적외선 센서

# PIR 센서가 검출하는 열적외선 파장의 범위

- PIR 센서는 5~15um 파장 영역의 열적외선을 검출한다.

 

# 가시광선의 파장의 범위

- 가시광선은 400~700nm 파장 영역이다. 빨간색으로 갈수록 파장이 길고 보라색으로 갈수록 파장이 짧다.

 

# 빛에서 파장이란? 이것은 주파수, 빛의 속도와 어떤 관계가 있는가?

- 빛은 파장을 가지고 있는 전자기파로 파장은 1주기 동안 파동이 공간상에 이동한 거리를 말한다.

- 빛의 속도는 파장과 주파수의 곱이다. 파장이 길수록 주파수가 낮아지고 반대로 파장이 짧아질수록 주파수가 높아진다. 빛의 속도는 c = 3 · 10 ^8[m/sec] 로 일정하다.

 

# 도어폰 카메라의 적외선 영역은 다음 센서들의 적외선 영역과 어떻게 다른가?

(1) PIR 센서에서 감지하는 적외선 영역

(2) 열화상 카메라의 적외선 영역

도어폰 카메라의 적외선 영역은 730~850nm 파장 영역의 근적외선 영역이고, PIR 센서에서 감지하는 적외선 영역은 5~15um 파장 영역의 열적외선 영역이고, 열화상 카메라의 적외선 영역은 8~15um 파장 영역의 열적외선 영역이다.

 

# 다음 중 적외선 차단 필터가 있을 것으로 예상되는 카메라는? 

① 도어폰 카메라 : 적외선 차단 필터 없음.

- 도어폰 카메라의 적외선 영역은 730~850nm 파장 영역의 근적외선 영역으로 IR 감지용으로 만들었기 때문에 IR 차단 필터가 없어야 한다.

② 휴대폰 카메라 : 적외선 차단 필터 있음.

- 색열화 현상을 일으키기 때문에 근적외선을 걸러내어 주기 위하여 부착한다. 이로 인해 사람의 눈으로 보는 것과 동일한 이미지를 구현할 수 있다.

③ 캠카메라 : 적외선 차단 필터 있음.

- 색열화 현상을 일으키기 때문에 근적외선을 걸러내어 주기 위하여 부착한다. 이로 인해 사람의 눈으로 보는 것과 동일한 이미지를 구현할 수 있다.

④ 야간 감시용 카메라 : 적외선 차단 필터 없음.

- 밤에는 적외선을 목표물에 조사하여 감시하므로 적외선 차단 필터가 없어야 한다.

⑤ 과속차량 단속 카메라 : 적외선 차단 필터 없음.

- 과속 시에 자동차의 헤드라이트의 가시광선을 차단하기 위해 적외선 조명을 발광하여 반사하는 영상을 취득하므로 적외선 차단 필터가 없어야 한다.

 

# PIR 센서가 오동작할 수 있는 사례. PIR을 문제점을 넘어서는 새로운 기술 종류(사람의 움직임을 검출).

(1) PIR 센서가 오동작할 수 있는 사례

① 직접 태양빛(아지랑이)을 받으면 인체의 움직임으로 감지한다. 태양빛에는 PIR 센서가 감지할 수 있는 대역의 빛이 있고 그 빛은 움직임이 있기 때문이다. 따라서 야외에서 사용 시 오작동이 일어날 가능성이 있다. PIR 센서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 프레넬 렌즈를 불투명한 것을 사용하거나 이중으로 렌즈를 사용한다.

② 5도 이상의 급격한 주변 온도 변화에 의해 동작하는 경우가 있다. 겨울철에는 실내외 온도차가 큰 바람이 불 때 오작동이 일어날 가능성이 있다.

③ 미세한 움직임이나 정지해있는 사람은 감지하지 못하여 움직임이 있을 때만 감지한다.

④ 강아지, 고양이 등의 동물과 사람의 체온이 비슷하기 때문에 사람과 이들을 구별하지 못한다.

 

(2) 사람의 움직임을 검출하는 다른 기술

- 사람의 움직임을 검출하는 기술 중 초음파 센서를 많이 사용하는데 이는 물체에 반사된 음파를 센서로 입력시켜서 발생된 전압을 회로에 처리하여 사람의 움직임을 검출한다.

- 초음파 센서는 1개나 2개의 압전소자로 되어 있으며 공기, 물, 가스와 같은 다양한 매체에서 적용할 수 있고 대상의 형태, 크기, 색, 표면 윤곽과 상관없이 물체를 감지할 수 있다.

- PIR 센서에서 다른 동물이나 곤충에게 반응한다는 문제점을 초음파 센서는 이들에게 발생하는 음파와 사람에게 발생하는 음파의 세기가 다르기 때문에 이를 조절하여 사람의 움직임만 감지할 수 있도록 한다.

 

# 적외선 장애물회피센서가 오작동할 수 있는 사례

- 적외선 장애물회피센서는 검은색 장애물이 들어와도 감지하지 못한다. 이는 적외선이 검은색에서는 흡수되어 감지하지 못하여 장애물이 없다고 인식하기 때문이다. 이러한 특징을 이용하여 라인 트레이서에 많이 활용된다.

 

# 태양광에도 적외선의 내포되어 있다. 그럼에도 불구하고 PIR 센서는 좀처럼 태양광에의 노출만으로는 반응하지 않는다. 그 원리는 무엇인가?

- 프레넬 렌즈가 감지거리의 확대와 감도를 극대화하고 외부의 바람과 태양광에 의한 영향을 차단하여 센서를 보호하기 때문이다. 또 Window라는 편광필터가 일정한 주파수 대역의 적외선만 통과시켜 태양광에의 노출만으로는 반응하지 않게 된다.

 

# 아두이노가 감시 동작을 수행하기 위해 digitalRead() 동작을 무한 반복하는 것은 CPU 연산력의 낭비 요소로 판단하고 있다. 아두이노가 평상시에는 다른 작업을 수행하다가 사람이 칩입할 때만 PIR 센서를 읽고 대처하도록 개선하고자 한다. 이 방안에 대한 여러분들의 아이디어를 제시하시오. => 인터럽트를 활용하는 아이디어

- attachInterrupt(인터럽트핀, 호출함수, 상태조건) 함수를 사용하여 setup() 부분에 선언하면 평상시에는 PIR 센서를 사용하지 않는 상태인 OFF로 해놓고 PIR 센서가 사람이 칩입한 걸 감지하여 인터럽트가 발생하면 저절로 호출된다. 함수가 호출되면 PIR 센서를 사용하고 있는 상태인 ON으로 바꾸고 이후 특정 시간 동안 감지되지 않을 경우 PIR 센서를 사용하지 않는 상태인 OFF로 바꾼다.