KR20010001673A

KR20010001673A - 인체 감지 장치

Info

Publication number: KR20010001673A
Application number: KR1019990021045A
Authority: KR
Inventors: 이방현
Original assignee: 이방현
Priority date: 1999-06-02
Filing date: 1999-06-02
Publication date: 2001-01-05

Abstract

(1)발명이 속하는 기술분야

본 발명은 조명등의 자동 점등, 소등, 경비 시스템 등에 사용되는 인체 감지장치에 관한 것으로, 일정한 감시구역내에 움직이는 물체가 침입하였을 경우 사람인지 동물인지를 구별하여 사람이라고 판단되었을 때는 그 대상이 사라질 때까지 감지된 신호를 지속적으로 유지시키고 사라지면 그 신호를 끝내도록 하는 장치에 관한 것이다.

(2)발명의 목적

본 발명은 사람과 동물의 구별이 매우 명확하게 이루어져 신뢰도를 크게 향상시킬 수 있는 인체 감지 장치를 안출 함으로써, 조명등의 경우 전력의 낭비를 최소화하고 경비 시스템의 경우 잘못 출동함에 따른 불필요한 인력이나 차량운행을 방지토록 하며, 아울러 매우 먼 거리에서도 감지가 가능토록 하려는 것이다.

(3)발명의 구성

감시 할 구역을 향하도록 집광렌즈(1)를 설치하고 집광된 열 적외선의 파장을 걸러주는 필터(2)를 구성하며, 필터(2)를 통한 적외선 에너지를 받아 신호를 발생하는 적외선 에너지 센서(3)를 연이어 구성하였으며, 상기 검출신호의 고주파 잡음을 제거하는 LPF(4,Low pass Filter)를 연결하고 신호를 증폭하는 증폭기(5)를 설치하였다.

증폭기(5)를 통한 신호는 아날로그 신호를 디지털화 하는 변환기(7)를 거치도록 한 후 마이콤(8)으로 연결시키되.마이콤(8)은 샘플링 시간을 설정하고 열 에너지 분포 량의 변화량에 의한 Threshold설정을 하도록 하였으며, TTL pulse가 정해진 계수를 초과하면 출력신호를 발생토록 하였다.

그리고 증폭기(5)를 통해 입력되는 아날로그 신호 값이 마이콤(8)에 의해 설정된 값을 초과하면 positive pulse를 발생하는 미분기(9)를 설치하고 미분기(9)에 의한 positive pulse를 TTL Level pulse로 변환하는 TTL pulse 변환회로(10)로 구성하였다.

(4)발명의 효과

본 발명은 감시구역내의 넓고도 먼 거리범위 내에서 움직이는 물체를 감지하여 사람과 동물을 명확하게 구분 지을 수 있고 그에 따라 오보에 의한 전력이나 인력 의 낭비 등 많은 문제점들을 미연에 예방 할 수 있게 되는 효과가 있다.

Description

인체 감지 장치{A human body sensing device}

본 발명은 조명등의 자동 점등, 소등, 경비시스템, 산업재해 방지시스템 및 군사용 감지장비 등에 사용되는 인체 감지 장치에 관한 것으로, 일정한 감시구역내에 움직이는 물체가 침입하였을 경우 사람인지 동물인지를 구별하여 사람이라고 판단되었을 때는 그 대상이 사라질 때까지 타이머(Timer)없이 감지된 신호를 지속적으로 유지시키고 사라지면 그 신호를 끝내도록 하는 장치에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이 인체를 감지하는 장치는 몇 가지가 개발되어 현재에도 사용되어 오고 있는데, 그 예를 살펴보면, 국내의 경우 적외선의 에너지 변화에 의한 인체감지를 하거나 어두운 실내에서 인체를 감지하여 조명등을 점·소등 하며, 또는 타이머 주기마다 인체를 감지하여 조명등을 점·소등하는 방법을 주로 사용하고 있다.

이러한 국내의 감지장치는 사람인지 동물인지의 판별 정확도가 부족하여 잘못된 감지 신호에 의한 오작동이 많고 그에 따라 조명등에 적용 될 경우 전기가 크게 낭비되는 결과를 초래하는 것이다.

일본의 경우에도 인체감지 장치가 개발되어 시판되고 있는데, 그 방식을 간략히 살펴보면, 적외선과 배경 차이에 의해 사람의 존재를 감지하는 방법, 적외선 입사 방향의 변화에 따른 인체와 소동물을 감지하는 방법 및 2개의 적외선 수광 센서를 이용하여 사람과 동물을 구별하는 감지기술 등이 있다.

이러한 일본의 기술에는 화상을 이용하여야 하므로 생산 단가가 높은 단점이 있는 것이다.

상기 문제점을 감안한 본 발명은 사람과 동물의 구별이 매우 명확하게 이루어져 신뢰도를 크게 향상시킬 수 있는 인체 감지 장치를 안출함으로써, 조명등의 경우 전력의 낭비를 최소화하고 경비시스템의 경우 잘못 출동함에 따른 불필요한 인력이나 차량운행을 방지토록 하며, 아울러 매우 먼 거리에서도 감지가 가능토록 하려는 것이다.

도1은 본 발명의 회로도

도2는 본 발명에 의한 인체 감지 신호 및 출력신호를 나타낸 도표

**도면중 주요 부분에 대한 부호의 설명**

1:집광렌즈 2:적외선 파장 필터

3:적외선 에너지 센서 4:LPF(Low Pass Filter)

5:증폭기 6:샘플홀드

7:변환기 8:마이콤

9:미분기 10:TLL 펄스 변환회로

본 발명의 구성을 살펴보면, 먼저 감시하여야 할 구역을 향하도록 집광렌즈(1)를 설치하고 집광렌즈(1)에 의해 집광된 열 적외선의 파장을 걸러주는 필터(2)를 구성하며, 필터(2)를 통한 적외선 에너지를 받아 신호를 발생하는 적외선 에너지 센서(3)를 연이어 구성하였다.

계속하여 상기 검출신호의 고주파 잡음을 제거하는 LPF(4,Low pass Filter)를 연결하고 신호를 증폭하는 중폭기(5)를 설치하였다.

증폭기(5)를 통한 신호는 아날로그 신호를 디지털화 하는 변환기(7)를 거치도록 한후 마이콤(8)으로 연결시키되.마이콤(8)은 증폭기(5)를 통과한 신호가 Sampling/Hold하도록 샘플링 시간을 설정하고 주변온도에 따라 달라지는 열 에너지 분포 량의 변화량에 의한 Threshold설정을 하도록 하였으며, TTL pulse가 정해진 계수를 초과하면 출력신호를 발생토록 하였다.

그리고 증폭기(5)를 통해 입력되는 아날로그 신호 값이 마이콤(8)에 의해 설정된 값을 초과하면 positive pulse를 발생하는 미분기(9)를 설치하고 미분기(9)에 의한 positive pulse를 TTL Level pulse로 변환하는 TTL pulse 변환회로(10)로 구성하여 구성하였다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 좀더 자세한 구성과 작용을 살펴보면, 도1에서 볼 수 있는 바와 같이 움직이는 물체가 감시공간 내부로 들어오면 물체가 발산하는 열 적외선을 집광렌즈(1)를 통해 집광한후 적외선 파장 필터(2)를 거쳐 적외선 에너지 센서(3)에 검출된다.

적외선 에너지 센서(3)에서 검출되는 신호는 LPF(4, Low pass Filter)에 의하여 고주파 잡음이 제거된 다음 증폭기(5)에 의하여 증폭되고 그후 마이콤(8)에서 설정한 샘플링(Sampling) 시간으로 샘플 홀드 (6, Sample/Hold) 한 다음, 변환기(7, A/D Converter)에 의해 디지털 데이타(Digital Data)로 변환된다.

이것이 도2에서의 배경 열 분포 계수 Q₀가 되는 것으로, 이러한 Q₀는 배경 열 분포에 타 물체의 침입이 없는 한 도2에서 보듯이 일정범위에서 유지되나 사람이 감시지역에 침입하면 인체 열에너지가 배경 열에너지에 추가되어 진다.

이와 같은 열에너지 분포 량의 변화량은 주변온도에 따라 많이 달라지므로 따라서 Threshold 설정도 주변온도에 따라 적당히 설정되어야 하며 이와 같은 조정은 마이콤(8)이 처리하도록 한다.

도2에서 소문자 q₀는 아날로그 신호이며 변환기(7)에 의하여 변환된 디지털 데이타는 Q₀,즉 대문자로 표시되어진다.

적외선 에너지 센서(2)의 신호(아날로그)q가 경계지역 내에 인체의 침입으로 도2에서와 같이 상승한다.

q의 상승이 q_th의 값을 추월 증가하기 시작하면 시간 미분기(9)가 작동하기 시작한다.

q가 시간에 따라 증가하면 시간 미분기(9)에서 Positive Pulse가 생기며 이 펄스는 TTL 펄스 변환회로(10)에 의하여 TTL Level펄스로 변환되어 마이콤(8)에 입력된다.

마이콤(8)은 이 펄스로 설정된 계수만큼 카운트하여 이 계수 이상 카운트 되면 오보가 아닌 인체의 출현으로 간주된다.

동시에 마이콤(8)이 설정한 샘플링 타임마다 새로운 열 분포 계수 Qi가 계산되며 이 Qi는 이전의 열분포계수 Qi_-1과 비교하여 증감을 계산한다.

ΔQ=(Qi - Qi_-1)SR이 성립되면 Q의 변화가 없는 것으로 간주된다. 여기서 R은 오차의 Margin이다.

감시지역 내에 인체의 출현으로 인하여 q(t)가 상승, Threshold Level qth를 초과 계속 상승 열 분포 계수가 새로운 배경 열 Q_A가 도1의 증폭기(5), 샘플 홀드(6), 변환기(7)의 신호통로로 마이콤 계산 설정된다.

이 과정에서 마이콤(8)은 미분기(9)로 부터 발생되어 마이콤(8)으로 입력된 TTL pulse의 정해진 계산을 통과하였으므로 오보가 아니고 인체의 출현으로 간주되어 이 시간부터 도2의 (C)에서와 같은 출력신호를 내준다.

사람이 감시 지역에서 빠져나가면 새로운 Q값이 감소하기 시작하고 q신호가 qth, Threshold Level로 계속 감소하면 미분기(9)에서 Negative pulse가 발생하며 이 Negative pulse는 다시 TTL pulse로 변환되어 마이콤(8)에 입력되며, 마이콤(8)은 정해진 수만큼 계수 하여 인체가 감시지역에서 벗어나게 됨을 인식하며 이때 도2(C)의 출력신호를 정지시켜준다.

이 방법은 타이머를 사용하지 않고 열 분포 계수의 계속적인 연산과 미분기(9)에서 유도한 TTL pulse를 계수 인체의 입출 시점을 검출하여 자동 ON, OFF 하는 것이다.

본 발명에서 중요한 핵심 기술이라 할 수 있는 인체와 동물을 판별 할 수 있는 판단 논리 정수를 도출하기 위한 예로써, 다음과 같은 Parameter를가정 할 수 있다.

그림1.

상기 그림1에서 Vpp는 peak-to peak Sensing Voltage로서 감지 생물체의 체온 및 Volume(체적)에 비례한다. 즉 인체의 체적은 대체적으로 동물의 체적보다 크므로 정지상태의 인체로부터 방사되는 열적외선 에너지는 동물로부터 방사되는 열적외선 에너지 보다 크므로 인체의 감지로 검출된 Vpp는 동물의 감지로부터 검출된 V'pp보다 크다.

아래 그림2에서 V'pp는 동물을 감지했을 때 peak-to-peak Sensing Voltage(감지 전압)이며, 차단전압 V_T(Threshold Voltage)를 V'pp보다 높게 잡아주면 동물에 의한 오보를 제거 할 수 있다.

그림 2.

움직이는 인체 또는 동물로부터 방사되는 열 적외선 에너지 감지신호는 그 움직이는 생물체의 속도에 따라 그림1에서 표시한 α값이 변한다. α는 열 감지 신호의 증가율을 나타내며 dv/dt를 표시한다.

즉 빨리 움직이는 생물체로부터 감지된 열 감지 신호는 빠른 신호 증가율을 표시하게 될 것이다.

그림 3.

상기 그림3에서 α는 빨리 움직이는 생물체의 신호 기울기이며 α'는 느리게 움직이는 생물체의 신호 기울기이다.

또한 차단 전압에 의하여 도출된 Time, Tt의 값에 의하여 속도를 차별 할 수 있다.

즉 그림3에서 Tt는 빨리 움직이는 생물체로부터 V_T에 의하여 계산된 시간이며 T't는 느리게 움직이는 물체의 열 적외선 에너지 감지신호가 미리 설정된 차단 전압 V_T에 의하여 계산된 시간이다. Tt는 T't보다 작으므로 움직이는 물체의 속도를 구분 할 수 있다.

이와 같이 감지구역에 침입한 생물체의 사람과 동물 구별은 검출된 열 적외선 에너지 신호의 파형을 분석하여 상기한 Vpp, α, Tt의 값 등에 의해서 구별 할수 있다.

즉 일반적으로 동물의 움직임은 사람보다 빠르다고 가정 할 수 있으며 열 적외선 감지 신호는 인체의 것보다 작다고 가정 할 수 있다.

낙엽 등, 기타 주변 잡물의 자연이동에 의한 오보는 상기한 동물에 의한 오보방지에 의해 모두 처리된다.

이상 설명한 바와 같은 본 발명은 감시구역내의 넓고도 먼 거리범위 내에서 움직이는 물체를 감지하여 사람과 동물을 명확하게 구분 지을 수 있고 그에 따라 오보에 의한 전력이나 인력 의 낭비 등 많은 문제점들을 미연에 예방 할 수 있게 되는 효과가 있으며, 보안장치나 자동점등장치, 산업 자동화 등 광범위한 분야에서 유용하게 사용 될 수 있는 뛰어난 발명이라 할 것이다.

Claims

움직이는 물체의 열 적외선을 감지하여 사람과 동물을 구분하기 위해 집광장치를 통해 감지되는 열 적외선을 검출기를 통해 검출하여 신호를 발생하는 감지장치에 있어서,

사람이나 동물의 열 적외선을 집광하는 집광렌즈(1)와,

집광된 열 적외선의 파장을 걸러주는 필터(2)와,

적외선 에너지에 의해 신호를 발생하는 센서(3)와,

검출신호의 고주파 잡음을 제거하는 LPF(4,Low pass Filter)와,

신호를 증폭하는 증폭기(5)와,

증폭기(5)를 통한 신호를 Sampling/Hold하도록 샘플링 시간을 설정하고 주변온도에 따라 달라지는 열 에너지 분포 량의 변화량에 의한 Threshol설정을 하도록 하며 TTL pulse가 정해진 계수를 초과하면 출력신호를 발생토록 하는 마이콤(8)과,

아날로그 신호를 디지털화 하는 변환기(7)와,

입력되는 아날로그 신호 값이 설정된 값을 초과하면 positive pulse를 발생하는 미분기(9)와,

미분기(9)에 의한 positive pulse를 TLL Level pulse로 변환하는 TTL pulse변환기(10)로 구성하여,

감시구역 내에 침입한 움직이는 물체의 열 적외선을 감지하여 사람과 동물을 판별하고 사람일 때만 출력 신호를 발생토록 함을 특징으로 하는 인체 감지 장치.(독립항)
제1항에 있어서,

사람과 동물을 구분하기 위한 기준으로 감지 생물체의 체온 및 Volume(체적)에 비례하는 Vpp(Peak-to-Peak Sensing Voltage)를 구하되 인체로 부터 방사되는 열적외선 에너지를 Vpp로, 인체보다 작은 동물의 열적외선 에너지를 V'pp로 가정한 후 차단전압 V_T를 V'pp보다 높게 설정하여 오보를 방지하며, 빨리 움직이는 동물의 신호 증가율(α)이 인체의 신호 증가율(α) 보다 높은 원리와 움직이는 물체의 속도를 구분하여 이러한 판단논리를 마이콤(8)에 입력함을 특징으로 하는 인체 감지 장치.(종속항)