KR101835552B1

KR101835552B1 - 스마트 팩토리 작업환경 관제시스템

Info

Publication number: KR101835552B1
Application number: KR1020160095667A
Authority: KR
Inventors: 김방현
Original assignee: 주식회사 바이테크
Priority date: 2016-07-27
Filing date: 2016-07-27
Publication date: 2018-03-08
Also published as: KR20180012613A

Abstract

공장 내부를 촬영한 영상의 지능형 영상처리를 통해 공장 내의 특이사항을 관리하고, 안전관리 기능을 유지하며, 객체 추적을 통해 효과적인 조명을 제공하는 스마트 팩토리 작업환경 관제시스템이 개시된다. 이를 위하여 감시구역에 설치된 감시카메라와, 상기 감시구역 내에 위치한 객체의 움직임을 감지하여 모션정보를 생성하는 모션감지센서와, 상기 감시구역에 설치된 조명장치, 및 상기 모션감지센서로부터 모션정보가 수신됨에 따라 상기 조명장치의 밝기를 조절하고 상기 감시카메라를 제어하여 감시구역에 대한 감시영상을 수집하는 관리서버를 포함하는 스마트 팩토리 작업환경 관제시스템을 제공한다. 본 발명에 의하면, 감시구역에 대한 객체의 출입을 감지할 수 있고, 감시구역에 설치된 감시카메라로 객체가 감지된 경우에 감시영상을 수집할 수 있도록 객체의 추적을 통해 실시간으로 객체 주변에 위치한 조명의 조도를 제어할 수 있다.

Description

스마트 팩토리 작업환경 관제시스템{CONTROL CENTER SYSTEM OF WORKING ENVIRONMENT FOR SMART FACTORY}

본 발명은 스마트 팩토리 작업환경 관제시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공장 내부를 촬영한 영상의 지능형 영상처리를 통해 공장 내의 특이사항을 관리하고, 안전관리 기능을 유지하며, 객체 추적을 통해 효과적인 조명을 제공하는 스마트 팩토리 작업환경 관제시스템에 관한 것이다.

IT(Information Technology) 기술의 발전으로 IT 기술을 접목한 U-City나 Eco-City 등 미래형 도시가 건설되고 있고, 이러한 미래형 도시 건설이 계속해서 추진되면서 도시 시설물, 교통, 환경 등 도시 전반에 센서들을 설치하고, 이러한 센서들을 통해 도시 내에 발생되는 여러 가지 상황들을 모니터링하고 상황에 대처하기 위해 관제 시스템을 구축하고 있다.

상기 관제 시스템은 비단 미래형 도시에만 적용되는 것이 아닌 공장 자동화 시스템 등과 같은 산업 현장에도 적용되고 있고 빌딩 내 냉난방, 조명과 같은 시설 및 설비의 실시간 감시 제어에도 적용되고 있으며, CCTV를 이용한 영상 감시 등 보안 시스템에도 적용되고 있다.

최근에는 관제 시스템에 지능형 영상분석 기술이 적용되고 있는 실정이다.

구체적으로, 상기 지능형 영상분석 기술은 단순한 모니터링 수준을 넘어 획득한 영상정보의 분석을 통해 영상 내 객체의 이상행위를 탐지하여 관리자에게 경보를 보내는 기술로서 사람, 자동차 등의 객체의 움직임을 탐지 및 추적하여 경보발령, 알람기능 등을 제공하는 영상분석 시스템에 사용되고 있다. 더욱이, 화재와 범죄 및 각종 보안차원에서의 CCTV(Closed Circuit Television)의 설치가 증가함에 따라 효율적인 모니터링을 위한 지능형 영상분석 기술의 관심이 높아지고 있다.

이러한 지능형 영상분석 기술의 구조는 크게 배경 영역 분리 단계, 객체 식별 단계, 객체 추적 단계, 그리고 이벤트 감지 단계로 나눠진다.

상기 배경 영역 분리 단계는 입력되는 영상의 전경(FG : Foreground)영역과 배경(BG : Background)영역을 구분하여 전경영역 즉, 움직임이 있는 영역을 탐지하는 과정으로 현재 영상과 이전영상의 차 영상을 계산하여 분리하는 방법이 사용된다.

그리고 객체 식별 단계는 입력받은 영상에서 배경영역을 제외한 전경영역으로 판단한 객체가 사물인지 사람인지 구별하는 과정이며, 객체 추적 단계는 전 단계인 객체 식별 단계에서 탐지된 객체를 다양한 알고리즘을 바탕으로 추적하는 과정이다.

마지막으로, 이벤트 감지 단계는 이전 단계들에서 얻을 수 있었던 객체의 식별 정보 및 객체의 이동 경로를 바탕으로 관리자가 정의한 규칙에 반하는지의 여부를 판단하여 이벤트를 탐지하고, 탐지된 정보를 메타 데이터 형태로 관리 서버로 전송한다.

그러나, 기존의 관제 시스템에서는 노후된 공장 및 생산설비 환경에 의한 에너지 손실이 발생되었고, 생산설비 시스템에 대한 에러 및 장비 고장 관리가 미흡한 문제점이 있었다.

대한민국 공개특허 제10-2013-0053859호(2013.05.24 공개) 대한민국 등록특허 제10-0998941호(2010.12.09 공고) 대한민국 공개특허 제10-2015-0041208호(2015.04.16 공개)

따라서, 본 발명의 목적은 감시카메라를 이용한 지능형 영상처리기술과 모션감지센서를 이용한 조명 제어 기술 및 통합관제를 이용한 영상 모니터링 기술을 융복합하여 공장 및 생산설비의 환경관리를 극대화시킬 수 있는 스마트 팩토리 작업환경 관제시스템을 제공하는데 있다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에서는 감시구역에 설치된 감시카메라와, 상기 감시구역 내에 위치한 객체의 움직임을 감지하여 모션정보를 생성하는 모션감지센서와, 상기 감시구역에 설치된 조명장치, 및 상기 모션감지센서로부터 모션정보가 수신됨에 따라 상기 조명장치의 밝기를 조절하고 상기 감시카메라를 제어하여 감시구역에 대한 감시영상을 수집하는 관리서버를 포함하는 스마트 팩토리 작업환경 관제시스템을 제공한다.

본 발명에 의하면, 조도센서, 모션감지센서 등을 이용하여 감시구역에 대한 객체의 출입을 감지할 수 있고, 감시구역에 설치된 감시카메라로 객체가 감지된 경우에 감시영상을 수집할 수 있도록 객체의 추적을 통해 실시간으로 객체 주변에 위치한 조명의 조도를 제어하므로, 작업환경을 개선하고 에너지를 절약할 수 있다.

또한, 본 발명은 스마트 디바이스와 연동 가능한 인터페이스 구현을 통해 관리자 및 사용자가 언제 어디서나 감시구역에 대한 모니터링을 수행할 수 있다.

아울러, 본 발명은 지능형 영상처리를 통해 공장 및 생산 설비의 시스템 에러나 장비 고장을 확인할 수 있으므로, 시스템 에러나 장비의 고장 시에 신속히 원인을 진단하여 매출 손실을 예방할 수 있다.

그리고 본 발명은 사용자의 관리를 용이하게 하기 위하여, 스마트 디바이스에 공장의 상태변화 혹은, 시스템 에러 및 장비 고장이 발생할 경우, 알람을 출력하거나 웹 서버에 즉시 접속할 수 있는 기능을 제공하여 관리자가 항시 모니터링 하지 않아도 유사시 빠른 대처가 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 팩토리 작업환경 관제시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스마트 팩토리 작업환경 관제시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 영상분석 기술의 구조를 설명하기 위한 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상관리부를 나타내는 블록도이다.
도 5는 본 발명에 따른 트립와이어의 이벤트 검출 흐름을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 사용자 인터페이스부의 기본 화면을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 인터페이스부를 나타내는 블록도이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 의한 스마트 팩토리 작업환경 관제시스템(이하, '작업환경 관제시스템'이라 약칭함)을 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 작업환경 관제시스템을 설명하기 위한 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 작업환경 관제시스템은 감시구역에 설치된 감시카메라(100)와, 상기 감시구역 내에 위치한 객체(object)의 움직임을 감지하는 모션감지센서(200)와, 상기 감시구역에 설치된 조명장치(300), 및 상기 모션감지센서(200)에 의해 객체의 움직임이 감지됨에 따라 조명장치(300)의 밝기를 제어하고, 감시카메라(100)를 통해 감시구역의 감시영상을 수집하는 관리서버(400)를 포함한다.

이러한 작업환경 관제시스템은 공장의 감시구역에 설치된 조명장치(300)를 제어하는데 주로 이용될 수 있으나, 빌딩 자동 제어 시스템(Building Automation System : BAS)에도 이용될 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 각 구성요소별로 보다 구체적으로 설명한다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 작업환경 관제시스템은 감시카메라(100)를 포함한다.

상기 감시카메라(100)는 지속적인 감시가 요구되는 감시구역에 설치되며, 감시구역에 대한 영상을 촬영하여 감시영상을 생성하는 것으로, 감시구역의 일측에 설치될 수 있다.

이러한 감시카메라(100)는 감시구역에 1개 이상이 설치될 수 있다.

예컨대, 단일의 감시구역에 복수개의 감시카메라(100)가 설치되는 경우, 상기 감시카메라(100)로는 IP 카메라나 웹 캠(web cam)이 사용될 수 있다. 또한, 단일의 감시구역에 단일의 감시카메라(100)가 설치되는 경우, 상기 감시카메라(100)로는 객체를 연속적으로 추적(tracking)하며 촬영하기 위해 팬/틸트(Pan/Tilt) 모듈 및 줌(Zoom) 모듈이 내장된 PTZ(Pan Tilt Zoom) 카메라가 사용될 수 있다.

또한, 상기 감시카메라(100)는 관리서버(400)에 의해 움직이는 객체가 지정되지 않은 경우 감시구역 중 핵심 관리영역에 설치된 자동화 설비에 대한 영상을 촬영하지만, 출입구 등을 통해 이동하는 객체가 진입한 경우에는 상기 객체를 추적하면서 객체에 대한 확대영상을 촬영하여 감시영상을 생성할 수 있다. 이때, 감시카메라(100)는 움직이는 객체가 차량인 경우 차량의 번호판이 인식될 수 있도록 차량의 확대영상을 촬영하며, 객체가 사람인 경우 사람의 얼굴이 인식될 수 있도록 사람의 확대영상을 촬영한다.

필요에 따라, 본 발명에 따른 감시카메라(100)는 자동화 설비의 이벤트 발생을 판단할 수 있도록 자동화 설비에 대한 영상을 촬영하는 용도로 사용하고, 감시구역에 진입한 객체에 대한 확대영상의 촬영은 감시구역에 기 설치된 CCTV를 사용할 수도 있다.

아울러, 본 발명에 따른 감시카메라(100)는 객체 추적을 통한 조명장치(300)의 제어를 위해 이미지 센서를 포함할 수 있다.

상기 이미지 센서는 화상 정보를 감지하는 감지기로, CCD(charge-coupled device)방식과 CMOS(Complementary MOS)방식이 사용될 수 있다. 그리고 이미지 센서는 렌즈와 2차원 PD(Photo Diode)로 구성되며, 각각의 변조된 2개의 LED는 배열상의 2개소에 결상되어 그 PD 신호를 잡으면 동시에 2개의 각 정보를 잡을 수 있다. 또한 배경광은 어레이를 대상으로 한 2개소 이외를 조사하는 경우가 많으며 배경 광에 의해 간섭이 적게 되어 원거리에 의한 LED로도 정보를 잡을 수 있게 된다.

아울러, 이미지 센서에는 빛을 전하로 변환시키는 격자형 감광 유제가 있으며, 각 감광유제를 통해 변환된 전하는 얼마나 많은 빛이 각 감광유제에 노출되었는지 측정되고, 디지털 값으로 변환된다. 명암의 전하 변환은 밝은 부분은 많은 전하량으로 변환되고, 어두운 부분은 적은 전하량으로 변환된다. 색깔의 표현은 수광소자 위에 컬러 필터를 두어, 컬러필터를 통과된 빛의 명암을 전하량으로 변환한다. 즉, 컬러 필터를 통하여 수광소자에 입력된 신호는 컬러 신호가 아닌 그 컬러에 해당되는 흑백신호이다. 원색계 필터에는 삼원색인 RGB(Red, Green, Blue) 3 색으로 필터링 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 작업환경 관제시스템은 모션감지센서(200)를 포함한다.

상기 모션감지센서(200)는 각 감시구역에 설치되어 감시구역 내에 위치한 객체의 움직임을 감지하여 모션정보를 생성하고, 상기 모션정보를 관리서버(400)로 전송하는 것으로, 이를 위해 관리서버(400)에 연결된다.

상기 모션감지센서(200)로는 동작감지센서(Passive Infrared Sensor : PIR), 초음파센서, 듀얼기술센서 등이 사용될 수 있다.

상기 PIR은 온도 변화에 민감한 내부 센서를 사용하여 사람의 체온에서 발산된 열을 감지하는 센서이다. 그리고 PIR은 예상 온도 범위의 열을 발산하는 물체로 인한 펄스 트리거로부터 센서 작동을 방지하기 위해서 내부 센서가 분절 렌즈, 즉 프레넬 렌즈로 덮여 있다. 이 분절 렌즈의 세그먼트는 센서의 시야를 광선 패턴으로 나눈다.

상기 초음파센서는 들을 수 없는 고주파를 발산하면서, 반사된 음파를 수용하여 물체의 움직임을 감지하는 센서이다.

상기 듀얼기술센서는 적외선과 초음파를 함께 이용하는 센서로, 동형 적외선 방식으로 물체의 움직임을 최초로 감지하며, 초음파 기술로 더 정교한 움직임을 감지하여 계속해서 적외선과 초음파로 공간에 진입한 물체의 움직임을 인지한다.

필요에 따라, 본 발명에 따른 작업환경 관제시스템은 조도센서(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이러한 조도센서는 감시구역에 설치되어 감시구역의 조도를 측정하여 관리서버(400)로 제공하는 역할을 수행한다.

이러한 조도센서는 모션감지센서(200)보다 관리서버(400)로 하여금 상위의 제어 상태를 출력하도록 작용한다. 예컨대, 한 장소에 모션감지센서(200)와 조명장치(300)가 설치되어 있는 경우, 사람이 들어오면 기 설정된 프로그램에 의해 모션감지센서(200)가 작동신호를 관리서버(400)로 보내서 조명장치(300)를 관리서버(400)에 의해 점등시킨다.

여기에 조도센서가 감시구역에 모션감지센서(200)와 함께 설치되어 있으면, 설정된 프로그램은 사람의 출입여부에 관계없이 현재(낮과 밤 또는 밝음과 어두운 상태) 감시구역의 밝기(설정된 Lux 값)에 따라 자동으로 조명장치를 사전에 설정된 디밍 밝기로 점등시키게 된다.

다시 말해, 감시구역에 사람이 들어와 모션감지센서(200)에 감지되면 기본적으로 조명장치(300)가 점등되지만, 공간의 밝기가 기 설정된 Lux 이상이면 조명장치(300)를 관리서버(400)의 제어에 따라 소등된 상태로 유지된다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 작업환경 관제시스템은 조명장치(300)를 포함한다.

상기 조명장치(300)는 각 감시구역에 설치되어 감시구역의 밝기를 조절하는 것으로, 관리서버(400)에 연결되어 관리서버(400)로부터 송신된 조명제어신호에 따라 빛을 발광한다.

이러한 조명장치(300)는 감시구역에 한 개 이상 설치되고, 관리서버(400)로부터 별도의 조명제어신호가 전달되지 않으면 미리 지정된 기본 조도로 감시구역에 조명을 제공한다. 그리고 조명장치(300)는 관리서버(400)로부터 제공된 조명제어신호에 따라 감시구역에 진입한 객체의 영상을 감시카메라(100)가 원활히 촬영할 수 있도록 객체의 주변의 밝기를 높여준다.

예컨대, 조명장치(300)는 전기에너지를 절약하도록 기본 조도가 최대의 10~50%로 설정된 경우, 조명제어신호가 수신되지 않는 상황에서는 감시구역에 10~50%의 밝기로 빛을 발광하며, 조명제어신호가 수신되면 감시구역에 기본 조도보다 밝은 조도, 예컨대 50~100%의 밝기로 빛을 발광한다.

일 실시 양태로서, 본 발명에 따른 조명장치(300)는 빛의 조사 방향을 변경할 수 있도록 구동부가 설치될 수 있다.

다른 실시 양태로서, 본 발명에 따른 조명장치(300)는 빛을 일정한 방향으로 조사하도록 설치되되, 단일의 감시구역에 복수개가 설치될 수 있다.

아울러, 조명장치(300)는 감시구역을 진입한 객체가 이동하는 경우, 객체가 이동 경로를 미리 확인할 수 있도록 관리서버(400)로부터 전송된 조명제어신호에 따라 객체의 이동 경로에 대응되는 빛을 객체의 이동 경로 상에 조사할 수 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 작업환경 관제시스템은 관리서버(400)를 포함한다.

상기 관리서버(400)는 상기 모션감지센서(200)로부터 모션정보가 수신됨에 따라 상기 조명장치(300)의 밝기를 조절하고 상기 감시카메라(100)를 제어하여 감시구역에 대한 감시영상을 수집하는 것으로, 이를 위해 감시카메라(100)와 모션감지센서(200) 및 조명장치(300)에 네트워크 망을 통해 연결된다.

그리고 관리서버(400)는 모션감지센서(200)로부터 수신된 모션정보에 따라 상기 감시구역이 미리 지정된 조도로 밝혀지도록 조명장치(300)의 밝기를 조절할 수 있다.

또한, 관리서버(400)는 도 3에 도시된 바와 같이 감시카메라(100)로부터 실시간으로 수신된 감시영상을 분석하여 이벤트 발생을 판단하고, 상기 이벤트 발생에 따라 이벤트 처리를 수행한다.

여기서, 상기 이벤트 처리에는 상기 객체가 사람인 경우 이벤트와 관련된 감시영상의 출력, 이벤트에 대한 알림신호의 출력, 상기 감시구역에 설치된 CCTV를 통해 사람의 촬영 및 저장, 사람의 추적을 통해 객체의 이동 경로 상에 위치한 조명장치(300)의 제어, 통신 네트워크를 통해 보안회사 서버에 이벤트에 대한 알림신호 전송 중 어느 하나 이상이 포함된다.

또한, 상기 이벤트 처리에는 상기 객체가 자동화 설비인 경우 이벤트와 관련된 감시영상의 출력, 이벤트에 대한 알림신호의 출력, 상기 감시구역에 설치된 CCTV를 통해 자동화 설비의 촬영 및 저장, 상기 자동화 설비에 지정된 담당자 소유의 사용자 단말기에 점검 요청 중 어느 하나 이상이 포함된다.

아울러, 관리서버(400)는 모션정보가 송출된 감시구역의 위치를 분석하여 상기 위치에 따라 미리 지정된 사람 또는 사물의 기준 이미지를 영상비교 라이브러리에서 추출하고, 상기 감시영상과 상기 기준 이미지를 비교하여 이벤트 발생을 판단한다. 예를 들면, 출입구에서는 사람의 기준 이미지를 영상비교 라이브러리에서 추출하고, 자동화 설비에 설치된 구역에서는 자동화 설비 이미지를 영상비교 라이브러리에서 추출한다.

이를 위해, 관리서버(400)는 사람에 대한 기준 이미지가 저장된 제1 영상비교 라이브러리 및 자동화 설비 등의 사물에 대한 기준 이미지가 저장된 제2 영상 비교 라이브러리의 내장 공간을 제공하는 저장부를 포함한다.

이와 같이, 사람의 출입이 잦은 출입구가 위치한 감시구역에서는 사물에 대한 영상비교를 제외하고 사람에 대한 영상비교만을 수행하며, 중요한 자동화 설비가 설치된 감시구역에서는 사람에 대한 영상비교를 제외하고 사물에 대한 영상비교만을 수행하므로, 이벤트 발생의 판단이 신속히 처리되며 오류발생 확률이 낮아진다.

보다 구체적으로, 상기 관리서버(400)는 네트워크 커넥터(410), 사용자 인터페이스부(420), 영상관리부(430), 조명제어 컨트롤러(440)를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 관리서버(400)를 구성하는 네트워크 커넥터(410)는 관리서버(400)를 감시카메라(100)와 모션감지센서(200) 및 조명장치(300)에 유선 또는 무선 통신방식으로 연결하는 것으로, 사용자 인터페이스부(420)를 통해 입력된 제어신호나 조명제어 컨트롤러(440)로부터 생성된 제어신호를 네트워크 망을 통해 감시카메라(100)나 조명장치(300)로 전송하는 역할을 수행한다.

이러한 네트워크 망은 유선을 사용하는 것이 바람직하지만, 무선 통신을 사용할 수도 있다. 이때, 통신 방식은 CAN 통신, RS485 통신, RS232 통신, TCP/IP 방식 등을 사용할 수 있다.

한편, 네트워크 망을 통해 연결된 네트워크 커넥터(410)와 개별 조명장치(300) 사이에는 DALI(Digital Addressable Lighting Interface), DSI(Digital Signal Interface), DMX(Digital Multiplex), 1-10V 중 어느 하나의 통신제어방식을 사용할 수 있다. 예컨대, 조명장치(300)가 LED 램프인 경우, LED 램프에는 DALI, DSI, DMX, 1-10V용 안정기가 포함될 수 있다.

또한, 네트워크 망을 통해 연결된 네트워크 커넥터(410)와 개별 조명장치(300) 사이에는 도 2에 도시된 바와 같이, I/O 보드, 1-10V 컨트롤러, 위상제어 장치(phase dimming controller), 전동기 제어기(motor controller) 중 하나 이상이 구비될 수 있다. 필요에 따라, I/O 보드와 1-10V 컨트롤러와 위상디밍 컨트롤러 및 전동기 제어기는 단일의 컨트롤 박스에 설치될 수 있다. 이때, 상기 컨트롤 박스는 딘 레일(din rail) 타입으로 구성되는 것이 바람직하다.

상기 I/O 보드는 모션감지센서(200)로부터 수집된 모션정보를 관리서버(400)로 전송하는 기능을 제공한다. 또한, I/O 보드에 내장된 DMX는 일반조명, 스팟조명, 무빙헤드조명 등의 무대공연 조명을 연출하는 기능을 제공한다. 그리고 상기 1-10V용 컨트롤러는 LED 조명, 형광등, 할로겐램프 등의 디밍(0% 내지 100%)을 제어하고, on/off를 제어하는 기능을 제공한다.

상기 위상제어 장치는 LED 조명의 디밍과 on/off를 제어하고, 형광등, 할로겐램프의 on/off를 제어하는 기능을 제공한다.

상기 전동기 제어기는 계전기(relay)를 제어하여 프로젝터의 상승/하강을 조정하는 기능을 제공한다.

아울러, 본 발명에 따른 작업환경 관제시스템은 교류형 LED 램프를 조명장치(300)로 사용할 수 있도록 네트워크 망을 통해 연결된 네트워크 커넥터(410)와 LED 램프 사이에 무접점 릴리에(Solid State Relay : SSR)가 설치된 AC 디밍 컨트롤러가 구비될 수 있다.

상기 AC 디밍 컨트롤러는 관리서버(400), 즉 네트워크 커넥터(410)에 연결되어 관리서버(400)로부터 공급된 AC 220V의 전압을 AC 24V의 전압으로 변압시켜주는 구성으로, SSR을 통해 LED 램프로 교류 전압을 공급한다.

상기 SSR은 AC 디밍 컨트롤러에 설치되어 LED 램프로 공급되는 교류의 위상을 제어하는 것으로, 전압은 일정하게 하고 전류량은 조절함으로써 디밍보다 LED 램프의 밝기를 정밀하게 제어하는 구성이다. 예컨대, 1-10V 통신제어방식을 이용한 디밍은 10단계로 LED 램프의 밝기를 조정할 수 있으나, SSR은 100단계로 LED 램프의 밝기를 조정할 수 있다. 또한, SSR을 이용한 AC 위상제어는 일반 형광등. 백열전구. 할로겐 램프. LED 램프에 모두 디밍제어 가능한 장점이 있으며, 특히 형광등에 별도의 디밍안정기를 필요로 하지 않고. LED 램프에도 별도의 드라이버(driver)를 사용하지 않아도 되는 장점을 제공한다.

다시 말해, SSR 컨트롤러의 제어신호는 직류 전압(DC voltage)으로 제어되고, LED 램프에 공급되는 교류(AC) 위상 값(전압&주파수)을 변화시켜 LED 램프에 공급되며, LED 램프에 장착되어 있는 AC to DC 컨버터(converter)를 통해 정전류 제어를 수행하게 된다. 이때, AC 램프전원의 위상제어는 PWM(Pulse width Modulation) 방식으로 처리된다.

한편, 본 발명에 따른 작업환경 관제시스템은 네트워크 망을 통해 연결된 네트워크 커넥터(410)와 개별 조명장치(300) 사이에 시리얼 게이트웨이와 스위칭 허브가 구비될 수 있다. 이때, 시리얼 게이트웨이는 관리서버(400)는 유선 또는 무선으로 연결되며, 스위칭 허브는 시리얼 게이트웨이에 유선으로 연결되는 것이 바람직하다.

상기 시리얼 게이트웨이는 복수개의 모션감지센서(200)와 복수개의 조명장치(300)를 네트워크 커넥터(410)에 연결하며, 상기 스위칭 허브는 복수개의 감시카메라(100)를 네트워크 커넥터(410)에 연결한다. 이때, 스위칭 허브는 빌딩 자동 제어 시스템(BAS)의 구현을 위해 각 룸마다 설치된 복수개의 프로젝터를 네트워크 커넥터(410)에 연결할 수도 있다.

상기 시리얼 게이트웨이는 별도의 컨버터를 설치하지 않더라도 CAN 통신, RS485 통신, RS232 통신, TCP/IP 통신을 수행할 수 있다.

상기 스위칭 허브는 인터넷 망을 통해 사용자 단말기에 연결되어 이벤트 발생에 대한 알림 정보를 사용자 단말기로 전송하고, 감시카메라(100)를 통해 촬영된 영상을 모니터링을 요청한 사용자 단말기로 전송한다.

본 발명에 따른 관리서버(400)를 구성하는 영상관리부(430)는 네트워크 커넥터(410)를 통해 각 감시카메라(100)로부터 입력되는 영상을 효과적으로 분석하기 위하여 영상분석엔진을 통해 영상처리 연산을 수행하는 구성이다. 여기서, 영상분석엔진은 도 3과 같이 수신 받은 영상의 전처리 기능을 수행한 후 객체와 배경의 전경 분리를 통한 객체 추적 좌표를 산출하여 객체의 동선을 검출하는 과정을 거쳐 공장이나 빌딩에서 객체의 움직임을 지능적으로 감지한다.

보다 구체적으로, 영상관리부(430)는 도 4에 도시된 바와 같이 감시카메라(100)로부터 입력되는 아날로그 영상을 캡쳐 보드 모듈을 통하여 디지털영상으로 변환시키고, 변환된 디지털 영상은 영상 분석 모듈을 통하여 감지된 객체의 좌표 및 동선 데이터를 획득할 수 있다.

다시 말해, 영상관리부(430)는 캡처 보드 모듈과 IP 카메라 모듈 및 영상 분석 모듈을 포함한다.

상기 캡쳐 보드 모듈에서는 아날로그 카메라로부터 영상을 수신 받은 후 영상 분석 모듈을 위한 RAW 데이터 형태로 변환하여 영상 분석 모듈에 제공한다.

상기 IP 카메라 모듈은 IP 카메라 등의 디지털 카메라로부터 디지털 영상을 수신 받은 후 상기 디지털 영상을 RAW 데이터 형태로 변환하여 영상 분석 모듈에 제공하는 역할을 한다.

상기 영상 분석 모듈은 캡쳐 보드 모듈 또는 IP 카메라 모듈을 통해 들어온 RAW 데이터를 전처리 과정을 거쳐 움직임 영역을 검출하고, 객체 추적을 통하여 추적 정보와 관심영역(ROI : Region-of-Interest) 정보를 분석하여 이벤트 정보를 추출한다.

또한, 상기 영상 분석 모듈은 룰(Rule) 마스크를 생성하고 트립와이어(tripwire) 이벤트를 추출한다. 여기서, 룰 마스크란 사용자에 의해 정의된 규칙에 따른 관심영역으로, 상기 관심영역을 기준으로 진입, 진출 등의 규칙 위반한 물체를 추출한다. 그리고 마스크는 추출된 물체의 위치 관계를 판단할 수 있으며, 각 이벤트 별 적용 물체를 구분하는데 사용된다.

여기서, 트립와이어는 무결성 보관도구로, 이전에 생성된 데이터베이스에 저장된 파일과 디렉토리를 비교하는 일을 하는 소프트웨어 알고리즘을 의미한다.

예컨대, 상기 영상 분석 모듈은 하나의 룰 당 하나의 관심영역이 지정될 수 있다. 각 룰의 관심영역은 사각박스 모양으로 표시될 수 있다. 다만 이벤트 중 크로스(Cross)의 경우에는 관심영역의 모양이 선으로 정의되며, 나머지 모양들은 크로스 이벤트 이외로 제한된다.

아울러, 상기 트립와이어 이벤트는 사용자에 의해 정의된 라인(line)을 검출된 물체가 정의된 방향으로 통과하였을 경우에 검출되는 이벤트로, 이벤트 판단을 위한 흐름도는 도 5와 같다.

보다 구체적으로, 상기 영상 분석 모듈은 추출된 객체 정보에서 객체의 종류 및 크기 등의 룰의 매칭 여부를 판단한 후, 객체의 중심 라인을 추출하고 트립와이어와 교차여부를 판단한다. 그리고 영상 분석 모듈은 추적 좌표의 존재 여부 판단을 통해 트립와이어 후보 객체를 추출하며, 추출된 트립와이어 후보 객체에서 추적 정보를 이용한 방향을 판단한 후에, 방향의 일치 여부를 판단하는 위반 객체를 추출하게 되며, 이와 같은 수행을 계속 반복한다.

필요에 따라, 영상 분석 모듈에는 각 감시구역마다 지정된 담당자 정보가 저장될 수 있다. 그리고 영상 분석 모듈은 특정 감시구역에 이벤트 발생이 추출되면, 해당 감시구역의 담당자의 사용자 단말기로 이벤트 발생에 대한 알림 정보를 전송하는 기능을 제공할 수 있다.

이와 같이 영상 분석 모듈은 위반 객체를 검출함으로써 특정한 이벤트를 추출할 수 있으며, 트립와이어 이벤트를 적용해 영상추적 기반의 지능형 영상처리 시스템 구현이 가능하게 되고, 모션감지센서(200), 감시카메라(100) 등을 이용하여 공장 및 생산 설비의 시스템 에러나 장비 고장을 실시간으로 확인 할 수 있으며, 공장의 상태변화 혹은, 시스템 에러 및 장비 고장이 발생할 경우, 알람 및 모니터링 서버에 즉시 접속할 수 있는 기능을 제공하여 관리자가 항상 모니터링 하지 않더라도 유사시 빠른 대처가 가능하다.

필요에 따라, 상기 영상관리부(430)는 이미지 매칭 알고리즘과 영상 처리 알고리즘을 포함한다.

상기 이미지 매칭 알고리즘은 전술한 이미지 센서 기반의 환경에서 대상을 인식하기 위해서는 이미지 상에서의 객체 검출작업을 진행한다. 이때, 객체의 검출 방법으로는 현재 영상의 배경과 가장 유사한 상태로 유지되는 참조영상과 현재영상의 밝기차이를 구한 차 영상(difference image) 방법을 이용하는 것이 바람직하다.

구체적으로, 상기 차 영상 방법은 프레임간의 차분 방식, 배경 차분 방식으로 나눌 수 있다.

먼저 프레임간의 차분 방법은 서로 인접한 연속적인 프레임 영상사이의 변화를 추출하는 아주 간단한 방법이다. 이 방법은 영상 행렬에서의 연속되는 두 혹은 세 프레임 사이의 화소와 휘도 값의 차이를 이용해 일정한 임계치에 의해 영상에서의 움직이는 영역을 검출한다. 이러한 방법은 알고리즘 구현이 간단하고 코딩이 복잡하지 않으며, 실시간 감시 실현에 용이하다는 장점이 있다.

다음으로 배경 차분 방법은 배경을 미리 메모리에 저장해 놓고, 움직이는 객체가 들어오면 배경 이미지 프레임과 새로 들어온 이미지 프레임의 차를 통하여 전경을 찾는 방법이다.

상기 영상 처리 알고리즘은 감시영상에서 객체의 추적을 위해 이미지 상에서의 객체 검출작업을 진행한다.

보다 구체적으로, 상기 영상 처리 알고리즘은 객체 분리를 위해 가우시안 혼합 모델(GMM : Gaussian Mixture Model) 분석 기법을 사용하여 배경 모델링을 수행하여 배경을 제거한다. 그리고 전경 마스크(Mask)를 생성하고 블라브(Blob) 처리하여 구분된 각각의 영역을 연속된 영상에서 비교하여 객체를 추적한다. 이때, 추출된 객체 정보는 사전에 정의된 규칙을 기반으로 Tripwire 이벤트 처리를 거쳐 영상 분석이 이루어진다.

본 발명에 따른 관리서버(400)를 구성하는 사용자 인터페이스부(420)는 관리자의 접촉을 감지하여 관리자의 입력을 수신하는 터치스크린과, 감시영상을 출력할 수 있는 영상표시장치를 포함한다. 여기서, 영상표시장치로는 터치스크린과 결합하여 사용할 수 있는 영상표시장치라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 하드 디스플레이나 플렉시블 디스플레를 사용할 수 있다. 상기 하드 디스플레이로는 PDP, LCD, LED, OLED로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.

이러한 영상표시장치의 화면에는 도 6에 도시된 바와 같이 펌웨어에 내장된 인터페이스(메모리에 저장되며 조명제어 컨트롤러에 의해 제어되는 조명장치의 목록 및 제어 아이콘)가 표시된다. 여기서, 제어 아이콘이란 조명장치(300)를 켜고 끄는 기능제어를 수행하는 아이콘과 조명의 밝기를 제어하는 아이콘을 의미한다.

제1 실시 양태로서, 본 발명에 따른 터치스크린은 펌웨어의 설정에 의해 기본 화면이 도 6에 도시된 바와 같이 다수의 지정버튼과 다수의 조절버튼이 표시되도록 출력될 수 있다.

보다 구체적으로, 이러한 화면 구조는 주로 다수개의 조명장치(300)를 제어하기 위한 것이다. 예컨데, SCENE-1은 임의의 제1 조명장치(300)를 제어하기 위한 것으로서 첫 번째 터치는 제1 조명장치(300)의 on을 제어하고, 두 번째 터치는 제1 조명장치(300)의 off를 제어한다. 또한, SCENE-2는 제2 조명장치(300)를 제어하기 위한 것으로서 첫 번째 터치는 제2 조명장치(300)의 on을 제어하고, 두 번째 터치는 제2 조명장치(300)의 off를 제어한다.

이와 같은 맥락으로, SCENE-3 내지 SCENE-5는 제3 조명장치(300) 내지 제5 조명장치(300)의 on/off를 제어한다.

아울러, 8개의 조절버튼은 상하방향으로 막대기를 이동시키면 각 감시구역(또는 룸)에 설치된 조명장치(300)에 대한 밝기(조도)의 세기를 조절할 수 있다.

제2 실시 양태로서, 본 발명에 따른 터치스크린은 도 7에 도시된 바와 같이 감시카메라(100)의 모니터링 화면으로 구성되고, 다수개의 감시카메라(100) 선택버튼과, 각 감시카메라(100)의 제어버튼이 구비될 수 있다.

보다 구체적으로, 이러한 화면 구조는 관리자의 선택에 의해 각 감시구역에 설치된 각 감시카메라(100)의 화면을 모니터링하고, 각 감시카메라(100)의 팬/틸트나 줌을 제어하기 위한 것으로, CAM-1은 제1 감시카메라(100)의 모니터링 화면 출력을 제어하고, CAM-2는 제2 감시카메라(100)의 모니터링 화면 출력을 제어한다.

또한, 화살표는 감시카메라(100) 선택버튼에 의해 선택된 감시카메라(100)의 팬/틸트를 제어한다.

도 8은 본 발명에 따른 사용자 인터페이스부(420)의 다른 실시예를 설명하기 위한 구성도이다.

도 8을 참조하면, 사용자 인터페이스부(420)는 관리자의 실시간 모니터링, 룰 설정, 통계자료 검색 및 카메라 설정을 위해 이미지 프로세스와 이벤트 프로세스 및 데이터 프로세스를 더 포함할 수 있다.

상기 이미지 프로세스는 감시영상의 디스플레이 및 객체 추적 좌표를 영상위에 오버레이 처리를 하는 모듈이며, 이벤트 프로세스는 시간별 혼잡도를 위한 데이터베이스(DB)로부터 읽어 들인 데이터의 이벤트 처리 모듈이다. 그리고 데이터 프로세스는 감시카메라(100) 및 룰 정보 등의 데이터를 처리하는 모듈이다.

필요에 따라, 상기 사용자 인터페이스부(420)는 모니터링에서 원 영상과 객체 좌표 및 객체 추적 좌표를 영상표시장치의 화면에서 모니터링 할 수 있으며, 룰 설정에서는 혼잡도 분석을 위한 구역 설정 및 경계를 설정할 수 있다. 그리고 카운팅 통계에서는 저장되어 있는 카운팅 정보를 이용하여 일자, 시간별 특정 구역의 혼잡도를 분석이 가능하며, 시스템 관리에서는 카메라의 설정을 할 수 있다.

본 발명에 따른 관리서버(400)를 구성하는 조명제어 컨트롤러(440)는 사용자 인터페이스부(420)를 통해 입력된 조명제어 신호에 따라 관리서버(400)에 연결된 조명장치(300)를 제어하는 구성이다.

보다 구체적으로, 조명제어 컨트롤러(440)는 관리자가 사용자 인터페이스부(420)를 통해 각각의 감시구역(또는 룸)을 선택한 후 각 감시구역마다 조명연출을 설정하는 조명제어 신호를 입력하면, 상기 조명제어 신호에 따라 각 감시구역에 설치된 조명장치(300)의 on/off나 디밍(dimming)을 제어하는 역할을 수행한다.

필요에 따라, 상기 조명제어 컨트롤러(440)는 관리자가 사용자 인터페이스부(420)를 통해 각각의 감시구역(또는 룸)을 선택한 후 각 감시구역마다 감시카메라(100)의 감시대상을 설정하는 조명제어 신호를 입력하면, 상기 조명제어 신호에 따라 각 감시구역에 설치된 감시카메라(100)의 팬/틸트나 줌인 또는 줌아웃을 제어하는 역할도 수행할 수 있다. 그리고 조명제어 컨트롤러(440)는 감시카메라(100)를 통해 수집된 감시영상을 웹 서버로 전송해 주어 관리자 등이 인터넷을 통해 원격지에서 접속하여 감시영상을 모니터링 할 수 있도록 도와준다.

아울러, 조명제어 컨트롤러(440)는 관리자 등이 웹 서버를 통해 모니터링 하기를 원하는 감시카메라(100)의 아이콘을 클릭할 경우, 이에 대한 선택신호를 웹 서버를 통해 수신받으며, 상기 아이콘에 대응되는 감시영상을 관리자 등이 곧바로 확인할 수 있도록 웹 서버에 실시간으로 업데이트해 준다.

또한, 조명제어 컨트롤러(440)는 관리자 등이 웹 서버를 통해 모니터링 하기를 원하는 모션감지센서(200)의 아이콘을 클릭할 경우, 이에 대한 선택신호를 웹 서버를 통해 수신받으며, 상기 아이콘에 대응되는 모션감지센서(200)의 상태를 관리자 등이 곧바로 확인할 수 있도록 웹 서버에 센싱 정보를 실시간으로 업데이트해 준다.

이와 같이, 본 발명은 사용자 단말기와 연동 가능한 인터페이스를 구현하기 때문에 관리자 등이 언제 어디서나 감시구역을 모니터링 할 수 있다.

본 발명에 따른 작업환경 관제시스템은 웹 서버를 더 포함할 수 있다.

상기 웹 서버는 관리서버(400)에 통신 네트워크를 통해 연결되며, 관리서버(400)로부터 수신된 이벤트의 분석데이터를 인터넷을 통해 접속한 사용자 단말기에 제공하는 구성이다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100 : 감시카메라 200 : 모션감지센서
300 : 조명장치 400 : 관리서버
410 : 네트워크 커넥터 420 : 사용자 인터페이스부
430 : 영상관리부 440 : 조명제어 컨트롤러

Claims

감시구역에 설치된 감시카메라;
상기 감시구역 내에 위치한 객체의 움직임을 감지하여 모션정보를 생성하는 모션감지센서;
상기 감시구역에 설치된 조명장치;
상기 모션감지센서로부터 모션정보가 수신됨에 따라 상기 조명장치의 밝기를 조절하고 상기 감시카메라를 제어하여 감시구역에 대한 감시영상을 수집하는 관리서버;
상기 감시구역에 설치되어 감시구역의 조도를 측정하여 관리서버로 제공하는 조도센서; 및
사물에 대한 기준 이미지가 저장된 영상비교 라이브러리의 내장 공간을 제공하도록 상기 관리서버에 포함된 저장부를 포함하며,
상기 관리서버는
상기 모션감지센서로부터 수신된 모션정보에 따라 상기 감시구역이 미리 지정된 조도로 밝혀지도록 조명장치의 밝기를 조절하고, 상기 감시카메라로부터 실시간으로 수신된 감시영상을 분석하여 이벤트 발생을 판단하고 상기 이벤트 발생에 따라 이벤트 처리를 수행하되, 상기 모션정보가 송출된 감시구역의 위치를 분석하여 상기 위치에 따라 미리 지정된 사물의 기준 이미지를 상기 영상비교 라이브러리에서 추출하고, 상기 감시영상과 상기 기준 이미지를 비교하여 이벤트 발생을 판단하는 것을 특징으로 하는 스마트 팩토리 작업환경 관제시스템.
삭제
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삭제
제1 항에 있어서, 상기 이벤트 처리는
상기 객체가 자동화 설비인 경우 이벤트와 관련된 감시영상의 출력, 이벤트에 대한 알림신호의 출력, 상기 감시구역에 설치된 CCTV를 통해 자동화 설비의 촬영 및 저장, 상기 자동화 설비에 지정된 담당자 소유의 사용자 단말기에 점검 요청 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 팩토리 작업환경 관제시스템.
삭제
제1 항에 있어서,
상기 관리서버에 통신네트워크를 통해 연결되며, 관리서버로부터 수신된 이벤트의 분석데이터를 인터넷을 통해 접속한 사용자 단말기에 제공하는 웹 서버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 팩토리 작업환경 관제시스템.