KR101127517B1 - 터치 좌표 인식 방법과 이를 수행하기 위한 터치 스크린장치 - Google Patents

터치 좌표 인식 방법과 이를 수행하기 위한 터치 스크린장치 Download PDF

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Abstract

영상을 이용한 터치 좌표 인식 방법과 이를 수행하기 위한 터치 스크린 장치가 개시된다. 터치 스크린장치는 표시 화면 위에 배치되어 조작자의 터칭에 따른 터치 좌표를 추출하는 터치 스크린 장치에서, 제1, 제2, 제3 및 제4 영상 센서들 및 터치 좌표 산출부를 포함한다. 제1 내지 제4 영상센서들은 표시 화면의 모서리 각각에 배치된다. 터치 좌표 산출부는 표시 화면에 터치가 발생됨에 따라, 영상센서들에서 제공되는 영상으로부터 터치 포인트를 산출한다. 이에 따라, 표시 화면 위에 배치되는 적어도 2개 이상의 영상센서들로부터 터치 동작에 따른 영상들을 수집하고, 수집된 영상들로부터 터치에 상응하는 터치 좌표를 인식할 수 있다.
터치 스크린, 영상, 카메라, 라인스캔카메라, 드로잉

Description

터치 좌표 인식 방법과 이를 수행하기 위한 터치 스크린 장치{METHOD OF DISCERNING A TOUCH COORDINATE AND TOUCH SCREEN DEVICE PERFORMING THE SAME}
도 1a는 본 발명에 따른 터치 스크린 장치를 개략적으로 설명하기 위한 개념도이고, 도 1b 및 도 1c는 도 1a에 도시된 제3 및 제4 라인 영상센서 각각에서 감지되는 라인 영상을 설명하기 위한 도면들이다.
도 2a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 터치 스크린 장치를 개념적으로 설명하기 위한 개념도이고, 도 2b는 도 2a에 도시된 제1 및 제2 라인 영상센서들이 커버하는 사이드 평면 영역을 설명하는 평면도이며, 도 2c는 도 2b의 제1 및 제2 라인 영상센서들에서 감지되는 라인 영상에서 좌표값을 추출하는 과정을 설명하는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 좌표인식 방법을 개념적으로 설명하기 위한 순서도이다.
도 4a 및 도 4b는 도 3에 도시된 전처리 단계 이전의 영상과 전처리 과정 이후의 영상들이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100, 200 : 터치 스크린 장치 210 : 영상 수집부
220 : 터치 좌표 산출부 221 : 아날로그-디지털 변환부
222 : 영상잡음 제거부 223 : 영상처리부
224 : 자동 영상 판독부 225 : 추적 필터링부
226 : 위치 추정부 230 : 터치 드라이버
S1, S2, S3, S4 : 라인 영상센서 SUB : 베이스부
본 발명은 터치 좌표 인식 방법과 이를 수행하기 위한 터치 스크린 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 영상을 이용한 터치 좌표 인식 방법과 이를 수행하기 위한 터치 스크린 장치에 관한 것이다.
일반적으로 터치 스크린 장치는 별도의 키입력 장치(예를들어, 키보드)를 사용하지 않고 화면(스크린)에 나타난 문자나 특정 위치에 사람의 손 또는 물체가 닿으면, 그 위치를 파악하여 저장된 소프트웨어를 이용하여 특정 처리를 할 수 있도록 화면에서 직접 입력자료를 받을 수 있도록 하는 대화식 시스템이다.
상기 터치 스크린 장치는 저항(resistive)방식, 정전용량(capacitive)방식 및 적외선 방식 등으로 구분된다. 상기 저항 방식은 얇은 필름을 유리판에 붙임으로써 스크린이 깨끗하지 못하다는 단점이 있다. 상기 정전용량 방식은 조작자의 손이 아닌 다른 매체는 인식하지 못하는 단점이 있다.
한편, 상기 적외선 방식은 일반 모니터의 화면부에 터치 패널(touch pannel)이라는 장치를 덧붙여서 기능을 발휘하는 것으로, 상기 터치 패널은 좌/우/상/하로 눈에 보이지 않는 적외선이 흐르게 하여 화면부에 수많은 사각형 격자가 생기도록 함으로써, 손끝이나 기타 물체로 이 격자에 접촉하면 그 위치를 파악할 수 있도록 하는 기능을 가지고 있다.
따라서, 터치 패널을 장착한 표시장치에 미리 나타낸 문자나 그림 정보를 손으로 접촉하면, 접촉한 표시장치에서 표시되는 화면의 위치에 따라 사용자가 선택한 사항이 무엇인지를 파악하고, 이에 대응하는 명령을 컴퓨터로 처리하도록 하여, 아주 쉽게 자신이 원하는 정보를 얻을 수 있도록 할 수 있다.
이러한 터치 스크린 장치의 이러한 특성 때문에 대중들이 많이 이용하는 장소 즉, 지하철, 백화점, 은행 등의 장소에서 안내용 소프트웨어에 많이 이용되며, 각종 점포에서 판매용 단말기에도 많이 응용될 뿐만 아니라, 일반 업무용으로도 활용되고 있다.
하지만, 종래의 터치 스크린 장치를 구현하기 위해서는 표시장치 위에 별도의 투명한 기판을 포함하는 터치 패널을 부착해야하는 번거로움이 있다. 상기한 터치 패널의 부착으로 인해 표시장치의 두께가 두꺼워지고, 무거워지는 문제점이 있고, 제조 원가 역시 상승하는 문제점이 있다.
이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 영상을 이용한 터치 좌표 인식 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기한 터치 좌표 인식 방법을 수행하기 위한 스크린 장치를 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여 하나의 특징에 따른 좌표인식 방법은 표시 화면 위에 배치되어 조작자의 터칭에 따른 터치 좌표를 산출하여 상기 화면을 표시하는 표시장치에 제공하는 터치 스크린 장치를 이용한 터치 좌표인식 방법에서, 화면의 터치 순간에 대응하는 2 이상의 영상 신호들을 수집하는 단계와, 상기 영상 신호들에 포함된 잡음을 제거하는 단계와, 상기 잡음 제거된 영상 신호를 처리하여 터치 위치에 상응하는 터치 좌표를 산출하는 단계를 포함한다.
상기한 좌표인식 방법은 상기 포착된 영상에서 잡음을 제거한 후, 드로잉 발생 여부를 체크하는 단계와, 상기 드로잉 발생으로 체크되는 경우, 추적 필터링을 수행하여 드로잉 영상을 스무딩 처리하는 단계와, 상기 스무딩 처리된 영상으로부터 터치 위치를 추정하는 단계를 더 포함한다.
상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위하여 하나의 특징에 따른 터치 스크린장치는 표시 화면 위에 배치되어 조작자의 터칭에 따른 터치 좌표를 추출하는 터치 스크린 장치에서, 제1, 제2, 제3 및 제4 영상 센서들 및 터치 좌표 산출부를 포함한다. 상기 제1 내지 제4 영상센서들은 상기 표시 화면의 모서리 각각에 배치된다. 상기 터치 좌표 산출부는 상기 표시 화면에 터치가 발생됨에 따라, 상기 영상센서들에서 제공되는 영상으로부터 터치 포인트를 산출한다.
여기서, 상기 표시 화면은 상기 영상센서들을 연결하는 대각선에 의해 구획 되는 제1, 제2, 제3 및 제4 사이드 평면 영역들을 포함하고, 상기 사이드 평면 영역들 각각은 대향하는 2개의 영상센서에 의해 커버되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 터치 포인트가 포함되는 사이드 평면을 커버하는 제1 및 제2 영상센서들과 상기 제1 영상센서와 상기 터치 포인트를 연결하는 라인이 표시 화면의 일변과 만나는 제1 포인트와 상기 제2 영상센서와 상기 터치 포인트를 연결하는 라인이 상기 일변과 마주보는 타변과 만나는 제2 포인트를 정의할 때, 상기 터치 포인트의 x 및 y 좌표 각각은
Figure 112006041972115-pat00001
(여기서, L1은 제1 영상센서와 제2 영상센서간의 길이이고, m은 제1 포인트와 제2 영상센서간의 길이이며, n은 제2 포인트와 제1 영상센서간의 길이)에 의해 산출되는 것을 특징으로 한다.
상기 영상센서는 라인에 상응하는 영역을 촬영하는 것을 특징으로 한다.
상기 영상센서는 라인스캔카메라인 것을 특징으로 한다.
상기 영상센서는 초당 30 프레임 이상의 촬영속도를 갖는 것을 특징으로 한다.
상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위하여 다른 하나의 특징에 따른 터치 스크린장치는 표시 화면 위에 배치되어 조작자의 터칭에 따른 터치 좌표를 추출하는 터치 스크린 장치에서, 영상 수집부, 터치 좌표 산출부 및 터치 드라이버를 포함한다. 상기 영상 수집부는 동일한 평면상에 배치된 2개 이상의 영상센서들을 구비하고, 상기 터칭에 따른 영상을 촬영한다. 상기 터치 좌표 산출부는 상기 촬영된 2개 이상의 영상으로부터 잡음을 제거하여 터치 좌표를 산출한다. 상기 터치 드 라이버는 상기 터치 좌표를 표시장치에 제공한다.
상기 터치 좌표 산출부는 서로 다른 채널들을 경유하여 상기 영상센서들 각각에서 제공되는 복수의 영상 신호들을 디지털 변환하는 아날로그-디지털변환부와, 서로 다른 채널들을 경유하여 제공되는 상기 디지털 변환된 영상 신호들 각각에 포함된 잡음 성분을 제거하여 복수의 라인 영상들을 출력하는 영상잡음 제거부와, 상기 라인 영상들 각각에서 하나의 포인트를 추출하는 영상처리부와, 상기 영상처리부에 의해 서로 다른 라인 영상에서 추출된 포인트로부터 채널별 영상에 따른 위치를 추정하는 위치 추정부를 포함한다.
여기서, 터치 스크린 장치는 서로 다른 채널들을 통해 상기 추출된 하나의 포인트가 제공됨에 따라, 특정 채널을 통해 서로 다른 시간동안 제공되는 포인트들로부터 터칭 동작의 드로잉 여부를 판별하는 자동 영상 판독부와, 상기 자동 영상 판독부에서 드로잉으로 판별되는 경우 드로잉되는 영상들을 추적하고, 추적된 영상들을 스무딩 처리하는 추적 필터링부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
이러한 좌표인식 방법 및 이를 수행하기 위한 터치 스크린 장치에 의하면, 표시 화면 위에 배치되는 적어도 2개 이상의 영상센서들로부터 터치 동작에 따른 영상들을 수집하고, 수집된 영상들로부터 상기 터치에 상응하는 터치 좌표를 인식할 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1a는 본 발명에 따른 터치 스크린 장치를 개략적으로 설명하기 위한 개념 도이고, 도 1b 및 도 1c는 도 1a에 도시된 제3 및 제4 라인 영상센서 각각에서 감지되는 라인 영상을 설명하기 위한 도면들이다.
도 1a를 참조하면, 본 발명에 따른 터치 스크린 장치(100)는 베이스부(SUB), 제1 라인 영상센서(S1), 제2 라인 영상센서(S2), 제3 라인 영상센서(S3) 및 제4 라인 영상센서(S4)를 포함한다. 여기서, 상기 제1 내지 제4 라인 영상센서들(S1~S4)은 상기 베이스부(SUB) 위에 이루어지는 터칭 동작에 상응하는 영상을 수집하는 영상 수집부이고, 상기 영상 수집부에서 수집된 영상을 이용하여 터치 좌표를 인식하는 일련의 동작은 후술하는 도 5에서 이루어진다.
상기 베이스부(SUB)는 사각형상을 갖고서 모서리 영역에 부착되는 상기 제1 내지 제4 라인 영상센서들(S1~S4)을 지지한다. 상기 베이스부(SUB)는 표시장치의 최외곽 기판인 것이 바람직하나, 별도의 유리 기판이어도 무방하다.
상기 제1 라인 영상센서(S1)는 상기 베이스부(SUB)의 하/좌측 모서리 영역에 배치되어, 상기 베이스부(SUB)의 표면 위를 촬상하고, 촬상된 영상을 터치 좌표 산출부(미도시)에 제공한다.
상기 제2 라인 영상센서(S2)는 상기 베이스부(SUB)의 하/우측 모서리 영역에 배치되어, 상기 베이스부(SUB)의 표면 위를 촬상하고, 촬상된 영상을 상기 터치 좌표 산출부에 제공한다.
상기 제3 라인 영상센서(S3)는 상기 베이스부(SUB)의 상/좌측 모서리 영역에 배치되어, 상기 베이스부(SUB)의 표면 위를 촬상하고, 촬상된 영상을 상기 터치 좌표 산출부에 제공한다.
상기 제4 라인 영상센서(S4)는 상기 베이스부(SUB)의 상/우측 모서리 영역에 배치되어, 상기 베이스부(SUB)의 표면 위를 촬상하고, 촬상된 영상을 상기 터치 좌표 산출부에 제공한다. 상기 제1 내지 제4 라인 영상센서들(S1~S4)은 최대 90도의 촬영 각도를 갖고, 최대 2048 픽셀의 해상도를 갖는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 제1 내지 제4 라인 영상센서들(S1~S4)이 대략 90도의 촬영각도를 갖는다면 상기 제1 내지 제4 라인 영상센서들(S1~S4)에서 촬영된 영상의 길이는 실질적으로 베이스부(SUB)의 대각선 길이이다.
또한, 촬영되는 영상은 컬러 타입일 수도 있으나 모노 타입인 것이 바람직하며, 프레임은 초당 최소 30인 것이 바람직하다.
예를들어, 상기 베이스부(SUB)의 좌/상부측의 특정 위치(TO)에 터칭 동작이 발생되었을 때, 상기 제3 라인 영상센서(S3)에서 촬영된 영상은 도 1b에 도시된 바와 같은 하나의 띠 형상을 갖는다. 또한, 상기 제4 라인 영상센서(S4)에서 촬영된 영상은 도 1c에 도시된 바와 같은 하나의 띠 형상을 갖는다.
이처럼, 네 모서리 각각에 설치된 제1 내지 제4 라인 영상센서들(S1~S4)은 터치 순간의 영상을 포착하여 영상처리를 하고, 처리된 영상신호를 기초로 터치의 위치를 산출한다. 특히, 드로잉이 발생되는 경우에는 별도의 추적 필터링을 함으로써 터치의 움직임을 정확히 찾아낸다. 상기 드로잉은 터치 포인트가 이동하는 것을 칭한다.
동작시, 상기 제1 내지 제4 라인 영상센서들(S1~S4)로부터 실제 화면 위의 영역을 계속 촬영하고, 상기 화면상에 터치되는 순간 터치 영상을 처리하여 터치 위치를 정확히 알아낸다.
이상에서 설명된 바에 따르면, 본 발명에 따른 터치 스크린 장치는 라인 영상센서를 이용하므로써, 기존의 터치 스크린 장치에서 이용하는 투명 유리판과 같은 매질이 불필요하고, 상기 투명 유리판과 같은 별도의 매질을 기존의 표시 화면에 부착할 필요가 없으므로 설치가 용이하다.
또한, 라인 영상 센서에서 촬상되는 영상을 이용하므로 표시 화면의 크기에 아무런 제약을 받지 않는다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 장치를 개념적으로 설명하기 위한 개념도이고, 도 2b는 도 2a에 도시된 제1 및 제2 라인 영상센서들이 커버하는 사이드 평면 영역을 설명하는 평면도이며, 도 2c는 도 2b의 제1 및 제2 라인 영상센서들에서 감지되는 라인 영상에서 좌표값을 추출하는 과정을 설명하는 개념도이다.
도 2a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 장치는 베이스부(SUB), 제1 라인 영상센서(S1), 제2 라인 영상센서(S2), 제3 라인 영상센서(S3) 및 제4 라인 영상센서(S4)를 포함한다.
상기 베이스부(SUB)는 사각형상을 갖고서 모서리 영역에 부착되는 상기 제1 내지 제4 라인 영상센서들(S1~S4)을 지지한다. 상기 베이스부(SUB)는 상기 제1 내지 제4 라인 영상센서를 서로 연결하는 일종의 대각선에 의해 제1, 제2, 제3 및 제4 사이드 평면 영역(RE1, RE2, RE3, RE4)으로 구획된다.
즉, 평면상에서 관찰할 때 상기 제1 사이드 평면 영역(RE1)은 하측 방향에 배치된 이등변 삼각형상을 갖고, 상기 제2 사이드 평면 영역(RE2)은 우측 방향에 배치된 이등변 삼각형상을 가지며, 상기 제3 사이드 평면 영역(RE3)은 좌측 방향에 배치된 이등변 삼각형상을 갖고, 상기 제4 사이드 평면 영역(RE4)은 상측 방향에 배치된 이등변 삼각형상을 갖는다.
상기 베이스부(SUB)는 표시장치의 최외곽 기판인 것이 바람직하나 별도의 유리 기판이어도 무방하다.
상기 제1 라인 영상센서(S1)는 상기 제2 라인 영상센서(S2)에서 상기 제4 라인 영상센서(S4)까지 관찰되는 제1 촬영각(θ1)을 갖고서 상기 베이스부(SUB)의 하/좌측 모서리 영역에 배치되어, 상기 베이스부(SUB)의 표면 위를 촬상하고, 촬상된 영상을 터치 좌표 산출부(미도시)에 제공한다. 따라서, 상기 제1 라인 영상센서(S1)는 상기 제1 사이드 평면 영역(RE1)과 상기 제2 사이드 평면 영역(RE2) 위에 감지되는 영상을 촬영한다.
상기 제2 라인 영상센서(S2)는 상기 제1 라인 영상센서(S1)에서 상기 제3 라인 영상센서(S3)까지 관찰되는 제2 촬영각(θ2)을 갖고서 상기 베이스부(SUB)의 하/우측 모서리 영역에 배치되어, 상기 베이스부(SUB)의 표면 위를 촬상하고, 촬상된 영상을 상기 터치 좌표 산출부에 제공한다. 따라서, 상기 제2 라인 영상센서(S2)는 제1 사이드 평면 영역(RE1)과 제3 사이드 평면 영역(RE3) 위에 감지되는 영상을 촬영한다.
상기 제3 라인 영상센서(S3)는 상기 제2 라인 영상센서(S2)에서 상기 제4 라인 영상센서(S4)까지 관찰되는 제3 촬영각(θ3)을 갖고서 상기 베이스부(SUB)의 좌 /상측 모서리 영역에 배치되어, 상기 베이스부(SUB)의 표면 위를 촬상하고, 촬상된 영상을 상기 터치 좌표 산출부에 제공한다. 따라서, 상기 제3 라인 영상센서(S3)는 상기 제4 사이드 평면 영역(RE4)과 상기 제2 사이드 평면 영역(RE2) 위에 감지되는 영상을 촬영한다.
상기 제4 라인 영상센서(S4)는 상기 제1 라인 영상센서(S1)에서 상기 제3 라인 영상센서(S3)까지 관찰되는 제4 촬영각(θ4)을 갖고서 상기 베이스부(SUB)의 상/우측 모서리 영역에 배치되어, 상기 베이스부(SUB)의 표면 위를 촬상하고, 촬상된 영상을 상기 터치 좌표 산출부에 제공한다. 따라서, 상기 제4 라인 영상센서(S4)는 상기 제3 사이드 평면 영역(RE3)과 상기 제4 사이드 평면 영역(RE4) 위에 감지되는 영상을 촬영한다.
따라서, 상기 제1 사이드 평면 영역(RE1)에 존재하는 터치 포인트는 상기 제1 및 제2 라인 영상센서(S1, S2)에서 촬영된 영상으로부터 좌표값을 산출할 수 있고, 제2 사이드 평면 영역(RE1)에 존재하는 터치 포인트는 상기 제1 및 제3 라인 영상센서(S1, S3)에서 촬영된 영상으로부터 좌표값을 산출할 수 있다.
또한, 상기 제3 사이드 평면 영역(RE3)에 존재하는 터치 포인트는 상기 제2 및 제4 라인 영상센서(S2, S4)에서 촬영된 영상으로부터 좌표값을 산출할 수 있고, 상기 제4 사이드 평면 영역(RE4)에 존재하는 터치 포인트는 상기 제3 및 제4 라인 영상센서(S3, S4)에서 촬영된 영상으로부터 좌표값을 산출할 수 있다.
그러면, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 제1 사이드 평면 영역(RE1)에 터치 포인트가 존재하는 경우 산출되는 좌표값을 산출하는 과정을 도 2c를 참조하여 설 명한다. 특히, 설명의 편의를 도모하기 위해 베이스부(SUB)의 장변 및 단변의 길이를 각각 4 및 3으로 가정하였다.
또한, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 라인 영상센서들(S1~S4)의 위치를 (0,0), (4,0), (0,3) 및 (4,3)으로 각각 가정하고, 상기 제1 사이드 평면 영역(RE1)에 터치가 발생된 포인트(TO)를 (x, y)로 가정하여 상기한 터치 포인트(TO)의 좌표를 산출하는 일련의 과정을 설명한다.
상기 터치 포인트(TO)가 감지되면, 상기 제1 라인 영상센서(S1)와 상기 제2 라인 영상센서(S2)에 의해 정의되는 길이를 밑변으로 공통으로 하여 높이가 m인 제1 직각 삼각형과 높이가 n인 제2 직각 삼각형이 정의된다. 상기 제1 직각 삼각형의 빗변에 터치 포인트(TO)가 존재하므로 제1 라인 영상센서(S1)와 터치 포인트(TO)와 터치 포인트(TO)의 x 좌표에 의해 상기 제1 직각 삼각형과 닮은꼴의 제3 직각 삼각형이 정의된다.
또한, 상기 제2 직각 삼각형의 빗변에 상기 터치 포인트(TO)가 존재하므로 제2 라인 영상센서(S2)와 터치 포인트(TO)와 터치 포인트(TO)의 x좌표에 의해 상기 제2 직각 삼각형과 닮은꼴의 제4 직각 삼각형이 정의된다.
상기 제1 직각 삼각형과 상기 제3 직각 삼각형은 서로 닮은꼴이므로 상기 제1 직각 삼각형의 빗변에 존재하는 터치 포인트(TO)의 x 좌표와 제1 라인 영상센서(S1)와 제2 라인 영상센서(S2)간의 길이의 비는 상기 터치 포인트(TO)의 y 좌표와 상기 제1 직각 삼각형의 높이의 비에 비례하여 하기하는 수학식 1로 정리할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112006041972115-pat00002
또한, 상기 제2 직각 사각형과 상기 제4 직각 삼각형은 서로 닮은꼴이므로 상기 제2 라인 영상센서(S2)와 상기 터치 포인트(TO)의 x좌표간의 길이와 상기 제1 라인 영상센서(S1)와 상기 제2 라인 영상센서(S2)간의 길이의 비는 상기 터치 포인트(TO)의 y좌표와 상기 제2 직각삼각형의 높이의 비에 비례하여 하기하는 수학식 2로 정리할 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112006041972115-pat00003
상기한 수학식 1 및 2 각각에 대해 y로 각각 정리하면 하기하는 수학식 3 및 4와 같다.
[수학식 3]
Figure 112006041972115-pat00004
[수학식 4]
Figure 112006041972115-pat00005
상기한 수학식 3 및 4 각각에 대해 x로 정리하면 하기하는 수학식 5와 같다. [수학식 5]
Figure 112006041972115-pat00006
상기한 수학식 5의 x는 터치 포인트(TO)의 x 좌표값이다. 즉, 상기 제1 라인 영상센서(S1)와 상기 제2 라인 영상센서(S2)간의 길이의 합(L1)은 고정된 값으로서 이미 알고 있고, 제2 직각 삼각형의 높이(n)는 제2 라인 영상센서(S2)에서 촬영된 영상으로부터 추론할 수 있으며, 제1 직각 삼각형의 높이(m)는 상기 제1 라인 영상센서(S1)에서 촬영된 영상으로부터 추론할 수 있으므로 터치 포인트(TO)의 x 좌표값을 산출할 수 있다.
한편, 상기한 수학식 1 및 2 각각에 대해 x로 각각 정리하면 하기하는 수학식 6 및 7과 같다.
[수학식 6]
Figure 112006041972115-pat00007
[수학식 7]
Figure 112006041972115-pat00008
상기한 수학식 6 및 7 각각에 대해 y로 정리하면 하기하는 수학식 8과 같다.
[수학식 8]
Figure 112006041972115-pat00009
상기한 수학식 8의 y는 터치 포인트(TO)의 y 좌표값이다. 즉, 제2 직각 삼각형의 높이(n)는 상기 제2 라인 영상센서(S2)에서 촬영된 영상으로부터 추론할 수 있으며, 제1 직각 삼각형의 높이(m)는 상기 제1 라인 영상센서(S1)에서 촬영된 영상으로부터 추론할 수 있으므로 터치 포인트(TO)의 y 좌표값을 산출할 수 있다.
본 실시예에서는 4개의 영상센서들을 사용하였다. 왜냐하면, 현존하는 영상 센서가 화각이 대략 60도 이내이고, 화각을 넓히려면 별도의 렌즈를 부착해야 된다. 따라서, 4개의 영상센서들이 각각 45도 이내의 영상들을 촬영하도록 한 것을 일 실시예로 설명하였다. 또한, 영상센서의 화각에 따라 영상센서의 수는 변할 수 있음은 자명하다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 좌표인식 방법을 개념적으로 설명하기 위한 순서도이다. 도 4a 및 도 4b는 도 3에 도시된 전처리 단계 이전의 영상과 전처리 과정 이후의 영상들이다.
도 3을 참조하면, 터치 순간 영상을 포착하여 표시 화면을 감시한다(단계 S110).
이어, 상기 표시 화면에서 영상 잡음을 제거하기 위해 전처리 과정을 수행한다(단계 S120). 상기 전처리 과정은 복수의 프레임 영상들 중에서 하나의 영상을 추출하는 과정을 칭한다.
일례로, 라인 영상센서로서 라인 스캔카메라를 사용하는 경우, 상기 전처리 과정을 수행하므로써 감시되는 화면에서 매 프레임별로 포함되는 잡음 성분을 제거할 수 있다. 상기 라인 스캔카메라는 실질적으로 라인에 상응하는 영역을 촬영한다.
한편, 라인 영상센서로서 일반 카메라를 사용하는 경우, 상기 전처리 과정을 수행하므로써 입체적으로 촬영된 영상에서 라인 성분에 대응하는 영상을 제외한 나머지 영상을 제거하고, 상기 라인 성분의 영상에서 매 프레임별로 포함되는 잡음 성분을 제거할 수 있다.
예를들어, 전처리 하기 이전에 촬영된 영상은 도 4a에 나타낸 바와 같이, 카메라가 베이스부로부터 일정 높이를 갖고서 배치되므로 베이스부를 벗어난 영상이 포함된다. 따라서, 해당 카메라가 촬영하는 특정 사이드 평면에 상응하는 영상만을 추출한다. 즉, 도 4b에 나타낸 바와 같이, 제1, 제2 및 제4 라인 영상센서(S1,S2, S4)를 연결하는 삼각형상에 포함되는 영상을 제외한 나머지 영상은 제거한다.
상기한 전처리 과정의 일례로 에지 영상 처리를 통한 중심점을 찾는 방법을 통해 잡음 성분을 제거할 수도 있다. 또한, 상기한 전처리 과정의 다른 예로 윤곽선 추출을 통한 해당 윤곽선의 중심점을 찾는 방법을 통해 잡음 성분을 제거할 수도 있다.
이어, 터치 위치를 찾아내기 위한 영상신호처리 과정으로 영상을 처리한다(단계 S130). 즉, 상기한 영상처리 과정은 추출된 하나의 영상에서 하나의 포인트를 추출하는 과정이다. 본 실시예에서는 4개의 사이드 평면 영역으로 구획된 베이스부에 터치 행위가 이루어지는 경우 4개의 라인 영상센서들 중 2개의 라인 영상센서들로부터 촬영된 영상에서 2개의 포인트가 추출된다.
이어, 드로잉의 존재 여부를 체크한다(단계 S140). 즉, 일정수의 프레임동안 터치포인트의 좌표가 고정되면 드로잉이 없는 체크되고, 복수의 좌표들이 검출되면 드로잉이 있는 것으로 체크된다.
단계 S140에서, 드로잉이 존재하는 것으로 체크되는 경우에는 드로잉되는 영상들을 추적하고, 추적된 영상으로부터 원하는 영상을 얻는 추적 필터링 과정을 수행한다(단계 S150).
여기서, 상기한 추적 필터링 과정은 칼만 필터링 기법을 적용하여 표시되는 영상, 즉 터치 행위에 대응하여 표시장치에 표시되는 영상을 스무딩(smoothing) 처리하는 것이 바람직하다. 통상적으로 사용자가 터치 스크린 장치를 조작할 때 움직이면서 조작할 수도 있고, 고정된 상태에서 조작하더라도 특정 위치를 터칭한 후 다른 위치로 터칭을 수행할 때 중간에 경유하는 다른 위치가 존재하게 된다. 상기한 중간에 경유하는 다른 위치는 일종의 불필요한 영상으로 간주하여 제거하는 기법이 요구된다.
이어, 상기 추적 필터링 과정을 수행한 후, 또는 상기 드로잉이 존재하지 않은 것으로 체크되는 경우에는 영상 처리된 결과로 터치 위치를 추정한다(단계 S160).
상기 단계 S160에서 추정된 터치 위치에 상응하는 좌표값을 터치 드라이버에 출력한다(단계 S170).
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 장치(200)는 영상 수집부(210), 터치 좌표 산출부(220) 및 터치 드라이버(230)를 포함한다.
상기 영상 수집부(210)는 상기 표시 화면의 모서리 영역에 배치된 2개 이상의 영상센서들을 구비하고, 상기 터칭에 따른 영상을 촬영한다. 상기한 영상 수집부(210)는 도 1a 내지 도 2c에서 설명된 바 표시 화면의 모서리 영역에 배치된 상기 제1 내지 제4 라인 영상센서들(S1~S4)을 포함한다.
상기 터치 좌표 산출부(220)는 아날로그-디지털 변환부(221), 영상잡음 제거부(222), 영상처리부(223), 자동 영상 판독부(224), 추적 필터링부(225) 및 위치 추정부(226)를 포함하여, 상기 영상 수집부(210)에서 촬영된 2개 이상의 영상으로부터 잡음을 제거하여 터치 좌표를 산출한 후 상기 터치 드라이버에 제공한다.
구체적으로, 상기 아날로그-디지털 변환부(221)는 서로 다른 채널들을 경유하여 상기 영상센서들 각각에서 제공되는 복수의 영상 신호들을 디지털 변환한다.
상기 영상잡음 제거부(222)는 서로 다른 채널들을 경유하여 제공되는 상기 디지털 변환된 영상 신호들 각각에 포함된 잡음 성분을 제거하여 복수의 라인 영상들을 출력한다.
상기 영상처리부(223)는 상기 라인 영상들 각각에서 하나의 포인트를 추출한다.
상기 자동 영상 판독부(224)는 서로 다른 채널들을 통해 상기 추출된 하나의 포인트가 제공됨에 따라, 특정 채널을 통해 서로 다른 시간동안 제공되는 포인트들로부터 터칭 동작의 드로잉 여부를 판별한다.
상기 추적 필터링부(225)는 상기 자동 영상 판독부(224)에서 드로잉으로 판별되는 경우 드로잉되는 영상들을 추적하고, 추적된 영상들을 스무딩 처리한다.
상기 위치 추정부(226)는 상기 영상처리부(223)에 의해 서로 다른 라인 영상에서 추출된 포인트 또는 상기 추적 필터링부(225)에 의해 스무딩 처리된 영상에서 추출된 포인트로부터 채널별 영상에 따른 위치를 추정한다.
상기 터치 드라이버(230)는 화면을 표시하는 표시장치에 상기 터치 좌표를 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 라인 영상센서를 이용하여 터치 좌표를 인식하므로 기존의 터치 스크린 장치에서 이용하는 투명 유리판과 같은 매질이 불필요하고, 상기 투명 유리판과 같은 별도의 매질을 기존의 표시 화면에 부착할 필요가 없으므로 설치가 용이하다. 따라서, 터치 스크린 장치를 채용하는 표시장치의 두께나 무게 등을 줄일 수 있고, 별도의 매질이 불필요하므로 제조 원가를 줄일 수 있다.
또한, 표시장치의 크기와는 무관하게 사용할 수 있으며, 특히 현존하는 터치 스크린에서 제공하지 못하는 대형 크기의 스크린에도 용이하게 적용될 수 있다.
또한, 라인 영상 센서에서 촬상되는 영상을 이용하므로 표시 화면의 크기에 아무런 제약을 받지 않는다. 또한, 라인 영상 센서에서 촬상된 영상을 이용하여 드로잉에 대응하는 별도의 연산 처리 과정을 거치므로 탁월한 드로잉(drawing) 성능을 갖는다.
또한, 종래에는 크기에 따른 비용 문제가 가장 크므로 대형 스크린에 대응하는 터치 패널을 구현하는데 있어서 제조 비용이 비싸다는 단점이 있으나, 본 발명에 따른 영상을 이용한 터치 방식은 다양한 크기의 스크린에 적용할 수 있으며, 기존 터치의 크기에 대한 제약 사항을 해소할 수 있다.
이상에서는 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (18)

  1. 사각형상을 갖는 표시 화면 위에 배치되어 조작자의 터칭에 따른 터치 좌표를 산출하여 상기 화면을 표시하는 표시장치에 제공하는 터치 스크린 장치를 이용한 터치 좌표인식 방법에서,
    상기 표시 화면의 모서리 영역 각각에 배치된 제1 영상센서, 제2 영상센서, 제3 영상센서 및 제4 영상센서를 이용하여 화면의 터치 순간에 대응하는 4개의 영상 신호들을 수집하는 단계;
    상기 4개의 영상 신호들 각각에 포함된 잡음을 제거하는 단계;
    상기 잡음 제거된 영상 신호들을 근거로 조작자의 터치 포인트가 이동하는 터칭 동작의 드로잉 발생 여부를 체크하는 단계;
    상기 드로잉 발생으로 체크되는 경우, 드로잉되는 영상들에 대해 추적 필터링을 수행하여 드로잉 영상을 스무딩 처리하는 단계;
    상기 스무딩 처리된 영상으로부터 터치 위치를 추정하는 단계;
    상기 드로잉 발생으로 미체크되는 경우 상기 잡음 제거된 영상 신호부터 터치 위치를 추정하는 단계; 및
    상기 추정된 터치 위치에 상응하는 터치 좌표를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 좌표인식 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 사각형상을 갖는 표시 화면 위에 배치되어 조작자의 터칭에 따른 터치 좌표를 추출하는 터치 스크린 장치에서,
    상기 표시 화면의 모서리 영역 각각에 배치된 제1 영상센서, 제2 영상센서, 제3 영상센서 및 제4 영상센서를 구비하고, 상기 터칭에 따른 영상을 촬영하는 영상 수집부;
    상기 촬영된 4개의 영상들 각각으로부터 잡음을 제거하여 터치 좌표를 산출하는 터치 좌표 산출부; 및
    상기 터치 좌표를 상기 화면을 표시하는 표시장치에 제공하는 터치 드라이버를 포함하되,
    상기 터치 좌표 산출부는,
    서로 다른 채널들을 경유하여 상기 영상센서들 각각에서 제공되는 복수의 영상 신호들을 디지털 변환하는 아날로그-디지털변환부;
    서로 다른 채널들을 경유하여 제공되는 상기 디지털 변환된 영상 신호들 각각에 포함된 잡음 성분을 제거하여 복수의 라인 영상들을 출력하는 영상잡음 제거부;
    상기 라인 영상들 각각에서 하나의 포인트를 추출하는 영상처리부;
    서로 다른 채널들을 통해 상기 추출된 하나의 포인트가 제공됨에 따라, 특정 채널을 통해 서로 다른 시간동안 제공되는 포인트들로부터 터치 포인트가 이동하는 터칭 동작의 드로잉 여부를 판별하는 자동 영상 판독부;
    상기 자동 영상 판독부에서 상기 터칭 동작의 드로잉으로 판별되는 경우 드로잉되는 영상들을 추적하고, 추적된 영상들을 스무딩 처리하는 추적 필터링부; 및
    상기 영상처리부에 의해 서로 다른 라인 영상에서 추출된 포인트 또는 상기 추적 필터링부에 의해 스무딩 처리된 영상에서 추출된 포인트로부터 채널별 영상에 따른 위치를 추정하는 위치 추정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 장치.
  10. 삭제
  11. 제9항에 있어서, 상기 복수의 라인 영상들은 영상 프레임별 잡음이 제거된 라인 이미지인 것을 특징으로 하는 터치 스크린 장치.
  12. 삭제
  13. 제9항에 있어서, 상기 영상센서는 라인스캔카메라이고, 상기 영상잡음 제거부는 매 프레임별로 포함되는 잡음 성분을 제거하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 장치.
  14. 제9항에 있어서, 상기 영상센서는 카메라이고, 상기 영상잡음 제거부는 입체적으로 나오는 영상에서 라인 성분에 대응하는 영상을 제외한 나머지 영상을 제거하고, 상기 라인 성분의 영상에서 매 프레임별로 포함되는 잡음 성분을 제거하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 장치.
  15. 제9항에 있어서, 상기 표시 화면은 상기 제1 내지 제4 영상센서들을 연결하는 대각선에 의해 구획되는 제1, 제2, 제3 및 제4 사이드 평면 영역들을 포함하며,
    상기 사이드 평면 영역들 각각은 대향하는 2개의 영상센서에 의해 커버되는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 장치.
  16. 제15항에 있어서, 터치 포인트가 포함되는 사이드 평면을 커버하는 제1 및 제2 영상센서들과 상기 제1 영상센서와 상기 터치 포인트를 연결하는 라인이 표시 화면의 일변과 만나는 제1 포인트와 상기 제2 영상센서와 상기 터치 포인트를 연결하는 라인이 상기 일변과 마주보는 타변과 만나는 제2 포인트를 정의할 때,
    상기 터치 포인트의 x 및 y 좌표 각각은
    Figure 112006041972115-pat00011
    (여기서, L1은 제1 영상센서와 제2 영상센서간의 길이이고, m은 제1 포인트와 제2 영상센서간의 길이이며, n은 제2 포인트와 제1 영상센서간의 길이)에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 장치.
  17. 제1항에 있어서, 상기 잡음은 에지 영상 처리를 통한 중심점을 찾는 방법과윤곽선 추출을 통한 해당 윤곽선의 중심점을 찾는 방법 중 어느 하나에 의해 제거되는 것을 특징으로 하는 터치 좌표인식 방법.
  18. 제9항에 있어서, 상기 영상잡음 제거부는 에지 영상 처리를 통한 중심점을 찾는 방법과 윤곽선 추출을 통한 해당 윤곽선의 중심점을 찾는 방법 중 어느 하나에 의해 상기 잡음 성분을 제거하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 장치.
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