KR20090040839A - Augmented reality computer device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 증강현실 컴퓨터 장치에 관한 것으로 핸드폰,내비게이션, 휴대용 게임기 umpc(ultra mobile PC) 등과 같은 소형 컴퓨터의 출력 영상을 증강현실 기술을 사용하여 대형 컴퓨터의 화면처럼 안경 형태의 디스플레이 화면에 크게 표시해 줌으로써 사용자는 소형 컴퓨터의 작은 화면대신 대형 컴퓨터의 넓은 화면으로 작업이나 게임을 할 수 있는 장치이다. 증강 현실 기술은 카메라로 촬영한 실사 영상 위에 컴퓨터에의해 생성된 그래픽 이미지 등을 합성하여 출력하는 기술이다. 이때 두 그래픽 이미지를 단순히 실사영상 위의 일정한 고정된 위치에 합성하는 것이 아니라 그래픽 이미지가 마치 실재하는 물체처럼 보이게 합성하는 것이 특징이다. 예를 들어서 특정 마크가 부착된 모자를 쓰고 카메라 앞에 사람이 서있다면 카메라로 촬영한 영상에서 모자에 부착된 마크를 검출하여 그 마크 위치에 괴물얼굴을 합성하는 것 등이 있다. 이때 사람이 고개를 흔들면 합성된 괴물의 얼굴도 흔들려서 마치 진짜 괴물이 살아있는 듯한 느낌을 주게 된다. 마크는 보통 흰 여백에 검정 사각형 형태로 한다. 카메라로 촬영한 영상에서 마크의 사각형을 검출하여 사각형의 크기와 찌그러진 형태로부터 카메라와 사각형 사이의 3차원 상대 위치를 산출한다. 그리고 괴물 얼굴의 3차원 그래픽 영상을 마크 위치로 평행이동,회전이동하여 사람 얼굴위에 합성한다. 이와 같은 3차원 그래픽 영상을 화면에 표시하는 것은 3차원 게임에 사용되는 공지기술이다. 현재 핸드폰의 성능이 점차 높아짐에 따라 데스크탑 컴퓨터용 프로그램과 게임도 핸드폰에서 사용하게되는 추세이다. 그리고 이동 중에도 인터넷에 접속할 수 있는 기술(와이브로)이 개발되어 장차 핸드폰으로 장소에 구애됨 없이 인터넷에 접속하여 작업,게임 또는 웹서핑 등을 할 수 있을 것으로 예상된다. 즉 핸드폰으로 기존의 데스크탑에서 했던 모든 작업이 가능하게 될 것으로 예상된다. 그러나 핸드폰과 같은 소형 컴퓨터의 화면은 데스크탑 컴퓨터의 모니터에 비해서 매우 작아서 데스크탑에서 작업하던 프로그램의 출력 영상을 그대로 핸드폰 화면에 출력할 수 없다는 단점이 있다.The present invention relates to an augmented reality computer device by displaying the output image of a small computer, such as a mobile phone, navigation, portable game machine umpc (ultra mobile PC) by using augmented reality technology on the display screen in the form of a large computer like a large computer screen Users can work or play on the wide screen of a large computer instead of the small screen of a small computer. Augmented reality technology is a technology that synthesizes and outputs a graphic image generated by a computer on a live image taken with a camera. In this case, the two graphic images are not simply synthesized at a fixed fixed position on the real image but are characterized by synthesizing the graphic image as if it were a real object. For example, if a person is standing in front of a camera wearing a hat with a specific mark attached to it, detecting a mark attached to the hat from an image captured by the camera and synthesizing a monster face at the mark position. When a person shakes his head, the synthesized monster's face is also shaken, giving a feeling that a real monster is alive. Marks are usually in the form of black squares with white margins. The rectangle of the mark is detected from the image taken by the camera, and the three-dimensional relative position between the camera and the rectangle is calculated from the size and the distortion of the rectangle. And the 3D graphic image of the monster's face is synthesized on the human face by parallel and rotational movement to the mark position. Displaying such a 3D graphic image on a screen is a known technique used in a 3D game. As the performance of mobile phones gradually increases, desktop computer programs and games are also used in mobile phones. In addition, the technology to connect to the Internet on the go (WiBro) has been developed to be able to work, games or web surfing by connecting to the Internet in the future, regardless of place with a mobile phone. In other words, mobile phones are expected to be able to do all the work that was done on the existing desktop. However, the screen of a small computer, such as a mobile phone is very small compared to the monitor of a desktop computer has the disadvantage that the output image of the program that was working on the desktop can not be output as it is on the mobile phone screen.
본 발명은 상기한 기존의 소형 컴퓨터의 작은 화면에 데스크탑 컴퓨터의 출력 영상과 같이 복잡하고 자세한 화면을 출력하면 소형 컴퓨터의 화면이 작아서 내용을 알아보기 어렵다는 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to solve the problem that it is difficult to recognize the contents of a small computer because the screen of the small computer is small when a complex and detailed screen such as the output image of the desktop computer is output on the small screen of the conventional small computer.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여 안경형 디스플레이(head mount display, near eye display)에 착용자의 시선 방향을 촬영하도록 부착된 카메라로 사람의 시선이 향하는 방향을 촬영한 영상 위에 소형 컴퓨터의 화면을 증강현실 기술을 이용하여 합성하여 안경 형태의 디스플레이에 출력함으로써 소형 컴퓨터의 화면이 커진 것 같은 효과를 줄 수 있는 장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention augments the screen of a small computer on an image photographing a direction in which a person's eyes are directed by a camera attached to the head mount display (near eye display) to photograph a wearer's gaze direction. By synthesizing using a real technology and output to the display in the form of glasses provides a device that can give an effect as if the screen of a small computer is larger.
본 발명에 의한 증강현실 컴퓨터 장치를 사용하면 핸드폰과 같은 소형 컴퓨터의 가볍고 공간을 적게 차지하고 휴대가 편리하다는 장점을 유지하면서 데스크탑 컴퓨터의 대형 화면을 사용할 수 있어서 언제 어디서나 복잡한 화면의 프로그램을 실행시켜서 작업을 하거나 게임을 즐길 수 있다. 또한 작업중인 화면을 소형 컴퓨터 화면에는 출력하지 않고 안경형 디스플레이에만 출력하여 다른 사람이 화면을 볼 수 없게 함으로써 작업의 보안성도 유지할 수 있다. 그리고 3차원 게임을 하는 경우 안 경형 디스플레이의 좌우 눈 앞의 화면에 각각 3차원 그래픽 게임 영상의 좌우 영상을 출력함으로써 3차원 영상을 즐길 수 있다. 또한 증강 현실 기술을 이용하여 외부 영상과 소형 컴퓨터 화면의 영상이 합성되어 안경형 디스플레이에 출력되기 때문에 외부 환경에서 일어나는 위급한 상황도 즉시 감지할 수 있으므로 응급시에 안경형 디스플레이를 벗지 않고도 적절히 대응을 할 수 있다.Using the augmented reality computer device according to the present invention can use the large screen of the desktop computer while maintaining the advantages of light, small space and easy to carry a small computer, such as a mobile phone, anytime, anywhere to run a complex screen program Or enjoy the game. In addition, the screen is not displayed on the small computer screen, but on the spectacles-type display, so that other people can not see the screen to maintain the security of the work. When playing a 3D game, the 3D image can be enjoyed by outputting the left and right images of the 3D graphic game image on the screens in front of the left and right eyes of the glasses display. In addition, by using augmented reality technology, images from external and small computer screens are synthesized and output to the glasses-type display, so that emergency situations occurring in the external environment can be detected immediately, so that an emergency response can be made without taking off the glasses-type display in an emergency. have.
실시예1Example 1
본 발명에의한 증강 현실 컴퓨터 장치는 마크를 포함하는 소형 컴퓨터를 촬영하는 카메라부, 상기 카메라부에의해 촬영된 영상 이미지를 영상처리하여 마크와 카메라 사이의 3차원 상대 위치를 산출하는 이미지처리부, 카메라부에서 촬영한 영상에 이미지 처리부에서 산출된 마크의 위치정보를 사용하여 소형 컴퓨터 화면을 확대하여 마크 위치에 합성하는 영상 합성부, 영상 합성부에서 합성한 합성 영상을 출력하는 안경형 디스플레이부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이때 합성 영상을 출력하는 안경형 디스플레이를 착용한 사용자의 시선 방향을 촬영하는 카메라부가 안경형 디스플레이에 일체형으로 부착되는 것이 바람직하다. 그리고 마크는 소형 컴퓨터의 특징점으로 구성하는 것이 바람직하다. 예를 들면 소형 컴퓨터의 작은 사각형 화면 또는 사각형 본체의 네 꼭지점 또는 소형 컴퓨터의 작은 화면에 출력되는 사각형 마크 등이 될 수 있다.An augmented reality computer device according to the present invention includes a camera unit for photographing a small computer including a mark, an image processing unit for calculating a three-dimensional relative position between the mark and the camera by image processing the image image photographed by the camera unit; It includes an image synthesizer for enlarging the small computer screen using the position information of the mark calculated by the image processing unit to the image taken by the camera unit to synthesize the mark position, and the glasses display unit for outputting the synthesized image synthesized by the image synthesis unit; It is characterized by. At this time, it is preferable that the camera unit for capturing the gaze direction of the user wearing the spectacle display for outputting the composite image is integrally attached to the spectacle display. The mark is preferably composed of the feature points of the small computer. For example, it may be a small square screen of a small computer, four vertices of a square body, or a square mark output on a small screen of a small computer.
도1은 본 발명에의한 증강현실 컴퓨터 장치의 구성을 나타낸 것이다. 도1에서 소형 컴퓨터인 핸드폰의 작은 화면(mo)을 안경형 디스플레이(ds)의 바깥 면에 안경형 디스플레이 착용자의 시선방향을 촬영하는 좌우측의 2개의 카메라(ca1,ca2)로 촬영하여 본체(con)에 촬영한 영상(cd)을 전달한다.(한개의 카메라만 사용해도 무방하다) 본체의 영상 처리 프로그램은 촬영한 이미지(cd)에서 소형 컴퓨터의 모니터를 이루는 사각형(mo) 또는 소형 컴퓨터의 본체의 특징점을 검출하여 사각형의 크기와 찌그러진 정도를 통해 카메라와 사각형 사이의 3차원 상대 위치를 측정한다. (3차원 상대 위치가 아니라 단순히 2차원 위치만 검출해도 무방하다.예를 들면 소형 컴퓨터에 특별한 패턴의 마크를 부착하고 그 위치를 영상인식을 통해 산출할 수 있다.)Figure 1 shows the configuration of the augmented reality computer device according to the present invention. In FIG. 1, a small screen (mo) of a mobile phone, which is a small computer, is photographed by two cameras (ca1, ca2) on the left and right sides of the eyeglass display wearer's visual direction on the outer surface of the spectacle display (ds). Transfers the captured image (cd). (One camera may be used.) The image processing program of the main body of the main body of the small computer or the square (mo) that forms the monitor of the small computer from the captured image (cd) We measure the three-dimensional relative position between the camera and the rectangle by detecting the size and distortion of the rectangle. (You can simply detect the two-dimensional position, not the three-dimensional relative position. For example, you can attach a special pattern mark to a small computer and calculate its position by image recognition.)
카메라와 사각형 사이의 상대위치를 측정하는 수학 공식은 퍼스펙티브 n점 문제(perspective n point problem) 로 알려져 있는 공지 기술이다. 이 방법은 상 대위치가 알려진 n개의 점을 촬영하여 촬영된 n개의 점으로부터 카메라와 점 사이의 상대 위치를 구하는 문제이다. 이에 대한 설명은 The mathematical formula for measuring the relative position between the camera and the rectangle is a known technique known as the perspective n point problem. This method is a problem of obtaining a relative position between a camera and a point from n points photographed by photographing n points of known relative positions. Description of this
http://homepages.inf.ed.ac.uk/rbf/CVonline/LOCAL_COPIES/MARBLE/high/pia/solvi http://homepages.inf.ed.ac.uk/rbf/CVonline/LOCAL_COPIES/MARBLE/high/pia/solvi ngng .. htmhtm
에서 찾을 수 있다. 사각형의 꼭지점을 특징점으로 하는 것은 위의 퍼스펙티브 n점 문제의 특별한 경우인 퍼스펙티브 4점 문제이다.You can find it at What characterizes the vertices of the rectangle is the perspective 4-point problem, which is a special case of the perspective n-point problem above.
또는 좌우측 카메라 영상을 비교하여 스테레오 이미지 분석을 통해 사각형(또는 소형 컴퓨터의 위치)을 검출해도 무방하다. 또한 소형 컴퓨터에 적외선 LED를 부착하 고 촬영한 이미지에서 그 LED를 검출함으로써 LED 를 특징점으로 사용해도 무방하다. 즉 사각형 검출 방법에는 어떠한 제한도 없다. 그리고 본체(con)는 소형 컴퓨터로부터 소형 컴퓨터에서 실행되는 프로그램의 화면정보(md)를 전달 받는다.(컴퓨터 화면을 빔 프로젝터에 전달하는 것처럼 전달 받는다.) 본체(con)와 소형 컴퓨터를 일체형으로 해도 무방하다. 그러면 본체에 포함되는 마이크로 콘트롤러,컴퓨터 또는 디지털 시그널 프로세서(DSP)는 소형 컴퓨터의 화면에 출력되어야 할 영상을 카메라로 촬영한 영상 위에 확대,평행이동,아핀 변환등을 한 후 합성하여 안경형 디스플레이(ds)에 전달한다. 이때 두 영상을 합성할 때 안경형 디스플레이를 착용한 사용자가 합성된 영상을 보았을 경우 합성된 소형 컴퓨터의 화면(amo)이 마치 실제 소형 컴퓨터 화면이 있는 위치에서 확대된 것처럼 보이도록 합성하는 것이 바람직하다. 즉 안경형 디스플레이를 착용한 사용자가 소형 컴퓨터를 들고 흔들면 그 소형 컴퓨터의 모니터(mo)에 부착된 확대 합성된 디스플레이 영상(amo)도 마치 소형 컴퓨터에 부착된 물리적인 큰 디스플레이 인 것처럼 같이 흔들리게 영상을 합성한다. 도1에는 합성된 소형 컴퓨터의 화면(amo)이 실제 소형 컴퓨터 화면(mo)에 확대 부착된 것으로 표시되어있다. 즉 사용자는 소형 컴퓨터 화면(mo)대신 확대된 큰 화면(amo)를 안경형 디스플레이(ds)를 통해 보게 된다. 화재나 사고 발생시에는 소형 컴퓨터를 아래로 내리면 시야에서 큰 합성 화면(amo)도 내려가므로 주변 환경을 보고 즉시 대피할 수 있다. (이에 비해 기존 안경형 디스플레이에 컴퓨터 화면을 출력하는 경우 시야 전체에 컴퓨터 화면이 출력되기 때문에 주변을 보려면 안경형 디스플레이를 벗어야 하는 불편함이 있다.)카메라로 촬영한 영상에서 소형 컴퓨터 의 위치를 찾기 쉽게 하기 위하여 소형 컴퓨터의 모니터(mo)에 특징점을 나타내는 적당한 마크를 출력하거나 소형 컴퓨터에 적외선 led 와 같은 마크를 부착해도 무방하다. 또한 데스크 탑 컴퓨터에 사용되는 키보드와 마우스 그리고 스타일러스 펜등의 영상을 합성하는 것도 무방하다. 이때 합성된 키보드 영상을 손가락으로 누르면 이미지 처리부에서는 촬영된 좌우측 카메라의 스테레오 이미지에서 손의 움직임을 검출하여 키 입력이 되게 하고, 합성된 마우스를 손으로 움직이면 마우스 포인터가 이동하게 하는 것이 바람직하다. 또한 합성된 영상의 스타일러스 펜을 움직여서 글씨를 쓰거나 그림을 그리면 합성 영상으로 그 글씨나 그림이 표시되게 하는 것이 바람직하다.Alternatively, a square (or a small computer's position) may be detected through stereo image analysis by comparing left and right camera images. In addition, by attaching an infrared LED to a small computer and detecting the LED in the captured image, the LED may be used as a feature point. That is, there is no limitation on the rectangle detection method. The main body con receives the screen information md of a program running on the small computer from the small computer. (The computer screen is transmitted as if the computer screen is transmitted to the beam projector.) Even when the main body con and the small computer are integrated. It's okay. Then, the microcontroller, computer, or digital signal processor (DSP) included in the main body displays the image to be output on the screen of the small computer on the image taken by the camera, performs parallel movement, affine conversion, etc. To pass). In this case, when combining two images, when the user wearing the spectacle display sees the synthesized image, it is preferable to synthesize the synthesized so that the screen of the synthesized small computer looks as if it is enlarged at the position where the actual small computer screen is located. That is, when a user wearing a spectacle-type display is holding a small computer and shaking it, the enlarged synthesized display image (amo) attached to the monitor (mo) of the small computer also shakes the image as if it is a physical large display attached to the small computer. Synthesize In Fig. 1, an amo of a synthesized small computer is shown as being enlarged and attached to an actual small computer screen mo. In other words, the user sees the enlarged amo on the spectacle display ds instead of the small computer screen mo. In the event of a fire or accident, a small computer can be pulled down to lower the large amo from the field of vision so you can see the surroundings and evacuate immediately. (In contrast, when the computer screen is output to the conventional eyeglass display, the computer screen is output to the whole field of view, so it is inconvenient to remove the eyeglass display to see the surroundings.) For this purpose, an appropriate mark indicating a characteristic point may be output to the monitor mo of the small computer, or a mark such as an infrared led may be attached to the small computer. You can also synthesize images from keyboards, mice, and stylus pens used in desktop computers. In this case, when the synthesized keyboard image is pressed with a finger, the image processor detects the movement of the hand in a stereo image of the left and right cameras to be a key input, and when the synthesized mouse is moved by hand, the mouse pointer is preferably moved. In addition, when writing or drawing by moving the stylus pen of the synthesized image, it is desirable to display the letter or figure in the synthesized image.
실시예2Example 2
도2에는 이미지 처리부에서 소형 컴퓨터의 화면을 인식하기 쉽도록 소형 컴퓨터의 화면(mo)에 중심이 일치하는 두 사각형으로된 마크(mk1,mk2,mk3)를 출력한 모습이다. 이미지 처리부에서는 촬영된 이미지에서 이러한 마크(mk1,mk2,mk3)를 인식하여 소형 컴퓨터와 카메라 사이의 3차원 상대 위치를 산출한다. 마크는 3개의 부분으로 나뉘어져 있다. 제1마크(mk1)는 중심에 사각형 구멍이 있는 도너츠 모양의 검정 사각형이고 ,제2마크(mk2)는 제1마크와 중심이 일치하는 작은 검정 사각형이다. 제3마크(mk3)는 다른 두 마크(mk1,mk2)의 아래쪽에 위치하여 전체 마크의 아래 방향을 나타낸다. 이미지 처리부에서는 촬영된 이미지에서 사각형 속에 중심이 일치하는 작은 사각형이 있는 영역을 검출한 후 그 주변에 제3 마크가 있는지를 조사함으로써 전체 마크의 위치와 방향을 알 수 있다. 또한 마크 영역에서 경계선 검출을 한 후 허프 변환으로 직선을 구해서 제1마크의 네 변을 구할 수 있다. 그러면 네 변의 교점으로부터 제1마크의 네 꼭지점을 구할 수 있다. 이때 제1마크의 크기(네 변의 길이)는 정해져 있으므로 퍼스펙티브n점 문제(perspective n point problem) 의 공식을 이용하여 카메라와 마크 사이의 3차원 상대 위치를 산출 할 수 있다. 여기서 설명한 마크(mk1,mk2,mk3)는 하나의 예일 뿐 실제로는 주변 환경으로부터 쉽게 구별하여 인식할 수 있는 형태라면 어떠한 도형을 마크로 사용해도 무방하다. 예를 들어서 화면 전체에 수직선으로 된 빗살 무늬나 흑백 사각형이 번갈아 배치된 체스판 형태의 무늬라도 무방하다.2 is a view showing two square marks (mk1, mk2, mk3) centered on the screen (mo) of the small computer so as to easily recognize the screen of the small computer in the image processing unit. The image processing unit recognizes these marks mk1, mk2, and mk3 in the captured image and calculates a three-dimensional relative position between the small computer and the camera. The mark is divided into three parts. The first mark mk1 is a donut-shaped black rectangle with a square hole in the center, and the second mark mk2 is a small black rectangle with the center coinciding with the first mark. The third mark mk3 is located below the other two marks mk1 and mk2 to indicate the downward direction of the entire mark. The image processor detects an area having a small rectangle with a center coinciding with the rectangle in the photographed image, and then checks the position and direction of the entire mark by examining whether there is a third mark around the rectangle. In addition, after the boundary line is detected in the mark area, four sides of the first mark may be obtained by obtaining a straight line by Hough transform. Then, four vertices of the first mark can be obtained from the intersections of the four sides. In this case, since the size of the first mark (the length of the four sides) is determined, a three-dimensional relative position between the camera and the mark may be calculated using a formula of a perspective n point problem. The marks mk1, mk2, and mk3 described herein are merely examples, and any shape may be used as a mark as long as the marks are easily distinguishable from the surrounding environment. For example, a comb pattern with vertical lines or a chessboard pattern with alternating black and white squares may be arranged throughout the screen.
실시예3Example 3
도3은 실시예2의 사각형 마크를 변형한 예이다.3 is an example in which the rectangular mark of the second embodiment is modified.
도3에서 사각형 마크(mk1)의 기준점을 나타내기 위해 도너츠 모양의 사각형(mk1)의 한 변의 형태(mk4)를 다르게 형성했다. 즉 실시예2의 mk3 의 역할을 본 실시예 에서는 mk4 가 하게 된다.In FIG. 3, the shape mk4 of one side of the donut-shaped rectangle mk1 is formed differently to indicate the reference point of the rectangle mark mk1. That is, in this embodiment, mk4 plays the role of mk3 of the second embodiment.
실시예4Example 4
소형 컴퓨터의 디스플레이의 사각형 테두리를 마크로 사용할 수도 있다. 이 경우 영상 처리부에서는 소형 컴퓨터의 3d 모델 정보를 이용하여 촬영된 영상에서 소형 컴퓨터를 인식할 수도 있고 두 개의 스테레오 카메라(ca1,ca2) 영상을 분석해서 소형 컴퓨터를 인식할 수도 있다.You can also use the rectangular border of a small computer's display as a mark. In this case, the image processor may recognize the small computer from the captured image by using the 3d model information of the small computer, or may recognize the small computer by analyzing two stereo cameras ca1 and ca2.
도1은 본 발명의 구성도1 is a block diagram of the present invention
도2는 소형 컴퓨터 화면에 마크가 출력되는 모습2 is a mark output on a small computer screen
도3은 소형 컴퓨터 화면에 변형된 마크가 출력되는 모습3 is a view that the deformed mark is output on the small computer screen
<도면 주요부호의 설명> <Description of Major Symbols in Drawing>
amo : 확대 합성된 소형 컴퓨터의 디스플레이 영상amo: display image of small computer
ca1,ca2 : 카메라 ds : 안경형 디스플레이ca1, ca2: Camera DS: Glasses Display
con : 본체 mo : 소형 컴퓨터 디스플레이con: body mo: small computer display
md : 소형 컴퓨터 디스플레이 영상 정보md: small computer display image information
cd : 카메라로 촬영한 영상 정보cd: Video information taken with the camera
ar : 합성된 영상 정보ar: synthesized image information
mk1,mk2,mk3,mk4 : 화면에 출력되는 마크mk1, mk2, mk3, mk4: Marks displayed on the screen
Claims (6)
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