[논문]퍼지 추론을 이용한 실내 운동 및 휴식 상황에서의 LED 감성조명 설계

강은영; 김효준; 박건준; 김용갑

doi:10.7236/jiibc.2015.15.2.181

퍼지 추론을 이용한 실내 운동 및 휴식 상황에서의 LED 감성조명 설계
Design of a LED Emotional Lighting System for Indoor Exercise and Resting Situations using Fuzzy Inference 원문보기

The journal of the institute of internet, broadcasting and communication : JIIBC, v.15 no.2, 2015년, pp.181 - 187

강은영 (원광대학교 정보통신공학과) , 김효준 (원광대학교 정보통신공학과) , 박건준 (원광대학교 정보통신공학과) , 김용갑 (원광대학교 정보통신공학과)

초록
AI-Helper

본 논문은 LED 조명을 이용한 실내 환경에서 사용자가 운동 및 휴식을 취할 때 퍼지 추론을 통하여 상황에 최적화된 LED 감성조명 알고리즘을 구현한다. 기존의 단순 색온도 제어보다 퍼지이론을 사용하여 복잡한 조건하에서 색상과 색온도를 사용자 환경에 맞게 LED 광원을 컨트롤 한다. 사용자의 행동에 따라 감성언어의 색상과 온도에 따른 색상의 배합을 통한 퍼지 추론 기반의 LED 감성조명 시스템을 설계한다. 그 결과 색상과 색온도가 사용자의 감성에 좋은 영향을 주어서 휴식 및 운동에 효과적인 감성조명을 나타낼 수 있을 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, an LED emotional lighting algorithm optimized to the situation was implemented using fuzzy inference for users in exercise and resting situations in indoor environment. The fuzzy theory was used instead of the conventional simple color temperature control in order to control the colors and color temperatures of LED light sources in line with user environment under complex conditions. An LED emotional lighting system based on fuzzy theory was designed through a combination of colors according to the color and temperature of emotional language based on the user behavior. As a result, the color and color temperature can give a good effect on user's emotions for an emotional lighting that is effective for resting and exercise.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 논문에서는 LED 감성조명의 사용자가 실내 환경에서 운동 및 휴식 행동을 취할 때 퍼지 추론을 이용하여 상황에 맞는 색상을 발광하는 LED 감성조명 설계를 한다. 실내 환경 요소에 해당되는 실내 온도를 기준으로 운동과 휴식 상황을 목표로 하였다.
예를 들면 휴식, 독서, 집중, 운동등 사용자가 하고자 하는 모든 행동들에 대하여 감성적인 영향을 줄 수 있다. 본 논문은 감성 언어를 파악하고 추출한 감성조명일 기준으로 감성 색상을 추출한다. 추출된 감성 색상을 이용하여 퍼지 추론을 통해 온도와 상황에 최적화된 LED 감성조명 구현을 목표로 한다.
본 논문은 온도와 운동, 온도와 휴식의 2가지 상황에서의 퍼지 추론 시스템을 설계한다. 퍼지 추론 시스템 설계를 하기위해 멤버십 함수와 If-Then 규칙을 이용하여 알고리즘을 구현하고 Fuzzy Rule Lookup Table을 작성하였다.
실내 운동 및 휴식상황에 따른 퍼지추론 기반 LED 감성조명에 관한 연구로서 사용자가 실내 환경에서 운동 및 휴식의 행동을 취할 때 퍼지추론을 통하여 최적의 LED 색상을 구현하는 것을 목표로 한다. 운동과 휴식, 집중의 상황에 따른 감성 언어를 I.
본 논문에서는 LED 감성조명의 사용자가 실내 환경에서 운동 및 휴식 행동을 취할 때 퍼지 추론을 이용하여 상황에 맞는 색상을 발광하는 LED 감성조명 설계를 한다. 실내 환경 요소에 해당되는 실내 온도를 기준으로 운동과 휴식 상황을 목표로 하였다. 운동과 휴식의 상황에 따른 감성 언어를 I.
본 논문은 감성 언어를 파악하고 추출한 감성조명일 기준으로 감성 색상을 추출한다. 추출된 감성 색상을 이용하여 퍼지 추론을 통해 온도와 상황에 최적화된 LED 감성조명 구현을 목표로 한다.

제안 방법

IF-THEN 규칙을 각각의 상황에 맞는 최적의 색상을 선택하여 온도-휴식에 대한 Fuzzy-Rule Lookup Table을 구성하였다. 구성된 표는 다음과 같다.
감성언어는 인간이 느끼는 감성을 언어적으로 표현한 것으로서 인간이 느끼는 사랑, 즐거움, 미움, 공포 등을 뜻한다. LED 감성조명 시스템을 설계하기 전 감성언어와 감성색상의 비교분석을 통하여 최적의 감성 언어와 색상을 추출한다. 감성언어는 그림 2의 I.
퍼지 추론을 이용한 LED 감성을 구현하기 위해 퍼지 규칙을 통하여 구현하였다. 단일의 경우가 아닌 복합적인 상황을 기준으로 LED를 구현하였다. 온도와 운동의 경우 실내온도가 18℃이며 매우 춥거나 추울 때 운동을 강하거나 매우 강하게 함, 온도와 휴식의 경우 23℃의 덥거나 매우 덥고 가벼우며 상쾌한 휴식을 할 때의 두가지 경우로 구현한다.
또한 남성은 황색계의 적색에, 여성은 청색계의 적색에 이끌린다^[6]. 따라서 운동 상황은 I.R.I 형용사 스케일과 단색 이미지 스케일의 비교를 통하여 동적인의 영역에 가까운 적색의 감성언어 5가지를 선정하였다. 선정한 감성언어로는 자유로운, 율동적인, 젊은, 활동 적인, 스포티한 이다.
또한 주황색과 파란색이 결합되면 안정감, 고요함, 침착성 등의 감각이 발한다^[6]. 따라서 휴식 상황은 부드러움의 영역과 동적인 영역 사이의 주황색 계열을 선택하였고, 5가지의 감성언어를 선정하였다. 선정한 감성언어로는 포근한, 부드러운, 감미로운, 가벼운, 상쾌한 이다.
멤버십 함수에서 각 상황에 대한 지시어는 온도 Temp(Temperature), 운동 Exc(Exercise), 휴식 Rel(Relax)로 정의하였다. 또한 온도에 대한 멤버십 함수는 실내 환경에서의 고정 값으로 진행하였다.
선정한 감성언어로는 포근한, 부드러운, 감미로운, 가벼운, 상쾌한 이다. 선정된 감성언어를 CIE 색 좌표를 기준으로 주황색에 가까운 단계로 휴식의 순서로 구분하였다^[5].
온도-운동에 대한 IF-THEN 규칙을 설정하고 총 25가지 항목으로 나누어 정의하였다. 각 항목은 퍼지 추론의 최적의 설정을 결정한다.
온도-휴식에 대한 IF-THEN 규칙을 설정하고 총 25가지 항목으로 나누어 정의하였다. 각 항목은 퍼지 추론의 최적의 설정을 결정한다.
선정된 감성언어는 온도와 운동 상황에서 5개(자유로운, 율동적인, 활발한, 활동적인, 스포티한)를 선정하였고, 적색에 가까울수록 운동 강도를 강하게 하였다. 온도와 휴식 상황에서도 5가지(포근한, 부드러운, 감미로운, 가벼움, 상쾌한)로 선정하여 주황색에 가까운 순서로 나열하였다. 추론된 감성언어를 이용하여 감성 색상을 선정하고 퍼지 추론을 이용하여 LED 감성조명을 구현한다.
실내 환경 요소에 해당되는 실내 온도를 기준으로 운동과 휴식 상황을 목표로 하였다. 운동과 휴식의 상황에 따른 감성 언어를 I.R.I 형용사 이미지 스케일을 통하여 추출하고 추출된 감성언어를 I.R.I 단색 이미지 스케일과 대조하여 언어에 맞는 색상을 추출한다. 또한 실내 온도에 따라 사용되는 감성조명의 색상은 3,000K∼6,000K의 색온도의 조명을 기준으로 한다.
그 결과로 온도와 운동의 경우에는 분홍색이, 온도와 휴식의 경우에는 약간의 초록색이 섞인 흰색의 LED 감성조명을 발광하였다. 추가적으로 중첩되는 상황의 LED 조명을 구현하였다.
온도와 휴식 상황에서도 5가지(포근한, 부드러운, 감미로운, 가벼움, 상쾌한)로 선정하여 주황색에 가까운 순서로 나열하였다. 추론된 감성언어를 이용하여 감성 색상을 선정하고 퍼지 추론을 이용하여 LED 감성조명을 구현한다.
또한 실내 온도에 따라 사용되는 감성조명의 색상은 3,000K∼6,000K의 색온도의 조명을 기준으로 한다. 추출된 감성언어의 색상과 온도에 따른 색온도 색상을 배색하여 퍼지 규칙을 설정하고, 퍼지 추론을 통하여 사용자의 상황에 따른 LED 감성 조명의 색상을 제어를 한다.

대상 데이터

I 형용사 스케일과 단색 이미지 스케일의 비교를 통하여 동적인의 영역에 가까운 적색의 감성언어 5가지를 선정하였다. 선정한 감성언어로는 자유로운, 율동적인, 젊은, 활동 적인, 스포티한 이다. 선정된 감성언어의 색상을 CIE 색 좌표를 기준으로 적색에 가까울수록 운동 강도를 강함으로 선정하였다^[5].
따라서 휴식 상황은 부드러움의 영역과 동적인 영역 사이의 주황색 계열을 선택하였고, 5가지의 감성언어를 선정하였다. 선정한 감성언어로는 포근한, 부드러운, 감미로운, 가벼운, 상쾌한 이다. 선정된 감성언어를 CIE 색 좌표를 기준으로 주황색에 가까운 단계로 휴식의 순서로 구분하였다^[5].
실내 운동 및 휴식상황에 따른 퍼지추론 기반 LED 감성조명에 관한 연구로서 사용자가 실내 환경에서 운동 및 휴식의 행동을 취할 때 퍼지추론을 통하여 최적의 LED 색상을 구현하는 것을 목표로 한다. 운동과 휴식, 집중의 상황에 따른 감성 언어를 I.R.I 형용사 이미지 스케일을 통하여 선정한다. 선정된 감성언어는 온도와 운동 상황에서 5개(자유로운, 율동적인, 활발한, 활동적인, 스포티한)를 선정하였고, 적색에 가까울수록 운동 강도를 강하게 하였다.

이론/모형

IF-THEN 규칙을 각각의 상황에 맞는 최적의 색상을 선택하여 온도와 운동에 대한 Fuzzy-Rule Lookup Table을 구성하였다. 구성된 표는 다음과 같다.
본 논문에서는 퍼지 추론을 이용하여 감성조명을 구현하였다. 퍼지 추론을 이용한 LED 감성조명은 단색의 감성조명이 아닌 여러 가지 복합적인 상황에서 최적의 색상을 선택하여 LED 감성조명으로 나타낼 수 있다.
본 논문은 온도와 운동, 온도와 휴식의 2가지 상황에서의 퍼지 추론 시스템을 설계한다. 퍼지 추론 시스템 설계를 하기위해 멤버십 함수와 If-Then 규칙을 이용하여 알고리즘을 구현하고 Fuzzy Rule Lookup Table을 작성하였다. 멤버십 함수에서 각 상황에 대한 지시어는 온도 Temp(Temperature), 운동 Exc(Exercise), 휴식 Rel(Relax)로 정의하였다.
퍼지 추론을 이용한 LED 감성을 구현하기 위해 퍼지 규칙을 통하여 구현하였다. 단일의 경우가 아닌 복합적인 상황을 기준으로 LED를 구현하였다.

성능/효과

그 결과로 온도와 운동의 경우에는 분홍색이, 온도와 휴식의 경우에는 약간의 초록색이 섞인 흰색의 LED 감성조명을 발광하였다. 추가적으로 중첩되는 상황의 LED 조명을 구현하였다.
둘째로 휴식 상황에서의 감성 색상의 기준은 주황색 계열을 기준으로 하였으며, 주황색은 식욕 조절 중추가 자극되고, 나른함이 유발되어 잠이 들 가능성이 증가하며, 혈류의 속도가 감소한다. 또한 주황색과 파란색이 결합되면 안정감, 고요함, 침착성 등의 감각이 발한다^[6].
I 형용사 이미지 스케일을 통하여 선정한다. 선정된 감성언어는 온도와 운동 상황에서 5개(자유로운, 율동적인, 활발한, 활동적인, 스포티한)를 선정하였고, 적색에 가까울수록 운동 강도를 강하게 하였다. 온도와 휴식 상황에서도 5가지(포근한, 부드러운, 감미로운, 가벼움, 상쾌한)로 선정하여 주황색에 가까운 순서로 나열하였다.
첫째로 운동 상황에서의 감성 색상의 기준은 적색계열을 기준으로 하였으며, 적색은 인체의 혈압이 상승하며 맥박수가 증가하고, 아드레날린이 분비되며, 신진대사가 촉진된다. 또한 남성은 황색계의 적색에, 여성은 청색계의 적색에 이끌린다^[6].

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	감성이란?	LED 감성조명에 대해 연구하기 전에 인간의 감성에 대한 의미를 파악한다. 감성이란 인간이 어떠한 대상에 대하여 강한 느낌을 받는다는 의미로 사랑, 즐거움, 미움, 공포 등 느끼는 감정을 말한다. 또한 감성은 외부 환경과 스스로의 마음에 따라서 지속적으로 바뀔 수 있으며 여러 감정을 복합적으로 인지하는 것을 말한다. 심리학적으로 말하자면 감수성이라 말하고, 인간의 5관(五官)이 외부로부터 자극을 받거나 그에 반응하는 정도를 말한다. 그렇기 때문에 감성은 인간의 외적으로 파악할 수 없으며 자의적 조절이 불가능 하고 외부자극에 대한 빠른 반응을 보인다.
	LED의 장점은?	현재 차세대 조명광원인 LED(발광다이오드)가 급격하게 발전하여 인간 생활의 여러 분야로 널리 사용되고 있다. LED는 저 전력, 고효율, 장수명의 장점을 가지고 있어 LED를 이용한 조명에 관심이 높아지고 있음에 따라 지속적인 연구와 제작이 진행되고 있다. 이에 따라 대한민국 정부 또한 2020년까지 형광등을 LED 조명으로 교체하는 정책을 발표하였으며, 전 세계적으로 기존의 백열등과 같은 조명에서 LED 조명으로 바꾸는 정책들이 시행되고 있다.
	퍼지 추론 기반의 LED 감성조명 시스템을 개발할때 파급효과는 무엇인가?	사용자의 행동에 따라 감성언어의 색상과 온도에 따른 색상의 배합을 통한 퍼지 추론 기반의 LED 감성조명 시스템을 설계한다. 그 결과 색상과 색온도가 사용자의 감성에 좋은 영향을 주어서 휴식 및 운동에 효과적인 감성조명을 나타낼 수 있을 것이다.

참고문헌 (6)

Chi-Goog In, Sung-Il Hong, Jeong-Uk Chang, Chi-Ho Lin "A New LED Light Device Lighting Control Algorithm for Optimal Energy Saving' JIWIT 2012-6-2
Jae-Hong Lee, Ju-Won Park, Jin-Kang Lim, Sang-Bae Lee, "Design and Implementation of Sensibilities Lighting LED Controller for a Ship", Journal of Navigation and Port Research, Vol. 34, No. 10, pp. 763-768, 2010

원문보기 상세보기
Si-Chung No. "Emotional Lighting System", Korean Society of Design Science, Vol. No.3, pp. 86-87, 2005
Sang-Bae Lee, "A Study on the Implementation of Disaster prevention LED Warning Lighting Contral System Using Fuzzy", Korea Maritime and Ocean University, 2013
Sung-Joon Lim, Sung-Kwun Oh, "Design of RBFNN-based Emotional Lighting System Using RGBW LED", The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers Vol. 62, No. 5, pp. 696-704, 2013

원문보기 상세보기
Chang-Hwan Baek, Seung-Ok Park, Hong-Suk Kim, "The Analysis of Emotion Adjective for LED Light Colors by using Kobayashi scale and I.R.I scale" Journal of the Korean Institute of IIIuminating and Electrical Installation Engineers, Vol. 25, No. 10, pp. 1-13, 2011

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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