KR20180138236A

KR20180138236A - 동적 환경에서의 화점 탐지 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20180138236A
Application number: KR1020170077357A
Authority: KR
Inventors: 김승훈; 박준오
Original assignee: 전자부품연구원
Priority date: 2017-06-19
Filing date: 2017-06-19
Publication date: 2018-12-31

Abstract

본 발명은 동적 환경에서의 화점 탐지 시스템 및 방법에 관한 것으로, 열화상에서 일정 온도 이상의 화소를 구분하여 관심 영역을 설정하고, 해당 관심 영역의 무게 중심점을 산출하고 외곽선을 추출한 후, 무게 중심점으로부터 외곽선 지점까지의 거리를 계산하여 일정 거리 이상의 변화량을 가지는 영역을 화점 영역으로 판단하며, 이를 통해 동적인 환경에서도 불꽃의 형태가 변화하는 화점의 영역을 탐지할 수 있다.

Description

동적 환경에서의 화점 탐지 시스템 및 방법 {Fire point detection system and method in a dynamic environment}

본 발명은 화점을 탐지하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열화상 카메라가 이동하는 동적 환경에서 화점이 존재하는 영역을 탐지하는 동적 환경에서의 화점 탐지 시스템 및 방법에 관한 것이다.

기존에 불꽃이 존재하는 영역을 탐지하기 위해서는 위치가 고정된 열화상 카메라를 이용해 불꽃이 발생한 영역을 촬영하고 촬영된 영상을 이용해 불꽃의 존재 여부를 판단한다.

그런데 열화상 카메라의 위치가 고정되지 않은 동적인 환경에서는, 일반적인 영상 프레임 간의 차이, 배경 제거, 광류(optical flow) 계산을 이용하여 화점을 탐지하는 것이 어려운 문제가 있다.

공개특허공보 제10-2006-0103772호 (2006.10.04. 공개)

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 열화상 카메라의 위치가 이동하는 동적인 환경에서도 불꽃의 형태가 변화하는 화점의 영역을 정확하게 탐지할 수 있는 동적 환경에서의 화점 탐지 시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 동적 환경에서의 화점 탐지 시스템은, 열화상을 촬영하는 열화상 카메라, 및 상기 열화상 카메라에서 촬영한 열화상에서 일정 온도 이상의 화소를 구분하여 관심 영역을 설정하고, 관심 영역의 무게 중심점을 산출하고, 관심 영역의 외곽선을 추출하고, 무게 중심점으로부터 외곽선 지점까지의 거리를 계산하며, 계산된 거리의 변화량을 확인하여 일정 거리 이상의 변화량을 가지는 영역을 화점 영역으로 판단하는 화점 탐지 장치를 포함한다.

본 발명의 동적 환경에서의 화점 탐지 시스템에 있어서, 상기 화점 탐지 장치는, 상기 열화상 카메라로부터 온도 신호를 수신하여 일정 온도 이상의 화소를 구분한 이진 영상을 구성하여 관심 영역을 설정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 동적 환경에서의 화점 탐지 시스템에 있어서, 상기 화점 탐지 장치는, 열화상에 대한 모폴로지(morphology) 연산을 통해 잡음을 제거하고 후보 영역을 지정하며, 후보 영역에서 일정 화소수 이하의 영역을 제거하여 관심 영역을 설정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 동적 환경에서의 화점 탐지 시스템에 있어서, 상기 화점 탐지 장치는, 무게 중심점을 기준으로 전방향의 영역을 일정 각도 단위로 구분하고, 무게 중심점으로부터 각 각도에 대응하는 외곽선 지점까지의 거리를 계산하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 동적 환경에서의 화점 탐지 방법은, 화점 탐지 장치가 열화상에서 일정 온도 이상의 화소를 구분하여 관심 영역을 설정하는 단계, 상기 화점 탐지 장치가 관심 영역의 무게 중심점을 산출하는 단계, 상기 화점 탐지 장치가 관심 영역의 외곽선을 추출하는 단계, 상기 화점 탐지 장치가 무게 중심점으로부터 외곽선 지점까지의 거리를 계산하는 단계, 및 상기 화점 탐지 장치가 계산된 거리의 변화량을 확인하여 일정 거리 이상의 변화량을 가지는 영역을 화점 영역으로 판단하는 단계를 포함한다.

본 발명의 동적 환경에서의 화점 탐지 방법에 있어서, 상기 관심 영역을 설정하는 단계는, 상기 화점 탐지 장치가 열화상에 대한 모폴로지 연산을 통해 잡음을 제거하고 후보 영역을 지정하는 단계, 상기 화점 탐지 장치가 후보 영역에서 일정 화소수 이하의 영역을 제거하여 관심 영역을 설정 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 동적 환경에서의 화점 탐지 방법에 있어서, 상기 거리를 계산하는 단계는, 상기 화점 탐지 장치가 무게 중심점을 기준으로 전방향의 영역을 일정 각도 단위로 구분하는 단계, 상기 화점 탐지 장치가 무게 중심점으로부터 각 각도에 대응하는 외곽선 지점까지의 거리를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 상기한 동적 환경에서의 화점 탐지 방법을 수행하는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능 기록매체를 제공한다.

본 발명의 동적 환경에서의 화점 탐지 시스템 및 방법에 따르면, 열화상 카메라의 위치가 이동하는 동적인 환경에서도 불꽃의 형태가 변화하는 화점의 영역을 탐지할 수 있으며, 열화상을 이용함으로써 농염으로 인해 시야가 확보되지 않는 상황에서서 화점을 정확하게 탐지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화점 탐지 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이진 영상 형태의 열화상을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 일정 온도 이상의 화소를 구분한 모습을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 잡음을 제거한 모습을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 무게 중심점을 검출한 모습을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 외곽선을 추출한 모습을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 일정 각도로 구분된 외곽선 지점을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 화점 영역을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 화점 탐지 방법의 과정을 나타낸 도면이다.

하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명은 화점을 탐지하는 방법과 관련한 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화점 탐지 시스템의 구성을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이진 영상 형태의 열화상을 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 일정 온도 이상의 화소를 구분한 모습을 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 잡음을 제거한 모습을 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 무게 중심점을 검출한 모습을 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 외곽선을 추출한 모습을 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 일정 각도로 구분된 외곽선 지점을 나타낸 도면이며, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 화점 영역을 나타낸 도면이다.

도 1 내지 도 8을 참조하면 본 발명의 화점 탐지 시스템(10)은 열화상 카메라(1) 및 화점 탐지 장치(2)를 포함하여 구성된다.

열화상 카메라(1)는 촬영 대상을 온도에 따라 다른 색으로 표현하여 육안으로 온도를 확인할 수 있도록 한 카메라이다.

모든 물체는 자신의 온도에 상응하는 열에너지를 갖고 이에 대응하는 적외선 방사하는데, 열화상 카메라(1)는 렌즈를 통과한 적외선을 감광하고, 감광된 적외선을 온도 신호(temperature signal)로 변환하여 열화상을 생성하고 생성된 열화상을 화점 탐지 장치(2)로 전달한다.

이때 열화상 카메라(1)는 열화상 데이터를 유선 통신 또는 무선 통신 방식을 이용해 화점 탐지 장치(2)로 전송할 수 있으며, 이를 위한 각종 통신 인터페이스를 구비한다.

화점 탐지 장치(2)는 열화상 카메라(1)에서 촬영한 열화상에서 각 화소에 대응하는 온도 신호를 이용해 화점이 존재하는 영역을 탐지하는 역할을 한다.

먼저 화점 탐지 장치(2)는 도 2에 도시된 바와 같이 열화상 카메라(1)에서 촬영한 열화상을 수신하면, 해당 열화상의 온도 신호 정보를 이용해 일정 온도 이상의 화소를 구분하여 화점이 있을 것으로 예상되는 관심 영역을 설정한다.

이때 화점 탐지 장치(2)는 열화상 카메라(1)로부터 수신된 열화상의 온도 신호를 이용해 도 3에 도시된 바와 같이 일정 온도 이상의 화소를 구분하여 이진 영상 형태의 열화상을 구성함으로써 관심 영역을 설정할 수 있다.

흑백으로 표시된 이진 영상에서 백색으로 표시된 영역이 관심 영역을 나타내며, 예를 들어 화점 탐지 장치(2)는 화점의 예상 온도 범위인 섭씨 100도 이상의 화소를 관심 영역으로 판단하도록 설정될 수 있다.

이 경우 화점 탐지 장치(2)는 열화상 카메라(1)에서 촬영한 열화상에 대해 모폴로지(morphology) 연산을 하여 잡음을 제거하여 관심 영역에 대한 후보 영역을 지정하고, 해당 후보 영역에서 일정 화소수 이하의 영역을 제거하여 도 4에 도시된 바와 같은 관심 영역을 설정할 수 있다.

모폴로지 연산은 영상을 형태학적 관점에서 보고 영상 내 객체의 형태를 변형시키는 영상처리 기법으로서, 영상에서 잡음을 제거하거나 객체의 모양을 기술하는 용도로 사용된다. 모폴로지의 대표적인 예로서 침식 연산과 팽창 연산이 있다.

모폴로지의 침식 연산은 필터의 크기 및 사용 횟수에 따라 일정 화소수 이하의 객체 영역을 사라지게 하며, 정해진 영역 내에서 가장 작은 값을 화소 중심부의 값으로 바꾸는 최소값 필터의 역할을 한다. 이진 영상에서 백색의 영역을 객체가 존재하는 영역으로 볼 때 침식 연산의 결과 백색 영역이 줄어들고 흑색의 영역이 늘어나게 된다.

모폴로지의 팽창 연산은 필터의 크기 및 사용 횟수에 따라 객체 내부에 있는 일정 화소수 이하의 비객체 영역을 객체 영역으로 변환하며, 정해진 영역 내에서 가장 큰 값을 출력하는 최대값 필터의 역할을 한다. 팽창 연산의 결과 객체를 나타내는 백색 영역이 늘어나고 흑색의 영역이 줄어들게 된다.

이러한 과정을 통해 관심 영역을 설정한 화점 탐지 장치(2)는 도 5에 도시된 바와 같이 관심 영역의 무게 중심점을 검출한다. 이때 화점 탐지 장치(2)는 질량 중심(center of mass) 알고리즘을 이용하여 관심 영역의 무게 중심점을 산출할 수 있다. 질량 중심은 물체를 구성하는 질량을 가진 모든 입자들의 평균적인 위치를 말하며, 화점 탐지 장치(2)는 물체를 이루는 각 입자의 질량에 위치 벡터를 곱한 것을 모두 더한 후, 물체의 전체 질량으로 나누어 질량 중심을 구할 수 있다.

또한 화점 탐지 장치(2)는 도 6에 도시된 바와 같이 관심 영역의 외곽선을 산출한다. 이때 화점 참지 장치(2)는 외곽선 추적(contour tracing) 알고리즘을 이용하여 관심 영역의 무게 중심점을 추출할 수 있다.

그리고 화점 탐지 장치(2)는 관심 영역의 무게 중심점으로부터 외곽선에 위치한 각 지점까지의 거리를 계산한다.

이때 화점 탐지 장치(2)는 관심 영역의 무게 중심점을 기준으로 전방향의 영역을 일정 각도 단위로 구분하고, 무게 중심점으로부터 각 각도에 대응하는 외곽선 지점까지의 거리를 계산할 수 있다.

도 7은 무게 중심점을 기준으로 전방향의 영역을 5.625도 간격으로 총 64개의 영역으로 구분하여, 관심 영역의 외곽선에 64개의 지점을 설정한 모습을 나타낸다. 이때 화점 탐지 장치(2)는 무게 중심점으로부터 64개의 외곽선 지점 각각까지의 거리를 계산한다.

이후 화점 탐지 장치(2)는 무게 중심점으로부터 각 외곽선 지점까지의 거리에 일정 거리 이상의 변화량이 있는지 판단하고, 판단 결과 일정 거리 이상의 변화량이 있는 지점을 화점 영역으로 판단하며, 화점이 존재하는 것으로 판단된 영역의 결과는 도 8에 도시된 바와 같다.

즉 화점 탐지 장치(2)는 일정 온도 이상을 갖는 관심 영역 중에서, 불꽃의 형태가 변화함에 따라 관심 영역의 외곽선의 형태가 변화하는 경우 해당 부분을 화점이 존재하는 영역으로 판단한다.

이를 위해 화점 탐지 장치(2)는 무게 중심점으로부터 외곽선 지점까지의 거리에 대한 계산 결과를 메모리 등에 저장하고, 이후 무게 중심점과 동일 외곽선 지점에 대해 계산된 거리와 비교하여 일정 거리 이상의 변화량이 있는지 확인하는 방식으로 화점 영역을 판단할 수 있다.

본 발명에 따라 화점이 존재하는 영역을 탐지하는 과정에 대해서는 도 9를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 화점 탐지 방법의 과정을 나타낸 도면이다.

도 9를 참조하면, 열화상 카메라에서 열화상을 촬영하면(S1), 화점 탐지 장치는 해당 열화상의 온도 신호를 이용해 일정 온도 이상을 가지는 화소를 구분한다(S2).

그리고 화점 탐지 장치는 단계(S2)에서 설정한 관심 영역에서 잡음을 제거하고(S3), 일정 화소수 이하의 영역을 제거하여 화점이 존재하는 것으로 예상되는 관심 영역을 설정한다(S4).

단계(S3)에서 화점 탐지 장치는 모폴로지 연산의 침식 연산과 팽창 연산 등을 이용해 잡음을 제거할 수 있다.

이후 화점 탐지 장치는 단계(S4)에서 설정된 관심 영역의 무게 중심점을 산출하고(S5), 해당 관심 영역의 외곽선을 추출한다(S6).

단계(S5)에서 화점 탐지 장치는 질량 중심 알고리즘을 이용하여 관심 영역의 무게 중심점을 산출할 수 있다.

단계(S6)에서 화점 탐지 장치는 외곽선 추적 알고리즘을 이용하여 관심 영역의 외곽선을 추출할 수 있다.

이후 화점 탐지 장치는 관심 영역에 설정된 무게 중심점을 기준으로 정방향의 영역을 일정 각도 단위로 구분하고(S7), 무게 중심점으로부터 각 각도에 대응하는 외곽선 지점까지의 거리를 계산한다(S8).

그리고 화점 탐지 장치는 무게 중심점으로부터 외곽선 지점까지 계산된 거리를 이전에 계산한 거리와 비교하여 변화량을 확인하고(S9), 일정 거리 이상의 변화량을 가지는 영역을 화점 영역으로 판단한다(S10).

이러한 과정을 통해 화점 탐지 장치는 그 형태가 변화는 불꽃을 포함한 화점 영역을 정확하게 탐지하는 것이 가능하다.

본 발명의 실시예에 따른 동적 환경에서의 화점 탐지 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 판독 가능한 프로그램 형태로 구현되어 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체에 기록될 수 있다.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다. 또한, 본 명세서와 도면에서 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.

1: 열화상 카메라
2: 화점 탐지 장치
10: 화점 탐지 시스템

Claims

열화상을 촬영하는 열화상 카메라; 및
상기 열화상 카메라에서 촬영한 열화상에서 일정 온도 이상의 화소를 구분하여 관심 영역을 설정하고, 관심 영역의 무게 중심점을 산출하고, 관심 영역의 외곽선을 추출하고, 무게 중심점으로부터 외곽선 지점까지의 거리를 계산하며, 계산된 거리의 변화량을 확인하여 일정 거리 이상의 변화량을 가지는 영역을 화점 영역으로 판단하는 화점 탐지 장치;
를 포함하는 동적 환경에서의 화점 탐지 시스템.
제1항에 있어서,
상기 화점 탐지 장치는,
상기 열화상 카메라로부터 온도 신호를 수신하여 일정 온도 이상의 화소를 구분한 이진 영상을 구성하여 관심 영역을 설정하는 것을 특징으로 하는 동적 환경에서의 화점 탐지 시스템.
제1항에 있어서,
상기 화점 탐지 장치는,
열화상에 대한 모폴로지(morphology) 연산을 통해 잡음을 제거하고 후보 영역을 지정하며, 후보 영역에서 일정 화소수 이하의 영역을 제거하여 관심 영역을 설정하는 것을 특징으로 하는 동적 환경에서의 화점 탐지 시스템.
제1항에 있어서,
상기 화점 탐지 장치는,
무게 중심점을 기준으로 전방향의 영역을 일정 각도 단위로 구분하고, 무게 중심점으로부터 각 각도에 대응하는 외곽선 지점까지의 거리를 계산하는 것을 특징으로 하는 동적 환경에서의 화점 탐지 방법.
화점 탐지 장치가 열화상에서 일정 온도 이상의 화소를 구분하여 관심 영역을 설정하는 단계;
상기 화점 탐지 장치가 관심 영역의 무게 중심점을 산출하는 단계;
상기 화점 탐지 장치가 관심 영역의 외곽선을 추출하는 단계;
상기 화점 탐지 장치가 무게 중심점으로부터 외곽선 지점까지의 거리를 계산하는 단계; 및
상기 화점 탐지 장치가 계산된 거리의 변화량을 확인하여 일정 거리 이상의 변화량을 가지는 영역을 화점 영역으로 판단하는 단계;
를 포함하는 동적 환경에서의 화점 탐지 방법.
제5항에 있어서,
상기 관심 영역을 설정하는 단계는,
상기 화점 탐지 장치가 열화상에 대한 모폴로지 연산을 통해 잡음을 제거하고 후보 영역을 지정하는 단계;
상기 화점 탐지 장치가 후보 영역에서 일정 화소수 이하의 영역을 제거하여 관심 영역을 설정 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 동적 환경에서의 화점 탐지 방법.
제5항에 있어서,
상기 거리를 계산하는 단계는,
상기 화점 탐지 장치가 무게 중심점을 기준으로 전방향의 영역을 일정 각도 단위로 구분하는 단계;
상기 화점 탐지 장치가 무게 중심점으로부터 각 각도에 대응하는 외곽선 지점까지의 거리를 계산하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 동적 환경에서의 화점 탐지 방법.
제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 동적 환경에서의 화점 탐지 방법을 수행하는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능 기록매체.