지능형 알고리즘 기반 RGBW Dimming control LED 감성조명 시스템 개발 Development of RGBW Dimming Control Sensitivity Lighting System based on the Intelligence Algorithm원문보기
본 연구는 감성 공학과 인공 지능 알고리즘의 하나인 퍼지 추론을 이용하여 LED색온도제어시스템의 체계적인 제어를 위한 퍼지 추론 기반 LED 감성 조명 시스템을 개발하고자 한다. 감성공학 영역에서 하나의 형용사 언어로 표현되는 감성과 색상과의 관계를 고려하여 감성언어를 결정하고, 인간의 뇌에서 나오는 뇌파의 파장과 색온도와의 관계를 고려하여 수업과목의 종류를 결정한다. 결정된 감성언어와 수업과목의 종류를 이용하여 RGB LED의 색온도를 조정한다. 더불어 GPS(Global Positioning System)로 위도와 경도의 정보를 이용하여 실시간으로 태양의 고도를 산출하고, 온도 및 습도센서의 정보를 이용하여 불쾌지수를 산출한다. 결과로 나온 태양의 고도와 불쾌지수의 변화에 따라 LED 조명시스템의 White LED의 조도와 RGBLED의 색온도를 조정한다. 개발된 LED 감성조명 시스템은 상황에 알맞은 분위기를 연출함으로써 학습능력과 업무능력의 효율 향상 등을 이끌어 낼 수 있을 것이다.
본 연구는 감성 공학과 인공 지능 알고리즘의 하나인 퍼지 추론을 이용하여 LED 색온도 제어시스템의 체계적인 제어를 위한 퍼지 추론 기반 LED 감성 조명 시스템을 개발하고자 한다. 감성공학 영역에서 하나의 형용사 언어로 표현되는 감성과 색상과의 관계를 고려하여 감성언어를 결정하고, 인간의 뇌에서 나오는 뇌파의 파장과 색온도와의 관계를 고려하여 수업과목의 종류를 결정한다. 결정된 감성언어와 수업과목의 종류를 이용하여 RGB LED의 색온도를 조정한다. 더불어 GPS(Global Positioning System)로 위도와 경도의 정보를 이용하여 실시간으로 태양의 고도를 산출하고, 온도 및 습도센서의 정보를 이용하여 불쾌지수를 산출한다. 결과로 나온 태양의 고도와 불쾌지수의 변화에 따라 LED 조명시스템의 White LED의 조도와 RGBLED의 색온도를 조정한다. 개발된 LED 감성조명 시스템은 상황에 알맞은 분위기를 연출함으로써 학습능력과 업무능력의 효율 향상 등을 이끌어 낼 수 있을 것이다.
The study uses department of the sensitivity and fuzzy reasoning, one of artificial intelligence algorithms, so that develop LED lighting system based on fuzzy reasoning for systematical control of the LED color temperature. In the area of sensitivity engineering, by considering the relation between...
The study uses department of the sensitivity and fuzzy reasoning, one of artificial intelligence algorithms, so that develop LED lighting system based on fuzzy reasoning for systematical control of the LED color temperature. In the area of sensitivity engineering, by considering the relation between color and emotion expressed as an adjective word, the corresponding sensitivity word can be determined, By taking into consideration the relation between the brain wave measured from the human brain and the color temperature, the preferred lesson subject can be determined. From the decision of the sensitivity word and the lesson subject, we adjust the color temperature of RGB (Red, Green, Blue) LED. In addition, by using the information of the latitude and the longitude from GPS(Global Positioning System), we can calculate the on-line moving altitude of sun. By using the sensor information of both temperature and humidity, we can calculate the discomfort index. By considering the altitude of sun as well as the value of the discomfort index, the illumination of W(white) LED and the color temperature of RGB LED can be determined. The (LED) sensitivity lighting control system is bulit up by considering the sensitivity word, the lesson subject, the altitude of sun, and the discomfort index The developed sensitivity lighting control system leads to more suitable atmosphere and also the enhancement of the efficiency of lesson subjects as well as business affairs.
The study uses department of the sensitivity and fuzzy reasoning, one of artificial intelligence algorithms, so that develop LED lighting system based on fuzzy reasoning for systematical control of the LED color temperature. In the area of sensitivity engineering, by considering the relation between color and emotion expressed as an adjective word, the corresponding sensitivity word can be determined, By taking into consideration the relation between the brain wave measured from the human brain and the color temperature, the preferred lesson subject can be determined. From the decision of the sensitivity word and the lesson subject, we adjust the color temperature of RGB (Red, Green, Blue) LED. In addition, by using the information of the latitude and the longitude from GPS(Global Positioning System), we can calculate the on-line moving altitude of sun. By using the sensor information of both temperature and humidity, we can calculate the discomfort index. By considering the altitude of sun as well as the value of the discomfort index, the illumination of W(white) LED and the color temperature of RGB LED can be determined. The (LED) sensitivity lighting control system is bulit up by considering the sensitivity word, the lesson subject, the altitude of sun, and the discomfort index The developed sensitivity lighting control system leads to more suitable atmosphere and also the enhancement of the efficiency of lesson subjects as well as business affairs.
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문제 정의
감성공학 영역에서 하나의 형용사 언어로 표현되는 감성과 색상과의 관계를 기반으로 하여 감성언어를 결정하고, 인간의 뇌에서 나오는 뇌파의 파장과 색온도와의 관계를 고려하여 수업과목의 종류를 결정한다. GPS로부터 위도와 경도를 받아 태양의 고도를 실시간으로 계산하고, 온습도계로부터 건구온도와 습도를 받아 실시간으로 불쾌지수를 계산하여 그 값의 차이에 따라 LED 조명시스템의 조도와 색온도를 조정하는 조명 시스템의 개발을 목표로 한다. 본 연구에서는 LED 조명에 GPS와 온습도계를 실제로 적용함으로써 감성언어나 수업과목에 따른 LED 조명의 색상과 밝기에 태양의 고도와 불쾌지수가 미치는 영향을 인공지능 알고리즘의 하나인 퍼지 추론을 이용하여 추론하고 실제 적용한다.
제안 방법
GPS(Global Positioning System)로부터 위도 및 경도의 정보를 받아 설치 장소의 태양의 고도를 산출하고, 그 값에 따라 LED조명의 조도를 결정한다.
감성공학 영역에서 연구된 컬러이미지스케일(Color image scale)과 형용사이미지스케일(Adjective image scale)을 이용하여 언어에 적합한 색상을 추정하고 색상에 적합한 RGB 값을 계산한다.
개발된 시스템의 색온도의 RGB값 변환 알고리즘을 이용하여 컬러 이미지 스케일과 형용사 이미지 스케일을 매핑하여 데이터베이스화된 감성언어들 중에서 실내조명에 적합하다고 생각되는 7가지의 감성언어를 임의로 선정하였고 RGB값 변환 알고리즘을 통하여 선정된 감성언어의 색온도를 RGB값으로 변환하였고 수업과목에 대한 색온도 또한 RGB값으로 변환하였다.
본 논문에서는 실제 GPS 장치로부터 위도와 경도를 계측하여 태양의 고도를 계산하고 그 값을 이용하여 LED조명의 조도를 결정한다. 고도가 높은 경우(밝음)에는 조명의 밝기를 낮춰주고, 고도가 낮은 경우(어두움)에는 조명의 밝기를 높여주는 방식을 이용하여 LED조명의 조도를 조정한다.
다음 실험에서는 온습도계의 온도와 습도정보에 의해 산출된 불쾌지수를 이용하여 퍼지추론으로 나온 결과가 조명에 미치는 영향을 알아보기 위한 실험으로 불쾌지수의 단계가 ‘불쾌감을 느낌’의 경우 조도를 높여주는 실험과, 특히 ‘매우 불쾌’ 상태가 되면 조명을 ‘시원한’ 감성언어 상태의 색온도로 변화시켜 간접적으로 불쾌감을 줄여주는 실험을 수행하였다.
본 논문에서는 실제 GPS 장치로부터 위도와 경도를 계측하여 태양의 고도를 계산하고 그 값을 이용하여 LED조명의 조도를 결정한다. 고도가 높은 경우(밝음)에는 조명의 밝기를 낮춰주고, 고도가 낮은 경우(어두움)에는 조명의 밝기를 높여주는 방식을 이용하여 LED조명의 조도를 조정한다.
조명을 이용하여 직접적으로 불쾌지수를 줄일 수는 없지만 포근한, 시원한 등의 감성언어의 색온도 분위기에 따라서 간접적인 불쾌지수 감소를 불러온다. 본 논문에서는 실제 온습도계를 이용하여 온도와 습도로 불쾌지수를 산출해내고 퍼지추론을 적용하여 실시간으로 불쾌지수 변화에 따른 알맞은 LED조명의 조도를 결정한다.
본 연구는 학교나 빌딩의 조명통합관리 시스템의 일부로써 감성공학과 인공지능 알고리즘의 하나인 퍼지 추론을 이용하여 LED 색온도 제어시스템의 체계적인 제어를 위한 퍼지 추론 기반 LED 감성조명 시스템을 개발한다[1, 2].
GPS로부터 위도와 경도를 받아 태양의 고도를 실시간으로 계산하고, 온습도계로부터 건구온도와 습도를 받아 실시간으로 불쾌지수를 계산하여 그 값의 차이에 따라 LED 조명시스템의 조도와 색온도를 조정하는 조명 시스템의 개발을 목표로 한다. 본 연구에서는 LED 조명에 GPS와 온습도계를 실제로 적용함으로써 감성언어나 수업과목에 따른 LED 조명의 색상과 밝기에 태양의 고도와 불쾌지수가 미치는 영향을 인공지능 알고리즘의 하나인 퍼지 추론을 이용하여 추론하고 실제 적용한다.
불쾌지수와 온도에 감정 상태를 ‘편안함’, ‘불쾌감을 느낌’, ‘매우 불쾌’의 3개의 사다리꼴 멤버쉽 함수로 나누어 퍼지 추론을 하였고 ‘편안함‘ 상태에서는 조명에 영향을 주지 않고 ‘불쾌감을 느낌’ 상태에서는 조도를 증가시킨다.
선별한 7가지의 감성언어와 수업과목에 따른 색상을 모두 조명에 적용한 후에 GPS의 위도와 경도 정보를 이용하여 산출한 현재 태양의 고도 값을 적용한 색상과 비교하였다. 제한적인 장소로 인하여 실제 태양의 고도가 변화될 정도의 위도와 경도 위치로 이동을 할 수가 없어 실험장소 이외의 위치는 임의로 위도와 경도의 값을 입력하여 실험을 수행하였다.
실험은 감성언어 및 수업과목에 적합한 색온도를 RGB 변환 알고리즘을 이용하여 RGB값으로 변환한 색상을 시뮬레이션을 통해 모니터로 출력하였고 실제 LED조명에 RGB 값을 적용한 색상을 디지털 카메라로 촬영하였다. 시뮬레이터에 출력되는 색상과 실제 조명의 색상이 다르다는 것을 감안하여 실제 장비를 기준으로 두고 실험하였다.
실험은 감성언어 및 수업과목에 적합한 색온도를 RGB 변환 알고리즘을 이용하여 RGB값으로 변환한 색상을 시뮬레이션을 통해 모니터로 출력하였고 실제 LED조명에 RGB 값을 적용한 색상을 디지털 카메라로 촬영하였다. 시뮬레이터에 출력되는 색상과 실제 조명의 색상이 다르다는 것을 감안하여 실제 장비를 기준으로 두고 실험하였다.
선별한 7가지의 감성언어와 수업과목에 따른 색상을 모두 조명에 적용한 후에 GPS의 위도와 경도 정보를 이용하여 산출한 현재 태양의 고도 값을 적용한 색상과 비교하였다. 제한적인 장소로 인하여 실제 태양의 고도가 변화될 정도의 위도와 경도 위치로 이동을 할 수가 없어 실험장소 이외의 위치는 임의로 위도와 경도의 값을 입력하여 실험을 수행하였다.
성능/효과
개발된 시스템에 GPS를 적용시킨 결과 GPS의 정보에 의해서 태양의 고도가 높아지면 조명이 어두워지고 태양의 고도가 낮아지면 조명이 밝아지는 결과가 나왔다. 실제 조명을 육안으로 보았을 때는 조명의 변화가 느껴지지만 디지털 카메라로 촬영을 하였을 때는 차이가 미약하여 생략하였다.
후속연구
수업과목이나 감성언어를 사용하여 조명의 색온도를 사람의 뇌파의 반응에 알맞게 표현하여 일상생활, 학습시간, 업무 중에서 심리적으로 편안한 상태를 유지 시키는 등 상황에 알맞은 분위기 선택을 통하여 더 나은 생활을 이끌어 낼 수 있을 것이다. 이에 GPS와 온습도계를 통한 태양의 고도와 불쾌지수를 고려하여 좀 더 상황에 적합한 색상과 밝기를 조절함으로써 좀 더 나은 분위기를 연출하고 일상생활에 있어서 집중력과 업무능력, 학습능력을 향상시킬 수 있을 것이다.
수업과목이나 감성언어를 사용하여 조명의 색온도를 사람의 뇌파의 반응에 알맞게 표현하여 일상생활, 학습시간, 업무 중에서 심리적으로 편안한 상태를 유지 시키는 등 상황에 알맞은 분위기 선택을 통하여 더 나은 생활을 이끌어 낼 수 있을 것이다. 이에 GPS와 온습도계를 통한 태양의 고도와 불쾌지수를 고려하여 좀 더 상황에 적합한 색상과 밝기를 조절함으로써 좀 더 나은 분위기를 연출하고 일상생활에 있어서 집중력과 업무능력, 학습능력을 향상시킬 수 있을 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
불쾌지수는 무엇을 나타내는가?
불쾌지수(Discomfort Index; DI)는 날씨에 따른 온도와 습도에 의해 인간이 느끼는 불쾌감의 정도를 나타낸다. 이는 일상생활에 크게 영향을 주는 체감온도를 표시하는 방법의 하나로 식(5)에 의해서 불쾌지수를 산출한다.
발광 다이오드의 장점은 무엇인가?
발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)는 고체 발광소자로서 일반 전자기기의 표시등이나 숫자 표시에 사용됨으로써 우리생활과 친숙해 졌다. 초창기에는 휘도가 낮고 광색의 한계가 있었으나 현재 새로운 LED 원재료가 개발되고 생산기술이 진보함에 따라 반영구적인 수명, 낮은 소비전력, 높은 신뢰성과 적/청/녹의 삼원색을 조합하여 여러 색깔의 빛을 만들 수 있는 등 많은 장점을 가지고 있어, 주로 신호용으로서 표지판의 소형전구 대체, 칼라 스캐너용, LCD 백라이트용 등에서부터 옥외의 교통신호등, 차량의 각종 표시등, 항공유도등에 이르기까지 광범위하게 응용되고 있다.
발광 다이오드는 어떤 곳에서 사용되는가?
발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)는 고체 발광소자로서 일반 전자기기의 표시등이나 숫자 표시에 사용됨으로써 우리생활과 친숙해 졌다. 초창기에는 휘도가 낮고 광색의 한계가 있었으나 현재 새로운 LED 원재료가 개발되고 생산기술이 진보함에 따라 반영구적인 수명, 낮은 소비전력, 높은 신뢰성과 적/청/녹의 삼원색을 조합하여 여러 색깔의 빛을 만들 수 있는 등 많은 장점을 가지고 있어, 주로 신호용으로서 표지판의 소형전구 대체, 칼라 스캐너용, LCD 백라이트용 등에서부터 옥외의 교통신호등, 차량의 각종 표시등, 항공유도등에 이르기까지 광범위하게 응용되고 있다.
참고문헌 (5)
백종협, "LED 기술과 산업동향", 조명.전기설비학회지, 제17권, 5호, 2003.
유영문, "LED 시장 및 기술 동향", 대한전자공학회, 전자공학회지, 제37권, 2호, 2010
Danny Pascale, "A Review of RGB color spaces", 2008.
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