KR101673579B1 - 이동체의 위치감지장치, 이동체의 위치감지방법, 조명장치, 공조장치, 보안장치, 및 주차장관리장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 이동체의 위치감지장치에는, 감지공간으로 펄스음을 단속하여 발생시키는 스피커; 및 상기 감지공간에서 발생하는 상기 펄스음의 반사음을 획득하는 마이크 어레이가 포함되고, 상기 반사음으로부터 음장변화를 추출하여 이동체의 위치를 추정하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 이동체의 위치를 각도 및 거리까지 정확하게 감지할 수 있으므로, 다른 어떠한 부작용이 없이 이동체의 감지장치에 적용할 수 있다. 또한, 건강상의 문제점이 없고, 적용상의 부작용이 없는 점으로 인하여, 조명장치, 공조장치, 보안장치, 및 주차장관리장치 등과 같은 다양한 응용분야에 용이하게 적용할 수 있다.

Description

이동체의 위치감지장치, 이동체의 위치감지방법, 조명장치, 공조장치, 보안장치, 및 주차장관리장치{Position detection apparatus and method for a movable matter, lighting apparatus, air conditioning apparatus, security apparatus, and parking apparatus}
본 발명은 이동체의 위치감지장치 및 방법과, 이를 이용하는 조명장치, 공조장치, 보안장치, 및 주차장관리장치에 관한 것이다.
기존에 이동하는 물체의 위치를 감지하는 센서로는, 적외선 센서, 초음파 센서 및 카메라 등을 예로 들 수 있다.
상기 적외선 센서는 이동체에서 발생되는 열의 변화를 감지하여 인체감지 및 위치예측 등에 사용한다. 그러나, 이동체가 진입한 다음에 시간이 지나면서 사람과 주변의 온도가 유사해지면 동작하지 않는 오류가 발생하는 문제점이 있고, 중요하게는 사람을 포함하는 동물에 대해서만 적용할 수 있는 문제점이 있다. 둘째로 초음파 센서는 동작되는 신호의 파장이 매우 작아 사용 공간의 공간적 특성에 너무 민감한 단점이 있다. 예를 들어, 가정집에 카페트나 커튼 등이 있다면 초음파 신호가 그 물품에 쉽게 흡수되어 이동체를 감지하지 않는 오류가 발생할 수 있고, 초음파의 특성상 높은 파워를 가지면서도 넓은 공간을 스캔하는 것에 어려움이 있다. 마지막으로, 카메라는 사용자의 위치를 감지하는데 이상적이지만 사용자의 위치감지를 위하여, 감지공간 내부가 일정한 조도로 유지되어야 하는 문제가 있다.
이러한 문제점을 감안하는 특허출원번호 10-2010-0124374에서 음향을 이용하여 이동체를 감지하는 방법을 제안한 바가 있다. 상기 인용발명은 핑크노이즈 또는 화이트노이즈 또는 사인파로 예시되는 연속음을 사용하여 음향이미징의 변화를 비교하여 이동체의 위치를 추정하는 기술이 소개되어 있다. 그러나, 상기 기술에 따라서 연속음에 대한 음향이미징을 하더라도 이동체의 각도위치를 정확하게 알아내지 못하는 문제점이 있다. 또한, 2차원 마이크를 사용하는 경우에 3차원의 한 평면으로 구성되는 감지공간의 음향이미지를 얻지 못하는 문제점이 있다.
특허출원번호 10-2010-0124374
본 발명은 상기되는 문제점을 극복하고 본 발명의 본질적인 내용으로 알 수 있는 다양한 장점을 얻기 위한 것으로서, 이동체의 위치, 즉, 각도와 거리를 정확하게 얻을 수 있고, 넓은 공간을 감지할 수 있고, 사용에 따른 부작용이 없이 적용할 수 있는 이동체의 위치감지장치 및 방법을 제안한다.
또한, 상기 위치감지장치 및 방법이 포함되어 제품의 사용상의 편의성이 극대화되는 조명장치, 공조장치, 보안장치, 및 주차장관리장치를 제안한다.
본 발명에 따른 이동체의 위치감지장치에는, 감지공간으로 펄스음을 단속하여 발생시키는 스피커; 및 상기 감지공간에서 발생하는 상기 펄스음의 반사음을 획득하는 마이크 어레이가 포함되고, 상기 반사음으로부터 음장변화를 추출하여 이동체의 위치를 추정하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면 이동체의 시간별로 변하는 위치와 각도를 정확하게 추정할 수 있다.
상기 이동체의 위치감지장치에서, 추출된 음장변화는 지연-합 빔포밍방식으로 이동체의 위치를 추정할 수 있다. 이로써, 이동체의 위치 및 각도를 정확히 알 수 있다. 상기 펄스음은 포락선을 가지는 짧은 음향신호이고 단속적으로 발생시킴으로써, 변동음장을 추출할 수 있고, 사용자의 청각에 문제를 일으키지 않고 불편함을 줄일 수 있다. 상기 마이크 어레이의 각 마이크는 상기 감지공간을 가로지르는 방향을 향하도록 함으로써, 위치감지장치가 어디에 설치되더라도 전체 영역을 스캐닝할 수 있다. 상기 마이크 어레이가 일차원 배치인 경우에는 상기 감지공간은 이차원으로 제어되고, 상기 마이크 어레이가 이차원 배치인 경우에는 상기 감지공간은 삼차원으로 제어될 수 있는데, 이로써 어느 장소에서라도 용이하게 본 장치가 적용될 수 있다. 상기 마이크 어레이가 2차원 배치인 경우에는, 상기 마이크 어레이를 이루는 각 마이크는 원형으로 배치되도록 함으로써, 각 블럭에 대하여 동일한 감지상태를 얻을 수 있다. 상기 마이크 어레이에 포함되는 각 마이크는 멤스형 디지털 마이크로 제공됨으로써, 편리하게 음향을 이산화하여 간단하게 신호처리를 수행할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 이동체의 위치감지장치에는, 펄스음을 감지공간으로 발생시키는 스피커; 상기 펄스음이 상기 감지공간의 각 위치에서 반사되어 온 음향을 감지하는 마이크; 상기 마이크에서 감지되는 음향 중에서 이전과 다르게 변동된 변동음장을 추출하는 변동음장추출부; 상기 감지공간을 구획하는 블록의 각 지점의 위치와 상기 마이크의 상대적인 위치를 나타내는 상대적위치정보가 저장되는 블록구성부; 및 상기 상대적위치정보와 상기 변동음장을 참조하여, 상기 감지공간을 스캐닝하여 이동체의 위치를 추정하는 위치추정부가 포함된다. 본 발명에 따르면, 이동체의 위치와 각도를 정확하게 감지할 수 있다.
상기 다른 측면에 따른 이동체의 위치감지장치에서, 상기 마이크는 마이크 어레이로 제공되고, 상기 스캐닝은 지연-합 빔포밍으로 수행될 수 있다. 이에 따르면, 정확한 위치 및 각도계산이 가능하다.
또 다른 측면에 따르면, 본 이동체의 위치감지장치는, 공조장치, 조명장치, 보안장치에 적용되어 사람의 생활에 더 편리하게 기여할 수 있다.
더 다른 측면에 따른 본 발명의 이동체의 위치감지방법에는, 펄스음을 발생시키는 것; 감지공간에 의한 상기 펄스음의 반사음을 획득하는 것; 상기 반사음 중에서 이전과 변동된 변동음장을 추출하는 것; 상기 변동음장이 상기 감지공간을 소정의 방식으로 구획하는 블록의 어느 그리드에서 발생한 것인지를 지연-합 빔포밍 방식을 적용하여 확인하는 것; 및 상기 그리드 중에서 상기 지연-합 빔포밍 방식에서 상기 변동음장이 증폭되는 곳을 이동체의 위치로 추정하는 것이 포함된다. 이에 따르면, 이동체의 위치 및 각도를 정확하게 알 수 있어서, 이동체의 위치가 인자로 되는 다양한 제어를 편리하게 수행할 수 있다.
상기 위치감지방법에 있어서, 상기 이동체의 위치를 추정하는 것은 음압파워에 의해서 수행되는데, 이로써 음의 값과 양의 값으로 변하는 신호 형식에 무관하에 이동체의 위치 및 각도를 정확하게 추정할 수 있다. 상기 블록은 이차원 또는 삼차원으로 설정될 수 있는데, 이로써 어느 공간에 대해서도 본 발명이 적용될 수 있다. 상기 펄스음의 음원에는, 포락선을 가지는 것으로서, 사인파, 가우시안신호, 및 멕시칸 헷 웨이브렛 중의 어느 하나가 적용될 수 있는데, 이로써, 음의 인식 및 메칭이 더 편하게 수행될 수 있다.
본 발명에 따르면, 이동체의 위치를 각도 및 거리까지 정확하게 감지할 수 있으므로, 다른 어떠한 부작용이 없이 이동체의 감지장치에 적용할 수 있다. 또한, 건강상의 문제점이 없고, 적용상의 부작용이 없는 점으로 인하여, 조명장치, 공조장치, 보안장치, 및 주차장관리장치 등과 같은 다양한 응용분야에 용이하게 적용할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 이동체의 위치감지장치의 사용상태를 보이는 도면.
도 2는 감지장치를 측면에서 살펴볼 때의 모습.
도 3은 실시예에 따른 이동체의 위치감지장치 구성을 나타내는 블록도.
도 4는 이동체와 마이크 어레이의 관계를 보이는 도면.
도 5는 위치추정부의 내부 구성을 더 상세하게 보이는 도면.
도 6은 지연-합 빔포밍을 각 마이크에 대한 신호로 설명하는 도면.
도 7은 실시예를 실험한 결과.
도 8은 다른 실시예로서 감지공간이 삼차원인 경우를 도시하는 도면.
도 9는 마이크 어레이의 배치를 보이는 도면.
도 10은 실시예에 따른 이동체의 위치감지방법을 설명하는 흐름도.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 사상은 이하의 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 및 추가 등에 의해서 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명 사상의 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
도 1은 실시예에 따른 이동체의 위치감지장치의 사용상태를 보이는 도면이고, 도 2는 감지장치를 측면에서 살펴볼 때의 모습이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 감지장치(1)에는, 마이크 어레이(12)와 상기 마이크 어레이(12)에 인접되는 위치에 제공되는 스피커(11)가 제공된다. 상기 스피커(11)는 감지공간(2)으로 음향을 송출한다. 상기 음향은 가청주파수의 범위 내의 소리로 제공될 수 있고, 짧은 펄스음일 수 있다. 상기 감지공간(2)내로 송출된 펄스음은 감지공간(2)의 벽 또는 감지공간(2) 내에 놓이는 고정체 또는 감지공간(2) 내에 놓이는 이동체에서 반사될 수 있다. 각 반사체에서 반사되는 펄스음은 마이크 어레이(12)를 이루는 각 마이크에 의해서 감지될 수 있다. 즉, 상기 펄스음을 반사시키는 대상은 새로운 스피커로서의 기능을 수행하게 되는 것이다. 상기 펄스음은 스피커(11)에 의해서 단속적으로 감지공간(2) 내로 송출될 수 있고, 마이크 어레이(12)에서는 단속적으로 반사음을 감지할 수 있다.
상기 마이크 어레이(12)에서는 단속적으로 송출되는 펄스음에 의한 반사음을 감지하고 음장변화를 추출할 수 있다. 이때 감지공간(2)의 벽 또는 감지공간(2) 내에 놓이는 고정체에 의해서 반사되는 펄스음은 시간이 변하더라도 음장이 변하지 않는다. 그러나, 감지공간(2) 내에 놓이는 이동체로부터 반사되는 반사음은 음장의 변화를 만들어낸다. 실시예에서는 이들 상기 이동체에 의한 음장의 변화를 감지하고 그 신호를 분석하여 이동체의 위치를 알아낼 수 있다. 따라서, 실시예에 따른 기술은 음장변화에 기반하여 이동체의 위치를 추정하는 내용이 될 수 있다.
실시예에서 상기 마이크 어레이(12)에서 일곱개의 마이크를 사용하는 것을 가정할 수 있다. 그러나, 상기 마이크 어레이(12)는 단일의 마이크를 사용할 수도 있다. 다만, 이 경우에는 마이크를 회전시키며 각 방향 별로 반사음을 확인하여야 하기 때문에, 이동체의 위치감지에 많은 시간이 소요될 수 있다. 따라서, 마이크 어레이(12)에는 적어도 두개 이상 바람직하게는 공간의 특성에 따라 다수개의 마이크를 사용할 수 있다. 상기 마이크 어레이(12)에 포함되는 마이크의 개수가 늘어나면 늘어날수록 이동체의 위치와 각도를 정확하게 파악알 수 있을 것이다.
또한, 상기 마이크 어레이(12)에 사용되는 마이크는 아날로그 마이크 또는 디지털 마이크를 사용할 수도 있다. 상기 아날로그 마이크를 사용하는 경우에는, 아날로그 마이크를 통하여 감지된 음향신호의 노이즈 제거, 신호의 증폭, 및 이산화 과정을 거쳐서 이산화된 신호를 얻는 과정이 더 수행될 수 있다. 상기 아날로그 마이크의 경우에 필요하게 되는 상기 과정은 멤스형 디지털 마이크를 사용하는 경우에 필요없을 수 있으므로 상기 멤스형 디지털 마이크가 바람직하게 사용될 수 있다.
상기 펄스음을 사용하는 이유는, 상기 스피커(11)에서의 가진 신호가 반사체에서 반사되어 반사음으로 상기 마이크 어레이(12)에서 감지될 때, 상기 반사음이 상기 가진 신호와 닯은 것을 이용하여 노이즈를 제거할 수 있도록 하기 위한 것이다. 그러나, 어떠한 펄스음의 경우에도, 실제 물리적으로는 상기 스피커(11)에서 재생될 때에는 갑작스러운 신호재생과 신호제거가 불가능하므로, 상기 펄스음은 소정의 포락선을 가지는 짧은 음향신호를 포함하는 개념으로 이해할 수 있다.
구체적으로 상기 펄스음의 음원으로는, 펄스음(Pulse signal)으로서의 포락선(envelop)을 가지는 사인파(예를 들어, tone burst), 가우시안(Gaussian) 신호, 및 멕시칸 햇 웨이브렛(Maxican hat wavelet) 등이 사용 가능하다. 또는 펄스음으로서, 실내음향학(Room acoustics)의 실내 음장 측정기법에서 사용되는 신호 종류로써 충격 신호(예를 들어, 총소리, 풍선 터지는 소리 등), 또는 잡음기반(예를 들어, 백색잡음, Maximum length sequences등) 또는 사인파 기반(예를 들어, Swept sine 등)의 신호를 이용할 수 있다. 만약, 상기 신호들이 소비자에게 청감적으로 좋지 않은 불쾌감을 줄 수 있으므로 펄스음으로서 간결한 화음 또는 멜로디 소리 등을 사용할 수 있다.
상기 스피커(11)로서는, 음원이 감지공간에서 음장을 잘 형성 시킬 수 있도록, 신호의 일관성(coherence)이 좋은 스피커를 사용하는 것이 바람직하다.
도 3은 실시예에 따른 이동체의 위치감지장치 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3을 참조하면, 상기 스피커(11)에서 발생되는 펄스음은 이동체(3)에서 반사되어 마이크 어레이(12)에서 감지된다. 물론, 고정체로부터의 반사음도 마이크 어레이(12)에서 감지될 수 있을 것이다. 상기 펄스음은 단속적으로 계속해서 감지공간(2)에 송출되는 것은 이미 설명한 바가 있다.
상기 마이크 어레이(12)에서 감지되는 반사음은 변동음장추출부(13)로 전달되어 음장이 변화된 것에 기인한 반사음만을 추출한다. 상기 변동음장추출부(13)를 통과하면 고정체에 의한 반사음은 제거되고, 이동체에 의한 반사음만이 추출될 수 있다.
상기 변동음장추출부(13)의 동작을 더 상세하게 설명한다.
Figure 112014041443421-pat00001
상기 수학식 1에서, i는 마이크 어레이에 제공되는 각 마이크의 색인이고, ΔHi는 i번째 마이크에서 감지되는 감지공간의 전달함수, 즉 i번째 마이크에서 감지되는 변동된 음장을 나타내고, X는 음원이고, Yi는 i번째 마이크에 수신된 반사음의 신호를 나타낸다.
상기 수학식 1은 수학식 2로 풀어쓸 수 있다.
Figure 112014041443421-pat00002
상기 Ri는 변동된 음장을 측정한 각 마이크의 신호로서, 매우 약한 신호가 될 수 있고, 상기 마이크 어레이(12)의 각 마이크에서는 상기 변동된 음장을 측정한 마이크의 신호가 각각 출력되어 위치 추정부(15)로 전달될 수 있다.
상기 위치 추정부(15)에서는 이동체가 놓이는 위치를 추정, 즉, 이동체의 위치를 감지할 수 있다. 상기 위치 추정부(15)에서 이동체(3)의 위치를 감지하는 방법은 지연-합 빔포밍(delay-sum beamforming)을 이용할 수 있다.
이하에서는, 상기 지연-합 빔포밍을 구체적으로 설명한다.
도 4는 이동체와 마이크 어레이의 관계를 보이는 도면이다. 도 4와 같이, 일차원으로 배열되는 마이크를 가지는 마이크 어레이(12)와, 이동체(3)가 소정의 위치관계(r, θ)를 이룬다고 가정한다. 이때, 도시하지 않은 스피커에서 송출되어 이동체(3)에서 반사되어 오는 반사음이 각 마이크에 도달하는 시간은, 기준 마이크(네번째 마이크)를 기준으로 할 때 τi(i는 각 마이크 색인)만큼 변경될 것이다. 예를 들어, 상기 마이크 어레이(12)의 가운데에 있는 마이크를 기준으로 할 때, 왼쪽에 있는 마이크는 τ가 음의 값을 가지고, 오른쪽에 있는 마이크는 τ가 양의 값을 가지게 될 것이다.
상기 이동체(3)가 놓일 수 있는 위치는, 상기 감지공간(2) 내의 블록(도 1의 4참조)과 관련되는 정보로서 미리 저장되어 있을 수 있다. 예를 들어, 상기 블록(4)을 이루는 각 격자의 격자중심 또는 격자점의 위치가, 상기 마이크 어레이(12)에 포함되는 각 마이크에 대하여 가지는 소정의 상대적인 위치관계가 거리(r)과 각도(θ)의 정보로서 블록구성부(14)에 포함되어 있을 수 있다. 상기 블록구성부(14)에 포함되는 블록은 하나만이 아니라, 격자가 촘촘한 것, 격자가 느슨한 것, 격자의 크기가 서로 다른 것이 포함되는 블록 등 다양한 형태의 블록이 제공될 수 있다. 상기 격자가 촘촘한 경우에는 위치감지의 해상도가 높아지는 효과를 얻을 수 있을 것이다. 물론 이 경우에도 각 블록에 포함되는 각 격자의 격자중심 또는 격자점의 위치가, 상기 마이크 어레이(12)의 각 마이크에 대하여 가지는 소정의 상대적인 위치관계가 거리(r)과 각도(θ)의 정보로서 블록구성부(14)에 포함되어 있을 수 있다.
상기 위치추정부(15)에서는, 상기 블록구성부(14)로부터 어느 격자의 위치 정보, 즉, 격자중심 또는 격자점이, 상기 마이크 어레이(12)의 각 마이크에 대하여 가지는 소정의 상대적인 위치관계, 즉, 거리(r)과 각도(θ)를 감안하는 τi값을 호출한다. 그리고, 특정의 격자중심 또는 격자점에 대하여 각 마이크에 할당된 τi값을 대입하여(즉, 지연, delay) Ri(변동된 음장을 측정한 마이크의 신호)를 합산하면(즉, 합, sum), 이동체(3)가 실제로 해당위치에 있는 경우에는 증폭된다. 반대로 이동체(3)가 실제로 해당위치에 있지 않은 경우에는 증폭되지 않는다. 모든 블록에 대하여 상기 되는 과정을 반복적으로 수행함으로써, 감지공간(2) 내에서 이동체가 놓이는 곳을 추출할 수 있다.
한편, 도 1 및 도 2를 참조할 때, 상기 블록(4)은 마이크 어레이(12)의 각 마이크가 향하는 방향만큼 기울어지는 평면으로 제공된다. 따라서, 상기 감지장치(1)가 벽면의 상측에 놓이는 경우에는 전체 감지공간(2)을 커버할 수 있도록, 마이크가 향하는 방향을 비스듬히 소정의 각도(A)만큼 아래를 향하도록 할 수 있다. 이 경우에는 블록(4)은 감지공간(2)을 가로지르는 형태로 제공될 수 있다.
도 5는 상기 위치추정부의 내부 구성을 더 상세하게 보이는 도면이다.
도 5를 참조하면, 상기 이동체(3)로부터 반사된 변동된 음장에 해당하는 마이크 신호(Ri)는 마이크 어레이(12)를 통하여 입력된다. 그러면, 지연부(151)는 해당되는 신호가 감지공간(2)의 특정지점에서 반사된 것으로 가정하고, 각 마이크에 τi값을 할당하고, τi값만큼 지연이 있었던 것으로 가정하고 신호를 시간축 상에서 이동시킨다(지연). 합산부(152)에서는 τi값만큼 시간축에서 이동된 신호를 합산한다(합). 합산된 신호는 실제로 이동체가 특정지점에 있는 경우에는 증폭되어 나타나고, 그렇지 않은 경우에는 증폭되지 아니한다.
도 5에서는 증폭되는 경우를 나타내고 있다.
도 6은 지연-합 빔포밍을 각 마이크에 대한 신호로 설명하는 도면이다. 도 6을 참조하면, 입력신호(input signals)를 τi값만큼 지연시키면, 빔포밍된 신호(steered signals)로서 특정위치로 보상되어 모든 신호가 동일하게 된다. 상기 보상된 신호를 합산하면 출력신호가 NㆍS로서 N배 증폭되어 나타난다.
한편, 이때 노이즈는 합산됨으로써 중첩 또는 간섭에 의해서 미약해 지는 것을 확인할 수 있다.
한편, 변동된 음장에 해당하는 마이크 신호(Ri)는 증폭이 되더라도 양의 값과 음의 값을 가지면서 변동한다. 따라서, 증폭된 신호를 제곱하여 파워를 구함으로써, 보다 정확하게 이동체의 위치를 감지할 수 있도록 한다. 상기 파워는 블록(4)에서 이동체가 놓이는 곳에서 반사되는 음의 음압을 제곱한 것으로서, 음압파워로 제공될 수 있다.
도 7은 실시예를 실험한 결과이다.
도 7을 참조하면, 마이크 어레이(12)에서 볼 때, 고정체(31)의 뒤에 이동체(3)가 놓이는 경우에 실험을 한 결과이다. 각 길이 및 크기는 도면에 제시된 바와 같다. 우측의 도면은 음압파워를 표시한 도면으로서, A지점(3)으로 부터의 반사음이 기인하는 음장변화가 많은 것을 확인할 수 있다.
상술하는 과정에 의해서 이동체의 위치가 감지되면, 구동장치(16)를 구동시킬 수 있다. 상기 구동장치가 공조부품인 경우에는 스마트 온도제어 기능을 수행할 수 있다.
상기 스마트 온도 제어는, 사용자(즉, 이동체)의 위치를 기반으로 온도 및 습도를 제어하여 제어 공간 안에 위치한 사용자의 쾌적함을 높여 공조장치의 감성풀질을 높일 수 있게 한다. 여기서 이용되는 사용자의 위치추정은 사용자의 움직임을 능동적으로 획득하여, 사용자 중심의 쾌적한 환경을 위한 제어가 가능하도록 한다. 예를 들어, 사용자가 놓여 있는 방향으로 간접풍이 집중되도록 할 수 있을 것이다.
상기 구동장치(16)가 조명부품인 경우에는, 이동체의 위치를 감지하여 이동체가 놓이는 위치의 조명등의 점등상태를 조정할 수 있다.
상기 구동장치(16)가 보안부품인 경우에는, 침입자의 판별 및 위치탐지 후 경고음 등을 발생시킬 수 있으며, 위치정보를 보안카메라에 전달하여 효율적으로 운용할 수 있다.
상기 구동장치(16)가 주차장관리부품인 경우에는, 이동체가 발생하여 해당하는 주차구역이 비어있는 것을 확인하고, 주차를 안내시킬 수 있다. 이 경우에는 단일의 감지공간의 범위가 넓어질 수 있으므로, 설비를 값싸게 제공할 수 있다.
도 8은 다른 실시예로서 감지공간이 삼차원인 경우를 도시하는 도면이고, 도 9는 마이크 어레이의 배치를 보이는 도면이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 감지장치(1)는 천정에 설치되고, 블록(4)은 감지공간(2)의 전체 영역이 될 수 있다. 도면에는 어느 한 블록만이 도시되어 있으나, 상기 블록은 감지공간(2)의 상하로 전체로 설정되어 있을 수 있다 도면에서 해칭이 되어 있는 그리드는 이동체(3)가 있는 것으로 감지되는 삼차원의 위치일 수 있다. 이 경우에 상기 감지장치에 제공되는 마이크 어레이(12)는 어레이를 구성하는 각 마이크가 2차원으로서 도 9의 각 그림에서 볼 수 있는 바와 같이, 원형(circular-type), 나선형(spiral-type), 직교형(grid-type), 또는 바퀴형(spoke wheel-type)으로 배치될 수 있다. 이와 같은 배치는 블록(4)을 이루는 각 격자의 크기가 전체 감지공간(2)에 대하여 빔포밍에 대한 각도차이가 없이 구획될 수 있도록 공간의 특성에 따라 2차원 마이크 어레이(12)가 선택될 수 있다.
원 실시예에서는 1차원 마이크 어레이를 이용하여 2차원 감지공간에서 이동체의 2차원 위치를 감지할 수 있고, 다른 실시예에서는 2차원 마이크 어레이를 이용하여 3차원 감지공간에서 이동체의 3차원 위치를 감지할 수 있다.
다른 실시예의 경우에는, 지연-합 빔포밍 시에는 거리(r)와 각도(θ)를 벡터 값으로 연산을 수행하여 원 실시예와 동일한 결론을 얻을 수 있다.
도 10은 실시예에 따른 이동체의 위치감지방법을 설명하는 흐름도이다. 이동체의 위치감지방법은 이동체의 위치감지장치에 대한 설명이 그대로 적용될 수 있으므로 설명이 없는 부분에 있어서는 위치감지장치의 설명을 적용할 수 있다.
도 10을 참조하면, 스피커를 동작시켜서 펄스음을 발생시킨다(S1). 마이크 어레이에서는 감지공간에서 상기 펄스음에 의한 반사음을 획득하고(S2), 반사음 중에서 변동된 음장을 추출한다(S3).
상기 변동된 음장이 감지공간을 소정의 방식으로 구획하는 블록의 어느 그리드에서 발생한 것인지를 지연-합 빔포밍 방식을 적용하여 스캐닝을 수행하여 응답을 확인한다(S4). 음압파워를 계산하여 음압파워가 높은 곳을 이동체의 위치로 감지할 수 있다(S5).
이후에는 선택적으로 다양한 응용장치의 구동부품을 동작시킬 수 있다(S6).
12: 마이크 어레이
13: 변동음장추출부

Claims (18)

  1. 감지공간으로 가청주파수 영역의 펄스음을 단속하여 발생시키는 스피커; 및
    상기 감지공간에서 발생하는 상기 펄스음의 반사음을 획득하는 복수의 마이크를 포함하는 마이크 어레이; 및
    상기 반사음에서 이전에 측정된 기존 반사음과 다르게 변동된 변동음장을 추출하는 변동음장추출부;가 포함되고,
    상기 마이크 어레이는 2차원 배치로, 상기 마이크 어레이를 이루는 각 마이크들은 원형, 나선형, 직교형, 또는 바퀴형으로 배치되고,
    상기 감지공간은 3차원으로 형성되며,
    상기 3차원 감지공간을 구획하는 블록의 각 지점의 위치와 상기 마이크의 상대적인 위치를 나타내는 상대적위치정보가 저장되는 블록구성부를 포함하고,
    상기 상대적위치정보와 상기 변동음장을 참조하여, 상기 감지공간을 스캐닝하여 이동체의 3차원위치를 추정하는 위치추정부가 포함되는
    상기 반사음으로부터 음장변화를 추출하여 이동체의 위치를 추정하고,
    상기 펄스음은,
    포락선을 가지는 사인파를 포함하는 음향신호이고,
    상기 변동음장추출부는,
    상기 마이크를 통해 감지된 반사음을 아래 수학식 1과 2에 대입하여, 이전과 변동된 상기 변동음장은 이동하는 이동체에 의한 반사음만을 추출하고,
    상기 위치 추정부는,
    상기 변동음장이 상기 감지공간을 소정의 방식으로 구획하는 블록의 어느 격자에서 발생한 것인지를 지연-합 빔포밍 방식을 적용하여 확인하고, 상기 격자 중에서 상기 지연-합 빔포밍 방식에서 상기 변동음장이 증폭되는 곳을 검출하여 상기 이동체의 위치로 추정하고,
    상기 블록을 이루는 각 격자의 격자중심 또는 격자점의 위치가, 상기 마이크 어레이에 포함되는 각 마이크들에 대하여 가지는 소정의 상대적인 위치관계를 거리(r)과 각도(θ)의 정보로 저장하는 블록구성부를 더 포함하고,
    상기 위치추정부는,
    상기 블록구성부로부터 상기 격자들의 위치 정보와 상기 마이크 어레이의 각 마이크에 대하여 가지는 소정의 상대적인 위치관계에 따라서, 상기 이동체와 상기 마이크 사이에 거리(r)와 각도(θ)에 기초한 음압파워를 호출함으로써, 상기 이동체의 위치를 추출하며,
    상기 변동음장 추출부는,
    상기 이동체의 위치 추정 전 상기 마이크들에서 측정된 반사음에서 고정체에 의한 반사음은 필터링하고 상기 이동체에 의한 반사음을 추출하는
    이동체의 위치감지장치.

    [수학식 1]
    Figure 112016056421919-pat00021

    (i는 마이크 어레이에 제공되는 각 마이크의 색인이고, ΔHi는 i번째 마이크에서 감지되는 감지공간의 전달함수, 즉 i번째 마이크에서 감지되는 변동된 음장을 나타내고, X는 음원이고, Yi는 i번째 마이크에 수신된 반사음의 신호)
    [수학식 2]
    Figure 112016056421919-pat00022

    (Ri는 변동된 음장을 측정한 각 마이크의 신호)
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크 어레이에 포함되는 각 마이크는 멤스형 디지털 마이크인 이동체의 위치감지장치.
  8. 펄스음을 감지공간으로 발생시키는 스피커;
    상기 펄스음이 상기 감지공간의 각 위치에서 반사되어 온 음향을 감지하는 마이크;
    상기 마이크에서 감지되는 음향 중에서 이전과 다르게 변동된 변동음장을 추출하는 변동음장추출부;
    상기 감지공간을 구획하는 블록의 각 지점의 위치와 상기 마이크의 상대적인 위치를 나타내는 상대적위치정보가 저장되는 블록구성부; 및
    상기 상대적위치정보와 상기 변동음장을 참조하여, 상기 감지공간을 스캐닝하여 이동체의 위치를 추정하는 위치추정부가 포함되고,
    상기 마이크는 마이크 어레이로 제공되고, 상기 마이크 어레이의 각 마이크는 상기 감지공간을 가로지르는 방향을 향하며,
    상기 감지공간을 구획하는 블록을 이루는 격자를 포함하는 평면은 상기 감지공간을 가로지르는 방향으로 형성되고,
    상기 펄스음은,
    가청주파수 영역의 포락선을 가지는 사인파를 포함하는 음향신호이고 단속적으로 발생되며,
    상기 변동음장추출부는,
    상기 마이크를 통해 감지된 반사음을 아래 수학식 1과 2에 대입하여, 이전과 변동된 상기 변동음장은 이동하는 이동체에 의한 반사음만을 추출하고,
    상기 위치 추정부는,
    상기 변동음장이 상기 감지공간을 소정의 방식으로 구획하는 블록의 어느 격자에서 발생한 것인지를 지연-합 빔포밍 방식을 적용하여 확인하고, 상기 격자 중에서 상기 지연-합 빔포밍 방식에서 상기 변동음장이 증폭되는 곳을 검출하여 상기 이동체의 위치로 추정하고,
    상기 마이크 어레이는 2차원 배치로, 상기 마이크 어레이를 이루는 각 마이크는 원형, 나선형, 직교형, 또는 바퀴형으로 배치되고,
    상기 감지공간은 3차원으로 형성되며,
    상기 위치추정부는,
    상기 블록구성부로부터 상기 블록의 각 지점의 위치와 상기 마이크의 상대적인 위치를 나타내는 상대적위치정보에 따라서, 상기 이동체와 상기 마이크 사이에 거리(r)와 각도(θ)에 기초한 음압파워를 호출함으로써, 상기 이동체의 위치를 추출하며,
    상기 변동음장 추출부는,
    상기 이동체의 위치 추정 전 상기 마이크들에서 측정된 반사음에서 고정체에 의한 반사음은 필터링하고 상기 이동체에 의한 반사음을 추출하는
    이동체의 위치감지장치.
    [수학식 1]
    Figure 112016056421919-pat00023

    (i는 마이크 어레이에 제공되는 각 마이크의 색인이고, ΔHi는 i번째 마이크에서 감지되는 감지공간의 전달함수, 즉 i번째 마이크에서 감지되는 변동된 음장을 나타내고, X는 음원이고, Yi는 i번째 마이크에 수신된 반사음의 신호)
    [수학식 2]
    Figure 112016056421919-pat00024

    (Ri는 변동된 음장을 측정한 각 마이크의 신호)
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제 8 항의 위치감지장치가 사용되는 공조장치.
  12. 제 8 항의 위치감지장치가 사용되는 조명장치.
  13. 제 8 항의 위치감지장치가 사용되는 보안장치.
  14. 제 8 항의 위치감지장치가 사용되는 주차장관리장치.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
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