KR101467908B1 - 가로등용 네트워크 카메라 및 이를 이용한 네트워크 감시 시스템 - Google Patents

가로등용 네트워크 카메라 및 이를 이용한 네트워크 감시 시스템 Download PDF

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경종민
조현태
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재단법인 다차원 스마트 아이티 융합시스템 연구단
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Abstract

본 발명은 낮과 밤에 다른 모드로 작동되는 가로등용 네트워크 카메라 및 이를 이용한 네트워크 감시 시스템에 관한 것으로, 본 발명에 따른 가로등용 네트워크 카메라는 이벤트를 감지하는 이벤트 감지부; 이벤트 감지 시 영상을 촬영하는 이미지 센서부; 상기 촬영된 영상 데이터를 저장하는 저장부; 네트워크를 통해 상기 영상 데이터를 송수신하는 송수신부; 상기 이벤트 감지부, 이미지 센서부, 저장부 및 송수신부를 제어하고, 가로등에서 전력이 공급되지 않는 시간 동안에는 저전력, 저속 통신 모드로 네트워크를 형성하며, 가로등에서 전력이 공급되는 시간 동안에는 고전력, 고속 통신 모드로 네트워크를 형성하는 제어부; 상기 이벤트 감지부, 이미지 센서부, 저장부, 송수신부, 제어부에 전력을 공급하는 전원부를 포함하여 구성되는 것을 기술적 특징으로 한다. 이에 따라 전력 공급이 없는 낮 시간 동안에는 저전력 네트워크를 운용하면서, 필요한 영상 데이터만 고속 네트워크를 통해 관리센터로 전송함으로써 장비의 활용도가 높아진다.

Description

가로등용 네트워크 카메라 및 이를 이용한 네트워크 감시 시스템{NETWORK CAMERA FOR LIGHT POLE AND NETWORK MONITORING SYSTEM USING THEREOF}
본 발명은 가로등용 네트워크 카메라 및 이를 이용한 네트워크 감시 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 낮과 밤에 다른 모드로 작동되는 가로등용 네트워크 카메라 및 이를 이용한 네트워크 감시 시스템에 관한 것이다.
최근 성범죄, 절도, 뺑소니 등 각종 사고가 늘어남에 따라 주택가를 중심으로 도심에 CCTV와 같은 영상감시장비가 설치되고 있다. 이러한 영상감시장비에서 촬영된 영상은 주변의 경찰서나 관리센터로 전송되어 각종 범죄의 예방 또는 사고의 감지에 활용되고 있다.
영상감지장비는 어느 정도 충분한 영역을 촬영할 수 있어야 하므로 일반적으로 전봇대나 건물의 외벽 등에 소정 높이로 설치되는데, 이러한 영상감지장비의 설치에 가로등이 활용될 수 있다. 가로등은 소정의 간격으로 규칙적으로 배치되는 경우가 많기 때문에 가로등에 영상감지장비를 설치하는 경우 도심 전체적으로 일정한 간격의 감시 영상을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 가로등에 공급되는 전원을 영상감지장비의 전원으로 사용할 수 있다는 장점이 있다.
가로등에 감시 카메라가 설치된 종래의 가로등 통합 감시 장치가 ‘특허문헌 1’에 게재되어 있다. 도 1은 종래의 가로등 통합 감시 장치를 도시한 것으로, 종래의 가로등 통합 감시 장치는 가로등(1)에 설치된 감시 카메라(2), 통합 감시부(3) 및 무선 AP 안테나(4)를 구비하여, 통신망(5)을 통해 관리센터(6)에 감시 카메라(2)에서 촬영된 영상을 전송함으로써, 관리자(7)가 범죄 또는 사고 상황을 모니터링하도록 한다.
그런데 종래의 가로등 통합 감시 장치의 무선 AP 안테나(4)는 주변의 통신기기에 소위 와이파이존, 핫스팟 등으로 불리는 무선 통신존을 제공하는 역할만을 하기 때문에, 가로등 통합 감시 장치와 관리센터(6) 간의 정보 교환을 위한 별도의 통신망(5)을 구축해야 하는 문제점이 있다.
또한 일반적으로 가로등에는 일몰시각 등을 기준으로 한전에서 일괄적으로 전원이 공급되기 때문에 종래의 가로등 통합 감시 장치는 전원이 공급되는 밤에만 작동되거나 외부에서 별도의 전원공급선을 연결해주어야 하는 문제점이 있다.
KR 10-1056018 B1 (2011. 8. 10.)
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 복수 개가 네트워크를 형성하여 상호 간에 데이터를 전송할 수 있는 가로등용 네트워크 카메라를 제공하는 것이다.
본 발명에서 해결하고자 하는 또 다른 과제는 가로등에 전원이 공급되지 않을 때에 저전력 통신 모드로 작동되는 가로등용 네트워크 카메라를 제공하는 것이다.
본 발명에서 해결하고자 하는 또 다른 과제는 가로등용 네트워크 카메라를 연동하여 주야 간에 효과적으로 감시 데이터를 전송할 수 있는 네트워크 감시 시스템을 제공하는 것이다.
위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 가로등용 네트워크 카메라는 이벤트를 감지하는 이벤트 감지부; 이벤트 감지 시 영상을 촬영하는 이미지 센서부; 상기 촬영된 영상 데이터를 저장하는 저장부; 네트워크를 통해 상기 영상 데이터를 송수신하는 송수신부; 상기 이벤트 감지부, 이미지 센서부, 저장부 및 송수신부를 제어하고, 가로등에서 전력이 공급되지 않는 시간 동안에는 저전력, 저속 통신 모드로 네트워크를 형성하며, 가로등에서 전력이 공급되는 시간 동안에는 고전력, 고속 통신 모드로 네트워크를 형성하는 제어부; 상기 이벤트 감지부, 이미지 센서부, 저장부, 송수신부, 제어부에 전력을 공급하는 전원부를 포함하여 구성되는 것을 기술적 특징으로 한다.
본 발명에 따른 네트워크 감시 시스템은 본 발명에 따른 가로등용 네트워크 카메라; 상기 가로등용 네트워크 카메라를 연결하는 가로등 네트워크; 인터넷; 상기 가로등 네트워크와 인터넷을 연결하는 싱크; 상기 인터넷에 연결된 관리센터를 포함하여 구성되는 것을 기술적 특징으로 한다.
본 발명에 따른 가로등용 네트워크 카메라는 전력 공급이 없는 낮 시간 동안에는 저전력 네트워크를 운용하면서, 필요한 영상 데이터만 고속 네트워크를 통해 관리센터로 전송함으로써 장비의 활용도가 높아진다.
본 발명에 따른 네트워크 감시 시스템은 가로등의 규칙적인 배열을 따라 가로등용 네트워크 카메라를 설치함으로써, 감시 범위가 넓게 분포될 뿐만 아니라 가로등으로부터 전력을 공급받음으로써 별도의 전원공급장치를 필요로 하지 않는다.
도 1은 종래의 가로등 통합 감시 장치
도 2는 본 발명에 따른 가로등용 네트워크 카메라의 구성도
도 3은 이벤트 감지부의 내부 구성도
도 4는 이미지 센서부의 내부 구성도
도 5는 저장부의 내부 구성도
도 6은 송수신부의 내부 구성도
도 7은 다중 채널 제어의 예시도
도 8은 다중 경로 제어의 예시도
도 9는 다중 싱크 제어의 예시도
도 10은 전원부의 내부 구성도
도 11은 본 발명에 따른 가로등용 네트워크 카메라를 이용한 네트워크 감시 시스템의 구성도
아래에서는 본 발명에 따른 가로등용 네트워크 카메라 및 이를 이용한 네트워크 감시 시스템을 첨부된 도면을 통해 더욱 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 가로등용 네트워크 카메라의 구성도이다.
본 발명에 따른 가로등용 네트워크 카메라(100)는 영상 촬영 여부를 결정하기 위하여 이벤트를 감지하는 이벤트 감지부(10); 이벤트 감지 시 영상을 촬영하는 이미지 센서부(20); 촬영된 영상 데이터를 저장하는 저장부(30); 네트워크를 통해 영상 데이터를 송수신하는 송수신부(40); 이벤트 감지부(10), 이미지 센서부(20), 저장부(30) 및 송수신부(40)를 제어하고, 가로등에서 전력이 공급되지 않는 시간 동안에는 저전력, 저속 통신 모드로 네트워크를 형성하고, 가로등에서 전력이 공급되는 시간 동안에는 고전력, 고속 통신 모드로 네트워크를 형성하는 제어부(50); 및 이벤트 감지부(10), 이미지 센서부(20), 저장부(30), 송수신부(40), 제어부(50)에 전력을 공급하는 전원부(60)를 포함하여 구성되며, 음향을 녹음하기 위한 음향 센서부(70) 및 아날로그 신호가 수신되는 경우 이를 디지털 신호로 변환하기 위한 A/D 컨버터(80)를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 가로등용 네트워크 카메라(100)는 이벤트 감지부(10)에서 설정된 이벤트가 감지되면 제어부(50)가 이미지 센서부(20)에 영상을 촬영하도록 하는 제어신호를 전송한다. 촬영된 영상 데이터는 저장부(30)의 저장용량, 전원부(60)의 전원공급능력 등을 고려한 제어부(50)의 판단에 따라 저장부(30)에 저장되거나 송수신부(40)를 통해 원격에 위치한 관리센터로 전송된다. 이때 데이터의 전송은 가로등용 네트워크 카메라(100)에 이웃한 노드의 다른 가로등용 네트워크 카메라(100)의 송수신부(40)를 경유하여, 즉 다른 가로등용 네트워크 카메라(100)를 무선 AP로 활용하여 또 다른 가로등용 네트워크 카메라(100)로 전달되는 방식으로 이루어져서, 최종적으로는 관리센터까지 전달된다.
이벤트 감지부(10)는 외부 이벤트를 감지하여 이벤트 감지신호를 생성하는 구성요소로서, 사람의 이동, 충격의 발생, 음향의 발생 등을 감지한다. 도 3은 이벤트 감지부의 내부 구성도이다. 예를 들면, 이벤트 감지부(10)는 적외선 센서(12), 가속도계(14) 및 마이크(16) 중 어느 하나 이상을 구비하여, 적외선 센서(12)에 사람이 감지되는 경우, 가속도계(14)에 외부의 충격이 감지되는 경우 또는 마이크(16)에 고성이나 비명이 감지되는 경우 이미지 센서부(20)가 영상을 촬영할 수 있도록 제어부(50)에 이벤트 감지신호를 전달한다.
이미지 센서부(20)는 이벤트 감지 시 영상을 촬영하여 전기신호로 변환하는 구성요소로서, 일반적으로 CCD 또는 CMOS 이미지 센서(이하 ‘CMOS 이미지 센서 등’이라 한다)가 사용되는데, 본 발명에 따른 가로등용 네트워크 카메라(100)는 가로등에 전원이 공급되지 않는 낮 시간 동안에도 영상의 촬영이 가능해야 하기 때문에 전력소모가 상대적으로 적은 CMOS 이미지 센서를 구비하는 것이 바람직하다.
도 4는 이미지 센서부의 내부 구성도이다. 이미지 센서부(20)는 가시광선 영상을 촬영하기 위한 가시광선 이미지 센서(22)와 적외선 영상을 촬영하기 위한 적외선 이미지 센서(24)를 포함하여 구성될 수 있다. 보통 영상이라고 하면 사람의 눈에 보이는, 즉 가시광선을 촬영한 이미지를 의미하는데, 낮에는 광량이 충분하기 때문에 영상이 선명하게 촬영될 수 있지만, 밤이나 우천 시 등에는 가시광선 영역에서 촬영된 이미지가 선명하지 않을 수가 있다. 이러한 경우를 대비하여 이미지 센서부(20)에 적외선 이미지 센서(24)를 구비하여 밤이나 우천 시에는 가시광선 이미지 센서(22)와 함께 또는 적외선 이미지 센서(24)만으로 적외선 영상이 촬영되도록 한다. 일반적으로 밤이나 우천 시 등 가시광선 영상이 촬영되기 어려운 환경은 대기나 주변 지형지물의 온도가 상대적으로 낮아 적외선 영상이 선명하게 촬영되는 경우가 많아 적외선 이미지 센서(24)를 구비함으로 인한 효과가 더욱 커진다.
이미지 센서부(20)는 이미지를 선명하게 촬영하기 위하여 필터(26)를 더 구비할 수 있다. CMOS 이미지 센서 등은 반도체 소자에 도달한 빛의 에너지를 전기신호로 변환하기 때문에 가시광선이나 적외선을 구별하지 않고 영상을 포착한다. 따라서 CMOS 이미지 센서 등으로 촬영된 원시 이미지는 가시광선 영상과 적외선 영상이 혼합된 형태의 전기신호로 나타나게 된다. 이러한 원시 이미지는 사람이 자연스럽게 느끼는 가시광선 영상 또는 적외선 영상과는 차이가 있게 된다. 따라서 이미지 센서부(20)는 가시광선이나 적외선을 필터링하는 필터(26)를 더 구비함으로써 자연스러운 영상을 생성할 수 있다. 필터(26)에서 필터링된 빛이 가시광선 이미지 센서(22) 또는 적외선 이미지 센서(24)에 도달되어야 하므로 가시광선 이미지 센서(22)에는 적외선 차단 필터(26a)가, 적외선 이미지 센서(24)에는 가시광선 차단 필터(26b)가 구비된다.
이미지 센서부(20)는 복수 개가 구비되어 1개의 본 발명에 따른 가로등용 네트워크 카메라(100)가 방향, 화질 등이 다른 복수 개의 영상을 촬영하도록 할 수 있다.
저장부(30)는 이미지 센서부(20)에서 촬영된 영상을 디지털 데이터로 저장하는 구성요소로서, 저장부(30)의 구체적인 형태는 본 발명에 따른 가로등용 네트워크 카메라(100)가 저장해야 하는 데이터량에 따라 달라질 수 있다. 도 5는 저장부의 내부 구성도이다. 많은 양의 데이터를 저장해야 하는 경우 하드 디스크(32)가 구비되고, 적은 양의 데이터를 저장해야 하는 경우 플래시 메모리(34)가 구비될 수 있다. 하드 디스크(32)는 전력소비가 큰 대신 단위 저장용량당 비용(cost/GB)이 낮아 대용량, 저가의 시스템을 구성하는데 적합하고, 플래시메모리는 전력소비가 작아 외부의 전력 공급없이 운영되어야 하는 시스템을 구성하는데 적합하다. 또는 저장부(30)는 하드 디스크(32) 및 플래시 메모리(34)를 모두 구비하고, 저장해야 하는 데이터의 양, 전력 상황 등에 적합한 저장장치에 데이터가 저장되도록 할 수도 있다.
송수신부(40)는 다른 가로등용 네트워크 카메라 또는 관리센터와 같은 외부 기기와 데이터를 송수신하는 구성요소로서, 데이터 전송 특성이 다른 복수 개의 서브송수신부로 구성될 수 있다. 도 6은 송수신부의 내부 구성도이다. 제1 서브송수신부(42)는 저전력, 저속 통신 모드를 위한 것으로 ZigBee 또는 DASH7(이하 ‘ZigBee 등’이라 한다) 프로토콜로 데이터를 송수신하는 구성이고, 제2 서브송수신부(44)는 데이터의 빠른 전송을 위한 것으로 고전력, 고속 모드인의 무선랜 또는 Bluetooth(이하 ‘무선랜 등’이라 한다) 프로토콜로 데이터를 송수신하는 구성일 수 있다. 여기서, 저전력, 저속 통신 모드와 고전력, 고속 통신 모드는 상대적인 개념으로서, 여러 가지의 통신 모드 중 제1 서브송수신부(42)에 의하여 보다 저전력, 저속인 통신 모드가 운영되고, 제2 서브송수신부(44)에 의하여 제1 서브송수신부(42)에서 운영되는 통신 모드보다 고전력, 고속인 통신 모드가 운영된다. 바람직하게는, 일반적으로 데이터 전송 속도 1Mbps 미만을 저속 통신, 1Mbps 이상을 고속 통신이라고 하므로, 저전력, 저속 통신 모드는 1Mbps 미만의 통신 모드, 고전력, 고속 통신 모드는 1Mbps 이상의 통신 모드로 정의할 수 있다.
ZigBee 등을 이용하는 제1 서브송수신부(42)의 경우 저전력 네트워킹이 가능하기 때문에 낮 시간과 같이 본 발명에 따른 가로등용 네트워크 카메라에 외부 전력이 공급되지 않을 경우에 이용된다. ZigBee 등은 데이터 전송속도가 250kbps로 낮아 큰 용량의 데이터를 전송하기에는 적합하지 않지만, 본 발명에 따른 가로등용 네트워크 카메라에 외부 전력이 공급되지 않는 낮 시간 동안에는 범죄 등 이벤트 발생으로 인해 영상을 촬영해야 할 가능성이 밤 시간 동안보다 상대적으로 낮기 때문에 ZigBee 등으로도 충분히 네트워크 감시 시스템의 운영이 가능하다. ZigBee 등을 이용한 저전력 네트워크는 지연이 허용되는(delay tolerant) 네트워크 운용을 한다. 또한 라우팅을 위한 메트릭(metric)으로는 링크 용량(link capacity), 홉 수(hop count), 거리(distance)를 고려하고, 이외에 본 발명에 따른 가로등용 네트워크 카메라의 배터리에 남아있는 잔여 전력량, 네크워크 링크에서 영상 데이터를 전달하는데 소모되는 에너지의 양 등이 고려될 수 있다.
이벤트 발생으로 인해 영상이 촬영되는 경우, 촬영된 데이터량이 저장부(30)에 저장될 수 있는 정도라면 낮 시간 동안에는 영상 데이터를 저장부(30)에 저장하고, 밤에 가로등으로부터 전력이 공급되면 무선랜 등의 고전력, 고속 네트워크를 이용하여 저장된 영상 데이터를 관리센터에 전송한다. 만약 이벤트 발생에 따라 촬영된 영상의 데이터량이 저장부(30)에 저장될 수 없을 정도로 큰 경우라면 일시적으로 무선랜 등을 턴온하여 활성화하고 무선랜 등을 통해 영상 데이터를 관리센터에 전송하는데, 이때 영상 데이터가 전송되는 통신 경로는 ZigBee 등을 통해 구성된 네트워크 토폴로지에 따라 결정되므로 무선랜 등에 의한 전력소모를 최소화할 수 있다.
ZigBee 등의 네트워크 토폴로지를 구성하는 일례는 다음과 같다. 먼저 본 발명에 따른 가로등용 네트워크 카메라가 제1 서브송수신부(42)를 통해 자신의 상태를 알리는 비컨(beacon) 메시지를 주변의 다른 가로등용 네트워크 카메라에 전송함으로써 이웃한 가로등용 네트워크 카메라에 대한 정보를 유지 및 업데이트한다. 이러한 비컨 메시지에는 네트워크 토폴로지를 구성하기 위한 정보가 포함되는데, 예를 들면 싱크까지의 최단 경로(또는 홉 수), 이웃한 가로등용 네트워크 카메라의 배터리 잔량, 영상 데이터의 전송에 걸리는 시간 등의 정보가 포함되어 가로등용 네트워크 카메라에서 선택적으로 경로를 채택할 수 있도록 한다.
또한 ZigBee 등의 저전력 네트워크는 무선랜 등의 고속 네트워크 정보를 전달할 수 있다. 예를 들어, 낮에 무선랜 등을 이용하여 데이터를 전송할 필요가 발생한 경우 무선랜 등과 ZigBee 등은 별도로 구성된 네트워크이므로 무선랜의 대역폭을 알기 어려운데, 무선랜 등을 이용하여 데이터를 전송할 때마다 대역폭을 계산 및 저장해 놓고, 이를 ZigBee 등의 비컨 메시지에 포함시켜 전송하면, 본 발명에 따른 가로등용 네트워크 카메라가 무선랜 네트워크 사용 시 대역폭의 이력을 참조하여 쓸 수 있는 대역폭을 계산할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 가로등용 네트워크 카메라가 각각의 통신 채널에 대해 대역폭을 획득할 수 있으므로, 영상 데이터의 고속 전송 시 데이터를 복수 개로 나누어 복수 개의 경로로 전송하는 다중 경로(multi path)의 활용이 가능하다.
ZigBee 등의 비컨 메시지에 포함되는 무선랜 등의 고속 네트워크 정보에는 싱크 또는 게이트웨이(가로등 네트워크와 인터넷을 연결하는 노드, 본 발명에 따른 가로등용 네트워크 카메라가 싱크 또는 게이트웨이와 연결되어야 인터넷에 연결된 관리센터로 영상 데이터가 전달될 수 있다) 정보가 포함될 수 있다. 싱크 또는 게이트웨이와 연결된 가로등용 네트워크 카메라는 싱크 또는 게이트웨이 정보가 포함된 비컨 메시지를 다른 가로등용 네트워크 카메라에 전송하고, 이를 수신한 가로등용 네크워크 카메라는 싱크 또는 게이트까지의 홉 수를 계산하여 비컨 메시지에 포함시켜 또 다른 가로등용 네트워크 카메라로 전송한다. 이런 방식으로 전체 ZigBee 네트워크에 비컨 메시지가 전달되면 각 가로등용 네트워크 카메라는 자신의 주변에 있는 싱크 또는 게이트웨이를 알 수 있게 되어, 복수 개의 싱크 또는 게이트웨이를 통해(multi sink) 영상 데이터를 인터넷 상으로 신속히 전송할 수 있게 된다.
무선랜 등을 이용하는 제2 서브송수신부(44)의 경우 전력소모는 높으나 고속 네트워킹이 가능하기 때문에 밤 시간과 같이 본 발명에 따른 가로등용 네트워크 카메라에 외부 전력이 공급되는 경우에 이용된다. 무선랜 등은 데이터 전송속도가 수 내지 수십Mbps로 높아 대량의 데이터를 전송하기에 적합하다. 특히, 본 발명에 따른 가로등용 네트워크 카메라에 외부 전력이 공급되는 밤 시간 동안에는 범죄 등이 발생할 가능성이 상대적으로 높고, 즉 이벤트 발생 확률이 높고, 영상이 어둡기 때문에 이미지 센서부(20)에서 고화질로 촬영할 필요가 있어 영상 데이터의 양이 늘어나게 되는데, 이러한 경우 제2 서브송수신부(44)를 이용하여 고속 네트워크를 구성할 수 있다.
지금까지 송수신부(40)가 제1, 제2 서브송수신부(44)를 포함하는 경우로 설명하였으나, 송수신부(40)는 제1, 제2 서브송수신부(44)와 전송특성이 다른 제3 서브송수신부(46)를 더 포함하여, 영상 데이터의 양, 전파상황, 전력상황 등을 고려하여 각각의 서브송수신부 중 최적의 서브송수신부에 의해 데이터의 송수신이 이루어지도록 할 수 있다. 예를 들면, 최적 서브송수신부가 사전 설정된 매칭테이블에 따라 제어부(50)에 의하여 선택될 수 있다. 매칭테이블은 시간 및 초당 데이터 발생량을 선택 파라미터로 하여 설정될 수 있는데, 오전 6시에서 오후 6까지의 낮 시간 동안에는 저전력 네트워크를 구성하는 제1 서브송수신부(42)가, 오후 6시부터 다음날 오전 6까지의 밤시간 중 초당 데이터 발생량이 10Mbps 이하인 경우에는 제2 서브송수신부(44)가, 오후 6시부터 다음날 오전 6까지의 밤시간 중 초당 데이터 발생량이 10Mbps를 초과하는 경우에는 제3 서브송수신부(46)가 선택되도록 할 수 있다. 이 밖에도 최적 서브송수신부의 선택은 제어부(50)에서 시간, 초당 데이터 발생량, 송수신 채널 상황, 배터리 잔량 등의 파라미터를 소정 알고리즘에 대입하여 연산함으로써 결정될 수 있다.
제어부(50)는 이벤트 감지부(10), 이미지 센서부(20), 저장부(30) 및 송수신부(40)를 제어하는 구성요소로서, 영상 데이터 또는 음향 데이터를 인코딩하기 위한 코덱을 포함하여 구성된다.
또한 제어부(50)는 위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 가로등용 네트워크 카메라(100)의 데이터 송수신 모드를 결정한다. 위의 예로 설명하자면, 제1 내지 제3 서브송수신부(46) 중 어느 하나를 선택하고, 선택된 서브송수신부의 프로토콜에 따라 데이터를 송수신한다. 예를 들면, 가로등에서 전력이 공급되지 않는 시간 동안에는 저전력, 저속 통신 모드로 네트워크를 형성하여 제1 서브송수신부(42)을 이용하고, 외부에서 전력이 공급되는 시간 동안에는 고전력, 고속 통신 모드로 네트워크를 형성하여 제2 서브송수신부(44)를 이용함으로써 낮과 밤의 환경에 최적화된 데이터 송수신 모드를 구현할 수 있다. 이때, 전력의 효율적인 운용을 위해 가로등에서 전력이 공급되지 않는 동안에는 저전력, 저속 통신 모드를 유지하다가, 영상 데이터를 전송할 필요가 발생하면 고전력, 고속 통신 모드로 전환하여 신속히 영상 데이터를 전송한다.
제어부(50)는 네트워크 상황에 따라 다양한 제어를 수행할 수 있다. 도 7은 다중 채널 제어의 예시도, 도 8은 다중 경로 제어의 예시도, 도 9는 다중 싱크 제어의 예시도이다.
제어부(50)는 네트워크의 부하량에 따라 채널 용량을 제어한다. 제어부(50)는 제2 서브송수신부(44)를 이용하여 데이터를 송수신할 때, 데이터량이 늘어나는 경우 다중 채널(multi channel)을 사용함으로써 데이터가 원활하게 전송될 수 있도록 한다. 예를 들어, 인접한 두 가로등용 네트워크 카메라(100) 간의 링크 용량(link capacity)이 50Mbps이고, 두 가로등용 네트워크 카메라(100) 간에 50Mbps로 영상 데이터를 전송하는 경우, 제3의 가로등용 네트워크 카메라(100)가 50Mbps로 영상 데이터를 전송하면 네트워크 상에 병목현상이 발생하여 영상 데이터가 실시간으로 전송될 수 없다. 이때, 다중 채널을 이용할 수 있다. 즉, 인접한 두 가로등용 네트워크 카메라(100) 간에 제1 주파수를 사용하여 영상 데이터를 전송하는 동안 네트워크에 과부하가 걸리면 제2 주파수를 도입하여 영상 데이터를 전송함으로써 채널의 용량을 증가시키게 된다.
제어부(50)는 네트워크의 부하를 줄이고, 신속한 영상 데이터의 전달을 위하여 가로등 네트워크 상에서 다중 경로(multi path)를 통해 싱크 또는 게이트웨이로 데이터가 전달될 수 있도록 할 수 있다. 이때에는 데이터의 전송을 여러 개의 통신 링크가 분담함으로써 네트워크 전체적인 부하가 줄어든다.
제어부(50)는 다중 싱크 또는 다중 게이트웨이를 통해 인터넷에 데이터를 분할 전송하도록 할 수 있다. 가로등용 네트워크 카메라(100)에서 녹화된 영상 데이터는 인터넷으로 전송되어야 하는데, 이때 원격지의 하나의 싱크 또는 게이트웨이를 통해 데이터를 전송하는 경우 병목 현상이 생길 뿐만 아니라, 데이터가 싱크 또는 게이트웨이에 전달되는 동안 네트워크 자원이 비효율적으로 소모된다. 이러한 현상을 방지하기 위하여 제어부(50)는 가로등 주변에 설치된 복수 개의 공공 WiFi AP를 싱크로 활용하여 데이터가 분산되어 신속하게 인터넷 망으로 전송되도록 한다.
이러한 다중 채널, 다중 경로, 다중 싱크의 설정은 전력 수급을 고려하여 낮에는 ZigBee 등에 의한 비컨 메시지의 전달에 의해, 밤에는 무선랜 등에 의한 비컨 메시지의 전달에 의해 각 가로등용 네트워크 카메라의 제어부(50)에 의하여 이루어지고, 구체적인 전송 모드는 매칭테이블 또는 사전에 정의된 소정의 알고리즘에 상황 변수를 입력하여 결과를 도출함으로써 결정된다.
도 10은 전원부의 내부 구성도이다. 전원부(60)는 본 발명에 따른 가로등용 네트워크 카메라에 전력을 공급하는 구성요소로서, 가로등에 인입된 전선으로부터 직접 전력을 공급받는 전력수급모듈(62) 및 전력을 저장하는 배터리 모듈(64)을 포함하여 구성된다. 본 발명에 따른 가로등용 네트워크 카메라는 가로등에 전력이 공급되는 밤에는 가로등으로부터 직접 전력을 공급받고, 전력이 공급되지 않는 낮에는 자체적으로 전력을 공급해야 하기 때문에, 전력수급모듈(62) 및 배터리 모듈(64)을 구비한다.
전력수급모듈(62)은 가로등에서 공급되는 교류를 직류로 변환하여 본 발명에 따른 가로등용 네트워크 카메라에 공급하는 구성요소이다. 일반적으로 통신, 영상 장비 등의 전자장비는 직류 전원이 요구되고, 이는 본 발명에 따른 가로등용 네트워크 카메라의 경우에도 다르지 않다. 이벤트 감지부(10), 이미지 센서부(20), 저장부(30), 송수신부(40) 및 제어부(50)에 직류가 공급되어야 하므로, 전력수급모듈(62)은 가로등에 공급되는 교류를 직류로 변환하는 AC-DC 컨버터를 포함하여 구성된다.
배터리 모듈(64)은 가로등에서 공급되는 교류 에너지를 저장하여 직류로 공급하는 구성요소로서, 일반적인 가로등은 낮 시간 동안에는 전력이 공급되지 않기 때문에 본 발명에 따른 가로등용 네트워크 카메라가 낮에도 구동되도록 가로등에 전력이 공급되는 밤에 충전했다가 낮에 직류를 공급하기 위한 것이다. 배터리 모듈(64)은 예를 들어 리튬계열 축전지 또는 연축전지가 사용될 수 있다. 가령 본 발명에 따른 가로등용 네트워크 카메라가 설치된 환경이 낮 동안 이벤트의 발생 빈도가 높아 배터리 모듈(64)에 저장된 에너지를 대부분 소진해야 하는 상황이라면 충방전 횟수가 많고, 방전심도 특성이 우수한 리튬계열 축전지를 사용하는 것이 좋다. 반대로, 배터리 모듈(64)에 저장된 에너지의 일부만 주기적으로 사용되는 상황이라면 저가이면서, 낮은 방전심도(방전이 적게 됨)에서 긴 수명을 가지는 연축전지를 사용하는 것이 좋다.
이 밖에도 배터리 모듈(64)은 다양한 방법으로 전력을 공급받을 수 있다. 예를 들어, 가로등 주변에 압전소자를 설치하여 차량이 지나갈 때 발생되는 전력을 공급받을 수 있고, 태양광 패널을 가로등에 설치하여 이로부터 전력을 공급받을 수도 있다. 일반적으로 가로등은 차량이 다니는 도로에 설치되며 소정 높이를 유지하므로 근처에 태양광을 차단할 지형지물이 적어 압전소자 또는 태양광 패널에 의한 전력 공급이 용이하다.
음향 센서부(70)는 본 발명에 따른 가로등용 네트워크 카메라에서 영상을 촬영할 때 음향도 함께 녹음되도록 함으로써, 범죄 또는 사고 상황을 보다 명확히 파악할 수 있도록 하는 구성요소이다. 음향 센서부(70)의 일례는 마이크가 있으며, 이벤트 감지부(10)가 마이크를 구비하는 경우, 이벤트 감지부(10)의 마이크가 음향 센서부(70)를 겸할 수 있다.
A/D 컨버터(80)는 이미지 센서부(20) 또는 음향 센서부(70)로부터 아날로그 신호가 수신되는 경우 이를 디지털 신호로 변환하여 출력하는 구성요소로서, 이미지 센서부(20) 또는 음향 센서부(70)의 출력이 디지털인 경우에는 생략될 수 있다. 저장부(30), 송수신부(40), 제어부(50) 등에서 처리되는 신호가 디지털 신호이므로, 외부에서 아날로그 신호가 입력되는 경우에는 A/D 컨버터(80)가 구비되어야 한다.
다음으로 본 발명에 따른 가로등용 네트워크 카메라를 이용한 네트워크 감시 시스템을 설명한다.
도 11은 본 발명에 따른 가로등용 네트워크 카메라를 이용한 네트워크 감시 시스템의 구성도이다. 본 발명에 따른 가로등용 네트워크 카메라를 이용한 네트워크 감시 시스템은 복수 개의 본 발명에 따른 가로등용 네트워크 카메라(100); 복수 개의 가로등용 네트워크 카메라(100)를 연결하는 가로등 네트워크(200); 인터넷(300); 가로등 네트워크(200)와 인터넷(300)을 연결하는 싱크(400) 및 인터넷에 연결된 관리센터(500)를 포함하여 구성된다. 이때, 싱크(400)는 WiFi AP일 수 있다. 가로등 네트워크(200)는 가로등으로부터 전력이 공급되지 않는 시간에는 ZigBee 등의 저전력, 저속 네트워크로 구성되고, 전력이 공급되는 시간에는 무선랜 등의 고전력, 고속 네트워크로 구성된다.
본 발명에 따른 가로등용 네트워크 카메라를 이용한 네트워크 감시 시스템에 속한 가로등용 네트워크 카메라(100)에서 이벤트를 감지하여 영상을 촬영하면, 가로등 네트워크(200)를 통해 도 11에서 굵은 화살표로 표시된 경로와 같이 본 발명에 따른 가로등용 네트워크 카메라를 무선 AP로 삼아 데이터가 전송된다. 데이터는 최대한 신속하게 인터넷(300)으로 전송될 수 있도록, 가로등 네트워크(200)에 형성된 싱크(400)들을 찾아 전송되며, 다중 채널, 다중 경로를 이용하여 전송될 수 있다. 싱크(400)까지 전송된 데이터는 인터넷(300)을 통해 관리센터(6)에 전송된다. 이러한 데이터의 전송은 고속의 무선랜 등에 의해 이루어지며, 낮과 같이 본 발명에 따른 가로등용 네트워크 카메라를 이용한 네트워크 감시 시스템이 저전력 모드일 경우에는 ZigBee 등에 의해 네트워크를 구성하고, 데이터 전송이 필요한 경우에만 무선랜 등을 턴온하여 데이터를 전송함으로써 본 발명에 따른 가로등용 네트워크 카메라에 외부 전력이 공급되지 않을 때의 장치 가동 시간을 극대화, 즉 전력의 효율적 운용을 도모한다.
이러한 전력의 효율적 운용은 제어부(50)가 이미지 센서부(20)에서 촬영되는 영상의 해상도를 가변하거나 송수신부(40)에서 송신되는 데이터량을 조절하도록 함으로써도 달성될 수 있다. 가로등에서 전력이 공급되어 전력에 대한 제한이 없는 경우라면 상관이 없지만, 배터리 모듈(64)에 의해 전력을 공급받는 낮에는 배터리 잔량에 따라 본 발명에 따른 가로등용 네트워크 카메라의 운용 수준을 다르게 하는 것이 필요하다. 즉, 배터리 잔량과 촬영되는 영상의 해상도가 음의 상관관계를 가지도록 하여, 배터리 잔량이 많은 경우에는 고해상도의 영상을 촬영하도록 하고, 배터리 잔량이 줄어듦에 따라 차츰 저해상도로 영상을 촬영함으로써 본 발명에 따른 가로등용 네트워크 카메라의 운용 시간을 증가시킨다. 또한 배터리 잔량과 전송되는 영상 데이터의 양이 음의 상관관계를 가지도록 하여, 배터리 잔량이 많은 경우에는 비압축상태의 데이터를 전송하도록 하고, 배터리 잔량이 줄어듦에 따라 차츰 압축률이 높은 데이터를 전송함으로써 본 발명에 따른 가로등용 네트워크 카메라의 운용 시간을 증가시킨다.
예를 들어, 배터리 잔량이 80% 이상일 경우 또는 가로등을 통하여 전력이 공급되는 경우, UHD급의 영상 녹화를 수행한다. 배터리 잔량이 50~80%일 경우 HD급의 녹화를 수행하고, 30~50%일 경우 VGA급의 해상도로 녹화하며, 30% 미만인 경우에는 녹화를 수행하지 않고, 이벤트를 감지한 정보만을 이웃한 가로등용 네트워크 카메라에 전달하여 대리 녹화하도록 한다. 또는 배터리 잔량이 80% 이상일 경우 또는 가로등을 통하여 전력이 공급되는 경우, UHD급의 영상 데이터를 전송한다. 배터리 잔량이 50~80%일 경우 UHD급 영상을 HD급 용량으로 압축하여 전송, 30~50%일 경우 VGA급 용량으로 압축하여 전송하며, 30% 미만인 경우에는 데이터를 전송하지 않고 저장부(30)에 저장해 두었다가 밤에 가로등으로부터 전력이 공급되면 이웃한 가로등용 네트워크 카메라로 전송한다. 이는 영상 데이터를 전송받았을 때에도 마찬가지이다. 즉, 이웃한 가로등용 네트워크 카메라로부터 고용량의 데이터가 전송되어 수신되더라도, 수신한 가로등용 네트워크 카메라의 배터리 잔량이 적은 경우 압축하여 전송하거나 저장부(30)에 저장해 두었다가 밤에 가로등으로부터 전력이 공급되면 이웃한 가로등용 네트워크 카메라로 전송한다.
보다 지능적인 네트워크 감시 시스템에서는 감시 대상을 추적하여 영상을 촬영하도록 할 수 있다. 가령 제1 가로등용 네트워크 카메라가 이벤트를 감지하고 영상을 촬영한 경우, 제1 가로등용 네트워크 카메라는 네트워크 상으로 1 홉 거리에 있는 다른 제2 가로등용 네트워크 카메라에게 이벤트 감지를 예고하는 신호를 전송할 수 있고, 어떤 제2 가로등용 네트워크 카메라가 이벤트를 감지하였다면 제2 가로등용 네트워크 카메라는 다시 1 홉 거리에 있는 다른 제3 가로등용 네트워크 카메라에게 이벤트 감지를 예고하는 신호를 전송한다. 이러한 방식을 연쇄적으로 적용하면 이벤트가 일어난 경로를 추적할 수 있게 된다. 또한 이벤트 경로 데이터에 예측 알고리즘을 적용하면 미래에 이벤트가 발생할 가로등용 네트워크 카메라의 대략적인 범위를 추정할 수 있어, 네트워크 감시가 보다 효율적으로 이루어질 수 있다. 만약 네트워크 감시 시스템 내의 가로등용 네트워크 카메라가 대기 상태에서 sleep 모드에 있는 경우라면 이벤트가 예상되는 경로에 있는 가로등용 네트워크 카메라만 wake-up 시키면 되므로, 네트워크 감시 시스템 전체적인 에너지 효율도 향상되는 현저한 효과가 나타난다.
또한 본 발명에 따른 네트워크 감시 시스템은 네트워크의 규모를 조정함으로써, 효율적인 운영이 가능해진다. 가령, 멀티홉의 경우 네트워크에 전달되는 트래픽이 많아 지나, 저전력으로 짧은 거리로 통신이 가능하다. 반대의 경우, 송신 거리가 증가하여 많은 에너지가 소모되나 보다 소수의 가로등용 네트워크 카메라들이 네트워킹 또는 영상 정보 송수신에 참여하게 되어 네트워크 내에 발생하는 트래픽을 줄여 QoS(Quality of Service)를 보장할 수 있다. 따라서 전자의 경우 전력 제한이 있고, 상대적으로 전송되는 데이터량이 적은 낮에 운용하는 것이 유리하고, 후자의 경우 가로등으로부터 전력을 공급받고, 상대적으로 전송되는 데이터량이 많은 밤에 운용하는 것이 유리하다.
10 이벤트 감지부 12 적외선 센서
14 가속도계 16 마이크
20 이미지 센서부 22 가시광선 이미지 센서
24 적외선 이미지 센서 26 필터
26a 적외선 차단 필터 26b 가시광선 차단 필터
30 저장부 32 하드 디스크
34 플래시 메모리 40 송수신부
42 제1 서브송수신부 44 제2 서브송수신부
46 제3 서브송수신부 50 제어부
60 전원부 62 전력수급모듈
64 배터리 모듈 70 음향 센서부
80 A/D 컨버터

Claims (18)

  1. 이벤트를 감지하는 이벤트 감지부(10);
    이벤트 감지 시 영상을 촬영하는 이미지 센서부(20);
    상기 촬영된 영상 데이터를 저장하는 저장부(30);
    네트워크를 통해 상기 영상 데이터를 송수신하는 송수신부(40);
    상기 이벤트 감지부(10), 이미지 센서부(20), 저장부(30) 및 송수신부(40)를 제어하고, 가로등에서 전력이 공급되지 않는 시간 동안에는 저전력, 저속 통신 모드로 네트워크를 형성하며, 가로등에서 전력이 공급되는 시간 동안에는 고전력, 고속 통신 모드로 네트워크를 형성하는 제어부(50) 및
    상기 이벤트 감지부(10), 이미지 센서부(20), 저장부(30), 송수신부(40), 제어부(50)에 전력을 공급하는 전원부(60)를 포함하여 구성되고,
    상기 전원부(60)는 상기 가로등에 인입된 전선으로부터 직접 전력을 공급받는 전력수급모듈(62) 및 전력을 저장하는 배터리 모듈(64)을 포함하여 구성되며,
    상기 가로등에 전력이 공급되는 시간 동안에는 상기 전력수급모듈(62)이 상기 가로등으로부터 직접 전력을 공급받아 전력을 공급하고,
    상기 가로등에 전력이 공급되지 않는 시간 동안에는 상기 배터리 모듈(64)이 저장된 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 가로등용 네트워크 카메라.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 이벤트 감지부(10)는 적외선 센서(12), 가속도계(14) 및 마이크(16) 중 어느 하나 이상을 구비하는 것을 특징으로 하는 가로등용 네트워크 카메라.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 이미지 센서부(20)는 가시광선 영상을 촬영하기 위한 가시광선 이미지 센서(22)와 적외선 영상을 촬영하기 위한 적외선 이미지 센서(24)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가로등용 네트워크 카메라.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 이미지 센서부(20)는 가시광선이나 적외선을 필터링하는 필터(26)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 가로등용 네트워크 카메라.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 송수신부(40)는 저전력, 저속 통신을 위한 제1 서브송수신부(42) 및
    고전력, 고속 통신을 위한 제2 서브송수신부(44)를 포함하는 것을 특징으로 하는 가로등용 네트워크 카메라.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1 서브송수신부(42)의 프로토콜은 ZigBee 또는 DASH7이고, 상기 제2 서브송수신부(44)의 프로토콜은 무선랜 또는 Bluetooth인 것을 특징으로 하는 가로등용 네트워크 카메라.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부(50)는 송수신되는 데이터량이 늘어나는 경우 다중 채널(multi channel)을 사용하는 것을 특징으로 하는 가로등용 네트워크 카메라.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부(50)는 다중 경로(multi path)를 통해 싱크 또는 게이트웨이로 영상 데이터를 전송하는 것을 특징으로 하는 가로등용 네트워크 카메라.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부(50)는 다중 싱크 또는 다중 게이트웨이를 통해 인터넷에 데이터를 분할 전송하는 것을 특징으로 하는 가로등용 네트워크 카메라.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부(50)는 가로등에서 전력이 공급되지 않는 동안에는 저전력, 저속 통신 모드를 유지하다가, 영상 데이터를 전송할 필요가 발생하면 고전력, 고속 통신 모드로 전환하는 것을 특징으로 하는 가로등용 네트워크 카메라.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 가로등은 낮에는 전력이 공급되지 않고 밤에만 전력이 공급되는 것을 특징으로 하는 가로등용 네트워크 카메라.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 배터리 모듈(64)은 리튬계열 축전지 또는 연축전지인 것을 특징으로 하는 가로등용 네트워크 카메라.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 배터리 모듈(64)은 가로등 주변의 압전소자 또는 가로등에 설치된 태양광 패널로부터 전력을 공급받는 것을 특징으로 하는 가로등용 네트워크 카메라.
  14. 청구항 1에 있어서,
    음향을 녹음하는 음향 센서부(70)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가로등용 네트워크 카메라.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 이미지 센서부(20) 또는 음향 센서부(70)의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터(80)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가로등용 네트워크 카메라.
  16. 청구항 1 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 따른 가로등용 네트워크 카메라(100);
    상기 가로등용 네트워크 카메라(100)를 연결하는 가로등 네트워크(200);
    인터넷(300);
    상기 가로등 네트워크(200)와 인터넷(300)을 연결하는 싱크(400) 및
    상기 인터넷에 연결된 관리센터(500)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 네트워크 감시 시스템.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 가로등용 네트워크 카메라(100)의 배터리 잔량과 상기 가로등용 네트워크 카메라(100)에서 촬영되는 영상의 해상도는 음의 상관관계를 가지는 것을 특징으로 하는 네트워크 감시 시스템.
  18. 청구항 16에 있어서,
    상기 가로등용 네트워크 카메라(100)의 배터리 잔량과 상기 가로등용 네트워크 카메라(100)에서 전송되는 영상 데이터의 양은 음의 상관관계를 가지는 것을 특징으로 하는 네트워크 감시 시스템.








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