KR101364840B1 - 이중 라인 스캐너를 이용한 사용자 입력 장치 및 방법 - Google Patents

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벌리더티 센서스 인코포레이티드
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Abstract

사용자 입력 방법 및 장치는, 각각의 출력이 현재 일차 스캔 가로줄 및 현재 이차 스캔 가로줄의 픽셀들을 나타내는, 일차 라인 스캔 센서 출력을 제공하는 일차 라인 스캔 센서 및 이차 라인 스캔 센서 출력을 제공하는 이차 라인 스캔 센서를 갖는 2 라인 물체 촬상 센서로서, 일차 라인 스캔 센서 및 이차 라인 스캔 센서는 물체를 스캔하도록 구성된, 상기 2 라인 물체 촬상 센서; 매번 스캔할 때마다, 각각의 현재 일차 라인 스캔 센서 출력 및 각각의 현재 이차 라인 스캔 센서 출력을 저장하는 것, 및 일차 라인 센서 출력의 현재 픽셀 표시물들과, 저장된 표시물들과의 상관, 및 이차 라인 센서 출력의 현재 픽셀 표시물들과, 저장된 표시물들과의 상관 중 적어도 하나를 행하는 상관 유닛을 구비할 수도 있으며, 상관 유닛은 모션 지표를 출력으로 제공한다.

Description

이중 라인 스캐너를 이용한 사용자 입력 장치 및 방법{USER INPUT UTILIZING DUAL LINE SCANNER APPARATUS AND METHOD}
본 발명은 이중 라인 스캐너를 이용한 사용자 입력 장치 및 방법에 관한 것이다.
일부 기존의 지문 스캐너에는, 전체 지문을 한번에 감지하는 (예를 들어, 전체 지문에는 200 ~ 500 개의 가로줄과 128 ~ 200 개의 세로줄의 픽셀들로 된 영상이 포함) 컨택트 센서 또는 플레이스먼트 센서라고 불리는 큰 우표 크기의 유닛이 포함된다. 기타 지문 스캐너에는, 랩탑 및 노트북 컴퓨터, 휴대 전화, 휴대 이메일 디바이스 및 스마트폰에 탑재되는 더 작은 스와이프 (swipe) 스캐너가 포함된다. 더 작은 스와이프 스캐너는 더 큰 플레이스먼트 스캐너보다 제조 단가가 훨씬 낮다. 고정형 스와이프 지문 스캐너는 스캐너를 가로질러 스와이프중인 손가락을 감지하며, 단일 라인 스캐너, 이중 라인 스캐너 또는 다중 라인 스캐너일 수 있다.
이중 라인 스캐너의 일 예가 1999년 12월 14일에 임메가 (Immega) 등에게 부여된 미국 특허 제6,002,815호 ("임메가") 에 개시되어 있으며, 이 문서에 그 전체 내용이 참조에 의해 포함된다. 임메가 이중 라인 스캐너는, 손가락이 센서와 1×n 픽셀 어레이 스캐너를 통과하는 속도를 결정 및 추적해야 한다. 임메가 이중 라인 스캐너는 현재와 과거 라인 스캔에 대해 1×n 선형 어레이 상호 상관을 수행하여 처음에 지문 영상을 생성한다. 그 때 라인 스캔으로부터 지문 영상을 재구성하기 위해서는, 손가락의 속도를 알아야 한다.
기존의 지문 탐색 방법에서는 손가락의 속도를 알아야 한다. 예를 들어, 2010년 11월 11일자로 공개된 발명의 명칭이 "인라인 어레이를 사용한 지문 모션 추적을 위한 방법 및 장치 (Method and Apparatus for Fingerprint Motion Tracking Using an In-Line Array)" 인 미국 특허출원공개번호 제2010/0284565호, 및 2008년 3월 13일자로 공개된 발명의 명칭이 "내비게이션 애플리케이션에서 이용하기 위한 인라인 어레이를 사용한 지문 모션 추적을 위한 방법 및 장치 (Method and Apparatus for Fingerprint Motion Tracking Using an In-Line Array for Use in Navigation Applications)" 인 미국 특허출원공개번호 제2008/0063245호는 각각 사용자 입력 탐색을 목적으로 손가락 이동 방향에 정렬된 적어도 하나의 선형 어레이로 이동 속도와 방향을 결정해서 지문의 일부를 영상화하는 매트릭스 스캐너 어레이를 개시하고 있다.
현재, 사용자 입력 디바이스 (이를 테면, 마우스) 에서는 다양한 전기 및 광학 구성들 (configurations) 을 이용하여, 사용자의 손 이동을 추적해 화면 상의 커서 위치를 제어하거나 아이콘 또는 링크 클릭을 실행한다. 이들은, 비행기와 같은 밀폐 공간에서 휴대용 컴퓨팅 디바이스를 사용할 때 거추장스러울 수 있으며, 다른 물품과 함께 휴대하기 불편하다. 많은 랩탑 및 노트북 컴퓨팅 디바이스들의 케이스에서 볼 수 있는 내장형 (built-in) 사용자 입력 디바이스들은 사용하기 어려운 것으로 확인되었다. 내장형 사용자 입력 디바이스들은, 종종 가압판에 가하는 압력에 대해 부드러운 응답 느낌이 떨어지고 종종 휴대 전화와 휴대용 컴퓨팅 디바이스들에 사용하기에 너무 크고 거추장스럽다.
따라서, 컴퓨팅 디바이스의 화면 상의 커서의 위치를 조작하도록 기능할 수 있는 지문 스캐너를 포함하는 매우 작은 사용자 입력 디바이스가 필요하다.
사용자 입력 방법 및 장치는, 일차 라인 스캔 센서 출력을 제공하는 일차 라인 스캔 센서 및 이차 라인 스캔 센서 출력을 제공하는 이차 라인 스캔 센서를 갖는 2 라인 물체 촬상 센서 (imaging sensor) 로서, 각각의 출력은 현재 일차 스캔 가로줄과 현재 이차 스캔 가로줄의 픽셀들을 나타내고, 일차 라인 스캔 센서 및 이차 라인 스캔 센서는 물체를 스캔하도록 구성된, 상기 2 라인 물체 촬상 센서; 매번 스캔할 때마다, 각각의 현재 일차 라인 스캔 센서 출력 및 각각의 현재 이차 라인 스캔 센서 출력을 저장하는 것, 및 일차 라인 센서 출력의 현재 픽셀 표시물들과, 저장된 표시물들과의 상관, 및 이차 라인 센서 출력의 현재 픽셀 표시물들과, 저장된 표시물들과의 상관 중 적어도 하나를 행하는 상관 유닛을 구비할 수도 있으며, 상관 유닛은 모션 지표를 출력으로서 제공한다.
이 문서에 언급되는 모든 공개들, 특허들 및 특허 출원들은, 각각의 개별 공개, 특허 또는 특허 출원이 참조에 의해 포함되는 것으로 구체적으로, 개별적으로 표시된 것과 같은 정도로 참조에 의해 이 문서에 포함된다.
본 발명의 신규한 특징들이 첨부된 청구항에 구체적으로 기재되어 있다. 본 발명의 원리가 이용되는 예시적인 실시형태들을 기술하는 다음의 상세한 설명 및 다음의 첨부 도면들을 참조하여 본 발명의 특징들 및 이점들이 더 잘 이해될 것이다.
도 1 은 본 개시물의 실시형태들에 따른 지문 스캐닝 및 영상 재구성 시스템에 대한 기본 구성을 개략적으로 나타낸 블록도.
도 2 는 본 개시물의 일 실시형태에 따른 이중 라인 지문 스캐너를 부분적으로 블록도 형태로 나타낸 개략도.
도 3 은 본 개시물의 일 실시형태에 따른 사용자 입력 디바이스에 대한 흐름도.
도 4 의 (a) 내지 (g) 는 본 개시물의 일 실시형태에 따른 상호 상관 기술을 나타낸 개략도.
도 5 는 본 개시물의 일 실시형태에 따른 사용자 입력 디바이스를 개략적으로 나타낸 블록도.
본 발명의 임의의 실시형태들에 대해 상세히 설명하기 전에, 본 개시물은 다음의 설명에서 기술되거나 상기 설명된 도면들에 예시된 컴포넌트들의 구성 및 배열의 상세에 제한되지 않음을 이해할 필요가 있다. 본 개시물은 다른 실시형태들이 가능하며, 다양한 방식으로 실시 또는 수행될 수 있다. 또한, 본 출원 명세서에서 이용되는 어법 및 전문 용어는 설명을 위한 것이며, 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다는 것을 이해해야 한다. "포함하는 (including)", "구비하는 (comprising)" 또는 "갖는 (having)" 의 사용은 후에 열거된 아이템들 및 등가물들은 물론 추가적인 아이템들을 포괄하는 것으로 의도된다. 다르게 특정 또는 제한하지 않았다면, 사용되는 용어들은 현재 또는 장차, 통상 알려져 있는 변경물들을 커버하는 것으로 의도된다. 또한, "접속된 (connected)" 및 "커플링된 (coupled)" 은 물리적 또는 기계적 접속들 또는 커플링들로 한정되지 않으며, 물리적, 전기적, 자기적, 및 용량적 커플링들 및 접속들 모두를 포함할 수 있다.
다음의 설명은 당업자로 하여금 본 개시물의 실시형태들을 실시 및 이용할 수 있게 하기 위해 제시된다. 다음의 상세한 설명은 도들을 참조하면서 읽어야 하며, 상이한 도들에서의 동일한 엘리먼트들은 동일한 참조 부호를 갖는다. 그 도들은 선택된 실시형태들을 표현하며, 본 개시물의 실시형태들의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 않는다.
도 1 은 본 개시물의 실시형태들에 따른 지문 스캐닝 및 영상 재구성 시스템 (200) 을 개략적으로 예시한다. 지문 스캐닝 및 영상 재구성 시스템 (200) 은 센서 (202) 및 영상 재구성 모듈 (204) 을 포함한다. 영상 재구성 모듈 (204) 은 호스트 컴퓨팅 디바이스 (206) (도 2 에 도시) 에 접속되거나 그 호스트 컴퓨팅 디바이스 (206) 와 일체화될 수 있고, 센서 (202) 로부터 입력들을 수신할 수 있다. 호스트 컴퓨팅 디바이스 (206) 는 데이터베이스 (210) 에 접속될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 센서 (202) 는 또한, 센서 (202) 와 영상 재구성 모듈 (204) 과 호스트 컴퓨팅 디바이스 (206) 간에, 유선이든 무선이든 간에 통신 링크들의 대역폭을 통해 송신되는 데이터의 양을 줄이기 위해 컬링 모듈 (culling module) (205) 을 포함할 수 있다. 컬링은 일 클록 시간으로부터 다음 클록 시간까지 변동이 매우 적은 라인 스캔들이 영상 재구성 모듈 (204) 및/호스트 컴퓨팅 디바이스 (206) 로 전송되지 못하게 만드는 기술이다. 일 클록 시간으로부터 다음 클록 시간까지 변경이 없다면, 센서 (202) 에 대해 손가락이 움직이지 않은 것이다. 이러한 본질적으로 중복되는 스캔 라인들은 영상 재구성에 필요가 없다는 점이 기술적으로 잘 이해될 것이다.
도 2 는 본 개시물의 일 실시형태에 따른 이중 라인 지문 스캐너 (220) 를 개략적으로 예시한다. 이중 라인 지문 스캐너 (220) 는 일차 선형 스캐너 부분 (230) 및 이차 선형 스캐너 부분 (250) 을 포함한다. 일차 선형 스캐너 부분 (230) 은 1×n 선형 픽셀 어레이일 수 있으며, 여기서 n 은 통상적으로 128 ~ 200 개의 픽셀 스캔 포인트들이다 (예시를 위해, 도 2 에는, 단지 12 개의 픽셀 스캔 포인트들 (232) 만이 도시된다). 이차 선형 스캐너 부분 (250) 은 1×n 선형 픽셀 어레이일 수 있으며, 여기서 n 은 일차 선형 스캐너 부분 (230) 의 픽셀들의 개수의 약 절반이다 (예를 들어, 약 64 ~ 100 개의 픽셀 스캔 포인트들 (252), 그러나 도 2 에는 단지 6 개의 픽셀 스캔 포인트들 (252) 만이 도시된다).
접점들 (contacts) (262) 을 통하여 리드들 (234, 254) 에 접속된 멀티플렉서 (270) 를 이용하여, 기준 전압판들 (236, 256) 의 건너편의 리드들 (234, 254) 을 통하여 각각의 픽셀 스캔 포인트 (232, 252) 에 구동 신호들이 공급된다. 그 구동 신호들에 대한 응답은 센서들 (272) 이 감지하는, 픽셀 스캔 포인트들 (232, 252) 에서의 전압판들 (236, 256) 과 리드들 (234, 254) 간의 용량적 커플링에 의해 영향을 받는다. 용량적 커플링은, 픽셀 스캔 포인트들 (232, 252) 에서 스캔 대상 지문의 일부가 지문의 마루 (ridge) 인지 골 (valley) 인지 여부에 의해 영향을 받는다. 각각의 픽셀 스캔 포인트 (232, 252) 의 출력은 0 부터 255 까지의 그레이 스케일 값이다. 이것은 단지 예시적인 기존의 바이트 크기 데이터 값 범위이며, 다른 그레이 스케일 입도 (granularity) 의 값들일 수 있다. 통상적으로, 그레이 스케일 값이 0 이면 화이트이고, 그레이 스케일 값이 255 이면 블랙이며, 이들 값들 사이에는 그레이 명암의 차등값이 들어간다. 영상 재구성 모듈 (204) 은 이들 스캔 라인들 및 그레이 스케일 값들을 이용하여 영상 재구성을 수행하여 어두운 부분이 마루를 나타내고 밝은 부분이 골을 나타내는 지문을 재구성할 수 있다.
각각의 픽셀 스캔 포인트 (232, 252) 에는, 예를 들어, 참조에 의해 이 문서에 포함되는, 2006년 8월 29일자로 벤클리에게 부여된, 발명의 명칭이 "스와이프된 애퍼처 용량적 지문 감지 시스템 및 방법 (SWIPED APERTURE CAPACITIVE FINGERPRINT SENSING SYSTEMS AND METHODS)" 인 미국 특허 제7,099,496호에 기재된 바와 같이, 매우 높은 클록 속도, 예를 들어, 40MHz 로 VHF (20 ~ 80MHz) 신호 버스트들이 순차적으로 제공된다. 신호 버스트들은 접점들 (262) 을 갖는 해당 리드들 (234, 254) 을 통하여 멀티플렉서 (270) 로부터 스캔 포인트들 (232, 252) 로 제공된다. 각각의 순차 리드 (234, 254) 및 해당 픽셀 스캔 포인트들 (232, 252) 에 대한 출력이 일차 선형 어레이 스캐너 기준판 (236), 및 이차 선형 어레이 스캐너 기준판 (256) 에서 나온다. 각각의 순차적으로 샘플링된 픽셀 스캔 포인트 (232, 252) 에 대한 출력은 해당 픽셀 스캔 포인트 (232, 252) 에서의 전압판 (236, 256) 과 해당 리드 (234, 254) 사이의 용량적 커플링에 의해 영향을 받는다. 용량적 커플링은, 손가락의 경우에, 해당 픽셀 스캔 포인트 (232, 252) 에 지문 마루가 있는지 골이 있는지 여부에 의존한다. 리드들 (234, 254) 에는, 매우 짧은 시간 기간, 예를 들어, 2 ~ 5 마이크로초 동안 신호가 제공될 수도 있기 때문에, 물체, 예를 들어 손가락의 이동 속도와 비교했을 때, 스캔이 물체 이동 방향에 일반적으로 직교인 방향으로 물체를 가로지르는 선형 신호 라인이 된다. 출력들이 센서 (272) 에 의해 감지되고 센서 유닛 (202) 에 의해 호스트 컴퓨터 (206) 로 전송될 수 있다. 따라서, 각 픽셀에 대한 각각의 픽셀 스캔 포인트 (232, 252) 출력은 통상적으로 기존의 바이트 크기 데이터 값 범위인 0 부터 255 까지의 그레이 스케일 값이며, 이는 단지 예시적이며, 쉽게, 예를 들어, 최대 약 12 비트 해상도와 같이 다른 그레이 스케일 입도의 값들일 수 있다는 것이 이해될 것이다. 또한, 통상적으로 그레이 스케일 값 0 은 화이트이고 255 는 블랙이며, 이들 값들 사이에는 그레이 명암의 차등값이 들어간다. 따라서, 종래 기술의 지문 영상 및 재구성 배열에서의 호스트 컴퓨팅 디바이스 (204) 는 이러한 스캔된 라인들 및 그레이 스케일 값을 이용하여 영상 재구성을 수행하여, 손가락과 같은 물체의 영상을 만들고, 이로써 어두운 부분이 마루를 나타내고 밝은 부분이 골을 나타내는 지문 (10) 을 재구성할 수 있다. 또한, 다양한 널리 알려져 있는 기술들을 이용해 에지 콘트라스트 등을 선명하게 하여, 예를 들어 손가락을 스캔하고 지문을 영상화하는 경우에는 보다 정확한 지문 재구성 영상을 얻을 수 있다.
128 과 같은 일차 선형 스캐너 부분 (232) 의 n 값은 x 방향의 픽셀들의 개수이며, 현존 시스템들에는 x 축에 약 128 ~ 200 개의 픽셀들이 있다. 25㎛ 의 리드들 (234, 254) 사이에 공간들 (238, 258) 을 가진 폭이 25㎛ 인 리드들 (234, 254) 은 50㎛ 의 리드들 (234, 254) 의 중심선 사이에 피치 (R) 를 제공한다. 그 피치는 x 방향에서의 센서의 해상도를 결정한다.
단지 상기 개시된 주제의 작동을 설명할 목적으로, +y 가 손가락과 같은 물체의 이동 방향으로 선택되는데, 이는 물체가 먼저 일차 선형 스캔 부분 (230) 을 통과한 후 이차 선형 스캔 부분 (250) 을 통과하기 때문인 것으로 이해될 것이다. 일차 선형 스캔 부분 (230) 과 이차 선형 스캔 부분 (250) 과 손가락 이동에 대한 이러한 배향은 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 실제로, 시스템 (200) 은 손가락이 지정된 +y 방향으로 움직이는지 -y 방향으로 움직이는지 여부를 작동하며, 상기 개시된 주제가 사용자 입력을 제공하는데 이용될 수 있는 특정 유형의 사용자 디바이스들에서는, 사용자가 손가락을 항상 "오른쪽" 방향으로 스와이프할 수 있는 것이 아니므로, 시스템은 본 출원 명세서에서 보다 상세히 설명한 바와 같이 이동 방향을 결정할 수 있다. 실제로, 도 2 가 나타내는 용지면에 배향된 +y 방향은 "상향 (up)" 보다는 "하향 (down)" 이다. 본 출원 명세서에 사용되는 "상향" 은 다르게 명확히 언급하지 않았다면, +y 방향을 의미하고, "하향" 은 -y 축 방향을 의미하며, 여기서 +y 축 방향은 일차 스캔 부분 (230) 으로부터 이차 스캔 부분 (250) 까지 확장된다.
출원인은, 이 동일한 기본적인 물체 (즉, 손가락) 스캐닝 및 영상 (즉, 지문) 재생성 시스템 (200) 이 상기 개시된 주제의 가능한 실시형태들과 관련하여 설명되는 바와 같이, 매우 작고 소형화된 컴퓨팅 디바이스 사용자 입력을 위한 기초가 될 수 있다고 판단했다. 이제 도 3 으로 돌아가면, 상기 개시된 주제의 양태들에 따라 이용될 수 있는 프로세스 300 흐름의 블록도가 도시되어 있다. 이 프로세스는 '시작' 에서 시작하고, 블록 번호 304 에서, '새로운 스캔 라인을 원형 버퍼 (210) 에 저장' 단계가 발생한다. 그 버퍼 (210) 는 도 2 에 도시된 원형 버퍼 (210) 와 같이, "선입선출 (first in first out; FIFO) 저장소" 일 수도 있으며, 이는 8, 16, 32 등과 같은 임의의 선택된 개수의 버퍼 위치들 (미도시) 을 가질 수 있다. 바람직한 실시형태에서는 16 가로줄 버퍼가 이용된다. 그러나, 상기 개시된 주제의 실시형태에 관하여 8 개의 위치들을 가진 예시적인 버퍼가 설명된다. 장시간 동안 일차 선형 스캔 어레이 (230) 및 이차 선형 스캔 어레이 (250) 각각에 의한 단일 라인 스캔을 나타내는, 해당 일차 스캔 라인 및 이차 스캔 라인 원형 버퍼에 있던 데이터는, 원형 버퍼 (210) 가 다 찼을 때, 그 원형 버퍼 (210) 로 새로운 스캔 라인이 들어오면 해당 원형 버퍼 (210) 로부터 드롭될 것이다.
'물체 (손가락) 의 존재 판단' 단계는 프로세스 300 의 블록 306 에서 수행된다. 평균, 분산 등을 계산하는 것, 또는 이들의 조합과 같이, 이 단계를 수행하는 다양한 방식들이 기술적으로 알려져 있다. 블록 308 에서 판단했을 때 손가락이 존재하지 않는다면, 프로세스 300 은 '시작' 으로 되돌아간다. 블록 308 에서 판단했을 때 손가락이 존재한다면, 블록 310 에서 상관이 시작된다.
손가락 모션을 추적하기 위해 탐색 알고리즘이 가장 신뢰가능하게 작동되도록 만들려면, 추적 당시에 손가락이 센서 위에 있을 것인지를 판단할 필요가 있다. 또한, 충분한 정확도로 상관값을 산출하기 위해 손가락이 일차 및/또는 이차 라인의 픽셀들과 충분히 접촉하고 있는지를 알 필요가 있다. 손가락과 같은 물체가 그곳에 없다면 상관의 컴퓨팅을 방지하기 위해 이러한 "손가락 검출" 동작은 상관 이전에 우선적으로 행해질 수 있다. 컬링 그 자체는 센서 상에서 손가락이 움직이지 않는 경우와 손가락이 없는 경우를 구별할 수 없다.
이것을 행하기 위한 다수의 방법들이 존재한다. 바람직한 실시형태는 일차 스캔 라인 (230) 과 이차 스캔 라인 (250) 중 어느 하나 또는 양자의 서브세트에서 그레이 레벨 픽셀들의 분산을 계산할 수 있다. 그 분산이 임계값보다 낮다면, 손가락이 검출되지 않는다. 그 분산이 임계값보다 높다면, 손가락이 검출된다. 바람직한 실시형태는 2 개의 서브세트들 (왼쪽 절반과 오른쪽 절반) 에서의 분산을 분석하여, 양자의 절반들이 일차 스캔 라인 (230) 과 이차 스캔 라인 (250) 중 어느 하나 또는 양자에 손가락을 갖도록 만든다 (각각의 절반의 분산은 일정 임계값보다 높아야 한다). 이것을 소프트웨어에서 행하기 위한 다른 방식들은 라인에서 픽셀들의 제로 크로싱을 분석하거나, 라인을 따라 그레이 레벨들의 발생 빈도를 분석하거나, 또는 이 둘의 조합을 분석할 수 있다. 하드웨어에서는, 마이크로 스위치 또는 기타 압력 감지식 수단을 통하여, 광학적으로 (광원을 손가락으로 차단), 또는 전기적으로 (손가락의 벌크 커패시턴스 및/또는 저항을 측정) 손가락 검출이 행해질 수 있다.
블록 320, 블록 322 및 블록 324 각각에서는, 다양한 상관이 수행되며, 그 본질은 이하 도 4 에 대하여 불완전한 예시적인 예에 의해 설명된다. 블록 320 에서는, 일차 선형 스캔 어레이 (230) 및 이차 선형 스캔 어레이 (250) 에 대하여 움직이는 손가락과 같은 감지 대상 물체의 +y 축 방향 이동, 즉 하향 이동을 감지하기 위하여 현재 일차 스캔 라인이 원형 버퍼 (210) 에 포함된 과거 이차 스캔 라인들과 상관된다. 즉, 일차 선형 스캔 어레이 (230) 및 이차 선형 스캔 어레이 (250) 각각의 길이방향 축에 일반적으로 직교인 x 축을 따라 확장되는 물체의 라인은 일차 선형 스캔 어레이 (230) 를 통과한 후에 이차 선형 스캔 어레이 (250) 를 통과하였다. 물체 (즉, 손가락) 를 그렇게 스캔할 때, 일차 선형 스캔 어레이 (230) 에서 얻은 현재 일차 스캔 라인과, 이차 선형 스캔 어레이 (250) 에서 얻고 이차 스캔 라인 원형 버퍼 (210) 에 저장된 복수의 이차 선형 스캔 라인들 중 하나와의 상관은, 손가락이 +y 축 방향 (도 2 의 예시된 배향과 관련하여 "하향 (down)") 으로 스와이프 중임을 나타낼 수 있다.
블록 322 에서는, 일차 선형 스캔 어레이 (230) 및 이차 선형 스캔 어레이 (250) 에 대하여 움직이는 손가락과 같은 감지 대상 물체의 -y 축 방향 이동을 감지하기 위하여 현재 이차 스캔 라인은 일차 선형 스캔 라인 원형 버퍼 (210) 에서의 과거 일차 선형 스캔 라인들과 상관될 수 있다 (이 경우에는 도 2 에서 보여진 바와 같이 "상향"). 즉, 일차 선형 스캔 어레이 (230) 및 이차 선형 스캔 어레이 (250) 각각의 길이방향 축에 일반적으로 직교인 x 축을 따라 확장되는 물체의 라인은 이차 선형 스캔 어레이 (250) 를 통과한 후에 일차 선형 스캔 어레이 (230) 를 통과한다. 물체 (즉, 손가락) 를 그렇게 스캔할 때, 이차 선형 스캔 어레이 (250) 에서 얻은 현재 이차 스캔 라인과, 일차 선형 스캔 어레이 (230) 에서 얻고 일차 스캔 라인 원형 버퍼 (210) 에 저장된 복수의 일차 스캔 라인들 중 하나와의 상관은, 손가락이 -y 축 방향으로 스와이프하면서 이차 선형 스캔 라인 부분 (250) 을 먼저 가로지른 후 일차 선형 스캔 라인 부분 (230) 을 가로지르는 것을 나타낼 수 있다 (도 2 에서 "상향").
블록 324 에서는, 현재 일차 스캔 라인 (230) 이 과거 일차 및 이차 라인들을 포함하는 버퍼 (210) 에 저장되는 직전의 일차 스캔 라인 (230) 과 상관된다. 따라서, 버퍼 (210) 는 또한 직전의 일차 라인을 포함하며, 이는 원형 버퍼에 추가되는 가장 최신의 것이 된다. 일차 선형 스캔 어레이 (230) 에 대해서 움직이는 손가락과 같은 감지 대상 물체가 x 축 방향으로 완전 측면 이동하는 것을 감지하기 위하여 이러한 상관이 수행된다. 즉, 물체 (즉, 손가락) 를 그렇게 스캔할 때, 현재 일차 스캔 라인과 직전의 일차 스캔 라인과의 상관은, 손가락이 측면 방향 (단지 ± x 축 방향, 즉 +y 방향 또는 -y 방향으로는 대응하는 이동이 없다) 으로 스와이프 중임을 나타낼 수 있다.
전술한 것은 단지 예시적이며, 예를 들어 현재 일차 스캔 라인을 각각이 y 축 방향 상관을 위해 일차 스캔 라인 원형 버퍼에 저장되는 여러 중간의 과거 일차 스캔 라인들과 비교하여 두번째나 세번째 최신 일차 스캔 라인과의 픽셀 정렬 상관을 검출할 수 있도록 완전 측면 이동의 절반 픽셀 등록을 고려하는 등 많은 변형들이 당업자에 의해 이해될 것이라는 것이 이해될 것이다. 또한, 이차 스캔 라인은 대안이나 검증으로서 또는 추가 데이터의 공급으로서, 이 측면 모션 검출에 적합하게 이용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
블록 330, 블록 332 및 블록 334 에서, 프로세스 300 이 현재 일차 라인과 가장 높은 상관을 가진 과거 이차 스캔 라인을 선택 (블록 330) 하고, 현재 이차 라인과 가장 높은 상관을 가진 과거 일차 스캔 라인을 선택 (블록 332) 하며, 현재 일차 라인과 가장 높은 상관을 가진 과거 일차 스캔 라인을 선택 (블록 334) 할 수도 있다. 블록 336 에서, 가장 높은 상관을 가진 과거 일차의 선택이 예를 들어, 상기 언급한 바와 같이, 블록 336 에서 선택된 동일한 x 래그에서 이차 스캔 라인을 직전의 이차 스캔 라인(들)으로 계산함으로써 확정될 수도 있다. 그 후, 블록 340, 블록 342 및 블록 344 에서 신뢰도 (confidence) 가 계산될 수도 있는데, 이는 현재 상관 측정치와 과거 상관 측정치들과의 비교에 의해, 또는 측면 모션의 경우 (블록 334, 블록 336) 에는, 블록 336 에 대해 언급된 이차 대 이차 상관에 의해 행해질 수도 있다.
블록 350 에서는, 프로세스 300 이 가장 높은 상관 신뢰도 측정치로부터, 손가락과 같은 물체의 모션 방향인 방향, 즉 상향, 하향, 또는 측면을 선택한다. 이것은 다른 두개의 신뢰도 측정치들 중 어느 하나 또는 양자에서 선택될 수 있는 명확한 상관 측정치가 없는 경우와 같이, 일부 선택 알고리즘들을 수반할 수도 있다. 이러한 선택 알고리즘들은, 과거 결과들, 예를 들어, 물체가 상향 움직이고 있어서 상향이 정답이라고 가정하는 것에 의존할 수 있다. 또는, 어떠한 상관도 임계값보다 높지 않다면 손가락 모션이 없다고 선언한다. 이하 더 상세히 설명한 바와 같이, 선택 정확성을 개선하기 위한 다른 알고리즘들이 또한 이용될 수도 있다.
블록 352 에서는, 프로세스 300 이 y 래그에 대한 대응하는 시간 래그에 기초하여 (상향/하향 이동의 경우에), y 속도를 예를 들어 당업계에 잘 알려진 바와 같이, 타임스탬프에 기초하여 결정할 수도 있다. 마찬가지로, 도 4 에 대하여 예시적으로 설명한 바와 같이, x 속도를 예를 들어 x 래그 및 동일하게 결정된 시간 차이에 기초하여 결정할 수 있다. 그 후 블록 354 에서, 마지막 프로세싱된 현재 일차 선형 스캔 어레이 (230) 및 이차 선형 스캔 어레이 (250) 스캔 라인 이후 경과된 시간과 계산된 x 및 y 속도에 기초하여 x 및 y 방향의 모션이 컴퓨팅될 수도 있다. 이러한 모션 이벤트는 도 5 와 관련하여 이하 더욱 설명한 바와 같이, 컴퓨팅된 x 및 y 모션과 동일한 이벤트 리스트에 대한 엔트리로서 이벤트 버퍼 (360) 에 저장될 수도 있다. 그 후 이벤트 리스트가 프로세싱될 수 있고, 만기가 된 임의의 이벤트는 도 5 에 도시된 420 과 같이, 콜링 프로그램으로 전송될 수 있다.
대안의 실시형태에서는, 속도 계산 단계 352 가 완전히 생략될 수도 있고, 모션이 x 래그 및 y 래그의 함수로서 직접 계산될 수도 있다. y 래그의 경우, 이 함수는 반비례일 것이다. 예를 들어, y 래그가 더 작다면, y 모션은, 손가락이 적은 수의 스캔 라인들에서 일차로부터 이차로 넘어가려면 매우 빠르게 움직여야 하기 때문에 더 클 것이다. 대응하는 x-모션은 단순히 계산된 x 래그의 정비례 (straight proportion) 일 것이다. 이 방법을 이용하면, 속도를 계산할 필요가 없고 타임스탬프가 필요 없다. 이것은 본 출원과 동일한 날짜에 출원되고 본 출원의 양수인에게 양도된, 발명의 명칭이 "라인 카운트들을 사용하는 이중 라인 스캐너를 통한 영상 재구성 시스템 및 방법 (SYSTEM FOR AND METHOD OF IMAGE RECONSTRUCTION WITH DUAL LINE SCANNER USING LINE COUNTS)" (Attorney docket No. 123625-010400) 인 공동-계류중인 출원에서 보다 상세하게 예시되며, 그 내용은 이 문서에 참조에 의해 포함된다.
상관은 도 4 를 고려함으로써 개략적으로 예시될 수도 있다. 상관은 컴퓨테이션 시간 및 메모리 용량 한계와 같은 여러 가지 이유로 사실상 이하 설명한 바와 같이 상기 개시된 주제의 현재 실제 실시형태에서는 다르게 구현되지만, 도 4 에 예시된 방식으로 구현될 수 있다. 어떠한 경우라도 도 4 는 상기 개시된 주제에서 상호 상관과 같은 상관의 의도를 예시한다. 도 4 로 돌아가면, 도 4 의 (a) 에 예시한 바와 같이, 예를 들어, 도 3 의 개략적으로 예시한 스캐너 (220) 에서 얻어진 일차 선형 스캔 어레이 (230) 스캔 라인 (370) 이 이차 선형 스캔 어레이 (250) 스캔 라인 (372) 과 비교될 수 있다. 도 4 의 (a) 에서, 스캔 라인 (372) 의 6 개의 픽셀들이 스캔 라인 (370) 의 처음 6 개의 픽셀들과 비교된다. 스캔 라인 (370) 이 현재 스캔 라인이 될 수 있고, 이차 스캔 라인 (372) 이 이차 스캔 라인 원형 버퍼 (210) 에서 온 과거 스캔 라인이 될 수 있으며, 또는 그 반대가 될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
부분적으로 일차 스캔 라인 (370) 의 크기, 즉 비교에 이용가능한 픽셀 위치들의 개수, 및 이차 스캔 라인 (372) 의 크기에 따라, 다양한 비교 알고리즘들이 이용될 수 있다. 예를 들어, 6 개의 이차 스캔 라인 (372) 픽셀 위치들 중에서 4 개의 이차 스캔 라인 (372) 픽셀 위치들과 비교 대상인 일차 스캔 라인 (370) 픽셀 위치들의 일부분, 또는 4 개의 연속되는 이러한 픽셀들 등과의 매칭이 채용될 수 있다.
개별 픽셀 위치들에 있는 각각의 상이한 심볼들, 즉, 일차 스캔 라인 (370) 의 경우 12, 및 이차 스캔 라인 (372) 의 경우 6 은 상이한 값, 예를 들어, 이중 라인 스캐너 (220) 에 의해 감지된 해당 픽셀 위치에 대한 그레이 스케일 값을 나타낸다. 또한, 이러한 예시적인 상호 상관의 구현의 경우, 시스템 잡음 때문에, 상이한 심볼들에 의해 나타내진 개별 값들이 일정 범위 내에서 유연하게 값지정되어야 할 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 즉, 일차 픽셀 라인 (370) 의 픽셀 위치에서의 심볼이 각각의 비교를 위한 이차 픽셀 스캔 라인 (372) 에서의 대응하는 픽셀 위치의 심볼과 동일할 필요가 없을 수도 있다.
예시를 위해, 무잡음 시스템이라고 가정하거나, 도 4 에서 픽셀 값들에 대해 사용한 개별 심볼들 각각이 이러한 값 범위 내에 있지 않다고 가정, 즉 매치에 따라 동일한 심볼이 도 4 에 도시된 모든 상이한 심볼들과 매칭되어야 한다고 가정하면, 보여진 바와 같이, 도 4 의 (a) 에 예시된 위치에서는 일차 스캔 라인 (370) 과 이차 스캔 라인 (372) 의 처음 6 개의 픽셀 위치들 사이에 상관이 없다. 일차 스캔 라인 (370) 과 이차 스캔 라인 (372) 각각에서 초기 픽셀들의 초기 등록 위치들이 정렬되어 있고, 6 개 중에서 4 개 또는 4 개의 인접한 픽셀 위치들의 매칭이 없다. 도 4 의 (b) 의 경우에도 동일하게 적용되며, 여기서 이차 초기 스캔 라인 픽셀 위치 s1 이 일차 스캔 라인 픽셀 위치 p2 와 정렬된다. 실제로, 도 4 의 (c), (d), (e) 및 (f) 각각에서 도 4 의 (g) 까지 동일한 상황이 적용된다. 이차 스캔 라인 (372) 픽셀 위치 s1 이 일차 스캔 라인 (370) 픽셀 위치 p8 과 정렬된 상태에서, 이차 픽셀 스캔 라인 (372) 의 처음 4 개의 심볼들 s1 내지 s4 는 4 개의 인접한 일차 스캔 라인 (370) 픽셀 위치들 p8 ~ p11 과 동일하다.
이러한 상호 상관을 고려해 볼 때, 현재 스캔 라인이 일차 스캔 라인 (370) 인지 이차 스캔 라인 (372) 인지 여부에 의존하여, 시스템이 특정 방향 (x 및 y) 을 따라 결정할 수 있고, 반대의 것이 해당 스캔 라인 버퍼로부터 얻어지는데, 이는 해당 버퍼 내의 과거 스캔 라인의 위치와 현재 스캔 라인 간의 차이와 같다. 즉, 일 예로서, 8 라인 분리거리 (separation) 는 400㎛ 의 분리거리일 것이며, 타임 스탬프 비교에 기초하여 시간 차이를 가질 것이다. 이차 스캔 라인 (372) 이 이 비교에서 현재 스캔 라인이라고 가정하면, 이것은 +y 축 방향에서 y 래그가 된다. 또한, 8 개의 픽셀 위치들의 +x 축 방향에서 래그가 있음이 확인될 수 있다. 이 래그는, 상기 언급한 바와 같이 일차 선형 어레이 스캔 라인 (230) 과 이차 선형 스캔 라인 어레이 (250) 에서의 픽셀 위치들에 대한 피치가 50㎛ 라고 했을 때, 400㎛ 에 이를 것이다.
도 4 는 채용될 수 있는 상관 프로세스 및 이러한 상관의 목표의 예시이지만, 이하 더 상세하게 설명한 바와 같이 정규화 상호 상관 (normalized cross correlation; NCC) 을 포함하여, 상호 상관에 대한 다른 수학적 접근법들이 더 구현하기 쉽고 심지어는 더 효과적이다.
이제, 블록도 형태로 개략적으로 예시하는 도 5 로 돌아가면, 상기 개시된 주제의 실시형태들의 양태들에 따라, 사용자 입력 디바이스 (400) 의 아키텍처는 탐색 시스템 모듈 (402) 을 포함할 수 있고, 디바이스 에뮬레이션 모듈 (410) 을 더 포함할 수 있다. 사용자 입력 디바이스 (400) 탐색 모듈은 상기 설명한 바와 같이 물체 영상화 및 영상 재구성 시스템 (200) 의 모션 추적 시스템 (202) 및 제스처 인식 유닛 (406) 을 포함할 수 있다. 도 5 에서 알 수 있는 바와 같이, 물체 영상화 및 영상 재구성 시스템 (200) 모션 추적 모듈 (204) 에서, 도 2 의 호스트 컴퓨터 (202) 는, 일차 스캔 라인 (230) 과 이차 스캔 라인 (250) 양자에 대해 도 2 의 센서 (220) 로부터 수신한 센서 가로줄들을 한번에 하나의 스캔 라인씩 소비한다. 모션 추적 모듈 (202) 은 본 출원 명세서에서 설명한 바와 같이, 센서 (220) 표면에 대해 미처리 손가락 모션의 추정치를 계산하고, 손가락 온/오프 상태와 함께, 타임 스탬프 처리될 수도 있는
Figure 112012006641048-pat00001
X 및
Figure 112012006641048-pat00002
Y 값들을 포함할 수 있는 출력 이벤트 큐 (360) 를 누적할 수 있다.
제스처 인식 모듈 (406) 의 제스처 인식은 모션 추적으로 통합될 수 있고, 매 G 밀리초마다 모션 이벤트 리스트를 소비할 수 있는 동시에, 그 모듈 (406) 은 제스처가 발생했는지를 결정하려고 시도한다. 제스처 인식 모듈 (406) 은 그 후 발견된 임의의 제스처(들)를 특성화하고 모든 제스처 이벤트들을 출력 이벤트 큐 (360) 에 첨부할 수도 있다. N 밀리초마다 "시간이 다 된" 출력 이벤트 큐 (360) 의 이벤트들이 디바이스 에뮬레이션 콜백 (412) 을 통해, 디바이스 에뮬레이션 모듈 (410) 로 전송될 수 있으며, 이 디바이스 에뮬레이션 모듈 (410) 은 이들 모션 및 제스처 이벤트들을 소비하고, 에뮬레이션 대상 디바이스에 따라, 애플리케이션 콜백 (422) 을 갖는, 애플리케이션 또는 운영 시스템 (420) 을 통하여 스크린 상의 행동 (430) 을 출력으로서 생성할 수 있다. 마찬가지로, 디바이스 에뮬레이션 모듈 (410) 은 그 자신의 출력 이벤트 (즉, 큐 미사용) 를 생성할 수 있고, 즉시 그 출력 이벤트를 콜링 프로그램 (420) 으로 전송할 수 있다.
모션 추적은 탐색 작업의 핵심이다. 제스처 및 디바이스 에뮬레이션이 잘 작동하려면, 실제 손가락 모션의 알맞은 추정이 요구된다. 언급한 바와 같이, 모션 추적은, 상관을 채용, 보다 상세하게는 상기 개시된 주제의 일 실시형태의 일 예에서는, 정규화 상호 상관 (NCC) 을 채용하여, 손가락이 일차 선형 스캔 어레이 (230) 및/또는 이차 선형 스캔 어레이 (250) 에 대하여 움직인 때를 결정한다. NCC 는 잡음과 DC 레벨의 변화에 대해 매우 견고하기 때문에 선택일 수 있다.
도 3 과 관련하여 설명한 바와 같이, 3 개의 세트의 데이터가 상관되며, 즉, -y 축 모션에 대해 현재 일차 스캔 라인 대 과거 이차 스캔 라인들; +y 축 모션에 대해 현재 이차 스캔 라인 대 과거 일차 스캔 라인들; 및 측면 모션에 대해 현재 일차 스캔 라인 대 과거 일차 스캔 라인들이 상관된다. 기본 데이터는 하나의 스캔 라인이다. 알고리즘은, 탐색 모듈 (402) 이 그 자신의 컬링을 구현하거나 센서 모듈 (202) 에 의해 행해진 컬링을 개선할 수 있지만, 버스 대역폭을 줄이기 위해 컬링된 라인들이 호스트 컴퓨팅 디바이스 (204) 로 전송되지 않기 때문에, 넌-컬링된 스캔 라인들에 대해 동작할 수 있다. 일단 입력 스캔 라인이 프로세싱되고 그 이동이 계산된다면, 예를 들어, 향후 스캔 라인들에 대한 결과들에 기초하여, 탐색 모듈 (402) 은, 스캔 라인 이동의 재논의가 가능하고 정확도를 개선할 수 있더라도, 이러한 스캔 라인 이동을 재논의하지 않도록 셋업될 수도 있다. 탐색 모듈 (402) 이 새로운 넌-컬링된 가로줄로 콜링되는 경우, 도 3 에 나타낸 바와 같이 단순화된 프로세싱 흐름이 나온다.
수학적으로 잘 알려져 있고 튜닝가능한 파라미터들이 없으며, 95% 를 넘는 프로세싱을 소비하는, 상기 논의된 상관 알고리즘은 하드 와이어 하드웨어 구현으로 우선적으로 구현될 수 있다. 넌-컬링된, 즉 호스트 컴퓨팅 디바이스 (204) 로 전달되는 각각의 새로운 스캔 라인은 원형 버퍼(들) (210) 에 저장된 이전 스캔 라인들과 상관되어야 한다. 일 예로서, 64 개의 과거 가로줄, 즉 해당 48 개의 장소의 원형 버퍼들 (210) 에서의 64 개의 과거 일차 스캔 라인들 (230) 및 64 개의 과거 이차 스캔 라인들 (250) 이 이용될 수 있지만, 특히 개선된 컬링 기술을 이용하면 기껏해야 48 개, 심지어는 32 개도 충분할 수도 있다.
하나의 가능한 구성은, 4 비트 데이터의 가로줄 48 개를 사용, 즉, 256 개의 픽셀 일차 선형 스캔 어레이 (230) 의 중간 128 개의 픽셀들 및 이차 선형 스캔 어레이 (250) 의 전체 64 개의 픽셀들을 사용하는 것일 수 있다. 이것은 48×(128 + 64)×0.5 = 4.6KB 와 동일한 RAM 버퍼 공간을 요구할 것이다. 128 개의 일차 픽셀들과 64 개의 픽셀 이차 픽셀들이 있다면, +/-32 세로줄 방향 전환 (래그) 을 허용할 수 있는 반면, 대안의 112 개의 일차 픽셀들은 +/-24 세로줄 방향 전환을 도모할 수 있다. 이차 스캔 라인 (250) 의 픽셀들의 개수는 변형에 덜 영향을 받기 쉬운 것으로 생각된다.
타이밍 고려사항과 관련하여, 최악의 경우는, 손가락이 너무 빠르게 움직여서 그 당시에 어떤 라인도 컬링되지 않는 상황이며, 이는 현실적으로는 시스템이 단일 스캔을 하기 위한 시간 내에 작업을 끝마쳐야 한다는 것을 의미한다. 이 시간은 일 예로서, 250μsec 이지만, 330μsec 이상도 허용가능할 수 있다. 상관 세트 검색 공간을 줄이기 위한 임의의 최적화가 없다면, 그 시스템은 각각의 반복에서 3 개의 데이터 세트들의 상관, 즉 현재 일차 대 모든 (48 개의) 저장된 이차 라인들의 상관 (-y 방향 모션의 경우), 현재 이차 대 모든 (48 개의) 저장된 일차 라인들의 상관 (+y 방향 모션의 경우), 및 현재 일차 대 2 또는 3 개의 가장 최근에 저장된 일차 라인들의 상관 (완전 수평 모션 추적의 경우) 이 필요하게 된다.
바람직한 실시형태에서 총 48 + 48 + 2 = 98 개의 가로줄들이 상관될 필요가 있다. 각각의 가로줄의 상관은 64 개의 픽셀들을 이용할 수 있으며, 다수의 상이한 전환 또는 래그에 대해 컴퓨팅될 필요가 있는데, 이는 90 도 (완전 수직) 보다 높거나 낮은 각도를 추적하도록 요구된다. 허용되는 최대 래그가 크면 클수록, 성공적으로 추적될 수 있는 완전 수직으로부터의 편차가 넓어진다. 일차 대 일차 상관은 단지 완전 수평 모션만을 추적할 수 있다. 래그 범위를 예측값에 대해서, 심지어는 가능성으로서 마지막 컴퓨팅된 값에 대해서 중심을 맞춘 것과 병용하여, 래그 이력으로부터, 그 다음 래그의 예측과 함께, +/-16 의 래그 범위가 사용될 수 있다. 대안으로, 그 대신에 예를 들어 +/-24 와 같은 더 넓은 범위가 이용될 수 있으며, 이차 스캔 라인의 중심에 중심을 맞추는 것도 가능하다. 이 숫자를 사용하면, 24 + 24 + 1 = 49 NCC 값들이 가로줄당 계산될 필요가 있다. 따라서, 상기 언급된 가능한 최적화 없이, 새로운 스캔 라인당 NCC 계산의 총 개수는 49×98 = 4802 가 된다.
소정의 래그에 대한 단일의 NCC 계산의 전형적인 공식은 다음과 같으며 :
Figure 112012006641048-pat00003
여기서 qRef 는 이차 스캔 라인의 픽셀들의 세트이고, qTest 는 일차 스캔 라인에 이용되는 전환 픽셀들의 세트이고, E(q) 는 q 에서의 픽셀들의 세트의 예상 값이며, σ(q) 는 q 에서의 픽셀들의 세트의 표준 편차이다. 표준 편차는 제곱 루트 (square roots) 를 요구하기 때문에, 공식을 단순화하기 위해 제곱 NCC 값을 이용하면 도움이 될 수 있다. 다른 직접적인 단순화에는 나눗셈 대부분의 제거가 포함될 수 있다. 그 때, 고려되는 소정의 래그 (즉, 이차 픽셀들의 세트와 일차 픽셀들의 세트 사이의 해당 전환) 에 대한 탐색 알고리즘 공식은 다음과 같이 되며 :
Figure 112012006641048-pat00004
여기서 N = 64 이고 모든 합들은 1 내지 64 이다.
실제 모션을 나타낼 가능성이 가장 높은 것에 대한 3 개의 상관 점수들 중에서의 선택, 즉, 상기 개시된 주제의 일 실시형태의 양태들에 따른 상관 세트 선택은, 일차 대 과거 이차 (CorrUP, 즉 +y 축 모션), 이차 대 과거 일차 (CorrDOWN, 즉 -y 축 모션), 및 일차 대 과거 일차 (CorrSIDE) 중에서 선택하기 위해 3 개의 상관 피크들을 수반하며, 바람직한 실시형태에서는 일차 대 과거 일차 상관을 이용하는데, 그 이유는 픽셀 위치들의 개수가 더 커서 보다 신뢰가능하기 때문이다.
다음의 로직이 이용될 수도 있다 : CorrUP > CorrDOWN + Margin_updown 이고, CorrUP > CorrSIDE + Margin_side 이며, CorrUP > Thresh_updown 이라면, 손가락은 상향 (+y 방향) 이동하였다. 즉, CorrUP 은 CorrDOWN 및 CorrSIDE 보다 상당히 더 커야 하고, 또한 선택된 임계값보다 더 커야 한다. 마찬가지로, CorrDOWN > CorrUP + Margin_updown 이고, CorrDOWN > CorrSIDE + Margin_side 이며, CorrDOWN > Thresh_updown 이라면, 손가락은 하향 이동하였다 (-y 축 방향 모션). 마지막으로, CorrSIDE > CorrUP + Margin_side 이고, CorrSIDE > CorrDOWN + Margin_side 이며, CorrSIDE > Thresh_side 이라면, 손가락은 측면 이동하였다.
통상적으로, Margin_updown 은 0 보다 더 크고, 상관 값이 0 과 100 사이의 범위에 있다고 한다면, Margin_updown 은 통상적으로 0 < Margin_updown < 50 이다. 통상적으로, Margin_side 는 0 보다 작은데, 그 이유는 일반적으로 측면 대 측면 (side-to-side) 상관이 상향-하향 상관보다 더 높은 경향이 있는 것으로 확인되었기 때문이다. 이것은, 일차가 이차와 대조되는 상향-하향에 비해, 상관 대상 데이터가 센서의 동일 부분 (예를 들어, 일차 대 일차) 에서 나오고 있기 때문이다. 그래서, 통상적으로는 -25 < Margin_side < 0 이지만, 이것은 감지 하드웨어와 다를 수 있다.
상기 언급한 바와 같이, NCC 는 2 개의 스캔 라인들의 유사성을 측정하는 유일한 방법이 아니며, 거의 등가의 측정치들, 즉, 평균 제곱 오차 (mean-squared-error; MSE) 및 절대 차이들의 합 (sum-of-absolute-differences; SAD) 을 가능한 대체물로서 사용할 수 있다. 그들이 방금 언급된 최적화 이후 NCC 보다 컴퓨테이션적으로 약간 덜 복잡할 수도 있지만, 아마도 그들은 하드웨어에서 구현하기가 더 쉬울 수 있다. 만약 그렇다면, 정확도 요인이 선택의 결정 팩터가 될 수도 있다.
본 개시물의 실시형태들은 손가락 이외의 물체들을 스캔하고 지문 영상 이외에 다른 물체의 영상을 생성하는데 이용될 수 있다. 본 개시물은 손바닥 또는 망막과 같은 다른 바이오메트릭 데이터를 스캔하는데 이용될 수 있다. 본 개시물은 또한 사실상 어떤 유형의 물체라도 물체가 스와이프 스캐너를 가로질러 이동하는 속도를 계산할 필요 없이 스와이프 스캔에 의해 스캔하는데 이용될 수 있다.
본 개시물은 방법들의 블록도들 및 동작 예시 및 디바이스 구현 방법들 (일괄하여 "블록도들") 을 참조하여 설명된다. 블록도의 각각의 블록, 및 그 블록도 내의 블록들의 조합은 컴퓨팅 디바이스에서와 같은 컴퓨터 프로그램 명령들 및/또는 아날로그 또는 디지털 하드웨어로 구현될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 명령들은, 컴퓨팅 디바이스를 통해 실행될 때 명령들이 블록도에서 특정된 기능들/행동들을 구현하도록, 범용 컴퓨터, 특수 목적 컴퓨터, 마이크로제어기, ASIC, 또는 임의의 다른 프로그램가능한 데이터 프로세싱 장치의 프로세서에 제공될 수 있다. 블록들에 표시된 기능들/행동들은 블록도에 표시된 순서를 벗어나 발생할 수 있다. 예를 들어, 수반되는 기능성/행동들에 따라, 연속적으로 도시된 2 개의 블록들은 사실상 실질적으로 동시발생적으로 실행될 수 있고, 또는 그 블록들은 때로는 역순으로 실행될 수 있다. 또한, 상이한 블록들은, 직렬 또는 병렬 배열로 동작하고, 데이터를 교환 및/또는 공통 데이터 저장 매체를 공유하는 컴퓨팅 디바이스들 내의 프로세서들의 어레이와 같이, 상이한 컴퓨팅 디바이스들에 의해 구현될 수도 있다.
여기에 그리고 청구항에서 이용한 바와 같은 "컴퓨터 판독가능 매체" 란 용어는 일반적으로 컴퓨팅 디바이스 머신-판독가능 형태로 컴퓨터 프로그램들 및/또는 데이터를 저장하는 비일시적 (non-transitory) 매체를 의미한다. 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체와 통신 매체를 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령들, 데이터 구조들, 프로그램 모듈들 또는 특정 애플리케이션들과 같이, 정보의 저장을 위한 임의의 적합한 방법 또는 기술로 구현되는 휘발성 및 비휘발성, 착탈식 및 비착탈식 매체를 포함할 수 있다.
여기에, 그리고 청구항에서 이용한 바와 같은 "모듈" 이란 용어는 일반적으로 인간 상호작용 또는 증강으로 또는 인간 상호 작용 또는 증강 없이, 본 개시물의 프로세스들, 특징들 및/또는 기능들을 수행 또는 용이하게 할 수 있는 소프트웨어, 하드웨어, 및/또는 펌웨어 시스템, 프로세스 및/또는 기능성을 의미한다. 모듈은 서브-모듈들을 포함할 수 있다. 모듈의 소프트웨어 컴포넌트들은 비일시적 컴퓨팅 디바이스 판독가능 매체 상에 저장될 수 있다. 모듈들은 하나 이상의 서버들과 일체형일 수 있고, 또는 하나 이상의 서버들에 의해 로딩 및 실행될 수 있다. 하나 이상의 모듈들은 엔진 또는 애플리케이션으로 그룹화될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태들이 여기에 도시 및 설명되어 있지만, 당업자에게는, 이러한 실시형태들은 단지 예를 들어 제공된 것일 뿐이라는 것이 명백할 것이다. 본 발명으로부터의 일탈 없이 당업자에게는 현재 다수의 변경물, 변화물 및 대체물이 발생할 것이다. 여기에 설명된 본 발명의 실시형태들에 대한 다양한 대안들이 본 발명을 실시하는데 있어서 채용될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 다음의 청구항은 본 발명의 범위를 규정하고 이들 청구항들 및 그들의 등가물들의 범위 내의 방법들 및 구조들이 이로써 커버되는 것으로 의도된다.
200 : 지문 스캐닝 및 영상 재구성 시스템
202 : 센서
204 : 영상 재구성 모듈
205 : 컬링 모듈

Claims (19)

  1. 일차 라인 스캔 센서 출력을 제공하는 일차 라인 스캔 센서 및 이차 라인 스캔 센서 출력을 제공하는 이차 라인 스캔 센서를 갖는 2 라인 물체 촬상 센서 (imaging sensor) 로서, 각각의 출력은 각각 픽셀들의 현재 일차 스캔 가로줄 및 픽셀들의 현재 이차 스캔 가로줄의 픽셀들을 나타내고, 상기 일차 라인 스캔 센서 및 상기 이차 라인 스캔 센서 각각은 물체를 스캔하도록 구성된, 상기 2 라인 물체 촬상 센서;
    매번 스캔할 때마다, 복수의 과거 일차 라인 스캔 센서 출력들에 대한 픽셀들의 가로줄에서 복수의 저장된 픽셀 표시물들을 유지하기 위해 각각의 현재 일차 라인 스캔 센서 출력을 저장하고, 복수의 과거 이차 라인 스캔 센서 출력들에 대한 픽셀들의 가로줄에서 복수의 저장된 픽셀 표시물들을 유지하기 위해 각각의 현재 이차 라인 스캔 센서 출력을 저장하는 저장 장치; 및
    일차 라인 스캔 센서 출력의 현재 픽셀 표시물들과, 상기 복수의 과거 이차 라인 스캔 센서 출력들 중 각각의 과거 이차 라인 스캔 센서 출력들에 대한 픽셀들의 가로줄의 저장된 픽셀 표시물들과의 상관, 및 이차 라인 스캔 센서 출력의 현재 픽셀 표시물들과, 상기 복수의 과거 일차 라인 스캔 센서 출력들 중 각각의 과거 일차 라인 스캔 센서 출력들에 대한 픽셀들의 가로줄의 저장된 픽셀 표시물들과의 상관 중 적어도 하나를 행하는 상관 유닛을 구비하며,
    상기 상관 유닛은, 상기 일차 라인 스캔 센서 및 상기 이차 라인 스캔 센서와 공면이고 상기 일차 라인 스캔 센서 및 상기 이차 라인 스캔 센서에 대해 정렬된 좌표계에서 스캔되고 있는 상기 물체의 모션의 방향 및 크기를 구비하는 모션 지표를 출력으로서 제공하는, 사용자 입력 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 상관 유닛은, 상기 일차 라인 스캔 센서 출력의 상기 현재 픽셀 표시물들을, 상기 복수의 과거 일차 라인 스캔 센서 출력들 중 각각의 과거 일차 라인 스캔 센서 출력들에 대한 픽셀들의 가로줄의 저장된 픽셀 표시물들과 상관시키는, 사용자 입력 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 상관 유닛은, 상기 이차 라인 스캔 센서 출력의 상기 현재 픽셀 표시물들을, 이전 이차 라인 스캔 센서 출력에 대한 픽셀들의 가로줄의 저장된 픽셀 표시물들과 상관시키는, 사용자 입력 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 상관 유닛의 출력이 사용자 디바이스 사용자 인터페이스에 동작적으로 접속되는, 사용자 입력 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 상관 유닛은, 상기 상관 유닛에 의해 수행된 각각의 상관에 대해 상관 점수를 생성하고, 상기 상관 점수들의 평가에 기초하여 상기 상관 유닛의 출력을 제공하는, 사용자 입력 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 상관 점수들은, 하향 상관 점수, 상향 상관 점수, 및 측면 상관 점수를 포함하는, 사용자 입력 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 모션 지표는 상기 물체의 속도를 이용하여 컴퓨팅되는, 사용자 입력 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 모션 지표는 상기 물체의 속도를 이용하지 않고 컴퓨팅되는, 사용자 입력 장치.
  9. 사용자 입력을 제공하는 방법으로서,
    일차 라인 스캔 센서 및 이차 라인 스캔 센서를 갖는 2 라인 물체 촬상 센서를 통해, 물체를 스캔하기 위해 상기 일차 라인 스캔 센서 및 상기 이차 라인 스캔 센서를 활용함으로써 일차 라인 스캔 센서 출력 및 이차 라인 스캔 센서 출력을 제공하는 단계로서, 각각의 출력은 각각 픽셀들의 현재 일차 스캔 가로줄 및 픽셀들의 현재 이차 스캔 가로줄의 픽셀들을 나타내는, 상기 일차 라인 스캔 센서 출력 및 이차 라인 스캔 센서 출력을 제공하는 단계;
    매번 스캔할 때마다, 복수의 과거 일차 라인 스캔 센서 출력들 각각에 대한 픽셀들의 가로줄에서 복수의 저장된 픽셀 표시물들을 유지하기 위해 각각의 현재 일차 라인 스캔 센서 출력을 저장 장치에 저장하고, 매번 스캔할 때마다, 복수의 과거 이차 라인 스캔 센서 출력들 각각에 대한 픽셀들의 가로줄에서 복수의 저장된 픽셀 표시물들을 유지하기 위해 각각의 현재 이차 라인 스캔 센서 출력을 저장 장치에 저장하는 단계;
    상관 유닛을 이용하여, 일차 라인 스캔 센서 출력의 현재 픽셀 표시물들과, 상기 복수의 과거 이차 라인 스캔 센서 출력들 중 각각의 과거 이차 라인 스캔 센서 출력들에 대한 픽셀들의 가로줄의 저장된 픽셀 표시물들과의 상관, 및 이차 라인 스캔 센서 출력의 현재 픽셀 표시물들과, 상기 복수의 과거 일차 라인 스캔 센서 출력들 중 각각의 과거 일차 라인 스캔 센서 출력들에 대한 픽셀들의 가로줄의 저장된 픽셀 표시물들과의 상관 중 적어도 하나를 행하는 단계; 및
    상기 일차 라인 스캔 센서 및 상기 이차 라인 스캔 센서와 공면이고 상기 일차 라인 스캔 센서 및 상기 이차 라인 스캔 센서에 대해 정렬된 좌표계에서 스캔되고 있는 상기 물체의 모션의 방향 및 크기의 모션 지표를 상기 상관 유닛의 출력으로서 제공하는 단계를 구비하는, 사용자 입력을 제공하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 상관 유닛을 이용하여, 상기 일차 라인 스캔 센서 출력의 상기 현재 픽셀 표시물들을, 상기 복수의 과거 일차 라인 스캔 센서 출력들 중 각각의 과거 일차 라인 스캔 센서 출력들에 대한 픽셀들의 가로줄의 저장된 픽셀 표시물들과 상관시키는 단계를 더 구비하는, 사용자 입력을 제공하는 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 상관 유닛을 이용하여, 상기 이차 라인 스캔 센서 출력의 상기 현재 픽셀 표시물들을, 이전 이차 라인 스캔 센서 출력에 대한 픽셀들의 가로줄의 저장된 픽셀 표시물들과 상관시키는 단계를 더 구비하는, 사용자 입력을 제공하는 방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 상관 유닛의 출력을 사용자 디바이스 사용자 인터페이스에 제공하는 단계를 더 구비하는, 사용자 입력을 제공하는 방법.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 상관 유닛을 통해, 상기 상관 유닛에 의해 수행된 각각의 상관에 대해 상관 점수를 생성하고, 상기 상관 점수들의 평가에 기초하여 상기 상관 유닛의 출력을 제공하는 단계를 더 구비하는, 사용자 입력을 제공하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 상관 점수들은 하향 상관 점수, 상향 상관 점수, 및 측면 상관 점수를 구비하는, 사용자 입력을 제공하는 방법.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 모션 지표는 상기 물체의 속도를 이용하여 컴퓨팅되는, 사용자 입력을 제공하는 방법.
  16. 제 9 항에 있어서,
    상기 모션 지표는 상기 물체의 속도를 이용하지 않고 컴퓨팅되는, 사용자 입력을 제공하는 방법.
  17. 일차 라인 스캔 센서 출력을 제공하는 일차 라인 스캔 센서 및 이차 라인 스캔 센서 출력을 제공하는 이차 라인 스캔 센서를 갖는 2 라인 물체 촬상 센서로서, 각각의 출력은 각각 픽셀들의 현재 일차 라인 스캔 가로줄 및 픽셀들의 현재 이차 라인 스캔 가로줄의 픽셀들을 나타내고, 상기 일차 라인 스캔 센서 및 상기 이차 라인 스캔 센서 각각은 물체를 스캔하도록 구성된, 상기 2 라인 물체 촬상 센서;
    매번 스캔할 때마다, 복수의 과거 일차 라인 스캔 센서 출력들에 대한 픽셀들의 가로줄에서 복수의 저장된 픽셀 표시물들을 유지하기 위해 각각의 현재 일차 라인 스캔 센서 출력을 저장하고, 복수의 과거 이차 라인 스캔 센서 출력들에 대한 픽셀들의 가로줄에서 복수의 저장된 픽셀 표시물들을 유지하기 위해 각각의 현재 이차 라인 스캔 센서 출력을 저장하는 저장 장치; 및
    일차 라인 스캔 센서 출력의 현재 픽셀 표시물들과, 상기 복수의 과거 이차 라인 스캔 센서 출력들 중 각각의 과거 이차 라인 스캔 센서 출력들에 대한 픽셀들의 가로줄의 저장된 픽셀 표시물들과의 상관, 및 이차 라인 스캔 센서 출력의 현재 픽셀 표시물들과, 상기 복수의 과거 일차 라인 스캔 센서 출력들 중 각각의 과거 일차 라인 스캔 센서 출력들에 대한 픽셀들의 가로줄의 저장된 픽셀 표시물들과의 상관 중 적어도 하나를 행하는 상관 유닛을 구비하며,
    상기 상관 유닛은, 상기 일차 라인 스캔 센서 및 상기 이차 라인 스캔 센서와 공면이고 상기 일차 라인 스캔 센서 및 상기 이차 라인 스캔 센서에 대해 정렬된 좌표계에서 스캔되고 있는 상기 물체의 모션의 방향 및 크기를 구비하는 모션 지표를 상관 유닛 출력으로서 제공하고,
    상기 상관 유닛은, 상기 상관 유닛에 의해 수행된 각각의 상관에 대해 상관 점수를 생성하고, 상기 상관 점수들의 평가에 기초하여 상기 상관 유닛의 출력을 제공하며, 그리고
    상기 상관 점수들은, 하향 상관 점수, 상향 상관 점수, 및 측면 상관 점수를 포함하는, 사용자 입력 장치.
  18. 사용자 입력을 제공하는 방법으로서,
    일차 라인 스캔 센서 및 이차 라인 스캔 센서를 갖는 2 라인 물체 촬상 센서를 통해, 일차 라인 스캔 센서 출력 및 이차 라인 스캔 센서 출력을 제공하는 단계로서, 각각의 출력은 각각 픽셀들의 현재 일차 스캔 가로줄 및 픽셀들의 현재 이차 스캔 가로줄의 픽셀들을 나타내고, 상기 일차 라인 스캔 센서 및 상기 이차 라인 스캔 센서는 물체를 스캔하는, 상기 일차 라인 스캔 센서 출력 및 이차 라인 스캔 센서 출력을 제공하는 단계;
    매번 스캔할 때마다, 복수의 과거 일차 라인 스캔 센서 출력들 각각에 대한 픽셀들의 가로줄에서 복수의 저장된 픽셀 표시물들을 유지하기 위해 각각의 현재 일차 라인 스캔 센서 출력을 저장 장치에 저장하고, 매번 스캔할 때마다, 복수의 과거 이차 라인 스캔 센서 출력들 각각에 대한 픽셀들의 가로줄에서 복수의 저장된 픽셀 표시물들을 유지하기 위해 각각의 현재 이차 라인 스캔 센서 출력을 저장 장치에 저장하는 단계;
    상관 유닛을 이용하여, 일차 라인 스캔 센서 출력의 현재 픽셀 표시물들과, 상기 복수의 과거 이차 라인 스캔 센서 출력들 중 각각의 과거 이차 라인 스캔 센서 출력들에 대한 픽셀들의 가로줄의 저장된 픽셀 표시물들과의 상관, 및 이차 라인 스캔 센서 출력의 현재 픽셀 표시물들과, 상기 복수의 과거 일차 라인 스캔 센서 출력들 중 각각의 과거 일차 라인 스캔 센서 출력들에 대한 픽셀들의 가로줄의 저장된 픽셀 표시물들과의 상관 중 적어도 하나를 행하는 단계;
    상기 일차 라인 스캔 센서 및 상기 이차 라인 스캔 센서와 공면이고 상기 일차 라인 스캔 센서 및 상기 이차 라인 스캔 센서에 대해 정렬된 좌표계에서 스캔되고 있는 상기 물체의 모션의 방향 및 크기의 모션 지표를 상기 상관 유닛의 출력으로서 제공하는 단계; 및
    상기 상관 유닛을 통해, 상기 상관 유닛에 의해 수행된 각각의 상관에 대해 상관 점수를 생성하고, 상기 상관 점수들의 평가에 기초하여 상기 상관 유닛의 출력을 제공하는 단계를 구비하고,
    상기 상관 점수들은 하향 상관 점수, 상향 상관 점수, 및 측면 상관 점수를 구비하는, 사용자 입력을 제공하는 방법.
  19. 컴퓨팅 디바이스에 의해 실행될 경우, 상기 컴퓨팅 디바이스로 하여금 사용자 입력을 제공하는 방법을 수행하게 하는 명령들을 저장한 비-일시적인 유형의 (tangible) 머신 판독가능 매체로서,
    상기 사용자 입력을 제공하는 방법은,
    일차 라인 스캔 센서 및 이차 라인 스캔 센서를 갖는 2 라인 물체 촬상 센서로부터 일차 라인 스캔 센서 출력 및 이차 라인 스캔 센서 출력을 수신하는 단계로서, 각각의 출력은 각각 픽셀들의 현재 일차 스캔 가로줄 및 픽셀들의 현재 이차 스캔 가로줄의 픽셀들을 나타내고, 상기 일차 라인 스캔 센서 및 상기 이차 라인 스캔 센서는 물체를 스캔하는, 상기 일차 라인 스캔 센서 출력 및 이차 라인 스캔 센서 출력을 수신하는 단계;
    매번 스캔할 때마다, 복수의 과거 일차 라인 스캔 센서 출력들 각각에 대한 픽셀들의 가로줄에서 복수의 저장된 픽셀 표시물들을 유지하기 위해 각각의 현재 일차 라인 스캔 센서 출력을 저장하고, 매번 스캔할 때마다, 복수의 과거 이차 라인 스캔 센서 출력들 각각에 대한 픽셀들의 가로줄에서 복수의 저장된 픽셀 표시물들을 유지하기 위해 각각의 현재 이차 라인 스캔 센서 출력을 저장하는 단계;
    일차 라인 스캔 센서 출력의 현재 픽셀 표시물들과, 상기 복수의 과거 이차 라인 스캔 센서 출력들 중 각각의 과거 이차 라인 스캔 센서 출력들에 대한 픽셀들의 가로줄의 저장된 픽셀 표시물들과의 상관, 및 이차 라인 스캔 센서 출력의 현재 픽셀 표시물들과, 상기 복수의 과거 일차 라인 스캔 센서 출력들 중 각각의 과거 일차 라인 스캔 센서 출력들에 대한 픽셀들의 가로줄의 저장된 픽셀 표시물들과의 상관 중 적어도 하나를 행하는 단계;
    상기 일차 라인 스캔 센서 및 상기 이차 라인 스캔 센서와 공면이고 상기 일차 라인 스캔 센서 및 상기 이차 라인 스캔 센서에 대해 정렬된 좌표계에서 스캔되고 있는 상기 물체의 모션의 방향 및 크기의 모션 지표를 제공하는 단계; 및
    수행된 각각의 상관에 대해 상관 점수를 생성하고, 상기 상관 점수들의 평가에 기초하여 상기 모션 지표를 제공하는 단계를 구비하고,
    상기 상관 점수들은 하향 상관 점수, 상향 상관 점수, 및 측면 상관 점수를 구비하는, 비-일시적인 유형의 머신 판독가능 매체.
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