KR101009579B1

KR101009579B1 - 가속도 신호의 처리 방법 및 이를 채용한 인터페이스 장치

Info

Publication number: KR101009579B1
Application number: KR1020080099705A
Authority: KR
Inventors: 권동수; 임종관
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2008-10-10
Filing date: 2008-10-10
Publication date: 2011-01-20
Also published as: KR20100040536A

Abstract

가속도계에서 출력되는 가속도 신호의 DC 바이어스를 제거하고 제1 로우 패스 필터로 처리하여 상기 가속도 신호의 k번째(여기서 상기 k는 양의 정수) 샘플 A(k)를 산출하는 단계; 상기 A(k)에 대한 표준 편차 또는 분산인 σ^p(k)를 산출하는 단계; 상기 σ^p(k)에 대한 포락선 데이터인 F(k)를 산출하는 단계; 상기 F(k)를 스레스홀드와 비교함으로써 시작점 및 끝점을 찾는 단계; 상기 A(k) 중에서 상기 시작점과 끝점 사이의 신호를 추출하는 단계; 를 포함하는 가속도 신호의 처리 방법 및 이를 채용한 인터페이스 장치가 개시된다.

Description

가속도 신호의 처리 방법 및 이를 채용한 인터페이스 장치{ACCELEROMETER SIGNAL PROCESSING METHOD AND INTERFACING DEVICE USING THE SAME}

본 발명은 가속도 신호의 처리 방법 및 상기 가속도 신호의 처리 방법을 채용한 인터페이스 장치에 관한 것이다.

예를 들면 일반적인 컴퓨터용 마우스의 좌표 포인팅 기능을 3차원 공간에서 신속하고 정확하게 구현할 수 있도록 가속도계에서 출력되는 가속도 신호를 지능적으로 처리할 수 있는 가속도 신호의 처리 방법과, 이러한 효율적인 가속도 신호의 처리 방법을 채용함으로써 3차원 공간에서 사용자가 입력한 좌표 포인팅 지령 또는 동작 인식이 가능한 인터페이스 장치에 관한 것이다.

일반적으로 사용되고 있는 인터페이스 장치는 컴퓨터의 키보드나 마우스, 오락기의 조이 스틱, AV기기의 리모컨 등을 그 예로 들 수 있다. 인터페이스 장치는 컴퓨터, 오락기, AV기기 등의 호스트에 사용자가 입력한 이벤트 정보를 전달하는 장치이다.

사용자가 입력한 이벤트 정보는 컴퓨터의 마우스를 예로 들면, 커서의 좌표 이동 정보, 버튼 누름에 의한 클릭 정보가 있다. 그리고, 오락기의 조이 스틱을 예 로 들면 가상 화면에서 피조작물의 롤(roll), 피치(pitch), 요(yaw)와 같은 자세 정보, 2차원 평면 또는 3차원 공간상에서 피조작물의 좌표 이동 정보, 요격용 탄두를 발사하는 버튼 이벤트 정보 등이 있다. AV기기의 리모컨을 예로 들면, 숫자 입력, 채널이나 볼륨 조작 등의 버튼 입력 등이 있다.

컴퓨터의 입력 장치로 사용되는 마우스의 기능은 모니터 화면의 커서를 상하 좌우로 움직이는 경우 커서의 포인팅을 위한 좌표 변환 기능과, 버튼입력 기능이다. 일반적인 마우스는 버튼이 2개 또는 3개인 것이 표준으로 되어 있다.

한편, 컴퓨터의 입력 장치로 사용되던 기존의 2D 마우스를 확장한 3D 공간 마우스 제품이 출시되고 있다. 대화면 TV가 보급되고 컴퓨터와 가전기기가 결합되는 추세로 인하여 3D 공간 마우스의 보급이 증가되고 있다.

기존의 3D 공간 마우스는 2차원은 물론 3차원 공간상에서 커서의 포인팅을 위한 좌표 변환 기능과 자체적으로 마련된 버튼의 버튼 입력 기능을 갖는데, 이를 구현하기 위하여 대개 적외선을 사용하거나 관성 항법 시스템을 응용하여 화면 내에서 커서의 좌표를 인식한다.

본 발명은 이러한 현실을 감안하여, 가속도계 센서만을 이용하여 기존의 마우스와 같은 인터페이스 장치의 기능을 모사(simulation)할 수 있도록 가속도계에서 출력되는 가속도 신호의 지능적인 처리 방법과 이를 채용한 인터페이스 장치를 제공한다.

한 예로, 좌표 변환 기능을 구현하려면 마우스를 쥔 손의 움직임의 유무를 판단하는 것이 선행되어야 한다. 본 발명은, 가속도계 센서에서 출력되는 가속도 신호 데이터에 대하여 동작의 시작점 및 끝점을 파악하는 새로운 시작점 및 끝점 추출 방법을 제안하고, 이러한 방법에 의하여 추출된 시작점 및 끝점 사이에 속하는 가속도 신호 데이터를 처리하여 마우스 동작 정보로 활용함으로써 좌표 변환 기능을 수행하는 인터페이스 장치를 제공한다.

삭제

본 발명의 가속도 신호의 처리 방법은, 가속도계에서 출력되는 가속도 신호의 DC 바이어스를 제거하고 제1 로우 패스 필터로 처리하여 상기 가속도 신호의 k번째(여기서 상기 k는 양의 정수) 샘플 A(k)를 산출하는 단계; 상기 A(k)에 대한 표준 편차 또는 분산인 σ^p(k)를 산출하는 단계; 상기 σ^p(k)에 대한 포락선 데이터인 F(k)를 산출하는 단계; 상기 F(k)를 스레스홀드와 비교함으로써 시작점 및 끝점을 찾는 단계; 상기 A(k) 중에서 상기 시작점과 끝점 사이의 신호를 추출하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

삭제

한편, 본 발명의 인터페이스 장치는, 적어도 하나의 가속도계를 구비하는 가속도계 유니트; 상기 가속도계에서 출력되는 가속도 신호의 DC 바이어스를 제거하고 제1 로우 패스 필터로 처리하여 상기 가속도 신호의 k번째(여기서 상기 k는 양의 정수) 샘플 A(k)를 산출하고, 상기 A(k)에 대한 표준 편차 또는 분산인 σ^p(k)를 산출하며, 상기 σ^p(k)에 대한 포락선 데이터인 F(k)를 산출하고, 상기 F(k)를 스레스홀드와 비교함으로써 시작점 및 끝점을 찾으며, 상기 A(k) 중에서 상기 시작점과 끝점 사이의 신호를 추출하고, 상기 추출된 신호를 이용하여 좌표 정보의 변화를 인식하는 제어부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 가속도 신호의 처리 방법은, 직관성을 최대화하기 위하여 가 속도계에서 출력되는 신호를 이용하여 좌표 정보 포인팅이나 동작 인식을 이룰 수 있으므로 정확성은 물론 직관성 향상에 따른 사용자 편의성을 최대화할 수 있다.

즉, 좌표 포인팅이나 동작 인식을 위해 가속도를 적분하는 방법에 의한 궤적 추정이 아니라, 가속도 신호 자체를 가지고 좌표 포인팅이나 동작 인식이 가능하므로 2차원은 물론 3차원 공간에서 사용자가 입력한 이벤트 정보를 정확하고 신속하게 호스트에 전달할 수 있다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.

도 1은 본 발명의 인터페이스 장치의 일 실시예를 도시한 설명도이다. 이를 참조하면, 이를 참조하면, 인터페이스 장치는 가속도계 유니트(100)와, 제어부(300)를 포함한다. 일 실시예로서, 가속도계 유니트(100)는 x축, y축, z축 등 3축에 대하여 마련되는 가속도계(accelerometer)(110), 가속도계(110)에서 출력된 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기(120), 동작 인식 기능과 좌표 변환 기능을 절환하는데 사용되는 기능 구분용 버튼(105), 제어부(300) 및 가속도계 유니트(100) 사이에 입출력 신호를 전달하는 인터페이스부(130)를 구비한다. 인터페이스부(130)는 A/D 변환기(120)에서 출력된 디지털 신호를 제어부(300)에 전달한다. 피드백부(301)는 제어부가 보낸 신호를 사용자에게 시각, 청각, 촉각 등의 정보로 전달한다. 피드백부(301)는 도시된 바와 같이 제어부(300)와 함께 설치되거나 도시되지는 않았지만 가속도계 유니트(100) 내부에 설치될 수 있다.

가속도계 유니트(100)는 인터페이스부(130)를 통하여 제어부(300)와 가속도 신호를 주고받는다. 제어부(300)에 입수된 가속도 신호 데이터는 이하에서 설명하는 가속도 신호 처리 방법을 거침으로써 시작점 및 끝점 사이의 가속도 신호가 추출되고 이러한 가속도 신호를 기초로 버튼 입력 및 좌표 포인팅과 같이 사용자가 입력한 이벤트 정보를 인식할 수 있다. 즉, 적분에 의한 궤적 추정에 의하지 않더라도 커서 이동, 클릭, 버튼 입력 등을 포함한 개개의 이벤트 정보를 각각의 가속도 신호 패턴에 매핑(mapping)시켜두면, 인터페이스 장치 사용자에 의하여 발생한 가속도 신호의 패턴을 인식함으로써 이에 대응되는 이벤트 정보를 발생할 수 있게 된다.

예를 들어, 인터페이스 장치를 x축을 따라 일직선 방향으로 움직였다면, 가속도계로부터 도 2와 같은 가속도 신호가 출력될 것이고 이를 처리하면 도 10의 가속도 신호 데이터가 얻어지며, 만약 도 10의 데이터 패턴이 마우스의 클릭 기능에 대응하는 것으로 제어부에 입력되어 있다면 제어부는 사용자에 의하여 클릭 기능에 해당하는 이벤트 정보가 입력되었음을 호스트에 전달한다.

이하에는 본 발명의 가속도 신호 처리 방법에 대하여 구체적으로 설명한다.

만약, 인터페이스 장치가 펜 타입의 형상으로 되어 있는 경우, 펜 타입 인터페이스 장치가 실제로 움직인 궤적과, 가속도계에서 측정된 가속도 신호를 두 번 적분하여 얻은 추정 궤적 사이에는 많은 오차가 존재한다. 사용자의 동작이 시작된 시점인 시작점과 사용자의 동작이 완료된 시점인 끝점에서 펜의 기울기가 서로 일치하지 않으면 이러한 오차를 발생시키는 큰 요인이 된다.

시작점과 끝점에서 펜의 기울기가 일치하지 않으면 실제 궤적의 시작점과 끝점까지의 가속도 신호 역시 달라져서 이를 한 번 적분한 속도 또는 두 번 적분한 추정 궤적은 실제 궤적에 비하여 오프셋(offset) 오류(또는 드리프트(drift) 오류라 한다)를 내포하게 된다. 적분한 궤적이 실제로 펜이 움직인 궤적과 차이를 보이는 이유는, 시작점과 끝점에 대한 가속도 신호의 오프셋(offset) 오류가 적분에 포함되어 실제 궤적보다 적분된 궤적이 양의 무한대 방향으로 증가하기 때문이다.

따라서, 본 발명의 가속도 신호 처리 방법을 통하여 동작의 시작점과 끝점을 정확하게 찾아내는 작업을 선행함으로써, 적분에 의한 궤적 추정시 시작점 이전의 가속도 신호 및 끝점 이후의 가속도 신호가 무시될 수 있음은 물론 상기 드리프트(drift) 오류가 감소될 수 있도록 한다. 심지어, 적분을 통한 궤적 추정에 의하지 않고 가속도 신호 그 자체에 대한 패턴 인식시, 본 발명의 방법으로 가속도 신호를 처리하면 가속도 신호에 대한 패턴 인식률을 향상시킬 수 있다. 즉, 본 발명의 신호 처리 방법에 의할 때 시작점 및 끝점 추출의 정확도가 향상됨은 물론 가속도 신호가 패턴 인식 정확도를 높일 수 있도록 지능적으로 가공되는 것이다.

본 발명의 가속도 신호의 처리 방법은 끝점 검출 방법에 관한 연구에서 시작되었는데, 끝점 검출이란 시계열 데이터의 패턴 인식 문제에서 다루어지는 것으로서 자동 음성 인식(ASR : Automatic Speech Recognition) 분야에서는 중요한 연구 테마이다. 음성 인식 분야에서 끝점 검출이란 실시간으로 얻어지는 시계열 데이터에서 패턴인식에 적용할 음성 데이터만 추출하고 나머지는 버리는 작업을 뜻한다. 음성 인식에서는 주로 신호의 에너지 크기나 신호의 주파수 크기에 적절한 문턱값(threshold)을 부여하며, 문턱값을 넘어서는 시작점 신호와 문턱값보다 작아지는 끝점 사이의 신호를 유용한 신호로 취한다. 그러나, 음성 인식 분야에서 개발된 끝점 검출 알고리즘은 가속도계 신호보다 높은 주파수를 갖는 음성 신호에 적합한 것으로서, 주파수가 상대적으로 낮은 가속도계 신호(도 11 참조)에는 적용될 수 없다. 따라서, 상대적으로 저주파수를 갖는 가속도계 신호에 적합한 새로운 끝점 검출 방법이 본 발명에서 제안되는 것이다.

본 발명은 가속도계의 신호를 적분하여 궤적을 추정하기보다 패턴인식의 방법을 가속도계의 신호에 적용하는 방법을 사용한다. 즉, 3축 가속도계의 시계열 신호를 패턴 인식하는 것만으로도 상업화 가능한 동작 인식 성능을 얻고자 한다. 따라서, 본 발명은 가속도 신호의 2차 적분에 의하여 궤적 추정(trajectory estimation)을 하는 종래의 방법에 의하지 않고 시계열 신호의 특징 성분을 추출(feature extration)하고 패턴 인식함으로써 동작을 인식(motion recognition)하는 방법을 제안한다.

이를 위하여 본 발명은 가속도 신호에 관하여 구한 표준 편차 또는 분산의 영역에서 시작점과 끝점을 추출함으로써 인터페이스에 관한 정보를 인식한다. 표준 편차 또는 분산의 영역에서 시작점과 끝점을 추출하면 가속도 신호 그 자체의 영역에서 시작점과 끝점을 추출하는 경우보다 드리프트 에러에 강건한(robust)한 결과 를 얻을 수 있다. 따라서, 시작점과 끝점 추출의 정확도를 높일 수 있으며, 시작점과 끝점 추출의 처리 시간을 줄일 수 있고, 표준 편차 또는 분산은 양의 값을 가지므로 양의 부호 또는 음의 부호를 갖는 가속도 신호를 직접 처리하는 것보다 알고리즘이 신속 간단해지는 장점이 있다.

이러한 본 발명의 가속도 신호 처리 방법은, 가속도계에서 출력되는 가속도 신호의 DC 바이어스를 제거하고 제1 로우 패스 필터로 처리하여 상기 가속도 신호의 k번째(여기서 상기 k는 양의 정수) 샘플 A(k)를 산출하는 단계; 상기 A(k)에 대한 표준 편차 또는 분산인 σ^p(k)를 산출하는 단계; 상기 σ^p(k)에 대한 포락선 데이터인 F(k)를 산출하는 단계; 상기 F(k)를 스레스홀드와 비교함으로써 시작점 및 끝점을 찾는 단계; 상기 A(k) 중에서 상기 시작점과 끝점 사이의 신호를 추출하는 단계; 를 포함하며, 도 2 내지 도 10을 순차적으로 참조하면 그 개념을 알 수 있다.

도 2는 본 발명의 인터페이스 장치를 일 방향(실질적으로 x축 방향)으로 움직였을 때 출력되는 가속도 신호의 로 데이터(raw data)를 도시한 그래프이다. 수평축은 시간에 따라 샘플링된 가속도 신호의 샘플 번호로서 시간축에 해당한다. 수직축은 가속도 신호의 크기를 나타낸다. 상측에 나타낸 z축 가속도계의 신호는 실질적으로 노이즈에 해당하며, 하측에 나타낸 x축 가속도계 신호에서 타원으로 표시된 부분이 시작점과 끝점 사이에 대한 가속도 신호이다.

도 3은 도 2의 로 데이터의 DC바이어스 및 노이즈를 제거하여 산출된 A(k)를 도시한 그래프이다. 여기서 DC 바이어스라 함은 도 2를 예로 들어 설명하면 가속도 신호의 기준값이 원점에 대하여 수직 방향으로 상측 또는 하측으로 편중되는 바이어스량을 말하며, 시작점 이전의 가속도 신호 또는 끝점 이후의 가속도 신호를 볼 때 원점으로부터 편중된 값이 DC 바이어스임을 한 눈에 알 수 있다. 도 3을 예로 들어 설명하면 가속도계에서 출력되는 가속도 신호의 DC 바이어스를 제거하고 이를 로우 패스 필터링한 결과를 나타내며, 시작점 이전 또는 끝점 이후의 가속도 신호값이 0에 수렴하고 있음을 볼 때 DC 바이어스가 제거되었음을 알 수 있다.

도시된 것은 x축 가속도계 및 z축 가속도계에서 각각 출력되는 가속도 신호의 로 데이터로부터 DC 바이어스를 제거하고 이를 제1 로우 패스 필터로 처리한 데이터의 k번째 샘플인 A(k)이다. 여기서 k는 양의 정수로서 수평축의 샘플 번호에 해당하며, 예를 들어 z축 가속도계 신호의 100번째 샘플인 A(100)의 크기는 10이다. DC 바이어스를 제거하고 제1 로우 패스 필터로 처리하면, 신호 크기(magnitude)의 상대 비교 및 신호 형상 등을 포함한 가속도 신호의 패턴 인식이 용이하게 된다.

도 4는 σ^p(k)를 도시한 그래프이다. 도 4의 σ^p(k)는 일 실시예로서 일정 구간별 표준 편차이다. σ^p(k)는 A(k)에 대한 표준 편차 또는 분산으로서, 이를 구하는 예로서 일정 구간별 표준 편차 또는 일정 구간별 분산은 물론 부분 표준 편차 또는 부분 분산을 들 수 있다.

예를 들어 총 25개의 샘플이 있을 때 이중에서 5개를 단위로 구간을 나누면 총 5개의 구간이 발생하고 각 구간마다 표준편차를 계산하면 총 5개의 표준 편차가 발생하는데 이를 부분 표준 편차(부분 분산도 마찬가지이다)라고 부른다. 부분 표준 편차를 구하는 방법은 다음의 표로 나타낼 수 있다.

한편, 일정 구간별 표준 편차(일정 구간별 분산도 마찬가지이다)는 똑같이 25개의 샘플이 있는데 이때 5개를 단위로 구간을 잡고 표준 편차를 계산한다. 그 후에 1만큼 옆으로 이동후(여기서, 1은 이동 길이에 해당하며, 이동 길이는 임의로 선정될 수 있다) 다시 5개를 단위로 구간을 잡고 표준 편차를 계산한다. 이런 방법으로 계산하면 다음의 표와 같이 25개의 일정 구간별 표준 편차(piecewise standard deviation)가 계산된다. 이 경우 중복 길이 x는 일정 구간의 길이인 5 에서 이동 길이인 1을 뺀 4가 된다. 만약 이동 길이를 2로 변경하면 중복 길이 x는 일정 구간의 길이인 5에서 이동 길이인 2를 뺀 3이 되므로 계산시 처리 속도를 향상시킬 수 있다.

즉, 일정 구간별 표준 편차의 중복 길이 x = 일정 구간의 길이 - 이동 길이 N 으로 표현할 수 있으며, 이동 길이 N은 1보다 같거나 크고 상기 일정 구간의 길이보다 작거나 같은 정수값이 된다. 만약 이동 길이 N이 일정 구간의 길이와 같은 경우 중복 길이 x 는 0이 되고 산출된 일정 구간별 표준 편차 또는 일정 구간별 분산은 상술한 부분 표준 편차 또는 부분 분산이 된다.

다시 설명하면, 계산시 처리 속도를 더욱 빠르게 하기 위해서는 일정 구간의 길이를 줄이고 이동 길이 N 을 일정 구간의 길이와 같아질 때까지 늘림으로써 중복 길이 x를 0으로 놓는 방법도 가능하다. 이때는 일정 구간별 표준 편차는 부분 표준 편차와 동일하게 된다. 즉, 이동 길이 N은 양의 정수이고, 이동 길이 N이 일정 구간의 길이보다 같거나 클 경우 중복 길이 x는 0 인 것이 바람직하다.

σ^p(k)는 상술한 바와 같이 일정 구간별 표준 편차 또는 일정 구간별 분산이 되는 것이 계산 속도의 향상을 위하여 바람직하지만, 이에 한정되지 않고 본 발명의 σ^p(k)가 상술한 부분 표준 편차 또는 부분 분산은 물론 기타 다른 방법에 의하여 구한 표준 편차 또는 분산이 되어도 무방한 것은 자명한 사실이다.

도 5는 σ^p(k)를 제2 로우 패스 필터로 처리한 데이터를 도시한 그래프이다. 도 6은 도 4 및 도 5의 상관 관계를 나타내는 그래프이다. 도 7은 시간 지연의 보상을 나타내는 그래프이다. 도 8은 도 4, 도 5 및 도 7의 상관 관계를 나타내는 그래프이다.

도 6을 참조하면, 제2 로우 패스 필터의 시간 지연 특성으로 인하여 σ^p(k) 및 이를 데이터 사이에는 패턴 형상에 있어서 시간축 방향으로 시프트되어 있다. 도 7을 참조하면, 단순히 σ^p(k)를 제2 로우 패스 필터로 처리한 데이터를 청색 그래프로 표시하였고, σ^p(k)를 제2 로우 패스 필터로 처리한 후 시간 지연을 보상한 데이터를 적색 그래프로 표시하였다. 약 20 샘플에 해당하는 시간의 지연이 보상되고 있다. 보상되어야 할 시간 지연량의 계산 방법은 후술된다. 도 8을 참조하면, 청색으로 표시된 σ^p(k) 및 σ^p(k)를 제2 로우 패스 필터로 처리한 후 시간 지연을 보상한 데이터 F(k)(녹색으로 표시되었다) 사이에는 패턴 형상이 서로 근접되어 있음을 알 수 있다.

이러한 시간 지연의 보상 과정은 시간 지연량이 무시할 수 있을 정도의 범위에 있으면 생략될 수 있다. 즉, 시간 지연량을 무시할 수 있으면 σ^p(k)를 제2 로우 패스 필터로 처리하는 과정만으로 F(k)를 산출할 수 있다.

도 9는 F(k) 및 스레스홀드를 도시한 그래프이다. σ^p(k)의 포락선에 관한 일 실시예로서, σ^p(k)를 제2 로우 패스 필터로 처리한 후 시간 지연을 보상한 데이터 F(k)를 채용할 때, F(k)를 스레스홀드(도 9에 적색의 직선으로 표시되었다)와 비교함으로써 시작점 및 끝점을 찾는다.

이에 대한 일 실시예로서, F(k)가 스레스홀드보다 커지면 k-1을 시작점으로 간주하고, F(k)가 스레스홀드보다 작아지면 k를 끝점으로 간주한다. 이러한 실시예에 따라 설명하면, 도 9에서 x축 가속도계 신호에 대한 F(k)가 스레스홀드를 아래 에서 위로 관통하는 위치가 샘플 번호 k=70 이므로 샘플 번호 k-1=69 가 시작점으로 간주되고, x축 가속도계 신호에 대한 F(k)가 스레스홀드를 위에서 아래로 아래에서 위로 관통하는 위치가 샘플 번호 k=130 이므로 샘플 번호 k=130 이 끝점으로 간주된다.

한편, 아래쪽에 녹색으로 표시된 z축 가속도계 신호에 대한 F(k)는 모두 스레스홀드보다 작으므로 시작점과 끝점이 검출되지 않으며, A(k) 중에서 시작점과 끝점 사이의 신호를 추출하는 단계에서 아무런 신호도 추출되지 않으므로 이벤트 정보가 없는 것으로 인식된다.

도 10은 A(k) 중에서 시작점과 끝점 사이의 신호를 추출하는 단계를 도시한 그래프이다. 앞에서 설명한 실시예의 경우, x축 가속도계 신호를 처리한 A(k)에 대하여 샘플 번호 69를 시작점으로 간주하고 샘플 번호 130을 끝점으로 간주하며, 그 사이의 A(k)를 추출하여 좌표 정보의 변화나 동작 인식 정보로 사용한다.

이하에서 제2 로우 패스 필터의 시간 지연 특성에 대하여 설명한다.

도 11은 가속도계 신호의 주파수 분석(Spectral Analysis) 결과이다. 이를 참조하면, 가속도 신호는 저주파 특성이 강함을 알 수 있다.

도 12는 제2 로우 패스 필터의 주파수 응답 특성을 크기(magnitude) 및 위상(phase)에 대하여 각각 도시한 그래프이다. 통과 대역폭(bandwidth)은 -0.5~0.5이다. 일반적으로 필터의 특성을 정확하게 살피려면 크기(magnitude)와 위상(phase)을 모두 고려하여야 한다. 임의의 신호가 필터를 통과하게 되면 필터의 크기 특성에 따라 신호가 변화됨과 동시에 필터의 위상 특성에 따라 신호의 시간 지연이 발생한다. 이때 얼마나 시간 지연이 발생하였는가를 보기 위해서 필터의 통과 대역폭을 살펴서 해당 대역폭에서 발생하는 위상차의 변화값을 다음의 수학식으로 고려한다. 즉, 시간 지연은 제2 로우 패스 필터의 위상 특성 선도에서 통과 대역폭 부분의 위상차를 주파수로 미분한 값에 역부호를 붙임으로써 산출된다.

여기서, ω는 주파수이며, τ(ω)는 시간 지연량이고, ∠H(jω)는 필터의 위상 특성이다. 특히, FIR(finite impulse response) 필터의 경우 위상 특성 선도가 선형적인 특성을 나타내기 때문에 미분을 하지 않아도, 시간 지연은 제2 로우 패스 필터의 위상 특성 선도에서 통과 대역폭 부분의 기울기에 역부호를 붙인 값에 해당함을 알 수 있으며, 도 12를 참조하면 시간 지연량 τ(ω)는 약 12 sec 임을 알 수 있고, 이러한 시간 지연량은 도 7의 실시예에서 샘플수로 환산할 때 대략 20 개에 해당한다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 인터페이스 장치의 일 실시예를 도시한 설명도이다.

도 2는 본 발명의 인터페이스 장치를 일 방향(실질적으로 x축 방향)으로 움직였을 때 출력되는 가속도 신호의 로 데이터(raw data)를 도시한 그래프이다.

도 3은 도 2의 로 데이터의 DC바이어스 및 노이즈를 제거하여 산출된 A(k)를 도시한 그래프이다.

도 4는 σ^p(k)를 도시한 그래프이다.

도 5는 σ^p(k)를 제2 로우 패스 필터로 처리한 데이터를 도시한 그래프이다.

도 6은 도 4 및 도 5의 상관 관계를 나타내는 그래프이다.

도 7은 시간 지연의 보상을 설명하는 그래프이다.

도 8은 도 4, 도 5 및 도 7의 상관 관계를 나타내는 그래프이다.

도 9는 F(k) 및 스레스홀드를 도시한 그래프이다.

도 10은 A(k) 중에서 시작점과 끝점 사이의 신호를 추출하는 단계를 도시한 그래프이다.

도 11은 가속도 신호의 주파수 분석(Spectral Analysis) 결과이다.

도 12는 제2 로우 패스 필터의 주파수 응답 특성을 크기(magnitude) 및 위상(phase)에 대하여 각각 도시한 그래프이다.

Claims

가속도계에서 출력되는 가속도 신호의 DC 바이어스를 제거하고 제1 로우 패스 필터로 처리하여 상기 가속도 신호의 k번째(여기서 상기 k는 양의 정수) 샘플 A(k)를 산출하는 단계;

상기 A(k)에 대한 표준 편차 또는 분산인 σ^p(k)를 산출하는 단계;

상기 σ^p(k)에 대한 포락선 데이터인 F(k)를 산출하는 단계;

상기 F(k)를 스레스홀드와 비교함으로써 시작점 및 끝점을 찾는 단계;

상기 A(k) 중에서 상기 시작점과 끝점 사이의 신호를 추출하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 가속도 신호의 처리 방법.
제1항에 있어서,

상기 F(k)는 상기 σ^p(k)를 제2 로우 패스 필터로 처리함으로써 산출되는 것을 특징으로 하는 가속도 신호의 처리 방법.
제2항에 있어서,

상기 F(k)는 상기 σ^p(k)를 제2 로우 패스 필터로 처리한 다음 상기 제2 로우 패스 필터의 시간 지연을 보상함으로써 산출되는 것을 특징으로 하는 가속도 신 호의 처리 방법.
제3항에 있어서,

상기 시간 지연은 상기 제2 로우 패스 필터의 위상 특성 선도에서 통과 대역폭 부분의 위상차를 주파수로 미분한 값에 역부호를 붙임으로써 산출되는 것을 특징으로 하는 가속도 신호의 처리 방법.
제3항에 있어서,

상기 시간 지연은 상기 제2 로우 패스 필터의 위상 특성 선도에서 통과 대역폭 부분의 기울기에 역부호를 붙인 값에 해당하는 것을 특징으로 하는 가속도 신호의 처리 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 F(k)가 상기 스레스홀드보다 커지면 k-1을 상기 시작점으로 간주하고, 상기 F(k)가 상기 스레스홀드보다 작아지면 k를 상기 끝점으로 간주하는 것을 특징으로 하는 가속도 신호의 처리 방법.
제1항에 있어서,

상기 표준 편차 또는 분산의 계산시 중복 길이 x는 일정 구간의 길이에서 이동 길이 N을 뺀 값이며,

상기 이동 길이 N은 양의 정수이고,

상기 이동 길이 N이 상기 일정 구간의 길이보다 같거나 클 경우 상기 중복 길이 x는 0 인 것을 특징으로 하는 가속도 신호의 처리 방법.
삭제
삭제
적어도 하나의 가속도계를 구비하는 가속도계 유니트;

상기 가속도계에서 출력되는 가속도 신호의 DC 바이어스를 제거하고 제1 로우 패스 필터로 처리하여 상기 가속도 신호의 k번째(여기서 상기 k는 양의 정수) 샘플 A(k)를 산출하고, 상기 A(k)에 대한 표준 편차 또는 분산인 σ^p(k)를 산출하며, 상기 σ^p(k)에 대한 포락선 데이터인 F(k)를 산출하고, 상기 F(k)를 스레스홀드와 비교함으로써 시작점 및 끝점을 찾으며, 상기 A(k) 중에서 상기 시작점과 끝점 사이의 신호를 추출하고, 상기 추출된 신호를 이용하여 좌표 정보의 변화를 인식하는 제어부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 인터페이스 장치.
제10항에 있어서,

상기 제어부는, 상기 σ^p(k)를 제2 로우 패스 필터로 처리한 다음 상기 제2 로우 패스 필터의 시간 지연을 보상함으로써 상기 F(k)를 산출하는 것을 특징으로 하는 인터페이스 장치.
제11항에 있어서,

상기 제어부는, 상기 제2 로우 패스 필터의 위상 특성 선도에서 통과 대역폭 부분의 기울기에 역부호를 붙임으로써 상기 시간 지연을 산출하는 것을 특징으로 하는 인터페이스 장치.
제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제어부는, 상기 F(k)가 상기 스레스홀드보다 커지면 k-1을 상기 시작점으로 간주하고, 상기 F(k)가 상기 스레스홀드보다 작아지면 k를 상기 끝점으로 간주하는 것을 특징으로 하는 인터페이스 장치.