[논문]노인의 움직임 인식과 건강지표 값을 통한 위급상황 알림 시스템

김영인; 박선영; 최다연; 이수원

[국내논문] 노인의 움직임 인식과 건강지표 값을 통한 위급상황 알림 시스템
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김영인 (숭실대학교 소프트웨어학부) , 박선영 (숭실대학교 소프트웨어학부) , 최다연 (숭실대학교 소프트웨어학부) , 이수원 (숭실대학교 소프트웨어학부)

본 연구에서는 비전 기술 및 스마트 밴드를 이용하여 집 안에서 노인의 자세 및 심박 수와 체온과 같은 건강 상태를 24시간 모니터링하여 위급상황을 인지하고 알려주는 서비스를 제공하는 시스템을 제안한다. 독거 노인의 비율이 증가함에 따라 노인들을 관리하고 보호하기 위한 시스템의 필요성이 대두되었다. 기존 연구에서 비전 기술을 사용해 사람의 자세만을 인식해 위급상황을 판단하는 것에 비해 본 연구에서는 스마트 밴드를 결합하여 위급상황 판단에 대한 정확도를 향상시켰다. 또한, 사람의 자세와 심박 수나 체온이 특정 값 이하 또는 이상으로 인지가 되는 경우 보호자에게 알림을 주어 적절한 대처를 취할 수 있도록 어플리케이션을 제공한다.

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문제 정의

본 연구는 영상인식 기술을 이용하여 노인의 특정 자세를 모니터링하고 심박 수나 체온과 같은 건강지표를 24시간 관찰할 수 있는 시스템을 제안한다. 원격에서도 건강지표들을 지속적으로 장시간 관찰할 수 있기 때문에 공간의 제약 없이 노인의 상태를 케어할 수 있다.
본 연구는 위급상황 판단을 위해 카메라만을 사용하지 않고 스마트밴드라는 건강지표 측정을 위한 센서가 부착된 하드웨어를 추가하여 판단의 정확도를 높일 수 있는 방법을 제안하였다. 또한 앱과 연동하여 위급상황을 쉽고 빠르게 파악할 수 있도록 하였다.

제안 방법

(그림 4)는 본 연구에서 제안하는 방법을 통한 위급상황 알림에 대한 순서도이다. 노인의 갑작스러운 쓰러짐과 움직이지 않는 상태의 정확도를 더 높이기 위하여 건강지표 데이터와 영상 처리된 결과값을 종합적으로 활용하여 위급상황 알림을 제공한다.
카메라만으로 위급상황 판단 시 소프트웨어에만 의존한다면 잘못된 판단을 할 가능성이 있다. 따라서 사람의 건강지표를 판단의 조건으로 추가하여 정확도를 높일 수 있도록 하드웨어를 제작하였다. 하드웨어는 팔찌 형태로 제작되어 쉽게 부착할 수 있도록 제작하였다.
제안 시스템은 크게 스마트 밴드, 라즈베리파이, 웹서버, 어플리케이션 부분으로 구성된다. 먼저 스마트 밴드에 부착된 센서를 통해 노인의 신체 관련 데이터를 획득하고 이를 라즈베리파이로 전송한다. 라즈베리파이는 연결된 카메라로 촬영한 영상의 프레임을 분석하여 배경에서 사람만을 찾아 그 자세를 인식한 다음 인식 결과와 신체 관련 센서값을 통하여 위급 상황인지를 판별한다.
본 연구에서는 일정 시간 이상(본 연구에서는 50초로 설정) 움직이지 않는 것과 갑작스러운 쓰러짐을 카메라가 인지하여 위급상황을 판단한다. 사람의 움직임을 카메라가 인지하기 위해 배경에서 움직이는 사람을 구분하는 작업이 선행되어야 한다.
사람의 움직임을 카메라가 인지하기 위해 배경에서 움직이는 사람을 구분하는 작업이 선행되어야 한다. 이를 위하여 [6]의 연구처럼 1초에 4장씩 사진을 찍고 각 사진의 픽셀 값을 비교하여 변화가 있는 부분의 경계 값을 바운딩 상자로 잡아 구분한다. 사람이 움직이면 비디오의 각 프레임에서 변화가 생기게 되는데 이 픽셀 값들을 파악하여 사람의 동선을 따라 다시 바운딩 상자로 배경에서 사람을 구분해낼 수 있다(그림 2).
수면 상태와 같이 동적인 움직임이 없는 상황은 정상적인 상태로 판단하여야 하고 움직임이 없는 비정상적이라고 볼 수 있는 위급상황과 구분할 수 있어야 한다. 이를 위해 스마트 팔찌로부터 심박수와 체온 값과 같은 건강지표값을 측정하여 갑작스러운 쓰러짐과 수면 상태를 구분한다. not moving 상태일 때는 일정 시간 움직임이 없었다는 정보와 건강지표 값을 종합적으로 판단한다.
(그림 1)은 본 연구에서 제안하는 시스템의 구조도이다. 제안 시스템은 크게 스마트 밴드, 라즈베리파이, 웹서버, 어플리케이션 부분으로 구성된다. 먼저 스마트 밴드에 부착된 센서를 통해 노인의 신체 관련 데이터를 획득하고 이를 라즈베리파이로 전송한다.

후속연구

향후 연구로는 사람마다 정상적인 심박수 범위는 개인차가 있으므로 위급상황 판단의 정확성을 높이기 위하여 개개인의 정상이라고 판단되는 심박수 범위를 저장하고 위급상황 판단 기준의 임계값으로 설정하여 위급상황을 판단하게 하는 것이 필요하다. 또한, 단순히 노인의 자세 판단만이 아닌 낯선 사람을 인식하거나 화재 감지까지도 확장하여 사람뿐만 아니라 집 자체까지 보호하는 소프트웨어로 발전시킬 수 있을 것이다.
위급상황으로 판별될 시 웹서버에 전송하여 어플리케이션에 알림을 보낸다. 또한, 이 데이터를 DB에도 저장하여 통계 및 어플리케이션에서의 시각자료로 활용할 수 있도록 한다.
향후 연구로는 사람마다 정상적인 심박수 범위는 개인차가 있으므로 위급상황 판단의 정확성을 높이기 위하여 개개인의 정상이라고 판단되는 심박수 범위를 저장하고 위급상황 판단 기준의 임계값으로 설정하여 위급상황을 판단하게 하는 것이 필요하다. 또한, 단순히 노인의 자세 판단만이 아닌 낯선 사람을 인식하거나 화재 감지까지도 확장하여 사람뿐만 아니라 집 자체까지 보호하는 소프트웨어로 발전시킬 수 있을 것이다.

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