KR101936082B1 - 리얼센스 카메라를 이용한 가상현실 기반의 손가락 재활 시스템 및 방법 - Google Patents

리얼센스 카메라를 이용한 가상현실 기반의 손가락 재활 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 손가락 재활 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 디스플레이되는 손가락 재활 치료 영상에 의해 재활 훈련 대상인 사용자의 손가락 재활 운동을 유도하고 리얼센스(Realsense) 카메라를 통해 사용자의 손 및 손에 의한 손가락 운동을 인식하여 재활 운동을 시키기 위해 손에 착용하는 재활용 장갑 없이도 재활 운동을 할 수 있도록 하는 리얼센스 카메라를 이용한 가상현실 기반의 손가락 재활 시스템 및 방법에 관한 것이다.

Description

리얼센스 카메라를 이용한 가상현실 기반의 손가락 재활 시스템 및 방법{Vertual reality-based finger rehabilitation system using realsense camera and method thereof}
본 발명은 손가락 재활 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 디스플레이되는 손가락 재활 치료 영상에 의해 재활 훈련 대상인 사용자의 손가락 재활 운동을 유도하고 리얼센스(Realsense) 카메라를 통해 사용자의 손 및 손에 의한 손가락 운동을 인식하여 재활 운동을 시키기 위해 손에 착용하는 재활용 장갑 없이도 재활 운동을 할 수 있도록 하는 리얼센스 카메라를 이용한 가상현실 기반의 손가락 재활 시스템 및 방법에 관한 것이다.
최근 인구 노령화로 뇌졸중 발생률이 증가하고 있다. 뇌졸중의 발생률은 증가하고 있는 반면, 빠른 대처 시스템의 적용으로 뇌졸중으로 인한 사망률은 낮아지고 있는 추세이다.
이와 같이 뇌졸중 발생률이 증가하는 데 반하여 뇌졸중 사망률이 감소하고 있다는 것은 장애 발생률이 높아지고 있음을 의미하며, 재활 치료가 필요한 환자가 늘어난 다는 것을 의미한다.
재활 치료 환자가 증가하고 있으나, 재활 치료사의 수가 매우 부족한 실정이다. 또한, 재활 치료는 많은 체력 소모를 요하므로 재활 치료사가 많은 환자를 담당하기 어려운 문제점이 있었다.
또한, 한 명의 재활 치료사에게 많은 환자를 배정하는 것은 환자에게 적절한 치료를 제공하기 어렵게 하며, 재활 치료사의 근무 환경도 열악하게 만들 수 있는 문제점이 있었다.
통상적으로, 재활치료는 마비된 환자의 관절이 굳고 근육이 위축되는 것을 방지하고, 근육의 수축과 이완 동작을 반복적으로 수행함으로써 괴사한 뇌 조직 주변의 뇌 조직이 괴사한 뇌 조직이 담당했던 임무와 현재 담당하고 있는 임무를 겸하게 되어 마비를 치료하는 효과를 얻을 수 있다.
재활이 필요한 부분의 우선순위를 나누어 보면 생활에 사용빈도수가 가장 높은 것부터 우선적으로 재활운동(또는 "재활치료", "재활운동치료"라 함)을 수행해야 한다. 주로 손과 발이 실생활 행동의 80% 이상을 차지하고 있고, 손가락은 손 행동 빈도의90%를 점유하고 있는 매우 중요한 부위이다.
따라서 재활치료사를 대체하고 손가락 재활치료를 수행할 수 있는 등록특허 10-1500483호(2015.03.03.) 및 라파엘 스마트 글러브 등과 같은 손가락 재활 시스템들이 개발되어 상용화되고 있다.
그러나 종래 손가락 재활 시스템은 환자가 글러브를 착용해야만 재활운동을 수행할 수 있으므로 도와주는 사람이 없는 경우 움직임이 불편한 환자가 직접 글러브를 착용하여야 하는 불편한 문제점이 있었다.
대한민국 등록특허 제10-1500483호(2015.03.03.)
따라서 본 발명의 목적은 디스플레이되는 손가락 재활 치료 영상에 의해 재활 훈련 대상인 사용자의 손가락 재활 운동을 유도하고 리얼센스(Realsense) 카메라를 통해 사용자의 손 및 손에 의한 손가락 운동을 인식하여 재활 운동을 시키기 위해 손에 착용하는 재활용 장갑 없이도 재활 운동을 할 수 있도록 하는 리얼센스 카메라를 이용한 가상현실 기반의 손가락 재활 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 리얼센스 카메라를 이용한 가상현실 기반의 손가락 재활 시스템은: 손가락 재활 치료 영상을 디스플레이하는 재활운동 출력부 및 하나의 일반 카메라 및 2개의 적외선 카메라를 통해 사용자의 손의 손가락 움직임을 촬영한 손가락 움직임 영상 데이터를 출력하는 리얼센스 카메라부를 포함하는 재활치료 운동정보 입력부: 손가락 재활 치료를 위한 순차적인 단계에 따른 손가락 재활 치료 영상을 저장하는 손가락 운동 DB 및 출력되는 상기 손가락 재활 치료 영상에 대응하여 상기 리얼센스 카메라부로부터 입력되는 손가락 움직임 영상 데이터를 저장하고 사용자의 재활 치료 운동에 따른 사용자 운동정보를 저장하는 운동 기록 DB를 포함하는 저장부; 및 사용자에 의해 미리 설정된 손가락 재활 치료 영상을 저장부로부터 로드하여 상기 재활치료 운동정보 입력부를 통해 출력한 후, 상기 재활치료 운동정보 입력부의 리얼센스 카메라로부터 입력되는 손가락 움직임 영상 데이터를 분석하여 사용자의 손가락 움직임을 분석하고, 분석된 사용자의 손가락 움직임이 상기 손가락 재활 치료 영상의 손가락 움직임과 일치 여부를 판단하여 일치 여부에 따라 미리 설정된 다음 단계의 손가락 재활 치료를 진행하거나 상기 재활치료 운동정보 입력부를 통해 기존 손가락 재활 치료를 반복 수행시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 재활치료 운동정보 입력부는, 다수의 가능 및 문자를 입력하는 다수의 키를 구비하고 눌린 키에 대응하는 키신호를 출력하는 키입력장치 및 상기 재활운동 출력부의 화면과 일체로 구성되어 터치되는 위치에 대응하는 위치신호를 출력하는 터치패드 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 재활운동 입력부를 더 포함하고, 상기 저장부는, 재활치료를 받을 사용자에 대한 사용자 정보를 저장하는 사용자 DB를 더 포함하며, 상기 제어부는, 상기 재활운동 출력부 및 재활운동 입력부를 통해 손가락 재활 치료를 받을 사용자에 대한 사용자 정보를 입력받고 상기 사용자 DB에 저장하여 등록하는 사용자 등록부; 초기 사용자 등록 후 재활운동 출력부를 통해 재활운동 설정 수단을 제공하고, 상기 재활운동 설정 수단 및 재활운동 입력부를 통해 사용자가 받아야할 손가락 재활치료 운동을 설정하고, 추후 사용자 식별에 의해 이전에 수행된 손가락 재활 치료 운동에 연속하는 손가락 재활 치료 운동을 설정하고, 설정된 손가락 재활 치료 운동에 대응하는 손가락 재활 치료 영상을 상기 재활운동 출력부를 통해 출력하는 재활운동 설정부; 상기 재활운동 출력부(130)를 통해 해당 손가락 재활 치료 프로그램의 손가락 재활 치료 영상이 출력되면 상기 리얼센스 카메라부(110)로부터 입력되는 리얼센스 카메라 영상인 손가락 움직임 영상 데이터를 획득하는 리얼센스 카메라 영상 획득부; 3차원 입체 영상인 상기 손가락 움직임 영상 데이터를 분석하여 사용자의 손가락 움직임을 인식하는 손가락 운동 인식부; 상기 인식된 손가락 움직임과 상기 디스플레이된 손가락 재활 치료 영상의 손가락 움직임이 일치하는지를 검사하고 일치 여부를 상기 재활운동 출력부를 통해 출력하는 정확성 판단부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는, 구동 시 상기 리얼센스 카메라부의 일반 카메라를 통해 사용자를 촬영하고, 촬영된 사용자 영상에 의해 사용자를 인식하고, 등록 사용자이면 인식된 사용자에 대한 사용자 정보를 재활운동 설정부로 제공하는 사용자 인식부를 더 포함하고, 상기 재활운동 설정부는, 상기 사용자 정보에 의해 사용자를 식별하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는, 상기 재활운동 출력부 및 재활운동 입력부를 통해 상기 리얼센스 카메라부가 설치된 높이 정보를 입력받고, 상기 높이정보, 현재의 상기 일반 카메라 및 적외선 카메라의 각도 및 줌/아웃 정보를 포함하는 카메라 설정정보를 저장하는 카메라 설정부를 더 포함하고, 상기 사용자 인식부는, 상기 카메라 설정정보에 근거하여 카메라에 들어오는 사용자와의 거리를 측정하고, 상기 사용자를 일정 거리 범위의 운동영역으로 유도한 후, 상기 사용자 인식을 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 손가락 운동 인식부는, 상기 손가락 움직임 영상 데이터를 분석하여 사용자의 손을 인식하고, 전체 영상에서 손 영역의 영상인 손 영상을 추출하는 사용자 손 인식부; 및 연속되어 추출되는 상기 사용자 손 영상을 비교 분석하여 손가락의 움직임을 인식하는 손가락 움직임 인식부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 재활치료 운동정보 입력부는 사용자 측에 사용자 단말기로 구성되고, 상기 제어부 및 저장부는 웹서버로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 리얼센스 카메라를 이용한 가상현실 기반의 손가락 재활 방법은: 사용자에 의해 미리 설정된 손가락 재활 치료 영상을 저장부로부터 로드하여 상기 재활치료 운동정보 입력부를 통해 출력하는 재활 치료 영상 출력 과정; 상기 재활 치료 영상의 출력 후, 상기 재활치료 운동정보 입력부의 리얼센스 카메라부로부터 입력되는 리얼센스 영상인 손가락 움직임 영상 데이터를 획득하는 리얼센스 영상 획득 과정; 상기 손가락 움직임 영상 데이터를 분석하여 사용자의 손가락 움직임을 분석하는 손가락 움직임 분석 과정; 분석된 사용자의 손가락 움직임이 상기 손가락 재활 치료 영상의 손가락 움직임과 일치 여부를 판단하는 손가락 재활 운동 정확성 판단 과정; 및 상기 손가락 움직임과 재활 치료 영상의 손가락 움직임의 일치 여부에 따라 미리 설정된 다음 단계의 손가락 재활 치료를 진행하거나 상기 재활치료 운동정보 입력부를 통해 기존 손가락 재활 치료를 반복 수행시키는 손가락 재활 치료 연속 수행 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 방법은: 재활운동 입력부를 통해 손가락 재활 치료를 받을 사용자에 대한 사용자 정보를 입력받고 사용자 DB에 저장하여 등록하는 사용자 등록과정을 더 포함하고, 상기 리얼센스 영상 획득 과정은, 초기 사용자 등록 후 재활운동 출력부를 통해 재활운동 설정 수단을 제공하고, 상기 재활운동 설정 수단 및 재활운동 입력부를 통해 사용자가 받아야할 손가락 재활치료 운동을 설정하고, 추후 사용자 식별에 의해 이전에 수행된 손가락 재활 치료 운동에 연속하는 손가락 재활 치료 운동을 설정하는 재활치료 운동 설정 단계; 및 설정된 손가락 재활 치료 운동에 대응하는 손가락 재활 치료 영상을 상기 재활운동 출력부를 통해 출력하는 재활치료 영상 출력 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 방법은: 구동 시 상기 리얼센스 카메라부의 일반 카메라를 통해 사용자를 촬영하고, 촬영된 사용자 영상에 의해 사용자를 인식하고, 등록 사용자이면 인식된 사용자에 대한 사용자 정보를 재활운동 설정부로 제공하는 사용자 인식 과정을 더 포함하고, 상기 재활치료 운동 설정 단계에서 재활운동 설정부는, 상기 사용자 정보에 의해 사용자를 식별하는 것을 특징으로 한다.
상기 방법은: 제어부가 재활운동 출력부 및 재활운동 입력부를 통해 상기 리얼센스 카메라부가 설치된 높이 정보를 입력받고, 상기 높이정보, 현재의 상기 일반 카메라 및 적외선 카메라의 각도 및 줌/아웃 정보를 포함하는 카메라 설정정보를 저장하는 카메라 설정 과정을 더 포함하고, 상기 사용자 인식 과정에서 제어부는, 상기 카메라 설정정보에 근거하여 카메라에 들어오는 사용자와의 거리를 측정하고, 상기 사용자를 일정 거리 범위의 운동영역으로 유도한 후, 상기 사용자 인식을 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 손가락 움직임 분석 과정은, 상기 손가락 움직임 영상 데이터를 분석하여 사용자의 손을 인식하고, 전체 영상에서 손 영역의 영상인 손 영상을 추출하는 사용자 손 인식 단계; 및 연속되어 추출되는 상기 사용자 손 영상을 비교 분석하여 손가락의 움직임을 인식하는 손가락 움직임 인식 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 물리적이고 강제적인 손가락 재활 치료를 수행하도록 하는 장갑을 착용하지 않고도 손가락 재활치료를 수행할 수 있으므로 제3자의 도움 없이도 사용자가 재활치료를 간편하고 쉽게 따라할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명은 물리적인 고가의 장갑이 없어도 되므로 시스템 생산 단가를 낮출 수 있으므로 보급률을 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 리얼센스 카메라를 이용한 가상현실 기반의 손가락 재활 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 리얼센스 카메라를 이용한 가상현실 기반의 손가락 재활 운동을 수행하는 경우를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 리얼센스 카메라에 의해 획득된 손가락 검출 이미지의 일예를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 리얼센스 카메라를 이용한 가상현실 기반의 손가락 재활 방법의 구성을 나타내는 흐름도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 리얼센스 카메라를 이용한 가상현실 기반의 손가락 재활 시스템의 구성 및 동작을 설명하고, 상기 손가락 재활 시스템에서의 손가락 재활 방법을 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 리얼센스 카메라를 이용한 가상현실 기반의 손가락 재활 시스템의 구성을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 리얼센스 카메라를 이용한 가상현실 기반의 손가락 재활 운동을 수행하는 경우를 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 리얼센스 카메라에 의해 획득된 손가락 검출 이미지의 일예를 나타낸 도면이다. 이하 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한다.
본 발명의 리얼센스 카메라를 이용한 가상현실 기반의 손가락 재활 시스템은 재활치료 운동정보 입력부(100), 제어부(200) 및 저장부(300)를 포함한다.
재활치료 운동정보 입력부(100), 제어부(200) 및 저장부(300)는 하나의 장치로 구성될 수도 있고, 재활치료 운동정보 입력부(100)는 사용자(1)의 클라이언트 단말기 형태로 구성되고, 제어부(200)는 웹서버로 구성되며, 저장부(300)는 데이터베이스 서버로 구성될 수도 있을 것이다. 상기 제어부(200)가 웹서버 형태로 구성되는 경우 재활치료 운동정보 입력부(100)는 제어부(200)와 인터넷망을 통해 데이터 통신을 수행하고, 본 발명에 따른 동작을 제어하기 위한 데스크탑 컴퓨터, 노트북 등과 같은 제어수단을 포함하여야 할 것이다.
재활치료 운동정보 입력부(100)는 일실시예에 따라 도 2와 같은 형태로 구성되어 리얼센스 카메라부(110), 재활운동 출력부(130) 및 재활운동 입력부(140)를 포함하고, 실시예에 따라 카메라 틸팅부(120)를 더 포함할 수 있을 것이다.
재활치료 운동정보 입력부(100)는 제어부(200)로부터 손가락 재활 치료 영상을 입력받아 재활운동 출력부(130)의 화면(131)을 통해 출력하여 재활치료 운동을 할 사용자에게 보여주고, 리얼센스 카메라부(110)를 통해 사용자(1)에게 보여지는 재활 치료 영상에 대응하여 사용자의 손가락 움직임을 포함하는 리얼센스 영상인 손가락 움직임 영상 데이터를 획득하여 제어부(200)로 제공한다.
도 2에서 리얼센스 카메라부(110)는 재활운동 출력부(130)의 아래에 구성되는 경우를 나타내었으나 재활운동 출력부(130)의 상부에 구성될 수도 있고, 바닥에 구성될 수도 있을 것이다.
리얼센스 카메라부(110)는 하나의 일반 카메라(112) 및 적외선 카메라인 제1적외선 카메라(111) 및 제2적외선 카메라(113)를 포함한다. 리얼센스 카메라 자체는 공지의 기술이므로 그 상세한 설명을 생략한다.
리얼센스 카메라부(110)의 일반 카메라(112), 제1적외선 카메라(111) 및 제2적외선 카메라(113)는 상기 카메라 틸팅부(120)에 의해 상하좌우로 각도 조절되며 줌/아웃을 조절할 수 있도록 구성될 것이다. 상기 리얼센스 카메라부(110)의 각 카메라의 각도 및 줌/아웃은 제어부(200)의 제어를 받아, 평상 시 평균적인 사용자의 상반신을 촬영하도록 구성되며 재활 치료 운동 시 손(2) 인식 후 손 부분을 확대 촬영할 수 있도록 상하좌우 각도 및 줌/아웃이 조절될 수 있을 것이다.
일반 카메라(112)는 말 그래도 RGB(또는 "일반"이라 함) 영상을 획득하여 출력하고, 제1적외선 카메라(111) 및 제2적외선 카메라(113)는 제1적외선 영상 및 제2적외선 영상을 출력한다. 즉, 리얼센스 카메라부(110)는 상기 일반 영상, 제1적외선 영상 및 제2적외선 영상을 포함하는 손가락 움직임 영상 데이터를 출력하거, 상기 일반 영상, 제1적외선 영상 및 제2적외선 영상을 결합하여 도 3과 같은 3차원 영상인 손가락 움직임 영상 데이터를 출력한다. 전자의 경우 제어부(200)에 의해 도 3과 같은 3차원 입체 영상인 손가락 움직임 영상 데이터로 변환되어야 할 것이다.
상기 카메라 틸팅부(120)는 제어부(200)의 제어를 받아 상기 리얼센스 카메라부(110)의 제1적외선 카메라(111), 일반 카메라(112) 및 제2적외선 카메라 각각 또는 일체로 카메라의 상하좌우 각도를 조절한다.
재활운동 출력부(130)는 액정표시장치(Liquid Crystal Display: LCD) 등이 될 수 있으며, 화면(131)을 통해 정보를 텍스트, 아이콘, 그래픽, 동영상, 정지영상 등으로 표시한다. 특히, 재활운동 출력부(130)는 손가락 재활 치료 영상을 제어부(200)로부터 수신받아 화면(131)에 표시한다.
재활운동 입력부(140)는 키보드 및 마우스 등의 입력장치가 될 수 있으며, 상기 재활운동 출력부(130)에 표시되는 사용자 인터페이스 수단과 함께 사용되어 사용자가 재활운동을 하기 위한 다양한 정보를 입력받아 출력한다.
저장부(300)는 사용자 DB(310), 설정 DB(320), 손가락 운동 DB(330), 운동기록 DB(340)를 포함한다.
사용자 DB(310)는 재활치료 운동을 수행하는 환자, 즉 사용자의 정보를 저장한다. 상기 사용자 정보는 사용자 식별정보, 재활치료 부위 정보, 증상정보, 재활치료 운동 정보 등을 포함할 수 있을 것이다. 상기 사용자 DB(310)는 실시예에 따라 각 사용자의 얼굴에 대한 이미지 기반의 얼굴 특징 정보를 더 포함할 수 있을 것이다.
설정 DB(320)는 시스템 설정 정보 및 사용자별 설정정보를 저장한다. 상기 시스템 설정정보는 운동영역과 리얼센스 카메라부(110)와의 거리정보, 리얼센스 카메라부(110)가 설치된 높이 정보 등을 저장하고, 사용자별 설정정보는 해당 사용자가 진행 중인 재활치료 운동 정보, 해당 재활치료 운동의 진행 단계 정보, 카메라 설정 정보 등을 포함할 수 있을 것이다. 상기 운동영역은 사용자가 재활치로 운동을 수행하는 영역으로, 리얼센스 카메라부(110)의 전방에 구성되며 리얼센스 카메라부(110)로부터 일정 거리 떨어진 영역이다.
손가락 운동 DB(330)는 손가락 부위별 재활치료 프로그램에 대한 적어도 하나 이상의 손가락 재활 치료 영상을 저장한다.
운동 기록 DB(340)는 사용자별로 재활치료 운동을 수행한 날짜, 시간, 운동 결과 정보 등을 포함하는 운동 이력 정보를 저장한다. 상기 운동 결과 정보는 운동 성공 여부 정보, 운동 실행 횟수 등을 저장한다.
제어부(200)는 카메라 설정부(210), 사용자 등록부(220), 사용자 인식부(230), 재활운동 설정부(240), 손가락 운동 인식부(250), 정확성 판단부(260) 및 운동 기록 등록부(270)를 포함하여 본 발명에 따른 손가락 재활 시스템의 전반적인 동작을 제어한다.
구체적으로 설명하면, 카메라 설정부(210)는 상기 리얼센스 카메라부(110)가 설치된 높이 및 리얼센스 카메라부(110)에서 운동영역까지의 거리를 재활운동 입력부(140)를 통해 입력받아 상기 설정 DB(320)에 저장한다.
또한, 카메라 설정부(210)는 카메라 틸팅부(120)를 리얼센스 카메라부(110)로부터 일정 거리에 형성되는 운동영역에 대응하여 리얼센스 카메라부(110)의 제1적외선 카메라(111), 일반 카메라(112) 및 제2적외선 카메라(113)의 상하좌우 각도를 제어하여 설정한다. 또한, 사용자의 신장에 따라 카메라 설정부(210)는 상기 상하좌우 각도를 보정할 수 있을 것이다.
또한, 카메라 설정부(210)는 상기 운동영역과의 카메라들(111, 112, 113) 간의 거리에 따라 각 카메라들의 줌/아웃을 동일하게 설정한다.
사용자 등록부(220)는 재활운동 출력부(130)를 통해 사용자 등록 정보를 입력할 수 있는 사용자 등록 사용자 인터페이스 수단을 표시하고, 상기 사용자 등록 사용자 인터페이스 수단 및 재활운동 입력부(140)를 통해 사용자 정보를 입력받아 사용자 DB(310)에 저장한다.
사용자 인식부(230)는 임의의 사용자가 재활치료 운동을 요청하는 경우 재활치료 운동을 요청한 사용자를 인식한다.
상기 사용자 인식부(230)는 사용자가 재활운동 입력부(140)를 통해 입력하는 사용자 식별정보에 의해 사용자를 인식할 수도 있고, 리얼센스 카메라부(110)의 일반 카메라(112)를 통해 촬영되는 사용자의 얼굴을 포함하는 일반 영상과 사용자 DB에 저장된 사용자의 얼굴 이미지 정보에 의해 얼굴인식을 수행하여 사용자를 인식하도록 구성될 수도 있으며, 별도의 사용자 생체정보 획득 수단(미도시)를 구성하여 사용자를 인식할 수도 있을 것이다.
상기 사용자 인식부(230)에 의해 식별되지 않은 사용자에 대해서는 상기 사용자 등록부(220)를 사용자 등록을 수행할 수 있을 것이다.
재활운동 설정부(240)는 상기 사용자 등록부(220)를 사용자로 새롭게 등록되는 사용자에 대해 손가락 재활 부분을 입력받고, 입력된 손가락 재활 부분에 대응하는 손가락 재활 치료 영상을 선택하여 설정 DB(320)에 저장한 후 재활운동 출력부(130)를 통해 출력하고, 상기 사용자 인식부(230)에 의해 인식된 사용자에 대해 설정 DB(320)에 저장되어 있는 손가락 재활 치료 영상 및 운동 기록 DB(340)의 운동 이력 정보를 로드하여 재활운동 출력부(130)를 통해 출력한다.
손가락 운동 인식부(250)는 리얼센스 카메라부(110)로부터 입력되는 손가락 움직임 영상 데이터를 입력받고, 입력되는 손가락 움직임 영상 데이터를 분석하여 사용자의 손(1)을 인식하는 사용자 손 인식부(251) 및 인식된 사용자의 손(1)에서 손가락의 움직임을 인식하는 손가락 움직임 인식부(252)를 포함한다. 이때 인식된 손은 도 3과 같이 손의 각 손가락 및 손가락의 마디(관절)가 명확하게 식별될 수 있는 형태로 획득될 수 있을 것이다. 도 3과 같이 손가락 및 손가락의 관절들이 명확하게 표현되므로 손가락 운동 인식부(250)는 손가락의 움직임을 보다 명확하게 추적할 수 있다.
정확성 판단부(260)는 상기 손가락 운동 인식부에서 인식된 손가락 움직임과 상기 디스플레이된 손가락 재활 치료 영상의 손가락 움직임을 비교하여 일치하는지를 검사하고 일치 여부, 즉 결과정보를 상기 재활운동 출력부(130)를 통해 출력한다.
운동기록 등록부(270)는 상기 사용자가 수행한 손가락 재활 치료 영상 정보, 손가락 재활 치료 영상에 포함된 다수의 치료 단계 중 진행한 치료 단계 정보, 상기 정확성 판단부(260)에서 수행된 비교 결과 정보 등을 포함하는 운동 이력 정보를 운동 기록 DB(340)에 저장한다.
운동기록 등록부(270)는 상기 진행한 치료 단계 정보를 재활운동 설정부(240)로 제공하여 설정 DB(320)에 해당 사용자에 맵핑하여 저장시키도록 구성될 수 있을 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 리얼센스 카메라를 이용한 가상현실 기반의 손가락 재활 방법의 구성을 나타내는 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 우선 제어부(200)는 손가락 운동 이벤트가 발생되는지를 검사한다(S111). 상기 손가락 운동 이벤트는 재활운동 입력부(140)를 통한 손가락 재활 운동 명령이 입력되는 경우 발생될 수도 있고, 일반 카메라(112)를 통한 임의의 사용자 검출 시 발생될 수도 있을 것이다.
손가락 운동 이벤트가 발생되면 제어부(200)는 사용자 식별을 수행한다(S113). 사용자 식별은 재활운동 출력부(130)를 통해 사용자 식별정보 입력 수단을 표시하여 사용자 식별정보를 입력할 것을 요청하고, 재활 운동 입력부(140)를 통해 사용자 식별정보가 입력되면 미리 등록된 사용자 식별정보에 의해 사용자를 식별할 수도 있으며, 일반 카메라(112)를 통해 촬영되고 있는 사용자의 얼굴과 미리 등록되어 있는 사용자들의 등록 얼굴 이미지를 비교한 사용자 얼굴 인식에 의해 사용자를 식별할 수도 있을 것이다.
사용자 식별이 완료되면 제어부(200)는 식별된 사용자가 사용자 DB(310)에 저장되어 있는 등록 사용자인지를 판단한다(S115).
등록된 사용자가 아니면 종료하고, 등록된 사용자이면 설정 DB(320)에서 해당 사용자에 대한 사용자 시스템 설정정보 및 설정 정보를 로드하고, 로드된 시스템 설정 정보 및 사용자 설정 정보에 따른 설정을 수행한다(S117).
시스템 설정 및 사용자 설정이 완료되면 제어부(200)는 리얼센스 카메라부(110)를 구동한(S119) 후, 인식된 사용자에 대해 설정된 손가락 재활 치료 영상을 재활운동 출력부(130)로 출력하여 재생한다(S125). 상기 손가락 재활 치료 영상은 프로그램에 따라 적어도 하나 이상의 재활 치료 영상을 포함할 것이다.
또한, 상기 손가락 재활 치료 영상을 디스플레이하기 전에 제어부(200)는 재활운동 출력부(130)를 통해 사용자를 미리 설정된 운동영역으로 이동할 것을 요청하고(S121), 리얼센스 카메라부(110)를 통해 촬영되는 영상 및 시스템 설정 정보의 카메라 설정 정보에 근거하여 사용자가 상기 운동영역에 위치했는지를 판단한다(S123).
제어부(200)는 사용자가 상기 운동영역에 위치한 것으로 판단될 때 손가락 재활 치료 영상을 디스플레이할 것이다.
손가락 재활 치료 영상이 디스플레이되기 시작하면 제어부(200)는 리얼센스 카메라부(100)를 통해 입력되는 손가락 움직임 영상 데이터로부터 손가락 움직임을 인식 및 추적하고(S127), 손가락 움직임이 검출되는지를 판단하며(S129), 손가락 움직임이 검출될 때마다 제공되는 손가락 재활 치료 영상의 움직임과 일치하는지를 판단한다(S131).
판단결과, 일치하지 않으면 제어부(200)는 상술한 S125로 돌아가 동일한 손가락 재활 치료 영상에 대해 S125 이후의 단계를 동일하게 수행하여 사용자를 운동시킨다. 상기 반복 운동은 미리 설정된 횟수로 실행되도록 구성될 수도 있고, 성공할 때까지 반복하도록 구성될 수도 있을 것이다.
반면, 손가락 움직임 영상 데이터에 의해 사용자가 재생되는 손가락 재활 치료 영상과 동일하게 손가락을 운동영역 경우 제어부(200)는 다른 방식의 손가락 운동에 대한 다음 손가락 재활 치료에 대한 설정을 수행하고(S135), 재활 운동 종료 이벤트가 발생되는지를 검사하여(S137), 재활운동 종료 이벤트가 발생할 까지 상술한 단계를 반복 수행하여 손가락 재활 운동 프로그램에 따라 재활 운동을 수행한다.
그러나 재활운동 종료 이벤트가 발생되면 제어부(200)는 사용자가 수행한 재활 운동에 대한 운동 이력정보를 생성하여 운동 기록 DB(340)에 저장하여 등록한다.
한편, 본 발명은 전술한 전형적인 바람직한 실시예에만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 개량, 변경, 대체 또는 부가하여 실시할 수 있는 것임은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 이러한 개량, 변경, 대체 또는 부가에 의한 실시가 이하의 첨부된 특허청구범위의 범주에 속하는 것이라면 그 기술사상 역시 본 발명에 속하는 것으로 보아야 한다.
100: 재활치료 운동 정보 입력부 110: 리얼센스 카메라부
111: 제1적외선 카메라 112: 일반 카메라
113: 제2적외선 카메라 120: 카메라 틸팅부
130: 재활운동 출력부 140: 재활운동 입력부
200: 제어부 210: 카메라 설정부
220: 사용자 등록부 230: 사용자 인식부
240: 재활운동 설정부 250: 손가락 운동 인식부
251: 사용자 손 인식부 252: 손가락 움직임 인식부
260: 정확성 판단부 270: 운동기록 등록부
300: 저장부 310: 사용자 DB
320: 설정 DB 330: 손가락 운동 DB
340: 운동 기록 DB

Claims (11)

  1. 손가락 재활 치료 영상을 디스플레이하는 재활운동 출력부 및 하나의 일반 카메라 및 2개의 적외선 카메라를 통해 사용자의 손의 손가락 움직임을 촬영한 손가락 움직임 영상 데이터를 출력하는 리얼센스 카메라부를 포함하는 재활치료 운동정보 입력부:
    손가락 재활 치료를 위한 순차적인 단계에 따른 손가락 재활 치료 영상을 저장하는 손가락 운동 DB 및 출력되는 상기 손가락 재활 치료 영상에 대응하여 상기 리얼센스 카메라부로부터 입력되는 손가락 움직임 영상 데이터를 저장하고 사용자의 재활 치료 운동에 따른 사용자 운동정보를 저장하는 운동 기록 DB를 포함하는 저장부; 및
    사용자에 의해 미리 설정된 손가락 재활 치료 영상을 저장부로부터 로드하여 상기 재활치료 운동정보 입력부를 통해 출력한 후, 상기 재활치료 운동정보 입력부의 리얼센스 카메라로부터 입력되는 손가락 움직임 영상 데이터를 분석하여 사용자의 손가락 움직임을 분석하고, 분석된 사용자의 손가락 움직임이 상기 손가락 재활 치료 영상의 손가락 움직임과 일치 여부를 판단하여 일치 여부에 따라 미리 설정된 다음 단계의 손가락 재활 치료를 진행하거나 상기 재활치료 운동정보 입력부를 통해 기존 손가락 재활 치료를 반복 수행시키는 제어부를 포함하고,
    상기 재활치료 운동정보 입력부는,
    다수의 가능 및 문자를 입력하는 다수의 키를 구비하고 눌린 키에 대응하는 키신호를 출력하는 키입력장치 및 상기 재활운동 출력부의 화면과 일체로 구성되어 터치되는 위치에 대응하는 위치신호를 출력하는 터치패드 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 재활운동 입력부를 더 포함하고,
    상기 저장부는,
    재활치료를 받을 사용자에 대한 사용자 정보를 저장하는 사용자 DB를 더 포함하며,
    상기 제어부는,
    상기 재활운동 출력부 및 재활운동 입력부를 통해 손가락 재활 치료를 받을 사용자에 대한 사용자 정보를 입력받고 상기 사용자 DB에 저장하여 등록하는 사용자 등록부;
    초기 사용자 등록 후 재활운동 출력부를 통해 재활운동 설정 수단을 제공하고, 상기 재활운동 설정 수단 및 재활운동 입력부를 통해 사용자가 받아야할 손가락 재활치료 운동을 설정하고, 추후 사용자 식별에 의해 이전에 수행된 손가락 재활 치료 운동에 연속하는 손가락 재활 치료 운동을 설정하고, 설정된 손가락 재활 치료 운동에 대응하는 손가락 재활 치료 영상을 상기 재활운동 출력부를 통해 출력하는 재활운동 설정부;
    상기 재활운동 출력부(130)를 통해 해당 손가락 재활 치료 프로그램의 손가락 재활 치료 영상이 출력되면 상기 리얼센스 카메라부(110)로부터 입력되는 리얼센스 카메라 영상인 손가락 움직임 영상 데이터를 획득하는 리얼센스 카메라 영상 획득부;
    3차원 입체 영상인 상기 손가락 움직임 영상 데이터를 분석하여 사용자의 손가락 움직임을 인식하는 손가락 운동 인식부;
    상기 인식된 손가락 움직임과 상기 디스플레이된 손가락 재활 치료 영상의 손가락 움직임이 일치하는지를 검사하고 일치 여부를 상기 재활운동 출력부를 통해 출력하는 정확성 판단부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    구동 시 상기 리얼센스 카메라부의 일반 카메라를 통해 사용자를 촬영하고, 촬영된 사용자 영상에 의해 사용자를 인식하고, 등록 사용자이면 인식된 사용자에 대한 사용자 정보를 재활운동 설정부로 제공하는 사용자 인식부를 더 포함하고,
    상기 재활운동 설정부는, 상기 사용자 정보에 의해 사용자를 식별하며,
    상기 제어부는,
    상기 재활운동 출력부 및 재활운동 입력부를 통해 상기 리얼센스 카메라부가 설치된 높이 정보를 입력받고, 상기 높이정보, 현재의 상기 일반 카메라 및 적외선 카메라의 각도 및 줌/아웃 정보를 포함하는 카메라 설정정보를 저장하는 카메라 설정부를 더 포함하고,
    상기 사용자 인식부는,
    상기 카메라 설정정보에 근거하여 카메라에 들어오는 사용자와의 거리를 측정하고, 상기 사용자를 일정 거리 범위의 운동영역으로 유도한 후, 상기 사용자 인식을 수행하는 것을 특징으로 하는 리얼센스 카메라를 이용한 가상현실 기반의 손가락 재활 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 손가락 운동 인식부는,
    상기 손가락 움직임 영상 데이터를 분석하여 사용자의 손을 인식하고, 전체 영상에서 손 영역의 영상인 손 영상을 추출하는 사용자 손 인식부; 및
    연속되어 추출되는 상기 사용자 손 영상을 비교 분석하여 손가락의 움직임을 인식하는 손가락 움직임 인식부를 포함하는 것을 특징으로 하는 리얼센스 카메라를 이용한 가상현실 기반의 손가락 재활 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 재활치료 운동정보 입력부는 사용자 측에 사용자 단말기로 구성되고,
    상기 제어부 및 저장부는 웹서버로 구성되는 것을 특징으로 하는 리얼센스 카메라를 이용한 가상현실 기반의 손가락 재활 시스템.
  7. 재활운동 입력부를 통해 손가락 재활 치료를 받을 사용자에 대한 사용자 정보를 입력받고 사용자 DB에 저장하여 등록하는 사용자 등록과정;
    제어부가 재활운동 출력부 및 재활운동 입력부를 통해 리얼센스 카메라부가 설치된 높이 정보를 입력받고, 상기 높이정보, 현재의 상기 리얼센스 카메라부의 일반 카메라 및 적외선 카메라의 각도 및 줌/아웃 정보를 포함하는 카메라 설정정보를 저장하는 카메라 설정 과정;
    사용자에 의해 미리 설정된 손가락 재활 치료 영상을 저장부로부터 로드하여 재활치료 운동정보 입력부를 통해 출력하는 재활 치료 영상 출력 과정;
    구동 시 상기 카메라 설정정보에 근거하여 카메라에 들어오는 사용자와의 거리를 측정하고, 상기 사용자를 일정 거리 범위의 운동영역으로 유도한 후, 상기 리얼센스 카메라부의 일반 카메라를 통해 사용자를 촬영하고, 촬영된 사용자 영상에 의해 사용자를 인식하고, 등록 사용자이면 인식된 사용자에 대한 사용자 정보를 재활운동 설정부로 제공하는 사용자 인식 과정;
    상기 재활 치료 영상의 출력 후, 상기 재활치료 운동정보 입력부의 리얼센스 카메라부로부터 입력되는 리얼센스 영상인 손가락 움직임 영상 데이터를 획득하는 리얼센스 영상 획득 과정;
    상기 손가락 움직임 영상 데이터를 분석하여 사용자의 손가락 움직임을 분석하는 손가락 움직임 분석 과정;
    분석된 사용자의 손가락 움직임이 상기 손가락 재활 치료 영상의 손가락 움직임과 일치 여부를 판단하는 손가락 재활 운동 정확성 판단 과정; 및
    상기 손가락 움직임과 재활 치료 영상의 손가락 움직임의 일치 여부에 따라 미리 설정된 다음 단계의 손가락 재활 치료를 진행하거나 상기 재활치료 운동정보 입력부를 통해 기존 손가락 재활 치료를 반복 수행시키는 손가락 재활 치료 연속 수행 과정을 포함하고,
    상기 리얼센스 영상 획득 과정은,
    초기 사용자 등록 후 재활운동 출력부를 통해 재활운동 설정 수단을 제공하고, 상기 재활운동 설정 수단 및 재활운동 입력부를 통해 사용자가 받아야할 손가락 재활치료 운동을 설정하고, 추후 재활운동 설정부가 상기 사용자 정보에 의해 사용자를 식별하고, 사용자 식별에 의해 이전에 수행된 손가락 재활 치료 운동에 연속하는 손가락 재활 치료 운동을 설정하는 재활치료 운동 설정 단계; 및
    설정된 손가락 재활 치료 운동에 대응하는 손가락 재활 치료 영상을 상기 재활운동 출력부를 통해 출력하는 재활치료 영상 출력 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리얼센스 카메라를 이용한 가상현실 기반의 손가락 재활 방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제7항에 있어서,
    상기 손가락 움직임 분석 과정은,
    상기 손가락 움직임 영상 데이터를 분석하여 사용자의 손을 인식하고, 전체 영상에서 손 영역의 영상인 손 영상을 추출하는 사용자 손 인식 단계; 및
    연속되어 추출되는 상기 사용자 손 영상을 비교 분석하여 손가락의 움직임을 인식하는 손가락 움직임 인식 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리얼센스 카메라를 이용한 가상현실 기반의 손가락 재활 방법.
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