KR20130139225A - 광학 펜을 이용한 절대 위치와 기타 정보용 도트 코드 패턴, 도트 코드 프린팅 방법, 및 도트 코드 읽는 방법 - Google Patents

광학 펜을 이용한 절대 위치와 기타 정보용 도트 코드 패턴, 도트 코드 프린팅 방법, 및 도트 코드 읽는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광학 펜 팁의 위치가 도출될 수 있는 정보를 인코딩하는 장치로서, 지지베이스를 갖고 지지베이스의 전체 표면에 연속적으로 배열된 2차원 코드 패턴이 인코딩되는 디스플레이 매체를 포함하고, 패턴은 적어도 2개의 평행 라인들을 포함한 연속한 좁고 평행한 밴드들로 형성되며, 라인들 중 한 라인은 베이스 라인이고, 나머지 라인은 보조 라인이며, 각각의 좁고 평행한 밴드는 연속 도트들을 포함하고, 상기 도트는 선택된 넘버 베이스에서 넘버를 나타내도록 기설정된 위치에 배열되어 있는 인코딩하는 장치를 제공한다.

Description

광학 펜을 이용한 절대 위치와 기타 정보용 도트 코드 패턴, 도트 코드 프린팅 방법, 및 도트 코드 읽는 방법{DOT CODE PATTERN FOR ABSOLUTE POSITION AND OTHER INFORMATION USING AN OPTICAL PEN, PROCESS OF PRINTING THE DOT CODE, PROCESS OF READING THE DOT CODE}
본 출원은 2011년 7월 6일자로 출원된 미국 가출원 제61/398,891호의 우선권을 주장하며, 그 내용은 본 명세서에 참조로 합체되어 있다.
본 발명은 패턴 인식에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광학 펜 또는 스타일러스를 포지셔닝하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
여러 경우에서, 사용자는 마우스 또는 키보드 대신 전자펜 또는 스타일러스를 이용해 컴퓨터와 상호작용하길 더 좋아한다. 가령, 사용자가 종이 또는 화이트보드에 손으로 문서를 쓸 필요가 있을 경우가 있다. 육필 문서와 관련된 한가지 어려움은 이 기록된 버전을 편집하기 위한 방법을 제공하는 디지털 형태로 문서를 기록하는 문제이다. 종래 기술은 일반적으로 문서를 스캔하는 것을 포함한다.
몇몇 방법들과 시스템들은 패턴에 의존해 인코딩 표면을 분석하여 펜의 위치를 알아낸다. 이들 기존 패턴들은 몇가지 단점들이 있다. 이들 중에는:
1. 기존 패턴들은 단위면적당 도트들(dots)이 과도하게 매우 많다(즉, 도트 밀도가 너무 크다).
2. 공지의 도트 패턴들에 사용된 도트들은 너무 작아서 일반적인 가정용 프린트기를 이용해 올바르게 프린되지 못하는 경향이 있다.
3. 공지의 도트 프린트들은 독자를 산만하게 하는 경향이 있어, 문서를 읽기 더 어렵게 한다.
4. 문서는 도트 패턴과 동시에 프린트될 수 없다.
5. 공지의 도트 패턴들은 종이에 균일하게 도트들을 분산시킨다는 단점들이 있다.
고(高) 도트 밀도를 갖는 패턴에 대해, 저가 및 저전력 프로세서를 이용해서는 디바이스 위치가 실시간으로 복귀될 수 없을 정도로 이미지 분석이 아주 어렵다. 추가로, 도트들이 작은 (즉, 직경이 약 50 마이크론인) 경우, 도트 패턴은 노이즈에 매우 쉽게 영향받는다. 따라서, 종이 또는 기판상의 어떤 먼지로 인해 펜이 도트 패턴을 읽기 어려워진다.
도트 패턴 및 문서를 동시에 프린트할 수 없는 것이 특히 중요하다. 종래 기술에서는, 먼저 종이에 패턴을 프린트한다. 그런 후, 이미 프린트된 패턴 위에 문서를 프린트한다. 발생할 수 있는 한가지 어려움은 패턴과 문서 간의 정렬시 불일치이다. 이 어려움을 극복하기 위해, 문서는 종종 특수 잉크로 프린트되어 패턴이 덮히는 것을 막는다.
종래 기술의 또 다른 단점은 패턴이 인식되게 하도록 사용자가 종이에 펜을 눌러 쓰게 강요받는다. 이는 펜이 펜 끝에서 종이와 접촉할 때를 검출하기 위해 펜에 기계 부품 및 센서를 포함하는 것을 말하며, 이로써 패턴 인식과 관련한 여러가지 문제들이 야기된다.
본 발명은 프린트가능한 도트 코드 패턴, 및 가독성에 있어 전혀 변화없이 이 특수 코드로 임의의 디지털 문서를 프린트하기 위한 프로세스(룰-소프트웨어), 뿐만 아니라 광디바이스가 도트 코드로부터 정보(이미지 분석)을 읽기 위한 프로세스에 관한 것이다. 정보는 적어도 디바이스 공간 절대위치를 포함한다. 도트 코드가 디지털 문서와 함께 프린트될 때, 마치 괘지(ruled paper)에 프린트된 듯이 사용자에 나타나게 된다. 이 정보는 코덱을 이용해 다른 디바이스에 보내지거나 파일보관된다.
일태양으로, 본 발명은 광학 펜 팁의 위치가 도출될 수 있는 정보를 인코딩하는 장치를 특징으로 한다. 이런 장치는 지지베이스를 갖고 지지베이스의 전체 표면에 연속적으로 배열된 2차원 코드 패턴이 인코딩되는 디스플레이 매체를 구비하고, 패턴은 적어도 2개의 평행 라인들을 포함한 연속한 좁고 평행한 밴드들로 형성되며, 라인들 중 한 라인은 베이스 라인이고, 나머지 라인은 보조 라인이며, 각각의 좁고 평행한 밴드는 연속 도트들을 포함하고, 상기 도트는 선택된 넘버 베이스에서 넘버를 나타내도록 기설정된 위치에 배열되어 있다.
몇몇 실시예에서, 연속 도트들은 넘버들을 나타내고, 넘버 각각은 컬럼의 넘버이다.
다른 실시예에서, 연속 도트들은 넘버들을 나타내고, 넘버 각각은 라인의 넘버이다.
또 다른 실시예에서, 베이스 라인 위에 도트들의 수직 투영 간의 거리는 약 500-650 마이크론이다.
다른 실시예들은 각 평행 라인들 간의 거리가 약 100-150 마이크론으로 일정한 것과, 도트 직경이 100-150 마이크론 사이에 있는 것들을 포함한다.
소정의 다른 실시예들에서, 도트 크기는 디스플레이 매체상에 스크린 물리적 픽셀 구조들이 광학 펜내 카메라에 의해 얻은 카메라 이미지 프레임에 대한 노이즈로 나타나도록 선택된다.
또 다른 태양으로, 본 발명은 기판에 도트 코드 패턴을 인코딩하기 위한 방법을 특징으로 한다. 이런 방법은 이미지를 포함한 디지털 문서를 여는 단계; 상기 이미지에서 텍스트 라인들, 수평 라인들 및 그림들 사이에 공간을 찾는 단계; 텍스트 라인들 간의 공간에 상기 도트 코드 패턴을 삽입하는 단계; 상기 문서의 선택된 축을 따라 뻗어 있는 라인들을 식별하는 단계; 및 상기 라인들을 인코딩된 라인들로 바꾸는 단계를 포함한다.
몇몇 실시예들은 또한 광학 펜에 의해 읽혀진 문서 특정 정보를 포함한 여분의 도트 코드를 문서에서의 선택된 위치에 삽입하는 단계를 또한 포함한다.
다른 실시예들은 적외선 비가시 잉크의 라인들로 선택된 도트를 둘러싸는 단계를 포함한다.
또 다른 실시예들은 문서에 동양 문자를 식별하는 단계와 상기 축이 수직 축이 되게 선택하는 단계를 포함한다.
또 다른 태양으로, 본 발명은 좁은 밴드를 따라 기판에 인코딩된 도트 코드 패턴을 읽기 위한 방법을 특징으로 한다. 이런 방법은 기판의 표면 위로 광학 펜을 움직임에 따라 광학 펜이 초당 60에서 100 프레임의 속도로 도트 코드 패턴의 사진을 찍게 하는 단계; 및 도트 이미지들에 맞추고 문자 이미지를 배제하도록 구성된 마스크를 이용해 도트 코드 패턴내 도트들을 위치측정하는 단계와, 적어도 부분적으로 도트 위치측정을 기초로, 좁은 밴드를 식별하는 단계와, 도트 코드 패턴에 의해 인코딩된 좌표를 읽는 단계와, 적어도 부분적으로 상기 좌표를 기초로 표면을 위치측정하는 단계에 의해 각 프레임을 분석하는 단계를 포함한다.
몇몇 실시예에서, 좁은 밴드를 식별하는 단계는 도트가 가장 큰 빈도를 갖는 방향을 따라 좁은 밴드의 방향으로서 방향을 선택하는 단계를 포함하고, 상기 선택하는 단계는 좌표 방향에 수직한 라인에 위치측정된 도트들의 세트에 모든 도트들의 투영을 검사하는 단계와, 좁은 밴드의 폭내에 있는 상기 세트로부터 도트들을 식별하는 단계와, 식별된 위치측정된 도트들을 상기 세트부터 제거하는 단계와, 세트내 나머지 도트들에 대해 선택하는 단계, 검사하는 단계 및 식별하는 단계를 반복하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에서, 좁은 밴드를 식별하는 단계는 정점들이 이런 도트들을 갖고 가장자리들은 거리가 LimitInf < Dist(P1,P2) < LimitSup인 P1 및 P2라고 하는 이런 한 쌍의 정점들에 의해 형성되는 그래프를 정의하고 이 그래프의 연결 요소들을 취하는 단계를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 도트 코드 패턴에 의해 인코딩된 좌표를 읽는 단계는 인코딩된 표면에서의 프레임을 위치측정하는 단계를 포함한다.
추가 실시예들은 도트의 위치측정은 제 1 및 제 2 좌표로 표현되고, 좌표를 읽는 단계는 시작 도트의 제 1 좌표를 식별하는 단계와, 시작 도트의 제 2 좌표가 증가하는 방향을 식별하는 단계를 더 포함한다.
또 다른 실시예는 표면을 위치측정하는 단계는 적어도 부분적으로 거리를 기초로 기판 표면 상의 제 1 및 제 2 점들을 기초로 면을 위치측정하는 단계를 포함하고, 기판 상의 상기 제 1 및 제 2 점들은 도트 코드 패턴의 이미지 상의 제 1 및 제 2 점들에 해당하는 기판 표면에 있는 것들을 포함한다.
상기 방법의 다른 실시예들 가운데 표면을 위치측정하는 단계는 광학 펜이 기판의 표면과 접촉하는지를 판단하는 단계를 포함하는 실시예가 있다.
본 발명의 내용에 포함됨.
도 1은 광학 펜의 개략도를 도시한 것이다.
도 2는 인코딩 패턴을 포함한 디지털 화이트보드를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 프린트 매체 물체를 도시한 것이다.
도 4는 상술한 바와 같이 텍스트 또는 도트들을 갖는 종이의 프린트지를 도시한 것이다.
도 5는 본 명세서에서 상술한 바와 같이 텍스트, 도트 및 그림이 있는 프린트지를 도시한 것이다.
도 6a는 프레임 샘플을 도시한 것이다.
도 6b는 도 6a의 프레임내에 이미지 식별 알고리즘에 의해 선택된 밝은 그레이 도트를 도시한 것이다.
도 7은 표면의 도면을 도시한 것이다.
도 8은 표면의 특정 위치에 도트가 있는지 여부를 어떻게 검사할 수 있는지를 나타낸 것이다.
도 9는 다른 p-q가 Nset 밖에 있을 때의 도면이다.
도 10은 다른 도트 코드 패턴이다.
도 11은 IR(적외선) 비가시 잉크로 둘러쌈으로써 도트 코드를 식별하는 방법의 도면이다.
도 12는 어떻게 연속 라인들에서 도트 코드들이 앞선 라인들에서의 도트 코드들의 변형된 버전들인지에 대한 도면이다.
도 13은 단 하나의 보조라인만을 이용한 다른 베이스 3 구성이다.
본 발명의 실시예는 기존 종래 기술 전부 및 다른 단점들을 해결할 것이다. 다른 것들 가운데, 표면에 도트 패턴을 인코딩하고, 인코딩 패턴으로 문서를 프린트하며, 패턴을 디코딩하는 하기 위한 시스템 및 프로세스이다.
패턴은 광학 펜의 공간 위치를 나타내거나 문서 관리, 링크, 또는 다른 데이터를 위한 명령을 식별할 수 있다. 이는 또한 펜이 인코딩 패턴과 동작하는 방식을 바꾸기 위해 펜에 정보를 보낼 수 있다.
본 발명의 프로세스 및 시스템 실시예들은 경제적 및 상업적으로 실현가능하며, 종래 기술의 프로세스 및 시스템 실시예들보다 실행하기 더 쉽고 사용하기도 더 쉽다.
본 발명의 제 1 실시예는 사용자가 룰-소프트웨어(rule-software)를 이용해 임의의 프린트가능한 문서를 선택하게 한다. 프린트된 문서는 괘지에 프린트된 문서에 있는 것들과 유사하게 추가된 "괘선들(ruled lines)"로 나타나게 된다. 문서에 이미 괘선들이 있으면, 소프트웨어는 이들 괘선들을 "패턴선들"로 바꿀 수 있다. 사용자는 "선" 위치를 바꾸거나 이들 "선"을 추가/제거할 수 있다.
룰 소프트웨어는 다른 정보, 가령, 문서의 우측 상단에 문서식별코드를 추가할 수 있다. 사용자가 문서를 프린트할 때, 괘선들만 있는 것으로 나타나는 것은 실제로 괘선으로서 식별된 도트 코드 패턴을 인코딩한 것이다.
사용자가 특수 광학 펜을 이용해 프린트된 문서의 복사본 위에 필기하면, 펜은 이미지 분석 기술을 이용해 인코딩 패턴으로부터 적어도 펜의 절대 공간 위치를 읽는다. 절대 좌표가 실시간으로 컴퓨터에 기록되거나 전송될 수 있다. 룰-소프트웨어는 펜으로부터 데이터를 수신하고 컴퓨터에 문서의 위치를 나타내어, 이 문서 상에 적절한 위치에 잉크 스트로크를 추가함으로써, 사용자가 광학 펜으로 마킹함에 따라 프린트된 문서의 디지털 버전을 만든다.
임의의 컴퓨터를 테블릿 컴퓨터로 효과적으로 바꾸는 또 다른 실시예에서, 패턴은 투명 평면 위에 인코딩되고 이 표면은 컴퓨터 스크린 위에 놓인다. 광학 펜은 인코딩 패턴으로부터 펜 팁의 공간 좌표를 판단하고 그 정보를 컴퓨터로 보낸다. 그런 후 드라이버 소프트웨어는 마우스 포인터를 적절한 위치로 이동시킨다. 펜 팁이 스크린을 터치하면, 펜은 이런 접촉을 나타내는 정보를 컴퓨터로 보낸다. 인코딩 패턴은 좌표 이외에 다른 데이터를 모으기 위해 사용될 수 있다. 가령, 룰-소프트웨어는 가상 키보드 또는 드로잉 코멘트의 팔레트와 같이 다른 소프트웨어 툴들을 모방할 수 있다. 이 실시예에서, 펜은 잉크통을 사용하지 않는다.
표면을 디지털 화이트보드로 바꾸는 또 다른 실시예에서, 패턴은 컴퓨터 스크린의 이미지가 투영되는 불투명 표면 위에 인코딩된다. 광학 펜은 인코딩 패턴으로부터 펜 팁의 공간 좌표를 읽고, 이 정보를 컴퓨터로 보낸다. 그런 후 드라이버 소프트웨어는 이 정보를 수신하고 마우스 포인터를 해당 펜 팁 좌표로 이동시킨다. 펜 팁이 표면을 터치하면, 펜은 이런 접촉과 관련된 정보를 컴퓨터로 보낸다. 인코딩 패턴은 좌표 이외에 다른 데이터를 모으기 위해 사용될 수 있다. 가령, 룰-소프트웨어는 가상 키보드 또는 드로잉 코멘트의 팔레트와 같이 다른 소프트웨어 툴들을 모방할 수 있다. 이 실시예에서, 펜은 잉크통을 사용하지 않는다.
도트들이 모두 작고 수가 제한되어 있기 때문에 인코딩 패턴은 사람의 눈에 거의 보이지 않는다. 더욱이, 이들은 투영 이미지에 의해 커버된다.
유사한 실시예는 도트 패턴이 인코딩되는 반투명 표면 위에 후방 투영으로 행해질 수 있다.
또 다른 유사한 실시예는 스크린 투영 없이 행해질 수 있다. 이 경우, 사용자는 인코딩 화이트보드 위에 잉크펜을 이용한다. 그 후 상술한 바와 같이 연결된 컴퓨터에 의해 사용자의 펜 스트로크가 캡쳐된다.
광학 펜
도 1을 참조하면, 잉크통이 있거나 없는 광학 펜(1)은 내부에 설치된 카메라(4)를 포함한다. 카메라(4)는 도트 코드 패턴이 잉코딩된 표면(9)상의 한 위치(7)에서 이미지를 검출하고 캡쳐한다. 카메라(4)는 렌즈 어셈블리(6)와 조명수단을 포함한다. 펜 바디(2)는 검출된 이미지에 대한 정보를 개인 휴대정보 단말기(PDA), 또 다른 펜, 전화 및/또는 통신용 케이블 또는 무선 수단을 이용한 컴퓨터와 같은 또 다른 장치로 기록 또는 전송하는 능력을 광학 펜(1)에 제공하는 프로세서 또는 다른 센서들 및 하드웨어를 포함한다. 카메라(4)에 의해 캡쳐된 이미지는 펜 바디(2) 또는 또 다른 디바이스에서 처리될 수 있다.
카메라(4)는 도트 코드가 발견될 수 있는 위치(7) 범위 내에 표면(9)의 이미지를 캡쳐하는 적외선 카메라일 수 있다. 이미지가 펜 바디(2)에서 분석되고 도트 코드 패턴내에 있는 정보를 이용하는 몇몇 실시예에서, 펜 바디(2)에 있는 프로세서는 적어도 표면(9)에 대한 펜 팁(8)의 공간 좌표를 판단한다. 상기 정보로, 프로세서는 표면(9)에 대한 펜 팁(8)의 직각 위치뿐만 아니라 펜 팁(8)이 표면(9)에 터치되고 있는지 여부를 판단할 수 있다.
도트 코드 패턴
도 3의 프린트 매체는 종이와 같은 지지베이스, 투명/반투명 플라스틱/유리, 및 지지베이스의 전체 표면(9)에 연속으로 배열된 2차원 도트 코드 패턴을 포함한다. 도트 코드 패턴은 좁고 평행한 밴드들(20)의 연속으로 포맷되고, 밴드들 각각에 연속 도트들(50)이 있다. 도트들은 일부 베이스에서 넘버를 나타내기 위해 기설정된 위치에 배열된다. 넘버는 라인 및/또는 컬럼을 나타낼 수 있다.
도 3에서 삽입(A)은 도트 코드 패턴의 샘플을 나타낸 것이다. 좁은 밴드(20)는 베이스라인(40)과 보조라인(60)을 따라 뻗어 있다. 도 3의 연속 도트들은 베이스라인(40) 및 하나의 보조라인(60)만을 이용해 삽입(A)으로 도시된 바와 같이 베이스(2)에서 넘버 0101011011010100101 또는 하나의 베이스라인(40) 및 2개의 보조라인들(60)을 이용해 삽입(B)으로 나타낸 바와 같이 베이스 3에서 넘버 2011221121102011를 나타낸다. 상기 넘버는 그 위치에서 컬럼 및/또는 라인을 나타낼 수 있다. 또 다른 설정은 도 13에 도시된 바와 같이 단 하나의 보조라인(60)과 여전히 베이스 3 계수를 이용할 수 있다.
도 3에 도시된 베이스 3 표현은 단 하나 보조라인(60)으로 수행될 수 있다.
베이스라인(40)과 보조라인(60) 간의 거리는 300 마이크론이고, 도트 크기는 100 마이크론이며 청색의 괘선은 폭이 500 마이크론이라 하자. 동일 라인에서 도트들간의 최소 거리가 300 마이크론이고 베이스 3에서 9 자리수를 가진 X 및 Y를 이용하면, A4로 273,934 페이지와 같이 많은 문서들에 대한 최종 발생한 도트 패턴을 이용할 수 있다.
추가로, 이 도트 패턴 및 관련된 읽기 프로세스로 광학 펜 팁(8)이 종이에 접촉하면 표면 베이스에 대한 광학 펜 팁(8)의 공간 위치를 얻을 수 있다.
평면으로부터 높이가 아니라 평면에 있는 펜 팁의 위치에만 관심이 있다면, 프레임 내부에 하나의 좁은 밴드(20)만을 갖는 것이 필요하다. 그러나, 정확도를 향상시키기 위해, 카메라(4)는 모든 스캐닝 시에 2개의 구별되는 좁은 밴드들(20)로부터 적어도 2개의 세그먼트들이 이미지에 포함되도록 설정된다.
인코딩 도트 패턴의 특징들 간의 거리와 같이 도트 크기 및 다른 측정은 도트 패턴이 의도된 애플리케이션의 종류에 따른다.
한 애플리케이션은 20인치 스크린의 일반 컴퓨터를 테블릿 컴퓨터로 변환하는 것이다. 이 경우, 컴퓨터 스크린 앞에 도트 패턴으로 인코딩된 투명 평면(9)을 배치할 수 있다.
상술한 애플리케이션에 대해, 베이스라인(라인(40)과 같은 밴드의 중심) 위의 도트들의 수직 투영 간의 거리는 약 500-650 마이크론이며 (라인들(50 및 60)과 같이) 나란한 가상 라인들 간의 거리는 약 100-150 마이크론으로 일정하다. 일반적으로, 도트 직경들은 100-150 마이크론이다. 이 애플리케이션은 대개 IR 카메라(4)로 작동한다. 도트 크기는 스크린의 물리적 픽셀들의 의해 형성된 구조들은 카메라(4)의 이미지 프레임 상에서 노이즈로 나타나도록 선택된다. 20인치보다 더 큰 스크린에 대해, 이런 식별을 하기 위해 더 큰 도트 크기를 이용하는 것이 필요할 수 있다.
또 다른 애플리케이션은 도트 패턴으로 종이의 인쇄 시트지를 인코딩하는 것이다. 인코딩 표면(9)이 종이인 이 애플리케이션에서, 인코딩된 공제 도트 크기는 프린터 해상도에 맞게 42 마이크론에서 시작할 수 있다. 이 패턴을 갖는 프린트 문서에서, 2개의 좁은 밴드들 간의 거리는 변할 수 있다. 상기 거리들은 2개의 연속 "텍스트 라인들" 사이에 코드 라인을 삽입할 수 있도록 선택된다. 상기 변화는 광학 펜(1)에서 카메라(4)에 설정된 이미지 영역에 의해 제한된다. 양호한 공간 팁 펜 위치측정을 달성하기 위해, 각 이미지 프레임내에 적어도 2개 밴드 세그먼트 패턴을 갖는 것이 더 낫다.
룰-소프트웨어
룰-소프트웨어는 동시 프린팅을 위해 문서와 도트 코드를 준비한다. 도트 코드와 문서를 동시에 프린팅하는 것은 둘 다가 프린트지에 정렬되어 있음을 확실히 한다. 따라서, 룰-소프트웨어의 주요 기능들 중에는 문서 가독성을 방해하지 않고 코드 패턴을 삽입하는 기능과 사용자가 광학 펜(1)으로 스트로크한 모든 것이 저장되는 디지털 카피를 기록하는 기능이 있다.
동작시, 룰-소프트웨어는 저장된 디지털 문서를 열고 텍스트 라인들, 수평 라인들, 및 어떤 사진들이 있을 경우 그 사이에 공간을 찾는 이미지 분석을 수행한다.
룰-소프트웨어는 코드 패턴을 텍스트 라인들 간의 빈 공간에 삽입한다. 사용자 편의를 높이기 위해, 룰-소프트웨어는 도 11에 도시된 바와 같이 밝은 청색과 같이 IR 비가시 잉크의 라인들로 도트들을 감쌀 수 있다. 문서가 동양 문자이면, 수평 라인들은 수직 라인들로 대체될 수 있다.
이미지 분석의 경우, 룰-소프트웨어가 수평라인들을 식별하면, 인코딩 라인들로 이들을 바꿀 수 있다. 룰-소프트웨어가 그림을 찾으면, 도 5에 도시된 바와 같은 이미지에 동작되는 경우에서와 같이, 사용자가 소프트웨어를 구성한 방식에 따라 그림을 피하거나 그림 위에 겹쳐 쓸 수 있다.
문서의 상단에, 또는 임의의 편리한 위치에서, 룰-소프트웨어는 광학 펜(1)에 의해 읽어져야 하는 문서식별번호와 같이 몇가지 문서 정보로 여분의 도트 코드를 삽입할 수 있다. 광학 펜(1)이 고유의 식별번호를 갖는 이들 실시예에서, 소프트웨어 관리자는 펜이 디지털 문서 카피를 변경하도록 하게 설정될 수 있다.
도트 코드 읽기
다음의 것은 광학 펜(1)이 어떻게 인코딩 패턴을 읽는지 설명한 것이다.
사용자가 표면(9)을 가로질러 광학 펜(1)을 이동시키면, 카메라(4)는 패턴의 사진들을 찍기 시작한다. 초당 60 내지 100 프레임의 속도로 그렇게 한다. 각 사진은 8비트 그레이스케일의 320×240 픽셀 프레임을 발생한다.
그런 후, 각 프레임은 4단계로 분석된다: 도트 패턴에서 도트들 위치측정하는 단계, 좁은 배드를 식별하는 단계, 좌표를 읽는 단계, 및 필요한 경우, 표면을 식별하는 단계.
도트의 위치측정
도트 위치측정은 도트 이미지에 맞는 마스크를 이용해 수행되고 거의 모든 문자들을 피한다. 이는 패스트 이미지 식별 알고리즘에 의해 수행되므로 저가의 프로세스로 실시간으로 행해질 수 있다.
도 6a는 예시적인 프레임을 도시한 것이다. 도 6b는 이미지 식별 알고리즘에 의해 선택된 밝은 그레이 도트들을 도시한 것으로, 몇몇은 텍스트 문자로 나타난다.
좁은 밴드의 식별
위에서 얻은 라인 결합 도트들의 모든 방향들 중에, 좁은 밴드(20)의 방향(V)은 도트들이 가장 많은 공간 빈도로 발생하는 방향이다. 모든 위치측정된 도트들을 N이라고 하는 V에 수직한 라인에 투영하려고 함으로써, (좁은 밴드(20)의 폭에 해당하는) 예상 간격 내의 세트는 좁은 밴드내의 도트 세트들이 된다. 국소화된 도트 세트들로부터 이들 도트들을 제거하고 상기 방법을 재적용함으로써, 제 2 좁은 밴드(20) 등에 도트를 식별하는 방법이 제공된다.
좁은 밴드(20)를 식별하는 또 다른 방법은 정점들(Pi)이 도트이고 가장자리가 한 쌍의 도트들에 의해 형성되는 그래프를 고려하는 것이다. 한 쌍의 정점들(P1 및 P2)을 가정하면, 이들 간의 거리가 예상 범위 한계 사이에 있는지, 즉,
LimitInf < Dist(P1,P2) < LimitSup
인지 판단할 수 있으며, LimitSup 및 LimitInf는 예상 범위 한계이며 이 그래프의 연결된 지역들을 채용한다.
좌표 읽기
프레임의 베이스 좌표(V,N)를 찾음으로써 프레임내 좁은 밴드(20)내에 도드틀을 연구하면, 인코딩 표면(9)에서 프레임을 위치측정할 수 있다.
예컨대, 인코딩 라인들이 표면 좌표에서 X 및 Y에 대한 6비트 이진수 표현을 이용해 연속 도트들 …, (X, (Y-1)), (X, (Y)), (X, (Y+1)),… 로 위치를 나타내고 24개의 알고 있는 도트들이 있다면, 간단한 알고리즘과 X 및 Y 값을 이용해 이 밴드에서 어떤 도트가 X의 시작 도트이고 어떤 방향으로 Y가 증가하는지 추출할 수 있다.
표면 좌표를 나타내는 많은 다른 효율적인 방법들이 있다. 이들 중 몇몇은 하기의 "NOTE 2"로 표시된 부분에 설명되어 있다.
표면 위치측정
베이스(0,x,y,z)를 고려하자, 여기서 (0,x,y)는 카메라(4)에서 이미지면의 베이스이고 z는 초점이 (dX/2,dY/2,c)이도록 면에 수직하며, dX 및 dY는 이미지 해상도(가령 dX=320, dY=240)이고 c는 임의의 값이다. 프레임에서 4개의 도트 이미지즉, P1, P2, P3, 및 P4를 고름으로써 절차는 시작되며, 여기서 P1 및 P2는 베이스 라인(40)에 있고 P3 및 P4는 도 7에 도시된 바와 같이 또 다른 베이스 라인(40)에 있다.
R1, R2, R3, 및 R4가 이미지 P1, P2, P3, 및 P4에 해당하는 표면(9)에 있는 점들이라 하자.
몇가지 기하학적 고려를 적용하고 (가령, P1 및 P2 간의 도트들의 개수를 카운팅함으로써) R1 및 R2 간의 거리를 알면, 베이스(0,x,y,z)에서 면을 위치측정 할 수 있다. 카메라(4)는 상기 표면(9)에서 R1 절대 위치를 읽을 수 있기 때문에, 이미지를 정의한 이미지면으로부터 적용 표면 (및 그 반대)를 인식할 수 있다. 상기 적용은 이미지로부터 다른 정보를 읽는 것이 필요하다. 예컨대, 도트가 도 8에 제안된 바와 같이 이진수 정보로서 나타나는지 여부를 표면(9)의 특정 위치에서 검사할 수 있다.
몇몇 경우, IR 가시(可視) 텍스트가 전혀 없는 미사용 라인들을 사이에 할당할 수 있어, 카메라(4)가 문서 ID와 같은 보조 이진수 정보를 읽기 위해 이들 라인들 사이에 도트들을 찾게 된다.
베이스(0,x,y,z)에 대한 펜 팁(8)의 위치는 공장 캘리브레이션에 의해 결정될 수 있기 때문에, 표면(9)에 대한 펜 팁(8)의 위치를 알 수 있다. 따라서, 표면(9)에 대한 펜 팁(8)의 위치를 광학적으로 판단할 수 있다. 거리가 0이면, 펜(1)은 컴퓨터에 그 정보를 전달하고, 이는 마우스 다운 이벤트를 트리거하는데 사용될 수 있다.
데이터 전환
광학 펜(2)으로부터 수집된 정보는 실시간으로 전성되거나 나중에 전환을 위해 기록될 필요가 있다. 이렇게 하기 위해, 데이터의 최소량을 다루기 위해 코덱을 필요로 한다. 펜(2)으로부터 전송/기록되는 데이터의 벌크는 펜 팁(8)의 위치일 수 있으며, 이는 초당 약 60-100회의 속도로 전송된다.
펜 팁(8)의 위치를 매번 전송하는 대신, 초기 값과, 마지막 위치 및 펜(1)이 움직임을 멈출 때까지 그 지점에서 새 위치가 전송될 수 있는 현재 위치 간의 차를 보낼 수 있다. 테스트 동안, 벡터 차가 8 미만의 절대값을 갖는 것으로 관찰되어 "Nset"라고 하는 (0,0)의 이웃을 8비트(0,…,255)를 갖는 세트로 맵핑할 수 있다. 이는 새 위치를 전송하거나 기록하는 대신 단지 8비트 문자를 전송하거나 기록하는 것만 필요하다.
함수(F)가 이웃 Nset로부터 이전 위치와 현재 위치 간의 차가 (x,y)인 28 정수 세트{0,1,2,…,255}로 맵핑하면, 함수 F(x,y)를 전송하거나 기록하는 것만 필요하므로 펜 팁(8)의 현재 절대위치는:
(Last_position) + F-1(F(x,y))가 된다.
차(p-q)가 이웃 Nset 밖에 있으면, 2 이상의 부분들로 차를 나눌 수 있어, 각 피스들이 도 9에 제안된 바와 같이 이웃 Nset내에 있게 된다.
다른 도트 코드 패턴
상술한 패턴 대신, 도 10에 도시된 바와 같이 나란한 라인들에서 2개의 도트 패밀리들에 의해 형성된 도트 패턴을 가질 수 있다. 상기 모든 기술들이 유사하게 작용한다. 이는 괘지 대신 모눈종이 또는 방안지와 같은 종류의 문서들로 사용될 수 있다. 이런 실시예에서, X 좌표는 라인상의 한 세트의 도트들에 있을 수 있고, Y 좌표는 수직 라인에 있을 수 있다.
노트:
NOTE 2 - 샘플로서 표면 위치를 판단하기 위해 2개 밴드 세그먼트를 이용하기 때문에, 한 라인(…Y-1, Y, Y+1…)을 설정하고, 그 아래는 똑같으나 한 도트를 라인(…Y-1, Y, Y+1…)을 나타내는 다음 라인의 좌측으로 (싸이클적으로) 이동시키며, 그 다음 아래는 2개 도트를 그 좌측으로 (싸이클 적으로) 이동시키는 등등으로 도트 코드 라인들을 구성할 수 있다. 도 12를 참조하라.
상기 구성은 이중 체크를 허용하며 라인들의 방향을 제시해주는 이점이 있다(그러므로 "아래"는 여기서 의미를 갖는다).
매우 많은 A4 페이지들의 구별을 원하면, …(Y-1), Y, (Y+1)… 대신, 시퀀스 …F(Y-1), F(Y), F(Y+1)…를 취할 수 있으며, 여기서 함수 F는 "Y" 범위의 몇몇 서브세트의 임의의 치환이다. 가령, 12 비트 넘버 코드 표현을 이용하면, 이 서브세트는 1에서 4093 = 212-3 까지 임의의 정수일 수 있다. 4093은 소수이기 때문에, F(y)=key0*yMod(4093)는 이 서브세트의 임의의 고정된 정수 key 0에 대해 이 서브세트에서의 치환이다.
도트들을 400 마이크론으로 떨어지게 설정하면 이런 12개 비트들은 4.8 밀리미터가 되어 "Y 라인"은 4.8×4093 mm 길이 또는 약 1965 센티미터 길이가 된다.
동일한 구성을 하면, …G(X-1), G(X), G(X+1)… 로 "X 라인"을 만들며, 여기서 G는 G(X)=key1*xMod(4093)이라는 정수 서브세트 1에서 4093의 또 다른 치환이다.
먼저 Y 라인을 5mm 떨어진 X 라인의 복사를 둠으로써 1965×12×4093(제곱 센티미터) 면적을 갖는 맵을 만든다. 다음, 다시 5mm 떨어져, 동일한 Y 라인과 X 라인을 반복하지만 이번에는 X 라인을 싸이클적으로 Mod(4093) 1 비트 우측으로 이동시킨다. 다시 Y 라인과 X 라인의 일부를 두는데 이번에는 X 라인을 싸이클적으로 2비트 이하 등등 이동시킨다. 12×4093 회를 할 수 있고 이 맵에서 매번 또 다른 1×1965㎠ 면적을 추가한다. 마지막에, 총 면적 1965×12×4093 = 96512940㎠ 맵을 얻는다. 4093 컬럼으로는 이 맵에서 총 2×12×4093 라인들을 갖게 된다.
몇몇 라인에서 12 비트 넘버의 첫번째 비트에 있다면, 컬럼 위치는 "Y 라인"에서 Y 값이 되고 라인 위치는 Y 라인 위에 또는 Y라인에 또는 Y 라인 아래에 (반복해서) 있는지에 따라 2×(변위-1) 또는 2×변위 또는 2×변위-1이 된다. 여기서 "변위"는 Y 라인으로부터 옮겨진 X 라인의 비트 넘버이다. 24개 연속 비트를 알고 있으면 12비트 넘버의 시작 비트를 알 수 있어 넘버와 변위를 계산할 수 있음을 알기 쉽다.
X 라인에 대한 짝수 값인 key0 및 Y 라인에 대한 홀수로서 key1을 이용하면, 1965×12×4093㎠ 면적의 (4092)/2×(4094)/2 식별 맵들을 가질 수 있다. 시퀀스 …F(Y-1), F(Y), F(Y+1)…를 따르는 키들이 몇 개 없고 key 0 및 key 1이 항상 이 세트에 있기 때문에 key 0 및 key 1 값은 50 프레임 미만(초당 100 프레임으로 작동할 경우 1/2초 미만)을 이용해 찾을 수(키를 분해할 수) 있다. "키 분해(key breaking)"가 일단 행해진 후, 사용자가 새 문서로 작업하기 시작하면, key 0 및 key 1이 맞는 키들이 아닐 경우에만 다시 행해진다.
따라서, 마지막에 총 면적 4092×4094×1965×3×4093 제곱 센티미터를 가질 수 있다. A4 페이지는 21×29.7㎠이기 때문에, 기업 서버에 유지되기에 충분한 활성 페이지들인 6.48×1011 식별 A4 페이지 또는 6480억 식별 페이지를 가질 수 있다.
본 발명은 본 발명의 사상 또는 필수 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 특정한 형태로 구현될 수 있다. 상술한 실시예들은 모든 면에서 단지 예시이며 국한되지 않는 것으로 간주되어야 한다. 따라서, 본 발명의 범위는 상기 설명에 의해서라기 보다는 특허청구범위에 의해 나타나 진다. 특허청구범위의 의미 및 균등 범위내에 있는 모든 변경들도 이들 범위내에 포함되어야 한다.

Claims (18)

  1. 광학 펜 팁의 위치가 도출될 수 있는 정보를 인코딩하는 장치로서,
    지지베이스를 갖고 지지베이스의 전체 표면에 연속적으로 배열되는 2차원 코드 패턴이 인코딩되는 디스플레이 매체를 구비하고,
    패턴은 적어도 2개의 평행 라인들을 포함한 연속한 좁고 평행한 밴드들로 형성되며, 라인들 중 한 라인은 베이스 라인이고, 나머지 라인은 보조 라인이며,
    각각의 좁고 평행한 밴드는 연속 도트들을 포함하고, 상기 도트는 선택된 넘버 베이스에서 넘버를 나타내도록 기설정된 위치에 배열되어 있는 정보를 인코딩하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    연속 도트들은 넘버들을 나타내고, 넘버 각각은 컬럼의 넘버인 정보를 인코딩하는 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    연속 도트들은 넘버들을 나타내고, 넘버 각각은 라인의 넘버인 정보를 인코딩하는 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    베이스 라인 위에 도트들의 수직 투영 간의 거리는 약 500-650 마이크론인 정보를 인코딩하는 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    평행 라인들 간의 거리가 약 100-150 마이크론으로 일정한 정보를 인코딩하는 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    도트 직경이 100-150 마이크론 사이에 있는 정보를 인코딩하는 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    도트 크기는 디스플레이 매체상에 스크린 물리적 픽셀 구조들이 광학 펜내 카메라에 의해 얻은 카메라 이미지 프레임에 대한 노이즈로 나타나도록 선택되는 정보를 인코딩하는 장치.
  8. 이미지를 포함한 디지털 문서를 여는 단계;
    상기 이미지에서 텍스트 라인들, 수평 라인들 및 그림들 사이에 공간을 찾는 단계;
    텍스트 라인들 간의 공간에 상기 도트 코드 패턴을 삽입하는 단계;
    상기 문서의 선택된 축을 따라 뻗어 있는 라인들을 식별하는 단계; 및
    상기 라인들을 인코딩된 라인들로 바꾸는 단계를 포함하는 기판에 도트 코드 패턴을 인코딩하기 위한 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    광학 펜에 의해 읽혀진 문서 특정 정보를 포함한 여분의 도트 코드를 문서에서의 선택된 위치에 삽입하는 단계를 더 포함하는 기판에 도트 코드 패턴을 인코딩하기 위한 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    적외선 비가시 잉크의 라인들로 선택된 도트를 둘러싸는 단계를 더 포함하는 기판에 도트 코드 패턴을 인코딩하기 위한 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    문서에 동양 문자를 식별하는 단계와 상기 축이 수직 축이 되게 선택하는 단계를 더 포함하는 기판에 도트 코드 패턴을 인코딩하기 위한 방법.
  12. 좁은 밴드를 따라 기판에 인코딩된 도트 코드 패턴을 읽기 위한 방법으로서,
    기판의 표면 위로 광학 펜을 움직임에 따라 광학 펜이 초당 60에서 100 프레임의 속도로 도트 코드 패턴의 사진을 찍게 하는 단계; 및
    도트 이미지들에 맞추고 문자 이미지를 배제하도록 구성된 마스크를 이용해 도트 코드 패턴내 도트들을 위치측정하는 단계와, 적어도 부분적으로 도트 위치측정을 기초로 좁은 밴드를 식별하는 단계와, 도트 코드 패턴에 의해 인코딩된 좌표를 읽는 단계와, 적어도 부분적으로 상기 좌표를 기초로 표면을 위치측정하는 단계에 의해 각 프레임을 분석하는 단계를 포함하는 기판에 인코딩된 도트 코드 패턴을 읽기 위한 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    좁은 밴드를 식별하는 단계는
    도트가 가장 큰 빈도를 갖는 방향을 따라 좁은 밴드의 방향으로서 방향을 선택하는 단계를 포함하고,
    상기 선택하는 단계는 좌표 방향에 수직한 라인에 위치측정된 도트들의 세트에 모든 도트들의 투영을 검사하는 단계와,
    좁은 밴드의 폭내에 있는 상기 세트로부터 도트들을 식별하는 단계와,
    식별된 위치측정된 도트들을 상기 세트부터 제거하는 단계와,
    세트내 나머지 도트들에 대해 선택하는 단계, 검사하는 단계 및 식별하는 단계를 반복하는 단계를 포함하는 기판에 인코딩된 도트 코드 패턴을 읽기 위한 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    좁은 밴드를 식별하는 단계는 정점들이 이런 도트들을 갖고 가장자리들이 거리가 LimitInf < Dist(P1,P2) < LimitSup인 예상 범위에 있는 P1 및 P2라고 하는 이런 한 쌍의 정점들에 의해 형성되는 그래프를 정의하고 이 그래프의 연결 요소들을 취하는 단계를 포함하는 기판에 인코딩된 도트 코드 패턴을 읽기 위한 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    도트 코드 패턴에 의해 인코딩된 좌표를 읽는 단계는 인코딩된 표면에서의 프레임을 위치측정하는 단계를 포함하는 기판에 인코딩된 도트 코드 패턴을 읽기 위한 방법.
  16. 제 12 항에 있어서,
    도트의 위치측정은 제 1 및 제 2 좌표로 표현되고, 좌표를 읽는 단계는 시작 도트의 제 1 좌표를 식별하는 단계와, 시작 도트의 제 2 좌표가 증가하는 방향을 식별하는 단계를 더 포함하는 기판에 인코딩된 도트 코드 패턴을 읽기 위한 방법.
  17. 제 12 항에 있어서,
    표면을 위치측정하는 단계는 적어도 부분적으로 기판 표면 상의 제 1 및 제 2 점들의 거리를 기초로 면을 위치측정하는 단계를 포함하고, 기판 표면 상의 상기 제 1 및 제 2 점들은 도트 코드 패턴의 이미지 상의 제 1 및 제 2 점들에 해당하는 기판에 인코딩된 도트 코드 패턴을 읽기 위한 방법.
  18. 제 12 항에 있어서,
    표면을 위치측정하는 단계는 광학 펜이 기판의 표면과 접촉하는지를 판단하는 단계를 포함하는 기판에 인코딩된 도트 코드 패턴을 읽기 위한 방법.
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