KR20180021521A - 열화상카메라를 이용한 화재감지 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 사화재의 징후가 나타나는 감시대상영역을 선정한 후에 해당영역에 대한 명도, 온도 및 동적움직임을 관찰하여 화재를 판단할 수 있는 열화상카메라를 이용한 화재감지 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 특징은, 감시대상영역을 촬영하여 열화상영상을 획득하는 열화상촬영수단(100)과, 열화상촬영수단(100)에서 촬영되는 열화상영상을 근거로 화재를 검출하는 화재검출수단(200)을 포함하며, 화재검출수단(200)은 열화상촬영수단(100)의 열화상영상에서 화재후보영역을 검출하는 화재후보영역검출부(210)와, 화재후보영역에서 화재의 온도를 분석하는 화재온도분석부(220)와, 화재후보영역에서 화재의 동적특성을 분석하는 동적특성분석부(230)와, 화재온도분석부(220)에서 분석되는 화재온도 및 동적특성분석부(230)에서 분석되는 화재의 동적특성을 근거로 화재를 판단하는 화재판단부(240)를 포함한다.

Description

열화상카메라를 이용한 화재감지 시스템{FIRE DETECTION SYSTEM USING THERMOVISION CAMERA}
본 발명은 화재의 징후가 나타나는 감시대상영역을 선정한 후에 해당영역에 대한 명도, 온도 및 동적움직임을 관찰하여 화재를 판단할 수 있는 열화상카메라를 이용한 화재감지 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 산악 지역이나, 건물, 공장, 고속도로, 문화재 등에서 화재가 발생하였을 때를 대비하여 CCTV 카메라 또는 화재 감지 센서를 이용하여 화재의 감시 및 초동 진화를 수행하고 있다. 즉, 화재 감지(또는 "감시")및 모니터링 시스템은 CCTV 카메라 또는 화재 감지 센서를 통하여 화재가 감지되는 경우 발화지점을 조기에 발견하고, 화재 경보를 발하는 방식으로 화재에 대한 초기 대응을 수행한다.
특히, 산악 지역이나, 공공장소와 같이 면적이 넓은 장소에서는 화재 감지 센서를 사용하는데 한계가 있으므로 카메라를 통한 영상 기반으로 해당 지역 및 장소를 감시하는 영상기반의 감시 시스템이 상용화되어 적용되고 있다.
그러나, 전술한 영상기반의 감시 시스템은 촬영되는 영상에서 변화를 인식하여 화재를 판단하는 것으로, 정확성이 현저히 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 특허청에 출원되어 공개된 공개특허공보 10-2007-0018485호(2007.02.14.)에 게재되어 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 화재의 징후가 나타나는 감시대상영역을 선정한 후에 해당영역에 대한 명도, 온도 및 동적움직임을 관찰하여 화재를 판단할 수 있는 열화상카메라를 이용한 화재감지 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 열화상카메라를 이용한 화재감지 시스템은, 감시대상영역을 촬영하여 열화상영상을 획득하는 열화상촬영수단(100)과, 열화상촬영수단(100)에서 촬영되는 열화상영상을 근거로 화재를 검출하는 화재검출수단(200)을 포함하며, 화재검출수단(200)은 열화상촬영수단(100)의 열화상영상에서 화재후보영역을 검출하는 화재후보영역검출부(210)와, 화재후보영역에서 화재의 온도를 분석하는 화재온도분석부(220)와, 화재후보영역에서 화재의 동적특성을 분석하는 동적특성분석부(230)와, 화재온도분석부(220)에서 분석되는 화재온도 및 동적특성분석부(230)에서 분석되는 화재의 동적특성을 근거로 화재를 판단하는 화재판단부(240)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 열화상촬영수단(100)은 촬영몸체(110)와, 촬영몸체(110)에 구비되어 감시대상지역을 촬영하는 열화상촬영부(120)와, 열화상촬영부(120)에 근접되면서 촬영몸체(110)에 구비되어, 감시대상영역에 빛을 제공하는 조명부(130)와, 촬영몸체(110)에 구비되어 열화상촬영부(120)를 외부에 노출시키는 촬영홀(141)이 형성되고, 조명부(130)를 커버하되 조명부(130)의 빛이 투과되는 글로브(140)를 포함하며, 글로브(140)는 촬영홀(141)을 통해 빗물이나 결로의 유입을 차단하도록, 촬영홀(141)의 둘레를 따라 형성되는 방지턱(142)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 화재후보영역검출부(210)는 프레임에서 픽셀들의 평균값, 픽셀들의 표준편차값, 픽셀의 최대값(가장 큰 픽셀 값)을 산출하는 픽셀값산출부(211)와, 픽셀값산출부(211)에서 산출된 픽셀들의 평균값, 픽셀들의 표준편차값, 픽셀의 최대값을 이용하여 임계점을 산출하는 임계점산출부(212)와, 임계점산출부(212)에서 산출된 임계점보다 큰 픽셀의 최대값들에 해당되는 픽셀들만 화재후보영역으로 표시하는 화재후보영역표시부(213)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 임계점산출부(212)는 수식을 이용하여 임계점을 산출하며, 수식은 TH = μ + (α x 3α + β x d)[4] μ는 열화상영상의 명도이고, d는 열화상영상의 명도 픽셀의 최대값과 평균값의 차이 이며, α는 열화상영상 명도의 표준편차이고, β는 가중치로 그 합은 1인 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 화재온도분석부(220)는 실시간으로 촬영되는 열화상영상의 프레임을 인식하는 프레임인식부(221)와, 화재후보영역검출부(210)에서 화재후보영역이 검출되지 않은 상태의 로우픽셀값을 측정하고, 측정된 로우픽셀값을 저장하여 관리하는 로우픽셀값관리부(222)과, 화재후보영역의 주변에 대한 주변온도, 보정상수, 판단온도를 설정하여 관리하는 설정값관리부(223)와, 화재후보영역검출부(210)에서 화재후보영역이 검출됨을 인식하는 영역검출인식부(224)와, 영역검출인식부(224)에 의해 화재후보영역이 검출됨을 인식하면, 로우픽셀값, 주변온도, 보정상수, 판단온도를 이용하여 물체온도를 산출하는 물체온도산출부(225)와, 물체온도산출부(225)에서 산출된 물체온도를 비교하기 위한 비교온도를 설정하는 비교온도설정부(226)와, 인식된 화재후보영역에 대한 프레임수를 설정하는 프레임수설정부(227)와, 비교온도설정부(226)에서 설정된 비교온도에 물체온도를 비교하여 물체온도가 비교온도보에 일치하거나 높으면 1차화재로 판단하는 1차화재온도판단부(228)와, 프레임인식부(221)에서 인식되는 프레임들 중에 프레임수설정부(227)에서 설정된 프레임수만큼 1차화재온도판단부(228)에서 1차화재가 판단되면 2차화재로 판단하는 2차화재온도판단부(229)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 물체온도산출부(224)는 수식을 이용하여 화재후보영역의 온도를 측정하며, 수식은 물체의 온도(℃) = (0.0217 x 로우 픽셀값) + 주변온도 - 177.77 로우픽셀값은 열화상촬영수단(100)에서 촬영된 초기의 열화상영상에 대한 영상데이터이고, 0.0217, 177.77은 보정상수인 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 화재온도분석부(220)는 최초에 촬영되는 열화상영상에서 화재후보영역의 주변에 대한 주변온도를 인식하는 주변온도인식부(2291)와, 실시간으로 인식된 주변온도와 비교되기 위한 기준온도를 설정하는 기준온도설정부(2292)와, 주변온도를 기준온도에 비교하여 주변온도가 기준온도를 초과하는지 판단하는 주변온도판단부(2293)와, 주변온도판단부(2293)에서 주변온도가 기준온도를 초과함을 판단하면, 프레임인식부(221)에서 인식되는 프레임을 체크하는 프레임체크부(2294)와, 주변온도가 기준온도를 초과하는 프레임이 프레임카운팅부(2294)에서 연속으로 2회 이상 체크되지 않으면, 1차화재온도판단부(228) 및 2차화재온도판단부(229)가 작동되지 않게 조작하고, 주변온도가 기준온도를 초과하는 프레임을 프레임카운팅부(2294)에서 연속으로 2회 이상 체크되면, 1차화재온도판단부(228) 및 2차화재온도판단부(229)가 작동되게 조작하는 판단조작부(2295)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 동적특성분석부(230)는 화재온도분석부(220)에 화재온도가 분석됨을 인식하는 화재온도인식부(231)와, 화재후보영역검출부(210)에서 화재후보영역을 인식하는 화재후보영역인식부(232)와, 인식된 화재후보영역에 대한 이미지수를 설정하는 이미지수설정부(233)와, 화재온도인식부(231)에서 화재온도가 분석됨을 인식하면, 화재후보영역인식부(232)에서 인식된 화재후보영역에 대한 이미지들을 이미지수설정부(233)에서 설정된 수만큼 순서대로 인식하여서 상관도변화량을 산출하는 상관도변화량산출부(234)와, 상관도변화량산출부(234)에서 산출되는 상관도변화량에 비교되기 위한 기준값을 설정하는 기준값설정부(235)와, 상관도변화량산출부(234)에서 산출되는 상관도변화량이 기준값설정부(235)에서 설정된 기준값을 초과하면, 화재에 대한 동적특성으로 판단하는 동적특성판단부(236)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상관도변화량산출부(234)는 수식을 이용하여 상관도변화량을 산출하며, 수식은
Figure pat00001
K는 입력받은 이미지의 순서이고, Iref는 화재후보영역이 생성될 때 얻은 이미지이며, Ik는 그 이후 얻어지는 이미지이고, m, n은 화재후보영역의 블록번호이며, I, j는 화재후보블록을 구성하는 픽셀의 좌표인 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 기준값설정부(235)는 열화상촬영수단(100)에서 최초에 10초 동안 촬영되는 감시대상영역에 대한 촬영영상을 이용하여 상관도변화량산출부(234)에서 산출되는 상관변화량을 기준값으로 설정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 열화상카메라를 이용한 화재감지 시스템은, 화재의 징후가 나타나는 감시대상영역을 선정한 후에 해당영역에 대한 명도, 온도 및 동적움직임을 관찰하여 화재를 판단할 수 있어서, 촬영되는 감시영역에서 화재의 징후를 보이는 감시대상영역을 집중 감독하여 빠른 시간에 화재를 판단할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 열화상카메라를 이용한 화재감지 시스템을 보인 블록도.
도 2는 본 발명에 적용되는 열화상카메라를 보인 사시도.
도 3은 본 발명의 열화상카메라에서 글로브가 분리된 상태를 보인 사시도.
도 4는 본 발명의 글로부가 결합되는 상태를 보인 도면.
도 5는 본 발명에 적용되는 화재검출수단의 화재영역검출부를 보인 블록도.
도 6은 하나의 프레임에 대한 픽셀값들을 보인 도면.
도 7은 각각의 픽셀값에 해당되는 명도로 화면에 표시되는 상태와, 임계점보다 큰 픽셀의 최대값들에 해당되는 픽셀들만 화면에 표시되는 상태를 보인 사진.
도 8은 본 발명에 적용되는 화재검출수단의 화재온도분석부를 보인 블록도.
도 9는 본 발명에 적용되는 화재검출수단의 동적특성분석부를 보인 블록도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 열화상카메라를 이용한 화재감지 시스템을 자세히 설명한다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명은 감시대상영역을 촬영하여 열화상영상을 획득하는 열화상촬영수단(100)과, 열화상촬영수단(100)에서 촬영되는 열화상영상을 근거로 화재를 검출하는 화재검출수단(200)을 포함한다.
열화상촬영수단(100)은 촬영몸체(110)와, 촬영몸체(110)에 구비되어 감시대상지역을 촬영하는 열화상촬영부(120)와, 열화상촬영부(120)에 근접되면서 촬영몸체(110)에 구비되어, 감시대상영역에 빛을 제공하는 조명부(130)와, 촬영몸체(110)에 구비되어 열화상촬영부(120)를 외부에 노출시키는 촬영홀(141)이 형성되고, 조명부(130)를 커버하되 조명부(130)의 빛이 투과되는 글로브(140)를 포함한다.
촬영몸체(110)는 원통형태로 형성되면서 전면에 열화상촬영부(120) 및 조명부(130)가 배치되고, 열화상촬영부(120) 및 조명부(130)에 외부로부터 전원이 인가되며, 열화상촬영부(120)에서 촬영되는 열화상영상이 외부로 전송되는 단자가 형성된다.
그리고, 촬영몸체(110)는 조명부(130)에서 발생되는 열기가 배출되도록 방열홀이 형성될 수 있다.
열화상촬영부(120)는 열화상카메라로 구성될 수 있다. 이러한, 열화상촬영부(120)인 열화상카메라에는 촬영되는 영역의 온도(℃)를 센싱하여 촬영되는 영상의 프레임 이미지에 밝기를 다르게 하여 표시할 수 있다. 따라서, 온도가 높은 부분의 이미지는 높은 픽셀값으로 밝게 보이고, 온도가 낮은 부분의 이미지는 낮은 픽셀값으로 어둡게 보인다. 즉, 촬영되는 영상에서 밝은 부분의 온도가 어두운 부분보다 높다.
조명부(130)는 LED와 같은 램프로 구성될 수 있다.
글로브(140)는 빛이 투과되도록 투명재질로 제조되면서 열화상촬영부(120) 및 조명부(130)를 커버하도록 캡형태로 형성되어, 촬영몸체(110)에 강제로 결합될 수 있다.
그리고, 글로브(140)는 촬영홀(141)을 통해 빗물이나 결로의 유입을 차단하도록, 촬영홀(141)의 둘레를 따라 형성되는 방지턱(142)을 포함한다. 이러한, 방지턱(142)은 촬영홀(141)의 둘레를 따라 돌출되므로 야외에서 온도변화에 따라 발생되는 결로가 촬영홀(141)을 통해 침투됨을 방지하여서 외측으로 안내한다.
화재검출수단(200)은 열화상촬영수단(100)의 열화상영상에서 화재후보영역을 검출하는 화재후보영역검출부(210)와, 화재후보영역에서 화재의 온도를 분석하는 화재온도분석부(220)와, 화재후보영역에서 화재의 동적특성을 분석하는 동적특성분석부(230)와, 화재온도분석부(220)에서 분석되는 화재온도 및 동적특성분석부(230)에서 분석되는 화재의 동적특성을 근거로 화재를 판단하는 화재판단부(240)를 포함한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 화재후보영역검출부(210)는 열화상영상의 프레임에서 픽셀들의 평균값, 픽셀들의 표준편차값, 픽셀의 최대값(가장 큰 픽셀 값)을 산출하는 픽셀값산출부(211)와, 픽셀값산출부(211)에서 산출된 픽셀들의 평균값, 픽셀들의 표준편차값, 픽셀의 최대값을 이용하여 임계점을 산출하는 임계점산출부(212)와, 임계점산출부(212)에서 산출된 임계점보다 큰 픽셀의 최대값들에 해당되는 픽셀들만 화재후보영역으로 표시하는 화재후보영역표시부(213)를 포함한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 하나의 프레임에 각기 다른 픽셀(명도)값들이 보이고 있는데, 좌측으로 갈수록 픽셀값이 높아서 좌측부분이 우측부분보다 상대적으로 밝다는 것을 알 수 있다.
여기서, 하나의 프레임(장면)이 가로 60픽셀 x 세로 80픽셀이면 전체프레임은 4800개의 픽셀로 이루진다. 그리고, 각 픽셀에 대한 픽셀값은 0~255 사이의 값으로 이루어져 있다. 이때, 픽셀값이 높으면 명도가 선명하면서 밝고 낮으면 명도가 흐릿하면서 어둡다.
픽셀값산출부(211)는 열화상영상(프레임)에서 각 픽셀들의 픽셀값을 이용하여 픽셀들의 평균값, 픽셀들의 표준편차값, 픽셀의 최대값(가장 큰 픽셀 값)을 산출한다. 이와 같이, 픽셀들의 평균값, 픽셀들의 표준편차값, 픽셀의 최대값을 산출하는 이유는 열화상영상에서 가장 밝은 영역을 계산하기 위해서 이다.
평균, 표준편차, 최대값을 계산하는 이유는 열화상영상의 한 프레임(장면)에서 평균픽셀값과 표준편차를 합한 명도값보다 크고 열화상영상의 최대값보다 작거나 같은 값을 가지는 픽셀들을 구하기 위해서 이다.
임계점산출부(212)는 아래와 같은 수식을 이용하여 임계점을 산출한다.
TH = μ + (α x 3α + β x d)[4]
μ는 열화상영상의 명도이고,
d는 열화상영상의 명도 픽셀의 최대값과 평균값의 차이 이며,
α는 열화상영상 명도의 표준편차이고,
β는 가중치로 그 합은 1이다.
더욱 상세하게는, 임계점 = 평균값 + (표준편차값 ㅧ 3* 0.5 + 0.5 ㅧ 픽셀의 최대값 - 평균값)으로 수식이 이루어져서 임계점을 산출할 수 있다.
이와 같이, 임계점보다 높은 값을 화재영역후보로 선정하기 때문에 임계점보다 낮은 영역을 제거하여 오검출 요소를 제거할 수 있다.
더욱이, 열화상영상에서 화재에 대한 영상의 픽셀값은 최대값에 가깝기 때문에, 화재후보영역이 용이하게 산출될 수 있도록, 상기와 같은 수식을 이용하여 최대값에 가까워지는 임계점을 산출할 수 있다.
따라서, 한 프레임에서 평균, 표준편차, 최대값을 모두 계산하여, 한 프레임(장면)에서 평균과 표준편차를 합한 값보다 크고, 영상의 최대값보다 작거나 같은 값에 분포하는 픽셀들을 계산하여 화재후보영역으로 선정한다.
화재후보영역표시부(213)는 임계점보다 큰 픽셀의 최대값들에 해당되는 픽셀들만 화면으로 표시한다.
도 7의 좌측에 도시된 바와 같이, 각각의 픽셀값에 해당되는 명도로 화면에 표시되는 상태에서, 도 7의 우측에 도시된 바와 같이, 임계점보다 큰 픽셀의 최대값들이 산출되면 임계점보다 큰 픽셀의 최대값들에 해당되는 픽셀들만 화면에 표시된다. 따라서, 임계점보다 작은 값들의 픽셀은 무시되므로 해당 부분은 어둡게 표시되고, 화재후보영역만 선명하게 표시된다.
여기서, 열화상카메라는 같은 환경에서 같은 온도를 가지는 물체를 촬영하더라도 다른 픽셀 값을 출력할 수 있으므로, 화재후보영역을 미리 설정된 고정값을 사용하여 화재후보영역의 결과가 달라질 수 있는 문제점이 있다.
이와 같이, 화재후보영역검출부(210)에서는 미리 설정된 고정값을 사용하지 않고, 현장에서 촬영되는 열화상영상에서 인식되는 평균값, 표준편차, 최대값을 이용하여 화재후보영역을 정확하게 검출할 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 화재온도분석부(220)는 실시간으로 촬영되는 열화상영상의 프레임을 인식하는 프레임인식부(221)와, 화재후보영역검출부(210)에서 화재후보영역이 검출되지 않은 상태의 로우픽셀값을 측정하고, 측정된 로우픽셀값을 저장하여 관리하는 로우픽셀값관리부(222)과, 화재후보영역의 주변에 대한 주변온도, 보정상수, 판단온도를 설정하여 관리하는 설정값관리부(223)와, 화재후보영역검출부(210)에서 화재후보영역이 검출됨을 인식하는 영역검출인식부(224)와, 영역검출인식부(224)에 의해 화재후보영역이 검출됨을 인식하면, 로우픽셀값, 주변온도, 보정상수, 판단온도를 이용하여 물체온도를 산출하는 물체온도산출부(225)와, 물체온도산출부(225)에서 산출된 물체온도를 비교하기 위한 비교온도를 설정하는 비교온도설정부(226)와, 인식된 화재후보영역에 대한 프레임수를 설정하는 프레임수설정부(227)와, 비교온도설정부(226)에서 설정된 비교온도에 물체온도를 비교하여 물체온도가 비교온도보에 일치하거나 높으면 1차화재로 판단하는 1차화재온도판단부(228)와, 프레임인식부(221)에서 인식되는 프레임들 중에 프레임수설정부(227)에서 설정된 프레임수만큼 1차화재온도판단부(228)에서 1차화재가 판단되면 2차화재로 판단하는 2차화재온도판단부(229)를 포함한다.
먼저, 주변온도는 열화상촬영수단(100)에서 제공된다.
물체온도산출부(224)는 아래의 수식을 이용하여 화재후보영역의 온도를 측정한다.
수식은 물체온도(℃) = (0.0217 x 로우 픽셀값) + 주변온도 - 177.77 이다. 여기서, 0.0217, 177.77은 반복적인 실험을 통해서 얻어진 보정상수이고, 로우픽셀값은 열화상촬영수단(100)에서 촬영된 초기의 열화상영상에 대한 영상데이터이다. 여기서, 영상데이터는 최초에 0~255 값이 입력되는 것이 아니라 7000~ 10000이상의 값이 입력되는데, 입력되는 7000~10000이상의 값들을 0~255 사이의 값으로 변환 해주는 스케일링 과정을 거치게 된다. 스케일링 과정을 거치면 영상으로 볼 수 있다.
주변온도는 화재후보영역을 제외한 영역에 대한 온도이다. 이러한, 주변온도는 프레임의 픽셀값들을 이용하여 온도를 산출한다. 즉, 픽셀값이 낮으면 주변온도값이 낮고, 픽셀값이 높으면 주변온도값이 높다.
비교온도는 80도(℃)가 바람직하지만, 온도를 더 높이거나 낮춰서 적절하게 설정할 수 있다.
그리고, 프레임수는 30프레임이 바람직하지만, 프레임수를 더 늘리거나 줄여서 감시대상영역에 적합하도록 적절하게 설정할 수 있다.
이와 같이, 화재온도분석부(220)에서는 화재후보영역이 검출되면 1차로 화재온도를 판단한 후에 다시 2차로 화재온도를 판단하므로 화재가 발생될 수 있는 온도를 정확하게 측정할 수 있다.
또한, 화재온도분석부(220)는 최초에 촬영되는 열화상영상에서 화재후보영역의 주변에 대한 주변온도를 인식하는 주변온도인식부(2291)와, 실시간으로 인식된 주변온도와 비교되기 위한 기준온도를 설정하는 기준온도설정부(2292)와, 주변온도를 기준온도에 비교하여 주변온도가 기준온도를 초과하는지 판단하는 주변온도판단부(2293)와, 주변온도판단부(2293)에서 주변온도가 기준온도를 초과함을 판단하면, 프레임인식부(221)에서 인식되는 프레임을 체크하는 프레임체크부(2294)와, 주변온도가 기준온도를 초과하는 프레임이 프레임카운팅부(2294)에서 연속으로 2회 이상 체크되지 않으면, 1차화재온도판단부(228) 및 2차화재온도판단부(229)가 작동되지 않게 조작하고, 주변온도가 기준온도를 초과하는 프레임을 프레임카운팅부(2294)에서 연속으로 2회 이상 체크되면, 1차화재온도판단부(228) 및 2차화재온도판단부(229)가 작동되게 조작하는 판단조작부(2295)를 포함한다.
기준온도는 15~25도(℃)로 설정될 수 있으며, 반복적인 실험을 통해 약20도로 설정됨이 바람직하다.
따라서, 연속되는 프레임들마다 10도씩 전체 20도가 증가하면 즉, 최초에 인식된 주변온도가 20도 이상 상승되면 화재에 의해 주변온도도 같이 상승한 것으로 판단할 수 있어서, 화재를 정확하게 판단할 수 있다.
예를 들어, 요리를 하기 위해 작동되는 한쪽에 위치된 버너에서 발생되는 열기에 의해 특정부분에서만 온도변화가 발생되고 주변온도가 전체적으로 변화되지 않는 경우를 화재로 판단하는 오류를 미연에 방지할 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 동적특성분석부(230)는 화재온도분석부(220)에 화재온도가 분석됨을 인식하는 화재온도인식부(231)와, 화재후보영역검출부(210)에서 화재후보영역을 인식하는 화재후보영역인식부(232)와, 인식된 화재후보영역에 대한 이미지수를 설정하는 이미지수설정부(233)와, 화재온도인식부(231)에서 화재온도가 분석됨을 인식하면, 화재후보영역인식부(232)에서 인식된 화재후보영역에 대한 이미지들을 이미지수설정부(233)에서 설정된 수만큼 순서대로 인식하여서 상관도변화량을 산출하는 상관도변화량산출부(234)와, 상관도변화량산출부(234)에서 산출되는 상관도변화량에 비교되기 위한 기준값을 설정하는 기준값설정부(235)와, 상관도변화량산출부(234)에서 산출되는 상관도변화량이 기준값설정부(235)에서 설정된 기준값을 초과하면, 화재에 대한 동적특성으로 판단하는 동적특성판단부(236)를 포함한다.
이미지수설정부(233)는 이미지프레임을 10프레임으로 설정한다.
상관도변화량산출부(234)는 아래의 수식을 이용하여 상관도변화량을 산출한다.
수식은
Figure pat00002
K는 입력받은 이미지의 순서이고,
Iref는 화재후보영역이 생성될 때 얻은 이미지이며,
Ik는 그 이후 얻어지는 이미지이고,
m, n은 화재후보영역의 블록번호이며,
I, j는 화재후보블록을 구성하는 픽셀의 좌표이다.
상관도변화량(Block Mean of Variation)의 수치가 기준값을 넘으면 화재로 판단한다.
그리고, 상관도변화량산출부(234)는 아래의 수식을 이용하여 상관도변화량의 평균을 구할 수 있다.
수식은
Figure pat00003
이와 같이, 상관도변화량평균을 산출한 후에 상관도변화량평균이 기준값보다 높게 산출되면 화재의 동적움직임으로 판단한다.
상관도변화량산출부(234)는 10초 동안 촬영되는 영상에서 5프레임마다 발생되는 산출되는 상관도변화량의 평균을 산출한다.
기준값설정부(235)는 열화상촬영수단(100)에서 최초에 10초 동안 촬영되는 감시대상영역에 대한 촬영영상을 이용하여 상관도변화량산출부(234)에서 산출되는 상관변화량을 기준값으로 설정한다.
동적특성판단부(236)는 상관도변화량이 기준값설정부(235)에서 설정된 기준값을 초과하면, 화재에 대한 동적특성으로 판단한다. 이때, 상관도변화량평균값이 기준값을 10이상 초과하면 화재에 대한 동적특성으로 분석하도록 구성될 수 있다. 즉, 평균값을 기준값에 비교하므로 화재에 대한 동적특성을 정확하게 분석할 수 있다.
그리고, 5프레임마다의 상관도변화량평균값이 10이상 기준값을 초과하면 화재에 대한 동적특성으로 분석하도록 구성될 수 있다.
물론, 상관도변화량이 10이상 증가하는 프레임들만 연속으로 10개 측정되어도 화재로 분석하도록 구성될 수 있다.
화재판단부(240)는 상기와 같은 과정을 거쳐서 화재온도가 감지된 후에 동적특성분석이 분석되면, 불꽃이나 연기가 발생되는 화재를 판단한다.
이와 같이, 본 발명에 의하면 열화상카메라에 의해 촬영되는 감시대상영역에서 화재후보영역을 인식하고, 화재후보영역에 대한 온도를 측정하며, 화재후보영역에서 동적움직임을 파악할 수 있어서, 화재를 정밀하고 정확하면서 신속하게 판단할 수 있으므로, 열화상카메라를 이용한 화재감지 시스템에 적용되어서 널리 사용될 수 있는 매우 유익한 발명이라 할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의의 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 열화상카메라 110 : 촬영몸체
120 : 열화상촬영부 130 : 조명부
140 : 글로브 141 : 촬영홀
142 : 방지턱 200 : 화재검출수단
210 : 화재후보영역검출부 211 : 픽셀값산출부
212 : 임계점산출부 213 : 화재후보영역표시부
220 : 화재온도분석부 221 : 프레임인식부
222 : 로우픽셀값관리부 223 : 설정값관리부
224 : 검출인식부 225 : 물체온도산출부
226 : 비교온도설정부 227 : 프레임수설정부
228 : 1차화재온도판단부 229 : 2차화재온도판단부
2291 : 주변온도인식부 2292 : 기준온도설정부
2293 : 주변온도판단부 2294 : 프레임체크부
2295 : 판단조작부
230 : 동적특성분석부 231 : 화재온도인식부
232 : 화재후보영역인식부 233 : 이미지수설정부
234 : 상관도변화량산출부 235 : 비교값설정부
236 : 동적특성판단부 240 : 화재판단부

Claims (10)

  1. 감시대상영역을 촬영하여 열화상영상을 획득하는 열화상촬영수단(100)과,
    열화상촬영수단(100)에서 촬영되는 열화상영상을 근거로 화재를 검출하는 화재검출수단(200)을 포함하며,
    화재검출수단(200)은
    열화상촬영수단(100)의 열화상영상에서 화재후보영역을 검출하는 화재후보영역검출부(210)와,
    화재후보영역에서 화재의 온도를 분석하는 화재온도분석부(220)와,
    화재후보영역에서 화재의 동적특성을 분석하는 동적특성분석부(230)와,
    화재온도분석부(220)에서 분석되는 화재온도 및 동적특성분석부(230)에서 분석되는 화재의 동적특성을 근거로 화재를 판단하는 화재판단부(240)를 포함하는 것을 특징으로 하는 열화상카메라를 이용한 화재감지 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 열화상촬영수단(100)은
    촬영몸체(110)와,
    촬영몸체(110)에 구비되어 감시대상지역을 촬영하는 열화상촬영부(120)와,
    열화상촬영부(120)에 근접되면서 촬영몸체(110)에 구비되어, 감시대상영역에 빛을 제공하는 조명부(130)와,
    촬영몸체(110)에 구비되어 열화상촬영부(120)를 외부에 노출시키는 촬영홀(141)이 형성되고, 조명부(130)를 커버하되 조명부(130)의 빛이 투과되는 글로브(140)를 포함하며,
    글로브(140)는 촬영홀(141)을 통해 빗물이나 결로의 유입을 차단하도록, 촬영홀(141)의 둘레를 따라 형성되는 방지턱(142)을 포함하는 것을 특징으로 하는 열화상카메라를 이용한 화재감지 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서, 화재후보영역검출부(210)는
    프레임에서 픽셀들의 평균값, 픽셀들의 표준편차값, 픽셀의 최대값(가장 큰 픽셀 값)을 산출하는 픽셀값산출부(211)와,
    픽셀값산출부(211)에서 산출된 픽셀들의 평균값, 픽셀들의 표준편차값, 픽셀의 최대값을 이용하여 임계점을 산출하는 임계점산출부(212)와,
    임계점산출부(212)에서 산출된 임계점보다 큰 픽셀의 최대값들에 해당되는 픽셀들만 화재후보영역으로 표시하는 화재후보영역표시부(213)를 포함하는 것을 특징으로 하는 열화상카메라를 이용한 화재감지 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서, 임계점산출부(212)는 수식을 이용하여 임계점을 산출하며,
    수식은 TH = μ + (α x 3α + β x d)[4]
    μ는 열화상영상의 명도이고,
    d는 열화상영상의 명도 픽셀의 최대값과 평균값의 차이 이며,
    α는 열화상영상 명도의 표준편차이고,
    β는 가중치로 그 합은 1인 것을 특징으로 하는 열화상카메라를 이용한 화재감지 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서, 화재온도분석부(220)는
    실시간으로 촬영되는 열화상영상의 프레임을 인식하는 프레임인식부(221)와,
    화재후보영역검출부(210)에서 화재후보영역이 검출되지 않은 상태의 로우픽셀값을 측정하고, 측정된 로우픽셀값을 저장하여 관리하는 로우픽셀값관리부(222)과,
    화재후보영역의 주변에 대한 주변온도, 보정상수, 판단온도를 설정하여 관리하는 설정값관리부(223)와,
    화재후보영역검출부(210)에서 화재후보영역이 검출됨을 인식하는 영역검출인식부(224)와,
    영역검출인식부(224)에 의해 화재후보영역이 검출됨을 인식하면, 로우픽셀값, 주변온도, 보정상수, 판단온도를 이용하여 물체온도를 산출하는 물체온도산출부(225)와,
    물체온도산출부(225)에서 산출된 물체온도를 비교하기 위한 비교온도를 설정하는 비교온도설정부(226)와,
    인식된 화재후보영역에 대한 프레임수를 설정하는 프레임수설정부(227)와,
    비교온도설정부(226)에서 설정된 비교온도에 물체온도를 비교하여 물체온도가 비교온도보에 일치하거나 높으면 1차화재로 판단하는 1차화재온도판단부(228)와,
    프레임인식부(221)에서 인식되는 프레임들 중에 프레임수설정부(227)에서 설정된 프레임수만큼 1차화재온도판단부(228)에서 1차화재가 판단되면 2차화재로 판단하는 2차화재온도판단부(229)를 포함하는 것을 특징으로 하는 열화상카메라를 이용한 화재감지 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서, 물체온도산출부(224)는 수식을 이용하여 화재후보영역의 온도를 측정하며,
    수식은 물체의 온도(℃) = (0.0217 x 로우 픽셀값) + 주변온도 - 177.77
    로우픽셀값은 열화상촬영수단(100)에서 촬영된 초기의 열화상영상에 대한 영상데이터이고,
    0.0217, 177.77은 보정상수인 것을 특징으로 하는 열화상카메라를 이용한 화재감지 시스템.
  7. 청구항 5에 있어서, 화재온도분석부(220)는
    최초에 촬영되는 열화상영상에서 화재후보영역의 주변에 대한 주변온도를 인식하는 주변온도인식부(2291)와,
    실시간으로 인식된 주변온도와 비교되기 위한 기준온도를 설정하는 기준온도설정부(2292)와,
    주변온도를 기준온도에 비교하여 주변온도가 기준온도를 초과하는지 판단하는 주변온도판단부(2293)와,
    주변온도판단부(2293)에서 주변온도가 기준온도를 초과함을 판단하면, 프레임인식부(221)에서 인식되는 프레임을 체크하는 프레임체크부(2294)와,
    주변온도가 기준온도를 초과하는 프레임이 프레임카운팅부(2294)에서 연속으로 2회 이상 체크되지 않으면, 1차화재온도판단부(228) 및 2차화재온도판단부(229)가 작동되지 않게 조작하고, 주변온도가 기준온도를 초과하는 프레임을 프레임카운팅부(2294)에서 연속으로 2회 이상 체크되면, 1차화재온도판단부(228) 및 2차화재온도판단부(229)가 작동되게 조작하는 판단조작부(2295)를 포함하는 것을 특징으로 하는 열화상카메라를 이용한 화재감지 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서, 동적특성분석부(230)는
    화재온도분석부(220)에 화재온도가 분석됨을 인식하는 화재온도인식부(231)와,
    화재후보영역검출부(210)에서 화재후보영역을 인식하는 화재후보영역인식부(232)와,
    인식된 화재후보영역에 대한 이미지수를 설정하는 이미지수설정부(233)와,
    화재온도인식부(231)에서 화재온도가 분석됨을 인식하면, 화재후보영역인식부(232)에서 인식된 화재후보영역에 대한 이미지들을 이미지수설정부(233)에서 설정된 수만큼 순서대로 인식하여서 상관도변화량을 산출하는 상관도변화량산출부(234)와,
    상관도변화량산출부(234)에서 산출되는 상관도변화량에 비교되기 위한 기준값을 설정하는 기준값설정부(235)와,
    상관도변화량산출부(234)에서 산출되는 상관도변화량이 기준값설정부(235)에서 설정된 기준값을 초과하면, 화재에 대한 동적특성으로 판단하는 동적특성판단부(236)를 포함하는 것을 특징으로 하는 열화상카메라를 이용한 화재감지 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서, 상관도변화량산출부(234)는 수식을 이용하여 상관도변화량을 산출하며,
    수식은
    Figure pat00004

    K는 입력받은 이미지의 순서이고,
    Iref는 화재후보영역이 생성될 때 얻은 이미지이며,
    Ik는 그 이후 얻어지는 이미지이고,
    m, n은 화재후보영역의 블록번호이며,
    I, j는 화재후보블록을 구성하는 픽셀의 좌표인 것을 특징으로 하는 열화상카메라를 이용한 화재감지 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서, 기준값설정부(235)는 열화상촬영수단(100)에서 최초에 10초 동안 촬영되는 감시대상영역에 대한 촬영영상을 이용하여 상관도변화량산출부(234)에서 산출되는 상관변화량을 기준값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 열화상카메라를 이용한 화재감지 시스템.
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