KR20050099585A - 3차원 포인팅 기기 제어 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 3차원 포인팅 기기 제어 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명은 제어 장치의 위치 정보를 계산하는 단계, 제어 장치의 자세 정보를 계산하는 단계, 제어 장치의 위치 정보와 자세 정보를 이용하여 제어 장치의 시선(Line of Sight) 정보를 계산하는 단계, 제어 장치의 시선 정보를 이용하여 상기 제어 대상 기기를 선택하는 단계 및 선택된 제어 대상 기기를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 다수의 제어 대상 기기들 중 사용자가 제어하고자 하는 제어 대상 기기를 제어 장치로 포인팅하여 선택하고 제어하는, 간편하고 편리한 3차원 포인팅 기기 제어 방법 및 제어 장치를 제공한다.

Description

3차원 포인팅 기기 제어 방법 및 장치{Method and apparatus for controlling devices using 3D pointing}
본 발명은 3차원 포인팅 기기 제어 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다수의 제어 대상 기기들 중에서 사용자가 제어하고자 하는 제어 대상 기기를 제어 장치로 포인팅하여 제어할 수 있는 3차원 포인팅 기기 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.
현재 가정이나 사무실 내에서 리모콘 등과 같은 제어 장치를 통해 제어 대상 기기를 제어하는 제어 시스템을 사용하고 있다. 상기 제어 시스템에서, 예를 들어 전화기, TV, 에어컨 등과 같은 제어 대상 기기의 수는 기하 급수적으로 증가하고 있다. 상기 다수의 제어 대상 기기들은 각각의 제어 장치를 구비하고 있으며, 제어 대상 기기의 수가 증가할수록 제어 장치의 수도 증가한다. 이러한 제어 시스템 환경에서, 제어 대상 기기의 사용자는 각 제어 대상 기기의 제어 장치를 서로 혼동할 수 있으며, 다수의 제어 장치에 모두 적응하여야 하는 불편함이 있다.
이러한 불편함을 해결하기 위해, 다수의 제어 대상 기기를 통합하여 제어할 수 있는 통합 제어 방법이 사용되기 시작하였다. 통합 제어 방법은 사용자가 제어하고자 하는 제어 대상 기기를 통합 제어 장치 상에 배치된 제어 대상 기기 선택 버튼을 이용하여 선택하고, 선택된 제어 대상 기기에 대한 기능 버튼을 이용하여 선택된 제어 대상 기기를 제어한다. 또 다른 통합 제어 방법은 통합 제어 장치의 터치 스크린 상에 다수의 제어 대상 기기들을 디스플레이하고 디스플레이된 다수의 제어 대상 기기들 중에서 제어 대상 기기를 선택한다. 그리고, 선택된 제어 대상 기기에 해당하는 기능들을 다시 통합 제어 장치의 터치 스크린 상에 디스플레이하고 선택된 제어 대상 기기에 대한 소정의 기능을 선택하여 제어 대상 기기를 제어한다.
이러한 통합 제어 방법은 사용자가 제어하고자 하는 제어 대상 기기의 수가 적은 경우에는 효율적으로 다수의 제어 대상 기기들을 제어할 수 있다. 그러나, 제어 대상 기기의 수가 수십 종 이상으로 증가하는 경우에는 수십 개 이상의 제어 대상 기기 선택 버튼을 상기 제어 장치에 배치하거나 또는 수십 개 이상의 제어 대상 기기들을 제어 장치의 터치 스크린 상에 디스플레이하여야 하는 문제점을 가지고 있다. 상기와 같은 통합 제어 방법은 점점 소형화되는 제어 장치에서 다수의 선택 버튼을 구비하거나 다수의 제어 대상 기기를 디스플레이하여야 하는 물리적 한계를 가지고 있으며, 사용자가 제어 대상 기기를 서로 혼동할 수 있는 문제점을 여전히 가지고 있다.
실내에 다수의 카메라를 설치하여 사용자의 손동작을 인식하여 손동작의 패턴에 상응하는 제어 대상 기기를 선택하고 선택된 제어 대상 기기의 기능을 제어하는 제어 방법이 공지되어 있다. 그러나, 상기 방법을 구현하기 위해 다수의 카메라를 설치하여야 하며, 손동작을 인식하고 손동작의 패턴을 해석하기 위한 고가의 컴퓨터를 요구한다는 문제점을 가지고 있다.
한편, RF 신호를 사용하여 제어 장치의 위치를 파악하여 제어 장치 근방에 있는 제어 대상 기기를 제어하는 제어 방법이 공지되어 있다. 그러나, 상기 방법은 제어 장치 근방에 있는 제어 대상 기기만을 제어할 수 있는 문제점을 가지고 있다.
한편, 다수의 제어 대상 기기들을 제어할 수 있는 고정된 주 원격 제어 시스템을 실내에 설치하고 사용자가 소지한 다른 원격 제어기를 이용하여 상기 주 원격 제어 시스템을 제어하여 간접적으로 다수의 제어 대상 기기들을 제어하는 방법이 공지되어 있다. 그러나, 이러한 제어 방법은 사용자가 직접 주 원격 제어 시스템과 제어 대상 기기들의 사이의 각도 정보를 입력해야 하는 불편함이 있으며, 제어 대상 기기를 제어함에 있어 직관성이 떨어지는 문제점을 가지고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 다수의 제어 대상 기기들 중에서 사용자가 제어하고자 하는 제어 대상 기기를 3차원 공간에서 포인팅함으로써 제어할 수 있는, 간편하고 저렴한 3차원 포인팅 기기 제어 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 다수의 제어 대상 기기들 중에서 사용자가 제어하고자 하는 제어 대상 기기를 3차원 공간에서 포인팅함으로써 제어할 수 있는 3차원 포인팅 기기 제어 시스템을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 3차원 포인팅 기기 제어 방법은 (a)제어 장치의 위치 정보를 계산하는 단계, (b)제어 장치의 자세 정보를 계산하는 단계, (c)제어 장치의 위치 정보와 자세 정보를 이용하여 상기 제어 장치의 시선(Line of Sight) 정보를 계산하는 단계, (d)제어 장치의 시선 정보를 이용하여 상기 제어 대상 기기를 선택하는 단계 및 (e)선택된 제어 대상 기기를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 (a)단계는 무선 통신 규약 UWB를 사용하여 상기 제어 장치의 위치 정보를 계산하는 것을 특징으로 한다.
상기 (d)단계는 상기 제어 대상 기기의 위치 정보를 수신하는 단계, 상기 제어 대상 기기 위치 정보를 이용하여 상기 제어 장치의 시선과 제어 대상 기기 사이의 거리를 계산하는 단계, 상기 제어 장치와 가장 가까운 거리에 위치하고 있는 소정 제어 대상 기기를 탐지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 상기 (d) 단계는 상기 제어 대상 기기의 위치 정보를 수신하는 단계, 상기 제어 대상 기기 위치 정보를 이용하여 상기 제어 장치의 시선과 제어 대상 기기 사이의 거리를 계산하는 단계, 상기 제어 장치의 시선으로부터 소정 거리 내에 위치하고 있는 모든 제어 대상 기기들을 선택하는 1차 선택 단계 및 상기 1차 선택된 제어 대상 기기들 중에서 제어하고자 하는 제어 대상 기기를 선택하는 2차 선택 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 제2차 선택 단계는 상기 제어 장치의 움직임을 측정하는 단계 및 상기 1차 선택된 제어 대상 기기들 중에서 상기 측정된 제어 장치의 움직임에 상응하는 제어 대상 기기를 2차 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 (e)단계는 상기 제어 장치의 소정 움직임 패턴을 인식하는 단계, 상기 인식된 제어 장치의 소정 움직임 패턴에 상응하는 제어 신호를 생성하는 단계 및 상기 생성된 제어 신호를 상기 선택된 제어 대상 기기로 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 상기 (e)단계는 상기 선택된 제어 대상 기기에 해당하는 기능들을 획득하는 단계, 상기 획득된 기능을 상기 제어 장치의 디스플레이부에 디스플레이하는 단계, 상기 디스플레이된 기능들 중에서 특정 기능을 선택하는 단계, 상기 선택된 기능에 상응하는 제어 신호를 생성하는 단계 및 상기 생성된 제어 신호를 상기 선택된 제어 대상 기기로 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 기술된 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 3차원 포인팅 기기 제어 장치는, 제어 장치의 위치 정보를 계산하는 위치 계산부, 상기 제어 장치의 자세 정보를 계산하는 자세 계산부, 상기 제어 장치의 위치 정보와 자세 정보를 이용하여 제어 장치의 시선 정보를 계산하는 시선 계산부, 상기 제어 장치의 시선 정보를 이용하여 제어 대상 기기를 선택하는 제어 대상 기기 선택부 및 상기 선택된 제어 대상 기기를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어 대상 기기 선택부는 상기 제어 대상 기기의 위치 정보를 저장하고 있는 저장 매체, 상기 제어 대상 기기의 위치 정보를 이용하여 상기 제어 장치의 시선으로부터 상기 제어 대상 기기까지의 거리를 계산하는 거리 계산부, 상기 계산된 거리를 이용하여 상기 제어 장치의 시선으로부터 가장 가까운 거리에 있는 소정의 제어 대상 기기를 탐지하는 제어 대상 기기 탐지부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는 제어 장치의 제어 상태를 디스플레이하는 디스플레이부, 제어 대상 기기들의 기능과 이에 상응하는 신호 데이터를 저장하는 저장부, 상기 소정 기능에 상응하는 제어 신호 데이터를 이용하여 제어 신호를 생성하는 제어 신호 생성부 및 상기 디스플레이부, 저장부 및 제어 신호 생성부를 제어하는 프로세서부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 3차원 포인팅 기기 제어 방법 및 장치에 대해 자세히 설명한다.
도 1은 제어 장치와 다수의 제어 대상 기기들을 구비하고 있는, 본 발명의 통합 제어 시스템을 간략하게 도시하고 있다. 도1을 참고하여, 본 발명의 통합 제어 시스템 내에는, 예를 들어, 오디오 시스템, 텔레비전, 선풍기 등과 같은 다수의 제어 대상 기기들(기기1, 기기2,...기기n)과 예를 들어, 리모콘과 같은 제어 장치(100)를 포함하고 있다. 상기 통합 제어 시스템에서, 사용자는 다수의 제어 대상 기기들(기기1, 기기2,...기기n) 중에서 제어하고자 제어 대상 기기를 제어 장치(100)로 포인팅하여 선택한다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 상응하는 3차원 포인팅 기기 제어 장치의 블록도를 도시하고 있는데, 상기 제어 장치(100)는 위치계산부(10), 자세계산부(20), 시선 계산부(30), 제어 대상 기기 선택부(40) 및 제어부(50)를 포함하고 있다.
상기 위치계산부(10)는 실내 공간의 특정 기준점에 대한 제어 장치(100)의 위치 정보를 계산한다. 일정 공간에서 소정 장치의 위치 정보를 계산하는 방법에 대한 연구는 최근 활발히 진행되고 있다. 일정 공간에서 제어 대상 기기의 위치를 측정하는 방법에 대한 일 예로서, 센서배열을 사용하거나 또는 IEEE 802.11b, UWB, bluetooth와 같은 무선 통신 방식을 사용하여 제어 대상 기기의 위치를 계산할 수 있다.
센서배열을 이용하는 방법은 천장, 벽 또는 바닥에 미리 설치된 센서 배열을 이용하여 제어 대상 기기의 위치 정보를 계산하는 방법이다. RFID리더기를 천장에 배치하고 각 제어 대상 기기에는 RFID 태그를 부착하여 각 RFID 태그로부터 수신되는 신호의 강도를 설치된 센서들을 사용하여 측정하여 제어 대상 기기의 위치를 파악하는 방법이다.
실내 공간에 내에 존재하는 제어 대상 기기의 위치를 측정하는 또 다른 방법은 IEEE 802.11b, UWB, Bluetooth와 같은 무선 통신 규약을 사용한다. 이러한 위치 측정 방법은 실내 공간 내에 전파를 발신하는 수 개의 고정된 장치로부터 전파를 수신하여 제어 대상 기기의 위치를 측정한다. 무선 통신 규약을 사용하여 위치를 측정하는 공지된 방법은 RSS(Received Signal Strenth), AoA( Angle of Arrival), ToA( Time of Arrival), TDoA(Time Differences of Arrival)등이 있다. 상기 무선 통신 규약 중에서 UWB는 향후 가전 기기들의 무선 통신 방식으로 유력한 후보이며, 바람직하게 본 발명에서 UWB를 사용하여 제어 대상 기기의 위치를 측정한다.
상기 자세계산부(20)는 센서부(22)와 프로세서부(24)를 포함하고 있으며, 상기 제어 장치의 자세정보를 계산한다. 바람직하게, 상기 센서부(22)는 3축 가속도 센서와 3축 지자기 센서를 포함하고 있다. 상기 센서부(22)를 통해, 상기 제어 장치의 자세정보를 외부의 추가적인 시스템없이 알아낼 수 있다. 상기 3축 가속도 센서는 상기 제어 장치(100)의 x축, y축 및 z축에서의 가속도 값을 측정하며, 상기 3축 지자기 센서는 상기 제어 장치(100)의 x축, y축 및 z축에서의 지자기 값을 측정한다.
상기 프로세서부(24)는 상기 3축 가속도 센서와 3축 지자기 센서에서 측정된 값을 이용하여, 오일러 값(Eular angle)으로 표현되는 제어 장치의 방향 정보를 계산한다. 상기 프로세서(24)는 3축 가속도 센서에서 측정한 3축의 가속도 값을 이용하여 상기 제어 장치(100)의 롤(Roll)각과 피치(Pitch)각을 계산한다. 또한, 상기 프로세서(24)는 상기 제어 장치(100)의 롤각과 피치각 및 상기 3축 지자기 센서에서 측정한 제어 장치(100)의 지자기 값을 이용하여 상기 제어 장치(100)의 요(Yaw)각을 계산한다.
상기 시선 계산부(30)는 위치계산부(10)와 자세계산부(20)에서 계산된 제어 장치(100)의 위치 정보와 자세 정보를 이용하여, 제어 장치(100)가 포인팅하고 있는 시선(Light of Sight) 정보를 계산한다.
상기 제어 대상 기기 선택부(40)는 거리계산부(42), 제어 대상 기기 탐지부(44) 및 저장 매체(46)를 포함하고 있다. 저장 매체(46)는 통합 제어 시스템 내에 배치되어 있는 다수의 제어 대상 기기들의 위치 정보를 저장하고 있다. 상기 제어 대상 기기들의 위치 정보는 상기에서 설명한 위치 정보 계산 방법으로 계산할 수 있다. 상기 제어 대상 기기들의 위치 정보는 각각의 제어 대상 기기들로부터 제어 장치(100)로 수신되어 저장되거나 또는 각각의 제어 대상 기기의 위치 정보를 저장하고 있는 홈 서버로부터 제어 장치(100)로 수신되어 저장된다.
상기 거리계산부(42)는 상기 저장 매체(46)에 저장되어 있는 다수의 제어 대상 기기들의 위치 정보와 상기 시선계산부(30)에서 계산된 제어 장치(100)의 시선 정보를 이용하여 제어 대상 기기들과 제어 장치의 시선 사이의 거리를 계산한다. 상기 제어 대상 기기 탐지부(44)는 상기 거리계산부(42)에서 계산된 다수의 제어 대상 기기들과 제어 장치(100)의 시선 사이의 거리를 이용하여, 상기 제어 장치(100)의 시선으로부터 가장 가까운 거리에 위치하고 있는 제어 대상 기기를 탐지한다.
제어부(50)는 프로세서부(52), 디스플레이(54), 제어 신호 생성부(56) 및 저장 매체(58)을 포함하고 있다. 저장 매체(58)는 제어 장치(100)가 선택할 수 있는 모든 제어 대상 기기들의 기능과 이에 해당하는 제어 신호 데이터를 저장하고 있다. 디스플레이(54)는 제어 장치(100)의 제어 상태를 디스플레이한다. 상기 디스플레이부가 터치 스크린인 경우에는, 사용자는 상기 터치 스크린을 통해, 제어 명령을 입력할 수 있다. 상기 프로세서부(52)는 제어 대상 기기 선택부(40)에서 선택된 제어 대상 기기에 해당하는 기능과 제어 신호 데이터를 추출한다. 상기 프로세서부(52)는 제어 대상 기기에 대한 특정 기능이 선택되면, 이에 해당하는 제어 신호 데이터를 이용하여, 제어 신호 생성부(56)에서 제어 신호를 생성하도록 한다.
바람직하게, 상기 제어 장치(100)는 송수신부(60)를 포함하고 있으며, 상기 송수신부(60)를 통해, 제어 대상 기기의 위치 정보를 수신하고 제어 장치로부터 발생된 제어 신호를 송신한다.
도3은 다수의 제어 대상 기기들 중에서 제어하고자 하는 제어 대상 기기를 선택하여 제어하는, 본 발명의 일 실시예에 상응하는 흐름도를 도시하고 있다. 310 단계와 320 단계에서, 상기 제어 장치의 위치 정보와 자세 정보를 계산한다. 이하 도4에서, 상기 320 단계는 보다 자세히 설명된다. 330 단계에서, 310단계와 320단계에서 계산된 제어 장치의 위치 정보와 자세 정보를 이용하여 제어 장치(100)의 시선 정보를 계산한다. 제어 장치(100)의 시선 단위 벡터는 이하의 수학식(1)을 통해 계산된다. 여기서, 제어 장치(100)의 시선 단위벡터는 제어 장치(100)의 동체 좌표계 Z축 방향과 서로 평행하다고 가정한다. 물론, 시선이 제어 장치의 특정 축과 반드시 일치할 필요는 없다.
여기서, I Line_of _sight는 제어 장치(100)의 시선 단위 벡터를 나타내며, C(φ, θ, ψ)는 3×3 차원의 방향 코사인 행렬이며, 은 동체 좌표계에서 본 제어 장치(100)의 Z축 단위 벡터이다. 상기 방향 코사인 행렬을 통해 제어 장치(100)의 동체 좌표계가 항법 좌표계로 변환된다. 340 단계에서, 상기 계산된 제어 장치(100)의 시선 정보와 제어 대상 기기의 위치 정보를 이용하여, 소정의 제어 대상 기기를 선택한다. 이하 도5 내지 도8에서, 상기 340 단계는 보다 자세히 설명된다. 350 단계에서, 상기 선택된 제어 대상 기기에 대한 제어 신호를 생성하여 상기 선택된 제어 대상 기기를 제어한다.
도4는 도3의 320 단계, 즉 제어 장치의 위치 정보를 계산하는 단계를 보다 상세히 설명하고 있는 흐름도이다. 410 단계와 420 단계에서, 상기 3축 가속도 센서와 3축 지자기 센서를 통해 제어 장치의 3축 가속도 값과 3축 지자기 값을 획득한다. 430 단계에서, 상기 410 단계에서 계산된 제어 장치의 3축 가속도 값을 수학식(2)에 적용하여 상기 제어 장치의 롤각(φ)과 피치각(θ)을 계산한다.
여기서, 는 각각 x, y, z축 상에서 측정된 중력 가속도이다. 440 단계에서, 상기 420단계에서 획득된 제어 장치의 3축 지자기 값을 수학식(3)에 적용하여, 동체좌표계 상의 3축 지자기 값을 항법 좌표계 상의 3축 지자기 값으로 변환한다.
여기서, Mbx, Mby, Mbz는 3축 지자기 센서에서 측정된 제어 장치의 x, y, z축 지자기 값이며, Mnx, Mny, Mnz는 측정된 지자기 값을 항법 좌표계 상에서 보았을 때의 지자기 값이다. 항법 좌표계란 한축은 북쪽, 한 축은 동쪽, 한 축은 지구 방향을 가리키도록 설정된 가상의 좌표계이다. 450 단계에서, 상기 440 단계에서 계산된 항법 좌표계 상의 지자기 값을 수학식(4)에 적용하여 제어 장치(100)의 요각(ψ)을 계산한다.
도5는 도3의 340 단계, 즉 제어 대상 기기를 선택하는 단계를 보다 상세히 설명하고 있는 흐름도를 도시하고 있다. 510 단계에서, 제어 대상 기기의 위치 정보를 수신한다. 상기 제어 대상 기기의 위치 정보는 각각의 제어 대상 기기로부터 수신하거나 또는 상기 제어 대상 기기의 위치 정보가 저장되어 있는 홈 서버로부터 수신한다. 520 단계에서, 상기 제어 대상 기기의 위치 정보와 상기 제어 장치(100)의 시선 정보를 이용하여, 상기 제어 대상 기기와 상기 제어 장치(100)의 시선 사이의 거리를 계산한다. 상기 제어 대상 기기와 제어 장치(100)의 시선 사이의 거리는 이하의 수학식(5)를 통해 계산된다.
여기서 Di는 i번째 제어 대상 기기와 제어 장치(100)의 시선 사이의 최단 거리이며, Q와 R은 제어 장치(100)의 시선 상에 위치한 임의의 점이며, Pi는 i번째 제어 대상 기기의 위치이며, QR과 QPi는 각각 벡터이다. 제어 장치(100)의 시선 상에 존재하는 임의의 점의 위치는 다음의 수학식(6)으로부터 구할 수 있다.
여기서, Premote는 제어 장치의 위치이며, 는 임의의 실수이다.
530 단계에서, 상기 520 단계에서 계산된 제어 대상 기기와 제어 장치(100) 사이의 거리들 중에서 상기 제어 장치(100)의 시선으로부터 가장 가까이 존재하는 제어 대상 기기를 탐지한다. 상기 제어 장치(100)의 시선으로부터 가장 가까이 존재하는 제어 대상 기기가 제어 대상 기기로 선택된다.
도6은 도3의 340 단계, 즉 제어 대상 기기를 선택하는 단계에 대한 또 다른 실시예를 설명하고 있는 흐름도이다. 610 단계에서, 상기 제어 대상 기기의 위치 정보를 수신한다. 620 단계에서, 상기 제어 대상 기기와 제어 장치(100)의 시선 사이의 거리를 계산한다. 상기 610 단계와 620 단계는 도5의 510 단계와 520 단계와 동일하다. 630 단계에서, 상기 제어 장치(100)의 시선으로부터 소정 거리 내에 존재하는 후보 제어 대상 기기들을 1차 선택한다. 후보 제어 대상 기기를 1차 선택하기 위한 알고리즘(1)이 이하에서 설명되어 있다. 상기 소정 거리는 본 발명이 적용되는 환경에 따라 적절하게 조절될 수 있다.
〔알고리즘1〕
FOR i = 1:N
Calculate Di
IF Di < Dt, where Dt is the predefined threshold value
Store i in candidate list
END IF
END FOR
바람직하게, 상기 알고리즘(1)에 의해 1차 선택된 후보 제어 대상 기기들은 제어 장치의 디스플레이부(54)에 디스플레이된다. 640 단계에서, 상기 1차 선택된 후보 제어 대상 기기들 중에서 소정의 제어 대상 기기를 2차 선택한다. 상기 2차 선택은 통상의 제어 장치들이 사용하는 선택 버튼, 조이스틱, 조그 셔틀, 터치 스크린 입력 방식을 이용하여 선택할 수 있다.
도7은 제어 장치의 움직임에 기반하여 상기 후보 제어 대상 기기들 중에서 제어 대상 기기를 2차 선택하는, 본 발명의 또 다른 실시예에 상응하는 흐름도이다. 710 단계에서, 상기 1차 선택된 후보 제어 대상 기기들을 제어 장치(100)의 디스플레이(54)에 디스플레이한다. 720 단계에서, 상기 제어 장치의 움직임을 측정한다. 상기 제어 장치(100)의 움직임은 센서부(22)를 통해 측정할 수 있다. 한편, 상기 제어 장치(100)의 상대적인 움직임을 측정하기 위해, 자이로 센서를 포함할 수 있으며, 이는 본 발명의 범위에 포함된다. 730 단계에서, 상기 디스플레이된 후보 제어 대상 기기들 중에서 상기 제어 장치(100)의 움직임에 상응하는 제어 대상 기기를 2차 선택한다. 바람직하게, 상기 제어 장치(100)의 움직임에 상응하는 제어 대상 기기가 디스플레이(54)에 디스플레이될 수 있으며, 사용자는 제어하고자 하는 제어 대상 기기가 디스플레이될 때, 선택 버튼등을 사용하여 제어 대상 기기를 선택할 수 있다. 상기 도7에 설명되어 있는, 움직임에 기반한 2차 선택 단계는 제어 장치(100)의 시선 주위에 있는 후보 제어 대상 기기들 중에서 제어하고자 하는 제어 대상 기기를 제어 장치의 움직임에 기반하여 보다 정확하게 선택할 수 있는 제어 방법을 제공한다.
도8은 도7의 흐름도에 상응하는, 제어 장치의 움직임에 기반하여 제어 대상 기기를 2차 선택하는 구현예를 도시하고 있다. 1차 포인팅 단계에서, 제어 장치(100)의 시선으로부터 소정 거리 안에 위치하는 여러 후보 제어 대상 기기(기기1, 기기2,...., 기기7)들이 선택된다. 2차 포인팅 단계에서, 선택된 여러 후보 제어 대상 기기들(기기1, 기기2,...., 기기7) 중에서 사용자가 제어하고자 하는 제어 대상 기기를 제어 장치(100)의 움직임에 근거하여 선택한다. 상기 제어 장치의 움직임은 제어 장치의 센서부(22)를 통해 측정할 수 있다. 상기 제어 장치의 센서부(22)를 통해 제어 장치(100)의 위 또는 아래 방향의 움직임이 측정되면, 제어 대상 기기(4) 또는 제어 대상 기기(5)가 선택된다. 한편, 제어 장치(100)의 앞 또는 뒤 방향 움직임이 측정되면, 제어 대상 기기(7) 또는 제어 대상 기기(6)가 선택된다. 한편, 제어 장치(100)의 좌 또는 우 방향 움직임이 측정되면, 제어 대상 기기(1) 또는 제어 대상 기기(3)가 선택된다. 제어 장치의 2차 포인팅 단계에서, 제어 장치(100)의 시선 주위에 위치하고 있는 후보 제어 대상 기기들이 제어 장치의 위/아래, 좌/우 및 앞/뒤 방향 움직임에 따라 차례로 선택된다.
상기 설명한 방식으로, 제어 대상 기기가 선택되면, 상기 제어 장치(100)는 선택된 제어 대상 기기에 대한 제어 신호를 생성한다. 통상적으로, 선택된 제어 대상 기기에 대한 제어 신호는 제어 장치(100)에 배치되어 있는 기능 선택 버튼을 통해 생성된다.
도9A은 제어 장치의 움직임 패턴에 의해 제어 신호를 생성하는 방법을 설명하는 흐름도이다. 910 단계에서, 제어 장치의 센서부(22)를 이용하여 제어 장치의 움직임을 감지한다. 920 단계에서, 제어부(50)의 프로세서부(52)는 상기 감지된 제어 장치(100)의 움직임에 상응하는 움직임 패턴을 인식한다. 930 단계에서, 상기 인식된 제어 장치의 움직임 패턴에 상응하는 제어 신호 데이터를 저장 매체(58)에서 추출하여 제어 신호 생성부(56)에서 제어 신호를 생성한다.
도9B는 제어 장치(100)의 소정 움직임 패턴과 상기 움직임 패턴에 상응하는 기능의 예들이 도시되어 있다. 바람직하게, 상기 선택된 제어 대상 기기에 해당하는 소정 움직임 패턴과 상기 움직임 패턴에 상응하는 기능은 제어 장치(100)의 디스플레이부(54)에 디스플레이된다. 예를 들어, 텔레비전이 제어 대상 기기로 선택되면, 텔레비전에 해당하는 움직임 패턴과 이에 상응하는 기능이 제어 장치(100)의 디스플레이부(54)에 디스플레이된다. 사용자가 제어 장치(100)를 시계 방향으로 움직이면, 텔레비젼의 전원 ON에 해당하는 기능을 입력하는 것이며, 제어 장치(100)를 반시계 방향으로 움직이면, 텔레비젼의 전원 OFF에 해당하는 기능을 입력하는 것이다. 바람직하게, 상기 소정의 움직임 패턴과 이에 해당하는 제어 신호는 제어부의 저장 매체(58)에 저장되어 있다.
도10은 제어 장치의 디스플레이부(54)를 이용하여 소정의 제어 신호를 생성하는 방법을 설명하고 있는 흐름도이다. 상기 디스플레이부(54)를 이용하여 제어 대상 기기를 제어하는 방법에서, 상기 디스플레이부(54)는 터치 스크린으로 구성된다. 1010 단계에서, 선택된 제어 대상 기기에 해당하는 기능만을 저장 매체(58)로부터 획득한다. 1020 단계에서, 상기 획득된 기능을 제어 장치(100)의 터치 스크린(54)에 디스플레이한다. 1030 단계에서, 상기 디스플레이된 기능들 중에서 사용자가 제어하고자 하는 기능을 터치 스크린(54)을 통해 선택한다. 1040 단계에서, 상기 선택된 제어 대상 기기의 기능에 상응하는 제어 신호를 생성한다.
도11은 3차원 포인팅 기기 제어 장치, 홈서버(200) 및 원격 제어기(300)를 구비하고 있는 3차원 포인팅 기기 제어 시스템을 도시하고 있다. 상기 3차원 포인팅 기기 제어 시스템은 (a)소정 제어 대상 기기의 위치 정보와 상기 제어 대상 기기를 포인팅하는 제어 장치의 시선 정보를 이용하여 소정의 제어 대상 기기를 선택하여 제어하는 제어 장치(100) (b)상기 제어 대상 기기의 위치 정보를 저장하고 있는 홈 서버(200) 및 (c)상기 제어 장치로부터 생성된 제어 신호를 수신하여 상기 선택된 제어 대상 기기로 상기 제어 신호를 재전송하는 원격 제어기(300)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 제어 장치(100)는 홈서버(200)로부터 제어 대상 기기의 위치 정보를 수신하여 소정의 제어 대상 기기를 선택한다. 선택된 제어 대상 기기로 제어 장치(100)의 소정의 제어 신호를 직접 송신하거나 또는 원격 제어기(300)를 통해 송신한다. 바람직하게, 상기 원격 제어기(300)는 선택된 제어 대상 기기의 통신 방식에 상응하는 신호로 상기 제어 신호를 변환하여 선택된 제어 대상 기기로 송신한다.
3차원 포인팅 기기 제어 시스템은 상황에 따라 서로 다른 방식으로 선택된 제어 대상 기기로 제어 신호를 송신한다. 먼저, 제어 장치(100)가 포인팅하는 시선 방향과 제어 대상 기기 사이에 장애물이 없고 제어 대상 기기가 통상의 제어 장치(100)의 통신 방식, 예를 들어 적외선 또는 초음파로 제어 대상 기기를 제어하는 경우, 제어 장치(100)의 제어부(50)는 선택된 제어 대상 기기에 적절한 프로토콜을 통해 제어 신호를 전송한다.
반면, 제어 대상 기기와 제어 장치(100) 사이에 장애물이 존재하거나 또는 제어 대상 기기를 통상의 제어 장치(100) 통신 방식으로 제어할 수 없는 경우에, 제어 장치(100)는 제어 대상 기기에 대한 제어 신호를 독립적으로 설치되어 있는 원격 제어기(300)로 송신한다. 상기 원격 제어기(300)는 선택된 제어 대상 기기로 상기 제어 신호를 재송신하거나 선택된 제어 대상 기기가 수신할 수 있는 명령의 형태로 상기 제어 신호를 변환하여 제어 대상 기기가 지원하는 유선 또는 무선 통신 방식으로 전송한다.
도12는 도11의 3차원 포인팅 기기 제어 시스템에서 소정 제어 대상 기기로 제어 신호를 송신하는 방법을 설명하는 흐름도이다. 1210 단계에서, 제어 대상 기기를 선택한다. 1220 단계에서, 상기 선택된 제어 대상 기기에 대한 제어 신호를 생성한다. 1230 단계에서, 상기 제어 대상 기기로 제어 장치의 제어 신호를 직접 송신할 수 있는지를 판단한다. 1230 단계에서, 생성된 제어 신호를 직접 제어 대상 기기로 직접 송신할 수 있다고 판단되면, 1240 단계에서 상기 제어 장치(100)로부터 선택된 제어 대상 기기로 상기 생성된 제어 신호를 직접 송신한다. 그러나, 1230 단계에서, 생성된 제어 신호를 직접 상기 제어 대상 기기로 송신할 수 없다고 판단되면, 1250 단계에서, 상기 생성된 제어 신호를 원격 제어기(1250)으로 송신한다. 1260 단계에서, 상기 선택된 제어 대상 기기가 제어 장치의 통신 방식으로 제어되는지를 판단한다. 1260 단계에서, 상기 선택된 제어 대상 기기가 제어 장치(100)의 통신 방식으로 제어되는 경우에는, 1270 단계에서 상기 제어 신호를 선택된 제어 대상 기기로 재송신한다. 1260 단계에서, 상기 선택된 제어 대상 기기가 제어 장치(100)의 통신 방식으로 제어되지 않는 경우에는, 1280 단계에서, 상기 제어 신호를 선택된 제어 대상 기기에 상응하는 제어 신호로 변환한다. 1290 단계에서, 상기 변환된 제어 신호를 상기 선택된 제어 대상 기기로 송신한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해진다.
본 발명은 가정이나 사무실에서 다수의 제어 대상 기기들 중 사용자가 제어하고자 하는 제어 대상 기기를 단순히 포인팅하여 선택함으로써, 간단하고 편리하게 제어 대상 기기를 제어할 수 있다. 한편, 상기 제어 장치는 제어 장치의 위치 정보와 자세 정보에 근거하여 제어 장치가 지시하는 제어 대상 기기를 선택함으로써, 보다 정확하게 제어 대상 기기를 제어할 수 있다.
도 1은 제어 장치와 다수의 제어 대상 기기들을 구비하고 있는, 본 발명의 통합 제어 시스템을 간략하게 도시하고 있다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 상응하는 3차원 포인팅 기기 제어 장치의 블록도를 도시하고 있다.
도3은 다수의 제어 대상 기기들 중에서 제어하고자 하는 제어 대상 기기를 선택하여 제어하는, 본 발명의 일 실시예에 상응하는 흐름도를 도시하고 있다.
도4는 도3의 320 단계, 즉 제어 장치의 위치 정보를 계산하는 단계를 보다 상세히 설명하고 있는 흐름도를 도시하고 있다.
도5는 도3의 340 단계, 즉 제어 대상 기기를 선택하는 단계를 보다 상세히 설명하고 있는 흐름도를 도시하고 있다.
도6은 도3의 340 단계, 즉 제어 대상 기기를 선택하는 단계에 대한 또 다른 실시예를 설명하고 있는 흐름도이다.
도7은 제어 장치의 움직임에 기반하여 후보 제어 대상 기기들 중에서 제어 대상 기기를 2차 선택하는, 본 발명의 또 다른 실시예에 상응하는 흐름도를 도시하고 있다.
도8은 도7의 흐름도에 상응하는, 제어 장치의 움직임에 기반하여 제어 대상 기기를 2차 선택하는 구현예를 도시하고 있다.
도9은 제어 장치의 움직임 패턴에 의해 제어 신호를 생성하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도9A는 움직임 패턴에 의해 제어 신호를 생성하는 방법에서 사용될 수 있는 예시적인 움직임 패턴을 도시하고 있다.
도10은 제어 장치의 디스플레이부를 이용하여 소정의 제어 신호를 생성하는 방법을 설명하고 있는 흐름도이다.
도11은 3차원 포인팅 기기 제어 장치, 홈서버 및 원격 제어기를 구비하고 있는 3차원 포인팅 기기 제어 시스템을 도시하고 있다.
도12는 도11의 3차원 포인팅 기기 제어 시스템에서 소정 제어 대상 기기로 제어 신호를 송신하는 방법을 설명하고 있는 흐름도이다.

Claims (22)

  1. 소정 제어 대상 기기를 3차원상에서 포인팅하여 제어하는 방법에 있어서,
    (a)상기 제어 장치의 위치 정보를 계산하는 단계;
    (b)상기 제어 장치의 자세 정보를 계산하는 단계;
    (c)상기 제어 장치의 위치 정보와 자세 정보를 이용하여 상기 제어 장치의 시선(Line of Sight) 정보를 계산하는 단계;
    (d)상기 제어 장치의 시선 정보를 이용하여 소정의 제어 대상 기기를 선택하는 단계; 및
    (e)상기 선택된 제어 대상 기기를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 포인팅 기기 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 (a) 단계는
    무선 통신 규약 UWB를 사용하여 상기 제어 장치의 위치 정보를 계산하는 것을 특징으로 하는 3차원 포인팅 기기 제어 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 (b) 단계는
    수식(2)을 사용하여 상기 제어 장치의 롤(Roll)각, 피치(Pitch)각을 계산하는 단계; 및
    수학식(3)와 수학식(4)을 사용하여 상기 제어 장치의 요(Yaw)각을 계산하는 단계를 포함하며 여기서 상기 수학식(2) 내지 수학식(4)는
    〔수학식2〕
    〔수학식3〕
    〔수학식4〕
    인 것을 특징으로 하는 3차원 포인팅 기기 제어 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 (d) 단계는
    상기 제어 대상 기기의 위치 정보를 수신하는 단계;
    상기 제어 대상 기기 위치 정보를 이용하여 상기 제어 장치의 시선과 제어 대상 기기 사이의 거리를 계산하는 단계;
    상기 제어 장치와 가장 가까운 거리에 위치하고 있는 소정 제어 대상 기기를 탐지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 포인팅 기기 제어 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 (d) 단계는
    상기 제어 대상 기기의 위치 정보를 수신하는 단계;
    상기 제어 대상 기기 위치 정보를 이용하여 상기 제어 장치의 시선과 제어 대상 기기 사이의 거리를 계산하는 단계;
    상기 제어 장치의 시선으로부터 소정 거리 내에 위치하고 있는 후보 제어 대상 기기들을 선택하는 1차 선택 단계; 및
    상기 1차 선택된 제어 대상 기기들 중에서 제어하고자 하는 제어 대상 기기를 선택하는 2차 선택 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 포인팅 기기 제어 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제2차 선택 단계는
    상기 제어 장치의 움직임을 측정하는 단계; 및
    상기 1차 선택된 제어 대상 기기들 중에서 상기 측정된 제어 장치의 움직임에 상응하는 제어 대상 기기를 2차 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 포인팅 기기 제어 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 1차 선택된 후보 대상 제어 대상 기기들을 제어부의 디스플레이부에 디스플레이하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 포인팅 기기 제어 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제2차 선택 단계는
    상기 1차 선택된 제어 대상 기기들 중에서 상기 측정된 제어 장치의 움직임에 상응하는 제어 대상 기기를 상기 제어 장치의 디스플레이부에 디스플레이하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 포인팅 기기 제어 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 (e) 단계는
    상기 제어 장치의 소정 움직임 패턴을 인식하는 단계;
    상기 인식된 제어 장치의 소정 움직임 패턴에 상응하는 제어 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 생성된 제어 신호를 상기 선택된 제어 대상 기기로 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 포인팅 기기 제어 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 (e) 단계는
    상기 선택된 제어 대상 기기에 해당하는 기능들을 획득하는 단계;
    상기 획득된 기능을 상기 제어 장치의 디스플레이부에 디스플레이하는 단계;
    상기 디스플레이되는 기능들 중에서 특정 기능을 선택하는 단계;
    상기 선택된 기능에 상응하는 제어 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 생성된 제어 신호를 상기 선택된 제어 대상 기기로 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 포인팅 기기 제어 방법.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 제어 신호를 송신하는 단계는
    상기 제어 장치와 상기 선택된 제어 대상 기기 사이에 장애물이 없고 상기 선택된 제어 대상 기기가 상기 제어 장치의 통신 방식으로 제어되는 경우, 상기 제어 신호를 직접 상기 선택된 제어 대상 기기로 송신하는 것을 특징으로 하는 3차원 포인팅 기기 제어 방법.
  12. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 제어 신호를 송신하는 단계는
    상기 제어 장치와 상기 선택된 제어 대상 기기 사이에 장애물이 있는 경우, 상기 제어 신호를 독립적으로 설치되어 있는 원격제어기로 송신하는 단계; 및
    상기 원격제어기로부터 상기 제어 신호를 상기 선택된 제어 대상 기기로 재송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 포인팅 기기 제어 방법.
  13. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 제어 신호를 송신하는 단계는
    상기 선택된 제어 대상 기기가 상기 제어 장치의 통신 방식과 다른 방식을 사용하는 경우, 상기 제어 신호를 독립적으로 설치되어 있는 원격제어기로 송신하는 단계;
    상기 송신된 제어 신호를 제어 대상 기기의 통신 방식에 상응하는 제어 신호로 변환하는 단계; 및
    상기 변환된 제어 신호를 상기 선택된 제어 대상 기기로 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 포인팅 기기 제어 방법.
  14. 소정 제어 대상 기기를 3차원상에서 포인팅하여 제어하는 장치에 있어서,
    상기 제어 장치의 위치 정보를 계산하는 위치 계산부;
    상기 제어 장치의 자세 정보를 계산하는 자세 계산부;
    상기 제어 장치의 위치 정보와 자세 정보를 이용하여 상기 제어 장치의 시선 정보를 계산하는 시선 계산부;
    상기 제어 장치의 시선 정보를 이용하여 상기 제어 대상 기기를 선택하는 제어 대상 기기 선택부; 및
    상기 선택된 제어 대상 기기를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 포인팅 기기 제어 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 위치 계산부는 무선 통신 규약 UWB를 사용하여 상기 제어 장치의 위치 정보를 계산하는 것을 특징으로 하는 3차원 포인팅 기기 제어 장치.
  16. 제14항에 있어서, 상기 제어 대상 기기 선택부는
    상기 제어 대상 기기의 위치 정보를 저장하고 있는 저장 매체;
    상기 제어 대상 기기의 위치 정보를 이용하여 상기 제어 장치의 시선으로부터 상기 제어 대상 기기까지의 거리를 계산하는 거리 계산부; 및
    상기 계산된 거리를 이용하여 상기 제어 장치의 시선으로부터 가장 가까운 거리에 있는 소정의 제어 대상 기기를 탐지하는 제어 대상 기기 탐지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 포인팅 기기 제어 장치.
  17. 제14항에 있어서, 상기 자세 계산부는
    상기 제어 장치의 자세를 측정하기 위한 센서부; 및
    상기 센서부를 통해 측정된 값을 이용하여 상기 제어 장치의 자세 정보를 계산하는 프로세서부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 포인팅 기기 제어 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 센서부는
    3축 가속도 센서와 3축 지자기 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 포인팅 기기 제어 장치.
  19. 제14항에 있어서, 상기 제어부는
    제어 장치의 제어 상태를 디스플레이하는 디스플레이부;
    제어 대상 기기들의 기능과 이에 상응하는 제어 신호 데이터를 저장하는 저장 매체;
    상기 제어 대상 기기의 소정 기능에 상응하는 제어 신호 데이터를 이용하여 제어 신호를 생성하는 제어 신호 생성부; 및
    상기 디스플레이부, 저장부 및 제어 신호 생성부를 제어하는 프로세서부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 포인팅 기기 제어 장치.
  20. 3차원 공간에서 소정 제어 대상 기기를 포인팅하여 제어하는 제어 시스템으로서,
    소정의 제어 장치; 및
    상기 제어 대상 기기의 위치 정보를 저장하고 있는 홈 서버를 포함하며,
    상기 소정의 제어 장치는
    상기 제어 장치의 위치 정보를 계산하는 위치 계산부;
    상기 제어 장치의 자세 정보를 계산하는 자세 계산부;
    상기 제어 장치의 위치 정보와 자세 정보를 이용하여 상기 제어 장치의 시선 정보를 계산하는 시선 계산부;
    상기 제어 장치의 시선 정보를 이용하여 상기 제어 대상 기기를 선택하는 제어 대상 기기 선택부; 및
    상기 선택된 제어 대상 기기를 제어하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 3차원 포인팅 기기 제어 시스템.
  21. 3차원 공간에서 제어하고자 하는 소정 제어 대상 기기를 소정의 제어 장치로 포인팅하여 제어할 수 있는 제어 시스템으로서,
    상기 소정 제어 대상 기기의 위치 정보와 상기 제어 대상 기기를 포인팅하는 제어 장치의 시선 정보를 이용하여 소정의 제어 대상 기기를 선택하여 제어하는 제어 장치;
    상기 제어 대상 기기의 위치 정보를 저장하고 있는 홈 서버; 및
    상기 제어 장치로부터 생성된 제어 신호를 수신하여 상기 선택된 제어 대상 기기로 상기 제어 신호를 재전송하는 원격 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 포인팅 기기 제어 시스템.
  22. 제21항에 있어서, 상기 원격 제어기는 상기 제어 신호를 상기 선택된 제어 대상 기기가 수신할 수 있는 제어 신호로 변환하여 송신하는 것을 특징으로 하는
    3차원 포인팅 기기 제어 시스템.
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