KR101100036B1 - 코드 타입 마커 - Google Patents

Abstract

본 발명은 코드 타입 마커에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 베이스, 상기 베이스의 일정간격 테두리를 남기고, 내부를 분할하여 형성하는 복수개의 분할면, 및 상기 분할면 중 어느 일면을 제외하고 각각의 분할면에 형성하는 비트 코드;로 구성하는 코드 타입 마커에 관한 것이다.

Description

코드 타입 마커 {CODE TYPE MARKER}

본 발명은 마커 기반의 증강현실 시스템에 사용하는 코드 타입 마커에 관한 것이다.

증강현실(augmented reality)이란 실 세계의 영상과 가상적인 그래픽 객체를 컴퓨터로 합성하여 사용자의 상호작용(interaction)을 통하여 실제와 비슷한 현실감을 제공할 수 있는 가상의 세계를 의미하며, 완전한 몰입환경을 구현한 가상현실(virtual reality) 수준보다는 약한 단계의 가상환경이라 할 수 있다.

증강현실 시스템을 구축하기 위해 필요한 핵심적인 기술로는 객체의 위치를 찾는 마커 검출과 정합, 추적, 가상물체와 실사의 합성 및 카메라 변수 계산을 위한 카메라 보정, 표시장치, 가상 물체를 만드는 3차원 모델링 기술이 요구된다.

즉, 3차원의 공간에서 움직이는 현장 상황을 이해되도록 영상에 문자 및 그래픽모형과 같은 정보를 실시간으로 사용자에게 제공하여 실세계 현상에 대한 이해와 인식력을 향상 시키는 기술 분야이다.

증강현실은 1968년 Ivan Sutherland가 HMD(Head Mounted Display)를 이용하여 개발한 시스템이 최초이고, 그 당시의 컴퓨터 성능의 문제로 매우 단순한 와이어 프레임 정도만 실시간으로 표시할 수 있었다. 그 후 1992년 Tom Caudell이 본격적으로 HMD를 이용한 디스플레이 기술을 개발하며 AR이라는 용어를 사용하게 되었으며 이때부터 지속적인 연구가 이루어지기 시작하였다.

현대에 이르러, 휴대가 간편한 컴퓨팅 단말기의 성능과 디스플레이의 환경이 발전함에 따라 증강현실의 기술이 급속도로 발전 하였고 의료, 교육, 게임, 군사, 산업 등 많은 분야에 사용되고 있으며 증강현실 기술 연구는 현재 활발히 진행 중으로 지속적으로 그 수요가 늘어가는 추세이다.

이러한 증강현실을 구현하기 위해서는 실제생활 즉, 카메라가 받은 영상의 어느 곳에 물체를 증강시킬 것인지를 결정해야 하며, 증강 방식에 따라 마커 인식(Marker Recognition)방법과 마커리스 인식(Markerless Recognition)방법으로 분류된다.

상기 마커인식 방법은 카메라 영상으로부터 마커에 해당하는 특징을 검출하고, 이를 인식하기 위한 정합과정을 거쳐 실사의 환경에 가상의 그래픽을 합성하는 것으로 마커 검출 및 정합 성능에 그 의존도가 높다.

그에 반해, 마커리스 인식 방법은 마커를 사용하지 않는 장점을 갖는 반면에 인식에 필요한 영상내 특징 점을 추출하기 위한 영상처리에 많은 시간과 노력이 필요로 하는 단점을 갖는다.

도 1은 종래의 마커 인식에 따른 증강현실 표출 방법을 나타낸 흐름도이다.

도 1에 도시한 바와 같이 카메라로부터 동영상을 획득하고, 증강 객체와 일대일 사상된 마커(Marker)를 검출하여 등록된 마커 중에 획득된 마커를 식별하는 정합과정을 거쳐 최종적으로 3차원 객체를 회전성분에 맞게 동영상에 증강하여 사용자가 입체적인 세계를 경험하도록 한다.

그러나, 종래의 마커는 등록된 마커의 수가 증가할 경우 정합과정에서 많은 계산적인 부담이 되어 정상적인 실시간 처리가 불가능하다는 단점이 있다.

이는 등록된 마커의 수와 검출된 마커의 수가 각각 M, N이라고 할 때, 4방향으로 등록된 마커를 회전시키면서 정합을 해야 하므로 4 * M * N번의 정합이 필요하다. 그러므로, 보통의 데스크 탑 환경에서 처리속도를 최소 10fps(frame per second)이상 유지하기가 불가능하며, 메모리의 사용량이 증가되는 단점이 있다.

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 추출되는 마커의 비트코드에 해당하는 인식 코드 값을 추출하여 인식에 필요한 별도의 정합과정이 필요 없도록 하는 것이다.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 마커의 ID에 해당하는 인식 코드 값을 이용하여 경우의 수를 무한대까지 사용할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 한 특징에 따른 코드 타입 마커는 테두리와; 상기 테두리의 일정 간격을 남기고, 내부를 분할하여 형성하는 복수개의 분할면; 및 상기 분할면 중 어느 일면을 제외하고 각각의 분할면에 형성하는 비트 코드;로 구성하는 것을 특징으로 한다.

상기 특징에 따른 코드 타입 마커는 상기 복수개의 분할면 중 각 분할면에 형성하는 비트 코드를 N이라고 할 때, 2^N-1까지의 코드를 구분하는 것을 특징으로 한다.

상기 특징에 따른 코드 타입 마커의 상기 비트 코드는 4비트, 5비트, 6비트, 9비트, 및 16비트 중 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 한다.

상기 특징에 따른 코드 타입 마커의 상기 비트 코드는 래스터 주사 순서(Raster Scan Order), 시계방향 (CW;ClockWise) 또는 반시계방향(CCW;CounterClockWise)으로 형성하는 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명의 특징에 따르면,

본 발명은 마커의 비트 코드를 인식할 수 있는 고유의 인식 코드 값을 형상화하므로 현재의 마커 기반 증강현실 시스템에서 마커의 등록 및 정합이 필요 없이 마커를 인식하여 사용할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 마커 인식에 따른 증강현실 표출 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 발명에 따른 코드 타입 마커를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 코드 타입 마커의 예시를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 코드 타입 마커의 분할면 당 비트 코드 실시 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 코드 타입 마커의 인식 방법을 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 코드 타입 마커를 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 코드 타입 마커의 예시를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 코드 타입 마커의 분할면 당 비트 코드 실시 예를 나타낸 도면이다.

도2 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 코드 타입 마커는 테두리(100), 분할면(200), 및 비트 코드(300)로 구성한다.

여기서, 테두리(100)는 분할면(200)과 바탕 영역을 구분할 수 있도록 하기 위한 것으로 비트 코드(300)를 구분하기 위해서 테두리(100)의 간격이 넓을수록 비트 코드(300)의 검출 성능이 좋다.

여기서, 분할면(200)은 상기 테두리(100)의 일정 간격을 남기고, 내부를 분할하여 형성한다. 본 발명의 실시 예에서는 마크 내부를 4등분으로 분할하였으나 분할면(200)의 수는 한정하지 아니한다.

여기서, 비트 코드(300)는 상기 분할면(200) 중 어느 일면을 제외하고 각각의 분할면(200)에 상기 형성하는 코드이다. 이때, 상기 분할면(200) 중 어느 일면을 제외하여 비트 코드(300)를 삽입하지 않는 이유는 마커의 회전시 기준을 찾기 위함이다.

이때, 비트 코드(300)는 도 2에 도시한 바와 같이, 첫번째 분할면(200)을 제외하고, 두번째는 B1 내지 B4, 세번째는 B5 내지 B8, 및 네번째는 B9 내지 B11의 비트 코드(300)와 같이 형성하며, 상기와 같이 형성된 비트 코드(300)에 해당하는 패턴을 비트 위치별로 삽입하며, 비트 코드(300) 및 분할면(200)의 코드 삽입 순서는 상기 비트 코드(300)는 래스터 주사 순서(Raster Scan Order), 시계방향 (CW;ClockWise) 또는 반시계방향(CCW;CounterClockWise)으로 한다.

상기와 같이 형성된 코드 타입 마커의 마커 구분 개수는 1개의 사분면에 삽입되는 코드의 비트수를 N이라고 할 때, 비트 코드(300)가 삽입되지 않는 분할면(200)과 구분하기 위해서 10진수 1부터 2^N-1까지의 코드를 구분할 수 있다.

여기서, 비트 코드(300)가 삽입되는 나머지 분할면(200)의 비트 코드(300)가 1부터 시작하므로 연속성이 없어 인식되는 비트 코드 값은 삽입 비트 코드에서 1을 빼서 순차적 코드로 사용한다.

상기에 해당하는 인식하는 비트 코드 값 = 삽입 비트 코드 - 1는 [표 1]에 나타낸 것과 같다.

상기와 같이 전체 코드 구분 개수는 하나의 분할면당 2^N-1이므로 도 2 및 도 3과 같이 전체 분할면(200)이 4개의 면인 경우 이 중 3개의 분할면(200)에 각각 동일한 개수의 비트 코드(300)를 고려하면 (2^N-1)³이 된다.

또한, 도 2 및 도 3에서는 4 비트 코드 삽입으로 도시하여 설명하였으나 상기 비트 코드는 도 4에 도시한 바와 같이, 4비트, 5비트, 6비트, 9비트, 및 16비트 중 어느 하나의 비트 코드를 삽입할 수 있다.

각 비트 코드는 각 비트 패턴간의 공간을 두고 비트를 삽입할 수도 있지만 코드 구분을 위해 마커 전체 테두리(100)와의 간격이 넓을수록 좋은 검출 성능을 보이므로 (a) 내지 (e)와 같이 비트 패턴들 간의 간격을 없애고 크기를 키워 기준 위치만을 탐색하여 비트 값을 인식 할 수 있다.

[표 2]는 각 1분할면 당 삽입되는 비트 코드에 따른 전체 코드 구분 개수를 보여준다.

본 발명의 실시 예에서 분할면 당 각 비트 패턴들의 간격에서 기본적인 비트 코드 패턴의 픽셀은 5 × 5 정사각형으로 5비트, 9비트 16비트 패턴의 픽셀 역시 5 × 5를 사용하였으며, (c)에 해당하는 6비트 코드 패턴의 픽셀은 7 × 5를 사용하였다.

그러므로, 비트 코드를 탐색할 경우 중심좌표를 용이하게 계산하여 주변의 검은색 패턴이 있는지 없는지를 판단하여 해당 비트가 0인지 1인지를 간단하게 구분 할 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 코드 타입 마커의 인식 방법을 나타낸 흐름도이다.

도 5에서 도시한 바와 같이, 먼저, 마커 내부를 분할하고, 분할한 면 중 어느 일면을 제외하고 비트 코드를 삽입한 코드 타입 마커를 구비한다.

이어서, 상기 코드 타입 마커를 영상 입력 장치를 통해 입력한다.

이어서, 상기 코드 타입 마커의 비트 코드를 이용하여 아이디 및 회전성분을 추출한다.

본 발명의 실시 예에서 아이디를 추출하기 위한 방법을 도 2 및 도 3을 참조하여 설명하면, 각 비트 코드를 2진수로 할 때, 색이 있는 부분을 1이고, 색이 없는 부분은 0이라고 하고, 비트 코드가 없는 1분할면을 기준으로 4분할면, 3 분할면, 2분할면 순으로 비트 코드를 읽는데 분할면 내의 실제 삽입 코드값의 비트 코드는 4분할면 의 B11, B10, B9, B8, 3 분할면의 B7, B6, B5, B4, 2 분할면의 B3, B2, B1, B0 순이며, 이 값을 읽으면, 0001 1101 1001 라는 값을 얻을 수 있다.

허나, 실제 인식 코드 값은 상기 0001 1101 1001 에서 각각 1씩 뺀 0000 1100 1000으로 값으로 인식한다.

상기 아이디 및 회전성분에 따른 객체를 영상 출력 장치를 통해 출력한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라, 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100 : 테두리 200 : 분할면
300 : 비트 코드

Claims (4)

1. 마커에 있어서,
   테두리와;
   상기 테두리의 일정 간격을 남기고, 내부를 분할하여 형성하는 복수개의 분할면; 및
   상기 분할면 중 어느 일면을 제외하고 각각의 분할면에 형성하는 비트 코드(Bit Code);로 구성하는 것을 특징으로 하는 코드 타입 마커.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 복수개의 분할면 중 각 분할면에 형성하는 비트 코드를 N이라고 할 때, 2^N-1까지의 코드를 구분하는 것을 특징으로 하는 코드 타입 마커.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 비트 코드는 4비트, 5비트, 6비트, 9비트, 및 16비트 중 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 코드 타입 마커.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 비트 코드는 래스터 주사 순서(Raster Scan Order), 시계방향 (CW;Clockwise) 또는 반시계방향(CCW;counterclockwise)으로 형성하는 것을 특징으로 하는 코드 타입 마커.

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