http://capstone.uos.ac.kr/mie/api.php?action=feedcontributions&feedformat=atom&user=Mie201803MIE capstone - 사용자 기여 [ko]2026-06-08T14:00:16Z사용자 기여MediaWiki 1.28.2http://capstone.uos.ac.kr/mie/index.php?title=3%EC%A1%B0_-_%ED%83%80%EC%9D%B4%ED%83%80%EB%8B%89&diff=38243조 - 타이타닉2018-12-19T12:57:35Z<p>Mie201803: /* 과제 팀명 */</p>
<hr />
<div><div>__TOC__</div><br />
<br />
==프로젝트 개요==<br />
=== 기술개발 과제 ===<br />
''' 국문 : ''' 얼굴인식을 통한 자동출석체크<br />
''' 영문 : ''' Attendance check system by facial recognition<br />
<br />
===과제 팀명===<br />
타이타닉<br />
<br />
===지도교수===<br />
김00 교수님<br />
<br />
===개발기간===<br />
2018년 9월 ~ 2018년 12월 (총 4개월)ㅇㅇㅇ<br />
<br />
===구성원 소개===<br />
서울시립대학교 기계정보공학과 20124300** 이**(팀장)<br />
<br />
서울시립대학교 기계정보공학과 20124300** 이**<br />
<br />
서울시립대학교 기계정보공학과 20124300** 이**<br />
<br />
서울시립대학교 기계정보공학과 20124300** 윤**<br />
<br />
<br />
<br />
==서론==<br />
===개발 과제의 개요===<br />
1. 요약<br />
2. 제품 및 기술의 현황<br />
우리 조가 본 프로젝트에서 개발하고자 하는 것은 안면 인식 기술을 통해 학생들의 출결<br />
여부를 확인해주는 자동 출석 체크 장치이다. 대학교내에서 강의 시간의 일부를 학생들의<br />
출석을 확인하는 데에 사용해왔던 현재까지와는 달리 우리 조는 자동 출석 체크 장치를 설<br />
계 및 개발하여 이러한 손실들을 없애려 한다. 일반 대학들의 비싼 등록금으로부터 나오는<br />
강의 시간당 드는 비용을 고려해볼 때, 우리는 본 장치의 개발로부터 큰 경제적 효과를 기<br />
대할 수 있으며 늘어난 강의시간을 통해 학생들에게 더 나은 교육 환경을 제공해 줄 수 있<br />
다.<br />
가. 제품 및 특허 동향<br />
◇ 다양한 방식을 통한 출석체크<br />
1. 아날로그 방식<br />
이름을 호명하거나 시험을 통하여 출석체크를 하는 아날로그 방식이다.<br />
장점 : 직접 체크하는 방식이기 때문에 정확하게 출석체크를 할 수 있다.<br />
단점 : 호명하는 방식일 경우 대규모 강의실에서는 대리출석, 출석체크를<br />
막지 못하고 시간이 많이 소요된다. 시험을 통한 방식은 지각을 체크하<br />
기 어려우며 매 시간 시험을 봐야하는 불편함이 생긴다.<br />
2. RFID 방법<br />
학생증을 기기에 접촉하여 출석체크하는 방식이다.<br />
장점 : 학생증을 이용하는 방식이기 때문에 정확하게 출석체크를 할 수<br />
있으며 카드를 접촉만 하면 되기 때문에 시간을 절약할 수 있다.<br />
단점 : 타인의 학생증을 이용한 대리출석을 방지할 수 없고 RFID 시스<br />
템을 구축하는데 많은 비용이 소모된다.<br />
3. 지문인식 방법<br />
사람마다 다른 지문을 이용하여 출석 체크하는 방식이다.<br />
장점 : 사람마다 다른 신체를 사용하기 때문에 대리 출석을 방지 할 수<br />
있으며 출석체크 시간 또한 절약할 수 있다.<br />
단점 : 시스템 구축에 많은 비용이 소요되며 양손에 짐이 있을 경우 내<br />
려놓은 후 체크해야한다. 그 뿐만 아니라 겨울철이나 작업, 실험 같은<br />
작업으로 인해 지문에 이상이 생길 경우 인식을 못하는 경우가 생긴다.<br />
4.블루투스 방식<br />
블루투스와 핸드폰 애플리케이션을 이용하여 출석 체크하는 방식이다.<br />
장점 : 상당한 출석체크 시간을 절약 할 수 있으며 요즈음 타인에게 대<br />
여하기 힘든 필수템인 핸드폰을 이용한 방식이기 때문에 대리출석 또<br />
한 어느 정도 방지 가능하다. 그 뿐만 아니라 자신의 출결상황을 쉽게<br />
알아 볼 수 있다.<br />
단점 : 스마트폰을 이용한 방식이기 때문에 스마트폰이 없거나 스마트<br />
폰의 전력이 없을 경우 출석체크에 어려움이 생긴다. 또한 블루투스가 닿는 거리에서 출석<br />
이 가능하기 때문에 교실 밖에서도 출석이 가능하다. 가장 최근에 시작된 방식으로 기술 행<br />
정상 여러 가지 에러가 존재한다.<br />
◇ 유사 제품1)<br />
1. AC-7000<br />
유니온 커뮤니티에서 2014년 12월 출시한<br />
AC-7000은 안면 인식, 카드 인식, 지문 인<br />
식이 모두 가능하다. 단말기 CPU의 성능은<br />
806MHz이며 0.5초 내에 인식이 가능하고<br />
약 10,000명의 데이터를 보관할 수 있다.<br />
화면이 출력되는 LCD의 크기는 4.8인치이<br />
며 단말기의 전체적인 크기는 약 9.2인치이<br />
다.<br />
2. Entrol Label5<br />
엔트롤에서 2016년 10월 출시한 Entrol<br />
Label5은 안면 인식, 지문 인식이 가능하<br />
다. 단말기 CPU의 성능은 1GHz이며 0.5초<br />
내에 인식이 가능하고 약 1,000명의 데이<br />
터를 보관할 수 있다.<br />
화면이 출력되는 LCD의 크기는 2.8인치이<br />
며 단말기의 전체적인 크기는 약 9.25인치<br />
이다.<br />
3. Smart Face 2(SFA-2)<br />
Kmedia WFS에서 2017년 7월 출시한<br />
Smart Face 2(SFA-2)은 안면 인식만 가능<br />
하다. 단말기 CPU의 성능은 400MHz이며<br />
0.7초 내에 인식이 가능하고 약 500명의<br />
데이터를 보관할 수 있다.<br />
화면이 출력되는 LCD의 크기는 4인치이<br />
며 단말기의 전체적인 크기는 약 9인치이<br />
다.<br />
4. FaceStation 2<br />
Suprema에서 2017년 12월 출시한<br />
FaceStation 2은 안면 인식만 가능하다. 단<br />
말기 CPU의 성능은 1.4GHz 쿼드코어이며<br />
0.003초 내에 인식이 가능하고 약 30,000<br />
명의 데이터를 보관할 수 있다.<br />
화면이 출력되는 LCD의 크기는 4인치이<br />
며 단말기의 전체적인 크기는 약 8.65인치<br />
이다.<br />
위의 4가지 제품들을 서로 비교해 볼 때, 하나의 단말기에서 여러 가지 인식 기술이 실행<br />
되는 것 보다는 한 가지 기술에 집중하면서 동시에 CPU의 성능과 데이터 저장능력을 향상<br />
시키는 방향으로 나아가고 있다. 현재 우리 조에서 사용하려는 라즈베리파이3 모델 B+의<br />
CPU의 성능은 1.4GHz이며, MS 서버에서는 수백 만 개의 데이터를 저장할 수 있다. 이를 통<br />
해 가장 최근에 출시된 FaceStation 2와 비슷한 성능을 보일 것으로 예상할 수 있다.<br />
◇ 관련 특허2)<br />
1. 좌표와 인증번호를 활용한 스마트 출석체크 시스템 (10-2016-0094543)<br />
Smart attendance check system using the coordinates and the authentication number<br />
100 : 교수 모바일 단말기<br />
300 : 출석 체크 서버<br />
400 : 학생 모바일 단말기<br />
본 발명은 좌표와 인증번호를 활용한 스마트 출석체크 시스템에 관한 것으로, 교내 무선랜<br />
에 접속되어 교수 위치정보가 생성되고, 출석체크를 위한 인증번호가 입력되는 교수 모바일<br />
단말기, 강의실 내에 마련되며, 상기 인증번호를 표시하는 표시 장치, 상기 교수 모바일단말<br />
기에 인증번호가 입력되면, 학생 모바일단말기에 출석체크를 위한 출석체크 알림을 전송하<br />
는 출석체크 서버 및 상기 출석체크 서버로부터 상기 출석체크 알림을 전송받으면, 교내 무<br />
선랜에 접속되어 학생 위치정보가 생성되고, 출석체크 확인을 위해 상기 표시 장치에 표시<br />
된 상기 인증번호가 입력되면, 상기 인증번호를 상기 출석체크 서버로 전송하는 복수의 학<br />
생 모바일단말기를 포함하며, 상기 출석체크 서버는 상기 학생 모바일단말기에서 입력된 상<br />
기 인증번호를 전송받고, 상기 교수 모바일단말기로부터 전송받은 인증번호와의 일치 여부<br />
를 판단한 후 일치하면, 상기 학생 모바일단말기에서 학생위치정보와 상기 교수 모바일단말<br />
기에서 교수위치정보를 수신받아 상기 학생위치정보와 상기 교수위치정보와의 일치 여부를<br />
판단하여 출석처리된 학생 및 결석처리된 학생으로 구분되는 출석체크정보를 생성하는 것을<br />
특징으로 한다.<br />
2. 휴대폰 이용 위치기반 출석처리시스템 (10-2017-0014321)<br />
System and methods for location-based attendance management using a mobile phone<br />
본 발명은 학교나 기업 또는 단체에서 강의시간에 구성원의 출석을 체크하기 위한 출석처<br />
리 시스템으로서 블루투스(Bluetooth)기능이 포함된 휴대폰을 구성인이 구비하고, 강의실마<br />
다 적어도 한대 이상의 강의실식별용 블루투스 비콘(Beacon)이 설치되고, 출석처리를 하며<br />
상기 휴대폰과 무선데이터통신망으로 접속되는 출석처리서버가 구비되고, 상기 휴대폰에 출<br />
석처리 앱(어플리케이션 프로그램)이 구비되어 구성원이 출석처리 앱을 실행할 때 출석처리<br />
앱에 구성원의 강의실정보와 강의시간 정보가 있을 경우 또는 없을 경우에도 구성원이 출석<br />
처리요청보턴을 누르면 강의실식별정보가 구성원정보와 함께 서버로 송출되어 서버에 있는<br />
구성원의 강의실정보와 강의시간정보를 확인하여 출석 처리할 수 있는 장점이 있다.<br />
3. 블루투스와 스마트 디바이스 지문인식 센서를 이용한 출석 체크 시스템 및 방법<br />
(10-2017-0026204)<br />
ATTENDANCE CHECK SYSTEM AND METHOD USING BLUETOOTH AND FINGERPRINT<br />
SENSOR OF SMART DEVICE<br />
블루투스와 스마트 디바이스 지문인식 센서를 이용한 출석 체크 시스템은, 서버에 강의실<br />
과 관련된 고유값을 전송하고 상기 서버로부터 상기 고유값에 해당하는 강의<br />
UUID(universal unique identification)를 수신하며, 수신된 강의 UUID에 기반하여 애드버타<br />
이징 신호를 송출하는 비콘; 출석자가 소지하는 스마트 디바이스로서, 지문인식 센서를 포함<br />
하여 출석자의 지문인증을 수행하며, 상기 비콘으로부터 수신된 강의 UUID에 기반하여 상<br />
기 서버에 접속하는 스마트 디바이스; 및 상기 강의 UUID, 강의 정보, 출석 정보, 및 출석자<br />
ID를 저장하는 데이터베이스를 포함하며, 상기 스마트 디바이스에서 출석자의 지문 인증이<br />
성공하는 경우 상기 스마트 디바이스로부터 수신한 출석자 ID 및 강의 UUID에 기반하여 출<br />
석 체크를 수행하는 서버를 포함한다.<br />
출석체크와 관련된 특허는 꾸준히 등록되어왔다. 그 중에서도 주로 모바일을 이용한 전자<br />
출결시스템에 관련된 특허들이 많이 출원되어왔지만 최근에는 지문, 안면 등 사람들의 신체<br />
적 데이터를 이용한 출결시스템이 등록되고 있다.<br />
나. 기술의 현황 및 로드맵<br />
◇ 기술 로드맵<br />
우리 조가 제안하는 제품은 센서를 이용하여 사람을 인식한 뒤 사람의 얼굴의 높<br />
낮이에 맞게 기구의 상하운동을 제어하고 카메라를 통한 얼굴을 인식하여 data<br />
base와 비교 대조하는 기술로서 각 기술들의 기반들과 방법 및 특징을 바탕으로 기<br />
술로드맵을 작성하였다.<br />
사람의 키에 따른 카메라의 높낮이를 조절하기 위해 서보 모터와 벨트&풀리 또는<br />
랙&피니언 기어를 사용할 수 있다. 벨트&풀리를 이용한 설계가 랙 & 피니언 기어<br />
를 이용한 설계보다 보다 높은 하중을 지지할 수 있고 작동 시 발생하는 소음이 적<br />
으므로 벨트&풀리를 이용하여 카메라 높낮이 조절을 할 것이다.<br />
사람의 위치를 파악하고 인식하기 위해 온도, 적외선, 초음파 센서를 사용할 수 있<br />
다. 온도 센서의 경우 온도가 높은 환경일 경우 인식이 다소 불안정 할 수 있으며<br />
초음파 센서가 그 중 비교적 저렴하고 안정된 상태에서 손쉽게 사용할 수 있기 때<br />
문에 초음파 센서를 이용할 것이다.<br />
MS에서 제공하는 얼굴인식 API를 이용하여 python과 라즈베리파이를 통해 얼굴인<br />
식시스템을 구현하고 MS 서버에 있는 학생 얼굴 데이터와 비교 대조를 하는 시스<br />
템 구현하는 것이 목표이다.<br />
다. 당 개발과제의 수준 및 위치<br />
APPLE사의 경우 TrueDepth 카메라 시스템, Secure Enclave, Neural Engine 등 가장<br />
정교한 기술이 한데 모여 스마트폰 사상 가장 보안성이 뛰어난 안면 인증 기술<br />
Face ID를 완성했다. Face ID는 첨단 머신 러닝을 통해 사람의 외모 변화를 인지하<br />
기 때문에 모자를 쓰고, 안경을 써도 알아볼 수 있다. 또한 도트프로젝터를 통해 안<br />
면 인식률을 100% 가까이 끌어올리는 등의 세계 최고의 기술력을 보이고 있다.3)<br />
우리 조의 프로젝트는 위의 기술력 보다는 한 단계 낮은 수준의 이미지처리기법을 사용하<br />
려 한다. 본 프로젝트는 기술적인 측면에서는 큰 경쟁력을 갖지 못하지만 비용적인 측면에<br />
서 큰 경쟁력을 갖추고 있으므로 최종목표였던 저렴한 자동 출석 체크 장치를 설계하는 것<br />
에는 부합한다.<br />
<br />
3. 설계사양<br />
번호 요구사항 중요도 실현 가능성<br />
1 사람이 앞에 있을 때 얼굴의 위치를 정확히 찾아내야 한다. 상 □<br />
2 필요한만큼 카메라의 이동이 가능해야 한다. 상 □<br />
3 카메라 화면을 LCD로 보여 주어야 한다. 중 □<br />
4 얼굴 비교 시 정확성이 높아야 한다. 상 □<br />
5 출석과 지각을 구분할 수 있어야 한다. 상 □<br />
6 IT회사 서버와 원활한 통신이 가능하여야 한다. 상 □<br />
7 등록 가능한 얼굴 수가 충분해야 한다. 중 ○<br />
<br />
◇ 제품 희망사항<br />
○: 가능성 100%, □: 실현하는데 시간 다소 필요, △: 실현하는데 많은 시간 필요<br />
◇ 목적 계통도<br />
얼굴인식출석체크<br />
저렴한 비용으로 제작이<br />
가능하며 사용자 또한<br />
합리적인 가격으로<br />
이용이 가능하다.<br />
기기를 이동할 수 있기<br />
때문에 장소에 큰 영향을<br />
받지 않는다.<br />
복잡하지 않은<br />
하드웨어로 고장이 적다.<br />
정확성<br />
사진과 카메라로 찍을 사진<br />
비교 시 정확한 판단을 할 수<br />
있어야 한다.<br />
카메라 앞에 사람이 서 있을<br />
때와 없을 때를 구별할 수<br />
있어야 하며 사람이 서 있을<br />
때 작동해야 한다.<br />
사람이 카메라 앞에 서 있을<br />
시 사람의 얼굴 위치를<br />
확실히 파악해야 한다.<br />
시간에 따른 출석과 지각을<br />
정확히 판단해야 한다.<br />
심미성<br />
소음을 최소화<br />
효율성<br />
하드웨어 측면<br />
빠른 비교를 통하여<br />
출석에 소요되는 시간을 절약할<br />
수 있다.<br />
직관성 있는 코딩으로 문제가<br />
생길시 빠르게 원인 분석이<br />
가능하며 소프트웨어적인<br />
오류가 적다.<br />
소프트웨어 측면<br />
웨어적 측면과 기기 몸체, 물리적 부분과 관련 있는 하드웨어적 측면으로 나누어지며 각 분<br />
야에서 장점을 나타낸다. 정확성은 각 과정에서 정확도를 요구하는 부분을 나타내었다.<br />
◇ 기능 계통도<br />
사람을 인식한다. 카메라를 얼굴 위치로 이동시킨다.<br />
LCD화면에 얼굴이 나오며 얼굴을<br />
촬영한다.<br />
촬영된 사진을 타 IT회사 서버로<br />
전송하여 등록된 사진과 동일인임을<br />
판단한다.<br />
결과가 나오면 기기로 결과를 통보해<br />
준다.<br />
동일인물일 경우 시간을 이용하여<br />
지각, 출석을 판단한 후 처리한다.<br />
기능 계통도는 얼굴인식 출석체크의 알고리즘을 보여준다. 우선 사람이 기기 앞에 설 경우<br />
온도 센서가 반응을 한다. 초음파 센서를 이용하여 카메라를 얼굴위치로 이동시킨다. 이때<br />
LCD에서는 카메라를 통한 화면을 볼 수 있으며 카메라는 얼굴이 인식되면 사진을 찍는다.<br />
사진을 IT회사 서버로 전송하여 동일인 여부를 판단한다. 등록된 사진과 동일인이면 출석을<br />
체크한다.<br />
나. 요구 사항의 수학적 모델링<br />
◇ 설계 변수<br />
- 카메라 이동거리(약 40cm)<br />
- 카메라 이동방법(체인, 밸트와 풀리, 랙과 피니언 방식)<br />
- 사용할 센서의 종류(초음파, 적외선센서)<br />
- 축의 재질(철, 플라스틱, 목재)<br />
- API 회사( MS, Google, Apple)<br />
- 사용할 CPU(아두이노, 라즈베리파이, ATmega)<br />
<br />
◇ 제약 조건<br />
- 한정된 자금을 이용하여 만들어야 한다.<br />
- 축에 하중이 가해질 시 버틸 수 있어야 한다.(50g의 집중하중을 버틸 수 있어야 한다.)<br />
- 모든 학생들의 얼굴을 인식 할 수 있어야 한다.(2015년 4월 기준 학생수가 가장 많은 연<br />
세대학교의 학부/학생 수는 39402명 따라서 40000명 이상 등록이 가능하여야 한다.)<br />
◇ 목적<br />
- 150 ~ 190cm 성인의 얼굴까지 카메라를 이동시켜 사진을 촬영한다.<br />
- 수업시간에 방해가 되지 않도록 한다.(소음 최소화)<br />
다. 설계변수 중요도<br />
설계변수 중요도는 위의 그래프와 같다. 지각생이 출석체크 시 카메라 이동으로 인한 소음<br />
이 수업에 방해가 되는 것을 방지해야 한다. 그뿐만 아니라 카메라 이동 방식이 정해져야<br />
전체적인 모양을 설정할 수 있기 때문에 이동방법 부분은 가장 중요한 5점을 받았다. 사용<br />
할 CPU 부분도 5점인데 CPU의 성능이 부족하면 원하는 작업을 못하고 CPU가 너무 비싸<br />
면 예산 부족으로 제작을 할 수 없기 때문에 중요도 5점을 부여받았다. 카메라의 이동거리<br />
는 학생들의 키와 관련이 되어있다. 카메라를 찍을 수 있는 능력이기 때문에 중요하지만 제<br />
작자가 변위를 어느정도로 설정하느냐에 따라 변경이 가능하므로 4점을 주었다. 축의 재질<br />
은 풀리, 밸트, 카메라와 초음파 세서의 하중을 견딜 수 있어야 한다. 플라스틱이 이 하중을<br />
견딜 수 있다면 3D프린터를 이용한 제작을 할 수 있게 되며 목재부터 견디기가 가능하면<br />
<br />
철제보다 싼 목재 축을 사용하게 되기 때문에 중요하다. 하지만 플라스틱과 목재의 대체재<br />
가 존재하기 때문에 중요도는 3점이 되었다. API회사 부분은 인식률이 가장 큰 비중을 차지<br />
한다. 하지만 모든 회사들의 성능은 최소 기준을 만족하기 때문에 중요도는 2점이 되었다.<br />
마지막으로 센서 종류 부분은 어느 센서를 사용해도 측정을 하는데 큰 무리가 없다. 비용,<br />
무게와 같은 주변 요소의 영향이 크기 떄문에 중요도는 1점이 되었다.<br />
가. 설계안의 구체적 내용<br />
◇ IT 협력업체 비교<br />
(괄호 안은 만점을 뜻한다.)<br />
사진을 서버로 보내면 판별하는 프로그램에는 두가지가 있다. MS에서 만든 FACE API4)와<br />
GOOGLE에서 만든 클라우드 비젼5)이다. 우선 이 두회사는 IT업계 종사자 뿐만 아니라 일반<br />
인들도 모두 알고 있는 매출 상위권의 대기업이다. 따라서 회사가 망하거나 소프트웨어가<br />
사라지는 위험도가 일반 기업보다 높기 때문에 신용도를 만점을 주었다. 또한 가격 부문에<br />
서는 차이가 있는데 MS의 경우 1000장 당 약 1125원인데 반해 GOOGLE은 1000장 당 약<br />
1677원이었다. 이 부분에서 점수의 차이가 생겼다.(이번 프로젝트에서는 1달 무료 체험을 사<br />
용할 예정이므로 소요되는 비용은 없다). 등록가능 인원은 두 회사 모두 충분한 사진등록이<br />
가능하기 때문에 만점을 주었다. 가장 큰 차이를 보이는 부문은 전문성이다. MS의 경우 얼<br />
굴 인식을 전문적으로 하여 높은 인식률을 보여주는 API인데 비해 GOOGLE의 클라우드 비<br />
젼은 얼굴인식, 로고, 배경 등 다양한 분야를 아우르는 API이다. 하지만 우리는 얼굴인식만<br />
할 예정이므로 MS의 FACE API에 높은 점수를 주었고 최종 선택을 하였다.<br />
<br />
제품명 아두이노 라즈베리파이<br />
가격(2) 2 1<br />
접근성(2) 2 1<br />
적합성(6) 1 5<br />
총점(10) 5 7<br />
품명 웜과 웜기어 벨트 풀리 체인<br />
가격(5) 4 5 3<br />
소음(5) 4 5 4<br />
동력전달(5) 5 4 5<br />
구현도(5) 3 5 4<br />
심미성(5) 5 5 3<br />
총점(25) 21 24 19<br />
◇ 기판 비교<br />
기판은 라즈베리파이와 아두이노 두 개의 제품을 비교하였다. 가격 부문은 아두이노가 더<br />
싸기 때문에 더 높은 점수를 주었다. 접근성 부문 역시 상대적으로 더 배우기 쉬운 소프트<br />
웨어로 구성되어있는 아두이노의 점수가 더 높았다. 하지만 적합성에서 라즈베리파이가 큰<br />
점수를 받았는데 카메라, 그래픽, 센서, 모터 모두 제어 가능한 라즈베리파이에 비해 아두이<br />
노는 센서와 모터의 제어까지만 가능하였다. 그 결과 더 적합한 라즈베리 파이를 선택하였<br />
카메라를 이동시키는 방법은 세 가지 안이 나왔다. 우선 가격은 벨트 풀리가 가장 쌌기 때<br />
문에 높은 점수를 받았으며 가장 비싼 체인은 낮은 점수를 받았다. 다음 항목인 소음은 수<br />
업을 방해 할 수도 있기 때문에 고려하였는데 기어와 체인에 비하여 벨트의 소음이 가장 적<br />
게 나기 때문에 가장 높은 점수를 받았다. 다음 동력전달 부문에서는 이가 맞물려 돌아가는<br />
체인이나 웜기어에 비해 벨트는 전달력이 낮기 때문에 낮은 점수를 받았다. 구현도는 모터<br />
의 동력과 카메라 이동 거리 등을 고려하였을 때 현실적으로 적합한 부품을 찾는 부문이다.<br />
4~60cm 정도를 이동하기 때문에 벨트와 체인이 웜기어보다 높은 점수를 받았다. 심미성은<br />
<br />
- 13 -<br />
품명 온도센서 적외선 센서 초음파 센서<br />
가격(5) 3 4 5<br />
감도조절(5) 3 2 4<br />
적합성 2 3 3<br />
총점(25) 8 9 12<br />
제품명 스텝모터 서보모터<br />
가격(2) 1 2<br />
접근성(5) 3 5<br />
적합성(5) 3 4<br />
총점(10) 7 11<br />
완성 되었을 시 외관을 고려한 점수로 벨트와 웜기어의 점수가 체인에 비해 상대적으로 높<br />
게 측정되었다. 그 결과 총점이 가장 높은 벨트 풀리가 선택 되었다.<br />
◇ 센서 비교<br />
사람 감지를 위한 센서 선택에서 세 가지 안이 나왔다. 우선 가격은 초음파 센서가 가장<br />
쌌기 때문에 높은 점수를 받았으며 가장 비싼 온도 센서는 낮은 점수를 받았다. 다음 항목<br />
인 감도조절은 다른 물건이나 온도 등 사람을 보다 정확하게 감지하기 위해 고려하였는데<br />
온도 센서와 적외선 센서보다 초음파 센서는 정교한 감도조절이 가능하기 때문에 가장 높은<br />
점수를 받았다. 다음 적합성에서는 사람을 인식하는데 적합한지를 판단하는 기준으로 온도<br />
의 경우 날씨의 영향을 받을 수 있기 때문에 가장 낮은 점수를 받았다. 그 결과 총점이 가<br />
장 높은 초음파 센서가 선택 되었다.<br />
◇ 모터 비교<br />
- 14 -<br />
품명 플라스틱 목재 철<br />
가격(5) 5 5 4<br />
무게(5) 5 3 1<br />
강도(2) 1 1 2<br />
수정능력(1) 1 1 0<br />
가산점(2) 2 0 0<br />
총점(15) 14 10 7<br />
높낮이 조절을 위한 모터로는 두 가지 안이 나왔다. 우선 가격은 서보 모터가 스텝 모터에<br />
비해 쌌기 때문에 높은 점수를 받았다. 다음 항목인 접근성은 서보모터가 스텝모터 보다 제<br />
어하기 쉽기 때문에 높은 점수를 받았다. 다음 적합성에서는 높낮이 조절을 하기 위한 토크<br />
가 서보모터가 더 크기 때문에 서보모터가 더 높은 점수를 받았다. 그 결과 총점이 가장 높<br />
은 서보모터가 선택 되었다.<br />
◇ 축 재질 비교<br />
카메라 이동 부분에서 밸트와 풀리를 이용하기로 결정되었기 때문에 풀리를 고정할 축이 중<br />
요해졌다. 위의 표는 축의 3가지 재질 플라스틱, 목재, 철강을 비교한 표이다. 가격은 목재와<br />
플라스틱이 철강에 비해 싸기 때문에 높은 점수를 받았다. 무게는 가벼운 순으로 높은 점수<br />
를 받았다. 강도 부분은 가장 좋은 철이 최고점을 받았으나 나머지 재질들 또한 풀리를 버<br />
틸수 있기 때문에 1점을 부여하였다. 수정 능력 분야는 만일 축이 풀리와 일치하지 않을 경<br />
우 축을 수정할 수 있는지에 대한 여부인데 목재와 플라스틱은 사포를 통해 어느정도 수정<br />
이 가능하여 1점을 주었다. 가산점은 플라스틱만 받게 되었는데 다른 제품들은 주문제작을<br />
해야 하는 것에 비해 플라스틱은 3D프린터를 이용하여 손쉽게 제작할 수 있기 때문에 만점<br />
을 주었다. 최종적으로 플라스틱이 최고점을 받아 3D프린터를 이용하여 축을 제작하기로 하<br />
였다.<br />
- 15 -<br />
◇ 프로토 타입<br />
좌측의 모형과 같이 만들 예정이다. 키가 140 ~ 200cm 사이<br />
인 사람을 측정할 것이므로 카메라는 최대 60cm를 이동하게<br />
된다. 따라서 120cm정도 빈 상자를 두고 그 위에 벨트와 풀리<br />
를 설치한다. 벨트에는 카메라와 초음파 센서를 달 예정이다.<br />
본체의 경우 바닥에는 바퀴를 달아 이동할 수 있게 만들 것이<br />
고 본체 안에는 모터와 라즈베리파이가 설치될 것이며 외관에<br />
는 LCD가 부착 될 것이다.<br />
나. 평가 기준<br />
기 능 평 가 항 목 평 가 방 법 적용기준<br />
개 발<br />
목표치<br />
비중<br />
(%)<br />
얼굴인식<br />
1. 얼굴 인식 얼굴 대조 평가 성공/실패 성공 25<br />
2. 로컬 저장 얼굴인식 후 로컬 확인 성공/실패 성공 10<br />
출석체크<br />
3. 출결 처리<br />
확인<br />
얼굴인식 후 로컬 확인 성공/실패 성공<br />
25<br />
4. 경고 LED<br />
표시<br />
잘못된 얼굴 인식 후<br />
LED점등 확인<br />
성공/실패 성공 10<br />
구동성<br />
5. 초음파 센서<br />
작동 여부 얼굴인식 후 카메라 이동<br />
확인<br />
팀원 평가<br />
성공/실패 성공 15<br />
6. 모터 구동 성공/실패 성공 15<br />
- 16 -<br />
5. 상세설계안<br />
가. 최종 설계안의 구체적 내용<br />
1. 하드웨어 부분<br />
◇ 제품의 상세 설계안<br />
◇ 제품의 동작 원리<br />
제품의 하단부에서 모터로부터 동력이 축에 전달되어 축이 회전하고 동시에 축과 연결되어<br />
있는 pulley가 회전하면서 맞물려 있는 벨트가 상하 운동을 하게 된다. 벨트가 위아래로 움<br />
- 17 -<br />
직이면 벨트에 접착되어있던 초음파센서가 사용자의 위치를 파악하고 동시에 카메라가 사용<br />
자를 촬영함으로써 안면을 인식할 수 있다.<br />
위의 그림만으로는 제품의 동작원리를 정확히 파악하기 어려우므로 제품의 상단부와 하단<br />
부를 나누어서 자세히 살펴보도록 한다.<br />
◇ 기능의 전개 및 구성<br />
1. 제품의 상단부<br />
나무상자의 상단부에 풀리를 축과 함께 고정시킨 모습이다. 풀리의 구멍의 크기가 5mm이<br />
므로 축도 최대한의 하중을 버틸 수 있게 5mm직경의 원통형 모형으로 했지만 작동 과정에<br />
- 18 -<br />
서 pulley가 좌우로 움직이는 것을 막기 위해 실제로 pulley가 고정될 축의 중앙부분은 직경<br />
을 조금 더 작게 하였다. 축은 브라켓과 나사를 통해 양 옆을 고정시켰다. 이 때 브라켓의<br />
돌출부의 내경은 8mm, 축의 직경은 5mm로 약 3mm의 차이가 난다. 이 문제를 해결하기<br />
위해 고무 소재로 된 밴드를 이용할 예정이다. 제품의 상단부에서는 풀리만 회전하고 축은<br />
회전할 필요가 없으므로 별도의 key를 사용하지 않는다. 마찬가지로 축에도 key home이 필<br />
요하지 않다.<br />
2. 제품의 하단부<br />
상단부와 가장 큰 차이점은 모터로부터 나오는 동력이 pulley에 전달되어야 하기 때문에<br />
축과 pulley가 동시에 회전을 해야 한다는 것이다. 그러므로 하단부 축에는 key home이 별<br />
도로 필요하고 마찬가지로 key도 사용해야 한다. 또한 그림의 맨 좌측에 있는 part와 같은<br />
지지대를 별도로 3D프린터를 이용해 제작하여 축이 높이가 고정되며 동시에 자유롭게 회전<br />
할 수 있도록 하였다. 축의 직경은 5mm이므로 축이 자유롭게 회전하기 위해서 지지대의<br />
내경을 5mm보다 큰 6mm로 설정하였다.<br />
- 19 -<br />
3. 완성된 모형<br />
360도 회전이 가능한 서보모터를 사용하기 때문에 pulley의 크기는 크게 고려하지 않았지<br />
만 pulley와 세트로 구입해야하는 벨트의 경우에는 전체길이가 960mm인 것을 골라서 벨트<br />
에 부착된 카메라와 센서가 최소한 40cm 이상을 이동할 수 있도록 하였다.<br />
- 20 -<br />
값이 TRUE 일 경우 반응<br />
적외선센서 ㅡ＞ 초음파센서 작동 시작<br />
초음파센서 ㅡ＞ 모터작동 시작<br />
MS서버에서의 응답 ㅡ＞ LED등 점등<br />
값이 False 일 경우 반응<br />
적외선센서 ㅡ＞ 모든 기기들 작동 off<br />
초음파센서 ㅡ＞ 모터 정지<br />
MS서버에서의 응답 ㅡ＞ 오류 LED등 점등<br />
①사람 접근<br />
②적외선 인식<br />
(적외선 값 TRUE)<br />
④모터 작동 ③초음파 인식 시작<br />
(초음파 값 True)<br />
⑤초음파 센서 값<br />
변환 (초음파 False,<br />
적외선 True)<br />
⑥모터 정지<br />
⑧MS서버 통신 및<br />
데이터와 얼굴 대조<br />
⑦라즈베리파이<br />
카메라 모듈을 통한<br />
사진 촬영 및 LCD<br />
출력<br />
⑨대조 후 결과 값이<br />
True 일 시 LED 점등 ⑩모든 값 defalt<br />
2. 소프트웨어 부분<br />
소프트웨어가 작동하는 부분은 아래와 같다.<br />
우선 사람이 앞에 서게 되면 적외선 센서가 사람을 인식해 TRUE값이 된다. 이 신호는 초음<br />
파 센서가 작동을 하게 만들어주며 초음파 센서의 값이 True면 모터가 작동하기 시작한다.<br />
(초음파 센서가 TRUE인 경우는 발사된 초음파가 사람에 의해 튕겨져 돌아온 경우이다). 사람<br />
이 키를 넘어가게 되면 발사된 초음파는 돌아오지 않기 떄문에 초음파 센서의 값은 False로<br />
변하고 이 변화는 모터의 정지를 야기한다. 모터가 정지하면 라즈베리파이가 카메라 모듈을<br />
이용하여 사진을 촬영한다. 이때 학생들은 카메라에 나오는 모습을 LCD화면을 통하여 확인<br />
할 수 있다. 사진을 촬영하면 촬영된 사진에서 얼굴을 구별한다. 그 후 MS서버로 사진을 보<br />
내 저장된 사진과 비교를 한다. MS에서 결과 값이 TRUE일 경우 LED가 점등된 후 모든 값이<br />
초기화 된다. MS의 값이 False일 경우 오류 LED가 점등된 후 모든 값이 초기화 된다.<br />
- 21 -<br />
3. 기타 부분<br />
1. 초음파 센서<br />
제품명 초음파 센서 HC-SR04<br />
동작 전압 5V<br />
동작 전류 15mA<br />
동작 주파수 40KHz<br />
측정 거리 2cm ~ 4m<br />
측정 각도 15˚<br />
트리거 입력 신호 10us TTL 펄스<br />
응답 출력 신호 측정거리에 비례하는 TTL펄스<br />
크기 45 X 20 X 15mm<br />
우선 얼굴을 인식하는 방법은 다음과 같다. 몸체에 고정되어 있는 온도 센서가 반응을 하<br />
면 사람이 앞에 서있는 것으로 인식이 된다. 그 다음 벨트를 서서히 상승시키며 초음파 센<br />
서가 물체를 감지하지 못할 때 벨트를 멈춘다.(초음파 센서는 벨트에 연결되어있으며 이 순<br />
간은 일정거리 이내에 물체가 없는 경우이며 머리 꼭대기를 의미한다.) 이 때 일정거리를<br />
계산하는 것이 중요한데 계산은 다음과 같다.<br />
1 동안 초음파를 내보내고 다음 1동안 초음파를 받는 방식이며 소리의 속도는 340m/s<br />
이다. 따라서 서리를 계산하는 식은 아래와 같다.<br />
Distance = 340 * t / 2 / 10000<br />
Distance는 물체와의 거리(cm)이며 340은 음속 t는 초음파를 받을 때까지 걸리는 시간을 나<br />
타낸다. 왕복이므로 식을 2로 나누어 주며 단위를 cm로 설정하기 위해 10000으로 나누어준<br />
다. 코딩을 할 때 이러한 식을 이용해 60 ~ 80 cm 이내에 물체가 없으면 벨트가 멈추게 설<br />
정하여 준다.<br />
- 22 -<br />
2. 인체감지 센서<br />
제품명 인체감지센서 HC-SR501<br />
동작 전압 5V<br />
동작 전류 65mA<br />
감지시간 0.2초<br />
측정 거리 7m(주변 온도에 영향받음)<br />
측정 각도 최대 120˚<br />
트리거 입력 신호 TTL 펄스<br />
센서 출력 신호 감지 시 3.3V 없을 시 0V<br />
크기 32 X 23 X 20mm<br />
초음파 센서의 작동 여부를 결정짓는 센서이다. 사람이 앞에 서 있으면 인체감지센서가 신호를 보내<br />
게 되는데 인체 감지 센서의 감지 범위가 큰 영향을 미친다. 이는 센서의 뒷부분에서 수정할 수 있<br />
다. 뒷면은 오렌지 색 원이 두 개 있는데 하나는 민감도 설정, 하나는 출력시간 설정이다.6) 민감도를<br />
설정하여 15˚안에 들어온 사람만 인식하도록 설정한다.<br />
- 23 -<br />
3. 벨트&풀리<br />
제품명 벨트 풀리<br />
풀리 잇수 20<br />
풀리 내경 8mm<br />
풀리 최대 외경 16mm<br />
풀리 높이 16mm<br />
벨트 길이 960mm<br />
벨트 타입 닫힌타입<br />
벨트 재질 고무<br />
두께 1.3mm<br />
카메라가 40cm를 이동할 것이기 때문에 벨트, 풀리의 길이가 중요해졌다. 우선 180˚ 회전 모터를 사<br />
용하는 안이 나왔다. 원의 둘레의 공식은 아래와 같은데<br />
원의 둘레 = 2πr (r은 원의 반지름)<br />
원주/2 = 이동거리를 뜻하기 때문에 반지름이12.7cm인 풀리를 이용해야 한다. 지름 25.4cm인 부분은<br />
벨트를 거는 부분이기 때문에 풀리의 최대 크기는 25.4cm보다 크게 된다. 풀리가 커지면 비용과 무게<br />
도 모두 커지므로 360˚ 회전이 가능한 모터를 사용하기로 하였다. 모터가 360˚회전하기 때문에 풀<br />
리의 크기가 작을수록 좋게 되었다. 그 결과 12mm인 외경(벨트를 거는 부분) 풀리를 사용하게 되었다.<br />
풀리에 벨트를 걸게 되면 위의 모양이 나오는데 ②번 부분은 카메라가 이동할 거리안 40cm가 되며<br />
①번 부분은 풀리 원주의 절반이 된다. 따라서 벨트의 전체적인 길이를 계산하면 2*(①+②)가 된다. 결<br />
과 값은 약 83.8cm가 나오는데 규격에 맞는 제품이 없었기 때문에 96cm의 벨트를 적용하였다. 그 결<br />
과 카메라의 이동거리는 약 45cm가 되었다.-<br />
4. 소프트웨어 코드 설계<br />
사람이 접근 하면 적외선센서가 작동한다. 적외선 센서가 True를 출력하면 모터가 작동하면서<br />
초음파 거리센서의 입력을 받는다. 초음파거리센서가 일정 거리이상의 입력을 받을 때 모터는 구동을<br />
멈추고 라즈베리파이 카메라가 촬영을 시작한다.<br />
- 25 -<br />
촬영 된 사진은 파이의 로컬 폴더로 저장되고 이 사진을 MS FACE API를 통해 얼굴인식 및 인물 대조<br />
후 일치율이 70% 이상이면 ‘출석체크완료‘ 로 판단하고 TEXT 형태로 로컬에 저장한다.<br />
<br />
- 27 -<br />
6. 설계방법론<br />
가. 설계 개선점<br />
1. 제품 상단부의 축의 변경<br />
초기 설계안 최종 설계안<br />
설계 초기에는 좌측의 그림과 같은 축을 상자의 위쪽에 부착하려 했으나 그럴 경우 풀리를<br />
축에 끼울 수 없게 되므로 우측 그림과 같은 일자형 축을 선택했고 브라켓과 나사를 통해<br />
양 옆을 고정하려 한다.<br />
2. 제품 하단부의 동력전달 방법의 변경<br />
초기 설계안 최종 설계안<br />
설계 초기에는 모터로부터 나오는 동력을 기어를 통해 축에 전달하려 했으나 그럴 경우 기<br />
어를 추가로 구입해야하는 불편함이 있고, 모터를 구입한 곳에서 모터에 맞는 축을 별도로<br />
제공해주지 않았기 때문에 실현불가능하다고 판단하였다. 그래서 최종적으로 우측 그림<br />
과 같이 모터를 구입한 곳에서 기본적으로 제공해주는 프로펠러 모양의 부품이 key 역학을<br />
하게 하여 모터로부터의 동력을 축에 정상적으로 전달하려 한다.<br />
<br />
- 28 -<br />
7. 과제 진행 체계<br />
◇ 진행 일정<br />
단계별 세부개발 내용 담당자<br />
개발기간 (월단위)<br />
11 12 비 고<br />
4 5 1 2<br />
주제 선정 전원 완료<br />
자료 조사 전원 완료<br />
오픈 소스 탐색 이준형<br />
이정민<br />
완료<br />
PYTHON 코딩시작 이준형 완료<br />
메커니즘 및 배선 구조 작성 이재호<br />
윤홍범<br />
모듈 프로그래밍 이준형 라즈베리파이.모터,<br />
온도 센서 등<br />
하드웨어 CAD 이재호<br />
윤홍범<br />
inventor &<br />
AutoCAD<br />
알고리즘 작성 및 정리 이준형<br />
이정민<br />
통합 하드웨어 제작 이재호<br />
윤홍범<br />
3D프린팅 및<br />
PCB기판제작<br />
1차 프로그램 통합 전원<br />
1차 작동 테스트 후 보완 전원<br />
추가 기능 구현 검토 및 자료<br />
확보 전원 진행 미흡 시 추가<br />
기능 배제<br />
추가 기능 구현 전원 진행 미흡 시 추가<br />
기능 배제<br />
2차 프로그램 통합 전원<br />
2차 작동 테스트 후 보완 전원<br />
최종 프로젝트 발표 및<br />
구현준비<br />
전원<br />
- 29 -<br />
◇ 구성원 및 추진체계<br />
구 성 원 추 진 체 계<br />
윤 홍 범 데이터 처리 / 하드웨어 설계 / 재료 선정<br />
이 재 호 라즈베리파이 및 하드웨어 구현<br />
이 정 민 형상 설계 및 도면 제작 / 재료 구입<br />
이 준 형 Python 및 모듈 프로그래밍 / 서버 코딩 / 소프트웨어 통합<br />
◇ 개선 과정 및 방법<br />
1) 얼굴 인식 정확도 개선 과정 및 방법<br />
- 평가 기준에 의한 테스트 및 검증<br />
- 코딩을 통한 얼굴 인식 초점 개선<br />
- 카메라 교환을 통한 화질 개선<br />
2) 하드웨어 개선 과정 및 방법<br />
- 3D Tool을 이용한 설계 수정 및 개선<br />
- Ansys Tool을 이용한 하드웨어 강성 설계 및 검증<br />
- 3D Printer를 이용한 테스트 및 검증<br />
3) 센서의 이동 개선 과정 및 방법<br />
- 3D tool을 이용한 설계 수정 및 개선<br />
- assembly 및 simulation을 통한 테스트 및 검증<br />
- 자연스러운 움직임을 위한 재료 선택<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
==부록==<br />
====참고문헌 및 참고사이트====<br />
- 30 -<br />
7. 참고자료<br />
1) 1. http://www.virditech.com/ko/virdi_product/ac-7000/<br />
2. https://smartstore.naver.com/entrol<br />
3. http://www.kmedia.me/<br />
4. https://www.supremainc.com/ko<br />
2) 특허정보넷 키프리넷, http://kpat.kipris.or.kr/<br />
1. 좌표와 인증번호를 활용한 스마트 출석체크 시스템(Smart attendance check system<br />
using the coordinates and the authentication number)<br />
2. 휴대폰 이용 위치기반 출석처리시스템(System and methods for location-based<br />
attendance management using a mobile phone)<br />
3. 블루투스와 스마트 디바이스 지문인식 센서를 이용한 출석 체크 시스템 및 방법<br />
(ATTENDANCE CHECK SYSTEM AND METHOD USING BLUETOOTH AND<br />
FINGERPRINT SENSOR OF SMART DEVICE)<br />
3) Apple 공식 홈페이지, https://www.apple.com/kr/iphone-xs/face-id/<br />
4) Face API - 얼굴 인식 소프트웨어,<br />
https://azure.microsoft.com/ko-kr/services/cognitive-services/face/<br />
5) software carpentry : xwMOOC 딥러닝,<br />
https://statkclee.github.io/deep-learning/gc-vision.html<br />
6) 인체감지센서 HC-SR501<br />
http://blog.0xff.co.kr/22<br />
<br />
<br />
====소프트웨어 프로그램 소스====<br />
[비공개]</div>Mie201803http://capstone.uos.ac.kr/mie/index.php?title=3%EC%A1%B0_-_%ED%83%80%EC%9D%B4%ED%83%80%EB%8B%89&diff=38233조 - 타이타닉2018-12-19T12:57:25Z<p>Mie201803: </p>
<hr />
<div><div>__TOC__</div><br />
<br />
==프로젝트 개요==<br />
=== 기술개발 과제 ===<br />
''' 국문 : ''' 얼굴인식을 통한 자동출석체크<br />
''' 영문 : ''' Attendance check system by facial recognition<br />
<br />
===과제 팀명===<br />
00000..<br />
<br />
===지도교수===<br />
김00 교수님<br />
<br />
===개발기간===<br />
2018년 9월 ~ 2018년 12월 (총 4개월)ㅇㅇㅇ<br />
<br />
===구성원 소개===<br />
서울시립대학교 기계정보공학과 20124300** 이**(팀장)<br />
<br />
서울시립대학교 기계정보공학과 20124300** 이**<br />
<br />
서울시립대학교 기계정보공학과 20124300** 이**<br />
<br />
서울시립대학교 기계정보공학과 20124300** 윤**<br />
<br />
<br />
<br />
==서론==<br />
===개발 과제의 개요===<br />
1. 요약<br />
2. 제품 및 기술의 현황<br />
우리 조가 본 프로젝트에서 개발하고자 하는 것은 안면 인식 기술을 통해 학생들의 출결<br />
여부를 확인해주는 자동 출석 체크 장치이다. 대학교내에서 강의 시간의 일부를 학생들의<br />
출석을 확인하는 데에 사용해왔던 현재까지와는 달리 우리 조는 자동 출석 체크 장치를 설<br />
계 및 개발하여 이러한 손실들을 없애려 한다. 일반 대학들의 비싼 등록금으로부터 나오는<br />
강의 시간당 드는 비용을 고려해볼 때, 우리는 본 장치의 개발로부터 큰 경제적 효과를 기<br />
대할 수 있으며 늘어난 강의시간을 통해 학생들에게 더 나은 교육 환경을 제공해 줄 수 있<br />
다.<br />
가. 제품 및 특허 동향<br />
◇ 다양한 방식을 통한 출석체크<br />
1. 아날로그 방식<br />
이름을 호명하거나 시험을 통하여 출석체크를 하는 아날로그 방식이다.<br />
장점 : 직접 체크하는 방식이기 때문에 정확하게 출석체크를 할 수 있다.<br />
단점 : 호명하는 방식일 경우 대규모 강의실에서는 대리출석, 출석체크를<br />
막지 못하고 시간이 많이 소요된다. 시험을 통한 방식은 지각을 체크하<br />
기 어려우며 매 시간 시험을 봐야하는 불편함이 생긴다.<br />
2. RFID 방법<br />
학생증을 기기에 접촉하여 출석체크하는 방식이다.<br />
장점 : 학생증을 이용하는 방식이기 때문에 정확하게 출석체크를 할 수<br />
있으며 카드를 접촉만 하면 되기 때문에 시간을 절약할 수 있다.<br />
단점 : 타인의 학생증을 이용한 대리출석을 방지할 수 없고 RFID 시스<br />
템을 구축하는데 많은 비용이 소모된다.<br />
3. 지문인식 방법<br />
사람마다 다른 지문을 이용하여 출석 체크하는 방식이다.<br />
장점 : 사람마다 다른 신체를 사용하기 때문에 대리 출석을 방지 할 수<br />
있으며 출석체크 시간 또한 절약할 수 있다.<br />
단점 : 시스템 구축에 많은 비용이 소요되며 양손에 짐이 있을 경우 내<br />
려놓은 후 체크해야한다. 그 뿐만 아니라 겨울철이나 작업, 실험 같은<br />
작업으로 인해 지문에 이상이 생길 경우 인식을 못하는 경우가 생긴다.<br />
4.블루투스 방식<br />
블루투스와 핸드폰 애플리케이션을 이용하여 출석 체크하는 방식이다.<br />
장점 : 상당한 출석체크 시간을 절약 할 수 있으며 요즈음 타인에게 대<br />
여하기 힘든 필수템인 핸드폰을 이용한 방식이기 때문에 대리출석 또<br />
한 어느 정도 방지 가능하다. 그 뿐만 아니라 자신의 출결상황을 쉽게<br />
알아 볼 수 있다.<br />
단점 : 스마트폰을 이용한 방식이기 때문에 스마트폰이 없거나 스마트<br />
폰의 전력이 없을 경우 출석체크에 어려움이 생긴다. 또한 블루투스가 닿는 거리에서 출석<br />
이 가능하기 때문에 교실 밖에서도 출석이 가능하다. 가장 최근에 시작된 방식으로 기술 행<br />
정상 여러 가지 에러가 존재한다.<br />
◇ 유사 제품1)<br />
1. AC-7000<br />
유니온 커뮤니티에서 2014년 12월 출시한<br />
AC-7000은 안면 인식, 카드 인식, 지문 인<br />
식이 모두 가능하다. 단말기 CPU의 성능은<br />
806MHz이며 0.5초 내에 인식이 가능하고<br />
약 10,000명의 데이터를 보관할 수 있다.<br />
화면이 출력되는 LCD의 크기는 4.8인치이<br />
며 단말기의 전체적인 크기는 약 9.2인치이<br />
다.<br />
2. Entrol Label5<br />
엔트롤에서 2016년 10월 출시한 Entrol<br />
Label5은 안면 인식, 지문 인식이 가능하<br />
다. 단말기 CPU의 성능은 1GHz이며 0.5초<br />
내에 인식이 가능하고 약 1,000명의 데이<br />
터를 보관할 수 있다.<br />
화면이 출력되는 LCD의 크기는 2.8인치이<br />
며 단말기의 전체적인 크기는 약 9.25인치<br />
이다.<br />
3. Smart Face 2(SFA-2)<br />
Kmedia WFS에서 2017년 7월 출시한<br />
Smart Face 2(SFA-2)은 안면 인식만 가능<br />
하다. 단말기 CPU의 성능은 400MHz이며<br />
0.7초 내에 인식이 가능하고 약 500명의<br />
데이터를 보관할 수 있다.<br />
화면이 출력되는 LCD의 크기는 4인치이<br />
며 단말기의 전체적인 크기는 약 9인치이<br />
다.<br />
4. FaceStation 2<br />
Suprema에서 2017년 12월 출시한<br />
FaceStation 2은 안면 인식만 가능하다. 단<br />
말기 CPU의 성능은 1.4GHz 쿼드코어이며<br />
0.003초 내에 인식이 가능하고 약 30,000<br />
명의 데이터를 보관할 수 있다.<br />
화면이 출력되는 LCD의 크기는 4인치이<br />
며 단말기의 전체적인 크기는 약 8.65인치<br />
이다.<br />
위의 4가지 제품들을 서로 비교해 볼 때, 하나의 단말기에서 여러 가지 인식 기술이 실행<br />
되는 것 보다는 한 가지 기술에 집중하면서 동시에 CPU의 성능과 데이터 저장능력을 향상<br />
시키는 방향으로 나아가고 있다. 현재 우리 조에서 사용하려는 라즈베리파이3 모델 B+의<br />
CPU의 성능은 1.4GHz이며, MS 서버에서는 수백 만 개의 데이터를 저장할 수 있다. 이를 통<br />
해 가장 최근에 출시된 FaceStation 2와 비슷한 성능을 보일 것으로 예상할 수 있다.<br />
◇ 관련 특허2)<br />
1. 좌표와 인증번호를 활용한 스마트 출석체크 시스템 (10-2016-0094543)<br />
Smart attendance check system using the coordinates and the authentication number<br />
100 : 교수 모바일 단말기<br />
300 : 출석 체크 서버<br />
400 : 학생 모바일 단말기<br />
본 발명은 좌표와 인증번호를 활용한 스마트 출석체크 시스템에 관한 것으로, 교내 무선랜<br />
에 접속되어 교수 위치정보가 생성되고, 출석체크를 위한 인증번호가 입력되는 교수 모바일<br />
단말기, 강의실 내에 마련되며, 상기 인증번호를 표시하는 표시 장치, 상기 교수 모바일단말<br />
기에 인증번호가 입력되면, 학생 모바일단말기에 출석체크를 위한 출석체크 알림을 전송하<br />
는 출석체크 서버 및 상기 출석체크 서버로부터 상기 출석체크 알림을 전송받으면, 교내 무<br />
선랜에 접속되어 학생 위치정보가 생성되고, 출석체크 확인을 위해 상기 표시 장치에 표시<br />
된 상기 인증번호가 입력되면, 상기 인증번호를 상기 출석체크 서버로 전송하는 복수의 학<br />
생 모바일단말기를 포함하며, 상기 출석체크 서버는 상기 학생 모바일단말기에서 입력된 상<br />
기 인증번호를 전송받고, 상기 교수 모바일단말기로부터 전송받은 인증번호와의 일치 여부<br />
를 판단한 후 일치하면, 상기 학생 모바일단말기에서 학생위치정보와 상기 교수 모바일단말<br />
기에서 교수위치정보를 수신받아 상기 학생위치정보와 상기 교수위치정보와의 일치 여부를<br />
판단하여 출석처리된 학생 및 결석처리된 학생으로 구분되는 출석체크정보를 생성하는 것을<br />
특징으로 한다.<br />
2. 휴대폰 이용 위치기반 출석처리시스템 (10-2017-0014321)<br />
System and methods for location-based attendance management using a mobile phone<br />
본 발명은 학교나 기업 또는 단체에서 강의시간에 구성원의 출석을 체크하기 위한 출석처<br />
리 시스템으로서 블루투스(Bluetooth)기능이 포함된 휴대폰을 구성인이 구비하고, 강의실마<br />
다 적어도 한대 이상의 강의실식별용 블루투스 비콘(Beacon)이 설치되고, 출석처리를 하며<br />
상기 휴대폰과 무선데이터통신망으로 접속되는 출석처리서버가 구비되고, 상기 휴대폰에 출<br />
석처리 앱(어플리케이션 프로그램)이 구비되어 구성원이 출석처리 앱을 실행할 때 출석처리<br />
앱에 구성원의 강의실정보와 강의시간 정보가 있을 경우 또는 없을 경우에도 구성원이 출석<br />
처리요청보턴을 누르면 강의실식별정보가 구성원정보와 함께 서버로 송출되어 서버에 있는<br />
구성원의 강의실정보와 강의시간정보를 확인하여 출석 처리할 수 있는 장점이 있다.<br />
3. 블루투스와 스마트 디바이스 지문인식 센서를 이용한 출석 체크 시스템 및 방법<br />
(10-2017-0026204)<br />
ATTENDANCE CHECK SYSTEM AND METHOD USING BLUETOOTH AND FINGERPRINT<br />
SENSOR OF SMART DEVICE<br />
블루투스와 스마트 디바이스 지문인식 센서를 이용한 출석 체크 시스템은, 서버에 강의실<br />
과 관련된 고유값을 전송하고 상기 서버로부터 상기 고유값에 해당하는 강의<br />
UUID(universal unique identification)를 수신하며, 수신된 강의 UUID에 기반하여 애드버타<br />
이징 신호를 송출하는 비콘; 출석자가 소지하는 스마트 디바이스로서, 지문인식 센서를 포함<br />
하여 출석자의 지문인증을 수행하며, 상기 비콘으로부터 수신된 강의 UUID에 기반하여 상<br />
기 서버에 접속하는 스마트 디바이스; 및 상기 강의 UUID, 강의 정보, 출석 정보, 및 출석자<br />
ID를 저장하는 데이터베이스를 포함하며, 상기 스마트 디바이스에서 출석자의 지문 인증이<br />
성공하는 경우 상기 스마트 디바이스로부터 수신한 출석자 ID 및 강의 UUID에 기반하여 출<br />
석 체크를 수행하는 서버를 포함한다.<br />
출석체크와 관련된 특허는 꾸준히 등록되어왔다. 그 중에서도 주로 모바일을 이용한 전자<br />
출결시스템에 관련된 특허들이 많이 출원되어왔지만 최근에는 지문, 안면 등 사람들의 신체<br />
적 데이터를 이용한 출결시스템이 등록되고 있다.<br />
나. 기술의 현황 및 로드맵<br />
◇ 기술 로드맵<br />
우리 조가 제안하는 제품은 센서를 이용하여 사람을 인식한 뒤 사람의 얼굴의 높<br />
낮이에 맞게 기구의 상하운동을 제어하고 카메라를 통한 얼굴을 인식하여 data<br />
base와 비교 대조하는 기술로서 각 기술들의 기반들과 방법 및 특징을 바탕으로 기<br />
술로드맵을 작성하였다.<br />
사람의 키에 따른 카메라의 높낮이를 조절하기 위해 서보 모터와 벨트&풀리 또는<br />
랙&피니언 기어를 사용할 수 있다. 벨트&풀리를 이용한 설계가 랙 & 피니언 기어<br />
를 이용한 설계보다 보다 높은 하중을 지지할 수 있고 작동 시 발생하는 소음이 적<br />
으므로 벨트&풀리를 이용하여 카메라 높낮이 조절을 할 것이다.<br />
사람의 위치를 파악하고 인식하기 위해 온도, 적외선, 초음파 센서를 사용할 수 있<br />
다. 온도 센서의 경우 온도가 높은 환경일 경우 인식이 다소 불안정 할 수 있으며<br />
초음파 센서가 그 중 비교적 저렴하고 안정된 상태에서 손쉽게 사용할 수 있기 때<br />
문에 초음파 센서를 이용할 것이다.<br />
MS에서 제공하는 얼굴인식 API를 이용하여 python과 라즈베리파이를 통해 얼굴인<br />
식시스템을 구현하고 MS 서버에 있는 학생 얼굴 데이터와 비교 대조를 하는 시스<br />
템 구현하는 것이 목표이다.<br />
다. 당 개발과제의 수준 및 위치<br />
APPLE사의 경우 TrueDepth 카메라 시스템, Secure Enclave, Neural Engine 등 가장<br />
정교한 기술이 한데 모여 스마트폰 사상 가장 보안성이 뛰어난 안면 인증 기술<br />
Face ID를 완성했다. Face ID는 첨단 머신 러닝을 통해 사람의 외모 변화를 인지하<br />
기 때문에 모자를 쓰고, 안경을 써도 알아볼 수 있다. 또한 도트프로젝터를 통해 안<br />
면 인식률을 100% 가까이 끌어올리는 등의 세계 최고의 기술력을 보이고 있다.3)<br />
우리 조의 프로젝트는 위의 기술력 보다는 한 단계 낮은 수준의 이미지처리기법을 사용하<br />
려 한다. 본 프로젝트는 기술적인 측면에서는 큰 경쟁력을 갖지 못하지만 비용적인 측면에<br />
서 큰 경쟁력을 갖추고 있으므로 최종목표였던 저렴한 자동 출석 체크 장치를 설계하는 것<br />
에는 부합한다.<br />
<br />
3. 설계사양<br />
번호 요구사항 중요도 실현 가능성<br />
1 사람이 앞에 있을 때 얼굴의 위치를 정확히 찾아내야 한다. 상 □<br />
2 필요한만큼 카메라의 이동이 가능해야 한다. 상 □<br />
3 카메라 화면을 LCD로 보여 주어야 한다. 중 □<br />
4 얼굴 비교 시 정확성이 높아야 한다. 상 □<br />
5 출석과 지각을 구분할 수 있어야 한다. 상 □<br />
6 IT회사 서버와 원활한 통신이 가능하여야 한다. 상 □<br />
7 등록 가능한 얼굴 수가 충분해야 한다. 중 ○<br />
<br />
◇ 제품 희망사항<br />
○: 가능성 100%, □: 실현하는데 시간 다소 필요, △: 실현하는데 많은 시간 필요<br />
◇ 목적 계통도<br />
얼굴인식출석체크<br />
저렴한 비용으로 제작이<br />
가능하며 사용자 또한<br />
합리적인 가격으로<br />
이용이 가능하다.<br />
기기를 이동할 수 있기<br />
때문에 장소에 큰 영향을<br />
받지 않는다.<br />
복잡하지 않은<br />
하드웨어로 고장이 적다.<br />
정확성<br />
사진과 카메라로 찍을 사진<br />
비교 시 정확한 판단을 할 수<br />
있어야 한다.<br />
카메라 앞에 사람이 서 있을<br />
때와 없을 때를 구별할 수<br />
있어야 하며 사람이 서 있을<br />
때 작동해야 한다.<br />
사람이 카메라 앞에 서 있을<br />
시 사람의 얼굴 위치를<br />
확실히 파악해야 한다.<br />
시간에 따른 출석과 지각을<br />
정확히 판단해야 한다.<br />
심미성<br />
소음을 최소화<br />
효율성<br />
하드웨어 측면<br />
빠른 비교를 통하여<br />
출석에 소요되는 시간을 절약할<br />
수 있다.<br />
직관성 있는 코딩으로 문제가<br />
생길시 빠르게 원인 분석이<br />
가능하며 소프트웨어적인<br />
오류가 적다.<br />
소프트웨어 측면<br />
웨어적 측면과 기기 몸체, 물리적 부분과 관련 있는 하드웨어적 측면으로 나누어지며 각 분<br />
야에서 장점을 나타낸다. 정확성은 각 과정에서 정확도를 요구하는 부분을 나타내었다.<br />
◇ 기능 계통도<br />
사람을 인식한다. 카메라를 얼굴 위치로 이동시킨다.<br />
LCD화면에 얼굴이 나오며 얼굴을<br />
촬영한다.<br />
촬영된 사진을 타 IT회사 서버로<br />
전송하여 등록된 사진과 동일인임을<br />
판단한다.<br />
결과가 나오면 기기로 결과를 통보해<br />
준다.<br />
동일인물일 경우 시간을 이용하여<br />
지각, 출석을 판단한 후 처리한다.<br />
기능 계통도는 얼굴인식 출석체크의 알고리즘을 보여준다. 우선 사람이 기기 앞에 설 경우<br />
온도 센서가 반응을 한다. 초음파 센서를 이용하여 카메라를 얼굴위치로 이동시킨다. 이때<br />
LCD에서는 카메라를 통한 화면을 볼 수 있으며 카메라는 얼굴이 인식되면 사진을 찍는다.<br />
사진을 IT회사 서버로 전송하여 동일인 여부를 판단한다. 등록된 사진과 동일인이면 출석을<br />
체크한다.<br />
나. 요구 사항의 수학적 모델링<br />
◇ 설계 변수<br />
- 카메라 이동거리(약 40cm)<br />
- 카메라 이동방법(체인, 밸트와 풀리, 랙과 피니언 방식)<br />
- 사용할 센서의 종류(초음파, 적외선센서)<br />
- 축의 재질(철, 플라스틱, 목재)<br />
- API 회사( MS, Google, Apple)<br />
- 사용할 CPU(아두이노, 라즈베리파이, ATmega)<br />
<br />
◇ 제약 조건<br />
- 한정된 자금을 이용하여 만들어야 한다.<br />
- 축에 하중이 가해질 시 버틸 수 있어야 한다.(50g의 집중하중을 버틸 수 있어야 한다.)<br />
- 모든 학생들의 얼굴을 인식 할 수 있어야 한다.(2015년 4월 기준 학생수가 가장 많은 연<br />
세대학교의 학부/학생 수는 39402명 따라서 40000명 이상 등록이 가능하여야 한다.)<br />
◇ 목적<br />
- 150 ~ 190cm 성인의 얼굴까지 카메라를 이동시켜 사진을 촬영한다.<br />
- 수업시간에 방해가 되지 않도록 한다.(소음 최소화)<br />
다. 설계변수 중요도<br />
설계변수 중요도는 위의 그래프와 같다. 지각생이 출석체크 시 카메라 이동으로 인한 소음<br />
이 수업에 방해가 되는 것을 방지해야 한다. 그뿐만 아니라 카메라 이동 방식이 정해져야<br />
전체적인 모양을 설정할 수 있기 때문에 이동방법 부분은 가장 중요한 5점을 받았다. 사용<br />
할 CPU 부분도 5점인데 CPU의 성능이 부족하면 원하는 작업을 못하고 CPU가 너무 비싸<br />
면 예산 부족으로 제작을 할 수 없기 때문에 중요도 5점을 부여받았다. 카메라의 이동거리<br />
는 학생들의 키와 관련이 되어있다. 카메라를 찍을 수 있는 능력이기 때문에 중요하지만 제<br />
작자가 변위를 어느정도로 설정하느냐에 따라 변경이 가능하므로 4점을 주었다. 축의 재질<br />
은 풀리, 밸트, 카메라와 초음파 세서의 하중을 견딜 수 있어야 한다. 플라스틱이 이 하중을<br />
견딜 수 있다면 3D프린터를 이용한 제작을 할 수 있게 되며 목재부터 견디기가 가능하면<br />
<br />
철제보다 싼 목재 축을 사용하게 되기 때문에 중요하다. 하지만 플라스틱과 목재의 대체재<br />
가 존재하기 때문에 중요도는 3점이 되었다. API회사 부분은 인식률이 가장 큰 비중을 차지<br />
한다. 하지만 모든 회사들의 성능은 최소 기준을 만족하기 때문에 중요도는 2점이 되었다.<br />
마지막으로 센서 종류 부분은 어느 센서를 사용해도 측정을 하는데 큰 무리가 없다. 비용,<br />
무게와 같은 주변 요소의 영향이 크기 떄문에 중요도는 1점이 되었다.<br />
가. 설계안의 구체적 내용<br />
◇ IT 협력업체 비교<br />
(괄호 안은 만점을 뜻한다.)<br />
사진을 서버로 보내면 판별하는 프로그램에는 두가지가 있다. MS에서 만든 FACE API4)와<br />
GOOGLE에서 만든 클라우드 비젼5)이다. 우선 이 두회사는 IT업계 종사자 뿐만 아니라 일반<br />
인들도 모두 알고 있는 매출 상위권의 대기업이다. 따라서 회사가 망하거나 소프트웨어가<br />
사라지는 위험도가 일반 기업보다 높기 때문에 신용도를 만점을 주었다. 또한 가격 부문에<br />
서는 차이가 있는데 MS의 경우 1000장 당 약 1125원인데 반해 GOOGLE은 1000장 당 약<br />
1677원이었다. 이 부분에서 점수의 차이가 생겼다.(이번 프로젝트에서는 1달 무료 체험을 사<br />
용할 예정이므로 소요되는 비용은 없다). 등록가능 인원은 두 회사 모두 충분한 사진등록이<br />
가능하기 때문에 만점을 주었다. 가장 큰 차이를 보이는 부문은 전문성이다. MS의 경우 얼<br />
굴 인식을 전문적으로 하여 높은 인식률을 보여주는 API인데 비해 GOOGLE의 클라우드 비<br />
젼은 얼굴인식, 로고, 배경 등 다양한 분야를 아우르는 API이다. 하지만 우리는 얼굴인식만<br />
할 예정이므로 MS의 FACE API에 높은 점수를 주었고 최종 선택을 하였다.<br />
<br />
제품명 아두이노 라즈베리파이<br />
가격(2) 2 1<br />
접근성(2) 2 1<br />
적합성(6) 1 5<br />
총점(10) 5 7<br />
품명 웜과 웜기어 벨트 풀리 체인<br />
가격(5) 4 5 3<br />
소음(5) 4 5 4<br />
동력전달(5) 5 4 5<br />
구현도(5) 3 5 4<br />
심미성(5) 5 5 3<br />
총점(25) 21 24 19<br />
◇ 기판 비교<br />
기판은 라즈베리파이와 아두이노 두 개의 제품을 비교하였다. 가격 부문은 아두이노가 더<br />
싸기 때문에 더 높은 점수를 주었다. 접근성 부문 역시 상대적으로 더 배우기 쉬운 소프트<br />
웨어로 구성되어있는 아두이노의 점수가 더 높았다. 하지만 적합성에서 라즈베리파이가 큰<br />
점수를 받았는데 카메라, 그래픽, 센서, 모터 모두 제어 가능한 라즈베리파이에 비해 아두이<br />
노는 센서와 모터의 제어까지만 가능하였다. 그 결과 더 적합한 라즈베리 파이를 선택하였<br />
카메라를 이동시키는 방법은 세 가지 안이 나왔다. 우선 가격은 벨트 풀리가 가장 쌌기 때<br />
문에 높은 점수를 받았으며 가장 비싼 체인은 낮은 점수를 받았다. 다음 항목인 소음은 수<br />
업을 방해 할 수도 있기 때문에 고려하였는데 기어와 체인에 비하여 벨트의 소음이 가장 적<br />
게 나기 때문에 가장 높은 점수를 받았다. 다음 동력전달 부문에서는 이가 맞물려 돌아가는<br />
체인이나 웜기어에 비해 벨트는 전달력이 낮기 때문에 낮은 점수를 받았다. 구현도는 모터<br />
의 동력과 카메라 이동 거리 등을 고려하였을 때 현실적으로 적합한 부품을 찾는 부문이다.<br />
4~60cm 정도를 이동하기 때문에 벨트와 체인이 웜기어보다 높은 점수를 받았다. 심미성은<br />
<br />
- 13 -<br />
품명 온도센서 적외선 센서 초음파 센서<br />
가격(5) 3 4 5<br />
감도조절(5) 3 2 4<br />
적합성 2 3 3<br />
총점(25) 8 9 12<br />
제품명 스텝모터 서보모터<br />
가격(2) 1 2<br />
접근성(5) 3 5<br />
적합성(5) 3 4<br />
총점(10) 7 11<br />
완성 되었을 시 외관을 고려한 점수로 벨트와 웜기어의 점수가 체인에 비해 상대적으로 높<br />
게 측정되었다. 그 결과 총점이 가장 높은 벨트 풀리가 선택 되었다.<br />
◇ 센서 비교<br />
사람 감지를 위한 센서 선택에서 세 가지 안이 나왔다. 우선 가격은 초음파 센서가 가장<br />
쌌기 때문에 높은 점수를 받았으며 가장 비싼 온도 센서는 낮은 점수를 받았다. 다음 항목<br />
인 감도조절은 다른 물건이나 온도 등 사람을 보다 정확하게 감지하기 위해 고려하였는데<br />
온도 센서와 적외선 센서보다 초음파 센서는 정교한 감도조절이 가능하기 때문에 가장 높은<br />
점수를 받았다. 다음 적합성에서는 사람을 인식하는데 적합한지를 판단하는 기준으로 온도<br />
의 경우 날씨의 영향을 받을 수 있기 때문에 가장 낮은 점수를 받았다. 그 결과 총점이 가<br />
장 높은 초음파 센서가 선택 되었다.<br />
◇ 모터 비교<br />
- 14 -<br />
품명 플라스틱 목재 철<br />
가격(5) 5 5 4<br />
무게(5) 5 3 1<br />
강도(2) 1 1 2<br />
수정능력(1) 1 1 0<br />
가산점(2) 2 0 0<br />
총점(15) 14 10 7<br />
높낮이 조절을 위한 모터로는 두 가지 안이 나왔다. 우선 가격은 서보 모터가 스텝 모터에<br />
비해 쌌기 때문에 높은 점수를 받았다. 다음 항목인 접근성은 서보모터가 스텝모터 보다 제<br />
어하기 쉽기 때문에 높은 점수를 받았다. 다음 적합성에서는 높낮이 조절을 하기 위한 토크<br />
가 서보모터가 더 크기 때문에 서보모터가 더 높은 점수를 받았다. 그 결과 총점이 가장 높<br />
은 서보모터가 선택 되었다.<br />
◇ 축 재질 비교<br />
카메라 이동 부분에서 밸트와 풀리를 이용하기로 결정되었기 때문에 풀리를 고정할 축이 중<br />
요해졌다. 위의 표는 축의 3가지 재질 플라스틱, 목재, 철강을 비교한 표이다. 가격은 목재와<br />
플라스틱이 철강에 비해 싸기 때문에 높은 점수를 받았다. 무게는 가벼운 순으로 높은 점수<br />
를 받았다. 강도 부분은 가장 좋은 철이 최고점을 받았으나 나머지 재질들 또한 풀리를 버<br />
틸수 있기 때문에 1점을 부여하였다. 수정 능력 분야는 만일 축이 풀리와 일치하지 않을 경<br />
우 축을 수정할 수 있는지에 대한 여부인데 목재와 플라스틱은 사포를 통해 어느정도 수정<br />
이 가능하여 1점을 주었다. 가산점은 플라스틱만 받게 되었는데 다른 제품들은 주문제작을<br />
해야 하는 것에 비해 플라스틱은 3D프린터를 이용하여 손쉽게 제작할 수 있기 때문에 만점<br />
을 주었다. 최종적으로 플라스틱이 최고점을 받아 3D프린터를 이용하여 축을 제작하기로 하<br />
였다.<br />
- 15 -<br />
◇ 프로토 타입<br />
좌측의 모형과 같이 만들 예정이다. 키가 140 ~ 200cm 사이<br />
인 사람을 측정할 것이므로 카메라는 최대 60cm를 이동하게<br />
된다. 따라서 120cm정도 빈 상자를 두고 그 위에 벨트와 풀리<br />
를 설치한다. 벨트에는 카메라와 초음파 센서를 달 예정이다.<br />
본체의 경우 바닥에는 바퀴를 달아 이동할 수 있게 만들 것이<br />
고 본체 안에는 모터와 라즈베리파이가 설치될 것이며 외관에<br />
는 LCD가 부착 될 것이다.<br />
나. 평가 기준<br />
기 능 평 가 항 목 평 가 방 법 적용기준<br />
개 발<br />
목표치<br />
비중<br />
(%)<br />
얼굴인식<br />
1. 얼굴 인식 얼굴 대조 평가 성공/실패 성공 25<br />
2. 로컬 저장 얼굴인식 후 로컬 확인 성공/실패 성공 10<br />
출석체크<br />
3. 출결 처리<br />
확인<br />
얼굴인식 후 로컬 확인 성공/실패 성공<br />
25<br />
4. 경고 LED<br />
표시<br />
잘못된 얼굴 인식 후<br />
LED점등 확인<br />
성공/실패 성공 10<br />
구동성<br />
5. 초음파 센서<br />
작동 여부 얼굴인식 후 카메라 이동<br />
확인<br />
팀원 평가<br />
성공/실패 성공 15<br />
6. 모터 구동 성공/실패 성공 15<br />
- 16 -<br />
5. 상세설계안<br />
가. 최종 설계안의 구체적 내용<br />
1. 하드웨어 부분<br />
◇ 제품의 상세 설계안<br />
◇ 제품의 동작 원리<br />
제품의 하단부에서 모터로부터 동력이 축에 전달되어 축이 회전하고 동시에 축과 연결되어<br />
있는 pulley가 회전하면서 맞물려 있는 벨트가 상하 운동을 하게 된다. 벨트가 위아래로 움<br />
- 17 -<br />
직이면 벨트에 접착되어있던 초음파센서가 사용자의 위치를 파악하고 동시에 카메라가 사용<br />
자를 촬영함으로써 안면을 인식할 수 있다.<br />
위의 그림만으로는 제품의 동작원리를 정확히 파악하기 어려우므로 제품의 상단부와 하단<br />
부를 나누어서 자세히 살펴보도록 한다.<br />
◇ 기능의 전개 및 구성<br />
1. 제품의 상단부<br />
나무상자의 상단부에 풀리를 축과 함께 고정시킨 모습이다. 풀리의 구멍의 크기가 5mm이<br />
므로 축도 최대한의 하중을 버틸 수 있게 5mm직경의 원통형 모형으로 했지만 작동 과정에<br />
- 18 -<br />
서 pulley가 좌우로 움직이는 것을 막기 위해 실제로 pulley가 고정될 축의 중앙부분은 직경<br />
을 조금 더 작게 하였다. 축은 브라켓과 나사를 통해 양 옆을 고정시켰다. 이 때 브라켓의<br />
돌출부의 내경은 8mm, 축의 직경은 5mm로 약 3mm의 차이가 난다. 이 문제를 해결하기<br />
위해 고무 소재로 된 밴드를 이용할 예정이다. 제품의 상단부에서는 풀리만 회전하고 축은<br />
회전할 필요가 없으므로 별도의 key를 사용하지 않는다. 마찬가지로 축에도 key home이 필<br />
요하지 않다.<br />
2. 제품의 하단부<br />
상단부와 가장 큰 차이점은 모터로부터 나오는 동력이 pulley에 전달되어야 하기 때문에<br />
축과 pulley가 동시에 회전을 해야 한다는 것이다. 그러므로 하단부 축에는 key home이 별<br />
도로 필요하고 마찬가지로 key도 사용해야 한다. 또한 그림의 맨 좌측에 있는 part와 같은<br />
지지대를 별도로 3D프린터를 이용해 제작하여 축이 높이가 고정되며 동시에 자유롭게 회전<br />
할 수 있도록 하였다. 축의 직경은 5mm이므로 축이 자유롭게 회전하기 위해서 지지대의<br />
내경을 5mm보다 큰 6mm로 설정하였다.<br />
- 19 -<br />
3. 완성된 모형<br />
360도 회전이 가능한 서보모터를 사용하기 때문에 pulley의 크기는 크게 고려하지 않았지<br />
만 pulley와 세트로 구입해야하는 벨트의 경우에는 전체길이가 960mm인 것을 골라서 벨트<br />
에 부착된 카메라와 센서가 최소한 40cm 이상을 이동할 수 있도록 하였다.<br />
- 20 -<br />
값이 TRUE 일 경우 반응<br />
적외선센서 ㅡ＞ 초음파센서 작동 시작<br />
초음파센서 ㅡ＞ 모터작동 시작<br />
MS서버에서의 응답 ㅡ＞ LED등 점등<br />
값이 False 일 경우 반응<br />
적외선센서 ㅡ＞ 모든 기기들 작동 off<br />
초음파센서 ㅡ＞ 모터 정지<br />
MS서버에서의 응답 ㅡ＞ 오류 LED등 점등<br />
①사람 접근<br />
②적외선 인식<br />
(적외선 값 TRUE)<br />
④모터 작동 ③초음파 인식 시작<br />
(초음파 값 True)<br />
⑤초음파 센서 값<br />
변환 (초음파 False,<br />
적외선 True)<br />
⑥모터 정지<br />
⑧MS서버 통신 및<br />
데이터와 얼굴 대조<br />
⑦라즈베리파이<br />
카메라 모듈을 통한<br />
사진 촬영 및 LCD<br />
출력<br />
⑨대조 후 결과 값이<br />
True 일 시 LED 점등 ⑩모든 값 defalt<br />
2. 소프트웨어 부분<br />
소프트웨어가 작동하는 부분은 아래와 같다.<br />
우선 사람이 앞에 서게 되면 적외선 센서가 사람을 인식해 TRUE값이 된다. 이 신호는 초음<br />
파 센서가 작동을 하게 만들어주며 초음파 센서의 값이 True면 모터가 작동하기 시작한다.<br />
(초음파 센서가 TRUE인 경우는 발사된 초음파가 사람에 의해 튕겨져 돌아온 경우이다). 사람<br />
이 키를 넘어가게 되면 발사된 초음파는 돌아오지 않기 떄문에 초음파 센서의 값은 False로<br />
변하고 이 변화는 모터의 정지를 야기한다. 모터가 정지하면 라즈베리파이가 카메라 모듈을<br />
이용하여 사진을 촬영한다. 이때 학생들은 카메라에 나오는 모습을 LCD화면을 통하여 확인<br />
할 수 있다. 사진을 촬영하면 촬영된 사진에서 얼굴을 구별한다. 그 후 MS서버로 사진을 보<br />
내 저장된 사진과 비교를 한다. MS에서 결과 값이 TRUE일 경우 LED가 점등된 후 모든 값이<br />
초기화 된다. MS의 값이 False일 경우 오류 LED가 점등된 후 모든 값이 초기화 된다.<br />
- 21 -<br />
3. 기타 부분<br />
1. 초음파 센서<br />
제품명 초음파 센서 HC-SR04<br />
동작 전압 5V<br />
동작 전류 15mA<br />
동작 주파수 40KHz<br />
측정 거리 2cm ~ 4m<br />
측정 각도 15˚<br />
트리거 입력 신호 10us TTL 펄스<br />
응답 출력 신호 측정거리에 비례하는 TTL펄스<br />
크기 45 X 20 X 15mm<br />
우선 얼굴을 인식하는 방법은 다음과 같다. 몸체에 고정되어 있는 온도 센서가 반응을 하<br />
면 사람이 앞에 서있는 것으로 인식이 된다. 그 다음 벨트를 서서히 상승시키며 초음파 센<br />
서가 물체를 감지하지 못할 때 벨트를 멈춘다.(초음파 센서는 벨트에 연결되어있으며 이 순<br />
간은 일정거리 이내에 물체가 없는 경우이며 머리 꼭대기를 의미한다.) 이 때 일정거리를<br />
계산하는 것이 중요한데 계산은 다음과 같다.<br />
1 동안 초음파를 내보내고 다음 1동안 초음파를 받는 방식이며 소리의 속도는 340m/s<br />
이다. 따라서 서리를 계산하는 식은 아래와 같다.<br />
Distance = 340 * t / 2 / 10000<br />
Distance는 물체와의 거리(cm)이며 340은 음속 t는 초음파를 받을 때까지 걸리는 시간을 나<br />
타낸다. 왕복이므로 식을 2로 나누어 주며 단위를 cm로 설정하기 위해 10000으로 나누어준<br />
다. 코딩을 할 때 이러한 식을 이용해 60 ~ 80 cm 이내에 물체가 없으면 벨트가 멈추게 설<br />
정하여 준다.<br />
- 22 -<br />
2. 인체감지 센서<br />
제품명 인체감지센서 HC-SR501<br />
동작 전압 5V<br />
동작 전류 65mA<br />
감지시간 0.2초<br />
측정 거리 7m(주변 온도에 영향받음)<br />
측정 각도 최대 120˚<br />
트리거 입력 신호 TTL 펄스<br />
센서 출력 신호 감지 시 3.3V 없을 시 0V<br />
크기 32 X 23 X 20mm<br />
초음파 센서의 작동 여부를 결정짓는 센서이다. 사람이 앞에 서 있으면 인체감지센서가 신호를 보내<br />
게 되는데 인체 감지 센서의 감지 범위가 큰 영향을 미친다. 이는 센서의 뒷부분에서 수정할 수 있<br />
다. 뒷면은 오렌지 색 원이 두 개 있는데 하나는 민감도 설정, 하나는 출력시간 설정이다.6) 민감도를<br />
설정하여 15˚안에 들어온 사람만 인식하도록 설정한다.<br />
- 23 -<br />
3. 벨트&풀리<br />
제품명 벨트 풀리<br />
풀리 잇수 20<br />
풀리 내경 8mm<br />
풀리 최대 외경 16mm<br />
풀리 높이 16mm<br />
벨트 길이 960mm<br />
벨트 타입 닫힌타입<br />
벨트 재질 고무<br />
두께 1.3mm<br />
카메라가 40cm를 이동할 것이기 때문에 벨트, 풀리의 길이가 중요해졌다. 우선 180˚ 회전 모터를 사<br />
용하는 안이 나왔다. 원의 둘레의 공식은 아래와 같은데<br />
원의 둘레 = 2πr (r은 원의 반지름)<br />
원주/2 = 이동거리를 뜻하기 때문에 반지름이12.7cm인 풀리를 이용해야 한다. 지름 25.4cm인 부분은<br />
벨트를 거는 부분이기 때문에 풀리의 최대 크기는 25.4cm보다 크게 된다. 풀리가 커지면 비용과 무게<br />
도 모두 커지므로 360˚ 회전이 가능한 모터를 사용하기로 하였다. 모터가 360˚회전하기 때문에 풀<br />
리의 크기가 작을수록 좋게 되었다. 그 결과 12mm인 외경(벨트를 거는 부분) 풀리를 사용하게 되었다.<br />
풀리에 벨트를 걸게 되면 위의 모양이 나오는데 ②번 부분은 카메라가 이동할 거리안 40cm가 되며<br />
①번 부분은 풀리 원주의 절반이 된다. 따라서 벨트의 전체적인 길이를 계산하면 2*(①+②)가 된다. 결<br />
과 값은 약 83.8cm가 나오는데 규격에 맞는 제품이 없었기 때문에 96cm의 벨트를 적용하였다. 그 결<br />
과 카메라의 이동거리는 약 45cm가 되었다.-<br />
4. 소프트웨어 코드 설계<br />
사람이 접근 하면 적외선센서가 작동한다. 적외선 센서가 True를 출력하면 모터가 작동하면서<br />
초음파 거리센서의 입력을 받는다. 초음파거리센서가 일정 거리이상의 입력을 받을 때 모터는 구동을<br />
멈추고 라즈베리파이 카메라가 촬영을 시작한다.<br />
- 25 -<br />
촬영 된 사진은 파이의 로컬 폴더로 저장되고 이 사진을 MS FACE API를 통해 얼굴인식 및 인물 대조<br />
후 일치율이 70% 이상이면 ‘출석체크완료‘ 로 판단하고 TEXT 형태로 로컬에 저장한다.<br />
<br />
- 27 -<br />
6. 설계방법론<br />
가. 설계 개선점<br />
1. 제품 상단부의 축의 변경<br />
초기 설계안 최종 설계안<br />
설계 초기에는 좌측의 그림과 같은 축을 상자의 위쪽에 부착하려 했으나 그럴 경우 풀리를<br />
축에 끼울 수 없게 되므로 우측 그림과 같은 일자형 축을 선택했고 브라켓과 나사를 통해<br />
양 옆을 고정하려 한다.<br />
2. 제품 하단부의 동력전달 방법의 변경<br />
초기 설계안 최종 설계안<br />
설계 초기에는 모터로부터 나오는 동력을 기어를 통해 축에 전달하려 했으나 그럴 경우 기<br />
어를 추가로 구입해야하는 불편함이 있고, 모터를 구입한 곳에서 모터에 맞는 축을 별도로<br />
제공해주지 않았기 때문에 실현불가능하다고 판단하였다. 그래서 최종적으로 우측 그림<br />
과 같이 모터를 구입한 곳에서 기본적으로 제공해주는 프로펠러 모양의 부품이 key 역학을<br />
하게 하여 모터로부터의 동력을 축에 정상적으로 전달하려 한다.<br />
<br />
- 28 -<br />
7. 과제 진행 체계<br />
◇ 진행 일정<br />
단계별 세부개발 내용 담당자<br />
개발기간 (월단위)<br />
11 12 비 고<br />
4 5 1 2<br />
주제 선정 전원 완료<br />
자료 조사 전원 완료<br />
오픈 소스 탐색 이준형<br />
이정민<br />
완료<br />
PYTHON 코딩시작 이준형 완료<br />
메커니즘 및 배선 구조 작성 이재호<br />
윤홍범<br />
모듈 프로그래밍 이준형 라즈베리파이.모터,<br />
온도 센서 등<br />
하드웨어 CAD 이재호<br />
윤홍범<br />
inventor &<br />
AutoCAD<br />
알고리즘 작성 및 정리 이준형<br />
이정민<br />
통합 하드웨어 제작 이재호<br />
윤홍범<br />
3D프린팅 및<br />
PCB기판제작<br />
1차 프로그램 통합 전원<br />
1차 작동 테스트 후 보완 전원<br />
추가 기능 구현 검토 및 자료<br />
확보 전원 진행 미흡 시 추가<br />
기능 배제<br />
추가 기능 구현 전원 진행 미흡 시 추가<br />
기능 배제<br />
2차 프로그램 통합 전원<br />
2차 작동 테스트 후 보완 전원<br />
최종 프로젝트 발표 및<br />
구현준비<br />
전원<br />
- 29 -<br />
◇ 구성원 및 추진체계<br />
구 성 원 추 진 체 계<br />
윤 홍 범 데이터 처리 / 하드웨어 설계 / 재료 선정<br />
이 재 호 라즈베리파이 및 하드웨어 구현<br />
이 정 민 형상 설계 및 도면 제작 / 재료 구입<br />
이 준 형 Python 및 모듈 프로그래밍 / 서버 코딩 / 소프트웨어 통합<br />
◇ 개선 과정 및 방법<br />
1) 얼굴 인식 정확도 개선 과정 및 방법<br />
- 평가 기준에 의한 테스트 및 검증<br />
- 코딩을 통한 얼굴 인식 초점 개선<br />
- 카메라 교환을 통한 화질 개선<br />
2) 하드웨어 개선 과정 및 방법<br />
- 3D Tool을 이용한 설계 수정 및 개선<br />
- Ansys Tool을 이용한 하드웨어 강성 설계 및 검증<br />
- 3D Printer를 이용한 테스트 및 검증<br />
3) 센서의 이동 개선 과정 및 방법<br />
- 3D tool을 이용한 설계 수정 및 개선<br />
- assembly 및 simulation을 통한 테스트 및 검증<br />
- 자연스러운 움직임을 위한 재료 선택<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
==부록==<br />
====참고문헌 및 참고사이트====<br />
- 30 -<br />
7. 참고자료<br />
1) 1. http://www.virditech.com/ko/virdi_product/ac-7000/<br />
2. https://smartstore.naver.com/entrol<br />
3. http://www.kmedia.me/<br />
4. https://www.supremainc.com/ko<br />
2) 특허정보넷 키프리넷, http://kpat.kipris.or.kr/<br />
1. 좌표와 인증번호를 활용한 스마트 출석체크 시스템(Smart attendance check system<br />
using the coordinates and the authentication number)<br />
2. 휴대폰 이용 위치기반 출석처리시스템(System and methods for location-based<br />
attendance management using a mobile phone)<br />
3. 블루투스와 스마트 디바이스 지문인식 센서를 이용한 출석 체크 시스템 및 방법<br />
(ATTENDANCE CHECK SYSTEM AND METHOD USING BLUETOOTH AND<br />
FINGERPRINT SENSOR OF SMART DEVICE)<br />
3) Apple 공식 홈페이지, https://www.apple.com/kr/iphone-xs/face-id/<br />
4) Face API - 얼굴 인식 소프트웨어,<br />
https://azure.microsoft.com/ko-kr/services/cognitive-services/face/<br />
5) software carpentry : xwMOOC 딥러닝,<br />
https://statkclee.github.io/deep-learning/gc-vision.html<br />
6) 인체감지센서 HC-SR501<br />
http://blog.0xff.co.kr/22<br />
<br />
<br />
====소프트웨어 프로그램 소스====<br />
[비공개]</div>Mie201803http://capstone.uos.ac.kr/mie/index.php?title=3%EC%A1%B0_-_%ED%83%80%EC%9D%B4%ED%83%80%EB%8B%89&diff=38223조 - 타이타닉2018-12-19T12:51:55Z<p>Mie201803: </p>
<hr />
<div><div>__TOC__</div><br />
<br />
==프로젝트 개요==<br />
=== 기술개발 과제 ===<br />
''' 국문 : ''' 00000000..<br />
<br />
''' 영문 : ''' 00000000..<br />
<br />
===과제 팀명===<br />
00000..<br />
<br />
===지도교수===<br />
000 교수님<br />
<br />
===개발기간===<br />
2018년 9월 ~ 2018년 12월 (총 4개월)ㅇㅇㅇ<br />
<br />
===구성원 소개===<br />
서울시립대학교 기계정보공학과 20114300** 김**(팀장)<br />
<br />
서울시립대학교 기계정보공학과 20114300** 정**<br />
<br />
서울시립대학교 기계정보공학과 20114300** 조**<br />
<br />
서울시립대학교 기계정보공학과 20114300** 이**<br />
<br />
서울시립대학교 기계정보공학과 20114300** 남**<br />
<br />
==서론==<br />
===개발 과제의 개요===<br />
====개발 과제 요약====<br />
내용<br />
====개발 과제의 배경 및 효과====<br />
내용<br />
====개발 과제의 목표와 내용====<br />
내용<br />
<br />
===관련 기술의 현황===<br />
====State of art====<br />
내용<br />
====기술 로드맵====<br />
내용<br />
====특허조사====<br />
내용<br />
====특허전략====<br />
내용<br />
<br />
===관련 시장에 대한 분석===<br />
====경쟁제품 조사 비교====<br />
내용<br />
====마케팅 전략====<br />
내용<br />
<br />
===개발과제의 기대효과===<br />
====기술적 기대효과====<br />
내용<br />
====경제적 및 사회적 파급효과====<br />
내용<br />
<br />
===구성원 및 추진체계===<br />
내용<br />
<br />
==설계==<br />
===설계사양===<br />
내용<br />
<br />
===개념설계안===<br />
내용<br />
<br />
===이론적 계산 및 시뮬레이션===<br />
내용<br />
<br />
===조립도===<br />
====조립도====<br />
내용<br />
====조립순서====<br />
내용<br />
<br />
===부품도===<br />
내용<br />
<br />
===제어부 및 회로설계===<br />
내용<br />
<br />
===소프트웨어 설계===<br />
내용<br />
<br />
===자재소요서===<br />
내용<br />
<br />
==결과 및 평가==<br />
===완료작품 소개===<br />
====프로토타입 사진====<br />
내용<br />
====포스터====<br />
내용<br />
====특허출원번호 통지서====<br />
내용<br />
<br />
===개발사업비 내역서===<br />
내용<br />
<br />
===완료 작품의 평가===<br />
내용<br />
<br />
===향후평가===<br />
내용<br />
<br />
==부록==<br />
====참고문헌 및 참고사이트====<br />
내용<br />
====관련특허====<br />
내용<br />
====소프트웨어 프로그램 소스====<br />
내용</div>Mie201803