KR102309297B1 - 단말기 및 그 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단말기 및 그 제어 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 단말기는, 이미지 데이터를 획득하는 제1 센서; 관성 데이터를 획득하는 제2 센서; 및 이미지의 특징점들로부터 상기 제1 센서의 초기 포즈를 추정하고, 상기 초기 포즈로부터 가속도와 각속도를 획득하여 관찰치와 상기 제1 센서의 초기 포즈의 관계를 반복하여 최적화하여 단말기의 위치에 관한 상기 제1 센서의 궤적을 추적하여 상기 단말기의 모션 또는 포즈에 관한 데이터를 처리하는 제어부를 포함한다.

Description

단말기 및 그 제어 방법{TERMINAL AND METHOD FOR CONTROLLING THE SAME}

본 발명은 단말기 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

단말기는 이동 가능 여부에 따라 이동 단말기와 고정 단말기로 나뉠 수 있다. 다시 이동 단말기는 사용자의 직접 휴대 가능 여부에 따라 휴대(형) 단말기 및 거치형 단말기로 나뉠 수 있다.

단말기의 기능은 다양화되고 있다. 이와 같은 단말기는 기능이 다양화됨에 따라 예를 들어, 사진이나 동영상의 촬영, 음악이나 동영상 파일의 재생, 게임, 방송의 수신 등의 복합적인 기능들을 갖춘 멀티미디어 기기 형태로 구현되고 있다. 예를 들어, 데이터와 음성 통신, 카메라를 통한 사진 촬영 및 비디오 촬영, 음성 녹음, 스피커 시스템을 통한 음악 파일 재생 그리고 디스플레이에 이미지나 비디오를 출력하는 기능이 있다. 일부 단말기는 전자 게임 플레이 기능이 추가되거나 멀티미디어 플레이어 기능을 수행한다. 특히, 최근 단말기는 방송과 비디오나 텔레비전 프로그램과 같은 시각적 컨텐츠를 제공하는 멀티캐스트 신호를 수신할 수 있다.

이러한 단말기의 기능 지지 및 증대를 위해, 단말기의 구조 또는 하드웨어적인 부분 및/또는 소프트웨어적인 부분을 개량하는 것이 고려될 수 있다.

최근 단말기를 통한 유저의 위치 정보에 획득에 관한 관심이 고조되고 있다. 이러한 단말기를 통한 위치 정보는 종래 GPS 등을 이용하는 것이 일반적이었으나, GPS는 정확도의 문제가 있고, 통신이 열악한 환경이나 실내와 같이 GPS 데이터를 수신하기 어려운 경우에는 효용성이 없어 이를 대체하기 위한 기술 개발이 요구되었다. 이러한 요구에 따라 대두된 것이 VO(Visual Odometry) 기술이다. VO 기술과 관련하여, 종래 단말기에 구비된 단안 카메라를 활용하면, 카메라의 궤적을 추정하는 것이 가능하여 이에 기초하여 유저의 위치 정보를 획득하였다. 다만, 이러한 단안 카메라를 활용한 VO 기술의 경우, 현실 공간의 실제 스케일을 알 수 없어 이로부터 획득된 위치 정보의 신뢰성이 떨어지고 평면적인 위치 정보 제공에 그쳐 문제가 되었다. 관련하여, 최근 IMU(Inertial Measurement Unit) 센서를 활용하여 실제 스케일의 가속도와 각속도 값을 획득함으로써 상기 단안 카메라를 이용하는 경우의 문제점을 해소하고자 하였다. 그러나 상기 IMU 센서를 이용한 위치 정보 획득 기술도 바이어스(bias) 값의 변화, 센서의 노이즈(noise) 등의 영향으로 인해 획득되는 단말기 위치 정보의 정확성이 떨어지는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 문제점들을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 실제 스케일의 카메라 궤적을 정확하게 추정하고 스파스(sparse)한 특징점의 3차원 위치를 복원 가능한 단말기 및 그 제어 방법을 제공하는 것을 일 과제로 한다.

본 발명은 바이어스, 관찰치(observation)와 카메라 포즈의 관계 등을 최적화하는 기술 또는/및 서로 다른 적어도 두 센서 값과 단말기의 위치를 지역적으로 최적화하는 기술에 기초한 VIO(Visual-inertial Odometry) 기법을 제안하는 것을 다른 과제로 한다.

본 발명은 종래 기술에 비하여 정확도를 더욱 개선하면서 연산량을 줄여 시스템 효율을 개선하는 것을 또 다른 과제로 한다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제는 상기 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 명세서에서는 본 발명에 따른 단말기 및 그 제조 방법에 대한 다양한 실시 예들을 개시한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 단말기는, 이미지 데이터를 획득하는 제1 센서; 관성 데이터를 획득하는 제2 센서; 및 이미지의 특징점들로부터 상기 제1 센서의 초기 포즈를 추정하고, 상기 초기 포즈로부터 가속도와 각속도를 획득하여 관찰치와 상기 제1 센서의 초기 포즈의 관계를 반복하여 최적화하여 단말기의 위치에 관한 상기 제1 센서의 궤적을 추적하여 상기 단말기의 모션 또는 포즈에 관한 데이터를 처리하는 제어부를 포함한다.

여기서, 상기 관찰치는, 바이어스, 상기 이미지의 특징점, 또는 상기 제2 센서 측정치들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

그리고 상기 제1 센서의 초기 포즈는, 상기 제1 센서를 통해 획득되는 이미지의 특징점들 중 바이어스의 영향이 미리 정의된 범위 이내의 특징점에 기반하여 추정될 수 있다.

또한, 상기 제어부는, 제1 센서 데이터와 제2 센서 데이터를 위해 개별 필터들(separate filters)을 구동하지 않고, 상기 필터들을 정의되지 않은 비선형 최적화 프레임워크(undefined non-linear optimization framework)에 포함하여 구동할 수 있다.

그리고 상기 정의되지 않은 비선형 최적화 프레임워크는, 카메라 포즈들로부터 가속도와 각속도 비용들(acceleration and angular velocity costs), 센서 바이어스(sensor bias), 상기 카메라 포즈들과 시각 랜드마크 포지션들(visual landmark positions) 상에 정의된 예상되는 재투영 비용들(perspective reprojection costs)을 포함할 수 있다.

또한, 상기 제어부는, 공개되고 이용 가능한 비선형 최적화 라이브러리를 상기 최적화에 이용할 수 있다.

그리고 상기 비선형 최적화 프레임워크를 위해 상기 제2 센서 데이터의 포착 주파수(acquisition frequency)는, 비디오 프레임 레이트보다 높을 수 있다.

또한, 상기 비선형 최적화 프레임워크를 위해 상기 제2 센서의 관성 측정치들은 비디오 프레임들과 동기화되고, 상기 비디오 프레임들 사이의 평균값을 이용할 수 있다.

그리고 상기 비선형 최적화 프레임워크를 위해 상기 제2 센서 데이터는 개별적인 글로벌 파라미터로 바이어스를 모델링하고 노이즈는 시각 특징점들로부터 제한하여 억제할 수 있다.

또한, 상기 제어부는, 초기화 및 최적화 동안에 제1 센서 포즈들과 랜드마크 포지션들은 거리 공간(metric space) 내에서 추정하고, 상기 추정은 재투영 에러들(reprojection errors)과 가속도 차이들(acceleration differences) 둘 모두를 최소화하도록 제어할 수 있다.

그리고 상기 제어부는, 로 IMU 가속도 데이터(raw IMU acceleration data)는 중력 성분 벡터(gravity component)를 포함하고, 중력 취소를 씸리스하게 상기 비선형 최적화 프로세스에 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1 센서는 카메라 센서이고, 상기 제2 센서는 IMU 센서일 수 있다.

그리고 상기 최적화는, VIO(Visual-Inatial Odometry) 기법을 이용하여 이루어질 수 있다.

본 발명에서 얻을 수 있는 기술적 해결 수단은 이상에서 언급한 해결 수단들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 해결 수단들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명의 다양한 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 실제 스케일의 카메라 궤적을 정확하게 추정하고 스파스(sparse)한 특징점의 3차원 위치를 복원하는 효과가 있다.

본 발명의 다양한 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 바이어스, 관찰치(observation)와 카메라 포즈의 관계 등을 최적화할 수 있으며, 서로 다른 적어도 두 센서 값과 단말기의 위치를 지역적으로 최적화하는 효과가 있다.

본 발명의 다양한 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 종래 기술에 비하여 정확도를 더욱 개선하면서 연산량을 줄여 시스템 효율을 개선하는 효과가 있다.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1a는 본 발명과 관련된 이동 단말기를 설명하기 위한 블록도,
도 1b 및 1c는 본 발명과 관련된 이동 단말기의 일 예를 서로 다른 방향에서 바라본 개념도,
도 2는 본 발명의 다른 일 실시 예와 관련된 와치 타입의 이동 단말기의 일 예를 보인 사시도,
도 3은 본 발명의 또 다른 일 실시 예와 관련된 글래스 타입의 이동 단말기의 일 예를 보인 사시도,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 알고리즘을 설명하기 위해 도시한 플로우챠트(flowchart),
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 최적화 프레임워크 내 카메라 포즈들과 IMU 측정치들 사이에 관계를 설명하기 위해 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 VIO 알고리즘을 설명하기 위한 도면,
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 최적화 과정에서의 키 프레임들과 프레임들을 도시한 도면,
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 단말기에서 실제 환경에 대해 위치 추적의 예시한 도면,
도 9는 본 발명과 관련하여, VO 알고리즘에 따라 획득되는 데이터를 도시한 도면,
도 10은 본 발명에 따른 VIO 알고리즘에 따라 획득되는 데이터를 도시한 도면,
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량 이동 경로 기반 주차 보조 시스템을 설명하기 위해 도시한 도면,
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이동 단말기에 기반한 빌딩 경로 제공 시스템을 설명하기 위해 도시한 도면, 및
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 네트워크 연동에 기초한 연속성 있는 경로 탐색 제공 시스템을 설명하기 위해 도시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.

또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

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.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함한다" 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.

본 명세서에서 설명되는 단말기에는 예를 들면 휴대폰, 스마트폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(personal digital assistants), PMP(portable multimedia player), 네비게이션, 슬레이트 PC(slate PC), 태블릿 PC(tablet PC), 울트라북(ultrabook), 웨어러블 디바이스(wearable device, 예를 들어, 와치형 단말기(smart watch), 글래스형 단말기(smart glass), HMD(head mounted display)), 자동차, 로봇(Robot) 등이 포함될 수 있다. 다만, 상기 단말기는 상술한 예시에 한정되지 않고, GPS 센서, 카메라 센서와 같은 센서를 포함하거나 포함할 수 있는 모든 디바이스나 장치를 포함할 수 있다.

그러나 본 명세서에 기재된 실시 예에 따른 구성은 단말기에만 적용 가능한 경우를 제외하면, 디지털 TV, 데스크톱 컴퓨터, 디지털 사이니지(digital signage) 등과 같은 고정 단말기에도 적용될 수도 있음을 본 기술분야의 당업자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.

다만, 본 발명의 이해를 돕고 출원인의 설명의 편의를 위하여, 이하 단말기는 이동 단말기를 예로 하여 설명한다. 관련하여, 도 1에서는 스마트폰, 도 2에서는 스마트 워치, 및 도 3에서는 스마트 글래스를 상기 이동 단말기의 예시로 도시하고 이에 대하여 먼저 설명한다.

도 1a 내지 1c를 참조하면, 도 1a는 본 발명과 관련된 단말기를 설명하기 위한 블록도이고, 도 1b와 1c는 본 발명과 관련된 단말기의 일 예를 서로 다른 방향에서 바라본 개념도이다.

상기 이동 단말기(100)는 무선 통신부(110), 입력부(120), 센싱부(140), 출력부(150), 인터페이스부(160), 메모리(170), 제어부(180), 전원 공급부(190) 등을 포함할 수 있다. 다만, 도 1a에 도시된 구성요소들은 이동 단말기를 구현하는데 있어서 필수적인 것은 아니어서, 본 명세서상에서 설명되는 이동 단말기는 위에서 열거된 구성요소들보다 많거나 적은 구성요소들을 가질 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 구성요소들 중 무선 통신부(110)는, 이동 단말기(100)와 무선 통신 시스템 사이, 이동 단말기(100)와 다른 이동 단말기(100) 사이, 또는 이동 단말기(100)와 외부서버 사이의 무선 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다. 또한, 상기 무선 통신부(110)는, 이동 단말기(100)를 하나 이상의 네트워크에 연결하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다.

이러한 무선 통신부(110)는, 방송 수신 모듈(111), 이동통신 모듈(112), 무선 인터넷 모듈(113), 근거리 통신 모듈(114), 위치정보 모듈(115) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

입력부(120)는, 영상 신호 입력을 위한 카메라(121) 또는 영상 입력부, 오디오 신호 입력을 위한 마이크로폰(microphone, 122), 또는 오디오 입력부, 사용자로부터 정보를 입력받기 위한 사용자 입력부(123, 예를 들어, 터치키(touch key), 푸시키(mechanical key) 등)를 포함할 수 있다. 입력부(120)에서 수집한 음성 데이터나 이미지 데이터는 분석되어 사용자의 제어명령으로 처리될 수 있다.

센싱부(140)는 이동 단말기 내 정보, 이동 단말기를 둘러싼 주변 환경 정보 및 사용자 정보 중 적어도 하나를 센싱하기 위한 하나 이상의 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 센싱부(140)는 근접센서(141, proximity sensor), 조도 센서(142, illumination sensor), 터치 센서(touch sensor), 가속도 센서(acceleration sensor), 자기 센서(magnetic sensor), 중력 센서(G-sensor), 자이로스코프 센서(gyroscope sensor), 모션 센서(motion sensor), RGB 센서, 적외선 센서(IR 센서: infrared sensor), 지문 인식 센서(finger scan sensor), 초음파 센서(ultrasonic sensor), 광 센서(optical sensor, 예를 들어, 카메라(121 참조)), 마이크로폰(microphone, 122 참조), 배터리 게이지(battery gauge), 환경 센서(예를 들어, 기압계, 습도계, 온도계, 방사능 감지 센서, 열 감지 센서, 가스 감지 센서 등), 화학 센서(예를 들어, 전자 코, 헬스케어 센서, 생체 인식 센서 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 한편, 본 명세서에 개시된 이동 단말기는, 이러한 센서들 중 적어도 둘 이상의 센서에서 센싱되는 정보들을 조합하여 활용할 수 있다.

출력부(150)는 시각, 청각 또는 촉각 등과 관련된 출력을 발생시키기 위한 것으로, 디스플레이부(151), 음향 출력부(152), 햅틱 모듈(153), 광 출력부(154) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 디스플레이부(151)는 터치 센서와 상호 레이어 구조를 이루거나 일체형으로 형성됨으로써, 터치스크린을 구현할 수 있다. 이러한 터치스크린은, 이동 단말기(100)와 사용자 사이의 입력 인터페이스를 제공하는 사용자 입력부(123)로써 기능함과 동시에, 이동 단말기(100)와 사용자 사이의 출력 인터페이스를 제공할 수 있다.

인터페이스부(160)는 이동 단말기(100)에 연결되는 다양한 종류의 외부 기기와의 통로 역할을 수행한다. 이러한 인터페이스부(160)는, 유/무선 헤드셋 포트(port), 외부 충전기 포트(port), 유/무선 데이터 포트(port), 메모리 카드(memory card) 포트, 식별 모듈이 구비된 장치를 연결하는 포트(port), 오디오 I/O(Input/Output) 포트(port), 비디오 I/O(Input/Output) 포트(port), 이어폰 포트(port) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이동 단말기(100)에서는, 상기 인터페이스부(160)에 외부 기기가 연결되는 것에 대응하여, 연결된 외부 기기와 관련된 적절할 제어를 수행할 수 있다.

또한, 메모리(170)는 이동 단말기(100)의 다양한 기능을 지원하는 데이터를 저장한다. 메모리(170)는 이동 단말기(100)에서 구동되는 다수의 응용 프로그램(application program 또는 애플리케이션(application)), 이동 단말기(100)의 동작을 위한 데이터들, 명령어들을 저장할 수 있다. 이러한 응용 프로그램 중 적어도 일부는, 무선 통신을 통해 외부 서버로부터 다운로드 될 수 있다. 또한, 이러한 응용 프로그램 중 적어도 일부는, 이동 단말기(100)의 기본적인 기능(예를 들어, 전화 착신, 발신 기능, 메시지 수신, 발신 기능)을 위하여 출고 당시부터 이동 단말기(100)상에 존재할 수 있다. 한편, 응용 프로그램은, 메모리(170)에 저장되고, 이동 단말기(100) 상에 설치되어, 제어부(180)에 의하여 상기 이동 단말기의 동작(또는 기능)을 수행하도록 구동될 수 있다.

제어부(180)는 상기 응용 프로그램과 관련된 동작 외에도, 통상적으로 이동 단말기(100)의 전반적인 동작을 제어한다. 제어부(180)는 위에서 살펴본 구성요소들을 통해 입력 또는 출력되는 신호, 데이터, 정보 등을 처리하거나 메모리(170)에 저장된 응용 프로그램을 구동함으로써, 사용자에게 적절한 정보 또는 기능을 제공 또는 처리할 수 있다.

또한, 제어부(180)는 메모리(170)에 저장된 응용 프로그램을 구동하기 위하여, 도 1a와 함께 살펴본 구성요소들 중 적어도 일부를 제어할 수 있다. 나아가, 제어부(180)는 상기 응용 프로그램의 구동을 위하여, 이동 단말기(100)에 포함된 구성요소들 중 적어도 둘 이상을 서로 조합하여 동작시킬 수 있다.

전원 공급부(190)는 제어부(180)의 제어 하에서, 외부의 전원, 내부의 전원을 인가받아 이동 단말기(100)에 포함된 각 구성요소들에 전원을 공급한다. 이러한 전원 공급부(190)는 배터리를 포함하며, 상기 배터리는 내장형 배터리 또는 교체 가능한 형태의 배터리가 될 수 있다.

상기 각 구성요소들 중 적어도 일부는, 이하에서 설명되는 다양한 실시 예들에 따른 이동 단말기의 동작, 제어, 또는 제어 방법을 구현하기 위하여 서로 협력하여 동작할 수 있다. 또한, 상기 이동 단말기의 동작, 제어, 또는 제어 방법은 상기 메모리(170)에 저장된 적어도 하나의 응용 프로그램의 구동에 의하여 이동 단말기 상에서 구현될 수 있다.

이하에서는, 위에서 살펴본 이동 단말기(100)를 통하여 구현되는 다양한 실시 예들을 살펴보기에 앞서, 위에서 열거된 구성요소들에 대하여 도 1a를 참조하여 보다 구체적으로 살펴본다.

먼저, 무선 통신부(110)에 대하여 살펴보면, 무선 통신부(110)의 방송 수신 모듈(111)은 방송 채널을 통하여 외부의 방송 관리 서버로부터 방송 신호 및/또는 방송 관련된 정보를 수신한다. 상기 방송 채널은 위성 채널, 지상파 채널을 포함할 수 있다. 적어도 두 개의 방송 채널들에 대한 동시 방송 수신 또는 방송 채널 스위칭을 위해 둘 이상의 상기 방송 수신 모듈이 상기 이동 단말기(100)에 제공될 수 있다.

상기 방송 관리 서버는, 방송 신호 및/또는 방송 관련 정보를 생성하여 송신하는 서버 또는 기생성된 방송 신호 및/또는 방송 관련 정보를 제공받아 단말기에 송신하는 서버를 의미할 수 있다. 상기 방송 신호는, TV 방송 신호, 라디오 방송 신호, 데이터 방송 신호를 포함할 뿐만 아니라, TV 방송 신호 또는 라디오 방송 신호에 데이터 방송 신호가 결합한 형태의 방송 신호도 포함할 수 있다.

상기 방송 신호는 디지털 방송 신호의 송수신을 위한 기술 표준들(또는 방송 방식, 예를 들어, ISO, IEC, DVB, ATSC 등) 중 적어도 하나에 따라 부호화될 수 있으며, 방송 수신 모듈(111)은 상기 기술 표준들에서 정한 기술 규격에 적합한 방식을 이용하여 상기 디지털 방송 신호를 수신할 수 있다.

상기 방송 관련 정보는, 방송 채널, 방송 프로그램 또는 방송 서비스 제공자에 관련된 정보를 의미할 수 있다. 상기 방송 관련 정보는, 이동 통신망을 통하여도 제공될 수 있다. 이러한 경우에는 상기 이동 통신 모듈(112)에 의해 수신될 수 있다.

상기 방송 관련 정보는 예를 들어, DMB(Digital Multimedia Broadcasting)의 EPG(Electronic Program Guide) 또는 DVB-H(Digital Video Broadcast-Handheld)의 ESG(Electronic Service Guide) 등의 다양한 형태로 존재할 수 있다. 방송 수신 모듈(111)을 통해 수신된 방송 신호 및/또는 방송 관련 정보는 메모리(170)에 저장될 수 있다.

이동 통신 모듈(112)은, 이동 통신을 위한 기술 표준들 또는 통신 방식(예를 들어, GSM(Global System for Mobile communication), CDMA(Code Division Multi Access), CDMA2000(Code Division Multi Access 2000), EV-DO(Enhanced Voice-Data Optimized or Enhanced Voice-Data Only), WCDMA(Wideband CDMA), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access), HSUPA(High Speed Uplink Packet Access), LTE(Long Term Evolution), LTE-A(LTE-Advanced) 등)에 따라 구축된 이동 통신망 상에서 기지국, 외부의 단말, 서버 중 적어도 하나와 무선 신호를 송수신한다.

상기 무선 신호는, 음성 호 신호, 화상 통화 호 신호 또는 문자/멀티미디어 메시지 송수신에 따른 다양한 형태의 데이터를 포함할 수 있다.

무선 인터넷 모듈(113)은 무선 인터넷 접속을 위한 모듈을 말하는 것으로, 이동 단말기(100)에 내장되거나 외장될 수 있다. 무선 인터넷 모듈(113)은 무선 인터넷 기술들에 따른 통신망에서 무선 신호를 송수신하도록 이루어진다.

무선 인터넷 기술로는, 예를 들어 WLAN(Wireless LAN), Wi-Fi(Wireless-Fidelity), Wi-Fi Direct, DLNA(Digital Living Network Alliance), WiBro(Wireless Broadband), WiMAX(World Interoperability for Microwave Access), HSDPA, HSUPA, LTE, LTE-A 등이 있으며, 상기 무선 인터넷 모듈(113)은 상기에서 나열되지 않은 인터넷 기술까지 포함한 범위에서 적어도 하나의 무선 인터넷 기술에 따라 데이터를 송수신하게 된다.

WiBro, HSDPA, HSUPA, GSM, CDMA, WCDMA, LTE, LTE-A 등에 의한 무선 인터넷 접속은 이동 통신망을 통해 이루어진다는 관점에서 본다면, 상기 이동 통신망을 통해 무선 인터넷 접속을 수행하는 상기 무선 인터넷 모듈(113)은 상기 이동 통신 모듈(112)의 일종으로 이해될 수도 있다.

근거리 통신 모듈(114)은 근거리 통신(Short range communication)을 위한 것으로서, 블루투스(Bluetooth™), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(Infrared Data Association; IrDA), UWB(Ultra Wideband), ZigBee, NFC(Near Field Communication), Wi-Fi, Wi-Fi Direct, Wireless USB(Wireless Universal Serial Bus) 기술 중 적어도 하나를 이용하여, 근거리 통신을 지원할 수 있다. 이러한, 근거리 통신 모듈(114)은, 근거리 무선 통신망(Wireless Area Networks)을 통해 이동 단말기(100)와 무선 통신 시스템 사이, 이동 단말기(100)와 다른 이동 단말기(100) 사이, 또는 이동 단말기(100)와 다른 이동 단말기(100, 또는 외부 서버)가 위치한 네트워크 사이의 무선 통신을 지원할 수 있다. 상기 근거리 무선 통신망은 근거리 무선 개인 통신망(Wireless Personal Area Networks)일 수 있다.

여기에서, 다른 이동 단말기(100)는 본 발명에 따른 이동 단말기(100)와 데이터를 상호 교환하는 것이 가능한(또는 연동 가능한) 웨어러블 디바이스(wearable device, 예를 들어, 도 2의 스마트 워치(smart watch), 도 3 스마트 글래스(smart glass), HMD(head mounted display))가 될 수 있다. 근거리 통신 모듈(114)은, 이동 단말기(100) 주변에, 상기 이동 단말기(100)와 통신 가능한 웨어러블 디바이스를 감지(또는 인식)할 수 있다. 나아가, 제어부(180)는 상기 감지된 웨어러블 디바이스가 본 발명에 따른 이동 단말기(100)와 통신하도록 인증된 디바이스인 경우, 이동 단말기(100)에서 처리되는 데이터의 적어도 일부를, 상기 근거리 통신 모듈(114)을 통해 웨어러블 디바이스로 전송할 수 있다. 따라서, 웨어러블 디바이스의 사용자는, 이동 단말기(100)에서 처리되는 데이터를, 웨어러블 디바이스를 통해 이용할 수 있다. 예를 들어, 이에 따르면 사용자는, 이동 단말기(100)에 전화가 수신된 경우, 웨어러블 디바이스를 통해 전화 통화를 수행하거나, 이동 단말기(100)에 메시지가 수신된 경우, 웨어러블 디바이스를 통해 상기 수신된 메시지를 확인하는 것이 가능하다.

위치 정보 모듈(115)은 이동 단말기의 위치(또는 현재 위치)를 획득하기 위한 모듈로서, 그의 대표적인 예로는 GPS(Global Positioning System) 모듈 또는 Wi-Fi 모듈이 있다. 예를 들어, 이동 단말기는 GPS 모듈을 활용하면, GPS 위성에서 보내는 신호를 이용하여 이동 단말기의 위치를 획득할 수 있다. 다른 예로서, 이동 단말기는 Wi-Fi 모듈을 활용하면, Wi-Fi 모듈과 무선 신호를 송신 또는 수신하는 무선 AP(Wireless Access Point)의 정보에 기반하여, 이동 단말기의 위치를 획득할 수 있다. 필요에 따라서, 위치 정보 모듈(115)은 치환 또는 부가적으로 이동 단말기의 위치에 관한 데이터를 얻기 위해 무선 통신부(110)의 다른 모듈 중 어느 기능을 수행할 수 있다. 위치 정보 모듈(115)은 이동 단말기의 위치(또는 현재 위치)를 획득하기 위해 이용되는 모듈로, 이동 단말기의 위치를 직접적으로 계산하거나 획득하는 모듈로 한정되지는 않는다.

다음으로, 입력부(120)는 영상 정보(또는 신호), 오디오 정보(또는 신호), 데이터, 또는 사용자로부터 입력되는 정보의 입력을 위한 것으로서, 영상 정보의 입력을 위하여, 이동 단말기(100) 는 하나 또는 복수의 카메라(121)를 구비할 수 있다. 카메라(121)는 화상 통화 모드 또는 촬영 모드에서 이미지 센서에 의해 얻어지는 정지 영상 또는 동영상 등의 화상 프레임을 처리한다. 처리된 화상 프레임은 디스플레이부(151)에 표시되거나 메모리(170)에 저장될 수 있다. 한편, 이동 단말기(100)에 구비되는 복수의 카메라(121)는 매트릭스 구조를 이루도록 배치될 수 있으며, 이와 같이 매트릭스 구조를 이루는 카메라(121)를 통하여, 이동 단말기(100)에는 다양한 각도 또는 초점을 갖는 복수의 영상 정보가 입력될 수 있다. 또한, 복수의 카메라(121)는 입체 영상을 구현하기 위한 좌영상과 우영상을 획득하도록, 스트레오 구조로 배치될 수 있다.

마이크로폰(122)은 외부의 음향 신호를 전기적인 음성 데이터로 처리한다. 처리된 음성 데이터는 이동 단말기(100)에서 수행 중인 기능(또는 실행 중인 응용 프로그램)에 따라 다양하게 활용될 수 있다. 한편, 마이크로폰(122)에는 외부의 음향 신호를 입력받는 과정에서 발생되는 잡음을 제거하기 위한 다양한 잡음 제거 알고리즘이 구현될 수 있다.

사용자 입력부(123)는 사용자로부터 정보를 입력받기 위한 것으로서, 사용자 입력부(123)를 통해 정보가 입력되면, 제어부(180)는 입력된 정보에 대응되도록 이동 단말기(100)의 동작을 제어할 수 있다. 이러한, 사용자 입력부(123)는 기계식 입력 수단(또는, 메커니컬 키, 예를 들어, 이동 단말기(100)의 전/후면 또는 측면에 위치하는 버튼, 돔 스위치(dome switch), 조그 휠, 조그 스위치 등) 및 터치식 입력 수단을 포함할 수 있다. 일 예로서, 터치식 입력 수단은, 소프트웨어적인 처리를 통해 터치스크린에 표시되는 가상 키, 소프트 키 또는 비주얼 키로 이루어지거나, 상기 터치스크린 이외의 부분에 배치되는 터치 키로 이루어질 수 있다. 한편, 상기 가상 키 또는 비주얼 키는, 다양한 형태를 가지면서 터치스크린 상에 표시되는 것이 가능하며, 예를 들어, 그래픽, 텍스트, 아이콘, 비디오 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.

한편, 센싱부(140)는 이동 단말기 내 정보, 이동 단말기를 둘러싼 주변 환경 정보 및 사용자 정보 중 적어도 하나를 센싱하고, 이에 대응하는 센싱 신호를 발생시킨다. 제어부(180)는 이러한 센싱 신호에 기초하여, 이동 단말기(100)의 구동 또는 동작을 제어하거나, 이동 단말기(100)에 설치된 응용 프로그램과 관련된 데이터 처리, 기능 또는 동작을 수행할 수 있다. 센싱부(140)에 포함될 수 있는 다양한 센서 중 대표적인 센서들의 대하여, 보다 구체적으로 살펴본다.

먼저, 근접 센서(141)는 소정의 검출면에 접근하는 물체, 혹은 근방에 존재하는 물체의 유무를 전자계의 힘 또는 적외선 등을 이용하여 기계적 접촉이 없이 검출하는 센서를 말한다. 이러한 근접 센서(141)는 위에서 살펴본 터치스크린에 의해 감싸지는 이동 단말기의 내부 영역 또는 상기 터치스크린의 근처에 근접 센서(141)가 배치될 수 있다.

근접 센서(141)의 예로는 투과형 광전 센서, 직접 반사형 광전 센서, 미러 반사형 광전 센서, 고주파 발진형 근접 센서, 정전 용량형 근접 센서, 자기형 근접 센서, 적외선 근접 센서 등이 있다. 터치스크린이 정전식인 경우에, 근접 센서(141)는 전도성을 갖는 물체의 근접에 따른 전계의 변화로 상기 물체의 근접을 검출하도록 구성될 수 있다. 이 경우 터치스크린(또는 터치 센서) 자체가 근접 센서로 분류될 수 있다.

한편, 설명의 편의를 위해, 터치스크린 상에 물체가 접촉되지 않으면서 근접되어 상기 물체가 상기 터치스크린 상에 위치함이 인식되도록 하는 행위를 "근접 터치(proximity touch)"라고 명명하고, 상기 터치스크린 상에 물체가 실제로 접촉되는 행위를 "접촉 터치(contact touch)"라고 명명한다. 상기 터치스크린 상에서 물체가 근접 터치 되는 위치라 함은, 상기 물체가 근접 터치될 때 상기 물체가 상기 터치스크린에 대해 수직으로 대응되는 위치를 의미한다. 상기 근접 센서(141)는, 근접 터치와, 근접 터치 패턴(예를 들어, 근접 터치 거리, 근접 터치 방향, 근접 터치 속도, 근접 터치 시간, 근접 터치 위치, 근접 터치 이동 상태 등)을 감지할 수 있다. 한편, 제어부(180)는 위와 같이, 근접 센서(141)를 통해 감지된 근접 터치 동작 및 근접 터치 패턴에 상응하는 데이터(또는 정보)를 처리하며, 나아가, 처리된 데이터에 대응하는 시각적인 정보를 터치스크린 상에 출력시킬 수 있다. 나아가, 제어부(180)는, 터치스크린 상의 동일한 지점에 대한 터치가, 근접 터치인지 또는 접촉 터치인지에 따라, 서로 다른 동작 또는 데이터(또는 정보)가 처리되도록 이동 단말기(100)를 제어할 수 있다.

터치 센서는 저항막 방식, 정전 용량 방식, 적외선 방식, 초음파 방식, 자기장 방식 등 여러 가지 터치 방식 중 적어도 하나를 이용하여 터치스크린(또는 디스플레이부(151))에 가해지는 터치(또는 터치 입력)를 감지한다.

일 예로서, 터치 센서는, 터치스크린의 특정 부위에 가해진 압력 또는 특정 부위에 발생하는 정전 용량 등의 변화를 전기적인 입력 신호로 변환하도록 구성될 수 있다. 터치 센서는, 터치스크린 상에 터치를 가하는 터치 대상체가 터치 센서 상에 터치 되는 위치, 면적, 터치 시의 압력, 터치 시의 정전 용량 등을 검출할 수 있도록 구성될 수 있다. 여기에서, 터치 대상체는 상기 터치 센서에 터치를 인가하는 물체로서, 예를 들어, 손가락, 터치펜 또는 스타일러스 펜(Stylus pen), 포인터 등이 될 수 있다.

이와 같이, 터치 센서에 대한 터치 입력이 있는 경우, 그에 대응하는 신호(들)는 터치 제어기로 보내진다. 터치 제어기는 그 신호(들)를 처리한 다음 대응하는 데이터를 제어부(180)로 전송한다. 이로써, 제어부(180)는 디스플레이부(151)의 어느 영역이 터치 되었는지 여부 등을 알 수 있게 된다. 여기에서, 터치 제어기는, 제어부(180)와 별도의 구성요소일 수 있고, 제어부(180) 자체일 수 있다.

한편, 제어부(180)는, 터치스크린(또는 터치스크린 이외에 구비된 터치 키)을 터치하는, 터치 대상체의 종류에 따라 서로 다른 제어를 수행하거나, 동일한 제어를 수행할 수 있다. 터치 대상체의 종류에 따라 서로 다른 제어를 수행할지 또는 동일한 제어 수행 여부는, 현재 이동 단말기(100)의 동작 상태 또는 실행 중인 응용 프로그램에 따라 결정될 수 있다.

한편, 위에서 살펴본 터치 센서 및 근접 센서는 독립적으로 또는 조합되어, 터치스크린에 대한 숏(또는 탭) 터치, 롱 터치, 멀티 터치, 드래그 터치, 플리크 터치(flick touch), 핀치-인 터치(pinch-in touch), 핀치-아웃 터치(pinch-out touch), 스와이프(swype) 터치, 호버링(hovering) 터치 등과 같은, 다양한 방식의 터치를 센싱할 수 있다.

초음파 센서는 초음파를 이용하여, 감지 대상의 위치 정보를 인식할 수 있다. 한편 제어부(180)는 광센서와 복수의 초음파 센서로부터 감지되는 정보를 통해, 파동 발생원의 위치를 산출하는 것이 가능하다. 파동 발생원의 위치는, 광이 초음파보다 매우 빠른 성질, 즉, 광이 광센서에 도달하는 시간이 초음파가 초음파 센서에 도달하는 시간보다 매우 빠름을 이용하여, 산출될 수 있다. 보다 구체적으로 광을 기준 신호로 초음파가 도달하는 시간과의 시간차를 이용하여 파동 발생원의 위치가 산출될 수 있다.

한편, 입력부(120)의 구성으로 살펴본, 카메라(121)는 카메라 센서(예를 들어, CCD, CMOS 등), 포토 센서(또는 이미지 센서) 및 레이저 센서 중 적어도 하나를 포함한다.

카메라(121)와 레이저 센서는 서로 조합되어, 3차원 입체 영상에 대한 감지대상의 터치를 감지할 수 있다. 포토 센서는 디스플레이 소자에 적층될 수 있는데, 이러한 포토 센서는 터치스크린에 근접한 감지 대상의 움직임을 스캐닝하도록 이루어진다. 보다 구체적으로, 포토 센서는 행/열에 포토다이오드(Photo Diode)와 트랜지스터(TR: Transistor)를 실장하여 상기 포토다이오드에 인가되는 빛의 양에 따라 변화되는 전기적 신호를 이용하여 포토 센서 위에 올려지는 내용물을 스캔한다. 즉, 포토 센서는 빛의 변화량에 따른 감지 대상의 좌표 계산을 수행하며, 이를 통하여 감지 대상의 위치 정보를 획득할 수 있다.

디스플레이부(151)는 이동 단말기(100)에서 처리되는 정보를 표시(출력)한다. 예를 들어, 디스플레이부(151)는 이동 단말기(100)에서 구동되는 응용 프로그램의 실행 화면 정보, 또는 이러한 실행 화면 정보에 따른 UI(User Interface), GUI(Graphic User Interface) 정보를 표시할 수 있다.

또한, 상기 디스플레이부(151)는 입체 영상을 표시하는 입체 디스플레이부로서 구성될 수 있다.

상기 입체 디스플레이부에는 스테레오스코픽 방식(안경 방식), 오토 스테레오스코픽 방식(무안경 방식), 프로젝션 방식(홀로그래픽 방식) 등의 3차원 디스플레이 방식이 적용될 수 있다.

일반적으로 3차원 입체 영상은 좌영상(좌안용 영상)과 우영상(우안용 영상)으로 구성된다. 좌영상과 우영상이 3차원 입체 영상으로 합쳐지는 방식에 따라, 좌영상과 우영상을 한 프레임 내 상하로 배치하는 탑-다운(top-down) 방식, 좌영상과 우영상을 한 프레임 내 좌우로 배치하는 L-to-R(left-to-right, side by side) 방식, 좌영상과 우영상의 조각들을 타일 형태로 배치하는 체커 보드(checker board) 방식, 좌영상과 우영상을 열 단위 또는 행 단위로 번갈아 배치하는 인터레이스드(interlaced) 방식, 그리고 좌영상과 우영상을 시간별로 번갈아 표시하는 시분할(time sequential, frame by frame) 방식 등으로 나뉜다.

또한, 3차원 썸네일 영상은 원본 영상 프레임의 좌영상과 우영상으로부터 각각 좌영상 썸네일 및 우영상 썸네일을 생성하고, 이들이 합쳐짐에 따라 하나의 영상으로 생성될 수 있다. 일반적으로 썸네일은 축소된 화상 또는 축소된 정지 영상을 의미한다. 이렇게 생성된 좌영상 썸네일과 우영상 썸네일은 좌영상과 우영상의 시차에 대응하는 깊이감(depth) 만큼 화면상에서 좌우 거리차를 두고 표시됨으로써 입체적인 공간감을 나타낼 수 있다.

3차원 입체 영상의 구현에 필요한 좌영상과 우영상은 입체 처리부에 의하여 입체 디스플레이부에 표시될 수 있다. 입체 처리부는 3D 영상(기준시점의 영상과 확장시점의 영상)을 입력 받아 이로부터 좌영상과 우영상을 설정하거나, 2D 영상을 입력받아 이를 좌영상과 우영상으로 전환하도록 이루어진다.

음향 출력부(152)는 호신호 수신, 통화 모드 또는 녹음 모드, 음성 인식 모드, 방송 수신 모드 등에서 무선 통신부(110)로부터 수신되거나 메모리(170)에 저장된 오디오 데이터를 출력할 수 있다. 음향 출력부(152)는 이동 단말기(100)에서 수행되는 기능(예를 들어, 호신호 수신음, 메시지 수신음 등)과 관련된 음향 신호를 출력하기도 한다. 이러한 음향 출력부(152)에는 리시버(receiver), 스피커(speaker), 버저(buzzer) 등이 포함될 수 있다.

햅틱 모듈(153)은 사용자가 느낄 수 있는 다양한 촉각 효과를 발생시킨다. 햅틱 모듈(153)이 발생시키는 촉각 효과의 대표적인 예로는 진동이 될 수 있다. 햅틱 모듈(153)에서 발생하는 진동의 세기와 패턴 등은 사용자의 선택 또는 제어부의 설정에 의해 제어될 수 있다. 예를 들어, 상기 햅틱 모듈(153)은 서로 다른 진동을 합성하여 출력하거나 순차적으로 출력할 수도 있다.

햅틱 모듈(153)은, 진동 외에도, 접촉 피부면에 대해 수직 운동하는 핀 배열, 분사구나 흡입구를 통한 공기의 분사력이나 흡입력, 피부 표면에 대한 스침, 전극의 접촉, 정전기력 등의 자극에 의한 효과와, 흡열이나 발열 가능한 소자를 이용한 냉온감 재현에 의한 효과 등 다양한 촉각 효과를 발생시킬 수 있다.

햅틱 모듈(153)은 직접적인 접촉을 통해 촉각 효과를 전달할 수 있을 뿐만 아니라, 사용자가 손가락이나 팔 등의 근 감각을 통해 촉각 효과를 느낄 수 있도록 구현할 수도 있다. 햅틱 모듈(153)은 이동 단말기(100)의 구성 태양에 따라 2개 이상이 구비될 수 있다.

광 출력부(154)는 이동 단말기(100)의 광원의 빛을 이용하여 이벤트 발생을 알리기 위한 신호를 출력한다. 이동 단말기(100)에서 발생 되는 이벤트의 예로는 메시지 수신, 호 신호 수신, 부재중 전화, 알람, 일정 알림, 이메일 수신, 애플리케이션을 통한 정보 수신 등이 될 수 있다.

광 출력부(154)가 출력하는 신호는 이동 단말기가 전면이나 후면으로 단색이나 복수 색의 빛을 발광함에 따라 구현된다. 상기 신호 출력은 이동 단말기가 사용자의 이벤트 확인을 감지함에 의하여 종료될 수 있다.

인터페이스부(160)는 이동 단말기(100)에 연결되는 모든 외부 기기와의 통로 역할을 한다. 인터페이스부(160)는 외부 기기로부터 데이터를 전송받거나, 전원을 공급받아 이동 단말기(100) 내부의 각 구성요소에 전달하거나, 이동 단말기(100) 내부의 데이터가 외부 기기로 전송되도록 한다. 예를 들어, 유/무선 헤드셋 포트, 외부 충전기 포트, 유/무선 데이터 포트, 메모리 카드 포트, 식별 모듈이 구비된 장치를 연결하는 포트, 오디오 I/O 포트, 비디오 I/O 포트, 이어폰 포트 등이 인터페이스부(160)에 포함될 수 있다.

한편, 식별 모듈은 이동 단말기(100)의 사용 권한을 인증하기 위한 각종 정보를 저장한 칩으로서, 사용자 인증 모듈(user identify module; UIM), 가입자 인증 모듈(subscriber identity module; SIM), 범용 사용자 인증 모듈(universal subscriber identity module; USIM) 등을 포함할 수 있다. 식별 모듈이 구비된 장치(이하 '식별 장치')는, 스마트카드 형식으로 제작될 수 있다. 따라서 식별 장치는 상기 인터페이스부(160)를 통하여 단말기(100)와 연결될 수 있다.

또한, 상기 인터페이스부(160)는 이동 단말기(100)가 외부 크래들(cradle)과 연결될 때 상기 크래들로부터의 전원이 상기 이동 단말기(100)에 공급되는 통로가 되거나, 사용자에 의해 상기 크래들에서 입력되는 각종 명령 신호가 상기 이동 단말기(100)로 전달되는 통로가 될 수 있다. 상기 크래들로부터 입력되는 각종 명령 신호 또는 상기 전원은 상기 이동 단말기(100)가 상기 크래들에 정확히 장착되었음을 인지하기 위한 신호로 동작될 수 있다.

메모리(170)는 제어부(180)의 동작을 위한 프로그램을 저장할 수 있고, 입/출력되는 데이터들(예를 들어, 폰북, 메시지, 정지영상, 동영상 등)을 임시 저장할 수도 있다. 상기 메모리(170)는 상기 터치스크린 상의 터치 입력시 출력되는 다양한 패턴의 진동 및 음향에 관한 데이터를 저장할 수 있다.

메모리(170)는 플래시 메모리 타입, 하드디스크 타입, SSD 타입(Solid State Disk type), SDD 타입(Silicon Disk Drive type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입, 카드 타입의 메모리(예를 들어, SD 또는 XD 메모리 등), 램(RAM), SRAM, 롬(ROM), EEPROM(electrically erasable programmable ROM), PROM(programmable ROM), 자기 메모리, 자기 디스크 및 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다. 이동 단말기(100)는 인터넷상에서 상기 메모리(170)의 저장 기능을 수행하는 웹 스토리지와 관련되어 동작될 수도 있다.

한편, 앞서 살펴본 것과 같이, 제어부(180)는 응용 프로그램과 관련된 동작과, 통상적으로 이동 단말기(100)의 전반적인 동작을 제어한다. 예를 들어, 제어부(180)는 상기 이동 단말기의 상태가 설정된 조건을 만족하면, 애플리케이션들에 대한 사용자의 제어 명령의 입력을 제한하는 잠금 상태를 실행하거나, 해제할 수 있다.

또한, 제어부(180)는 음성 통화, 데이터 통신, 화상 통화 등과 관련된 제어 및 처리를 수행하거나, 터치스크린 상에서 행해지는 필기 입력 또는 그림 그리기 입력을 각각 문자 및 이미지로 인식할 수 있는 패턴 인식 처리를 행할 수 있다. 나아가 제어부(180)는 이하에서 설명되는 다양한 실시 예들을 본 발명에 따른 이동 단말기(100) 상에서 구현하기 위하여, 위에서 살펴본 구성요소들을 중 어느 하나 또는 복수를 조합하여 제어할 수 있다.

전원 공급부(190)는 제어부(180)의 제어에 의해 외부의 전원, 내부의 전원을 인가받아 각 구성요소들의 동작에 필요한 전원을 공급한다. 전원 공급부(190)는 배터리를 포함하며, 배터리는 충전 가능하도록 이루어지는 내장형 배터리가 될 수 있으며, 충전 등을 위하여 단말기 바디에 착탈 가능하게 결합될 수 있다.

또한, 전원 공급부(190)는 연결 포트를 구비할 수 있으며, 연결 포트는 배터리의 충전을 위하여 전원을 공급하는 외부 충전기가 전기적으로 연결되는 인터페이스(160)의 일 예로서 구성될 수 있다.

다른 예로서, 전원 공급부(190)는 상기 연결 포트를 이용하지 않고 무선 방식으로 배터리를 충전하도록 이루어질 수 있다. 이 경우에, 전원 공급부(190)는 외부의 무선 전력 전송 장치로부터 자기 유도 현상에 기초한 유도 결합(Inductive Coupling) 방식이나 전자기적 공진 현상에 기초한 공진 결합(Magnetic Resonance Coupling) 방식 중 하나 이상을 이용하여 전력을 전달받을 수 있다.

한편, 이하에서 다양한 실시 예는 예를 들어, 소프트웨어, 하드웨어 또는 이들의 조합된 것을 이용하여 컴퓨터 또는 이와 유사한 장치로 읽을 수 있는 기록매체 내에서 구현될 수 있다.

도 1b와 1c를 참조하면, 개시된 이동 단말기(100)는 바(bar) 형태의 단말기 바디(body)를 구비하고 있다. 다만, 본 발명은 여기에 한정되지 않고 와치 타입, 클립 타입, 글래스 타입 또는 2 이상의 바디들이 상대 이동 가능하게 결합되는 폴더 타입, 플립 타입, 슬라이드 타입, 스윙 타입, 스위블 타입 등 다양한 구조에 적용될 수 있다. 이동 단말기의 특정 유형에 관련될 것이나, 이동 단말기의 특정 유형에 관한 설명은 다른 타입의 이동 단말기에 일반적으로 적용될 수 있다.

여기에서, 단말기 바디는 이동 단말기(100)를 적어도 하나의 집합체로 보아 이를 지칭하는 개념으로 이해될 수 있다.

이동 단말기(100)는 외관을 이루는 케이스(예를 들면, 프레임, 하우징, 커버 등)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 이동 단말기(100)는 프론트 케이스(101)와 리어 케이스(102)를 포함할 수 있다. 프론트 케이스(101)와 리어 케이스(102)의 결합에 의해 형성되는 내부 공간에는 각종 전자 부품들이 배치된다. 프론트 케이스(101)와 리어 케이스(102) 사이에는 적어도 하나의 미들 케이스가 추가로 배치될 수 있다.

단말기 바디의 전면에는 디스플레이부(151)가 배치되어 정보를 출력할 수 있다. 도시된 바와 같이, 디스플레이부(151)의 윈도우(151a)는 프론트 케이스(101)에 장착되어 프론트 케이스(101)와 함께 단말기 바디의 전면을 형성할 수 있다.

경우에 따라서, 리어 케이스(102)에도 전자부품이 장착될 수 있다. 리어 케이스(102)에 장착 가능한 전자 부품은 착탈 가능한 배터리, 식별 모듈, 메모리 카드 등이 있다. 이 경우, 리어 케이스(102)에는 장착된 전자 부품을 덮기 위한 후면커버(103)가 착탈 가능하게 결합될 수 있다. 따라서, 후면 커버(103)가 리어 케이스(102)로부터 분리되면, 리어 케이스(102)에 장착된 전자 부품은 외부로 노출된다.

도시된 바와 같이, 후면 커버(103)가 리어 케이스(102)에 결합되면, 리어 케이스(102)의 측면 일부가 노출될 수 있다. 경우에 따라서, 상기 결합시 리어 케이스(102)는 후면 커버(103)에 의해 완전히 가려질 수도 있다. 한편, 후면 커버(103)에는 카메라(121b)나 음향 출력부(152b)를 외부로 노출시키기 위한 개구부가 구비될 수 있다.

이러한 케이스들(101, 102, 103)은 합성수지를 사출하여 형성되거나 금속 예를 들어, 스테인레스 스틸(STS), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti) 등으로 형성될 수도 있다.

이동 단말기(100)는, 복수의 케이스가 각종 전자 부품들을 수용하는 내부 공간을 마련하는 위의 예와 달리, 하나의 케이스가 상기 내부 공간을 마련하도록 구성될 수도 있다. 이 경우, 합성수지 또는 금속이 측면에서 후면으로 이어지는 유니 바디의 이동 단말기(100)가 구현될 수 있다.

한편, 이동 단말기(100)는 단말기 바디 내부로 물이 스며들지 않도록 하는 방수부(미도시)를 구비할 수 있다. 예를 들어, 방수부는 윈도우(151a)와 프론트 케이스(101) 사이, 프론트 케이스(101)와 리어 케이스(102) 사이 또는 리어 케이스(102)와 후면 커버(103) 사이에 구비되어, 이들의 결합 시 내부 공간을 밀폐하는 방수 부재를 포함할 수 있다.

이동 단말기(100)에는 디스플레이부(151), 제1 및 제2 음향 출력부(152a, 152b), 근접 센서(141), 조도 센서(142), 광 출력부(154), 제1 및 제2 카메라(121a, 121b), 제1 및 제2 조작유닛(123a, 123b), 마이크로폰(122), 인터페이스부(160) 등이 구비될 수 있다.

이하에서는, 도 1b 및 도 1c에 도시된 바와 같이, 단말기 바디의 전면에 디스플레이부(151), 제1 음향 출력부(152a), 근접 센서(141), 조도 센서(142), 광 출력부(154), 제1 카메라(121a) 및 제1 조작유닛(123a)이 배치되고, 단말기 바디의 측면에 제2 조작유닛(123b), 마이크로폰(122) 및 인터페이스부(160)가 배치되며, 단말기 바디의 후면에 제2 음향 출력부(152b) 및 제2 카메라(121b)가 배치된 이동 단말기(100)를 일 예로 들어 설명한다.

다만, 이들 구성은 이러한 배치에 한정되는 것은 아니다. 이들 구성은 필요에 따라 제외 또는 대체되거나, 다른 면에 배치될 수 있다. 예를 들어, 단말기 바디의 전면에는 제1 조작유닛(123a)이 구비되지 않을 수 있으며, 제2 음향 출력부(152b)는 단말기 바디의 후면이 아닌 단말기 바디의 측면에 구비될 수 있다.

디스플레이부(151)는 이동 단말기(100)에서 처리되는 정보를 표시(출력)한다. 예를 들어, 디스플레이부(151)는 이동 단말기(100)에서 구동되는 응용 프로그램의 실행 화면 정보, 또는 이러한 실행 화면 정보에 따른 UI, GUI 정보를 표시할 수 있다.

디스플레이부(151)는 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor-liquid crystal display, TFT LCD), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode, OLED), 플렉시블 디스플레이(flexible display), 3차원 디스플레이(3D display), 전자잉크 디스플레이(e-ink display) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.

또한, 디스플레이부(151)는 이동 단말기(100)의 구현 형태에 따라 2개 이상 존재할 수 있다. 이 경우, 이동 단말기(100)에는 복수의 디스플레이부들이 하나의 면에 이격되거나 일체로 배치될 수 있고, 또한 서로 다른 면에 각각 배치될 수도 있다.

디스플레이부(151)는 터치 방식에 의하여 제어 명령을 입력받을 수 있도록, 디스플레이부(151)에 대한 터치를 감지하는 터치 센서를 포함할 수 있다. 이를 이용하여, 디스플레이부(151)에 대하여 터치가 이루어지면, 터치 센서는 상기 터치를 감지하고, 제어부(180)는 이에 근거하여 상기 터치에 대응하는 제어 명령을 발생시키도록 이루어질 수 있다. 터치 방식에 의하여 입력되는 내용은 문자 또는 숫자이거나, 각종 모드에서의 지시 또는 지정 가능한 메뉴 항목 등일 수 있다.

한편, 터치 센서는, 터치 패턴을 구비하는 필름 형태로 구성되어 윈도우(151a)와 윈도우(151a)의 배면 상의 디스플레이(미도시) 사이에 배치되거나, 윈도우(151a)의 배면에 직접 패터닝되는 메탈 와이어가 될 수도 있다. 또는, 터치 센서는 디스플레이와 일체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 터치 센서는, 디스플레이의 기판상에 배치되거나, 디스플레이의 내부에 구비될 수 있다.

이처럼, 디스플레이부(151)는 터치 센서와 함께 터치스크린을 형성할 수 있으며, 이 경우에 터치스크린은 사용자 입력부(123, 도 1a 참조)로 기능할 수 있다. 경우에 따라, 터치스크린은 제1 조작유닛(123a)의 적어도 일부 기능을 대체할 수 있다.

제1 음향 출력부(152a)는 통화음을 사용자의 귀에 전달시키는 리시버로 구현될 수 있으며, 제2 음향 출력부(152b)는 각종 알람음이나 멀티미디어의 재생음을 출력하는 라우드 스피커(loud speaker)의 형태로 구현될 수 있다.

디스플레이부의 윈도우(151a)에는 제1 음향 출력부(152a)로부터 발생되는 사운드의 방출을 위한 음향 홀이 형성될 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 사운드는 구조물 간의 조립 틈(예를 들어, 윈도우(151a)와 프론트 케이스(101) 간의 틈)을 따라 방출되도록 구성될 수 있다. 이 경우, 외관상 음향 출력을 위하여 독립적으로 형성되는 홀이 보이지 않거나 숨겨져 이동 단말기(100)의 외관이 보다 심플해질 수 있다.

광 출력부(154)는 이벤트의 발생시 이를 알리기 위한 빛을 출력하도록 이루어진다. 상기 이벤트의 예로는 메시지 수신, 호 신호 수신, 부재중 전화, 알람, 일정 알림, 이메일 수신, 애플리케이션을 통한 정보 수신 등을 들 수 있다. 제어부(180)는 사용자의 이벤트 확인이 감지되면, 빛의 출력이 종료되도록 광 출력부(154)를 제어할 수 있다.

제1 카메라(121a)는 촬영 모드 또는 화상통화 모드에서 이미지 센서에 의해 얻어지는 정지영상 또는 동영상의 화상 프레임을 처리한다. 처리된 화상 프레임은 디스플레이부(151)에 표시될 수 있으며, 메모리(170)에 저장될 수 있다.

제1 및 제2 조작유닛(123a, 123b)은 이동 단말기(100)의 동작을 제어하기 위한 명령을 입력받기 위해 조작되는 사용자 입력부(123)의 일 예로서, 조작부(manipulating portion)로도 통칭될 수 있다. 제1 및 제2 조작유닛(123a, 123b)은 터치, 푸시, 스크롤 등 사용자가 촉각적인 느낌을 받으면서 조작하게 되는 방식(tactile manner)이라면 어떤 방식이든 채용될 수 있다. 또한, 제1 및 제2 조작유닛(123a, 123b)은 근접 터치, 호버링 터치 등을 통해서 사용자의 촉각적인 느낌이 없이 조작하게 되는 방식으로도 채용될 수 있다.

본 도면에서는 제1 조작유닛(123a)이 터치 키(touch key)인 것으로 예시하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 조작유닛(123a)은 푸시 키(mechanical key)가 되거나, 터치 키와 푸시 키의 조합으로 구성될 수 있다.

제1 및 제2 조작유닛(123a, 123b)에 의하여 입력되는 내용은 다양하게 설정될 수 있다. 예를 들어, 제1 조작유닛(123a)은 메뉴, 홈키, 취소, 검색 등의 명령을 입력받고, 제2 조작유닛(123b)은 제1 또는 제2 음향 출력부(152a, 152b)에서 출력되는 음향의 크기 조절, 디스플레이부(151)의 터치 인식 모드로의 전환 등의 명령을 입력받을 수 있다.

한편, 단말기 바디의 후면에는 사용자 입력부(123)의 다른 일 예로서, 후면 입력부(미도시)가 구비될 수 있다. 이러한 후면 입력부는 이동 단말기(100)의 동작을 제어하기 위한 명령을 입력받기 위해 조작되는 것으로서, 입력되는 내용은 다양하게 설정될 수 있다. 예를 들어, 전원의 온/오프, 시작, 종료, 스크롤 등과 같은 명령, 제1 및 제2 음향 출력부(152a, 152b)에서 출력되는 음향의 크기 조절, 디스플레이부(151)의 터치 인식 모드로의 전환 등과 같은 명령을 입력받을 수 있다. 후면 입력부는 터치 입력, 푸시 입력 또는 이들의 조합에 의한 입력이 가능한 형태로 구현될 수 있다.

후면 입력부는 단말기 바디의 두께 방향으로 전면의 디스플레이부(151)와 중첩되게 배치될 수 있다. 일 예로, 사용자가 단말기 바디를 한 손으로 쥐었을 때 검지를 이용하여 용이하게 조작 가능하도록, 후면 입력부는 단말기 바디의 후면 상단부에 배치될 수 있다. 다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 후면 입력부의 위치는 변경될 수 있다.

이처럼 단말기 바디의 후면에 후면 입력부가 구비되는 경우, 이를 이용한 새로운 형태의 유저 인터페이스가 구현될 수 있다. 또한, 앞서 설명한 터치스크린 또는 후면 입력부가 단말기 바디의 전면에 구비되는 제1 조작유닛(123a)의 적어도 일부 기능을 대체하여, 단말기 바디의 전면에 제1 조작유닛(123a)이 미배치되는 경우, 디스플레이부(151)가 보다 대화면으로 구성될 수 있다.

한편, 이동 단말기(100)에는 사용자의 지문을 인식하는 지문 인식 센서가 구비될 수 있으며, 제어부(180)는 지문 인식 센서를 통하여 감지되는 지문 정보를 인증수단으로 이용할 수 있다. 상기 지문 인식 센서는 디스플레이부(151) 또는 사용자 입력부(123)에 내장될 수 있다.

마이크로폰(122)은 사용자의 음성, 기타 소리 등을 입력받도록 이루어진다. 마이크로폰(122)은 복수의 개소에 구비되어 스테레오 음향을 입력받도록 구성될 수 있다.

인터페이스부(160)는 이동 단말기(100)를 외부기기와 연결시킬 수 있는 통로가 된다. 예를 들어, 인터페이스부(160)는 다른 장치(예를 들어, 이어폰, 외장 스피커)와의 연결을 위한 접속단자, 근거리 통신을 위한 포트(예를 들어, 적외선 포트(IrDA Port), 블루투스 포트(Bluetooth Port), 무선 랜 포트(Wireless LAN Port) 등), 또는 이동 단말기(100)에 전원을 공급하기 위한 전원 공급 단자 중 적어도 하나일 수 있다. 이러한 인터페이스부(160)는 SIM 또는 UIM, 정보 저장을 위한 메모리 카드 등의 외장형 카드를 수용하는 소켓의 형태로 구현될 수도 있다.

단말기 바디의 후면에는 제2 카메라(121b)가 배치될 수 있다. 이 경우, 제2 카메라(121b)는 제1 카메라(121a)와 실질적으로 반대되는 촬영 방향을 가지게 된다.

제2 카메라(121b)는 적어도 하나의 라인을 따라 배열되는 복수의 렌즈를 포함할 수 있다. 복수의 렌즈는 행렬 형식으로 배열될 수도 있다. 이러한 카메라는, '어레이(array) 카메라'로 명명될 수 있다. 제2 카메라(121b)가 어레이 카메라로 구성되는 경우, 복수의 렌즈를 이용하여 다양한 방식으로 영상을 촬영할 수 있으며, 보다 나은 품질의 영상을 획득할 수 있다.

플래시(124)는 제2 카메라(121b)에 인접하게 배치될 수 있다. 플래시(124)는 제2 카메라(121b)로 피사체를 촬영하는 경우에 피사체를 향하여 빛을 비추게 된다.

단말기 바디에는 제2 음향 출력부(152b)가 추가로 배치될 수 있다. 제2 음향 출력부(152b)는 제1 음향 출력부(152a)와 함께 스테레오 기능을 구현할 수 있으며, 통화시 스피커폰 모드의 구현을 위하여 사용될 수도 있다.

단말기 바디에는 무선 통신을 위한 적어도 하나의 안테나가 구비될 수 있다. 안테나는 단말기 바디에 내장되거나, 케이스에 형성될 수 있다. 예를 들어, 방송 수신 모듈(111, 도 1a 참조)의 일부를 이루는 안테나는 단말기 바디에서 인출 가능하게 구성될 수 있다. 또는, 안테나는 필름 타입으로 형성되어 후면 커버(103)의 내측면에 부착될 수도 있고, 도전성 재질을 포함하는 케이스가 안테나로서 기능하도록 구성될 수도 있다.

단말기 바디에는 이동 단말기(100)에 전원을 공급하기 위한 전원 공급부(190, 도 1a 참조)가 구비된다. 전원 공급부(190)는 단말기 바디에 내장되거나, 단말기 바디의 외부에서 착탈 가능하게 구성되는 배터리(191)를 포함할 수 있다.

배터리(191)는 인터페이스부(160)에 연결되는 전원 케이블을 통하여 전원을 공급받도록 구성될 수 있다. 또한, 배터리(191)는 무선 충전 기기를 통하여 무선 충전 가능하도록 구성될 수도 있다. 상기 무선 충전은 자기 유도 방식 또는 공진 방식(자기 공명 방식)에 의하여 구현될 수 있다.

한편, 본 도면에서는 후면 커버(103)가 배터리(191)를 덮도록 리어 케이스(102)에 결합되어 배터리(191)의 이탈을 제한하고, 배터리(191)를 외부 충격과 이물질로부터 보호하도록 구성된 것을 예시하고 있다. 배터리(191)가 단말기 바디에 착탈 가능하게 구성되는 경우, 후면 커버(103)는 리어 케이스(102)에 착탈 가능하게 결합될 수 있다.

이동 단말기(100)에는 외관을 보호하거나, 이동 단말기(100)의 기능을 보조 또는 확장시키는 액세서리가 추가될 수 있다. 이러한 액세서리의 일 예로, 이동 단말기(100)의 적어도 일면을 덮거나 수용하는 커버 또는 파우치를 들 수 있다. 커버 또는 파우치는 디스플레이부(151)와 연동되어 이동 단말기(100)의 기능을 확장시키도록 구성될 수 있다. 액세서리의 다른 일 예로, 터치스크린에 대한 터치 입력을 보조 또는 확장하기 위한 터치펜을 들 수 있다.

한편, 이동 단말기는 사용자가 주로 손에 쥐고 사용하는 차원을 넘어서, 신체에 착용할 수 있는 웨어러블 디바이스(wearable device)로 확장될 수 있다. 이러한 웨어러블 디바이스에는 스마트 워치, 스마트 글래스, HMD 등이 있다. 이하, 웨어러블 디바이스로 확장된 이동 단말기의 예들에 대하여 설명하기로 한다.

웨어러블 디바이스는 다른 이동 단말기(100)와 데이터를 상호 교환(또는 연동) 가능하게 이루어질 수 있다. 근거리 통신 모듈(114)은, 이동 단말기(100) 주변에 통신 가능한 웨어러블 디바이스를 감지(또는 인식)할 수 있다. 나아가, 제어부(180)는 감지된 웨어러블 디바이스가 이동 단말기(100)와 통신하도록 인증된 디바이스인 경우, 이동 단말기(100)에서 처리되는 데이터의 적어도 일부를, 근거리 통신 모듈(114)을 통하여 웨어러블 디바이스로 전송할 수 있다. 따라서, 사용자는 이동 단말기(100)에서 처리되는 데이터를 웨어러블 디바이스를 통하여 이용할 수 있다. 예를 들어, 이동 단말기(100)에 전화가 수신된 경우 웨어러블 디바이스를 통해 전화 통화를 수행하거나, 이동 단말기(100)에 메시지가 수신된 경우 웨어러블 디바이스를 통해 상기 수신된 메시지를 확인하는 것이 가능하다.

도 2는 본 발명의 다른 일 실시 예와 관련된 와치 타입의 이동 단말기(200)의 일 예를 보인 사시도이다.

도 2를 참조하면, 와치 타입의 이동 단말기(200)는 디스플레이부(251)를 구비하는 본체(201) 및 본체(201)에 연결되어 손목에 착용 가능하도록 구성되는 밴드(202)를 포함한다. 일반적으로 이동 단말기(200)는 도 1a 내지 1c의 이동 단말기(100)의 특징 또는 그와 유사한 특징을 포함할 수 있다.

본체(201)는 외관을 형성하는 케이스를 포함한다. 도시된 바와 같이, 케이스는 각종 전자부품들을 수용하는 내부 공간을 마련하는 제1케이스(201a) 및 제2케이스(201b)를 포함할 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 하나의 케이스가 상기 내부 공간을 마련하도록 구성되어 유니 바디의 이동 단말기(200)가 구현될 수도 있다.

와치 타입의 이동 단말기(200)는 무선 통신이 가능하도록 구성되며, 본체(201)에는 상기 무선 통신을 위한 안테나가 설치될 수 있다. 한편, 안테나는 케이스를 이용하여 그 성능을 확장시킬 수 있다. 예를 들어, 도전성 재질을 포함하는 케이스가 안테나와 전기적으로 연결되어 그라운드 영역 또는 방사 영역을 확장시키도록 구성될 수 있다.

본체(201)의 전면에는 디스플레이부(251)가 배치되어 정보를 출력할 수 있으며, 디스플레이부(251)에는 터치 센서가 구비되어 터치스크린으로 구현될 수 있다. 도시된 바와 같이, 디스플레이부(251)의 윈도우(251a)는 제1 케이스(201a)에 장착되어 제1 케이스(201a)와 함께 단말기 바디의 전면을 형성할 수 있다.

본체(201)에는 음향 출력부(252), 카메라(221), 마이크로폰(222), 사용자 입력부(223) 등이 구비될 수 있다. 디스플레이부(251)가 터치스크린으로 구현되는 경우, 사용자 입력부(223)로 기능할 수 있으며, 이에 따라 본체(201)에 별도의 키가 구비되지 않을 수 있다.

밴드(202)는 손목에 착용되어 손목을 감싸도록 이루어지며, 착용이 용이하도록 플렉시블 재질로 형성될 수 있다. 그러한 예로서, 밴드(202)는 가죽, 고무, 실리콘, 합성수지 재질 등으로 형성될 수 있다. 또한, 밴드(202)는 본체(201)에 착탈 가능하게 구성되어, 사용자가 취향에 따라 다양한 형태의 밴드로 교체 가능하게 구성될 수 있다.

한편, 밴드(202)는 안테나의 성능을 확장시키는 데에 이용될 수 있다. 예를 들어, 밴드에는 안테나와 전기적으로 연결되어 그라운드 영역을 확장시키는 그라운드 확장부(미도시)가 내장될 수 있다.

밴드(202)에는 파스너(fastener; 202a)가 구비될 수 있다. 파스너(202a)는 버클(buckle), 스냅-핏(snap-fit)이 가능한 후크(hook) 구조, 또는 벨크로(velcro; 상표명) 등에 의하여 구현될 수 있으며, 신축성이 있는 구간 또는 재질을 포함할 수 있다. 본 도면에서는, 파스너(202a)가 버클 형태로 구현된 예를 제시하고 있다.

도 3은 본 발명의 또 다른 일 실시 예와 관련된 글래스 타입의 이동 단말기(300)의 일 예를 보인 사시도이다.

글래스 타입의 이동 단말기(300)는 인체의 두부에 착용 가능하도록 구성되며, 이를 위한 프레임부(케이스, 하우징 등)를 구비할 수 있다. 프레임부는 착용이 용이하도록 플렉시블 재질로 형성될 수 있다. 본 도면에서는, 프레임부가 서로 다른 재질의 제1 프레임(301)과 제2 프레임(302)을 포함하는 것을 예시하고 있다. 일반적으로 이동 단말기(300)는 도 1a 내지 1c의 이동 단말기(100)의 특징 또는 그와 유사한 특징을 포함할 수 있다.

프레임부는 두부에 지지되며, 각종 부품들이 장착되는 공간을 마련한다. 도시된 바와 같이, 프레임부에는 제어 모듈(380), 음향 출력 모듈(352) 등과 같은 전자부품이 장착될 수 있다. 또한, 프레임부에는 좌안 및 우안 중 적어도 하나를 덮는 렌즈(303)가 착탈 가능하게 장착될 수 있다.

제어 모듈(380)은 이동 단말기(300)에 구비되는 각종 전자부품을 제어하도록 이루어진다. 제어 모듈(380)은 앞서 설명한 제어부(180)에 대응되는 구성으로 이해될 수 있다. 본 도면에서는, 제어 모듈(380)이 일측 두부 상의 프레임부에 설치된 것을 예시하고 있다. 하지만, 제어 모듈(380)의 위치는 이에 한정되지 않는다.

디스플레이부(351)는 헤드 마운티드 디스플레이(HMD) 형태로 구현될 수 있다. HMD 형태란, 두부에 장착되어, 사용자의 눈앞에 직접 영상을 보여주는 디스플레이 방식을 말한다. 사용자가 글래스 타입의 이동 단말기(300)를 착용하였을 때, 사용자의 눈앞에 직접 영상을 제공할 수 있도록, 디스플레이부(351)는 좌안 및 우안 중 적어도 하나에 대응되게 배치될 수 있다. 본 도면에서는, 사용자의 우안을 향하여 영상을 출력할 수 있도록, 디스플레이부(351)가 우안에 대응되는 부분에 위치한 것을 예시하고 있다.

디스플레이부(351)는 프리즘을 이용하여 사용자의 눈으로 이미지를 투사할 수 있다. 또한, 사용자가 투사된 이미지와 전방의 일반 시야(사용자가 눈을 통하여 바라보는 범위)를 함께 볼 수 있도록, 프리즘은 투광성으로 형성될 수 있다.

이처럼, 디스플레이부(351)를 통하여 출력되는 영상은, 일반 시야와 오버랩(overlap)되어 보여질 수 있다. 이동 단말기(300)는 이러한 디스플레이의 특성을 이용하여 현실의 이미지나 배경에 가상 이미지를 겹쳐서 하나의 영상으로 보여주는 증강현실(Augmented Reality, AR)을 제공할 수 있다.

카메라(321)는 좌안 및 우안 중 적어도 하나에 인접하게 배치되어, 전방의 영상을 촬영하도록 형성된다. 카메라(321)가 눈에 인접하여 위치하므로, 카메라(321)는 사용자가 바라보는 장면을 영상으로 획득할 수 있다.

본 도면에서는, 카메라(321)가 제어 모듈(380)에 구비된 것을 예시하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 카메라(321)는 상기 프레임부에 설치될 수도 있으며, 복수 개로 구비되어 입체 영상을 획득하도록 이루어질 수도 있다.

글래스 타입의 이동 단말기(300)는 제어 명령을 입력받기 위하여 조작되는 사용자 입력부(323a, 323b)를 구비할 수 있다. 사용자 입력부(323a, 323b)는 터치, 푸시 등 사용자가 촉각적인 느낌을 가면서 조작하게 되는 방식(tactile manner)이라면 어떤 방식이든 채용될 수 있다. 본 도면에서는, 프레임부와 제어 모듈(380)에 각각 푸시 및 터치 입력 방식의 사용자 입력부(323a, 323b)가 구비된 것을 예시하고 있다.

또한, 글래스 타입의 이동 단말기(300)에는 사운드를 입력받아 전기적인 음성 데이터로 처리하는 마이크로폰(미도시) 및 음향을 출력하는 음향 출력 모듈(352)이 구비될 수 있다. 음향 출력 모듈(352)은 일반적인 음향 출력 방식 또는 골전도 방식으로 음향을 전달하도록 이루어질 수 있다. 음향 출력 모듈(352)이 골전도 방식으로 구현되는 경우, 사용자가 이동 단말기(300)를 착용시, 음향 출력 모듈(352)은 두부에 밀착되며, 두개골을 진동시켜 음향을 전달하게 된다.

다음으로, 본 발명에 따른 이동 단말기를 통해 실시 가능한 통신 시스템에 대하여 살펴본다.

먼저, 통신 시스템은, 서로 다른 무선 인터페이스 및/또는 물리 계층을 이용할 수도 있다. 예를 들어, 통신 시스템에 의해 이용 가능한 무선 인터페이스에는, 주파수 분할 다중 접속(Frequency Division Multiple Access, FDMA), 시분할 다중 접속(Time Division Multiple Access, TDMA), 코드 분할 다중 접속(Code Division Multiple Access, CDMA), 범용 이동 통신 시스템(Universal Mobile Telecommunications Systems, UMTS)(특히, LTE, LTE-A), 이동 통신 글로벌 시스템(Global System for Mobile Communications, GSM) 등이 포함될 수 있다.

이하에서는, 설명의 편의를 위하여, CDMA에 한정하여 설명하도록 한다. 그러나 본 발명은, CDMA 무선 통신 시스템뿐만 아니라 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 무선 통신 시스템을 포함한 모든 통신 시스템 적용될 수 있음은 자명하다.

CDMA 무선 통신 시스템은, 적어도 하나의 단말기(100), 적어도 하나의 기지국(Base Station, BS(Node B 혹은 Evolved Node B로 명칭될 수도 있다.)), 적어도 하나의 기지국 제어부(Base Station Controllers, BSCs), 이동 스위칭 센터(Mobile Switching Center, MSC)를 포함할 수 있다. MSC는, 일반 전화 교환망(Public Switched Telephone Network, PSTN) 및 BSCs와 연결되도록 구성된다. BSCs는, 백홀 라인(backhaul line)을 통하여, BS와 짝을 이루어 연결될 수 있다. 백홀 라인은, E1/T1, ATM, IP, PPP, Frame Relay, HDSL, ADSL 또는 xDSL 중 적어도 하나에 따라서 구비될 수 있다. 따라서, 복수의 BSCs가 CDMA 무선 통신 시스템에 포함될 수 있다.

복수의 BS 각각은 적어도 하나의 섹터를 포함할 수 있고, 각각의 섹터는, 전방향성 안테나 또는 BS로부터 방사상의 특정 방향을 가리키는 안테나를 포함할 수 있다. 또한, 각각의 섹터는, 다양한 형태의 안테나를 두 개 이상 포함할 수도 있다. 각각의 BS는, 복수의 주파수 할당을 지원하도록 구성될 수 있고, 복수의 주파수 할당은 각각 특정 스펙트럼(예를 들어, 1.25MHz, 5MHz 등)을 가질 수 있다.

섹터와 주파수 할당의 교차는, CDMA 채널이라고 불릴 수 있다. BS는, 기지국 송수신 하부 시스템(Base Station Transceiver Subsystem, BTSs)이라고 불릴 수 있다. 이러한 경우, 하나의 BSC 및 적어도 하나의 BS를 합하여 "기지국"이라고 칭할 수 있다. 기지국은, 또한 "셀 사이트"를 나타낼 수도 있다. 또는, 특정 BS에 대한 복수의 섹터들 각각은, 복수의 셀 사이트로 불릴 수도 있다.

방송 송신부(Broadcasting Transmitter, BT) 는, 시스템 내에서 동작하는 단말기들(100)에게 방송 신호를 송신한다. 도 1a에 도시된 방송 수신 모듈(111)은, BT에 의해 전송되는 방송 신호를 수신하기 위해 단말기(100) 내에 구비된다.

뿐만 아니라, CDMA 무선 통신 시스템에는 이동 단말기(100)의 위치를 확인하기 위한, GPS와 연계될 수 있다. 상기 위성은, 이동 단말기(100)의 위치를 파악하는 것을 돕는다. 유용한 위치 정보는, 두 개 이하 또는 이상의 위성들에 의해 획득될 수도 있다. 여기에서는, GPS 추적 기술뿐만 아니라 위치를 추적할 수 있는 모든 기술들을 이용하여 이동 단말기(100)의 위치가 추적될 수 있다. 또한, GPS 위성 중 적어도 하나는, 선택적으로 또는 추가로 위성 DMB 전송을 담당할 수도 있다.

이동 단말기에 구비된 위치정보 모듈(115)은 이동 단말기의 위치를 탐지, 연산 또는 식별하기 위한 것으로, 대표적인 예로는 GPS 모듈 및 Wi-Fi 모듈을 포함할 수 있다. 필요에 따라서, 위치 정보 모듈(115)은 치환 또는 부가적으로 이동 단말기의 위치에 관한 데이터를 얻기 위해 무선 통신부(110)의 다른 모듈 중 어느 기능을 수행할 수 있다.

상기 GPS 모듈(115)은 3개 이상의 위성으로부터 떨어진 거리 정보와 정확한 시간 정보를 산출한 다음 상기 산출된 정보에 삼각법을 적용함으로써, 위도, 경도, 및 고도에 따른 3차원의 현 위치 정보를 정확히 산출할 수 있다. 현재, 3개의 위성을 이용하여 위치 및 시간 정보를 산출하고, 또 다른 1개의 위성을 이용하여 상기 산출된 위치 및 시간 정보의 오차를 수정하는 방법이 널리 사용되고 있다. 또한, GPS 모듈(115)은 현 위치를 실시간으로 계속 산출함으로써 속도 정보를 산출할 수 있다. 다만, 실내와 같이 위성 신호의 음영 지대에서는 GPS 모듈을 이용하여 정확히 이동 단말기의 위치를 측정하는 것이 어렵다. 이에 따라, GPS 방식의 측위를 보상하기 위해, 와이파이 위치 추적 시스템(WPS)이 활용될 수 있다.

와이파이 위치 추적 시스템(WPS)은 이동 단말기(100)에 구비된 Wi-Fi 모듈 및 상기 Wi-Fi 모듈과 무선 신호를 송신 또는 수신하는 무선 AP를 이용하여, 이동 단말기(100)의 위치를 추적하는 기술로서, Wi-Fi를 이용한 WLAN 기반의 위치 측위 기술을 의미한다.

와이-파이 위치 추적 시스템은 와이-파이 위치 측위 서버, 이동 단말기(100), 상기 이동 단말기(100)와 접속된 무선 AP, 임의의 무선 AP 정보가 저장된 데이터 베이스를 포함할 수 있다.

무선 AP와 접속 중인 이동 단말기(100)는 와이-파이 위치 측위 서버로 위치 정보 요청 메시지를 전송할 수 있다.

와이-파이 위치 측위 서버는 이동 단말기(100)의 위치 정보 요청 메시지(또는 신호)에 근거하여, 이동 단말기(100)와 접속된 무선 AP의 정보를 추출한다. 상기 이동 단말기(100)와 접속된 무선 AP의 정보는 이동 단말기(100)를 통해 상기 와이-파이 위치 측위 서버로 전송되거나, 무선 AP에서 와이-파이 위치 측위 서버로 전송될 수 있다.

상기 이동 단말기(100)의 위치 정보 요청 메시지에 근거하여, 추출되는 무선 AP의 정보는 MAC Address, SSID(Service Set IDentification), RSSI(Received Signal Strength Indicator), RSRP(Reference Signal Received Power), RSRQ(Reference Signal Received Quality), 채널 정보, Privacy, Network Type, 신호 세기(Signal Strength) 및 노이즈 세기(Noise Strength) 중 적어도 하나일 수 있다.

와이-파이 위치 측위 서버는 위와 같이, 이동 단말기(100)와 접속된 무선 AP의 정보를 수신하여, 미리 구축된 데이터베이스로부터 이동 단말기가 접속 중인 무선 AP와 대응되는 무선 AP 정보를 추출할 수 있다. 이때, 상기 데이터베이스에 저장되는 임의의 무선 AP 들의 정보는 MAC Address, SSID, 채널정보, Privacy, Network Type, 무선 AP의 위경도 좌표, 무선 AP가 위치한 건물명, 층수, 실내 상세 위치 정보(GPS 좌표 이용 가능), AP 소유자의 주소, 전화번호 등의 정보일 수 있다. 이때, 측위 과정에서 이동형 AP나 불법 MAC 주소를 이용하여 제공되는 무선 AP를 측위 과정에서 제거하기 위해, 와이-파이 위치 측위 서버는 RSSI가 높은 순서대로 소정 개수의 무선 AP 정보만을 추출할 수도 있다.

이후, 와이-파이 위치 측위 서버는 데이터 베이스로부터 추출된 적어도 하나의 무선 AP 정보를 이용하여 이동 단말기(100)의 위치 정보를 추출(또는 분석)할 수 있다. 포함된 정보와 상기 수신된 무선 AP 정보를 비교하여, 상기 이동 단말기(100)의 위치 정보를 추출(또는 분석)한다.

이동 단말기(100)의 위치 정보를 추출(또는 분석)하기 위한 방법으로, Cell-ID 방식, 핑거 프린트 방식, 삼각 측량 방식 및 랜드마크 방식 등이 활용될 수 있다.

Cell-ID 방식은 이동 단말기가 수집한 주변의 무선 AP 정보 중 신호 세기가 가장 강한 무선 AP의 위치를 이동 단말기의 위치로 결정하는 방법이다. 구현이 단순하고 별도의 비용이 들지 않으며 위치 정보를 신속히 얻을 수 있다는 장점이 있지만 무선 AP의 설치 밀도가 낮으면 측위 정밀도가 떨어진다는 단점이 있다.

핑거 프린트 방식은 서비스 지역에서 참조 위치를 선정하여 신호 세기 정보를 수집하고, 수집한 정보를 바탕으로 이동 단말기에서 전송하는 신호 세기 정보를 통해 위치를 추정하는 방법이다. 핑거 프린트 방식을 이용하기 위해서는, 사전에 미리 전파 특성을 데이터베이스화할 필요가 있다.

삼각 측량 방식은 적어도 세 개의 무선 AP의 좌표와 이동 단말기 사이의 거리를 기초로 이동 단말기의 위치를 연산하는 방법이다. 이동 단말기와 무선 AP 사이의 거리를 측정하기 위해, 신호 세기를 거리 정보로 변환하거나, 무선 신호가 전달되는 시간(Time of Arrival, ToA), 신호가 전달되는 시간 차이(Time Difference of Arrival, TDoA), 신호가 전달되는 각도(Angle of Arrival, AoA) 등을 이용할 수 있다.

랜드마크 방식은 위치를 알고 있는 랜드마크 발신기를 이용하여 이동 단말기의 위치를 측정하는 방법이다.

열거된 방법 이외에도 다양한 알고리즘이 이동 단말기의 위치 정보를 추출(또는 분석)하기 위한 방법으로 활용될 수 있다.

이렇게 추출된 이동 단말기(100)의 위치정보는 상기 와이-파이 위치 측위 서버를 통해 이동 단말기(100)로 전송됨으로써, 이동 단말기(100)는 위치 정보를 획득할 수 있다.

이동 단말기(100)는 적어도 하나의 무선 AP에 접속됨으로써, 위치 정보를 획득할 수 있다. 이때, 이동 단말기(100)의 위치 정보를 획득하기 위해 요구되는 무선 AP의 개수는 이동 단말기(100)가 위치한 무선 통신 환경에 따라 다양하게 변경될 수 있다.

앞서, 도 1a를 통해 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 이동 단말기에는 블루투스, RFID, 적외선 통신(IrDA), UWB, 지그비(ZigBee), NFC(Near Field Communication), Wireless USB 등의 근거리 통신 기술이 적용될 수 있다.

이 중, 이동 단말기에 구비된 NFC 모듈은 10cm 안팎의 거리에서 단말 간 비접촉식 근거리 무선 통신을 지원한다. NFC 모듈은 카드 모드, 리더 모드 및 P2P 모드 중 어느 하나로 동작할 수 있다. NFC 모듈이 카드 모드로 운용되기 위해서, 이동 단말기(100)는 카드 정보를 저장하는 보안 모듈을 더 포함할 수도 있다. 여기서, 보안 모듈이란 UICC(Universal Integrated Circuit Card)(예컨대, SIM 또는 USIM), Secure micro SD 및 스티커 등 물리적 매체일 수도 있고, 이동 단말기에 임베디드되어 있는 논리적 매체(예컨대, embedded SE(Secure element))일 수도 있다. NFC 모듈과 보안 모듈 사이에는 SWP(Single Wire Protocol)에 기반한 데이터 교환이 이루어질 수 있다.

NFC 모듈이 카드 모드로 운용되는 경우, 이동 단말기는 전통적인 IC 카드처럼 저장하고 있는 카드 정보를 외부로 전달할 수 있다. 구체적으로, 신용카드 또는 버스 카드 등 결제용 카드의 카드 정보를 저장하는 이동 단말기를 요금 결제기에 근접시키면, 모바일 근거리 결제가 처리될 수 있고, 출입용 카드의 카드 정보를 저장하는 이동 단말기를 출입 승인기에 근접시키면, 출입의 승인 절차가 시작될 수 있다. 신용카드, 교통카드 및 출입카드 등의 카드는 애플릿(applet) 형태로 보안 모듈에 탑재되고, 보안 모듈은 탑재된 카드에 대한 카드 정보를 저장할 수 있다. 여기서, 결제용 카드의 카드 정보는 카드 번호, 잔액, 사용 내역 중 적어도 하나일 수 있고, 출입용 카드의 카드 정보는, 사용자의 이름, 번호(예컨대, 사용자의 학번 또는 사번), 출입 내역 중 적어도 하나일 수 있다.

NFC 모듈이 리더 모드로 운용되는 경우, 이동 단말기는 외부의 태그(Tag)로부터 데이터를 독출할 수 있다. 이때, 이동 단말기가 태그로부터 수신하는 데이터는 NFC 포럼에서 정하는 데이터 교환 포맷(NFC Data Exchange Format)으로 코딩될 수 있다. 아울러, NFC 포럼에서는 4개의 레코드 타입을 규정한다. 구체적으로, NFC 포럼에서는 스마트 포스터(Smart Poster), 텍스트(Text), URI(Uniform Resource Identifier) 및 일반 제어 등 4개의 RTD(Record Type Definition)를 규정한다. 태그로부터 수신한 데이터가 스마트 포스터 타입이면, 제어부는 브라우저(예컨대, 인터넷 브라우저)를 실행하고, 태그로부터 수신한 데이터가 텍스트 타입인 경우, 제어부는 텍스트 뷰어를 실행할 수 있다. 태그로부터 수신한 데이터가 URI 타입이면, 제어부는 브라우저를 실행하거나 전화를 걸고, 태그로부터 수신한 데이터가 일반 제어 타입이면, 제어 내용에 따라 적절한 동작을 실행할 수 있다.

NFC 모듈이 P2P(Peer-to-Peer) 모드로 운용되면, 이동 단말기는 다른 이동 단말기와 P2P 통신을 수행할 수 있다. 이때, P2P 통신에는 LLCP(Logical Link Control Protocol) 가 적용될 수 있다. P2P 통신을 위해 이동 단말기와 다른 이동 단말기 사이에는 커넥션(connection)이 생성될 수 있다. 이때, 생성되는 커넥션은 1개의 패킷을 교환하고 종료되는 비접속형 모드(connectionless mode)와 연속적으로 패킷을 교환하는 접속형 지향 모드(connection-oriented mode)로 구분될 수 있다. P2P 통신을 통해, 전자적 형태의 명함, 연락처 정보, 디지털 사진, URL 등의 데이터 및 블루투스, Wi-Fi 연결을 위한 셋-업 파라미터 등이 교환될 수 있다. 다만, NFC 통신의 가용 거리는 짧으므로, P2P 모드는 크기가 작은 데이터를 교환하는 것에 효과적으로 활용될 수 있을 것이다.

이하에서는 이와 같이 구성된 이동 단말기에서 구현될 수 있는 제어 방법과 관련된 실시 예들에 대해 첨부된 도면을 참조하여 살펴보겠다. 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.

이동 단말기로서 도 1a에 도시된 이동 단말기(100) 외에 도 2 내지 3에 도시된 이동 단말기(200, 300)로 구현될 수도 있음은 물론이다.

본 명세서에서는, 다이렉트 비선형 최적화(direct non-linear optimization)를 이용한 VIO(Visual-Inertial Odometry)에 기초하여 단말기 및 그 제어 방법을 설명한다. 한편, 본 명세서에서 단말기 제어 방법이라 함은, 단말기에서 수집 가능한 데이터의 처리 과정 내지 방법 역시 포함하는 개념을 말한다.

단안 카메라 기반의 VO(Visual Odometry)를 이용하는 단말기는 카메라 궤적 추정은 가능하나, 실제 스케일을 알 수 없어 단말기 제어에 문제가 있다. 그리고 IMU(Inertial Measurement Unit) 센서는 실제 스케일의 가속도와 각속도 값을 획득할 수는 있으나, 점점 변하는 바이어스(bias) 값과 센서의 노이즈(noise)때문에 정확한 단말기 위치 추정에 어려움이 있었다.

따라서, 본 발명에서는 카메라 센서와 IMU 센서를 조합 즉, 모두 이용하여 실제 스케일의 정확한 카메라 궤적을 추정하고 스파스(sparse)한 특징점(feature point)의 3차원과 같은 입체적인 위치를 단말기에서 복원하고자 한다.

본 발명은 기본적으로 VIO 기술에 관한 것으로, 이와 관련하여 필터링 방식의 VIO 기술 분야의 대표적인 논문으로 EKF(extended kalman filter)를 사용하여 IMU 센서의 측정값을 적분(integration)하여 단말기의 현재 위치를 추정하며, 이미지의 특징점을 사용하여 추정된 위치를 업데이트하는 방법이 있다. 이러한 필터링 방식의 VIO 기술 즉, EKF 이용 방법은, 전술한 종래 방식에 대비하면, 상대적으로 빠르고 정확하다. 다만, 이러한 필터링 방식의 VIO 기술은 속도가 빠른 장점이 있으나, 비선형 관찰치(non-linear observation)와 위치 벡터(position) 사이의 관계를 반복적(iterative)으로 해소하지 못하기 때문에 종래 기술에 비하면 속도와 정확성에 향상되나 전적으로 신뢰하기에는 정확도가 떨어진다.

본 발명에서는 VIO 기술을 이용하여 새롭게 최적화 방법을 제안하여 상술한 필터링 방식의 VIO 기술의 문제점을 해소하면서 시스템의 효율을 높이고자 한다. 여기서, 본 발명과 관련하여, IMU 센서 정보를 적분한 값을 초기 포즈(initial pose)로 사용하여 비전의 특징점과 최적화를 통해 정확한 카메라 포즈를 찾을 수 있다.

다만, 본 명세서에서는 본 발명에 따라 바이어스의 영향을 상대적으로 많이 받지 않는 영상 내 특징점을 기반으로 카메라의 초기 포즈를 추정하는 방법을 이용한다. 또한, 본 발명에서는 이렇게 추정된 초기 포즈로부터 가속도와 각속도를 획득하여 상기 바이어스와 함께 특징점, IMU 측정치들과(measurements) 같은 관찰치와 카메라 포즈의 관계를 반복적으로 최적화한다. 이를 예컨대, 번들 조정(Bundle adjustment)이라고도 한다. 한편, 본 발명은, 연산량을 줄이며 정확도를 유지 내지 개선하기 위하여 서로 다른 적어도 둘 이상의 센서의 값과 단말기의 위치를 지역적으로 최적화하는 방법을 이용하는데, 이를 온라인 최적화(Online optimization) 방법이라고 명명한다.

이하에서는 본 발명에 따른 VIO 기술, 온라인 최적화 방법 등에 대해 첨부된 도면 즉, 도 4 내지 8을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

본 발명과 관련하여, VIO는 로봇, 자동차 분야에서 효율적이고 정확한 에고-모션 추정(ego-motion estimation)을 위하여 최근 많은 관심을 받고 있다. 단안 카메라와 IMU가 부착하여, VIO는 글로벌 거리 공간(global metric space)에서 모든 순간에 디바이스의 모션(motion)과 포즈(pose)를 추정하고자 한다.

본 발명에 따른 VIO 알고리즘에 따르면, 노이지한 IMU 데이터와 시각 특징 위치들(visual feature locations)을 가진 카메라 포즈들을 직접 최적화할 수 있다. 본 발명에 따른 VIO 알고리즘은, IMU 데이터와 시각 데이터를 위해 개별 필터들(separate filters)을 구동하는 대신에, 상기 필터들을 정의되지 않은 비선형 최적화 프레임워크(undefined non-linear optimization framework)에 포함하여 구동할 수 있다. 여기서, 상기 정의되지 않은 비선형 최적화 프레임워크는, 카메라 포즈들로부터 가속도와 각속도 비용들(acceleration and angular velocity costs), 센서 바이어스(sensor bias), 상기 카메라 포즈들과 시각 랜드마크 포지션들(visual landmark positions) 상에 정의된 예상되는 재투영 비용들(perspective reprojection costs)을 포함한다. 본 발명에 따른 알고리즘은 개념적으로 매우 분명하고 간단하다 즉, 정확성을 추구하고 공개되어 이용 가능한 비선형 최적화 라이브러리들(non-linear optimization libraries)을 이용하여 쉽게 구현할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 알고리즘을 설명하기 위해 도시한 플로우챠트(flowchart)이고, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 최적화 프레임워크(optimization framework) 내 카메라 포즈들과 IMU 측정치들 사이에 관계를 설명하기 위해 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 VIO 알고리즘을 설명하기 위한 것이고, 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 최적화 과정에서의 키 프레임들과 프레임들을 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 알고리즘은 다음과 같은 순서로 이루어진다.

전형적인 VO 시스템들은 특징 추적(feature tracking), 포즈 추정(pose estimation) 및 필터링 또는 최적화 모듈들(filtering or optimization modules)로 구성된다. 상기 특징점들은 입력 프레임들 내내 감지되고 추적된다. 그리고 프레임들(또는 키 프레임들) 사이의 카메라 모션들은 특징 움직임(feature motion)으로부터 계산된다. 시각 특징들(visible features)은 3D 랜드마크들(3D landmarks)로 유지되고, 그리고 그것들은 카메라 궤도(camera trajectory) 계산 또는 향상이 이용된다. 본 발명에 따른 알고리즘은 VO의 기본적인 과정들을 따르고 IMU로부터 가속도와 각속도 값들을 병합에 기초하여 이루어진다.

본 발명의 프레임워크에서 IMU 데이터 이용에는 몇 가지 이슈들이 있다. 예를 들어, 첫번째 이슈는 IMU 데이터의 포착 주파수(acquisition frequency)가 비디오 프레임 레이트보다 훨씬 높다는 것이다. 본 발명에 따른 시스템에서는, 관성 측정치들(inertial measurements)은 비디오 프레임들과 동기화되고, 비디오 프레임들 사이의 평균값(average value)은 여기서 이용될 수 있다.

IMU 데이터와 관련하여 개별적인 필터가 구동될 수 있고, 각 프레임에서 추정된 값이 이용될 수 있다. 그러나 간편하게 평균값을 이용하면 좋은 결과를 발생시킬 수 있다.

두번째 이슈는, IMU 리딩(readings)은 노이지(noisy)하고 바이어스에 영향을 받는다. 본 발명에서는 최적화 프레임워크 내에서 개별적인 글로벌 파라미터로서 바이어스를 모델링하고, 노이즈는 시각 특징들로부터 제한에 의하여 억제할 수 있다.

단안 VO는 단지 카메라 모션의 업투스케일(up to scale)을 추정하고, IMU로부터 VIO 가속도 데이터 내에서 이용될 수 있다. 초기화 및 최적화 동안에 카메라 포즈들과 랜드마크 포지션들은 거리 공간(metric space) 내에서 추정된다. 여기서, 상기 추정은 재투영 에러들(reprojection errors)과 가속도 차이들(acceleration differences) 둘 모두를 최소화하도록 이루어진다. 또한, 로 IMU 가속도 데이터(raw IMU acceleration data)는 중력 성분 벡터(gravity component)를 포함하고, 그것은 정확한 수직 방향 추정(vertical direction estimation)을 요구하는 모션을 정확하게 계산하는 것을 취소시켜야만 한다. 따라서, 본 발명의 장점 중 하나는 중력 취소(gravity cancellation)는 씸리스(seamlessly)하게 프로세스에 포함될 수 있다.

본 발명에 따른 알고리즘은 크게 4 파트들로 구분되어 이루어질 수 있다. 특징 감지(S410), 초기화(S420), 구조화(S430) 및 출력 단계들(S460)이 순차로 이루어져 상기 4 파트들을 구성한다. 여기서, 상기 각 단계는 임의로 구분한 것으로 도시된 바와 다르게 다른 단계와 합쳐져 하나의 단계를 이루거나 그 반대일 수 있다. 또한, 각 단계 내에 포함된 서브 단계들은 각각 개별 단계로 명명되어 진행될 수도 있고, 반대일 수도 있다. 한편, 단계들 중 어느 하나 또는 각 단계에 포함된 서브 단계들 중 적어도 하나는 시스템에 따라 생략되거나 도시되지 않은 단계(들)이 추가될 수도 있다.

먼저, 특징 감지 단계(S410)는, KLT(kanade-lucas-tomasi) 특징을 추적하고(S412), 이렇게 추적되는 각 KLT 특징에 대하여 유니크 특징 식별자(unique feature ID)를 할당(S414)하여 이루어진다. 여기서, 상기 KLT 특징 추적 기술은 기공지된 기술을 이용하는바 그를 참조하고 본 명세서에서 이에 대한 상세 설명은 생략한다.

다음으로, 초기화 단계(S420)는 상기 특징 감지 단계(S410)의 데이터를 수신하여, 최적의 키 프레임을 선택한다(S422). 여기서, 상기 선택되는 최적의 키 프레임은 예컨대, 레퍼런스 프레임(reference frame)이 될 수 있다. 상기 S422 과정을 통하여 최적의 키 프레임이 선택되면, 상기 선택된 최적의 키 프레임에 기초하여 카메라 포즈를 추정한다(S424). 상기 선택된 최적의 키 프레임에 기초한 카메라 포즈 추정은, 8-포인트 알고리즘(8-point algorithm)을 이용하여 이루어질 수 있다. 다만, 상기 8-포인트 알고리즘과 관련하여서는 기공지된 기술을 참조하고 본 명세서에서 관련 상세 설명은 생략한다. 상기 S424 단계를 통하여 카메라 포즈가 추정되면, 추정된 카메라 포즈들에 기초하여 3D 포인트들(3-Dimensional points)을 계산(S426)하여 초기화 단계가 수행된다.

그리고 구조화 단계(S430)는 모션으로부터 이루어지는 것으로, 서브 단계로 현재 포즈 최적화 단계(S440)와 로컬 윈도우 최적화 단계(S450) 중 적어도 하나를 포함하여 이루어질 수 있다. 한편, 상기 서브 단계로 로컬 윈도우 최적화 단계(S450)에서는 IMU 측정치들을 수신하여 이용될 수 있다.

또한, 상기 현재 포즈 최적화 단계(S440)와 로컬 윈도우 최적화 단계(S450)는 개별 단계일 수 있으며, 순차로 이루어질 수도 있고 병렬적으로 수행될 수도 있다.

먼저, 현재 포즈 최적화 단계(S440)는, 새로운 키프레임들을 선택하고(S442), P3P RANSAC(Random Sample Consensus)를 수행(S444)한 후, 카메라 포즈를 최적화한다(S446). 단말기 또는 상기 단말기의 제어부는 이렇게 카메라 포즈 최적화 후에는 아웃라이어를 제거(Outlier rejection)한다(S448). 여기서, 상기 P3P RANSAC와 관련하여서는 기공지된 기술을 참조하고, 본 명세서에서 관련 상세 설명은 생략한다.

다음으로, 로컬 윈도우 최적화 단계(S450)는, 새로운 포인트들(new points)을 추가하고(S452), 번들 조정(bundle adjustment)을 수행한다(S454). 여기서, 상기 새로운 포인트 추가는 삼각측량(Triangulation)을 위함일 수 있다. 또한, 상기 번들 조정은 로컬(local)에 대하여 이루어질 수 있다.

상기 로컬 윈도우 최적화 단계(S450)는, 상기 현재 포즈 최적화 단계(S440)의 선택된 새로운 키 프레임들에 대한 정보를 참고하여 수행될 수 있다.

또한, 상기 로컬 윈도우 최적화 단계 내 로컬 번들 조정 단계(S454)는 상기 IMU 측정치들을 참고 또는 그에 기반하여 이루어질 수 있다. 여기서, 상기 IMU 측정치들에는 예컨대, 가속도 센서값, 각속도 센서값 등이 포함될 수 있다.

상기 모션으로부터 구조화 단계(S430)가 수행되고 나면, 출력 단계(S460)가 수행된다. 여기서, 상기 출력은 예컨대, 카메라 포즈 데이터와 재구성된 맵 데이터 중 적어도 하나의 출력을 의미할 수 있다.

도 5에서는 본 발명에 따른 최적화 프레임워크 내에 카메라 포즈들과 IMU 측정치들 사이의 관계들을 도시하고 있다.

도 5를 참조하면, 랜드마크(522)를 기준으로 비주얼 포즈(510)와 IMU 측정치들(550)이 도시되어 있다.

이웃하는 비주얼 포즈들(524)과 속도(528) 및 IMU 각속도(526)는 서로 관계된다. 여기서, 상기 IMU 각속도(526)는 IMU 측정치(550)가 이용될 수 있다. 한편, 상기 속도(528)와 IMU 각속도(526)는 비주얼 포즈의 각속도(530)와 관계된다. 이런 비주얼 포즈의 각속도(530)는 다시 IMU 측정치의 가속도(552)와 관계된다.

도 5와 관련하여, 시간 t에서 6-DOF(Degree of Free, 자유도) 카메라 포즈는, 회전과 변위 벡터들(rotation and translation vectors)로 표현된다. 카메라 포즈들과 랜드마크 포지션들은, 중력 방향에 병렬적인 Z축이 위치한 그라운드 좌표계 내에 위치한다.

IMU에 의해 측정된 가속도는, 중력을 포함하고, 일부 바이어스가 포함되었을 수 있다. 그라운드 좌표 내에서 가속도를 계산하기 위해, 가속도계 바이어스와 중력은 적절히 감산될 수 있다.

시각 특징들(visual features)을 이용하여 계산된 카메라 포즈들로부터, 가속도를 계산할 수 있다.

여기서, 두 개의 연속적인 프레임들 사이의 시간이 상기 계산에 이용될 수 있다.

본 발명에 따른 최적화 프레임워크 내 가속도 에러는 IMU로부터 그것과 시각 특징들로부터 가속도 사이의 차이를 페널라이즈(penalize) 할 수 있다.

또한, 각속도는 IMU에 의해 측정될 수 있으며, 그라운드 좌표계 내 각속도는 계산될 수 있다.

여기서, 자이로 바이어스(gyro bias)가 상기 계산에 이용될 수 있다. 또한, 시각 특징들로부터 각속도는 정의될 수 있다.

그리고 각속도 에러도 정의될 수 있다.

관련하여, 가속도와 각속도 에러들은 도 5에서 도시되었다.

결국, 표준 VO 내에서, 재투영 에러는 카메라 포즈와 랜드마크 포지션을 이용하여 계산될 수 있다.

상기에서, 카메라 포즈에서 3D 포인트의 투영된 이미지 좌표와, 이미지 내의 특징 위치(feature location)는 상기 계산에 이용될 수 있다.

도 6과 관련하여, 본 발명에 따른 제1 최적화 방법은 예를 들어 일괄 최적화(batch optimization)으로 명명하여 설명할 수 있다.

전술한 바와 같이, 비디오 프레임들과 IMU 측정치가 주어지면, 본 발명에서는 상기한 에러들 모두를 최소화할 수 있는 카메라 궤적을 계산할 수 있다. IMU 리딩들과 추적된 특징 세트를 위하여, 일괄 최적화를 위한 비용 함수(cost function)는 계산될 수 있다.

상기 제1 최적화 방법과 관련된 비용 함수는 카메라들과, 랜드마크들, 그리고 바이어스들 상에서 최적화될 수 있다.

이러한 제1 최적화 방법은, 정확한 결과들을 발생시킬 수 있으나, 프로세싱 이전에 모든 데이터가 준비되어야 하는바, 긴 시간이 필요하다.

다음으로, 본 발명에 따른 제2 최적화 방법을 설명하면, 다음과 같다.

여기서, 상기 제2 최적화 방법은 예를 들어, 온라인 최적화(online optimization)이라 명명할 수 있다. 한편, 상기 제2 최적화를 위해 전술한 제1 최적화가 이용될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 최적화 방법에는, 모델 증명(model verification), 성능 평가(performance evaluation) 등을 위해 상기 제1 최적화 방법이 이용될 수 있다.

제2 최적화 방법과 관련하여 타겟 애플리케이션(target application)을 고려하면, VIO는 현재 카메라 포즈를 실시간으로 출력할 수 있어야 한다.

이하에서는 중요한 성능의 열화없이 파라미터들의 개수를 줄이는 것에 관해 설명한다.

대부분의 VO 시스템들은, 키 프레임들(key frames)이 모션 또는 시각 컨텐츠의 중요한 변경이 있을 때에만 선택된다. 재투영 에러 조건들(reprojection error terms)은 단지 키 프레임들과 랜드마크들에 기초해서만 생성될 수 있다. 키 프레임들은 중간 프레임들(intermediate frames)로부터 파라미터들의 개수를 폭발적으로 증가시키는 것이 없이 긴 시간 동안 정보를 적분하는데 이용된다.

본 발명에서는 랜드마크 생성 및 포즈 최적화를 위해 키 프레임들을 이용한다. 모든 프레임에서, 카메라 포즈는 3D 랜드마크들의 이미지 위치를 이용하여 계산되고, 카메라는 움직이기에 충분하면, 상기 프레임은 키 프레임으로서 초기화될 수 있다. 상기 키 프레임들 내 특징 궤적들은 최적화 내에서 카메라 포즈들과 랜드마크 포지션들에 관하여 충분한 제한을 제공할 수 있다. 이와 관련하여, 상기 도 6a에 도시된 수학식이 참조될 수 있다.

그러나 IMU 측정치들이 키 프레임들 사이에서 평균화되면 문제가 될 수 있다. 왜냐하면, 그것들이 프레임들에 비하여 더 스파서(more sparser) 될 수 있기 때문이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 몇 개의 키 프레임들 사이에 프레임들은, 최적화 내에 포함될 수 있는데 그것의 포즈들은 IMU 측정치들에 의해 제한될 수 있다. 그러한 프레임들의 특징 위치들은 최적화에서 사용되지 않을 수 있다. 왜냐하면, 계산 비용이 증가하고 연속된 프레임들 사이에서 특징 움직임들은 중요하지 않기 때문이다. 키 프레임이 추가될 때, 온라인 최적화는 액티브 VO 키 프레임들(720)과 액티브 랜드마크들 그리고 액티브 VIO 프레임들(730)에 대하여 수행된다.

상기에서, 고정된 VO 키 프레임들(710)은, 로컬 최적화 윈도우(local optimization window)의 외부의 관찰치들과 함께 유지되는 랜드마크 포지션들을 강화하기에 필요하다.

여기서, 고정된 키 프레임들(710)은 복수의 고정된 키 프레임 포즈(712)들로 구성된다. 또한, 액티브 VO 키 프레임들(720)은 복수의 액티브 키 프레임 포즈(722)들로 구성된다. 한편, 액티브 VO 키 프레임들(720) 중 일부는, 액티브 VIO 프레임들(730)을 구성할 수 있다. 그리고 상기 액티브 VO 키 프레임들 내 액티브 VIO 프레임(730)은 적어도 하나 이상의 액티브 프레임 포즈들로 구성될 수 있다.

한편, 도 7에 도시된 바와 같이, 고정된 VO 키 프레임들(710)과 액티브 VO 키 프레임들(720)은 서로 구분된다. 또한, 액티브 VIO 프레임들(730)은 액티브 VO 키프레임들 사이에 존재할 수 있다. 도 7을 참조하면, 액티브 VIO 프레임들(730)은 3개의 액티브 VO 키 프레임들 사이에 존재한다.

도 6b는, VIO를 위한 제2 최적화 프로세스를 설명하기 위한 알고리즘을 도시한 것이다. 이러한 도 6b의 제2 최적화 프로세스의 알고리즘은 도 4의 플로우챠트를 참조하여 해석될 수 있다.

도 6b의 알고리즘은 예컨대, 제2 최적화 프로세스 즉, 온라인 최적화 방법에 관한 것이다. 여기서, 데이터는, 이미지들, 가속도들 그리고 자이로 데이터가 포함된다. 결과는 6DOF 포즈들과 랜드마크들이 획득된다. 그리고 초기화 단계는 2개의 키 프레임들을 선택되어 이용되는데, 이러한 2개의 키 프레임들은 예컨대, 랜드마크들을 초기화하기 위함이다. 이후 적분된 IMU 센서 측정치들을 이용하여 실제 스케일을 계산한다.

여기서, 도 6b의 알고리즘에서, k는 1에서 K까지 루프 구문을 도는데, 여기서 상기 k는 도 5에 도시된 k축의 값을 의미할 수 있다. k값에 따른 각 루프에서, KLT를 이용하여 키 포인트들을 추출(extract)하고 추적(track)한다. 또한, p3p를 이용하여 k번째 프레임의 포즈를 추정한다. 그리고 이렇게 추정된 포즈에 대하여 최적화를 수행한다. 한편, 이때, 상기 k번째 프레임이 키 프레임이면, 새로운 랜드마크들을 추가하고, 도 6c에 도시된 수학식에 기초하여 비용 함수를 최소화하도록 온라인 최적화를 수행한다. 상기 k값에 따른 루프 구문을 모두 돌고 나면, 실제 스케일을 포함한 최적화된 6DOF 포즈와 랜드마크들을 리턴(return) 할 수 있다. 그리고 이로부터 단말기는 자신 즉, 단말기의 위치 데이터를 획득할 수 있다.

본 발명에 따른 모델 초기화는 단안 시스템에서 중요한 이슈 중 하나일 수 있다. 왜냐하면, 카메라 모션의 초기 스케일은 시각 특징들로부터 복구(recover)될 수 없기 때문이다. 전술한 바와 같이, 절대 스케일(absolute scale)은 IMU 데이터로부터 복구될 수 있다. 그러나 초기화 동안에서 단지 노이지한 IMU 데이터의 제한 양은 존재할 수 있다. 본 발명에서는 모델 초기화 전략으로 이용 가능한 데이터를 이용하여 러프하게 보정할 수 있다. 그리고 모델은 온라인 최적화 프로세스 동안에 입력되는 측정치(incoming measurement)를 이용하여 모델을 업데이트할 수 있다. 초기 스케일 팩터를 결정하기 위하여, 본 발명에서는 첫 두 키 프레임들 사이의 실제 이동 거리(actual travel distance)를 IMU 데이터를 적분(integrating)함으로써, 계산할 수 있다.

계산된 스케일들은 카메라와 랜드마크 로케이션들에 곱해지고(multiplied), 제2 최적화는 두 개의 키 프레임들과 그들 사이의 모든 프레임들에 대하여 더 정확한 초기화를 위하여 수행된다.

본 발명에 따른 시스템은 멀티-쓰레딩(multi-threading)이나 GPU(Graphic Processing Unit) 최적화 없이 C++에 의해서 구현될 수 있다.

이상 본 명세서에서는 본 발명에 따른 VIO 알고리즘을 제공한다. 상기 VIO 알고리즘은, 시각 및 관성 측정치들을 이용하여, 카메라 포즈를 직접 최적화할 수 있다. 전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 VIO 알고리즘을 위한 프레임워크는 매우 쉽고 간단하게 구성할 수 있다. 또한, 상기 프레임워크는 공개적으로 이용 가능한 최적화 라이브러리들(optimization libraries)을 이용하여 매우 쉽게 구현할 수 있다. 본 발명에 따른 VIO 알고리즘을 이용하면, 노이지한 실제 데이터를 다룰 수 있고 정확한 결과를 도출할 수 있으며, 키 프레임들과 프레임들을 위한 관성과 재투영 비용들(inertial and reprojection costs) 함께 슬라이딩-윈도우디드 최적화(sliding-windowed optimization)를 이용함으로써 입력 데이터 온라인을 처리할 수 있다.

더불어, 본 발명에 따르면 실시간 성능을 더 빨리 수행하도록 하며, 급격한 조명 변화(extreme illumination change)나 갑작스런 동작들(abrupt motions)과 같은 외부 장애들(external disturbances)에 로버스트한 시스템의 근간이 될 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 단말기에서 실제 환경에 대해 위치 추적의 예시이다.

도 8a는 실제 공간을 도시한 것으로, 실제 측정된 복도의 거리는 총 14.56m이다.

도 8b는 상기 도 8a의 실제 공간에 대하여 본 발명에 따라 추적된 2D 특징들이다. 여기서, 상기 도 8b 내 제1 포인트들은 포즈 인라이어들(inliers)을 나타내고, 상기 도 8b 내 제2 포인트들은 아웃라이어들(outliers)을 나타낸다. 또한, 상기 도 8b 내 각 포인트들 주변에 도시된 넘버들은 랜드마크 ID들을 나타낸다. 그리고 도 8c의 제1 포인트들은 재구성된 랜드마크들을 나타내고, 제2 포인트들은 추정된 카메라 궤적을 나타내는 스냅샷이다.

한편, 도 8d는 상기 도 8b와 8c의 데이터에 기반하여 단말기에 획득되는 위치 데이터이다. 도 8d를 참조하면, 추적 획득된 위치 데이터(거리 데이터)는 14.5057m로 이는 도 8a에 도시된 실제 거리 14.56m와 대동소이한 값이 획득됨을 알 수 있다.

다음으로, 실외 환경에서 단말기를 통한 데이터 획득에 관해 살펴보면, 다음과 같다.

도 9는 본 발명과 관련하여, VO 알고리즘에 따라 획득되는 데이터를 도시한 것이고, 도 10은 본 발명에 따른 VIO 알고리즘에 따라 획득되는 데이터를 도시한 것이다.

도 9a는 VO 알고리즘에 따라 특정 외부 공간에 대하여 추적된 2D 특징들을 도시한 이미지이다. 그리고 도 9b는 도 9a에 데이터에 기반한 추정된 카메라 궤적과 랜드마크들을 도시한 스냅샷이다.

도 9a의 제1 포인트(912)들은 인라이어들, 제2 포인트(914)들은 아웃라이어들이고, 제3 포인트(916)들과 라인(918)은 특징 트랙들, 그리고 각 포인트 주변에 도시된 넘버들은 랜드마크 식별자를 도시한 것이다.

도 9b에서 제1 포인트들(922)은 추정된 카메라 궤적에 대한 데이터이고, 제2 포인트들(924)은 재구성된 랜드마크들이다.

도 10a는 우선, 도 9a에 대응되는 도면으로 전술한 도 8b와 유사하게 특정 외부 공간에 대하여 VIO 알고리즘에 따라 추적된 2D 특징들을 도시한 이미지이다. 그리고 도 10b는 도 10a에 데이터에 기반한 추정된 카메라 궤적과 랜드마크들을 도시한 스냅샷이다.

도 10a의 제1 포인트(1010)들은 아웃라이어들이고, 각 포인트 주변에 도시된 넘버들은 랜드마크 식별자를 도시한 것이다.

도 10b에서 라인(1020)은 추정된 카메라 궤적에 대한 데이터이고, 상기 라인(1020) 주변의 점(1030)들은 랜드마크 식별자를 도시한 것이다.

도 9b와 10b의 추정된 카메라 궤적과 랜드마크들이 도시된 스냅샷을 비교하면, VO 알고리즘을 이용한 경우와 VIO 알고리즘을 이용한 경우의 차이가 도시된 것을 알 수 있다.

도 9에서 해당 공간에 대하여 감지된 특징점들은 모두 125개이고, 매치드 포인트들 역시 125개인 것을 알 수 있다. 또한, 포즈 인라이어들은 41개인 것을 알 수 있다. 반면, 도 10에서 동일한 공간 즉, 해당 공간에 대하여 감지된 매치드 포인트는 모두 167개이고, 포즈 인라이어들은 52개인 것을 알 수 있다. 이와 같이, 도 9에 비하여 도 10에서는 더 많은 매치드 포인트들과 더 많은 포즈 인라이어들이 존재하는 것을 알 수 있다. 즉, VO에 대비 VIO에서는 매치드 포인트들과 포즈 인라이어들이 상대적으로 더욱 많이 존재하는 것을 알 수 있다. 이와 같이, 도 9a와 10a에 기초한 도 9b와 도 10b의 스냅샷은 도시된 바와 같이, 차이가 존재하게 된다. 도 4와 10을 참조하면, VIO 알고리즘에서는 아웃라이어가 제거된다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 VIO 최적화 알고리즘을 이용하여, 단말기 상에서 다양한 서비스들을 제공할 수 있다. 이하 도 11 내지 13에서는 편의상 단말기에서 제공하는 서비스의 예를 도시하였다. 다만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아님은 미리 밝혀둔다.

도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량 이동 경로 기반 주차 보조 시스템을 설명하기 위해 도시한 도면이다.

도 11은 특히, 단말기가 포함된 차량의 주차 보조 시스템에 관한 것이다.

도 11a를 참조하면, 실내와 같이, GPS 데이터 수신 불가, 수신된 GPS 데이터의 신뢰가 어려운 환경 등에서도 전술한 본 발명에 따른 VIO 최적화 알고리즘을 이용하여 단말기에 위치 데이터 등을 제공할 수 있다.

상기에서 단말기에 제공되는 데이터는 예컨대, 현재 단말기의 위치(1010), 공간 내 지정 위치(1020)와 단말기 사이의 거리, 상기 현재 단말기의 위치와 상기 공간 내 지정 위치 사이의 이동 경로 데이터(1030) 등 중 적어도 하나 이상에 관한 것일 수 있다.

도 11b를 참조하면, 본 발명에 따른 VIO 알고리즘을 통해 획득한 주차장 내 이동 경로를 하차 시 차량 드라이버의 이동 단말기(1030)로 전송하여 주차된 차량의 위치를 손쉽게 파악할 수 있다. 다시 말해, 단말기가 포함된 차량이 주차장 내 특정 장소에 주차하면, 단말기에서는 상기 주차장 내 차량의 이동 경로에 대한 데이터를 본 발명에 따른 VIO 알고리즘을 통해 처리하여, 상기 단말기에 제공할 수 있다. 따라서, 차량 드라이버 즉, 단말기는 다시 주차장에 진입하면, 상기 단말기의 현재 위치로부터 상기 주차된 차량 사이의 이동 경로 등에 대한 데이터를 도 11b와 같이 제공하여, GPS 데이터에 의하지 않더라도 실내에서 현재 위치에서 주차 위치까지 손쉽게 접근할 수 있다.

또한, 도 11b를 참조하면, 단말기는 본 발명에 따른 VIO 알고리즘에 따라 위치 데이터를 참조하여, 텍스트, 이미지(예컨대, 맵 데이터 등), 음성, 동영상 등 다양한 데이터로 재구성하여 제공할 수도 있다.

한편, 본 발명은 단지 VIO 알고리즘에 따른 데이터뿐만 아니라 단말기에 포함된 다양한 센서들을 통해 센싱 데이터와 조합하여, 다양한 데이터를 구성하여 다양한 서비스를 제공할 수도 있다. 한편, AI(Artificial Intelligence)나 IoT(Internet of Things)와 같은 기술과 접속하여 더욱 다양한 서비스를 제공할 수도 있다. 예를 들어, AI를 이용하여 VIO 알고리즘 데이터를 저장하고 학습하여, 단말기의 위치에 따라 적절한 데이터를 상황에 맞게 제공할 수도 있다.

예컨대, 단말기가 포함된 차량이 자주 이용하는 주차장에 진입하면, 단말기는 기누적된 주차 경로로부터 주차 빈도가 높은 주차 공간을 파악하고 그에 관한 추천할 수 있다. 또한, 차량에 자율 주행 기능이 탑재된 경우에는, 상기 단말기의 정보에 기초하여 자동 주차, 자동 운행 등 다양한 기능을 수행하도록 정보 제공이 가능하다.

도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이동 단말기에 기반한 빌딩 경로 제공 시스템을 설명하기 위해 도시한 도면이다.

도 12a는 일반적으로 종래 기술에 따라 단말기에서 2D 이미지로 공간 내 이동 경로를 제공하는 예시이다. 즉, 도 12a는 현재 단말기를 통해 제공되고 있는 서비스이다. 다만, 이러한 2D 이미지를 통한 경로 제공 서비스는, 3D 형식의 실제 공간과의 매칭에 혼동을 주거나 즉각적으로 인식하기에는 어려운 문제점이 있다.

반면, 도 12b는 본 발명에 따른 VIO 알고리즘을 통해 현실 공간과 같은 3D 이미지로 실제 스케일로 단말기에서 데이터를 제공하는 실시 예이다.

도 12b를 참조하면, 단말기는 카메라 센서와 IMU 센서를 통해 획득한 데이터를 본 발명에 따라 전술한 VIO 알고리즘을 통하여, 경로를 파악하여 원하는 장소까지의 경로 등 데이터를 3D 이미지로 제공할 수 있다.

예를 들어, 단말기는 도 12B와 같이, 카메라를 통해 획득 가능한 현실 공간 3D 이미지에 유저가 이동한 경로에 대한 데이터를 제공할 수 있다. 또한, 단말기는 기처리되거나 저장된 데이터로부터 학습하여 유저가 단말기의 카메라를 통해 현실 공간을 촬영하고, 출발지와 목적지를 선택하면, 상기 학습된 데이터에 기반하여, 추천 경로를 제공할 수 있다.

도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 네트워크 연동에 기초한 연속성 있는 경로 탐색 제공 시스템을 설명하기 위해 도시한 도면이다.

도 13의 경우에는 네트워크 연동을 통하여 연속성이 있는 경로를 탐색하고 그에 관한 데이터를 처리하여 제공하는 실시 예이다.

다시 말해, 도 13을 참조하면, 단말기는 중계 서버를 통해 서버(1330)에 등록된 기기들 간의 연속성 있는 경로 탐색 서비스를 제공하는 것이 가능하다.

즉, 유저가 차량(1310)에 탑승하여 이동 중에 상기 차량에 탑재된 카메라 센서(1315), IMU 센서 등 중 적어도 하나를 통해 이미지 데이터(예를 들어, 네비게이션 맵 데이터)(1320)를 획득하고 서버(1330)로 업로드할 수 있다. 그러면, 다른 유저 또는 다른 차량에서 상기 서버(1330)를 통해 그러한 실시간 정보를 수신하여, 자신의 단말기(1340)의 카메라, IMU 센서 등을 통해 획득하는 이미지 데이터(1345)와 상기 서버(1330)를 통해 수신되는 데이터를 조합하여 전혀 새로운 데이터(1350)를 생성하여 이용할 수도 있다.

이는 단지 종래 단말기에 대한 GPS 기반의 단순 위치 데이터에 기초하는 것보다 실시간성과 정확성을 갖춘 데이터이므로, 신뢰성을 높일 수 있고 실시간으로 주변 상황 등에 대한 정보를 제공할 수 있게 된다.

따라서, 이러한 본 발명의 VIO 알고리즘을 활용하면, TPEG 등과 같은 교통 정보 제공 시스템에서도 정확성, 실시간성, 신뢰도 등을 높일 수 있어, 유저의 편의성 등을 제고할 수 있다.

그 밖에, 도시되진 않았으나, 본 발명에 따른 VIO 알고리즘을 통해 데이터를 처리함으로써, 예컨대 불특정 다수의 차량에 장착된 카메라 센서(예를 들어, 블랙박스)와 IMU 센서 정보를 이용하여 차량의 출발지로부터 목적지까지의 이동 경로 파악하고, 종래 제공하는 경로 데이터에 비해 훨씬 뛰어난 성능의 새로운 이미지 정보를 제공할 수 있다. 예컨대, 지도 맵 데이터에 등록되지 않은 즉, 데이터베이스에 등록된 지도 이외에 개인 사용자에 의해 알려지게 된 최적의 경로가 있다면 전술한 바와 같이, 해당 경로를 네비게이션 길 안내 솔루션을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 장애인이 휴대하고 있는 핸드폰에 장착된 카메라와 IMU 센서 정보를 이용하여 VIO 알고리즘을 수행함으로써 장애인의 현재 이동 경로를 파악할 수 있다. 이때, 파악된 경로가 초기에 목적한 경로와 다른 경우에는 이에 대한 적절한 가이드 정보를 제공할 수 있다. 예컨대, 시각 장애인의 경우에는 음성 형태로 가이드 정보를 제공하고, 반대로 신체적 한계가 있는 유저의 경우에는 그 휠체어가 적절한 경로로 이동할 수 있도록 가이드, 컨트롤 커맨드를 제공할 수 있다.

한편, 단말기의 하나로 전술한 휠체어 외에 잔디깎기 기계 등 디바이스에도 본 발명을 적용할 수 있다.

예컨대, 사람이 주행하는 잔디깎기 경로를 VIO 알고리즘을 이용하여 적어도 한 번 이상 학습하고, 이를 참고하여 자동으로 주행하면서 잔디를 관리하도록 상기 잔디깎기 디바이스에 대한 제어를 할 수 있다. 한편, 상기 경우에 잔디깎기 디바이스에 대한 실시간 이동 경로 역시 유저의 단말기로 제공할 수 있어, 유저가 상기 제공 정보에 기초하여 잔디깎기 디바이스의 움직임을 파악할 수도 있고 적절히 제어할 수도 있다.

전술한 실시 예들에서, 종래에는 GPS 등의 데이터 자체의 오류로 인해 실시간으로 유저가 정해진 궤적에서 벗어나거나 위험에 빠져도 이를 확인하고 그에 대응하는 것이 어려웠으나, 본 발명에 따르면 실시간으로 그러한 오류나 위험을 확인하고 적절히 대응하여 사고를 미연에 방지하는 효과도 있다.

이상 상술한 본 발명의 다양한 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 실제 스케일의 카메라 궤적을 정확하게 추정하고 스파스한 특징점의 3차원 위치를 복원할 수 있고, 바이어스, 관찰치와 카메라 포즈의 관계 등을 최적화 또는/및 서로 다른 적어도 두 센서 값과 단말기의 위치를 지역적으로 최적화할 수 있으며, 이에 기초하여 종래 기술에 비하여 정확도를 더욱 개선하면서 연상량을 줄여 시스템 효율을 개선할 수 있다.

전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 상기 컴퓨터는 단말기의 제어부를 포함할 수도 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

100: 이동 단말기 110: 무선 통신부
120: 입력부 140: 센싱부
150: 출력부 160: 인터페이스부
170: 메모리 180: 제어부
190: 전원 공급부

Claims (13)

1. 이미지 데이터를 획득하는 제1 센서;
   관성 데이터를 획득하는 제2 센서; 및
   상기 이미지 데이터에 대응하는 이미지의 특징점들로부터 상기 제1 센서의 초기 포즈를 추정하고,
   상기 관성 데이터를 기초로 가속도와 각속도를 획득하고,
   관찰치와 상기 제1 센서의 초기 포즈의 관계를 VIO(Visual-Inatial Odometry) 기법으로 최적화하여 단말기의 위치에 관한 상기 제1 센서의 궤적을 추적하고,
   추적된 제 1 센서의 궤적을 기초로 상기 단말기의 모션 또는 포즈에 관한 데이터를 처리하는 제어부를 포함하되
   상기 관찰치는 바이어스, 상기 이미지의 특징점 및 상기 제 2 센서 측정치를 포함하고,
   상기 바이어스는 전자 소재의 동작 기준점을 정하기 위하여 신호 전극에 가하는 전압을 의미하는,
   단말기.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1 센서의 초기 포즈는,
   상기 제1 센서를 통해 획득되는 이미지의 특징점들 중 바이어스의 영향이 소정 범위보다 작은 특징점에 기반하여 추정되는,
   단말기.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는,
   제1 센서 데이터와 제2 센서 데이터를 위해 개별 필터들(separate filters)을 구동하지 않고, 상기 필터들을 정의되지 않은 비선형 최적화 프레임워크(undefined non-linear optimization framework)에 포함하여 구동하는 것을 특징으로 하는 단말기.
5. 제4항에 있어서,
   상기 정의되지 않은 비선형 최적화 프레임워크는, 카메라 포즈들로부터 가속도와 각속도 비용들(acceleration and angular velocity costs), 센서 바이어스(sensor bias), 상기 카메라 포즈들과 시각 랜드마크 포지션들(visual landmark positions) 상에 정의된 예상되는 재투영 비용들(perspective reprojection costs)을 포함하는 것을 특징으로 하는 단말기.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제어부는,
   공개되고 이용 가능한 비선형 최적화 라이브러리를 상기 최적화에 이용하는 것을 특징으로 하는 단말기.
7. 제4항에 있어서,
   상기 비선형 최적화 프레임워크를 위해 상기 제2 센서 데이터의 포착 주파수(acquisition frequency)는, 비디오 프레임 레이트보다 높은 것을 특징으로 하는 단말기.
8. 제4항에 있어서,
   상기 비선형 최적화 프레임워크를 위해 상기 제2 센서의 관성 측정치들은 비디오 프레임들과 동기화되고, 상기 비디오 프레임들 사이의 평균값을 이용하는 것을 특징으로 하는 단말기.
9. 제4항에 있어서,
   상기 비선형 최적화 프레임워크를 위해 상기 제2 센서 데이터는 개별적인 글로벌 파라미터로 바이어스를 모델링하고 노이즈는 시각 특징점들로부터 제한하여 억제하는 것을 특징으로 하는 단말기.
10. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    초기화 및 최적화 동안에 제1 센서 포즈들과 랜드마크 포지션들은 거리 공간(metric space) 내에서 추정하고,
    상기 추정은 재투영 에러들(reprojection errors)과 가속도 차이들(acceleration differences) 둘 모두를 최소화하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 단말기.
11. 제10항에 있어서,
    로 IMU 가속도 데이터(raw IMU acceleration data)는 중력 성분 벡터(gravity component)를 포함하는,
    단말기.
12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 센서는 카메라 센서이고, 상기 제2 센서는 IMU 센서인 것을 특징으로 하는 단말기.
13. 삭제

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