KR101998639B1 - 열화상 카메라와 색상 카메라의 복합 영상을 이용한 지능형 발화지점 감시 시스템 - Google Patents

열화상 카메라와 색상 카메라의 복합 영상을 이용한 지능형 발화지점 감시 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열화상 카메라와 색상 카메라의 영상을 융합한 복합 영상을 통하여 발화지점을 감시할 수 있도록 하는 열화상 카메라와 색상 카메라의 복합 영상을 이용한 지능형 발화지점 감시 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 열화상 카메라와 색상 카메라의 복합 영상을 이용한 지능형 발화지점 감시 시스템은 열화상 카메라(110)와 색상 카메라(120)를 통하여 쵤영되는 열영상 및 실영상을 분석하여 화재 발생 유무 및 발화지점을 감시하는 발화지점 감시 시스템으로서, 상기 열화상 카메라(110)를 통하여 촬영되는 열영상과 색상 카메라(120)를 통하여 촬영되는 실영상을 정합하여 복합 영상을 생성하는 영상 정합부(230)와; 상기 촬영된 영상 내에서 화재 감시 영역을 설정하는 감시 영역 설정부(240)와; 상기 영상 정합부(230)를 통하여 생성되는 복합 영상을 디스플레이부(260)에 표시하고, 상기 감시 영역 설정부(240)를 통하여 설정된 화재 감시 영역의 온도 변화를 감지하여 화재 발생 유무를 감시하며, 화재 발생이 감지되면 화재가 발생한 화재 감시 영역을 통하여 발화지점을 파악하여 디스플레이부(260)에 표시하는 화재 감지부(250);가 구비된 발화지점 감시장치(200)를 포함하여 이루어져, 복합 영상을 통하여 화재 발생 유무를 감시함으로써 화재 발생 감지 오류를 최소화할 수 있도록 제공된다.

Description

열화상 카메라와 색상 카메라의 복합 영상을 이용한 지능형 발화지점 감시 시스템 {INTELLIGENT SYSTEM FOR IGNITION POINT SURVEILLANCE USING COMPOSITE IMAGE OF THERMAL CAMERA AND COLOR CAMERA}
본 발명은 지능형 발화지점 감시 시스템에 관한 것으로, 특히 열화상 카메라와 색상 카메라의 영상을 융합한 복합 영상을 통하여 발화지점을 감시할 수 있도록 하는 열화상 카메라와 색상 카메라의 복합 영상을 이용한 지능형 발화지점 감시 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 화재 위험이 있는 장소에는 화재 감시장치가 설치되는데, 이러한 화재 감시장치로는 화재 감지센서나 화재 감시용 CCTV 등이 이용된다.
화재 감지센서는 불꽃 센서, 연기 센서, 온도 센서 등을 이용하여 주변에서 발생하는 불꽃, 연기, 주변 온도 등을 감지하여 화재 발생 유무를 파악하게 된다. 이러한 화재 감지센서는 화재의 발생 유무만 감지할 뿐, 감시 대상의 실제 영상이나 화재 영상을 확인할 수 없기 때문에 오작동시 많은 혼란을 초래하는 경우가 있다.
근래에는 많은 장소에서 화재 감시용 CCTV를 통하여 화재 발생 유무를 감시하고 있는데, 이 화재 감시용 CCTV는 촬영되는 일반 컬러 영상 속에서 영상처리 방식을 이용하여 불꽃을 검출하거나 별도의 센서를 추가로 설치하여 화재 발생 유무를 파악하게 된다. 하지만, 이러한 종래의 화재 감시용 CCTV는 영상 속에서 불꽃을 검출하기 때문에 불꽃이 사물에 가려 잘 보이지 않거나 영상처리 과정에서 불꽃을 정상적으로 인식하지 못하는 경우, 화재 발생을 정상적으로 감지하지 못하는 경우가 있었다. 또한, 화재 감시용 CCTV에 추가로 센서를 부착하는 경우 설치 비용이 추가적으로 소요되고. 화재가 아닌 상시적으로 발생하는 열원 등에 의해 센서의 오작동하는 문제점이 여전히 남아 있었다.
대한민국 등록특허공보 제10-0839090호 (2008.06.11)
본 발명은 상기 종래 화재 감시 장치의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 열화상 카메라와 일반 색상 카메라 영상을 정합하여 컬러 영상 위에 온도 분포를 표현하는 복합 영상을 통하여 화재에 취약한 사물이나 구역을 선별하여 지능적으로 감시할 수 있도록 하는 열화상 카메라와 색상 카메라 복합 영상을 이용한 지능형 발화지점 감시 시스템을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 열화상 카메라와 색상 카메라의 복합 영상을 이용한 지능형 발화지점 감시 시스템은 열화상 카메라와 색상 카메라를 통하여 쵤영되는 열영상 및 실영상을 분석하여 화재 발생 유무 및 발화지점을 감시하는 발화지점 감시 시스템으로서, 상기 열화상 카메라를 통하여 촬영되는 열영상과 색상 카메라를 통하여 촬영되는 실영상을 정합하여 복합 영상을 생성하는 영상 정합부와; 상기 촬영된 영상 내에서 화재 감시 영역을 설정하는 감시 영역 설정부와; 상기 영상 정합부를 통하여 생성되는 복합 영상을 디스플레이부에 표시하고, 상기 감시 영역 설정부를 통하여 설정된 화재 감시 영역의 온도 변화를 감지하여 화재 발생 유무를 감시하며, 화재 발생이 감지되면 화재가 발생한 화재 감시 영역을 통하여 발화지점을 파악하여 디스플레이부에 표시하는 화재 감지부;가 구비된 발화지점 감시장치를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 감시 영역 설정부는 열화상 카메라를 통하여 촬영된 열영상, 상기 색상 카메라를 통하여 촬영된 실영상, 상기 영상 정합부를 통하여 생성된 복합 영상 중 어느 하나의 영상을 선택하고, 선택된 영상에서 화재 발생 가능성이 있는 영역을 선택하여 화재 감시 영역을 설정하되, 상기 화재 감시 영역은 복수의 영역으로 설정되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 발화지점 감시장치에는 감시 영역 설정부)에 의해 설정되는 화재 감지 영역 정보가 등록되는 감시 영역 DB와, 화재 가능성이 있는 요소 정보가 화재 위험 요소로 등록되는 화재위험요소 DB가 구비되되, 상기 화재위험요소 DB에 등록된 요소를 포함하는 영역은 감시 영역 설정부에 의해 화재 감시 영역으로 설정되는 것이 바람직하다.
상기 화재 감지부는 복합 영상 중 열영상을 통하여 감지되는 화재 감시 영역의 온도가 화재 기준 온도를 초과하는 경우, 발화지점 정보를 포함하는 화재 발생 정보를 디스플레이부를 통하여 표시하고, 상기 발화지점 정보가 포함된 화재 발생 정보를 통신부를 통하여 원격의 중앙통제센터 또는 119 안전신고센터에 전송하게 된다 .
한편, 상기 발화지점 감시장치에는 열화상 카메라 및 색상 카메라의 영상 정합을 위해 카메라를 보정하는 카메라 보정부가 구비되되, 상기 카메라 보정부는 4 지점의 코너를 가지며 각각의 코너에 열원과 광원을 동시에 제공하기 위한 원형의 조명등이 설치된 보정용 지그를 촬영하는 열화상 카메라와 색상 카메라로부터 열영상 및 실영상을 제공받아, 두 영상의 기준점이 되는 보정용 지그의 조명등 영상을 분석하여 열화상 카메라 및 색상 카메라의 보정 계수를 각각 추정하고, 추정된 보정 계수를 통하여 카메라를 보정하게 된다.
상기 카메라 보정부에는 열화상 카메라 및 색상 카메라를 통하여 획득된 보정용 지그의 조명등 영상을 분석하여 보정용 지그의 4 지점 코너 위치를 추출하는 코너점 위치 측정모듈과, 상기 코너점 위치 측정모듈을 통하여 추출된 보정용 지그의 4 지점 코너 위치 정보를 이용하여 두 카메라의 보정 계수를 추정하는 보정계수 추정모듈과, 상기 보정계수 추정모듈을 통하여 추정된 카메라 보정 계수를 통하여 열화상 카메라 및 색상 카메라의 보정을 수행하는 카메라 보정모듈이 구비된다.
여기서, 상기 코너점 위치 측정모듈은 열화상 카메라와 색상 카메라를 통하여 촬영된 4개의 조명등 영상의 외곽선 영상을 각각 검출하고, 상기 검출된 외곽선 영상의 원 중심점과 반지름 변수를 각각 추정한 후, 두 카메라 영상의 매칭된 원의 중심점 좌표를 검출하여 보정용 지그의 4 지점 코너 위치를 추출하게 된다.
또한, 상기 코너점 위치 측정모듈은 조명등 영상을 임계값을 기준으로 이진화 영상으로 변환한 후, 변환된 영상을 canny 알고리즘을 통하여 외곽선 영상으로 변환하여 외각선 영상을 검출하고, 검출된 외각선 영상에서 원의 중심점과 반지름 변수를 구하기 위해 3개 이상의 계수를 갖는 원의 방정식을 추정하고, 추정된 원의 방정식을 각 계수로 미분한 후 행렬 형태로 변환하여, 최소 자승법을 통해 각 계수를 추정함으로써 원의 중심점과 반지름 변수를 추정하며, 추정된 원의 중심점과 반지름 변수를 통하여 열영상 및 실영상에 대해 각각 4개의 원의 중심점을 구하고, sort 알고리즘을 통하여 두 카메라 영상의 매칭된 원의 중심점 좌표의 순서를 찾아 4 지점 코너 좌표를 추출할 수 있다.
한편, 상기 보정계수 추정모듈은 코너점 위치 측정모듈을 통하여 검출된 4 지점 코너 위치 정보에 대해 Perspective Transform(원근 변환)을 수행하여 열화상 카메라 및 색상 카메라의 보정 계수를 각각 추정하게 된다.
본 발명에 따르면, 열화상 카메라와 일반 색상 카메라 영상을 정합한 복합 영상을 통하여 열영상과 실영상을 동시에 관찰하여 화재 발생 유무를 감시함으로써 화재 발생 감지 오류를 최소화할 수 있으며, 특히 실영상을 이용하여 화재 감시 구역별 온도를 따로 설정할 수 있기 때문에 상시적으로 발생하는 열원 등으로 인한 오탐지 확률을 줄일 수 있어 신뢰성 있는 화재 감시를 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 열화상 카메라와 실영상 카메라를 통합한 하이브리드 카메라를 사용함으로써, 별도 외부 센서의 설치가 필요 없어 설치가 간단하고 운영 비용이 적게 소요되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 지능형 발화지점 감시 시스템의 전체적인 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 발화지점 감시장치의 블록 구성도,
도 3은 본 발명에 따라 카메라 보정을 위해 적용되는 보정용 지그의 정면 사시도,
도 4는 본 발명에 따라 제작된 보정용 지그의 실물 일례,
도 5는 본 발명에 따른 보정용 지그를 열화상 카메라로 촬영한 열영상의 일례,
도 6은 본 발명에 따른 보정용 지그를 색상 카메라로 촬영한 실영상의 일례,
도 7은 본 발명에 따른 카메라 보정부의 블록 구성도,
도 8은 본 발명에 따른 카메라 보정부를 통하여 카메라의 보정이 이루어지는 과정을 나타낸 흐름도,
도 9는 본 발명에 따른 열영상과 실영상의 원형 중심점 순서를 정하는 일례,
도 10은 본 발명에 따른 발화지점 감시장치를 통하여 화재 발생 및 발화지점이 감시되는 과정을 나타낸 흐름도,
도 11은 본 발명에 따라 열영상에서 화재 감시 영역을 선택하는 화면 일례,
도 12는 본 발명에 따라 실영상에서 화재 감시 영역을 선택하는 화면 일례,
도 13은 본 발명에 따라 복합 영상에서 화재 감시 영역을 선택하는 화면 일례를 나타낸 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 지능형 발화지점 감시 시스템의 전체적인 구성도를 나타낸 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 지능형 발화지점 감사 시스템은 감시 대상이 되는 화재 감시 영역을 촬영하는 열화상 카메라(110) 및 색상 카메라(120)와, 상기 열화상 카메라(110)를 통하여 촬영되는 열영상과 색상 카메라(120)를 통하여 촬영되는 컬러 실영상을 정합하고 분석하여 화재 발생 유무를 감시하는 발화지점 감시장치(200)를 포함하여 이루어진다.
상기 열화상 카메라(110)와 색상 카메라(120)는 각각 화재 감시 영역의 영상을 촬영하여 열영상 및 실영상을 획득하게 되는데, 본 발명의 실시 예에서 상기 열화상 카메라(110)와 색상 카메라(120)는 나란히 배치되어 화재 감시 영역의 영상을 촬영하는 하이브리드 카메라(100)로 이루어진다.
상기 발화지점 감시장치(200)는 하이브리드 카메라(100)의 열화상 카메라(110)를 통하여 촬영되는 열영상과 색상 카메라(120)를 통하여 촬영되는 실영상을 정합하여 복합 영상을 생성하고, 생성된 복합 영상을 분석하여 화재 감시 영역에서의 화재 발생 유무 및 발화지점을 감시하는 컴퓨터 영상처리 장치이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 발화지점 감시장치의 블록 구성도를 나타낸 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 발화지점 감시장치(200)에는 열화상 카메라(110) 및 색상 카메라(120)를 보정하는 카메라 보정부(220)와, 열화상 카메라(110)로 촬영된 열영상과 색상 카메라(120)로 촬영된 실영상을 하나의 복합 영상으로 정합하는 영상 정합부(230)와, 화재 감시 영역을 설정하는 감시 영역 설정부(240)와, 영상 정합부(230)를 통하여 정합된 복합 영상을 분석하여 화재 감시 영역에서의 화재 발생 유무를 감시하는 화재 감지부(250)와, 영상을 표시하는 디스플레이부(260)와, 외부 장치와의 통신을 수행하는 통신부(270)와, 화재 감시 영역 정보 및 화재 위험 요소 정보가 등록되는 감시 영역 DB(280) 및 화재위험요소 DB(290)와, 상기 각 구성부의 동작을 제어하는 중앙제어부(210)가 구비된다.
상기 중앙제어부(210)는 발화지점 감시장치(200)의 각 구성부를 제어하고 관리하는 장치로서, 이 중앙제어부(210)에는 중앙처리장치(CPU), 램(RAM), 롬(ROM) 등의 하드웨어 장치와 상기 하드웨어 장치를 인식하여 구동하는 소프트웨어가 구비되어 발화지점 감시장치(200)의 전체적인 동작을 제어하게 된다.
상기 디스플레이부(260)는 중앙제어부(210)에 의해 처리되는 발화지점 감시장치(200)의 동작 화면이 표시되는 출력장치로서, 이 디스플레이부(260)에는 감시 영역 설정부(240)를 통하여 설정되는 감시 영역 및 이 감시 영역을 촬영한 열영상 및 실영상이 정합된 복합 영상이 표시된다. 또한, 화재 감지부(250)를 통하여 화재 발생이 감지되는 경우, 발화 지점을 포함하는 화재 발생 화면을 표시하게 된다.
상기 통신부(270)는 화재 감지부(250)를 통하여 화재 발생이 감지되는 경우, 발화 지점을 포함하는 화재 발생 정보를 원격의 중앙통제센터에 전송하는 통신 장치로서, 원격에 위치하는 중앙통제센터는 복수의 발화지점 감시장치(200)를 통합 운영하는 관리서버로 구현될 수 있다. 또한, 통신부(270)는 화재 발생 정보를 119 안전신고센터에 전송하여 화재가 조기에 진압될 수 있도록 화재 정보를 제공하게 된다.
상기 감시 영역 DB(280)는 감시 영역 설정부(240)를 통하여 화재 감지 영역으로 설정되는 영역 정보를 등록하는 데이터베이스이고, 화재위험요소 DB(290)는 관리자 또는 머신 러닝(Machine Learning)을 이용하여 화재 가능성이 높은 요소(사물)를 화재위험요소로 등록하는 데이터베이스이다. 한편, 상기 화재위험요소 DB(290)에 등록되는 화재위험요소가 배치된 영역은 감시 영역 설정부(240)를 통해 자동으로 화재 감시 영역으로 등록된다.
상기 카메라 보정부(220)는 열화상 카메라(110) 및 색상 카메라(120)의 정확한 영상 정합을 위해 카메라의 왜곡을 보정하는 프로그램 모듈로서, 본 발명의 실시 예에서 상기 카메라 보정부(220)는 4 지점의 열원과 광원을 동시에 부여하는 보정용 지그를 이용하여 열화상 카메라(110)와 색상 카메라(120) 영상의 기준점을 추출하여 두 카메라를 보정하게 된다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따라 카메라 보정을 위해 적용되는 보정용 지그의 정면 사시도이고, 도 4는 제작된 보정용 지그의 실물 일례를 나타낸 것이다. 본 발명에 적용되는 보정용 지그(10)는 재질이나 모양에 상관없이 4 지점의 코너를 갖는 형태로 이루어지면 되는데, 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시 예에서 보정용 지그(10)는 4 지점의 코너를 갖는 H 형상으로 제작된다. 그리고 H 형상을 갖는 보정용 지그(10)의 4 지점의 코너 각각에는 원형의 조명등(11)이 설치되는데, 이 원형의 조명등(11)은 색상 카메라(120)로 촬영시 원형의 면발광이 표현되고, 열화상 카메라(110)로 촬영시 원형의 열분포가 표현되게 된다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따라 제작된 보정용 지그를 열화상 카메라로 촬영한 열영상의 일례로서, 열화상 카메라(110)로 촬영한 보정용 지그(10)의 조명등(11)의 열영상이 붉은 원형 형태로 표현되고 있음을 알 수 있다. 또한, 도 6은 보정용 지그를 색상 카메라로 촬영한 실영상의 일례로서, 색상 카메라(120)로 촬영한 보정용 지그(10)의 조명등(11)의 실영상이 백색의 밝은 원형으로 표현되고 있음을 알 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 카메라 보정부의 블록 구성도로서, 이 카메라 보정부(220)에는 코너점 위치 측정모듈(221)과, 보정계수 추정모듈(222) 및 카메라 보정모듈(223)이 구비된다.
상기 코너점 위치 측정모듈(221)은 열화상 카메라(110) 및 색상 카메라(120)를 통하여 획득된 보정용 지그(10)의 조명등(11) 영상을 분석하여, 보정용 지그(10)의 조명등(11)에 해당하는 4 지점 코너 위치를 추출하는 프로그램 모듈로서, 이 코너점 위치 측정모듈(221)은 두 카메라를 통하여 촬영된 조명등(11) 영상의 외곽선 영상을 각각 찾아내고, 이 외곽선 영상의 중심과 반지름 변수를 각각 추정한 후, 두 카메라의 영상의 매칭된 원의 중심점 좌표를 찾아내어 보정용 지그(10)의 4 지점 코너 위치를 파악하게 된다.
상기 보정계수 추정모듈(222)은 코너점 위치 측정모듈(221)을 통하여 파악된 보정용 지그(10)의 4 지점 코너 위치 정보를 이용하여 두 카메라의 보정 계수를 추정하는 프로그램 모듈로서, 이 보정계수 추정모듈(222)은 보정용 지그(10)의 4 지점 코너 위치에 대하여 Perspective Transform(원근 변환)을 수행하여 두 카메라의 보정 계수를 추정하게 된다.
상기 카메라 보정모듈(223)은 보정계수 추정모듈(222)을 통하여 추정된 카메라 보정 계수를 통하여 열화상 카메라(110) 및 색상 카메라(120)의 보정을 수행하는 프로그램 모듈이다.
한편, 상기에서는 H 형태의 보정용 지그(10)가 적용된 것으로 설명하였지만, 이러한 보정용 지그(10)는 4 지점의 코너만 형성될 수 있다면 다른 형태로 변경될 수 있다. 예를 들면, 보정용 지그(10)는 4 지점의 코너를 갖는 Ｘ자 형태, ┼자 형태, 工자 형태 등 다양한 형태로 형성되어, 4 지점의 코너에 조명등(11)을 설치함으로써 동일한 기능을 수행할 수 있다.
상기 영상 정합부(230)는 카메라 보정부(220)를 통하여 보정이 이루어지는 하이브리드 카메라(100), 즉 열화상 카메라(110)와 색상 카메라(120)를 통하여 촬영되는 열영상 및 실영상을 정합하여 복합 영상을 생성하는 프로그램 모듈이다. 이 영상 정합부(230)는 복합 영상으로 실영상 위에 열영상을 함께 디스플레이부(260)에 표시함으로써, 실영상 위에서 열영상에 따른 온도 분포를 관리자가 직접 확인하여 육안으로도 실영상의 온도 변화 및 화재 발생 유무를 확인할 수 있게 된다.
상기 감시 영역 설정부(240)는 열영상 카메라(110) 및 색상 카메라(120)를 통하여 촬영되는 영상이나 복합 영상 중 화재 발생 가능성이 있는 영역을 선택하여 화재 감시 영역을 설정하는 프로그램 모듈로서, 관리자는 디스플레이부(260)에 표시되는 열영상이나 실영상 또는 복합 영상에서 화재 발생 가능성이 높은 영역을 박스 형태로 선택하여 화재 감지 영역을 설정하게 된다. 상기 감시 영역 설정부(240)는 관리자가 열영상, 실영상, 복합 영상 중 어느 하나의 영상을 선택한 후 해당 영상에서 화재 감시 영역을 선택하도록 하고 있는데, 관리자는 온도 분포가 표시되는 열영상에서 화재 발생 가능성이 있는 영역을 선택하여 화재 감시 구역을 선택할 수 있고, 열영상에서는 온도 변화가 미약하여 사물을 구별하기 어려운 구역의 경우 실영상을 통하여 화재 감시 영역을 선택할 수도 있으며, 필요한 경우 열영상 및 실영상이 함께 표시되는 복합 영상을 통하여 화재 감시 영역을 선택할 수도 있다. 상기 감시 영역 설정부(240)를 통하여 설정되는 화재 감지 영역 정보는 감시 영역 DB(280)에 저장된다. 한편, 본 발명에서는 관리자가 감시 영역 설정부(240)를 통하여 화재 감시 영역으로 설정하지 않아도, 화재위험요소 DB(290)에서 화재 위험 요소로 등록된 영역을 화재 감시 영역으로 자동 설정함으로써, 화재 위험성이 높은 영역은 기본적으로 화재 감시 영역으로 설정될 수 있도록 한다.
상기 화재 감지부(250)는 감시 영역 설정부(240)를 통하여 설정된 화재 감시 영역의 온도 변화를 감지함으로써 화재 발생 유무를 감시하는 프로그램 모듈이다. 이 화재 감지부(250)는 열영상을 통하여 감지되는 화재 감시 영역의 온도가 기 설정된 화재 기준 온도를 초과하게 되면 화재 발생 위험 또는 화재가 발생되었음을 경고음 및 디스플레이부(260)를 통하여 표시하는 동시에, 화재가 발생한 영역을 발화 지점으로 표시하여 관리자가 화재가 발생한 지점을 신속하게 파악하여 대처할 수 있도록 제공하게 된다. 또한, 화재 감지부(250)는 화재 발생이 감지되는 경우, 화재 발화지점을 포함하는 화재 발생 정보를 통신부(270)를 통하여 원격의 중앙통제센터 및 119 안전신고센터에 전송하게 된다.
이하, 상기의 구성으로 이루어진 발화지점 감시장치(200)를 통하여 화재 발생 유무가 감시되는 과정에 대하여 설명하기로 한다.
본 발명에서는 열화상 카메라(110)를 통하여 촬영되는 열영상과 색상 카메라(120)를 통하여 촬영되는 실영상을 정합하기 위해 카메라의 보정을 먼저 수행하게 된다. 카메라의 보정은 보정용 지그(10)를 통하여 열화상 카메라(110)와 색상 카메라(120)의 기준점을 추출하고, 이 기준점을 기준으로 열영상 및 실영상을 정합하도록 함으로써 두 카메라의 정합에 따른 왜곡을 최소화할 수 있도록 하기 위한 것이다.
도 8은 본 발명이 실시 예에 따라 카메라 보정부를 통하여 카메라의 보정이 이루어지는 과정을 나타낸 흐름도이다.
단계 S101 : 카메라 보정을 위해 먼저, 열화상 카메라(110)와 색상 카메라(120)는 H 형태의 보정용 지그(10)를 촬영하여, 보정용 지그(10)의 4 지점 코너에 위치한 조명등(11)의 열영상 및 실영상을 획득한 후, 이를 카메라 보정부(220)에 전송하게 된다.
단계 S102 : 열화상 카메라(110) 및 색상 카메라(120)를 통하여 조명등(11)의 열영상 및 실영상이 획득되면, 카메라 보정부(220)의 코너점 위치 측정모듈(221)은 조명등(11) 영상의 외각선 영상을 추출하게 된다. 본 발명의 실시 예에서 상기 코너점 위치 측정모듈(221)은 획득된 조명등(11)의 열영상 및 실영상의 측정된 임계값을 기준으로 각각 이진화 영상으로 변환하고, 이를 canny 엣지 알고리즘을 이용하여 외곽선 영상으로 변환하게 된다.
단계 S103 : 상기 과정을 통하여 조명등(11) 영상의 외곽선 영상이 각각 추출되면, 코너점 위치 측정모듈(221)은 외곽선 영상의 원 중심점 및 반지름 변수를 각각 추출하게 된다. 본 발명의 실시 예에서 상기 코너점 위치 측정모듈(221)은 외각선 영상의 원을 찾기 위해 최소 3개의 계수를 가지고 원의 방정식을 추정하게 되는데, 최소 자승법을 위한 원의 방정식 모델은 다음의 수학식 1과 같다.
Figure 112017119583874-pat00001
여기서, Xi, Yi는 외곽선 영상에서 원모양 점들의 집합이고, A, B, C 3개의 계수를 추정하기 위해서는 최소한 3개 이상의 점을 필요로 한다. 최소 자승법을 위해서 수학식 1을 A, B, C 각각의 계수로 미분하면 다음의 수학식 2와 같다.
Figure 112017119583874-pat00002
상기 수학식 2의 계수를 추정하기 위해 다음의 수학식 3과 같은 행렬 형태로 변환한다.
Figure 112017119583874-pat00003
여기서, N은 원 형상의 점집합 개수이다. 위 수학식으로부터 최소 자승법을 통하여 계수 A, B, C를 추정하면 다음의 수학식 4와 같은 원의 중심점과 반지름 변수를 추정할 수 있다.
Figure 112017119583874-pat00004
단계 S104 : 상기 과정을 통하여 각각의 영상에서 매칭되는 4개의 원의 중심점을 구하게 된다. 이렇게 구한 원의 중심점은 열영상에서 4개, 실영상에서 4개가 되는데, 코너점 위치 측정모듈(221)은 이들의 좌표를 구하기 위해 순차적으로 순서를 정하게 된다.
도 9는 열영상과 실영상의 원형 중심점 순서를 정하는 일례를 나타낸 것으로, 본 발명에서 4 지점의 코너 순서를 정하는 방식은, sort 알고리즘을 사용하여 4 지점 코너 중 좌측 상단의 좌표를 우선하여 좌측 하단의 좌표를 찾고, 다음으로 우측 하단, 그리고 우측 상단의 좌표를 선택하여 두 카메라의 영상의 매칭된 원의 중심점 좌표의 순서를 찾게 된다. 상기 과정을 통하여 4 지점의 코너 좌표를 찾아냄으로써 4 지점 코너의 위치를 추출하게 된다.
단계 S105 : 4 지점에 대한 코너 위치가 추출되면, 보정계수 추정모듈(222)은 4 지점 코너 위치 정보를 통하여 열화상 카메라(110) 및 색상 카메라(120)의 보정 계수를 추출하게 된다.
본 발명의 실시 예에서 보정계수 추정모듈(222)은 Perspective Transform(원근 변환)을 수행하여 각 카메라의 보정 계수를 추출하게 되는데, 기본적인 Perspective Transform을 위한 수식은 다음과 같다.
Figure 112017119583874-pat00005
상기 수학식 5에서는 동차 좌표계(homogenious coordinate)를 사용하고 있으므로, x'와 y'에 관한 식은 다음의 수학식 6과 같이 바꿀 수 있다.
Figure 112017119583874-pat00006
상기 수학식 6을 정리하면, 다음의 수학식 7의 형태로 만들 수 있다.
Figure 112017119583874-pat00007
여기서, 보정 계수에 해당되는 확인하고자 하는 변수들은 a, b, c, d, e, f, g, h 이렇게 8개이므로, (x, y)와 그에 대응되는 (x', y') 쌍을 4개만 알고 있으면 projection matrix를 구할 수 있다. 이를 구하기 위한 매트릭스는 다음의 수학식 8과 같다.
Figure 112017119583874-pat00008
여기에서, 8×8 matrix 의 inverse matrix를 구한 뒤, 뒤쪽의 매트릭스에 곱하여 a, b, c, d, e, f, g, h까지의 변수를 찾게 된다. 상기의 과정을 통하여 projection matrix를 구하여 열화상 카메라(110)와 색상 카메라(120)의 보정 계수를 각각 산출하게 된다.
단계 S106 : 상기 과정을 통하여 열화상 카메라(110)와 색상 카메라(120)의 보정 계수가 각각 산출되면, 카메라 보정모듈(223)은 산출된 보정 계수를 이용하여 열화상 카메라(110)와 색상 카메라(120)를 보정하게 된다.
이와 같이, 본 발명은 열화상 카메라(110)와 색상 카메라(120)를 통하여 4 지점의 열원과 광원을 동시에 부여하는 보정용 지그(10)를 촬영하고, 촬영된 보정 지그의 4 지점에 대한 위치 좌표를 산출한 후, Perspective Transform(원근 변환)을 수행하여 각 카메라의 보정 계수를 산출함으로써, 열화상 카메라(110)와 색상 카메라(120)를 보정할 수 있게 된다.
상기의 과정을 통하여 열화상 카메라(110) 및 색상 카메라(120)의 의 보정이 이루어지면, 보정된 카메라를 통하여 열영상 및 실영상이 정합된 복합 영상을 통하여 화재 감시가 진행되게 된다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 발화지점 감시장치를 통하여 화재 발생 및 발화지점이 감시되는 과정을 나타낸 흐름도이다.
단계 S100, S110 : 상기 도 7에서와 같이 하이브리드 카메라(100)의 열화상 카메라(110)와 색상 카메라(120)의 보정이 수행되면(S100), 보정된 하이브리드 카메라(100), 즉 열화상 카메라(110)와 색상 카메라(120)를 통하여 감시 대상이 되는 영역의 영상을 촬영하여 열영상 및 실영상을 획득하고, 영상 정합부(230)는 획득된 열영상 및 실영상을 정합하여 실영상 위에 열영상이 표시되는 복합 영상을 생성하게 된다(S110).
단계 S120 : 열영상 및 실영상이 정합된 복합 영상이 생성되면, 감시 영역 설정부(240)를 통하여 감시 영역을 설정하게 된다. 감시 영역의 설정은, 관리자가 디스플레이부(260)에 표시되는 열영상을 보면서 화재 발생 가능성이 있는 영역을 박스 형태로 선택하여 설정할 수 있고, 실영상을 보면서도 화재 감시 영역을 선택할 수도 있다. 또한, 필요한 경우 열영상 및 실영상이 하나의 화면으로 표시되는 복합 영상을 통하여도 화재 감시 영역을 설정할 수 있다. 도 11은 열영상에서 화재 감시 영역이 선택되는 화면 일례이고, 도 12는 실영상에서 화재 감시 영역이 선택되는 화면 일례이며, 도 13은 복합 영상에서 화재 감시 영역이 선택되는 화면 일례를 나타낸 것이다. 또한, 화재위험요소 DB(290)에 등록된 화재 위험 요소를 포함하는 영역은 관리자의 설정 없이도 화재 감시 영역으로 자동 설정된다.
단계 S130, S140 : 화재 감지 영역이 설정되면, 화재 감지부(250)는 설정된 화재 감시 영역의 온도 변화를 감지하여(S130), 감지되는 온도가 화재 기준 온도를 초과하는지를 검사하여 화재 발생 유무를 감지하게 된다(S140).
단계 S150, S160 : 화재 감지부(250)는 열영상을 통하여 감지되는 화재 감시 영역의 온도가 기 설정된 화재 기준 온도를 초과하게 되면, 해당 화재 감시 영역을 통하여 화재 발화지점을 파악하고 발화지점이 포함된 화재 발생 정보를 디스플레이부(260)를 통하여 표시하게 된다(S150). 관리자는 디스플레이부(260)에 표시되는 복합 영상을 통하여 실제 화재가 발생한 영상을 확인할 수 있으며, 육안으로도 화재가 발생한 것으로 파악되면 해당 발화지점으로 신속하게 이동하여 초기에 화재를 진압하게 된다. 또한, 화재가 초기에 진압될 수 있도록 화재 발화지점을 포함하는 화재 발생 정보를 통신부(270)를 통하여 원격의 중앙통제센터 및 119 안전신고센터에 전송하게 된다(S160).
단계 S170 : 상기 과정을 통하여 화재 감시 영역을 설정하고 설정된 화재 감시 영역에 대한 화재 감시가 지속적으로 이루어지게 되는데, 이러한 화재 감시 과정은 시스템이 종료될 따까지 반복된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 지능형 발화지점 감시 시스템은 열화상 카메라(110) 및 색상 카메라(120)를 통하여 촬영되는 열영상 및 실영상을 정합하여 하나의 복합 영상을 생성하고, 생성된 복합 영상이나 열영상 또는 실영상에 화재 감시 영역을 설정하여 등록하며, 화재 감지 영역에서 온도가 화재 기준 온도를 초과하는 경우 발화지점을 파악하여 화면에 표시하여 경고하게 된다. 또한, 발화지점을 포함하는 화재 발생 정보를 원격의 중앙통제센터 및 119 안전신고센터에 전송하여 화재가 초기에 진압될 수 있도록 제공한다.
한편, 상술한 실시예에서는 4 지점의 코너에 조명등이 설치된 보정용 지그(10)를 이용하여 열화상 카메라(110) 및 색상 카메라(120)의 보정이 이루어지는 것으로 설명하였지만, 이는 상기 보정용 지그(10)가 아닌 다른 방법을 이용하여 보정이 이루어질 수 있다. 예를 들면, 공지된 검은색과 흰색 칸이 엇갈려 배치된 체스판 형상의 체스보드를 통하여 카메라의 보정이 이루어질 수도 있고, 본 출원인에 의해 등록된 등록특허공보 제10-1426314호의 정합용 지그를 통하여 보정이 이루어질 수도 있다.
이와 같이, 본 발명은 상술한 실시 예에 한정되는 것은 아니며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구 범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.
100 : 하이브리드 카메라 110 : 열화상 카메라
120 : 색상 카메라 200 : 발화지점 감시장치
210 : 중앙제어부 220 : 카메라 보정부
221 : 코너점 위치 측정모듈 222 : 보정계수 추정모듈
223 : 카메라 보정모듈 230 : 영상 정합부
240 : 감시 영역 설정부 250 : 화재 감지부
260 : 디스플레이부 270 : 통신부
280 : 감시 영역 DB 290 : 화재위험요소 DB
10 : 보정용 지그 11 : 조명등

Claims (9)

  1. 열화상 카메라(110)를 통하여 촬영되는 열영상과 색상 카메라(120)를 통하여 촬영되는 실영상을 정합하여 복합 영상을 생성하는 영상 정합부(230)와; 상기 촬영된 영상 내에서 화재 감시 영역을 설정하는 감시 영역 설정부(240)와; 상기 영상 정합부(230)를 통하여 생성되는 복합 영상을 디스플레이부(260)에 표시하고, 상기 감시 영역 설정부(240)를 통하여 설정된 화재 감시 영역의 온도 변화를 감지하여 화재 발생 유무를 감시하며, 화재 발생이 감지되면 화재가 발생한 화재 감시 영역을 통하여 발화지점을 파악하여 디스플레이부(260)에 표시하는 화재 감지부(250);가 구비된 발화지점 감시장치(200)를 포함하는 발화지점 감시 시스템으로서,
    상기 발화지점 감시장치(200)에는 상기 열화상 카메라(110) 및 색상 카메라(120)의 영상 정합을 위해 카메라를 보정하는 카메라 보정부(220)가 구비되되,
    상기 카메라 보정부(220)는 4 지점의 코너를 가지며 각각의 코너에 열원과 광원을 동시에 제공하기 위한 원형의 조명등(11)이 설치된 보정용 지그(10)를 촬영하는 열화상 카메라(110)와 색상 카메라(120)로부터 열영상 및 실영상을 제공받아, 두 영상의 기준점이 되는 보정용 지그(10)의 조명등(11) 영상을 분석하여 열화상 카메라(110) 및 색상 카메라(120)의 보정 계수를 각각 추정하고, 추정된 보정 계수를 통하여 카메라를 보정하는 것을 특징으로 하는 발화지점 감시 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 감시 영역 설정부(240)는
    상기 열화상 카메라(110)를 통하여 촬영된 열영상, 상기 색상 카메라(120)를 통하여 촬영된 실영상, 상기 영상 정합부(230)를 통하여 생성된 복합 영상 중 어느 하나의 영상을 선택하고, 선택된 영상에서 화재 발생 가능성이 있는 영역을 선택하여 화재 감시 영역을 설정하되,
    상기 화재 감시 영역은 복수의 영역으로 설정되는 것을 특징으로 하는 발화지점 감시 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 발화지점 감시장치(200)에는
    상기 감시 영역 설정부(240)에 의해 설정되는 화재 감지 영역 정보가 등록되는 감시 영역 DB(280)와, 화재 가능성이 있는 요소 정보가 화재 위험 요소로 등록되는 화재위험요소 DB(290)가 구비되되,
    상기 화재위험요소 DB(290)에 등록된 요소를 포함하는 영역은 감시 영역 설정부(240)에 의해 화재 감시 영역으로 설정되는 것을 특징으로 하는 발화지점 감시 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 화재 감지부(250)는 복합 영상 중 열영상을 통하여 감지되는 화재 감시 영역의 온도가 화재 기준 온도를 초과하는 경우, 발화지점 정보를 포함하는 화재 발생 정보를 디스플레이부(260)를 통하여 표시하고,
    상기 발화지점 정보가 포함된 화재 발생 정보를 통신부(270)를 통하여 원격의 중앙통제센터 또는 119 안전신고센터에 전송하는 것을 특징으로 하는 발화지점 감시 시스템.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 카메라 보정부(220)에는
    상기 열화상 카메라(110) 및 색상 카메라(120)를 통하여 획득된 보정용 지그(10)의 조명등(11) 영상을 분석하여 보정용 지그(10)의 4 지점 코너 위치를 추출하는 코너점 위치 측정모듈(221)과,
    상기 코너점 위치 측정모듈(221)을 통하여 추출된 보정용 지그(10)의 4 지점 코너 위치 정보를 이용하여 두 카메라의 보정 계수를 추정하는 보정계수 추정모듈(222)과,
    상기 보정계수 추정모듈(222)을 통하여 추정된 카메라 보정 계수를 통하여 열화상 카메라(110) 및 색상 카메라(120)의 보정을 수행하는 카메라 보정모듈(223)이 구비된 것을 특징으로 하는 발화지점 감시 시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 코너점 위치 측정모듈(221)은 열화상 카메라(110)와 색상 카메라(120)를 통하여 촬영된 4개의 조명등(11) 영상의 외곽선 영상을 각각 검출하고,
    상기 검출된 외곽선 영상의 원 중심점과 반지름 변수를 각각 추정한 후,
    두 카메라 영상의 매칭된 원의 중심점 좌표를 검출하여 보정용 지그(10)의 4 지점 코너 위치를 추출하는 것을 특징으로 하는 발화지점 감시 시스템.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 코너점 위치 측정모듈(221)은
    조명등(11) 영상을 임계값을 기준으로 이진화 영상으로 변환한 후, 변환된 영상을 canny 알고리즘을 통하여 외곽선 영상으로 변환하여 외각선 영상을 검출하고,
    검출된 외각선 영상에서 원의 중심점과 반지름 변수를 구하기 위해 3개 이상의 계수를 갖는 원의 방정식을 추정하고, 추정된 원의 방정식을 각 계수로 미분한 후 행렬 형태로 변환하여, 최소 자승법을 통해 각 계수를 추정함으로써 원의 중심점과 반지름 변수를 추정하며,
    추정된 원의 중심점과 반지름 변수를 통하여 열영상 및 실영상에 대해 각각 4개의 원의 중심점을 구하고, sort 알고리즘을 통하여 두 카메라 영상의 매칭된 원의 중심점 좌표의 순서를 찾아 4 지점 코너 좌표를 추출하는 것을 특징으로 하는 발화지점 감시 시스템.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 보정계수 추정모듈(222)은
    상기 코너점 위치 측정모듈(221)을 통하여 검출된 4 지점 코너 위치 정보에 대해 Perspective Transform(원근 변환)을 수행하여 열화상 카메라(110) 및 색상 카메라(120)의 보정 계수를 각각 추정하는 것을 특징으로 하는 발화지점 감시 시스템.
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