KR100936115B1 - Mouse Activity Measuring Instrument - Google Patents
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Abstract
이 출원발명의 마우스 액티비티 측정시스템은 전반사 장애 (FTIR: Frustrated Total Internal Reflection) 현상을 이용한 것으로, 전반사는 임계각 이상의 입사각을 가진 빛이 매질 경계면에서 모두 매질 내부로 반사되는 현상인데, 전반사가 일어나는 매질 외부의 경계면에 광 성질을 가진 물체가 접촉할 경우 그 부분에서 전반사에 장애가 생겨 빛이 확산된다. 이 출원 발명인 마우스 액티비티 측정시스템은 전반사 장애현상을 이용하여 마우스의 움직임을 측정할 수 있는 터치감지부(10), 터치감지부(10)에 마우스가 접촉하여 확산된 빛을 감지하는 이미지획득부(20) 및 획득된 이미지로부터 마우스의 위치를 감지하는 이미지처리부(30)를 포함하여 구성된다.
마우스, 액티비티, 전반사, 전반사장애
The mouse activity measurement system of the present invention utilizes a Frustrated Total Internal Reflection (FTIR) phenomenon, in which total light is reflected inside the medium at the boundary of the medium at the angle of incidence above the critical angle. When an object with light properties comes into contact with the boundary of the light source, light is diffused due to obstacles in total reflection at that part. The present invention mouse activity measuring system is a touch acquisition unit 10 that can measure the movement of the mouse using the total reflection disorder phenomenon, the image acquisition unit for detecting the light diffused by the mouse in contact with the touch detection unit 10 ( 20) and an image processor 30 for detecting the position of the mouse from the acquired image.
Mouse, activity, total reflection, total reflection disorder
Description
공개번호 10-2001-0058523 (2001.07.06) Publication No. 10-2001-0058523 (2001.07.06)
발명의 명칭 : 소비열량 측정 기능을 가지는 노래반주장치 및 소비열량 측정방법 Name of the invention: song accompaniment apparatus having a calorie measurement function and calorie consumption method
마우스와 같은 동물을 이용한 임상실험에 있어서 동물의 운동량을 측정하는 것은 동물의 개체 간에 운동량의 차이에 의한 기초 대사량의 차이를 임상실험에 반영하기 위한 기초자료로 이용되는 실험데이터로써 매우 중요하다. In clinical trials using animals such as mice, measuring the motility of an animal is very important as experimental data used as basic data for reflecting the difference in basal metabolic rate due to the difference in motility among individual animals in clinical trials.
이러한 기초 대사량을 측정하기 위하여 기존의 측정방법으로는 영상처리방법과 광센서 어레이를 사용하는 방법이 있다. In order to measure the basal metabolic rate, conventional measurement methods include image processing and optical sensor arrays.
영상처리방법은 마우스의 움직임을 카메라로 촬영하여 이미지프로세싱을 거처 이미지속의 마우스를 감지하고 감지된 마우스의 위치를 연속적으로 처리하여 마우스의 운동량을 계산하는 장치로, 일반적으로 빛이 있는 환경에서 마우스의 움직임을 촬영하여 컴퓨터 소프트웨어로 촬영된 이미지 속에서 마우스를 인식하여 마우스의 움직임을 측정하는 시스템이다. 이러한 영상처리를 할 수 있는 시스템으로는 OpenCV, Labview, MathLab, MVTec, ImageLb 등이 있다. 그러나, 기존의 영상처리 방식을 이용한 운동량측정 시스템은 열화상감지 카메라를 이용하지 않는 경우에는 암흑환경에서 이미지를 획득할 수 었어, 마우스 등과 같이 야행성 동물의 운동량을 측정하는 데는 부적절한 부분이 있었다. Image processing method is a device that calculates the amount of movement of a mouse by detecting the mouse in the image by processing the image by processing the mouse with the camera and processing the detected mouse position continuously. It is a system that measures the movement of the mouse by recognizing the mouse in the image taken by computer software by shooting the movement. Systems that can do such image processing include OpenCV, Labview, MathLab, MVTec, and ImageLb. However, the conventional momentum measurement system using the image processing method was able to acquire the image in the dark environment without using the thermal imaging camera, there was an inadequate part for measuring the momentum of nocturnal animals such as mice.
광센서 어레이를 사용하는 방법은 도4에 기재된 바와 같이 마우스를 기르는 바닥에 물체를 감지하는 센서를 동일한 간격으로 배열하고, 이렇게 센서가 배열된 바닥판위에서 움직이는 마우스를 센서로부터 감지된 신호를 소프트웨어로 분석하여 마우스의 현재 위치를 파악하여, 마우스의 위치를 연속적으로 저장함으로써 마우스의 운동을 측정하는 시스템이다. 이 시스템도 역시 소량이지만 각각의 센서가 가시광선 또는 적외선을 발생시키는데, 이는 광센서가 발광부와 수광부로 이루어졌기 때문이다. 그러므로 광센서 어레이를 이용하는 방식 또한 야행성 동물의 운동량을 측정하는데 반드시 적합한 방법으로 볼 수는 없다. In the method using the optical sensor array, as shown in Fig. 4, the sensors for detecting objects are arranged at equal intervals on the floor where the mouse is raised. By analyzing the current position of the mouse to determine the position of the mouse continuously by measuring the movement of the mouse. The system is also small, but each sensor generates visible or infrared light because the light sensor consists of a light emitter and a light receiver. Therefore, the method using the light sensor array is also not necessarily suitable for measuring the momentum of nocturnal animals.
동물의 운동량측정은 각각의 개체의 특성으로서 외부의 자극이 없는 자연상태에서 개체의 특성을 측정하는 것이 매우 중요한 것이고, 야행성동물의 야간의 운동량을 측정하기위해서는 자연 상태의 야간에 존재하는 빛 이상의 광에서는 야행성동물의 운동량이 달라질 수 있기 때문에 극소량의 광 또는 100% 빛이 없는 환경에서 운동량을 계측할 수 있는 시스템이 필요하다. 그러나, 기존의 운동량 측정방법으로는 어떠한 경우에도 마우스의 움직임을 빛이 없는 암흑환경에서 측정하는 것에 어려움이 있었다 Measuring the momentum of an animal is a characteristic of each individual, and it is very important to measure the characteristics of an individual in a natural state without external stimulus. Since nocturnal animals may have different momentum, they need a system that can measure momentum in an environment with very little light or 100% light. However, in any case, it is difficult to measure the movement of the mouse in the dark environment without light by the conventional method of measuring the momentum.
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기위하여 암흑환경에서도 마우스의 움직임을 감지할 수 있는 장치를 발명하였다. 이 출원발명의 마우스 액티비티 측정시스템은 전반사 장애 (FTIR: Frustrated Total Internal Reflection) 현상을 이용한 것으로, 전반사는 임계각 이상의 입사각을 가진 빛이 매질 경계면에서 모두 매질 내부로 반사되는 현상인데, 전반사가 일어나는 매질 외부의 경계면에 광 성질을 가진 물체가 접촉할 경우 그 부분에서 전반사에 장애가 생겨 빛이 확산된다. 이렇게 확산된 빛은 물체가 접촉한 표면과 반대쪽 표면에서 모두 측정할 수 있는데, 불투명한 물체가 접촉될 경우 물체가 접촉하는 표면쪽으로는 빛이 새어나오지 않고 반대쪽에서 빛을 측정할 수 있다. 그러므로, 이한 전반사 장애로 물체와 접촉하는 반대쪽 표면에서 발생하는 빛을 카메라로 획득하고, 컴퓨터의 소프트웨어를 이용하여 이미지를 인식하여 빛이 없는 환경에서 움직이는 마우스의 액티비티를 측정할 수 있다. 그림3은 전반사 장애현상에 의하여 발생하는 빛을 PC캠을 이용하여 컴퓨터에서 영상처리를 하는 모습이다. In order to solve the above problems, the present invention has been invented a device capable of detecting the movement of a mouse even in a dark environment. The mouse activity measurement system of the present invention utilizes a Frustrated Total Internal Reflection (FTIR) phenomenon, in which total light is reflected inside the medium at the boundary of the medium at the angle of incidence above the critical angle. When an object with light properties comes into contact with the boundary of the light source, light is diffused due to obstacles in total reflection at that part. The diffused light can be measured on both the surface where the object touches and on the opposite surface. When an opaque object touches, light can be measured on the opposite side without light leaking toward the contact surface. Therefore, with this total reflection disorder, the light generated from the opposite surface in contact with the object can be acquired by the camera, and the software of the computer can be used to recognize the image and measure the activity of the mouse moving in the light-free environment. Figure 3 shows the image processing on the computer using the PC Cam.
이 출원발명의 마우스 액티비티 측정장치(1)는 전반사 장애현상을 이용하여 마우스의 움직임을 측정할 수 있는 터치감지부(10), 터치감지부(10)에 마우스가 접촉하여 확산된 빛을 감지하는 이미지획득부(20) 및 획득된 이미지로부터 마우스의 위치를 감지하는 이미지처리부(30)를 포함하여 구성된다. The mouse activity measuring
. .
이 출원 발명은 마우스의 운동량를 측정하기위한 것으로 기존의 장치들이 마우스의 움직임을 획득하기 위하여 마우스가 활동하는 영역에서 빛을 반드시 필요로 하거나, 빛을 발생하는 발광부를 이용하는 것이었으나, 이 출원발명은 마우스의 움직임을 일반적인 카메라를 이용하여 소프트웨어로 마우스의 움직임을 감지하면서도 마우스에게는 조금의 빛도 비추지 않게 함으로써 암흑상태의 마우스의 움직임을 측정가능하게 함으로써, 빛이 없는 환경에서는 자연스러운 마우스의 운동량을 측정할 수 있는 장치를 제공함으로써 정확한 마우스의 운동량을 측정할 수 있는 효과가 있다.The present invention is to measure the amount of movement of the mouse and the conventional devices were required to use light in the area where the mouse is active or to generate light to obtain the movement of the mouse, but the present invention is a mouse By using a general camera to detect the movement of the mouse with the software, but not a little light on the mouse to measure the movement of the mouse in the dark state, it is possible to measure the natural movement of the mouse in the absence of light environment By providing a device that can measure the effect of accurate movement of the mouse can be measured.
먼저 터치감지부(10)는 자외선차단필름(11), LED로 구성된 광원(12), 사각의 아크릴의 경계면이 45도로 경사지계 절단된 바닥면(13), 광원(12)의 빛이 세어나오지 않도록 광원(12)을 감싸는 바닥면(13) 테두리부(14)로 구성되며, First of all, the touch sensing unit 10 includes a
이미지획득부(20)는 이미지를 획득하는 카메라(21)와 카메라를 구동하기위한 구동소프트웨어(22)로 구성되고,. 이미지 처리부(30)은 이미지획득부에서 획득한 이미지를 이용하여 마우스의 현재 위치를 인식하는 위치 인식부(31)와 과거의 이미지로부터 인식한 위치와 현재 위치를 이용하여 마우스의 액티비티를 계산하는 마우스 액티비티 연산부(32)로 구성된다. 도1 내지 도3를 이용하여 발명의 구성, 작용 및 효과를 상세히 설명하면 다음과 같다. The image acquisition unit 20 is composed of a
<실시예1>Example 1
광원(12)으로부터 발생하는 빛이 마우스가 활동하는 영역으로 세지 않도록 차단하는 적외선차단필름(11)이 상부 표면에 부착되고, 측면테두리(15)가 45도로 경사진 10 x 7인치 면적에 두께 5mm의 평평한 아크릴 판으로 구성된 바닥면(13)과 상기 측면테두리(15)에 빛을 비추는 적외선 LED로 구성된 광원(12)과 광원(12)과 바닥면(13)을 디귿자 형태로 감싸 광원의 빛이 새어나오지 않도록 하는 테두리(14)를 포함하여 구성된 터치감지부(10). An
<실시예2>Example 2
상기 터치감지부(10)의 마우스 반대쪽에 위치하여 마우스가 터치감지부에 터치됨으로써 발생하는 이미지를 확득하는 카메라(21)는 로지텍(주)사에서 판매하는 USB 인터페이스를가진 QUICKCAM PRO5000을 사용하였으며, 구동소프트웨어(22) 역시 로지텍(주)사에서 제공하는 QUICKCAM PRO5000용 구동소프트웨어를 사용하였다. The
마우스의 액티비티측정을 위하여서는 그림1과 같이 카메라를 위치시키고 마우스가 움직임에 따랄 발생하는 이미지를 카메라(21)를 사용하여 컴퓨터에 1초에 10프레임의 속도로 저장하였다. In order to measure the activity of the mouse, the camera was positioned as shown in Fig. 1 and the image generated by the mouse movement was stored in the computer at the speed of 10 frames per second using the
<실시예3> Example 3
이렇게 저장된 이미지는 MVtec에서 판매하는 영상처리전용 소프트웨어인 HALCON 6.0을 이용하여 분석하였다. 이 HALCON 6.0 소프트웨어는 영상 이미지의 노이즈제거, 영상 이치화, 이미지 속에서의 이미지들의 경계검출, 검출된 이미지의 면적계산, 이미지의 도심 계산 등의 기본적인 함수들이 포함되어있어, 프로그램머가 원하는 기능의 함수를 필요에따라 호출하여 연결함으로써 영상처리프로그램을 완성할 수 있도록 구성되어있다. The stored images were analyzed using HALCON 6.0, an image processing software sold by MVtec. This HALCON 6.0 software includes basic functions such as noise reduction of image image, image binarization, detection of boundary of images in image, calculation of area of detected image, calculation of city center of image, and so on. It is configured to complete image processing program by calling and connecting as needed.
이 출원발명에서 사용한 마우스의 움직임을 측정하는 방법으로는 먼저 마우스의 현재의 위치를 아래에 기재된 방법으로 결정하고, 1프레임 전의 이미지와 비교하여 마우스위 움직임을 계산하는 방법을 사용하였다. As a method of measuring the motion of the mouse used in the present invention, the current position of the mouse was first determined by the method described below, and a method of calculating the motion on the mouse was compared with an image one frame before.
마우스의 현재위치를 결정하는 기본적인 방법으로 하나의 덩어리 이미지가 획득된 경우와 여러 덩어리로 나누어진 영상이 입력된 경우로 나누어 처리하였다. As a basic method of determining the current position of the mouse, it was divided into a case where one chunk image was obtained and an image divided into chunks was input.
이러한 영상처리 이전에 면적이 0.252cm 미만의 이미지는 영상노이즈로 간주하여 의미 없는 이미지로 삭제하였고, 이미지의 면적이 0.252cm 이상인 경우에만 이미지가 분리된 것으로 계산하였다.This is an image processing area in the previous images is less than 0.25 cm 2 was removed in a meaningless image is regarded as image noise, it was calculated to be only the image is separated when the area of the image of at least 0.25 cm 2.
먼저, 하나의 덩어리 이미지의 면적이 0.252cm - 502cm 인 경우에는 마우스가 앉아 있거나 누워 있는 경우로 이미지의 면적중심을 마우스의 중심 위치로 결정하였다.First, when an area of one lump image is 0.25 2 cm-50 2 cm, the area center of the image is determined as the center position of the mouse when the mouse is sitting or lying down.
이미지가 둘 이상의 덩어리로 이루어진 경우 가장 큰 이미지가 102cm-502cm 인 경우 마우스가 앉아 있거나 누워 있는 경우로 이미지의 면적중심을 마우스의 중심 위 치로 결정하며, 이미지가 둘 이상의 경우 가장 큰 이미지가 0.252cm - 102cm 인 경우 마우스가 앞발과 뒷발만으로 움직이고 있는 경우로 각 이미지의 면적 중심의 좌표를 구하고 각 좌표간의 거리를 구한 후 가장 긴 거리를 나타내는 두 점의 중심을 마우스의 중심으로 결정한다.If the image consists of more than one chunk, the largest image is 10 2 cm-50 2 cm The mouse is sitting or lying down and the center of the image is determined by the mouse's center position. Is 0.25 2 cm-10 2 cm, the mouse is moving with only the forefoot and hind foot. The coordinates of the area center of each image are obtained and the distance between each coordinate is calculated. Decide
<실시예4>Example 4
상기 터치감지부(10)의 마우스 반대쪽에 위치하여 마우스가 터치감지부에 터치됨으로써 발생하는 이미지를 확득하는 카메라(21)는 로지텍(주)사에서 판매하는 USB 인터페이스를가진 QUICKCAM PRO5000을 사용하였으며, 구동소프트웨어(22)는 MVtec 사에서 제공하는 컴퓨터용 인터페이스 프로그램인 TWAIN을 사용하여 영상처리 프로그램인 HALCON 6.0과 직접 인터페이스 함으로써 영상처리 프로그램에서 카메라로부터 이미지를 바로 획득하여 실시간으로 마우스의 액티비티를 측정하였다. The
그림1. 마우스 액티비티 측정기의 외형 Figure 1. Appearance of the mouse activity finder
그림2. 마우스 액티비티 측정기의 터치감지부 Figure 2. Touch Sensing Unit of Mouse Activity Meter
그림3. 마우스 액티비티 측정기의 터치감지부 Figure 3. Touch Sensing Unit of Mouse Activity Meter
그림4. 마우스 액티비티 측정기의 영상처리부 Figure 4. Image Processing Unit of Mouse Activity Finder
그림5. 기존의 마우스 액티비티 측정 알고리즘 Figure 5. Traditional mouse activity measurement algorithm
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