KR20130034125A - 증강현실 기능을 구비한 안경형 모니터 - Google Patents

증강현실 기능을 구비한 안경형 모니터 Download PDF

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KR20130034125A
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Abstract

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 증강현실 기능을 구비한 안경형 모니터는, 증강현실을 가능하게 하는 씨스루(See-through) 안경형 모니터에 마커 없이 사용자의 손끝을 추적하는 증강현실 기능을 구비한 안경형 모니터로서, 사용자가 착용하기 위한 안경 형태의 본체 프레임(5)과; 상기 본체 프레임의 일단에 부착되고, 외부와의 통신정보 및 작동을 제어하기 위한 중앙처리장치(CPU)를 내장한 터미널부(Terminal Part)(10)와; 상기 본체 프레임의 타단에 부착되고, 가동용의 전원을 공급하기 위해 재충전사용이 가능한 전원공급부(Battery Part)(20)와; 전원의 공급과, 통신의 제어, 촬영정보의 저장 및 카메라의 조작을 제어하기 위해 상기 본체프레임에 부착 설치되는 키 조작부(Fucntion-Key Part)(30)와; 상기 중앙처리장치의 제어에 의해 레이저 광원의 색을 조절하고, MEMS(Microelectromechanical Systems)를 적용하여 미세전자기계시스템을 제어하며, 광학렌즈를 제어하는 프로젝트 모듈(Project Module)(40)과; 입력된 영상정보를 처리하는 필터와 레이저 광원으로부터 입사된 칼러를 사용자에게 표출하는 필터 및 광학소자부(Front Filter & HOE)(50); 및 전방에 표출되는 물체를 탐지하고, 촬영하기 위한 카메라부(Camera Part)(60);를 구비함으로써 이루어진다.

Description

증강현실 기능을 구비한 안경형 모니터{Augmented Reality Function Glass Type Monitor}
본 발명은 증강현실 기능을 구비한 안경형 모니터에 관한 것으로, 특히 헤드마운트디스플레이를 이용하여 별도의 지시용 마커(marker)를 구비하지 않고도 사용자가 지시하는 장소를 지정하여 찾을 수 있는 증강현실 기능을 구비한 안경형 모니터에 관한 것이다.
안경형 모니터는 사용자가 안경처럼 착용하여 영상을 시청할 수 있는 모니터 장치로서, 예컨대 헤드 마운트 디스플레이(Head Mounted Display) 또는 FMD(Face Mounted Display) 등의 용어로서 지칭되기도 한다.
이러한 안경형 모니터는 처음에는 군사용으로 개발되어 군사용으로 사용하기 시작하였으나 컴퓨터 시스템의 고성능화, 소형화 그리고 LCD 등의 디스플레이 장치의 발전, 영상 및 통신 기술의 발전 등의 다양한 요인에 의해서 점차 민간용으로도 사용이 확대되고 있다. 특히 웨어러블 컴퓨터(Wearable Computer)의 개발에 따라서 점차 웨어러블 컴퓨터를 위한 개인용 디스플레이 장치로서의 안경형 모니터의 보급이 늘어날 것으로 예측된다. 이러한 안경형 모니터는 특히 시-쓰루(see-through) 형태로 구현시 증강 현실(augmented reality) 구현에 그 효용성이 높을 것으로 예측되고 있다.
그러나 이러한 종래의 안경형 모니터는 증강 현실을 구현할 수 있는 장치의 개발에 따라 다양한 분야에 활용할 수 있는데, 증강 현실을 구현하기 위한 별도의 마커(marker)를 구비하여야 하기 때문에 이에 따른 제조비용이 증가하는 문제점이 있었다.
또, 종래의 안경형 모니터에서 증강현실을 구현하기 위해서 별도로 구비하는 마커를 별도의 장치로 갖추어야 하기 때문에 휴대용으로 사용하기가 매우 불편했다는 문제점이 있었다.
또한 종래의 안경형 모니터는 2개 이상의 손끝 또는 다중 동작을 인식하지 못하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 바와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 그 목적으로 하는 바는 안경형 모니터의 본체 프레임외에 별도의 마커를 설치하지 않고 사용자가 원하는 목표지점을 탐색할 수 있는 증강현실 기능을 구비한 안경형 모니터를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 2개 이상의 손끝 또는 다중 동작을 인식하고 사용자의 선택에 의해 필요한 목적지를 용이하게 탐색할 수 있는 증강현실 기능을 구비한 안경형 모니터를 제공함에 있다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 증강현실 기능을 구비한 안경형 모니터는, 증강현실을 가능하게 하는 시스루(See-through) 안경형 모니터에 마커 없이 사용자의 손끝을 추적하는 증강현실 기능을 구비한 안경형 모니터로서, 사용자가 착용하기 위한 안경 형태의 본체 프레임(5)과; 상기 본체 프레임의 일단에 부착되고, 외부와의 통신정보 및 작동을 제어하기 위한 중앙처리장치(CPU)를 내장한 터미널부(Terminal Part)(10)와; 상기 본체 프레임의 타단에 부착되고, 가동용의 전원을 공급하기 위해 재충전사용이 가능한 전원공급부(Battery Part)(20)와; 전원의 공급과, 통신의 제어, 촬영정보의 저장 및 카메라의 조작을 제어하기 우해 상기 본체프레임에 부착 설치되는 키 조작부(Fucntion-Key Part)(30)와; 상기 중앙처리장치의 제어에 의해 레이저 광원의 색을 조절하고, MEMS(Microelectromechanical Systems)를 적용하여 미세전자기계시스템을 제어하며, 광학렌즈를 제어하는 프로젝트 모듈(Project Module)(40)과; 입력된 영상정보를 처리하는 필터와 레이저 광원으로부터 입사된 칼러를 사용자에게 표출하는 필터 및 광학소자부(Front Filter & HOE)(50); 및 전방에 표출되는 물체를 탐지하고, 촬영하기 위한 카메라부(Camera Part)(60);를 구비함으로써 이루어진다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 증강현실 기능을 구비한 안경형 모니터에 의하면, 사용자의 손끝 및 동작을 인식하여 마우스 기능과 키보드 입력기능 및 동작 입력기능을 동시에 수행하는 증강현실 기능을 구비한 안경형 모니터를 구현할 수 있다.
또 본 발명의 일 실시예에 따른 구성에 의하면, 별도의 마커(marker)를 구비하지 않고도 사용자의 손끝 및 동작을 인식하는 증강현실 기능을 구비한 안경형 모니터를 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 구성에 의하면, 멤스(mems)를 구비함으로써 2개이상 다중위치를 지시하는 손끝 및 다중의 동작을 인식하고 작동하는 증강현실 기능을 구비한 안경형 모니터를 제공하는 효과를 구현한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 증강현실 기능을 구비한 안경형 모니터의 구성을 도시한 구성도,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 증강현실 기능을 구비한 안경형 모니터의 세부 구성을 도시한 블록도,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 증강현실 기능을 구비한 안경형 모니터를 착용하여 사용하는 예를 도시한 사용 예시도
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하면서 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
(실시 예)
상술한 바와 같이, 도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 증강현실 기능을 구비한 안경형 모니터의 구성을 도시한 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 증강현실 기능을 구비한 안경형 모니터의 세부 구성을 도시한 블록도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 증강현실 기능을 구비한 안경형 모니터를 착용하여 사용하는 예를 도시한 사용 예시도를 각각 나타낸다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 증강현실 기능을 구비한 안경형 모니터는, 증강현실을 가능하게 하는 씨스루(See-through) 안경형 모니터에 마커없이 사용자의 손끝을 추적하는 증강현실 기능을 구비한 안경형 모니터로서, 사용자가 착용하기 위한 안경 형태의 본체 프레임(5)과; 상기 본체 프레임의 일단에 부착되고, 외부와의 통신정보 및 작동을 제어하기 위한 중앙처리장치(CPU)를 내장한 터미널부(Terminal Part)(10)와; 상기 본체 프레임의 타단에 부착되고, 가동용의 전원을 공급하기 위해 재충전사용이 가능한 전원공급부(Battery Part)(20)와; 전원의 공급과, 통신의 제어, 촬영정보의 저장 및 카메라의 조작을 제어하기 위해 상기 본체프레임에 부착 설치되는 키 조작부(Fucntion-Key Part)(30)와; 상기 중앙처리장치의 제어에 의해 레이저 광원의 색을 조절하고, 멤스(MEMS(Microelectromechanical Systems))를 적용하여 미세전자기계시스템을 제어하며, 광학렌즈를 제어하는 프로젝트 모듈(Project Module)(40)과; 입력된 영상정보를 처리하는 필터와 레이저 광원으로부터 입사된 컬러를 사용자에게 표출하는 필터 및 광학소자부(Front Filter & HOE)(50); 및 전방에 표출되는 물체를 탐지하고, 촬영하기 위한 카메라부(Camera Part)(60);를 구비함으로써 이루어진다.
먼저, 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 증강현실 기능을 구비한 안경형 모니터(100)는 안경형태로 구성되는 본체 프레임(5) 상에 일체로 구비되는 것이 특징이다.
구체적으로는, 상기 본체 프레임(5)의 일단에는, 외부와의 통신정보 및 작동을 제어하기 위한 중앙처리장치(CPU)를 내장한 터미널부(Terminal Part)(10)가 부착된다.
또 상기 본체 프레임(5)의 타단에는, 가동용의 전원을 공급하기 위해 재충전사용이 가능한 전원공급부(Battery Part)(20)가 부착된다.
이때 상기 터미널부(10)와 전원공급부(Battery Part)(20)는 사용자가 착용하여 귀 부분에 걸 수 있도록 곡선형태을 갖추도록 제작한다. 본 발명의 실시 예에서는 재충전 후 6시간 이상의 사용이 가능한 작동시간을 갖추도록 하였다.
또한, 상기 본체 프레임(5)의 전원공급부(20)의 다음에는 증강 현실을 구동하기 위해 필요한 기능키를 갖추고, 전원의 공급과, 통신의 제어, 촬영정보의 저장 및 카메라의 조작을 제어하기 위해 키 조작부(Fucntion-Key Part)(30)를 부착 설치한다.
다음으로, 상기 본체 프레임(5) 상에 상기 중앙처리장치의 제어에 의해 레이저 광원의 색을 조절하고, 멤스(MEMS(Microelectromechanical Systems))를 적용하여 미세전자기계시스템을 제어하며, 광학렌즈를 제어하는 프로젝트 모듈(Project Module)(40)을 설치한다.
도 1에서는 상기 프로젝트 모듈(40)의 기능을 분산배치하여 크기를 줄일 수 있도록 제1프로젝트 모듈(41)과 제2프로젝트 모듈(43)로 구분하였으며, 상호 전기적으로 연결구성하였다. 상기 프로젝트 모듈(40)의 세부 구성 및 작동에 대해서는 이하 별도로 설명하기로 한다.
또, 상기 본체 프레임(5) 상에는 입력된 영상정보를 처리하는 필터와 레이저 광원으로부터 입사된 컬러를 사용자에게 표출하는 필터 및 광학소자부(Front Filter & HOE)(50)를 설치한다.
도시한 바와 같이, 제1필터 및 광학소자부(51)와 제2필터 및 광학소자부(53)로 구분하여, 사용자의 좌안과 우안에 공통 또는 별도의 화상정보를 표출시킬 수 있도록 구성한다.
또한, 상기 본체 프레임(5)의 중앙부에는 전방에 표출되는 물체를 탐지하고, 촬영하기 위한 카메라부(Camera Part)(60)를 설치한다.
이러한 구성으로 함으로써 사용자는 안경형 모니터를 착용한 상태에서 제공되는 전방의 화상정보뿐만 아니라 상기 프로젝트 모듈(40)을 통해 제공되는 외부의 정보등을 모니터할 수 있고, 상기 키 조작부(Fucntion-Key Part)(30)의 조작 및 제어에 의해 필요한 영상정보를 검색 및 탐지하여 원하는 위치를 구체적으로 탐색할 수 있게 한다.
즉, 별도의 위치정보를 제공하는 마커(marker)를 구비하지 않고도 사용자가 원하는 위치정보를 획득하고, 구체적으로 탐색을 행할 수 있게 된다.
여기에서, 마커가 필요없는 가상공간과 실제 물체의 정합 방법에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
마커(marker)를 이용한 가상공간과 물체의 정합 방법은 사용자로 하여금 주변 환경에 인위적인 요소를 첨가해야 하기 때문에 유비쿼터스 증강현실 시스템의 경우의 응용에 제한이 있다. 그래서 제안된 것이 모델 기반 영상 정합 기법이지만, 이 모델 기반 영상정합에서는 객체를 여러 방향과 거리에서 인식하는 것은 현재까지도 해결이 용이하지 않다는 것이 현실이다. 또한, 특히 인식해야 할 객체 수의 증가, 손으로 가려지는 현상, 주변의 밝기 등에 의해 정확도에 영향을 많이 받는다는 문제점이 있었다.
이에 따라, 본 발명의 실시 예에서는 마커를 사용하지 않고, 손끝과 같은 특정 부위의 움직임을 추정하는 스테레오 매칭 기반 정합을 적용하여 실험하였다.
이 방식은 손의 스테레오 영상에서 거리정보 Z를 구하는 스테레오 카메라 좌표계의 모델을 그림에 도식화하여 나타내도록 한 것이다.
도 4는 스테레오 카메라 좌표계의 모델을 도식화하여 나타낸 것이다.
여기에서, 두 개의 렌즈의 중심거리를 B, 렌즈의 초점거리를 f, 물체 w0에 대한 영상좌표계의 x축 선상의 투영지점을 x1, x2　라고 하였을 때, 물체까지의 수직거리 Z는 다음의 수학식 1에 의해 구할 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00001
또한, 실제 좌표계에서 w0의 X 위치는 두 렌즈 사이의 중심을 기준으로 하였을 때, 다음의 수학식 2에 의해 계산할 수 있으며, 측정위치로부터 실제공간에서의 위치 좌표(X, Z)까지의 직선거리 D는 다음 식을 이용하여 계산할 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00002
다음으로, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 상기 터미널부(10)는, 외부의 단말장치와 무선통신하기 위한 무선통신부(12)와, 본체에 제공 및 처리되는 통신, 영상, 제어신호를 완충하기 위한 인터페이스(Interface)(14)와, 본체 및 상기 프로젝터 모듈을 제어하기 위한 신호를 발생 및 처리하는 중앙처리장치(CPU)(16)를 구비하여 이루어진다.
도 2를 참조하면, 상기 무선통신부(12)는 와이파이(WiFi) 및 와이브로(Wibro) 방식의 통신 프로토콜을 활용하여 무선통신을 수행할 수 있도록 구성한다.
또, 상기 인터페이스(14)는 본체에 제공 및 처리되는 통신, 영상, 제어신호를 완충하기 위한 장치로서, 손 인터페이스 기반으로 한 어플리케이션을 채용한 것이다. 이것은 현실 세계에서 손끝에 가상의 펜을 증강하여 메모를 하고 이동중에 손바닥을 통해 메모를 볼 수 있으며, 이러한 증강 현실에 기반하여 2차원 인터페이스를 사용함으로써 사용자는 이동중에도 직관적으로 입력을 할 수 있다. 따라서, 어떠한 물리적 장치나 별도의 마커를 사용하지 않기 때문에 자연스러운 인터페이스가 가능한 장점을 갖는다.
또한, 손의 위치를 추적하기 위해 부착한 마커와 물체의 위치를 추적하기 위한 마커를 인식 및 영상 정합하여 실제로 모델(물체)을 움직이는 효과를 갖는 3차원의 인터페이스도 개발되고 있다. 이를 활용하여 마커를 위치 인식뿐 아니라 버튼과 같은 방식으로 사용하여 두 개 이상의 마커가 동시에 움직이는 환경에서, 그 중 하나가 화면상에서 사라졌을 때 사라진 마커를 버튼이 눌린 것과 같은 방식으로 인식하는 방식으로 처리할 수도 있다.
상기 중앙처리장치(CPU)(16)는 본체 및 상기 프로젝터 모듈을 제어하기 위한 신호를 발생 및 처리하는 기능을 수행한다.
또한, 상기 전원공급부(20)는, 재충전사용이 가능한 배터리를 내장하여 사용할 수 있다. 이렇게 함으로써 원격지 또는 현장에서 필요에 따라 충전을 하여 사용할 수 있는 기능을 갖춘다.
다음으로, 상기 프로젝트 모듈(40)은; 상기 중앙처리장치의 제어에 의해 RGB 레이저 광원을 구동하는 레이저광원장치(42)와; 상기 레이저광원장치로부터 광원을 제공받고, 상기 중앙처리장치(CPU)의 제어에 의해 동기화 작동하는 멤스(MEMS(Microelectromechanical Systems))(44), 및 상기 멤스(44)의 출력을 인가받아 외부로 출사하기 위한 광학렌즈장치(45),를 구비하여 이루어진다.
상기 레이저광원장치(42)는 상기 중앙처리장치(16)의 제어에 의해 적색-녹색-청색(RGB)의 레이저 광원을 구동하고, 이를 후단의 멤스(44)에 제공한다.
상기 멤스(MEMS(Microelectromechanical Systems))(44)는 미세전자기계 제어시스템을 나타내는 구성요소로, 적색-녹색-청색(RGB)의 레이저 광원을 제공받고, 상기 중앙처리장치(16)와 동기화하여 입력된 영상을 사용자의 선택 및 조작에 의해 제어한다.
상기 광학렌즈장치(45)는 상기 멤스(44)의 출력을 인가받아 외부로 정밀하게 출사하기 위한 장치로서, 상술한 바와 같이 제1필터 및 광학소자부(51)와 제2필터 및 광학소자부(53)로 구분하여 출력한다.
상기와 같이 별도로 구분한 필터 및 광학소자부를 채용함으로써 사용자는 단일 또는 두 개 이상의 마커나 목표물을 선택 및 추적할 수 있는 기능을 달성할 수 있다.
이때, 상기 필터 및 광학소자부(Front Filter & HOE)(50)는 홀로그램 효과를 구현할 수 있다.
다음으로, 상기 카메라부(60)는 전방의 이미지를 촬영할 수 있는 카메라를 부착하고, 상기 중앙처리장치(16)와 연동되어 상기 필터 및 광학소자부(Front Filter & HOE)(50)를 제어할 수 있도록 구성한다.
도 3을 참조하면, 사용자가 상기 필터 및 광학소자부(Front Filter & HOE)(50)를 통해 표출되는 망막 이미지(70) 및 세부이미지(72)를 인식하고, 해당 망막 이미지(70) 또는 세부이미지(72)를 손끝으로 지시함으로써 원하는 위치 정보 및 물체의 목표를 탐색할 수 있다.
이때 사용자는 상기 무선통신부(12)를 통하여 스마트폰 등의 외부 장치로 영상정보 및 데이터를 송수신 할 수 있도록 할 수 있다.
이로써, 사용자는 어느 곳에서나 무선통신 또는 카메라를 작동시켜 필요한 위치 정보 및 물체를 탐색할 수 있고, 별도의 장치를 구비하지 아니하고도 자유로운 정보 및 영상의 탐색이 가능한 장점을 갖게 된다.
상기에서는 본 발명의 일 실시 예를 들어 설명하였으나, 해당 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 다양한 구성, 변형, 부가가 가능할 것이며, 이것들은 모두 본 발명의 권리범위에 포함된다고 간주할 수 있을 것이다.
5: 본체 프레임
10: 터미널 부(Terminal Part)
20: 전원공급부(Battery Part)
30: 키 조작부(Fucntion-Key Part)
40: 프로젝트 모듈(Project Module)
50: 필터 및 광학소자부(Front Filter & HOE)
60: 카메라부 (Camera Part)
70: 망막 이미지
72: 세부 이미지
100: 증강현실 기능을 구비한 안경형 모니터

Claims (5)

  1. 증강현실을 가능하게 하는 시스루(See-through) 안경형 모니터에 마커없이 사용자의 손끝을 추적하는 증강현실 기능을 구비한 안경형 모니터에 있어서,
    사용자가 착용하기 위한 안경 형태의 본체 프레임(5)과;
    상기 본체 프레임의 일단에 부착되고, 외부와의 통신정보 및 작동을 제어하기 위한 중앙처리장치(CPU)를 내장한 터미널부(Terminal Part)(10)와;
    상기 본체 프레임의 타단에 부착되고, 가동용의 전원을 공급하기 위해 재충전사용이 가능한 전원공급부(Battery Part)(20)와;
    전원의 공급과, 통신의 제어, 촬영정보의 저장 및 카메라의 조작을 제어하기 위해 상기 본체프레임에 부착 설치되는 키 조작부(Fucntion-Key Part)(30)와;
    상기 중앙처리장치의 제어에 의해 레이저 광원의 색을 조절하고, MEMS(Microelectromechanical Systems)를 적용하여 미세전자기계시스템을 제어하며, 광학렌즈를 제어하는 프로젝트 모듈(Project Module)(40)과;
    입력된 영상정보를 처리하는 필터와 레이저 광원으로부터 입사된 컬러를 사용자에게 표출하는 필터 및 광학소자부(Front Filter & HOE)(50); 및
    전방에 표출되는 물체를 탐지하고, 촬영하기 위한 카메라부(Camera Part)(60);를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 증강현실 기능을 구비한 안경형 모니터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 터미널부(10)는,
    외부의 단말장치와 무선통신하기 위한 무선통신부(12)와, 본체에 제공 및 처리되는 통신, 영상, 제어신호를 완충하기 위한 인터페이스(14)와, 본체 및 상기 프로젝터 모듈을 제어하기 위한 신호를 발생 및 처리하는 중앙처리장치(CPU)(16)를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 증강현실 기능을 구비한 안경형 모니터.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전원공급부(20)는, 재충전사용이 가능한 배터리를 내장하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 증강현실 기능을 구비한 안경형 모니터.
  4. 제1항에 있어서, 상기 프로젝트 모듈(40)은; 상기 중앙처리장치의 제어에 의해 RGB 레이저 광원을 구동하는 레이저광원장치(41)와; 상기 레이저광원장치로부터 광원을 제공받고, 상기 중앙처리장치(CPU)의 제어에 의해 동기화 작동하는 멤스(MEMS(Microelectromechanical Systems))(43), 및 상기 멤스(43)의 출력을 인가받아 외부로 출사하기 위한 광학렌즈장치(45),를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 증강현실 기능을 구비한 안경형 모니터.
  5. 제1항에 있어서, 사용자는 상기 필터 및 광학소자부(Front Filter & HOE)를 통해 상기 카메라부(60)를 통해 탐지되는 외부의 물체를 식별하고, 그 외부에 표출되는 영상의 지점을 선택하여, 선택된 지점을 확대표출 한 후, 사용자의 손으로 지시함으로써 경로를 계속 추적할 수 있는 것을 특징으로 하는 증강현실 기능을 구비한 안경형 모니터.
KR1020110097983A 2011-09-28 2011-09-28 증강현실 기능을 구비한 안경형 모니터 KR20130034125A (ko)

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