KR20010087811A - 원격 검침 장치용 광센싱 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 원격 검침 장치용 광센싱 시스템에 관한 것으로서, 기존의 수동 검침 장치와 계량기의 숫자판을 이미지센서를 이용하여 인식하는 장치와 계량기의 숫자판과 이미지센서의 사이에 하나 이상의 투명 또는 반투명 반사판이 설치함으로써, 반사판을 사용하여 계량기의 계기판과 이미지센서(CMOS 카메라)와의 거리를 크게 함으로써 이미지센서에 부착된 렌즈의 초점거리를 상대적으로 길게 할 수 있으므로 제작이 용이하고 이미지의 특성을 선명하게 할 수 있고, 기존의 계량기의 작은 공간을 충분하게 활용할 수 있으며, 투명 또는 반투명 반사판(half-mirror)을 사용하여 계기판에서 나온 광을 반사시켜 이미지센서에 집광시킴으로써, 외부에서 계기판을 판독하는데 지장이 없으므로 수동 검침을 해온 기존의 계량기를 그대로 사용하여 원격 검침을 병행할 수 있다.

Description

원격 검침 장치용 광센싱 시스템 {LIGHT SENSING SYSTEMS FOR AUTOMATIC METER READING SYSTEM}
본 발명은 원격 검침 장치용 광센싱 시스템에 관한 것으로서, 화상 인식 광센서를 이용한 원격 검침 장치를 소형화하여 기존의 전력 또는 가스 계량기에 부착하여 사용 가능토록 하며, 원격 검침 장치의 부착으로 인하여 계량기의 계기판을 시각적으로 직접 판독하는데 지장이 없도록 화상 인식 부분을 설계하여 원격 검침과 수동 검침을 병행할 수 있도록 한다.
본 발명은 전력계량기, 가스계량기, 수도계량기 등의 계기판을 원격으로 검침해주는 화상인식 광센서를 이용하는 원격 검침 장치(Automatic Meter Reading System)의 광학적인 구성 방안에 관한 기술이다. 정해진 심볼이나 이미지를 카메라나 이미지센서를 이용하여 광학적으로 센싱하여 디지털화된 데이터로 변환시키는 기술은 미국 특허 USP 6,105,869나 USP 5,015,025, USP 6,073,851 등의 특허에 기술이 되어 있으나 기존 검침장치의 좁은 공간에 적용하기에는 부적합하며, 원격검침과 수동 검침을 병행하기가 불가능하다.
본 발명의 기술적인 목적은 기존 수동 검침 장치를 그대로 사용하고 화상인식을 이용한 소형의 원격 검침 장치를 추가로 부착하여 수동 검침과 원격검침을 겸용할 수 있도록 하며, 또한 원격 검침 장치의 광학적인 구성요소가 차지하는 공간을 최소화함이다.
상기한 바와 같은 본 발명의 원격 검침 장치용 광센싱 시스템은, 화상인식을 이용한 원격 검침 장치(Automatic Meter Reading System)로서, 기존의 수동 검침 장치와 계량기의 숫자판을 이미지센서를 이용하여 인식하는 장치와 계량기의 숫자판과 이미지센서의 사이에 하나 이상의 투명 또는 반투명 반사판이 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 기존의 수동 검침 장치는 전력계량기, 수도계량기, 가스계량기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 이미지센서는 CCD 혹은 CMOS 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 한다.
또한, 상기 반사판은 평면 혹은 하나 이상의 곡률 반경을 갖는 곡면으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 반사판은 투명유리 혹은 투명플라스틱으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 투명유리 또는 투명플라스틱은 일정한 가시광선 파장대의 광을 통과시키는 유리나 플라스틱인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 반사판은 숫자판과 30∼60°사이의 기울기 각도를 가지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 이미지센서를 이용하여 숫자판을 인식하는 장치는 자체적인 광원을 가지는 것을 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 광원은 LED 또는 LD 인 것을 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 원격 검침 장치용 광센싱 시스템은, 기존의 수동 검침 장치, 계량기의 숫자판을 이미지센서를 이용하여 인식하는 장치, 계량기의 숫자판과 이미지센서의 사이에 설치된 하나 이상의 투명 또는 반투명 반사판, 불필요한 광을 차단하는 광차단판을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 광차단판은 반사판을 기준으로 이미지센서의 반대편에 위치하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 광차단판은 이미지센서에서 흡수하는 파장대의 광을 흡수하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 원격 검침 장치용 광센싱 시스템은,기존의 수동 검침 장치,계량기의 숫자판을 이미지센서를 이용하여 인식하는 장치, 계량기의 숫자판과 이미지센서의 사이에 설치된 하나 이상의 투명 또는 반투명 반사판, 불필요한 광을 차단하는 광차단판과 광유도관을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 광유도관은 반사판을 통하여 이미지센서에 도달하는 광 중에서 계량기의 숫자판 이미지 이외의 광을 차단하도록 하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 화상인식을 통한 AMR이 장착된 전력계량기의 개략도.
도 2는 투명반사판이 장착된 원격검침장치 개략도.
도 3은 광흡수판과 투명반사판이 장착된 원격검침장치 개략도.
도 4a는 반투명 반사판의 단면도.
도 4b는 곡면 형태를 가진 투명 혹은 반투명 반사판의 단면도.
도 5는 복수의 반사판을 가진 AMR이 장착된 전력계량기의 개략도.
기존의 수동 전력계량기(혹은 가스계량기 또는 수도계량기)과 CCD 혹은 CMOS Camera를 이용한 계량기의 계기판의 숫자를 인식하는 기능과 기타 회로 기능 등으로 이루어진 원격검침 시스템에 있어서, 계량기의 숫자판과 카메라의 렌즈 사이에 하나 이상의 투명 또는 반투명 반사판을 설치하여 계량기의 숫자판과 카메라의 이미지센서 사이의 광경로를 임의적으로 조절할 수 있도록 한다.
도 1은 화상인식을 통한 AMR이 장착된 전력계량기의 개략도, 도 2는 투명반사판이 장착된 원격검침장치 개략도, 도 3은 광흡수판과 투명반사판이 장착된 원격검침장치 개략도, 도 4a는 반투명 반사판의 단면도, 도 4b는 곡면 형태를 가진 투명 혹은 반투명 반사판의 단면도, 도 5는 복수의 반사판을 가진 AMR이 장착된 전력계량기의 개략도이다.
계량기 숫자판의 전면에 투명 또는 반투명 반사판을 약 45°각도로 위치시켜 숫자판에서 수직방향으로 직진하는 광이 일부는 그대로 통과하고 일부는 반사되어 카메라의 렌즈로 향하도록 유도한다. 이렇게 투명 또는 반투명 반사판을 사용하면 기존계량기의 좁은 공간 속에서도 숫자판과 카메라의 렌즈사이의 광경로의 길이를충분하게 확보할 수 있으며, 투명 또는 반투명 반사판을 그대로 통과하는 광으로 계기판을 기존과 같이 육안으로도 읽을 수 있다. 반사판이 투명하더라도 공기의 굴절율과 반사판의 굴절율이 다르기 때문에 공기와 반사판의 경계면에서 일정량의 광은 반사하게 되며 나머지 광은 투과하게 된다. 반사율을 높히기 위해서는 반사판의 표면에 알루미늄이나 구리등의 얇은 금속막이나 무기막을 형성시킨다. 반사판의 형태는 평면을 이루거나 혹은 곡면형태를 이루며, 곡면형태를 이루면 계기판과 렌즈사이의 광경로 길이를 늘리거나 줄이는 효과를 가지며 카메라 렌즈의 시야각을 넓히거나 좁히는 효과도 갖게 되고 또한 반사판의 곡률반경에 변화를 주면 이미지 센서에 맺히는 상의 이미지를 변형시킬 수도 있다.
반사판의 기울기와 갯수는 계량기의 형태에 따라 변화를 줄 수 있으며, 일반적으로 계기판과 이미지센서의 위치에 따라서 결정된다. 계기판과 이미지(카메라)센서의 각도가 90°를 이루면 반사판은 45°의 기울기를 갖고, 계기판과 센서가 180° 반대방향으로 있으면 45° 기울어진 반사판(1)과 135° 기울어진 반사판(2)를 사용한다. 반사판은 계량기의 뚜껑에 부착시키거나 카메라 센서와 일체형으로 계량기에 부착시킨다.
반사판을 기준으로 이미지센서의 반대편에는 광을 흡수하도록 검은색으로 칠해진 판을 부착시키거나 계량기의 뚜껑을 검은색으로 칠하여 배경으로부터 이미지센서로 들어가는 광의 양을 최소화한다.
카메라렌즈 앞부분에는 계량기의 숫자판 이외의 부분에서 들어오는 광을 차단하도록 일정한 Solid Angle을 갖는 광유도관을 위치시켜서, 센서에는 계량기의숫자판 위주로 상이 맺히도록 한다.
주위가 어두울 때는 자체적으로 LED 혹은 Laser Diode등의 광원을 이용하여 계기판의 숫자를 읽을 수 있도록 한다.
본 발명의 기술을 기존의 전력계량기나 가스계량기에 부착하여 계기판을 원격검침할 경우에는 다음과 같은 지대한 효과가 있다.
(1) 반사판을 사용하여 계량기의 계기판과 이미지센서(CMOS 카메라)와의 거리를 크게 함으로써 이미지센서에 부착된 렌즈의 초점거리를 상대적으로 길게 할 수 있으므로 제작이 용이하고 이미지의 특성을 선명하게 할 수 있다.
(2) 반사판을 사용하여 기존의 계량기의 작은 공간을 충분하게 활용한다.
(3) 투명 또는 반투명 반사판(half-mirror)을 사용하여 계기판에서 나온 광을 반사시켜 이미지센서에 집광시킴으로써, 외부에서 계기판을 판독하는데 지장이 없으므로 수동 검침을 해온 기존의 계량기를 그대로 사용하여 원격검침을 병행할 수 있다.
(4) 반사판의 곡면을 이용하여 계기판의 이미지를 임의로 변형시켜서 이미지센서에 인식되도록 할 수 있다. 예를들면 이미지센서의 초점거리를 줄이도록 집광시킬 수 있으며, 계기판 가장자리 부분의 왜곡 현상을 최소화하도록 반사판 곡면의 곡률반경을 일정하지 않게 조정할 수 있다.
(5) 광원을 내부 장착하여 이미지센서와 반응 광파장을 최적화시키고, 광원의 발광시간과 이미지센서의 반응시각을 일치시켜서 외부광의 영향을 최소화시킴으로 24시간 외부환경에 의존하지 않고 검침이 가능하다.
(6) 투명 반사판에 특수 코팅을 하여 내부 장착된 광원의 광이 반사가 잘 되도록 하여 외부 광의 영향을 최소화한다.
(7) 이미지센서에 도달하는 광 중에서, 계기판에서 반사되어 반사판을 통하여 센서에 도착하는 광 이외의 외부에서 도달되는 불필요한 광을 차단시켜서 노이즈를 최소화할 수 있다.

Claims (15)

  1. 화상인식을 이용한 원격 검침 장치(Automatic Meter Reading System)로서, 기존의 수동 검침 장치와 계량기의 숫자판을 이미지센서를 이용하여 인식하는 장치와 계량기의 숫자판과 이미지센서의 사이에 하나 이상의 투명 또는 반투명 반사판을 포함하는 원격 검침 장치용 광센싱 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기존의 수동 검침 장치는 전력계량기, 수도계량기, 가스계량기를 포함하는 것을 특징으로 하는 원격 검침 장치용 광센싱 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이미지센서는 CCD 혹은 CMOS 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 원격검침 장치용 광센싱 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 반사판은 평면 혹은 하나 이상의 곡률 반경을 갖는 곡면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 원격 검침 장치용 광센싱 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 반사판은 투명유리 혹은 투명플라스틱으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 원격 검침 장치용 광센싱 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 투명유리 또는 투명플라스틱은 일정한 가시광선 파장대의 광을 통과시키는 유리나 플라스틱인 것을 특징으로 하는 원격 검침 장치용 광센싱 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 반사판은 숫자판과 30∼60°사이의 기울기 각도를 가지는 것을 특징으로 하는 원격 검침 장치용 광센싱 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 이미지센서를 이용하여 숫자판을 인식하는 장치는 자체적인 광원을 가지는 것을 것을 특징으로 하는 원격 검침 장치용 광센싱 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 광원은 LED 또는 LD 인 것을 것을 특징으로 하는 원격 검침 장치용 광센싱 시스템.
  10. 원격 검침 장치(Automatic Meter Reading System)로서, 기존의 수동 검침 장치, 계량기의 숫자판을 이미지센서를 이용하여 인식하는 장치, 계량기의 숫자판과 이미지센서의 사이에 설치된 하나 이상의 투명 또는 반투명 반사판, 불필요한 광을 차단하는 광차단판을 포함하는 것을 특징으로 하는 원격 검침 장치용 광센싱 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 광차단판은 반사판을 기준으로 이미지센서의 반대편에 위치하는 것을 특징으로 하는 원격 검침 장치용 광센싱 시스템..
  12. 제10항에 있어서,
    상기 광차단판은 이미지센서에서 흡수하는 파장대의 광을 흡수하는 것을 특징으로 하는 원격 검침 장치용 광센싱 시스템.
  13. 원격 검침 장치(Automatic Meter Reading System)로서, 기존의 수동 검침 장치, 계량기의 숫자판을 이미지센서를 이용하여 인식하는 장치, 계량기의 숫자판과 이미지센서의 사이에 설치된 하나 이상의 투명 또는 반투명 반사판, 불필요한 광을 차단하는 광차단판과 광유도관을 포함하는 것을 특징으로 하는 원격 검침 장치용 광센싱 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 광유도관은 이미지센서의 앞부분에 위치하는 것을 특징으로 하는 원격 검침 장치용 광센싱 시스템.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 광유도관은 반사판을 통하여 이미지센서에 도달하는 광 중에서 계량기의 숫자판 이미지 이외의 광을 차단하도록 하는 것을 특징으로 하는 원격 검침 장치용 광센싱 시스템.
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