KR20240036761A - Safety management system based on deep learning and method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 딥러닝 기반 안전 관리 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 딥러닝 기반으로 실시간 영상 데이터의 분석을 통해 산업 현장의 안전 관리를 ���행할 수 있도록 하는, 딥러닝 기반 안전 관리 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a deep learning-based safety management system and method. More specifically, a deep learning-based safety management system and method that enables safety management in industrial sites through analysis of real-time video data based on deep learning. It's about.
종래의 산업 현장에서의 안전 관리 시스템은 특정 영역에 대한 작업자 진입이나 화재 등을 감지하기 위해 다양한 센서들의 설치가 필수적이다. Safety management systems in conventional industrial sites require the installation of various sensors to detect worker entry into a specific area or fire.
예컨대 상기 센서들은, 특정 영역 감지를 위한 에어리어(Area) 센서, 화재로 인한 급격한 기온 변화 감지를 위한 온도 센서 등이 대표적이며, 상기와 같은 기존의 안전 관리 시스템은, 필요한 기능 각각에 맞는 센서가 추가적으로 요구된다. For example, the above sensors are representative of area sensors for detecting specific areas and temperature sensors for detecting sudden temperature changes due to fire. In the existing safety management system as described above, sensors for each necessary function are additionally installed. It is required.
그런데 현장의 특수성으로 인해 해당 센서들의 설치가 불가능한 경우 안전 관리 시스템에 적용하기가 어렵다.However, if installation of the relevant sensors is not possible due to the specificity of the site, it is difficult to apply it to the safety management system.
예컨대 로봇이 움직이고 있는 영역 안으로의 작업자의 침입(진입)을 감지하려고 할 경우, 로봇의 움직임으로 인해 에어리어 센서의 적용이 어려울 수 있다. 또한 상기 센서들의 설치 및 주기적 관리에는 비용이 소모되며, 이러한 비용은 기능이 추가될수록 증가하게 되는 문제점이 있다.For example, when trying to detect a worker's intrusion (entry) into an area where a robot is moving, application of an area sensor may be difficult due to the robot's movement. Additionally, installation and periodic management of the sensors costs money, and this cost increases as functions are added.
따라서 산업 현장에 새로운 기능의 적용을 위한 유연성(예 : 하드웨어적인 센서의 추가 없이, 소프트웨어적으로 새로운 감시 기능을 쉽게 추가할 수 있음)과 설치 및 유지보수를 위한 비용 측면에서, 센서를 설치하거나 설치할 필요 없이, ���메라로 취득되는 영상 데이터의 분석만으로 산업 안전 관리를 수행할 수 있도록 하는 기술이 필요한 상황이다.Therefore, in terms of flexibility for applying new functions to industrial sites (e.g., new monitoring functions can be easily added in software without adding hardware sensors) and cost for installation and maintenance, it is possible to install or install sensors. There is a need for technology that allows industrial safety management to be carried out without any need, just by analyzing video data acquired by cameras.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허 10-2022-0077404호(2022.06.09. 공개, 근로자 안전을 위한 다단계 작업현장 안전 관제 방법 및 시스템)에 개시되어 있다. The background technology of the present invention is disclosed in Korean Patent Publication No. 10-2022-0077404 (published on June 9, 2022, multi-level work site safety control method and system for worker safety).
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 딥러닝 기반으로 실시간 영상 데이터의 분석을 통해 산업 현장의 안전 관리를 수행할 수 있도록 하는, 딥러닝 기반 안전 관리 시스템 및 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다. According to one aspect of the present invention, the present invention was created to solve the above problems, and is a deep learning-based safety system that enables safety management in industrial sites through analysis of real-time image data based on deep learning. The purpose is to provide management systems and methods.
본 발명의 일 측면에 따른 딥러닝 기반 안전 관리 시스템은, 산업 현장에서 감시하고자 하는 영역의 영상을 촬영하는 카메라 모듈; 및 상기 카메라 모듈에서 촬영된 영상 데이터를 실시간으로 수신하여 분석하고, 상기 분석한 산업 현장의 상황에 맞는 대응 동작을 수행하는 프로세서;를 포함하는 것을 특징으로 한다.A deep learning-based safety management system according to one aspect of the present invention includes a camera module that captures images of an area to be monitored at an industrial site; and a processor that receives and analyzes video data captured by the camera module in real time and performs corresponding actions appropriate for the analyzed industrial site situation.
본 발명에 있어서, 상기 프로세서는, 단계적 딥러닝(Cascaded Deep Learning) 기반으로 상기 영상 데이터를 분석하기 위한 학습을 미리 수행하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the processor is characterized by previously performing learning to analyze the image data based on cascaded deep learning.
본 발명에 있어서, 상기 영상 데이터, 객체 인식 모델, 작업자의 자세 추정 모델, 작업자의 동작 분류 모델, 사고별 대응 알람 또는 대응 조치 데이터, 및 감지 동작별 대응 알람 또는 대응 조치 데이터 중 적어도 하나 이상을 저장하는 데이터베이스;를 더 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 데이터베이스에 저장된 정보를 참조하여 상기 영상 데이터의 분석을 수행하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, at least one or more of the image data, an object recognition model, a worker's posture estimation model, a worker's motion classification model, response alarm or response action data for each incident, and response alarm or response action data for each detected motion are stored. and a database, wherein the processor performs analysis of the image data with reference to information stored in the database.
본 발명에 있어서, 상기 프로세서는, 상기 영상 데이터의 분석 결과를 바탕으로 대응 알람 또는 대응 조치 명령을 대상 장치에 출력하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the processor is characterized in that it outputs a response alarm or response action command to the target device based on the analysis result of the image data.
본 발명에 있어서, 상기 프로세서의 제어에 따라, 사고 발생이나 감지 동작별 대응 알람을 출력하는 알람 모듈;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, an alarm module that outputs a corresponding alarm for each accident or detection operation under the control of the processor is characterized in that it further includes.
본 발명에 있어서, 상기 카메라 모듈은, RTSP(Real Time Streaming Protocol) 방식으로 실시간 영상 데이터인 동영상을 프레임 단위로 상기 프로세서에 입력하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the camera module inputs video, which is real-time video data, to the processor in units of frames using RTSP (Real Time Streaming Protocol).
본 발명에 있어서, 상기 프로세서는, 상기 영상 데이터에 대해 객체 인식 모델을 적용하여 작업자 또는 지정된 사고 발생을 검출하여 대응 알람을 출력하며, 상기 지정된 사고는, 화재, 섬광, 및 연기 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the processor applies an object recognition model to the image data to detect the occurrence of a worker or a designated accident and output a response alarm, and the designated accident is at least one of fire, flash, and smoke. It is characterized by including.
본 발명에 있어서, 상기 프로세서는, 객체 인식 모델을 통해 작업자들이 인식될 경우, 상기 인식된 작업자들에 대해서 자세 추정 모델을 적용하여, 각 작업자들의 자세에 대응하는 주요 신체부위나 관절 위치를 산출하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, when workers are recognized through an object recognition model, the processor applies a posture estimation model to the recognized workers to calculate the positions of major body parts or joints corresponding to the posture of each worker. It is characterized by
본 발명에 있어서, 상기 프로세서는, 자세 추정을 수행한 결과를 바탕으로, 설비나 로봇이 동작하고 있는 영역 안으로 작업자의 침입이 감지될 경우, 안전사고 발생을 방지하기 위하여, 상기 동작중인 설비나 로봇의 동작을 정지시키는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the processor, based on the result of performing posture estimation, detects the intrusion of a worker into the area where the equipment or robot is operating, in order to prevent the occurrence of a safety accident. It is characterized by stopping the operation of.
본 발명에 있어서, 상기 프로세서는, 인식된 작업자들에 대해서 동작 분류 모델을 적용하여 작업자들의 동작을 추정하고, 상기 작업자들의 동작을 추정한 결과, 작업자들의 위험 동작이 감지될 경우, 알람 모듈을 통해 대응 알람을 출력하되, 산업 현장별로 흔히 취할 수 있는 복수의 주요 동작으로 분류하고, 상기 복수의 주요 동작들 중 눕기 동작과 넘어짐 동작을 위험 동작으로서 감지하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the processor estimates the workers' movements by applying a motion classification model to the recognized workers, and when dangerous movements of the workers are detected as a result of estimating the workers' motions, through an alarm module. It outputs a response alarm, classifies it into a plurality of main actions that can be commonly taken in each industrial site, and detects lying down and falling out of the plurality of main actions as dangerous actions.
본 발명의 다른 측면에 따른 딥러닝 기반 안전 관리 방법은, 카메라 모듈을 통해 산업 현장에서 감시하고자 하는 영역의 영상을 촬영하여 프로세서로 입력시키는 단계; 및 프로세서가 상기 카메라 모듈에서 촬영된 영상 데이터를 실시간으로 수신하여 분석하고, 상기 분석한 산업 현장의 상황에 맞는 대응 동작을 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.A deep learning-based safety management method according to another aspect of the present invention includes capturing an image of an area to be monitored at an industrial site through a camera module and inputting it to a processor; And a step of the processor receiving and analyzing image data captured by the camera module in real time, and performing a corresponding action appropriate to the analyzed situation of the industrial site.
본 발명에 있어서, 데이터베이스를 통해 상기 영상 데이터, 객체 인식 모델, 작업자의 자세 추정 모델, 작업자의 동작 분류 모델, 사고별 대응 알람 또는 대응 조치 데이터, 및 감지 동작별 대응 알람 또는 대응 조치 데이터 중 적어도 하나 이상을 저장하는 단계;를 더 포함하고, 상기 프로세서가, 상기 데이터베이스에 저장된 정보를 참조하여 상기 영상 데이터의 분석을 수행하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, at least one of the image data, object recognition model, worker's posture estimation model, worker's motion classification model, response alarm or response action data for each incident, and response alarm or response action data for each detected motion through the database. It may further include a step of storing the abnormality, wherein the processor performs analysis of the image data with reference to information stored in the database.
본 발명에 있어서, 상기 분석한 산업 현장의 상황에 맞는 대응 동작을 수행하는 단계에서, 상기 프로세서는, 상기 영상 데이터의 분석 결과를 바탕으로 대응 알람 또는 대응 조치 명령을 대상 장치에 출력하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, in the step of performing a response operation appropriate to the analyzed situation of the industrial site, the processor outputs a response alarm or response action command to the target device based on the analysis result of the image data. do.
본 발명에 있어서, 상기 영상을 촬영하여 프로세서로 입력시키는 단계에서, 상기 카메라 모듈은, RTSP(Real Time Streaming Protocol) 방식으로 실시간 영상 데이터인 동영상을 프레임 단위로 상기 프로세서에 입력하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, in the step of capturing the video and inputting it to the processor, the camera module inputs video, which is real-time video data, to the processor in units of frames using RTSP (Real Time Streaming Protocol).
본 발명에 있어서, 상기 분석한 산업 현장의 상황에 맞는 대응 동작을 수행하는 단계에서, 상기 프로세서는, 상기 영상 데이터에 대해 객체 인식 모델을 적용하여 작업자 또는 지정된 사고 발생을 검출하여 대응 알람을 출력하며, 상기 지정된 사고는, 화재, 섬광, 및 연기 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, in the step of performing a response operation appropriate to the analyzed situation of the industrial site, the processor detects the occurrence of a worker or a designated accident by applying an object recognition model to the image data and outputs a response alarm. , the specified accident is characterized in that it includes at least one of fire, flash, and smoke.
본 발명에 있어서, 상기 분석한 산업 현장의 상황에 맞는 대응 동작을 수행하는 단계에서, 상기 프로세서는, 객체 인식 모델을 통해 작업자들이 인식될 경우, 상기 인식된 작업자들에 대해서 자세 추정 모델을 적용하여, 각 작업자들의 자세에 대응하는 주요 신체부위나 관절 위치를 산출하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, in the step of performing a response operation appropriate to the analyzed industrial site situation, the processor, when workers are recognized through an object recognition model, applies a posture estimation model to the recognized workers. , It is characterized by calculating the positions of major body parts or joints corresponding to the posture of each worker.
본 발명에 있어서, 상기 분석한 산업 현장의 상황에 맞는 대응 동작을 수행하는 단계에서, 상기 프로세서는, 자세 추정을 수행한 결과를 바탕으로, 설비나 로봇이 동작하고 있는 영역 안으로 작업자의 침입이 감지될 경우, 안전사고 발생을 방지하기 위하여, 상기 동작중인 설비나 로봇의 동작을 정지시키는 것을 특징으로 한다.In the present invention, in the step of performing a response operation appropriate to the analyzed situation of the industrial site, the processor detects the intrusion of a worker into the area where the equipment or robot is operating, based on the result of performing posture estimation. If possible, the operation of the equipment or robot in operation is stopped in order to prevent safety accidents.
본 발명에 있어서, 상기 분석한 산업 현장의 상황에 맞는 대응 동작을 수행하는 단계에서, 상기 프로세서는, 인식된 작업자들에 대해서 동작 분류 모델을 적용하여 작업자들의 동작을 추정하고, 상기 작업자들의 동작을 추정한 결과, 작업자들의 위험 동작이 감지될 경우, 알람 모듈을 통해 대응 알람을 출력하되, 산업 현장별로 흔히 취할 수 있는 복수의 주요 동작으로 분류하고, 상기 복수의 주요 동작들 중 눕기 동작과 넘어짐 동작을 위험 동작으로서 감지하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, in the step of performing a response operation appropriate to the analyzed situation of the industrial site, the processor estimates the movements of the workers by applying a movement classification model to the recognized workers, and determines the movements of the workers. As a result of the estimation, if dangerous movements of workers are detected, a response alarm is output through the alarm module, but it is classified into a plurality of main actions that can be commonly taken at each industrial site, and among the plurality of main movements, lying down and falling are It is characterized by detecting as a dangerous operation.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 딥러닝 기반으로 실시간 영상 데이터의 분석을 통해 산업 현장에서 안전 관리를 수행할 수 있도록 한다.According to one aspect of the present invention, the present invention enables safety management at industrial sites through analysis of real-time image data based on deep learning.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 딥러닝 기반 안전 관리 시스템의 개략적인 구성을 보인 예시도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 본 실시 예에 따른 딥러닝 기반 안전 관리 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 3은 상기 도 2에 있어서, 객체 인식 모델, 자세 추정 모델, 및 동작 분류 모델을 통해 인식된 결과들을 종합하여 상황 판단을 수행하는 딥러링 알고���즘을 설명하기 위하여 보인 예시도.
도 4는 상기 도 2에 있어서, 작업자들의 동작을 추정하여 위험 동작이 감지될 경우에 상황에 맞는 대응 알람을 출력하는 방법을 설명하기 위하여 보인 예시도.1 is an exemplary diagram showing the schematic configuration of a deep learning-based safety management system according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a flowchart illustrating a deep learning-based safety management method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an example diagram shown in FIG. 2 to explain the deep learning algorithm that performs situation judgment by combining the results recognized through the object recognition model, posture estimation model, and motion classification model.
Figure 4 is an example diagram shown in Figure 2 to explain the method of estimating the movements of workers and outputting a response alarm appropriate for the situation when dangerous movements are detected.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 단계적 딥러닝 기반 안전 관리 시스템 및 방법의 일 실시 예를 설명한다. Hereinafter, an embodiment of a step-by-step deep learning-based safety management system and method according to the present invention will be described with reference to the attached drawings.
이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In this process, the thickness of lines or sizes of components shown in the drawing may be exaggerated for clarity and convenience of explanation. In addition, the terms described below are terms defined in consideration of functions in the present invention, and may vary depending on the intention or custom of the user or operator. Therefore, definitions of these terms should be made based on the content throughout this specification.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 딥러닝 기반 안전 관리 시스템의 개략적인 구성을 보인 예시도이다.Figure 1 is an exemplary diagram showing the schematic configuration of a deep learning-based safety management system according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시 예에 따른 딥러닝 기반 안전 관리 시스템은, 카메라 모듈(110), 프로세서(120), 데이터베이스(130), 및/또는 알람 모듈(140)을 포함한다.As shown in FIG. 1, the deep learning-based safety management system according to this embodiment includes a
상기 카메라 모듈(110)은 감시하고자 하는 영역의 영상을 촬영한다.The
상기 카메라 모듈(110)은 산업 현장에 복수개가 설치될 수 있다.A plurality of
상기 프로세서(120)는 상기 카메라 모듈(110)에서 촬영된 영상 데이터를 ���시간으로 수신하여 분석한다.The
상기 프로세서(120)는 단계적 딥러닝(Cascaded Deep Learning) 기반으로 상기 영상 데이터를 분석하기 위한 학습을 수행한다.The
상기 데이터베이스(130)는 상기 영상 데이터, 객체 인식 모델, 작업자의 자세 추정 모델, 작업자의 동작 분류 모델, 사고별(예 : 화재, 섬광, 연기 등) 대응 알람 또는 대응 조치 데이터, 및 감지 동작별 대응 알람 또는 대응 조치 데이터 중 적어도 하나 이상을 저장한다. The
이 때 상기 데이터베이스(130)는 상기 프로세서(120)의 내부 메모리(미도시)로 대체될 수도 있다.At this time, the
상기 프로세서(120)는 상기 데이터베이스(130)에 저장된 정보를 참조하여 상기 영상 데이터의 분석을 수행할 수 있으며, 상기 영상 데이터의 분석 결과를 바탕으로 대응 알람 및/또는 대응 조치 명령을 대상 장치(예 : 설비, 로봇 등)에 출력할 수 있다.The
상기 알람 모듈(140)은, 상기 프로세서(120)의 제어에 따라, 사고 발생이나 감지 동작별 대응 알람(예 : 시각적 알람, 청각적 알람, 촉각적 알람)을 출력한다. 아울러 상기 알람 모듈(140)에서 출력되는 신호(즉, 사고 발생이나 감지 동작별 대응 알람)는 지정된 장치(예 : PLC, Programmable Logic Controller)로 전달되어 지정된 설비 또는 로봇을 정지시킬 수 있다.The
이하 본 실시 예에 따른 단계적 딥러닝 기반 안전 관리 시스템의 동작을 도 2의 흐름도를 참조하여 설명한다.Hereinafter, the operation of the step-by-step deep learning-based safety management system according to this embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. 2.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 딥러닝 기반 안전 관리 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.Figure 2 is a flowchart illustrating a deep learning-based safety management method according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 프로세서(120)는 카메라 모듈(110)(예 : IP 카메라)로부터 RTSP(Real Time Streaming Protocol) 방식으로 실시간으로 영상 데이터(예 : 동영상)를 입력 받는다(S101).Referring to FIG. 2, the
예컨대 상기 프로세서(120)는 카메라 모듈(110)로부터 RTSP 방식으로 동영상을 프레임 단위로 실시간 입력 받는다.For example, the
참고로 실시간 안전 관리에서 가장 중요한 요소는 사건이 발생했을 때 이를 빠르게 인식하고 즉각적인 조치를 취할 수 있어야 한다는 것이다. 이에 따라 본 실시 예에서 적용되는 딥러닝 알고리즘은 높은 정확도와 짧은 수행 시간(Inference Time)이라는 2가지를 기준을 만족 한다. 또한 카메라 모듈(110)을 통해 전달되는 동영상 프레임이 지연없이 프로세서(120)로 지속적으로 전달되도록 하기 위해서, 카메라 모듈(110)에서 수집된 동영상을 네트워크를 통해 RTSP(Real Time Streaming Protocol) 방식으로 전송한다. 또한 프로세서(120)별로 복수의 카메라를 연결하는 시스템 특성상 상기 카메라 모듈(110)을 쉽게 통합 관리할 수 있는 장점이 있다.For reference, the most important factor in real-time safety management is to be able to quickly recognize an incident when it occurs and take immediate action. Accordingly, the deep learning algorithm applied in this embodiment satisfies the two criteria of high accuracy and short execution time (Inference Time). In addition, in order to ensure that video frames transmitted through the
또한 상기 프로세서(120)는 상기 영상 데이터(즉, 동영상 프레임)에 대해 객체 인식 모델을 적용하여 작업자 및/또는 지정된 사고(예 : 화재, 섬광, 연기 등) 발생을 검출한다(S102, S103, S105).In addition, the
예컨대 도 3을 참조하면, 상기 프로세서(120)는 객체 인식 모델(즉, 객체 인식 딥러닝 모델)을 통해 프레임으로부터 작업자(Person), 화재(Flame), 섬광(Flash), 연기(Smoke)라는 4가지 객체를 분류(Classification) 하며, 위치(Localization)를 직사각형(Bounding Box)으로 지정한다. 이 때 본 실시 예는 높은 정확도와 짧은 수행 시간(Inference Time) 이라는 두 가지 기준을 만족하는 YOLOv5(You Only Look Once) 모델을 선정하여 적용한다. 상기 YOLOv5 모델은 매우 빠른 수행시간에도 불구하고 최적화를 통해 99%가 넘는 성능을 확보할 수 있다. 이 때 동영상 프레임 크기가 다르더라도 일관성 처리를 위해 동영상 프레임을 608 x 608 크기로 사이즈를 조정(resize)하며, 모델 학습 단계에서 증강(augmentation)을 통해 일부 크기와 비율 차이에 대해서도 학습을 수행할 수 있도록 함으로써 이로 인한 성능 저하는 거의 없다.For example, referring to FIG. 3, the
만약 상기 지정된 사고(예 : 화재, 섬광, 연기 등) 중 적어도 하나가 검출될 경우 알람 모듈(140)을 통해 대응 알람을 출력한다(S104).If at least one of the specified accidents (e.g., fire, flash, smoke, etc.) is detected, a response alarm is output through the alarm module 140 (S104).
또한 상기 프로세서(120)는 상기 객체 인식 모델을 통해 작업자들이 인식될 경우, 상기 인식된 작업자들에 대해서 자세 추정(Pose Estimation) 모델(즉, 자세 추정 딥러닝 모델)을 적용하여, 각 작업자들의 자세에 대응하는 주요 신체부위나 관절 위치(예 : 17개)를 산출한다(S106).Additionally, when workers are recognized through the object recognition model, the
예컨대 상기 인식된 작업자들에 대해 수행하는 자세 추정 모델은 작업자가 침입(진입) 금지 영역에 침입(진입)하는지에 대한 세밀한 검사와 작업자 동작 예측을 가능하게 해주는 핵심 기능으로서, 상기 자세 추정을 통해 작업자의 복수(예 : 17개)의 주요 신체부위나 관절(코:Nose, 왼쪽 눈:L-Eye, 오른쪽 눈:R-Eye, 왼쪽 귀:L-Ear, 오른쪽 귀:R-Ear, 왼쪽 어깨:L-Shoulder, 오른쪽 어깨:R-Shoulder, 왼쪽 팔꿈치:L-Elbow, 오른쪽 팔꿈치:R-Elbow, 왼쪽 손목:L-Wrist, 오른쪽 손목:R-Wrist, 왼쪽 엉덩이:L-Hip, 오른쪽 엉덩이:R-Hip, 왼쪽 무릎:L-Knee, 오른쪽 무릎:R-knee, 왼쪽 손목:L-Ankle, 오른쪽 손목:R-Ankle) 위치를 추정한다. 이 때 각 신체부위나 관절에 대한 정확한 좌표추정은 작업자의 영역 침입을 보다 세밀하게 감지할 수 있으며, 또한 특정 부위에 대한 인식도 가능하게 한다. 본 실시 예에서 상기 자세 추정 모델은 HRNET(Deep High Resolution Network)이며, 휴먼 포즈 에스티메이션(Human Pose Estimation) 분야에서 SOTA(State of the art)를 달성한 모델을 포함한다. 도 3을 참조하면, 각 작업자로 인식된 영역(Bounding Box)들을 크롭(crop)하여 256 x 192 사이즈로 리사이즈(resize) 한 뒤 자세 추정 모델을 적용함으로써, 높은 정확도와 빠른 수행 시간을 확보한다.For example, the posture estimation model performed on the recognized workers is a core function that enables detailed inspection of whether the worker is intruding (entering) into a prohibited area and prediction of the worker's motion. Multiple (e.g. 17) major body parts or joints (nose, left eye: L-Eye, right eye: R-Eye, left ear: L-Ear, right ear: R-Ear, left shoulder: L-Shoulder, Right Shoulder:R-Shoulder, Left Elbow:L-Elbow, Right Elbow:R-Elbow, Left Wrist:L-Wrist, Right Wrist:R-Wrist, Left Hip:L-Hip, Right Hip:R -Hip, left knee: L-Knee, right knee: R-knee, left wrist: L-Ankle, right wrist: R-Ankle) location is estimated. At this time, accurate coordinate estimation of each body part or joint can detect the worker's intrusion into the area in more detail and also enables recognition of specific parts. In this embodiment, the pose estimation model is HRNET (Deep High Resolution Network) and includes a model that has achieved SOTA (State of the Art) in the field of Human Pose Estimation. Referring to Figure 3, the areas recognized as each worker (Bounding Box) are cropped, resized to 256 x 192, and a posture estimation model is applied to ensure high accuracy and fast execution time.
또한 상기 프로세서(120)는 상기 자세 추정을 수행�� 결과를 바탕으로, 작업자의 침입(진입) 금지 영역(예 : 설비나 로봇이 움직이고 있는 영역) 안으로의 작업자의 침입(진입)이 감지될 경우(S107의 예), 안전사고 발생을 방지하기 위하여, 해당 영역 내에서 동작중인 설비나 로봇의 동작을 정지시킨다(S108).In addition, based on the result of performing the posture estimation, the
예컨대 작업자별로 산출된 복수(예 : 17개)의 주요 신체부위나 관절 위치 좌표는 기존 방식 대비 정밀한 침입감지를 가능하게 할 뿐만 아니라, 이를 활용하여 작업자의 현재 동작이 무엇인지 분류하는 것도 가능하다. For example, the location coordinates of multiple (e.g. 17) major body parts or joints calculated for each worker not only enable more precise intrusion detection compared to existing methods, but can also be used to classify the worker's current movement.
참고로 본 실시 예는 동작 분류 모델로서, FCL(Fully-connected Layers)을 활용하여 각 작업자의 동작을 분석하여, 산업 현장별로 흔히 취할 수 있는 복수(예 : 10개)의 주요 동작(예 : 서기(standing up), 앉기(sitting down), 걷기(walking), 달리기(running), 점프(jumping), 눕기(lying down), 구부리기(bending/picking), 짐 나르기(Carrying loads), 도착(reaching up), 넘어짐(falling down))으로 분류한다. 상기 동작들 중 눕기(lying down)와 넘어짐(falling down) 동작의 경우는 작업자가 쓰러지는 경우로 위험 동작으로 분류된다.For reference, this embodiment is a motion classification model that analyzes the motions of each worker using FCL (Fully-connected Layers) to identify multiple (e.g. 10) main motions (e.g., standing) that can be commonly taken in each industrial site. (standing up, sitting down, walking, running, jumping, lying down, bending/picking, carrying loads, reaching up) ), falling down). Among the above movements, lying down and falling down are classified as dangerous movements because they cause the worker to fall.
또한 상기 프로세서(120)는 상기 인식된 작업자들에 대해서 동작 분류 모델을 적용하여(예 : 작업자들의 주요 신체부위나 관절 위치들에 FCL(Fully Connected Layer) 모델을 적용하여) 작업자들의 동작을 추정한다(S109).Additionally, the
상기 작업자들의 동작을 추정한 결과, 작업자들의 위험 동작(위험 행동)이 감지될 경우(S110의 예), 알람 모듈(140)을 통해 상황에 맞는 대응 알람을 출력한다(S111)(도 4 참조).As a result of estimating the workers' movements, if the workers' dangerous behavior is detected (example in S110), a response alarm appropriate for the situation is output through the alarm module 140 (S111) (see FIG. 4) .
상기와 같이 본 실시 예는 3가지 딥러닝 알고리즘(예 : 객체 인식 모델, 자세 추정 모델, 동작 분류 모델)을 통해 인식된 결과들을 종합하여, 각 상황에 맞게 대응할 수 있도록 한다. 가령, 인식된 상황을 작업자들과 관리자에게 알리고 빠른 대응 조치를 수행할 수 있도록 한다. As described above, this embodiment synthesizes the results recognized through three deep learning algorithms (e.g., object recognition model, posture estimation model, and motion classification model) to respond appropriately to each situation. For example, it notifies workers and managers of recognized situations and allows them to take quick response actions.
이 때 각 위험 상황에 대한 판단 기준과 대응 조치는 산업 현장에 맞춰 구성하며, 특히 설비 알람 발생(예 : 작업자의 위험 동작이 적용될 수 있는 설비에서 알람을 출력하여 작업자의 위험 동작을 정지시킴), 로봇 및/또는 설비 정지(예 : 작업자의 진입을 정지시킬 수 없을 경우에 로봇 및/또는 설비를 정지시킴), 중대 알람 발생 등의 3가지 대응 조치를 포함한다. 여기서 설비 알람과 로봇 정지 동작은 각 상황이 발생한 구역에 해당하는 지역적인 대처에 해당하며, 중대 알람 동작은 화재 등의 공장 전체에 대한 전역적인 대처에 해당한다.At this time, the judgment criteria and response measures for each dangerous situation are configured according to the industrial site, especially the generation of equipment alarms (e.g., outputting an alarm in equipment where the worker's dangerous behavior can be applied to stop the worker's dangerous behavior). It includes three response actions: stopping the robot and/or equipment (e.g., stopping the robot and/or equipment when the operator's entry cannot be stopped), and generating a critical alarm. Here, facility alarms and robot stop actions correspond to local responses corresponding to the area where each situation occurs, and critical alarm actions correspond to global responses to the entire factory, such as fire.
상기와 같이 본 실시 예는 카메라 모듈(110)을 통해 수집되는 영상 데이터(예 : 동영상)를 실시간으로 전달받고, 상기 전달받은 영상 데이터(예 : 동영상)에 대해 객체 인식(Object Detection)을 수행하여 미리 지정된 객체(예 : 작업자, 화재, 섬광, 연기 등)를 검출(인식)하며, 상기 검출(인식)된 작업자들에 대해서는 자세 추정(Pose Estimation)을 통해 작업자들의 주요 신체부위나 관절 위치(예 : 17개)를 산출하고, 상기 산출한 주요 신체부위나 관절 위치를 통해 작업자의 동작을 검출(인식)하며, 상기 검출(인식)된 결과들을 종합적으로 판단하여, 산업 현장의 상황에 맞는 대응 동작(예 : 알람, 로봇 정지 등)을 수행한다.As described above, this embodiment receives image data (e.g., video) collected through the
상기와 같이 본 실시 예는 영상 데이터 분석을 통해 위험 지역으로의 작업자 진입이��� 화재 등을 감지하며, 센서를 설치하거나 설치할 필요 없이, 영상 데이터의 분석을 통해 판단한 산업 현장의 상황에 따라 적절한 대응 조치를 실시할 수 있도록 하는 효과가 있다.As described above, this embodiment detects worker entry into a hazardous area or fire through video data analysis, and takes appropriate response measures according to the situation at the industrial site determined through analysis of video data without the need to install or install sensors. It has the effect of enabling it to be implemented.
또한 본 실시 예는 산업 현장에서 안전 확보를 위해 설치 및/또는 유지관리 해야 하는 센서의 갯수를 감소시킬 수 있으며, 단순한 기능으로 인식에 한계가 있는 센서와 달리 보다 정확하고 세밀한 안전 진단이 가능하며, 산업 현장의 특수성으로 인해 센서를 설치할 수 없는 영역에도 카메라를 이용해 안전 관리를 수행할 수 있도록 하는 효과가 있다.Additionally, this embodiment can reduce the number of sensors that need to be installed and/or maintained to ensure safety in industrial sites, and, unlike sensors that have limitations in recognition due to simple functions, more accurate and detailed safety diagnosis is possible. This has the effect of allowing safety management to be performed using cameras even in areas where sensors cannot be installed due to the special characteristics of industrial sites.
이상으로 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다. 또한 본 명세서에서 설명된 구현은, 예컨대, 방법 또는 프로세스, 장치, 소프트웨어 프로그램, 데이터 스트림 또는 신호로 구현될 수 있다. 단일 형태의 구현의 맥락에서만 논의(예컨대, 방법으로서만 논의)되었더라도, 논의된 특징의 구현은 또한 다른 형태(예컨대, 장치 또는 프로그램)로도 구현될 수 있다. 장치는 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 등으로 구현될 수 있다. 방법은, 예컨대, 컴퓨터, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 프로그래밍 가능한 로직 디바이스 등을 포함하는 프로세싱 디바이스를 일반적으로 지칭하는 프로세서 등과 같은 장치에서 구현될 수 있다. 프로세서는 또한 최종-사용자 사이에 정보의 통신을 용이하게 하는 컴퓨터, 셀 폰, 휴대용/개인용 정보 단말기(personal digital assistant: "PDA") 및 다른 디바이스 등과 같은 통신 디바이스를 포함한다.As described above, the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but these are merely illustrative, and various modifications and equivalent embodiments can be made by those skilled in the art. You will understand the point. Therefore, the scope of technical protection of the present invention should be determined by the scope of the patent claims below. Implementations described herein may also be implemented as, for example, a method or process, device, software program, data stream, or signal. Although discussed only in the context of a single form of implementation (eg, only as a method), implementations of the features discussed may also be implemented in other forms (eg, devices or programs). The device may be implemented with appropriate hardware, software, firmware, etc. The method may be implemented in a device such as a processor, which generally refers to a processing device that includes a computer, microprocessor, integrated circuit, or programmable logic device. Processors also include communication devices such as computers, cell phones, portable/personal digital assistants (“PDAs”) and other devices that facilitate communication of information between end-users.
110 : 카메라 모듈
120 : 프로세서
130 : 데이터베이스
140 : 알람 모듈110: camera module
120: processor
130: database
140: Alarm module
Claims (18)
상기 카메라 모듈에서 촬영된 영상 데이터를 실시간으로 수신하여 분석하고, 상기 분석한 산업 현장의 상황에 맞는 대응 동작을 수행하는 프로세서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 딥러닝 기반 안전 관리 시스템.
A camera module that captures images of the area to be monitored in an industrial site; and
A deep learning-based safety management system comprising a processor that receives and analyzes video data captured by the camera module in real time and performs response actions appropriate for the analyzed industrial site situation.
단계적 딥러닝(Cascaded Deep Learning) 기반으로 상기 영상 데이터를 분석하기 위한 학습을 미리 수행하는 것을 특징으로 하는 딥러닝 기반 안전 관리 시스템.
The method of claim 1, wherein the processor:
A deep learning-based safety management system characterized by performing learning in advance to analyze the image data based on cascaded deep learning.
상기 영상 데이터, 객체 인식 모델, 작업자의 자세 추정 모델, 작업자의 동작 분류 모델, 사고별 대응 알람 또는 대응 조치 데이터, 및 감지 동작별 대응 알람 또는 대응 조치 데이터 중 적어도 하나 이상을 저장하는 데이터베이스;를 더 포함하고,
상기 프로세서는,
상기 데이터베이스에 저장된 정보를 참조하여 상기 영상 데이터의 분석을 수행하는 것을 특징으로 하는 딥러닝 기반 안전 관리 시스템.
According to clause 1,
A database that stores at least one of the image data, an object recognition model, a worker's posture estimation model, a worker's motion classification model, response alarm or response action data for each incident, and response alarm or response action data for each detected action; Contains,
The processor,
A deep learning-based safety management system, characterized in that analysis of the image data is performed with reference to information stored in the database.
상기 영상 데이터의 분석 결과를 바탕으로 대응 알람 또는 대응 조치 명령을 대상 장치에 출력하는 것을 특징으로 하는 딥러닝 기반 안전 관리 시스템.
The method of claim 1, wherein the processor:
A deep learning-based safety management system that outputs a response alarm or response action command to the target device based on the analysis results of the video data.
상기 프로세서의 제어에 따라, 사고 발생이나 감지 동작별 대응 알람을 출력하는 알람 모듈;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 딥러닝 기반 안전 관리 시스템.
According to clause 1,
A deep learning-based safety management system further comprising an alarm module that outputs a response alarm for each accident or detection operation under the control of the processor.
RTSP(Real Time Streaming Protocol) 방식으로 실시간 영상 데이터인 동영상을 프레임 단위로 상기 프로세서에 입력하는 것을 특징으로 하는 딥러닝 기반 안전 관리 시스템.
The method of claim 1, wherein the camera module:
A deep learning-based safety management system characterized by inputting video, which is real-time video data, into the processor in frame units using RTSP (Real Time Streaming Protocol).
상기 영상 데이터에 대해 객체 인식 모델을 적용하여 작업자 또는 지정된 사고 발생을 검출하여 대응 알람을 출력하며,
상기 지정된 사고는,
화재, 섬광, 및 연기 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 딥러닝 기반 안전 관리 시스템.
The method of claim 1, wherein the processor:
An object recognition model is applied to the image data to detect the occurrence of a worker or a designated accident and output a response alarm,
The accidents specified above are:
A deep learning-based safety management system comprising at least one of fire, flash, and smoke.
객체 인식 모델을 통해 작업자들이 인식될 경우,
상기 인식된 작업자들에 대해서 자세 추정 모델을 적용하여, 각 작업자들의 자세에 대응하는 주요 신체부위나 관절 위치를 산출하는 것을 특징으로 하는 딥러닝 기반 안전 관리 시스템.
The method of claim 1, wherein the processor:
When workers are recognized through an object recognition model,
A deep learning-based safety management system that applies a posture estimation model to the recognized workers and calculates the positions of major body parts or joints corresponding to the posture of each worker.
자세 추정을 수행한 결과를 바탕으로, 설비나 로봇이 동작하고 있는 영역 안으로 작업자의 침입이 감지될 경우,
안전사고 발생을 방지하기 위하여, 상기 동작중인 설비나 로봇의 동작을 정지시키는 것을 특징으로 하는 딥러닝 기반 안전 관리 시스템.
The method of claim 1, wherein the processor:
Based on the results of posture estimation, if a worker's intrusion is detected into the area where the equipment or robot is operating,
A deep learning-based safety management system characterized by stopping the operation of the operating equipment or robot in order to prevent safety accidents.
인식된 작업자들에 대해서 동작 분류 모델을 적용하여 작업자들의 동작을 추정하고, 상기 작업자들의 동작을 추정한 결과, 작업자들의 위험 동작이 감지될 경우, 알람 모듈을 통해 대응 알람을 출력하되,
산업 현장별로 흔히 취할 수 있는 복수의 주요 동작으로 분류하고, 상기 복수의 주요 동작들 중 눕기 동작과 넘어짐 동작을 위험 동작으로서 감지하는 것을 특징으로 하는 딥러닝 기반 안전 관리 시스템.
The method of claim 1, wherein the processor:
A motion classification model is applied to the recognized workers to estimate the workers' motions, and when dangerous motions of the workers are detected as a result of estimating the workers' motions, a corresponding alarm is output through the alarm module,
A deep learning-based safety management system that classifies a plurality of main actions that can be commonly taken at each industrial site and detects lying down and falling among the plurality of main actions as dangerous actions.
프로세서가 상기 카메라 모듈에서 촬영된 영상 데이터를 실시간으로 수신하여 분석하고, 상기 분석한 산업 현장의 상황에 맞는 대응 동작을 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 딥러닝 기반 안전 관리 방법.
A step of capturing images of an area to be monitored at an industrial site through a camera module and inputting the images to a processor; and
A deep learning-based safety management method comprising: receiving and analyzing video data captured by the camera module in real time by a processor, and performing response actions appropriate for the analyzed situation at an industrial site.
데이터베이스를 통해 상기 영상 데이터, 객체 인식 모델, 작업자의 자세 추정 모델, 작업자의 동작 분류 모델, 사고별 대응 알람 또는 대응 조치 데이터, 및 감지 동작별 대응 알람 또는 대응 조치 데이터 중 적어도 하나 이상을 저장하는 단계;를 더 포함하고,
상기 프로세서가,
상기 데이터베이스에 저장된 정보를 참조하여 상기 영상 데이터의 분석을 수행하는 것을 특징으로 하는 딥러닝 기반 안전 관리 방법.
According to clause 11,
Storing at least one of the image data, object recognition model, worker's posture estimation model, worker's motion classification model, response alarm or response action data for each incident, and response alarm or response action data for each detected motion through a database. further includes ;,
The processor,
A deep learning-based safety management method, characterized in that analysis of the image data is performed with reference to information stored in the database.
상기 프로세서는,
상기 영상 데이터의 분석 결과를 바탕으로 대응 알람 또는 대응 조치 명령을 대상 장치에 출력하는 것을 특징으로 하는 딥러닝 기반 안전 관리 방법.
The method of claim 11, wherein in the step of performing a response operation appropriate to the analyzed situation of the industrial site,
The processor,
A deep learning-based safety management method characterized by outputting a response alarm or response action command to the target device based on the analysis results of the video data.
상기 카메라 모듈은,
RTSP(Real Time Streaming Protocol) 방식으로 실시간 영상 데이터인 동영상을 프레임 단위로 상기 프로세서에 입력하는 것을 특징으로 하는 딥러닝 기반 안전 관리 방법.
The method of claim 11, wherein in the step of capturing the image and inputting it to the processor,
The camera module is,
A deep learning-based safety management method characterized by inputting video, which is real-time video data, into the processor in frame units using RTSP (Real Time Streaming Protocol).
상기 분석한 산업 현장의 상황에 맞는 대응 동작을 수행하는 단계에서,
상기 프로세서는,
상기 영상 데이터에 대해 객체 인식 모델을 적용하여 작업자 또는 지정된 사고 발생을 검출하여 대응 알람을 출력하며,
상기 지정된 사고는,
화재, 섬광, 및 연기 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 딥러닝 기반 안전 관리 방법.
According to claim 11,
In the step of performing response actions appropriate to the situation of the industrial site analyzed above,
The processor,
An object recognition model is applied to the image data to detect the occurrence of a worker or a designated accident and output a response alarm,
The accidents specified above are:
A deep learning-based safety management method comprising at least one of fire, flash, and smoke.
상기 분석한 산업 현장의 상황에 맞는 대응 동작을 수행하는 단계에서,
상기 프로세서는,
객체 인식 모델을 통해 작업자들이 인식될 경우,
상기 인식된 작업자들에 대해서 자세 추정 모델을 적용하여, 각 작업자들의 자세에 대응하는 주요 신체부위나 관절 위치를 산출하는 것을 특징으로 하는 딥러닝 기반 안전 관리 방법.
According to clause 11,
In the step of performing response actions appropriate to the situation of the industrial site analyzed above,
The processor,
When workers are recognized through an object recognition model,
A deep learning-based safety management method characterized by applying a posture estimation model to the recognized workers and calculating the positions of major body parts or joints corresponding to the posture of each worker.
상기 분석한 산업 현장의 상황에 맞는 대응 동작을 수행하는 단계에서,
상기 프로세서는,
자세 추정을 수행한 결과를 바탕으로, 설비나 로봇이 동작하고 있는 영역 안으로 작업자의 침입이 감지될 경우,
안전사고 발생을 방지하기 위하여, 상기 동작중인 설비나 로봇의 동작을 정지시키는 것을 특징으로 하는 딥러닝 기반 안전 관리 방법.
According to claim 11,
In the step of performing response actions appropriate to the situation of the industrial site analyzed above,
The processor,
Based on the results of posture estimation, if a worker's intrusion is detected into the area where the equipment or robot is operating,
A deep learning-based safety management method characterized by stopping the operation of the operating equipment or robot in order to prevent safety accidents.
상기 분석한 산업 현장의 상황에 맞는 대응 동작을 수행하는 단계에서,
상기 프로세서는,
인식된 작업자들에 대해서 동작 분류 모델을 적용하여 작업자들의 동작을 추정하고, 상기 작업자들의 동작을 추정한 결과, 작업자들의 위험 동작이 감지될 경우, 알람 모듈을 통해 대응 알람을 출력하되,
산업 현장별로 흔히 취할 수 있는 복수의 주요 동작으로 분류하고, 상기 복수의 주요 동작들 중 눕기 동작과 넘어짐 동작을 위험 동작으로서 감지하는 것을 특징으로 하는 딥러닝 기반 안전 관리 방법.According to clause 11,
In the step of performing response actions appropriate to the situation of the industrial site analyzed above,
The processor,
A motion classification model is applied to the recognized workers to estimate the workers' motions, and when dangerous motions of the workers are detected as a result of estimating the workers' motions, a corresponding alarm is output through the alarm module,
A deep learning-based safety management method characterized by classifying a plurality of main actions that can be commonly taken at each industrial site, and detecting lying down and falling among the plurality of main actions as dangerous actions.
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