KR20130040641A - 레이다 연동 감시 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 레이다 연동 감시 시스템을 개시한다.
본 발명의 레이다 연동 감시 시스템은, 감시 영역 내의 물체로 레이다 신호를 전송하는 레이다 송신기와 상기 레이다 송신기와 이격되어 상기 감시 영역 내에 배치되고, 상기 물체에 반사된 레이다 신호를 수신하여 상기 물체까지의 거리를 추정하는 레이다 수신기를 포함할 수 있다.

Description

레이다 연동 감시 시스템{Surveillance system using lada}
본 발명은 레이다 센서를 이용한 감시 시스템에 관한 것이다.
레이다 센서는 무선 주파수(Radio frequency, RF) 신호를 레이다 신호로 사용하여 감시 영역 내에 들어온 물체의 탐색, 추적 및 위치정보를 판단한다.
도 6은 종래의 송수신기 일체형 레이다 센서(1)를 도시한 개략도이다. 도 6을 참조하면, 종래의 레이다 센서(1)는 안테나(11), 송수신기(12) 및 신호처리기(13)를 포함한다. 송수신기(12)는 안테나(11)를 통해 레이다 신호를 출력하고, 물체로부터 반사된 신호를 수신한다. 물체에 송출된 레이다 신호는 물체까지 직선으로 진행한 후, 물체에서 반사하여 돌아온다. 신호처리기(13)는 반사되어 돌아온 신호의 시간을 측정하여 물체의 거리, 방향, 고도를 알아낼 수 있으며, 이러한 정보를 통해 물체의 정보를 판단할 수 있다.
일반적으로 각국의 전파 규정(Local regulation)에 의하여 제약을 받는 민수용 레이다 센서의 경우, RF 방사 전력의 세기 제한으로 물체의 탐색거리에 제약을 받는다. 즉, 도 6과 같이 일반적인 송수신기 일체형 레이다 센서(1)의 경우, 예를 들어, RF 방사 전력의 한계에 따라 탐색거리가 50m인 레이다 센서의 경우, 무선 레이다 신호는 송신 경로로 50m, 수신 경로로 50m를 이동하기 때문에 전체적으로 링크 버짓(Link Budget)은 100m에 해당한다. 따라서, 예를 들어, 물체 탐색거리가 50m 이상의 어플리케이션의 경우, 더 큰 탐색거리를 갖는 다른 레이다 센서를 사용하여야 한다.
본 발명은 물체의 탐색거리를 확대할 수 있는 레이다 센서를 이용한 감시 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 레이다 연동 감시 시스템은, 감시 영역 내의 물체로 레이다 신호를 전송하는 레이다 송신기; 및 상기 레이다 송신기와 이격되어 상기 감시 영역 내에 배치되고, 상기 물체에 반사된 레이다 신호를 수신하여 상기 물체까지의 거리를 추정하는 레이다 수신기;를 포함할 수 있다.
상기 레이다 송신기는 상기 레이다 신호와 별개로 또는 상기 레이다 신호에 삽입하여 동기 신호를 생성하여 전송하고, 상기 레이다 수신기는 상기 동기 신호를 추출하여, 상기 레이다 송신기와 동기화를 수행할 수 있다.
상기 동기 신호는, 특정의 단독 신호 또는 일련의 신호 순서열로 정의될 수 있다.
상기 레이다 송신기는 상기 동기 신호에 레이다 송신기의 식별 부호를 삽입하여 전송하고, 상기 레이다 수신기는 상기 식별 부호를 기초로 상기 레이다 송신기를 식별할 수 있다.
상기 감시 시스템은, 상기 레이다 수신기를 하나 이상 구비하고, 상기 하나 이상의 레이다 수신기로부터 상기 물체까지의 거리를 수신하여 상기 물체의 위치를 검출하고, 상기 물체의 위치 정보를 기초로, 카메라가 상기 물체를 지향하도록 하는 카메라 제어 신호를 생성하여 상기 카메라의 촬영 방향을 제어하는 영상 처리 장치;를 더 포함할 수 있다.
상기 영상 처리 장치는, 상기 물체의 위치 정보와 상기 카메라가 촬영한 영상을 함께 저장할 수 있다.
본 발명은 레이다 센서의 송신기와 수신기를 분리하여 배치함으로써 물체 탐색거리를 확대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이다 연동 감시 시스템(10A)을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이다 연동 감시 시스템(10B)을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이다 송신기의 내부 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이다 수신기의 내부 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 처리 장치의 내부 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이다 연동 감시 시스템(10A)을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 레이다 연동 감시 시스템(10A)은 레이다 송신기(100)와 레이다 수신기(200)를 포함하는 레이다 센서, 및 영상 처리 장치(300)를 포함한다.
레이다 센서는 무선 주파수(Radio frequency, RF) 신호를 레이다 신호로 사용하여 감시 영역 내에 들어온 물체의 검색, 추적 및 위치를 검출한다. 본 실시예의 레이다 센서는, 레이다 송신기(100)와 레이다 수신기(200)가 각각 별개로 감시 영역 내에 상호 이격 배치된다.
종래의 송수신기 일체형 레이다 센서는 물체에 반사되어 되돌아오는 신호를 이용하여 물체를 탐지함으로 인해 물체 탐색거리가 제한적이다. 이에 비해, 본 실시예의 레이다 센서는, 레이다 신호의 송신 경로와 수신 경로를 각각 사용함으로써, 물체 탐색거리를 확대할 수 있다. 예를 들어, 종래의 탐색거리가 50m인 송수신기 일체형 레이다 센서에 비해, 본 발명은 레이다 송신기와 레이다 수신기 사이의 이격 거리를 100m로 하여, 그 사이의 거리 내에 존재하는 물체를 검출하여 거리를 추정할 수 있다. 따라서, 물체 탐색거리를 100m로 확대할 수 있다.
레이다 송신기(100)는 레이더 신호를 주기적으로 출력한다.
레이다 수신기(200)는 레이다 송신기(100)로부터의 출력 레이다 신호(Tx)와, 출력 레이다 신호(Tx)가 물체에 의해 반사된 반사 레이다 신호(Rx)를 수신한다. 레이다 수신기(200)는 수신한 출력 레이다 신호(Tx)와 반사 레이다 신호(Rx)를 분석하여 레이다 수신기(200)의 위치로부터 물체까지의 거리(r)(이하, '물체의 거리'라 함)를 검출할 수 있다.
이때, 레이다 송신기(100)와 레이다 수신기(200)는 동기 신호에 의해 상호 동기화를 수행할 수 있다.
레이다 수신기(200)는 물체의 거리(r)를 영상 처리 장치(300)로 전송한다.
영상 처리 장치(300)는 카메라(400)와 유무선으로 연결되며, 레이다 수신기(200)로부터 물체의 거리(r)를 수신하고, 레이다 수신기(200)와 연동하여 탐지된 물체를 감시한다.
영상 처리 장치(300)는 물체의 거리(r)를 기초로 물체의 위치를 추정하고, 물체의 위치로 카메라(400)를 지향시켜 물체를 감시한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이다 연동 감시 시스템(10B)을 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 레이다 연동 감시 시스템(10B)은 레이다 송신기(100)와 다수의 레이다 수신기(200a, 200b, 200c)를 포함하는 레이다 센서, 및 영상 처리 장치(300)를 포함한다. 도 2의 실시예는 도 1의 실시예와 비교하여 레이다 수신기(200a, 200b, 200c)가 다수 구비된 점에 차이가 있다.
영상 처리 장치(300)는 적어도 3개의 물체의 거리를 기초로 물체의 위치 정보를 검출하고, 물체의 위치를 추정할 수 있다. 따라서, 본 실시예는 3개의 레이다 수신기(200a, 200b, 200c)를 예로서 설명하겠다.
본 실시예의 레이다 센서는, 레이다 송신기(100)와 레이다 수신기(200)가 각각 별개로 감시 영역 내에 상호 이격 배치된다. 따라서, 도 2의 레이다 센서 또한 도 1의 레이다 센서와 마찬가지로, 종래의 송수신기 일체형 레이다 센서에 비해, 물체 탐색거리를 확대할 수 있다.
레이다 송신기(100)는 레이더 신호를 주기적으로 출력한다.
레이다 수신기(200a, 200b, 200c) 각각은 레이다 송신기(100)로부터의 출력 레이다 신호(Tx)와, 출력 레이다 신호(Tx)가 물체에 의해 반사된 반사 레이다 신호(Rx1, Rx2, Rx3)를 수신한다.
레이다 수신기(200a, 200b, 200c) 또한 상호 이격 배치된다. 레이다 수신기(200a, 200b, 200c) 각각은 수신한 출력 레이다 신호(Tx)와 반사 레이다 신호(Rx)를 분석하여 물체의 거리, 즉, 레이다 수신기(200a, 200b, 200c) 각각의 위치{(x1,y1), (x2,y2), (x3,y3)}로부터 물체(x,y)까지의 거리(r1, r2, r3)를 검출할 수 있다.
이때, 레이다 송신기(100)와 레이다 수신기(200a, 200b, 200c)는 동기 신호에 의해 상호 동기화를 수행할 수 있다.
레이다 수신기(200a, 200b, 200c) 각각은 물체의 거리(r1, r2, r3)를 영상 처리 장치(300)로 전송한다.
본 실시예에서는 1개의 레이다 송신기(100)와 3개의 레이다 수신기(200a, 200b, 200c)를 도시하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 감시 영역의 범위에 따라 하나 이상의 레이다 송신기와 레이다 수신기가 적절히 배치될 수 있다.
영상 처리 장치(300)는 카메라(400)와 유무선으로 연결되며, 레이다 수신기(200a, 200b, 200c)로부터 물체의 거리(r1, r2, r3)를 수신하고, 레이다 수신기(200a, 200b, 200c)와 연동하여 탐지된 물체를 감시한다.
영상 처리 장치(300)는 물체의 거리(r1, r2, r3)를 기초로 물체의 위치를 추정하고, 물체의 위치로 카메라(400)를 지향시켜 물체를 감시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이다 송신기의 내부 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 3을 참조하면, 레이다 송신기(100)는 신호 생성부(101), 제1 동기 제어부(103) 및 송신부(105)를 포함할 수 있다.
신호 생성부(101)는 전파할 레이다 신호를 생성한다. 생성된 레이다 신호는 소정의 주파수를 갖는 무선 주파수(Radio frequency, RF) 신호를 펄스 형태의 레이다 신호로 변환한다.
제1 동기 제어부(103)는 하나 이상의 레이다 수신기(200, 200a, 200b, 200c)와의 동기화를 위한 동기 신호를 생성한다. 동기 신호는 레이다 송신기(100)와 레이다 수신기(200, 200a, 200b, 200c) 간에 미리 약속된 신호로서, 특정의 단독 신호 또는 일련의 신호 순서열로 정의될 수 있다. 또한, 동기 신호는 펄스 형태의 레이다 신호의 위상 또는 신호 세기로 정의될 수 있다. 동기 신호는 주기적 또는 비주기적으로 생성될 수 있다. 동기 신호는 거리 추정을 위한 레이다 신호와 별개로 사전에 레이다 송신기(100)와 레이다 수신기(200, 200a, 200b, 200c) 간에 송수신될 수 있다.
송신부(105)는 펄스 형태의 레이다 신호를 안테나를 통해 감시 영역으로 출력한다. 송신부(105)는 고정 또는 일정 범위 내에서 회전하면서 주기적으로 감시 영역으로 레이다 신호를 출력할 수 있다.
그리고, 송신부(105)는 레이다 송신기(100)가 이격 배치된 다수의 레이다 수신기(200, 200a, 200b, 200c)와 동기화가 필요한 경우, 동기 신호를 레이다 수신기(200, 200a, 200b, 200c)로 출력한다. 송신부(105)는 동기 신호를 별도로 출력하거나, 레이다 신호에 동기 신호를 삽입하여 출력할 수 있다. 또한, 송신부(105)는 레이다 송신기의 식별 부호를 동기 신호에 포함시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이다 수신기의 내부 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다. 도 4의 레이다 수신기는 도 1 및 도 2의 레이다 수신기(200, 200a, 200b, 200c)로 각각 구현될 수 있으며, 이하에서는 도 1의 레이다 수신기(200)를 예로서 설명하겠다.
도 4를 참조하면, 레이다 수신기(200)는 수신부(201), 신호 처리부(203), 거리 추정부(205), 제2 동기 제어부(207), 및 송신부(209)를 포함할 수 있다.
수신부(201)는 안테나를 통해 레이다 송신기(100)가 출력하는 레이다 신호를 수신하고, 물체로부터 반사된 레이다 신호를 수신한다. 수신부(201)는 레이다 송신기(100)로부터의 동기 신호를 수신할 수 있다.
신호 처리부(203)는 수신한 펄스 형태의 레이다 신호에서 클러터 및 노이즈를 제거한다. 예를 들어, 신호 처리부(203)는 루프 필터 알고리즘(Loop-filter algorithm), 특이값 분해 알고리즘(singular value decomposition(SVD) algorithm) 등을 이용하여 클러터 및 노이즈를 제거할 수 있으며, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 다양한 방법이 사용될 수 있다.
그리고, 신호 처리부(203)는 수신한 레이다 신호에서 사전에 약속된 동기 신호를 추출한다.
동기 제어부(205)는 동기 신호에 따라 레이다 송신기(100) 및 주변의 타 레이다 수신기와 동기화를 수행할 수 있다. 동기 제어부(205)는 동기 신호에 포함된 식별 부호를 추출하고, 식별 번호를 기초로 다수의 레이다 송신기(100) 중 어떤 레이다 송신기가 동기 신호를 전송했는지를 파악할 수 있다.
거리 추정부(207)는 출력되는 레이다 신호와 물체로부터 반사된 레이다 신호 사이의 유사도를 기초로 물체의 거리(r)를 추정할 수 있다. 거리 추정부(207)는 상호 상관(cross correlation) 함수를 이용하여 출력되는 레이다 신호와 반사된 레이다 신호 사이의 시간 차를 측정하고, 이를 기초로 물체의 거리(r)를 추정할 수 있다.
송신부(209)는 추정된 물체의 거리(r) 정보를 유선 또는 무선으로 영상 처리 장치(300)로 전송할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 처리 장치의 내부 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 5를 참조하면, 영상 처리 장치(300)는 팬틸트줌(PTZ) 카메라(400) 등과 같은 다양한 유형의 카메라가 무선 또는 유선으로 연결된다. 영상 처리 장치(300)는 CCTV(Closed-Circuit TV) 시스템으로 널리 사용되는 디지털 비디오 레코더(DVR: Digital Video Recorder), 네트워크 비디오 레코더(Network Video Recorder, NVR)는 물론, 개인용 컴퓨터(PC) 또는 클라우드(cloud) 환경 하에서 데이터 저장을 위한 서버(Server) 또는 모바일 디바이스(Mobile Device) 등을 포함할 수 있다.
영상 처리 장치(300)는 제1 신호 처리부(301), 제2 신호 처리부(302), 제어부(303), 저장부(304), 표시부(305), 입력부(306)를 포함할 수 있다.
제1 신호 처리부(301)는 레이다 센서(100)로부터 물체의 거리 정보를 수신한다. 제1 신호 처리부(301)는 다수의 레이다 수신기(200)로부터 물체의 거리(r)를 수신할 수 있다. 예를 들어, 도 2를 참조하면, 제1 신호 처리부(301)는 적어도 3개의 레이다 수신기(200a, 200b, 200c)로부터 수신한 물체의 거리(r1, r2, r3)를 기초로 물체의 위치 정보를 검출하고, 물체의 위치를 추정할 수 있다. 물체의 위치 정보는 물체의 거리, 방향, 고도를 포함한다.
이때, 레이다 송신기(100)와 레이다 수신기(200a, 200b, 200c)는 동기 신호에 의해 상호 동기화를 수행한다. 따라서, 제1 신호 처리부(301)는 동일한 출력 레이다 신호(Tx)에 대해 반사된 레이다 신호(Rx)를 기초로 레이다 수신기(200a, 200b, 200c) 각각이 추정한 물체의 거리(r1, r2, r3)를 이용하여 물체의 위치를 정확히 검출할 수 있다.
제1 신호 처리부(301)는 물체의 위치 정보를 기초로, 카메라(400)가 검출된 물체를 지향하도록 하는 카메라 제어 신호를 생성하여, 카메라(400)로 출력할 수 있다. 카메라 제어 신호는, 카메라(400)의 수평 방향 및 수직 방향으로 회전시키는 패닝 및 틸팅 값과 영상 확대 비율을 나타내는 줌잉 값을 포함하여, 카메라(400)의 촬영 방향 및 포커스를 설정할 수 있다.
본 실시예에서는 제1 신호 처리부(301)가 카메라 제어 신호를 생성하여 카메라(400)로 제공하고 있으나, 제1 신호 처리부(301)가 카메라(400)로 물체의 위치 정보를 전송하고, 카메라(400)에서 물체 위치 정보를 기초로 카메라 제어 신호를 생성하여 카메라(400)의 촬영 방향 및 포커스를 설정하도록 할 수 있음은 물론이다.
제2 신호 처리부(302)는 카메라(400)로부터 검출된 물체를 지향하여 촬영한 영상을 수신하고, 기 설정된 알고리즘에 따라 영상을 처리한다.
제어부(303)는 영상 처리 장치(300)의 각 구성부를 제어한다. 제어부(303)는 제1 신호 처리부(302)가 레이다 센서(100)로부터 물체의 거리를 수신한 경우, 영상 처리 장치(200)가 대기 모드에서 활성화되어 감시 모드로 전환하도록 제어할 수 있다.
저장부(304)는 제2 신호 처리부(302)로부터 출력되는 영상을 저장한다. 제어부(303)는 저장부(304)에 시간(time) 정보를 저장하는 필드와 물체의 위치 정보를 저장하는 필드를 설정할 수 있다. 이에 따라, 저장부(304)는 영상과 함께 시간 및 물체의 위치 정보를 저장할 수 있다. 저장부(304)는 영상 처리 장치(300)에 내장되거나 또는 장착가능한 자기디스크, 메모리카드, 광디스크 등이 사용될 수 있다.
표시부(305)는 제2 신호 처리부(302)로부터 출력되는 영상 또는 입력부(306)를 통해 입력된 제어 신호에 따라 생성된 메뉴 항목 등을 표시한다. 사용자가 입력부(305)를 통해 영상 검색을 요청하는 경우, 표시부(305)는 물체의 종류 및 위치, 특정 시간 등을 사용자가 직접 또는 간접으로 선택하기 위한 메뉴 항목 등을 표시할 수 있다. 표시부(305)는 시각적인 정보 및/또는 청각적인 정보를 사용자에게 제공할 수 있으며, 표시부(305)는 액정 디스플레이 패널(LCD), 유기 발광 디스플레이 패널(OLED), 전기 영동 디스플레이 패널(EPD) 등으로 이루어질 수 있다. 표시부(205)는 사용자의 터치를 통하여 입력을 받을 수 있도록 터치스크린 형태로 구비되어, 사용자 인터페이스로서 동작할 수도 있다.
입력부(306)는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현될 수 있다. 입력부(306)가 하드웨어로 구현되는 경우, 예를 들어 원격제어 가능한 유/무선 리모컨을 통해, 또는 표시부(305)에 일체로 구비된 메뉴 버튼을 통해 신호를 입력할 수 있다. 입력부(306)가 소프트웨어로 구현되는 경우 표시부(305)의 디스플레이 화면 자체에 표시될 수 있고, 예를 들어 마우스, 키보드 또는 트랙볼과 같은 포인팅 디바이스를 통해, 또는 손가락, 펜 또는 스타일러스 시스템과 같은 터치스크린 감도를 통해 신호를 입력할 수 있다.
본 발명은 레이다 송신기와 레이다 수신기를 별도로 배치하여 탐색하고자 하는 물체의 인식 거리를 확장시킬 수 있다. 또한, 하나의 레이다 송신기와 다수의 레이다 수신기를 배치하여 확장된 범위 내에서 물체의 위치를 정확히 검출할 수 있다. 다수의 레이다 수신기를 배치하는 경우, 레이다 송신기와 레이다 수신기 사이의 동기화를 위해 사전 정의된 신호를 사전에 송수신하여 상호 동기화시킬 수 있다. 본 발명의 레이다 센서는 레이다 송신기와 레이다 수신기를 분리함으로써 송수신기가 한 셋트에 집약된 레이다 센서에 비해 전체적인 시스템 비용을 절감할 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (6)

  1. 감시 영역 내의 물체로 레이다 신호를 전송하는 레이다 송신기; 및
    상기 레이다 송신기와 이격되어 상기 감시 영역 내에 배치되고, 상기 물체에 반사된 레이다 신호를 수신하여 상기 물체까지의 거리를 추정하는 레이다 수신기;를 포함하는 레이다 연동 감시 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 레이다 송신기는 상기 레이다 신호와 별개로 또는 상기 레이다 신호에 삽입하여 동기 신호를 생성하여 전송하고,
    상기 레이다 수신기는 상기 동기 신호를 추출하여, 상기 레이다 송신기와 동기화를 수행하는 레이다 연동 감시 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 동기 신호는, 특정의 단독 신호 또는 일련의 신호 순서열로 정의되는 레이다 연동 감시 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 레이다 송신기는 상기 동기 신호에 레이다 송신기의 식별 부호를 삽입하여 전송하고,
    상기 레이다 수신기는 상기 식별 부호를 기초로 상기 레이다 송신기를 식별하는 레이다 연동 감시 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 레이다 수신기는 하나 이상 구비되고,
    상기 하나 이상의 레이다 수신기로부터 상기 물체까지의 거리를 수신하여 상기 물체의 위치를 검출하고, 상기 물체의 위치 정보를 기초로, 카메라가 상기 물체를 지향하도록 하는 카메라 제어 신호를 생성하여 상기 카메라의 촬영 방향을 제어하는 영상 처리 장치;를 더 포함하는 레이다 연동 감시 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 영상 처리 장치는, 상기 물체의 위치 정보와 상기 카메라가 촬영한 영상을 함께 저장하는 레이다 연동 감시 시스템.
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