KR100441032B1 - Drug diagnosis system using movement of pupils - Google Patents
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Abstract
본 발명은 외부자극에 대한 자율신경시스템의 반응을 보여주는 동공의 움직임에 대한 지연시간, 교감신경 및 부교감신경의 반응시간과 반응속도, 동공확대 지연시간, 동공반경회복률 등과 같은 파라미터를 산출하여 마약복용자를 찾아낼 수 있도록 하는 동공움직임을 이용한 마약진단시스템에 관한 것으로서, 한번 또는 여러번의 빛, 소리, 물리적, 화학적 온도적 자극에 의해 동공의 움직임을 촬영하여 이로부터 산출되는 동공움직임그래프로부터 최초동공크기, 동공축소지연시간, 부교감 신경 반응크기, 부교감신경 반응속도(평균), 부교감신경반응속도 변환율, 최소 동공크기, 교감신경 반응지연시간, 교감신경 반응속도, 교감신경반응속도 변화율, 교감신경 반응크기를 산출한후 상기 산출 파라미터들에 대해 사전에 설정된 정상적인 사람의 파라미터들과 비교하여 각각의 조건에 따라 마약복용여부를 진단하도록 하여, 사용이 편리하고, 측정시 피검사자에 거부감을 주지 않으며, 측정결과에 대한 신뢰도가 기존방법에 비해 현저히 높은 마약진단시스템을 제공할 수 있는 효과가 있는 발명임.The present invention calculates the parameters such as the delay time for the movement of the pupil showing the response of the autonomic nervous system to the external stimulus, the reaction time and reaction speed of the sympathetic and parasympathetic nerve, the pupillary delay time, the pupillary recovery rate, etc. A drug diagnosis system using pupil movements, which allows to find the pupil, the first pupil size from the pupil movement graph produced by photographing pupil movements by light or sound, physical and chemical temperature stimulation , Pupillary delay time, parasympathetic response size, parasympathetic response rate (average), parasympathetic response rate, minimum pupil size, sympathetic response time, sympathetic response rate, sympathetic response rate, sympathetic response rate After calculating the parameter of the normal person previously set for the calculation parameters Compared with other patients, it is possible to diagnose drug use according to each condition so that it is convenient to use, does not give objection to test subjects, and can provide a drug diagnosis system with significantly higher reliability than the existing methods. It is an invention that has an effect.
Description
본 발명은 동공의 움직임을 감지하여 마약의 복용여부를 감지하도록 하는 마약진단시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 외부자극에 대한 자율신경시스템의 반응을 보여주는 동공의 움직임에 대한 지연시간, 교감신경 및 부교감신경의 반응시간과 반응속도, 동공확대 지연시간, 동공반경회복률 등과 같은 파라미터를 산출하여 마약복용자를 찾아낼 수 있도록 하는 동공움직임을 이용한 마약진단시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a drug diagnosis system that detects the movement of the pupil to detect whether the drug is taken, and more particularly, the delay time, the sympathetic nerve, and the movement of the pupil showing the response of the autonomic nervous system to external stimulation. The present invention relates to a drug diagnosis system using pupil movements that can detect drug users by calculating parameters such as reaction time and reaction speed of the parasympathetic nerve, pupil enlargement delay time, pupil radius recovery rate, and the like.
종래에 마약의 복용여부를 진단하기 위한 방법으로는 혈액검사, 소변검사 그리고 모발검사 등을 이용하였다. 그러나 기존방법은 마약복용 후 24~28시간 후에는 인체 내에 잔류하는 마약이 거의 없어서 검사의 정확도가 현저히 떨어지는 문제점이 있었다.Conventionally, a blood test, a urine test, and a hair test were used as a method for diagnosing drug use. However, the existing method has a problem that the accuracy of the test is significantly lowered because there is almost no drug remaining in the human body after 24 to 28 hours after drug use.
한편, 최근에는 생체인식에 관한 다양한 기술이 개발되고 있는 바, 그 중 하나인 홍채인식기술은 사람마다 생후 1∼2년내에 개인별로 고유한 패턴이 형성돼 평생 변하지 않는 고유한 눈동자의 홍채패턴을 구별해서 신분을 증명하는 것으로, 이는 신체의 일부분을 이용해 신분을 증명하는 생체인식기술 중 가장 완벽하게 개인을 식별해 내는 것으로 평가받고 있으며, 10 ∼ 30 cm정도 떨어진 근접상태에서 자동 초점조절 카메라로 홍채패턴을 인식하는 비접촉 방식이기 때문에 사용시 거부감이 없는 장점을 가지고 있는 인식방법이다.Recently, various technologies related to biometrics have been developed, and one of them, the iris recognition technology, forms a unique pattern for each individual within one to two years after birth, so that the unique iris pattern does not change for a lifetime. It is distinguished by identification, which is considered to be the most complete identification of a biometric technology that uses a part of the body to prove identity, and the iris with an autofocus camera at a distance of 10 to 30 cm. Because it is a non-contact method that recognizes patterns, it is a recognition method that has the advantage of no rejection in use.
본 발명은 상기한 사정을 감안하여 발명한 것으로, 본 발명은 홍채와 동공의 움직임을 이용한 개인인식에 관한 것으로서, 그 과정에서 마약복용자의 동공의 움직임과 관련한 많은 연구결과를 얻은 것이 본 발명의 기초가 되었다. 동공의 움직임은 외부자극에 대한 자율신경시스템의 반응을 보여주고 있으며, 이와 같은 동공움직임의 시간적 천이과정을 나타내는 그래프를 동공움직임그래프, 동공반응도 또는 퓨필로그램(pupillogram)이라 하는데, 이에 대한 일례가 도 1에 도시되어있다.The present invention has been invented in view of the above circumstances, and the present invention relates to personal recognition using the movement of the iris and the pupil. In the process, many research results related to the movement of the pupil of the drug user have been obtained. Became. The movement of the pupil shows the response of the autonomic nervous system to the external stimulus. The graph showing the temporal transition process of the pupil movement is called the pupil movement graph, the pupil reactivity or the pupillogram. Is shown in FIG.
동공움직임그래프는 R.마케머(1941)에 의해 처음으로 다음 방정식과 같이 근사적으로 표현되었다.The pupil movement graph was first approximated by R. Marker (1941) as
Di= D0+ Klαt D i = D 0 + Kl αt
여기서 Di는 최초의 동공직경, D0는 동공이 최대 수축되었을 때의 폭, t는 시간, l은 자연대수의 기호, k와 α는 어떤 계수를 나타낸다.Where D i is the initial pupil diameter, D 0 is the width at which the pupil is deflated, t is time, l is the natural logarithm, and k and α are some coefficients.
도 1에 도시된 동공움직임그래프의 수학적 모델을 설명하는 계수로는 지연시간, 교감신경 및 부교감신경의 반응시간과 반응속도, 동공확장지연시간, 동공반경 회복율 등이 있다.Coefficients describing the mathematical model of the pupil movement graph shown in FIG. 1 include a delay time, reaction time and reaction speed of the sympathetic nerve and parasympathetic nerve, pupil expansion delay time, pupil radius recovery rate, and the like.
본 발명은 상기한 동공움직임그래프에서 마약중독자의 동공분석과 서로 다른 여러 연령층의 동공움직임그래프의 분석을 통해 마약중독자에게 나타나는 동공움직임그래프 파라미터의 특성을 응용하여 마약중독여부를 진단할 수 있도록 하는 동공움직임을 이용한 마약진단방법을 제공하고자 함에 발명의 목적이 있다.The present invention is a pupil to diagnose the drug addiction by applying the characteristics of the pupil movement graph parameters appearing to the drug addict through the analysis of the pupil addict in the pupil movement graph and the pupil movement graph of different age groups An object of the present invention is to provide a method for diagnosing drugs using movement.
도 1은 일반적인 동공움직임그래프.도 2는 본 발명의 구현을 위한 마약진단시스템의 구성도.도 3은 본 발명에 따른 마약복용판별시스템에서의 마약진단방법을 설명하기 위한 흐름도.Figure 1 is a typical pupil movement graph. Figure 2 is a block diagram of a drug diagnosis system for the implementation of the present invention. Figure 3 is a flow chart for explaining a drug diagnosis method in the drug use discrimination system according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 파라미터를 설명하기 위한 동공움직임그래프이다.*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*10 -- 카메라시스템, 11 -- 카메라,12 -- 콘트롤보드, 20 -- 마약복용판별시스템.Figure 4 is a pupil movement graph for explaining the parameters according to the present invention. * Description of the symbols for the main parts of the drawings * 10-Camera system, 11-Camera, 12-Control board, 20-Drug use Discrimination system.
상기한 목적을 실현하기 위한 본 발명은, 한번 또는 여러번의 빛, 소리, 물리적, 화학적 온도적 자극에 의해 동공의 움직임을 촬영하여 이로부터 산출되는 동공움직임그래프로부터 최초동공크기, 동공축소지연시간, 부교감신경 반응크기, 부교감신경 반응속도(평균), 부교감신경반응속도 변환율, 최소 동공크기, 교감신경 반응지연시간, 교감신경 반응속도, 교감신경반응속도 변화율, 교감신경 반응크기를 산출한후 상기 산출 파라미터들중에서 선택된 파라미터에 대해 사전에 설정된 정상적인 사람의 파라미터들과 비교하여 각각의 조건에 따라 마약복용여부를 진단하도록 하는 방법으로 이루어져 있다.The present invention for realizing the above object, the first pupil size, the pupil shrinkage delay time, from the pupil movement graph calculated from the pupil movement by the light or sound, physical, chemical temperature stimulation once or several times Calculate parasympathetic response size, parasympathetic response rate (average), parasympathetic response rate, minimum pupil size, sympathetic response time, sympathetic response rate, sympathetic response rate, sympathetic response size Among the parameters, a method of diagnosing drug use according to each condition is compared with those of a normal human person who is preset for the selected parameter.
본 발명에 따른 다른 실시예에는, 외부 자극에 의해 동공을 촬영할 때 양쪽 동공의 움직임을 동시에 측정하도록 하는 것을 특징으로 한다.Another embodiment according to the present invention is characterized in that the movement of both pupils is simultaneously measured when imaging the pupil by an external stimulus.
본 발명에 따른 다른 실시예에는, 동공움직임그래프에 자율신경환 움직임의 평균, 특정 자율신경환부분의 움직임 또는 일부 특정 자율신경환 부분의 평균시간을 포함하도록 함을 특징으로 한다.Another embodiment according to the present invention is characterized in that the pupil movement graph includes an average of autonomic ring movements, a specific autonomic ring portion movement, or an average time of some specific autonomic ring portions.
또한, 본 발명에 따른 또다른 실시예는, 동공의 촬영시 빛, 소리, 물리적, 화학적 온도적 자극이 있는 상태에서 자극을 제거했을 때 동공 또는 자율신경환의 움직임을 촬영하도록 함을 특징으로 한다.In addition, another embodiment according to the present invention is characterized in that to shoot the movement of the pupil or autonomic nervous system when the stimulus is removed in the state of light, sound, physical and chemical temperature stimulation during the imaging of the pupil.
이하 본 발명의 작용을 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.도 2는 본 발명의 구현을 위한 마약진단시스템의 구성도를 나타내고, 도3은 본 발명에 따른 마약복용판별시스템에서의 마약진단방법을 설명하기 위한 흐름도를 나타낸다.마약진단시스템은 카메라(11)와 콘트롤보드(12)로 이루어지는 카메라시스템 (10)이 컴퓨터시스템으로 이루어지는 마약복용판별시스템(20)과 통신라인으로 연결되어 이루어져 있다.마약복용여부를 검사하기 위하여 상기 카메라시템(10)에서는 피검자의 홍채이미지를 예컨대 약3초 동안 동영상으로 촬영하여 마약복용판별시스템(20)으로 전송한다.마약복용판별시스템(2)에서는 수신된 홍채이미지로부터 동공의 경계를 추출하기 위하여 동양의 각 프레임별로 이미지를 전처리하는 단계를 수행하고, 홍채 촬영중간에 발생하는 플래쉬에 의한 빛의 자극에 대해 동공의 크기 변화를 구하기 위하여 동영상의 각 프레임별로 동공의 경계를 추출하여 그 크기를 구하는 단계를 수행한다. 이어 그 크기 변화를 그래프형태로 표현한 후 후술되는 바와 같은 마약복용여부를 판단하는데 사용될 파라메터를 구하여 마약복용여부를 최종 결정하여 디스플레이장치에 표시하거나 인쇄장치를 통해 출력하도록 이루어져 있다.Hereinafter, the operation of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 2 shows a block diagram of a drug diagnosis system for implementing the present invention, and FIG. 3 shows a drug diagnosis method in a drug use discrimination system according to the present invention. The drug diagnosis system comprises a camera system 10 consisting of a camera 11 and a control board 12 connected to a drug use discrimination system 20 consisting of a computer system and a communication line. In order to check whether the camera system 10 receives the image of the subject's iris, for example, a video for about 3 seconds and transmits to the drug screening system 20. In the drug screening system 2, the received iris In order to extract the boundary of the pupil from the image, preprocessing the image for each frame of the orient, and In order to obtain a change in the size of the pupil with respect to the stimulation of the light by flash, the step of extracting the boundary of the pupil for each frame of the video is performed. Then, the size change is expressed in the form of a graph, and then a parameter to be used for determining drug use as described below is obtained, and finally, drug use is determined and displayed on a display device or output through a printing device.
도 3은 본 발명에 따른 카메라시스템(10)에서 촬영되어 마약복용판별시스템 (20)에서 분석추출된 후 마약복용여부를 판별하는 데 응용되는 각 파라미터들을 설명하기 위한 동공움직임그래프를 나타낸 것으로, 이를 참조하여 각 파라미터들에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.3 shows a pupil movement graph for explaining each parameter that is photographed by the camera system 10 according to the present invention and analyzed and extracted by the drug use discrimination system 20, and then applied to determine whether the drug is used. With reference to each parameter in detail as follows.
1) 최초동공 크기 : AL 1) Initial pupil size: A L
피검사자의 나이 및 인체기관의 생리학적 상태에 따라 크기가 다르며, 생물학적 나이, 마약 및 알콜중독, 대뇌장애 상태 등 판단에 주요정보가 된다.The size varies according to the age of the examinee and the physiological state of the human organs, and is important information for determining biological age, drug and alcoholism, and cerebral disorders.
2) 동공축소 지연시간 : TL 2) Pupil reduction delay time: T L
최초 섬광(기타 다른 자극 포함)에 의해 자극이 주어진 시간에서부터 동공이 수축하기 시작하는 시간으로서, 피검사자의 나이, 신경반응속도, 독성중독의 영향을 나타내는 파라미터이다.The time at which the pupil begins to contract from the time the stimulus is given by the initial flash (including other stimuli) and is a parameter that indicates the effects of age, neurological response, and toxic poisoning of the subject.
3) 부교감신경 반응 크기 : AL- Am 3) parasympathetic response size: A L -A m
최초 및 반응후 최종 동공크기의 차이로서, 일차반응속도, 자율신경시스템의 안정성 등을 알 수 있다.As the difference between the initial and final pupil sizes, the primary reaction rate and the stability of the autonomic nervous system can be known.
4) 부교감신경 반응속도(평균) : Tm1- TL 4) Sympathetic nerve reaction rate (average): T m1 -T L
동공수축시부터 최종 동공크기인 최대반응점까지의 신경반응속도로서, 외부영향에 대한 자율신경시스템의 영향을 알 수 있다.The effect of autonomic nervous system on external influences can be seen as the rate of neural response from the time of pupil contraction to the maximum response point, the final pupil size.
5) 부교감신경 반응속도변화율 : SP 5) Change rate of parasympathetic response: S P
외부신경체액의 영향을 받는 부분으로서, 부교감신경반응속도가 가속되는 정도, 감속되는 정도를 나타내는 것으로, ⓐ에서 ⓑ까지 반응할 때 동공의 축소속도를 나타낸다.As affected by the external nervous system fluid, the parasympathetic nerve reaction rate is accelerated and decelerated, and the reaction rate from the ⓐ to ⓑ is the contraction rate of the pupil.
6) 최소동공 크기 : Am 6) Minimum pupil size: A m
나이 및 외부영향의 정도를 알 수 있는 파라미터.This parameter shows the age and the degree of external influence.
7) 교감신경 반응지연시간 : Tm2- Tm1 7) Sympathetic delay time: T m2 -T m1
외부의 항독작용에 대해 반응하는 파라미터이다.It is a parameter that responds to external antitoxicity.
8) 교감신경 반응속도 : Ss8) Sympathetic nerve reaction rate: Ss
동공이 확대(회복)되어 나가는 속도의 평균으로서, Tm2∼ Tm1, T1∼ T2구간등 여러 구간으로 나뉘어 구하며, 여러 구간별 다른 값을 가진다. 그리고 개인별로 다른 특성을 여러 단계에서 보여 준다.It is the average of the speed at which the pupil expands (recovers), and is divided into several sections such as T m2 to T m1 and T 1 to T 2 sections, and has different values for different sections. Individuals show different characteristics at different levels.
9) 교감신경 반응속도 변화율9) Rate of change in sympathetic nerve response
여러 단계에서 교감신경 반응속도가 변화되어지는 가속도로서, 항마약반응의 정도를 보여 준다.The rate at which the sympathetic response changes at various stages, indicating the extent of the anti-narcotic response.
10) 교감신경 반응 크기10) sympathetic response size
교감신경이 회복된 정도로서, 동공크기의 회복된 정도이다. T1, T2에서의 교감신경 반응 크기는 A1- Am, A2- Am으로 각각 나타낸다.The sympathetic nerve is restored, and the pupil size is recovered. Sympathetic response magnitudes in T 1 and T 2 are expressed as A 1 -A m and A 2 -A m , respectively.
11) 5 단계에 있어서의 단계별 동공회복정도11) Degree of pupil recovery in 5 stages
동공이 회복되어지는 정도를 5 단계에서 각각 표시한 파라미터이다. 이중 T1과 T2는 각각 동적 홍채영상의 40번째 프레임시간과 70번째 프레임시간을 나타내는 것인데, 이는 변할 수 있는 것이다.This is a parameter that indicates the degree to which the pupil is recovered in five steps. T 1 and T 2 , respectively, represent the 40th frame time and the 70th frame time of the dynamic iris image, which can be changed.
12) 동공 축소율12) pupil reduction
동공이 축소된 비율로서, 부교감신경의 반응정도를 나타내는 정규화 값(Normalized Value) 이다The percentage of pupil dilation, which is a normalized value representing the response of the parasympathetic nerves.
13) 부교감신경과 교감신경의 균형율13) Balance between parasympathetic and sympathetic nerves
동공이 축소, 회복되는 단계에서 부교감신경과 교감신경의 균형정도를 나타낸 비율로서, A1에서의 교감-부교감신경 반응비율은, A2에서의 교감-부교감신경 반응비율은이다.The ratio of the sympathetic nerve and the sympathetic nerve at the stage of shrinking and restoring the pupil, the ratio of sympathetic-sympathetic response at A 1 is , The sympathetic-sympathetic response rate at A 2 is to be.
14) 동공 회복율14) Pupil Recovery
동공이 축소되었다가 회복되어 나갈 때, 일정시간이 지난후의 회복된 비율로서 마약에 대한 동공반응의 척도이며, 자율신경시스템의 반응능력을 측정하는 파라미터이다.As the pupil shrinks and then recovers, it is the rate of recovery after a certain period of time, a measure of pupil response to drugs, and a measure of the ability of the autonomic nervous system to respond.
15) 동공움직임 곡선의 특정각도에서의 특성15) Characteristics at specific angles of the pupil movement curve
특정각도에서의 동공움직임 곡선에서부터, 특정각도에서의 교감신경과 부교감신경의 특성(크기 및 비율)을 얻을 수 있다. 이 특성에서부터, 나이와 독성에 따른 영향을 알 수 있다.From the pupil movement curve at a specific angle, the characteristics (size and ratio) of the sympathetic and parasympathetic nerves can be obtained. From this property, the effects of age and toxicity are known.
16) 양쪽 동공 동시 분석16) Simultaneous analysis of both pupils
본 방법의 큰 특징중 하나는 양쪽 동공을, 동시에, 실시간으로 측정하는데 있다. 이와 같은 경우, 오른쪽과 왼쪽 동공움직임 그래프는 훨씬 유효한 정보를 포함한다.One of the great features of this method is to measure both pupils simultaneously and in real time. In such cases, the right and left pupil movement graphs contain much more valid information.
상기 각 파라미터들은 동공움직임에 따라 시간영역에서 나오는 파라미터이나 이를 주파수영역에서도 검출할 수 있음은 당분야에서 통상의 지식을 가진 자이면 쉽게 이해할 수 있을 것이다.Each of the parameters can be easily understood by those skilled in the art that it can be detected in the time domain or the parameter coming from the time domain as the pupil moves.
마약복용여부판별시스템(20)에서는 피검자가 마약을 복용한 사람인지 여부를 판별할 때 마약을 복용한 사람의 경우는, 자율신경시스템, 특히 부교감신경시스템이 마약의 영향을 받아서, 마약을 복용하지 않는 사람의 동공움직임그래프와 상이하기 때문에 촬영된 홍채이미지로부터 동공움직임그래프를 유추하여 개별적으로 복용하는 마약의 감지에 이용하게 된다.In the drug use determination system 20, when the test subject is a person who takes a drug, the autonomous nervous system, in particular, the parasympathetic nervous system, is affected by the drug and does not take the drug. Because it is different from the pupil movement graph of a person who does not, the pupil movement graph is inferred from the photographed iris image and used to detect the drugs to be taken individually.
또한, 마약복용자의 경우는, 좌측 및 우측 동공움직임그래프에서 얻은 파라미터들의 비율이 크게 다르다. 그러므로, 본 발명의 중요한 발명 중 하나인, 카메라시스템(11)에서 좌우 홍채이미지를 동시에 촬영하여 마약복용여부판별시스템에서 양쪽 동공움직임 동시 분석은, 마약복용여부 판단의 정확도를 훨씬 높여준다.In addition, in the case of drug users, the ratio of parameters obtained in the left and right pupil movement graphs is significantly different. Therefore, simultaneous analysis of both pupil movements in the drug use determination system by simultaneously photographing the left and right iris images in the camera system 11, which is one of the important inventions of the present invention, increases the accuracy of drug use determination.
상기한 바와 같이 본 발명에 의하면, 실시간에 있어서의 양쪽 동공의 반응에 관한 양쪽 눈의 동시적이고 대칭적인 등록 시스템은 동공운동 분석의 정보력과 신뢰성을 상당한 정도로 증가시킬 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, the simultaneous and symmetric registration system of both eyes with respect to the reaction of both pupils in real time has an effect that can significantly increase the information power and reliability of pupil movement analysis.
또한, 빛, 온도, 촉각 혹은 기타 다른 자극에 대한 오른쪽과 왼쪽 동공의 반응의 비교는 많은 수의 소위 균형 파라미터들을 나타내 보여 주었고, 그들을 사용할 수 있게 하여 주었으며, 독극물의 영향과 많은 신경질환의 장애 등을 확인 할 수 있는 장점이 있다.In addition, the comparison of the response of the right and left pupils to light, temperature, tactile or other stimuli showed a large number of so-called balance parameters, which made them available, the effects of toxins and many neurological disorders. There is an advantage that you can check.
본 발명의 실험결과로서 본 발명에 따른 시제품으로 마약복용자를 수용하여 치료하는 시설에서 479명의 마약복용자를 시험한 결과(1999년 10월 - 12월), 76%의 수용자를 마약복용자로서 찾아내는 놀라운 결과를 얻었다. 이는 기존방법(혈액검사, 소변검사등)으로는 수용 후 3일이 지난 중증중독자에게조차 정상으로 나오는 결과에서, 위의 수치는 놀라운 결과이다. 본 시제품으로 일본의 경시청과 미국 FBI에서의 시연에서도 좋은 반응을 얻었다.As a test result of the present invention, the test results of 479 drug users in the facility receiving and treating drug users as a prototype according to the present invention (October-December 1999), surprising results of finding 76% of the prisoners as drug users Got. This is a surprising result in the conventional method (blood test, urine test, etc.), even if the severe addict after 3 days of acceptance is normal. The prototype received good response from demonstrations by the Japanese Police Agency and the US FBI.
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