KR101417090B1 - 차량용 통합 스위치 조작 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 차량용 통합 스위치는 소형 영상 이미지 센서를 이용하여 손가락 이동 방향과 거리를 감지함으로써 단순한 구조로 많은 기능을 구현하여, 기존의 기계적 스위치의 공간적 한계를 극복하고, 터치 스위치 대비 높이 정보(신호 크기 변화)까지 활용할 수 있어 많은 기능을 수행할 수 있으며, 미래 지향적인 하이테크를 운전자에게 제공할 수 있는 기술을 개시한다.
스위치, 이미지 센서, 손가락, 클러스터, GUI
Description
본 발명은 차량용 통합 스위치 조작 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 소형 영상 이미지 센서를 이용하여 손가락 이동 방향과 거리를 감지함으로써 단순한 구조로 많은 기능을 구현할 수 있는 차량용 통합 스위치 조작 방법에 관한 것이다.
미래형 멀티미디어 인공지능 차량은 차량에 전기, 전자 및 정보통신 기술을 접목하여 차량을 보다 안전하고 안락한 첨단 이동공간으로 실현하는 융합 기술, 차량을 첨단 정보기기로 진화시키는 정보 통신 기술 및 이에 상응하는 유무형 멀티미디어 정보기술을 이용하여 실현한다.
안전, 보안 영역의 기술과 지능형 기술은 차량 네트워크를 기반으로 하여 멀티미디어 기술이 진화하고, 고객에게 최종 인포테인먼트를 제공하는 편안한 차량, 편리한 차량으로 진화할 것이다.
이와 같은 차량의 진화는 필연적으로 운전자에 대한 정보 전달 기술의 발전으로 이어지고 있다.
현재 차량 내 디스플레이 장치는 TV의 영상만을 보는 것이 아니며, 차량 상태 및 편의 장치 제어, 내비게이션과 텔레매틱스 등 운전자에게 운행에 유용한 정보를 제공하는 HMI(Human Machine Interface)의 핵심 장치이다.
차량의 복잡성과 다양한 운행 패턴으로 인하여 운전자로 하여금 운전 중 많은 조작이 필요하고, 차량 내외부로부터 많은 정보를 받아들이는데, 정보의 종류는 음성, 데이터, 영상, 그래픽 등 매우 다양해지고 있다.
차량에 장착된 통합 표시 장치에 표시 화면용 모니터와 더불어 스티어링 휠에 차량용 통합 스위치를 사용한다. 그런데, 스티어링 휠 상단의 공간은 한정되어 있어 모든 시스템을 조작하는 스위치를 적용하는데 어려움이 있다. 이를 극복하기 위해, 1개의 스위치로 여러 가지 기능을 구현하려는 노력이 진행되고 있다. 하지만, 종래 기술에 따른 스위치는 기계적인 구조물이 복잡해지고, 조립공수도 많아져 생산원가가 상승하는 문제점이 있다.
본 발명은 소형 영상 이미지 센서를 이용하여 손가락 이동 방향과 거리를 감지함으로써 단순한 구조로 많은 기능을 구현할 수 있는 차량용 통합 스위치 조작 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 터치 스위치 대비 높이 정보(신호 크기 변화)까지 활용하여 많은 기능을 수행할 수 있는 차량용 통합 스위치 조작 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 차량용 통합 스위치 조작 방법은 인식영역에서 손가락의 동작을 감지하기 위한 동작 분석을 수행하는 단계; 상기 인식영역에서 손가락의 동작을 감지하여 미리 정의된 준비 동작으로 판단된 경우 메뉴 트리를 출력하여 클러스터에 표시하는 단계; 상기 인식영역에서 손가락의 동작을 감지하여 미리 정의된 동작들로 판단하는 경우 해당하는 명령을 수행하고, 메뉴 트리 중 특정 항목을 선택한 경우 해당 항목에 대한 상기 인식영역에서 손가락의 동작을 감지하여 미리 정의된 동작들로 판단하는 경우 해당하는 명령을 수행하는 단계; 및 상기 인식영역에서 손가락의 동작을 감지하여 미리 정의된 종료 동작으로 판단한 경우 해당 명령 수행을 종료하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 동작 분석을 수행하는 단계는 프레임 간 빼기 연산을 통하여 동영상의 앞 프레임과 뒤 프레임의 차이를 연산하여 손가락의 위치를 파악하는 단계; 계산량을 줄이기 위해 화면을 분할하는 단계; 분할된 각 화면 블록을 주파수 영역으로 변환하고, 신호의 에너지를 계산하여 히스토그램(histogram) 분석하는 단계; 계산된 에너지의 크기가 임계값 이상이면 정상 신호로 판단하고, 임계값보다 작으면 노이즈로 무시하는 단계; 손가락으로 감지된 영역의 중심점을 계산하여 신호의 중심점을 찾고, 신호의 중심점으로부터 최대값 및 최소값을 탐색하여 최대값 및 최소값으로 손가락으로 감지된 영역을 원으로 인식하는 단계; 및 손가락으로 감지된 영역의 원의 크기, 개수 및 움직임의 방향을 계산하여 움직임 영역을 계산하는 단계를 포함하고,
상기 동작 분석을 수행하는 단계는 이미지 센서에 의해 감지된 손가락의 이동 방향과 거리를 특정 명령으로 인식하기 위한 동작 패턴으로 분석하는 단계; 및 상기 동작 패턴이 미리 정의된 상기 특정 명령으로 판단되면 해당하는 명령을 수행하는 단계를 포함하고,
상기 분석하는 단계는 야간에 상기 이미지 센서의 동작 시각에 동기화하여 적외선을 조사하는 단계를 더 포함하고,
상기 클러스터에 표시하는 단계는 특정 통신라인을 이용하여 그래픽 및 스피커의 사운드를 통해 나타내는 단계를 더 포함한다.
본 발명은 소형 영상 이미지 센서를 이용하여 손가락 이동 방향과 거리를 감지함으로써 단순한 구조로 많은 기능을 구현할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 터치 스위치 대비 높이 정보(신호 크기 변화)까지 활용할 수 있어 많은 기능을 수행할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 미래 지향적인 하이테크를 운전자에게 제공할 수 있는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 본 발명의 기술적 사상이 철저하고 완전하게 개시되고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달되기 위해 제공되는 것이다. 또한, 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소를 나타낸다.
본 발명에 따른 차량용 통합 스위치 및 그의 조작 방법은 소형 영상 이미지 센서를 이용하여 손가락 방향과 거리를 감지함으로써 단순한 구조로 많은 기능을 구현할 수 있는 기술을 개시한다.
도 1은 본 발명에 따른 차량용 통합 스위치를 나타낸 평면도이다.
차량용 통합 스위치는 스티어링 휠(10)에 장착되어 이미지 센서의 감지영역인 인식영역(동작감지영역)(12) 및 야간에 운전자에게 인식영역(12)을 표시해 주는 조명영역(14)을 포함하여 구성된다.
도 2는 본 발명에 따른 차량용 통합 스위치를 나타낸 단면도이다.
차량용 통합 스위치는 손가락 방향과 거리를 감지하는 동작 감지부(20) 및 조명영역(14)을 LED를 이용하여 표시하는 조명부(21)를 포함한다. 여기서, 동작 감지부(20)는 야간에 손가락을 감지하기 위해 적외선을 조사하는 적외선 램프(IR LED)(22) 및 손가락의 움직임을 초점 렌즈(23)를 통해 촬상하는 이미지 센서(24)를 포함한다. 여기서, 조명부(21), 적외선 램프(22) 및 이미지 센서(24)는 케이스(25)에 장착되어 있고, 인식영역(12) 상부에는 투명 적외선 필터(26)가 장착되어 있고, 조명영역(14) 상부에는 투명 케이스(27)가 장착되어 있다.
차량용 통합 스위치의 동작 감지영역(A)은 이미지 센서(24)의 초점 렌즈(23)의 감지영역 중에서 적외선 램프(22)의 적외선 조사영역으로 설정된다.
도 3은 도 2에 도시된 동작 감지부(20)를 나타낸 상세 블록도이다.
동작 감지부(20)는 다수의 픽셀(88 × 88)로 구현된 픽셀 어레이(31), 특정 픽셀을 선택하는 로우 디코더(38) 및 칼럼 디코더(39)를 구비하고, 손가락의 움직임을 감지하기 위해 병렬로 된 이미지를 타이머를 이용하여 직렬 데이터로 변환하는 이미지 센서(24), 이미지 직렬 데이터를 필요한 동작 패턴으로 분석하는 영상 처리부(32), 영상 처리부(32)로부터 전송된 동작 패턴이 특정 명령으로 판단되면 특정 명령을 수행하는 제어부(MCU)(33), 이미지 센서(24), 영상 처리부(32), 제어부(33) 및 적외선 램프(22)의 동작을 동기화하는 타이머 제어부(TCON)(34), 메모리(35), CAN(Controller Area Network) 또는 특정 통신라인을 이용하여 클러스터에 동작 여부를 전송하여 그래픽 및 스피커의 사운드를 통해 나타내는 통신부(36) 및 야간에도 정상적인 동작을 수행하기 위해 이미지 센서(24)의 동작 시각에 동기화하여 적외선을 조사하는 적외선 램프(22)를 포함한다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 차량용 통합 스위치는 손가락의 이동 방향, 거리, 손가락 개수를 이용하여 더욱 많은 기능을 구현할 수 있다. 즉, 메뉴 트리 및 GUI 특성에 따라 기본 동작을 정의하고, 그에 맞는 동작을 하는 경우 해당하는 기능을 수행한다.
도 4는 본 발명에 따른 차량용 통합 스위치에 정의된 기본 동작을 나타낸 개념도이다.
도 5는 본 발명에 따른 차량용 통합 스위치에 적용하는 클러스터의 GUI(Graphic User Interface) 메뉴 트리를 나타낸 개념도이다.
도 5를 참조하면, 클러스터의 GUI 메뉴 트리는 크게 TRIP COM, AV mode, USER setting 및 카메라로 구분하고, 각 메뉴에 대해 세부 항목들을 선택할 수 있도록 구성한다.
도 6a 및 도 6b는 클러스터의 GUI 메뉴 트리의 각 항목을 선택하는 방법을 나타낸 개념도이다. 여기서, 도 6a는 클러스터 평상 시 화면에서 USB의 곡 리스트의 특정 곡을 선택하는 방법을 나타낸 개념도이고, 도 6b는 클러스터에서 추가 정보를 더 표시하기 위해 후방 카메라 화면에서 사이즈를 축소하고 위치를 이동시키는 방법을 나타낸 개념도이다.
도 6a를 참조하면, 클러스터의 평상시 화면에서 손가락을 차량용 통합 스위치의 인식영역(12)에 근접하여(fingertip) 도 4에서 정의된 준비 동작을 수행하면, 동작 감지부(20)가 이를 인식하여 메뉴 트리가 클러스터에 표시된다. 이어서, 손가락을 인식영역(12)에 근접한 후 도 4에서 정의된 이동(선택) 동작을 수행하면, 동 작 감지부(20)가 이를 인식하여 메뉴 트리의 TRIP COM, AV mode, USB 곡 LIST 항목을 순차적으로 선택한다.
운전자가 원하는 선택 동작을 완료한 경우 손가락을 차량용 통합 스위치의 인식영역(12)에 근접하여 도 4에서 정의된 메뉴 off 동작인 X 표를 그리면 동작 감지부(20)는 이를 인식하여 클러스터에서 메뉴 트리를 닫는다.
도 6b를 참조하면, 클러스터에 후방 카메라 화면이 표시되고 있을 때, 손가락을 차량용 통합 스위치의 인식영역(12)에 근접하여 도 4에서 정의된 준비 동작을 수행하면 동작 감지부(20)가 이를 인식하여 메뉴 트리가 클러스터에 표시된다. 이어서, 손가락을 인식영역(12)에 근접한 후 도 4에서 정의된 이동(선택) 동작을 수행하면 동작 감지부(20)가 이를 인식하여 메뉴 트리의 User setting, 카메라, 후방카메라, 확대,축소 항목을 순차적으로 선택한다.
이때, 손가락으로 도 4에서 정의된 축소 동작을 수행하면 동작 감지부(20)가 이를 인식하여 후방 카메라 화면이 축소된다. 이어서, 손가락으로 도 4에서 정의된 이동(선택) 동작을 수행하면 동작 감지부(20)가 이를 인식하여 위치 이동 항목을 선택하고 손가락을 인식영역(12)에 근접한 후 도 4에서 정의된 이동 동작을 수행하면 이동하고자 하는 방향으로 축소된 후방 카메라 화면이 이동한다.
도 7은 본 발명에 따른 차량용 통합 스위치 조작 방법을 나타낸 순서도이다.
먼저, 인식영역(12)에서 손가락의 동작을 감지하기 위한 동작 분석을 수행한다(S1). 이어서, 인식영역(12)에서 손가락의 동작을 감지하여 도 4에서 정의된 준비(메뉴) 동작으로 판단된 경우(S2), 도 5에 도시된 메뉴 트리를 출력하여 클러스 터에 표시한다(S3).
인식영역(12)에서 손가락의 동작을 감지하여 도 4에서 정의된 동작들로 판단하는 경우(S4) 해당하는 명령을 수행하고, 메뉴 트리 중 특정 항목을 선택한 경우(S5), 해당 항목에 대한 인식영역(12)에서 손가락의 동작을 감지하여 도 4에 정의된 동작들로 판단하는 경우 해당하는 명령을 수행한다.
인식영역(12)에서 손가락의 동작을 감지하여 도 4에서 정의된 종료 동작으로 판단된 경우(S6) 해당 명령 수행을 종료한다.
도 8은 도 7의 순서도에서 인식영역(12)에서 손가락의 동작을 감지하기 위한 동작 분석(S1)의 상세 과정을 나타낸 순서도이고, 도 9a 내지 9e는 도 8의 순서도에 따른 동작 분석 과정을 나타낸 개념도이다.
먼저, 프레임 간 빼기 연산을 통하여 동영상의 앞 프레임과 뒤 프레임의 차이를 연산하여 손가락의 위치를 파악한다(S11). 도 9a를 참조하면, 앞 프레임(41)과 뒤 프레임(42)의 차이 연산(SUB)에 의해 배경은 없어지고, 신호의 형상과 위치 데이터를 획득하여 손가락의 위치를 파악할 수 있다.
이때, 계산량을 줄이기 위해 화면을 분할한다(S12). 여기서는 총 88 × 88의 픽셀을 가로 세로 11개씩의 8 × 8 블록으로 분할한다. 도 9b는 분할된 화면을 나타낸다.
분할된 각 8 × 8 블록을 주파수 영역으로 변환하고, 신호의 에너지를 계산하여 히스토그램(histogram) 분석한다(S13). 도 9c는 히스토그램 분석을 나타낸 그래프이다.
따라서, 계산된 에너지의 크기가 임계값(R) 이상이면 정상 신호로 판단하고, 임계값(R)보다 작으면 노이즈로 무시한다. 즉, 동작을 감지할 수 있는 높이 영역을 설정하여 특정 높이 영역 이상에서의 손가락의 동작은 노이즈로 판단한다(S14).
감지된 영역의 중심점을 계산하여 신호의 중심점을 찾고(S15), 신호의 중심점으로부터 최대값 및 최소값을 탐색하여 최대값 및 최소값으로 손가락으로 감지된 영역을 원으로 인식한다(S16). 도 9d를 참조하면, 화면의 중심을 원점 좌표로 설정하여 신호의 최대값 및 최소값으로 신호의 중심점을 분석하고, 신호 영역을 계산한다.
손가락으로 감지된 영역의 원의 크기, 개수 및 움직임의 방향을 계산하여 움직임 영역을 계산한다(S17). 도 9e는 원의 크기, 위치 움직이는 방향, 원의 개수 정보를 조합하여 손가락의 움직임을 인식하는 방법을 나타낸 개념도이다.
상기한 바와 같이 본 발명은 소형 영상 이미지 센서를 이용하여 손가락 이동 방향과 거리를 감지함으로써 단순한 구조로 많은 기능을 구현하여, 기존의 기계적 스위치의 공간적 한계를 극복하고, 터치 스위치 대비 높이 정보(신호 크기 변화)까지 활용할 수 있어 많은 기능을 수행할 수 있으며, 미래 지향적인 하이테크를 운전자에게 제공할 수 있는 기술을 개시한다.
아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 차량용 통합 스위치를 나타낸 평면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 차량용 통합 스위치를 나타낸 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 동작 감지부(20)를 나타낸 상세 블록도이다.
도 4는 본 발명에 따른 차량용 통합 스위치에 정의된 기본 동작을 나타낸 개념도이다.
도 5는 본 발명에 따른 차량용 통합 스위치에 적용하는 클러스터의 GUI(Graphic User Interface) 메뉴 트리를 나타낸 개념도이다.
도 6a 및 도 6b는 클러스터의 GUI 메뉴 트리의 각 항목을 선택하는 방법을 나타낸 개념도이다.
도 7은 본 발명에 따른 차량용 통합 스위치의 동작을 나타낸 순서도이다.
도 8은 도 7의 순서도에서 인식영역(12)에서 손가락의 동작을 감지하기 위한 동작 분석(S1)의 상세 과정을 나타낸 순서도이다.
도 9a 내지 9e는 도 8의 순서도에 따른 동작 분석 과정을 나타낸 개념도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
10: 스티어링 휠 12: 인식영역
14: 조명영역 20: 동작감지부
21: 조명부 22: 적외선 램프
23: 초점렌즈 24: 이미지 센서
25: 케이스 26: 투명 적외선 필터
27: 투명 케이스 31: 픽셀 어레이
32: 영상처리부 33: 제어부
34: 타이머 제어부 35: 메모리
36: 통신부 38: 로우 디코더
39: 칼럼 디코더
Claims (5)
- 이미지 센서의 인식영역에서 손가락의 동작을 감지하기 위한 동작 분석을 수행하는 단계;상기 인식영역에서 손가락의 동작을 감지하여 미리 정의된 준비 동작으로 판단된 경우 메뉴 트리를 출력하여 클러스터에 표시하는 단계;상기 인식영역에서 손가락의 동작을 감지하여 미리 정의된 동작들로 판단하는 경우 해당하는 명령을 수행하고, 메뉴 트리 중 특정 항목을 선택한 경우 해당 항목에 대한 상기 인식영역에서 손가락의 동작을 감지하여 미리 정의된 동작들로 판단하는 경우 해당하는 명령을 수행하는 단계; 및상기 인식영역에서 손가락의 동작을 감지하여 미리 정의된 종료 동작으로 판단한 경우 해당 명령 수행을 종료하는 단계를 포함하며,상기 동작 분석을 수행하는 단계는프레임 간 빼기 연산을 통하여 상기 이미지 센서에 의해 촬상된 동영상의 앞 프레임과 뒤 프레임의 차이를 연산하여 손가락의 위치를 파악하는 단계;계산량을 줄이기 위해 화면을 분할하는 단계;분할된 각 화면 블록을 주파수 영역으로 변환하고, 신호의 에너지를 계산하여 히스토그램(histogram) 분석하는 단계;계산된 에너지의 크기가 임계값 이상이면 정상 신호로 판단하고, 임계값보다 작으면 노이즈로 무시하는 단계;손가락으로 감지된 영역의 중심점을 계산하여 신호의 중심점을 찾고, 신호의 중심점으로부터 최대값 및 최소값을 탐색하여 최대값 및 최소값으로 손가락으로 감지된 영역을 원으로 인식하는 단계; 및손가락으로 감지된 영역의 원의 크기, 개수 및 움직임의 방향을 계산하여 움직임 영역을 계산하는 단계를 포함하는 차량용 통합 스위치 조작 방법.
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- 청구항 1에 있어서, 상기 동작 분석을 수행하는 단계는이미지 센서에 의해 감지된 손가락의 이동 방향과 거리를 특정 명령으로 인식하기 위한 동작 패턴으로 분석하는 단계; 및상기 동작 패턴이 미리 정의된 상기 특정 명령으로 판단되면 해당하는 명령을 수행하는 단계를 포함하는 차량용 통합 스위치 조작 방법.
- 청구항 3에 있어서,상기 분석하는 단계는 야간에 상기 이미지 센서의 동작 시각에 동기화하여 적외선을 조사하는 단계를 더 포함하는 차량용 통합 스위치 조작 방법.
- 청구항 1에 있어서,상기 클러스터에 표시하는 단계는 특정 통신라인을 이용하여 그래픽 및 스피커의 사운드를 통해 나타내는 단계를 더 포함하는 차량용 통합 스위치 조작 방법.
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2008
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