KR101575776B1 - 시각장애인용 사물인식 지팡이 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시각장애인의 보행 보조 수단인 지팡이에 GPS모듈이 구비되고 이에 더하여 사물을 인지하여 돌발상황에 대처할 수 있도록 주변의 사물을 탐지하는 초음파모듈과, 사물인식용 카메라부와 상기 카메라부의 흔들림을 보정하는 자이로스코프를 구비하여 안전사고를 미연에 방지할 수 있는 시각장애인용 사물인식 지팡이를 제공한다.

Description

시각장애인용 사물인식 지팡이{A OBJECT RECOGNITIVE STICK FOR THE BLIND}

본 발명은 시각장애인용 지팡이에 관한 것으로, 구체적으로는 GPS모듈과 지도모듈을 통해 현재 위치를 파악하고, 카메라부와 자이로스코프를 통해 주변의 사물을 빠른 시간에 정확하게 파악하여 장애물에 대한 정보를 알려주어 시각 장애인들이 쉽게 도로를 보행하고 안전하게 안내할 수 있는 시각장애인용 사물인식 지팡이에 관한 것이다.

시각장애인들은 자신이 원하는 목적지를 찾아갈 때, 안내견을 이용해 길을 찾을 경우 안내견의 훈련, 사용자와의 매칭 및 교육, 사후관리 등 관리비용이 높아 대다수의 시각장애인들이 이용하기 어려운 실정이었다.

또한 시각장애인용 길안내 지팡이를 이용할 경우, 때때로 다른 사람에게 도움을 청하거나 목적지까지 함께 동행해야 하는 불편함이 있었다.

따라서 이러한 불편함을 제거하도록, 길안내 지팡이에 탑재될 수 있고 위치를 기반으로 사물을 인식하는 기능과 관련된 기술들을 시각장애인의 관점에 맞추어 간단히 설명하고자 한다.

1. GPS 및 네비게이션

일반적으로 GPS 수신기는 라디오처럼 단순히 신호를 수신하는 장치이며, 그 원리는 신호를 수신하고 있는 3~4개의 위성에서 동시에 발신된 신호를 시간차를 통하여 위치를 계산하여 위치를 알려준다.

목적지를 찾아가기 위한 길안내 시스템(네비게이션)은 상술한 GPS를 이용하여 실생활에서도 이용하고 있는데, 자세하게는 GPS위성으로부터 GPS수신부를 통해 GPS단말기가 위치해 있는 곳의 위도와 경도 등의 위치데이터가 수신되면, GPS단말기의 제어부는 전자지도저장부로부터 상기 수신한 위치정보에 대응되는 전자지도 데이터를 송출하여 화면표시부를 통해 지도에 현재 위치가 표시된 지리적 정보를 그래픽 화면으로 표시 출력함과 더불어, 이어 위치정보음성저장부로부터 상기 위치정보에 대응되는 지리적 정보음성데이터를 송출하여 합성시킴으로써, 음성데이터를 음성출력부를 통해 가청음으로 출력해 준다.

하지만 이런 서비스는 시각 능력을 잃지 않은 일반인만을 대상으로 하고 있다. 즉, 시각장애인에게 있어서 이러한 일반인을 대상으로 하는 길안내 시스템은 사용하기 어려운 문제점이 있다.

또한 현재 서비스 되고 있는 GPS는 위도, 경도, 고도의 위치뿐만 아니라 3차원의 속도정보와 함께 정확한 시간을 얻을 수 있고, 위치 정확도는 군사용과 민간용에 따라 차이가 있는데, 시각장애인이 사용할 민간용 GPS는 수평, 수직 오차가 10~15m 정도이며 속도측정 정확도는 초당 3cm로서 현재의 기술로는 보행자가 인도를 정확히 벗어나지 않고 걸어갈 수 있는가에 대한 판단은 다소 정확하지 않다.

즉, 상술한 GPS 오차범위로 인하여 시각장애인이 인도를 걸어갈 경우에는 인도를 벗어나서 도로로 가더라도 궤도이탈이 오류가 발생하지 않기에 안전사고의 위험이 따를 수가 있는 문제점이 있었다.

한편, 상술한 문제점을 해결하기 위해 종래에는 무선단말기에 장착된 GPS을 이용하여 시각장애자의 현재 위치를 검출하고, 위치 정보를 휴대전화를 이용하여 중앙센터로 전송하며, 중앙센터에서는 수신된 위치정보의 오차를 수정하고 전자지도상의 좌표로 변환하여 시각 장애자의 현재 위치를 산출하고 음성정보를 생성, 전송함으로써 시각장애자의 보행을 유도하는 기술이 있었다.

그러나 이러한 종래기술은 센터 기준국의 경우 각 이동통신회사의 기준국 장치를 사용하여 오차범위를 계산하므로, 반경 150KM를 기준의 DGPS기준국의 커버리지를 기준으로 서비스 지역을 계산하여 정보를 제공하여, DGPS기준국 중심으로 반경내에서는 동일한 신호 및 오차범위의 값을 가지고 있다는 문제점이 있었다.

또한 DGPS기지국의 기준국의 위치가 이동통신회사의 중앙센터로 서울지역을 반경으로 한 서비스는 가능할 수 있으나 150KM의 커버리지를 벗어난 지역에 대한 오차는 이보다 훨씬 더 큰 오차값이 나타나 안전사고가 발생할 수 있는 문제점이 있었다.

아울러 내부 환경(INDOOR)에서는 GPS 신호가 닿지 않아 사용할 수 없는 문제점이 있었고, 수치화(위도, 경도 정보) 되어 있거나 현재 위치만을 정확히 알려주는 GPS 특징으로 인하여 시각장애인이 상황판단에 둔감한 노인이거나 지적 능력이 떨어지는 경우에는 더욱 현재 위치를 파악할 수 없는 문제점도 있었다.

2. RFID 기술

RFID는 유비쿼터스(Ubiquitous) 컴퓨팅 기술 중 가장 핵심적인 요소로 유통, 물류, WMS 등 다양한 분야에 적용되고, 주로 기업의 네트워크화, 자동화, 지능화 등의 제한적인 산업분야에만 적용되었다. 이러한 제한적인 산업분야에만 적용되던 RFID 산업이 최근 활성화되고 있고 기술적인 발전이 급속도로 이루어져 대국민, 대고객 서비스 차원으로 확대할 필요성이 강력하게 제기되고 있다.

RFID는 무선통신기술을 사용해 대상 물체를 직접 접촉하지 않고 부착된 태그 정보를 자유롭게 식별하고 기록할 수 있는 자동식별 기술로 태그, 안테나, 리더기 및 미들웨어, 응용서비스 플랫폼으로 구성된다.

RFID리더기를 통해 RFID 서비스를 제공하기 위해서는 단말기에 RFID 리더기가 탑재되어야 한다. 이동형 RFID 단말의 궁극적인 목표는 이동형 단말기 내에 RFID 리더기를 탑재하는 것이다. 하지만 RFID 리더기의 전파 간섭 등 여러 기술적인 문제와 인식 거리 문제 때문에 많은 연구가 진행 중이다.

이동형 RFID와 일반 RFID 시스템과의 차이는 단순한 물리적인 리더기의 형태뿐 아니라 유비쿼터스 시대의 정보 단말로 RFID의 대중화 및 B2C 형태의 대국민, 대고객 서비스를 가능케 하는 비지니스 모델의 필요 요소로 부각되고 있다.

상기 이동형 RFID의 서비스 구성은 사물의 식별 정보를 가지고 있는 태그, 리더기가 장착된 단말기, 식별 코드와 관련 정보의 서버위치를 알려주는 ODS(Object Directory Server), 태그의 실제 정보를 가지고 있는 OIS(Object Information Service)로 구성된다.

즉, 특정 제품에 설치 된 태그 정보를 읽은 후 리더기가 식별된 코드를 해당 ODS로부터 OIS 서버의 정보를 받아 콘텐츠를 제공하는 형태로, 이동형 RFID리더기와 ODS, 콘텐츠 서버간의 통신은 이동통신망을 통해 이루어진다.

이동형 RFID는 다양한 비지니스 모델을 적용해 유비쿼터스 환경의 정보 단말로 생활 깊숙이 스며들어 휴대전화의 활용을 더욱 발전시킬 것으로 전망된다. 사용자의 위치, 성향 등의 특성을 고려한 상황 인지 서비스 제공같은 부가 서비스 제공으로 점차 휴대전화 단말 상호간 에드혹(Ad-Hoc) 네트워크 구축을 가능하게 하는 USN(Ubiquitous Sensor Network)으로 자연스럽게 발전될 것으로 예상된다.

그러나 국내 RFID전파 표준화(2004년 2월 한국정보통신기술협회(TTA)에서 "전파식별"로 표준화함)에 따르면 인도블럭의 경우에 감지거리가 멀어서(거리20cm) 정확한 데이터를 수신하는데 문제가 발생하고, 건물에 부착되는 저장장치의 데이터정보 내용이 시각장애인의 현재 위치에 따라 잘못된 정보를 제공 할 수 있는 문제점이 있었다.

즉, 시각장애인이 계단을 내려가는 경우 "계단의 시작"이라는 음성이 정보가 안내될 수 있고, 마찬가지로 화장실의 경우 반대편에서 이동하면 화장실에 대한 정보가 반대편에 인식됨에 따라 상반된 위치에 있을 경우에는 저장장치에 부착된 정보가 반대로 표출되어 다른 정보가 제공될 수 있다.

이러한 이유로 근거리에 대한 정보인식 신뢰도가 떨어져서 시각장애인이 사용할 경우에는 행단보도인근 이라는 정보 습득은 가능하나 보다 정밀한 행단보도의 중앙이라던지 계단의 입구라던지 그러한 곳에 적용하기에는 문제가 있다. 아울러 전원부에 대한 문제로 항상 이러한 발신장치가 부착된곳에서는 전원부가 상시 연결이 되어있어야 하는 문제점이 있었다.

또한, 시각장애인용 지팡이에 RFID 태그를 설치하여 RFID 수신 수단이 설치된 지역을 지나갈 경우 RFID 수신 수단으로부터 장소를 알려주는 기술도 있지만 이는 다수의 장소에 RFID 수신 수단을 설치해야 하는 관계로 많은 비용이 사용된다는 문제점이 있어 현실화되지 못하고 있다. 또한, RFID 수신 수단이 없는 지역에서는 시각장애인이 현재 위치를 알 수 없다는 문제점도 있었다.

3. 자이로스코프

디지털자이로스코프는 로봇 등에 장착돼 어떤 방향과 각도로 움직였는가를 스스로 측정하는 센서로, 자이로센서라고 불리기도 한다. 무인항공기와 로봇의 자동방향감지용으로 주로 사용하며, 최근에는 캠코더나 디지털카메라, 휴대폰의 손떨림을 측정방지하기 위한 용도로 자이로센서를 사용하기도 한다. 특히, 자동차에 적용할 경우 차량속도를 이용해 GPS 없이도 자동차가 자기위치를 파악할 수 있는 장점이 있다.

결과적으로 시각장애인들에게 있어서 가장 보편적인 보행 보조 수단인 지팡이의 경우 독립보행에 많은 도움을 주고 있지만, 여전히 이동의 측면에 도움을 주고 있으며, 방향정위에 관한 적절한 단서를 제공하는데 어려움이 많은 현실이다.

한국등록특허 제10-1503381호 한국공개특허 제10-2012-0020212호

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 그 목적은 시각장애인의 보행 보조 수단인 지팡이에 GPS모듈이 구비되고 이에 더하여 사물을 인지하여 돌발상황에 대처할 수 있도록 주변의 사물을 탐지하는 초음파모듈과, 사물인식용 카메라부와 상기 카메라부의 흔들림을 보정하는 자이로스코프를 구비하여 안전사고를 미연에 방지할 수 있는 시각장애인용 사물인식 지팡이를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 시각장애인용 사물인식 지팡이는 시각장애인용 지팡이에 있어서, 손잡이부와, 감지부와, 상기 손잡이부와 감지부의 일측에 구비되는 사물인식장치를 포함하고, 상기 사물인식장치는, 현재위치를 2차원 평면 좌표로 파악하고, 파악된 정보를 MCU에 전송하는 GPS모듈; 지도 정보가 저장되는 전자지도모듈; 거리측정을 위한 초음파를 발생하는 초음파발신부와, 장애물에 의해 반사된 초음파를 수신하는 초음파센서부가 구비된 초음파모듈; 전면에 구비되어 보행 중 영상 정보를 획득하여 MCU에 전송하는 카메라부; 상기 카메라부에서 획득한 영상의 사물을 정확히 인식하기 위해 흔들림 방향을 보정하는 자이로스코프; 목적지를 음성으로 인식하고, 파악하는 음성인식부; 상기 GPS모듈로부터 전송된 현재위치와 상기 음성인식부에서 파악된 목적지 위치정보를 기반으로 상기 전자지도모듈과 연동하여 주변 시설물 및 장애물에 대한 정보를 알람부를 통해 시각장애인에게 알리고, 상기 초음파발신부에서 발사된 기준신호의 시간과, 상기 초음파센서부에서 수신된 변별신호의 시간차를 이용하여 물체의 거리를 산출하되, 특정 사물만을 감지하여 거리를 산출하는 MCU; 상기 MCU로부터 신호를 받아 시각장애인에게 알람을 제공하는 알람부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 복수개의 RFID 태그들로부터 현재 위치를 보정하는 RFID수신모듈; 을 포함하고, 상기 MCU는, 상기 GPS모듈의 신호 강도가 약하면, 상기 RFID수신모듈과 카메라부을 통하여 주변 사물을 인식하는 것을 특징으로 한다.

또한 전원을 공급하는 배터리부;를 더 포함하고, 상기 MCU는, 상기 배터리부의 충전 잔량을 지속적으로 검출하고, 충전이 필요한 경우 사용자에게 알람부를 통해 알람을 제공하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 MCU는, 상기 카메라부에서 전송된 영상 정보를 바탕으로 버스번호, 에스컬레이터, 계단, 신호등, 육교, 맨홀, 사람의 얼굴과 표정, 문자열 중 어느 하나 이상을 인식하여 알람부를 통해 알람을 제공하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 MCU는, 상기 GPS모듈로부터 전송된 위치정보를 기반으로 상기 전자지도모듈과 연동하여 시각장애인이 횡단보도에 위치되면, 상기 카메라부를 통해 횡단보도 주변에 설치된 신호등의 파란불을 인식하여 상기 알람부에 알람신호를 전송하고, 상기 초음파센서부에서 수신된 변별신호를 파악하여 자동차와의 산출된 거리에 따른 음향 신호를 상기 알람부에 전송하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 시각장애인용 사물인식 지팡이에 의하면, GPS모듈과 지도모듈을 통해 현재 위치를 파악하고, 카메라부와 자이로스코프를 통해 주변의 사물을 빠른 시간에 정확하게 파악하여 시각장애인이 목적지로 용이하게 이동할 수 있고, 장애물, 신호등, 횡단보도에서 위험한 상황을 판별하여 충돌을 예방하는 효과가 있다.

또한 다양한 돌발상황에 대처하여 독립보행을 지원할 수 있는 시각적인 면의 기능에 초점을 두어 시각장애인의 일상생활에 편의를 제공하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 시각장애인용 사물인식 지팡이의 전면을 도시한 사시도.
도 2는 도 1의 후면을 도시한 사시도.
도 3은 본 발명에 의한 시각장애인용 사물인식 지팡이의 구성 블록도.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공 되는 것이다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

우선 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 시각장애인을 위한 사물인식 지팡이(100)는 일단에 손잡이부(110)와, 타단에 감지부(120) 및 상기 손잡이부(110)와 감지부(120)의 일측에 구비되는 사물인식장치(200)를 포함하여 구성된다.

이 경우 상기 사물인식장치(200)는 지팡이를 사용할 때 상기 손잡이부(100)의 이동반경이 상기 감지부(120)보다 적으므로, 휴대성과 편의성을 높이기 위해 관성력을 고려하여 상기 손잡이부(110)에 가깝게 설치된다.

또한 상기 사물인식장치(200)는 그 크기 또는 부피에 제한이 없으며, 기술의 발전에 따라 축소된 장치일 수 있다. 이 경우 후술한 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다.

상기 사물인식장치(200)는 초음파발신부(221)와 초음파센서부(222)가 구비되는 초음파모듈(220)과, 사물인식용 카메라부(210)와, 음성인식부(230)와, 알람부(240)와, RFID수신모듈(250)과, GPS모듈(260)과, 전자지도모듈(270)과, 자이로스코프(280) 및 상술한 구성들을 총괄적으로 제어하는 MCU(Micro Compute Unit)(290)를 포함하여 구성된다.

상기 GPS모듈(260)은 배경기술에서 상술한 바와 같이, 시각장애인의 현재위치를 2차원 평면 좌표로 파악하고, 파악된 정보를 상기 MCU(290)에 전송한다. 상기 MCU(290)는 위치정보를 기반으로 상기 전자지도모듈(270)과 연동하여 주변 시설물 및 장애물에 대한 정보를 상기 알람부(240)를 통해 시각장애인에게 알린다. 이 경우 상기 알람부(240)는 스피커 또는 상기 손잡이부(110)에 구비되는 진동장치(미도시)를 통하여 시각장애인에게 알람을 제공할 수 있다. 또한 진동방식이나 횟수에 따른 설정방법은 시각장애인의 편의에 따라 설정할 수 있음은 자명하다.

자세하게는 상기 알람부(240)는 기본적으로 출력신호에 해당하는 음향을 출력하여 사용자에게 제공한다. 이러한 알람부(240)는 스피커, 유선 이어폰, 블루투스와 같은 근거리 무선통신 기능을 가지는 무선이어폰일 수 있으나, 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 아울러, 무선이어폰과 같은 무선출력장치를 사용하는 경우 무선출력장치의 마스터장치는 알람부(240)가 되며, 이 경우 무선출력장치와 쌍을 이루는 무선모듈을 구비할 수 있다.

상기 전자지도모듈(270)에는 국토지리정보원, 한국도로공사, 각 지방자치단체, 각종 인터넷 사이트에서 제공하는 정보를 토대로 도로 및 지도 정보가 저장되고, 시각장애인의 보행 중 방향 정위를 알려주는 음성 안내 데이터를 상기 MCU(290)에 전송하게 된다.

그러나 시각장애인은 인도를 통해 보행하므로 차도에 비해 협소한 편이다. 따라서 일반적으로 이용되는 차량용 내비게이션에 구비된 GPS를 그대로 이용하는 경우 GPS 오차가 많이 발생하여 정확한 위치서비스를 기대하기 어려운 현실이다. 특히 시각장애인에게는 이러한 오차가 안전사고를 일으키는 치명적인 결함이 될 수 있다.

따라서 본 발명에서는 단순히 상기 GPS모듈(260)과 전자지도모듈(270)의 연동으로 보행을 안내하는 방식 이외에 물체와의 거리를 비접촉 방식으로 측정하기 위해서 선택할 수 있는 초음파모듈(220)이 구비되고, 오차범위를 더욱 최소화하고 시각장애인의 방향성을 추정할 수 있도록 자이로스코프(280) 및 사물인식용 카메라부(210)가 추가로 구비될 수 있다.

특히 물체와의 거리를 비접촉 방식으로 측정하기 위해서 적외선 방식과 초음파방식 그리고 영상처리방식 3가지로 나누어 볼 수 있는데, 적외선 방식으로는 거리검출이 불가능한 투명한 물체도 거리측정이 가능하고, 비교적 외부조명 환경에 영향을 받지 않으며, 제조비용이 저렴하다는 장점이 있으나, 측정 물체에 따라 같은 거리에 있더라도 반사광의 차이가 많이 발생하므로 불특정 물체와의 거리를 측정하는 용도로는 정밀한 결과를 보장하기 어려운 단점이 있다.

영상 처리 방식의 장점은 넓은 영역을 매우 조밀하게 거리를 측정할 수 있고, 알고리즘의 운영에 따라 매우 정밀하게 거리를 측정할 수 있는 반면, 시스템 구성이 복잡하고, 제작비용이 증가한다는 단점이 있다.

각각의 방식은 모두 장단점이 존재하므로 시각장애인용 지팡이의 환경에 주어진 제한 조건을 살펴볼 때 초음파방식이 적합함을 알 수 있었다.

즉 초음파는 사람의 가청음 주파수 대역인 20Hz 내지 20KHz를 벗어나는 음파를 의미하고, 초당 340m를 진행하여 물체에 부딪치면 입사각에 대해 반사각 방향으로 반사하게 된다. 일반적으로 주로 사용되는 주파수는 20Khz 내지 50Khz이며, 주파수가 높을수록 공간분해능이 높고 정밀한 결과를 얻을 수 있다. 초음파 센서의 측정원리는 초음파센서에서 발사된 초음파 펄스가 피 측정물의 표면에서 반사되어 다시 초음파 센서로 되돌아오는 시간을 측정하여 측정 대상에 따른 정보를 얻는 방법을 사용하게 된다.

따라서 상기 초음파발신부(221)는 거리측정을 위한 초음파를 발생하여 일정한 방향으로 방출하게 되는데, 이러한 방출되는 기준신호는 일정한 주기를 가지며, 발생된 초음파가 장애물에 의해 반사되는 변별신호를 초음파센서부(222)에서 수신하여 상기 MCU(290)에서 신호처리를 수행하게 된다. 이 경우 상기 초음파센서부(222)는 장애물에 반사되어 수신되는 초음파의 세기를 신호처리가 가능한 수준으로 증폭시키기 위한 저잡음 증폭기(미도시)를 포함할 수 있다.

상기 MCU(290)는 상기 초음파발신부(221)에서 발사된 기준신호의 시간과, 상기 초음파센서부(222)에서 수신된 변별신호의 시간차를 이용하여 물체의 거리를 산출하게 된다.

즉, 시각장애인과 물체와의 거리는 다음과 같은 공식에 의하여 산출될 수 있다. t(시간차) = 2*(물체와의 거리,m)/음속(340m/s)

또한 상기 MCU(290)는 산출된 거리에 따른 음향 신호를 선택하여 상기 알람부(240)에 전송할 수 있고, 이때 선택되는 음향신호는 시각장애인의 빠른 인지를 위해 음의 고저 또는 일정 주기를 가진 비트음이 거리에 따라 달리 적용된 음향신호일 수 있다. 예를 들어 가까운 거리에 장애물이 있는 경우 선택된 음향신호는 장애물이 멀리 있을 때보다 높은 음역의 음향이거나, 빠른 주기를 갖는 비트음에 의해 반복적으로 발생될 수 있다.

이 경우 일 실시예로서, 상기 MCU(290)는 상기 GPS모듈(260)과, 전자지도모듈(270)을 이용하여 시각장애인의 위치에 따라 상기 초음파모듈(220)을 연동하여, 필요시 배터리 절감을 위해 특정 위치에서만 상기 초음파모듈(220)을 작동하게 할 수 있고, 또한 특정 사물만을 감지할 수 있는 추가적인 기능을 수행할 수 있다.

자세하게는 상기 GPS모듈(260)과, 전자지도모듈(270)에서 전송된 정보를 토대로 상기 MCU(290)에서 시각장애인의 위치가 안전사고가 빈번히 발생하는 횡단보도라고 판단하였을 때, 상기 MCU(290)는 상기 초음파모듈(220)을 작동시키고, 알람부(240)에 '횡단보도에 접근하였습니다.'라는 음성을 안내하도록 신호를 보낸다. 또한 상기 초음파센서부(222)로부터 전송되는 신호를 분석하여 주변의 자동차만을 감지하여 거리를 산출할 수 있다.

아울러 상기 MCU(290)는 상기한 자동차만을 감지할 수 있도록 음파의 반사파 전체(full echo)를 이용하여 물체까지의 거리를 보다 정밀하게 측정하는 고급 알고리즘을 사용할 수 있다. 이 경우 초음파의 빔폭에 조절과, 다중 경로로 들어오는 반사파의 간섭제거는 초음파 센서의 측정치의 신뢰도를 높이는데 많은 영향을 미치게 된다.

따라서 본 발명에서는 상기 초음파모듈(220)을 이용하여 특정적인 사물만 감지할 수 있도록 제작하여 시각장애인이 횡단보도를 건널 때 주변 차량과의 근접거리에 대한 내용을 음성으로 전달하고 안전거리를 확보할 수 있도록 알려주는데 그 기능이 있다.

한편 배터리부(291)는 각 구성들의 동작을 위한 전원을 공급한다. 이러한 배터리부(291)는 망간전지와 같은 1차전지, 리튬이온, 리튬폴리머 배터리와 같은 2차전지에 의해 용이하게 구성이 가능하며, 부가적으로 태양전지모듈, 자가발전 수단을 더 포함하여 구성될 수 있다. 아울러, 배터리부(291)의 충전 잔량은 MCU(290)에 의해 지속적으로 검출되고, 충전이 필요한 경우 사용자에게 알람부(240)를 통해 충전이 필요함으로 알릴 수 있으나, 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

상기 사물인식용 카메라부(210)는 국부적인 보행로의 영상 정보를 획득하기 위해 상기 사물인식장치(200)의 전면부에 구비되며, 보행 중 획득된 영상 정보는 상기 MCU(290)로 전송하고 상기 MCU(290)에서는 전송된 정보를 바탕으로 보행로의 정보(버스번호 및 색(초록, 빨강, 광역)) 분석, 장애물(에스컬레이터, 계단, 신호등, 육교, 맨홀)의 분석, 사람의 얼굴과 표정 인식 및 문자열 인식과 함께, 상기 GPS모듈(260)로부터의 포괄적인 보행 경로 분석을 통하여 통합적인 보행 안내를 시각 장애인에게 알람부(240)를 통하여 음성신호로써 알려주는 것을 특징으로 한다.

따라서 시각 장애인이 원하는 목적지까지의 보행 경로 안내는 물론, 보행 중에 변화하게 되는 보행로 상황 및 장애물의 유무 안내, 그리고 보행 중에 마주칠 수 있는 사람의 얼굴 및 표정과 표지판 등의 문자열을 인식하여 안내해줌으로써 시각 장애자가 희망하는 목적지에 보다 안전하고 자유롭게 도달할 수 있는 기능을 가지고 있다.

한편 상기 카메라부(210)는 시각장애인이 지팡이를 흔들어 사물을 인지하기에 그 흔들림에 의하여 사물을 정확하게 인식하기 어려운 경우가 있다. 따라서 본 발명의 사물인식장치(200)는 상기 자이로스코프(280)가 구비되어 카메라부(210) 전방에 사물들을 짧은 시간에 정확하게 인식할 수 있다.

자세하게는 상기 자이로스코프(280)는 운동하는 물체의 각도(각속도)를 계측하고 운동을 유지하고자 하는 성격을 이용하여 물체의 회전각도를 감지하는 센서로 각속도를 전압의 전기량으로 출력하게 된다.

상기 자이로스코프(280)를 통해 얻어진 각속도를 통해 상기 사물인식용 카메라부(210)의 흔들림 방향을 보정하고, 보정된 방향을 통해 얻어진 영상정보를 통하여 짧은 시간에 정확하게 사물을 인식할 수 있게 된다.

또한 본 발명에 의한 사물인식장치(200)에 탑재되는 상기 음성인식부(230)는 시각장애인이 목적지를 음성으로 알려주면 상기 MCU(290)에서 음성을 인식하여 상기 GPS모듈(260)에서 파악된 위치정보를 기반으로 상기 전자지도모듈(270)과 연동하고, 안전한 보행로를 최우선으로 검색한 후 가까운 거리를 산출하여 시각장애인이 자주 이용하는 도로를 보다 효율적으로 이용할 수 있도록 한다.

이 경우 상기 MCU(290)는 시각장애인과 길을 동행하면서 도로, 횡단보도 또는 특정 건물에 대한 음성을 안내하며, 또한 자주 가는 길은 해당 보행 길을 저장하여 쉽게 안내하는 학습능력을 갖출 수 있다.

상기 RFID수신모듈(250)은 인도에 설치된 복수개의 RFID 태그들로부터 위치 데이터를 읽어 현재 시각 장애인의 위치를 보정가능하게 한다. 또한 상기 RFID수신모듈(250)은 수동형방식(passive방식)을 도입하여 별도의 전원공급이 필요하지 않아 반영구적인 사용을 가능하게 한다.

또한 상기 MCU(290)는 GPS모듈(260)의 신호 강도를 감지하여 내부 환경에서 GPS 신호가 약해 감지할 수 없는 경우에는 RFID수신모듈(250)과 카메라부(210)을 통하여 주변 사물을 인식할 수 있게 한다.

이와 같이, 본 발명에 의한 시각장애인용 사물인식 지팡이는 다양한 상황에서 보다 용이하게 보행자 도로를 이동할 수 있도록 구성되어 있다. 본 발명의 구체적인 실시 예를 살펴본다.

우선 시각장애인이 특정 도착지로 출발할 때 도착지의 이름을 말한다. 이 후 상기 음성인식부(230)에서는 음성을 받아 도착지의 음성을 파악하게 된다.

상기 MCU(290)에서는 상기 GPS모듈(260)과 전자지도모듈(270)의 연동하여 현재 시각장애인의 위치 즉, 출발지를 식별한다. 또한 도착지가 이전에 저장되었던 장소인지 판별하여 신규한 장소로 판별되고, 도착지가 여러 장소로 검색이 된다면 우선 출발지에서 가까운 장소를 도착지로 확정하게 된다.

이 후 상기 MCU(290)에서는 안전한 보행로를 최우선으로 검색한 후 가까운 거리를 찾아내어 저장하고 안내를 시작하게 된다.

또한 상기 MCU(290)는 출발지와 도착지가 이전에 저장되었던 장소라고 판별되면, 저장되었던 보행로로 안내하게 된다. 자세하게는 시각장애인이 굳이 목적지를 검색하지 않더라도 한번 이상 이동한 경로는 쉽게 도우미 없이도 음성으로 목적지 경로안내 서비스를 통해 쉽게 이동할 수 있도록 하며, 즐겨찾기에 저장하여 동일한 장소로 이동할 경우 또 다시 목적지를 검색하는 불편함을 제거한다.

이 후 시각장애인이 횡단보도를 건너야 할 상황에 왔을 때, 상기 MCU(290)는 상기 카메라부(210)를 통해 횡단보도 주변에 설치된 신호등을 인식하여 파란불이 들어왔을 때 안전하게 횡단할 수 있도록 알람부(240)에 음향신호를 전송하게 한다.

또한 상기 초음파발신부(221)는 횡단보도 주변의 자동차와의 거리측정을 위한 초음파를 발생하고, 상기 MCU(290)는 자동차와의 산출된 거리에 따른 음향 신호를 선택하여 상기 알람부(240)에 전송하여 시각장애인이 돌발 상황을 인지하도록 한다.

또한 상기 MCU(290)는 상기 GPS모듈(260)의 신호강도가 낮은 내부 환경 등에서 사전에 설치해 놓은 RFID태그와 연동되는 상기 RFID수신모듈(250)과, 상기 카메라부(210)를 통해 주변 사물을 인식하게 된다.

이상에서 설명된 본 발명의 시각장애인용 사물인식 지팡이의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

110 : 손잡이부 120 : 감지부
200 : 사물인식장치 210 : 카메라부
220 : 초음파모듈 221 : 초음파발신부
222 : 초음파센서부 230 : 음성인식부
240 : 알람부 250 : RFID수신모듈
260 : GPS모듈 270 : 전자지도모듈
280 : 자이로스코프 290 : MCU

Claims (5)

1. 시각장애인용 지팡이에 있어서, 손잡이부(110)와, 감지부(120)와, 상기 손잡이부(110)와 감지부(120)의 일측에 구비되는 사물인식장치(200)를 포함하고,
   상기 사물인식장치(200)는, 현재위치를 파악하고, 파악된 정보를 MCU(290)에 전송하는 GPS모듈(260); 지도 정보가 저장되는 전자지도모듈(270); 거리측정을 위한 초음파를 발생하는 초음파발신부(221)와, 장애물에 의해 반사된 초음파를 수신하는 초음파센서부(222)가 구비된 초음파모듈(220); 전면에 구비되어 보행 중 영상 정보를 획득하여 MCU(290)에 전송하는 카메라부(210); 상기 카메라부(210)에서 획득한 영상의 사물을 정확히 인식하기 위해 흔들림 방향을 보정하는 자이로스코프(280); 목적지를 음성으로 인식하고, 파악하는 음성인식부(230); 상기 GPS모듈(260)로부터 전송된 현재위치와 상기 음성인식부(230)에서 파악된 목적지 위치정보를 기반으로 상기 전자지도모듈(270)과 연동하여 주변 시설물 및 장애물에 대한 정보를 알람부(240)를 통해 시각장애인에게 알리고, 상기 초음파발신부(221)에서 발사된 기준신호의 시간과, 상기 초음파센서부(222)에서 수신된 변별신호의 시간차를 이용하여 물체의 거리를 산출하되, 특정 사물만을 감지하여 거리를 산출하는 MCU(290); 상기 MCU(290)로부터 신호를 받아 시각장애인에게 알람을 제공하는 알람부(240);를 포함하고,
   상기 MCU(290)는, 상기 GPS모듈(260)로부터 전송된 위치정보를 기반으로 상기 전자지도모듈(270)과 연동하여 시각장애인이 횡단보도에 위치되면, 상기 카메라부(210)를 통해 횡단보도 주변에 설치된 신호등의 파란불을 인식하여 상기 알람부(240)에 알람신호를 전송하고, 상기 초음파센서부(222)에서 수신된 변별신호를 파악하여 자동차와의 산출된 거리에 따른 음향 신호를 상기 알람부(240)에 전송하는 것을 특징으로 하는 시각장애인용 사물인식 지팡이.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   복수개의 RFID 태그들로부터 현재 위치를 보정하는 RFID수신모듈(250);
   을 포함하고,
   상기 MCU(290)는, 상기 GPS모듈(260)의 신호 강도가 약하면, 상기 RFID수신모듈(250)과 카메라부(210)을 통하여 주변 사물을 인식하는 것을 특징으로 하는 시각장애인용 사물인식 지팡이.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   전원을 공급하는 배터리부(291);를 더 포함하고,
   상기 MCU(290)는, 상기 배터리부(291)의 충전 잔량을 지속적으로 검출하고, 충전이 필요한 경우 사용자에게 알람부(240)를 통해 알람을 제공하는 것을 특징으로 하는 시각장애인용 사물인식 지팡이.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 MCU(290)는,
   상기 카메라부(210)에서 전송된 영상 정보를 바탕으로 버스번호, 에스컬레이터, 계단, 신호등, 육교, 맨홀, 사람의 얼굴과 표정, 문자열 중 어느 하나 이상을 인식하여 알람부(240)를 통해 알람을 제공하는 것을 특징으로 하는 시각장애인용 사물인식 지팡이.
   
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