모션 센서
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1. 개요
모션 센서는 움직임을 감지하는 데 사용되는 기술로, 적외선, 가시광선, 무선 주파수 에너지, 소리, 운동 에너지, 자기, Wi-Fi 신호 등 다양한 변화를 감지하여 작동한다. 수동 적외선(PIR) 센서, 도플러 레이더, 초음파, 영상 감지, 제스처 감지 등 여러 종류가 있으며, 보안, 자동화, 게임 및 엔터테인먼트 등 다양한 분야에서 활용된다. 특히, 보안 시스템에서 침입 감지, 자동 조명 제어, 게임 컨트롤러, 자동 수도꼭지, 화장실 안전 시스템 등 다방면으로 사용되며, 한국전력 블로그에서 미래 활용 가능성을 언급하는 등 전망이 밝다.
능동형 전자 모션 감지기는 광학, 마이크로파 또는 음향 센서와 송신기를 포함한다. 반면 수동형은 센서만 포함하며 방출 또는 반사를 통해 움직이는 물체의 신호만을 감지한다. 장치 근처의 광학, 마이크로파 또는 음향장의 변화는 여러 기술 중 하나를 기반으로 전자 장치에 의해 해석된다. 대부분의 저가형 모션 감지기는 약 4.6m 거리에서 움직임을 감지할 수 있다. 특수 시스템은 더 비싸지만 감도가 향상되었거나 훨씬 더 긴 범위를 가지고 있다. 단층 촬영 모션 감지 시스템은 감지하는 전파가 대부분의 벽과 장애물을 통과하는 주파수에 있고 여러 위치에서 감지되기 때문에 훨씬 더 넓은 영역을 커버할 수 있다.
모션 감지기는 상업 분야에서 널리 사용된다. 사업장 및 공공 건물의 자동문 개폐기를 작동시키거나, 로비 및 계단 등의 가로등이나 실내 조명을 켤 때 점유 센서 대신 사용되어 에너지를 절약하는 스마트 조명 시스템에 활용된다.
2. 동작 원리 및 기술
모션 센서는 다음과 같은 변화를 감시하여 동작을 감지한다.2. 1. 센서 기술
모션 감지기는 광학, 마이크로파, 음향, 진동 등 다양한 기술을 사용하여 움직임을 감지한다. 능동형 감지기는 신호를 방출하고 변화를 감지하는 반면, 수동형 감지기는 주변 환경의 변화만을 감지한다.
대부분의 저가형 모션 감지기는 약 4.6m 거리에서 움직임을 감지할 수 있으며, 더 비싸고 감도가 향상된 특수 시스템은 더 넓은 범위를 감지할 수 있다. 단층 촬영 모션 감지 시스템은 감지하는 전파가 대부분의 벽과 장애물을 통과하고 여러 위치에서 감지되기 때문에 훨씬 더 넓은 영역을 커버할 수 있다.
모션 감지기는 다음과 같은 변화를 감지하여 움직임을 파악한다.
수동 적외선(PIR), 마이크로파, 초음파 센서는 각각 적외선, 마이크로파, 초음파의 변화를 감지하며, 이 외에도 영상, 제스처, 진동, 자기장, Wi-Fi 신호 변화 등을 이용한 다양한 감지 기술이 활용된다.
많은 현대식 모션 감지기는 오작동을 줄이기 위해 여러 기술을 결합하여 사용하지만, 감지 확률이 감소하고 취약성이 증가할 수 있다. 예를 들어, 듀얼 기술 센서는 PIR 센서와 마이크로파 센서를 함께 사용하는데, 두 센서가 모두 작동해야 움직임을 감지한다. 이는 오경보 확률을 낮추지만, 침입자가 센서 중 하나를 속일 수 있다면 감지하지 못한다.
모션 센서는 사람의 소재를 감지하여 조명을 켜거나, 방범용 옥외등에 사용된다. 또한, 개별 화장실에서 일정 시간 이상 사람이 내부에 있을 경우 알림을 주는 기능을 갖춘 센서도 있다.
2. 1. 1. 수동 적외선 (PIR)
수동 적외선(PIR) 센서는 실온의 배경 물체와 달리, 사람의 피부 온도에 중적외선 파장에서 민감하게 반응한다.[3] 센서에서는 에너지가 방출되지 않으므로 '수동 적외선'이라는 이름이 붙었다.[3] 이는 사람이나 차량의 통과가 가시광선 또는 적외선 빔을 차단하는 전기 눈(일반적으로 '모션 감지기'로 간주되지 않음)과 구별된다. 이 장치는 사람의 적외선 복사를 감지하여 물체, 사람 또는 동물을 감지할 수 있다.[4]
PIR 기술은 정확성을 극대화하고 에너지 사용을 줄이기 위해 종종 다른 모델과 쌍으로 사용된다. PIR은 방출형 마이크로파 감지보다 적은 에너지를 소비하므로, 많은 센서는 PIR 센서가 작동하면 마이크로파 센서를 활성화하도록 보정된다.
2. 1. 2. 마이크로파
마이크로파 센서는 연속파 형태의 마이크로파를 방출하고, 물체에 반사되어 돌아오는 마이크로파의 위상 변화를 감지하여 움직임을 파악한다. 이 과정에서 도플러 효과가 이용되는데, 이는 레이더 속도 측정기의 원리와 유사하다. 움직이는 물체에 의해 반사된 마이크로파는 낮은 오디오 주파수에서 헤테로다인 신호를 생성한다.[2]
일반적인 저가형 마이크로파 모션 감지기는 약 4.6m 거리에서 움직임을 감지할 수 있다. 더 비싸고 감도가 향상된 특수 시스템은 더 넓은 범위를 감지할 수 있다.
2. 1. 3. 초음파
초음파 변환기는 사람이 들을 수 없는 주파수의 소리인 초음파를 방출하고, 근처 물체에서 반사되는 소리를 수신한다.[5] 도플러 레이더와 유사하게, 수신된 신호의 헤테로다인 검출을 통해 움직임을 감지한다. 검출된 도플러 편이는 낮은 오디오 주파수에서 나타나며, 이는 보행 속도의 경우 약 1cm의 초음파 파장이 마이크로파 모션 감지기에 사용되는 파장과 유사하기 때문이다.
초음파 센서의 단점은 원치 않는 영역의 움직임에도 민감할 수 있다는 점이다. 예를 들어, 모서리 주변에서 음파가 반사되는 경우가 이에 해당한다.[6] 이러한 특성은 영역 내 모든 점유를 감지하는 것이 목표인 조명 제어에는 유용할 수 있지만, 자동 문 개폐와 같이 특정 경로의 움직임에만 반응해야 하는 경우에는 적합하지 않다.
2. 1. 4. 영상 감지
저렴한 디지털 카메라로 비디오를 촬영할 수 있게 되면서, 소프트웨어를 이용하여 촬영된 영상의 변화를 통해 움직임을 감지하는 것이 가능해졌다.[8][9] 이 방식은 카메라와 컴퓨터 외에 다른 하드웨어가 필요하지 않아, 움직임 감지를 통해 비디오를 기록하려는 경우 특히 유용하다. 관찰되는 시야는 정상적으로 조명될 수 있으므로, ''수동'' 기술로 간주될 수 있다. 근적외선 조명을 함께 사용하면 ''어둠'' 속, 즉 사람의 눈으로 감지할 수 없는 파장의 빛으로도 움직임을 감지할 수 있다.
카메라 패닝처럼 카메라 자체가 움직이거나, 다른 움직임이 있는 시야에서 특정 물체의 움직임을 감지해야 할 때(예: 미술관에서 방문객으로 둘러싸인 그림)는 더 복잡한 알고리즘이 필요하다. 패닝 카메라의 경우, 카메라 움직임으로 인한 배경의 겉보기 움직임과 실제 움직이는 물체를 구별하기 위해 광학 흐름 기반 모델이 사용된다.[10]
2. 1. 5. 제스처 감지
광 검출기와 적외선 조명 요소는 기계 학습 알고리즘을 통해 디지털 화면이 손의 움직임과 제스처를 감지하도록 돕는다.[11]
2. 1. 6. 기타 센서
진동, 자기장 변화, Wi-Fi 신호 변화 등 다양한 물리적 현상을 감지하여 움직임을 파악하는 센서도 활용된다.[2]
2. 2. 이중 기술 모션 감지기
많은 현대식 모션 감지기는 다양한 기술을 조합하여 사용한다. 여러 감지 기술을 하나의 감지기에 결합하면 오작동을 줄이는 데 도움이 될 수 있지만, 감지 확률이 감소하고 취약성이 증가한다는 단점이 있다. 예를 들어, 많은 이중 기술 센서는 PIR 센서와 마이크로파 센서를 하나의 장치에 결합한다. 모션을 감지하려면 두 센서가 모두 작동해야 한다. 이는 열과 빛의 변화는 (수동 적외선) PIR을 작동시킬 수 있지만 마이크로파는 그렇지 않거나, 움직이는 나뭇가지가 마이크로파를 트리거할 수 있지만 PIR은 그렇지 않기 때문에 오경보 확률을 낮춘다.[2]
PIR 기술은 정확성을 극대화하고 에너지 사용을 줄이기 위해 종종 다른 모델과 쌍으로 사용된다. PIR은 방출형 마이크로파 감지보다 적은 에너지를 소비하므로 많은 센서는 PIR 센서가 작동하면 마이크로파 센서를 활성화하도록 보정된다. 후자가 침입자를 감지하면 경보가 울린다.[2]
3. 활용 분야
3. 1. 보안
모션 감지기는 침입자의 움직임을 감지하여 집주인이나 보안 서비스에 경고하는 방범 경보 시스템의 센서 중 하나로 사용될 수 있다. 또한 보안 카메라를 작동시켜 침입 상황을 녹화하도록 할 수 있다.
3. 2. 자동화
모션 센서는 자동문, 조명, 수도꼭지 등 다양한 자동화 시스템에 활용된다.[1] 이러한 시스템은 스마트 홈이나 스마트 빌딩 구축에 핵심적인 역할을 한다. 모션 센서는 사업장 및 공공 건물의 자동문 개폐기를 작동시키는데도 널리 사용된다.[1]
3. 2. 1. 조명
모션 센서는 사람의 움직임을 감지하여 조명을 켜고 끄는 데 사용된다. 스마트 조명 시스템은 타이머가 작동하는 동안만 조명에 전원을 공급하여 에너지를 절약하며, 타이머가 만료되면 사람이 해당 지역을 떠났다고 가정한다.[1] 모션 센서는 로비 및 계단과 같은 통로의 가로등이나 실내 조명을 켜는 데 사용되기도 한다.[1] 또한, 방범을 목적으로 옥외등에도 사용된다.[1]
3. 2. 2. 수도꼭지
자동 수도꼭지는 손을 가까이 대면 적외선 센서가 이를 감지하여 자동으로 물이 나오도록 제어하는 방식이다. 이러한 자동 수도꼭지는 위생적이며 물 절약에 도움이 된다.[1]
3. 2. 3. 화장실
화장실에 모션 센서를 설치하여 사람이 있는지 확인할 수 있다. 일정 시간 이상 사람이 화장실 안에 있으면, 위급 상황이 발생했을 가능성이 있으므로 알림을 보내는 기능도 있다.
병원 등에서는 화장실에서 쓰러지는 환자를 감지하기 위해 모션 센서를 사용하기도 한다. 화장실은 사생활 보호를 위해 감시 카메라를 설치하기 어렵기 때문에, 모션 센서가 유용하게 활용된다.
백화점 등에서는 영업 시간 중에 화장실에 숨어 있다가 폐점 후에 범죄를 저지르는 것을 예방하기 위해 모션 센서를 설치하기도 한다.
3. 3. 게임 및 엔터테인먼트
모션 컨트롤러는 비디오 게임 콘솔의 게임 컨트롤러로 사용된다. Kinect와 같이 카메라를 사용하면 신체의 움직임을 제어에 사용할 수도 있다.
3. 4. 기타 활용 분야
모션 센서는 게임, 가상현실(VR) 외에도 다양한 분야에서 활용되고 있다.
4. 한국의 모션 감지기 산업 현황 및 전망
모션 감지기(모션 센서)는 여러 기술과 융합하여 발전하고 있으며, 이에 따라 대한민국의 관련 산업도 함께 성장할 것으로 예상된다. 특히 인공지능, 사물 인터넷(IoT), 빅데이터 기술과의 융합은 모션 센서 산업의 성장을 더욱 가속화할 것이다.
모션 센서는 다음과 같은 분야에서 활용될 수 있다.
- 스마트 홈: 가정 내 사용자의 움직임을 감지하여 조명, 온도, 보안 시스템 등을 자동으로 제어한다.
- 헬스케어: 환자의 움직임 모니터링, 낙상 감지, 재활 치료, 웨어러블 기기를 통한 건강 관리를 지원한다.
- 자동차: 자율 주행 자동차의 핵심 기술로서 주변 환경 인식 및 장애물 감지, 운전자 졸음 방지 등 안전 운전을 돕는다.
- 게임 및 엔터테인먼트: 사용자의 움직임을 게임에 반영하여 현실감을 높이고, 가상현실(VR) 및 증강현실(AR) 기술과 결합하여 몰입형 콘텐츠를 제공한다.
- 산업 현장: 로봇 제어, 생산 공정 자동화, 작업자 안전 확보, 드론을 이용한 항공 촬영, 측량, 시설물 점검 등에 활용된다.
국내 기업들은 이러한 추세에 발맞춰 모션 센서 기술 개발에 힘쓰고 있으며, 정부 차원에서도 관련 산업 육성을 위한 정책 지원이 이루어질 것으로 전망된다. 다만, 구체적인 국내 주요 기업, 관련 정책 및 지원에 대한 정보는 제공된 자료에 나타나 있지 않다.
4. 1. 국내 주요 기업
제공된 원본 소스에는 모션 센서와 관련된 국내 주요 기업에 대한 정보가 없습니다. 제공된 자료는 모션 센서의 미래 전망(한국전력 블로그)과 멀티위(MultiWii) 위키 페이지로, 특정 국내 기업에 대한 내용을 포함하고 있지 않습니다.4. 2. 관련 정책 및 지원
주어진 자료에서는 모션 센서와 관련된 정책 및 지원에 대한 내용을 찾을 수 없습니다.4. 3. 전망
모션 센서 기술은 앞으로도 다양한 분야에서 활용될 것으로 전망된다. 특히, 인공지능, 사물 인터넷(IoT), 빅데이터 기술과 융합하여 더욱 발전할 것으로 예상된다.- 스마트 홈: 모션 센서는 스마트 홈 환경에서 조명, 온도 조절 장치, 보안 시스템 등을 자동화하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 사용자의 움직임을 감지하여 자동으로 조명을 켜거나 끄고, 실내 온도를 조절할 수 있다.
- 헬스케어: 모션 센서는 환자의 움직임을 모니터링하고, 낙상 사고를 감지하며, 재활 치료를 돕는 데 사용될 수 있다. 또한, 웨어러블 기기에 탑재되어 사용자의 활동량을 측정하고 건강 관리를 지원할 수 있다.
- 자동차: 모션 센서는 자율 주행 자동차의 핵심 기술 중 하나로, 주변 환경을 인식하고 장애물을 감지하는 데 사용된다. 또한, 운전자의 움직임을 감지하여 졸음 운전을 방지하고 안전 운전을 돕는 데 활용될 수 있다.
- 게임 및 엔터테인먼트: 모션 센서는 사용자의 움직임을 게임에 반영하여 더욱 현실감 넘치는 게임 경험을 제공한다. 가상현실(VR) 및 증강현실(AR) 기술과 결합하여 몰입형 콘텐츠를 개발하는 데에도 활용될 수 있다.
- 산업 현장: 모션 센서는 로봇의 움직임을 제어하고, 생산 공정을 자동화하며, 작업자의 안전을 확보하는 데 사용될 수 있다. 또한, 드론에 탑재되어 항공 촬영, 측량, 시설물 점검 등 다양한 작업을 수행할 수 있다.
참조
[1]
웹사이트
motion detection
http://www.webopedia[...]
2015-01-26
[2]
서적
Radar for Indoor Monitoring: Detection, Classification, and Assessment
https://books.google[...]
CRC Press
2017-09-14
[3]
문서
Ultrasonicand Passive Infrared SensorIntegrationfor Dual TechnologyUser Detection Sensors
https://www.egr.msu.[...]
[4]
웹사이트
Why motion detectors react to animals and how to avoid it {{!}} Ajax Systems Blog
https://ajax.systems[...]
2020-02-03
[5]
웹사이트
What Is an Ultrasonic Motion Detector? (with picture)
http://www.wisegeek.[...]
Wisegeek.com
2016-01-27
[6]
웹사이트
Technology comparison of Motion Sensors
http://www.ecosirius[...]
2014-07-19
[7]
웹사이트
XANDEM – People sensing with wireless networks
https://www.xandem.c[...]
2020-12-14
[8]
웹사이트
Video motion detection (VMD)
http://www.axis.com/[...]
[9]
문서
Mechanisms of visual motion
http://gandalf.psych[...]
[10]
간행물
Online Self-Supervised Multi-Instance Segmentation of Dynamic Objects
http://www-personal.[...]
2014
[11]
웹사이트
US patent: Electronic device having proximity touch function and control method thereof
https://patents.goog[...]
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