KR101397669B1 - 절모 인식 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

절모 인식 시스템이 절모를 인식하기 위하여 카메라가 수집한 영상 정보를 영상 정보를 하나 이상의 영상 영역으로 분류하고, 하나 이상의 영상 영역 중 절모 영역으로 추측되는 임의의 영상 영역이 바닥 영역에 포함되는지 확인한다. 바닥 영역에 포함되면, 영상 영역과 영상 영역에 인접한 수직 영상 영역 사이에 수직 세그먼트 영역이 존재하는지 확인하고, 수직 세그먼트 영역이 존재하지 않으면 영상 영역 내에 절모가 존재하는 것으로 인식한다.

Description

절모 인식 시스템 및 방법{System and method for cut hairs recognition}
본 발명은 절모 인식 시스템 및 방법에 관한 것이다.
청소 로봇의 기능이 발전되어 감에 따라, 여러 가지 장애물을 회피하고, 위치를 인식하는 기술들을 내장하는 청소 로봇들이 개발되고 이에 따라 다양한 산업 현장에서 청소 로봇들이 이용되고 있다. 특히, 초창기 근적외선 센서를 사용하여 충전기의 위치를 인식하고, 자동 충전 기능을 제공하는 기술들이 개발되어 이용되고 있다.
그러나, 바닥에 떨어져 있는 잘린 머리카락(이하, '절모'라 지칭함)과 같이 물체의 높이를 거의 인식할 수 없는 청소 대상을 효과적으로 인식하는 기능은 제공하고 있지 않다.
따라서, 본 발명은 헤어 샵과 같이 절모가 많이 발생하는 환경에서 절모를 인식할 수 있는 절모 인식 시스템 및 방법을 제공한다.
상기 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 하나의 특징인 절모 인식 시스템이 절모를 인식하는 방법은,
카메라가 수집한 영상 정보를 수신하는 단계; 상기 영상 정보를 하나 이상의 영상 영역으로 분류하는 단계; 상기 하나 이상의 영상 영역 중, 절모 영역으로 추측되는 임의의 영상 영역이 바닥 영역에 포함되는지 확인하는 단계; 상기 바닥 영역에 포함되면, 상기 절모 영역으로 추측되는 영상 영역과 상기 영상 영역에 인접한 수직 영상 영역 사이에 수직 세그먼트 영역이 존재하는지 확인하는 단계; 및 수직 세그먼트 영역이 존재하지 않으면, 상기 절모 영역 내에 절모가 존재하는 것으로 인식하는 단계를 포함한다.
상기 바닥 영역에 포함되는지 확인하는 단계는, 상기 하나 이상의 영상 영역으로 분류된 영상 정보를 지평선 라인 이하 영역, 지평선 라인 이상 영역 및 지평선 라인 경계 영역으로 구분하는 단계; 및 상기 지평선 라인 이하 영역으로 구분된 영역만 추출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 구분된 영역만 추출하는 단계 이후에, 상기 지평선 라인 이하 영역으로 구분된 영역의 크기가 미리 설정한 크기보다 작은지 확인하는 단계; 및 상기 구분된 영역의 크기가 미리 설정한 크기보다 작으면 상기 구분된 영역을 상기 절모 영역으로 설정하고, 상기 절모 영역이 바닥 영역에 포함되는지 확인하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 수직 세그먼트 영역이 존재하는지 확인하는 단계는, 상기 절모 영역에 대한 픽셀 영역이 상기 바닥 영역의 픽셀 영역에 포함되는지 판단하는 단계; 및 상기 절모 영역에 대한 픽셀 영역이 상기 바닥 영역의 픽셀 영역에 포함되면, 상기 절모 영역이 바닥 영역에 위치하는 것으로 확인하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 절모가 존재하는 것으로 인식하는 단계 이후에, 영상 정보의 중심으로부터 절모 영역의 중심까지의 각도를 계산하고, 절모 사이의 방위각을 획득하는 단계; 및 상기 획득한 방위각을 토대로 청소 로봇이 절모 영역으로 이동하도록 제어 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 특징인 절모를 인식하는 시스템은,
시스템과 연동하는 카메라가 수집한 영상 정보를 수신하는 영상 정보 수신부; 상기 영상 정보를 하나 이상의 영상 영역으로 분류하는 영상 영역 분류부; 상기 분류된 하나 이상의 영상 영역으로부터 바닥 영역에 포함되는 영역에 절모가 위치하는지 인식하는 절모 인식부; 및 상기 절모 인식부가 인식한 절모의 위치로 청소 로봇이 이동하도록 제어 신호를 생성하는 청소 로봇 제어부를 포함한다.
상기 절모 인식부는, 상기 하나 이상의 영상 영역으로 분류된 영상 정보로부터 지평선 라인 경계 영역과 지평선 라인 이하 영역만을 취득하고, 상기 지평선 라인 이하 영역에 존재하는 영상 영역이 미리 설정한 크기보다 작은지 확인하며, 상기 미리 설정한 크기보다 작은 경우 상기 영상 영역이 바닥 영역에 포함하는지 확인하고, 상기 바닥 영역에 포함되면, 상기 영상 영역과 상기 영상 영역에 인접한 수직 영상 영역 사이에 수직 세그먼트 영역이 존재하는지 여부를 확인하여, 상기 영상 영역 내에 절모 유무를 확인할 수 있다.
본 발명에 따르면 절모 영역을 인식하여 청소 로봇으로 하여금 용이하게 청소할 수 있도록 한다.
또한, 이미 로봇에 활용되고 있는 카메라를 활용하여 비전 시스템(vision system)에서 적용할 수 있으므로, 낮은 가격에 절모 인식 기능을 가지는 청소 로봇을 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 절모 인식 시스템이 장착된 청소 로봇의 예시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 절모 인식 시스템의 구조도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 절모를 인식하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 절모를 인식한 영상을 나타낸 예시도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 절모 인식 시스템 및 방법에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 절모 인식 시스템이 장착된 청소 로봇의 예시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 절모 인식 시스템이 탑재된 청소 로봇(10)은 하단에 바퀴 또는 청소 로봇(10)을 움직일 수 있는 수단이 구비되어 있어, 청소 로봇(10)이 자유롭게 이동할 수 있도록 한다. 그리고 청소 로봇(10)의 한 측면에는 절모나 장애물 등을 촬영하여 영상 정보를 수집하는 카메라(20)가 구비되어 있다. 여기서 카메라(20)는 청소 로봇(10) 전방을 시야각으로 가지는 위치에 설치되며, 이를 위해 카메라(20)가 바닥 방향으로 다소 기울어진 형태로 설치된다.
또한 청소 로봇(10)의 내부에는 카메라(20)를 통해 수집한 영상 정보를 토대로 청소 로봇(10)이 장애물을 회피하여 이동하도록 제어하거나 절모 영역을 인식하도록 하는 컴퓨터 시스템(30)이 내장되어 있다. 본 발명의 실시예에서는 컴퓨터 시스템(30)에 절모 인식 시스템(100)이 포함되어 있는 것을 예로 하여 설명하나, 반드시 이와 같이 한정되는 것은 아니다.
상기에서 설명한 청소 로봇(10) 내에 포함되어 절모를 인식하는 절모 인식 시스템(100)에 대해 도 2를 참조로 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 절모 인식 시스템의 구조도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 절모 인식 시스템(100)은 영상 정보 수신부(110), 영상 영역 분류부(120), 절모 인식부(130) 및 청소 로봇 제어부(140)를 포함한다.
영상 정보 수신부(110)는 카메라(20)가 수집한 영상 정보를 수신한다.
영상 영역 분류부(120)는 영상 정보 수신부(110)가 수신한 영상 정보를 하나 이상의 영상 영역으로 분류한다. 하나의 영상 정보를 하나 이상의 영상 영역으로 분류하기 위해 본 발명의 실시예에서는 Efficient Graph based Segmentation 알고리즘을 이용하는 것을 예로 하여 설명하나, 반드시 이 알고리즘으로 한정하지는 않는다.
절모 인식부(130)는 영상 영역 분류부(120)에서 분류된 하나 이상의 영상 영역으로부터 바닥 영역에 포함되는 절모를 인식한다. 이를 위해, 절모 인식부(130)는 분류된 하나 이상의 영상 영역을 지평선 라인 이하 영역, 지평선 라인 이상 영역 및 지평선 라인 경계 영역으로 구분하여 지평선 라인 경계 영역과 지평선 라인 이하 영역만을 취득한다.
또한, 절모 인식부(130)는 지평선 라인 이하 영역에 존재하는 영상 영역이 미리 설정한 크기보다 작은지 여부를 확인하고, 미리 설정한 크기보다 작은 경우 해당 영상 영역이 바닥 영역에 포함되는지 확인한다. 그리고, 바닥 영역에 포함되면, 영상 영역과 영상 영역에 인접한 수직 영상 영역 사이에 수직 세그먼트 영역(VNIS: Vertical Neighborhood Image Segment)이 존재하는지 여부를 확인하여, 영상 영역 내에 절모가 있는지 여부를 확인한다. 절모를 인식하는 절차에 대해서는 이후 상세히 설명한다.
청소 로봇 제어부(130)는 절모 인식부(130)가 인식한 절모 영역으로 청소 로봇(10)이 이동하여 절모를 청소하도록 제어 신호를 생성한다.
이상에서 설명한 절모 인식 시스템(100)을 통해 절모를 인식하는 방법에 대해 도 3 및 도 4를 참조로 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 절모를 인식하는 방법을 나타낸 흐름도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 절모를 인식한 영상을 나타낸 예시도이다.
먼저 도 3에 도시된 바와 같이, 영상 정보 수신부(110)가 카메라(20)가 수집한 영상 정보를 수신하면(S100), 영상 영역 분류부(120)는 하나의 영상 정보를 알고리즘을 통해 하나 이상의 영상 영역으로 분류한다(S110). S110 단계에서 영상 영역을 분류하는 방법은 이미 알려진 사항으로, 본 발명의 실시예에서는 상세한 설명을 생략한다.
S110 단계에 대해 도 4를 참조로 먼저 설명한다. 도 4의 (a-1) 및 (b-1)과 같이 영상 정보 수신부(110)가 영상 정보를 수신하면, 영상 영역 분류부(120)는 (a-2) 및 (b-2)와 같이 하나의 영상을 하나 이상의 영상 영역으로 분류한다. 본 발명의 실시예에서는 설명의 편의를 위해 하나 이상으로 분류된 영상 영역을 색깔로 달리 표현하였으며, 각각의 영상 영역에는 하나 이상의 픽셀 값들이 집합으로 형성되어 있다.
도 3의 S110 단계를 통해 영상 정보가 하나 이상의 영상 영역으로 분류되면, 절모 인식부(130)는 하나 이상의 영상 영역으로 분류된 영상 정보를 지평선 라인 이하 영역과 지평선 라인 이상 영역, 지평선 라인 경계 영역으로 구분한다. 그리고 영상 정보에 지평선 라인 이하 영역이 존재하는지 확인한다(S120).
영상 정보에서 지평선 라인은, 카메라(20)가 바닥 방향으로 다소 기울어진 형태로 설치되는 것을 예로 하여 설명하므로, 카메라(20)를 기준으로 수평 선상의 영역을 지평선 라인이라 설정한다. 그리고 절모는 지평선 라인 이하 영역의 바닥 영역에 포함되어 있기 때문에, 지평선 라인 이하 영역이 존재하는지 확인한다.
S120 단계에서 확인한 결과, 영상 정보에 지평선 라인 이하 영역이 존재하지 않는 것으로 확인하면, 절모 인식부(130)는 절모가 존재하는 영역이 없는 것으로 확인한다(S170). 그러나, 지평선 라인 이하 영역이 존재하는 것으로 확인하면, 절모 인식부(130)는 하나 이상의 영상 영역 중 어느 하나의 영상 영역의 크기가 미리 설정한 크기보다 작은지 판단한다(S130).
절모의 경우 하나의 또는 절모가 군을 형성하여 뭉치로 놓여있다 하더라도 그 크기가 매우 크지 않기 때문에, S130 단계에서는 미리 설정한 크기보다 작은지 여부를 확인한다. 이때, 미리 설정한 크기 정보는 어느 하나의 정보로 한정하지 않는다.
만약 미리 설정한 크기보다 어느 하나의 영상 영역의 크기가 크다면, 해당 영상 영역에는 절모가 존재하지 않는 것으로 확인한다(S170). 그러나, 어느 하나의 영상 영역의 크기가 미리 설정한 크기보다 작다면, 절모 인식부(130)는 해당 영상 영역이 바닥 영역에 포함되어 있는지 여부를 확인한다(S140).
즉, 하나의 영상 영역에 대한 픽셀 영역이 바닥 영역에 대한 픽셀 영역 내에 포함되는지 여부를 확인한다. 그리고 픽셀 영역 내에 포함되지 않는다면, 해당 영상 영역에는 절모가 존재하지 않는 것으로 확인한다(S170).
여기서 영상 영역이 바닥 영역에 포함되어 있는지 여부를 확인하는 방법에 대해 먼저 도 4의 (a-2) 및 (b-2)를 참조로 설명한다. 영상 영역 분류부(120)가 영상 정보를 영상 영역으로 분류하면, 절모가 포함된 영상 영역과 바닥 영역을 하나의 영상 영역으로 분류하게 된다.
그러면 절모 인식부(130)는 도 4의 (a-2)에 나타낸 바와 같이 절모가 표시된 영상 영역의 픽셀에 대한 집합이 바닥 영역의 픽셀에 대한 집합 내에 포함되어 있는지 확인한다. 바닥 영역에 절모가 위치한 두 영상 영역은 모두 바닥 영역 내에 위치하기 때문에, 두 영상 영역에 위치한 물체는 절모일 가능성이 있는 것으로 확인한다.
그러나, 도 4의 (b-1)과 같이 두 개의 절모가 있는 영역 중 좌측 절모는 의자의 바퀴 부분에 인접하여 위치해 있고, 우측 절모는 의자에서 다소 떨어진 바닥에 떨어져 있는 경우, 이를 영상 영역으로 분류하면 도 4의 (b-2)와 같이 나타남을 알 수 있다. 즉, 좌측 절모에 대한 영상 영역은 의자의 바퀴 부분에 대한 영상 영역에 붙어 나타나기 때문에, 절모 인식부(130)는 해당 영상 영역의 픽셀이 바닥 영역에 대한 픽셀 집합 내에 포함되지 않은 것으로 확인하여 절모가 아닌 것으로 확인한다.
그러나, 우측 절모에 대한 영상 영역은 의자에 대한 영상 영역과는 다소 떨어져 있기 때문에, 해당 영상 영역은 바닥 영역에 포함된 것으로 확인한다. 본 발명의 실시예에서는 영상에 대한 픽셀 집합을 토대로 바닥 영역에 있는지 아닌지 여부를 확인하는 것을 예로 하여 설명하였으나, 반드시 이와 같이 한정하는 것은 아니다.
상기와 같이 도 3의 S170 단계를 토대로 해당 영상 영역이 바닥 영역에 포함되는 것으로 확인하면, 절모 인식부(130)는 해당 영상 영역과 또 다른 영상 영역 사이에 수직 세그먼트 영역이 존재하는지 확인한다(S150).
여기서 수직 세그먼트 영역이라 함은, 하나의 영상 영역과 또 다른 영상 영역이 수직으로 이웃해 있는지 여부를 확인하는 영역이다. 즉, 도 4의 (b-2)의 우측 절모에 대한 영상 영역과 같이, 임의의 영상 영역이 절모가 위치한 영상 영역 후보로 설정되면, 최소 거리 평균법을 이용하여 해당 영상 영역과 인접해 있는 수직 영상 영역을 구분한다. 최소 거리 평균법을 이용하여 영상 영역과 인접한 수직 영상 영역을 구분하는 방법을 이미 알려진 사항으로, 본 발명의 실시예에서는 상세한 설명을 생략한다.
S150 단계에서 확인한 결과 만약 수직 세그먼트 영역이 미리 설정한 크기 이하로 존재하면, 절모 인식부(130)는 수직 영상 영역은 제거하고 나머지 영상 영역에 절모가 있는 것으로 확인한다(S160). 그러나, 수직 세그먼트 영역이 존재하지 않는다면, 해당 영역에는 절모가 존재하지 않는 것으로 확인한다(S170).
즉, 절모 인식부(130)는 도 4의 (b-1)의 우측 절모 영역과 인접한 영상 영역 중 수직 영상 영역인 의자 영역과 구분하기 위해, 절모 영역과 의자 영역을 최소거리 평균법을 이용하여 그 사이에 수직 세그먼트 영역이 있는지 확인한다. 수직 세그먼트 영역이 없는 경우는 절모가 있는 것으로 추정되는 영상 영역이 바닥 영역에는 포함되어 있으나 어느 수직 영상 영역에 종속적이지 않고 독립적으로 위치한 것이므로, 절모 인식부(130)는 절모 영역에 절모가 있는 것을 확인한다. 그러나, 수직 세그먼트 영역이 있는 경우에는, 바닥 영역에는 포함되어 있으나 해당 영상 영역이 수직 영상 영역에 종속적으로 위치하여, 다른 사물에 연결된 물체로 확인한다.
S170 단계에서 절모 인식부(130)가 영상 영역 내에 절모가 있는 것으로 확인하면, 영상의 중심으로부터 절모 영역의 중심까지의 각도를 삼각법으로 계산하고, 청소 로봇(10)으로부터 절모 사이의 방위각을 획득한다. 그리고 해당 위치로 청소 로봇(10)이 이동하여 청소하도록 제어 신호를 생성한다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (8)

  1. 절모 인식 시스템이 절모를 인식하는 방법에 있어서,
    카메라가 수집한 영상 정보를 수신하는 단계;
    상기 영상 정보를 하나 이상의 영상 영역으로 분류하는 단계;
    상기 하나 이상의 영상 영역 중, 절모 영역으로 추측되는 임의의 영상 영역이 바닥 영역에 포함되는지 확인하는 단계;
    상기 바닥 영역에 포함되면, 상기 절모 영역으로 추측되는 영상 영역과 상기 영상 영역에 인접한 수직 영상 영역 사이에 수직 세그먼트 영역이 존재하는지 확인하는 단계; 및
    수직 세그먼트 영역이 존재하지 않으면, 상기 절모 영역 내에 절모가 존재하는 것으로 인식하는 단계
    를 포함하는 절모 인식 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 바닥 영역에 포함되는지 확인하는 단계는,
    상기 하나 이상의 영상 영역으로 분류된 영상 정보를 지평선 라인 이하 영역, 지평선 라인 이상 영역 및 지평선 라인 경계 영역으로 구분하는 단계; 및
    상기 지평선 라인 이하 영역으로 구분된 영역만 추출하는 단계
    를 포함하는 절모 인식 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 구분된 영역만 추출하는 단계 이후에,
    상기 지평선 라인 이하 영역으로 구분된 영역의 크기가 미리 설정한 크기보다 작은지 확인하는 단계; 및
    상기 구분된 영역의 크기가 미리 설정한 크기보다 작으면 상기 구분된 영역을 상기 절모 영역으로 설정하고, 상기 절모 영역이 바닥 영역에 포함되는지 확인하는 단계
    를 더 포함하는 절모 인식 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수직 세그먼트 영역이 존재하는지 확인하는 단계는,
    상기 절모 영역에 대한 픽셀 영역이 상기 바닥 영역의 픽셀 영역에 포함되는지 판단하는 단계; 및
    상기 절모 영역에 대한 픽셀 영역이 상기 바닥 영역의 픽셀 영역에 포함되면, 상기 절모 영역이 바닥 영역에 위치하는 것으로 확인하는 단계
    를 포함하는 절모 인식 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 절모가 존재하는 것으로 인식하는 단계 이후에,
    영상 정보의 중심으로부터 절모 영역의 중심까지의 각도를 계산하고, 절모 사이의 방위각을 획득하는 단계; 및
    상기 획득한 방위각을 토대로 청소 로봇이 절모 영역으로 이동하도록 제어 신호를 생성하는 단계
    를 포함하는 절모 인식 방법.
  6. 절모를 인식하는 시스템에 있어서,
    시스템과 연동하는 카메라가 수집한 영상 정보를 수신하는 영상 정보 수신부;
    상기 영상 정보를 하나 이상의 영상 영역으로 분류하는 영상 영역 분류부;
    상기 분류된 하나 이상의 영상 영역으로부터 바닥 영역에 포함되는 영역에 절모가 위치하는지 인식하는 절모 인식부; 및
    상기 절모 인식부가 인식한 절모의 위치로 청소 로봇이 이동하도록 제어 신호를 생성하는 청소 로봇 제어부
    를 포함하는 절모 인식 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 절모 인식부는,
    상기 하나 이상의 영상 영역으로 분류된 영상 정보로부터 지평선 라인 경계 영역과 지평선 라인 이하 영역만을 취득하고,
    상기 지평선 라인 이하 영역에 존재하는 영상 영역이 미리 설정한 크기보다 작은지 확인하며,
    상기 미리 설정한 크기보다 작은 경우 상기 영상 영역이 바닥 영역에 포함하는지 확인하고,
    상기 바닥 영역에 포함되면, 상기 영상 영역과 상기 영상 영역에 인접한 수직 영상 영역 사이에 수직 세그먼트 영역이 존재하는지 여부를 확인하여, 상기 영상 영역 내에 절모 유무를 확인하는 절모 인식 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 영상 영역 분류부가 Efficient Graph based Segmentation 알고리즘을 이용하여 상기 영상 정보를 하나 이상의 영상 영역으로 분류하는 절모 인식 시스템.
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