KR100628463B1 - 절대좌표 인식 시스템 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 절대좌표 인식 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 상기 절대좌표 인식 시스템은 셀(cell)을 도형화하고, 상기 도형화된 셀의 배열이 나타내는 패턴(pattern)에 따라서 일정한 마이크로코드(microcode)를 부여한 패턴기록매체와, 상기 패턴을 감지하여 마이크로코드를 인식하는 패턴감지수단과, 상기 감지된 패턴으로부터 상기 패턴기록매체 상에서의 상기 패턴감지수단의 위치를 계산하는 신호처리수단을 포함하며, 상기 패턴기록매체의 패턴을 보다 간단하게 구성함으로써 해상도가 높지 않은 결상계(imaging system) 및 영상센서(image sensor)로도 패턴의 감지를 가능하게 한다. 따라서 패턴의 감지 과정에서 발생되는 위치인식 오류를 최소화할 수 있으며, 또한 패턴감지수단에 의해 인식되는 선 형태의 도형의 수평방향에 대한 기울기를 미세하게 조절하여 단순한 사각형태의 가상선 상에 표현된 도형이라도 그 기울기 값에 따라 발생되는 마이크로코드의 경우의 수를 보다 다양하게 함으로써 마이크로코드의 중복인식을 방지할 수 있고, 또한 각 셀의 도형밀도를 상호 균일하게 하고 이러한 셀이 고르게 분포하도록 하여 패턴기록매체가 전체적으로 명암이 균일해지도록 함으로써 패턴기록매체 상에 얼룩이 발생되지 않도록 하는 절대좌표 인식 시스템 및 그 방법을 제공한다.

절대좌표 인식, 절대좌표 인식용 패턴, 패턴기록매체, 패턴감지수단, 마이크로코드

Description

절대좌표 인식 시스템 및 그 방법{System and Method of Detecting Absolute Coordinates}

도 1은 종래의 패턴기록매체 상에 구현된 패턴에 관한 일 실시예를 나타낸 도면.

도 2는 종래의 패턴기록매체 상에 구현된 패턴에 관한 다른 실시예를 나타낸 도면.

도 3은 본 발명에 의하여 패턴기록매체 상에 구현된 패턴의 일 실시예를 나타낸 도면.

도 4는 본 발명에 의하여 패턴기록매체 상에 구현된 도형화된 셀에 관한 일 실시예를 나타낸 도면.

도 5는 본 발명에 의하여 패턴기록매체 상에 구현된 도형화된 셀에 관한 다른 실시예를 나타낸 도면.

도 6은 본 발명에 의한 패턴기록매체를 나타내는 도면.

도 7은 본 발명에 의하여 절대좌표를 인식하는 방법을 나타내는 블럭도.

도 8은 본 발명에 의하여 도형 혹은 패턴의 회전각도를 인식하는 방법을 나타내는 블럭도.

도 9는 본 발명에 의한 절대좌표 인식 시스템을 구현하기 위한 장치를 나타낸 도면.

<도면의 주요부에 대한 부호의 설명>

91 : 패턴기록매체 92 : 패턴감지수단

93 : 신호처리수단

본 발명은 절대좌표 인식 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 상기 절대좌표 인식 시스템은 셀(cell)을 도형화하고, 상기 도형화된 셀의 배열이 나타내는 패턴(pattern)에 따라서 일정한 마이크로코드(microcode)를 부여한 패턴기록매체와, 상기 패턴을 감지하여 마이크로코드를 인식하는 패턴감지수단과, 상기 감지된 패턴으로부터 상기 패턴기록매체 상에서의 상기 패턴감지수단의 위치를 계산하는 신호처리수단을 포함하며, 상기 패턴기록매체의 패턴을 보다 간단하게 구성함으로써 해상도가 높지 않은 결상계(imaging system) 및 영상센서(image sensor)로도 패턴의 감지를 가능하게 한다. 따라서 패턴의 감지 과정에서 발생되는 위치인식 오류를 최소화할 수 있으며, 또한 패턴감지수단에 의해 인식되는 선 형태의 도형의 수평방향에 대한 기울기를 미세하게 조절하여 단순한 사각형태의 가상선 상에 표현된 도형이라 도 그 기울기 값에 따라 발생되는 마이크로코드의 경우의 수를 보다 다양하게 함으로써 마이크로코드의 중복인식을 방지할 수 있고, 또한 각 셀의 도형밀도를 상호 균일하게 하고 이러한 셀이 고르게 분포하도록 하여 패턴기록매체가 전체적으로 명암이 균일해지도록 함으로써 패턴기록매체 상에 얼룩이 발생되지 않도록 하는 절대좌표 인식 시스템 및 그 방법을 제공한다.

최근까지 데이터가 기록된, 또는 기록되지 않은 표면상에서 필기도구 등 물건의 위치를 결정하는 방법은 다양한 형태로 시도되어 왔으며, 특히 전자펜을 사용한 위치 결정 방법과 관련하여 수기된 문서, 심벌, 그림 등과 같은 그래픽 데이터를 입력하기 위하여 2차원 혹은 3차원의 위치를 결정하는 장치가 출시된 바 있다. 이러한 장치들은 데이터 감지수단에 의해 감지된 위치정보를 좌표로 전환하는 방법에 의하여 데이터가 기록된 표면상에서의 감지수단의 절대적 위치를 결정한다.

상기와 같은 수기 데이터 등을 입력하기 위하여서는 기록용 타블렛(tablet) 등과 감지수단이 사용될 수 있으며, 대부분의 2차원 장치는 상기 기록용 타블렛 등과 감지수단 간의 접촉에 의해 작동된다.

일반적으로 감지수단과 기록용 타블렛 간에는 두 가지의 관계가 있는데, 수동감지수단/능동 타블렛과 능동감지수단/수동 타블렛의 관계로 구동되는 장치들이 그것이다.

상기 수동감지수단/능동 타블렛 방법에 있어서 능동 타블렛은 복잡하면서도 크고 무거우며, 휴대가 용이하지 않을 뿐 더러, 가격이 매우 고가이다. 게다가 능 동 타블렛은 제조가 어려우며, 복잡한 전기-기계적 구조를 가지고 있어 위치인식 오류 등 오작동이 일어나기 쉽다는 단점이 있었다.

한편, 상기 능동감지수단/수동 타블렛 방법의 경우, 일반적으로 감지장치와 처리장치가 분리될 뿐 아니라 타블렛을 코드화해야 하는 등 타블렛의 사용이 불편하다. 게다가 감지수단에서 송신된 신호가 타블렛으로부터 되돌아와 수신기에 도달하는 과정에서 예기치 못한 오류가 발생할 수 있는 문제점이 있었다.

따라서, 수동감지수단/능동 타블렛과 능동감지수단/수동 타블렛 장치 모두 상기와 같은 문제점이 있어 상기 장치들을 종이에 펜으로 글씨를 쓰듯이 사용하려면 인터페이스의 심도 있는 조정이 수행되어야만 한다. 그러나, 이러한 방법들에 의해 제공되는 정보의 양 및 정확성에는 한계가 있으며, 아울러 감지수단의 이동, 회전, 타블렛에 대한 감지수단의 사용각도, 기록 속도 등의 정보들을 일괄적으로 처리하는 장치의 개발이 요구되어 왔다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 감지수단의 절대위치를 용이하게 결정하도록 하는 장치가 고안되었는데, 상기 장치는 X-Y 좌표를 결정할 수 있는 코딩 패턴이 제공되는 데이터 기록면, 상기 코딩 패턴을 감지할 수 있는 감지기 및 상기 감지된 코딩 패턴에 기초하여 감지기의 현재 위치를 결정할 수 있는 프로세서 등을 구비한다. 이 장치는 사용자가 상기 데이터 기록면에 문자 또는 그림 데이터를 수기하거나 그리면 데이터들이 컴퓨터 화면에 현시되도록 구동된다.

상기와 같은 장치를 사용하여 코딩을 하는 방법은 여러 가지가 있는데, 예를 들어 살펴보면 다음과 같다.

그 하나의 방법으로는, 도 1에서 도시된 바와 같이, 기호를 패턴화하여 위치 코딩하는 방법으로서, 각 기호는 세 개의 동심원으로 구성되며, 가장 외부에 도시되는 외부 원은 X 좌표를, 중간 원은 Y 좌표를 각각 나타낸다. 상기 외부 원과 중간 원은 원내부가 채워졌는지 아닌지에 따라 다른 코드를 지시하는 16개의 부분으로 분할되는데, 이것은 좌표의 각각의 쌍이 특정 외관을 갖는 복잡한 기호에 의해 코딩된다는 것을 의미한다.

또 다른 방법으로는, X 및 Y 좌표를 코딩할 수 있는 체크무늬 패턴으로 도시할 수 있는데, 위치 코딩하는 방법은 상기 동심원에 의한 방법과 동일하다.

이러한 공지된 패턴들은 복잡한 기호로 구성되고 이들 기호가 작고 세밀할수록 데이터 기록면상에 패턴을 구현하기가 용이하지 아니하며, 감지수단의 해상도가 높지 못할 경우, 세밀한 패턴을 정확히 인식하지 못하여 위치인식의 오류가 발생될 가능성이 높고, 반면에 패턴의 기호를 단순 및 조대화할 경우 데이터기록면상의 서로 다른 위치에서 동일한 패턴에 따른 동일한 마이크로코드가 중복될 가능성이 있어 절대위치 결정을 위한 정확도가 낮아지므로 위치 감지수단이 정확한 위치를 감지해내기 어렵다는 문제점이 있었다.

한편, 도 2에서 도시된 바와 같이 가상적인 다수의 가로축과 세로축의 교점 주변 4가지 위치(좌, 우, 상, 하) 중의 한 곳에 표시된 점으로 구현되는 위치-코딩 패턴에 의한 좌표 인식 방법도 고안된 바 있으며, 보다 자세하게는 이는 매우 좁은 간격을 갖는 서로 수직한 모든 축의 교점 주변 4가지 중의 한 곳에 하나의 점을 표시하고 이러한 점의 위치에 따른 배열을 서로 다르게 하여 각 배열에 해당되는 고유의 마이크로코드를 부여하고 이런 배열을 감지하도록 함으로써 감지수단의 현재 위치를 결정하는 방법이다.

그러나 이러한 방법으로 패턴을 구현하는 경우 교점 주변에 점 하나를 배치하는 경우의 수가 단 4 가지로 한정되므로, 인접한 유한개의 점들에 부여되는 마이크로코드의 종류가 다양해 질 수 없다. 즉, 동일한 마이크로코드의 중복으로 인한 위치 인식의 오류가 발생될 가능성이 있다. 이러한 문제를 극복하기 위해서는 단위 면적당 더 많은 점들을 배열해야 하고, 동시에 각 점의 크기도 비례해서 작아져야 하는데, 이는 인접한 점들에 마이크로코드를 부여할 때 해당 마이크로코드가 더 많은 개수의 점들로 표현되어야 한다는 것을 의미한다. 이로 인해 패턴기록매체는 아주 정교한 인쇄 혹은 출력장치에 의해 인쇄되어야 하고, 감지수단은 좁은 간격을 갖는 축 상에 위치하는 점들을 일일이 감지하여야 하므로 감지수단의 해상도가 매우 높아야 하며, 따라서 코드를 감지하는 과정에서 감지수단의 위치파악에 오류가 발생할 수 있는 문제점이 여전히 남는다.

한편, 교차하는 가로선과 세로선으로부터 교점을 얻는 대신에 120도의 각도로 가상선을 교차시켜 교점을 형성하거나, 벌집 모양이 되도록 가상선을 구성하여 그 꼭지점에 해당하는 교점 주변에 점을 하나씩 배열할 수도 있다. 하지만 이 경우 에도 점 하나를 배치하는 경우의 수가 여전히 3가지 혹은 4가지로 제한되므로 전술한 바와 같은 문제점이 동일하게 발생되었다.

물론, 도 2에서와 같이 교점을 이루는 수평축 상의 좌, 우, 혹은 수직축 상의 상, 하에 점을 배치하는 방식 대신, 상기 점을 교점의 우상, 우하, 좌상, 좌하 등등으로 배열하여 배열의 경우의 수를 많게 할 수 있다. 하지만, 이 경우 감지수단이 점 위치의 미세한 변화까지 감지할 수 있어야 하므로, 아주 높은 해상도를 가진 감지수단, 즉 결상계가 요구된다는 문제점이 있었다.

전술한 문제점들을 해결하기 위하여 본 발명은, 패턴기록매체에 다수의 가로축과 다수의 세로축을 가상적으로 설정하여 이들 가상적인 선에 의해 둘러싸인 최소 영역인 픽셀(pixel)을 형성하며, 상호 인접하는 상기 픽셀들이 일정 갯수 이상 모여 하나의 셀을 형성하고, 상기 셀이 하나 또는 그 이상의 픽셀로 표현되는 임의의 도형을 내부에 포함하도록 함으로써 상기 셀을 도형화하며, 서로 인접해 있는 상기 도형화된 셀들이 다수 모여 최종적으로 하나의 패턴(pattern)을 형성하도록 함으로써, 셀 내의 도형의 배열형태에 따라 독립적으로 마이크로코드를 부여하여 기존의 감지수단에 비해 해상도가 높지 않은 광학센서를 구비하는 감지수단을 이용하는 경우에도 기존의 감지수단에 의하여 절대좌표를 인식한 결과와 동일하거나 보다 향상된 결과를 나타낼 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

또한, 감지수단에 의해 인식되는 선 형태의 도형의 수평방향에 대한 기울기를 미세하게 조절하여 단순한 사각형태의 가상선에서도 그 기울기 값에 따라 발생되는 마이크로코드의 경우의 수를 보다 다양하게 함으로써 마이크로코드의 중복인식을 방지할 수 있도록 하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명에 의해 셀 내부에 표현되는 도형을 보다 단순화하고 도형영역인 검은색과 도형이 그려지지 않은 흰색의 영역이 나타나는 비율을 패턴기록매체 전체적으로 균일하게 하여 패턴기록매체의 명암이 고르게 분포되도록 함으로써, 패턴기록매체에서 얼룩이 거의 느껴지지 않도록 하여 사용자가 일반적인 수기 또는 프린트 방법에 의한 기록용지로 사용하기에도 전혀 불편함이 없도록 하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

또한, 절대좌표 인식시스템에 사용되는 패턴기록매체는, 다수의 픽셀로 구성되고, 상기 픽셀 중 2 이상의 픽셀이 일정 간격으로 구분 표시되어 그 픽셀들이 가상적으로 연결된 선처럼 인식되거나, 또는 상기 2 이상의 픽셀들이 연속적으로 표현되어 실제 선으로 인식되도록 하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명에 의해 원래의 마이크로코드가 일정각도 회전되어 감지될 경우, 상기 마이크로코드의 회전 각도를 계산하고, 이를 원래의 마이크로코드와 비교 보정하도록 하여, 마이크로코드가 회전된 상태에서 감지됨으로 인해 발생하는 위치 판단의 오류를 최소화하고자 하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 도 3은 본 발명에 의하여 패턴기록매체 상에 구현된 패턴의 일 실시예를 나타낸 도면으로, 절대좌표 인식시스템에 사용되는 패턴기록매체는, 다수의 픽셀로 구성되고, 상기 픽셀 중 2 이상의 픽셀이 일정 간격으로 구분 표시되어 그 픽셀들이 가상적으로 연결된 선처럼 인식되거나, 또는 상기 2 이상의 픽셀들이 연속적으로 표현되어 실제 선으로 인식되는 도형을 포함하는 도형화된 셀과; 상기 도형화된 셀들이 배열되어 패턴을 형성하고, 상기 셀의 배열에 따라 마이크로코드가 부여되는 것을 특징으로 하는 패턴기록매체를 나타낸다. 이때 셀 내에 포함되는 도형의 중심점과 셀의 중심점간의 상대 위치가 모든 셀에 대해 동일하도록 하여 패턴 인식의 효율성을 높이는 것으로 특징으로 한다.

또한, 상기 절대좌표 인식시스템은 패턴에 따라서 각각 마이크로코드가 부여된 패턴기록매체와; 상기 패턴을 감지하고 그에 따른 마이크로코드를 인식하여, 그 좌표값에 해당되는 출력신호를 생성하는 패턴감지수단과; 상기 출력신호를 처리하여 좌표값으로 환산하며, 그에 의해 상기 패턴기록매체에 대한 상기 패턴감지수단의 위치를 결정하는 신호처리수단을 포함할 수 있다.

또한, 상기 패턴기록매체에는 일예로, 다수의 가로축과 다수의 세로축을 가상적으로 설정하여 이들 가상적인 선에 의해 둘러싸인 최소 영역으로 정의되는 픽셀(pixel)이 형성되며, 각 셀은 이러한 픽셀이 일정 개수 이상 모여 군을 이룬 형 태를 말하고, 상기 셀 중 픽셀에 의해 표현된 여러 가지 도형 중 적어도 하나를 내부에 포함하는 셀을 도형화된 셀(figured cell)로 정의하여서, 상기 도형화된 셀들 중 인접한 다수의 셀들이 일정 배열을 이루어 최종적으로 하나의 패턴을 형성하도록 하고 이러한 도형화된 셀의 배열형태에 독립적으로 마이크로코드를 부여한 것을 특징으로 하는 절대좌표 인식 시스템으로 구현될 수 있다.

일실시례로, 여기서 패턴은 가로 및 세로 방향으로 배열되어 있는 셀들의 조합에 의해 사각형 형태를 가지도록 할 수 있으며, 이 때 조합되는 셀의 수는 적어도 2 이상으로 설정되고, 또한 가로 방향으로 M 개, 세로 방향으로 N 개의 인접한 셀들로 구성되도록 하여, 셀 내의 도형의 배열형태에 따라 감지되는 패턴의 중심이 위치한 곳의 절대좌표 값을 제공해 준다. 한편, 상기 셀은 다수의 인접한 픽셀 (pixel)들이 결합하여 사각형 형태를 이루도록 할 수 있으며, 셀 내부에 포함되는 도형은 일부 픽셀들의 조합에 의해 표현될 수도 있다. 또한, 셀 내부에 있는 도형은 각각 선 또는 블록으로 도형화 될 수 있다.

특히, 도 4에서 나타낸 바와 같이 본 발명에 의한 일 실시례에 있어서 상기 도형화된 셀 내부의 도형은 하나의 픽셀이나 상하 혹은 좌우로 인접한 픽셀들에 의해 형성된 직사각형 형태의 도형 요소(element)로 구성되도록 할 수 있으며, 상기 도형요소가 직사각형 형태가 될 수 있는 것은 서로 수직하는 다수의 가로축과 세로축이 정사각 형태의 픽셀을 형성하기 때문이고, 이들 도형 요소는 하나의 셀 내에 서 두 개 이상 존재하되, 상기 도형 요소가 서로 수평 배열, 수직 배열, 좌상우하 사선배열 및 우상좌하 사선배열의 4가지 배열을 이루도록 하며, 패턴감지수단이 상기 수평 배열은 수평선으로, 상기 수직 배열은 수직선으로, 상기 좌상우하 사선배열 및 우상좌하 사선배열은 사선으로 인식하도록 하여 낮은 해상도를 갖는 결상계 및 영상 센서로도 상기 패턴을 정확하게 인식할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다. 또한, 하나의 셀 내에서 두 개 이상의 도형 요소를 배치할 때, 전술한 4가지의 경우의 수 이외에 수평선에 대한 배열 각도를 더 세분화하여 더 많은 경우의 수를 얻을 수 있다.

또한, 일례로 하나의 도형이 2개 이상의 도형 요소로 구성되는 경우, 그 도형 요소들이 특정 셀에 소속되는 것임을 명확히 하기 위해 인접한 서로 다른 셀에 포함되는 도형 요소들 간의 간격은 같은 셀에 포함되는 도형 요소들 간의 간격보다 넓어야 하며, 바람직하게는 1.3배 이상 넓어야 한다.

도 5에서 도시된 바와 같이, 상기와 같은 도형 요소는 반드시 직사각형이 아닌 다른 모양으로 도형화될 수도 있다. 다만, 위치인식의 오류를 피하기 위해서 중요한 점은 도형 요소들로 구성되는 도형의 중심점은 셀의 중심점에 대해 항상 일정한 상대 위치를 가져야 한다는 것이다.

본 발명의 패턴 내에서 나타낸 도형은 종래의 패턴기록매체상에 표현된 도형에 비해 매우 간단하다는 특징은 있으나, 도형의 형상이 단순할수록 표현되는 도형의 경우의 수는 한정되는 단점이 있어, 넓은 패턴기록매체 상에서 동일한 도형을 가진 셀들이 중복하여 인쇄될 수 있으며, 이러한 경우 패턴의 중복감지로 인해 위치 인식의 오류가 발생될 수 있는 바, 이러한 오류를 회피할 수 있는 방법을 살펴보면 다음과 같다.

패턴을 구성하는 셀의 수가 적으면서 동시에 각 셀에 포함되는 도형의 종류가 적다면, 이들 조합을 통해 만들어 낼 수 있는 서로 다른 패턴의 종류는 다양할 수가 없다. 특히 개별 패턴의 실제 크기가 패턴기록매체의 전체 면적에 비해 상대적으로 아주 작다면, 하나의 패턴기록매체에 동일한 패턴이 서로 다른 위치에 기록될 가능성이 존재한다. 즉, 동일한 패턴이 하나의 패턴기록매체 내에 중복될 수 있다.

만일 결상계 및 영상 센서를 통해 한 가지 패턴이 기록된 부분만을 관찰하거나, 여러 가지 패턴을 동시에 포함하고 있는 영상에서 한 가지 패턴만 인식한다면, 패턴 중복 문제를 해결할 수는 없다. 하지만 관찰된 영상이 두 가지 이상의 패턴을 동시에 포함하고 있고, 이들을 모두 인식하게 된다면, 위에서 언급한 패턴 중복 문제를 해결할 수 있다. 단일 패턴의 입장에서 본다면, 한정된 패턴의 종류로 인해 패턴기록매체의 서로 다른 위치에 동일 패턴이 중복 기록될 가능성이 있다. 하지만, 인접한 패턴 여러 개를 동시에 관찰하여 인식하는 경우에는 패턴기록매체에 인접된 패턴들의 분포까지도 동일하게 배열되는 경우는 발생하지 않으므로, 인접한 2가지 이상의 패턴을 동시에 인식하도록 함으로써, 패턴 중복성을 회피할 수 있다. 구체적으로 단 하나의 패턴만을 인식하는 경우에 비해 인접한 다른 패턴을 동시에 인식하게 되면, 패턴 중복 확률을 1/Q 로 줄일 수 있으며, 또 다른 인접한 패턴을 동시에 인식하게 되면, 즉 3개의 인접한 패턴을 동시에 인식하여 그 배열까지 확인하게 된다면, 패턴이 중복될 확률은 1/Q 로 또 다시 감소하게 된다. 이런 식으로 동시에 인식하는 패턴의 수를 증가시키면 그 중복 확률은 1/Q씩 점차 감소하게 되어, 결국 패턴 중복성 문제를 해결할 수 있게 된다. 여기서 Q는 패턴을 형성하는 셀의 개수와 셀 내에 포함되는 도형의 종류 수에 의해 결정되는 서로 다른 패턴의 개수이다. 만일 패턴을 형성하는 셀의 개수가 M×N이고 셀 내에 포함되는 도형의 종류가 L 이라면, 형성할 수 있는 서로 다른 패턴의 종류 Q는 M×N×L이 될 것이다. 따라서 단 하나의 패턴만을 관찰하거나 관찰된 여러 패턴 중에서 중심에 있는 한 패턴만을 인식한다면, 동일 패턴이 중복될 확률은 1/Q가 될 것이다. 하지만, 두개의 패턴을 동시에 인식하여 절대 위치를 결정한다면, 인접한 두 패턴이 동시에 중복될 확률은 1/Q2이 될 것이므로, 상기에서 언급한 방식에 따라 패턴의 중복 가능성은 동시에 인식하는 패턴을 수를 증가시킴에 따라 1/Q씩 감소하게 될 것이다.

또한, 도 6에서 나타낸 바와 같이 상기 패턴기록매체의 구조를 살펴보면, 도형화된 셀은 적어도 두개 이상의 서로 이격되어 있는 도형 요소를 포함하고, 상기 셀은 일예로 픽셀에 의해 표현된 도형 요소를 포함하여 다수의 정사각형 픽셀로 이루어지는 정사각형 형태이며, 이러한 픽셀 약 100개가 모여 하나의 도형화된 셀을 이루도록 되어 있다.

또한, 상기 패턴은 일 실시예로서 상기와 같은 도형화된 셀이 9개가 모여서 정사각형 형태의 단위패턴을 형성하고, 상기 패턴감지수단은 적어도 하나 이상의 단위패턴을 동시에 감지할 수 있도록 구동된다.

상기와 같은 패턴기록매체는 종이 등 필기도구에 의하여 기록 가능한 재질은 물론 기록이 불가능하더라도 패턴화가 가능한 매체는 무엇이든지 가능하다.

다음에, 본 발명에 의한 패턴기록매체에 의해 절대좌표를 인식하는 방법에 있어서, 패턴기록매체 상에서 일정 간격으로 구분 표시된 2 이상의 픽셀들을 선 형태의 도형처럼 인식하거나, 또는 연속적으로 표시된 2 이상의 픽셀들이 이루는 선 형태의 도형을 인식하는 단계와; 상기 인식된 선 형태의 도형을 통해 계산된 좌표값을 이용하여 상기 패턴감지수단의 위치를 계산하는 단계; 및 상기 계산된 위치를 신호처리수단으로 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 절대좌표 인식 방법을 제공한다.

여기서 상기 절대좌표 인식방법은 상기 도형화된 각 셀들의 배열이 이루는 정상 패턴이 일정각도로 회전되어 감지되는 경우 정상 패턴에 대하여 회전된 패턴의 회전각을 계산하는 단계와; 상기 계산된 회전각을 이용하여 감지된 패턴을 정상 패턴으로 보정하는 단계; 및 상기 보정된 정상 패턴을 통해 계산된 좌표값을 이용하여 상기 패턴감지수단의 위치를 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 절대좌표 인식 방법은, 상기 패턴감지수단에 의해 감지된 기록매체가 패턴기록매체인지 검사하는 단계와; 패턴기록매체가 아닌 것으로 판별되는 경우 이에 관한 정보를 패턴감지수단 또는 신호처리수단으로 출력하는 단계를 더 포함하거나, 상기 패턴감지수단에 의해 감지된 기록매체의 도형화된 셀의 배열에 따 라 부여된 마이크로코드로부터 절대좌표를 인식하고, 상기 도형화된 셀들의 개수를 통해 상기 기록매체가 패턴기록매체인지의 여부를 확인하는 단계를 더 포함하여 구성할 수도 있다.

또한, 상기 절대좌표 인식 방법은, 상기 패턴감지수단의 조명 조건에 따라 감지된 영상의 배경 밝기가 공간적으로 불균일할 수 있는 바, 감지된 기록매체의 도형화된 셀의 배열에 따라 부여된 마이크로코드로부터 절대좌표를 인식하기 전에 배경 밝기를 균일하게 보정하는 단계를 더 포함하여 구성할 수도 있다.

상기 절대좌표를 인식하는 방법에 관한 일실시례는 도 7의 절대좌표를 인식하는 방법에 관한 블럭도에 나타낸 바와 같이, 패턴감지수단에 의해 비트맵 단위의 영상을 감지하는 단계와; 조명수단에 의해 조명된 밝기의 불균일여부를 인식하여 불균일한 경우 이를 보정하는 단계와; 픽셀에 의해 표현된 도형요소를 인식하는 단계와; 상기 도형요소가 유효한 도형요소에 해당하는지 판별하는 단계와; 상기 도형요소에 의해 표현된 도형을 인식하는 단계와; 상기 도형이 유효한 도형에 해당하는지 판별하는 단계와; 상기 인식된 도형의 수평방향에 대한 회전각을 인식하여 보정하는 단계와; 상기 보정된 회전각에 의해 표현된 패턴을 인식하는 단계와; 상기 인식된 패턴이 유효패턴인지의 여부를 판단하는 단계와; 상기 도형의 회전각이 45도 이상인지의 여부를 인식하여 보정하는 단계와; 상기 보정된 회전각에 의해 해당 패턴의 위치를 인식하는 단계와; 상기 인식된 패턴의 위치로부터 절대좌표를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, 일실시례로 상기 도형화된 셀 내부에는 2 개 이상의 도형 요소가 서로 수평 배열, 수직 좌상우하 사선배열 및 우상좌하 사선배열의 4가지 배열을 이룰 수 있는데, 이들 중 수평 또는 수직 배열된 2개 이상의 도형 요소가 있는 경우, 사용자가 사용하는 방법에 따라 수평 또는 수직 상태에서 일정각 회전된 상태로 감지수단에 의해 감지될 수도 있는 바, 이 경우, 수평, 수직 상태로부터의 회전각을 계산하여 보정함으로써 정확한 코드를 파악하여 감지수단의 위치를 정하여야만 하므로, 상기와 같은 단계는 본 발명의 특징을 더욱 명확하게 나타내기 위하여 필수적인 단계라고 할 수 있다.

여기서, 패턴의 회전 각도를 인지하는 원리를 살펴보면 다음과 같으며 그 과정을 도 8에 나타내었다.

먼저, 결상계 및 영상 센서로 구성되는 패턴감지수단을 통해 관찰된 영상으로부터 도형 요소의 존재를 찾고, 그 도형 요소의 중심 위치를 결정한다. 영상의 해상도가 위치에 따라 다를 수 있으므로 일부 도형 요소의 존재를 인식하지 못하는 경우가 발생할 수도 있지만, 이러한 경우, 상기 인식되지 못한 도형 요소는 제외하고 나머지 모든 도형 요소의 중심 위치를 결정한다. 또한, 상기 2개 이상의 도형 요소간의 간격을 계산해야 하는 바, 이는 어떤 셀 내의 도형에 형성된 도형 요소가 인접한 셀 내의 도형 요소와 하나의 도형을 이루는 쌍으로 인식될 경우, 감지수단의 위치를 결정하는데 오류가 발생될 수 있으므로, 상기 단계 또한 본 발명에서 필 수적인 단계라고 할 것이다.

다음에, 상기 인식된 도형 요소들로부터 동일 셀에 포함되는 도형 요소를 선별하여 도형을 결정하고 그 중심 위치를 구한다. 이 선별 과정에는 동일 셀에 포함되는 도형 요소간의 간격이 인접한 서로 다른 셀에 포함되는 도형 요소들 간의 간격에 비해 1/1.3배 이하가 되는지를 계산하여 결정한다. 상기 결정된 도형 중 하나를 선택하여 그 중심 위치를 S0라 하고, S0를 기준으로 가장 가까운 거리에 있는 도형의 중심 위치를 찾아 S1이라 한다. 여기서, 두 중심 위치를 연결하는 직선 S0S1을 구한 다음, 같은 직선상에 있지만 반대 방향에 있는 가장 근접한 또 다른 도형의 중심 위치 S2를 찾는다. 이 과정에 의해 점 S1, S0, S2를 가장 근사하게 지나는 직선의 식을 구할 수 있다. 이를 위해 세 점의 좌표를 1차 함수에 곡선 맞춤(curve fitting)하면 된다.

위에서 결정된 직선에 대해 수직한 방향을 찾은 다음, S0를 기준으로 그 방향으로 가장 근접한 도형의 중심 위치 S3를 구한다. 또 다시, S3의 반대 방향에 있는 가장 근접한 도형의 중심 위치 S4를 찾는다. 이렇게 결정된 세 점 S3, S0, S4를 가장 근사하게 지나는 직선의 식을 상기와 같은 요령으로 구할 수 있다.

이상과 같이 서로 근접한 도형의 중심 위치를 연결하는 서로 수직한 직선을 결정한 다음, 이 중에서 영상의 수평축과 작은 각도를 이루는 직선과 영상의 수평축이 이루는 각을 결정하면, 그 각도가 바로 패턴의 회전 각도가 된다.

물론 상기 과정에서 다른 도형의 중심 위치를 S0라 놓고 같은 과정을 반복하여 회전 각도를 구할 수 있다. 이렇게 구한 회전 각도를 앞에서 구한 회전 각도와 평균을 취하여 좀 더 정확하게 회전 각도를 결정할 수도 있다. 이러한 과정은 사람이 직사각형이 회전한 정도를 판단하는 것과 같은 과정이다.

다만 패턴 자체가 상하좌우 정보를 포함하고 있지 않기 때문에 상기 방법으로는 패턴감지수단이나 패턴기록매체가 45도 이상 회전된 경우를 감지할 수 없다. 하지만, N×M개의 셀(cell)로 구성되는 하나의 패턴만을 관찰하지 않고 인접한 패턴들을 동시에 2개 이상 관찰함으로써 회전 각도가 45도 이상인 경우에도 회전 각도를 계산할 수 있다. 즉, 한 영상에서 2개 이상의 패턴을 인식하는 경우, 같은 유형의 패턴 배열이 중복하여 존재할 수 없으므로, 개별 패턴의 회전 각도 및 패턴들의 배열 형태를 통해 45도 이상인 회전 각도를 계산할 수 있다.

또한 본 발명에 의해 절대좌표 인식 시스템을 구동하는 프로그램이 포함된 저장매체를 제조할 수 있다.

이상과 같이 본 발명을 도면에 도시한 실시 예를 참고하여 설명하였으나, 이는 발명을 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 상세한 설명으로부터 다양한 변형 또는 균등한 실시예가 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 권리범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 결정되어야 한다.

이상과 같이, 본 발명에 의하면 해상도가 높지 않은 결상계 및 영상 센서를 이용할 경우에도 기존의 방법에 의하여 절대좌표를 인식한 결과와 동일하거나 보다 향상된 결과를 나타낼 수 있다.

또한, 본 발명에 의해 패턴기록매체 상에 표시되는 마이크로코드를 단순화하고, 특히 검은색과 흰색의 영역이 나타내는 비율을 일정하게 함으로써 패턴기록매체 전체적으로 명암이 균일하며, 얼룩이 전혀 느껴지지 않아 사용자가 일반적인 수기 또는 프린트 방법에 의한 기록용지로 사용하기에도 전혀 불편함이 없도록 할 수 있다.

또한, 본 발명에 의해 원래의 마이크로코드가 일정각도 회전되어 감지될 경우, 상기 마이크로코드의 회전 각도를 계산하고, 이를 원래의 마이크로코드와 비교하여 보정하도록 함으로써 마이크로코드가 회전된 상태에서 감지됨으로써 발생되는 위치 판단의 오류를 최소화 할 수 있다.

또한, 감지수단에 의해 인식되는 선 형태의 도형의 수평방향에 대한 기울기를 미세하게 조절하여 단순한 사각형태의 가상선상에서 표현된 도형이라도 그 기울기 값에 따라 발생되는 마이크로코드의 경우의 수를 보다 다양하게 구현할 수 있도록 함으로써 패턴, 즉 마이크로코드의 중복인식을 방지할 수 있다.

또한, 절대좌표 인식시스템에 사용되는 패턴기록매체는, 다수의 픽셀로 구성되고, 상기 2 이상의 픽셀들이 연속적으로 표현되어 실제 선으로 인식되도록 할 뿐만 아니라, 상기 픽셀 중 2 이상의 픽셀이 일정 간격으로 구분 표시되어 그 픽셀들 이 가상적으로 연결된 선처럼 인식되도록 하므로, 도형을 픽셀에 의한 연속된 도형요소로 나타낼 필요가 없어 패턴을 단순화할 수 있다.

Claims (14)

1. 다수의 픽셀로 구성되고,

   상기 픽셀 중 2 이상의 픽셀이 일정 간격으로 구분 표시되어 그 픽셀들이 가상적으로 연결된 선처럼 인식되거나, 또는 상기 2 이상의 픽셀들이 연속적으로 표현되어 실제 선으로 인식되는 도형을 포함하는 도형화된 셀과;

   상기 도형화된 셀들이 배열되어 패턴을 형성하고, 상기 셀의 배열에 따라 마이크로코드가 부여되는 것을 특징으로 하는 패턴기록매체.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 도형화된 셀들은 적어도 서로 수평 배열, 수직 배열, 좌상우하 사선배열 및 우상좌하 사선배열의 4가지 배열을 이루는 둘 이상의 도형 요소를 포함하며, 상기 배열의 경우의 수는 사선배열의 기울기에 따라 확장 가능한 것을 특징으로 하는 패턴기록매체.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 셀은 다수의 정사각형 픽셀로 세분되는 직사각형 형태이며, 상기 패턴은 적어도 2개 이상의 도형화된 셀로 세분되는 직사각형 형태를 단위패턴으로 하여 복수개의 단위패턴으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 패턴기록매체.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 패턴기록매체는 필기도구에 의하여 기록 가능한 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 패턴기록매체.
5. 패턴기록매체 상에서 일정 간격으로 구분 표시된 2 이상의 픽셀들을 선 형태의 도형처럼 인식하거나, 또는 연속적으로 표시된 2 이상의 픽셀들이 이루는 선 형태의 도형을 인식하는 단계와;

   상기 인식된 선 형태의 도형을 통해 계산된 좌표값을 이용하여 상기 패턴감지수단의 위치를 계산하는 단계; 및

   상기 계산된 위치를 신호처리수단으로 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 절대좌표 인식 방법.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 도형화된 각 셀들의 배열이 이루는 정상 패턴이 일정각도로 회전되어 감지되는 경우 정상 패턴에 대하여 회전된 패턴의 회전각을 계산하는 단계와;

   상기 계산된 회전각을 이용하여 감지된 패턴을 정상 패턴으로 보정하는 단계; 및

   상기 보정된 패턴을 통해 계산된 좌표값을 이용하여 패턴감지수단의 위치를 계산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 절대좌표 인식 방법.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 절대좌표 인식방법은,

   상기 도형의 회전각이 45도 이상인지의 여부를 인식하여 보정하는 단계와;

   상기 보정된 회전각에 의해 해당 패턴의 위치를 인식하는 단계; 및

   상기 인식된 패턴의 위치로부터 절대좌표를 출력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 절대좌표 인식방법.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 도형의 회전각이 45도 이상인지의 여부를 인식하여 보정하는 단계는,

   하나의 영상에서 2개 이상의 패턴을 인식하는 것을 특징으로 하는 절대좌표 인식방법.
9. 제 5 항에 있어서,

   상기 절대좌표 인식 방법은,

   상기 패턴감지수단에 의해 감지된 기록매체가 패턴기록매체인지 검사하는 단계와, 패턴기록매체가 아닌 것으로 판별되는 경우 이에 관한 정보를 패턴감지수단 또는 신호처리수단으로 출력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 절대좌표 인식 방법.
10. 제 5 항 내지 제 9 항중 어느 한 항에 있어서,

    상기 절대좌표 인식 방법은,

    상기 패턴감지수단에 의해 감지된 기록매체의 도형화된 셀의 배열에 따른 마이크로코드로부터 좌표를 인식하고, 상기 도형화된 셀들의 개수를 통해 상기 기록매체가 패턴기록매체인지의 여부를 확인하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 절대좌표 인식 방법.
11. 제 5 항에 있어서,

    상기 2 개 이상의 도형화된 셀은 서로 수평 배열, 수직 배열, 좌상우하 사선배열 및 우상좌하 사선배열의 4가지 배열을 이루는 도형요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 절대좌표 인식 방법.
12. 제 5 항에 있어서,

    상기 패턴감지수단은 조명수단을 더 구비하며, 상기 조명수단에서 조사되는 광에 의해 패턴기록매체 상에 조사되는 영역의 밝기를 균일하게 보정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 절대좌표 인식 방법.
13. 상기 제 5 항의 방법을 구현하는 프로그램이 포함된 것을 특징으로 하는 절대좌표 인식 프로그램의 저장매체.
14. 상기 제 1 항의 패턴기록매체와,

    상기 패턴을 감지하여 마이크로 코드를 인식하는 패턴감지수단과,

    상기 감지된 패턴으로부터 패턴기록매체 상에서의 패턴감지수단의 위치를 계산하는 신호처리수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 절대좌표 인식 시스템.

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