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STEP 18. 이미지 보정 캘리브레이션

17단계: 이미지 보정 캘리브레이션

광각 카메라 렌즈는 강한 배럴 왜곡을 발생시킵니다. 카메라는 기계적으로 고정되어 있으므로 카메라별로 하나의 캘리브레이션 이미지를 사용하여 이 왜곡을 보정할 수 있습니다. 소프트웨어는 캡처한 모든 페이지에 적용되는 영구 리매핑 파일을 생성합니다.

전체 절차는 다음 문서에 설명되어 있습니다:

1. ChArUco 보드
2. 평면 ChArUco 리맵
3. 카메라 테스트 서버

캘리브레이션 보드 준비

저장소에는 인쇄 가능한 ChArUco 캘리브레이션 보드가 이미 포함되어 있습니다:

이 파일을 100% 배율로 인쇄하십시오. “페이지에 맞추기” 또는 자동 배율 조정과 같은 옵션은 비활성화하십시오.

계속하기 전에 인쇄된 치수를 확인하십시오:

1. 전체 보드: 160 × 240 mm
2. 개별 사각형: 20 × 20 mm

인쇄물을 평평하고 단단한 표면에 부착하십시오. 캘리브레이션 중에는 보드가 가능한 한 평평한 상태를 유지해야 합니다.

참조 파일을 다시 생성해야 하는 경우 다음을 사용하십시오:

캘리브레이션 도구에는 OpenCV contrib 패키지가 필요합니다:

캘리브레이션 이미지 캡처

책 페이지와 같은 위치에 캘리브레이션 보드를 스캐너 위에 평평하게 놓으십시오. 전체 패턴이 카메라에 보여야 합니다.

카메라에 접근하기 전에 일반 ABR 서비스를 중지하십시오:

적절한 LED 채널을 수동으로 켜십시오:

최대 센서 해상도로 카메라 테스트 서버를 시작하십시오. --width 또는 --height를 지정하지 마십시오. 센서 이미지의 일부가 제외될 수 있습니다.

카메라 0의 경우:

브라우저에서 라이브 이미지를 여십시오:

보드가 평평하고 조명이 충분하며 필요한 페이지 영역 전체에 보이는지 확인하십시오. 그런 다음 다른 컴퓨터에서 전체 해상도 스냅샷을 저장하십시오:

Ctrl+C로 서버를 중지하고 조명을 끄십시오:

다른 유리 패널과 LED 채널을 사용하여 카메라 1에 대해 절차를 반복하십시오:

여십시오:

두 번째 캘리브레이션 이미지를 저장하십시오:

그런 다음 서버를 중지하고 LED를 끄십시오:

보정 맵 생성

카메라 0용 캘리브레이션 프로그램을 실행하십시오:

카메라 1에 대해서도 이 과정을 반복하십시오:

각 카메라에 대해 프로그램은 다음을 포함한 여러 파일을 생성합니다:

검출 결과 및 보정된 미리보기 이미지를 확인하십시오. 체커보드 선은 곧게 보여야 하며, 보드는 눈에 띄는 불연속 없이 깔끔한 직사각형 형태로 변환되어야 합니다.

다른 컴퓨터에서 캘리브레이션을 수행한 경우 결과로 생성된 cam0_planar.npz 및 cam1_planar.npz 파일을 Raspberry Pi의 동일한 calibration/out/ 디렉터리로 복사하십시오.

두 .npz 파일은 각 카메라와 카메라의 정확한 기계적 위치에 따라 달라집니다. 초점, 카메라 각도, 카메라 높이 또는 카메라 모듈을 변경할 때마다 캘리브레이션을 반복하십시오.

마지막으로 ABR 서비스를 다시 시작하십시오:

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STEP 19. PN5180 안테나 조정

각 외부 NFC 안테나의 공진을 조정하여 가능한 한 최상의 판독 거리를 확보해야 합니다. 두 리더에 대해 이 절차를 각각 수행하십시오.

Raspberry Pi는 Raspberry Pi Pico를 통해 PN5180 게이트웨이와 통신합니다. 다음 명령은 두 리더의 상태를 요청하고 감지된 ISO 14443A 및 ISO 15693 태그를 보고합니다:

게이트웨이 출력에는 각 PN5180에 대해 별도의 READER 행이 포함됩니다. 프로토콜별 필드는 ISO 14443A 또는 ISO 15693 태그가 감지되었는지를 나타내고 UID를 표시합니다.

게이트웨이 명령과 상태 출력에 대한 자세한 내용은 다음에서 확인할 수 있습니다: PN5180 Pico Gateway documentation.

리더 준비

수동 테스트를 수행하는 동안 일반 ABR 서비스가 게이트웨이에 접근하지 않도록 서비스를 중지하십시오:

NFC 리더 어셈블리 위의 내부 커버를 제거하여 릴레이 보드의 안테나 튜닝 커패시터에 접근합니다.

초기 테스트에서는 C1 위치에 18 pF 커패시터를 장착하고 C2는 장착하지 않은 상태로 둡니다. C1과 C2는 병렬로 연결되므로 전체 튜닝 커패시턴스는 두 값의 합입니다.

장치가 꺼져 있고 전원 공급 장치에서 분리된 상태에서만 커패시터를 납땜하거나 교체하십시오.

초기 판독 거리 확인

튜닝 절차에는 ISO 14443A 태그 를 사용합니다. 테스트할 안테나로 둘러싸인 유리 패널 중앙에 태그를 대십시오. 태그는 유리와 평행하게 유지합니다.

장치의 전원을 켜고 게이트웨이 상태를 요청합니다. 두 리더를 테스트하려면 다음을 사용합니다:

태그를 유리 바로 위에 놓으면 감지되어야 합니다.

이제 태그를 유리 표면에 수직인 방향으로 유리 중앙에서 멀어지게 이동합니다. 측정하는 동안 태그는 유리와 평행하게 유지합니다.

거리를 약 1 cm씩 늘리고 각 단계 후에 리더 상태를 요청합니다. 태그가 더 이상 감지되지 않을 때까지 계속합니다. 감지가 여전히 안정적이었던 최대 거리를 기록합니다.

튜닝 커패시턴스 조정

부품을 변경하기 전에 장치를 끄고 전원에서 분리합니다.

C2 위치에 커패시터를 추가합니다. C1과 C2는 병렬로 연결되어 있으므로 초기 18 pF에 2 pF를 추가하면 전체 커패시턴스는 약 20 pF가 됩니다.

장치의 전원을 다시 켜고 전체 거리 테스트를 반복합니다. 이 커패시턴스에서의 최대 안정 판독 거리를 기록합니다.

약 2 pF씩 증가시키며 추가 C2 값에 대한 테스트를 계속합니다.

가장 긴 안정 판독 거리를 제공하는 커패시턴스를 선택합니다. 안테나를 적절히 튜닝했을 때 ISO 14443A 판독 거리는 약 8 cm였습니다.

ISO 15693 태그는 일반적으로 훨씬 더 긴 거리를 제공합니다. 태그와 안테나의 정렬 상태에 따라 15~20 cm를 초과하는 거리에서도 감지될 수 있습니다.

두 번째 리더에도 이 절차를 반복합니다. 두 안테나의 튜닝이 완료되면 내부 NFC 커버를 다시 설치하고 ABR 서비스를 재시작합니다:

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STEP 20. 전체 시스템 테스트

카메라 보정과 NFC 안테나 튜닝을 완료한 후 인클로저를 영구적으로 닫을 수 있습니다.

유리 패널의 양면을 조심스럽게 청소하고 스캐너 내부의 먼지를 제거합니다. 모든 케이블과 안테나 와이어가 올바르게 배선되어 있으며 외부 인클로저 부품에 끼이지 않는지 다시 한 번 확인합니다.

목재 색상의 front2 및 back2 부품을 설치하고 적절한 나사로 고정합니다. 이 외부 부품은 유리 패널의 가장자리와 겹쳐 패널이 빠지지 않도록 합니다. 이제 기계적 조립이 완료되었습니다.

판독 테스트 수행

ABR 서비스가 실행 중인지 확인합니다. 재시작 후에는 서비스가 실행 중이어야 합니다. 다음과 같이 상태를 테스트할 수 있습니다:

NFC 태그가 부착된 책을 스캐너 위에 놓고 시작 버튼을 누릅니다.

이미지 캡처, OCR 및 오디오 준비 중에는 장치에서 주기적인 하트비트 차임이 재생됩니다. 이는 명령이 수락되었고 처리가 계속 진행 중임을 확인해 줍니다.

처리가 완료되면 장치가 내장 스피커를 통해 인식된 텍스트를 읽기 시작합니다.

다음 사항을 확인합니다:

1. 두 페이지가 모두 올바른 순서로 캡처되고 읽힙니다.
2. 음성으로 읽히는 텍스트가 인쇄된 페이지의 내용과 일치합니다.
3. 볼륨 조절이 올바르게 작동합니다.
4. 시작 버튼을 다시 누르면 재생이 중지됩니다.
5. 충분한 페이지가 스캔되면 두 요약 버튼이 모두 예상한 음성 요약을 제공합니다.

장치가 예상대로 작동하지 않으면 서비스 상태와 최근 로그 메시지를 확인합니다:

이 테스트가 성공적으로 완료되면 Accessible Book Reader를 정상적으로 사용할 수 있습니다.

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STEP 21. Accessible Book Reader 사용

Accessible Book Reader는 몇 가지 촉각식 조작부만 사용하여 작동합니다.

1. 양면 펼침 페이지 읽기: 펼친 책을 스캐너 위에 놓고 Start 버튼을 누릅니다. 장치가 두 페이지를 모두 캡처하고 처리 후 읽기 시작합니다. 재생을 중지하려면 Start 버튼을 다시 누릅니다.
2. 책 식별: 책의 표지 안쪽에는 NFC 태그가 부착되어 있어야 합니다. ISO 14443A 및 ISO 15693 태그를 모두 지원하지만, 더 긴 판독 거리와 높은 신뢰성 때문에 ISO 15693 태그를 권장합니다.
3. 볼륨 조절: 오디오가 재생되는 동안 EC11 로터리 컨트롤을 돌립니다.
4. 지금까지의 이야기 – 요약 1: 지금까지 스캔한 책 내용을 시간순으로 요약하려면 Summary 1을 누릅니다. 완료된 각 섹션의 요약이 결합되고 압축되어 음성 개요로 제공됩니다.
5. 최근 페이지 – 요약 2: 요약 2를 누르면 책에서 가장 최근에 읽은 부분이 요약됩니다. 장치는 가장 최근에 완료된 섹션과, 해당 섹션 이후 스캔된 페이지가 있는 경우 그 페이지들을 사용합니다. 첫 번째 섹션이 완료되기 전에는 사용 가능한 텍스트로 임시 요약을 생성할 수 있습니다.
6. 책에 저장된 모든 데이터 삭제: 태그가 부착된 책을 스캐너에 놓고 Start, Summary 1 및 Summary 2 버튼을 동시에 누릅니다. 음성 안내를 따릅니다. EC11 볼륨 노브를 눌러 삭제를 확인하거나, 기능 버튼 중 하나를 눌러 취소합니다.

책을 삭제하면 스캔된 페이지, 읽기 기록 및 요약이 제거됩니다. 이는 책을 처음부터 다시 스캔하고 새롭고 일관된 페이지 순서로 요약 데이터를 다시 구축하려는 경우에 유용합니다.

클라우드 서비스 비용

Accessible Book Reader는 두 가지 유료 클라우드 서비스를 사용합니다. 음성 오디오 생성에는 Google Cloud Text-to-Speech를, 요약 생성에는 Google Gemini를 사용합니다.

Google Cloud TTS의 표준 음성은 문자 100만 자당 USD 4의 비용이 듭니다. 책의 한 페이지당 평균 약 2,500자라고 가정하면, 이는 무료 제공량을 사용한 후 페이지당 약 USD 0.01 에 해당합니다.

매월 첫 400만 자는 무료이며, 이는 약 월 1,600페이지에 해당합니다. 따라서 대부분의 개인 사용자는 월간 무료 제공량을 초과할 가능성이 낮습니다. 요약 및 기타 생성 음성에 사용되는 텍스트도 문자 수에 포함됩니다. 그럼에도 Google Cloud 프로젝트에서 결제를 활성화해야 합니다. 자세한 내용은 최신 Google Cloud Text-to-Speech 가격 정보 를 참조하세요.

Gemini 사용량은 선택한 모델과 처리된 입력 및 출력 토큰 수에 따라 별도로 청구됩니다. 비용은 스캔된 텍스트의 양과 요약 요청 빈도에 따라 달라지므로 페이지당 고정 비용으로 나타낼 수 없습니다. 서비스를 설정하기 전에 최신 Vertex AI 가격 정보 를 확인하세요.

클라우드 가격과 무료 제공량은 시간이 지나면서 변경될 수 있습니다.

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STEP 22. 결론 및 향후 개선 사항

이 프로젝트의 목표는 시각장애인 또는 시력이 약한 사람이 독립적으로 조작할 수 있는 신뢰성 높은 독서 장치를 만드는 것이었습니다. Accessible Book Reader는 간단한 촉각 인터페이스, 자동 책 식별, 이미지 캡처부터 음성 오디오 생성까지 대부분 자동화된 프로세스를 통해 이 목표를 달성합니다.

이 장치는 안정적으로 작동하며, 정상적인 조건에서 OCR 시스템은 비교적 적은 인식 오류를 냅니다. 따라서 간단한 조작, 신뢰할 수 있는 페이지 인식, 우수한 음성 출력이라는 핵심 개발 목표를 달성했습니다.

아직 개선의 여지는 있습니다. 현재는 Start 버튼을 누른 후 오디오 재생이 시작될 때까지 약 25초 가 걸립니다. 하트비트 차임이 처리가 아직 진행 중임을 알려 주므로 실제 사용에서는 특히 문제가 되지 않습니다. 그럼에도 이 지연 시간을 줄이면 사용자 경험이 향상될 것입니다. 현재 가장 큰 제약은 이미지 준비 및 OCR 처리 중 Raspberry Pi 5의 처리 성능입니다.

Google Cloud TTS 백엔드는 선택한 표준 음성을 사용해 명확하고 자연스러운 음성을 제공합니다. 테스트 결과, 음질은 평가한 오프라인 TTS 솔루션보다 눈에 띄게 우수했습니다. 현재는 더 자연스러운 클라우드 음성도 제공되지만, 운영 비용이 상당히 높아 이 애플리케이션에서 사용하기에는 정당화하기 어렵습니다. 따라서 ABR은 계속해서 비용 효율적인 표준 음성을 사용합니다.

오픈 소스 및 오픈 하드웨어

Accessible Book Reader는 오픈 소스 및 오픈 하드웨어 프로젝트입니다. 제 목표는 인쇄된 책에 더 쉽게 접근할 수 있도록 하고, 이 작업을 통해 시각장애인과 시력이 낮은 사람들의 일상생활을 개선하는 데 기여하는 것입니다.

누구나 설계를 살펴보고, 장치를 제작하며, 개선 사항을 기여할 수 있습니다. 모든 소프트웨어, 펌웨어, 전자 회로, 기계 설계 파일 및 문서는 GitHub 저장소에서 제공됩니다.

프로젝트를 복제, 수정 또는 배포하기 전에 저장소의 라이선스 정보를 검토해 주세요. 공개 라이선스는 상업적 이용을 허용하지만, 배포되는 파생물에는 카피레프트 의무가 적용됩니다. 또한 별도의 상업용 라이선스 계약과 향후 개발 협력에 대해서도 논의할 의향이 있습니다.

이 프로젝트가 유용한 장치를 제공하는 동시에, 접근 가능한 독서 기술을 더욱 발전시키기 위한 실용적인 기반이 되기를 바랍니다.