KR102050059B1 - Self-calibration apparatus and method of head mounted displays - Google Patents

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Abstract

헤드 마운티드 디스플레이가 자신의 위치를 추정하기 위한 파라미터를 보정하는 방법으로서, 헤드 마운티드 디스플레이를 착용한 사용자가 가이드 된 움직임 정보를 토대로 움직이면, 사용자의 움직임에 따라 헤드 마운티드 디스플레이에 삽입된 센서들이 헤드 마운티드 디스플레이에 대한 운동 데이터를 수집한다. 헤드 마운티드 디스플레이의 위치를 추정하기 위하여 선택된 필터의 파라미터를 랜덤하게 생성하고, 운동 데이터와 랜덤하게 생성된 파라미터를 이용하여 사용자의 시선 움직임을 계산한 시선 변화의 합이 미리 설정한 임계값보다 작은지 확인한다. 시선 변화의 합이 임계값보다 작아질 때까지 생성된 파라미터를 조정하고, 시선 변화의 합이 임계값보다 작으면 조정한 파라미터를 선택된 필터에 대한 파라미터로 설정한다.A method in which the head mounted display corrects a parameter for estimating its position, wherein when a user wearing the head mounted display moves based on guided movement information, sensors inserted into the head mounted display are moved according to the user's movement. Collect exercise data for. Randomly generate the parameters of the selected filter to estimate the position of the head mounted display, and determine whether the sum of the gaze changes calculated by the user's gaze movement using the motion data and the randomly generated parameters is less than the preset threshold. Check it. The generated parameter is adjusted until the sum of the gaze changes is smaller than the threshold, and if the sum of the gaze changes is smaller than the threshold, the adjusted parameter is set as a parameter for the selected filter.

Description

헤드 마운티드 디스플레이의 자기 보정 장치 및 방법{Self-calibration apparatus and method of head mounted displays}Self-calibration apparatus and method of head mounted displays

본 발명은 헤드 마운티드 디스플레이의 자기 보정 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for self-calibration of a head mounted display.

헤드 마운티드 디스플레이(Head Mounted Display)(이하, 'HMD'라 지칭함)는 현재 자세 추정을 위해, HMD 내부에 탑재된 관성 측정 장치(IMU: Inertial Measurement Unit)와 외부 움직임 추적기(positional tracker)를 이용하여 원시 센서 데이터(raw sensor data)를 측정한다. 관성 측정 장치에 포함되는 자이로스코프, 가속도계, 지자계는 자세(orientation)를 계산한다. Head Mounted Display (hereinafter referred to as 'HMD') uses an Inertial Measurement Unit (IMU) and an external positional tracker mounted inside the HMD to estimate the current position. Measure raw sensor data. The gyroscope, accelerometer, and geomagnetic field included in the inertial measurement unit calculates orientation.

각각의 센서를 사용하여 HMD 사용자 자세를 추정할 수 있지만, 이는 정밀성이 낮기 때문에 센서 퓨전(sensor fusion)을 사용해야 한다. 센서 퓨전은 여러 원시 센서 데이터를 융합하여 센서의 특징과 단점을 보완하고, 정밀한 현재 자세 추정을 가능하게 한다. Each sensor can be used to estimate HMD user posture, but because of its low precision, sensor fusion should be used. Sensor Fusion integrates multiple raw sensor data to compensate for the sensor's features and drawbacks, enabling accurate current posture estimation.

그런데 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 형태로 구성된 관성 측정 장치에서 출력되는 데이터는 다양한 요인으로 오차가 발생한다. 이러한 문제점을 보완하기 위해서 다양한 센서 보정(sensor calibration)이 존재하며, 두 가지로 구분할 수 있다. However, the data output from the inertial measurement device composed of MEMS (Micro Electro Mechanical System) forms an error due to various factors. To compensate for this problem, various sensor calibrations exist and can be classified into two types.

먼저, 신뢰도가 높은 외부 장치를 이용하여 사용하는 관성 측정 장치의 센서를 보정하는 방법이 있다. 다른 하나는 외부 장치 없이 수학적, 기구학적 관계를 이용하여 자기 보정을 하는 방법이 있다. First, there is a method of calibrating a sensor of an inertial measurement device using an external device having high reliability. The other is to perform self-calibration using mathematical and kinematic relations without external devices.

전자는 관성 측정 장치의 성능을 극대화 시킬 수 있지만, 신뢰성이 높은 장치는 비용과 무게로 인하여 쉽게 사용하지 못한다. 따라서 IoT 기기나 모바일 기반의 HMD의 경우 사용하는 환경과 장비가 상이하기 때문에, 항상 센서 보정을 할 수 없는 문제가 있다. 따라서 자기 보정을 통한 자세 추정 향상 기법을 이용하여, 온라인(online) 상에서도 정밀성이 높은 자세를 출력하게 할 수 있다. The former can maximize the performance of the inertial measurement device, but a reliable device is not easy to use due to cost and weight. Therefore, in the case of IoT devices or mobile-based HMDs, since the environment and equipment used are different, there is a problem that the sensor cannot be always calibrated. Therefore, by using the posture estimation improvement technique through the self-correction, it is possible to output a high-precision posture even online.

기존 자기 보정 기법들은 자이로스코프의 편류(drift)를 제거하기 위해 바이어스를 구하는 방법, 가속도계의 각 축 간의 스케일링(scaling)을 맞추는 방법, 지자계의 외부 왜곡을 제거하는 방법, 카메라를 이용한 자기 보정 등이 있다. 이를 통하여 센서 퓨전에 입력될 기본 자세의 성능이 향상되며 센서 퓨전 이후에 출력되는 추정 자세의 정밀도 또한 증가한다. Conventional self-calibration techniques include biasing to remove gyroscope drift, scaling between each axis of the accelerometer, eliminating external distortions of the geomagnetic field, and self-calibration using a camera. There is this. This improves the performance of the basic posture input to the sensor fusion and increases the precision of the estimated posture output after the sensor fusion.

따라서 대부분의 자기 보정 방법들이 원시 센서 데이터의 정밀도를 향상 시키는데 집중이 되어 있다. 하지만 최종 자세 추정에 있어 센서 퓨전의 비중도 중요한데, 지금까지는 자기 보정 방법을 이용한 센서 퓨전 성능 향상 기법이 없다. Therefore, most self-calibration methods focus on improving the precision of raw sensor data. However, the importance of sensor fusion is also important in final posture estimation. Until now, there is no technique for improving sensor fusion performance using the self-calibration method.

따라서, 본 발명은 외부 기준 좌표계 없이 내부 파라미터의 조정이 가능한 헤드 마운티드 디스플레이의 자기 보정 장치 및 방법을 제공한다.Accordingly, the present invention provides an apparatus and method for self-calibrating a head mounted display capable of adjusting internal parameters without an external reference coordinate system.

상기 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 하나의 특징인 헤드 마운티드 디스플레이가 자신의 위치를 추정하기 위한 파라미터를 보정하는 방법으로서,As a method of correcting a parameter for estimating its position, a head mounted display which is one feature of the present invention for achieving the technical problem of the present invention,

상기 헤드 마운티드 디스플레이를 착용한 사용자가 가이드 된 움직임 정보를 토대로 움직이면, 상기 사용자의 움직임에 따라 상기 헤드 마운티드 디스플레이에 삽입된 센서들이 상기 헤드 마운티드 디스플레이에 대한 운동 데이터를 수집하는 단계, 상기 헤드 마운티드 디스플레이의 위치를 추정하기 위하여 선택된 필터의 파라미터를 랜덤하게 생성하는 단계, 상기 운동 데이터와 랜덤하게 생성된 파라미터를 이용하여, 상기 사용자의 시선 움직임을 계산한 시선 변화의 합이 미리 설정한 임계값보다 작은지 확인하는 단계, 그리고 상기 시선 변화의 합이 임계값보다 작아질 때까지 상기 생성된 파라미터를 조정하고, 상기 시선 변화의 합이 상기 임계값보다 작으면 조정한 파라미터를 상기 선택된 필터에 대한 파라미터로 설정하는 단계를 포함한다.When the user wearing the head mounted display moves based on the guided movement information, sensors inserted into the head mounted display collect movement data for the head mounted display according to the movement of the user; Randomly generating a parameter of the selected filter to estimate a position, and using the motion data and the randomly generated parameter, whether the sum of the gaze changes calculated by the gaze movement of the user is smaller than a preset threshold; Confirming, and adjusting the generated parameter until the sum of the gaze changes is less than a threshold, and setting the adjusted parameter as a parameter for the selected filter when the sum of the gaze changes is less than the threshold. It includes a step.

상기 임계값보다 작은지 확인하는 단계는, 상기 운동 데이터와 랜덤 파라미터를 이용하여 상기 헤드 마운티드 디스플레이의 회전 각을 계산하는 단계를 포함하고, 상기 운동 데이터는 상기 헤드 마운티드 디스플레이의 가속도, 지자기, 각속도 정보를 포함할 수 있다.The step of determining whether it is smaller than the threshold value includes calculating a rotation angle of the head mounted display using the movement data and a random parameter, wherein the movement data includes acceleration, geomagnetic, and angular velocity information of the head mounted display. It may include.

상기 회전 각을 계산하는 단계 이후에, 상기 사용자의 시선에 의해 생성된 시점을 기준 벡터로 설정하는 단계를 포함할 수 있다.After calculating the rotation angle, the method may include setting a viewpoint generated by the gaze of the user as a reference vector.

상기 기준 벡터는 상기 사용자가 상기 헤드 마운티드 디스플레이를 착용한 직후 정면을 바라보고 있을 때의 시점의 벡터를 기준 벡터로 생성할 수 있다.The reference vector may generate as a reference vector a vector of a viewpoint when the user is looking straight ahead after wearing the head mounted display.

상기 임계값보다 작은지 확인하는 단계 이후에, 상기 시선 변화의 합이 상기 임계값보다 크면, 랜덤하게 생성한 파라미터를 조정하는 단계를 더 포함할 수 있다.After checking whether the sum is less than the threshold value, if the sum of the gaze changes is greater than the threshold value, the method may further include adjusting a randomly generated parameter.

상기 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 특징인 헤드 마운티드 디스플레이에 삽입되어 헤드 마운티드 디스플레이의 위치를 추정하기 위한 파라미터를 보정하는 장치로서,An apparatus for correcting a parameter for estimating the position of the head mounted display is inserted into the head mounted display which is another feature of the present invention for achieving the technical problem of the present invention,

미리 가이드된 움직임 정보를 토대로 상기 헤드 마운티드 디스플레이를 착용한 사용자가 움직이면, 사용자의 움직임에 따른 상기 헤드 마운티드 디스플레이의 운동 데이터를 수집하는 운동 데이터 수집 모듈, 상기 헤드 마운티드 디스플레이의 위치를 추정하기 위하여 외부에서 선택된 필터에 대한 정보를 수신하면, 선택된 필터에 대한 파라미터를 랜덤하게 생성하는 파라미터 입력 모듈, 그리고 상기 운동 데이터 수집 모듈이 수집한 운동 데이터와 상기 파라미터 입력 모듈이 랜덤하게 생성한 파라미터를 토대로, 상기 사용자의 시선 움직임을 계산한 시선 변화의 합이 미리 설정한 임계값보다 작을 때 까지 파라미터를 조정하고, 상기 시선 변화의 합이 상기 임계값보다 작으면 조정한 파라미터를 상기 선택된 필터에 대한 파라미터로 설정하는 파라미터 조정 모듈을 포함한다.An exercise data collection module configured to collect exercise data of the head mounted display according to a user's movement when the user wearing the head mounted display moves based on previously guided movement information, and to estimate the position of the head mounted display from outside Receiving information on the selected filter, based on the parameter input module for randomly generating the parameters for the selected filter, and the workout data collected by the exercise data collection module and the parameters randomly generated by the parameter input module, the user Adjust the parameter until the sum of the gaze changes calculated from the gaze movements is less than a preset threshold; and if the sum of the gaze changes is less than the threshold, setting the adjusted parameter as a parameter for the selected filter. Farah Including adjusting the emitter module.

상기 파라미터 조정 모듈은, 상기 운동 데이터와 랜덤 파라미터를 이용하여 상기 헤드 마운티드 디스플레이의 회전 각을 계산할 수 있다.The parameter adjusting module may calculate a rotation angle of the head mounted display using the motion data and the random parameter.

상기 파라미터 조정 모듈은, 상기 사용자가 상기 헤드 마운티드 디스플레이를 착용한 직후 정면을 바라보고 있을 때의 시점에서 변환된 벡터를 기준 벡터로 설정할 수 있다.The parameter adjusting module may set the converted vector as a reference vector when the user is looking straight ahead immediately after wearing the head mounted display.

상기 파라미터 조정 모듈은, 상기 시선 변화의 합이 상기 임계값보다 크면, 랜덤하게 생성한 파라미터를 조정할 수 있다.The parameter adjusting module may adjust a randomly generated parameter when the sum of the line of sight changes is greater than the threshold value.

상기 운동 데이터는 상기 사용자의 움직임에 따라 움직인 헤드 마운티드 디스플레이의 가속도, 지자기, 각속도 정보를 포함할 수 있다.The movement data may include acceleration, geomagnetic, and angular velocity information of the head mounted display moved according to the movement of the user.

본 발명에 따르면 외부 기준 좌표계 없이도 내부 파라미터의 조정이 가능하며, 관성 측정 장치의 신호 분석 없이 내부 파라미터 선정 가이드를 제공할 수 있다.According to the present invention, internal parameters can be adjusted without an external reference coordinate system, and an internal parameter selection guide can be provided without signal analysis of an inertial measurement device.

또한, 기존 센서 보정에 비해 간단하게 센서를 보정할 수 있으며, 다양한 센서 퓨전 방법에 적용할 수 있다.In addition, the sensor can be easily calibrated compared to the existing sensor calibration, and can be applied to various sensor fusion methods.

도 1은 일반적인 헤드 마운티드 디스플레이의 예시도이다.
도 2는 일반적인 내부 파라미터 변화에 따른 동적 실효값을 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 헤드 마운티드 디스플레이의 자기 보정 장치의 구조도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 사용자 시선에 대한 예시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 사용자 시선에 따라 회전한 운동 시선의 예시도이다.
도 6는 본 발명의 실시예에 따른 최단 거리를 통한 연산의 예시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 내부 파라미터 조정 방법에 대한 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 가이드된 운동 데이터의 입력 예시도이다.
1 is an exemplary view of a typical head mounted display.
2 is an exemplary diagram illustrating dynamic rms values according to general internal parameter changes.
3 is a structural diagram of a self-calibration apparatus of a head mounted display according to an embodiment of the present invention.
4 is an exemplary view of a user's gaze according to an exemplary embodiment of the present invention.
5 is an exemplary view of a motion gaze rotated according to a user's gaze according to an exemplary embodiment of the present invention.
6 is an exemplary diagram of calculation through the shortest distance according to an embodiment of the present invention.
7 is a flowchart illustrating an internal parameter adjusting method according to an embodiment of the present invention.
8 is a diagram illustrating input of guided exercise data according to an embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Throughout the specification, when a part is said to "include" a certain component, it means that it can further include other components, without excluding other components unless specifically stated otherwise.

이하 도면을 참조로 본 발명의 실시예에 따른 헤드 마운티드 디스플레이의 자기 보정 장치 및 방법에 대해 설명한다. 본 발명의 실시예에 대해 설명하기 앞서, 일반적인 헤드 마운티드 디스플레이와 내부 파라미터 변화에 따른 동적 실효값(RMS: Root Mean Square)에 대해 도 1 및 도 2를 참조로 먼저 설명한다.Hereinafter, a self-calibrating apparatus and a method of a head mounted display according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Before describing an exemplary embodiment of the present invention, a general head mounted display and a root mean square (RMS) according to internal parameter changes will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

도 1은 일반적인 헤드 마운티드 디스플레이의 예시도이고, 도 2는 일반적인 내부 파라미터 변화에 따른 동적 실효값을 나타낸 예시도이다.1 is an exemplary diagram of a general head mounted display, and FIG. 2 is an exemplary diagram illustrating dynamic rms values according to general internal parameter changes.

먼저, 도 1에 도시된 바와 같이 현재 HMD를 착용한 사용자의 자세를 추정하기 위해, 사용자가 착용한 HMD 내부에 탑재된 관성 측정 장치(10)와 외부 움직임 추적기(20) 를 이용하여 원시 센서 데이터를 측정한다. 관성 측정 장치(10)에는 자이로스코프, 가속도계, 지자계 등의 센서가 포함되어 있으며, 이들 센서가 자세를 계산한다. First, as shown in FIG. 1, in order to estimate a posture of a user who is currently wearing the HMD, raw sensor data using the inertial measurement device 10 and the external motion tracker 20 mounted inside the HMD worn by the user. Measure The inertial measurement device 10 includes sensors such as a gyroscope, an accelerometer, a geomagnetic field, and these sensors calculate a posture.

각각의 센서를 사용하면 HMD를 착용한 사용자의 자세를 추정할 수 있지만 정밀성이 낮기 때문에, 센서 퓨전(30)을 사용하여 원시 센서 데이터를 융합, 센서의 특징과 단점을 보완하고, 정밀한 현재 사용자의 자세를 추정하여야 한다.Each sensor can be used to estimate the posture of a user wearing an HMD, but because of its low precision, the sensor fusion 30 can be used to fuse raw sensor data to compensate for sensor features and shortcomings, Posture must be estimated.

센서 퓨전(30)은 HMD(10)에 포함된 각각의 센서에서 발생하는 오차를 보완하여, 정밀하게 사용자 자세를 추정하는 역할을 한다. 따라서 센서 퓨전(30)에는 원시 센서 데이터를 보정하는 기능이 포함되어 있는 것으로 볼 수 있다. The sensor fusion 30 compensates for errors occurring in each sensor included in the HMD 10, and serves to accurately estimate a user's posture. Therefore, it can be seen that the sensor fusion 30 includes a function of correcting raw sensor data.

그러나 사용자의 최종적인 자세는 센서 퓨전(30)의 결과이기 때문에, 센서 퓨전(30)의 정밀도 향상 또한 매우 중요한 주제이다. 센서 퓨전(30)에는 다양한 특징을 가진 여러 필터(30-1∼30-4)가 존재한다. 그리고 다양한 센서 퓨전 방식에도 성능을 결정하는 파라미터가 항상 존재한다. However, since the final posture of the user is the result of the sensor fusion 30, improving the accuracy of the sensor fusion 30 is also a very important topic. The sensor fusion 30 has several filters 30-1 to 30-4 having various characteristics. In addition, there are always parameters that determine performance in various sensor fusion methods.

예를 들어 상보 필터(30-1)의 경우 자이로스코프와 가속도계의 갱신 비율을 결정하는 α가 있다. 그리고, 칼만 필터(30-2)의 경우 예측과 측정에 대한 공분산 값이 필요하다. 또한, 매쥐윅(Madgwick) 필터(30-4)에는 이득 값인 β가 존재한다. For example, in the complementary filter 30-1, there is α that determines the update rate of the gyroscope and the accelerometer. In the case of the Kalman filter 30-2, a covariance value for prediction and measurement is required. In addition, a gain value β exists in the Magdwick filter 30-4.

이들 각각의 필터에 존재하는 센서 퓨전 파라미터의 중요성에 대해 도 2를 참조로 설명한다. 도 2에는 외부 기준 좌표계와 센서 퓨전 결과를 RMS(Root Mean Square)로 나타낸 결과를 나타낸 것이다. The importance of the sensor fusion parameters present in each of these filters is described with reference to FIG. 2. 2 shows the results of an external reference coordinate system and sensor fusion results in root mean square (RMS).

보통 사용자의 자세 비교는 일정 정지 상태의 각도를 비교한 정적 RMS(Rate Monotonic Scheduling)와 일정 시간 동안 회전 운동을 비교하는 동적 RMS로 나뉜다. 정적 RMS와 동적 RMS를 나타내는 단위는 각도나 라디안(radian)으로 표시한다. In general, the posture comparison of a user is divided into a static rate (Rate Monotonic Scheduling) comparing the angles of the stationary state and a dynamic RMS comparing the rotational motion for a certain time. Units representing static and dynamic RMS are expressed in degrees or radians.

도 2에 나타낸 결과의 기준 좌표계는 회전 플랫폼(rotary platform)의 광학식 엔코더이며, 비교 대상에 사용한 관성 측정 장치(10)는 Oculus DK2에 사용되는 MPU-6500이다. 이 관성 측정 장치에서 출력되는 원시 센서 데이터를 상보 필터(30-1)와 매쥐윅 필터(30-4)로 입력하였으며, 이때 설정한 내부 파라미터 값 α, β를 임의로 입력시킨 결과이다. The reference coordinate system of the result shown in FIG. 2 is an optical encoder of a rotary platform, and the inertial measurement apparatus 10 used for the comparison object is MPU-6500 used for Oculus DK2. The raw sensor data output from the inertial measurement unit was inputted to the complementary filter 30-1 and the Mazwick filter 30-4. The internal parameter values α and β set at this time were arbitrarily input.

도 2에 도시한 결과와 같이, 파라미터의 결정에 따라 센서 퓨전 정밀도가 확연히 달라지는 것을 볼 수 있다. 따라서 도 2에 도시한 결과는, 센서 퓨전(30)에서 파라미터 선정이 얼마나 중요한지를 보여준다. As shown in FIG. 2, it can be seen that the sensor fusion accuracy is significantly changed depending on the determination of the parameter. Thus, the results shown in FIG. 2 show how important parameter selection is in sensor fusion 30.

센서 퓨전(30)에서 내부 파라미터를 결정하는 일반적인 방법은, 외부 정밀 기준계와 비교하는 방법이 있다. 외부 정밀 기준계와 추정 값과의 차로 오차 함수를 설정하여, 파라미터를 오차 함수의 최적의 해로 구하여 센서 퓨전 파라미터로 설정한다. 이 방법을 이용하여 내부 파라미터를 결정하기 위해서는 정밀한 기준 좌표계가 있어야 하며, HMD와 함께 측정할 수 있는 형태여야 하기 때문에 제약이 많다. A general method of determining internal parameters in the sensor fusion 30 is to compare with an external precision reference system. The error function is set by the difference between the external precision reference system and the estimated value, and the parameter is obtained as the optimal solution of the error function and set as the sensor fusion parameter. In order to determine the internal parameters using this method, there must be a precise reference coordinate system, and it must be a form that can be measured with the HMD.

또 다른 방법으로 각 파라미터를 설정하는 가이드가 존재한다. 상보 필터(30-1)의 α는 차단 주파수(cut-off frequency)이며, 칼만 필터(30-2)는 관성 측정 장치(10)에서 측정할 때의 데이터들의 공분산과 예측 할 때 데이터들의 공분산을 의미한다. 또한 매쥐윅 필터(30-4)의 β는 경사 하강(gradient-decent) 방법의 반영 비율이다. Alternatively, there is a guide for setting each parameter. Α of the complementary filter 30-1 is a cut-off frequency, and the Kalman filter 30-2 measures the covariance of the data measured by the inertial measurement apparatus 10 and the covariance of the data when predicted. it means. In addition, β of the Maeswick filter 30-4 is a reflection ratio of the gradient-decent method.

이들 방법은 직접 각 관성 측정 장치(10)에 포함된 센서로부터 원시 센서 데이터를 취득하여 신호 분석과 계산 과정이 필요하다. 또한 파라미터의 선정 기준이 정밀하게 공식화되지 않았다. 따라서 사용자나 개발자는 데이터의 경향성을 파악하여 경험적으로 결정해야 한다. These methods directly acquire raw sensor data from sensors included in each inertial measurement device 10 and require signal analysis and calculation processes. In addition, the criteria for selecting parameters were not precisely formulated. Therefore, the user or developer must determine the trend of the data and make an empirical decision.

그리고 운동의 경향성에 따라서 최적의 파라미터는 변화하기 때문에, 외부 기준 없이는 파라미터 선정이 쉽지 않다. 특히 HMD나 IoT 기기 같은 운동 환경이 다양한 기기일수록, 센서 퓨전(30)의 파라미터를 설정하기 어렵다. 따라서 동일한 관성 측정 장치(10)를 사용한 사례 중 공개된 파라미터를 차용하는 경우가 많다. 이 또한 같은 센서라도 다른 환경에서의 작동한다면 자세 추정에 악영향을 줄 수도 있다. And since the optimum parameter changes according to the tendency of the exercise, it is not easy to select the parameter without external reference. In particular, the more various exercise environments such as HMD and IoT devices, the harder it is to set the parameters of the sensor fusion 30. Therefore, in the case of using the same inertial measurement apparatus 10, the public parameter is often borrowed. This can also adversely affect posture estimation if the same sensor operates in different environments.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 기존의 자기 보정 기법과 같이 센서 퓨전 파라미터 설정에 가이드를 줄 수 있는 자기 보정 장치 및 이를 이용한 자기 보정 방법을 제안한다. 본 발명의 실시예에서는 설명의 편의를 위하여 HMD(10) 내에 자기 보정 장치(100)가 포함되어 있고, 자기 보정 장치(100)가 운동 데이터를 수집하는 방법이나 센서 퓨전(30)의 처리 방법에 대한 설명은 생략한다.Accordingly, an embodiment of the present invention proposes a self-calibration apparatus and a self-calibration method using the same, which can guide the sensor fusion parameter setting as in the conventional self-calibration technique. In the embodiment of the present invention, the self-calibration device 100 is included in the HMD 10 for convenience of description, and the self-calibration device 100 collects exercise data or processes the sensor fusion 30. The description is omitted.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 헤드 마운티드 디스플레이의 자기 보정 장치의 구조도이다.3 is a structural diagram of a self-calibration apparatus of a head mounted display according to an embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 자기 보정 장치(100)는 적어도 하나의 프로세서에 의해 제어되며, 운동 데이터 수집 모듈(110), 파라미터 입력 모듈(120) 그리고 파라미터 조정 모듈(130)을 포함한다.As shown in FIG. 3, the self-calibration apparatus 100 according to the embodiment of the present invention is controlled by at least one processor, and includes the exercise data collection module 110, the parameter input module 120, and the parameter adjustment module ( 130).

운동 데이터 수집 모듈(110)은 사용자가 착용하는 HMD에 포함되어 복수의 센서들이 포함된 관성 측정 장치(10)가 수집한 운동 데이터를 수신한다. 여기서, 운동 데이터는 사용자가 착용한 HMD를 통해 제공되는 가이드 정보를 기초로 움직일 때, 관성 측정 장치(10)가 획득한 회전 정보로, 3축의 가속도, 지자기, 각속도 정보가 포함되어 있다.The exercise data collection module 110 receives the exercise data collected by the inertial measurement apparatus 10 included in the HMD worn by the user and including a plurality of sensors. Here, the movement data is rotation information obtained by the inertial measurement apparatus 10 when the user moves based on the guide information provided through the HMD worn by the user, and includes three-axis acceleration, geomagnetic, and angular velocity information.

여기서, 운동 데이터 수집 모듈(110)이 수신한 운동 데이터와 관련된 내용에 대해 도 4 및 도 5를 참조로 먼저 설명한다.Here, the contents related to the exercise data received by the exercise data collection module 110 will be described first with reference to FIGS. 4 and 5.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 사용자 시선에 대한 예시도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 사용자 시선에 따라 회전한 운동 시선의 예시도이다.4 is an exemplary view of a user's gaze according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 5 is an exemplary view of an exercise gaze rotated according to a user's gaze according to an exemplary embodiment of the present invention.

일반적으로 기존의 자기 보정 기법은 사용자의 물리적 위치 관계나 사용자가 착용한 기구적 위치를 고려하여 오류 함수를 설정한다. 그리고 이를 통해 각 센서의 보정 계수를 최적화(optimization) 한다. 이를 착안하여, 본 발명의 실시예에서는 외부 기준 좌표계 없이 센서 퓨전(30)의 파라미터를 최적화 할 수 있는 새로운 오류 함수를 도입하고자 한다.In general, the conventional self-calibration technique sets the error function in consideration of the physical positional relationship of the user or the mechanical position worn by the user. Through this, the correction coefficient of each sensor is optimized. With this in mind, an embodiment of the present invention intends to introduce a new error function that can optimize the parameters of the sensor fusion 30 without an external reference coordinate system.

센서 퓨전(30)에 사용되는 필터는 다양하며 필터의 종류에 따라 내부 파라미터 차원 또한 상이하다. 예를 들어 상보 필터(30-1)의 경우 3축에 대한 α을 대입할 수 있기 때문에 파라미터는 3차원이다. 반면에 칼만 필터(30-3) 중 준수한 성능을 갖는 확장 칼만 필터의 경우, 두개의 공분산 행렬이 파라미터이며 총 6차원이다. The filters used for the sensor fusion 30 vary and the internal parameter dimension also varies depending on the type of filter. For example, in the case of the complementary filter 30-1, since the α for three axes can be substituted, the parameter is three-dimensional. On the other hand, in the case of the extended Kalman filter with the observable performance among the Kalman filters 30-3, the two covariance matrices are parametric and are total six dimensions.

마지막으로 매쥐윅 필터(30-4)는 β만 존재하며, 경우에 따라서 2차원으로 구분된다. 이렇게 각기 다른 퓨전 방식과 파라미터의 차원 때문에 내부의 규칙으로 자기 보정의 오류 함수를 선정하기 힘들다. 따라서 본 발명의 실시예에서는 관성 측정 장치(10)가 외부 움직임을 가이드하여 추정하는 방향이 움직임의 경향성을 따라가도록 하는 방법을 제안한다. Finally, the Maeswick filter 30-4 has only β and is divided into two dimensions in some cases. Because of these different fusion methods and the dimensions of the parameters, it is difficult to select the error function of self-calibration by internal rules. Therefore, the embodiment of the present invention proposes a method in which the inertial measurement device 10 guides and estimates the external movement to follow the tendency of the movement.

도 4의 (a)에는 사용자가 착용한 HMD가 가상의 구(①) 안에 있다고 가정했을 때의 사용자의 시선에 대한 모형을 도시하였다. 도 4의 (a) 도시된 바와 같이, 사용자를 기준으로 가상의 구와 점선 화살표(②)가 만나는 지점(③)을 사용자 시선의 자취라고 가정한다. 4A illustrates a model of the user's gaze when the user wears the HMD in the virtual sphere ①. As shown in (a) of FIG. 4, it is assumed that the point (③) where the virtual sphere meets the dotted line arrow (②) based on the user is the trace of the user's gaze.

그러면, 도 4의 (b)에 도시한 바와 같이, 복수의 점(④)들은 실제 사용자가 움직이면서 가상 구에 남긴 시점의 자취가 된다. 사용하는 컨텐츠에 따라 사용자가 착용한 HMD의 물리적인 움직임이 다르기 때문에, 가상 구(①)에 남겨져 생기는 자취의 분포 또한 상이하다. Then, as shown in (b) of Figure 4, the plurality of points (4) is the trace of the time left in the virtual sphere while the actual user moves. Since the physical movement of the HMD worn by the user varies depending on the content used, the distribution of traces left in the virtual sphere (1) is also different.

그리고 사용자가 정면을 보고 있다고 가정하고 사용자가 의도적으로 제1 방향인 z축 방향(yaw 방향)으로만 회전한다면, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 수평 방향 시선의 자취(⑤)가 생성된다. 또한 사용자가 제2 방향인 y축 방향(pitch 방향)으로만 회전한다면, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 수직 방향 시선의 자취(⑥)가 생성된다. If the user assumes that the user is looking at the front and the user intentionally rotates only in the z-axis direction (yaw direction), the trace (⑤) of the horizontal line of sight is generated as shown in FIG. do. Also, if the user rotates only in the y-axis direction (pitch direction), which is the second direction, as shown in FIG. 5B, a trace ⑥ of the vertical line of sight is generated.

또한 사용자가 이동 방향에 대한 평행한 수평면에 있는 축을 기준으로 제3 방향(roll 방향)으로만 회전한다면, 도 5의 (c)에 도시된 바와 같이 시선이 한 점(이하, '시점'이라고도 지칭함)에 고정되어 고정된 자취(⑦)가 생성된다. 이때, 가상의 구에 생성되는 자취는 이상적인 경우로, 사용자가 아무리 가이드 정보를 기초로 이동한다 하더라도 도 5의 (a) 내지 (c)에 도시된 바와 같이 직선을 그리는 형태로 생성되기는 어렵다. In addition, if the user rotates only in a third direction (roll direction) with respect to an axis in a horizontal plane parallel to the moving direction, the line of sight is also referred to as a point (hereinafter, referred to as a 'viewpoint') as shown in FIG. ) And a fixed trace (⑦) is generated. At this time, the trace generated in the virtual sphere is an ideal case, no matter how the user moves based on the guide information, it is difficult to generate a straight line as shown in (a) to (c) of FIG. 5.

하지만, HMD를 착용한 사용자가 가이드 운동을 한다면 세 방향의 운동 모두 시선의 자취들의 이동 거리가 최단 거리라는 의미를 갖는다. 이러한 의미를 이용하여 내부 파라미터 최적화에 사용할 오류 함수를 설정하고자 한다. However, if the user wearing the HMD performs the guide movement, the movement of the gaze traces in all three directions has the meaning of the shortest distance. Using this meaning, we set up the error function to be used for internal parameter optimization.

한편, 도 3의 파라미터 입력 모듈(120)은 외부로부터 입력된 선택된 필터 정보에 대응하는 파라미터를 랜덤으로 생성한다. 여기서, 파라미터를 랜덤하게 생성하는 방법이나 생성된 파라미터의 형태를 어느 하나로 한정하지 않는다. Meanwhile, the parameter input module 120 of FIG. 3 randomly generates a parameter corresponding to the selected filter information input from the outside. Here, the method of randomly generating the parameter or the type of the generated parameter is not limited to either.

파라미터 조정 모듈(130)은 운동 데이터 수집 모듈(110)로부터 수신한 운동 데이터를 이용하여 HMD의 회전 각도를 계산한다. 이를 통해 파라미터 조정 모듈(130)은 HMD가 얼마나 회전하였는지 알 수 있다. 여기서, 파라미터 조정 모듈(130)이 운동 데이터에서 HMD의 회전 각을 계산하는 방법은 다양한 방법으로 수행할 수 있으므로, 본 발명의 실시예에서는 상세한 설명을 생략한다.The parameter adjusting module 130 calculates a rotation angle of the HMD using the workout data received from the workout data collection module 110. Through this, the parameter adjusting module 130 may know how much the HMD is rotated. Here, the method of calculating the rotation angle of the HMD from the motion data by the parameter adjustment module 130 may be performed in various ways, and thus, detailed descriptions thereof will be omitted.

파라미터 조정 모듈(130)은 HMD의 회전 각도를 계산한 후, 사용자의 시선의 시점을 이용하여 기준 벡터를 생성한다. 기준 벡터는 상기 도 4의 (a)에 나타낸 바와 같이 사용자가 처음 HMD를 착용하고 정면을 바라보고 있을 때, 사용자의 시선이 가상의 3차원 공간 상에 나타난 시점을 토대로 생성한 벡터를 의미한다. The parameter adjusting module 130 calculates the rotation angle of the HMD and then generates a reference vector using the viewpoint of the user's eyes. As shown in (a) of FIG. 4, the reference vector refers to a vector generated based on a viewpoint in which the user's gaze appears in a virtual three-dimensional space when the user first wears the HMD and faces the front.

파라미터 조정 모듈(130)은 기준 벡터를 생성한 후, 사용자의 시선의 움직임을 계산한다. 파라미터 조정 모듈(130)은 계산한 사용자의 시선의 움직임을 토대로 시선 변화를 측정하고, 시선 변화(function tolerence)의 합이 미리 설정한 임계값 보다 작을 때까지 파라미터를 조정한다. 그리고 시선 변화의 합이 임계값 보다 작아졌을 때, HMD의 회전 각도를 파악하는데 사용한 필터의 파라미터를 최적화된 파라미터로 출력한다.The parameter adjusting module 130 generates a reference vector and then calculates the movement of the user's gaze. The parameter adjusting module 130 measures the gaze change based on the calculated movement of the gaze of the user, and adjusts the parameter until the sum of the function tolerences is smaller than a preset threshold. When the sum of gaze changes is smaller than the threshold value, the parameters of the filter used to determine the rotation angle of the HMD are output as optimized parameters.

이때, 파라미터 조정 모듈(130)이 시선 변화의 합을 계산하기 위해 최단 거리를 통한 연산을 수행하는 예에 대해 도 6을 참조로 설명한다.In this case, an example in which the parameter adjusting module 130 performs the calculation through the shortest distance to calculate the sum of the line of sight changes will be described with reference to FIG. 6.

도 6는 본 발명의 실시예에 따른 최단 거리를 통한 연산의 예시도이다.6 is an exemplary diagram of calculation through the shortest distance according to an embodiment of the present invention.

도 6에 도시된 바와 같이, 가상 공간은 물리적 운동을 충실히 반영해야 하기 때문에 가이드된 운동이 나타내는 자취 합은 또한 최단 거리를 그리게 된다. As shown in FIG. 6, the virtual space must faithfully reflect the physical motion, so the sum of the traces represented by the guided motion also draws the shortest distance.

도 6의 (b)에 나타낸 원(①)은 가상의 구를 의미하며 각 검은 색 점(⑧)들은 샘플링 시간 마다의 시선의 자취를 의미한다. 즉, 가이드된 운동을 기초로 사용자가 움직이면, 움직임에 대한 데이터인 원시 센서 데이터가 입력되고, 센서 퓨전 된 자세는 가상 공간에서 상기 도 5와 같은 자취를 그려야 한다. Circle (1) shown in (b) of FIG. 6 means a virtual sphere, and each black dot (8) represents the trace of the gaze of each sampling time. That is, when the user moves based on the guided movement, the raw sensor data, which is data about the movement, is input, and the sensor fused posture should draw the trace as shown in FIG. 5 in the virtual space.

도 6에 나타낸 Xn은 임의의 n번재 시선의 자취의 공간 좌표이다. 가상의 구는 원점으로부터 거리가 1인 단위 구이다. 따라서 기준 시점인 원점을 (1, 0, 0)으로 고정한 뒤, n번째 추정된 자세를 다음 수학식 1을 통해 계산 할 수 있다. Xn shown in FIG. 6 is a spatial coordinate of the trace of arbitrary nth gaze. The imaginary sphere is a unit sphere with a distance of 1 from the origin. Therefore, after fixing the reference point as the reference point to (1, 0, 0), the nth estimated posture can be calculated by the following equation (1).

Figure 112018025301194-pat00001
Figure 112018025301194-pat00001

따라서 ln은 Xn과 Xn+1의 물리적 거리를 의미하며, 이들의 합은 가이드된 운동에서 시선 변화의 합을 의미한다. 여기서, R은 HMD가 (ψ, θ, φ) 순서로 회전하였을 때를 나타내는 회전 행렬이다. 이 값에 각 위치 좌표를 곱하면, 회전 이후에 좌표계가 표현된다.Therefore, ln means the physical distance between Xn and Xn + 1, the sum of these means the sum of the line of sight change in the guided motion. Here, R is a rotation matrix indicating when the HMD rotates in the order of (ψ, θ, φ). Multiply this value by the respective position coordinates to represent the coordinate system after rotation.

이 값이 오류 함수의 역할을 하며, 이를 통하여 파라미터 최적화를 진행할 수 있다. 최적화는 경사 하강법(gradient descent)을 이용하는 것을 예로 하여 설명하나, 반드시 이와 같이 한정되는 것은 아니다. 다음 수학식 2는 최적화를 위한 수식이다. This value acts as an error function, which enables parameter optimization. Optimization is described using an example of gradient descent, but is not necessarily limited to this. Equation 2 is an equation for optimization.

Figure 112018025301194-pat00002
Figure 112018025301194-pat00002

여기서, Pk는 사용할 센서 퓨전의 파라미터를 의미한다. 파라미터는 사용되는 필터에 따라서 차원이 상이하며, 최초에는 파라미터 입력 모듈(120)이 외부로부터 수신한 선택된 필터 정보에 따라 랜덤하게 생성된다.Here, P k means a parameter of the sensor fusion to be used. The parameters vary in dimension depending on the filter used, and are initially generated randomly by the parameter input module 120 according to the selected filter information received from the outside.

f(Pk)는 가이드된 운동 데이터를 이용하여 파라미터를 입력 받아 계산한 시선 변화의 합을 의미한다. 그리고 αk는 경사도의 반영 비율을, ε는 반복의 임계값을 의미한다. 이를 이용하여 파라미터의 최적화를 진행한다. f (P k ) means the sum of eye changes calculated by inputting parameters using guided motion data. Α k represents the reflectance ratio of the gradient, and ε means the threshold value of the repetition. Use this to optimize the parameters.

여기서 반복의 임계값이라 함은 파라미터를 최적화하기 위해 선택된 방법에 따라 서로 상이한 값으로 설정된다. 본 발명의 실시예에서는 파라미터 최적화 방법으로 경사 하강법(gradient descent)을 사용하는 것을 예로 하여 설명하므로, 반복의 임계값으로 0.001을 설정하여 사용하는 것을 예로 하여 설명한다.Here, the threshold of repetition is set to different values according to the method selected to optimize the parameter. In the embodiment of the present invention, the use of gradient descent as a parameter optimization method will be described as an example. Therefore, it is described by using 0.001 as a threshold value of repetition.

다음은 상기에서 설명한 자기 보정 장치(100)를 이용하여 선택된 필터의 파라미터를 조정하는 방법에 대해 도 7 및 도 8을 참조로 설명한다.Next, a method of adjusting the parameter of the selected filter using the above-described self-calibration apparatus 100 will be described with reference to FIGS. 7 and 8.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 내부 파라미터 조정 방법에 대한 흐름도이다. 그리고 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 가이드된 운동 데이터의 입력 예시도이다.7 is a flowchart illustrating an internal parameter adjusting method according to an embodiment of the present invention. 8 is a diagram illustrating input of guided exercise data according to an embodiment of the present invention.

도 7에 도시된 바와 같이, 자기 보정 장치(100)는 HMD에 미리 저장되어 있는 가이드 헤드 모션을 토대로 사용자가 회전하거나 움직이면, 움직인 HMD에 대한 운동 데이터를 수신한다(S100). 수신한 운동 데이터는 가속도, 지자기, 각속도 정보를 포함하고 있다. As shown in FIG. 7, when the user rotates or moves on the basis of the guide head motion pre-stored in the HMD, the self-calibration apparatus 100 receives movement data regarding the moved HMD (S100). The received motion data includes acceleration, geomagnetic, and angular velocity information.

그리고 본 발명의 실시예에서는 가이드 헤드 모션이 8∼10초 동안 일정한 움직임을 나타내도록 제공되는 것을 예로 하여 설명한다. 가이드 헤드 모션은 HMD에 미리 저장되어 있으며, 도 8과 같은 형태이다. 가이드 헤드 모션에 대해 도 8을 참조로 먼저 설명한다.And in the embodiment of the present invention will be described with an example that the guide head motion is provided to show a constant movement for 8 to 10 seconds. The guide head motion is pre-stored in the HMD, as shown in FIG. 8. The guide head motion will first be described with reference to FIG. 8.

도 8에 도시된 바와 같이, 운동 데이터를 생성할 때 이상적으로는 HMD가 각 축에 수직, 수평하게 회전하는 것이 바람직하다. 하지만 HMD가 회전하는 것은 HMD를 착용한 사람이 회전하는 것이고, 이에 따라 정밀하지 않을 수 있다. As shown in FIG. 8, it is ideally preferable that the HMD rotates vertically and horizontally on each axis when generating the movement data. However, the rotation of the HMD is the rotation of the person wearing the HMD, and thus may not be accurate.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 HMD를 사용자가 착용하지 않고 외부의 물리적인 힘에 의해 회전시키는 것을 예로 하여 설명한다. 그리고 HMD의 회전에 의해 운동 데이터를 생성할 때, yaw 방향으로 3바퀴를 회전하고, pitch 방향으로 3바퀴를 회전, roll 방향으로 3바퀴를 회전시켜서 데이터를 생성한다. 방향의 순서는 무관하나 언급한 것과 같이 사용자가 물리적 회전에 정밀성을 고려해야한다.Therefore, in the embodiment of the present invention will be described by rotating the HMD by an external physical force without wearing by the user as an example. When generating the motion data by the rotation of the HMD, the data is generated by rotating three wheels in the yaw direction, three wheels in the pitch direction, and three wheels in the roll direction. The order of the orientations is irrelevant, but as mentioned, the user must consider precision in physical rotation.

한편 상기 도 7을 이어 설명하면, 자기 보정 장치(100)는 사용할 센서 퓨전 방법의 선택된 필터에 대한 정보를 외부로부터 수신하면, 필터에 대응하는 파라미터를 랜덤으로 생성한다(S101, S102). 자기 보정 장치(100)가 필터에 대응하는 파라미터를 랜덤하게 생성하는 방법은 다양하게 실행될 수 있으므로, 본 발명의 실시예에서는 어느 하나의 방법으로 한정하지 않는다.Meanwhile, referring to FIG. 7, when the self-calibration apparatus 100 receives information about a selected filter of a sensor fusion method to be used from the outside, the magnetic correction apparatus 100 randomly generates a parameter corresponding to the filter (S101 and S102). Since the method of randomly generating the parameter corresponding to the filter by the self-calibration apparatus 100 may be performed in various ways, the embodiment of the present invention is not limited to any one method.

그리고 S102 단계에서 생성한 랜덤 파라미터를 이용하여, HMD를 착용한 사용자의 시선에 대한 시선 변화의 합을 계산한다. 시선 변화의 합을 계산하는 과정은 다음과 같다.Then, using the random parameter generated in step S102, the sum of the gaze changes with respect to the gaze of the user wearing the HMD is calculated. The process of calculating the sum of eye changes is as follows.

먼저, 자기 보정 장치(100)는 S100 단계에서 수신한 운동 데이터와, S102 단계에서 생성된 랜덤 파라미터를 이용하여 HMD가 얼마나 회전되었는지 나타내는 회전 각도를 계산한다(S103). 자기 보정 장치(100)는 3차원 공간 상에 HMD를 착용한 사용자의 시선에 의한 시점을 벡터로 설정한다(S104). 본 발명의 실시예에서는 상기 도 4의 (a)에 나타낸 바와 같이 사용자가 정면을 바라보고 있을 때의 벡터를 기준 벡터로 설정하는 것을 예로 하여 설명하나, 반드시 이와 같이 한정되는 것은 아니다.First, the self-calibration apparatus 100 calculates a rotation angle indicating how much the HMD is rotated by using the workout data received in step S100 and the random parameter generated in step S102 (S103). The self-calibration apparatus 100 sets the viewpoint by the line of sight of the user wearing the HMD in a three-dimensional space as a vector (S104). In the embodiment of the present invention, as shown in (a) of FIG. 4, the setting of the vector when the user is facing the front as a reference vector is described as an example, but is not necessarily limited thereto.

S104 단계를 통해 기준 벡터가 생성되면, 자기 보정 장치(100)는 사용자의 시선의 움직임을 계산하여 시선 변화의 합을 계산한다(S105). 그리고, 자기 보정 장치(100)는 계산한 시선 변화의 합이 미리 설정한 임계값보다 작은지 확인한다(S106). When the reference vector is generated through the step S104, the self-calibration apparatus 100 calculates the sum of the change of the gaze by calculating the movement of the gaze of the user (S105). Then, the self-calibration apparatus 100 checks whether the sum of the calculated changes in the line of sight is smaller than a preset threshold value (S106).

만약 계산한 시선 변화의 합이 임계값보다 크면 자기 보정 장치(100)는 파라미터를 조정한 후(S108), S103 단계 이후의 절차를 수행한다. 그러나 시선 변화의 합이 임계값보다 작으면, 시선 변화의 합을 최소로 만든 파라미터를 선택된 필터에 최적화된 파라미터로 출력된다(S107).If the sum of the calculated gaze changes is greater than the threshold value, the self-calibration apparatus 100 adjusts the parameter (S108) and then performs the procedure after step S103. However, if the sum of gaze changes is less than the threshold value, the parameter that minimizes the sum of gaze changes is output as a parameter optimized for the selected filter (S107).

다시 말해, 자기 보정 장치(100)는 시선 변화의 합이 작아지도록 파라미터를 조정하면서, 시선 변화의 합이 더 이상 변화하지 않을 때 최적화된 파라미터를 출력하게 된다. 이를 통해, 고가의 레퍼런스 없이 최적화된 파라미터로 HMD의 위치 추정 성능을 향상시킬 수 있다.In other words, the self-calibration apparatus 100 outputs an optimized parameter when the sum of the gaze changes no longer changes while adjusting the parameter so that the sum of the gaze changes becomes smaller. This improves the HMD's position estimation performance with optimized parameters without expensive references.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of rights.

Claims (10)

헤드 마운티드 디스플레이가 자신의 위치를 추정하기 위한 파라미터를 보정하는 방법으로서,
상기 헤드 마운티드 디스플레이를 착용한 사용자가 가이드 된 움직임 정보를 토대로 움직이면, 상기 헤드 마운티드 디스플레이는 상기 사용자의 움직임에 따라 상기 헤드 마운티드 디스플레이에 삽입된 센서들이 상기 헤드 마운티드 디스플레이에 대한 운동 데이터를 수집하는 단계,
상기 헤드 마운티드 디스플레이는 자신의 위치를 추정하기 위하여, 외부로부터 선택된 필터의 파라미터를 랜덤하게 생성하는 단계,
상기 운동 데이터와 랜덤하게 생성된 랜덤 파라미터를 이용하여 상기 상기 헤드 마운티드 디스플레이의 회전각의 계산하고, 상기 랜덤 파라미터를 이용하여 상기 사용자의 시선 움직임을 계산한 시선 변화의 합이 상기 랜덤 파라미터의 조정을 위해 미리 설정한 임계값보다 작은지 확인하는 단계, 그리고
상기 시선 변화의 합이 임계값보다 작아질 때까지 상기 생성된 랜덤 파라미터를 조정하고, 상기 시선 변화의 합이 상기 임계값보다 작으면 조정한 랜덤 파라미터를 상기 선택된 필터에 대한 파라미터로 설정하는 단계
를 포함하는 자기 보정 방법.
A method of calibrating a parameter for a head mounted display to estimate its position,
When the user wearing the head mounted display moves based on guided movement information, the head mounted display collects movement data of the head mounted display by sensors inserted into the head mounted display according to the movement of the user;
The head mounted display randomly generating a parameter of a filter selected from the outside to estimate its position;
The rotation angle of the head mounted display is calculated using the movement data and the random parameter generated randomly, and the sum of the gaze changes obtained by calculating the gaze movement of the user using the random parameter is used to adjust the random parameter. Verifying that the threshold is less than the preset threshold, and
Adjusting the generated random parameter until the sum of the gaze changes is less than a threshold value, and setting the adjusted random parameter as a parameter for the selected filter when the sum of the gaze changes is less than the threshold value.
Self-calibration method comprising a.
제1항에 있어서,
상기 운동 데이터는 상기 헤드 마운티드 디스플레이의 가속도, 지자기, 각속도 정보를 포함하는 자기 보정 방법.
The method of claim 1,
And the motion data includes acceleration, geomagnetism, and angular velocity information of the head mounted display.
제2항에 있어서,
상기 회전 각을 계산하는 단계 이후에,
상기 사용자의 시선에 의해 생성된 시점을 기준 벡터로 설정하는 단계
를 더 포함하는 자기 보정 방법.
The method of claim 2,
After calculating the rotation angle,
Setting a viewpoint generated by the gaze of the user as a reference vector
Self-correction method further comprising.
제3항에 있어서,
상기 기준 벡터는 상기 사용자가 상기 헤드 마운티드 디스플레이를 착용한 직후 정면을 바라보고 있을 때의 시점의 벡터를 기준 벡터로 생성하는 자기 보정 방법.
The method of claim 3,
The reference vector is a self-calibration method of generating a vector of a view point when the user is looking directly to the front immediately after wearing the head mounted display.
제3항에 있어서,
상기 임계값보다 작은지 확인하는 단계 이후에,
상기 시선 변화의 합이 상기 임계값보다 크면, 랜덤하게 생성한 파라미터를 조정하는 단계
를 더 포함하는 자기 보정 방법.
The method of claim 3,
After checking whether it is less than the threshold,
Adjusting a randomly generated parameter when the sum of the gaze changes is greater than the threshold value.
Self-correction method further comprising.
헤드 마운티드 디스플레이에 삽입되어 헤드 마운티드 디스플레이의 위치를 추정하기 위한 파라미터를 보정하는 자기 보정 장치로서,
미리 가이드된 움직임 정보를 토대로 상기 헤드 마운티드 디스플레이를 착용한 사용자가 움직이면, 사용자의 움직임에 따른 상기 헤드 마운티드 디스플레이의 운동 데이터를 수집하는 운동 데이터 수집 모듈,
상기 헤드 마운티드 디스플레이의 위치를 추정하기 위하여, 외부에서 선택된 필터에 대한 파라미터를 랜덤하게 생성하는 파라미터 입력 모듈, 그리고
상기 운동 데이터 수집 모듈이 수집한 운동 데이터와 상기 파라미터 입력 모듈이 랜덤하게 생성한 랜덤 파라미터를 토대로, 상기 사용자의 시선 움직임을 계산한 시선 변화의 합이 상기 랜덤 파라미터를 조정하기 위해 미리 설정한 임계값보다 작을 때 까지 상기 랜덤 파라미터를 조정하고, 상기 운동 데이터와 조정한 상기 랜덤 파라미터를 이용하여 상기 헤드 마운티드 디스플레이의 회전 각을 계산하며, 상기 시선 변화의 합이 상기 임계값보다 작으면 조정한 상기 랜덤 파라미터를 상기 선택된 필터에 대한 파라미터로 설정하는 파라미터 조정 모듈
을 포함하는 자기 보정 장치.
A self-calibration device inserted into a head mounted display to calibrate a parameter for estimating the position of the head mounted display.
An exercise data collection module configured to collect exercise data of the head mounted display according to a user's movement when a user wearing the head mounted display moves based on previously guided movement information;
A parameter input module for randomly generating a parameter for an externally selected filter to estimate the position of the head mounted display, and
Based on the workout data collected by the workout data collection module and a random parameter randomly generated by the parameter input module, a sum of gaze changes calculated by the gaze movement of the user is preset to adjust the random parameter. The random parameter is adjusted until it is smaller, and the rotation angle of the head mounted display is calculated using the motion parameter and the adjusted random parameter, and the adjusted random value is smaller than the threshold value. A parameter adjustment module for setting a parameter as a parameter for the selected filter
Self-calibration device comprising a.
삭제delete 제6항에 있어서,
상기 파라미터 조정 모듈은,
상기 사용자가 상기 헤드 마운티드 디스플레이를 착용한 직후 정면을 바라보고 있을 때의 시점에서 변환된 벡터를 기준 벡터로 설정하는 자기 보정 장치.
The method of claim 6,
The parameter adjustment module,
The self-calibration device of setting the converted vector as a reference vector at the point in time when the user is looking straight ahead after wearing the head mounted display.
제8항에 있어서,
상기 파라미터 조정 모듈은,
상기 시선 변화의 합이 상기 임계값보다 크면, 랜덤하게 생성한 파라미터를 조정하는 자기 보정 장치.
The method of claim 8,
The parameter adjustment module,
And adjusting the randomly generated parameter when the sum of the gaze changes is greater than the threshold value.
제6항에 있어서,
상기 운동 데이터는 상기 사용자의 움직임에 따라 움직인 헤드 마운티드 디스플레이의 가속도, 지자기, 각속도 정보를 포함하는 자기 보정 장치.
The method of claim 6,
And the motion data includes acceleration, geomagnetic, and angular velocity information of the head mounted display moved according to the movement of the user.
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