KR102203931B1

KR102203931B1 - 레이저와 재귀반사체를 이용한 침입자 검출 시스템 및 이를 이용한 칩입자 검출 방법

Info

Publication number: KR102203931B1
Application number: KR1020190044695A
Authority: KR
Inventors: 손현우
Original assignee: 주식회사 에스원
Priority date: 2019-04-17
Filing date: 2019-04-17
Publication date: 2021-01-15
Also published as: KR20200122002A

Abstract

본 발명 레이저와 재귀반사체를 이용한 침입자 검출 시스템은 레이저 펄스 신호를 생성하여 송수신부로 하여금 전방으로 조사하도록 제어하는 제어부와, 제어부의 제어에 의하여 레이저를 프레임당 2회의 펄스를 전방으로 전송하는 송신부와 송신부에서 전송된 레이저 신호를 반사시키는 재귀반사체와, 재귀 반사체에서 반사된 2회의 펄스를 일정한 간격으로 수신하는 수신부와, 수신부에서 수신된 2회의 펄스 신호에 대하여 수신 파워와 수신 점유 시간을 측정하고 해당 프레임 각각의 펄스의 수신 신호 상호간의 상관 관계를 이용하여 각 프레임의 대표 신호를 추출하고 시간에 따른 프레임별 신호 변화를 기초로 침입자를 검출하는 신호처리부로 구성된 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

레이저와 재귀반사체를 이용한 침입자 검출 시스템 및 이를 이용한 칩입자 검출 방법{Intrusion Detection System and Laser and Retro Reflector and Method thereof}

본 발명은 레이저와 재귀반사체를 이용하여 감시 구간에서의 침입자를 검출하는 것에 관한 것이다. 송신부와 수신부를 제어하여 한 프레임당 2개의 펄스 신호를 송신하고 이를 수신하며 수신신호의 수신파워와 수신 점유시간을 측정하고 이를 이용하여 해당 프레임 각각의 펄스 수신신호의 상관 관계를 이용하여 각 프레임 대표 신호를 추출하고 시간에 따른 프레임별 신호 변화를 이용하여 침입자를 검출하는 것에 관한 것이다.

본 발명과 관련된 종래의 기술은 대한민국 등록특허 제10-1798756호(2017. 11. 16. 공고)에 개시되어 있는 것이다. 도 1은 상기 종래의 재귀반사체를 이용한 침입 감지 시스템 구성도이다. 상기도 1에서 종래의 재귀반사체를 이용한 침입 감지 시스템은 제어부(110), 제너레이터(120), 송수신부(130), 재귀 반사체(140)를 포함할 수 있다. 상기 제어부(110)는 상기 제너레이터(120)를 제어하여, 상기 송수신부(130)로부터 신호 송신을 동기화한다. 또한, 상기 제어부(110)는 상기 송수신부(130)로부터 액티브 프레임과 패시브 프레임을 수신한다. 여기서, 상기 액티브 프레임은 상기 송수신부(130)로부터 광이 상기 재귀 반사체(140)로 조사된 때 수신된 프레임, 상기 패시브 프레임은 상기 송신부(131)의 광이 조사되지 않은 때 수신된 프레임을 의미한다. 또한, 상기 제어부(110)는 상기 액티브 프레임과 패시브 프레임을 비교하여 차이를 도출하여, 외부에서 발생할수 있는 환경 노이즈를 제거한다. 이 때, 상기 환경 노이즈는 주로 햇빛 또는 형광등과 같은 외부의 광일 수 있

다. 또한, 상기 제어부(110)는 상기 비교의 결과인 시그널의 세기를 한계값과 비교하고, 한계값 이하인 경우 상기 송수신부(130)의 광원 이상으로 판단한다. 예를 들어, 시그널의 강도가 0 내지 255로 표시되는 때, 상기 송수신부(130)의 송신부(131)에서 사용되는 광(레이저)의 거리가 8[m] 이하에서 세기가 02 내지 04[mW]인 경우, 상기 재귀 반사체(140)로부터 반사되는 시그널의 세기는 250 이상이 가능하다. 그러나 기본 카메라 노이즈(3σ)와 외부 광을 반영하여 상기 한계값을 100으로 설정할 수 있다. 여기서, 상기 한계값 이하인 경우, 상기 송수신부(130)에서 조사한 광의 세기가 기준에 비해 작은 것으로 판단하여, 광원 이상으로 판단하게 된다. 또한, 상기 제어부(110)는 상기 시그널의 세기가 한계값을 초과하는 경우, 상기 시그널을 이진화하여 기준값과 비교하고, 침입 여부 감지를 수행한다. 이 때, 상기 기준값은 프레임의 정보에서 반사된 영역과 픽셀의 개수를 포함하여 미리 정해질 수 있다. 따라서, 상기 제어부(110)는 상기 시그널(10)을 상기 기준값과 비교하여 사람이 침입을 한 것인지, 또는 동물과 같은 다른 기타 요인인지 여부를 판단할 수 있다. 또한, 상기 제어부(110)는 상기 액티브 프레임과 패시브 프레임의 차이가 없는 경우, 침입이 없는 상태로 판단하게 되므로, 이때의 상기 액티브 프레임(또는 패시브 프레임)을 기준값으로 변경하여 상기 기준값을 학습할 수 있다. 따라서, 상기 기준값은 현재 상황에 맞도록 업데이트 될 수 있다. 상기 제너레이터(120)는 상기 제어부(110)에 전기적으로 연결된다. 상기 제너레이터(120)는 상기 제어부(110)의 제어 신호에 따라 상기 송수신부(130) 중 송신부(131)의 광 송신 동기화를 제어한다. 상기 제너레이터(120)는 상기 송신부(131)의 광원의 송신을 제어하여, 광 송신시 상기 액티브 프레임, 미송신시 상기 패시브 프레임을 획득할 수 있도록 한다. 상기 송수신부(130)는 상기 제어부(110) 및 제너레이터(120)에 전기적으로 연결된다. 상기 송수신부(130)는 상기 재귀 반사체(140)가 형성된 대상 영역에 광을 조사하는 송신부(131)와 상기 대상 영역으로부터 반사된 광을 수신하는 수신부(130)를 포함할 수 있다. 상기 송신부(131)는 상기 대상 영역에 대해 레이저를 조사할 수 있다. 또한, 상기 송신부(131)는 적외선(IR, Infra Red) 파장을 가진 IR 레이저를 조사할 수 있다. 상기 송신부(131)는 상기 제너레이터(120)에 의해 동기화 제어되어, 액티브 프레임의 형성시 상기 광을 상기 대상 영역에 대해 조사한다. 또한, 상기 송신부(131)는 상기 제너레이터(120)에 의해 패시브 프레임의 형성시 상기 광을 조사하지 않는다. 상기 수신부(132)는 상기 대상 영역에 조사한 광 중에서, 상기 재귀 반사체(140)를 통해 반사된 광을 수신한다. 또한, 상기 수신부(132)에서 수신된 광을 포함한 프레임은 상기 제어부(110)에 전송된다. 또한, 상술한 것처럼, 상기 제어부(110)는 상기 송신부(131)의 광이 조사된 때의 수신된 프레임을 액티브 프레임, 상기 송신부(131)의 광이 조사되지 않은 때 수신된 프레임을 패시브 프레임으로 인식하고 그 차이를 도출하여, 외부에서 발생할 수 있는 환경 노이즈를 제거한다. 또한, 상기 제어부(110)는 상기 비교의 결과인 시그널을 한계값 및 기준값과 비교하여, 광원 이상 유무, 대상 영역 내의 침입 여부를 감지하게 된다. 상기 재귀 반사체(140)는 상기 대상 영역 내에서 적절한 위치에 배치된다. 예를 들어, 상기 재귀 반사체(140)는 대상 영역에서 사람이 이동할 수 있는 복도의 상면에 정해진 위치에 배치될 수 있다. 또한, 상기 재귀 반사체(140)는 상기 송수신부(130)에서 수신된 광을 광원을 향해 반사시킨다. 보다 구체적으로, 상기 송수신부(130)에서 송신부(131)의 광이 상기 재귀 반사체(140)에 수신된 경우, 상기 재귀 반사체(140)는 상기 광을 다시 상기 송수신부(130)를 향해 반사시킨다. 따라서, 상기 재귀 반사체(140)에 조사된 광은 상기 송수신부(130)의 수신부(132)에서 수신될 수 있는 것이다.

상기와 같은 종래 기술은 수신부에서 송신부에서 조사된 광이 재귀 반사체에서 반사되어 수신되는 광을 포함한 액티브 프레임을 수신하고, 송신부에서 광이 조사되지 않는 경우 재귀반사체로부터 수신되는 패시브 프레임을 수신하고 상기 액티브 프레임과 패시브 프레임을 비교하여 외부 노이즈를 제거하고 침입을 감지하는 것으로 프레임을 기초로 감지하므로 침입 감지가 정확하지 못하는 문제점이 있는 것이다. 따라서 본 발명은 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로 한 프레임당 2회의 펄스 신호를 송신부에서 조사하고 수신하여 이를 기초로 침입자를 정확하게 검출하기 위한 것이다.

상기와 같은 목적을 가진 본 발명 레이저와 재귀반사체를 이용한 침입자 검출 시스템은 레이저 펄스 신호를 생성하여 송신부로 하여금 전방으로 조사하도록 제어하는 제어부와, 레이저 펄스 신호를 전방으로 조사하는 송신부와, 입사되는 레이저 펄스 신호를 반사시키는 재귀 반사체와, 재귀 반사체에서 반사되는 레이저 펄스 신호를 수신하는 수신부와, 수신부로 수신되는 수신 신호 크기 변화를 추적하여 침입자의 침입 여부를 판단하는 신호 처리부로 구성된 것을 특징으로 하는 것이다. 상기에서 송신부는 프레임당 2개의 레이저 펄스 신호를 일정한 간격으로 조사하는 것을 특징으로 하는 것이다. 또한, 상기 신호 처리부는 각 펄스 신호에 대하여 수신 파워와 수신 점유 시간을 측정하고 측정된 수신 파워와 수신 점유 시간을 기초로 각 프레임당 대표 신호를 추출하여 시간에 따른 수신 신호 크기를 생성하는 것이다.

상기와 같이 구성된 본 발명 레이저와 재귀반사체를 이용한 침입자 검출 시스템 및 이를 이용한 칩입자 검출 방법은 환경 변화에 따른 오보 가능성이 적은 효과가 있는 것이다. 또한, 본 발명의 다른 효과는 소출력 레이저와 임베디드 MCU만을 이용하여 시스템 구현이 가능하므로 설치비가 저렴한 효과가 있는 것이다. 또한, 본 발명은 프레임당 2회의 펄스 신호를 송수신하고 수신된 프레임당 2회의 펄스 신호를 기초로 침입자를 판단하므로 보다 정확히 침입자를 검출할 수 있는 효과가 있는 것이다.

도 1은 종래의 재귀반사체를 이용한 침입 감지 시스템 구성도,
도 2는 본 발명 레이저와 재귀반사체를 이용한 침입자 검출 시스템 구성도,
도 3은 본 발명 레이저와 재귀반사체를 이용한 침입자 검출 방법 제어 흐름도,
도 4는 본 발명에 적용되는 검출 시스템 타이밍 다이어그램,
도 5는 본 발명 신호 처리부의 침입 판단 예시 도이다.

상기와 같은 목적을 가진 본 발명 레이저와 재귀반사체를 이용한 침입자 검출 시스템 및 이를 이용한 칩입자 검출 방법을 도 2 내지 도 5를 기초로 하여 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명 레이저와 재귀반사체를 이용한 침입자 검출 시스템 구성도이다. 상기도 2에서 본 발명 레이저와 재귀반사체를 이용한 침입자 검출 시스템은 레이저 펄스 신호를 생성하여 송수신부로 하여금 전방으로 조사하도록 제어하고 송수신부를 동기화하도록 제어하는 제어부(10)와, 제어부의 제어에 의하여 레이저를 프레임당 2회의 펄스를 전방으로 전송하는 송신부(20)와, 송신부에서 전송된 레이저 신호를 반사시키는 재귀반사체(30)와, 상기 재귀반사체에서 반사된 2회의 펄스를 일정한 간격으로 수신하는 수신부(40)와, 수신부에서 수신된 2회의 펄스 신호에 대하여 수신 파워와 수신 점유 시간을 측정하고 해당 프레임 각각의 펄스의 수신 신호 상호간의 상관 관계를 이용하여 각 프레임의 대표 신호를 추출하고 시간에 따른 프레임별 신호 변화를 기초로 침입자를 검출하는 신호처리부(50)로 구성된 것을 특징으로 하는 것이다.

도 3은 본 발명 레이저와 재귀반사체를 이용한 침입자 검출 방법 제어 흐름도이다. 상기도 3에서 본 발명 레이저와 재귀반사체를 이용한 침입자 검출 방법은 침입자 검출 시스템을 초기화하는 단계(S11)와, 제어부가 레이저 펄스 신호를 생성하고 송신부로 하여금 프레임당 레이저 펄스 신호 1 및 레이저 펄스 신호 2를 전방으로 조사하도록 제어하는 단계(S12)와, 수신부가 전방으로 조사된 레이저 펄스신호가 재귀 반사체에 반사되어 입력되는 레이저 펄스 수신 신호 1 및 레이저 펄스 신호 2를 수신하는 단계(S13)와, 신호 처리부가 수신부에 입력된 레이저 펄스 수신 신호 1과 레이저 펄스 수신 신호 2를 기초로 레이저 펄스 수신 신호 1과 레이저 펄스 수신호 2의 수신 파워와 수신 점유 시간을 각각 측정하는 단계(S14)와, 신호 처리부가 해당 프레임에 대한 상기 2 셋의 수신 파워와 수신 점유 시간을 이용하여 해당 프레임의 대표 신호를 추출하는 단계(S15)와, 신호 처리부가 수신부에 수신되는 연속 프레임에 대하여 추출된 각 프레임의 대표 신호를 기초로 시간에 따른 펄스 수신 신호 변화를 추적하여 침입자를 검출하는 단계(S16)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다. 또한, 상기 레이저와 재귀반사체를 이용한 침입자 검출 방법은 S16 단계 이후에 알람을 제공하는 단계를 더 포함하여 이루어질 수 있는 것이다.

도 4는 본 발명에 적용되는 검출 시스템 타이밍 다이어그램이다. 상기도 4에서 본 발명에 적용되는 검출 시스템 타이밍 다이어그램은 본 시스템에 적용되는 레이저 신호는 소출력 연속 파형 레이저로서 펄스 형태로 송 수신되는 것으로 소출력 연속 파형 레이저를 이용하는 경우 침입자를 정확히 탐지하기 위하여는 PRP(Pulse Repetition Frequency)는 최소 100Hz 이상이 되어야 신호 처리가 용이한 것이다. 따라서 τ₃는 시스템의 프레임 간격으로 10ms 이내로 하여야 하며, 또한, MCU를 이용한 임베디드 시스템에서 구현시에는 최소한의 신호 처리 시간을 위하여 레이저 송수신 점유 시간은 최소화되어야 하는 것이다. 따라서 τ₂는 2개의 레이저 펄스 신호 송수신 간격으로 τ₃/2 이내로 하여야 하는 것이다. 또한, 레이저 송신 트리거 시간과 수신 점유 시간은 종속적으로 레이더 송신 트리거 점유 시간이 너무 길면, 다음 레이저 신호에 영향을 줄 수 있으므로 τ₁은 레이저 펄스 신호의 송신 트리거 시간으로 τ₃/5 이내로 하여야 하는 것이다.

도 5는 본 발명 신호 처리부의 침입 판단 예시 도이다. 상기도 5에서 (1)은 수신 신호의 시간에 따른 수신 신호 크기를 나타내는 것이고, (2)는 침입자가 있는 경우 수신 신호 크기를 나타내는 것으로 본 발명의 신호 처리부는 각 프레임당 2개의 펄스 신호에 대하여 수신 파워와 수신 점유 시간의 상관 관계를 기초로 연속된 프레임에 대한 수신 신호 크기를 추적하면 침입자를 검출할 수 있는 것임을 나타내고 있는 것이다.

10 : 제어부, 20 :송신부,
30 : 재귀반사체, 40 :수신부,
50 :신호 처리부

Claims

소출력 레이저와 임베디드 MCU만을 이용하여 구현이 가능한 보안 구역의 침입자를 검출하기 위한 레이저와 재귀반사체를 이용한 침입자 검출 시스템에 있어서,
상기 레이저와 재귀반사체를 이용한 침입자 검출 시스템은,
소출력 연속 파형 레이저로서 PRP(Pulse Repetition Frequency)이 최소 100Hz 이상인 레이저 펄스 신호를 생성하고 송신부로 하여금 프레임당 2개의 레이저 펄스 신호를 일정한 간격으로 전방으로 조사하도록 제어하는 제어부(10)와;
제어부의 제어에 의하여 프레임당 상기 2개의 레이저 펄스 신호를 일정한 간격으로 전방으로 조사하는 송신부(20)와;
송신부에서 전송된 상기 2개의 레이저 펄스 신호를 반사시키는 재귀 반사체(30)와;
재귀 반사체에서 반사되는 상기 2개의 레이저 펄스 신호를 수신하는 수신부(40);
및 수신부에서 수신한 상기 2개의 레이저 펄스에 대하여 수신 파워와 수신 점유 시간을 각각 측정하고, 해당 프레임에 대한 2 셋의 수신 파워와 수신 점유 시간을 이용하여 해당 프레임의 대표 신호를 추출하며, 수신부에 수신되는 연속 프레임에 대하여 추출된 각 프레임의 대표 신호를 기초로 시간에 따른 펄스 수신 신호 크기 변화를 추적하여 침입자의 침입 여부를 판단하는 신호 처리부(50)로 구성된 것을 특징으로 하는 레이저와 재귀반사체를 이용한 침입자 검출 시스템.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
송수신부를 동기화하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 레이저와 재귀반사체를 이용한 침입자 검출 시스템.
삭제
삭제
소출력 레이저와 임베디드 MCU만을 이용하여 구현이 가능한 보안 구역의 침입자를 검출하기 위한 레이저와 재귀반사체를 이용한 침입자 검출 방법에 있어서,
상기 레이저와 재귀반사체를 이용한 침입자 검출 방법은,
침입자 검출 시스템을 초기화하는 단계(S11)와;
제어부가 소출력 연속 파형 레이저로서 PRP(Pulse Repetition Frequency)이 최소 100Hz 이상인 레이저 펄스 신호를 생성하고 송신부로 하여금 프레임당 레이저 펄스 신호 1 및 레이저 펄스 신호 2를 전방으로 조사하도록 제어하는 단계(S12)와;
수신부가 전방으로 조사된 레이저 펄스신호가 재귀 반사체에 반사되어 입력되는 레이저 펄스 수신 신호 1 및 레이저 펄스 신호 2를 수신하는 단계(S13)와;
신호 처리부가 수신부에 입력된 레이저 펄스 수신 신호 1과 레이저 펄스 수신 신호 2를 기초로 레이저 펄스 수신 신호 1과 레이저 펄스 수신호 2의 수신 파워와 수신 점유 시간을 각각 측정하는 단계(S14)와;
신호 처리부가 해당 프레임에 대한 2 셋의 수신 파워와 수신 점유 시간을 이용하여 해당 프레임의 대표 신호를 추출하는 단계(S15);
및 신호 처리부가 수신부에 수신되는 연속 프레임에 대하여 추출된 각 프레임의 대표 신호를 기초로 시간에 따른 펄스 수신 신호 변화를 추적하여 침입자를 검출하는 단계(S16)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저와 재귀반사체를 이용한 침입자 검출 방법.
삭제
삭제
제6항에 있어서,
상기 시스템의 프레임 간격(τ₃)은,
10ms 이내인 것을 특징으로 하는 레이저와 재귀반사체를 이용한 침입자 검출 방법.
제9항에 있어서,
2개의 레이저 펄스 신호 송수신 간격(τ₂)은 τ₃/2 이내이고,
레이저 펄스 신호의 송신 트리거 시간(τ₁)은 τ₃/5 이내인 것을 특징으로 하는 레이저와 재귀반사체를 이용한 침입자 검출 방법.
여기서 τ₃는시스템의 프레임 간격임.