"햇살론"의 두 판 사이의 차이

2021년 6월 20일 (일) 04:21 판

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 드론을 이용한 페이스메이커

영문 : Pacemaker using Drones and Computer Vision

과제 팀명

햇살론

지도교수

정형구 교수님

개발기간

2021년 3월 ~ 2021년 6월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 컴퓨터과학부 20158710** 김*현

서울시립대학교 컴퓨터과학부 20159200** 김*원

서울시립대학교 컴퓨터과학부 20159200** 김*완

서울시립대학교 컴퓨터과학부 20159200** 임*영

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

- 컴퓨터에서 ROS 커맨드를 통해 Pixhawk 드론을 컨트롤한다.
- JMAVSIM 또는 Gazebo 등 시뮬레이터를 이용하여 테스트한다.
- OpenCV를 사용하여 카메라를 통해 받아진 영상을 컴퓨터로 인식 처리한다.
- 드론 조작에 필요한 초기 파라미터를 배포된 웹 앱을 통해서 받는다.

개발 과제의 배경

- 현대인들에게 운동은 필수적인 여가활동으로 자리 잡았으며, 그중 가벼운 달리기를 즐기는 사람들은 점점 늘어나고 있다.
- 이런 달리기를 하는 러너들에게 일정한 속도를 유지하며 달리는 훈련이 필요하다.
- 현재 러너들은 스마트워치나 스마트폰의 앱을 이용하여 훈련하지만, 이 방식은 달리기 중의 집중력을 떨어뜨리고, 자세를 무너뜨리는 단점이 존재한다.
- 현재 주목받는 기술인 드론을 활용하여 실생활에 도움이 되는 기능을 제작한다.

개발 과제의 목표 및 내용

- 트랙의 레인을 인식해서 드론이 가야 할 길을 스스로 인식한다.
- 드론은 사용자가 설정한 속도와 시간 동안 트랙을 자율적으로 주행한다. 
- 사용자가 웹을 통해 드론의 설정값을 동적으로 입력 할 수 있다.

3월 : 구현과제 설정, 요구사항 결정, 사용 기술 스택 및 하드웨어 스펙 조사

4월 : 사용 기술 스택 및 하드웨어 스펙 조사, 구현 방향성 설정 및 프로토타입 제작

5월 : 프로토타입 제작

- 시뮬레이션 환경에서 dronekit 라이브러리를 사용한 자율주행 코드 구동 및 구현 환경 설정
- 길찾기 알고리즘 제작(OpenCV 이미지 분석, Canny Edge Filter, Sliding Window 등 사용)

6월 : 5월 결과를 기반으로 제품 수정 및 발표 자료 제작

구성원 및 추진체계

- 임준영 : 시뮬레이션 설계, 길찾기 알고리즘 보완/수정, 드론 주행 및 통신 코드 제작
- 김진원 : 길찾기 알고리즘 제작
- 김태완 : 시뮬레이션 설계, 드론 주행 코드 제작
- 김도현 : 길찾기 알고리즘 제작, 통신 앱 제작 및 배포

설계

설계사양

제품의 요구사항

- ◇ 드론은 일정한 속도로 비행한다.
- ◇ 드론은 카메라를 통해 트랙을 인식하고, 스스로 앞으로 어느 방향으로 나아가는지를 정한다.
- ◇ 드론의 속도와 비행시간 등은 웹페이지를 통해 제어가 가능하다.
- ◇ 사용자는 드론 페이스메이커를 사용하기 위해 드론에 대한 지식을 가질 필요가 없으며, 그저 앱 을 통해 설정을 변경하는 것만으로 드론 페이스메이커를 사용할 수 있다

설계 사양

하드웨어 스펙 조건

- 1) 드론 프레임 
     카메라, 라즈베리 파이의 커스텀이 가능한 드론 프레임 키트 구매, 아래의 링크 제품 구매 예정.
     링크 :https://www.falconshop.co.kr/shop/goods/goods_view.php?goodsno=100005329&category=064001

- 2) board specs
    초기 목표인 실시간 이미지 처리가 가능해야함, 이미지 연산에 어느정도의 cpu, ram 스펙이 필요한지 모르는 상황에서 설계
    라즈베리 파이 4 cpu spec: Raspberry Pi 4 uses a Broadcom BCM2711 SoC with a 1.5 GHz 64-bit quad-core ARM Cortex-A72 processor, with 1 MB shared L2 cache.
    라즈베리 파이 4 ram : 4GB
    라즈베리 파이 3 cpu specs:  Broadcom BCM2837 SoC with a 1.2 GHz 64-bit quad-core ARM Cortex-A53 processor, with 512 KB shared L2 cache
    라즈베리 파이 3 ram : 1GB
    
    카메라 2대의 동시 이미지 처리를 위해, cpu 스펙이 대폭상승한, 라즈베리 파이 4 사용, 무게는 거의 동일하기 때문에 고려하지 않음 (300g)

- 3) 통신  
     개요 : 빠르고, 신호를 받는 서버 측에서 간단하게 사용 해야함
     통신 프로토콜 : 1) http 
                  2) ws
     이유 : https 프로토콜로 제작시, 통신을 받는 서버 측에서, ssl을 위한 키 페어를 생성해야하는 과정을 피하기 위해 http 사용

개념설계안

내용

이론적 계산 및 시뮬레이션

내용

상세설계 내용

QT 기반 시뮬레이션 툴에서 가상의 달리기 트랙을 설정해서, 트랙을 인식하여 일정속도로 주행하는 드론 시뮬레이션 프로그램을 제작. 동작 시 , 드론의 초기 설정값은 웹 앱을 통해 입력받도록 함

- 시뮬레이션 (임준영 김태완, 여기 쓰시오)

-  드론 조작

- 이미지 분석
   - open cv 를 통해 전면의 카메라 이미지를 분석
   - sliding window 방식을 이용하여, 이미지 상의 곡선과 직선의 좌표를 알아내어 드론의 위치를 조정
   - 노이즈, 이미지 분석의 완성도를 위해서 마스킹, 가우시안 필터 등의 기법을 적용

- 통신 앱 
   - 드론의 초기값 설정을 동적으로 지정하기 위한 리액트 앱 제작
   - http 프로토콜로 연결, tcp 소켓 통신을 하기 위해 동적으로 시뮬레이터의 ip 주소를 전달받아 기기로 전달
   - http프로토콜 지원을 위한 aws -s3 를 이용한 웹 호스팅 이용

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

내용

포스터

내용

완료작품의 평가

내용

향후계획

내용

특허 출원 내용

내용

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 월 : 구현과제 설정, 요구사항 결정, 사용 기술 스택 및 하드웨어 스펙 조사
-월 : 사용 기술 스택 및 하드웨어 스펙 조사, 구현 방향성 설정 및 프로토 타입 제작
+월 : 사용 기술 스택 및 하드웨어 스펙 조사, 구현 방향성 설정 및 프로토타입 제작
-월 : 프로토 타입 제작
+월 : 프로토타입 제작
-      - 시뮬레이션(QT) 환경에서 dronekit-library 구동 및 구현 환경 설정
+ - 시뮬레이션 환경에서 dronekit 라이브러리를 사용한 자율주행 코드 구동 및 구현 환경 설정
-      - 길찾기 알고리즘 제작 ( open cv 이미지 분석, canny edge filter, sliding window 등 사용)
+ - 길찾기 알고리즘 제작(OpenCV 이미지 분석, Canny Edge Filter, Sliding Window 등 사용)
-월 : 5월 결과 기반으로 프로덕트 제작, 발표 자료 제작
+월 : 5월 결과를 기반으로 제품 수정 및 발표 자료 제작
 ====구성원 및 추진체계====
-  - 임준영 : 시뮬레이션 설계, 길찾기 알고리즘 보완, 수정,
+  - 임준영 : 시뮬레이션 설계, 길찾기 알고리즘 보완/수정, 드론 주행 및 통신 코드 제작
-  - 김진원 : 길찾기 알고리즘 제작,
+  - 김진원 : 길찾기 알고리즘 제작
-  - 김태완 : 시뮬레이션 설계
+  - 김태완 : 시뮬레이션 설계, 드론 주행 코드 제작
   - 김도현 : 길찾기 알고리즘 제작, 통신 앱 제작 및 배포