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제안 방법
- 라즈베리파이에서 내부카메라와 외부카메라의 포트를 라즈비안의 권한 설정에서 허용하고 카메라를 연결한다. 그리고 내부카메라와 외부카메라에서 촬영되고 있는 영상을 UV4L을 이용해서 웹페이지를 생성하고 실시간으로 스트리밍 하였다. 외부카메라는 라즈베리파이의 8080포트를 이용하여 스트리밍 하였고 내부카메라는 8090포트를 이용하여 스트리밍 하였다.
- 그리고 Pan 기능의 모터에는 GPIO 18번으로 신호를 주었고 Tilt 기능의 모터는 GPIO 23번으로 신호를 주었다. 그리고 외부카메라의 경우에는 외부인을 확인하고 문을 열어주는 기능을 구현하는데 서보모터를 사용하였는데 5V와 GROUND로 전원을 인가하고 GPIO 17번 핀을 사용하여 신호를 주었다.
- 본 논문에서는 라즈베리파이를 이용하여 커튼, 카메라,Pan/Tilt, 전구, 도어락을 제어할 수 있는 하드웨어를 구성하고 라즈베리파이에서 하드웨어와 연동하고 서버를 통해서 안드로이드와 연동하여 제어하는 시스템을 구현하였다. 기대효과로는 본 연구의 안드로이드를 통한 하드웨어 제어기술이 향후 아파트나, 병원 등과 같은 곳에 접목될 수 있다는 것이다.
- 두 번째로는 카메라에서 OpenCv를 이용해 얼굴인식을 하여 사전에 등록한 얼굴이 인식되었을 때 도어락이 열리는 기능을 추가하여 방범시스템의 보안효과를 개선할 것이다. 세 번째로는 실시간으로 이미지를 캡처하고OpenCv를 이용하여 이미지를 구간으로 나누어서 RGB영상을 HSV영상으로 변환 후 이진화하여 Color값을 추출하여 Template Matching으로 Object Tracking Algorithm을 적용하여 물체의 움직임에 따라서 물체가 움직이는 방향으로 Pan/Tilt 기능이 작동하여 카메라의 방향이 자동으로 목표물을 따라가는 기능을 추가할 것이다. 네트워크를 공유하기 때문에 생기는 문제점에 대해서는 통신기술의 발전에 따라 이용 가능한 대역폭의 확장과 시간당 데이터의 전송량이 높아지는 변화에 맞추어 통신서비스와 설비에 대한 교체를 하여 전송속도에 대한 문제를 보완할 것이다.
- 안드로이드 측에서 연결할 라즈베리파이의 IP주소와 공유할 와이파이의 주소를 설정하여서 연결하였다. 안드로이드 쪽에서 구현된 UI의 특정 버튼을 누르면 버튼에 따른 문자열을 라즈베리파이로 전달하여 문자열로 통신이 되도록 하였는데 이 때 스마트폰으로 신호를 보냈을 때 신호가 정확히 수신이 되었다면 라즈베리파이에서 안드로이드 쪽에 수신한 신호를 다시 보내서 문자열을 출력하도록 프로그래밍하였다. 또한 라즈베리파이에서 수신한 결과에 따라 Pan/Tilt 카메라의 각도, 전구, 커튼과 연결된 전동 모터 등이 작동된다.
- 이렇게 스트리밍한 것을 안드로이드 폰으로 볼 수 있도록 스트리밍영상의 화면 비율에 맞게 안드로이드 측의 엑티비티 화면을 설정하였다. 안드로이드 측에서 외부카메라를 통한 하드웨어기기 제어는 python으로 프로그래밍 하였다. 라즈베리파이에서 내부카메라의 Pan을 제어하는 기능은 안드로이드에서 right/left 버튼을 누를 때마다 스마트폰에서 라즈베리파이로 신호를 전달하여 카메라가 좌우로 일정각도가 움직인다.
- 안드로이드 측을 클라이언트로 사용하여 라즈베리파이와 통신하여 하드웨어를 컨트롤하는 기능을 구현하였다. 그림 5는 라즈베리파이와 안드로이드사이의 네트워크와 하드웨어제어구조이다.
- 그림 5는 라즈베리파이와 안드로이드사이의 네트워크와 하드웨어제어구조이다. 안드로이드와 라즈베리파이는 UDP로 방식으로 연결되었으며 주변의 와이파이 공유기를 통해 연결하여네트워크가 공유된 상태에서 컨트롤하였다. 안드로이드 측에서 연결할 라즈베리파이의 IP주소와 공유할 와이파이의 주소를 설정하여서 연결하였다.
- 이러한 초기상태에서 기준각도에서 right/left 버튼을 누를 때마다 전역변수로 설정해 놓은 초기 값의 변수를 +하거나 –하는 방식으로 일정각도가 움직이도록 프로그래밍 하였다.
- 외부카메라는 라즈베리파이의 8080포트를 이용하여 스트리밍 하였고 내부카메라는 8090포트를 이용하여 스트리밍 하였다. 이렇게 스트리밍한 것을 안드로이드 폰으로 볼 수 있도록 스트리밍영상의 화면 비율에 맞게 안드로이드 측의 엑티비티 화면을 설정하였다. 안드로이드 측에서 외부카메라를 통한 하드웨어기기 제어는 python으로 프로그래밍 하였다.
- 또한 CSI포트와 USB포트를 이용해 카메라를 여러 개 이용할 수 있으며 영상처리 기법으로 숫자, 문자, 사람의 형태를 인식하여 응용하기 용이하다. 이에 따라 라즈베리파이는 아두이노에 비해 발전된 기능과 성능을 제공하여 확장성과 응용성이 넓다는 점에서 라즈베리파이를 이용하기로 하였다.
- 하루의 촬영시간에 내부카메라와 외부 카메라가 약 6기가의 용량을 저장하며 한 달이면 약 180기가의 용량이 축적된다. 이에 따라서 2TB 하드웨어를 이용하여 1년간의 자료를 보관하여 한 달 단위로 먼저 보관된 영상이 삭제되는 방식으로 영상을 저장하는 시스템을 구성하려고 한다. 두 번째로는 카메라에서 OpenCv를 이용해 얼굴인식을 하여 사전에 등록한 얼굴이 인식되었을 때 도어락이 열리는 기능을 추가하여 방범시스템의 보안효과를 개선할 것이다.
- 첫 번째는 4.3에서 언급한 저장 공간에 대한 한계점에서 지적한 점을 보완하기 위해 영상 압축 표준인 35% 부호화 효율을 보이는 HEVC(High Efficiency Video Coding)를사용하여 압축한 영상을 외부에 저장하여 블랙박스의 기능을 구현 할 것이다. 하루의 촬영시간에 내부카메라와 외부 카메라가 약 6기가의 용량을 저장하며 한 달이면 약 180기가의 용량이 축적된다.
대상 데이터
- 본 연구에서는 라즈베이파이3 모델B를 사용하였다. 라즈베리파이 3의 하드웨어 스펙은 다음과 같다.
- 그리고 내부카메라와 외부카메라에서 촬영되고 있는 영상을 UV4L을 이용해서 웹페이지를 생성하고 실시간으로 스트리밍 하였다. 외부카메라는 라즈베리파이의 8080포트를 이용하여 스트리밍 하였고 내부카메라는 8090포트를 이용하여 스트리밍 하였다. 이렇게 스트리밍한 것을 안드로이드 폰으로 볼 수 있도록 스트리밍영상의 화면 비율에 맞게 안드로이드 측의 엑티비티 화면을 설정하였다.
- 그리고 모터드라이버는 모터의 +,- 극을 연결해서 모터 드라이버와 접지시켰다. 카메라의 경우에 외부카메라는 라즈베리파이의 CSI포트를 사용하고 내부카메라의 경우에는 USB포트를 사용하였다. 내부카메라는 Pan/Tilt 기능을 구현하는데 서보모터를 사용하였다.
- 전구의 경우에는 GPIO 24번 포트를 사용하여 신호를 전달하였으며 안드로이드 측에서 전구를 제어하는 버튼을 누르면 라즈베리파이가 수신하여 GPIO 24번 포트에서 신호를 주어서 켜지는 것에는 True 신호를 전달하고 꺼지는 기능에는 False 신호를 전달하여 전등을 제어한다. 커튼은 GPIO 19번, 26번, 13번 포트를 사용하였다. 안드로이드 측에서 내림, 올림, 정지에 대한 명령을 수신하여 제어한다.
- 하드웨어제어는 라즈베리파이의 GPIO포트를 사용하였다. 라즈베리파이 전구의 경우에는 5V핀과 GROUND로 전원을 주고 GPIO 24번 핀을 이용하여 제어하였다.
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