KR101043923B1 - 격자신호 수신기 및 그것을 포함한 무선 포인팅 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 격자신호 수신기 및 그것을 포함한 무선 포인팅 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 격자신호 수신기는 격자신호 송신기로부터 격자 패턴의 신호를 수신하여 격자신호 송신기의 움직임을 판별하는 격자신호 수신기에 있어서, 격자의 움직임을 감지하는 모션 센서 이외에 격자의 기울어짐을 감지하는 기울어짐 감지센서를 포함하여 격자신호 송신기의 기울어짐을 감지하여 모션 벡터를 보정하는 것을 특징으로 한다.
격자, 기울어짐, 모션 벡터

Description

격자신호 수신기 및 그것을 포함한 무선 포인팅 시스템{GRID SIGNAL RECEIVER AND WIRELESS POINTIG SYSTEM HAVING ITS}
본 발명은 격자신호 수신기 및 그것을 포함한 무선 포인팅 시스템에 관한 것이다.
TV, DVD, 셋톱박스, IPTV 등 주요 영상 가전기기가 발달함에 따라 화면상에 PC 마우스와 같은 포인팅 장치의 구현이 절실히 요구되고 있다. 특히 IPTV의 경우 일반 가정에서 PC를 대체할 수단으로까지 발전하고 있어 더더욱 PC 마우스와 같은 포인팅 장치가 필요하다. 그러나 영상 가전기기의 특성상 일반 PC 마우스와 같이 유선으로 구현할 수 없기 때문에 기존의 TV 리모컨을 활용하여 포인팅 장치를 구현하는 것이 요구된다.
이러한 포인팅 장치로써 리모콘에서 격자구조(grid pattern)의 빛을 생성하여 송신하고 수신단에서 이를 수신하여 격자 라인의 이동 방향, 이동 속도, 크기 등을 측정하여 포인터를 구동하는 방식에 대한 특허가 공개된바 있다(특허공개 10-2008-0064074). 도 1은 이러한 격자구조를 이용한 무선 포인팅 시스템을 나타내고 있다. 이러한 격자구조를 이용한 무선 포인팅 시스템은 격자신호 송신기(리모콘에 포함됨)에 LED 및 격자생성기를 설치하여 격자구조의 빛을 생성하여 송신하며, 송신된 격자구조의 빛은 격자신호 수신기에서 격자 라인이 지나는 것을 감지하여 이동방향, 이동 속도, 및 크기를 측정하여 TV 등의 영상가전기기의 화면에서 포인터를 구동한다.
격자신호 수신기는 좌우이동을 판단하는 한 쌍의 센서와 상하이동을 판단하는 한 쌍의 센서, 즉 두 쌍의 센서로 구성된다. 움직임 판단 방법을 나타내어 보면 다음과 같다.
A) 격자신호 송신기를 포함하는 리모콘이 움직여, 격자신호 송신기가 생성하는 격자가 움직임
B) 격자신호 수신기가 격자구조의 빛을 수신
C) 수신되는 패턴에 따라 움직임을 판단
D) 판단된 움직임을 포인터에 적용
도 2는 격자신호 송신기가 오른쪽으로 움직였을 때의 움직임 판단의 예를 나타내고 있다. 좌우와 상하는 수신하는 방향만 다르고 모두 동일한 동작을 판단하므로, 도 2에서는 상하 한 쌍의 센서를 생략하고 좌우 한 쌍의 센서만 나타내었다. 도 2에 나타난 바와 같이, 격자의 라인이 센서 두 개를 모두 통과하게 되면, 움직임이 발생한다.
그런데 이러한 격자구조 무선 포인팅 방법에서는 격자구조의 빛을 기준으로 움직임을 판단하기 때문에, 빛의 격자가 기울어지거나 거리에 따른 격자 라인의 두께 및 간격 변화에 따라 움직임에 오동작을 가져올 수 있다. 특히, 사용자가 격자 신호 송신기가 포함된 리모콘을 손으로 들고 움직이게 됨으로써, 격자구조의 기울어짐은 빈번히 발생하게 된다. 이러한 격자구조의 기울어짐은 동작 오류를 발생시키는 문제점으로 대두되고 있다.
격자구조의 기울어짐에 따라 동작 오류를 나타내는 예를 도 3에 나타내었다. 도 3은 사용자가 리모콘을 오른쪽으로 기울인 상태에서 위로 움직일 때, 격자신호 수신기에서 격자구조가 움직이는 동작을 세 프레임으로 나눈 그림이다. 이때, 격자가 오른쪽으로 기울어져 있어, 위로 움직이는 동작 외에도 격자 라인이 좌우이동을 감지하는 한 쌍의 센서를 지나게 됨으로써 왼쪽으로 조금씩 움직이게 되는 오동작 발생한다. 또한 미세하지만, 위로 움직이는 크기가 더 작게 움직이는 오동작도 가지게 된다.
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위하여 격자신호 송신기의 기울어짐에 따른 오동작을 방지하는 격자신호 수신기 및 그것을 포함하는 무선 포인팅 시스템을 제공하는 데 있다. 즉, 본 발명의 목적은 격자신호 송신기의 기울어짐을 보상할 수 있는 격자신호 수신기 및 그것을 포함한 무선 포인팅 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 격자신호 수신기는, 격자신호 송신기로부터 격자 패턴의 신호를 수신하여 격자신호 송신기의 움직임을 판별하는 격자신호 수신기에 있어서, 격자의 움직임을 감지하는 모션 센서 이외에 격자의 기울어짐을 감지하는 기울어짐 감지센서를 포함하여 격자신호 송신기의 기울어짐을 감지하는 것을 특징으로 한다.
일실시예로서, 상기 격자신호 수신기는, 격자의 수직 패턴(Y축 패턴) 신호를 감지하여 수평 움직임(X축 움직임)을 감지하는 한 쌍의 수평모션 센서; 격자의 수평 패턴(X축 패턴) 신호를 감지하여 수직 움직임(Y축 움직임)을 감지하는 한 쌍의 수직모션 센서; 및 격자의 기울어짐을 감지하는 기울어짐 감지센서;를 포함하여 이루어질 수 있다.
이때, 상기 기울어짐 감지센서는, 상기 한 쌍의 수평모션 센서 또는 상기 한 쌍의 수직모션 센서와 동일선상이 아닌 위치에 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 기울어짐 감지센서는, 상기 한 쌍의 수평모션 센서 중 하나의 센서에 대해 수직 방향으로 배치되거나, 상기 한 쌍의 수직모션 센서 중 하나의 센서에 대해 수평 방향으로 배치될 수도 있다.
이때, 상기 기울어짐 감지센서는, 상기 기울어짐 감지센서와 수직 방향으로 배치된 하나의 수평모션 센서 사이의 거리가 한 쌍의 수평모션 센서 사이의 거리와 동일하게 배치되거나, 상기 기울어짐 감지센서와 수평 방향으로 배치된 하나의 수직모션 센서 사이의 거리가 한 쌍의 수직모션 센서 사이의 거리와 동일하게 배치되는 것이 바람직하다.
일실시예로서, 상기 격자신호 수신기는, 상기 기울어짐 감지센서가 한 쌍의 수평모션 센서와 함께 수직 패턴(Y축 패턴) 신호를 감지하여 센서들 사이의 상대적인 감지시간을 비교하여 격자의 기울어짐 정보를 산출하거나, 상기 기울어짐 감지센서가 한 쌍의 수직모션 센서와 함께 수평 패턴(X축 패턴) 신호를 감지하여 센서들 사이의 상대적인 감지시간을 비교하여 격자의 기울어짐 정보를 산출하는 것을 특징으로 한다.
일실시예로서, 격자신호 수신기는, 격자의 수직 패턴(Y축 패턴) 신호와 수평 패턴(X축 패턴) 신호는 서로 상이한 주파수 대역을 갖는 것이 바람직하며, 각 센서들은, 격자 신호를 감지하는 포토다이오드 및 상기 격자 신호의 주파수 대역을 통과시키는 광학 필터를 포함하여 이루어질 수 있다.
일실시예로서, 격자신호 수신기는, 격자의 수직 패턴(Y축 패턴) 신호와 수평 패턴(X축 패턴) 신호는 서로 상이한 주파수 대역을 가지며, 상기 수평모션 센서와 상기 수직모션 센서는 각각 수직 패턴(Y축 패턴) 신호와 수평 패턴(X축 패턴) 신호의 주파수 대역을 통과시키는 광학 필터를 구비하며, 상기 기울어짐 감지센서는 수직 패턴(Y축 패턴) 신호 또는 수평 패턴(X축 패턴) 신호 중 어느 하나의 신호의 주파수 대역을 통과시키는 광학 필터를 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일실시예에 따른 상기 격자신호 수신기는, 상기 각 센서들로부터 감지신호를 입력받아 모션 벡터를 처리하고, 격자의 기울어짐 정보를 산출하여 상기 모션 벡터를 보정하는 모션 벡터 프로세서를 포함하여 이루어질 수도 있다.
일실시예로서, 상기 모션 벡터 프로세서는, 격자의 움직이는 방향을 검출하는 방향 검출부; 하나의 격자 라인이 움직일 때마다 펄스를 생성하는 라인 검출부; 격자의 기울어짐을 검출하는 기울기 검출부; 상기 방향 검출부로부터 격자의 움직임 방향 정보와 상기 라인 검출부로부터 펄스를 입력받아 X축 모션 벡터(수평 모션 벡터)와 Y축 모션 벡터(수직 모션 벡터)를 추출하는 모션 벡터 추출부; 및 상기 기울기 검출부로부터 전달된 기울어짐 정보에 따라 상기 X축 모션 벡터와 상기 Y축 모션 벡터를 보정하는 기울기 기반 모션 벡터 보정부;를 포함하는 이루어질 수 있다.
이때, 상기 모션 벡터 프로세서는, 송신단 또는 수신단에서 발생한 잡음 및 손 떨림에 의한 모션 벡터의 변동을 억제하기 위하여 상기 기울기 기반 모션 벡터 보정부의 출력을 입력받아 저대역 필터링을 수행하는 저대역 필터를 더 포함할 수도 있다.
이때, 상기 모션 벡터 프로세서는, 가속 또는 감속 조건하에서 생길 수 있는 오차를 줄이기 위하여 상기 모션 벡터 추출부의 상기 X축 모션 벡터 및 상기 Y축 모션 벡터를 입력받아 저대역 필터링을 수행하고, 상기 필터링된 X축 모션 벡터와 Y축 모션 벡터를 상기 기울기 기반 모션 벡터 보정부로 출력하는 저대역 필터를 더 포함할 수도 있다.
이때, 상기 모션 벡터 프로세서는, 손 떨림을 추정하는 손떨림 방지 결정부를 더 포함하고, 상기 손떨림 방지 결정부의 결정에 따라 상기 모션 벡터 추출부가 정지되도록 구성될 수도 있다.
일실시예로서, 상기 모션 벡터 프로세서는, 격자의 움직이는 방향을 검출하는 방향 검출부; 하나의 격자 라인이 움직일 때마다 펄스를 생성하는 라인 검출부; 격자의 기울어짐을 검출하는 기울기 검출부; 상기 방향 검출부로부터 격자의 움직임 방향 정보와 상기 라인 검출부로부터 펄스를 입력받아 X축 모션 벡터와 Y축 모션 벡터를 추출하는 상기 모션 벡터 추출부; 격자의 움직임에 대한 일정주기를 디지털 값으로 변환하는 펄스 폭 복조부; 상기 변환된 디지털 값에 따라 상기 모션 벡터 추출부로부터 전송된 상기 X축 모션 벡터와 상기 Y축 모션 벡터를 보정하는 펄스 기반 모션 벡터 보정부; 및 상기 기울기 검출부로부터 전달된 격자의 기울어짐 정보에 따라 상기 펄스 기반 모션 벡터 보정부로부터 전달된 상기 보정된 X축 모션 벡터와 상기 보정된 Y축 모션 벡터를 보정하는 기울기 기반 모션 벡터 보정부;를 포함하여 이루어질 수도 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 격자신호 수신기는, 상기 복수의 센서들은 제 1 칩으로 구현되고, 상기 모션 벡터 프로세서는 상기 제 1 칩과 다른 제 2 칩으로 구현될 수도 있으며, 상기 복수의 센서들과 상기 모션 벡터 프로세서가 하나의 칩으로 구현될 수도 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 무선 포인팅 시스템은, 격자 패턴의 신호를 생성하여 출력하는 격자신호 송신기; 및 격자 패턴의 신호를 수신하여 움직임을 산출하기 위한 모션 벡터를 처리하는 격자신호 수신기를 포함하되, 상기 격자신호 수신기는 격자의 움직임을 감지하는 모션 센서 이외에 기울어짐 감지센서를 포함하여 상기 격자신호 송신기의 기울어짐을 감지하고 기울어짐 정보에 따라 상기 모션 벡터를 보정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 격자신호 수신기 및 그것을 포함한 무선 포인팅 시스템은 IPTV 등 차세대 영상 가전기기에 절대적으로 요구되고 있는 무선 포인팅 기능을 고성능 저비용으로 구현될 수 있다.
특히, 격자신호 송신기의 기울어짐을 감지하여 이를 보정함으로써 리모컨을 기울임에 따라 발생하는 오동작을 방지할 수 있으며, 또한, 다양한 신호처리를 통하여 손떨림 방지, 부드러운 포인팅 등을 구현할 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 발명에 따른 격자신호 수신기 및 그것을 포함한 무선 포인팅 시스템은 격자신호 송신기의 기울어짐을 감지할 수 있고, 감지된 결과에 따라 모션 벡터를 보정함으로써, 신뢰성이 보장되는 무선 포인팅 기능을 수행하게 된다.
도 4는 본 발명의 무선 포인팅 시스템(10)의 실시예를 보여주는 도면이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 무선 포인팅 시스템(10) 격자 구조의 신호를 발생하는 격자신호 송신기(100), 및 격자 구조의 신호를 수신하여 수신된 격자 신호로부터 움직임을 판단하는 격자신호 수신기(200)를 포함할 것이다.
격자신호 송신기(100)는 광원(일례로 LED가 사용될 수 있다.) 및 격자생성기를 포함하여 격자구조의 빛을 송신하여 포인팅 기능을 구현한다. 송신된 격자구조의 빛은 격자신호 수신기(200)에서 센서가 격자구조의 라인이 지나는 것을 감지하여 이동방향 및 이동 속도를 계산하여 모션벡터를 산출함으로써 디지털 TV 등의 영상가전기기의 화면 상에서 포인터를 구동시킨다. 도 4를 참조하여 본 실시예의 무 선 포인팅 시스템(10)을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
격자신호 송신기(100)는 마이컴(120), X-격자 발생기(140), Y-격자 발생기(145), 제 1 렌즈(160), 및 제 2 렌즈(165)를 포함할 것이다. 격자신호 송신기(100)는 격자 구조의 적외선 신호를 생성할 것이다(본 발명의 목적이 달성되는 범위 내에서는 적외선 이외의 빛이 사용될 수도 있다.).
마이컴(120)은 각 축(X축 및 Y축)에 반송 주파수가 있는 신호를 생성할 것이다. 여기서 X축은 격자신호 송신기(100)가 수평 방향의 격자 라인을 생성하는 축이고, Y축은 격자신호 송신기(100)가 수직 방향의 격자 라인을 생성하는 축이다. 이때 생성된 신호는 적외선 LED을 통하여 적외선 신호로 변환될 것이다. 이때 생성되는 X축 반송 주파수 신호와 Y축 반송 주파수 신호는 동일한 주파수를 사용할 수도 있으나, 상호 간섭이 일어나는 것을 방지하기 위하여 서로 다른 주파수 영역의 신호들을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, X축 반송 주파수 신호는 30~40KHz 내에서 생성되고, X축 반송 주파수 신호는 41~50Hz 내에서 생성될 수 있다.
X-격자 발생기(140)는 X축 반송 주파수 신호를 입력받아 X축 패턴(IRX)을 생성할 것이다. 즉, X-격자 발생기(140)는 LED을 통하여 출력된 빛을 투과시켜 X축 패턴(IRX)을 생성할 것이다. Y-격자 발생기(145)는 Y축 반송 주파수 신호를 입력받아 Y축 패턴(IRY)을 생성할 것이다. 즉, Y-격자 발생기(145)는 LED을 통하여 출력된 빛을 투과시켜 Y축 패턴(IRY)을 생성할 것이다. X-격자 발생기(140) 및 Y-격자 발생기는 그리드 패턴의 X축 패턴 및 Y축 패턴이 식각된 플레이트로 이루어질 수 있고, 재질은 빛(적외선)을 투과시킬 수 있는 유리 등의 재질이 사용될 수 있다.
제 1 렌즈(160)는 X축 패턴(IRX)을 투과시켜 격자신호 수신기(200) 주변으로 뿌려줄 것이다. 제 2 렌즈(165)는 Y축 패턴(IRY)을 투과시켜 격자신호 수신기(200) 주변으로 뿌려줄 것이다. 제 1 및 제 2 렌즈들(160,165)은 빛(적외선)을 투과할 수 있는 재질이다.
본 발명에서 격자신호 송신기(100)는 전술한 바와 같이 X축 패턴 신호 및 Y축 패턴 신호를 각각 생성하는 방식 이외에도 X축 패턴 및 Y축 패턴을 동시에 생성할 수도 있으며(격자 발생기를 XY-격자 발생기로 사용함), 하나의 반송주파수 신호를 사용하여 그리드 패턴을 생성할 수도 있다.
도 4를 참조하면, 격자신호 수신기(200)는 격자신호 송신기(100)로부터 생성된 적외선 격자 신호를 감지하는 신호 수신기(220) 및 수신된 격자 신호로부터 모션 벡터를 처리하는 모션 벡터 프로세서(240)를 포함할 것이다.
신호 수신기(220)는 종래 기술과 달리 기울어짐 감지센서(E)를 더 구비하여 격자의 기울어짐을 감지할 수 있도록 구성되며, 모션 벡터 프로세서(240)는 신호 수신기(220)의 기울어짐 감지에 따라 모션 벡터를 보정할 수 있도록 구현된다. 이로써, 모션 벡터의 방향 또는 크기가 왜곡되는 것을 방지할 수 있게 된다.
신호 수신기(220)는 좌우 움직임(X축 움직임)을 판별하는 수평모션 센서(A,B), 상하 움직임(Y축 움직임)을 판별하는 수직모션 센서(C,D) 및 기울어짐을 판별하는 기울어짐 감지센서(E)를 포함할 것이다.
본 발명의 움직임 판별 방법을 보면 다음과 같다. 격자신호 송신기(100)가 움직여, 격자신호 송신기(100)가 생성하는 격자가 움직일 것이다. 격자신호 수신기(200)의 신호 수신기(220)에서 격자의 빛을 수신할 것이다. 다음에 수신되는 패턴에 따라 방향이 판별될 것이다. 판별된 방향은 포인터에 적용될 것이다.
각 센서(A,B,C,D,E)는 빛을 감지하여 전기 신호로 변환할 수 있는 포토다이오드로 구성될 것이다. 단, 격자의 수평/수직(X축/Y축) 간의 간섭을 없애기 위해서 격자신호 송신기(100)는 수평/수직(X축/Y축)의 빛을 서로 다른 파장으로 생성할 것이다. 따라서, 각 센서(A,B,C,D,E)는 이에 맞는 광학 필터를 사용할 것이다.
수평모션 센서(A,B)는 좌우(X축)의 움직임을 판별할 수 있는 센서이다. 수직모션 센서(C,D)는 상하(Y축)의 움직임을 판별할 수 있는 센서이다. 기울어짐 감지센서(E)는 격자의 기울어짐을 판별할 수 있는 센서이다.
기울어짐 감지센서(E)는 수평모션 센서(A,B) 또는 수직모션 센서(C,D)와 동일한 광학 필터를 가지도록 구성되며, 이에 따라 기울어짐 감지센서(E)는 수평모션 센서(A,B)와 함께 기울어짐을 감지하거나, 또는 수직모션 센서(C,D)들과 함께 기울어짐을 감지할 수 있게 된다.
수평모션 센서(A,B)는 서로 수평으로 배치되고, 수직모션 센서(A,B)는 서로 수직으로 배치해야 한다. 기울어짐 감지센서(E)는 수평모션 센서(A,B)와 동일한 주파수 신호를 수신하는 경우(수평모션 센서(A,B)와 함께 기울어짐을 감지하는 경우) 수평모션 센서(A,B)와 동일선상의 수평 위치만 제외하면 어느 위치라도 배치될 수 있다.
또한, 수직모션 센서(C,D)와 동일한 주파수 신호를 수신하는 경우(수직모션 센서(C,D)와 함께 기울어짐을 감지하는 경우) 수직모션 센서(C,D)와 동일선상의 수직 위치만 제외하면 어느 위치라도 배치될 수 있다. 여기서 수직이나 수평이냐는 것은 격자신호 송신기(100)에 생성된 격자의 X축과 Y축을 기준으로 한 것이다.
이하에서는 본 발명의 일실시예에 따라 기울어짐 감지센서(E)가 수평모션 센서(A,B)와 함께 기울어짐을 감지하는 방법에 대하여 설명한다.
본 실시예에서, 기울어짐은 센서(A)와 센서(E)를 통하여 판별될 것이다. 만일 격자의 기울어짐이 발생하면, 센서(A)와 센서(E)에서 수직 격자 패턴이 수신되는 시간이 다르게 된다. 이로써, 격자신호 송신기(100)의 기울어짐이 판별될 것이다.(이 경우는 센서(A)와 센서(E)가 수직으로 배열된 경우에 가능할 것이며, 수직으로 배열되지 않는다 하더라도 센서들(A,B,E)들의 감지시간에 대한 상대적 비교를 통하여 기울어짐을 판별할 수 있다.)
또한 격자신호 송신기(100)의 기울어진 방향과 각도는 센서들(A,B,E)을 통하여 판별될 것이다.
우선 격자신호 송신기(100)의 기울어진 방향은 센서가 "ON"을 되는 순서를 통해 알 수 있다.
표 1은 적외선 신호를 인식하는 순서에 따라 얻을 수 있는 정보를 나열한 것이다. 아래에서 45도의 기준은 센서(A)와 센서(B)의 거리가 센서(A)와 센서(E)의 거리와 같을 경우에 판별할 수 있는 예이다.
인식 순서 얻을 수 있는 정보
이동방향 기울어진 방향 비고
B -> A -> E 왼쪽 오른쪽
B -> E -> A 왼쪽 왼쪽
E -> B -> A 왼쪽 왼쪽 45도 이상 기울어짐
E -> A -> B 오른쪽 오른쪽
A -> E -> B 오른쪽 왼쪽
A -> B -> E 오른쪽 왼쪽 45도 이상 기울어짐
도 5는 격자신호 송신기(100)의 기울어진 각도를 추출하는 예를 보여주는 도면이다. 만일 오른쪽으로 움직일때, 차례로 E -> A -> B 순으로 닿게 될 것이다. 이때, 각각이 닿는 시간을 구하면 tEA, tAB를 구할 수 있다. 그리고 센서 사이의 거리가 굉장히 짧기 때문에 오른쪽으로 움직이는 이동의 속도는 거의 변하지 않는다. 따라서 이동을 등속이동이라고 가정하면, 이동거리는 시간에 비례하게 된다.
Figure 112009065748946-pat00001
따라서 tEA와 tAB의 비는 dA와 dB의 비와 동일하다. 또한 센서(A)와 센서(E) 사이의 거리와 센서(A)와 센서(B)의 사이의 거리를 같은 거리일 때, dB와 dE는 동일하다. 따라서, dA와 dE의 비가 구해진다. 이를 통해 삼각 함수의 연산으로 기울기가 구해진다.
Figure 112009065748946-pat00002
이렇게 구한 기울기는 회전변환을 통하여 모션 벡터(Motion Vector)를 보정하는데 이용된다.
도 6은 본 발명에 따른 회전변환 수식과 예제를 보여주는 도면이다.
움직임 방향 판별에 있어서 문제가 되는 것은 센서들 사이에 빛의 라인이 하나 이상 들어가는 것이다. 따라서 격자신호 송신기(100)의 송수신거리 안에서 빛의 두께가 센서들 사이의 거리보다 두껍다면, 움직임 방향 판별에 문제가 발생되지 않는다. 빛의 격자를 만드는 구조는 빛을 가리는 방식을 사용하므로, 라인의 두께를 두껍게 하는데는 큰 어려움이 없다.
도 7은 본 발명에 따른 격자신호 수신기(200)의 모션 벡터 프로세서를 구성하는 제 1 실시 예를 보여주는 도면이다. 도 7을 참조하면, 격자신호 수신기(200)는 빛을 감지하는 센서들로 이루어진 신호 수신기(220)와 감지된 신호를 받아 움직임을 계산하는 모션 벡터 프로세서(Motion Vector Processor:240)로 크게 구분될 수 있다. 본 실시예에서 모션 벡터 프로세서의 구성은 다음과 같다.
방향 검출부(Direction Detector:241)에서 격자신호 송신기(100)의 움직임 방향을 감지할 것이다. 라인 검출부(Line Detector:242)는 한 라인이 움직였을 때마다 펄스를 생성할 것이다. 이후 모션 벡터 추출부(Motion Vector Extractor:244)에서 수평과 수직 방향에 대한 모션 벡터를 생성하여 기울기 기반 모션 벡터 보정부(Slope-based Motion Vector Compensator:245)로 전달할 것이다.
모션 벡터 보정부(245)는 기울어진 각도(θ)에 따라 모션 벡터를 보정할 것 이다. 이와 동시에 기울기 검출부(Slope Detector:243)에서는 수평모션 센서(A,B)와기울기 센서(E)로부터의 감지 신호(2H,2V,1E)를 이용하여 송신기의 기울어진 정도(θ)를 기울기 기반 모션 벡터 보정부(245)로 전송할 것이다. 여기서 2H 신호는 수평모션 센서(A,B)로부터 수신된 수직 패턴 적외선 신호(IRX)이고, 1E 신호는 신호 기울기 센서(E)로부터 수신된 수직 패턴 적외선 신호(IRX)이다.
기울기 기반 모션 벡터 보정부(245)는 2개의 모션 벡터와 θ값을 취한 후 앞서 설명한 회전변환 공식을 수행하여 보정된 모션 벡터를 출력할 것이다.
도 8은 본 발명에 따른 격자신호 수신기(200)의 모션벡터 프로세서를 구성하는 제 2 실시 예를 보여주는 도면이다. 도 8을 참조하면, 격자신호 수신기(200)는 송수신단에서 발생한 잡음 및 손 떨림에 의한 모션 벡터의 변동을 억제하기 위하여 최종 단에 저대역 필터(Low-pass Filter:246)를 연결할 것이다. 이로써, 격자신호 수신기(200)는 움직임이 부드러운 모션 벡터를 얻게 된다.
도 9는 본 발명에 따른 격자신호 수신기(200)의 모션벡터 프로세서를 구성하는 제 3 실시 예를 보여주는 도면이다. 도 9를 참조하면, 격자신호 수신기(200)는 가속 또는 감속 조건하에서 생길 수 있는 오차를 줄이기 위하여, 도 8에서와 같이 최종 단에 저대역 필터를 적용하는 것을 대신하여, 모션 벡터 추출부(244)의 뒷 단에 저대역 필터(246a)를 연결할 것이다. 이로써, 격자신호 수신기(200)는 가속 또는 감속에 의한 오차가 감쇄된다.
도 10은 본 발명에 따른 격자신호 수신기(200)의 모션벡터 프로세서를 구성하는 제 4 실시 예를 보여주는 도면이다. 도 8에 도시된 저대역 필터(246)를 이용 한 손 떨림 억제는 소극적 기법이라 할 수 있다. 보다 적극적으로 도 10과 같이 손떨림 방지 결정부(Anti-shaking Decision:247)에 의해 실제 손 떨림을 추정하는 알고리즘을 활용하여 모션 벡터 추출부의 정지 조건을 생성하면, 미세 움직임으로 인한 잘못된 모션 벡터추출이 예방될 것이다.
도 11은 본 발명에 따른 격자신호 수신기(200)의 모션벡터 프로세서를 구성하는 제 5 실시 예를 보여주는 도면이다. 격자 라인과 격자 라인 사이에서 격자 이동에 따라 모션 벡터가 단위 이동을 할 경우 부드럽지 못한 모션이 연출될 수 있다. 이는 본 기법의 구조상 격자 해상도의 한계에 따른 문제에 기인한다. 그런데, 격자신호 송신기(100)에서 생성된 격자의 움직임에 대한 일정주기(Twidth: 이동속도를 의미)가 판별 기준으로 설정되면, 적절한 보정이 가능하다. 일정주기(Twidth)의 값의 크기에 따라 감속과 가속이 판별될 수 있으므로, 그에 따라 보정된 모션 벡터를 계산하는 방법이 강구될 것이다.
이때 일정주기(Twidth)는 펄스 신호를 디지털 신호로 바꿔주는 펄스 폭 복조부(PWDM:Pulse Width De-Modulator:248)로부터 생성될 것이다. 펄스 기반 모션 벡터 보정부(249)는 펄스 폭 복조부(248)로부터 전달된 일정주기에 따라 모션 벡터를 보정할 것이다. 이렇게 보정된 모션 벡터값은 기울기 기반 모션 벡터 보정부(245)에 전달될 것이다.
본 발명에 따라 격자 신호를 수신하여 모션벡터를 산출하는 방법을 구현하는데에는, 크게 두 가지 방법이 고려될 수 있다. 하나는 모션 벡터 프로세서를 하드 웨어 방식으로 구현하는 것이고, 다른 하나는 MCU를 활용하여 모션 벡터 프로세서 내부의 기능을 소프트웨어(펌웨어)로 변환/구현하는 것이다.
도 12는 본 발명에 따른 격자신호 수신기(200)를 하드웨어 방식으로 구현한 블록도이다. 도 12를 참조하면, 하드웨어 방식은 A 칩(201)과 B 칩(202)을 따로 개발하여 하나의 패키지(보드)로 병합하는 것(점선)과 독립된 두 개의 칩 솔루션(실선)으로 분리될 수 있다. 특히, B 칩(202)의 경우 애플리케이션과의 데이터 통신을 위한 직렬 인터페이스(Serial Interface:254)가 필수적으로 내장(built-in)될 것이다.
소프트웨어 방식은 애플리케이션에 대해서 MCU가 외장인 경우(도 16)와 내장되는 경우(도 14)로 구분될 것이다.
도 13은 본 발명에 따른 격자신호 수신기(200)를 소프트웨어 방식으로 구현된 제 1 실시 예를 보여주는 도면이다. 도 13을 참조하면, MCU(260)가 외장인 경우에 신호 수신기(220)와 MCU(260)가 한 보드(203) 내에 공존하게 하고, MCU(260)가 애플리케이션과 통신하는 방식을 취한다. MCU(260)는 내부적으로 모션 벡터 프로세서 기능들을 수행하는 일련의 프로그램을 내장하고, 외부적으로 GPIO 혹은 IRQ(혹은 둘을 연합) 핀(pin)들을 신호 수신기(220)에 연결하여 신호를 입력받고, 직렬 인터페이스(264)가 애플리케이션과 접속되도록 한다.
이러한 소프트웨어 방식은 애플리케이션에 대응하는 MCU 수준을 예상하여 독립 보드를 유동성 있게 개발할 수 있는 장점이 있다. 반대로 독립 보드의 MCU특성이 애플리케이션에 종속적이어야 하기 때문에, 애플리케이션이 바뀔 때마다 선정된 MCU의 적절성에 대한 평가 및 시험이 요구될 것이다.
도 14는 본 발명에 따른 격자신호 수신기(200)를 소프트웨어 방식으로 구현된 제 2 실시 예를 보여주는 도면이다. 도 14를 참조하면, MCU(22)가 애플리케이션(21)의 내부에 내장된 장치 개발은 신호 수신기(220)에 한정될 것이다. MCU(22)는 애플리케이션에 내장된 것을 활용하기 때문에, 애플리케이션에서 이미 선점하고 있는 리소스들을 고려한 모션 벡터 프로세서 프로그래밍이 반드시 필요하다.
이상과 같이 도면과 명세서에서 최적 실시 예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
도 1은 격자구조를 이용한 무선 포인팅 시스템을 보여주는 도면이다.
도 2는 격자구조를 이용한 무선 포인팅 시스템의 격자신호 수신기에서 움직임 판단의 예를 보여주는 도면이다.
도 3은 격자신호 송신기가 기울어질 경우 격자신호 수신기에서 발생하는 오류를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 무선 포인팅 시스템의 일실시예를 보여주는 도면이다.
도 5는 격자신호 수신기에서 격자신호 송신기의 기울어진 각도를 추출하는 예를 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 회전변환 수식과 예제를 보여주는 도면이다.
도 7 내지 도 11은 본 발명에 따른 격자신호 수신기의 모션벡터 프로세서를 구성하는 실시 예들을 보여주는 도면이다.
도 12는 본 발명에 따른 격자신호 수신기를 하드웨어 방식으로 구현된 블록도이다.
도 13 및 도 14는 본 발명에 따른 격자신호 수신기를 소프트웨어 방식으로 구현한 실시 예를 보여주는 도면이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10: 무선 포인팅 시스템 20,21: 애플리케이션
100: 격자신호 송신기 200: 격자신호 수신기
120: 마이컴 140,145: 격자 발생기
160,165: 렌즈 220: 신호 수신기
240: 모션 벡터 프로세서 241: 방향 검출부
242: 라인 검출부 243: 기울기 검출부
244: 모션 벡터 추출부 245: 기울기 기반 모션 벡터 보정부
246,246a: 저대역 필터 247: 손떨림 방지 결정부
248: 펄스 폭 복조부 249: 펄스 기반 모션 벡터 보정부
254: 직렬 인터페이스 260, 22: MCU

Claims (19)

  1. 격자신호 송신기로부터 격자 패턴의 신호를 수신하여 격자신호 송신기의 움직임을 판별하는 격자신호 수신기에 있어서,
    격자의 움직임을 감지하는 모션 센서 이외에 격자의 기울어짐을 감지하는 기울어짐 감지센서를 포함하여 격자신호 송신기의 기울어짐을 감지하는 것을 특징으로 하는 격자신호 수신기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 격자신호 수신기는,
    격자의 수직 패턴(Y축 패턴) 신호를 감지하여 수평 움직임(X축 움직임)을 감지하는 한 쌍의 수평모션 센서;
    격자의 수평 패턴(X축 패턴) 신호를 감지하여 수직 움직임(Y축 움직임)을 감지하는 한 쌍의 수직모션 센서; 및
    격자의 기울어짐을 감지하는 기울어짐 감지센서;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 격자신호 수신기.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 기울어짐 감지센서는,
    상기 한 쌍의 수평모션 센서 또는 상기 한 쌍의 수직모션 센서와 동일선상이 아닌 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 격자신호 수신기.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 기울어짐 감지센서는,
    상기 한 쌍의 수평모션 센서 중 하나의 센서에 대해 수직 방향으로 배치되거나,
    상기 한 쌍의 수직모션 센서 중 하나의 센서에 대해 수평 방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 격자신호 수신기.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 기울어짐 감지센서는,
    상기 기울어짐 감지센서와 수직 방향으로 배치된 하나의 수평모션 센서 사이의 거리가 한 쌍의 수평모션 센서 사이의 거리와 동일하게 배치되거나,
    상기 기울어짐 감지센서와 수평 방향으로 배치된 하나의 수직모션 센서 사이의 거리가 한 쌍의 수직모션 센서 사이의 거리와 동일하게 배치되는 것을 특징으로 하는 격자신호 수신기.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 격자신호 수신기는,
    상기 기울어짐 감지센서가 한 쌍의 수평모션 센서와 함께 수직 패턴(Y축 패턴) 신호를 감지하여 센서들 사이의 상대적인 감지시간을 비교하여 격자의 기울어짐 정보를 산출하거나,
    상기 기울어짐 감지센서가 한 쌍의 수직모션 센서와 함께 수평 패턴(X축 패턴) 신호를 감지하여 센서들 사이의 상대적인 감지시간을 비교하여 격자의 기울어짐 정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 격자신호 수신기.
  7. 제 2항에 있어서,
    격자의 수직 패턴(Y축 패턴) 신호와 수평 패턴(X축 패턴) 신호는 서로 상이한 주파수 대역을 갖는 것을 특징으로 하는 격자신호 수신기.
  8. 제 2항에 있어서,
    상기 각 센서들은,
    격자 신호를 감지하는 포토다이오드; 및
    상기 격자 신호의 주파수 대역을 통과시키는 광학 필터를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 격자신호 수신기.
  9. 제 7항에 있어서,
    격자의 수직 패턴(Y축 패턴) 신호와 수평 패턴(X축 패턴) 신호는 서로 상이한 주파수 대역을 가지며,
    상기 수평모션 센서와 상기 수직모션 센서는 각각 수직 패턴(Y축 패턴) 신호와 수평 패턴(X축 패턴) 신호의 주파수 대역을 통과시키는 광학 필터를 구비하며,
    상기 기울어짐 감지센서는 수직 패턴(Y축 패턴) 신호 또는 수평 패턴(X축 패턴) 신호 중 어느 하나의 신호의 주파수 대역을 통과시키는 광학 필터를 구비하는 것을 특징으로 하는 격자신호 수신기.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 격자신호 수신기는,
    상기 각 센서들로부터 감지신호를 입력받아 모션 벡터를 처리하고, 격자의 기울어짐 정보를 산출하여 상기 모션 벡터를 보정하는 모션 벡터 프로세서를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 격자신호 수신기.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 모션 벡터 프로세서는,
    격자의 움직이는 방향을 검출하는 방향 검출부;
    하나의 격자 라인이 움직일 때마다 펄스를 생성하는 라인 검출부;
    격자의 기울어짐을 검출하는 기울기 검출부;
    상기 방향 검출부로부터 격자의 움직임 방향 정보와 상기 라인 검출부로부터 펄스를 입력받아 X축 모션 벡터(수평 모션 벡터)와 Y축 모션 벡터(수직 모션 벡터)를 추출하는 모션 벡터 추출부; 및
    상기 기울기 검출부로부터 전달된 기울어짐 정보에 따라 상기 X축 모션 벡터와 상기 Y축 모션 벡터를 보정하는 기울기 기반 모션 벡터 보정부;
    를 포함하는 이루어지는 것을 특징으로 하는 격자신호 수신기.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 모션 벡터 프로세서는,
    송신단 또는 수신단에서 발생한 잡음 및 손 떨림에 의한 모션 벡터의 변동을 억제하기 위하여 상기 기울기 기반 모션 벡터 보정부의 출력을 입력받아 저대역 필터링을 수행하는 저대역 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 격자신호 수신기.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 모션 벡터 프로세서는,
    가속 또는 감속 조건하에서 생길 수 있는 오차를 줄이기 위하여 상기 모션 벡터 추출부의 상기 X축 모션 벡터 및 상기 Y축 모션 벡터를 입력받아 저대역 필터링을 수행하고, 상기 필터링된 X축 모션 벡터와 Y축 모션 벡터를 상기 기울기 기반 모션 벡터 보정부로 출력하는 저대역 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 격자신호 수신기.
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 모션 벡터 프로세서는,
    손 떨림을 추정하는 손떨림 방지 결정부를 더 포함하고,
    상기 손떨림 방지 결정부의 결정에 따라 상기 모션 벡터 추출부가 정지되는 것을 특징으로 하는 격자신호 수신기.
  15. 제 10항에 있어서,
    상기 모션 벡터 프로세서는,
    격자의 움직이는 방향을 검출하는 방향 검출부;
    하나의 격자 라인이 움직일 때마다 펄스를 생성하는 라인 검출부;
    격자의 기울어짐을 검출하는 기울기 검출부;
    상기 방향 검출부로부터 격자의 움직임 방향 정보와 상기 라인 검출부로부터 펄스를 입력받아 X축 모션 벡터와 Y축 모션 벡터를 추출하는 상기 모션 벡터 추출부;
    격자의 움직임에 대한 일정주기를 디지털 값으로 변환하는 펄스 폭 복조부;
    상기 변환된 디지털 값에 따라 상기 모션 벡터 추출부로부터 전송된 상기 X축 모션 벡터와 상기 Y축 모션 벡터를 보정하는 펄스 기반 모션 벡터 보정부; 및
    상기 기울기 검출부로부터 전달된 격자의 기울어짐 정보에 따라 상기 펄스 기반 모션 벡터 보정부로부터 전달된 상기 보정된 X축 모션 벡터와 상기 보정된 Y축 모션 벡터를 보정하는 기울기 기반 모션 벡터 보정부;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 격자신호 수신기.
  16. 제 10항에 있어서,
    상기 복수의 센서들은 제 1 칩으로 구현되고,
    상기 모션 벡터 프로세서는 상기 제 1 칩과 다른 제 2 칩으로 구현되는 것을 특징으로 하는 격자신호 수신기.
  17. 제 10항에 있어서,
    상기 복수의 센서들과 상기 모션 벡터 프로세서는 하나의 칩으로 구현되는 것을 특징으로 하는 격자신호 수신기.
  18. 격자 패턴의 신호를 생성하여 출력하는 격자신호 송신기; 및
    격자 패턴의 신호를 수신하여 움직임을 산출하기 위한 모션 벡터를 처리하는 격자신호 수신기를 포함하되,
    상기 격자신호 수신기는 격자의 움직임을 감지하는 모션 센서 이외에 기울어짐 감지센서를 포함하여 상기 격자신호 송신기의 기울어짐을 감지하고 기울어짐 정보에 따라 상기 모션 벡터를 보정하는 것을 특징으로 하는 무선 포인팅 시스템.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 격자신호 수신기는,
    격자의 수직 패턴(Y축 패턴) 신호를 감지하여 수평 움직임(X축 움직임)을 감지하는 한 쌍의 수평모션 센서;
    격자의 수평 패턴(X축 패턴) 신호를 감지하여 수직 움직임(Y축 움직임)을 감지하는 한 쌍의 수직모션 센서; 및
    상기 한 쌍의 수평모션 센서 또는 상기 한 쌍의 수직모션 센서와 동일선상이 아닌 위치에 배치되어 격자의 기울어짐을 감지하는 기울어짐 감지센서;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 격자신호 수신기.
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