KR20030082850A - 이미지 입력장치, 이를 사용하는 펜타입 입력기 및 이미지정합방법 - Google Patents

이미지 입력장치, 이를 사용하는 펜타입 입력기 및 이미지정합방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 간단한 장치로 이미지 및 이미지의 보정에 필요한 데이터를 얻기 위한 이미지 입력장치, 이를 사용하는 펜타입 입력기 및 이미지를 정합하는 이미지 정합방법에 관한 것으로서, 입력하고자 하는 문자 등이 쓰여져 있는 물체에 빛을 입사시키는 조명부와, 상기 물체로부터 반사되는 빛을 집광하여 이를 이미지 입력부와 스캔동작 검출부로 각각 나누어 입사시키는 렌즈부와, 상기 입사되는 반사광을 전기신호를 거쳐 디지탈 신호로 변환하여 시스템 제어부에 입력시키는 스캔이미지 센서부와, 상기 입시되는 반사광으로부터 스캔의 상하좌우 이동을 검출하는 스캔동작 검출부와, 상기 스캔이미지 센서부와 상기 스캔동작 검출부로부터의 데이터를 저장하는 메모리를 구비하며 장치 전체를 제어하는 제어부로 구성되어, 상기 제어부는 스캔모드시에 상기 조명부를 구동하여 빛을 발하게 하고, 스캔이미지 센서부에 클록을 공급하여 스캔이미지 센서부로부터 디지탈화된 이미지 신호를 입력하고, 스캔동작 검출부로부터 스캔의 이동에 관한 데이터를 입력하여 조명부와 렌즈부를 공용하며 이미지에 대한 데이터 및 이미지 스캔의 이동에 대한 데이터를 동시에 취득하는 것을 특징으로 한다. 또 이미지를 스캔하는 때에 이미지에 대한 데이터와 스캔의 상하좌우 이동의 누적값을 입력하고, 상기 누적값으로부터 좌우이동에 관한 누적값과 상하이동에 관한 누적값의 기울기를 구하고 이를 평활화하고, 상기 평활화된 기울기에 따라유사영역을 구분하고, 상기 각 유사영역에 있어서의 평균 기울기를 구하고, 상기 각 유사영역에 해당하는 이미지 데이터에 대하여 각 유사영역에 있어서의 평균 기울기만큼 이미지 데이터를 시프트하여 보정하는 이미지 정합방법을 제공한다. 또한 이미지를 스캔하는 때에 이미지에 대한 데이터와 스캔의 상하좌우 이동의 누적값을 입력하고, 상기 누적값으로부터 좌우이동에 관한 누적값과 상하이동에 관한 누적값의 관계를 구하고 이를 평활화하고, 상기 평활화된 기울기에 따라 유사영역을 구분하고, 상기 각 유사영역에 있어서의 평균 기울기를 구하고, 상기 평균 기울기와 실제의 값의 차이만큼 그에 해당하는 이미지 데이터를 상하로 시프트하여 보정하는 것을 특징으로 한다.

Description

이미지 입력장치, 이를 사용하는 펜타입 입력기 및 이미지 정합방법{IMAGE INPUT APPARATUS, PEN-TYPED IMAGE INPUT APPARATUS USING THEREOF AND IMAGE ALIGNMENT METHOD}
본 발명은 이미지 입력장치, 이를 사용하는 펜타입 입력기 및 이미지 정합방법에 관한 것으로서, 특히 휴대형 문자인식기나 펜타입 입력기에 적합한 이미지 입력장치 및 이미지 정합방법에 관한 것이다. 즉, LED빛에 의해 조명된 이미지를 하나의 렌즈와 반투과성(40-60%)을 갖는 거울을 통하여 광마우스(光mouse)와 같은 동작을 하는 스캔동작 검출부와 이미지를 받아드리는 스캔 이미지 센서부로 구성된 이미지 입력장치 및 스캔동작 검출부의 데이터를 엔코더 참고 데이타로 활용하여 스캔된 이미지를 정합하는 이미지 정합방법에 관한 것이다.
종래의 스캔동작 검출방법으로는 지금까지 3가지를 들 수 있다. 첫째는 스캔 동작시에 기계적인 엔코더를 이용하여 스캔 동작의 속도에 따라서 스캔되어 입력된 이미지를 엔코더하는 방법이다. 둘째는 스캔시에 돌아가는 바퀴 모양의 상태를 광학식으로 체크하여 스캔 속도를 체크하여 데이타를 엔코더하는 방법이다. 셋째는 이미지 입력부의 센서 자체를 2차원 CCD 센서를 통하여 초당 약60-100번 정도의 이미지를 촬상(撮像)하고 촬상된 이미지를 비교하여 이미지 정합을 하며 그때의 정합된 이미지의 상관도에 따라서 움직임도 체크하는 방법이 있었다.
그러나, 첫번과 두번째의 방법은 스캔된 이미지 데이타가 스캔방향(좌우방향)에 따라서 문자로 인식될 수 있는 이미지로 정합이 되어지나 스캔방향의 수직방향인 상하로의 스캔동작 움직임에 대한 데이터를 얻을 수 없기 때문에 마우스 기능과 필기동작에 의한 문자를 인식할 수 없으며 또한 이미지 입력부가 외형적으로 복잡하여지기 때문에 제품 디자인에 문제가 있어 고급제품으로의 느낌을 주지 못한다.
세번째의 방법은 2차원 이미지의 정합처리를 하여야 하기 때문에 많은 계산량이 필요하기 때문에 이미지 처리에 따른 전용칩을 사용하여야 함으로써 내부칩의 복잡도를 증가시키며 2차원 이미지 센서의 특성상 샘플링이 초당 60-100회 정도이기 때문에, 필기동작에 있어서 어느 이상의 정확도를 요구해야 필기문자를 인식할 수 있는 등 해상도 문제가 있다. 또한 입력된 이미지들의 정합에 의한 상하좌우의 스캔동작을 추출하기 때문에 같은 모양 또는 백지 위에서의 스캔동작에 대해서 전혀 인지할 수 없다는 단점을 갖고 있다.
따라서 본 발명은 상기한 문제를 모두 해결하기 위한 것으로서, 저가의 광마우스에서 사용되는 센서(이하 광포인팅 센서)를 이용하고 그에 따른 광학모듈 및 기구물을 제작함으로써 이러한 문제를 해결하고자 하는 것이다. 광포인팅 센서와 일차원 이미지CCD센서는 같은 이미지라도 각각의 이미지 분해능력이 기능에 따라서 달리 검출되기 때문에 하나의 렌즈를 통해서 입력되는 이미지는 충분한 이미지 광량을 받게 하면 40-50%의 반사거울을 이용하여 각각의 센서에 입력시켜주어도 각각의 필요한 데이타를 검출하게 하고자 하는 것이다. 즉 광포인팅 센서는 같은 렌즈를 통해서 들어오는 이미지라도 이미지 CCD센서에 비해서 중심부분의 이미지만을 높은 해상도로 받아들이기 때문에 작은 부분의 영역을 세밀히 받아들임으로써 조명에 따른 면의 상태까지 구분할 수 있으며, 이미지 CCD는 넓은 부분의 이미지를 광포인팅 센서보다는 작은 해상도로 받아들임으로써 필요한 문자 이미지 영역을 모두 포함하여 받아들이게 된다.
따라서 조명부는 광가이드를 통해서 빛을 조명할 때 수평과 16도-20도의 각도를 이루게 하여 광포인팅 센서에 입력되는 이미지가 백지 면이라도 면의 거치른 상태(조도(粗度에)) 따라서 백지의 이미지가 다르게 나타나게 하여 좌우상하의 스캔동작을 검출할 수 있도록 하였다. 이때의 광포인팅 센서의 해상도는 400dpi이상을 보장하기 때문에 적은 움직임의 필기동작에서도 필기문자를 인식할 수 있는 우수성을 갖게 된다.
실제 필기 동작시에는 종래의 3번째 방법으로는 백지면이 있는 상태를 펜타입의 스캐너로 스캔하면 그 부분이 인지불능상태로 되어 있기 때문에 필기동작 추출시에는 글자가 빽빽한 영역 또는 조밀한 선들이 많은 모양이 있는 곳에서만 필기동작에 의한 문자의 인식이 가능하다.
따라서 본 발명에서는 필기동작에 의한 문자를 인식하는 기능을 부여한 종래의 펜스캐너가 갖고 있는 이미지 입력 데이타의 문제를 해결하였으며 광학마우스 기능을 그대로 유지하기 때문에 펜형 마우스로의 기능구현이 가능하며 모양 디자인 면에서도 간단하며 이미지 정합에 따른 많은 계산량이 요구되는 고가의 전용 이미지 프로세서가 필요하지 않게 되는 이미지 입력장치, 이를 사용하는 펜타입 입력기 및 이미지 정합방법을 제공하고자 하는 것이다.
도1은 이미지 입력장치 및 그 주변장치를 나타내는 시스템 블록도,
도2는 이미지 입력장치를 상세하게 나타내는 도면,
도3은 이미지 입력장치에 통신기능을 부가한 것을 나타내는 도면,
도4는 이미지의 스캔 및 입력과정을 나타내는 플로우챠트,
도5는 스캔되는 문자열과 스캐너의 라인센서가 직각이 되지 않은 상태에서의 입력된 이미지를 나타내는 설명도,
도6은 스캔 동작시에 스캐너가 상하로 떨리는 상태에서 스캔되어 입력되는 이미지를 나타내는 설명도,
도7은 CCD의 각도와 Y축 펄스의 누적값과의 상관관계를 나타내는 설명도,
도8은 CCD의 스캔상태와 Y축 펄스의 누적값과의 상관관계를 나타내는 설명도,
도9는 CCD가 삐뚤어져 스캔되는 상태를 나타내는 설명도, 왜곡되어입력된 이미지 및 그 때의 DispXp와 DispYp의 관계를 나타내는 도면,
도10은 왜곡된 이미지의 보정작업을 나타내는 플로우챠트,
도11은 P0(x)값의 평활화를 설명하는 도면,
도12는 평균 기울기에 의하여 구분된 영역을 나타내는 도면,
도13은 떨림에 의한 시프트 보정을 설명하는 도면,
도14는 떨림에 의한 왜곡이 보정된 이미지를 나타내는 도면,
도15는 각 영역별로 평균 기울기만큼 시프트하는 보정을 나타내는 도면,
도16은 일련의 보정을 끝낸 최종 이미지를 나타내는 도면,
도17은 기울기의 평활화를 나타내는 플로우차트이다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여, 입력하고자 하는 문자 등이 쓰여져 있는 물체에 빛을 입사시키는 조명부와, 상기 물체로부터 반사되는 빛을 집광하여 이를 이미지 입력부와 스캔동작 검출부로 각각 나누어 입사시키는 렌즈부와, 상기 입사되는 반사광을 전기신호를 거쳐 디지탈 신호로 변환하여 시스템 제어부에 입력시키는 스캔이미지 센서부와, 상기 입사되는 반사광으로부터 스캔의 상하좌우 이동을 검출하는 스캔동작 검출부와, 상기 스캔이미지 센서부와 상기 스캔동작 검출부로부터의 데이터를 저장하는 메모리를 구비하며 장치 전체를 제어하는 제어부로 구성되어, 상기 제어부는 스캔모드시에 상기 조명부를 구동하여 빛을 발하게 하고, 스캔이미지 센서부에 클록을 공급하여 스캔이미지 센서부로부터 디지탈화된 이미지 신호를 입력하고, 스캔동작 검출부로부터 스캔의 이동에 관한 데이터를 입력하여 조명부와 렌즈부를 공용하며 이미지에 대한 데이터 및 이미지 스캔의 이동에 대한 데이터를 동시에 취득하는 이미지 입력장치를 제공한다. 또한 입력하고자 하는 문자 등이 쓰여져 있는 물체에 빛을 입사시키는 조명부와 상기 물체로부터 반사되는 빛을 집광하여 이를 이미지 입력부와 스캔동작 검출부로 각각 나누어 입사시키는 렌즈부를 구비하고, 상기 입사되는 반사광을 전기신호를 거쳐 디지탈 신호로 변환하여 시스템 제어부에 입력시키는 스캔이미지 센서부와, 입력하고자 하는 문자 등이 쓰여져 있는 물체에 빛을 입사시키는 조명부와 상기 물체로부터 반사되는 빛을 집광하여 이를 이미지 입력부와 스캔동작 검출부로 각각 나누어 입사시키는 렌즈부를 구비하고, 상기 입시되는 반사광으로부터 스캔의 상하좌우 이동을 검출하는 스캔동작 검출부와, 상기 스캔이미지 센서부와 상기 스캔동작 검출부로부터의데이터를 저장하는 메모리를 구비하며 장치 전체를 제어하는 제어부로 구성되어, 상기 제어부는 스캔모드시에 상기 각 조명부를 구동하여 빛을 발하게 하고, 스캔이미지 센서부에 클록을 공급하여 스캔이미지 센서부로부터 디지탈화된 이미지 신호를 입력하고, 스캔동작 검출부로부터 스캔의 이동에 관한 데이터를 입력하여 이미지에 대한 데이터 및 이미지 스캔의 이동에 대한 데이터를 동시에 취득하는 이미지 입력장치도 제공한다.
여기에서 조명부는, 빛을 발하는 발광부와, 상기 제어부로부터 제어신호를 받아 발광부를 구동하는 조명회로부와, 발광부의 빛을 물체에 비스듬하게 입사시키는 광가이드로 구성되며, 렌즈부는 반사광을 집광시키는 렌즈와 집광된 빛을 둘로 나누는 반투과성을 갖는 해프미러(half mirror)로 구성되고, 스캔이미지 센서부는, 입사되는 빛을 전기신호로 변환하는 CCD와, 상기 전기신호를 디지탈 신호로 변환하는 A/D변환기로 구성된다.
또한 상기 스캔이미지 센서부는 전기신호로 변환된 신호가 디지탈화 될 수 있도록 상기 전기신호의 전압이 일정한 범위내에 있도록 조정하는 이미지신호 조정회로부를 더 구비하는 것이 바림직하다.
또 스캔동작 검출부는 광마우스에서 사용되는 광포인팅 센서인 것이 좋다.
또한 본 발명은 상기와 같이 구성된 이미지 입력장치를 사용하는 펜타입 입력기를 제공한다.
한편 본 발명은, 이미지를 스캔하는 때에 이미지에 대한 데이터와스캔의 상하좌우 이동의 누적값을 입력하고, 상기 누적값으로부터 좌우이동에 관한 누적값과 상하이동에 관한 누적값의 기울기를 구하고 이를 평활화하고, 상기 평활화된 기울기에 따라 유사영역을 구분하고, 상기 각 유사영역에 있어서의 평균 기울기를 구하고, 상기 각 유사영역에 해당하는 이미지 데이터에 대하여 각 유사영역에 있어서의 평균 기울기만큼 이미지 데이터를 시프트하여 보정하는 이미지 정합방법를 제공한다. 또한 이미지를 스캔하는 때에 이미지에 대한 데이터와 스캔의 상하좌우 이동의 누적값을 입력하고, 상기 누적값으로부터 좌우이동에 관한 누적값과 상하이동에 관한 누적값의 관계를 구하고 이를 평활화하고, 상기 평활화된 기울기에 따라 유사영역을 구분하고, 상기 각 유사영역에 있어서의 평균 기울기를 구하고, 상기 평균 기울기와 실제의 값의 차이만큼 그에 해당하는 이미지 데이터를 상하로 시프트하여 보정하는 이미지 정합방법도 제공한다.
(실시예)
이하, 본 발명에 의한 실시예를 도면에 의거하여 설명한다.
도1은 이미지 입력장치 및 주변장치를 나타내는 도면이다. 도1에서 200은 스캔하고자 하는 이미지에 빛을 조사하는 조명부로서, LED, 조명회로 구동부 및 광가이드로 구성된다. 201은 렌즈부로서 정밀 광학렌즈와 50% 해프미러(half mirror)로 구성된다. 202는 스캔이미지 센서부로서 렌즈부로부터 입력된 이미지를 전기신호로 변환하여 시스템 제어부204에 전달한다. 203은 스캔동작 검출부로서 광포인팅의 X, Y 이동 데이터를 펄스형태의 데이터로 받아서 시스템 제어부에 전달한다. 204는 시스템 제어부로서, 스캔동작 검출부203으로부터 입력된 신호에 따라서 스캔이미지 센서부202를 제어하여 이미지 데이터를 A/D변환하는 샘플링을 하여 이미지 데이터를 가져온다. 상기 시스템 제어부204에는 메모리가 포함되어 있다.
한편, 205는 상기 시스템 제어부204의 메모리에 쌓여 있는 이미지에 대한 데이터를 스캔동작에 대한 데이터에 의거하여 정합하는 스캔이미지 정합부이다.
또한 206 및 207은 시스템 제어부204의 제어부에 쌓여 있는 스캔 이미지 그 자체 또는 상기 스캔이미지 정합부205에 의하여 정합된 이미지를 읽어 각각 인식하는 인쇄문자 인식부 및 필기문자 인식부이다.
또 208은 외부 기기와 데이터를 주고 받는 데이터 입출력부이다.
상기 이미지 입력장치에서는 시스템 제어부204로 입력된 이미지 데이타와 X, Y방향으로의 스캔동작 데이터를 이용하여 스캔이미지 정합부205의 스캔 이미지를 정합하여 이미지의 기울기 등을 정합한다. 또한 필요에 따라서 이미지로부터 인쇄문자 인식부206을 통하여 인식된 데이터 또는 관련 사전내용을 데이터 입출력부208를 통하여 LCD등의 기기로 출력한다. 필기문자 인식부207은 스캔동작 검출부203에 있는 광포인팅 센서로부터 X, Y방향으로의 스캔동작 데이터로부터 필기동작에 따른 데이터를 인식한다.
상기 구성에서 조명부200, 렌즈부201, 스캔이미지 센서부202, 스캔동작검출부203 및 시스템 제어부204로 구성되는 이미지 입력장치를 상세하게 나타내는 것이 도2이다.
도2에서 100은 물체 즉 스캔하고자 하는 이미지가 존재하는 종이 등이다.
101은 광가이드(光guide)로서 LED102로부터 나오는 빛(적색 파장)을 유도하여 상기 물체100에 대하여 약 16~20도 정도의 각도로 입사(入射)되게 한다. 111은 조명 회로부로서 스캔모드시에 MCU113로부터 지시를 받아 LED102를 구동하여 빛을 발하도록 한다. 상기 광가이드101, LED102 및 조명 회로부111가 조명부200을 구성한다. 이 조명부200에서 LED102를 사용하고 있으나 이에 한정되는 것은 아니고 빛을 발하는 것이라면 무엇이든지 무방하여 예를 들면 램프 등을 사용할 수도 있다.
도면에서 103은 물체100로부터 반사된 빛을 집광(集光)하는 렌즈로서 반사된 이미지를 모아서 해프미러104에 입사되도록 하며, 104는 입사된 빛을 2방향으로 나누는 해프미러로서 입사된 이미지를 광포인팅 센서105와 CCD106에 각각 약 1/2씩 나누어 전달하며, 상기 렌즈103과 해프미러104가 렌즈부를 구성한다.
105는 스캔 동작시 스캔의 X,　Y방향의 위치이동을 검출하는 광포인팅 센서로서 스캔동작 검출부203를 구성한다. 이 광포인팅 센서105는, 해프미러104로부터 전달받은 물체의 상을 1500Hz의 속도로 샘플링(sampling)하고, 이미지 프로세싱(image processing)하여 x축, y축 방향의 이동거리를 산출한다. 산출된 이동거리에 대한 정보는 펄스(Pulse) 형태로 MCU110에 입력된다.
106은 CCD로서 해프미러104로부터 전달받은 물체의 상을 전기신호(電氣信號)로 변환한다. 이 CCD106는 리니어 어레이 타입(linear array type)으로서 128개의 픽셀(pixel)을 가지고 있으며 해상도가 400dpi가 되도록 기구적으로 설계되어 있다. 각 픽셀의 전압은 MCU110로부터의 고속 클록펄스(Clock pulse)에 따라 순차적으로 이미지신호 조정회로부107에 인가된다.
107은 이미지신호 조정회로부(image　signal conditioning circuit)로서, CCD106로부터 출력된 각 픽셀의 전압을 화상A/D변환기108번의 기준전압 범위 안에 들도록 조정한다. 조정된 신호는 화상A/D변환기108에 인가된다.
108은 화상A/D변환기(Video A/D converter)로서, 이미지신호 조정회로부107에서 조정된 아날로그(analog) 영상신호를 받아 8비트(Bit)의 디지털 코드(Digital code)로 변환한다. 변환된 디지털 코드는 MCU110에 내장된 DMA(Direct memory access) 콘트롤러 기능을 이용하여 MCU의 처리부담 없이 메모리109에 직접 입력될 수도 있다.
상기 CCD106, 이미지신호 조정회로부107 및 화상A/D변환기가 스캔이미지 센서부202를 구성한다.
109는 메모리(Memory)로서 상기 스캔이미지 센서부202로부터의 이미지 신호 및 상기 스캔동작 검출부203로부터의 위치이동에 대한 데이터를 저장하고 있다. 110은 MCU로서, 32Bit Arm7 core MCU로서, CCD106에 노출시간을 조절하는 신호와 각 픽셀의 전압이 순차적으로 출력되도록 CCD 클록을 인가한다. 광포인팅 센서105로부터 입력되는 펄스 신호로부터 이동거리와 이동방향에 대한 정보를 얻어내서 메모리109에 저장된 디지털 이미지 신호의 정합에 이용한다. 상기 메모리109와 MCU110은 시스템 제어부204를 구성한다.
상기 광포인팅 센서105는 한번의 데이터(이하 4중신호(Quadrature 信號)라고 한다)를 출력할 때에 8 픽셀까지의 변환된 데이터를 나타낼 수 있으며 4중신호 출력은 초당 1500개가 가능하다. 또한 CCD 이미지 데이타의 샘플링 속도는 초당 3000프레임을 얻을 수 있기 때문에 1개의 광포인팅 검출 때마다 CCD 이미지 프레임 데이타 2개까지를 유효하게 얻을 수 있다.
한편, 400dpi의 광포인팅 해상도를 갖고 있기 때문에 최대 스캔 속도를 계산해보면 아래와 같다.
MCU110에서 이미지를 얻을 수 있는 최대 속도 : V(cm/초)
광포인팅 검출시 유효한 CCD 이미지 프레임 데이터수N : 2개
광포인팅 센서 해상도 R = 1인치당 얻을 수 있는 픽셀수 400
광포인팅 센서의 샘플링 속도 : S = 1500
V(cm/초) = (N*2.54 / R) * S
이므로, 상기 식에 따라 최대 스캔속도를 계산하여 보면(2*2.54/400)*1500 = 19.05cm/초가 된다.
이 정도의 속도라면 사람의 손이 움직일 수 있는 범위를 거의 포함한다.
실제 구현에 있어서는 광포인팅 검출 주기가 CCD의 이미지변환 샘플링 주기보다 2배가 되기 때문에 광포인팅 센서는 하나의 샘플링 검출시에 CCD 이미지 데이타를 2 프레임씩을 얻을 수 있다. 따라서 광포인팅 센서의 4중 신호값이 2보다 크면 데이터를 잃어버릴 수 있다.
도3은 이미지 입력장치에 USB 통신 또는 블루투스(Blue-Tooth) 통신기능을 장착함으로써 정보기기의 보조 입력장치로서의 본 발명 장치의 활용례를 보여주고 있다.
이 장치는 PC 또는 PDA의 보조 이미지 입력장치로서 PC에 응용프로그램을 통해서 본 발명의 장치에서 스캔된 이미지 데이타 또는 광포인팅 신호 데이타를 인식하고 처리할 수 있도록 한다. 즉 PC나 PDA에서 운용되는 프로그램에서는 전자사전, 문자인식, 필기인식, 기호인식 등 적절한 운용프로그램에 의하여 인식하여 해당되는 한영사전/영한사전/한자사전/국어사전 등을 출력하게 하거나 필기동작을 인식하여 워드에 입력하거나 시그네쳐 동작을 인식하여 명령실행을 행할 수 있도록 한다. 또한 광포인팅 기능은 곧바로 400dpi의 펜마우스 기능을 갖고 있으므로 마우스기능을 대체할 수 있는 장치로서 곧바로 활용할 수 있다.
상기 이미지 입력장치는 펜타입 입력기에 사용되어 컴팩트한 휴대용 입력기로서 사용될 수 있다.
또한 상기 실시예에서는 조명부 및 렌즈부를 공용하는 구성으로 하였으나, 필요에 따라 스캔이미지 센서부와 스캔동작 검출부가 각각 조명부와 렌즈부를 구비할 수 있다.
이하, 상기와 같은 장치를 사용하여 이미지를 스캔하여 입력하는 절차에 관하여 설명한다. 도4는 입력절차를 나타내는 플로우챠트이다.
본 발명의 이미지 입력장치가 스캔방향을 XY좌표상에서 X축으로 되어 있다고 한다면 내장된 라인CCD소자(Line-CCD素子)는 Y축으로 배치되어 있으며 장치에서 사용되고 있는 CCD소자는 한번에 128 픽셀 데이타를 받아들인다. 이미지스캔 해상도는 400dpi로 설정하였기 때문에 128 픽셀을 기준으로 본다면 약 8mm 길이의 문자크기(약 22 포인트의 폰트 크기)를 스캔할 수 있다
문자 이미지를 스캔할 때 이상적으로 올바르게 스캔했을 때의 가정은 내장되어 있는 광포인팅 센서105의 움직임을 검출하였을 때에 X성분 데이터Ptx의 누적이동거리DistXp 값만 변하고 Y성분 데이터Pty의 누적이동거리 DistYp 값은 변하지 않는다. 즉 일직선으로 똑바로 스캔하는 경우이다.
여기서 Ptx는 광포인팅 센서가 초당 1500번의 데이터를 검출할 때에 X방향으로 이동된 픽셀 단위의 값이고, Pty는 Y방향으로 이동된 픽셀 단위의 값이다.
DistXp는 스캔이 시작되었을 때(DsitXp = 0)로부터 광포인팅 센서로부터얻어진 이동 픽셀 단위의 X성분값 Ptx의 누적값이고, DistYp는 스캔 시작되었을 때(DsitYp = 0)부터 광포인팅 센서로부터 얻어진 이동 픽셀 단위의 Y성분값 Pty의 누적값으로서 스캔시작부터 현재까지 픽셀 단위로 이동된 거리를 나타낸다.
스텝400은 이미지 스캔방법으로서 이미지 입력장치에서의 광포인팅 센서의 검출 데이터를 이용하여 CCD 이미지 데이타를 읽어 들이는 순서에 관한 것이다.
스텝401은 스캔 시작시의 초기화 작업이다. 즉 데이터가 저장될 위치를 지정하고 이동거리를 0로 초기화시킨다.
스텝402에서 인터럽트에 의해 발생하여 검출된 Ptx, Pty값을 검출하면, 스텝403에서 픽셀 단위로 움직인 성분이 있는가를 체크하여 움직임이 없으면 즉 Ptx, Pty값이 “0”이면 스텝406으로 간다. 움직임이 있는 경우에는 즉 Ptx, Pty값이 “0”이 아니면 스텝404으로 간다. 스텝404에서는 스캔이 시작되었을 때(DsitXp=0, DistYp=0)부터 광포인팅 센서로부터 얻어진 이동 픽셀단위의 X, Y성분값 Ptx, Pty의 값을 DsitXp, DistYp에 각각 누적 합계한다. 스텝405는 CCD로부터 읽어 들여온 프레임수FrameNum(프레임 데이타수　: 128) 만큼　　DataPtr + DistXp × Frame가 지정하는 메모리에 저장한다. 스텝406에서는 계속 스캔동작 상태인가를 점검하여 스캔모드이면 계속적인 데이터입력을 위하여 스텝402로 가며, 아니면 스캔동작을 종료한다.
스캔모드가 계속되는 동안 스텝402부터 스텝405까지의 과정을 반복하여 스캔하고 스캔된 이미지는 디지털 코드로 메모리에 저장되게 된다.
이하, 스캔시의 이미지 입력장치의 이동방향에 의한 이미지의 왜곡 및 그에 대한 정합방법에 대하여 설명한다.
스캔 동작시 이미지 입력장치를 문자 이미지가 놓여져 있는 방향과 일치하지 않은 상태로 스캔하는 경우 기울어짐 또는 왜곡된 이미지가 얻어지게 된다. 또한 스캔 동작시에 Y축으로 손이 흔들림으로써 약간의 노이즈 같은 성분이 발생할 수도 있다.
즉, 스캔된 이미지는 대개 2가지 이유에 의해서 왜곡이 일어난다. 첫째는 문자열의 방향과 스캔되는 방향 즉 문자열의 방향과 CCD 라인센서가 정확히 90도를 이루어지지 않은 상태에서 스캔이 이루어지지 않고 약간 기울여져서 스캔되므로 발생하는 왜곡이 있다. 그리고 두번째는 스캐너가 진행 하면서 상하로 조금씩 떨리며 스캔되므로 발생하는 왜곡이다. 이 2가지 왜곡현상이 동시에 나타날 수도 있으며 어느 하나만 나타날 수도 있다.
(a)스캔 진행방향과 CCD 라인센서가 90도를 이루지 못했을 때의 스캔과 얻어진 영상(도6 참조)
(b)스캔시 상하의 손 떨림에 의해서 왜곡되어지는 영상(도6 참조)
이하, 이미지 왜곡의 보정 원리에 대하여 설명한다.
(1)X축 진행방향으로 400 DPI의 라인 영상을 받아올 때에 Y축 방향으로 움직임에 따른 400 DPI 해상도의 펄스가 광포인팅 센서105로부터 나온다. 이 Y축 펄스의 누적값을 분석함으로서 이 펄스안에 포함된 기울어진 정도와 Y축 떨림 등 2개의 정보를 추출해 내는 방법을 사용한다.
(2)일반적으로 CCD 라인스캐너가 진행방향과 직각이지 않게 기울어진 각도는 급격하게 변하지 않으며 순차적으로 부드럽게 변하고 스캔도중 발생하는 CCD 라인스캐너의 Y축 방향으로의 요동은 각도의 기울어짐에 비해서는 국소적으로 나타난다. 그러므로 이 2개의 현상에 의해서 누적되어 발생한 Y축 방향으로의 Y펄스 값에 의거하여 전체적인 누적의 기울기를 조사해서 CCD의 기울기를 구하고 이 구해진 기울기를 중심으로 상하로 요동하는 국소적인 변화를 Y축으로 CCD가 움직인 변화로 탐지하는 것이다.
(3)순차적으로 기울여지며 스캔되는 모습
도7(a)에 문자의 열에 대하여 점진적으로 기울여져 스캔하는 모습을 나타낸다. 이렇게 기울여지게 CCD가 진행했을 때 발생하는 Y축 펄스는 도7(b)와 같다.
도7에서와 같이 X축과 Y축은 모두 400DPI 해상도로 이동거리만큼 펄스가 나오므로 이 펄스를 누적하면 도7(b)과 같은 값을 가지며 이 직선의 기울기가 기울어진 각도가 된다. 이 각도는 통상 최대 -5도에서 +5도 정도이고 보통는 -2도에서 +2도 안팎이다.
실제로 사용자가 스캔을 할 경우에 상기와 같이 Y축 펄스 누적값이 +에서 0 그리고 -로 바뀌지는 않고 습관상 + 또는 -가 연속으로 발생하는 빈도가 많다.
(4) + 기울기에 상하로 스캐너가 움직이는 현상과 이때 발생하는 Y축 누적값의 변화를 보이면 도8과 같다.
도8에서와 같이 CCD의 각도는 급격히 변화하지 않으므로 일정 영역 안에서는 기울기가 동일한 1차원 식으로 표현 될 수 있고 이 특정 영역 안에서 Y축 누적값으로부터 이 누적값을 대표하는 직선식을 구한 후에 이 직선식에서 Y축 누적값을 뺀 값이 Y축으로 CCD가 요동한 값이고 이 직선의 기울기가 해당 영역 안에서 CCD가 기울어진 각도가 된다.
이하, 스캔되어 입력된 이미지의 영상 보정작업에 관하여 구체적으로 설명한다.
도4의 이미지 스캔작업을 통하여 들어온 데이터는 스캔동작에 따라서 이미지의 기울어짐 또는 왜곡을 갖게 되는데 흔들림으로 인하여 약간의 노이즈가 발생한다.
도9는 스캔 동작에 있어서 스캐너가 삐뚤어져 왜곡되어 입력된 이미지와 그 때의 광포인팅 센서의 x축 이동거리에 따른 Y축 이동거리 데이터의 출력예이다. 이미지 스캔작업을 통하여 들어온 광포인팅 센서의 데이터 DistXp를 x로 하고 DistYp(도면에서는 Y축 누적값)의 값을 Po(x)로 나타내는 것이다.
도9에 의거하여 이러한 왜곡된 이미지에 대한 보정작업에 대하여 설명한다.
우선 기울기의 평활화 작업(스텝210)을 수행한다. 이 작업은기울기P0(x)를 평활화하여 주변 기울기의 값이 평균화된 평활화값Pp(x)을 구한다. 도11에 구해진 Pp(x)의 한 예를 나타낸다. 상세한 과정을 후술한다.
그리고 스텝220에서 기울기가 유사한 부분들을 체크하여 기울기의 유사영역을 구분한다. 도12에 기울기에 따라 A0, A1, A2의 3영역으로 나누어진 예를 나타낸다. 스텝230에서는 구분된 영역별로 평균 기울기Sa을 계산한다. 도12의 경우에
y0 = Pp(x0), y1 = Pp(x1), y2 = Pp(x2) 이고,
영역A0의 평균 기울기 Sa0는 -x0/y0 이고,
영역A1의 평균 기울기 Sa1는 (y0-y1)/(x0 - x1) 이고,
영역A2의 평균 기울기 Sa2는 (y1-y2)/(x2-x1) 으로 계산된다.
영역별로 구해진 상기 기울기에 따른 DistYp를 구한다 이 때의 DistYp(x)를 Pav(x)라하고 이것을 도12에 나타낸다.
스텝240에서는 도9(c)의 Po(x)에서 추출한 각 영역의 평균 기울기에 해당하는 도12의 Pav(x)값 만큼을 뺀 값만큼 도9(b)의 영상을 y축 방향으로 시프트하는 보정을 한다. 이 값이 스캔시 발생한 상하의 미세떨림에 대한 보정인 것이다. x좌표당 시프트해야 할 픽셀 수는 Po(x) - Pav(x)이다. 이 과정을 도13에 나타낸다. 상기와 같은 시프트에 의하여 도9(b)의 “지”와 “의”의 글자가 상하로 약간 돌출된 것이 도14와 같이 보정된다.
스텝250에서는 영역별로 구해진 평균 기울기 만큼 순차적으로 X축에 대해서도 보정을 한다. 즉 영역별 평균 DistYp값인 Pav(x)에 의하여 기울어진 이미지를 보정한다. 영역A0, A1. A2에서의 각 평균 기울기는 Sa0, Sa1, Sa2이므로 각 영역에서 기울기에 따라 보정을 실시한다. 이를 나타내는 것이 도15이다.
이러한 순차적인 보정은 영역별 기울기 상태의 차이가 많이 날 경우 연속적인 변화율이 될 수 있도록 보정하는 것이다.
이러한 일련의 처리를 끝낸 보정된 이미지를 도16에 나타낸다.
다음에 스텝210의 기울기 평활화에 대하여 도17에 의거하여 구체적으로 설명한다.
스텝211에서 평활화 계산을 위하여 Po(x)를 버퍼 어레이 Pp(x)에 복사한다. 스텝212에서는 Pp(x)값은 Pp(x-1) 및 Pp(x+1)값의 차이가 미리 설정된 임계치보다 크면 스텝213에서 전후 데이터의 평균값으로 대체하고 스텝214부터 스텝216까지는 현재의 값과 전후의 값을 평균화하는 과정을 미리 정해진 회수만큼 반복하여 계산하여 Po(x)의 값을 평균화하여 평활화한 Pp(x)를 구한다.
이상과 같은 본 발명은, 간단하게 구할 수 있는 광포인팅 센서를 이미지 입력부에 부가하여 이미지를 보정하는데 필요한 데이터를 간단하게얻을 수 있는 펜타입의 입력장치에 매우 유효하다. 따라서 이미지 스캔기능과 광마우스 기능이 기본적으로 장착되어 있기 때문에 이러한 펜입력장치로 문자를 입력하는 경우에 그 문자를 인식할 수 있는 충분한 데이터를 이용하여 필기문자를 입력할 수 있다. 또한 스캔이미지 센서부와 스캔동작 입력부가 렌즈부 및 조명부를 공유함으로써 장치를 소형화 및 저렴화가 가능하며 또한 간단한 중앙연산장치와 외부와 데이터 송수신할 수 있도록 통신장치를 부가함으로써 PC 등의 주변기기로서 사용될 수 있다.
또한 본 발명에서는 간단한 알고리즘으로 왜곡된 이미지를 정확히 보정하는 방법도 같이 제공하고 있다.
따라서 본 발명은 펜타입의 입력장치에 있어서 광포인팅센서를 통한 펜마우스 기능과 이미지스캔 기능을 소형화, 일체화하여 첫째, 펜형 광학마우스 기능과 둘째, 스캔기능에 의해 입력된 이미지를 인식처리하여 문자를 인식하는 기능과 셋째, 펜입력 기기의 필기동작에 의한 문자를 입력하는 기능을 구현할 수 있는 다기능의 이미지 입력장치를 구현함으로써 각각의 장점을 최대한 활용하는 우수한 효과가 있다.

Claims (13)

  1. 입력하고자 하는 문자 등이 쓰여져 있는 물체에 빛을 입사시키는 조명부와,
    상기 물체로부터 반사되는 빛을 집광하여 이를 이미지 입력부와 스캔동작 검출부로 각각 나누어 입사시키는 렌즈부와,
    상기 입사되는 반사광을 전기신호를 거쳐 디지탈 신호로 변환하여 시스템 제어부에 입력시키는 스캔이미지 센서부와,
    상기 입시되는 반사광으로부터 스캔의 상하좌우 이동을 검출하는 스캔동작 검출부와,
    상기 스캔이미지 센서부와 상기 스캔동작 검출부로부터의 데이터를 저장하는 메모리를 구비하며 장치 전체를 제어하는 제어부로 구성되어,
    상기 제어부는 스캔모드시에 상기 조명부를 구동하여 빛을 발하게 하고, 스캔이미지 센서부에 클록을 공급하여 스캔이미지 센서부로부터 디지탈화된 이미지 신호를 입력하고, 스캔동작 검출부로부터 스캔의 이동에 관한 데이터를 입력하여
    조명부와 렌즈부를 공용하며 이미지에 대한 데이터 및 이미지 스캔의 이동에 대한 데이터를 동시에 취득하는 것을 특징으로 하는 이미지 입력장치.
  2. 입력하고자 하는 문자 등이 쓰여져 있는 물체에 빛을 입사시키는 조명부와 상기 물체로부터 반사되는 빛을 집광하여 이를 이미지 입력부와스캔동작 검출부로 각각 나누어 입사시키는 렌즈부를 구비하고, 상기 입사되는 반사광을 전기신호를 거쳐 디지탈 신호로 변환하여 시스템 제어부에 입력시키는 스캔이미지 센서부와,
    입력하고자 하는 문자 등이 쓰여져 있는 물체에 빛을 입사시키는 조명부와 상기 물체로부터 반사되는 빛을 집광하여 이를 이미지 입력부와 스캔동작 검출부로 각각 나누어 입사시키는 렌즈부를 구비하고, 상기 입시되는 반사광으로부터 스캔의 상하좌우 이동을 검출하는 스캔동작 검출부와,
    상기 스캔이미지 센서부와 상기 스캔동작 검출부로부터의 데이터를 저장하는 메모리를 구비하며 장치 전체를 제어하는 제어부로 구성되어,
    상기 제어부는 스캔모드시에 상기 각 조명부를 구동하여 빛을 발하게 하고, 스캔이미지 센서부에 클록을 공급하여 스캔이미지 센서부로부터 디지탈화된 이미지 신호를 입력하고, 스캔동작 검출부로부터 스캔의 이동에 관한 데이터를 입력하여
    이미지에 대한 데이터 및 이미지 스캔의 이동에 대한 데이터를 동시에 취득하는 것을 특징으로 하는 이미지 입력장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서
    조명부는,
    빛을 발하는 발광부와,
    상기 제어부로부터 제어신호를 받아 발광부를 구동하는 조명회로부와,
    발광부의 빛을 물체에 비스듬하게 입사시키는 광가이드로
    구성된 것을 특징으로 하는 이미지 입력장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 렌즈부는 반사광을 집광시키는 렌즈와 집광된 빛을 둘로 나누는 반투과성을 갖는 해프미러(half mirror)로 구성된 것을 특징으로 하는 이미지 입력장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    스캔이미지 센서부는, 입사되는 빛을 전기신호로 변환하는 CCD와, 상기 전기신호를 디지탈 신호로 변환하는 A/D변환기로 구성되는 것을 특징으로 하는 이미지 입력장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 스캔이미지 센서부는 전기신호로 변환된 신호가 디지탈화 될 수 있도록 상기 전기신호의 전압이 일정한 범위내에 있도록 조정하는 이미지신호 조정회로부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 이미지 입력장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 스캔동작 검출부는 광마우스에서 사용되는 광포인팅 센서인 것을 특징으로 하는 이미지 입력장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서
    상기 스캔이미지 센서부와 상기 스캔동작 검출부로부터의 데이터를 메모리에 저장하는 것은 DMA(Direct Memory Access) 방법에 의하여 이루어져 제어부의 부하를 줄이는 것을 특징으로 하는 이미지 입력장치.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제어부에는 통신포트를 구비하여 본 장치가 컴퓨터나 PDA(Personal Data Assistance) 등의 주변기기로 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 이미지 입력장치.
  10. 제1항내지 제9항 중의 어느 한 항의 이미지 입력장치를 사용하여 이루어지는 펜타입 입력기.
  11. 이미지를 스캔하는 때에 이미지에 대한 데이터와 스캔의 상하좌우 이동의 누적값을 입력하고,
    상기 누적값으로부터 좌우이동에 관한 누적값과 상하이동에 관한 누적값의 기울기를 구하고 이를 평활화하고,
    상기 평활화된 기울기에 따라 유사영역을 구분하고,
    상기 각 유사영역에 있어서의 평균 기울기를 구하고,
    상기 긱 유사영역에 해당하는 이미지 데이터에 대하여 각 유사영역에 있어서의 평균 기울기만큼 이미지 데이터를 시프트하여 보정하는 것을 특징으로 하는 이미지 정합방법,
  12. 이미지를 스캔하는 때에 이미지에 대한 데이터와 스캔의 상하좌우 이동의 누적값을 입력하고,
    상기 누적값으로부터 좌우이동에 관한 누적값과 상하이동에 관한 누적값의 관계를 구하고 이를 평활화하고,
    상기 평활화된 기울기에 따라 유사영역을 구분하고,
    상기 각 유사영역에 있어서의 평균 기울기를 구하고,
    상기 평균 기울기와 실제의 값의 차이만큼 그에 해당하는 이미지 데이터를 상하로 시프트하여 보정하는 것을 특징으로 하는 이미지 정합방법.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 평활화는, 좌우이동의 누적값에 대한 상하이동의 누적값의 전후 값의 차이가 미리 설정된 임계치 이하이면 전후 값의 평균값으로 대체하고, 상기 과정을 미리 정해진 회수만큼 반복하여 좌우이동의 누적값에 대한 상하이동의 누적값을 구하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이미지 정합방법.
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