연구 프로젝트 · 제45회 전국학생과학발명품경진대회 (2024) 특상 · 과학기술정보통신부 장관상
빛으로 계단의 윤곽을 그리다
국내 시각장애인의 88%는 앞이 전혀 안 보이는 것이 아니라 흐릿하게 보이는 저시력자입니다. 저시력자에게는 계단과 턱의 경계가 잘 보이지 않아 넘어지기 쉽습니다. 이 발명은 3D 카메라로 지면을 읽어 거리가 갑자기 변하는 곳, 곧 계단이나 턱의 경계를 찾고, 그 윤곽선을 빔프로젝터로 실제 지면 위에 빛으로 그려 줍니다. 남아 있는 시력으로 지형을 바로 알아볼 수 있게 돕는 보행 보조 장치입니다.
원리
스테레오 뎁스 카메라(나중에는 3D LiDAR)로 앞쪽 지면까지의 거리를 픽셀마다 잽니다.
거리가 갑자기 변하는 곳이 물체의 경계입니다. 거리의 순간변화율과 평면 추정으로 계단·턱의 윤곽선을 뽑습니다.
카메라와 프로젝터를 보정(투사 행렬)해, 찾은 윤곽선이 실제 사물 위 제자리에 겹쳐 보이게 빛으로 그립니다.
연구 요약
만든 과정
- 1차초기 아이디어
거리 순간변화율로 윤곽선을 찾고 거리에 따라 색으로 표현. 투사한 선과 실제 사물의 위치가 어긋남.
- 2차투사 행렬 보정
빔프로젝터 캘리브레이션으로 위치를 맞춤. 걸으며 쓰기에는 인식 범위가 짧음.
- 3차조사 각도 조절
머리 각도를 재서 사용자가 바라보는 곳을 조사. 범위가 달라지면 검출 실패.
- 4차새 검출 알고리즘
평면 추정으로 잘못된 검출을 줄임. 계단처럼 복잡한 공간이 과제로 남음.
- 5차더 정밀한 윤곽선
3D LiDAR로 정확도를 높이고, 버튼으로 원거리·근거리 모드를 바꿈.
최종 발명품은 윤곽선 색을 세 가지 방식(거리 표시, 단색, 2단계 거리)으로 바꿀 수 있습니다. 지팡이·헬멧·유모차·휠체어 등에 달아 쓰도록 바꿀 수도 있습니다.
