KR101734372B1 - 싱글 카메라 모듈을 이용한 이용자 거리 측정 방법 - Google Patents

싱글 카메라 모듈을 이용한 이용자 거리 측정 방법 Download PDF

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KR101734372B1 KR1020130053441A KR20130053441A KR101734372B1 KR 101734372 B1 KR101734372 B1 KR 101734372B1 KR 1020130053441 A KR1020130053441 A KR 1020130053441A KR 20130053441 A KR20130053441 A KR 20130053441A KR 101734372 B1 KR101734372 B1 KR 101734372B1
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Abstract

본 발명은 카메라가 구비된 디스플레이장치와 카메라에 인식된 이용자의 거리에 따라 설정된 명령을 수행하기 위한 것으로, 본 발명은 (A) 카메라 모듈에서 대상체가 인식되는 단계와; (B) 카메라를 통해 상기 대상체가 촬상되는 단계와; (C) 상기 카메라의 화각(θ)에 대한 삼각함수로부터 가상기준폭(Wo)이 산출되는 단계와; (D) 촬상각(α)에 대한 삼각함수로부터 상기 대상체기준폭(Wi)이 산출되는 단계와; (E) 비례식을 통해 대상체거리(Di)가 산출되는 단계; 그리고 (F) 상기 대상체거리(Di)에 설정된 명령이 실행되는 단계가 포함된다. 이와 같은 본 발명에 의하면, 상기 디스플레이장치와 이용자와의 거리에 따라 설정 명령을 달리하여 상기 이용자의 상황에 따라 적절한 인터페이스를 제공할 수 있는 장점이 있다.

Description

싱글 카메라 모듈을 이용한 이용자 거리 측정 방법{Distance measurement method using single camera module}
본 발명은 싱글 카메라 모듈을 이용한 거리 측정 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 카메라가 구비된 디스플레이장치와 카메라에 인식된 이용자의 거리에 따라 설정된 명령을 수행하기 위한 것으로, 지식경제부의 산업융합원천기술개발사업 '놀이형 인터액션 Smart Big board 개발' 과제 (수행기간 2012.06.01~2015.05.31)'를 수행함에 있어 산출된 결과물에 대한 발명이다.
종래에는, 카메라를 이용한 영상처리 시 물체의 거리를 측정하기 위해 듀얼 카메라 렌즈 간의 시각 차를 이용하였다. 이와 같은 듀얼 카메라를 이용한 거리 측정은 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 거리(D)는 제 1 카메라(C1)와 제 2 카메라(C2)에서 각각 촬상된 물체로부터 산출한 각에 대한 삼각함수로부터 산출되었다.
더욱 상세하게는, 상기 제 1 카메라(C1)에서 촬상된 물체로부터 산출된 각에 대한 삼각함수로부터 도출된 식과 상기 제 2 카메라(C2)에서 촬상된 물체로부터 산출된 각에 대한 삼각함수로부터 도출된 식을 연립하여 산출된다.
이때, 상기 식을 살펴보면, 상기 제 1 카메라(C1)로부터 도출된 식은 '
Figure 112013041635489-pat00001
'이고, 상기 제 2 카메라(C2)로부터 도출된 식은 '
Figure 112013041635489-pat00002
'이다. 여기서, 상기 식의 변수 θ1 및 θ2는 각각의 카메라에서 촬상된 물체로부터 산출된 각을 의미하고, 상기 L은 상기 카메라 렌즈 사이의 거리를 말하고, 상기 L1과 L2는 물체에서 수직으로 형성된 가상선과 각각 카메라 렌즈 사이의 거리를 말한다.
그리나, 상기 종래 기술에서는 근거리에서의 정확도 유지되었으나, 원거리로 갈수록 정확도가 현저하게 떨어지는 문제점이 있다.
또한, 최소 2개의 카메라가 필요하므로, 제조비용에 대한 경제성이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 하나의 카메라로부터 이용자를 인식하여, 상기 디스플레이장치와 상기 이용자와의 거리에 따라 설정 명령을 달리하는 싱글 카메라 모듈을 이용한 이용자 거리 측정 방법을 제공하고자 하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면 본 발명에 의한 싱글 카메라 모듈을 이용한 이용자 거리 측정 방법은 (A) 카메라 모듈에 의해 대상체가 인식되는 단계와; (B) 상기 카메라 모듈을 통해 상기 대상체가 촬상되는 단계와; (C) 상기 카메라의 화각(θ)에 대한 삼각함수로부터 가상기준폭(Wo)을 산출되는 단계와; (D) 촬상각(α)에 대한 삼각함수로부터 상기 대상체기준폭(Wi)을 대상체거리(Di)를 미지수로 갖는 수식으로 도출하는 단계와; (E) 비례식을 통해 대상체거리(Di)가 산출되는 단계; 그리고 (F) 상기 대상체거리(Di)에 설정된 명령이 실행되는 단계가 포함되어 수행되고: 상기 가상기준폭(Wo)은 가상기준거리(Do) 위치에서의 카메라 화각의 폭을 나타낸는 값이고; 상기 가상기준거리(Do)는 카메라 모듈과 카메라의 화각 내에서 촬상되는 디스플레이 장치 구성품 간의 실거리를 의미하며; 상기 촬상각(α)은 촬상된 대상체의 촬상 이미지가 거리에 따라 감소하는 비율을 이미지한 가상선의 기울기 각을 의미하고; 상기 대상체기준폭(Wi)은 대상체가 위치한 지점에서의 가상선 간의 너비값을 의미하며; 대상체거리(Di)는 거리측정이 되는 대상물과 카메라모듈 간의 거리이다.
이때, 상기 상기 가상기준거리(Do)는, 디스플레이 장치 하단의 받침부일 수도 있다.
또한, 상기 제(C)단계의 가상기준폭(Wo)는, 카메라의 화각(θ)에 대한 삼각함수로부터 도출될 수도 있다.
그리고 상기 제(C)단계의 가상기준폭(Wo)는, 수학식
Figure 112013063540354-pat00017
로 부터 산출될 수도 있다.
또한, 상기 (D)단계의 상기 대상체기준폭(Wi)은, 촬상된 대상체(Ti)의 거리에 따른 감소폭을 형상화한 기준선의 기울기에 대한 기하학적 형상으로부터 대상체거리(Di)를 미지수로 포함하는 수식으로 표현될 수도 있다.
그리고 상기 (D)단계의 상기 대상체기준폭(Wi)은, 수학식
Figure 112013041635489-pat00004
로 부터 산출될 수도 있다.
또한, 상기 (E)단계의 비례식은, 상기 대상체기준폭(Wi)이 카메라와의 거리에 따라서 일정하게 변화되는 것으로부터 도출되는 비례식일 수도 있다.
그리고 상기 (E)단계의 비례식은,
Figure 112013041635489-pat00005
이고; 상기 계수 a는 카메라모듈의 특성에 따라 결정되는 값일 수도 있다.
한편, 상기 (E)단계의 대상체거리(Di) 산출은, 상기 (C)단계 및 상기 (D)단계로부터 각각 산출된 대상체기준폭(Wi)과 대상체거리(Di)대한 비례식을 연립하여 산출될 수도 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 의한 싱글 카메라 모듈을 이용한 이용자 거리 측정 방법은 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.
본 발명에서는 상기 디스플레이장치와 이용자와의 거리에 따라 설정 명령을 달리하여 상기 이용자의 상황에 따라 적절한 인터페이스를 제공할 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 이용자 인식에 필요한 카메라의 수를 최소화하여 경제성이 증대되는 장점이 있다
도 1은 종래 기술에 의한 듀얼 카메라 모듈을 이용한 거리 측정 방법을 도시한 예시도.
도 2는 본 발명에 의한 싱글 카메라 모듈의 화각에 따른 기준선과 촬상된 이미지로의 거리에 따른 감소폭을 형상화한 가상선을 중첩하여 도시한 개념도.
도 3은 본 발명에 의한 싱글 카메라 모듈을 통해 대상체의 거리에 따라 촬상된 대상체의 이미지가 감소하는 것을 도시한 예시도.
도 4는 본 발명에 의한 대상체 기준폭을 도출하기 위해 도 2를 기하학적인 형태로 도시한 개념도.
도 5는 본 발명에 의한 싱글 카메라 모듈을 이용한 이용자 거리 측정 방법의 구체적인 실시예를 도시한 흐름도.
본 발명은 싱글 카메라 모듈을 구비한 디스플레이장치에서 대상체의 거리를 측정하여 상기 대상체의 거리를 반영한 실행명령을 실행하는 방법에 관한 것으로, 이하 실시예에서는 상기 싱글 카메라 모듈에 의한 특정 대상체의 거리가 측정되는 방법을 설명하기로 한다.
먼저, 본 발명의 실시예에 대한 구체적인 설명에 있어, 도면에 도시된 기호에 대하여 설명하기로 한다.
대상체거리(Di)는 거리측정이 되는 대상물과 카메라모듈 간의 거리를 말한다.
가상기준거리(Do)는 카메라 모듈과 카메라의 화각 내에서 촬상되는 디스플레이 장치 구성품 간의 실거리를 의미하는 것으로, 본 명세서에서는 하단의 받침부를 가정하여 설명한다. 이때, 상기 가상기준거리(Do)는 디스플레이장치의 구성에 따라 결정되는 값이다.
한편, 도 2에서 카메라 모듈로부터 폭이 넓어지는 기준선은 카메라의 화각을 이미지화한 기준선이고, 상기 기준선으로부터 폭이 좁아지는 가상선은 촬상이미지가 거리에 따라 작아지는 비율을 이미지화한 가상선이다.
그리고 대상체기준폭(Wi)은 대상체가 위치한 지점에서의 가상선 간의 너비값을 말한다.
또한, 가상기준폭(Wo)은 상기 가상기준거리 (Do) 위치에서의 카메라 화각의 폭을 나타낸는 값이다.
그리고 화각(θ)은 카메라의 렌즈의 특성에 따라 결정되는 촬상 가능 각을 말한다.
촬상각(α)은 촬상된 대상체가 거리에 따라 촬상 이미지가 감소하는 비율을 이미지화한 상기 가상선의 기울기 각을 의미한다.
그리고, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어 사용되는 상기 싱글 카메라 모듈은 대상체 인식, 대상체 촬상, 대상체 거리 산출 및 대상체 거리에 따른 설정 실행 등은 디스플레이장치의 제어수단에 의해 이루어지는 것으로, 상기 제어수단은 디스플레이장치에 구비되는 다양한 제어모듈이 적용될 수 있다.
이하에서는 상기한 바와 같은 싱글 카메라 모듈을 이용한 이용자 거리 측정 방법의 구체적인 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 설명한다.
도 2는 본 발명에 의한 싱글 카메라 모듈의 화각에 따른 기준선과 촬상된 이미지로의 거리에 따른 감소폭을 형상화한 가상선을 중첩하여 도시한 개념이고, 도 3은 본 발명에 의한 싱글 카메라 모듈을 통해 대상체의 거리에 따라 촬상된 대상체의 이미지가 감소하는 것을 도시한 예시도이며, 도 4는 본 발명에 의한 대상체 기준폭을 도출하기 위해 도 2를 기하학적인 형태로 도시한 개념도이고, 도 5는 본 발명에 의한 싱글 카메라 모듈을 이용한 이용자 거리 측정 방법의 구체적인 실시예를 도시한 흐름도이다.
이하에서는 본 발명에 의한 이용자 거리 측정에 방법읠 도 2 내지 도 4를 참고하여 상세히 설명하도록 한다.
본 발명에 의한 거리측정은 싱글 카메라 모듈을 이용하여 상기 싱글 카메라모듈의 카메라(C)로부터 상기 카메라(C)의 화각(θ)내에 촬상된 대상체(Ti)까지의 수직거리를 산출하는 것을 말한다. 이때, 상기 대상체(Ti)는 카메라의 화상각 내에 촬상되는 예가 될 수 있다.
한편, 상기 가상기준폭(Wo)은 상기 가상기준거리 (Do) 위치에서의 카메라 화각의 폭을 나타내는 값으로, 카메라의 화각(θ)에 대한 삼각함수로부터 도출된 하기 수학식 1을 통해 산출할 수 있다.
Figure 112013063540354-pat00018
이때, 상기 수학식 1의 인자를 도 2를 참조해 설명하면, 상기 가상기준거리(Do)는 전술한 바와 같이, 디스플레이 장치의 규격에 따라 설정되는 값으로 공지의 값이고, 화각(θ)는 카메라의 렌즈 특성에 따라 결정되는 각으로 역시 공지의 값이다.
따라서 상기 가상기준폭(Wo)은 상기 수학식 1로 부터 산출될 수 있다.
한편, 촬상된 대상체(Ti)의 촬상이미지 감소폭을 형상화한 가상선을 도 3을 참조해 설명하면, 카메라를 통해 촬상된 대상체(Ti)가 동일한 크기일 경우, 촬상거리가 멀어질수록 상기 대상체(Ti)의 이미지는 선형적으로 줄어든다. 이때, 상기 대상체(Ti)의 이미지가 줄어드는 폭을 촬상각(α)로 표현하여 이미지화한 것이다.
또한 상기 대상체기준폭(Wi)은 도 4에 도시된 기하학적인 형태로부터 산출될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 촬상각(α)은 촬상된 대상체(Ti)의 감소폭을 형상화한 기준선의 기울기에 대한 각이고, 상기 카메라(C)의 특성으로부터 알 수 있는 값이다.
이때, 상기 대상체기준폭(Wi)은 상기 촬상각(α)에 대한 삼각함수로부터 산출되는 하기 수학식 2를 통해 상기 대상체거리(Di)를 미지수로 포함하는 수식으로 표현될 수 있다. 여기서, 상기 대상체기준폭(Wi)은 검측 대상체가 위치한 지점에서의 가상선의 너비값이다.
Figure 112013041635489-pat00007
이때, 상기 수학식 2를 도 4를 참조해 설명하면, 상기 가상기준폭(Wo)는 상기 수학식 1로부터 산출된 값이고, 상기 촬상각(α) 및 상기 가상기준거리 (Do)는 전술한 바와 같이, 알고 있는 값이므로, 상기 수학식 2를 통해 상기 대상체기준폭(Wi)은 상기 대상체거리(Di) 만을 미지수로하는 수식으로 표현될 수 있다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 대상체거리(Di)는 상기 대상체기준폭(Wi)이 카메라와의 거리에 따라서 일정하게 변화되는 것으로, 비례식을 통해 산출될 수 있다. 다만, 카메라모듈에 따라 상기 가상선의 의 변화율은 달라질 수 있으므로 이에 대한 계수 a를 적용하면, 상기 비례식은 하기 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112013041635489-pat00008
여기서 상기 계수 a는 카메라모듈의 특성에 따라 결정되는 값으로, 적용된 카메라의 스펙에 따라 알 수 있는 값이다.
따라서, 상기 수학식 2와 상기 수학식 3을 연립하면, 상기 대상체거리(Di)가 산출될 수 있다.
이하에서는 본 발명에 의한 싱글 카메라 모듈을 이용한 이용자 거리 측정 방법에 대한 실시예를 도 5를 참고하여 상세히 설명하도록 한다.
도 5는 본 발명에 의한 싱글 카메라 모듈을 이용한 이용자 거리 측정 방법의 구체적인 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 싱글 카메라 모듈을 이용하여 이용자 거리를 측정하는 방법은 대상체(Ti)를 인식하는 것으로부터 시작되고(S100), 상기 대상체(Ti)가 인식되면, 상기 카메라를 통해 상기 대상체(Ti)가 촬상된다(S200).
이때, 상기 대상체(Ti)는 카메라의 화각(θ) 내에 촬상되는 대상을 말하는 것으로, 디스플레이장치를 통해 콘텐츠 등을 이용하는 사람들일 수도 있다.
다음으로, 가상기준폭(Wo)이 산출된다(S300). 이때, 상기 가상기준폭(Wo)은 상기 카메라의 화각(θ)에 대한 삼각함수로부터 상기 수학식 1을 통해 산출된다.
다음으로, 상기 대상체(Ti)에 대한 대상체기준폭(Wi)이 산출된다(S400).
이때, 상기 대상체기준폭(Wi)은 촬상각(α)에 대한 삼각함수로부터 도출된 상기 수학식 2를 통해 산출되는데, 정확하게는 상기 대상체기준폭(Wi)을 상기 대상체거리(Di)를 미지수로갖는 수식으로 표현된다.
다음으로, 상기 대상체(Ti)에 대한 대상체거리(Di)가 산출된다(S500). 이때, 상기 대상체거리(Di)는 상기 카메라와의 거리에 따라서 일정하게 변화되는 가상선의 비례식을 통해 산출된다.
여기서, 상기 비례식은 상기 대상체기준폭(Wi)에 따른 상기 대상체거리의 비율과 상기 가상기준폭(Wo)에 따른 상기 가상기준거리(Do)의 비율이 비례함을 나타내는 상기 수학식 4로부터 도출된다.
이때, 상기 대상체거리(Di)의 산출은 정확하게는 제400단에서 산출된 수학식 2와 수학식 3을 연랍하여 산출된다.
다음으로, 상기 대상체거리(Di)를 반영하여 설정된 명령이 실행된다(S600).
여기서, 상기 대상체의 거리(Di)를 반영한 설정명령이 적용된다 함은 디스플레이의 다양한 동작을 상기 대상체의 거리(Di)를 반영한하여 실행하는 것을 의미하는 것으로, 예를 들어, 상기 실행명령이 디스플레이 화면을 제어하는 명령인 경우, 상기 대상체거리(Di)에 따라 보여지는 화면의 비율, 자막의 크기 등을 다르게 설정하는 것을 그 예로 들 수 있다.
본 발명의 권리는 이상에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리 범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
본 발명은 카메라가 구비된 디스플레이장치와 카메라에 인식된 이용자의 거리에 따라 설정된 명령을 수행하기 위한 것으로, 본 발명에서는 상기 디스플레이장치와 이용자와의 거리에 따라 설정 명령을 달리하여 상기 이용자의 상황에 따라 적절한 인터페이스를 제공할 수 있는 장점이 있다.
Di 대상체거리 Do 가상기준거리
Wi 대상체기준폭 Wo 가상기준폭
θ 화각 α 촬상각

Claims (9)

  1. (A) 카메라 모듈에 의해 대상체가 인식되는 단계와;
    (B) 상기 카메라 모듈을 통해 상기 대상체가 촬상되는 단계와;
    (C) 상기 카메라의 화각(θ)에 대한 삼각함수로부터 가상기준폭(Wo)을 산출되는 단계와;
    (D) 촬상각(α)에 대한 삼각함수로부터 대상체기준폭(Wi)을 대상체거리(Di)를 미지수로 갖는 수식으로 도출하는 단계와;
    (E) 비례식을 통해 대상체거리(Di)가 산출되는 단계; 그리고
    (F) 상기 대상체거리(Di)에 설정된 명령이 실행되는 단계가 포함되어 수행되고:
    상기 가상기준폭(Wo)은 가상기준거리(Do) 위치에서의 카메라 화각의 폭을 나타내는 값이고;
    상기 가상기준거리(Do)는 카메라 모듈과 카메라의 화각 내에서 촬상되는 디스플레이 장치 구성품 간의 실거리를 의미하며;
    상기 촬상각(α)은 촬상된 대상체의 촬상 이미지가 거리에 따라 감소하는 비율을 이미지화한 가상선의 기울기 각을 의미하고;
    상기 대상체기준폭(Wi)은 대상체가 위치한 지점에서의 가상선 간의 너비값을 의미하며;
    대상체거리(Di)는 거리측정이 되는 대상물과 카메라모듈 간의 거리임을 특징으로 하는 싱글 카메라 모듈을 이용한 이용자 거리 측정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가상기준거리(Do)는,
    디스플레이 장치 하단의 받침부임을 특징으로 하는 싱글 카메라 모듈을 이용한 이용자 거리 측정 방법.
  3. 상기 제 1 항에 있어서,
    상기 제(C)단계의 가상기준폭(Wo)는,
    카메라의 화각(θ)에 대한 삼각함수로부터 도출됨을 특징으로 하는 싱글 카메라 모듈을 이용한 이용자 거리 측정 방법.
  4. 상기 제 3 항에 있어서,
    상기 제(C)단계의 가상기준폭(Wo)는,
    수학식
    Figure 112013063540354-pat00019
    로 부터 산출됨을 특징으로 하는 싱글 카메라 모듈을 이용한 이용자 거리 측정 방법.
  5. 상기 제 1 항에 있어서,
    상기 (D)단계의 상기 대상체기준폭(Wi)은,
    촬상된 대상체(Ti)의 거리에 따른 감소폭을 형상화한 기준선의 기울기에 대한 기하학적 형상으로부터 대상체거리(Di)를 미지수로 포함하는 수식으로 표현됨을 특징으로 하는 싱글 카메라 모듈을 이용한 이용자 거리 측정 방법.
  6. 상기 제 5 항에 있어서,
    상기 (D)단계의 상기 대상체기준폭(Wi)은,
    수학식
    Figure 112013041635489-pat00010
    로 부터 산출됨을 특징으로 하는 싱글 카메라 모듈을 이용한 이용자 거리 측정 방법.
  7. 상기 제 1 항에 있어서,
    상기 (E)단계의 비례식은,
    상기 대상체기준폭(Wi)이 카메라와의 거리에 따라서 일정하게 변화되는 것으로부터 도출되는 비례식임을 특징으로 하는 싱글 카메라 모듈을 이용한 이용자 거리 측정 방법.
  8. 상기 제 7 항에 있어서,
    상기 (E)단계의 비례식은,
    Figure 112013041635489-pat00011
    이고;
    상기 계수 a는 카메라모듈의 특성에 따라 결정되는 값임을 특징으로 하는 싱글 카메라 모듈을 이용한 이용자 거리 측정 방법.
  9. 상기 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 (E)단계의 대상체거리(Di) 산출은,
    상기 (C)단계 및 상기 (D)단계로부터 각각 산출된 대상체기준폭(Wi)과 대상체거리(Di)대한 비례식을 연립하여 산출됨을 특징으로 하는 싱글 카메라 모듈을 이용한 이용자 거리 측정 방법.
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