임베디드 시스템을 위한 터치스크린 패널의 터치 영역 인식 기법의 성능 비교 Performance Comparison of the Recognition Methods of a Touched Area on a Touch-Screen Panel for Embedded Systems원문보기
터치스크린 기능이 있는 LCD 패널이 부착된 임베디드 시스템의 경우, 사용자 입력 명령의 전달을 위해 사각형, 오각형, 원, 화살표 같은 다양한 도형들이 자주 사용된다. 이 경우, 특정 명령 입력 여부의 판단을 위해 터치된 지점이 그 명령을 의미하는 도형 내에 있는지의 여부를 판단하는 알고리즘이 필요하다. 그러나 이런 알고리즘들은 제한된 컴퓨팅 자원을 갖는 임베디드 시스템의 경우 상당한 오버헤드를 유발 할 수 있다. 본 논문의 목적은 현재 널리 쓰이고 있는 터치 영역 인식 알고리즘들을 구현하고, 그 성능을 평가하여 가장 효율적인 인식 방법을 제시하는데 있다. 따라서 본 논문은 우선 터치스크린 LCD 모듈이 부착된 LN2440SBC 임베디드 보드를 위한 터치스크린의 초기화 및 구동 방법과 터치스크린의 좌표를 LCD 패널의 좌표에 맞춰 조절하는 좌표보정 방법을 설명하고, 다음에 도형 영역의 터치 여부의 판단을 위해 사용 되고 있는 사각형의 범위 검사법, 오각형과 같은 다각형의 교차 수(crossing number) 검사법, 원의 거리 측정법, 그리고 모든 도형들에 적용 가능한 색상 비교법을 구현한다. 이 방법들의 성능평가를 위해, 사각형, 오각형, 원, 그림 등을 그리기 위한 이차원 그래픽스 함수들을 구현하고 도형을 생성한 후, 각 방법에 따라 해당 도형들의 영역 터치 여부를 판단하는데 걸리는 시간을 측정한다. 이 측정 결과, 사각형은 범위 검사법이, 원은 거리 측정법이, 다각형 및 그림을 이용한 도형일 경우에는 색상 비교법이 가장 적합한 것으로 나타났다.
터치스크린 기능이 있는 LCD 패널이 부착된 임베디드 시스템의 경우, 사용자 입력 명령의 전달을 위해 사각형, 오각형, 원, 화살표 같은 다양한 도형들이 자주 사용된다. 이 경우, 특정 명령 입력 여부의 판단을 위해 터치된 지점이 그 명령을 의미하는 도형 내에 있는지의 여부를 판단하는 알고리즘이 필요하다. 그러나 이런 알고리즘들은 제한된 컴퓨팅 자원을 갖는 임베디드 시스템의 경우 상당한 오버헤드를 유발 할 수 있다. 본 논문의 목적은 현재 널리 쓰이고 있는 터치 영역 인식 알고리즘들을 구현하고, 그 성능을 평가하여 가장 효율적인 인식 방법을 제시하는데 있다. 따라서 본 논문은 우선 터치스크린 LCD 모듈이 부착된 LN2440SBC 임베디드 보드를 위한 터치스크린의 초기화 및 구동 방법과 터치스크린의 좌표를 LCD 패널의 좌표에 맞춰 조절하는 좌표보정 방법을 설명하고, 다음에 도형 영역의 터치 여부의 판단을 위해 사용 되고 있는 사각형의 범위 검사법, 오각형과 같은 다각형의 교차 수(crossing number) 검사법, 원의 거리 측정법, 그리고 모든 도형들에 적용 가능한 색상 비교법을 구현한다. 이 방법들의 성능평가를 위해, 사각형, 오각형, 원, 그림 등을 그리기 위한 이차원 그래픽스 함수들을 구현하고 도형을 생성한 후, 각 방법에 따라 해당 도형들의 영역 터치 여부를 판단하는데 걸리는 시간을 측정한다. 이 측정 결과, 사각형은 범위 검사법이, 원은 거리 측정법이, 다각형 및 그림을 이용한 도형일 경우에는 색상 비교법이 가장 적합한 것으로 나타났다.
In case of an embedded system having an LCD panel with touch-screen capability, various figures such as rectangles, pentagons, circles, and arrows are frequently used for the delivery of user-input commands. In such a case, it is necessary to have an algorithm that can recognize whether a touched lo...
In case of an embedded system having an LCD panel with touch-screen capability, various figures such as rectangles, pentagons, circles, and arrows are frequently used for the delivery of user-input commands. In such a case, it is necessary to have an algorithm that can recognize whether a touched location is within a figure on which a specific user-input command is assigned. Such algorithms, however, impose a considerable amount of overhead for embedded systems with restricted amount of computing resources. This paper first
describes a method for initializing and driving a touch-screen LCD and a coordinate-calibration method that converts touch-screen coordinates into LCD panel coordinates. Then it introduces methods that can be used for recognizing touched areas of rectangles, many-sided figures like pentagons, and circles; they are a range checking method for rectangles, a crossing number checking method for many-sided figures, a distance measurement method for circles, and a color comparison method that can be applied to all figures. In order to
evaluate the performance of these methods, we implement two-dimensional graphics functions for drawing figures like triangles, rectangles, circles, and images. Then, we draw such figures and measures times spent for the touched-area recognition of these figures. Measurements show that the range checking is the most suitable method for rectangles, the distance measurement for circles, and the color comparison for many-sided figures and images.
In case of an embedded system having an LCD panel with touch-screen capability, various figures such as rectangles, pentagons, circles, and arrows are frequently used for the delivery of user-input commands. In such a case, it is necessary to have an algorithm that can recognize whether a touched location is within a figure on which a specific user-input command is assigned. Such algorithms, however, impose a considerable amount of overhead for embedded systems with restricted amount of computing resources. This paper first
describes a method for initializing and driving a touch-screen LCD and a coordinate-calibration method that converts touch-screen coordinates into LCD panel coordinates. Then it introduces methods that can be used for recognizing touched areas of rectangles, many-sided figures like pentagons, and circles; they are a range checking method for rectangles, a crossing number checking method for many-sided figures, a distance measurement method for circles, and a color comparison method that can be applied to all figures. In order to
evaluate the performance of these methods, we implement two-dimensional graphics functions for drawing figures like triangles, rectangles, circles, and images. Then, we draw such figures and measures times spent for the touched-area recognition of these figures. Measurements show that the range checking is the most suitable method for rectangles, the distance measurement for circles, and the color comparison for many-sided figures and images.
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문제 정의
본 논문은 터치스크린 LCD 모듈인 LP35가 부착된 LN2440SBC 임베디드 보드[1]를 위한 터치스크린 초기화 및 구동 방법과 터치스크린 좌표를 LCD 패널 좌표에 맞춰 조절하는 좌표 보정 방법(calibration)[2]을 설명하고, 도형 영역의 터치 여부를 판단하기 위한 방법으로, 임의의 점이 사각형 영역의 X좌표와 Y좌표의 범위 내에 존재하는지 검사하는 사각형의 범위 검사법과 임의의 점의 오른쪽으로 무한한 길이의 선분을 긋고, 이 선분이 도형의 변과 교차하는 횟수가 홀수번인지, 짝수번인지에 따라 판단하는 다각형의 교차 수 검사법[3,4], 임의의 점과 원점의 거리를 구한 후, 반지름의 길이와 비교함으로써 판단하는 원의 거리 측정법, 그리고 배경화면 색과 도형의 색을 달리 하여, 임의의 점의 색과 도형의 색을 비교함으로써 모든 도형에 적용 가능한 색상 비교 방법을 구현한다.
본 논문은 터치스크린 모듈인 LP35가 부착된 LN2440SBC 임베디드 보드를 사용하여 터치스크린의 구동을 위한 초기화 방법 및 좌표 보정 방법을 설명했다. 또한, 제한된 컴퓨팅 환경을 가지는 임베디드 시스템에서 사용자 명령 입력을 위해 도형들을 사용할 경우, 명령 입력 판단 방법에 따라 성능에 영향을 끼칠 수 있으므로, 각 상황에 적합한 판단 방법을 제시하기 위해 도형으로 표현된 특정 영역의 터치여부의 판단 방법으로 사용되고 있는 사각형의 범위 검사법, 다각형의 교차 수 검사법, 원의 거리 측정법, 그리고 이런 모든 도형들에 적용 가능한 색상 비교법을 구현하고, 이 방법들의 성능 평가를 위해 이차원 그래픽스 함수들을 구현 했으며, 이를 이용하여 도형을 생성한 후, 각 방식에 따라 도형들의 영역 터치 여부를 판단하는데 소요되는 시간을 측정했다.
제안 방법
도형 영역의 터치 여부를 판단하기 위한 방법들의 성능평가를 위해, 선, 사각형을 포함한 다각형, 원 같은 기본적인 이차원 도형들과 그림을 출력 할 수 있는 함수들을 구현한다. 표 1은 본 논문에서 구현한 이차원 그래픽스 라이브러리 함수들을 보여준다.
그러나 이런 알고리즘들은 제한된 컴퓨팅 자원을 갖는 임베디드 시스템의 경우 상당한 오버헤드를 유발 할 수 있다. 따라서 현재 널리 쓰이고 있는 터치 영역 인식 기법들을 구현하고 성능 비교 후, 그 결과를 근거로 각 상황에 적합한 판단 방법을 제시한다.
본 논문은 터치스크린 모듈인 LP35가 부착된 LN2440SBC 임베디드 보드를 사용하여 터치스크린의 구동을 위한 초기화 방법 및 좌표 보정 방법을 설명했다. 또한, 제한된 컴퓨팅 환경을 가지는 임베디드 시스템에서 사용자 명령 입력을 위해 도형들을 사용할 경우, 명령 입력 판단 방법에 따라 성능에 영향을 끼칠 수 있으므로, 각 상황에 적합한 판단 방법을 제시하기 위해 도형으로 표현된 특정 영역의 터치여부의 판단 방법으로 사용되고 있는 사각형의 범위 검사법, 다각형의 교차 수 검사법, 원의 거리 측정법, 그리고 이런 모든 도형들에 적용 가능한 색상 비교법을 구현하고, 이 방법들의 성능 평가를 위해 이차원 그래픽스 함수들을 구현 했으며, 이를 이용하여 도형을 생성한 후, 각 방식에 따라 도형들의 영역 터치 여부를 판단하는데 소요되는 시간을 측정했다. 이 측정결과 사각형은 범위 검사법이, 원은 거리 측정법이, 다각형 및 그림을 이용한 도형일 경우에는 색상 비교법이 가장 적합한 것으로 나타났다.
터치스크린을 이용하여 임의의 위치를 터치한 후, 터치된 픽셀 좌표를 획득한 시점부터 터치된 픽셀이 도형의 영역에 존재하는지를 판단하는데 소요되는 시간을 측정했다. 사각형은 범위 검사법, 색상 비교법, 교차 수 검사법을 비교하고, 원형은 거리측정법과 색상 비교법을 비교하며, 다각형은 교차 수 검사법과 색상 비교법을 비교했다.
인자로 다각형의 꼭지점들의 좌표와 꼭지점 수, 터치된 픽셀 좌표를 입력 받는다. 우선 터치된 픽셀의 오른쪽으로 가상의 선을 생성하고, 다각형의 변을 이루는 모든 직선과 가상의 선의 교차 여부를 검사한다. 교차된 변의 수가 짝수면 터치된 픽셀은 도형의 내부에, 홀수면 외부에 존재한다.
이 방법들의 성능 평가를 위해 사각형, 오각형, 원, 그림 등을 그리기 위한 이차원 그래픽스 함수들을 구현하고, 이를 이용해서 도형을 생성한 후, 각 방법에 따라 해당 도형들의 영역 터치 여부를 판단하는데 소요되는 시간을 측정한다. 이 측정된 시간을 근거로 각 방법의 사용에 적합한 상황을 판단한 결과, 사각형은 범위 검사법이, 원은 거리 측정법이, 다각형과 그림은 색상 비교법이 적합한 것으로 나타났다.
터치스크린 인터럽트를 대기하기 위해 인터럽트 대기모드를 설정하고, 인터럽트 발생 시 터치된 X, Y의 아날로그 위치 값의 디지털 값으로의 변환을 위해 자동 X/Y 위치 변환 모드를 설정한다. 인터럽트 대기상태에서 터치 인터럽트의 발생여부의 확인을 위해, 터치스크린에서 사용하는 ADC의 4개 채널(YP, YM, XP, XM)에 연결된 스위치와 XP에 연결된 풀업 스위치의 활성화 여부를 설정해야 한다. 인터럽트 대기상태에서는 풀업과 YM 스위치만 활성화하여 스크린이 터치 될 경우, X축과 Y축이 접촉되어 인터럽트를 발생하도록 설정한다.
코어의 속도는 최고속도인 405Mh로 설정하였다. 측정은 PWM(pulse width modulation) 타이머를 이용하며, 세밀한 측정을 위해 타이머 클럭을 35Mh로 설정하여, 1틱 당 0.029us의 시간이 소요 되도록 하였다.
터치스크린 인터럽트를 대기하기 위해 인터럽트 대기모드를 설정하고, 인터럽트 발생 시 터치된 X, Y의 아날로그 위치 값의 디지털 값으로의 변환을 위해 자동 X/Y 위치 변환 모드를 설정한다. 인터럽트 대기상태에서 터치 인터럽트의 발생여부의 확인을 위해, 터치스크린에서 사용하는 ADC의 4개 채널(YP, YM, XP, XM)에 연결된 스위치와 XP에 연결된 풀업 스위치의 활성화 여부를 설정해야 한다.
터치스크린을 이용하여 임의의 위치를 터치한 후, 터치된 픽셀 좌표를 획득한 시점부터 터치된 픽셀이 도형의 영역에 존재하는지를 판단하는데 소요되는 시간을 측정했다. 사각형은 범위 검사법, 색상 비교법, 교차 수 검사법을 비교하고, 원형은 거리측정법과 색상 비교법을 비교하며, 다각형은 교차 수 검사법과 색상 비교법을 비교했다.
대상 데이터
성능 평가는 터치스크린 모듈인 LP35가 부착된 LN2440SBC 임베디드 보드에서 측정한다. 코어의 속도는 최고속도인 405Mh로 설정하였다.
이론/모형
원형의 영역인 경우, 도형의 둘레가 직선이 아니라 호로 이루어져 있으므로 교차 수 방법을 적용 할 수 없다. 따라서 원의 거리 측정법을 사용한다. 거리 측정법은 그림 2와 같이 피타고라스 정의를 이용하여 임의의 점과 원 사이의 거리를 구하고 이 거리가 원의 반지름 보다 작거나 같다면 원의 내부에, 크다면 외부에 존재하는 것으로 판단한다.
선을 그리는 DrawLine 함수와 원을 그리는 DrawCircle 함수는 Bresenham의 선, 원 알고리즘[7,8]을 사용한다. 방정식을 이용하여 선과 원을 그릴 경우 발생하는 실수 연산의 느린 연산속도 문제를 해결하기 위해 고안된 Bresenham 알고리즘은 정수 계산을 이용해 실제 직선과 원에 가까운 좌표를 찾아 그리는 효율적인 선, 원 생성 알고리즘이다.
성능/효과
또한, 제한된 컴퓨팅 환경을 가지는 임베디드 시스템에서 사용자 명령 입력을 위해 도형들을 사용할 경우, 명령 입력 판단 방법에 따라 성능에 영향을 끼칠 수 있으므로, 각 상황에 적합한 판단 방법을 제시하기 위해 도형으로 표현된 특정 영역의 터치여부의 판단 방법으로 사용되고 있는 사각형의 범위 검사법, 다각형의 교차 수 검사법, 원의 거리 측정법, 그리고 이런 모든 도형들에 적용 가능한 색상 비교법을 구현하고, 이 방법들의 성능 평가를 위해 이차원 그래픽스 함수들을 구현 했으며, 이를 이용하여 도형을 생성한 후, 각 방식에 따라 도형들의 영역 터치 여부를 판단하는데 소요되는 시간을 측정했다. 이 측정결과 사각형은 범위 검사법이, 원은 거리 측정법이, 다각형 및 그림을 이용한 도형일 경우에는 색상 비교법이 가장 적합한 것으로 나타났다.
이 방법들의 성능 평가를 위해 사각형, 오각형, 원, 그림 등을 그리기 위한 이차원 그래픽스 함수들을 구현하고, 이를 이용해서 도형을 생성한 후, 각 방법에 따라 해당 도형들의 영역 터치 여부를 판단하는데 소요되는 시간을 측정한다. 이 측정된 시간을 근거로 각 방법의 사용에 적합한 상황을 판단한 결과, 사각형은 범위 검사법이, 원은 거리 측정법이, 다각형과 그림은 색상 비교법이 적합한 것으로 나타났다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
교차 수 검사법은 무엇인가?
오각형 이상의 다각형 영역의 경우에는 교차 수 검사법이 사용 된다. 교차 수 검사법은 그림 1과 같이 임의의 점의 오른쪽으로 무한한 길이의 가상 선분을 긋고, 이 가상 선분이 도형의 변과 홀수 번 교차하면 점이 도형의 내부에, 짝수 번 교차하면 외부에 존재한다. 이 방법의 경우, 오른쪽으로 가상의 선을 그어, 다각형의 모든 변과 교차하는지를 계산해야 해야 하는 오버헤드가 존재한다.
원형의 영역에서 교차 수 방법을 적용할 수 없는 이유는 무엇인가?
원형의 영역인 경우, 도형의 둘레가 직선이 아니라 호로 이루어져 있으므로 교차 수 방법을 적용 할 수 없다. 따라서 원의 거리 측정법을 사용한다.
임베디드 시스템에서 사용자 입력 명령의 전달을 위해 사각형, 오각형, 원, 화살표 같은 다양한 도형을 사용할 때 어떤 알고리즘이 필요한가?
하드웨어의 발전에 따라 많은 임베디드 시스템에서 터치스크린 LCD가 사용 되고 있으며, 이런 임베디드 시스템의 경우, 사용자 입력 명령의 전달을 위해 사각형, 오각형, 원, 화살표 같은 다양한 도형들이 자주 사용된다. 이 경우, 특정 명령에 대한 입력 여부의 판단을 위해 터치된 지점이 그 명령을 의미하는 도형 내에 존재하는지의 여부를 판단하는 알고리즘이 필요하다. 그러나 이런 알고리즘들은 제한된 컴퓨팅 자원을 갖는 임베디드 시스템의 경우 상당한 오버헤드를 유발 할 수 있다.
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