KR101708144B1 - 시각 장애인을 위한 점자블록 패턴 인식 시스템이 구비된 지팡이 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시각 장애인을 위한 점자블록 패턴 인식 시스템이 구비된 지팡이에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 시각 장애인들의 길안내를 위해 보행자의 보도에 설치된 점형 또는 선형의 점자블록을 카메라를 통해 인식하고, 인식된 점자블록의 패턴을 분석하여 시각장애인에게 분석된 점자블록의 패턴을 음성으로 전달하고, 보행방향에 장애물을 감지하여 시각장애인에게 알려주어 시각장애인이 원하는 목적지까지 용이하게 보행할 수 있는 시각 장애인을 위한 점자블록 패턴 인식 시스템이 구비된 지팡이에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 점자블록을 촬영하여 인식하기 위한 카메라부; 카메라부에 의해 인식되어 전송된 점자블록을 영상처리 한 후 점자블록의 패턴을 분석하고, 분석된 점자블록의 패턴을 음성신호로 전송하는 점자블록 패턴분석부; 점자블록 패턴분석부에서 전송된 음성신호를 수신하여 출력하는 헤드셋을 포함한 음성출력부; 진행방향에 장애물이 있는지 여부를 감지하기 위한 초음파 거리 감지센서; 초음파 거리 감지센서에서 전송된 장애물 감지 신호를 처리하여 장애물과의 거리를 연산하고, 장애물과의 거리가 미리 입력된 소정거리 이내에 있을 경우 진동신호를 송신하는 장애물 거리분석부; 및 장애물 거리분석부에서 전송한 진동신호를 수신하여 진동으로 출력하는 진동신호 수신부를 포함하는 시각 장애인을 위한 점자블록 패턴 인식 시스템이 구비된 지팡이를 제공한다.

Description

시각 장애인을 위한 점자블록 패턴 인식 시스템이 구비된 지팡이{Braille Block Pattern Recognition System Equipped Stick for The Visually Handicappde Person}

본 발명은 시각 장애인을 위한 점자블록 패턴 인식 시스템이 구비된 지팡이에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 시각 장애인들의 보행시 길안내를 위해 보행자의 보도에 설치된 점형 또는 선형의 점자블록을 카메라를 통해 인식하고, 인식된 점자블록의 패턴을 분석하여 시각장애인에게 분석된 점자블록의 패턴을 음성으로 전달하며, 보행방향에 장애물을 감지하여 시각장애인에게 알려주어 시각장애인이 원하는 목적지까지 용이하게 보행할 수 있는 시각 장애인을 위한 점자블록 패턴 인식 시스템이 구비된 지팡이에 관한 것이다.

우리사회의 전반적인 수준이 높아짐에 따라 사회적 약자들에 대한 배려는 점점 진보되어 가고 있다. 그중 시각장애인이 보행 방법을 통해 원하는 목적지로 용이하게 찾아갈 수 있도록 하기 위해 안내견의 안내를 받으며 이용하는 방법이 있다.

그러나, 이 방법은 안내견의 훈련과 사용자와의 교감 형성에 상당한 시간이 소모되고, 대다수의 시각장애인이 이용할 수 없는 어려움이 있다.

이를 개선하기 위해 GPS 수신기능이 내장된 네비게이션 및 중앙 서버를 통해 시각장애인의 현재 위치를 파악하여 길안내를 받거나, RFID 송수신 장치를 이용해 주변의 사물을 인식하고, 알람부를 통해 사용자에게 보도을 안내하는 시스템이 구비된 시각장애인용 지팡이 등이 개발되고 있다.

그러나, 이러한 시스템은 그 구성이 복잡하고, RFID 통신이 되지 않는 지역에서는 시각장애인의 현재 위치를 파악할 수 없어 원활한 길안내를 할 수 없는 문제점이 있다.

한편, 도 1에 도시된 바와 같이 현재 지상의 보행자 도로와 지하철, 지하도 및 건물 내부의 복도 등에는 시각장애인들을 안내하기 위한 점형, 선형 등의 보도블록인 점자블록 들이 많이 설치되어 있다.

일반적으로 점자블록(braille block)은 시각 장애인에 대한 보행의 안전이나 유도를 위해 건물의 바닥, 도로, 플랫폼 등의 요소에 까는 요철(凹凸)이 있는 바닥 재료를 말한다.

따라서, 종래에 사회 인프라 시설로써 보도에 설치되어 있는 이러한 점자블록을 최대한 활용하여 시각장애인이 보행방법을 통해 더 안전하고 용이하게 원하는 목적지를 찾아갈 수 있도록 도움을 줄 수 있는 시각장애인을 위한 길안내 시스템이 구비된 지팡이가 필요하다.

선행기술문헌 : KR등록특허공보 제10-1575776호(2015.12.08.공고)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 시각 장애인들의 보행시 길안내를 위해 보행자의 보도에 설치된 점형 또는 선형의 점자블록을 카메라를 통해 인식하고, 인식된 점자블록의 패턴을 분석하여 시각장애인에게 분석된 점자블록의 패턴을 음성으로 전달하며, 보행방향에 장애물을 감지하여 시각장애인에게 알려주어 시각장애인이 원하는 목적지까지 용이하게 보행할 수 있는 시각 장애인을 위한 점자블록 패턴 인식 시스템이 구비된 지팡이를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 안출된 본 발명에 따른 시각 장애인을 위한 점자블록 패턴 인식 시스템이 구비된 지팡이는 점자블록을 촬영하여 인식하기 위한 카메라부; 카메라부에 의해 인식되어 전송된 점자블록을 영상처리 한 후 점자블록의 패턴을 분석하고, 분석된 점자블록의 패턴을 음성신호로 전송하는 점자블록 패턴분석부; 점자블록 패턴분석부에서 전송된 음성신호를 수신하여 출력하는 헤드셋을 포함한 음성출력부; 진행방향에 장애물이 있는지 여부를 감지하기 위한 초음파 거리 감지센서; 초음파 거리 감지센서에서 전송된 장애물 감지 신호를 처리하여 장애물과의 거리를 연산하고, 장애물과의 거리가 미리 입력된 소정거리 이내에 있을 경우 진동신호를 송신하는 장애물 거리분석부; 및 장애물 거리분석부에서 전송한 진동신호를 수신하여 진동으로 출력하는 진동신호 수신부를 포함한다.

또한, 점자블록 패턴분석부는 카메라부에서 인식된 점자블록의 색채는 제1 색채로 변환하고, 나머지 색채는 제2 색채로 변환하는 색채변환모듈; 및 제1 색채의 외곽선을 검출하여 점자블록만 구분할 수 있도록 하는 외곽선 검출모듈을 포함하고, 색채변환 후 제1 색채는 제1 번호로 나타내고, 제2 색채는 제2 번호로 나타내며, 외곽선 검출 후 제1 색채의 외곽선은 제1 번호, 제2 번호 및 제3 번호로 나타내어 제1 색채의 밀도를 분석하고, 색채변환 및 외곽선 검출을 종합하여 제1 번호와 제2 번호로 구성된 패턴분석 배열을 만들어 점자블록의 패턴을 분석하는 것을 포함할 수 있다.

또한, 점자블록 패턴분석부는 제1 번호와 제2 번호로 구성된 패턴분석 배열의 모서리를 네 가지 색채로 구분하고, 각 모서리에 제1 번호의 존재 유무에 따라 점자블록의 패턴을 결정하는 것을 포함할 수 있다.

본 발명에 의하면 별도의 인프라 구축 없이 종래 보도에 설치된 점자블록을 이용하여 시각장애인이 원하는 목적지까지 용이하게 보행할 수 있는 할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 시각장애인의 보행을 돕기 위해 보도에 설치된 점자블록을 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시각 장애인을 위한 점자블록 패턴 인식 시스템이 구비된 지팡이의 전체 구성도,
도 3은 시각장애인의 보행을 돕기 위해 보도에 설치된 점자블록의 패턴을 도시한 도면,
도 4는 카메라부에 의해 촬영되어 인식도 점자블록을 도시한 도면,
도 5는 색채변환모듈에 의해 색채변환된 점자블록을 도시한 도면,
도 6은 외곽선 검출모듈에 의해 외곽선이 검출된 점자블록을 도시한 도면,
도 7은 점자블록이 색채변환 후 색채가 번호로 변환되어 배열된 것을 도시한 도면,
도 8은 점자블록이 외관선 검출 후 외곽선이 번호로 변환되어 배열된 것을 도시한 도면,
도 9는 점자블록의 패턴분석 배열을 도시한 도면,
도 10은 점자블록 패턴분석 배열의 모서리에 배치되는 색상에 따른 점자블록 패턴을 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

도 1은 시각장애인의 보행을 돕기 위해 보도에 설치된 점자블록을 도시한 도면, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시각 장애인을 위한 점자블록 패턴 인식 시스템이 구비된 지팡이의 전체 구성도, 도 3은 시각장애인의 보행을 돕기 위해 보도에 설치된 점자블록의 패턴을 도시한 도면, 도 4는 카메라부에 의해 촬영되어 인식도 점자블록을 도시한 도면, 도 5는 색채변환모듈에 의해 색채변환된 점자블록을 도시한 도면, 도 6은 외곽선 검출모듈에 의해 외곽선이 검출된 점자블록을 도시한 도면, 도 7은 점자블록이 색채변환 후 색채가 번호로 변환되어 배열된 것을 도시한 도면, 도 8은 점자블록이 외관선 검출 후 외곽선이 번호로 변환되어 배열된 것을 도시한 도면, 도 9는 점자블록의 패턴분석 배열을 도시한 도면, 도 10은 점자블록 패턴분석 배열의 모서리에 배치되는 색상에 따른 점자블록 패턴을 도시한 도면이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시각 장애인을 위한 점자블록 패턴 인식 시스템이 구비된 지팡이는, 도 2를 참조하면, 지팡이(2), 카메라부(10), 점자블록 패턴분석부(20), 음성출력부(30), 초음파 거리 감지센서(40), 장애물 거리분석부(50), 및 진동신호 수신부(60)를 포함하여 이루어진다.

지팡이(2)는 도 2를 참조하면, 시각장애인이 보행시 보행방향의 장애물이나 점자블록을 인식하기 위해 가지고 다니는 수단으로 다양한 형태의 지팡이가 사용될 수 있으며, 이 지팡이에는 아래에 서술될 점자블록을 인식하기 위한 다양한 구성요소들이 하나의 장치로 모듈화되어 탈부착 가능한 방식으로 설치될 수 있다.

카메라부(10)는 지팡이(2)의 손잡이 부분을 포함하여 점자블록을 용이하게 촬영할 수 있는 위치에 설치되며, 도 3에 도시한 바와 같이 시각장애인이 보행하는 방향의 바닥에 설치된 십자로, L자로, T자로를 포함한 다양한 패턴을 가진 점자블록을 실시간 영상으로 촬영하여 인식한다.

카메라부(10)에서 촬영하는 프레임의 크기는 카메라부에서 촬영된 점자블록의 모서리가 프레임에 들어올 수 있을 정도의 크기라면 그 크기에 제한이 없으며, 본 발명의 실시 예에서는 300*300 크기의 프레임을 사용한다.

점자블록 패턴분석부(20)는 마이크로 프로세스가 장착되고, OpenCV 라이브러리 등의 프로그램을 이용하여 카메라부(10)에 의해 인식되어 전송된 점자블록을 영상 처리한 후 점자블록의 패턴을 분석하고, 분석된 점자블록의 패턴을 음성신호로 아래에 서술될 음성출력부(30)로 송출한다.

이하, 점자블록 패턴분석부(20)에서 점자블록의 패턴을 인식하고, 분석하는 방식에 대해 자세하게 설명하면, 다음과 같다.

점자블록 패턴분석부(20)의 색채변환모듈(22)은 도 4와 같은 카메라부(10)에서 촬영되어 인식된 보도의 영상 중 인시된 점자블록의 색채와 점자블록을 제외한 나머지 물체의 색채를 도 5와 같이 이원화하여 변환한다.

통상적으로 보도에 설치된 점자블록의 색채는 노란색으로 채색되어 있으므로 점자블록의 노란색 색채를 제1 색채로 변환하며, 점자블록의 노란색 색채를 제외한 나머지 색채는 제2 색채로 변환한다.

본 발명의 실시 예에서는 제1 색채는 흰색을 사용하며, 제2 색채는 검정색을 사용한다.(도 5 참조)

점자블록 패턴분석부(20)의 외곽선 검출모듈(24)은 도 6을 참조하면, 노란색의 점자블록 자체의 색채 이외에 다른 노란색 물체가 동시에 촬영될 경우 점자블록과 다른 노란색 물체를 구별하기 위해 색채변환모듈(22)에 의해 변환된 제1 색채(흰색)의 외곽선을 검출하여 점자블록만 구분할 수 있도록 하는 모듈이다.

색채변환모듈(22) 및 외곽선 검출모듈(24)에 의해 색채변환 및 외곽선이 검출된 후에는 각 영상을 압축하여 디지털화된 수치로 도식화한다.

이때, 도 7을 참조하면, 색채변환모듈에 의해 변환된 제1 색채는 제1 번호로 나타내고, 제2 색채는 제2 번호로 나타내어 배열한다.

본 발명의 실시 예에서는 제1 색채에는 1 을 부여하고, 제2 색채에는 0 을 부여한다.(도 7 참조)

즉, 카메라부에 의해 촬영된 노란색 점자블록의 경우 흰색으로 변환되고, 이 흰색부분에는 1 이 부여되어 도식화되어 배열되며, 점자블록 이외의 부분은 검은색으로 변환되고, 검은색 부분에 대해서는 0 이 부여되어 배열된다.

또한, 도 8을 참조하면, 외곽선 검출모듈(24)에 의해 변환된 제1 색채의 외곽선 중 직선 형태에는 제1 번호를 부여하고, 원형을 포함한 곡선 형태에는 제3 번호를 부여하며, 제2 색채에는 제2 번호를 부여한다.(도 8 참조)

본 발명의 실시 예에서는 점자블록의 직선 형태 노란색인 제1 색채에는 1 이 부여되고, 원형을 포함한 곡선 형태의 노란색인 제1 색채에는 5 를 부여하며, 점자블록 이외의 검은색 부분에는 0 이 부여된다.

이후 색채변환 및 외곽선 검출을 종합하여 도 9에 도시된 바와 같은 제1 번호와 제2 번호로 구성된 행렬형태의 패턴분석 배열을 만들어 점자블록의 패턴을 분석한다.

본 발명에 따른 실시 예에서는 카메라부에 의해 촬영된 점자블록 중 점자블록의 노란색은 1, 점자블록 이외의 부분인 검은색은 0 이 부여되어 도 9와 같은 7*7 행렬형태의 패턴분석 배열을 만들게 된다.

또한, 7*7 행렬형태의 패턴분석 배열은 도 7을 가로 및 세로로 7 등분씩 나누면 총 49 조각이 생기게 되며, 그 중 1조각 안에 프레임의 크기(본 발명의 실시예에서는 300*300)를 7*7로 나누면 대략 1800개 정도의 비트가 생기게 된다.

1800 개의 비트 중 1 이 차지하는 부분이 70퍼센트 이상이면 1 그 이외에는 0으로 두어 49번을 반복하여 7*7 행렬형태의 패턴분석 배열을 만들게 된다.

외곽선 검출 방식 또한 상술한 방식으로 패턴분석 배열을 만들어 두 패턴분석 배열을 비교하여 각 배열의 같은 위치에 있는 비트가 모두 1이면 1이 부여되고, 그외에는 모두 0으로 처리하여 최종적으로 도 9와 같은 하나의 패턴분석 배열을 만들게 된다.

본 발명에 의한 7*7 행렬형태의 패턴분석 배열은 촬영된 프레임의 크기 및 촬영시 점자블록의 가장자리에 원하지 않는 노이즈가 섞이는 것을 방지하기 위해 다양하게 변할 수 있음은 물론이므로 7*7 행렬형태의 패턴분석 배열은 본 발명에 있어 하나의 예시이며, 그 배열을 여기에 한정하지는 않는다.

또한, 점자블록 패턴분석부는 도 9에 도시한 제1 번호와 제2 번호로 구성된 패턴분석 배열의 각 모서리를 도 10과 같이 네 가지 색채로 구분하고, 각 모서리에 제1 번호의 존재 유무에 따라 점자블록의 패턴을 결정한다.

본 발명의 실시 예에서는 사용되는 점자블록의 패턴은 빨강, 파랑, 노랑, 초록 색으로 구분된 네 모서리에 제1 번호인 1의 존재 유무에 따라 점자블록의 패턴이 결정된다.

본 발명의 실시 예에 있어 점자블록의 패턴은 6가지로 나타낼 수 있으며, 그 예시는 다음과 같다.

빨강+노랑+초록은 직진 또는 우회로,

파랑+노랑+초록은 T자로,

빨강+ 파랑+초록은 직진 또는 좌회로,

빨강+ 파랑+노랑+초록은 십자로,

파랑+초록은 좌회로,

노랑+초록은 우회로를 나타낸다.

음성출력부(30)는 도 2를 참조하면, 유무선 헤드셋, 스피크 등이 포함될 수 있으며, 점자블록 패턴분석부(20)에서 분석된 점자블록의 패턴에 관한 음성신호를 수신하여 보행 중인 시각장애인에게 점자블록의 패턴에 따라 보행방향을 안내하기 위한 음성을 출력한다.

초음파 거리 감지센서(40)는 도 2를 참조하면, 시각장애인의 보행 진행방향에 장애물이 있는지 여부를 감지한다.

장애물 거리분석부(50)는 마이크로 프로세서가 포함되어, 초음파 거리 감지센서(40)에서 전송된 장애물 신호를 처리하여 장애물과의 거리를 연산하고, 장애물과의 거리가 미리 입력된 소정거리 이내에 있을 경우 아래에 서술된 진동신호 수신부(60)로 진동신호를 송신한다.

본 발명의 실시 예에서는 시각장애인과 장애물과의 거리를 1.5m 정도로 하여 미리 마이크로 프로세서에 입력하여 두고, 초음파 거리 감지 센서가 감지한 장애물과 보행중인 시각장애인 사이의 거리가 1.5m 정도일 때 마이크로 프로세서에서 진동신호를 송출하게 한다.

진동신호 수신부(60)는 진동모터 등이 사용되어 질 수 있고, 장애물 거리분석부(50)에서 장애물과의 근접 거리와 관련한 경고를 위해 전송한 진동신호를 수신하여 시각장애인에게 진동신호로 진행방향의 소정거리 내에 장애물이 있음을 진동을 통해 인식하게 한다.

또한, 진동신호 수신부(60)에는 On/Off 기능이 포함되어 진동신호 수신부의 구동여부를 사용자가 선택할 수 있다.

또한, 장애물 거리분석부(50)에서는 진동 신호와 동시에 장애물 출현에 대한 음성신호를 음성출력부(30)로 전송하여 음성출력부(30)에서는 음성으로 장애물이 전방에 있음을 시각장애인에게 경고할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 - 카메라부 20 - 점자블록 패턴분석부
30 - 음성출력부 40 - 초음파 거리 감지센서
50 - 장애물 거리분석부 60 - 진동신호 수신부

Claims (3)

1. 점자블록을 촬영하여 인식하기 위한 카메라부;
   카메라부에 의해 인식되어 전송된 점자블록을 영상처리 한 후 점자블록의 패턴을 분석하고, 분석된 점자블록의 패턴을 음성신호로 전송하는 점자블록 패턴분석부;
   점자블록 패턴분석부에서 전송된 음성신호를 수신하여 출력하는 헤드셋을 포함한 음성출력부;
   진행방향에 장애물이 있는지 여부를 감지하기 위한 초음파 거리 감지센서;
   초음파 거리 감지센서에서 전송된 장애물 감지 신호를 처리하여 장애물과의 거리를 연산하고, 장애물과의 거리가 미리 입력된 소정거리 이내에 있을 경우 진동신호를 송신하는 장애물 거리분석부; 및
   장애물 거리분석부에서 전송한 진동신호를 수신하여 진동으로 출력하는 진동신호 수신부
   를 포함하고,
   점자블록 패턴분석부는
   카메라부에서 인식된 점자블록의 색채는 제1 색채로 변환하고, 나머지 색채는 제2 색채로 변환하는 색채변환모듈; 및
   제1 색채의 외곽선을 검출하여 점자블록만 구분할 수 있도록 하는 외곽선 검출모듈을 포함하고,
   색채변환 후 제1 색채는 제1 번호로 나타내고, 제2 색채는 제2 번호로 나타내며,
   외곽선 검출 후 제1 색채의 외곽선은 제1 번호, 제2 번호 및 제3 번호로 나타내어 제1 색채의 밀도를 분석하고,
   색채변환 및 외곽선 검출을 종합하여 제1 번호와 제2 번호로 구성된 패턴분석 배열을 만들어 점자블록의 패턴을 분석하는,
   시각 장애인을 위한 점자블록 패턴 인식 시스템이 구비된 지팡이.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   점자블록 패턴분석부는
   제1 번호와 제2 번호로 구성된 패턴분석 배열의 모서리를 네 가지 색채로 구분하고,
   각 모서리에 제1 번호의 존재 유무에 따라 점자블록의 패턴을 결정하는,
   시각 장애인을 위한 점자블록 패턴 인식 시스템이 구비된 지팡이.

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