KR102151195B1 - Ultra-Wide Band 레이더를 이용한 차량내 승객 감지 시스템 및 방법 - Google Patents

Ultra-Wide Band 레이더를 이용한 차량내 승객 감지 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 Ultra-Wide Band 레이더를 이용한 차량내 승객 감지 시스템 및 방법을 제공한다. 본 발명은 Ultra-Wide Band 레이더를 이용하여 수집된 값들을 시간 영역에서 처리함으로써, 종래의 Ultra-Wide Band 레이더를 이용하여 수집된 값을 주파수 영역에서 처리하기 위해서 소요되는 시간보다 신속하게 차량내 승객을 감지할 수 있다. 또한, 본 발명은 차량내 승객이 손 또는 발을 움직이는 것과 같은 큰 움직임과, 승객이 가만히 숨을 쉬고 있는 것 같은 작은 움직임을 각각 별도의 데이터 처리 절차를 이용하여 감지함으로써, 보다 신속하면서도 정확한 승객 감지가 가능하다.

Description

Ultra-Wide Band 레이더를 이용한 차량내 승객 감지 시스템 및 방법{System and method for detecting passenger in vehicle using UWB}
본 발명은 차량내 승객 감지 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 Ultra-Wide Band 레이더를 이용한 차량내 승객 감지 시스템 및 방법에 관한 것이다.
최근 무더운 여름에 학원 통학 차량에 어린이가 방치되어 사고를 당하는 사건들이 빈번히 발생하고 있다. 이러한 사고를 방지하기 위해서, 최근에는 차량내에 승객을 감지하여 운전자나 관리자에게 알려주는 기술이 개발되고 있다.
차량내 승객을 감지하는 기술로는 초음파 센서를 이용하는 기술, 적외선 센서를 이용하는 기술, 기울기 센서를 이용하는 기술, 상기한 기술들을 결합한 기술들이 다양하게 소개되고 있다. 하지만, 이러한 종래의 기술들은 분해능, 반응속도, 측정거리의 한계, 주변 환경에 영향을 많이 받는 등 단점이 존재한다.
이러한 센서의 한계점을 보안하기 위하여, 최근에는 저전력에서 동작하며, 반응속도가 빠르고, 분해능이 높은 Ultra-Wide Band 레이더를 이용하여, 승객을 감지하는 기술이 활발히 연구 중에 있다.
도 1은 종래 기술에 따라서, Ultra-Wide Band 레이더를 이용하여 차량내 승객을 감지하는 전형적인 방법을 설명하는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, Ultra-Wide Band 레이더를 이용하여 차량내 승객을 감지하는 방법으로는, 차량 내부 진동에 의해 생기는 노이즈와 다중 반사에 의한 오류를 최소화하기 위해, 수신 데이터를 오랜 시간 수집 후, 푸리에 변환을 이용하여 주파수 도메인에서 호흡 또는 심박수에 대응되는 주파수 신호를 감지하여 승객이 차량내에 있는지 여부를 인식하는 방식이다.
심박수나 호흡수를 이용하여 승객을 감지하는 종래 기술의 경우, 환경에 영향을 적게 받아, 판단 정확도가 높은 장점이 있는 반면, 하지만 수신 데이터를 수집하는 시간이 최소 30~40초 이상 걸리고, 처리된 데이터를 이용하여 주파수 도메인에서 호흡수, 심박수의 데이터 유/무를 확인하기 까지 보통 1분 이상이 걸리는 단점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 Ultra-Wide Band 레이더를 이용하여 신속하게 차량내 승객을 감지할 수 있는 차량내 승객 감지 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량내 승객 감지 시스템은, 일정한 시간 주기로 Ultra-Wide Band 레이더 펄스 신호를 송신하고, 차량내의 물체들에 의해서 반사된 반사 신호를 수신하는 송수신부; 상기 반사 신호를 이용하여 차량내 승객의 행동을 검출하는 행동 검출 모듈; 상기 반사 신호를 이용하여 차량내 승객의 호흡 또는 심장 박동을 검출하는 미세 움직임 검출 모듈; 및 차량내 승객이 감지되면, 승객 감지 사실을 유무선 통신망을 통해서 운전자 단말 또는 관리자 단말로 전송하는 통신부;를 포함한다.
또한, 상기 행동 검출 모듈은, 상기 반사 신호의 시간에 따른 크기를 나타내는 프레임 값을 복수개 포함하는 프레임 데이터를 생성하고, 서로 시간상 인접하는 프레임 데이터들의 프레임별값들의 차이값을 계산하여 움직임 데이터를 생성하여 저장하며, 저장된 움직임 데이터의 프레임별 값들을 누적하여 움직임 누적 데이터를 생성하여 임계값과 비교함으로써 차량내 승객의 존재 여부를 확인할 수 있다.
또한, 상기 행동 검출 모듈은, 상기 송수신부로부터 입력되는 반사 신호를 수신하여, 반사 신호의 절대적 크기를 계산하여, 반사 신호의 시간에 따른 크기를 나타내는 프레임 값을 복수개 포함하는 프레임 데이터를 생성하여 출력하는 제 1 신호 크기 연산부; 상기 프레임 데이터들을 저장하는 제 1 프레임 데이터 저장부; 상기 제 1 프레임 데이터 저장부에 저장된 복수의 프레임 데이터들 중에서, 시간상 서로 인접하는 프레임 데이터들의 프레임별 값들의 차이값을 계산하여 움직임 데이터를 생성하는 제 1 움직임 데이터 생성부; 상기 제 1 움직임 데이터를 순차적으로 저장하는 움직임 데이터 저장부; 상기 움직임 데이터 저장부에 저장된 움직임 데이터들의 프레임별 값들을 누적하여 움직임 누적 데이터를 생성하는 누적 연산부; 및 상기 움직임 누적 데이터의 각 프레임 값들을 임계값과 비교함으로써 차량내 승객의 존재 여부를 확인하여 상기 제어부로 출력하는 제 1 움직임 판정부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 미세 움직임 검출 모듈은, 상기 반사 신호의 시간에 따른 크기를 나타내는 프레임 값을 복수개 포함하는 프레임 데이터를 생성하고, 프레임 데이터에 나타나는 움직임이 적은 배경과 노이즈를 프레임 데이터로부터 제거하여 저장하고, 저장된 프레임 데이터들 중 사전에 정의된 시간 만큼의 프레임 데이터들을 각 프레임별로 값을 누적하여 움직임 데이터를 생성하며, 움직임 데이터를 임계값과 비교함으로써 차량내 승객의 호흡 또는 심장 박동을 존재 여부를 확인하여 카운트하며, 카운트된 값이 사전에 정의된 횟수에 도달하면 상기 제어부로 차량내 승객의 존재함을 통지할 수 있다.
또한, 상기 미세 움직임 검출 모듈은, 상기 송수신부로부터 입력되는 반사 신호를 수신하여, 반사 신호의 절대적 크기를 계산하여, 반사 신호의 시간에 따른 크기를 나타내는 프레임 값을 복수개 포함하는 프레임 데이터를 생성하여 출력하는 제 2 신호 크기 연산부; 피드백 루프를 이용하여 프레임 데이터 상에 나타나는 움직임이 적은 배경과 노이즈를 프레임 데이터로부터 제거하는 노이즈 제거부; 상기 노이즈 제거부에서 출력된 프레임 데이터를 순차적으로 저장하는 제 2 프레임 데이터 저장부; 상기 제 2 프레임 데이터 저장부에 저장된 프레임 데이터들 중에서, 사전에 정의된 시간 만큼의 프레임 데이터들을 각 프레임별로 값을 누적하여 움직임 데이터를 생성하는 제 2 움직임 데이터 생성부; 움직임 데이터의 각 프레임의 값들을 사전에 정의된 임계치와 비교하여 임계치를 초과하는 프레임이 존재하면, 움직임이 있는 것으로 판정하는 제 2 움직임 판정부; 및 움직임이 있는 것으로 판정된 회수를 카운트하여, 카운트 회수가 사전에 저장된 회수에 도달하면 상기 제어부로 차량내 승객의 존재함을 통지하는 카운터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 노이즈 제거부는, 상기 제 2 신호 크기 연산부로부터 입력된 프레임 데이터(A(k))에서, 이전 연산 사이클에서 연산된 노이즈 보정치(
Figure 112018131390651-pat00001
)를 감산하여 그 결과(X(k))를 출력하는 감산기; 및 상기 이전 연산 사이클에서 상기 감산기로부터 출력되는 노이즈가 제거된 프레임 데이터(X(k-1))와 이전 연산 사이클에서 상기 감산기로 입력된 프레임 데이터(A(k-1))를 이용하여 상기 노이즈 보정치(B(k-1))를 생성하여 상기 감산기로 출력하는 노이즈 보정치 생성부를 포함한다.
또한, 차량내 승객 감지 시스템은, 상기 노이즈 제거부로부터 입력된 프레임 데이터에서 사전에 정의된 제한 시간을 벗어나는 프레임 값들을 제거하여, 제한 시간 내의 프레임 값들만을 포함하는 프레임 데이터를 상기 제 2 프레임 데이터 저장부로 출력하는 시간 제한부를 더 포함할 수 있다.
한편, 상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량내 승객 감지 방법은, 차량내 승객 감지 시스템에서 수행되는 승객 감지 방법으로서, (a) 일정한 시간 주기로 Ultra-Wide Band 레이더 펄스 신호를 송신하고, 차량내의 물체들에 의해서 반사된 반사 신호를 수신하는 단계; (b) 상기 반사 신호를 이용하여 차량내 승객의 행동을 검출하는 단계; (c) 상기 (b) 단계와 동시에, 상기 반사 신호를 이용하여 차량내 승객의 호흡 또는 심장 박동을 검출하는 단계; 및 (d) 차량내 승객이 감지되면, 승객 감지 사실을 유무선 통신망을 통해서 운전자 단말 또는 관리자 단말로 전송하는 단계;를 포함한다.
또한, 상기 (b) 단계는, 상기 반사 신호의 시간에 따른 크기를 나타내는 프레임 값을 복수개 포함하는 프레임 데이터를 생성하고, 서로 시간상 인접하는 프레임 데이터들의 프레임별값들의 차이값을 계산하여 움직임 데이터를 생성하여 저장하며, 저장된 움직임 데이터의 프레임별 값들을 누적하여 움직임 누적 데이터를 생성하여 임계값과 비교함으로써 차량내 승객의 존재 여부를 확인할 수 있다.
또한, 상기 (b) 단계는, (b1) 상기 (a) 단계에서 입력되는 반사 신호를 수신하여, 반사 신호의 절대적 크기를 계산하여, 반사 신호의 시간에 따른 크기를 나타내는 프레임 값을 복수개 포함하는 프레임 데이터를 생성하여 출력하는 단계; (b2) 상기 프레임 데이터들을 저장하는 단계; (b3) 상기 (b2) 단계에 저장된 복수의 프레임 데이터들 중에서, 시간상 서로 인접하는 프레임 데이터들의 프레임별 값들의 차이값을 계산하여 움직임 데이터를 생성하는 단계; (b4) 상기 움직임 데이터를 순차적으로 저장하는 단계; (b5) 상기 (b4) 단계에서 저장된 움직임 데이터들의 프레임별 값들을 누적하여 움직임 누적 데이터를 생성하는 단계; 및 (b6) 상기 움직임 누적 데이터의 각 프레임 값들을 임계값과 비교함으로써 차량내 승객의 존재 여부를 확인하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 (c) 단계는, 상기 반사 신호의 시간에 따른 크기를 나타내는 프레임 값을 복수개 포함하는 프레임 데이터를 생성하고, 프레임 데이터에 나타나는 움직임이 적은 배경과 노이즈를 프레임 데이터로부터 제거하여 저장하고, 저장된 프레임 데이터들 중 사전에 정의된 시간 만큼의 프레임 데이터들을 각 프레임별로 값을 누적하여 움직임 데이터를 생성하며, 움직임 데이터를 임계값과 비교함으로써 차량내 승객의 호흡 또는 심장 박동을 존재 여부를 확인하여 카운트하며, 카운트된 값이 사전에 정의된 횟수에 도달하면 상기 제어부로 차량내 승객의 존재함을 통지할 수 있다.
또한, 상기 (c) 단계는, (c1) 상기 (a) 단계에서 입력되는 반사 신호를 수신하여, 반사 신호의 절대적 크기를 계산하여, 반사 신호의 시간에 따른 크기를 나타내는 프레임 값을 복수개 포함하는 프레임 데이터를 생성하여 출력하는 단계; (c2) 프레임 데이터 상에 나타나는 움직임이 적은 배경과 노이즈를 프레임 데이터로부터 제거하는 단계; (c4) 상기 노이즈가 제거된 프레임 데이터를 순차적으로 저장하는 단계; (c5) 상기 (c4) 단계에서 저장된 프레임 데이터들 중에서, 사전에 정의된 시간 만큼의 프레임 데이터들을 각 프레임별로 값을 누적하여 움직임 데이터를 생성하는 단계; (c6) 움직임 데이터의 각 프레임의 값들을 사전에 정의된 임계치와 비교하여 임계치를 초과하는 프레임이 존재하면, 움직임이 있는 것으로 판정하는 단계; 및 (c7) 움직임이 있는 것으로 판정된 회수를 카운트하여, 카운트 회수가 사전에 저장된 회수에 도달하면 차량내 승객이 감지되었음을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 (c2) 단계는, 이전 연산 사이클에서 노이즈가 제거된 프레임 데이터(X(k-1))와 이전 연산 사이클에서 입력된 프레임 데이터(A(k-1))를 이용하여 노이즈 보정치(
Figure 112018131390651-pat00002
)를 생성하는 단계; 및 상기 (c1) 단계에서 입력된 프레임 데이터(A(k))에서, 이전 연산 사이클에서 연산된 상기 노이즈 보정치(B(k))를 감산하여 그 결과(X(k))를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 (c2)와 (c4) 단계 사이에, (c3) 상기 (c2) 단계에서 출력된 프레임 데이터에서 사전에 정의된 제한 시간을 벗어나는 프레임 값들을 제거하여, 제한 시간 내의 프레임 값들만을 포함하는 프레임 데이터를 생성하는 단계를 더 포함하고, 상기 (c4) 단계는, 상기 (c3) 단계에서 생성된 프레임 데이터를 순차적으로 저장할 수 있다.
본 발명은 Ultra-Wide Band 레이더를 이용하여 수집된 값들을 시간 영역에서 처리함으로써, 종래의 Ultra-Wide Band 레이더를 이용하여 수집된 값을 주파수 영역에서 처리하기 위해서 소요되는 시간보다 신속하게 차량내 승객을 감지할 수 있다.
또한, 본 발명은 차량내 승객이 손 또는 발을 움직이는 것과 같은 큰 움직임과, 승객이 가만히 숨을 쉬고 있는 것 같은 작은 움직임을 각각 별도의 데이터 처리 절차를 이용하여 감지함으로써, 보다 신속하면서도 정확한 승객 감지가 가능하다.
도 1은 종래 기술에 따라서, Ultra-Wide Band 레이더를 이용하여 차량내 승객을 감지하는 전형적인 방법을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 Ultra-Wide Band 레이더를 이용한 차량내 승객 감지 시스템의 전체 구성을 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 행동 검출 모듈의 세부 구성을 도시하는 블록도이다.
도 4a 및 도 4b는 도 3의 행동 검출 모듈에서 수행되는 데이터 처리 흐름을 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 미세 움직임 검출 모듈의 세부 구성을 도시하는 블록도이다.
도 6은 도 5의 미세 움직임 검출 모듈에서 수행되는 데이터 처리 흐름을 설명하는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 Ultra-Wide Band 레이더를 이용한 차량내 승객 감지 시스템의 전체 구성을 도시하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 Ultra-Wide Band 레이더를 이용한 차량내 승객 감지 시스템(이하,"승객 감지 시스템")은 Ultra-Wide Band 레이더 펄스 신호를 송신하고, 차량내의 물체들에 의해서 반사된 신호를 수신하는 송수신부(100), 송수신부(100)를 통해서 수신된 반사 신호를 이용하여 차량내 승객의 행동(손을 흔들거나 자리를 이동하는 등의 큰 움직임을 행동으로 정의함)을 검출하는 행동 검출 모듈(200), 송수신부(100)를 통해서 수신된 반사 신호를 이용하여 차량내 승객의 호흡 또는 심장 박동을 검출하는 미세 움직임 검출 모듈(300), 차량내 승객이 감지되면 승객 감지 사실을 유무선 통신망을 통해서 운전자 단말(600) 또는 관리자 단말(600)로 전송하는 통신부(500) 및 상기한 구성요소들을 제어하는 제어부(400)를 포함한다.
도 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량내 승객 감지 시스템 및 방법의 전체적인 동작을 설명하면, 먼저, 송수신부(100)는 차량내 사전에 정의된 위치(예컨대, 차량의 전방 또는 후방)에 설치되어, 제어부(400)의 제어에 따라서 일정한 시간 주기로 Ultra-Wide Band 레이더 신호 펄스를 전송하고, 신호 펄스가 차량내의 각종 물체들에 반사된 반사 신호를 수신하면, 수신된 반사 신호를 행동 검출 모듈(200) 및 미세 움직임 검출 모듈(300)로 각각 출력한다.
반사 신호를 수신한 행동 검출 모듈(200) 및 미세 움직임 모듈 각각은, 도 3 내지 도 6을 참조하여 후술하는 바와 같이, 차량내 승객의 행동 또는 미세 움직임을 검출하여 제어부(400)로 출력한다.
제어부(400)는 차량내 승객이 감지되면, 통신부(500)를 통해서 차량내 승객이 감지되었다는 사실을 운전자 단말(600) 또는 관리자 단말(600)로 전송한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 행동 검출 모듈(200)의 세부 구성을 도시하는 블록도이고, 도 4a 및 도 4b는 도 3의 행동 검출 모듈(200)에서 수행되는 데이터 처리 흐름을 설명하는 도면이다.
도 3, 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 행동 검출 모듈(200)의 세부 구성 및 기능을 설명하면, 행동 검출 모듈(200)은 제 1 신호 크기 연산부(210), 제 1 프레임 데이터 저장부(220), 제 1 움직임 데이터 생성부(230), 움직임 데이터 저장부(240), 누적 연산부(250), 및 제 1 움직임 판정부(260)를 포함한다.
제 1 신호 크기 연산부(210)는 송수신부(100)로부터 반사 신호를 수신하여, 반사 신호의 절대적 크기를 계산하여, 반사 신호의 시간에 따른 크기를 나타내는 프레임 값을 복수개 포함하는 프레임 데이터를 생성하고, 생성된 프레임 데이터를 제 1 프레임 데이터 저장부(220)로 출력한다.
도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 송수신부(100)는 펄스 신호를 전송한 후, 일정한 시간 주기마다 수신되는 신호를 샘플링하여 출력하는데, 각 샘플링 시간을 프레임이라고 정의하고, 프레임 데이터는 이러한 프레임 값들을 복수개 포함한다. 도 4의 (a)의 신호는 수신된 반사 신호의 전체 프레임 중 27개의 프레임만을 도시하였다. 이 때, 프레임 숫자가 작을수록 송수신기에서 신호 펄스가 전송되고 짧은 시간에 수신된 반사 신호의 크기를 의미하므로, 송수신기로부터 근거리에서 반사되어 수신된 신호를 나타내고, 프레임 숫자가 클수록 송수신기로부터 먼 거리에서 반사되어 수신된 신호를 나타낸다.
반사 신호는 복소수로 표현되므로, 제 1 신호 크기 연산부(210)는 복소수의 크기를 계산하여 신호 크기를 계산하고, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 각 프레임마다 신호 크기를 맵핑한 프레임 데이터를 제 1 프레임 데이터 저장부(220)로 출력한다.
제 1 프레임 데이터 저장부(220)는, 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이, 제 1 신호 크기 연산부(210)로부터 입력된 프레임 데이터들을 일정 시간동안 누적적으로 저장하고, 제 1 움직임 데이터 생성부(230)가 저장된 프레임 데이터를 시간 순서에 따라서 순차적으로 이용할 수 있도록 한다.
제 1 움직임 데이터 생성부(230)는 제 1 프레임 데이터 저장부(220)에 저장된 복수 시간의 프레임 데이터들 중 시간적으로 인접한 2개의 프레임 데이터의 동일 프레임간의 차를 구함으로써 움직임 데이터를 생성한다.
예컨대, 도 4의 (b) 및 (c) 에 도시된 예에서, 송수신부(100)로부터 수신되고 저장된 프레임 데이터들은 2프레임에서 큰 피크값을 갖는 것을 알 수 있다. 이는 송수신부(100)로부터 매우 가까운 거리에 물체가 존재한다는 의미이다. 그러나, 이러한 물체가 전혀 움직임이 없다면 이는 승객이 아니라, 송수신부(100)에 가장 근접한 의자의 등받이일 가능성이 높다.
반면, 프레임 데이터가 0.2초마다 생성된다고 가정할 때, 0.2초에는 5프레임에서 큰 값이 검출되고, 0.4초에는 7 프레임에서 큰 값이 검출되며, 0.6초에는 10프레임에서 큰 값이 검출되며, 그 이후로도 5~10 프레임 사이에서 프레임이 변화하면서 큰 값이 검출된다면, 이는 승객이 5~10 프레임 사이의 거리에 위치하여 움직이고 있다는 것을 의미한다.
따라서, 본 발명의 바람직한 실시예는 이러한 서로 인접한 시간의 프레임 데이터에서 동일한 프레임 값들간의 차를 누적하여, 각 프레임에 대응되는 거리에서 움직임이 검출되는지 여부를 확인한다.
이를 위해서, 제 1 움직임 데이터 생성부(230)는 제 1 프레임 데이터 저장부(220)에 저장된 복수 시간의 프레임 데이터들 중 시간적으로 인접한 2개의 프레임 데이터의 동일 프레임간의 차를 구함으로써 움직임 데이터를 생성한다.
예컨대, 제 1 프레임 데이터 저장부(220)에, 시간 순서대로 프레임 데이터 A, B, C, D, E,,,,가 저장되어 있다고 가정하면, 움직임 데이터 저장부(240)는 프레임 데이터에 포함된 각 프레임 별로, A-B, B-C, C-D, D-E,,,, 방식으로 움직임 데이터를 생성하고, 움직임 데이터는 프레임 데이터와 동일한 프레임 수를 갖게 된다. 도 4의 (d)는 움직임 데이터의 일 예를 도시한다.
움직임 데이터 저장부(240)는 제 1 움직임 데이터 생성부(230)로부터 수신되는 움직임 데이터를, 도 4의 (e) 에 도시된 바와 같이, 시간 순서대로 저장한다.
그 후, 누적 연산부(250)는 움직임 데이터 저장부(240)에 저장된 움직임 데이터들을, 프레임별로 사전에 정의된 시간 동안 누적하여 움직임 누적 데이터를 생성한다. 도 4의 (f)는 움직임 누적 데이터의 일 예를 도시하는 도면이다. 이렇게 움직임 데이터를 누적함으로써 노이즈로 인한 영향을 최소화할 수 있다. 아울러, 일정한 시간 단위로 생성된 움직임 누적 데이터를 시간 순서대로 비교하면 움직임을 추적할 수 있다.
그 후, 제 1 움직임 판정부(260)는, 도 4의 (g)에 도시된 바와 같이, 움직임 누적 데이터를 사전에 설정된 임계치와 비교하여 차량내에 승객이 존재하는 여부를 판정한다. 도 4의 (g)에 도시된 예에서, 임계치를 넘는 프레임이 1프레임과 5프레임이므로, 송수신기로부터 매우 가까운 위치에 움직이는 물체가 있음을 알 수 있다.
도 5a 및 도 5b 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 미세 움직임 검출 모듈(300)의 세부 구성을 도시하는 블록도이고, 도 6은 도 5의 미세 움직임 검출 모듈(300)에서 수행되는 데이터 처리 흐름을 설명하는 도면이다.
도 5a 및 도 5b와 도 6을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 미세 움직임 검출 모듈(300)은 제 2 신호 크기 연산부(310), 노이즈 제어부(400), 시간 제한부(315), 제 2 프레임 데이터 저장부(320), 제 2 움직임 데이터 생성부(330), 제 2 움직임 판정부(360), 카운터(370)를 포함한다. 또한, 노이즈 제거부(313)는 감산기(313a) 및 노이즈 보정치 생성부(313b)를 포함한다.
먼저, 송수신부(100)에서 수신된 반사 신호는 제 2 신호 크기 연산부(310)로 출력되고(도 6의 (a) 참조), 제 2 신호 크기 연산부(310)는 송수신부(100)로부터 반사 신호를 수신하여, 반사 신호의 절대적 크기를 계산하여 프레임 데이터(A(k))를 노이즈 제거부(313)로 출력한다.(도 6의 (b) 참조) 제 2 신호 크기 연산부(310)의 기능은 제 1 신호 크기 연산부(210)의 기능과 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다.
노이즈 제거부(313)는 피드백 루프를 이용하여 프레임 데이터 상에 나타나는 움직임이 적은 배경과 노이즈를 프레임 데이터로부터 제거한다.
도 5b를 참조하면, 제 2 신호 크기 연산부(310)로부터 입력된 프레임 데이터(A(k))는 노이즈 보정치 생성부(313b)에서 출력되는 노이즈 보정치(B(k))와 아래의 수학식 1에 따른 감산 연산이 수행되어 그 결과(X(k))가 시간 제한부(315)로 출력된다.
Figure 112018131390651-pat00003
노이즈 보정치 생성부(313b)는 시간 제한부(315)로 출력되는 수학식 1의 연산 결과(X(k))와, 감산기(313a)로 입력된 프레임 데이터(A(k))를 이용하여 아래의 수학식 2에 따른 연산을 수행하여 노이즈 보정치(B(k))를 생성하여 감산기(313a)로 출력한다.
Figure 112018131390651-pat00004
상기 수학식 2에서 α는 0<α<1 인 가중치 계수이다.
감산기(313a)는 제 2 신호 크기 연산부(310)로부터 프레임 데이터(A(k))를 새로 입력받고, 새로 입력된 프레임 데이터(A(k))에서, 이전 연산 사이클에서 연산된 노이즈 보정치(
Figure 112018131390651-pat00005
)를 감산하여 그 결과(X(k))가 시간 제한부(315)로 출력한다.(도 6의 (c) 참조)
상기와 같은 피드백 연산을 통해서, 프레임 데이터 상에서 움직임이 없는 물체를 나타내는 프레임 값들과, 예상치 못하게 입력된 노이즈들은 제거된다.
시간 제한부(315)는 프레임 데이터에서 송수신부(100)가 펄스 신호를 송신하고 반사 신호를 수신하기 까지의 시간을 사전에 정의된 시간으로 제한하여, 제한된 시간을 벗어나는 프레임 값들을 제거하여, 제한 시간내의 프레임 값들만을 포함하는 프레임 데이터를 제 2 프레임 데이터 저장부(320)로 출력한다.
제 2 프레임 데이터 저장부(320)는 시간 제한부(315)로부터 입력되는 프레임 데이터들을 저장하고(도 6의 (d) 참조), 제 2 움직임 데이터 생성부(330)는 제 2 프레임 데이터 저장부(320)에 저장된 프레임 데이터들 중에서, 사전에 정의된 시간 만큼의 프레임 데이터들을 각 프레임별로 값을 누적하여 움직임 데이터를 생성하여 제 2 움직임 판정부(360)로 출력한다(도 6의 (e) 참조). 본 발명의 바람직한 실시예에서는, 5초 동안의 프레임 데이터들의 각 프레임 값들을 누적하였으나, 누적 시간은 환경에 따라서 설정될 수 있다.
그 후, 제 2 움직임 판정부(360)는 제 2 움직임 데이터 생성부(330)로부터 입력된 움직임 데이터의 각 프레임의 값들을 사전에 정의된 임계치와 비교하여 임계치를 초과하는 프레임이 존재하면, 움직임이 있는 것으로 판정하여 카운터(370)로 움직임이 감지되었음을 알린다(도 6의 (f) 참조).
카운터(370)는 제 2 움직임 판정부(360)로부터 움직임 감지 결과를 통지 받으면, 내부 카운터(370)를 1 증가시키고, 카운터(370) 값이 사전에 정의된 값이 도달하면, 제어부(400)로 미세 움직임이 감지되었음을 출력한다. 본 발명의 미세 움직임 감지 모듈은 심장 박동이나 호흡과 같은 미세 움직임을 감지하는 구성으로서, 이러한 미세한 움직임은 주변 환경이나 노이즈의 영향에 의해서도 발생할 수 있다. 따라서, 본 발명의 바람직한 실시예는 이러한 미세 움직임이 일정 시간동안 사전에 정의된 회수만큼 감지되어야, 주기적인 호흡이나 주기적인 심장 박동을 갖는 승객이 차량에 존재하는 것으로 판단할 수 있다.
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광데이터 저장장치 등이 있다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100:송수신부
200:행동 검출 모듈
300:미세 움직임 검출 모듈
400:제어부
500:통신부
600:운전자 단말(관리자 단말)

Claims (14)

  1. 삭제
  2. 일정한 시간 주기로 Ultra-Wide Band 레이더 펄스 신호를 송신하고, 차량내의 물체들에 의해서 반사된 반사 신호를 수신하는 송수신부;
    상기 반사 신호를 이용하여 차량내 승객의 행동을 검출하는 행동 검출 모듈;
    상기 반사 신호를 이용하여 차량내 승객의 호흡 또는 심장 박동을 검출하는 미세 움직임 검출 모듈; 및
    차량내 승객이 감지되면, 승객 감지 사실을 유무선 통신망을 통해서 운전자 단말 또는 관리자 단말로 전송하는 통신부;를 포함하고,
    상기 행동 검출 모듈은
    상기 반사 신호의 시간에 따른 크기를 나타내는 프레임 값을 복수개 포함하는 프레임 데이터를 생성하고, 서로 시간상 인접하는 프레임 데이터들의 프레임별값들의 차이값을 계산하여 움직임 데이터를 생성하여 저장하며, 저장된 움직임 데이터의 프레임별 값들을 누적하여 움직임 누적 데이터를 생성하여 임계값과 비교함으로써 차량내 승객의 존재 여부를 확인하는 것을 특징으로 하는 차량내 승객 감지 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 행동 검출 모듈은
    상기 송수신부로부터 입력되는 반사 신호를 수신하여, 반사 신호의 절대적 크기를 계산하여, 반사 신호의 시간에 따른 크기를 나타내는 프레임 값을 복수개 포함하는 프레임 데이터를 생성하여 출력하는 제 1 신호 크기 연산부;
    상기 프레임 데이터들을 저장하는 제 1 프레임 데이터 저장부;
    상기 제 1 프레임 데이터 저장부에 저장된 복수의 프레임 데이터들 중에서, 시간상 서로 인접하는 프레임 데이터들의 프레임별 값들의 차이값을 계산하여 움직임 데이터를 생성하는 제 1 움직임 데이터 생성부;
    상기 제 1 움직임 데이터를 순차적으로 저장하는 움직임 데이터 저장부;
    상기 움직임 데이터 저장부에 저장된 움직임 데이터들의 프레임별 값들을 누적하여 움직임 누적 데이터를 생성하는 누적 연산부; 및
    상기 움직임 누적 데이터의 각 프레임 값들을 임계값과 비교함으로써 차량내 승객의 존재 여부를 확인하여 제어부로 출력하는 제 1 움직임 판정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량내 승객 감지 시스템.
  4. 일정한 시간 주기로 Ultra-Wide Band 레이더 펄스 신호를 송신하고, 차량내의 물체들에 의해서 반사된 반사 신호를 수신하는 송수신부;
    상기 반사 신호를 이용하여 차량내 승객의 행동을 검출하는 행동 검출 모듈;
    상기 반사 신호를 이용하여 차량내 승객의 호흡 또는 심장 박동을 검출하는 미세 움직임 검출 모듈; 및
    차량내 승객이 감지되면, 승객 감지 사실을 유무선 통신망을 통해서 운전자 단말 또는 관리자 단말로 전송하는 통신부;를 포함하고,
    상기 미세 움직임 검출 모듈은
    상기 반사 신호의 시간에 따른 크기를 나타내는 프레임 값을 복수개 포함하는 프레임 데이터를 생성하고, 프레임 데이터에 나타나는 움직임이 적은 배경과 노이즈를 프레임 데이터로부터 제거하여 저장하고, 저장된 프레임 데이터들 중 사전에 정의된 시간 만큼의 프레임 데이터들을 각 프레임별로 값을 누적하여 움직임 데이터를 생성하며, 움직임 데이터를 임계값과 비교함으로써 차량내 승객의 호흡 또는 심장 박동을 존재 여부를 확인하여 카운트하며, 카운트된 값이 사전에 정의된 횟수에 도달하면 제어부로 차량내 승객의 존재함을 통지하는 것을 특징으로 하는 차량내 승객 감지 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 미세 움직임 검출 모듈은
    상기 송수신부로부터 입력되는 반사 신호를 수신하여, 반사 신호의 절대적 크기를 계산하여, 반사 신호의 시간에 따른 크기를 나타내는 프레임 값을 복수개 포함하는 프레임 데이터를 생성하여 출력하는 제 2 신호 크기 연산부;
    피드백 루프를 이용하여 프레임 데이터 상에 나타나는 움직임이 적은 배경과 노이즈를 프레임 데이터로부터 제거하는 노이즈 제거부;
    상기 노이즈 제거부에서 출력된 프레임 데이터를 순차적으로 저장하는 제 2 프레임 데이터 저장부;
    상기 제 2 프레임 데이터 저장부에 저장된 프레임 데이터들 중에서, 사전에 정의된 시간 만큼의 프레임 데이터들을 각 프레임별로 값을 누적하여 움직임 데이터를 생성하는 제 2 움직임 데이터 생성부;
    움직임 데이터의 각 프레임의 값들을 사전에 정의된 임계치와 비교하여 임계치를 초과하는 프레임이 존재하면, 움직임이 있는 것으로 판정하는 제 2 움직임 판정부; 및
    움직임이 있는 것으로 판정된 회수를 카운트하여, 카운트 회수가 사전에 저장된 회수에 도달하면 상기 제어부로 차량내 승객의 존재함을 통지하는 카운터를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량내 승객 감지 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 노이즈 제거부는
    상기 제 2 신호 크기 연산부로부터 입력된 프레임 데이터(A(k))에서, 이전 연산 사이클에서 연산된 노이즈 보정치(
    Figure 112018131390651-pat00006
    )를 감산하여 그 결과(X(k))를 출력하는 감산기; 및
    상기 이전 연산 사이클에서 상기 감산기로부터 출력되는 노이즈가 제거된 프레임 데이터(X(k-1))와 이전 연산 사이클에서 상기 감산기로 입력된 프레임 데이터(A(k-1))를 이용하여 상기 노이즈 보정치(B(k-1))를 생성하여 상기 감산기로 출력하는 노이즈 보정치 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량내 승객 감지 시스템.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 노이즈 제거부로부터 입력된 프레임 데이터에서 사전에 정의된 제한 시간을 벗어나는 프레임 값들을 제거하여, 제한 시간 내의 프레임 값들만을 포함하는 프레임 데이터를 상기 제 2 프레임 데이터 저장부로 출력하는 시간 제한부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량내 승객 감지 시스템.
  8. 삭제
  9. 차량내 승객 감지 시스템에서 수행되는 승객 감지 방법으로서,
    (a) 일정한 시간 주기로 Ultra-Wide Band 레이더 펄스 신호를 송신하고, 차 량내의 물체들에 의해서 반사된 반사 신호를 수신하는 단계;
    (b) 상기 반사 신호를 이용하여 차량내 승 객의 행동을 검출하는 단계;
    (c) 상기 (b) 단계와 동시에, 상기 반사 신호를 이용하여 차량내 승객의 호 흡 또는 심장 박동을 검출하는 단계; 및
    (d) 차량내 승객이 감지되면, 승객 감지 사실을 유무선 통신망 을 통해서 운전자 단말 또는 관리자 단말로 전송하는 단계;를 포함하고,
    상기 (b) 단계는
    상기 반사 신호의 시간에 따른 크기를 나타내는 프레임 값을 복수개 포함하는 프레임 데이터를 생성하고, 서로 시간상 인접하는 프레임 데이터들의 프레임별값들의 차이값을 계산하여 움직임 데이터를 생성하여 저장하며, 저장된 움직임 데이터의 프레임별 값들을 누적하여 움직임 누적 데이터를 생성하여 임계값과 비교함으로써 차량내 승객의 존재 여부를 확인하는 것을 특징으로 하는 차량내 승객 감지 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 (b) 단계는
    (b1) 상기 (a) 단계에서 입력되는 반사 신호를 수신하여, 반사 신호의 절대적 크기를 계산하여, 반사 신호의 시간에 따른 크기를 나타내는 프레임 값을 복수개 포함하는 프레임 데이터를 생성하여 출력하는 단계;
    (b2) 상기 프레임 데이터들을 저장하는 단계;
    (b3) 상기 (b2) 단계에 저장된 복수의 프레임 데이터들 중에서, 시간상 서로 인접하는 프레임 데이터들의 프레임별 값들의 차이값을 계산하여 움직임 데이터를 생성하는 단계;
    (b4) 상기 움직임 데이터를 순차적으로 저장하는 단계;
    (b5) 상기 (b4) 단계에서 저장된 움직임 데이터들의 프레임별 값들을 누적하여 움직임 누적 데이터를 생성하는 단계; 및
    (b6) 상기 움직임 누적 데이터의 각 프레임 값들을 임계값과 비교함으로써 차량내 승객의 존재 여부를 확인하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량내 승객 감지 방법.
  11. 차량내 승객 감지 시스템에서 수행되는 승객 감지 방법으로서,
    (a) 일정한 시간 주기로 Ultra-Wide Band 레이더 펄스 신호를 송신하고, 차 량내의 물체들에 의해서 반사된 반사 신호를 수신하는 단계;
    (b) 상기 반사 신호를 이용하여 차량내 승 객의 행동을 검출하는 단계;
    (c) 상기 (b) 단계와 동시에, 상기 반사 신호를 이용하여 차량내 승객의 호 흡 또는 심장 박동을 검출하는 단계; 및
    (d) 차량내 승객이 감지되면, 승객 감지 사실을 유무선 통신망 을 통해서 운전자 단말 또는 관리자 단말로 전송하는 단계;를 포함하고,
    상기 (c) 단계는
    상기 반사 신호의 시간에 따른 크기를 나타내는 프레임 값을 복수개 포함하는 프레임 데이터를 생성하고, 프레임 데이터에 나타나는 움직임이 적은 배경과 노이즈를 프레임 데이터로부터 제거하여 저장하고, 저장된 프레임 데이터들 중 사전에 정의된 시간 만큼의 프레임 데이터들을 각 프레임별로 값을 누적하여 움직임 데이터를 생성하며, 움직임 데이터를 임계값과 비교함으로써 차량내 승객의 호흡 또는 심장 박동을 존재 여부를 확인하여 카운트하며, 카운트된 값이 사전에 정의된 횟수에 도달하면 제어부로 차량내 승객의 존재함을 통지하는 것을 특징으로 하는 차량내 승객 감지 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 (c) 단계는
    (c1) 상기 (a) 단계에서 입력되는 반사 신호를 수신하여, 반사 신호의 절대적 크기를 계산하여, 반사 신호의 시간에 따른 크기를 나타내는 프레임 값을 복수개 포함하는 프레임 데이터를 생성하여 출력하는 단계;
    (c2) 프레임 데이터 상에 나타나는 움직임이 적은 배경과 노이즈를 프레임 데이터로부터 제거하는 단계;
    (c4) 상기 노이즈가 제거된 프레임 데이터를 순차적으로 저장하는 단계;
    (c5) 상기 (c4) 단계에서 저장된 프레임 데이터들 중에서, 사전에 정의된 시간 만큼의 프레임 데이터들을 각 프레임별로 값을 누적하여 움직임 데이터를 생성하는 단계;
    (c6) 움직임 데이터의 각 프레임의 값들을 사전에 정의된 임계치와 비교하여 임계치를 초과하는 프레임이 존재하면, 움직임이 있는 것으로 판정하는 단계; 및
    (c7) 움직임이 있는 것으로 판정된 회수를 카운트하여, 카운트 회수가 사전에 저장된 회수에 도달하면 차량내 승객이 감지되었음을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량내 승객 감지 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 (c2) 단계는
    이전 연산 사이클에서 노이즈가 제거된 프레임 데이터(X(k-1))와 이전 연산 사이클에서 입력된 프레임 데이터(A(k-1))를 이용하여 노이즈 보정치(
    Figure 112018131390651-pat00007
    )를 생성하는 단계; 및
    상기 (c1) 단계에서 입력된 프레임 데이터(A(k))에서, 이전 연산 사이클에서 연산된 상기 노이즈 보정치(B(k))를 감산하여 그 결과(X(k))를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량내 승객 감지 방법.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 (c2)와 (c4) 단계 사이에
    (c3) 상기 (c2) 단계에서 출력된 프레임 데이터에서 사전에 정의된 제한 시간을 벗어나는 프레임 값들을 제거하여, 제한 시간 내의 프레임 값들만을 포함하는 프레임 데이터를 생성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 (c4) 단계는, 상기 (c3) 단계에서 생성된 프레임 데이터를 순차적으로저장하는 것을 특징으로 하는 차량내 승객 감지 방법.
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