KR101797814B1 - 이미지 비교 알고리즘에 기반한 소아 교육용 학습 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

복수의 블록들로 형성된 조립체에 대한 조립체 정보를 저장하는 데이터베이스; 상기 조립체 정보에 기초하여 제1 조립체의 이미지를 사용자에게 제공하는 디스플레이; 및 상기 사용자로부터 상기 사용자가 완성한 제2 조립체의 이미지를 수신하고, 상기 제1 조립체의 이미지와 상기 제2 조립체의 이미지를 비교하여 일치 여부를 결정하는 프로세서를 포함하고, 상기 데이터베이스는 상기 조립체를 형성하는 블록의 개수, 색상, 및 모양 중 적어도 하나와 관련하여 결정된 난이도에 따라서 상기 조립체 정보를 복수의 단계로 나누어서 저장하고, 상기 프로세서는 상기 제1 조립체의 이미지를 상기 단계별로 제공하는 소아 교육용 학습 장치를 제공한다.

Description

이미지 비교 알고리즘에 기반한 소아 교육용 학습 장치 및 방법{TEACHING APPARATUS, METHOD FOR CHILD BASED ON IMAGE COMPARISON ALGORITHM}

본 발명은 사용자, 소아에게 조립체에 대한 정보를 제공하고, 완성된 조립체의 이미지와 데이터베이스에 저장된 정보를 이미지 비교 알고리즘을 통해 일치 여부를 결정하는 소아 교육용 학습 장치 및 소아 교육용 학습 방법에 관한 것이다. 구체적으로는 행렬식의 행렬값의 계산을 기반으로 한 이미지 처리 기술을 이용하는 소아 교육용 학습 장치 및 방법에 관한 것이다.

이미지 처리(image processing)는 화소 처리(picture processing)라고도 한다. 컴퓨터에 의한 디지털 영상 처리는 메모리 소자 등의 급속한 진보에 의해 우주 관측, 의료용, 사진 해석, 디자인, 각종 패턴 인식 등 많은 응용 분야에서 실용화되고 있다. TV 카메라, CCD 카메라 등이 영상 입력 장치로, 또 카피를 위한 하드, 소프트의 각종 출력 장치가 사용되며, 디지털화된 영상을 컴퓨터로 처리하기 위한 몇 가지 특별한 수법도 개발되고 있다.

이미지 처리 기술에는 다양한 방법이 존재한다. 이미지 처리 기술은 신호 처리 기술의 한 분야로서 신호 처리 기술에서의 입력을 비디오(Video) 혹은 이미지(Image)로 갖는 과정으로서, 대부분을 비디오(Video) 혹은 이미지(Image)를 2차원화된 신호(Signal)로 간주하여 처리한다.

영상 처리는 화소 점, 영역처리, 기하처리, 프레임처리 등으로 분류되고 있으며, 이러한 이미지 처리 기술은 얼굴 인식 또는 윤곽 검출에 관련되는 비주얼 컴퓨팅(Visual computing) 또는 증강현실 컨텐츠(contents)에 관련되는 가상 현실(virtual reality) 등에 적용이 가능하다. 영상처리 혹은 이미지처리 기술에서는 OpenCV 또는 MATLAB을 기반으로 한 이미지 비교 알고리즘을 사용한다.

최근 소아 아동 교육에 관한 시장의 관심이 급증하고 있어 아동 교육 방법에 있어서도 다양한 접근이 이루어지고 있다. 이에 따라서 이미지 처리 기술을 아동교육용 공간지각능력 향상교구에 접목시키는 기술이 대두되고 있다. 기존의 OpenGL기반의 이미지 처리 기술에 비해 복잡한 코딩 및 이미지 형상 분석의 단순화 작업의 도모가 가능한 MATLAB을 이용한 이미지 처리 기술에 대한 접근이 요구된다.

본 발명의 실시예들은 소아에게 조립체에 대한 정보를 제공하고, 제공된 조립체를 완성시키도록 하여 소아의 과제수행력을 향상시키는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따르면, 향상된 정밀도 및 복잡도에 대한 조립체를 난이도를 향상시켜가며 단계적으로 제공하여, 소아의 흥미를 이끌어낼 수 있다.

본 발명에 따르면, 행렬화 과정을 거친 픽셀연산을 통하여 복잡한 코딩 및 이미지 형상 분석의 단순화를 도모할 수 있다.

본 발명에 따르면, 준비된 과제를 수행하고 즉각적인 feedback을 제공함으로써 쌍방향소통이 가능한 복합 교구를 제공할 수 있다.

본 발명에 따르면, 사용자가 스마트 디바이스를 통하여 제공받을 수 있는 소아 교육용 학습 어플리케이션 서비스를 제공할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른, 소아 교육용 학습 장치는 복수의 블록들로 형성된 조립체에 대한 조립체 정보를 저장하는 데이터베이스; 상기 조립체 정보에 기초하여 제1 조립체의 이미지를 사용자에게 제공하는 디스플레이; 및 상기 사용자로부터 상기 사용자가 완성한 제2 조립체의 이미지를 수신하고, 상기 제1 조립체의 이미지와 상기 제2 조립체의 이미지를 비교하여 일치 여부를 결정하는 프로세서를 포함하고, 상기 데이터베이스는 상기 조립체를 형성하는 블록의 개수, 색상, 및 모양 중 적어도 하나와 관련하여 결정된 난이도에 따라서 상기 조립체 정보를 복수의 단계로 나누어서 저장하고, 상기 프로세서는 상기 제1 조립체의 이미지를 상기 단계별로 난이도를 달리하여 상기 디스플레이를 통하여 사용자에게 제공할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른, 소아 교육용 학습 장치에 있어서, 제1 조립체의 이미지 및 상기 제1 조립체의 이미지에 기반한 조립체를 난이도 별로 저장하는 데이터베이스; 및 사용자의 스마트 디바이스에 설치된 소아 교육용 학습 어플리케이션 프로그램으로부터 제2 조립체의 이미지를 수신하고 상기 제1 조립체의 이미지와 상기 제2 조립체의 이미지를 비교하여 일치 여부를 결정하는 프로세서를 포함하고, 상기 어플리케이션 프로그램은 상기 제1 조립체의 이미지를 상기 프로세서로부터 수신하고, 상기 수신된 제1 조립체의 이미지를 상기 스마트 디바이스의 디스플레이에 표시하는 단계; 상기 사용자로부터 제2 조립체의 이미지를 입력받는 단계; 및 상기 입력된 제2 조립체의 이미지를 상기 소아 교육용 학습 장치로 전송하고, 상기 프로세서로부터 상기 제1 조립체의 이미지 및 상기 제2 조립체의 이미지의 일치 여부를 수신하고, 상기 일치 여부를 상기 스마트 디바이스의 디스플레이에 표시하는 단계 를 수행할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른, 소아 교육용 학습 방법에 있어서, 복수의 블록들로 형성된 조립체에 대한 조립체 정보를 저장하는 데이터베이스를 유지하는 단계; 상기 조립체를 형성하는 블록의 개수, 색상, 및 모양 중 적어도 하나와 관련하여 결정된 난이도에 따라서 상기 조립체 정보를 복수의 단계로 나누어서 데이터베이스에 저장하는 단계; 상기 조립체 정보에 기초하여 제1 조립체의 이미지를 사용자에게 제공하는 단계; 및 상기 사용자가 완성한 제2 조립체의 이미지를 수신하고, 상기 제1 조립체의 이미지와 상기 제2 조립체의 이미지를 비교하여 일치 여부를 결정하는 단계; 및 상기 제1 조립체의 이미지를 상기 단계별로 제공하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 조립체의 이미지 비교를 통한 완성 여부 결정을 통해 소아의 공간지각능력의 향상을 도모할 수 있다.

본 발명에 따르면, 향상된 정밀도 및 복잡도에 대한 조립체를 단계적으로 제공하여, 사용자에게 몰입도를 제공할 수 있다.

본 발명에 따르면, 행렬화 과정을 통한 픽셀연산을 통하여 복잡한 코딩 및 이미지 형상 분석의 단순화를 도모할 수 있다.

본 발명에 따르면, 준비된 과제를 수행하고 즉각적인 feedback을 제공함으로써 쌍방향소통이 가능한 복합 교구를 제공할 수 있다.

본 발명에 따르면, 스마트 디바이스를 활용한 어플리케이션 서비스를 제공하여, 특별한 장치 없이도 간편하게 교육용 프로그램을 실행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른, 소아 교육용 학습 장치가 제공되는 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른, 소아 교육용 학습 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른, 조립체를 형성하는 블록의 개수, 색상, 및 모양 중 적어도 하나와 관련하여 결정된 난이도에 따라 조립체 정보를 복수의 단계로 나누어 저장하는 데이터베이스를 예시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른, 행렬의 픽셀연산의 일례를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른, 제1 조립체의 3차원 영상으로부터 2차원 영상을 생성하는 일례를 설명하는 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른, 프로세서가 제1 조립체의 이미지를 단계별로 난이도를 달리하여 디스플레이를 통해 사용자에게 제공하는 일례를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른, 소아 교육용 학습 어플리케이션을 실행시키는 소아 교육용 학습 장치가 제공되는 구성을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른, 소아 교육용 학습 어플리케이션이 활성화되는 실시예를 설명하기 위한 순서도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른, 소아 교육용 학습 방법을 설명하는 순서도이다.

아래 설명하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른, 소아 교육용 학습 장치가 제공되는 구성을 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 소아 교육용 학습 장치는 디스플레이(140), 데이터베이스, 프로세서를 포함하는 컴퓨팅 장치(150)를 포함할 수 있다. 반드시 데이터베이스 및 프로세서가 컴퓨팅 장치 내부에 설치될 필요는 없으며, 각각 컴퓨팅 장치 외부에 존재하여 네트워크(130)에 연결되는 것도 가능하다. 소아 교육용 학습 장치의 내부 구성에 대해서는 도 2에서 자세하게 기술한다.

본 발명의 일실시예에 따른, 데이터베이스는 복수의 블록들로 형성된 조립체에 대한 조립체 정보를 저장할 수 있다. 조립체는 사용자가 복수의 블록을 조립함에 의해서 형성될 수 있다. 디스플레이(140)는 조립체 정보에 기초하여 생성된 제1 조립체의 이미지를 사용자에게 제공할 수 있다.

사용자는 디스플레이에 제공된 이미지를 보고 블록을 조합하여 제2 조립체(110)를 형성할 수 있다. 제2 조립체는 데이터베이스에 저장된 조립 가능한 블록으로서 제1 조립체의 이미지와 비교 가능한 것이면 어느 것이든지 가능하다. 사용자에 의해 완성된 제2 조립체를 특정 방향에서 웹캠(web-cam)(120)으로 촬영할 수 있다. 웹캠(web-cam)은 실시간으로 비디오 화상을 전송하거나 인터넷을 이용하여 화상 회의를 하는 데 사용하는 소형 디지털 카메라를 통칭한다. 이 때, 웹캠(Web-cam)(120)은 도 2에서 도시되는 대로 소아 교육용 장치에 원격에서 인터넷 망 등의 네트워크(130)를 이용하여 디스플레이(130)와 연결될 수도 있고, 유선으로 연결되어 직접 디스플레이와 연결될 수도 있다. 웹캠은 제2 조립체의 이미지를 컴퓨팅 장치(150)로 송신할 수 있고, 컴퓨팅 장치(150) 내부에 탑재되어 직접 프로세서로 제2 조립체의 이미지를 송신할 수도 있다.

프로세서는 제1 조립체의 이미지를 기초로 하여 사용자는 제2 조립체를 형성하게 되며 제1 조립체의 이미지 및 제2 조립체의 이미지를 비교하여 제2 조립체의 완성도를 판정하게 된다. 프로세서(120)는 사용자가 완성한 제2 조립체의 이미지를 수신하고, 제1 조립체의 이미지와 제2 조립체의 이미지를 비교하여 일치 여부를 결정할 수 있다. 일치 여부의 판정 방법에 대해서는 자세하게 후술하며, 본원에서는 MATLAB을 이용한 이미지 처리 기술을 통해 조립체의 완성 여부를 결정하게 된다. 본 발명의 일실시예에 따른, 데이터베이스는 조립체를 형성하는 블록의 개수, 색상, 및 모양 중 적어도 하나와 관련하여 결정된 난이도에 따라서 조립체 정보를 복수의 단계로 나누어서 저장할 수 있다. 이는 도 3에서 자세하게 기술한다. 프로세서(120)는 제1 조립체의 이미지를 단계 별로 난이도를 달리하여 디스플레이(130)를 통하여 사용자에게 제공할 수 있다.

도 2은 본 발명의 일실시예에 따른, 소아 교육용 학습 장치의 구성을 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 소아 교육용 학습 장치(200)는 데이터베이스(210), 프로세서(220), 디스플레이(230)를 포함할 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따른, 데이터베이스(150)는 복수의 블록들로 형성된 조립체에 대한 조립체 정보를 저장할 수 있다. 조립체는 사용자가 복수의 블록을 조립함에 의해서 형성될 수 있고, 디스플레이(230)는 조립체 정보에 기초하여 생성된 제1 조립체의 이미지를 사용자에게 제공할 수 있다. 제1 조립체의 이미지가 사용자에게 제공되면, 사용자는 제2 조립체를 조립하여 이를 웹캠으로 촬영하게 된다.

본 발명의 일실시예에 따른, 프로세서는 제1 조립체의 이미지 및 제2 조립체의 이미지를 2차원으로 행렬화한 후, 행렬의 행렬 값이 소정치 이상 일치하는 경우 상기 이미지들의 일치 여부를 결정할 수 있다. 소정치은 사용자가 프로세서를 통해 임의로 설정할 수 있으며, 이의 결과를 디스플레이 상에 표시하게 된다.

본 발명의 일실시예에 따른, 상기 행렬 값은 행렬 연산의 근거가 되며, 상기 행렬 값은 상기 복수의 블록의 색상, 윤곽 및 모양 중 적어도 어느 하나에 관련될 수 있다. 물체의 형상, 색, 윤곽 등이 달라지는 경우에 행렬 값이 달라지게 되는데, 이러한 과정을 역으로 살펴보면 행렬 값이 달라지는 경계선을 물체의 형상, 색, 윤곽이 달라지는 경계로 판단할 수 있다. 이러한 과정을 통해 행렬 값의 측정하여 색상의 검출이 가능하며, 이를 응용하여 형상은 같으나 다른 색의 물체를 판별할 수 있다.

예를 들어, 정육면체를 160*120 해상도의 Web-cam으로 촬영하여 MATLAB에서 호출할 경우 동일한 색은 같은 값을 갖게 하는 160*120 크기의 행렬이 생성된다. 행렬 값이 변화하는 구간에서 색상이 변화하는 지점을 판단할 수 있게 된다. 부가적으로 색상 값을 따라 나타나는 행렬 값을 통해 물체의 형상 및 윤곽 또한 확인할 수 있게 된다. 하지만, 위의 설명에서도 해상도 및 행렬의 크기 등은 예시적인 것일 뿐이고 사용자의 임의적인 변경에 의해 변화가 가능하다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른, 조립체를 형성하는 블록의 개수, 색상, 및 모양 중 적어도 하나와 관련하여 결정된 난이도에 따라 조립체 정보를 복수의 단계로 나누어 저장하는 데이터베이스를 예시한 도면이다.

도 3에서 도시된 10개의 단계들은 임의로 구성된 문항이며, 예시적인 문항들에 불과하며 프로세서(120)는 임의의 블록의 조합에 대해 난이도를 결정할 수 있다. 본원의 발명에서 프로세서(120)는 문항을 난이도에 따라 단계 별로 사용자에게 제공할 수 있지만, 사용자가 직접 난이도를 선택할 수도 있다. 제1 조립체 자체의 난이도는 제1 조립체의 이미지를 행렬화 하는 과정에서 블록에 해당하는 면적이 점유하는 행렬인자들의 값을 고려하여 결정할 수 있다. 블록의 형상이 아닌 배경인자들의 값은 일정한데 반해 블록의 형상은 색상과 형상, 그리고 결합의 구성이 어려워 질수록 점유하는 행렬영역이 늘어나게 된다. 이 때 배경인자란 전체 이미지에서 제1 조립체가 점유하고 있지 않은 영역을 의미한다. 이 때, 실험을 통해 얻은 배경인자의 행렬 값과 다른 값을 나타내는 행렬인자의 수를 계산함으로써, 그 숫자의 크기가 커 질수록 복잡한 형상으로 간주하여 더 높은 난이도를 부여할 수 있다.

도 3에서 제시된 예시를 살펴보면, 빗금친 면, 점으로 찍힌 두 가지 단면을 살펴볼 때 3가지의 색으로 된 블록으로 난이도에 따른 단계를 판단할 수 있게 된다. 단계 1, 단계 2를 살펴보면 단색의 블록으로 구성되어 있고 모양도 비교적 단순하여 난이도가 낮게 책정됨을 알 수 있다. 단계가 올라갈수록 색상이 다양해지고 블록의 개수도 증가하게 된다. 단계 8 및 9를 살펴보면 적층적 구조로서 구성하고 있는 블록의 색상도 다양하게 이루어져 있다. 프로세서는 블록의 모양 또는 색상의 개수 등을 기준으로 하여 사용자가 재현하기 어렵다고 판단되는 구성에 높은 난이도를 부가하여 단계 별로 데이터베이스에 저장할 수 있다.

결론적으로, 상기 결정된 난이도 별로 도 3과 같이 제1 조립체들과 난이도를 연결시켜 조립체의 정보를 복수의 단계로 나누어 데이터베이스에 저장할 수 있다. 하지만 도 3에서 나타난 블록은 어디까지나 예시적인 것으로서 프로세서는 다양한 블록을 조합하여 제1 조립체를 형성할 수 있고, 이에 대한 난이도를 판단하여 데이터베이스에 저장할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른, 행렬의 픽셀연산의 일례를 도시한 도면이다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 프로세서는 상기 행렬 값들의 뺄셈 연산을 수행하고, 뺄셈한 행렬 값들의 평균 및 편차를 계산하며, 상기 행렬 값들의 평균 및 편차가 소정치 이하인 경우 상기 행렬 값들의 일치 여부를 판정할 수 있다. 도 4는 이러한 과정에서 픽셀의 크기를 극단적으로 줄이고 행렬 값을 단순하게 하여 이해를 돕기 위한 일례로서 도시되었다.

행렬 값에 의해서만 블록의 윤곽 등을 판별하므로 외부요인(빛, 그림자) 등이 일치 여부 판단에 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 이를 보완하기 위해 간섭이 크게 일어난 외부 요인은 제거하는 방식을 통하여 정밀도를 높일 수 있다. 이는 배경인자가 갖는 행렬 값을 문항과 답안 이미지에서 제거함으로써 수행될 수 있고, 이러한 연산 과정을 거치게 된 이미지의 배경은 매우 낮은 값을 가지게 된다.

행렬A(410)은 제1 조립체의 이미지를 위의 외부요인을 제거한 후 4*4 행렬로 표현한 행렬식이다. 행렬B(420)는 제2 조립체의 이미지를 수신하여 제1 조립체의 이미지와 마찬가지로 외부요인을 제거한 행렬식이다. 이와 같이 외부요인의 간섭을 최소화하고 비교정밀도를 높이기 위하여 배경인자를 제거하였다. 이제 배경인자를 제거한 이미지들을 산술연산을 통하여 비교해 볼 것이다. 이 과정에서는 앞서 언급했듯이 행렬 간의 뺄셈 연산을 이용하며, 같은 이미지(정답으로 간주 할 수 있는 범위 내의 유사도를 갖는 이미지)의 경우 차 연산을 통하여 행렬 전반에 걸쳐 매우 낮은 값을 나타낼 것이다. 반면 오답(정답으로 간주 할 수 있는 범위 밖의 유사도를 갖는 이미지)의 경우는 배경인자가 제거된 매우 낮은 값을 갖는 영역에 비해 상대적으로 높은 절대값을 갖는 인자를 나타내게 된다. 차 연산을 거쳐 도출되는 행렬은 정답일 경우 전반에 걸쳐 매우 낮은 값을 나타내게 되며, 이 값들의 평균값과 편차값 역시 매우 낮은 값을 갖는다. 반면 오답의 경우 나타나는 밝은 영역에 의해 평균값과 편차값이 상승하게 되며 이를 통해 정오판별을 하게 된다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른, 제1 조립체의 3차원 영상으로부터 2차원 영상을 생성하는 일례를 설명하는 순서도이다.

본 발명의 일실시예에 따른, 프로세서는 제1 조립체에 대한 3차원 이미지를 생성한 후, 생성된 3차원 이미지로부터 특정 방향을 기준으로 2차원의 제1 조립체의 이미지를 추출하고, 상기 추출된 2차원의 제1 조립체의 이미지와 상기 제2 조립체의 이미지를 비교할 수 있다. 제2 조립체의 이미지를 수신받는 단계에서 제2 조립체의 이미지는 2차원의 이미지이기 때문에, 데이터베이스에 저장된 3차원의 제1 조립체의 이미지에서 2차원의 이미지를 추출하여 비교하는 단계가 필요하며, 3차원의 이미지 상에서 특정 방향에서 이미지를 추출하게 된다. 데이터베이스에는 제1 조립체에 대한 정보가 3차원 이미지로서 저장된다. 하지만 제2 조립체의 이미지와 비교할 제1 조립체의 이미지는 2차원이 이미지에 해당되므로, 3차원의 이미지로부터 2차원의 이미지를 추출하는 과정이 요구된다. 도 5에서는 510의 3차원 이미지에서 특정 방향에서 측정된 520의 2차원의 이미지를 추출하였지만 이는 예시적일 뿐 프로세서는 어느 방향에서든지 2차원의 이미지를 추출할 수 있다. 프로세서는 위와 같은 방식으로 얻어진 제1 조립체의 이미지를 제2 조립체의 이미지와 비교하게 된다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른, 프로세서가 제1 조립체의 이미지를 단계별로 난이도를 달리하여 디스플레이를 통해 사용자에게 제공하는 일례를 도시한 도면이다.

앞서 설명한 대로, 결정된 난이도에 따라서 제1 조립체는 사용자에게 단계별로 제공될 수 있다. 단계610처럼 단계 1에 해당하는 제1 조립체의 이미지가 디스플레이 상에 제공될 수 있다. 프로세서가 사용자에 의해 완성된 제2 조립체의 이미지를 수신하면 디스플레이 상에 비교하는 화면을 표시할 수 있다. 단계620처럼 위의 이미지 비교 알고리즘을 통해 결정된 이미지들의 일치 여부를 디스플레이에 표시하여 정답인 경우에는 단계630과 같이 다음 단계로 넘어가고 오답인 경우에는 정답을 맞출 때까지 계속하여 블록을 조립하도록 할 수 있다. 오답인 경우에도 단계가 종료되는 것이 아니라 조립체가 완성될 때까지 계속적인 수행을 요구하는 즉각적인 feedback을 받음으로써 쌍방향의 소통이 가능한 소아 교육용 학습 장치를 제공할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른, 소아 교육용 학습 어플리케이션을 실행시키는 소아 교육용 학습 장치의 구성을 도시한 도면이다. 오늘날 스마트폰, 스마트패드 등의 스마트 디바이스가 널리 보급되어 있는데, 사용자는 스마트 디바이스(710)에 소아 교육용 학습 어플리케이션을 설치하고, 스마트 디바이스를 통하여 통신망(720)을 이용해 소아 교육용 학습 장치(730)에 접속할 수 있다. 스마트 디바이스(710)에 구비된 디스플레이를 통하여, 학습 장치로부터 제1 조립체의 이미지를 사용자에게 제공할 수 있다. 제1 조립체의 이미지가 사용자에게 제공되면 사용자는 블록을 이용하여 제2 조립체(740)를 생성할 수 있다. 제2 조립체가 생성되면, 그림과 같이 사용자는 스마트 디바이스(710)에 탑재된 카메라를 이용하여 제2 조립체를 촬영하거나, 그림에서는 나타나고 있지 않지만 웹캠 등의 촬영도구를 이용하여 제2 조립체를 촬영한 후 소아 교육용 학습 장치(730)에 제공할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른, 소아 교육용 학습 장치는 프로세서, 데이터베이스를 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른, 소아 교육용 학습 장치는 제1 조립체의 이미지 및 제1 조립체의 이미지에 기반한 조립체를 난이도 별로 저장하는 데이터베이스를 포함할 수 있다. 앞의 도면에서 설명한 바와 같이, 사용자에게 제공되는 제1 조립체에 대한 이미지 및 난이도를 포함한 정보 등이 데이터베이스에 저장될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른, 소아 교육용 학습 장치의 프로세서는 사용자의 스마트 디바이스에 설치된 소아 교육용 학습 어플리케이션 프로그램으로부터 제2 조립체의 이미지를 수신하고 상기 제1 조립체의 이미지와 상기 제2 조립체의 이미지를 비교하여 일치 여부를 결정할 수 있다. 소아 교육용 학습 어플리케이션은 컴퓨터 장비인 시스템을 이용하여 소아 교육의 목적 업무를 달성하기 위한 프로그램으로서, 소아 교육용 학습 장치의 데이터베이스에 저장될 수 있고, 소아 교육용 학습 장치의 프로세서에 의해 실행될 수 있다. 소아 교육용 학습 장치는 다양한 응용 프로그램를 구동할 수 있는 컴퓨팅 장치가 될 수 있고, 휴대폰, 테블릿 컴퓨터, 포터블 디바이스 등에 의해 구동될 수 있다.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른, 소아 교육용 학습 어플리케이션이 활성화되는 실시예를 설명하기 위한 순서도이다.

본 발명의 일실시예에 따른, 단계(810)에서는, 상기 어플리케이션 프로그램은 상기 제1 조립체의 이미지를 상기 프로세서로부터 수신하고, 상기 수신된 제1 조립체의 이미지를 상기 스마트 디바이스의 디스플레이에 표시할 수 있다.

단계(820)에서는, 상기 사용자로부터 제2 조립체의 이미지를 입력 받을 수 있다. 앞서 살펴본 대로, 제2 조립체의 이미지는 카메라 등에 의한 촬영에 의해 이루어질 수 있으며, 촬영에 의해 획득된 이미지가 소아 교육용 장치에 수신되어 어플리케이션 프로그램으로 제공될 수 있다.

일실시예에 따른, 단계(830)에서는, 어플리케이션 프로그램은 상기 입력된 제2 조립체의 이미지를 소아 교육용 학습 장치(700)로 전송하고, 프로세서(710)로부터 제1 조립체의 이미지 및 제2 조립체의 이미지의 일치 여부를 수신하고, 상기 일치 여부를 상기 스마트 디바이스의 디스플레이에 표시할 수 있다. 조립체들의 이미지가 일치하는 경우, 어플리케이션 프로그램은 다음 제1 조립체를 사용자에게 제공할 수 있고, 이미지가 일치하지 않는 경우, 제2 조립체가 완성될 때까지 feedback을 제공하여 사용자에게 몰입감을 불러 일으키고 쌍방향 소통이 가능한 교구의 구성을 구현할 수 있다.

일실시예에 따른, 프로세서는 상기 제1 조립체의 이미지 및 상기 2 조립체의 이미지를 2차원으로 행렬화한 후, 상기 행렬의 행렬 값의 측정을 통해 상기 일치 여부를 결정할 수 있다. 이미지에 대한 2차원의 행렬화가 이루어지며, 행렬 값을 측정, 행렬 간의 뺄셈 연산을 이용하여 이미지들의 일치 여부를 결정할 수 있다. 일실시예에 따른, 행렬 값은 상기 복수의 블록의 색상, 윤곽 및 모양 중 적어도 어느 하나에 관련될 수 있다. 색상, 윤곽, 모양이 변하는 경우 행렬 값의 변화가 일어나기 때문에 상기 변화를 통해 형상 등의 변화를 감지할 수 있다.

일실시예에 따른, 상기 프로세서는 상기 행렬 값들의 뺄셈 연산을 수행하고, 뺄셈한 행렬 값들의 평균 및 편차를 계산하며, 상기 행렬 값들의 평균 및 편차가 소정치 이하인 경우 상기 행렬 값의 일치 여부를 판정할 수 있다. 이미지들 간의 블록의 형상 및 색상이 일치하는 경우 거의 일치하는 행렬 값을 가질 것이고, 행렬의 뺄셈 연산을 거치면 0에 가까운 행렬을 얻을 수 있을 것이다. 뺄셈한 값들의 평균만을 취한다면 양의 값과 음의 값의 상충관계를 판정할 수 없기 때문에, 편차도 함께 비교하여 일치 여부를 판정할 수 있다. 프로세서는 일정 기준을 만족하는 경우 두 이미지의 일치 여부를 판정할 수 있고, 어플리케이션은 일치 여부를 디스플레이 상에 제공할 수 있다. 일실시예에 따른, 프로세서는 제1 조립체에 대한 3차원 이미지를 생성한 후, 생성된 3차원 이미지로부터 특정 방향을 기준으로 2차원의 제1 조립체의 이미지를 추출할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른, 상기 제1 조립체의 이미지 및 상기 제2 조립체의 이미지가 서로 일치한 경우, 상기 프로세서는 상위 난이도의 제1 조립체의 이미지를 상기 데이터베이스로부터 검색하고, 상기 검색된 상위 난이도의 제1 조립체의 이미지를 상기 스마트 디바이스로 전송할 수 있다. 위에서 설명한 바와 같이, 데이터베이스에는 난이도 별로 제1 조립체가 저장되며, 사용자에게 더욱 몰입감을 줄 수 있도록 상위 난위도의 제1 조립체를 제공할 수 있다. 이 때, 데이터베이스에 저장된 난이도의 순서대로 제공될 수 있으며, 사용자가 임의로 특정 단계를 선택하여 진행할 수도 있다.

본 발명의 일실시예에 따른, 프로세서는 제1 조립체에 대한 3차원 이미지를 생성한 후, 생성된 3차원 이미지로부터 특정 방향을 기준으로 2차원의 제1 조립체의 이미지를 추출하고, 상기 추출된 2차원의 제1 조립체의 이미지와 상기 제2 조립체의 이미지를 비교할 수 있다. 제2 조립체의 이미지를 수신받는 단계에서 제2 조립체의 이미지는 2차원의 이미지이기 때문에, 데이터베이스에 저장된 3차원의 제1 조립체의 이미지에서 2차원의 이미지를 추출하여 비교하는 단계가 필요하며, 3차원의 이미지 상에서 특정 방향에서 이미지를 추출하게 된다.

도 9는 본 발명의 일실시예에 따른, 소아 교육용 학습 방법을 설명하는 순서도이다.

일실예에 따른, 단계(910)에서는 복수의 블록들로 형성된 조립체에 대한 조립체 정보가 데이터베이스에 저장될 수 있다. 조립체는 사용자가 블록을 조립하기 전에 제공되는 제1 조립체일 수 있다. 단계(920)에서는, 조립체를 형성하는 블록의 개수, 색상, 및 모양 중 적어도 하나와 관련하여 결정된 난이도에 따라서 상기 조립체 정보를 복수의 단계로 나누어서 데이터베이스에 저장할 수 있다. 단계(930)에서는, 상기 조립체 정보에 기초하여 제1 조립체의 이미지를 사용자에게 제공할 수 있다. 단계(940)에서는, 상기 사용자가 완성한 제2 조립체의 이미지를 수신하고, 상기 제1 조립체의 이미지와 상기 제2 조립체의 이미지를 비교하여 일치 여부를 결정할 수 있다. 이미지의 비교는 제1 조립체의 이미지 및 상기 2 조립체의 이미지를 2차원으로 행렬화한 후, 상기 행렬의 행렬 값의 측정을 통해 이루어질 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른, 상기 프로세서는 상기 행렬 값들의 뺄셈 연산을 수행하고, 뺄셈한 행렬 값들의 평균 및 편차를 계산하며, 상기 행렬 값들의 평균 및 편차가 소정치 이하인 경우 상기 행렬 값의 일치 여부를 판정할 수 있다. 이는 위에서 설명한 바와 같은 과정을 거치게 된다. 단계(950)에서는, 상기 제1 조립체의 이미지를 상기 단계별로 제공하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

110: 제2 조립체
120: 웹캠(web-cam)
130: 네트워크
140: 디스플레이
150: 컴퓨팅 장치

Claims (12)

1. 조립체를 형성하는 복수의 블록들의 개수, 색상, 및 모양 중 적어도 하나와 관련하여 결정된 난이도에 따라서 상기 조립체에 대한 조립체 정보를 저장하는 데이터베이스; 및
   상기 조립체 정보에 기초한 제1 조립체의 이미지를 단계 별로 난이도를 달리하여 디스플레이를 통하여 사용자에게 제공하고, 상기 사용자가 완성한 제2 조립체의 2차원 이미지를, 상기 제2 조립체를 특정 방향에서 촬영하는 웹캠(web-cam)으로부터 수신하며, 상기 제1 조립체의 이미지와 상기 제2 조립체의 이미지를 비교하여 일치 여부를 결정하는 프로세서
   를 포함하고,
   상기 프로세서는,
   상기 제1 조립체에 대한 3차원 이미지를 생성한 후, 상기 생성된 3차원 이미지로부터 상기 웹캠이 상기 제2 조립체를 촬영하는 상기 특정 방향을 기준으로 2차원의 제1 조립체의 이미지를 추출하고, 상기 추출된 2차원의 제1 조립체의 이미지와 상기 제2 조립체의 이미지를 비교하는
   소아 교육용 학습 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 프로세서는,
   상기 제1 조립체의 이미지 및 상기 제2 조립체의 이미지를 2차원으로 행렬화한 후, 상기 행렬의 행렬 값의 측정을 통해 상기 행렬 값이 정해진 값 이상으로 일치하는 경우, 상기 일치 여부를 결정하는
   소아 교육용 학습 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 행렬 값은,
   상기 복수의 블록의 색상, 윤곽 및 모양 중 적어도 하나에 관련되는
   소아 교육용 학습 장치.
4. 제2항에 있어서,
   상기 프로세서는,
   상기 행렬 값들의 뺄셈 연산을 수행하고,
   뺄셈한 행렬 값들의 평균 및 편차를 계산하며,
   상기 행렬 값들의 평균 및 편차가 정해진 값 이하인 경우, 상기 행렬 값들의 일치 여부를 판정하는
   소아 교육용 학습 장치.
5. 삭제
6. 소아 교육용 학습 장치에 있어서,
   제1 조립체의 이미지 및 상기 제1 조립체의 이미지에 기반한 조립체를 난이도 별로 저장하는 데이터베이스; 및
   사용자의 스마트 디바이스에 설치된 소아 교육용 학습 어플리케이션 프로그램으로부터 제2 조립체의 이미지를 수신하고 상기 제1 조립체의 이미지와 상기 제2 조립체의 이미지를 비교하여 일치 여부를 결정하는 프로세서;
   를 포함하고,
   상기 소아 교육용 학습 어플리케이션 프로그램은,
   상기 제1 조립체의 이미지를 상기 프로세서로부터 수신하고, 상기 수신된 제1 조립체의 이미지를 상기 스마트 디바이스의 디스플레이에 표시하는 단계;
   상기 사용자가 완성한 제2 조립체의 2차원 이미지를, 상기 제2 조립체를 특정 방향에서 촬영하는 웹캠을 통하여 입력 받는 단계; 및
   상기 입력된 제2 조립체의 이미지를 상기 소아 교육용 학습 장치로 전송하고, 상기 프로세서로부터 상기 제1 조립체의 이미지 및 상기 제2 조립체의 이미지의 일치 여부를 수신하고, 상기 일치 여부를 상기 스마트 디바이스의 디스플레이에 표시하는 단계를 수행하며,
   상기 프로세서는,
   상기 제1 조립체에 대한 3차원 이미지를 생성한 후, 상기 생성된 3차원 이미지로부터 상기 웹캠이 상기 제2 조립체를 촬영하는 상기 특정 방향을 기준으로 2차원의 제1 조립체의 이미지를 추출하고, 상기 추출된 2차원의 제1 조립체의 이미지와 상기 제2 조립체의 이미지를 비교하는
   소아 교육용 학습 장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제1 조립체의 이미지 및 상기 제2 조립체의 이미지가 서로 일치한 경우,
   상기 프로세서는,
   정해진 상위 난이도의 제1 조립체의 이미지를 상기 데이터베이스로부터 검색하고, 상기 검색된 상위 난이도의 제1 조립체의 이미지를 상기 스마트 디바이스로 전송하는
   소아 교육용 학습 장치.
8. 제6항에 있어서,
   상기 프로세서는,
   상기 제1 조립체의 이미지 및 상기 제2 조립체의 이미지를 2차원으로 행렬화한 후, 상기 행렬의 행렬 값의 측정을 통해 상기 행렬 값이 정해진 값 이상으로 일치하는 경우 상기 일치 여부를 결정하는
   소아 교육용 학습 장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 프로세서는,
   상기 행렬 값들의 뺄셈 연산을 수행하고,
   뺄셈한 행렬 값들의 평균 및 편차를 계산하며,
   상기 행렬 값들의 평균 및 편차가 정해진 값 이하인 경우 상기 행렬 값의 일치 여부를 판정하는
   소아 교육용 학습 장치.
10. 삭제
11. 복수의 블록들로 형성된 조립체에 대한 조립체 정보를 저장하는 데이터베이스를 유지하는 단계;
    상기 조립체를 형성하는 블록의 개수, 색상, 및 모양 중 적어도 하나와 관련하여 결정된 난이도에 따라서 상기 조립체 정보를 복수의 단계로 나누어서 데이터베이스에 저장하는 단계;
    상기 조립체 정보에 기초한 제1 조립체의 이미지를 단계 별로 난이도를 달리하여 디스플레이를 통하여 사용자에게 제공하는 단계;
    상기 사용자가 완성한 제2 조립체의 2차원 이미지를, 상기 제2 조립체를 특정 방향에서 촬영하는 웹캠으로부터 수신하고, 상기 제1 조립체의 이미지와 상기 제2 조립체의 이미지를 비교하여 일치 여부를 결정하는 단계; 및
    상기 제1 조립체의 이미지를 단계 별로 제공하는 단계
    를 포함하고,
    상기 일치 여부를 결정하는 단계는,
    상기 제1 조립체에 대한 3차원 이미지를 생성한 후, 상기 생성된 3차원 이미지로부터 상기 웹캠이 상기 제2 조립체를 촬영하는 상기 특정 방향을 기준으로 2차원의 제1 조립체의 이미지를 추출하는 단계; 및
    상기 추출된 2차원의 제1 조립체의 이미지와 상기 제2 조립체의 이미지를 비교하는 단계
    를 포함하는 소아 교육용 학습 방법.
12. 제11항에 있어서,
    상기 일치 여부를 결정하는 단계는
    상기 제1 조립체의 이미지 및 상기 제2 조립체의 이미지를 2차원으로 행렬화한 후, 상기 행렬의 행렬 값의 측정을 통해 상기 행렬 값이 정해진 값 이상으로 일치하는 경우 상기 일치 여부를 결정하는 단계
    를 더 포함하는 소아 교육용 학습 방법.

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