KR20050052440A - 색영상을 이용한 조명과 주변환경에 강건한 화재감지장치와그 방법 및 그 기록매체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인공조명이나 주변의 환경에 영향을 받지 않고 화재 발생 초기에 화재를 감지하여 경보를 보낼 수 있도록 하기 위한 색영상을 이용한 화재 감지 방법과 그 시스템 및 기록매체에 관한 것이다. 상세하게는 알지비(RGB)로 입력된 색영상중 알(R)과 지(G)신호를 연산하여 이미지중 화재로 인해 발생한 화염과 인공조명 또는 주변의 화염과 유사한 색상을 가진 물체를 판별할 수 있는 방법에 관한 것이다. 이에따라 주변물체에 영향을 받지 않고 화재만을 감지하게 되므로 화재경보 및 처리에 대한 신뢰도가 높아져 대피 및 화재 진압을 용이하게 할 수 있다는 효과가 있다.

Description

색영상을 이용한 조명과 주변환경에 강건한 화재감지장치와 그 방법 및 그 기록매체{device, method and recording medium of robust fire detecting using color of image}

본 발명은 카메라의 칼라 영상신호를 분석하여 화재를 발생하였을 때 경보신호를 영상신호와 함께 관리용 서버로 전송하여 화재가 발생하였음을 알리는 시스템에 관한 것이다.

기존의 화재 감지 시스템은 연기를 감지하는 방법과 온도를 감지하는 방법과 카메라를 이용하여 화염을 감지하는 방법이 있다. 연기 혹은 온도를 이용하여 화재를 감지하는 방법은 화재 발생시 연기가 발생하거나 온도가 높아진 상태에는 이미 화재가 광범위하게 확산된 이후가 된다. 카메라를 이용하는 방법은 일반적인 화염의 특성 즉, RGB 색좌표계에서 빨간색(Red) 성분의 계열에 속한다. 이러한 특성을 이용하여 색영상에서 빨간색을 가진 화소수를 계산하여 화소수가 설정한 값 이상이 되면 화재가 발생한 것으로 판단하는 방법으로 화재 발생 초기에 화염을 검출하여 화재발생 여부를 판정하는 방법으로 조기 화재경보를 발생할 수 있으므로 효과적으로 화재를 진압하거나 대피할 수 있도록 한다.

그러나 기존의 카메라를 이용하는 방법은 인공조명이나 화염와 유사한 색을 가진 물체에 대하여 화재가 발생한 것으로 오인하여 화재경보를 발생하는 경우가 종종 있다는 문제점이 있다.

본 발명에서는 인공조명 및 유사 화염색과 화염을 색좌표계에서 비교 분석하여 인공조명 및 주변환경 속에 유사 화염색이 존재하더라도 화염을 존재 여부를 감지할 수 있는 방법에 목적이 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로 인공조명 및 화염과 유사한 색에 존재하는 환경에서도 정확하게 화염을 검출하는 방법을 기술적 요지로 한다.

일반적으로 도1과 같이 화염의 특성은 RGB 색좌표계에서 빨간색(Red) 성분의 계열에 속하고 낮은 온도에서는 빨간색에서 노란색(yellow) 계통이고 고온에서는 백색(white)과 유사하게 되는 특성이 있다.

한편 인공조명의 RGB 색좌표계 특성은 도2와 같이 RGB 색좌표계에서 RG의 분포를 나타낸다.

도1과 도2를 비교하여 보면 인공조명은 빨간색(R)과 녹색(G)의 축상에서 직선의 특성을 나타내는 반면 인공조명과 구분되는 화염의 특성은 빨간색(R1) 값이 240 이상인 영역에서 녹색(G1)의 분포가 180에서부터 250 까지 넓게 분포한다.

따라서 이러한 화염의 인공조명과 구분되는 특성을 활용함으로써 인공조명이 있는 환경에서도 화염을 검출하는 방법을 고안한다.

그리고 화염은 옷, 도료 등과 다른 것은 RGB 색좌표계에서 도1에서 보는 바와 같이 채도가 상당히 낮은 영역 즉, 흰색에 가까운 영역이라고 볼 수 있다. 따라서 빨간색 값이 높은 영역을 임계값으로 설정함으로써 옷 혹은 도료과 구분하여 화염만을 검출할 수 있다.

상기의 기본 원리에 따라서 인공조명과 주변환경에 상관없이 화염을 검출하여 정확한 화재경보를 발생할 수 있는 화재감지장치의 구성은 도3과 같이 된다. 카메라는 임의의 공간에 대하여 RGB 색영상신호를 획득한다. 화재감지장치는 입력된 RGB 색영상신호 중에서 R, G 값을 이용하여 화재여부를 판단하여 화재발생시 화재경보신호와 영상신호를 서버로 전송한다. 서버는 화재발생시간과 화재경보를 데이터베이스에 저장하는 동시에 임의의 공간에 설치된 카메라가 주시하는 공간에 화재가 발생하였음을 경보발생장치(예를 들면 사이렌, 경광등등)를 통하여 경보를 발생시키고 임의의 공간에 설치되어 있는 화재진압장치(예를 들면 스프링클러, 소화기)를 작동시킨다.

이하에서는 도면을 참조로 하여 상기 화재감지장치 내부에서 RGB 색영상신호로부터 화재를 감지하는 방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.

먼저 제1단계에서는 입력된 RGB 영상신호 중에서 R과 G 값으로 다음 식(1)을 만족하는 이진영상(A(x,y))를 구하게 된다.

(1)

도5의 원 이미지를 상기와 같이 처리한 결과는 도6과 같이된다.

그리고 2단계에서는 다음 식(2)를 만족하는 이진 영상 (B(x,y))를 구하게 된다.

(2)

원이미지에서 상기 B(x,y)를 구해보면 도7과 같이된다.

상기 A(x,y)와 B(x,y)에서 x, y 는 각각 영상의 가로축과 세로축을 의미한다. A(x,y) 는 빨간색(R) 계열의 화염의 특성을 이용하여 광범위한 화염의 후보영역을 찾기 위한 것이고 B(x,y) 는 인공조명 등의 주변환경과 구분되는 화염을 특성을 가진 영역을 추출하기 위한 것이다. 기본적으로 A(x,y)를 기준으로 화염을 탐색하여 B(x,y)로 화염 영역을 확정한다. A(x,y) 에는 유사한 색을 가진 배경 즉, 주변 환경 때문에 잡음이 존재한다. 이러한 주변환경에 의한 잡음을 제거하기 위하여 식 (3), (4)와 같이 수학적형태학(mathematical morphology)의 닫힘연산과 열림연산을 순서대로 수행함으로써 잡음을 제거한다. 닫힘 연산은 형태소보다 작은 화소의 그룹을 제거하고 열림연산은 화염 그룹 화소의 거친 외곽선을 부드럽게 연결한다.

(3)

(4)

S(x,y) 는 형태소를 나타내며 G_c(x,y)와 G_o(x,y) 는 각각 A(x,y) 에 대하여 형태소로 닫힘연산과 열림연산을 수행한 결과 이진영상이다.

그리고, 이진영상 G_o(x,y) 에 대하여 1이 연속적으로 연결되는 그룹들을 영상의 왼쪽상단에서부터 번호로 구분되는 그룹 이미지를 만드는 과정을 거쳐서 G_k (x,y) 를 만든다. 여기서 k 는 그룹 번호이다. 즉, 1 로 연결되지 않는 영역은 0 으로 채우고 1로 연결되는 분리된 영역들을 정수로 번호를 붙여 구분한다.

식 (5)와 같이 G_k(x,y) 와 B(x,y) 를 논리곱(and)를 취하고 1 이 되는 수가 임의의 임계값 N(예를들면 100) 이상이 되면 그룹을 화염 영역으로 결정한다.

(5)

상기와 같이 처리된 최종결과는 도8에 도시된 바와 같다. 도8에서 알수 있듯이 이러한 수학적형태학처리를 함으로써 주변환경과 인공조명에 무관하게 화염을 검출할 수 있음을 알 수 있다. 즉 왼쪽의 인공조명과 사람들이 입고 있는 빨간색 계열의 옷과 화염이 잘 구분되는 것을 확인할 수 있다.

상술한 바와 같이 인공조명과 주변환경에 상관없이 화재를 조기에 감지하는 방법을 적용함으로써 화재를 정확하게 조기에 감지할 수 있다는 효과가 있다.

도1 : 화염의 RGB 색좌표계 특성

도2 : 인공조명의 RGB 색좌표계 특성

도3 : 본 발명의 일실시예에 따른 화재감지장치의 구성도

도4 : 본 발명의 화재감지방법을 간략하게 나타낸 흐름도

도5 : 카메라가 촬영한 화재현장의 영상

도6 : 도5의 영상에서 수학식1에 의해 구해진 이진영상

도7 : 도5의 영상에서 수학식2에 의해 구해진 이진영상

도8 : 최종적으로 구해진 영상

Claims (4)

1. 카메라로부터 촬영되어 입력된 알지비(RGB)영상신호로부터 수학식 1을 만족하는 이진영상 A(x,y)를 획득하는 1단계와;

   상기 알지비(RGB)영상신호로부터 수학식 2을 만족하는 이진영상 B(x,y)를 획득하는 2단계와;

   상기 1단계에서 획득한 이진영상 A(x,y)로부터 수학식 3과 수학식4를 차례로 적용하여 이진영상 G_O(x,y)를 구하는 3단계와;

   이진영상 G_O(x,y)에 대하여 1의 값이 연속적으로 연결되는 영역에 번호를 부여하여 그룹화하고 각 그룹에 대해 그 그룹내에 속하는 영역은 1을 할당하고 그외 영역은 0을 할당하여 G_k(x,y)를 구하는 4단계와;

   상기 4단계에서 구해진 G_k(x,y)를 수학식 5에 적용시켜 화염 영역을 결정하는 5단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 색영상을 이용한 화재 감지 방법.

   N: 실험적으로 정할 수 있는 수
2. 화재를 감시하고자 하는 지역에 설치되어 촬영된 이미지를 출력하게 되는 카메라와;

   상기 카메라로부터 전송된 이미지로부터 제1항에 기재된 방법에 따라 화재를 감지하여 신호를 출력하게되는 화재감지부와;

   상기 화재감지부로부터 신호를 전달받아 사전에 설정된 방법에 따라 화재를 처리하는 화재처리부;로 구성되는 것을 특징으로 하는 색영상을 이용한 화재 감지 시스템.
3. 제2항에 있어서 상기 화재처리부는

   다수개의 화재감지부로부터 신호를 전달받아 처리하는 서버와

   상기 서버의 요청에 따라 소리와 빛으로 경보를 발하는 경보발생장치와

   상기 서버의 요청에 따라 작동되어 화재를 진압하는 화재진압장치로 구성되는 것을 특징으로 하는 색영상을 이용한 화재 감지 시스템
4. 제1항 기재의 색영상을 이용한 화재 감지 방법에 따라 작성되어 저장된 기록매체