KR100446236B1 - No Contact 3-Dimension Wireless Joystick - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A non-contact type wireless joystick is provided to facilitate the space efficiently, to realize the free manipulation by moving a direction control tool such as a finger on the 3-D(Dimensional) space and to give more control commands according to the movement on the 3-D plane. CONSTITUTION: The direction control tool(3) such as the finger points to a direction on the 3-D space. A left and a right stereo camera(4,5) receive the movement of the direction control tool(3). A computer(1) analyzes the direction control tool(3) by analyzing an image inputted by the stereo cameras(4,5) and processes a command. The non-contact type wireless joystick analyzes the direction controlled by the direction controlling tool(3) moving on the 3-D space by converting two 2-D images inputted through two stereo cameras into a 3-D image. The stereo cameras process an operation such as the video communication and the image recognition process.

Description

비접촉식 3차원 무선 조이스틱{No Contact 3-Dimension Wireless Joystick} Non-contact three-dimensional wireless joystick {No Contact 3-Dimension Wireless Joystick}

본 발명은 컴퓨터의 입력수단에 하나인 조이스틱에 관한 것으로, 특히 2개의 영상을 입력받아 입체적인 영상으로 방향입력을 할 수 있도록 하는 비접촉식 3차원 무선 조이스틱에 관한 것이다. The present invention relates to a one in the input means of the computer joystick, especially 2 relates to a non-contact three-dimensional wireless joystick to allow the input direction to the three-dimensional image by receiving a single image.

조이스틱은 컴퓨터에 연결하여 정보를 입력하는데 사용할 수 있는 컴퓨터의 입력수단으로서, 일반적인 용도는 주로 게임등에 쓰인다. The joystick as an input means of a computer connected to a computer that can be used to enter information, general use is mainly used for playing games.

종래의 일반 컴퓨터에 연결하여 사용하는 조이스틱의 시스템은 도 1과 같으며, 도 1은 종래의 접촉식 조이스틱을 활용하는 구성을 나타낸 블록도이고, 도 2은 종래의 접촉식 조이스틱의 구성도이며, 도 3는 종래의 접촉식 조이스틱의 등가회로도이다. Was the system of the joysticks used in connection with a conventional general computer is also equal to 1, 1 is a block diagram showing the configuration to take advantage of the conventional contact-type joystick, Fig. 2 is a configuration of a conventional contact-type joystick also, Figure 3 is an equivalent circuit diagram of a conventional contact-type joystick.

도 1을 참조하면, 일반 개인용 컴퓨터(1)와 상기 컴퓨터(1)와 유선으로 연결되어 사용자의 입력을 받아들이도록 하는 조이스틱(2)을 포함한다. 1, it comprises a general personal computer (1) and the computer (1) and is connected by wire joystick 2 which to accept input from a user.

상기와 같이 구성되는 종래의 조이스틱에 대해 도 2및 도 3를 참조하여 설명하면, 도 2에서와 같이, 전원공급수단(21), 손잡이(22)및 상기 손잡이(22)의 상,하의 이동에 대응하는 제 1가변저항수단(23)및 좌,우의 이동에 대응하는 제 2가변저항수단 (24)으로 구성되고 상기 손잡이(22)의 상,하,좌,우의 움직임에 대응하는 상기 가변저항수단(23, 24)의 가변저항에 따라 상기 전원공급수단(21)으로부터 공급되는 전압이 변동하고, 상기 변동되는 전압에 의해 피제어장치가 제어된다. On, under the movement of the will be described with reference to FIGS. 2 and 3 for the conventional joystick is configured as described above, as shown in FIG. 2, the power supply means 21, the handle 22 and the handle 22 corresponding first variable resistor means (23) and the left, and the second consists of a variable resistor means (24), said variable resistance means corresponding to the up, down, left and right movement of the handle 22 corresponding to Wu moved to 23 and 24, depending on the variable resistor, and a voltage variation supplied from the power supply means 21, the controlled device by which the voltage variation is controlled.

또한 조이스틱의 손잡이 (22)의 움직임에 따라 가는 침(25)이 움직여 상기가변저항(23, 24)에 걸리는 전압이 결정되고, 상기 결정된 전압은 도 3의 상기 조이스틱 등가회로도의 피제어장치(31)를 제어하는 구동부(32)로 입력된다. In addition, the thin needle (25) according to the movement of the knob 22 of the joystick by moving the decision being the voltage across the variable resistor 23 and 24, the determined voltage is controlled device of the joystick equivalent circuit diagram of Fig. 3 (31 ) is input to the driver 32 for controlling. 0V 전압이 인가된 스위치(33)는 입력 데이터의 유효성분을 나타내기 위한 것으로 상기 손잡이(22)의 상단에 구비되어 다른 목적으로도 이용가능하다. This 0V voltage application switch 33 is provided at the top of the handle 22, to indicate that the effective components of the input data can be also used for other purposes.

상기의 종래의 조이스틱은 레버를 이용하여 상,하,좌,우등의 xy평면상의 방향으로 컨트롤할 수 있고, 상기 피제어장치의 이동이 전적으로 조이스틱의 움직임에 의존하게 되어, 컨트롤 명령에 한계가 있고, 유선상으로 컴퓨터와 연결되어 한정된 거리에서만 사용이 가능한 문제점이 있다. Conventional joystick of the can to control the up, down, left, direction on the xy plane in honors using a lever, the movement of the controlled device is to rely solely on the joystick movement, a limit and the control command , it is connected to a computer over the phone there is a possible problem only for a limited distance.

상기와 같은 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 두대의 컴퓨터용 카메라를 이용하여 특별한 조이스틱을 이루는 기구 없이, 손동작만을 카메라가 읽어들어 방향을 인식함으로써 x,y,z의 입체적인 방향조절을 가능하게 하고, 종래의 유선 조이스틱과 다르게 무선으로 조이스틱의 기능을 할수 있으며, 입체적 방향조절로 인하여 더 많은 제어명령을 가질수 있고, 컴퓨터에 설치된 카메라를 이용하여 조이스틱의 기능 이외에 입체 영상처리 기능까지 그 기능을 확대할 수 있는 비접촉식 3차원 무선 조이스틱을 제공함에 그 목적이 있다. In order to solve the problems as described above, the present invention is no mechanism forming the particular joystick using two cameras for the computer, only by the camera it contains recognize direction read hand motions x, y, and enables a three-dimensional direction of adjustment of the z , different from the conventional wired joystick may be a function of the joystick to the radio, and go for more control commands due to the three-dimensional direction control, using a camera installed on the computer to expand the functions other than functions of the joystick to a stereoscopic image processing function to provide a non-contact three-dimensional wireless joystick that it is an object.

도 1은 종래의 접촉식 조이스틱을 활용하는 구성을 나타낸 도면. 1 is a diagram showing the structure utilizing a conventional contact-type joystick.

도 2은 종래의 접촉식 조이스틱의 구성도. Figure 2 is a configuration of a conventional contact-type joystick FIG.

도 3는 종래의 접촉식 조이스틱의 등가회로도. Figure 3 is an equivalent circuit diagram of a conventional contact-type joystick.

도 4은 본 발명의 실시 예에 따른 비접촉식 3차원 무선 조이스틱을 활용하는 구성을 나타낸 구성도. Figure 4 is a structural diagram showing the structure to take advantage of non-contact three-dimensional wireless joystick according to an embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 비접촉식 3차원 무선 조이스틱의 스테레오 카메라의 구조를 나타낸 구조도. Figure 5 is a structure showing the structure of a stereo camera of a non-contact three-dimensional wireless joystick according to an embodiment of the invention.

도 6는 도 4에 따른 스테레오 카메라의 기하학적 모델을 나타낸 도면. Figure 6 is a view of a geometric model of the stereo camera according to Fig.

<도면의 주요부분의 간단한 설명> <BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS>

1 : 컴퓨터 2 : 접촉식 조이스틱 1 computer 2: tactile joystick

3 : 방향지시수단 4, 5 : 좌,우 스테레오 카메라 3: The direction indicating means 4, 5: left and right stereo cameras

11 : 전원공급수단 12 : 손잡이 11: power supply means 12: handle

13 : 제 1 가변저항수단 14 : 제 2 가변저항수단 13: a first variable resistor means 14: second variable resistance means

15 : 침 21 : 피제어장치 15: needle 21: a controlled device

22 : 구동부 23 : 스위치 22: drive unit 23: switch

본 발명에 따른 비접촉식 3차원 무선 조이스틱은, Non-contact three-dimensional wireless joystick according to the invention,

3차원 공간에서 방향을 지시하는 방향 지시수단과; In a three-dimensional direction indicating means for indicating a direction;

상기 방향 지시수단의 동작을 입력받기 위한 두대의 스테레오 카메라와; Two stereo cameras for inputting an operation of the direction indicating means, and;

상기 스테레오 카메라로부터 입력된 영상정보를 분석하여 상기 방향지시수단이 가르키는 방향을 파악하고, 동작을 하도록 명령하는 중앙처리수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. Analyzes the image information inputted from the stereo camera identify the orientation direction indicating means is pointing at, and is characterized in that comprises a central processing means for instructing to the operation.

바람직하게, 상기 스테레오 카메라는 일반적인 컴퓨터용 화상용 카메라로서, 화상통신및 영상인식처리 동작을 할 수 있는 것을 특징으로 한다. Preferably, the stereo camera is characterized in that to the camera for a typical image for a computer, an image communication and image recognition processing operations.

바람직하게, 상기 두대의 스테레오 카메라로부터 입력된 영상은, 2차원영상으로써, 상대적으로 시간차 또는 휘도차를 갖는 좌, 우 영상과, 두대의 카메라 렌즈 중심간의 거리와, 초점거리를 이용하여, 상기 방향지시수단과의 거리를 측정하고, 상기 좌, 우 영상으로부터 구해지는 두개의 좌표(x1,y1,0),(x2,y2,0)와 거리좌표(0,0,z), 그리고 상기 두대의 카메라 렌즈의 중심간의 거리, 초점거리를 이용하여, 상기 방향지시수단의 3차원상의 위치좌표(x,y,z)를 구하는 것을 특징으로 한다. Preferably, the image inputted from the stereo camera of the two, the second by-dimensional image, the left relative to having a time difference or a luminance difference, right images and, using the distance, and a focal length between two of the camera lens center and the direction measuring the distance from the indication means, and two coordinates determined from the left and right images (x1, y1,0), (x2, y2,0) and the distance coordinate (0,0, z), and the two using the distance, the focal length between the center of the camera lens, characterized in that to obtain the three-dimensional position coordinates (x, y, z) on the direction of the instruction means.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 비접촉식 3차원 조이스틱에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. Referring to the accompanying drawings, relative to non-contact 3D joystick according to the present invention constituted as described above as follows.

도 4은 본 발명의 실시 예에 따른 비접촉식 3차원 무선 조이스틱을 활용하는 구성을 나타낸 구성도이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 비접촉식 3차원 무선 조이스틱의 스테레오 카메라의 구조를 나타낸 구조도이고, 도 6는 도 4에 따른 스테레오 카메라의 기하학적 모델을 나타낸 도면이다. Figure 4 is a structural diagram showing the structure to take advantage of non-contact three-dimensional wireless joystick according to an embodiment of the present invention. FIG. 5 is a structural diagram showing the structure of a stereo camera of a non-contact three-dimensional wireless joystick according to an embodiment of the present invention, Figure 6 is a view illustrating a geometrical model of the stereo camera according to Fig.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 비접촉식 3차원 무선 조이스틱은 3차원 공간상에서 방향을 지시할 수 있는 방향지시수단(예; 손가락)(3)과, 상기 방향지시수단(3)의 움직임을 입력받는 좌, 우의 두대의 스테레오 카메라(4,5)와, 상기 스테레오 카메라(4,5)가 입력받은 영상을 분석하여 상기 방향지시수단(3)이 가르키는 방향을 분석하고, 명령을 처리하는 컴퓨터로 구성된다. 4, the non-contact type three-dimensional wireless joystick according to the invention the direction indicating means for directing the three-dimensional space (eg, a finger) enter the movement of (3), the direction indicating means (3) and receive left and right of the two stereo cameras (4, 5), the computer that is the stereo camera (4, 5) is analyzed by analyzing the orientation direction indicating means (3) pointing to the input image, and processes the command It consists of a.

상기와 같이 구성되는 비접촉식 3차원 무선 조이스틱은 상기 두대의 스테레오 카메라(3,4)를 통하여 받아들이는 두개의 2차원 영상을 3차원 영상으로 변환시켜, 3차원 공간상에서 움직이는 방향지시수단(3)이 가르키는 방향을 분석하게 된다. The non-contact three-dimensional wireless joystick and converts the two two-dimensional images to accept through the stereo camera (3, 4) of the two three-dimensional image, a direction indicating means (3) moving in the three-dimensional space that is configured as described above pointing is analyzed direction.

도 5는 두대의 스테레오 카메라의 구조를 나타낸 것으로, 2차원 영상을 3차원으로 변환시키는 방법은 인간이 양안시차를 통하여 입체감을 획득하는 것과 같은 원리이다. Figure 5 is illustrates the structure of two of the stereo camera, a method of converting 2D images into 3D is a principle such as a human is obtained through a three-dimensional binocular parallax. 즉, 인간의 눈에 해당하는 좌, 우 카메라(4,5)와 2차원 영상신호에서 상대적으로 시간차 또는 휘도차를 갖는 오른쪽 영상(50)와 왼쪽 영상(40)을 생성하고, 인간의 두 눈의 간격에 해당하는 좌,우 카메라의 렌즈 중심거리(B), 초점거리(λ)를 이용하여 손가락의 거리정보 Z를 계산함으로써 2차원 영상이 3차원으로 변환되는 것이다. That is, for the left human eye and right cameras (4, 5) and a two-dimensional, having relatively a time difference or a luminance difference in the picture signal the right image 50 and a left image 40 and the human eyes by using a lens-center distance (B), focal length (λ) of the left and right camera corresponding to the interval calculated distance information Z in fingers by the two-dimensional image is converted to a three-dimensional.

도 6과 같이 두대의 스테레오 카메라의 좌, 우 영상을 이용하여 컴퓨터는 방향지시수단에 해당하는 손가락의 위치 정보를 추정하는데, 좌,우 카메라의 영상 (40, 50)을 이용하여 (x4,y4,0), (x5,y5,0)라는 좌표를 추정한다. To estimate the position of the finger information using the two of the stereo camera left and right images for the computer is the direction indicating means, as shown in FIG. 6, the left, by using the image 40 and 50 of the right camera (x4, y4 , 0), it estimates the coordinates of (x5, y5,0).

이와 같은 2차원 손가락 위치정보를 추측하고, 상기 양안시차추정 방법을 이용하여 손가락까지의 거리정보 Z를 계산한다. The guess of the two-dimensional finger position information, by using the binocular disparity estimation method calculates the distance information Z to the finger.

상기 거리정보 Z를 구하는 공식은 다음과 같다. Official obtain the distance information Z are as follows:

--------------(1) --------------(One)

상기의 식(1)에 의하여 거리정보 Z를 구하면, 좌,우 영상으로부터 추정한 3개의 좌표 (x4,y4,0), (x5,y5,0), (0,0,z)와, 상기 두대의 스테레오 카메라의 렌즈의 중심거리(B)와, 초점거리(λ)를 이용하여 손가락의 3차원상의 위치정보(x,y,z)를 구할 수 있다. Obtaining a distance information Z by the above formula (1), left and right images from the three coordinate estimates (x4, y4,0), (x5, y5,0), (0,0, z) and, wherein and the center distance (B) of the two stereo camera lens, using the focal length (λ) can be determined the position information (x, y, z) on the three-dimensional finger.

상기와 같이 손가락의 위치정보를 알게 되면, 그 위치에 해당하는 미리 약속된 제어명령을 발생하여 명령을 실행하거나, 피제어장치가 움직이도록 한다. Knowing the position information of the finger as described above, to generate a preset control command corresponding to the position to execute a command or will be such that the controlled device is moving.

또한 상기에서 설명한 두 대의 스테레오 카메라와 양안시차 추정방식을 이용하여 3차원 화상통신 또는 무선 마우스의 구현이 가능할 수 있다. Also using the two stereo camera and binocular disparity estimation scheme described in the possible implementation of a three-dimensional image communication or the wireless mouse.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 비접촉식 3차원 무선 조이스틱은, 유선상으로 연결된 기존의 접촉식 조이스틱과 같이 공간상의 활용에 불편함이 없으며, 3차원 공간상에 손가락과 같은 방향지시수단이 움직임으로써 보다 자유로운 조작이 가능하고, 2차원 평면상의 위치이동보다 3차원 평면상의 위치이동에 따른 훨씬 많은 제어명령을 부여할 수 있으며, 무선 조이스틱의 기능이외에, 두대의 카메라를 이용하여 3차원 영상 처리기능 또는 화상통신과 같은 다용도의 기능으로 활용할수 있는 효과가 있다. As described above, the non-contact type three-dimensional wireless joystick according to the present invention, there is no inconvenience to take advantage of the space, such as an existing contact, a joystick connected to the wire, by the direction indicating means such as a finger movement on the three-dimensional space than are the free operation can be possible, given a lot more control commands according to the position movement of the 3-dimensional plane than the position movement on the two-dimensional surface, in addition to the functions of the wireless joystick, a three-dimensional image processing or using the two cameras there is an effect that can take advantage of the multi-purpose functions, such as image communication.

Claims (3)

  1. 3차원 공간에서 방향을 지시하는 방향 지시수단과; In a three-dimensional direction indicating means for indicating a direction;
    상기 방향 지시수단의 동작을 입력받기 위한 두대의 스테레오 카메라와; Two stereo cameras for inputting an operation of the direction indicating means, and;
    상기 스테레오 카메라로부터 입력된 영상정보를 분석하고 상기 방향 지시수단의 3차원 위치정보를 구하여 상기 방향지시수단이 가르키는 방향을 파악하고, 동작을 하도록 명령하는 중앙처리수단을 포함하여 구성되는 비접촉식 3차원 무선 조이스틱. Analyzing the image information input from the stereo camera, identify the direction of direction indicating means is pointing obtain a three-dimensional location information of the direction indicating means, non-contact type which comprises a central processing means for instructing to the operation 3d wireless joystick.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 스테레오 카메라는 일반적인 컴퓨터용 화상용 카메라로서, 화상통신및 영상인식처리등의 동작을 할 수 있는 것을 특징으로 하는 비접촉식 3차원 무선 조이스틱. The method of claim 1, wherein the stereo camera is a camera for a general image for computers, image and video communication recognized non-contact type three-dimensional wireless joystick, characterized in that to the behavior of such treatment.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 방향지시 수단의 3차원 위치 정보는 상기 두대의 스테레오 카메라로부터 입력된 두개의 영상으로부터 구해지는 상기 방향지시수단의 두 개의 좌표, 상기 두대의 스테레오 카메라의 렌즈의 중심간의 거리 및 초점거리, 상기 두 개의 좌표와 중심간의 거리 및 초점거리로부터 구해지는 상기 방향지시수단의 거리좌표를 이용하여 구해지는 것을 특징으로 하는 비접촉식 3차원 무선 조이스틱. The method of claim 1, wherein the three-dimensional position information of said orientation-designating means is a distance between the centers of the directions of two coordinates of the instruction means, the two stereo camera of a lens obtained from the two images received from the stereo camera of the two and the focal length, the two coordinates and non-contact three-dimensional wireless joystick for a distance, and wherein the focus obtained by using the distance coordinates of the direction indicating means obtained from the distance between the centers.
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