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지능형 오디오 및 비전 패턴 기반 1인 가구 이상 징후 탐지 알고리즘
Intelligent Abnormal Event Detection Algorithm for Single Households at Home via Daily Audio and Vision Patterns 원문보기

Journal of Internet Computing and Services = 인터넷정보학회논문지, v.20 no.1, 2019년, pp.77 - 86  

정주호 (Computer Information Technology, Korea National University of Transportation) ,  안준호 (Computer Information Technology, Korea National University of Transportation)

초록
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1인 가구의 수가 증가함에 따라 1인 가구의 구성원이 집안에서 심각한 부상을 당할 경우 혼자 도움을 청하기 쉽지 않다. 본 연구는 집안에서 1인 가구의 구성원이 심각한 부상을 당했을 때 비일상적인 상태를 탐지한다. 홈 CCTV를 기반으로 수집된 영상을 통해 패턴을 분석 및 인식하는 영상 탐지 알고리즘을 제안한다. 또한, 스마트폰을 기반으로 집안에서 발생하는 소리의 패턴을 분석 및 인식하는 음성탐지 알고리즘도 제안한다. 각각의 알고리즘만 사용할 경우, 단점이 존재하여 넓은 영역에서 심각한 부상과 같은 상황을 탐지하기 어렵다. 그래서 두 알고리즘을 효율적으로 결합한 융합 방식을 제안한다. 각각 탐지 알고리즘의 성능과 제안된 융합 방식의 정확한 탐지성능을 평가했다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

As the number of single-person households increases, it is not easy to ask for help alone if a single-person household is severely injured in the home. This paper detects abnormal event when members of a single household in the home are seriously injured. It proposes an vision detection algorithm th...

주제어

표/그림 (19)

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 또한, 사람이 집 안에 있으면 아무런 소리도 내지 않기란 쉽지 않다. 그래서 집 안에서 발생하는 소리를 기반으로 하여 사람의 움직임을 판단하려고 한다. 우리는 다양한 센서를 이용하여 이상 징후를 탐지하기 위해 노력해왔다.
  • 그리고 스마트폰을 기반으로 하여 집에서 발생하는 소리를 분석하고 소리 패턴을 분석 및 인식하여 이상 징후를 탐지하는 음성 탐지 알고리즘을 제안하였다. 본 연구에서는 영상 탐지 알고리즘과 음성 탐지 알고리즘을 결합한 융합 방식을 제안한다. 융합 방식의 Flow Chart는 그림 3과 같다.
  • 하지만 서울시 정책[3]도 별도의 센서를 집안에 설치해야 하며, 실제로 움직임을 감지하는 센서가 사람만을 탐지 하는게 아니라 반려동물이나 다양한 물체의 움직임을 탐지하는 문제점이 발생하게 된다. 본 연구에서는 이러한 문제점들을 개선하고 보다 정확하게 사람이 심각한 부상을 당했을 때의 비일상적인 상태들을 탐지하고자 한다.
  • 하지만, 이상 징후가 발생 될 때는 음악이나 TV가 켜져 있지 않는 상태라면 아무 소리도 나지 않는 소리와 노이즈가 낀 소리만 탐지가 된다. 본 연구에서는 이를 증명하기 위해서 서로 다른 장소 10곳에서 이상 징후와 같은 상황을 연출하여 실험하였고 이에 대한 패턴을 분석했다. 본 실험에서는 사람이 항상 집 안에서 생활을 하며 이상 징후가 발생했다고 가정하여 실험을 진행하였다.
  • 5초마다 Sampling rate는 22050을 이용하여 12개의 데이터 지점을 수집하고 각 데이터 지점을 분석하여 3가지의 소리 중 하나로 분류시킨다. 본 연구에서는 집안에서 나는 소리를 기반으로 하여 사람의 움직임을 효율적으로 탐지하기 위하여 소리를 분류시키는 별도의 모델을 만들어서 탐지했다. 분류된 소리들도 각자의 소리 모델에 따라 패턴이 존재한다.
  • 홈 CCTV를 기반으로 하여 사람의 패턴을 분석 및 인식하는 영상 탐지 알고리즘과 스마트폰을 기반으로 하여 집 안에서 발생할 수 있는 소리를 기반으로 하여 소리의 패턴을 분석 및 인식하는 음성 탐지 알고리즘이다. 영상 탐지 알고리즘과 음성 탐지 알고리즘의 각각의 단점을 보완하고 높은 정확도로 이상 징후를 탐지하고 두 알고리즘을 효율적으로 결합한 융합 방식도 제안하려고 한다. 각각의 알고리즘은 실험을 통하여 성능을 평가하였으며, 융합 방식은 다양한 시나리오를 이용하여 정확도를 평가했다.
  • 우리는 1인 가구가 심각한 부상을 당하여 비일상적인 상태인 이상 징후를 탐지하기 위한 알고리즘을 제안하려고 한다. 홈 CCTV를 기반으로 하여 사람의 패턴을 분석 및 인식하는 영상 탐지 알고리즘과 스마트폰을 기반으로 하여 집 안에서 발생할 수 있는 소리를 기반으로 하여 소리의 패턴을 분석 및 인식하는 음성 탐지 알고리즘이다.
  • 융합 방식은 각 알고리즘의 단점을 보완하고 집안의 넓은 영역에서 이상 징후를 탐지했다. 우리는 본 연구를 통해 별도의 비용 없이 사람들이 집에서 사용하고 있는 장비들을 이용하여 집에 혼자 사는 1인 가구의 구성원이 집 안에서 심각한 부상을 당했을 때의 이상 징후를 탐지하는 것을 목표로 했다. 추후에는 다양한 센서들을 추가하거나 인공지능 알고리즘들을 결합하여 사회에 이바지 될 수 있는 다양한 연구들을 진행해 볼 계획이다.
  • 영상 탐지 알고리즘의 경우 카메라 영역 내에서도 다양한 자세와 사람이 반만 나온 경우에도 정상적으로 탐지하는지를 실험해보았다. 음성 탐지 알고리즘의 경우 일반적인 상황에서는 정상적으로 탐지했지만 녹음되는 스마트폰이 소리 발생지점에서 멀리 있는 경우 이를 정상적으로 탐지할 수 있는지를 확인해보려고 한다. 융합 방식은 두 알고리즘을 결합하여 각 알고리즘의 단점을 서로 보완해주고 다양한 상황에서도 탐지할 수 있다는 것을 시나리오를 통해서 증명했다.
  • 우리는 홈 CCTV를 기반으로 하며 영상 패턴을 분석하여 이상 징후를 탐지하는 영상 탐지 알고리즘과 집에서 나는 소리를 분석 및 패턴을 탐지하여 분석하는 음성 탐지 알고리즘을 개발했다. 이를 결합한 융합 방식을 본 논문에서 제안했다. 융합 방식은 각 알고리즘의 단점을 보완하고 집안의 넓은 영역에서 이상 징후를 탐지했다.

가설 설정

  • 본 연구에서는 이를 증명하기 위해서 서로 다른 장소 10곳에서 이상 징후와 같은 상황을 연출하여 실험하였고 이에 대한 패턴을 분석했다. 본 실험에서는 사람이 항상 집 안에서 생활을 하며 이상 징후가 발생했다고 가정하여 실험을 진행하였다. 실험에 대한 결과는 그림 15와 같다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
본 연구에서 말하는 이상 징후란 무엇인가? 알고리즘을 제안하기에 앞서서 “이상 징후”라는 단어를 정의하고자 한다. “이상 징후”란, 사람이 집안에서 심각한 부상을 당하여 비일상적인 상태인 경우, 그리고 장시간 동안 카메라 영역 내에서 사람의 움직임이 탐지되지 않거나 일정시간 이상 방안에서 아무 소리가 나지 않거나 또는 소리가 멈추지 않고 지속적으로 나는 경우와 같은 평소 사람의 정상적인 패턴과 다른 상황을 말한다.
최근 서울시에서 60대 이상 노인 1인 가구 구성원을 대상으로 시행한 정책은 어떻게 이루어 지는가? 1인 가구 구성원이 집안에서 심각한 부상을 당해 집안에서 홀로 방치되는 문제점을 해결하기 위해, 최근 서울시에서는 60대 이상 노인들을 대상으로 정책[3]을 시작하였다. 사물인터넷을 활용하여 IoT 장치를 집 안에 설치한 후 설치된 장치의 센서 데이터를 수집해 지자체로 데이터를 전송한다. 담당생활관리사는 수집된 센서 데이터를앱을 통해 확인하며 8시간 동안 움직임 센서의 값이 발생하지 않을 경우 이상을 의심하여 119와 연계하며 긴급 조치를 취하게 된다. 이 기기는 실시간으로 사람의 움직임 여부도 판단할 수 있고 집안에 불이 나거나 가스가 누출이 되었을 경우를 대비하는 가스센서도 존재하여 탐지시 알림을 보낸다.
노인 1인가구를 위한 서울시 정책의 문제점은 무엇인가? 이렇게 1인 가구 구성원이 집안에서 심각한 부상을 당했을 때의 대처 방안들이 존재함을 확인할 수 있었다. 하지만 서울시 정책[3]도 별도의 센서를 집안에 설치해야 하며, 실제로 움직임을 감지하는 센서가 사람만을 탐지하는 게 아니라 반려동물이나 다양한 물체의 움직임을 탐지하는 문제점이 발생하게 된다. 본 연구에서는 이러한 문제점들을 개선하고 보다 정확하게 사람이 심각한 부상을 당했을 때의 비일상적인 상태들을 탐지하고자 한다.
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