KR101961844B1 - 증강현실 기반 인지훈련용 작업치료 테이블 장치 및 작업치료 방법 - Google Patents

증강현실 기반 인지훈련용 작업치료 테이블 장치 및 작업치료 방법 Download PDF

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Abstract

증강현실 기반 인지훈련용 작업치료 테이블 장치 및 작업치료 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 증강현실에 기반한 인지훈련용 작업치료 테이블 장치는, 메인 테이블과, 훈련 시 상기 메인 테이블의 후방으로 전개되는 서브 테이블을 포함하는 테이블 모듈; 상기 테이블 모듈의 사방에 설치되며, 전방 배경 및 사용자에 관한 센싱 데이터를 획득하는 센서 모듈; 전방 배경에 관한 배경 영상 및 상기 배경 영상에 상응하는 인지훈련용 작업치료 콘텐츠를 출력하는 디스플레이 모듈; 및 상기 센싱 데이터를 분석한 결과에 따라 상기 인지훈련용 작업치료 콘텐츠를 선정하여 출력시키는 제어 모듈을 포함할 수 있다.

Description

증강현실 기반 인지훈련용 작업치료 테이블 장치 및 작업치료 방법{Augment reality based occupational therapy table device for cognitive training and occupational therapy method}
본 발명은 인지훈련 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 증강현실 기반 인지훈련용 작업치료 테이블 장치 및 작업치료 방법에 관한 것이다.
컴퓨터 기반 인지훈련(인지재활) 프로그램은 인지장애로 인해 특별히 감소한 인지영역을 일관성 있게 지속 반복 훈련함으로써 인지기능을 높이고 향상시키는 소프트웨어 치료 도구이다.
하지만, 이러한 컴퓨터 소프트웨어를 이용한 인지훈련 프로그램의 사용이 저조한 이유는 문헌적 근거를 바탕으로 제작된 과학적이고 기술적인 인지집중력 훈련 전용 프로그램이 부족하기 때문이다.
이에 컴퓨터 기반 인지훈련 프로그램이 다수 등장했지만, 주로 2D 콘텐츠로 제작되어 몰입감이 떨어지는 것이 현실이다.
이를 보완하기 위해 가상현실(VR) 3D 기반 인지훈련이 나와 있으나, 헤드 마운트 디스플레이(HMD)를 착용해야 하는 단점이 있어 고령자가 쉽게 접근하기 어렵고 실제 현실과 병합된 훈련을 제공하는 것이 불가능하다.
한국공개특허 제10-2017-0124978호 (2017.11.13. 공개) - 경도인지장애 노인의 인지능력 향상을 위한 가상현실 콘텐츠 제공장치
본 발명은 증강현실을 활용하여 시청각적으로 고난이도 작업치료를 수행할 수 있게 하는 증강현실 기반 인지훈련용 작업치료 테이블 장치 및 작업치료 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 인지재활이 필요한 대상자들을 대상으로 실감나는 3D 증강현실 콘텐츠를 제공하며, 서라운드 오디토리 모듈을 통해 3D 사운드를 연동한 훈련을 제공할 수 있는 증강현실 기반 인지훈련용 작업치료 테이블 장치 및 작업치료 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 증강현실에 기반한 인지훈련용 작업치료 테이블 장치로서, 메인 테이블과, 훈련 시 상기 메인 테이블의 후방으로 전개되는 서브 테이블을 포함하는 테이블 모듈; 상기 테이블 모듈의 사방에 설치되며, 전방 배경 및 사용자에 관한 센싱 데이터를 획득하는 센서 모듈; 전방 배경에 관한 배경 영상 및 상기 배경 영상에 상응하는 인지훈련용 작업치료 콘텐츠를 출력하는 디스플레이 모듈; 및 상기 센싱 데이터를 분석한 결과에 따라 상기 인지훈련용 작업치료 콘텐츠를 선정하여 출력시키는 제어 모듈을 포함하는 증강현실 기반 인지훈련용 작업치료 테이블 장치가 제공된다.
상기 서브 테이블은 2개 한 쌍으로 이루어지며, 상기 서브 테이블의 폭은 상기 메인 테이블의 폭의 1/2보다 작아, 상기 서브 테이블이 전개되면 상기 서브 테이블 사이에 사용자가 위치하는 사용자 위치 공간이 마련될 수 있다.
상기 전방 테이블의 전방 꼭지점에 수직으로 설치되는 전방 지지대; 및 상기 후방 테이블 각각의 후방 꼭지점 중 외측에 수직으로 설치되는 후방 지지대를 포함하되, 상기 센서 모듈은 상기 전방 지지대 및 상기 후방 지지대에 각각 설치될 수 있다.
상기 센서 모듈은 카메라를 포함하되, 상기 전방 지지대에 설치되는 전방 카메라는 상기 사용자를 촬영한 사용자 영상을 출력하고, 상기 후방 지지대에 설치되는 후방 카메라는 상기 메인 테이블 및 그 전방과 그 좌우 측방을 촬영한 배경 영상을 출력하며, 상기 제어 모듈은 상기 배경 영상을 상기 디스플레이 모듈에 출력시키고, 상기 사용자 영상을 분석하여 상기 사용자의 손의 위치를 파악하여 훈련 수행 결과를 분석할 수 있다.
상기 전방 카메라에는 상기 사용자까지의 깊이 정보를 획득하는 초음파 센서가 부가될 수 있다.
상기 전방 지지대와 상기 후방 지지대에 각각 설치되는 복수의 스피커를 포함하는 오디토리 모듈을 더 포함하되, 상기 제어 모듈은 상기 복수의 스피커를 통해 3D 사운드를 구현시킬 수 있다.
상기 전방 지지대에 대해 전방 혹은 후방으로 수직하게 펼쳐지는 텔레스코픽 타입의 보조 지지대; 및 상기 보조 지지대의 끝단에 설치되는 보조 오디토리 모듈을 더 포함할 수 있다.
상기 전방 지지대 및 상기 후방 지지대는 상기 제어 모듈에 의해 그 길이가 가변되거나 상기 센서 모듈을 승강시켜 그 높이가 조정되게 할 수 있다.
상기 메인 테이블 및 상기 서브 테이블에는 그리드 타입으로 복수의 열선이 설치되며, 상기 전방 카메라 중 하나는 적외선 카메라로, 상기 배경 영상 중 하나를 적외선 영상으로 촬영할 수 있다.
상기 제어 모듈은 상기 적외선 영상을 분석한 결과 상기 열선에 의한 그리드의 교점 중에서 나타나지 않은 부분에 상응하여 상기 사용자의 손이 위치하고 있는 것으로 판단할 수 있다.
한편 본 발명의 다른 측면에 따르면, 증강현실에 기반한 인지훈련용 작업치료 테이블 장치를 이용한 인지훈련용 작업치료 방법으로서, 작업치료 시작 명령이 입력되면, 서브 테이블이 메인 테이블의 후방으로 전개되는 단계; 사용자가 상기 서브 테이블 사이의 사용자 위치 공간에 위치하면, 후방 카메라로 배경 영상을 촬영하고 전방 카메라로 기본 사용자 영상을 촬영하는 단계: 제어 모듈은 상기 배경 영상과 상기 기본 사용자 영상을 분석하는 단계; 상기 분석 결과에 따라 인지훈련을 위한 작업치료 콘텐츠를 선정하고, 디스플레이 모듈로 출력시키는 단계; 상기 전방 카메라로 상기 작업치료 콘텐츠 출력에 따른 사용자 대응에 상응하는 훈련 사용자 영상을 촬영하는 단계; 상기 제어 모듈은 상기 훈련 사용자 영상을 분석하여 상기 사용자의 손 움직임을 파악하는 단계; 상기 손 움직임이 현재 출력 중인 상기 작업치료 콘텐츠에 대한 적절한 대응인지 여부를 판단하는 단계; 및 대응 적절성 정도에 따라 훈련 점수를 부여하고 기록하는 단계를 포함하는 증강현실 기반 인지훈련용 작업치료 방법이 제공된다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 증강현실을 활용하여 시청각적으로 고난이도 작업치료를 수행할 수 있게 하는 효과가 있다.
또한, 인지재활이 필요한 대상자들을 대상으로 실감나는 3D 증강현실 콘텐츠를 제공하며, 서라운드 오디토리 모듈을 통해 3D 사운드를 연동한 훈련을 제공할 수 있는 효과도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 증강현실 기반 인지훈련용 작업치료 테이블 장치의 구성 블록도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 증강현실 기반 인지훈련용 작업치료 테이블 장치의 사시도,
도 3은 전방 배경 인식용 카메라의 작동 모습을 나타낸 도면,
도 4는 사용자 인식용 카메라의 작동 모습을 나타낸 도면,
도 5는 보조 오디토리 모듈의 동작 모습을 나타낸 도면,
도 6은 증강현실을 이용한 인지훈련용 작업치료 모습을 나타낸 도면,
도 7은 오디토리 모듈을 이용한 청각 인지훈련용 작업치료 모습을 나타낸 도면,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 증강현실 기반 인지훈련용 작업치료 테이블 장치를 이용한 작업치료 방법의 순서도,
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 증강현실 기반 인지훈련용 작업 테이블 장치의 테이블 모듈을 나타낸 도면,
도 10은 전방 카메라에서 도 9의 테이블 모듈을 촬영한 사용자 영상의 보정 영상을 나타낸 도면.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서에서 사용한 용어 는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 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.
또한, 각 도면을 참조하여 설명하는 실시예의 구성 요소가 해당 실시예에만 제한적으로 적용되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상이 유지되는 범위 내에서 다른 실시예에 포함되도록 구현될 수 있으며, 또한 별도의 설명이 생략될지라도 복수의 실시예가 통합된 하나의 실시예로 다시 구현될 수도 있음은 당연하다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 명세서에 기재된 "…부", "…유닛", "…모듈", "…기" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 증강현실 기반 인지훈련용 작업치료 테이블 장치의 구성 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 증강현실 기반 인지훈련용 작업치료 테이블 장치의 사시도이며, 도 3은 전방 배경 인식용 카메라의 작동 모습을 나타낸 도면이고, 도 4는 사용자 인식용 카메라의 작동 모습을 나타낸 도면이며, 도 5는 보조 오디토리 모듈의 동작 모습을 나타낸 도면이고, 도 6은 증강현실을 이용한 인지훈련용 작업치료 모습을 나타낸 도면이며, 도 7은 오디토리 모듈을 이용한 청각 인지훈련용 작업치료 모습을 나타낸 도면이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 증강현실 기반 인지훈련용 작업치료 테이블 장치를 이용한 작업치료 방법의 순서도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 증강현실 기반 인지훈련용 작업치료 테이블 장치(1)는 인지장애를 가지는 사용자(인지훈련 대상자)에 대해 인지훈련을 위한 작업치료가 가능하도록 하는 전용 테이블이다.
기존에는 카메라를 헤드 마운트 디스플레이(HMD) 혹은 글래스(Glass)에 부착하여 영상 콘텐츠를 제공했어야 했다. 또한, 사용자의 손을 인식하기 위해서는 사용자가 전면 카메라를 머리 혹은 가슴에 부착하는 불편함이 있었다. 또한, 3D 사운드의 표현에 있어서도 소프트웨어적 알고리즘을 사용함으로써 실제 물리적인 위치의 소리와 차이가 발생하여 몰입감이 떨어지는 한계가 있었다.
본 실시예에서는 이러한 불편함이나 한계를 해소하기 위해 증강현실 기반의 인지훈련을 위한 작업치료 콘텐츠(훈련 콘텐츠, 3D 콘텐츠)가 출력될 수 있는 전용 테이블을 제공하고자 한다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 증강현실 기반 인지훈련용 작업치료 테이블 장치(1)는 테이블 모듈(10), 센서 모듈(20), 오디토리 모듈(30), 디스플레이 모듈(40), 제어 모듈(50)을 포함한다.
테이블 모듈(10)은 증강현실 기반 인지훈련용 작업치료 테이블 장치(1)의 기본 골격을 이루는 부분이다.
테이블 모듈(10)은 직사각형 형상을 가지며 테이블 모듈(10)의 기본 골격을 이루는 메인 테이블(11)과, 훈련 시에만 전개되는 서브 테이블(12a, 12b)을 포함한다.
본 명세서에서는 메인 테이블(11)에 대해 디스플레이 모듈(40)이 설치되는 부분을 전방, 사용자가 위치하는 부분을 후방으로 가정하여 설명하기로 한다.
메인 테이블(11)은 평평한 판재 형상을 가진다. 메인 테이블(11)의 전방 꼭지점에는 전방 지지대(141, 142)가 수직으로 설치된다.
서브 테이블(12a, 12b)은 메인 테이블(11)의 후방에 설치되며, 2개 한 쌍으로 이루어진다. 각 서브 테이블(12a, 12b)의 후방 꼭지점, 특히 외측 꼭지점에는 각각 후방 지지대(143, 144)가 수직으로 설치된다.
서브 테이블(12a, 12b)은 기본적으로 메인 테이블(11)의 하부에 배치되거나 내부에 탑재되어 있을 수 있다. 그리고 훈련 시에는 메인 테이블(11)의 하부 혹은 내부에서 메인 테이블(11)의 후방으로 이동하여 펼쳐진다. 이 경우 후방 지지대(143, 144)도 서브 테이블(12a, 12b)에 연동하여 슬라이딩 이동될 수 있다.
서브 테이블(12a, 12b)의 폭(W2)은 메인 테이블(11)의 폭(W1)에 대해 1/2보다 작다(W2 < W1/2). 따라서, 서브 테이블(12a, 12b)이 펼쳐진 경우 테이블 모듈(10)이 전체적으로 후방에 개구된 'ㄷ'자 형상을 가지게 할 수 있다.
펼쳐진 서브 테이블(12a, 12b) 사이에는 사용자가 위치할 수 있는 사용자 위치 공간(13)이 마련될 수 있다.
사용자에게 증강현실에 기반한 인지훈련용 작업치료 콘텐츠를 시청각적으로 출력함에 있어서, 메인 테이블(11) 및 서브 테이블(12a, 12b)은 베이스 공간으로 사용자가 가상의 객체 위치를 파악하기 위한 기준으로 이용될 수 있다.
특히 메인 테이블(11)은 훈련을 수행하는 주 배경이 된다. 그리고 서브 테이블(12a, 12b)은 사용자(5)의 좌우로 전개되어 보조 배경으로 이용되며, 사용 이후에는 메인 테이블(11)의 하부 혹은 내부로 밀어 넣을 수 있어 공간 활용 효율을 극대화시킬 수 있다.
증강현실에 기반한 인지훈련용 작업치료 콘텐츠를 출력하기 위해 전방 배경을 인식하고 사용자를 인식할 필요가 있다. 센서 모듈(20)은 센싱을 통해 전방 배경 및 사용자를 인식할 수 있게 한다.
본 실시예에서 센서 모듈(20)은 테이블 모듈(10)의 각 꼭지점에 세워진 지지대(141~144)에 설치될 수 있다. 즉, 테이블 모듈(10) 전체를 커버하는 다수의 위치에 분산 설치될 수 있다.
기본적으로 센서 모듈(20)에는 카메라가 포함될 수 있다.
테이블 모듈(10)의 전방 지지대(141, 142)에는 전방 카메라(21, 22)가 설치되며, 후방 지지대(143, 144)에는 후방 카메라(23, 24)가 설치된다.
도 3을 참조하면, 후방 카메라(23, 24)는 전방 배경 인식용으로 전방을 향하며, 테이블 모듈(10)과 그 전방 및 좌우 측방을 촬영하고, 훈련 배경으로 활용되게 할 수 있다. 이 경우 테이블 모듈(10)의 전방에 설치되는 디스플레이 모듈(40)도 전방 배경에 포함될 수 있다.
도 4를 참조하면, 전방 카메라(21, 22)는 사용자 인식용으로 후방을 향하며, 테이블 모듈(10)과 사용자 위치 공간(13)에 위치한 사용자(5)가 함께 촬영되고, 후술할 제어 모듈(50)에서 영상 분석을 통해 사용자를 인식하고, 사용자의 동작을 파악할 수 있게 된다.
전방 카메라(21, 22)는 사용자의 손과 얼굴을 촬영하여 인식되게 할 수 있다. 이 경우 어느 하나의 전방 카메라(예컨대, 21)에서 사용자의 손과 얼굴을 검출하여 그 위치좌표를 특정하고, 다른 하나의 전방 카메라(예컨대, 22)에서 캘리브레이션을 통해 위치좌표의 정확도를 높이도록 보조할 수 있다.
또한, 센서 모듈(20)은 적외선(IR) 센서 및/또는 초음파 센서를 더 포함할 수 있다. 적외선 센서는 사용자의 얼굴 중에서도 눈을 센싱하고, 사용자의 시선을 추적하는 아이트래커로서 이용될 수 있다. 초음파 센서는 사용자의 손까지의 거리를 센싱하여, 사용자의 손의 정확한 위치를 산출하는데 이용될 수 있다.
오디토리 모듈(30)은 3D 사운드 구현을 위한 부분으로, 전방 지지대(141, 142)와 후방 지지대(143, 144)에 각각 하나씩 4개의 스피커(31~34)가 탑재될 수 있다.
디스플레이 모듈(40)은 메인 테이블(11)의 전방에 설치되며, 사용자에게 전방 배경을 보여주면서 증강현실 기반으로 인지훈련을 할 수 있게 하는 3D 콘텐츠가 출력되는 모니터일 수 있다.
전방 지지대(141, 142) 및 후방 지지대(143, 144)는 제어에 따라 그 길이가 가변되거나 센서 모듈(20)을 승강시켜 그 높이가 조정되게 할 수 있다.
제어 모듈(50)은 센서 모듈(20)에서 센싱된 각종 데이터(영상 데이터, 센싱 데이터 등)를 수집하고, 이를 데이터 처리하여 디스플레이 모듈(40)로 출력해 줄 수 있다. 또한, 제어 모듈(50)은 데이터베이스(미도시)에 저장된 3D 훈련 콘텐츠를 재생시켜 디스플레이 모듈(40) 및/또는 오디토리 모듈(30)을 통해 시청각적으로 콘텐츠 연동 인지훈련이 이루어지게 할 수 있다.
제어 모듈(50)은 카메라로부터 배경 영상 및 사용자 영상을 입력받는 영상 인식부와, 초음파 센서, 적외선 센서, 보조 카메라로부터 입력되는 정보로 위치 정보를 특정하는 위치 인식부를 포함할 수 있다. 그리고 영상 인식부와 위치 인식부의 인식 결과를 종합하여 좌표를 산출하는 좌표 산출부와, 산출된 좌표와 연동되는 콘텐츠를 선정하여 출력시키는 콘텐츠 선정부를 더 포함할 수 있다.
또한, 제어 모듈(50)은 사용자가 사용자 위치 공간(13)에 위치하는 경우 전방 카메라(21, 22)를 통해 촬영된 사용자 영상을 분석하여, 사용자의 특성(예컨대, 키)을 판단하고, 그 결과에 따라 보다 효과적인 사용자 인식 및 인지훈련이 이루어질 수 있도록 지지대(141~144)의 높이를 가변시키거나 센서 모듈(20)의 높이를 가변시킬 수 있다.
도 3을 참조하면, 후방 카메라(23, 24)가 동작하여 전방 배경을 인식하는 모습이 도시되어 있다. 후방 카메라(23, 24)는 사용자(5)의 시각 범위를 만족하는 배경 범위를 인식한다. 배경 범위 내에 들어오는 객체를 인식하고 모니터링할 수 있다.
도 4를 참조하면, 전방 카메라(21, 22)가 동작하여 사용자, 특히 사용자의 손과 얼굴을 인식하는 모습이 도시되어 있다.
전방 카메라(21, 22)에서 촬영한 영상 분석을 통해 사용자(5)의 손에 대한 위치좌표를 획득함으로써, 시간 경과에 따른 손의 움직임을 인식할 수 있다. 본 실시예에서 이용되는 인지훈련용 작업치료 콘텐츠는 3D 콘텐츠로, 전방 배경 내에 가상의 3D 객체를 표시하게 된다. 훈련 과정에서 해당 3D 객체에 대하여 훈련 내용에 맞춰 사용자(5)가 손을 이용하여 적절한 동작(예컨대, 이동, 잡기 등)을 수행하는지에 대한 판단이 요구되며, 전방 카메라(21, 22)에서 촬영한 영상 분석에 따른 손의 움직임 인식을 통해 해당 판단이 이루어질 수 있다.
이 때 전방 카메라(21, 22)에는 초음파 센서도 부가될 수 있다. 카메라의 영상 인식을 통해 깊이(depth)를 판단하여 거리를 구하는 것은 많은 연산능력을 요구하는 바, 초음파 센서를 통해 깊이 정보를 보다 간단히 구할 수 있다. 초음파 센서를 통한 센싱으로 개략적인 깊이값을 획득한 후, 영상을 통해 보정함으로써 위치좌표의 정확성을 높일 수 있다.
또한, 전방 카메라(21, 22)에는 적외선 센서도 부가될 수 있다. 적외선 센서는 사용자의 얼굴을 인식하고, 특히 눈동자의 위치를 인식할 수 있다. 눈동자 위치 파악을 통해 사용자의 시선을 추적할 수 있게 된다.
다시 도 2를 참조하면, 오디토리 모듈(30)을 활용한 3D 사운드 구현 모습이 도시되어 있다.
전방 지지대(141, 142) 및 후방 지지대(143, 144) 각각에는 오디토리 모듈(30)이 설치되어 있다. 물리적으로 구분되는 4개의 위치에 각각 오디토리 모듈(30)이 배치됨에 따라, 전후좌우로 분할되는 소리를 구현할 수 있다.
또한, 전방 지지대(141, 142)에 설치된 한 쌍의 전방 스피커(31, 32)를 통해 전방 소리(전방음)를 구현할 수 있다. 이 경우 전방음을 전방의 좌우 스피커(31, 32)에서 시간차를 두고 출력함으로써, 좌에서 우로 혹은 우에서 좌로 이동하는 효과를 낼 수 있다(도 4의 B2 참조).
후방 지지대(143, 144)에 설치된 한 쌍의 후방 스피커(33, 34)를 통해서도 동일하게 후방 소리(후방음)을 구현할 수 있을 것이다(도 3의 B1 참조).
상하 소리(상방에서 하방으로 혹은 하방에서 상방으로 이동하는 소리)는 전방 지지대(141, 142)에서 보조 오디토리 모듈(61, 62)이 펼쳐져 구현될 수 있다(도 5의 B3 참조).
이를 위해 보조 오디토리 모듈(61, 62)은 보조 지지대(145, 146)의 끝단에 설치되고, 보조 지지대(145, 146)는 전방 지지대(141, 142)에 대해 전방 혹은 후방으로 수직하게 펼쳐지는 텔레스코픽 타입으로 구성될 수 있다.
도 6에는 시각 훈련 콘텐츠를 이용한 훈련 방식이 도시되어 있다.
디스플레이 모듈(4)에는 전방 배경에 속하는 메인 테이블(11)과 사용자(5)의 손이 출력된다. 그리고 사용자(5)의 손으로 훈련할 수 있는 공 받기 혹은 공 던지기와 같은 훈련 콘텐츠가 재생될 수 있다. 디스플레이 모듈(40)의 화면 내에 출력되는 전방 배경 상에 가상의 공 객체를 출력시키고, 해당 공 객체가 후방으로 날아오는 것과 같은 시각 효과를 나타냄으로써 사용자(5)가 손으로 공을 받게 할 수 있다. 혹은 메인 테이블(11) 상에 놓여진 공 객체를 사용자(5)가 손을 이용하여 잡은 후 전방을 향해 던지게 할 수도 있을 것이다.
전방 카메라(21, 22)를 이용한 사용자 영상 인식을 통해 사용자의 손의 위치와 모양을 인식하고, 제어 모듈(50)로 전송할 수 있다. 제어 모듈(50)에서는 기존에 계산된 사용자 위치(사용자는 훈련 시 그 위치가 사용자 위치 공간(13) 내로 고정되어 있음) 내에서 손의 범위를 인식하여 그 깊이를 계산할 수 있다.
전방 카메라(21, 22)로부터 사용자까지의 절대 거리와, 영상 인식을 통한 손의 위치를 통합 계산하여 훈련 콘텐츠 제공 시 최적화된 Z축(객체의 높이)을 제공할 수 있다.
도 7에는 청각 훈련 콘텐츠를 이용한 훈련 방식이 도시되어 있다.
대각선 상에 놓여진 각 오디토리 모듈(30) 중 어느 하나에서 임의의 소리가 날 경우, 그 소리가 난 위치 혹은 소리가 나타났다가 사라진 곳을 디스플레이 모듈(40)의 화면에서 골라 손으로 선택함으로써, 그 정답 여부를 점수로 계산할 수 있다. 이 경우 속도의 증감, 방해 자극 소리 삽입 등을 통해 난이도 조절이 가능하다.
도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 증강현실 기반 인지훈련용 작업치료 테이블 장치(1)를 이용한 인지훈련용 작업치료 방법(특히, 시각 훈련)의 순서도가 도시되어 있다.
작업치료 시작 명령이 입력되면, 서브 테이블(12a, 12b)이 메인 테이블(11)의 후방으로 슬라이딩 이동되어 펼쳐진다(단계 S100).
사용자는 서브 테이블(12a, 12b) 사이에 마련된 사용자 위치 공간(13)에 위치한다(단계 S105).
후방 카메라(23, 24)는 현재 전방 배경을 촬영한 배경 영상을 제어 모듈(50)로 전송하고, 전방 카메라(21, 22)는 현재 사용자를 촬영한 기본 사용자 영상을 제어 모듈(50)로 전송한다(단계 S110).
제어 모듈(50)은 배경 영상과 기본 사용자 영상을 분석한다(단계 S115). 영상 분석을 통해 메인 테이블의 높이, 사용자의 손 위치, 사용자의 시선 등의 정보가 검출될 수 있다.
검출된 정보를 활용하여 인지훈련을 위한 작업치료 콘텐츠를 선정하고 디스플레이 모듈(40)로 출력시킨다(단계 S120).
그리고 전방 카메라(21, 22)는 작업치료 콘텐츠 출력에 따른 사용자 대응을 파악하기 위해 사용자를 촬영하여 훈련 사용자 영상을 생성한다(단계 S125).
제어 모듈(50)은 훈련 사용자 영상을 분석하고 사용자의 손 움직임을 파악한다(단계 S130).
사용자의 손 움직임이 현재 출력 중인 작업치료 콘텐츠에 대한 적절한 대응인지 여부를 판단한다(단계 S135).
대응 적절성 정도에 따라 훈련 점수를 부여하고, 훈련 성과로 기록할 수 있다(단계 S140).
전술한 증강현실 기반 인지훈련용 작업치료 방법은 디지털 처리 장치에 내장된 소프트웨어 프로그램 등에 의해 시계열적 순서에 따른 자동화된 절차로 수행될 수도 있음은 당연하다. 상기 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다. 또한, 상기 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 정보저장매체(computer readable media)에 저장되고, 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써 상기 방법을 구현한다. 상기 정보저장매체는 자기 기록매체, 광 기록매체 등을 포함한다.
본 실시예에 따른 증강현실 기반 인지훈련용 작업치료 테이블 장치(1)를 이용하면 헤드 마운트 디스플레이 혹은 글래스에 대한 착용의 불편함을 제거하고, 손 인식을 위한 전면 카메라의 부착이 요구되지 않으며, 실제 물리적인 위치에 상응하는 입체적인 3D 사운드의 표현이 가능하여 효과적인 인지훈련이 가능하게 할 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 증강현실 기반 인지훈련용 작업 테이블 장치의 테이블 모듈을 나타낸 도면이고, 도 10은 전방 카메라에서 도 9의 테이블 모듈을 촬영한 사용자 영상의 보정 영상을 나타낸 도면이다.
도 9를 참조하면, 테이블 모듈(10)에 그리드 타입으로 다수의 행과 열로 배치된 열선(15)이 설치될 수 있다. 열선(15)은 메인 테이블(11)에만 설치되거나, 서브 테이블(12a, 12b)에도 설치될 수 있다.
열선(15)은 육안으로는 드러나지 않도록 메인 테이블(11) 및/또는 서브 테이블(12a, 12b)의 표면에서 소정 깊이만큼의 내부에 심겨질 수 있다. 이는 열선(15)이 육안으로 보일 경우 인지훈련 과정에서 화면 상에 테이블 상에 그리드가 표현됨으로 인해 시각 훈련 시 인지장애가 있는 사용자에게 혼란을 야기할 가능성이 높기 때문이다.
본 실시예에서 사용자 영상을 촬영하는 전방 카메라(21, 22) 중 하나는 적외선 카메라일 수 있다. 적외선 카메라를 이용하여 사용자 영상을 촬영하는 과정에서 테이블 모듈(10)도 함께 촬영될 수 있다. 이때 열선(15)에서 발생되는 열로 인해 적외선 영상에는 메인 테이블(11) 및/또는 서브 테이블(12a, 12b) 상에 그리드가 표시될 수 있다. 도 10에는 직사각형이 되도록 보정된 적외선 영상(200)이 도시되어 있다.
이를 참조하면, 적외선 영상(200)에는 R1~R8까지의 행과, C1~C9까지의 열을 가지는 열선이 표현되어 테이블을 그리드화하고 있다.
이 때 사용자가 인지훈련을 위해 테이블 상에서 손을 움직일 경우, 손의 하부에 위치하는 열선에 의한 열은 적외선 카메라에 의해 촬영되지 않게 된다. 오히려 신체 열기로 인해 손의 형상이 촬영될 수 있다.
따라서, 그리드가 표시된 적외선 영상(200)에서 손(LH, RH)에 의해 일부 그리드의 교점이 표현되지 않을 수 있다. 적외선 영상 분석을 통해 그리드의 교점이 표현되지 않은 부분에 사용자의 손이 위치한 것으로 판단할 수 있다.
도 10에서는 사용자의 왼손(LH)이 (R3, C3) 위치에 존재하고, 오른손(RH)이 (R4, C6) 위치에 존재함을 알 수 있다. 또는 사용자의 손이 Z축으로 소정 높이에 위치하고 있는 경우에는 해당 높이에 대한 보정치를 반영하여 손의 위치를 보정할 수도 있다.
본 실시예에서는 적외선 영상의 분석을 통해 사용자의 손 위치를 보다 정확하게 파악할 수 있으며, 이에 따라 보다 적절한 작업치료 콘텐츠를 제공하여 효과적인 인지훈련이 이루어지도록 할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1: 증강현실 기반 인지훈련용 작업치료 테이블 장치
10: 테이블 모듈 11: 메인 테이블
12a, 12b: 서브 테이블 13: 사용자 위치 공간
141, 142: 전방 지지대 143, 144: 후방 지지대
15: 열선 20: 센서 모듈
21~22: 전방 카메라 23~24: 후방 카메라
30: 오디토리 모듈 31, 32: 전방 스피커
33, 34: 후방 스피커 40: 디스플레이 모듈
50: 제어 모듈 200: 적외선 영상
61, 62: 보조 오디토리 모듈 145, 146: 보조 지지대

Claims (11)

  1. 증강현실에 기반한 인지훈련용 작업치료 테이블 장치로서,
    메인 테이블과, 훈련 시 상기 메인 테이블의 후방으로 전개되는 서브 테이블을 포함하는 테이블 모듈;
    상기 테이블 모듈의 사방에 설치되며, 전방 배경 및 사용자에 관한 센싱 데이터를 획득하는 센서 모듈;
    전방 배경에 관한 배경 영상 및 상기 배경 영상에 상응하는 인지훈련용 작업치료 콘텐츠를 출력하는 디스플레이 모듈;
    상기 센싱 데이터를 분석한 결과에 따라 상기 인지훈련용 작업치료 콘텐츠를 선정하여 출력시키는 제어 모듈;
    상기 메인 테이블의 전방 꼭지점에 수직으로 설치되는 전방 지지대; 및
    상기 서브 테이블 각각의 후방 꼭지점 중 외측에 수직으로 설치되는 후방 지지대를 포함하되,
    상기 센서 모듈은 상기 전방 지지대 및 상기 후방 지지대에 각각 설치되며,
    상기 센서 모듈은 카메라를 포함하되,
    상기 전방 지지대에 설치되는 전방 카메라는 상기 사용자를 촬영한 사용자 영상을 출력하고, 상기 후방 지지대에 설치되는 후방 카메라는 상기 메인 테이블 및 그 전방과 그 좌우 측방을 촬영한 배경 영상을 출력하며,
    상기 제어 모듈은 상기 배경 영상을 상기 디스플레이 모듈에 출력시키고, 상기 사용자 영상을 분석하여 상기 사용자의 손의 위치를 파악하여 훈련 수행 결과를 분석하며,
    상기 메인 테이블 및 상기 서브 테이블 중 적어도 하나에는 그리드 타입으로 복수의 열선이 설치되며,
    상기 전방 카메라 중 하나는 적외선 카메라로, 상기 배경 영상 중 하나를 적외선 영상으로 촬영하고, 상기 제어 모듈은 상기 적외선 영상을 분석한 결과 상기 열선에 의한 그리드의 교점 중에서 나타나지 않은 부분에 상응하여 상기 사용자의 손이 위치하고 있는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 증강현실 기반 인지훈련용 작업치료 테이블 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 서브 테이블은 2개 한 쌍으로 이루어지며,
    상기 서브 테이블의 폭은 상기 메인 테이블의 폭의 1/2보다 작아,
    상기 서브 테이블이 전개되면 상기 서브 테이블 사이에 사용자가 위치하는 사용자 위치 공간이 마련되는 것을 특징으로 하는 증강현실 기반 인지훈련용 작업치료 테이블 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 열선은 상기 메인 테이블 및 상기 서브 테이블 중 적어도 하나의 표면에서 소정 깊이만큼 내부에 심겨져 육안으로는 드러나지 않도록 설치된 것을 특징으로 하는 증강현실 기반 인지훈련용 작업치료 테이블 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전방 카메라에는 상기 사용자까지의 깊이 정보를 획득하는 초음파 센서가 부가되는 것을 특징으로 하는 증강현실 기반 인지훈련용 작업치료 테이블 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전방 지지대와 상기 후방 지지대에 각각 설치되는 복수의 스피커를 포함하는 오디토리 모듈을 더 포함하되,
    상기 제어 모듈은 상기 복수의 스피커를 통해 3D 사운드를 구현시키는 것을 특징으로 하는 증강현실 기반 인지훈련용 작업치료 테이블 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 전방 지지대에 대해 전방 혹은 후방으로 수직하게 펼쳐지는 텔레스코픽 타입의 보조 지지대; 및
    상기 보조 지지대의 끝단에 설치되는 보조 오디토리 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 증강현실 기반 인지훈련용 작업치료 테이블 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전방 지지대 및 상기 후방 지지대는 상기 제어 모듈에 의해 그 길이가 가변되거나 상기 센서 모듈을 승강시켜 그 높이가 조정되게 하는 것을 특징으로 하는 증강현실 기반 인지훈련용 작업치료 테이블 장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 증강현실에 기반한 인지훈련용 작업치료 테이블 장치를 이용한 인지훈련용 작업치료 방법으로서,
    작업치료 시작 명령이 입력되면, 서브 테이블이 메인 테이블의 후방으로 전개되는 단계;
    사용자가 상기 서브 테이블 사이의 사용자 위치 공간에 위치하면, 후방 카메라로 배경 영상을 촬영하고 전방 카메라로 기본 사용자 영상을 촬영하는 단계:
    제어 모듈은 상기 배경 영상과 상기 기본 사용자 영상을 분석하는 단계;
    상기 분석 결과에 따라 인지훈련을 위한 작업치료 콘텐츠를 선정하고, 디스플레이 모듈로 출력시키는 단계;
    상기 전방 카메라로 상기 작업치료 콘텐츠 출력에 따른 사용자 대응에 상응하는 훈련 사용자 영상을 촬영하는 단계;
    상기 제어 모듈은 상기 훈련 사용자 영상을 분석하여 상기 사용자의 손 움직임을 파악하는 단계;
    상기 손 움직임이 현재 출력 중인 상기 작업치료 콘텐츠에 대한 적절한 대응인지 여부를 판단하는 단계; 및
    대응 적절성 정도에 따라 훈련 점수를 부여하고 기록하는 단계를 포함하되,
    상기 메인 테이블 및 상기 서브 테이블 중 적어도 하나에는 그리드 타입으로 복수의 열선이 설치되며,
    상기 전방 카메라 중 하나는 적외선 카메라로, 상기 배경 영상 중 하나를 적외선 영상으로 촬영하고, 상기 제어 모듈은 상기 적외선 영상을 분석한 결과 상기 열선에 의한 그리드의 교점 중에서 나타나지 않은 부분에 상응하여 상기 사용자의 손이 위치하고 있는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 증강현실 기반 인지훈련용 작업치료 방법.
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