KR100448153B1 - 네비게이션 방법 및 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 네비게이션 방법 및 시스템에 관한 것으로, 네비게이션 정보를 갖고 있는 프레임을 순차적으로 제공하며 광센서의 위치를 나타내는 전기적인 신호를 발생시키는 단계, 초기에 발생된 제 1 프레임을 기준 프레임으로서 기준 프레임 메모리에 저장하는 단계, 제 1 프레임에 뒤따라 연속적으로 입력되는 입력 프레임을 입력 프레임 메모리에 저장하는 단계, 기준 프레임에 소정의 크기를 갖는 마스크 윈도우를 설정하는 단계, 마스크 윈도우를 상기 입력 프레임 전체에 대하여 한 픽셀씩 이동하면서 풀 서치 비교를 하여 상관값을 찾아내는 단계, 각 위치에 대한 상관값들 중에서 상관값이 가장 큰 위치에서 X축과 Y축에 대한 변위값을 계산하는 단계, 및 상기 입력 프레임을 사용하여 상기 기준 프레임을 갱신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 네비게이션 방법 및 시스템에 의하면, 광마우스 장치가 빠르게 움직일 때도 광센서의 샘플링 속도를 증가시키지 않고 움직임을 검출할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 네비게이션 방법 및 시스템에 의하면, 종래의 기술에 비해 전력소모도 적고 반도체 장치 내의 노이즈도 감소시킬 수 있다.

Description

네비게이션 방법 및 시스템{NAVIGATION METHOD AND NAVIGATION SYSTEM}

본 발명은 네비게이션 방법 및 시스템에 관한 것으로, 특히 현재 입력 프레임의 픽셀 전체를 기준 프레임과 비교하여 픽셀매핑을 행하는 네비게이션 방법 및 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 광마우스 장치에서는 도 1에 도시된 바와 같이 광원(8)으로부터 나온 광(7)이 작업대 표면(2)에서 반사되고, 그 반사된 광(6)이 렌즈(5)를 통과하여 반도체 칩으로 구성된 광 센서(3)에 입력된다. 작업대 표면의 이미지는 광 센서(3)에 의해 연속적으로 포획되고 메모리(미도시)에 저장된다. 현재 메모리에 입력된 이미지 데이터와 먼저 메모리에 저장된 데이터와의 상관값을 계산하고 움직인 거리를 출력하여 컴퓨터 시스템으로 전송한다.

종래의 네비게이션 방법에 대해서는 미국등록특허번호 5,664,139 등에 개시되어 있다. 도 2에는 현재의 입력 프레임과 기준 프레임과의 상관값(correlation)를 찾기 위한 종래의 픽셀매핑 방법이 나타나 있으며, 이하 이에 대해 설명한다.

먼저 기준 프레임 데이터를 얻고 그 이후 새로운 입력 프레임 데이터를 얻은 다음 두 프레임 간의 상관값을 계산한다. 기준 프레임 개개의 픽셀 패턴을 현재 입력 프레임의 해당 픽셀 및 그 주변의 근접한 8 개의 픽셀과 서로 비교하고, 비교 후의 이동이 1 픽셀만큼 이루어졌는지를 판단한다. 만일, 한 픽셀만큼 이동이 이루어졌다면 변위(displacement) 값을 출력하고 기준 프레임을 매칭이 이루어진 픽셀로 이동하여 새로 기준 프레임을 설정한다. 이와 같은 알고리즘은 개개의 픽셀에서 9 개 방향으로 1 개 픽셀이내의 움직임을 찾아내는 것이기 때문에, 한 샘플링 주기에 1 개 픽셀 이상 움직인다면 광센서는 움직임을 찾지 못하고 계속하여 오류를 발생시킬 수 있다. 이러한 오류를 방지하기 위해 광센서의 샘플링 속도를 높여서 움직임을 검출하는 방법이 있지만, 반도체 장치로 이루어진 광센서의 전기적 동작속도를 증가시키는 것도 한계가 있고 반도체 장치에서 전기적 동작속도를 계속하여 증가시키면 전력소모가 많아지고 반도체 장치 내의 노이즈가 증가한다는 단점이 있다.

본 발명의 목적은 광마우스 장치가 빠르게 움직일 때도 광센서의 샘플링 속도를 증가시키지 않고 움직임을 검출할 수 있는 네비게이션 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.

도 1은 일반적인 광마우스 장치를 나타내는 도면이다.

도 2는 현재의 입력 프레임과 기준 프레임과의 상관값을 찾기 위한 종래의 픽셀매핑 방법을 나타내는 도면이다.

도 3은 현재의 입력 프레임과 기준 프레임과의 상관값을 찾기 위한 본 발명에 따른 픽셀매핑 방법을 나타내는 도면이다.

도 4는 서치 영역이 설정된 경우에, 현재의 입력 프레임과 기준 프레임과의 상관값을 찾기 위한 본 발명에 따른 픽셀매핑 방법을 나타내는 도면이다.

도 5는 기준 프레임의 최초 마스크 윈도우에 결함이 존재하는 경우에, 마스크 윈도우를 변경하는 과정을 나타내는 도면이다.

도 6은 본 발명에 따른 네비게이션 시스템을 나타내는 블록도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

61 : 광센서 62 : A/D 컨버터

63 : 기준 프레임 메모리 64 : 입력 프레임 메모리

65 : 프로세서 66 : 변위 검출회로

본 발명에 따른 네비게이션 방법은 네비게이션 정보를 갖고 있는 프레임을 순차적으로 제공하며 광센서의 위치를 나타내는 전기적인 신호를 발생시키는 단계, 초기에 발생된 제 1 프레임을 기준 프레임으로서 기준 프레임 메모리에 저장하는 단계, 상기 제 1 프레임에 뒤따라 연속적으로 입력되는 입력 프레임을 입력 프레임 메모리에 저장하는 단계, 상기 기준 프레임에 소정의 크기를 갖는 마스크 윈도우를 설정하는 단계, 상기 마스크 윈도우를 상기 입력 프레임 전체에 대하여 한 픽셀씩 이동하면서 풀 서치 비교를 하여 상관값을 찾아내는 단계, 각 위치에 대한 상관값들 중에서 상관값이 가장 큰 위치에서 X축과 Y축에 대한 변위값을 계산하는 단계; 및 상기 입력 프레임을 사용하여 상기 기준 프레임을 갱신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 네비게이션 시스템은 작업대 표면에서 반사된 빛을 수신하는 광센서, 상기 광센서로부터 아날로그 신호를 수신하여 디지털 신호로 바꿔주는 A/D 컨버터, 상기 A/D 컨버터의 출력인 이미지 데이터를 저장하기 위한 입력 프레임 메모리, 상기 입력 프레임 메모리에 저장되어 있는 이전 입력 프레임 데이터를 수신하여 저장하기 위한 기준 프레임 메모리, 상기 기준 프레임 메모리에 들어 있는 기준 프레임에 대해 마스크 윈도우를 설정하고 상기 입력 프레임 메모리에 들어 있는 입력 프레임에 대해 풀 서치 윈도우를 제어하고 상기 기준 프레임 메모리로부터 기준 프레임 데이터를 수신하고 상기 입력 프레임 메모리로부터 현재의 입력 프레임 데이터를 수신하여 서로 비교하고 상관값을 구하기 위한 프로세서, 및 상기 프로세서의 출력을 수신하여 변위값을 검출하기 위한 변위 검출회로를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 네비게이션 방법 및 그것을 이용한 광마우스 장치에 대해 설명한다.

도 3은 현재의 입력 프레임과 기준 프레임과의 상관값을 찾기 위한 본 발명에 따른 픽셀매핑 방법을 나타내는 도면이다.

움직임의 검출은 일정한 샘플링 주기로 입력되는 광센서의 픽셀들로 이루어진 하나의 프레임 값과 다음 샘플링 주기에 입력되는 프레임을 서로 비교하여 이루어진다. 이전에 들어오는 프레임을 기준 프레임으로 하고 그 기준 프레임 중 일부분을 마스크 윈도우로 설정한다. 이 마스크 윈도우 값과 새로 입력된 프레임을 비교하는데, 마스크 윈도우 내의 픽셀들 개개에 대하여 최단 인접한 픽셀들과 비교하지 않고 마스크 윈도우 단위로 입력 프레임의 픽셀 전부와 비교(full search)를 진행한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 네비게이션 방법은 이전에 들어온 데이터 프레임인 기준 프레임(예에서는, 12 × 12)에서 임의의 윈도우인 마스크 윈도우(예에서는, 4 × 4)를 설정하고 이 마스크 윈도우를 입력 프레임(예에서는, 12 × 12) 전체에 대해서 한 픽셀씩 이동하면서 풀 서치(full search) 비교를 하여 상관값을 찾아낸다. 기준 프레임 중의 마스크 윈도우와 샘플 프레임 중의 1 영역을 비교하여 상관값을 찾고, 2 영역으로 이동하여 같은 식으로 비교하여 상관값을 찾고, 이 과정을 N 영역까지 되풀이한다. 각 위치에 대한 상관값들 중에서 상관값이 가장 큰 위치에서 X축과 Y축에 대한 변위(displacement) 값을 발생시킨다. X축, Y축 각 방향에 대한 변위값은 광마우스 장치가 정지하고 있을 때의 값인 (0,0)으로부터 최대값인 (n,n)까지 나올 수 있다. 여기서 최대로 움직인 변위값(n)은 입력 프레임의 풀 서치(full search) 윈도우와 기준 프레임의 마스크 윈도우의 크기에 따라서 결정되며, n = (풀 서치 윈도우 - 마스크 윈도우)/2 이 된다. 여기서 구한 변위값은 광센서가 움직인 거리로서, 컴퓨터 시스템의 제어회로로 전송되어 마우스의 커서 이동값으로 사용된다.

도 4는 서치 영역이 설정된 경우에, 현재의 입력 프레임과 기준 프레임과의 상관값을 찾기 위한 본 발명에 따른 픽셀매핑 방법을 나타내는 도면이다. 도 4는 기준 프레임의 마스크 윈도우와 샘플 프레임(현재 입력된 프레임)의 상관값을 찾을 때, 샘플 프레임 전체에 대해서 풀 서치를 하지 않고 샘플 프레임 중에서 소정의영역 안에서만 풀 서치를 하는 예를 보여주고 있다. 샘플 프레임의 새로 설정된 풀 서치 윈도우 중에서 1 영역을 기준 프레임과 비교하여 상관값을 찾고, 2 영역으로 이동하여 같은 방법으로 비교하여 상관값을 찾고, 이 과정을 M 영역까지 되풀이한다. 조명이 한쪽으로 치우쳐 있어서 빛이 한쪽 측면으로는 잘 들어오지 않거나 샘플 프레임의 주변 픽셀이 어떤 결함을 갖고 있는 경우에, 한쪽 끝 가장자리 부분에 대해서 상관값을 계산할 때 잘못된 결과를 가져올 수 있기 때문에, 도 4에 도시된 바와 같은 네비게이션 방법을 사용하여 샘플 프레임의 일정 부분을 제외한 전체 영역에서 움직임을 찾을 수 있다.

도 5는 기준 프레임의 최초 마스크 윈도우에 결함이 존재하는 경우에, 마스크 윈도우를 변경하는 과정을 나타내고 있다. 기준 프레임에 최초로 설정된 마스크 윈도우 내에 결함을 갖는 픽셀이 존재할 경우에는 마스크 윈도우를 시프트(shift)하여 설정할 수도 있고, 결함을 갖는 픽셀을 제외하고 최초로 설정된 마스크 윈도우의 크기보다 줄어든 새로운 마스크 윈도우를 설정할 수도 있다.

도 6은 본 발명에 따른 네비게이션 시스템을 나타내는 블록도로서, 작업대(미도시) 표면에서 반사된 빛을 수신하는 광센서(61), 광센서(61)로부터 아날로그 신호를 수신하여 디지털 신호로 바꿔주는 A/D 컨버터(62), A/D 컨버터(62)의 출력인 이미지 데이터를 저장하기 위한 입력 프레임 메모리(64), 입력 프레임 메모리(64)에 저장되어 있는 이전 입력 프레임 데이터를 수신하여 저장하기 위한 기준 프레임 메모리(63), 기준 프레임 메모리(63)에 들어 있는 기준 프레임에 대해 마스크 윈도우를 설정하고 입력 프레임 메모리(64)에 들어 있는 입력 프레임에 대해 풀 서치 윈도우를 제어하고, 기준 프레임 메모리(63)로부터 기준 프레임 데이터를 수신하고 입력 프레임 메모리(64)로부터 현재의 입력 프레임 데이터를 수신하여 서로 비교하고 상관값을 구하기 위한 프로세서(65), 프로세서(65)의 출력을 수신하여 변위값(DOUT)을 검출하기 위한 변위 검출회로(66)를 구비한다.

이하, 도 6의 동작을 설명한다.

포토 다이오드(미도시)로부터 나온 광이 작업대(미도시) 표면에서 반사되고 그 광이 렌즈(미도시)를 통과하여 광센서(61)에 입력된다. A/D 컨버터(62)에서 디지털 신호로 변환된 이미지 데이터는 입력 프레임 메모리(64)에 저장되고 기준 프레임 메모리(63)에는 기준 프레임 데이터가 저장된다. 기준 프레임 메모리(63)에 들어 있는 기준 프레임은 입력 프레임 메모리(64)에 들어 있는 이전 입력 프레임 데이터로 계속하여 갱신된다. 프로세서(65)는 기준 프레임 메모리(63)로부터 기준 프레임 데이터를 수신하고 입력 프레임 메모리(64)로부터 현재의 입력 프레임 데이터를 수신하여 서로 비교하고 상관값을 구한다. 또한 프로세서(65)는 기준 프레임 메모리(63)에 들어 있는 기준 프레임에 대해 마스크 윈도우를 설정하고 입력 프레임 메모리(64)에 들어 있는 입력 프레임에 대해 풀 서치 윈도우를 제어하는 기능을 한다. 변위 검출회로(66)는 프로세서(65)로부터 상관값들을 수신하여 X축과 Y축의 변위값(DOUT)을 검출하여 컴퓨터 시스템의 제어회로로 전송되어 마우스의 커서 이동값으로 사용된다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 네비게이션 방법 및 시스템에 의하면, 광마우스 장치가 빠르게 움직일 때도 광센서의 샘플링 속도를 증가시키지 않고 움직임을 검출할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 네비게이션 방법 및 시스템에 의하면, 종래의 기술에 비해 전력소모도 적고 반도체 장치 내의 노이즈도 감소시킬 수 있다.

Claims (4)

1. 네비게이션 정보를 갖고 있는 프레임을 순차적으로 제공하며 광센서의 위치를 나타내는 전기적인 신호를 발생시키는 단계;

   초기에 발생된 제 1 프레임을 기준 프레임으로서 기준 프레임 메모리에 저장하는 단계;

   상기 제 1 프레임에 뒤따라 연속적으로 입력되는 입력 프레임을 입력 프레임 메모리에 저장하는 단계;

   상기 기준 프레임에 소정의 크기를 갖는 마스크 윈도우를 설정하는 단계;

   상기 마스크 윈도우를 상기 입력 프레임 전체에 대하여 한 픽셀씩 이동하면서 풀 서치 비교를 하여 상관값을 찾아내는 단계;

   각 위치에 대한 상관값들 중에서 상관값이 가장 큰 위치에서 X축과 Y축에 대한 변위값을 계산하는 단계; 및

   상기 입력 프레임을 사용하여 상기 기준 프레임을 갱신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 네비게이션 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 상관값을 찾아내는 단계는

   입력 프레임 전체에 대하여 실행하지 않고 설정된 소정의 영역 내에서만 풀서치 비교를 하여 상관값을 찾아내는 것을 특징으로 하는 네비게이션 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 네비게이션 방법은

   최초 마스크 윈도우에 결함이 존재하는 경우에 마스크 윈도우를 변경할 수 있는 것을 특징으로 하는 네비게이션 방법.
4. 작업대 표면에서 반사된 빛을 수신하는 광센서;

   상기 광센서로부터 아날로그 신호를 수신하여 디지털 신호로 바꿔주는 A/D 컨버터;

   상기 A/D 컨버터의 출력인 이미지 데이터를 저장하기 위한 입력 프레임 메모리;

   상기 입력 프레임 메모리에 저장되어 있는 이전 입력 프레임 데이터를 수신하여 저장하기 위한 기준 프레임 메모리;

   상기 기준 프레임 메모리에 들어 있는 기준 프레임에 대해 마스크 윈도우를 설정하고 상기 입력 프레임 메모리에 들어 있는 입력 프레임에 대해 풀 서치 윈도우를 제어하고 상기 기준 프레임 메모리로부터 기준 프레임 데이터를 수신하고 상기 입력 프레임 메모리로부터 현재의 입력 프레임 데이터를 수신하여 서로 비교하고 상관값을 구하기 위한 프로세서; 및

   상기 프로세서의 출력을 수신하여 변위값을 검출하기 위한 변위 검출회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 네비게이션 시스템.