KR101725357B1 - Method and Device for measuring PPG signal by using mobile device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 심장의 수축기와 이완기에 따라 각각의 압력에 따른 혈관에 있는 산소 포화도는 달라질 것이며 이에 따라 빛의 흡수는 달라지게 된다. 그에 의해 피부(손가락, 얼굴 등)에 보이는 색상정보(RGB, 명암 등)에 값은 산소 포화도에 영향을 받아 값이 변동되는 것을 확인 할 수 있다. 따라서 변동되는 색상정보 값을 이용하여 맥파를 복원하는 작업을 수행한다.According to the present invention, depending on the systolic and diastolic phases of the heart, the oxygen saturation in the blood vessel will vary depending on the respective pressure, and the absorption of light will be different. Accordingly, it is possible to confirm that the value is affected by the oxygen saturation in the color information (RGB, contrast, etc.) seen on the skin (finger, face, etc.). Accordingly, a work for restoring a pulse wave is performed using the color information value that is changed.
Description
본 발명은 맥파 신호 측정 방법 및 이를 적용하는 장치에 관한 것으로 상세히는 스마트-폰과 같은 휴대용 단말기를 이용한 맥파 신호 측정 방법 및 이를 적용하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a pulse wave signal measuring method and an apparatus for applying the same, and more particularly, to a pulse wave signal measuring method using a portable terminal such as a smartphone and an apparatus for applying the method.
유헬스(u-Health) 사업이 등장하면서 언제나 어디서나 이용 가능한 건강관리 및 의료서비스가 중요하게 되었다. 따라서 사람의 건강을 모니터링 할 수 있는 방법에 대한 관심을 가지게 되고 있다. 대표적인 방법이 생체신호를 통한 사람의 건강 모니터링으로 뇌, 심전도, 혈압 등의 방법들이 제공되고 있다. 그러나 위와 같은 생체 신호를 확인하기 위해선 사용자들이 특정 장소(연구소, 병원 등)을 방문해야 하는 단점과 또한 검사를 위한 고가의 비용적 문제점이 제기 될 수 있다. 결정적으로 유헬스 사업의 가장 중요한 포인트인 언제, 어디서라는 부분을 이행하기 위해선 센서 장비들의 무게와 부피가 큰 단점이 있다. 따라서 유헬스 사업 분야에서 자연스럽게 대체 센싱 장비에 대한 개발이 관심을 가지게 되었다. 착용이 가능한(Wearable) 장비들의 목적은 사용자들에게 공간적, 시간적 장점을 높여줄 뿐만 기존 센싱 장비와 같은 퀄리티한 생체신호를 측정하는데 목적을 가지고 있다. 그러나 이것 또한 장비를 따로 구매해야 하는 약간의 단점을 가지고 있다.With the advent of the u-Health business, health care and health services that are available everywhere have become important. Therefore, they are interested in how to monitor human health. A representative method is a method of monitoring human health through bio-signals, such as brain, electrocardiogram, and blood pressure. However, in order to confirm the above-mentioned bio-signals, there are disadvantages that users have to visit specific places (research institutes, hospitals, etc.) and expensive cost problems for inspection. The crucial point of the u-health business is that the weight and volume of the sensor equipment are large in order to carry out where and when. Therefore, interest in the development of alternative sensing equipment naturally came to be interested in u-health business field. The purpose of the wearable devices is to increase the spatial and temporal advantages for users and to measure quality biological signals like existing sensing devices. However, this also has some drawbacks to purchase equipment separately.
본 발명은 휴대용 단말기를 이용한 맥파 측정 방법 및 장치를 제공한다.The present invention provides a method and an apparatus for measuring a pulse wave using a portable terminal.
본 발명은 광학적인 방법에 의해 맥파를 측정하는 방법 및 이를 적용하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method for measuring a pulse wave by an optical method and an apparatus for applying the method.
따라서 본 발명은 고가의 장비 지원이나 특정 검사장소로의 이동이 없이 간편하게 맥파를 측정할 수 있는 방법 및 이를 적용하는 장치를 제공한다.Therefore, the present invention provides a method of easily measuring pulse waves without expensive equipment support or movement to a specific inspection site, and an apparatus for applying the method.
본 발명에 따른 맥파 측정 방법: 은The pulse wave measuring method according to the present invention comprises:
휴대용 단말기를 이용해 피험자의 안면과 손가락에 대한 제1영상과 제2영상을 각각 획득하는 단계;Obtaining a first image and a second image of a subject's face and a finger, respectively, using the portable terminal;
상기 제1영상과 제2영상으로부터 상기 손가락과 피부의 혈류 변화를 나타내는 제1신호와 제2신호를 추출하는 단계; 그리고Extracting a first signal and a second signal indicative of changes in blood flow of the finger and skin from the first image and the second image; And
상기 제1신호와 제2신호를 이용하여 상기 피험자의 맥파(PPG) 신호를 생성하는 단계;를 포함한다.And generating a pulse wave (PPG) signal of the subject using the first signal and the second signal.
본 발명의 구체적인 실시 예에 따르면, 상기 제1신호를 추출하는 단계는 상기 제1영상 각각으로부터 R(적색), G(녹색), B(청색) 신호 값을 추출하는 단계를 포함한다.According to a specific embodiment of the present invention, extracting the first signal includes extracting R (red), G (green), and B (blue) signal values from each of the first images.
본 발명의 구체적인 실시예에 따르면 ICA(Independent component analysis)를 통해 상기 제1영상으로부터 R, G, B 신호값을 추출한다.According to a specific embodiment of the present invention, R, G and B signal values are extracted from the first image through ICA (Independent Component Analysis).
본 발명의 구체적인 실시예에 따르면, 상기 피험자의 맥파 신호를 추출하는 단계에서 상기 제1신호와 제2신호에 대한 회귀분석(Regression Analysis)를 이용하여 각 신호간의 웨이트 벡터(W1, W2)를 계산하고, 계산된 두 웨이트 벡터를 이용해 상기 제1신호와 제2신호를 결합하여 상기 PPG 신호를 프로세싱한다.According to a specific embodiment of the present invention, in extracting the pulse wave signal of the subject, the weight vectors W1 and W2 between the respective signals are calculated using a regression analysis for the first signal and the second signal And combines the first signal and the second signal using the calculated two weight vectors to process the PPG signal.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 상기 제2신호는 혈류 변화에 따른 색상 또는 HSV 색공간에서의 HSI(intensity, 명도)의 변화를 나타낸다.According to an embodiment of the present invention, the second signal represents a change in HSI (intensity, brightness) in hue or HSV color space according to a blood flow change.
본 발명의 구체적인 실시예에 따르면, 상기 혈류 변화에 따른 상기 색상의 변화는 적색의 크기값의 변화를 나타낸다.According to a specific embodiment of the present invention, the change in hue according to the blood flow change represents a change in the magnitude of red.
본 발명의 기본 배경은 심장의 수축기와 이완기에 따라 각각의 압력에 따른 혈관에 있는 산소 포화도를 변화를 이용하여 맥파 정보를 포함하는 제1신호와 제2신호를 추출한다.The basic background of the present invention is to extract a first signal and a second signal including pulse wave information using a change in oxygen saturation in a blood vessel according to respective pressures according to the systolic and diastolic phases of the heart.
본 발명에 따른 맥파 측정 장치:는The pulse wave measuring apparatus according to the present invention comprises:
상기 맥파 측정 방법을 수행하는 것으로, By performing the pulse wave measuring method,
상기 제1영상을 획득하는 제1카메라,A first camera for acquiring the first image,
상기 제2영상을 획득하는 제2카메라,A second camera for acquiring the second image,
상기 제1카메라와 제2카메라가 설치되는 몸체: 그리고A body on which the first camera and the second camera are installed; and
상기 몸체 내에 마련되는 것으로 상기 제1, 제2카메라로부터의 영상을 처리/분석하는 프로세싱 시스템; 을 포함한다.A processing system provided in the body for processing / analyzing images from the first and second cameras; .
상기 본체는 제1면과 그 반대의 제2면을 포함하며,Wherein the body includes a first side and a second side opposite to the first side,
상기 제1카메라는 제1면에 마련되는 전방카메라이고,Wherein the first camera is a front camera provided on the first surface,
상기 제2카메라는 제2면에 마련되는 후방카메라이다.The second camera is a rear camera provided on the second surface.
된다.do.
본 발명에 다른 맥파 측정 장치의 한 실시예에 따르면,According to one embodiment of the pulse wave measuring apparatus according to the present invention,
상기 제1면에 디스플레이 장치가 마련되고,A display device is provided on the first surface,
상기 제1카메라는 제1면에서 상기 디스플레이 장치의 일측에 마련된다.The first camera is provided on one side of the display device on the first side.
본 발명에 따르면, 피험자 또는 사용자가 자신의 기본적인 건강상태를 체크에 필요한 생체신호를 별도의 장비 구매 없이 자신이 가지고 있는 스마트폰 등의 휴대용 단말기에 설치되는 간단한 어플리케이션을 통해 모니터링 할 수 있다. 이러한 본 발명은 맥파 검출을 따른 피험자의 공간적, 시간적 자유도를 높여주며 비용적인 절감을 가능하게 한다.According to the present invention, a subject or a user can monitor a bio-signal required for checking his / her basic health condition through a simple application installed in a portable terminal such as a smart phone without purchasing a separate equipment. The present invention improves the spatial and temporal degrees of freedom of a subject in detecting a pulse wave and enables cost reduction.
도1의 (a), (b)는 휴대용 단말기의 제1면(전면)과 제2면(후면)을 보이는 것으로휴대용 단말기의 전체적인 구성을 개략적으로 도시한다.
도2의 (a)와 (b)는 스마트폰 등과 같은 휴대용 단말기를 이용한 맥파 측정 방법을 예시한다.
도3은 휴대용 단말기를 이용해 PPG를 추출하는 방법의 개념을 설명하는 도면이다.
도4는 휴대용 단말기를 이용해 PPG를 추출하는 방법을 예시하는 것으로, 전방 카메라를 이용한 사용자의 안면의 촬영, 후방카메라를 이용한 혈류 변화 촬영 후, 신호 처리 흐름을 보이는 블럭도이다.
도5는 사용자의 안면 촬영 후, R, G, B 신호를 이용한 신호 처리를 설명하는 도면이다.
도6은 일반적으로 알려진 슬라이딩 윈도우(Sliding window)의 개념을 설명하는도면이다.
도7은 사용자의 손가락 촬영 후, 영상의 색상 성분인 R(적색), Intensity(명도)신호를 이용하여 신호 처리 과정의 순서도이다.1 (a) and 1 (b) schematically show the overall configuration of a portable terminal by showing a first side (front side) and a second side (rear side) of the portable terminal.
2 (a) and 2 (b) illustrate a pulse wave measuring method using a portable terminal such as a smart phone.
3 is a view for explaining the concept of a method of extracting a PPG using a portable terminal.
FIG. 4 is a block diagram illustrating a signal processing flow after photographing a face of a user using a front camera and taking a blood flow change photograph using a rear camera, illustrating a method of extracting PPG using a portable terminal.
FIG. 5 is a view for explaining signal processing using R, G, and B signals after a face image of a user.
6 is a view for explaining the concept of a generally known sliding window.
FIG. 7 is a flowchart of a signal processing process using the R (red) and Intensity (brightness) signals, which are color components of an image after the user's finger is photographed.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서, 본 발명에 따른 맥파 측정 방법 및 이를 적용하는 장치의 실시예를 상세히 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of a pulse wave measuring method and an apparatus for applying the pulse wave measuring method according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명은 현재 많이 보급되어 있는 스마트폰 중 전후면에 독립된 카메라가마련되는 휴대용 단말기를 이용한다. The present invention uses a portable terminal equipped with independent cameras on the front and rear sides of smart phones, which are currently popular.
도1의 (a), (b)에 도시된 바와 같이, 휴대용 단말기의 몸체(10)는 디스플레이(12)가 마련되는 제1면(10a, 전면)과 이 반대면을 제2면(10b, 후면)을 포함한다.The body 10 of the portable terminal has a first surface 10a on which the display 12 is provided and a second surface 10b opposite the surface on which the display 12 is provided as shown in Figures 1 (a) and 1 (b) Rear).
상기 제1면(10a)과 제2면(10b)에는 제1카메라(전방카메라, 11a)와 제2카메라(후방카메라, 11b)가 설치된다.A first camera (a front camera 11a) and a second camera (a rear camera 11b) are installed on the first surface 10a and the second surface 10b.
상기 휴대용 단말기의 몸체(10) 내부에는 상기 제1카메라(11a)와 제2카메라(11b)를 이용하여 획득한 제1신호와 제2신호를 처리하는 프로세싱 시스템(13)이 마련된다. 상기 프로세싱 시스템(13)은 마이크로 프로세서를 중심으로 하는 하드웨어와 이에서 작동하는 것으로 OS(Operating System) 및 이를 기반으로 실행되는 소프트웨어를 포함한다.A processing system 13 for processing the first signal and the second signal acquired using the first camera 11a and the second camera 11b is provided in the body 10 of the portable terminal. The processing system 13 includes hardware based on a microprocessor, operating system (OS) and software running on it.
제1카메라(11a)와 제2카메라(11b)는 피험자의 안면과 손가락의 내면을 동시에 촬영한다. 이러한 촬영은 피험자의 얼굴과 손가락에서의 혈류 변화를 광학적으로 검출하기 위한 것이다.The first camera 11a and the second camera 11b simultaneously photograph the face of the subject and the inner surface of the finger. Such a photographing is intended to optically detect a change in blood flow in the subject's face and a finger.
사람의 혈액은 45%의 적혈구와 54.3%의 혈장으로 이루어져 있으며, 기존의 맥파 신호의 측정은 피부 표면에 가까운 모세혈관을 통해 적혈구의 순환을 이용하였다. 적혈구의 세포질 안에 온 몸에 산소를 운반하는 역할을 하는 철분인 헤모글로빈이 많이 포함되어 있다. 산소 포화도는 빛의 흡수를 변동하게 하는 변수로 총 헤모글로빈 농도에 대한 산소와 결합한 산화헤모글로빈(Hbo2) 농도의 백분율을 말한다Human blood consists of 45% red blood cells and 54.3% plasma. Conventional measurement of pulse wave signals used circulation of red blood cells through capillaries close to skin surface. There are many hemoglobin in the cytoplasm of erythrocytes, which is the iron that carries oxygen to the whole body. Oxygen saturation refers to the percentage of the concentration of oxidized hemoglobin (Hbo2) bound to oxygen for total hemoglobin concentration, which is a variable that varies the absorption of light
본 발명에 따르면 스마트폰 등의 휴대용 단말기에 장착된 전후방 카메라를 사용하여 영상 처리를 통해 산소 포화도 변화를 검출하여 피험자의 맥파 신호를 추출 또는 생성할 수 있게 된다.According to the present invention, it is possible to extract or generate a pulse wave signal of a subject by detecting a change in oxygen saturation through image processing using a front and rear camera mounted on a portable terminal such as a smart phone.
도2는 본 발명에 따른 맥파 신호 검출할 때 휴대용 단말기에 의한 촬영방법을 설명한다. FIG. 2 illustrates a method of photographing by a portable terminal when detecting a pulse wave signal according to the present invention.
먼저, 도2의 (a)에 도시된 바와 같이, 사용자가 한 손(30)으로 잡은 상태에서 전방 카메라(11a)를 이용해 상체가 화면(12) 상에 나타나도록 촬영한다. 이렇게 촬영하면, 본 발명에 따르면, 촬상된 영역 중 안면 영역(40)이 관심 영역(Region of Interest, ROI)으로 트랙킹 되어 유효 신호 영역으로 선택된다. 한편, 한 손(30)의 장지 또는 검지(31)를 후방 카메라(11b)에 얹은 상태에서 손가락의 내면을 촬영한다. 이때에 손가락의 혈류를 촬영하기 위해서는 손가락 부분이 밝아야 하며, 따라서 외부가 어둡거나 실내 공간인 경우 손가락 부분이 조명될 수 있도록 한다.First, as shown in FIG. 2 (a), the user takes a picture with the upper body being displayed on the screen 12 by using the front camera 11a in a state of being held by the one hand 30. In this way, according to the present invention, the facial region 40 of the captured region is tracked as a region of interest (ROI) and is selected as the effective signal region. On the other hand, the inner surface of the finger is photographed in a state in which the cloth or the index finger 31 of one hand 30 is placed on the rear camera 11b. At this time, in order to photograph the blood flow of the finger, the finger portion must be bright, so that the finger portion can be illuminated when the outside is dark or when it is an indoor space.
도3을 참조하면서, 본 발명에 따른 맥파 신호 검출 방법의 개관을 살펴본다.Referring to FIG. 3, an overview of a pulse wave signal detection method according to the present invention will be described.
제1단계(S31)로서 도2의 (a), (b)에 도시된 바와 같은 방법으로 촬영한다. 즉, 피험자는 손(30)으로 휴대형 단말기(10)를 들고서 손가락 내면과 안면을 촬영한다.As a first step S31, photographing is performed by the method shown in Figs. 2A and 2B. That is, the subject holds the portable terminal 10 with his or her hand 30 to photograph the inside face and the face of the finger.
제2단계(S32)로서 촬영된 안면 영상(S32a)과 손가락 영상(S32b)을 획득한다.And obtains the photographed face image S32a and the finger image S32b in the second step S32.
제3단계(S33)에서 안면 영상(S32a)과 손가락 영상(S32b)으로부터 피험자의 맥파에 대응하는 두 신호, 안면의 혈류 변화신호 및 손가락의 혈류 변화 신호를 추출 한다(S33). S33 단계에서 안면의 혈류 변화신호(제1신호, S33a)와 손가락의 혈류 변화신호(제2신호, S33b)는 후술하는 방법에 따라 수행된 안면 영상 및 손가락 영상으로부터의 신호추출(Signal Extraction)로부터 얻어진다.In the third step S33, two signals corresponding to the subject's pulse wave, a blood flow change signal on the face, and a blood flow change signal of the finger are extracted from the face image S32a and the finger image S32b (S33). In step S33, the blood flow change signal (the first signal, S33a) and the blood flow change signal (the second signal, S33b) of the face are obtained from the signal extraction from the facial image and the finger image performed according to a method described later .
제4단계(S34)에서 상기 제1신호(S33a)와 제2신호(S33b)를 결합하고, 그 다음의제5단계(S35)에서 결합된 신호를 이용해 피험자의 PPG 신호를 형성(Formation or restoration)한다.The first signal S33a and the second signal S33b are combined in the fourth step S34 and the PPG signal of the subject is formed using the combined signal in the following fifth step S35 )do.
도4를 참조하면서, 본 발명에 다른 맥파 검출 방법을 좀 더 구체적으로 설명한다.Referring to FIG. 4, the pulse wave detecting method according to the present invention will be described in more detail.
제1단계(S41): 관심 영역(Region of Interest, ROI) 인식(recognition)을 시작한다. 본 발명에서 관심 영역은 사용자의 안면(도2에서 40)과 손가락 내면으로서 휴대장치의 전후 카메라를 이용해 사용자의 안면 및 손가락의 내면을 일정 시간 동안 동영상의 촬영이다.First step (S41): Starts recognition of the region of interest (ROI). In the present invention, the region of interest is the photographing of the moving image for a certain period of time on the face of the user and the inside of the finger using the front and rear cameras of the portable device as the face (40 in Fig.
제2단계(S42): 안면과 손가락 내면에 대한 동영상을 획득하여 여기에서 데이터를 추출한다.Second step S42: The moving image about the face and the finger inner surface is acquired and data is extracted therefrom.
제3단계(S43): 스마트폰 전방 카메라를 이용하여 실시간으로 획득한 안면 영상에서 PPG신호를 획득하기 위해 획득한 안면 영상에 R(적색), G(녹색), B(청색) 데이터를 추출한다. R, G, B 값에서 ICA(Independent component analysis)알고리즘을 적용하여 순수한 신호(제1신호)를 추출한다.Third step S43: R (red), G (green), and B (blue) data are extracted from the facial image acquired to obtain the PPG signal from the facial image acquired in real time using the smartphone forward camera . An ICA (Independent Component Analysis) algorithm is applied to R, G, and B values to extract a pure signal (first signal).
제4단계(S44, S45): 상기 제3단계와 같이 동시에, 상기 스마트폰의 후방 카메라를 이용하여 실시간으로 획득한 손가락 영상으로부터 영상의 색상 성분인 R(적색)값 혹은 Intensity(HSI)값을 추출하여 한다.Fourth step (S44, S45): As in the third step, the R (red) value or the Intensity (HSI) value, which is the color component of the image, is obtained from the finger image obtained in real time using the rear camera of the smartphone And extracted.
제5단계(S46): R(적색)값 혹은 Intensity(HSI)값으로부터 손가락에서의 혈류 변화를 나타내는 제2신호를 추출한다.Step 5 (S46): A second signal indicating the change in blood flow in the finger is extracted from the R (red) value or the Intensity (HSI) value.
제6단계(S47): 회귀 분석(Regression Analysis)을 이용하여, 상기 제1신호(안면의 혈류 변화신호)와 제2신호(손가락의 혈류 변화 신호)간의 웨이트 팩터(W1, W2)를 계산한다.Step S47: The weight factors W1 and W2 between the first signal (blood flow change signal on the face) and the second signal (blood flow change signal on the finger) are calculated using a regression analysis .
제7단계(S48); 상기 도출된 웨이트 팩터(W1, W2)를 이용해 제1신호와 제2신호를 결합하는 프로세싱을 수행 한다.Step S48; And performs processing for combining the first signal and the second signal using the derived weight factors W1 and W2.
제8단계(S49): 상기 프로세싱에 의해 얻어진 데이터를 이용하여 실시간으로 피험자의 PPG 신호를 측정한다.Step 8 (S49): The subject's PPG signal is measured in real time using the data obtained by the processing.
이하에서 구체적으로 손가락과 안면으로부터 얻은 신호의 처리하는 과정을 설명한다. 도5를 참조하면서 얼굴 영상으로부터 신호를 추출하는 방법을 상세히 설명한다.Hereinafter, a process of processing a signal obtained from the finger and the face will be described in detail. A method of extracting a signal from a facial image will be described in detail with reference to FIG.
S41 단계: 먼저 휴대용 단말기(10)의 전방 카메라를 이용하여 상반신의 추출한다. 여기에서 실시간으로 획득한 안면(사각 테두리)을 ROI(관심 영역, 40)으로서 트래킹하고, 트래킹한 영상만을 획득한다.Step S41: First, the upper part of the body is extracted using the front camera of the portable terminal 10. Here, the face (rectangular frame) acquired in real time is tracked as ROI (ROI) 40, and only the tracked image is acquired.
S42: 획득한 안면 영상의 매 프레임마다 영상의 색상 성분인 R(적색), G(녹색), B(청색) 값을 각각 추출한다.S42: R (red), G (green), and B (blue) values, which are the color components of the image, are extracted for each frame of the acquired facial image.
S43: 추출한 R, G, B 값에 ICA(Independent component analysis) 알고리즘을 적용하여 영상의 색상 성분인 순수 신호를 추출하고, 추출한 순수 신호 중 가장 PPG신호와 유사한 패턴을 보이는 PPG 신호를 제1신호로 채택한다.S43: An ICA (Independent Component Analysis) algorithm is applied to the extracted R, G and B values to extract a pure signal, which is a color component of the image, and a PPG signal showing a pattern similar to the PPG signal among the extracted pure signals is converted into a first signal .
S44: 실시간으로 제1신호, 즉 맥파 신호를 획득하기 위해 도6에 도시된 바와 같은 슬라이딩윈도우(Sliding window) 알고리즘을 적용하여 일정 윈도우 크기(Window size)의 데이터를 해상도(resolution)만큼 이동하면서 실시간으로 맥파 신호를 추출한다(도 7참조).
S44: In order to acquire a first signal, i.e., a pulse wave signal, in real time, a sliding window algorithm as shown in FIG. 6 is applied, and data of a certain window size is moved by resolution, The pulse wave signal is extracted (see FIG. 7).
다음은 도6을 참고하면서 손가락으로 맥박 측정하는 과정을 설명한다.Hereinafter, a process of measuring a pulse with a finger will be described with reference to FIG.
S71: 휴대용 단말기의 후방 카메라(11b)를 이용하여 실시간으로 특정 포맷의손가락 영상을 예를 들어 YUV420SP 포맷의 손가락 영상을 획득한다. S71: A finger image of a specific format, for example, YUV420SP format is acquired in real time using the rear camera 11b of the portable terminal.
S72: 후속하는 신호 처리를 위하여 상기 YUV420SP 포맷의 손가락 영상을 RGB 색분리가 가능하도록 RGB 포맷으로 변환한다.S72: The finger image of the YUV420SP format is converted into an RGB format so as to enable RGB color separation for subsequent signal processing.
S73: RGB 포맷의 손가락 영상의 매 프레임마다 색상 성분인 R 값 혹은 Intensity(명도)값을 추출하여 제2(PPG) 신호를 추출(형성)한다.S73: The second (PPG) signal is extracted (formed) by extracting R value or Intensity (brightness) value as a color component for each frame of the finger image in the RGB format.
S74: 상기 제2신호에 이동 평균(Moving average) 알고리즘을 적용하여 기저라인을 맞추고, 신호의 노이즈를 제거한다. S74: A moving average algorithm is applied to the second signal to align the base line and remove the noise of the signal.
S75: 실시간으로 제2신호를 획득하기 위해 전술한 바와 같은 도6의 슬라이딩 윈도우(Sliding window) 알고리즘을 적용하여 일정 윈도우(Window size)의 데이터 크기를 해상도(resolution)만큼 이동하면서 실시간으로 제2신호로서의 맥파 신호를 추출한다. S75: In order to acquire the second signal in real time, the sliding window algorithm of FIG. 6 as described above is applied to move the data size of the window size by the resolution, The pulse wave signal is extracted.
상기와 같은 과정을 통해서 얻어진 제1신호와 제2신호를 이용해 최종 맥파 신호를 형성 또는 복원하는 방법은 다음과 같다.A method of forming or restoring a final pulse wave signal using the first signal and the second signal obtained through the above process is as follows.
전술한 바와 같은 방법에 의해 얼굴 영상으로부터 측정된 제1(맥파)신호와 손가락으로부터 측정한 제2(맥파)를 상호 수정 및 보완하여 정확한 맥파신호를 얻기 위하여 Combined signal processing을 거친다.The first (pulse wave) signal measured from the face image and the second pulse wave measured from the finger are corrected and complemented by the above-described method to perform combined signal processing to obtain an accurate pulse wave signal.
이를 위하여 먼저 상기 제1신호와 제2신호에 대한 회귀분석을 수행하여 가중치 값(Weight factor, W1, W2)을 추출한다.For this purpose, a weight factor (W1, W2) is extracted by performing a regression analysis on the first signal and the second signal.
여기에서 추출된 가중치 값은 하나의 정확한 PPG 신호로 복원하기 위해 각 신호타입의 가중치 값을 적용하여 하나의 신호로 형성(Forming) 또는 복원(Restore)한다. 복원된 신호 또는 하나로 통합된 맥파 신호(PPGr)는 아래와 같은 식에 의해 계산된다.In order to restore the extracted weight value to one accurate PPG signal, the weight value of each signal type is applied to form or restore (restores) a single signal. The restored signal or the one integrated pulse wave signal PPGr is calculated by the following equation.
PPGr = W1*(Rf,Gf,Bf)+W2(Vf)PPGr = W1 * (Rf, Gf, Bf) + W2 (Vf)
위의 식에서, Rf, Gf, Bf 는 얼굴영상에서의 R, G, B의 값이며, Vf 는 손가락 값이며, 그리고 W1, W2는 제1신호와 제2신호로부터 얻어진 웨이트 팩터, 즉 가중치이다.In the above equation, Rf, Gf, and Bf are values of R, G, and B in the face image, Vf is a finger value, and W1 and W2 are weight factors, i.e., weights, obtained from the first signal and the second signal.
위와 같은 본 발명의 방법에 따르면 휴대용 단말기를 이용해 매우 정확한 맥파(PPG) 신호를 얻을 수 있으며 이를 이용한 다양한 측정 또는 검사가 가능할 것이다.According to the method of the present invention as described above, a very accurate pulse wave (PPG) signal can be obtained using a portable terminal, and various measurements or tests using the same can be performed.
본 발명에 따르면, 피험자 또는 사용자가 자신의 기본적인 건강상태를 체크에 필요한 생체신호를 별도의 장비 구매 없이 자신이 가지고 있는 스마트폰 등의 휴대용 단말기에 설치되는 간단한 어플리케이션을 통해 모니터링 할 수 있다. 이러한 본 발명은 맥파 검출을 따른 피험자의 공간적, 시간적 자유도를 높여주며 비용적인 절감을 가능하게 한다.According to the present invention, a subject or a user can monitor a bio-signal required for checking his / her basic health condition through a simple application installed in a portable terminal such as a smart phone without purchasing a separate equipment. The present invention improves the spatial and temporal degrees of freedom of a subject in detecting a pulse wave and enables cost reduction.
이상에서, 본원 발명의 이해를 돕기 위하여 모범적인 실시 예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었다. 그러나, 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 내용에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 이는 다양한 다른 변형이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.In the foregoing, exemplary embodiments have been described and shown in the accompanying drawings to facilitate understanding of the present invention. It should be understood, however, that such embodiments are merely illustrative of the present invention and not limiting thereof. And it is to be understood that the invention is not limited to the details shown and described. Since various other modifications may occur to those of ordinary skill in the art.
10: 휴대용 단말기
10a: 제1면(전면)
10b: 제2면(후면)
11a: 제1카메라(전방카메라)
11b: 제2카메라(후방카메라)
30: (피험자) 손
31: (피험자) 손가락
40: 관심영역10: Portable terminal
10a: First side (front side)
10b: Second side (rear side)
11a: first camera (front camera)
11b: second camera (rear camera)
30: (subject) hand
31: (subject) finger
40: area of interest
Claims (13)
상기 제1영상으로부터 안면 혈류 변화를 나타내는 제1신호를 추출하는 단계;
상기 제1영상과 함께 동시에 촬영된 제2영상으로부터 손가락의 혈류 변화를 나타내는 제2신호를 추출하는 단계;
상기 제1신호와 제2신호에 대한 가중치(Weight factor)를 구하는 단계; 그리고
아래의 <식>에 의해 기 제1신호와 제2신호로부터 상기 피험자에 대한 맥파(PPGr) 신호를 아래의 식에 의해 복원하는 단계;를 포함하는 맥파 측정 방법.
<식>
PPGr = W1*(Rf,Gf,Bf)+W2(Vf)
위 식에서 Rf, Gf, Bf는 제1영상에서 R,G,B의 값, Vf는 손가락의 값, 그리고 W1, W2는 제1신호와 제2신호의 가중치이다.Capturing a first face of a face and a second face of a finger by simultaneously photographing the subject's face and the face of the finger using the portable terminal having the first camera and the second camera;
Extracting a first signal indicative of a change in facial blood flow from the first image;
Extracting a second signal indicating a change in blood flow of a finger from a second image simultaneously captured with the first image;
Obtaining a weight factor for the first signal and the second signal; And
And restoring a pulse wave (PPGr) signal for the subject from the first signal and the second signal according to the following equation using the following equation.
<Expression>
PPGr = W1 * (Rf, Gf, Bf) + W2 (Vf)
Rf, Gf and Bf are the values of R, G and B in the first image, Vf is the value of the finger, and W1 and W2 are the weights of the first and second signals.
상기 제1신호를 추출하는 단계는 상기 제1영상 각각으로부터 R(적색), G(녹색), B(청색) 신호 값을 추출하는 단계:를 더 포함하는 맥파 측정 방법.The method according to claim 1,
Extracting the first signal comprises extracting R (red), G (green) and B (blue) signal values from each of the first images.
ICA(Independent component analysis)를 통해 상기 제1영상으로부터 R, G, B 신호값을 추출하는 것을 특징으로 하는 맥파 측정 방법.3. The method of claim 2,
Wherein R, G, and B signal values are extracted from the first image through ICA (Independent Component Analysis).
상기 피험자의 맥파 신호를 추출하는 단계에서 상기 제1신호와 제2신호에 대한 회귀분석(Regression Analysis)를 이용하여 각 신호간의 웨이트 벡터(W1, W2)를 계산하고, 계산된 두 웨이트 벡터를 이용해 상기 제1신호와 제2신호를 결합하여 상기 PPGr 신호를 프로세싱하는 것을 특징으로 하는 맥파 측정 방법.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
In the step of extracting the subject's pulse wave signal, the weight vectors W1 and W2 between the respective signals are calculated by using a regression analysis for the first signal and the second signal, and using the calculated two weight vectors And combining the first signal and the second signal to process the PPGr signal.
상기 제2신호는 혈류 변화에 따른 색상 또는 HSV 색공간에서의 HSI(intensity, 명도)의 변화를 나타내는 것을 특징으로 하는 맥파 측정 방법.The method according to claim 1,
Wherein the second signal represents a change in HSI (intensity, brightness) in hue or HSV color space according to a blood flow change.
상기 제2신호에서, 상기 혈류 변화에 따른 색상의 변화는 적색의 크기 값의 변화를 나타내는 것을 특징으로 하는 맥파 측정 방법.6. The method of claim 5,
Wherein in the second signal, a change in hue according to the blood flow change indicates a change in a magnitude value of red.
상기 피험자의 맥파 신호를 추출하는 단계에서 상기 제1신호와 제2신호에 대한 회귀분석(Regression Analysis)를 이용하여 각 신호간의 웨이트 벡터(W1, W2)를 계산하고, 계산된 두 웨이트 벡터를 이용해 상기 제1신호와 제2신호를 결합하여 상기 PPGr 신호를 프로세싱하는 것을 특징으로 하는 맥파 측정 방법.The method according to claim 5 or 6,
In the step of extracting the subject's pulse wave signal, the weight vectors W1 and W2 between the respective signals are calculated by using a regression analysis for the first signal and the second signal, and using the calculated two weight vectors And combining the first signal and the second signal to process the PPGr signal.
상기 제1영상을 획득하는 제1카메라,
상기 제2영상을 획득하는 제2카메라,
상기 제1카메라와 제2카메라가 설치되는 몸체: 그리고
상기 몸체 내에 마련되는 것으로 상기 제1, 제2카메라로부터의 영상을 처리/분석하는 프로세싱 시스템; 을 포함하는 맥파 측정 장치.A pulse wave measuring apparatus for performing the pulse wave measuring method according to any one of claims 1 to 3,
A first camera for acquiring the first image,
A second camera for acquiring the second image,
A body on which the first camera and the second camera are installed; and
A processing system provided in the body for processing / analyzing images from the first and second cameras; And a pulse wave measuring device.
상기 프로세싱 시스템:은 상기 피험자의 맥파 신호를 추출하는 단계에서 상기 제1신호와 제2신호에 대한 회귀분석(Regression Analysis)를 이용하여 각 신호간의 웨이트 벡터(W1, W2)를 계산하고, 계산된 두 웨이트 벡터를 이용해 상기 제1신호와 제2신호를 결합하여 상기 PPGr 신호를 프로세싱하는 것을 특징으로 하는 맥파 측정 장치.9. The method of claim 8,
The processing system calculates the weight vectors W1 and W2 between the respective signals using a regression analysis for the first signal and the second signal in extracting the pulse wave signal of the subject, And combines the first signal and the second signal using two weight vectors to process the PPGr signal.
상기 제2신호는 혈류 변화에 따른 색상 또는 HSV 색공간에서의 HSI(intensity, 명도)의 변화를 나타내는 것을 특징으로 하는 맥파 측정 장치.10. The method of claim 9,
Wherein the second signal indicates a change in HSI (intensity, brightness) in hue or HSV color space according to a blood flow change.
상기 제2신호는 혈류 변화에 따른 색상 또는 HSV 색공간에서의 HSI(intensity, 명도)의 변화를 나타내는 것을 특징으로 하는 맥파 측정 장치.9. The method of claim 8,
Wherein the second signal indicates a change in HSI (intensity, brightness) in hue or HSV color space according to a blood flow change.
상기 혈류 변화에 따른 상기 색상의 변화는 적색의 크기값의 변화를 나타내는 것을 특징으로 하는 맥파 측정 장치.12. The method of claim 11,
Wherein the change in hue according to the change in blood flow represents a change in the magnitude of red.
상기 혈류 변화에 따른 상기 색상의 변화는 적색의 크기값의 변화를 나타내는 것을 특징으로 하는 맥파 측정 장치.11. The method of claim 10,
Wherein the change in hue according to the change in blood flow represents a change in the magnitude of red.
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