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문제 정의
- 촬영한 영상은 OpenCV의 Haar Cascade를 사용하여 얼굴을 검출한다. 스마트폰 애플리케이션을 통해 각각의 측정값과 영상을 한눈에 파악하고자 한다.
제안 방법
- 그림 2와 같은 통합 플랫폼의 동작 순서도에 의해서 동작하는 새로운 안면인식 CCTV와 홈 IOT의 통합 플랫폼을 제안한다. SSH 원격제어를 통해 라즈베리파이를 작동시키고 스마트 폰의 애플리케이션에 해당 라즈베리파이의 IP로 접속하여 해당 라즈베리파이가 측정한 온도, 습도, 먼지, 가스 측정값을 실시간으로 스마트폰 애플리케이션으로 출력하고 한번 더 SSH 원격제어를 통해 라즈베리파이가 웹으로 영상을 전송시키면 해당 웹페이지를 통해 안면인식 영상을 스마트폰 애플리케이션에 출력해준다. 스마트폰 애플리케이션은 하나의 화면에 온도와 습도, 먼지, 가스 측정값과 안면인식 영상을 한눈에 볼 수 있게 만들 것이다.
- 습도 센서(DHT11) 을 이용하여 온도와 습도를 측정하여 라즈베리파이로 바로 전달한다. 가스센서(MQ-2)를 이용하여 가스를 측정하고 먼지센서(GP2Y1010AU)를 통해 먼지를 측정하여 ADC(MCP3008)를 이용하여 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 라즈베리파이로 전달한다. 본 논문에서 ADC와 통신하기 위해 SPI통신을 사용한다.
- 제안된 방법을 사용할 경우에 다른 여러 기기를 추가할 필요 없이 하나의 기기를 이용하여 CCTV와 홈 IOT를 구성했다는 장점을 가진다. 구체적으로 제안하는 CCTV와 홈 IOT의 통합 플랫폼은 라즈베리파이를 통해 온도, 습도, 먼지, 가스를 측정하고 파이카메라를 통해 영상을 촬영한다. 촬영한 영상은 OpenCV의 Haar Cascade를 사용하여 얼굴을 검출한다.
- 그림 2와 같은 통합 플랫폼의 동작 순서도에 의해서 동작하는 새로운 안면인식 CCTV와 홈 IOT의 통합 플랫폼을 제안한다. SSH 원격제어를 통해 라즈베리파이를 작동시키고 스마트 폰의 애플리케이션에 해당 라즈베리파이의 IP로 접속하여 해당 라즈베리파이가 측정한 온도, 습도, 먼지, 가스 측정값을 실시간으로 스마트폰 애플리케이션으로 출력하고 한번 더 SSH 원격제어를 통해 라즈베리파이가 웹으로 영상을 전송시키면 해당 웹페이지를 통해 안면인식 영상을 스마트폰 애플리케이션에 출력해준다.
- 기존의 CCTV와 홈 IOT가 별개로 사용해야 했지만 본 논문에서는 CCTV와 홈 IOT를 하나의 하드웨어와 소프트웨어가진 통합 플랫폼으로 구현시킴으로써 그 단점을 탈피하였고, 기존 ‘IOT 공기질 알리미’로 측정되지 않은 가스를 가스 센서를 통해 측정할 수 있게 하였다.
- 기존의 CCTV와 홈 IOT는 각각의 다른 기기를 사용하여 독립적으로 사용하였다. 또 기존의 CCTV와 홈 IOT를 스마트폰으로 볼 때 각각 다른 화면에서 확인을 하였다. 이러한 단점을 극복하기 위해서 본 논문에서는 라즈베리파이 3를 이용하여 하드웨어적으로 하나의 기기로 CCTV와 홈 IOT를 하나의 통합 플랫폼으로 구성하였고 또한, 한 화면에서 안면 인식한 CCTV 와 각종 센서의 측정 값을 한눈에 확인 할 수 있게 애플리케이션을 구현하였다.
- 만약 스마트폰으로 접속을 한다면 측정한 온도, 습도, 가스, 먼지를 1초 간격으로 스마트폰으로 전달해 준다. 또한 파이카메라로 촬영한 영상을 웹스트리밍으로 전달하고 해당 웹페이지를 통해 애플리케이션으로 해당 영상을 실시간으로 출력해준다. 그림 10은 기존의 플랫폼인 ‘맘카’의 실행 화면이고 그림 11은 기존의 플랫폼인 ‘IOT 공기질 알리미’의 실행 화면이다.
- 라즈베리파이의 소프트웨어를 구현하기 위해 5년 간 가장 폭발적으로 관심이 증가한 언어인 Python으로 구현하였다. 웹으로 영상을 보내기 위해 Mjpg-streamer을 이용하였다.
- 제안된 방법은 다른 여러 기기를 추가할 필요 없이 하나의 기기를 이용하여 CCTV와 홈 IOT를 구성했다는 장점을 가진다. 본 논문을 구현하기 위해서 하드웨어는 라즈베리파이를 사용하여 홈 IOT를 구현하였고, 파이카메라를 통해 CCTV를 구현하였다. 소프트웨어는 각종 센서 제어 및 OpenCV를 사용하기 위해 Python과 애플리케이션을 프로그래밍하기 위한 Android Studio를 사용하였다.
- 그림 8은 수신클래스 소스로 9000번의 포트번호를 이용하여 라즈베리파이로부터 패킷을 수신한다. 수신한 패킷을 통해 가스, 먼지, 온도, 습도를 저장하여 애플리케이션에 출력한다.
- 또 기존의 CCTV와 홈 IOT를 스마트폰으로 볼 때 각각 다른 화면에서 확인을 하였다. 이러한 단점을 극복하기 위해서 본 논문에서는 라즈베리파이 3를 이용하여 하드웨어적으로 하나의 기기로 CCTV와 홈 IOT를 하나의 통합 플랫폼으로 구성하였고 또한, 한 화면에서 안면 인식한 CCTV 와 각종 센서의 측정 값을 한눈에 확인 할 수 있게 애플리케이션을 구현하였다. 제안된 방법은 다른 여러 기기를 추가할 필요 없이 하나의 기기를 이용하여 CCTV와 홈 IOT를 구성했다는 장점을 가진다.
- 기존의 CCTV와 홈 IOT는 각각의 다른 기기를 사용하여 독립적으로 사용해야 하고 기존의 CCTV와 홈 IOT의 결과를 스마트폰을 통하여 볼 때 각각 다른 화면에서 개별적으로 확인을 해야하는 불편함이 있었다. 이러한 불편함을 극복하기 위해서본 논문에서는 라즈베리파이 3를 이용하여 하드웨어적으로 하나의 기기로 CCTV와 홈 IOT를 하나의 통합 플랫폼으로 구성하여 한 화면에서 안면 인식한 CCTV와 각종 센서의 측정 값을 한눈에 확인 할 수 있게 애플리케이션을 구현하였다.
- 라즈베리파이의 19번 PIN은 SPI의 MOSI, 21번 PIN은 SPI의 MISO, 23번 PIN은 SPI의 SCLK, 24번 PIN은 SPI의 SS이다. 이렇게 SPI통신으로 전달받은 먼지값이 일정값(0.5)이상 일시 릴레이를 작동하여 Cooler Fan이 작동하게 하였다. 사용자는 안드로이드 스마트폰을 통해 애플리케이션으로 실시간 측정값을 확인 할 수 있다.
- 이러한 단점을 극복하기 위해서 본 논문에서는 라즈베리파이 3를 이용하여 하드웨어적으로 하나의 기기로 CCTV와 홈 IOT를 하나의 통합 플랫폼으로 구성하였고 또한, 한 화면에서 안면 인식한 CCTV 와 각종 센서의 측정 값을 한눈에 확인 할 수 있게 애플리케이션을 구현하였다. 제안된 방법은 다른 여러 기기를 추가할 필요 없이 하나의 기기를 이용하여 CCTV와 홈 IOT를 구성했다는 장점을 가진다. 본 논문을 구현하기 위해서 하드웨어는 라즈베리파이를 사용하여 홈 IOT를 구현하였고, 파이카메라를 통해 CCTV를 구현하였다.
대상 데이터
- 2014년 10월부터 이클립스를 대체하여 안드로이드 공식 IDE가 되었다. 안드로이드용 스마트폰 앱을 개발할 수 있어 본 작품에 사용하였다. 그림 7는 Activity가 실행될 때 호출되는 onCreate 소스이다.
- 구체적으로 제안하는 CCTV와 홈 IOT의 통합 플랫폼은 라즈베리파이를 통해 온도, 습도, 먼지, 가스를 측정하고 파이카메라를 통해 영상을 촬영한다. 촬영한 영상은 OpenCV의 Haar Cascade를 사용하여 얼굴을 검출한다. 스마트폰 애플리케이션을 통해 각각의 측정값과 영상을 한눈에 파악하고자 한다.
이론/모형
- 가스센서(MQ-2)를 이용하여 가스를 측정하고 먼지센서(GP2Y1010AU)를 통해 먼지를 측정하여 ADC(MCP3008)를 이용하여 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 라즈베리파이로 전달한다. 본 논문에서 ADC와 통신하기 위해 SPI통신을 사용한다. 라즈베리파이는 3가지 타입의 시리얼 인터페이스를 GPIO 헤더를 통해 제공한다.
- 안면인식 알고리즘으로 Haar feature-based Cascade 사용하였다. Haar feature-based Cascade 분류기를 이용한 객체 탐지는 폴로 비올라(Paul Viola)와 마이클존스(Michael Jones)의 논문(“Rapid Object Detection using a Boosted Cascade of Simple Features“- 2001)에서 제안한 효과적인 객체 탐지 방법이다.
- 라즈베리파이의 소프트웨어를 구현하기 위해 5년 간 가장 폭발적으로 관심이 증가한 언어인 Python으로 구현하였다. 웹으로 영상을 보내기 위해 Mjpg-streamer을 이용하였다.
성능/효과
- 제안된 방법을 사용할 경우에 다른 여러 기기를 추가할 필요 없이 하나의 기기를 이용하여 CCTV와 홈 IOT를 구성했다는 장점을 가진다. 구체적으로 제안하는 CCTV와 홈 IOT의 통합 플랫폼은 라즈베리파이를 통해 온도, 습도, 먼지, 가스를 측정하고 파이카메라를 통해 영상을 촬영한다.
- 홈 IOT의 하나인 ‘IOT 공기질 알리미’를 구성하기 위해 하나의 라즈베리파이에 온습도 센서, ADC, 가스센서, 먼지센서, 릴레이, Cooler fan을 이용하여 홈 IOT를 구성하고 안면인식 CCTV를 위해 그림 1와 같이 파이카메라를 통해 CCTV를 구성 하여 하나의 하드웨어로 CCTV와 홈 IOT를 같이 제공하는 새로운 안면인식 CCTV와 홈 IOT 통합 플랫폼을 제안하여 기존의 CCTV와 홈 IOT의 단점들을 해결하고 있다. 제안할 안면인식 CCTV와 홈 IOT이 기존 CCTV와 홈 IOT들과의 가장 큰 하드웨어 차이점은 각각 따로 존재하였던 CCTV와 홈 IOT를 라즈베리파이3에 통합하여 하나의 통합 플랫폼으로 구성했다는 장점이 있다.
후속연구
- 소프트웨어는 각종 센서 제어 및 OpenCV를 사용하기 위해 Python과 애플리케이션을 프로그래밍하기 위한 Android Studio를 사용하였다. 향후에는 CCTV를 안면 인식하여 인식한 방향으로 따라가고 다른 센서들을 추가하여 측정할 값을 확장할 수도 있다.
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