한국컴퓨터정보학회 동계학술대회 논문집 제21권 제1호 (2013. 1)
321
웹카메라를 이용한 시선 추적식 졸음 방지 디바이스
김성주○, 김유현*, 신은정*, 이강희*
*숭실대학교 글로벌미디어학부
○숭실대학교 글로벌미디어학부 e-mail:[email protected]○
Alarm Device Using Eye-Tracking Web-camera
Seong-Joo Kim○, Yoo-Hyun Kim*, Eun-Jung Shin*, Kang-Hee Lee*
*Global School of Media, Soongsil University
○Global School of Media, Soongsil University
● 요 약 ●
본 논문은 웹카메라를 이용하여 시선 추적식 졸음 방지 디바이스를 제안한다. 이는 하드웨어와 소프트웨어 두 부분으로 설계되 었으며, 웹카메라를 이용하여 사용자의 눈을 인식하고, Arduino와 Max/msp를 기반으로 한다. Eye-Tracking 기술을 적용하여 사용자의 상태를 파악하고, 상태에 따라 적절한 졸음 방지 기능을 수행하도록 한다. 또한 졸음 방지 기능, 탁상 보조등과 같은 다양한 기능을 수행한다. 사용자는 웹카메라를 통한 시선 추적식 알람 디바이스를 이용함으로써, 새로운 경험을 제공 받는다. 세 계 최초(World-First)로 시선추적 기술을 이용하여 남녀노소 누구나 업무 중 이용이 가능한 디바이스이다.
키워드: 시선 추적(eye-tracking), 알람(alarm), 아두이노(Arduino)
I. 서 론
현재는 digital device의 시대로 현대인들은 대부분의 시간을 노트북과 태블릿 PC 등 디지털 장비를 이용한 업무를 수행하는 시간이 늘어났다. 이러한 디지털 장비의 빛에 오랫동안 노출되면 사람들은 쉽게 피로감을 느끼게 되고 집중력 저하와 졸음을 느끼 게 된다. 이에 사용자 눈의 시선을 추적하여 사용자의 상태를 감지 하여 졸음을쫒는 기능을 수행하여 사용자의 집중력을 향상 시킬 수 있는 device를 본 논문에서 제안한다.
본 논문의 구성은 다음과 같다. 2장에서는 본 디바이스의 구성 과 실험을 통 검증한다. 3장에서는 결론 및 발전 방향을 제시한다.
II. 시선 추적을 통한 졸음 방지 디바이스의 구성 및 실험
1. 시선추적 졸음방지 디바이스 설계
본 장에서 제시하는 시선 추적 기술을 이용한 졸음 방지 기능을 수행하는 기기는 일반인들이 본 디바이스를 장착하고 별도의 설정 없이 사용자의 상태를 파악하고 졸음을 쫓을 수 있는 기능을 제공 한다. 본 장에서는 시선 추적 기술을 이용하여 실시간으로 사용자 의 상태를 입력 받고 그에 맞는 기능을 수행하는 디바이스의 구성 을 보여주고 있으며 기본적인 시스템의 흐름은 다음과 같다.
그림 1. 웹카메라를 통한 시선 추적식 졸음 방지 디바이스의 블록 다이어그램
Fig. 1. Block diagram of Sleepiness Prevention Device Using Eye-Tracking Web-camera
시선 추적 기술을 적용한 Max/msp를 통해 사용자의 졸음 상태를 측정하는 모듈, Serial 통신을 통해 Arduino Board와 PC, 디바이스 를 연결하는 Arduino부, 디바이스에 장착된 LED, Vibration Motor, Piezo의 실행을 통해 기능을 수행하는 사용자 알람 제어부로 구현하 였다.
2.1 Web 카메라 이용 사용자 시선 측정부
사용자 상태 측정부는 웹 카메라를 통해 사용자의 얼굴을 입력 받고 사용자의 얼굴은 Max/msp로 전달한다. 영상 처리(image processing)과정을 통하여 수치화 시킨다. 시선추적(Eye-tracking) 기술 중 림버스(Limbus)방식을 이용하여 사용자의 홍채의 위치를 파악한다. 사용자가 앉아서 PC 모니터를 바라보았을 때 웹카메라를
한국컴퓨터정보학회 동계학술대회 논문집 제21권 제1호 (2013. 1)
322
통해 Max/msp는 사용자의 상태를 실시간으로 감지한다.
2.2 사용자 인식 및 알람 구동부
Arduino부에서는 Serial 통신을 이용하여 실시간으로 저장되는 사용자 입력 정보를 USB 포트를 통해 소프트웨어/하드웨어 플랫 폼인 Arduino Uno로 전달받는다. Arduino Uno와 piezo, 빨간 LED와 무색LED는 오브제 내부에 위치하여 USB를 통해 PC와 연결된다. PC에서 사용자의 정보를 입력받고 수치를 디바이스에 전달하는 중간 매개체 역할을 한다.
2.3 사용자 알람 제어부
Max/msp의 제어화면에 입력받은 사용자의 상태가 고개가 내 려가면서 홍채의 위치가 일정 구간 밑으로 내려가면 사용자의 상 태를 졸음으로 감지한다. 아두이노 보드와 연결된 디바이스가 실 행된다. 양쪽 팔찌에 장치된 빨간LED, 진동모터와 Piezo, 스피커 가 작동하여 시각, 청각, 촉각적인 자극을 통해 적절한 경험 및 사 용자가 원하는 기능을 수행한다.
2. 실험
그림 2. 구현 모습 Fig. 2. Implementation
그림 2와 같이 사용자가 사무작업을 하던 중 졸음이 와 눈이 감기며 고개를 숙였을 때, 사용자가 설정해놓은 알람음과 조명으로 디바이스가 동작하고, 팔목의 진동모터가 잘 동작함을 알 수 있다.
III. 결 론
본 논문에서 제안하는 웹캠을 통한 시선 추적식 졸음방지 디바 이스는 쉬운 장착으로 졸음을 방지한다. 간단한 디바이스와 다양 한 기능을 제공하고 아이트레킹을 통해 진동을 제공한다는 점에서 기존에는 존재하지 않는 차별화된 졸음 방지 서비스를 제공한다.
감사의 글
이 논문은 2012년도 정부(교육과학기술부)의 재원으로 한국연 구재단의 지원을 받아 수행된 기초연구사업임
(No. 2012-0003583).
참고문헌
[1] Craig Hennessey, Borna Noureddin, and Peter Lawrence,
“A single camera eye-gaze tracking system with free head motion,” ETRA '06 Proceedings of the 2006 symposium on Eye tracking research & applications, pp. 87-94, 2006.
[2] Rupal Khilari, “Iris tracking and blink detection for human-computer interaction using a low resolution webcam,”
ICVGIP '10 Proceedings of the Seventh Indian Conference on Computer Vision, Graphics and Image Processing, pp.
456-463, 2010.
