KR102058776B1 - 비가시광 적외선 다점 레이저빔과 적외선 카메라 영상기반 물체의 3차원 미세진동 측정에 의한 음원 진단 방법 및 장치 - Google Patents

비가시광 적외선 다점 레이저빔과 적외선 카메라 영상기반 물체의 3차원 미세진동 측정에 의한 음원 진단 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

비가시광 적외선 다점 레이저빔과 적외선 카메라 영상기반 물체의 3차원 미세진동 측정에 의한 음원 진단 방법 및 장치가 제시된다. 일 실시예에 따른 물체의 3차원 미세진동 측정에 의한 음원 진단 방법은, 음원이 발생됨에 따라 피진동체가 가진되는 단계; 상기 피진동체의 표면을 향하여 적외선 레이저빔을 조사하는 단계; 상기 피진동체 표면의 미세진동에 의하여 반사된 상기 적외선 레이저빔이 생성해 내는 패턴이 확대되어 피관찰 물체에 나타나는 단계; 및 카메라를 이용하여 상기 피관찰 물체에 나타나는 상기 적외선 레이저빔이 생성해 내는 패턴을 영상화하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

비가시광 적외선 다점 레이저빔과 적외선 카메라 영상기반 물체의 3차원 미세진동 측정에 의한 음원 진단 방법 및 장치{Method and Apparatus for Diagnosing Sound Source via Measurements of Micro-vibrations of Objects Using Multi-beams of Invisible Infra-red Ray Laser and Infra-Red Camera}
아래의 실시예들은 비가시광 적외선 다점 레이저빔과 적외선 카메라 영상기반 물체의 3차원 미세진동 측정에 의한 음원 진단 방법 및 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 비가시광 적외선 다점 레이저빔을 피진동체에 조사하여 피관찰 물체에 반사된 패턴을 영상화하는 물체의 3차원 미세진동 측정에 의한 음원 진단 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 도청을 위해 유무선 송신장치 및 수신장치를 이용하여 음성신호를 수신 받아 도청을 한다. 이 경우 도청하고자 하는 실내에 유무선 송신장치를 설치하여야 하므로 도청하고자 하는 자의 입장에서는 설치상의 어려움이 있다.
또한 음파로 인해 발생되는 창문의 미세 진동을 원격에서 적외선 레이저로 측정하여 도청하는 방법이 제시되고 있다.
종래의 물체의 미세진동 특징은 물체 표면상의 좌우, 상하로 진동되는 x, y 좌표방향의 진동과, 물체표면의 수직방향 진동(z방향)을 포함하고 있다. 카메라 영상을 이용한 현재까지의 미세진동 측정 방식은 카메라 영상의 특성상 x, y 좌표 방향의 진동만 인식할 수 있었다.
한국공개특허 10-2008-0042666호는 이러한 광-열 에너지 변환을 이용한 레이저광선 감지 장치 및 방법에 관한 것으로, 레이저광선에 의해 발생되는 열을 감지하여 도청여부를 판단하는 기술을 기재하고 있다.
실시예들은 비가시광 적외선 다점 레이저빔과 적외선 카메라 영상기반 물체의 3차원 미세진동 측정에 의한 음원 진단 방법 및 장치에 관하여 기술하며, 보다 구체적으로 비가시광 적외선 다점 레이저빔을 피진동체에 조사하여 피관찰 물체에 반사된 패턴을 영상화하는 물체의 3차원 미세진동 측정에 의한 음원 진단 기술을 제공한다.
실시예들은 피진동체의 표면을 향하여 비가시광선인 적외선 레이저빔을 3점 이상 조사하여 피관찰 물체의 표면에 반사되어 나타나는 삼각형의 면적 또는 점간의 거리비의 패턴 정보를 통해 z축 정보를 획득함으로써, 3차원 미세진동의 움직임을 확인하는 물체의 3차원 미세진동 측정에 의한 음원 진단 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
실시예들은 비가시광의 적외선 레이저빔(3개 이상)을 접목시켜 물체 표면의 수직방향 진동(z 방향)을 정량적으로 평가할 수 있고, 음원(소리)에 의하여 발생하는 물체진동의 특성을 정량화한 다음, 이를 인공신경망에 학습시킴으로써 음원(소리)의 특성을 재구성 또는 진단하는 물체의 3차원 미세진동 측정에 의한 음원 진단 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
일 실시예에 따른 물체의 3차원 미세진동 측정에 의한 음원 진단 방법은, 음원이 발생됨에 따라 피진동체가 가진되는 단계; 상기 피진동체의 표면을 향하여 적외선 레이저빔을 조사하는 단계; 상기 피진동체 표면의 미세진동에 의하여 반사된 상기 적외선 레이저빔이 생성해 내는 패턴이 확대되어 피관찰 물체에 나타나는 단계; 및 카메라를 이용하여 상기 피관찰 물체에 나타나는 상기 적외선 레이저빔이 생성해 내는 패턴을 영상화하는 단계를 포함한다.
상기 피진동체의 표면을 향하여 비가시광선인 적외선 레이저빔을 조사하는 단계는, 상기 피진동체의 표면을 향하여 비가시광선인 적외선 레이저빔을 3점 이상 조사할 수 있다.
상기 피진동체 표면의 미세진동에 의하여 반사된 상기 적외선 레이저빔이 생성해 내는 패턴이 확대되어 피관찰 물체에 나타나는 단계는, 3차원 미세진동의 측정이 가능하도록 상기 피진동체의 표면에 z축 방향으로의 미세진동이 상기 피관찰 물체의 표면에 레이저빔이 생성해 내는 패턴으로 나타날 수 있다.
상기 피진동체 표면의 미세진동에 의하여 반사된 상기 적외선 레이저빔이 생성해 내는 패턴이 확대되어 피관찰 물체에 나타나는 단계는, 상기 피관찰 물체의 표면에 3점 이상의 상기 적외선 레이저빔에 의해 구성된 다각형의 면적 또는 점간의 거리비의 정보가 패턴으로 나타날 수 있다.
상기 카메라를 이용하여 상기 피관찰 물체에 나타나는 상기 적외선 레이저빔이 생성해 내는 패턴을 영상화하는 단계는, 적외선 필터를 장착한 고속 카메라를 이용하여 상기 피관찰 물체에 나타나는 변화하는 미세 진동량에 따른 상기 적외선 레이저빔이 생성해 내는 패턴을 영상화할 수 있다.
상기 카메라를 이용하여 상기 피관찰 물체에 나타나는 상기 적외선 레이저빔이 생성해 내는 패턴을 영상화하는 단계는, 상기 카메라를 이용하여 상기 피관찰 물체에 나타나는 상기 적외선 레이저빔이 생성해 내는 패턴을 영상화하며, 상기 적외선 레이저빔이 생성해 내는 패턴으로부터 3점이 형성하는 삼각형의 면적이 큰 경우 미세진동의 움직임이 크고, 삼각형의 면적이 작은 경우 미세진동의 움직임이 작은 것의 패턴을 통해 z축 정보를 획득하여 3차원 미세진동의 움직임을 확인할 수 있다.
상기 카메라에서 획득한 영상을 디지털영상 처리하여 상기 적외선 레이저빔으로 구성되는 패턴 정보를 인공신경망에 학습시키는 단계; 및 학습된 상기 인공신경망을 이용하여 음원을 진단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 카메라에서 획득한 영상을 디지털영상 처리하여 상기 적외선 레이저빔으로 구성되는 패턴 정보를 인공신경망에 학습시키는 단계는, 3점 이상의 상기 적외선 레이저빔에 의해 구성된 다각형의 면적 또는 점간의 거리비의 정보를 음원에 따라 상기 인공신경망에 학습시킬 수 있다.
다른 실시예에 따른 물체의 3차원 미세진동 측정에 의한 음원 진단 장치는, 음원이 발생됨에 따라 가진되는 피진동체; 상기 피진동체의 표면을 향하여 적외선 레이저빔을 조사하는 적외선 레이저; 상기 피진동체 표면의 미세진동에 의하여 반사된 상기 적외선 레이저빔이 생성해 내는 패턴이 확대되어 나타나는 피관찰 물체; 및 상기 피관찰 물체에 나타나는 상기 적외선 레이저빔이 생성해 내는 패턴을 영상화하는 카메라를 포함한다.
상기 적외선 레이저는, 상기 피진동체의 표면을 향하여 비가시광선인 적외선 레이저빔을 3점 이상 조사할 수 있다.
상기 피관찰 물체는, 3차원 미세진동의 측정이 가능하도록 상기 피진동체의 표면에 z축 방향으로의 미세진동이 패턴으로 나타날 수 있다.
상기 피관찰 물체는, 표면에 3점 이상의 상기 적외선 레이저빔에 의해 구성된 다각형의 면적 또는 점간의 거리비의 정보가 패턴으로 나타날 수 있다.
상기 카메라는, 상기 피관찰 물체에 나타나는 변화하는 미세 진동량에 따른 상기 적외선 레이저빔이 생성해 내는 패턴을 영상화하는 적외선 필터를 장착한 고속 카메라일 수 있다.
상기 카메라는, 상기 피관찰 물체에 나타나는 상기 적외선 레이저빔이 생성해 내는 패턴을 영상화하며, 상기 적외선 레이저빔이 생성해 내는 패턴으로부터 3점이 형성하는 삼각형의 면적이 큰 경우 미세진동의 움직임이 크고, 삼각형의 면적이 작은 경우 미세진동의 움직임이 작은 것의 패턴을 통해 z축 정보를 획득하여 3차원 미세진동의 움직임을 확인할 수 있다.
상기 카메라에서 획득한 영상을 디지털영상 처리하여 상기 적외선 레이저빔으로 구성되는 패턴 정보를 학습하여 학습된 상기 패턴 정보를 바탕으로 음원을 진단하는 인공신경망을 더 포함할 수 있다.
상기 인공신경망은, 3점 이상의 상기 적외선 레이저빔에 의해 구성된 다각형의 면적 또는 점간의 거리비의 패턴 정보가 음원에 따라 학습될 수 있다.
실시예들에 따르면 피진동체의 표면을 향하여 비가시광선인 적외선 레이저빔을 3점 이상 조사하여 피관찰 물체의 표면에 반사되어 나타나는 삼각형의 면적 또는 점간의 거리비의 패턴 정보를 통해 z축 정보를 획득함으로써, 3차원 미세진동의 움직임을 확인하여 용이하게 음성을 확인하는 물체의 3차원 미세진동 측정에 의한 음원 진단 방법 및 장치를 제공할 수 있다.
실시예들에 따르면 비가시광 적외선 다점 레이저빔을 피진동체에 조사하여 피관찰 물체에 반사된 패턴을 카메라를 이용하여 영상을 획득하고, 획득한 영상을 디지털영상 처리하여 적외선 레이저빔으로 구성되는 패턴 정보를 인공신경망에 학습시켜 학습된 패턴 정보를 바탕으로 인공신경망에서 음원을 진단하는 물체의 3차원 미세진동 측정에 의한 음원 진단 방법 및 장치를 제공할 수 있다.
또한, 실시예들에 따르면 적외선 레이저빔을 이용하여 도청을 용이하게 할 수 있을 뿐 아니라, 도청을 감지하는 행위가 타인에게 인식되지 않도록 하는 물체의 3차원 미세진동 측정에 의한 음원 진단 방법 및 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 물체의 3차원 미세진동 측정에 의한 음원 진단 장치를 설명하기 위한 개략도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 z축 방향의 미세진동을 확대하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 z축 방향의 미세 진동량에 따른 적외선 레이저빔이 생성해 내는 패턴 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 인공신경망으로 적외선 레이저빔의 좌표와 음원의 특성을 학습시키는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 물체의 3차원 미세진동 측정에 의한 음원 진단 방법 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6은 다른 실시예에 따른 물체의 3차원 미세진동 측정에 의한 음원 진단 방법 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 설명한다. 그러나, 기술되는 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시예들에 의하여 한정되는 것은 아니다. 또한, 여러 실시예들은 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
아래의 실시예들은 3차원의 카메라 영상 기반의 미세진동을 감지하는 방법과 감지된 미세진동을 기반으로 진동원에 해당되는 음원에 대한 진단 또는 평가를 하는 방법에 관한 것이다.
실시예들에 따르면 비가시광의 적외선 레이저빔(3개 이상)을 접목시켜 물체 표면의 수직방향 진동(z축 방향)을 정량적으로 평가할 수 있고, 음원(소리)에 의하여 발생하는 물체진동의 특성을 정량화한 다음, 이를 인공신경망에 학습시킴으로써 음원(소리)의 특성을 재구성 또는 진단하는 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 물체의 3차원 미세진동 측정에 의한 음원 진단 장치를 설명하기 위한 개략도이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 물체의 3차원 미세진동 측정에 의한 음원 진단 장치(100)는 피진동체(120), 적외선 레이저(130), 피관찰 물체(140) 및 카메라(150)를 포함하여 이루어질 수 있다. 또한, 일 실시예에 따른 물체의 3차원 미세진동 측정에 의한 음원 진단 장치(100)는 실시예에 따라 인공신경망을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
피진동체(120)는 음원(소리)(110)이 발생하는 장소와 가까운 곳에 위치하는 막 등으로 이루어지며 음원(110)이 발생됨에 따라 가진될 수 있다.
예컨대 피진동체(120)는 스피커의 진동판 등이 될 수 있으며, 음원(110)이 발생되면 스피커의 엷은 진동판이 미세하게 진동하게 된다. 또한, 피진동체(120)는 별도로 형성되는 막 등의 진동판으로 이루어질 수 있다.
이러한 피진동체(120)의 미세 진동은 매우 작은 떨림이므로 눈에 잘 보이지 않으며 카메라(150)를 이용하여 진동 영상을 획득하기 어렵다. 이에, 적외선 레이저빔을 피진동체(120)에 조사하여 제3의 장소에서 반사되어 확대된 적외선 레이저빔이 생성해 내는 패턴을 통해 미세한 진동 영상을 획득할 수 있다.
피진동체(120)는 적외선 레이저빔이 조사되는 경우 제3의 장소인 피관찰 물체(140)로 반사될 수 있다. 이때, 반사되는 적외선 레이저빔은 확대되므로 카메라(150)를 통해 미세한 진동 영상을 획득할 수 있다.
적외선 레이저(130)는 피진동체(120)의 표면을 향하여 적외선 레이저빔을 조사할 수 있다.
이러한 적외선 레이저(130)는 피진동체(120)의 표면을 향하여 사람의 눈에 보이지 않는 비가시광선인 적외선 레이저빔을 조사할 수 있으며, 3점 이상의 적외선 레이저빔을 조사할 수 있다.
일반적으로 피진동체(120)는 x, y, z축 방향으로의 진동이 있으나 z축 방향의 진동은 미미하여 감지가 어렵다. 이에, 적외선 레이저(130)가 3점 이상의 적외선 레이저빔을 조사하는 경우 피진동체(120) 표면의 z축 방향으로의 미세진동을 확인할 수 있어 3차원적인 미세진동을 측정할 수 있다.
피관찰 물체(140)는 피진동체(120)로 조사된 적외선 레이저빔이 피진동체(120) 표면의 미세진동에 의하여 반사되면서 확대되어 나타날 수 있다. 즉, 피관찰 물체(140)는 피진동체(120)의 표면에 z축 방향으로의 미세진동이 패턴으로 나타나게 되어 3차원 미세진동의 측정이 가능하다.
예컨대 피관찰 물체(140)는 종이, 판, 컵 등의 물체가 될 수 있으며, 피진동체(120)에서 반사된 적외선 레이저빔이 확대되어 나타날 수 있는 대상이면 가능하다.
이러한 피관찰 물체(140)는 3점 이상의 적외선 레이저빔이 조사되는 경우 표면에 3점 이상의 적외선 레이저빔에 의해 구성된 다각형의 면적 정보가 패턴으로 나타날 수 있다. 예를 들어, 피관찰 물체(140)는 3점의 적외선 레이저빔이 조사되는 경우 표면에 3점의 적외선 레이저빔에 의해 구성된 삼각형의 면적 정보가 패턴으로 나타날 수 있다.
또한, 피관찰 물체(140)는 3점 이상의 적외선 레이저빔이 조사되는 경우 표면에 3점 이상의 적외선 레이저빔에 의해 구성된 점간의 거리비의 정보가 패턴으로 나타날 수도 있다.
카메라(150)는 피관찰 물체(140)에 나타나는 적외선 레이저빔이 생성해 내는 패턴을 영상화할 수 있다.
더 구체적으로, 카메라(150)는 적외선 필터를 장착한 고속 카메라(150)로 이루어져 피관찰 물체(140)에 나타나는 변화하는 미세 진동량에 따른 적외선 레이저빔이 생성해 내는 패턴을 영상화할 수 있다. 예를 들어 카메라(150)의 앞에 적외선만 감지하는 필터를 장착하여 사용할 수 있다.
더욱이, 카메라(150)는 피관찰 물체(140)에 나타나는 적외선 레이저빔이 생성해 내는 패턴을 영상화하며, 적외선 레이저빔의 패턴으로부터 3점이 형성하는 삼각형의 면적이 큰 경우 미세진동의 움직임이 크고, 삼각형의 면적이 작은 경우 미세진동의 움직임이 작은 것의 패턴을 통해 z축 정보를 획득하여 3차원 미세진동의 움직임을 확인할 수 있다.
이와 같이, 실시예들에 따르면 피진동체(120)의 표면을 향하여 비가시광선인 적외선 레이저빔을 3점 이상 조사하여 피관찰 물체(140)의 표면에 반사되어 나타나는 삼각형의 면적 또는 점간의 거리비의 패턴 정보를 통해 z축 정보를 획득함으로써, 3차원 미세진동의 움직임을 확인하여 용이하게 음성을 확인할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 물체의 3차원 미세진동 측정에 의한 음원 진단 장치(100)는 실시예에 따라 인공신경망을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
인공신경망은 카메라(150)에서 획득한 영상을 디지털영상 처리하여 적외선 레이저빔으로 구성되는 패턴 정보를 학습하여 학습된 패턴 정보를 바탕으로 음원(110)을 진단할 수 있다.
이러한 인공신경망은 3점 이상의 적외선 레이저빔에 의해 구성된 다각형의 면적의 패턴 정보가 음원(110)에 따라 학습될 수 있다.
또한, 인공신경망은 3점 이상의 적외선 레이저빔에 의해 구성된 점간의 거리비의 패턴 정보가 음원(110)에 따라 학습될 수도 있다.
실시예들에 따르면 비가시광 적외선 다점 레이저빔을 피진동체(120)에 조사하여 피관찰 물체(140)에 반사된 패턴을 카메라(150)를 이용하여 영상을 획득하고, 획득한 영상을 디지털영상 처리하여 적외선 레이저빔으로 구성되는 패턴 정보를 인공신경망에 학습시켜 학습된 패턴 정보를 바탕으로 인공신경망에서 음원(110)을 진단할 수 있다.
더욱이, 도청 시 원거리의 창문 등을 통해 실내의 종이 및 컵 등의 물체의 진동을 확인하여 3차원 미세진동에 의한 영상을 획득함으로써 용이하게 도청을 할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 z축 방향의 미세진동을 확대하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 음원에 의하여 가진되는 피진동체(220)의 표면을 향하여 사람의 눈에 보이지 않는 비가시광선의 적외선 레이저빔(3점 이상)(230)을 조사하면, 피진동체(220) 표면의 아주 미세한 진동에 의하여 반사된 적외선 레이저빔이 생성해 내는 패턴(233)이 확대되어 피관찰 물체(240)에 나타나게 된다. 즉, 피진동체(220)의 미세한 3차원적 미세 진동이 피관찰 물체(240)에 나타나게 된다.
피진동체(220) 표면의 수직방향(z축 방향)으로의 미세 진동(이동량)(231, 232)은 피관찰 물체(240)의 표면에 패턴(233)으로 나타나게 된다.
시시각각으로 변화하는 미세 진동량은 시시각각으로 나타나는 레이저빔이 생성해 내는 패턴(233)으로 나타나게 되는데, 이 패턴을 적외선 필터를 장착한 고속 카메라로 영상화할 수 있다.
더욱이, 카메라 영상을 디지털영상 처리에 의하여 적외선 레이저빔(3점 이상)이 생성해 내는 패턴의 정보를 인공신경망에 음원에 따라 학습시킨 다음, 음원을 진단할 수 있다.
예를 들어, 적외선 레이저빔이 3점 조사된 경우 적외선 레이저빔이 생성해 내는 패턴의 정보는 삼각형의 면적 또는 3점간의 거리비의 정보가 될 수 있다. 다른 예로, 적외선 레이저빔이 N점 조사되는 경우 적외선 레이저빔이 생성해 내는 패턴의 정보는 N점이 형성해 내는 도형의 기하학적 정보가 될 수 있다. 이때, N은 조사되는 적외선 레이저빔의 수로, 자연수 중 선택될 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 z축 방향의 미세 진동량에 따른 적외선 레이저빔이 생성해 내는 패턴 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 z축 방향의 미세 진동량에 따른 적외선 레이저빔이 생성해 내는 패턴 변화를 나타내는 것으로, 카메라를 이용하여 피관찰 물체에 나타나는 적외선 레이저빔이 생성해 내는 패턴을 영상화하며, 적외선 레이저빔이 생성해 내는 패턴으로부터 3점이 형성하는 삼각형의 면적이 큰 경우 미세진동의 움직임이 크고, 삼각형의 면적이 작은 경우 미세진동의 움직임이 작은 것의 패턴을 통해 z축 정보를 획득하여 3차원 미세진동의 움직임을 확인할 수 있다.
이와 같이 적외선 레이저빔으로부터 3점 이상 조사되는 경우 피관찰 물체에 나타나는 반사되어 확대된 적외선 레이저빔이 생성해 내는 패턴을 영상화하여 면적의 크기를 통해 미세진동을 움직임을 확인함으로써 음원을 진단할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, z축 방향의 미세 진동량에 따른 적외선 레이저빔이 생성해 내는 패턴 변화가 3개 나타나는 경우를 예를 들어 더 구체적으로 설명한다.
z축 방향 미세 진동량이 최소일 경우 피관찰 물체의 표면상의 패턴(310)은 3점에 의해 형성되는 삼각형의 면적이 가장 작다. 이 경우, 미세 진동이 가장 작은 것으로 앞쪽의 가까운 곳에서 움직이는 것이다.
그리고, z축 방향 미세 진동량이 최대일 경우 피관찰 물체의 표면상의 패턴(330)은 3점에 의해 형성되는 삼각형의 면적이 가장 크다. 이 경우, 미세 진동이 가장 큰 것으로 뒤쪽의 먼 곳에서 움직이는 것이다.
또한, z축 방향 미세 진동량이 중간 정도일 경우 피관찰 물체의 표면상의 패턴(320)은 3점에 의해 형성되는 삼각형의 면적이 중간 크기이다. 이 경우, 미세 진동이 중간 정도로 움직이는 것으로, z축 방향 미세 진동량이 최소일 경우 피관찰 물체의 표면상의 패턴(310)과 z축 방향 미세 진동량이 최대일 경우 피관찰 물체의 표면상의 패턴(330)의 사이에서 움직이는 것이다.
또한, 적외선 레이저빔으로부터 3점 이상 조사되는 경우, 다점(3점 이상)이 형성하는 다각형의 면적이 큰 경우 미세진동의 움직임이 크고, 다각형의 면적이 작은 경우 미세진동의 움직임이 작은 것의 패턴을 통해 z축 정보를 획득하여 3차원 미세진동의 움직임을 확인할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 인공신경망으로 적외선 레이저빔의 좌표와 음원의 특성을 학습시키는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 카메라에서 획득한 영상을 디지털영상 처리하여 적외선 레이저빔으로 구성되는 패턴 정보를 인공신경망에 학습시킨 후, 학습된 패턴 정보를 바탕으로 음원을 진단할 수 있다.
이러한 인공신경망은 3점 이상의 적외선 레이저빔에 의해 구성된 다각형의 면적의 패턴 정보가 음원에 따라 학습될 수 있다.
또한, 인공신경망은 표면에 3점 이상의 적외선 레이저빔에 의해 구성된 점간의 거리비의 패턴 정보가 음원에 따라 학습될 수도 있다.
여기에서, 3점의 적외선 레이저빔이 조사된 경우를 하나의 예를 들어 더 구체적으로 설명한다.
인공신경망은 xy 좌표계를 나타내는 것으로, 한 점이 xy 좌표를 나타낼 수 있으며 진동에 의해 이동하는 총 6개의 xy 좌표 정보를 이용하여 진동에 의해 변하는 패턴을 기억할 수 있다. 이와 같이 인공신경망은 진폭에 따른 진동 패턴을 기억하여 새로운 진동을 진단할 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 물체의 3차원 미세진동 측정에 의한 음원 진단 방법 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 일 실시예에 따른 물체의 3차원 미세진동 측정에 의한 음원 진단 방법은 음원이 발생됨에 따라 피진동체가 가진되는 단계(510), 피진동체의 표면을 향하여 적외선 레이저빔을 조사하는 단계(520), 피진동체 표면의 미세진동에 의하여 반사된 적외선 레이저빔이 생성해 내는 패턴이 확대되어 피관찰 물체에 나타나는 단계(530), 및 카메라를 이용하여 피관찰 물체에 나타나는 적외선 레이저빔이 생성해 내는 패턴을 영상화하는 단계(540)를 포함하여 이루어질 수 있다.
실시예들에 따르면 비가시광의 적외선 레이저빔(3개 이상)을 접목시켜 물체 표면의 수직방향 진동(z축 방향)을 정량적으로 평가할 수 있고, 음원(소리)에 의하여 발생하는 물체 진동의 특성을 정량화할 수 있다. 더욱이, 이를 인공신경망에 학습시킴으로써 음원(소리)의 특성을 재구성 또는 진단할 수 있다.
일 실시예에 따른 물체의 3차원 미세진동 측정에 의한 음원 진단 방법은 도 1 내지 도 4에서 설명한 일 실시예에 따른 물체의 3차원 미세진동 측정에 의한 음원 진단 장치를 이용하여 더 구체적으로 설명할 수 있다. 일 실시예에 따른 물체의 3차원 미세진동 측정에 의한 음원 진단 장치는 피진동체, 적외선 레이저, 피관찰 물체 및 카메라를 포함하여 이루어질 수 있다.
단계(510)에서, 피진동체는 음원(소리)이 발생하는 장소와 가까운 곳에 위치하는 막 등으로 이루어져 음원이 발생됨에 따라 가진될 수 있다.
단계(520)에서, 적외선 레이저는 피진동체의 표면을 향하여 적외선 레이저빔을 조사할 수 있다.
이러한 적외선 레이저는 피진동체의 표면을 향하여 사람의 눈에 보이지 않는 비가시광선인 적외선 레이저빔을 조사할 수 있으며, 3점 이상의 적외선 레이저빔을 조사할 수 있다.
단계(530)에서, 피관찰 물체는 피진동체 표면의 미세진동에 의하여 반사된 적외선 레이저빔이 생성해 내는 패턴이 확대되어 피관찰 물체에 나타날 수 있다.
이러한 피관찰 물체는 3점 이상의 적외선 레이저빔이 조사되는 경우 표면에 3점 이상의 적외선 레이저빔에 의해 구성된 다각형의 면적 정보가 패턴으로 나타날 수 있다. 예를 들어, 피관찰 물체는 3점의 적외선 레이저빔이 조사되는 경우 표면에 3점의 적외선 레이저빔에 의해 구성된 삼각형의 면적 정보가 패턴으로 나타날 수 있다.
또한, 피관찰 물체는 3점 이상의 적외선 레이저빔이 조사되는 경우 표면에 3점 이상의 적외선 레이저빔에 의해 구성된 점간의 거리비의 정보가 패턴으로 나타날 수도 있다.
단계(540)에서, 카메라는 피관찰 물체에 나타나는 적외선 레이저빔이 생성해 내는 패턴을 영상화할 수 있다.
더 구체적으로, 카메라는 적외선 필터를 장착한 고속 카메라로 이루어져 피관찰 물체에 나타나는 변화하는 미세 진동량에 따른 적외선 레이저빔이 생성해 내는 패턴을 영상화할 수 있다. 예를 들어 카메라의 앞에 적외선만 감지하는 필터를 장착하여 사용할 수 있다.
더욱이, 카메라는 피관찰 물체에 나타나는 적외선 레이저빔이 생성해 내는 패턴을 영상화하며, 적외선 레이저빔이 생성해 내는 패턴으로부터 3점이 형성하는 삼각형의 면적이 큰 경우 미세진동의 움직임이 크고, 삼각형의 면적이 작은 경우 미세진동의 움직임이 작은 것의 패턴을 통해 z축 정보를 획득하여 3차원 미세진동의 움직임을 확인할 수 있다.
실시예들에 따르면 피진동체의 표면을 향하여 비가시광선인 적외선 레이저빔을 3점 이상 조사하여 피관찰 물체의 표면에 반사되어 나타나는 삼각형의 면적 또는 점간의 거리비의 패턴 정보를 통해 z축 정보를 획득함으로써, 3차원 미세진동의 움직임을 확인하여 용이하게 음성을 확인할 수 있다.
도 6은 다른 실시예에 따른 물체의 3차원 미세진동 측정에 의한 음원 진단 방법 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 일 실시예에 따른 물체의 3차원 미세진동 측정에 의한 음원 진단 방법은 음원이 발생됨에 따라 피진동체가 가진되는 단계(610), 피진동체의 표면을 향하여 적외선 레이저빔을 조사하는 단계(620), 피진동체 표면의 미세진동에 의하여 반사된 적외선 레이저빔이 생성해 내는 패턴이 확대되어 피관찰 물체에 나타나는 단계(630), 및 카메라를 이용하여 피관찰 물체에 나타나는 적외선 레이저빔이 생성해 내는 패턴을 영상화하는 단계(640)를 포함하여 이루어질 수 있다.
그리고, 카메라에서 획득한 영상을 디지털영상 처리하여 적외선 레이저빔이 생성해 내는 패턴 정보를 인공신경망에 학습시키는 단계(650), 및 학습된 인공신경망을 이용하여 음원을 진단하는 단계(660)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
다른 실시예에 따른 물체의 3차원 미세진동 측정에 의한 음원 진단 방법은 도 1 내지 도 4에서 설명한 일 실시예에 따른 물체의 3차원 미세진동 측정에 의한 음원 진단 장치를 이용하여 더 구체적으로 설명할 수 있다. 일 실시예에 따른 물체의 3차원 미세진동 측정에 의한 음원 진단 장치는 피진동체, 적외선 레이저, 피관찰 물체 및 카메라를 포함하여 이루어질 수 있고, 실시예에 따라 인공신경망을 더 포함하여 이루어질 수 있다. 이러한 다른 실시예에 따른 물체의 3차원 미세진동 측정에 의한 음원 진단 방법은 도 5에서 설명한 일 실시예에 따른 물체의 3차원 미세진동 측정에 의한 음원 진단 방법과 중복되므로 중복되는 구성을 제외하고 간단히 설명하기로 한다.
단계(650)에서, 물체의 3차원 미세진동 측정에 의한 음원 진단 장치는 카메라에서 획득한 영상을 디지털영상 처리하여 적외선 레이저빔이 생성해 내는 패턴 정보를 인공신경망에 학습시킬 수 있다.
더 구체적으로, 물체의 3차원 미세진동 측정에 의한 음원 진단 장치는 3점 이상의 적외선 레이저빔에 의해 구성된 다각형의 면적 또는 점간의 거리비의 패턴 정보를 음원에 따라 인공신경망에 학습시킬 수 있다.
예를 들어, 적외선 레이저빔이 3점 조사된 경우 적외선 레이저빔이 생성해 내는 패턴의 정보는 삼각형의 면적 또는 3점간의 거리비의 정보가 될 수 있다. 다른 예로, 적외선 레이저빔이 N점 조사되는 경우 적외선 레이저빔이 생성해 내는 패턴의 정보는 N점이 형성해 내는 도형의 기하학적 정보가 될 수 있다. 이때, N은 조사되는 적외선 레이저빔의 수로, 자연수 중 선택될 수 있다.
단계(660)에서, 물체의 3차원 미세진동 측정에 의한 음원 진단 장치는 학습된 인공신경망을 이용하여 음원을 진단할 수 있다. 즉, 인공신경망은 학습된 패턴 정보를 바탕으로 음원을 진단할 수 있다.
실시예들에 따르면 비가시광 적외선 다점 레이저빔을 피진동체에 조사하여 피관찰 물체에 반사된 패턴을 카메라를 이용하여 영상을 획득하고, 획득한 영상을 디지털영상 처리하여 적외선 레이저빔이 생성해 내는 패턴 정보를 인공신경망에 학습시킴으로써 학습된 패턴 정보를 바탕으로 인공신경망에서 음원을 진단할 수 있다.
또한, 실시예들에 따르면 원격 카메라를 이용하여 창문 등을 통해 진동 영상을 획득함으로써 적외선 레이저빔을 이용하여 도청을 용이하게 할 수 있을 뿐 아니라, 도청을 감지하는 행위가 타인에게 인식되지 않도록 할 수 있다. 이러한 도청은 국방 및 첩보 분야 등에서 사용될 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 컨트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 컨트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
100: 물체의 3차원 미세진동 측정에 의한 음원 진단 장치
110: 음원
120: 피진동체
130: 적외선 레이저
140: 피관찰 물체
150: 카메라

Claims (16)

  1. 음원이 발생됨에 따라 피진동체가 가진되는 단계;
    상기 피진동체의 표면을 향하여 적외선 레이저빔을 조사하는 단계;
    상기 피진동체 표면의 미세진동에 의하여 반사된 상기 적외선 레이저빔이 생성해 내는 패턴이 확대되어 피관찰 물체에 나타나는 단계; 및
    카메라를 이용하여 상기 피관찰 물체에 나타나는 상기 적외선 레이저빔이 생성해 내는 패턴을 영상화하는 단계
    를 포함하고,
    상기 피진동체의 표면을 향하여 비가시광선인 적외선 레이저빔을 조사하는 단계는,
    상기 피진동체의 표면을 향하여 비가시광선인 적외선 레이저빔을 3점 이상 조사하며,
    상기 피진동체 표면의 미세진동에 의하여 반사된 상기 적외선 레이저빔이 생성해 내는 패턴이 확대되어 피관찰 물체에 나타나는 단계는,
    3차원 미세진동의 측정이 가능하도록 상기 피진동체의 표면의 좌우, 상하진동인 x, y축 방향으로의 진동보다 크기가 작은, 상기 피진동체의 표면의 수직방향 진동인 z축 방향으로의 미세진동이 상기 피관찰 물체의 표면에 확대된 패턴으로 나타나며, 상기 피관찰 물체의 표면에 3점 이상의 상기 적외선 레이저빔에 의해 구성된 다각형의 면적 또는 점간의 거리비의 정보가 패턴으로 나타나고,
    상기 카메라를 이용하여 상기 피관찰 물체에 나타나는 상기 적외선 레이저빔이 생성해 내는 패턴을 영상화하는 단계는,
    상기 카메라를 이용하여 상기 피관찰 물체에 나타나는 상기 적외선 레이저빔이 생성해 내는 패턴을 영상화하여, 상기 패턴이 형성하는 면적의 크기를 통해 미세진동의 움직임을 확인함에 따라 음원을 진단하고, 상기 피관찰 물체의 표면상의 상기 패턴의 면적이 작을수록 z축 방향 미세진동의 크기가 작으며 앞쪽의 가까운 곳에서 움직이는 것으로 판단하며, 상기 피관찰 물체의 표면상의 상기 패턴의 면적이 클수록 z축 방향 미세진동의 크기가 크며 뒤쪽의 먼 곳에서 움직이는 것으로 판단하는 것
    을 특징으로 하는 물체의 3차원 미세진동 측정에 의한 음원 진단 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 카메라를 이용하여 상기 피관찰 물체에 나타나는 상기 적외선 레이저빔이 생성해 내는 패턴을 영상화하는 단계는,
    적외선 필터를 장착한 고속 카메라를 이용하여 상기 피관찰 물체에 나타나는 변화하는 미세 진동량에 따른 상기 적외선 레이저빔이 생성해 내는 패턴을 영상화하는 것
    을 특징으로 하는 물체의 3차원 미세진동 측정에 의한 음원 진단 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 카메라를 이용하여 상기 피관찰 물체에 나타나는 상기 적외선 레이저빔이 생성해 내는 패턴을 영상화하는 단계는,
    상기 카메라를 이용하여 상기 피관찰 물체에 나타나는 상기 적외선 레이저빔이 생성해 내는 패턴을 영상화하며, 상기 적외선 레이저빔이 생성해 내는 패턴으로부터 3점이 형성하는 삼각형의 면적이 큰 경우 미세진동의 움직임이 크고, 삼각형의 면적이 작은 경우 미세진동의 움직임이 작은 것의 패턴을 통해 z축 정보를 획득하여 3차원 미세진동의 움직임을 확인하는 것
    을 특징으로 하는 물체의 3차원 미세진동 측정에 의한 음원 진단 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 카메라에서 획득한 영상을 디지털영상 처리하여 상기 적외선 레이저빔이 생성해 내는 패턴 정보를 인공신경망에 학습시키는 단계; 및
    학습된 상기 인공신경망을 이용하여 음원을 진단하는 단계
    를 더 포함하는 물체의 3차원 미세진동 측정에 의한 음원 진단 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 카메라에서 획득한 영상을 디지털영상 처리하여 상기 적외선 레이저빔이 생성해 내는 패턴 정보를 인공신경망에 학습시키는 단계는,
    3점 이상의 상기 적외선 레이저빔에 의해 구성된 다각형의 면적 또는 점간의 거리비의 정보를 음원에 따라 상기 인공신경망에 학습시키는 것
    을 특징으로 하는 물체의 3차원 미세진동 측정에 의한 음원 진단 방법.
  9. 음원이 발생됨에 따라 가진되는 피진동체;
    상기 피진동체의 표면을 향하여 적외선 레이저빔을 조사하는 적외선 레이저;
    상기 피진동체 표면의 미세진동에 의하여 반사된 상기 적외선 레이저빔이 생성해 내는 패턴이 확대되어 나타나는 피관찰 물체; 및
    상기 피관찰 물체에 나타나는 상기 적외선 레이저빔이 생성해 내는 패턴을 영상화하는 카메라
    를 포함하고,
    상기 적외선 레이저는,
    상기 피진동체의 표면을 향하여 비가시광선인 적외선 레이저빔을 3점 이상 조사하며,
    상기 피관찰 물체는,
    3차원 미세진동의 측정이 가능하도록 상기 피진동체의 표면의 좌우, 상하 진동인 x, y축 방향으로의 진동보다 크기가 작은, 상기 피진동체의 표면의 수직방향 진동인 z축 방향으로의 미세진동이 상기 피관찰 물체의 표면에 확대된 패턴으로 나타나며, 상기 피관찰 물체의 표면에 3점 이상의 상기 적외선 레이저빔에 의해 구성된 다각형의 면적 또는 점간의 거리비의 정보가 패턴으로 나타나고,
    상기 카메라는,
    상기 카메라를 이용하여 상기 피관찰 물체에 나타나는 상기 적외선 레이저빔이 생성해 내는 패턴을 영상화하여, 상기 패턴이 형성하는 면적의 크기를 통해 미세진동의 움직임을 확인함에 따라 음원을 진단하고, 상기 피관찰 물체의 표면상의 상기 패턴의 면적이 작을수록 z축 방향 미세진동의 크기가 작으며 앞쪽의 가까운 곳에서 움직이는 것으로 판단하며, 상기 피관찰 물체의 표면상의 상기 패턴의 면적이 클수록 z축 방향 미세진동의 크기가 크며 뒤쪽의 먼 곳에서 움직이는 것으로 판단하는 것
    을 특징으로 하는 물체의 3차원 미세진동 측정에 의한 음원 진단 장치.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제9항에 있어서,
    상기 카메라는,
    상기 피관찰 물체에 나타나는 변화하는 미세 진동량에 따른 상기 적외선 레이저빔이 생성해 내는 패턴을 영상화하는 적외선 필터를 장착한 고속 카메라인 것
    을 특징으로 하는 물체의 3차원 미세진동 측정에 의한 음원 진단 장치.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 카메라는,
    상기 피관찰 물체에 나타나는 상기 적외선 레이저빔이 생성해 내는 패턴을 영상화하며, 상기 적외선 레이저빔이 생성해 내는 패턴으로부터 3점이 형성하는 삼각형의 면적이 큰 경우 미세진동의 움직임이 크고, 삼각형의 면적이 작은 경우 미세진동의 움직임이 작은 것의 패턴을 통해 z축 정보를 획득하여 3차원 미세진동의 움직임을 확인하는 것
    을 특징으로 하는 물체의 3차원 미세진동 측정에 의한 음원 진단 장치.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 카메라에서 획득한 영상을 디지털영상 처리하여 상기 적외선 레이저빔이 생성해 내는 패턴 정보를 학습하여 학습된 상기 패턴 정보를 바탕으로 음원을 진단하는 인공신경망
    을 더 포함하는 물체의 3차원 미세진동 측정에 의한 음원 진단 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 인공신경망은,
    3점 이상의 상기 적외선 레이저빔에 의해 구성된 다각형의 면적 또는 점간의 거리비의 패턴 정보가 음원에 따라 학습된 것
    을 특징으로 하는 물체의 3차원 미세진동 측정에 의한 음원 진단 장치.
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