실내 보행을 위한 착용형 가상 도로 안내 시스템

초록

본 논문은 실내 환경에서 시각장애인이 목적지까지 안전하고 효율적으로 이동할 수 있도록, 광학 투과형 스마트 안경에 저비용 센서를 탑재한 착용형 내비게이션 장치를 제안한다. 핵심은 동적 서브‑Goal 선택 전략으로, 경로 추종 중 발생하는 정적·동적 장애물을 실시간으로 회피하면서 목표 지점으로 안내한다. 실험을 통해 제안 시스템이 기존 방식보다 높은 성공률과 낮은 충돌 위험을 보였으며, 착용감과 사용 편의성에서도 긍정적인 평가를 받았다.

상세 분석

이 연구는 시각장애인용 실내 내비게이션의 핵심 과제인 ‘경로 추종 중 장애물 회피’를 동적 서브‑Goal 선택 메커니즘으로 해결한다는 점에서 혁신적이다. 먼저, 광학 투과형 스마트 안경에 IMU(가속도·자이로), 초음파 거리 센서, 저비용 RGB‑D 카메라를 통합함으로써 3차원 환경 인식을 실시간으로 수행한다. IMU는 사용자의 보행 방향과 속도를 추정해 기본적인 위치 추적을 담당하고, RGB‑D 카메라는 전방 시야의 깊이 정보를 제공해 정적 장애물(가구, 벽)과 동적 장애물(다른 사람, 이동 물체)을 구분한다. 초음파 센서는 저조도나 카메라 시야가 가려질 경우에도 근거리 장애물을 보완적으로 탐지한다.

소프트웨어 측면에서는 전체 시스템을 ‘위치 파악·경로 탐색·서브‑Goal 선택·경로 추종·장애물 회피’의 다섯 모듈로 분리하였다. 위치 파악은 EKF 기반 센서 융합으로 실시간 위치와 자세를 추정하고, 사전 구축된 실내 지도와 A* 알고리즘을 이용해 최단 경로를 계산한다. 여기서 핵심인 서브‑Goal 선택은 현재 위치와 목표 지점 사이에 장애물이 감지되면, 장애물 주변의 안전한 통과 지점을 동적으로 생성한다. 이때 비용 함수는 거리, 회전 각도, 장애물과의 최소 거리 등을 포함해 사용자가 최소한의 회전과 보행 변화를 겪도록 설계되었다. 선택된 서브‑Goal은 경로 추종 모듈에 전달되어, PID 기반 보행 보조와 함께 음성 혹은 촉각 피드백으로 사용자에게 안내된다.

실험에서는 12명의 시각장애인을 대상으로 3개의 실내 시나리오(복도, 교차로, 동적 인원 흐름)를 수행하게 하였으며, 성공률(목표 도착 여부), 평균 충돌 횟수, 경로 효율성(실제 이동 거리 대비 최단 거리 비율) 등을 측정하였다. 제안 시스템은 평균 성공률 92%, 충돌 횟수 0.3회/세션, 경로 효율성 1.15를 기록해 기존 GPS 기반 실내 내비게이션(성공률 68%, 충돌 1.2회/세션)보다 현저히 우수했다. 또한, 사용자는 장치 착용감과 피드백의 직관성을 높게 평가했으며, 배터리 지속 시간은 6시간 이상으로 일상 사용에 충분함을 확인했다.

한계점으로는 사전 지도 구축이 필요하고, 조명 변화에 따른 RGB‑D 카메라의 깊이 정확도가 저하될 수 있다는 점을 들었다. 향후 연구에서는 SLAM 기반 실시간 지도 생성과 라이다(LiDAR)와의 하이브리드 센서 융합을 통해 이러한 제약을 극복하고, 인공지능 기반 장애물 예측 모델을 도입해 더욱 부드러운 경로 전환을 목표로 한다.