KR20050091260A - 이미지 센서, 광 포인팅 장치 및 광 포인팅 장치의 움직임계산 방법 - Google Patents

이미지 센서, 광 포인팅 장치 및 광 포인팅 장치의 움직임계산 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이미지 센서, 광 포인팅 장치 및 광 포인팅 장치의 움직임 계산 방법에 관한 것으로, 이 이미지 센서는 X축의 길이가 Y축의 길이보다 긴 표면 이미지를 획득하는 픽셀 어레이를 구비하는 것을 특징으로 하고, 이 광 포인팅 장치는 움직임 검색 범위에 대응되는 표면 이미지를 획득하여 제공하는 이미지 센서와, 상기 움직임을 찾는 검색 범위 및 기준 영역의 X축과 Y축의 방향 및 길이를 결정한 뒤, 상기 움직임 검색 범위의 X축과 Y축의 방향 및 길이에 대응되는 표면 이미지를 연속적으로 획득하고, 상기 연속적으로 획득되는 표면의 이미지로부터 기준 프레임 및 현재 프레임을 획득하고, 상기 기준 영역의 X축과 Y축의 방향 및 길이에 대응되는 상기 기준 프레임의 특정 영역을 기준 영역으로 설정하고, 상기 기준 영역과 상기 샘플 프레임의 상관관계를 구하여 움직임을 계산하는 이미지 프로세서를 구비하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, X축 방향으로 보다 넓은 표면 이미지를 획득하여 줄 수 있도록 함으로써 광 포인팅 장치가 저속의 샘플링 속도로 영상을 채집하여도, X축 방향으로 보다 큰 광 포인팅 장치의 움직임을 계산할 수 있도록 하는 효과를 제공한다. 또한 이는 반도체의 동작 속도를 낮추어 전력의 소모를 감소시켜 준다.

Description

이미지 센서, 광 포인팅 장치 및 광 포인팅 장치의 움직임 계산 방법{Image sensor, optic pointing device and motion value calculation method of it}
본 발명은 광 포인팅 장치에 관한 것으로, 특히, X축 방향으로 보다 큰 광 포인팅 장치의 움직임을 계산할 수 있도록 하는 이미지 센서, 광 포인팅 장치 및 광 포인팅 장치의 움직임 계산 방법을 제공하는 것이다.
일반적으로, 이미지 센서는 표면 이미지를 획득하고, 획득한 표면 이미지를 이미지 처리 장치에 제공하는 역할을 하는 장치로서, 이미지 센서를 이용하는 이미지 처리 장치로는 우리 주변에서 손쉽게 볼 수 있는 디지털 카메라와 광 포인팅 장치와 같은 장치가 있을 수 있겠다.
본 발명에서 특히 관심을 가지는 분야는 이미지 센서를 통해 빠른 속도로 표면 이미지를 획득하고, 현재 획득하고 표면 이미지와 이전에 획득된 표면 이미지의 차이를 비교하여 움직임 값을 계산하는 광 포인팅 장치에 적용되는 이미지 센서다.
도 1은 종래의 이미지 센서를 나타낸 도면으로, 종래의 이미지 센서(1)는 X축을 구성하는 픽셀의 수(12개)와 Y축을 구성하는 픽셀의 수(12개)가 동일한 정사각형의 픽셀 어레이로 구성되고, 각 픽셀(2)은 X축 피치(X PITCH)와 Y축 피치(Y PITCH)가 동일한 포토 다이오드(2a)를 구비하여, X축 피치와 Y축 피치가 동일한 값을 가진다. 즉 각 픽셀도 정사각형 모양을 가진다.
각 픽셀(2)은 셔터 온 시간 동안 입사된 광량을 채집하고, 채집된 광량에 대응되는 전기 신호를 발생하고, 이미지 센서(1)는 각 픽셀(2)에서 발생한 12 12 개의 전기신호의 형태로 표면의 이미지를 광 포인팅 장치의 내부회로에 제공하여 준다. 이에 이미지 센서는 X축 길이(a)와 Y축 길이(b)가 동일한 표면의 이미지를 광 포인팅 장치의 내부회로에 제공하여 주게 되는 것이다.
광 포인팅 장치의 내부 회로는 이미지 센서(1)로부터 제공된 1212 개의 전기신호로부터 현재의 샘플링 기간동안 채집된 표면 이미지를 획득하고, 이를 이전에 획득된 표면 이미지와 비교하여 광 포인팅 장치의 움직임 값을 계산한다.
도 2 및 도 3은 도 1의 이미지 센서를 이용하는 광 포인팅 장치의 움직임 계산 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2의 (11)의 프레임은 이전의 샘플링 기간동안 도 1의 이미지 센서를 통해 획득된 표면 이미지를 가지고, (12)의 프레임은 현재의 샘플링 기간동안 획득된 표면 이미지를 가진다.
현재의 샘플링 기간동안에 광 포인팅 장치가 움직임 거리를 계산하고자 하는 경우, 광 포인팅 장치는 이전에 샘플링 기간동안 획득된 프레임(11)을 기준 프레임으로 설정하고, 기준 프레임(11)의 정 중앙 영역을 기준 영역(11a)으로 설정하고, 현재 샘플링 기간동안 획득된 프레임(12)을 샘플 프레임으로 설정한다.
그리고 도 3에 도시된 바와 같이, 기준 영역(11a)을 샘플 프레임(12)의 왼쪽 상단 끝(-3, 3)에서 시작하여, 오른쪽 하단 끝(3, -3)에 이를 때까지의 한 픽셀 단위로 지그재그(zigzag) 스캐닝하면서, 기준 영역(11a)과 샘플 프레임(12)과의 상관관계를 계산한다.
이에 가장 높은 상관관계를 가지는 샘플 프레임(12)의 위치를 획득하고, 획득된 샘플 프레임(12)의 위치로부터 광 포인팅 장치의 움직임 값을 계산하게 되는 것이다.
도 3에서는 샘플 프레임(12)의 (0,3)의 위치에서 기준 영역(11a)과 가장 높은 상관관계를 가지고, 이에 따라 광 포인팅 장치의 움직임 값은 (0,3)PIXEL이 된다.
이상과 같이 종래의 광 포인팅 장치는 이미지 센서가 연속하여 채집한 표면 이미지를 비교하여 움직임을 찾는데, 움직임이 빠를 경우를 고려하여 기본적으로 영상의 채집 속도 즉, 샘플링 속도를 빠르게 한다. 참고로 현재 상용화된 광 포인팅 장치는 1 초에 1500번 이상 표면 이미지를 샘플링 하여준다.
광 포인팅 장치는 사람에 의해 움직여지는 것으로, 사람의 일반적인 움직임 패턴 상 Y축보다는 X축으로 움직임이 더욱 빈번하고, 움직임 값도 크게 된다. 이에 광 포인팅 장치의 샘플링 속도는 일반적으로 X축의 움직임 맞추어 결정되며, 그 결과 상기와 같은 빠른 샘플링 속도를 필요로 하게 되는 것이다.
또한, 광 포인팅 장치와 키보드는 사용의 편의상 일반적으로 나란히 놓이게 되는데 현재 널리 사용되는 키보드는 X축이 Y축보다 상대적으로 길고, 모니터 화면의 커서를 움직이기 위한 광 포인팅 장치의 움직임 영역도 X축이 Y축보다 길게 된다. 따라서 보통의 경우는 모니터 화면의 X축 길이보다 키보드와 광 포인팅 장치가 놓이는 X축의 길이가 길게 된다.
그리고 사용상의 편이를 위해, 사람의 눈과 손의 중심이 일치시키기 위해 광 포인팅 장치의 위치가 키보드의 오른쪽으로 튀어 나오게 되며, 이러한 키보드와 광 포인팅 장치의 배치는 X축 방향으로 면적을 많이 차지하게 된다.
이는 열차나 비행기와 같이 제한된 면적에서의 컴퓨터 사용 시, 사용자의 불편함을 초래하게 되는 원인이 된다. 즉, 광 포인팅 장치의 움직임 영역을 제한하게 되는 문제를 발생하게 된다.
본 발명의 목적은 X축의 길이가 Y축의 길이보다 더 긴 표면 이미지를 획득하도록 하여, 광 포인팅 장치가 더 큰 X 방향으로 보다 큰 움직임을 인지할 수 있도록 하는 이미지 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 움직임 검색 범위를 변경하여 특정 방향으로 보다 큰 광 포인팅 장치의 움직임을 계산할 수 있도록 하는 광 포인팅 장치 및 광 포인팅 장치의 움직임 계산 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 기준 영역을 변경하여 특정 방향으로 보다 큰 광 포인팅 장치의 움직임을 계산할 수 있도록 하는 광 포인팅 장치 및 광 포인팅 장치의 움직임 계산 방법을 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이미지 센서는 X축의 길이가 Y축의 길이보다 긴 표면 이미지를 획득하는 픽셀 어레이를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기의 다른 및 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 광 포인팅 장치는 움직임 검색 범위에 대응되는 표면 이미지를 획득하여 제공하는 이미지 센서와, 상기 움직임을 찾는 검색 범위 및 기준 영역의 X축과 Y축의 방향 및 길이를 결정한 뒤, 상기 움직임 검색 범위의 X축과 Y축의 방향 및 길이에 대응되는 표면 이미지를 연속적으로 획득하고, 상기 연속적으로 획득되는 표면의 이미지로부터 기준 프레임 및 현재 프레임을 획득하고, 상기 기준 영역의 X축과 Y축의 방향 및 길이에 대응되는 상기 기준 프레임의 특정 영역을 기준 영역으로 설정하고, 상기 기준 영역과 상기 샘플 프레임의 상관관계를 구하여 움직임을 계산하는 이미지 프로세서를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기의 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 광 포인팅 장치의 움직임 계산 방법은 광원과 상기 이미지 센서의 배치 구조에 따라 움직임 검색 범위의 X축과 Y축의 방향 및 길이를 결정하는 단계와, 상기 결정된 움직임 검색 범위의 X축과 Y축의 방향 및 길이에 대응되는 표면 이미지를 획득하는 단계와, 상기 획득된 표면 이미지를 샘플 프레임으로 설정하고, 이전에 획득되어 저장되어 있는 표면 이미지를 기준 프레임으로 설정하고, 상기 기준 프레임에서 일 영역을 기준 영역으로 설정하는 단계와, 상기 기준 영역과 상기 샘플 프레임과의 상관관계를 구해 움직임 값을 계산하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기의 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 광 포인팅 장치의 움직임 계산 방법은 광원과 상기 이미지 센서의 배치 구조에 따라 기준 영역의 X축과 Y축 방향 및 길이를 결정하는 단계와, 상기 이미지 센서를 통해 표면 이미지를 연속적으로 획득하는 단계와, 이전에 획득된 표면 이미지를 기준 프레임으로 설정하고, 현재에 획득된 표면 이미지를 샘플 프레임으로 설정하고, 상기 결정된 기준 영역의 X축과 Y축 방향 및 길이에 대응되는 상기 기준 프레임의 특정 영역을 상기 기준 영역으로 설정하는 단계와, 상기 기준 영역과 상기 샘플 프레임과의 상관관계를 구해 움직임 값을 계산하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 이미지 센서, 광 포인팅 장치 및 광 포인팅 장치의 움직임 계산 방법에 대해 설명한다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 이미지 센서를 나타낸 도면이다.
도면에 도시된 바와 같이, 이미지 센서(21)는 X축을 구성하는 픽셀의 수(12개)가 Y축을 구성하는 픽셀의 수(9개)보다 큰 픽셀 어레이로 구성된다. 이때, 각 픽셀의 X 및 Y 피치는 도 1에서와 같이 동일한 값을 가진다.
이에 이미지 센서(21)의 셔터 온 시간동안 X축의 길이(a)가 Y축의 길이(b)보다 더 긴 표면 이미지를 획득하고, 획득한 표면 이미지 영역의 각각에 해당하는 12 9 개의 전기 신호를 광 포인팅 장치의 내부회로로 출력하여 준다.
도 5는 도 4의 이미지 센서를 이용하는 광 포인팅 장치의 움직임 계산 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5의 (31)의 프레임은 이전의 샘플링 기간동안 도 4의 이미지 센서를 통해 획득된 표면의 이미지를 가지고, (32)의 프레임은 현재의 샘플링 기간동안 획득된 표면 이미지를 가진다.
광 포인팅 장치는 이전에 샘플링 기간동안 획득된 프레임(31)을 기준 프레임으로 설정하고, 기준 프레임(31)의 정 중앙 영역을 기준 영역(31a)으로 설정하고, 현재 샘플링 기간동안 획득된 프레임(32)을 샘플 프레임으로 설정한다.
그리고 기준 영역(31a)을 샘플 프레임(32)의 왼쪽 상단 끝(-3, 2)에서 시작하여, 오른쪽 하단 끝(3, -1)에 이를 때까지의 한 픽셀 단위로 지그재그(zigzag) 스캐닝하면서, 기준 영역(31a)과 샘플 프레임(32)과의 상관관계를 계산한다.
이에 기준 영역(31a)과 가장 높은 상관관계를 가지는 샘플 프레임(32)의 위치를 획득하고, 획득된 샘플 프레임(32)의 위치(3,0)로부터 광 포인팅 장치의 움직임 값을 계산하게 되는 것이다.
상기에서와 같이 본 발명의 광 포인팅 장치는 X축의 픽셀 수(14)가 Y축의 픽셀 수(10)보다 큰 픽셀 어레이로 구성되는 이미지 센서를 구비함으로써, 저속의 샘플링 속도로 영상을 채집하여도, X축 방향으로 보다 큰 광 포인팅 장치의 움직임을 계산할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.
참고로 이미지 센서의 렌즈가 1 배인 경우, 최대로 감지할 수 있는 광 포인팅 장치의 움직임은 "픽셀 피치 x픽셀의 수×샘플링 속도"의 식에 따라 결정된다.
이에 픽셀의 수가 클수록 증가될수록 감지할 수 있는 광 포인팅 장치의 움직임 값은 증가되며, 특히 X축을 구성하는 픽셀의 수가 증가되면 X축으로 이동하는 광 포인팅 장치의 움직임을 더욱 많이 감지할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 이미지 센서를 나타내는 도면이다.
도면에 도시된 바와 같이, 도 6의 이미지 센서(41)는 픽셀 어레이의 X축 길이(a)와 Y축 길이(b)는 동일하도록 구성하되, 각 픽셀의 X축 피치를 Y축 피치보다 작도록 하여, X축을 구성하는 픽셀의 수(12개)가 Y축을 구성하는 픽셀의 수(9개)보다 크도록 한다.
이와 같이 도 6의 이미지 센서를 이용하면, X축 방향으로의 광 포인팅 장치의 움직임에 대한 분해능이 증가되어, 동일한 거리를 X축 방향과 Y축 방향으로 각각 움직이더라도, 광 포인팅 장치가 인식하는 X축 방향으로의 움직임 값이 Y축 방향으로의 움직임보다 크게 된다.
또한 광 포인팅 장치가 실질적으로 움직인 거리는 계산된 움직임 거리보다 작게 된다.
즉, 광 포인팅 장치의 움직임 값을 반영하는 모니터 화면의 커서를 X축 방향과 Y축 방향으로 동일한 거리만큼 움직이도록 하는 경우, 실제적으로 필요로 하는 광 포인팅 장치의 움직임은 Y축 방향으로의 움직임보다 X축 방향으로의 움직임이 작아지게 되는 것이다.
이는 광 포인팅 장치의 움직임 영역이 제한된 상황에서, 광 포인팅 장치의 X축 활동 거리를 감소시켜주는 효과를 제공한다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 광 포인팅 장치의 블록도를 도시한 도면이다.
도 7의 광 포인팅 장치는 필요에 따라 이미지 센서로부터 읽어드리는 영역을 제한하는 것으로, 이미지 센서는 종래의 기술에서와 같이 X축을 구성하는 픽셀의 수(12개)와 Y축을 구성하는 픽셀의 수(12개)가 동일하도록 픽셀 어레이를 구비하되, 이미지 프로세서(63)의 제어 신호에 응답하여 움직임을 찾는 검색 범위(61a)를 변경하여 준다.
즉, 이미지 프로세서(63)로부터 전송되는 컬럼 및 로우 선택 신호와 픽셀 제어 신호에 응답하여 특정 영역(61a)에 해당하는 픽셀들만을 활성화하고, 활성화된 픽셀들을 통해 표면 이미지를 획득하고, 표면 이미지 영역의 각각에 해당하는 복수개의 전기 신호를 발생하여 A/D 컨버터(22)로 출력한다.
컬럼 선택 신호는 이미지 센서(61)의 Y축을 활성화시키는 신호이고, 로우 선택 신호는 이미지 센서(61)의 X축을 활성화시키는 신호이다.
픽셀 제어 신호는 이미지 센서(61)의 시작 어드레스를 결정하는 신호로, 이미지 센서(61)는 픽셀 제어 신호에 응답하여 도 8에 도시된 바와 같이 움직임을 찾는 검색 범위(61a)의 시작점을 (-3, 2)로 할지, (-3, 1)로 할지, 또는 시작점을 기타의 어드레스로 할지 결정한다.
A/D 컨버터(62)는 이미지 센서(61)로부터 제공되는 복수개의 전기 신호들 각각을 디지털 신호로 변환하여, 이미지 프로세서(63)로 출력한다.
이미지 프로세서(63)는 광원 위치 감지부의 출력 신호에 응답하여 움직임을 찾는 검색 범위의 X축과 Y축의 방향을 결정하고, 결정된 움직임을 찾는 검색 범위에 해당하는 이미지 센서의 특정 영역(61a)을 활성화시키기 위한 컬럼 및 로우 선택 신호와 픽셀 제어 신호를 발생하여 이미지 센서(61)로 전송하여 준다.
이에 응답하여 제공되는 이미지 센서(61)의 복수개의 디지털 신호를 A/D 컨버터(62)를 통해 수신하고, 이로부터 현재 샘플링 기간동안 획득된 표면 이미지를 파악하고, 이를 이전의 샘플링 기간동안 획득된 표면 이미지와 비교하여 광 포인팅 장치의 움직임 값을 계산한다.
또한 이미지 프로세서(63)는 필요에 따라서 움직임을 찾는 검색 범위 대신에 기준 영역의 범위를 변경하고, 변경된 기준 영역을 이용하여 광 포인팅 장치의 움직임 값을 계산하여 줄 수도 있다. 이는 이하의 도 11에서 보다 상세히 설명하기로 한다.
광원 위치 감지부(64)는 광 포인팅 장치의 밑면에 부착되는 이미지 센서(61)와 광원(미도시)의 배치 구조를 파악하고, 이를 이미지 프로세서(64)에 통보하여 준다.
이미지 센서(61)와 광원(미도시)의 배치 구조에 따른 움직임을 찾는 검색 범위 및 기준 영역 범위의 X축 및 Y축 설정 방법은 이하에서 설명하기로 한다.
먼저, 도 8a에 도시된 바와 같이, 광 포인팅 장치의 이미지 센서(61)와 광원(65)을 광 포인팅 장치의 Y축과 평행하도록 배치하면, 실제적인 광 포인팅 장치의 움직임 방향과 인지하는 광 포인팅 장치의 실제 움직임 방향이 동일하도록 움직임을 찾는 검색 범위의 X축 및 Y축의 방향이 결정된다. 또한 움직임을 찾는 검색 범위의 X축의 길이(12 픽셀)는 Y축의 길이(9 픽셀)보다 길게 된다.
반면에 도 8b에 도시된 바와 같이, 광 포인팅 장치의 이미지 센서(61)와 광원(65)을 광 포인팅 장치의 X축과 평행하도록 배치하면, 실제적인 광 포인팅 장치의 움직임 방향과 인지하는 광 포인팅 장치의 실제 움직임 방향이 직각이 되도록 움직임을 찾는 검색 범위의 X축 및 Y축의 방향이 결정된다. 또한 움직임을 찾는 검색 범위의 X축의 길이(9 픽셀)는 Y축의 길이(12 픽셀)보다 짧게 된다.
즉, 광 포인팅 장치가 인지하는 움직임의 X축과 Y축이 바뀌게 되어, 광 포인팅 장치가 X축으로 이동하면, 광 포인팅 장치는 Y축 방향으로 이동한다고 인지하게 된다.
도 9은 도 7의 광 포인팅 장치의 움직임 계산 방법의 제 1 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 9에서 설명하는 방법은 움직임을 찾는 검색 범위를 변경하여 광 움직임 값을 계산하는 방법으로, 이때의 광 포인팅 장치는 도 8a에 도시된 바와 같이, 광 포인팅 장치의 Y축과 평행하도록 배치된 이미지 센서(61)와 광원(65)을 가진다고 가정한다.
먼저 초기화 작업을 위해 광원 위치 감지부(65)는 이미지 센서(61)와 광원(65)의 배치 구조를 파악하여 이미지 프로세서(63)에 이미지 센서(61)와 광원(65)이 광 포인팅 장치의 Y축과 평행하게 배치되었음을 통보하여 준다.
이에 이미지 프로세서(63)는 실제적인 광 포인팅 장치의 움직임 방향과 인지하는 광 포인팅 장치의 실제 움직임 방향이 동일함을 인지하고, 움직임을 찾는 검색 범위의 X축의 길이(12 픽셀)가 Y축의 길이(9 픽셀)보다 길도록 설정한다. 그리고 이를 반영하는 컬럼 및 로우 선택 신호와 픽셀 제어 신호를 발생하여 이미지 센서(61)로 전송하여 준다.
이미지 센서(61)는 컬럼 및 로우 선택 신호와 픽셀 제어 신호에 응답하여 X축의 길이(14)가 Y축의 길이(10)보다 긴 특정 영역(61a)에 해당하는 픽셀들만을 활성화하여 준다.
이상과 같이 초기화 작업이 완료되면, 이미지 프로세서(63)는 이미지 센서(61)를 통해 표면 이미지(71, 72)를 연속적으로 획득한다.
이미지 프로세서(63)는 이전에 샘플링 기간동안 획득된 프레임(61)을 기준 프레임으로 설정하고, 기준 프레임(71)의 정 중앙 영역을 기준 영역으로 설정하고, 현재 샘플링 기간동안 획득된 프레임(72)을 샘플 프레임으로 설정하고, 기준 영역(71a)과 샘플 프레임(72)을 비교하여 광 포인팅 장치의 움직임 값을 계산한다.
도 10은 도 7의 광 포인팅 장치의 움직임 계산 방법의 제 2 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 10에서 설명하는 방법은 기준 영역의 범위를 변경하여 광 움직임 값을 계산하는 방법으로, 이때의 광 포인팅 장치는 도 8a에 도시된 바와 같이, 광 포인팅 장치의 Y축과 평행하도록 배치된 이미지 센서(61)와 광원(65)을 가진다고 가정한다.
초기화 작업시에, 광원 위치 감지부(65)는 이미지 센서(61)와 광원(65)이 광 포인팅 장치의 Y축과 평행하게 배치되었음을 감지하고, 이를 이미지 프로세서(63)에 통보하여 준다.
이에 이미지 프로세서(63)는 실제적인 광 포인팅 장치의 움직임 방향과 인지하는 광 포인팅 장치의 실제 움직임 방향이 동일함을 인지하고, 기준 영역의 X축의 길이(c)가 Y축의 길이(d)보다 작도록 설정한다.
이상과 같이 초기화 작업이 완료되면, 이미지 프로세서(63)는 이미지 센서(61)를 통해 표면 이미지(81, 82)를 연속적으로 획득하여 준다.
이미지 프로세서(63)는 이전에 샘플링 기간동안 획득된 프레임(81)을 기준 프레임으로 설정하고, 기준 프레임(81)으로부터 X축의 길이(4 픽셀)가 Y축의 길이(6 픽셀)보다 작은 기준 영역(81a)을 설정한다. 현재의 샘플링 기간동안 획득된 프레임(82)은 샘플 프레임으로 설정한다.
그리고 X축의 길이(4 픽셀)가 Y축의 길이(6 픽셀)보다 작은 기준 영역(81a)과 샘플 프레임(82)을 비교하여 광 포인팅 장치의 움직임 값을 계산한다.
이와 같이 X축 길이(4 픽셀)가 Y축 길이(6 픽셀)보다 2 픽셀 작을 경우, 광 포인팅 장치가 인지할 수 있게 X축 방향의 움직임 값(4 에서 -4픽셀까지)은 Y축 방향의 움직임 값(3에서 -3 픽셀까지)보다 2 픽셀 더 많게 되는 효과를 제공하여 준다.
도 11는 본 발명의 기준 영역에 따른 상관관계의 범위를 설명하기 위한 도면이다.
도면에 도시된 바와 같이, 기준 영역의 X축의 길이(6 픽셀)와 Y축의 길이(6 픽셀)를 동일하게 설정한 경우(91a)와, 기준 영역의 X축의 길이(4 픽셀)를 Y축의 길이(6 픽셀)보다 작게 설정한 경우(92a)로 나눌 수 있다.
기준 영역(91a)을 이용하여 샘플 프레임을 지그재그 스캐닝하면, (91)과 같이 (-3, 3)픽셀에서 (3, -3)픽셀까지의 움직임 값 범위를 가지는 상관관계를 구할 수 있고, 기준 영역(92a)을 이용하여 샘플 프레임을 지그재그 스캐닝하면, (92)과 같이 (-4, 3)픽셀에서 (4, -3)픽셀까지의 움직임 값 범위를 가지는 상관관계를 구할 수 있다.
이상과 같이, 기준 영역의 X축을 Y축보다 2 픽셀 작게 설정함으로써, 픽셀 어레이의 X축을 구성하는 픽셀을 2 개 증가시킨 것과 동일한 효과를 제공한다.
상기에서는 이미지 센서 및 움직임 검색 범위의 X축 픽셀 수와 Y축 픽셀의 수의 비율을 현재 상용화된 모니터 화면의 비율과 동일한 4:3을 대표적인 예로 설명하였지만, 사용자의 필요에 따라 다양하게 변경할 수 있는 것은 당연하다.
또한 상기에서는 광원과 이미지 센서의 배치 구조를 파악하기 위한 별도의 광원 위치 감지부를 구비하고, 이 광원 위치 감지부를 통해 광원과 이미지 센서의 배치 구조를 파악하여 주었지만, 이미지 프로세서가 배치 구조에 대한 정보를 사전에 제공받아 저장하고, 이에 따라 동작되도록 구성할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 이미지 센서, 광 포인팅 장치 및 광 포인팅 장치의 움직임 계산 방법에 의하면, 이미지 센서는 X축 방향으로 보다 넓은 표면 이미지를 획득하여 줄 수 있도록 하였다. 이에 따라 광 포인팅 장치는 저속의 샘플링 속도로 영상을 채집하여도, X축 방향으로 보다 큰 광 포인팅 장치의 움직임을 계산할 수 있도록 하는 효과를 제공한다. 또한 이는 반도체의 동작 속도를 낮추어 전력의 소모를 감소시켜 준다.
또한, 이미지 센서의 각 픽셀의 X 피치를 Y 피치보다 작게 하여 동일한 거리를 X축 방향과 Y축 방향으로 각각 움직이더라도, 광 포인팅 장치가 인식하는 X축 방향으로의 움직임 값이 Y축 방향으로의 움직임보다 크도록 한다. 이에 광 포인팅 장치의 움직임 영역이 제한된 상황에서, 광 포인팅 장치의 X축 활동 거리를 감소시켜주는 효과를 제공한다.
또한, 움직임 검색 범위의 X축과 Y축 길이의 비율을 모니터 화면의 비율과 유사하도록 하거나, 기준 영역의 X축 길이를 Y축의 길이보다 작게 하여 광 포인팅 장치는 저속의 샘플링 속도로 영상을 채집하여도, X축 방향으로 보다 큰 광 포인팅 장치의 움직임을 계산할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.
도 1은 종래의 이미지 센서를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 이미지 센서를 통해 획득되는 프레임들을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 프레임들을 이용하는 광 포인팅 장치의 움직임 계산 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 이미지 센서를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4의 이미지 센서를 이용하는 광 포인팅 장치의 움직임 계산 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 이미지 센서를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 광 포인팅 장치의 블록도를 도시한 도면이다.
도 8a는 도 7의 이미지 센서와 광원의 배치 구조에 따른 움직임을 찾는 검색범위를 설정하는 방법의 제 1 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 8b는 도 7의 이미지 센서와 광원의 배치 구조에 따른 움직임을 검색 범위를 설정하는 방법의 제 2 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 9은 도 7의 광 포인팅 장치의 움직임 계산 방법의 제 1 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 도 7의 광 포인팅 장치의 움직임 계산 방법의 제 2 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 11는 본 발명의 기준 영역에 따른 상관관계의 범위를 설명하기 위한 도면이다.

Claims (11)

  1. X축의 길이가 Y축의 길이보다 긴 표면 이미지를 획득하는 픽셀 어레이를 구비하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 픽셀 어레이는
    X축을 구성하는 픽셀 수와 Y축을 구성하는 픽셀 수의 비율이 모니터 화면의 X축의 길이와 Y축의 길이의 비율과 유사하고, 상기 픽셀의 X축 피치와 Y축 피치는 동일한 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 픽셀 어레이는
    X축을 구성하는 픽셀 수와 Y축을 구성하는 픽셀 수의 비율이 모니터 화면의 X축의 길이와 Y축의 길이의 비율과 유사하고, 상기 픽셀의 X축 피치는 Y축 피치보다 작은 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  4. 움직임 검색 범위에 대응되는 표면 이미지를 획득하여 제공하는 이미지 센서; 및
    상기 움직임을 찾는 검색 범위 및 기준 영역의 X축과 Y축의 방향 및 길이를 결정한 뒤, 상기 움직임 검색 범위의 X축과 Y축의 방향 및 길이에 대응되는 표면 이미지를 연속적으로 획득하고, 상기 연속적으로 획득되는 표면의 이미지로부터 기준 프레임 및 현재 프레임을 획득하고, 상기 기준 영역의 X축과 Y축의 방향 및 길이에 대응되는 상기 기준 프레임의 특정 영역을 기준 영역으로 설정하고, 상기 기준 영역과 상기 샘플 프레임의 상관관계를 구하여 움직임을 계산하는 이미지 프로세서를 구비하는 것을 특징으로 하는 광 포인팅 장치.
  5. 상기 제 4 항에 있어서, 상기 이미지 프로세서는
    광원과 상기 이미지 센서의 배치 구조에 따라 상기 움직임을 찾는 검색 범위 및 기준 영역의 X축과 Y축 방향 및 길이를 변경하는 것을 특징으로 하는 광 포인팅 장치.
  6. 상기 제 5 항에 있어서, 상기 이미지 프로세서는
    상기 광원과 상기 이미지 센서가 상기 광 포인팅 장치의 Y축으로 평행하면, 상기 광 포인팅 장치의 실제적인 움직임 방향과 인지하는 움직임 방향이 동일하도록 상기 움직임을 찾는 검색 범위의 X축 및 Y축의 방향을 결정하고, X축의 길이가 Y축의 길이보다 길도록 설정하고, X축으로 평행하면, 실제적인 움직임 방향과 인지하는 움직임 방향이 직각이 되도록 상기 움직임을 찾는 검색 범위의 X축 및 Y축의 방향을 결정하고, X축의 길이가 Y축의 길이보다 짧도록 설정하는 것을 특징으로 하는 광 포인팅 장치.
  7. 상기 제 5 항에 있어서, 상기 이미지 프로세서는
    상기 광원과 상기 이미지 센서가 상기 광 포인팅 장치의 Y축으로 평행하면, 상기 광 포인팅 장치의 실제적인 움직임 방향과 인지하는 움직임 방향이 동일하도록 상기 기준영역의 X축 및 Y축의 방향을 결정하고, X축의 길이가 Y축의 길이보다 짧도록 설정하고, X축으로 평행하면, 실제적인 움직임 방향과 인지하는 움직임 방향이 직각이 되도록 상기 기준영역의 X축 및 Y축의 방향을 결정하고, X축의 길이가 Y축의 길이보다 길도록 설정하는 것을 특징으로 하는 광 포인팅 장치.
  8. 광원과 상기 이미지 센서의 배치 구조에 따라 움직임 검색 범위의 X축과 Y축의 방향 및 길이를 결정하는 단계;
    상기 결정된 움직임 검색 범위의 X축과 Y축의 방향 및 길이에 대응되는 표면 이미지를 획득하는 단계;
    상기 획득된 표면 이미지를 샘플 프레임으로 설정하고, 이전에 획득되어 저장되어 있는 표면 이미지를 기준 프레임으로 설정하고, 상기 기준 프레임에서 일 영역을 기준 영역으로 설정하는 단계; 및
    상기 기준 영역과 상기 샘플 프레임과의 상관관계를 구해 움직임 값을 계산하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 광 포인팅 장치의 움직임 계산 방법.
  9. 상기 제 8 항에 있어서,
    상기 움직임 검색 범위의 방향 및 길이를 결정하는 단계는
    상기 광원과 상기 이미지 센서가 상기 광 포인팅 장치의 Y축으로 평행하면, 상기 광 포인팅 장치의 실제적인 움직임 방향과 인지하는 움직임 방향이 동일하도록 상기 이미지 센서의 X축 및 Y축의 방향을 결정하고, X축의 길이가 Y축의 길이보다 길도록 설정하는 단계; 및
    상기 광원과 상기 이미지 센서가 상기 광 포인팅 장치의 X축으로 평행하면, 실제적인 움직임 방향과 인지하는 움직임 방향이 직각이 되도록 상기 이미지 센서의 X축 및 Y축의 방향을 결정하고, X축의 길이가 Y축의 길이보다 짧도록 설정하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 광 포인팅 장치의 움직임 계산 방법.
  10. 광원과 상기 이미지 센서의 배치 구조에 따라 기준 영역의 X축과 Y축 방향 및 길이를 결정하는 단계;
    상기 이미지 센서를 통해 표면 이미지를 연속적으로 획득하는 단계;
    이전에 획득된 표면 이미지를 기준 프레임으로 설정하고, 현재에 획득된 표면 이미지를 샘플 프레임으로 설정하고, 상기 결정된 기준 영역의 X축과 Y축 방향 및 길이에 대응되는 상기 기준 프레임의 특정 영역을 상기 기준 영역으로 설정하는 단계; 및
    상기 기준 영역과 상기 샘플 프레임과의 상관관계를 구해 움직임 값을 계산하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 광 포인팅 장치의 움직임 계산 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 기준 영역의 X축과 Y축 방향 및 길이를 결정하는 단계는
    상기 광원과 상기 이미지 센서가 상기 광 포인팅 장치의 Y축으로 평행하면, 상기 광 포인팅 장치의 실제적인 움직임 방향과 인지하는 움직임 방향이 동일하도록 상기 이미지 센서의 X축 및 Y축의 방향을 결정하고, X축의 길이가 Y축의 길이보다 짧도록 설정하는 단계; 및
    상기 광원과 상기 이미지 센서가 상기 광 포인팅 장치의 X축으로 평행하면, 실제적인 움직임 방향과 인지하는 움직임 방향이 직각이 되도록 상기 이미지 센서의 X축 및 Y축의 방향을 결정하고, X축의 길이가 Y축의 길이보다 짧도록 설정하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 광 포인팅 장치의 움직임 계산 방법.
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