KR101956928B1 - 카메라기반 터치스크린 장치의 영상취득 방법 - Google Patents

카메라기반 터치스크린 장치의 영상취득 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 카메라기반 터치스크린 장치 및 이를 이용한 영상취득 방법에 관한 것으로, 조도가 높은 외란의 영향을 받지 않고 배경영상과의 경계가 뚜렷한 완성영상을 취득할 수 있게 됨으로써 보다 정확하고 안정적인 터치스크린 장치의 동작 구현에 기여를 할 수 있게 되고, 이로 인해 센터페시아와 같은 복곡면의 위치에 인터페이스로 적용이 가능하게 됨에 따라 상품성 향상에 큰 기여를 할 수 있도록 된 것이다.

Description

카메라기반 터치스크린 장치의 영상취득 방법{IMAGE ACQUISITION METHOD OF CAMERA BASE TOUCH SCREEN APPARATUS}
본 발명은 카메라기반 터치스크린 장치 및 이를 이용한 영상취득 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 외란(태양광, 외부조명 등)이 심한 환경에서도 영역이 뚜렷한 영상을 카메라가 취득할 수 있도록 된 카메라기반 터치스크린 장치 및 이를 이용한 영상취득 방법에 관한 기술이다.
종래의 카메라기반 터치스크린 장치는 도 1에 도시된 바와 같이 사용자에 의해 터치되는 아크릴판(1)과, 상기 아크릴판(1)으로 적외선을 방사하는 적외선조명(2)과, 확산필름(3)을 통해 상기 아크릴판(1)으로 영상을 제공하는 프로젝터(4)와, 상기 아크릴판(1)을 통해 반사되는 적외선이 적외선필터(5)를 통해 입력될 때 영상을 취득하는 카메라(6)를 포함하여 이루어진 구성으로 되어 있다.
상기와 같이 구성된 장치는 사용자의 손(7)이 아크릴판(1)을 터치하게 되면, 적외선조명(2)에서 방사된 적외선이 아크릴판(1)에 터치된 손(7)에 의해 반사되고, 반사된 적외선이 적외선필터(5)를 통해 카메라(6)로 입력될 때 상기 카메라(6)가 상기 아크릴판(1)의 영상을 취득하는 방식으로 구현된다.
그러나, 상기와 같은 종래의 장치는 외란(태양광, 외부조명 등)이 심한 환경에 노출될 경우 외란에 의해 발생하는 그림자(11)로 인해 카메라(6)가 취득하는 영상(12)은 배경영상(13)과의 경계(12a)가 불명확한 비정상상태의 영상이 되고, 이로 인해 터치스크린 장치의 오동작이 발생하는 단점이 있다.
즉, 카메라(6)가 적외선조명(2)을 이용해서 아크릴판(1)의 입력영상(12)을 취득할 때 외란(태양광, 외부조명 등)에 의해 배경영상(13)도 함께 취득하게 되는 바, 이때 외란의 영향으로 카메라(6)가 취득하는 영상(12)은 배경영상(13)과의 경계(12a)가 불명확한 영상이 취득되고, 특히 외란에 의한 그림자(12)로 인해 취득된 영상(12)의 경계(12a)가 더욱 불명확한 비정상상태의 영상이 취득됨으로써, 터치스크린 장치의 오동작 발생률이 높아지게 되는 것이다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
대한민국공개특허공보 10-2012-0105984호.
이에 본 발명은 상기한 바의 단점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 외란(태양광, 외부조명 등)이 심한 환경에서도 경계가 뚜렷한 정상상태의 영상을 카메라가 취득할 수 있도록 함으로써, 터치스크린 장치의 오동작 발생을 없앨 수 있도록 하고, 이를 통해 제품의 품질향상을 도모할 수 있도록 하는 카메라기반 터치스크린 장치 및 이를 이용한 영상취득 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명 카메라기반 터치스크린 장치는, 사용자에 의해 터치되는 아크릴판; 상기 아크릴판으로 적외선을 방사하는 적외선조명; 확산필름을 통해 상기 아크릴판으로 영상을 제공하는 프로젝터; 상기 아크릴판의 영상을 취득하는 카메라; 및 상기 카메라가 상기 적외선조명이 온(ON)된 상태와 오프(OFF)된 상태에서 각각 영상을 취득할 수 있도록 상기 적외선조명의 동작과 상기 카메라의 동작을 제어하는 기능을 구비한 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 적외선조명이 오프(OFF)된 상태에서 상기 카메라가 영상을 취득할 때에 상기 카메라에 구비된 플래시 조명이 작동할 수 있도록 상기 제어기가 상기 카메라의 동작을 제어하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 적외선조명이 온(ON)된 상태와 오프(OFF)된 상태에서 상기 카메라가 각각 1개씩의 영상을 취득할 수 있도록 상기 제어기는 상기 적외선조명의 동작과 상기 카메라의 동작을 제어하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명에 따른 카메라기반 터치스크린 장치의 영상취득 방법은 적외선조명이 온(ON)된 상태에서 카메라가 제1영상을 취득하는 단계; 상기 적외선조명이 오프(OFF)된 상태에서 상기 카메라가 제2영상을 취득하는 단계; 및 상기 제1영상에서 상기 제2영상을 뺀 차영상인 제3영상을 구하고, 상기 제3영상에 영상처리필터를 적용해서, 배경영상과의 경계가 뚜렷한 완성영상을 구하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 적외선조명이 오프(OFF)된 상태에서 상기 카메라가 상기 제2영상을 취득할 때에는 상기 카메라에 구비된 플래시 조명이 작동하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 카메라기반 터치스크린 장치의 영상취득 방법은 적외선조명이 온(ON)된 상태에서 카메라가 제1영상을 취득하는 단계; 상기 적외선조명이 오프(OFF)된 상태에서 상기 카메라가 제2영상을 취득하는 단계; 상기 적외선조명이 온(ON)된 상태에서 상기 카메라가 제3영상을 취득하는 단계; 상기 제1영상에서 상기 제2영상을 뺀 차영상인 제4영상을 구하는 단계; 상기 제2영상에서 상기 제3영상을 뺀 차영상인 제5영상을 구하는 단계; 상기 제4영상과 상기 제5영상의 공통점만을 취해서 배경영상과의 경계가 뚜렷한 완성영상을 구하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 카메라기반 터치스크린 장치는 적외선 광을 통과시키는 특징과 상이 맺히는 기능을 수행할 수 있는 층을 구비한 기판; 상기 기판으로 적외선을 방사하는 적외선조명; 상기 기판으로 영상을 제공하는 프로젝터; 상기 기판을 투과한 적외선 중 사용자의 터치에 의해 반사되는 적외선을 감지해서 영상을 취득하는 카메라; 및 상기 카메라가 적외선조명이 온(ON)된 상태와 오프(OFF)된 상태에서 각각 영상을 취득할 수 있도록 적외선조명의 동작과 카메라의 동작을 제어하는 기능을 구비한 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어기는 사용자가 상기 기판을 터치할 때에 확산되는 영상을 분석해서 사용자의 조작상태를 판단하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 기판은 반투명 패널부재로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 카메라기반 터치스크린 장치는 사용자에 의해 터치되는 투명재질의 기판; 상기 기판으로 적외선을 방사하는 적외선조명; 확산필름을 통해 상기 기판으로 영상을 제공하는 프로젝터; 상기 기판의 영상을 취득하는 카메라; 및 상기 카메라가 상기 적외선조명이 온(ON)된 상태와 오프(OFF)된 상태에서 각각 영상을 취득할 수 있도록 상기 적외선조명의 동작과 상기 카메라의 동작을 제어하는 기능을 구비한 제어기;를 포함한다.
본 발명에 의하면, 조도가 높은 외란의 영향을 받지 않고 배경영상과의 경계가 뚜렷한 완성영상을 취득할 수 있게 됨으로써 보다 정확하고 안정적인 터치스크린 장치의 동작 구현에 기여를 할 수 있게 되고, 이로 인해 센터페시아와 같은 복곡면의 위치에 인터페이스로 적용이 가능하게 됨에 따라 상품성 향상에 큰 기여를 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 카메라기반 터치스크린 장치를 설명하기 위한 도면,
도 2는 종래 장치의 카메라가 외란이 심한 환경에서 취득하는 비정상상태 영상을 설명하기 위한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 카메라기반 터치스크린 장치의 일 실시예를 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 카메라기반 터치스크린 장치의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면,
도 5는 본 발명에 따른 카메라기반 터치스크린 장치의 또 다른 실시예를 설명하기 위한 도면,
도 6과 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라기반 터치스크린 장치의 영상취득 방법을 설명하기 위한 도면,
도 8 내지 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 카메라기반 터치스크린 장치의 영상취득 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 카메라기반 터치스크린 장치 및 이를 이용한 영상취득 방법에 대해 살펴본다.
본 발명 일 실시예에 따른 카메라기반 터치스크린 장치는 도 3에 도시된 바와 같이 적외선 광을 통과시키는 특징과 상이 맺히는 기능을 수행할 수 있는 층을 구비한 기판(11); 상기 기판(11)으로 적외선을 방사하는 적외선조명(2); 상기 기판(11)으로 영상을 제공하는 프로젝터(4); 상기 기판(11)을 투과한 적외선 중 사용자의 터치에 의해 반사되는 적외선을 감지해서 영상을 취득하는 카메라(6); 및 상기 카메라(6)가 적외선조명(2)이 온(ON)된 상태와 오프(OFF)된 상태에서 각각 영상을 취득할 수 있도록 적외선조명(2)의 동작과 카메라(6)의 동작을 제어하는 기능을 구비한 제어기(20);를 포함한다.
상기 제어기(20)는 사용자가 상기 기판(11)을 터치할 때에 확산되는 영상을 분석해서 사용자의 조작상태를 판단하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 기판(11)은 반투명 패널부재로 형성된 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명 다른 실시예에 따른 카메라기반 터치스크린 장치는 도 4에 도시된 바와 같이 사용자에 의해 터치되는 투명재질의 기판(21); 상기 기판(21)으로 적외선을 방사하는 적외선조명(2); 확산필름(3)을 통해 상기 기판(21)으로 영상을 제공하는 프로젝터(4); 상기 기판(21)의 영상을 취득하는 카메라(6); 및 상기 카메라(6)가 상기 적외선조명(2)이 온(ON)된 상태와 오프(OFF)된 상태에서 각각 영상을 취득할 수 있도록 상기 적외선조명(2)의 동작과 상기 카메라(6)의 동작을 제어하는 기능을 구비한 제어기(20);를 포함한다.
상기 반투명 패널부재로 된 기판(11) 및 상기 투명재질의 기판(21)은 터치스크린의 기능을 수행할 뿐만 아니라 상을 맺어서 카메라로 분석하는 기능도 함께 구현 가능하며, 이에 관해서는 대한민국공개특허공보 10-2012-0105984호를 비롯한 종래 다양한 기술들이 있다.
그리고, 본 발명 다른 실시예에 따른 카메라기반 터치스크린 장치는 도 5에 도시된 바와 같이 사용자의 손(7)에 의해 터치되는 아크릴판(1)과, 상기 아크릴판(1)으로 적외선을 방사하는 적외선조명(2)과, 확산필름(3)을 통해 상기 아크릴판(1)으로 영상을 제공하는 프로젝터(4)와, 상기 아크릴판(1)을 통해 반사되는 적외선이 적외선필터(5)를 통해 입력될 때 상기 아크릴판(1)의 영상을 취득하는 카메라(6)와, 상기 카메라(6)가 상기 적외선조명(2)이 온(ON)된 상태와 오프(OFF)된 상태에서 각각 영상을 취득할 수 있도록 상기 적외선조명(2)의 동작과 상기 카메라(6)의 동작을 제어하는 기능을 구비한 제어기(20)를 포함하는 구성으로 되어 있다.
여기서, 상기 적외선조명(2)이 오프(OFF)된 상태에서 상기 카메라(6)가 영상을 취득할 때에 상기 카메라(6)에 구비된 플래시 조명이 작동할 수 있도록 상기 제어기(20)가 상기 카메라(6)의 동작을 제어하게 된다.
또한, 상기 적외선조명(2)이 온(ON)된 상태와 오프(OFF)된 상태에서 상기 카메라(6)가 각각 1개씩의 영상을 취득할 수 있도록 상기 제어기(20)는 상기 적외선조명(2)의 동작과 상기 카메라(6)의 동작을 제어하도록 구성된다.
한편, 투명재질의 기판(21)에는 다양한 종류가 있으며 그 중 아크릴판(1)도 투명재질의 기판에 포함되는 것으로 한다.
본 발명에 따른 카메라기반 터치스크린 장치를 이용해서 영상을 취득하는 방법에 대해서는 도 6과 도 7을 참고하여 설명한다.
본 발명은 1대의 카메라(6)가 연속적으로 영상을 취득하는 구성으로, 먼저 적외선조명(2)이 온(ON)된 상태에서 카메라(6)가 제1영상(31)을 취득하게 된다.(단계 S1)
이때, 카메라(6)가 취득하는 영상은 입력영상인 상기 제1영상(31) 뿐만 아니라 외란(태양광, 외부조명 등)에 의해 제1배경영상(32)도 함께 취득된다.
상기 제1영상(31)의 해상도(resolution)를 100(최고의 해상도 상태를 100으로 가정한다)으로 가정하고, 상기 제1영상(31)과 함께 취득되는 제1배경영상(32)의 해상도를 20으로 가정하면, 상기 제1영상(31)은 상기 제1배경영상(32)과의 경계(31a)가 흐릿한 불명확한 영상이 취득된다.
상기와 같이 카메라(6)가 제1영상(31)을 취득하고 나면 연속해서 제2영상(33)을 취득하게 되는 바, 상기 제2영상(33)은 적외선조명(2)이 오프(OFF)된 상태에서 취득하게 된다.(단계 S2)
상기 제2영상(33)을 취득할 때에는 적외선조명(2)이 오프(OFF)된 상태이므로 입력영상의 취득을 위해 카메라(6)에 구비된 플래시 조명이 작동하게 된다.
이때에도, 카메라(6)가 취득하는 영상은 입력영상인 상기 제2영상(33) 뿐만 아니라 외란(태양광, 외부조명 등)에 의해 제2배경영상(34)도 함께 취득된다.
이때에는, 적외선조명(2)이 오프(OFF)된 상태이므로 상기 제2영상(33)의 해상도(resolution)는 0이 되고, 상기 제2영상(33)과 함께 취득되는 제2배경영상(34)의 해상도는 외란에 변화가 없는 상태이므로 상기 제1배경영상(32)과 같은 해상도인 20이 되는 바, 상기 제2영상(33)도 상기 제2배경영상(34)과의 경계(32a)가 흐릿한 불명확한 영상이 취득된다.
상기와 같이 제1영상(31)과 제2영상(33)을 취득하고 나면, 상기 제1영상(31)에서 상기 제2영상(33)을 뺀 차영상인 제3영상(35)을 구하게 된다.(단계 S3)
제1영상(31)의 해상도는 100이고 제2영상(33)의 해상도는 0이므로, 상기 제1영상(31)에서 상기 제2영상(33)을 뺀 제3영상(35)의 해상도는 최고의 해상도인 100이 된다.
반면에, 제1배경영상(32)과 제2배경영상(34)의 해상도는 모두 20으로 동일하므로, 상기 제1배경영상(32)에서 상기 제2배경영상(34)을 빼주게 되면 제3배경영상(36)의 해상도는 최저 상태인 0이 된다.
따라서, 제1영상(31)에서 제2영상(33)을 뺀 차영상인 제3영상(35)은 제3배경영상(36)과의 경계(35a)가 뚜렷한 정상상태의 영상이 된다.
상기와 같이 구해진 제3영상(35)을 더욱 명확한 영상으로 만들기 위해 다수번의 영상처리필터(37)를 적용하고 나면(단계 S4), 배경영상(39)과의 경계(38a)가 뚜렷한 정상상태의 완성영상(38)을 구할 수 있게 된다.
한편, 본 발명은 1대의 카메라(6)가 적외선조명(2)의 온(ON)된 상태와 오프(OFF)된 상태에서 연속적으로 영상을 취득하는 구성이므로 영상을 취득하는 시점에 시간차가 발생하게 되고, 이러한 시간차로 인해 도 8과 같이 2개의 영상(41,42)을 조합했을 때 2개의 영상(41,42)이 오프셋(offset)되어서 잔상형태의 노이즈(noise)가 발생한 형태로 나타날 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 잔상형태의 노이즈 발생문제를 예방하기 위해 또 다른 영상취득 방법을 제시하는 바, 즉 도 9와 도 10에 도시된 바와 같이 적외선조명(2)이 온(ON)된 상태에서 카메라(6)가 제1영상(51)을 취득한다.(단계 S11)
이때, 카메라(6)가 취득하는 제1영상(51)은 해상도가 100인 상태이고, 제1배경영상(52)은 해상도가 20인 상태인 바, 이에 따라 카메라(6)가 취득한 제1영상(51)은 제1배경영상(52)과의 경계(51a)가 흐릿한 불명확한 영상이 된다.
상기와 같이 카메라(6)가 제1영상(51)을 취득하고 나면 연속해서 제2영상(53)을 취득하게 되는 바, 상기 제2영상(53)은 적외선조명(2)이 오프(OFF)된 상태에서 취득하게 된다.(단계 S12)
이때, 카메라(6)가 취득하는 제2영상(53)은 해상도가 0인 상태이고, 제2배경영상(54)은 해상도가 20인 상태인 바, 이에 따라 카메라(6)가 취득한 제2영상(53)은 제2배경영상(54)과의 경계(53a)가 흐릿한 불명확한 영상이 된다.
제2영상(53)을 취득하고 나면 연속해서 제3영상(55)을 취득하게 되는 바, 상기 제3영상(55)은 다시 적외선조명(2)을 온(ON)시킨 상태에서 취득하게 된다.(단계 S13)
이때, 카메라(6)가 취득하는 제3영상(55)은 해상도가 100인 상태이고, 제3배경영상(56)은 해상도가 20인 상태인 바, 이에 따라 카메라(6)가 취득한 제3영상(55)은 제3배경영상(56)과의 경계(55a)가 흐릿한 불명확한 영상이 된다.
상기와 같이 제1,2,3영상(51,53,55)을 취득이 완료되고 나면, 먼저 제1영상(51)에서 제2영상(53)을 뺀 차영상인 제4영상(57)을 구하게 된다.(단계 S14)
제1영상(51)의 해상도는 100이고 제2영상(53)의 해상도는 0이므로, 상기 제1영상(51)에서 상기 제2영상(53)을 뺀 제4영상(57)의 해상도는 최고의 해상도인 100이 되고, 반면에 제1배경영상(52)과 제2배경영상(54)의 해상도는 모두 20으로 동일하므로, 상기 제1배경영상(52)에서 상기 제2배경영상(54)을 빼주게 되면 제4배경영상(58)의 해상도는 최저 상태인 0이 된다.
따라서, 제1영상(51)에서 제2영상(53)을 뺀 차영상인 제4영상(57)은 제4배경영상(58)과의 경계(57a)가 뚜렷한 정상상태의 영상이 된다.
상기와 같이 제4영상(57)이 구해지고 나면, 제2영상(53)에서 제3영상(55)을 뺀 차영상인 제5영상(59)을 구하게 된다.(단계 S15)
제2영상(53)의 해상도는 0이고 제3영상(55)의 해상도는 100이므로, 상기 제2영상(53)에서 상기 제3영상(55)을 뺀 제5영상(59)의 해상도는 최고의 해상도인 100이 되고, 반면에 제2배경영상(54)과 제3배경영상(56)의 해상도는 모두 20으로 동일하므로, 상기 제2배경영상(54)에서 상기 제3배경영상(56)을 빼주게 되면 제5배경영상(60)의 해상도는 최저 상태인 0이 된다.
따라서, 제2영상(53)에서 제3영상(55)을 뺀 차영상인 제5영상(59)은 제5배경영상(60)과의 경계(59a)가 뚜렷한 정상상태의 영상이 된다.
이후, 잔상형태의 노이즈가 발생하는 문제를 없애기 위해 경계(57a,59a)가 뚜렷하게 나타난 2개의 영상 즉 제4영상(57)과 제5영상(59)의 공통점만을 취하게 되는 바, 이때 제4영상(57)과 제5영상(59)은 모두 100의 해상도를 갖고 있고 반면에 제4,5배경영상(58,60)은 모두 0의 해상도를 갖고 있으므로, 상기 제4영상(57)과 제5영상(59)의 공통점만을 취해서 완성된 완성영상(61)은 잔상형태의 노이즈가 발생하지 않고 특히 배경영상(62)과의 경계(61a)가 더욱 뚜렷한 정상상태의 영상이 된다.
상기와 같이 구해진 완성영상(38,61)들은 조도가 높은 외란의 영향을 받지 않게 됨으로써, 보다 정확하고 안정적인 터치스크린 장치의 동작 구현에 기여를 할 수 있게 되며, 특히 센터페시아와 같은 복곡면의 위치에 인터페이스로 적용이 가능한 장점이 있는 바, 이를 통해 상품성 향상에 큰 기여를 할 수 있게 된다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
1 - 아크릴판 2 - 적외선조명
3 - 확산필름 4 - 프로젝터
6 - 카메라 11,21 - 기판
20 - 제어기

Claims (11)

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  6. 적외선조명(2)이 온(ON)된 상태에서 카메라(6)가 제1영상(51)을 취득하는 단계(S11);
    상기 적외선조명(2)이 오프(OFF)된 상태에서 상기 카메라(6)가 제2영상(53)을 취득하는 단계(S12);
    상기 적외선조명(2)이 온(ON)된 상태에서 상기 카메라(6)가 제3영상(55)을 취득하는 단계(S13);
    상기 제1영상(51)에서 상기 제2영상(53)을 뺀 차영상인 제4영상(57)을 구하는 단계(S14);
    상기 제2영상(53)에서 상기 제3영상(55)을 뺀 차영상인 제5영상(59)을 구하는 단계(S15);
    상기 제4영상(57)과 상기 제5영상(59)의 공통점만을 취해서 배경영상(62)과의 경계(61a)가 뚜렷한 완성영상(61)을 구하는 단계(S16)를 포함하고;
    상기 제1영상(51)과 제2영상(53) 및 제3영상(55)을 취득하는 방법은 1대의 카메라(6)를 이용하여 적외선조명(2)의 온(ON)된 상태와 오프(OFF)된 상태에서 시간차를 두고 연속적으로 취득하는 것을 특징으로 하는 카메라기반 터치스크린 장치의 영상취득 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 적외선조명(2)이 오프(OFF)된 상태에서 상기 카메라(6)가 상기 제2영상(53)을 취득할 때에 상기 카메라(6)에 구비된 플래시 조명이 작동하는 것을 특징으로 하는 카메라기반 터치스크린 장치의 영상취득 방법.
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