KR100372309B1

KR100372309B1 - 인체부위의 이동거리 측정장치 및 방법

Info

Publication number: KR100372309B1
Application number: KR10-1999-0044359A
Authority: KR
Inventors: 최종주
Original assignee: 최종주
Priority date: 1999-10-13
Filing date: 1999-10-13
Publication date: 2003-02-17
Also published as: WO2001027563A1; AU7965800A; KR20010037066A

Abstract

본 발명은 인체부위의 이동거리 측정장치 및 방법에 관한 것으로, 운동에 필요한 정보를 선택 입력하는 운동정보 선택 및 입력단계와, 운동 시작에 대한 정보를 정보전달수단에 출력하는 운동시작정보단계와, 선택한 운동에 대한 정보를 측정시점에서 피실험자에게 전달하는 측정정보전달단계와, 점광원을 선택하여 운동을 실시하는 인체측정부위에 조사하는 점광원의 조사단계와, 상기 인체부위에 조사된 점광원을 이용하여 인체부위에 대한 영상을 스크린부재에 투영하여 명암영상을 형성하여 영상을 입력 받는 영상입력단계와, 상기 입력된 명암영상을 이용하여 명암의 영상을 이진화하는 영상전처리단계와, 상기 이진화된 영상을 이용하여 측정하려는 인체부위의 위치를 인식하는 인체부위 위치인식단계와, 상기 인식된 인체부위의 위치를 이용하는 인체부위 위치산출단계와, 상기 측정주기시간 간격으로 인체부위의 위치좌표를 측정하여 시간에 따른 인체부위의 이동거리를 측정하는 인체부위 이동거리 측정단계와, 상기 측정된 결과에 대한 출력을 실시하는 측정결과의 출력단계로 이루어짐으로써, 인체부위의 위치 인식과 인체부위의 좌표산출이 가능하며, 인체부위의 측정을 이용한 인체부위의 이동거리의 산출과, 인체부위의 운동에 대한 자세의 교정방법의 제시 및 시간에 따른 인체부위의 반응시간 및 인체부위의 이동경로에 대한 실시간 측정이 가능하다.

그리고, 단순한 장치의 구성을 이용하여 인체부위의 시간의 경과에 따른 피실험자의 피로도 특징의 측정과, 운동에서의 인체 부위에 대한 보정의 예에 대한정보를 얻을 수 있으며, 시간에 따른 피실험자의 행위의 모방에 대한 수행도의 측정 및 인체부위에 대한 시점별 실시간 자세의 교정을 할 수 있다.

Description

인체부위의 이동거리 측정장치 및 방법 {APPARATUS AND METHOD FOR DETERMINING MOVING RANGE OF REGION OF HUMAN BODY}

본 발명은 인체부위의 이동거리 측정장치 및 방법에 관한 것으로, 일정시간동안에 영상입력수단을 이용하여 입력되는 영상을 이진화하여 인체부위의 위치인식을 실시한 후 인체부위에 대한 좌표산출과 시간의 경과에 따른 인체부위의 이동거리를 측정하는 측정장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 인체의 측정장치 중 하나는 인체의 운동량 측정을 위하여 압력판을 이용하는 것으로서, 인체의 운동시 발생하는 지면과의 압력상태를 정량화하여 인체의 운동상태를 측정하는 것이다.

즉, 압력판의 본체에 다수의 로드셀을 부착하고, 로드셀에 압력센서를 설치하여 인체의 운동시 발생하는 인체부위와 압력판에 접촉된 로드셀의 압력의 변화를 전압의 변화로 변환한 다음, 이를 디지털 형태로 변환시켜 정량화를 시키며, 인체의 연속적인 운동으로 발생하는 압력의 변화를 측정하여 인체의 운동량을 판별한다.

또, 다른 종래의 인체부위의 이동거리 측정장치는, 인체의 특정부위에 마커를 부착하여 인체부위의 위치변화를 카메라에 입력 받아, 특정부위에 부착한 마커의 위치에 대한 좌표값을 산출하여, 인체부위의 이동거리를 산출하는 방법이다.

상기와 같은 종래의 인체의 운동량 감지장치는, 압력판과 접촉되는 인체부위(예를 들어 발)에 대한 시간에 따른 이동거리를 압력의 상태로 변환하여 운동량을 측정하는 것으로서, 인체의 특정부위의 위치 및 인체부위의 이동거리 측정시에는 압력판에 인체와 접촉하는 압력의 상태를 이용하여 측정하는 문제점이 있었다.

또, 상기와 같은 종래의 인체의 이동거리 측정장치는, 측정하는 인체의 특정부위에 마커를 부착함에 따라 인체의 운동범위 및 자세에 대한 제약이 있으며, 피실험자의 심리적 부담을 가중시킬 수 있는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점들을 해소하기 위하여 안출한 것으로서, 측정하고자하는 인체부위에 대한 영상을 점광원을 선택하여 조사한 후 영상입력수단을 이용한 이진화 영상을 이용하여, 인체부위의 측정시 이진화된 영상을 이용하여 인체영역의 추출로 인체부위의 위치 인식과 인체부위의 좌표산출이 가능하며, 인체부위의 측정을 이용한 인체부위의 이동거리의 산출과 인체부위의 운동에 대한 자세의 교정방법의 제시 및 시간에 따른 인체부위의 반응시간 및 인체부위의 이동경로에 대한 실시간 측정을 수행할 수 있는 인체부위의 이동거리 측정장치 및 방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

도 1는 본 발명의 일 실시의 예에 따른 인체부위의 이동거리 측정장치를 도시한 개략도,

도 2는 본 발명의 일 실시의 예에 따른 인체부위의 이동거리 측정장치의 제어블록도,

도 3a는 본 발명의 일 실시의 예에 따른 영상입력수단의 요부 확대도,

도 3b는 본 발명의 일 실시의 예에 따른 영상입력수단의 다른 실시의 예에 대한 요부 확대도,

도 4a는 본 발명의 일 실시의 예에 따른 인체부위의 이동거리 측정방법을 설명하기 위한 플로우차트,

도 4b는 본 발명의 다른 실시의 예에 따른 인체부위의 이동거리 측정방법을 설명하기 위한 플로우차트,

도 4c는 본 발명의 또다른 실시의 예에 따른 인체부위의 이동거리 측정방법을 설명하기 위한 플로우차트,

도 5a는 본 발명의 일 실시의 예에 따른 인체부위의 인식을 위하여 점광원을 인체부위에 조사하는 개략도,

도 5b는 본 발명의 일 실시의 예에 따른 인체부위의 인식을 위하여 다른 위치의 점광원을 인체부위에 조사하는 개략도,

도 6a는 본 발명의 일 실시의 예에 따른 입력된 이진화 영상 및 인체측정부위의 인식을 위한 영역의 설정의 도면,

도 6b는 본 발명의 일 실시의 예에 따른 입력된 이진화 영상에서의 인체부위 측정의 도면,

도 7a는 인체부위의 좌표(ZM)의 측정방법을 설명하기 위하여 3차원 공간의 좌표를 X축 및 Z축으로 투영한 단면도,

도 7b는 인체부위의 좌표(YM)의 측정방법을 설명하기 위하여 3차원 공간의 좌표를 X축 및 Y축으로 투영한 단면도,

도 7c는 인체부위의 좌표(XM)의 측정방법을 설명하기 위하여 3차원 공간의 좌표를 X축 및 Y축으로 투영한 단면도,

도 8a는 본 발명의 일 실시의 예에 따른 측정주기에서의 측정된 인체부위의 이동거리를 산출한 데이터 테이블,

도 8b는 본 발명의 일 실시의 예에 따른 측정주기에 따른 측정된 인체부위의 이동거리 산출한 데이터 자료를 나타낸 그래프,

도 9a는 본 발명의 다른 실시의 예에 따른 측정시점에서의 표준영상정보 및 표준위치정보의 도면,

도 9b는 본 발명의 다른 실시의 예에 따른 측정시점에서 표준 위치 정보를 이용한 특징치 추출의 도면,

도 9c는 본 발명의 다른 실시의 예에 따른 측정시점에서 입력된 영상정보 및 측정된 위치정보의 도면,

도 9d는 본 발명의 다른 실시의 예에 따른 측정시점에서 측정된 위치정보를 이용한 특징치 추출의 도면,

도 9e는 본 발명의 다른 실시의 예에 따른 측정시점에서 표준영상정보 및 입력된 영상정보를 정보전달수단으로 출력한 영상,

도 10a는 본 발명의 다른 실시의 예에 따른 총 측정시간동안의 표준영상정보 및 측정시점에서의 표준인체 표준위치정보의 테이블,

도 10b는 본 발명의 다른 실시의 예에 따른 측정시점에 따른 표준위치정보 및 측정된 위치정보를 이용한 영상정보의 비교에 대한 테이블,

도 11a는 본 발명의 또다른 실시의 예에 따른 특정시점(t)에서의 입력영상,

도 11b는 본 발명의 또다른 실시의 예에 따른 특정시점(t)에서의 오버레이(Overlay) 영상,

도 11c는 본 발명의 또다른 실시의 예에 따른 특정시점(t)에서 정보전달수단으로 출력영상,

도 11d는 본 발명의 또다른 실시의 예에 따른 특정시점(t+i)에서 정보전달수단으로 출력영상,

도 11e는 본 발명의 또다른 실시의 예에 따른 특정시점(t+i+1)에서 정보전달수단으로 출력영상,

도 11f는 본 발명의 또다른 실시의 예에 따른 특정시점(t+i+2)에서 정보전달수단으로 출력영상,

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 정보선택수단 200 : 정보전달수단

300 : 조명수단 320 : 스크린부재

350 : 영상입력수단 400 : 제어수단

401 : 정보처리수단 420 : 보조기억수단

500 : 출력수단

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 인체부위의 이동거리 측정장치는, 운동행위에 필요한 정보를 선택 입력하는 정보선택수단과, 인체부위에 빛을 조사하여 배경과 인체부위 간에 명암차를 형성하는 명암형성수단과, 상기 명암차가 뚜렷하게 형성된 인체부위에 대한 영상을 입력받는 영상입력수단과, 상기 입력된 명암의 영상을 이진화된 영상데이터로 변환하며 이진화된 영상데이터를 이용하여 인체부위에 대한 위치를 인식하여 인식된 인체부위의 위치를 이용해 인체부위에 대한 좌표를 산출하며 산출된 인체부위의 좌표를 이용하여 시간에 따른 인체부위의 이동거리를 측정함과 동시에 측정된 인체부위에 대한 정보를 비교 분석하는 제어 및 정보처리수단 및, 측정된 결과에 대한 출력을 실시하는 출력수단으로 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 인체부위의 이동거리 측정방법은, 운동행위에 필요한 정보를 선택 입력하는 정보선택단계와, 인체부위에 빛을 조사하여 배경과 인체부위 간에 명암차를 형성하는 명암형성단계와, 상기 명암차가 뚜렷하게 형성된 인체부위에 대한 영상을 입력받는 영상입력단계와, 상기 입력된 데이터를 신호처리하여 인체부위에 대한 좌표 및 이동거리를 측정하는 측정단계 및, 상기 측정된 결과를 출력하는 출력단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도 1 내지 도 4a, b, c를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시의예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시의 예에 따른 인체부위의 이동거리 측정장치를 도시한 개략도이고, 도 2은 발명의 일 실시의 예에 따른 인체부위의 이동거리 측정장치의 제어블록도이며, 도 3a는 본 발명의 일 실시의 예에 따른 영상입력수단의 요부 확대도이며, 도 3b는 본 발명의 일 실시의 예에 따른 영상입력수단의 다른 실시의 예에 대한 요부 확대도이다.

또한, 도 4a는 본 발명의 일 실시의 예에 따른 인체부위의 이동거리 측정방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.

상기 도 1내지 도 3a에서 도시된 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시의 예에 따른 인체부위의 이동거리 측정장치는, 정보선택수단(100)과, 정보전달수단(200), 영상입력수단(350), 제어수단(400), 정보처리수단(401), 보조기억수단(420), 출력수단(500)을 포함하여 구성되어 있다.

상기 정보선택수단(100)는, 인체부위의 측정에 대한 운동행위의 필요한 정보를 선택하여 입력하는 정보선택수단으로서, 예를 들어 키보드, 마우스, 터치스크린 등을 이용하여 운동에 대한 동작을 선택한다.

상기 정보전달수단(200)는, 선택된 운동동작에 대한 정보를 운동을 실시하는 피실험자에게 전달하는 것으로서, 정보전달수단으로서, 예를 들어 모니터, 스크린 프로잭터, 음향장치 등이 있으며, 운동을 실시하는 피실험자의 시야에 들어오는 전면에 위치에 설치되어 있다.

상기 영상입력수단(350)는, 조명수단(300), 스크린부재(320), 카메라(330),영상입력보드 (340)로 구성되어 있으며, 점광원(301, 302, 303)을 운동을 실시하는 인체부위(M)에 선택하여 조사하여 인체부위에 대한 명암영상(S)이 스크린부재(320)에 투영되며, 스크린부재(320)에 투영된 명암영상(S)을 입력 받도록 되어 있다.

상기 영상입력수단(350)에서의 조명수단(300)은, 다른 특정한 위치에 있는 점광원(301, 302, 303)과 상기 점광원을 점멸하도록 제어하는 장치로 구성되어 있고, 인체측정 부위의 필요에 따라 상기 점광원을 추가할 수 있으며, 운동을 실시하는 인체에 전면에 설치하여 측정하고자 하는 인체부위에 조사하여 인체부위(M)에 대한 형태의 영상을 스크린부재에 투영하게 되어 있다.

예를 들면, 도 3a와 같이 인체부위의 이동거리 측정장치에서는 3차원 공간에서 소정의 기준점 (0, 0, 0)을 설정하고, 상기 기준점으로부터 점광원(301)의 위치 PL1 = (XL1,YL1,ZL1)에 위치하며, 점광원(302)의 위치 PL2 = (XL2,YL2,ZL2)에 위치하며, 점광원(303)의 위치 PL3 = (XL3,YL3,ZL3)에 위치하여 있다.

그러므로, 인체부위의 측정을 실시할 때에는 인체부위(M)를 측정할 수 있는 위치에 있는 점광원(301, 302, 303)을 선택하여, 인체측정부위(M)가 스크린부재(320)에 투영되어 명암영상(S)을 형성할 수 있는 점광원을 선택한다.

또한 영상입력수단(350)에 있어서 조명수단(300)은, 측정시점에서 다른 위치에 있는 점광원(301, 302, 303)의 점멸이 필요한 때에는, 영상의 입력과 동시에 점광원이 점멸하도록(예를 들어 스트로보 조명) 영상입력보드 또는 제어수단(400) 및 정보처리수단(401)과 연결되어 사용할 수 있다.

상기 영상입력수단(350)에 있어서 스크린부재(320)은, 인체의 후면에 설치되어 있으며, 상기 점광원(301, 302, 303)이 인체에 조사하여 인체측정부위(M)에 대한 형태의 영상이 스크린부재(320)에 투영되어 명암영상(S)이 형성되며, 상기 스크린부재(320)의 재질은 정면에서 투영된 영상을 후면에서 나타나는 물질, 예를 들어 반투명 유리와 같은 물질로 되어 있다.

상기 영상입력수단(350)에 있어서 영상을 촬영하는 카메라(330)는, 스크린부재(320)의 후면에 설치되어 스크린부재에서 형성된 인체의 명암에 대한 명암영상(S)을 촬영하며, 측정하는 인체부위(M)가 빠른 동작으로 운동을 실시할 경우이거나, 필요에 따라 특정시점에서 다른 특정한 위치에 있는 점광원(301, 302, 303)의 점멸이 필요한 때에는 상기 영상을 촬영하는 카메라(330)의 사양을 변경하여 설치할 수 있다.

예를 들면, 일반적인 RS-170 종류의 카메라는 1초에 30 프레임(Frame)의 영상을 입력 받아 하나의 프레임을 입력 받기 위하여 30 msec의 시간에 대한 지연이 발생하며, 특정시점에서 인체부위의 좌표 측정시 필요에 따라 다른 위치에 있는 다른 점광원에 의하여 순차적 영상의 입력이 필요 시에는 많은 프레임을 촬영하는 카메라(High Frame Rate Area Scan Camera : 예를 들어 DALSA INC.에서의 CA-D1-0128 카메라 840 Frame/Second)를 사용하거나, 두대 이상의 카메라를 설치하여 사용할 수 있다.

또한, 영상입력수단(350)에 있어서, 인체부위(M)은 점광원(301, 302, 303)과 스크린부재(320)의 사이에 위치하며, 스크린부재(320)의 후면에 카메라(330)를 설치하였으나, 필요에 따라 점광원과 카메라의 위치를 변경하여 실시할 수 있다.

예를 들어, 도 3b에서와 같이 카메라(330)를 인체부위(M)의 전면에 있는 점광원(301, 302, 303)의 위치에 설치하고, 스크린부재(320)를 인체부위(M)의 후면에 설치한 후, 스크린부재(320)의 영역에 고르게 광원(305)을 조사하면 스크린부재(320)을 배경으로 하는 인체부위의 형태가 어둡게 촬영되는 동일한 명암영상(S)을 입력 받을 수 있으며, 인체부위의 측정위치 변경시에 측정하고자 하는 인체부위의 점광원(301, 302, 303)의 위치에 카메라 설치하여 구성할 수 있다.

상기 영상입력수단(350)에 있어서 영상입력보드(340)는, 측정시점(t)에서 카메라에 의하여 촬영된 명암영상(S)을 입력 받아 제어수단(400) 및 정보처리수단(401)에 전달하며, 카메라의 영상을 촬영하기 위하여 제어 수단에서 발생하는 영상입력신호를 상기 카메라(330)에 전달하거나, 명암영상(S)의 입력시 점광원의 점멸 시 조명장치(300)에 연결하여 점광원(301, 302, 303)의 점멸수단으로 사용된다.

상기 제어수단(400) 및 정보처리수단(401)은, 영상정보의 입출력 및 제어를 위한 제어수단(400)과, 입력된 영상을 이용하여 인체부위에 대한 정보를 추출하는 정보처리수단(401)으로 구분될 수 있으며, 예를 들어 컴퓨터 본체, I/O 보드, 메모리 및 프로세서를 이용할 수 있다.

상기 제어수단(400) 및 정보처리수단(401)에 있어서 제어수단(400)은, 영상정보의 입출력 및 제어를 위한 부분으로 정보선택수단(100)에서 입력된 운동행위에 필요한 정보를 선택 입력과, 정보전달수단(200)으로 정보의 출력과, 조명수단(300)의 제어와, 인체부위 측정시에 측정시점(t)에서 영상입력보드(340)의 제어와, 보조기억수단(410)에서 정보의 검색 및 저장과, 출력수단(500)으로의 측정된 결과에 대한 출력을 실시한다.

상기 제어수단(400) 및 정보처리수단(401)에 있어서 정보처리수단(401)은, 입력된 명암영상(S)을 이진화하며, 이진화된 영상을 이용하여 인체부위 위치인식단계(860)과, 인식된 인체부위의 위치를 이용하여 인체부위 좌표산출단계(870)과, 산출된 인체부위의 좌표를 이용하여 시간에 따른 인체부위의 이동거리를 측정하는 인체부위 이동거리 측정단계 (880)과, 보조기억 수단에 기억된 정보를 이용하여 정보를 비교 및 분석하는 수단으로 사용된다.

상기 보조기억수단(420)은, 정보처리수단(401)에서 인체의 운동의 선택에 필요하는 영상정보에 대한 자료의 보관 및 측정된 영상정보의 저장수단(예를 들어 하드 디스크)으로 사용되며 된다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 인체부위의 이동거리 측정장치에 대한 동작과정을 도 1 내지 도 11a∼f을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 인체부위의 이동거리 측정장치 및 일실시의 예에 따른 방법에 있어서, 작용의 예를 도 1 내지 도 8b 을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

상기 일 실시의 예에서는, 주어진 측정주기에서 인체부위의 측정 및 인체부위의 이동거리를 측정하는 장치 및 방법에 대한 것으로 이를 상세히 기술하면 다음과 같다.

상기 초기화단계(800)는, 외부로부터 전원이 공급되면 정보선택수단(100), 정보전달수단(200), 조명수단(300), 영상입력수단(350), 제어수단(400), 정보처리수단(401), 보조기억수단(420), 출력수단(500)이 초기화된다.

추가적으로, 보조기억수단(420)에는 운동행위에 대한 정보를 선택하기 위한 항목에 대한 자료가 저장되어 있다. (예를 들어 제자리 달리기, 높이 뛰기 등에 대한 운동의 종류들에 대한 항목)

상기 운동정보 선택 및 입력단계(810)는, 정보선택수단(100)을 이용하여 피 실험자가 운동행위에 대한 정보를 선택하며, 총 측정시간(TS), 측정주기(Tn) 및 인체측정부위를 입력한 후, 측정을 개시하도록 지시하면, 정보선택수단(100)에서 발생한 신호가 제어수단(400)으로 입력되어 진다.

상기 운동시작정보단계(815)는, 운동정보 선택 및 입력단계(810)에서 발생된 정보를 이용하여, 제어수단(400) 및 정보처리수단(401)에서의 보조기억장치(420)에 있는 영상을 분석하기 위한 영상의 전처리 알고리듬, 인체부위 위치인식 알고리듬, 인체부위 좌표산출 알고리듬, 인체부위 이동거리 측정에 대한 영상처리 알고리듬에 관한 프로그램이 로드(Load)된다.

그리고, 운동시작정보단계(815)에서는, 피 실험자가 선택한 운동에 대한 정보를 정보전달수단(200)으로 출력하며, 운동의 시작의 신호를 정보전달수단(200)으로 디스플레이 하면 피 실험자는 동작을 실시한다.

상기 측정정보전달단계(820)는, 영상입력수단에 의하여 입력된 인체부위의 영상, 인체부위 위치좌표, 인체부위의 이동거리에 대한 실시간 정보를 정보전달수단(200)에 출력한다.

상기 측정주기 비교단계(825)는, 운동이 실시되는 기간동안 측정시점이 측정주기(Tn)의 시점인 경우에는, 점광원의 조사단계(830)으로 넘어가서 인체부위에 대한 측정을 실시한다.

다음에서는 상기 영상입력수단(350)을 이용하여 조명수단(300)을 이용한 점광원(301, 302, 303)의 제어와, 스크린부재(320)에 투영된 인체부위(M)의 명암영상(S)을 입력 받는 카메라(330)와, 입력된 명암영상(S)을 제어수단(400) 및 정보처리수단(401)에 전달하는 영상입력보드(340)에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

상기 점광원의 조사단계(830)는, 상기 측정시점(t)에서 측정하는 인체부위에 위치한 점광원의 신호를 선택하여 제어수단(400)에서 발생하여 조명수단(300)으로 출력하며, 상기 조명수단(300)에서는 제어수단(400)에 의하여 입력된 신호를 이용하여 점광원(301, 302, 303)을 선택하여 조사한다.

예를 들면, 도 5a 에서 도시된 바와 같이 인체부위 측정에 있어서 인체부위(M)의 상체에 대한 측정을 실시할 경우, 점광원(301)을 인체부위에 조사하면 측정하고자 하는 상체부위에 대한 점광원(301)의 조사에 의한 투영된 명암영상(S)이 스크린부재(320)에 나타난다.

또한 도 5b 에서 도시된 바와 같이 인체부위 측정에 있어서 인체부위(M)의 하체에 대한 측정을 실시할 경우, 점광원(303)을 인체부위에 조사하면 측정하고자 하는 하체부위에 대한 점광원(303)의 조사에 의한 투영된 명암영상(S)가 스크린부재(320)에 나타난다.

상기 영상입력단계(840)는, 상기 점광원의 조사에 의하여 스크린부재(320)에투영되어 형성된 인체부위의 명암영상(S)를 카메라(330)을 이용하여 입력 받으며, 카메라에 의하여 입력된 영상신호는 영상입력보드(340)에 전달하며, 영상입력보드에 의하여 입력된 영상신호는 상기 정보처리수단(401)에 전달된다.

상기 영상전처리단계(850)는, 상기 영상입력수단(350)에 의하여 입력된 명암영상(S)을 이용하여, 영상을 이진화영상(Binary Image : 검은색과 흰색으로 영상을 변경)으로 구성하는 단계로서, 문턱치 값(Threshold value)을 명암영상(S)에 적용하면, 스크린부재(320)에 대한 영역은 흰색으로 인체부위(M)에 대한 영역은 검은색으로 간단하게 구분할 수 있다.

상기 인체부위 인식단계(860)는, 상기 영상전처리단계(850)에 의하여 이진화영상(P)을 이용하여 인체부위 위치에 대한 정보를 추출하기 위한 단계로서, 도 6a 및 도 6b를 이용하여 상세히 설명한다.

예를 들어 측정부위를 제자리 달리기를 실시하는 동작에서 발끝의 위치를 산출하는 선택정보(측정시간, 측정시간의 주기, 인체측정부위-발끝, 인체측정부위의 측정시간에 대한 이동거리)를 정보선택수단(100)을 이용하여 운동정보 선택 및 입력단계(810)에서 실시하며, 정보선택수단(100)에 의하여 입력된 선택정보는 제어수단(400) 및 정보처리수단(401)으로 전달되며, 상기 제어수단(400) 및 정보처리수단(401)으로 전달된 선택수단(100)에 대한 정보는 보조기억수단(420)을 이용하여 영상처리에 필요한 알고리즘이 로드(Load) 된다.

그리고, 제어수단(400) 및 정보처리수단(401)에서는 선택된 동작에 대한 운동행위를 실시하기 위한 운동시작정보(815)를 정보전달수단(200)으로 전달하여 운동행위에 대한 시작 신호를 정보전달수단(200)에 디스플레이 하며, 피실험자는 시작신호를 인지함과 동시에 운동행위를 실시한다.

인체부위 인식단계(860)에 있어서 상기 영상입력수단(350)에서는, 피실험자가 선택수단에 의하여 입력된 인체측정부위에 대한 영상을 측정주기의 시점에서 입력 받기 위하여, 제어수단(400)을 이용하여 조명수단(300) 및 영상입력보드(340)에 영상입력신호를 전달하며, 상기 조명수단(300)에 입력된 영상입력신호를 이용하여 인체측정부위에 있는 점광원(303)을 선택하여 인체부위에 조사하게 되며, 점광원(303)에 의하여 조사된 조명은 인체부위(M)을 투과하며 스크린부재(320)에 투영되어 명암영상(S)를 형성하며, 상기 카메라(303)을 통하여 명암영상(S)을 입력받는다..

인체부위 인식단계(860)에 있어서 상기 카메라(330)는, 스크린부재(320)에서 명암영상(S)을 입력 받아 영상입력보드(340)으로 영상신호를 전달하며, 영상입력보드(340)에서는 스크린부재(320)에 의하여 입력 받은 영상신호를 정보처리수단(401)로 전달한다.

인체부위 인식단계(860)에 있어서 영상전처리단계(850)는, 명암영상(S)을 이용하여 이진화영상(P)이 만들어 지며, 인체부위에 대한 영역을 구분하여 인체부위 인식단계(860)로 입력되며, 인체부위인식단계에 입력된 인체부위(M)에 대한 영상은 도 6a와 같은 이진화영상(P)으로 나타나게 된다.

인체부위 인식단계(860)는, 상기 영상전처리단계(850)에 의하여 이진화 영상을 이용하여 도 6a에서 도시된 이진화영상(P)을 영역 A와 영역 B로 분활한 후, 영역에서 하단부위에 가장 가까운 검은색의 값을 산출하면, 도 6b와 같이 영역 A의 영상에서는 왼발의 다리 끝의 위치의 인식좌표값(YPFL, ZPFL)을 산출할 수 있으며, 영역 B의 영상에서는 오른발의 다리 끝의 위치의 인식좌표값(YPFR, ZPFR)을 산출할 수 있다.

또한, 인체부위에 대한 위치좌표를 산출하기 위하여서는 스크린부재(320)에 의하여 입력된 영상이 칼리브레이션 되어 있다는 가정을 하며, 칼리브레이션 방법은 다음과 같다.

예를 들어, 스크린부재(320)의 Y축의 수평넓이(YST)가 250[cm]이며, 스크린부재(320)의 Z축의 수직높이(ZST)가 240[cm]이라고 가정하고, 카메라(330)가 스크린부재와 일치하게 영상을 입력 받으며, 영상의 해상도가 수평(Y) 640 픽셀(Pixel) * 수직(Z) 480 픽셀(Pixel)이라고 가정하면, 영상에서 수평(Y) 1 픽셀에 대응하는 스크린부재(320)의 수평에 대한 분해능은 250 [cm] / 640 = 0.390625 [cm] 이며, 수직(Z) 1 픽셀에 대응하는 스크린부재(320)의 수직에 대한 분해능은 240 [cm] / 480 = 0.5 [cm] 이다.

그리고, 상기와 같이 산출된 수평, 수직의 분해능을 이용하여, 스크린부재(320)에 투영된 영상의 좌표에 대한 좌표값을 산출하면 다음과 같다.

예를 들어, 스크린부재(320)를 입력 받은 이진화영상(P)에서 인체부위의 위치가 Y축의 좌표가 320 픽셀이며, Z축의 좌표가 300 픽셀이면, 스크린부재에 위치한 Y 좌표는 0.390625320 = 125[cm] 이며, Z 좌표는 0.5300 = 150[cm] 이다.

그러므로, 상기 영역 A의 영상에서의 왼발의 다리 끝의 위치의인식좌표값(YPFL, ZPFL)을 스크린부재의 위치로 변환하면 (0.390625×YPFL, 0.5×ZPFL)이며, 영역 B의 영상에서의 오른발의 다리 끝의 위치의 인식좌표값 (YPFR, ZPFR)을 스크린부재의 위치(YS, ZS)로 변환하면 (0.390625×YPFR, 0.5×ZPFR) 이다.

상기 인체부위 좌표산출단계(870)는, 스크린부재(320)에 위치하여 있는 인체부위의 좌표를 이용하여 인체부위의 실질적인 인체부위 좌표산출을 하는 단계로서, 예시된 도 7a, 7b 및 7c를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

인체부위의 이동거리 측정장치에서 3차원 공간에서 소정의 기준점 P = (0, 0, 0)을 설정하고, 상기 기준점으로부터 점광원(301)의 위치 PL1 = (XL1,YL1,ZL1)에 위치하며, 점광원(302)의 위치 PL2 = (XL2,YL2,ZL2)에 위치하며, 점광원(303)의 위치 PL3 = (XL3,YL3,ZL3)에 위치하여 있으며, 상기 점광원(301, 302, 303)으로부터 조사 받는 인체부위(M)에서의 측정부위는 (XM, YM, ZM)에 위치하여 있으며, 상기 점광원(301,302,303)의 조사에 의하여 투영된 인체부위의 명암영상(S)을 나타내는 스크린 부재(320) (XS, YS1, ZS1)에 위치하여 있다.

예를 들어, 운동행위를 실시하는 피실험자의 위치가 미리 지정된 위치에서 운동을 실시에는 X축의 인체부위의 위치좌표 XM은 정해진 값이 된다.

그러므로 피실험자가 측정을 실시하는 인체부위를 인체부위의 머리상단으로 운동정보 선택 및 입력단계(810)에서 선택한 후, 인체부위의 위치좌표 XM을 제외한 Z축 상의 좌표 ZM과, Y축 상의 좌표 YM을 산출하기 위해 도 7a 및 7b 참조하여 설명하면 다음과 같다.

상기 Z축상의 좌표 ZM 을 산출하기 위하여, 상기 인체부위의 상단부위를 조사하는 점광원(301)을 인체의 측정부위에 조사하며, 점광원(301)에 의하여 스크린 부재에 인체부위에 대한 명암영상(S)이 형성되며, 공간상의 좌표를 X축 및 Z축으로 투영하면 도 7a 와 같은 단면도로 나타나며, 이를 이용한 수학식은 다음과 같이 구하여 진다.

(ZL1 - ZM) : (XM - XL1) = (ZL1 - ZS1) : (XS - XL1)

ZM = ZL1 - (XM - XL1) (ZL1 - ZS1) / (XS - XL1)

상기 Y축상의 좌표 YM 을 산출하기 위하여, 상기 인체부위의 상단부위를 조사하는 점광원(301)을 인체의 측정부위에 조사하며, 점광원(301)에 의하여 스크린 부재에 인체부위에 대한 명암영상(S)이 형성되며, 공간상의 좌표를 X축 및 Y축으로 투영하면 도 7b 와 같은 단면도로 나타나며, 이를 이용한 수학식은 다음과 같이 구하여 진다.

(YL1 - YM) : (XM - XL1) = (YL1 - YS1) : (XS - XL1)

YM = YL1 - (XM - XL1) (YL1 - YS1) / (XS - XL1)

또한, 운동를 실시하는 피실험자의 위치가 미리 지정된 위치에 대한 X축의 인체부위의 위치좌표 XM의 값이 정해지지 않았을 경우에는, X축의 인체부위의 위치좌표 XM의 값을 산출하는 절차는 다음과 같다.

예를 들면, 상기 인체부위의 머리상단의 측정 및 XM의 좌표값의 산출에 대한실시의 경우에 있어서 영상입력절차는 다음과 같다.

운동행위를 실시하는 시간동안 영상입력시점의 주기에서 인체부위의 위치좌표 XM의 값을 산출하기 위하여, 상기 제어수단(400)에서는, 도 3a와 같은 점광원(301, 302)은 인체측정 부위에 가까운 특정한 위치(XL1, YL1, ZL1)에 있는 점광원(301)을 선택하여 짧은 시간(예를 들어 1000 msec 이내) 동안에 광원을 조사하여 영상을 입력한 후, 다른 특정한 위치 (XL2, YL2, ZL2)에 있는 점광원(302)을 선택하여 짧은 시간 동안에 광원을 조사하여 순차적으로 영상을 입력한다.

입력된 영상은 영상전처리단계(850)를 이용하여 이진화영상(P)을 형성되어 인체부위 인식단계(860)로 전달되며, 상기 인체부위 위치인식단계(860)에서는 영상전처리단계에서 이진화영상을 이용하여 인체부위가 스크린부재에 투영된 좌표를 산출한 후에 인체부위 좌표산출단계(870)로 전달된 후, 두개의 영상에서의 스크린부재에 투영된 위치좌표 (XS, YS1, ZS1) 및 (XS, YS2, ZS2)를 이용하여 인체부위에 대한 좌표 XM의 값을 산출하게 된다.

상기 X축상의 좌표 XM 을 산출하기 위하여, 스크린부재에 투영된 위치좌표 (XS, YS1, ZS1) 및 (XS, YS2, ZS2)에 대한 공간상의 좌표를 X축 및 Y축으로 투영하면 도 7c 와 같은 단면도로 나타나며, XM은 두개의 점 (XL1,YL1)과 (XS,YS1)으로 이루어지는 직선과, 두개의 점 (XL2,YL2)과 (XS,YS2)으로 이루어지는 직선과의 교점을 산출하여 구하여 진다.

(YM - YL1) = (YS1 - YL1) (XM - XL1) / (XS - XL1)

(YM - YL2) = (YS2 - YL2) (XM - XL1) / (XS - XL2)

그러므로 인체부위 좌표산출단계(870)에서는, 인체부위 위치인식단계에서 산출된 스크린부재(320)에 위치하여 있는 인체부위의 좌표를 이용하여 인체부위의 실질적인 인체부위 좌표(XM, YM, ZM)를 산출할 수 있다.

상기 인체부위 이동거리측정단계(880)는, 인체부위 좌표산출단계(870)에서 일정시간 동안에 측정주기(Tn) 간격으로 인체부위의 위치좌표(XM, YM, ZM)를 측정한 후, 시간의 경과에 따른 시점과 시점간의 간격에서의 인체부위의 이동거리를 측정하는 단계로서 도 8a 및 도 8b를 참조하여 상세히 설명한다.

상기 도시된 도 8a는 본 발명의 일 실시의 예에 따른 측정주기에서의 측정된 인체부위의 이동거리를 산출한 데이터 테이블로서 인체부위 좌표산출단계(870)에서 산출된 스크린부재(320)에 위치하여 인체부위 좌표(XM, YM, ZM)를 산출한 후, 측정주기에 따른 이동거리의 측정을 나타낸 테이블이다.

예를 들면, 일정시간 동안에 피실험자의 인체부위의 이동거리의 측정에 대한 예로서, 제자리 달리기를 하는 운동의 발끝의 주기적인 왕복운동 횟수 및 이동거리의 측정에 대한 것으로서, 총 측정시간(TS)을 10초로 가정한 후, 주기적인 인체부위 측정주기(Tn)를 1초로 가정하면, 시간의 흐름에 따른 측정시점 t(0) < t(1) < t(2) .. < t(9) < t(10) 에서 측정시점(t)별 인체부위의 위치에 대한좌표값(XM, YM, ZM)을 산출한다.

또한, t(2)에서의 오른발 끝의 인체부위의 위치에 대한 좌표값(XM2, YM2, ZM2)의 값이 (350, 120, 0)이고, t(3)에서의 오른발 끝의 인체부위의 위치에 대한 좌표값(XM3, YM3, ZM3)의 값이 (343, 116, 34)이면, 3차원 공간상에서의 거리(d)는 다음과 같은 수학식에 의하여 37.8682[cm]이 된다.

그러므로, 상기의 절차를 운동실시 시간동안(10초) 수행시의 인체부위에 대한 이동거리는 도 8a와 같이 나타날 수 있으며, 도 8a에서 측정한 인체부위의 이동거리를 이용한 그래프를 도 8b에서 구할 수 있다.

상기 총 측정시간의 완료비교단계(910)는, 운동정보 선택 및 입력 단계(810)에서 선택되어진 총 측정시간(TS), 측정주기(Tn) 및 측정시점(t)의 정보를 이용하여 측정의 완료를 판단하는 단계이다.

예를 들어, 총 측정시간(TS) 정보를 이용하여 측정주기(Tn)에서의 측정시점(t)이 총 측정시간(TS) 미만이면, 측정정보전달단계(820)로 되돌아가서 입력된 영상의 디스플레이, 인체부위 좌표산출 및 이동거리측정을 실시하고 또한, 측정시점(t)이 총 측정시간(TS) 이상이면, 인체부위에 대한 측정을 완료한다.

상기 측정결과의 출력단계(920)는, 운동정보 선택 및 입력 단계(810)에서 선택되어진 총 측정시간(TS), 측정주기(Tn), 측정시점(t), 선택된 운동정보의 항목, 인체측정부위, 총 측정시간동안 측정한 인체부위의 이동거리에 대한 정보를 정보출력수단 또는 출력수단으로 출력한다.

결론적으로 상기 일 실시의 예에서의 특징은 다음과 같다.

상기 일 실시의 예에서는, 인체부위 이동거리에 대한 정보를 이용하면, 총 측정시간(TS)에 따른 인체부위의(왼발, 오른발)의 총 이동거리의 측정과, 인체부위의 시간의 경과에 따른 피실험자의 피로도 특징의 측정(예를 들어 처음 운동 시작 시에는 오른발 및 왼발의 이동거리가 많으나 시간이 경과함에 따라, 운동의 피로도로 인하여 왼발 및 오른발의 이동거리가 감소하기 시작)에 대한 정보와, 인체 부위의 운동 실시에서의 정보의 분석(예를 들어 피 실험자의 왼발의 이동거리는 오른발의 이동거리보다 적으므로 인체 부위에 대한 보정의 예로 제시)과 같은 정보를 얻을 수 있다.

이어서, 본 발명의 인체부위의 이동거리 측정장치 및 다른 실시의 예에 따른 방법에 있어서, 작용의 예를 도 4b, 도9a∼e, 도10a, 도10b을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

상기 다른 실시의 예에서는, 임의의 주어진 시점에서 인체부위의 위치 및 이동경로를 측정하는 장치 및 방법에 대한 것으로 이를 상세히 기술하면 다음과 같다.

상기 초기화단계(801)는, 일 실시의 예에서의 초기화 단계(800)에서의 수단의 초기화와 동일하다.

추가적으로 보조기억수단(420)에는 운동행위에 대한 정보를 선택하기 위한 수단으로 표준영상정보에 대한 자료가 저장되어 있으며, 상기 표준영상정보에는,총 측정시간(TS) 동안의 표준영상과, 측정시점(Tn)에 대한 정보, 측정시점에서의 표준인체 측정부위 정보가 저장되어 있다.(예를 들어 다양한 무용의 종류들에 대한 항목 및 동영상정보)

상기 표준영상정보 항목선택단계(811)는, 정보선택수단(100)을 이용하여 피 실험자가 표준영상정보의 항목을 선택하여 측정을 개시하도록 지시하면, 정보선택수단(100)에서 발생한 신호가 제어수단(400)으로 입력되어 진다.

상기 운동시작정보단계(816)는, 표준영상정보 항목선택단계(811)에서 발생된 정보를 이용하며, 일 실시의 예의 운동시작정보단계(815)의 방법과 동일하다.

상기 표준영상 정보전달단계(821)는, 총 측정 시간(TS)동안에 선택된 표준영상정보에 대한 동영상화면을 정보전달수단(200)에 디스플레이를 실시한다.

도10a는 총 측정시간동안에 디스플레이 하여야 하는 표준영상정보(예를 들어 도 9a), 측정시점에서의 표준위치정보(예를 들어 도9a에서의 PH(j), PHL(j), PHR(j), PFL(j), PFR(j)에 대한 인체부위 위치정보)를 낸다.

상기 측정시점비교단계(826)는, 표준영상정보가 측정시점(j)에서 표준위치정보를 가지고 있으면, 측정시점(j)에서 표준영상을 정보전달수단(200)에 디스플레이 한 후에, 점광원의 조사단계(830)로 들어가서, 영상입력수단에 의하여 입력된 영상정보에 대한 인체부위의 영상, 인체부위 위치좌표, 인체부위의 이동거리에 대한 실시간 정보를 정보전달수단(200)에 출력한다.

상기 인체부위 영상정보 추출과정(900)에서는, 상기 점광원의 조사단계(830)와, 상기 영상입력단계(840)와, 상기 영상전처리단계(850)와, 상기 인체부위 인식단계(860)와, 상기 인체부위 좌표산출단계(870)와, 상기 인체부위 이동거리측정단계(880)로서, 이는 상기 일 실시의 예의 인체부위 영상정보 추출과정(900)의 방법과 동일하다.

상기 영상정보 비교단계(890)는, 도9a∼e, 도10a, 도10b를 이용하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

영상정보의 비교단계에서는, 운동을 실시하는 피실험자에게 표준영상(예를 들어 도9a와 같은 영상) 정보전달수단(200)으로 출력함과 동시에 점광원의 조사단계(830)로 들어가서, 영상입력수단에 의하여 입력된 영상정보에 대한 인체부위의 영상, 인체부위 위치좌표, 인체부위의 이동거리에 대한 실시간 정보를 산출한다.

도 9c는, 표준영상정보를 모방하여 운동행위를 실시하는 자세에 대한 이진화영상(P)이 영상입력과정을 통하여 입력된 것으로서, 상기 인체부위 인식단계(860)와, 상기 인체부위 좌표산출단계(870)와, 상기 인체부위 이동거리측정단계(880)를 이용하면 측정된 인체부위 정보 PH′, PHL′, PHR′, PFL′, PFR′에 대한 위치정보를 산출할 수 있다.

도 9e는 임의의 측정시점(j)에서의 정보전달수단(200)에 디스플레이 된 표준영상 및 입력영상의 예를 나타내며, 필요에 따라 한 대 이상의 디스플레이 장치로 표시할 수 낸다.,

그러므로 상기 표준위치정보(PH, PHL, PHR, PFL, PFR)와 이진화영상에서 측정된 인체부위 정보(PH′, PHL′, PHR′, PFL′, PFR′)를 이용하여 영상의 비교를 실시하기 위하여서는 다음과 같은 단계가 필요하다.

두개의 인체에 대한 영상의 비교 시에는 표준인체와 피실험자의 키의 크기 또는 몸의 형태에 따른 비교를 일정하게 하기 위하여 평활화(Normalize) 기법이 필요하며, 이를 위하여 인체부위의 이동거리를 이용한 이에 대한 산출의 예는 다음과 같다.

도 9b는 표준영상에서의 위치정보를 이용하여 인체부위의 이동거리를 도시한 것으로서, 표준영상에서의 측정시점(i)과 측정시점(j)에서의 표준위치정보(PH, PHL, PHR, PFL, PFR)의 이동거리를 나타낸 선분(L1, L2, L3, L4, L5)이며, 상기 측정시점(i)으로부터 측정시점(j)까지의 이동거리는 수학식 4를 이용하여 산출할 수 있다.

예를 들어, PH(i)에서부터 PH(j)까지의 인체부위(머리부위)의 이동거리 L1은 수학식 4를 이용하여 산출할 수 있으며, 같은 방법으로 이동거리 L2, 이동거리 L3, 이동거리 L4, 이동거리 L5 를 산출할 수 있다.

도 9d는 입력된 이진화영상에서 측정된 인체부위의 정보를 이용하여 인체부위의 이동거리를 도시한 것으로서, 측정시점(i)과 측정시점(j)에서의 입력된 이진화영상에서 측정된 인체부위 정보(PH′, PHL′, PHR′, PFL′, PFR′)의 이동거리를 나타낸 선분(L′1, L′2, L′3, L′4, L′5)이며, 상기 측정시점(i)으로부터 측정시점(j)까지의 이동거리는 수학식 4를 이용하여 산출할 수 있다.

예를 들어, PH′(i)에서부터 PH′(j)까지의 인체부위(머리부위)의 이동거리 L′1은 수학식 4를 이용하여 산출할 수 있으며, 같은 방법으로 이동거리 L′2, 이동거리 L′3, 이동거리 L′4, 이동거리 L′5 를 산출할 수 있다.

그러므로, 산출된 표준영상정보에 대한 이동거리를 xi의 변수에 대입하고, 입력된 이진화영상에서 측정된 인체부위의 이동거리를 yi의 변수에 대입하여, 서로간의 상관관계(correlation)에 의한 두개의 영상간의 비교를 다음과 같은 수학식 5를 이용하여 할 수 있다.

또한 도 10b는, 다른 실시의 예에 따른 측정시점에서의 표준인체 측정부위 정보 및 측정된 인체부위 정보를 이용한 영상정보의 비교에 대한 테이블로서, 이는 피실험자가 표준영상정보를 모방하는 운동행위를 실시하였는지에 대한 결과로서 제시가 가능하다.

상기 표준영상정보의 완료 비교단계(911)는, 표준영상정보 항목선택단계(811)에서 선택되어진 정보를 이용하여 측정의 완료를 판단하는 단계이다.

예를 들어, 총 측정시간(TS) 정보를 이용하여 측정시점(t)이 총 측정시간(TS) 미만이면, 측정정보달단계(821)로 되돌아가서 표준영상 및 입력된 명암영상(S)의 디스플레이를 실시하고, 표준인체 측정부위 정보 및 측정된 인체부위 정보를 이용한 영상정보의 비교를 실시하며, 반대로, 측정시점(t)이 총측정시간(TS) 이상이면, 인체부위에 대한 측정을 완료하고 결과정보의 출력단계(921)로 들어간다.

상기 결과정보의 출력단계(921)는, 피실험자가 선택한 표준영상정보를 이용하여, 총측정시간(TS) 동안 측정시점(t)에서 모방된 자세를 실시한 분석 결과를 출력수단(500)으로 전달한다.

결론적으로 상기 다른 실시의 예에서의 특징은 다음과 같다.

상기 다른 실시의 예는, 표준영상정보의 선택을 이용하여, 시간에 따른 피실험자의 행위의 모방에 대한 수행도의 측정(예를 들어 특정한 무용행위의 선택으로 인한 이를 모방하는 행위의 수행도 측정)을 할 수 있으며, 인체부위의 이동거리 및 자세에 대한 실시간 측정을 할 수 있으므로, 인체부위에 대한 시점별 실시간 자세의 교정을 할 수 있다.

이어서, 본 발명의 인체부위의 이동거리 측정장치 및 또 다른 실시의 예에 따른 방법에 있어서, 작용의 예를 도 4c 및 도 11a∼f을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

상기 또다른 실시의 예에서는, 임의의 주어진 시점에서 인체부위의 반응시간 및 이동경로를 측정하는 장치 및 방법에 대한 것으로 이를 상세히 기술하면 다음과 같다.

상기 초기화단계(802)는, 일 실시의 예에서의 초기화 단계(800)에서의 수단의 초기화와 동일하다.

추가적으로 보조기억수단(420)에는 운동행위를 실시하게 하는 정보를 선택하기 위한 수단으로 임의(Random)의 시점정보를 생성하는 타이머(Timer) 및 디스플레이 상에서 임의(Random)의 위치정보를 정보전달수단(200)으로 디스플레이 하는 위치생성수단을 이용한 임의시간위치측정프로그램(예를 들어 게임 프로그램의 종류들)이 저장되어 있다.

상기 운동정보 선택 및 입력단계(812)는, 정보선택수단(100)을 이용하여 피 실험자가 임의시간위치측정프로그램의 항목을 선택하여 측정을 개시하도록 지시하면, 정보선택수단(100)에서 발생한 신호가 제어수단(400)으로 입력되어 진다.

상기 운동시작정보단계(817)는, 운동정보 선택 및 입력단계 (812)에서 발생된 정보를 이용하며, 일 실시의 예의 운동시작정보단계(815)의 방법과 동일하다.

이와 같은 단계에 대한 예를 설명하고자, 도 11a∼f와 같은 폭탄제거게임에 대하여 설명하기로 한다.

예를 들어, 폭탄제거게임에서는, 피실험자가 주어진 시간 동안 정보전달수단(200)에 출력된 임의의 위치에 있는 폭탄(B1) 부위에 인체부위를 접촉하여야 폭탄이 제거될 수 있어서, 지속적으로 게임을 실시할 수 있으며, 그렇지 않은 경우에는 게임이 종료된다.

또한 피실험자는 폭탄의 제거를 실시 시에는 이동경로에서는 뇌관부위(K)를 피하여 제거하여야 하며, 뇌관부위에 인체부위를 접촉 시에는 게임이 종료된다.

그러므로, 상기 초기화단계(802)에서는 보조기억수단(420)에는 여러 가지 게임들이 기록되어 있으며, 상기 운동정보 선택 및 입력단계(812)서는 피 실험자가 여러 가지 게임들 중에서 폭탄제거게임을 선택하는 단계가 되며, 상기 운동시작정보단계(817)에서는 폭탄제거게임을 알리는 신호와 함께, 초기에 위치하여야 할 인체부위의 위치를 정보전달수단(200)으로 디스플레이 한다.

상기 위치정보전달단계(822)는, 선택된 임의시간위치측정프로그램에 대한 영상 오버레이 영상 및 이진화영상(P)의 합성영상을 정보전달수단(200)(예를 들어 도 11c와 같은 영상)에 디스플레이를 실시한 후, 점광원의 조사단계(830)로 넘어간다.

도 11a는 운동을 실시하고 있는 측정시점(t)에서 영상입력수단(350)에서 입력받는 인체부위(M)에 대한 이진화영상(P)을 나타내고 있으며, 도 11b는 운동을 실시하고 있는 측정시점(t)에서 임의의 위치정보(B1)를 나타낸 오버레이 영상으로 임의의 위치정보(B1)에는 타이머(TR1)가 동작을 실시하고 있다.

또한, 도 11c는 운동을 실시하고 있는 임의의 측정시점(t)에서의 오버레이영상 및 연속적으로 입력되는 이진화영상(P)을 합성한 영상을 정보전달수단(200)으로 디스플레이 되는 상태를 나타낸다.

상기 반응시간 및 이동경로 측정단계(891)는, 운동행위를 실시하는 피실험자의 이동경로 및 반응시간을 측정하기 위한 것으로서, 도 11d 및 도 11e를 이용하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

예를 들면, 운동을 실시하는 피실험자에게 오버레이 영상(예를 들어 도11b와 같은 영상)과 연속적으로 입력되는 명암영상(S)을 입력받아 명암영상(S)을 이진화한 후에, 이진화영상(P)을 이용하여 상기 반응시간을 측정하기 위하여서는 시작 후 초기에 주어진 타이머(TR1)의 값의 상태를 산출하는 것으로서, 시간의 경과에 따라 타이머(TR1)의 값을 감소시킨다.

그리고, 이동경로의 측정에 있어서는, 인체부위 영상정보 추출과정(900)에서 산출된 인체부위의 좌표값이 오버레이 영상에서 주어진 이동경로(K)를 위반하는 지를 측정한다.

또한, 이동경로(K)를 측정하기 위하여 이동경로(K) 영역에 인체의 측정부위가 접촉하여 있으면 측정시점에서 피 실험자의 자세는 이동경로(K)를 위반한 것으로 판단한다.

그러므로, 상기 반응시간 및 이동경로의 측정에서는 피실험자의 운동행위 및 운동행위에 필요한 위치정보를 정보전달수단(200)에 디스플레이 한 후 시간에 따른 인체부위의 위치정보를 이용하여 산출이 가능하다.

상기 운동측정의 종료비교단계(912)는, 상기 반응시간 및 이동경로 측정단계(891)에서 측정된 타이머(TR1)의 시간이 종료되거나, 피 실험자의 자세가 이동경로(K)를 위반 할 경우에는 결과정보의 출력단계(922)로 넘어가고, 그렇지 않을 때에는 상기 위치정보전달단계(822)로 되돌아간다.

또한, 측정시점에서 피 실험자의 인체부위가 도 10d에서와 같이 임의의 위치정보(B1)를 이동경로(K)가 위반하지 않고 접촉 시에는 도 11e와 같은 성공적인 행위의 신호 BC(예를 들어 성공적으로 폭탄을 제거)에 대한 오버레이 영상을 입력된 이진화영상(P)과 함께 정보전달수단으로 출력한 후, 도11f와 같은 오버레이 영상에서와 같이 새로운 임의의 위치정보(예를 들어 B2, B3, B4)에 타이머(TR2, TR3, TR4)를 추가하여, 입력된 이진화영상(P)과 함께 정보전달수단으로 출력하고 상기 위치정보전달단계(822)로 되돌아가서 피실험자는 정보전달수단(200)에 대한 운동정보를 이용하여 행위를 실시한다.

상기 결과정보의 출력단계(921)는, 피실험자가 선택한 정보를 이용하여, 인체부위의 반응시간 및 인체부위의 이동거리의 실시한 분석 결과를 출력수단(500)으로 전달한다.

상기 또다른 실시예에서의 효과는 다음과 같다.

현재 보편적으로 널리 사용되는 게임은 인간의 시각과 인체의 단순한 신체운동의 측정(예를 들어 손가락만으로 키보드 조작)으로 실시되고 있으나, 본 또다른 실시의 예에서는 피실험자의 전체적인 신체부위에 대한 반응시간 및 이동경로에 대한 측정으로 이루어지는 게임이 가능하다.

그러므로, 기존의 방법보다 피실험자를 조금 더, 가상공간의 세계로 들어가게 하는 실질적인 장치 및 방법이 가능하므로, 인체부위의 위치, 인체부위의 이동거리 및 인체부위의 반응시간을 측정하는 적용하는 분야로서, 운동, 재활의학, 게임, 교육, 시믈레이션 등의 분야에 대한 적용이 가능하다.

참고적으로, 각 실시의 예에서의 주요 특징은 다음과 같다.

상기 일 실시의 예에서는 측정주기를 이용한 신체부위의 위치 및 이동거리산출에 대한 것이며, 상기 다른 실시의 예에서는 특정한 측정시점에서 표준영상을 이용한 모방된 자세의 유사도를 실시하는 것이며, 상기 또다른 실시의 예에서는 임의의 위치 및 임의의 시점으로부터 인체부위의 반응시간 및 이동경로를 측정하는 방법에 대한 것이다.

따라서, 본 발명을 이용하면, 측정하고자하는 인체부위에 대한 영상을 점광원을 선택하여 조사한 후, 영상입력수단을 이용한 이진화 영상을 이용하여, 인체부위의 측정시 이진화된 영상을 이용하여 인체영역의 추출로 인체부위의 위치 인식과, 인체부위의 좌표산출이 가능하며, 인체부위의 측정을 이용한 인체부위의 이동거리의 산출과, 인체부위의 운동에 대한 자세의 교정방법의 제시 및 시간에 따른 인체부위의 반응시간 및 인체부위의 이동경로에 대한 실시간 측정이 가능하다.

그리고, 본 발명을 이용하면, 단순한 장치의 구성을 이용하여 인체부위의 시간의 경과에 따른 피실험자의 피로도 특징의 측정과, 운동시에 인체 부위의 보정에 대한 정보를 얻을 수 있으며, 시간에 따른 피실험자 행위의 모방에 대한 수행도의 측정과, 인체부위에 대한 시점별 실시간 자세의 교정을 할 수 있다.

또한, 본 발명을 이용하면, 기존의 방법보다 피실험자를 조금 더, 가상공간의 세계로 들어가게 하는 실질적인 장치 및 방법이 가능하므로, 인체부위의 위치, 인체부위의 이동거리, 인체부위의 이동경로 및 인체부위의 반응시간을 측정하는 적용하는 분야로서, 운동, 재활의학, 게임, 교육, 시믈레이션 등의 분야에 대한 적용이 가능하다.

Claims

운동행위에 필요한 정보를 선택 입력하는 정보선택수단과,

인체의 전면 또는 후면에 설치되는 스크린부재와,

인체부위에 대해 빛을 조사하는 하나 또는 그 이상의 점광원 및,

상기 점광원을 점멸시키는 조명부와,

상기 스크린부재와 인체부위 간의 명암차가 뚜렷하게 형성된 영상을 입력받는 영상입력수단과,

상기 입력된 명암의 영상을 이진화된 영상데이터로 변환하며 이진화된 영상데이터를 이용하여 인체부위에 대한 위치를 인식하여 인식된 인체부위의 위치를 이용해 인체부위에 대한 좌표를 산출하며 산출된 인체부위의 좌표를 이용하여 시간에 따른 인체부위의 이동거리를 측정함과 동시에 측정된 인체부위에 대한 정보를 비교 분석하는 제어 및 정보처리수단 및,

측정된 결과에 대한 출력을 실시하는 출력수단으로 구성된 인체부위의 이동거리 측정장치.
제 1 항에 있어서, 인체의 운동행위에 필요한 영상정보의 자료에 대한 보관 및 측정된 정보를 저장하는 보조기억수단을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 인체부위의 이동거리 측정장치.
제 1 항에 있어서, 상기 정보선택수단을 통해 선택한 운동행위에 필요한 영상정보를 피실험자에게 전달하는 정보전달수단을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 인체부위의 이동거리 측정장치.
제 1 항에 있어서, 상기 정보선택수단은, 인체측정부위와 총측정시간와 측정주기를 선택하는 것을 특징으로 하는 인체부위의 이동거리 측정장치.
삭제
제 1 항에 있어서, 상기 점광원과 상기 스크린부재의 전면 사이에 인체가 위치하고, 상기 영상입력수단은 상기 스크린부재의 후면에 투영된 영상을 입력하는 것을 특징으로 하는 인체부위의 이동거리 측정장치.
제 1 항에 있어서, 인체는 상기 스크린부재의 전면에 위치하고 상기 점광원은 상기 스크린부재의 후면에 위치하며, 상기 영상입력수단은 상기 스크린부재의 전면을 배경으로 한 인체의 영상을 입력하는 것을 특징으로 하는 인체부위의 이동거리 측정장치.
제 1 항에 있어서, 복수개의 점광이 설치된 경우 상기 제어수단은, 상기 조명부를 제어하여 측정하려는 신체부위에 따라 점광원을 선택적으로 점등하는 것을 특징으로 하는 인체부위 이동거리 측정장치.
제 1 항에 있어서, 상기 정보처리수단은,

인체부위에 대한 영상을 입력받아 이를 전처리과정을 통한 인체측정부위 및 배경에 대한 영역을 이진화영상으로 구분한 후 인체부위를 인식하고 인식된 인체부위의 인체부위 좌표산출을 이용하여 시간에 따른 인체부위의 이동거리와 이동경로 및 반응시간을 측정하며 측정된 인체부위의 정보를 비교 분석하는 것을 특징으로 하는 인체부위 이동거리 측정장치.
운동행위에 필요한 정보를 선택 입력하는 정보선택단계와,

인체부위에 빛을 조사하여 배경과 인체부위 간에 명암차를 형성하는 명암형성단계와,

상기 명암차가 뚜렷하게 형성된 인체부위에 대한 영상을 입력받는 영상입력단계와,

상기 입력된 데이터를 신호처리하여 인체부위에 대한 좌표 및 이동거리를 측정하는 측정단계 및,

상기 측정된 결과를 출력하는 출력단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 인체부위 이동거리 측정방법.
제 10 항에 있어서, 측정된 결과정보를 저장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인체부위의 이동거리 측정방법.
제 10 항에 있어서, 상기 정보선택수단을 통해 선택한 운동행위에 필요한 영상정보를 피실험자에게 전달하는 정보전달단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인체부위의 이동거리 측정장치.
제 10 항에 있어서, 상기 정보선택단계는, 측정주기와 측정시점과 임의의 측정시점 등의 측정시점정보 및 운동에 필요한 정보를 선택하는 것을 특징으로 하는 인체부위의 이동거리 측정방법.
제 10 항에 있어서, 상기 정보선택단계는, 인체측정부위와 총측정시간과 측정주기를 선택하는 것을 특징으로 하는 인체부위의 이동거리 측정방법.
제 12 항에 있어서, 상기 정보선택단계는, 저장되어 있는 인체측정부위에 대한 영상의 종류에 대하여 피 실험자가 선택하는 것을 특징으로 하는 인체부위의 이동거리 측정방법.
제 12 항에 있어서, 상기 정보선택단계는, 운동실시방법에 대한 정보의 유형에 대하여 피 실험자가 선택하는 것을 특징으로 하는 인체부위의 이동거리 측정방법.
제 12 항에 있어서, 상기 정보전달단계는, 소정의 설정된 측정시점에서 피 실험자에게 운동실시에 대한 표준영상정보를 제공하며, 피실험자는 제공된 표준영상정보를 이용하여 모방된 자세를 실시하는 것을 특징으로 하는 인체부위의 이동거리 측정방법.
제 12 항 또는 제 17항에 있어서, 상기 정보전달단계는, 소정의 측정시점에서 피실험자가에 운동실시에 대한 표준영상정보를 제공하며, 피실험자는 제공된 표준영상정보를 이용하여 모방된 자세를 실시하고, 피실험자의 모방된 자세를 측정하여 제공된 영상정보와의 유사도 결과를 판별하여 판별결과를 표시하는 것을 특징으로 하는 인체부위의 이동거리 측정방법.
제 12 항 또는 제 17항에 있어서, 상기 정보전달단계는, 임의의 측정시점에서 피실험자에게 운동실시에 대한 위치정보를 제공하며 피실험자는 제공된 위치정보를 이용하여 운동을 실시하는 것을 특징으로 하는 인체부위의 이동거리 측정방법.
제 10 항에 있어서, 상기 측정단계는, 입력된 영상을 전처리과정을 통해 인체측정부위 및 스크린 배경에 대한 영역을 이진화영상으로 구분한 후, 이 이진화된 영상을 이용하여 인체부위의 좌표를 산출하고 산출된 좌표에 의해 인체부위의 위치와 이동거리 및 이동경로를 측정하는 것을 특징으로 하는 인체부위의 이동거리 측정방법.
운동에 필요한 정보를 선택 입력하는 운동정보 선택 및 입력단계와,

운동 시작에 대한 정보를 정보전달수단에 출력하는 운동시작정보단계와,

선택한 운동에 대한 정보를 측정시점에서 피실험자에게 전달하는 측정정보전달단계와,

점광원을 선택하여 운동을 실시하는 인체측정부위에 조사하는 점광원의 조사단계와,

상기 인체부위에 조사된 점광원을 이용하여 인체부위에 대한 영상을 스크린부재에 투영하여 명암영상을 형성하여 영상을 입력 받는 영상입력단계와,

상기 입력된 명암영상을 이용하여 명암의 영상을 이진화하는 영상전처리단계와,

상기 이진화된 영상을 이용하여 측정하려는 인체부위의 위치를 인식하는 인체부위 위치인식단계와,

상기 인식된 인체부위의 위치를 이용하는 인체부위 위치산출단계와, 상기 측정주기시간 간격으로 인체부위의 위치좌표를 측정하여 시간에 따른 인체부위의이동거리를 측정하는 인체부위 이동거리 측정단계와,

상기 측정된 결과에 대한 출력을 실시하는 측정결과의 출력단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 인체부위의 이동거리 측정방법.
운동행위에 필요한 정보를 선택 입력하는 표준영상정보 항목선택단계와,

운동행위를 시작을 정보전달수단에 출력하는 운동시작정보단계와,

선택한 운동행위 시에 측정시점에서 필요한 표준영상정보를 피실험자에게 전달하는 표준영상 정보전달단계와,

점광원을 선택하여 운동을 실시하는 인체측정부위에 조사하는 점광원의 조사단계와,

상기 인체부위에 조사된 점광원을 이용하여 인체부위에 대한 영상을 스크린부재에 투영하여 명암영상을 형성하여 영상을 입력 받는 영상입력단계와,

상기 입력된 명암영상을 이용하여 명암의 영상을 이진화하는 영상전처리단계와,

상기 이진화된 영상을 이용하여 측정하려는 인체부위의 위치를 인식하는 인체부위 위치인식단계와,

상기 인식된 인체부위의 위치를 이용하는 인체부위 위치산출단계와,

상기 측정시점에서 인체부위의 위치좌표를 측정하여 시간에 따른 인체부위의 이동거리를 측정하는 인체부위 이동거리 측정단계와,

상기 측정시점에서 운동을 실시하는 영상을 입력 받아 인체부위의 위치좌표및 이동거리를 측정하여 영상정보를 표준영상정보와 비교 분석하는 영상정보 비교단계와,

상기 측정된 결과에 대한 출력을 실시하는 결과정보의 출력단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 인체부위의 이동거리 측정방법.
운동행위에 필요한 정보를 선택 입력하는 운동정보 선택 및 입력단계와,

운동행위를 시작을 정보전달수단에 출력하는 운동시작정보단계와,

선택한 운동행위 시에 임의의 시점에서 운동행위에 필요한 위치정보를 피실험자에게 전달하는 위치정보전달단계와,

점광원을 선택하여 운동을 실시하는 인체측정부위에 조사하는 점광원의 조사단계와,

상기 인체부위에 조사된 점광원을 이용하여 인체부위에 대한 영상을 스크린부재에 투영하여 명암영상을 형성하여 영상을 입력 받는 영상입력단계와,

상기 입력된 명암영상을 이용하여 명암의 영상을 이진화하는 영상전처리단계와, 상기 이진화된 영상을 이용하여 측정하려는 인체부위의 위치를 인식하는 인체부위 위치인식단계와,

상기 인식된 인체부위의 위치를 이용하는 인체부위 위치산출단계와,

상기 인체부위의 위치좌표를 측정하여 시간에 따른 인체부위의 이동거리를 측정하는 인체부위 이동거리 측정단계와,

상기 운동을 실시하는 인체부위에 대한 정보를 이용하여 인체부위의 반응시간 및 이동경로를 측정하는 반응시간 및 이동경로 측정단계와, 상기 측정된 결과에 대한 출력을 실시하는 결과정보의 출력단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 인체부위의 이동거리 측정방법.