ETRI, 첨단 IT기술로 장애우를 편리하게
청각장애우를 위한 골도진동자를 이용한 골도전화기 시연모습
청각장애우를 위한 골도진동자를 이용한 골도전화기 시연모습
중증장애우를 위해 개발된 ‘뇌파 키보드’ 기술 시연모습
중증장애우를 위해 2004년 12월, 개발한 마우스.휠체어 제어 시스템
시각장애우를 위해 책 읽어주는 로봇, 에트로
이제 ETRI는 연구개발한 다양한 기술들을 통해 그동안 생활의 불편함을 겪어왔던 장애우에게도 어엿한 사회구성원으로서 정보통신 격차를 해소하고 IT복지를 누리는데 큰 기여를 하고 있다.
ETRI는 장애우, 노인등 정보화 세상에서 소외되기 쉬운 계층을 대상으로 각종 IT 연구기술을 개발, 정부출연연구기관으로서의 공적임무도 훌륭하게 수행하고 있다. 장애우에게 인류복지와 함께 인간다운 삶을 살아갈수 있도록 하기 위해 꾸준한 연구개발 투자와 노력 또한 지속적으로 필요하기 때문이다. 그러나 장애우용 정보통신 기기는 시장규모가 크지않아 관련 민간투자가 미흡한 수준이다. 따라서 장애우를 위한 IT기술개발 몫은 공공부문에 맡겨질 수밖에 없는 실정이다.
오는 20일 제 26회 “장애인의 날”을 맞아 장애우에게 ETRI의 IT기술이 어떻게 편리한 세상을 가져다 줄수 있는지 알아본다.
시각장애우
1. 색각장애우를 위한 색상변환기술
멀티미디어 사용 환경에서 영상 및 그래픽 데이터의 색은 많은 정보를 전달하는 매우 중요한 요소이다. 만일 색을 정상적으로 인지하는데 장애를 가지고 있다면, 얻을 수 있는 정보의 양과 질에 매우 큰 격차와 손실이 발생하게 된다. 전체 인구 중 색각(색맹과 색약을 포함)장애우는 20명 중 한 명 꼴로 겪고 있는 비교적 흔한 장애중 하나이다.
이러한 색맹등 색각장애를 갖고 있는 사용자도 자신의 시각특성정보가 기록된 스마트 카드를 탑재한 PC 및 TV, 컬러 휴대폰 등에서 정상인에 가깝게 원래의 색 정보를 인지할 수 있는 영상처리 기술이 ETRI에 의해 2003년에 개발되었다.
ETRI 방송미디어연구그룹장 홍진우박사는 “색상변환기술로 색각장애인들이 자신의 시각특성에 맞게 적응 변환된 컨텐츠를 사용할 수 있게 되었다”며, “궁극적으로는 정보통신환경에서 색각장애인의 제한된 정보 접근성을 향상시킴으로서 국민 정보화 격차 해소와 정보이용능력 향상을 통한 복지정보통신 구현에 기여할 것”으로 기대했다.
본 기술은 서울대병원 안과 연구팀에서 색각장애우를 대상으로 예비 임상실험 통해 기술검증 및 평가를 마쳤다. 현재 공동개발 업체인 하이켐텍(구, 인터정보)이 기술이전을 받아 상용화(PDP TV) 되었다. 향후 PC 터미널은 물론 TV 수상기, PDA 단말, 컬러 핸드폰 등에 적용 가능하여 시각장애우를 위한 복지정보통신 기술로 활용될 예정이다.
특히 본 기술은 MPEG-21 DIA(Digital Item Adaptation, 디지털아이템 적응) 국제표준으로 채택되어, 지적재산권을 활용한 관련 산업 응용제품 개발 보급을 통하여 상당한 기술료 수입이 예상되는 신기술이다.
2. 음성키보드 시스템
정보통신환경에서 시각장애우도 문서작성시 정상인에 가깝게 정확한 문장을 작성할 수 있도록 도와주는 시각장애우용 음성키보드시스템이다. ETRI 디지털홈연구단 음성처리연구팀은 ‘시각장애우를 위한 컴퓨터 인터페이스 및 음성받아쓰기 기술개발 과제’의 일환으로 키보드입력을 음절단위의 음성으로 변환해 주는 “시각장애우용 음성키보드시스템”을 2003년 12월 개발하였다.
ETRI가 개발한 음성키보드시스템은 음절단위 합성DB를 사용하였으며, 총 5가지 목소리(남자2인, 여자, 남 어린이, 여 어린이 각1인)를 지원, 시각장애우 각자가 듣고 싶은 목소리를 선택하여 사용할 수 있다.
기존 시스템은 한국어의 소리변환의 원리에 의해 시각장애우가 입력한 글자를 정확하게 소리값으로 변환해주지 못하고 있어 시각장애우가 오타가 많은 문서를 작성하게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 시각장애인에 특화된 발음변환 기술로 대표종성 및 대표자음을 원래의 자음과 모음에 맞게 풀어 읽어주는 기능을 가지고 있다.
본 기술은 문장단위의 자연성을 위주로 대규모 합성DB를 사용하는 기존 서버급 음성합성기술과 달리, 음색당 10Mb(8KHz, 8Bits기준) 합성DB를 사용하여 음절단위 음성합성에 적합하도록 개발되었다. 따라서 음성단위 발성의 명료도가 매우 우수하며, 합성DB의 메모리 요구량 및 연산량도 매우 적어 개인용 PC 등의 탑재가 용이하다.
ETRI 김종진박사는 “이번에 개발된 음성키보드시스템을 통해 시각장애우들도 정상인과 비슷한 수준의 문서작성 능력을 갖추게 되었다”며, “궁극적으로 국민 정보화 격차 해소와 정보이용능력 향상을 통한 복지정보통신 구현에 기여할 것”으로 기대했다.
3. 한소네 컴퓨터
인간은 5感을 통하여 외부정보를 취득하고, 이를 바탕으로 사고하고, 행동하며 삶을 영위하고 있으나 시각을 상실하면 외부정보 취득기능의 80%를 상실한다.
ETRI 컴퓨터소프트웨어연구소(현, 텔레매틱스연구단 장병태박사)에서 1999년 2월 개발, ‘힘스코리아(사장 윤양택)’에 기술이전, 주문제작하고 있는 "브레일 한소네"는 시각의 상실을 보완하는 기기로서, 촉각과 음성인터페이스 기술을 사용하여 시각장애인이 보다 쉽고, 편리하게 정보를 취득할 수 있는 휴대형 컴퓨터이다.
"브레일 한소네"는 일반인과 똑같이 사용할 수 있는 컴퓨터로, 입력 또는 출력되는 모든 내용을 음성 합성기에 의하여 읽어주고, 연속되는 점자 셀에 의하여 점자로 읽어 줌으로서 점자를 잘 모르는 시각장애인도 쉽게 사용할 수 있도록 되어있는 것이 특징이다. 또 윈도우 CE의 운영체계를 채택하여, 메뉴방식으로 모든 정보에 접근하여 초보자도 쉽게 사용할 수 있으며, 한글문서(hwp)와 MS-Word 문서도 별다른 작업과정 없이 읽고, 편집할 수 있다.
또한 인터넷에 직접 연결되어 메일을 주고받을 수 있으며, 다른 컴퓨터와 연결하여 그 컴퓨터에 나타나는 내용을 "브레일 한소네"를 통하여 점자와 음성으로 출력해준다. 점자로 입력된 문서를 점자 프린터 또는 일반 프린터를 통하여 문자로 출력할 수 있어 일반인과 정보를 주고받을 수 있게 한 점도 특징이다.
4. 책읽어 주는 로봇 - 에트로, 웨버
에트로(ETRO)는 사람에게 각종 지식 및 정보서비스를 제공하는 영상인식기술, 문자인식기술, 음성합성기술이 결합된 S/W기술 중심의 로봇으로 잘 훈련된 강아지 정도의 IQ 40을 가진 지능형로봇이다.
이 로봇은 영상인식기술을 통해 얼굴 생김새로 주인을 인증할수 있는 기능을 갖고있기 때문에 사람이 직접 지문인식을 하기 위해 손가락을 대거나 홍채인식을 하기위해 눈동자를 맞추지 않더라도 사람의 얼굴생김새로 인식, 등록된 사용자인지 확인이 가능하다.
그렇기 때문에 시각장애우를 위해 현수막, 벽보, 안내표지판 , 화장실, 식당 등의 정보를 읽어 줄수가 있으며 장애우가 말하는 곳으로 인도해 주거나 상대방에 맞춰 동화책, 신문, 교과서 등을 스스로 골라 읽어줄 수 있으며 그날의 스케쥴을 관리, 음성으로 전달해주는 비서역할의 로봇 응용도 가능하다.
‘웨버 R1‘ 로봇 또한 백과사전이 로봇내에 탑재가 되어있어 시각장애를 가진 장애우의 음성에따라 각종 지식을 말해줄수도 있다.
청각장애우
1. 골도전화기 및 헤드셋
1997년, ETRI가 (주)열림기술과 2년간의 공동연구 끝에 개발한 ‘골도 진동자’ 기술이 ‘골도 전화기’라는 상품으로 상용화되어 시장에 첫 선을 보였다.
이마 또는 귓바퀴 뒤의 유양돌기에 수화기를 대면 청각장애인이나 노인들도 깨끗하고 명료한 소리를 들으며 전화통화를 할 수 있게 해주는 이 제품은 1998년에 미국 Popular Science지가 선정한 세계 100대 발명품으로 선정되는 등 폭발적인 반응을 얻었다.
핵심기술인 ‘골도 진동자’ 기술은 소리를 기계적 진동으로 변환, 머리뼈를 통해 청각신경을 자극함으로써 소리를 전달하는 획기적인 신기술로서, 고막이나 이소골에 이상이 있는 전음성 난청인을 위해 개발되었다.
이 기술은 골도전화기 및 골도헤드셋의 형태로 제품화되어 현재 80여 개국에서 형식승인을 획득, 세계 50여 개국에 수출되고 있는데, 노인을 위한 효도선물이나 소방서, 군대 등 소음환경에서의 통신용으로도 인기가 높다.
ETRI가 개발한 골도기술은 유선전화기 뿐만 아니라 Cellular Phone, PCS 및 IMT-2000용 단말기 등 이동통신용 단말기에 광범위하게 적용할 수 있어 정보화에서 소외되기 쉬운 청각장애인들에게 정상인에 뒤지지 않는 업무능력을 부여해줄 것으로 기대된다.
또한 최근에는 골도전화기 헤드셋이 개발되어 고막에 이상이 있는 청각장애우들의 책 읽기 및 말하기 교육용으로도 큰 각광을 받고 있으며 청각장애를 가진 장애우들이 텔레마케터 등으로 취업시에도 골도 진동자를 사용한 헤드셋만 있으면 큰 어려움이 없이 취업도 가능하다.
2. 인터넷 화상전화기
모뎀이나 LAN연결로 영상을 보면서 여러사람과 전화하는 화상전화기는 MPEG 4기술이 탑재되어 직접 화상을 보며 수화로도 대화가 가능하며 자막번역 시스템의 자막추출기능 또한 청각장애우에게 큰 도움이 될 수 있다.
외부기기와의 연결도 가능해, 카메라 설치로 화상으로 통신이 가능하며 국제통신 표준규격을 지원하고 메신저로도 사용할수 있다.
중증장애우
1. 마우스·휠체어 제어 시스템
ETRI가 중증장애우를 위해 2004년 12월, 개발한 마우스·휠체어 제어 시스템은 사용자가 편리하게 휠체어를 자유자재로 조정, 컴퓨터를 사용할수 있도록 만들어졌다. 이 시스템은 기획예산처가 주관하고 있는 ‘의료기반 가상현실(VR) 기술 개발’ 사업의 일환으로 척수등의 손상으로 손, 발을 사용하지 못하는 중증 장애우가 컴퓨터나 휠체어를 조정할 수 있도록 하는 시스템이다.
ETRI 디지털콘텐츠연구단 가상현실연구팀은 헤드밴드 형태의 측정 시스템을 통해 사용자가 어금니 물기, 또는 이닿기(이하 ‘이물기’라 함)를 수행할 때 발생되는 미세한 근전위 신호를 이용, 이마 양쪽의 관자놀이 부근에서 수신, 노트북에 무선으로 신호를 전송해 처리함으로써 마우스나 휠체어를 쉽게 움직여 제어할 수 있는 기술개발에 성공했다.
이물기에 의한 휠체어 조작법은 신호측정 및 전송을 위한 헤드밴드형 장치를 착용한 사용자는 휠체어가 멈춘 상태에서 좌 또는 우측 이물기를 수행하여 휠체어를 운전자 중심으로 좌 또는 우측방향으로 회전시킬 수 있다. 이물기에 의한 마우스(EMG-MOUSE) 조작방법도 휠체어 조작방법과 유사하다. 모니터 화면에는 마우스 포인터를 이동시킬 나침반 모양의 방향표시자가 있고, 사용자가 좌 또는 우측 이물기를 수행함에 따라 방향지시자가 반시계 또는 시계 방향으로 회전하게 된다.
* EMG(筋電圖, ElectroMyogGram) : 근육의 활동전위(活動電位)를 기록한 곡선
손발을 자유롭게 사용하지 못하지만 이물기를 수행 할 수 있는 중증 장애우는 이와 같은 기술을 이용하여 편리하게 휠체어나 마우스를 쉽게 조작할 수 있다. 국내에는 약 400만명의 장애우가 있으며 그중 1/40인 1만명 정도가 중증의 척수 손상 장애우로 추정된다.
절대적인 숫자는 많지 않지만 중증 장애우는 정보접근 및 사회 참여가 매우 제한되어 있어 삶의 만족도가 지극히 낮다. ETRI가 개발 중인 생체신호 기반 인터페이스 기술개발은 이러한 중증 장애우의 삶을 획기적으로 변화 시킬 수 있는 기술로, 당장의 경제적인 이익 창출 보다는 범인류애적 측면에서 장애인 복지를 위해 정부가 주도하고 있는 중요한 IT관련 과제라고 할 수 있다.
또한 이러한 기술이 더 발전되면 향후 모바일 컴퓨팅 환경에서의 새로운 입력 도구로서도 활용 될 수 있기 때문에 새로운 시장 창출까지도 기대할 수 있다.
가상현실연구팀 김종성 박사는 “이물기에 의한 마우스 제어 기술 등에 관한 국내외 특허를 출원하고, 국립재활병원과의 협동 연구를 통해서 중증 척수 손상 장애인을 대상으로 지속적인 사용성 평가와 시스템의 개선을 진행하고 있다.”고 말했다.
2. 뇌파 키보드 기술
ETRI가 중증장애우를 위해 2004년 12월, 개발한 ‘뇌파 키보드’ 기술은 뇌파기반의 휴먼 인터페이스 기술로 중증 장애우가 간단한 게임이나 재활훈련시 사용토록 개발된 기술이다.
ETRI 디지털콘텐츠연구단 가상현실연구팀이 개발한 뇌파키보드는 척수손상등으로 몸의 움직임이 어려운 장애를 가진 사람이 집중상태에서 발생하는 뇌파를 이용, 두명이 동시에 하는 볼링 게임을 비롯, 미로게임등 간단하게 게임을 즐길 수 있는 분야와 이물기, 눈 깜빡임시 발생하는 잡파를 이용한 재활훈련을 할수 있는 분야가 있으며 또 이 잡파를 이용한 전동 휠체어를 제어케 하는 기술이 있다.
따라서 ETRI가 개발한 ‘뇌파 키보드’란 가용뇌파를 이용하는 가상 키보드 시스템 기술로 컴퓨터 및 각종 기기와의 인터페이스로 활용되고 있는 키보드, 마우스, 음성 등을 대체할 수 있는 새로운 입력도구로 볼수있다.?
이 기술은 사람의 이마 부위에 있는 전두엽(Prefrontal region)에서 발생하는 뇌파 속의 잡파를 이용해 컴퓨터와의 효과적인 인터페이스를 실현한 것이다.?
기술 활용 대상에 대해 가상현실연구팀 김기홍 선임연구원은 “ 신체 중 목 이하의 부위에서 부분 내지 전체에 걸친 장애로 상대방과의 의사 소통에 많은 지장을 가지고 있는 장애우들이지만, IT환경 하에서 새로운 인터페이스를 접하고자 하는 모든 일반인들도 활용이 가능하다” 고 말했다.
이 가상 키보드 시스템은 인터넷 환경이 갖추어져 있는 모든 장소에서 사용자가 전자메일을 송·수신하고자 하는 상황에서 효과적으로 활용될 수 있다. 특히 시스템과의 인터페이스를 위해 활용한 핵심 기술들은 △장애인 재활훈련 △게임등 각종 분야에서 요구되고 있는 기기와의 상호작용에도 응용이 가능하다.?
3. 디지털 홈 기술
디지털 홈 서버 시스템은 세계 최초로 통신.방송.가전을 융합, 서비스를 지원할 수 있도록 홈 게이트웨이와 셋탑박스 기능을 통합한 시스템이다. 이에 이 시스템을 통해 사용자가 언제, 어디서나 휴대폰, PDA 등의 이동단말기에 연결하여 고품질 멀티미디어, 홈 오토메이션, 디지털 방송서비스를 이용할수 있는 환경을 제공한다.
가전제어 서비스를 통해 중증 장애우는 가정에서 이용되는 전등켜기, 창문열기, 가스밸브 잠그기 등 일련의 모니터링이 누워서 간단한 PC조작으로 가능하며 초인종 서비스 또한 거주자의 외출시 집을 방문하는 사람이 초인종을 누를경우 거주자가 지니고 있는 PDA로 초인종을 누른사람의 사진이 전송되어 사람을 확인하고 문을 열어 줄 수도 있는 서비스이다.
또한 방범서비스는 외출 혹은 취침시 집안의 센서들을 작동시켜 외인의 침입이 발생할 경우 경보음을 울려주는 서비스도 가능해 중증장애우의 집안 거주시에도 유용하게 쓰일 수 있다.
이처럼 장애우가 집안의 기기들을 자유롭게 연동이 가능한 자유연결 서비스와 멀리 떨어져 있는 주거내 공간에서도 조작이 가능한 원격 제어 및 모니터서비스가 되어 중증장애우에게도 유용한 서비스가 될 수 있다.
4. E-PON 시스템
E-PON(Ethernet Passive Optical Network)시스템은 기존의 전화선 대신 광케이블을 이용, 가입자에게 10Mbps ~ 10Gbps급의 초고속.고품질의 통신.방송 융합서비스를 제공해 주는 기술이다.
따라서 E-PON 시스템이 실현할 전광(全光) 인터넷은 2시간 분량의 DVD 동영상을 10초정도에 다운로드 받아 볼수 있으며 720Mbyte분량의 CD의 정보를 5.76초만에 다운로드 받을수 있다.
이에따라 초고속 디지털 가입자회선(VDSL)보다 50배 이상 빠른 전송속도를 제공하므로 향후 중증장애우의 실시간 교육방송에도 활용이 될 수 있어 Cyber특수학교의 구축도 가능케 될 것으로 보인다. 또한 주문형비디오(VOD)와 주문형 교육방송(EOD), 디지털CATV 등의 컨텐츠와 원격화상교육 등을 실현시킬 수 있다.
현재 광주시 지역에서 1G E-PON시스템을 개통, 아파트와 관공서, 사무소 등 100여 세대에 광케이블을 통한 초고속 인터넷, CATV, HD급 주문형 영상서비스, 화상회의, 원격교육 등의 시범서비스가 되고 있다. 향후 광주시의 추진 시범서비스를 바탕으로 2010년까지는 1천만 이상으로 확대, FTTH를 실현할 계획이다.
5. 로봇 - 제스처 인식기술
일반적으로 제스처란 “말의 표현이나 전달 효과를 높이기 위해서 하는 몸짓˙손짓˙표정 따위의 움직임“을 의미한다. 그러나 이는 단순히 일상 생활에서의 의미를 나타낸 것으로 카메라를 통하여 입력되는 2차원 영상에서의 제스처는 시공간 속에서 어떤 의미를 지닌 연속적인 움직임의 패턴의 집합이라고 정의할 수 있다.
제스처 인식의 과정을 보면 컴퓨터나 로봇을 이용한 제스처 인식은 모델링(Modeling), 해석(analysis), 인식(recognition) 3의 단계를 거친다. 제스처 모델링은 인식할 제스처의 수학적 모델을 만드는 것이고 모델링을 하는데 사용된 접근법들은 제스처 인식의 중추적 역할을 하며 제스처 해석의 성능에 영향을 준다. 인식 대상 모델이 만들어지면 카메라 입력으로부터 파라미터를 추출하고 계산을 통해 제스처를 인식하게 된다.
컴퓨터나 로봇을 이용한 제스처 인식의 최종 목표는 농아(聾啞), 청아(聽啞), 아자(啞者)등의 유용한 언어 수단인 수화(手話)를 인식하여, 번역해 줌으로서 장애우와 일반인들간의 대화를 가능케 한다는데 있다.
초기의 제스처를 인식하기 위한 연구방법은 주로 모션 캡쳐 장비를 이용한 센서 부착식 연구가 주로 수행되어져 왔으나 비싼 장비 가격 및 착용의 어려움으로 인해 일반화되지 못했으며, 현재 간단한 색상, 적외선, 초음파 마커(Marker)를 부착 한 후, 카메라나 수신 장치를 이용해 제스처를 인식하려는 시도가 활발하나 이 역시 특정 하드웨어 장치가 필요하다는 점에 일반화에 어려움이 있다.
이에 대한 대안으로 인간의 눈의 역할을 하는 카메라와 컴퓨터 비전 기술을 이용한 제스처 인식 기술의 필요성은 증대되고 있으나, 카메라의 해상도, 실시간 처리 요구, 손 추출의 어려움 등의 기술적 한계로 인해 연구실 수준에서 개발이 시도되고 있다.
ETRI에서 개발한 제스처 인식 기술로는 복잡한 수화 등을 인식하기 위한 기반 기술로서 간단한 4개의 동작을 인식하고 이 결과를 산업체의 요구에 따라 TV 제어 명령으로 대치, 제스처를 이용한 TV 제어 시스템을 구축 했다.
인식 대상의 제스처로는 소리 높임(Volume Up), 소리 낮춤(Volume down), 채널 위로(Channel Up), 채널 아래로(Channel Down) 등이 있으며
조명 변화나 제스처 크기 변화에 강인한 알고리즘 채용, 실시간 처리 가능, 높은 인식율, 직관적인 사용자 인터페이스 제공한다는게 특징이다.
따라서 집안에서 리모컨을 찾을 수 없을 때나, 리모컨을 사용할 수 없는 장애우들이 편리하게 간단한 제스처로 TV를 제어할 수 있게하는 특징이 있으며 현재 국내 및 국제 특허를 출원중에 있다.
한국전자통신연구원 개요
ETRI는 전전자식교환기 (TDX), 디지털 이동통신시스템(CDMA)등의 정보통신 기술을 성공적으로 개발하여 우리나라가 정보통신 강국으로 진입하는데 획기적인 기여를 해 온 국내 최대의 정보통신 국책 연구 기관이다.
웹사이트: http://www.etri.re.kr
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2012년 4월 19일 15:59
