[논문]라즈베리파이를 활용한 비전기반 야생조류 침입 탐지 및 퇴치 시스템의 구현

이철원; 나대영; 전흥석

라즈베리파이를 활용한 비전기반 야생조류 침입 탐지 및 퇴치 시스템의 구현
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이철원 (건국대학교 컴퓨터공학과) , 나대영 (건국대학교 컴퓨터공학과) , 전흥석 (건국대학교 컴퓨터공학과)

본 논문에서는 라즈베리파이를 활용하여 야생조류의 행동에 반응하는 비전기반 야생조류 퇴치 장치를 구현하였다. 저가형 라즈베리파이 보드를 기반으로 카메라센서와 OpenCV 모션탐지기법을 활용하여 야생조류의 침입을 탐지하고, 그리고 야생조류가 소리별로 반응하는 데이터를 누적시키는 방법을 활용하여 효율적으로 퇴치하도록 개발하였다. 성능평가는 야생 직박구리와 박새를 포획하여 야외 실험장에서 진행하였고 실제 환경에서도 야생조류를 퇴치할 수 있다는 결과를 보여준다.

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문제 정의

따라서 본 논문에서는 청각적인 위협인 소리의 다양성을 활용하여 시간에 따라 효과가 없어지는 것을 방지하면서 야생조류를 퇴치하는 것을 목표로 한다.
하지만 연산량으로 인해 고성능프로세서에서만 동작하는 문제가 있다[3]. 따라서 본 연구에서는 라즈베리파이보드에서 비전기반인 모션탐지기법을 활용하여 적은 연산량으로도 새를 탐지할 수 있는 기법을 개발하였다.
이와 같은 문제를 해결하기 위해 본 논문에서는 센서형 퇴치장치를 저비용으로 구현하기에 적합한 라즈베리파이와 비전탐지 기법을 활용하여 야생조류의 행동을 감지하고 반응하는 야생조류 퇴치장치를 구현하였다.

제안 방법

구현된 장치에 대한 성능검증은 야생조류를 포획하여 실험장 내부에서 진행하였으며, Fig 2는 장치의 화면 일부이다. 야생조류가 생존을 위해 장치로부터 발생된 소리를 무시하고 먹이를 먹기까지의 시간을 측정하는 것으로 보호영역을 얼마나 오래 보호할 수 있는지에 대한 성능을 평가했다.
이 때 소리는 상용된 퇴치기에서 사용하는 폭음소리, 천적소리, 잡음 소리를 사용하였다. 그리고 다시 Detection function을 통해 결과를 확인하고, 퇴치 유무에 따라 퇴치율을 업데이트 한다.
침입 탐지를 위한 Detection function은 라즈베리파이 카메라로부터 전송되는 비디오데이터의 이미지로부터 임계값을 구하고 외곽선을 추출한다. 그리고 추출된 외곽선 내부의 픽셀을 계산하여 이전 데이터와 비교를 통해 야생조류의 존재 유무를 탐지한다.
구현된 장치에 대한 성능검증은 야생조류를 포획하여 실험장 내부에서 진행하였으며, Fig 2는 장치의 화면 일부이다. 야생조류가 생존을 위해 장치로부터 발생된 소리를 무시하고 먹이를 먹기까지의 시간을 측정하는 것으로 보호영역을 얼마나 오래 보호할 수 있는지에 대한 성능을 평가했다.
저가형 라즈베리파이를 사용하여 비전기반 야생조류 침입 탐지 및 퇴치장치를 구현하였고, 실제 환경에서 사용 가능한 퇴치 성능을 확인하였다.

대상 데이터

데이터베이스에서 퇴치율을 검색하고, 퇴치율이 높은 순서로 소리를 재생한다. 이 때 소리는 상용된 퇴치기에서 사용하는 폭음소리, 천적소리, 잡음 소리를 사용하였다. 그리고 다시 Detection function을 통해 결과를 확인하고, 퇴치 유무에 따라 퇴치율을 업데이트 한다.

데이터처리

실험은 직박구리 3마리, 박새 2마리를 대상으로 각 항목당 6회분의 평균값을 계산하였고 Table 1 결과를 확인 할 수 있다. 야생조류는 소리와 볼륨에 따라 다른 반응을 보였으며 실험을 진행한 3가지 소리 중에서 폭음소리가 퇴치율이 가장 높았으며 볼륨에 영향을 받았다.

성능/효과

실제 환경에서는 폭음소리 볼륨 50%만을 사용했을 때, 평균적으로 10일 이상을 보호하는 결과를 보였다. 따라서 잡음 전체 케이스와 폭음볼륨 30%케이스를 제외한 소리는 실제 환경에서 더 좋은 퇴치성능을 보여줄 것이다.
실제 환경에서는 폭음소리 볼륨 50%만을 사용했을 때, 평균적으로 10일 이상을 보호하는 결과를 보였다. 따라서 잡음 전체 케이스와 폭음볼륨 30%케이스를 제외한 소리는 실제 환경에서 더 좋은 퇴치성능을 보여줄 것이다.
실험에서 야생조류는 종별로 같은 소리에 다른 반응을 보였고, 지속적으로 같은 소리를 들려주게 되면 쉽게 적응하는 행태를 보였다. 따라서 야생조류의 종을 구분하는 방법과 적응을 방지하는 방법에 대한 추가적인 연구가 필요하다.
실험은 직박구리 3마리, 박새 2마리를 대상으로 각 항목당 6회분의 평균값을 계산하였고 Table 1 결과를 확인 할 수 있다. 야생조류는 소리와 볼륨에 따라 다른 반응을 보였으며 실험을 진행한 3가지 소리 중에서 폭음소리가 퇴치율이 가장 높았으며 볼륨에 영향을 받았다. 천적소리는 볼륨보다는 소리 자체에서 반응을 보였다.

후속연구

실험에서 야생조류는 종별로 같은 소리에 다른 반응을 보였고, 지속적으로 같은 소리를 들려주게 되면 쉽게 적응하는 행태를 보였다. 따라서 야생조류의 종을 구분하는 방법과 적응을 방지하는 방법에 대한 추가적인 연구가 필요하다.

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