KR101752832B1 - 닷패턴 기반 디지털 펜 기술에서 해상도 좌표시스템을 디스플레이하기 위한 호모그래피 좌표변환 방법 및 시스템 - Google Patents

닷패턴 기반 디지털 펜 기술에서 해상도 좌표시스템을 디스플레이하기 위한 호모그래피 좌표변환 방법 및 시스템 Download PDF

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KR101752832B1
KR101752832B1 KR1020160063413A KR20160063413A KR101752832B1 KR 101752832 B1 KR101752832 B1 KR 101752832B1 KR 1020160063413 A KR1020160063413 A KR 1020160063413A KR 20160063413 A KR20160063413 A KR 20160063413A KR 101752832 B1 KR101752832 B1 KR 101752832B1
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digital pen
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coordinates
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조영임
술레이메노프 자라스
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가천대학교 산학협력단
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    • G06F3/03545—Pens or stylus

Abstract

본 발명은 프로젝터 유닛의 호모그래피 좌표시스템에서의 초기 좌표와 단말기의 디스플레이 해상도 좌표시스템에서의 최종 해상도 좌표가 서로 대응되어 디지털 펜에 의해 새로 입력되는 좌표가 자동으로 변환되어 보정되는 방법에 있어서, 초기 좌표의 초기 좌표값 및 최종 해상도 좌표의 최종 해상도 좌표값이 프로세서에 입력되는 단계, 각각의 입력값이 산출부에서 기설정된 형식의 행렬
Figure 112016049785587-pat00135
로 표현되는 단계, 등차 방정식
Figure 112016049785587-pat00136
에서 행렬 h가 계산되는 단계, 산출부에서 행렬 h가 기설정된 형식의 행렬 h'로 표현되는 단계, 행렬 h'가 저장유닛에 저장되는 단계, 새로운 좌표의 좌표값이 디지털 펜에 의해 프로세서에 입력되는 단계, 저장유닛으로부터 행렬 h'가 호출되어 변환부에서 새로운 좌표의 좌표값이 보정되는 단계, 보정된 새로운 좌표가 스크린 유닛 상에 표시되는 단계를 포함하며, 다른 새로운 좌표값이 프로세서에 입력될 경우에, 보정되는 과정이 반복 수행되는 좌표변환법을 제공한다.
본 발명에 의할 경우, 프로젝터 유닛에 의해 투영되는 이미지가 찌그러져 있는 환경과 상관없이 사용자가 닷패턴 기반 디지털 펜 기술에서 그리는 정보 그대로가 스크린 유닛 상에 표시될 수 있다.

Description

닷패턴 기반 디지털 펜 기술에서 해상도 좌표시스템을 디스플레이하기 위한 호모그래피 좌표변환 방법 및 시스템{Method and system of homography coordinate transformation for displaying resolution coordinate system using dot-pattern based digital pen technology}
본 발명은 닷패턴 기반 디지털 펜 기술에서 해상도 좌표시스템을 디스플레이하기 위한 호모그래피 좌표변환 방법 및 시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는, 디지털 펜을 이용하여 임의의 4개의 지점을 터치하면 자동으로 좌표 보정이 되는 닷패턴 기반 판서 시스템 기술에 있어서, 프로젝터 유닛에 의해 투영된 영상이 찌그러져 있는 환경과 상관없이 사용자가 닷패턴에서 그리는 정보 그대로가 스크린 유닛에 투영될 수 있도록 구성된 호모그래피 좌표변환 방법 및 시스템에 관한 것이다.
학교, 학원, 등에서 교육이 이루어질 때, 학생들을 더 효율적으로 가르치기 위한 판서가 필요하다. 이에 따라 예전부터 판서의 형태 및 기능은 계속 발전해왔으며, 최근에는 디지털 시대에 걸맞게 디지털 펜을 사용한 판서 시스템들이 구현되었다.
디지털 펜을 사용한 판서 시스템의 한 예로서는, 닷패턴을 기반으로 하는 좌표시스템을 사용하여 디지털 펜과 통신하는 단말기 및 단말기와 연결된 프로젝터에 의해 투영되는 영상과 상호작용하도록 구성된 판서 시스템이 있다.
닷패턴 기반의 판서 시스템은 전자칠판일 필요없이 미세하게 닷패턴이 표시된 어떤 평면, 예를 들면, 닷패턴이 인쇄된 종이 스크린과 같은 스크린 유닛과, 스크린 유닛 상에서의 닷패턴을 인식하여 입력 정보를 송신하는 디지털 펜, 및 디지털 펜과 스크린 유닛과 연결된 컴퓨터와 같은 단말기를 포함한다.
종래기술의 한 예로서, 미국공개특허 제2014/0210799호가 있다. 미국공개특허 제2014/0210799호는 닷패턴과 같은 패턴이 인쇄된 스크린 유닛 상에서의 패턴을 인식할 수 있는 디지털 펜, 및 디지털 펜에 의해 인식된 패턴을 디코딩하는 프로세서를 제공한다.
프로세서는 패턴을 디코딩함으로써 디지털 펜의 절대적인 위치 정보를 획득할 수 있다. 이에 따라 디지털 펜은 컴퓨터상에서의 마우스 역할을 할 수 있으며, 컴퓨터 모니터에 디스플레이되는 영상은 프로젝터와 같은 출력 장치에 의해 스크린 유닛 상에 투영될 수 있다.
프로젝터에 의해 영상이 투영되기 이전에, 디스플레이될 영상의 해상도는 사용자가 미리 결정하게 되며, 미리 결정된 해상도의 직사각형 모양의 영상과 디지털 펜과의 상호작용 및 정확한 컴퓨터 모니터와 스크린 유닛 상에 투영되는 좌표시스템의 일치를 위해서 보정 이미지를 통한 보정이 이루어진다.
일반적으로, 보정 이미지 창이 스크린 유닛 상에 투영되고, 이때 보정 이미지는 직각 사각형의 모서리 각각에 보정 좌표가 배열된 이미지이다. 판서 시스템의 사용자가 스크린 유닛 상에 투영된 보정 이미지에 표시되는 각각의 보정 좌표를 디지털 펜으로 터치하면, 디지털 펜에 내장되어 있는 적외선 인식 카메라와 같은 패턴 인식 수단에 의해 스크린 유닛 상에서의 보정 좌표의 절대적인 좌표값을 얻을 수 있다.
그러나, 종래에는 보정 좌표의 절대적인 좌표값이 획득되어 이에 맞게 컴퓨터 모니터와 프로젝터의 좌표시스템을 일치시키도록 보정이 이루어지더라도, 프로젝터의 키스톤(keystone) 값이 변수로 작용하여 3D 투시 변환을 거치게 되면서, 투영되는 영상이 조금이라도 직사각형 모양에서 벗어난 상태에서 사용자가 디지털 펜을 사용할 때, 사용자의 의도와 다르게 디지털 펜이 작동하는 문제가 발생하였다.
여기서 키스톤 현상이란, 프로젝터의 높이와 방향을 조정할 때, 프로젝터와 스크린의 상대적 위치에 따라 영상이 찌그러지는 경우를 의미하며, 이를 보정하기 위해 키스톤 변형값이 적용되어 투영된 이미지의 종횡비가 변형된다. 또한, 이러한 키스톤 수정이 적용되면, 이미지의 해상도가 다소 떨어지는 문제가 추가로 발생하였다.
이에 따라 사용자가 원하는 대로 스크린에 그림이 그려지기 위해서는 프로젝터의 키스톤을 적절하게 다시 조절하거나, 하드웨어적으로 프로젝터의 각도 또는 스크린에 대한 배치를 조절해야만 하는 번거로움이 있었다. 또한, 이런 방식으로 키스톤을 조절하거나 프로젝터를 하드웨어적으로 재배치하더라도, 스크린상의 절대적인 닷패턴의 좌표시스템과 모니터 및 프로젝터의 절대적인 좌표시스템과 완전하게 일치될 수 없으므로, 사용자의 의도와 실제로 그려지는 선에는 오차가 발생할 수밖에 없다.
따라서, 이와 같은 문제를 해결하기 위해서는, 키스톤의 변형값이 변수로 작용하더라도, 매번 스크린 유닛의 닷패턴 좌표시스템과 모니터 및 프로젝터의 좌표시스템이 일치하도록 정밀하게 정렬되어, 프로젝터 유닛에 의해 투영되는 이미지가 찌그러져 있는 환경과 상관없이 사용자가 닷패턴에서 그리는 정보 그대로가 스크린에 투영될 수 있도록 구성된 시스템 및 방법이 필요한 실정이다.
미국공개특허 제2014/0210799호 (2014.07.31 공개)
본 발명은 상술된 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 프로젝터 유닛에 의해 투영되는 이미지가 찌그러져 있는 환경과 상관없이 사용자가 닷패턴 기반 디지털 펜 기술에서 그리는 정보 그대로의 해상도 좌표시스템을 디스플레이하기 위한 호모그래피 좌표변환 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은, 프로젝터 유닛의 해상도 및 키스톤 값을 고려하여 닷패턴 기반의 스크린 유닛 상의 임의 지점을 터치하여 미리 결정된 해상도에 맞게 스크린 유닛에 투영되는 이미지를 자동 변환하여 해상도가 떨어지지 않은 판서 내용을 보여줄 수 있는 호모그래피 좌표변환 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 닷패턴의 스크린 유닛, 프로젝터 유닛, 및 프로젝터 유닛과 통신가능한 단말기 모니터의 좌표시스템을 일치시키는 호모그래피 좌표변환 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 닷패턴 기반 디지털 펜 기술에서 해상도 좌표시스템을 디스플레이하기 위한 호모그래피 좌표변환 방법은, 프로젝터 유닛의 호모그래피 좌표시스템에서의 초기 좌표와 단말기의 디스플레이 해상도 좌표시스템에서의 최종 해상도 좌표가 서로 대응되어 디지털 펜에 의해 새로 입력되는 좌표가 자동으로 변환되어 보정되는 방법에 있어서, (a) 상기 초기 좌표의 초기 좌표값 및 상기 최종 해상도 좌표의 최종 해상도 좌표값이 프로세서에 입력되는 단계; (b) 각각의 입력값이 산출부에서 기설정된 형식의 행렬
Figure 112016049785587-pat00001
로 표현되는 단계; (c) 상기 산출부에서 등차 방정식
Figure 112016049785587-pat00002
에서 행렬 h가 계산되는 단계; (d) 상기 산출부에서 상기 행렬 h가 기설정된 형식의 행렬 h'로 표현되는 단계; (e) 상기 행렬 h'가 저장유닛에 저장되는 단계; (f) 새로운 좌표의 좌표값이 상기 디지털 펜에 의해 상기 프로세서에 입력되는 단계; (g) 상기 저장유닛으로부터 상기 행렬 h'가 호출되어 상기 변환부에서 상기 새로운 좌표의 좌표값이 보정되는 단계; (h) 보정된 상기 새로운 좌표가 스크린 유닛 상에 표시되는 단계를 포함하며, 다른 새로운 좌표값이 상기 프로세서에 입력될 경우에, 단계 (g) 및 (h)가 반복 수행되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 초기 좌표는 4개로서, 상기 스크린 유닛 상에서 상기 디지털 펜에 의해 인식된 상기 호모그래피 좌표 시스템의 닷패턴 좌표이며, 상기 초기 좌표는 상기 프로젝터 유닛에 의해 투영되는 영상의 네 개의 꼭지점(
Figure 112016049785587-pat00003
,
Figure 112016049785587-pat00004
,
Figure 112016049785587-pat00005
,
Figure 112016049785587-pat00006
)인 것이 바람직하다.
또한, 상기 최종 해상도 좌표는 4개로서, 상기 디스플레이 해상도 좌표시스템(10)의 디스플레이 해상도 좌표이며, 기설정된 해상도에 따라 단말기의 디스플레이에 표시되는 영상의 네 개의 꼭지점(
Figure 112016049785587-pat00007
,
Figure 112016049785587-pat00008
,
Figure 112016049785587-pat00009
,
Figure 112016049785587-pat00010
)인 것이 바람직하다.
또한, 상기 (b) 단계에서 상기 행렬
Figure 112016049785587-pat00011
는 상기 초기 좌표값(
Figure 112016049785587-pat00012
,
Figure 112016049785587-pat00013
,
Figure 112016049785587-pat00014
,
Figure 112016049785587-pat00015
,
Figure 112016049785587-pat00016
,
Figure 112016049785587-pat00017
,
Figure 112016049785587-pat00018
,
Figure 112016049785587-pat00019
) 및 상기 최종 해상도 좌표값(
Figure 112016049785587-pat00020
,
Figure 112016049785587-pat00021
,
Figure 112016049785587-pat00022
,
Figure 112016049785587-pat00023
,
Figure 112016049785587-pat00024
,
Figure 112016049785587-pat00025
,
Figure 112016049785587-pat00026
,
Figure 112016049785587-pat00027
,
Figure 112016049785587-pat00028
)을 모두 포함하는 것으로,
Figure 112016049785587-pat00029
로 표현되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 (c) 단계에서 상기 등차 방정식
Figure 112016049785587-pat00030
에서 상기 행렬 h는 상기 행렬
Figure 112016049785587-pat00031
와 곱해져서 0이 되는 상기 행렬
Figure 112016049785587-pat00032
의 영공간으로서,
Figure 112016049785587-pat00033
로 표현되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 (d) 단계에서 상기 행렬 h로부터 표현된 기설정된 형식의 상기 행렬 h'는,
Figure 112016049785587-pat00034
로 표현되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 (f) 단계에서 상기 새로운 좌표(a, b)의 좌표값이 상기 디지털 펜에 의해 상기 프로세서에 입력되면, 상기 (g) 단계에서 상기 새로운 좌표(a, b)의 좌표값은 다음과 같은 식에 대입되어 보정되며,
Figure 112016049785587-pat00035
상기
Figure 112016049785587-pat00036
인 것이 바람직하다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 닷패턴 기반 디지털 펜 기술에서 해상도 좌표시스템을 디스플레이하기 위한 호모그래피 좌표변환 시스템은, 상기 특징을 갖는 좌표변환 방법들 중 중 어느 하나의 닷패턴 기반 디지털 펜 기술에서 해상도 좌표시스템을 디스플레이하기 위한 호모그래피 좌표변환 방법에 따르는 것을 특징으로 한다.
또한, 닷패턴이 인쇄된 종이가 구비된 스크린 유닛, 상기 닷패턴을 인식할 수 있는 적외선 카메라가 구비된 디지털 펜, 및 단말기에 디스플레이되는 영상을 상기 스크린 유닛으로 투영하는 프로젝터 유닛을 포함하며, 상기 디지털 펜에 의해 상기 단말기에 구비된 프로세서로 통신되는 초기 좌표 정보는 상기 호모그래피 좌표변환 방법에 의해 변환되는 것이 바람직하다.
기타 실시예의 구체적인 사항은 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 및 첨부 "도면"에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 각종 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.
그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 각 실시예의 구성만으로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로도 구현될 수도 있으며, 단지 본 명세서에서 개시한 각각의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐임을 알아야 한다.
본 발명에 의할 경우, 프로젝터 유닛에 의해 투영되는 이미지가 찌그러져 있는 환경과 상관없이 사용자가 닷패턴 기반 디지털 펜 기술에서 그리는 정보 그대로가 스크린 유닛 상에 표시될 수 있다.
또한, 미리 설정된 해상도를 유지하면서 스크린 유닛에 투영되는 이미지가 자동 변환되어 판서 내용 중 디지털 펜으로 쓴 글씨나 그린 그림이 사용자의 의도대로 디스플레이될 수 있다.
또한, 단번의 보정에 의해 간편하게 스크린상에 투영되는 영상의 좌표시스템과 단말기 모니터에 디스플레이된 영상의 좌표시스템을 일치시킴으로써 더 정밀하게 디지털 펜의 동작에 따른 글씨 또는 그림이 그려질 수 있다.
도 1은 동일한 투영 축에 따라 투영되는 디스플레이 해상도 좌표시스템 및 호모그래피 좌표시스템 각각에 있는 좌표들로 이루어진 좌표계의 위치 차이를 도시적으로 나타낸 개략 사시도이다.
도 2는 동일한 투영 축에 따라 투영된 복수 개의 디스플레이 해상도 좌표들이 디스플레이 해상도 좌표시스템 상에서 표시되는 위치와 호모그래피 좌표시스템 상에서 표시되는 닷패턴 좌표들의 위치를 도시적으로 나타낸 개략 정면도이다.
도 3은 동일한 투영 축에 따라 투영되는 디스플레이 해상도 좌표 시스템 및 호모그래피 좌표시스템 각각의 꼭지점의 위치 및 호모그래피 좌표시스템에서의 닷패턴 좌표 상의 스크린 꼭지점의 위치를 나타낸 정면 사시도이다.
도 4는 종래 기술에 따라 도 1 내지 3에 도시된 호모그래피 좌표시스템의 닷패턴 좌표 상에서 사용자가 의도하여 그린 의도된 그림과 실제로 그려진 실제 그림의 위치를 나타낸 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 닷패턴 기반 디지털 펜 기술에서 해상도 좌표시스템을 디스플레이하기 위한 호모그래피 좌표변환 방법 및 시스템이 적용되었을 때에 사용자에 의해 그려진 변환후 그림의 위치를 나타낸 개략도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 닷패턴 기반 디지털 펜 기술에서 해상도 좌표시스템을 디스플레이하기 위한 호모그래피 좌표변환 방법을 나타내는 순서도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 닷패턴 기반 디지털 펜 기술에서 해상도 좌표시스템을 디스플레이하기 위한 호모그래피 좌표변환 시스템을 나타내는 개념도이다.
본 발명을 상세하게 설명하기 전에, 본 명세서에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 무조건 한정하여 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 발명자가 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 각종 용어의 개념을 적절하게 정의하여 사용할 수 있고, 더 나아가 이들 용어나 단어는 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 알아야 한다.
즉, 본 명세서에서 사용된 용어는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기 위해서 사용되는 것일 뿐이고, 본 발명의 내용을 구체적으로 한정하려는 의도로 사용된 것이 아니며, 이들 용어는 본 발명의 여러 가지 가능성을 고려하여 정의된 용어임을 알아야 한다.
또한, 본 명세서에 있어서, 단수의 표현은 문맥상 명확하게 다른 의미로 지시하지 않는 이상, 복수의 표현을 포함할 수 있으며, 유사하게 복수로 표현되어 있다고 하더라도 단수의 의미를 포함할 수 있음을 알아야 한다.
본 명세서의 전체에 걸쳐서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소를 "포함"한다고 기재하는 경우에는, 특별히 반대되는 의미의 기재가 없는 한 임의의 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 임의의 다른 구성 요소를 더 포함할 수도 있다는 것을 의미할 수 있다.
더 나아가서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "내부에 존재하거나, 연결되어 설치된다"고 기재한 경우에는, 이 구성 요소가 다른 구성 요소와 직접적으로 연결되어 있거나 접촉하여 설치되어 있을 수 있고, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있을 수도 있으며, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있는 경우에 대해서는 해당 구성 요소를 다른 구성 요소에 고정 내지 연결시키기 위한 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재할 수 있으며, 이 제 3의 구성 요소 또는 수단에 대한 설명은 생략될 수도 있음을 알아야 한다.
반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결"되어 있다거나, 또는 "직접 접속"되어 있다고 기재되는 경우에는, 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재하지 않는 것으로 이해하여야 한다.
마찬가지로, 각 구성 요소 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 " ~ 사이에"와 "바로 ~ 사이에", 또는 " ~ 에 이웃하는"과 " ~ 에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지의 취지를 가지고 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에 있어서 "일면", "타면", "일측", "타측", "제 1", "제 2" 등의 용어는, 사용된다면, 하나의 구성 요소에 대해서 이 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소로부터 명확하게 구별될 수 있도록 하기 위해서 사용되며, 이와 같은 용어에 의해서 해당 구성 요소의 의미가 제한적으로 사용되는 것은 아님을 알아야 한다.
또한, 본 명세서에서 "상", "하", "좌", "우" 등의 위치와 관련된 용어는, 사용된다면, 해당 구성 요소에 대해서 해당 도면에서의 상대적인 위치를 나타내고 있는 것으로 이해하여야 하며, 이들의 위치에 대해서 절대적인 위치를 특정하지 않는 이상은, 이들 위치 관련 용어가 절대적인 위치를 언급하고 있는 것으로 이해하여서는 아니된다.
더욱이, 본 발명의 명세서에서는, "…부", "…기", "모듈", "장치" 등의 용어는, 사용된다면, 하나 이상의 기능이나 동작을 처리할 수 있는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있음을 알아야 한다.
또한, 본 명세서에서는 각 도면의 각 구성 요소에 대해서 그 도면 부호를 명기함에 있어서, 동일한 구성 요소에 대해서는 이 구성 요소가 비록 다른 도면에 표시되더라도 동일한 도면 부호를 가지고 있도록, 즉 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지시하고 있다.
본 명세서에 첨부된 도면에서 본 발명을 구성하는 각 구성 요소의 크기, 위치, 결합 관계 등은 본 발명의 사상을 충분히 명확하게 전달할 수 있도록 하기 위해서 또는 설명의 편의를 위해서 일부 과장 또는 축소되거나 생략되어 기술되어 있을 수 있고, 따라서 그 비례나 축척은 엄밀하지 않을 수 있다.
또한, 이하에서, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 구성, 예를 들어, 종래 기술을 포함하는 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략될 수도 있다. 따라서, 본 발명을 설명함에 있어서, 닷패턴 기반 판서 시스템에서 사용되는 디지털 펜의 구성은 공지 기술에 대한 상세한 설명으로서 생략한다.
먼저, 도 1을 참조하여 디스플레이 해상도 좌표시스템(10)과 호모그래피 좌표시스템(20)을 설명한다.
도 1은 동일한 투영 축에 따라 투영되는 디스플레이 해상도 좌표시스템(10) 및 호모그래피 좌표시스템(20) 각각에 있는 좌표들로 이루어진 좌표계의 위치 차이를 도시적으로 나타낸 개략 사시도이다.
디스플레이 해상도 좌표시스템(10)은 영상으로 나타나는 이미지 좌표계이며, 호모그래피 좌표시스템(20)은 실제 사물, 즉 영상이 투영되어 위치되는 스크린 유닛 상에서의 좌표계를 의미한다.
예를 들면, 디스플레이 해상도 좌표시스템(10)은 컴퓨터 또는 스마트폰 등과 같은 단말기의 디스플레이에서 영상으로 나타나는 이미지의 픽셀들이 갖는 좌표 및 해상도를 포함하는 좌표계이며, 호모그래피 좌표시스템(20)은 프로젝터 유닛에 의해 투영된 영상이 스크린 유닛에 위치되면서 스크린 유닛 상의 닷패턴에 의해 정의되는 좌표를 포함하는 좌표계를 의미한다. 이와 같은 디스플레이 해상도 좌표시스템(10)과 호모그래피 좌표시스템(20)의 위치 관계는 도 1에 도시된 바와 같다.
도 2 내지 도 3을 더 참조하여 디스플레이 해상도 좌표시스템(10)과 호모그래피 좌표시스템(20)의 위치 관계를 더 상세하게 설명한다.
도 2는 동일한 투영 축 O에 따라 투영된 복수 개의 디스플레이 해상도 좌표들(
Figure 112016049785587-pat00037
,
Figure 112016049785587-pat00038
,
Figure 112016049785587-pat00039
)이 디스플레이 해상도 좌표시스템(10) 상에서 표시되는 위치와 호모그래피 좌표시스템(20) 상에서 표시되는 닷패턴 좌표들(
Figure 112016049785587-pat00040
,
Figure 112016049785587-pat00041
,
Figure 112016049785587-pat00042
)의 위치를 도시적으로 나타낸 개략 정면도이다.
각각의 디스플레이 해상도 좌표들(
Figure 112016049785587-pat00043
,
Figure 112016049785587-pat00044
,
Figure 112016049785587-pat00045
)은 각각의 닷패턴 좌표들(
Figure 112016049785587-pat00046
,
Figure 112016049785587-pat00047
,
Figure 112016049785587-pat00048
)과 대응되는 좌표들이다. 일반적으로, 프로젝터 유닛에 의해 스크린 유닛으로 단말기 디스플레이에 디스플레이된 영상이 투영되는 과정에서 대응되는 좌표들 간의 오차가 발생하게 된다.
도 3은 동일한 투영 축 O에 따라 투영되는 디스플레이 해상도 좌표시스템(10) 및 호모그래피 좌표시스템(20) 각각의 꼭지점의 위치 및 호모그래피 좌표시스템(20)에서의 닷패턴 좌표 상의 스크린 꼭지점(
Figure 112016049785587-pat00049
,
Figure 112016049785587-pat00050
,
Figure 112016049785587-pat00051
,
Figure 112016049785587-pat00052
)의 위치를 나타낸 정면 사시도이다.
디스플레이 해상도 좌표시스템(10)의 네 개의 꼭지점 좌표들과, 닷패턴 좌표 상의 스크린 꼭지점 좌표들(
Figure 112016049785587-pat00053
,
Figure 112016049785587-pat00054
,
Figure 112016049785587-pat00055
,
Figure 112016049785587-pat00056
)은 서로 대응되는 좌표들이다. 꼭지점 좌표들도 다른 좌표들과 마찬가지로, 프로젝터 유닛에 의해 스크린 유닛으로 단말기 디스플레이에 디스플레이된 영상이 투영되는 과정에서 대응되는 좌표들 간의 오차가 발생하게 된다.
이와 같은 오차를 제거하기 전과 제거한 후를 도 4 및 도 5를 참조하여 비교 설명한다.
도 4는 종래 기술에 따라 도 1 내지 3에 도시된 호모그래피 좌표시스템(20)의 닷패턴 좌표로 구성된 의도된 그림(21)과 실제로 그려진 실제 그림(11)의 위치를 나타낸 개략도이다.
대응되는 좌표들 간의 오차는 특히 키스톤 현상에 의해 더 크게 나타나게 되며, 이를 보정하지 않고 사용자가 바로 사용하면 도 4에 도시된 바와 같은 현상이 나타난다.
디지털 펜으로 사용자가 스크린 유닛에 그림을 그릴 때, 디지털 펜이 스크린 유닛 상에 형성된 닷패턴을 인식하면서 닷패턴 좌표값이 디지털 펜과 통신 가능한 단말기의 프로세서에 입력되고, 입력된 닷패턴 좌표값은 단말기의 디스플레이에 나타나는 동시에 프로젝터 유닛에 의해 스크린 유닛에도 나타나게 된다.
이때, 사용자는 의도된 그림(21)을 그리고자 하였어도, 단말기의 디스플레이 해상도 좌표시스템(10)과 스크린 유닛 상에 나타나는 호모그래피 좌표시스템(20) 간의 오차에 의해 단말기의 디스플레이 및 스크린 유닛에는 실제 그림(11)으로 그려진다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 닷패턴 기반 디지털 펜 기술에서 해상도 좌표시스템을 디스플레이하기 위한 호모그래피 좌표변환 방법 및 시스템이 적용되었을 때에 사용자에 의해 그려진 변환후 그림(22)의 위치를 나타낸 개략도이다.
변환후 그림(22)은 의도된 그림(21) 및 실제 그림(11)을 정하는 좌표 간의 오차가 없는 것으로, 투영되는 이미지가 찌그러져 있는 환경과 상관없이 사용자가 그리는 정보 그대로가 스크린 유닛 상에 표시된다.
다음은 도 6 및 도 7을 참조하여, 단번의 보정에 의해 간편하게 스크린상에 투영되는 영상의 호모그래피 좌표시스템(20)과 단말기 모니터에 디스플레이된 영상의 디스플레이 해상도 좌표시스템(10)을 일치시킬 수 있는 본 발명의 일 실시예에 따른 좌표변환방법 및 시스템을 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 닷패턴 기반 디지털 펜 기술에서 해상도 좌표시스템을 디스플레이하기 위한 호모그래피 좌표변환 방법을 나타내는 순서도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 닷패턴 기반 디지털 펜 기술에서 해상도 좌표시스템을 디스플레이하기 위한 호모그래피 좌표변환 시스템을 나타내는 개념도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 닷패턴 기반 디지털 펜 기술에서 해상도 좌표시스템을 디스플레이하기 위한 호모그래피 좌표변환 방법은, 초기 좌표의 초기 좌표값 및 최종 해상도 좌표의 최종 해상도 좌표값이 프로세서(400)에 입력되는 단계(S100); 각각의 입력값이 산출부(420)에서 기설정된 형식의 행렬
Figure 112016049785587-pat00057
로 표현되는 단계(S200); 산출부(420)에서 등차 방정식
Figure 112016049785587-pat00058
에서 행렬 h값이 계산되는 단계(S300); 산출부(420)에서 행렬 h값이 기설정된 형식의 행렬 h'로 표현되는 단계(S310); 행렬 h'가 저장유닛(430)에 저장되는 단계(S320); 새로운 좌표의 좌표값이 디지털 펜(200)에 의해 프로세서(400)에 입력되는 단계(S400); 저장유닛(430)으로부터 행렬 h'가 호출되어 변환부(440)에서 새로운 좌표값이 보정되는 단계(S500); 및 보정된 좌표값이 스크린 유닛(100) 상에 표시되는 단계를 포함하며, 다른 새로운 좌표값이 입력될 경우에, 단계(S500) 및 단계(S600)가 반복 수행되는 것이 바람직하다.
4개의 초기 좌표의 초기 좌표값 및 4개의 최종 해상도 좌표의 최종 해상도 좌표값이 프로세서(400)에 입력되는 단계(S100)에 있어서, 초기 좌표값은, 스크린 유닛(100) 상에서 디지털 펜(200)에 의해 인식된 호모그래피 좌표시스템(20)의 닷패턴 좌표인 것이 바람직하다. 이와 같은 초기 좌표값은 디지털 펜(200)에 의해 스크린 유닛(100) 상의 임의의 4개의 지점이 터치됨으로써 프로세서(400)에 포함된 입력부(410)의 초기 좌표값 입력부(411)에 입력될 수 있다. 여기서 임의의 4개의 지점은 프로젝터 유닛(300)에 의해 투영되는 영상의 네 개의 꼭지점(
Figure 112016049785587-pat00059
,
Figure 112016049785587-pat00060
,
Figure 112016049785587-pat00061
,
Figure 112016049785587-pat00062
)인 것이 바람직하다.
이에 따라, 프로젝터 유닛(300)에 의해 투영되는 영상이 찌그러져 있는 환경과 상관없이 디지털 펜(200)이 스크린 유닛(100)과 상호작용할 수 있는 동작 영역이 용이하게 지정된다. 즉, 투영되는 영상의 네 개의 꼭지점(
Figure 112016049785587-pat00063
,
Figure 112016049785587-pat00064
,
Figure 112016049785587-pat00065
,
Figure 112016049785587-pat00066
)을 꼭지점으로 하는 사각형의 동작 영역이 설정된다.
4개의 최종 해상도 좌표의 최종 해상도 좌표값은, 단말기의 디스플레이, 예를 들면 컴퓨터의 모니터에서 설정되는 디스플레이 해상도 좌표시스템(10)의 디스플레이 해상도 좌표인 것이 바람직하다. 이와 같은 디스플레이 해상도 좌표는 사용자가 원하는 해상도로 설정될 수 있으며, 이러한 바람직한 해상도가 반영되어 기설정된 최종 해상도 좌표값은 프로세서(400)에 포함된 입력부(410)의 최종 해상도 좌표값 입력부(412)에 입력될 수 있다.
여기서 최종 해상도 좌표는 기설정된 해상도에 따라 단말기의 디스플레이에 표시되는 영상의 네 개의 꼭지점(
Figure 112016049785587-pat00067
,
Figure 112016049785587-pat00068
,
Figure 112016049785587-pat00069
,
Figure 112016049785587-pat00070
)인 것이 바람직하다.
각각의 입력값이 산출부(420)에서 기설정된 형식의 행렬 Ai로 표현되는 단계(S200)에서 기설정된 형식의 행렬
Figure 112016049785587-pat00071
는 등차 방정식
Figure 112016049785587-pat00072
에서 행렬 h값이 계산되는 단계(S300)에서 행렬 h값이 용이하게 계산될 수 있도록 구성된 것이 바람직하다.
행렬
Figure 112016049785587-pat00073
는 4개의 초기 좌표값(
Figure 112016049785587-pat00074
,
Figure 112016049785587-pat00075
,
Figure 112016049785587-pat00076
,
Figure 112016049785587-pat00077
,
Figure 112016049785587-pat00078
,
Figure 112016049785587-pat00079
,
Figure 112016049785587-pat00080
,
Figure 112016049785587-pat00081
) 및 4개의 최종 해상도 좌표값(
Figure 112016049785587-pat00082
,
Figure 112016049785587-pat00083
,
Figure 112016049785587-pat00084
,
Figure 112016049785587-pat00085
,
Figure 112016049785587-pat00086
,
Figure 112016049785587-pat00087
,
Figure 112016049785587-pat00088
,
Figure 112016049785587-pat00089
,
Figure 112016049785587-pat00090
)을 모두 포함하는 것으로, 다음과 같은 8X9 행렬로 표현되는 것이 바람직하다.
Figure 112016049785587-pat00091
등차 방정식
Figure 112016049785587-pat00092
에서 행렬 h가 계산되는 단계(S300)에서, 행렬 h는 다음과 같은 행렬로 나타낼 수 있다.
Figure 112016049785587-pat00093
그리고 h는 행렬
Figure 112016049785587-pat00094
와 곱해져서 0이 되는 것으로, 행렬
Figure 112016049785587-pat00095
의 영공간(nullspace, kernel)이다. 산출부(420)에서 행렬 h가 기설정된 형식의 행렬 h'로 표현되는 단계(S310)에서 행렬 h'는 다음과 같은 행렬로 나타낼 수 있다.
Figure 112016049785587-pat00096
행렬 h'가 저장유닛(430)에 저장되고 새로운 좌표(a, b)의 좌표값이 디지털 펜(200)에 의해 프로세서(400)에 입력되면, 새로운 좌표(a, b)의 좌표값은 다음과 같은 식을 통해 보정된다.
Figure 112016049785587-pat00097
보정된 새로운 좌표(a', b')는 스크린 유닛(100) 상에 표시된다(S500). 여기서
Figure 112016049785587-pat00098
이다. 즉, 변환부(440)에서 새로운 좌표(a, b)는 상기와 같은 행렬 형태로 표현되고, 행렬 h'와 곱해진 후, c로 나눠짐으로써 해의 마지막 행도 1로 남게 된다.
이와 같은 보정을 거친 보정된 새로운 좌표(a', b')는 스크린 유닛(100) 상에 표시될 때, 호모그래피 좌표시스템(20)과 일치하는 좌표계의 좌표로서, 사용자가 스크린 유닛(100) 상에 의도된 위치에 보정된 새로운 좌표(a', b')에 대응되는 점이 찍히게 된다.
이러한 과정이 연속적으로 반복됨으로써 복수 개의 점이 선을 형성하게 되고, 사용자는 이를 통해 글이나 그림을 의도한 대로 쓰고 그릴 수 있다.
스크린 유닛(100)은 닷패턴이 인쇄된 종이가 구비된 어떠한 칠판일 수 있으며, 닷패턴이 인쇄된 종이가 평평한 벽에 붙어 있는 형식으로 설치될 수도 있다. 디지털 펜(200)은 닷패턴을 인식할 수 있는 적외선 카메라와 같은 부재가 구비된 펜인 것이 바람직하며, 종래기술에서도 일반적으로 사용되는 닷패턴 기반 디지털 펜일 수 있다.
프로젝터 유닛(300)은 천장에 달리는 타입, 책상에 놓이는 타입, 또는 바닥이나 벽면에 설치되는 타입일 수도 있으며, 설치되는 형태에 있어서 제한되지 않는다.
프로세서(400)는 소프트웨어가 가동될 수 있는 어떤 단말기, 예를 들면 컴퓨터와 같은 장치에 내장된 일부일 수 있으나, 컴퓨터로 한정되지 않으며, 스마트폰, 태블릿 등 디지털 펜과 통신할 수 있는 구성이 구비된 어떠한 단말기일 수 있다.
프로세서(400)는 초기 좌표값 입력부(411) 및 최종 해상도 좌표값 입력부(412)를 포함하는 입력부(410), 입력된 초기 좌표값과 최종 해상도 좌표값으로 행렬 h'를 계산하는 산출부(420), 행렬 h'를 저장하는 저장유닛(430), 및 행렬 h'가 호출되어 새로운 좌표값들을 보정하여 새로운 좌표로 변환시키는 변환부(440)를 포함하는 것이 바람직하다.
상술된 바와 같은 좌표변환 방법 및 시스템은 닷패턴 기반 디지털 펜 기술에서 해상도 좌표시스템을 디스플레이하기 위한 소프트웨어에 적용될 수 있으며, 이러한 소프트웨어가 내장된 CD, 디스크, 메모리 카드, 등 다양한 형태의 하드웨어로 제작될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 닷패턴 기반 디지털 펜 기술에서 해상도 좌표시스템을 디스플레이하기 위한 호모그래피 좌표변환 방법 및 시스템에 의하여, 키스톤의 변형값이 변수로 작용하더라도, 매번 스크린 유닛의 닷패턴 좌표시스템과 모니터 및 프로젝터의 좌표시스템이 일치하도록 정밀하게 정렬되어, 프로젝터 유닛에 의해 투영되는 이미지가 찌그러져 있는 환경과 상관없이 사용자가 닷패턴에서 그리는 정보 그대로가 스크린에 투영될 수 있다.
10: 디스플레이 해상도 좌표시스템
11: 실제 그림
20: 호모그래피 좌표시스템
21: 의도된 그림
22: 변환후 그림
100: 스크린 유닛
200: 디지털 펜
300: 프로젝터 유닛
400: 프로세서
410: 입력유닛
411: 초기 좌표값 입력부
412: 최종 해상도 좌표값 입력부
420: 산출부
430: 저장유닛
440: 변환부

Claims (9)

  1. 프로젝터 유닛의 호모그래피 좌표시스템에서의 초기 좌표와 단말기의 디스플레이 해상도 좌표시스템에서의 최종 해상도 좌표가 서로 대응되어 디지털 펜에 의해 새로 입력되는 좌표가 자동으로 변환되어 보정되는 방법에 있어서,
    (a) 상기 초기 좌표의 초기 좌표값 및 상기 최종 해상도 좌표의 최종 해상도 좌표값이 프로세서에 입력되는 단계;
    (b) 각각의 입력값이 산출부에서 기설정된 형식의 행렬
    Figure 112017039010049-pat00099
    로 표현되는 단계;
    (c) 상기 산출부에서 등차 방정식
    Figure 112017039010049-pat00100
    에서 행렬 h가 계산되는 단계;
    (d) 상기 산출부에서 상기 행렬 h가 기설정된 형식의 행렬 h'로 표현되는 단계;
    (e) 상기 행렬 h'가 저장유닛에 저장되는 단계;
    (f) 새로운 좌표의 좌표값이 상기 디지털 펜에 의해 상기 프로세서에 입력되는 단계;
    (g) 상기 저장유닛으로부터 상기 행렬 h'가 호출되어 변환부에서 상기 새로운 좌표의 좌표값이 보정되는 단계;
    (h) 보정된 상기 새로운 좌표가 스크린 유닛 상에 표시되는 단계를 포함하며,
    다른 새로운 좌표값이 상기 프로세서에 입력될 경우에, 단계 (g) 및 (h)가 반복 수행되는,
    닷패턴 기반 디지털 펜 기술에서 해상도 좌표시스템을 디스플레이하기 위한 호모그래피 좌표변환 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 초기 좌표는 4개로서, 상기 스크린 유닛 상에서 상기 디지털 펜에 의해 인식된 상기 호모그래피 좌표 시스템의 닷패턴 좌표이며,
    상기 초기 좌표는 상기 프로젝터 유닛에 의해 투영되는 영상의 네 개의 꼭지점(
    Figure 112016049785587-pat00101
    ,
    Figure 112016049785587-pat00102
    ,
    Figure 112016049785587-pat00103
    ,
    Figure 112016049785587-pat00104
    )인,
    닷패턴 기반 디지털 펜 기술에서 해상도 좌표시스템을 디스플레이하기 위한 호모그래피 좌표변환 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 최종 해상도 좌표는 4개로서, 상기 디스플레이 해상도 좌표시스템(10)의 디스플레이 해상도 좌표이며, 기설정된 해상도에 따라 단말기의 디스플레이에 표시되는 영상의 네 개의 꼭지점(
    Figure 112016049785587-pat00105
    ,
    Figure 112016049785587-pat00106
    ,
    Figure 112016049785587-pat00107
    ,
    Figure 112016049785587-pat00108
    )인,
    닷패턴 기반 디지털 펜 기술에서 해상도 좌표시스템을 디스플레이하기 위한 호모그래피 좌표변환 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서 상기 행렬
    Figure 112017039010049-pat00109
    는 상기 초기 좌표값(
    Figure 112017039010049-pat00110
    ,
    Figure 112017039010049-pat00111
    ,
    Figure 112017039010049-pat00112
    ,
    Figure 112017039010049-pat00113
    ,
    Figure 112017039010049-pat00114
    ,
    Figure 112017039010049-pat00115
    ,
    Figure 112017039010049-pat00116
    ,
    Figure 112017039010049-pat00117
    ) 및 상기 최종 해상도 좌표값(
    Figure 112017039010049-pat00118
    ,
    Figure 112017039010049-pat00119
    ,
    Figure 112017039010049-pat00120
    ,
    Figure 112017039010049-pat00121
    ,
    Figure 112017039010049-pat00122
    ,
    Figure 112017039010049-pat00123
    ,
    Figure 112017039010049-pat00124
    ,
    Figure 112017039010049-pat00125
    ,
    Figure 112017039010049-pat00126
    )을 모두 포함하는 것으로,
    Figure 112017039010049-pat00127

    로 표현되는,
    닷패턴 기반 디지털 펜 기술에서 해상도 좌표시스템을 디스플레이하기 위한 호모그래피 좌표변환 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서 상기 등차 방정식
    Figure 112016049785587-pat00128
    에서 상기 행렬 h는 상기 행렬
    Figure 112016049785587-pat00129
    와 곱해져서 0이 되는 상기 행렬
    Figure 112016049785587-pat00130
    의 영공간으로서,
    Figure 112016049785587-pat00131
    로 표현되는,
    닷패턴 기반 디지털 펜 기술에서 해상도 좌표시스템을 디스플레이하기 위한 호모그래피 좌표변환 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 (d) 단계에서 상기 행렬 h로부터 표현된 기설정된 형식의 상기 행렬 h'는,
    Figure 112016049785587-pat00132
    로 표현되는,
    닷패턴 기반 디지털 펜 기술에서 해상도 좌표시스템을 디스플레이하기 위한 호모그래피 좌표변환 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 (f) 단계에서 상기 새로운 좌표가 (a, b)로 표현될 경우에, 상기 새로운 좌표의 좌표값이 상기 디지털 펜에 의해 상기 프로세서에 입력되면, 상기 (g) 단계에서 상기 새로운 좌표의 좌표값은 다음과 같은 식에 대입되어 보정되며,
    Figure 112017039010049-pat00133

    상기
    Figure 112017039010049-pat00134
    인,
    닷패턴 기반 디지털 펜 기술에서 해상도 좌표시스템을 디스플레이하기 위한 호모그래피 좌표변환 방법.
  8. 삭제
  9. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 하나의 닷패턴 기반 디지털 펜 기술에서 해상도 좌표시스템을 디스플레이하기 위한 호모그래피 좌표변환 방법이 적용된 시스템에 있어서,
    닷패턴이 인쇄된 종이가 구비된 스크린 유닛, 상기 닷패턴을 인식할 수 있는 적외선 카메라가 구비된 디지털 펜, 및 단말기에 디스플레이되는 영상을 상기 스크린 유닛으로 투영하는 프로젝터 유닛을 포함하며,
    상기 디지털 펜에 의해 상기 단말기에 구비된 프로세서로 통신되는 초기 좌표 정보는 상기 호모그래피 좌표변환 방법에 의해 변환되는,
    닷패턴 기반 디지털 펜 기술에서 해상도 좌표시스템을 디스플레이하기 위한 호모그래피 좌표변환 시스템.
KR1020160063413A 2016-05-24 2016-05-24 닷패턴 기반 디지털 펜 기술에서 해상도 좌표시스템을 디스플레이하기 위한 호모그래피 좌표변환 방법 및 시스템 KR101752832B1 (ko)

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