KR20140062195A - 카메라 1 대를 사용하는 가상 터치 장치 - Google Patents

카메라 1 대를 사용하는 가상 터치 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 카메라 1 대만을 사용하는 가상 터치 장치를 제공하기 위한 것으로서,
전자기기를 원격에서 제어하는 장치에 있어서,
이미지 센서로 구성되며 사용자 신체를 촬영하는 영상획득부와 상기 영상획득부로부터 수신한 영상을 이용하여 촬영된 눈의 동공과 포인터 또는 손가락의 크기 정보를 이용하여 상기 사용자 신체의 3차원 좌표 데이터를 산출하는 공간좌표 산출부로 구성되는 3차원 좌표 산출장치; 및
상기 3차원 좌표 산출장치로부터 수신한 제 1 공간좌표와 제 2 공간좌표를 이용하여 상기 제 1 공간좌표와 제 2 공간좌표를 연결하는 직선이 상기 전자기기와 만나는 접점 좌표 데이터를 산출하는 터치 위치 산출부와, 상기 터치 위치 산출부로부터 수신된 상기 접점 좌표 데이터에 대응되도록 설정된 동작을 수행하는 명령코드를 생성하여 상기 전자기기의 주 제어부로 입력하는 가상 터치 처리부를 포함하는 제어부로 구성되며,
카메라를 2 대 이상 설치하거나 광원을 추가하지 않고도 사용자 신체의 3 차원 좌표 데이터를 산출할 수 있는 효과가 있다.

Description

카메라 1 대를 사용하는 가상 터치 장치{Virtual touch apparatus using one camera}
본 발명은 사용자가 전자기기를 원격으로 조작하는 장치에 관한 것으로, 카메라 1 대를 사용하여 사용자 신체의 3 차원 좌표 데이터를 산출하는 가상 터치 장치에 관한 것이다.
최근 스마트폰과 같이 터치패널을 구비한 전자기기들이 많이 사용되고 있다. 이러한 터치패널 기술은 기존 마우스로 조작 가능한 컴퓨터 등 전자기기와 비교할 때 디스플레이에 '포인터'를 표시할 필요가 없다. 사용자는 전자기기 조작을 위해 포인터(컴퓨터의 커서)를 해당 위치(예, 프로그램 아이콘)까지 이동시킬 필요 없이, 손가락을 아이콘 위로 이동한 후 터치하여 동작을 수행한다. 이러한 터치패널 기술에서는 기존 전자기기 제어수단으로 필수적인 '포인터'이동 단계가 불필요하여 전자기기의 빠른 조작이 가능하다.
그러나 터치패널 기술은 위와 같은 편리성에도 불구하고 사용자가 디스플레이 표시면을 직접 터치해야하기 때문에 원격에서는 이용할 수 없다는 생래적인 단점이 있다. 따라서 터치패널 기술을 채용하는 전자기기라 하더라도 원격 조작을 위해서는 종래 리모콘과 같은 장치에 의존할 수밖에 없다.
최근 원격 전자기기 제어장치로서 터치패널 기술과 같이 정확한 지점에 포인터를 생성할 수 있는 장치, 즉 2 대의 카메라를 이용하여 디스플레이 전면을 촬영한 후 촬영된 이미지로부터 사용자의 눈과 손가락의 연장 직선이 디스플레이와 만나는 점에 포인터를 생성시키는 기술이 공개된 특허출원 [문헌 1]에 공개된 바 있으나, 전자기기 제어를 위한 예비적인 조치로 '포인터'를 반드시 생성해야 하고(포인터 제어부를 두고 있음), 그 후에 구체적인 동작제어를 위해 사용자의 제스쳐를 기존에 저장된 패턴과 비교함으로써 동작을 수행하는 점에서 매우 불편하다.
[문헌 1] 공개특허 2010-0129629 2010. 12. 9.
또한, 본 출원인의 대한민국 등록특허 10-1151692호에서 포인터를 사용하지 않는 가상 터치 장치 및 방법을 개시하고 있는 바, 이러한 포인터를 사용하지 않는 가상 터치 장치 및 방법은 마치 터치패널과 같이 디스플레이 상에서 포인터를 사용하지 않음으로써 전자기기의 신속한 조작을 가능하게 한다.
그러나 상기 등록특허 10-1151692호에서는 사용자가 원격에서 전자기기를 조작하기 위해 사용자의 신체 중에서 사용자의 눈과 손가락(또는 손가락이 파지하고 있는 포인터)의 끝의 3차원 좌표 데이터를 산출할 수 있어야 원격에서 가상 터치 조작이 가능하다. 그렇지만 상기 특허에서는 사용자 신체의 3 차원 좌표 데이터를 산출하기 위해서는 카메라가 2 대 이상이거나 별도의 광원 등의 추가 장치가 필요하다는 문제점이 있다.
본 발명은 사용자가 원격에서 전자기기를 조작할 때에도 카메라를 1 대만을 사용하고도 사용자 신체의 3 차원 좌표 데이터를 획득하는 가상 터치 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따르는 카메라를 1 대 사용하는 가상 터치 장치는,
전자기기를 원격에서 제어하는 장치에 있어서,
이미지 센서로 구성되며 사용자 신체를 촬영하는 영상획득부와 상기 영상획득부로부터 수신한 영상을 이용하여 촬영된 눈의 동공과 포인터 또는 손가락의 크기 정보를 이용하여 상기 사용자 신체의 3차원 좌표 데이터를 산출하는 공간좌표 산출부로 구성되는 3차원 좌표 산출장치; 및
상기 3차원 좌표 산출장치로부터 수신한 제 1 공간좌표와 제 2 공간좌표를 이용하여 상기 제 1 공간좌표와 제 2 공간좌표를 연결하는 직선이 상기 전자기기와 만나는 접점 좌표 데이터를 산출하는 터치 위치 산출부와, 상기 터치 위치 산출부로부터 수신된 상기 접점 좌표 데이터에 대응되도록 설정된 동작을 수행하는 명령코드를 생성하여 상기 전자기기의 주 제어부로 입력하는 가상 터치 처리부를 포함하는 제어부로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 형태에서, 상기 제 1 공간좌표는 상기 사용자 손가락 중 어느 하나 손가락의 끝, 상기 사용자가 손가락으로 파지하고 있는 포인터의 끝 중 어느 하나의 3 차원 좌표이고, 상기 제 2 공간좌표는 상기 사용자의 어느 한쪽 눈의 중심점의 3 차원 좌표로 형성되는 것을 특징으로 하는 카메라 1 대를 사용하는 가상 터치 장치.
본 발명의 다른 실시 형태에서, 상기 가상 터치 처리부는 초기 접점 좌표 데이터가 산출된 시간으로부터 설정 시간 이상 상기 접점 좌표 데이터의 변동이 있는지를 판단하여 설정시간 이상 상기 접점 좌표 데이터의 변동이 없으면 상기 접점 좌표 데이터에 대응되도록 설정된 동작을 수행하는 명령코드를 생성하여 상기 전자기기의 주 제어부로 입력하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 카메라 1 대를 사용하는 가상 터치 장치.
본 발명의 또 다른 실시 형태에서, 상기 가상 터치 처리부는 초기 접점 좌표 데이터가 산출된 시간으로부터 설정 시간 이상 상기 접점 좌표 데이터의 변동이 있는지를 판단하여 설정시간 이상 상기 접점 좌표 데이터의 변동이 없으면, 제1 공간좌표와 제2 공간좌표 사이에 설정 거리 이상의 거리 변화 발생 유무를 판단하여 설정 거리 이상의 거리 변화가 발생한 경우에는 상기 접점 좌표 데이터에 대응되도록 설정된 동작을 수행하는 명령코드를 생성하여 상기 전자기기의 주 제어부로 입력하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 카메라 1 대를 사용하는 가상 터치 장치.
본 발명에 따른 카메라 1 대를 사용하는 가상 터치 장치는 사용자 신체의 3 차원 좌표 데이터를 얻기 위해 추가적인 카메라 또는 광원 장치 등 부수적인 장치가 필요 없이도 사용자 신체의 3 차원 좌표 데이터를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가상 터치 장치 블록도.
본 발명의 다른 목적, 특성 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
본 발명에 따른 카메라 1 대를 사용하는 가상 터치 장치의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있다.
도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 가상 터치 장치를 나타낸 블록 구성도이다.
본 명세서에서 가상 터치 장치는 사용자의 손가락(또는 손가락이 파지하고 있는 포인터)의 끝(제 1 공간좌표)과 사용자의 눈(제 2 공간좌표)이 연결된 일직선이 전자기기의 표시면, 표시면의 둘레의 가상 평면 또는 전자기기의 표면과 만나는 접점 좌표 데이터를 산출한 후 상기 접점 좌표 데이터에 대응되도록 설정된 동작을 수행하는 명령코드를 생성하여 상기 전자기기의 주 제어부에 입력하여 사용자가 원하는 가상 터치 동작을 수행하는 장치로서(이하 "가상 터치 장치"), 카메라 1 대만을 사용하여 사용자 신체의 3 차원 좌표 데이터(제1 공간좌표 및 제 2 공간좌표)를 산출할 수 있는 장치를 말한다.
앞서 언급과 같이 가상 터치 장치에서 가상 터치 동작을 수행하기 위해서는 사용자의 손가락(또는 손가락이 파지하고 있는 포인터)의 끝(제1 공간좌표)과 사용자의 눈(제2 공간좌표)의 3 차원 좌표 데이터가 필수적이다.
그런데 종전의 구조광 방식, 스테레오 방식, TOF 방식 등 일반적인 3 차원 좌표 데이터를 구하는 방식에서는 카메라가 2대 이상이거나 카메라 1 대에 광원이 추가로 필요하다.
그렇지만 사용자의 동공의 지름, 포인터의 지름, 손가락의 3 D 모델링를 미리 알고 있다면 거리에 따라 달라지는 동공, 포인터, 손가락의 크기를 통해 거리를 산출할 수 있다. 사용자의 동공의 지름은 사전에 전자기기에서 설정 절차를 통하여 정할 수 있다. 또한, 포인터의 경우 포인터 제조 과정에서 포인터 전체의 길이와 지름을 정하는 방법을 사용할 수 있다. 마찬가지로 포인터의 일부의 크기(예시, 포인터에 표시되어 있는 띠 형태)와 지름을 사전에 정할 수도 있을 것이다. 손가락의 경우에는 사전적인 3D 모델링 방법에 의해 지름 이외에 부가 정보를 구할 수 있다. 3D 모델링 방법은 기존에 다양하게 존재하고, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게는 용이하게 구현이 가능하므로 이 부분에 대한 설명은 생략한다.
본 발명에 따른 카메라 1 대를 사용하는 가상 터치 장치에서 거리를 도출하는 방법의 예를 들어보면, 30 ㎝ 거리에서의 눈의 크기가 20 px 이고, 촬영된 눈의 크기와 이에 따른 거리 변화는 아래표와 같다.
촬영된 눈의 크기 거리
2.5 px 240 ㎝
5 px 120 ㎝
10 px 60 ㎝
20 px 30 ㎝
한편, 앞서 미리 정해진 포인터, 손가락의 두께에 따라 지름은 명확한 크기가 규정될 수 있으나 손가락의 크기는 손가락의 방향, 자세 등에 따라 다른 형태로 보여질 수 있어 명확한 크기를 알아내기 어렵다. 이를 해결하기 위해 손가락을 대신하여 포인터를 사용하는 것이 더 간편한 방법일 수 있다. 포인터의 경우 제조 과정에서 지름(또는 형태)를 정하는 것이므로 이에 대한 정보를 명확하게 파악할 수 있다.
손가락의 크기를 용이하게 파악하는 방법으로, 펜, 골무, 스티커, 도장 등을 손에 부착, 착용, 파지하여 스케일을 통한 거리 계측을 용이하게 도와줄 수도 있다. 뿐만 아니라 펜 또는 골무 등의 끝이 뾰족한 경우 가상 터치의 정확도를 향상시킬 수 있다. 이 때 3 차원 거리 계측은 펜 골무 등의 지름(또는 형태)가 명확한 한 곳(또는 두 곳)을 통하여 펜 끝의 X, Y 좌표를 찾아 3 차원 좌표를 생성할 수 있게 된다.
만약 펜, 골무 등의 지름(또는 형태)이 한 곳이 명확하다면 펜끝의 X, Y 좌표에 지름의 Z 좌표를 그대로 대입하면 된다. 또한 만약 펜, 골무 등의 지름(또는 형태)이 두 곳이 명확하다면 펜끝의 X, Y 좌표에 지름의 Z 좌표 두 곳을 통해 펜의 기울기를 구해내고 이를 통해 펜끝의 Z 좌표를 계산할 수 있다.
그런데 전자기기를 조작할 환경이 어두운 경우에는 눈, 손가락 또는 포인터를 인지하기 위하여 IR 광원을 비춰줄 수도 있을 것이다. 이 경우에 손가락 및 포인터에 IR 광원에 반응하는 IR 반사판, IR 잉크 등을 사용하면 해당 영역을 찾아내는데 도움을 줄 수 있다.
상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (4)

  1. 전자기기를 원격에서 제어하는 장치에 있어서,
    이미지 센서로 구성되며 사용자 신체를 촬영하는 영상획득부와 상기 영상획득부로부터 수신한 영상을 이용하여 촬영된 눈의 동공과 포인터 또는 손가락의 크기 정보를 이용하여 상기 사용자 신체의 3차원 좌표 데이터를 산출하는 공간좌표 산출부로 구성되는 3차원 좌표 산출장치; 및
    상기 3차원 좌표 산출장치로부터 수신한 제 1 공간좌표와 제 2 공간좌표를 이용하여 상기 제 1 공간좌표와 제 2 공간좌표를 연결하는 직선이 상기 전자기기와 만나는 접점 좌표 데이터를 산출하는 터치 위치 산출부와, 상기 터치 위치 산출부로부터 수신된 상기 접점 좌표 데이터에 대응되도록 설정된 동작을 수행하는 명령코드를 생성하여 상기 전자기기의 주 제어부로 입력하는 가상 터치 처리부를 포함하는 제어부로 구성되는 것을 특징으로 하는 카메라 1 대를 사용하는 가상 터치 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 공간좌표는 상기 사용자 손가락 중 어느 하나 손가락의 끝, 상기 사용자가 손가락으로 파지하고 있는 포인터의 끝 중 어느 하나의 3 차원 좌표이고, 상기 제 2 공간좌표는 상기 사용자의 어느 한쪽 눈의 중심점의 3 차원 좌표로 형성되는 것을 특징으로 하는 카메라 1 대를 사용하는 가상 터치 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 가상 터치 처리부는 초기 접점 좌표 데이터가 산출된 시간으로부터 설정 시간 이상 상기 접점 좌표 데이터의 변동이 있는지를 판단하여 설정시간 이상 상기 접점 좌표 데이터의 변동이 없으면 상기 접점 좌표 데이터에 대응되도록 설정된 동작을 수행하는 명령코드를 생성하여 상기 전자기기의 주 제어부로 입력하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 카메라 1 대를 사용하는 가상 터치 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 가상 터치 처리부는 초기 접점 좌표 데이터가 산출된 시간으로부터 설정 시간 이상 상기 접점 좌표 데이터의 변동이 있는지를 판단하여 설정시간 이상 상기 접점 좌표 데이터의 변동이 없으면, 제1 공간좌표와 제2 공간좌표 사이에 설정 거리 이상의 거리 변화 발생 유무를 판단하여 설정 거리 이상의 거리 변화가 발생한 경우에는 상기 접점 좌표 데이터에 대응되도록 설정된 동작을 수행하는 명령코드를 생성하여 상기 전자기기의 주 제어부로 입력하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 카메라 1 대를 사용하는 가상 터치 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018048043A1 (ko) * 2016-09-09 2018-03-15 주식회사 토비스 공간터치 인식방법 및 이를 이용한 공간터치 인식장치

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