범위에 속하는 화염 화소를 구할 수 있다.

예를 들어, [수학식2]와 같은 식으로 HSI 색상 공간에서 화염 화소로 추정되는 화소로 이진영상 Ft를 얻는다.

여기서, I, S, H는 입력 색상변수 값이다. 이진 영상 Ft의 값이 1인 경우 화염으로 판단될 수 있는 화소이고, 0인 경우 화염으로 판단하지 않는 화소이다.

한편, [수학식2]에서 임계치로 사용된 숫자는 카메라 및 환경 요인에 의하여 그 구체적 숫자는 변경될 수 있는 것이므로 이에 한정하지 않는다.

즉, 화염감지부(125)가 화염의 색상을 1차 감지하면, RGB 색상을 HSI 색상으로 변환하여 이진영상을 얻어, 얻어진 이진영상 Ft의 값에 따라 화염의 색상을 2차 감지하여 화염이 발생하였음을 정확하게 감지한다.

연기감지부(126)는 연기의 색상이 빨간색(R, red), 초록색(G, green) 및 파란색(B, blue)의 색상값 차이가 많이 나지는 않으므로 회색을 통해 연기를 감지한다.

또한, 연기감지부(126)가 감지하는 RGB 색상값 중 회색을 감지하는 민감도를 조절할 수 있다. 즉, RGB 색상값을 높은 영역의 임계값으로 설정하여 연기만 감지할 수 있도록 하는 것이다.

그리고, 화염감지부(125)에서도 RGB 색상값을 조절하여 계절에 따라 감지하는 민감도를 조절할 수 있다.

화염감지부(125)와 연기감지부(126)는 시간판단부(122)가 구분한 4계절에 따라 화재를 판단함에 있어서, 봄, 여름 및 겨울에 화염의 색상을 가을보다 민감하게 감지하고, 가을에 연기의 색상을 봄, 여름 및 겨울보다 민감하게 감지하고 판단한다.

봄과 여름에는 촬영기(110)에서 촬영되는 영상의 배경이 녹색계통으로 녹색의 RGB 색상값들이 많이 측정될 것이고, 겨울에는 갈색계통으로 갈색의 RGB 색상값들이 많이 측정될 것이다. 반면에, 가을에는 단풍으로 인하여 빨간색의 RGB 색상값들이 많이 측정될 것이다.

이를 바탕으로, 화염감지부(125)는 봄, 여름 및 겨울에 화염의 색상이 감지된다면 화재의 가능성이 크므로 화염의 색상을 민감하게 감지하는 것이 바람직하다.

반면에, 화염감지부(125)는 가을에 단풍에 의하여 화염의 색상을 수시로 감지할 수 있으므로 연기감지부(126)가 연기의 색상을 민감하게 감지하여 화재의 오보가 없도록 하는 것이 바람직하다.

더불어, 화염감지부(125)와 연기감지부(126)가 화염과 연기를 감지할 때, 화재판단부(124)는 화염감지부(125)가 화염의 색상을 감지하면 감지된 위치를 확대하여 촬영되도록 촬영기(110)를 제어하며, 화염색상의 테두리가 지속적으로 변동되는지를 분석한다. 또한, 화재판단부(124)는 확대한 화면에서 연기감지부(126)가 연기의 색상을 추가로 감지하면 연기색상의 테두리가 지속적으로 변동되는지 분석하여 화재의 발생여부를 최종 판단한다.

여기서, 화염색상 또는 연기색상의 테두리가 지속적으로 변동되는 것은 예를 들어, 빨간색(화염색상) 또는 회색(연기색상)이 일정시간 이상으로 일렁이는 것을 나타낸다.

이때, 화재판단부(124)는 에지 검출(edge detection)을 통해 화염색상 또는 연기색상의 테두리가 지속적으로 변동되는지 분석한다.

에지 검출이란 영상의 변화 부분을 강조함으로써 물체의 윤곽선과 영상 신호 분포를 이진화하여 나타내는 방법으로, 물체에 대한 경계를 강화하거나 추출하는 알고리즘이다. 이러한 알고리즘을 이미지 에지 검출에 적용하기 용이하게 하는 것이 마스크라고 하는 행렬이며, 다양한 마스크를 통해 RGB 색상 및 HSI 색상으로 에지를 검출할 수 있다.

또한, 화재판단부(124)는 화염감지부(125) 또는 연기감지부(126)가 화염 또는 연기의 색상이 사물을 배경, 예를 들어 산(山)으로 나타날 때 감지하는 것보다 사물경계를 넘어 청색으로 감지되는 배경, 예를 들어 하늘에 화염 또는 연기의 색상을 민감하게 감지하여 화재의 발생여부를 신속하게 판단할 수 있도록 한다.

이와 같이, 화재판단부(124)에서 화재가 발생하였다고 판단되면, 위치판단부(128)는 화재가 발생된 위치를 추적하여 위치를 판단한다.

즉, 위치판단부(128)는 촬영기(110)의 설치위치 좌표값, 엘알에프(112)로부터 수신된 거리값 및 촬영기(110)로부터 수신된 촬영 각도값을 이용하여 화재발생위치를 추적하며, 촬영기(110)가 촬영한 영상이 통제실 단말기(310)에 출력되도록 처리한다. 이때, 촬영기(110)의 설치위치 좌표값은 메모리부(130)에 미리 저장되어 있다.

상술한 바와 같은 제어부(120)는 촬영기(110)에서 촬영한 영상데이터를 이용하여, 화재가 발생되었는지 판단하고, 화재가 발생하는 경우, 이를 방재센터(200) 및 통제실에 알리는 등 전반적인 동작이 수행되도록 처리하며, 이는 마이크로프로세서나 DSP(digital signal processor) 등으로 이루어질 수 있다.

또한, 메모리부(130)에는 제어부(120)의 제어에 따라 화염의 색상이 감지되면 영상데이터를 녹화하여 저장된다. 이때, 화염의 색상이 감지된 일자, 시간 및 감지한 후 경과된 시간 등 다양한 정보도 함께 메모리부(130)에 저장된다.

메모리부(130)에 저장된 영상데이터 및 다양한 정보는 통제실 인터페이스부(300)를 통해 통제실 단말기(310)에 출력되도록 하여 사용자가 화재의 발생지점을 분석하고, 화염의 크기정보, 화재발생 위치정보 및 화염이 번지는 속도를 산출할 수 있도록 활용될 수 있다.

또한, 경보부(140)는 제어부(120)의 제어에 따라 화염의 색상을 감지하면 1차 경보를 출력하고, 연기의 색상이 추가로 감지되면 최종경보를 출력하되, 화재 경고음 또는 화재경고 메세지를 출력한다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 화재 발생 감지방법의 동작과정을 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 화재 발생 감지방법의 동작과정을 도시한 순서도이고, 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예의 의한 화재 발생 감지방법에서 위치를 추적하는 방법을 나타낸 도면이다.

우선, 촬영기(110)로부터 감시대상지역을 촬영하고 촬영되는 영상데이터가 제어부(120)에 전송된다.(S310)

제어부(120)의 화재판단부(124)는 촬영기(110)로부터 촬영되는 영상데이터에서 RGB 색상값을 측정하고, 특정 RGB 색상값을 감지 후, 화재를 판단한다.

여기서, 시간판단부(122)에 의해 현재의 시점이 4계절(예를 들어, 봄: 3~5월, 여름: 6~8월, 가을: 9~11월, 겨울: 1,2 및 12월) 중 어느 계절인지 인식한다.

화재판단부(124)의 화염감지부(125)는 영상데이터를 통해 측정되는 RGB(Red-Green-Blue) 색상값에 기초하여 화염의 색상을 감지한다.(S320)

여기서, 화염의 색상은 빨간색(R, red)이 초록색(G, green)에 비하여 현저히 색상값이 높게 나타나므로 화염감지부(125)가 빨간색을 통해 화염을 감지한다. 더불어, 화염의 특성은 RGB 색좌표계에서 빨간색(Red) 성분의 계열에 속하고, 낮은 온도에서는 빨간색에서 노란색(Yellow) 계통이고 고온에서는 백색(White)과 유사하게 되는 특성이 있다.

특히, 화염감지부(125)는 4계절 중 가을과 같은 계절에 단풍으로 인하여 화재감시지역 내에서 빨간색을 화염의 색상으로 다수 감지하기 때문에 화염의 색상으로 감지하는 과정에서 데이터처리가 지연될 수 있는 점을 방지하기 위하여 RGB 색상을 HSI 색상으로 변환하여 화염 화소를 통해 화염의 발생을 재감지하도록 한다.

즉, 화염감지부(125)가 RGB 색상값으로 화염의 색상을 1차 감지한다.(S322)

그 후, RGB 색상을 HSI(Hue-Saturation-Intensity) 색상으로 변환한다.(S324) 이는, HSI 색상이 RGB 색상보다 명도에 덜 민감하기 때문에 조명의 변화나 장면의 변환에 영향을 덜 받는 특성이 있어, HSI 색상을 통해 화염을 정확하게 감지하기 위함이다.

이러한 HSI 색상은 하나의 원뿔 밑에 또 하나의 원뿔이 뒤집어져 있는 이중 원뿔 모형의 좌표계를 사용한다. 색상 S는 원뿔의 둘레를 따라 0°에서 360°의 범위를 가진 각도 θ로 표현하며, 채도 H는 0에서 1까지의 범위를 가지는 반지름으로 표현한다. 또한, 명도 I는 원뿔의 세로축으로 표현하는데 좌표값이 0일 때 검정색이고 좌표 값이 1일 때 흰색을 나타낸다. S=0일 때 색상은 명도 I의 명암도를 가지며, S=1일 때 그 색상은 원뿔기반 모형의 꼭대기 가장자리에 위치한다. 채도가 강할수록 그 컬러는 명도에 따라서 흰색, 회색, 검정색이 되며, 색상의 조절은 각도에 따라 0°에서는 빨간, 120°에서는 녹색, 240°에서는 파란색 그리고 360°에서는 다시 빨간색으로 변한다. I=0일 때 색상은 검정색이며 S=0일 때 색상은 명암도 등급을 나타내므로 이러한 경우 H는 정의되지 않는다. I를 조절함으로써 색상은 어둡게 또는 밝게 할 수 있으며, S=1을 유지하고 I를 조절하며 그 컬러의 농도를 변화시킬 수 있다.

즉, RGB의 색상으로부터 [수학식3]을 통해 HSI 색상으로 변환할 수 있다.

예를 들어, 화염의 색상인 빨간색을 변환하면, RGB 색상은 (1, 0, 0)이고, HSI 색상으로 변환하면 (0°, 1, 0.33)이 된다.

이렇게 변환되는 HSI 색상을 통해 화염의 색상 범위에 속하는 화염 화소를 구할 수 있다.

예를 들어, [수학식4]와 같은 식으로 HSI 색상 공간에서 화염 화소로 추정되는 화소로 이진영상 Ft를 얻는다.

여기서, I, S, H는 입력 색상변수 값이다. 이진 영상 Ft의 값이 1인 경우 화염으로 판단될 수 있는 화소이고, 0인 경우 화염으로 판단하지 않는 화소이다.

한편, [수학식4]에서 임계치로 사용된 숫자는 카메라 및 환경 요인에 의하여 그 구체적 숫자는 변경될 수 있는 것이므로 이에 한정하지 않는다.

즉, RGB 색상을 HSI 색상으로 변환하여 이진영상을 얻어, 얻어진 이진영상 Ft의 값에 따라 화염이 발생하였음을 정확하게 감지한다.(S328)

이와 같이, 화재판단부(124)는 화염감지부(125)가 화염의 색상을 감지하면, 감지된 위치를 확대하여 촬영되도록 촬영기(110)를 제어하며, 화염색상의 테두리가 지속적으로 변동되는지를 분석한다.

또한, 영상데이터를 녹화하여 메모리부(130)에 저장하고, 경보기를 통해 1차경보를 출력하도록 제어한다.(S330) 이때, 화염의 색상이 감지된 일자, 시간 및 감지한 후 경과된 시간 등 다양한 정보도 함께 메모리부(130)에 저장된다.

메모리부(130)에 영상데이터를 녹화함으로써, 통제실 인터페이스부(300)를 통해 통제실 단말기(310)에 화재 발생 시점부터 출력할 수 있으므로 사용자가 화재의 발생지점을 분석하고, 화염의 크기정보, 화재발생 위치정보 및 화염이 번지는 속도를 산출할 수 있도록 활용할 수 있다.

또한, 경보부(140)가 1차 경보를 출력함에 따라, 화재의 발생을 예측하여 미리 출동준비를 마칠 수 있다.

그리고, 확대한 화면에서 연기감지부(126)는 영상데이터에서 RGB 색상값에 기초하여 연기의 색상을 감지한다.(S340)

여기서, 연기의 색상은 빨간색(R, red), 초록색(G, green) 및 파란색(B, blue)의 색상값 차이가 많이 나지는 않으므로 연기감지부(126)가 회색을 통해 연기를 감지한다.

또한, 화염 또는 연기의 색상을 감지함에 있어서, RGB 색상값을 높은 영역의 임계값으로 설정하여 화염감지부(125)와 연기감지부(126)가 RGB 색상값을 감지하는 민감도를 조절할 수 있다.

화재판단부(124)는 연기감지부(126)가 연기의 색상을 추가로 감지하면 연기색상의 테두리가 지속적으로 변동되는지 분석하여 화재의 발생여부를 판단한다.(S350)

여기서, 화염색상 또는 연기색상의 테두리가 지속적으로 변동되는 것은 예를 들어, 빨간색(화염색상) 또는 회색(연기색상)이 일정시간 이상으로 일렁이는 것을 나타낸다.

이때, 화재판단부(124)는 에지 검출(edge detection)을 통해 화염색상 또는 연기색상의 테두리가 지속적으로 변동되는지 분석한다.

에지 검출이란 영상의 변화 부분을 강조함으로써 물체의 윤곽선과 영상 신호 분포를 이진화하여 나타내는 방법으로, 물체에 대한 경계를 강화하거나 추출하는 알고리즘이다. 이러한 알고리즘을 이미지 에지 검출에 적용하기 용이하게 하는 것이 마스크라고 하는 행렬이며, 다양한 마스크를 통해 RGB 색상 및 HSI 색상으로 에지를 검출할 수 있다.

특히, S330, S350 단계에서는 시간판단부(122)가 구분한 4계절에 따라 화재를 판단한다. 즉, 봄, 여름 및 겨울에 화염의 색상을 가을보다 민감하게 감지하고, 가을에 연기의 색상을 봄, 여름 및 겨울보다 민감하게 감지하고 판단한다.

봄과 여름에는 촬영기(110)에서 촬영되는 영상의 배경이 녹색계통으로 녹색의 RGB 색상값들이 많이 측정될 것이고, 겨울에는 갈색계통으로 갈색의 RGB 색상값들이 많이 측정될 것이다. 반면, 가을에는 단풍으로 인하여 빨간색의 RGB 색상값들이 많이 측정될 것이다.

즉, 화재판단부(124)는 봄, 여름 및 겨울에 화염감지부(125)가 화염의 색상을 감지한다면 화재의 가능성이 크다고 판단할 수 있으므로, 화염의 색상을 민감하게 감지하도록 한다.

그리고, 화재판단부(124)는 가을에 단풍으로 인해 화염감지부(125)가 화염의 색상을 수시로 감지할 수 있어, 오보의 판단을 줄일 수 있도록 연기감지부(126)가 연기의 색상을 민감하게 감지하도록 한다.

또한, 화재판단부(124)는 화염감지부(125) 또는 연기감지부(126)가 화염 또는 연기의 색상이 사물을 배경(산(山))으로 나타날 때 감지하는 것보다 사물경계를 넘어 청색으로 감지되는 배경(하늘)에 화염 또는 연기의 색상을 민감하게 감지하여 화재의 발생여부를 신속하게 판단할 수 있도록 한다.

이와 같이, 화재판단부(124)에서 화재가 발생하였다고 판단하면, 위치판단부(128)는 화재가 발생된 위치를 추적하여 위치를 판단한다.(S360)

즉, 위치판단부(128)는 촬영기(110)의 설치위치 좌표값, 엘알에프(112)로부터 수신된 거리값 및 촬영기(110)로부터 수신된 촬영 각도값을 이용하여 화재발생위치를 추적하며, 촬영기(110)가 촬영한 영상이 통제실 단말기(310)에 출력되도록 처리한다. 이때, 촬영기(110)의 설치위치 좌표값은 메모리부(130)에 미리 저장되어있다.

여기서, 위치판단부(128)는 하나 이상의 촬영기(110)로부터 촬영되는 하나 이상의 영상데이터를 바탕으로 위치판단부(128)가 판단하는 화재발생위치의 평균지점을 화재가 발생한 위치로 판단하는 것이 더 정확한 위치로 판단할 수 있다.

도 4를 참조하면, 하나 이상의 촬영기(A, B)가 사용되는 경우, 위치판단부(128)는, 두 대의 촬영기(A, B)로부터 수신된 엘알에프(112)가 측정한 거리값을 이용하여 두개의 거리교차점(P1, P2)을 생성하고, 두 대의 촬영기(A, B)로부터 수신된 촬영 각도값을 이용하여 하나의 각도 교차점(P3)을 생성하며, 각도 교차점과 가까운 거리 교차점을 검출하여(P3와 가까운 거리교차점은 P1), 검출된 거리 교차점(P1)과 각도 교차점(P3)의 평균지점(P4)을 화재발생 위치로 판단한다.

S360단계에 의해 화재발생위치가 판단된 다음, 제어부(120)는 미리 지정되어 있는 방재센터(200)에 경보음 또는 경보메세지를 통하여 최종경보가 출력되도록 제어한다.(S370)

이로써, 화염의 색상을 감지하고, 1차경보로 준비하고 출동대기중인 화재진압팀은 신속하게 화재발생위치로 출동을 할 수 있어, 화재를 초기에 진압할 수 있다.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

110 촬영기 112 엘알에프
120 제어부 122 시간판단부
124 화재판단부 125 화염감지부
126 연기감지부 128 위치판단부
130 메모리부 140 경보부
200 방재센터 300 통제실 인터페이스부
310 통제실 단말기

Claims (9)

1. 화재발생을 감지하여 경보를 알리는 화재 영상 감지시스템에 있어서,
   감시대상지역을 촬영하며 포커싱, 트래킹의 동작이 가능한 촬영기;
   상기 촬영기로부터 촬영되는 영상데이터에서 RGB(Red-Green-Blue) 색상값을 측정하고, 측정되는 RGB 색상값에 기초하여 화염의 색상이 감지한 후, 연기의 색상이 감지되면 화재가 발생하였다고 판단하고, 상기 촬영기가 촬영한 영상이 통제실 단말기에 출력되도록 처리하는 제어부;
   상기 제어부의 제어에 따라 화염의 색상이 감지되면 영상데이터를 녹화하여 저장하는 메모리부; 및
   상기 제어부의 제어에 따라 화염의 색상을 감지하면 1차 경보를 출력하고, 연기의 색상이 추가로 감지되면 최종경보를 출력하되, 화재 경고음 또는 화재경고 메세지를 출력하는 경보부;를 포함하고,
   상기 제어부는, 화염의 색상을 감지하되, 화염색상이 감지되면 감지된 위치를 확대하여 촬영하며, 에지 검출(edge detection)을 통해 화염색상의 테두리가 지속적으로 변동되고, 확대한 화면에서 연기의 색상이 추가로 감지되어 에지 검출을 통해 연기색상의 테두리가 지속적으로 변동되면 화재가 발생하였다고 판단하는 것을 특징으로 하고,
   상기 제어부는, 타이머로 체크되는 시간과 날짜를 통해 4계절을 구분가능한 시간판단부를 포함하고,
   상기 제어부는, 상기 시간판단부로부터 구분된 계절이 봄, 여름 또는 겨울이면 화염의 색상을 가을보다 민감하게 감지하고, 시간판단부로부터 구분된 계절이 가을이면 연기의 색상을 봄, 여름 또는 겨울보다 민감하게 감지하는 것을 특징으로 하는 화재 영상 감지시스템.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
   RGB 색상값으로 화염의 색상을 1차 감지하면, RGB 색상을 HSI(Hue-Saturation-Intensity) 색상으로 변환하여 이진영상을 얻고, 상기 이진영상에 따른 화염의 화소로 화염을 2차 감지하여 화염의 발생을 감지할 수 있는 것을 특징으로 하는 화재 영상 감지시스템.
   
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서, 상기 제어부는,
   화염 또는 연기의 색상이 사물을 배경으로 나타날 때 감지하는 것보다 사물경계를 넘어 청색으로 감지되는 배경에 화염 또는 연기의 색상을 민감하게 감지하는 것을 특징으로 하는 화재 영상 감지시스템.
   
6. 화재발생을 감지하여 경보를 알리는 화재 영상 감지시스템에 있어서, 감시대상지역을 촬영하며 포커싱, 트래킹의 동작이 가능한 촬영기; 화재발생 위치를 산출하는 엘알에프(LRF:Lazer Range Finder); 상기 촬영기로부터 촬영되는 영상데이터에서 화염의 색상을 감지한 후, 연기의 색상이 감지되면 화재가 발생하였다고 판단하고, 상기 촬영기가 촬영한 영상이 통제실 단말기에 출력되도록 처리하는 제어부; 상기 제어부의 제어에 따라 화염의 색상이 감지되면 영상데이터를 녹화하여 저장하는 메모리부; 상기 제어부의 제어에 따라 화염의 색상을 감지하면 1차 경보를 출력하고, 연기의 색상이 추가로 감지되면 최종경보를 출력하되, 화재 경고음 또는 화재경고 메세지를 출력하는 경보부; 및 화재의 발생시각을 측정할 수 있도록 구비된 타이머;를 포함하는 화재 영상 감지시스템을 이용한 화재발생 감지방법에 있어서,
   (a) 촬영기로부터 감시대상지역을 촬영하는 단계;
   (b) 상기 (a)단계에서 촬영되는 영상데이터로부터 화염을 감지하는 단계;
   (c) 화염색상이 감지되면 영상데이터를 녹화하여 메모리부에 저장하며, 1차 경보를 출력하는 단계;
   (d) 화염색상이 감지된 위치를 확대하여 촬영하며 에지 검출(edge detection)을 통해 화염색상의 테두리가 지속적으로 변동되고, 확대한 화면에서 연기의 색상이 추가로 감지되어 에지 검출을 통해 연기색상의 테두리가 지속적으로 변동되면 화재가 발생하였다고 판단하는 단계; 및
   (e) 최종경보를 출력하는 단계;를 포함하고,
   상기 제어부는, 타이머로 체크되는 시간과 날짜를 통해 4계절을 구분가능한 시간판단부를 포함하고,
   상기 제어부는, 상기 시간판단부로부터 구분된 계절이 봄, 여름 또는 겨울이면 화염의 색상을 가을보다 민감하게 감지하고, 시간판단부로부터 구분된 계절이 가을이면 연기의 색상을 봄, 여름 및 겨울보다 민감하게 감지하는 것을 특징으로 하는 화재발생 감지방법.
   
7. 제6항에 있어서, 상기 (b)단계는,
   상기 영상데이터에서 RGB(Red-Green-Blue) 색상값을 측정하고, 측정되는 RGB 색상값에 기초하여 화염의 색상을 1차 감지하면, RGB 색상을 HSI(Hue-Saturation-Intensity) 색상으로 변환하여 이진영상을 얻고, 상기 이진영상에 따른 화염의 화소로 화염을 2차 감지하여 화염의 발생을 감지할 수 있는 것을 특징으로 하는 화재발생 감지방법.
   
8. 삭제
9. 제6항에 있어서, 상기 (b) 및 (d) 단계는,
   화염 또는 연기의 색상이 사물을 배경으로 나타날 때 감지하는 것보다 사물경계를 넘어 청색으로 감지되는 배경에 화염 또는 연기의 색상을 민감하게 감지하는 것을 특징으로 하는 화재발생 감지방법.

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