KR20220033924A - 증강 현실 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

증강 현실 장치는 조명기, 카메라, 메모리, 및 프로세서를 포함하며, 프로세서는 메모리에 저장된 하나 이상의 명령어들을 실행함으로써, 조명기의 광원을 점등하여 카메라로부터 제1 이미지를 획득하고, 광원을 소등하여 카메라로부터 제2 이미지를 획득하며, 제1 이미지에 기초하여 뎁스 정보를 추정하고, 제2 이미지에 기초하여 자세 정보를 추정한다.

Description

증강 현실 장치 및 그 제어 방법 {AUGMENTED REALITY DEVICE AND METHOD FOR CONTROLLING THE SAME}
증강 현실 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
증강 현실(Augmented Reality)은 현실 세계의 물리적 환경 공간이나 현실 객체(real world object) 상에 가상 이미지를 투영시켜 하나의 이미지로 보여주는 기술이다. 증강 현실 장치는 사용자의 안면부나 두부에 착용된 상태에서 사용자의 눈앞에 배치되는, 시스루(see-through) 형태의 디스플레이를 통해 현실 장면과 가상 이미지를 함께 볼 수 있게 한다.
증강 현실과 같은 기술 분야에 3차원 기반의 상호작용 요소가 가미된 공간 증강 기술에 대해 관심이 높아지고 있다. 공간 증강 기술의 핵심은 3차원 공간 인식이다. 공간 증강 기술을 이용하면, 3차원화된 현실 요소들은 공간 내에서 3차원 위치 정보를 갖게 되고, 가상 객체와 상호작용할 수 있다.
조명기의 광원의 점멸에 따라 각각 획득된 이미지에 기초하여 뎁스 정보와 자세 정보를 추정하는 증강 현실 장치 및 그 제어 방법을 제공하는 것이다.
제1 측면에 따른 증강 현실 장치는, 조명기; 카메라; 하나 이상의 명령어들을 저장하는 메모리; 및 상기 하나 이상의 명령어들을 실행하는 프로세서를 포함하며, 상기 프로세서는, 상기 조명기의 광원을 점등하여 상기 카메라로부터 제1 이미지를 획득하고, 상기 광원을 소등하여 상기 카메라로부터 제2 이미지를 획득하며, 상기 제1 이미지에 기초하여 뎁스 정보를 추정하고, 상기 제2 이미지에 기초하여 자세 정보를 추정한다.
제2 측면에 따른 증강 현실 장치의 제어 방법은, 조명기의 광원을 점등하여 카메라로부터 제1 이미지를 획득하는 단계; 상기 광원을 소등하여 상기 카메라로부터 제2 이미지를 획득하는 단계; 상기 제1 이미지에 기초하여 뎁스 정보를 추정하는 단계; 및 상기 제2 이미지에 기초하여 자세 정보를 추정하는 단계를 포함한다.
제3 측면에 따른 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는, 조명기의 광원을 점등하여 카메라로부터 제1 이미지를 획득하는 명령어들; 상기 광원을 소등하여 상기 카메라로부터 제2 이미지를 획득하는 명령어들; 상기 제1 이미지에 기초하여 뎁스 정보를 추정하는 명령어들; 및 상기 제2 이미지에 기초하여 자세 정보를 추정하는 명령어들을 포함한다.
도 1은 본 개시의 실시예들에 따라 조명기의 광원이 점멸함에 따른 증강 현실 장치의 동작을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 개시의 실시예에 따른 증강 현실 장치의 구성 및 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3 내지 도 6은 본 개시의 실시예에 따른 증강 현실 장치에서 조명기의 광원이 점멸함에 따라 제1 이미지와 제2 이미지를 획득하는 방식의 예를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 개시의 실시예에 따른 증강 현실 장치가 모노 카메라를 포함하는 경우, ToF 방식으로 뎁스 정보를 추정하고, 모노 슬램을 적용하여 자세 정보를 추정하는 예를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 개시의 실시예에 따른 증강 현실 장치가 스테레오 카메라를 포함하는 경우, ToF 방식으로 뎁스 정보를 추정하고, 스테레오 슬램을 적용하여 자세 정보를 추정하는 예를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 개시의 실시예에 따른 증강 현실 장치가 스테레오 카메라를 포함하는 경우, 스테레오 비전 방식으로 뎁스 정보를 추정하고, 스테레오 슬램을 적용하여 자세 정보를 추정하는 예를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 개시의 실시예에 따른 증강 현실 장치의 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 11은 본 개시의 실시예들에 따른 증강 현실 장치의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 개시의 실시예들에 따른 증강 현실 장치의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 개시의 실시예에 따른 증강 현실 장치의 제어 방법의 다른 예를 나타낸 흐름도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 개시의 실시예에 대하여 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 개시는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 '제 1' 또는 '제 2' 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용할 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 개시의 실시예들은 증강 현실 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로서 이하의 실시예들이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 널리 알려져 있는 사항들에 관해서는 자세한 설명을 생략한다.
본 개시에서, '증강 현실(AR : Augmented Reality)'은 현실 세계의 물리적 환경 공간 내에 가상 이미지를 함께 보여주거나 현실 객체와 가상 이미지를 함께 보여주는 것을 의미한다.
아울러, '증강 현실 장치(Augmented Reality Device)'라 함은 '증강 현실(Augmented Reality)'을 표현할 수 있는 장치로서, 일반적으로 사용자가 안면부(顔面部)에 착용하는 안경 형상의 증강 현실 안경 장치(Augmented Reality Glasses) 뿐만 아니라, 두부(頭部)에 착용하는 헤드 마운트 디스플레이 장치(HMD : Head Mounted Display Apparatus)나, 증강 현실 헬멧(Augmented Reality Helmet) 등을 포괄한다.
한편, '현실 장면(real scene)'이란 사용자가 증강 현실 장치를 통해서 보는 현실 세계의 장면으로서, 현실 객체(real world object)(들)를(을) 포함할 수 있다. 또한, '가상 이미지(virtual image)'는 광학 엔진을 통해 생성되는 이미지로 정적 이미지와 동적 이미지를 모두 포함할 수 있다. 이러한 가상 이미지는 현실 장면과 함께 관측되며, 현실 장면 속의 현실 객체에 대한 정보 또는 증강 현실 장치의 동작에 대한 정보나 제어 메뉴 등을 나타내는 이미지일 수 있다.
따라서, 일반적인 증강 현실 장치는 광원에서 생성된 광으로 구성되는 가상 이미지를 생성하기 위한 광학 엔진과 광학 엔진에서 생성된 가상 이미지를 사용자의 눈까지 안내하고 현실 세계의 장면도 함께 볼 수 있도록 투명한 재질로 형성된 도광판(Waveguide)를 구비한다. 전술한 바와 같이, 증강 현실 장치는 현실 세계의 장면도 함께 관측할 수 있어야 하므로 광학 엔진에서 생성된 광을 도광판을 통해 사용자의 눈까지 안내하기 위해서는 기본적으로 직진성을 가지는 광의 경로를 변경하기 위한 광학 소자(Optical element)가 필요하다. 이 때, 미러 등에 의한 반사를 이용하여 광 경로를 변경할 수도 있고, DOE(Diffractive optical element), HOE(Holographic optical element) 등과 같은 회절 소자에 의한 회절을 통해 광 경로를 변경할 수도 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 개시의 실시예들에 따라 조명기(illuminator)(1300)의 광원이 점멸함에 따른 증강 현실 장치(1000)의 동작을 나타낸 도면이다.
증강 현실 장치(1000)는 3차원 공간을 인식하기 위해 카메라(1400)를 이용하여 공간에 대한 뎁스 정보를 획득할 수 있다. 공간에 대한 뎁스 정보를 획득하기 위하여, 패시브 센서 또는 액티브 센서가 이용될 수 있다. 패시브 센서는 피사체에 광원이나 펄스 등을 방출함이 없이 동작하는 스테레오 카메라, 모노 카메라, 적외선 센서, 팬/틸트 카메라 등을 말하며, 피사체에서 발생하는 열, 진동, 빛, 방사선 등의 현상을 감지하여 해당 정보를 입력으로써 획득하는 장치를 말한다. 액티브 센서는 소스(source)를 구비하여, 광원이나 조명, 펄스 등을 피사체에 방출하고, 피사체로부터 반사되는 정보를 수신하는 장치를 말한다. 액티브 센서는 패시브 센서와 달리, 자체 광원을 구비하여, 능동적으로 광원을 피사체에 방출하고, 피사체로부터 액티브 센서에 반사되는 후방 산란을 측정할 수 있다. 예를 들어, 레이저나 적외선 등을 피사체에 방출한 후 되돌아오는 광의 위상차나 시간차를 이용하는 ToF(Time of Flight) 센서나 특정한 패턴을 가지는 광을 방출하여 피사체에 맺힌 상의 크기나 모양으로 거리를 계산하는 구조광(Structured Light) 센서, Invertible Light 센서, 레이저 센서, 마이크로파 센서 등은 액티브 센서라 할 수 있다.
패시브 센서를 이용한 뎁스 정보 획득 방식은 패시브 센서를 통해 획득되는 공간에 대한 데이터에 기초하여, 특징점 매칭을 통해 뎁스 정보를 추정할 수 있다. 그러나, 단일 색상 영역의 비중이 큰 공간의 경우, 특징점 매칭을 위한 특징점이 부족하여, 특징점 매칭을 통한 뎁스 정보의 추정이 곤란할 수 있다. 이와 같은 경우, 능동적으로 광원을 피사체에 방출하는 액티브 센서를 이용하면, 특징점이 부족한 영역에 대해서도, 뎁스 정보를 추정할 수 있다. 예를 들어, 액티브 센서는 균일한 고주파 변조 적외선을 피사체에 조사(illumination)한 후 반사되어 돌아오는 시간차나 위상차를 감지하여 뎁스 정보를 추정하거나, 특정한 패턴을 가지는 광을 피사체에 투사한 후 광원에 의해 형성된 패턴에 따라 증강된 특징점의 매칭이나 패턴 자체의 형상이나 크기를 측정하여 뎁스 정보를 추정할 수 있다.
그러나, 자세 정보를 획득하기 위하여, 프레임 간의 연결 관계를 고려해야 하는 상황에서, 액티브 센서를 이용하면, 액티브 센서의 광원에 의해 방출된 광이 프레임 간의 정확한 매칭에 지장을 초래할 가능성이 있다. 액티브 센서의 광원에 의해 형성된 패턴에 따라 증강된 특징점이 프레임 간의 특징점 매칭에서는 부적절한 매칭을 초래할 수 있기 때문이다.
그러므로, 증강 현실 장치(1000)가 뎁스 정보와 자세 정보를 정확하게 획득하기 위해서는, 뎁스 정보 획득을 위한 센서와 자세 정보 획득을 위한 센서를 모두 구비하여야 한다. 그러나, 증강 현실 장치(1000)의 전력이나 부피 등을 고려하면, 여러 가지 종류의 센서를 증강 현실 장치(1000)에 탑재하는 것은 증강 현실 장치(1000)의 소형화나 무게, 생산 비용 측면에서 고려할 때 바람직하지 않다.
따라서, 이하에서는, 증강 현실 장치(1000)의 카메라(1400)가 조명기(1300)의 광원의 점멸에 따라 액티브 센서 또는 패시브 센서로 동작하여 뎁스 정보와 자세 정보를 추정하는 방식에 대해 설명한다.
도 1에서는, 설명의 편의상, 증강 현실 장치(1000)의 카메라(1400)가 스테레오 카메라이고, 안경 형상의 증강 현실 안경 장치(Augmented Reality Glasses)인 경우를 예로 들었으나, 도 1에 도시된 예로 제한되는 것은 아니다. 도 1에 도시된 바와 같이, 증강 현실 장치(1000)의 카메라(1400)는 각 렌즈부를 지지하는 안경테와 증강 현실 장치(1000)를 사용자의 안면에 거치시키기 위한 안경 다리가 서로 접하는 부분에서 전방을 향하는 쪽에 위치할 수 있고, 조명기(1300)는 좌안 렌즈부와 우안 렌즈부 사이를 연결하는 브릿지 프레임에 내장된 형태로 장착될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 1을 참조하면, 증강 현실 장치(1000)의 조명기(1300)의 광원이 점멸함을 알 수 있다. 조명기(1300)의 광원으로부터 방출된 광은 공간 전체 중 소정의 영역에 대응되는 공간에 투사될 수 있다. 증강 현실 장치(1000)는 카메라(1400)를 이용하여 조명기(1300)의 광원이 점멸함에 따라, 각각 제1 이미지와 제2 이미지를 획득할 수 있다. 증강 현실 장치(1000)는 조명기(1300)의 광원을 점등하여, 카메라(1400)로부터 제1 이미지를 획득하고, 조명기(1300)의 광원을 소등하여, 카메라(1400)로부터 제2 이미지를 획득할 수 있다. 이때, 제1 이미지는 조명기(1300)의 광원에 의해 피사체에 투영된 광 패턴을 포함하고, 제2 이미지는 광 패턴을 포함하지 않을 수 있다. 따라서, 증강 현실 장치(1000)는 특징점이 증강된 제1 이미지에 기초하여 뎁스 정보를 추정하고, 제2 이미지에 기초하여 자세 정보를 추정할 수 있다. 이하, 본 개시의 실시예에 따른 증강 현실 장치(1000)에 대해 도면들을 참조하여, 보다 상세히 설명한다.
도 2는 본 개시의 실시예에 따른 증강 현실 장치(1000)의 구성 및 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 증강 현실 장치(1000)는 메모리(1100), 프로세서(1200), 조명기(1300), 및 카메라(1400)를 포함할 수 있다. 본 개시의 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 도 2에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 더 포함될 수 있음을 알 수 있다.
메모리(1100)는 프로세서(1200)에 의해 실행 가능한 명령어들을 저장할 수 있다. 메모리(1100)는 명령어들로 구성된 프로그램을 저장할 수 있다. 메모리(1100)는 예를 들어, 램(RAM, Random Access Memory), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(ROM, Read-Only Memory), 플래시 메모리(flash memory), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 하드웨어 장치를 포함할 수 있다.
메모리(1100)는 명령어들을 포함하는 적어도 하나의 소프트웨어 모듈을 저장할 수 있다. 각 소프트웨어 모듈은 프로세서(1200)에 의해 실행됨으로써, 증강 현실 장치(1000)가 소정의 동작이나 기능을 수행하도록 한다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 프로세서(1200)에 의해 싱크로나이저 모듈, 뎁스 추정 모듈, 및 자세 추정 모드 모듈이 실행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 소프트웨어 모듈을 더 포함할 수 있다.
프로세서(1200)는 메모리(1100)에 저장된 명령어들이나 프로그램화된 소프트웨어 모듈을 실행함으로써, 증강 현실 장치(1000)가 수행하는 동작이나 기능을 제어할 수 있다. 프로세서(1200)는 산술, 로직 및 입출력 연산과 시그널 프로세싱을 수행하는 하드웨어 구성 요소로 구성될 수 있다.
프로세서(1200)는 예를 들어, 중앙 처리 장치(Central Processing Unit), 마이크로 프로세서(microprocessor), 그래픽 프로세서(Graphic Processing Unit), ASICs(Application Specific Integrated Circuits), DSPs(Digital Signal Processors), DSPDs(Digital Signal Processing Devices), PLDs(Programmable Logic Devices), 및 FPGAs(Field Programmable Gate Arrays) 중 적어도 하나의 하드웨어로 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
조명기(1300)는 광원을 포함하며, 균일한 고주파 변조 적외선을 피사체에 조사하거나, 특정한 패턴을 가지는 광을 피사체에 투사할 수 있다. 광원은 LED(Light Emitting Diode), 레이저 다이오드나 빅셀(VCSEL, Vertical Cavity Surface Emitting Laser)이 이용될 수 있다. 조명기(1300)는 콜리메이팅 렌즈나 회절 광학 소자를 더 포함하여, FOV(Field Of View)와 광 경로를 정밀하게 제어하도록 구성될 수 있다.
카메라(1400)는 액티브 센서 또는 패시브 센서로 모두 동작할 수 있는 이미지 센서를 포함할 수 있다. 즉, 뎁스 정보 추정을 위한 액티브 센서와 자세 정보 추정을 위한 패시브 센서가 하나의 카메라(1400)로 단일화될 수 있다. 이에 따르면, 액티브 센서로 ToF 센서를 구비하고, 패시브 센서로 RGB 카메라를 구비하는 것에 비해, 증강 현실 장치(1000)의 사이즈 및 부피를 감소시킬 수 있고, 무게도 낮출 수 있어, 증강 현실 장치(1000)의 소형화 및 경량화가 가능하다.
카메라(1400)는 렌즈들을 포함하는 렌즈 모듈, AF(Auto Focus) 액추에이터, 이미지 신호 프로세서를 더 포함할 수 있다. 렌즈 모듈은 경통부 내에 복수 개의 렌즈들이 배치된 구조를 가지며, 외부로부터 입사되는 광이 배치된 렌즈들을 통과하도록 할 수 있다. AF 액추에이터는 선명한 화질의 영상을 획득하기 위해, 렌즈들을 최적의 초점 위치로 이동시킬 수 있다. 이미지 신호 프로세서는 이미지 센서에서 변환된 전기적 신호를 이미지 신호로 변환할 수 있다.
다만, 카메라(1400)는 액티브 센서로서 동작할 수 있도록 적외선 차단 필터는 포함하지 않을 수 있다. 조명기(1300)의 광원이 적외선 파장 대역임을 고려하여, 적외선 성분도 검출할 수 있도록, 적외선 차단 필터는 제거된 형태의 카메라(1400)일 수 있다.
상기한 구성에 따라, 프로세서(1200)는 메모리(1100)에 저장된 하나 이상의 명령어들을 실행함으로써, 조명기(1300)의 광원을 점등하여 카메라(1400)로부터 제1 이미지를 획득하고, 광원을 소등하여 카메라(1400)로부터 제2 이미지를 획득하며, 제1 이미지에 기초하여 뎁스 정보를 추정하고, 제2 이미지에 기초하여 자세 정보를 추정할 수 있다. 프로세서(1200)는 메모리(1100)에 저장된 싱크로나이저 모듈, 자세 추정 모듈, 및 뎁스 추정 모듈을 로딩하여 실행함으로써, 조명기(1300)와 카메라(1400)를 제어하여 획득되는 제1 이미지와 제2 이미지에 기초하여, 뎁스 정보와 자세 정보를 획득할 수 있다.
프로세서(1200)는 메모리(1100)에 저장된 하나 이상의 명령어들을 실행함으로써, 조명기(1300)의 광원의 점멸에 따라, 카메라(1400)를 액티브 센서 또는 패시브 센서로서 이용할 수 있다. 프로세서(1200)는 조명기(1300)의 광원의 점멸에 따라, 카메라(1400)로부터 제1 이미지와 제2 이미지를 교번하여 획득할 수 있다.
프로세서(1200)는 메모리(1100)에 저장된 하나 이상의 명령어들을 실행함으로써, 조명기(1300)의 광원의 점등 구간의 길이와 소등 구간의 길이, 카메라(1400)의 노출 시간, 제1 이미지의 프레임 레이트(frame rate)와 제2 이미지의 프레임 레이트 등을 조정할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(1200)는 조명기(1300)의 광원의 점등 구간의 길이와 소등 구간의 길이를 동일하게 하고, 점등 구간과 소등 구간 각각에서 카메라(1400)의 노출 시간을 동일하게 하여 제1 이미지와 제2 이미지를 획득할 수 있다. 다른 예를 들어, 프로세서(1200)는 조명기(1300)의 광원의 점등 구간의 길이와 소등 구간의 길이를 동일하게 하고, 점등 구간과 소등 구간 각각에서 카메라(1400)의 노출 시간을 다르게 하여 제1 이미지와 제2 이미지를 획득할 수 있다. 또 다른 예를 들어, 프로세서(1200)는 조명기(1300)의 광원의 점등 구간의 길이와 소등 구간의 길이를 다르게 하고, 제1 이미지의 프레임 레이트(frame rate)와 제2 이미지의 프레임 레이트를 다르게 하여 제1 이미지와 제2 이미지를 획득할 수 있다. 또 다른 예를 들어, 프로세서(1200)는 조명기(1300)의 광원의 점등 구간의 길이와 소등 구간의 길이를 다르게 하고, 제1 이미지의 프레임 레이트(frame rate)와 제2 이미지의 프레임 레이트를 동일하게 하여 제1 이미지와 제2 이미지를 획득할 수 있다. 이때, 소등 구간에서 카메라(1400)가 제2 이미지를 획득하는 촬영 모드 전후로 휴지(idle) 모드를 둘 수 있다.
본 개시의 실시예에 따른 증강 현실 장치(1000)는 다양한 종류의 카메라(1400)와 광원을 채용하여, 뎁스 정보와 자세 정보를 추정할 수 있다. 예를 들어, 증강 현실 장치(1000)의 카메라(1400)는 모노 카메라이고, 프로세서(1200)는 제1 이미지에 대해 ToF(Time of Flight) 방식으로 뎁스 정보를 추정하고, 제2 이미지에 대해 모노 슬램(SLAM, Simualtaneous Localization and Mapping)을 적용하여 자세 정보를 추정할 수 있다. SLAM (Simualtaneous Localization and Mapping)은 알 수 없는 환경의 맵을 구성하거나 업데이트하는 동시에 그 안에서 자신의 위치 또는 자세를 추정하는 알고리즘이다. 모노 슬램은 카메라(1400)를 이용하여 주변을 감지하여 획득한 이미지를 통해, 자신의 위치 또는 자세를 추정하는 Visual SLAM의 일종이다. 다른 예를 들어, 증강 현실 장치(1000)의 카메라(1400)는 제1 스테레오 카메라 및 제2 스테레오 카메라를 포함하고, 프로세서(1200)는 복수의 제1 이미지들 중 적어도 하나에 대해 ToF 방식으로 뎁스 정보를 추정하고, 복수의 제2 이미지들에 대해 스테레오 슬램을 적용하여 자세 정보를 추정할 수 있다. 스테레오 슬램은 카메라(1400)를 이용하여 주변을 감지하여 획득한 복수의 이미지들을 통해, 자신의 위치 또는 자세를 추정하는 Visual SLAM의 일종이다. 또 다른 예를 들어, 증강 현실 장치(1000)의 조명기(1300)는 특정한 패턴을 가지는 광을 피사체에 투사하는 광원을 포함하고, 카메라(1400)는 제1 스테레오 카메라 및 제2 스테레오 카메라를 포함하며, 프로세서(1200)는 복수의 제1 이미지들에 대해 스테레오 비전 방식으로 뎁스 정보를 추정하고, 복수의 제2 이미지들에 대해 스테레오 슬램을 적용하여 자세 정보를 추정할 수 있다.
도 3 내지 도 6은 본 개시의 실시예에 따른 증강 현실 장치(1000)에서 조명기(1300)의 광원이 점멸함에 따라 제1 이미지와 제2 이미지를 획득하는 방식의 예를 나타낸 도면이다.
증강 현실 장치(1000)는 조명기(1300)의 광원의 점등 구간에서 제1 이미지를 획득하는 제1 프로세스와 조명기(1300)의 광원의 소등 구간에서 제2 이미지를 획득하는 제2 프로세스를 시간적으로 교차하여 배치하는 시분할 방식으로 처리할 수 있다. 증강 현실 장치(1000)는 제1 프로세스와 제2 프로세스를 시간적으로 분리시켜, 시간별로 서로 다른 프로세스를 병렬로 처리할 수 있다. 컴퓨팅 기술 발전에 따라 연산 처리 속도가 빨라지면, 이와 같은 시분할 방식에 따른 처리는 서로 다른 프로세스들이 동시에 처리되는 것과 같은 효과를 가질 수 있게 된다.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 증강 현실 장치(1000)는 조명기(1300)의 광원의 점등 구간의 길이와 소등 구간의 길이, 카메라(1400)의 노출 시간, 제1 이미지의 프레임 레이트(frame rate)와 제2 이미지의 프레임 레이트 등을 조정하여, 제1 이미지와 제2 이미지를 획득할 수 있다.
예를 들어, 조명기(1300)의 광원의 점등 구간의 길이와 소등 구간의 길이를 동일하게 하고, 카메라(1400)의 노출 시간을 동일하게 하여, 제1 이미지와 제2 이미지가 획득될 수 있다. 도 3에 도시된 예를 보면, 증강 현실 장치(1000)는 광원의 점등 구간의 길이와 소등 구간의 길이를 각각 1/60s로 동일하게 하고, 점등 구간과 소등 구간 각각에서 카메라(1400)의 노출 시간도 1/60s로 동일하게 할 수 있다. 이에 따라, 증강 현실 장치(1000)는 광원의 점등 구간에서 광원에 의해 피사체에 투영된 광 패턴을 포함하는 제1 이미지를 획득하고, 광원의 소등 구간에서 광 패턴을 포함하지 않는 제2 이미지를 획득할 수 있다. 제1 이미지의 프레임 레이트와 제2 이미지의 프레임 레이트는 동일하다.
다른 예를 들어, 조명기(1300)의 광원의 점등 구간의 길이와 소등 구간의 길이를 동일하게 하고, 카메라(1400)의 노출 시간을 다르게 하여, 제1 이미지와 제2 이미지가 획득될 수 있다. 도 4에 도시된 예를 보면, 증강 현실 장치(1000)는 광원의 점등 구간의 길이와 소등 구간의 길이를 각각 1/30s로 동일하게 하고, 점등 구간에서 카메라(1400)의 노출 시간은 1/30s로 하고, 소등 구간에서 카메라(1400)의 노출 시간은 1/60s로 다르게 할 수 있다. 이에 따라, 증강 현실 장치(1000)는 광원의 점등 구간에서 광원에 의해 피사체에 투영된 광 패턴을 포함하는 제1 이미지를 획득하고, 광원의 소등 구간 중 일부 구간에서 광 패턴을 포함하지 않는 제2 이미지를 획득할 수 있다. 광원의 소등 구간 중 나머지 구간은 아무런 이미지도 획득하지 않는 휴지 모드일 수 있다. 제1 이미지의 프레임 레이트와 제2 이미지의 프레임 레이트는 동일하다.
또 다른 예를 들어, 조명기(1300)의 광원의 점등 구간의 길이와 소등 구간의 길이를 다르게 하고, 제1 이미지의 프레임 레이트와 제2 이미지의 프레임 레이트를 다르게 하여, 제1 이미지와 제2 이미지가 획득될 수 있다. 도 5에 도시된 예를 보면, 증강 현실 장치(1000)는 광원의 점등 구간의 길이는 1/60s로 하고, 소등 구간의 길이는 50.01ms로 다르게 하고, 제2 이미지의 프레임 레이트를 제1 이미지의 프레임 레이트보다 두 배 높게 할 수 있다. 이에 따라, 증강 현실 장치(1000)는 광원의 점등 구간에서 광원에 의해 피사체에 투영된 광 패턴을 포함하는 제1 이미지를 획득하고, 광원의 소등 구간을 세 부분으로 나눈 구간들 중 첫 번째 구간과 세 번째 구간에서 광 패턴을 포함하지 않는 제2 이미지를 각각 획득할 수 있다. 광원의 소등 구간을 세 부분으로 나눈 구간들 중 두 번째 구간은 휴지 모드일 수 있다. 제1 이미지 한 프레임과 제2 이미지 한 프레임을 위한 카메라(1400)의 노출 시간은 1/60s로 동일하다.
또 다른 예를 들어, 조명기(1300)의 광원의 점등 구간의 길이와 소등 구간의 길이를 다르게 하고, 제1 이미지의 프레임 레이트와 제2 이미지의 프레임 레이트를 동일하게 하여, 제1 이미지와 제2 이미지가 획득될 수 있다. 이때, 소등 구간에서 카메라(1400)가 제2 이미지를 획득하는 촬영 모드 전후로 휴지 모드를 둘 수 있다. 도 6에 도시된 예를 보면, 증강 현실 장치(1000)는 광원의 점등 구간의 길이는 1/60s로 하고, 소등 구간의 길이는 50.01ms로 다르게 하고, 제1 이미지의 프레임 레이트와 제1 이미지의 프레임 레이트는 동일하게 할 수 있다. 이에 따라, 증강 현실 장치(1000)는 광원의 점등 구간에서 광원에 의해 피사체에 투영된 광 패턴을 포함하는 제1 이미지를 획득하고, 광원의 소등 구간을 세 부분으로 나눈 구간들 중 두 번째 구간에서 광 패턴을 포함하지 않는 제2 이미지를 획득할 수 있다. 광원의 소등 구간을 세 부분으로 나눈 구간들 중 첫 번째 구간과 세 번째 구간은 휴지 모드일 수 있다. 제1 이미지 한 프레임과 제2 이미지 한 프레임을 위한 카메라(1400)의 노출 시간은 1/60s로 동일하다.
한편, 조명기(1300)의 광원의 점등 구간의 길이와 소등 구간의 길이, 카메라(1400)의 노출 시간, 제1 이미지의 프레임 레이트와 제2 이미지의 프레임 레이트 등은 소모전력 절감, 소자 보호, 뎁스 추정에 요구되는 조건 등을 고려하여 적절히 설정될 수 있다.
도 7은 본 개시의 실시예에 따른 증강 현실 장치(1000)가 모노 카메라를 포함하는 경우, ToF(Time of Flight) 방식으로 뎁스 정보를 추정하고, 모노 슬램을 적용하여 자세 정보를 추정하는 예를 나타낸 도면이다.
프로세서(1200)는 메모리(1100)에 저장된 싱크로나이저 모듈, 뎁스 추정 모듈, 및 자세 추정 모듈을 로딩하여 실행함으로써, 조명기(1300)와 카메라(1400)를 제어하여 획득되는 제1 이미지와 제2 이미지에 기초하여, 뎁스 정보와 자세 정보를 추정할 수 있다.
프로세서(1200)는 싱크로나이저 모듈을 실행하여, 클럭 신호에 기초하여, 조명기(1300)의 광원의 점등과 소등을 제어할 수 있다. 조명기(1300)의 광원은 균일한 고주파 변조 적외선을 피사체에 조사할 수 있다. 프로세서(1200)는 싱크로나이저 모듈을 실행하여, 클럭 신호에 기초하여, 카메라(1400)로부터, 광원의 점등 구간에서 제1 이미지를 획득하고, 광원의 소등 구간에서 제2 이미지를 획득할 수 있다. 프로세서(1200)는 싱크로나이저 모듈을 실행하여, 획득된 제1 이미지를 뎁스 추정 모듈에 전달하고, 획득된 제2 이미지를 자세 추정 모듈에 전달할 수 있다.
프로세서(1200)는 뎁스 추정 모듈을 실행하여, 제1 이미지에 대해 ToF 방식으로 뎁스 정보를 추정할 수 있다. ToF 방식은 연속적인 파장 형태의 광을 피사체에 조사한 후 되돌아오는 수신 광의 위상차에 기초하여 거리를 계산하는 indirect ToF 방식이거나 단파장 형태의 광을 조사한 후 되돌아오는 시간차에 기초하여 거리를 계산하는 direct ToF 방식일 수 있다.
프로세서(1200)는 자세 추정 모듈을 실행하여, 제2 이미지에 대해 모노 슬램을 적용하여 자세 정보를 추정할 수 있다. 프로세서(1200)는 카메라(1400)를 이용하여 주변을 감지하여 획득한 제2 이미지를 이용하여, 카메라(1400)의 위치를 인식하고, 동시에 공간의 3차원 지도를 생성하여 자세를 추정할 수 있다.
한편, 프로세서(1200)는 카메라(1400)로부터 획득되는 제1 이미지와 제2 이미지에 대해, 각각의 용도에 대응되는 이미지 전처리를 수행할 수 있다. 프로세서(1200)는 뎁스 추정에 이용되는 제1 이미지에 대해서는 단파장 대역(예를 들어, G 채널 또는 B 채널)을 억제하는 이미지 전처리 작업을 수행하고, 자세 추정에 이용되는 제2 이미지에 대해서는 장파장 대역(예를 들어, R 채널)을 억제하는 이미지 전처리 작업을 수행할 수 있다.
도 8은 본 개시의 실시예에 따른 증강 현실 장치(1000)가 스테레오 카메라를 포함하는 경우, ToF 방식으로 뎁스 정보를 추정하고, 스테레오 슬램을 적용하여 자세 정보를 추정하는 예를 나타낸 도면이다.
프로세서(1200)는 메모리(1100)에 저장된 싱크로나이저 모듈, 뎁스 추정 모듈, 및 자세 추정 모듈을 로딩하여 실행함으로써, 조명기(1300)와 제1 카메라(1400-1) 및 제2 카메라(1400-2)를 제어하여 획득되는 제1 이미지와 제2 이미지에 기초하여, 뎁스 정보와 자세 정보를 추정할 수 있다.
프로세서(1200)는 싱크로나이저 모듈을 실행하여, 클럭 신호에 기초하여, 조명기(1300)의 광원의 점등과 소등을 제어할 수 있다. 조명기(1300)의 광원은 균일한 고주파 변조 적외선을 피사체에 조사할 수 있다. 프로세서(1200)는 싱크로나이저 모듈을 실행하여, 클럭 신호에 기초하여, 제1 카메라(1400-1) 및 제2 카메라(1400-2)로부터, 광원의 점등 구간에서 복수의 제1 이미지들을 획득하고, 광원의 소등 구간에서 복수의 제2 이미지들을 획득할 수 있다. 프로세서(1200)는 싱크로나이저 모듈을 실행하여, 획득된 제1 이미지들을 뎁스 추정 모듈에 전달하고, 획득된 제2 이미지들을 자세 추정 모듈에 전달할 수 있다.
프로세서(1200)는 뎁스 추정 모듈을 실행하여, 복수의 제1 이미지들 중 적어도 하나에 대해 ToF 방식으로 뎁스 정보를 추정할 수 있다. 프로세서(1200)는 자세 추정 모듈을 실행하여, 복수의 제2 이미지들에 대해 스테레오 슬램을 적용하여 자세 정보를 추정할 수 있다. 프로세서(1200)는 제1 카메라(1400-1) 및 제2 카메라(1400-2)를 이용하여 주변을 감지하여 획득한 복수의 제2 이미지들을 이용하여, 제1 카메라(1400-1) 및 제2 카메라(1400-2)의 기준 위치를 인식하고, 동시에 공간의 3차원 지도를 생성하여 자세를 추정할 수 있다.
도 9는 본 개시의 실시예에 따른 증강 현실 장치(1000)가 스테레오 카메라를 포함하는 경우, 스테레오 비전 방식으로 뎁스 정보를 추정하고, 스테레오 슬램을 적용하여 자세 정보를 추정하는 예를 나타낸 도면이다.
프로세서(1200)는 메모리(1100)에 저장된 싱크로나이저 모듈, 뎁스 추정 모듈, 및 자세 추정 모듈을 로딩하여 실행함으로써, 조명기(1300)와 제1 카메라(1400-1) 및 제2 카메라(1400-2)를 제어하여 획득되는 제1 이미지와 제2 이미지에 기초하여, 뎁스 정보와 자세 정보를 추정할 수 있다.
프로세서(1200)는 싱크로나이저 모듈을 실행하여, 클럭 신호에 기초하여, 조명기(1300)의 광원의 점등과 소등을 제어할 수 있다. 조명기(1300)의 광원은 특정한 패턴을 가지는 광을 피사체에 투사할 수 있다. 프로세서(1200)는 싱크로나이저 모듈을 실행하여, 클럭 신호에 기초하여, 제1 카메라(1400-1) 및 제2 카메라(1400-2)로부터, 광원의 점등 구간에서 복수의 제1 이미지들을 획득하고, 광원의 소등 구간에서 복수의 제2 이미지들을 획득할 수 있다. 프로세서(1200)는 싱크로나이저 모듈을 실행하여, 획득된 제1 이미지들을 뎁스 추정 모듈에 전달하고, 획득된 제2 이미지들을 자세 추정 모듈에 전달할 수 있다.
프로세서(1200)는 뎁스 추정 모듈을 실행하여, 복수의 제1 이미지들에 대해 스테레오 비전 방식으로 뎁스 정보를 추정할 수 있다. 조명기(1300)의 광원으로부터 피사체에 특정한 패턴의 광이 투영되었기 때문에, 투영된 광 패턴을 포함하는 제1 이미지는 특징점이 증강되어, 스테레오 비전 수행을 위한 특징점 매칭에 유리할 수 있다. 프로세서(1200)는 자세 추정 모듈을 실행하여, 복수의 제2 이미지들에 대해 스테레오 슬램을 적용하여 자세 정보를 추정할 수 있다.
도 10은 본 개시의 실시예에 따른 증강 현실 장치(1000)의 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.
이상에서 증강 현실 장치(1000)에 대하여 기술한 내용은 이하 그 내용이 생략되더라도 증강 현실 장치(1000)의 제어 방법에 대하여 그대로 적용될 수 있다.
1010 단계에서, 증강 현실 장치(1000)는 조명기(1300)의 광원을 점등하여 카메라(1400)로부터 제1 이미지를 획득할 수 있다. 카메라(1400)는 조명기(1300)의 광원이 점등됨에 따라, 액티브 센서로서 동작할 수 있다. 조명기(1300)의 광원은 뎁스 정보를 추정하는 방식의 종류에 따라, 균일한 고주파 변조 적외선을 피사체에 조사하거나 특정한 패턴을 가지는 광을 피사체에 투사할 수 있다.
1020 단계에서, 증강 현실 장치(1000)는 조명기(1300)의 광원을 소등하여 카메라(1400)로부터 제2 이미지를 획득할 수 있다. 카메라(1400)는 조명기(1300)의 광원이 소등됨에 따라, 패시브 센서로서 동작할 수 있다.
증강 현실 장치(1000)는 조명기(1300)의 광원의 점멸에 따라, 카메라(1400)를 액티브 센서 또는 패시브 센서로서 이용할 수 있다. 제1 이미지와 제2 이미지는 조명기(1300)의 광원의 점멸에 따라, 교번하여 획득될 수 있다. 조명기(1300)의 광원의 점등 구간에서 제1 이미지를 획득하는 것과 조명기(1300)의 광원의 소등 구간에서 제2 이미지를 획득하는 것은 시간적으로 교차하여 배치하는 시분할 방식으로 처리될 수 있다.
1030 단계에서, 증강 현실 장치(1000)는 제1 이미지에 기초하여 뎁스 정보를 추정할 수 있다. 증강 현실 장치(1000)는 적어도 하나의 제1 이미지에 대해 ToF 방식 또는 스테레오 비전 방식으로 뎁스 정보를 추정할 수 있다. 예를 들어, 카메라(1400)가 모노 카메라인 경우, 증강 현실 장치(1000)는 제1 이미지에 대해 ToF 방식으로 뎁스 정보를 추정할 수 있다. 다른 예를 들어, 카메라(1400)가 스테레오 카메라인 경우, 증강 현실 장치(1000)는 복수의 제1 이미지들 중 적어도 하나에 대해 ToF 방식으로 뎁스 정보를 추정하거나, 복수의 제1 이미지들에 대해 스테레오 비전 방식으로 뎁스 정보를 추정할 수 있다.
1040 단계에서, 증강 현실 장치(1000)는 제2 이미지에 기초하여 자세 정보를 추정할 수 있다. 증강 현실 장치(1000)는 적어도 하나의 제2 이미지에 대해 모노 슬램 또는 스테레오 슬램을 적용하여 자세 정보를 추정할 수 있다. 예를 들어, 카메라(1400)가 모노 카메라인 경우, 증강 현실 장치(1000)는 제2 이미지에 대해 모노 슬램을 적용하여 자세 정보를 추정할 수 있다. 다른 예를 들어, 카메라(1400)가 스테레오 카메라인 경우, 증강 현실 장치(1000)는 복수의 제2 이미지들에 대해 스테레오 슬램을 적용하여 자세 정보를 추정할 수 있다.
도 11은 본 개시의 실시예들에 따른 증강 현실 장치(1000)의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 11을 참조하면, 증강 현실 장치(1000)는 앞서 설명한 메모리(1100), 프로세서(1200), 조명기(1300), 카메라(1400) 외에 통신 인터페이스 모듈(1500), 디스플레이(1600), 디스플레이 엔진부(1700), 시선 추적 센서(1800)를 더 포함할 수 있다. 그 외에도 증강 현실 장치(1000)의 위치를 감지하는 위치 센서나 증강 현실 장치(1000)에 전원을 공급하는 전원부와 같은 구성들도 포함할 수 있으나, 이에 대한 설명은 생략한다.
통신 인터페이스 모듈(1500)은 다른 장치 또는 네트워크와 유무선 통신을 수행할 수 있다. 이를 위해, 통신 인터페이스 모듈(1500)은 다양한 유무선 통신 방법 중 적어도 하나를 지원하는 통신 모듈을 포함할 수 있다. 예를 들어, Wi-Fi(Wireless Fidelity), 블루투스와 같은 근거리 통신이나 다양한 종류의 이동 통신 또는 초광대역 통신을 수행하는 통신 모듈이 포함될 수 있다. 통신 인터페이스 모듈(1500)은 증강 현실 장치(1000)의 외부에 위치한 장치와 연결되어, 증강 현실 장치(1000)에서 획득하거나 생성된 이미지를 외부에 위치한 장치에 전송할 수 있다.
증강 현실 장치(1000)는 디스플레이(1600)와 디스플레이 엔진부(1700)를 통해 가상 이미지의 팝업을 제공할 수 있다. 가상 이미지(virtual image)는 광학 엔진을 통해 생성되는 이미지로 정적 이미지와 동적 이미지를 모두 포함할 수 있다. 이러한 가상 이미지는 사용자가 증강 현실 장치(1000)를 통해서 보는 현실 세계의 장면과 함께 관측되며, 현실 세계의 장면 속의 현실 객체에 대한 정보 또는 증강 현실 장치인 증강 현실 장치(1000)의 동작에 대한 정보나 제어 메뉴 등을 나타내는 이미지일 수 있다.
디스플레이 엔진부(1700)는 가상 이미지를 생성하여 투사하는 광학 엔진과 광학 엔진으로부터 투사된 가상 이미지의 광을 디스플레이(1600)까지 안내하는 가이드부를 포함할 수 있다. 디스플레이(1600)는 증강 현실 장치(1000)의 좌안 렌즈부 및/또는 우안 렌즈부에 내재된 시스루 형태의 도광판(웨이브가이드, Waveguide)을 포함할 수 있다. 디스플레이(1600)는 객체에 대한 정보 또는 증강 현실 장치(1000)의 동작에 대한 정보나 제어 메뉴를 나타내는 가상 이미지를 디스플레이할 수 있다.
디스플레이(1600)에 가상 이미지의 팝업이 표시되는 경우, 증강 현실 장치(1000)를 착용한 사용자는 가상 이미지의 팝업을 조작하기 위해 카메라(1400)에 사용자의 손을 노출시키고, 가상 이미지의 팝업에 있는 증강 현실 장치(1000)의 기능을 노출된 손이 선택하도록 함으로써, 해당 기능을 실행시킬 수 있다.
시선 추적 센서(1800)는 사용자 눈이 향하는 시선 방향, 사용자 눈의 동공 위치 또는 동공의 중심점 좌표 등 시선 정보를 검출할 수 있다. 프로세서(1200)는 시선 추적 센서(1800)에서 검출된 사용자의 시선 정보에 에 기초하여, 안구 움직임(eye movement) 형태를 판단할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(1200)는 시선 추적 센서(1900)로부터 획득된 시선 정보에 기초하여, 어느 한 곳을 주시하는 고정(fixation), 움직이는 객체를 쫓는 추적(pursuit), 한 응시 지점에서 다른 응시 지점으로 신속하게 시선이 이동하는 도약(saccade) 등을 포함한 다양한 형태의 시선 움직임을 판단할 수 있다.
증강 현실 장치(1000)의 프로세서(1200)는 시선 추적 센서(1900)를 이용하여 사용자의 응시 지점이나 사용자의 시선 이동을 판단하여, 증강 현실 장치(1000)의 제어에 이용할 수 있다. 프로세서(1200)는 시선 추적 센서(1900)에 의해 판단되는 응시 지점이나 시선 이동에 따라서 조명기(1300) 또는 카메라(1400)의 방향을 제어하여, 적어도 하나의 이미지를 획득할 수 있다. 예를 들어, 사용자는 증강 현실 장치(1000)를 착용하여 제1 방향에서 이미지를 획득한 후, 사용자의 응시 지점이나 시선 이동에 따라 카메라(1400)의 촬영 방향을 제어하여, 제2 방향에서 다른 이미지를 획득할 수 있다.
도 12는 본 개시의 실시예들에 따른 증강 현실 장치(1000)의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 증강 현실 장치(1000)가 증강 현실 기능이 탑재된 스마트 폰이나 디지털 카메라인 경우이다. 증강 현실 장치(1000)는 메모리(1100), 프로세서(1200), 조명기(1300), 카메라(1400), 통신 인터페이스 모듈(1500), 디스플레이(1600)를 포함할 수 있다. 그 외에도 증강 현실 장치(1000)의 위치를 감지하는 위치 센서, 또는 증강 현실 장치(1000)에 전원을 공급하는 전원부와 같은 구성들도 포함할 수 있으며, 앞에서 설명한 내용과 중복되는 것에 대한 설명은 이하 생략하고, 차이점이 있는 구성들에 대해서 설명을 부연한다.
통신 인터페이스 모듈(1500)은 스마트 폰이나 디지털 카메라 형태인 증강 현실 장치(1000)의 외부에 위치한 장치와 연결되어, 증강 현실 장치(1000)에서 획득하거나 생성된 이미지를 외부에 위치한 장치에 전송할 수 있다.
디스플레이(1600)는 정보나 이미지를 제공하는 출력부를 포함하며, 입력을 수신하는 입력부를 더 포함한 형태일 수 있다. 출력부는 표시 패널 및 표시 패널을 제어하는 컨트롤러를 포함할 수 있으며, OLED(Organic Light Emitting Diodes) 디스플레이, AM-OLED(Active-Matrix Organic Light-Emitting Diode) 디스플레이, LCD(Liquid Crystal Display) 등과 같은 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 입력부는 사용자로부터 다양한 형태의 입력을 받을 수 있으며, 터치 패널, 키패드, 펜 인식 패널 중 적어도 하나를 포함한 형태일 수 있다. 디스플레이(1700)는 표시 패널과 터치 패널이 결합된 터치 스크린 형태로 제공될 수 있으며, 유연하게(flexible) 또는 접을 수 있게(foldable) 구현될 수 있다.
도 13은 본 개시의 실시예에 따른 증강 현실 장치(1000)의 제어 방법의 다른 예를 나타낸 흐름도이다.
1310 단계에서, 증강 현실 장치(1000)는 동작 모드를 확인할 수 있다. 동작 모드는 증강 현실 장치(1000)의 사용자의 입력에 따라 결정되거나, 증강 현실 장치(1000)의 상태나 사용 환경에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 사용자가 증강 현실 장치(1000)에 대해 음성으로 소정의 동작 모드가 수행되도록 하거나, 사용자가 증강 현실 장치(1000)에 구비된 버튼이나 터치 스크린 등의 입력부를 통해 소정의 동작 모드가 수행되도록 하는 경우, 증강 현실 장치(1000)의 동작 모드가 결정될 수 있다. 다른 예를 들어, 증강 현실 장치(1000)의 배터리의 충전 상태에 따라, 소정의 동작 모드가 수행되거나 수행되지 않도록, 증강 현실 장치(1000)의 동작 모드가 결정될 수 있다. 또 다른 예를 들어, 증강 현실 장치(1000)가 위치한 공간의 환경이나 증강 현실 장치(1000)의 움직임이 계속적으로 변하는지 여부에 따라, 복수의 동작 모드들 중에서 소정의 동작 모드가 선택적으로 결정될 수 있다.
1320 단계에서, 결정된 동작 모드가 자세 추정 모드로 확인된 경우, 증강 현실 장치(1000)는 조명기(1300)의 광원을 점등하여 카메라(1400)로부터 제1 이미지를 획득할 수 있다. 증강 현실 장치(1000)는 제1 이미지에 기초하여 ToF 방식 또는 스테레오 비전 방식으로 뎁스 정보를 추정할 수 있다.
1330 단계에서, 결정된 동작 모드가 뎁스 및 자세 추정 모드로 확인된 경우, 증강 현실 장치(1000)는 조명기(1300)의 광원을 점등하여 카메라(1400)로부터 제1 이미지를 획득할 수 있다. 카메라(1400)는 조명기(1300)의 광원이 점등됨에 따라, 액티브 센서로서 동작할 수 있다. 증강 현실 장치(1000)는 조명기(1300)의 광원을 소등하여 카메라(1400)로부터 제2 이미지를 획득할 수 있다. 카메라(1400)는 조명기(1300)의 광원이 소등됨에 따라, 패시브 센서로서 동작할 수 있다. 조명기(1300)의 광원의 점등 구간에서 제1 이미지를 획득하는 것과 조명기(1300)의 광원의 소등 구간에서 제2 이미지를 획득하는 것은 시간적으로 교차하여 배치하는 시분할 방식으로 처리될 수 있다. 증강 현실 장치(1000)는 제1 이미지에 기초하여 ToF 방식 또는 스테레오 비전 방식으로 뎁스 정보를 추정할 수 있다. 증강 현실 장치(1000)는 제2 이미지에 기초하여 모노 슬램 또는 스테레오 슬램을 적용하여 자세 정보를 추정할 수 있다.
1340 단계에서, 결정된 동작 모드가 자세 추정 모드로 확인된 경우, 증강 현실 장치(1000)는 조명기(1300)의 광원을 소등하여 카메라(1400)로부터 제2 이미지를 획득할 수 있다. 증강 현실 장치(1000)는 제2 이미지에 기초하여 모노 슬램 또는 스테레오 슬램을 적용하여 자세 정보를 추정할 수 있다.
증강 현실 장치(1000)의 동작 모드는 도 13에 도시된 예에 한정되지 않는다. 도 13에 도시된 동작 모드 중 일부가 제외되거나, 다른 동작 모드가 더 추가되어, 다양한 동작 모드의 종류에 따라 증강 현실 장치(1000)의 제어가 이루어 질 수 있다.
본 개시에서 설명된 증강 현실 장치(1000)는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 개시된 실시예들에서 설명된 증강 현실 장치(1000)는 프로세서, ALU(arithmetic logic unit), ASICs(Application Specific Integrated Circuits), DSPs(Digital Signal Processors), DSPDs(Digital Signal Processing Devices), PLDs(Programmable Logic Devices), 마이크로컴퓨터, 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다.
소프트웨어는, 컴퓨터로 읽을 수 있는 저장 매체(computer-readable storage media)에 저장된 명령어를 포함하는 컴퓨터 프로그램으로 구현될 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체로는, 예를 들어 마그네틱 저장 매체(예컨대, ROM(read-only memory), RAM(random-access memory), 플로피 디스크, 하드 디스크 등) 및 광학적 판독 매체(예컨대, 시디롬(CD-ROM), 디브이디(DVD, Digital Versatile Disc)) 등이 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템들에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 판독 가능한 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 매체는 컴퓨터에 의해 판독가능하며, 메모리에 저장되고, 프로세서에서 실행될 수 있다.
컴퓨터는, 저장 매체로부터 저장된 명령어를 호출하고, 호출된 명령어에 따라 개시된 실시예에 따른 동작이 가능한 장치로서, 개시된 실시예들에 따른 증강 현실 장치(1000)를 포함할 수 있다.
컴퓨터로 읽을 수 있는 저장매체는, 비일시적(non-transitory) 저장매체의 형태로 제공될 수 있다. 여기서, '비일시적'은 저장매체가 신호(signal)를 포함하지 않으며 실재(tangible)한다는 것을 의미할 뿐 데이터가 저장매체에 반영구적 또는 임시적으로 저장됨을 구분하지 않는다.
또한, 개시된 실시예들에 따른 증강 현실 장치(1000)의 제어 방법은 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)에 포함되어 제공될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 상품으로서 판매자 및 구매자 간에 거래될 수 있다.
컴퓨터 프로그램 제품은 소프트웨어 프로그램, 소프트웨어 프로그램이 저장된 컴퓨터로 읽을 수 있는 저장 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터 프로그램 제품은 증강 현실 장치(1000)의 제조사 또는 전자 마켓(예를 들어, 구글 플레이 스토어, 앱 스토어)을 통해 전자적으로 배포되는 소프트웨어 프로그램 형태의 상품(예를 들어, 다운로드 가능한 애플리케이션(downloadable application))을 포함할 수 있다. 전자적 배포를 위하여, 소프트웨어 프로그램의 적어도 일부는 저장 매체에 저장되거나, 임시적으로 생성될 수 있다. 이 경우, 저장 매체는 제조사의 서버, 전자 마켓의 서버, 또는 소프트웨어 프로그램을 임시적으로 저장하는 중계 서버의 저장매체가 될 수 있다.
컴퓨터 프로그램 제품은, 서버 및 단말(예를 들어, 증강 현실 장치)로 구성되는 시스템에서, 서버의 저장매체 또는 단말의 저장매체를 포함할 수 있다. 또는, 서버 또는 단말과 통신 연결되는 제3 장치(예, 스마트 폰)가 존재하는 경우, 컴퓨터 프로그램 제품은 제3 장치의 저장매체를 포함할 수 있다. 또는, 컴퓨터 프로그램 제품은 서버로부터 단말 또는 제3 장치로 전송되거나, 제3 장치로부터 단말로 전송되는 소프트웨어 프로그램 자체를 포함할 수 있다.
이 경우, 서버, 단말 및 제3 장치 중 하나가 컴퓨터 프로그램 제품을 실행하여 개시된 실시예들에 따른 방법을 수행할 수 있다. 또는, 서버, 단말 및 제3 장치 중 둘 이상이 컴퓨터 프로그램 제품을 실행하여 개시된 실시예들에 따른 방법을 분산하여 실시할 수 있다.
예를 들면, 서버(예로, 클라우드 서버 또는 인공 지능 서버 등)가 서버에 저장된 컴퓨터 프로그램 제품을 실행하여, 서버와 통신 연결된 단말이 개시된 실시예들에 따른 방법을 수행하도록 제어할 수 있다.
또 다른 예로, 제3 장치가 컴퓨터 프로그램 제품을 실행하여, 제3 장치와 통신 연결된 단말이 개시된 실시예에 따른 방법을 수행하도록 제어할 수 있다.
제3 장치가 컴퓨터 프로그램 제품을 실행하는 경우, 제3 장치는 서버로부터 컴퓨터 프로그램 제품을 다운로드하고, 다운로드된 컴퓨터 프로그램 제품을 실행할 수 있다. 또는, 제3 장치는 프리로드된 상태로 제공된 컴퓨터 프로그램 제품을 실행하여 개시된 실시예들에 따른 방법을 수행할 수도 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 설명된 전자 장치, 구조, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

Claims (20)

  1. 조명기(illuminator);
    카메라;
    하나 이상의 명령어들을 저장하는 메모리; 및
    상기 하나 이상의 명령어들을 실행하는 프로세서를 포함하며,
    상기 프로세서는,
    상기 조명기의 광원을 점등하여 상기 카메라로부터 제1 이미지를 획득하고, 상기 광원을 소등하여 상기 카메라로부터 제2 이미지를 획득하며, 상기 제1 이미지에 기초하여 뎁스 정보를 추정하고, 상기 제2 이미지에 기초하여 자세 정보를 추정하는, 증강 현실 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 하나 이상의 명령어들을 실행함으로써,
    상기 광원의 점멸에 따라, 상기 카메라를 액티브 센서 또는 패시브 센서로서 이용하는, 증강 현실 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 하나 이상의 명령어들을 실행함으로써,
    상기 광원의 점멸에 따라, 상기 제1 이미지와 상기 제2 이미지를 교번하여 획득하는, 증강 현실 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 하나 이상의 명령어들을 실행함으로써,
    상기 광원의 점등 구간에서 상기 제1 이미지를 획득하는 제1 프로세스와 상기 광원의 소등 구간에서 상기 제2 이미지를 획득하는 제2 프로세스를 시간적으로 교차하여 배치하는 시분할 방식으로 처리하는, 증강 현실 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 하나 이상의 명령어들을 실행함으로써,
    상기 점등 구간의 길이와 상기 소등 구간의 길이를 동일하게 하고, 상기 점등 구간과 상기 소등 구간 각각에서 상기 카메라의 노출 시간을 동일하게 하여 상기 제1 이미지와 상기 제2 이미지를 획득하는, 증강 현실 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 하나 이상의 명령어들을 실행함으로써,
    상기 점등 구간의 길이와 상기 소등 구간의 길이를 동일하게 하고, 상기 점등 구간과 상기 소등 구간 각각에서 상기 카메라의 노출 시간을 다르게 하여 상기 제1 이미지와 상기 제2 이미지를 획득하는, 증강 현실 장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 하나 이상의 명령어들을 실행함으로써,
    상기 점등 구간의 길이와 상기 소등 구간의 길이를 다르게 하고, 상기 제1 이미지의 프레임 레이트와 상기 제2 이미지의 프레임 레이트를 다르게 하여 상기 제1 이미지와 상기 제2 이미지를 획득하는, 증강 현실 장치.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 하나 이상의 명령어들을 실행함으로써,
    상기 점등 구간의 길이와 상기 소등 구간의 길이를 다르게 하고, 상기 제1 이미지의 프레임 레이트와 상기 제2 이미지의 프레임 레이트를 동일하게 하여 상기 제1 이미지와 상기 제2 이미지를 획득하는, 증강 현실 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 하나 이상의 명령어들을 실행함으로써,
    상기 소등 구간에서 상기 카메라가 상기 제2 이미지를 획득하는 촬영 모드 전후로 휴지(idle) 모드를 두는, 증강 현실 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 카메라는 모노 카메라이고,
    상기 프로세서는 상기 하나 이상의 명령어들을 실행함으로써,
    상기 제1 이미지에 대해 ToF(Time of Flight) 방식으로 상기 뎁스 정보를 추정하고, 상기 제2 이미지에 대해 모노 슬램을 적용하여 상기 자세 정보를 추정하는, 증강 현실 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 카메라는 제1 스테레오 카메라 및 제2 스테레오 카메라를 포함하고,
    상기 프로세서는 상기 하나 이상의 명령어들을 실행함으로써,
    복수의 제1 이미지들 중 적어도 하나에 대해 ToF 방식으로 상기 뎁스 정보를 추정하고, 복수의 제2 이미지들에 대해 스테레오 슬램을 적용하여 상기 자세 정보를 추정하는, 증강 현실 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 조명기는 특정한 패턴을 가지는 광을 피사체에 투사하는 광원을 포함하고, 상기 카메라는 제1 스테레오 카메라 및 제2 스테레오 카메라를 포함하며,
    상기 프로세서는 상기 하나 이상의 명령어들을 실행함으로써,
    복수의 제1 이미지들에 대해 스테레오 비전 방식으로 상기 뎁스 정보를 추정하고, 복수의 제2 이미지들에 대해 스테레오 슬램을 적용하여 상기 자세 정보를 추정하는, 증강 현실 장치.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 카메라는,
    적외선 차단 필터가 제거된 카메라인, 증강 현실 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 이미지는 상기 광원에 의해 피사체에 투영된 광 패턴을 포함하고, 상기 제2 이미지는 상기 광 패턴을 포함하지 않는, 증강 현실 장치.
  15. 조명기의 광원을 점등하여 카메라로부터 제1 이미지를 획득하는 단계;
    상기 광원을 소등하여 상기 카메라로부터 제2 이미지를 획득하는 단계;
    상기 제1 이미지에 기초하여 뎁스 정보를 추정하는 단계; 및
    상기 제2 이미지에 기초하여 자세 정보를 추정하는 단계를 포함하는, 증강 현실 장치의 제어 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 카메라는 상기 광원의 점멸에 따라, 액티브 센서 또는 패시브 센서로서 이용되는, 증강 현실 장치의 제어 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 제1 이미지와 상기 제2 이미지는 상기 광원의 점멸에 따라, 교번하여 획득되는, 증강 현실 장치의 제어 방법.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 광원의 점등 구간에서 상기 제1 이미지를 획득하는 단계와 상기 광원의 소등 구간에서 상기 제2 이미지를 획득하는 단계는 시간적으로 교차하여 배치하는 시분할 방식으로 처리되는, 증강 현실 장치의 제어 방법.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 뎁스 정보를 추정하는 단계는,
    적어도 하나의 상기 제1 이미지에 대해 ToF 방식 또는 스테레오 비전 방식으로 상기 뎁스 정보를 추정하고,
    상기 자세 정보를 추정하는 단계는,
    적어도 하나의 상기 제2 이미지에 대해 모노 슬램 또는 스테레오 슬램을 적용하여 상기 자세 정보를 추정하는, 증강 현실 장치의 제어 방법.
  20. 조명기의 광원을 점등하여 카메라로부터 제1 이미지를 획득하는 명령어들;
    상기 광원을 소등하여 상기 카메라로부터 제2 이미지를 획득하는 명령어들;
    상기 제1 이미지에 기초하여 뎁스 정보를 추정하는 명령어들; 및
    상기 제2 이미지에 기초하여 자세 정보를 추정하는 명령어들을 포함하는, 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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