KR102146973B1 - Apparatus and method for learning user's operation intention using artificial neural network - Google Patents

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Abstract

인공신경망을 이용하여 사용자의 동작 의도를 학습하는 방법은 움직임 센서부로부터 사용자의 움직임을 측정한 신호에 대한 정보를 수신하는 단계; 기 학습된 인공신경망을 이용하여 상기 사용자의 움직임을 측정한 신호에 대한 정보에 대응하는 사용자의 동작 의도를 출력하는 단계; 뇌파 센서부로부터 상기 사용자에 대해 측정된 뇌파 신호에 대한 정보를 수신하는 단계; 및 상기 뇌파 신호에 대한 정보에 대응하는 사용자의 동작 의도가 상기 출력된 사용자의 동작 의도와 일치하지 않는 경우, 상기 출력된 사용자의 동작 의도에 대한 레이블을 상기 뇌파 신호에 대한 정보에 대응하는 사용자의 동작 의도로 수정하여 상기 기 학습된 인공신경망에 입력하는 단계를 포함할 수 있다. A method of learning a user's motion intention using an artificial neural network includes: receiving information on a signal measuring the user's motion from a motion sensor unit; Outputting a motion intention of a user corresponding to information on a signal obtained by measuring the motion of the user using a previously learned artificial neural network; Receiving information on the EEG signal measured for the user from the EEG sensor unit; And when the user's motion intention corresponding to the information on the EEG signal does not match the outputted user's motion intention, a label for the outputted user's motion intention is displayed by the user corresponding to the information on the EEG signal. It may include the step of inputting the previously learned artificial neural network by modifying the operation intention.

Description

인공신경망을 이용하여 사용자의 동작 의도를 학습하는 방법 및 장치{Apparatus and method for learning user's operation intention using artificial neural network}{Apparatus and method for learning user's operation intention using artificial neural network}

본 발명은 인공신경망을 이용하여 사용자의 동작 의도를 학습하는 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for learning a user's motion intention using an artificial neural network.

인공지능 사물(예를 들어, 자율주행 자동차) 시장이 성장함에 따라, 기존에 운전할 수 없었던 장애인이나 노인들도 자동차를 이용할 수 있을 것으로 전망된다. 그러나, 이러한 장애인의 경우, 신체가 자유롭지 않아 자동차 내부기능을 조작하고 싶어도 마음대로 조작할 수 없다는 어려움이 있다. 장애인이나 노인의 경우 신체적 부자연스러움으로 인해 따라 움직임에 따른 노이즈가 클 것으로 예상된다.As the market for artificial intelligence objects (for example, autonomous vehicles) grows, it is predicted that the disabled and the elderly, who were unable to drive, can use the car. However, in the case of such a handicapped person, there is a difficulty in that the body is not free, so that even if the user wants to manipulate the internal functions of the vehicle, they cannot operate at will. In the case of the disabled or the elderly, it is expected that the noise according to the movement will be large due to physical unnaturalness.

이런 노이즈로 인해 종래의 학습된 모델의 성능이 떨어질 것으로 예상된다. 본 발명에서는 신체가 자유롭지 않은 사용자가 디바이스(예를 들어, 자동차) 내부기능을 마음대로 조작하여 사용하는데 어려움이 없도록 하기 위해 학습된 모델의 성능을 지속적으로 시스템을 학습시켜주는 장치를 제안하고자 한다.Due to this noise, it is expected that the performance of the conventional trained model will deteriorate. The present invention proposes an apparatus that continuously trains a system for the performance of a learned model in order to prevent a user who is not free from having any difficulty in using and manipulating internal functions of a device (eg, a vehicle) at will.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제는 인공신경망을 이용하여 사용자의 동작 의도를 학습하는 방법을 제공하는 데 있다.The technical problem to be achieved in the present invention is to provide a method of learning a user's motion intention using an artificial neural network.

본 발명에서 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 인공신경망을 이용하여 사용자의 동작 의도를 학습하는 장치를 제공하는 데 있다.Another technical problem to be achieved in the present invention is to provide an apparatus for learning a user's motion intention using an artificial neural network.

본 발명에서 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 인공신경망을 이용하여 사용자의 동작 의도를 학습하는 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하는 데 있다.Another technical problem to be achieved in the present invention is to provide a computer-readable recording medium in which a program for executing a method of learning a user's motion intention using an artificial neural network on a computer is recorded.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems to be achieved in the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems that are not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the technical field to which the present invention belongs from the following description. I will be able to.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 인공신경망을 이용하여 사용자의 동작 의도를 학습하는 방법은 움직임 센서부로부터 사용자의 움직임을 측정한 신호에 대한 정보를 수신하는 단계; 기 학습된 인공신경망을 이용하여 상기 사용자의 움직임을 측정한 신호에 대한 정보에 대응하는 사용자의 동작 의도를 출력하는 단계; 뇌파 센서부로부터 상기 사용자에 대해 측정된 뇌파 신호에 대한 정보를 수신하는 단계; 및 상기 뇌파 신호에 대한 정보에 대응하는 사용자의 동작 의도가 상기 출력된 사용자의 동작 의도와 일치하지 않는 경우, 상기 출력된 사용자의 동작 의도에 대한 레이블을 상기 뇌파 신호에 대한 정보에 대응하는 사용자의 동작 의도로 수정하여 상기 기 학습된 인공신경망에 입력하는 단계를 포함할 수 있다.In order to achieve the above technical problem, a method of learning a motion intention of a user using an artificial neural network includes: receiving information on a signal measuring the motion of the user from a motion sensor unit; Outputting a motion intention of a user corresponding to information on a signal obtained by measuring the motion of the user using a previously learned artificial neural network; Receiving information on the EEG signal measured for the user from the EEG sensor unit; And when the user's motion intention corresponding to the information on the EEG signal does not match the outputted user's motion intention, a label for the outputted user's motion intention is displayed by the user corresponding to the information on the EEG signal. It may include the step of inputting the previously learned artificial neural network by modifying the operation intention.

상기 방법은, 상기 출력된 사용자의 동작 의도의 레이블을 상기 뇌파 신호에 대한 정보에 대응하는 사용자의 동작 의도로 인식하도록 학습하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include learning to recognize the output label of the motion intention of the user as the motion intention of the user corresponding to the information on the EEG signal.

상기 방법은, 상기 뇌파 신호에 대한 정보에 대응하는 사용자의 동작 의도가 상기 출력된 사용자의 동작 의도와 일치하는지 여부를 상기 뇌파 신호에 대한 정보, 상기 뇌파 신호에 대한 정보에 대응하는 사용자의 동작 의도, 상기 사용자의 움직임을 측정한 신호에 대한 정보에 대응하는 사용자의 동작 의도 및 상기 출력된 사용자의 동작 의도 간에 미리 정의된 맵핑 관계에 기초하여 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다. 미리 정의된 맵핑 관계는 다음 표에서의 각 행 별로 대응되는 관계를 포함할 수 있다.The method includes information on the EEG signal and a user's operation intention corresponding to the information on the EEG signal whether or not the user's operation intention corresponding to the information on the EEG signal matches the output user's operation intention. And determining based on a predefined mapping relationship between the user's motion intention corresponding to the information on the signal measuring the user's motion and the output user's motion intention. The predefined mapping relationship may include a relationship corresponding to each row in the following table.

Figure 112018116389999-pat00001
Figure 112018116389999-pat00001

여기서, 제 1, 제 2 및 제 3 주파수는 서로 간에 배수 관계가 아닌 특징으로 한다. 상기 측정된 뇌파 신호는 점멸 자극에 의해 유발된 신호에 해당할 수 있다.Here, the first, second and third frequencies are characterized by not having a multiple relationship with each other. The measured EEG signal may correspond to a signal caused by a blinking stimulus.

상기 사용자의 동작 의도를 출력하는 단계는 상기 사용자의 움직임에 대해 측정된 신호가 미리 정의한 특징 값 이상으로 판단되는 경우에 수행되고, 상기 미리 정의한 특징 값은 근전도 신호의 평균 신호 세기를 포함할 수 있다. 상기 인공신경망은 심층신경망(Deep Neural Networks, DNN)을 포함할 수 있다. 상기 움직임 센서부 및 상기 뇌파 센서부는 상기 사용자가 휴대착용 가능한 것을 특징으로 할 수 있다.The outputting of the user's motion intention is performed when the measured signal for the user's motion is determined to be greater than or equal to a predefined feature value, and the predefined feature value may include an average signal strength of the EMG signal. . The artificial neural network may include deep neural networks (DNN). The motion sensor unit and the brain wave sensor unit may be portable and worn by the user.

상기의 다른 기술적 과제를 달성하기 위한, 인공신경망을 이용하여 사용자의 동작 의도를 학습하는 장치는 움직임 센서부로부터 사용자의 움직임을 측정한 신호에 대한 정보를 수신하는 통신부; 및 기 학습된 인공신경망을 이용하여 상기 사용자의 움직임을 측정한 신호에 대한 정보에 대응하는 사용자의 동작 의도를 출력하는 프로세서를 포함하되, 상기 통신부는 뇌파 센서부로부터 상기 사용자에 대해 측정된 뇌파 신호에 대한 정보를 수신하고, 상기 프로세서는 상기 뇌파 신호에 대한 정보에 대응하는 사용자의 동작 의도가 상기 출력된 사용자의 동작 의도와 일치하지 않는 경우, 상기 출력된 사용자의 동작 의도의 레이블을 상기 뇌파 신호에 대한 정보에 대응하는 사용자의 동작 의도로 수정하여 상기 기 학습된 인공신경망에 입력한다.In order to achieve the above other technical problem, an apparatus for learning a user's motion intention using an artificial neural network includes: a communication unit receiving information about a signal measuring the user's motion from a motion sensor unit; And a processor that outputs a user's motion intention corresponding to information on a signal measured by the user's motion using a previously learned artificial neural network, wherein the communication unit includes an EEG signal measured for the user from the EEG sensor unit. When the information on the EEG signal is received, and the processor indicates that the user's motion intention corresponding to the information on the EEG signal does not match the outputted user's motion intention, the output label of the user's motion intention The user's motion intention corresponding to the information on is corrected and input to the previously learned artificial neural network.

상기 프로세서는 상기 출력된 사용자의 동작 의도의 레이블을 상기 뇌파 신호에 대한 정보에 대응하는 사용자의 동작 의도로 인식하도록 학습할 수 있다.The processor may learn to recognize the output label of the user's motion intention as the user's motion intention corresponding to the information on the EEG signal.

상기 프로세서는 상기 뇌파 신호에 대한 정보에 대응하는 사용자의 동작 의도가 상기 출력된 사용자의 동작 의도와 일치하는지 여부를 상기 뇌파 신호에 대한 정보, 상기 뇌파 신호에 대한 정보에 대응하는 사용자의 동작 의도 및 상기 사용자의 움직임을 측정한 신호에 대한 정보에 대응하는 사용자의 동작 의도 간에 미리 정의된 맵핑 관계에 기초하여 판단할 수 있다.The processor determines whether or not the user's operation intention corresponding to the information on the EEG signal matches the output user's operation intention, the information on the EEG signal, the user's operation intention corresponding to the information on the EEG signal, and It may be determined based on a predefined mapping relationship between the user's motion intention corresponding to the information on the signal measuring the user's motion.

상기 측정된 뇌파 신호는 점멸 자극에 의해 유발된 신호에 해당할 수 있다. 상기 프로세서는 상기 사용자의 움직임에 대해 측정된 신호가 미리 정의한 특징 값 이상으로 판단되는 경우에 상기 사용자의 움직임에 대해 측정된 신호에 대응하는 사용자의 동작 의도를 출력한다. 상기 미리 정의한 특징 값은 근전도 신호의 평균 신호 세기를 포함한다. 상기 인공신경망은 심층신경망(Deep Neural Networks, DNN)을 포함한다.The measured EEG signal may correspond to a signal caused by a blinking stimulus. The processor outputs the user's motion intention corresponding to the measured signal for the user's motion when it is determined that the measured signal for the user's motion is greater than or equal to a predefined feature value. The predefined feature value includes the average signal strength of the EMG signal. The artificial neural network includes deep neural networks (DNN).

상기 움직임 센서부 및 상기 뇌파 센서부는 상기 사용자가 휴대착용 가능한 것을 특징으로 한다. 뇌파 센서부는 Electroencephalography (EEG) 센서를 포함한다. 상기 움직임 센서부는 근전도 센서부 또는 가속도 센서부를 포함한다. 상기 사용자의 움직임에 대해 측정된 신호는 상기 사용자의 근전도 신호 또는 가속도 신호를 포함한다.The motion sensor unit and the EEG sensor unit are portable and wearable by the user. The EEG sensor unit includes an Electroencephalography (EEG) sensor. The motion sensor unit includes an EMG sensor unit or an acceleration sensor unit. The signal measured for the user's motion includes an EMG signal or an acceleration signal of the user.

본 발명의 일 실시예에 따른 사용자의 동작 의도를 학습하는 방법은 사용자의 동작 의도 인식을 머신러닝 알고리즘을 모델을 사용하여 디바이스를 조작할 때 발생하는 오류를 줄일 수 있다.The method of learning a user's motion intention according to an embodiment of the present invention can reduce errors that occur when a device is operated using a machine learning algorithm to recognize the user's motion intention.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects obtainable in the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned can be clearly understood by those of ordinary skill in the art from the following description. will be.

본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부 도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 뇌파 센서 시스템의 일 예로서 10-20 EEG 시스템를 나타낸 도면이다.
도 2는 인공신경망의 계층 구조(layer structure)를 예시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 인공신경망을 이용하여 사용자의 동작 의도를 학습하는 학습 장치의 블록도를 예시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 인공신경망을 이용하여 사용자의 동작 의도를 학습하는 방법을 간략히 설명한 흐름도이다.
도 5는 본 발명에 따른 인공신경망을 이용하여 사용자의 동작 의도를 학습하는 장치(300)를 포함하는 시스템을 예시한 도면이다.
도 6은 사용자(500)가 15Hz의 자극 영상을 시청하는 경우에 EEG 센서(520)에서 검출되는 뇌파에 대한 그래프를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 인공신경망을 이용하여 사용자의 동작 의도를 학습하는 방법을 구체적으로 예시한 흐름도이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are included as part of the detailed description to aid in understanding of the present invention, provide embodiments of the present invention, and together with the detailed description, the technical spirit of the present invention will be described.
1 is a diagram illustrating a 10-20 EEG system as an example of an EEG sensor system.
2 is a diagram illustrating a layer structure of an artificial neural network.
3 is a diagram illustrating a block diagram of a learning device for learning a user's motion intention using an artificial neural network according to the present invention.
4 is a flowchart briefly explaining a method of learning a user's motion intention using an artificial neural network according to the present invention.
5 is a diagram illustrating a system including a device 300 for learning a user's motion intention using an artificial neural network according to the present invention.
6 shows a graph of brain waves detected by the EEG sensor 520 when the user 500 views a stimulus image of 15 Hz.
7 is a flowchart illustrating a method of learning a user's motion intention using an artificial neural network according to the present invention.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The detailed description to be disclosed hereinafter together with the accompanying drawings is intended to describe exemplary embodiments of the present invention, and is not intended to represent the only embodiments in which the present invention may be practiced. The following detailed description includes specific details to provide a thorough understanding of the present invention. However, one of ordinary skill in the art appreciates that the invention may be practiced without these specific details.

몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시될 수 있다. 또한, 본 명세서 전체에서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하여 설명한다.In some cases, in order to avoid obscuring the concept of the present invention, well-known structures and devices may be omitted, or may be shown in a block diagram form centering on core functions of each structure and device. In addition, the same components will be described with the same reference numerals throughout the present specification.

본 발명은 인공신경망을 이용하여 사용자의 동작 의도를 학습하는 방법과 이를 위한 학습 장치를 제안하고자 한다. 학습 장치는 사용자가 착용하고 있는 뇌파 센서부 및 움직임 센서부(예를 들어, 근전도 센서부 혹은 가속도 센서부 등이 있고, 이하에서는 설명의 편의를 위해 근전도 센서부로 예시하여 설명한다)로부터의 각각 뇌파 신호 및 근전도 신호를 수신하여 인공신경망을 이용하여 사용자의 동작 의도를 학습한다. 본 발명을 설명하기에 앞서 뇌파 센서부 및 움직임 센서부에 대해 간략히 설명한다.The present invention proposes a method for learning a user's motion intention using an artificial neural network and a learning device for the same. The learning device is an EEG sensor unit and a motion sensor unit worn by the user (eg, an EMG sensor unit or an acceleration sensor unit, etc., and will be described below as an EMG sensor unit for convenience of explanation). It receives signals and EMG signals and learns the user's motion intentions using an artificial neural network. Prior to describing the present invention, an EEG sensor unit and a motion sensor unit will be briefly described.

뇌파 센서부(일 예로서 electroencephalography (EEG) 센서)는 신경계에서 뇌신경 사이에 신호가 전달될 때 생기는 전기의 흐름을 측정한다. 뇌의 전기적 활동에 대한 신경생리학적 측정 방법에는 두피에 부착한 전극을 통해 기록하는 방법이 있다. An EEG sensor unit (eg, an electroencephalography (EEG) sensor) measures the flow of electricity generated when signals are transmitted between cranial nerves in the nervous system. The neurophysiological measurement of the brain's electrical activity includes recording through electrodes attached to the scalp.

도 1은 뇌파 센서 시스템의 일 예로서 10-20 EEG 시스템를 나타낸 도면이다.1 is a diagram illustrating a 10-20 EEG system as an example of an EEG sensor system.

EEG를 측정하기 위해서는 두피 위의 전극 위치가 필요한데, 그 측정 방법을 위한 시스템으로 10-20 EEG 시스템을 사용할 수 있다. 10-20 EEG 시스템은 도 1에 도시한 것과 같고 이름은 기술적(descriptive)으로 붙여진 것이다. "10-20"의 10과 20은 NASION(anterior)과 INION(posterior) 사이의 거리의 10%와 20%를 참고한 것이다. In order to measure EEG, the position of the electrode on the scalp is required, and a 10-20 EEG system can be used as a system for the measurement method. The 10-20 EEG system is the same as that shown in Fig. 1 and is named descriptive. 10 and 20 of "10-20" refer to 10% and 20% of the distance between NASION (anterior) and INION (posterior).

도 1에서 표시한 채널 명칭에서 홀수는 항상 머리의 왼쪽 편의 전극위치를 말하며, 짝수는 머리의 오른쪽 편의 전극 위치를 말한다. "z"라는 글자는 NASION(Nz)와 INION(Iz)간의 중심 혹인 중앙선 사이의 어떤 점을 표시할 때 사용된다. F, C, P, O, T는 뇌 영역을 뜻하는 머리글자로서, F는 전두엽(Frontal), C는 중추신경(Central), P는 측두엽(Parietal), O는 후두엽(Occipital), T는 두정엽(Temporal)을 나타낸다.In the channel names shown in FIG. 1, an odd number always refers to an electrode position on the left side of the head, and an even number refers to an electrode position on the right side of the head. The letter "z" is used to indicate a point between the center line or the center line between NASION (Nz) and INION (Iz). F, C, P, O, and T are the acronyms for the brain region, where F is the frontal lobe, C is the central nervous system, P is the temporal lobe, O is the occipital lobe, and T is the Represents the parietal lobe (Temporal).

도 1에서 NASION은 이마 아래, 코 위에 있는 작은 notch를 말하고, INION은 목 위, 후두부(occiput) 기저의 작은 bump 혹은 융기를 말한다. 이 두 점의 거리는 줄자 등을 이용하여 측정할 수 있으며, 센티미터로 측정하는 것이 정확하고 전형적인 측정치는 36 센치미터이다. In FIG. 1, NASION refers to a small notch under the forehead and above the nose, and INION refers to a small bump or bump at the base of the neck and occiput. The distance between these two points can be measured using a tape measure, etc., it is accurate to measure in centimeters, and a typical measurement is 36 centimeters.

NASION에서 이 거리의 10% 위가 FP1과 FP2라고 불리는 두 개의 prefrontal lobe site 간의 중간점이다. 또한, NASION과 INION 간 거리의 20%를 더 간 곳이 Fz이다. Fz에서 NASION과 INION이 20%를 더 움직이면 NASION과 INION의 중간 지점인 Cz이다. In NASION, 10% above this distance is the midpoint between the two prefrontal lobe sites called FP1 and FP2. In addition, Fz is where 20% of the distance between NASION and INION has gone further. If NASION and INION move 20% more in Fz, it is Cz, the midpoint between NASION and INION.

일 예로서, 뇌파는 진동하는 주파수의 범위에 따라 인위적으로 델타 (δ)파(0.2 ~ 3.99 Hz), 쎄타(θ)파(4 ~ 7.99 Hz), 알파(α) 파(8 ~ 12.99 Hz), 베타 β파(13 ~ 29.99 Hz), 감마 g파(30~50 Hz)로 구분한다. 델타파는 주로 정상인의 깊은 수면 시나 신생아의 경우 두드러지게 나타난다. 쎄타파는 정서 안정 또는 수면으로 이어지는 과정에서 주로 나타나는 파이며 기억력, 창의력, 집중도 등의 다양한 상태와 관련되어 있다. 알파파는 긴장이완과 같은 편안한 상태에서 주로 나타나며, 안정되고 편안한 상태일수록 진폭이 증가한다. 베타파는 주로 전두부에서 많이 나타나며, 깨어 있을 때, 말할 때와 같이 모든 의식적인 활동을 할 때 나타난다. 특히 불안한 상태나 긴장시, 복잡한 계산처리 시에 우세하게 나타난다. 감마파는 베타파보다 더 빠르게 진동하는 형태로 정서적으로 더욱 초조한 상태이거나, 추리, 판단 등의 고도의 인지정보처리와 관련된다. As an example, brain waves are artificially delta (δ) waves (0.2 ~ 3.99 Hz), theta (θ) waves (4 ~ 7.99 Hz), and alpha (α) waves (8 ~ 12.99 Hz) depending on the range of the vibrating frequency. , Beta β wave (13 ~ 29.99 Hz), gamma g wave (30 ~ 50 Hz). Delta waves are predominantly pronounced during deep sleep in normal people or in newborns. Theta waves appear mainly in the process leading to emotional stability or sleep, and are related to various states such as memory, creativity, and concentration. Alpha waves mainly appear in a relaxed state, such as relaxation, and the amplitude increases as the state becomes more stable and comfortable. Beta waves mainly appear in the frontal region and appear during all conscious activities, such as when awake and when speaking. In particular, it appears predominantly in anxious state or tension, and in complex calculations. Gamma waves vibrate faster than beta waves, and are emotionally more nervous, or are related to advanced cognitive information processing such as reasoning and judgment.

도 1에서는 본 발명에 따른 웨어러블 디바이스의 뇌파 센서가 측정하는 뇌파 측정 채널을 예시하고 있다. 뇌파 채널로서 Fp1, A1, A2, Cz 총 4개가 사용될 수 있고, 뇌파 센서 중 EEG1은 Fp1 채널에서 졸음과 집중도를 측정하며, EEG 2는 Cz 채널 (EEG2) 에서 졸음을 측정한다. A1 채널은 REF (Reference)로 사용되며 A2 채널은 GND(Ground)로 사용된다.1 illustrates an EEG measurement channel measured by an EEG sensor of a wearable device according to the present invention. Four EEG channels, Fp1, A1, A2, and Cz, can be used. Among EEG sensors, EEG1 measures drowsiness and concentration in the Fp1 channel, and EEG 2 measures drowsiness in the Cz channel (EEG2). Channel A1 is used as REF (Reference) and channel A2 is used as GND (Ground).

다음은 뇌파 신호의 특징 값들이 될 수 있는 예시이다.The following is an example that can be the characteristic values of the EEG signal.

1. Mean: 뇌파 신호의 평균 신호 세기를 나타낸다.1. Mean: indicates the average signal strength of the EEG signal.

2. Standard deviation: 뇌파 신호 세기의 표준 편차를 나타낸다.2. Standard deviation: This is the standard deviation of the EEG signal strength.

3. Zero Crossing: 뇌파 신호를 2차 미분하였을 때 zero crossing의 개수를 나타낸다.3. Zero Crossing: Indicates the number of zero crossings when the EEG signal is differentiated by the second order.

4. Kurtosis: 신호의 4차 모멘텀을 표준 편차의 제곱으로 정규화한 값으로, 신호 세기의 확률 분포의 peakedness를 판별하는 수치를 나타낸다.4. Kurtosis: A value obtained by normalizing the fourth-order momentum of the signal to the square of the standard deviation, and indicates a value that determines the peakedness of the probability distribution of the signal strength.

5. Crest factor: 신호의 peak값의 비율. Kurtosis와 유사하며 신호의 Impluseness를 기술하는 특징값이다. 5. Crest factor: The ratio of the peak value of the signal. It is similar to Kurtosis and is a characteristic value that describes the impedance of the signal.

6. Power Spectrum Density: 뇌파 신호의 푸리에 변환을 통해 생성된 power spectrum density를 나타낸다.6. Power Spectrum Density: It represents the power spectrum density generated through Fourier transform of the EEG signal.

7. Correlation: 뇌파 신호의 자기상관(auto-correlation)을 나타낸다.7. Correlation: Shows auto-correlation of EEG signals.

8. Threshold Crossing: 1개의 Epoch에서 특정 임계(Threshold)를 넘는 필터링된 Raw Data의 개수를 나타낸다.8. Threshold Crossing: Shows the number of filtered raw data that exceeds a specific threshold in one Epoch.

9. Skewness: 뇌파 신호의 3차 모멘텀으로서, 신호 세기의 분포가 bias된 정도를 나타낸다.9. Skewness: As the third-order momentum of the EEG signal, it represents the degree to which the distribution of signal strength is biased.

10. Entropy: 신호의 predictability를 측정한 것을 나타낸다.10. Entropy: indicates the measurement of the predictability of the signal.

11. Band Energy: 스트레스와 관련된 주파수 영역의 에너지를 나타낸다.11. Band Energy: It represents the energy in the frequency domain related to stress.

12. Spectral Flux: 신호의 시주파수 분석 시 파워 스펙트럼(power spectrum)의 시간에 따른 변화율을 의미(PSD(t)/PSD(t-1))12. Spectral Flux: Means the rate of change over time of the power spectrum when analyzing the time frequency of a signal (PSD(t)/PSD(t-1))

다음으로 근전도 센서부에 대해 설명한다.Next, the EMG sensor unit will be described.

근전도 센서부는 웨어러블 디바이스로서 사용자의 손목 혹은 팔 등에 착용 가능한 가능한 형태 일 수 있다. 근전도 센서부는 각각 사용자의 생체 신호를 센싱하여 근전도 신호에 대한 데이터를 추출 혹은 획득할 수 있다. 근전도 센서부는 EMG(electromyography) 센서 등이 있을 수 있다. 이때, 바람직하게는 EMG의 경우 최소 초당 400Hz의 샘플링으로 값을 받아와 진행하도록 할 수 있다. 근전도 센서부는 산출한 혹은 추출한 근전도 신호에 대한 데이터 혹은 정보를 본 발명의 학습 장치로 전달할 수 있다. 이때, 근전도 센서부는 추출한 근전도 신호에 대한 데이터를 디지털 신호의 데이터로 변환하여 본 발명의 학습 장치로 전달할 수 있다.As a wearable device, the EMG sensor unit may have a shape that can be worn on a user's wrist or arm. The EMG sensor unit may extract or acquire data on the EMG signal by sensing a user's bio-signal, respectively. The EMG sensor unit may include an electromyography (EMG) sensor. In this case, preferably, in the case of EMG, a value may be received and processed at a minimum sampling rate of 400 Hz per second. The EMG sensor unit may transmit data or information on the calculated or extracted EMG signals to the learning apparatus of the present invention. In this case, the EMG sensor unit may convert data on the extracted EMG signal into digital signal data and transmit it to the learning apparatus of the present invention.

EMGEMG 신호에서의 추출 값 혹은 The extracted value from the signal or 특징 값Feature value

1. Mean: 근전도 신호의 평균 신호 세기를 나타낸다.1. Mean: It represents the average signal strength of the EMG signal.

2. Standard deviation: 근전도 신호 세기의 표준 편차를 나타낸다.2. Standard deviation: This is the standard deviation of the EMG signal strength.

3. Zero Crossing: 근전도 신호를 2차 미분하였을 때 zero crossing의 개수를 나타낸다.3. Zero Crossing: Shows the number of zero crossings when the EMG signal is differentiated by the second order.

4. Kurtosis: 신호의 4차 모멘텀을 표준 편차의 제곱으로 정규화한 값으로, 신호 세기의 확률 분포의 peakedness를 판별하는 수치를 나타낸다.4. Kurtosis: A value obtained by normalizing the fourth-order momentum of the signal to the square of the standard deviation, and indicates a value that determines the peakedness of the probability distribution of the signal strength.

5. Crest factor: 신호의 peak값의 비율. Kurtosis와 유사하며 신호의 Impluseness를 기술하는 특징값이다. 5. Crest factor: The ratio of the peak value of the signal. It is similar to Kurtosis and is a characteristic value that describes the impedance of the signal.

6. Power Spectrum Density: 근전도 신호의 푸리에 변환을 통해 생성된 power spectrum density를 나타낸다.6. Power Spectrum Density: It represents the power spectrum density generated through Fourier transform of the EMG signal.

7. Correlation: 근전도 신호의 자기상관(auto-correlation)을 나타낸다.7. Correlation: indicates auto-correlation of EMG signals.

8. Threshold Crossing: 1개의 Epoch에서 특정 임계(Threshold)를 넘는 필터링된 Raw Data의 개수를 나타낸다.8. Threshold Crossing: Shows the number of filtered raw data that exceeds a specific threshold in one Epoch.

9. Skewness: 근전도 신호의 3차 모멘텀으로서, 신호 세기의 분포가 bias된 정도를 나타낸다.9. Skewness: As the third-order momentum of the EMG signal, it represents the degree to which the distribution of signal intensity is biased.

10. Entropy: 신호의 predictability를 측정한 것을 나타낸다.10. Entropy: indicates the measurement of the predictability of the signal.

11. Band Energy: 집중력과 관련된 주파수 영역의 에너지를 나타낸다.11. Band Energy: It represents the energy in the frequency domain related to concentration.

12. Spectral Flux: 신호의 시주파수 분석 시 power spectrum의 시간에 따른 변화율을 의미(PSD(t)/PSD(t-1))12. Spectral Flux: Means the rate of change over time of the power spectrum when analyzing the time frequency of the signal (PSD(t)/PSD(t-1))

이하, 본 발명에 따른 인공신경망을 이용하여 사용자의 동작 의도를 학습하는 방법에 대해 전제 사항에 해당하는 딥러닝(Deep Learning), 인공신경망, 심층신경망 등에 대해 간략히 설명한다.Hereinafter, deep learning, artificial neural networks, and deep neural networks, which are prerequisites for a method of learning a user's motion intention using an artificial neural network according to the present invention, will be briefly described.

딥러닝이란 인간의 신경망(Neural Network) 이론을 이용한 인공신경망(Artificial Neural Network, ANN)의 일종으로, 계층 구조(Layer Structure)로 구성하면서 입력층(Input layer)과 출력층(Output layer) 사이에 하나 이상의 숨겨진 층(Hidden layer)(이하, 중간층이라 지칭함)을 갖고 있는 심층 신경망(Deep Neural Network, DNN)을 지칭하는 기계학습(Machine Learning) 모델 또는 알고리즘의 집합입니다. 간단히 말하면, 딥러닝(Deep Learning)은 심층 계층을 가진 인공신경망이라 할 수 있다.Deep learning is a kind of artificial neural network (ANN) that uses the theory of human neural networks. It is composed of a layer structure and is one between the input layer and the output layer. It is a set of machine learning models or algorithms that refer to a deep neural network (DNN) that has the above hidden layer (hereinafter referred to as the middle layer). Simply put, Deep Learning can be said to be an artificial neural network with deep layers.

사람의 뇌는 250억 개의 신경세포로 구성되어 있다고 추정됩니다. 뇌는 신경세포로 이루어지며, 각각의 신경세포(뉴런, Neuron)는 신경망을 구성하는 신경세포 1개를 지칭한다. 신경세포는 1개의 세포체(cell body)와 세포체의 돌기인 1개의 축삭(Axon or nurite) 및 보통 여러 개의 수상돌기(dendrite or protoplasmic process)를 포함하고 있다. 이러한 신경세포들 간의 정보 교환은 시냅스라고 부르는 신경세포 간의 접합부를 통하여 전달됩니다. 신경세포 하나만 떼어 놓고 보면 매우 단순하지만, 이러한 신경세포들이 모이면 인간의 지능을 지닐 수 있다. 수상돌기에서 다른 신경세포들이 보내는 신호를 전달받는 부분(Input)이고 축색돌기는 세포체로부터 아주 길게 뻗어가는 부분으로 다른 신경세포에 신호를 전달하는 부분(Output)이다. 신경세포들 사이의 신호를 전달해주는 축색돌기와 수상돌기 간을 연결해주는 시냅스라는 연결부가 있는데, 신경세포의 신호를 무조건 전달하는 것이 아니라, 신호 강도가 일정한 값(임계치, Threshold) 이상이 되어야 신호를 전달하는 것이다. 즉, 각 시냅스마다 연결강도가 다를 뿐만 아니라 신호를 전달할지 말지를 결정하게 되는 것이다.It is estimated that the human brain is made up of 25 billion neurons. The brain is made up of neurons, and each neuron (Neuron) refers to one neuron that makes up a neural network. Neurons contain one cell body, one protrusion of the cell body, one axon (Axon or nurite) and usually several dendrite or protoplasmic processes. The exchange of information between these neurons is transmitted through junctions between neurons called synapses. It is very simple to look at just one nerve cell apart, but when these nerve cells gather, they can possess human intelligence. The dendrites receive signals from other neurons (Input), and the axon is a part that extends very long from the cell body and transmits signals to other neurons (Output). There is a connection called synapse that connects the axon and the dendrites that transmit signals between nerve cells. The signal is not transmitted unconditionally, but only when the signal strength exceeds a certain value (threshold). Is to do. In other words, each synapse has a different connection strength and decides whether or not to transmit a signal.

인공지능의 한 분야인 인공신경망(ANN)은 생물학(통상 인간)의 뇌 구조(신경망)를 모방하여 모델링한 수학적 모델이다. 즉, 인공신경망은 이러한 생물학적 신경세포의 정보처리 및 전달 과정을 모방하여 구현한 것이다. 인간의 뇌가 문제를 해결하는 방식과 유사하게 구현한 것으로서 신경망은 각 신경세포가 독립적으로 동작하는 하기 때문에 병렬성이 뛰어나다. 또한, 많은 연결선에 정보가 분산되어 있어서 몇몇 신경세포에 문제가 발생해도 전체에 큰 영향을 주지 않으므로 일정 수준의 오류에 강하고 주어진 환경에 대한 학습 능력을 갖고 있다. An artificial neural network (ANN), a field of artificial intelligence, is a mathematical model that mimics the brain structure (neural network) of biology (usually human). That is, the artificial neural network is implemented by mimicking the information processing and transmission process of such biological neurons. Similar to the way the human brain solves problems, a neural network has excellent parallelism because each neuron operates independently. In addition, since information is scattered across many connecting lines, even if a problem occurs in some neurons, it does not affect the whole, so it is resistant to a certain level of errors and has the ability to learn about a given environment.

심층신경망(Deep neural network)는 인공신경망의 후손이라 볼 수 있으며, 기존의 한계를 뛰어넘어서 과거에 수많은 인공 지능 기술이 실패를 겪었던 영역에 성공 사례를 거두고 인공신경망의 최신 버전이다. 생물학적 신경망을 모방하여 인공신경망을 모델링한 내용을 살펴보면 처리 단위(Processing unit) 측면에서는 생물적인 뉴런(neurons)이 노드(nodes)로, 연결성(Connections)은 시냅스(Synapse)가 가중치(weights)로 다음 표 1과 같이 모델링 되었다. Deep neural network can be seen as a descendant of artificial neural network, and it is the latest version of artificial neural network with success cases in areas where numerous artificial intelligence technologies have failed in the past by transcending existing limitations. Looking at the details of modeling an artificial neural network by mimicking a biological neural network, in terms of processing unit, biological neurons are nodes, and in connection, synapses are weights. It was modeled as shown in Table 1.

생물학적 신경망Biological neural network 인공신경망Artificial neural network 세포체Cell body 노드(node)Node 수상돌기Dendrites 입력(input)Input 축삭(Axon)Axon 출력(output)Output 시냅스Synapse 가중치(weight)Weight

도 2는 인공신경망의 계층 구조(layer structure)를 예시한 도면이다.2 is a diagram illustrating a layer structure of an artificial neural network.

인간의 생물학적 신경세포가 하나가 아닌 다수가 연결되어 의미 있는 작업을 하듯, 인공신경망의 경우도 개별 뉴런들을 서로 시냅스를 통해 서로 연결시켜서 복수개의 계층(layer)이 서로 연결되어 각 층간의 연결 강도는 가중치로 수정(update) 가능합니다. 이와 같이 다층 구조와 연결강도로 학습과 인지를 위한 분야에 활용됩니다.Just as human biological neurons are connected to each other through a synapse, even in the case of artificial neural networks, individual neurons are connected to each other through synapses, so that a plurality of layers are connected to each other. It can be updated by weight. In this way, it is used in fields for learning and cognition with its multi-layered structure and connection strength.

각 노드들은 가중치가 있는 링크들로 연결되어 있고, 전체 모델은 가중치를 반복적으로 조정하면서 학습을 한다. 가중치는 장기 기억을 위한 기본 수단으로서 각 노드들의 중요도를 표현한다. 간단히 이야기하면, 인공신경망은 이들 가중치를 초기하고 훈련시킬 데이터 세트로 가중치를 갱신하여 조정하여 전체 모델을 훈련시키는 것입니다. 훈련이 완료된 후에 새로운 입력값이 들어오면 적절한 출력값을 추론해 내게 된다. 인공신경망의 학습원리는 경험의 일반화로부터 지능이 형성되는 과정이라고 보면 되고 bottom-up 방식으로 이루어지게 된다. 도 2에서 중간층이 2개 이상(즉 5~10개)일 경우를 층이 깊어진다고 보고 심층신경망(Deep Neural Netowkr)이라 하며, 이러한 심층신경망을 통해서 이루어진 학습과 추론 모델을 딥러닝이라고 지칭할 수 있다.Each node is connected by weighted links, and the whole model learns while adjusting the weights repeatedly. The weights represent the importance of each node as a basic means for long-term memory. In simple terms, the artificial neural network trains the entire model by initializing these weights and adjusting the weights by updating them with the dataset to be trained. After training is complete, when new inputs come in, appropriate outputs are inferred. The learning principle of artificial neural networks can be viewed as a process in which intelligence is formed from the generalization of experience, and is accomplished in a bottom-up manner. In FIG. 2, when there are two or more intermediate layers (i.e., 5 to 10), the layer is considered to be deep and is referred to as a deep neural network, and the learning and inference model made through such a deep neural network can be referred to as deep learning. have.

인공신경망은 입력과 출력을 제외하고 하나의 중간계층(통상적으로 은닉계층, 'hidden layer'라 지칭함)을 가지고 있어도 어느 정도의 역할을 수행할 수 있지만, 문제의 복잡도가 커지면 노드의 수 또는 계층의 수를 증가시켜야 한다. 이 중에서 계층의 수를 증가시켜 다층구조 모델을 가져가는 것이 효과적인데, 효율적인 학습이 불가능하고 네트워크를 학습하기 위한 계산량이 많다는 한계로 인해 활용 범위가 제한적이다. The artificial neural network can play a certain role even if it has one intermediate layer (commonly referred to as'hidden layer') excluding inputs and outputs, but if the complexity of the problem increases, the number of nodes or layers You have to increase the number. Among them, it is effective to increase the number of layers to take a multi-layered structure model, but the scope of application is limited due to the limitation that efficient learning is impossible and the amount of computation for learning the network is large.

그러나, 위와 같이 기존의 한계점이 극복됨으로써, 인공신경망은 깊은 구조(Deep Structure)를 가져갈 수 있게 되었습니다. 이로 인해 복잡하고 표현력 높은 모델을 구축할 수 있게 되어 음성인식, 얼굴인식, 물체인식, 문자인식 등 다양한 분야에서 획기적인 결과들이 발표되고 있다.However, by overcoming the existing limitations as above, the artificial neural network can take a deep structure. As a result, it is possible to construct a complex and expressive model, and breakthrough results have been announced in various fields such as voice recognition, face recognition, object recognition, and text recognition.

심층 신경망(Deep Neural Network, DNN)은 입력층(input layer)과 출력층(output layer) 사이에 여러 개의 은닉층(hidden layer)들로 이뤄진 인공신경망(Artificial Neural Network, ANN)이다. 심층 신경망은 일반적인 인공신경망과 마찬가지로 복잡한 비선형 관계(non-linear relationship)들을 모델링할 수 있다. 예를 들어, 물체 식별 모델을 위한 심층 신경망 구조에서는 각 물체가 영상의 기본적 요소들의 계층적 구성으로 표현될 수 있다. 이때, 추가 계층들은 점진적으로 모인 하위 계층들의 특징들을 규합시킬 수 있다. 심층 신경망의 이러한 특징은, 비슷하게 수행된 인공신경망에 비해 더 적은 수의 유닛(unit, node)들 만으로도 복잡한 데이터를 모델링할 수 있게 해준다. A deep neural network (DNN) is an artificial neural network (ANN) composed of several hidden layers between an input layer and an output layer. Deep neural networks, like general artificial neural networks, can model complex non-linear relationships. For example, in a deep neural network structure for an object identification model, each object can be expressed as a hierarchical structure of basic elements of an image. In this case, the additional layers may gather features of the progressively gathered lower layers. This feature of deep neural networks makes it possible to model complex data with fewer units than similarly performed artificial neural networks.

이전의 심층 신경망들은 보통 앞먹임 신경망으로 설계되어 왔지만, 최근의 연구들은 심층 학습 구조들을 순환 신경망(Recurrent Neural Network, RNN)에 성공적으로 적용했다. 일례로 언어 모델링(language modeling) 분야에 심층 신경망 구조를 적용한 사례 등이 있다. 합성곱 신경망(Convolutional Neural Network, CNN)의 경우에는 컴퓨터 비전(computer vision) 분야에서 잘 적용되었을 뿐만 아니라, 각각의 성공적인 적용 사례에 대한 문서화 또한 잘 되어 있다. 더욱 최근에는 합성곱 신경망이 자동음성인식(Automatic Speech Recognition, ASR)을 위한 음향 모델링(acoustic modeling) 분야에 적용되었으며, 기존의 모델들 보다 더욱 성공적으로 적용되었다는 평가를 받고 있다. 심층 신경망은 표준 오류역전파 알고리즘으로 학습될 수 있다. 이때, 가중치(weight)들은 아래의 등식을 이용한 확률적 경사 하강법(stochastic gradient descent)을 통하여 갱신될 수 있다.Previous deep neural networks have usually been designed as front-end neural networks, but recent studies have successfully applied deep learning structures to recurrent neural networks (RNNs). An example is the application of deep neural network structure to the field of language modeling. In the case of a convolutional neural network (CNN), not only has it been well applied in the field of computer vision, but each successful application case is well documented. More recently, convolutional neural networks have been applied to the field of acoustic modeling for Automatic Speech Recognition (ASR), and are evaluated as being applied more successfully than existing models. Deep neural networks can be trained with standard error backpropagation algorithms. In this case, the weights may be updated through stochastic gradient descent using the following equation.

도 3은 본 발명에 따른 인공신경망을 이용하여 사용자의 동작 의도를 학습하는 학습 장치의 블록도를 예시한 도면이다.3 is a diagram illustrating a block diagram of a learning device for learning a user's motion intention using an artificial neural network according to the present invention.

도 3을 참조하면, 인공신경망을 이용하여 사용자의 동작 의도를 학습하는 학습 장치(300)는 통신부(310) 및 프로세서(320)를 포함할 수 있다. 사용자의 동작 의도를 학습하는 학습 장치(300) 내에서 통신부(310) 및 프로세서(320)는 전기적으로 연결되어 있다.Referring to FIG. 3, a learning apparatus 300 for learning a user's motion intention using an artificial neural network may include a communication unit 310 and a processor 320. The communication unit 310 and the processor 320 are electrically connected in the learning device 300 for learning the user's motion intention.

통신부(310)는 움직임 센서부로부터 사용자의 움직임을 측정한 신호를 무선통신 등의 방식으로 수신한다. 프로세서(320)는 기 학습된 인공신경망을 이용하여 사용자의 움직임을 측정한 신호에 대응하는 사용자의 동작 의도를 출력(혹은 추정, 결정)할 수 있다. 그리고, 통신부(310)가 뇌파 센서부로부터 상기 사용자에 대해 측정된 뇌파 신호에 대한 정보를 수신하면, 프로세서(320)는 상기 뇌파 신호에 대한 정보에 대응하는 사용자의 동작 의도가 상기 출력된 사용자의 동작 의도와 일치하지 않는지 여부를 판단한다. 만약 일치하는 않는 경우, 프로세서(320)는 출력된 사용자의 동작 의도의 레이블(혹은 정답)을 상기 뇌파 신호에 대한 정보에 대응하는 사용자의 동작 의도로 수정하여 기 학습된 인공신경망에 입력한다. The communication unit 310 receives a signal measuring the user's movement from the motion sensor unit through wireless communication or the like. The processor 320 may output (or estimate, determine) the user's motion intention corresponding to the signal measured by the user's motion using the previously learned artificial neural network. And, when the communication unit 310 receives information on the EEG signal measured for the user from the EEG sensor unit, the processor 320 determines the user's operation intention corresponding to the information on the EEG signal. It is determined whether it does not match the intention of the operation. If they do not match, the processor 320 modifies the output label (or correct answer) of the user's motion intention to the user's motion intention corresponding to the information on the EEG signal and inputs it to the previously learned artificial neural network.

상기 프로세서(320)는 기 학습된 인공신경망에서 출력된 사용자의 동작 의도의 레이블(혹은 정답)을 상기 뇌파 신호에 대한 정보에 대응하는 사용자의 동작 의도로 수정하여 인식하도록 학습한다. 프로세서(320)는 상기 뇌파 신호에 대한 정보에 대응하는 사용자의 동작 의도가 상기 출력된 사용자의 동작 의도와 일치하는지 여부를 상기 뇌파 신호에 대한 정보, 상기 뇌파 신호에 대한 정보에 대응하는 사용자의 동작 의도, 상기 사용자의 움직임을 측정한 신호에 대한 정보에 대응하는 사용자의 동작 의도 및 상기 출력된 사용자의 동작 의도 간에 미리 정의된 맵핑 관계에 기초하여 판단할 수 있다. 여기서, 미리 정의된 맵핑 관계는 다음 표 2에서의 각 행 별로 대응되는 관계를 포함할 수 있다.The processor 320 learns to recognize and correct the label (or correct answer) of the user's motion intention output from the previously learned artificial neural network to the user's motion intention corresponding to the information on the EEG signal. The processor 320 determines whether the user's operation intention corresponding to the information on the EEG signal matches the outputted user's operation intention, the user's operation corresponding to the information on the EEG signal and the information on the EEG signal. It may be determined based on a predefined mapping relationship between the intention, the user's motion intention corresponding to the information on the signal measuring the user's motion, and the output user's motion intention. Here, the predefined mapping relationship may include a relationship corresponding to each row in Table 2 below.

뇌파 센서부에서 수신된 뇌파 신호의 주파수Frequency of the EEG signal received from the EEG sensor unit 뇌파 신호로부터 추정된 사용자의 동작 의도User's motion intention estimated from EEG signals 움직임 센서부(예를 들어, 근저도 센서부, 가속도 센서부 등)로부터 수신한 상기 사용자의 움직임을 측정한 신호에 대한 정보Information on a signal that measures the user's movement received from a motion sensor unit (eg, a root degree sensor unit, an acceleration sensor unit, etc.) 기 학습된 인공신경망을 통해 출력된 사용자의 동작 의도User's motion intention output through pre-learned artificial neural network 제 1 주파수First frequency A 동작을 의도Intent to act A 제 1 움직임 반응First motion reaction A 동작을 의도Intent to act A 제 2 주파수2nd frequency B 동작을 의도Intent B action 제 2 움직임 반응Second motion reaction B 동작을 의도Intent B action 제 3 주파수3rd frequency C 동작을 의도Intent C behavior 제 3 움직임 반응3rd motion reaction C 동작을 의도Intent C behavior

표 2를 참조하면, 미리 정의된 맵핑 관계 혹은 규칙은 뇌파 센서부에서 수신된 뇌파 신호의 주파수가 제 1 주파수, 제 1 주파수에 대응되는 사용자의 동작 의도는 A 동작이고, 이 경우 움직임 센서부로부터 수신한 사용자의 움직임을 측정한 신호에 대한 정보는 제 1 움직임 반응이며, 제 1 움직임에 대응되는 사용자의 동작 의도도 A 동작이라는 것이다. 예를 들어, 표 2를 참조하여 설명하면, 프로세서(320)는 기 학습된 인공신경망을 통해 사용자의 동작 의도가 B 동작을 의도한 것으로 출력한다고 가정하자. 이 경우 프로세서(320)가 통신부(310)로부터 수신한 뇌파 신호의 주파수가 제 1 주파수라고 한다면, 제 1 주파수에 대응하는 사용자의 동작 의도는 A 동작이므로 출력된 사용자의 동작 의도인 B 동작과 일치하지 않다고 판단할 수 있다. 그러면, 프로세서(320)는 기 학습된 인공신경망을 통해 출력된 사용자의 동작 의도에 오류가 있음을 파악하여, 사용자의 동작 의도의 레이블(혹은 정답)을 상기 뇌파 신호에 대한 정보에 대응하는 사용자의 동작 의도(B 동작)로 수정하여 기 학습된 인공신경망에 입력한다. 이와 같이, 점멸 자극을 발생시켜 사용자가 자극을 바라봤을 때 사용자의 뇌에 생성되는 뇌파를 모니터링하여 학습 시스템에 대한 답을 제공하고 학습 시스템은 이 답을 이용해 증분 학습하는 것을 제안하고자 한다.Referring to Table 2, the predefined mapping relationship or rule is that the frequency of the EEG signal received from the EEG sensor unit is the first frequency, and the user’s motion intention corresponding to the first frequency is A. In this case, from the motion sensor unit. The information on the received signal measuring the user's motion is a first motion response, and the user's motion intention corresponding to the first motion is also motion A. For example, referring to Table 2, it is assumed that the processor 320 outputs that the user's motion intention is the B motion as intended through the previously learned artificial neural network. In this case, if the frequency of the EEG signal received from the communication unit 310 by the processor 320 is the first frequency, the user's operation intention corresponding to the first frequency is the A operation, so it is consistent with the outputted user's operation intention, the B operation. You can judge that you don't. Then, the processor 320 recognizes that there is an error in the user's motion intention output through the pre-learned artificial neural network, and assigns a label (or correct answer) of the user's motion intention to the user's corresponding EEG signal information. It is corrected to the motion intention (B motion) and input into the previously learned artificial neural network. In this way, it is proposed to generate a blinking stimulus to provide an answer to the learning system by monitoring the EEG generated in the user's brain when the user looks at the stimulus, and the learning system to incrementally learn using this answer.

여기서, 상기 측정된 뇌파 신호는 점멸 자극에 의해 유발된 신호에 해당할 수 있다. 프로세서(320)는 사용자의 움직임에 대해 측정된 신호가 미리 정의한 특징 값 이상으로 판단되는 경우에 사용자의 움직임에 대해 측정된 신호에 대응하는 사용자의 동작 의도를 결정할 수 있다. 인공신경망은 심층신경망(Deep Neural Networks, DNN)을 포함할 수 있다. 그리고, 뇌파 센서부는 Electroencephalography (EEG) 센서를 포함할 수 있다. 움직임 센서부는 근전도 센서부 또는 가속도 센서부를 포함할 수 있다. 사용자의 움직임에 대해 측정된 신호는 상기 사용자의 근전도 신호 또는 가속도 신호를 포함할 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 움직임 센서부를 근전도 센서부로 가정하여 설명할 것이다.Here, the measured EEG signal may correspond to a signal caused by a blinking stimulus. The processor 320 may determine the user's motion intention corresponding to the measured signal for the user's motion when it is determined that the signal measured for the user's motion is greater than or equal to a predefined feature value. The artificial neural network may include deep neural networks (DNN). In addition, the EEG sensor unit may include an Electroencephalography (EEG) sensor. The motion sensor unit may include an EMG sensor unit or an acceleration sensor unit. The signal measured for the user's movement may include the user's EMG signal or an acceleration signal. Hereinafter, for convenience of explanation, the motion sensor unit will be described assuming the EMG sensor unit.

도 4는 본 발명에 따른 인공신경망을 이용하여 사용자의 동작 의도를 학습하는 방법을 간략히 설명한 흐름도이다.4 is a flowchart briefly explaining a method of learning a user's motion intention using an artificial neural network according to the present invention.

도 4를 참조하면, 인공신경망을 이용하여 사용자의 동작 의도를 학습하는 장치(300)는 움직임 센서부로부터 사용자의 움직임을 측정한 신호에 대한 정보를 수신한다. 인공신경망을 이용하여 사용자의 동작 의도를 학습하는 장치(300)는 기 학습된 인공신경망을 이용하여 상기 사용자의 움직임을 측정한 신호에 대한 정보에 대응하는 사용자의 동작 의도를 출력한다. 인공신경망을 이용하여 사용자의 동작 의도를 학습하는 장치(300)는 뇌파 센서부로부터 상기 사용자에 대해 측정된 뇌파 신호에 대한 정보를 수신한다. 그리고 인공신경망을 이용하여 사용자의 동작 의도를 학습하는 장치(300)는 뇌파 신호에 대한 정보에 대응하는 사용자의 동작 의도가 상기 출력된 사용자의 동작 의도와 일치하는지 여부를 판단한다.Referring to FIG. 4, an apparatus 300 for learning a user's motion intention using an artificial neural network receives information about a signal measuring a user's motion from a motion sensor unit. The apparatus 300 for learning the user's motion intention using an artificial neural network outputs the user's motion intention corresponding to the information on the signal measured by the user's motion using the previously learned artificial neural network. The apparatus 300 for learning the user's motion intention using an artificial neural network receives information on the EEG signal measured for the user from the EEG sensor unit. Further, the apparatus 300 for learning the user's motion intention using an artificial neural network determines whether the user's motion intention corresponding to the information on the EEG signal matches the output user's motion intention.

일치하지 않는다고 판단되는 경우, 상기 출력된 사용자의 동작 의도에 대한 레이블을 상기 뇌파 신호에 대한 정보에 대응하는 사용자의 동작 의도로 수정하여 상기 기 학습된 인공신경망에 입력할 수 있다. If it is determined that they do not match, the output label for the user's motion intention may be modified to the user's motion intention corresponding to the information on the EEG signal and input to the previously learned artificial neural network.

그리고, 인공신경망을 이용하여 사용자의 동작 의도를 학습하는 장치(300)는 상기 출력된 사용자의 동작 의도의 레이블을 상기 뇌파 신호에 대한 정보에 대응하는 사용자의 동작 의도로 인식하도록 학습할 수 있다. 인공신경망을 이용하여 사용자의 동작 의도를 학습하는 장치(300)는 상기 뇌파 신호에 대한 정보에 대응하는 사용자의 동작 의도가 상기 출력된 사용자의 동작 의도와 일치하는지 여부를 상기 뇌파 신호에 대한 정보, 상기 뇌파 신호에 대한 정보에 대응하는 사용자의 동작 의도, 상기 사용자의 움직임을 측정한 신호에 대한 정보에 대응하는 사용자의 동작 의도 및 상기 출력된 사용자의 동작 의도 간에 미리 정의된 맵핑 관계에 기초하여 판단할 수 있다. 여기서 미리 정의된 맵핑 관계는 상기 표 2와 같다. In addition, the apparatus 300 for learning the user's motion intention using the artificial neural network may learn to recognize the output label of the user's motion intention as the user's motion intention corresponding to the information on the EEG signal. The apparatus 300 for learning the user's motion intention using an artificial neural network determines whether the user's motion intention corresponding to the information on the EEG signal matches the output user's motion intention, the information on the EEG signal, Determination based on a predefined mapping relationship between the user's motion intention corresponding to the information on the EEG signal, the user's motion intention corresponding to the information on the signal measuring the user's motion, and the output user's motion intention can do. Here, the predefined mapping relationship is shown in Table 2 above.

상기 측정된 뇌파 신호는 점멸 자극에 의해 유발된 신호에 해당할 수 있다. 인공신경망을 이용하여 사용자의 동작 의도를 학습하는 장치(300)는 상기 사용자의 동작 의도를 출력하는 단계는 상기 사용자의 움직임에 대해 측정된 신호가 미리 정의한 특징 값 이상으로 판단되는 경우에 수행한다. 상기 미리 정의한 특징 값은 근전도 신호의 평균 신호 세기를 포함할 수 있다. 상기 움직임 센서부 및 상기 뇌파 센서부는 상기 사용자가 휴대착용 가능한 것이다.The measured EEG signal may correspond to a signal caused by a blinking stimulus. The apparatus 300 for learning the user's motion intention using an artificial neural network performs the step of outputting the user's motion intention when it is determined that the measured signal for the user's motion is greater than or equal to a predefined feature value. The predefined feature value may include an average signal strength of an EMG signal. The motion sensor unit and the EEG sensor unit are portable and wearable by the user.

도 5는 본 발명에 따른 인공신경망을 이용하여 사용자의 동작 의도를 학습하는 장치(300)를 포함하는 시스템을 예시한 도면이다.5 is a diagram illustrating a system including a device 300 for learning a user's motion intention using an artificial neural network according to the present invention.

도 5에 도시된 바와 같이, 사용자(500)(예를 들어, 신체장애인 혹은 노인)가 운전하고 있는 상황이라고 가정한다. 학습 장치(300)는 EMG 센서(510)로부터 근전도 반응에 대한 신호를 수신할 수 있다. 학습 장치(300)는 기 학습된 인공신경망을 이용하여 근전도 분류 알고리즘에 기초하여 사용자의 동작 의도를 추정 혹은 출력한다. 이때, 학습 장치(300)는 사용자의 EEG 센서(520)로부터 뇌파 신호에 대한 정보(사용자에 대해 측정된 뇌파 주파수에 대한 정보 등)를 수신한다. 학습 장치(300)는 출력된 사용자의 동작 의도와 상기 수신한 뇌파 주파수에 대한 정보에 대응하는 사용자의 동작 의도가 일치하는지 여부를 판단한다. 만약, 일치하지 않는 경우 학습 장치(300)는 수신한 데이터를 이용해 증분 학습을 수행한다. 즉, 학습 장치(300)는 상기 출력된 사용자의 동작 의도에 대한 레이블을 상기 뇌파 신호에 대한 정보에 대응하는 사용자의 동작 의도로 수정하여 상기 기 학습된 인공신경망에 입력하고, 상기 출력된 사용자의 동작 의도의 레이블을 상기 뇌파 신호에 대한 정보에 대응하는 사용자의 동작 의도로 인식하도록 학습할 수 있다.As shown in FIG. 5, it is assumed that the user 500 (for example, a person with a physical disability or an elderly person) is driving. The learning device 300 may receive a signal for an EMG response from the EMG sensor 510. The learning device 300 estimates or outputs a motion intention of the user based on an EMG classification algorithm using a previously learned artificial neural network. In this case, the learning device 300 receives information on the EEG signal (such as information on the EEG frequency measured for the user) from the EEG sensor 520 of the user. The learning device 300 determines whether the output user's motion intention matches the user's motion intention corresponding to the received brainwave frequency information. If they do not match, the learning device 300 performs incremental learning using the received data. That is, the learning device 300 modifies the output label for the user's motion intention to the user's motion intention corresponding to the information on the EEG signal and inputs it to the previously learned artificial neural network, and the outputted user's It may be learned to recognize the label of the motion intention as the motion intention of the user corresponding to the information on the EEG signal.

EEG 센서(520)는 사용자(500)가 자동차 내에 구비된 복수의 점멸 자극을 위한 디스플레이(헤드업 디스플레이)(530, 531, 532, 533) 중 어느 한 디스플레이를 시청함에 따라 사용자(500)의 뇌에서 측정된 뇌파 주파수를 산출할 수 있다. 각 디스플레이는 자동차 내에서 서로 다른 위치에 구비되어 있으며 각 디스플레이에서 점멸되는 신호의 주파수는 서로 배수 관계가 아니다. 그리고, 각 위치 별로 해당하는 디스플레이에 대응되는 사용자의 동작 의도가 다르게 매칭되어 있으며, 사용자(500)는 이 매칭 관계를 인식하고 있다고 가정한다. EEG sensor 520 is the brain of the user 500 as the user 500 views any one of a plurality of flashing stimulus displays (head-up display) 530, 531, 532, 533 provided in the vehicle. The EEG frequency measured at can be calculated. Each display is provided in a different position in the vehicle, and the frequencies of the signals blinking in each display are not multiples. In addition, it is assumed that the operation intention of the user corresponding to the display corresponding to each location is differently matched, and that the user 500 recognizes this matching relationship.

예를 들어, 사용자(500)자 자동차 내부 기능 중에서 A 동작(예를 들어, 음악을 재생)을 의도하기 위해 팔을 위로 움직였다고 가정하자. 사용자(500)는 A 동작에 대응되는 해당 위치의 디스플레이에서의 점멸 자극을 쳐다본다. 그러나, 학습 장치(300)에서 사용자(500)의 팔을 위로 움직인 근전도 반응에 대한 정보를 입력받아 기 학습된 인공신경망(혹은 근전도 분류 알고리즘)을 이용하여 출력한 사용자의 동작 의도가 A 동작(예를 들어, 음악을 재생)이 아니라 다른 동작인 B 동작 (에어컨을 ON)이면, 학습 장치(300)는 이는 사용자(500)의 움직임에 대한 노이즈 등에 따른 잘못된 결과가 나온 것으로 처리한다. 학습 장치(300)는 수신한 뇌파 주파수에 대한 정보에 기초하여 사용자의 진정한 동작 의도인 A 동작(예를 들어, 음악을 재생)을 기 학습된 인공 신경망에 입력하여 증분 학습한다.For example, suppose that the user 500 moves his arm upward in order to intend an operation A (eg, to play music) among the functions inside the vehicle. The user 500 looks at the blinking stimulus on the display at the corresponding position corresponding to the operation A. However, the user's motion intention, which is output by using an artificial neural network (or EMG classification algorithm) that has been previously learned by receiving information on the EMG response in which the user's arm is moved upward, is the A motion ( For example, if the operation B (turning on the air conditioner), which is a different operation instead of playing music), the learning device 300 processes this as an incorrect result due to noise or the like for the movement of the user 500. The learning apparatus 300 incrementally learns by inputting the user's true motion intention, A motion (eg, playing music), into a pre-learned artificial neural network based on the received brainwave frequency information.

도 6은 사용자(500)가 15Hz의 자극 영상을 시청하는 경우에 EEG 센서(520)에서 검출되는 뇌파에 대한 그래프를 나타낸 것이다.6 shows a graph of brain waves detected by the EEG sensor 520 when the user 500 views a stimulus image of 15 Hz.

사용자(500)가 15Hz의 자극 영상을 시청하는 경우 자극 영상의 주파수의 비례하는 주파수가 뇌에 관측된다. 예를 들어, EEG 센서(520)는 15Hz의 배수인 15Hz, 30Hz, 45Hz의 뇌파를 도 6에서와 같이 검출할 수 있다. 사용자(500)가 15Hz의 자극 영상을 시청하는 경우 자극 영상의 주파수의 비례하는 주파수가 뇌에 관측되기 때문에, 자동차 내에 구비된 복수의 점멸 자극을 위한 디스플레이(헤드업 디스플레이)(530, 531, 532, 533) 각각에서의 점멸 신호의 주파수는 서로 배수 관계가 아니어야 한다. 예를 들어, 디스플레이(헤드업 디스플레이)(530, 531, 532, 533) 각각에서의 점멸 신호의 주파수는 각각 15Hz, 17Hz, 18Hz, 19Hz 일 수 있다.When the user 500 watches a stimulation image of 15 Hz, a frequency proportional to the frequency of the stimulation image is observed in the brain. For example, the EEG sensor 520 may detect brain waves of 15 Hz, 30 Hz, and 45 Hz, which are multiples of 15 Hz, as shown in FIG. 6. When the user 500 watches a stimulus image of 15 Hz, a frequency proportional to the frequency of the stimulus image is observed in the brain, so a display (head-up display) 530, 531, 532 for a plurality of flashing stimuli provided in a vehicle , 533) The frequencies of the blinking signals in each should not have a multiple relationship with each other. For example, the frequency of the blinking signal in each of the displays (head-up display) 530, 531, 532, and 533 may be 15Hz, 17Hz, 18Hz, and 19Hz, respectively.

도 7은 본 발명에 따른 인공신경망을 이용하여 사용자의 동작 의도를 학습하는 방법을 구체적으로 예시한 흐름도이다.7 is a flowchart illustrating a method of learning a user's motion intention using an artificial neural network according to the present invention.

도 7을 참조하면, 사용자(500)(예를 들어, 지체 장애인)는 뇌파 측정을 위한 뇌파 측정 밴드(혹은 뇌파 센서부) 및 근전도 측정을 위한 근전도 센서부를 착용한 채 운전하고 있는 상황이라고 가정한다. 사용자가 착용한 뇌파 센서부와 근전도 센서부는 모니터링을 수행하고, 특징 값을 추출하여 특징 값이 소정의 임계값을 넘는지 여부를 판단한다. 근전도 센서부는 추출된 근전도 반응에 대한 특징 값이 소정의 임계값을 넘는다고 판단하면 학습 장치(300)의 통신부(300)으로 무선 방식 등으로 송신한다. 여기서 특징 값은 근전도 신호의 평균 세기일 수도 있다.Referring to FIG. 7, it is assumed that a user 500 (for example, a physically disabled person) is driving while wearing an EEG measurement band (or EEG sensor unit) for EEG measurement and an EMG sensor unit for EMG measurement. . The EEG sensor unit and the EMG sensor unit worn by the user perform monitoring and determine whether the feature value exceeds a predetermined threshold value by extracting the feature value. If the EMG sensor unit determines that the feature value for the extracted EMG response exceeds a predetermined threshold value, the EMG sensor unit transmits it to the communication unit 300 of the learning device 300 by a wireless method or the like. Here, the feature value may be the average intensity of the EMG signal.

학습 장치(300)의 프로세서(320)는 근전도 센서부로부터 수신한 근전도에 대한 정보를 기 학습된 인공신경망의 근전도 분류 알고리즘을 이용하여 사용자의 동작 의도를 출력 혹은 추정한다.The processor 320 of the learning device 300 outputs or estimates the user's motion intention using the EMG classification algorithm of the artificial neural network that has been previously learned about the EMG information received from the EMG sensor unit.

그리고, 학습 장치(300)의 통신부(310)는 뇌파 센서부로부터 동작 확인을 위한 SSVEP 자극 생성에 대해 측정된 뇌파 신호에 대한 정보를 수신한다. 이때, 학습 장치(300)의 프로세서(320)는 뇌파 분류 알고리즘 혹은 기 설정된 규칙에 의해 수신된 뇌파 신호에 대한 정보에 대응하는 사용자의 동작 의도를 파악할 수 있다. 학습 장치(300)의 프로세서(320)는 근전도 알고리즘 분류기에 의해 출력된 사용자의 동작 의도와 뇌파 분류 알고리즘 (혹은 기설정된 규칙)에 의해 파악된 사용자의 동작 의도가 일치하는지 여부를 판단한다.In addition, the communication unit 310 of the learning device 300 receives information on the EEG signal measured for generating an SSVEP stimulus for operation confirmation from the EEG sensor unit. In this case, the processor 320 of the learning device 300 may determine the user's operation intention corresponding to the information on the EEG signal received by the EEG classification algorithm or a preset rule. The processor 320 of the learning device 300 determines whether the user's motion intention output by the EMG algorithm classifier and the user's motion intention identified by the EEG classification algorithm (or a preset rule) match.

일치하지 않으면, 학습 장치(300)의 프로세서(320)는 해당 근전도 반응에 대한 정보의 레이블을 수정한다. 수정한 후, 학습 장치(300)의 프로세서(320)는 뇌파 알고리즘 기기 제어를 수행하고, 관찰된 근전도와 SSVEP 반응 뇌파를 증분 학습을 위한 데이터 세트에 저장하여 기학습된 인공신경망을 학습한다.If not, the processor 320 of the learning device 300 corrects the label of the information on the corresponding EMG response. After modification, the processor 320 of the learning device 300 performs an EEG algorithm device control, stores the observed EMG and SSVEP-responsive EEG in a data set for incremental learning to learn a previously learned artificial neural network.

이상에서 설명한 바와 같이, 사용자의 의도 인식을 머신러닝 알고리즘을 모델을 사용하여 디바이스를 조작할 때 발생하는 오류를 줄이기 위한 학습하는 방법과 이를 위한 학습 장치를 제안하였다.As described above, a learning method for reducing errors that occur when a device is manipulated by using a machine learning algorithm model to recognize a user's intention and a learning apparatus for the same are proposed.

이상에서 설명된 실시예들은 본 발명의 구성요소들과 특징들이 소정 형태로 결합된 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려되어야 한다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시예를 구성하는 것도 가능하다. 본 발명의 실시예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다. 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함시킬 수 있음은 자명하다.The embodiments described above are those in which components and features of the present invention are combined in a predetermined form. Each component or feature should be considered optional unless explicitly stated otherwise. Each component or feature may be implemented in a form that is not combined with other components or features. In addition, it is also possible to constitute an embodiment of the present invention by combining some components and/or features. The order of operations described in the embodiments of the present invention may be changed. Some configurations or features of one embodiment may be included in other embodiments, or may be replaced with corresponding configurations or features of other embodiments. It is obvious that the embodiments may be configured by combining claims that do not have an explicit citation relationship in the claims or may be included as new claims by amendment after filing.

본 발명은 본 발명의 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.It is obvious to those skilled in the art that the present invention can be embodied in other specific forms without departing from the essential features of the present invention. Therefore, the detailed description above should not be construed as restrictive in all respects and should be considered as illustrative. The scope of the present invention should be determined by reasonable interpretation of the appended claims, and all changes within the equivalent scope of the present invention are included in the scope of the present invention.

Claims (24)

통신부가 움직임 센서부로부터 사용자의 움직임을 측정한 신호에 대한 정보를 수신하는 단계;
프로세서가 기 학습된 인공신경망을 이용하여 상기 사용자의 움직임을 측정한 신호에 대한 정보에 대응하는 사용자의 동작 의도를 출력하는 단계;
상기 통신부가 뇌파 센서부로부터 상기 사용자에 대해 측정된 뇌파 신호에 대한 정보를 수신하는 단계; 및
상기 프로세서가, 상기 뇌파 신호에 대한 정보에 대응하는 사용자의 동작 의도와 상기 출력된 사용자의 동작 의도가 일치하지 않는 경우 상기 출력된 사용자의 동작 의도에 대한 레이블을 상기 뇌파 신호에 대한 정보에 대응하는 사용자의 동작 의도로 수정하여 상기 기 학습된 인공신경망에 입력하는 단계를 포함하는, 인공신경망을 이용하여 사용자의 동작 의도를 학습하는 방법.
Receiving, by a communication unit, information on a signal measuring the user's movement from the motion sensor unit;
Outputting, by a processor, a motion intention of a user corresponding to information on a signal obtained by measuring the motion of the user using a previously learned artificial neural network;
Receiving, by the communication unit, information on the EEG signal measured for the user from the EEG sensor unit; And
When the user's operation intention corresponding to the information on the EEG signal and the outputted user's operation intention do not match, the processor sets a label for the output user's operation intention corresponding to the information on the EEG signal. A method of learning the user's motion intention using the artificial neural network, comprising the step of modifying the motion intention of the user and inputting it into the previously learned artificial neural network.
제 1항에 있어서,
상기 프로세서가 상기 출력된 사용자의 동작 의도의 레이블을 상기 뇌파 신호에 대한 정보에 대응하는 사용자의 동작 의도로 인식하도록 학습하는 단계를 더 포함하는, 인공신경망을 이용하여 사용자의 동작 의도를 학습하는 방법.
The method of claim 1,
The method of learning a user's motion intention using an artificial neural network, further comprising the step of learning, by the processor, to recognize the output label of the user's motion intention as the motion intention of the user corresponding to the information on the EEG signal .
제 1항에 있어서,
상기 프로세서가, 상기 뇌파 신호에 대한 정보에 대응하는 사용자의 동작 의도와 상기 출력된 사용자의 동작 의도가 일치하는지 여부를 상기 뇌파 신호에 대한 정보, 상기 뇌파 신호에 대한 정보에 대응하는 사용자의 동작 의도, 상기 사용자의 움직임을 측정한 신호에 대한 정보에 대응하는 사용자의 동작 의도 및 상기 출력된 사용자의 동작 의도 간에 미리 정의된 맵핑 관계에 기초하여 판단하는 단계를 더 포함하는, 인공신경망을 이용하여 사용자의 동작 의도를 학습하는 방법.
The method of claim 1,
The processor determines whether the user's operation intention corresponding to the information on the EEG signal matches the output user's operation intention, the information on the EEG signal, and the user's operation intention corresponding to the information on the EEG signal. , The user using an artificial neural network, further comprising the step of determining based on a predefined mapping relationship between the user's motion intention corresponding to the information on the measured signal of the user's motion and the output user's motion intention How to learn the intention of motion.
제 3항에 있어서,
상기 미리 정의된 맵핑 관계는 다음 표에서의 각 행 별로 대응되는 관계를 포함하는, 인공신경망을 이용하여 사용자의 동작 의도를 학습하는 방법.
Figure 112020502173970-pat00002
The method of claim 3,
The predefined mapping relationship includes a relationship corresponding to each row in the following table. A method of learning a user's motion intention using an artificial neural network.
Figure 112020502173970-pat00002
제 4항에 있어서,
상기 제 1, 제 2 및 제 3 주파수는 서로 간에 배수 관계가 아닌 것을 특징으로 하는, 인공신경망을 이용하여 사용자의 동작 의도를 학습하는 방법.
The method of claim 4,
The first, second, and third frequencies are not a multiple relationship between each other, characterized in that, using an artificial neural network to learn the user's motion intention.
제 1항에 있어서,
상기 측정된 뇌파 신호는 점멸 자극에 의해 유발된 신호에 해당하는, 인공신경망을 이용하여 사용자의 동작 의도를 학습하는 방법.
The method of claim 1,
The measured EEG signal corresponds to a signal caused by a blinking stimulus, and a method of learning a user's motion intention using an artificial neural network.
제 1항에 있어서,
상기 프로세서가 상기 사용자의 동작 의도를 출력하는 단계는 상기 사용자의 움직임에 대해 측정된 신호가 미리 정의한 특징 값 이상으로 판단되는 경우에 수행되는, 인공신경망을 이용하여 사용자의 동작 의도를 학습하는 방법.
The method of claim 1,
The step of outputting the motion intention of the user by the processor is performed when the measured signal for the motion of the user is determined to be greater than or equal to a predefined feature value. A method of learning the motion intention of the user using an artificial neural network.
제 7항에 있어서,
상기 미리 정의한 특징 값은 근전도 신호의 평균 신호 세기를 포함하는, 인공신경망을 이용하여 사용자의 동작 의도를 학습하는 방법.
The method of claim 7,
The predefined feature value includes an average signal strength of an EMG signal. A method of learning a user's motion intention using an artificial neural network.
제 1항에 있어서,
상기 인공신경망은 심층신경망(Deep Neural Networks, DNN)을 포함하는, 인공신경망을 이용하여 사용자의 동작 의도를 학습하는 방법.
The method of claim 1,
The artificial neural network includes a deep neural network (DNN), a method of learning a user's motion intention using an artificial neural network.
제 1항에 있어서,
상기 움직임 센서부 및 상기 뇌파 센서부는 상기 사용자가 휴대착용 가능한 것을 특징으로 하는, 인공신경망을 이용하여 사용자의 동작 의도를 학습하는 방법.
The method of claim 1,
The motion sensor unit and the EEG sensor unit, characterized in that the user is portable and wearable, a method for learning a user's motion intention using an artificial neural network.
움직임 센서부로부터 사용자의 움직임을 측정한 신호에 대한 정보를 수신하는 통신부; 및
기 학습된 인공신경망을 이용하여 상기 사용자의 움직임을 측정한 신호에 대한 정보에 대응하는 사용자의 동작 의도를 출력하는 프로세서를 포함하되,
상기 통신부는 뇌파 센서부로부터 상기 사용자에 대해 측정된 뇌파 신호에 대한 정보를 수신하고,
상기 프로세서는, 상기 뇌파 신호에 대한 정보에 대응하는 사용자의 동작 의도와 상기 출력된 사용자의 동작 의도가 일치하지 않는 경우 상기 출력된 사용자의 동작 의도의 레이블을 상기 뇌파 신호에 대한 정보에 대응하는 사용자의 동작 의도로 수정하여 상기 기 학습된 인공신경망에 입력하는, 인공신경망을 이용하여 사용자의 동작 의도를 학습하는 장치.
A communication unit for receiving information on a signal measuring the user's movement from the motion sensor unit; And
Including a processor for outputting the user's motion intention corresponding to the information on the signal measured the user's motion using a previously learned artificial neural network,
The communication unit receives information on the EEG signal measured for the user from the EEG sensor unit,
When the user's operation intention corresponding to the information on the EEG signal and the outputted user's operation intention do not match, the processor sets a label of the output user's operation intention to the user corresponding to the information on the EEG signal A device for learning the user's motion intention using the artificial neural network, which is modified as the motion intention of and inputs to the previously learned artificial neural network.
제 11항에 있어서,
상기 프로세서는 상기 출력된 사용자의 동작 의도의 레이블을 상기 뇌파 신호에 대한 정보에 대응하는 사용자의 동작 의도로 인식하도록 학습하는, 인공신경망을 이용하여 사용자의 동작 의도를 학습하는 장치.
The method of claim 11,
The processor learns to recognize the output label of the user's motion intention as the user's motion intention corresponding to the information on the EEG signal, using an artificial neural network to learn the motion intention of the user.
제 11항에 있어서,
상기 프로세서는 상기 뇌파 신호에 대한 정보에 대응하는 사용자의 동작 의도가 상기 출력된 사용자의 동작 의도와 일치하는지 여부를 상기 뇌파 신호에 대한 정보, 상기 뇌파 신호에 대한 정보에 대응하는 사용자의 동작 의도 및 상기 사용자의 움직임을 측정한 신호에 대한 정보에 대응하는 사용자의 동작 의도 간에 미리 정의된 맵핑 관계에 기초하여 판단하는, 인공신경망을 이용하여 사용자의 동작 의도를 학습하는 장치.
The method of claim 11,
The processor determines whether the user's operation intention corresponding to the information on the EEG signal matches the output user's operation intention, the information on the EEG signal, the user's operation intention corresponding to the information on the EEG signal, and An apparatus for learning a user's motion intention using an artificial neural network, which determines based on a predefined mapping relationship between a user's motion intention corresponding to information on the signal measuring the motion of the user.
제 13항에 있어서,
상기 미리 정의된 맵핑 관계는 다음 표에서의 각 행 별로 대응되는 관계를 포함하는, 인공신경망을 이용하여 사용자의 동작 의도를 학습하는 장치.
Figure 112020502173970-pat00003
The method of claim 13,
The predefined mapping relationship includes a relationship corresponding to each row in the following table. An apparatus for learning motion intention of a user using an artificial neural network.
Figure 112020502173970-pat00003
제 14항에 있어서,
상기 제 1, 제 2 및 제 3 주파수는 서로 간에 배수 관계가 아닌 것을 특징으로 하는, 인공신경망을 이용하여 사용자의 동작 의도를 학습하는 장치.
The method of claim 14,
The first, second, and third frequencies are not a multiple relationship between each other, characterized in that, using an artificial neural network to learn a user's motion intention.
제 11항에 있어서,
상기 측정된 뇌파 신호는 점멸 자극에 의해 유발된 신호에 해당하는, 인공신경망을 이용하여 사용자의 동작 의도를 학습하는 장치.
The method of claim 11,
The measured EEG signal corresponds to a signal caused by a blinking stimulus, and a device for learning a user's motion intention using an artificial neural network.
제 11항에 있어서,
상기 프로세서는 상기 사용자의 움직임에 대해 측정된 신호가 미리 정의한 특징 값 이상으로 판단되는 경우에 상기 사용자의 움직임에 대해 측정된 신호에 대응하는 사용자의 동작 의도를 출력하는, 인공신경망을 이용하여 사용자의 동작 의도를 학습하는 장치.
The method of claim 11,
The processor outputs the user's motion intention corresponding to the signal measured for the user's motion, when the measured signal for the user's motion is determined to be greater than or equal to a predefined feature value, by using an artificial neural network. A device that learns motion intent.
제 17항에 있어서,
상기 미리 정의한 특징 값은 근전도 신호의 평균 신호 세기를 포함하는, 인공신경망을 이용하여 사용자의 동작 의도를 학습하는 장치.
The method of claim 17,
The predefined feature value includes an average signal strength of an EMG signal. An apparatus for learning a user's motion intention using an artificial neural network.
제 11항에 있어서,
상기 인공신경망은 심층신경망(Deep Neural Networks, DNN)을 포함하는, 인공신경망을 이용하여 사용자의 동작 의도를 학습하는 장치.
The method of claim 11,
The artificial neural network includes a deep neural network (DNN), a device for learning a user's motion intention using an artificial neural network.
제 11항에 있어서,
상기 움직임 센서부 및 상기 뇌파 센서부는 상기 사용자가 휴대착용 가능한 것을 특징으로 하는, 인공신경망을 이용하여 사용자의 동작 의도를 학습하는 장치.
The method of claim 11,
The motion sensor unit and the brain wave sensor unit, characterized in that the user is portable and wearable, using an artificial neural network to learn the user's motion intention.
제 11항에 있어서,
상기 뇌파 센서부는 Electroencephalography (EEG) 센서를 포함하는, 인공신경망을 이용하여 사용자의 동작 의도를 학습하는 장치.
The method of claim 11,
The EEG sensor unit includes an Electroencephalography (EEG) sensor, and uses an artificial neural network to learn a user's motion intention.
제 11항에 있어서,
상기 움직임 센서부는 근전도 센서부 또는 가속도 센서부를 포함하는, 인공신경망을 이용하여 사용자의 동작 의도를 학습하는 장치.
The method of claim 11,
The motion sensor unit includes an EMG sensor unit or an acceleration sensor unit, and uses an artificial neural network to learn motion intention of a user.
제 22항에 있어서,
상기 사용자의 움직임에 대해 측정된 신호는 상기 사용자의 근전도 신호 또는 가속도 신호를 포함하는, 인공신경망을 이용하여 사용자의 동작 의도를 학습하는 장치.
The method of claim 22,
The signal measured for the user's motion includes the user's EMG signal or an acceleration signal.
제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 기재된 인공신경망을 이용하여 사용자의 동작 의도를 학습하는 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.A computer-readable recording medium in which a program for executing a method of learning a user's motion intention using the artificial neural network according to any one of claims 1 to 10 on a computer is recorded.
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