KR20140133093A - 인식 장치 및 그 방법 - Google Patents

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KR20140133093A
KR20140133093A KR1020130052687A KR20130052687A KR20140133093A KR 20140133093 A KR20140133093 A KR 20140133093A KR 1020130052687 A KR1020130052687 A KR 1020130052687A KR 20130052687 A KR20130052687 A KR 20130052687A KR 20140133093 A KR20140133093 A KR 20140133093A
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정현태
신승용
신형철
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Abstract

인식 장치 및 그 방법이 개시된다. 이때, 인식 장치는 피부색 정보를 저장하는 피부색 DB, 신체의 한 부분인 피사체에 패턴광을 조사하는 패턴광 생성부, 상기 피사체로부터 반사되는 패턴광을 수광하여 상기 피사체의 패턴광 이미지를 생성하는 이미지 획득부, 그리고 상기 피부색 정보 및 상기 패턴광 이미지를 토대로 상기 피사체를 인식하는 연산부를 포함한다.

Description

인식 장치 및 그 방법{OBJECT RECOGNITION APPARATUS AND METHOD}
본 발명은 인식 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 특히, 맨손 인식을 위한 영상 처리 기술에 관한 것이다.
인간의 손은 기기 조작, 수화, 의사 표현과 같이 행위를 할 수 있는 중요한 신체 부위이다. 그동안 사용자의 손을 시스템의 자연스러운 입력 도구로 사용하기 위해서 제스처(gesture), 포스처(posture)를 인식하기 위해서 많은 연구들이 이루어져 왔다.
특히, 맨손이 주는 편안함과 자유로움 때문에 맨손을 인식하기 위한 연구들도 최근 많이 연구되어 왔다.
손을 인식하는 방법으로는 데이터 글러브와 같은 장치를 이용하거나, 카메라를 이용하는 방법이 있다.
이때, 카메라를 이용하여 영상 처리를 하는 경우, 손과 배경을 분리하기 위한 방법으로 피부색을 이용하거나 안정적인 성능을 얻기 위해서 카메라가 잘 인식할 수 있는 색상의 장갑을 끼는 경우가 있다.
사용자의 편의성을 위해서 손에 부가적인 것을 더하지 않은 맨손을 인식하기 위한 노력들이 많으며, 피부색을 이용한 맨손 인식 연구들이 있다.
피부색을 이용한 카메라 기반의 맨손 인식 방식은 빠른 영상 처리의 장점으로 많이 사용되고 있다. 그러나, 주변의 조명에 따른 피부색의 부분 또는 전체적인 변화로 인하여 인식률이 저하되는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 패턴광 이미지와 피부 색상 정보를 이용하는 인식 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 특징에 따르면, 인식 장치가 개시된다. 인식 장치는 피부색 정보를 저장하는 피부색 DB, 신체의 한 부분인 피사체에 패턴광을 조사하는 패턴광 생성부, 상기 피사체로부터 반사되는 패턴광을 수광하여 상기 피사체의 패턴광 이미지를 생성하는 이미지 획득부, 그리고 상기 피부색 정보 및 상기 패턴광 이미지를 토대로 상기 피사체를 인식하는 연산부를 포함한다.
상기 이미지 획득부는,
상기 피사체로부터 반사되는 가시광을 수광하여 상기 피사체의 가시광 이미지를 더 생성하며,
상기 연산부는,
상기 패턴광 이미지로부터 상기 피사체의 특징점을 추출하고, 상기 특징점을 상기 가시광 이미지에 매핑시키며, 상기 피부색 정보를 참조하여 상기 특징점이 매핑된 상기 가시광 이미지에서 상기 피사체의 영역을 추출하여 상기 피사체를 인식할 수 있다.
상기 패턴광 생성부는,
광을 출력하는 광원, 그리고 상기 광원으로부터 입력받은 광을 패턴광으로 생성하고, 상기 패턴광을 상기 피사체에 조사하는 패턴 생성 소자를 포함할 수 있다.
상기 패턴 생성 소자는,
상기 피사체에 발광면 중 패턴 형태의 일정 부분들의 발광이 차단된 패턴광을 생성하는 회절 광학 소자(DOE: Diffractive Optical Element)를 적어도 하나 이상 포함할 수 있다.
상기 이미지 획득부는,
상기 피사체에서 반사되는 광을 수광하여 상기 패턴광 및 상기 가시광으로 분리하는 빔 스플리터, 상기 빔 스플리터에서 분리된 패턴광을 센싱하여 상기 패턴광 이미지를 생성하는 제1 이미지 센서 그리고 상기 빔 스플리터에서 분리된 가시광을 센싱하여 상기 가시광 이미지를 생성하는 제2 이미지 센서를 포함할 수 있다.
상기 이미지 획득부는,
상기 피사체에서 반사되는 광 중에서 상기 패턴광을 통과시키는 제1 필터, 상기 제1 필터를 통과한 상기 패턴광을 센싱하여 상기 패턴광 이미지를 생성하는 제1 이미지 센서, 상기 피사체에서 반사되는 광 중에서 상기 가시광을 통과시키는 제2 필터, 그리고 상기 제2 필터를 통과한 상기 가시광을 센싱하여 상기 가시광 이미지를 생성하는 제2 이미지 센서를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 인식 방법은 인식 장치가 신체의 한 부분인 피사체에 패턴광을 조사하는 단계, 그리고 상기 피사체로부터 반사되는 패턴광을 수광하여 생성된 패턴광 이미지 및 기 저장된 피부색 정보를 토대로 상기 피사체를 인식하는 단계를 포함한다.
상기 인식하는 단계는,
상기 피사체로부터 반사되는 가시광을 수광하여 생성된 가시광 이미지, 상기 패턴광 이미지 및 상기 피부색 정보를 토대로 상기 피사체를 인식할 수 있다.
상기 인식하는 단계는,
상기 패턴광 이미지에서 패턴이 왜곡된 부분을 검출하는 단계, 검출된 패턴의 시작과 끝점을 토대로 상기 피사체의 특징점을 추출하는 단계, 상기 특징점을 통해 상기 패턴광 이미지 상에서 피사체의 위치 및 피사체의 형태를 검출하는 단계, 상기 특징점을 상기 가시광 이미지에 매핑시키는 단계, 그리고 상기 특징점을 기준으로 하고, 상기 피부색 정보를 참조하여 상기 가시광 이미지 상에서 정밀한 상기 피사체의 영역을 추출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 인식하는 단계 이전에
상기 피사체로부터 반사되는 광을 상기 패턴광 및 상기 가시광으로 각각 분리하는 단계, 상기 패턴광을 센싱하여 상기 패턴광 이미지를 생성하는 단계, 그리고 상기 가시광을 센싱하여 상기 가시광 이미지를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 인식하는 단계 이전에
상기 피사체로부터 반사되는 광을 수광하는 단계, 수광하는 광중에서 상기 패턴광을 필터링하여 상기 패턴광 이미지를 생성하는 단계, 그리고 수광하는 광중에서 상기 가시광을 필터링하여 상기 가시광 이미지를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 패턴광 이미지 및 피부색을 이용하여 맨손 인식을 위한 영상 처리를 하므로, 가시광 이미지로부터 피부색만을 이용하던 종래와 달리 주변 조명에 의한 손 인식률 저하를 개선할 수 있다.
또한, 주변 조명에 의해서 손의 피부색이 전체 또는 부분적으로 변할때 능동적으로 피부색을 검출할 수 있기 때문에 종래보다 안정적인 맨손 인식이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 인식 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 인식 장치의 적용예이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 인식 장치의 적용예이다.
도 4는 도 1의 패턴광 생성부의 세부 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 가시광 이미지를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 패턴광 이미지를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 이미지 획득부의 세부 구성도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 획득부의 세부 구성도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 패턴 추출 예시도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 특징점 추출 예시도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 피사체 영역의 추출 예시도이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 인식 방법을 나타낸 순서도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이제, 본 발명의 실시예에 따른 인식 장치 그 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 인식 장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 인식 장치의 적용예이며, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 인식 장치의 적용예이고, 도 4는 도 1의 패턴광 생성부의 세부 구성도이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 가시광 이미지를 나타내고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 패턴광 이미지를 나타내며, 도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 이미지 획득부의 세부 구성도이고, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 획득부의 세부 구성도이며, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 패턴 추출 예시도이고, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 특징점 추출 예시도이며, 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 피사체 영역의 추출 예시도이다.
먼저, 도 1을 참조하면, 인식 장치(100)는 피사체(200)의 이미지를 획득하여 영상 처리함으로써 피사체(200)를 인식한다.
이때, 피사체(200)는 신체의 한 부분으로서, 한 실시예에 따르면, 피사체(200)는 신체의 한 부분인 손에 부가적인 것을 더하지 않은 맨손(bare hands)을 포함한다.
인식 장치(100)는 도 2와 같이, 테이블 고정형 프로젝션 시스템(300)에 적용될 수 있다.
또한, 인식 장치(200)는 도 3과 같이, 안경(400)에 적용될 수 있다.
다시, 도 1을 참조하면, 인식 장치(100)는 패턴광 생성부(110), 이미지 획득부(130), 연산부(150) 및 피부색 DB(170)를 포함한다.
패턴광 생성부(110)는 패턴광 이미지를 생성하기 위한 패턴광을 발광한다. 여기서, 패턴광은 광의 회절, 굴절 등의 원리를 이용하여 생성된 특정 이미지 패턴을 가지게 생성된 광을 의미한다.
패턴광 생성부(110)는 도 4와 같이 구현된다.
도 4를 참조하면, 패턴광 생성부(110)는 광원(111) 및 패턴 생성 소자(113)를 포함한다.
여기서, 광원(111)은 광을 출력하는데, 적외선과 같은 인비저블(invisible) 광을 출력한다. 이러한 광원(111)은 LED(Light Emitting Diode), LD(laser diode) 등을 포함할 수 있다.
패턴 생성 소자(113)는 광원(111)으로부터 입력받은 광을 패턴광으로 생성하여 피사체(200)에 조사한다.
패턴 생성 소자(113)는 광학소자로서, 하나의 실시예에 따르면, 회절 광학 소자(DOE: Diffractive Optical Element)를 포함할 수 있다.
이미지 획득부(130)는 피사체(200)로부터 반사되는 가시광을 수광하여 도 5와 같은 가시광 이미지를 생성한다.
또한, 이미지 획득부(130)는 피사체(200)로부터 반사되는 패턴광을 수광하여 도 6과 같은 패턴광 이미지를 생성한다.
이때, 하나의 실시예에 따르면, 이미지 획득부(130)는 도 7와 같이 구현될 수 있다.
도 7을 참조하면, 이미지 획득부(130)는 빔 스플리터(beam splitter)(131), 제1 이미지 센서(132) 및 제2 이미지 센서(133)를 포함한다.
빔 스플리터(131)는 피사체(200)에서 반사되는 광을 수광하여 패턴광 및 가시광으로 분리한다.
제1 이미지 센서(132)는 빔 스플리터(131)에서 분리된 패턴광을 센싱하여 패턴광 이미지를 생성한다.
제2 이미지 센서(133)는 빔 스플리터(131)에서 분리된 가시광을 센싱하여 가시광 이미지를 생성한다.
또한, 다른 실시예에 따르면, 이미지 획득부(130)는 도 8과 같이 구현될 수 있다.
도 8을 참조하면, 이미지 획득부(130)는 제1 필터(134), 제1 이미지 센서(135), 제2 필터(136) 및 제2 이미지 센서(137)를 포함한다.
제1 필터(134)는 피사체(200)에서 반사되는 광 중에서 패턴광을 통과시킨다.
제1 이미지 센서(135)는 제1 필터(134)를 통과한 패턴광을 센싱하여 패턴광 이미지를 생성한다.
제2 필터(136)는 피사체(200)에서 반사되는 광 중에서 가시광을 통과시킨다.
제2 이미지 센서(137)는 제2 필터(136)를 통과한 가시광을 센싱하여 가시광 이미지를 생성한다.
제1 필터(134) 및 제2 필터(136)는 특정 파장을 차단하거나 또는 특정 파장만을 통과시키는 필터일 수 있다.
도 7 및 도 8에서 제1 이미지 센서(132, 135)와, 제2 이미지 센서(133, 137)는 수광된 광 신호를 전기적 신호로 변환하여 이미지 신호로 출력한다. 예컨대 CCD(Charged Coupled Device) 또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 를 포함할 수 있다.
연산부(150)는 이미지 획득부(130)로부터 전달받은 가시광 이미지 및 패턴광 이미지, 패부색 DB(150)에 저장된 피부색 정보를 토대로 피사체(200)를 인식한다.
연산부(150)는 도 6의 패턴광 이미지에서 피사체 즉 손에 의해 왜곡이 생긴 부분을 검출하여 패턴광 이미지 상에서 손의 위치 및 대략적인 손의 형태를 나타내는 패턴을 추출하는데, 도 9와 같다. 이처럼, 검출된 패턴으로부터 패턴의 시작점 및 끝점을 위주로 복수의 특징점(500)을 추출하는데, 도 10과 같다.
연산부(150)는 추출한 복수의 특징점(500)을 각각 도 5의 가시광 이미지에 에 매핑시킨 상태에서 피부색 정보를 참조하여 도 11과 같이, 영역을 확장해가면서 손의 영역을 정밀하게 추출한다. 즉, 특징점(500)을 기준으로 피부색 정보를 참조하여 가시광 이미지 상에서 손 영역과 손이 아닌 영역을 구분하여 손 영역을 확장해나감으로써, 맨손을 인식할 수 있다.
전술한 내용을 토대로, 피사체 인식의 일련의 과정을 설명하면 다음과 같다. 이때, 도 1 내지 도 11에서 설명한 구성 요소와 동일한 도면부호를 사용한다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 인식 방법을 나타낸 순서도이다.
도 12를 참조하면, 패턴광 생성부(110)는 피사체(200)에 패턴광을 조사한다(S101).
이미지 획득부(130)는 피사체(200)로부터 반사되는 패턴광 및 가시광을 각각 수광(S103)하여 패턴광 이미지 및 가시광 이미지를 생성한다(S105, S107)
이때, S103 단계는 도 7에서 설명한 것처럼, 수광되는 광을 빔 스플리터(131)를 통해 패턴광 및 가시광을 분리시키는 단계를 포함할 수 있다.
또한, S103 단계는 도 8에서 설명한 것처럼, 수광되는 광을 제1 필터(134) 및 제2 필터(136)를 통해 각각 패턴광 및 가시광을 필터링하는 단계를 포함할 수 있다.
연산부(150)는 S105 단계에서 생성한 패턴광 이미지로부터 손의 위치 및 대략적인 손의 형태를 나타내는 패턴 및 특징점(도 10의 300)을 추출한다(S109).
연산부(150)는 S109 단계에서 추출한 특징점을 S107 단계에서 생성한 가시광 이미지에 매핑시킨다(S111).
연산부(150)는 특징점이 매핑된 가시광 이미지 상에서 피부색 정보를 참조하여 손 영역을 검출한다(S113).
본 발명의 실시예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (11)

  1. 피부색 정보를 저장하는 피부색 DB,
    신체의 한 부분인 피사체에 패턴광을 조사하는 패턴광 생성부,
    상기 피사체로부터 반사되는 패턴광을 수광하여 상기 피사체의 패턴광 이미지를 생성하는 이미지 획득부, 그리고
    상기 피부색 정보 및 상기 패턴광 이미지를 토대로 상기 피사체를 인식하는 연산부
    를 포함하는 인식 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이미지 획득부는,
    상기 피사체로부터 반사되는 가시광을 수광하여 상기 피사체의 가시광 이미지를 더 생성하며,
    상기 연산부는,
    상기 패턴광 이미지로부터 상기 피사체의 특징점을 추출하고, 상기 특징점을 상기 가시광 이미지에 매핑시키며, 상기 피부색 정보를 참조하여 상기 특징점이 매핑된 상기 가시광 이미지에서 상기 피사체의 영역을 추출하여 상기 피사체를 인식하는 인식 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 패턴광 생성부는,
    광을 출력하는 광원, 그리고
    상기 광원으로부터 입력받은 광을 패턴광으로 생성하고, 상기 패턴광을 상기 피사체에 조사하는 패턴 생성 소자
    를 포함하는 인식 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 패턴 생성 소자는,
    상기 피사체에 발광면 중 패턴 형태의 일정 부분들의 발광이 차단된 패턴광을 생성하는 회절 광학 소자(DOE: Diffractive Optical Element)를 적어도 하나 이상 포함하는 인식 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 이미지 획득부는,
    상기 피사체에서 반사되는 광을 수광하여 상기 패턴광 및 상기 가시광으로 분리하는 빔 스플리터,
    상기 빔 스플리터에서 분리된 패턴광을 센싱하여 상기 패턴광 이미지를 생성하는 제1 이미지 센서 그리고
    상기 빔 스플리터에서 분리된 가시광을 센싱하여 상기 가시광 이미지를 생성하는 제2 이미지 센서
    를 포함하는 인식 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 이미지 획득부는,
    상기 피사체에서 반사되는 광 중에서 상기 패턴광을 통과시키는 제1 필터,
    상기 제1 필터를 통과한 상기 패턴광을 센싱하여 상기 패턴광 이미지를 생성하는 제1 이미지 센서,
    상기 피사체에서 반사되는 광 중에서 상기 가시광을 통과시키는 제2 필터, 그리고
    상기 제2 필터를 통과한 상기 가시광을 센싱하여 상기 가시광 이미지를 생성하는 제2 이미지 센서
    를 포함하는 인식 장치.
  7. 인식 장치가 신체의 한 부분인 피사체에 패턴광을 조사하는 단계, 그리고
    상기 피사체로부터 반사되는 패턴광을 수광하여 생성된 패턴광 이미지 및 기 저장된 피부색 정보를 토대로 상기 피사체를 인식하는 단계
    를 포함하는 인식 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 인식하는 단계는,
    상기 피사체로부터 반사되는 가시광을 수광하여 생성된 가시광 이미지, 상기 패턴광 이미지 및 상기 피부색 정보를 토대로 상기 피사체를 인식하는 인식 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 인식하는 단계는,
    상기 패턴광 이미지에서 패턴이 왜곡된 부분을 검출하는 단계,
    검출된 패턴의 시작과 끝점을 토대로 상기 피사체의 특징점을 추출하는 단계,
    상기 특징점을 통해 상기 패턴광 이미지 상에서 피사체의 위치 및 피사체의 형태를 검출하는 단계,
    상기 특징점을 상기 가시광 이미지에 매핑시키는 단계, 그리고
    상기 특징점을 기준으로 하고, 상기 피부색 정보를 참조하여 상기 가시광 이미지 상에서 정밀한 상기 피사체의 영역을 추출하는 단계
    를 포함하는 인식 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 인식하는 단계 이전에
    상기 피사체로부터 반사되는 광을 상기 패턴광 및 상기 가시광으로 각각 분리하는 단계,
    상기 패턴광을 센싱하여 상기 패턴광 이미지를 생성하는 단계, 그리고
    상기 가시광을 센싱하여 상기 가시광 이미지를 생성하는 단계
    를 더 포함하는 인식 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 인식하는 단계 이전에
    상기 피사체로부터 반사되는 광을 수광하는 단계,
    수광하는 광중에서 상기 패턴광을 필터링하여 상기 패턴광 이미지를 생성하는 단계, 그리고
    수광하는 광중에서 상기 가시광을 필터링하여 상기 가시광 이미지를 생성하는 단계
    를 더 포함하는 인식 방법.
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