실시간 영상처리 기반의 영유아 위험 상황 감지를 위한 위험 객체 검출 시스템
Hazard Detection System Based on Real-time Image Processing for Infant Safety
- 주제(키워드) Infant , swallowing situation , Hazard Detection System , Polygonal Approximation , Ycbcr , euclidean distance
- 발행기관 서강대학교 정보통신대학원
- 지도교수 김주호
- 발행년도 2016
- 학위수여년월 2016. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 정보통신대학원 소프트웨어공학
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000059971
- 본문언어 한국어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권보호를 받습니다.
초록/요약
본 논문에서는 손에 잡히는 대로 입에 넣는 습성을 가진 만 3세 미만 영유아들의 삼킴 사고를 예방하기 위한 실시간 영상처리 기반의 위험 상황 감지 시스템을 구현하였다. 다양한 영유아 위험 사고유형 중 위험도는 높지만 기존에 익히 알려진 시스템 레퍼런스가 없는 삼킴사고를 주요 위해사례 품목 별로 검출 위험 물체를 정의하여, 아기 주변의 위험 물체와 아기 손을 감지하여 아기 손과 물체 간 거리가 기준값 이하로 가까워질 경우 위험 상황으로 판단하고, 부모에게 알려 영유아 주변 환경을 정리하고 사고로부터 예방할 수 있는 위험 상황 감지 시스템을 제안하였다. 본 위험 상황 감지 시스템은 실시간 USB 카메라 기반에 컴퓨터 비전 오픈소스 라이브러리인 OpenCV 알고리즘을 활용하여 구현하였으며, 위험 물체 검출은 이진화 결과에 따라 다양한 형태로 변환되기 때문에, 수학적으로 잘 정의되지 않은 형태의 원검출 기법 연구를 중심으로 한 다각형 근사 방법을 활용하여 물체 검출을 구현 하였다. 또한, 기존의 조명제거 기법을 개선한 방법을 적용하여 명암대비가 균일한 실시간 영상을 생성하여 외부 조명에 강인한 시스템을 구현하였다. 손 피부영역 검출은 YCbCr 컬러 모델 변환을 이용한 피부색 화소 추출 방법을 활용했으며, 검출된 아기의 손과 삼킴위험 물체 간의 거리를 2차원 평면의 유클리디안 거리계산식으로 측정하여 위험 알림의 기준 값으로 사용하였다. 실험을 통해 영상 검출에 가장 큰 영향을 주는 조명에 대한 불균일한 명암대비가 검출률에 주는 영향을 분석하였으며, 그 결과 조명 균일화 적용 여부에 따라 평균 73.8~99.2%의 검출률을 보였고, 오검출률은 최대 7.1%에서 0%로 감소시켜 조명 균일화 기법을 통한 오검출률 감소의 효능을 검증하여 실제 실내 육아 환경에서의 조명에 강인한 시스템의 활용을 기대할 수 있었다. 이러한 영유아 삼킴 위험 상황 감지 시스템은 가정 내 삼킴 육아 사고 예방과, 더 나아가 육아 환경 개선에 기여할 수 있는 기반을 구축하였다.
more초록/요약
This research implemented a safety hazard detection system based on real-time image processing to prevent infants from swallowing any objects within their reach. This research demonstrates a safety hazard detection system capable of the following: defining hazardous objects according to major cases of swallowing, highly dangerous among various types of infant accidents, yet with no available reference on existing systems; and detecting infant’s hands and any hazardous objects around an infant. As the distance between the infant’s hand and detected object draws closer to below reference value, the system perceives the circumstance as a safety hazard, alerting the parents to tidy up the surroundings of the infant, thereby preventing any accidents. The implementation of safety hazard detection system was based on real-time 2D image of 1ea USB camera and the utilization of OpenCV algorithm, which is a computer vision open source library. Depending on the result of binarization, the hazardous objects detected are converted to various forms; therefore, detection was carried out by polygonal approximation, which is a method centered on a research of circle detection of mathematically indefinable forms. In addition, an improved method of the existing Remove Lightness technique was applied to create real-time images with even contrast and to attain a system resistant to external light. Through the use of YCbCR color conversion, skin color pixel extracting technique was applied to detect the hand. The distance between the detected infant’s hand and hazardous object, was measured by two-dimensional Euclidean distance formula, and used as a reference value for the alert. Uneven contrast from light has the greatest influence on image detection, and its effects on the detection rate were analyzed through a series of experiments. Consequently, depending on the application of Lightness Equalizing, the average detection rate was 73.8 – 99.2%, while as, the false alarm rate decreased from a maximum of 7.1% to 0%, proving the decline in false alarm rate through the technique of even lighting. This led to the anticipation of utilizing light resistant system in actual indoor child-rearing environments. This safety hazard detection system prevented infants from swallowing hazardous objects and furthermore established a groundwork contributing to the improvement of child-rearing environment.
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