영상처리를 이용한 물 절약 지능형 소변기 시스템

생각놀이

2012.02.05 14:30:56

조회 245 추천 0 댓글 25

1. 배경

현대의 자동화된 화장실의 소변기는 물을 두번 내린다. 사용자가 접근할 때 한번 물을 내리고 소변을 보고 난 뒤 또 한번 물을 내려서 소변기의 청결을 유지한다. 하지만, 한번의 소변에 물을 두번이나 내리다 보니 이중으로 세척을 하여 귀중한 상수원을 낭비하고 있다.

따라서 본 제안서에서는 소변기에 소변이 나오는 순간에만 물을 내림으로써 한번의 물내림만으로도 소변기의 청결을 유지할 수 있는 지능형 물절약 소변기를 제안하고자 한다.

2. 동작개념

H/W

소변기의 내부에 카메라와 LED조명을 설치한다. 카메라는 소변기 내부를 촬영하며, LED 조명을 이용하여, 카메라의 화상에 안정적인 명도를 유지한다. 촬영한 카메라화상은 중앙의 PC로 전송하여, 영상처리를 통해 소변기에 소변이 나오는 순간을 검출하고, 이 정보를 바탕으로 물을 내릴 타이밍을 결정하여 소변기에 명령을 내린다.

S/W

영상처리를 이용한 소변의 인식은 다음과 같은 절차를 통하여 이루어진다.

1. 색상기반의 인식을 병행하므로 들어온 영상을 HSI(HSV) 채널로 변환한다.

2. I채널의 중심값이 임계치 이하로 내려가면 사람이 소변기 앞에 선 것으로 간주하고 LED조명을 켠다.

- 소변기는 평소에는 조명에 개방되어 있지만, 소변을 볼 때에는 인체에 의해 외부광이 거의 차단되므로, LED에 의한 안정적인 조명공급이 가능하다.

3. 색상채널에서 살구색 각도를 제외한 모든 픽셀을 255로 바꾸어 준다. 이때 살구색 각에 해당하는 픽셀은 0으로 바꾸어 준다.

4. 3에서 이진화된 영상을 라벨링하여, 픽셀 수가 임계치 이상인 라벨을 구한다.

5. 4의 영상에서 픽셀수가 임계치 이상인 라벨을 분리하여, 이 영상을 세선화 한다. (스켈레톤 구하기)

6. 세선화된 영상에서 직선의 끝 부분의 좌표를 '귀ㄷ..'의 좌표로 보고 원본영상에서 이 좌표를 중심으로 한 일정 크기의 사각형을 ROI로 분리한다.

-이 시점에서 '귀ㄷ..'의 지속적인 추적이 이루어 져야 하며, 멀티 트레킹이 가능한 알고리즘이므로 이론상 다수의 '귀ㄷ..'가 존재하더라도 추적이 가능

7. 6번의 영상의 좌반면(소변기의 벽방향)을 히스토그램 평활화 하고 이진화 한뒤 검은픽셀이 일정 개수 이상이면 소변이 방출되는 것으로 간주한다.

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

물론 테스트를 많이 거쳐 봐야겟지만, 이론상 걸리는 부분이 7번이야 그레이스케일에서 액체는 구분하기가 좀 어려운데 LED조명을 가까이서 비추니까 소변이 소변의 색상에 무관하게 빛을 많이 반사해서 명도가 올라간다는 예측이긴 한데 소변이라는게 액체인데다가 사람마다 색상도 조금씩 달라서 원본영상에서 분리해 내기가 조낸 곤란함

이걸 골라낼 만한 뭔가 좋은 방법이 없을까나?

밑에 귀중한 의견 써 주신 횽의 의견을 받아들여 계량 함

8. 7번에서 구한 소변들의 좌표를 바탕으로 최소자승법을 사용하여, 소변의 궤적 방정식을 구함( 이때 소변의 궤적은 2차곡선으로 볼 수 있음 ) 이 방정식을 이용하여 소변의 착탄좌표를 특정하고, 노즐을 이용하여, 그 부분만을 세척

- 기존의 전체 물내림에 비하여, 80% 이상의 수량이 절약되며, 더럽혀진 부분만을 세척하는 개념이므로, 청결도는 기존의 장비와 유사한 수준

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