KR20160127945A - 고령자 시각인지 특성을 고려한 Full HD급 고속 영상처리 알고리즘 및 스마트 영상 확대 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 고령자 시각 특성을 고려한 Full HD급 고속영상처리 알고리즘 및 스마트 영상 확대 장치는 입력된 카메라의 영상을 고령자 시각 인지 특성을 고려한 알고리즘 처리된 영상을 표시부에 출력하는 장치로, 일반 모드의 화면을 고령자의 가독성을 높인 고령자 모드로 전환하는 고령자 시간 시각인지 특성이 반영된 단말기 몸체(500); 상기 몸체의 후면에 카메라가 장착되며, 피사체 측 영상 획득을 위한 후면 카메라 장치부(511); 상기 몸체의 내부에 설치되며, 상기 후면 카메라 장치의 영상 기반으로 고속 영상 처리를 하는 이미지 신호 처리부(200) 및 고령자를 고려한 알고리즘 적용을 위한 알고리즘 처리부(300); 상기 연산 처리된 영상의 디스플레이 확대(507), 축소(508), 고령자를 위한 모드 전환(505), 표시 컨텐츠의 위치조절(504), 표시된 화면의 저장(502) 등을 제어하기 위한 키 입력부; 상기 연산 처리된 영상을 디스플레이하는 표시부(506); 및 몸체의 각도 조절이 가능하도록 지지하는 받침대(515);를 포함한다.

Description

고령자 시각인지 특성을 고려한 Full HD급 고속 영상처리 알고리즘 및 스마트 영상 확대 장치{Visual recognition characteristics of seniors based adaptive method and Smart video magnifier}

본 발명은 고령자들을 위한 영상 확대 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고령자 시각인지 특성을 고려한 Full HD급 고속 영상처리 알고리즘 및 스마트 영상 확대 장치에 관한 것이다.

최근 고령화 사회로 빠르게 진입, 이와 관련된 다양한 건강 문제들이 대두되고 있으며, 노인성 저 시력 문제가 그 중 대표적인 사례이다.

노인성 저 시력은 안정감의 상실, 정보 수집의 한계 등으로 온전한 사회 활동의 저해를 유발하며, 급격한 감정변화와 우울증 등의 문제를 초래해, 기대수명의 증가와 함께 삶의 질에 대한 관심이 높은 현대사회에서 노인성 저력은 '견뎌야'할 문제가 아닌 '해결해야'할 문제이다.

저 시력의 원인질환으로는 백내장, 녹내장, 안구위축, 소안구증, 고도근시, 난시, 시신경위축, 망막박리, 황반부변성, 당뇨병성 망막증 같은 것이 있다. 누구나 저 시력이 될수 있지만 일반적으로 나이가 많을수록 많이 발생하며, 일단 형성된 저 시력은 현 상태를 유지할 수도 있고 원인질환의 진행 및 파급으로 인해 실명이 될 수도 있으므로, 잔존시력 및 시 기능의 보존과 활용을 위한 장치가 필요하다.

영상 확대 장치는 이러한 고령자들의 시력을 보완해 주기 위해 작은 글씨의 책이나 명함, 수표나 화폐 등과 같이 보기 어려운 피사체의 영상을 확대하여 보여주는 장치이다. 영상 확대 장치는 일반적으로 충전되는 배터리를 구비하여 전원을 연결할 수 없는 곳에서도 사용이 가능하며, 고령자가 휴대하여 독서를 하는 경우나 수표 또는 화페 등을 정밀하게 검사하는 경우에 이용된다.

그러나 현재 개발된 영상 확대 장치는 시각장애인 전용으로 고령자 시각인지 특성이 반영되지 않아 고령자가 사용하기에 적합하지 않으며, 고령자가 사용하고 정보를 습득하고 이용하기에는 여러 가지 어려움이 있다.

따라서 고령자들을 위하여 상기와 같은 문제점을 보완한 고령자 시각인지 특성을 고려한 Full HD급 고속 영상처리 알고리즘 및 스마트 영상 확대 장치 기술이 요구 되고 있다.

한국공개특허 제10-2009-0070400 (2009년07월01일) 한국공개특허 제10-2012-0095132 (2012년08월28일)

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 다양한 고령자 시각인지 특성을 고려한 알고리즘을 적용과 함께, 기존의 저화질의 확대경의 한계점을 극복하여 Full HD급 고속영상 처리된 영상을 영상표시부에 출력할 수 있는 스마트 전자 확대경의 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위한 것으로서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 고령자 시각 특성을 고려한 Full HD급 고속영상처리 알고리즘 및 스마트 영상 확대 장치는 입력된 카메라의 영상을 고령자 시각 인지 특성을 고려한 알고리즘 처리된 영상을 표시부에 출력하는 장치로, 일반 모드의 화면을 고령자의 가독성을 높인 고령자 모드로 전환하는 고령자 시간 시각인지 특성이 반영된 단말기 몸체(500); 상기 몸체의 후면에 카메라가 장착되며, 피사체 측 영상 획득을 위한 후면 카메라 장치부(511); 상기 몸체의 내부에 설치되며, 상기 후면 카메라 장치의 영상 기반으로 고속 영상 처리를 하는 이미지 신호 처리부(200) 및 고령자를 고려한 알고리즘 적용을 위한 알고리즘 처리부(300); 상기 연산 처리된 영상의 디스플레이 확대(507), 축소(508), 고령자를 위한 모드 전환(505), 표시 컨텐츠의 위치조절(504), 표시된 화면의 저장(502) 등을 제어하기 위한 키 입력부; 상기 연산 처리된 영상을 디스플레이하는 표시부(506); 및 몸체의 각도 조절이 가능하도록 지지하는 받침대(515);를 포함한다.

또한, 본 발명은, 저 화질 영상 출력이 아닌, 고화질의 Full HD급 영상 출력의 특징으로 한다.

또한, 본 발명은, 고령자가 쉽게 조작하도록 디자인 되어 있는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 출력부에 출력되는 후면 카메라 장치, 상기 몸체 내부에 장치된 중앙처리장치를 통하여 화면의 실시간 전송, 확대, 저장이 가능하며 상기 저장된 영상은 확대 또는 축소 가능한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 고령자 시각 특성을 고려한 Full HD급 고속 영상처리 알고리즘 및 스마트 영상확대 장치는, 고령자 시각 인지 특성을 알고리즘을 반영하여 다양한 고령자 특성에 적합한 영상을 제공할 뿐 아니라, 특정 이미지의 영상 확대 및 피사체의 근거리 영상을 제공하며 특정 이미지의 영상 확대 및 선명한 근거리 초점을 통해 고령자가 용이하게 사용할 수 있는 장점이 있다. 특히 사용하기에 편리하고 소형화된 스마트 인터페이스를 제공하여 조작이 편리한 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 스마트 확대장치(100)의 개념도이다.
도 2는 도 1에 도시된 이미지 신호 처리부(200)의 개념도이다.
도 3은 도 1에 도시된 알고리즘 처리부(300)의 개념도이다.
도 4는 본 발명에 따른 고령자 시각 특성을 고려한 Full HD급 고속 영상처리 알고리즘 기반 스마트 영상 확대 장치의 앞쪽 및 측면 외형을 보여주는 도면이다.
도 5는 도4의 영상 확대 장치의 뒤쪽 및 측면의 구성을 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 이진화 알고리즘을 위한 함수와 기존의 방법을 비교해서 보여주는 도면이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조로 하여, 본 발명의 고령자 시각인지 특성을 고려한 Full HD급 고속 영상처리 알고리즘 및 스마트 영상 확대 장치를 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 스마트 영상 확대 장치의 렌즈를 통해 입력된 아날로그 영상이 디지털로 변환 및 처리된 후 고령자 시각을 고려한 알고리즘 적용 후 사용자의 조작에 따라 외부 디스플레이에 출력되는 과정을 기능별로 블록으로 표현한 개념도이다.

먼저, 렌즈(110)와 렌즈 구동부(111)를 통해서 획득한 아날로그 영상은 찰상소자(112)와 아날로그 신호 처리부(120)을 통해서 디지털 영상으로 변환되고, 변환된 영상은 이미지 신호 처리부(200)에서 Auto White Balance(202), Auto Focus(203), 감마 보정(204), 스케일링(205) 과정을 거쳐서 고화질의 정교한 영상으로 변환되는 과정이 이루어진다.

변환된 영상은 고령자의 시각적 특성이 반영되지 않은 영상으로 고령자 시각 인지 특성을 반영한 또렷한 화질의 영상 제공을 위한 이진화 알고리즘(304), 화면 확대에 따른 화질 열화를 막기 위한 적응적 화소 보간 알고리즘(307)을 적용한 알고리즘 처리부(300)와 사용자의 조작(160)에 따라 디스플레이 구동부(181)를 통해서 외부 디스플레이(180)에 출력된다.

상기의 이진화 알고리즘의 구현 절차는 다음과 같다.

① 이미지 신호 처리부(200)를 통해서 얻은 디지털 컬러 영상의 YUV 성분 중 Luminance(휘도) 값인 Y 값을 이용하여 256 레벨의 그레이 영상으로 1차 변환한다.

② 픽셀값들의 최대, 최소, 평균값들을 계산한다.

③ 픽셀값과 평균값의 비교하여 평균값 보다 큰 영역과 작은 영역으로 구분하고 각 영역의 픽셀 개수를 계산한다.

④ 영역별로 이진화를 소속도 판정값을 결정한다

⑤ 영역별 픽셀별로 소속도 함수값을 계산한다.

⑥ 영역별로 소속도 함수값에 따른 이진화를 수행한다.

상기 이진화 알고리즘의 절차는 아래와 같은 블록도로 표현할 수 있다.

기존의 이진화 알고리즘에서 소속도 함수값을 얻기 위한 소속함수 및 소속도 함수값에 따른 판정방법은 픽셀값이 좌우로 균형적으로 흩어져서 존재하는 경우에는 이진화 영상의 선명함이 떨어지게 되는 원인이 된다. 하지만, 본 발명에서 제안하는 이진화 알고리즘에서는 픽셀값과 평균값을 비교해서 큰 영역과 작은 영역으로 구분하여 분산정보를 이진화를 위한 판정값으로 활용하므로, 선명한 영상을 얻을 수 있게 되는 장점이 있다. 도 6은 일반적인 소속함수와 제안하는 알고리즘에서의 소속함수의 차이를 비교하고 있다.

도 5에 도시되어 있는 조명(510)은 어두운 곳에서 보다 명확한 영상을 획득하기 위해서 LED 조명으로 설치되며, 통상적으로 사용되는 발광다이오드 소자가 적용될 수 있다. LED 조명은 피사체의 접사 시에만 동작하기 위해 영상처리부의 제어로 동작되므로, 전력소모를 줄여 영상 확대 장치의 사용시간을 늘릴 수 있다. 또한, LED 조명은 복수개가 구성되며, 피사체의 거리에 따라 작동되는 LED 조명의 수가 가감되거나 LED 자체의 밝기를 달리하여 피사체를 확인하는데 최적의 밝기를 유지, 동작될 수 있도록 구성된다.

사용자가 원하는 영상을 획득한 후 도 4의 화면표시장치(506)를 통해서 확인 하던 중에도 줌인(507), 줌아웃(508) 버튼을 통해서 화면의 크기를 확대 축소하여 표시할 수 있으며, 디지털 확대로 일부의 이미지만 화면에 표시될 때 이미지의 위치를 변경하기 위해서 방향버튼(504)를 제공한다. 그리고, 최적화된 영상을 저장(502)하여 추후에 피사체 없이 해당 영상을 확인할 수 있는 기능을 제공한다. 이때, 줌인과 줌아웃 버튼은 도 4와 같이 별도로 설치될 수도 있지만, 하나의 조작부로 형성되어 선택방향에 따라 축소, 확대가 가능하도록 형성될 수 있다.

사용자가 피사체에 대한 영상을 확인 중에 영상의 선명도를 높이기 위해 모드버튼(505)을 통해서 컬러 영상을 상기의 이진화 알고리즘이 적용된 이진화 모드로 변경할 수 있으며, 동일한 버튼(505)를 통해서 이진화 모드의 색상을 조절할 수 있다.

도 5의 후면 받침대(515)는 힌지에 의해 회전가능하여 접철 가능한 구조를 지니며, 몸체부를 연속적인 단계의 기울기로 비스듬히 세울 수 있도록 하기 위한 부분이다. 도 4의 전원버튼(501)을 통해서 영상 확대 장치의 전원을 체결하거나 소거할 수 있으며, 도 5의 매크로버튼(512)을 통해서, 접사 촬영모드와 원거리 촬영모드를 변경하면 렌즈부(110) 및 렌즈 구동부(111)와 연동하여 기본 초점 거리를 조절할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명의 고령자 시각인지 특성을 고려한 Full HD급 고속 영상처리 알골리즘 및 스마트 영상 확대 장치는, 고령으로 저시력의 어려움을 겪는 노약자들에게 고령자의 시각 특성을 반영한 알고리즘을 반영하여 선명하고 또렷한 확대된 영상을 제공하는 장점이 있다. 특히, 직관적이고 단순화한 조작 인터페이스를 제공하여 손쉽게 사용자들이 영상을 획득하고 확인할 수 있다는 장점이 있다.

본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 스마트 영상 확대장치 개략도
110 : 렌즈부 111 : 렌즈 구동부
112 : 찰상소자 120 : 아날로그 신호 처리부
130 : 프로그램 저장부 140 : 데이터 저장부
150 : 조명 151 : 조명 제어부
160 : 조작부 170 : 전원 관리부
180 : 디스플레이 181 : 디스플레이 구동부
200 : ISP (이미지신호처리부) 300 : 알고리즘 처리부
500 : 스마트 영상 확대 장치 501 : 전원 버튼
502 : 저장버튼 503 : 전원 입력
504 : 방향버튼 505 : 모드 버튼
506 : 화면표시장치 507 : 줌인 버튼
508 : 줌아웃 버튼 509 : 외부 스피커
510 : 조명 511 : 카메라
512 : 매크로 버튼 513 : 저장장치
514 : HDMI 출력 515 : 받침대

Claims (4)

1. 카메라(510)으로부터 영상을 입력받아 이미지 신호처리(200)를 거쳐 고령자 시각 특성 알고리즘(300) 적용된 영상이 화면표시 하는 스마트 영상 확대 장치를 구성하는 스마트 영상 확대 장치(500); 상기 스마트 영상 확대 장치 후면 상단에 중앙에 설치되며, 피사체 측 영상 획득을 위한 카메라(511) ; 상기 스마트 영상 확대 장치(500)의 전면 오른쪽 하단에 설치되며, 고령자 모드로 전환하기 위한 버튼 (505); 상기 스마트 영상 확대 장치(500)의 전면 우측에 설치되며, 스마트 영상 확대 장치(500)의 확대 배율을 조작하기 위한 줌인(507), 줌아웃(508)버튼; 상기 스마트 영상 확대 장치(500)의 전면에 설치되며, 후면 카메라 장치(511)의 영상을 전송받아 출력하는 영상 표시장치(506); 상기 스마트 영상 확대 장치(500)의 각도 조절이 가능한 받침대(515);를 포함하는, 스마트 영상 확대 장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   고령자 시각 특성 알고리즘(300) 적용된 스마트 영상 확대 장치에서 이진화 알고리즘은, 픽셀값들의 평균값을 이용하여 평균값보다 큰 픽셀들의 영역(U)과 작은 픽셀들의 영역(L)을 구분하여 서로다른 이진화 판정값을 갖는 방법으로 각 영역별로 분포된 픽셀들의 수를 비교하여 U와 L의 판정값(U _c, L _c)을 아래의 수식과 같이 달리하는 방법과,
   

   

   
   영역별 픽셀별로 소속도 함수값을 계산하는 아래의 수식과 같은 방법과,
   

   

   
   수식 1에서 영역별 판정값인 U _c, L _c를 이용하여 각 영역에서 μ(X _m)과의 비교를 통해서 검은색과 하얀색으로 구분하는 방법과,
   검은색, 하얀색의 조합 대신뿐만 아니라 (검은색, 노란색), (파랑색, 노란색), (붉은색, 하얀색), (붉은색, 노란색) 등 이진화 영상에 효율적으로 활용될 수 있는 색깔의 조합을 선택해서 제공하는 방법.
   
3. 제 1항에 있어서 ,
   상기 영상표시 장치(506)에 출력되는 상기 후면 카메라 장치(511) 영상은, 상기 스마트 영상 확대 장치(500) 내부에 구비되는 이미지신호처리(200)를 통하여 Full HD급 영상을 출력하며, 상기 출력되는 영상은 확대 또는 축소가 가능한 것을 특징으로 하는 스마트 영상 확대 장치.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 스마트 영상 확대 장치(500) 전면의 오른쪽 상단에 위치한 방향버튼(504)를 이용하여 표시된 이미지를 조절하는 스마트 영상 확대 장치.

Images