KR102053003B1 - 3차원 영상 기반의 자동 피부 미용 관리 시스템 - Google Patents

3차원 영상 기반의 자동 피부 미용 관리 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인체의 피부에 대하여 3차원 영상 기반의 피부 미용 시술을 하는 기술에 관한 것이다.
이러한 본 발명은 수평이동용 리니어 모터 및 수직이동용 리니어 모터를 구비하여 피부미용 시술을 수행하는 피부미용 프로브를 입체적으로 이동시키는 다자유도 구동부(160); 아치형 프레임에 설치되어 피부미용 시술 대상자에 대한 3차원의 위치 및 깊이 정보와 피부 상태 진단을 위한 컬러 영상 정보를 획득하는 영상 획득부(131,132); 상기 아치형 프레임에 설치되어 상기 다자유도 구동부에 의해 입체적으로 이동하면서 상기 피부미용 시술 대상자의 피부에 대하여, 초음파, LED, 고주파 및 레이저를 선택적으로 사용하여 피부미용 시술을 수행하는 피부미용 프로브(141,142); 상기 피부미용 시술 대상자의 피부와의 거리 및 압력 센싱 기능과 상기 피부 미용 프로브를 장착하기 위한 모듈 결합기능을 수행하는 장치연결 모듈(151,152); 상기 영상 획득부(131,132)로부터 전송되는 3차원 위치 정보와 컬러 영상 정보를 분석하는 영상 분석부(170); 및 상기 영상 분석부의 영상정보 분석 결과를 기반으로 상기 다자유도 구동부를 제어하여, 상기 피부미용 프로브를 입체적으로 이동시키는 구동 제어부(180)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

3차원 영상 기반의 자동 피부 미용 관리 시스템{SYSTEM FOR AUTOMATIC SKIN MANAGEMENT BASED ON 3D IMAGE}
본 발명은 인체의 피부에 대한 3차원 영상 기반의 피부 미용 시술 기술에 관한 것으로, 특히 TOF(Time-of-Flight) 센서를 통해 획득한 시술 대상 부위의 3차원 위치 정보와 컬러 영상 센서를 통해 획득한 시술 대상 부위의 피부 상태 정보를 바탕으로 적절한 미용 시술방법을 선택하여 자동으로 시술할 수 있도록 한 3차원 영상 기반의 자동 피부 미용 관리 시스템에 관한 것이다.
피부는 인체의 표면을 덮고 있으면서 체온조절, 감각, 배출 등 여러 가지 기능을 수행하는 복합 조직으로서 인체의 내부 조직을 보호하고 항상성을 유지하는 매우 중요한 인체 기관이다.
근래 들어, 생활수준의 향상에 힘입어 외모에 대한 관심이 점차 높아지고 있는 추세에 있다. 외모의 판단 기준에는 여러 가지가 있을 수 있는데, 그 중에서 피부는 사람의 외모를 판단하는데 중요한 요소로 알려져 있다. 이와 같은 이유로 인하여 여성 뿐만 아니라 남성들도 피부 관리를 위해 많은 시간과 투자를 하고 있다.
일반적인 피부 관리 방법으로써 기능성 화장품을 이용하여 피부의 탄력 유지, 주름 개선, 피부 미백 등의 효과를 얻고 있다. 그러나, 화장품의 영양은 피부의 진피층 까지 영향을 미치지 못하기 때문에 화장품을 이용하여 피부를 관리하는데 한계가 있다.
피부 관리의 효과를 극대화하기 위하여 진동, 적외선, 초음파 등을 적용한 독립적인 피부 미용 기구들이 널리 활용되고 있다. 이와 같은 피부 미용 기구들은 전문적인 피부 미용 관리실에서 사용되는 고가의 대형 기구에서부터 개인이 사용하는 저가의 소형 피부 미용 기구들에 이르기 까지 다양한 종류가 있다.
최근 들어, LED 광원과 레이저 광원을 이용하여 피부 미용을 관리하는 개인용 피부 미용 기구들이 출시되고 있으며, 이들의 시장 규모가 점차 확대되고 연구개발이 활성화되고 있는 추세이다.
그런데, 이와 같은 종래의 피부 미용 기구들은 각각의 특성에 따라 사용 목적이 다르고 기능에 따라 독립적으로 구성되어 있기 때문에 사용자는 여러 가지의 피부 미용 기구들을 구비해야 되고, 이로 인하여 많은 구입비용을 지불하게 되는 문제점이 있다. 또한, 기능에 따른 독립적인 기능으로 인하여 기능과 효과에서 많은 제한이 따르는 문제점이 있다.
전문적인 피부 미용 관리실에서 피부 미용 관리를 받는 경우, 피부 미용 관리를 담당하는 전문가가 피부 미용 관리를 받고자 하는 대상자(이하, '피부미용 시술 대상자라' 칭함)의 피부 상태를 진단하고 그 진단 결과에 따라 고가의 대형 피부 미용 기구를 이용하여 피부 미용 시술을 하는 일련의 과정을 주관적인 판단에 따라 하게 되어 있다.
따라서 피부미용 시술 대상자가 이와 같은 종래의 시술 기술을 서비스 받는 경우, 시술자인 전문가의 숙련도나 피로도 등에 따라 각기 다르게 시술되어 표준화된 시술에서와 같은 일관성 있고 정확한 시술 결과를 얻는데 어려움이 있다.
종래의 다른 피부 미용 관리 기술로써 [특허문헌 1: 국내 특허 등록번호 10-1857220호]이 있다. 이 종래 기술에서는 하나의 본체에 복수 개의 피부 미용 기기를 구비하여 사용자의 조작에 따라 적어도 하나의 피부 미용 기기를 동작시켜 고주파 미용기기, 초음파 미용 기기, 진공 마사지 기능 중에서 하나 이상의 미용 시술 서비스를 제공하는 내용이 개시되어 있다.
종래의 또 다른 피부 미용 관리 기술로써 [특허문헌 2:국내 특허 등록번호 10-1556962호]가 있다. 이 종래 기술에서는 하나의 본체에 레이저 및 마사지 기능과 함께 얼굴 메이크업 까지 가능한 종합 얼굴 피부 미용 관리 장치에 관한 내용이 개시되어 있다.
그러나 [특허문헌 1],[특허문헌 2]와 같은 종래의 피부 미용 관리 장치들은 피부에 대한 적절한 진단 기능이 없어 최상의 피부 관리 효과를 얻는데 어려움이 있고, 피부 미용 시술자의 피부 미용 기구의 수동 조작에 따른 정확성과 효율성을 향상시키는데 어려움이 있으며, 피부 미용 관리 장치를 손쉽게 활용하거나 시술 시간을 단축하는데 어려움이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 피부미용 시술 대상자에 대한 관측 대상의 형상 및 피부 상태를 고려하고, 3차원 영상을 기반으로 다양한 피부 미용 시술을 자동으로 진행하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 리니어 모터 구동방식을 적용함과 아울러 간단하고 안전성이 보장된 다자유도 구동부를 이용하여 피부미용 시술을 받을 수 있도록 하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 TOF(Time-of-Flight) 센서를 이용하여 피부 미용 시술 영역을 3차원으로 측정하고, 그 측정 결과를 근거로 최적의 위치와 영역을 자동으로 인식하여 피부미용 시술을 수행하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 컬러 영상 센서를 이용하여 피부미용 시술 과정에서 피부 표면을 촬영하여 촬영된 영상을 바탕으로 피부미용 시술 대상자의 피부 상태를 자동으로 측정하고, 그 측정 결과에 따라 피부 미용 프로브들 중에서 적절한 프로브를 선택하여 피부 미용 시술을 수행하는데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시예에 따른 3차원 영상 기반의 자동 피부 미용 관리 시스템은 의료용 침대 또는 의료용 의자의 매트리스의 양측 외곽에 길이 방향으로 설치된 한 쌍의 수평이동용 리니어 모터 및 상기 매트리스의 상부를 가로질러 설치된 아치형 프레임에 설치된 좌우이동용 리니어 모터 상기 아치형 프레임에 설치된 수직이동용 리니어 모터를 구비한 다자유도 구동부; 상기 아치형 프레임에 설치되어 상기 매트리스에 누워 있는 피부미용 시술 대상자에 대한 3차원의 위치 및 깊이 정보와 피부 상태 진단을 위한 컬러 영상 정보를 획득하는 영상 획득부; 상기 아치형 프레임에 설치되어 상기 다자유도 구동부에 의해 입체적으로 이동하면서 상기 피부미용 시술 대상자의 피부에 대하여, 초음파, LED, 고주파 및 레이저를 선택적으로 사용하여 피부미용 시술을 수행하는 피부미용 프로브; 상기 피부미용 시술 대상자의 피부와의 거리 및 압력 센싱 기능과 상기 피부 미용 프로브를 장착하기 위한 모듈 결합기능을 수행하는 장치연결 모듈; 상기 영상 획득부로부터 전송되는 3차원 위치 정보와 컬러 영상 정보를 분석하는 영상 분석부; 상기 영상 분석부의 영상정보 분석 결과를 기반으로 상기 다자유도 구동부를 제어하여, 상기 피부미용 프로브를 입체적으로 이동시키는 구동 제어부; 및 피부미용 시술을 위한 처리 정보들을 표시하는 디스플레이부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 영상 분석부가 영상 획득부로부터 전송되는 피부미용 시술 대상자의 피부에 대한 3차원 위치 정보와 컬러 영상 정보를 분석하고, 그 분석 결과에 따른 구동제어부의 제어에 따라 다자유도 구동부를 통해 피부미용 프로브를 입체적으로 이동시켜 가면서 피부미용 시술을 수행 함으로써, 보다 안전하고 편리하게 피부미용 시술을 수행할 수 있는 효과가 있다.
또한 시술자의 별다른 조작 없이 피부미용 시술 대상자의 피부에 대한 피부미용 시술을 표준화 및 자동화 할 수 있는 효과가 있다.
또한 피부미용 시술 대상자의 피부 상태에 따라 적절한 피부미용 프로브를 선택하여 피부미용 시술을 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 의한 3차원 영상 기반의 자동 피부 미용 관리 시스템의 개략도.
도 2는 피부미용 프로브의 실시예를 나타낸 개략도.
도 3은 피부미용 프로브에 장착되는 헤드부의 실시예를 나타낸 개략도.
도 4는 장치 연결 모듈의 실시예를 나타낸 개략도.
도 5는 다자유도 구동부의 실시예를 나타낸 개략도.
도 6는 피부미용 시술 과정을 나타낸 흐름도.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 의한 3차원 영상 기반의 자동 피부 미용 관리 시스템의 개략도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 3차원 영상 기반의 자동 피부미용 관리 시스템(100)은 매트리스(111), 제1적재함(112) 및 제2적재함(113)을 구비한 의료용 침대(110); 상기 매트리스(111)의 일측에 설치된 한 쌍의 아치형 프레임(121,122); 피부미용 시술 대상자(114)에 대한 3차원 위치 정보와 피부 상태 진단을 위한 영상을 획득하는 한 쌍의 영상 획득부(131,132); 피부미용 시술 대상자(114)에 대하여 초음파, LED, 고주파, 레이저 등의 피부미용 시술을 수행하는 한 쌍의 피부미용 프로브(141,142); 피부미용 시술 대상자(114)의 피부와의 거리 및 압력 센싱 기능과 상기 피부 미용 프로브(141,142)를 장착하기 위한 모듈 결합기능을 각기 구비한 장치연결 모듈(151,152); 상기 피부미용 프로브(141,142)를 입체적으로 이동시키는 다자유도 구동부(160); 상기 영상 획득부(131,132)로부터 전송되는 3차원 위치 정보와 컬러 영상 정보를 분석하는 영상 분석부(170); 상기 피부미용 시술 대상의 위치 정보와 피부상태 분석 결과를 기반으로 상기 다자유도 구동부(160)를 제어하여 상기 피부미용 프로브(141,142)를 입체적으로 이동시켜 가면서 피부미용 시술 대상자(114)의 피부에 대해 피부미용 시술기능이 수행되게 하는 구동 제어부(180); 및 자동 피부 미용 관리 시스템(100)에서 처리되는 정보를 표시하고 터치패드 기능을 이용하여 사용자 인터페이스 기능을 수행하는 디스플레이부(190)를 포함한다.
도 2는 상기 피부미용 프로브(141)의 실시예를 나타낸 개략도이고, 도 3은 상기 피부미용 프로브(141)에 장착되는 헤드부의 실시예를 나타낸 개략도이고, 도 4는 상기 장치 연결 모듈(151)의 실시예를 나타낸 개략도이고, 도 5는 상기 다자유도 구동부(160)의 실시예를 나타낸 개략도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하여 자동 피부미용 관리 시스템(100)의 작용을 설명하면 다음과 같다.
의료용 침대(110)는 피부 미용 관리를 받고자 하는 피부미용 시술 대상자(114)가 눕게 될 매트리스(111)를 구비하고, 그 매트리스(111)의 하부에는 제1적재함(112)과 제2적재함(113)을 구비한다.
아치형 프레임(121,122)은 상기 매트리스(111)의 상부를 가로질러 소정의 간격을 두고 나란히 설치된다. 이 아치형 프레임(121,122)은 둘 중에서 하나만 설치될 수도 있다. 본 실시예에서는 보다 안정된 상태를 유지할 수 있도록 두 개의 아치형 프레임(121,122)이 설치된 것을 예로 하여 설명한다.
영상 획득부(131,132)는 의료용 침대(110)에 누워 있는 피부미용 시술 대상자(114)에 대한 3차원 위치 및 깊이 정보와 피부 상태 진단을 위한 컬러 영상 정보를 획득하는 역할을 한다. 이를 위해 영상 획득부(131,132)는 아치형 프레임(121)의 중앙 부위에 서로 대향되는 각도로 고정 설치된다. 영상 획득부(131)는 피부미용 시술 대상자(114)의 우측 방향에서 TOF(Time- of-Flight) 센서와 컬러 영상 센서를 이용하여 피부미용 시술 대상자(114)에 대한 위치 및 깊이 정보와 피부 상태 진단을 위한 컬러 영상 정보를 획득한다. 마찬가지로, 영상 획득부(132)는 피부미용 시술 대상자(114)의 좌측 방향에서 TOF(Time- of-Flight) 센서와 컬러 영상 센서를 이용하여 피부미용 시술 대상자(114)에 대한 위치 및 깊이 정보와 피부 상태 진단을 위한 컬러 영상 정보를 획득한다.
상기 TOF 센서는 피부미용 시술 대상자(114)의 신체 중 목적한 부위에 적외선, 초음파, 레이저 등의 신호를 조사하고, 반사되어 돌아오는 시간을 측정하여 거리를 계산하는 방식의 센서이다. 상기 영상 획득부(131,132)는 구비된 센서의 종류와 성능에 따라 다양한 측정 범위를 가질 수 있으며, 자동 피부 미용 관리 시스템(100)의 정밀도를 확보하기 위해서 0.3m 이하의 최소 측정 거리, 60fps 이상의 반복 주사율, 640×480 이상의 영상 출력 해상도를 가지는 TOF(Time-of-Flight) 센서를 사용하여 수 ㎜의 정확도로 깊이 정보를 획득할 수 있다.
상기 컬러 영상 센서는 피부미용 시술 대상자(114)의 피부로부터 색상 정보를 획득하여 영상을 생성하는 센서로서, 종류와 성능에 따라 다양한 영상 획득 범위를 가질 수 있으며, UHD급의 영상을 생성할 수 있다. 예를 들어, 상기 컬러 영상 센서는 자동 피부 미용 관리 시스템(100)의 정확성을 확보하기 위해서 1920×1080 이상의 영상 출력 해상도와 30fps 이상의 반복 주사율을 가지는 가지는 경우 0.5㎜ 이하의 분해능을 갖는 컬러 영상을 획득할 수 있다. 이때, 시야각 60도를 확보하기 위한 렌즈의 초점 거리는 6㎜ 내외이다.
피부미용 프로브(141,142)는 피부미용 시술 대상자(114)에 대하여 초음파, LED, 고주파, 레이저 등을 이용하여 다양한 피부미용 시술을 수행한다. 피부미용 프로브(141,142)는 수직이동용 리니어 모터(163A,163B) 상에서 서로 대향되는 위치에 설치되어 피부미용 시술 대상자(114)의 피부에 대해 피부미용 시술 기능을 수행한다.
피부미용 프로브(141,142) 중에서 피부미용 프로브(141)를 예로 하고 도 2를 참조하면, 상기 피부미용 프로브(141)는 일측 종단부에 설치되어 장치연결 모듈(151)과 결합되는 프로브 결합부(210)와 타측 종단부에 설치된 헤드부(220)를 구비한다. 상기 프로브 결합부(210)는 결합판(211)과 그 결합판(211)에 설치된 복수 개의 단자(212)를 구비한다. 상기 복수 개의 단자(212)를 통해 장치연결 모듈(151)로부터 피부미용 프로브(141)의 구동에 필요한 전원과 동작신호를 공급받는다.
헤드부(220)는 도 3에서와 같이 피부미용 시술 대상자(114)의 피부 상태에 따라 초음파를 방사하는 초음파 헤드부(221), 복수 개의 LED 광원을 구비하여 소정 파장(예: 532㎚ ~ 1064㎚)의 광을 조사하는 LED 헤드부(222), 고주파/저주파를 방사하는 고주파/저주파 헤드부(223) 및 레이저를 방사하는 레이저 헤드부(224) 중에서 임의의 하나를 선택적으로 구비하여 독립적으로 피부미용 시술 기능을 수행거나 복수 개를 구비하여 융합적으로 피부미용 시술 기능을 수행할 수 있다.
상기 초음파 헤드부(221)는 초음파 자극을 통해, 마이크로 마사지효과, 열 작용효과, 세정효과, 리프팅효과, 비장분해효과, 림프순환촉진효과, 혈액순환촉진효과, 미백효과, 주름완화효과, 세포재생효과, 각질제거효과, 수화작용, 진정효과, 미용경락관리효과 등을 나타내며, 이를 위해 1㎒ ~ 3㎒의 주파수 대역을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 LED 헤드부(222)는 다양한 발광소자를 통해 구현될 수 있으나, 피부 미용에 효과가 있다고 알려진 파장의 광을 방출하는 LED와, 상기 LED에서 방출되는 광의 파장 중 선택된 파장만을 통과시키는 필터부를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 LED에서 방출되는 광 중에서, 파장이 짧은 푸른광은 세포와 병원균을 공격하여 여드름이나 지루성 피부염을 치료하는데 사용되고, 붉은광은 피부의 진피층 및 피하층까지 투과되는데 진피층에 도달한 붉은광은 피부 속의 대식세포와 섬유아세포를 자극하여 피부 속에서 콜라겐과 엘라스틴을 생성하는 등의 활동을 통해 노화된 피부에 자연 치유력을 증가시켜 젊은 피부를 새롭게 생성하는 역할을 하고, 적외선은 세포의 재생을 도와 상처를 치유하는 역할을 한다.
상기 고주파/저주파 헤드부(223)는 고주파 마찰열을 이용하여 피부 표피와 진피의 세포에 열작용을 통해 다양한 피부미용 시술 기능을 수행하며, 피부 미용에 효과가 있다고 알려진 다양한 주파수 대역과 출력 방식에 따른 고주파나 저주파를 출력할 수 있다. 실험 결과에 의하면, 상기 고주파/저주파 헤드부(223)는 피부 미용에 통상적으로 사용되는 주파수 대역인 0.3㎒ ~ 1㎒의 주파수를 출력하고, 모노폴라 방식의 출력 형태를 갖고 80W ~ 300W의 출력을 갖도록 하는 것이 바람직한 것으로 밝혀졌다.
상기 레이저 헤드부(224)는 레이저 광원을 이용하여 피부의 병변이나 흉터, 문신 등을 제거하는 기능을 수행하며, 피부 미용에 효과가 있다고 알려진 다양한 파장대역의 레이저 광원으로 구현될 수 있다. 점, 일광흑자나 주근깨 등의 병변 제거를 위한 532㎚ 등의 단파장 레이저, 오타양모반 등과 같은 깊은 곳에 위치한 색소성 병변의 치료를 위한 1064㎚ 등의 장파장 레이저 등이 사용될 수 있다.
장치연결 모듈(151,152)은 상기 수직이동용 리니어 모터(163A,163B)상에 각기 설치되어 자동 피부 미용 관리 시스템(100)의 오동작을 방지하고 피부미용 시술 대상자(114)의 피부와 적절한 거리를 유지하기 위한 센싱 기능과, 다양한 피부 미용 프로브(141,142)를 장착하기 위한 모듈 결합기능을 각기 수행한다.
장치연결 모듈(151,152) 중에서 장치연결 모듈(151)을 예로 하고 도 4를 참조하면, 장치연결 모듈(151)은 상기 프로브 결합부(210)와 결합되는 결합홀(411) 및 상기 복수 개의 단자(212)와 각기 연결되는 복수개의 단자(412)를 구비한 모듈 결합부(410) 및, 상기 모듈 결합부(410)와 결합되는 복수 개의 압력센서(421)와 거리센서(422)를 구비한 센서부(420)를 포함한다.
복수개의 단자(412)는 피부미용 프로브(141)에 전원 및 신호를 전달하는 역할을 한다. 복수 개의 압력센서(421)는 각각의 위치에서 피부미용 프로브(141)와 피부미용 시술 대상자(114)의 피부 간의 접촉에 의해 그 피부미용 프로브(141)로부터 전달되는 압력을 측정하는 역할을 한다. 거리센서(422)는 피부미용 프로브(141)와 피부미용 시술 대상자(114)의 피부 간의 거리를 측정하는 역할을 한다. 따라서 피부미용 시술 중 압력센서(421)를 이용하여 피부미용 시술 대상자(114)의 피부와 피부미용 프로브(141) 간의 적정 압력을 유지할 수 있고, 거리센서(422)를 이용하여 피부미용 시술 대상자(114)의 피부와 피부미용 프로브(141)와 간의 거리를 적절하게 유지할 수 있다.
상기 압력센서(421)의 종류는 특별하게 한정되지 않으며, 예를 들어 공진형, 압전형, 스트레인게이지형, 정전용량형의 압력센서가 사용될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 센서(421)는 한쪽 면이 압력에 노출되고 두 개의 전극이 한쪽 기준면에 치우쳐져 있는 단면 이중전극(single-sideddual-electrode) 구조를 가질 수 있다. 압력센서(421)가 정전용량형의 압력센서로 구현되는 경우, 넓은 측정 범위, 높은 정밀도와 안전성, 낮은 전력손실과 함께 차압 측정이 가능한 장점을 가질 수 있다.
상기 거리센서(422)의 종류는 특별하게 한정되지 않으며, 예를 들어 접촉식, 초음파, LED, 레이저 방식의 거리센서가 사용될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 센서(422)는 레이저 광원을 조사하는 발광부와 피부미용 시술 대상자(114)의 피부로부터 반사되어 돌아오는 광원을 수집하는 수광부로 구성된다. 이와 같은 거리센서(422)는 광학적 삼각측량 방식을 이용하여 산란된 표면의 변위를 결정하는 비접촉 거리 측정 방식의 레이저 거리 센서로서, 센서의 종류와 성능에 따라 다양한 측정 범위를 가질 수 있다. 예를 들어, 0.1㎜ 이하의 변위를 측정할 수 있는 레이저 방식의 거리 센서(422)를 구비하는 경우 이를 이용하여 피부 미용 프로브(141)의 이동 방향을 보다 정밀하게 보정할 수 있다.
다자유도 구동부(160)는 피부미용 시술 대상자(114)의 피부미용 시술을 위해 상기 피부미용 프로브(141,142)를 입체적으로 이동시키는 역할을 수행한다. 이를 위해 다자유도 구동부(160)는 도 5에서와 같이 수평이동용 리니어 모터(161A,161B), 좌우이동용 리니어 모터(162A,162B) 및 수직이동용 리니어 모터(163A,163B)를 구비한다.
수평이동용 리니어 모터(161A)는 매트리스(111)의 일측 외곽에 인접되게 길이 방향으로 설치되고, 수평이동용 리니어 모터(161B)는 매트리스(111)의 타측 외곽에 인접되게 길이 방향으로 설치된다. 이와 같이 설치된 수평이동용 리니어 모터(161A,161B)는 상기 아치형 프레임(121,122)을 상기 매트리스(111)의 길이 방향인 수평 방향으로 이동시키는 역할을 한다. 이에 따라, 피부미용 프로브(141,142)가 아치형 프레임(121,122)을 따라 수평 방향으로 이동된다.
좌우이동용 리니어 모터(162A,162B)는 아치형 프레임(121,122)에 설치되어 상기 피부미용 프로브(141,142)를 아치형 프레임(121,122)을 따라 피부미용 시술 대상자(114)를 기준으로 좌우 방향으로 이동시키는 역할을 한다. 이 때, 두 개의 아치형 프레임(121,122)에 각각 설치된 두 개의 좌우이동용 리니어 모터(162A,162B)는 구동부가 서로 동기화되어 동시에 움직이며, 상기 피부미용 프로브(141,142)는 두 좌우이동용 리니어 모터의 사이에 결합되어 안정적으로 구동된다. 수직이동용 리니어 모터(163A)는 실린더형 리니어 모터로서 일측이 좌우이동용 리니어 모터(162A)에 고정되고 타측이 상기 센서부(420)의 일측 종단부와 결합되어 상기 장치연결 모듈(151)과 상기 피부미용 프로브(141)를 피부미용 시술 대상자(114)를 향해 전진시키거나 후진시키는 역할을 한다. 마찬가지로, 수직이동용 리니어 모터(163B)는 실린더형 리니어 모터로서 일측이 좌우이동용 리니어 모터(162B)에 고정되고 타측이 상기 센서부(420)의 일측 종단부와 결합되어 서로 결합된 장치연결 모듈(152)과 상기 피부미용 프로브(142)를 피부미용 시술 대상자(114)를 향해 전진시키거나 후진시키는 역할을 한다.
다자유도 구동부(160)에 구비된 수평이동용 리니어 모터(161A,161B), 좌우이동용 리니어 모터(162A,162B) 및 수직이동용 리니어 모터(163A,163B)는 이동부와 고정부 사이에서 직접 운동력이 발생하여 구동되는 모터로서, 일반적인 회전형 모터보다 2배 이상의 빠른 속도, 10배 이상의 강한 추력, 5배 이상의 정밀한 위치제어가 가능하며, 다양한 형태화 성능을 가질 수 있다. 예를 들어, 자동 피부 미용 관리 시스템(100)의 정밀도를 확보하기 위하여 50㎛ 이하의 반복 정밀도를 가지는 리니어 모터를 사용하여 1㎜ × 1㎜ × 1㎜ 이하의 위치 정밀도를 만족하는 다자유도 구동부(160)를 구현할 수 있다.
상기 다자유도 구동부(160)에 구비된 수평이동용 리니어 모터(161A,161B), 좌우이동용 리니어 모터(162A,162B) 및 수직이동용 리니어 모터(163A,163B)는 구동제어부(180)의 제어를 받아 각기 독립적으로 구동된다. 따라서 상기 다자유도 구동부(160)는 피부 미용 프로브(141,142)를 원통좌표계를 기반으로 피부미용 시술 대상자(114)의 피부 중에서 목표한 3차원 위치의 피부에 정확하고 정밀하게 이동시켜 피부 미용 시술 기능을 수행할 수 있게 된다. 또한 상기 다자유도 구동부(160)는 수평이동용 리니어 모터(161A,161B), 좌우이동용 리니어 모터(162A,162B) 및 수직이동용 리니어 모터(163A,163B)로 원통좌표계를 구성하여 피부미용 프로브(141,142)를 입체적으로 즉, 상하방향(z)이나, 원호방향(θ)이나, 반경방향(r) 방향으로 안정되고 정확하게 이동시킬 수 있다.
영상 분석부(170)는 상기 영상 획득부(131,132)로부터 각기 전송되는 피부미용 시술 대상자(114)에 대한 3차원 위치 및 깊이 정보를 분석하는 위치 분석부와, 상기 영상 획득부(131,132)로부터 각기 전송되는 피부미용 시술 대상자(114)에 대한 컬러 영상 정보를 분석하여 피부의 상태를 판단하는 피부 상태 분석부를 포함한다. 상기 위치 분석부는 상기 영상 획득부(131,132)의 TOF 센서로부터 획득된 정보를 근거로 피부미용 시술 대상자(114)의 피부에 대한 위치 정보 및 깊이 정보를 분석하여 그 분석 결과를 구동제어부(180)에 공급한다. 피부 상태 분석부는 상기 영상 획득부(131,132)의 컬러 영상 센서로부터 획득된 정보를 근거로 피부미용 시술 대상자(114)의 피부 상태를 분석하여 그 분석 결과를 구동제어부(180)에 공급한다. 상기 구동제어부(180)에 공급된 상기 피부 상태 분석 결과는 상기 피부 미용 프로브(141,142)의 종류를 선택하거나 피부 미용 관리 모드를 선택하기 위한 정보로 활용된다.
구동 제어부(180)는 영상 분석부(170)로부터 공급되는 상기 피부미용 시술 대상자(114)의 3차원 위치정보 분석 결과와 컬러영상 분석에 의한 피부 상태 정보를 기반으로 상기 다자유도 구동부(160)를 제어하는 역할을 수행한다.
예를 들어, 피부미용 시술 대상자(114)가 자동 피부미용 관리 시스템(100)을 이용하여 피부미용 시술을 받기 위해 침대(110)에 누으면, 구동 제어부(180)는 다자유도 구동부(160)를 제어하여 영상 획득부(131,132)를 초기 위치에서 사전에 설정된 위치로 이동시킨다. 이때, 영상 획득부(131,132)의 TOF(Time-of-Flight) 센서와 컬러 영상 센서를 통해 피부미용 시술 대상자(114)의 초기 영상이 획득된다. 이때, 영상 획득부(131,132)의 렌즈의 시계가 60도일 경우 피부미용 시술 대상자(114)의 얼굴과 상반신 일부에 대한 영상을 획득할 수 있다. 영상 분석부(170)의 위치 분석부는 이렇게 획득된 영상 정보를 기반으로 3차원 위치 정보를 분석하여 그 분석 결과를 구동 제어부(180)에 전송한다. 이에 따라, 구동제어부(180)는 상기 3차원 위치 정보에 따라 다자유도 구동부(160)를 제어한다.
구동제어부(180)는 상기 복수 개의 압력센서(421)를 통해 측정된 압력차에 따라 다자유도 구동부(160)를 통해 피부 미용 프로브(141,142)의 이동 방향이나 거리를 제어하여 균일한 압력으로 피부미용 시술을 할 수 있도록 한다. 구동제어부(180)는 상기 복수 개의 압력센서(421) 중 어느 하나 이상으로부터 기 설정된 한계 압력이 측정된 경우 다자유도 구동부(160)를 통해 피부 미용 프로브(141,142)를 초기 위치로 이동시켜 피부 미용 관리 시스템(100)의 안전성이 확보된다. 또한 구동제어부(180)는 거리센서(422)를 통해 측정된 거리에 따라 다자유도 구동부(160)를 제어하여 피부 미용 프로브(141,142)가 피부와 일정 거리를 유지한 상태에서 피부미용 시술을 할 수 있도록 한다. 구동제어부(180)는 상기 복수 개의 압력센서(421) 중 어느 하나 이상으로부터 기 설정된 거리 이하가 측정된 경우 다자유도 구동부(160)를 통해 피부 미용 프로브(141,142)를 초기 위치로 이동시켜 피부 미용 관리 시스템(100)의 안전성이 확보된다.
디스플레이부(190)는 자동 피부 미용 관리 시스템(100)에서 처리되는 상기 위치 정보와 깊이 정보를 표시하고, 사용자 인터페이스(예: 터치패드)를 통해 사용자로부터 제어명령을 입력받아 상기 영상 분석부(170)와 구동 제어부(180)에 전달하는 역할을 한다.
한편, 도 6은 자동 피부 미용 관리 시스템(100)에 의한 피부미용 시술 과정을 나타낸 흐름도로서 이를 설명하면 다음과 같다.
자동 피부 미용 관리 시스템(100)의 구동이 시작되면 구동 제어부(180)는 각 부가 정상적으로 동작되는지 자체적으로 검사하여 이상이 발견되면 디스플레이부(190)를 통해 이상 발생을 표시하고, 별다른 이상이 발견되지 않으면 다음 단계로 진행한다(S1-S3).
상기 자체적인 검사결과에서 별다른 이상이 발견되지 않으면, 피부미용 시술모드 시작한 후 구동 제어부(180)는 침대(110)에 피부미용 시술 대상자(114)가 검색되는지 확인하여 검색되지 않으면 검색될 때 까지 주기적으로 체크한다(S4,S5).
침대(110)에서 피부미용 시술 대상자(114)가 검색되면, 영상 획득부(131,132)가 TOF(Time-of-Flight) 센서와 컬러영상 센서를 이용하여 피부미용 시술 대상자(114)에 대한 3차원의 위치 및 깊이 영상 정보와 컬러영상 정보를 획득한다(S6).
영상 분석부(170)는 상기와 같이 획득된 3차원 깊이 영상 정보를 분석하여 위치 및 깊이 정보를 획득하고, 컬러영상 정보를 분석하여 그 분석결과에 따른 피부상태 정보를 획득한다(S7).
구동 제어부(180)는 상기와 같은 과정을 통해 획득된 위치정보와 피부상태 정보를 데이터베이스에 저장함과 아울러 디스플레이부(190)에 표시한다(S8).
이후, 구동 제어부(180)는 상기 위치정보, 피부상태 정보 및 디스플레이부(190)를 통해 공급되는 외부시술정보에 따라 피부미용 시술과정을 설정한다(S9).
이어서, 구동 제어부(180)는 상기 피부미용 시술과정에 따라 다자유도 구동부(160)를 통해 피부미용 프로브(141,142)의 구동을 제어하여 일련의 피부미용 시술과정을 수행한다(S10).
상기 일련의 피부미용 시술과정이 종료되면 구동 제어부(180)는 시스템 초기화를 수행한 후 종료한다(S11).
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것이 아니라 다음의 청구범위에서 정의하는 본 발명의 기본 개념을 바탕으로 보다 다양한 실시예로 구현될 수 있으며, 이러한 실시예들 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100 : 자동 피부미용 관리 시스템 110 : 의료용 침대
111 : 매트리스 112 : 제1적재함
113 : 제2적재함 121,122 : 아치형 프레임
131,132 : 영상 획득부 141,142 : 피부미용 프로브
151,152 : 장치연결 모듈 160 : 다자유도 구동부
170 : 영상 분석부 180 : 구동 제어부
190 : 디스플레이부

Claims (11)

  1. 의료용 침대 또는 의료용 의자의 매트리스의 양측 외곽에 길이 방향으로 설치된 한 쌍의 수평이동용 리니어 모터 및 상기 매트리스의 상부를 가로질러 설치된 아치형 프레임에 설치된 좌우이동용 리니어 모터와 상기 아치형 프레임에 설치된 수직이동용 리니어 모터를 구비한 다자유도 구동부;
    상기 아치형 프레임에 설치되어 상기 매트리스에 누워 있는 피부미용 시술 대상자에 대한 3차원의 위치 및 깊이 정보와 피부 상태 진단을 위한 컬러 영상 정보를 획득하는 영상 획득부;
    상기 아치형 프레임에 설치되어 상기 다자유도 구동부에 의해 입체적으로 이동하면서 상기 피부미용 시술 대상자의 피부에 대하여, 초음파, LED, 고주파 및 레이저를 선택적으로 사용하여 피부미용 시술을 수행하는 피부미용 프로브;
    상기 피부미용 시술 대상자의 피부와의 거리 및 압력 센싱 기능과 상기 피부 미용 프로브를 장착하기 위한 모듈 결합기능을 수행하는 장치연결 모듈;
    상기 영상 획득부로부터 전송되는 3차원 위치 정보와 컬러 영상 정보를 분석하는 영상 분석부;
    상기 영상 분석부의 영상정보 분석 결과를 기반으로 상기 다자유도 구동부를 제어하여, 상기 피부미용 프로브를 입체적으로 이동시키는 구동 제어부; 및
    피부미용 시술을 위한 처리 정보들을 표시하는 디스플레이부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 기반의 자동 피부 미용 관리 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 수평이동용 리니어 모터는 상기 아치형 프레임을 상기 매트리스의 길이 방향으로 이동시키고,
    상기 좌우이동용 리니어 모터는 상기 피부미용 프로브를 상기 아치형 프레임을 따라 피부미용 시술 대상자의 좌우 방향으로 이동시키고,
    상기 수직이동용 리니어 모터는 실린더형 리니어 모터로서 일측이 상기 좌우이동용 리니어 모터에 고정되어 상기 피부미용 프로브를 상기 피부미용 시술 대상자를 향해 전진시키거나 후진시키는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 기반의 자동 피부 미용 관리 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 영상 획득부는
    상기 아치형 프레임의 중앙 부위에 서로 대향되는 각도로 두 개 이상 설치된 것을 특징으로 하는 3차원 영상 기반의 자동 피부 미용 관리 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 영상 획득부는
    상기 3차원의 위치 정보와 상기 깊이 정보를 획득하기 위하여 두 개 이상의 TOF(Time Of Flight) 센서; 및
    상기 컬러 영상 정보를 획득하기 위하여 두 개 이상의 컬러 영상 센서를 구비한 것을 특징으로 하는 3차원 영상 기반의 자동 피부 미용 관리 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 피부미용 프로브는
    상기 장치연결 모듈과 결합되는 결합판과 상기 장치연결 모듈로부터 전원과 신호를 공급받기 위한 복수 개의 단자들을 구비한 프로브 결합부; 및
    초음파를 방사하는 초음파 헤드부, LED 광을 조사하는 LED 헤드부, 고주파/저주파를 방사하는 고주파/저주파 헤드부 및 레이저를 방사하는 레이저 헤드부 중에서 임의의 헤드부를 구비하는 헤드부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 기반의 자동 피부 미용 관리 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 장치연결 모듈은
    상기 피부미용 프로브와 결합되는 결합홀 및 상기 피부미용 프로브의 단자들과 각기 각기 연결되는 복수개의 단자를 구비한 모듈 결합부; 및
    상기 피부와 상기 피부미용 프로브 간에 요구된 거리를 유지하기 위하여, 상기 모듈 결합부와 결합되는 복수 개의 압력센서와 거리센서를 구비한 센서부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 기반의 자동 피부 미용 관리 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 압력센서는
    상기 피부미용 프로브와 상기 피부미용 시술 대상자의 피부 간의 접촉에 의해 그 피부미용 프로브로부터 전달되는 압력을 측정하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 기반의 자동 피부 미용 관리 시스템.
  8. 제6항에 있어서, 상기 거리센서는
    상기 피부미용 프로브와 상기 피부미용 시술 대상자의 피부 간의 거리를 측정하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 기반의 자동 피부 미용 관리 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 영상 분석부는
    상기 영상 획득부로부터 각기 전송되는 상기 피부미용 시술 대상자에 대한 3차원 위치 및 깊이 정보를 분석하는 위치 분석부; 및
    상기 영상 획득부로부터 각기 전송되는 상기 피부미용 시술 대상자에 대한 컬러 영상 정보를 분석하여 피부의 상태를 판단하는 피부 상태 분석부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 기반의 자동 피부 미용 관리 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 상기 구동제어부는
    상기 영상 분석부의 영상정보 분석 결과에 따라 상기 다자유도 구동부의 수평이동용 리니어 모터, 상기 좌우이동용 리니어 모터 및 상기 수직이동용 리니어 모터의 구동을 제어하여, 상기 피부미용 시술 대상자를 기준으로 상기 피부미용 프로브를 입체적으로 이동시켜 가면서 상기 피부미용 시술 대상자의 피부에 대해 피부미용 시술기능이 수행되게 하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 기반의 자동 피부 미용 관리 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 상기 디스플레이부는
    터치패드를 통해 사용자의 제어명령을 입력받아 상기 영상 분석부 및 상기 구동 제어부에 전달하는 사용자 인터페이스부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 기반의 자동 피부 미용 관리 시스템.
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