KR20180066393A - 디지털 출력을 갖는 이미지 센서 모듈을 이용한 라돈 검출 시스템 및 검출방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 디지털 출력을 갖는 이미지 센서 모듈을 이용하여 공기 중의 라돈의 농도비를 검출하는 발명에 관한 것이다. 본 발명에 따른 실내의 라돈 농도를 계산하는 라돈 검출 시스템 일례는, 주변에서 들어오는 빛은 차단하고, 공기는 순환되는 챔버; 상기 챔버 내에 위치하고, 공기 중의 라돈에서 발생된 알파선의 인가에 따라 전자를 생성하며, 생성된 전자를 통해 출력되는 전압의 변화가 발생되며, 상기 전압의 변화를 디지털 영상 신호로 출력하는 이미지 센서; 및 상기 디지털 영상신호의 각 프레임에 포함된 이미지 데이터를 저장하고, 상기 이미지 데이터를 미리 설정된 기준값 이상의 픽셀을 갖는 제 1 정보와 상기 기준값 미만의 제 2 정보로 이진화(binarize)하며, 상기 제 1 정보의 개수를 카운트하고, 상기 카운트한 제 1 정보의 개수를 이용하여 상기 실내의 라돈 농도를 계산하는 제어부;를 포함할 수 있다.

Description

디지털 출력을 갖는 이미지 센서 모듈을 이용한 라돈 검출 시스템 및 검출방법{RADON DETECTION SYSTEM USING IMAGE SENSOR MODULE OUTPUTTING DIGITAL INFORMATION AND DETECTION METHOD THEREOF}
본 발명은 디지털 출력을 갖는 이미지 센서 모듈을 이용하여 공기 중의 라돈을 검출하고 라돈 농도를 측정하는 발명에 관한 것이다.
UNSCEAR 2000보고서에서 일반인이 자연환경에서 받는 연간 피폭선량의 전 세계 평균은 2.4mSv/yr 라 보고되고 있다. 이 중 라돈 및 딸핵종에 의한 피폭선량이 전체의 약 50%이상을 차지하는 1.3mSv/yr이다.
또한, 한국원자력안전기술원에서 발표한 국민방사선위해도 평가 보고서에 따르면 자연방사선원에 의한 국민의 총 피폭유효선량은 2.99mSv/yr이고, 이 중 라돈흡입에 의한 내부피폭이 1.41mSv/yr로 전체의 약 47%를 차지하여 피폭에 가장 높은 기여를 하고 있는 것으로 알려졌다.
이때, 라돈(Radon)은 일반적으로 가장 잘 알려진 천연방사성핵종 중 하나로서 무형, 무색의 불활성 기체이고, 붕괴과정에서 방사선을 방출한다. 라돈에 의한 피폭은 라돈붕괴에 의해 생성된 라돈 딸핵종이 호흡기관 표면에 침착되어 방출하는 알파선에 기인하며, 호흡에 의해 인체에 흡입되는 경우 폐조직을 파괴하는 등 신체에 문제를 발생시키게 된다.
특히 라돈에 의한 피폭은 라돈붕괴에 의해 생성된 라돈 딸핵종이 호흡기관 표면에 침착되어 방출하는 알파선에 기인하므로 고농도의 라돈에 장기간 노출되는 경우 폐암을 유발할 수 있다.
국제방사선방호위원회에서는 권고안을 통해 각국의 라돈 참고준위를 수립할 것을 권고하고 있으며, 현재 전 세계 여러나라에서는 정부차원에서 대규모 실내 라돈 조사를 실시하는 추세에 있고, 이러한 조사결과를 바탕으로 라돈으로부터 받는 국민피폭선량을 평가를 통해 방사선방호를 위한 정책을 수립하고 있다.
이러한 라돈농도의 측정방법은 라돈 및 딸핵종으로부터 방출되는 방사선을 검출하는 방법이 가장 많이 이용되고 있다. 대표적인 검출기는 펄스전리함, 충전막전리함, ZnS(Ag)섬광검출기, 표면장벽형 실리콘 검출기 또는 확산접합형 검출기, NaI(TI) 또는 HPGe 등이 있다. 이중에서, 현재 가장 많이 사용되고 있는 검출기의 종류로는 그 검출형태에 따라 적분형, 연속형 그리고 포집형으로 나누어지며, 또한 검출기의 작동방식에 따라 능동형과 수동형으로 구분된다. 이와 더불어 측정치를 연속적으로 지시하는 계수율계형과 누적된 노출량을 지시하는 적분형으로 구분할 수 있다.
계수율계형 측정기는 즉시 측정에 주로 사용되며, 검출 지역에서 라돈농도의 시간에 따른 변동추이를 측정하는데 유용하다. 이에 반해 적분형 검출기는 수주에서 수개월에 이르는 장기간 측정에 주로 사용되며, 일정기간 동안의 평균 라돈 농도를 얻을 수 있다.
상기와 같은 라돈 측정기들은 종래에는 고비용이기 때문에 쉽게 보급할 수 없는 문제가 있었다. 라돈 농도를 확인하기 위해서는 고성능 프로세서가 존재하여야 하기 때문이다. 그러므로 보다 저렴한 비용으로 실시간 라돈 농도를 측정할 수 있는 라돈 검출기가 요구되고 있는 실정이다.
대한민국 특허청 등록특허공보 제10-1415859호 대한민국 특허청 등록특허공보 제10-0957116호 대한민국 특허청 공개특허공보 제10-2015-0114347호 대한민국 특허청 등록특허공보 제10-1514251호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 디지털 출력을 갖는 이미지 센서 모듈을 이용한 라돈에서 생성되는 알파선을 실시간으로 검출할 수 있는 라돈 검출 시스템을 사용자에게 제공하는데 목적이 있다.
또한, 기설정된 시간 동안 검출된 라돈의 양을 통해 대기중의 라돈 농도를 확인할 수 있는 라돈 검출 시스템을 사용자에게 제공하는데 목적이 있다.
또한, 저비용으로 실시간 라돈을 검출할 수 있는 라돈 검출 시스템을 사용자에게 제공하는데 목적이 있다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위한 실내의 라돈 농도를 계산하는 라돈 검출 시스템 일례는, 주변에서 들어오는 빛은 차단하고, 공기는 순환되는 챔버; 상기 챔버 내에 위치하고, 공기 중의 라돈에서 발생된 알파선의 인가에 따라 전자를 생성하며, 생성된 전자를 통해 출력되는 전압의 변화가 발생되며, 상기 전압의 변화를 디지털 영상 신호로 출력하는 이미지 센서; 및 상기 디지털 영상신호의 각 프레임에 포함된 이미지 데이터를 저장하고, 상기 이미지 데이터를 미리 설정된 기준값 이상의 픽셀을 갖는 제 1 정보와 상기 기준값 미만의 제 2 정보로 이진화(binarize)하며, 상기 제 1 정보의 개수를 카운트하고, 상기 카운트한 제 1 정보의 개수를 이용하여 상기 실내의 라돈 농도를 계산하는 제어부;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1 정보의 개수는, 상기 전압 변화에 따른 상기 알파선의 인가 횟수에 따라 결정될 수 있다.
또한, 상기 이미지 센서는, CMOS(complementary metal-oxide semiconductor)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 이미지 데이터는, RGB 코드(Red-Green-Blue Code)에 따라 표현된 정보이고, 상기 제어부는, 이미지 프로세싱을 통해 상기 이미지 데이터를 그레이 코드(Gray Code)에 따라 표현할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 그레이 코드에 따라 표현된 이미지 데이터를 기초로, 상기 제 1 정보에 상기 이진화 값 중 제 1 값을 부여하고, 상기 제 2 정보에 제 2 값을 부여함으로써, 상기 이미지 데이터를 이진 코드(binary code)에 따라 표현할 수 있다.
또한, 상기 이미지 센서는, 상기 알파선이 인가될 수 있도록, 상기 이미지 센서에 위치된 센서 커버 글래스(Sensor Cover glass)가 제거될 수 있다.
또한, 계산된 상기 실내의 라돈 농도를 인터넷을 통해 서버로 전송하는 무선통신부;를 더 포함하고, 상기 라돈 검출 시스템은 복수이며, 상기 복수의 라돈 검출 시스템 각각은 상기 서버로 계산된 상기 실내의 라돈 농도를 전송하고, 상기 서버에서 통계화된 상기 라돈 농도가 기준치를 초과하는 경우, 상기 서버로부터 경보를 수신할 수 있다.
한편, 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 실내의 라돈 농도를 계산하는 라돈 검출 방법 일례는, 챔버가 주변에서 들어오는 빛을 차단하고, 공기를 순환시키는 제 1 단계; 상기 챔버 내에 위치한 이미지 센서가 공기 중의 라돈에서 발생된 알파선의 인가에 따라 전자를 생성하는 제 2 단계; 상기 이미지 센서에 의해 상기 생성된 전자를 통해 출력되는 전압의 변화가 발생되는 제 3 단계; 상기 이미지 센서가 상기 전압의 변화를 디지털 영상 신호로 출력하는 제 4 단계; 제어부가 상기 디지털 영상신호의 각 프레임에 포함된 이미지 데이터를 저장하는 제 5 단계; 상기 제어부가 상기 이미지 데이터를 미리 설정된 기준값 이상의 픽셀을 갖는 제 1 정보와 상기 기준값 미만의 제 2 정보로 이진화(binarize)하는 제 6 단계; 상기 제어부가 상기 제 1 정보의 개수를 카운트하는 제 7 단계; 및 상기 제어부가 상기 카운트한 제 1 정보의 개수를 이용하여 상기 실내의 라돈 농도를 계산하는 제 8 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1 정보의 개수는, 상기 전압 변화에 따른 상기 알파선의 인가 횟수에 따라 결정될 수 있다.
또한, 상기 이미지 데이터는, RGB 코드(Red-Green-Blue Code)에 따라 표현된 정보이고, 상기 제 6 단계는, 상기 제어부가 이미지 프로세싱을 통해 상기 이미지 데이터를 그레이 코드(Gray Code)에 따라 표현하는 제 6-1 단계; 및 상기 제어부가 상기 그레이 코드에 따라 표현된 이미지 데이터를 기초로, 상기 제 1 정보에 상기 이진화 값 중 제 1 값을 부여하고, 상기 제 2 정보에 제 2 값을 부여함으로써, 상기 이미지 데이터를 이진 코드(binary code)에 따라 표현하는 제 6-2 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명은 알파선 검출을 통해 대기 중 라돈의 양을 정확히 판단할 수 있고, 라돈 검출을 통해 인체 건강을 지킬 수 있다.
라돈은 1급 발암물질로서, 현대인에게 매우 치명적인데, 본 발명은 건물, 지하철과 같은 폐쇄된 공간 내에서의 라돈 농도를 검출함으로써, 환기시스템을 가동하여 국민 건강에 이바지 할 수 있다.
또한, 본 발명은 종래의 감마선을 이용한 라돈 측정보다 정확한 라돈 농도를 측정할 수 있고, 고성능 프로세서를 사용하여 측정 값에 따른 계산 오차를 줄일 수 있다.
또한, 본 발명은 측정 기기의 전기적 안정성 및 프로세서의 겅능에 따라 1개 이상의 센서를 장착할 수 있어 기존 라돈 측정 장치에 비해 좋은 성능을 보장한다.
현재 라돈 농도에 대해서는 국가, 기업 및 일반인들에게도 주요 관심대상이고, 건강을 위해 필수적으로 감시, 관찰해야 하는 대상이다. 그러나 이러한 라돈 측정장치에 대한 신뢰성 있는 장치는 현재 보급되고 있지 못하므로, 본 발명에 따른 신뢰성 있는 라돈 측정장치의 보급은 시장성이 높다고 판단된다.
또한, 본 발명에 따른 라돈 측정 단말기 보급을 통해, 단말기에서 측정된 라돈 농도의 수집, 처리 관리하는 서버 시스템, 단말기에서 측정된 라돈 농도를 서버로 전송하는 통신망, 폐쇄된 실내에서의 공기질 관리방안으로 활용되는 등 다양한 분야에서 적극적으로 활용 가능하다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일 실시례를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명에 적용될 수 있는 라돈 검출 시스템 블록도 일례이다.
도 2는 본 발명에 적용될 수 있는 라돈 검출 시스템과 서버의 연결을 나타내는 블록도 일례이다.
도 3은 본 발명에 적용될 수 있는 라돈 검출 방법 순서도이다.
도 4는 본 발명이 제안하는 디지털 출력을 갖는 이미지 센서 모듈을 이용한 라돈 검출 시스템의 블록도 일례를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 디지털 출력을 갖는 이미지 센서 모듈을 이용한 라돈 검출 시스템의 라돈 검출 센서부, 라돈 검출 판단부의 블록도 일례를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 디지털 출력을 갖는 이미지 센서 모듈을 이용한 라돈 검출 시스템에 이용되는 라돈 검출 센서부의 블록도 일례를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 디지털 출력을 갖는 이미지 센서 모듈을 이용한 라돈 검출 시스템에 이용되는 제어부의 블록도 일례를 도시한 것이다.
도 8은 본 발명에 따른 라돈 검출 판단부에서 갖는 이미지 센서 모듈을 이용하여 라돈에 해당하는 데이터를 카운트 하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 라돈 검출 판단부에서 갖는 이미지 센서 모듈을 이용하여 라돈에 해당하는 데이터를 카운트 하는 과정을 설명하기 위한 다른 도면이다.
도 10은 본 발명에 따른 디지털 출력을 갖는 이미지 센서 모듈을 이용한 라돈 검출 시스템을 통한 라돈 검출 방법 순서도를 도시한 것이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시례에 대해서 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 일 실시례는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 내용을 부당하게 한정하지 않으며, 본 실시 형태에서 설명되는 구성 전체가 본 발명의 해결 수단으로서 필수적이라고는 할 수 없다.
먼저, 본 발명에 적용되는 라돈 검출 시스템의 기본 구성에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명에 적용될 수 있는 라돈 검출 시스템 블록도 일례이다.
도 1을 참조하여, 라돈 검출 시스템(100) 일례를 검토하면, 라돈 검출 시스템(100)은 무선통신부(110), 라돈 검출 센서부(120), 사용자 입력부(130), 공기 정화부(140), 출력부(150), 메모리(160), 제어부(180), 전원공급부(190)를 포함할 수 있다.
무선 통신부(110)는 라돈 검출 시스템(100)와 무선 통신 시스템 사이 또는 라돈 검출 시스템(100)와 라돈 검출 시스템(100)가 위치한 네트워크 사이의 무선 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다. 또한, 센서부(120)와 제어부(180)사이에 무선 통신을 가능하게 하눈 모듈을 포함할 수 있다.
예를 들어, 무선 통신부(110)는 이동통신 모듈(112), 무선 인터넷 모듈(113), 근거리 통신 모듈(114) 및 위치정보 모듈(115) 등을 포함할 수 있다.
이동통신 모듈(112)은, 이동 통신망 상에서 기지국, 제어부(180) 중 적어도 하나와 무선 신호를 송수신한다. 무선 인터넷 모듈(113)은 무선 인터넷 접속을 위한 모듈을 말하는 것으로, 라돈 검출 시스템(100)에 내장되거나 외장될 수 있다.
무선 인터넷 모듈(113)은 무선 인터넷 접속을 위한 모듈을 말하는 것으로, 라돈 검출 시스템(100)에 내장되거나 외장될 수 있다.
상기 무선 인터넷의 기술로는 WLAN(Wireless LAN)(Wi-Fi), Wibro(Wireless broadband), Wimax(World Interoperability for Microwave Access), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access) 등이 이용될 수 있다.
근거리 통신 모듈(114)은 근거리 통신을 위한 모듈을 말한다. 상기 근거리 통신(short range communication)의 기술로는 블루투스(Bluetooth), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(IrDA, infrared Data Association), UWB(Ultra Wideband), ZigBee 등이 이용될 수 있다.
위치 정보 모듈(115)은 라돈 검출 시스템(100)의 위치를 획득하기 위한 모듈로서, 그의 대표적인 예로는 GPS(Global Position System) 모듈이 있다.
현재 기술에 의하면, GPS모듈(115)은 3개 이상의 위성으로부터 떨어진 거리 정보와 정확한 시간 정보를 산출한 다음 상기 산출된 정보에 삼각법을 적용함으로써, 위도, 경도, 및 고도에 따른 3차원의 현 위치 정보를 정확히 산출할 수 있다.
현재, 3개의 위성을 이용하여 위치 및 시간 정보를 산출하고, 또 다른 1개의 위성을 이용하여 상기 산출된 위치 및 시간 정보의 오차를 수정하는 방법이 널리 사용되고 있다. 또한, GPS 모듈(115)은 현 위치를 실시간으로 계속 산출함으로써 속도 정보를 산출할 수 있다.
라돈 검출 센서부(120)는 대기 중 라돈의 농도를 측정하기 위해, 라돈에 의해 발생하는 전압의 피크값을 이용하여 라돈 개수를 측정하고, 시간과 장소의 부피를 이용하여 농도를 계산할 수 있다.
라돈 검출 센서부(120)는 빛을 받아 전자적 신호를 출력하는 반도체로 구성될 수 있으며, 대표적인 예로 CCD(Charge Coupled Device), CMOS(complementary metal-oxide semiconductor), 실리콘-게르마늄, 게르마늄, 실리콘-온-사파이어(silicon-on-sapphire), 인듐-칼륨-비소, 카드뮴-수은-텔루라이드 또는 갈륨-비소 기판을 내장한 센서가 있다.
특히 라돈 검출 센서부(120)는 라돈이 붕괴하면서 방출된 알파선을 감지할 수 있다. 일반적으로 알파선은 무겁기 때문에 이동거리가 2~3cm 밖에 안되고, 휴지와 같이 얇은 물질도 통과하지 못한다. 알파선이 무겁기 때문에 감마선을 감지 및 측정하는 종래 기술에 비해서 라돈의 농도를 더 정확하게 검출할 수 있는 장점이 있다. 라돈 검출 센서부(120)는 상기와 같은 알파선의 특성에 따라 일반적인 이미지 센서의 수광부에 위치된 센서 커버 글래스(Sensor Cover glass)를 제거해야 한다. 알파선은 이미지 센서의 수광부에 위치된 센서 커버 글래스(Sensor Cover glass)를 통과하지 못하므로, 검출할 수 없기 때문이다.
사용자 입력부(130)는 라돈 검출 시스템(100)의 동작 제어를 위한 입력 데이터를 발생시킨다.
사용자 입력부(130)는 본 발명에 따라 표시되는 컨텐트들 중 두 개 이상의 컨텐트를 지정하는 신호를 사용자로부터 수신할 수 있다. 그리고, 두 개 이상의 컨텐트를 지정하는 신호는, 터치입력을 통하여 수신되거나, 하드키 및 소프트 키입력을 통하여 수신될 수 있다.
사용자 입력부(130)는 상기 하나 또는 둘 이상의 컨텐트들을 선택하는 입력을 사용자로부터 수신할 수 있다. 또한, 사용자로부터 라돈 검출 시스템(100)이 수행할 수 있는 기능과 관련된 아이콘을 생성하는 입력을 수신할 수 있다.
사용자 입력부(130)는 방향키, 키 패드(key pad), 돔 스위치 (dome switch), 터치 패드(정압/정전), 조그 휠, 조그 스위치 등으로 구성될 수 있다.
공기 정화부(140)는 실내의 공기질에 따라 실외/실내의 공기를 선택적으로 흡입정화하여 흡입된 공기를 실내로 순환하여 공기질을 저하하는 주요 변수의 농도를 조절한다. 일례로서 환풍기가 있으며, 온도를 변동시키는 에어컨, 히터 등도 포함되고, 습도를 조절하는 제습기, 미세먼지를 조절할 수 있는 공기 청정기 등도 포함된다.
출력부(150)는 시각, 청각 또는 촉각 등과 관련된 출력을 발생시키기 위한 것으로, 이에는 디스플레이부(151), 음향 출력 모듈(152), 알람부(153) 등이 포함될 수 있다.
디스플레이부(151)는 라돈 검출 시스템(100)에서 처리되는 정보를 표시한다.
예를 들어, 라돈 검출 시스템(100)의 라돈 검출과 관련된 UI(User Interface) 또는 GUI(Graphic User Interface)를 표시한다.
한편, 디스플레이부(151)는 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor-liquid crystal display, TFT LCD), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode, OLED), 플렉시블 디스플레이(flexible display), 3차원 디스플레이(3D display) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이들 중 일부 디스플레이는 그를 통해 외부를 볼 수 있도록 투명형 또는 광투과형으로 구성될 수 있다. 이는 투명 디스플레이라 호칭될 수 있는데, 상기 투명 디스플레이의 대표적인 예로는 TOLED(Transparant OLED) 등이 있다. 디스플레이부(151)의 후방 구조 또한 광 투과형 구조로 구성될 수 있다.
음향 출력 모듈(152)은 녹음 모드, 음성인식 모드, 방송수신 모드 등에서 무선 통신부(110)로부터 수신되거나 메모리(160)에 저장된 오디오 데이터를 출력할 수 있다.
음향 출력 모듈(152)은 라돈 검출 시스템(100)에서 수행되는 기능과 관련된 음향 신호를 출력하기도 한다. 이러한 음향 출력 모듈(152)에는 리시버(Receiver), 스피커(speaker), 버저(Buzzer) 등이 포함될 수 있다.
알람부(153)는 라돈 검출 시스템(100)의 이벤트 발생을 알리기 위한 신호를 출력한다.
알람부(153)는 비디오 신호나 오디오 신호 이외에 다른 형태, 예를 들어 진동으로 이벤트 발생을 알리기 위한 신호를 출력할 수도 있다. 상기 비디오 신호나 오디오 신호는 디스플레이부(151)나 음성 출력 모듈(152)을 통해서도 출력될 수 있으므로, 이 경우 상기 디스플레이부(151) 및 음성출력모듈(152)은 알람부(153)의 일종으로 분류될 수도 있다.
메모리(160)는 제어부(180)의 처리 및 제어를 위한 프로그램이 저장될 수도 있고, 입/출력되는 데이터들의 임시 저장을 위한 기능을 수행할 수도 있다. 상기 메모리(160)에는 상기 데이터들 각각에 대한 사용 빈도도 함께 저장될 수 있다. 또한, 메모리(160)에는 상기 터치스크린 상의 터치 입력시 출력되는 다양한 패턴의 진동 및 음향에 관한 데이터를 저장할 수 있다.
메모리(160)는 기설정된 주기마다 측정된 라돈 농도 값이 저장 및 관리될 수 있다.
상기와 같은 메모리(160)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(Random Access Memory, RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read-Only Memory, ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다. 라돈 검출 시스템(100)는 인터넷(internet)상에서 메모리(160)의 저장 기능을 수행하는 웹 스토리지(web storage)와 관련되어 동작할 수도 있다.
제어부(controller)(180)는 통상적으로 공기 정화 시스템(100)의 전반적인 동작을 제어한다.
제어부(180)는 멀티 미디어 재생을 위한 멀티미디어 모듈을 구비할 수도 있다. 멀티미디어 모듈은 제어부(180) 내에 구현될 수도 있고, 제어부(180)와 별도로 구현될 수도 있다.
제어부(180)는 라돈 검출 판단부(181), 검출 라돈 계산부(182)를 포함할 수 있다.
라돈 검출 판단부(181)는 라돈 검출 센서부(120)를 통해 출력된 전압을 이용하여 라돈이 검출되었는지 여부를 판단한다. 라돈에서 발생된 알파선이 라돈 검출 센서부(120)에 인가되면, 라돈 검출 센서부(120)는 기저전압보다 높은 전압을 출력하게 된다. 이때 출력되는 전압이 기저전압보다 기설정된 범위 이상인 경우, 비교기(Comparator) 모듈을 이용하여 기저전압보다 높게 출력되는 전압을 추출하고, 라돈을 검출하게 된다.
검출 라돈 계산부(182)는 라돈 검출 판단부(181)를 통해 검출된 것으로 판단한 라돈의 개수를 카운트한다. 또한, 라돈 검출기가 존재하는 장소의 넓이와 기설정된 주기의 시간을 이용하여 라돈의 농도를 검출해낼 수 있다. 라돈 검출 판단부(181)를 통해서 추출된 전압을 이용하여 오류없이 라돈 검출 센서부(120)에 인가된 알파선 수를 측정할 수 있게 된다. 기저전압보다 높게 출력되는 전압을 갖는 횟수를 기설정된 주기 동안 누적하여 카운트하고, 기설정된 주기가 지난 경우 이를 초기화 하거나, 계속 누적되도록 관리할 수 있다.
전원 공급부(190)는 제어부(180)의 제어에 의해 외부의 전원, 내부의 전원을 인가받아 각 구성요소들의 동작에 필요한 전원을 공급한다.
도 2는 본 발명에 적용될 수 있는 라돈 검출 시스템과 서버의 연결을 나타내는 블록도 일례이다.
도 2를 참조하면, 상기와 같은 구성의 라돈 검출 시스템(100)은 인터넷(300)을 통해 서버(200)에 연결될 수 있고, 기설정된 주기당 라돈의 농도, 라돈 검출 시스템(100)이 위치된 장소의 넓이를 포함하여 라돈 검출 시스템(100)이 라돈 농도를 검출하고, 계산하는데 이용되는 모든 데이터를 인터넷(300)을 통해 서버(200)로 전송할 수 있으며, 서버(300)에서 수신한 데이터를 재처리 및 재가공하여 생성한 데이터를 다시 라돈 검출 시스템(100)으로 송신할 수 있다. 이때 생성된 데이터를 수신한 라돈 검출기는 수신한 데이터를 통해 사용자에게 알림을 주는 것과 같은 특정 작업을 자동으로 할 수 있다.
상기와 같은 구성을 통해 본발명은 종래보다 저렴하고, 공기중 라돈 농도 검출력이 월등히 높은 라돈 검출 시스템(100)을 사용자에게 제공할 수 있다.
전술한 라돈 검출 시스템(100)을 이용한 라돈 검출방법에 대해서도 도면을 참조하여 설명한다.
도 3은 본 발명에 적용될 수 있는 라돈 검출 방법 순서도이다.
도 3을 참조하여 상기 라돈 검출 시스템(100)을 이용한 라돈 검출 방법을 검토하면, 라돈 검출 시스템(100)을 기설정된 장소에 설치(S110)하는 단계에서 시작된다. 이때 라돈 검출 시스템(100)은 일정한 부피를 갖는 실내에 위치되어, 실내의 라돈 농도를 측정함이 바람직하다. 그리고 정확한 라돈 농도를 확인하기 위해 실내에서 내부 공기가 가장 순환이 잘 되는 지점에 설치됨이 바람직하다. 또한, 라돈 검출 시스템(100)은 빛의 세기에 영향을 받아 라돈 개수를 측정을 위해서는 암실에 위치됨이 바람직하며, 암실은 빛은 차단되지만, 공기는 순환될 수 있는 구조로 구성됨이 바람직하다.
라돈 검출 시스템(100)이 설치된 후, 설치된 라돈 검출 시스템을 설치된 상기 장소에 맞게 조정(S120)하는 단계가 진행된다. 이때, 설치된 라돈 검출 시스템(100)은 설치된 장소에 따라 암전시 전압을 조정하고, 빛 개방시 전압을 조정하며, 라돈 시료를 이용한 라돈 검출시 전압레벨을 조정하고, 라돈 검출 영상의 1프레임당 주파수와 1라인의 길이를 추가로 조정할 수 있다. 또한 온도와 습도에 따라 추가적인 조정을 할 수 있다.
라돈 검출 시스템(100)의 조정이 끝난 후, 조정된 라돈 검출 시스템(100)의 이미지 센서에 알파선이 인가(S130)되는 단계가 진행된다. 즉 S130단계부터는 실제로 공기 중의 라돈 농도를 측정하는 단계의 시작으로서, 라돈 검출 시스템(100)이 암실에서 기설정된 주기 동안 실내 공기의 라돈 개수를 측정하게 된다. 이미지 센서에 라돈에서 발생된 알파선이 인가가 된다.
알파선이 이미지 센서에 인가된 후, 이미지 센서에 전자발생(S140)하는 단계가 진행된다. 이미지 센서는 빛 신호를 받아서 전자적으로 충전이 되기 때문에 이미지 센서에 전자가 발생한다. 이때 사용되는 이미지 센서는 종래의 이미지 센서를 이용할 수 있으며, 가장 대표적으로는 CCD 및 CMOS가 있다. 다만 CCD와 CMOS를 이용하는 경우, 빛의 수광에 이용하는 센서 커버 글래스(Sensor Cover glass)를 제거된 이미지 센서를 사용하여야 한다. 알파선의 특성상센서 커버 글래스(Sensor Cover glass)를 투과하지 못하기 때문이다.
이미지 센서에 전자가 발생된 후, 발생된 전자가 전압으로 변환(S150)되는 단계가 진행된다. 이미지 센서 내에서 발생된 전자는 이미지 센서에 작은 전자적 충전을 하고, 충천된 이미지 센서는 신호를 송신할 때, 전압신호로 변환한다.
변환된 전압이 기저전압보다 기설정된 범위이상인 경우, 변환된 전압을 추출하고 증폭(S160)하는 단계가 진행된다.
증폭된 전압 횟수를 카운트(S170)하는 단계는, 기저 전압이 2.4V이면, 변환된 전압 증폭값이 5V이므로 차이가 분명하게 드러나게 되어 오류로 인한 카운트가 잘못되는 것을 방지할 수 있다. 5V로 증폭된 전압값 갖는 횟수를 기설정된 주기 동안 누적하여 카운트하고, 기설정된 주기가 지난 경우 이를 초기화 하거나, 계속 누적되도록 관리할 수 있다.
카운트된 횟수를 이용하여 라돈 농도를 계산(S180)하는 단계는, 카운트 된 횟수와, 실내 면적, 기설정된 주기를 이용하여 실내의 라돈 농도를 계산하게 된다. 설치시 조정에 의해서 교정된 라돈 농도를 계산할 수 있다. 또한 계산된 라돈 농도는 디스플레이부에 의해서 출력될 수 있다.
디지털 출력을 갖는 이미지 센서 모듈을 이용한 라돈 검출 시스템
한편, 본 발명에서는 디지털 출력을 갖는 이미지 센서 모듈을 이용하여 라돈을 보다 정확하고 빠르게 검출하는 구체적인 실시예를 제안하고자 한다.
여기서 제안하는 디지털 출력을 갖는 이미지 센서 모듈을 이용한 라돈 검출 시스템(100)은 라돈 검출 센서부(120)로서, 디지털 출력을 갖는 CMOS 이미지 센서를 이용한다.
도 4는 본 발명이 제안하는 디지털 출력을 갖는 이미지 센서 모듈을 이용한 라돈 검출 시스템의 블록도 일례를 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 본 발명이 제안하는 디지털 출력을 갖는 이미지 센서 모듈은 도 1 및 도 2에서 전술한 것과 같이, 라돈 검출 센서부(120), 제어부(180), 디스플레이부(151), 서버(200) 등을 포함하여 구성된다.
그러나 전술한 도 1 및 도 2의 구성과 달리, 본 발명에서는 라돈 검출 센서부(120)로서 CMOS 이미지 센서가 이용되고, 제어부(180)는 검출 라돈 계산부(182) 이외에 라돈 검출 판단부(181)가 영상데이터 저장부(183), 이미지 픽셀 데이터값 분석부(184), 픽셀 추출부(185) 및 바이너리 변환부(186)를 포함하는 구성을 갖는다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 구성 및 효과에 대해 도 5 내지 도 9를 참조하여 설명한다.
도 5는 본 발명에 따른 디지털 출력을 갖는 이미지 센서 모듈을 이용한 라돈 검출 시스템의 라돈 검출 센서부, 라돈 검출 판단부의 블록도 일례를 도시한 것이고, 도 6은 본 발명에 따른 디지털 출력을 갖는 이미지 센서 모듈을 이용한 라돈 검출 시스템에 이용되는 라돈 검출 센서부의 블록도 일례를 도시한 것이다.
또한, 도 7은 본 발명에 따른 디지털 출력을 갖는 이미지 센서 모듈을 이용한 라돈 검출 시스템에 이용되는 제어부의 블록도 일례를 도시한 것이고, 도 8은 본 발명에 따른 라돈 검출 판단부에서 갖는 이미지 센서 모듈을 이용하여 라돈에 해당하는 데이터를 카운트 하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
또한, 도 9는 본 발명에 따른 라돈 검출 판단부에서 갖는 이미지 센서 모듈을 이용하여 라돈에 해당하는 데이터를 카운트 하는 과정을 설명하기 위한 다른 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 라돈 검출 센서부, 라돈 검출 판단부의 블록도 일례가 도시된다.
라돈 검출 센서부(120)는 알파선의 특성에 따라 일반적인 이미지 센서의 수광부에 위치된 센서 커버 글래스(Sensor Cover glass)를 제거해야 한다. 알파선은 이미지 센서의 수광부에 위치된 센서 커버 글래스(Sensor Cover glass)를 통과하지 못하므로, 검출할 수 없기 때문이다.
즉, 라돈 검출 센서부(120)는 CMOS 카메라를 알파선이 인가될 수 있도록 센서 커버 글래스를 제거한 뒤 빛이 통과하지 못하고 공기만 통과되는 케이스에 설치된다.
라돈 검출 센서부(120)의 주변에는 정전식 농축기(electrostatic concentrator, 121)가 포함될 수 있다.
정전식 농축기(121)는 높은 전압을 발생시켜 전기장을 형성하여 CMOS 카메라 센서 주변의 알파입자를 유도하는 기능을 제공한다.
즉, 정전식 농축기(121)는 빛에 반응하는 센서의 특성 상 빛을 차단하는 효과 및 라돈 검출 성능을 좀더 향상시키기 위한 장치로서, 고전압(0V ~ 10,000V)을 라돈 검출 센서부(120)에 제공할 수 있다.
또한, 라돈 검출 센서부(120)는 CMOS 이미지 센서로 구성된다.
CMOS 이미지 센서는 CMOS(상보성 금속산화막 반도체)를 이용한 촬상 소자로서, CCD 이미지 센서와 동일하게 광다이오드를 사용하지만 제조 과정과 신호를 읽는 방법이 다르다.
CMOS 이미지 센서의 원리가 고안된 것은 1960년대 후반이지만 실용화된 것은 미세 가공 기술이 첨단화된 1990년대 이후이다. 2000년대 후반부터 Image Sensor 기술의 고해상도화가 진행됨에 따라 BSI(back side illumination) 공정 기술과 3D Stacking Sensor 제작 공정기술이 대두되고 있다.
Wafer Stacking을 통한 3D CIS(CMOS image sensor) 제작 공정은 한 Wafer에다 Pixel의 광 집적 부분과 구동 회로 부분을 동시에 공정 진행하는 것과는 달리, 광 집적 부분과 구동 회로 부분을 각 각 다른 Wafer에 공정 진행하여, 일정 공정 후 두 Wafer를 각각 서로 Bonding한 후 후속 일정 공정을 진행하는 방식으로 이루어진다.
즉, 한 Wafer에는 광 집적 부분만을 효율적으로 공정 진행하고 또 다른 Wafer에는 광 집적 부분의 신호를 받아 이를 처리하여 출력 신호로 내보내는 구동 회로 부분만 역시 효율적으로 공정 진행 한다.
이 때, 필수적으로 두 Wafer를 Bonding하기 위한 Bonding Pad를 각 Wafer에 형성하게 되고 이 Bonding Pad를 상, 하 서로 포개어 접촉 시키게 된다.
CMOS 로직 LSI 제조 프로세서의 응용으로 대량생산이 가능하기 때문에 고전압 아날로그 회로를 가지는 CCD 이미지 센서와 비교해서 제조 단가가 낮고 소자의 크기가 작아서 소비 전력이 적다는 장점이 있다.
그리고 논리 회로를 동일한 공정으로 제작해서 화상 처리 회로를 On-Chip화하여 화상 인식 장치, 인공 시각 장치에 응용 연구되어서 일부는 상용화 되었다. 이로 인해 인공 망막 칩이라고 불리는 경우도 있다.
CMOS 이미지 센서는 CCD 이미지 센서보다 범용 반도체 제조 장치를 이용하여 제조가 가능해서 CCD 이미지 센서보다 가격이 저렴하다.
본 발명에 따른 CMOS 이미지 센서(120)는 빛 에너지를 감지하고 이에 비례하는 전기적 에너지로 변환시키는 장치로서의 기능을 제공한다.
예를 들어, 본 발명에 따른 CMOS 이미지 센서(120)는 빛 에너지 중 가시관선 파장대(400 ~ 650nm)를 silicon 표면(Photo diode)에서 집광하고, Silicon 표면이 빛 에너지에 의해서 공유결합이 끊어져 Electric/Hole Pair가 생성되는 원리를 이용한다.
여기서 CMOS 이미지 센서(120)는 생성된 Electric/Hole Pair의 전위를 A/D converter를 통해 0 ~ 255의 code data로 출력하게 된다.
본 발명에 따른 CMOS sensor(120)는 디지털 출력을 갖는 이미지센서로 ISP(image signal process) 보드가 탑재될 수 있고 PC로 이미지 데이터를 전송할 수 있는 통신 기능을 포함한 장치(웹캠, USB 카메라, Wi-Fi 카메라, IP카메라 등)를 의미할 수 있다.
또한, 라돈 검출을 위해서는 알파선이 인가될 수 있도록 센서 위에 부착되어 있는 센서 커버 글래스(Sensor Cover glass)가 제거된 상태 일 수 있다.
또한, 알파선이 인가 될 시 출력되는 이미지 데이터는 카메라 센서 또는 ISP에 따라 다르게 나올 수도 있다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 CMOS 이미지 센서(120)는 마이크로 렌즈(123), 컬러 필터 어레이부(124), 픽셀 어레이부(125), 증폭부(126), ADC(127), 이미지 신호 처리부(122) 및 센서 제어부(128)을 포함할 수 있다.
CMOS 이미지 센서(120)는 센서 제어부(128)의 전체적인 제어 아래, 마이크로 렌즈(123), 컬러 필터 어레이부(124), 픽셀 어레이부(125)를 통해 빛 에너지 중 가시관선 파장대(400 ~ 650nm)를 silicon 표면(Photo diode)에서 집광하고, Silicon 표면이 빛 에너지에 의해서 공유결합이 끊어져 Electric/Hole Pair가 생성되도록 할 수 있다.
또한, 센서 제어부(128)의 전체적인 제어 아래, 생성한 Electric/Hole Pair의 전위를 ADC(127)를 통해 0 ~ 255의 code data로 출력하게 된다.
또한, 증폭부(126)를 통해 0 ~ 255의 code data의 출력을 높일 수도 있다.
다시 도 5로 복귀하여 라돈 검출 센서부(120)의 주변에는 이미지 신호를 처리하는 이미지 신호 처리부(122)가 포함될 수 있다.
이미지 신호 처리부(122)는 CMOS 센서(120)의 0 ~ 255의 코드 데이터로 이루어진 영상데이터를 제어부(180)로 전달하는 과정을 지원하는 기능을 제공한다.
단, 이미지 신호 처리부(122)는 CMOS 센서(120)와 별도 구성으로 제작되는 것 이외에도 도 6에 도시된 것과 같이, CMOS 센서(120) 내부에 함께 구현되는 것도 가능하다.
결국, 도 5 및 도 6을 통해 설명한 CMOS 센서(120)에 알파선을 인가하면, CMOS 센서(120)는 디지털 출력을 내고, CMOS 센서(120)는 제어부(180)로 0~225의 코드 데이터로 구성된 영상데이터를 공급하는 기능을 수행한다.
또한, 도 5를 참조하면, CMOS 센서(120)로부터 0~225의 코드 데이터로 구성된 영상데이터를 전달받는 제어부(180)가 도시되어 있다.
본 실시예에 따른 제어부(180)는 Digital signal CMOS sensor를 통해 전송된 이미지 데이터를 저장 및 분석할 수 있는 image signal processing software(MATLAB, VISUAL C++ 등)가 충분히 작동 될 수 있는 만큼의 성능을 갖는 장치일 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 제어부(180)는 image signal process software를 설치 및 구동하기 위한 OS(windows, mac, linux)가 탑재 될 수 있다.
도 5의 제어부(180)는 도 1 및 도 2에서 설명한 것과 같이, 라돈 검출 판단부(181)와 검출 라돈 계산부(182)를 포함한다.
여기서 검출 라돈 계산부(182)는 도 1 및 도 2에서와 동일하게 라돈 검출 판단부(181)를 통해 검출된 것으로 판단한 라돈의 개수를 카운트하고, 라돈 검출기(100)가 존재하는 장소의 넓이와 기 설정된 주기의 시간을 이용하여 라돈의 농도를 검출해낼 수 있다.
단, 본 실시예에 따른 라돈 검출 판단부(181)는 CMOS 센서(120)부터 수신한 0~225의 코드 데이터로 구성된 영상데이터를 프레임 단위로 저장하고, 프레임 이미지 픽셀 데이터 값을 분석하며, 라돈 데이터에 해당하는 픽셀만을 추출하고, 바이너리 이미지로 변환하는 차이점이 있다.
도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 라돈 검출 판단부(181)는 영상데이터 저장부(183), 이미지 픽셀 데이터값 분석부(184), 픽셀 추출부(185) 및 바이너리 변환부(186)를 포함한다.
즉, 라돈 검출 판단부(181)의 영상데이터 저장부(183)는 디지털 출력을 갖는 CMOS 센서를 이용한 라돈검출기로 CMOS 센서의 0 ~ 255의 코드 데이터로 이루어진 영상데이터를 프레임 단위로 저장한다.
또한, 이미지 픽셀 데이터값 분석부(184)는 영상데이터 저장부(183)에 저장된 이미지를 이미지 프로세싱 툴(tool) 소프트웨어를 통해 각 프레임의 이미지 픽셀 데이터값을 분석한다.
또한, 픽셀 추출부(185)는 분석한 결과 값을 기초로, 라돈 데이터에 해당하는 픽셀만을 추출한다.
또한, 바이너리 변환부(186)는 라돈 데이터에 해당하는 픽셀을 binary 이미지로 변환하게 되고, 결국 검출 라돈 계산부(182)는 변환된 결과를 이용하여 라돈 검출 개수를 카운트하고, 농도로 환산하게 된다.
도 8을 참조하면, 도 8의 (a) 과정을 통해 디지털 출력을 갖는 CMOS 센서(120)를 이용한 라돈검출기(100)로 CMOS 센서(120)의 0 ~ 255의 코드 데이터로 이루어진 영상데이터를 제어부(180)가 전달받는다.
이후, 제어부(180)는 도 8의 (b)에 도시된 것과 같이, 프레임 단위로 영상 데이터를 저장하고, 저장된 이미지를 이미지 프로세싱 툴 소프트웨어를 통해 각 프레임의 이미지 픽셀 데이터값을 분석한다.
또한, 도 8의 (c)에 도시된 것과 같이, 제어부(180)는 라돈 데이터에 해당하는 픽셀만을 추출하여 binary 이미지로 변환하고, 라돈 검출 개수를 카운트하여 농도로 환산한다.
또한, 도 9를 참조하면, CMOS 카메라(120)를 알파선이 인가될 수 있도록 센서 커버 글래스를 제거한 뒤 빛이 통과하지 못하고 공기만 통과되는 케이스에 설치를 한다.
또한, 카메라(120)는 이미지 프로세싱 작업을 할 수 있는 제어부(180)에 연결되고, 제어부(180)로 전송된 영상 데이터를 받아 이미지 프로세싱을 하도록 프로그램을 작동 시킨다.
또한, 도 9의 (a), (b) 및 (c)에 도시된 것과 같이, 제어부(180)는 제어부(180)로 전송된 영상에서 각 프레임의 이미지 데이터를 이미지 프로세싱 소프트웨어를 통해 RGB -> Gray -> Binary 이미지로 변환한다.
도 9의 (b) 및 (c)에서의 Gray -> Binary 이미지 변환 시, Gray 이미지의 픽셀은 기준값(라돈 데이터, 도 9에서는 200)을 중심으로 0 또는 255값으로 변환되도록 한다.
이렇게 변환된 각 프레임에서 검출 라돈 계산부(182)가 255의 값을 갖는 데이터 개수를 카운트하여 1시간 단위로 총 카운트 개수를 저장한다.
이렇게 저장된 카운트 개수를 이용하여 검출 라돈 계산부(182)는 라돈 농도를 환산해낼 수 있다.
디지털 출력을 갖는 이미지 센서 모듈을 이용한 라돈 검출 방법
도 10은 본 발명에 따른 디지털 출력을 갖는 이미지 센서 모듈을 이용한 라돈 검출 시스템을 통한 라돈 검출 방법 순서도를 도시한 것이다.
도 10을 참조하면, 라돈 검출 시스템(100)을 기설정된 장소에 설치(S110)하는 단계에서 시작된다.
이때, 라돈 검출 시스템(100)은 일정한 부피를 갖는 실내에 위치되어, 실내의 라돈 농도를 측정함이 바람직하다.
그리고 정확한 라돈 농도를 확인하기 위해 실내에서 내부 공기가 가장 순환이 잘 되는 지점에 설치됨이 바람직하다.
또한, 라돈 검출 시스템(100)은 빛의 세기를 이용하여 라돈 개수를 측정하는바 암실에 위치됨이 바람직하며, 암실은 빛은 차단되지만, 공기는 순환될 수 있는 재질로 구성됨이 바람직하다.
다음으로, 라돈 검출 시스템(100)이 설치된 후, 설치된 라돈 검출 시스템을 설치된 상기 장소에 맞게 조정(S120)하는 단계가 진행된다.
이때, 설치된 라돈 검출 시스템(100)은 설치된 장소에 따라 암전시 전압을 조정하고, 빛 개방시 전압을 조정하며, 라돈 시료를 이용한 라돈 검출시 전압레벨을 조정하고, 라돈 검출 영상의 1프레임당 주파수와 1라인의 길이를 추가로 조정할 수 있다. 또한 온도와 습도에 따라 추가적인 조정을 할 수 있다.
라돈 검출 시스템(100)의 조정이 끝난 후, 조정된 라돈 검출 시스템(100)의 이미지 센서에 알파선이 인가(S130)되는 단계가 진행된다.
즉, S130단계부터는 실제로 공기 중의 라돈 농도를 측정하는 단계의 시작으로서, 라돈 검출 시스템(100)이 암실에서 기설정된 주기 동안 실내 공기의 라돈 개수를 측정하게 된다.
이미지 센서에 라돈에서 발생된 알파선이 인가가 된다.
알파선이 이미지 센서에 인가된 후, 이미지 센서에 전자발생(S140)하는 단계가 진행된다. 이미지 센서는 빛 신호를 받아서 전자적으로 충전이 되기 때문에 이미지 센서에 전자가 발생한다. 본 발명에서는 이미지 센서(120)로서 전술한 CMOS 이미지 센서가 이용된다.
또한, 본 실시예에서는 빛의 수광에 이용하는 센서 커버 글래스(Sensor Cover glass)를 제거된 이미지 센서를 사용하여야 한다. 알파선의 특성상센서 커버 글래스(Sensor Cover glass)를 투과하지 못하기 때문이다.
이미지 센서에 전자가 발생된 후, 발생된 전자가 전압으로 변환(S150)되는 단계가 진행된다. 이미지 센서 내에서 발생된 전자는 이미지 센서에 작은 전자적 충전을 하고, 충천된 이미지 센서는 신호를 송신할 때, 전압신호로 변환한다.
이후, 변환된 전압을 이미지 코드 데이터로 변환하는 단계(S210)가 진행된다.
즉, 전술한 것과 같이, 디지털 출력을 갖는 CMOS 센서(120)를 이용한 라돈검출기(100)로 CMOS 센서(120)의 0 ~ 255의 코드 데이터로 이루어진 영상데이터를 제어부(180)가 전달받는 과정이 진행된다.
또한, 영상처리를 통해 변환된 이미지 코드 데이터가 미리 설정된 값 이상인 경우, 바이너리 데이터로 변환하는 단계(S220)가 진행된다.
즉, 제어부(180)는 프레임 단위로 영상 데이터를 저장하고, 저장된 이미지를 이미지 프로세싱 툴 소프트웨어를 통해 각 프레임의 이미지 픽셀 데이터값을 분석한다.
또한, S220 단계에서는 제어부(180)는 라돈 데이터에 해당하는 픽셀만을 추출하여 binary 이미지로 변환하는 과정을 수행한다.
또한, 바이너리 데이터로 변환된 데이터 중 라돈에 해당하는 데이터를 카운트 하는 단계(S230)가 진행된다.
검출 라돈 계산부(182)는 라돈 검출 개수를 카운트하고 S180 단계에서 농도로 환산한다.
이후의, 카운트된 횟수를 이용하여 라돈 농도를 계산(S180)하는 단계는, 카운트 된 횟수와, 실내 면적, 기설정된 주기를 이용하여 실내의 라돈 농도를 계산하게 된다. 설치시 조정에 의해서 교정된 라돈 농도를 계산할 수 있다. 또한 계산된 라돈 농도는 디스플레이부(151)에 의해서 출력될 수 있다.
전술한 본 실시예의 구성 및 방법이 적용되는 경우, 본 발명은 알파선 검출을 통해 대기 중 라돈의 양을 정확히 판단할 수 있고, 라돈 검출을 통해 인체 건강을 지킬 수 있다.
라돈은 1급 발암물질로서, 현대인에게 매우 치명적인데, 본 발명은 건물, 지하철과 같은 폐쇄된 공간 내에서의 라돈 농도를 검출함으로써, 환기시스템을 가동하여 국민 건강에 이바지 할 수 있다.
또한, 본 발명은 종래의 감마선을 이용한 라돈 측정보다 정확한 라돈 농도를 측정할 수 있고, 고성능 프로세서를 사용하여 측정 값에 따른 계산 오차를 줄일 수 있다.
또한, 본 발명은 측정 기기의 전기적 안정성 및 프로세서의 겅능에 따라 1개 이상의 센서를 장착할 수 있어 기존 라돈 측정 장치에 비해 좋은 성능을 보장한다.
현재 라돈 농도에 대해서는 국가, 기업 및 일반인들에게도 주요 관심대상이고, 건강을 위해 필수적으로 감시, 관찰해야 하는 대상이다. 그러나 이러한 라돈 측정장치에 대한 신뢰성 있는 장치는 현재 보급되고 있지 못하므로, 본 발명에 따른 신뢰성 있는 라돈 측정장치의 보급은 시장성이 높다고 판단된다.
또한, 본 발명에 따른 라돈 측정 단말기 보급을 통해, 단말기에서 측정된 라돈 농도의 수집, 처리 관리하는 서버 시스템, 단말기에서 측정된 라돈 농도를 서버로 전송하는 통신망, 폐쇄된 실내에서의 공기질 관리방안으로 활용되는 등 다양한 분야에서 적극적으로 활용 가능하다.
상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
예를 들어, 당업자는 상술한 실시예들에 기재된 각 구성을 서로 조합하는 방식으로 이용할 수 있다.
따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.
본 발명은 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다.
본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.
또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할 수 있다.

Claims (10)

  1. 실내의 라돈 농도를 계산하는 라돈 검출 시스템에 있어서,
    주변에서 들어오는 빛은 차단하고, 공기는 순환되는 챔버;
    상기 챔버 내에 위치하고, 공기 중의 라돈에서 발생된 알파선의 인가에 따라 전자를 생성하며, 생성된 전자를 통해 출력되는 전압의 변화가 발생되며, 상기 전압의 변화를 디지털 영상 신호로 출력하는 이미지 센서; 및
    상기 디지털 영상 신호의 각 프레임에 포함된 이미지 데이터를 저장하고, 상기 이미지 데이터를 미리 설정된 기준값 이상의 픽셀을 갖는 제 1 정보와 상기 기준값 미만의 제 2 정보로 이진화(binarize)하며, 상기 제 1 정보의 개수를 카운트하고, 상기 카운트한 제 1 정보의 개수를 이용하여 상기 실내의 라돈 농도를 계산하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 라돈 검출 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 정보의 개수는,
    상기 전압 변화에 따른 상기 알파선의 인가 횟수에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 라돈 검출 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 이미지 센서는, CMOS(complementary metal-oxide semiconductor)를 포함하는 것을 특징으로 하는 라돈 검출 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 이미지 데이터는, RGB 코드(Red-Green-Blue Code)에 따라 표현된 정보이고,
    상기 제어부는, 이미지 프로세싱을 통해 상기 이미지 데이터를 그레이 코드(Gray Code)에 따라 표현하는 것을 특징으로 하는 라돈 검출 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 그레이 코드에 따라 표현된 이미지 데이터를 기초로, 상기 제 1 정보에 상기 이진화 값 중 제 1 값을 부여하고, 상기 제 2 정보에 제 2 값을 부여함으로써, 상기 이미지 데이터를 이진 코드(binary code)에 따라 표현하는 것을 특징으로 하는 라돈 검출 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 이미지 센서는,
    상기 알파선이 인가될 수 있도록, 상기 이미지 센서에 위치된 센서 커버 글래스(Sensor Cover glass)가 제거된 것을 특징으로 하는, 라돈 검출 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    계산된 상기 실내의 라돈 농도를 인터넷을 통해 서버로 전송하는 무선통신부;를 더 포함하고,
    상기 라돈 검출 시스템은 복수이며,
    상기 복수의 라돈 검출 시스템 각각은 상기 서버로 계산된 상기 실내의 라돈 농도를 전송하고,
    상기 서버에서 통계화된 상기 라돈 농도가 기준치를 초과하는 경우, 상기 서버로부터 경보를 수신하는 것을 특징으로 하는, 라돈 검출 시스템.
  8. 실내의 라돈 농도를 계산하는 라돈 검출 방법에 있어서,
    챔버가 주변에서 들어오는 빛을 차단하고, 공기를 순환시키는 제 1 단계;
    상기 챔버 내에 위치한 이미지 센서가 공기 중의 라돈에서 발생된 알파선의 인가에 따라 전자를 생성하는 제 2 단계;
    상기 이미지 센서에 의해 상기 생성된 전자를 통해 출력되는 전압의 변화가 발생되는 제 3 단계;
    상기 이미지 센서가 상기 전압의 변화를 디지털 영상 신호로 출력하는 제 4 단계;
    제어부가 상기 디지털 영상 신호의 각 프레임에 포함된 이미지 데이터를 저장하는 제 5 단계;
    상기 제어부가 상기 이미지 데이터를 미리 설정된 기준값 이상의 픽셀을 갖는 제 1 정보와 상기 기준값 미만의 제 2 정보로 이진화(binarize)하는 제 6 단계;
    상기 제어부가 상기 제 1 정보의 개수를 카운트하는 제 7 단계; 및
    상기 제어부가 상기 카운트한 제 1 정보의 개수를 이용하여 상기 실내의 라돈 농도를 계산하는 제 8 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 라돈 검출 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제 1 정보의 개수는,
    상기 전압 변화에 따른 상기 알파선의 인가 횟수에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 라돈 검출 방법.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 이미지 데이터는, RGB 코드(Red-Green-Blue Code)에 따라 표현된 정보이고,
    상기 제 6 단계는,
    상기 제어부가 이미지 프로세싱을 통해 상기 이미지 데이터를 그레이 코드(Gray Code)에 따라 표현하는 제 6-1 단계; 및
    상기 제어부가 상기 그레이 코드에 따라 표현된 이미지 데이터를 기초로, 상기 제 1 정보에 상기 이진화 값 중 제 1 값을 부여하고, 상기 제 2 정보에 제 2 값을 부여함으로써, 상기 이미지 데이터를 이진 코드(binary code)에 따라 표현하는 제 6-2 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 라돈 검출 방법.
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