KR100654194B1 - The Remote Controller for Remote Pointing device combined with Infrared Remote Control Function - Google Patents
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Abstract
본 발명은 일반 적외선 리모콘 통신 기능을 겸비한 이미지센서 이용방식 원격 포인팅 장치를 개발함에 있어서, 원격제어장치가 기존의 일반 IR(Infra-Red/적외선)LED 리모콘의 기능을 수행할 수 있음과 동시에 원격 포인팅 연산에 적합할 수 있도록 원격 제어기의 적외선 LED광원을 효율적으로 구성하기 위한 방법에 대한 발명이다. 원격 제어장치 [도 1]의 (100)의 적외선 LED광원(110)을 통해 생성된 적외선 파장 대역의 빛은 원격 포인팅 시스템의 수신단(120)의 두 종류의 수신 센서(130)(140)에게 정보를 전달해 주는 캐리어(전달수단)의 역할을 수행하게 된다. 첫 번째 수신 센서(130)는 일반 리모콘 세트의 적외선 수신 센서로서 원격제어 장치에 구비된 적외선 LED광원(110)의 점등과 소등의 상태를 인지하여 그 문턱값(threshold value)을 판별하고 문턱값을 기준으로 하여 수신된 빛 에너지의 크기변이에 따라 출력 값을 0과 1의 논리적 값으로 전환하여 출력하는 역할을 수행한다. 두 번째 수신 센서(140)는 이미지 센서로서 작은 크기의 포토다이오드가 하나의 화소를 구성하며, 이러한 화소들이 2차원 적인 배열을 이루어 각각의 화소들 마다 광학적 렌즈세트[도 3]의 (320)을 통해 수신된 빛의 광량에 따른 정해진 소정의 값을 출력하며, 이러한 출력 값들의 조합을 통해 이차원적인 영상의 정보를 획득하는 기능을 수행한다. 이때 두 번째 수신 센서(140)로부터 획득된 영상 정보는 원격 제어기(100)의 적외선 LED광원(110)에 대한 밝기와 센서의 배열 중에서 광원의 이미지(모양이)가 렌즈를 통해 투영되어 비추어 지는 센서 배열의 면적과 모 양을 통해 이미지 센서를 기준으로 하는 가상의 원격 포인팅 좌표계 시스템의 평면상의 이동 방향과 거리(X, Y축) 그리고 전진 및 후진의 이동 방향과 거리(Z축)의 관계를 통해 유효한 원격 포인팅의 궤적을 연산하게 된다.The present invention, in developing an image sensor using a remote pointing device having a general infrared remote control communication function, the remote control can perform the function of the conventional IR (Infra-Red / infrared) LED remote control and at the same time remote pointing The present invention relates to a method for efficiently configuring an infrared LED light source of a remote controller to be suitable for calculation. Light of the infrared wavelength band generated through the infrared LED light source 110 of the remote control device 100 of FIG. 1 is transmitted to two types of receiving sensors 130 and 140 of the receiving end 120 of the remote pointing system. It serves as a carrier (delivery means) for delivering the. The first receiving sensor 130 is an infrared receiving sensor of a general remote control set, recognizes the state of lighting and turning off the infrared LED light source 110 provided in the remote control device, determines a threshold value, and sets a threshold value. Based on the variation of the received light energy as a reference, it converts the output value into logical values of 0 and 1 and outputs them. The second receiving sensor 140 is an image sensor, in which a small photodiode constitutes one pixel, and these pixels are arranged in a two-dimensional array so that the optical lens set 320 of FIG. 3 is formed for each pixel. It outputs a predetermined value according to the amount of light received through the light, and obtains the information of the two-dimensional image through the combination of the output values. At this time, the image information obtained from the second receiving sensor 140 is a sensor that the image (shape) of the light source is projected through the lens from the brightness of the infrared LED light source 110 of the remote controller 100 and the arrangement of the sensor is reflected Through the area and shape of the array, the relationship between the direction of movement and distance in the plane (X, Y axis) of the virtual remote pointing coordinate system relative to the image sensor and the direction of movement and distance of the forward and reverse (Z axis) Compute the trajectory of a valid remote pointing.
이러한 연산을 보다 효율적으로 수행하기 위해서는 적외선 LED광원(110)에서 발산하는 빛의 량이 원격 포인팅 장치(100)가 일반적으로 사용하는 전원인 건전지의 출력 전압의 변동과 무관하게 일정할 수록 유리하며, 광원의 외형적 형태(이미지)또한 원격 포인팅 장치와 수신센서와의 일직선상에서 이탈하는 각도의 변화 [도 5]에 대해서도 동일한 모양으로 획득될 수 있을 수록 유리함으로, 본 발명에서는 일반 적외선 리모콘 통신 기능을 겸비한 이미지센서 이용방식 원격 포인팅 시스템의 원격 포인팅 장치에 있어서 적외선 LED광원의 광량을 전원의 출력 전압의 변동과 무관하게 일정하게 유지시키는 기법과 광원의 이탈각 [도 5]의 (520)에 대해서도 상대적인 광원의 모양을 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는 리모콘 방식의 원격 제어기의 제조 방법을 제안한다.In order to perform this operation more efficiently, the amount of light emitted from the infrared LED light source 110 is advantageously constant, regardless of the variation of the output voltage of the battery, which is a power source generally used by the remote pointing device 100, Appearance of the image (image) also can be obtained in the same shape with respect to the change in the deviation angle in a straight line between the remote pointing device and the receiving sensor [Fig. 5], the more advantageous, in the present invention combines the general infrared remote control communication function Method of using image sensor In a remote pointing device of a remote pointing system, a method of maintaining a constant amount of light of an infrared LED light source irrespective of fluctuations in output voltage of a power source and a light source relative to 520 of FIG. 5. Method of manufacturing a remote controller of the remote control method, characterized in that to maintain a constant shape of Suggest.
IR(Infrared)LED, 리모콘, 원격 제어기, 원격 포인팅 장치, 정전류원IR (Infrared) LED, Remote Control, Remote Control, Remote Pointing Device, Constant Current Source
Description
도 1 적외선 리모콘 통신기능을 겸비한 이미지 센서 이용방식의 원격 포인팅 시스템의 개요Fig. 1 Overview of a remote pointing system using an image sensor with an infrared remote control communication function
도 2 원격 포인팅 시스템의 삼차원 좌표계와 이미지 센서에 획득된 영상의Figure 2 of the image obtained in the three-dimensional coordinate system and image sensor of the remote pointing system
이동 궤적을 단순화한 예 Simplified Movement Trajectory
도 3 원격 포인팅 시스템의 거리에 따른 이동 거리간의 관계3 The relationship between the moving distance according to the distance of the remote pointing system
도 4 원격 포인팅 시스템의 거리에 따른 포인팅 결과의 차이4 is the difference of the pointing result according to the distance of the remote pointing system
도 5 원격 포인팅 시스템의 이탈각5 Departure angle of the remote pointing system
도 6 원격 포인팅 시스템의 블록다이어그램6 is a block diagram of a remote pointing system.
도 7 원격 포인팅 시스템의 적외선 LED광원의 외형도7 is an external view of the infrared LED light source of the remote pointing system
도 8 일반적인 적외선 LED의 Radiation Diagram (instance)8 Radiation Diagram (instance) of a typical infrared LED
도 9 원격 포인팅 시스템용 적외선 LED의 Radiation Diagram (instance)Fig. 9 Radiation Diagram (instance) of Infrared LED for Remote Pointing System
본 발명은 일반 적외선 리모콘 통신 기능을 겸비한 이미지센서 이용방식 원격 포인팅 시스템을 구체적으로 활용할 수 있는 시스템을 구현함에 있어서, 원격 포인팅 장치를 효과적으로 제어하기 위한 원격제어기를 제안하고자 한다.The present invention is to propose a remote controller for effectively controlling the remote pointing device in implementing a system that can specifically utilize the image sensor using the remote pointing system having a general infrared remote control communication function.
종래의 적외선 리모콘을 이용한 원격 제어기술은 TV와 VTR, 오디오등의 전자기기의 원격 제어장치로 널리 사용되어왔다. 그러나 디지털 TV나 게임기, 셋탑박스등의 전자 디스플레이 장치를 구비한 정보기기들의 원격 사용자 입력/제어장치로써의 종래의 리모콘은 날로 복잡해지고 다양화되는 제어 체계와 메뉴방식에 적용하기에 적절하지 못한 면이 있어 왔다. 특히 디지털 TV의 경우 사용자가 원하는 형태의 메뉴나 제어상태의 설정을 위해 여러 차례의 리모콘 버튼을 반복적으로 누름으로서 그 원격제어가 복잡하여 사용이 불편했으며, 이러한 불편으로 인해 디지털 TV의 메뉴체계를 마치 PC의 Windows의 메뉴체계와 같이 다양하고 편리한 GUI(Graphic User Interface)형태로 구성하지 못하는 단점이 있어 왔다.Conventional remote control technology using an infrared remote control has been widely used as a remote control device for electronic devices such as TV, VTR, audio. However, the conventional remote control as a remote user input / control device for information devices having an electronic display device such as a digital TV, a game machine, or a set-top box is not suitable for applying to a complicated and diversified control system and menu method. This has been. Especially in the case of digital TV, it is inconvenient to use because the remote control is complicated by repeatedly pressing the remote control button several times for setting the desired menu or control state. There has been a drawback that it cannot be configured in a variety of convenient GUI (Graphic User Interface) form like the menu system of Windows of PC.
일반 적외선 리모콘 통신 기능을 겸비한 이미지센서 이용방식 원격 포인팅 장치에 있어 이동 궤적에 대한 정확한 연산, 이러한 연산의 정확도를 올리기 위한 이탈각에 대한 고려 그리고 제어 위치에 따른 편차 보정등에 문제로 인해 원격 포인팅 시스템을 구현함에 있어서는 기술적 어려움이 있어 왔다. 따라서 현재도 실용화가 되지 못하고 연구단계에 머물고 있는 실정이다. The image sensor-enabled remote pointing device with the general infrared remote control communication function is used to accurately calculate the movement trajectory, to consider the deviation angle to increase the accuracy of the calculation, and to compensate the deviation according to the control position. There have been technical difficulties in implementation. Therefore, it is still in the research stage without being put into practical use.
원격 포인팅 시스템 [도 1]의 수신 모듈(120)에 구비된 이미지 센서(140)의 감도, 사용 환경의 다양성, 사용자의 사용 습성 등의 다양한 조건에 대해 원격 제어기의 적외선 LED광원에 대한 영상 획득이 용이하도록 제어하고, 획득된 영상으로부터 원격 제어기(100)에 구비된 광원의 삼차원적인 이동방향과 바람직한 이동 거리를 연산하기 위해서는 정밀한 광학 렌즈세트와 이미지 센서, 그리고 복잡한 형태의 영상 처리 기법의 사용이 필수 적이다. 이에 본 발명은 상기의 기술적 어려움을 해결하고 보다 용이하게 응용이 가능할 수 있는 원격 제어기의 설계 방식을 제안한다. 상기 원격 포인팅 시스템에 있어서 원격 제어기의 삼차원적 이동 방향은 다음과 같은 방법으로 검출해 낸다.Image acquisition of the infrared LED light source of the remote controller is performed for various conditions such as the sensitivity of the
[도 2]에서 이미지 센서에 투영된 적외선 LED광원(200)의 영상에 대한 움직임을 (240)과 같은 좌표계로 표현할 경우 적외선 LED광원의 좌/우 방향의 움직임은 (210)과 같이 이미지 센서에 영상이 좌/우로 움직인 것으로 표현된다. 또한 적외선 LED광원(200)의 상/하 방향의 움직임은 (220)과 같이 이미지 센서의 영상이 상/하로 움직인 것으로 표현된다. 그리고 적외선 LED광원(200)의 전/후 방향의 움직임은 (230)과 같이 이미지 센서에 포착된 영상의 크기가(면적이) 커지거나 작아지게(넓어지거나 좁아지게) 표현된다. 따라서 상기의 이미지 센서에 의해서 표현되는 적외선 LED광원의 좌/우, 상/하, 크기(면적)의 변화량을 통해 포인팅 시스템은 3차원적 공간에서 적외선 LED광원의 이동 궤적과 방향을 검출해 내게 된다.In FIG. 2, when the movement of the image of the infrared
상기 원격 포인팅 시스템에 있어서 적외선 LED광원을 포함하는 원격 제어기의 3차원적 이동거리는 다음과 같은 방법으로 검출해 낸다.In the remote pointing system, the three-dimensional movement distance of the remote controller including the infrared LED light source is detected by the following method.
[도 3]과 같이 이미지 센서에 근접한 거리(D0)에 위치하는 원격 제어기의 적외선 LED광원의(310) 움직임(R)이 광학 렌즈세트(320)을 지나 이미지 센서(330)를 통해 획득되었을 경우의 이미지 센서의 배열상에 감지되는 광원의 이동량 [도 4]의 (400)과, 이미지 센서에서 먼 곳에 있는 거리(D1)에 위치하는 원격제어기의 적외선 LED광원(300)의 움직임(R)이 광학 렌즈세트(320)을 지나 이미지 센서(330)를 통해 획득되었을 경우의 이미지 센서의 배열상에 감지되는 광원의 이동량(410)은 서로 다른 값을 갖는다. 이때 거리에 따른 원격제어기의 적외선 LED광원의 실제 이동량과 이미지 센서에 의해 감지되는 이동량과의 차이를 보정하기위해서는 획득된 LED광원에 대한 이미지의 밝기와 크기(면적)를 이용하여 유효한 이동 거리를 검출해 내는 연산 방법이 사용되어야만 한다. 또한 상기의 연산과정에서 고려해야 할 또 하나의 중요한 사항은 사용자의 조작 중에 [도 5]와 같이 포인팅 장치(500)(510)와 렌즈세트(530), 이미지 센서(540)가 일직선상에 놓여 있지 않고 이탈각(520)을 가질 경우 기존의 일반 적외선 LED광원은 [도 8]의 (800)과 같이 이탈각(520)에 따라 광도가 일정하지 않을 뿐만 아니라 서로 다른 크기와 모양의 영상이 획득됨으로 적외선 LED광원에 대한 이미지의 밝기와 크기(면적)를 이용하여 이동거리를 연산하는 본 방식의 적용에는 많은 문제점들을 발생시키게 된다. 따라서 [도 9]의 (900)과 같은 발광 특성을 갖도록 [도 7]의 기구물에서와 같이 상/하 좌/우의 이탈각이 존재할 경우라도 동일한 크기와 밝기의 적외선 LED광원의 영상이 이미지 센서에 투영될 수 있도록 구형(球形)의 구조물로 적외선을 광학적으로 산란시키는 방식을 적용한 구형(球形)의 적외선 LED를 사용하거나, 구형(球形)의 구조물을 적외선 LED의 발광 부위에 부착하여 사용하는 방식이 반드시 필요하다. 이때 (700)은 광학적 가이드로서 적외선 LED로부터 발생한 적외선 대역의 빛은 구형의 광학적 산란 구조물(710)로 적외선 광원에 의해서 발생된 빛의 진행을 유도하는 역할을 수행한다. 또한 원격제어기 세트에서 적용 가능한 범위 내에서 가능하면 기구물에서 적외선을 외부로 발산하는 구형(球形)의 구조물(710)에 의한 적외선 광원의 직경(r)을 크게 하는 것이 본 발명의 응용에 유리하다. When the movement R of the infrared
상기 기능을 구현하기 위한 리모콘의 기능을 겸비한 원격 제어기의 일반적인 전체 블록다이어그램은 [도 6]과 같다. 일반적인 리모콘과 같이 건전지(600)를 전원으로 사용하며, 사용자에 의해 버튼(660)의 조작을 입력으로 받아 그 기능을 디스플레이(680)하며, 동시에 제어기(670)를 이용하여 적외선 LED(630)의 발광 전류을 정해진 방식에 의해서 ON/OFF(650)하여 적외선을 발광함으로써 원격 제어 기능을 수행하게 된다. 본 발명에서는 이와 더불어 전원(600)의 전압을 검사하여 건전지의 출력 전압이 특정 전압보다 낮아진 경우 원격제어기의 기능을 정지시키는 전압 검출기(610)가 사용된다. 또한 제어기(670)는 전압 검출기로부터 입력되는 정보를 이용하여 전원의 상태를 종래의 리모콘 방식의 제어방식을 이용하여 적외선 수신 센서(130)에게 원격제어기의 전원의 상태를 전송하는 기능을 수행한다. 또한 원격제어기가 일반적으로 사용하는 전원인 건전지는 전류 소비에 의해 전압이 점차 낮아지는 특징이 있음으로 이를 직접 적외선 LED를 구동하는 전원으로 사용할 경우에는 건전지의 출력 전압에 따라 적외선 LED광원의 밝기가 변화되게 된다. 이러한 적외선 LED광원의 밝기의 변화는 원격제어 수신기의 이미지 센서(140)(330)의 수신 영상의 변화를 발생시켜 전반적인 원격 포인팅 연산에 있어서 바람직하지 않은 결과를 초래하게 됨으로 이를 방지하기 위해 전원의 전압 변동과 무관하게 정전류원(640)으로 적외선 LED를 구동하여 제어시에 적외선 LED광원의 밝기를 일정하게 유지시킬 수 있는 기능을 구비하도록 한다. 이러한 정전류원의 구현을 위해서는 [도 6]의 (620)과 같이 기준 전류/전압원을 구성한 후 이를 이용하여 적은량의 전류를 공급할 수 있는 정전류원을 만들고 이를 전류미러(current mirror)기법을 이용하여 적외선 LED를 구동하기 위한 큰 전류를 싱크할 수 있는 정전류원을 구성하여 사용하게 된다.A general block diagram of a remote controller having a function of a remote controller for implementing the above function is shown in FIG. 6. Like a general remote control, the
또한 적외선 LED(630)와 적외선 산란을 위한 구형의 구조물(690)을 이용하여 원격제어기가 [도 5]의 (520)과 같은 이탈각을 갖더라도 [도 9]와 같은 광학적 특성으로 동일한 모양의 적외선 광원의 모양을 형성할 수 있도록 구성되어 진다. In addition, using the
일반 적외선 리모콘 통신 기능을 겸비한 이미지센서 이용방식 원격 포인팅 시스템의 원격 제어기를 개발함에 있어서, 원격제어기의 전원의 전압 변동에도 불구하고 일정한 적외선 LED의 밝기를 유지할 수 있도록 전압 구동방식이 아닌 정전류 구동방식을 적용하고, 적외선 LED광원의 모양을 구형(球形)의 형태로 산란시켜 이탈각이 발생할 경우에도 동일한 형태의 광원의 모양이 수신기의 이미지 센서에 투영될 수 있도록 함으로써 상기 원격 포인팅 시스템의 삼차원적인 포인팅을 상대적으로 간단한 하드웨어 장치와 최소화한 이미지 프로세싱에 의한 연산기법으로 실질적 적용이 가능하게 할 수 있다. Method of using image sensor with general infrared remote control communication In developing a remote controller of a remote pointing system, the constant current driving method is used instead of the voltage driving method to maintain a constant infrared LED brightness despite the voltage variation of the power supply of the remote controller. 3D pointing of the remote pointing system by scattering the shape of the infrared LED light source into a spherical shape so that the same shape of the light source can be projected onto the receiver's image sensor even when a deviation angle occurs. Relatively simple hardware devices and arithmetic techniques with minimal image processing can be applied practically.
이러한 원격 포인팅 시스템의 개발로 인하여 기존의 디지털 TV나 셋톱박스, VOD등의 디스플레이 화면에 과거의 적외선 리모콘과 같이 버튼을 일일이 눌러 명령을 입력해야 하는 방식에서 벗어나 마치 PC상에서 마우스를 움직여 GUI(Graphic User Interface)환경을 사용하듯이 디지털 TV나 셋톱박스, VOD등의 디스플레이장치를 제어하고 편리하게 사용할 수 있도록 하는 새로운 방식의 디스플레이용 원격 포인팅 기법으로 활용될 수 있다. Due to the development of the remote pointing system, the user can move the mouse on the PC like a GUI (Graphic User), moving away from the method of inputting commands by pressing a button on the display screen of a conventional digital TV, set-top box, VOD, etc. It can be used as a remote pointing technique for a new type of display to control and conveniently use display devices such as digital TVs, set-top boxes, and VODs.
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