KR101913179B1 - 적외선 센싱 발판 장치, 이를 이용한 2차원 영상 검출 방법 및 프로그램 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적외선 광학 검출방식을 이용하여 사용자 발의 위치 및 움직임을 더욱 정확하고 정밀하게 판단 및 추적하는 적외선 센싱 발판 장치, 이를 이용한 2차원 영상 검출 방법 및 프로그램이 개시된다. 개시된 본 발명은 발판의 일정 높이에 방사형으로 평행하게 적외선을 방출하는 적외선 방출부; 상기 발판에 접촉되는 발의 일측에 반사된 반사광을 수광하는 적외선 촬영부; 및 상기 적외선 촬영부에서 수광된 영상을 분석하고, 상기 발판상의 좌표값을 처리하여 발의 위치 및 움직임을 판단하는 제어부를 포함한다.

Description

적외선 센싱 발판 장치, 이를 이용한 2차원 영상 검출 방법 및 프로그램{Apparatus for Infrared sensing footing device, Method for TWO-DIMENSIONAL image detecting and program using the same}

본 발명은 가상현실 트레드밀 장치에 적용되는 적외선 센싱 발판 장치, 이를 이용한 2차원 영상 검출 방법 및 프로그램에 관한 것이다.

최근의 VR(virtual reality) 장치는 고글 또는 헤드마운트 디스플레이(HMD, Head Mounted Display)를 통해 사용자에게 몰입감 있는 360도 3차원 가상체험을 제공하기 위하여 가상현실 트레드밀 장치가 함께 사용되고 있다.

가상현실 트레드밀 장치는 사용자가 VR 콘텐츠를 편하고 몰입감 있게 경험 할 수 있는 환경을 제공하기 위한 것으로, 현재 VR의 문제점 중 하나인 부자연스러운 공간이동, Room scale의 제한된 공간활용 방식을 극복하고 최소한의 공간을 이용하여 VR내 무한공간을 자연스럽게 이동할 수 있도록 하는 것이다.

사용자가 실제 현실에서 움직이듯 직관적으로 발걸음 동작을 하면 그 동작을 인식하여 VR 콘텐츠 내의 공간이동으로 구현하고 있다.

이를 위하여 더욱 정확하고 정밀하게 발의 위치 및 움직임을 판단하고 추적하는 기술의 개발이 필요한 실정이다.

일본 공개특허공보 제2008-67737호 (2008년03월27일)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 적외선 광학 검출방식을 이용하여 사용자 발의 위치 및 움직임을 더욱 정확하고 정밀하게 판단 및 추적하는 적외선 센싱 발판 장치, 이를 이용한 2차원 영상 검출 방법 및 프로그램을 제공하는데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 센싱 발판 장치는, 발판의 일정 높이에 방사형으로 평행하게 적외선을 방출하는 적외선 방출부; 상기 발판에 접촉되는 발의 일측에 반사된 반사광을 수광하는 적외선 촬영부; 및 상기 적외선 촬영부에서 수광된 영상을 분석하고, 상기 발판상의 좌표값을 처리하여 발의 위치 및 움직임을 판단하는 제어부를 포함한다.

상기 적외선 방출부와 상기 적외선 촬영부를 일체형으로 포함하는 센싱 모듈을 더 포함하고, 상기 센싱 모듈은 상기 발판을 중심으로 그 외각에 복수개가 배치되되, 서로 마주보지 않도록 비대칭 위치에 배치될 수 있다.

상기 적외선 촬영부는 2차원 적외선 카메라인 것이 바람직하다.

상기 제어부는, 블랍 검출(Blob Detection) 알고리즘을 적용하여 상기 영상을 검출하되, 부하를 최소화하기 위해 플러드 필(Flood Fill) 알고리즘에 영상 이진화(Thresholding)를 적용한 블랍 검출 알고리즘을 적용할 수 있다.

상기 제어부의 블랍 검출 알고리즘은, 원형의 상기 발판에 단색 비트맵을 적용하고 배열 형태로 변환하여 관심영역을 마스킹하고, 2차원 변환 테이블을 사용하여 카메라 각도와 화각에 따른 왜곡(Distortion)을 보정하고, 분할할 좌표의 수량을 설정하여 각 경우의 수를 계산하여 영상을 분할하여 영상을 검출할 수 있다.

본 발명의 다른 특징에 따른 영상 검출 방법은, 적외선 방출부가 발판의 일정 높이에 방사형으로 평행하게 적외선을 방출하는 단계; 적외선 촬영부가 상기 발판에 접촉하는 발의 일측에 반사되는 반사광을 수광하는 단계; 및 제어부가 상기 적외선 촬영부에서 수광된 영상을 분석하고, 상기 발판상의 좌표값을 처리하여 발의 위치 및 움직임을 판단하는 단계를 포함한다.

상기 발의 위치 및 움직임을 판단하는 단계는, 블랍 검출(Blob Detection) 알고리즘을 적용하여 상기 영상을 검출하되, 부하를 최소화하기 위해 플러드 필(Flood Fill) 알고리즘에 영상 이진화(Thresholding)를 적용한 블랍 검출 알고리즘을 적용할 수 있다.

상기 블랍 검출 알고리즘은, 원형의 발판에 단색 비트맵을 적용하고 배열 형태로 변환하여 관심영역을 마스킹하는 관심영역 마스킹단계; 2차원 변환 테이블을 사용하여 카메라 각도와 화각에 따른 왜곡(Distortion)을 보정하는 좌표 변환 단계; 분할할 좌표의 수량을 설정하여 각 경우의 수를 계산하는 영상 분할 단계를 포함할 수 있다.

상기 좌표 변환 단계는; X = 0인 점을 Y좌표계의 기준점으로 잡고, Y축 방향의 1차원 변환 테이블을 생성하는 단계; 상기 테이블을 기준으로 해서 X좌표의 변위가 커짐에 따라 Y의 출력비가 변환되는 변환 비율을 결정하는 단계;

Y축의 길이에 따라 X좌표계가 변화하는 기울기를 구해 상기 2차원 변환 테이블을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 영상 분할 단계는; 좌표 집합의 분산을 계산하여 영상에 표시된 좌표 집합이 몇 개의 터치로 인식할 것인지를 결정하는 단계; 상기 분산이 지정한 수치를 넘을 경우 최소 자승법을 이용한 1차 추세선을 그려 어떤 좌표 그룹에 개별 좌표를 소속시킬 것인지를 결정하는 단계; 2개의 좌표계에서 각각 2그룹으로 나누어 좌표계의 적합성을 판단하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 좌표계의 적합성을 판단하는 단계는; 전체 좌표 집합의 중심점을 지나는 상기 1차 추세선에 직교하는 직선을 구하고, 이 직선을 기준으로 양쪽의 2그룹으로 분할하는 단계; 양쪽 그룹의 각각의 표준편차를 구해서 표준편차가 적은 좌표계를 선택하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 1차 추세선은 XY좌표계와 YX좌표계에서 서로 다르게 그려지는 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 특징은, 하드웨어인 컴퓨터와 결합되어, 상기 어느 한 항의 방법을 실행시키기 위하여 기록매체에 저장된, 적외선 센싱 발판 장치를 이용한 영상 검출 프로그램을 제공할 수 있다.

본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 일실시에에 따른 적외선 센싱 발판 장치, 이를 이용한 2차원 영상 검출 방법 및 프로그램에 의하면, 적외선 광학 검출방식을 이용하여 특정 높이에 설치된적외선 장치로부터 방출된 적외선이 사용자의 발에 맺히게 되면 2차원 적외선 촬영부를 통해 발에 맺힌 상을 추적하고 촬영된 영상을 분석하여 VR 콘텐츠내 이동으로 구현함으로써, 사용자 발의 위치 및 움직임을 더욱 정확하고 정밀하게 판단 및 추적하는 효과가 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 센싱 발판 장치를 나타낸 블록도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 센싱 발판 장치의 측면에서 본 작동 개념도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 센싱 발판 장치의 평면에서 본 작동 개념도,
도 4 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 검출 방법을 나타낸 순서도,
도 9는 본 발명에 따른 마스킹 처리한 화면을 나타낸 도면,
도 10은 본 발명에 따른 Y좌표계의 기준점으로 잡고, Y축 방향의 1차원 변환 테이블을 만드는 과정을 나타낸 도면,
도 11은 본 발명에 따른 Y축 출력 그래프,
도 12는 본 발명에 따른 좌표집합의 분산을 계산하는 과정을 나타낸 도면,
도 13은 본 발명에 따른 Y축 방향으로 분포된 좌표 집합을 나타낸 그래프,
도 14는 본 발명에 따른 좌표계의 적합성을 판단하기 위해 두 좌표계에서 각각 2그룹으로 나눈 화면을 나타낸 도면,
도 15는 본 발명에 따른 서로 다른 그룹의 응집도를 나타낸 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 "제1", "제2" 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 센싱 발판 장치를 나타낸 블록도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명은 적외선 광학 검출방식을 이용하여 특정 높이에 설치된 적외선 장치로부터 방출된 적외선이 사용자의 발에 맺히게 되면 2차원 적외선(IR) 카메라를 통해 발에 맺힌 상을 추적하고 촬영된 영상을 분석하여 VR 콘텐츠내 이동으로 구현할 수 있다.

이를 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 센싱 발판 장치는 발판(21)과, 적외선 방출부(53), 적외선 촬영부(55)를 갖는 복수의 센싱 모듈(51)과, 그리고 제어부(57)를 포함한다.

본 발명의 센싱 모듈(51)은 발광부와 수광부가 일체형으로 이루어지는데, 발광부로는 방사형 적외선 방출부(53)를, 수광부로 적외선 촬영부(55)를 사용한다.

상기 센싱 모듈(51)은 보다 정확한 발의 위치를 파악하기 위하여, 상기 발판(21)을 중심으로 복수개의 센싱 모듈(51)이 배치될 수 있다.

특히, 상기 센싱 모듈(51)은 적외선의 간섭을 방지하여 위하여 발판(21)을 중심으로 서로 마주보지 않도록 비대칭 위치에 배치되는 것이 바람직하다.

상기 센싱 모듈(51)은 마주보는 위치의 대칭을 방지하기 위하여 적어도 3개 이상의 홀수개가 설치될 수 있다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 원형의 상기 발판(21)의 둘레에 3개의 센싱 모듈(51)이 서로 마주보지 않도록 비대칭 위치에 배치된다.

적외선 방출부(53)는 발판(21)의 일정 높이에서 방사형으로 평행하게 적외선을 방출한다.

적외선 촬영부(55)는 상기 발판(21)에 접촉된 발의 일측에 반사되는 반사광을 수광한다. 상기 적외선 촬영부(55)는 2차원 적외선 카메라가 적용될 수 있다.

따라서, 적외선 방출부(53)는 발판(21)에 평행하게 적외선을 쏘아주고, 이때 발이 발판(21) 바닥에 접촉하지 않으면 반사광이 없다. 발이 발판(21) 바닥에 접촉하면 적외선 방출부(53)에서 쏜 적외선이 반사되어 적외선 촬영부(55)로 수광되는 것이다.

적외선 촬영부(55)에서는 특정 형태의 반사광에 대한 영상을 잡을 수 있고, 영상 처리를 통해 반사광의 좌표를 측정할 수 있다.

수광부에 해당하는 적외선 촬영부(55)는 크게 상을 맺히게 해주는 렌즈(미도시)와, 빛의 세기를 아날로그 신호로 변환해주는 반도체 소자(미도시)로 구성된다. 반도체 소자로는 일종의 조도 센서 2차원 배열로, CCD타입과 CMOS타입이 선택적으로 적용될 수 있다. 색상은 CCD패널 위에 RGB 필터를 붙여 구현할 수 있다.

적외선 촬영부(55)는 IR 밴드패스 필터(미도시)가 부착된 이미지 센서(미도시)를 사용하거나, 렌즈에 IR 밴드패스 필터를 직접 붙여서 사용할 수 있다.

적외선 촬영부(55)는 렌즈와 이미지센서로 결합되어 있는 카메라 모듈이 적용될 수 있다. 카메라 모듈의 타입은 보드형태로 된 것과, FFC케이블로 연결된 형태가 있으며 용도에 따라서 선택 적용이 가능하다.

구체적인 실시예로, 본 발명의 카메라에 삽입된 이미지 센서는 프레임 크기에 따라 VGA 또는 QVGA 해상도를 적용할 수 있고, 해상도에 따라 데이터의 처리 속도를 조절할 수 있다. 렌즈는 IR 밴드패스 필터가 삽입된 것을 선정할 수 있다.

제어부(57)는 상기 적외선 촬영부(55)에서 수광된 영상을 분석하고, 상기 발판상의 좌표값을 처리하여 발의 위치 및 움직임을 판단한다. 제어부(57)는 통상의 MCU가 적용될 수 있다.

구체적인 실시예로서, 고속의 카메라 프레임을 빠르게 받아서 처리하기 위해 DCMI인터페이스가 있는 MCU를 사용할 수 있다.

상기 제어부(57)는 상기 복수의 센싱 모듈(51)에 각각 설치될 수 있고, 도시되지 않은 각각의 통신라인 또는 통신수단을 통하여 모듈 외부에 하나로 설치되어 상기 복수의 센싱 모듈(51)을 통합 제어할 수 있다.

상기 제어부(57)는, 블랍 검출(Blob Detection) 알고리즘을 적용하여 상기 영상을 검출하되, 부하를 최소화하기 위해 플러드 필(Flood Fill) 알고리즘에 영상 이진화(Thresholding)를 적용한 블랍 검출 알고리즘을 적용할 수 있다.

영상처리에서 이진화는 어떤 주어진 임계값(threshold)보다 밝은 픽셀들은 모두 흰색으로, 그렇지 않은 픽셀들은 모두 검은색으로 바꾸는 것을 지칭한다. 본 발명은 특정 조건에 따라 전역 고정 이진화(Global fixed thresholding) 또는 지역 가변 이진화(Locally adaptive thresholding)를 선택적으로 적용할 수 있다.

더욱 구체적으로, 상기 제어부(57)의 블랍 검출 알고리즘은, 원형의 발판(21)에 단색 비트맵을 적용하고 배열 형태로 변환하여 관심영역을 마스킹하고, 2차원 변환 테이블을 사용하여 카메라 각도와 화각에 따른 왜곡(Distortion)을 보정하고, 분할할 좌표의 수량을 설정하여 각 경우의 수를 계산하여 영상을 분할하여 영상을 검출할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 센싱 발판 장치의 측면에서 본 작동 개념도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 센싱 발판 장치의 평면에서 본 작동 개념도이다.

도시된 바와 같이, 적외선 센싱 발판 장치는 3개의 센싱 모듈(51)을 구비할 수 있으며, 3개의 센싱 모듈(51)은 발판(21)의 둘레를 따라 등간격을 이루거나 또는 불규칙한 간견으로 배치되고, 각 센싱 모듈(51)에서 취득한 데이터를 결합하여 발 움직임을 산출할 수 있다.

예를 들어, 발판(21)의 중심을 기준으로 120도 간격으로 각각의 센싱 모듈(51)이 배치될 수 있으며, 각 센싱 모듈(51)은 각각의 검출 범위 내에서 사용자(1)의 발의 움직임에 대한 데이터를 획득할 수 있게 된다.

상기 센싱 모듈(51)은 상기 발판을 중심으로 그 외각에 3개가 배치되되, 서로 마주보지 않도록 비대칭 위치에 배치되는 것이다.

여기서, 센싱 모듈(51)은 다른 실시예로서, 한 쌍 이하 또는 4개 이상의 모듈이 발판(21)의 사방 위치에 마련될 수도 있다.

또한, 도시된 바와 같이 발판(21)으로부터 특정 높이 일 예로서, 발판(21)으로부터 5∼10mm 높이의 위치에 설치된 적외선 방출부(53)로부터 방출된 적외선이 사용자(1)의 발에 맺히게 되면, 적외선 방출부(53)의 하측에 위치하는 2차원 적외선 카메라(55)를 통해 촬영된 영상은 제어부(57)를 통해 분석되어 사용자(1)의 발의 이동 데이터를 생성한다.

제어부(57)는 각 센싱 모듈(51)에서 전달된 이동 데이터를 통합하여 하나의 공간 좌표로 재구성 및 발의 중심점을 산출하고, 분석된 사용자(1)의 발의 이동 데이터를 통합된 공간 좌표상에 이동 명령으로 전환하여, VR 콘텐츠에서 활용 가능한 데이터로 생성한다.

이하에서는 첨부된 도 4 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 검출 방법을 상세히 설명한다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 검출 방법은, 컴퓨터 또는 장치 내에 포함된 제어부에서 구현되기 위하여, 적외선 영상을 입력하는 단계(S100); 상기 적외선 영상의 이미지를 분석하는 단계(S200) 및 분석된 영상의 좌표값을 처리하여 발의 위치 및 움직임을 판단하는 단계(S300)를 포함한다.

구체적으로, 상기 영상을 처리하여 발의 위치 및 움직임을 판단하는 단계(S300)는, 상기 제어부(57)가 블랍 검출(Blob Detection) 알고리즘을 적용하여 상기 영상을 검출하되, 부하를 최소화하기 위해 플러드 필(Flood Fill) 알고리즘에 영상 이진화(Thresholding)를 적용한 블랍 검출 알고리즘을 적용하여 영상을 검출할 수 있다.

일 실시예로서, 적외선 방출부(53)는 발판(21)에 평행하게 빛을 쏘아주고, 이때 발이 발판(21) 바닥에 접촉하지 않으면 반사광이 없으나, 발이 발판(21) 바닥에 접촉하면 적외선 방출부(53)에서 쏜 빛(적외선)이 반사되어 적외선 촬영부(55)로 인식된다.

적외선 촬영부(55)에서는 특정 형태의 반사광에 대한 영상을 잡을 수 있고, 제어부(57)에서 영상 처리를 통해 반사광의 좌표를 측정할 수 있다.

즉, 제어부(57)는 분석된 영상의 좌표값을 처리하여 발의 위치 및 움직임을 판단하는데, 구체적으로는 블랍 검출(Blob Detection) 알고리즘을 적용하여 상기 영상을 분석한다.

이때, 부하를 최소화하기 위해 플러드 필(Flood Fill) 알고리즘에 영상 이진화(Thresholding)를 적용한 블랍 검출 알고리즘을 적용할 수 있다.

또한, 제어부(57)는 미리 설정된 특정 조건에 따라 전역 고정 이진화(Global fixed thresholding) 또는 지역 가변 이진화(Locally adaptive thresholding)를 선택적으로 적용하여 영상 처리 효율을 상승시킬 수 있다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 블랍 검출 알고리즘은, 원형의 발판(21)에 단색 비트맵을 적용하고 배열 형태로 변환하여 관심영역을 마스킹하는 관심영역 마스킹단계(S310); 2차원 변환 테이블을 사용하여 카메라 각도와 화각에 따른 왜곡(Distortion)을 보정하는 좌표 변환 단계(S320); 분할할 좌표의 수량을 설정하여 각 경우의 수를 계산하는 영상 분할 단계(S330)를 포함한다.

관심영역 마스킹단계(S310)에서는 환경적인 요인을 줄이기 위해 원형의 발판에 대해 마스킹을 한다. 마스킹 처리한 화면은 도 9에 도시된 바와 같다. 이를 위해서는 단색 비트맵으로 그림을 그리고 배열의 형태로 변환해주는 도구가 필요하며, 실제 적용예로서 XBM 포맷을 사용할 수 있다.

좌표 변환 단계(S320)에서 좌표변환을 위하여 2차원 테이블을 사용한다. 또한, 카메라 각도와 화각에 따른 왜곡을 보정하기 위해 별도의 변환 도구를 사용할 수 있다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 좌표 변환 단계(S320)는; X = 0인 점을 Y좌표계의 기준점으로 잡고, Y축 방향의 1차원 변환 테이블을 생성하는 단계(S321); 상기 테이블을 기준으로 해서 X좌표의 변위가 커짐에 따라 Y의 출력비가 변환되는 변환 비율을 결정하는 단계(S322); Y축의 길이에 따라 X좌표계가 변화하는 기울기를 구해 상기 2차원 변환 테이블을 생성하는 단계(S323)를 포함한다.

이때, 도 10에 도시된 바와 같이, 먼저, X = 0인 점을 Y좌표계의 기준점으로 잡고, Y축 방향의 1차원 변환 테이블을 만든다.

이를 기준으로 해서 X좌표의 변위가 커짐에 따라 Y의 출력비가 달라진다는 사실을 토대로 변환 비율을 결정한다.

Y축의 길이에 따라 X좌표계의 입력 폭은 거의 선형으로 변하기 때문에 기울기를 구해 변환 테이블을 생성한다(도 11의 Y축 출력 그래프 참조).

도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 영상 분할 단계(S330)는; 좌표 집합의 분산을 계산하여 영상에 표시된 좌표 집합이 몇 개의 터치로 인식할 것인지를 결정하는 단계(S331); 상기 분산이 지정한 수치를 넘을 경우 최소 자승법을 이용한 1차 추세선을 그려 어떤 좌표 그룹에 개별 좌표를 소속시킬 것인지를 결정하는 단계(S332); 2개의 좌표계에서 각각 2그룹으로 나누어 좌표계의 적합성을 판단하는 단계(S333)를 포함한다.

본 발명의 영상 처리의 대상은 인체의 "발"이다. 적외선 반사광은 발의 전면에 생기기 때문에, 다각도에서 측정한 반사광의 좌표의 연관성을 찾기란 어려운 일이고, 환경적인 요인에 민감할 수 밖에 없다. 발의 크기, 신발의 모양 등에 따라서 형성되는 좌표 집합의 형태는 다양하기 때문에 "발"은 "두 개"라는 사실에 집중할 필요가 있다. 위 내용을 바탕으로 영상 분할은, 분할할 좌표의 수량을 0~2개로 정하고, 각 경우의 수를 계산할 수 있는 알고리즘을 고안해야 한다.

따라서 먼저, 영상에 표시된 좌표 집합이 1개의 터치로 인식할 것인지 2개의 터치로 인식할 것인지를 결정하기 위해 좌표집합의 분산을 계산한다(도 12 참조).

만약 분산이 지정한 수치를 넘으면 어떤 좌표 그룹에 개별 좌표를 소속시킬 것인지를 결정해야 하는데, 이를 위해 최소 자승법을 이용한 1차 추세선을 그린다. 추세선은 XY좌표계와 YX좌표계에서 다르게 그려지는데, 그 이유는 최소 자승법 계산의 기준이 되는 값이 XY 좌표계에서는 Y값, YX좌표계에서는 X값이기 때문이다.

예를 들어 도 13과 같이 Y축 방향으로 분포된 좌표 집합은 XY좌표계에서는 Y변위를 최소화하는 방향으로 직선의 계수가 정해지기 때문에 노란색 그래프(a)와 같이 나올 수 밖에 없다. 하지만, 분포로 봤을 때 YX좌표계에서 표시한 분홍색(b)이 더 적합해 보인다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 좌표계의 적합성을 판단하는 단계(S333)는; 전체 좌표 집합의 중심점을 지나는, 추세선에 직교하는 직선을 구하고, 이 직선을 기준으로 양쪽의 2그룹으로 분할하는 단계(S333a); 양쪽 그룹의 각각의 표준편차를 구해서 표준편차가 적은 좌표계를 선택하는 단계(S333b)를 포함한다. 상기 1차 추세선은 XY좌표계와 YX좌표계에서 서로 다르게 그려지는 것이 바람직하다.

여기서, 좌표계의 적합성을 판단하기 위해 먼저 두 좌표계에서 각각 2그룹으로 나눈다. 그룹을 나누기 위해서 전체 좌표 집합의 중심점을 지나는, 추세선에 직교하는 직선을 구하고, 이 직선을 기준으로 양쪽 그룹을 나눈다(도 14 참조).

도 14에 표시된 두 직선은 각각의 좌표계에서 구한 추세선의 수선이다. 이를 기준으로 그룹을 나누고 각각의 표준편차를 구해서 표준편차가 적은 좌표계를 선택하면 된다.

특히, 좌표계에 수직 혹은 수평으로 분포된 좌표 집합은 어떤 좌표계를 사용하는지에 따라 추세선이 완전히 다르게 그려지므로 위의 예제와 같이 그룹의 응집도가 다를 수 밖에 없다(도 15 참조).

이상에서 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 검출 방법은, 하드웨어인 컴퓨터(즉, 로컬 컴퓨터 또는 서버)와 결합되어 실행되기 위해 프로그램(또는 어플리케이션)으로 구현되어 매체에 저장될 수 있다.

상기 전술한 프로그램은, 상기 컴퓨터가 프로그램을 읽어 들여 프로그램으로 구현된 상기 방법들을 실행시키기 위하여, 상기 컴퓨터의 프로세서(CPU)가 상기 컴퓨터의 장치 인터페이스를 통해 읽힐 수 있는 C, C++, JAVA, 기계어 등의 컴퓨터 언어로 코드화된 코드(Code)를 포함할 수 있다. 이러한 코드는 상기 방법들을 실행하는 필요한 기능들을 정의한 함수 등과 관련된 기능적인 코드(Functional Code)를 포함할 수 있고, 상기 기능들을 상기 컴퓨터의 프로세서가 소정의 절차대로 실행시키는데 필요한 실행 절차 관련 제어 코드를 포함할 수 있다. 또한, 이러한 코드는 상기 기능들을 상기 컴퓨터의 프로세서가 실행시키는데 필요한 추가 정보나 미디어가 상기 컴퓨터의 내부 또는 외부 메모리의 어느 위치(주소 번지)에서 참조되어야 하는지에 대한 메모리 참조관련 코드를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 컴퓨터의 프로세서가 상기 기능들을 실행시키기 위하여 원격(Remote)에 있는 어떠한 다른 컴퓨터나 서버 등과 통신이 필요한 경우, 코드는 상기 컴퓨터의 통신 모듈을 이용하여 원격에 있는 어떠한 다른 컴퓨터나 서버 등과 어떻게 통신해야 하는지, 통신 시 어떠한 정보나 미디어를 송수신해야 하는지 등에 대한 통신 관련 코드를 더 포함할 수 있다.

상기 저장되는 매체는, 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 구체적으로는, 상기 저장되는 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있지만, 이에 제한되지 않는다. 즉, 상기 프로그램은 상기 컴퓨터가 접속할 수 있는 다양한 서버 상의 다양한 기록매체 또는 사용자의 상기 컴퓨터상의 다양한 기록매체에 저장될 수 있다. 또한, 상기 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장될 수 있다.

본 발명의 실시예와 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계들은 하드웨어로 직접 구현되거나, 하드웨어에 의해 실행되는 소프트웨어 모듈로 구현되거나, 또는 이들의 결합에 의해 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), EPROM(Erasable Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM), 플래시 메모리(Flash Memory), 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM, 또는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 잘 알려진 임의의 형태의 컴퓨터 판독가능 기록매체에 상주할 수도 있다.

이상, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 제한적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

21 : 발판
51 : 센싱 모듈
53 : 적외선 방출부
55 : 적외선 촬영부
57 : 제어부

Claims (13)

1. 발판의 일정 높이에 방사형으로 발판에 대하여 평행하게 적외선을 방출하는 적외선 방출부;
   상기 발판에 접촉되는 발의 일측에 반사된 반사광을 수광하는 적외선 촬영부; 및
   상기 적외선 촬영부에서 수광된 영상을 분석하고, 상기 발판상의 좌표값을 처리하여 발의 위치 및 움직임을 판단하는 제어부;를 포함하고,
   상기 제어부는,
   블랍 검출(Blob Detection) 알고리즘을 적용하여 상기 영상을 검출하되, 부하를 최소화하기 위해 플러드 필(Flood Fill) 알고리즘에 영상 이진화(Thresholding)를 적용한 블랍 검출 알고리즘을 적용하고,
   상기 블랍 검출 알고리즘은,
   원형의 상기 발판에 단색 비트맵을 적용하고 배열 형태로 변환하여 관심영역을 마스킹하고, 2차원 변환 테이블을 사용하여 카메라 각도와 화각에 따른 왜곡(Distrotion)을 보정하고, 분할할 좌표의 수량을 설정하여 각 경우의 수를 계산하여 영상을 분할하고,
   상기 영상을 분할하는 것은,
   좌표 집합의 분산을 계산하여 영상에 표시된 좌표 집합이 몇 개의 터치로 인식할 것인지를 결정하고,
   상기 분산이 지정한 수치를 넘을 경우 최소 자승법을 이용한 1차 추세선을 그려 어떤 좌표 그룹에 개별 좌표를 소속시킬 것인지를 결정하고,
   2개의 좌표계에서 각각 2그룹으로 나누어 좌표계의 적합성을 판단하는 것을 포함하는,
   적외선 센싱 발판 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 적외선 방출부와 상기 적외선 촬영부를 일체형으로 포함하는 센싱 모듈을 더 포함하고,
   상기 센싱 모듈은 상기 발판을 중심으로 그 외각에 복수개가 배치되되, 서로 마주보지 않도록 비대칭 위치에 배치되는 적외선 센싱 발판 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 적외선 촬영부는 2차원 적외선 카메라인 적외선 센싱 발판 장치.
4. 삭제
5. 삭제
6. 컴퓨터에서 구현되는,
   적외선 영상을 획득하는 단계;
   상기 적외선 영상의 이미지를 분석하는 단계; 및
   분석된 영상의 좌표값을 처리하여 발의 위치 및 움직임을 판단하는 단계;
   를 포함하고,
   상기 발의 위치 및 움직임을 판단하는 단계는,
   블랍 검출(Blob Detection) 알고리즘을 적용하여 상기 영상을 검출하되, 부하를 최소화하기 위해 플러드 필(Flood Fill) 알고리즘에 영상 이진화(Thresholding)를 적용한 블랍 검출 알고리즘을 적용하여 영상을 검출하고,
   상기 블랍 검출 알고리즘은,
   원형의 발판에 단색 비트맵을 적용하여 배열 형태로 변환하여 관심영역을 마스킹하는 관심영역 마스킹단계;
   2차원 변환 테이블을 사용하여 카메라 각도와 화각에 다른 왜곡(Distortion)을 보정하는 좌표 변환 단계; 및
   분할할 좌표의 수량을 설정하여 각 경우의 수를 계산하는 영상 분할 단계;를 포함하고,
   상기 영상 분할 단계는,
   좌표 집합의 분산을 계산하여 영상에 표시된 좌표 집합이 몇 개의 터치로 인식할 것인지를 결정하는 단계;
   상기 분산이 지정한 수치를 넘을 경우 최소 자승법을 이용한 1차 추세선을 그려 어떤 좌표 그룹에 개별 좌표를 소속시킬 것인지를 결정하는 단계; 및
   2개의 좌표계에서 각각 2그룹으로 나누어 좌표계의 적합성을 판단하는 단계;를 포함하는 영상 검출 방법.
7. 삭제
8. 삭제
9. 제6항에 있어서,
   상기 좌표 변환 단계는;
   X = 0인 점을 Y좌표계의 기준점으로 잡고, Y축 방향의 1차원 변환 테이블을 생성하는 단계;
   상기 테이블을 기준으로 해서 X좌표의 변위가 커짐에 따라 Y좌표가 변환되는 변환 비율을 결정하는 단계; 및
   Y축의 길이에 따라 X좌표계가 변화하는 기울기를 구해 상기 2차원 변환 테이블을 생성하는 단계;를 포함하는 영상 검출 방법.
10. 삭제
11. 제6항에 있어서,
    상기 좌표계의 적합성을 판단하는 단계는;
    전체 좌표 집합의 중심점을 지나는 상기 1차 추세선에 직교하는 직선을 구하고, 이 직선을 기준으로 양쪽의 2그룹으로 분할하는 단계; 및
    양쪽 그룹의 각각의 표준편차를 구해서 표준편차가 적은 좌표계를 선택하는 단계;를 포함하는 영상 검출 방법.
12. 제6항에 있어서,
    상기 1차 추세선은 XY좌표계와 YX좌표계에서 서로 다르게 그려지는 영상 검출 방법.
13. 하드웨어인 컴퓨터와 결합되어, 제6항, 제9항, 제11항 및 제12항 중 어느 한 항의 방법을 실행시키기 위하여 기록매체에 저장된, 적외선 센싱 발판 장치를 이용한 영상 검출 프로그램.

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