[논문]라즈베리파이 기반 소리인식 보안카메라 개발

박대복; 김선혁; 김주영; 노영주

라즈베리파이 기반 소리인식 보안카메라 개발
Development of Sound-sensible Security Camera based on Raspberry Pi 원문보기

한국정보처리학회 2015년도 추계학술발표대회, 2015 Oct. 28, 2015년, pp.1563 - 1566

박대복 (한국산업기술대학교 컴퓨터공학과) , 김선혁 (한국산업기술대학교 컴퓨터공학과) , 김주영 (한국산업기술대학교 컴퓨터공학과) , 노영주 (한국산업기술대학교 컴퓨터공학과)

초록
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보안과 관련된 기술이 발전하여 대규모의 장소에 적합한 보안시스템들이 많이 개발되었다. 특히 CCTV를 이용한 감시카메라의 형태도 다양화되었다. 스마트폰의 어플리케이션이나 웹을 통해서 어디서든 감시할 수도 있어, 이를 통해 보안사고 시에 빠른 대처가 가능하다. 하지만 대규모 시스템이 아닌 경우에는 침입자 발견이 늦고, 뒤늦은 대처로 인해 큰 피해가 발생할 수 있다. 라즈베리파이, 실드 보드 등 기타 하드웨어들을 통하여 침입자를 스스로 감지하여 사용자에게 즉시 알림을 전송함으로써 보안사고에 대한 대처를 빠르고 효율적으로 할 수 있는 보안카메라를 구현하였다. 본 보안 시스템은 소리의 방향을 계산하고 정확한 방향으로의 보정을 통하여 최초 침입자를 인식한다. 이후 이미지트래킹을 통하여 침입자를 추적한다. 무선 네트워크를 이용하기 때문에 네트워크가 지원되는 어느 장소에서든지 사용이 가능하다. 대규모 보안시스템을 설치할 여건이 되기 어려운 작은 공장, 상가, 사무실 등에서 보안시스템으로 사용되면 유용할 것이다. 자세한 개발 내용은 본문에 기술한다.

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

문제 정의

이 또한 직접 감시를 해야 하며 실시간으로 확인은 할 수 있지만 스스로 보안에 대해 판단하는 역할을 하진 않는다. 따라서 작은 규모에서의 설치 용이성을 제공하고 기기 스스로 침입자를 감지하여 사용자에게 침입을 실시간으로 알려줄 수 있는 보안 카메라를 본 논문에서 설계 및 구현하였다.
본 논문에서는 보안시스템을 강화하거나 소규모 사업장에서 보안시스템을 대체할 수 있는 소리감지현 회전 보안카메라를 다루었다. 이는 직접 감시를 하지 않아도 침입자의 발생을 모바일로 알려주며 이미지 트래킹을 통해 침입자를 계속적으로 추적하여 사각지대를 최소화 할 수 있다는 장점이 있다.

제안 방법

(2) Set-up시의 최초영상과 최근에 입력 받은 영상을 비교하여 이진화를 수행한다.
정지영상간의 비교 시 시간의 흐름에 따라 주변 밝기가 변화하기 때문에 미세한 오류가 발생 할 수 있다. 따라서 초기 Set-up영상의 재촬영 시간 간격을 두어 밝기 변화에 따른 영향을 덜 미치게 하는 기능을 구현하였다. 최초 Set-up시에 재촬영 시간간격을 사용자가 직접 입력함으로서 입력한 시간이 지날 때마다 정지영상을 계속 재촬영 하여 오차를 줄이게 된다.
본 논문에서는 소리의 방향을 인식하여 침입자의 방향을 계산하는 부분과 영상처리를 이용하여 침입자의 여부를 직접 판단하는 부분으로 크게 나눠 설명할 것이다. 이후 무선 네트워크를 이용하여 사용자에게 침입감지 여부를 전달하게 되고, 사용자는 카메라의 실시간 스트리밍 영상을 확인하게 된다.
(그림 1)은 서버의 시스템 구성도를 보여준다. 실드보드로 들어오는 값을 라즈베리파이에서 처리하는데, 이때 실드보드와 라즈베리파이는 Serial 통신을 이용하여 연결하였다.
소리 감지를 위한 마이크는 M1, M3, M5 구간에 1개씩 3개가 배치되어 있다. 실행 시 마이크에 설정한 임계값 이상의 소리가 입력되면 카메라는 소리가 난 방향으로 회전한 후에 현재 정지영상을 촬영하고 최초에 찍은 정지 영상과 비교한다. 비교 시에 영상 오차가 설정한 임계치 보다 큰 경우 침입자로 규정하게 되는데, 이는 해당 부분에서 자세히 설명한다.
마이크로 들어오는 주변소음을 처리하고, 180도 구간에서 5방향의 정지영상을 촬영한 후 대기상태에 들어간다. 이후 입력되는 소리에 반응하여 소리방향을 검출한다. 검출된 방향에서 다시 한 번 정지영상의 촬영이 이루어지며 최초 저장해둔 정지영상과의 비교를 통해 침입자의 여부가 판단된다.
초기설정이 끝나면 최초 카메라 시작 위치인 M1구간에서 M5구간까지 카메라가 45도 단위로 4번의 회전을 하며 각 구간의 정지영상을 1장씩 총 5장을 촬영한다. 이때 라즈베리 파이에서 시그널이 발생시켜 Serial 통신을 통해 실드보드가 모터를 제어하게 되고, 마이크로 입력되는 소리값은 계산 후 시그널로 변환되어 Serial 통신을 통해 라즈베리 파이로 리턴된다 [2].
최초 프로젝트 계획 시에는 적외선 카메라를 이용하여 야간을 위한 감시와 360도 감시를 통한 사각지대의 완전한 제거를 계획하였다. 하지만, 360도 감시에는 선의 꼬임이라는 하드웨어적 문제를 해결해야 했다.
이 시스템은 라즈베리파이2를 서버로 활용한다. 추가적으로 아날로그 값들을 처리하기 위해 라즈베리파이 실드 보드를 추가적으로 사용하였다. (그림 1)은 서버의 시스템 구성도를 보여준다.

대상 데이터

이 시스템에는 소형의 싱글보드이며 작은 크기와 저렴한 가격을 가진 라즈베리파이2를 사용하였다.

성능/효과

만일 카메라를 필요한 시점에 원하는 방향으로 향하게 할 수 있다면 큰 도움이 될 것이다. 이를 위하여 카메라 주변의 소리를 분석하여 특정한 소리를 검출하고, 그 음원의 방향을 파악하여 카메라의 시야 범위를 변경하여 영상을 특정한 경우에만 얻어 온다면 전원이나 전송대역도 절약하면서 카메라의 제약 조건도 극복할 수 있다. 특정한 소리를 검출하고 그 방향을 파악하는 문제는 이동식 로봇 분야나 카메라 감시 분야에서 활발히 진행되고 있다 [1].

후속연구

하지만, 360도 감시에는 선의 꼬임이라는 하드웨어적 문제를 해결해야 했다. 그러나 이는 향후에 슬립 링(Slip-Ring)을 이용하여 차후 해결 가능할 것이다. 야간 감시를 위한 적외선 카메라의 사용 역시 차후 연구해야 할 과제이다.
그러나 이는 향후에 슬립 링(Slip-Ring)을 이용하여 차후 해결 가능할 것이다. 야간 감시를 위한 적외선 카메라의 사용 역시 차후 연구해야 할 과제이다.
추가적으로 소리 방향 인식 알고리즘의 경우 마이크의 Sampling Rate의 한계로 인해 음성 센서를 각각 멀리 설치하지 않고는 정확한 방향 인식이 불가능 하였다. 이를 보완하기 위해 Sampling Rate가 뛰어난 음성 센서를 사용하여 보완하기 위한 연구가 필요할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	영상 감시의 한계점은 무엇인가?	영상 감시의 경우 카메라의 시야범위 영역만을 감시할 수 있으므로, 시야 영역을 벗어나거나 어두운 곳에서 발생 하는 상황은 감시할 수 없다. 만일 카메라를 필요한 시점에 원하는 방향으로 향하게 할 수 있다면 큰 도움이 될 것이다.
	라즈베리파이, 실드 보드 등의 하드웨어를 통한 보안카메라는 어떤 장점이 있는가?	라즈베리파이, 실드 보드 등 기타 하드웨어들을 통하여 침입자를 스스로 감지하여 사용자에게 즉시 알림을 전송함으로써 보안사고에 대한 대처를 빠르고 효율적으로 할 수 있는 보안카메라를 구현하였다. 본 보안 시스템은 소리의 방향을 계산하고 정확한 방향으로의 보정을 통하여 최초 침입자를 인식한다. 이후 이미지트래킹을 통하여 침입자를 추적한다. 무선 네트워크를 이용하기 때문에 네트워크가 지원되는 어느 장소에서든지 사용이 가능하다. 대규모 보안시스템을 설치할 여건이 되기 어려운 작은 공장, 상가, 사무실 등에서 보안시스템으로 사용되면 유용할 것이다.
	360도 감시에는 어떤 문제가 해결되어야 하는가?	최초 프로젝트 계획 시에는 적외선 카메라를 이용하여 야간을 위한 감시와 360도 감시를 통한 사각지대의 완전한 제거를 계획하였다. 하지만, 360도 감시에는 선의 꼬임이라는 하드웨어적 문제를 해결해야 했다. 그러나 이는 향후에 슬립 링(Slip-Ring)을 이용하여 차후 해결 가능할 것이다.

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