[논문]로봇 인공귀를 이용한 음원 방향 검지 기술

로봇 인공귀를 이용한 음원 방향 검지 기술
Estimation of Sound Source Direction using Rotational Robot Artificial Ear 원문보기

이상문 (기계공학과 KAIST) , 박영진 (기계공학과 KAIST) , 박윤식

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본 연구에서는 로봇 인공귀 시스템에 적용 가능한 방향 검지 기술에 관심을 가지며 측정되는 음향 신호만을 이용하였을 때에 획득 가능한 방향 검지 성능 및 확장 가능한 로봇 인공귀 시스템 개발에 초점을 둔다. 로봇 인공귀란 미래형 인간형 로봇에 적용 가능한 음원 방향 검지 센서로서 사람의 외이와 닮은 센서를 일컫는다.
본 연구에서는 로봇 인공귀를 이용한 방향 검지 기법을 제시하기 위해 서로 다른 두 마이크로폰 구조를 가진 인공귀를 제안하였고 각기 다른 검지성능을 가지는 것을 확인하였다. 일반적으로 방향 검지 기법에는 로봇 플랫폼에 고정된 마이크로폰을 사용함으로써 상황에 따라 적절한 구조 변경이 불가능하지만 본 연구에서는 환경의 변화(예: 음원의 수)에따라 선택적으로 적용할 수 있는 마이크로폰 구조변경이 가능한 로봇 인공귀를 개발하였다.

1976년 Knapp은 Generalized Cross Correlation (GCC)을 제안하였다. 그 뒤 많은 연구자들이 방향 검지에 GCC 함수를 이용하고 있으며 본 연구에서는 PHAse Transform(PHAT) GCC 구조를 기반으로 modified 된 함수(Cleansed PHAT GCC 함수)를 사용하도록 한다.
반면에 비대칭형 인공귀의 경우, 다음원 방향 검지에 적용이 가능하나 상대적으로 앞쪽에 위치한 음원에 대한 검지 성능은 떨어진다. 따라서 이러한 마이크로폰 구조에 따른 성능의 차이를 이용하여 마이크로폰 구조 변경이 가능한 회전형 로봇 인공귀를 개발하였다.
본 연구에서는 로봇 인공귀를 이용한 방향 검지 기법을 제시하기 위해 서로 다른 두 마이크로폰 구조를 가진 인공귀를 제안하였고 각기 다른 검지성능을 가지는 것을 확인하였다. 일반적으로 방향 검지 기법에는 로봇 플랫폼에 고정된 마이크로폰을 사용함으로써 상황에 따라 적절한 구조 변경이 불가능하지만 본 연구에서는 환경의 변화(예: 음원의 수)에따라 선택적으로 적용할 수 있는 마이크로폰 구조변경이 가능한 로봇 인공귀를 개발하였다.

Figure 1에서 제시한 대칭 및 비대칭 마이크로폰 구조를 가진 로봇 인공귀를 각각 사용하였을 때의 음성(관심 음원) 방향 검지 성능을 살펴보면 Figure 2와 3과 같다. 이 때, 음원은 하나를 사용하였고 검지성능은 실제 음원의 수평각/고도각과 추정된 수평각/고도각과의 절대오차 값을 기준으로 나타내었다.

일반적으로 로봇에 적용되는 방향 검지 방식은 화자의 음성이 마이크로폰에 도달하는 시간 지연 차이(Time Delay of Arrivals, TDOA)를 이용한 방식 외 다수의 방식이 적용되고 있으나 본 연구에서는 Cross Correlation 을 방향 검지 기법으로 사용하도록 한다. 1976년 Knapp은 Generalized Cross Correlation (GCC)을 제안하였다.

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