KR101441882B1 - 포인터를 사용하지 않는 가상 터치 장치에서의 디스플레이 표시면 둘레의 가상 평면을 사용하여 전자기기를 제어하는 방법 - Google Patents

포인터를 사용하지 않는 가상 터치 장치에서의 디스플레이 표시면 둘레의 가상 평면을 사용하여 전자기기를 제어하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 서로 다른 위치에 배치되는 2개 이상의 이미지 센서로 구성되며 상기 표시면 전방의 사용자 신체를 촬영하는 영상획득부와, 상기 영상획득부로부터 수신한 영상을 이용하여 상기 사용자 신체의 3차원 좌표 데이터를 산출하는 공간좌표 산출부와, 상기 공간좌표 산출부로부터 수신한 제1 공간좌표와 제2 공간좌표를 이용하여 상기 제1 공간좌표와 제2 공간좌표를 연결하는 직선이 상기 표시면 둘레의 가상 평면과 만나는 접점 좌표 데이터를 산출하는 터치 위치 산출부 및 상기 터치 위치 산출부로부터 수신된 상기 접점 좌표 데이터에 대응되도록 설정된 동작을 수행하는 명령코드를 생성하여 상기 전자기기의 주 제어부로 입력하는 가상 터치 처리부로 구성되는 가상 터치 장치를 통해, (A) 손가락 끝의 3차원 좌표 데이터(X1, Y1, Z1)와 한쪽 눈의 중심점의 3차원 좌표 데이터(X2, Y2, Z2)를 처리하여 디스플레이 표시면 둘레의 가상 평면과, 손가락 끝점과, 한쪽 눈의 접점을 각각 검출하는 단계와, (B) 상기 검출된 손가락 끝점의 깊이 변화, 궤적의 변화, 유지시간 및 변화의 속도 중 적어도 하나를 산출하는 단계와, (C) 산출된 손가락 끝점의 깊이 변화, 궤적의 변화, 유지시간 및 변화의 속도 중 적어도 하나를 기반으로 전자기기의 조작이 가능하고, 또한 터치패널의 특정 부분을 터치하는 것과 같이 해당 영역을 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포인터를 사용하지 않는 가상 터치 장치에서의 디스플레이 표시면 주변의 가상 평면을 사용하여 전자기기를 제어하는 방법을 제공한다.

Description

포인터를 사용하지 않는 가상 터치 장치에서의 디스플레이 표시면 둘레의 가상 평면을 사용하여 전자기기를 제어하는 방법{method for controlling electronic devices by using virtural surface adjacent to display in virtual touch apparatus without pointer}
본 발명은 사용자가 전자기기를 원격으로 조작하는 방법에 관한 것으로, 특히 전자기기 디스플레이 표시면 둘레에 가상 평면을 설정하여 사용함으로써 디스플레이 표시면에 포인터를 표시하지 않고, 또한 디스플레이 표시면에 조작 화면도 표시하지 않고도 원격에서 전자기기를 정확하게 제어할 수 있는 전자기기를 제어하는 방법에 관한 것이다.
본 출원인의 대한민국 등록특허 10-1151692호에서 포인터를 사용하지 않는 가상 터치 장치 및 방법을 개시하고 있는 바, 이러한 포인터를 사용하지 않는 가상 터치 장치 및 방법은 디스플레이 상에서 포인터를 사용하지 않음으로써 전자기기의 신속한 조작을 가능하게 한다. 따라서 전자기기의 터치패널의 장점을 전자기기 원격제어장치분야에서 적용할 수 있는 장치 및 방법을 제안한 것이다. 일반적으로 컴퓨터, 디지털TV 등 전자기기는 제어방법으로 해당영역에 포인터를 생성한 후 특정 추가 동작을 수행함으로써 전자기기 조작이 가능하다. 또한 지금까지는 디스플레이 포인터의 위치를 고속으로 설정하기 위한 방법, 디스플레이에서 포인터의 속도 선택 방법, 하나 이상의 포인터를 사용하는 방법, 리모컨에 의해 포인터를 제어하는 방법 등과 같이 무수히 많은 기술들이 포인터를 활용한 응용기술에만 국한되어 개발되어왔다.
또한, 상기 등록특허 10-1151692호의 포인터를 사용하지 않는 가상 터치 장치 및 방법은 전자기기의 표시면의 특정영역을 정교하게 포인팅 할 수 있다. 즉, 전자기기 표시면을 정교하게 포인팅 하기 위해 '손가락 끝과 한쪽 눈만을 이용해야 사물의 위치를 정확히 포인팅할 수 있다'는 원리를 채용함으로써 원격에서도 마치 터치패널을 사용하는 것과 같이 정교하게 화면상의 메뉴를 포인팅 할 수 있다.
그런데 상기 포인터를 사용하지 않는 가상 터치 장치 및 방법에서 전자기기 디스플레이 표시면에 특정 영상이 표시되고 있을 때 전자기기의 조작 화면이 디스플레이 표시면에 표시될 경우 해당 영상을 시청하는데 방해가 되는 문제점이 있다.
또한, 전자기기 디스플레이 표시면으로만 조작 영역을 한정할 경우 사용자가 전자기기에서 멀어짐에 따라 디스플레이가 상대적으로 작아져서 조작 영역이 점점 작아지는 문제점도 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 사용자가 원격에서 전자기기를 조작할 때에도 마치 터치패널 표면을 터치하는 것과 같은 편리한 사용자 인터페이스를 제공하면서도 전자기기 디스플레이 표시면에 조작 화면을 표시하지 않고도 전자기기의 조작이 가능한 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
뿐만 아니라 전자기기 디스플레이 표시면 둘레를 조작 화면으로 확장되게 사용할 수 있게 함으로써 사용자가 디스플레이로부터 멀어지더라도 전자기기의 조작이 가능하게 하는데 그 목적이 있다. 즉, 디스플레이 표시면 둘레로 "터치패널 영역의 확장"을 구현하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 디스플레이 표시면 둘레의 가상 평면을 사용하여 전자기기를 제어하는 방법은 서로 다른 위치에 배치되는 2개 이상의 이미지 센서로 구성되며 상기 표시면 전방의 사용자 신체를 촬영하는 영상획득부와, 상기 영상획득부로부터 수신한 영상을 이용하여 상기 사용자 신체의 3차원 좌표 데이터를 산출하는 공간좌표 산출부와, 상기 공간좌표 산출부로부터 수신한 제1 공간좌표와 제2 공간좌표를 이용하여 상기 제1 공간좌표와 제2 공간좌표를 연결하는 직선이 상기 표시면 둘레의 가상 평면과 만나는 접점 좌표 데이터를 산출하는 터치 위치 산출부 및 상기 터치 위치 산출부로부터 수신된 상기 접점 좌표 데이터에 대응되도록 설정된 동작을 수행하는 명령코드를 생성하여 상기 전자기기의 주 제어부로 입력하는 가상 터치 처리부로 구성되는 가상 터치 장치를 통해,
(A) 손가락 끝의 3차원 좌표 데이터(X1, Y1, Z1)와 한쪽 눈의 중심점의 3차원 좌표 데이터(X2, Y2, Z2)를 처리하여 디스플레이 표시면 둘레의 가상 평면과, 손가락 끝점과, 한쪽 눈의 접점을 각각 검출하는 단계와,
(B) 상기 검출된 손가락 끝점의 깊이 변화, 궤적의 변화, 유지시간 및 변화의 속도 중 적어도 하나를 산출하는 단계와,
(C) 산출된 손가락 끝점의 깊이 변화, 궤적의 변화, 유지시간 및 변화의 속도 중 적어도 하나를 기반으로 전자기기의 조작이 가능하고, 또한 터치패널의 특정 부분을 터치하는 것과 같이 해당 영역을 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포인터를 사용하지 않는 가상 터치 장치에서의 디스플레이 표시면 주변의 가상 평면을 사용하여 전자기기를 제어하는 방법.
본 발명의 일 실시형태에서, 사용자 신체의 3차원 좌표 데이터를 추출하는 3차원 좌표 산출장치와, 상기 3차원 좌표 산출장치로부터 수신한 제1 공간좌표와 제2 공간좌표를 이용하여 상기 제1 공간좌표와 제2 공간좌표를 연결하는 직선이 상기 표시면과 만나는 접점 좌표 데이터를 산출하는 터치 위치 산출부 및 상기 터치 위치 산출부로부터 수신된 상기 접점 좌표 데이터에 대응되도록 설정된 동작을 수행하는 명령코드를 생성하여 상기 전자기기의 주 제어부로 입력하는 가상 터치 처리부를 포함하는 제어부로 구성되는 가상 터치 장치를 통해,
(A) 손가락 끝의 3차원 좌표 데이터(X1, Y1, Z1)와 한쪽 눈의 중심점의 3차원 좌표 데이터(X2, Y2, Z2)를 처리하여 디스플레이 표시면 둘레의 가상 평면과, 손가락 끝점과, 한쪽 눈의 접점을 각각 검출하는 단계와,
(B) 상기 검출된 손가락 끝점의 깊이 변화, 궤적의 변화, 유지시간 및 변화의 속도 중 적어도 하나를 산출하는 단계와,
(C) 산출된 손가락 끝점의 깊이 변화, 궤적의 변화, 유지시간 및 변화의 속도 중 적어도 하나를 기반으로 전자기기의 조작이 가능하고, 또한 터치패널의 특정 부분을 터치하는 것과 같이 해당 영역을 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포인터를 사용하지 않는 가상 터치 장치에서의 디스플레이 표시면 주변의 가상 평면을 사용하여 전자기기를 제어하는 방법.
본 발명의 다른 실시 형태에서, 상기 가상 평면은 전자기기 디스플레이의 상단, 하단, 좌측면, 우측면의 4개의 선택 영역으로 구분되는 것을 특징으로 하는 포인터를 사용하지 않는 가상 터치 장치에서의 디스플레이 표시면 주변의 가상 평면을 사용하여 전자기기를 제어하는 방법.
본 발명의 또 다른 실시 형태에서, 상기 가상 평면은 전자기기 디스플레이의 상단, 하단, 좌측면, 우측면의 8개의 선택 영역으로 구분되는 것을 특징으로 하는 포인터를 사용하지 않는 가상 터치 장치에서의 디스플레이 표시면 주변의 가상 평면을 사용하여 전자기기를 제어하는 방법.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 전자기기 디스플레이 표시면 주변에 가상평면을 사용하는 방법은 전자기기를 원격에서 조작하면서도 디스플레이 표시면에 조작 화면을 표시하지 않음으로써 디스플레이의 영상 시청을 방해하지 않는 효과가 있다.
나아가 전자기기 디스플레이 둘레의 가상 평면을 조작 화면으로 사용할 수 있게 함으로써 전자기기의 디스플레이에서 멀어지더라도 조작이 용이하게 하는 효과가 있다. 즉, "터치패널의 확장 효과"를 가진다.
도 1 은 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 가상 터치 장치 블록도
도 2 는 사용자가 디스플레이에 표시된 화면 메뉴를 선택하는 화면
도 3 은 전자기기 디스플레이 둘레의 가상 평면을 8 등분하여 선택 영역을 설정한 것을 보여 주는 상태도.
도 4 은 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 가상 터치 장치 블록도
도 5 는 사용자가 디스플레이에 표시된 화면 메뉴를 선택하는 화면
도 6 은 전자기기 디스플레이 둘레의 가상 평면을 8 등분하여 선택 영역을 설정한 것을 보여 주는 상태도
본 발명의 다른 목적, 특성 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
본 발명에 따른 포인터를 사용하지 않는 가상 터치 장치에서의 디스플레이 표시면 둘레의 가상 평면을 사용하여 전자기기를 제어하는 방법의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있다.
제 1 실시예
도 1 은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 가상 터치 장치를 나타낸 블록 구성도이다.
도 1을 참조하면, 가상 터치 장치(1)는 영상획득부(10), 공간좌표 산출부(20), 터치 위치 산출부(30) 및 가상 터치 산출부(40)를 포함한다.
상기 영상획득부(10)로는 일종의 카메라모듈로 영상을 검출하여 전기적인 이미지 신호로 변환하는 CCD 또는 CMOS와 같은 이미지 센서(11, 12)를 2 이상 포함 할 수 있다.
상기 공간좌표 산출부(20)는 영상획득부(10)로부터 수신한 영상을 이용하여 상기 사용자 신체의 3차원 좌표 데이터를 산출한다. 본 발명에 따르면 영상획득부(20)를 구성하는 이미지센서(11, 12)는 각기 다른 각도에서 사용자 신체를 촬영하고 공간좌표 산출부(20)는 수동적인 광학 삼각법을 이용하여 사용자 신체의 3차원 좌표 데이터를 산출할 수 있다.
일반적으로 광학식 3차원 좌표 산출 방법은 센싱 방법에 따라 능동 방식과 수동 방식으로 분류할 수 있다. 능동 방식은 미리 정의된 패턴이나 음파 등을 물체에 투사한 후 그 에너지 또는 초점 등의 센서 파라미터의 제어를 통한 변화량을 측정하여 물체의 3차원 좌표 데이터를 산출하는 방법으로 구조광 혹은 레이저광을 이용하는 방식이 대표적이다. 이에 비하여 수동 방식은 인위적으로 물체에 에너지를 투사하지 않은 상태에서 촬영한 영상의 명암(intensity), 시차(parallax)등을 이용하는 방식이다.
본 발명에서는 물체에 에너지를 투사하지 않는 수동 방식을 채용하고 있는 바, 이 방식은 능동 방식에 비해 다소 정밀도는 떨어질 수 있어도 장비가 간편하고 입력 영상으로부터 텍스쳐를 직접 획득할 수 있는 장점이 있다.
수동 방식에서는 촬영한 영상 간에 대응되는 특징점들에게 삼각법을 적용하여 3차원 정보를 획득할 수 있다. 삼각법의 적용하여 3차원 좌표를 추출하는 각종 관련 기법으로 카메라 자동보정(camera self calibration) 기법, Harris의 코너 추출 방법, SIFT 기법, RANSAC 기법, Tsai 기법 등이 흔히 채용된다. 특히, 사용자 신체의 3차원 좌표 데이터를 산출하는 방법으로 입체 카메라 법을 이용할 수도 있다. 입체 카메라 법은 인간이 두 개의 눈으로 물체를 보고 변위를 얻는 양안입체 시의 구조와 동일하게 두 개의 다른 점에서 물체 표면의 동일점을 관측하여 그 점에 대한 예상각으로부터 거리를 구하는 방법이다. 상기 언급한 각종 3차원 좌표 산출 기법들은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 용이하게 알 수 있고 구현이 가능한 것들이므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다. 한편, 2차원 이미지를 이용하여 3차원 좌표 데이터를 산출하는 방법과 관련된 특허문헌으로 국내공개특허 제10-0021803호, 제10-2004-0004135호, 제10-2007-0066382호, 제10-2007-0117877호 등 다수가 존재한다.
상기 터치 위치 산출부(30)는 공간좌표 산출부(20)로부터 수신한 제1 공간좌표와 제2 공간좌표를 이용하여 상기 제1 공간좌표와 제2 공간좌표를 연결하는 직선이 상기 표시면과 만나는 접점 좌표 데이터를 산출하는 역할을 수행한다.
일반적으로 사람의 신체 중에서 손가락은 정교하고 섬세한 조작이 가능한 유일한 부분이다. 특히, 손가락 중에서도 엄지 또는 집게손가락 중에서 어느 하나를 사용하거나 두 손가락을 함께 사용할 경우 정교한 포인팅을 수행할 수 있다. 이에 따라 본 발명에서 제1 공간좌표로서 엄지 및/또는 집게손가락의 끝부분을 사용하는 것은 매우 효과적이다.
또한 같은 맥락에서 상기 제1 공간좌표의 역할을 하는 손가락의 끝부분을 대신하여 손가락으로 파지하고 있는 끝이 뾰족한 포인터(예, 펜 끝)를 사용할 수 있다. 이러한 포인터를 사용할 경우 손가락 끝에 비해 사용자 시야로부터 디스플레이를 가리는 부분이 작고 포인터의 뾰족한 끝으로 디스플레이의 매우 작은 부분까지도 정확히 포인팅 할 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명에서는 사용자의 한쪽 눈의 중심점만을 이용한다. 예를 들어 사용자가 두 눈 앞에 집게손가락을 배치시켜 쳐다보면 상기 집게손가락은 2개로 보일 것이다. 이는 사용자 양안이 각각 바라보는 집게손가락의 형상이 서로 다르기 때문에 이와 같은 현상이 발생한다(양안의 각도차에 의한 것임). 그러나 만약 한쪽 눈으로만 집게손가락을 바라본다면 집게손가락이 명확하게 보일 것이다. 또한 굳이 한쪽 눈을 감지 않더라도 의식적으로 한쪽 눈으로만 바라보더라도 집게손가락은 뚜렷하게 볼 수 있다. 사격, 양궁 등과 같이 조준에 있어 고도의 정확성을 요구하는 스포츠 종목의 경우 대부분 한쪽 눈을 감고 조준하는 것도 이와 같은 원리에 따른 것이다.
본 발명에서는 한쪽 눈으로만 손가락 끝(제1 공간좌표)을 바라보았을 때 손가락 끝의 형태를 뚜렷하게 파악할 수 있다는 원리를 채용하는 것이다. 이와 같이 사용자가 제1 공간좌표를 정확히 볼 수 있어야 제1 공간좌표와 일치되는 디스플레이의 특정 영역을 포인팅 할 수 있다.
본 발명에서는 1인 사용자가 손가락 중 어느 하나를 사용하는 경우, 제1 공간좌표는 사용자 손가락 중 어느 하나 손가락의 끝, 상기 사용자가 손가락으로 파지하고 있는 포인터의 끝 중 어느 하나의 3차원 좌표이고, 제2 공간좌표는 사용자의 어느 한쪽 눈의 중심점의 3차원 좌표가 될 것이다.
또한, 1인 사용자가 손가락 중 2개 이상을 사용하는 경우, 상기 제1 공간좌표는 상기 사용자 손가락 중 2개 이상의 손가락의 끝의 3차원 좌표들이고, 상기 제2 공간좌표는 상기 2인 이상 사용자들의 어느 한쪽 눈의 중심점의 3차원 좌표들로 형성될 수 있다.
또한, 2인 이상의 사용자가 사용하는 경우, 제1 공간좌표는 2인 이상 사용자에 의해 제시되는 각자 하나 이상의 손가락의 끝의 3차원 좌표들이고, 제2 공간좌표는 상기 2인 이상 사용자들의 어느 한쪽 눈의 중심점의 3차원 좌표들로 형성될 수 있다.
상기 가상 터치 처리부(40)는 초기 접점 좌표 데이터가 산출된 시간으로부터 설정 시간 이상 상기 접점 좌표 데이터의 변동이 있는지를 판단하여 설정 시간 이상 상기 접점 좌표 데이터의 변동이 없으면 상기 접점 좌표 데이터에 대응되도록 설정된 동작을 수행하는 명령코드를 생성하여 상기 전자기기의 주 제어부(91)로 입력하도록 형성될 수 있다. 가상 터치 처리부(40)는 1인 사용자 2개 손가락 또는 2인 이상의 사용자에 대해서도 마찬가지로 방식으로 처리할 수 있다.
또한 가상 터치 처리부(40)는 초기 접점 좌표 데이터가 산출된 시간으로부터 설정 시간 이상 상기 접점 좌표 데이터의 변동이 있는지를 판단하여 설정 시간 이상 상기 접점 좌표 데이터의 변동이 없으면, 제1 공간좌표와 제2 공간좌표 사이에 설정 거리 이상의 거리 변화 발생 유무를 판단하여 설정 거리 이상의 거리 변화가 발생한 경우에는 상기 접점 좌표 데이터에 대응되도록 설정된 동작을 수행하는 명령코드를 생성하여 상기 전자기기의 주 제어부(91)로 입력하도록 형성될 수 있다. 가상 터치 처리부(40)는 1인 사용자 2개 손가락 또는 2인 이상의 사용자에 대해서도 마찬가지로 방식으로 처리할 수 있다.
한편, 상기 접점 좌표 데이터의 변동이 상기 디스플레이(90)의 설정영역 범위 내인 것으로 판단되면 상기 접점 좌표 데이터들의 변동이 없는 것으로 간주되도록 형성될 수 있다. 즉, 사용자가 손가락 끝 또는 포인터의 끝으로 디스플레이를 포인팅 할 때 신체 특성상 신체 또는 손가락에 당연히 약간의 움직임 또는 떨림이 있으므로 사용자가 접점 좌표를 그대로 유지하는 것은 매우 어렵다. 따라서 상기 접점 좌표 데이터 값이 디스플레이의 설정 영역 범위 안에 존재할 때는 상기 접점 좌표 데이터의 변동이 없는 것으로 간주하여 설정된 동작을 수행하는 명령코드를 생성하여 전자기기의 주 제어부(91)로 입력하도록 할 수 있다.
본 발명에 따른 원격 조정의 대상이 되는 전자기기 중 대표적인 것으로 디지털텔레비젼을 들 수 있다. 일반적으로 디지털텔레비전 수신기는 방송신호 수신부, 영상신호 처리부, 시스템 제어부 등을 별도로 구비하고 있으나 이러한 구성요소들은 당업자에게는 지극히 자명한 사실이므로 여기서는 이들에 상세한 설명을 생략한다. 본 발명에 따른 원격 조정의 대상이 되는 기타 전자기기로는 가전 기기 뿐만 아니라 조명기기, 가스기기, 난방기기, 방법기기 등 홈 네트워킹을 구성하고 각종 전자기기들도 본 발명에 의한 원격 조정 대상이 될 수 있다.
본 발명에 따른 가상 터치 장치(1)는 원격 조정의 대상이 되는 전자기기 프레임 상단에 삽입되어 설치될 수 있고, 또한 전자기기와 별도로 분리되어 설치될 수도 있다.
도 2 는 본 발명의 실시예에 따라 사용자가 전자기기 디스플레이(90) 상에서 특정 아이콘을 선택하는 도면이다. 사용자는 한쪽 눈으로 손가락 끝을 보면서 디스플레이(90)상에서 '음악' 아이콘을 선택한다. 공간좌표 산출부(20)에서는 사용자 신체의 3차원 공간좌표를 생성하고, 터치 위치 산출부(30)는 손가락 끝의 3차원 좌표 데이터(X1, Y1, Z1)와 한쪽 눈의 중심점의 3차원 좌표 데이터(X2, Y2, Z2)를 처리하여 디스플레이 표시면과의 접점 좌표(X, Y, Z)를 산출한다. 이후 가상 터치 처리부(40)는 접점 좌표 데이터(X, Y, Z)에 대응되도록 설정된 동작을 수행하는 명령코드를 생성하여 상기 전자기기의 주 제어부(91)로 입력한다. 주 제어부(91)는 상기 명령코드를 수행한 결과를 디스플레이(90)에 표시하도록 제어한다. 도 2 에서는 '음악' 아이콘 메뉴를 선택하였다.
사용자는 도 2 에서 '음악' 아이콘 메뉴를 선택한 후 나타나는 노래 곡명에 대한 서브 메뉴, 그 하부를 순차로 선택함으로써 디스플레이에 표시한 화면에서 특정 곡을 선택할 수 있다.
한편, 터치 위치 산출부(30)는 손가락 끝의 3차원 좌표데이터(X1, Y1, Z1)와 한쪽 눈의 중심점의 3차원 좌표 데이터(X2, Y2, Z2)가 일정한 조건(Z 좌표값의 변동)에 해당될 때에만 디스플레이 표시면과의 접점 좌표(X, Y, Z)에 대응되도록 설정된 동작을 수행하는 명령코드를 생성하여 상기 전자기기의 주 제어부(91)로 입력한다.
즉, 터치 위치 산출부(30)가 초기 접점 좌표 데이터가 산출된 시간으로부터 설정 시간 이상 상기 접점 좌표 데이터의 변동이 있는지를 판단하여 설정 시간 이상 상기 접점 좌표 데이터의 변동이 없을 경우에만 상기 접점 좌표 데이터에 대응되도록 설정된 동작을 수행하는 명령코드를 생성하여 상기 전자기기의 주 제어부(91)로 입력한다.
또한, 가상 터치 처리부(40)는 초기 접점 좌표 데이터가 산출된 시간으로부터 설정 시간 이상 상기 접점 좌표 데이터의 변동이 있는지를 판단하여 설정 시간 이상 상기 접점 좌표 데이터의 변동(X와 Y 좌표값)이 없으면, 제1 공간좌표와 제2 공간좌표 사이에 설정 거리 이상의 거리 변화 발생 유무를 판단하여 설정 거리 이상의 거리 변화(Z 좌표값의 변화)가 발생한 경우에는 상기 접점 좌표 데이터에 대응되도록 설정된 동작을 수행하는 명령코드를 생성하여 상기 전자기기의 주 제어부(91)로 입력한다.
그리고, 1 사용자가 2개의 손가락 끝을 사용하여 전자기기 디스플레이 표시면에 2개의 접점 좌표, (Xa, Ya, Za)와 (Xb, Yb, Zb)를 갖는 경우를 있을 수 있다. 사용자가 표시면에 2개의 접점 좌표를 가지면서 전자기기 동작을 제어하는 예로는 게임 등에서 흔히 볼 수 있을 것이다. 또한 사용자가 2개의 손가락 끝을 사용할 경우 디스플레이 표시면에서 이미지를 조작(이동, 회전, 축소, 확대 등)할 때에도 매우 유용할 것이다.
나아가 2 사용자가 각자 1개의 손가락 끝을 사용하여 전자기기 디스플레이 표시면에 2개의 접점 좌표, (Xa, Ya, Za)와 (Xb, Yb, Zb)를 갖는 경우도 있다. 2명의 사용자가 표시면에 2개의 접점 좌표를 가지면서 각각 전자기기 동작을 제어하는 예로는 게임 등에서 흔히 볼 수 있을 것이다.
도 3 은 본 발명에 따라 전자기기 디스플레이 표시면 둘레를 가상 평면으로 설정하고 그 선택 영역을 8 등분한 것을 제시한 화면이다. 사용자는 제1번 영역을 선택하였다. 이와 같이 디스플레이 둘레의 가상 평면은 4 등분, 6 등분, 8 등분 등 다양하게 구획할 수 있다. 바람직하기로는 8 등분하는 것이 사용자의 기억력 등을 위해 더 효과적일 수 있다. 물론 조작의 다양성을 위해 더 많은 구획이 가능하다.
또한, 전자기기 디스플레이 표시면 둘레를 가상 평면으로 설정함으로써 전자기기 조작을 위한 선택 영역을 넓게 가짐으로써 전자기기의 조작이 신속하게 될 수 있다.
이러한 본 발명의 전자기기 조작 방법은 터치패널과 같은 조작감 제공, 디스플레이 표시면 둘레를 사용함에 따른 조작 영역의 확대, 디스플레이에 조작 화면 불노출의 기술적 효과를 가진다.
제 2 실시예
도 4 은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 가상 터치 장치를 나타낸 블록 구성도이다.
도 4 을 참조하면, 가상 터치 장치(1)는 사용자 신체의 3차원 좌표 데이터를 추출하는 3차원 좌표 산출장치(10) 및 제어부(20)를 포함한다.
상기 3차원 좌표 산출장치(10)는 기존에 공지된 여러 3차원 좌표 추출 방법에 의해 사용자의 신체의 3차원 좌표를 산출할 수 있다. 이러한 3차원 좌표추출의 대표적인 방식으로는 광학적인 삼각 측량법과 시간지연측정법으로 나누어 볼 수 있다. 광학적인 삼각측량 기법의 하나인 구조광을 이용한 능동적 방식의 3차원 정보 획득 기법은 프로젝터를 사용하여 코드화된 패턴영상을 연속적으로 투영하고 카메라를 통해 구조광이 투영된 장면의 영상을 획득함으로써 3차원 위치를 추정하는 방법이다.
또한, 시간지연측정법은 발신기로부터 발생한 초음파가 물체에 의해 반사되어 수신기에 도달하는 시간차(Time of Flight)를 초음파의 진행 속도로 나누어 거리로 환산함으로써 3D 정보를 획득하는 기법이다. 그 밖에도 시간지연측정법(Time of Flight)을 이용하는 3차원 좌표 산출 방법이 기존에 다양하게 존재하고, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게는 용이하게 구현이 가능하므로 이 부분에 대한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명에 따른 3차원 좌표 산출장치(10)는 조명어셈블리(11), 영상획득부(12) 및 공간좌표 산출부(13)를 포함하여 구성될 수 있다. 조명어셈블리(12)는 광원(111)과 산광기(112)를 포함하며 사용자 신체에 스페클패턴을 투영한다. 영상획득부(12)는 이미지센서(121)와 렌즈(122)로 구성되어 상기 조명어셈블리에 의해 투영된 상기 사용자 상의 스페클 패턴을 캡쳐한다. 이미지 센서(121)는 일반적으로 CCD 또는 CMOS 기반의 이미지 센서가 사용될 수 있다. 또한 공간좌표 산출부(13)는 영상획득부(12)가 획득된 영상을 처리하여 상기 사용자 신체의 3차원 좌표 데이터를 산출하는 역할을 수행한다.
상기 제어부(20)는 터치 위치 산출부(21)와 가상 터치 산출부(22)로 구성된다.
이때, 상기 터치 위치 산출부(21)는 3차원 좌표 산출장치(10)로부터 수신한 제1 공간좌표와 제2 공간좌표를 이용하여 상기 제1 공간좌표와 제2 공간좌표를 연결하는 직선이 상기 표시면과 만나는 접점 좌표 데이터를 산출하는 역할을 수행한다.
일반적으로 사람의 신체 중에서 손가락은 정교하고 섬세한 조작이 가능한 유일한 부분이다. 특히, 손가락 중에서도 엄지 또는 집게손가락 중에서 어느 하나를 사용하거나 두 손가락을 함께 사용할 경우 정교한 포인팅을 수행할 수 있다. 이에 따라 본 발명에서 제1 공간좌표로서 엄지 및/또는 집게손가락의 끝부분을 사용하는 것은 매우 효과적이다.
또한 같은 맥락에서 상기 제1 공간좌표의 역할을 하는 손가락의 끝부분을 대신하여 손가락으로 파지하고 있는 끝이 뾰족한 포인터(예, 펜 끝)를 사용할 수 있다. 이러한 포인터를 사용할 경우 손가락 끝에 비해 사용자 시야로부터 디스플레이를 가리는 부분이 작고 포인터의 뾰족한 끝으로 디스플레이의 매우 작은 부분까지도 정확히 포인팅 할 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명에서는 사용자의 한쪽 눈의 중심점만을 이용한다. 예를 들어 사용자가 두 눈 앞에 집게손가락을 배치시켜 쳐다보면 상기 집게손가락은 2개로 보일 것이다. 이는 사용자 양안이 바라보는 집게손가락의 형상이 서로 다르기 때문에 이와 같은 현상이 발생한다(양안의 각도차에 의한 것임). 그러나 만약 한쪽 눈으로만 집게손가락을 바라본다면 집게손가락이 명확하게 보일 것이다. 또한 굳이 한쪽 눈을 감지 않더라도 의식적으로 한쪽 눈으로만 바라보더라도 집게손가락은 뚜렷이 보일 것이다. 사격, 양궁 등과 같이 조준에 있어 고도의 정확성을 요구하는 스포츠 종목의 경우 대부분 한쪽 눈을 감고 조준하는 것도 이와 같은 원리에 따른 것이다.
본 발명에서는 한쪽 눈으로만 손가락 끝(제1 공간좌표)을 바라보았을 때 손가락 끝의 형태를 뚜렷하게 파악할 수 있다는 원리를 채용하는 것이다. 이와 같이 사용자가 제1 공간좌표를 정확히 볼 수 있어야 제1 공간좌표와 일치되는 디스플레이의 특정 영역을 포인팅 할 수 있다.
본 발명에서는 1인 사용자가 손가락 중 어느 하나를 사용하는 경우, 제1 공간좌표는 사용자 손가락 중 어느 하나 손가락의 끝, 상기 사용자가 손가락으로 파지하고 있는 포인터의 끝 중 어느 하나의 3차원 좌표이고, 제2 공간좌표는 사용자의 어느 한쪽 눈의 중심점의 3차원 좌표가 될 것이다.
또한, 1인 사용자가 손가락 중 2개 이상을 사용하는 경우, 상기 제1 공간좌표는 2인 이상 사용자에 의해 제시되는 각자 하나 이상의 손가락의 끝의 3차원 좌표들이고, 상기 제2 공간좌표는 상기 2인 이상 사용자들의 어느 한쪽 눈의 중심점의 3차원 좌표들로 형성될 수 있다.
또한, 2인 이상의 사용자가 사용하는 경우, 제1 공간좌표는 2인 이상 사용자에 의해 제시되는 각자 하나 이상의 손가락의 끝의 3차원 좌표들이고, 제2 공간좌표는 상기 2인 이상 사용자들의 어느 한쪽 눈의 중심점의 3차원 좌표들로 형성될 수 있다.
본 발명에 있어서, 가상 터치 처리부(22)는 초기 접점 좌표 데이터가 산출된 시간으로부터 설정 시간 이상 상기 접점 좌표 데이터의 변동이 있는지를 판단하여 설정 시간 이상 상기 접점 좌표 데이터의 변동이 없으면 상기 접점 좌표데이터에 대응되도록 설정된 동작을 수행하는 명령코드를 생성하여 상기 전자기기의 주 제어부(31)로 입력하도록 형성될 수 있다. 가상 터치 처리부(22)는 1인 사용자 2개 손가락 또는 2인 이상의 사용자에 의해서도 마찬가지로 방식으로 처리할 수 있다.
또한 본 발명에 있어서, 가상 터치 처리부(22)는 초기 접점 좌표 데이터가 산출된 시간으로부터 설정 시간 이상 상기 접점 좌표 데이터의 변동이 있는지를 판단하여 설정 시간 이상 상기 접점 좌표 데이터의 변동이 없으면, 제1 공간좌표와 제2 공간좌표 사이에 설정 거리 이상의 거리 변화 발생 유무를 판단하여 설정 거리 이상의 거리 변화가 발생한 경우에는 상기 접점 좌표 데이터에 대응되도록 설정된 동작을 수행하는 명령코드를 생성하여 상기 전자기기의 주 제어부(31)로 입력하도록 형성될 수 있다. 가상 터치 처리부(22)는 1인 사용자 2개 손가락 또는 2인 이상의 사용자에 의해서도 마찬가지로 방식으로 처리할 수 있다.
한편, 상기 접점 좌표 데이터의 변동이 상기 디스플레이(30)의 설정영역 범위 내인 것으로 판단되면 상기 접점 좌표 데이터들의 변동이 없는 것으로 간주되도록 형성될 수 있다. 즉, 사용자가 손가락 끝 또는 포인터의 끝으로 디스플레이를 포인팅 할 때 신체 특성상 신체 또는 손가락에 당연히 약간의 움직임 또는 떨림이 있으므로 사용자가 접점 좌표를 그대로 유지하는 것은 매우 어렵다. 따라서 상기 접점 좌표 데이터 값이 디스플레이의 설정 영역 범위 안에 존재할 때는 상기 접점 좌표 데이터의 변동이 없는 것으로 간주하여 설정된 동작을 수행하는 명령코드를 생성하여 전자기기의 주 제어부(31)로 입력하도록 할 수 있다.
본 발명에 따른 원격 조정의 대상이 되는 전자기기 중 대표적인 것으로 디지털텔레비젼을 들 수 있다. 일반적으로 디지털텔레비전 수신기는 방송신호 수신부, 영상신호 처리부, 시스템 제어부 등을 별도로 구비하고 있으나 이러한 구성요소들은 당업자에게는 지극히 자명한 사실이므로 여기서는 이들에 상세한 설명을 생략한다. 본 발명에 따른 원격 조정의 대상이 되는 기타 전자기기로는 가전 기기 뿐만 아니라 조명기기, 가스기기, 난방기기, 방법기기 등 홈 네트워킹을 구성하고 각종 전자기기들도 본 발명에 의한 원격 조정 대상이 될 수 있다.
본 발명에 따른 가상 터치 장치(1)는 원격 조정의 대상이 되는 전자기기 프레임 상단에 삽입되어 설치될 수 있고, 또한 전자기기와 별도로 분리되어 설치될 수도 있다.
도 5 는 본 발명의 실시예에 따라 사용자가 전자기기 디스플레이(30) 상에서 특정 아이콘을 선택하는 도면이다. 사용자는 한쪽 눈으로 손가락 끝을 보면서 디스플레이(30)상에서 '음악' 아이콘을 선택한다. 3차원 좌표 산출장치(10)에서는 사용자 신체의 3차원 공간좌표를 생성하고, 제어부(20)의 터치 위치 산출부(21)는 손가락 끝의 3차원 좌표 데이터(X1, Y1, Z1)와 한쪽 눈의 중심점의 3차원 좌표 데이터(X2, Y2, Z2)를 처리하여 디스플레이 표시면과의 접점 좌표(X, Y, Z)를 산출한다. 이후 가상 터치 처리부(22)는 접점 좌표 데이터(X, Y, Z)에 대응되도록 설정된 동작을 수행하는 명령코드를 생성하여 상기 전자기기의 주 제어부(31)로 입력한다. 주 제어부(31)는 상기 명령코드를 수행한 결과를 디스플레이(30)에 표시하도록 제어한다. 도 5 에서는 '음악' 아이콘 메뉴를 선택하였다.
이제 사용자가 도 5 에서 '음악' 아이콘 메뉴를 선택한 후 나타나는 노래 곡명에 대한 서브 메뉴와 음악 서브 메뉴 중에서 순차적으로 특정 곡을 선택한다.
여기서, 제어부(20)의 터치 위치 산출부(21)는 손가락 끝의 3차원 좌표 데이터(X1, Y1, Z1)와 한쪽 눈의 중심점의 3차원 좌표 데이터(X2, Y2, Z2)가 일정한 조건(Z 좌표값의 변동)에 해당될 때에만 디스플레이 표시면과의 접점 좌표(X, Y, Z)에 대응되도록 설정된 동작을 수행하는 명령코드를 생성하여 상기 전자기기의 주 제어부(31)로 입력한다.
그런데 터치 위치 산출부(21)가 초기 접점 좌표 데이터가 산출된 시간으로부터 설정 시간 이상 상기 접점 좌표 데이터의 변동이 있는지를 판단하여 설정 시간 이상 상기 접점 좌표 데이터의 변동이 없을 경우에만 상기 접점 좌표 데이터에 대응되도록 설정된 동작을 수행하는 명령코드를 생성하여 상기 전자기기의 주 제어부(31)로 입력한다.
그리고 가상 터치 처리부(22)는 초기 접점 좌표 데이터가 산출된 시간으로부터 설정 시간 이상 상기 접점 좌표 데이터의 변동이 있는지를 판단하여 설정 시간 이상 상기 접점 좌표 데이터의 변동(X와 Y 좌표값)이 없으면, 제1 공간좌표와 제2 공간좌표 사이에 설정 거리 이상의 거리 변화 발생 유무를 판단하여 설정 거리 이상의 거리 변화(Z 좌표값의 변화)가 발생한 경우에는 상기 접점 좌표 데이터에 대응되도록 설정된 동작을 수행하는 명령코드를 생성하여 상기 전자기기의 주 제어부(31)로 입력한다.
또한, 1 사용자가 2개의 손가락 끝을 사용하여 전자기기 디스플레이 표시면에 2개의 접점 좌표, (Xa, Ya, Za)와 (Xb, Yb, Zb)를 갖는 경우도 있다. 사용자가 표시면에 2개의 접점 좌표를 가지면서 전자기기 동작을 제어하는 예로는 게임 등에서 흔히 볼 수 있을 것이다. 또한 사용자가 2개의 손가락 끝을 사용할 경우 디스플레이 표시면에서 이미지를 조작(이동, 회전, 축소, 확대 등)할 때에도 매우 유용할 것이다.
나아가 2 사용자가 각자 1개의 손가락 끝을 사용하여 전자기기 디스플레이 표시면에 2개의 접점 좌표, (Xa, Ya, Za)와 (Xb, Yb, Zb)를 갖는 경우도 있다. 2명의 사용자가 표시면에 2개의 접점 좌표를 가지면서 각각 전자기기 동작을 제어하는 예로는 게임 등에서 흔히 볼 수 있을 것이다.
도 6 은 본 발명에 따라 전자기기 디스플레이 표시면 둘레를 가상 평면으로 설정하고 그 선택 영역을 8 등분한 것을 제시한 화면이다. 사용자는 제1번 영역을 선택하였다. 이와 같이 디스플레이 둘레의 가상 평면은 4 등분, 6 등분, 8 등분 등 다양하게 구획할 수 있다. 바람직하기로는 8 등분하는 것이 사용자의 위치 기억 등을 위해 더 효과적일 수 있다. 물론 조작의 다양성을 위해 더 많은 구획이 가능하다.
또한, 전자기기 디스플레이 표시면 둘레를 가상 평면으로 설정함으로써 전자기기 조작을 위한 선택 영역을 넓게 가짐으로써 전자기기의 조작이 신속하게 될 수 있다.
이러한 본 발명의 전자기기 조작 방법은 터치패널과 같은 조작감 제공, 디스플레이 표시면 둘레를 사용함에 따른 조작 영역의 확대, 디스플레이에 조작 화면 불노출의 기술적 효과를 가진다.
상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (4)

  1. 서로 다른 위치에 배치되는 2개 이상의 이미지 센서로 구성되며 상기 표시면 전방의 사용자 신체를 촬영하는 영상획득부와, 상기 영상획득부로부터 수신한 영상을 이용하여 상기 사용자 신체의 3차원 좌표 데이터를 산출하는 공간좌표 산출부와, 상기 공간좌표 산출부로부터 수신한 제1 공간좌표와 제2 공간좌표를 이용하여 상기 제1 공간좌표와 제2 공간좌표를 연결하는 직선이 상기 표시면 둘레의 가상 평면과 만나는 접점 좌표 데이터를 산출하는 터치 위치 산출부 및 상기 터치 위치 산출부로부터 수신된 상기 접점 좌표 데이터에 대응되도록 설정된 동작을 수행하는 명령코드를 생성하여 상기 전자기기의 주 제어부로 입력하는 가상 터치 처리부로 구성되는 가상 터치 장치를 통해,
    (A) 손가락 끝의 3차원 좌표 데이터(X1, Y1, Z1)와 한쪽 눈의 중심점의 3차원 좌표 데이터(X2, Y2, Z2)를 처리하여 디스플레이 표시면 둘레의 가상 평면과, 손가락 끝점과, 한쪽 눈의 접점을 각각 검출하는 단계와,
    (B) 상기 검출된 손가락 끝점의 깊이 변화, 궤적의 변화, 유지시간 및 변화의 속도 중 적어도 하나를 산출하는 단계와,
    (C) 산출된 손가락 끝점의 깊이 변화, 궤적의 변화, 유지시간 및 변화의 속도 중 적어도 하나를 기반으로 전자기기의 조작이 가능하고, 또한 터치패널의 특정 부분을 터치하는 것과 같이 해당 영역을 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포인터를 사용하지 않는 가상 터치 장치에서의 디스플레이 표시면 주변의 가상 평면을 사용하여 전자기기를 제어하는 방법.
  2. 사용자 신체의 3차원 좌표 데이터를 추출하는 3차원 좌표 산출장치와, 상기 3차원 좌표 산출장치로부터 수신한 제1 공간좌표와 제2 공간좌표를 이용하여 상기 제1 공간좌표와 제2 공간좌표를 연결하는 직선이 상기 표시면과 만나는 접점 좌표 데이터를 산출하는 터치 위치 산출부 및 상기 터치 위치 산출부로부터 수신된 상기 접점 좌표 데이터에 대응되도록 설정된 동작을 수행하는 명령코드를 생성하여 상기 전자기기의 주 제어부로 입력하는 가상 터치 처리부를 포함하는 제어부로 구성되는 가상 터치 장치를 통해,
    (A) 손가락 끝의 3차원 좌표 데이터(X1, Y1, Z1)와 한쪽 눈의 중심점의 3차원 좌표 데이터(X2, Y2, Z2)를 처리하여 디스플레이 표시면 둘레의 가상 평면과, 손가락 끝점과, 한쪽 눈의 접점을 각각 검출하는 단계와,
    (B) 상기 검출된 손가락 끝점의 깊이 변화, 궤적의 변화, 유지시간 및 변화의 속도 중 적어도 하나를 산출하는 단계와,
    (C) 산출된 손가락 끝점의 깊이 변화, 궤적의 변화, 유지시간 및 변화의 속도 중 적어도 하나를 기반으로 전자기기의 조작이 가능하고, 또한 터치패널의 특정 부분을 터치하는 것과 같이 해당 영역을 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포인터를 사용하지 않는 가상 터치 장치에서의 디스플레이 표시면 주변의 가상 평면을 사용하여 전자기기를 제어하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 가상 평면은 전자기기 디스플레이의 상단, 하단, 좌측면, 우측면의 4개의 선택 영역으로 구분되는 것을 특징으로 하는 포인터를 사용하지 않는 가상 터치 장치에서의 디스플레이 표시면 주변의 가상 평면을 사용하여 전자기기를 제어하는 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 가상 평면은 전자기기 디스플레이의 상단, 하단, 좌측면, 우측면의 8개의 선택 영역으로 구분되는 것을 특징으로 하는 포인터를 사용하지 않는 가상 터치 장치에서의 디스플레이 표시면 주변의 가상 평면을 사용하여 전자기기를 제어하는 방법.
KR1020120127067A 2012-11-12 2012-11-12 포인터를 사용하지 않는 가상 터치 장치에서의 디스플레이 표시면 둘레의 가상 평면을 사용하여 전자기기를 제어하는 방법 KR101441882B1 (ko)

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