KR102492229B1 - 차량용 음성 및 제스처 인식 장치 - Google Patents

차량용 음성 및 제스처 인식 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량용 음성 및 제스처 인식 장치에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 음성 및 제스처 인식 장치는, 사용자의 손에 대한 제스처를 감지하기 위해 전기장(electric field)을 방출하는 송신 패드; 상기 송신 패드에서 방출된 전기장이 왜곡되는 것을 검출하는 수신 패드; 상기 수신 패드에서 전기장의 왜곡으로 상기 제스처를 인식하는 제스처 인식기; 상기 사용자의 음성 신호를 검출하는 마이크부; 상기 마이크부에서 검출된 음성 신호에 대해 음성 신호에 대한 노이즈의 제거를 포함하는 전처리를 수행하는 음성 전처리기; 상기 음성 전처리기에서 전처리된 음성 신호를 인식하는 음성 인식기; 및 상기 제스처 인식기 및 상기 음성 인식기에서 인식된 제스처에 대한 신호 및 음성 신호를 차량의 전자제어유닛으로 전송하는 통신기를 포함할 수 있다.

Description

차량용 음성 및 제스처 인식 장치{VOICE AND GESTURE INTEGRATING DEVICE OF VEHICLE}
본 발명은 차량용 음성 및 제스처 인식 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량에서 운전자가 운전하는 동안 차량의 장비에 대해 제어할 수 있는 차량용 음성 및 제스처 인식 장치에 관한 것이다.
차량은 동작하는 동안 운전자가 지속적으로 전방을 주시한 상태에서 운행될 필요가 있다. 이렇게 차량이 동작하는 동안 운전자는 차량의 다른 기능을 제어하려면 해당 기능에 대한 물리적인 버튼이나 스위치를 조작하여야 한다. 이렇게 차량의 운행 동안 차량의 다양한 기능을 조작하는 것은 운전자가 차량의 운행에 집중하지 못하는 문제가 있을 수 있다.
그에 따라 차량의 다양한 기능을 조작하기 위해 음성인식이나 운전자가 손동작 등과 같은 제스처를 통해 차량의 기능을 조작하고자 하는 연구가 이루어지고 있다. 종래에서, 음성인식은 일반적으로 두 가지 단계로 구분할 수 있다. 첫 번째 단계는 운전자의 음성을 주변 노이즈와 관계없이 또렷하게 분리하기 위해 전처리 기술이 요구되고, 두 번째 단계는 정확한 음성 명령을 인식하고 차량의 운행 상황과 안전을 고려하여 운전자와의 인터렉션 과정을 최소화하고 최대한 안전을 고려한 보수적인 결과물이 도출될 필요가 있다.
하지만, 종례에 이러한 음성 인식 기술은 특정 위치에 있는 사람(예컨대, 운전자)의 음성만을 인식할 수 있게 지향각이 고정되어 있어, 동승자나 뒷좌석에 위치한 탑승자가 음성 인식을 이용하기 어려운 문제가 있다. 또한, 서버를 기반으로 음성을 인식하는 제품의 경우, 인터넷망이 연결되어 있어야 하는 문제가 있다.
더욱이, 상기와 같이, 음성 인식에만 한정하여 차량의 기능을 제어하는 경우에 세밀하게 차량의 다양한 기능을 제어하는 것이 쉽지 않은 문제가 있다.
대한민국 등록특허 제10-1650769호 (2016.08.18.) 대한민국 등록특허 제10-1260053호 (2013.04.25.)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 사용자의 주변에서 발생하는 노이즈를 음성과 분리하여 정확한 음성 명령만을 추출할 수 있으며, 사용자의 손동작 제스처를 정확하게 인식할 수 있는 차량용 음성 및 제스처 인식 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 음성 및 제스처 인식 장치는, 사용자의 손에 대한 제스처를 감지하기 위해 전기장(electric field)을 방출하는 송신 패드; 상기 송신 패드에서 방출된 전기장이 왜곡되는 것을 검출하는 수신 패드; 상기 수신 패드에서 전기장의 왜곡으로 상기 제스처를 인식하는 제스처 인식기; 상기 사용자의 음성 신호를 검출하는 마이크부; 상기 마이크부에서 검출된 음성 신호에 대해 음성 신호에 대한 노이즈의 제거를 포함하는 전처리를 수행하는 음성 전처리기; 상기 음성 전처리기에서 전처리된 음성 신호를 인식하는 음성 인식기; 및 상기 제스처 인식기 및 상기 음성 인식기에서 인식된 제스처에 대한 신호 및 음성 신호를 차량의 전자제어유닛으로 전송하는 통신기를 포함할 수 있다.
상기 수신 패드에서 전기장의 왜곡으로 상기 제스처의 깊이 및 방향을 검출하는 제스처 검출기를 더 포함하고, 상기 제스처 인식기는 상기 제스처 검출기에서 인식된 깊이 및 방향을 이용하여 상기 제스처를 인식할 수 있다.
상기 제스처 검출기는 상기 제스처의 깊이 및 방향을 검출하여 제스처 패턴을 검출하고, 검출된 제스처 패턴과 기 설정된 제스처 패턴을 비교하며, 상기 제스처 인식기는 상기 제스처 검출기에서 상기 검출된 제스처 패턴과 상기 기 설정된 제스처 패턴이 일치하는 경우에 상기 제스처를 인식할 수 있다.
상기 마이크부는 복수 개의 마이크를 포함하고, 상기 복수 개의 마이크는, 상기 차량의 내부에 서로 다른 위치에 배치될 수 있다.
상기 음성 전처리기는, 상기 마이크부에서 검출된 음성 신호에서 노이즈를 제거하는 노이즈 제거부; 상기 노이즈 제거부에서 노이즈가 제거된 음성 신호에서 잔향을 제거하는 잔향 제거부; 상기 잔향 제거부에서 잔향이 제거된 음성 신호에서 음성 신호의 방향 및 위치를 검출하는 방향 및 위치 검출부; 및 상기 방향 및 위치 검출부에서 방향 및 위치가 검출된 음성 신호에 대해 빔(beam)을 형성하는 빔 형성부를 포함할 수 있다.
상기 노이즈 제거부는 사용자의 음성 신호 주파수 범위보다 높은 고주파수에 해당하는 신호 및 사용자의 음성 신호 주파수 범위보다 낮은 저주파수에 해당하는 신호를 제거하여 노이즈를 제거할 수 있다.
상기 음성 전처리기에서 전처리된 음성 신호에서 사용자의 음성 신호의 방향 및 위치에 대해 고려된 음성 신호를 검출하는 음성신호 검출부를 더 포함하고, 상기 음성 인식부는, 상기 음성신호 검출부에서 방향 및 위치에 대해 고려된 음성 신호를 인식할 수 있다.
상기 음성신호 검출부에서 검출된 음성신호와 기 설정된 음성 신호 패턴을 비교하여 출력하는 음성패턴 검출부를 더 포함하고, 상기 음성 인식부는 상기 음성패턴 검출부에서 기 설정된 음성 신호 패턴에 해당하는 검출된 음성신호를 인식할 수 있다.
본 발명에 의하면, 인식된 음성을 전처리 과정을 거쳐 노이즈와 음성을 분리하여 빔을 형성함으로써, 음성신호를 검출할 수 있어 정확하게 사용자의 음성을 인식할 수 있다.
또한, 전자기장(electric filed)을 이용하여 사용자의 제스처를 인식할 수 있어 3차원적으로 사용자의 제스처를 인식함으로써 정확하게 제스처를 인식할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 음성 및 제스처 인식 장치를 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 음성 및 제스처 인식 장치의 수신 패드를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 음성 및 제스처 인식 장치의 제스처 검출기를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 음성 및 제스처 인식 장치의 마이크부를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 음성 및 제스처 인식 장치의 음성 전처리기를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 음성 및 제스처 인식 장치의 음성패턴 검출부를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 음성 및 제스처 인식 장치의 제스처 동작의 일례에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 음성 및 제스처 인식 장치의 제스처 동작의 일례에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 음성 및 제스처 인식 장치의 제스처 동작의 일례에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 음성 및 제스처 인식 장치의 제스처 동작의 일례에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 음성 및 제스처 인식 장치의 제스처 인식 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 음성 및 제스처 인식 장치의 음성 인식 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는 본 발명을 구현하기 위한 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
아울러 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결', '지지', '접속', '공급', '전달', '접촉'된다고 언급된 때에는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 지지, 접속, 공급, 전달, 접촉될 수도 있지만 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도로 사용된 것은 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
또한, 본 명세서에서 상측, 하측, 측면 등의 표현은 도면에 도시를 기준으로 설명한 것이며 해당 대상의 방향이 변경되면 다르게 표현될 수 있음을 미리 밝혀둔다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 음성 및 제스처 인식 장치를 도시한 블록도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 음성 및 제스처 인식 장치의 수신 패드를 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 음성 및 제스처 인식 장치의 제스처 검출기를 도시한 도면이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 음성 및 제스처 인식 장치의 마이크부를 도시한 도면이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 음성 및 제스처 인식 장치의 음성 전처리기를 도시한 도면이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 음성 및 제스처 인식 장치의 음성패턴 검출부를 도시한 도면이다. 도 7 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 음성 및 제스처 인식 장치의 제스처 동작의 일례에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 10을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 음성 및 제스처 인식 장치(100)에 대해 설명한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 음성 및 제스처 인식 장치(100)는, 사용자가 차량이 운행하는 동안 차량의 다양한 기능을 조작하기 위해 이용된다. 이러한 음성 및 제스처 인식 장치(100)는, 송신 패드(110), 수신 패드(120), 제스처 검출기(130), 제스처 인식기(140), 마이크부(150), 음성 전처리기(160), 음성신호 검출부(170), 음성패턴 검출부(180), 음성 인식기(190) 및 통신부(200)를 포함한다.
송신 패드(110)는, 사용자의 손동작에 대한 제스처를 인식한다. 이러한 송신 패드(110)는 소정의 전기장(electric field)을 방출하고, 이렇게 송신 패드(110)에서 방출된 전기장은 송신 패드(110)의 상부에 소정의 영역을 가지며 분포될 수 있다. 따라서 송신 패드(110)에서 방출된 전기장 내에 사용자의 손 등이 배치되거나 손을 이용하여 특정 제스처를 취하는 경우에 전기장은 왜곡이 발생한다. 송신 패드(110)는 이렇게 전기장의 왜곡이 발생함에 따라 발생된 신호를 수신 패드(120)로 전송한다. 이를 위해 송신 패드(110)는 수신 패드(120)와 전기적으로 연결되거나 무선통신을 통해 신호가 전달될 수 있다.
수신 패드(120)는 송신 패드(110)에서 전송된 신호를 수신하고, 수신된 신호에 대해 전기장이 왜곡된 신호를 통해 사용자의 손동작을 감지한다. 이를 위해 수신 패드(120)는, 중앙부(121), 동부(123), 서부(125), 남부(127) 및 북부(129)를 포함한다.
중앙부(121)는 소정의 너비를 가지도록 배치된다. 중앙부(121)는 사용자의 제스처가 이동되지 않고 소정의 위치에 일정 시간 이상 동안 고정되어 있는지 여부에 대한 인식할 수 있다.
동부(123)는 중앙부(121)의 우측에 배치되고, 소정의 너비를 가지도록 배치된다. 동부(123)는 사용자의 제스처가 중앙부(121)를 기준으로 우측 방향(x축 방향)으로 이동하는 경우에 이를 인식할 수 있다.
서부(125)는 중앙부(121)의 좌측에 배치되며, 소정의 너비를 가지도록 배치된다. 서부(125)는 사용자의 제스처가 중앙부(121)를 기준으로 좌측 방향(-x축 방향)으로 이동하는 경우에 이를 인식할 수 있다.
남부(127)는 중앙부(121)의 아래 측에 배치되고, 소정의 너비를 가지도록 배치된다. 남부(127)는 사용자의 제스처가 중앙부(121)를 기준으로 아랫방향(-y 방향)으로 이동하는 경우에 이를 인식할 수 있다.
북부(129)는 중앙부(121)의 위 측에 배치되며, 소정의 너비를 가지도록 배치된다. 북부(129)는 사용자의 제스처가 중앙부(121)를 기준으로 위 방향(y축 방향)으로 이동하는 경우에 이를 인식할 수 있다.
또한, 수신 패드(120)는 사용자의 제스처가 중앙부(121), 동부(123), 서부(125), 남부(127) 및 북부(129)에 복합적으로 이동되는 것을 인식하여, 사용자의 제스처 동작에 대해 복합적인 동작(예컨대, 원을 그리는 동작 등)을 인식할 수 있다.
제스처 검출기(130)는 수신 패드(120)로부터 인식된 사용자의 제스처 동작에 대해 깊이 및 방향을 검출한다. 이를 위해 제스처 검출기(130)는 깊이 검출부(131) 및 방향 검출부(133)를 포함한다.
깊이 검출부(131)는 송신 패드(110)에서 사용자의 손과 송신 패드(110)와의 거리를 이용하여 사용자가 동작한 제스처에 대한 깊이를 검출한다.
방향 검출부(133)는 수신 패드(120)의 중앙부(121), 동부(123), 서부(125), 남부(127) 및 북부(129)에서 각각 인식된 사용자의 제스처를 이용하여 방향을 검출한다.
이렇게 깊이 검출부(131) 및 방향 검출부(133)는 각각 사용자의 제스처에 대해 소정의 시간 간격(예컨대, 0.1ms)으로 제스처의 깊이 및 방향을 각각 검출하고, 검출된 제스처에 의해 전기장이 왜곡되는 패턴이 기 설정된 전기장의 왜곡 패턴과 비교한다.
기 설정된 전기장의 왜곡 패턴은, 인공신경망을 이용하여 학습되어 저장된 전기장의 왜곡 패턴일 수 있다. 즉, 기 설정된 전기장의 왜곡 패턴은, 사용자의 제스처에 따라 전기장이 왜곡되는 것을 학습하여 학습된 결과가 지속적으로 업데이트될 수 있다.
따라서 제스처 검출기(130)는 깊이 검출부(131) 및 방향 검출부(133)를 통해 검출된 사용자의 제스처가 기 설정된 전기장의 왜곡 패턴과 비교하여 특정 패턴과 일치하는 경우에 해당 특정 패턴이 검출된 결과를 제스처 인식기(140)에 전달한다.
제스처 인식기(140)는 제스처 검출기(130)로부터 사용자의 제스처가 특정 패턴에 해당하는 경우에 사용자의 제스처를 인식하고, 또한, 인식된 사용자의 제스처가 차량의 제어 명령과 일치하는 제스처인지 확인한다. 제스처 인식기(140)는 사용자의 제스처와 차량 제어 명령이 일치하는 경우 해당 신호를 통신기에 전송하고, 일치하지 않는 경우 해당 신호를 통신기에 전달하지 않고 사용자의 제스처를 다시 인식한다.
예컨대, 차량 제어 명령과 일치하는 사용자의 제스처는 도 7에 도시된 바와 같이 손바닥이 양방향으로 이동하는 동작을 할 때, 손바닥이 좌측(-x축 방향)으로 이동하는 경우 운전석 조명을 켜거나 끄고, 손바닥이 우측(x축 방향)으로 이동하는 경우 조수석 조명을 켜거나 끌 수 있다. 또한, 손바닥이 이동되지 않고 일정 시간 이상(예컨대, 5초 이상) 유지되는 경우 비상등을 킬 수 있다.
또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 손바닥이 북측(y축 방향)이나 남측(-y축 방향)으로 이동되는 경우 선루프를 일부(예컨대, 10%) 열거나 일부 닫도록 하는 동작일 수 있으며, 손바닥이 두 번씩 북측(y축 방향)이나 남측(-y축 방향)으로 이동되는 경우 선루프를 전부 열거나 전부 닫도록 하는 동작일 수 있다.
그리고 도 9에 도시된 바와 같이, 손가락이 시계방향으로 회전하는 제스처는 선루프를 일부씩(예컨대, 5%) 열도록 동작하되, 지속적으로 회전되면 회전될 때마다 조금씩 선루프를 여는 동작일 수 있다. 또한, 도 10에 도시된 바와 같이, 손가락이 반시계 방향으로 회전하는 제스처는 선루프를 일부씩(예컨대, 5%) 닫도록 동작하되, 지속적으로 회전되면 회전될 때마다 조금씩 선루프를 닫는 동작일 수 있다.
마이크부(150)는 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 마이크(151), 제2 마이크(153) 및 제3 마이크(155)를 포함한다.
제1 마이크(151), 제2 마이크(153) 및 제3 마이크(155)는 각각 차량의 내부에 설치되며, 서로 다른 위치에 설치될 수 있다. 예컨대, 제1 마이크(151)는 차량의 운전자석에 인접한 위치에 배치되고, 제2 마이크(153)는 차량의 보조석에 인접한 위치에 배치되며, 제3 마이크(155)는 차량의 앞좌석과 뒷좌석 사이에 배치될 수 있다.
마이크부(150)는 제1 마이크(151), 제2 마이크(153) 및 제3 마이크(155)를 통해 음성신호를 각각 인식한다. 이때, 마이크부(150)는 제1 마이크(151), 제2 마이크(153) 및 제3 마이크(155)에서 인식된 음성 중 소정의 dB 이상의 신호를 검출한다. 즉, 마이크부(150)는 제1 마이크(151), 제2 마이크(153) 및 제3 마이크(155) 각각에서 인식되는 음성 신호 중 일정 이하의 dB에 해당하는 작은 소리와 같은 노이즈를 인식하지 않고, 일정 이상의 dB에 해당하는 음성 신호만 인식한다.
음성 전처리기(160)는 마이크부(150)에서 인식된 음성 신호에 대해 전처리를 수행한다. 이를 위해 음성 전처리기(160)는 노이즈 제거부(161), 잔향 제어부, 방향 및 위치 검출부(165) 및 빔 형성부(167)를 포함한다.
노이즈 제거부(161)는 마이크부(150)에서 인식된 음성 신호에서 노이즈를 제거한다. 노이즈 제거부(161)는 음성 신호에서 고주파 및 저주파에 해당하는 신호를 제거하여 음성 신호에 대한 노이즈를 제거한다. 노이즈 제거부(161)는 사용자의 음성에 해당하는 주파수 범위를 설정하고, 설정된 주파수 범위보다 높은 주파수를 갖는 고주파 신호 및 설정된 주파수 범위보다 낮은 주파수를 갖는 저주파 신호를 제거한다.
잔향 제거부(163)는 노이즈 제거부(161)에서 설정된 주파수 범위에 해당하는 음성 신호에서 소리가 울리다가 그친 뒤에도 남아서 울리는 소리인 잔향을 제거한다. 이렇게 잔향 제거부(163)에서 잔향을 제거함에 따라 마이크부(150)에서 인식된 음성 신호에서 사용자의 음성 신호만을 또렷하게 남길 수 있다.
방향 및 위치 검출부(165)는 잔향 제거부(163)에서 잔향이 제거된 음성 신호가 마이크부(150)의 제1 마이크(151), 제2 마이크(153) 및 제3 마이크(155) 중 어느 것에서 가장 크게 인식되었는지를 통해 사용자의 음성 신호에 대한 방향 및 위치를 검출한다.
예컨대, 제1 마이크(151)에서 음성 신호가 가장 크게 인식되고, 제2 마이크(153) 및 제3 마이크(155) 순서로 음성 신호의 크기가 작아지게 인식되는 경우, 음성 신호가 인식된 위치가 제1 마이크(151) 및 제2 마이크(153) 사이 또는 제1 마이크(151)에 인접한 위치에서 발생한 것으로 음성 신호의 방향 및 위치를 검출한다. 따라서 방향 및 위치 검출부(165)는 제1 마이크(151)가 차량의 운전석에 가까운 위치에 배치된 경우 음성 신호가 차량의 운전석에서 발생한 것으로 검출할 수 있다.
빔 형성부(167)는 방향 및 위치 검출부(165)에서 검출된 음성 신호에 대한 방향 및 위치를 이용하여 음성 신호에 대한 빔(beam)을 형성한다. 빔 형성부(167)에서 형성된 음성 신호에 대한 빔은 사용자의 음성이 발생된 방향으로 지향성을 형성하고, 관심 있는 방향으로부터 입력되는 음성 신호를 선택적으로 획득할 수 있다.
즉, 운전석에서 음성 신호가 발생한 경우, 빔 형성부(167)를 거침에 따라 운전석에서 발생된 음성 신호에 대해 보다 명확하게 음성 신호를 처리할 수 있다.
상기와 같이, 음성 전처리기(160)에서 음성 신호에 대해 전처리가 이루어짐에 따라 음성 전처리기(160)를 거쳐 출력되는 음성 신호는 최적의 음성 신호가 검출될 수 있게 처리될 수 있다.
음성신호 검출부(170)는 음성 전처리기(160)에서 전처리가 이루어진 음성 신호가 입력되고, 입력된 음성 신호에 대해 최적의 음성 신호를 검출할 수 있다. 예컨대, 음성신호 검출부(170)는 음성 신호가 발생된 위치가 운전석인 경우, 운전석에서 발생된 음성 신호에 대해 보다 최적화되어 음성 신호를 검출할 수 있다.
음성패턴 검출부(180)는 음성신호 검출부(170)에서 검출된 음성 신호와 기 설정된 음성 패턴을 비교하고, 검출된 음성 신호가 기 설정된 음성 패턴에 해당하는지 판단한다. 음성패턴 검출부(180)는 이를 위해 음성 메모리(181)를 포함한다. 음성 메모리(181)에는, 기 설정된 음성 패턴들이 저장될 수 있다.
음성 메모리(181)에 저장된 기 설정된 음성 패턴들은, 예컨대, 썬루프 열어, 썬루프 오픈, 썬루프 열어줘, 썬루프 닫아, 썬루프클로즈, 썬루프 닫아줘, 썬루프2단 열어, 썬루프2단 닫아, 운전석 독서등 켜, 운전석 불 켜, 운전석 조명켜, 왼쪽 불켜, 왼쪽 조명 켜줘, 좌측 조명 켜줘, 좌측불켜, 운전석 독서등 꺼, 운전석 불 꺼, 운전석 조명 꺼, 왼쪽 불꺼, 왼쪽 조명 꺼줘, 좌측 조명 꺼줘, 좌측불꺼, 조수석 독서등 켜, 조수석 불켜, 조수석 조명켜, 오른쪽 불켜, 오른쪽 조명 켜줘, 우측 조명 켜줘, 우측불켜, 조수석 독서등 꺼, 조수석 불꺼, 조수석 조명꺼, 오른쪽 불꺼, 오른쪽 조명 꺼줘, 우측 조명 꺼줘, 우측불꺼, 실내등 켜, 실내조명 켜, 전체 불 켜, 전체 조명 켜, 불 다 켜, 모든 불 다 켜, 실내등 꺼, 실내조명 꺼, 전체 불 꺼, 전체 조명 꺼, 불 다 꺼, 모든 불 다 꺼, 도어 연동 켜, 도어 연동 꺼, SOS 보내, SOS 꺼, SOS Test 보내, SOS Test Off, 시트 위치 1번 저장, 시트 위치 2번 저장, 시트 위치 1번 설정, 시트 위치 1번 모드, 시트 위치 1번으로 바꿔줘, 시트 위치 2번 설정, 시트 위치 2번 모드, 시트 위치 2번으로 바꿔줘, 시트 릴렉스 모드, 쿨링 시트 강, 쿨링시트 세게 틀어줘, 쿨링 시트 중, 쿨링 시트 약, 쿨링 시트 약하게 틀어줘, 시트 시원하게 해줘, 의자 시원하게 해줘, 쿨링 시트 꺼줘, 히트 시트 강, 히트시트 세게 틀어줘, 히트 시트 중, 히트 시트 약, 히트 시트 약하게 해줘, 시트 따뜻하게 해줘, 의자 따뜻하게 해줘, 히트시트 꺼줘, 온도 조절기 켜, 온도 설정 xx, 에어컨 켜, 에어컨 꺼, 히터 켜, 히터 꺼, 외부 공기 유입 모드, 외부 공기 차단 모드 등 일 수 있다.
음성 인식기(190)는 검출된 음성 신호가 기 설정된 음성 패턴과 비교하여 차량의 제어 명령과 일치하는지 확인한다. 이렇게 음성 인식기(190)에서 음성신호 검출기에서 검출된 음성 신호가 차량의 제어 명령과 일치하는 경우 해당 신호를 통신기에 전송하고, 일치하지 않는 경우 해당 음성 신호를 통신기에 전달하지 않고 음성 신호를 다시 인식한다.
통신부(200)는 제스처 인식기(140) 및 음성 인식기(190)에서 인식된 제스처에 대한 신호 및 음성 신호를 차량 전자제어유닛(ECU, 10)으로 송신한다. 따라서 차량 전자제어유닛(10)은 통신부(200)에서 수신된 제스처 신호 및 음성 신호에 대응되도록 차량의 기능을 제어한다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 음성 및 제스처 인식 장치의 제스처 인식 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 11을 참조하여, 음성 및 제스처 인식 장치(100)에서 제스처 인식 방법에 대해 설명한다.
송신 패드(110)에서 전기장이 발생한다(S101).
송신 패드(110)에서는 사용자의 손동작에 대한 제스처를 인식하기 위해 소정의 전기장이 방출된다. 그에 따라 송신 패드(110)는 전기장의 왜곡을 통해 사용자의 손동작에 대해 제스처에 대한 전기적인 신호를 수신 패드(120)로 전송한다.
수신 패드(120)에서는 감지된 전기신호를 검출한다(S103).
수신 패드(120)에서는 중앙부(121), 동부(123), 서부(125), 남부(127) 및 북부(129)에서 감지된 전기신호를 순차적으로 검출한다. 수신 패드(120)에서 중앙부(121), 동부(123), 서부(125), 남부(127) 및 북부(129)의 신호를 순차적으로 검출하는 순서는 변경될 수 있다.
검출된 전기신호에 대해 시간 별 이동 위치를 기록한다(S105).
제스처 검출기(130)에서 사용자의 제스처에 대해 소정의 시간 간격(예컨대, 0.1ms)으로 제스처의 깊이 및 방향을 검출한다. 제스처의 깊이는 사용자의 손과 송신 패드(110) 사이의 거리를 이용하여 깊이를 측정하고, 제스처의 방향은 평면상에서 사용자의 손이 이동하는 방향을 통해 검출한다.
검출된 제스처에 대한 전기장 왜곡과 기 설정된 전기장 패턴을 비교한다(S107).
검출된 제스처에 의해 전기장이 왜곡되는 패턴이 기 설정된 전기장의 왜곡 패턴과 비교하고, 특정 패턴과 일치하는 경우에 해당 특정 패턴이 검출된 결과를 출력한다.
검출된 제스처에 대한 전기장의 왜곡된 패턴이 기 설정된 전기장의 왜곡 패턴이 일치하는지 확인한다(S109).
기 설정된 전기장의 왜곡 패턴은, 인공신경망을 이용하여 학습되어 저장된 전기장의 왜곡 패턴일 수 있다. 따라서 검출된 사용자의 제스처가 기 설정된 전기장의 왜곡 패턴과 비교하여 특정 패턴과 일치하는 경우에 해당 특정 패턴이 검출된 결과를 출력한다.
손동작을 인식한다(S111).
손동작의 인식은, 제스처 인식기(140)에서 이루어지며, 제스처 검출기(130)로부터 사용자의 제스처가 특정 패턴에 해당하는 경우에 사용자의 제스처를 인식한다.
인식된 손동작에 대한 제스처가 차량의 제어 명령과 일치하는지 확인한다(S113).
인식된 손동작에 대한 제스처가 차량의 제어 명령과 일치하는지에 대한 확인은, 제스처 인식기(140)에서 이루어지며, 인식된 사용자의 제스처가 차량의 제어 명령과 일치하는 제스처인지 확인한다.
통신 명령을 전송한다(S115).
따라서 인식된 사용자의 제스처가 차량의 제어 명령과 일치하면, 제스처 인식기(140)는 해당 명령을 통신기에 전송한다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 음성 및 제스처 인식 장치의 음성 인식 방법을 설명하기 위한 도면이다.
음성 신호를 순차적으로 수신한다(S201).
차량 내부에 설치된 제1 마이크(151), 제2 마이크(153) 및 제3 마이크(155)에서 음성 신호를 순차적으로 수신한다. 이때, 제1 마이크(151), 제2 마이크(153) 및 제3 마이크(155)는 차량 내부에서 서로 다른 위치에 설치될 수 있다.
수신된 음성 신호 중 특정 dB 이상의 음성 신호를 검출한다(S203).
제1 마이크(151), 제2 마이크(153) 및 제3 마이크(155)는, 노이즈가 수신되는 것을 최소화하기 위해 소정 이상의 dB에 해당하는 소리에 해당하는 음성 신호를 검출한다.
검출된 음성 신호에서 노이즈를 제거한다(S205).
노이즈는 사용자의 음성 신호에 해당하는 소정 범위의 주파수에 대한 것을 제외한 나머지 음성 신호이다. 따라서 노이즈 제거부(161)는 소정 범위보다 높은 고주파나 소정 범위보다 낮은 저주파를 제거하여 노이즈를 제거할 수 있다.
노이즈가 제거된 음성 신호에서 잔향을 제거한다(S207).
잔향 제거부(163)는 노이즈가 제거된 음성 신호에서 잔향을 제거하여 음성 신호에 대해 사용자의 음성에 대한 신호만 남길 수 있다.
잔향이 제거된 음성 신호의 방향 및 위치를 검출한다(S209).
방향 및 위치 검출부(165)에서 잔향이 제거된 음성 신호에 대해 방향 및 위치를 검출한다. 방향 및 위치 검출부(165)는 마이크부(150)의 제1 마이크(151), 제2 마이크(153) 및 제3 마이크(155) 중 어느 것에서 가장 크게 인식되었는지를 통해 사용자의 음성 신호에 대한 방향 및 위치를 검출한다.
방향 및 위치가 검출된 음성 신호에 대한 빔을 형성한다(S211).
빔 형성부(167)는 방향 및 위치 검출부(165)에서 검출된 음성 신호에 대한 방향 및 위치를 이용하여 음성 신호에 대한 빔(beam)을 형성한다.
빔이 형성된 음성 신호에 대한 최적의 음성 신호를 검출한다(S213).
음성신호 검출부(170)는 음성 전처리기(160)에서 전처리가 이루어진 음성 신호가 입력되고, 입력된 음성 신호에 대해 최적의 음성 신호를 검출할 수 있다.
검출된 음성 신호와 음성 패턴을 비교한다(S215).
음성패턴 검출부(180)는 음성신호 검출부(170)에서 검출된 음성 신호와 기 설정된 음성 패턴을 비교하고, 검출된 음성 신호가 기 설정된 음성 패턴에 해당하는지 판단한다.
패턴이 확인된 음성 신호에 대해 차량 제어를 위한 명령인지 확인한다(S217).
음성 인식기(190)는 검출된 음성 신호가 기 설정된 음성 패턴과 비교하여 차량의 제어 명령과 일치하는지 확인한다.
확인된 음성 신호를 전송한다(S219).
음성 인식기(190)에서 음성신호 검출기에서 검출된 음성 신호가 차량의 제어 명령과 일치하는 경우 해당 신호를 통신기에 전송하고, 일치하지 않는 경우 해당 음성 신호를 통신기에 전달하지 않고 음성 신호를 다시 인식한다.
위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시예에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시예는 본 발명의 바람직한 예를 들어 설명하였을 뿐이므로, 본 발명이 상기 실시예에만 국한되는 것으로 이해돼서는 안 되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 등가개념으로 이해되어야 할 것이다.
100: 음성 및 제스처 인식 장치
110: 송신 패드
120: 수신 패드
121: 중앙부
123: 동부
125: 서부
127: 남부
129: 북부
130: 제스처 검출기
131: 깊이 검출부
133: 방향 검출부
140: 제스처 인식기
150: 마이크부
151: 제1 마이크
153: 제2 마이크
155: 제3 마이크
160: 음성 전처리기
161: 노이즈 제거부
163: 잔향 제거부
165: 방향 및 위치 검출부
167: 빔 형성부
170: 음성신호 검출부
180: 음성패턴 검출부
181: 음성 메모리
190: 음성 인식기
200: 통신부
10: 차량 전자제어유닛

Claims (8)

  1. 사용자의 손에 대한 제스처를 감지하기 위해 전기장(electric field)을 방출하는 송신 패드;
    상기 송신 패드에서 방출된 전기장이 왜곡되는 것을 검출하는 수신 패드;
    상기 수신 패드에서 전기장의 왜곡으로 상기 제스처를 인식하는 제스처 인식기;
    상기 사용자의 음성 신호를 검출하는 마이크부;
    상기 마이크부에서 검출된 음성 신호에 대해 음성 신호에 대한 노이즈의 제거를 포함하는 전처리를 수행하는 음성 전처리기;
    상기 음성 전처리기에서 전처리된 음성 신호를 인식하는 음성 인식부; 및
    상기 제스처 인식기 및 상기 음성 인식부에서 인식된 제스처에 대한 신호 및 음성 신호를 차량의 전자제어유닛으로 전송하는 통신기를 포함하고,
    상기 수신 패드는
    소정의 너비를 가지도록 배치되고, 사용자의 제스처가 이동되지 않고 소정의 위치에 일정 시간 이상 동안 고정되어 있는지 여부에 대하여 인식하는 중앙부;
    상기 중앙부의 우측에 배치되고, 소정의 너비를 가지도록 배치되며, 사용자의 제스처가 상기 중앙부를 기준으로 우측 방향(x축 방향)으로 이동하는 경우에 이를 인식하는 동부;
    상기 중앙부의 좌측에 배치되며, 소정의 너비를 가지도록 배치되고, 사용자의 제스처가 상기 중앙부를 기준으로 좌측 방향(-x축 방향)으로 이동하는 경우에 이를 인식하는 서부;
    상기 중앙부의 아래 측에 배치되고, 소정의 너비를 가지도록 배치되며, 사용자의 제스처가 상기 중앙부를 기준으로 아랫방향(-y 방향)으로 이동하는 경우에 이를 인식하는 남부; 및
    상기 중앙부의 위 측에 배치되며, 소정의 너비를 가지도록 배치되고, 사용자의 제스처가 상기 중앙부를 기준으로 위 방향(y축 방향)으로 이동하는 경우에 이를 인식하는 북부를 포함하며,
    상기 마이크부는 상기 차량의 내부에 서로 다른 위치에 배치되는 제1 마이크, 제2 마이크 및 제3 마이크를 포함하는 복수 개의 마이크를 포함하되, 제1 마이크, 제2 마이크 및 제3 마이크 각각에서 인식되는 음성 신호 중 일정 이하의 dB에 해당하는 소리와 같은 노이즈를 인식하지 않고, 일정 이상의 dB에 해당하는 음성 신호만 인식하는,
    음성 및 제스처 인식 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 수신 패드에서 전기장의 왜곡으로 상기 제스처의 깊이 및 방향을 검출하는 제스처 검출기를 더 포함하고,
    상기 제스처 인식기는 상기 제스처 검출기에서 인식된 깊이 및 방향을 이용하여 상기 제스처를 인식하는,
    음성 및 제스처 인식 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제스처 검출기는 상기 제스처의 깊이 및 방향을 검출하여 제스처 패턴을 검출하고, 검출된 제스처 패턴과 기 설정된 제스처 패턴을 비교하며,
    상기 제스처 인식기는 상기 제스처 검출기에서 상기 검출된 제스처 패턴과 상기 기 설정된 제스처 패턴이 일치하는 경우에 상기 제스처를 인식하는,
    음성 및 제스처 인식 장치.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 음성 전처리기는,
    상기 마이크부에서 검출된 음성 신호에서 노이즈를 제거하는 노이즈 제거부;
    상기 노이즈 제거부에서 노이즈가 제거된 음성 신호에서 잔향을 제거하는 잔향 제거부;
    상기 잔향 제거부에서 잔향이 제거된 음성 신호에서 음성 신호의 방향 및 위치를 검출하는 방향 및 위치 검출부; 및
    상기 방향 및 위치 검출부에서 방향 및 위치가 검출된 음성 신호에 대해 빔(beam)을 형성하는 빔 형성부를 포함하는,
    음성 및 제스처 인식 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 노이즈 제거부는 사용자의 음성 신호 주파수 범위보다 높은 고주파수에 해당하는 신호 및 사용자의 음성 신호 주파수 범위보다 낮은 저주파수에 해당하는 신호를 제거하여 노이즈를 제거하는,
    음성 및 제스처 인식 장치.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 음성 전처리기에서 전처리된 음성 신호에서 사용자의 음성 신호의 방향 및 위치에 대해 고려된 음성 신호를 검출하는 음성신호 검출부를 더 포함하고,
    상기 음성 인식부는, 상기 음성신호 검출부에서 방향 및 위치에 대해 고려된 음성 신호를 인식하는,
    음성 및 제스처 인식 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 음성신호 검출부에서 검출된 음성신호와 기 설정된 음성 신호 패턴을 비교하여 출력하는 음성패턴 검출부를 더 포함하고,
    상기 음성 인식부는 상기 음성패턴 검출부에서 기 설정된 음성 신호 패턴에 해당하는 검출된 음성신호를 인식하는,
    음성 및 제스처 인식 장치.
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