KR20160047702A - 3차원 자세측정시스템 및 이를 이용한 자세측정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 신체의 자세를 입체적으로 분석할 수 있도록 함으로써 자세의 교정과 재활에 활용될 수 있는 3차원 자세측정시스템에 관한 것으로, 이용자의 신체에 상호 간에 이격 배치되도록 부착되는 세 개 이상의 마커, 이용자의 신체 및 마커의 광학적인 이미지를 촬영하는 촬영부, 상기 촬영부로부터의 영상정보를 통하여 마커의 좌표를 추출하고 마커 간의 배치관계에 따라 이용자의 자세에 대한 3축의 회전량을 분석하는 분석부를 포함하는 3차원 자세측정시스템을 제공한다. 따라서, 한 번의 2차원적 촬영을 통하여 신체에 대한 자세의 입체적인 분석이 가능하다.

Description

3차원 자세측정시스템 및 이를 이용한 자세측정방법{MEASURING METHOD AND SYSTEM FOR 3-DIMENSIONAL POSITION OF HUMAN BODY}

본 발명은 영상처리분야에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 신체의 자세를 입체적으로 분석할 수 있도록 하고 자세의 교정과 재활에 활용될 수 있는 3차원 자세측정시스템 및 이를 이용한 자세측정방법에 관한 것이다.

영상측정 및 처리란, 비디오 카메라로부터 입력된 영상에서 물체와 배경을 분리하는 등의 소정 정보의 추출 과정을 통하여 물체의 형태, 영역 또는 자세를 파악하는 것을 말한다.

이러한 영상측정 및 처리의 결과물은 컴퓨터 그래픽 영상으로 구현되며 기존 이미지를 합성하거나 새로운 영상을 만들거나 자세를 교정하는 등의 다양한 분야에 활용된다.

대표적인 영상의 측정 및 처리방식으로서 크로마키(Chroma Key) 방식이 있는데 일기예보에서 아나운서가 그래픽 화면 앞에서 날씨를 설명하고 그 배경으로 소정의 영상을 합성할 수 있도록 하는 경우에 활용된다.

이러한 영상의 측정 및 처리방식과 관련하여 공개특허 제10-2004-0080293호가 실시간 물체추출 시스템 및 방법을 개시하고 있다.

도 1은 종래의 물체추출 시스템 및 방법을 나타내는 사시도이다.

소정의 반사체(10)로 이루어진 배경 앞에 물체나 사람(40)이 위치하고, 이러한 상태에서 카메라가 반사되는 가시광 또는 적외선을 촬영하여 영상정보를 획득한다.

이렇게 촬영된 영상정보는 배경과 분리되어 소정의 이미지 합성에 이용될 수 있다.

그런데, 종래기술과 같은 경우 인체의 이미지를 정확하게 추출하는 데 한계가 있을 뿐만 아니라 자세를 정확하게 분석하는 데에는 어려움이 있다.

이를 해결하기 위하여 최근에는 인체의 관절 부위 등에 마커(marker)를 부착한 상태에서 마커의 움직임을 벡터 방식으로 추적하여 신체의 자세나 움직임을 추적하는 방식이 활용되기도 한다.

그러나 종래기술의 방식들은 사실상 2차원적인 영상의 획득에 그쳐 신체가 3축 방향으로 움직이거나 소정 부위가 뒤틀린 상태에 대한 감지에 대한 한계가 있고, 특히 자세교정 및 재활 분야에서는 활용되기 어려운 문제가 있다.

종래기술의 촬영방식을 변화되는 위치에 따라 반복적으로 적용함으로써 이를 해결하는 경우가 고려될 수 있는데, 이 경우 사람이나 배경 또는 카메라가 움직이는 과정에서 균일한 자세에 대한 다양한 정보를 획득하는 데 어려움이 있다.

또한, 입체적인 영상의 측정의 방식으로 두 개 이상의 카메라의 화각을 교차 배치하여 3차원적인 정보를 획득하는 방식이 일부 사용되기도 하나, 이 경우 추가적인 장비에 따른 비용과 공간적인 손실의 문제와 복잡한 알고리즘이 적용되어야 하는 문제를 가진다.

본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 단순한 구조를 가지고 반복적인 측정이 수행되지 않도록 하면서도 입체적인 신체의 정보를 효과적으로 획득하고 분석할 수 있는 3차원 자세측정시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 이용자의 신체에 상호 간에 이격 배치되도록 부착되는 세 개 이상의 마커, 이용자의 신체 및 마커의 광학적인 이미지를 촬영하는 촬영부, 상기 촬영부로부터의 영상정보를 통하여 마커의 좌표를 추출하고 마커 간의 배치관계에 따라 이용자의 자세에 대한 3축의 회전량을 분석하는 분석부를 포함하는 3차원 자세측정시스템을 제공한다. 따라서, 한 번의 2차원적 촬영을 통하여 신체에 대한 자세의 입체적인 분석이 가능하다.

일실시예로서, 상기 마커는 세 개가 삼각 형태로 배열될 수 있다.

상기 분석부는, 각각의 마커에 대응되는 복수의 포인트의 좌표의 기준모델에 대한 변화를 통하여 3개의 축에 대한 회전량을 산출하고 이를 통하여 자세의 뒤틀림을 분석할 수 있다.

바람직하게는, 상기 마커는, 양 어깨측의 전면에 부착되는 제1마커와 제2마커 및 상기 제1마커 및 제2마커의 배열의 하측에 배치되는 제3마커로 이루어지고 양측으로 대칭된 형태의 역삼각형의 꼭지점을 형성할 수 있다.

또한, 상기 마커는 정삼각형의 꼭지점을 이룰 수 있다. 따라서, 각 꼭지점을 연결하는 변의 길이의 변화를 통하여 공간적인 변화량의 확인이 가능하다.

상기 기준모델은, 폭방향이 x축으로 정의되고 높이방향이 y축으로 정의되며 전후방향이 z축으로 정의된 상태에서 x축에 대한 회전량이 90도, y축에 대한 회전량이 0도 및 z축에 대한 회전량이 0도인 상태로 실제 측정된 측정모델의 각각의 축에 대한 회전량이 산출되는 것이 바람직하다.

상기 분석부는, 촬영부로부터의 신체 및 마커에 대한 이미지를 데이터화하여 저장하는 영상획득부와, 상기 영상획득부의 RGB이미지를 YCbCr로서 색좌표공간으로 변환하는 변환부와, 상기 색좌표공간에 변환된 마커의 이미지를 신체 및 배경으로부터 분리 인식하는 인식부를 포함할 수 있다. 따라서, 마커의 인식의 오차 가능성이 제거될 수 있다.

한편, 상기 자세측정시스템을 이용한 자세분석방법은, 이용자의 촬영부를 바라보는 전면으로 세 개 이상의 마커가 상호 이격되어 부착되는 단계, 촬영부를 통하여 이용자의 신체 및 마커에 대한 촬영이 이루어지는 단계, 분석부를 통하여 상기 마커에 대한 각 포인트의 좌표가 추출되고, 기준모델에 대한 3축에 대한 회전의 정도가 산출되는 단계를 포함할 수 있다.

상기 산출되는 단계 이후에, 출력부에서 신체의 이미지와 기준신체데이에 대한 이용자의 신체에 대한 뒤틀림의 정도가 3축에 대한 각도로서 표시될 수 있다.

상기 산출되는 단계 이후에, 이용자의 뒤틀림 부위에 대한 교정이 이루어지고 마커의 부착 및 촬영이 반복되는 것이 바람직하다. 이를 통하여 지속적인 교정과정의 추적이 가능하며 효과적인 교정방식이 적용될 수 있다.

본 발명에 따르면, 인체에 대한 평면상의 한 번의 촬영만으로도 입체적인 위치관계와 뒤틀림 부위 및 정도의 정확한 분석이 가능하여 신체의 교정을 보다 효율적으로 수행할 수 있다.

특히, 사람을 대상으로 촬영을 수행하면서 시간이 길어지거나 반복 촬영이 이루어지는 경우의 자세 변화에 의한 오차율을 극히 저감할 수 있어 분석의 신뢰성은 종래에 비하여 현저하게 향상될 수 있고, 복수의 마커의 배치가 효율적이면서도 이미지상에서 이의 분리 및 분석이 용이하게 이루어질 수 있다.

도 1은 종래기술의 물체추출 시스템을 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 3차원 자세측정시스템의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 3차원 자세측정시스템에서 마커의 배치에 대한 실시예를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 3차원 자세측정시스템에서 기준모형의 실시예를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 3의 실시예에 따라 각 축에 대한 회전에 의한 측정모델의 변화를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 개념에 따른 3차원 자세측정시스템을 나타내는 블록도이다.
도 7은 본 발명에 따른 3차원 자세측정방법을 나타내는 순서도이다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 3차원 자세측정시스템 및 이를 이용하는 자세측정방법을 더욱 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 3차원 자세측정시스템의 모식도이다.

본 발명은 기본적으로 이용자의 신체 전면에 상호 간에 이격 배치되는 세 개 이상의 마커와, 이용자의 신체 및 마커의 광학적인 이미지를 촬영하는 촬영부와, 상기 촬영부로부터의 영상정보를 통하여 마커의 좌표를 추출하고 마커 간의 배치관계에 따라 이용자의 자세에 대한 3축의 회전량을 분석하는 분석부를 포함하여 이루어질 수 있다.

마커(100)는 이용자와 광학적으로 구별될 수 있는 재질이나 색상으로 이루어질 수 있으며 이용자의 신체의 소정의 부위에 부착되고, 촬영부에 의하여 획득된 마커의 이미지가 후술될 바와 같이 분석부(220)에 의하여 이용자의 자세에 대한 분석을 위한 데이터로 활용될 수 있다.

상기 마커(100)의 재질, 색상, 형상 및 크기는 선택적으로 이루어질 수 있다. 다만, 분석부(220)에 의한 마커(100)의 이미지에 대한 좌표의 추출시 이용자의 의상이나 신체의 색상에 구별될 수 있도록 구별될 수 있는 색도 및/또는 채도로 이루어질 수 있다. 또한, 광의 흡수율에 비하여 반사율이 높은 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 개념에서는 마커(100)의 이미지에 대한 위치 값은 물론 상관관계에 의한 회전량을 산출할 필요성이 있기 때문에 상기 마커(100)는 인체에 비하여 비교적 작은 크기로 이루어질 수 있고, 회전관계를 고려하여 원형보다는 다각형으로 이루어지는 것이 더욱 바람직하다. 본 발명의 바람직한 실시예로서 상기 마커(100)는 평평한 정사각 형태로 이루어지는 예가 도시된다.

종래기술에서 마커를 활용하는 경우 단순히 마커의 위치만이 중요시되기 때문에 소정의 도트(dot) 형태를 가지니 마커의 배치만이 의미를 가졌으나 본 발명에서는 마커들의 상관관계를 통하여 회전량 즉, 신체의 자세의 변화에 대한 틀어짐의 정도를 측정하기 때문에 상기 마커의 형상이 의미를 가질 수도 있음에 유의하여야 한다.

촬영부(210)는 이용자의 신체와 마커(100)를 광학적으로 측정할 수 있는 장비라면 다양한 영상입력수단이 선택적으로 사용될 수 있다. 본 발명의 개념은 기본적으로 가시광선을 감지하여 이를 영상 분석하기 때문에 디지털카메라나, cctv 또는 ccd카메라가 적용될 수 있으나 적외선카메라가 배제되는 것은 아니다. 본 발명의 개념에서 '광'은 다양한 파장을 가진 전자기파로 이해됨에 유의한다.

분석부(220)는 상기 촬영부(210)로부터 감지되어 입력된 이용자의 신체와 마커에 대한 이미지를 수신하여 이를 통하여 마커의 이미지를 추출하고, 이를 통하여 마커의 좌표를 설정하고, 상기 설정된 좌표를 통하여 3축의 회전량을 산출한 이후에, 신체의 자세에 대한 틀어짐 내지는 비정형성과 그 정도를 분석하여 출력할 수 있도록 한다.

본 발명의 개념에서는 한 번의 촬영만으로도 신체의 자세에 대한 3차원적인 분석이 가능하도록 작동되기 때문에 마커(100)들은 이용자의 위치상태에서 촬영부(210)를 바라보는 전면을 지향하도록 배치되는 것이 바람직하다. 이때, 상기 마커(100)들은 세 개 이상으로 이루어지는데 좌우 대칭된 형태로 배치되는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 여기서, 세 개 이상이라 함은 각각의 마커들의 위치를 연결할 때 복수의 변(邊)이 형성되는 조건을 말한다. 즉, 최소한 상기 세 개 이상의 마커(100)들은 하나의 직선 안에 배치되지 않는 것이 바람직하다.

상기 촬영부(210)에 의한 이미지의 획득의 용이성을 고려하여 이용자가 위치하는 부위에는 지지부(230)가 배치되는 것이 바람직하다. 이러한 지지부(230)는 소정의 발판을 의미할 수 있는데, 영상 분석시의 용이성을 고려하여 이용자의 위치에서 소정의 배경을 제공하는 것이 더 바람직하다. 따라서, 도시사항과 같이 지지부(230)는 발판 및/또는 이용자의 배경을 이루도록 소정의 구조물을 형성하게 된다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마커의 배치관계를 설명하기 위한 사시도이다.

신체에 대한 특정 위치의 위치관계와 회전관계의 산출을 고려하여 마커(100)가 세 개 이상 이용자의 신체 전면에 배치되는데, 바람직한 실시예로서 세 개의 마커(100)가 삼각 형태로 배치되는 경우를 설명한다.

이용자의 전면을 기준으로 자세의 뒤틀림은 주로 어깨의 상하 및/또는 전후의 틀어짐과 골반의 상하 및/또는 전후의 틀어짐을 주로 측정할 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

도시된 실시예에서는 양측 어깨 부위에 흉부에 마커(100)가 배치되는데, 구체적으로 오른쪽 어깨 부위에 인접하여 제1마커(101)와 왼쪽 어깨 부위에 인접하여 제2마커(102)가 배치되고, 상기 제1마커(101) 및 제2마커(102)의 배치의 하측 중심측에 제3마커(103)가 배치되어 역삼각 형태를 구성할 수 있다.

이러한 역삼각형은 정삼각형태가 제안될 수 있다. 이러한 경우 기준모델에 대한 설정 및 대비가 용이한 이점이 있으나, 하방으로 긴 형태의 이등변 삼각형의 경우도 고려될 수 있을 것이다. 본 실시예에서는 주로 좌우의 신체에 대한 비대칭 형태를 분석하는데 주안을 두므로 다각 형태로 이루어지는 경우 좌우 대칭되게 마커(100)들이 배치되는 것이 바람직하다.

이와 같은 실시예와 대비하여 예를 들어, 골반의 틀어짐을 확인하는 경우 양 골반 부위에 제1마커(101) 및 제2마커(102)가 구비되고 흉부측에 제3마커(103)가 배치되는 경우도 고려해볼 수 있다. 또한, 양측 어깨와 골반의 양측 부위에 네 개 이상의 마커가 배치되는 또 다른 실시예의 경우도 고려할 수 있다. 이러한 마커의 배치는 다양한 경우에 따라 유연하게 적용될 수 있을 것이며, 경우에 따라 측면의 자세를 분석하고자 하는 경우는 좌우 대칭이 이루어지지 않을 수도 있다.

도 4는 도 3의 실시예에 따라 촬영된 마커 이미지에 대한 기준모델을 나타내는 도면이다.

상기 실시예와 같은 형태로 마커(100)들이 배치되고 촬영부(210)에 의하여 이미지의 획득이 완료되면, 이미지에 대해 마커를 추출하고 좌표를 분석하여 회전관계를 산출하게 된다.

기준모델은 후술될 바와 같이 실제 측정된 값과의 비교를 통하여 각 부위의 회전량을 산출하는데 기준이 되는 값으로 작용할 수 있다. 이때, 상기 기준모델은 분석부(220)에 미리 설정된 형태거나 각 촬영시 이용자들에 개별화되어 모델링된 모델일 수 있다.

이러한 기준모델은 제1마커(101)의 촬영된 이미지에 대응되는 제1포인트(301)와, 제2마커(102)에 대응되는 제2포인트(302)와, 제3마커(103)에 대응되는 제3포인트(303)로 이루어질 수 있다.

분석부(220)는 상기된 마커의 이미지를 통하여 각각의 포인트에 대한 좌표를 결정하고, 각 마커의 좌표와 거리관계 즉, 변의 길이가 회전량을 산출하는 요소가 된다.

설명의 편의상 각 변들이 도시되어 있으나, 각 포인트를 연결하는 변들은 도식화된 가상의 선일 수 있으며, 각 포인트 사이의 직선 거리를 의미할 수 있다.

상기 변들은, 본 발명의 바람직한 실시예에서 제1포인트(301)와 제2포인트(302)를 연결하는 제1변(311)과, 제2포인트(302)와 제3포인트(303)를 연결하는 제2변(312)과, 제3포인트(303)와 제1포인트(301)를 연결하는 제3변(313)으로 볼 수 있다.

상기된 포인트 및 변들에 의하여 소정의 평면이 구현될 수 있는데, 본 발명에서는 평면상의 이미지를 통하여 입체적 즉, 전후방향의 관계를 산출할 수 있도록 기준모델과 검출된 이미지의 관계에 대한 분석이 필요하다.

이를 위하여, 좌표관계가 먼저 설정될 수 있고, 이러한 좌표관계는 예를 들어, 제1변(311)에 평행한 x축과, 평면상 제1변(311)에 수직한 y축과, 상기 평면에 대해 법선방향으로 형성되는 z축으로 이루어질 수 있다.

이러한 기준모델을 기준으로 하여 회전관계의 분석을 위한 알고리즘을 더욱 구체적으로 살펴보도록 한다.

도 5는 도 3의 실시예에 따라 각 축에 대한 회전에 의한 측정모델의 변화를 나타내는 도면이다.

도 5의 (a)는 기준모델을 나타내며, (b) 내지 (d)는 설명의 편의성을 위하여 어느 하나의 축에 대한 각각의 회전된 경우의 측정모델을 나타낸다.

또한, 편의상 상기 제1포인트(301), 제2포인트(302) 및 제3포인트(303)는 기준모델에서 상호 간 등간격으로 배치되는 경우로 나타내도록 한다.

도 5의 (b)에서는 (a)의 기준모델에 대해 x축을 중심으로 대략 30도 정도 전방으로 회전된 상태를 나타낸다.

여기서, x축에 대한 회전량을 산출하기 위한 식은 아래와 같다.

여기서, y3 및 y2는 각각 제3포인트(303)와 제2포인트(302)의 y축에 대한 좌표를 의미하며 이의 차이는 도시상태를 기준으로 높이를 나타낸다. 또한, z3 및 z2는 각각 제3포인트(303)와 제2포인트(302)의 z축에 대한 좌표를 의미하며 이의 차이는 깊이를 나타낸다. 이렇게 산출된 각도는 degree로 변환되어 나타날 수 있다.

(a)의 기준모델에서 x축에 대한 회전량 산출 기준값은 90도로 설정될 수 있다.

도 5의 (c)에서는 (a)의 기준모델에 대해 y축을 중심으로 대략 30도 정도 전방으로 회전된 상태를 나타낸다.

여기서, y축에 대한 회전량을 산출하기 위한 식은 아래와 같다.

여기서, z2 및 z1은 각각 제2포인트(302)와 제1포인트(301)의 z축에 대한 좌표를 의미하며 이의 차이는 도시상태를 기준으로 깊이를 나타낸다. 또한, x2 및 x1은 각각 제2포인트(302)와 제1포인트(301)의 x축에 대한 좌표를 의미하며 이의 차이는 폭을 나타낸다. 이렇게 산출된 각도는 degree로 변환되어 나타날 수 있다.

(a)의 기준모델에서 y축에 대한 회전량 산출 기준값은 0도로 설정될 수 있다.

도 5의 (d)에서는 (a)의 기준모델에 대해 z축을 중심으로 대략 30도 정도 전방으로 회전된 상태를 나타낸다.

여기서, z축에 대한 회전량을 산출하기 위한 식은 아래와 같다.

여기서, z2 및 z1은 각각 제2포인트(302)와 제1포인트(301)의 z축에 대한 좌표를 의미하며 이의 차이는 도시상태를 기준으로 깊이를 나타낸다. 또한, x2 및 x1은 각각 제2포인트(302)와 제1포인트(301)의 x축에 대한 좌표를 의미하며 이의 차이는 폭을 나타낸다. 이렇게 산출된 각도는 degree로 변환되어 나타날 수 있다.

(a)의 기준모델에서 z축에 대한 회전량 산출 기준값은 0도로 설정될 수 있다.

상기된 각각의 축에 대한, 90도, 0도 및 0도의 초기값들은 단순히 선택된 수치로서가 아니라, 3축이 설정되었을때 직립된 신체에 최적화된 기준값으로서의 의미를 가짐에 유의하여야 한다.

이러게 이론적으로 나타낸 기준모델과 실제 측정모델과의 실험 데이터는 아래와 같이 나타났다.

케이스	구분	x축회전량	y축회전량	z축회전량
a	이론값	90	0	0
	측정값	-	-	-
b	이론값	120	0	0
	측정값	120.49	-13.52	1.38
c	이론값	90	-150	0
	측정값	93.92	-151.30	174.29
d	이론값	90	0	30
	측정값	103.22	-4.03	30.35

각각의 케이스는 도시사항과 같이 기준모델을 a로, x축에 대한 회전을 b로, y축에 대한 회전을 c로, z축에 대한 회전을 d로 정의하였다.

또한, 각각의 축에 대한 회전량은 30도로 결정하여 측정을 수행하였으며, 회전량은 degree 단위로서 나타내었다.

b케이스의 경우는 이론상 30도로 계산되고 실제 측정값에서는 0.49도가 더 회전되어 비교적 정확한 산출값을 나타내었다.

c케이스의 경우는 이론상 -150도로 계산되고 측정값에서는 0.3도가 더 회전된 결과로 타나났으며,

d케이스의 경우는 대략 오차가 0.35도 정도로 나타났다.

대략 0.5도 미만의 오차결과를 나타내므로 상당히 유의미한 결과로서 나타났다.

각 마커(100)에 대한 이미지인 포인트(301, 302, 303)들의 좌표는 각 이미지의 중심점을 의미하는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 이를 고려하면 상기 마커(100)들은 이미지의 분리가 가능하되 가능한 작은 크기로 이루어지는 것이 바람직하다.

한편, 상기 마커(100)들 각각의 다각이나 지시방향을 표시할 수 있는 형태를 이루어 그 자체로서 회전방향에 대한 정확한 도출이 가능하도록 기능할 수도 있다.

도 6은 본 발명의 개념에 따른 3차원 자세측정시스템을 나타내는 블록도이다.

촬영부(210)는 상기한 바와 같이 신체와 마커(100)에 대한 영상이미지를 촬영하고 이를 분석부(220)로 송부한다.

상기 분석부(220)는 노트북이나 태블릿 PC와 같은 마이콤을 구비한 장비일 수 있는데, 경우에 따라 소정의 서버로서 이해될 수도 있다. 이러한 분석부(220)는 촬영부(210)와 무선 또는 유선의 다양한 방식에 의하여 연결될 수 있다.

상기 분석부(220)는 영상획득부(221), 변환부(222), 인식부(223), 좌표추출부(224) 및 회전량측정부(225)를 구비할 수 있으며, 상기 분석부(220)에 포함되는 "부"들은 각각 별도의 장비이거나 이에 구비되는 알고리즘에 따른 구분일 수 있다.

영상획득부(221)는 신체의 이미지와 마커(100)의 이미지를 데이터화하여 저장하도록 하며, 이를 기초로 마커의 이미지인 각 포인트에 대한 좌표를 좌표추출부(224)에서 설정할 수 있다. 이러한 좌표는 기본적으로 2차원 정보를 기반으로 하나, 경우에 따라 분석된 3차원 정보일 수 있다.

이때, 전체의 이미지에서 마커의 이미지를 분리하기 위한 작업이 선행될 필요성이 있고, 이를 위하여 변환부(222)가 기능한다.

바람직한 실시예로서, 상기 변환부(222)는 RGB방식으로 데이터화된 이미지에 대해 YCbCr형식으로 변환할 수 있는데 이를 더욱 구체적으로 설명한다.

RGB방식의 경우는 적.녹.청의 3원색이 시각적으로 균일한 정보를 가진 신호를 의미하며, YCbCr은 그로부터 밝기 성분과 색차 정보를 분리하여 색공간에서 표현한 것을 말한다.

이렇게 색공간 좌표계에서 데이터화된 경우 마커(100)와 신체 및 배경을 분리하는데 유리하게 작용될 수 있다. 예를 들어, 이용자가 착용한 의상의 색채와 마커(100)의 색채가 유사한 경우 단순 RGB정보만으로서는 이를 분리하기 어려운 문제가 발생할 수 있고, 경우에 따라 인식부(223)에서 인식된 마커에 대응되는 포인트가 실제 배치된 마커의 개수보다 많게 인식될 수 있는 것이다.

이를 해결하기 위하여 밝기와 색차 정보를 분리하여 마커에 대응되는 국소부위만의 추출이 가능한 것이다.

이렇게 변환된 YCbCr 데이터로부터 인식부(223)는 각 마커를 인식하여 구별하도록 하고, 좌표추출부(224)는 각각의 포인트에 대한 공간상의 좌표를 추출하게 된다.

이렇게 추출된 좌표로부터 기준모델과 대비를 통하여 회전량을 측정함으로써 입체적인 공간에서의 좌표값이 산출될 수 있는데, 이러한 좌표추출부(224)와 회전량측정부(225)는 하나의 구성으로 이해될 수도 있다.

예를 들어, 각 포인트에 대한 2차원 좌표인 x축과 y축에 대한 값은 인식된 위치를 기반으로 추출되고, 기준모델과의 대비를 통하여 각 축에 대한 회전량을 감지한 이후에 3차원적인 좌표계로서 표현이 이루어질 수 있다.

다만, 본 발명의 경우 신체의 부위에 대한 틀어짐을 확인하고 이를 교정하는데 사용되는 것이 바람직하기 때문에 각 축에 대한 회전량이 더욱 의미를 가진다.

이렇게 산출된 회전량은 출력부(300)를 통하여 시각적으로 확인될 수 있으며, 이러한 출력부는 디스플레이를 구비한 다양한 장치를 의미할 수 있고, 상기 분석부(220)에 구비되는 디스플레이수단을 의미할 수도 있다.

상기 출력부(300)에서 출력되는 정보는 신체와 자세의 틀어짐의 정도 즉, 각 축에 대한 회전량을 포함할 수 있다. 상기 이용자의 신체는 경우에 따라 영상획득부(221)에서 획득된 신체이미지에서 실루엣만이 추출된 이용자의 신체 이미지거나 미리 설정된 가상의 신체에 대한 모양일 수 있다.

도 7은 상기된 3차원 자세측정시스템을 이용한 자세분석방법을 설명하기 위한 순서도이다.

이용자가 촬영부(210)를 지향하여 지지부(230)에 위치한 상태에서 전방측에서 확인이 가능하돌고 마커(100)들을 신체의 부위에 배치(S110)하면서 자세측정이 시작될 수 있다. 이러한 마커의 배치(S110)는 세 개 이상의 마커(100)들이 상호 간에 지정된 거리관계를 가지고 이루어질 수 있으며, 각각의 마커들을 연결하는 가상의 선들이 일렬로 배열되지 않은 조건으로 배치되는 것이 바람직함은 상기한 바와 같다.

이렇게 이용자의 준비가 완료되면, 촬영부(210)를 통하여 촬영(S120)하고 감지된 영상을 분석부(220)로 제공한다.

분석부(220)의 영상획득부(221)는 이용자의 신체와 마커의 이미지를 데이터화하여 저장함으로써 영상획득(S210)하고, 상기한 바와 같이 마커에 대한 좌표의 추출(S310) 이전에 마커의 분리를 위한 과정이 이루어질 수 있음은 상기한 바와 같다.

이를 위하여 색공간 변환(S220) 과정을 통하여 영상획득부(221)의 RGB이미지를 YCbCr로서 색좌표공간의 데이터로 변경하도록 한다. 이에 의하여 신체나 배경이미지와 마커(100)의 구별이 이루어짐으로써 각 포인트에 대한 마커인식(S230)이 이루어지는 것이다.

상기와 같은 마커(100)의 이미지인 포인트에 대한 좌표추출(S310)과 회전량의 산출(320)과정을 통하여 각 이용자의 자세분석(S330)이 이루어진다.

상기 좌표추출(S310) 및 회전량의 산출(S320)은 각각의 포인트에 대한 좌표와 기준모델에 대한 변화에 따른 각도관계에 따라 이루어질 수 있으며 이와 관련하여 중복되는 설명은 생략하도록 한다.

상기와 같이 분석된 자세는 출력부(300)를 통하여 출력될 수 있으며, 머리, 어깨, 허리, 골반, 다리 등의 각 부위에 특화된 방식으로 자세의 틀어짐과 각 위치관계들을 확인할 수 있도록 한다.

상기 분석부(220)는 기준모델은 물론 기준신체데이터를 포함할 수 있으며, 상기 기준신체데이터는 정상적인 인체의 자세에 대한 기준값일 수 있다. 본 발명의 개념에 따라 확인된 이용자의 자세는 상기 기준신체데이터와 대비되어 어느 정도의 교정이 필요한지 확인할 수 있는 자료로 활용될 수 있다.

상기와 같이 자세분석(S330)이 완료되면 소정의 교정(S400)과정을 통하여 자세의 틀어짐에 대한 교정이나 재활이 이루어지고 난 이후에 상기 마커배치(S110)에서 자세분석(S330)에 이르는 과정을 다시 반복 수행 가능하다.

상기 교정(S400)은 물리적, 화학적, 전기적인 방식 등이 선택되거나 혼합되어 사용될 수 있다.

이렇게, 자세분석에서 교정 과정이 반복되면서 시간에 다른 신체의 교정과정이 확인 가능함은 물론 최적화된 교정방법의 채택이 가능할 수 있다.

상기된 본 발명의 개념에 따른 3차원 자세분석시스템에 의하여, 인체에 대한 평면상의 한 번의 촬영만으로도 입체적인 위치관계와 뒤틀림 부위 및 정도의 정확한 분석이 가능하여 신체의 교정을 보다 효율적으로 수행할 수 있다.

특히, 사람을 대상으로 촬영을 수행하면서 시간이 길어지거나 반복 촬영이 이루어지는 경우의 자세 변화에 의한 오차율을 현저히 저감할 수 있어 분석의 신뢰성은 종래에 비하여 현저하게 향상될 수 있다.

또한, 본 발명의 시스템 및 측정방식에 따라 각 마커의 배치가 효율적이면서도 이미지상에서 이의 분리 및 분석이 용이하게 이루어질 수 있다.

이상에서, 본 발명은 실시예 및 첨부도면에 기초하여 상세히 설명되었다. 그러나, 이상의 실시예들 및 도면에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위는 후술한 특허청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한될 것이다.

100...마커 101...제1마커
102...제2마커 103...제3마커
210...촬영부 220...분석부
221...영상획득부 222...변환부
223...인식부 224...좌표추출부
225...회전량측정부 230...지지부
301...제1포인트 302...제2포인트
303...제3포인트 311...제1변
312...제2변 313...제3변

Claims (10)

1. 이용자의 신체에 상호 간에 이격 배치되도록 부착되는 세 개 이상의 마커;
   이용자의 신체 및 마커의 광학적인 이미지를 촬영하는 촬영부; 및
   상기 촬영부로부터의 영상정보를 통하여 마커의 좌표를 추출하고 마커 간의 배치관계에 따라 이용자의 자세에 대한 3축의 회전량을 분석하는 분석부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 자세측정시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 마커는,
   삼각 형태로 배열되는 것을 특징으로 하는 3차원 자세측정시스템.
3. 제2항에 있어서,
   상기 분석부는,
   각각의 마커에 대응되는 복수의 포인트의 좌표의 기준모델에 대한 변화를 통하여 3개의 축에 대한 회전량을 산출하고 이에 의하여 자세의 뒤틀림을 분석하는 것을 특징으로 하는 3차원 자세측정시스템.
4. 제2항에 있어서,
   상기 마커는,
   양 어깨측의 전면에 부착되는 제1마커와 제2마커 및 상기 제1마커 및 제2마커의 배열의 하측에 배치되는 제3마커로 이루어지고 양측으로 대칭된 형태의 역삼각형의 꼭지점을 형성하는 것을 특징으로 하는 3차원 자세측정시스템.
5. 제4항에 있어서,
   상기 마커는 정삼각형의 꼭지점을 이루는 것을 특징으로 하는 3차원 자세측정시스템.
6. 제3항에 있어서,
   상기 기준모델은,
   폭방향이 x축으로 정의되고 높이방향이 y축으로 정의되며 전후방향이 z축으로 정의된 상태에서 x축에 대한 회전량이 90도, y축에 대한 회전량이 0도 및 z축에 대한 회전량이 0도인 상태로 실제 측정된 측정모델의 각각의 축에 대한 회전량이 산출되는 것을 특징으로 하는 3차원 자세측정시스템.
7. 제1항에 있어서,
   상기 분석부는,
   촬영부로부터의 신체 및 마커에 대한 이미지를 데이터화하여 저장하는 영상획득부와, 상기 영상획득부의 RGB이미지를 YCbCr로서 색좌표공간으로 변환하는 변환부와, 상기 색좌표공간에 변환된 마커의 이미지를 신체 및 배경으로부터 분리 인식하는 인식부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 자세측정시스템.
8. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 3차원 자세측정시스템을 이용한 자세분석방법으로서,
   이용자의 촬영부를 바라보는 전면으로 세 개 이상의 마커가 상호 이격되어 부착되는 단계;
   촬영부를 통하여 이용자의 신체 및 마커에 대한 촬영이 이루어지는 단계;
   분석부를 통하여 상기 마커에 대한 각 포인트의 좌표가 추출되고, 기준모델에 대한 3축에 대한 회전의 정도가 산출되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자세측정방법.
9. 제8항에 있어서,
   상기 산출되는 단계 이후에,
   출력부에서 신체의 이미지와 기준신체데이에 대한 이용자의 신체에 대한 뒤틀림의 정도가 3축에 대한 각도로서 표시되는 것을 특징으로 하는 자세측정방법.
10. 제8항에 있어서,
    상기 산출되는 단계 이후에,
    이용자의 뒤틀림 부위에 대한 교정이 이루어지고 마커의 부착 및 촬영이 반복되는 것을 특징으로 하는 자세측정방법.
    

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