KR20200013952A

KR20200013952A - 영상감시용 조명제어장치

Info

Publication number: KR20200013952A
Application number: KR1020180089220A
Authority: KR
Inventors: 이정석; 김영호
Original assignee: 주식회사 이송
Priority date: 2018-07-31
Filing date: 2018-07-31
Publication date: 2020-02-10

Abstract

본 발명은 엘이디가 발열에 의에 파손되는 것을 방지하면서도 회로의 크기를 소형화하고 조도센서의 오작동을 방지할 수 있도록 하는 영상감시용 조명제어장치를 제공하는 것으로서, 외부에서 공급되는 전원을 구동전압으로 변환하는 전원입력부; 처리 가능한 입력신호에 기초하여 기지정된 제어신호를 생성 및 출력하는 제어부; 상기 스트로브 신호를 입력받아 상기 제어부로 전송하는 스트로브 입력부; 상기 제어부에 입력된 스트로브 신호를 전달받아 트랜지스터 단자의 전압 차에 따라 도통 상태가 되어 스위칭 및 증폭 기능을 수행하는 스트로브 동기화 스위칭부; 및 태양광선 파장 중 적어도 하나의 파장 대역을 흡수하여 소정의 출력전압을 상기 제어부로 전송하는 조도센서;를 포함하는 것을 기술적 요지로 한다.

Description

영상감시용 조명제어장치{Lighting control device for video surveillance}

본 발명은 영상감시용 조명제어장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 엘이디가 발열에 의에 파손되는 것을 방지하면서도 회로의 크기를 소형화하고 조도센서의 오작동을 방지할 수 있도록 하는 영상감시용 조명제어장치를 제공하는 것이다.

영상 감시를 위한 감시카메라는 보안·방범 및 주정차 단속 시스템, 도로의 교통상황 감시, 산불 감시, 하천 수위 감시, 3차원 측정 및 계측기, 의료용 내시경 등 그 쓰임새가 광범위하여 이루 헤아릴 수 없을 정도로 다양하게 사용되고 있다.

그러나 감시카메라는 주위의 밝기에 따라 화질에 영향을 받으며, 주간보다는 야간에 영향을 많이 받고 일출 일몰 전후로 더 영향을 많이 받는다.

따라서 감시카메라에 사용되는 조명 또한 매우 중요하여 감시카메라의 필수 품목으로 자리 잡게 되었다.

감시카메라의 조명은 야간 촬영이나 폐쇄공간의 어두운 곳을 촬영하기 위한 필수 품목으로 기술의 발달에 따라 엘이디(LED) 조명으로 대체되어 가고 있는 추세이며 기존의 조명과 대비하면 적은 소비전력과 긴 수명으로 그 사용량이 급속도로 증가하고 있다.

하지만, 감시카메라의 조명이 새로운 엘이디 조명으로 대체되어 가고 있음에도 불구하고 어두운 공간 촬영시 사물이 선명하게 보이지 않아 이를 개선하기 위한 일환으로 저조도에서 촬영 가능하도록 많은 연구가 진행되고 있는 상황이다.

감시카메라는 주간에는 컬러 영상으로 촬영되고, 야간이나 폐쇄된 어두운 공간에서는 모노(MONO) 영상으로 주로 촬영되며 이때에는(어두운 공간 촬영 시) 주로 적외선 엘이디(IR LED)가 조명으로 사용된다.

엘이디 조명은 가시광선용과 비 가시광선용(적외선 또는 자외선)으로 구분할 수 있으며 가시광선용 엘이디 조명은 실내등, 가로등, 자동차 전조등, 신호등과 같이 주로 사람이 거주하는 환경에서 사용되고, 비 가시광선용은 특수한 환경 즉 의료용, 측정 및 계측장비, 감시카메라 등의 야간 조명으로 사용된다.

야간에 사용하는 감시카메라는 주로 보안·방범용으로는 주위 환경에 영향을 주지 않는 가시광선 이외의 파장을 갖는 적외선 엘이디 조명이 사용되고, 기타 폐쇄공간을 촬영하는 감시카메라는 일반 고휘도 엘이디가 조명으로 사용된다.

한편, 영상감시를 위한 시스템에서 엘이디 조명을 켜는 방법으로, 연속적으로 전류를 흘려 켜는 방법과 전류 펄스 폭을 제어하는 방식(Pulse With Modulation, PWM)이 있는데, PWM 방식이 효율이 좋아 주로 많이 사용되고 있다.

특히, 도로의 감시카메라용 엘이디 조명은 프린트기판에 수백 개의 엘이디를 집합하여 사용하므로 소비전력이 높고 그 제조 비용 또한 많이 소요된다.

또한, 감시카메라에 사용되는 스트로브(strobe) 회로의 경우, 과전압으로 엘이디에 과전류를 흘려 순간 발광을 최대로 높여 엘이디가 죽지 않고 짧은 시간에 최대 발광을 시키는 것이 목적인데, ON 시간이 길어지게 되면 엘이디가 손상될 수 있는 문제점이 있다.

이에, 종래에는 스트로브 신호 입력시 풀업(pull-up) 및 풀다운(pull-down) 형식의 입력으로 펄스 시그널을 증폭시켜 MOSFET 게이트에 입력하는 방법을 사용하였다. 이때, MOSFET은 천이 시간과 신호 파형이 정확해야 한다.

그러나 종래에는, 도 1의 그래프에 도시된 바와 같이, 하이(high)에서 로우(low)로 떨어지거나 반대로 올라가는 신호에서 늘어지는 현상 또는 천이 시간이 길어지는 현상이 발생함으로 인해 하이와 로우의 구분이 없어져 엘이디가 온/오프 되는 것이 아니라 상시처럼 동작하게 되어 발열에 의해 파손될 가능성이 높은 문제점이 있다.

그리고 종래에는 리플전압(ripple voltage)을 방지하기 위해, 도 2에 예시된 바와 같이, 콘덴서의 용량을 매우 크게 함으로써 콘덴서의 부피에 따른 회로 장치의 크기가 과도하게 커지게 되는 문제점이 있다.

그러나 콘덴서의 용량을 무조건적으로 높이기에는 회로 설계상 문제가 많고, 이마저도 리플전압이 완벽히 제거되지 않는 문제점이 있다.

한편, 도로나 길가의 외부에 설치되는 감시카메라 조명장치는 주간에는 동작할 필요가 없고 어두운 야간에 동작하여 피사체가 촬영될 수 있도록 하는데, 주야를 구분하기 위한 조도센서로서 CDS(Cadmiumsulfide, 황화카드뮴) 소자가 사용된다.

그러나 CDS 소자는 야간에도 차량 라이트나 랜턴 불빛 등에 의해 주변이 밝은 것으로 인식하여 조명장치가 동작하지 않도록 제어신호를 발생시키고 이로 인해 야간에 촬영이 되지 않게 되는 문제점이 있다.

이로 인해 중요한 상황이 촬영되지 않을 가능성이 있고, 이러한 원리를 범죄에 이용할 경우 심각한 사회적 문제를 야기할 수 있으므로 개선이 시급한 실정이다.

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10-1450119

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10-2015-0057041

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10-1101779

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10-1037908

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앞선 배경기술에서 도출된 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 감시카메라의 스트로브 신호가 입력되는 MOSFET의 천이 시간과 신호 파형이 정확하게 이루어지도록 하여 엘이디가 발열에 의해 파손되는 것을 방지할 수 있도록 하는 영상감시용 조명제어장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 고용량의 콘덴서 없이도 리플을 방지하여 회로 크기를 최소화할 수 있도록 하는 영상감시용 조명제어장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 야간에 차량 라이트나 랜턴 불빛 등에 의한 오작동을 방지하여 조명장치에 의한 야간 촬영이 정상적으로 이루어질 수 있도록 하는 영상감시용 조명제어장치를 제공하는 것이다.

한편, 본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 목적은, 본 발명의 실시예에 따라, 감시카메라의 스트로브 신호에 기초하여 이미지 촬영시 엘이디 조명과의 동기화를 제어하는 영상감시용 조명제어장치에 있어서, 외부에서 공급되는 전원을 구동전압으로 변환하는 전원입력부; 처리 가능한 입력신호에 기초하여 기지정된 제어신호를 생성 및 출력하는 제어부; 상기 스트로브 신호를 입력받아 상기 제어부로 전송하는 스트로브 입력부; 상기 제어부에 입력된 스트로브 신호를 전달받아 트랜지스터 단자의 전압 차에 따라 도통 상태가 되어 스위칭 및 증폭 기능을 수행하는 스트로브 동기화 스위칭부; 및 태양광선 파장 중 적어도 하나의 파장 대역을 흡수하여 소정의 출력전압을 상기 제어부로 전송하는 조도센서부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 스트로브 입력부는, 포터커플러로 이루어지는 1차 엘이디 발광소자에 상기 스트로브 신호가 입력되어 풀업회로로 이루어지는 2차 트랜지스터를 통해 상기 제어부로 전송하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 스트로브 동기화 스위칭부는, 상기 스트로브 신호를 입력받아 정해진 값을 푸쉬풀 트랜지스터의 각 베이스에 인가하고, 상기 푸쉬풀 트랜지스터는 MOSFET의 게이트로 증폭된 신호를 주어 엘이디 조명을 동작시키는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 스트로브 동기화 스위칭부의 엘이디 전원입력단에는 폴리스위치를 연결하여 노이즈 및 스트로브의 틀어짐 방지를 위해 상기 엘이디 조명을 홀딩시키는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 조도센서부는, 태양광선 파장 중 가시광선 대역을 제외한 파장 대역을 흡수하여 전압을 출력하는 태양전지를 포함하며, 상기 제어부는 상기 태양전지에서 출력된 전압을 기지정된 기준전압과 비교하여 상기 스트로브 동기화 스위칭부에 의한 엘이디 조명의 동작 여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 태양전지는, 태양광선 파장 중 적외선 대역을 흡수하여 전압을 출력하는 실리콘 태양전지인 것이 바람직하다.

상기한 실시예에 따른 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

첫째, 스트로브 동기화 스위칭부의 푸쉬풀 트랜지스터와 폴리스위치를 이용하여 엘이디 소자가 발열에 의해 파손되는 것을 방지함으로써 내구성과 수명을 크게 향상시킬 수 있다.

둘째, 고용량의 콘덴서 없이도 리플을 방지할 수 있으므로 회로 크기의 최소화를 통해 생산성 향상 및 제품 소형화를 달성할 수 있다.

셋째, 태양전지를 이용해 조도센서부를 구성하여 야간의 차량 라이트나 랜턴 불빛 등에 의한 조도센서부의 야간 오작동을 방지함으로써 야간 촬영에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

넷째, 태양전지를 이용한 조도센서부를 통해 주야를 정확하게 판별하여 주간에는 엘이디 조명이 작동하지 않도록 함으로써 엘이디 소자의 수명을 크게 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 스트로브 신호 입력시 풀업(pull-up) 및 풀다운(pull-down) 형식의 하이/로우 신호를 나타낸 그래프이고,
도 2는 종래기술에 따른 영상감시용 조명제어장치의 내부 회로 구성을 도시하는 예시도이고,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 영상감시용 조명제어장치를 도시하는 회로도이고,
도 4는 본 발명의 구성 중 스트로브 입력부를 구체적으로 나타낸 회로도이고,
도 5는 본 발명의 구성 중 스트로브 동기화 스위칭부를 구체적으로 나타낸 회로도이고,
도 6은 본 발명의 구성 중 조도센서부를 구체적으로 나타낸 회로도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것이 아니다. 본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 한편, 해당 기술분야의 통상적인 지식을 가진자로부터 용이하게 알 수 있는 구성과 그에 대한 작용 및 효과에 대한 도시 및 상세한 설명은 간략히 하거나 생략하고 본 발명과 관련된 부분들을 중심으로 상세히 설명하도록 한다.

본 발명의 실시예에 따른 영상감시용 조명제어장치는 감시카메라의 스트로브 신호에 기초하여 이미지 촬영시 엘이디 조명과의 동기화를 제어하기 위한 것으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 외부에서 공급되는 전원을 구동전압으로 변환하는 전원입력부(10)와, 처리 가능한 입력신호에 기초하여 기지정된 제어신호를 생성 및 출력하는 제어부(30)와, 상기 스트로브 신호를 입력받아 상기 제어부(30)로 전송하는 스트로브 입력부(50)와, 상기 제어부(30)에 입력된 스트로브 신호를 전달받아 트랜지스터 단자의 전압 차에 따라 도통 상태가 되어 스위칭 및 증폭 기능을 수행하는 스트로브 동기화 스위칭부(70), 및 태양광선 파장 중 적어도 하나의 파장 대역을 흡수하여 소정의 출력전압을 상기 제어부(30)로 전송하는 조도센서부(90)를 포함한다.

상기 스트로브 입력부(50)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 포터커플러로 이루어지는 1차 엘이디 발광소자(52)에 상기 스트로브 신호가 입력되어 풀업회로로 이루어지는 2차 트랜지스터(54)를 통해 상기 제어부로 전송한다.

여기서, 상기 스트로브 신호는 카메라가 30프레임에서 1프레임당 한 번의 촬영을 하는 순간에 발생하는 신호를 말하며, 이 신호를 통해 조명을 작동시키게 된다.

상기 스트로브 동기화 스위칭부(70)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 스트로브 신호를 입력받아 정해진 값을 푸쉬풀 트랜지스터(72)의 각 베이스에 인가하고, 상기 푸쉬풀 트랜지스터(72)는 MOSFET(74)의 게이트로 증폭된 신호를 주어 엘이디 조명을 동작시킨다.

상기 푸쉬풀 트랜지스터(72)는 에미터와 베이스 사이의 전압이 0.7V 이상이 되면 도통 상태가 되어 증폭기의 기능을 수행한다. 예를 들어, 입력교류신호가 (+)가 되면 NPN 트랜지스터(72b,72d)가 도통된다. 이때에는 트랜지스터가 전류를 부하쪽으로 밀어버리는 동작을 하고, 입력교류신호가 (-)가 되면 부하쪽이 0V이기 때문에 PNP 트랜지스터(72a,72c)가 도통되므로 이때에는 반대로 트랜지스터가 전류를 당기는 동작을 한다.

상기 스트로브 동기화 스위칭부(70)의 엘이디 조명 전원입력단에는 폴리스위치를 연결하여 노이즈 및 스트로브의 틀어짐 방지를 위해 상기 엘이디 조명을 홀딩시키는 것이 바람직하다.

즉, 상기 폴리스위치는 정해진 전류값을 넘을 수 없어서 노이즈나 틀어진 스트로브 신호가 입력되더라도 퓨즈의 역할처럼 열을 발생시켜 과전류가 소모되도록 함으로써 엘이디 조명(1)을 보호하는 것이다. 이후 정상적인 신호가 입력되기 시작하면 상기 폴리스위치의 열이 낮아지면서 정상적으로 복귀하게 되는 것이다.

덧붙여, 상기 엘이디 조명(1)에 과부하가 걸려 소손되는 것을 방지하기 위한 방법으로, 스트로브 신호의 엣지(edge) 부분을 입력받고 OFF 시간 동안은 신호를 받아들이지 않으면 된다.

예를 들어, 1ms 동안 카메라가 촬영을 한다면 상기 제어부에서 1ms에서는 ON 신호를 발생시키고, 32ms에서는 OFF 신호를 발생시킨다. 그리고 1ms 동안 카메라 이미지센서에서 최대한 받아들일 수 있는 정전압 방식의 회로로 엘이디에 최대 전압을 인가하여 최대 밝기를 이끌어 낸다. 단, 이 경우 불안정한 스트로브 신호에 의해 엘이디 소자가 과부하로 소손된다. 따라서 엘이디 소자는 전류로 인해 빛을 밝히는 원리를 이용하여 엘이디 소자가 소손되지 않는 범위 내에서 전류를 홀딩시킴으로써 엘이디 조명(1)의 과부하를 방지하는 것이다. 즉, 폴리스위치를 사용하여 엘이디가 견디는 전류값에 제한을 두고 혹여 엘이디에 과부하가 걸리는 상황에서도 폴리스위치가 엘이디 소자가 죽지 않는 전류만 주고 그 이상이 되면 폴리스위치가 엘이디 소자가 소손되지 않는 전류만 인가하고 나머지 초과되는 전류는 폴리스위치 자신이 모든 부하를 발열로 처리하게 되는 것이다. 폴리스위치는 정상 동작을 하게 되면 복구가 되는 형태이므로 스트로브가 안정화되면 다시 복구된다.

한편, 상기 엘이디 조명(1)의 오작동을 방지하기 위한 구성으로서, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 조도센서부(90)는 태양광선 파장 중 가시광선 대역을 제외한 파장 대역을 흡수하여 전압을 출력하는 태양전지(92)를 포함하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 제어부(30)는 상기 태양전지(92)에서 출력된 전압을 기지정된 기준전압과 비교하여 상기 스트로브 동기화 스위칭부(70)에 의한 엘이디 조명(1)의 동작 여부를 판단하게 된다.

즉, 가시광선에 해당하는 야간의 차량 라이트나 랜턴 불빛에 의해 조도센서부(90)가 오작동할 수 있기 때문에 가시광선은 흡수하지 않는 태양전지(92)의 구성이 조도센서부(90)에 포함되어야 하는 것이다.

나아가, 상기 태양전지(92)는 태양광선 파장 중 적외선 대역을 흡수하여 전압을 출력하는 실리콘 태양전지인 것이 바람직하다. 이는 구름이 많은 흐린 날에도 적외선은 지표면까지 도달하는 특성을 활용한 것이며, 구름이 많은 주간에 카메라 촬영에는 지장이 없는 밝기임에도 불구하고 강제적으로 엘이디 조명(1)이 작동하는 것을 방지함으로써 엘이디 조명(1)의 작동 오류를 방지함과 동시에 엘이디 소자의 수명을 크게 연장할 수 있게 되는 것이다.

덧붙여, 상기 실리콘 태양전지는 적외선 대역을 흡수하여 전압을 출력하는 반면, 페로브스카이트 태양전지는 자외선 ~ 가시광선 대역을 흡수하여 전압을 출력하기 때문에 본 발명의 태양전지로 사용되는 것은 바람직하지 않다.

따라서 가시광선을 제외한 다른 어느 대역의 태양광선 파장을 흡수하여 전압을 조금이라도 출력할 수 있는 모든 구성이 본 발명의 실시예에 따른 태양전지(92)로 사용될 수 있을 것이다.

지금까지 설명한 본 발명의 실시예에 따르면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

전술한 내용은 후술할 발명의 청구범위를 더욱 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 상술하였다. 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1: 엘이디 조명
10: 전원입력부
30: 제어부
50: 스트로브 입력부
52: 1차 엘이디 발광소자
54: 2차 트랜지스터
70: 스트로브 동기화 스위칭부
72: 푸쉬풀 트랜지스터
74: MOSFET
90: 조도센서부
92: 태양전지

Claims

감시카메라의 스트로브 신호에 기초하여 이미지 촬영시 엘이디 조명과의 동기화를 제어하는 영상감시용 조명제어장치에 있어서,
외부에서 공급되는 전원을 구동전압으로 변환하는 전원입력부;
처리 가능한 입력신호에 기초하여 기지정된 제어신호를 생성 및 출력하는 제어부;
상기 스트로브 신호를 입력받아 상기 제어부로 전송하는 스트로브 입력부;
상기 제어부에 입력된 스트로브 신호를 전달받아 트랜지스터 단자의 전압 차에 따라 도통 상태가 되어 스위칭 및 증폭 기능을 수행하는 스트로브 동기화 스위칭부; 및
태양광선 파장 중 적어도 하나의 파장 대역을 흡수하여 소정의 출력전압을 상기 제어부로 전송하는 조도센서부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상감시용 조명제어장치.
제1항에 있어서,
상기 스트로브 입력부는,
포터커플러로 이루어지는 1차 엘이디 발광소자에 상기 스트로브 신호가 입력되어 풀업회로로 이루어지는 2차 트랜지스터를 통해 상기 제어부로 전송하는 것을 특징으로 하는 영상감시용 조명제어장치.
제1항에 있어서,
상기 스트로브 동기화 스위칭부는,
상기 스트로브 신호를 입력받아 정해진 값을 푸쉬풀 트랜지스터의 각 베이스에 인가하고, 상기 푸쉬풀 트랜지스터는 MOSFET의 게이트로 증폭된 신호를 주어 엘이디 조명을 동작시키는 것을 특징으로 하는 영상감시용 조명제어장치.
제3항에 있어서,
상기 스트로브 동기화 스위칭부의 엘이디 전원입력단에는 폴리스위치를 연결하여 노이즈 및 스트로브의 틀어짐 방지를 위해 상기 엘이디 조명을 홀딩시키는 것을 특징으로 하는 영상감시용 조명제어장치.
제1항에 있어서,
상기 조도센서부는,
태양광선 파장 중 가시광선 대역을 제외한 파장 대역을 흡수하여 전압을 출력하는 태양전지를 포함하며,
상기 제어부는 상기 태양전지에서 출력된 전압을 기지정된 기준전압과 비교하여 상기 스트로브 동기화 스위칭부에 의한 엘이디 조명의 동작 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 영상감시용 조명제어장치.
제5항에 있어서,
상기 태양전지는,
태양광선 파장 중 적외선 대역을 흡수하여 전압을 출력하는 실리콘 태양전지인 것을 특징으로 하는 영상감시용 조명제어장치.