December 15, 2019

디바이스마트 미디어:

[55호]시각장애인을 위한 텍스트의 변환과 점자 디바이스

55 ICT 시각장애인점자디바이스 (1)

2019 ICT 융합 프로젝트 공모전 우수상

시각장애인을 위한 텍스트의 변환과 점자 디바이스

글 | 부산대학교 이세진, 이승미, 황지수

 

 1. 심사평

칩센 시각 장애인을 위해 필수적으로 필요한 것이 점자인 것을 알고 있었지만, 이러한 방식의 interactive 한 점자 디바이스를 만든다는 생각을 먼저 했다는 것이 놀랍습니다. 다른 기술이라면 문자 인식 및 오류에 대한 부분을 먼저 따져보아야겠지만, 단순히 몇 개의 글자를 오인식하는 오류 보다는 이러한 장치가 가져다 줄 긍정적인 면이 먼저 보이는 작품입니다. 코일과 자기장를 이용하여 점자를 표시한다는 발상도 매우 놀랍습니다. 소형화 및 한글화 점자는 어떻게 될지도 궁금해지는 작품입니다.
뉴티씨 시각장애인들을 위하여, 스마트폰으로 글을 읽어서 이를 점자로 변경해주는 기능을 실제로 구현한 점에 그 따뜻한 마음을 읽을 수 있어서 좋았습니다. 또한, ‘시각장애인들이 그러한 어려움이 있겠구나’ 하고 간접적으로 느낄 수 있는 작품이기도 했습니다. 주변에 어려운 사람들이 많은데, 그들을 돕는 손길들이 더 많아졌으면 하고 생각해 봅니다.
위드로봇 피에조 액츄에이터를 이용하여 점자 생성기 부분을 소형화하는 추후 연구를 제안합니다.
펌테크 작품의 아이디어와 창의성이 돋보이며 추후 작품 완성도를 높일 경우 실제 시각장애인을 위한 점자 디바이스 장치로도 활용이 가능할 것으로 예상되는 우수한 작품이라고 생각합니다. 무엇보다도 스마트폰으로 글자를 읽어들인 후 분석하여 무선 전송 후 이를 점자로 변환하는 과정과, 점자 디바이스 설계 방식등 전체적인 기술 구현방식이 훌륭했다고 생각합니다. 작품의 기획의도, 기술 구현도, 완성도 등에서 높은 평가를 주고 싶은 작품입니다.

2. 작품 개요
본 작품은 시각장애인이 다양한 소설, 책, 문서를 곧바로 점자로 바꾸어 읽을 수 있도록 한 점자 구현 디바이스이다. 크게 두 가지 기능으로 나누어진다. 첫째, 도서나 문서를 촬영하여 txt파일로 변환하여 주는 OCR기능을 가진 어플, 둘째, txt파일을 SD카드에 저장하고 점자로 구현하여 주는 디바이스이다.

2.1. 아이디어 제안 목적
기술이 발전함에 따라 현대인들은 많은 편의를 누리고 있지만 여전히 시각장애인들을 위한 기술들은 부족한 상황이다. 비록 점자책이 나와 있지만 시작장애인들이 이를 얻기 위해 얻는 수고는 상당할 것이다. 이들에게 조금이나마 나은 편의를 주기 위해 고안해 낸 것이 스마트 점자책이다. 읽고 싶은 책을 사진으로 찍기만 하면 디바이스에 자동으로 점자로 변환되어 올라올 수 있게 하는게 이 아이디어의 핵심이다. 이뿐만 아니라 기존의 서적들도 텍스트 파일이 존재하기만 하면 SD카드로부터 불러들여 자동으로 점자 변환할 수 있게끔 할 수 있다.
이 아이디어를 통해 시각장애인들도 손쉽게 점자책을 구할 수 있게 하여 실생활에 큰 도움을 주고자 한다.

3. 작품 설명 및 단계별 제작 과정
3.1. 디바이스 구현 방식

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디바이스 구현 방식은 크게 3가지로 나뉜다. 먼저 스마트폰의 어플을 통해 카메라로 책이나 문서의 글자를 촬영하면 이를 인식하여 텍스트로 변환시키고, 이 텍스트를 블루투스 기능을 이용해 아두이노에 연결된 SD카드로 전송 및 저장하게 한다. 마지막으로 이 전송된 데이터를 아두이노를 통해 점자로 구현하게 한다.

3.1.1. OCR어플리케이션

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android studio를 이용하여 app을 제작한다. 기본적으로 camera와 문서를 읽고 쓸 수 있는 등의 권한을 필요로 한다. 화면을 구성하는 xml은 ①블루투스를 연결할 수 있는 디바이스를 보여주는 목록, ②블루투스 연결 상태를 알려주는 표시창, ③블루투스 연결을 위한 버튼 ④연결을 끊기 위한 버튼, ⑤글자인식을 위한 카메라 화면으로 구성된다.
먼저 아두이노와 블루투스연결을 한 후, 점자로 번역할 글자를 카메라에 인식시킨다. 인식된 글자를 터치하면, 음성기능을 통해 들려주는 동시에 txt로 변환하여 블루투스 통신을 통해 아두이노로 전송한다.

3.1.2. app으로부터 txt전송
변환된 txt를 스마트폰에 탑재되어 있는 블루투스 기능과 아두이노에 장착된 블루투스 모듈(HC-06)을 이용해 스마트폰과 아두이노 간의 데이터 송수신이 가능하게 하였다.

3.1.3. txt파일 저장
app으로부터 전송받은 txt를 아두이노에 연결된 SD카드에 파일로 만들어 저장할 수 있도록 하였다. 이를 통해 app으로 촬영한 내용 외에 텍스트로 이뤄진 책을 SD카드로 저장하기만 하면 점자로 구현할 수 있는 기능을 갖추게 된다. 여기서 아두이노와 SD카드 인식장치를 사용한다.(아두이노 UNO의 핀 개수가 모자랄 경우 Arduino MEGA를 사용하여 문제를 해결한다.)

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3.1.4. 점자구현

우선 아두이노 코딩에 각 문자마다 2진수로 구성된 배열들을 정의해준다. 예를 들면, 현재 통용되고 있는 알파벳 ‘A’의 점자는 총 6개의 점자에서 좌측 상단에만 튀어올라오도록 되어있다. 그래서 ‘A’는 0b100000로 설정, 알파벳 ‘B’는 좌측 상단, 좌측 중단에 있는 점만 튀어올라오도록 되어있기 때문에 0b110000과 같이 코딩의 헤더 파일에 설정을 해준다. 이 데이터 값을 받기 위해서 74HC595라는 Shift Register(data, letch, clock 3개의 핀으로 8개의 데이터 출력을 제어한다.)를 사용했는데 이는 총 8개의 데이터를 받아올 수 있게 하는 소자로서 점자가 문자 한 개를 구현하기 위해서 필요한 데이터가 6개인 걸 감안했을 때, 매우 효율적인 소자라고 할 수 있다. 구현하고자 하는 디바이스가 10글자이므로 문자 한 개당 1개의 소자로 총 10개의 Shift Register를 이용하면 된다. 그리고나서 SD카드로부터 저장된 txt 파일을 아두이노로 불러와 txt의 문자를 읽어 들인다. 읽어들인 문자를 10개씩 끊어볼 수 있도록 코딩하여 한 번에 10개씩 문자를 받아들일 수 있도록 하였다. 10글자를 읽고나면 프레임의 우측에 있는 버튼을 클릭하여 다음 10글자에 대한 점자 변환을 수행할 수 있도록 하였다.

3.2. 하드웨어 구성
기본적인 원리는 코일에 전류를 흘려주었을 때, 생겨나는 자기장을 이용하는 것이다.
이때 생겨난 자기장의 극과 자석의 극이 서로 밀어내는 힘을 사용해 점자를 띄우고 내린다. 외부 실린더와 내부 실린더로 구성하여 내부 실린더에 얇은 에나멜 선을 감아 코일의 역할을 하도록 한다. 외부 실린더 바닥에는 자석을 두어 내부 실린더의 에나멜 선에 전류를 흘려주었을 때, 내부 실린더가 뜰 수 있도록 한다. 외부 실린더 1개와 내부 실린더 1개가 점자 하나를 이루고, 6개가 모여 한 글자를 표현한다. 총 10글자를 구현 가능하도록 제작하여 10글자씩 읽을 수 있도록 한다. 버튼 등을 이용해 다음 문장으로 넘어갈 수 있도록 한다.
Arduino에 연결된 Shift Register로부터 신호를 받아, 점자를 띄울지 말지의 여부를 결정한다. 코일에 흘려주는 전원은 외부전원 13V 배터리를 사용한다. 이때 배터리의 13V가 코일로 가기 이전에 buffer를 지남으로써, 코일에 전원을 일정하게 공급하여 안정성을 높인다.

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4. 기타(회로도, 소스코드, 참고문헌 등)
4.1. 회로도

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4.2. 전체 제작 과정 정리 

 

 

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