KR20130132441A

KR20130132441A - 교란 환경에서 관심 물체를 검출하는 방법, 및 상기 방법을 구현하는 제스쳐 인터페이스 장치

Info

Publication number: KR20130132441A
Application number: KR1020137012639A
Authority: KR
Inventors: 브루노 루용
Original assignee: 나노텍 솔루션
Priority date: 2010-11-08
Filing date: 2011-10-28
Publication date: 2013-12-04
Also published as: CN103270478A; JP6008862B2; WO2012062983A1; FR2967278B1; EP2638457A1; KR101911107B1; CN103270478B; JP2013542538A; FR2967278A1; US20140146006A1

Abstract

본 발명은 환경에서 움직이는 관심 물체 또는 물체들을 검출하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 상기 관심 물체 또는 물체들(3) 및 환경에 존재하는 하나 또는 그 이상의 다른 소위 "교란" 물체들에 용량성 결합이 되어 있는 적어도 하나의 측정 전극(2)으로 구현된다. 상기 방법은 상기 측정 전극들 중 적어도 하나에 대하여, (i) 상기 측정 전극 및 상기 환경 사이의 총 커패시턴스을 측정하는 단계, (ii) 상기 총 커패시턴스를 저장하는 단계, (iii) 미리 저장된 총 커패시턴스 측정들의 히스토리 안에서 최소값의 결정에 기초하여, 상기 교란 물체들로 인한 누설 커패시턴스를 계산하는 단계, (iv) 상기 총 측정된 커패시턴스로부터 상기 누설 커패시턴스를 감산하는 것에 의해, 상기 관심 물체 또는 물체들로 인한 관심 커패시턴스를 계산하는 단계, 및 (v) 상기 계산된 관심 커패시턴스를 처리하여 상기 관심 물체 또는 물체들의 검출 정보를 생성하는 단계를 포함한다. 본 발명은 또한 상기 방법을 구현하는 장치에 관한 것이다.

Description

교란 환경에서 관심 물체를 검출하는 방법, 및 상기 방법을 구현하는 제스쳐 인터페이스 장치{Method for detecting an object of interest in a disturbed environment, and gesture interface device implementing said method}

본 발명은 제스쳐 인터페이스들에 적용가능한, 교란 환경에서 관심 물체를 검출하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 방법을 구현하는 제스쳐 인터페이스 장치에 관한 것이다.

본 발명의 기술분야는 보다 상세하게는 인간-기계 간 인터페이스 제어들에 사용되는 촉각적 및 3D 용량성 표면들에 관한 것이지만 이에 한정되지는 않는다.

통신 및 작업 장비들은 점점 더 많이 패드 또는 스크린과 같은 촉각적 제어 인터페이스를 사용한다. 예를 들어, 휴대폰들, 스마트폰들, 촉각적 스크린 컴퓨터들, 패드들, PC, 마우스들, 터치스크린들, 프로젝션 스크린들 등이 언급될 수 있다.

수많은 이러한 인터페이스들은 용량성 기술들을 사용한다. 이 촉각적 표면에는 명령을 실행하기 위해 전극들과 검출될 물체 사이에서 나타나는 다양한 커패시턴스들을 측정하는 것을 허용하는 전자적 수단에 연결된 전도 전극들이 구비되어 있다.

현재 촉각적 인터페이스들에 구현된 용량성 기술들은 대부분 행들과 열들의 형태로 2 개의 층들의 전도 전극들을 사용한다. 상기 전자장치들은 이러한 행들과 열들 사이에 존재하는 커플링 커패시턴스들을 측정한다. 손가락이 이 능동 표면에 가까이 있을 때, 상기 손가락 근방의 커플링 커패시턴스들은 변경되고 상기 전자장치들은 그러므로 상기 능동 표면 평면에서 2D 위치(YX)에 위치될 수 있다.

이러한 기술들은 유전체를 통해 손가락의 존재 및 위치를 검출하는 것을 허용한다. 이것들은 하나 또는 그 이상의 손가락들의 상기 민감한 표면의 상기 XY 평면에서의 위치에 있어서 매우 높은 해상도를 허용한다는 장점을 가진다.

하지만, 이러한 기술들은 원칙에 따라 상기 전극들과 상기 전자장치들 레벨에서 높은 누설 커패시턴스들을 생성한다는 단점을 가진다.

이러한 누설 커패시턴스들은 노화, 물질의 변형, 또는 주변 온도의 변화의 영향으로 인해 시간에 대해 변할(drift) 수 있다. 이러한 변화들(variations)은 상기 전극들의 민감도를 저하시키거나, 또는 부적절한 때에 명령들을 트리거할 수 있다. 하나의 해결책은 이러한 변화들(drifts)을 교정하는 것이다. Elia 등의 미국공개특허 제 2010/0013800호 문서는, 상기 전극들을 자극하고 또한 기생 커패시턴스들을 측정하는 것에 의해 이러한 기생 커패시턴스들을 교정하는 방법을 제공하는 것으로 알려져 있다. 하지만, 이 방법은 공장의 캘리브레이션 단계들 동안 필수적으로 적용가능하다.

전극들과 검출될 물체 사이에 나타나는 절대 커패시턴스를 측정하는 것을 허용하는 기술들이 또한 알려져 있다. Roziere의 FR 등록특허 제 2 844 349호 문서는, 전극들과 근방의 물체 사이의 커패시턴스 및 거리를 측정하는 것을 허용하는, 복수의 독립적인 전극들을 포함하는 근방 용량성 검출기를 개시하고 있는 것으로 알려져 있다.

이러한 기술들은 예를 들어 수 센티미터 또는 수십 센티미터 거리 손가락을 검출하는 것을 허용하고, 고해상도와 민감도를 가지고 상기 전극들과 상기 물체들 사이의 커패시턴스 측정들을 획득하는 것을 허용한다. 이러한 검출은 3차원 공간(XYZ)에서 만들어질 수 있지만 또한 표면 상에, 평면(XY)에 만들어질 수 있다. 이러한 기술들은 실제 접촉이 없는 제스쳐 인터페이스들을 발전시킬 수 있는 기회를 제공하고, 또한 촉각적 인터페이스들의 수행이 개선되도록 허용한다.

하지만, 새로운 문제가 촉각적 표면들에 기초하는 접촉 측정 기술들과 대비하여 발생하는데, 이것은 환경의 영향이다. 사실, 종래의 터치스크린의 범위(range)는 (많아야 공기 중에서 수 밀리미터의 차수로) 매우 낮고, 예를 들어 손, 손가락들 또는 다른 물체의 접근과 같은, 환경에 있어서의 변경은 단지 촉각적 검출의 수행 및 강인성(robustness)에 거의 영향을 미치지 않는다.

한편, 예를 들어 FR 등록특허 제 2 844 349호에 기술된 것과 같은, 절대 커패시턴스 측정들을 사용하고, 10 cm 이상에서 물체의 접근을 검출할 수 있는 기술들에 있어서는, 이 거리에서의 기생 물체의 변위는 또한 검출될 물체의 존재로 해석되어, 원하지 않는 기생 명령을 트리거할 수 있다.

환경에 있어서의 변경은 예를 들어 휴대폰들, 노트북들, 랩탑들 등과 같은 모든 휴대가능한 장치들에 있어서 더 중요하다.

예를 들어 왼손에 휴대폰을 가지고 오른손으로 (접촉없이) 제스쳐 명령을 하는 것은, 왼손 손가락들이 오른손에 필적하는 기생 제스쳐 행위를 가질 수 있기 때문에, 측정 관점에서 까다로운 것으로 판명될 수 있다. 사실, 수 센티미터 거리보다 가까이에서 움직이는 오른손의 제어 손가락으로부터 이러한 민감한 표면의 가장자리 가까이에서 움직이는 손가락들을 구별해내는 것은 어렵거나 또는 불가능하기조차 하다.

다른 예는 랩탑들의 촉각적 및 제스쳐 용량성 스크린들에 관한 것이다. 상기 스크린의 틸팅 설정은 키보드로부터 멀리 또는 가까이 민감한 스크린 표면을 이동시킨다. 가까이 또는 멀리 움직이는 이러한 변화는 검출되는 손이 가까이 또는 멀리 움직이는 것으로 해석될 수 있다. 게다가, 키보드 면적이 매우 크기 때문에, 이러한 스크린의 용량성 전극들의 민감도는 상기 키보드로부터 이들을 분리하는 상기 표면에 따라 변경될 수 있다. 사실, 이러한 용량성 전극들의 민감도는 그 면적에 따라 달라지지만, 또한 문제되는 전극들의 정전기장 선들(electrostatic field lines)을 일탈시키거나 또는 교란시킬 수 있는 가장자리 효과(edge effects)에 따라 달라질 수 있다.

예를 들어 상기 제스쳐 인터페이스의 용량성 터치스크린의 근방에 있는 책상 위의 물체와 같은 움직이지 않는 물체(inert object)의 존재는 또한 상기 터치스크린의 응답을 크게 변형시킬 수 있다. 상기 움직이지 않는 물체는 또한 예를 들어 책상과 같은 상기 용량성 터치스크린을 위한 지지대일 수 있다. 이러한 지지대는 예를 들어 다소 두꺼운 목재, 또는 다른 유전체 또는 전기적으로 전도성 있는 물질을 포함할 수 있다. 이러한 물질들은 상기 가장자리 효과로 인한 누설 커패시턴스들을 변형할 수 있다. 책상 위에서 다른 위치로 이동하는 것은 또한 예를 들어 유전체 표면을 구성하는, 책상 아래의 발의 존재로 인한 누설 커패시턴스들을 변형할 수 있다.

다른 예는 환경에서의 변경이 기어변경 레버(fearshift lever), 핸드 브레이크, 승객의 존재, 의자의 설정 등의 변위일 수 있는, 차량에서의 제스쳐 제어의 사용이다.

US2010/0013800 A1 FR 2 844 349 B2

M.Van Herk, "A fast algorithm for local minimum and and maximum filters on rectangular and octagonal kernels", Patter Recogn Lett 13(7), pages 517-521, 1992; J.Gil, R.Kimmel, "Efficient Dilation, Erosion, Opening and Closing Algorithms" IEEE Trans Pattern Anal March Intell 24(12), pages 1606-1617, 2002; D.Lemire, "Streaming Maximum-Minimum Filter Using No More than Three Comparisions per Element", Nordic Journal of Computing, 13(4), pages 328-339, 2006.

본 발명의 목적은 환경의 교란 영향들을 교정하고 명령들의 검출을 개선할 수 있는, 제스쳐 인터페이스 제어 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.

이 목적은 환경에서 움직이는 관심 물체 또는 물체들을 검출하는 방법에 있어서, 상기 관심 물체 또는 물체들 및 이 환경에 존재하는 하나 또는 그 이상의 다른 소위 "교란" 물체들에 용량성 결합이 되어 있는 적어도 하나의 측정 전극이 구현되어 있고, 상기 측정 전극들 중 적어도 하나에 대하여,

상기 측정 전극 및 상기 환경 사이의 총 커패시턴스를 측정하는 단계,

상기 총 커패시턴스를 저장하는 단계,

미리 저장된 총 커패시턴스 측정들의 히스토리 안에서 최소값의 결정에 기초하여, 상기 교란 물체들로 인한 누설 커패시턴스를 계산하는 단계,

상기 총 측정된 커패시턴스로부터 상기 누설 커패시턴스를 감산하는 것에 의해, 상기 관심 물체 또는 물체들로 인한 관심 커패시턴스를 계산하는 단계, 및

상기 계산된 관심 커패시턴스를 처리하여 상기 관심 물체 또는 물체들의 검출 정보를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 환경에서 움직이는 관심 물체 또는 물체들을 검출하는 방법에 의해 달성된다.

본 발명에 따른 방법은, 상기 측정들의 히스토리를 갱신하는 단계를 더 포함하여, 상기 측정들의 히스토리가 미리 결정된 지속시간의, 상기 측정 시간에 대하여 슬라이딩 시간 윈도우에 대응하는 시간 동안 측정된 총 커패시턴스들을 포함할 수 있다.

실시예들에 따르면,

상기 슬라이딩 시간 윈도우의 지속시간은 상기 측정 전극 근방에 상기 관심 물체들의 평균 존재 지속시간보다 큰 것으로 결정될 수 있다;

상기 슬라이딩 시간 윈도우의 지속시간은 1과 10초 사이일 수 있다.

제한하지 않는 방식으로, 상기 슬라이딩 시간 윈도우에 대한 어떠한 지속시간 값 또한 환경의 타입에 따라 사용될 수 있다. 이 지속시간은 매우 동적인 응용들에 대해서는 1초보다 낮거나, 이와 대조적으로 매우 정적인 환경에 대해서는 수십 초에서 수십 분의 차수일 수 있다.

본 발명에 따른 방법은 상기 슬라이딩 시간 윈도우의 지속시간을 상기 측정들의 다양한 동역학에 따라서 조정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 방법은,

상기 슬라이딩 시간 윈도우보다 작은 지속시간을 가지는 시간 하위-윈도우로서 최근 저장된 측정들을 수집하는 단계,

이 하위-윈도우 안에서 최소값을 결정하는 단계, 및

상기 측정들의 히스토리 안의 최소값에 의해 상기 하위-윈도우에 대응하는 측정들을 대체하는 단계를 더 포함할 수 있다.

실시예들에 따르면,

상기 측정들의 히스토리 안의 최소값을 결정하는 단계는 실질적으로 일정한 계산 시간을 가지고, 최적의 최소/최대 필터링 알고리즘을 이용하는 것을 포함할 수 있다;

상기 관심 커패시턴스를 계산하는 단계는 상기 누설 커패시턴스와 상기 총 측정된 커패시턴스의 조합을 계산하는 것을 포함할 수 있다. 이 조합은 선형 조합일 수 있다.

본 발명에 따른 방법은,

적어도 하나의 측정 전극에 대하여, 관심 물체가 없을 때 상기 측정 전극의 총 커패시턴스를 측정하는 것에 의해 초기 누설 커패시턴스를 결정하는 것을 포함하는 사전 미세조정 단계,

이 초기 누설 커패시턴스를 이후에 결정되는 누설 커패시턴스들에 조합으로서 가산하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 이 조합은 선형 조합일 수 있다.

본 발명에 다른 방법은 복수의 측정 전극들에 대하여 상기 전극들에 따라 다르게 구현될 수 있다.

다른 측면에 따르면, 본 발명의 교란 환경에서 관심 물체들을 검출하는 방법이 구현된 제스쳐 인터페이스 장치가 제공되는데, 상기 제스쳐 인터페이스는 교란 물체들을 더 포함하는 상기 환경에서 제스쳐가 움직이는 관심 물체들로부터 만들어지고, 상기 장치는 측정 전극과 물체들 사이의 용량성 결합에 의해 상기 물체들을 검출할 수 있는 적어도 하나의 측정 전극을 포함하고, 적어도 하나의 측정 전극에 대하여,

상기 측정 전극과 상기 환경 사이에서 상기 총 커패시턴스를 측정하는 전자적 수단,

상기 총 커패시턴스를 저장하는 수단,

미리 저장된 총 커패시턴스 측정들의 히스토리 안에서 최소값을 결정하는 수단을 포함하여, 상기 교란 물체들로 인한 상기 누설 커패시턴스를 계산하는 수단,

상기 총 측정된 커패시턴스로부터 상기 누설 커패시턴스를 감산하는 한편, 상기 관심 물체들로 인한 관심 커패시턴스를 계산하는 수단, 및

상기 관심 물체 또는 물체들의 검출 정보를 전달하도록 배치되는 상기 계산된 관심 커패시턴스를 처리하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

실시예들에 따르면,

상기 장치는 복수의 측정 전극들을 포함하는 실질적으로 평면인 표면을 더 포함할 수 있다;

상기 측정 전극들은 빛에 실질적으로 투명한 물질을 포함할 수 있다.

다른 측면에 따르면, 본 발명에 따른 용량성 검출 방법이 구현된, 전화, 컴퓨터, 컴퓨터 주변장치, 디스플레이 스크린, 대쉬보드, 제어 패널 중 하나인 시스템이 제공된다.

또 다른 측면에 따르면, 본 발명에 따른 제스쳐 인터페이스 장치를 포함하는, 전화, 컴퓨터, 컴퓨터 주변장치, 디스플레이 스크린, 대쉬보드, 제어 패널 중 하나인 시스템이 제공된다.

본 발명의 다른 장점들 및 특징들은 이하의 첨부된 도면들 및 이에 한정되지 않는 구현들 및 실시예들을 설명하는 상세한 설명을 읽으면 명백해질 것이다.
도 1은 촉각적 스크린 타입 제스쳐 제어 장치에 대한 환경의 영향을 보여준다.
도 2는 본 발명에 따른 커패시턴스들의 측정을 보여준다.
도 3은 도 2의 확대도로서, 본 발명에 따른 방법으로 계산된 누설 커패시턴스가 도시되어 있다.

도 1은 컴퓨터 또는 전화(스마트폰) 촉각 스크린에 통합되어 있는 본 발명에 다른 제스쳐 제어 인터페이스 장치의 대표적인 실시예를 보여준다. 상기 인터페이스 장치(1)는 그 표면을 실질적으로 덮도록 배치되는 복수의 용량성 전극들(2)을 포함한다. 명확하게 하기 위해, 도 1에는 단지 하나의 용량성 전극(2)이 도시되어 있다. 상기 용량성 전극들(2) 및 그 제어 전자장치들은 FR 등록특허 제 2 844 349호에 개시된 구현 모드에 따라 만들어진다. 상기 제어 전자장치들은 AC 전압에서 상기 전극들(2)을 들뜨게 하는 수단 및 플로우팅 브릿지 전자장치들에 기초하여 매우 높은 민감도를 가지는 커패시턴스 측정 수단을 포함한다. 상기 전극들(2)은 순차적으로 폴링 장치를 통해 정보를 얻는다. 상기 전자장치들은 상기 전극들(2) 사이 또는 다른 전위에 종속하는 상기 인터페이스 장치(1)의 부품들과 상기 전극들(2) 사이에서 용량성 결합들을 완벽하게 제거할 수 있도록 설계된다.

손가락(3)과 같은 관심 물체가 전극(2)에 가까이 울 때, 용량성 결합이 그 사이에서 설정된다. 이에 대응하는 커패시턴스(5)는 상기 제어 전자장치들에 의해 측정된다. 상기 전극(2)의 면적이 공지되어 있다면, 이러한 커패시턴스(5)의 측정은 상기 전극(2)과 상기 물체(3) 사이의 거리가 측정되도록 해준다.

상기 제어 장치(1)의 민감한 표면의 근방에 물체들이 존재하지 않을 때, 각각의 전극(2)에 의해 측정되는 커패시턴스는 0에, 가장 가까운 가장자리 효과들에, 또한 상기 민감한 표면 및 상기 전자장치들의 가장 가까운 결함(imperfection)에 가깝다. 이러한 잔여 커패시턴스들(residual capacitances)은 C_∞로 지칭된다. 이러한 잔여 커패시턴스들은 또한 그 거리가 상기 측정 전극들(2)의 범위를 벗어나거나 최대 검출 거리를 넘는 것으로 간주될 때 상기 관심 물체(3)의 영향에 대응하는 낮은 값의 커패시턴스들일 수 있다.

고려되는 응용들에 있어서 매우 해로운 방식으로, 상기 잔여 커패시턴스(C_∞)는 또한 상기 인터페이스 장치(1)의 근방에서의 물체들(4)의 존재로 인해서일 수 있다. 이 경우에 있어서, 누설 커패시턴스들(6)은 설정되고, 그 크기의 차수는 상기 관심 물체(3)로 인한 상기 커패시턴스(5)와 비교될 수 있고, 이것은 그러므로 유의미한 측정 오류들을 야기시킬 수 있다.

본 발명의 하나의 목적은 그 검출을 개선시키고 또한 이에 따라 잘못된 명령들을 방지할 수 있도록, 검출할 상기 물체(3)의 존재로부터 상기 환경(4)에 있어서의 변화를 구별하는 것을 허용하는 방법을 정확하게 제공하는 데 있다.

그 구별은 상기 관심 물체 또는 물체들(또는 이하에서는 제어 물체들로 지칭되기도 함)(3)이, 느리게 움직이거나, 또는 단시간 간격 동안에만 정지 상태인 한편, 상기 환경(4)은 더 느리게 변하거나 또는 보다 장시간 간격 동안, 또는 움직이지 않는 채 남아 있다는 사실을 활용한다.

보다 정확하게는, 이러한 교정은, 예를 들어 상기 용량성 인터페이스 장치(1)의 근방에서 나란히 정지 상태의 물체들(4)을 포함하는, 환경의 특정 측면들을 활용하는 것에 놓여 있다:

도 1의 상기 전극(2)의 커패시턴스는 관심 물체(3) 또는 상기 환경(4)의 존재에 따라 증가한다. 만약 CE1, CE2, 및 CE3가 상기 환경(4)의 물체들의 누설 커패시턴스들(6)이고 Cobj가 상기 관심 물체(3)의 커패시턴스(5)라면, 상기 전극(2)에 의해 측정되는 커패시턴스는:

C = CE1 + CE2 + CE3 + Cobj; (식 1)

이고, 제스쳐 검출 타입 응용에 있어서, 손가락 또는 손과 같은 통상적인 관심 물체(3)는 상기 환경에 속하는 것으로 간주되는 상기 물체들(4)에 대하여 상대적으로 빠른 움직임들을 가진다.

이 해결책은 상기 제어 물체(3)의 위치의 평가를 교정하기 위해, 실시간으로, 또는 시간에 따라 변하는 방식으로, 누설 커패시턴스들(C_∞)의 맵에 접근하는 것이다.

주어진 전극(2)에 대한 누설 커패시턴스(C_∞)는, 상기 환경(4)의 k 물체들을 고려하면, 이하와 같이 표현될 수 있다:

C_∞ = CE1 + CE2 + ... + CEk. (식 2)

이 평가는 예를 들어 상기 인터페이스 장치(1)의 움직임 또는 그 근방에서 새로운 물체들(4)의 출현의 경우와 같은, 상기 환경의 변화를 고려하기 위해 계속적으로 갱신된다.

도 2 및 도 3을 참조하여, 상기 인터페이스 장치(1)의 사용 동안, 상기 맵(C_∞)이 동적으로 평가되게 하는 방법이 설명될 것이다.

곡선(10)은 상기 인터페이스 장치(1)의 전극(2)을 위한 총 커패시턴스(Ctot)의 측정을 보여준다. 피크들(12)은 관심 물체(3)가 상기 전극(2)에 가까이 움직일 대 시간들에 대응한다. 상기 곡선(10)은 "클릭" 또는 가상 키들을 활성화시키기 위해, 예를 들어 손가락(3)이 상기 인터페이스 장치(1)의 표면에 접촉하거나 그 근방에서 가까이 움직이고 주기적으로 올 때의 상황을 나타낸다.

상기 전극(2)은 총 커패시턴스(C)를 측정하는데, 상기 물체(Cobj)로 인한 이에 대한 기여는 상기 피크들(12)의 높이(14)에 대응한다.

시간 윈도우(13)가 선택되고, 그 폭 또는 지속시간(Tm)은 상기 관심 물체(3)가 정지한 채로 남아 있을 수 있는 동안의 지속시간보다 실질적으로 크지만, 상기 환경이 변할 수 있는 시간 간격보다는 작다. 상기 지속시간(Tm)은 특히 전형적인 제스쳐(상기 관심 물체(3)의 움직임)의 지속시간보다 커야 한다. 이로써 상기 관심 물체(3)의 변화로 인한 커패시턴스에 있어서의 변화들과 상기 환경에 속하는 것으로 간주되는 다른 물체들(4)로 인한 것들을 구별할 수 있게 된다. 이 시간 윈도우(13)는 도 2 및 도 3에 측정 시간(또는 현재 시간)(15)에 비하여 나타나 있다.

상기 시간 윈도우(13) 안의 과거에서 샘플링된 상기 커패시턴스들(C)은 상기 현재 시간(14)까지, 저장된다.

상기 현재 시간(15)에서 상기 누설 커패시턴스(C_∞)의 값은 이 시간 윈도우(13) 동안 저장된 가장 작은 커패시턴스 값(C)으로 결정된다.

상기 윈도우(13)는 시간에 따라 슬라이딩되고, 이것은 상기 저장된 값들이 상기 지속시간(Tm)을 가지는 측정들의 히스토리를 보유하기 위해 (예를 들어 각각의 획득시에) 주기적으로 갱신됨을 의미한다.

실제로, 상기 인터페이스 장치(1)에 있어서, 각각의 전극(2)의 상기 커패시턴스(C(t))는 제스쳐들이 검출될 수 있도록 시간 샘플링(Δt)을 가지고 주기적으로 측정된다.

본 발명에 따른 방법이 적용되는 각각의 전극에 있어서, 상기 슬라이딩 시간 윈도우의 상기 지속시간(Tm)에 대응하는, 최근의 N 개의 측정된 커패시턴스 측정들은, 상기 장치의 디지털 저장 영역에 유지되고, 상기 누설 커패시턴스(C_∞)를 평가하는 데 사용된다. 각각의 새로운 측정에서, 가장 오래된 N 개의 저장된 측정들은 삭제되는 한편, 가장 최근의 측정은 저장된다.

C_∞ ≤ C이기 때문에, 상기 측정 시간(t)에서 상기 누설 커패시턴스(C_∞)는 상기 저장된 커패시턴스들(C(s))의 함수로 계산된다:

C_∞(t) = min{C(s)}, (식 3)

이때 min{}은 최소를 위한 검색 연산자이고, s는 상기 시간 간격 [t-Tm, t]에 속한다.

상기 시간 샘플링을 고려하면, 상기 환경의 누설 커패시턴스는 이하와 같이 기재될 수 있다:

C_∞(t) = min{C(t-(n-1)·Δt), C(t-(n-2)·Δt), ...,

..., C(t-2)·Δt), C(t-Δt), C(t)}. (식 4)

이 누설 커패시턴스(C_∞)의 결정은 그러므로 최소 연산자에 의해 필터링 연산, 또는 최소 필터링을 암시한다.

이 최소 필터링은 상기 환경에 있어서의 변화들에 대한 비대칭적인 적응적 행위를 가진다:

상기 환경의 새로운 물체(4)가 나타나면, 및/또는 관심 물체(3)가 상기 검출 표면에 가까이 움직이면, 순간적인 커패시턴스(C)는 증가한다. 이 경우에 있어서, 상기 필터는 상기 누설 커패시턴스(C_∞)의 값이 식 3 또는 식 4에 따라 오르기 전에 이러한 증가가 적어도 상기 슬라이딩 윈도우(13)의 지속시간(Tm) 전체가 지속될 때까지 "기다린다" . 이러한 지속시간(Tm)을 적절하게 선택하는 것에 의해, 관심 물체(3)가 상기 누설 커패시턴스(C_∞)를 계산하는 데 고려되는 것을 막을 수 있다;

이와 대조적으로, 상기 환경의 물체(4)가 사라지거나 및/또는 관심 물체(3)가 상기 검출 표면으로부터 멀리 움직이는 경우에 있어서, 순간적인 커패시턴스(C)는 감소하고, 상기 커패시턴스(C_∞)는 상기 최소 필터의 행위 하에서 거의 순간적으로 감소한다. 그러므로, 상기 검출 민감도는 순간적으로 조정된다. 이것은 제안되는 본 발명의 장점들 중의 하나이다.

이 구별은 상기 윈도우(13)의 폭(Tm)의 적절한 선택 및 Cobj 및 C_∞의 변화 시간 상수들(variation time constants) 사이에서의 차이의 고려에 의해 달성된다.

상기 곡선(11)은 식 4에 의해 계산되는 것과 같은, 상기 누설 커패시턴스(C_∞)에 있어서의 시간에 따른 변화를 보여준다.

상기 시간 윈도우(Tm)의 폭의 선택은 제어되어야 한 장치 타입 및 그 작동 모드에 따라 달라진다.

상기 인터페이스 장치(1)가 용량성 터치 및 제스쳐 스크린을 가지는 휴대폰을 구비하고 있는 경우에 있어서, 명령들은 상대적으로 동적이다. 가장 느린 명령들은 예를 들어 이동하거나 제거하기 위해 상기 스크린 상의 아이콘을 선택하는 것이다. 이 행위는 상기 아이콘 선택을 수행하기 위해 적어도 1초 동안 손가락을 고정하는 것이다.

지속시간 2 내지 10초, 또는 1 내지 10초를 가지는 시간 윈도우는, 아이콘을 선택할 가능성을 유지하면서 환경 교정을 통합하기 위해 이러한 타입의 장비에 적합하다.

상기 누설 커패시턴스(C_∞)가 평가되기만 하면, 상기 관심 물체(3)의 존재로 인한 커패시턴스는 이하와 같이 계산된다.

Cobj(t) = C(t) - C_∞(t). (식 5)

환경 영향이 교정된 커패시턴스(14)는 일반적으로 상기 관심 물체(3)의 제스쳐 또는 위치를 검출하는 데 사용될 수 있다.

다른 실시예들에 따르면, 계산 리소스들을 최적으로 이용하는 것에 의해 상기 누설 커패시턴스(C_∞(t))를 빠르게 계산하기 위해, 최적 계산 시간 복잡도를 가지는 최소/최대 필터링 알고리즘이 이용될 수 있다. 이러한 타입의 수 개의 알고리즘들이 문헌들에서 발견되는데, 이것들은 선택된 시간 윈도우의 폭에 상관없이 많은 비교들이 실질적으로 일정하게 남아 있다는 사실을 공유한다. 이하의 알고리즘들은 특히 본 발명의 범위 안에서 사용가능하다:

M.Van Herk, "A fast algorithm for local minimum and and maximum filters on rectangular and octagonal kernels", Patter Recogn Lett 13(7), pages 517-521, 1992;

J.Gil, R.Kimmel, "Efficient Dilation, Erosion, Opening and Closing Algorithms" IEEE Trans Pattern Anal March Intell 24(12), pages 1606-1617, 2002;

D.Lemire, "Streaming Maximum-Minimum Filter Using No More than Three Comparisions per Element", Nordic Journal of Computing, 13(4), pages 328-339, 2006.

이러한 알고리즘들은 계산 시간을 최소화시킬 수 있지만, 상기 슬라이딩 윈도우(13)의 지속시간(Tm) 내내 측정된 커패시턴스들을 메모리에 저장해야 한다.

다른 실시예들에 따르면, 상기 계산 시간과 상기 저장 공간에 협상이 있을 수 있다. 이 경우에 있어서, N 개의 측정들을 포함하는 상기 슬라이딩 윈도우(13)는 M 개의 중첩되지 않는 하위-윈도우들로 분할되고, 이것들은 각각 n1, n2, ..., nM의 길이들을 가지고, N = n1 + n2 + ... + nM이고, M << N의 관계에 있다.

현재 채워진, 마지막 하위-윈도우에서의 최소값의 계산은, 상기 하위-윈도우의 이미 저장된 값들을 통해 (상기 커패시턴스(C)를 측정하기 위한 획득에 대응하는) 각각의 반복(iteration)에서 다시 스크롤되는 것에 의해 또는 각각의 반복에서 가장 작은 값을 메모리에 유지하는 것에 의해 수행될 수 있다.

상기 시간 윈도우(13)에 포함되는 각각의 완성된 하위-윈도우에 있어서, 단지 최소값만 메모리에 있게 되는데, 이것은 상기 하위-윈도우에 의해 커버되는 시간 간격이 상기 획득 시간에 대하여, Tm보다 오래될 때 삭제된다.

모든 하위-윈도우들 상에서의 최소값들은 상기에서 언급한 최적 알고리즘들을 이용해 비교될 수 있다. 이 경우에 있어서, 저장 영역은 (N보다 길지 않은) 차원 M을 필요로 한다.

다른 실시예들에 따르면:

상기 윈도우(13)의 시간 폭(Tm)은 상기 측정들로부터 시간에 대한 이러한 환경의 변화를 고려하여 자체적으로 특정 알고리즘을 이용해 상기 환경 타입의 함수로서 변경될 수 있다. 이것은 또한 수동으로 변경될 수 있다;

상기 관심 커패시턴스(Cobj)의 계산은 상기 총 C 및 누설 C_∞ 커패시턴스들의 선형 조합, 또는 C 및 C_∞의 다른 함수를 포함할 수 있다.

식 4에서 설명한 것과 같은 최소 필터링을 가지고 상기 커패시턴스(C_∞)의 평가는, 예를 들어 공장에서의 미세조정으로부터 미리 결정되고 저장된, 상기 누설 커패시턴스(C_∞')의 다른 미세조정 맵과 결합될 수 있다. 이 조합은 게인 및 오프셋 팩터를 가지는, 선형 조합 또는 다른 조합일 수 있다. 이것은 상기 용량성 검출의 민감도에서 있어서 갑작스런 변화들을 방지할 수 있게 한다;

상기 방법은 상기 인터페이스 장치(1)의 서로 다른 전극들(2)에 대하여 유사하거나 다른 방식으로 구현될 수 있다. 특히, 이것은 상기 장치(1)의 민감한 표면의 주변에 위치하는 전극들에 대하여 다르게 구현될 수 있는데, 이것은 당연히 상기 환경에 있어서의 변화에 더 민감하다. 더 짧은 시간 폭(Tm)을 가지는 윈도우(13)를 가지고, 더 빠른 교정이 이러한 전극들에 적용될 수 있다;

본 발명은 용량성 누설들을 제한할 수 있는 어떠한 타입의 용량성 측정 전자장치들에 구현될 수 있다.

물론, 본 발명은 단지 설명한 위한 예들로 제한되지 않고, 수 많은 변형들이 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 이러한 예들에 제공될 수 있다.

Claims

환경에서 움직이는 관심 물체 또는 물체들(3)을 검출하는 방법에 있어서,상기 관심 물체 또는 물체들(3) 및 환경에 존재하는 하나 또는 그 이상의 다른 소위 "교란" 물체들(4)에 용량성 결합이 되어 있는 적어도 하나의 측정 전극(2)이 구현되어 있고, 상기 측정 전극들(2) 중 적어도 하나에 대하여,
상기 측정 전극(2) 및 상기 환경 사이의 총 커패시턴스(5, 6)을 측정하는 단계,
상기 총 커패시턴스(5, 6)를 저장하는 단계,
미리 저장된 총 커패시턴스 측정들(5, 6)의 히스토리 안에서 최소값의 결정에 기초하여, 상기 교란 물체들(4)로 인한 누설 커패시턴스(6)를 계산하는 단계,
상기 총 측정된 커패시턴스(5, 6)로부터 상기 누설 커패시턴스(6)를 감산하는 것에 의해, 상기 관심 물체 또는 물체들(3)로 인한 관심 커패시턴스(5)를 계산하는 단계, 및
상기 계산된 관심 커패시턴스(5)를 처리하여 상기 관심 물체 또는 물체들의 검출 정보를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 환경에서 움직이는 관심 물체 또는 물체들(3)을 검출하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 측정들의 히스토리를 갱신하는 단계를 더 포함하여, 상기 측정들의 히스토리가 미리 결정된 지속시간의, 측정 시간(15)에 대하여 슬라이딩 시간 윈도우(13)에 대응하는 시간 동안 측정된 총 커패시턴스들을 포함하는, 환경에서 움직이는 관심 물체 또는 물체들(3)을 검출하는 방법.
제 2 항에 있어서, 상기 슬라이딩 시간 윈도우(13)의 지속시간은 상기 측정 전극(2) 근방에 상기 관심 물체들(3)의 평균 존재 지속시간보다 큰 것으로 결정되는, 환경에서 움직이는 관심 물체 또는 물체들(3)을 검출하는 방법.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 슬라이딩 시간 윈도우(13)의 지속시간은 1과 10초 사이인, 환경에서 움직이는 관심 물체 또는 물체들(3)을 검출하는 방법.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 슬라이딩 시간 윈도우(13)의 지속시간을 상기 측정들(5, 6)의 다양한 동역학에 따라서 조정하는 단계를 더 포함하는, 환경에서 움직이는 관심 물체 또는 물체들(3)을 검출하는 방법.
제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 슬라이딩 시간 윈도우(13)보다 작은 지속시간을 가지는 시간 하위-윈도우로서 최근 저장된 측정들을 수집하는 단계,
이 하위-윈도우 안에서 최소값을 결정하는 단계, 및
상기 측정들의 히스토리 안의 최소값에 의해 상기 하위-윈도우에 대응하는 측정들을 대체하는 단계를 더 포함하는, 환경에서 움직이는 관심 물체 또는 물체들(3)을 검출하는 방법.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 측정들의 히스토리 안의 최소값을 결정하는 단계는 실질적으로 일정한 계산 시간을 가지고, 최적의 최소/최대 필터링 알고리즘을 이용하는 것을 포함하는, 환경에서 움직이는 관심 물체 또는 물체들(3)을 검출하는 방법.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 관심 커패시턴스(5)를 계산하는 단계는 상기 누설 커패시턴스(6)와 상기 총 측정된 커패시턴스(5, 6)의 조합을 계산하는 것을 포함하는, 환경에서 움직이는 관심 물체 또는 물체들(3)을 검출하는 방법.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 하나의 측정 전극(2)에 대하여, 관심 물체가 없을 때 상기 측정 전극(2)의 총 커패시턴스를 측정하는 것에 의해 초기 누설 커패시턴스를 결정하는 것을 포함하는 사전 미세조정 단계,
이 초기 누설 커패시턴스를 이후에 결정되는 누설 커패시턴스들에 조합으로서 가산하는 단계를 더 포함하는, 환경에서 움직이는 관심 물체 또는 물체들(3)을 검출하는 방법.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 측정 전극들(2)에 대하여 상기 전극들(2)에 따라 다르게 구현되는, 환경에서 움직이는 관심 물체 또는 물체들(3)을 검출하는 방법.
제1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 교란 환경에서 관심 물체들(3)을 검출하는 방법이 구현된 제스쳐 인터페이스 장치에 있어서, 상기 제스쳐 인터페이스는 교란 물체들(4)을 더 포함하는 상기 환경에서 제스쳐가 움직이는 관심 물체들로부터 만들어지고, 상기 장치는 측정 전극(2)과 물체들(3, 4) 사이의 용량성 결합에 의해 상기 물체들(3, 4)을 검출할 수 있는 적어도 하나의 측정 전극(2)을 포함하고, 적어도 하나의 측정 전극(2)에 대하여,
상기 측정 전극(2)과 상기 환경 사이에서 상기 총 커패시턴스(5, 6)를 측정하는 전자적 수단,
상기 총 커패시턴스(5, 6)를 저장하는 수단,
미리 저장된 총 커패시턴스 측정들의 히스토리 안에서 최소값을 결정하는 수단을 포함하여, 상기 교란 물체들(4)로 인한 상기 누설 커패시턴스(6)를 계산하는 수단,
상기 총 측정된 커패시턴스(5, 6)로부터 상기 누설 커패시턴스(6)를 감산하는 한편, 상기 관심 물체들(3)로 인한 관심 커패시턴스(5)를 계산하는 수단, 및
상기 관심 물체 또는 물체들의 검출 정보를 전달하도록 배치되는 상기 계산된 관심 커패시턴스(5)를 처리하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 교란 환경에서 관심 물체들(3)을 검출하는 방법이 구현된 제스쳐 인터페이스 장치.
제 11 항에 있어서, 복수의 측정 전극들(2)을 포함하는 실질적으로 평면인 표면(1)을 더 포함하는, 교란 환경에서 관심 물체들(3)을 검출하는 방법이 구현된 제스쳐 인터페이스 장치.
제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, 상기 측정 전극들(2)은 빛에 실질적으로 투명한 물질을 포함하는, 교란 환경에서 관심 물체들(3)을 검출하는 방법이 구현된 제스쳐 인터페이스 장치.
전화, 컴퓨터, 컴퓨터 주변장치, 디스플레이 스크린, 대쉬보드, 제어 패널 중 하나인 시스템에 있어서, 제1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 용량성 검출 방법이 구현된 것을 특징으로 하는, 시스템.
전화, 컴퓨터, 컴퓨터 주변장치, 디스플레이 스크린, 대쉬보드, 제어 패널 중 하나인 시스템에 있어서, 제11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 제스쳐 인터페이스 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는, 시스템.