KR101459445B1 - 차량내 손목각을 이용한 사용자 인터페이스 조작 시스템 및 방법 - Google Patents

차량내 손목각을 이용한 사용자 인터페이스 조작 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 손목각을 이용한 사용자 인터페이스 조작 방법은, 탑승자를 촬영한 영상을 입력 받는 단계; 상기 촬영한 영상에서 손목각의 변화를 추출하여 손목 제스처를 인식하는 단계; 및 상기 인식된 손목 제스처 정보에 대응하는 차량 기기 조작을 선택하는 단계를 포함한다.
따라서, 전방을 주시하면서 탑승자의 한 손은 스티어링 휠을 조작하면서 다른 한 손의 움직임으로 차량 내부의 다양한 전자 장치들을 제어할 수 있어 탑승자의 편의성과 안전성이 향상된다.

Description

차량내 손목각을 이용한 사용자 인터페이스 조작 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR PROVIDING A USER INTERFACE USING WRIST ANGLE IN A VEHICLE}
본 발명은 손목각을 이용하여 차량 탑승자의 제스처를 인식하여 차량 내부의 기기들을 제어하는 사용자 인터페이스 조작 방법에 관한 것이다.
최근의 차량은 내부에 탑승자의 편의를 위해 다양한 전자 장치들이 탑재된다. 기존의 라디오, 에어컨 위주의 전자장치에서 네비게이션 시스템, 휴대전화 핸즈프리 시스템 등의 전자장치들이 탑재되고 있다.
기존 차량 내부의 전자 장치들은 지정된 버튼을 통해 사용자 인터페이스를 제공하며, 최근에는 터치 스크린의 사용도 보편화 되었다. 이러한 장치들은 탑승자가 손으로 직접 접촉하여 조작하여야 한다. 또한, 이러한 동작은 탑승자의 시선과 손 동작에 기반을 두고 있기 때문에 안전 운전에 방해가 될 수 있다.
따라서 운전에 방해를 주지 않으면서도 사용자의 편리성을 위한 인터페이스 기술 개발이 필요한 실정이다.
이러한 문제를 해결하기 위해 종래에는 초음파 센서를 이용하여 거리를 측정하고 속도를 검출하여 손의 위치나 모션을 인식하였다.
또한, 적외선 빔을 이용하여 손으로 가리거나 반사된 신호를 검출하여 손의 유무 또는 손위 위치를 간접적으로 검출하였다.
또한, 정전용량 센서를 이용하여 손의 근접을 전기적으로 인식하여 가까운 거리에 근접했음을 인식하였다.
최근에는 몸의 전도성을 이용하여 안테나처럼 전파 발신과 수신을 통해 제스처를 인식하는 기술도 공개되었다.
카메라를 이용한 방법에서는 손 모양을 인식하거나 손의 이동을 인식하여 제스쳐를 인식하였다.
이와 같은 종래의 핸드 제스처 인식방법은 손의 모양을 보거나 손을 검출하고 모션을 인식하는 기술로 구성되어 있다.
그러나 이러한 종래의 방식은 손 모양에 대한 자유도가 높고, 손의 밝기나 색상이 주변과 비슷한 이유로 인식률이 낮은 단점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 종래의 단점을 해결하고자 하는 것으로 차량내의 카메라를 이용하여 촬영한 영상정보로부터 탑승자의 손목각을 추출하고, 손목각을 이용하여 제스처를 인식하고 이에 따라 차량 내부의 다양한 전자 장치들을 제어할 수 있는 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 특징에 따른 차량 내 손목각을 이용한 사용자 인터페이스 조작 방법은,
차량내 손목각을 이용한 사용자 인터페이스 조작 방법에 있어서,
탑승자를 촬영한 영상을 입력 받는 단계;
상기 촬영한 영상에서 탑승자의 팔 및 손 형태를 검출하여 손목각을 계산하고, 계산된 손목각 변화에 대응하는 손목 제스처 정보를 인식하는 단계; 및
상기 인식된 손목 제스처 정보에 대응하는 차량 기기 조작을 선택하는 단계를 포함한다.
상기 촬영한 영상에서 탑승자의 손목 제스처 정보를 인식하는 단계는,
상기 촬영한 영상에서 탑승자의 팔 및 손 형태를 검출하는 단계;
검출된 팔 및 손의 위치로부터 손목각을 계산하는 단계;
상기 단계를 소정시간 반복하여 계산된 손목각 변화를 생성하는 단계;'
상기 계산된 손목각 변화에 대응하는 손목 제스처 정보를 인식하는 단계를 포함한다.
상기 계산된 손목각 변화에 대응하는 손목 제스처 정보를 인식하는 단계는,
상기 계산된 손목각 변화에 매칭되는 손목 제스처 정보가 정보 데이터베이스에 저장되어 있는지 판단하는 단계;
계산된 손목각 변화에 매칭되는 손목 제스처 정보가 정보 데이터베이스에 저장되어 있으면, 상기 저장된 손목 제스처 정보를 상기 탑승자의 손목 제스처 정보로 인식하는 단계를 포함한다.
상기 탑승자를 촬영한 영상을 입력 받는 단계 이전에,
손목 제스처 인식 기능 사용 요청을 판단하는 단계를 더 포함하고,
손목 제스처 인식 기능 사용 요청이 있으면, 상기 탑승자를 촬영한 영상을 입력 받는 단계를 수행한다.
상기 방법은,
상기 손목 제스처 인식 기능 사용 종료 요청을 판단하는 단계;
상기 손목 제스처 인식 기능 사용 종료 요청이 있으면, 상기 손목 제스처 인식 기능을 사용 종료하는 단계를 더 포함한다.
이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 특징에 따른 차량 내 손목각을 이용한 사용자 인터페이스 조작 시스템은,
차량 내 손목각을 이용한 사용자 인터페이스 조작 시스템에 있어서,
탑승자를 촬영하는 영상 촬영부;
상기 영상 촬영부에 의해 촬영되는 영상을 저장하는 영상 저장부;
인식 가능한 손목 제스처 정보 및 그에 대응하는 기기조작정보를 저장하고 있는 정보 데이터베이스; 및
상기 영상 촬영부로부터의 입력 신호 및 상기 영상 저장부에 저장된 누적 영상 정보를 기초로 차량 기기 조작을 제어하는 전자제어유닛을 포함하되,
상기 전자제어유닛은, 상기 방법을 수행하기 위한 일련의 명령을 실행한다.
상기 시스템은,
탑승자로부터 손목 제스처 인식 기능 사용을 위한 요청 신호를 입력받아 상기 전자제어유닛으로 전달하는 입력부; 및
상기 전자제어유닛의 차량 기기 조작 내용을 표시하는 출력부를 더 포함한다.
본 발명의 실시예에서는 손목을 이용하여 제스처를 표현하므로 탑승자가 골격구조상 편리하게 제스처를 표현할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 손 모양 인식에 제한이 없어 자유로운 제스처 인식이 가능하다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 탑승자의 한 손은 스티어링 휠을 조작하고 시야는 전방을 주시하면서도 다른 한손의 간단한 움직임으로 차량 내부의 다양한 전자 장치들을 제어할 수 있어 탑승자의 편의성과 운전 안전성이 향상된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량 내 손목각을 이용한 사용자 인터페이스 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 전자제어유닛의 구성도이다.
도 3은 손목각 측정과 손끝점 벡터의 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 손목 제스처에 대응되는 동작의 예시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 차량 내 손목각을 이용한 사용자 인터페이스 조작 방법에 대한 순서도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성은 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 손목각을 이용한 사용자 인터페이스 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 손목각을 이용한 사용자 인터페이스(User Interface; UI) 장치는 입력부(100), 영상 촬영부(110), 정보 데이터베이스(120), 타이머(160), 영상 저장부(150), 전자제어유닛(130)(Electronic Control Unit; ECU), 출력부(140)을 포함한다.
입력부(100)는 버튼, 터치스크린 등을 포함한다. 여기서 입력은 버튼이나 터치스크린을 통하여 입력 신호를 발생시키는 것으로 설명하나, 다른 입력 방법으로 음성, 제스처 등이 가능하다.
영상 촬영부(110)는 카메라, 광센서, 초음파센서, 이미지 센서 등을 포함하고, 탑승자의 신체를 촬영할 수 있다. 상기 영상 촬영부(110)의 위치는 스티어링휠 옆, 아래 또는 위 모두 가능하며, 사용자의 손, 다리 등 신체 영상을 촬영하기에 좋은 자리이면 된다.
영상 저장부(150)는 영상 촬영부(110)에서 촬영되는 영상의 프레임을 누적하여 저장하거나 전자제어유닛(130)에서 처리된 영상을 저장할 수도 있다..
타이머(160)는 시간을 체크한다.
정보 데이터베이스(120)는 미리 정의된 다양한 손목각의 변화에 대응되는 손목 제스처 정보를 저장한다. 또한, 필요에 따라서는 손목 제스처 정보에 대응하는 기기 조작 정보를 저장한다.
예를 들면, 도 4와 같이, 손목이 왼쪽 플리킹, 오른쪽 플리킹, 웨이브, 회전 등의 동작을 할 경우에 선택할 수 있는 차량 기기 조작은 좌우 노래선곡, 전원 온/오프, 볼륨 업/다운 등의 기기조작이 가능하며, 이외에도 다양한 손목 제스쳐에 대해 음악정지, 음악 온/오프, 음악 일시정지, 에이컨 온/오프 조작 등 다양한 기기 조작이 가능하다.
상기 저장된 손목 제스처 정보는 일반적으로 정의되어 있는 제스처에 대하여 미리 설정되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 정보 데이터베이스(120)는 탑승자에 의해 등록된 손목 제스처 정보를 저장한다. 탑승자는 다양한 손목각의 변화 정보를 선정하여 손목 제스처로서 저장할 수 있다.
즉, 탑승자마다 각각 다른 신체 예를 들면, 손목각의 변화 정보를 손목 제스처로 오류 없이 인식하도록 탑승자가 직접 자신의 손목각의 변화 정보를 손목 제스처를 입력하는 것이 바람직하다.
전자제어유닛(130)은 영상 촬영부(110)로부터 입력되는 영상에서 손 및 팔을 검출하고, 이로 부터 손목각을 계산한다. 이렇게 계산된 손목각을 반복 누적함으로써 손목각의 변화를 계산할 수 있다.
또한, 현재 영상 프레임과 영상 저장부(150)에 저장된 이전 영상 프레임을 비교하여 손목각의 변화를 검출할 수도 있다.
이러한 손목각 변화 생성 방법은 다양하게 변형이 가능하며, 다른 방법으로도 손목각의 변화 정보를 검출할 수 있다.
도 2를 참조하면, 전자제어유닛(130)은 영상 처리모듈(132), 손목각 추출모듈(133), 제스처 인식모듈(134), 기기조작 모듈(135)을 포함한다.
영상 처리모듈(132)은 카메라의 영상을 처리한다.
또한, 영상 처리모듈(132)은 상기 입력부(100)의 입력 신호에 따라 손목 제스처 인식 기능을 사용할지 여부를 결정한다. 즉, 상기 전자제어유닛(130)의 영상 처리모듈(132)은 손목 제스처 인식 기능을 사용 또는 종료하라는 입력 신호가 있으면, 상기 영상 촬영부(110)를 제어하여 운전자 촬영을 시작 또는 종료한다. 이때, 사용자의 한손이 움직이는 활동 영역을 촬영하도록 할 수도 있다.
손목각 추출모듈(133)은 인체 영상을 기초로 영상 처리를 할 수도 있다. 즉, 상기 탑승자의 인체 영상중 실상과 허상에서 인체 주변 이미지를 제거하고, 추출된 이미지를 머리, 몸통, 팔, 손, 다리로 구분하여 모델링한다. 상기 모델링한 손 이미지 및 팔 이미지에서 좁고 넓은 형태로부터 직선 성분을 구한다. 이러한 예를 도 3에 도시하였다.
도 3을 참조하면, 이러한 손 및 팔의 직선 성분 간의 각도는 손목각으로 정의될 수 있다.
손과 팔의 구분은 도 3의 팔 시작점에서 팔의 외곽선을 따라 거리를 측정하여 가장 먼점을 손끝점으로 본다. 그리고 손끝점에 대해 외곽선의 곡류이 큰 부분을 손목점으로 검출한다.
그리고 손목 각도를 구하는 다른 방법은 손 끝점에 대해 팔 시작점 벡터가 팔 영상 벡터와 비교하여 왼쪽에 형성되면 좌 모션으로 판단하고, 오른쪽에 형성되면 우모션으로 판단할 수 있다.
제스처 인식모듈(134)은 소정 시간의 손목각의 변화로부터 정보 데이터베이스(120)를 참조하여 손목 제스처를 인식하게 된다.
상기 소정의 시간은 손목각의 변화로부터 손목 제스처를 인식하기 위한 시간으로서 타이머(160)를 참조하여 체크할 수 있다
그리고, 제스처 인식모듈(134)은 상기 취득한 손목각의 변화에 매칭되는 손목 제스처 정보가 상기 정보 데이터베이스(120)에 저장되어 있는지 판단한다. 그리고, 손목각의 변화에 매칭되는 손목 제스처가 저장되어 있으면 제스처 인식모듈(134)은 상기 손목 제스처를 탑승자의 손목 제스처로 인식한다.
또한, 기기조작 모듈(135)은 상기 인식된 손목 제스처에 대응하는 차량 기기 조작을 선택한다. 즉, 상기 기기조작 모듈(135)는 전자제어유닛(130)은 선택된 차량 기기 조작에 따른 제어신호를 생성하여 탑승자가 원하는 조작을 제공한다. 예를 들어, 선택할 수 있는 차량 기기 조작은 노래선곡, 전원 온/오프, 음량 증가/감소, 휴대폰 받기/끄기, 음악 재생/정지/음소거, 에어컨 온/오프, 히터 온/오프, 썬바이저 조작 등이다.
출력부(140)는 터치스크린, 스피커 및 상기 차량 기기 조작 대상이 되는 휴대폰, 음악기기, 에어컨, 히터, 썬바이저, 컨텐츠 조작등을 포함한다. 또한, 차량 기기 조작 내용을 화면으로 출력한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 차량내 2차원 카메라를 이용한 사용자 인터페이스 조작 방법에 대한 순서도이다.
도 5를 참조하면, 탑승자는 입력부(100)를 통하여 손목 제스처 인식 기능을 요청한다(S100).
그리고, 탑승자에 의해 손목 제스처 인식 기능 사용이 요청되면, 전자제어유닛(130)의 영상처리모듈(132)은 영상 촬영부(110)를 통해 탑승자의 인체 또는 손 부분의 촬영을 시작한다(S110).
그리고 나서, 영상 촬영부(110)를 통해 촬영된 영상은 전자제어 유닛(130)으로 출력되어 영상처리모듈(132)에서 영상처리되고, 영상 저장부(150)에도 누적하여 저장이 된다(S120)
상기 촬영된 영상에서 손목각 추출 모듈(133)은 인체 주변 이미지를 제거한다(S120). 또한, 손목각 추출 모듈(133)은 추출된 이미지를 몸통, 팔, 손으로 구분하여 모델링하고(S130), 손과 팔 부분 이미지만을 추출하여 손목각을 계산한다.
이러한 방삭으로 소정시간 동안 손목각을 계산하고, 손목각의 변화를 추출한다(S140).
이러한 손목각의 변화를 추출하는 방법은 다양하게 변형이 가능하다.
이후, 제스처 인식모듈(134)는 상기 추출된 손목각의 변화에 매칭되는 솜목 제스처가 정보 데이터베이스(130)에 저장되어 있는지 판단한다(S150).
상기 제스처 인식모듈(134)은 상기 손목각의 변화에 매칭되는 손목 제스처가 정보 데이터베이스(130)에 저장되어 있으면, 상기 매칭되는 손목 제스처를 상기 탑승자의 손목 제스처로 인식한다(S160).
이후, 상기 기기조작모듈(135)은 상기 인식된 손목 제스처에 대응하는 차량 기기 조작을 선택한다. 상기 기기조작모듈(135)은 선택된 차량 기기 조작에 따른 제어신호를 생성하여 탑승자가 원하는 조작을 제공한다(S170).
이러한 차량 기기 조작에는 차량내 공조 기기, 오디오 시스템과 같은 기기의 조작이 포함되며, 컨텐츠나 미디어와 같은 정보의 전달, 복사, 저장 및 수정 등의 동작에도 응용이 가능하다.
그리고, 조작 결과는 출력부(140)를 통하여 나타나고, 운전자가 손목 제스처 인식 기능 종료를 요청하는지에 따라 손목 제스처 인식을 이용한 사용자 인터페이스는 종료된다(S180).
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
100: 입력부
110: 영상 촬영부
120: 정보 데이터베이스
130: 전자제어유닛
140: 출력부
150: 영상 저장부
160: 타이머

Claims (7)

  1. 차량내 손목각을 이용한 사용자 인터페이스 조작 방법에 있어서,
    탑승자를 촬영한 영상을 입력 받는 단계;
    상기 촬영한 영상에서 탑승자의 팔 및 손 형태를 검출하여 손목각을 계산하고, 계산된 손목각 변화에 대응하는 손목 제스처 정보를 인식하는 단계; 및
    상기 인식된 손목 제스처 정보에 대응하는 차량 기기 조작을 선택하는 단계를 포함하고,
    상기 촬영한 영상에서 탑승자의 손목 제스처 정보를 인식하는 단계는,
    상기 촬영한 영상에서 탑승자의 팔 및 손 형태를 검출하는 제1 단계;
    검출된 팔 및 손의 위치로부터 손목각을 계산하는 제2 단계;
    상기 제1 단계 및 제2 단계를 소정시간 반복하여 계산된 손목각 변화를 생성하는 제3 단계;
    상기 계산된 손목각 변화에 대응하는 손목 제스처 정보를 인식하는 제4 단계를 포함하는 차량내 손목각을 이용한 사용자 인터페이스 조작 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 계산된 손목각 변화에 대응하는 손목 제스처 정보를 인식하는 제4 단계는,
    상기 계산된 손목각 변화에 매칭되는 손목 제스처 정보가 정보 데이터베이스에 저장되어 있는지 판단하는 단계;
    계산된 손목각 변화에 매칭되는 손목 제스처 정보가 정보 데이터베이스에 저장되어 있으면, 상기 저장된 손목 제스처 정보를 상기 탑승자의 손목 제스처 정보로 인식하는 단계를 포함하는 차량내 손목각을 이용한 사용자 인터페이스 조작 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 탑승자를 촬영한 영상을 입력 받는 단계 이전에,
    손목 제스처 인식 기능 사용 요청을 판단하는 단계를 더 포함하고,
    손목 제스처 인식 기능 사용 요청이 있으면, 상기 탑승자를 촬영한 영상을 입력 받는 단계를 수행하는 차량내 손목각을 이용한 사용자 인터페이스 조작 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 손목 제스처 인식 기능 사용 종료 요청을 판단하는 단계;
    상기 손목 제스처 인식 기능 사용 종료 요청이 있으면, 상기 손목 제스처 인식 기능을 사용 종료하는 단계를 더 포함하는 차량내 손목각을 이용한 사용자 인터페이스 조작 방법.
  6. 차량 내 손목각을 이용한 사용자 인터페이스 조작 시스템에 있어서,
    탑승자를 촬영하는 영상 촬영부;
    상기 영상 촬영부에 의해 촬영되는 영상을 저장하는 영상 저장부;
    인식 가능한 손목 제스처 정보 및 그에 대응하는 기기조작정보를 저장하고 있는 정보 데이터베이스; 및
    상기 영상 촬영부로부터의 입력 신호 및 상기 영상 저장부에 저장된 누적 영상 정보를 기초로 차량 기기 조작을 제어하는 전자제어유닛을 포함하되,
    상기 전자제어유닛은, 상기 제1항, 제3항 내지 제5항중 어느 한항의 방법을 수행하기 위한 일련의 명령을 실행하는 차량 내 손목각을 이용한 사용자 인터페이스 조작 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    탑승자로부터 손목 제스처 인식 기능 사용을 위한 요청 신호를 입력받아 상기 전자제어유닛으로 전달하는 입력부; 및
    상기 전자제어유닛의 차량 기기 조작 내용을 표시하는 출력부를 더 포함하는 차량 내 손목각을 이용한 사용자 인터페이스 조작 시스템.
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