KR20110125113A

KR20110125113A - 좌표 인식 장치 및 좌표 인식 방법

Info

Publication number: KR20110125113A
Application number: KR1020100044672A
Authority: KR
Inventors: 곽희수
Original assignee: 곽희수
Priority date: 2010-05-12
Filing date: 2010-05-12
Publication date: 2011-11-18
Also published as: KR101207877B1

Abstract

본 발명은 간단하고 정확하게 물체의 좌표를 인식할 수 있는 좌표 인식 장치 및 좌표 인식 방법에 관한 것이다. 좌표 인식 장치는, 스크린과, 스크린과 이격된 평면의 레이저 막을 발생시키는 적어도 하나의 레이저 막 발생부와, 레이저 막을 통과하는 물체에 의해 반사된 레이저 막의 반사광을 인식하는 적어도 하나의 수광부를 포함한다.
본 발명에 따른 좌표 인식 장치 및 좌표 인식 방법에 의하면, 간단한 구조 만으로 정확하게 물체를 인식할 수 있는 장치를 구성할 수 있고, 터치 패널로 제조하기가 용이하지 않은 대면적의 스크린에 간단한 구조로 매우 정확하고 신뢰성이 우수한 멀티 터치 스크린을 형성할 수 있다. 특히, 다수의 인원이 함께 사용할 수 있는 멀티 스크린의 제조가 가능하다.

Description

좌표 인식 장치 및 좌표 인식 방법{Apparatus of coordinates cognition and method of cognizing coordinates}

본 발명은 좌표 인식 장치 및 좌표 인식 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 간단하고 정확하게 물체의 좌표를 인식할 수 있는 좌표 인식 장치 및 좌표 인식 방법에 관한 것이다.

최근에 증강 현실(augmented reality) 기술이 발전하면서 현실 세계와 가상 세계를 서로 융합하는 기술들이 개발되고 있다. 예를 들면, 실내 골프장이나 실내 야구장 같은 곳에서 실제의 공으로 야외에서 운동하는 듯한 느낌을 갖도록 환경을 조성하는 기술들이 주목 받고 있다.

실제 환경과 가상의 환경이 자연스럽게 융화되기 위해서는 실제 환경에서 작용하는 각종 요소들의 상태를 정확하게 인식하여 적절히 가상 환경에 반영시켜줄 수 있는 방법들이 필요하다. 예를 들어, 실내 골프장에서는 플레이어가 타격한 공의 위치, 속도 등을 정확하게 판단하여 스크린 상에 반영할 수 있어야, 플레이어가 실제 환경에서 플레이를 하는 듯한 착각을 하게 된다. 이와 같은 증강 현실을 실현함에 있어서, 핵심적인 기술이 바로 현실 공간에서의 물체를 정확하게 인식할 수 있는 기술이다.

특히, 대형 스크린에서 정확하게 좌표를 인식할 수 있는 기술들이 중요하며, 종래에도 다양한 방식들이 시도되고 있었다. 예를 들어, 스크린 앞에 X축 및 Y축 방향으로 각각 발광부를 배치하고, 서로 대향하는 X축 및 Y축 상에 수광부를 배치하여, 발광부의 빛이 물체에 의해 차단되면 X, Y 평면상의 좌표를 인식하는 방법이 있다. 이와 같은 방법은 스크린의 면적이 커짐에 따라 센서의 수량이 증가될 수 밖에 없어 비용이 증가되는 문제가 있으며, 센서 사이의 간격이 넓을 경우, 작은 물체를 인식할 수 없는 문제가 발생하게 된다.

특히, 플레이어가 타격한 골프공의 최대 속도는 260km/h에 달하며, 이 경우 골프공은 1/1000초 동안 6.7cm 정도를 이동하게 된다. 골프공의 지름이 40mm 정도가 됨을 감안하면 초당 2000번 정도는 스캔하여야 움직이는 골프공의 좌표를 인식할 수 있게 된다. 이와 같은 조건은 기술적, 경제적인 면에서 시스템 구성에 많은 어려움을 주게 된다.

또한, 스크린 골프에 사용되는 골프공의 궤적을 구하는 방법 중에 하나가 한국 특허 출원(출원 번호 10-2006-0128583)에 개시된 직교한 수광 센서바를 이용하는 방법이 있다. 이와 같은 직교한 수광 센서바를 이용하는 방식은 이동하는 물체의 좌표를 예측하는 방식이라는 점에서, 센서 간격에 의해 발생되는 분해능의 오차에 의해 정확도가 떨어지는 문제가 있다.

이에, 시스템의 구성이 간소하면서도 빠르게 이동하는 작은 물체의 움직임을 정확하게 포착하여 좌표를 산출할 수 있어, 스크린 상에 정확하게 매핑할 수 있는 좌표 인식 장치 및 방법이 필요하게 되었다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 간단하고 정확하게 물체의 좌표를 인식할 수 있는 좌표 인식 장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 간단하고 정확하게 물체의 좌표를 인식할 수 있는 좌표 인식 방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 좌표 인식 장치는, 스크린과, 상기 스크린과 이격된 평면의 레이저 막을 발생시키는 적어도 하나의 레이저 막 발생부와, 상기 레이저 막을 통과하는 물체에 의해 반사된 상기 레이저 막의 반사광을 인식하는 적어도 하나의 수광부를 포함한다.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 좌표 인식 방법은, 물체가 레이저 막을 통과하는 영상을 획득하는 단계와, 상기 영상에서 상기 물체에 의해 반사되는 상기 레이저 막의 반사광을 판별하는 단계와, 상기 반사광의 위치를 좌표로 환산하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 좌표 인식 장치 및 좌표 인식 방법에 의하면, 간단한 구조 만으로 정확하게 물체를 인식할 수 있는 장치를 구성할 수 있다.

또한, 터치 패널로 제조하기가 용이하지 않은 대면적의 스크린에 간단한 구조로 매우 정확하고 실뢰성이 우수한 멀티 터치 스크린을 형성할 수 있다.

특히, 다수의 인원이 함께 사용할 수 있는 멀티 스크린의 제조가 가능하다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 좌표 인식 장치의 개략적인 장치 구성도이다.
도 2는 도 1의 좌표 인식 장치의 개략적인 측면도이다.
도 3a는 도 1의 좌표 인식 장치에 포함된 레이저 막 발생부를 설명하기 위한 사시도이다.
도 3b는 도 3a의 레이저 막 발생부의 변형 실시예를 설명하기 위한 사시도이다.
도 3c는 도 3a의 레이저 막 발생부의 다른 변형 실시예를 설명하기 위한 사시도이다.
도 4a 내지 도 4e는 물체에 의해 반사된 레이저 막의 반사광을 수광부가 인식하는 과정을 도시한 도면들이다.
도 5는 스크린과 레이저 막과 물체의 크기 관계를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 6은 적외선 레이저 막을 사용하는 좌표 인식 장치의 수광 원리를 설명하기 위한 개략도이다.
도 7은 수광부의 인식 영상을 변환하여 좌표를 환산하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 좌표 인식 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 좌표 인식 장치의 개략적인 장치 구성도이다.
도 10은 도 9의 좌표 인식 장치의 좌표 인식 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 좌표 인식 장치의 개략적인 장치 구성도이다.
도 12는 도 11의 좌표 인식 장치의 좌표 인식 과정을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 13은 도 11의 좌표 인식 장치의 좌표 환산 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본 발명의 제4 실시예에 따른 좌표 인식 장치의 개략적인 장치 구성도이다.
도 15는 도 14의 좌표 인식 장치의 좌표 인식 과정을 설명하기 위한 개략적인 측면도이다.
도 16은 본 발명의 제5 실시예에 따른 좌표 인식 과정을 설명하기 위한 개략적인 장치 구성도이다.
도 17은 본 발명의 제6 실시예에 따른 좌표 인식 장치의 개략적인 장치 구성도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

본 발명에 있어서, 좌표 인식 장치는 실제 공간 상에 존재하는 물체(예를 들어, 골프공, 야구공, 인체의 일부 등)의 위치를 평면 또는 공간상의 좌표로 환산할 수 있는 장치를 의미하는 것으로서, 특정 영역을 통과하는 물체의 좌표를 인식할 수 있는 장치를 말한다.

이하, 도 1 내지 도 17을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 좌표 인식 장치 및 좌표 인식 방법에 관하여 상세히 설명한다.

<좌표 인식 장치 I>

먼저, 도 1 및 도 2를 참조하면, 도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 좌표 인식 장치의 개략적인 장치 구성도이고, 도 2는 도 1의 좌표 인식 장치의 개략적인 측면도이다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 좌표 인식 장치(1)는 스크린(10)을 향하여 이동하는 물체(OJ)가 레이저 막(20)을 통과하는 순간, 물체(OJ)에 반사되는 레이저 막(20)의 반사광을 측정하여 물체(OJ)의 위치를 인식하는 장치이다.

구체적으로, 좌표 인식 장치(1)는 스크린(10), 레이저 막(20)을 발생시키는 적어도 하나의 레이저 막 발생부(21a, 21b, 21c, 21d) 및 레이저를 인식할 수 있는 수광부(30)를 포함한다. 즉, 좌표 인식 장치(1)는 스크린(10)을 향하여 이동하는 물체(OJ)를 카메라로 촬영하여 좌표를 분석함으로써, 물체(OJ)의 위치를 정확하게 인식할 수 있는 장치이다.

스크린(10)은 각종 가상 세계의 영상을 표시하는 역할을 한다. 예를 들면, 프로젝터와 같은 영상 투사 장치(도 9의 40 참조)를 이용하여 스크린(10) 상에 영상을 투사할 수 있다. 이와 같은 스크린(10)은 증강 현실이 가능하도록 영상을 표시할 수 있는 각종 디스플레이 장치가 사용될 수 있으나, 반드시 영상을 표시하는 장치에 한정될 필요는 없으며, 특정 색상을 갖는 단색의 면을 형성할 수도 있다.

스크린(10)의 전면에는 평면의 레이저 막(20)이 형성된다. 레이저 막(20)은 레이저가 얇은 막 형태로 투사되는 것을 말하며, 스크린(10)과 평행면을 이루도록 레이저가 투사된 것을 말한다. 이와 같은 레이저 막(20)은 통과하는 물체(OJ)의 표면에 반사되어 수광부(30)로 입사되면서, 물체(OJ)가 레이저 막(20)을 통과하고 있음이 인식된다. 레이저 막(20)을 통과하는 물체(OJ)의 좌표를 구하는 방식은 구체적으로 후술한다.

레이저 막(20)은 레이저가 슬릿을 통하여 투사되는 형태이거나, 선형 레이저가 촘촘하게 배열되어 평면 형태를 이룰 수 있다. 레이저 막(20)은 통과되는 물체(OJ)가 레이저에 적어도 닿을 수 있을 정도의 밀도로 형성되어야 한다. 즉, 레이저 막(20)을 통과하는 물체(OJ)가 반드시 레이저에 닿을 수 있을 정도로 촘촘하게 레이저를 투사하여야 한다.

이와 같은 레이저 막(20)은 스크린(10)에 이격되어 배치될 수 있으며, 스크린(10)과 수평을 이루도록 배치될 수 있다. 다만, 레이저 막(20)은 필요에 따라서는 스크린(10)과 수평면을 이루도록 배치되지 않을 수 있다. 예를 들면, 레이저 막(20) 중 일부는 스크린(10)과 수평면을 이루고 다른 레이저 막은 스크린(10)과 소정의 경사면을 형성할 수도 있다.

스크린(10)의 전면에 배치된 레이저 막(20)에 물체(OJ)가 접하거나 통과를 하게 되면, 레이저 막(20)을 이루는 레이저는 물체(OJ)에 반사된다. 이때, 수광부(30)는 물체(OJ)에 반사되는 레이저 막(20)의 반사광을 촬영하게 된다. 수광부(30)라 함은, CMOS(Complementary metal-oxide-semiconductor), CCD(charge-coupled device) 등의 이미지 센서를 포함하는 일종의 카메라로서, 물체(OJ)에 반사되는 레이저 반사광을 인식할 수 있는 각종 장치를 말한다. 이와 같은 수광부(30)는 통상 스크린(10) 및 레이저 막(20)을 향하도록 배치되며, 반드시 스크린(10)과 레이저 막(20)의 중앙부에 위치할 필요는 없다. 예를 들어, 수광부(30)가 스크린(10)과 레이저 막(20)의 상부에서 아래를 바라보는 방향으로 배치된 경우, 스크린(10)과 레이저 막(20)의 영상은 왜곡될 수 있고, 이 왜곡된 영상을 다시 변환하여 스크린(10) 상의 물체(OJ)의 위치를 파악하게 된다. 따라서, 수광부(30)의 위치는 스크린(10)과 레이저 막(20)의 영상이 촬영될 수 있는 위치라면, 스크린(10)의 상부, 하부 또는 측부 등 다양한 곳이 가능하다.

수광부(30)는 스크린(10)과 레이저 막(20)을 전체적으로 촬영할 수 있도록 배치되는 것이 바람직하나, 필요에 따라서는 스크린(10)과 레이저 막(20)의 일부 면만을 촬영할 수도 있다. 즉, 스크린(10)과 레이저 막(20)이 대면적을 이루고, 수광부(30)의 화각이 스크린(10)과 레이저 막(20)을 모두 촬영할 수 없는 경우, 스크린(10)과 레이저 막(20)의 일부분의 좌표만을 인식하도록 하거나, 복수의 수광부(30)를 사용하여 좁은 수광 면적을 서로 연결하는 방식으로 넓은 면적을 촬영할 수 있도록 할 수 있다.

이하, 도 3a 내지 도 3c를 참조하여, 레이저 막 발생부에 관하여 상세히 설명한다. 도 3a는 도 1의 좌표 인식 장치에 포함된 레이저 막 발생부를 설명하기 위한 사시도이고, 도 3b는 도 3a의 레이저 막 발생부의 변형 실시예를 설명하기 위한 사시도이고, 도 3c는 도 3a의 레이저 막 발생부의 다른 변형 실시예를 설명하기 위한 사시도이다.

먼저 도 3a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 좌표 인식 장치는 복수의 레이저 막 발생부(21a, 21b, 21c, 21d)를 통하여 생성된 레이저 막(20)을 사용한다.

레이저 막 발생부(21a, 21b, 21c, 21d)는 선형 레이저 발생 장치를 포함하며, 선형 레이저(22)가 미세한 간격으로 펼쳐져 평면의 레이저 막(20)을 형성한다. 레이저 막 발생부(21a, 21b, 21c, 21d)는 레이저 막(20)의 밀도를 높이고 균일한 방향성을 얻기 위해서, 스크린(10)의 네 모서리 부근에 설치될 수 있다. 즉, 스크린(10)의 네 모서리 부근에 각 레이저 막 발생부(21a, 21b, 21c, 21d)가 설치됨으로써, 물체의 네 측면으로 레이저가 조사될 수 있다. 따라서, 물체(OJ)를 통하여 반사되는 레이저 반사광은 물체(OJ)의 외관 형상을 그대로 나타낼 수 있다.

레이저 막(20)은 실제로 도 3a에 도시된 바와 같이 직사각형을 이루지 않을 수 있다. 즉, 도 3a에 도시된 직사각형의 레이저 막(20)은 스크린(10)과 수광부(30)를 고려하여 설정한 레이저 막(20)의 예시적인 유효 영역에 해당된다. 따라서, 레이저 막(20)의 영역은 수광부(30)가 처리할 수 있는 한, 그 영역에 대한 제한은 없을 것이다.

한편, 레이저 막(20)은 각 레이저 막 발생부(21a, 21b, 21c, 21d)에서 조사하는 선형 레이저(22)가 그물 형태를 이루도록 형성된 것일 수 있으며, 각 레이저의 간격은 통과하는 물체(OJ)의 크기에 따라 조절될 수 있다. 예를 들면, 통과하는 물체(OJ)의 크기가 클 경우, 각 레이저의 간격이 크게 형성될 수도 있을 것이다.

다만, 각 레이저의 간격이 커지게 되면, 물체(OJ)에 반사되는 반사광이 약해지거나, 반사광으로 물체(OJ)의 외형을 판별하지 못할 수 있기 때문에 각 레이저의 간격은 적절히 조절할 필요가 있다. 레이저 막 발생부(21a, 21b, 21c, 21d)는 반드시 선형 레이저(22)를 조사할 필요는 없으며, 슬릿을 통하여 면 형상의 레이저를 조사할 수도 있을 것이다.

또한, 레이저 막 발생부(21a, 21b, 21c, 21d)의 위치는 반드시 스크린(10)의 모서리 부분에 위치하는 것에 한정될 것은 아니며, 레이저 막 발생부(21a, 21b, 21c, 21d)가 여러 방향으로 균일하게 배치되는 것에 한정될 것도 아니다. 즉, 스크린(10)과 수광부(30)의 위치 등을 고려하여 적절한 위치에 배열되는 것이 바람직하다.

다음으로 도 3b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 좌표 인식 장치는 단일 레이저 막 발생부(21a)를 통하여 생성된 레이저 막(20)을 사용할 수 있다.

단일 레이저 막 발생부(21a)를 사용하는 경우에도 전술한 바와 같이, 선형 레이저 발생 장치나 슬릿형 레이저 발생 장치를 사용할 수 있다. 즉, 하나의 레이저 막 발생부(21a)를 사용하더라도 반사광이 충분히 측정될 수 있다고 판단되면, 하나의 레이저 막 발생부(21a)를 적절한 위치에 배치할 수 있다.

다만, 하나의 레이저 막 발생부(21a)를 사용하는 경우, 물체(OJ)의 반대면에는 레이저가 도달되지 않는다는 점에서, 수광부(30)를 통해 측정할 수 있는 영역은 물체(OJ)의 절반 정도가 된다.

실질적으로 물체(OJ)의 절반만을 인식할 수 있다고 하더라도 물체(OJ)의 좌표는 충분히 인식할 수 있을 것이므로, 레이저 막 발생부(21a)의 수와 위치는 선택적으로 적용될 수 있을 것이다.

다음으로 도 3c를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 좌표 인식 장치는 폴리곤 미러를 이용한 레이저 막 발생부(21')를 포함할 수 있다. 폴리곤 미러(polygon mirror)라 함은, 다각형의 거울 면을 포함하여 레이저를 다양한 방향으로 반사시킬 수 있는 거울이다. 즉, 회전하는 폴리곤 미러에 선형 레이저를 조사하면 동일 평면 상의 다양한 방향으로 레이저가 조사되는 효과를 얻을 수 있다. 이와 같은 폴리곤 미러를 사용하는 레이저 막 발생부(21')는 레이저의 조사 각도가 매우 넓어져 하나의 레이저 막 발생부로 넓은 영역을 조사할 수 있는 장점이 있다.

폴리곤 미러를 포함하는 레이저 막 발생부(21')는 도 3c에 도시된 바와 같이, 스크린(10)의 하부에 하나만 배치하더라도 넓은 면적에 레이저를 조사할 수 있다.

이하, 도 4a 내지 도 4e를 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 좌표 인식 장치의 좌표 이식 과정을 상세히 설명한다. 도 4a 내지 도 4e는 물체에 의해 반사된 레이저 막의 반사광을 수광부가 인식하는 과정을 도시한 도면들이다.

여기서, 도 4a 내지 도 4d는 물체(OJ)가 레이저 막(20)을 통과하는 과정에 대한 정지 영상을 나타낸 것이며, 도 4e는 도 4a 내지 도 4d 동안의 각 영상을 모두 표현한 것이다.

먼저, 도 4a는 레이저 막(20)의 레이저 광이 물체(OJ)에 반사되어 수광부(30)에 인식되기 시작한 때의 영상을 나타낸다. 구체적으로, 레이저 막(20)이 스크린(10)과 수광부(30)의 중간에 위치하는 구조의 좌표 인식 장치라 가정할 때, 구(求) 형상의 물체(OJ)가 레이저 막(20)을 통과하기 시작하면, 구의 중심을 지나가기 전까지는 레이저 막(20)의 반사광(23)이 수광부(30)에 인식되지 않는다. 즉, 물체(OJ)의 중심이 레이저 막(20)을 통과하기 전까지는 물체(OJ)에 반사된 레이저의 반사광(23)은 스크린(10) 방향으로 향하게 된다.

그러나, 물체(OJ)의 중심이 레이저 막(20)을 지나는 순간 물체(OJ) 표면에 반사된 반사광(23)은 수광부(30)에서 인식되기 시작한다.

도 4b 내지 도 4d를 참조하면, 물체(OJ)가 레이저 막(20)을 통과하는 동안 점차 반사광(23)의 직경은 작아지게 된다.

도 4e를 참조하면, 도 4a 내지 도 4d의 영상을 모두 하나의 화면으로 표현하면 반사광(23)은 동심원으로 표현된다. 즉, 물체(OJ)가 레이저 막(20)을 통과하는 과정을 연속적으로 촬영하면 다수의 동심원 형태로 표현될 수 있어, 수광부(30)에서 인식할 수 있는 반사광(23)의 수광량이 증가하게 된다. 이와 같은 방법으로 좌표 인식 능력을 높일 수 있다.

도 4e와 같은 연속 화면은 복수의 순간 영상이 결합된 형태일 수도 있으나, 하나의 영상이 될 수도 있다. 예를 들면, 노출 시간을 길게 설정한 하나의 화면으로도 동일한 효과를 낼 수 있다. 따라서, 수광부(30)는 필요한 순간의 영상을 담아낼 수 있는 카메라뿐만 아니라, 동영상 촬영이 가능한 케메라 등 다양한 종류의 수광 장치가 사용될 수도 있을 것이다. 즉, 수광부(30)는 노출 시간을 조절함으로써, 물체(OJ)의 반사광(23)의 연속적인 누적 영상을 측정할 수 있다.

한편, 도 5를 참조하면, 스크린(10)과 레이저 막(20) 사이의 거리(d)는 물체(OJ)의 직경(D)의 0.5 ~ 1배가 되도록 설정하는 것이 바람직하다.

전술한 바와 같이, 물체(OJ)에 반사되는 반사광은 물체(OJ)의 중심이 통과하는 시점부터 수광부(30)에 인식된다. 따라서, 레이저 막(20)이 스크린(10)과 수광부(30) 사이에 배치된 구조에서는 스크린(10)과 레이저 막(20) 사이의 거리(d)는 최소한 물체(OJ)의 직경(D)의 0.5배 이상이 되도록 하여야 한다.

한편, 스크린(10)과 레이저 막(20) 사이의 거리(d)가 너무 커지게 되면, 스크린(10)에 입사하는 물체(OJ)의 위치와 스크린(10)에 튕겨서 다시 돌아가는 물체(OJ)의 위치가 서로 달라지게 된다. 따라서, 수광부(30)는 서로 다른 위치의 반사광을 각각 촬영하게 된다. 이 경우, 반사광의 좌표를 인식하기 위한 영상처리 과정에서 다소 오차가 발생할 가능성도 있다. 따라서, 수광부(30)에 촬영되는 반사광의 위치가 하나의 점으로 인식될 수 있도록 스크린(10)과 레이저 막(20) 사이의 거리(d)를 적절히 조절하는 것이 바람직하다.

다만, 후술하는 실시예에서와 같이 스크린(10)이 레이저 막(20)과 수광부(30)의 중간에 배치된 구조, 즉, 투명한 스크린(10)의 뒷면에서 레이저 막(20)의 반사광을 측정하는 경우, 스크린(10)과 레이저 막(20) 사이의 거리를 물체(OJ)의 직경의 0.5 배 이하로 설정할 수 있다.

이하, 도 6을 참조하여, 비가시광 레이저 막을 사용하여 물체를 인식하는 과정에 대하여 상세히 설명한다.

도 6은 적외선 레이저 막을 사용하는 좌표 인식 장치의 수광 원리를 설명하기 위한 개략도이다.

본 발명의 일 실시예에 다른 좌표 인식 장치는 비가시광의 레이저 막을 사용할 수 있다. 비가시광 레이저라 함은, 사람이 육안으로 직접 인식할 수 없는 파장대의 광선을 이용한 레이저를 의미한다. 레이저는 직진성이 우수한 증폭된 단일 파장 광선으로서, 비가시광 레이저는 예를 들어, 적외선 레이저 등이 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 스크린(10)의 전면에는 적외선 레이저로 이루어진 평면 형태의 레이저 막(20)이 형성되어 있다. 이러한 레이저 막(20)에 물체(OJ)가 통과하게 되면, 물체(OJ)에 반사된 적외선 레이저 광이 수광부(30)로 입사된다. 이때, 수광부(30)에는 스크린(10) 또는 물체(OJ)에 반사되는 각종 가시광선이 함께 입사된다.

한편, 수광부(30)는 가시광 차단 필터(33), 렌즈(32) 및 수광 소자(31)를 포함하고 있다. 수광부(30)로 입사되는 가시광선과 적외선 광은 먼저 가시광 차단 필터(33)로 입사된다. 여기서, 가시광 차단 필터(33)는 적외선만을 선택적으로 투과시킨다. 따라서, 적외선 반사광은 가시광 차단 필터(33) 및 렌즈(32)를 차례로 투과하여 수광 소자(31)에 입사된다.

이와 같이, 비가시광을 이용한 레이저 막(20)을 사용할 경우, 수광부(30)에 입사되는 가시광선을 차단할 수 있어, 스크린(10)에서 입사되는 가시광선과 물체(OJ)의 반사광을 분리하여 처리할 수 있다는 장점이 있다. 이와 같이, 주변의 빛을 차단하고 물체(OJ)에 반사되는 반사광만을 영상 처리함으로써, 영상처리의 신뢰도를 높일 수 있다.

도 7을 참조하여, 수광부의 인식 영상을 변환하여 좌표를 환산하는 과정을 상세히 설명한다.

먼저, 도 7의 (a)를 참조하면, 수광부(30)에 촬영된 영상은 수광부(30)의 촬영 각도에 따라 왜곡된 영상일 수 있다. 예를 들어, 수광부(30)가 스크린(10)과 레이저 막(20)의 상부에서 비스듬히 아래쪽으로 촬영한 경우, 도 7의 (a)와 같이 스크린(10) 영역 중 가까운 부분인 상단부는 크게 촬영되고, 상대적으로 먼 하단부는 작게 촬영된다. 이와 같이, 왜곡된 영상을 도 7의 (b)와 같이 실제 스크린 영역으로 보정할 수 있다. 즉, 상대적으로 크거나 좁게 나온 부분을 비례적으로 확대하거나 축소하여 원래의 스크린 영역과 동일하게 보정할 수 있다.

도 7의 (b)에 도시된 바와 같이 보정된 영상에서 반사광의 좌표를 정확하게 산출할 수 있다.

<좌표 인식 방법 I>

도 8을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 좌표 인식 방법에 대하여 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 좌표 인식 방법은 전술한 좌표 인식 장치에 적용된 좌표 인식 방법으로서, 구체적인 구성 및 방법에 관해서는 전술한 바와 같다.

좌표 인식 방법에 대하여 요약하면, 먼저 물체에 의해 반사된 레이저 반사광의 영상을 획득한다(S110). 즉, 물체가 레이저 막을 통과하는 과정을 촬영한다. 이때 촬영된 영상은 전술한 바와 같이 가시광 영상 또는 비가시광 영상일 수 있다.

또한, 촬영된 영상은 정지 영상 또는 동영상일 수 있다.

이어서, 촬영된 영상에서 반사광을 판별한다(S120). 즉, 촬영된 영상 중에서 기타 영상을 제외하고 좌표 측정을 위한 물체에 반사된 레이저 반사광을 판별한다.

이어서, 반사광의 위치를 좌표로 환산한다(S130). 이때, 촬영된 영상이 왜곡되어 있는 경우, 실제 스크린의 비율에 맞도록 변환한 후, 반사광의 위치를 좌표로 환산한다.

<좌표 인식 장치 II >

이하, 도 9를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 좌표 인식 장치에 대하여 상세히 설명한다. 도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 좌표 인식 장치의 개략적인 장치 구성도이다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 좌표 인식 장치(1a)는 센서부(50)와 제어 장치(60)를 포함하여, 스크린(10)에 물체(OJ)가 접촉하면 물체(OJ)의 좌표가 인식되는 방식으로 구동된다.

구체적으로 설명하면, 전술한 제1 실시예의 좌표 인식 장치에 센서부(50)와 제어 장치(60)가 부가된다. 다만, 제어 장치(60)는 센서부(50)와 연결되어 판단하고 좌표를 연산하는 기능을 갖는 것으로서, 전술한 제1 실시예에도 연산 기능을 갖고 영상 투사 장치(40)를 제어하는 제어 장치가 포함될 수 있다.

센서부(50)는 물체(OJ)가 스크린(10)에 접촉하였는지 여부를 판단하기 위한 것으로서, 각종 진동 센서가 사용될 수 있다. 예를 들면, 피에조 센서, 가속도 센서, 광센서, 광케이블 센서 중 적어도 하나가 사용될 수 있다. 이와 같은 센서들은 스크린(10)의 미세 진동이나 변위가 발생한 것을 측정할 수 있는 소자로서, 이외에도 스크린(10)의 미세 변위를 측정할 수 있다면 다양한 센서가 사용될 수 있을 것이다.

제어 장치(60)는 센서부(50)의 신호를 입력 받아 처리하거나, 수광부(30)의 영상을 입력 받아 저장 및 처리하고, 영상 투사 장치(40)에 영상 신호를 송출하고, 레이저 막 발생부를 제어하는 등의 모든 제어 동작을 수행할 수 있다. 제어 장치(60)는 예를 들어, 컴퓨터 단말기 등이 될 수 있으며, 후술하는 좌표 인식 과정에 관한 전반적인 사항을 수행할 수 있다.

<좌표 인식 방법 II >

이하, 도 10을 참조하여 본 발명의 제 2 실시예에 따른 좌표 인식 방법을 상세히 설명한다. 도 10은 도 9의 좌표 인식 장치의 좌표 인식 과정을 설명하기 위한 순서도이다.

먼저 물체에 의해 반사된 레이저 반사광의 영상을 획득한다(S210). 즉, 물체가 레이저 막을 통과하는 과정을 촬영한다. 이때 촬영된 영상은 전술한 바와 같이 가시광 영상 또는 비가시광 영상일 수 있다. 또한, 촬영된 영상은 정지 영상 또는 동영상일 수 있다.

이어서, 촬영된 영상을 메모리에 저장한다(S220). 즉, 스크린과 레이저 막에 대한 영상을 촬영하여 메모리에 저장한다. 이때, 촬영된 영상은 특이 신호에 따라 촬영되는 것이 아니므로, 정지 영상 또는 동영상으로 실시간 촬영되어 저장될 수 있다. 이렇게 저장된 영상 정보는 이후에 좌표 인식을 위해 사용되거나, 또는 폐기될 수도 있다.

이어서, 센서부에 신호가 입력 되었는지 여부를 판단하다(S230). 이때, 센서부에 충격 신호가 입력된 경우, 저장된 영상을 출력하고(S240), 그렇지 않은 경우에는 최초 과정으로 돌아가 영상을 다시 촬영하게 된다.

센서부에 신호가 입력되면 좌표 환산을 위한 물체가 레이저 막을 통과하여 스크린과 충돌했다는 의미가 되므로, 물체의 좌표 환산을 위하여 메모리에 저장된 영상을 출력한다.

이어서, 촬영된 영상에서 반사광을 판별한다(S250). 즉, 촬영된 영상 중에서 기타 영상을 제외하고 좌표 측정을 위한 물체에 반사된 레이저 반사광을 판별한다.

이어서, 반사광의 위치를 좌표로 환산한다(S260). 이때, 촬영된 영상이 왜곡되어 있는 경우, 실제 스크린의 비율에 맞도록 변환한 후, 반사광의 위치를 좌표로 환산한다.

<좌표 인식 장치 III >

이하, 도 11 내지 도 13을 참조하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 좌표 인식 장치에 관하여 상세히 설명한다.

도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 좌표 인식 장치의 개략적인 장치 구성도이고, 도 12는 도 11의 좌표 인식 장치의 좌표 인식 과정을 설명하기 위한 개략적인 단면도이고, 도 13은 도 11의 좌표 인식 장치의 좌표 환산 과정을 설명하기 위한 도면이다.

먼저 도 11을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 좌표 인식 장치(1b)는 복수의 레이저 막(20)을 사용한다. 구체적으로 설명하면, 레이저 막(20)은 전술한 바와 같이 스크린(10)과 일정 간격 이격되어 수평을 이루도록 배치된다. 다만, 레이저 막(20)은 제1 레이저 막(20)과 제2 레이저 막(20)을 포함하여, 서로 다른 위치에서 물체(OJ)의 좌표를 인식할 수 있다. 따라서, 제1 레이저 막(20)과 제2 레이저 막(20)에 각각 반사된 반사광을 이용하여 물체(OJ)의 궤적 또는 속도 등을 산출할 수 있다.

도 12를 참조하면, 제1 레이저 막(20)과 제2 레이저 막(20)은 서로 수평면을 이루면서, 스크린(10)에 일정 거리만큼 이격 되어 배치된다. 제1 레이저 막(20), 제2 레이저 막(20) 및 스크린(10)이 순서대로 배치된 경우, 제1 레이저 막(20)에 의한 영상은 물체(OJ)의 중간 단계 좌표를 얻을 수 있고, 제2 레이저 막(20)에 의한 영상은 스크린(10)과 충돌하는 최종 단계의 좌표를 얻을 수 있다. 따라서, 물체(OJ)가 포물선 등과 같은 궤적을 갖고 이동할 경우, 제1 레이저 막(20)과 제2 레이저 막(20)이 위치한 단계에서의 좌표와 제1 레이저 막(20)과 제2 레이저 막(20) 사이를 통과하는 속도 등을 계산하면, 물체(OJ)의 속도와 궤적을 예측할 수 있다.

이와 같은 방법으로 물체(OJ)의 궤적과 속도를 예측함으로써, 물체(OJ)가 스크린(10)에 충돌한 이후의 예측 영상을 스크린(10)에 투사할 수 있게 된다. 즉, 물체(OJ)의 실제 궤적과 예상 궤적을 실제 세계와 가상의 세계에 적절히 표현함으로써, 증강 현실 기술을 높일 수 있게 된다.

도 13을 참조하면, 제1 레이저 막(20)에서 촬영된 영상은 도 13의 (a)에 나타나며, 제2 레이저 막(20)에서 촬영된 영상은 도 13의 (b)에 나타나게 된다. 각각 왜곡된 영상은 전술한 바와 같이 변환 과정을 통해서 각각의 좌표를 산출할 수 있도록 변환된다.

<좌표 인식 장치 IV >

이하, 도 14 및 도 15를 참조하여 본 발명의 제4 실시예에 따른 좌표 인식 장치에 관하여 상세히 설명한다.

도 14는 본 발명의 제4 실시예에 따른 좌표 인식 장치의 개략적인 장치 구성도이고, 도 15는 도 14의 좌표 인식 장치의 좌표 인식 과정을 설명하기 위한 개략적인 측면도이다.

본 발명의 제 4 실시예에 따른 좌표 인식 장치(1C)는 대면적의 화면을 갖는 터치 스크린으로 사용될 수 있는 것으로서, 사용자(P)가 레이저 막(20)의 전면에 위치하더라도 스크린(10)을 촬영할 수 있도록 수광부(30)의 위치를 스크린(10)의 측부에 배치한다.

구체적으로 설명하면, 좌표 인식 장치(1)는 대면적의 터치 스크린에 사용될 수 있다. 이때, 스크린(10)과 레이저 막(20)의 간격을 매우 작게 하여 사용자의 신체 중 일부가 스크린(10)에 터치한 경우에만 좌표가 인식되도록 할 수 있다.

전술한 바와 같이, 터치의 신뢰성을 높이기 위해서 가능하면 다수의 레이저막 발생기를 사용하여 레이저 막(20)의 밀도를 높일 수 있다. 수광부(30)는 레이저 막(20)과 실질적으로 근접하도록 배치될 수 있다. 이와 같이, 수광부(30)를 레이저 막(20)과 근접하여 배치하면, 촬영된 영상의 왜곡량이 커지게 되나 전술한 바와 같이 촬영된 영상을 보정하면, 터치된 좌표를 인식할 수 있다. 다만, 스크린(10)에 터치된 좌표를 정확하게 인식하기 위해서는 복수의 수광부(30)를 설치하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 도 14 및 도 15에는 스크린(10)의 좌측 하부 및 우측 상부 두 곳에 수광부(30)를 설치하였으나, 스크린(10)의 크기나 촬영 각도에 따라 더 많은 수광부(30)를 설치할 수 있을 것이다.

또한, 좌표 인식 장치(1c)는 멀티 터치가 가능한 터치 스크린으로서 작용한다. 레이저 막(20)에 다수의 터치 점이 인식되더라도 모든 점의 좌표를 인식할 수 있다. 따라서, 두 손가락 또는 양손을 이용한 터치가 가능하며, 다수의 인원이 하나의 스크린을 이용하여 작업할 수도 있게 된다.

<좌표 인식 장치 V>

이하, 도 16을 참조하여 본 발명의 제5 실시예에 따른 좌표 인식 장치에 관하여 상세히 설명한다.

도 16은 본 발명의 제5 실시예에 따른 좌표 인식 과정을 설명하기 위한 개략적인 장치 구성도이다.

본 발명의 제5 실시예에 따른 좌표 인식 장치(1d)는 스크린(10)이 레이저 막(20)과 수광부(30) 사이에 배치된다. 즉, 수광부(30)는 사용자(P)가 터치한 반대편에서 반사광을 촬영한다.

구체적으로 설명하면, 스크린(10)을 투명 또는 반투명 재질로 형성하는 경우, 사용자(P)가 레이저 막(20)을 터치하면 레이저 반사광이 스크린(10)을 투과하여 수광부(30)에 입사될 수 있다. 즉, 수광부(30)는 투명 또는 반투명 스크린(10) 뒤의 레이저 막(20)을 촬영할 수 있게 된다. 이와 같이, 수광부(30)를 스크린(10)의 뒤쪽에 배치할 경우, 사용자(P)에 의해 시야가 방해받는 것을 방지할 수 있게 되어, 적은 수광부(30)를 이용하여 신뢰성이 높은 좌표 인식 장치(1d)를 얻을 수 있다.

이와 같은 좌표 인식 장치(1d)는 대면적의 터치 스크린에 이용될 수 있을 뿐만 아니라, 전술한 실시예에서 사용되었던 이동하는 물체의 좌표를 인식하는 장치로서도 사용될 수 있는 것은 당연하다.

<좌표 인식 장치 Ⅵ>

이하, 도 17을 참조하여 본 발명의 제6 실시예에 따른 좌표 인식 장치에 관하여 상세히 설명한다.

도 17은 본 발명의 제6 실시예에 따른 좌표 인식 장치의 개략적인 장치 구성도이다.

본 발명의 제6 실시예에 따른 좌표 인식 장치(1e)는 수광부(30)의 신뢰성을 높이기 위하여 반사 방지 부재(80)를 포함하며, 물체(OJ)의 이동을 쉽게 하는 운반 장치(70)를 포함한다. 구체적으로, 본 발명의 제6 실시예에 따른 좌표 인식 장치(1)는 실내 골프장 또는 야구장과 같은 곳에서 사용될 수 있는 장치로서, 이동하는 물체(OJ)의 좌표를 정확하게 인식하고, 투사된 물체(OJ)가 다시 되돌아 갈 수 있도록 운반 장치(70)를 포함하고 있다.

한편, 레이저 막(20)과 인접하여 천장, 바닥, 또는 벽면으로부터 돌출된 반사 방지 부재(80)가 설치된다. 반사 방지 부재(80)는 레이저 막(20)이 천장, 바닥 또는 벽면에 반사되어 수광부(30)로 입사되는 것을 방지하기 위한 것으로서, 인식된 좌표의 신뢰성을 향상시키는 역할을 한다.

이와 같은 반사 방지 부재(80)는 수광부(30)가 인식하는 유효 영역을 제외하고 나머지 영역을 가리도록 형성할 수 있다. 따라서, 반사 방지 부재(80)는 적용되는 용도 및 장소 등에 따라 다양하게 변화될 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 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 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

1, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e: 좌표 인식 장치
10: 스크린 20: 레이저 막
23: 반사광
21, 21a, 21b, 21c, 21d: 레이저 막 발생부
30: 수광부 31: 수광 소자
32: 렌즈 33: 가시광 차단 필터
40: 영상 투사 장치 50: 센서부
60: 제어 장치

Claims

스크린;
상기 스크린과 이격된 평면의 레이저 막을 발생시키는 적어도 하나의 레이저 막 발생부; 및
상기 레이저 막을 통과하는 물체에 의해 반사된 상기 레이저 막의 반사광을 인식하는 적어도 하나의 수광부를 포함하는 좌표 인식 장치.
제1항에 있어서,
상기 레이저 막 발생부는 복수로 형성되어 동일 평면 상에 하나의 레이저 막을 형성하는 좌표 인식 장치.
제1항에 있어서,
상기 레이저 막 발생부는 복수로 형성되어 서로 다른 평면 상에 복수의 레이저 막을 형성하는 좌표 인식 장치.
제1항에 있어서,
상기 레이저 막 발생부는 비가시광의 레이저 막을 형성하는 좌표 인식 장치.
제4항에 있어서,
상기 수광부는 가시광 차단 필터를 더 포함하는 좌표 인식 장치.
제1항에 있어서,
상기 스크린과 상기 레이저 막 사이의 거리는 상기 물체의 직경의 0.5 ~ 1 배인 좌표 인식 장치.
제1항에 있어서,
상기 스크린은 상기 레이저 막과 상기 수광부 사이에 배치된 좌표 인식 장치.
제7항에 있어서,
상기 스크린과 상기 레이저 막 사이의 거리는 상기 물체의 직경의 0.5 배 이하인 좌표 인식 장치.
제7항에 있어서,
상기 스크린은 투명 또는 반투명 재질로 형성된 좌표 인식 장치.
제1항에 있어서,
상기 스크린의 진동을 감지하는 센서부를 더 포함하는 좌표 인식 장치.
제10항에 있어서,
상기 센서부는 피에조 센서, 가속도 센서, 광센서, 광케이블 센서 중 적어도 하나를 포함하는 좌표 인식 장치.
제1항에 있어서,
상기 수광부는 상기 물체가 상기 레이저 막을 통과하는 동안 연속 노출되는 좌표 인식 장치.
제1 항에 있어서,
상기 스크린 및 상기 레이저 발생부는 천정, 바닥 및 벽면으로 이루어진 실내에 배치되며,
상기 천정, 상기 바닥 및 상기 벽면 중 적어도 어느 하나로부터 돌출되고 상기 레이저 막과 인접한 반사 방지 부재를 더 포함하는 좌표 인식 장치.
물체가 레이저 막을 통과하는 영상을 획득하는 단계;
상기 영상에서 상기 물체에 의해 반사되는 상기 레이저 막의 반사광을 판별하는 단계; 및
상기 반사광의 위치를 좌표로 환산하는 단계
를 포함하는 좌표 인식 방법.
제14항에 있어서,
상기 반사광을 판별하는 단계는 스크린의 진동을 감지하면 메모리에 저장된 상기 영상을 출력하여 상기 반사광을 판단하는 것인 좌표 인식 방법.
제14항에 있어서,
상기 영상을 획득하는 단계는 상기 물체가 상기 레이저 막을 통과하는 동안 연속 노출에 의한 영상을 획득하는 것인 좌표 인식 방법.
제14항에 있어서,
상기 레이저 막은 복수의 레이저 막이 서로 다른 평면 상에 서로 중첩되도록 배치되며, 상기 영상을 획득하는 단계는 상기 복수의 레이저 막 중 제1 레이저 막의 영상을 획득하는 제1 영상 획득 단계와 상기 복수의 레이저 막 중 제2 레이저 막의 영상을 획득하는 제2 영상 획득 단계를 포함하는 좌표 인식 방법.
제17항에 있어서,
상기 좌표로 환산하는 단계는 상기 제1 레이저 막의 영상과 상기 제2 레이저 막의 영상에 의한 반사광의 좌표를 각각 환산하여 상기 물체의 궤적 또는 속도를 산출하는 것을 더 포함하는 좌표 인식 방법.
제14항에 있어서,
상기 영상을 획득하는 단계는 상기 레이저 막의 반사광이 스크린을 투과한 영상을 획득한 것인 좌표 인식 방법.