KR100664832B1 - Apparatus for pointing at two dimensional monitor by tracing of eye's movement - Google Patents
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Abstract
본 발명은 사용자의 눈동자 움직임을 추적하여 실시간으로 모니터상에 포인터의 위치를 정확하게 포인팅하도록 하여 정확성 및 동작감도를 향상시키도록 한 눈동자 움직임추적을 통한 2차원 모니터 포인팅 장치에 관한 것으로, 눈동자의 움직임 추적을 통하여 2차원 모니터상에 눈동자가 가리키는 곳을 실시간적으로 포인팅하여 줌으로써, 전신 장애자들에게 눈과 입으로만 컴퓨터 등의 정보단말과 인터페이싱할 수 있는 방법을 제공할 수 있다.The present invention relates to a two-dimensional monitor pointing device through eye movement tracking to improve accuracy and motion sensitivity by accurately tracking the position of a pointer on a monitor in real time by tracking the eye movement of a user. By pointing in real time to the place where the pupil points on the two-dimensional monitor through, it is possible to provide a system for the handicapped people with the eye and mouth to interface with information terminals such as computers.
Description
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 2차원 모니터 포인팅 장치의 개략적인 전체구성도,1 is a schematic overall configuration diagram of a two-dimensional monitor pointing device according to an embodiment of the present invention;
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 2차원 모니터 포인팅 장치의 세부적인 구성도,2 is a detailed configuration diagram of a two-dimensional monitor pointing device according to an embodiment of the present invention;
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 눈동자 움직임 추적 초기화동작을 설명하는 도면,3A and 3B illustrate a pupil motion tracking initialization operation according to an embodiment of the present invention;
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 눈동자 움직임의 2차원적 포인팅 동작을 설명하는 도면,4 is a view illustrating a two-dimensional pointing operation of pupil movement according to an embodiment of the present invention;
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 눈동자 움직임의 3차원적 위치 보정동작을 설명하는 도면, 5 is a view for explaining a three-dimensional position correction operation of pupil movement according to an embodiment of the present invention,
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 채용되는 특수안경의 구성예이다.6 and 7 are structural examples of special glasses employed in the embodiment of the present invention.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 > <Description of Symbols for Major Parts of Drawings>
10 : 특수 안경10: special glasses
10a, 10b : 왼쪽 눈/오른쪽 눈 좌표 추적부(CCD카메라)10a, 10b: left eye / right eye coordinate tracking unit (CCD camera)
10c : 시간 동기화부10c: time synchronization unit
10d : 엔코딩부10d: encoding part
20 : 모니터20: monitor
20a, 20b, 20c, 20d : CCD카메라20a, 20b, 20c, 20d: CCD camera
30 : 컴퓨터 본체30: computer body
32 : 눈동자 움직임 추적 초기화부32: eye movement tracking initialization unit
34 : 디코딩부34: decoding unit
36 : 2차원적 위치 보정부36: two-dimensional position correction unit
38 : 3차원적 위치 추적부38: three-dimensional position tracking unit
40 : 3차원적 위치 보정부40: three-dimensional position correction unit
42 : 2차원 모니터 위치 변환부42: 2D monitor position conversion unit
44 : 발광소자 100a, 100b : 안경 유리44:
110 : 위치 검출 소자 120 : 엔코딩수단110: position detecting element 120: encoding means
본 발명은 눈동자 움직임추적을 통한 2차원 모니터 포인팅 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 CCD(Charge Coupled Device)카메라가 장착된 특수안경과 위치보정기능 장치를 이용하여 눈동자의 움직임을 추적하여 사용자가 보고있는 곳을 2차원 모니터 상에 포인팅하여 주도록 한 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a two-dimensional monitor pointing device through eye movement tracking, and more specifically, to track a pupil's movement using a special glasses and a position correction device equipped with a CCD (Charge Coupled Device) camera and report the user's movement. The present invention relates to an apparatus for pointing a location on a two-dimensional monitor.
인터넷(Internet), 프로그래밍(Programming), 캐드(CAD), 캠(CAM), OA 등 컴 퓨터를 이용하는 각종 작업에 있어서 마우스는 중요한 주변기기이자 필수적인 인터페이스 기기이다.The mouse is an important peripheral and an essential interface device for various operations using the computer such as the Internet, programming, CAD, CAM, and OA.
그러나, 이러한 중요한 인터페이스 기기인 마우스를 사용하는 경우, 키보드를 사용하는 양손중 어느 한 손을 반드시 사용하여야 한다는 단점과, 모니터를 보고 있는 눈에 비해 훨씬 동작의 반응속도가 느린 사람의 손을 움직여서 그 움직이는 정도에 따라 발생되는 신호를 이용하여 2차원 모니터 상에 나타내어 줌으로써, 정확도 및 그 동작감도에 있어서 매우 불편하다는 큰 단점을 가지고 있다. 특히, 눈은 정상적으로 사용가능하지만 전신마비로 인해 전신장애자가 된 경우 마우스 조작을 할 수 없기 때문에 컴퓨터를 사용하고 싶어도 사용할 수 없다.However, when using the mouse, which is an important interface device, one of the two hands using the keyboard must be used, and the motion of the human hand is much slower than the eye looking at the monitor. By displaying the signal generated according to the degree of movement on the two-dimensional monitor, there is a big disadvantage that it is very inconvenient in accuracy and operation sensitivity. In particular, the eye can be used normally, but if you become a systemic disorder due to general paralysis, you cannot use the mouse because you cannot operate the mouse.
따라서, 본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 사용자의 눈동자 움직임을 추적하여 실시간으로 모니터상에 포인터의 위치를 정확하게 포인팅하도록 하여 정확성 및 동작감도를 향상시키도록 한 눈동자 움직임추적을 통한 2차원 모니터 포인팅 장치를 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and tracks the movement of the user's eyes to accurately point the position of the pointer on the monitor in real time to improve the accuracy and the motion sensitivity. The purpose is to provide a two-dimensional monitor pointing device through.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 눈동자 움직임추적을 통한 2차원 모니터 포인팅 장치는, 사용자의 눈동자의 움직임을 추적하는 안경의 움직임을 추적하고, 상기 안경으로부터 상기 눈동자의 움직임 정보를 수신하여 상기 눈동자 움직임 정보와 상기 안경의 움직임 정보를 이용하여 양쪽 눈의 위치 값을 2차원적으로 보정한 후, 상기 눈동자의 3차원적인 위치 이동에 따른 보정을 행하여 상기 눈동자가 현재 가리키는 위치를 포인팅시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 눈동자 움직임추적을 통한 2차원 모니터 포인팅 장치는, 유리의 표면에 부착되어 사용자의 눈동자의 움직임을 추적하여 신호를 전송하는 투명 촬상 물질과, 상기 전송되는 신호를 근거로 현재의 눈동자의 위치 정보를 검출하는 위치 검출 소자와, 상기 검출된 눈동자 위치 정보를 엔코딩하는 엔코딩수단을 구비하는 특수안경을 포함하는 것을 특징으로 한다.A two-dimensional monitor pointing device using eye movement tracking according to a preferred embodiment of the present invention tracks the movement of glasses to track the movement of a user's pupil, and receives movement information of the pupil from the glasses to receive the pupil movement information. And two-dimensional correction of the position values of both eyes by using the motion information of the glasses, and then correcting according to the three-dimensional position movement of the pupil to point to the position currently indicated by the pupil.
In addition, the two-dimensional monitor pointing device through eye movement tracking in accordance with a preferred embodiment of the present invention, the transparent image pickup material is attached to the surface of the glass to track the movement of the user's eyes and transmits the signal, and the transmitted signal And a special eyeglass having a position detecting element for detecting current position information of the current pupil and encoding means for encoding the detected eye position information.
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상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.The above objects, features and advantages will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 2차원 모니터 포인팅 장치의 개략적인 전체구성도로서, 두 대의 CCD카메라(10a, 10b; 도면에는 한 대의 CCD카메라만 도시됨)가 각각 좌측 및 우측의 안경테 부위에 장착된 특수 안경(10)과, 네 대의 위치 보정용 CCD카메라(20a, 20b, 20c, 20d)가 모서리측에 장착된 모니터(20)로 구성된다.1 is a schematic overall configuration diagram of a two-dimensional monitor pointing device according to an embodiment of the present invention, in which two
상기 특수 안경(10)에 부착된 두 대의 CCD카메라들(10a, 10b)은 각각 눈동자들의 움직임을 추적하는 기능을 수행한다.Two
상기 모니터(20)에 부착된 CCD카메라(20a, 20b, 20c, 20d)는 상기 특수 안경(10)의 방향 및 움직임을 추적한다. 미설명 부호 30은 는 상기 모니터(20)와 연결되고 상기 특수 안경(10)으로부터의 정보를 유, 무선으로 제공받는 컴퓨터 본체이다. 상기 컴퓨터 본체(30)내에는 눈동자 움직임 추적을 통한 2차원 모니터 포인팅 프로그램이 내장되어 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 2차원 모니터 포인팅 장치의 세부적인 구성도이다.2 is a detailed block diagram of a two-dimensional monitor pointing device according to an embodiment of the present invention.
특수 안경(10)은 사용자의 왼쪽 눈의 움직임에 따른 좌표를 추적하는 CCD카메라로 된 왼쪽 눈 좌표 추적부(10a), 사용자의 오른쪽 눈의 움직임에 따른 좌표를 추적하는 CCD카메라로 된 오른쪽 눈 좌표 추적부(10b), 상기 왼쪽 눈 좌표 추적부(10a)와 오른쪽 눈 좌표 추적부(10b)의 시간 동기를 일정 주기로 맞추는 시간 동기화부(10c) 및, 상기 왼쪽 눈 좌표 추적부(10a)와 오른쪽 눈 좌표 추적부(10b)에서의 좌표 정보를 엔코딩하여 컴퓨터의 본체(30)로 전송하는 엔코딩부(10d)를 구비한다.The
컴퓨터 본체(30)는 왼쪽 및 오른쪽의 눈동자 움직임에 대한 추적동작을 초기화시키는 눈동자 움직임 추적 초기화부(32), 상기 엔코딩부(10d)로부터 전송되는 좌표 정보를 수신하여 해독하는 디코딩부(34), 이 디코딩부(34)에서 해독된 좌표 정보를 기초로 양쪽 눈의 위치 값을 보정하여 눈동자가 가리키는 곳의 정확한 2차원적인 매핑이 이루어지도록 하는 2차원적 위치 보정부(36), 사용자가 고개를 돌렸으나 눈은 모니터(20)를 보고 있는 경우 즉 3차원적인 위치 추적이 가능한 3차원적 위치 추적부(38), 상기 2차원적 위치 보정부(36) 및 3차원적 위치 추적부(38)로부터의 위치 정보를 입력받아 사용자의 눈동자의 3차원적인 위치 이동에 따른 보정을 행하는 3차원적 위치 보정부(40) 및, 그 3차원적 위치 보정부(40)에서 보정된 결과값을 모니터(20)상에 사용자의 눈동자가 지정하는 위치로 변환시키는 2차원적 모니터 위치 변환부(42)를 구비한다.The computer
사용자의 눈동자가 움직이는대로 모니터(20)의 포인터가 움직이기 위해서는 눈동자가 모니터(20)를 바라보고 있는 지점이 어디인지를 컴퓨터 본체(30)가 인식하여야 한다. In order for the pointer of the
그에 따라, 상기 눈동자 움직임 추적 초기화부(32)는 도 3a 및 도 3b에 도시한 바와 같이 일정 포인터를 모니터(20)의 중심에서 각 끝으로 움직이거나, 일정방 향으로 모니터(20)의 끝에서 중심쪽으로 포인터를 움직일 때, 사용자로 하여금 반드시 그 포인터를 바라보고 있게끔 지시하고, 컴퓨터 본체(30)는 특수안경(10)에 부착된 CCD카메라(10a, 10b)로 사용자의 눈동자 움직임을 추적하도록 함으로써 초기화동작을 수행한다.Accordingly, the eye movement
그리고, 눈동자의 움직임을 모니터(20)상의 한 점으로 2차원적인 매핑을 시키는 방법은 도 4의 도면을 참조하여 설명한다.A method of two-dimensional mapping the movement of the pupil to a point on the
사람의 피부 색깔과 눈의 흰자와 눈동자의 색깔, 동공의 색깔로 컴퓨터는 안구의 중심점을 컴퓨터 모니터(20)의 중심에 위치시킬 수 있으며, 상술한 눈동자 움직임 추적 초기화부(32)에서의 초기화동작을 이용하여 현재 눈동자가 바라보고 있는 모니터 상의 한 부분을 2차원적으로 매핑(mapping) 시킬 수 있다. With the color of the human skin, the white of the eye, the color of the pupil, and the color of the pupil, the computer can position the center of the eyeball in the center of the
상기 3차원적 위치 추적부(38)는 도 5에 도시된 바와 컴퓨터 본체(30)가 쉽게 계산할 수 있는 위치, 즉 특수 안경(10)의 각 끝부분 및 안경이 그리는 곡선의 중심점에 설치된 다수의 발광소자(44)로 구성된다. The three-dimensional
도 6은 CCD카메라가 부착된 특수 안경의 예를 나타낸 도면으로서, 도 1에서 설명한 바와 같이 안경의 좌우측 안경테 부위에서 지지부재(11a, 11b)에 의해 지지되면서 안경 유리와 일정 거리를 유지하고 안경 유리측으로 향하고 있는 CCD카메라(10a, 10b), 그 CCD카메라(10a, 10b)에서의 촬상정보(즉, 눈동자 움직임에 따른 좌표 정보)를 엔코딩하여 컴퓨터 본체(30)측으로 전송하는 엔코딩 수단(10d)로 구성된다. 상기 지지부재(11a, 11b)내에는 상기 CCD카메라(10a, 10b)와 상기 엔코딩 수단(10d)을 연결하는 라인이 매설된다.FIG. 6 is a view showing an example of special glasses with a CCD camera. As described with reference to FIG. 1, the glasses are supported by the
도 7은 본 발명에 따른 특수 안경의 또다른 구성예를 나타낸 도면으로서, 안경 유리(100a, 100b)의 표면에 투명 촬상 물질을 도포 내지는 부착하여 눈동자의 움직임을 추적하여 신호를 전송 하도록 하고, 그 전송되는 신호를 근거로 위치 검출 소자(110)는 의해 현재 눈동자의 위치를 검출하며, 그 검출된 눈동자 위치 정보는 엔코딩수단(120)에 의해 엔코딩되어 컴퓨터 본체(30)측으로 전송된다.7 is a view showing another configuration example of special glasses according to the present invention, by applying or attaching a transparent imaging material on the surface of the glasses glass (100a, 100b) to track the movement of the pupil to transmit a signal, The
상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 눈동자 움직임추적을 통한 2차원 모니터 포인팅 장치의 동작에 대해 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the two-dimensional monitor pointing device by eye movement tracking according to an embodiment of the present invention configured as described above are as follows.
특수 안경(10)의 각 CCD카메라(10a, 10b)는 시간 동기화부(10c)에 의해 일정주기로 먼저 각각 시간 동기가 맞추어 진다.Each of the
이후, 상기 각 CCD카메라(10a, 10b)에 의해 눈동자의 움직임을 연속적으로 추적하고, 그 위치 값을 엔코딩부(10d)에서 변조(modulation)하여 유선 또는 무선전송방식을 이용하여 컴퓨터 본체(30)로 전송한다. Thereafter, the movement of the pupil is continuously tracked by the
상기 신호를 전송받은 컴퓨터 본체(30)의 디코딩부(34)에서는 그 변조된 신호를 해독한 후 2차원 위치 보정부(36)로 제공하고, 그 2차원적 위치 보정부(36)는 양쪽 눈의 위치 값을 보정하여 눈동자가 가리키는 곳의 정확한 2차원적인 매핑이 이루어지도록 한다. The
그리고 나서, 사용자가 고개를 돌렸으나 눈은 모니터를 보고 있을 경우에도 정확한 눈동자의 움직임을 추적할 수 있도록 하기 위해 3차원적 위치 보정부(40)에서 3차원적인 보정을 행한다.Then, even when the user turns his head, the eye performs three-dimensional correction in the three-dimensional
상기 3차원적 위치 보정부(40)에서는 사용자가 고개를 돌리거나 움직일 경우 도 5에 도시된 다수의 발광소자(40)의 발광감도 뿐만 아니라 움직이는 각도 등에 대한 데이터가 모니터(20)에 부착된 CCD카메라(20a, 20b, 20c, 20d) 및 컴퓨터 본체(30)로 전달되므로, 그 컴퓨터 본체(30)에서는 그 데이터를 분석하여 도 5에 표시된 α, β, γ값을 구한다. 따라서 현재 사용자가 고개를 어떻게, 어느 정도 움직이는지를 판단할 수 있으며 이 방법을 통하여 3차원적인 보정이 이루어진다. In the three-dimensional
이와 같이 상기 3차원적 위치 보정부(40)에서 보정된 결과값이 2차원적 모니터 위치 변환부(42)로 보내지면, 그 2차원적 모니터 위치 변환부(42)에서는 그 최종적인 보정 결과값을 모니터(20)상에 사용자의 눈동자가 지정하는 위치로 변환시킨다.When the result value corrected by the three-dimensional
이상 설명한 바와 같은 본 발명에 의하면, 눈동자의 움직임 추적을 통하여 2차원 모니터상에 눈동자가 가리키는 곳을 실시간적으로 포인팅하여 줌으로써, 전신 장애자들에게 눈과 입으로만 컴퓨터 등의 정보단말과 인터페이싱할 수 있는 방법을 제공할 수 있으며, 내시경과 컴퓨터 제어기술을 사용한 극세 종양제거 수술에도 사용되어질 수 있으며, 항공기 조정장치 및 전투기, 탱크, 대포, 미사일등의 실시간 추적 및 저격 전투장비에도 장착되어질 수 있다.According to the present invention as described above, by tracking the movement of the eye in real time pointing to the place where the eye points on the two-dimensional monitor, it is possible to interface with information terminals, such as a computer only to the whole body disabled people with eyes and mouth It can be used for microscopic tumor removal surgery using endoscopy and computer control technology, and can also be mounted on aircraft control systems and real-time tracking and sniper combat equipment such as fighters, tanks, cannons, and missiles.
아울러 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 본 발명의 사상과 범위안에서 다양한 수정, 변경, 부가등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허 청구의 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.In addition, preferred embodiments of the present invention are disclosed for the purpose of illustration, those skilled in the art will be able to various modifications, changes, additions, etc. within the spirit and scope of the present invention, such modifications and modifications belong to the following claims You will have to look.
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