5조-오늘제빵소

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 시각 장애인을 위한 실내 길 안내 서비스

영문 : Indoor navigation system for people with visual impairments

과제 팀명

오늘제빵소

지도교수

황면중 교수님

개발기간

2021년 9월 ~ 2021년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 기계정보공학과 2016430031 이학재(팀장)

서울시립대학교 기계정보공학과 2015430008 김준호

서울시립대학교 기계정보공학과 2015430011 김홍민

서울시립대학교 기계정보공학과 2014430014 노종하

서울시립대학교 기계정보공학과 20XXXXX0** 남**

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

시각장애인들이 실내에서 원하는 목적지로의 길을 찾기 어려운 문제를 해결하기 위해 백화점이나 공항 같은 대형 건물의 실내 길안내를 도와주는 웨어러블 디바이스를 이용한 길 안내 서비스를 설계한다. 지도 작성 및 위치추정 기술을 사용하여 사용자에게 위치 정보를 제공하고, 추정된 위치로부터 목적지까지의 경로계획을 통해 사용자에게 경로 또한 제시한다. 사용자의 특수성을 고려하여 사용자 가 GUI를 통해 목적지를 입력하면, 디바이스는 음성 메시지 방식을 통해 위치 및 경로 정보를 제공하도록 한다.

개발 과제의 배경

시각 장애인의 독립 보행이란 특정환경 속에서 자신의 잔존시각을 포함한 잔존 감각을 활용하여 자신의 현재 위치를 파악하고 주변 환경과 관계하여 자신이 원하는 목적지까지 이동하는 행동으로 정의내릴 수 있다. 독립 보행능력 보유 여부는 시각장애인의 자기존중감에 긍정적 영향을 미치며, 신체적 능력 향상과 사회활동 참여 증진, 고용기회의 확대까지 이어진다는 점에서 시각장애인 교육 및 재활 분야의 핵심으로 간주되고 있다.

최근 들어 GPS기반 장비와 각종 표지판, 이정표와 같은 랜드마크들이 늘어남에 따라 실외에서의 길찾기 작업 점점 수월해지고 있다. 하지만 실내 공간의 길 찾기의 경우 실내공간의 대형화, 전자지도 구축미비, GPS 기반 도구의 기능적 한계 등의 문제로 인해 이전에 비해 점점 어려워지고 있으며, 이는 시각장애인 또한 해당되는 흐름이다.

「시각장애인 실내보행용 앱 개발을 위한 욕구 및 선호 연구」 에 따르면 조성재는 시각장애인을 대상으로 한 실내 공간 이용시 느끼는 주관적 어려움정도를 조사한 결과에서 “어려운 편이다”~”어렵다” 의 경우가 적게는 66%, 많게는 80%까지 나타나는 사실을 지적하고 있다.

특히 백화점이나 공항의 경우는 그 비율이 더 높은 것으로 확인되었다. 이렇듯 현재 시각장애인들은 실내 공간에서 길을 찾기 어려운 현실을 마주하고 있다. 이러한 어려움을 해결하기 위해 우리나라의 경우, 위와 같은 몇몇 장소들은 점자블록, 음성안내 단말기, 음향신호기 수신기 등을 설치하여 시각장애인들이 위치에 대한 정보를 얻을 수 있게끔 시행하고 있다. 하지만 그러한 노력들에도 불구하고 여전히 시각장애인들에 대한 위 기관들의 접근성은 매우 낮은 것으로 알려져 있다. 이는 「시각장애인의 실내안내시설 설치 이용만족도 조사 (김인배, 2020)」 에서 나타나는데, 모든 연령대에서 낮은 만족도를 보여준다. 때문에 결국 흰 지팡이나 안내견, 행인에게 묻기 등의 수단으로 이동하는 것이 보통이다.

우리는 이러한 문제를 개선하기 위해 웨어러블 기기를 이용하여 시각장애인이 원하는 목적지지까지의 길을 안내해주는 서비스를 설계및 제작할 것이다. 이를 통해 시각장애인들이 백화점이나 공항과 같은 길찾기가 어렵고 복잡한 건물에서 목적지까지 쉽게 도착할 수 있게 하여, 실내외 어느 곳에서도 불편함을 느끼지 않게 독립보행 능력을 실현하는 데 도움을 줄 것이다.

개발 과제의 목표 및 내용

개발 목표

우리들은 백화점이나 공항 등 규모가 크고 내부 구조가 복잡한 건물에서 길을 찾아주는 웨어러블 디바이스를 제작하고 이를 통해 실질적으로 길찾기에 도움을 주는 것을 목표로 한다. 우리가 설계할 장치에는 가급적 실제 사용자들이 중요시하는 부분을 구현하는 것을 목표로 하였다. 「시각장애인 실내보행용 앱 개발을 위한 욕구 및 선호 연구」에 따르면 조성재는 시각장애인들은 실내 보행 및 길찾기를 도와주는 어플리케이션에 바라는 항목들로 현재 위치에서 가고자 하는 목적지까지의 거리와 방향, 자신의 현재 위치, 목적지에 도착하거나 지나칠 경우 자동도착 알림 기능 3가지가 핵심적인 요구 기능으로 선호되고 있다고 하였다.

또한 웨어러블 디바이스인만큼 너무 거추장스럽거나 무거우면 오히려 불편함을 초래할 것이다. 따라서 휴대성과 사용성 또한 고려하여야 한다. 일반적인 웨어러블 기기나 어플리케이션과는 달리 장치의 조작방법과 피드백을 받는 방식 또한 사용자에 맞추어 디자인하여야 한다. 같은 연구에서 실내보행용 스마트폰 app으로 정보 수용 시 선호하는 방식으로 음성 메시지 단독 사용과, 음향 신호와 진동음 병용이 주로 꼽혔다.

이에 따라 가장 높게 선호되는 음성 메시지 방식으로 사용자에게 정보를 전달하는 것을 목표로 한다. 따라서 우리의 개발 목표치는 다음과 같다. 1. 원하는 목적지까지 길을 정확하게 안내하는 것 2. 시스템이 현재 위치를 정확히 파악하는 것 3. 목적지에 도착할 경우 도착 알림을 하는 것 4. 휴대하기 편안한 것 5. 시각장애자가 조작하고 피드백을 받기에 편리한 것 시각장애인을 위한 길안내 서비스는 수익을 내기 위함이라기보다는 공익을 위한 서비스이므로, 가격 경쟁력을 갖추기 보다는 정확한 서비스를 제공하는 제품을 설계하고, 백화점이나 공항 등 특정 공간에 정부 또는 지자체 지원을 받아 구비하는것을 목표로 한다. 이렇게 구비된 제품을 안내데스크에서 대여해주는 방식으로 사용자가 이용한다. 기기의 이용은 전맹 사용자보다는 저시력자와 시야장애자를 대상으로 하고, 전맹 사용자는 안내데스크에서 기기의 조작을 도와주는 것을 목표로 한다.

세부 개발 내용

웨어러블 디바이스

임베디드 컴퓨터가 장착된 디바이스를 사용자가 착용하는 형태를 목표로 한다. 디바이스는 카메라가 상향된 전방을 확인할 수 있도록 전면으로 멜 수 있는 슬링백 형태로 제작하도록 한다. 휴대하기 용이하도록 무게가 무겁지 않게 하고, 디바이스의 통기성을 높여 발열 또한 고려해야 한다.

디바이스 내에는 임베디드 컴퓨터, RGBD 카메라, 충전형 배터리, 터치스크린 디스플레이가 하우징 되어 장착된다. 장착된 컴퓨터에 맞게 배터리 형태로 전원을 공급하고, 다른 기기와의 통신 없이 장착된 컴퓨터 내에서 목표한 기능을 수행한다. 생성된 경로와 위치 정보는 골전도 이어폰을 통해 사용자가 주변 소리를 듣지 못하는 단점을 극복하고 사용자에게 음성 피드백 형태로 제공할 수 있도록 설계한다.

소프트웨어

RGBD 카메라를 이용해 지도를 작성하고, 완성된 지도를 바탕으로 목표한 기능들을 수행한다. 지점마다의 마커를 제외하면 별도의 통신설비가 필요 없고, 지속적인 지도 업데이트를 통해 장소의 변형이나 교체에 유연하게 대처 가능하도록 설계한다. 사용자의 특수성을 고려하여 정보 입력, 전달의 편의성 또한 목표치에 추가하여 설계하도록 한다.

Mapping

단안, 양안 카메라에 비해 깊이를 직접 계산할 필요가 없는 RGBD 카메라를 사용한다. 사용자에게 길을 안내하는 서비스를 수행하기 이전에 디바이스는 지도를 작성하고, 지도 데이터를 저장한다. 저장된 지도 내에는 목적지로 설정 가능한 지점마다의 마커가 있으며, 각 마커에는 지점의 정보가 포함된다. 목표한 기능을 수행할 수 있을 만큼의 밀도를 갖춘 포인트 클라우드 지도를 작성하도록 한다.

Localization

지도 작성 또는 길 안내 서비스 도중에 수행하며, 저장된 지도를 바탕으로 특징점 기반 visual localization을 실시한다. 키 프레임마다 현재의 위치를 추정한 후 지도 작성중에는 지도를 최적화 하는 역할을 수행하고, 길안내 서비스 중에는 목적지 도착 여부를 판별 하거나 경로 이탈의 경우 경로를 재설정하도록 한다.

Path Planning

현재 상용 네비게이션에서 사용되고 있는 다익스트라 알고리즘을 이용한다. 실내 건물은 실제로 3D이지만, 같은 층 내에서는 실질적으로 2D인 점에서 실내 길찾기에도 동일한 알고리즘을 적용 가능하다. 벽면에 가중치를 높게 두면 최대한 안전한 경로를 찾는 등 적용범위가 넓다.

정보 전달

「시각장애인 실내보행용 앱 개발을 위한 욕구 및 선호 연구」 에 따르면 시각장애인들은 정보 수용 시 음성메시지를 가장 높게 선호하는 경향을 보여주었다. 이에 따라 본 시스템에서도 TTS API를 통해 사용자에게 음성 메시지를 출력하는 방식으로 설계한다. 또한 입력의 경우 본 시스템은 저시력자와 시야 장애자를 주 대상으로 하므로 GUI 사용이 어느정도 가능함을 상정하고 있다. 따라서 사용자 입력은 디스플레이를 사용하고, 직관성을 높인 터치 GUI를 통해 목적지를 입력하도록 한다.

내용

구성원 및 추진체계

내용

설계

설계사양

제품의 요구사항

내용

설계 사양

내용

개념설계안

내용

이론적 계산 및 시뮬레이션

내용

상세설계 내용

내용

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

내용

포스터

내용

완료작품의 평가

내용

향후계획

내용

특허 출원 내용

내용