KR101767980B1

KR101767980B1 - 적외선 열화상을 이용한 지능형 불꽃 검출 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101767980B1
Application number: KR1020170046652A
Authority: KR
Inventors: 김수언
Original assignee: 김수언; 한선에스티 주식회사
Priority date: 2017-04-11
Filing date: 2017-04-11
Publication date: 2017-08-14
Also published as: CN109073453B; US11326955B2; EP3407034A1; US20210208001A1; JP7211622B2; EP3407034A4; EP3407034B1; CN109073453A; JP2020519847A; WO2018190478A1

Abstract

본 발명은 기존 불꽃감지센서에 적외선 열화상 카메라와 적외선 열화상 처리기술을 접목하여, 불꽃감지센서로부터 전달받은 불꽃신호가 허용된 불꽃 또는 인위적인 불꽃인지를 정확하게 인지할 수 있도록 함으로써, 화재경보의 정확성을 향상시킬 수 있는 적외선 열화상을 이용한 지능형 불꽃 검출 장치 및 방법에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 기존의 불꽃검출기에 적외선 열화상 카메라모듈과 적외선 열화상 처리기술을 조합하고, 이것들의 상호 협력적인 관계를 통해 지능형으로 불꽃의 종류와 위험도를 정확하게 판별할 수 있도록 함으로써, 비화재보를 획기적으로 줄이는 동시에 화재경보의 정확성을 크게 향상시킬 수 있는 적외선 열화상을 이용한 지능형 불꽃 검출 장치 및 방법을 제공하고자 한 것이다.

Description

적외선 열화상을 이용한 지능형 불꽃 검출 장치 및 방법{INTELLIGENT FLAME DETECTOR AND FLAME DETECTING METHOD BY USING INFRARED THERMAL CAMERA}

본 발명은 적외선 열화상을 이용한 지능형 불꽃 검출 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기존 불꽃감지센서에 적외선 열화상 카메라와 적외선 열화상 처리기술을 접목하여, 불꽃감지센서로부터 전달받은 불꽃신호가 허용된 불꽃 또는 인위적인 불꽃인지를 정확하게 인지할 수 있도록 함으로써, 화재경보의 정확성을 향상시킬 수 있는 적외선 열화상을 이용한 지능형 불꽃 검출 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 화재경보가 울리면 대피와 함께 화재가 감지된 위치를 찾아 확인하고 소화작업을 실행하지만, 이때의 화재 경보가 비화재보(Unwanted Alarm, 화재에 의한 열, 연기 또는 불꽃(화염) 이외에 비정상적인 요인에 의하여 화재경보가 오동작하는 것)라면 큰 불편과 함께 경제적 손실이 발생할 수 있다.

특히, 비화재보가 자동화 공장 등에서 발생하면 생산라인이 중단될 것이고 이로 인해 큰 손실이 발생될 수 있으며, 반면 화재상황인데 경보기가 울리지 않는다면 더 큰 손실을 가져올 것이다.

이에, 일반적인 화재감지기(연기,열 등)와 달리 작은 불꽃도 감지할 수 있는 불꽃감지기가 사용되고 있으며, 이 불꽃감지기는 화재를 조기에 발견하고 화재 초동대응에 유리한 장점을 제공하므로, 주요 산업시설에 널리 사용되고 있다.

대개, 화재가 발생하면 불꽃에서 특유의 연소특성이 나타나는데, 이 연소특성 중 하나가 특정 전자기파의 방출이며, 이를 감지하는 것이 불꽃감지기의 원리이다.

즉, 불꽃에서 특정 파장대의 자외선(185㎚~260㎚)과 CO₂ 공명 방사에 의한 적외선(4.3㎛~4.4㎛)이 방출되는데, 이것을 감지하여 화재경보를 알리는 것이 불꽃감지기의 원리이다.

한편, 상기 불꽃감지기(센서)로서 자외선/적외선 감지기, 3파장식 적외선 감지기 등이 사용되고 있으며, 이것들은 화재인식의 정확성을 높이기 위해 센서들을 사용환경에 맞게 조합한 것으로서, 비화재보를 줄이고 보다 더 정교한 화재 인식을 수행할 수 있게 해준다.

이러한 불꽃감지기에는 불꽃의 크기에 따른 감도 및 시간적 설정을 통해 비화재보를 줄이는 방법이 사용되는데, 예를 들어 가스라이터, 가스버너, 조명 등의 다양한 비화재보 조건에서 불꽃의 크기와 유지시간으로 감지기의 작동 유무를 설정한다.

첨부한 도 1은 종래 기술의 일례로서, 현재 불꽃감지기로 많이 사용되는 CO₂ 공명 방사 특성을 이용한 3파장식 불꽃검출기(IR3 방식이라 함)를 나타낸다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 3파장식 불꽃검출기는: CO₂ 공명 방사 대역인 3개의 파장대(4.0㎛, 4.4㎛, 5.0㎛)의 적외선을 선택적으로 투과시키는 3개의 적외선 광학필터(220₁,220₂,220₃)와; 이들 각각의 광학필터를 투과한 적외선을 수광하는 3개의 적외선센서(240₁,240₂,240₃)와; 각각의 적외선 센서(2401,2402,2403)의 출력 중 1~10Hz의 플리커 주파수 성분만을 통과시키는 필터를 가지고 상기 주파수 성분만을 선택적으로 증폭하는 3개의 신호 증폭부(250₁,250₂,250₃)와; 각 신호 증폭부(250₁,250₂,250₃)로부터 출력되는 신호 값의 크기나 신호 값 사이의 비율 등을 독자적인 알고리즘에 의해 계산하고, 불꽃으로부터 방사된 CO₂ 공명 방사의 스펙트럼 피크 패턴을 검출한 경우에만 화재인 것으로 판단하여, 경보 신호 출력부(270)에 화재신호를 송출하는 화재 판단부 및 제어부(260)를 포함하여 구성되어 있다.

이러한 적외선 3파장식 불꽃검출기는 불꽃에 대한 선택 성능이 매우 높고, 자연광, 형광등, 나트륨 등불, 수은등 등의 인공조명에는 반응하지 않는 장점이 있지만, 예를 들어 산업현장에 존재하는 고온의 온도 설비, 주변의 다양한 전열기, 열발생 조명, 난방기 등을 불꽃으로 오인식할 수 있는 단점이 있다.

또한, 근래 들어 열화상 카메라를 이용한 화재 감지 방법이 사용되고 있지만, 마찬가지로 산업현장에 고온의 온도 설비들이 존재할 때나 주변의 다양한 전열기, 조명, 난방기 등을 불꽃으로 인식할 수 있는 등, 온도만으로 불꽃의 유무를 정확하게 판별하는데 어려움이 있어, 실제 불꽃검출기로 사용하는데 한계가 있다.

상기한 바와 같이, 기존의 불꽃감지기는 적외선 센서와 자외선 센서를 단일 또는 혼합하여 사용하는 제품으로서, 자외선/적외선 감지기(UV/IR)와, 3파장식 불꽃검출기(IR3) 등 크게 두 가지 형태가 주를 이룬다.

첨부한 도 2는 적외선 센서 3개와 4.4㎛ 근역대의 필터를 사용하여 불꽃 특성의 파형을 읽어 들임으로서, 불꽃만을 인지하도록 한 3파장식 불꽃검출기의 외관을 보여주고, 첨부한 도 3은 적외선센서와 자외선센서를 함께 사용함으로 불꽃만을 인지하도록 한 자외선/적외선 감지기의 외관을 보여준다.

그러나, 이러한 기존의 불꽃감지기는 불꽃은 잘 검출할 수 있지만, 그 불꽃이 인위적인 불인지 화재인지를 판별하는 것은 매우 어렵고, 따라서 현장 여건의 다양한 환경요소(가스버너, 전기난로, 작업용 용접불꽃, 빛(할로겐 조명, 햇빛 등)) 등을 화재 불꽃으로 오인식하여 비화재보를 발생시키는 단점이 있다.

대한민국 등록특허 등록번호 제10-0882236호(2009.01.30) 대한민국 등록특허 등록번호 제10-1372989호(2014.03.05)

본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 기존의 불꽃검출기에 적외선 열화상 카메라모듈과 적외선 열화상 처리기술을 조합하고, 이것들의 상호 협력적인 관계를 통해 지능형으로 불꽃의 종류와 위험도를 정확하게 판별할 수 있도록 함으로써, 비화재보를 획기적으로 줄이는 동시에 화재경보의 정확성을 크게 향상시킬 수 있는 적외선 열화상을 이용한 지능형 불꽃 검출 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 구현예는: 하우징; 상기 하우징에 장착되어, 감시영역 내의 불꽃을 감지하는 불꽃감지센서; 상기 하우징에 장착되어, 상기 감시영역에 대한 열화상 영상을 획득하는 적외선 열화상 카메라; 및 상기 적외선 열화상 카메라에서 촬영된 열화상 영상처리와 상기 불꽃감지센서의 센싱 데이터 처리를 통하여, 상기 감시영역 내의 불꽃이 진정한 화재로 인한 불꽃인지 아니면 사전에 허용된 인위적인 불꽃인지를 파악하는 이미지프로세싱을 수행하는 제어보드; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 적외선 열화상을 이용한 지능형 불꽃 검출 장치를 제공한다.

바람직하게는, 상기 불꽃감지센서는 자외선 또는 적외선을 이용한 불꽃감지기로 채택되거나, 3파장식 불꽃검출기로 채택되는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 제어보드는: 불꽃감지센서의 불꽃감지신호를 수신하는 불꽃감지신호 수신부와; 적외선 열화상 카메라에서 촬영된 불꽃에 대한 열화상 영상을 기반으로, 감시영역 내의 불꽃이 진정한 화재로 인한 불꽃인지 아니면 사전에 허용된 인위적인 불꽃인지를 판단하기 위한 이미지프로세싱을 수행하는 이미지 프로세싱부와; 불꽃의 크기를 기준값과 비교하여 화재신호를 발생 여부를 판정하는 화재 판단부와; 화재 판단부로부터 출력되는 화재발생 신호에 따라 화재 경보신호를 출력하는 경보신호 출력부와; 사용자가 소지한 스마트기기와의 통신을 위한 통신모듈; 로 구성된 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 제어보드는 이미지프로세싱 결과, 허용된 불꽃이 아니거나, 불꽃에서 발산되는 적외선이 허용 적외선 값보다 크거나, 불꽃에서 발산되는 자외선이 허용 자외선 값보다 클 경우, 상기 적외선 열화상 카메라가 감시영역내에 사람이 존재하는지 여부를 파악하는 촬영을 하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 사용자가 소지한 스마트기기를 이용하여 인위적인 불꽃을 입력하면, 상기 통신모듈을 통해 사용자가 입력한 인위적인 불꽃이 사전에 허용된 불꽃으로서 제어보드에 등록되는 것을 특징으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 구현예는: ⅰ) 불꽃감지센서에서 해당 감시영역에 존재하는 불꽃을 감지하는 단계; ⅱ) 적외선 열화상 카메라에서 상기 감시영역에 대한 열화상 영상을 획득하는 단계; ⅲ) 획득된 열화상 영상을 기반으로 제어보드의 이미지 프로세싱부에서 상기 감시영역 내의 불꽃이 진정한 화재로 인한 불꽃인지 아니면 사전에 허용된 인위적인 불꽃인지를 판단하기 위한 이미지프로세싱을 수행하는 단계; ⅳ) 화재 판단부에서 이미지프로세싱에 따른 불꽃의 크기를 기준값과 비교하여 화재신호 발생 여부를 판정하는 단계; 및 ⅴ) 화재 판단부로부터 출력되는 화재발생 신호에 따라, 경보신호 출력부에서 화재 경보신호를 출력하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 적외선 열화상을 이용한 지능형 불꽃 검출 방법을 제공한다.

바람직하게는, 상기 이미지프로세싱을 수행하는 단계 이전에 사용자가 소지한 스마트기기를 이용하여 인위적인 불꽃을 입력하여, 통신모듈을 통해 사용자가 입력한 인위적인 불꽃이 사전에 허용된 불꽃으로서 제어보드에 등록되는 단계가 선행되는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 ⅲ) 단계에서의 이미지프로세싱 수행 단계는: 감시영역에 대한 불꽃의 유무을 확인하는 단계; 감시영역 내에 불꽃이 존재하면 불꽃의 좌표와 크기를 확인한 다음, 확인된 불꽃이 진정한 화재로 인한 불꽃인지 아니면 사전에 허용된 인위적인 불꽃인지를 판단하는 단계; 허용된 불꽃으로 판정되면 비화재 신호를 출력하는 단계; 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 비화재 신호를 출력하는 단계와 함께 현재 불꽃감지센서로부터 들어오는 적외선 또는 자외선 값을 배경값으로 전환하고, 이후 불꽃감지센서로부터 들어오는 적외선 또는 자외선 값이 전환된 배경값 이상의 값으로 들어오면, 상기 이미지프로세싱이 처음부터 다시 수행되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 이미지프로세싱 수행 결과, 허용된 불꽃이 아닌 것으로 판정된 경우, 또는 현재 적외선 값이 허용 적외선 값보다 클 경우, 또는 현재 자외선 값이 허용 적외선 값 보다 클 경우, 적외선 열화상 카메라를 이용하여 감시영역 내에 사람이 존재하는지 여부를 확인하는 단계가 진행되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 감시영역에 사람이 존재하는 것으로 확인되면, 이미지 프로세싱부에서 사람의 좌표를 확인하고 사람과 불꽃과의 인접성 파악과 함께 불꽃의 크기 변화를 상시 감시하는 단계가 진행되고, 이후 불꽃의 크기가 기준값보다 증가하면 화재 판단부에서 화재 경보를 위한 화재신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 감시영역 내에 사람이 존재 유무에 관계없이, 상기 이미지 프로세싱 결과, 감시영역 내의 불꽃 크기와 기준값을 비교하여, 불꽃의 크기가 기준값보다 증가하면 화재 판단부에서 화재 경보를 위한 화재신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.

상기한 과제의 해결 수단을 통하여 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 불꽃의 종류를 판단할 때, 인위적으로 사용하는 불꽃은 화재경보 상황에서 제외시킬 수 있는 불꽃으로 인식할 수 있도록 함으로써, 현재 인식되는 불꽃이 화재 발생 가능한 불꽃인지 또는 인위적인 불꽃인지를 정확하게 인지할 수 있고, 그에 따라 화재경보의 정확성을 향상시킬 수 있다.

즉, 다양한 불꽃 감시공간(예를 들어, 사무실, 산업현장 등)에 존재하는 전등, 가스버너, 난로, 전열기 등의 일상적인 불꽃은 사용자가 스마트기기로 사전설정을 통해 예외처리가 가능하여, 비화재보를 획기적으로 줄일 수 있다.

둘째, 작업자가 사용하는 불꽃인 용접불꽃, 토치 등은 사람 인식과 함께 작업 불꽃으로 인식하여, 비화재보를 획기적으로 줄일 수 있다.

셋째, 불꽃의 종류를 판단할 때, 허용 불꽃의 영역을 정할 수 있으므로, 불을 사용하는 특수한 현장에서 일정영역을 예외영역으로 처리할 수 있으므로, 비화재보를 없애는 동시에 화재 경보의 정확도를 더욱 높일 수 있다.

넷째, 기존 불꽃검출기의 단점인 비화재보율을 획기적으로 줄일 수 있으므로, 그에 따라 경제적 손실을 크게 줄일 수 있다(예를 들어, 화재 경보시 공장라인의 중단에 따른 막대한 경제적 손실을 줄일 수 있다).

도 1은 종래 기술의 일례로서, 3파장식 불꽃검출기 나타낸 구성도,
도 2는 기존의 3파장식 불꽃검출기의 외관을 나타낸 이미지,
도 3은 기존의 자외선/적외선 감지기의 외관을 보여주는 이미지,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 열화상을 이용한 지능형 불꽃 검출기를 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 적외선 열화상을 이용한 지능형 불꽃 검출기를 나타낸 도면,
도 6은 본 발명에 따른 적외선 열화상을 이용한 지능형 불꽃 검출 장치의 제어 구성도,
도 7을 본 발명에 따른 적외선 열화상을 이용한 지능형 불꽃 검출 방법을 나타낸 순서도,
도 8은 허용된 불꽃의 일례로서 숫불 열화상 화면을 나타낸 이미지,
도 9는 허용된 불꽃의 다른 예로서 가스버너 열화상 화면을 나타낸 이미지,
도 10 내지 도 12는 허용된 불꽃은 아니지만, 사람이 근처에 있으며, 불꽃의 크기가 기준값을 초과하지 않은 상태를 나타낸 열화상 이미지,
도 13 및 도 14는 적외선 열화상 카메라를 이용한 사람 검출 과정을 나타낸 열화상 이미지,
도 15는 작업자의 부주의로 불꽃이 바닥으로 번진 상태를 나타낸 열화상 이미지,
도 16은 불꽃이 더 크게 번지고 작업자가 현장을 떠난 상황을 나타낸 열화상 이미지,
도 17 내지 도 19는 감시영역 내에 허용된 불꽃 외에 새로운 불꽃이 생성되어, 점차 불꽃의 크기(영역)가 기준값보다 커지는 과정을 차례로 나타낸 열화상 이미지.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.

첨부한 도 4는 본 발명에 따른 적외선 열화상을 이용한 지능형 불꽃 검출기의 일 실시예를 나타낸다.

도 4에서 보듯이, 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 불꽃 검출기(10)는 하우징(12)에 불꽃감지센서(14)와 적외선 열화상 카메라(16)가 동일선상에 위치되게 장착된 구조로 구비되어, 불꽃감지센서(14)와 적외선 열화상 카메라(16)가 같은 감시각으로 불꽃을 감지하게 된다.

이때, 본 발명의 일 실시예에서 불꽃감지센서(14)는 자외선 또는 적외선(UV/IR) 감지기 즉, 자외선 또는 적외선을 이용한 불꽃감지센서로 채택된다.

첨부한 도 5는 본 발명에 따른 적외선 열화상을 이용한 지능형 불꽃 검출기의 다른 실시예를 나탄내다.

도 5에서 보듯이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 지능형 불꽃 검출기(10)도 하우징(12)에 불꽃감지센서(14)와 적외선 열화상 카메라(16)가 동일선상에 위치되게 장착된 구조로 구비되고, 불꽃감지센서(14)와 적외선 열화상 카메라(16)가 같은 감시각으로 불꽃을 감지하게 된다.

이때, 본 발명의 다른 실시예에서 불꽃감지센서(14)는 3파장식 불꽃검출기(IR3)로 채택되고, 그 밖에 다양한 종류의 적외선 센서 타입을 장착하여 사용할 수 있다.

한편, 상기한 본 발명의 각 실시예에 따른 지능형 불꽃 검출기는 하우징(12)의 내부에 내장되는 제어보드(20)를 포함한다.

특히, 상기 제어보드(20)는 적외선 열화상 카메라에서 촬영된 열화상 영상처리와 불꽃감지센서의 센싱 데이터 등의 처리를 위한 프로세서 및 메모리 등을 탑재하여, 상기 감시영역 내의 불꽃이 진정한 화재로 인한 불꽃인지 아니면 사전에 허용된 인위적인 불꽃인지를 파악하는 이미지프로세싱을 수행한다.

이를 위해, 상기 제어보드(20)는 첨부한 도 6에서 보듯이, 불꽃감지센서(14)의 불꽃감지신호를 수신하는 불꽃감지신호 수신부(21)와, 적외선 열화상 카메라(16)에서 촬영된 불꽃에 대한 열화상 영상을 기반으로 감시영역 내의 불꽃이 진정한 화재로 인한 불꽃인지 아니면 사전에 허용된 인위적인 불꽃인지를 판단하기 위한 이미지프로세싱을 수행하는 이미지 프로세싱부(22)와, 이미지 프로세싱 결과에 따른 불꽃의 크기(영역) 등을 기준값과 비교하여 화재신호 발생 여부를 판정하는 화재 판단부(23)와, 화재 판단부(23)로부터 출력되는 화재발생 신호에 따라 화재 경보신호를 출력하는 경보신호 출력부(24)를 포함하여 구성된다.

또한, 상기 제어보드(20)에는 사용자가 소지한 스마트기기(스마트 폰, 테블릿 PC, 노트북 등)와의 통신을 위하여 와이파이 또는 블루투스(Wifi/Bluetooth) 등과 같은 통신모듈(25)이 탑재된다.

여기서, 본 발명의 지능형 불꽃 검출기에 포함된 구성들의 역할 및 기능을 살펴보면 다음과 같다.

상기 불꽃감지센서(14)는 해당 감시영역에 불꽃이 존재하면 일차적으로 불꽃을 감지하고, 감지된 신호를 제어보드(20)의 불꽃감지 수신부(21)에 전송한다.

상기 적외선 열화상 카메라(16)는 불꽃감지 수신부(21)로부터 불꽃이 감지됨을 전달받아서 상기 감시영역에 대한 열화상 영상을 획득하기 시작한다.

즉, 상기 적외선 열화상 카메라(16)는 불꽃감지센서(14)에서 감지된 불꽃감지신호가 불꽃감지 수신부(21)로 전송되면, 제어보드(20)의 신호에 의하여 상기 감시영역에 대한 영상을 획득하기 시작한다.

상기 제어보드(20)의 이미지 프로세싱부(22)는 적외선 열화상 카메라(16)에서 촬영된 영상을 기반으로, 진정한 화재로 인한 불꽃인지 아니면 사전에 허용된 불꽃(인위적인 불꽃)인지를 파악하는 이미지프로세싱을 수행한다.

이때, 상기 이미지 프로세싱부(22)에서 이미지프로세싱을 수행한 결과, 허용된 불꽃이 아니거나, 불꽃에서 발산되는 적외선이 허용 적외선 값보다 크거나, 불꽃에서 발산되는 자외선이 허용 자외선 값보다 클 경우, 상기 제어보드(20)는 적외선 열화상 카메라(16)가 감시영역내에 사람이 존재하는지 여부를 파악하는 촬영을 개시하도록 제어하게 된다.

상기 제어보드(20)의 통신모듈(25)은 사용자가 소지한 스마트기기(스마트 폰, 테블릿 PC, 노트북 등)와의 통신을 위한 것으로서, 이를 통해 사용자가 스마트기기를 조작하여 제어보드(20)의 제어 설정이 이루어질 수 있다.

상기 화재 판단부(23)는 불꽃의 크기(영역) 등을 기준값과 비교한 후, 불꽃의 크기(영역)가 기준값보다 증가할 때 화재신호를 발생하는 역할을 하고, 상기 경보신호 출력부(24)는 화재 판단부(23)의 화재발생 신호에 따라 경보신호를 출력하는 역할을 한다.

여기서, 상기한 구성을 기반으로 이루어지는 본 발명의 적외선 열화상을 이용한 지능형 불꽃 검출 장치에 대한 작동 흐름을 살펴보면 다음과 같다.

첨부한 도 6은 본 발명에 따른 적외선 열화상을 이용한 지능형 불꽃 검출 장치의 제어 구성도이고, 도 7을 본 발명에 따른 적외선 열화상을 이용한 지능형 불꽃 검출 방법을 나타낸 순서도이다.

먼저, 상기 불꽃감지센서(14)에서 해당 감시영역에 불꽃이 존재하면 일차적으로 불꽃을 감지하고, 감지된 신호를 제어보드(20)의 불꽃감지 수신부(21)에 전송한다.

다음으로, 상기 적외선 열화상 카메라(16)에서 제어보드(20)의 신호에 의하여 상기 감시영역에 대한 열화상 영상을 획득하기 시작하고, 획득된 열화상 영상을 기반으로 이미지 프로세싱부(22)에서 소정의 이미지 프로세싱을 수행한다.

특히, 상기 이미지 프로세싱부(22)에 의한 이미지 프로세싱 수행 단계의 첫번째 단계로서 먼저 감시영역에 불꽃의 유무을 확인하고(S101), 불꽃이 존재하면 불꽃의 좌표와 크기를 확인한 다음(S102), 확인된 불꽃이 허용된 불꽃인지를 판단한다(S103).

이때, 상기 허용된 불꽃은 화재로 인한 진정한 불꽃이 아니라 사전에 허용된 인위적인 불꽃(예를 들어, 산업현장에서의 작업용 불꽃, 할로겐 조명, 가스라이터, 가스버너, 고온의 온도 설비, 주변의 다양한 전열기, 열발생 조명, 난방기 등)을 의미한다.

이러한 인위적인 불꽃은 사용자가 스마트기기(스마트 폰, 테블릿 PC, 노트북 등)를 통하여 제어보드(20)의 메모리 등에 허용된 불꽃으로 상기와 같은 이미지프로세싱 이전의 어떠한 시점에서 사전에 미리 등록할 수 있다.

즉, 상기 사용자가 소지한 스마트기기를 이용하여 인위적인 불꽃을 입력하면, 상기 통신모듈(25)을 통해 사용자가 입력한 인위적인 불꽃이 사전에 허용된 불꽃으로서 제어보드에 등록된다.

좀 더 상세하게는, 사용자가 스마트기기 앱을 통하여 소정의 화재 감시영역에서 발생 가능한 인위적인 불꽃을 입력하면(S104), 통신모듈(25)을 통하여 제어보드(20)의 메모리 등에 사용자가 입력한 인위적인 불꽃이 허용된 불꽃으로서 사전에 등록된다(S105).

따라서, 상기 이미지 프로세싱부(22)에서 적외선 열화상 카메라(16)에서 촬영된 영상을 기반으로 진정한 화재로 인한 불꽃인지 아니면, 사전에 허용된 불꽃(인위적인 불꽃)인지를 파악하는 이미지프로세싱을 수행한 결과(S106), 예를 들어 도 8에 도시된 숫불 열화상 화면 또는 도 9에 도시된 가스버너 열화상 화면과 같이 허용된 불꽃으로 판정되면 비화재 신호를 출력한다(S107).

이와 동시에, 상기 이미지 프로세싱부(22)는 현재 불꽃감지센서(14)로부터 들어오는 적외선 또는 자외선 값을 열화상 이미지의 배경값으로 전환하고, 이후 불꽃감지센서(14)로부터 들어오는 적외선 또는 자외선 값이 전환된 배경값 이상의 값으로 들어오면, 추가적으로 상기한 동일한 이미지프로세싱을 처음부터 다시 수행한다.

한편, 상기 단계 S106을 수행한 결과, 허용된 불꽃이 아닌 것으로 판정된 경우, 또는 현재 적외선 값이 허용 적외선 값보다 클 경우, 또는 현재 자외선 값이 허용 적외선 값 보다 클 경우, 바로 화재 유무 판단을 하지 않고, 감시영역 내에 사람이 존재하는지를 인식하는 단계로 진입한다(S108).

이에, 상기 적외선 열화상 카메라(16)에서 감시영역 내에 사람이 존재하는지 유무를 파악하기 위한 촬영을 한다(S109).

연이어, 상기 적외선 열화상 카메라(16)의 열화상 촬영신호를 기반으로 이미지 프로세싱부(22)에서 감시영역에 사람이 존재하는 것으로 확인하면(S110), 이미지 프로세싱부(22)에서 사람의 좌표를 확인하고 사람과 불꽃과의 인접성 파악과 함께 불꽃의 크기(영역)변화를 상시 감시하게 된다(S111).

예를 들어, 첨부한 도 10 내지 도 12의 열화상 이미지에서 보듯이, 위의 단계 S111에서 허용된 불꽃은 아니지만, 사람이 근처에 있으며, 불꽃의 크기가 증가되지 않은 작업용 불꽃으로 판단하는 등의 상시 감시가 이루어진다.

이렇게 상기 감시영역에 존재하는 불꽃이 허용된 불꽃이 아닐 경우라 하더라도, 사람이 존재하는지 여부를 확인하는 이유는 감시영역 내에 존재하는 불꽃의 판정, 즉 인위적인 불꽃인 작업용 불꽃이거나 사람이 정당하게 사용하고 있는 불꽃인지, 아니면 사람이 없는 상황에서 일어난 진정한 화재 불꽃인지를 인식하기 위함에 있고, 또한 화재 발생이 사람이 있는 상황(예를 들어, 방화)에서 발생하였는지를 확인하기 위함에 있다.

한편, 특정 영상에서 사람을 인식하는 기술은 관련 연구분야에서도 매우 어려운 기술로 분류되지만, 대표적인 기술로 가시영상을 사용한 기술을 이용하고 있는 바, 이는 대부분 보행자 검출 위주이므로, 다양한 포즈 및 행동을 취하고 있는 사람에 대해서는 인식이 불가능하다고 할 수 있고, 또한 검출 프로세스가 복잡하고 시간이 오래 걸리는 단점이 있으며, 그림자, 주변색상, 외부환경(빛 조건 등)등의 영향으로 오탐율이 높은 단점이 있다.

이에 반해, 본 발명에서는 적외선 열화상을 이용하여 사람검출을 정확하게 구현할 수 있다.

예를 들어, 상기한 단계 S111에서, 이미지 프로세싱부(22)에 의한 사람의 좌표를 확인함에 있어서, 첨부한 도 13에서 보듯이 적외선 열화상 카메라(16)에서 촬영된 열화상 내에 특정 온도대역(34 ~ 37 ℃)을 필터링하여 사람을 검출하는 동시에 사람의 좌표를 획득할 수 있다.

바람직하게는, 본 발명에서는 거리에 따른 사람의 온도분포 특성이 다르므로, 적외선 열화상을 이용한 사람검출 기술의 기준온도 산정을 위해 거리별 온도를 첨부한 도 14에 도시된 바와 같이 측정 및 분석하여, 적외선 열화상 카메라(16)에서 촬영된 열화상 내에 사람검출 온도를 얼굴영역 기준 최대값 36.5℃, 평균값 32.7℃를 적정 값으로 선정하여 사용한다.

이와 같이, 본 발명에서 사용되는 적외선 열화상을 이용한 사람검출 기술은 체온으로 사람임을 인식하므로, 조명 등에 의한 그림자의 영향을 받지 않고, 분진, 안개, 연기 등의 외부환경에서도 사람 검출이 용이하며, 또한 사람검출을 위한 최소 요구 해상도가 세로 6픽셀로서 낮은 해상도의 적외선 열화상 카메라로도 넓은 감시영역에서의 사람검출이 용이하고 촬영된 영상의 처리도 신속하게 이루어질 수 있고, 기존 기술들과 달리 온도기반의 역치값을 사용하여 배경처리를 사용하므로 사람검출 프로세스가 간단하고 빠르게 이루어질 수 있다.

한편, 상기 감시영역 내에 사람이 존재 유무에 관계없이, 상기 이미지 프로세싱부(22)에서 불꽃의 크기(영역)를 계속 감시하고(S112), 상기 화재 판단부(23)에서 불꽃의 크기(영역)를 기준값(임계값)과 계속 비교한다(S113).

비교 결과, 상기 감시영역 내에 사람이 존재하더라도 불꽃의 크기(영역)가 기준값보다 증가하거나, 또는 상기 감시영역 내에 사람이 존재하지 않은 상태에서 불꽃의 크기(영역)가 기준값보다 증가하면, 화재신호를 발생하게 된다(S114).

즉, 상기 화재 판단부(23)로부터 출력되는 화재발생 신호에 따라, 상기 경보신호 출력부(24)에서 경보신호를 출력하게 된다.

예를 들어, 첨부한 도 15의 열화상 이미지에서 보듯이 작업자의 부주의로 불꽃이 바닥으로 번진 상태이거나, 도 16의 열화상 이미지에서 보듯이 불꽃이 더 크게 번지고 작업자가 현장을 떠난 상황이면, 상기 화재 판단부(23)에서 작업용 불꽃 외에 새로운 불꽃이 나타남과 동시에 불꽃의 크기(영역)이 기준값보다 커진 것으로 판단하고, 상기 경보신호 출력부(24)에서 화재 경보신호를 출력하게 된다.

이때, 상기 불꽃감지센서의 감지값과 적외선 열화상 이미지 프로세싱 간의 상관 관계에 대한 일례를 보면, 첨부한 도 15 및 도 16에서 Flame_01은 사용자가 사전 설정한 허용 불꽃을 지시하는 바, 이 허용된 불꽃 Flame_01만이 감시영역에 존재하면 상기 불꽃감지센서(14)에서 감지된 불꽃의 적외선 또는 자외선 값(크기)은 배경값이 되며, 일반적인 비화재 상태로 판정된다.

반면, 상기 불꽃감지센서의 감지값과 적외선 열화상 이미지 프로세싱 간의 상관 관계에 대한 다른 예를 보면, 첨부한 도 15 및 도 16에서 Flame_02은 새로운 불꽃을 지시하는 바, 이 새로운 불꽃 Flame_02가 생성되면서 불꽃감지센서는 배경값 이상의 적외선 또는 자외선 값을 인식하여 다시 불꽃을 감지했음을 알리게 되고, 적외선 열화상에서는 허용된 불꽃 외의 불꽃으로 판단하여 그 크기(영역)을 관찰하게 되고, 관찰 결과 불꽃의 크기(영역)이 기준값보다 커지면 경보신호 출력부(24)에서 화재 경보신호를 출력하게 된다.

예를 들어, 첨부한 도 17 내지 도 19을 차례로 참조하면, 적외선 열화상에서 허용된 불꽃(Flame_01) 외에 새로운 불꽃(Flame_02)이 생성되어 점차 불꽃의 크기(영역)가 증가하되, 불꽃의 크기(영역)이 기준값보다 커진 것으로 판정되면, 경보신호 출력부(24)에서 화재 경보신호를 출력하게 된다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따르면 화재 감시영역 내에 존재하는 인위적인 사용 불꽃은 화재경보 상황에서 제외시킬 수 있는 허용된 불꽃으로 인식할 수 있도록 함으로써, 현재 인식되는 불꽃이 화재 발생 가능한 불꽃인지 또는 인위적인 불꽃인지를 정확하게 인지할 수 있고, 그에 따라 비화재보를 획기적으로 줄일 수 있고, 화재경보의 정확성을 향상시킬 수 있다.

10 : 지능형 불꽃 검출기
12 : 하우징
14 : 불꽃감지센서
16 : 적외선 열화상 카메라
20 : 제어보드
21 : 불꽃감지신호 수신부
22 : 이미지 프로세싱부
23 : 화재 판단부
24 : 경보신호 출력부
25 : 통신모듈

Claims

하우징;
상기 하우징에 장착되어, 감시영역 내의 불꽃을 감지하는 불꽃감지센서;
상기 하우징에 장착되어, 상기 감시영역에 대한 열화상 영상을 획득하는 적외선 열화상 카메라; 및
상기 적외선 열화상 카메라에서 촬영된 열화상 영상처리와 상기 불꽃감지센서의 센싱 데이터 처리를 통하여, 상기 감시영역 내의 불꽃이 진정한 화재로 인한 불꽃인지 아니면 사전에 허용된 인위적인 불꽃인지를 파악하는 이미지프로세싱을 수행하는 제어보드;
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 적외선 열화상을 이용한 지능형 불꽃 검출 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 불꽃감지센서는 자외선 또는 적외선을 이용한 불꽃감지기로 채택되거나, 3파장식 불꽃검출기로 채택되는 것을 특징으로 하는 적외선 열화상을 이용한 지능형 불꽃 검출 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제어보드는:
불꽃감지센서의 불꽃감지신호를 수신하는 불꽃감지신호 수신부와;
적외선 열화상 카메라에서 촬영된 불꽃에 대한 열화상 영상을 기반으로, 감시영역 내의 불꽃이 진정한 화재로 인한 불꽃인지 아니면 사전에 허용된 인위적인 불꽃인지를 판단하기 위한 이미지프로세싱을 수행하는 이미지 프로세싱부와;
불꽃의 크기를 기준값과 비교하여 화재신호를 발생 여부를 판정하는 화재 판단부와;
화재 판단부로부터 출력되는 화재발생 신호에 따라 화재 경보신호를 출력하는 경보신호 출력부와;
사용자가 소지한 스마트기기와의 통신을 위한 통신모듈;
로 구성된 것을 특징으로 하는 적외선 열화상을 이용한 지능형 불꽃 검출 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 제어보드는 이미지프로세싱 결과, 허용된 불꽃이 아니거나, 불꽃에서 발산되는 적외선이 허용 적외선 값보다 크거나, 불꽃에서 발산되는 자외선이 허용 자외선 값보다 클 경우, 상기 적외선 열화상 카메라가 감시영역내에 사람이 존재하는지 여부를 파악하는 촬영을 하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 적외선 열화상을 이용한 지능형 불꽃 검출 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 사용자가 소지한 스마트기기를 이용하여 인위적인 불꽃을 입력하면, 상기 통신모듈을 통해 사용자가 입력한 인위적인 불꽃이 사전에 허용된 불꽃으로서 제어보드에 등록되는 것을 특징으로 하는 적외선 열화상을 이용한 지능형 불꽃 검출 장치.
ⅰ) 불꽃감지센서에서 해당 감시영역에 존재하는 불꽃을 감지하는 단계;
ⅱ) 적외선 열화상 카메라에서 상기 감시영역에 대한 열화상 영상을 획득하는 단계;
ⅲ) 획득된 열화상 영상을 기반으로 제어보드의 이미지 프로세싱부에서 상기 감시영역 내의 불꽃이 진정한 화재로 인한 불꽃인지 아니면 사전에 허용된 인위적인 불꽃인지를 판단하기 위한 이미지프로세싱을 수행하는 단계;
ⅳ) 화재 판단부에서 이미지프로세싱에 따른 불꽃의 크기를 기준값과 비교하여 화재신호 발생 여부를 판정하는 단계;
ⅴ) 화재 판단부로부터 출력되는 화재발생 신호에 따라, 경보신호 출력부에서 화재 경보신호를 출력하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 적외선 열화상을 이용한 지능형 불꽃 검출 방법.
청구항 6에 있어서,
상기 이미지프로세싱을 수행하는 단계 이전에 사용자가 소지한 스마트기기를 이용하여 인위적인 불꽃을 입력하여, 통신모듈을 통해 사용자가 입력한 인위적인 불꽃이 사전에 허용된 불꽃으로서 제어보드에 등록되는 단계가 선행되는 것을 특징으로 하는 적외선 열화상을 이용한 지능형 불꽃 검출 방법.
청구항 6에 있어서,
상기 ⅲ) 단계에서의 이미지프로세싱 수행 단계는:
감시영역에 대한 불꽃의 유무을 확인하는 단계;
감시영역 내에 불꽃이 존재하면 불꽃의 좌표와 크기를 확인한 다음, 확인된 불꽃이 진정한 화재로 인한 불꽃인지 아니면 사전에 허용된 인위적인 불꽃인지를 판단하는 단계;
허용된 불꽃으로 판정되면 비화재 신호를 출력하는 단계;
로 이루어지는 것을 특징으로 하는 적외선 열화상을 이용한 지능형 불꽃 검출 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 비화재 신호를 출력하는 단계와 함께 현재 불꽃감지센서로부터 들어오는 적외선 또는 자외선 값을 배경값으로 전환하고, 이후 불꽃감지센서로부터 들어오는 적외선 또는 자외선 값이 전환된 배경값 이상의 값으로 들어오면, 상기 이미지프로세싱이 처음부터 다시 수행되는 것을 특징으로 하는 적외선 열화상을 이용한 지능형 불꽃 검출 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 이미지프로세싱 수행 결과,
허용된 불꽃이 아닌 것으로 판정된 경우, 또는 현재 적외선 값이 허용 적외선 값보다 클 경우, 또는 현재 자외선 값이 허용 적외선 값 보다 클 경우, 적외선 열화상 카메라를 이용하여 감시영역 내에 사람이 존재하는지 여부를 확인하는 단계가 진행되는 것을 특징으로 하는 적외선 열화상을 이용한 지능형 불꽃 검출 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 감시영역 내에 사람이 존재하는지 여부를 확인하는 단계는 적외선 열화상 카메라에서 촬영된 열화상 내에 특정 온도대역을 필터링하여 사람을 검출하는 동시에 사람의 좌표를 획득하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 적외선 열화상을 이용한 지능형 불꽃 검출 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 감시영역에 사람이 존재하는 것으로 확인되면, 이미지 프로세싱부에서 사람의 좌표를 확인하고 사람과 불꽃과의 인접성 파악과 함께 불꽃의 크기 변화를 상시 감시하는 단계가 진행되고, 이후 불꽃의 크기가 기준값보다 증가하면 화재 판단부에서 화재 경보를 위한 화재신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 적외선 열화상을 이용한 지능형 불꽃 검출 방법.
청구항 6에 있어서,
상기 감시영역 내에 사람이 존재 유무에 관계없이, 상기 이미지 프로세싱 결과, 감시영역 내의 불꽃 크기와 기준값을 비교하여, 불꽃의 크기가 기준값보다 증가하면 화재 판단부에서 화재 경보를 위한 화재신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 적외선 열화상을 이용한 지능형 불꽃 검출 방법.