KR101255807B1

KR101255807B1 - 화가 로봇의 드로잉 제어장치 및 방법

Info

Publication number: KR101255807B1
Application number: KR1020110029709A
Authority: KR
Inventors: 김상욱; 김바울; 송명진; 이근주; 김용덕; 이은정
Original assignee: 경북대학교 산학협력단
Priority date: 2011-03-31
Filing date: 2011-03-31
Publication date: 2013-04-17
Also published as: KR20120111298A

Abstract

화가 로봇의 드로잉 제어장치 및 그 방법이 개시된다. 화가 로봇의 드로잉 제어장치는, 물체에 대한 영상을 입력받는 영상입력부; 입력된 물체에 대한 영상을 에지 디텍션하여 윤곽선 영상을 추출하는 윤곽선 영상 추출부; 추출된 윤곽선 영상에 대응하는 픽셀들의 색상값들을 일정 역치값을 기준으로 각각 '1' 또는 '0'으로 이진화하여 저장하는 이진화부; 및 저장된 저장값을 스캐닝하여 저장값이 '1'인 인접한 픽셀들을 로봇 암에 고정된 붓 또는 펜을 이동시키기 위한 드로잉 경로에 포함시키는 드로잉 경로 설정부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

화가 로봇의 드로잉 제어장치 및 방법{Drawing control apparatus and method for use in humanoid portrait robot}

본 발명은 화가 로봇(humanoid portrait robot)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 화가 로봇이 로봇 암에 고정된 붓 또는 펜을 이용하여 물체의 윤곽선 영상(sketch image)을 그릴 때 드로잉 속도를 향상시킬 수 있게 한 화가 로봇의 드로잉 제어장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 화가 로봇은 카메라 등을 통해 자체적으로 물체의 영상을 촬상하거나 외부에서 입력된 영상을 처리하여 로봇 암에 고정된 붓 또는 펜의 드로잉 경로(drawing path)를 생성하고, 이러한 드로잉 경로를 토대로 로봇 암을 이동시켜 그림을 그린다.

이러한 화가 로봇은 사람이 그리는 것과 같은 효과를 얻을 수 있을 뿐 아니라 사람들의 흥미를 유발할 수 있으므로 산업용, 교육용 등 다양한 분야에 활용되고 있다.

하지만, 현재 사용되고 있는 화가 로봇은 물체의 외부의 큰 테두리 윤곽선과 내부의 세부 윤곽선을 일정한 순서 없이 그리므로, 로봇 암에 고정된 붓 또는 펜의 드로잉 경로가 불규칙하게 되어 드로잉 속도가 저하될 뿐 아니라, 실제 화가가 외부의 큰 테두리 윤곽선을 먼저 그린 다음 내부의 세부 윤곽선을 그리는 것과 같은 분위기를 연출할 수 없는 문제점이 있다. 따라서, 이 경우, 화가 로봇이 교육용으로 사용된다면, 어린이들과 같이 호기심이 많은 피교육자들이 화가 로봇을 친숙하게 느끼지 못할 수도 있다.

또한, 현재 사용되고 있는 화가 로봇은 윤곽선 영상의 윤곽선을 이루는 각각의 점들을 대응하는 픽셀들의 0(black)∼255(white) 까지의 색상값 또는 이를 몇 개 또는 수십 개 단위로 나눈 복수 개의 색상 레벨로 표현하고 있다. 따라서, 화가 로봇이 윤곽선을 그리기 위해서는 로봇 암에 고정된 붓 또는 펜의 강약 터치를 윤곽선을 이루는 각각의 점에 대해 셀들의 색상값 또는 색상 레벨에 대응하는 복수 개의 상하 높이로 조절해야 한다. 그 결과, 로봇 암을 제어하는 것이 복잡해지고, 드로잉 속도가 느려지는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 감안하여 이를 개선하고자 창출된 것으로, 본 발명의 한 목적은 화가 로봇의 드로잉 속도를 개선할 수 있게 한 화가 로봇의 드로잉 제어장치 및 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 외부의 큰 테두리 윤곽선를 먼저 그린 다음 내부의 세부 윤곽선을 그리도록 하여 실제 화가가 그리는 것과 같은 분위기를 연출할 수 있게 한 화가 로봇의 드로잉 제어장치 및 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 로봇 암에 고정된 붓 또는 펜의 드로잉 경로의 엘리어싱(aliasing)을 방지할 수 있게 한 화가 로봇의 드로잉 제어장치 및 방법을 제공하는 데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시양태에 따르면, 화가 로봇의 드로잉 제어장치는, 입력된 물체에 대한 영상으로부터 윤곽선 영상을 추출하는 윤곽선 영상 추출부; 추출된 윤곽선 영상에 대응하는 픽셀들의 색상값들을 일정 역치값(threshold value)을 기준으로 각각 '1' 또는 '0'으로 이진화하여 저장하는 이진화부; 및 저장된 저장값을 스캐닝하여 저장값이 '1'인 픽셀들을 로봇 암에 고정된 붓 또는 펜을 이동시키기 위한 드로잉 경로에 포함시키는 드로잉 경로 설정부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

윤곽선 영상 추출부는 입력된 물체에 대한 영상을 에지 디텍션(edge detection)하여 윤곽선 영상을 추출할 수 있다.

이진화부는, 추출된 윤곽선 영상에 대응하는 픽셀들의 색상값들을 일정 역치값을 기준으로 각각 블랙값 또는 화이트값으로 변환하는 역치 변환부; 및 블랙값들과 화이트값들에 각각 '1'과 '0'을 부여하여 윤곽선 영상에 대응하는 픽셀들의 2차원 배열로 저장하는 이진화 저장부;를 포함할 수 있다.

윤곽선 영상의 외부의 큰 테두리 윤곽선를 먼저 그린 다음 내부의 세부 윤곽선을 그릴 경우, 드로잉 경로 설정부는 2차원 배열로 저장된 제1 내지 제 n열의 픽셀들의 저장값들을 순차적으로 좌에서 우로 스캐닝하는 것과 우에서 좌로 스캐닝하는 것을 번갈아 수행하여 각 스캐닝시 각 픽셀 열마다 첫번째로 저장값이 '1'인 픽셀들을 검출하고 검출된 픽셀들의 저장값을 다른 값으로 변경시킴과 함께 검출된 픽셀들을 드로잉 경로에 저장하고 관련 드로잉 경로 정보를 출력할 수 있다. 이때, 드로잉 경로 설정부는 검출된 픽셀들이 각각 인접한 검출된 픽셀들과 일정 기준 이하의 거리차를 가질 때만 해당 픽셀들의 저장값을 다른 값으로 변경시킴과 함께 해당 픽셀들을 드로잉 경로에 저장하고 관련 드로잉 경로 정보를 출력할 수 있다. 또한, 드로잉 경로 설정부는 제1 내지 제 n열의 픽셀들의 저장값들을 순차적으로 좌에서 우로 스캐닝하는 것과 우에서 좌로 스캐닝하는 것을 번갈아 수행하는 것을 저장값이 '1'인 픽셀이 더 이상 발견되지 않을 때 까지 반복하여 수행할 수 있다.

선택적으로, 윤곽선 영상의 외부의 큰 테두리 윤곽선를 먼저 그린 다음 내부의 세부 윤곽선을 그리도록 할 필요가 없을 경우, 드로잉 경로 설정부는 2차원 배열로 저장된 저장값들을 픽셀 단위로 스캐닝하여 저장값이 '1'인 픽셀들을 검출하고 검출된 픽셀들을 드로잉 경로에 저장하고 관련 드로잉 경로 정보를 출력할 수 있다.

본 발명의 드로잉 제어장치는 물체에 대한 영상을 입력받는 영상입력부, 및 드로잉 경로 설정부에서 출력된 드로잉 경로 정보를 토대로 로봇 암을 제어하여 붓 또는 펜의 드로잉 경로를 제어하는 구동제어부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시양태에 따르면, 화가 로봇의 드로잉 제어방법은, 입력된 물체에 대한 영상으로부터 윤곽선 영상을 추출하는 단계; 추출된 윤곽선 영상에 대응하는 픽셀들의 색상값들을 일정 역치값을 기준으로 각각 '1' 또는 '0'으로 이진화하여 저장하는 단계; 및 이진화하여 저장된 저장값을 스캐닝하여 저장값이 '1'인 픽셀들을 로봇 암에 고정된 붓 또는 펜을 이동시키기 위한 드로잉 경로에 포함시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

윤곽선 영상을 추출하는 단계는 입력된 물체에 대한 영상을 에지 디텍션하여 윤곽선 영상을 추출할 수 있다.

이진화하여 저장하는 단계는, 추출된 윤곽선 영상에 대응하는 픽셀들의 색상값들을 일정 역치값을 기준으로 각각 블랙값 또는 화이트값으로 변환하는 단계; 및 블랙값들과 화이트값들에 각각 '1'과 '0'을 부여하여 윤곽선 영상에 대응하는 픽셀들의 2차원 배열로 저장하는 단계;를 포함할 수 있다.

드로잉 경로에 포함시키는 단계는, 이진화하여 저장된 제1 내지 제 n열의 픽셀들의 저장값을 순차적으로 좌에서 우로 스캐닝하는 것과 우에서 좌로 스캐닝하는 것을 번갈아 수행하여 각 스캐닝시 각 픽셀 열마다 첫번째로 저장값이 '1'인 픽셀들을 검출하고 검출된 픽셀들의 저장값을 다른 값으로 변경시킴과 함께 검출된 픽셀들을 드로잉 경로에 저장하고 관련 드로잉 경로 정보를 출력하는 단계;를 포함할 수 있다. 이때, 드로잉 경로에 포함시키는 단계는 검출된 픽셀들이 각각 검출된 인접 픽셀들과 일정 기준 이하의 거리차를 가질 때만 해당 픽셀들의 저장값을 다른 값으로 변경시킴과 함께 해당 픽셀들을 드로잉 경로에 저장하고 관련 드로잉 경로 정보를 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 제1 내지 제 n열의 픽셀들의 저장값들을 순차적으로 좌에서 우로 스캐닝하는 것과 우에서 좌로 스캐닝하는 것을 번갈아 수행하는 것은 저장값이 '1'인 픽셀이 더 이상 발견되지 않을 때까지 반복하여 수행될 수 있다.

선택적으로, 드로잉 경로에 포함시키는 단계는, 이진화하여 저장된 저장값들을 픽셀 단위로 스캐닝하여 저장값이 '1'인 픽셀들을 검출하는 단계; 및 검출된 픽셀들을 드로잉 경로에 저장하고 관련 드로잉 경로 정보를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 드로잉 제어방법은 물체에 대한 영상을 입력받는 단계, 및 드로잉 경로 정보를 토대로 로봇 암을 제어하여 붓 또는 펜의 드로잉 경로를 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 화가 로봇의 드로잉 제어장치 및 방법은 추출된 윤곽선 영상에 대응하는 픽셀들의 색상값들을 일정 역치값, 예를 들면, 125를 기준으로 각각 블랙값(0) 또는 화이트값(255)으로 변환한 다음 변환된 블랙값들과 화이트값들에 각각 '1'(블랙값) 또는 '0'(화이트값)으로 이진화하여 픽셀들의 이차원 배열로 저장하고, 이진화된 저장값을 스캐닝하여 저장값이 '1'인 픽셀들을 로봇암에 고정된 붓 또는 펜을 이동시키기 위한 드로잉 경로에 포함시킨다. 따라서, 본 발명의 드로잉 제어장치 및 방법은 윤곽선 영상의 윤곽선을 이루는 각각의 점들을, 대응하는 픽셀들의 0(black) ∼ 255(white) 까지의 색상값 또는 이를 몇 개 또는 수십 개 단위로 나눈 복수 개의 색상 레벨로 표현하는 종래의 화가 로봇과 비교하여, 블랙값으로만 표현한다. 그 결과, 화가 로봇은 로봇 암에 고정된 붓 또는 펜의 강약 터치를 윤곽선을 이루는 각각의 점에 대해 한 가지의 높이로 조절하여 윤곽선을 그릴 수 있고, 그에 따라, 로봇 암의 제어가 간단해지고 화가 로봇의 드로잉 속도가 현저하게 빨라진다.

또한, 본 발명에 따른 화가 로봇의 드로잉 제어장치 및 방법은 이진화하여 저장된 제1 내지 제 n열의 픽셀들의 저장값들을 순차적으로 좌에서 우로 스캐닝하는 것과 우에서 좌로 스캐닝하는 것을 번갈아 수행하여 각 스캐닝시 각 픽셀 열마다 첫번째로 저장값이 '1'인 픽셀들을 검출하고 검출된 픽셀들의 저장값을 다른 값으로 변경시킴과 함께 검출된 픽셀들을 드로잉 경로에 저장하고 관련 드로잉 경로 정보를 출력한다. 따라서, 본 발명의 드로잉 제어장치 및 방법은 윤곽선 영상의 외부의 큰 테두리 윤곽선를 먼저 좌우로 교대로 그린 다음 그 내부의 세부 윤곽선을 좌우로 교대로 그리도록 할 수 있다. 그 결과, 드로잉 경로가 단순하게 되어 드로잉 속도가 빨라지고 또 실제 화가가 그리는 것과 같은 분위기를 연출할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 따른 화가 로봇의 드로잉 제어장치 및 방법은 이진화하여 저장된 저장값이 '1'인 픽셀들이 각각 저장값이 '1'인 인접 픽셀들과 일정 기준 이하의 거리차를 가질 때만 해당 픽셀들을 드로잉 경로에 저장하고 관련 드로잉 경로 정보를 출력할 수 있다. 이 경우, 인접 픽셀들과 일정 기준 이상의 거리차를 가지는 특정 픽셀들이 드로잉 경로에 포함될 때 드로잉 경로에 톱니모양의 엘리어싱(aliasing)이 발생하여 화가 로봇의 드로잉 속도가 저하되는 문제가 방지될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화가 로봇의 드로잉 제어장치를 개략적으로 예시하는 블록도,
도 2는 도 1에 도시된 영상입력부의 카메라에 의해 촬상되는 물체의 영상으로부터 윤곽선 영상을 추출하는 것을 예시하는 도면,
도 3은 도 2에 도시된 윤곽선 영상으로부터 역치 변환된 윤곽선 영상을 생성하는 것을 예시하는 도면,
도 4는 도 3에 도시된 역치 변환된 윤곽선 영상에 대응하는 픽셀들의 색상값을 이진화하여 2차원 배열로 저장하는 것을 예시하는 도면,
도 5는 도 1에 도시된 드로잉 경로 설정부에 의해 역치 변환된 윤곽선 영상의 외부의 왼쪽 테두리 윤곽선 부분에 대응하는 픽셀들을 검출하는 동작을 예시하는 부분도,
도 6은 도 5의 드로잉 경로 설정부의 동작시 나타날 수 있는 윤곽선 영상의 엘리어싱 현상을 설명하는 도면,
도 7은 도 1에 도시된 드로잉 경로 설정부에 의해 역치 변환된 윤곽선 영상의 외부의 오른쪽 테두리 윤곽선 부분에 대응하는 픽셀들을 검출하는 동작을 예시하는 부분도,
도 8은 도 1에 도시된 드로잉 경로 설정부에 의해 역치 변환된 윤곽선 영상의 내부의 왼쪽 세부(이마) 윤곽선 부분에 대응하는 픽셀들을 검출하는 동작을 예시하는 부분도, 및
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 화가 로봇의 드로잉 제어방법을 예시하는 플로우차트이다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 화가 로봇의 드로잉 제어장치 및 방법을 첨부도면에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 화가 로봇의 드로잉 제어장치(2)가 블록도로 개략적으로 예시되어 있다.

본 발명의 화가 로봇의 드로잉 제어장치(2)는 화가 로봇(1)과 일체로 설치되거나 별도로 설치되어 로봇 암(3)에 고정된 붓 또는 펜(도시하지 않음)의 드로잉 경로를 제어하기 위한 것으로, 영상입력부(10), 윤곽선 영상 추출부(20), 이진화부(30), 드로잉 경로 설정부(40), 및 구동제어부(50)를 포함한다.

영상입력부(10)는 물체에 대한 영상을 입력받는다. 본 실시예에서, 영상입력부(10)는 물체에 대한 영상을 촬상하는 공지의 카메라로 구현될 수 있다. 예를 들면, 카메라는 렌즈와 가시광선 영역(약 400~700nm)으로 감광하는 이미지 센서를 구성하는 CCD 센서로 이루어진 공지의 CCD 카메라를 사용할 수 있다. 이러한 CCD 센서는 렌즈로부터 입력되는 광학상을 광전 변환함으로써 디지털 신호를 생성하여 출력한다. 예를 들면, 도 2에 도시한 바와 같이, 카메라에 의해 촬상된 영상(11)은 인물의 휘도 분포에 따른 형상을 나타낸다. 즉, 카메라에 의해 촬상된 영상(11)은 인물의 휘도 분포에 따라 각 픽셀별로 다른 색상값들을 가진다.

선택적으로, 영상입력부(10)는 외부 USB 장치, 디지탈 카메라 등으로부터 물체에 대한 영상을 입력받는 입력포트와 같은 입력 인터페이스부(도시하지 않음), 또는 CD 드라이브, 스캐너 등과 같은 외부로로부터 물체에 대한 영상을 입력받는 입력장치(도시하지 않음)로도 구현될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 윤곽선 영상 추출부(20)는 영상입력부(10)의 카메라에 의해 촬상된 인물에 대한 영상(11)으로부터 윤곽선 영상(sketch image)(13)을 추출한다. 본 실시예에서, 윤곽선 영상 추출부(20)는 에지 디텍션을 통해 윤곽선 영상을 획득하는 장치로 구현될 수 있다. 예를 들면, 에지 디텍션을 통해 윤곽선 영상을 획득하는 장치는 촬상된 영상(11)으로부터 소스 비트맵(source bitmap) 영상을 추출하고, 소스 비트맵 영상의 콘트라스트(contrast)를 강화시킨 다음 강화된 콘트라스트를 갖는 비트맵 영상을 흑백 영상(grayscale image)으로 변환하고, 차후 역치 한계(subsequent threshold limitation)를 갖는 '가우시안 차 연산'(Difference of Gaussians) 필터를 이용하여 흑백 영상을 에지 디텍션하여 마스크(mask)를 생성한 다음, 상기 강화된 콘트라스트를 갖는 비트맵 이미지의 각각의 칼라 채널의 픽셀들을 상기 마스크의 상응하는 픽셀들로 곱하여 윤곽선 영상(13)을 획득하는 회로로 구성될 수 있다.

이진화부(30)는 추출된 윤곽선 영상(13)에 대응하는 픽셀들의 색상값들을 일정 역치값을 기준으로 각각 '1' 또는 '0'으로 이진화하여 저장한다.

보다 상세히 설명하면, 윤곽선 영상(13)에 대응하는 픽셀들의 각각은 0(black)~255(white) 까지의 색상값을 가지고 있다. 따라서, 윤곽선 영상(13)은 시각적으로 흰색 바탕에 검은색으로 영상이 그려져 있는 것으로 보이지만 실제 픽셀 단위로 분석하면 0~255 사이의 다양한 색상을 가진다.

본 발명에서는 윤곽선 영상(13)의 윤곽선을 이루는 각각의 점들을 그에 대응하는 픽셀들의 0(black) ∼ 255(white) 까지의 색상값 또는 이를 몇 개 또는 수십 개 단위로 나눈 복수 개의 색상 레벨로 표현하는 종래의 화가 로봇과 비교하여, 0(black)만으로 표현하여 로봇 암(3)에 고정된 붓 또는 펜의 강약 터치를 윤곽선을 이루는 각각의 점에 대해 한 가지의 높이로 조절하며, 그 결과, 로봇 암을 제어하는 것을 간단하게 하고 화가 로봇(1)의 드로잉 속도를 개선한다.

이를 위해, 이진화부(30)는 역치 변환부(31) 및 이진화 저장부(33)를 포함한다. 역치 변환부(31)는 추출된 윤곽선 영상(13)에 대응하는 픽셀들의 색상값들을 일정 역치값(threshold value), 예를 들면, 125를 기준으로 각각 0(black) 또는 255(white)으로 변환한다. 즉, 윤곽선 영상(13)에 대응하는 픽셀들의 색상값들이 각각 125 이상이면, 255로 변환하고, 125 미만이면 0으로 변환한다. 도 3을 참조하면, 윤곽선 영상(13)과 윤곽선 영상(13)에 역치값을 적용하여 역치 변환된 윤곽선 영상(15)이 비교 예시되어 있다.

이진화 저장부(33)는 역치 변환된 윤곽선 영상(15) 내의 픽셀들의 위치와 색상정보에 대한 접근을 용이하게 하기 위해, 도 4에 도시된 바와 같이, 역치 변환된 윤곽선 영상(15)의 윤곽선과 배경의 색상값, 즉, 0(black)들과 255(white)들에 각각 '1'과 '0'을 부여하여 역치 변환된 윤곽선 영상(15)에 대응하는 픽셀들의 2차원 배열(17)로 저장한다. 이때, 2차원 배열(17)의 크기는 영상의 가로 픽셀 수(i) * 영상의 세로 픽셀 수(j)이다.

드로잉 경로 설정부(40)는 로봇 암(3)에 고정된 붓 또는 펜을 이동시키기 위한 드로잉 경로를 설정하기 위한 것으로, 이진화 저장부(33)에 2차원 배열(17)로 저장된 저장값들(1, 0)을 스캐닝하여 저장값이 '1'인 픽셀들을 붓 또는 펜의 드로잉 경로에 포함시켜 저장하고, 관련 드로잉 경로 정보를 구동제어부(50)로 출력한다.

보다 상세히 설명하면, 도 5에 도시된 바와 같이, 드로잉 경로 설정부(40)는 이진화 저장부(33)에 2차원 배열(17)로 저장된 제1 내지 제 n열의 픽셀들의 저장값들(1,0)을 순차적으로 좌에서 우로 스캐닝하여 각 픽셀 열마다 첫번째로 저장값이 '1'(0(black))인 픽셀들(18)(외부의 왼쪽 테두리 윤곽선 부분)을 검출하고, 검출된 픽셀들(18)의 저장값('1')을 다른 값(예를 들면, '0')으로 대체시켜 이진화 저장부(33)의 2차원 배열(17)에 저장함과 동시에 검출된 픽셀들(18)을 내부 메모리(41)의 드로잉 경로에 저장하고, 관련 드로잉 경로 정보를 구동제어부(50)로 출력한다.

하지만, 이 경우, 도 6에 도시된 바와 같이, 검출된 각 열의 픽셀들(18)에서 픽셀들(19, 19', 19", 19"', 19"" )과 인접 픽셀(20, 20', 20", 20"', 20"")이 일정 기준 이상의 거리차를 가질 수 있다. 이때, 드로잉 경로 설정부(40)가 픽셀들(19, 19', 19", 19"', 19"")로부터 일정 기준 이상의 거리차를 갖는 인접 픽셀(20, 20', 20", 20"', 20"")을 드로잉 경로에 포함시킨다면, 드로잉 경로는 불규칙한 톱니형태의 엘리어싱을 발생하게 되고, 그 결과, 화가 로봇(1)에 의해 드로잉되는 윤곽선 영상(sketch image)의 드로잉 속도가 저하된다.

따라서, 이를 방지하기 위해, 본 발명의 드로잉 경로 설정부(40)는 도 5에 도시된 바와 같이, 검출된 픽셀들(18, 19, 19',19", 19"', 19")이 각각 검출된 인접 픽셀들과 일정 기준 이하의 거리차를 가질 때만 이진화 저장부(33)에 저장된 해당 픽셀들(18, 19, 19", 19"', 19"")의 저장값('1')을 다른 값으로 변경시킴과 함께 해당 픽셀들(18, 19, 19", 19"', 19"")을 내부 메모리(41)의 드로잉 경로에 저장하고, 관련 드로잉 경로 정보를 구동제어부(50)로 출력한다.

다음으로, 드로잉 경로 설정부(40)는 위에서 설명한 바와 같이 역치 변환된 윤곽선 영상(15)의 외부의 왼쪽 테두리 윤곽선 부분에 대한 드로잉 경로를 내부 메모리(41)에 저장하고 관련 드로잉 경로 정보를 구동제어부(50)로 출력하면, 도 7에 도시한 바와 같이, 같은 방법으로 이진화 저장부(33)에 2차원 배열(17)로 저장된 제1 내지 제 n열의 픽셀들의 저장값들(1,0)을 순차적으로 우에서 좌로 스캐닝하여 각 픽셀 열마다 첫번째로 저장값이 '1'(0(black)인 픽셀들(22)(외부의 오른쪽 테두리 윤곽선 부분)을 검출하고, 검출된 픽셀들(22)의 저장값('1')을 다른 값(예를 들면, '0')으로 대체시켜 이진화 저장부(33)의 2차원 배열(17)에 저장함과 동시에 검출된 픽셀들(22)을 내부 메모리(41)의 드로잉 경로에 저장하고, 관련 드로잉 경로 정보를 구동제어부(50)로 출력한다.

이때, 드로잉 경로 설정부(40)는 검출된 픽셀들(22)이 인접 픽셀들과 일정 기준 이하의 거리차를 가질 때만 이진화 저장부(33)에 저장된 해당 픽셀들(22)의 저장값('1')을 다른 값으로 변경시킴과 함께 해당 픽셀들(22)을 내부 메모리(41)의 드로잉 경로에 저장하고, 관련 드로잉 경로 정보를 구동제어부(50)로 출력한다.

그후, 도 8에 도시된 바와 같이, 드로잉 경로 설정부(40)는 이진화 저장부(33)에 저장된 제1 내지 제 n열의 픽셀들의 저장값들(1,0)을 다시 순차적으로 좌에서 우로 스캐닝하여 각 픽셀 열마다 첫번째로 저장값이 '1'(0(black)인 픽셀들(23)(내부의 왼쪽 세부(이마) 윤곽선 부분)을 검출하고, 검출된 픽셀들(23)의 저장값('1')을 다른 값(예를 들면, '0')으로 대체시켜 이진화 저장부(33)의 2차원 배열(17)에 저장함과 동시에 검출된 픽셀들(23)을 내부 메모리(41)의 드로잉 경로에 저장하고, 관련 드로잉 경로 정보를 구동제어부(50)로 출력한다.

마찬가지 방법은, 드로잉 경로 설정부(40)는 이진화 저장부(33)에 저장된 제1 내지 제 n열의 픽셀들의 저장값들(1,0)을 다시 순차적으로 우에서 좌로 스캐닝하여 각 픽셀 열마다 첫번째로 저장값이 '1'(0(black)인 픽셀들(내부의 오른쪽 세부(이마) 윤곽선 부분)(도시하지 않음)을 검출하고, 검출된 픽셀들의 저장값('1')을 다른 값(예를 들면, '0')으로 대체시켜 이진화 저장부(33)의 2차원 배열(17)에 저장함과 동시에 검출된 픽셀들을 내부 메모리(41)의 드로잉 경로에 저장하고, 관련 드로잉 경로 정보를 구동제어부(50)로 출력한다.

그 후, 드로잉 경로 설정부(40)는 이진화 저장부(33)에 저장된 제1 내지 제 n열의 픽셀들의 저장값들(1,0)을 다시 순차적으로 좌에서 우로 스캐닝하는 것과 우에서 좌로 스캐닝하는 것을 번갈아 수행하여 각 픽셀 열마다 첫번째로 저장값이 '1'(0(black)인 픽셀들(내부의 왼쪽 세부(눈섭과 눈) 윤곽선 부분 및 오른쪽 세부(눈섭과 눈) 윤곽선 부분)을 검출하고, 검출된 픽셀들의 저장값('1')을 다른 값(예를 들면, '0')으로 대체시켜 이진화 저장부(33)의 2차원 배열(17)에 저장함과 동시에 검출된 픽셀들을 내부 메모리(17)의 드로잉 경로에 저장하고, 관련 드로잉 경로 정보를 구동제어부(50)로 출력한다.

이러한 드로잉 경로 설정부(40)의 동작은, 이진화 저장부(33)에 저장된 제1 내지 제 n열의 픽셀들의 저장값들(1,0)을 다시 좌에서 우로 스캐닝하는 것과 우에서 좌로 스캐닝하는 것을 교대로 반복하여 저장값이 '1'인 픽셀이 더 이상 발견되지 않을 때까지 수행된다.

이상에서 드로잉 경로 설정부(40)가 검출된 픽셀들을 내부 메모리(17)의 드로잉 경로에 저장하고 관련 드로잉 경로 정보를 구동제어부(50)로 출력하는 동작은 각 픽셀 열들의 스캐닝이 완료될 때 마다 수행되는 것으로 예시 및 설명하였지만, 필요에 따라, 좌에서 우로 및 우에서 좌로의 각 스캐닝이 완료될 때 마다, 또는 로봇 암(30)의 동작에 의한 붓 또는 펜의 최적 터치 길이를 감안하여 설정된 하나의 이상의 픽셀들이 검출될 때 마다 함께 수행될 수도 있다.

이상과 같은 드로잉 경로 설정부(40)의 동작의 결과, 본 발명의 화가 로봇(1)의 드로잉 제어장치(2)는 윤곽선 영상의 외부의 큰 좌우 테두리 윤곽선을 먼저 교대로 그린 다음 그 내부의 좌우 세부 윤곽선을 교대로 그리도록 할 수 있고, 그에 따라, 드로잉 경로가 단순하게 되어 드로잉 속도가 빨라지고 또 실제 화가가 그리는 것과 같은 분위기를 연출할 수 있게 된다.

선택적으로, 위에서 설명한 바와 같이 화가 로봇(1)이 윤곽선 영상의 외부의 큰 테두리 윤곽선를 먼저 그린 다음 그 내부의 세부 윤곽선을 그릴 필요가 없을 경우, 드로잉 경로 설정부(40)는 이진화 저장부(33)에 2차원 배열(17)로 저장된 저장값들(1, 0)을 픽셀 단위로 스캐닝하여 저장값이 '1'(0(black)인 픽셀들(18, 19, 19', 19", 19"', 19"", 20, 20', 20", 20"', 20"", 22, 23)을 검출하고, 검출된 픽셀들(18, 19, 19', 19", 19"', 19"", 20, 20', 20", 20"', 20"", 22, 23)을 내부 메모리(41)의 드로잉 경로에 저장하고, 드로잉 경로 정보를 구동제어부(50)로 출력할 수 있다. 여기서, 드로잉 경로 설정부(40)가 검출된 픽셀들을 내부 메모리(17)의 드로잉 경로에 저장하고 관련 드로잉 경로 정보를 구동제어부(50)로 출력하는 동작은 화가 로봇(1)의 드로잉 속도를 저하시키지 않도록 하기 위해 저장값이 '1'(0(black)인 픽셀들이 검출될 때 마다 수행되는 것 보다 로봇 암(30)의 동작에 의한 붓 또는 펜의 최적 터치 길이를 감안하여 설정된 하나의 이상의 픽셀들이 검출될 때 마다 함께 수행되는 것이 바람직하다,

구동제어부(50)는 로봇 암(3)의 구동모터들(도시하지 않음)을 제어하는 것으로, 드로잉 경로 설정부(40)에서 출력된 드로잉 경로 정보를 수신하고, 수신된 드로잉 경로 정보를 토대로 공지의 방법으로 로봇 암(3)의 위치좌표를 계산한 후 로봇 암(3)의 구동모터들을 제어하여 로봇 암(3)에 고정된 붓 또는 펜의 드로잉 경로를 제어한다.

이상에서 본 발명에 따른 화가 로봇(1)의 드로잉 제어장치(2)는 독립된 복수 개의 하드웨어적인 구성요소들에 의해 이루어지는 것으로 예시 및 설명하였지만, 본 발명은 그것으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 화가 로봇(1)의 드로잉 제어장치(2)의 적어도 일부, 예를 들면, 윤곽선 영상 추출부(20), 이진화부(30), 및/또는 드로잉 경로 설정부(40)는 동일한 기능들을 포함하는 하나의 하드웨어적인 구성요소(예를 들면, ASIC(application-specific integrated circuit)) 또는 동일한 알고리즘을 갖는 소프트웨어적인 구성(예를 들면, 프로그램)으로 이루어질 수도 있을 것이다.

이상과 같이 구성된 화가 로봇(1)의 드로잉 제어장치(2)에 적용되는 드로잉 제어방법을 도 9를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 영상입력부(10)의 카메라에 의해 인물에 대한 영상(11)이 촬상된 후 윤곽선 영상 추출부(20)로 입력된다(S1). 이때, 선택적으로, 인물에 대한 영상(11)은 USB 장치 등으로부터 입력포트를 통해 입력되거나 CD 드라이브, 스캐너 등과 같은 입력장치를 통해 윤곽선 영상 추출부(20)로 입력될 수 있다.

이어서, 도 2에 도시된 바와 같이, 윤곽선 영상 추출부(20)로 입력된 인물에 대한 영상(11)은 에지 디텍션되어 윤곽선 영상(13)으로 추출된다(S2).

그 다음, 추출된 윤곽선 영상(13)에 대응하는 픽셀들의 색상값들은 이진화부(30)의 역치 변환부(31)에서 일정 역치값, 예를 들면, 125를 기준으로 각각 125이상 이면 '255'(white)로 역치 변환되고, 125 미만이면, '0'(black)으로 역치 변환된다. 그 결과, 도 3에 도시된 바와 같이, 역치 변환된 윤곽선 영상(15)이 생성된다(S3).

이어서, 역치 변환된 윤곽선 영상(15)은 이진화 저장부(33)에서 도 4에 도시된 바와 같이 윤곽선과 배경에 대응하는 픽셀들의 색상값, 즉, 0(black)과255(white)에 각각 '1'과 '0'이 부여되어 픽셀들의 2차원 배열(17)로 저장된다(S4).

그 다음, 위에서 도 5 내지 도 8에 관하여 설명한 바와 같이, 드로잉 경로 설정부(40)는 이진화 저장부(33)에 2차원 배열(17)로 저장된 제1 내지 제 n열의 픽셀들의 저장값(1.0)을 순차적으로 좌에서 우로 스캐닝하는 것과 우에서 좌로 스캐닝하는 것을 번갈아 수행하여 각 스캐닝시 각 픽셀 열마다 첫번째로 저장값이 '1'인 픽셀들(18, 19, 19', 19", 19"', 19""; 22; 23)을 검출하고 이진화 저장부(33)에 저장된 검출된 픽셀들(18, 19, 19', 19", 19"', 19""; 22; 23)의 저장값('1')을 다른 값(예를 들면, '0')으로 변경시킴과 동시에 검출된 픽셀들(18, 19, 19', 19", 19"', 19""; 22; 23)을 내부 메모리(41)의 드로잉 경로에 저장하고, 관련 드로잉 경로 정보를 구동제어부(50)로 출력한다(S5). 선택적으로, 이때, 화가 로봇(1)이 윤곽선 영상의 외부의 큰 테두리 윤곽선를 먼저 그린 다음 그 내부의 세부 윤곽선을 그릴 필요가 없을 경우, 드로잉 경로 설정부(40)는, 이진화 저장부(33)에 저장된 저장값들(1, 0)을 좌에서 우 또는 우에서 좌로 스캐닝하여 각 스캐닝시 각 픽셀 열마다 첫번째로 저장값이 '1'인 픽셀들을 검출하는 대신, 저장값들(1, 0)을 단순히 픽셀 단위로만 스캐닝하여 저장값이 '1'(0(black)인 픽셀들(18, 19, 19', 19", 19"', 19"", 20, 20', 20", 20"', 20"", 22, 23)을 검출하고, 검출된 픽셀들(18, 19, 19', 19", 19"', 19"", 20, 20', 20", 20"', 20"", 22, 23)을 내부 메모리(41)의 드로잉 경로에 저장하고, 관련 드로잉 경로 정보를 구동제어부(50)로 출력할 수 있다.

또한, 단계(S5)에서, 도 6과 관련하여 설명한 바와 같이 윤곽선 영상을 그리기 위한 드로잉 경로의 엘리어싱을 방지하기 위해, 드로잉 경로 설정부(40)는 검출된 픽셀들(18, 19, 19', 19", 19"', 19"")이 검출된 인접 픽셀들(20, 20', 20", 20"', 20"")과 일정 기준 이하의 거리차를 가질 때만 이진화 저장부(33)에 저장된 해당 픽셀들(18, 19, 19', 19", 19"', 19"")의 저장값('1')을 다른 값(예를 들면, '0')으로 변경시킴과 함께 해당 픽셀들을 내부 메모리(41)의 드로잉 경로에 저장하고, 관련 드로잉 경로 정보를 구동제어부(50)로 출력한다.

이와 같이 단계(S5)에서 드로잉 경로 설정부(40)가 드로잉 경로를 설정하기 위해 이진화 저장부(33)에 저장된 제1 내지 제 n열의 픽셀들의 저장값(1.0)을 순차적으로 좌에서 우로 스캐닝하는 것과 우에서 좌로 스캐닝하는 것을 번갈아 수행하는 동작은 저장값이 '1'인 픽셀이 더 이상 발견되지 않을 때까지 반복하여 수행된다.

그후, 구동제어부(50)는 드로잉 경로 설정부(40)에서 출력된 드로잉 경로 정보를 수신하고, 수신된 드로잉 경로 정보에 따라 로봇 암(3)의 위치좌표를 계산한 후 로봇 암(3)의 구동모터들을 제어하여 붓 또는 펜의 드로잉 경로를 제어한다(S6).

이상에서, 본 발명은 원리를 예시하기 위한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 구성 및 작용으로 한정되지 않는다. 또, 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 벗어 나지 않고 본 발명에 대한 다양한 변경과 수정이 가능함은 당업자들에게는 잘 이해될 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명에 대한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주 되어야 할 것이다.

1: 화가 로봇 2: 드로잉 제어장치
10: 영상입력부 11, 13, 15: 영상
20: 윤곽선 영상 추출부 30: 이진화부
31: 역치 변환부 33: 이진화저장부
40: 드로잉 경로 설정부 41: 내부 메모리
50: 구동제어부

Claims

입력된 물체에 대한 영상으로부터 윤곽선 영상을 추출하는 윤곽선 영상 추출부;
상기 추출된 윤곽선 영상에 대응하는 픽셀들의 색상값들을 일정 역치값을 기준으로 각각 '1' 또는 '0'으로 이진화하여 저장하는 이진화부; 및
저장된 저장값을 스캐닝하여 상기 저장값이 '1'인 픽셀들을 로봇 암에 고정된 붓 또는 펜을 이동시키기 위한 드로잉 경로에 포함시키는 드로잉 경로 설정부;를 포함하며,
상기 드로잉 경로 설정부는 상기 이진화부에 저장된 상기 저장값을 픽셀 단위로 스캐닝하여 상기 저장값이 '1'인 픽셀들을 검출하고, 상기 검출된 픽셀들을 상기 드로잉 경로에 저장하고 관련 드로잉 경로 정보를 출력하는 것을 특징으로 하는 화가 로봇의 드로잉 제어장치.
제1항에 있어서, 상기 윤곽선 영상 추출부는 상기 입력된 물체에 대한 영상을 에지 디텍션하여 상기 윤곽선 영상을 추출하는 것을 특징으로 하는 화가 로봇의 드로잉 제어장치.
제1항에 있어서, 상기 이진화부는,
상기 추출된 윤곽선 영상에 대응하는 상기 픽셀들의 상기 색상값들을 상기 일정 역치값을 기준으로 각각 블랙값 또는 화이트값으로 변환하는 역치 변환부; 및
상기 블랙값들과 상기 화이트값들에 각각 '1'과 '0'을 부여하여 상기 윤곽선 영상에 대응하는 상기 픽셀들의 2차원 배열로 저장하는 이진화 저장부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 화가 로봇의 드로잉 제어장치.
제1항에 있어서, 상기 드로잉 경로 설정부는 상기 이진화부에 저장된 제1 내지 제 n열의 픽셀들의 저장값을 순차적으로 좌에서 우로 스캐닝하는 것과 우에서 좌로 스캐닝하는 것을 번갈아 수행하여 각 스캐닝시 각 픽셀 열마다 첫번째로 상기 저장값이 '1'인 픽셀들을 검출하고, 상기 검출된 픽셀들의 저장값을 다른 값으로 변경시킴과 함께 상기 검출된 픽셀들을 드로잉 경로에 저장하고 관련 드로잉 경로 정보를 출력하는 것을 특징으로 하는 화가 로봇의 드로잉 제어장치.
제4항에 있어서, 상기 드로잉 경로 설정부는 상기 검출된 픽셀들이 각각 검출된 인접 픽셀들과 일정 기준 이하의 거리차를 가질 때만 해당 픽셀들의 저장값을 다른 값으로 변경시킴과 함께 해당 픽셀들을 상기 드로잉 경로에 저장하고 관련 드로잉 경로 정보를 출력하는 것을 특징으로 하는 화가 로봇의 드로잉 제어장치.
제5항에 있어서, 상기 드로잉 경로 설정부는 상기 제1 내지 제 n열의 픽셀들의 상기 저장값을 순차적으로 상기 좌에서 우로 스캐닝하는 것과 상기 우에서 좌로 스캐닝하는 것을 번갈아 수행하는 것을 상기 저장값이 '1'인 픽셀이 더 이상 발견되지 않을 때까지 반복하여 수행하는 것을 특징으로 하는 화가 로봇의 드로잉 제어장치.
삭제
입력된 물체에 대한 영상으로부터 윤곽선 영상을 추출하는 단계;
상기 추출된 윤곽선 영상에 대응하는 픽셀들의 색상값들을 일정 역치값을 기준으로 각각 '1' 또는 '0'으로 이진화하여 저장하는 단계; 및
이진화하여 저장된 저장값을 스캐닝하여 상기 저장값이 '1'인 픽셀들을 로봇 암에 고정된 붓 또는 펜을 이동시키기 위한 드로잉 경로에 포함시키는 단계;를 포함하며,
상기 드로잉 경로에 포함시키는 단계는,
상기 이진화하여 저장된 저장값을 픽셀 단위로 스캐닝하여 상기 저장값이 '1'인 픽셀들을 검출하는 단계; 및
상기 검출된 픽셀들을 상기 드로잉 경로에 저장하고 관련 드로잉 경로 정보를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 화가 로봇의 드로잉 제어방법.
제8항에 있어서, 상기 윤곽선 영상을 추출하는 단계는 상기 입력된 물체에 대한 영상을 에지 디텍션하여 상기 윤곽선 영상을 추출하는 것을 특징으로 하는 화가 로봇의 드로잉 제어방법.
제8항에 있어서, 상기 이진화하여 저장하는 단계는,
상기 추출된 윤곽선 영상에 대응하는 상기 픽셀들의 상기 색상값들을 상기 일정 역치값을 기준으로 각각 블랙값 또는 화이트값으로 변환하는 단계; 및
상기 블랙값들과 상기 화이트값들에 각각 '1'과 '0'을 부여하여 상기 윤곽선 영상에 대응하는 상기 픽셀들의 2차원 배열로 저장하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 화가 로봇의 드로잉 제어방법.
제8항에 있어서, 상기 드로잉 경로에 포함시키는 단계는, 이진화하여 저장된 제1 내지 제 n열의 픽셀들의 저장값들을 순차적으로 좌에서 우로 스캐닝하는 것과 우에서 좌로 스캐닝하는 것을 번갈아 수행하여 각 스캐닝시 각 픽셀 열마다 첫번째로 상기 저장값이 '1'인 픽셀들을 검출하고 상기 검출된 픽셀들의 저장값을 다른 값으로 변경시킴과 함께 상기 검출된 픽셀들을 상기 드로잉 경로에 저장하고 관련 드로잉 경로 정보를 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 화가 로봇의 드로잉 제어방법.
제11항에 있어서, 상기 드로잉 경로에 포함시키는 단계는 상기 검출된 픽셀들이 각각 검출된 인접 픽셀들과 일정 기준 이하의 거리차를 가질 때만 해당 픽셀들의 저장값을 다른 값으로 변경시킴과 함께 해당 픽셀들을 상기 드로잉 경로에 저장하고 상기 관련 드로잉 경로 정보를 출력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화가 로봇의 드로잉 제어방법.
제12항에 있어서, 상기 제1 내지 제 n열의 픽셀들의 상기 저장값들을 순차적으로 상기 좌에서 우로 스캐닝하는 것과 상기 우에서 좌로 스캐닝하는 것을 번갈아 수행하는 것은 상기 저장값이 '1'인 픽셀이 더 이상 발견되지 않을 때까지 반복하여 수행되는 것을 특징으로 하는 화가 로봇의 드로잉 제어방법.
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