KR100777107B1

KR100777107B1 - 가속도 센서를 이용한 문자인식 장치 및 방법

Info

Publication number: KR100777107B1
Application number: KR1020050120299A
Authority: KR
Inventors: 심재철; 손종무; 조기성
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2005-12-09
Filing date: 2005-12-09
Publication date: 2007-11-19
Also published as: US20070133881A1; KR20070060580A; US7796819B2

Abstract

본 발명은 가속도 센서를 이용하여 사용자의 3차원 상의 움직임을 해석하여 문자 입력과 인식을 수행하기 위한 것으로서, 각 획의 시작과 끝 부분에서 움직임의 방향을 이용함으로서 획을 식별하고 이들 획의 조합으로 자소를 인식하게 하여 용이한 획의 구분으로 소형의 동작 기반 문자 입력 시스템을 구현을 가능하게 한다.

가속도 센서, 자소구성, 문자입력 시스템, 문자인식

Description

가속도 센서를 이용한 문자인식 장치 및 방법{apparatus and method for handwriting recognition using acceleration sensor}

도 1 은 본 발명에 따른 가속도 센서를 이용한 문자인식 장치의 구성도.

도 2 는 본 발명에 따른 문자인식 장치의 사용에 따른 일 실시예.

도 3 은 본 발명에 따른 문자인식 장치의 해석부를 상세히 나타낸 구성도.

도 4 는 본 발명에 따른 문자인식 장치의 필기시 나타나는 가속도 패턴의 특징도.

도 5 는 본 발명에 따른 문자인식 장치의 한글 자소 구성의 유형을 나타낸 실시예.

도 6 은 본 발명에 따른 문자인식 장치의 영문 자소 구성의 유형을 나타낸 실시예.

도 7 은 본 발명에 따른 문자인식 장치의 숫자 자소 구성의 유형을 나타낸 실시예.

도 8 은 본 발명에 따른 문자인식 장치의 획 식별 정보 테이블 구성 실시 예.

도 9 는 본 발명에 따른 문자인식 장치의 자소 구성 정보 테이블 구성 실시 예.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100 : 센서부 110 : 가속도 센서

120 : 데이터 변환부 200 : 해석부

210 : 기울기 계산부 220 : 기울기 보상부

230 : 획구간 식별부 240 : 에너지 계산부
250 : 자소 판단부 300 : 서비스부

400 : 충격 패턴 410, 420 : 정지 패턴

본 발명은 가속도 센서를 이용하여 사용자의 글 쓰는 동작을 인식함으로써 각종 정보 가전기기에 문자 입력 시스템을 구축할 수 있는 문자인식 장치 및 방법에 관한 것이다.

다양한 정보 가전 기기들이 등장함에 따라 이들을 제어하기 위한 각종 사용자 인터페이스 장치들이 등장하였다. 문자의 입력을 위해서는 통상 키보드가 사용되거나 마우스, 타블렛, 터치스크린과 같은 2차원 상의 움직임을 감지하여 이를 문자로 변환하는 기술이 통상 사용되고 있다. 이와 함께 사용자의 3차원 공간상의 움직임을 감지함으로써 제어를 수행하기 위한 다양한 아이디어들이 시도되고 있다.

상기 3차원 공간상의 움직임을 감지하는 방법은 크게 3가지의 유형이 시도되었다.

첫째로 카메라를 이용하여 움직이는 물체를 촬영하고 이에 대한 이미지 프로 세싱을 통해 그 움직임을 해석하는 방법이 있다. 이 방법은 다수의 카메라가 필요하고, 이미지 프로세싱을 위해 사용자가 특별한 모양 혹은 색을 가진 물체를 사용하여야 하며, 프로세싱이 복잡하다는 단점이 있다.

둘째로 3각 측량의 원리를 이용한 방법이 있다. 이 방법은 사용자 장치가 전파 혹은 음파를 발신하게 하거나 반사하도록 하고, 이를 바탕으로 3개 이상의 수신부가 수신 시간을 측정하여 도달 시간의 차를 바탕으로 물체의 위치를 추적한다. 이 방법 또한 다수의 발신 혹은 수신 장치를 일정한 위치에 설치하여야 하고 미세한 움직임을 감지하기는 매우 어렵다는 문제가 있다.

마지막 셋째로 관성 센서를 사용자 혹은 사용자 장치에 부착하여 직접 그 움직임을 얻는 방법이 있다. 이 방법은 3차원 공간상에서 물체의 동작을 감지하기 위해서 3축의 병진 운동과 3축의 회전 운동을 감지하여야 한다고 알려져 있다. 이러한 병진 운동과 회전 운동은 가속도 센서와 자이로스코프 센서와 같은 관성 센서들을 사용하여 감지할 수 있다. 이 방법의 경우는 프로세싱이 비교적 단순하면서도 비교적 정밀한 움직임을 감지할 수 있지만 3 개축에 대하여 가속도 센서와 자이로스코프 센서를 사용하여야 하여 소형화에 한계가 있다.

이러한 종래 기술에 따른 문자 인식은 가속도를 두 번 적분하여 움직임의 궤적을 구한다. 그러나 이러한 적분으로 인하여 사소한 센서의 오차도 적분 과정에서 누적되어 큰 궤적의 차이를 만들기 때문에 정확한 인식을 위한 오차의 보정이 매우 어려웠다.

또한 이러한 종래 기술에 따른 3 차원 공간상에서의 움직임을 사용하는 방법은 사용자의 동작 중 유효한 획에 해당하는 움직임과 획과 획 사이의 움직임을 구분하는 것이 곤란하여 정확한 인식에 어려움이 발생되고 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 3 축 가속도 센서만을 사용하고 자소를 구성하는 획의 기하학적 모양 특징을 이용함으로써 추가적인 장치를 최소화하여 소형화에 용이한 문자인식 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 정확한 궤적의 계산을 필요로 하지 않는 단순한 처리 과정으로 인식률 높은 문자인식 장치 및 방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 가속도 센서를 이용한 문자인식 장치의 특징은 사용자의 움직임을 감지하기 위한 가속도 센서 및 상기 가속도 센서를 통해 감지된 움직임을 디지털 가속도 데이터로 변환하는 데이터 변환부를 구비하는 센서부와, 상기 센서부로부터 입력되는 디지털 가속도 데이터를 이용하여 현재 센서가 지면에 대해 이루고 있는 기울기를 계산하는 기울기 계산부와, 상기 기울기 계산부에서 계산된 기울기를 바탕으로 중력과 센서의 기울기에 의한 영향이 배제되도록 기울기를 보상하여 기울기가 보상된 가속도 데이터를 산출하는 기울기 보상부와, 상기 기울기가 보상된 가속도 데이터를 이용하여 전체 운동 에너지의 변화를 바탕으로 획 구간을 식별하는 획 구간 식별부와, 상기 획 구간의 시작 후와 종료 전 일정 기간에 대해 기울기가 보상된 가속도 데이터를 바탕으로 전체 운동 에너지 및 각 축별 운동 에너지를 계산하고 운동의 방향을 식별하는 에너지 계산부와, 상기 에너지 계산부가 계산한 축별 운동 에너지와 운동의 방향을 바탕으로 각 획을 판단하고 판단된 각 획을 조합하여 자소를 구성하는 자소 판단부와, 상기 구성된 자소를 입력받고 사용자에게 표시하는 서비스부를 포함하는 데 있다.

삭제

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 가속도 센서를 이용한 문자인식 방법의 특징은 가속도 센서를 사용하는 문자인식 방법에 있어서, 사용자 움직임의 에너지를 바탕으로 획의 시작과 종료를 판단하는 단계와, 중력의 영향과 센서의 기울기를 보상한 사용자 움직임 데이터를 이용하여 상기 획의 시작으로부터 정해진 시간과 상기 획의 종료 이전의 정해진 시간에 대하여 각 축의 에너지를 구하는 단계와, 상기 구해진 각 축의 에너지의 크기를 비교하여 주된 움직임이 일어난 축을 판별하는 단계와, 상기 판별된 축의 움직임의 방향을 구하고, 상기 획의 시작과 종료에서의 움직임이 일어난 축 및 방향과 사전에 정의된 획의 시작과 종료에서의 축 및 방향을 비교함으로써 상기 획의 모양을 식별하는 단계와, 상기 식별된 획의 조합에 의하여 자소를 식별하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

삭제

바람직하게 상기 주된 움직임이 일어난 축을 판별하는 단계는 사용자의 입력 평면에 수직인 축을 배제한 나머지 두 개의 축 간의 에너지 차이가 미리 정해진 문턱 값보다 크다면, 상기 두 개의 축 중 큰 에너지를 갖는 축을 주된 움직임이 일어난 축으로 판별하고, 상기 두 개의 축 간의 에너지 차이가 미리 정해진 문턱 값보다 작다면, 상기 두 개의 축 모두를 주된 움직임이 일어난 축으로 판별하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 비교하는 단계는 문자 셋의 자소 획을 구성하지 않는 획들 중 스페이스, 백 스페이스 및 모드 전환 중 어느 하나의 기능을 하도록 미리 정의된 유형의 획의 시작과 종료에서의 축 및 방향과 상기 획의 시작과 종료에서의 움직임이 일어난 축 및 방향을 비교하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 자소를 식별하는 단계는 자소를 구성하는 획의 시퀀스를 테이블 혹은 상태 천이 기계의 형태로 구성하고 입력되는 획의 시퀀스를 상기 테이블의 시퀀스와 비교하거나, 상태 천이 기계를 실행하여 판별하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 가속도 센서를 이용한 문자인식 방법의 다른 특징은 사용자가 가속도 센서가 장착된 장치로 가상 필기 평면을 지향하는 자세에서 글씨를 쓰는 제 1 단계와, 상기 가속도 센서를 통해 사용자의 움직임을 디지털 가속도 데이터로 변환하는 제 2 단계와, 상기 디지털 가속도 데이터를 통해 현재 센서가 지면에 대해 어떠한 각도를 이루고 있는지를 계산하여 센서의 기울기를 산출하는 제 3 단계와, 상기 산출된 센서의 기울기를 바탕으로 중력의 영향을 보상하여 사용자 움직임이 중력과 센서의 기울기에 의한 영향이 배제되도록 기울기가 보상된 가속도 데이터를 산출하는 제 4 단계와, 상기 기울기가 보상된 가속도 데이터를 이용하여 전체 운동에너지의 변화를 바탕으로 가속도 데이터 중 시작 예비, 획, 종료의 사이클로 이루어지는 획 쓰기 구간을 식별하는 제 5 단계와, 상기 획 쓰기 구간 중 획 구간의 기울기가 보상된 가속도 데이터를 바탕으로 전체 운동 에너지와 각 축별 운동 에너지를 계산하고 운동의 방향을 판단하는 제 6 단계와, 상기 계산한 축별 에너지와 운동의 방향을 바탕으로 각 획을 판단하고 판단된 각 획을 조합하여 자소를 완성하는 제 7 단계와, 상기 완성된 자소를 사용자에게 보여주고 그 결과로 문자 입력이 달성되는 제 8 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 6 단계의 축별 에너지의 계산은 획 구간의 시작과 끝의 일정 기간에 대해서 실시되거나 획 구간의 시작과 끝에 가까운 축별 가속도의 피크에 대해서 실시되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 목적, 특성 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

본 발명에 따른 가속도 센서를 이용한 문자인식 장치 및 방법의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 본 발명에 따른 가속도 센서를 이용한 문자인식 장치 구성의 일실시 예를 나타낸 도면이다.

도 1과 같이 문자인식 장치는 사용자의 움직임을 감지하기 위한 3축 가속도 센서(110) 및 상기 가속도 센서(110)를 통해 감지된 움직임을 디지털 가속도 데이터로 변환하는 데이터 변환부(120)로 구비되는 센서부(100)와, 상기 센서부(100)를 통해 전달되는 디지털 가속도 데이터를 통해 획의 시작과 끝의 방향 정보 및 기울 기를 산출하여 식별된 획을 조합함으로써 자소를 판단하는 해석부(200)와, 상기 해석된 결과를 사용자에게 보여주고 그 결과가 입력되는 서비스부(300)로 구성된다.

이때, 상기 센서부(100)와 해석부(200)는 하나의 장치로서 구현되어 각종 유선, 무선 인터페이스로 그 해석 결과를 상기 서비스부(300)로 전달할 수도 있고, 또는 상기 해석부(200)가 서비스부(300)에 내장되어 상기 센서부(100)와 유선, 무선 인터페이스로 연결될 수도 있다.

그리고 상기 해석부(200)는 도 3과 같이 입력되는 가속도 데이터를 이용하여 현재 센서가 지면에 대해 이루고 있는 각도를 계산하는 기울기 계산부(210)와, 상기 기울기 계산부(210)에서 산출된 기울기를 바탕으로 중력과 센서의 기울기에 의한 영향이 배제되도록 기울기를 보상하는 기울기 보상부(220)와, 상기 기울기가 보상된 가속도 데이터를 이용하여 전체 운동에너지의 변화를 바탕으로 획 구간을 식별하는 획구간 식별부(230)와, 상기 획 구간의 기울기가 보상된 가속도 데이터를 바탕으로 전체 운동 에너지 및 각 축별 운동 에너지를 계산하고 운동의 방향을 식별하는 에너지 계산부(240)와, 상기 에너지 계산부(240)가 계산한 축별 에너지와 운동의 방향을 바탕으로 각 획을 판단하고 판단된 각 획을 조합하여 자소를 구성하는 자소 판단부(250)로 구성된다.

이때, 상기 에너지 계산부(240)에서의 운동의 방향은 기울기가 보상된 가속도 데이터의 부호에 따라 용이하게 식별된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 가속도 센서를 이용한 문자인식 장치의 동작을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

사용자는 가상적인 필기 평면(130)에 센서부(100)가 장착된 장치로 글씨를 쓰게 된다. 이때 사용자는 도 2와 같이 센서부(100)가 장착된 장치로 가상 필기 평면(130)을 지향하는 자세에서 필기를 한다.

그러면 상기 센서부(100)내의 가속도 센서(110)가 감지하는 사용자의 움직임은 데이터 변환부(120)를 통해 디지털 가속도 데이터로 변환된다. 그리고 상기 가속도 데이터는 해석부(200)로 전달되어 가속도 데이터에 대한 처리를 수행하게 된다.

이때, 도 2와 같이 상기 센서부(100)의 축과 가상 필기 평면(130)의 축은 항상 일치하지는 않는다. 또한 중력의 영향으로 가속도 센서(110)가 측정하는 가속도 데이터는 왜곡되게 된다.

따라서, 상기 기울기 계산부(210)는 입력되는 가속도 데이터를 처리해 현재 센서가 지면에 대해 어떠한 각도를 이루고 있는지를 계산한다. 이때, 지구 중력으로 인하여 가속도 센서(110)에는 항상 1G의 가속도가 존재하므로 이를 바탕으로 센서의 기울기를 다음 수학식 1과 같이 계산한다.

상기 θ는 피치(Pitch) 값으로 Y축을 중심으로 잡고 반시계 방향으로 회전했을 때 발생하는 X, Z축의 각도 변화를 의미한다. 그리고 상기 φ는 로울(Roll) 값으로 X축을 중심으로 잡고 반시계 방향으로 회전했을 때 발생하는 Y, Z축의 각도 변화를 의미한다. 또한 a_bx, a_by, a_bz는 각각 센서에서의 각 축 별 가속도 값을 의미한다.

이어 상기 기울기 보상부(220)는 입력되는 가속도 데이터를 상기 기울기 계산부(210)가 계산한 기울기를 바탕으로 중력의 영향을 보상한다. 이러한 보상 과정을 통해 중력과 센서의 기울기에 의한 영향을 배제한 입력 평면에서의 사용자 움직임을 다음 수학식 2를 통해 얻을 수 있다.

이때, 상기 ψ는 조(Yaw) 값으로 Z축을 중심으로 잡고 반시계 방향으로 회전했을 때 발생하는 X, Y축의 각도 변화를 의미한다. 그리고 상기 A_b는 센서의 가속도 행렬이며, An은 필기 평면의 가속도 행렬이다. 또한, 상기

은 센서의 가속도를 필기 평면상의 가속도로 변환하기 위한 변환 행렬이며, 그리고 상기

는 필기 평면상의 가속도를 센서의 가속도로 변환하기 위한 변환 행렬이다.

그러면 상기 획 구간 식별부(230)는 상기 기울기 보상부(220)에서 기울기가 보상된 가속도 데이터를 바탕으로 전체 운동에너지의 변화를 관찰한다.
사용자가 글씨를 쓰게 될 때, 글씨가 필기시에는 유효한 획 뿐만 아니라 획과 획 사이에서도 움직임이 발생한다. 그런데, 상기 획 구간 식별부(230)에서 이러한 획과 획 사이의 움직임에 대해서도 인식을 하게 될 경우 인식 오류가 발생하게 된다. 따라서 인식해야 할 획과 무시해야 할 획들 사이의 움직임을 구분해야 한다.

삭제

그 방법으로 획의 시작과 종료에 대해 별도의 스위치가 있는 경우 스위치를 누르는 형태의 동작을 통해 유효한 획을 구성하는 움직임을 사용자가 표시할 수 있 다. 그러나 이러한 스위치가 없는 경우는 사용자의 모션의 특징을 이용하여 이를 구분하여야 한다.

즉, 통상 사용자가 획을 쓰는 경우 3차원 공간상에서 움직이더라도 펜으로 종이에 글을 쓰는 경우와 유사하게 펜을 공간에 대는 것 같은 시작 예비 동작을 하고 잠시 멈추게 되고 획의 끝에서 다시 한번 멈추게 된다.

상기 획 구간 식별부(230)는 이를 이용하여 유효한 획의 식별에 활용한다.

도 4 는 필기시 나타나는 가속도 패턴의 특징도를 나타낸 도면이다.

도 4와 같이, 통상 시작 예비 동작은 모든 축에서(특히 필기 평면과 수직인 축에서 크게) 짧은 충격 형태(400)의 가속도가 나타나고 이후 짧은 정지 기간(410)이 생기며, 종료 동작에서는 짧은 정지 기간(420)이 생겨난다. 이러한 패턴을 이용함으로써 유효한 획과 획들 사이의 무효한 움직임을 구분할 수 있다.

따라서, 상기 획 구간 식별부(230)는 획 쓰기 움직임 시작시의 사용자 예비 동작에서 나타나는 짧은 노이즈(400)와 이어지는 짧은 정지(410) 이후의 움직임을 획의 시작으로 판단하고, 획의 종료 후 나타나는 짧은 정지(420) 이전을 획의 종료로 인식함으로써 시작 예비-획-종료으로 구성되는 유효한 획 쓰기 동작의 주기를 식별하고 무효한 획과 획 사이의 움직임을 인식 대상에서 배제하게 된다.

상기 시작 예비 동작의 경우 충격 패턴에 대한 에너지 계산과 정지 기간에 대한 전체 에너지를 수학식 3을 통해 구하게 된다.

이어, 상기 에너지 계산부(240)는 상기 획 구간 식별부(230)에서 획 구간의 기울기가 보상된 가속도 데이터를 바탕으로 전체 운동 에너지와 각 축별 운동 에너지를 계산하고 운동의 방향을 판단한다. 이때, 상기 운동의 방향은 기울기가 보상된 가속도 데이터의 부호에 따라 용이하게 식별된다.

이러한 축별 에너지의 계산은 다음 수학식 4와 같이 획 구간의 시작과 끝의 일정 기간(본 실시예에서는 50ms)에 대해서만 실시되거나 획의 시작과 끝에 가까운 축별 가속도의 피크에 대해서만 실시되면 된다.

이때, 상기 a_nx, a_ny 및 a_nz는 각각 필기 평면에서의 각 축 별 가속도 값을 의미한다.

도 5 는 본 발명에 따른 한글 자소 구성 유형 구성 실시예를, 도 6 은 본 발명에 따른 영문 자소 구성 유형 구성 실시예를, 도 7 은 본 발명에 따른 숫자 자소 구성 유형 구성 실시예를 나타낸다.

이처럼, 한글은 도 5, 영문은 도 6, 숫자는 도 7에서 보여주는 획의 조합으로 모든 자소를 구성할 수 있다.

즉, 수직 평면에 글씨를 쓰는 경우 Y 축의 에너지는 버려지게 되고 X축과 Z 축의 방향과 에너지를 비교한다. 그리고 사람의 움직임은 정확히 수평 수직으로 움직이지 않기 때문에 수직(Z축)으로 움직여도 수평(X 축)의 에너지가 나타나게 된다.

이처럼, 상기 기울기 보상부(220)에서 중력의 영향과 센서의 기울기를 보상한 사용자 움직임 데이터를 이용하여 획의 시작으로부터 정해진 시작과 종료 이전의 정해진 시간에 대하여 각 축의 에너지를 구하고, 이 구해진 각 축의 에너지의 크기를 비교하여 주된 움직임이 일어난 축을 판별한다. 그리고 이렇게 판별된 축의 움직임 방향을 구하여, 시작과 종료에서의 움직임이 일어난 축과 방향을 사전에 정의된 획의 시작과 종료에서의 축과 방향을 비교함으로써 획의 모양을 식별하게 되어 상기 에너지 계산부(240)가 계산한 축별 에너지와 운동의 방향을 바탕으로 각 획을 판별한다.

이때, 상기 주된 움직임이 일어난 축의 판별은 사용자의 입력 평면에 수직인 축을 배제한 나머지 두 개의 축 간의 에너지 차이가 미리 정해진 문턱 값보다 크다면, 상기 두 개의 축 중 큰 에너지를 갖는 축을 주된 움직임이 일어난 축으로 판별하고, 상기 두 개의 축 간의 에너지 차이가 미리 정해진 문턱 값보다 작다면, 상기 두 개의 축 모두를 주된 움직임이 일어난 축으로 판별한다.

따라서 상기 두 축의 에너지의 차가 규정된 문턱값을 넘는 경우 큰 에너지가 나타난 축으로 움직인 것으로 보고, 문턱값보다 작은 경우는 사선으로 움직인 것으로 판단한다.

그리고, 상기 획의 시작과 종료에서 축과 방향의 비교는 문자 셋의 자소 획을 구성하지 않는 유형의 획들을 스페이스, 백스페이스, 모드 전환의 기능으로 사 용할 수 있도록 정의하여 두고 비교하여 입력을 보조하는 기능을 부여하는 것이 바람직하다.

실 예로서 도 5의 1번 유형은 시작점에서는 +X 방향, 종료 점에서는 -Z 방향으로 움직였다는 결과를 얻게 되고, 8번 유형의 경우는 시작점에서는 +X 방향, 종료 점에서는 -X,-Z 방향으로 움직였다는 결과를 얻게 된다.

이를 도 5의 1번 유형에 대해서는 ((+X),(-Z))과, 8번 유형에 대해서는 ((+X),(-X, -Z))의 형태로 표현할 수 있다.

이러한 획에 대한 판단 정보를 도 8과 같이 테이블의 형태로 유지함으로써 이에 대한 검색을 통해 획을 판단할 수 있다.

이렇게 식별된 획은 상기 자소 판단부(250)에서 각 자소에 대한 조합의 테이블을 도 9와 같이 사전에 구성하여 유지함으로써 상기 식별된 각 획을 조합하여 자소를 구성한다.

예를 들어 ‘ㄹ’은 (1-4-2)의 획 시퀀스이고, ‘ㅑ’는 (3-4-4)의 시퀀스로 표현될 수 있다.

이처럼 상기 자소 판단부(250)는 자소에 대해 이러한 시퀀스의 테이블을 구성하고 테이블을 찾는 것으로서 입력된 자소가 무엇인지 판단할 수 있게 된다. 이러한 테이블은 한글, 영문, 숫자에 대해 별도의 테이블을 구성하고 모드 변화에 따라 적절한 테이블을 적용할 수 있다.

또한 이러한 축과 방향 정보 외에 시작과 종료점에서의 기울기 정보를 추가로 활용할 수도 있다.

통상 사용자는 수직 움직임이 필요한 경우 획의 시작을 센서의 위치보다 높은 쪽 혹은 아래쪽을 가리키면서 획을 시작하는 경향이 있다.

예를 들어 도 6의 유형 1의 경우 사용자는 수평 혹은 수평보다 높은 위치에서 획을 시작하고, 유형 2의 경우에는 수평 혹은 수평 아래에서 획을 시작하는 경향이 있다. 이러한 정보를 축과 방향만으로 결정하기 어려운 경우를 위하여 테이블에 유지함으로써 인식률을 높일 수 있다.

또한 문자의 획이 사용하지 않는 사용하지 않는 ((+Y),(-Y))나 ((-Y),(+Y))와 같은 Y축 상의 동작과 ((-X),(-X))를 스페이스, 한/영/숫자 모드 전환, 백스페이스 등으로 매핑함으로써 보다 용이한 입력이 가능하다.

상기 자소 판단부(250)에서는 연속적인 입력을 처리하기 위하여 자소와 자소의 사이에는 일정한 시간을 두어 획이 입력되지 않는 시간이 정해진 시간을 초과하면 자소가 완성된 것으로 판단한다. 본 실시예에서는 상기 정해진 시간을 1초로 정의한다.

또한, 획을 조합하여 자소를 판별하기 위해서 자소를 구성하는 획의 시퀀스를 테이블 혹은 상태 천이 기계의 형태로 구성하고 입력되는 획의 시퀀스를 상기 테이블의 시퀀스와 비교하거나, 상태 천이 기계를 실행하여 자소를 판별한다.

이와 같이 상기 자소 판단부(250)는 판단한 자소를 컴퓨터와 같은 서비스부(300)로 전달함으로써 인식된 자소가 사용자에게 표현되고, 소기의 목적인 서비스부로의 문자 입력이 달성되게 한다.

상기 도 5, 6, 7에 표현된 획의 유형은 일 실시예로서 사용자의 필기 습관에 따라 변형이 가능하다. 따라서 본 발명이 제시하는 상술한 특정 실시예에 한정되지 않으며, 청구 범위 내의 요지를 벗어나지 않고 통상의 지식으로 가능한 변형 실시는 청구 범위의 내에 있게 된다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 가속도 센서를 이용한 문자인식 장치 및 방법은 가속도 센서만을 이용한 장치로써 간단한 처리 방법으로 자소를 식별함으로써 이를 컴퓨터의 키보드와 같은 용도로 사용할 수 있게 하며, 소형의 동작 기반 문자 입력 시스템의 구현을 가능하게 하는 효과가 있다.

또한, 용이한 획의 구분과 획의 식별로 인한 정확한 자소의 식별로 한글과 같은 불연속 획 구조를 가진 문자에서 용이한 인식이 가능한 효과가 있다.

Claims

사용자의 움직임을 감지하기 위한 가속도 센서 및 상기 가속도 센서를 통해 감지된 움직임을 디지털 가속도 데이터로 변환하는 데이터 변환부를 구비하는 센서부와,

상기 센서부로부터 입력되는 디지털 가속도 데이터를 이용하여 현재 센서가 지면에 대해 이루고 있는 기울기를 계산하는 기울기 계산부와,

상기 기울기 계산부에서 계산된 기울기를 바탕으로 중력과 센서의 기울기에 의한 영향이 배제되도록 기울기를 보상하여 기울기가 보상된 가속도 데이터를 산출하는 기울기 보상부와,

상기 기울기가 보상된 가속도 데이터를 이용하여 전체 운동 에너지의 변화를 바탕으로 획 구간을 식별하는 획 구간 식별부와,

상기 획 구간의 시작 후와 종료 전 일정 기간에 대해 기울기가 보상된 가속도 데이터를 바탕으로 전체 운동 에너지 및 각 축별 운동 에너지를 계산하고 운동의 방향을 식별하는 에너지 계산부와,

상기 에너지 계산부가 계산한 축별 운동 에너지와 운동의 방향을 바탕으로 각 획을 판단하고 판단된 각 획을 조합하여 자소를 구성하는 자소 판단부와,

상기 구성된 자소를 입력받고 외부로 출력하는 서비스부를 포함하는 것을 특징으로 하는 문자 인식 장치.
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제 1항에 있어서,

상기 획은 사용자의 시작 예비 동작, 획 긋기 동작 및 종료 동작의 사이클에 의하여 식별되는 것을 특징으로 하는 문자 인식 장치.
제 1항에 있어서,

상기 에너지 계산부는 상기 기울기가 보상된 가속도 데이터의 부호에 따라 운동의 방향을 식별하는 것을 특징으로 하는 문자 인식 장치.
가속도 센서를 사용하는 문자인식 방법에 있어서,

사용자 움직임의 에너지를 바탕으로 획의 시작과 종료를 판단하는 단계와,

중력의 영향과 센서의 기울기를 보상한 사용자 움직임 데이터를 이용하여 상기 획의 시작으로부터 정해진 시간과 상기 획의 종료 이전의 정해진 시간에 대하여 각 축의 에너지를 구하는 단계와,

상기 구해진 각 축의 에너지의 크기를 비교하여 주된 움직임이 일어난 축을 판별하는 단계와,

상기 판별된 축의 움직임의 방향을 구하고, 상기 획의 시작과 종료에서의 움직임이 일어난 축 및 방향과 사전에 정의된 획의 시작과 종료에서의 축 및 방향을 비교함으로써 상기 획의 모양을 식별하는 단계와,

상기 식별된 획의 조합에 의하여 자소를 식별하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 문자 인식 방법.
제 5항에 있어서,

상기 획의 시작과 종료를 판단하는 단계는 상기 획의 시작과 종료에 대해 사용자로부터 스위치를 누르는 형태의 동작을 입력받아 판단하는 것을 특징으로 하는 문자 인식 방법.
제 5항에 있어서,

상기 획의 시작과 종료를 판단하는 단계는 상기 획의 시작시의 사용자 예비 동작에서 나타나는 짧은 노이즈와 이어지는 짧은 정지 이후를 상기 획의 시작으로 판단하고, 상기 획의 종료 후 나타나는 짧은 정지 이전을 상기 획의 종료로 인식하는 것을 특징으로 하는 문자 인식 방법.
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제 5항에 있어서,

상기 주된 움직임이 일어난 축을 판별하는 단계는

사용자의 입력 평면에 수직인 축을 배제한 나머지 두 개의 축 간의 에너지 차이가 미리 정해진 문턱 값보다 크다면, 상기 두 개의 축 중 큰 에너지를 갖는 축을 주된 움직임이 일어난 축으로 판별하고,

상기 두 개의 축 간의 에너지 차이가 미리 정해진 문턱 값보다 작다면, 상기 두 개의 축 모두를 주된 움직임이 일어난 축으로 판별하는 것을 특징으로 하는 문자 인식 방법.
제 5항에 있어서,

상기 획의 모양을 식별하는 단계는,

문자 셋의 자소 획을 구성하지 않는 획들 중 스페이스, 백 스페이스 및 모드 전환 중 어느 하나의 기능을 하도록 미리 정의된 유형의 획의 시작과 종료에서의 축 및 방향과 상기 획의 시작과 종료에서의 움직임이 일어난 축 및 방향을 비교함으로써 상기 획의 모양을 식별하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 문자인식 방법.
제 5항에 있어서,

상기 자소를 식별하는 단계는 정해진 기간 동안 추가적인 획의 입력이 없는 경우 상기 자소의 식별에 필요한 모든 획이 입력된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 문자 인식 방법.
제 5항에 있어서,

상기 자소를 식별하는 단계는 자소를 구성하는 획의 시퀀스를 테이블 혹은 상태 천이 기계의 형태로 구성하고 입력되는 획의 시퀀스를 상기 테이블의 시퀀스와 비교하거나, 상태 천이 기계를 실행하여 판별하는 것을 특징으로 하는 문자 인식 방법.
사용자가 가속도 센서가 장착된 장치로 가상 필기 평면을 지향하는 자세에서 글씨를 쓰는 제 1 단계와,

상기 가속도 센서를 통해 사용자의 움직임을 디지털 가속도 데이터로 변환하는 제 2 단계와,

상기 디지털 가속도 데이터를 통해 현재 센서가 지면에 대해 어떠한 각도를 이루고 있는지를 계산하여 센서의 기울기를 산출하는 제 3 단계와,

상기 산출된 센서의 기울기를 바탕으로 중력의 영향을 보상하여 사용자 움직임이 중력과 센서의 기울기에 의한 영향이 배제되도록 기울기가 보상된 가속도 데이터를 산출하는 제 4 단계와,

상기 기울기가 보상된 가속도 데이터를 이용하여 전체 운동에너지의 변화를 바탕으로 획 구간을 식별하는 제 5 단계와,

상기 획 구간의 기울기가 보상된 가속도 데이터를 바탕으로 전체 운동 에너지와 각 축별 운동 에너지를 계산하고 운동의 방향을 판단하는 제 6 단계와,

상기 계산한 축별 에너지와 운동의 방향을 바탕으로 각 획을 판단하고 판단된 각 획을 조합하여 자소를 완성하는 제 7 단계와,

상기 완성된 자소를 사용자에게 보여주고 그 결과로 문자 입력이 달성되는 제 8 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 문자인식 방법.
제 13 항에 있어서,

상기 제 3 단계에서 센서의 기울기는 다음 수학식 1을 이용하여 산출하는 것을 특징으로 하는 문자인식 방법.

[수학식 1]

(이때, 상기 θ는 피치(Pitch) 값으로 Y축을 중심으로 잡고 반시계 방향으로 회전했을 때 발생하는 X, Z축의 각도 변화이고, 상기 φ는 로울(Roll) 값으로 X축을 중심으로 잡고 반시계 방향으로 회전했을 때 발생하는 Y, Z축의 각도 변화이며, 상기 a_bx, a_by, a_bz는 각각 센서에서의 각 축 별 가속도 값이다.)
제 13 항에 있어서,

상기 제 4 단계에서 기울기가 보상된 가속도 데이터를 산출은 다음 수학식 2를 이용하여 산출하는 것을 특징으로 하는 문자인식 방법.

[수학식 2]

(이때, 상기 ψ는 조(Yaw) 값으로 Z축을 중심으로 잡고 반시계 방향으로 회전했을 때 발생하는 X, Y축의 각도 변화이고, 상기 A_b는 센서의 가속도 행렬이며, An은 필기 평면의 가속도 행렬이다. 또한, 상기
은 센서의 가속도를 필기 평면상의 가속도로 변환하기 위한 변환 행렬이며, 그리고 상기
는 필기 평면상의 가속도를 센서의 가속도로 변환하기 위한 변환 행렬이다.)
제 13 항에 있어서,

상기 제 5 단계에서 전체 운동에너지는 수학식 3을 이용하여 산출하는 것을 특징으로 하는 문자인식 방법.

[수학식 3]

(이때, 상기 a_bx, a_by, a_bz는 각각 센서에서의 각 축 별 가속도 값이다.)
제 13 항에 있어서,

상기 제 6 단계의 축별 운동에너지의 계산은 다음 수학식 4를 이용하여 계산하는 것을 특징으로 하는 문자인식 방법.

[수학식 4]

(이때, 상기 a_nx, a_ny 및 a_nz는 각각 필기 평면에서의 각 축 별 가속도 값)
제 13 항에 있어서,

상기 6 단계의 축별 운동에너지의 계산은 획의 시작 이후와 끝 이전의 일정 기간에 대해서 실시되거나 획의 시작과 끝에 가까운 축별 가속도의 피크에 대해서 실시되는 것을 특징으로 하는 문자인식 방법.
제 18 항에 있어서,

상기 일정 기간은 50ms 인 것을 특징으로 하는 문자인식 방법.