"5조"의 두 판 사이의 차이

2020년 12월 17일 (목) 00:11 판

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 융합형 카메라 하우징 설계 및 위험방지 알람 APP 제작

영문 : Convergence type camera housing design and risk prevention alarm APP production

과제 팀명

대장부

지도교수

강인혜 교수님

개발기간

2020년 8월 ~ 2020년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 기계정보공학과 20154300** 고**(팀장)

서울시립대학교 기계정보공학과 20154300** 노**

서울시립대학교 기계정보공학과 20154300** 박**

서울시립대학교 기계정보공학과 20154300** 표**

서울시립대학교 기계정보공학과 20154300** 함**

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

행정안전부 과제로서 ‘한국건설기술연구원’을 포함한 공동연구기관에서 진행하는 ‘도로교통안전을 위한 AI 교통안전 시스템 실증기술’ 프로젝트에 이용할 카메라 하우징을 ‘에이치브레인’사와 협력하여 설계한다. 또한 하우징 내 보행자 및 차량을 인식하는 융합 센서가 전달하는 정보와 도로 위 보행자 및 운전자의 모바일 폰으로부터 얻는 정보를 이용하여 위험 여부를 판단하고 위험 표출 방안으로서 이용자의 모바일 앱을 통해 위험 상황을 알리는 시스템을 개발한다.

개발 과제의 배경 및 효과

도로교통공단의 2018년 스쿨존 내 어린이 교통사고의 사고 유형별 통계를 보면 어린이 보호구역 내 교통사고는 ‘횡단 중’에 발생하며 이는 전체 사고의 약 63%에 해당한다.

또한 TAAS의 2016~209년 차대사람 교통사고의 사고 유형별 통계를 보면 ‘횡단 중’발생하는 사고의 비율은 약 54~56%로 전체 사고 유형에서 가장 높은 비율을 차지한다. 어린이 보호구역뿐만 아니라 일반적인 도로의 교통사고 발생 횟수에서도 ‘횡단 중’발생하는 사고의 비율은 높다.

현재 ‘횡단 중’발생하는 교통사고율을 낮추기 위한 방안으로는 주행 신호등에 설치된 감시 카메라를 통한 횡단보도 내 자동차의 제한속도 감시나 보행자 신호등이 빨간 불일 때 보행자가 횡단하려 하는 경우 소리를 통한 위험 표출 등이 있다. 이외에도 운전자의 내비게이션을 통한 제한속도 안내 등 간접적으로 사고를 예방하는 방안 등이 있다. 이러한 방안들의 공통점은 카메라나 적외선 센서들이 감지한 차량이나 보행자의 위치를 기반으로 한다는 것이다. 지금의 교통사고 예방 시스템들은 카메라나 센서 등을 통해 얻어진 차량이나 보행자의 위치 정보를 서로 연결하지 않는다. 운전자에게는 차량의 위치정보만을 바탕으로 구간의 제한속도 등을 알리며, 보행자에게는 횡단보도 내 보행자의 위치정보만을 바탕으로 위험을 알려줄 뿐이다. 이는 차량과 보행자가 통과하는 횡단보도 내 실제로 발생할 수 있는 위험에 대해서는 알려줄 수 없다. 실시간으로 발생할 수 있는 사고에 대해서 알림을 발생시키기 위해서는 횡단보도 주변의 차량과 보행자의 위치정보들의 연결이 필수적이며 이는 실시간으로 이루어져야 한다. 본 프로젝트는 이러한 문제를 해결하기 위해 차량과 보행자의 위치를 실시간으로 탐지하는 융합센서를 설계하고 이로부터 얻은 정보를 연결하여 보행자 및 운전자에게 발생할 수 있는 위험을 알리는 시스템을 개발하려고 한다. 이를 통해 실제 도로 및 횡단보도 내 상황을 고려하지 않은 채 위험을 알리는 기존 방식에서 실시간으로 상황을 감지하여 위험을 알릴 수 있도록 한다. 교통사고의 높은 비율을 차지하는 ‘횡단 중’ 발생하는 사고율을 줄일 수 있다면 교통안전을 크게 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다. 또한 추후에 다양한 장소에 설치가 용이한 융합센서 설계를 통해 횡단보도뿐 아니라 어린이 보호구역이나 교통사고가 빈번한 구간 등의 교통사고율을 낮출 수 있을 것으로 기대한다.

개발 과제의 목표와 내용

1. 차량 및 보행자용 카메라 하우징 설계

차량용, 보행자용 카메라 하우징에는 각각 2개의 모듈이 들어가 융합형 센서의 역할을 해낼 것이다. 따라서 각각 2개의 모듈이 설치되어 원활히 역할을 해낼 수 있는 하우징을 설계할 것이다. 가장 먼저 하우징의 기능으로써 내부의 모듈들이 안전하게 보호될 수 있도록 구조적인 안전성을 고려할 것이고, 방열, 방수, 방진 설계를 통해 각 모듈이 적합한 환경 속에서 정상적인 작동을 할 수 있도록 할 것이다. 또한 부수적으로 기존의 투박한 모델과는 달리 사람들로 하여금 누군가에게 감시가 되고 있다는 인상이 아니라 누군가로부터 지켜지고 있다는 편안한 느낌을 줄 수 있도록 모델링을 진행할 것이다. 추가로 프로젝트가 아직 개발 단계에 있는 것을 고려하여 특정 모듈에만 적합한 하우징이 아닌, 모듈 단위로 손쉽게 교체가 가능할 수 있어 비용적인 측면에서 우수한 설계를 진행할 예정이다.

2. 위험표출 시스템 제작

차량용 카메라에 설치된 레이더가 차량의 속도와 위치를 파악하고, 보행자용 카메라의 적외선 카메라는 횡단보도에서 보행자의 위치를 파악할 것이다. 이 위치정보를 위험 판단 알고리즘에 이용하여 보행자 및 운전자에게 발생할 수 있는 위험 여부를 판단한다. 위험 여부 판단 시에는 한양대학교에서 개발 중인 위험 판단 알고리즘과 협력 업체 내 CPU 및 서버를 이용할 예정이다. 위치정보는 정확하고 실시간으로 판단되는 것이 중요하므로 레이더 및 카메라를 통한 위치정보 파악에 있어 적은 오차와 빠른 반응속도가 요구된다. 보행자 및 운전자가 위험하다고 판단되면 휴대폰 앱을 통해 위험을 표출할 예정이다. 실용성을 위해 앱은 백 그라운드 상태에서도 작동하는 것이 요구되며 위험 상황 발생 시 빠르고 직관적이게 이용자에게 알림을 주는 것 또한 요구된다.

관련 기술의 현황

State of art

하우징 설계

카메라의 역할과 설치되는 환경에 따라 카메라 하우징의 형태가 바뀌며, 각 하우징 종류와 사용방법을 이해하기 위해서는 사용 목적과 사용될 카메라 및 렌즈의 정확한 파악이 가장 중요하다.

1. 스피드 돔형 하우징

화각 변동의 신속성과 기동성이 필요한 곳에 알맞은 형상이며, 외부로 구동부가 크게 나타나지 않고 구형의 디자인을 가져 구동부 걸림이나 부식, 노후화로 인한 장애요소도 훨씬 적은편이고 크기에 따라 IR Blaster를 대량으로 장착하거나 IR LASER를 올리기도 한다. 한 대의 카메라만으로 정밀한 추적과 광범위한 탐색이 가능하다.

2. 돔형 하우징

주로 실내에서 사용되며 카메라에 BNC선, 전원선만 달려 있는 CCTV로 실내에는 거의 돔형 하우징을 사용한다. 실내에서 사용되기에 방수 기능은 뛰어나지 않으며 진동에도 취약하다. 또한 초점은 고정거리 초점인 경우가 많으며 화각의 초기 조정 범위에 제약이 크므로 설치 및 시공 시 사전에 카메라의 촬영 범위를 검토해야한다.

3. 박스형 하우징

주로 특정 기능을 제공하는 카메라를 박스형 하우징에 담아 사용하는 형태이며, 대표적으로 열 영상을 감지하기 위한 적외선 카메라, 매우 밝은 곳을 촬영하기 위한 카메라를 위한 하우징 형상이다. 외부에서 많이 사용되는 대표적인 하우징이며, 여러 가지 카메라를 사용할 때 적절한 형상이지만 크기가 큰 단점이 있다.

4. 총알형 하우징

카메라 하우징 자체가 방수방진이 되도록 제작되어 실내 및 실외에 그대로 부착이 가능한 카메라를 총알형 하우징이라 한다. 크기가 다양한 라인업이 준비되어 있고, 제공하는 성능 범위 역시 가장 넓다. 고정된 시야각과 고정된 초점 범위를 가지며 돔 카메라에 비해 시공 후 조정에도 좀 더 관용도를 가지므로 시공 난이도가 낮다는 장점이 있다. 그러나 카메라가 노출되어 있으므로 카메라 파손에 취약하고, 보완에 더 많은 신경을 써야 한다.

하우징 방열, 방진 & 방수 설계

카메라가 정상 동작하며, 그 기능을 최대한 발휘하기 위해서는 적당한 온도와 습도를 유지하는 것은 필수적이다. 또한 미세먼지나 빗물 등으로 인해 렌즈기능을 떨어뜨려 카메라의 초점 조절에 영향을 줄 수도 있으므로 이를 방지할 방진, 방수설계는 필수이다. 대부분의 CCTV 하우징은 위치나 환경적으로 사람의 출입이 어려운 곳이 많으므로 사용처의 환경에 따른 제약을 극복하기 위해 이러한 설계에 많은 시간을 사용해야 한다.

1. 방열 설계

(1) 열반도체 소자를 이용한 전자 냉각 방법
열전 반도체 N-Type소자에(+) P-Type소자에 (-) 전류가 흐르면, 전자들은 P-Type 소자 쪽에서 N-Type 소자 쪽으로 이동하게 되고 냉접점 쪽은 열을 흡수하면서 온도가 떨어지게 된다. 반도체 열전소자를 이용한 냉각 방식으로 전원공급만으로 냉각과 가열이 가능합니다. 오염원이 없어 환경 친화적이며, 고온, 분진, 습기에 의한 장애를 동시에 해결할 수 있다.

2. Air Cooler 냉각방식을 이용한 온도 조절

단열처리 된 2중의 하우징 뒷면에 Vortex Tube를 부착하여 냉각하는 방식으로 내부의 온도 컨트롤러에 의해 설정온도 범위 내 에서는 공급 Air를 차단하도록 구성되어 있으며, 냉각 후 배출되는 공기로 전면유리를 퍼지 할 수도 있는 기능이 있다. Vortex Tube로 인해 발생하는 Vortex Air로 인해 Cooler 한쪽으로는 차가운 공기가 토출되고 다른 한쪽으로는 뜨거운 공기가 배출되는 원리를 이용한다.

3. 열선과 Fan을 이용한 온도 조절

온도 컨트롤러, 온도 센서, Fan, 열선을 한 모듈로 하는 온도 제어 시스템을 통해 온도 센서에서 하우징의 온도가 특정 온도이상으로 올라가면 Fan을 가동시키고, 특정온도 이하로 내려가면 열선을 가동하여 하우징 안에 온도를 유지한다. 결빙과 습기로 인한 카메라 렌즈의 기능 장애가 생길 경우 원격으로 작동하여 문제를 빠르게 해결한다.

4. 방진 & 방수 설계

외부에 설치되는 하우징의 경우 빗물과 미세먼지로 인한 카메라 기능 상실을 막기 위해 IP66을 기준으로 방수, 방진 설계를 한다. 기본적으로 제품을 구성하는 재질은 알루미늄 합금으로 부식과 방수에 강하다. 제품의 결합부위에 고무 실리콘을 끼우고, 전선이 나오는 구멍을 방수 캡으로 막음으로써 미세먼지와 빗물로부터 하우징을 보호한다.

횡단보도 위험 알림

현재 횡단보도에 접근하는 차량과 보행자에게 위험 사실을 미리 알리기 위해 개발된 방법은 횡단보도 바닥에 경보를 알리는 방법과 보행자가 차량이 접근 중인데 건널 경우 경고음이 울리는 청각 알림 방법이 있다. 두 방법 모두 사람과 사물에 대한 판별력이 뛰어난 열화상카메라를 이용해 횡단보도에 접근하는 보행자를 인식하여 보행자가 인식될 경우 횡단보도 양측 노면에 LED 경보등이 작동하는 방법이다. 하지만 두 방법모두 보행자에게만 위험 알림을 주고, 운전자에게는 사고를 방지하기 위한 알림이 부족하다. 따라서 위험방지 알림 APP을 개발하여 보행자와 운전자 모두에게 위험 사실을 알려 교통사고를 줄일 것이다.

기술 로드맵

특허조사

방열 설계

1. 열전소자를 이용한 CCTV 하우징 냉각

방수 설계

1. CCTV 하우징 탈부착이 가능한 방수구조

횡단 중 위험 알림

1. 횡단보도의 위험을 음성으로 안내

2. 보행자의 휴대폰 화면에 알림 표시 특허

특허전략

1) 카메라 하우징 설계

하우징의 형태에 대한 특허는 이미 소멸되었으므로, 기존의 박스형과 총알형 하우징의 형태와 비슷한 형상으로 하우징을 제작하여도 특허침해를 피할 수 있을 뿐 아니라 레이더 카메라 일치 형태의 하우징 제작으로 신규성을 얻어 특허를 출허할 수 있다. 외부 하우징의 필수인 항온 설계는 온도컨트롤러, 센서, 열선과 Fan을 이용하여 컨트롤러 코딩을 통해 제어 시스템을 설계하고, 결합부위 고무 실린더와 방수 캡을 활용해 방수설계를 할 것이다.

2) 위험상황 알림

현재 횡단 중 위험상황을 알리기 위한 특허 중 소멸되지 않은 내용은 보행자의 위치를 적외선 카메라로 인식하여 휴대폰 화면에 알려주는 시스템과 교통 신호와 연동하여 볼리드와 횡단보도에 설치된 LED를 통해 표시하는 특허가 있다. 교통 신호와 보행자의 위치로만 정보를 판단하여 수동적으로 위험을 알린다. 이러한 점을 고려하여 모바일 어플리케이션을 통해 융합형 카메라로 얻은 위험판단 알림을 바탕으로 보행자와 운전자에게 진동과 소리알람을 모바일 어플리케이션을 통해 알린다면 신규성을 충분히 얻을 수 있다고 판단된다.

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

1. 융합형 CCTV 하우징의 초기 모델 제시

카메라 하우징의 방수, 방진, 방열 설계에서 기술적으로 획기적인 면은 없지만 2개의 카메라 모듈이 설치될 수 있고, 내부 모듈의 기능상실이 일어나지 않는 조건하에 하우징의 최소의 크기로 설계함으로써 경량화와 편리성에서 뛰어난 효과를 보인다.

2. 플랫폼으로서의 모바일 어플리케이션 효과

실시간으로 스마트폰만 있다면 언제 어디서나 교통사고 위험알림을 받을 수 있는 기능 제공이 가능하다. 위험상황 알림 어플리케이션은 스마트폰의 플랫폼으로서 역할을 수행하고, 하드웨어 및 소프트웨어의 융합 기술의 극대화 효과를 가질 것이다.

경제적 및 사회적 파급효과

기존에 교통용 카메라들은 번호판확인, 차량속도 측정, 보행자확인 등 자신의 목적만을 완수하기 위해 설치되었고, 그 결과 무분별하게 많은 카메라들이 설치가 되어 있는 것은 물론 각각의 카메라로부터 얻을 수 있는 정보 역시 1차원적이다. 하지만 융합형 카메라 하우징은 차량용, 보행자용에 설치되는 카메라 모듈을 제시하였고, 내부 모듈이 바뀜에 따라 하우징을 수정할 필요가 없어 설치되는 카메라 하우징의 수를 줄이는 것은 물론 변경사항이 있을 경우 내부 모듈만 바꾸면 되므로 경제적으로 긍정적인 영향을 줄 것이다. 또한 각 카메라들의 정보를 융합하여 보행자와 운전자에게 위험상황 알림 등 양질의 정보를 제공하여 교통사고 건수를 줄일 수 있을 것이다. 사회적 기대효과로는 기존에 감시형 카메라에 대한 인식이 개인의 프라이버시가 침해 등 좋지 않지만 이를 전환시키고자 친숙한 디자인으로 설계함으로써 보다 많은 사람들에게 호응을 얻을 수 있을 것으로 기대한다. 위험방지 알림은 현재 지능형 볼리드, 말하는 횡단보도 등 복합적인 위험상황을 알리는 것이 아닌 단순히 신호등의 신호에 따라 1차원적인 정보를 제공하는 것은 물론 운전자에게 위험을 알리기는 어렵다. 하지만 모바일 어플리케이션 알림을 통해 융합형 카메라로부터 얻을 수 있는 위험상황 정보를 보행자와 운전자에게 청각적 알림과 진동을 보냄으로써 교통사고율을 획기적으로 줄일 것으로 기대한다.

구성원 및 추진체계

내용

설계

설계사양

내용

개념설계안

설계 과정 차량용 융합 센서 하우징에는 레이더와 IP 카메라 두 가지의 센서가 탑재된다. 보행자용 융합 센서 하우징에는 IP 카메라와 열화상 카메라 두 가지의 센서가 탑재되며 산업체에서 이용예정인 IP 카메라의 종류는 두 가지로 IP 카메라의 종류에 맞춰 대형과 소형 하우징을 제작한다. 소형 하우징의 경우 2차 미팅 이후 추가된 사항으로 2차 설계 과정 까지 에서는 대형 하우징의 설계만을 다룬다. 다행히 소형 하우징은 대형 하우징의 모형과 유사한 방법으로 설계가 결정되었다. 설계 과정에서 고려한 사항은 해당 제품의 사이즈, 틸트 여부, 디자인, 방수/방열/방진 설계, 설치 용이성, 확장 가능성 등이 있으며, 산업체가 원하는 목적에 맞추어 팀원들과 협의하며 설계를 진행했다. 산업체 대표와의 두 차례 미팅을 통해 피드백을 받았고, 요구 사항에 따라 총 3개의 하우징을 3차에 걸쳐 설계했다. 산업체의 요구는 아니지만 위험 상황 알림을 애플리케이션을 통해 제공하기로 결정하였다. 사용자의 위험 여부는 위험판단 알고리즘을 거쳐 서버에 업데이트된다. 이에 접근하여 사용자에게 위험 알림을 제공하는 애플리케이션을 제작한다. 애플리케이션은 노인과 어린이가 주 대상이기 때문에 사용의 직관성과 편리성을 갖추어야 한다. 또한 위치 정보를 사용하기 때문에 소모 전력이 많이 소요된다. 이를 최대한 고려하여 사용성 높은 애플리케이션을 설계한다.

1차 융합 센서 하우징 설계안
1차 설계안의 중점 사항은 디자인의 방향성이었다. 산업체는 기존의 전문 업체들이 제작한 하우징에서 벗어난 새로운 디자인의 하우징을 요구했고, 설치자의 입장이 아닌 운전자 및 보행자의 입장에서 융합 센서 하우징으로부터 받을 느낌을 중요시했다. 특히 기성 제품 하우징의 경우 감시를 하는 느낌이 너무 강하다는 의견을 주었고, 이를 개선할 수 있는 설계를 요구했다. 따라서 우리는 기존의 전문 업체들이 제작한 하우징을 구매하여 기존의 하우징이 주는 느낌과 디자인, 성능 등을 조사했고, 3가지의 차량용 모델과 보행자용 모델을 제시했다.

차량용 하우징

1. 부엉이 형상의 하우징

첫 번째 설계안은 부엉이 형상의 하우징이다. 산업체의 요구 사항을 토대로 하우징으로부터 감시 받는 느낌을 없애기 위해 도로 위에서 자연스럽게 동화될 수 있는 물체를 생각했고, 새가 신호등에 앉아 있는 형상을 구상했다. 따라서 하우징 형상에 적합한 부엉이를 떠올려 설계를 진행했다.

해당 하우징의 경우에는 위의 부엉이 눈 부분에 IP 카메라를 설치하고, 아래의 몸통 부분에 레이더를 설치할 수 있도록 설계를 진행했고, 지주와의 결합은 몸통 부분이 유연하게 휠 수 있는 볼트와 너트로 결합될 수 있게 설계했다.

틸트의 경우에는 IP 카메라와 레이더가 볼트와 너트를 이용하여 중심축을 기준으로 자유롭게 틸트되고 고정될 수 있도록 생각했다. 방수/방진에 대해서는 레이더가 IP66 등급으로 자체 보호가 되므로, 눈 부분의 IP 카메라의 경우에만 방수 및 방진 설계를 진행했다.

2. 안경 형상의 하우징

이론적 계산 및 시뮬레이션

내용

조립도

내용

조립순서

내용

부품도

내용

제어부 및 회로설계

내용

소프트웨어 설계

내용

자재소요서

내용

결과 및 평가

완료작품 소개

프로토타입 사진

내용

포스터

내용

특허출원번호 통지서

내용

개발사업비 내역서

내용

완료 작품의 평가

내용

향후평가

내용

부록

참고문헌 및 참고사이트

내용

소프트웨어 프로그램 소스

내용

위키페이지 작성을 위한 문법 가이드

표

표는 위키 문법에 맞추어 작성할 수 있습니다. Mediawiki table generator를 이용하면 손쉽게 표를 작성하여 위키 문법으로 export할 수 있습니다. 아래는 Mediawiki table generator를 이용하여 작성한 표의 예시입니다. 위 웹페이지에서는 직접 CSV파일을 가져와서 바로 표를 만들 수도 있습니다. 직접 표를 문법에 맞추어 편집하고자 하시는 분들은 wiki 표 문법을 참조하면 도움이 됩니다.

구분	실험 1	실험 2	실험 3	실험 4
결과 1	1.1	2.1	3.1	4.1
결과 2	1.2	2.3	4.5	6.4
결과 3	5.1	5.4	2.7	8.5

수식

원래 위키백과에서는 math 태그를 이용하여 바로 수식을 작성할 수 있지만 capstone wiki에서 그 기능은 지원되지 않는것으로 확인됩니다. 따라서 수식을 올리기 위해서는 수식을 사진으로 변환한 후 올려야 합니다. LATEX 수식 생성기 를 이용하면 tex 문법을 이용하여 수식을 작성하여 파일로 저장할 수 있습니다.

svm object function

위 수식은 support vector machine의 비용 함수를 표현한 예시입니다. tex 문법은 tex 수식 문법 에서 확인할 수 있습니다.

사진

사진은 "도구-파일 올리기" 탭에서 파일을 올린 후 아래와 같이 올릴 수 있습니다. 파일명은 파일 올리기에서 정한 "파일의 새 이름"을 사용하면 됩니다.

Mnist 데이터 예제입니다.

코드

코드는 syntaxhighlight 기능을 이용하여 아래와 같이 표현할 수 있습니다.

#include <iostream>
int main ( int argc,  char **argv ) {
    std::cout << "Hello World!";
    return 0;
}

이에 대한 자세한 내용은 Mediawiki syntaxhighlight를 참고하면 도움이 됩니다.

@@ 141번째 줄: / 141번째 줄: @@
 ===관련 시장에 대한 분석===
 ====경쟁제품 조사 비교====
-내용
+[[파일:5조_20|1000픽셀]]
+[[파일:5조_21|1000픽셀]]
 ====마케팅 전략====
 '''차량용 카메라 하우징'''