KR101111493B1 - 지능형 아이피 카메라를 이용한 자동 화재 인식 경보 시스템 및 그 방법 - Google Patents

지능형 아이피 카메라를 이용한 자동 화재 인식 경보 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 영상으로부터 화염을 인식하기 위한 영상처리가 가능한 프로세서가 탑재 되여 각 지역의 화재를 감시하는 지능형 IP 카메라 자체에서 화재를 감지하여 3단계로 경보하고 화재 현장의 실시간 영상정보를 유선 인터넷을 통해 전송하며, 유선통신이 불가능한 경우 무선으로 자동 전환 되어 연속하여 전송하도록 하는 자동 화재 인식 경보 시스템을 개시한다.
본 발명은 유무선 인터넷 망과 연결된 중앙감시제어장치와, DHCP/WAP 서버 및 화재 방재 시스템에 연결되며, 유무선 통신이 가능하고, 영상 처리 프로세서가 탑재된 IP 카메라를 통해 화재를 감시하고, 화재가 감지되면 연결된 화재방재시스템을 통해 3단계로 화재를 경보하며, 화재 현장의 실시간 영상 정보를 상기 중앙감시제어장치로 전송하여 화재를 확인할 수 있도록 하며, 이에 따라 본 발명은 각 지역의 화재 감시를 담당하는 각각의 지능형 IP 카메라에서 화재를 판단하여 3단계로 경보를 실시하고, 화재로 인식된 영상만을 유무선을 통해 중앙관제실로 실시간 전송하므로 화재발생에 대한 조기대처, 경보, 상황관리가 가능하며, 유사시 또는 필요시에만 네트워크를 통해 데이터를 송수신하므로 네트워크 점유율이 낮고, 지능형 IP 카메라 자체에서 화재 감시, 판단, 경보를 모두 실시하므로 대규모의 네트워크 및 감시 시스템을 구축하지 않고도 자동 화재 인식 경보 시스템을 구축할 수 있는 유용한 효과를 얻을 수 있다.

Description

지능형 아이피 카메라를 이용한 자동 화재 인식 경보 시스템 및 그 방법{Automatic Fire Recognition and Alarm Systems using Intelligent IP Camera and Method Thereof}
본 발명은 지능형 IP 카메라를 이용한 자동 화재 인식 경보 시스템 및 그 방법에 관한 것으로 특히 영상으로부터 화염을 인식하기 위한 영상처리가 가능한 프로세서가 탑재 되여 각 지역의 화재를 감시하는 지능형 IP 카메라 자체에서 화재를 감지하여 3단계로 경보하고 화재 현장의 실시간 영상정보를 유선 인터넷을 통해 전송하며, 유선통신이 불가능한 경우 무선으로 자동 전환 되어 연속하여 전송하도록 하는 자동 화재 인식 경보 시스템에 관한 것이다.
주지하는 바와 같이, 터널 및 지하 역사 내 화재는 지상으로의 신속한 탈출이 쉽지 않아 많은 인명피해를 발생시킬 수 있어서 이러한 터널 및 지하 역사 내 화재의 예방은 물론, 초기 감지 및 신속한 방재가 중요시 되며, 이를 위해 많은 화재 감지 시스템이 제안되었다. 그중에서도 CCTV를 이용하여 패턴인식과 영상분석에 의한 화재인식 및 관련 방재설비와 연동하여 관리하는 시스템이 제안된바 있으며, 그 대표적인 예로 대한민국 등록특허공보 제839090호(발명의 명칭 : 영상기반 화재감시시스템 ; 이하 '인용발명'이라 함)가 있다. 이는 도 1과 도 2로 도시한 바와 같이 영상 카메라(110-1~110-3)와, 영상 카메라(110-1~110-3)로부터 입력된 아날로그 영상신호를 디지털로 변환하여 다중화하는 영상 입력부(112)와, 저장부(122)와, 영상 입력부(112)를 통해 입력된 영상 데이터를 스펙트럼 모델과 공간 모델, 시간 모델을 기반으로 하여 영상 처리하는 영상 처리부(114)와, 영상 처리부(114)에서 처리된 영상정보를 기반으로 소정의 알고리즘에 따라 화재발생을 탐지하는 화재 탐지부(116)와, 영상 카메라(110-1~110-3)가 촬영한 영상 좌표계와 3차원 실세계 좌표계를 연계하고, 3차원 실세계 내 한점과 상응하는 영상 내의 한점의 정보를 이용하여 영상 내 모든 점에 상응하는 3차원 실세계 위치를 계산하는 카메라 보정부(118)와, 영상 카메라(110-1~110-3)로부터 수집된 영상 내에 화재위치가 탐지되면, 화재위치로 영상 카메라(110-1~110-3)를 이동시키도록 PTZ 제어신호를 발생하고, 사용자 인터페이스를 통해 입력된 키입력에 따라 전체 동작을 설정하며, 영상 카메라(110-1~110-3)로부터 수집된 영상을 저장부(122)에 저장하는 제어부(120)와, 제어부(120)를 통해 각 영상 카메라 좌표정보를 입력받아 제어값을 생성한 후 영상 카메라(110-1~110-3)의 팬, 틸트, 줌을 제어하기 위한 PTZ 패킷을 생성하여 해당 영상 카메라(110-1~110-3)로 전송하는 PTZ 제어부(130)와, 제어부(120)의 제어에 따라 경보음을 울려 운영자에게 알려주는 경고부(134)로 구성된 것이다.
이러한 인용발명은 감시지역의 영상신호를 모니터링하다가 소정의 알고리즘으로 화재징후라 판단되면 해당 위치를 확대한 후 이차 영상을 분석하여 보다 정밀하게 화재 여부를 판단할 수 있고, 영상 데이터를 스펙트럼 모델과 공간 모델, 시간 모델을 기반으로 하여 영상 처리한 후 처리된 영상정보를 기반으로 잠재화재지역 검출 알고리즘과 화재지역 형상인식 알고리즘, 형상의 통계적 시간변화 알고리즘을 적용하여 신속하고 정확하게 화재발생을 탐지할 수 있도록 한 것이나 이러한 영상 처리 및 영상정보의 분석을 위해 각 감시지역의 영상신호를 모두 입력받아 방대한 량의 영상정보의 영상처리를 중앙에서 모두 처리하여야 하므로 영상처리에 장시간이 소요되거나, 신속한 감시를 위해서는 시스템의 사양이 높아져야 하므로 설비비용이 증가하게 되는 문제점이 있을 뿐만 아니라 화재로 인한 단선 사고 등 각 카메라로부터 영상을 입력 받지 못 하면 화재를 감시하거나 감지하지 못 하게 되는 심각한 문제점이 있으며, 화재 상황이 아닌 일반상태에서도 지속적으로 모든 각 카메라로부터 영상정보를 입력받아 화재여부를 판단하기 위하여 영상처리를 하여야 하기 때문에 네트워크에 과부가가 걸리게 되며 방대한 량의 영상자료를 저장하고 처리하여야 하는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허공보 제839090호
본 발명의 목적은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 지능형 IP카메라를 이용하여 터널 및 역사 내에 화재 발생 시 화재에 수반되는 불꽃과 연기를 지능형 IP카메라가 자동으로 인식하여 3단계로 경보를 실시하고, 유무선으로 화재영상을 네트워크를 통해 중앙장치에 전달하여 화재의 조기발견 및 빠른 경보를 실시하므로 화재발생 초기에 대처할 수 있도록 하며, 화재발생상황을 실시간으로 모니터링 하는 것이 가능토록 함으로서 화재발생에 대한 조기대처, 경보, 상황관리를 가능하게 하는 지능형 IP 카메라를 이용한 자동 화재 인식 경보 시스템 및 그 방법을 제공함에 있다.
본 발명은 이러한 목적을 달성하기 위하여 터널과 역사 내 화재를 자동으로 인식하여 경보하는 자동 화재 인식 경보 시스템에 있어서, 유무선 통신이 가능하고, 영상 처리 프로세서가 탑재된 IP 카메라와, 유무선 인터넷 망을 통해 상기 IP 카메라와 연결되며, IP 카메라로부터 화재 감시 영상 및 결과 내용 정보, IP 카메라의 상태 정보를 실시간 모니터링 할 수 있으며, 상기 IP 카메라의 구동제어가 가능하고, IP 카메라별 영상 저장, 인덱싱, DB관리, 리포트 기능을 갖는 중앙감시제어장치와, 상기 중앙감시제어장치와 연결되어 상기 IP 카메라와 중앙감시제어장치의 인터넷 연결을 위한 IP를 관리하는 DHCP/WAP 서버로 구성되고, 상기 IP 카메라가 화재 방재 시스템에 연결되어 상기 IP 카메라가 단독으로 화재의 감시, 감지된 화재에 대하여 연결된 화재 방재 시스템을 통해 3단계로 직접 화재를 경보하며, 화재 현장의 실시간 영상 정보를 상기 중앙감시제어장치로 전송하여 화재를 확인할 수 있는 지능형 아이피 카메라를 이용한 자동 화재 인식 경보 시스템을 제공하며,
또한 본 발명은 각 지능형 IP 카메라에서 담당하고 있는 지역의 화재를 상기 IP 카메라가 감시하는 화재 감시 단계와; 상기 화재 감시 단계에서 IP 카메라가 화재를 감지하면 상기 IP 카메라가 유무선 인터넷으로 연결된 화재 방재 시스템에 직접 경보하는 화재 경보 단계와; 상기 화재 감시 단계에서 IP 카메라가 화재를 감지하면 화재 현장의 실시간 영상 정보를 유선으로 연결된 중앙관제실로 전송하는 화재 영상 유선전송 단계와; 상기 화재 감시 단계에서 IP 카메라가 화재를 감지하고 화재 현장의 실시간 영상 정보를 유선으로 중앙관제실로 전송하는 것이 실패되면 무선으로 전송하는 화재 영상 무선 전송 단계와; 상기 IP 카메라는 화재가 진화되거나 화재경보 종료 명령을 받으면 경보 및 영상전송을 중단하고 상기 화재 감시 단계를 실시하도록 하는 화재 경보 종료 단계로 구성된 지능형 아이피 카메라를 이용한 자동 화재 인식 경보 방법을 제공한다.
이와 같이 하여 본 발명은 각 지역의 화재 감시를 담당하는 각각의 지능형 IP 카메라에서 화재를 판단하여 직접 3단계로 경보를 실시하고, 화재로 인식된 영상만을 유무선을 통해 중앙관제실로 실시간 전송하므로 화재발생에 대한 조기대처, 경보, 상황관리가 가능하며, 유사시 또는 필요시에만 네트워크를 통해 데이터를 송수신하므로 네트워크 점유율이 낮고, 지능형 IP 카메라 자체에서 화재 감시, 판단, 경보를 모두 실시하므로 대규모의 네트워크 및 감시 시스템을 구축하지 않고도 각각의 터널 또는 역사 자체적인 자동 화재 인식 경보 시스템을 구축할 수 있는 유용한 효과가 있다.
도 1, 2는 인용발명의 구성을 나타내는 구성도.
도 3은 본 발명에 의한 자동 화재 인식 경보 시스템의 구체적인 구성을 예시하는 구성도.
도 4는 본 발명에 의한 IP 카메라의 구성을 예시하는 구성도.
도 5는 본 발명에 의한 자동 화재 인식 경보 시스템의 화재 인식 방법을 나타내는 흐름도.
도 6, 7은 본 발명의 화재 인식을 위해 적용하는 삼각함수를 예시하는 삼각함수표.
도 8은 본 발명의 화재 인식을 위해 적용하는 가우시안함수를 예시하는 가우시안함수표.
이러한 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 의한 지능형 IP 카메라(40)를 이용한 자동 화재 인식 경보 시스템의 전체적인 구성을 도 3으로 도시하였다.
이에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명은 터널과 역사 내 화재를 자동으로 인식하여 경보하는 자동 화재 인식 경보 시스템에 있어서,
정보전달체계의 오작동 방지를 위하여 이중네트워크라인이 구축되도록 유선과 무선 통신을 이중으로 구성하며, 유무선 통신이 가능하고, 영상 처리 프로세서가 탑재된 IP 카메라(40)와, 유무선 인터넷 망과 연결되어 화재 감시 영상 및 결과 내용 정보, IP 카메라(40)의 상태 정보 등을 실시간 모니터링 할 수 있으며 IP 카메라(40)의 팬, 틸팅과 같은 구동제어가 가능하고 각 IP 카메라(40)별 영상 저장, 인덱싱, DB관리, 리포트 기능을 갖는 중앙감시제어장치(10)와, 상기 IP 카메라(40)와 중앙감시제어장치(10)의 인터넷 연결을 위한 IP를 관리하는 DHCP/WAP 서버(20)로 구성되고, 화재 방재 시스템(30)에 연결되어 상기 IP 카메라(40)를 통해 화재를 감시하고, 화재가 감지되면 연결된 화재방재시스템을 통해 3단계로 화재를 경보하며, 화재 현장의 실시간 영상 정보를 상기 중앙감시제어장치(10)로 전송하여 화재를 확인할 수 있다.
이를 각 구성요소별로 더욱 상세하게 설명하면, 전술한 지능형 IP 카메라(40)는 도 4에서 보는 바와 같이, 전방에 구비된 렌즈(41)를 통해 투영된 영상을 영상정보로 획득하는 촬상소자(42)로 구성된 영상획득부(43)와, 상기 영상획득부(43)의 영상정보를 화재 감지 알고리즘에 의해 처리하여 화재를 감지하는 DSP 및 FPGA(Field Programmable Gate Array)가 구성된 영상처리부(44)와, 상기 영상정보를 H.264 고해상도 영상 압축을 통해 실시간으로 영상 전송이 가능하도록 하는 영상압축부(45)와, 상기 영상처리부(44)에서 감지된 화재를 포함하여 상기 영상압축부(45)의 영상정보를 유무선통신으로 전송하는 유무선통신부(46)로 구성할 수 있다.
여기에서 전술한 영상처리부(44)는 감시 영상을 바탕으로 화재 및 연기 발생 시 화재, 연기의 위치 및 상황을 실시간 인식하는 알고리즘이 탑재된 것으로 영상획득부(43)로부터 입력되는 영상정보를 R, G, B로 분리하여 분리된 각각의 RGB 영상정보를 YCbCr 영상정보로 변환하고 이를 삼각함수와 가우시안함수에 적용하여 영상정보에서 화재를 판별하는 것으로,
도 5로 도시한 바와 같이, YCbCr 영상정보에서 Y-Cb 성분과 Cb-Cr 성분을 도 6와 도 7과 같은 삼각함수에 적용하여 X를 산출하고, 상기 산출한 결과 X와, 상기 Y-Cb 성분과 Cb-Cr 성분을 도 8과 같은 가우시안함수에 적용하여 Y를 산출하며, 상기 산출한 결과 Y를 (X+Y)-(X*Y)와 같은 수식에 적용한 후 변화도, 채도, 명도 등의 정보에 대한 규칙성을 적용하여 영상정보에서 화재를 판별하는 것이다.
이와 같이 하여 화재를 판별한 각 지능형 IP 카메라(40)의 영상처리부(44)는 판별 결과가 화재이면 화재경보 신호를 발생하여 유무선통신부(46)에 연결된 화재 방재 시스템(30)을 통해 화재를 경보하는 동시에, 해당 영상정보와 판별 결과를 영상압축부(45)로 전달하여 압축하고, 유무선통신부(46)를 통해 중앙감시제어장치(10)로 전달하여 화재를 알리고, 중앙감시제어장치(10)의 제어에 따라 추가 영상 정보 등을 전송할 수 있다.
여기에서 설정 옵션에 따라 화재 판별 시 중앙감시제어장치(10)에만 화재로 판별한 영상 정보와 판별 결과를 전송하여 화재를 알리고, 중앙감시제어장치(10)에서 화재를 확인하여 연결된 화재 방재 시스템(30)을 통해 화재를 경보하도록 할 수도 있으며, 화재 판별 시 바로 화재 방재 시스템(30)을 통해 화재를 경보하고 중앙감시제어장치(10)의 요청이 있을 때에만 해당 화재로 판별한 영상 정보와 판별 결과를 전송하도록 할 수 있다.
또한 전술한 각 지능형 IP 카메라(40)는 작동 중임을 고유 ID와 함께 주기적 신호로 네트워크로 발신하고, 중앙감시제어장치(10)와 각 지능형 IP 카메라(40)는 다른 지능형 IP 카메라(40)의 발신 신호를 수신하여 작용 여부, 이상 유무를 서로 체크할 수 있기 때문에 화재를 판별하기 전에 지능형 IP 카메라(40)가 파손 되더라도 이상을 알릴 수 있는 것이며, 유지 보수를 용이하게 한다.
아울러 본 발명에 의한 지능형 IP 카메라(40)를 이용한 자동 화재 인식 경보 방법은 각 지능형 IP 카메라(40)에서 담당하고 있는 지역의 화재를 감시하는 화재 감시 단계와; 상기 화재 감시 단계에서 화재를 감지하면 연결된 화재 방재 시스템(30)에 경보하는 화재 경보 단계와; 상기 화재 감시 단계에서 화재를 감지하면 유선으로 화재 현장의 실시간 영상 정보를 중앙관제실로 전송하는 화재 영상 유선전송 단계와; 상기 화재 감시 단계에서 화재를 감지하고 유선으로 화재 현장의 실시간 영상 정보를 중앙관제실로 전송하지 못 하는 경우 무선으로 전송하는 화재 영상 무선 전송 단계와; 화재가 진화되거나 화재경보 종료 명령을 받으면 경보 및 영상전송을 중단하고 전술한 화재 감시 단계를 실시하도록 하는 화재 경보 종료 단계로 구성될 수 있다.
여기에서 전술한 화재 감시 단계는 지능형 IP 카메라(40)에서 입력되는 영상정보를 영상처리하여 화재를 판별하며, 화재임이 판별되면 해당 영상 정보와 판별 결과를 중앙감시제어장치(10)로 전송하는 것이고, 상시에는 영상 송출 명령이 입력되었을 때에만 영상을 유무선으로 전송하는 것이다.
또한 전술한 화재 경보 단계는 화재 감시 단계에서 화재를 판별한 정도 즉, 영상 정보에서 화재로 판별된 영역의 크기, 영역의 개수 등과 연속된 영상 정보에서 화재로 판별된 빈도 등에 따라 화재 의심, 화재 가능, 화재 경보와 같은 3단계로 경보하도록 할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명이 의도하는 요지 및 개념 내에서 다양하게 변화시켜 실시하는 것이 가능하다.
10:중앙감시제어장치 20:DHCP/WAP 서버 30:화재 방재 시스템
40:IP 카메라 41:렌즈 42:촬상소자
43:영상획득부 44:영상처리부 45:영상압축부
46:유무선통신부 47:유선랜 48:무선랜

Claims (7)

  1. 터널과 역사 내 화재를 자동으로 인식하여 경보하는 자동 화재 인식 경보 시스템에 있어서,
    유무선 통신이 가능하고, 영상 처리 프로세서가 탑재된 IP 카메라와,
    유무선 인터넷 망을 통해 상기 IP 카메라와 연결되며, IP 카메라로부터 화재 감시 영상 및 결과 내용 정보, IP 카메라의 상태 정보를 실시간 모니터링 할 수 있으며, 상기 IP 카메라의 구동제어가 가능하고, IP 카메라별 영상 저장, 인덱싱, DB관리, 리포트 기능을 갖는 중앙감시제어장치와,
    상기 중앙감시제어장치와 연결되어 상기 IP 카메라와 중앙감시제어장치의 인터넷 연결을 위한 IP를 관리하는 DHCP/WAP 서버로 구성되고,
    상기 IP 카메라가 화재 방재 시스템에 연결되어 상기 IP 카메라가 단독으로 화재의 감시, 감지된 화재에 대하여 연결된 화재 방재 시스템을 통해 3단계로 직접 화재를 경보하며, 화재 현장의 실시간 영상 정보를 상기 중앙감시제어장치로 전송하여 화재를 확인할 수 있도록 함을 특징으로 하는 지능형 아이피 카메라를 이용한 자동 화재 인식 경보 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    전술한 지능형 IP 카메라는 전방에 구비된 렌즈를 통해 투영된 영상을 영상정보로 획득하는 촬상소자로 구성된 영상획득부와, 상기 영상획득부의 영상정보를 화재 감지 알고리즘에 의해 프로세싱하여 화재를 감지하는 DSP 및 FPGA가 구성된 영상처리부와, 상기 영상정보를 H.264 고해상도 영상 압축을 통해 실시간으로 영상 전송이 가능하도록 하는 영상압축부와, 상기 영상처리부에서 감지된 화재를 포함하여 상기 영상압축부의 영상정보를 유무선통신으로 전송하는 유무선통신부로 구성됨을 특징으로 하는 지능형 아이피 카메라를 이용한 자동 화재 인식 경보 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    전술한 영상처리부는 영상획득부로부터 입력되는 RGB 영상정보를 YCbCr 영상정보로 변환하여 삼각함수와 가우시안함수에 적용하여 영상정보에서 화재를 판별하는 것임을 특징으로 하는 지능형 아이피 카메라를 이용한 자동 화재 인식 경보 시스템.
  4. 청구항 2에 있어서,
    전술한 영상처리부는 YCbCr 영상정보에서 Y-Cb 성분과 Cb-Cr 성분을 삼각함수에 적용하여 산출한 결과 X와, 상기 Y-Cb 성분과 Cb-Cr 성분을 가우시안함수에 적용하여 Y를 산출하고, 상기 산출한 결과 Y를 (X+Y)-(X*Y)에 적용한 후 규칙성을 적용하여 영상정보에서 화재를 판별함을 특징으로 하는 지능형 아이피 카메라를 이용한 자동 화재 인식 경보 시스템.
  5. 각 지능형 IP 카메라에서 담당하고 있는 지역의 화재를 상기 IP 카메라가 감시하는 화재 감시 단계와;
    상기 화재 감시 단계에서 IP 카메라가 화재를 감지하면 상기 IP 카메라가 유무선 인터넷으로 연결된 화재 방재 시스템에 직접 경보하는 화재 경보 단계와;
    상기 화재 감시 단계에서 IP 카메라가 화재를 감지하면 화재 현장의 실시간 영상 정보를 유선으로 연결된 중앙관제실로 전송하는 화재 영상 유선전송 단계와;
    상기 화재 감시 단계에서 IP 카메라가 화재를 감지하고 화재 현장의 실시간 영상 정보를 유선으로 중앙관제실로 전송하는 것이 실패되면 무선으로 전송하는 화재 영상 무선 전송 단계와;
    상기 IP 카메라는 화재가 진화되거나 화재경보 종료 명령을 받으면 경보 및 영상전송을 중단하고 상기 화재 감시 단계를 실시하도록 하는 화재 경보 종료 단계로 구성됨을 특징으로 하는 지능형 아이피 카메라를 이용한 자동 화재 인식 경보 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    전술한 화재 감시 단계는 지능형 IP 카메라가 촬영되는 영상정보를 영상처리하여 화재를 판별하며, 영상 송출 명령이 입력되었을 때에만 영상을 유무선으로 전송함을 특징으로 하는 지능형 아이피 카메라를 이용한 자동 화재 인식 경보 방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    전술한 화재 경보 단계는 IP 카메라가 화재 감시 단계에서 화재를 판별한 정도에 따라 화재 의심, 화재 가능, 화재 경보와 같은 3단계로 경보함을 특징으로 하는 지능형 아이피 카메라를 이용한 자동 화재 인식 경보 방법.
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