KR20210070640A - Apparatus and method for detecting objects using acoustic signals - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명의 일실시예는 음향 신호를 이용한 물체 감지 장치 및 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 음향 신호를 분석하여 물체의 접근 여부를 감지할 수 있는 음향 신호를 이용한 물체 감지 장치 및 방법에 관한 것이다.One embodiment of the present invention relates to an apparatus and method for detecting an object using an acoustic signal, and more particularly, to an apparatus and method for detecting an object using an acoustic signal capable of detecting whether an object approaches by analyzing the acoustic signal.
음향 신호 탐지에서 온셋(Onset)은 음향 신호의 진폭이 변화하는 한 구간을 관찰할 때 진폭의 증가가 발생하는 시작 지점을 의미한다. 음향 신호를 이용한 물체의감지 성능은 이 구간을 얼마나 빠르고 정확하게 검출하는가에 따라 달리진다. 어택(Attack)은 음향 신호에서 진폭이 첨두점(peak)까지 증가하는 구간을, 감쇠(decay)는 음향 신호에서 진폭이 첨두점에서부터 감소가 이루어지는 구간을 의미한다.In acoustic signal detection, onset refers to a starting point at which an increase in amplitude occurs when one section in which the amplitude of an acoustic signal changes is observed. The detection performance of an object using an acoustic signal depends on how quickly and accurately this section is detected. Attack refers to a section in which the amplitude of the sound signal increases from the peak point, and decay refers to a section in which the amplitude decreases from the peak point in the sound signal.
기존 음향 신호를 이용하여 물체의 접근을 감지하는 방법으로 이러한 스펙트럼신호의 크기만을 이용하여 탐지하는 방식이 사용되고 있다. 그러나, 기존 방식의 경우 주변 소음의 크기에 따라 탐지 성능의 차이가 매우 크다는 문제가 있다. 또한, 기존 방식의 경우 스펙트럼의 크기만을 이용하여 물체를 탐지하기 때문에 탐지속도와 정확성 등에서 문제가 생길 수 있다. As a method of detecting the approach of an object using an existing acoustic signal, a method of detecting using only the magnitude of such a spectrum signal is used. However, in the case of the existing method, there is a problem that the difference in detection performance is very large depending on the level of ambient noise. In addition, since the conventional method detects an object using only the size of the spectrum, problems in detection speed and accuracy may occur.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 음향 신호를 분석하여 신속하고 정확하게 물체의 접근 여부를 감지할 수 있는 음향 신호를 이용한 물체 감지 장치 및 방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide an apparatus and method for detecting an object using an acoustic signal capable of quickly and accurately detecting whether an object is approaching by analyzing the acoustic signal.
또한, 주변 소음 영향을 최소화 할 수 있는 음향 신호를 이용한 물체 감지 장치 및 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide an apparatus and method for detecting an object using an acoustic signal capable of minimizing the influence of ambient noise.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 외부에서 발생한 음향신호를 감지하는 음향센서; 감지된 음향신호를 주파수 영역의 스펙트럼 신호로 변환하는 음향 신호 변환부; 상기 스펙트럼 신호의 크기값과 위상값을 산출하고, 시간의 변화에 따른 크기값의 변화량과 위상값의 변화량의 합산값을 산출하는 연산부; 및 상기 합산값이 기 설정된 기준값을 초과하는 횟수가 연속하여 기 설정된 기준 횟수 이상일 경우 물체가 접근하는 것으로 판단하는 판단부를 포함하는 음향 신호를 이용한 물체 감지 장치를 제공한다.According to an embodiment of the present invention, a sound sensor for detecting an external sound signal; an acoustic signal converter converting the sensed acoustic signal into a spectrum signal in a frequency domain; an operation unit for calculating the magnitude value and the phase value of the spectrum signal, and calculating a sum of the magnitude value change amount and the phase value change amount according to time change; and a determination unit that determines that the object approaches when the number of times the sum value exceeds the preset reference value is greater than or equal to the preset reference number in succession.
상기 연산부는, 상기 스펙트럼 신호를 이용하여 연속된 프레임 사이의 크기값이 증가하는 제1구간을 산출하고, 상기 제1구간에서 크기값의 변화량을 합산한 제1파라미터를 산출하는 제1프로세서; 및 상기 스펙트럼 신호를 이용하여 연속된 프레임 사이의 크기값 및 위상값이 증가한 제2구간을 산출하고, 상기 제2구간에서 프레임간 크기값 및 위상값의 유클리드 거리값을 합산한 제2파라미터를 산출하는 제2프로세서를 포함할 수 있다.The calculator may include: a first processor configured to calculate a first section in which a magnitude value between consecutive frames increases by using the spectrum signal, and to calculate a first parameter obtained by summing changes in magnitude values in the first section; and calculating a second section in which the magnitude and phase values between consecutive frames are increased by using the spectrum signal, and calculating a second parameter obtained by summing the Euclidean distance values of the magnitude and phase values between frames in the second section A second processor may be included.
상기 연산부는 상기 제1파라미터 및 상기 제2파라미터를 합산하여 상기 합산값을 산출할 수 있다.The calculator may calculate the sum value by summing the first parameter and the second parameter.
상기 연산부는 상기 제1파라미터 및 상기 제2파라미터에 각각 가중치를 부여하여 상기 합산값을 산출할 수 있다.The calculation unit may calculate the sum value by giving weights to the first parameter and the second parameter, respectively.
상기 판단부의 제어에 따라 알림 신호를 출력하는 알림부를 더 포함할 수 있다.It may further include a notification unit for outputting a notification signal under the control of the determination unit.
본 발명의 일실시예에 따르면, 음향센서가 외부에서 발생한 음향신호를 감지하는 단계; 감지된 음향신호를 주파수 영역의 스펙트럼 신호로 변환하는 단계; 상기 스펙트럼 신호의 크기값과 위상값을 산출하고, 시간의 변화에 따른 크기값의 변화량과 위상값의 변화량의 합산값을 산출하는 단계; 및 상기 합산값이 기 설정된 기준값을 초과하는 횟수가 연속하여 기 설정된 기준 횟수 이상일 경우 물체가 접근하는 것으로 판단하는 단계를 포함하는 음향 신호를 이용한 물체 감지 방법을 제공한다.According to an embodiment of the present invention, the sound sensor detecting an external sound signal; converting the sensed sound signal into a spectrum signal in a frequency domain; calculating a magnitude value and a phase value of the spectrum signal, and calculating a sum of the magnitude value change amount and the phase value change amount according to time change; and determining that the object approaches when the number of times the sum value exceeds the preset reference value is greater than or equal to the preset reference number in succession.
상기 합산값을 산출하는 단계는, 상기 스펙트럼 신호를 이용하여 연속된 프레임 사이의 크기값이 증가하는 제1구간을 산출하고, 상기 제1구간에서 크기값의 변화량을 합산한 제1파라미터를 산출하는 단계; 및 상기 스펙트럼 신호를 이용하여 연속된 프레임 사이의 크기값 및 위상값이 증가한 제2구간을 산출하고, 상기 제2구간에서 프레임간 크기값 및 위상값의 유클리드 거리값을 합산한 제2파라미터를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.In the calculating of the sum value, a first section in which the magnitude value between consecutive frames is increased by using the spectrum signal is calculated, and a first parameter obtained by summing changes in the magnitude value in the first section is calculated. step; and calculating a second section in which the magnitude and phase values between consecutive frames are increased by using the spectrum signal, and calculating a second parameter obtained by summing the Euclidean distance values of the magnitude and phase values between frames in the second section may include the step of
상기 합산값을 산출하는 단계는, 상기 제1파라미터 및 상기 제2파라미터를 합산하여 상기 합산값을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.The calculating of the sum value may include calculating the sum value by summing the first parameter and the second parameter.
상기 합산값을 산출하는 단계는, 상기 제1파라미터 및 상기 제2파라미터에 각각 가중치를 부여하여 상기 합산값을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.The calculating of the sum value may include calculating the sum value by giving weights to the first parameter and the second parameter, respectively.
상기 물체가 접근하는 것으로 판단되는 경우 알림 신호를 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include outputting a notification signal when it is determined that the object approaches.
본 발명인 음향 신호를 이용한 물체 감지 장치 및 방법은 음향 신호를 분석하여 신속하고 정확하게 물체의 접근 여부를 감지할 수 있다.An apparatus and method for detecting an object using an acoustic signal according to the present invention can detect whether an object approaches quickly and accurately by analyzing the acoustic signal.
또한, 물체의 접근 여부를 경고음으로 출력함으로써 무인 비행체 등의 불법 접근 및 침입을 감지할 수 있다.In addition, it is possible to detect illegal approach and intrusion of an unmanned aerial vehicle by outputting a warning sound whether an object is approaching.
또한, 차량, 자전거, 전동 퀵보드 등의 접근 여부를 신속하게 파악하여 보행자에게 이를 알려줄 수 있다.In addition, it is possible to quickly determine whether a vehicle, a bicycle, an electric quick board, or the like is approaching and notify the pedestrian.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 음향 신호를 이용한 물체 감지 장치의 구성 블록도이다.
도 2는 제2프로세서의 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도3은 본 발명의 실시예에 따른 음향 신호를 이용한 물체 감지 방법의 순서도이다.1 is a block diagram of an object detecting apparatus using an acoustic signal according to an embodiment of the present invention.
2 is a conceptual diagram for explaining an operation of a second processor.
3 is a flowchart of a method for detecting an object using an acoustic signal according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.However, the technical spirit of the present invention is not limited to some embodiments described, but may be implemented in various different forms, and within the scope of the technical spirit of the present invention, one or more of the components may be selected among the embodiments. It can be combined and substituted for use.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.In addition, terms (including technical and scientific terms) used in the embodiments of the present invention may be generally understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains, unless specifically defined and described explicitly. It may be interpreted as a meaning, and generally used terms such as terms defined in advance may be interpreted in consideration of the contextual meaning of the related art.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.In addition, the terms used in the embodiments of the present invention are for describing the embodiments and are not intended to limit the present invention.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.In the present specification, the singular form may also include the plural form unless otherwise specified in the phrase, and when it is described as "at least one (or one or more) of A and (and) B, C", it is combined with A, B, C It may include one or more of all possible combinations.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.In addition, in describing the components of the embodiment of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), (b), etc. may be used.
이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.These terms are only used to distinguish the component from other components, and are not limited to the essence, order, or order of the component by the term.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속' 되는 경우도 포함할 수 있다.And, when it is described that a component is 'connected', 'coupled' or 'connected' to another component, the component is not only directly connected, coupled or connected to the other component, but also with the component It may also include a case of 'connected', 'coupled' or 'connected' due to another element between the other elements.
또한, 각 구성 요소의 "상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위) 또는 하(아래)"으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.In addition, when it is described as being formed or disposed on "above (above) or under (below)" of each component, the top (above) or bottom (below) is one as well as when two components are in direct contact with each other. Also includes a case in which another component as described above is formed or disposed between two components. In addition, when expressed as "upper (upper) or lower (lower)", the meaning of not only an upper direction but also a lower direction based on one component may be included.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, the embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the same or corresponding components are given the same reference numerals regardless of reference numerals, and overlapping descriptions thereof will be omitted.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 음향 신호를 이용한 물체 감지 장치의 구성 블록도이다. 도1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 물체 감지 장치(100)는 음향센서(110), 음향 신호 변환부(120), 연산부(130), 판단부(140) 및 알림부(150)를 포함하여 구성될 수 있다.1 is a block diagram of an object detecting apparatus using an acoustic signal according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1 , an
본 발명에 따른 물체 감지 장치(100)는 별도의 장치로 구현되거나 또는 스마트폰, 차량, 자전거, 이어폰 등에 내장되어 구현될 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 물체 감지 장치(100)가 별도의 장치로 구현되었음을 일예로 들어 설명하기로 한다. 별도의 장치로 구현된 물체 감지 장치는 휴대용 기기, 차량, 자전거, 건물 내부 등에 장착되어 접근하는 물체를 감지하고 알림 신호를 외부로 출력할 수 있다.The
음향센서(110)는 외부에서 발생한 음향신호를 감지할 수 있다. 예를들면, 음향센서(110)는 마이크로폰을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에서 음향센서(110)는 모든 방향의 음향을 균일한 감도로 포착하는 전지향성 마이크(omni directional microphone)로 지향성이 없거나 모든 방향에서 들려오는 소리에 반응할 수 있다. 음향센서(110)는 가청40Hz~20kHz 내의 가청 주파수 영역의 음향 신호를 감지할 수 있다.The acoustic sensor 110 may detect an externally generated acoustic signal. For example, the acoustic sensor 110 may include a microphone. In an embodiment of the present invention, the acoustic sensor 110 is an omni-directional microphone that captures sounds from all directions with uniform sensitivity, and may respond to sounds that have no directivity or come from all directions. The acoustic sensor 110 may detect an acoustic signal in an audible frequency range within an audible 40Hz to 20kHz range.
음향 신호 변환부(120)는 감지된 음향신호를 주파수 영역의 스펙트럼 신호로 변환할 수 있다. 음향 신호 변환부(120)는 아날로그 음향신호를 샘플링하여 디지털 신호로 변환할 수 있다. 음향 신호 변환부(120)는 변환된 디지털 신호에 대하여 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT)를 이용하여 주파수 값을 산출하고, 산출된 주파수 값으로부터 스펙트럼 신호를 산출할 수 있다. The
연산부(130)는 스펙트럼 신호의 크기값과 위상값을 산출하고, 시간의 변화에 따른 크기값의 변화량과 위상값의 변화량의 합산값을 산출할 수 있다.The
연산부(130)는 제1프로세서(131) 및 제2프로세서(132)를 포함하여 구성될 수 있다.The
제1프로세서(131)는 스펙트럼 신호를 이용하여 연속된 프레임 사이의 크기값이 증가하는 제1구간을 산출하고, 제1구간에서 크기값의 변화량을 합산한 제1파라미터를 산출할 수 있다.The
제1프로세서(131)는 하기 수학식 1 내지 2에 따라 제1파라미터를 산출할 수 있다.The
수학식 1 내지 2에서 SD(n)은 제1파라미터, N은 자연수, 는 주파수 인덱스, 은 시간 인덱스, Xk(n)은 K주파수 대역 스펙트럼 신호의 n번째 프레임을 의미한다. 제1프로세서는 모든 주파수에 대해 과 번째의 의 크기 차의 합인 을 산출한다. 제1프로세서(131)는 번째 프레임의 에너지가 번째 프레임의 에너지보다 작은 경우 그 의미를 갖지 않으므로 반파 정류 함수인 를 이용해 음수의 값을 0으로 변환한다. 이를 통하여 제1프로세서(131)는 연속된 프레임 사이의 크기값이 증가하는 제1구간에서 크기값의 변화량을 합산한 제1파라미터를 산출할 수 있다.In Equations 1 to 2, SD(n) is the first parameter, N is a natural number, is the frequency index, is the time index, X k (n) means the nth frame of the K frequency band spectrum signal. The first processor for all frequencies and second is the sum of the size differences of to calculate The
즉, 제1프로세서(131)는 각 주파수 별로 에너지의 증가와 감소를 분석하여 임의의 프레임의 에너지가 직전 프레임의 에너지 보다 증가한 구간만을 추출한다. 물체가 감지되는 시점에서 특정 주파수들의 에너지가 증가하기 때문에, 제1프로세서(131)는 순간적으로 큰 에너지가 발생하는 신호를 높은 정확도로 감지할 수 있다. 일반적으로 음향 신호에서는 탐지거리가 가까워지는 경우나 고속 이동시 에너지가 증가하기 때문에, 제1프로세서(131)는 이러한 물체를 감지하기 위한 제1파라미터를 산출할 수 있다.That is, the
제1파라미터는 주변 소음의 레벨이 작은 경우 매우 우수한 물체 감지 효율을 나타낸다. 그러나, 일시적으로 큰 에너지의 간섭을 받는 경우 효율이 떨어질 수 있다.The first parameter indicates very good object detection efficiency when the level of ambient noise is small. However, efficiency may be reduced when temporarily subjected to large energy interference.
제2프로세서(132)는 스펙트럼 신호를 이용하여 연속된 프레임 사이의 크기값 및 위상값이 증가한 제2구간을 산출하고, 제2구간에서 프레임간 크기값 및 위상값의 유클리드 거리값을 합산한 제2파라미터를 산출할 수 있다.The
제2프로세서(132)는 주파수 도메인에서 분석한 n번째 프레임과 n-1번째 프레임사이의 음향 신호의 크기와 위상에 유클리드 거리 측정 방식을 도입하여 물체를 감지할 수 있다.The
제2프로세서(132)는 하기 수학식 3 내지 6에 따라 제2파라미터를 산출할 수 있다.The
수학식 3 내지 6에서 ED(n)은 제2파라미터, k는 주파수 인덱스, n은 시간 인덱스, Xk(n)은 k주파수 대역 스펙트럼 신호의 n번째 프레임, ψk(n)은 k주파수 대역의 스펙트럼 신호 n번째 프레임의 위상, 은 번째와 번째 사이의 위상 변화량이다. 제2프로세서(132)는 연속된 프레임 사이의 유클리드 거리를 측정함으로써 에너지 변화률이 크고 큰 위상 변화를 갖는 시점을 검출할 수 있다. 제2파라미터를 이용하면 일시적인 에너지 간섭이 존재하는 경우에도 높은 정확도로 물체 감지가 가능하다. 즉 일관적인 물체 감지 성능을 나타낼수 있다.In Equations 3 to 6, ED(n) is the second parameter, k is the frequency index, n is the time index, X k (n) is the nth frame of the k frequency band spectrum signal, ψ k (n) is the k frequency band the phase of the nth frame of the spectral signal, silver second and is the amount of phase change between The
도 2는 제2프로세서(132)의 동작을 설명하기 위한 개념도이다. 도1 및 도 2를 참조하면, 제2프로세서(132)는 에너지와 위상을 모두 고려한 제2파라미터를 이용하여 물체 감지 정확도를 향상시킬 수 있다. 또한 복소평면에서의 페이저(phasor) 개념으로 접근하여 믈체 감지에 음향 신호의 크기와 위상 특성을 동시에 고려할 수 있다. 특히 주파수의 높낮이에 관계없이 이들의 토널(tonal) 변화를 검출하기 때문에, 제1파라미터가 가지는 단점을 보완해주어 더 강력한 물체 감지 효과를 가질 수 있다. 2 is a conceptual diagram for explaining the operation of the
두 페이저 사이의 위상각이 0인 경우에는 두 페이저의 크기 변화만 관찰하면 되기 때문에 단순한 처리가 가능하다. 즉 연산량을 감소시킬 수 있다. 반면 두 페이저 사이의 위상각이 0이 아닌 경우 위상 변화량과 크기를 동시에 고려해야 하며, 이 경우에는 처리 연산량이 증가하지만 크기 변화만 감지하는 경우와 비교하여 물체 감지 정확도를 크게 향상시킬 수 있다.When the phase angle between the two phasors is 0, a simple process is possible because only a change in the magnitude of the two phasors needs to be observed. That is, the amount of computation can be reduced. On the other hand, when the phase angle between the two phasers is not 0, the amount of phase change and the magnitude must be considered at the same time. In this case, the amount of processing is increased, but the object detection accuracy can be greatly improved compared to the case where only the magnitude change is detected.
연산부(130)는 제1파라미터 및 제2파라미터를 합산하여 합산값을 산출할 수 있다. The
이 때, 연산부(130)는 제1파라미터 및 제2파라미터에 각각 가중치를 부여하여 합산값을 산출할 수 있다.In this case, the calculating
연산부(130)는 하기 수학식 7에 따라 합산값을 산출할 수 있다.The
수학식 7에서 NC(n)은 합산값이고, SD(n)은 제1파라미터이고, ED(n)은 제2파라미터이고, a는 제1가중치이고, b는 제2가중치이다.In Equation 7, NC(n) is the sum, SD(n) is the first parameter, ED(n) is the second parameter, a is the first weight, and b is the second weight.
연산부(130)는 주변 소음 레벨 및 에너지 간섭 중 적어도 하나를 고려하여 제1가중치 및 제2가중치의 크기를 설정할 수 있다. The
예를 들면, 연산부(130)는 주변 소음의 레벨이 기 설정 레벨 이하인 경우에는 제1가중치의 값을 제2가중치의 값보다 크게 설정할 수 있다. 이를 통하여 주변 소음이 상대적으로 큰 경우에는 합산값에서 제1파라미터의 비중을 크게 설정할 수 있다. For example, when the level of ambient noise is less than or equal to a preset level, the
또는, 연산부(130)는 주변 소음의 레벨이 기 설정 레벨보다 큰 경우에는 제2가중치의 값을 제2가중치의 값보다 작게 설정할 수 있다. 이를 통하여 주변 소음이 상대적으로 작은 경우에는 합산값에서 제1파라미터의 비중을 작게 설정할 수 있다. Alternatively, when the level of the ambient noise is greater than the preset level, the
주변 소음 레벨은 음향센서에서 감지한 음향신호에서 노이즈를 필터링함으로써 산출될 수 있다. The ambient noise level may be calculated by filtering noise from the acoustic signal detected by the acoustic sensor.
또는 연산부(130)는 음향 신호 변환부에서 감지한 음향신호에 가해지는 간섭 신호의 크기가 기 설정 에너지의 크기보다 큰 경우에는 제2가중치의 값을 제1가중치의 값보다 크게 설정할 수 있다. 이를 통하여 신호의 간섭이 상대적으로 큰 경우에는 합산값에서 제2파라미터의 비중을 크게 설정할 수 있다. Alternatively, the
또는 연산부(130)는 음향 신호 변환부에서 감지한 음향신호에 가해지는 간섭 신호의 크기가 기 설정 에너지의 크기 이하인 경우에는 제2가중치의 값을 제1가중치의 값보다 작게 설정할 수 있다. 이를 통하여 신호의 간섭이 상대적으로 작은 경우에는 합산값에서 제1파라미터의 비중을 크게 설정할 수 있다.Alternatively, the
간섭 신호의 크기는 스펙트럼 신호의 분석을 통하여 산출될 수 있다.The magnitude of the interference signal may be calculated through analysis of the spectrum signal.
이를 통하여 주변 소음의 레벨이 작은 경우에는 제1파라미터의 비중을 크게 설정하고, 상대적으로 큰 에너지의 간섭을 받는 경우에는 제2파라미터의 비중을 크게 설정함으로써 물체 감지 효율을 크게 향상시킬 수 있다.Through this, object detection efficiency can be greatly improved by setting the weight of the first parameter to be large when the level of ambient noise is small, and setting the weight of the second parameter to be large when receiving relatively large energy interference.
판단부(140)는 합산값이 기 설정된 기준값을 초과하는 횟수가 연속하여 기 설정된 기준 횟수 이상일 경우 물체가 접근하는 것으로 판단할 수 있다. 기준값과 기준 횟수는 물체 감지 장치의 사용 환경, 목적 등에 따라 상이하게 설정될 수 있다. 예를들어, 물체 감지 장치의 신속성과 사용자의 안정성이 보다 크게 요구되는 상황에서는 기준값과 기준 횟수를 낮게 설정함으로써 물체 감지 장치의 동작 민감도를 크게 설정할 수 있다. 또는 물체 감지 장치의 정확도가 보다 크게 요구되는 상황에서는 기준값과 기준 횟수를 높게 설정함으로써 물체 감지 장치의 동작 민감도를 낮게 설정할 수 있다.The determination unit 140 may determine that the object approaches when the number of times the sum value exceeds the preset reference value is greater than or equal to the preset reference number in succession. The reference value and the reference number may be set differently depending on the use environment and purpose of the object sensing device. For example, in a situation in which the speed of the object detection apparatus and the user's stability are more required, the motion sensitivity of the object detection apparatus may be set to be high by setting the reference value and the reference number to be low. Alternatively, in a situation in which the accuracy of the object detecting apparatus is required to be higher, the motion sensitivity of the object detecting apparatus may be set to be low by setting the reference value and the reference number to be high.
또한, 판단부(140)는 합산값의 크기에 따라 물체의 근접 위험도를 판단할 수 있다. 판단부(140)는 합산값이 기 설정된 기준값의 200%를 초과할 경우 물체의 근접 속도가 매우 높은 것으로 판단하여 가장 높 제1근접 위험도로 설정할 수 있다. 또한, 판단부(140)는 합산값의 크기가 기 설정된 기준값의 150%를 초과하고, 200% 미만일 경우 제1근접 위험도 보다 낮은 단계인 제2근접 위험도로 설정할 수 있다. 또한, 판단부(140)는 합산값의 크기가 기 설정된 기준값의 100%를 초과하고, 150%미만일 경우 제2근접 위험도 보다 낮은 단계인 제3근접 위험도로 설정할 수 있다.Also, the determination unit 140 may determine the proximity risk of the object according to the size of the summation value. When the sum value exceeds 200% of the preset reference value, the determination unit 140 determines that the proximity speed of the object is very high, and may set the highest first proximity risk. In addition, when the size of the sum value exceeds 150% of the preset reference value and is less than 200%, the determination unit 140 may set the second proximity risk, which is a lower level than the first proximity risk. In addition, the determination unit 140 may set the third proximity risk, which is a level lower than the second proximity risk, when the size of the sum exceeds 100% of the preset reference value and is less than 150%.
판단부(140)는 근접 위험도에 따라 알림부에서 출력하는 알림 신호의 종류를 상이하게 설정할 수 있다.The determination unit 140 may set different types of notification signals output from the notification unit according to the degree of proximity risk.
알림부(150)는 판단부(140)의 제어에 따라 알림 신호를 출력할 수 있다.The
이를 통하여, 앰뷸런스, 소방차 등 응급 차량의 접근을 자동으로 차량내로 알려주거나, 공공기관에 불법으로 접근하는 드론 등의 물체를 탐지하거나, 또는 자동차, 자전거 등이 후방에서 크락션을 울리며 접근하는 경우, 이를 자동으로 탐지하여 스마트폰 사용자에게 경보로 알려줄 수 있다. Through this, when emergency vehicles such as ambulances and fire trucks are approaching automatically in the vehicle, objects such as drones that are illegally approaching public institutions are detected, or when cars, bicycles, etc. It can be automatically detected and alerted to smartphone users as an alert.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 음향 신호를 이용한 물체 감지 방법의 순서도이다. 도 3을 참조하면, 먼저 음향 센서가 외부에서 발생한 음향신호를 감지한다(S301).3 is a flowchart of a method for detecting an object using an acoustic signal according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3 , first, a sound sensor detects an external sound signal ( S301 ).
다음으로, 음향 신호 변환부는 감지된 음향신호를 주파수 영역의 스펙트럼 신호로 변환한다(S302).Next, the sound signal converter converts the sensed sound signal into a spectrum signal in the frequency domain ( S302 ).
다음으로, 연산부는 스펙트럼 신호를 이용하여 연속된 프레임 사이의 크기값이 증가하는 제1구간을 산출하고, 제1구간에서 크기값의 변화량을 합산한 제1파라미터를 산출한다(S303).Next, the operation unit calculates a first section in which the magnitude value between consecutive frames increases by using the spectrum signal, and calculates a first parameter obtained by summing changes in the magnitude value in the first section ( S303 ).
또한, 연산부는 스펙트럼 신호를 이용하여 연속된 프레임 사이의 크기값 및 위상값이 증가한 제2구간을 산출하고, 제2구간에서 프레임간 크기값 및 위상값의 유클리드 거리값을 합산한 제2파라미터를 산출한다(S304).In addition, the operation unit calculates a second section in which the magnitude and phase values between consecutive frames are increased by using the spectrum signal, and a second parameter obtained by summing the Euclidean distance values of the magnitude values and the phase values between frames in the second section. Calculate (S304).
제1파라미터를 산출하는 과정과 제2파라미터를 산출하는 과정은 동시에 이루어지거나 어느 하나의 과정이 다른 하나의 과정보다 먼저 수행될 수 있다.The process of calculating the first parameter and the process of calculating the second parameter may be performed simultaneously or one process may be performed before the other process.
다음으로, 연산부는 제1파라미터 및 상기 제2파라미터를 합산하여 합산값을 산출한다. 이때, 연산부는 제1파라미터 및 제2파라미터에 각각 가중치를 부여하여 합산값을 산출할 수 있다(S305).Next, the calculator calculates a sum value by summing the first parameter and the second parameter. In this case, the operation unit may calculate the sum value by giving weights to the first parameter and the second parameter, respectively ( S305 ).
다음으로, 판단부는 합산값이 기 설정된 기준값을 초과하는 횟수가 연속하여 기 설정된 기준 횟수 이상일 경우 물체가 접근하는 것으로 판단한다(S306).Next, the determination unit determines that the object approaches when the number of times the sum value exceeds the preset reference value is greater than or equal to the preset reference number in succession (S306).
다음으로, 알림부는 물체가 접근하는 것으로 판단되는 경우 판단부의 제어에따라 알림 신호를 출력한다(S307).Next, when it is determined that the object is approaching, the notification unit outputs a notification signal under the control of the determination unit (S307).
본 실시예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA(field-programmable gate array) 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.The term '~ unit' used in this embodiment means software or a hardware component such as a field-programmable gate array (FPGA) or ASIC, and '~ unit' performs certain roles. However, '-part' is not limited to software or hardware. The '~ unit' may be configured to reside on an addressable storage medium or may be configured to refresh one or more processors. Thus, as an example, '~' denotes components such as software components, object-oriented software components, class components, and task components, and processes, functions, properties, and procedures. , subroutines, segments of program code, drivers, firmware, microcode, circuitry, data, databases, data structures, tables, arrays, and variables. The functions provided in the components and '~ units' may be combined into a smaller number of components and '~ units' or further separated into additional components and '~ units'. In addition, components and '~ units' may be implemented to play one or more CPUs in a device or secure multimedia card.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. Although the above has been described with reference to the preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art can variously modify and change the present invention within the scope without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below. You will understand that it can be done.
100: 물체 감지 장치
110: 음향센서
120: 음향 신호 변환부
130: 연산부
140: 판단부
150: 알림부100: object detection device
110: sound sensor
120: sound signal conversion unit
130: arithmetic unit
140: judgment unit
150: notification unit
Claims (10)
감지된 음향신호를 주파수 영역의 스펙트럼 신호로 변환하는 음향 신호 변환부;
상기 스펙트럼 신호의 크기값과 위상값을 산출하고, 시간의 변화에 따른 크기값의 변화량과 위상값의 변화량의 합산값을 산출하는 연산부; 및
상기 합산값이 기 설정된 기준값을 초과하는 횟수가 연속하여 기 설정된 기준 횟수 이상일 경우 물체가 접근하는 것으로 판단하는 판단부를 포함하는 음향 신호를 이용한 물체 감지 장치.
an acoustic sensor for detecting an externally generated acoustic signal;
an acoustic signal converter converting the sensed acoustic signal into a spectrum signal in a frequency domain;
an operation unit calculating the magnitude value and the phase value of the spectrum signal, and calculating a sum of the magnitude value change amount and the phase value change amount according to time change; and
and a determining unit that determines that the object approaches when the number of times the sum value exceeds the preset reference value is greater than or equal to the preset reference number in succession.
상기 연산부는,
상기 스펙트럼 신호를 이용하여 연속된 프레임 사이의 크기값이 증가하는 제1구간을 산출하고, 상기 제1구간에서 크기값의 변화량을 합산한 제1파라미터를 산출하는 제1프로세서; 및
상기 스펙트럼 신호를 이용하여 연속된 프레임 사이의 크기값 및 위상값이 증가한 제2구간을 산출하고, 상기 제2구간에서 프레임간 크기값 및 위상값의 유클리드 거리값을 합산한 제2파라미터를 산출하는 제2프로세서를 포함하는 음향 신호를 이용한 물체 감지 장치.
According to claim 1,
The calculation unit,
a first processor for calculating a first section in which a magnitude value between consecutive frames increases by using the spectrum signal, and calculating a first parameter obtained by summing changes in magnitude values in the first section; and
Calculating a second section in which the magnitude value and the phase value between consecutive frames are increased using the spectrum signal, and calculating a second parameter obtained by summing the Euclidean distance values of the magnitude value and the phase value between frames in the second section An object detection apparatus using an acoustic signal including a second processor.
상기 연산부는 상기 제1파라미터 및 상기 제2파라미터를 합산하여 상기 합산값을 산출하는 음향 신호를 이용한 물체 감지 장치.
3. The method of claim 2,
The calculating unit sums the first parameter and the second parameter to calculate the summed value of the object detecting device using an acoustic signal.
상기 연산부는 상기 제1파라미터 및 상기 제2파라미터에 각각 가중치를 부여하여 상기 합산값을 산출하는 음향 신호를 이용한 물체 감지 장치.
4. The method of claim 3,
The calculation unit is an object detecting apparatus using an acoustic signal to calculate the sum value by giving weights to the first parameter and the second parameter, respectively.
상기 판단부의 제어에 따라 알림 신호를 출력하는 알림부를 더 포함하는 음향 신호를 이용한 물체 감지 장치.
According to claim 1,
The object detection apparatus using an acoustic signal further comprising a notification unit for outputting a notification signal under the control of the determination unit.
감지된 음향신호를 주파수 영역의 스펙트럼 신호로 변환하는 단계;
상기 스펙트럼 신호의 크기값과 위상값을 산출하고, 시간의 변화에 따른 크기값의 변화량과 위상값의 변화량의 합산값을 산출하는 단계; 및
상기 합산값이 기 설정된 기준값을 초과하는 횟수가 연속하여 기 설정된 기준 횟수 이상일 경우 물체가 접근하는 것으로 판단하는 단계를 포함하는 음향 신호를 이용한 물체 감지 방법.
detecting, by an acoustic sensor, an externally generated acoustic signal;
converting the sensed sound signal into a spectrum signal in a frequency domain;
calculating a magnitude value and a phase value of the spectrum signal, and calculating a sum of the magnitude value change amount and the phase value change amount according to time change; and
and determining that the object is approaching when the number of times the sum value exceeds a preset reference value is greater than or equal to the preset reference number in succession.
상기 합산값을 산출하는 단계는,
상기 스펙트럼 신호를 이용하여 연속된 프레임 사이의 크기값이 증가하는 제1구간을 산출하고, 상기 제1구간에서 크기값의 변화량을 합산한 제1파라미터를 산출하는 단계; 및
상기 스펙트럼 신호를 이용하여 연속된 프레임 사이의 크기값 및 위상값이 증가한 제2구간을 산출하고, 상기 제2구간에서 프레임간 크기값 및 위상값의 유클리드 거리값을 합산한 제2파라미터를 산출하는 단계를 포함하는 음향 신호를 이용한 물체 감지 방법.
7. The method of claim 6,
Calculating the summed value includes:
calculating a first section in which a magnitude value between consecutive frames increases by using the spectrum signal, and calculating a first parameter obtained by summing changes in magnitude values in the first section; and
Calculating a second section in which the magnitude value and the phase value between consecutive frames are increased using the spectrum signal, and calculating a second parameter obtained by summing the Euclidean distance values of the magnitude value and the phase value between frames in the second section An object detection method using an acoustic signal comprising the steps of.
상기 합산값을 산출하는 단계는,
상기 제1파라미터 및 상기 제2파라미터를 합산하여 상기 합산값을 산출하는 단계를 포함하는 음향 신호를 이용한 물체 감지 방법.
8. The method of claim 7,
Calculating the summed value includes:
and calculating the sum value by summing the first parameter and the second parameter.
상기 합산값을 산출하는 단계는,
상기 제1파라미터 및 상기 제2파라미터에 각각 가중치를 부여하여 상기 합산값을 산출하는 단계를 포함하는 음향 신호를 이용한 물체 감지 방법.
9. The method of claim 8,
Calculating the summed value includes:
and calculating the sum value by giving weights to the first parameter and the second parameter, respectively.
상기 물체가 접근하는 것으로 판단되는 경우 알림 신호를 출력하는 단계를 더 포함하는 음향 신호를 이용한 물체 감지 방법.7. The method of claim 6,
The method of detecting an object using an acoustic signal further comprising the step of outputting a notification signal when it is determined that the object approaches.
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JP2008107122A (en) * | 2006-10-24 | 2008-05-08 | Osaka Univ | Ultrasonic array sensor system and delay addition processing method |
KR20170126205A (en) * | 2016-05-09 | 2017-11-17 | 한국해양대학교 산학협력단 | Method and Apparatus for Direction Finding of Marine Digital Sound Receptor using Phase Different |
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