HRI를 위한 사용자 인식 및 추적 시스템
로봇이 나를 알아보는 비법!

로봇이 사람을 인식하는 기술은 인간과의 의사소통을 구사하기 위한 가장 기본적인 기술이다. 사람의 행동에 따른 피드백을 위해서는 먼저 정확한 의도파악이 선행되어야 하기 때문이다. 이렇듯 로봇의 인식기술에 대한 중요성이 높아지고 있는 가운데, 다양한 응용이 가능한 사용자 인식, 추적 기술이 전자부품연구원에서 개발돼 상용화를 기다리고 있다. 2012 산학연협력 EXPO의 Techno Fair를 통해 발표된 자료를 본지에서 소개한다.

1. HRI 기술이란?

HRI는 Human-Robot Interaction의 약자로, 이 기술은 로봇이 사용자의 의도를 판단하고 적합한 반응과 행동을 수행함으로써 인간과 의사소통 및 상호협력을 가능하게 하는 인식-판단-표현기술을 말한다.

2. 기술개요

사용자 인식 및 추적 시스템은 사람(사용자)의 얼굴형상, 방향 등을 인식해 로봇이 스스로 사용자를 인식하고 인증, 추적하는 기술이며 다음과 같은 특성을 갖는다.
① 신속한 얼굴위치의 인식 : 센서가 다른 부위에 비해 사람의 다리를 쉽게 검출할 수 있다는 점을 이용해, 먼저 다리의 좌표와 피부색이 위치하는 좌표를 검출한다. 이후 다리의 중심좌표에서 가장 가까운 피부색이 갖는 좌표점 영역이 얼굴로 인식되게 함으로써, 보다 신속하게 사람의 얼굴영역을 인식할 수 있다.
② 사용자의 머리 방향 인식 : 사용자 의도를 감지할 수 있도록 하기 위해 조명의 영향을 받지 않고도 사용자 머리 방향을 검출할 수 있는 시스템을 마련했다. 안면부위의 열화상 장치를 이용해 센서는 사람의 머리 방향을 정확하게 인식하게 된다.
③ 단순 구조로 전방향 열영상 획득 : 반사경과 적외선 카메라의 조합을 통해 단순한 구조로 전방향 열영상을 획득할 수 있게 설계되었다.
④ 전방향 카메라 모듈 : 로봇에 탑재가 가능하고 전방향의 영상을 획득할 수 있도록 전방향 카메라 모듈을 사용했다.
⑤ 피사체 추적용 카메라의 자동 제어 : 카메라의 팬/틸트/줌을 자동제어하는 기능을 갖추고 있어 추적하는 피사체를 항상 일정한 크기로 촬영할 수 있다.
⑥ 이종 센서 및 이종 카메라를 이용한 사용자 인식 및 객체 추적 : 이종의 센서를 사용해 영상/음성 인식이 어려운 환경 하에서도 각각의 센서를 사용한 정확한 사용자 인식이 가능하다.

3. 기술의 우수성(개선점)

4. 국내외 시장성 및 기술동향

사용자를 인식하고 추적하는 기술은 크게 영상인식과 음성인식으로 구분할 수 있는데, 최근에는 영상인식과 음성인식이 갖는 각각의 장점을 살려 양자가 결합된 멀티방식의 인식 및 추적기술이 상당한 수준으로 개발되고 있는 추세이다. 이와 같은 사용자 인식 및 추적 기술은 HRI기술에 있어 핵심을 이루는 기술로 평가되고 있으며, 최근 시장에서는 가전이나 핸드폰 등에서 사용자를 인식하거나 행위를 인식해 시스템 조작에 피드백하는 기술로도 사용되는 등 다양한 시장의 진출이 확대되고 있다. 또한 인증과 보안 시스템의 측면에서도 종래의 생체 인식방식이 인증행위를 필요로 했던 것에 비해 신속한 인식처리를 할 수 있고, 남겨진 화상으로 본인 특정을 용이하게 수행할 수 있다는 점 등의 장점을 흡수하기 위한 시도들이 이어지고 있다.

5. 응용가능분야

이 기술은 이동 로봇, 서비스 로봇, 안내용 로봇, 군사용 로봇, 감시 카메라 시스템, 사용자 인증 시스템, 보안/검문 시스템, 신변 보호시스템 등에 적용이 가능하다.

6. 지식재산 현황

본 기술과 관련해 전자부품연구원은 ▲얼굴 검출 방법 ▲열 화상 카메라를 이용한 머리 방향 인식 장치 ▲전방향 탐색이 가능한 열영상 감지 시스템 ▲전방향 카메라 장치 및 이의 구동 방법 ▲영상 처리를 이용한 다채널 자동 트래킹 및 자동 줌 방법 ▲감시용 카메라의 제어장치 및 방법 ▲이종 센서 융합 기반 사용자 인식 방법 및 장치 ▲이종 카메라를 이용한 객체 추적 시스템 및 방법 등의 지식재산을 보유하고 있으며, 현재 상용화를 위한 시제품 제작단계에 있다.

<필 자>
전자부품연구원 김영욱 박사