KR20080111226A - 인체감지장치 및 인체감지방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인체감지장치 및 인체감지방법에 관한 것으로, 본 발명의 목적은 알고리즘의 복잡도는 최소화하고, 사람의 위치 추적의 정확도는 높일 수 있는 인체감지장치 및 인체감지방법을 제공함에 있다.

이를 위해 본 발명에 따른 인체감지방법은 비접촉 온도센서를 이용하여 공간의 각도에 따른 온도 데이터를 취득하는 단계; 상기 온도 데이터를 보정하는 단계; 상기 보정된 온도 데이터 간의 기울기를 구하여 인체의 위치를 판단하는 단계를 포함한다.

비접촉 온도센서, 인체감지

Description

인체감지장치 및 인체감지방법{Apparatus for sensing human body and Method for sensing human body}

도 1은 비접촉 온도센서의 회전각도에 따른 온도 데이터를 예시한 도표이다.

도 2는 도 1의 온도 데이터를 도시한 그래프이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 인체감지장치를 도시한 블록도이다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 인체감지방법을 도시한 흐름도이다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 인체감지장치에서 도 1의 온도 데이터를 보정한 결과를 예시한 도표이다.

도 6은 도 5의 온도 데이터를 도시한 그래프이다.

도 7은 도 6의 그래프에서 기준점만을 연결한 그래프이다.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 인체감지방법으로 인체가 존재하는 위치(각도)를 판단하는 일예를 나타낸 도면이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*

10 : 비접촉 온도센서 20: 센서 구동수단

30 : 메모리 40: 제어부

본 발명은 인체감지장치 및 인체감지방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공간의 온도 데이터를 활용하여 인체의 위치를 판단하는 인체감지장치 및 인체감지방법에 관한 것이다.

일반적으로 자연계의 모든 물체는 각각 고유한 파장의 방사 에너지(적외선)를 발산하며, 인체 역시 다른 물체와 구별되는 고유한 파장의 적외선을 발산하고 있다.

이러한 적외선을 감지할 수 있는 비접촉 온도센서를 이용하여 인체를 감지하는 기술은 아파트의 현관이나 계단에 사용되는 조명등, 보안 또는 방범시스템 및 공기조화기 등의 가전제품, 프레스 등의 공장자동화에 이르기까지 산업체 전반에 걸쳐서 폭넓게 활용되고 있다.

비접촉 온도센서를 이용하여 공간의 온도분포를 파악하는 방법으로는 비접촉 온도센서를 회전시키면서 각도에 따른 공간의 온도분포를 취득하는 방법과 동시에 여러 각도 지점의 온도를 감지할 수 있는 다채널 비접촉 온도센서를 만들어 회전시키지 않고도 넓은 각도범위의 공간온도를 취득할 수 있는 방법이 있다.

도 1은 비접촉 온도센서를 회전시키면서 얻은 온도 데이터를 예시한 도표이다. 이 온도 데이터는 공간온도가 20℃, 비접촉 온도센서로부터 3m 거리에 사람이 0°, 40°, 80° 방향에 위치한 실험 조건에서 얻은 데이터이다.

비접촉 온도센서를 이용하여 인체의 존재여부 뿐만 아니라 인체의 존재위치 까지도 감지하는 방법으로 종래에는 비접촉 온도센서가 검지할 수 있는 최대범위의 각도까지 온도 데이터를 수집한 후 검지각도 전체의 온도 평균값을 계산하여 평균값을 초과하는 지점에 인체가 존재하는 것으로 판단하는 방법을 이용하였다.

도 2는 도 1의 온도 데이터를 도시한 그래프로, 도 2의 굵은 실선은 도 1의 온도 데이터를 이용해 그린 공간의 온도분포이고, 점선은 검지각도 0°~80°의 온도 평균값을 나타낸다.

도 2에 도시한 바와 같이 전술한 실험 조건에서 인체가 위치하고 있는 각도는 0°, 40°, 80° 이므로 실제로 인체가 존재하는 것으로 추정되어야 하는 위치는 0~10°(A 영역), 40~45°(B 영역), 75~80°(C 영역)이다. 그러나 평균값을 초과하는 지점을 인체의 존재위치로 판단하게 되면 A, B, C 영역 외에 실제로 인체가 존재하지 않는 영역인 25~40°(X 영역)과 65~75°(Y 영역)까지도 인체가 존재하는 위치로 잘못 판단하게 되어 인체 위치 감지의 정확도가 낮아지는 문제점이 발생한다.

이와 같은 문제점을 해소하기 위해 도 2에 나타낸 공간 온도분포의 경우에 공간의 온도 평균값에 1℃를 더하게 되면 보다 정확하게 인체의 위치를 검출할 수 있기는 하지만 공간의 온도분포에 따라 공간의 온도 평균값에 더해지는 값이 달라지기 때문에 평균값을 이용하여 인체의 존재위치를 검출하는 데에는 한계가 있다.

또한 인체 위치 검출의 정확도를 높이기 위해 사용될 수 있는 알고리즘은 너무 복잡하여 하드웨어(Hardware)에 많은 제약을 받을 수 있다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 알고리즘의 복잡도는 최소화하고, 인체의 위치 추적의 정확도는 높일 수 있는 인체감지장치 및 인체감지방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 인체감지방법은 비접촉 온도센서를 이용하여 공간의 각도에 따른 온도 데이터를 취득하는 단계; 상기 온도 데이터를 보정하는 단계; 상기 보정된 온도 데이터 간의 기울기를 구하여 인체의 위치를 판단하는 단계를 포함한다.

또한 상기 비접촉 온도센서는 열화상 카메라, 서모파일(thermopile), 초전형 적외선 센서, 볼로미터(bolometer)를 포함한다.

또한 상기 온도 데이터를 보정하는 단계에서는 N°에서의 온도와 기준온도의 차의 절대값이 소정값 이하인 경우에는 상기 N°에서의 온도를 상기 기준온도로 치환하여 보정하고, 상기 N°에서의 온도와 기준온도의 차의 절대값이 소정값을 초과하는 경우에는 상기 N°에서의 온도를 새로운 기준온도로 설정한다.

또한 상기 N°에서의 온도와 기준온도의 차의 절대값이 소정값을 초과하는 경우에 상기 N°에서의 온도와 기준온도의 차가 0(zero)을 초과하면 현재 기울기에 (+)를 저장하고, 상기 온도차가 0(zero) 이하이면 현재 기울기에 (-)를 저장한다.

또한 이전 기울기가 (+)이고 상기 현재 기울기가 (-)인 지점을 인체가 존재하는 위치로 판단한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 인체감지장치는 공간의 온도 데이터를 취득하는 비접촉 온도센서; 상기 비접촉 온도센서를 회전시키는 센서구동수단; 상기 비접촉 온도센서로부터 수신된 온도 데이터를 보정하고 상기 보정된 온도 데이터 간의 기울기를 구하여 상기 기울기가 양(+)에서 음(-)으로 변하는 지점을 인체가 존재하는 위치로 판단하는 제어부를 포함한다.

또한 상기 비접촉 온도센서로부터 수신된 온도 데이터를 각도별로 저장하는 메모리를 더 포함한다.

본 발명에 따른 인체감지방법의 흐름에 대해 간단히 살펴보면 인체가 존재하는 위치는 다른 위치보다 온도가 올라가게 되는데 이러한 현상에 착안하여 온도 데이터들 간의 기울기를 구하여 기울기가 양(+)에서 음(-)으로 바뀌는 지점을 인체가 위치하는 지점으로 판단하는 방식이다. 다만, 도 1의 온도 데이터를 바탕으로 그린 도 2의 그래프에서 굵은 실선으로 표시된 공간의 온도분포를 살펴보면 기울기가 양(+)에서 음(-)으로 바뀌는 지점이 너무 많아 인체의 존재위치를 정확히 판단하기 어려운 문제점이 발생된다. 따라서 온도변화가 소정값 이상 생기지 않는 경우에는 그 이전 각도의 기준온도로 치환하여 보정한 후 온도 데이터들 간의 기울기를 구하여 인체의 존재위치를 판단하게 된다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세하게 설명하도록 한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 인체감지장치를 도시한 블록도로서 본 발명에 따른 인체감지장치는 공간의 온도 데이터를 취득하는 비접촉 온도센서(10)와, 비접촉 온도센서(10)를 회전시키는 센서 구동수단(20)과, 비접촉 온도센서(10)로부 터 온도 데이터를 수신하여 각도별로 저장하는 메모리(30)와, 메모리(30)로부터 각도에 따른 온도 데이터를 읽어들여 온도 데이터를 보정하고 보정된 온도 데이터들 간의 기울기를 구하여 인체가 존재하는 위치를 판단하는 제어부(40)를 포함하여 이루어진다.

본 실시예에서 비접촉 온도센서(10)로는 열화상 카메라, 서모파일(thermopile), 초전형 적외선 센서, 볼로미터(bolometer) 등이 이용될 수 있고, 비접촉 온도센서를 회전시키기 위한 센서 구동수단(20)으로는 일반적으로 스테핑 모터(stepping motor) 등이 이용된다.

이하에서는 도 4를 중심으로 본 발명의 일실시예에 따른 인체감지방법을 상세하게 설명하도록 한다.

먼저, 비접촉 온도센서(10)가 회전하면서 공간의 온도를 측정한 후 그 온도 데이터를 메모리(30)로 송신한다(105).

다음으로 메모리(30)는 비접촉 온도센서(10)로부터 수신된 온도 데이터를 각도별로 저장한다(110).

이후 초기 SAVE=0으로, 이전 기울기[SAVE]=(+)로, 기준점[SAVE]=0°로 설정하고, 기준온도[SAVE]에는 0°에서의 온도 데이터를 저장하며, N=1, n=0으로 초기설정한다(115). 여기서 SAVE는 기준점 및 기준온도의 인덱스이고, N은 0도~최대검지각도로 변하는 정수이며, n은 최고점 인덱스를 나타낸다.

다음으로 N°에서의 온도(온도[N])와 기준온도[SAVE]의 차의 절대값이 소정값(α) 이하인 경우(단계 120에서의 '아니오')에는 온도[N]을 기준온도[SAVE]값으 로 치환한 후(125), N값을 1 증가시킨다(165).

온도[N]과 기준온도[SAVE]의 차의 절대값이 소정값(α)을 초과하는 경우(단계 120에서의 '예')에는 다시 온도[N]과 기준온도[SAVE]의 차가 0(zero)이하인지를 판단하여 0을 초과할 경우(단계 130에서의 '아니오')에는 현재 기울기[SAVE]를 (+)로 저장한 후(135), SAVE값을 1 증가시키고, 기준점[SAVE]에 N값을, 기준온도[SAVE]에 N°에서의 온도를, 이전 기울기[SAVE]에 현재 기울기[SAVE-1]를 저장하고(160), N값을 1 증가시킨다(165).

반면 온도[N]과 기준온도[SAVE]의 차가 0(zero)이하일 경우(단계 130에서의 '예')에는 현재 기울기[SAVE]를 (-)로 저장한 후(140), 다시 이전 기울기[SAVE]가 (+)이고 현재 기울기[SAVE]가 (-)인가를 판단하여(145) 아닐 경우에는 단계 160으로 가고, 기울기가 (+)에서 (-)로 변화하였으면 최고점[n]에 SAVE값을 저장하고(150), n값을 1 증가시킨 후(155), SAVE값을 1 증가시키고, 기준점[SAVE]에 N값을, 기준온도[SAVE]에 N°에서의 온도를, 이전 기울기[SAVE]에 현재 기울기[SAVE-1]를 저장한다(160). 다음으로 N값을 1 증가시킨다(165).

이후 N이 최대검지각도인가를 판단하여(170) 아닐 경우에는 단계 120으로 돌아가서 단계 120 내지 165의 과정을 반복하며, N이 최대검지각도이면 현재 기울기[SAVE]는 무조건 (-)로 설정하고(175), 이전 기울기[SAVE]가 (+)이고 현재 기울기[SAVE]가 (-)인가를 판단하여(180) 아닐 경우에는 단계 190으로 가고, 기울기가 (+)에서 (-)로 변화하였으면 최고점[n]에 SAVE값을 저장한 후(185), SAVE값을 1 증가시키고, 기준점[SAVE]에 N값을, 기준온도[SAVE]에 N°에서의 온도를 저장한 후(190) 인체감지동작을 종료한다.

이하에서는 도 1의 도표에 기록된 온도 데이터를 이용하여 본 발명에 따른 인체감지방법을 예를 들어 상세히 설명하기로 한다. 본 실시예에서는 소정값(α)을 0.5℃로 설정하기로 한다.

초기에 SAVE=0, 이전 기울기[0]는 (+)로, 기준점[0]=0°, 기준온도[0]=23.5, N=1, n=0으로 설정되어 있으므로 |온도[1]-기준온도[0]|=|23.4-23.5|≤0.5 가 된다. 따라서 온도[1]에는 기준온도[0]인 23.5가 저장된다. 다음으로 N값을 1 증가시켜 N=2가 되면 |온도[2]-기준온도[0]|=|23.5-23.5|≤0.5 이기 때문에 온도[2]에도 역시 23.5를 저장하게 된다.

이러한 방식으로 N값을 증가시켜 가면서 온도 데이터의 보정을 수행하다가 N=10이 되면 |온도[10]-기준온도[0]|=|22.5-23.5|〉0.5 이고, 온도[10]-기준온도[0]=22.5-23.5≤0 이므로 현재 기울기[0]는 (-)가 된다. 이 때 이전 기울기[0]가 (+)로 초기설정 되어 있고 현재 기울기[0]는 (-)가 되기 때문에 최고점[0]에 SAVE값인 0을 저장한다. 이후 SAVE값은 1이 증가하여 1이 되고, 기준점[1]에 10을, 기준온도[1]에 22.5를, 이전 기울기[1]에 현재 기울기[0] 값인 (-)를 저장한다.

N=11이면 |온도[11]-기준온도[1]|=|22.2-22.5|≤0.5 이므로 온도[11]에 22.5를 저장한다. N=12가 되면 |온도[12]-기준온도[1]|=|21.3-22.5|〉0.5 이고, 21.5-23.5≤0 이기 때문에 현재 기울기[1]는 (-)가 된다. 이전 기울기[1]가 (-)이고 현재 기울기[1]는 (-)이므로 최고점의 저장없이 SAVE값은 1이 증가하여 2가 되고, 기준점[2]에 12를, 기준온도[2]에 21.3을, 이전 기울기[2]에 현재 기울기[1]값인(-) 를 저장한다.

N=13이면 |온도[13]-기준온도[2]|=|21.4-21.3|≤0.5 이므로 온도[13]에 21.3을 저장한다. 이러한 방식으로 N값을 증가시켜 가면서 온도 데이터의 보정을 수행하다가 N=24가 되면 |온도[24]-기준온도[2]|=|22.5-21.3|〉0.5 이고, 22.5-21.3〉0 이기 때문에 현재 기울기[2]는 (+)가 된다. 이전 기울기[2]가 (-)이고 현재 기울기[2]는 (+)이므로 최고점의 저장없이 SAVE값은 1이 증가하여 3이 되고, 기준점[3]에 24를, 기준온도[3]에 22.5를, 이전 기울기[3]에 현재 기울기[2] 값인 (+)를 저장한다.

N=40이 되면 |온도[40]-기준온도[3]|=|23.4-22.5|〉0.5 이고, 23.4-22.5〉0 이기 때문에 현재 기울기[3]는 (+)가 된다. 이전 기울기[3]가 (+)이고 현재 기울기[3]는 (+)이므로 최고점의 저장없이 SAVE값은 1이 증가하여 4가 되고, 기준점[4]에 40을, 기준온도[4]에 23.4를, 이전 기울기[4]에 현재 기울기[3] 값인 (+)를 저장한다.

N=47이 되면 |온도[47]-기준온도[4]|=|22.4-23.4|〉0.5 이고, 22.4-23.4≤0 이기 때문에 현재 기울기[4]는 (-)가 된다. 이 때 이전 기울기[4]가 (+)이고 현재 기울기[4]가 (-)이기 때문에 최고점[1]에 SAVE값인 4를 저장한다. 이후 SAVE값은 1이 증가하여 5가 되고, 기준점[5]에 47을, 기준온도[5]에 22.4를, 이전 기울기[5]에 현재 기울기[4] 값인 (-)를 저장한다.

N=50이 되면 |온도[50]-기준온도[5]|=|21.1-22.4|〉0.5 이고, 21.1-22.4≤0 이기 때문에 현재 기울기[5]는 (-)가 된다. 이전 기울기[5]가 (-)이고 현재 기울 기[5]는 (-)이므로 최고점의 저장없이 SAVE값은 1이 증가하여 6이 되고, 기준점[6]에 50을, 기준온도[6]에 21.1을, 이전 기울기[6]에 현재 기울기[5] 값인 (-)를 저장한다.

N=65가 되면 |온도[65]-기준온도[6]|=|22.2-21.1|〉0.5 이고, 22.2-21.1〉0 이기 때문에 현재 기울기[6]는 (+)가 된다. 이전 기울기[6]가 (-)이고 현재 기울기[6]는 (+)이므로 최고점의 저장없이 SAVE값은 1이 증가하여 7이 되고, 기준점[7]에 65를, 기준온도[7]에 22.2를, 이전 기울기[7]에 현재 기울기[6] 값인 (+)를 저장한다.

N=74가 되면 |온도[74]-기준온도[7]|=|23.5-22.2|〉0.5 이고, 23.5-22.2〉0 이기 때문에 현재 기울기[7]는 (+)가 된다. 이전 기울기[7]가 (+)이고 현재 기울기[7]는 (+)이므로 최고점의 저장없이 SAVE값은 1이 증가하여 8이 되고, 기준점[8]에 74를, 기준온도[8]에 23.5를, 이전 기울기[8]에 현재 기울기[7] 값인 (+)를 저장한다.

N=80이 되면 |온도[80]-기준온도[8]|=|23.4-23.5|≤0.5 이지만 80°가 최대검지각도이므로 마지막 기준점으로 설정하고, 현재 기울기[8]는 무조건 (-)로 설정한다. 이 때 이전 기울기[8]가 (+)이고 현재 기울기[8]가 (-)이기 때문에 최고점[2]에 SAVE값인 8을 저장한다. 이후 SAVE값은 1이 증가하여 9가 되고, 기준점[9]에 80을, 기준온도[9]에 23.4를 저장한 후 인체감지과정을 종료한다.

상술한 과정을 거쳐 도 1의 온도 데이터를 보정하게 되면 도 5와 같은 도표를 얻게 된다. 도 5에서 음영으로 표시된 부분이 기준점(각도) 및 기준온도로 설정 되는 값들이다. 도 6은 도 5의 보정된 온도 데이터를 도시한 그래프이다.

또한 도 7은 도 6의 그래프에서 기준점만을 연결한 그래프로, 본 실시예에 따를 경우 도 7에 도시한 바와 같이 기울기가 (+)에서 (-)로 변하는 지점인 기준점[0], 기준점[4], 기준점[8]에 저장되는 각도를 인체가 존재하는 위치로 판단하게 된다.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따라 인체의 위치(각도)를 판단하는 일예를 나타낸 도면으로 최고점[n]에 저장된 값(SAVE)으로 기준점[SAVE]에 저장된 값을 읽으면 인체가 위치하는 지점의 각도를 찾을 수 있다. 즉, 본 실시예에서 최고점[0]에는 0, 최고점[1]에는 4, 최고점[2]에는 8이 저장되어 있으므로, 각각 기준점[0], 기준점[4], 기준점[8]에 저장된 각도인 0°, 40°, 74°를 최종적인 인체의 존재위치로 판단하게 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의할 경우 비교적 간단한 알고리즘을 이용하여 신속하고도 정확하게 인체의 존재위치를 감지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 비접촉 온도센서를 이용하여 공간의 각도에 따른 온도 데이터를 취득하는 단계;

   상기 온도 데이터를 보정하는 단계;

   상기 보정된 온도 데이터 간의 기울기를 구하여 인체의 위치를 판단하는 단계를 포함하는 인체감지방법
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 비접촉 온도센서는 열화상 카메라, 서모파일(thermopile), 초전형 적외선 센서, 볼로미터(bolometer)를 포함하는 인체감지방법
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 온도 데이터를 보정하는 단계에서는 N°에서의 온도와 기준온도의 차의 절대값이 소정값 이하인 경우에는 상기 N°에서의 온도를 상기 기준온도로 치환하여 보정하고, 상기 N°에서의 온도와 기준온도의 차의 절대값이 소정값을 초과하는 경우에는 상기 N°에서의 온도를 새로운 기준온도로 설정하는 인체감지방법
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 N°에서의 온도와 기준온도의 차의 절대값이 소정값을 초과하는 경우에 상기 N°에서의 온도와 기준온도의 차가 0(zero)을 초과하면 현재 기울기에 (+)를 저장하고, 상기 온도차가 0(zero) 이하이면 현재 기울기에 (-)를 저장하는 인체감지방법
5. 제 4 항에 있어서,

   이전 기울기가 (+)이고 상기 현재 기울기가 (-)인 지점을 인체가 존재하는 위치로 판단하는 인체감지방법
6. 공간의 온도 데이터를 취득하는 비접촉 온도센서;

   상기 비접촉 온도센서를 회전시키는 센서 구동수단;

   상기 비접촉 온도센서로부터 수신된 온도 데이터를 보정하고 상기 보정된 온도 데이터 간의 기울기를 구하여 상기 기울기가 양(+)에서 음(-)으로 변하는 지점을 인체가 존재하는 위치로 판단하는 제어부를 포함하는 인체감지장치
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 비접촉 온도센서로부터 수신된 온도 데이터를 각도별로 저장하는 메모리를 더 포함하는 인체감지장치

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