KR101678203B1

KR101678203B1 - 전방향 음장을 전방향 영상에 중첩하여 표현하는 mems 음향센서를 이용한 전방향 음향 시각화 장치

Info

Publication number: KR101678203B1
Application number: KR1020150126791A
Authority: KR
Inventors: 이광현; 강준구; 김영기
Original assignee: (주)에스엠인스트루먼트
Priority date: 2015-09-08
Filing date: 2015-09-08
Publication date: 2016-12-07
Also published as: CN106197652A

Abstract

내부에 중공부가 형성된 구형체(10, sphericity body)와; 상기 구형체(10, sphericity body)의 표면에 노출되게 이격되어 배치된 MEMS 음향 감지 센서(20)들과; 상기 MEMS 음향 감지 센서(20)들과 전기적으로 각각 연결되며 상기 구형체(10)의 중공부에 내장되는 음향신호 습득용 인쇄회로기판(Printed Circuit Board, 30)와; 상기 구형체(10)의 일측 상부에 이격되게 고정된 전방향 반사 거울(40)과; 상기 구형체(10)의 일측 상부에 상향 노출되게 고정되어 상기 반사 거울(40)에 비친 광학 영상을 촬영하는 촬영 렌즈(50);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 MEMS 음향센서를 이용한 전방향 음향카메라.

Description

전방향 음장을 전방향 영상에 중첩하여 표현하는 MEMS 음향센서를 이용한 전방향 음향 시각화 장치 { Acoustic Camera }

본 발명은 전방향 화상 영역에서 발생하는 음장을 측정 분석하여 실시간으로 화상 이미지에 시각화된 음장을 오버레이 하여 표출장치에 디스플레이 하는 MEMS 음향센서를 이용한 전방향 음향카메라 및 전방향 음향 시각화 장치에 관한 것이다.

음향카메라는 소리를 시각화하는 첨단계측장비로, 멀티미디어 정보 통신기기, 가전, 자동차, 건설 등 다양한 분야에서 필요로 하는 신기술 장비이다. 본 발명의 출원인인 (주)에스엠인트루먼트와 한국과학기술원은 마이크폰을 이용한 음향카메라 분야에 선도 기술을 확보하고 상용제품을 출시한 업체임을 밝힌다.

종래 기술인 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 출원인 소유의 등록특허 제10-1213539호((주)에스엠인트루먼트)는, 복수개의 MEMS 마이크로폰을 인쇄회로기판(Print Circuit Board)에 탑재하여 구성되되, 상기 MEMS 마이크로폰은 반경방향으로 확장되는 2 ~ 10개의 날개부를 가지는 것을 특징으로 하는 멤스 마이크로폰 어레이를 이용한 음향감지장치를 게시한다.

종래 기술인 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 출원인 소유의 등록특허 등록특허 제10-1471299호((주)에스엠인트루먼트)는, MEMS 마이크로폰들의 음향감지부가 전방을 향하게 배치되는 전방몸체와; 기판(substrate)에 고정된 상태에서 음향감지부가 상기 전방몸체에 노출되는 상기 MEMS 마이크로폰들과; 상기 MEMS 마이크로폰들이 장착되는 기판과; 상기 전방몸체의 렌즈홀을 통하여 촬영렌즈가 노출되는 영상촬영부와; 상기 전방몸체의 후면측에 상기 기판이 위치된 상태에서 상기 기판의 후측과 영상촬영부의 후측을 감싸는 후방몸체;을 포함하여 구성되고, 상기 MEMS 마이크로폰들은 반경방향으로 직선 또는 곡선 또는 나선 형상으로 확장되는 2 ~ 30개의 날개부를 형성하며, 하나의 상기 날개부(W)에2 ~ 50개의 MEMS 마이크로폰들이 이격되어 배열되고, 상기 전방몸체의 변두리 또는 후방몸체에 고정된 상태에서 후방으로 돌출되는 손잡이부;를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 이동식 음향 카메라를 게시한다.

전술한 바와 같이, 마이크로폰 어레이 빔포머 (Microphone Array Beamformer)는 소음원 위치규명 방법의 하나로, 다수의 마이크로폰 센서를 이용하여 소음원에서 발생하는 음파를 측정하고 이에 대한 신호처리를 통하여 소음원의 분포를 사진처럼 가시화 하는 방법이다. 각 마이크로폰에서 수신되는 신호의 특성에 따라 특정 발신위치에서 발생한 신호로 재구성하여 이의 음압크기를 측정하고, 측정된 음압레벨을 공간상의 분포로 도시하여 소음원의 위치를 추정하는 방식을 사용한다. 음향카메라의 측정 기법은 특수 분야의 연구목적으로 개발이 되어졌으나, 소음원의 분포를 직관적으로 확인할 수 있는 장점에 따라 산업 각 분야의 연구/개발단계에서의 활용으로 확대 적용되고 있다.

<관련 선행 기술>

등록특허 10-0838239(특허권자 : (주)에스엠인스트루먼트)

등록특허 10-2009-0047507 (출원인 : (주)에스엠인스트루먼트)

등록특허 10-051120(출원인 : 한국과학기술원)

등록특허 : 10-0217872(출원인 : 한국과학기술원)

본 발명은 전방향 화상 영역에서 발생하는 음장을 측정 분석하여 실시간으로 화상 이미지에 시각화된 음장을 오버레이 하여 표출장치에 디스플레이 하는 MEMS 음향센서를 이용한 전방향 음향카메라 및 전방향 음향 시각화 장치를 제공하기 위한 것이다.

내부에 중공부가 형성된 구형체(10, sphericity body)와;

상기 구형체(10, sphericity body)의 표면에 노출되게 이격되어 배치된 MEMS 음향 감지 센서(20)들과;

상기 MEMS 음향 감지 센서(20)들과 전기적으로 각각 연결되며 상기 구형체(10)의 중공부에 내장되는 음향신호 습득용 인쇄회로기판(Printed Circuit Board, 30)과;

상기 구형체(10)의 일측 상부에 이격되게 고정된 전방향 반사 거울(40)과;

상기 구형체(10)의 일측 상부에 상향 노출되게 고정되어 상기 반사 거울(40)에 비친 광학 영상을 촬영하는 촬영 렌즈(50);

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 MEMS 음향센서를 이용한 전방향 음향카메라.

본 발명에 따르는 경우, 전방향 화상 영역에서 발생하는 음장을 측정 분석하여 실시간으로 화상 이미지에 시각화된 음장을 오버레이 하여 표출장치에 디스플레이 하는 MEMS 음향센서를 이용한 전방향 음향카메라 및 전방향 음향 시각화 장치가 제공된다.

도 1, 도 2는 종래 기술 음향카메라.
도 3은 본 발명의 MEMS 음향센서를 이용한 전방향 음향카메라 사시도.
도 4는 본 발명의 MEMS 음향센서를 이용한 전방향 음향카메라 정면도.
도 5은 본 발명의 MEMS 음향센서를 이용한 전방향 음향카메라 사시도(촬영수단 분해).
도 6은 본 발명의 촬영 수단 상세도.
도 7은 본 발명의 MEMS 음향센서를 이용한 전방향 음향 시각화 장치 구성도.
도 8은 본 발명의 MEMS 음향센서를 이용한 전방향 음향 시각화 장치 실시 상태도.

이하에서 본 발명의 일실시예에 따른 MEMS 음향센서를 이용한 전방향 음향카메라 및 전방향 음향 시각화 장치에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 3은 본 발명의 MEMS 음향센서를 이용한 전방향 음향카메라 사시도, 도 4는 본 발명의 MEMS 음향센서를 이용한 전방향 음향카메라 정면도, 도 5은 본 발명의 MEMS 음향센서를 이용한 전방향 음향카메라 사시도(촬영수단 분해), 도 5은 본 발명의 촬영 수단 상세도, 도 6은 본 발명의 MEMS 음향센서를 이용한 전방향 음향 시각화 장치 구성도이고, 도 7은 본 발명의 MEMS 음향센서를 이용한 전방향 음향 시각화 장치 실시 상태도이다.

도 3 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 음향카메라는 반사경과 촬영렌즈를 이용한 전방향 촬상이 가능한 하나의 광학 촬영 수단과 전방향 음향 감지가 가능하도록 배치된 복수개의 MEMS 음향감지수단을 포함하여 구성된다.

도 3 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 MEMS 음향센서를 이용한 전방향 음향카메라는, 내부에 중공부가 형성된 구형체(10, sphericity body)와, 상기 구형체(10, sphericity body)의 표면에 노출되게 이격되어 배치된 MEMS 음향 감지 센서(20)들과, 상기 MEMS 음향 감지 센서(20)들과 전기적으로 각각 연결되며 상기 구형체(10)의 중공부에 내장되는 음향신호 습득용 인쇄회로기판(Printed Circuit Board, 30)과, 구형체(10)의 일측 상부에 이격되게 고정된 전방향 반사 거울(40)과, 구형체(10)의 일측 상부에 상향 노출되게 고정되어 상기 반사 거울(40)에 비친 광학 영상을 촬영하는 촬영 렌즈(50)를 포함하여 구성된다. 구(球)형체(10, sphericity body)는 내부에 중공부가 형성된다. MEMS 음향 감지 센서(20)들은 구형체(10, sphericity body)의 표면에 노출되게 균일한 간격으로 이격됨으로써 하나의 평면이 아닌 입체(立體)인 구(球) 형상의 메시(Mesh)를 이루도록 배치된다. 음향신호 습득용 인쇄회로기판(Printed Circuit Board, 30)은 MEMS 음향 감지 센서(20)들과 전기적으로 각각 연결되며 상기 구형체(10)의 중공부에 내장되어 고정된다.

도 3 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 MEMS 음향센서를 이용한 전방향 음향카메라에 있어서, 방향 반사 거울(40)은, 측방으로 360도 영상이 반영되고, 상하 90 ~ 150도, 더욱 바람직하게는 상하 110 ~ 130도 상항 영상을 반영하는 것이 바람직하다. 상하 영상 반영 각도의 중심선은 수평선이다.

도 3 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 MEMS 음향센서를 이용한 전방향 음향카메라에 있어서, 전방향 반사 거울(40)은, 상광 하협의 형상으로 아래로 갈수로 좁아지는 원뿔 형상인 것이 바람직하다. 방향 반사 거울(40)은 상기 구형체(10) 상부에 하단이 장, 탈착 가능하게 고정되어 상향 연장된 거울 고정수단(50)를 통하여 구형체(10)에 이격되게 고정되는 것이 바람직하다.

도 6에 도시된 바와 같이, 거울 고정수단(50)은, 상기구형체(10) 상부에 고정되는 중심에 개구부를 갖는 하부고정부(51)와, 하부고정부(51)에 고정되어 상향 연장된 상태로 상기 전방향 반사 거울(40)을 지지하는 수직고정대(53)와, 하부고정부(51)를 상기 구형체(10) 상부에 고정하는 체결수단(55)으로 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 MEMS 음향센서를 이용한 전방향 음향 시각화 장치는 내부에 중공부가 형성된 구형체(10, sphericity body)와, 구형체(10, sphericity body)의 표면에 노출되게 이격되어 배치된 MEMS 음향 감지 센서(20)들과, MEMS 음향 감지 센서(20)들과 전기적으로 각각 연결되며 상기 구형체(10)의 중공부에 내장되는 음향신호 습득용 인쇄회로기판(Printed Circuit Board, 30)과, 구형체(10)의 일측 상부에 이격되게 고정된 전방향 반사 거울(40)을 포함한다. 또한, 구형체(10)의 일측 상부에 상향 노출되게 고정되어 상기 반사 거울(40)에 비친 광학 영상을 촬영하는 촬영 렌즈(50)와, 음향신호 습득용 인쇄회로기판(Printed Circuit Board, 30)와 연결되어 수신된 음향에 관한 신호를 기초로 전방향(All around) 음장을 계산하는 음향처리부(60)와, 촬영 렌즈(50)를 통하여 생성된 광학 신호를 처리하여 전방향 파노라마 영상을 생성하는 영상처리부(70)와, 음향처리부(60)로부터 전송된 전방향 음장과 상기 영상처리부(80)로부터 전송된 전방향 영상을 위치상 및 시간상 동기화 시켜 오버 레이(over lay)하는 표출장치부(80)를 포함하여 구성된다.

본 발명의 출원일 이전에 공지된 음향 센서를 통해 수집된 음향 신호의 처리 기술 및 촬영 렌즈를 통하여 얻어진 광신호 처리 기술은 본 발명의 명세서에 기재된 것으로 본다. 음향신호 습득용 인쇄회로기판(Printed Circuit Board, 30)은 MEMS 음향 감지 센서(20)로부터 생성된 음향전기 신호의 수집, 음향 전기 신호의 증폭, 음향 전기 신호 이산화(디지탈화) 기능을 포함할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이 구(球)형체(10)의 표면에 전원 공급용 전원스위치가 구비된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 구(球)형체(10)에 데이터 전송케이블 연결수단이 노출되고 음향신호 습득용 인쇄회로기판(Printed Circuit Board, 30)에 수집된 MEMS 음향 감지 센서(20)들의 음향신호는 데이터 전송케이블을 통하여 음향처리부(60)로 전송될 것이다.

본 발명은 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명됐지만, 본 발명의 범위가 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위는 이하의 특허청구범위에 의하여 정하여지는 것으로 본 발명과 균등 범위에 속하는 다양한 수정 및 변형을 포함할 것이다.

아래의 특허청구범위에 기재된 도면부호는 단순히 발명의 이해를 보조하기 위한 것으로 권리범위의 해석에 영향을 미치지 아니함을 밝히며 기재된 도면부호에 의해 권리범위가 좁게 해석되어서는 안될 것이다.

10 : 구형체
20 : MEMS 음향 감지 센서
40 : 전방향 반사 거울
50 : 촬영 렌즈
60 : 음향신호 송신부
70 : 음향처리부
80 : 영상처리부
90 : 표출장치부

Claims

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내부에 중공부가 형성된 구(球)형체(10, sphericity body)와;
상기 구형체(10, sphericity body)의 표면에 노출되게 균일한 간격으로 이격됨으로써 하나의 평면이 아닌 입체(立體)인 구(球) 형상의 메시(Mesh)를 이루도록 배치된 MEMS 음향 감지 센서(20)들과;
상기 MEMS 음향 감지 센서(20)들과 전기적으로 각각 연결되며 상기 구형체(10)의 중공부에 내장되어 고정되는 음향신호 습득용 인쇄회로기판(Printed Circuit Board, 30)과;
상기 구(球)형체(10)의 일측 상부에 이격되게 고정된 전방향 반사 거울(40)과;
상기 구형체(10)의 일측 상부에 상향 노출되게 고정되어 상기 반사 거울(40)에 비친 광학 영상을 촬영하는 촬영 렌즈(50)와;
상기 음향신호 습득용 인쇄회로기판(Printed Circuit Board, 30)과 연결되어 수신된 음향에 관한 신호를 기초로 전방향(All around) 음장을 계산하는 음향처리부(70)와;
상기 촬영 렌즈(50)를 통하여 생성된 광학 신호를 처리하여 전방향 파노라마 영상을 생성하는 영상처리부(80)와;
상기 음향처리부(70)로부터 전송된 전방향 음장과 상기 영상처리부(80)로부터 전송된 전방향 영상을 위치상 및 시간상 동기화시켜 오버 레이(over lay)하는 표출장치부(90);를 포함하여 구성되되,

상기 전방향 반사 거울(40)은 상기 구형체(10) 상부에 하단이 장, 탈착 가능하게 고정되어 상향 연장된 거울 고정수단(50)를 통하여 구형체(10)에 이격되게 고정되고,

상기 거울 고정수단(50)은,
상기구형체(10) 상부에 고정되는 중심에 개구부를 갖는 하부고정부(51)와,
상기 하부고정부(51)에 고정되어 상향 연장된 상태로 상기 전방향 반사 거울(40)을 지지하는 수직고정대(53)와,
상기 하부고정부(51)를 상기 구형체(10) 상부에 고정하는 체결수단(55),
으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전방향 음장을 전방향 영상에 중첩하여 표현하는 MEMS 음향센서를 이용한 전방향 음향 시각화 장치.
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