WO2015199479A1 - 이동체의 자세 인식 장치 및 위치기반 부가 서비스 제공 시스템 - Google Patents

이동체의 자세 인식 장치 및 위치기반 부가 서비스 제공 시스템 Download PDF

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WO2015199479A1
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moving object
illuminometer
posture
transmission axis
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PCT/KR2015/006528
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장혁
전현기
최영재
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장혁
전현기
최영재
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    • G01S2205/02—Indoor

Definitions

  • LBS Location Based Service
  • the existing location-based services are mainly related to the outdoor localization system, such as positioning technology using GPS and mobile communication network, and positioning technology based on pattern matching algorithm of WLAN signal pattern.
  • the present invention can accurately grasp the posture (for example, the direction of attention) of the moving object by using the polarized light characteristics, and the posture recognition device of the mobile body capable of providing a location-based service based on the determined posture of the moving object And to provide a location-based additional service providing system.
  • the first polarizing unit and the second polarizing unit which are installed to have a transmission axis difference value between each other, and receives the light emitted from the polarized light source spaced apart from the upper position, respectively; Polarizer; A first illuminometer installed under the first polarizer and a second illuminometer installed under the second polarizer; And an analyzer configured to generate posture information of the moving object by using a detection light change curve for each of the first and second polarizers, and illuminance values measured by the first and second illuminometers, respectively.
  • a posture recognition device of a moving object is provided.
  • the analyzer may calculate a reference transmission axis difference value ⁇ between the reference polarizer and the first polarizer provided in the polarization light source using the illuminance values measured by the first and second illuminometers, respectively. Can be.
  • a phase angle having a phase difference of 180 degrees or less may be selected from the phase angle detected at the nth attitude recognition time.
  • the attitude of the mobile body can be accurately determined by using polarized light characteristics, and the location-based service can be provided based on the determined attitude of the mobile body.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically showing the configuration of a posture recognition device of a moving object according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 2 and 3 are views for explaining a posture recognition technique according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a form of providing a location based additional service using a posture recognition device of a moving object according to an embodiment of the present invention.
  • ... unit means a unit that processes at least one function or operation, which means hardware or software or hardware and software. It can be implemented as a combination of.
  • FIGS. 2 and 3 are diagrams for describing a posture recognition technique according to an embodiment of the present invention. .
  • an apparatus for recognizing a posture of a moving object may include a posture recognition unit 100 and a polarization light source 150.
  • the polarized light source 150 is a means for irradiating polarized light and may include a polarizer and a light source.
  • the polarization light source 150 may be implemented as, for example, a light source body with a polarizing film, a polarization lamp, a light source body with a polarization filter, and the like, and a polarizing unit (ie, for polarization processing) provided with the polarization light source 150.
  • a member such as a polarizing film provided) may be referred to as a “reference polarizer” to distinguish it from the first and second polarizers 110 and 115 to be described later.
  • the light source may be a luminaire disposed above the indoor space.
  • the reference polarizer may be installed such that a transmission axis corresponding to a predetermined orientation (for example, a direction 0 degrees in the north direction) is formed.
  • a predetermined orientation for example, a direction 0 degrees in the north direction
  • the first polarizer 110 to be described later accurately recognizes the transmission axis difference value with respect to the reference polarizer, it is easy to determine in which direction the moving body is rotated.
  • the posture recognition unit 100 may include a first polarizer 110, a second polarizer 115, a first illuminometer 120, a second illuminometer 125, and an analyzer 130.
  • the posture recognition unit 100 may be formed or attached to one side of the mobile to recognize the posture of the mobile. However, when the posture recognition unit 100 is provided on one side of the moving object, it is natural that the posture recognition unit 100 is disposed at a position capable of receiving light from the polarization light source 150.
  • the term 'posture' in the present specification should be interpreted to include a rotational state of which direction or position the moving object looks at.
  • the analysis unit 130 for generating information about a posture of the moving object is included in the posture recognition unit 100 .
  • the analysis unit 130 is connected to the posture recognition unit 100 through a communication network. It may be included in a separate device, in this case, the posture recognition unit 100 is a transmission unit for transmitting the illuminance value information measured by the first and second illuminometer (120, 125) to the device including the analysis unit 130 Will be included.
  • the first polarizer 110, the second polarizer 115, the first illuminometer 120, the second illuminometer 125, and the analyzer 130 may be used.
  • a configuration including a will be referred to as a posture recognition device.
  • the first polarizer 110 and the second polarizer 115 are provided to pass or block all or part of the light flowing from the polarized light source 150 according to the set transmission axis. At this time, the first polarizing unit 110 and the second polarizing unit 115 are installed to have a transmission axis difference value by a predetermined angle (for example, ⁇ / 4) of mutually.
  • a predetermined angle for example, ⁇ / 4
  • the first polarizing unit 110 and the second polarizing unit 115 will function to pass all of the polarized light parallel to the transmission axis installed from the polarization light source 150 to pass through, and the polarization perpendicular to the transmission axis. When light enters it will function to absorb all of them.
  • the first polarizer 110 and the second polarizer 115 may be, for example, at least one of a polarizing film, a polarization filter, and the like, as described above.
  • the first illuminometer 120 is disposed below the first polarizer 110, and the second illuminometer 125 is disposed below the second polarizer 115, respectively, so that the first polarizer 110 or the first polarizer 110 is disposed.
  • the illuminance value obtained by measuring illuminance (illumination) of light passing through the polarizer 115 is calculated.
  • the analyzer 130 emits light from the polarized light source 150 and passes through the first polarizer 110 and the second polarizer 115 to measure the illuminance measured by the first illuminometer 120 and the second illuminometer 125.
  • the values are used to generate analysis information about the attitude (e.g., direction of attention) of the moving object.
  • the attitude recognizing unit 100 may include a detection light change curve according to the first and second polarizers 110 and 115, and a reference polarizer and a first polarizer calculated at each time point to analyze the attitude of the moving object.
  • the storage unit may further include a storage unit for storing information about the transmission axis difference value between the (110).
  • the first polarizer 110 and the second polarizer 115 are respectively provided to have transmission axis difference values equal to a predetermined ⁇ .
  • ⁇ which is a difference between transmission axes between the first and second polarizers 110 and 115, is described as an example of ⁇ / 4 for convenience of description.
  • the first polarizer 110 and the second polarizer 115 When the Malus' law is used for each of the first polarizer 110 and the second polarizer 115, the first polarizer is present at the current position and posture of the moving object as shown in Equations 1 to 4 below.
  • the transmission axis difference value ⁇ between 110 and the reference polarizer may be calculated.
  • Equation 1 representing the Malus' law for each of the first polarizer 110 and the second polarizer 115
  • I 11 is an illuminance measurement value before passing through the first polarizer 110.
  • I 12 is the illuminance measurement value after passing through the first polarization unit 110 (ie, the illuminance value measured by the first illuminometer 120), and I 21 passes through the second polarization unit 115.
  • roughness measurements before, I 22 is a (the illumination values measured by the other words, the second roughness 125) a second measured value of the illuminance after passing through the polarization unit 115.
  • the ratio of I 12 and I 22 presented in Equation 1 may be summarized by the equation of tan ⁇ using ⁇ , which is a difference in transmission axis between the first polarizer 110 and the reference polarizer, as shown in Equation 2 below.
  • I 21 / which is the ratio of the measured illuminance measured on the upper portions of the first and second polarizers 110 and 115.
  • I 11 can be approximated to one.
  • the transmission axis difference value ⁇ between the first polarizer 110 and the reference polarizer may be calculated by calculating the ratio of the illuminance measured values after passing through the two polarizers mounted on the moving object as arctan ⁇ . have.
  • the curve of change in the amount of light detected by the first illuminometer 120 and the second illuminometer 125 disposed under the first and second polarizers 110 and 115 attached to the moving body is plotted by the law of Malus. It can be expressed as 3.
  • the light amount change curve illustrated in FIG. 3 illustrates a case where the first and second polarizers 110 and 115 are installed to have a transmission axis difference value of ⁇ / 4.
  • the change curve of the amount of light ideally has a maximum light amount Imax at a rotation angle of 0 degrees and 180 degrees when the transmission axis of the first polarization part 110 is parallel to the reference polarization part, and each transmission axis is orthogonal to each other. It is a cosine waveform having a minimum amount of light Imin at rotation angles of 90 degrees and 270 degrees, and has a period of pi.
  • the first intersection group of the light intensity change curve 310 of the first polarizer 110 and the illuminance value 330 measured by the first illuminometer 120 at a specific point in time has four intersections (that is, a, b, and c). , d), and the second intersection group of the light intensity change curve 320 of the second polarizer 115 and the illuminance value 340 measured by the second illuminometer 125 at a specific time point is also four intersection points ( That is, e, f, g, h).
  • the posture recognition unit 100 uses the same polarization phases (ie, ⁇ 1 and ⁇ 2 ) by installing and using two polarization units, the first polarization unit 110 and the second polarization unit 115.
  • the intersections in the two light intensity curves are reduced to two (ie, a and e, c and g), and the two intersections have an angular difference of ⁇ .
  • the moving body suddenly does not suddenly change direction by more than ⁇ (that is, 180 degrees)
  • the moving object may be recognized in which direction by which angle as the difference from the previous transmission axis difference value.
  • the transmission axis difference value calculated at the next time point is ⁇ 1 is 40 degrees and ⁇ 2 is ( If it is calculated as ⁇ + 40 degrees) can be recognized that the transmission axis difference value at that time is 40 degrees, the analysis unit 130 may recognize that the moving object rotated by 30 degrees clockwise.
  • the transmission axis difference value calculated at each time point or the previous time point may be stored and managed in a storage unit (not shown) in order to calculate the rotation angle change amount at the time point recognition time point.
  • the attitude recognition unit 100 calculates and stores a reference transmission axis difference value ⁇ between the reference polarizer and the first polarizer 110.
  • the reference transmission axis difference value between the reference polarizer and the first polarizer 110 may be calculated with reference to Equations 1 to 4 described above. If the transmission axis of the reference polarizer is installed so as to correspond to a predetermined orientation, it can be easily interpreted in which direction the moving object is currently looking by using the reference transmission axis difference value.
  • the posture recognition unit 100 may use the first polarization unit (eg, light transmission characteristics of the first and second polarizers 110 and 115) to receive the light emitted from the polarization light source 150. 110 and a detection light change curve for each of the second polarizer 115 is generated and stored.
  • first polarization unit eg, light transmission characteristics of the first and second polarizers 110 and 115
  • the posture recognition unit 100 has an intersection of intersections between illuminance values measured by the first illuminometer 120 and the second illuminometer 125 and the detection light change curve generated in step 410 at the present time.
  • a plurality of candidate transmission axis difference values corresponding to the phase angles are calculated.
  • the posture recognition unit 100 may include a reference transmission axis difference value (ie, the reference transmission axis difference value calculated in step 410 or a candidate previously selected in the previous posture recognition process) among the plurality of candidate transmission axis difference values calculated.
  • the transmission axis difference value) and a candidate transmission axis difference value having a phase difference within 180 degrees are selected and stored.
  • the attitude recognition unit 100 In operation 440, the attitude recognition unit 100 generates rotation information (eg, rotation direction and rotation angle) of the moving object using the phase difference between the candidate transmission axis difference value and the reference transmission axis difference value selected in step 430. .
  • rotation information eg, rotation direction and rotation angle
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a form of providing a location based additional service using a posture recognition device of a moving object according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 illustrates a location-based additional service that is an exhibition introduction service corresponding to a viewing direction of a visitor who visits an exhibition hall, and the posture recognition unit 100 is attached to an upper surface of a hat worn by a visitor as an example. Drawing.
  • the indoor location system 510 for specifying the location of the visitor for providing the location-based supplementary service for the visitor, and the visitor location and posture recognition unit specified by the indoor location system 510.
  • the guide system 520 may be provided to provide the visitor with additional service information corresponding to the posture (for example, the gaze direction) of the visitor specified by the 100.
  • the guidance system 520 has a database in which location-based information is provided to the visitor in accordance with the visitor's geographical position and attitude information, and the geographical position information and the attitude information from the indoor positioning system 510 and the attitude recognition unit 100 are provided. Receives and transmits the corresponding location-based information to the visitor.

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Abstract

이동체의 자세 인식 장치 및 위치기반 부가 서비스 제공 시스템이 개시된다. 이동체의 자세 인식 장치는, 상호간에 투과축 차이값을 가지도록 설치되고, 상부 위치에 이격 설치된 편광 광원으로부터 발산되는 빛을 각각 유입받는 제1 편광부와 제2 편광부; 상기 제1 편광부의 하부에 설치되는 제1 조도계와 상기 제2 편광부의 하부에 설치되는 제2 조도계; 및 상기 제1 편광부 및 상기 제2 편광부 각각에 대한 검출광 변화곡선 및 상기 제1 조도계 및 상기 제2 조도계 각각에 의해 측정된 조도값을 이용하여 상기 이동체의 자세 정보를 생성하는 해석부를 포함한다.

Description

이동체의 자세 인식 장치 및 위치기반 부가 서비스 제공 시스템
본 발명은 이동체의 자세 인식 장치 및 위치기반 부가 서비스 제공 시스템에 관한 것이다.
위치 기반 서비스(LBS, Location Based Service)는 위치 측위 기술을 통해 사용자의 위치를 파악하고, 이 파악한 결과에 기초하여 각종 정보 또는 서비스를 제공하는 서비스로서, 최근 GPS, 지자기 센서, 카메라, RFID 등의 기능을 가지는 스마트 폰의 등장으로 위치 기반 서비스에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
기존에 연구되고 있는 위치 기반 서비스는 GPS와 이동 통신망을 이용한 위치 측위 기술, 무선랜 신호 패턴의 매칭(Pattern Matching) 알고리즘에 기반한 위치 측위 기술 등 주로 실외 측위 시스템(outdoor localization system)에 관한 것이다.
그러나, 이러한 실외 측위 시스템은 높은 측위 정확도(accuracy of location estimation)를 요구하는 실내 환경에서는 적합하지 않다. 그 이유는 실외 측위 시스템이 실외에서 적절한 성능을 보장할지라도, 실내에서는 벽과 같은 실내 구조물에 의한 신호 간섭 등의 영향으로 인해 정확한 실내 측위가 어렵기 때문이다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 한국공개특허 제2014-0055109호(이동노드 위치 인식 장치 및 방법)는 하나 이상의 기준노드에서 이동노드로 전송되는 수신 신호 강도에 관한 정보를 이용하여 이동노드의 위치를 인식하는 기술을 개시하고 있다.
또한 한국공개특허 제2014-0066570호(네비게이션 시스템 및 방법)는 실내의 미리 지정된 지점에 식별정보가 포함된 바코드를 부착하고, 바코드를 인식하면 실내 지도상에서 사용자가 어느 위치에 존재하는지를 인식하여 제시하는 기술을 개시하고 있다.
이와 같이, 위치기반 서비스, 방문자 위치 추적 등의 목적으로 건물 내에 위치하는 사용자의 위치를 정확하게 인식하기 위한 다양한 기술들이 개발되고 있다.
그러나 이러한 위치 인식 기술은 단지 실내 공간상에서 사용자가 어떤 위치에 있는지 만을 파악할 수 있을 뿐, 그 위치에서 어느 방향을 바라보고 있는지는 확인할 수 없기 때문에 전시회장, 동물원 등 사용자의 위치와 주시 방향을 고려한 위치기반 서비스가 제공되지 못하는 한계가 있었다.
본 발명은 편광(polarized light) 특성을 이용하여 이동체의 자세(예를 들어, 주시 방향)를 정확하게 파악할 수 있고, 파악된 이동체의 자세에 근거하여 위치기반 서비스를 제공할 수 있는 이동체의 자세 인식 장치 및 위치기반 부가 서비스 제공 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 이동체의 자세 인식 장치에 있어서, 상호간에 투과축 차이값을 가지도록 설치되고, 상부 위치에 이격 설치된 편광 광원으로부터 발산되는 빛을 각각 유입받는 제1 편광부와 제2 편광부; 상기 제1 편광부의 하부에 설치되는 제1 조도계와 상기 제2 편광부의 하부에 설치되는 제2 조도계; 및 상기 제1 편광부 및 상기 제2 편광부 각각에 대한 검출광 변화곡선 및 상기 제1 조도계 및 상기 제2 조도계 각각에 의해 측정된 조도값을 이용하여 상기 이동체의 자세 정보를 생성하는 해석부를 포함하는 이동체의 자세 인식 장치가 제공된다.
상기 해석부는 상기 제1 조도계 및 상기 제2 조도계 각각에 의해 측정된 조도값을 이용하여 상기 편광 광원에 구비된 기준 편광부와 상기 제1 편광부와의 기준 투과축 차이값(Φ)을 산출할 수 있다.
상기 기준 편광부의 투과축이 미리 지정된 방향에 부합되도록 설치된 경우, 상기 해석부는 상기 기준 투과축 차이값을 이용하여 상기 이동체의 주시 방향을 인식할 수 있다.
상기 해석부는, n+1번째(여기서, n은 임의의 자연수) 자세 인식 시점에서 상기 제1 조도계에 따른 조도값과 상기 제1 편광부에 따른 검출광 변화곡선이 교차하는 교점들 중 하나 이상과 상기 제2 조도계에 따른 조도값과 상기 제2 편광부에 따른 검출광 변화곡선이 교차하는 교점들 중 하나 이상이 공통적으로 위치하는 위상각을 검출하고, 검출된 위상각을 n번째 자세 인식 시점에서 검출된 위상각과 대비하여 상기 이동체의 회전 정보를 생성할 수 있다.
상기 n+1번째 자세 인식 시점에서 복수의 위상각이 검출된 경우, n번째 자세 인식 시점에서 검출된 위상각과 180도 이하의 위상차를 가지는 위상각을 선택할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 이동체의 위치기반 부가 서비스 시스템에 있어서, 이동체의 자세 정보를 생성하는 자세 인식 장치; 실내 공간 내에서 상기 이동체의 지리적 위치에 관한 위치 정보를 생성하는 실내측위 시스템; 및 상기 자세 정보 및 상기 위치 정보에 부합되는 미리 지정된 위치기반 정보를 상기 이동체에 제공하는 부가 서비스 장치를 포함하되, 상기 자세 인식 장치는, 상호간에 투과축 차이값을 가지도록 설치되고, 상부 위치에 이격 설치된 편광 광원으로부터 발산되는 빛을 유입받는 제1 편광부와 제2 편광부; 상기 제1 편광부의 하부에 설치되는 제1 조도계와 상기 제2 편광부의 하부에 설치되는 제2 조도계; 및 상기 제1 편광부 및 상기 제2 편광부 각각에 대한 검출광 변화곡선 및 상기 제1 조도계 및 상기 제2 조도계 각각에 의해 측정된 조도값을 이용하여 상기 이동체의 자세 정보를 생성하는 해석부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동체의 위치기반 부가 서비스 시스템이 제공된다.
상기 해석부는 상기 제1 조도계 및 상기 제2 조도계 각각에 의해 측정된 조도값을 이용하여 상기 편광 광원에 구비된 기준 편광부와 상기 제1 편광부와의 기준 투과축 차이값(Φ)을 산출할 수 있다.
상기 기준 편광부의 투과축이 미리 지정된 방향에 부합되도록 설치된 경우, 상기 해석부는 상기 기준 투과축 차이값을 이용하여 상기 이동체의 주시 방향을 인식할 수 있다.
상기 해석부는, n+1번째(여기서, n은 임의의 자연수) 자세 인식 시점에서 상기 제1 조도계에 따른 조도값과 상기 제1 편광부에 따른 검출광 변화곡선이 교차하는 교점들 중 하나 이상과 상기 제2 조도계에 따른 조도값과 상기 제2 편광부에 따른 검출광 변화곡선이 교차하는 교점들 중 하나 이상이 공통적으로 위치하는 위상각을 검출하고, 검출된 위상각을 n번째 자세 인식 시점에서 검출된 위상각과 대비하여 상기 이동체의 회전 정보를 생성할 수 있다.
상기 n+1번째 자세 인식 시점에서 복수의 위상각이 검출된 경우, n번째 자세 인식 시점에서 검출된 위상각과 180도 이하의 위상차를 가지는 위상각을 선택할 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 편광(polarized light) 특성을 이용하여 이동체의 자세를 정확하게 파악할 수 있고, 파악된 이동체의 자세에 근거하여 위치기반 서비스를 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동체의 자세 인식 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블록 구성도.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자세 인식 기법을 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동체의 자세 인식 방법을 나타낸 순서도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동체의 자세 인식 장치를 활용한 위치기반 부가서비스 제공 형태를 예시한 도면.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 명세서에 기재된 "…부", "…유닛", "…모듈", "…기" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
또한, 각 도면을 참조하여 설명하는 실시예의 구성 요소가 해당 실시예에만 제한적으로 적용되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상이 유지되는 범위 내에서 다른 실시예에 포함되도록 구현될 수 있으며, 또한 별도의 설명이 생략될지라도 복수의 실시예가 통합된 하나의 실시예로 다시 구현될 수도 있음은 당연하다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동체의 자세 인식 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블록 구성도이고, 도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자세 인식 기법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 이동체의 자세 인식 장치는 자세 인식 유닛(100)과 편광 광원(150)을 포함하여 구성될 수 있다.
편광 광원(150)은 편광(polarized light)된 빛을 조사하는 수단으로, 편광부와 광원을 포함하여 구성될 수 있다.
편광 광원(150)은 예를 들어 편광 필름이 부착된 광원체, 편광 램프, 편광 필터가 설치된 광원체 등으로 구현될 수 있으며, 편광 광원(150)이 구비하는 편광부(즉, 편광 처리를 위해 구비되는 편광 필름 등의 부재)는 후술될 제1 및 제2 편광부(110, 115)와의 구별을 위해 '기준 편광부'라 칭해질 수 있다. 또한 광원은 실내 공간의 상측에 배치되는 등기구일 수 있다.
이때, 기준 편광부는 미리 지정된 방위(예를 들어, 정북 방향으로서 위상각 0도 방향)에 부합되는 투과축이 형성되도록 설치될 수 있다. 이 경우, 후술될 제1 편광부(110)가 기준 편광부와 어느 정도의 투과축 차이값을 가지는지를 정확히 인식하면 이동체가 어느 방향으로 회전한 상태인지를 쉽게 파악할 수 있다.
자세 인식 유닛(100)은 제1 편광부(110), 제2 편광부(115), 제1 조도계(120), 제2 조도계(125) 및 해석부(130)를 포함할 수 있다.
자세 인식 유닛(100)은 이동체의 자세를 인식하기 위해 이동체의 일측에 형성되거나 부착될 수 있을 것이다. 다만, 자세 인식 유닛(100)은 이동체의 일측에 구비될 때, 편광 광원(150)으로부터 빛을 유입받을 수 있는 위치에 배치됨은 당연하다. 참고로, 본 명세서에서 '자세'라는 용어는 이동체가 어느 방향 또는 어느 위치를 주시하는지에 대한 회전 상태를 포함하는 용어로 해석되어야 한다.
도 1에는 이동체의 자세에 관한 정보를 생성하는 해석부(130)가 자세 인식 유닛(100)에 포함되는 경우가 예시되었으나, 해석부(130)는 자세 인식 유닛(100)이 통신망을 통해 접속되는 독립된 장치에 포함될 수도 있으며, 이 경우 자세 인식 유닛(100)은 제1 및 제2 조도계(120, 125)에 의해 측정된 조도값 정보를 해석부(130)가 포함된 장치로 전송하기 위한 전송부가 포함될 것이다. 다만, 해석부(130)의 위치에 관계없이 본 명세서에서는 제1 편광부(110), 제2 편광부(115), 제1 조도계(120), 제2 조도계(125) 및 해석부(130)를 포함하는 구성을 자세 인식 장치라 칭하기로 한다.
제1 편광부(110)와 제2 편광부(115)는 각각 설정된 투과축에 따라 편광 광원(150)으로부터 유입되는 빛의 전부 또는 일부를 통과시키거나 차단하도록 구비된다. 이때, 제1 편광부(110)와 제2 편광부(115)는 상호간에 미리 지정된 α의 각도(예를 들어, π/4) 만큼 투과축 차이값을 가지도록 설치된다.
제1 편광부(110)와 제2 편광부(115)는 편광 광원(150)으로부터 각각 설치된 투과축에 평행한 편광의 빛이 유입되면 모두 통과시키도록 기능할 것이고, 투과축에 수직인 편광의 빛이 유입되면 모두 흡수하도록 기능할 것이다.
제1 편광부(110)와 제2 편광부(115)는 전술한 기준 편광부와 마찬가지로 예를 들어 편광 필름, 편광 필터 등 중 하나 이상일 수 있다.
제1 편광부(110)의 하부에는 제1 조도계(120)가 배치되고, 제2 편광부(115)의 하부에는 제2 조도계(125)가 배치되어, 각각 제1 편광부(110) 또는 제2 편광부(115)를 통해 통과되는 빛의 조도(illumination, 照度)를 측정한 조도값을 산출한다.
해석부(130)는 편광 광원(150)에서 발산되고 제1 편광부(110)와 제2 편광부(115)를 통과하여 제1 조도계(120) 및 제2 조도계(125)에 의해 측정된 조도값들을 이용하여 이동체의 자세(예를 들어, 주시하는 방향)에 관한 해석 정보를 생성한다.
도시되지는 않았으나, 자세 인식 유닛(100)은 제1 및 제2 편광부(110, 115)에 따른 검출광 변화곡선, 이동체의 자세 해석을 위해 각 시점에서 산출된 기준 편광부와 제1 편광부(110) 사이의 투과축 차이값에 관한 정보를 저장하기 위한 저장부가 더 포함될 수 있다.
이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 자세 인식 유닛(100)가 이동체의 자세에 관한 해석 정보를 생성하는 방법을 구체적으로 설명하기로 한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제1 편광부(110)와 제2 편광부(115)는 미리 지정된 α만큼의 투과축 차이값을 가지도록 각각 설치된다. 여기서, 제1 및 제2 편광부(110, 115) 사이의 투과축 차이값인 α는 설명의 편의를 위해 π/4인 것으로 예를 들어 설명한다.
제1 편광부(110)와 제2 편광부(115) 각각에 대해 말러스 법칙(malus' law)를 이용하면 하기 수학식 1 내지 4에 제시된 바와 같이 이동체의 현재 위치 및 자세에서 제1 편광부(110)와 기준 편광부간의 투과축 차이값(Φ)을 산출할 수 있다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2015006528-appb-I000001
제1 편광부(110)와 제2 편광부(115) 각각에 대한 말러스 법칙(malus' law)을 나타내는 수학식 1에서, I11은 제1 편광부(110)를 통과하기 전의 조도 측정값이고, I12는 제1 편광부(110)를 통과한 이후의 조도 측정값(즉, 제1 조도계(120)에 의해 측정된 조도값)이며, I21은 제2 편광부(115)를 통과하기 전의 조도 측정값이고, I22는 제2 편광부(115)를 통과한 이후의 조도 측정값(즉, 제2 조도계(125)에 의해 측정된 조도값)이다.
수학식 1에서 제시된 I12과 I22의 비율은 하기 수학식 2에 제시된 바와 같이 제1 편광부(110)와 기준 편광부 간의 투과축 차이값인 Φ을 이용한 tanΦ의 수식으로 정리될 수 있으며, 제1 편광부(110)와 제2 편광부(115)가 매우 가까운 거리에 배치됨을 고려할 때 제1 및 제2 편광부(110, 115)의 상부에서 측정된 조도 측정값의 비율인 I21/I11은 1로 근사화될 수 있다.
[수학식 2]
Figure PCTKR2015006528-appb-I000002
[수학식 3]
Figure PCTKR2015006528-appb-I000003
[수학식 4]
Figure PCTKR2015006528-appb-I000004
전술한 바와 같이, 이동체에 장착된 2개의 편광부를 통과하고 난 후의 조도 측정값의 비를 arctanΦ로 연산함으로써 제1 편광부(110)와 기준 편광부간의 투과축 차이값(Φ)이 연산될 수 있다.
또한, 이동체에 부착된 제1 및 제2 편광부(110, 115)의 하부에 배치된 제1 조도계(120) 및 제2 조도계(125)에서 검출되는 광량의 변화 곡선은 말러스 법칙에 의해 도 3과 같이 표현될 수 있다. 참고로, 도 3에 예시된 광량 변화 곡선은 제1 및 제2 편광부(110, 115)가 π/4의 투과축 차이값을 가지도록 설치된 경우를 예시한 것이다.
즉, 광량의 변화 곡선은 이상적으로 제1 편광부(110)의 투과축이 기준 편광부에 평행인 경우 회전 각도 0도 및 180도에서 최대 광량(Imax)을 가지게 되고, 각 투과축이 직교하는 회전 각도 90도 및 270도에서 최소 광량(Imin)을 가지는 여현 파형으로서 π의 주기를 가진다. 참고로, 참조부호 310은 제1 조도계(120)에서 검출되는 광량의 변화 곡선이고, 320은 제2 조도계(125)에서 검출되는 광량의 변화 곡선이며, 특정 시점에서 제1 조도계(120) 및 제2 조도계(125)가 각각 측정한 조도값이 참조부호 330 및 340으로 도시되어 있다.
제1 편광부(110)의 광량 변화 곡선(310)과 특정 시점에서 제1 조도계(120)에 의해 측정된 조도값(330)의 제1 교점군은 4개의 교점(즉, a, b, c, d)을 포함하며, 제2 편광부(115)의 광량 변화 곡선(320)과 특정 시점에서 제2 조도계(125)에 의해 측정된 조도값(340)의 제2 교점군 역시 4개의 교점(즉, e, f, g, h)을 포함한다.
이와 같이, 제1 편광부(110)와 제2 편광부(115) 중 어느 하나만을 고려하는 경우에는 교점이 4개가 나오게 되어 이동체의 자세 추적에 있어 좌우 판별이 불분명해지며, 방향 판단에 어려움을 가질 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 자세 인식 유닛(100)은 2개의 편광부인 제1 편광부(110)와 제2 편광부(115)를 설치하여 이용함으로써 동일한 위상각(즉, Φ1과 Φ2)에서 두개의 광량 변화 곡선에 존재하는 교점은 2개(즉, a와 e, c와 g)로 감소되며, 2개의 교점은 π만큼의 각도 차이를 가진다. 일반적으로 이동체가 갑자기 π(즉, 180도) 이상으로 급격하게 방향 전환을 하지 않는다고 가정하면 직전의 투과축 차이값과의 차이로서 이동체가 어느 각도만큼 어느 방향으로 회전하였는지 인식할 수 있다.
예를 들어, 이동체의 자세 인식을 수행한 최초 시점에서의 투과축 차이값인 Φ0가 10도인 것으로 인식된 이후, 다음 시점에서 산출된 투과축 차이값이 Φ1이 40도이고 Φ2가 (π+40도)인 것으로 산출되었다면 해당 시점에서의 투과축 차이값은 40도인 것으로 인식할 수 있고, 해석부(130)는 이동체가 시계방향으로 30도만큼 회전한 것으로 인식할 수 있을 것이다. 매 시점의 자세 인식 시점에서의 회전각 변화량의 산출을 위해 매 시점 또는 직전 시점에서 산출된 투과축 차이값은 저장부(도시되지 않음)에 저장되어 관리될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동체의 자세 인식 방법을 나타낸 순서도이다.
도 4를 참조하면, 단계 410에서 자세 인식 유닛(100)은 기준 편광부와 제1 편광부(110)간의 기준 투과축 차이값(Φ)을 산출하여 저장한다. 기준 편광부와 제1 편광부(110) 간의 기준 투과축 차이값은 앞서 설명한 수학식 1 내지 4를 참조하여 산출될 수 있다. 기준 편광부의 투과축이 미리 지정된 방위에 부합되도록 설치된다면, 기준 투과축 차이값을 이용하여 이동체가 현재 어떤 방향을 주시하는 자세를 취하였는지 쉽게 해석될 수 있다.
또한 단계 410에서 자세 인식 유닛(100)은 편광 광원(150)으로부터 발산되는 빛을 유입받는 제1 편광부(110) 및 제2 편광부(115)의 광 투과 특성을 이용하여 제1 편광부(110) 및 제2 편광부(115) 각각에 대한 검출광 변화곡선을 생성하여 저장한다.
단계 420에서 자세 인식 유닛(100)은 현재 시점에서 제1 조도계(120) 및 제2 조도계(125)에서 측정되는 조도값과 단계 410에서 생성된 검출광 변화곡선이 교차하는 교점이 공통적으로 위치하는 위상각들에 해당되는 복수의 후보 투과축 차이값을 산출한다.
단계 430에서 자세 인식 유닛(100)은 산출된 복수의 후보 투과축 차이값들 중 기준 투과축 차이값(즉, 단계 410에서 산출된 기준 투과축 차이값 또는 직전의 자세 인식 과정에서 최종 선정된 후보 투과축 차이값)과 180도 이내의 위상차를 가지는 후보 투과축 차이값을 선정하고 저장한다.
단계 440에서 자세 인식 유닛(100)은 단계 430에서 선정된 후보 투과축 차이값과 기준 투과축 차이값간의 위상차를 이용하여 이동체의 회전 정보(예를 들어, 회전 방향 및 회전각 등)를 생성한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동체의 자세 인식 장치를 활용한 위치기반 부가서비스 제공 형태를 예시한 도면이다. 도 5는 전시장에 방문한 방문객의 주시 방향에 대응되는 전시물 소개 서비스인 위치기반 부가서비스에 대한 것으로서, 자세 인식 유닛(100)은 방문객이 착용한 모자의 상부면에 부착된 경우를 예로 들어 설명하기 위한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 방문객을 위한 위치기반 부가서비스의 제공을 위해 방문객의 위치를 특정하기 위한 실내측위 시스템(510), 실내측위 시스템(510)에 의해 특정된 방문객의 위치와 자세 인식 유닛(100)에 의해 특정된 방문객의 자세(예를 들어, 주시 방향)에 부합되는 부가서비스 정보를 방문객에게 제공하기 위한 안내 시스템(520)이 구비될 수 있다.
실내측위 시스템(510)은 실내 공간에 위치한 방문객의 지리적 위치를 특정하기 위한 시스템으로서, 앞서 설명한 바와 같이 방문객이 구비한 통신 장비에서 검출하는 수신 신호 강도를 이용하거나(한국공개특허 제2014-0055109호 등 참조), 미리 지정된 지점에 부착된 식별정보를 포함하는 바코드를 이용하는(한국공개특허 제2014-0066570호 등 참조) 시스템 등일 수 있으며, 이외에도 실내 공간에서의 방문객의 지리적 위치를 특정하기 위한 시스템 구성이 다양할 수 있음은 당업자에게 자명하다.
안내 시스템(520)은 방문객의 지리적 위치 및 자세 정보에 부합하여 방문객에게 제공할 위치기반 정보가 저장된 데이터베이스를 구비하며, 실내측위 시스템(510) 및 자세 인식 유닛(100)으로부터 지리적 위치 정보와 자세 정보를 수신하여 대응되는 위치기반 정보를 방문객에게 전송한다.
예를 들어, 안내 시스템(520)은 실내측위 시스템(510) 및 자세 인식 유닛(100)으로부터 지리적 위치 정보와 자세 정보를 참조하여 도 5의 (a)와 (b)간에 지리적 위치의 변화는 없으나 자세만이 북쪽에서 동쪽을 주시하도록 회전하였음을 인식할 수 있고, 각각 상이한 위치기반 정보(즉, 주시 방향에 전시된 그림에 대한 설명 정보 등)를 방문객에게 전송할 수 있을 것이다.
방문객은 자세 인식 유닛(100) 외에 안내 시스템(520)으로부터 위치기반 정보를 수신하고 출력하는 통신 장비를 구비할 수 있으며, 위치기반 정보의 출력 방식은 시각적 처리 방식, 청각적 처리방식 등 다양할 수 있다.
상술한 자세 인식 방법은 디지털 처리 장치에 내장되거나 설치된 프로그램 등에 의해 시계열적 순서에 따른 자동화된 절차로 수행될 수도 있음은 당연하다. 상기 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다. 또한, 상기 프로그램은 디지털 처리 장치가 읽을 수 있는 정보저장매체(computer readable media)에 저장되고, 디지털 처리 장치에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써 상기 방법을 구현한다. 상기 정보저장매체는 자기 기록매체, 광 기록매체 및 캐리어 웨이브 매체를 포함한다.
상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (10)

  1. 이동체의 자세 인식 장치에 있어서,
    상호간에 투과축 차이값을 가지도록 설치되고, 상부 위치에 이격 설치된 편광 광원으로부터 발산되는 빛을 각각 유입받는 제1 편광부와 제2 편광부;
    상기 제1 편광부의 하부에 설치되는 제1 조도계와 상기 제2 편광부의 하부에 설치되는 제2 조도계; 및
    상기 제1 편광부 및 상기 제2 편광부 각각에 대한 검출광 변화곡선 및 상기 제1 조도계 및 상기 제2 조도계 각각에 의해 측정된 조도값을 이용하여 상기 이동체의 자세 정보를 생성하는 해석부를 포함하는 이동체의 자세 인식 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 해석부는 상기 제1 조도계 및 상기 제2 조도계 각각에 의해 측정된 조도값을 이용하여 상기 편광 광원에 구비된 기준 편광부와 상기 제1 편광부와의 기준 투과축 차이값(Φ)을 산출하는 것을 특징으로 하는 이동체의 자세 인식 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 기준 편광부의 투과축이 미리 지정된 방향에 부합되도록 설치된 경우, 상기 해석부는 상기 기준 투과축 차이값을 이용하여 상기 이동체의 주시 방향을 인식하는 것을 특징으로 하는 이동체의 자세 인식 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 해석부는, n+1번째(여기서, n은 임의의 자연수) 자세 인식 시점에서 상기 제1 조도계에 따른 조도값과 상기 제1 편광부에 따른 검출광 변화곡선이 교차하는 교점들 중 하나 이상과 상기 제2 조도계에 따른 조도값과 상기 제2 편광부에 따른 검출광 변화곡선이 교차하는 교점들 중 하나 이상이 공통적으로 위치하는 위상각을 검출하고, 검출된 위상각을 n번째 자세 인식 시점에서 검출된 위상각과 대비하여 상기 이동체의 회전 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 이동체의 자세 인식 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 n+1번째 자세 인식 시점에서 복수의 위상각이 검출된 경우, n번째 자세 인식 시점에서 검출된 위상각과 180도 이하의 위상차를 가지는 위상각을 선택하는 것을 특징으로 하는 이동체의 자세 인식 장치.
  6. 이동체의 위치기반 부가 서비스 시스템에 있어서,
    이동체의 자세 정보를 생성하는 자세 인식 장치;
    실내 공간 내에서 상기 이동체의 지리적 위치에 관한 위치 정보를 생성하는 실내측위 시스템; 및
    상기 자세 정보 및 상기 위치 정보에 부합되는 미리 지정된 위치기반 정보를 상기 이동체에 제공하는 부가 서비스 장치를 포함하되,
    상기 자세 인식 장치는,
    상호간에 투과축 차이값을 가지도록 설치되고, 상부 위치에 이격 설치된 편광 광원으로부터 발산되는 빛을 유입받는 제1 편광부와 제2 편광부;
    상기 제1 편광부의 하부에 설치되는 제1 조도계와 상기 제2 편광부의 하부에 설치되는 제2 조도계; 및
    상기 제1 편광부 및 상기 제2 편광부 각각에 대한 검출광 변화곡선 및 상기 제1 조도계 및 상기 제2 조도계 각각에 의해 측정된 조도값을 이용하여 상기 이동체의 자세 정보를 생성하는 해석부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동체의 위치기반 부가 서비스 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 해석부는 상기 제1 조도계 및 상기 제2 조도계 각각에 의해 측정된 조도값을 이용하여 상기 편광 광원에 구비된 기준 편광부와 상기 제1 편광부와의 기준 투과축 차이값(Φ)을 산출하는 것을 특징으로 하는 이동체의 위치기반 부가 서비스 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 기준 편광부의 투과축이 미리 지정된 방향에 부합되도록 설치된 경우, 상기 해석부는 상기 기준 투과축 차이값을 이용하여 상기 이동체의 주시 방향을 인식하는 것을 특징으로 하는 이동체의 위치기반 부가 서비스 시스템.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 해석부는, n+1번째(여기서, n은 임의의 자연수) 자세 인식 시점에서 상기 제1 조도계에 따른 조도값과 상기 제1 편광부에 따른 검출광 변화곡선이 교차하는 교점들 중 하나 이상과 상기 제2 조도계에 따른 조도값과 상기 제2 편광부에 따른 검출광 변화곡선이 교차하는 교점들 중 하나 이상이 공통적으로 위치하는 위상각을 검출하고, 검출된 위상각을 n번째 자세 인식 시점에서 검출된 위상각과 대비하여 상기 이동체의 회전 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 이동체의 위치기반 부가 서비스 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 n+1번째 자세 인식 시점에서 복수의 위상각이 검출된 경우, n번째 자세 인식 시점에서 검출된 위상각과 180도 이하의 위상차를 가지는 위상각을 선택하는 것을 특징으로 하는 이동체의 위치기반 부가 서비스 시스템.
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