KR102658883B1 - 음원 위치 추정 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명이 해결하고자 하는 과제를 해결하기 위한 일 실시예에 따른 음원 위치 추정 장치는 복수의 센서들로부터 센싱된 복수의 음향 신호들을 수신하는 통신 인터페이스; 및 상기 복수의 센서들 중에서 소정 영역에 위치한 적어도 세 개의 센서들을 선택하고, 상기 적어도 세 개의 센서들로부터 센싱된 적어도 세 개의 음향 신호들에 기초하여 상기 적어도 세 개의 센서들에 의해 구성되는 센서 쌍들 각각의 센싱 지연 시간을 추정하며, 상기 소정 영역 내에서 복수의 후보 지점들을 선택하고, 상기 복수의 후보 지점들 각각에 대하여, 상기 적어도 세 개의 센서들과의 거리들을 계산하고, 상기 적어도 세 개의 센서들과의 거리들에 기초하여 상기 센서 쌍들 각각의 후보 지연 시간을 계산하며, 상기 복수의 후보 지점들 중에서 상기 센싱 지연 시간 및 상기 후보 지연 시간의 차이가 최소인 지점을 음원의 위치로 추정하는 프로세서;를 포함한다.

Description

음원 위치 추정 장치 및 방법{Apparatus and method for estimating a sound source location}
본 발명은 센서와 후보 지점과의 거리에 기초한 음원 위치 추정 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 들어, 방범, 보안 등 다양한 목적으로 건물의 내부, 외부 또는 길거리 등에 카메라들을 설치하는 경우가 증가하고 있다. 카메라들은 네트워크를 통하여 서로 연결되어 네트워크 카메라로서의 기능을 수행할 수 있다.
또한 카메라가 설치된 장소를 관리하는 관리자는 개인용 컴퓨터 등을 통하여 카메라에 접속하여 원격으로 건물이나 매장 등의 원격지를 관리할 수 있다.
카메라에는 설치 위치에 따라 사각 지대가 존재하며, 주변의 밝기나 온도와 같은 환경 변화에 따라 카메라의 감시 성능이 크게 영향을 받을 수 있다. 이에 따른 감시 효율의 저하를 개선하기 위해, 카메라에 설치된 마이크를 통해 감지된 비명 소리, 자동차 경적, 유리창 깨지는 소리 등의 소음을 이벤트로 인식하고, 소음으로부터 음향 정보를 검출하여 이벤트가 발생한 지점을 추정하는 방법이 개발되고 있다.
국내 등록특허공보 제493172호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 카메라의 사각 지대를 커버하고 환경 변화에 따른 카메라의 감시 성능을 개선할 수 있는 음원 위치 추정 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제를 해결하기 위한 일 실시예에 따른 음원 위치 추정 장치는 복수의 센서들로부터 센싱된 복수의 음향 신호들을 수신하는 통신 인터페이스; 및 상기 복수의 센서들 중에서 소정 영역에 위치한 적어도 세 개의 센서들을 선택하고, 상기 적어도 세 개의 센서들로부터 센싱된 적어도 세 개의 음향 신호들에 기초하여 상기 적어도 세 개의 센서들에 의해 구성되는 센서 쌍들 각각의 센싱 지연 시간을 추정하며, 상기 소정 영역 내에서 복수의 후보 지점들을 선택하고, 상기 복수의 후보 지점들 각각에 대하여, 상기 적어도 세 개의 센서들과의 거리들을 계산하고, 상기 적어도 세 개의 센서들과의 거리들에 기초하여 상기 센서 쌍들 각각의 후보 지연 시간을 계산하며, 상기 복수의 후보 지점들 중에서 상기 센싱 지연 시간 및 상기 후보 지연 시간의 차이가 최소인 지점을 음원의 위치로 추정하는 프로세서;를 포함한다.
본 실시예에서, 상기 프로세서는 상기 적어도 세 개의 센서들을 각각 세 개의 꼭지점으로 하는 다각 영역 내에서 상기 복수의 후보 지점들을 선택할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 복수의 후보 지점들은 서로 소정 간격을 가질 수 있다.
본 실시예에서, 상기 프로세서는 상기 복수의 후보 지점들 중에서 상기 센서 쌍들의 상기 센싱 지연 시간 및 상기 후보 지연 시간의 차이의 제곱의 합이 최소인 지점을 상기 음원의 위치로 추정할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 센서 쌍들은 제1 센서 및 제2 센서로 구성되는 제1 센서 쌍 및 상기 제2 센서 및 제3 센서로 구성되는 제2 센서 쌍을 포함하고, 상기 적어도 세 개의 음향 신호들은 상기 제1 센서로부터 센싱된 제1 음향 신호, 상기 제2 센서로부터 센싱된 제2 음향 신호, 상기 제3 센서로부터 센싱된 제3 음향 신호를 포함하고, 상기 프로세서는 상기 제1 음향 신호와 상기 제2 음향 신호의 제1 상호 상관 관계 및 상기 제2 음향 신호와 상기 제3 음향 신호의 제2 상호 상관 관계를 계산하고, 상기 제1 상호 상관 관계가 최대가 되게 하는 제1 센싱 지연 시간을 상기 제1 센서 쌍의 상기 센싱 지연 시간으로 추정하고, 상기 제2 상호 상관 관계가 최대가 되게 하는 제2 센싱 지연 시간을 상기 제2 센서 쌍의 상기 센싱 지연 시간으로 추정할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 적어도 세 개의 센서들과의 거리는 후보 지점과 상기 제1 센서와의 제1 거리, 상기 후보 지점과 상기 제2 센서와의 제2 거리, 상기 후보 지점과 상기 제3 센서와의 제3 거리를 포함하고, 상기 프로세서는 상기 제1 거리 및 상기 제2 거리의 차이로부터 상기 제1 센서 쌍의 제1 거리 차이를 계산하고, 상기 제2 거리 및 상기 제3 거리의 차이로부터 상기 제2 센서 쌍의 제2 거리 차이를 계산하고, 상기 제1 거리 차이를 음속으로 나누어 제1 후보 지연 시간을 계산하고, 상기 제2 거리 차이를 음속으로 나누어 제2 후보 지연 시간을 계산할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 프로세서는 상기 복수의 후보 지점들 중에서 상기 제1 센싱 지연 시간 및 상기 제1 후보 지연 시간의 차이의 제곱과 상기 제2 센싱 지연 시간 및 상기 제2 후보 지연 시간의 차이의 제곱의 합이 최소인 지점을 상기 음원의 위치로 추정할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 적어도 세 개의 센서들, 상기 복수의 후보 지점들, 및 상기 추정된 음원의 위치 중 적어도 하나를 화면에 출력할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 적어도 세 개의 센서들을 지정하는 사용자 입력을 수신하는 사용자 인터페이스;를 더 포함하고, 상기 프로세서는 상기 사용자 입력에 기초하여 상기 적어도 세 개의 센서들을 선택할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 복수의 후보 지점들의 개수를 선택하거나 상기 복수의 후보 지점들을 지정하는 사용자 입력을 수신하는 사용자 인터페이스;를 더 포함하고, 상기 프로세서는 상기 사용자 입력에 기초하여 상기 복수의 후보 지점들을 선택할 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제를 해결하기 위한 일 실시예에 따른 음원 위치 추정 방법은 프로세서에 의해, 복수의 센서들 중에서 소정 영역에 위치한 적어도 세 개의 센서들을 선택하는 단계; 상기 프로세서에 의해, 상기 적어도 세 개의 센서들로부터 센싱된 적어도 세 개의 음향 신호들에 기초하여 상기 적어도 세 개의 센서들에 의해 구성되는 센서 쌍들 각각의 센싱 지연 시간을 추정하는 단계; 상기 프로세서에 의해, 상기 소정 영역 내에서 복수의 후보 지점들을 선택하는 단계; 상기 프로세서에 의해, 상기 복수의 후보 지점들 각각에 대하여, 상기 적어도 세 개의 센서들과의 거리들을 계산하고, 상기 적어도 세 개의 센서들과의 거리들에 기초하여 상기 센서 쌍들 각각의 후보 지연 시간을 계산하는 단계; 및 상기 프로세서에 의해, 상기 복수의 후보 지점들 중에서 상기 센싱 지연 시간 및 상기 후보 지연 시간의 차이가 최소인 지점을 음원의 위치로 추정하는 단계;를 포함한다.
본 실시예에서, 상기 복수의 후보 지점들을 선택하는 단계는, 상기 적어도 세 개의 센서들을 각각 세 개의 꼭지점으로 하는 다각 영역 내에서 상기 복수의 후보 지점들을 선택하는 단계일 수 있다.
본 실시예에서, 상기 복수의 후보 지점들을 선택하는 단계는, 서로 소정 간격을 가지는 상기 복수의 후보 지점들을 선택하는 단계일 수 있다.
본 실시예에서, 상기 음원의 위치를 추정하는 단계는, 상기 복수의 후보 지점들 중에서 상기 센서 쌍들의 상기 센싱 지연 시간 및 상기 후보 지연 시간의 차이의 제곱의 합이 최소인 지점을 상기 음원의 위치로 추정하는 단계일 수 있다.
본 실시예에서, 상기 센서 쌍들은 제1 센서 및 제2 센서로 구성되는 제1 센서 쌍 및 상기 제2 센서 및 제3 센서로 구성되는 제2 센서 쌍을 포함하고, 상기 적어도 세 개의 음향 신호들은 상기 제1 센서로부터 센싱된 제1 음향 신호, 상기 제2 센서로부터 센싱된 제2 음향 신호, 상기 제3 센서로부터 센싱된 제3 음향 신호를 포함하고, 상기 센서 쌍들 각각의 센싱 지연 시간을 추정하는 단계는, 상기 제1 음향 신호와 상기 제2 음향 신호의 제1 상호 상관 관계 및 상기 제2 음향 신호와 상기 제3 음향 신호의 제2 상호 상관 관계를 계산하는 단계; 및 상기 제1 상호 상관 관계가 최대가 되게 하는 지연 시간을 제1 센싱 지연 시간으로 추정하고, 상기 제2 상호 상관 관계가 최대가 되게 하는 지연 시간을 제2 센싱 지연 시간으로 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 적어도 세 개의 센서들과의 거리는 후보 지점과 상기 제1 센서와의 제1 거리, 상기 후보 지점과 상기 제2 센서와의 제2 거리, 상기 후보 지점과 상기 제3 센서와의 제3 거리를 포함하고, 상기 센서 쌍들 각각의 후보 지연 시간을 계산하는 단계는, 상기 제1 거리 및 상기 제2 거리의 차이로부터 상기 제1 센서 쌍의 제1 거리 차이를 계산하고, 상기 제2 거리 및 상기 제3 거리의 차이로부터 상기 제2 센서 쌍의 제2 거리 차이를 계산하는 단계; 및 상기 제1 거리 차이를 음속으로 나누어 제1 후보 지연 시간을 계산하고, 상기 제2 거리 차이를 음속으로 나누어 제2 후보 지연 시간을 계산하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 음원의 위치를 추정하는 단계는, 상기 복수의 후보 지점들 중에서 상기 제1 센싱 지연 시간 및 상기 제1 후보 지연 시간의 차이의 제곱과 상기 제2 센싱 지연 시간 및 상기 제2 후보 지연 시간의 차이의 제곱의 합이 최소인 지점을 상기 음원의 위치로 추정하는 단계일 수 있다.
본 실시예에서, 디스플레이에 의해, 상기 적어도 세 개의 센서들, 상기 복수의 후보 지점들, 및 상기 추정된 음원의 위치 중 적어도 하나를 화면에 출력하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 실시예에서, 사용자 인터페이스에 의해, 상기 적어도 세 개의 센서들을 지정하는 사용자 입력을 수신하는 단계;를 더 포함하고, 상기 적어도 세 개의 센서들을 선택하는 단계는, 상기 사용자 입력에 기초하여 상기 적어도 세 개의 센서들을 선택하는 단계일 수 있다.
본 실시예에서, 사용자 인터페이스에 의해, 상기 복수의 후보 지점들의 개수를 선택하거나 상기 복수의 후보 지점들을 지정하는 사용자 입력을 수신하는 단계:를 더 포함하고, 상기 복수의 후보 지점들을 선택하는 단계는, 상기 사용자 입력에 기초하여 상기 복수의 후보 지점들을 선택하는 단계일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 카메라의 사각 지대를 커버하고 환경 변화에 따른 카메라의 감시 성능을 개선할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 감시 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 음원 위치 추정 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 센싱 지연 시간 추정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 후보 지연 시간 계산 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 음원 위치 추정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6은 다른 실시예에 따른 음원 위치 추정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하의 실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 다수의 표현을 포함한다. 이하의 실시예에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 실시예들은 기능적인 블록 구성들 및 다양한 처리 단계들로 나타내어질 수 있다. 이러한 기능 블록들은 특정 기능들을 실행하는 다양한 개수의 하드웨어 또는/및 소프트웨어 구성들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들은 하나 이상의 마이크로프로세서들의 제어 또는 다른 제어 장치들에 의해서 다양한 기능들을 실행할 수 있는, 메모리, 프로세싱, 로직(logic), 룩업 테이블(look-up table) 등과 같은 직접 회로 구성들을 채용할 수 있다. 본 발명의 실시예의 구성 요소들이 소프트웨어 프로그래밍 또는 소프트웨어 요소들로 실행될 수 있는 것과 유사하게, 본 발명의 실시예는 데이터 구조, 프로세스들, 루틴들 또는 다른 프로그래밍 구성들의 조합으로 구현되는 다양한 알고리즘을 포함하여, C, C++, 자바(Java), 어셈블러(assembler) 등과 같은 프로그래밍 또는 스크립팅 언어로 구현될 수 있다. 기능적인 측면들은 하나 이상의 프로세서들에서 실행되는 알고리즘으로 구현될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들은 전자적인 환경 설정, 신호 처리, 및/또는 데이터 처리 등을 위하여 종래 기술을 채용할 수 있다. 매커니즘, 요소, 수단, 구성과 같은 용어는 넓게 사용될 수 있으며, 기계적이고 물리적인 구성들로서 한정되는 것은 아니다. 상기 용어는 프로세서 등과 연계하여 소프트웨어의 일련의 처리들(routines)의 의미를 포함할 수 있다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예가 상세히 설명된다.
도 1은 일 실시예에 따른 감시 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 감시 시스템은 네트워크 카메라(10), 네트워크(20), 서버(30), 및 클라이언트 단말(40)을 포함한다.
감시 시스템은 네트워크 카메라(10)의 정보가 네트워크(20)를 통해 서버(30)로 전송되면, 관리자가 클라이언트 단말(40)을 이용하여 서버(30)에 전송된 정보를 모니터링할 수 있는 구성을 제공할 수 있다.
네트워크 카메라(10)는 패닝(panning)과 틸팅(tilting)이 가능하며 렌즈의 줌(zoom) 배율이 조절 가능한 PTZ 카메라일 수 있다. 패닝 또는 틸팅됨에 따라 감시 영역을 변경할 수 있다.
네트워크 카메라(10)는 배터리로 구동되는 저전력 카메라일 수 있다. 네트워크 카메라(10)는 평상시 슬립 모드를 유지하고, 주기적으로 깨어나 이벤트가 발생하였는지 여부를 체크한다. 네트워크 카메라(10)는 이벤트가 발생한 경우 액티브 모드로 전환되고, 이벤트가 발생하지 않은 경우 다시 슬립 모드로 복귀한다. 이와 같이, 이벤트가 발생한 경우에만 액티브 모드를 유지함으로써 전력 소모를 줄일 수 있다.
네트워크 카메라(10)는 이벤트를 감지하는 센서를 포함할 수 있다. 센서는 센싱 영역의 변화를 감지한다. 센싱 영역은 네트워크 카메라(10)에 의해 촬영되는 감시 영역 및 네트워크 카메라(10)에 의해 촬영되는 감시 영역 이외의 영역을 포함할 수 있다. 센서는 감시 또는 보안의 목적으로 센싱 영역에서 이벤트가 발생하는지 여부를 실시간으로 감지할 수 있다. 센서는 적외선 센서, 오디오 센서, 모션 센서, 가스 센서, 누수 센서, 온도 센서, 습도 센서, 가속도 센서, 자이로 센서, 촉각 센서, 압력 센서, 진동 센서 등을 포함할 수 있다.
네트워크 카메라(10)는 제1 네트워크 카메라(11) 내지 제M 네트워크 카메라(1M)로 구성될 수 있다. 제1 네트워크 카메라(11) 내지 제M 네트워크 카메라(1M)는 각각 오디오 센서를 포함할 수 있다.
네트워크 카메라(10)는 유무선 LAN(Local Area Network), 와이파이(Wi-Fi), 지그비(ZigBee), 블루투스(Bluetooth), 근거리 통신(Near Field Communication) 등 다양한 통신 방식을 이용하여 게이트웨이(미도시)와 통신할 수 있다. 예를 들어, 네트워크 카메라(10)는 ISM 대역(Industrial Scientific Medical band)의 무선 주파수(Radio Frequency)를 사용하는 저전력 무선 통신 프로토콜에 따라 게이트웨이(미도시)와 통신할 수 있다.
네트워크(20)는 유선 네트워크 또는 무선 네트워크를 포함할 수 있다. 무선 네트워크는 2G(Generation) 또는 3G 셀룰러 통신 시스템, 3GPP(3rd Generation Partnership Project), 4G 통신 시스템, LTE(Long-Term Evolution), WiMAX(World Interoperability for Microwave Access) 등일 수 있다.
서버(30)는 네트워크(20)를 통해, 네트워크 카메라(10) 또는 게이트웨이(미도시)로부터 전송된 정보에 기초하여 클라이언트 단말(40)에 알림을 전송할 수 있고, 클라이언트 단말(40)로부터 전송된 명령을 네트워크 카메라(10) 또는 게이트웨이(미도시)에 전송할 수 있다.
클라이언트 단말(40)은 서버(30)로부터 전송된 정보를 디스플레이할 수 있고, 저장할 수도 있다. 예를 들어, 클라이언트 단말(40)은 서버(30)로부터 전송된 알림을 디스플레이할 수 있다. 클라이언트 단말(40)은 적어도 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다. 클라이언트 단말(40)은 마이크로 프로세서나 범용 컴퓨터 시스템과 같은 다른 하드웨어 장치에 포함된 형태로 구동될 수 있다. 클라이언트 단말(40)은 개인용 컴퓨터 또는 이동 단말일 수 있다.
클라이언트 단말(40)은 네트워크 카메라(10) 또는 서버(30)의 동작을 제어하기 위한 사용자 인터페이스를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 음원 위치 추정 장치(100, 도 2 참조)는 하나의 물리적 장치로 구현될 수도 있고, 복수의 물리적 장치가 유기적으로 결합되어 구현될 수도 있다. 이를 위해 음원 위치 추정 장치(100)에 포함된 구성 중 일부는 어느 하나의 물리적 장치로 구현되거나 설치되고, 나머지 일부는 다른 물리적 장치로 구현되거나 설치될 수도 있다. 이때, 어느 하나의 물리적 장치는 서버(30)의 일부로 구현될 수 있고, 다른 물리적 장치는 클라이언트 단말(40)의 일부로 구현될 수 있다. 또는, 음원 위치 추정 장치(100)는 서버(30) 또는 클라이언트 단말(40)에 내장될 수도 있고, 서버(30) 또는 클라이언트 단말(40)과 별개로 구비된 음원 위치 추정 장치(100)에 적용될 수도 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 음원 위치 추정 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 센싱 지연 시간 추정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 후보 지연 시간 계산 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 음원 위치 추정 장치(100)는 통신 인터페이스(110), 프로세서(130), 디스플레이(150), 및 사용자 인터페이스(170)를 포함한다.
통신 인터페이스(110)는 네트워크 장치와 통신을 수행한다. 통신 인터페이스(130)는 유무선 LAN(Local Area Network), 와이파이(Wi-Fi), 지그비(ZigBee), 블루투스(Bluetooth), 근거리 통신(Near Field Communication) 중 적어도 하나의 통신 기능을 수행할 수 있다.
통신 인터페이스(110)는 복수의 센서들로부터 센싱된 복수의 음향 신호들을 수신한다. 통신 인터페이스(110)는 네트워크 카메라(10)의 오디오 센서로부터 센싱된 음향 신호를 수신할 수 있다.
프로세서(130)는 음원 위치 추정 장치(100)의 전반적인 동작을 제어한다.
프로세서(130)는 복수의 센서들 중에서 소정 영역에 위치한 적어도 세 개의 센서들을 선택하고, 적어도 세 개의 센서들로부터 센싱된 적어도 세 개의 음향 신호들에 기초하여 적어도 세 개의 센서들에 의해 구성되는 센서 쌍들 각각의 센싱 지연 시간을 추정하며, 소정 영역 내에서 복수의 후보 지점들을 선택하고, 복수의 후보 지점들 각각에 대하여, 적어도 세 개의 센서들과의 거리들을 계산하고, 적어도 세 개의 센서들과의 거리들에 기초하여 센서 쌍들 각각의 후보 지연 시간을 계산하며, 복수의 후보 지점들 중에서 센싱 지연 시간 및 후보 지연 시간의 차이가 최소인 지점을 음원의 위치로 추정한다.
이때, 프로세서(130)는 적어도 세 개의 센서들을 지정하는 사용자 입력에 기초하여 적어도 세 개의 센서들을 선택할 수 있다. 프로세서(130)는 사용자 입력에 따라 본 실시예에 따른 동작을 반복함으로써, 보다 정확하게 음원의 위치를 추정할 수 있다.
프로세서(130)는 도 3과 같이, 제1 네트워크 카메라(11) 내지 제M 네트워크 카메라(1M) 중에서 적어도 세 개의 네트워크 카메라(10) 예컨대, 제1 내지 제3 네트워크 카메라(11 내지 13)들을 선택함으로써, 제1 내지 제3 센서(111 내지 131)들을 선택할 수 있다.
제1 내지 제3 센서(111 내지 131)들은 하나의 음원(S)으로부터 발생한 사운드에 기초하여 각각 제1 내지 제3 음향 신호들을 센싱한다. 제1 내지 제3 음향 신호들은 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112017004957074-pat00001
여기서,
Figure 112017004957074-pat00002
은 제1 음향 신호,
Figure 112017004957074-pat00003
는 제2 음향 신호,
Figure 112017004957074-pat00004
은 제3 음향 신호, n은 샘플 수, a는 감쇄 계수, s는 음원 신호, τ는 전파 지연 시간, v는 잡음이다.
이때, 제1 센서(111) 및 제2 센서(121)는 제1 센서 쌍을 구성하고, 제2 센서(121) 및 제3 센서(131)는 제2 센서 쌍을 구성할 수 있다.
프로세서(130)는 제1 내지 제3 음향 신호들에 기초하여 제1 및 제2 센서 쌍들 각각의 신호간 상호 상관 관계를 계산하고, 제1 및 제2 센서 쌍들 각각의 신호간 상호 상관 관계에 기초하여 제1 및 제2 센서 쌍들 각각의 센싱 지연 시간을 추정할 수 있다.
즉, 프로세서(130)는 제1 음향 신호와 제2 음향 신호의 제1 상호 상관 관계 및 제2 음향 신호와 제3 음향 신호의 제2 상호 상관 관계를 계산하고, 제1 상호 상관 관계가 최대가 되게 하는 제1 센싱 지연 시간을 제1 센서 쌍의 센싱 지연 시간으로 추정하고, 제2 상호 상관 관계가 최대가 되게 하는 제2 센싱 지연 시간을 제2 센서 쌍의 센싱 지연 시간으로 추정할 수 있다. 제1 상호 상관 관계 및 제2 상호 상관 관계는 수학식 2와 같이 산출될 수 있고, 제1 센싱 지연 시간 및 제2 센싱 지연 시간은 수학식 3과 같이 산출될 수 있다.
Figure 112017004957074-pat00005
여기서,
Figure 112017004957074-pat00006
는 제1 음향 신호와 제2 음향 신호의 제1 상호 상관 관계이고,
Figure 112017004957074-pat00007
는 제2 음향 신호와 제3 음향 신호의 제2 상호 상관 관계이다.
Figure 112017004957074-pat00008
여기서,
Figure 112017004957074-pat00009
는 제1 상호 상관 관계가 최대가 되게 하는 제1 센싱 지연 시간이고,
Figure 112017004957074-pat00010
는 제2 상호 상관 관계가 최대가 되게 하는 제2 센싱 지연 시간이다. 즉,
Figure 112017004957074-pat00011
는 제1 센서 쌍의 센싱 지연 시간으로 추정되고,
Figure 112017004957074-pat00012
는 제2 센서 쌍의 센싱 지연 시간으로 추정될 수 있다.
한편, 프로세서(130)는 적어도 세 개의 센서들을 각각 세 개의 꼭지점으로 하는 다각 영역 내에서 복수의 후보 지점들을 선택할 수 있다. 이때, 프로세서(130)는 복수의 후보 지점들의 개수를 선택하거나 복수의 후보 지점들을 지정하는 사용자 입력에 기초하여 복수의 후보 지점들을 선택할 수 있다. 프로세서(130)는 사용자 입력에 따라 본 실시예에 따른 동작을 반복함으로써, 보다 정확하게 음원의 위치를 추정할 수 있다.
예를 들어, 프로세서(130)는 도 4와 같이, 제1 내지 제3 센서(111 내지 131)를 각각 세 개의 꼭지점으로 하는 사각 영역 내에서 격자의 교차점을 복수의 후보 지점들을 선택할 수 있다. 복수의 후보 지점들은 서로 소정 간격을 가질 수 있다.
따라서, 음원 위치 추정 장치(100)는 네트워크 카메라(10)에 의해 촬영될 수 없는 사각 지대의 이벤트를 보다 정확하게 감지할 수 있다.
또한, 센서를 통해 음향 신호를 감시하고, 후보 지점들을 선정하여 센서와의 거리로부터 음원의 위치를 추정하기 때문에 환경 변화와 무관하게 이벤트를 감지할 수 있으므로, 네트워크 카메라(10)의 감시 성능을 보다 개선시킬 수 있다.
도시하지 않았으나, 프로세서(130)는 적어도 세 개의 센서들을 각각 세 개의 꼭지점으로 하는 다각 영역 외부에서 복수의 후보 지점들을 선택할 수도 있다.
한편, 프로세서(130)는 복수의 후보 지점들 각각에 대하여, 후보 지점과 제1 센서(111)와의 제1 거리, 후보 지점과 제2 센서(121)와의 제2 거리, 후보 지점과 제3 센서(131)와의 제3 거리를 계산하고, 제1 내지 제3 거리들에 기초하여 제1 및 제2 센서 쌍들의 제1 및 제2 후보 지연 시간을 계산할 수 있다. 제i 후보 지점과 제j 센서와의 거리는 수학식 4와 같이 계산될 수 있다.
Figure 112017004957074-pat00013
여기서,
Figure 112017004957074-pat00014
는 제i 후보 지점과 제j 센서와의 거리이고,
Figure 112017004957074-pat00015
및
Figure 112017004957074-pat00016
는 각각 제i 후보 지점의 x 좌표 값 및 y 좌표 값이고,
Figure 112017004957074-pat00017
및
Figure 112017004957074-pat00018
는 각각 제j 센서의 x 좌표 값 및 y 좌표 값이다.
즉, 프로세서(130)는 제1 거리 및 제2 거리의 차이로부터 제1 센서 쌍의 제1 거리 차이를 계산하고, 제2 거리 및 제3 거리의 차이로부터 제2 센서 쌍의 제2 거리 차이를 계산하고, 제1 거리 차이를 음속으로 나누어 제1 후보 지연 시간을 계산하고, 제2 거리 차이를 음속으로 나누어 제2 후보 지연 시간을 계산할 수 있다. 제1 및 제2 센서 쌍의 제1 및 제2 거리 차이는 수학식 5와 같이 계산될 수 있고, 제1 및 제2 후보 지연 시간은 수학식 6과 같이 계산될 수 있다.
Figure 112017004957074-pat00019
여기서,
Figure 112017004957074-pat00020
는 제1 센서 쌍의 제1 거리 차이이고,
Figure 112017004957074-pat00021
는 제2 센서 쌍의 제1 거리 차이이다.
Figure 112017004957074-pat00022
여기서,
Figure 112017004957074-pat00023
는 제1 후보 지연 시간이고,
Figure 112017004957074-pat00024
는 제2 후보 지연 시간이고,
Figure 112017004957074-pat00025
는 샘플링 주파수이고, c는 음속이다.
한편, 프로세서(130)는 복수의 후보 지점들 중에서 센서 쌍들의 센싱 지연 시간 및 후보 지연 시간의 차이의 제곱의 합이 최소인 지점을 음원(S)의 위치로 추정할 수 있다.
즉, 프로세서(130)는 복수의 후보 지점들 중에서 제1 센싱 지연 시간 및 제1 후보 지연 시간의 차이의 제곱과 제2 센싱 지연 시간 및 제2 후보 지연 시간의 차이의 제곱의 합이 최소인 지점을 음원(S)의 위치로 추정할 수 있다. 제1 센싱 지연 시간 및 제1 후보 지연 시간의 차이의 제곱과 제2 센싱 지연 시간 및 제2 후보 지연 시간의 차이의 제곱의 합을 추정 거리라고 정의할 때, 추정 거리는 수학식 7과 같이 계산될 수 있다.
Figure 112017004957074-pat00026
여기서,
Figure 112017004957074-pat00027
및
Figure 112017004957074-pat00028
는 수학식 3을 통해,
Figure 112017004957074-pat00029
및
Figure 112017004957074-pat00030
는 수학식 6을 통해 획득될 수 있다.
즉, 프로세서(130)는 복수의 후보 지점들 각각에 대하여 추정 거리를 계산하고, 복수의 후보 지점들 가운데 추정 거리가 가장 짧은 후보 지점을 음원(S)의 위치로 결정할 수 있다.
디스플레이(150)는 적어도 세 개의 센서들, 복수의 후보 지점들, 및 추정된 음원의 위치 중 적어도 하나를 화면에 출력한다.
사용자 인터페이스(170)는 사용자 입력을 수신한다.
사용자 인터페이스(170)는 적어도 세 개의 센서들을 지정하는 사용자 입력, 복수의 후보 지점들의 개수를 선택하거나 상기 복수의 후보 지점들을 지정하는 사용자 입력 등을 수신할 수 있다.
프로세서(130)는 디스플레이(150)를 통해 적어도 세 개의 센서들, 복수의 후보 지점들, 및 추정된 음원의 위치 중 적어도 하나가 출력되고, 사용자 인터페이스(170)를 통해 적어도 세 개의 센서들을 지정하는 사용자 입력 및 복수의 후보 지점들의 개수를 선택하거나 상기 복수의 후보 지점들을 지정하는 사용자 입력 중 적어도 하나가 수신되면, 적어도 세 개의 센서 및 복수의 후보 지점들 중 적어도 하나를 변경한 후, 본 실시예에 따른 동작을 다시 수행할 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 음원 위치 추정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6은 다른 실시예에 따른 음원 위치 추정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 사용자 인터페이스(170)는 사용자 입력을 수신한다(S110). 사용자 입력은, 적어도 세 개의 센서들을 지정하는 사용자 입력 및 복수의 후보 지점들의 개수를 선택하거나 상기 복수의 후보 지점들을 지정하는 사용자 입력 중 적어도 하나일 수 있다. 사용자 인터페이스(170)는 소정 영역을 지정하는 사용자 입력을 수신할 수도 있다.
프로세서(130)는 복수의 센서들 중에서 소정 영역에 위치한 적어도 세 개의 센서들을 선택한다(S120).
프로세서(130)는 네트워크 카메라(10)에 구비된 센서들 중 적어도 하나의 센서에 의해 감지된 이벤트에 대응하여 소정 영역에 위치한 적어도 세 개의 센서들을 선택할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(130)는 네트워크 카메라(10)에 구비된 적외선 센서, 오디오 센서, 모션 센서, 가스 센서, 누수 센서, 온도 센서, 습도 센서, 가속도 센서, 자이로 센서, 촉각 센서, 압력 센서, 또는 진동 센서에 의해 변화가 감지된 영역에 위치한 세 개의 센서들을 선택할 수 있다.
프로세서(130)는 소정 영역을 지정하는 사용자 입력에 대응하여 해당 영역에 위치한 적어도 세 개의 센서들을 선택할 수 있다. 프로세서(130)는 적어도 세 개의 센서들을 지정하는 사용자 입력에 대응하여 적어도 세 개의 센서들을 선택할 수 있다.
이어서, 프로세서(130)는 적어도 세 개의 센서들로부터 센싱된 적어도 세 개의 음향 신호들에 기초하여 적어도 세 개의 센서들에 의해 구성되는 센서 쌍들 각각의 센싱 지연 시간을 추정한다(S130).
이때, 센서 쌍들은 제1 센서(111) 및 제2 센서(121)로 구성되는 제1 센서 쌍 및 제2 센서(121) 및 제3 센서(131)로 구성되는 제2 센서 쌍을 포함하고, 적어도 세 개의 음향 신호들은 제1 센서(111)로부터 센싱된 제1 음향 신호, 제2 센서(121)로부터 센싱된 제2 음향 신호, 제3 센서(131)로부터 센싱된 제3 음향 신호를 포함할 수 있다.
상세하게는, 프로세서(130)는 제1 음향 신호와 제2 음향 신호의 제1 상호 상관 관계 및 제2 음향 신호와 제3 음향 신호의 제2 상호 상관 관계를 계산하고(S131), 제1 상호 상관 관계가 최대가 되게 하는 지연 시간을 제1 센싱 지연 시간으로 추정하고, 제2 상호 상관 관계가 최대가 되게 하는 지연 시간을 제2 센싱 지연 시간으로 추정한다(S133).
이때, 프로세서(130)는 수학식 2를 이용하여 제1 상호 상관 관계 및 제2 상호 상관 관계를 계산하고, 수학식 3을 이용하여 제1 센싱 지연 시간 및 제2 센싱 지연 시간을 추정할 수 있으며, 이에 한정하지 않는다.
이어서, 프로세서(130)는 소정 영역 내에서 복수의 후보 지점들을 선택한다(S140). 프로세서(130)는 소정 알고리즘을 이용하여 소정 영역 내에서 복수의 후보 지점들을 결정할 수 있다. 프로세서(130)는 복수의 후보 지점들의 개수를 선택하거나 복수의 후보 지점들을 지정하는 사용자 입력에 대응하여 복수의 후보 지점들을 선택할 수 있다.
한편, 프로세서(130)는 적어도 세 개의 센서들을 각각 세 개의 꼭지점으로 하는 다각 영역 내에서 복수의 후보 지점들을 선택할 수 있다. 이때, 프로세서(130)는 서로 소정 간격을 가지는 복수의 후보 지점들을 선택할 수 있다.
이어서, 프로세서(130)는 복수의 후보 지점들 각각에 대하여, 적어도 세 개의 센서들과의 거리들을 계산하고, 적어도 세 개의 센서들과의 거리들에 기초하여 센서 쌍들 각각의 후보 지연 시간을 계산한다(S150).
이때, 적어도 세 개의 센서들과의 거리는, 후보 지점과 제1 센서(111)와의 제1 거리, 후보 지점과 제2 센서(121)와의 제2 거리, 후보 지점과 제3 센서(131)와의 제3 거리를 포함할 수 있다. 프로세서(130)는 수학식 4를 이용하여 제1 거리, 제2 거리, 및 제3 거리를 계산할 수 있으며, 이에 한정하지 않는다.
상세하게는, 프로세서(130)는 제1 거리 및 제2 거리의 차이로부터 제1 센서 쌍의 제1 거리 차이를 계산하고, 제2 거리 및 제3 거리의 차이로부터 제2 센서 쌍의 제2 거리 차이를 계산하며, 제1 및 제2 거리 차이로부터 제1 및 제2 후보 지연 시간을 계산한다(S151). 프로세서(130)는 제1 거리 차이를 음속으로 나누어 제1 후보 지연 시간을 계산하고, 제2 거리 차이를 음속으로 나누어 제2 후보 지연 시간을 계산할 수 있다.
이때, 프로세서(130)는 수학식 5를 이용하여 제1 거리 차이 및 제2 거리 차이를 계산하고, 수학식 6을 이용하여 제1 후보 지연 시간 및 제2 후보 지연 시간을 계산할 수 있으며, 이에 한정하지 않는다.
이어서, 프로세서(130)는 복수의 후보 지점들 중에서 센싱 지연 시간 및 후보 지연 시간의 차이가 최소인 지점을 음원의 위치로 추정한다(S160). 이때, 프로세서(130)는 복수의 후보 지점들 중에서 센서 쌍들의 센싱 지연 시간 및 후보 지연 시간의 차이의 제곱의 합이 최소인 지점을 음원의 위치로 추정할 수 있다.
상세하게는, 프로세서(130)는 복수의 후보 지점들 중에서 제1 센싱 지연 시간 및 제1 후보 지연 시간의 차이의 제곱과 제2 센싱 지연 시간 및 제2 후보 지연 시간의 차이의 제곱의 합이 최소인 지점을 음원의 위치로 추정한다(S161). 즉, 프로세서(130)는 복수의 후보 지점들 가운데 추정 거리가 가장 짧은 후보 지점을 음원의 위치로 결정할 수 있다.
도시하지 않았으나, 프로세서(130)는 디스플레이(150)를 통해 적어도 세 개의 센서들, 복수의 후보 지점들, 및 추정된 음원의 위치 중 적어도 하나를 화면에 출력할 수 있다.
이처럼, 본 실시예들에 따르면, 관리자에게 화면을 통해 음원 추정 과정을 보여줄 수 있고, 관리자 선택에 따라 음원 추정 과정을 변경할 수 있으므로, 관리자 편의를 제공하면서 음원의 위치를 보다 정확하게 추정할 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명을 구현할 수 있음을 이해할 것이다.
그러므로 상기 개시된 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 특허청구범위에 의해 청구된 발명 및 청구된 발명과 균등한 발명들은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 한다.
10: 네트워크 카메라
11: 제1 네트워크 카메라
12: 제2 네트워크 카메라
1M: 제M 네트워크 카메라
20: 네트워크
30: 서버
40: 클라이언트 단말

Claims (20)

  1. 복수의 센서들로부터 센싱된 복수의 음향 신호들을 수신하는 통신 인터페이스; 및
    상기 복수의 센서들 중에서 소정 영역에 위치한 적어도 세 개의 센서들을 선택하고, 상기 적어도 세 개의 센서들로부터 센싱된 적어도 세 개의 음향 신호들에 기초하여 상기 적어도 세 개의 센서들에 의해 구성되는 센서 쌍들 각각의 센싱 지연 시간을 추정하며, 상기 소정 영역 내에서 복수의 후보 지점들을 선택하고, 상기 복수의 후보 지점들 각각에 대하여, 상기 적어도 세 개의 센서들과의 거리들을 계산하고, 상기 적어도 세 개의 센서들과의 거리들에 기초하여 상기 센서 쌍들 각각의 후보 지연 시간을 계산하며, 상기 복수의 후보 지점들 중에서 상기 센싱 지연 시간 및 상기 후보 지연 시간의 차이가 최소인 지점을 음원의 위치로 추정하는 프로세서;를 포함하는, 음원 위치 추정 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 적어도 세 개의 센서들을 각각 세 개의 꼭지점으로 하는 다각 영역 내에서 상기 복수의 후보 지점들을 선택하는, 음원 위치 추정 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 후보 지점들은 서로 소정 간격을 가지는, 음원 위치 추정 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 복수의 후보 지점들 중에서 상기 센서 쌍들의 상기 센싱 지연 시간 및 상기 후보 지연 시간의 차이의 제곱의 합이 최소인 지점을 상기 음원의 위치로 추정하는, 음원 위치 추정 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 센서 쌍들은 제1 센서 및 제2 센서로 구성되는 제1 센서 쌍 및 상기 제2 센서 및 제3 센서로 구성되는 제2 센서 쌍을 포함하고,
    상기 적어도 세 개의 음향 신호들은 상기 제1 센서로부터 센싱된 제1 음향 신호, 상기 제2 센서로부터 센싱된 제2 음향 신호, 상기 제3 센서로부터 센싱된 제3 음향 신호를 포함하고,
    상기 프로세서는 상기 제1 음향 신호와 상기 제2 음향 신호의 제1 상호 상관 관계 및 상기 제2 음향 신호와 상기 제3 음향 신호의 제2 상호 상관 관계를 계산하고, 상기 제1 상호 상관 관계가 최대가 되게 하는 제1 센싱 지연 시간을 상기 제1 센서 쌍의 상기 센싱 지연 시간으로 추정하고, 상기 제2 상호 상관 관계가 최대가 되게 하는 제2 센싱 지연 시간을 상기 제2 센서 쌍의 상기 센싱 지연 시간으로 추정하는, 음원 위치 추정 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 프로세서에 의해, 복수의 센서들 중에서 소정 영역에 위치한 적어도 세 개의 센서들을 선택하는 단계;
    상기 프로세서에 의해, 상기 적어도 세 개의 센서들로부터 센싱된 적어도 세 개의 음향 신호들에 기초하여 상기 적어도 세 개의 센서들에 의해 구성되는 센서 쌍들 각각의 센싱 지연 시간을 추정하는 단계;
    상기 프로세서에 의해, 상기 소정 영역 내에서 복수의 후보 지점들을 선택하는 단계;
    상기 프로세서에 의해, 상기 복수의 후보 지점들 각각에 대하여, 상기 적어도 세 개의 센서들과의 거리들을 계산하고, 상기 적어도 세 개의 센서들과의 거리들에 기초하여 상기 센서 쌍들 각각의 후보 지연 시간을 계산하는 단계; 및
    상기 프로세서에 의해, 상기 복수의 후보 지점들 중에서 상기 센싱 지연 시간 및 상기 후보 지연 시간의 차이가 최소인 지점을 음원의 위치로 추정하는 단계;를 포함하는, 음원 위치 추정 방법.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
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  17. 삭제
  18. 삭제
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