KR102577759B1 - System for measuring biomedical signal and method for measuring biomedical signal therof - Google Patents

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Abstract

본 개시는 생체 신호 측정 시스템 및 그것의 생체 신호 측정 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 본 개시의 실시 예에 따른 생체 신호 측정 시스템은 사용자에 대한 영상을 획득하는 영상 획득 모듈, 상기 영상 획득 모듈로부터 제공된 상기 영상에 기반하여 얼굴 영역으로부터 추출된 생체 신호를 조합하고, 상기 사용자의 생체 신호를 추정하는 적응형 블록 모듈 및 상기 적응형 블록 모듈로부터 추정된 생체 신호를 외부로 출력하는 생체 신호 출력 모듈을 포함한다.The present disclosure relates to a biosignal measurement system and a method of measuring biosignals thereof. More specifically, the biosignal measurement system according to an embodiment of the present disclosure includes an image acquisition module for acquiring an image of a user, from the image acquisition module. An adaptive block module that combines bio-signals extracted from the face area based on the provided image and estimates the user's bio-signals, and a bio-signal output module that outputs the bio-signals estimated from the adaptive block module to the outside. Includes.

Description

생체 신호 측정 시스템 및 그것의 생체 신호 측정 방법{SYSTEM FOR MEASURING BIOMEDICAL SIGNAL AND METHOD FOR MEASURING BIOMEDICAL SIGNAL THEROF}Biosignal measurement system and its biosignal measurement method {SYSTEM FOR MEASURING BIOMEDICAL SIGNAL AND METHOD FOR MEASURING BIOMEDICAL SIGNAL THEROF}

본 개시는 헬스케어(Health care) 기술에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 적응형 블록 모듈(Adaptive block module)을 이용한 영상 기반의 생체 신호 측정 시스템 및 그것의 생체 신호 측정 방법에 관한 것이다.This disclosure relates to healthcare technology, and more specifically, to an image-based bio-signal measurement system using an adaptive block module and a bio-signal measurement method thereof.

세계적인 고령화 추세에 따라 각종 재활 분야, 건강 검진 분야 등 의료 분야에 이용되는 헬스케어(Health care) 기술에 대한 중요성이 보다 높아지고 있다. 특히, 최근 코로나 19의 여파로 체외 진단 서비스 및 재택 건강 관리 서비스에 대한 필요성이 증대되면서, 생체 신호를 이용한 모니터링 기술에 대한 관심이 높아지고 있다. 인간의 생체 신호 데이터는 다양한 분야에서 활용될 수 있으며, 특히 생체 신호 중에서도 심박수(Heart rate) 데이터는 사용자의 운동량 분석, 감정 분석 등에 활용될 수 있다.In accordance with the global aging trend, the importance of healthcare technology used in medical fields such as various rehabilitation and health examination fields is increasing. In particular, as the need for in vitro diagnostic services and home health care services has increased in the aftermath of COVID-19, interest in monitoring technology using biological signals is increasing. Human biosignal data can be used in various fields, and in particular, among biosignals, heart rate data can be used to analyze the user's momentum, emotion analysis, etc.

기존의 심박수 측정 방법은 사용자의 손가락 또는 귓볼에 특정 파장의 빛을 투사시키고, 반사 또는 투과되는 광도에 기반하여 혈액량 변화를 검출하여 심박수를 도출하였다. 이러한 방식에 기반한 심박수 측정 장치는 사용자의 피부와 밀착될 수 있는 접촉식 장치로 구현되어야 하므로, 손목 시계, 이어폰 등과 같은 웨어러블 기기에 주로 적용되었다. 그러나, 웨어러블 기기를 통하여 사용자의 심박수를 측정하는 경우, 사용자의 움직임, 긴장감 등에 의하여 다양한 노이즈가 발생할 수 있으므로, 보다 정확한 심박수를 측정하는데 어려움이 있다.Existing heart rate measurement methods project light of a specific wavelength onto the user's fingers or earlobes and detect changes in blood volume based on reflected or transmitted light intensity to derive heart rate. Since heart rate measuring devices based on this method must be implemented as contact devices that can be in close contact with the user's skin, they have been mainly applied to wearable devices such as wristwatches and earphones. However, when measuring the user's heart rate through a wearable device, various noises may be generated due to the user's movement, tension, etc., making it difficult to measure the heart rate more accurately.

이러한 단점을 극복하기 위하여, 특허문헌 공개특허공보 10-2015-0093036 에서와 같이, 카메라 영상을 이용한 비접촉식 심박수 측정 방법이 제안되었다. 비접촉식 심박수 측정 방법은 카메라 영상을 통하여 사용자의 얼굴을 인식하고, 생체 신호를 분석할 관심 영역을 설정하고, 해당 영역에서 심박수에 기반한 색상 변화 데이터를 획득하고, 해당 데이터를 처리하여 사용자의 심박수를 도출하였다. 비접촉식 심박수 측정 방법에 의하여 사용자의 심박수를 측정하는 경우, 정확한 심박수 측정을 위하여 심박수를 측정하는 시간 동안 사용자의 얼굴이 고정될 것이 요구된다. 그러나, 일상 생활 환경에서 발생할 수 있는 사용자의 미세한 움직임, 표정 변화 등에 의하여 노이즈가 발생할 수 있으므로, 보다 정확한 심박수를 측정하는데 한계가 있다.In order to overcome these shortcomings, a non-contact heart rate measurement method using camera images was proposed, as in Patent Publication No. 10-2015-0093036. The non-contact heart rate measurement method recognizes the user's face through camera images, sets an area of interest to analyze biosignals, obtains color change data based on heart rate in the area, and processes the data to derive the user's heart rate. did. When measuring a user's heart rate using a non-contact heart rate measurement method, the user's face is required to be fixed during the time of measuring the heart rate in order to accurately measure the heart rate. However, since noise may be generated due to the user's subtle movements and facial expression changes that may occur in daily life environments, there are limitations in measuring heart rate more accurately.

본 개시는 적응형 블록 모듈(Adaptive block module)을 이용한 영상 기반의 비접촉식 생체 신호 측정 시스템 및 그것의 생체 신호 측정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The purpose of the present disclosure is to provide an image-based non-contact bio-signal measurement system using an adaptive block module and a bio-signal measurement method thereof.

본 개시의 실시 예에 따른 생체 신호 측정 시스템은 사용자에 대한 영상을 획득하는 영상 획득 모듈, 상기 영상 획득 모듈로부터 제공된 상기 영상에 기반하여 얼굴 영역으로부터 추출된 생체 신호를 조합하고, 상기 사용자의 생체 신호를 추정하는 적응형 블록 모듈 및 상기 적응형 블록 모듈로부터 추정된 생체 신호를 외부로 출력하는 생체 신호 출력 모듈을 포함한다.A biometric signal measurement system according to an embodiment of the present disclosure combines an image acquisition module for acquiring an image of a user, biosignals extracted from the facial area based on the image provided from the image acquisition module, and biosignals of the user. It includes an adaptive block module that estimates and a biosignal output module that externally outputs the biosignal estimated from the adaptive block module.

예로서, 상기 영상 획득 모듈은 적어도 하나의 촬영 장치를 포함하고, 상기 사용자에 대한 영상을 획득하는 영상 획득부 및 상기 획득된 사용자에 대한 영상을 저장하는 영상 저장부를 포함한다.As an example, the image acquisition module includes at least one photographing device, an image acquisition unit that acquires an image of the user, and an image storage unit that stores the acquired image of the user.

예로서, 상기 영상 획득부가 2 이상의 촬영 장치들을 포함하는 경우, 상기 영상 획득부는 상기 촬영 장치들의 위치, 해상도 및 화각을 일치시키기 위한 캘리브레이션(calibration) 동작을 수행한다.For example, when the image acquisition unit includes two or more photographing devices, the image acquisition unit performs a calibration operation to match the position, resolution, and angle of view of the photographing devices.

예로서, 상기 적응형 블록 모듈은 상기 사용자에 대한 영상을 이용하여 상기 얼굴 영역을 검출하는 얼굴 영역 검출부, 상기 얼굴 영역 검출부로부터 검출된 상기 얼굴 영역 각각에 대한 가중치를 연산하는 영역 가중치 연산부, 상기 사용자에 대한 영상으로부터 상기 얼굴 영역을 제외한 배경 영역을 검출하는 배경 영역 검출부, 상기 배경 영역 각각에 대한 조명 변화를 검출하는 조명 변화 검출부, 상기 얼굴 영역 및 상기 조명 변화에 기반하여 상기 얼굴 영역 각각에 대하여 상기 생체 신호를 추출하는 생체 신호 추출부 및 상기 얼굴 영역 각각으로부터 추출된 상기 생체 신호 및 상기 얼굴 영역 각각에 대하여 연산된 상기 가중치를 조합하여 상기 사용자의 생체 신호를 추정하는 앙상블 보정부를 포함한다.For example, the adaptive block module may include a face area detection unit that detects the face area using an image of the user, an area weight calculation unit that calculates a weight for each of the face areas detected from the face area detection unit, and the user. a background area detection unit that detects a background area excluding the face area from the image, an illumination change detection unit that detects an illumination change for each of the background areas, and the face area and the illumination change for each of the face areas based on the face area and the illumination change. It includes a biometric signal extraction unit that extracts a biosignal, and an ensemble correction unit that estimates the user's biosignal by combining the biosignal extracted from each of the face regions and the weight calculated for each of the face regions.

예로서, 상기 얼굴 영역 검출부는 얼굴 검출 동작 및 얼굴 랜드마크 추출 동작을 수행하고, 상기 얼굴 검출 동작은 바운딩 박스 형태로 상기 사용자의 얼굴이 위치하는 영상 좌표를 반환하도록 수행되고, 상기 얼굴 랜드마크 추출 동작은 표준 얼굴 모델에 기반하여 상기 사용자의 얼굴 모델을 추정하고, 상기 추정된 얼굴 모델에 기반하여 상기 얼굴 영역을 분리하도록 수행된다.For example, the face area detector performs a face detection operation and a facial landmark extraction operation, and the face detection operation is performed to return image coordinates where the user's face is located in the form of a bounding box, and the facial landmark extraction The operation is performed to estimate the user's face model based on a standard face model and to separate the face area based on the estimated face model.

예로서, 상기 얼굴 검출 동작은 템플릿 매칭 또는 딥러닝 기반의 얼굴 탐색 기법에 의하여 수행된다.For example, the face detection operation is performed by template matching or deep learning-based face search techniques.

예로서, 상기 생체 신호 출력 모듈은 상기 적응형 블록 모듈로부터 추정된 상기 사용자의 생체 신호에 대한 정보를 표시하는 생체 신호 정보 표시부를 포함한다.For example, the biometric signal output module includes a biometric signal information display unit that displays information about the user's biosignal estimated from the adaptive block module.

예로서, 상기 생체 신호 출력 모듈은 상기 사용자의 생체 신호에 대한 정보를 외부로 송신하는 통신부를 더 포함한다.For example, the biometric signal output module further includes a communication unit that transmits information about the user's biosignal to the outside.

본 개시의 실시 예에 따른 사용자의 심박수를 도출하기 위한 비접촉식 생체 신호 측정 시스템의 생체 신호 측정 방법에 있어서, 상기 생체 신호 측정 방법은 영상 획득 모듈로부터 획득된 상기 사용자에 대한 영상을 이용하여 상기 사용자의 얼굴 영역을 검출하는 단계, 상기 사용자에 대한 영상을 이용하여 배경 영역을 검출하는 단계, 상기 사용자의 얼굴 영역 각각에 대한 가중치를 연산하는 단계, 상기 배경 영역 각각에 대한 조명 변화를 검출하는 단계, 상기 조명 변화에 기반하여 상기 사용자의 얼굴 영역 각각으로부터 생체 신호를 추출하는 단계 및 상기 사용자의 얼굴 영역 각각에 대한 상기 가중치 및 상기 사용자의 얼굴 영역 각각으로부터 추출된 상기 생체 신호를 조합하여 상기 사용자의 생체 신호를 추정하는 단계를 포함한다. In the biosignal measurement method of the non-contact biosignal measurement system for deriving the user's heart rate according to an embodiment of the present disclosure, the biosignal measurement method uses an image of the user acquired from an image acquisition module to measure the user's heart rate. Detecting a face area, detecting a background area using the image of the user, calculating a weight for each face area of the user, detecting an illumination change for each of the background areas, extracting a biosignal from each of the user's face regions based on a change in illumination, and combining the weight for each of the user's face regions and the biosignal extracted from each of the user's face regions to obtain the user's biosignal. It includes the step of estimating.

예로서, 상기 생체 신호 측정 방법은 상기 추정된 생체 신호에 대한 정보를 표시 장치를 통하여 출력하는 단계를 더 포함한다.As an example, the method of measuring the biological signal further includes outputting information about the estimated biological signal through a display device.

예로서, 상기 생체 신호 측정 방법은 상기 추정된 생체 신호에 대한 정보를 외부로 송신하는 단계를 더 포함한다.As an example, the method of measuring biological signals further includes transmitting information about the estimated biological signals to the outside.

예로서, 상기 사용자의 얼굴 영역을 검출하는 단계는 상기 사용자의 얼굴이 위치하는 영상 좌표를 반환하는 단계, 표준 얼굴 모델에 기반하여 상기 사용자의 얼굴 모델을 추정하는 단계 및 상기 사용자의 얼굴 모델에 기반하여 상기 얼굴 영역을 분리하는 단계를 포함한다.As an example, detecting the user's face area may include returning image coordinates where the user's face is located, estimating the user's face model based on a standard face model, and based on the user's face model. It includes the step of separating the face area.

본 개시에 따른 생체 신호 측정 시스템 및 그것의 생체 신호 측정 방법에 의하면, 적응형 블록 모듈(Adaptive block module)을 통하여 다양한 환경 노이즈를 제거할 수 있으므로 보다 정확하게 사용자의 생체 신호 데이터를 도출할 수 있다.According to the bio-signal measurement system and its bio-signal measurement method according to the present disclosure, various environmental noises can be removed through an adaptive block module, and thus the user's bio-signal data can be derived more accurately.

도 1은 본 개시의 실시 예에 따른 생체 신호 측정 시스템을 나타내기 위한 블록도이다.
도 2는 본 개시의 실시 예에 따른 영상 획득 모듈의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 개시의 실시 예에 따른 적응형 블록 모듈의 동작을 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 본 개시의 실시 예에 따른 생체 신호 출력 모듈의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 개시의 실시 예에 따른 생체 신호 측정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 본 개시의 실시 예에 따른 생체 신호 측정 방법에 있어서, 생체 신호를 추정하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
1 is a block diagram showing a biosignal measurement system according to an embodiment of the present disclosure.
Figure 2 is a diagram for explaining the operation of an image acquisition module according to an embodiment of the present disclosure.
Figure 3 is a block diagram for explaining the operation of an adaptive block module according to an embodiment of the present disclosure.
Figure 4 is a diagram for explaining the operation of a biological signal output module according to an embodiment of the present disclosure.
Figure 5 is a flowchart for explaining a method of measuring biological signals according to an embodiment of the present disclosure.
FIG. 6 is a flowchart illustrating a method of estimating a biological signal in the method of measuring a biological signal according to an embodiment of the present disclosure.

이하에서, 본 개시의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 개시를 용이하게 실시할 수 있을 정도로, 본 개시의 실시 예들은 명확하고 상세하게 기재될 것이다.Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described clearly and in detail so that a person skilled in the art can easily practice the present disclosure.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며, 본 개시를 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서 사용된 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises) 및/또는 포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자에 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terms used in this specification are for describing embodiments and are not intended to limit the present disclosure. As used herein, the singular forms also include the plural forms, unless specifically stated otherwise in the context. As used in the specification, “comprises and/or comprising” means the presence or addition of one or more other components, steps, operations and/or elements to the mentioned elements, steps, operations and/or elements. does not rule out

본 명세서에서 사용되는 "제 1 및/또는 제 2" 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하기 위하여 사용될 수 있으나, 이는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 목적으로만 사용될 뿐, 해당 용어로 지칭되는 구성요소를 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 본 개시의 권리 범위를 벗어나지 않는 한, 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있으며, 제 2 구성요소 또한 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.Terms such as “first and/or second” used in this specification may be used to describe various components, but are only used for the purpose of distinguishing one component from another component, and the terms It is not intended to limit the components referred to as . For example, without departing from the scope of the present disclosure, a first component may be referred to as a second component, and the second component may also be referred to as a first component.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 잇는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. 본 명세서에서, 전문에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지칭할 수 있다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used in this specification may be used with meanings that can be commonly understood by those skilled in the art to which this disclosure pertains. Additionally, terms defined in commonly used dictionaries are not interpreted ideally or excessively unless clearly specifically defined. In this specification, the same reference numerals may refer to the same elements throughout.

도 1은 본 개시의 실시 예에 따른 생체 신호 측정 시스템(10)을 나타내기 위한 블록도이다. 도 1을 참조하면, 본 개시의 실시 예에 따른 생체 신호 측정 시스템(10)은 영상 획득 모듈(100), 적응형 블록 모듈(200) 및 생체 신호 출력 모듈(300)을 포함할 수 있다.FIG. 1 is a block diagram showing a biological signal measurement system 10 according to an embodiment of the present disclosure. Referring to FIG. 1, the biosignal measurement system 10 according to an embodiment of the present disclosure may include an image acquisition module 100, an adaptive block module 200, and a biosignal output module 300.

영상 획득 모듈(100)은 사용자의 얼굴 영상을 획득할 수 있다. 영상 획득 모듈(100)은 획득한 사용자의 얼굴 영상을 저장할 수 있다. 영상 획득 모듈(100)은 저장된 얼굴 영상 데이터(DATA_IMG)를 적응형 블록 모듈(200)에 전달할 수 있다. 영상 획득 모듈(100)의 상세한 구성은 후술할 도 2에서 설명될 것이다.The image acquisition module 100 can acquire a user's face image. The image acquisition module 100 may store the acquired face image of the user. The image acquisition module 100 may transmit stored facial image data (DATA_IMG) to the adaptive block module 200. The detailed configuration of the image acquisition module 100 will be described in FIG. 2 to be described later.

적응형 블록 모듈(200)은 영상 획득 모듈(100)로부터 수신한 얼굴 영상 데이터(DATA_IMG)에 기반하여 사용자의 생체 신호(SIG_B)를 추정할 수 있다. 예로서, 사용자의 생체 신호(SIG_B)는 심박수(Heart rate)일 수 있다. 적응형 블록 모듈(200)은 얼굴 영상 데이터(DATA_IMG)에서 일상 생활에서 발생할 수 있는 환경 노이즈를 제거할 수 있다. 예로서, 환경 노이즈는 사용자의 움직임, 표정 변화, 자기 가림, 주변의 조명 변화 등에 기인하는 노이즈일 수 있다. 적응형 블록 모듈(200)은 환경 노이즈를 제거한 후, 사용자의 생체 신호(SIG_B)를 추정하고, 생체 신호(SIG_B)를 생체 신호 출력 모듈(300)로 전달할 수 있다. 적응형 블록 모듈(200)의 상세한 구성은 후술할 도 3에서 설명될 것이다.The adaptive block module 200 may estimate the user's biosignal (SIG_B) based on the facial image data (DATA_IMG) received from the image acquisition module 100. As an example, the user's biosignal (SIG_B) may be heart rate. The adaptive block module 200 can remove environmental noise that may occur in daily life from face image data (DATA_IMG). As an example, environmental noise may be noise resulting from the user's movement, facial expression changes, self-occlusion, changes in surrounding lighting, etc. After removing environmental noise, the adaptive block module 200 can estimate the user's biological signal (SIG_B) and transmit the biological signal (SIG_B) to the biological signal output module 300. The detailed configuration of the adaptive block module 200 will be described in FIG. 3 to be described later.

생체 신호 출력 모듈(300)은 적응형 블록 모듈(200)로부터 수신한 사용자의 생체 신호(SIG_B)에 대한 정보를 출력할 수 있다. 생체 신호 출력 모듈(300)의 상세한 구성은 후술할 도 4에서 설명될 것이다.The biometric signal output module 300 may output information about the user's biosignal (SIG_B) received from the adaptive block module 200. The detailed configuration of the biosignal output module 300 will be described in FIG. 4 to be described later.

본 개시의 실시 예에 따른 생체 신호 측정 시스템(10)은 적응형 블록 모듈(200)을 통하여 일상 생활에서 발생할 수 있는 다양한 환경 노이즈를 제거한 후, 사용자의 생체 신호(SIG_B)를 추출하므로, 사용자의 생체 신호(SIG_B)를 보다 정확하게 도출할 수 있다. 본 개시의 실시 예에 따른 생체 신호 측정 시스템(10)은 사용자의 신체 상태를 자체적으로 모니터링 하기 위하여 사용될 수 있다. 또한, 본 개시의 실시 예에 따른 생체 신호 측정 시스템(10)은 측정된 생체 신호(SIG_B) 정보를 외부로 송신하여 원격 의료 시스템에 사용될 수 있다. 또한, 본 개시의 실시 예에 따른 생체 신호 측정 시스템(10)은 측정된 생체 신호(SIG_B)에 기반하여 사용자의 감정 상태를 분석하고, 분석 결과에 기반하여 다양한 컨텐츠를 제공하기 위한 시스템에도 사용될 수 있다.The biosignal measurement system 10 according to an embodiment of the present disclosure removes various environmental noises that may occur in daily life through the adaptive block module 200 and extracts the user's biosignal (SIG_B), thereby Biological signals (SIG_B) can be derived more accurately. The biosignal measurement system 10 according to an embodiment of the present disclosure can be used to independently monitor the user's physical condition. Additionally, the biosignal measurement system 10 according to an embodiment of the present disclosure can be used in a remote medical system by transmitting the measured biosignal (SIG_B) information to the outside. In addition, the biometric signal measurement system 10 according to an embodiment of the present disclosure can be used as a system to analyze the user's emotional state based on the measured biosignal (SIG_B) and provide various contents based on the analysis results. there is.

도 2는 본 개시의 실시 예에 따른 영상 획득 모듈(100)의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 영상 획득 모듈(100)은 사용자(USER)의 생체 신호를 측정하기 위한 얼굴 영상 데이터(DATA_IMG)를 생성할 수 있다. 도 2를 참조하면, 영상 획득 모듈(100)은 영상 획득부(110) 및 영상 저장부(120)를 포함할 수 있다.FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the image acquisition module 100 according to an embodiment of the present disclosure. The image acquisition module 100 may generate facial image data (DATA_IMG) for measuring the biosignals of the user (USER). Referring to FIG. 2 , the image acquisition module 100 may include an image acquisition unit 110 and an image storage unit 120.

영상 획득부(110)는 사용자(USER)의 얼굴 영상(IMG)을 획득할 수 있다. 예로서, 사용자(USER)의 얼굴 영상(IMG)은 사용자(USER)에 대한 2차원의 컬러 영상 또는 사용자(USER)에 대한 3차원 영상일 수 있다. The image acquisition unit 110 may acquire a face image (IMG) of the user (USER). For example, the face image (IMG) of the user (USER) may be a two-dimensional color image of the user (USER) or a three-dimensional image of the user (USER).

영상 획득부(110)는 영상 획득부(110)는 적어도 하나의 촬영 장치를 포함할 수 있다. 예로서, 적어도 하나의 촬영 장치는 웹 캠, 모바일 디바이스 등의 카메라 모듈과 같이 2차원의 컬러 영상을 획득하기 위한 장치 또는 스테레오 카메라 또는 키넥트 등의 3차원 영상을 획득하기 위한 뎁스 카메라일 수 있다. 영상 획득부(110)가 복수의 촬영 장치들을 포함하는 경우, 촬영 장치의 위치, 해상도 및 화각을 일치시키기 위한 캘리브레이션(calibration) 동작을 수행할 수 있다. 캘리브레이션 동작은 하나의 촬영 장치를 기준으로 다른 촬영 장치들의 좌표를 아핀(Affine) 변환함으로써 수행될 수 있다. 한편, 영상 획득부(110)가 단일의 촬영 장치를 포함하는 경우, 캘리브레이션 동작은 생략될 수 있다. 영상 획득부(110)는 획득된 사용자(USER)의 얼굴 영상(IMG)을 영상 저장부(120)로 전달할 수 있다.The image acquisition unit 110 may include at least one photographing device. For example, at least one imaging device may be a device for acquiring two-dimensional color images, such as a camera module such as a web cam or a mobile device, or a depth camera for acquiring three-dimensional images, such as a stereo camera or Kinect. . When the image acquisition unit 110 includes a plurality of photographing devices, a calibration operation may be performed to match the position, resolution, and angle of view of the photographing devices. The calibration operation can be performed by affine transforming the coordinates of other photographing devices based on one photographing device. Meanwhile, if the image acquisition unit 110 includes a single imaging device, the calibration operation may be omitted. The image acquisition unit 110 may transmit the acquired facial image (IMG) of the user (USER) to the image storage unit 120.

영상 저장부(120)는 영상 획득부(110)로부터 수신된 사용자(USER)의 얼굴 영상(IMG)을 저장할 수 있다. 영상 저장부(120)는 저장된 사용자(USER)의 얼굴 영상(IMG)에 기반한 얼굴 영상 데이터(DATA_IMG)를 적응형 블록 모듈(200, 도 1 참조)로 전달할 수 있다.The image storage unit 120 may store the face image (IMG) of the user (USER) received from the image acquisition unit 110. The image storage unit 120 may transmit facial image data (DATA_IMG) based on the stored facial image (IMG) of the user (USER) to the adaptive block module 200 (see FIG. 1).

도 3은 본 개시의 실시 예에 따른 적응형 블록 모듈(200)의 동작을 설명하기 위한 블록도이다. 적응형 블록 모듈(200)은 영상 획득 모듈(100)로부터 수신한 얼굴 영상 데이터(DATA_IMG)로부터 환경 노이즈를 제거한 후, 사용자의 생체 신호(SIG_B)를 도출할 수 있다. 도 3을 참조하면, 적응형 블록 모듈(200)은 얼굴 영역 검출부(210), 영역 가중치 연산부(220), 배경 영역 검출부(230), 조명 변화 검출부(240), 생체 신호 추출부(250) 및 앙상블 보정부(260)를 포함할 수 있다.Figure 3 is a block diagram for explaining the operation of the adaptive block module 200 according to an embodiment of the present disclosure. The adaptive block module 200 may remove environmental noise from the facial image data (DATA_IMG) received from the image acquisition module 100 and then derive the user's biometric signal (SIG_B). Referring to FIG. 3, the adaptive block module 200 includes a face area detection unit 210, an area weight calculation unit 220, a background area detection unit 230, an illumination change detection unit 240, a biometric signal extraction unit 250, and It may include an ensemble correction unit 260.

얼굴 영역 검출부(210)는 얼굴 영상 데이터(DATA_IMG)를 수신하고, 얼굴 영상 데이터(DATA_IMG)로부터 생체 신호(SIG_B)를 측정하기 위한 사용자(USER, 도 2 참조)의 얼굴 영역을 검출할 수 있다. 얼굴 영역 검출은 얼굴 검출 동작 및 얼굴 랜드마크 추출 동작을 통하여 수행될 수 있다. 얼굴 검출 동작은 얼굴 랜드마크 추출을 위한 관심 영역을 설정하는 과정으로, 바운딩 박스 형태로 얼굴이 위치하는 영상 좌표를 반환하여 수행될 수 있다. 예로서, 얼굴 검출 동작은 템플릿 매칭, 딥러닝 기반의 얼굴 탐색 기법 등 다양한 방식에 의하여 수행될 수 있다. The face area detection unit 210 may receive face image data (DATA_IMG) and detect the face area of the user (USER, see FIG. 2) to measure the biosignal (SIG_B) from the face image data (DATA_IMG). Face area detection can be performed through a face detection operation and a facial landmark extraction operation. The face detection operation is a process of setting a region of interest for facial landmark extraction, and can be performed by returning image coordinates where the face is located in the form of a bounding box. For example, face detection operations can be performed by various methods, such as template matching and deep learning-based face search techniques.

얼굴 랜드마크 추출 동작은 사용자(USER)의 움직임 또는 표정 변화 감지 및 앙상블 데이터 구성을 위한 연산 영역 설정을 수행할 수 있다. 얼굴 랜드마크 추출 동작은 표준 얼굴 모델에 기반하여 사용자(USER)의 얼굴 모델을 추정한 후, 얼굴 영역을 분리하는 과정으로 진행될 수 있다. 얼굴 랜드마크는 표준 얼굴 모델에 기반한 좌표 값으로 출력될 수 있다. 예로서, 2차원의 표준 얼굴 모델을 이용하는 경우 2차원의 랜드마크 좌표 값이 출력될 수 있고, 3차원의 표준 얼굴 모델을 이용하는 경우 3차원의 랜드마크 좌표 값이 출력될 수 있다. 본 개시에 따른 실시 예에서, 얼굴 랜드마크 추출 동작은 매 프레임마다 얼굴 랜드마크를 인식하는 방법이 아닌, 사용자의 얼굴 모델을 추정한 후 각 얼굴 영역을 추출할 수 있다.The facial landmark extraction operation can detect changes in the user's movement or expression and set the calculation area for configuring ensemble data. The facial landmark extraction operation may proceed as a process of estimating the user's face model based on a standard face model and then separating the face area. Facial landmarks can be output as coordinate values based on a standard face model. For example, when using a two-dimensional standard face model, two-dimensional landmark coordinate values may be output, and when using a three-dimensional standard face model, three-dimensional landmark coordinate values may be output. In an embodiment according to the present disclosure, the facial landmark extraction operation may extract each facial region after estimating the user's facial model, rather than recognizing facial landmarks for each frame.

따라서, 촬영 장치의 전후 움직임에 따른 얼굴 스케일 변화 및 상하/좌우 얼굴 회전에 따른 얼굴 움직임 등에 따른 노이즈 발생을 최소화할 수 있다. 얼굴 영역 검출부(210)는 얼굴 검출 동작 및 얼굴 랜드마크 추출 동작을 수행한 후 획득된 사용자의 얼굴 영역을 나타내는 제 1 데이터(D1)를 생성하고, 이를 영역 가중치 연산부(220)로 전달할 수 있다.Therefore, it is possible to minimize the generation of noise due to facial scale changes due to forward and backward movement of the imaging device and facial movements due to face rotation up and down and left and right. The face area detection unit 210 may generate first data D1 representing the user's face area obtained after performing the face detection operation and the facial landmark extraction operation, and transmit it to the area weight calculation unit 220.

영역 가중치 연산부(220)는 얼굴 영역 검출부(210)로부터 제 1 데이터(D1)를 수신하고, 이를 이용하여 시간별 가중치를 연산할 수 있다. 좀 더 상세하게는, 영역 가중치 연산부(220)는 제 1 데이터(D1)에 대하여, 일상 생활에서 발생할 수 있는 움직임에 따라 변화하는 얼굴 영역의 변화에 대한 시간별 가중치를 연산할 수 있다. 시간별 가중치란, 현재 프레임 단계에서 각 영역에 대한 신뢰도를 의미한다. 예로서, 일상 생활에서 발생할 수 있는 움직임은 현재 촬영 시점에서 가장 잘 보이는 얼굴 영역, 머리카락, 얼굴 움직임, 손 동작 등 순간적으로 발생하는 가림 상황 또는 감정에 따른 얼굴 표정 변화, 대화시 입 주변 영역의 변화 등을 포함하는 얼굴 표정 변화 등을 포함할 수 있으며, 일상 생활에서 발생할 수 있는 움직임이 발생한 경우, 가중치는 낮게 표현될 수 있다. 영역 가중치 연산부(220)에서 생성된 얼굴 영역 변화에 대한 시간별 가중치에 대한 제 2 데이터(D2)는 생체 신호 추출부(250) 및 앙상블 보정부(260)로 제공될 수 있다.The area weight calculation unit 220 may receive the first data D1 from the face area detection unit 210 and use it to calculate weights for each time. More specifically, the area weight calculation unit 220 may calculate a time-specific weight for the first data D1 for changes in the facial area that change according to movements that may occur in daily life. Time-specific weight refers to the reliability of each area at the current frame stage. For example, movements that may occur in daily life include the most visible facial area at the current shooting point, momentary occlusion situations such as hair, facial movements, and hand movements, or changes in facial expressions due to emotions, and changes in the area around the mouth during conversation. It may include changes in facial expressions, etc., and when movements that may occur in daily life occur, the weight may be expressed low. The second data D2 on the time-dependent weight for changes in the face region generated by the region weight calculation unit 220 may be provided to the biosignal extraction unit 250 and the ensemble correction unit 260.

배경 영역 검출부(230)는 생체 신호(SIG_B)를 측정함에 있어서, 주변의 광도 변화에 따른 노이즈를 제거하기 위하여 얼굴 영상 이외의 영역을 추출할 수 있다. 예로서, 컬러 카메라로부터 획득되는 2차원의 영상을 이용하는 경우, 머신러닝 기법에 기반하여 사용자의 얼굴과 배경 영역을 구분(segmentation)할 수 있다. 또는, 뎁스 카메라로부터 획득되는 3차원의 영상을 이용하는 경우, 뎁스값을 이용하여 배경 영역을 추출할 수 있다. 배경 영역 검출부(230)는 얼굴 영역 외 모든 영역을 추출하는 것이 아니라, 주변 조도 환경을 잘 반영하는 반사도가 높은 객체 및 색상 또는 반사도에 따른 객체의 영역을 설정할 수 있다. 배경 영역 검출부(230)로부터 생성된 객체의 영역을 나타내는 제 3 데이터(D3)는 조명 변화 검출부(240)로 전달될 수 있다.When measuring the biological signal (SIG_B), the background area detector 230 may extract areas other than the face image to remove noise caused by changes in surrounding light intensity. For example, when using a two-dimensional image obtained from a color camera, the user's face and the background area can be segmented based on machine learning techniques. Alternatively, when using a 3D image obtained from a depth camera, the background area can be extracted using the depth value. The background area detection unit 230 does not extract all areas other than the face area, but can set highly reflective objects that well reflect the surrounding illumination environment and areas of the objects according to color or reflectivity. The third data D3 representing the area of the object generated by the background area detection unit 230 may be transmitted to the lighting change detection unit 240.

조명 변화 검출부(240)는 배경 영역 검출부(230)로부터 수신한 제 3 데이터(D3)에 기반하여 객체의 영역별 조명 강도를 획득할 수 있다. 이 경우, 객체의 영역을 설정하기 때문에 촬영 장치의 움직임이 발생하는 경우에도 주변 조명 강도의 변화를 감지할 수 있다. 조명 변화 검출부(240)는 획득된 조명 강도에 기반하여 전체 영상의 밝기 변화 트렌드를 추출하고, 이에 기반하여 조명 변화에 따른 노이즈를 제거할 수 있다. 조명 변화 검출부(240)는 조명 변화에 따른 노이즈를 제거한 제 4 데이터(D4)를 생성하고, 이를 생체 신호 추출부(250)로 제공할 수 있다.The lighting change detection unit 240 may obtain the lighting intensity for each area of the object based on the third data D3 received from the background area detection unit 230. In this case, because the area of the object is set, changes in the intensity of surrounding lighting can be detected even when movement of the imaging device occurs. The illumination change detection unit 240 may extract a brightness change trend of the entire image based on the acquired illumination intensity and remove noise due to the illumination change based on this. The illumination change detection unit 240 may generate fourth data D4 from which noise caused by the illumination change is removed and provide the fourth data D4 to the biological signal extraction unit 250.

생체 신호 추출부(250)는 제 2 데이터(D2) 및 제 4 데이터(D4)를 수신하고, 각 얼굴 영역에 대하여 시간에 따른 밝기 변화 신호로부터 생체 신호와 관련된 신호를 필터링하여 생체 신호를 추출할 수 있다. 예로서, 생체 신호 추출부(250)는 각 얼굴 영역에서 밝기 변화 신호를 푸리에 변환을 통하여 주파수 영역으로 변환하고, 심박수의 주파수 범위에서 피크 값을 취하고, 해당 피크 값을 시간 영역으로 변환하여 사용자(USER)의 심박수를 추출할 수 있다. 또는 심박수의 주파수 영역에 대하여 필터링한 데이터를 역푸리에 변환을 통하여 시간 영역으로 변환하여 시간 영역 상에서 심박수 신호를 추출하고, 피크 값을 취하여 사용자의 심박수를 추출할 수 있다. 생체 신호 추출부(250)로부터 추출된 생체 신호를 나타내는 제 5 데이터(D5)는 앙상블 보정부(260)로 제공될 수 있다.The biosignal extraction unit 250 receives the second data D2 and the fourth data D4, and extracts the biosignal by filtering signals related to the biosignal from the brightness change signal over time for each face region. You can. As an example, the biosignal extractor 250 converts the brightness change signal in each face area into the frequency domain through Fourier transform, takes the peak value in the frequency range of the heart rate, and converts the peak value into the time domain to provide the user ( User)'s heart rate can be extracted. Alternatively, data filtered for the frequency domain of the heart rate can be converted to the time domain through inverse Fourier transform to extract the heart rate signal in the time domain, and the user's heart rate can be extracted by taking the peak value. The fifth data D5 representing the biological signal extracted from the biological signal extraction unit 250 may be provided to the ensemble correction unit 260.

앙상블 보정부(260)는 제 2 데이터(D2) 및 제 5 데이터(D5)를 수신하고, 각 얼굴 영역에 대한 가중치를 반영하여 각 얼굴 영역으로부터 추출된 생체 신호를 조합할 수 있다. 각 얼굴 영역에서 추출되는 생체 신호는 각 얼굴 영역별로 고유 신호 패턴을 가지고 있으므로, 앙상블 보정부(260)는 이들을 조합하여 사용자(USER)을 생체 신호(SIG_B)를 추정할 수 있다. 추정된 생체 신호(SIG_B)는 생체 신호 출력 모듈(300)로 제공될 수 있다.The ensemble correction unit 260 may receive the second data D2 and the fifth data D5 and combine the biometric signals extracted from each facial region by reflecting the weight for each facial region. Since the biometric signals extracted from each face region have a unique signal pattern for each facial region, the ensemble correction unit 260 can estimate the biosignal (SIG_B) for the user (USER) by combining them. The estimated biological signal (SIG_B) may be provided to the biological signal output module 300.

도 4는 본 개시의 실시 예에 따른 생체 신호 출력 모듈(300)의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 생체 신호 출력 모듈(300)은 적응형 블록 모듈(200, 도 1 참조)로부터 추정된 생체 신호(SIG_B)를 외부로 출력할 수 있다. 도 4를 참조하면, 생체 신호 출력 모듈(300)은 생체 신호 정보 표시부(310)를 포함할 수 있고, 경우에 따라 통신부(320)를 더 포함할 수 있다.FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the biosignal output module 300 according to an embodiment of the present disclosure. The biosignal output module 300 may externally output the biosignal (SIG_B) estimated from the adaptive block module 200 (see FIG. 1). Referring to FIG. 4 , the biometric signal output module 300 may include a biometric signal information display unit 310 and, in some cases, may further include a communication unit 320.

생체 신호 정보 표시부(310)는 사용자(USER, 도 2 참조)의 얼굴 영상으로부터 측정된 생체 신호(SIG_B)를 출력하는 장치를 포함할 수 있다. 예로서, 생체 신호 정보 표시부(310)는 프로젝터, 모니터 등과 같은 디스플레이 장치를 포함할 수 있다. 디스플레이 장치를 통하여 측정된 생체 신호(SIG_B)에 기반하여 생체 신호 정보를 표시하여, 사용자(USER)가 신체 상태에 대한 자가 모니터링을 수행할 수 있다.The biosignal information display unit 310 may include a device that outputs a biosignal (SIG_B) measured from a face image of a user (USER, see FIG. 2). For example, the biometric signal information display unit 310 may include a display device such as a projector or monitor. By displaying bio-signal information based on the bio-signal (SIG_B) measured through the display device, the user (USER) can perform self-monitoring of his/her physical condition.

통신부(320)는 사용자(USER, 도 2 참조)의 얼굴 영상으로부터 측정된 생체 신호(SIG_B)를 외부로 송신할 수 있다. 예로서, 외부에 존재하는 수신기(RCV)는 통신부(320)로부터 송신된 생체 신호(SIG_B)를 수신하고, 이를 원격 의료 시스템에 사용할 수 있다.The communication unit 320 may transmit to the outside the biometric signal (SIG_B) measured from the face image of the user (USER, see FIG. 2). For example, an external receiver (RCV) can receive the biosignal (SIG_B) transmitted from the communication unit 320 and use it in a remote medical system.

도 5는 본 개시의 실시 예에 따른 생체 신호 측정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.Figure 5 is a flowchart for explaining a method of measuring biological signals according to an embodiment of the present disclosure.

S110 단계에서, 본 개시의 실시 예에 따른 생체 신호 측정 시스템(10, 도 1 참조)은 사용자(USER, 도 2 참조)의 얼굴 영상을 획득할 수 있다. 본 개시의 실시 예에 따른 생체 신호 측정 시스템(10)은 획득한 사용자의 얼굴 영상을 저장할 수 있다.In step S110, the biosignal measurement system 10 (see FIG. 1) according to an embodiment of the present disclosure may acquire a face image of the user (USER, see FIG. 2). The biosignal measurement system 10 according to an embodiment of the present disclosure can store the acquired face image of the user.

S120 단계에서, 본 개시의 실시 예에 따른 생체 신호 측정 시스템(10)은 사용자(USER)의 얼굴 영상으로부터 사용자(USER)의 생체 신호를 추정할 수 있다. 본 개시의 실시 예에 따른 생체 신호 측정 시스템(10)은 사용자(USER)의 움직임, 표정 변화 또는 주변 조도 변화에 따라 발생하는 노이즈를 제거한 생체 신호를 추정할 수 있으며, 생체 신호 추정 과정은 후술할 도 6에서 상세히 설명될 것이다.In step S120, the biosignal measurement system 10 according to an embodiment of the present disclosure may estimate the biosignal of the user (USER) from the face image of the user (USER). The biosignal measurement system 10 according to an embodiment of the present disclosure can estimate biosignals by removing noise caused by the user's movement, facial expression change, or change in surrounding illumination, and the biosignal estimation process will be described later. This will be explained in detail in Figure 6.

S130 단계에서, 본 개시의 실시 예에 따른 생체 신호 측정 시스템(10)은 추정된 사용자의 생체 신호에 기반하여 생체 신호 정보를 외부로 출력할 수 있다. 예로서, 생체 신호 정보는 표시 장치에 의하여 사용자에게 표시되거나, 외부의 서버로 전송될 수 있다.In step S130, the bio-signal measurement system 10 according to an embodiment of the present disclosure may output bio-signal information to the outside based on the estimated user's bio-signal. For example, biometric signal information may be displayed to the user by a display device or transmitted to an external server.

도 6은 본 개시의 실시 예에 따른 생체 신호 측정 방법에 있어서, 생체 신호를 추정하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.FIG. 6 is a flowchart illustrating a method of estimating a biological signal in the method of measuring a biological signal according to an embodiment of the present disclosure.

S121 단계에서, 본 개시의 실시 예에 따른 생체 신호 측정 시스템(10)를 구성하는 적응형 블록 모듈(200, 도 1 참조)은 영상 획득 모듈(100, 도 1 참조)로부터 획득된 사용자(USER, 도 2 참조)의 영상을 수신할 수 있다.In step S121, the adaptive block module 200 (see FIG. 1) constituting the biosignal measurement system 10 according to an embodiment of the present disclosure acquires the user (USER) obtained from the image acquisition module 100 (see FIG. 1). The video (see FIG. 2) can be received.

S122 단계에서, 적응형 블록 모듈(200)은 획득된 사용자(USER) 영상에 기반하여 사용자(USER)의 얼굴 영역 및 배경 영역을 검출할 수 있다. 사용자의 얼굴 영역 검출은 얼굴 검출 동작 및 얼굴 랜드마크 추출 동작을 통하여 수행될 수 있다. 배경 영역 검출은 주변 조도 환경을 잘 반영하는 반사도가 높은 객체 및 색상 또는 반사도에 따른 객체 영역 추출 동작을 통하여 수행될 수 있다.In step S122, the adaptive block module 200 may detect the face area and background area of the user (USER) based on the acquired image of the user (USER). Detection of the user's face area can be performed through a face detection operation and a facial landmark extraction operation. Background area detection can be performed through a highly reflective object that well reflects the surrounding illumination environment and an object area extraction operation based on color or reflectivity.

S123 단계에서, 적응형 블록 모듈(200)은 S122 단계에서 검출된 얼굴 영역을 이용하여 얼굴 영역에 대한 가중치를 연산할 수 있다. 좀 더 상세하게는, 적응형 블록 모듈(200)은 일상 생활에서 발생할 수 있는 움직임에 따라 변화하는 얼굴 영역의 변화에 대한 시간별 가중치를 연산할 수 있다.In step S123, the adaptive block module 200 may calculate a weight for the face region using the face region detected in step S122. More specifically, the adaptive block module 200 can calculate time-specific weights for changes in facial areas that change according to movements that may occur in daily life.

S124 단계에서, 적응형 블록 모듈(200)은 S122 단계에서 검출된 배경 영역을 이용하여 배경 영역의 조명 변화를 검출할 수 있다. 적응형 블록 모듈(200)는 획득된 조명 강도에 기반하여 전체 영상의 밝기 변화 트렌드를 추출하고, 이에 기반하여 조명 변화에 따른 노이즈를 제거할 수 있다In step S124, the adaptive block module 200 may detect a change in lighting in the background area using the background area detected in step S122. The adaptive block module 200 can extract a brightness change trend of the entire image based on the acquired lighting intensity and remove noise due to lighting changes based on this.

S125 단계에서, 적응형 블록 모듈(200)은 각 얼굴 영역에 대하여 시간에 따른 밝기 변화 신호로부터 생체 신호와 관련된 신호를 필터링하여 생체 신호를 추출할 수 있다.In step S125, the adaptive block module 200 may extract a biological signal by filtering a signal related to the biological signal from a brightness change signal over time for each face region.

S126 단계에서, 적응형 블록 모듈(200)은 S123 단계에서 연산된 시간별 가중치 및 S125 단계에서 추출된 각 얼굴 영역으로부터 추출된 생체 신호들을 조합하여 사용자(USER)의 생체 신호를 추정할 수 있다.In step S126, the adaptive block module 200 may estimate the biometric signal of the user (USER) by combining the time-specific weight calculated in step S123 and the biometric signals extracted from each facial region extracted in step S125.

일부 실시예에서, 상술한 도 5 및 도 6에 기반하여 설명된 본 개시의 실시 예에 따른 생체 신호 측정 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 개시를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나, 컴퓨터 소프트웨어 분야의 통상의 기술자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수 있다. In some embodiments, the method of measuring biological signals according to an embodiment of the present disclosure described based on FIGS. 5 and 6 described above is implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded on a computer-readable medium. It can be. Computer-readable media may include program instructions, data files, data structures, etc., singly or in combination. Program instructions recorded on a computer-readable medium may be specially designed and configured for the present disclosure, or may be known and usable by those skilled in the art of computer software.

예로서, 컴퓨터 판독 가능 매체는 하드 디스크, 플로피 디스크, 자기 테이프와 같은 자기 매체(Magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광 기록 매체(Optical media), 플롭티컬 디스크(Floptical disk)와 같은 자기-광 매체(Magneto-optical media) 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 구성된 하드웨어 장치를 포함할 수 있다. 예로서, 프로그램 명령은 컴파일러에 의하여 만들어지는 것과 같은 기계어 코드 뿐 아니라 인터프리터 등을 사용하여 컴퓨터에 의하여 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함할 수 있으며, 하드웨어 장치는 본 개시의 동작을 수행하기 위한 하나 이상의 소프트웨어 모듈에 의하여 작동되도록 구성될 수 있다. For example, computer-readable media includes magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic media such as floptical disks. -May include hardware devices configured to store and execute program instructions, such as magneto-optical media and ROM, RAM, flash memory, etc. As an example, program instructions may include machine language code such as that generated by a compiler as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter, etc., and the hardware device may include one or more devices for performing the operations of the present disclosure. It can be configured to operate by a software module.

상술된 내용은 본 개시를 실시하기 위한 구체적인 실시 예들이다. 본 개시는 상술된 실시 예들 뿐만 아니라, 단순하게 설계 변경되거나 용이하게 변경할 수 있는 실시 예들 또한 포함할 것이다. 또한, 본 개시는 실시 예들을 이용하여 용이하게 변형하여 실시할 수 있는 기술들도 포함될 것이다. 따라서, 본 개시의 범위는 상술된 실시 예들에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 본 개시의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 할 것이다.The above-described contents are specific embodiments for carrying out the present disclosure. The present disclosure will include not only the above-described embodiments, but also embodiments that are simply designed or can be easily changed. In addition, the present disclosure will also include techniques that can be easily modified and implemented using the embodiments. Therefore, the scope of the present disclosure should not be limited to the above-described embodiments, but should be determined by the claims and equivalents of the present disclosure as well as the claims described later.

10 : 생체 신호 측정 시스템
100 : 영상 획득 모듈
200 : 적응형 블록 모듈(Adaptive block module)
300 : 생체 신호 출력 모듈
10: Biosignal measurement system
100: Image acquisition module
200: Adaptive block module
300: Biosignal output module

Claims (12)

사용자에 대한 영상을 획득하는 영상 획득 모듈;
상기 영상 획득 모듈로부터 제공된 상기 영상에 기반하여 얼굴 영역으로부터 추출된 생체 신호를 조합하고, 상기 사용자의 생체 신호를 추정하는 적응형 블록 모듈; 및
상기 적응형 블록 모듈로부터 추정된 생체 신호를 외부로 출력하는 생체 신호 출력 모듈을 포함하고,
상기 적응형 블록 모듈은:
상기 사용자에 대한 영상을 이용하여 상기 얼굴 영역을 검출하는 얼굴 영역 검출부;
상기 얼굴 영역 검출부로부터 검출된 상기 얼굴 영역 각각에 대한 가중치를 연산하는 영역 가중치 연산부;
상기 사용자에 대한 영상으로부터 상기 얼굴 영역을 제외한 배경 영역을 검출하는 배경 영역 검출부;
상기 배경 영역 각각에 대한 조명 변화를 검출하는 조명 변화 검출부;
상기 얼굴 영역 및 상기 조명 변화에 기반하여 상기 얼굴 영역 각각에 대하여 상기 생체 신호를 추출하는 생체 신호 추출부; 및
상기 얼굴 영역 각각으로부터 추출된 상기 생체 신호 및 상기 얼굴 영역 각각에 대하여 연산된 상기 가중치를 조합하여 상기 사용자의 생체 신호를 추정하는 앙상블 보정부를 포함하고,
상기 배경 영역의 상기 검출은 주변 조도 환경을 잘 반영하는 반사도가 높은 객체 및 색상 또는 반사도에 따른 객체 영역 추출 동작을 통하여 수행되고,
상기 가중치의 상기 연산은 움직임에 따라 변화하는 상기 얼굴 영역의 변화에 대한 시간별 가중치를 연산하는 것을 포함하는 생체 신호 측정 시스템.
An image acquisition module that acquires an image of a user;
an adaptive block module that combines biometric signals extracted from the face area based on the image provided from the image acquisition module and estimates the user's biosignal; and
A bio-signal output module that outputs the bio-signal estimated from the adaptive block module to the outside,
The adaptive block module:
a face area detection unit that detects the face area using the image of the user;
an area weight calculation unit that calculates a weight for each of the face areas detected by the face area detection unit;
a background area detection unit that detects a background area excluding the face area from the image of the user;
an illumination change detection unit that detects a change in illumination for each of the background areas;
a biometric signal extraction unit that extracts the biosignal for each of the face areas based on the face area and the illumination change; and
An ensemble correction unit that estimates the user's biosignal by combining the biosignal extracted from each of the face regions and the weight calculated for each of the face regions,
The detection of the background area is performed through a highly reflective object that well reflects the surrounding illumination environment and an object area extraction operation according to color or reflectivity,
The calculation of the weight includes calculating a time-dependent weight for a change in the face area that changes according to movement.
제 1 항에 있어서,
상기 영상 획득 모듈은:
적어도 하나의 촬영 장치를 포함하고, 상기 사용자에 대한 영상을 획득하는 영상 획득부; 및
상기 획득된 사용자에 대한 영상을 저장하는 영상 저장부를 포함하는 생체 신호 측정 시스템.
According to claim 1,
The image acquisition module:
an image acquisition unit including at least one photographing device and acquiring an image of the user; and
A biometric signal measurement system including an image storage unit that stores the acquired image of the user.
제 2 항에 있어서,
상기 영상 획득부가 2 이상의 촬영 장치들을 포함하는 경우, 상기 영상 획득부는 상기 촬영 장치들의 위치, 해상도 및 화각을 일치시키기 위한 캘리브레이션(calibration) 동작을 수행하는 생체 신호 측정 시스템.
According to claim 2,
When the image acquisition unit includes two or more photographing devices, the image acquisition unit performs a calibration operation to match the position, resolution, and angle of view of the photographing devices.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 얼굴 영역 검출부는 얼굴 검출 동작 및 얼굴 랜드마크 추출 동작을 수행하고,
상기 얼굴 검출 동작은 바운딩 박스 형태로 상기 사용자의 얼굴이 위치하는 영상 좌표를 반환하도록 수행되고,
상기 얼굴 랜드마크 추출 동작은 표준 얼굴 모델에 기반하여 상기 사용자의 얼굴 모델을 추정하고, 상기 추정된 얼굴 모델에 기반하여 상기 얼굴 영역을 분리하도록 수행되는 생체 신호 측정 시스템.
According to claim 1,
The face area detection unit performs a face detection operation and a facial landmark extraction operation,
The face detection operation is performed to return image coordinates where the user's face is located in the form of a bounding box,
The facial landmark extraction operation is performed to estimate the user's face model based on a standard face model and to separate the face area based on the estimated face model.
제 5 항에 있어서,
상기 얼굴 검출 동작은 템플릿 매칭 또는 딥러닝 기반의 얼굴 탐색 기법에 의하여 수행되는 생체 신호 측정 시스템.
According to claim 5,
A biometric signal measurement system in which the face detection operation is performed by template matching or deep learning-based face search techniques.
제 1 항에 있어서,
상기 생체 신호 출력 모듈은 상기 적응형 블록 모듈로부터 추정된 상기 사용자의 생체 신호에 대한 정보를 표시하는 생체 신호 정보 표시부를 포함하는 생체 신호 측정 시스템.
According to claim 1,
The biological signal output module includes a biological signal information display unit that displays information about the user's biological signal estimated from the adaptive block module.
제 7 항에 있어서,
상기 생체 신호 출력 모듈은 상기 사용자의 생체 신호에 대한 정보를 외부로 송신하는 통신부를 더 포함하는 생체 신호 측정 시스템.
According to claim 7,
The biological signal output module further includes a communication unit that transmits information about the user's biological signals to the outside.
사용자의 심박수를 도출하기 위한 비접촉식 생체 신호 측정 시스템의 생체 신호 측정 방법에 있어서:
영상 획득 모듈로부터 획득된 상기 사용자에 대한 영상을 이용하여 상기 사용자의 얼굴 영역을 검출하는 단계;
상기 사용자에 대한 영상을 이용하여 배경 영역을 검출하는 단계;
상기 사용자의 얼굴 영역 각각에 대한 가중치를 연산하는 단계;
상기 배경 영역 각각에 대한 조명 변화를 검출하는 단계;
상기 조명 변화에 기반하여 상기 사용자의 얼굴 영역 각각으로부터 생체 신호를 추출하는 단계; 및
상기 사용자의 얼굴 영역 각각에 대한 상기 가중치 및 상기 사용자의 얼굴 영역 각각으로부터 추출된 상기 생체 신호를 조합하여 상기 사용자의 생체 신호를 추정하는 단계를 포함하고,
상기 배경 영역을 검출하는 단계는 주변 조도 환경을 잘 반영하는 반사도가 높은 객체 및 색상 또는 반사도에 따른 객체 영역 추출 동작을 통하여 수하는 단계를 포함하고,
상기 가중치를 연산하는 단계는 움직임에 따라 변화하는 상기 얼굴 영역의 변화에 대한 시간별 가중치를 연산하는 단계를 포함하는 생체 신호 측정 방법.
In the biosignal measurement method of the non-contact biosignal measurement system for deriving the user's heart rate:
Detecting the user's face area using the image of the user acquired from an image acquisition module;
detecting a background area using the image of the user;
calculating a weight for each face area of the user;
detecting an illumination change for each of the background areas;
extracting biosignals from each facial area of the user based on the lighting change; and
Comprising the step of estimating the user's biosignal by combining the weight for each face area of the user and the biosignal extracted from each of the user's face areas,
The step of detecting the background area includes extracting an object area based on a highly reflective object and color or reflectivity that well reflects the surrounding illumination environment,
The step of calculating the weight includes calculating a time-dependent weight for a change in the face area that changes according to movement.
제 9 항에 있어서,
상기 추정된 생체 신호에 대한 정보를 표시 장치를 통하여 출력하는 단계를 더 포함하는 생체 신호 측정 방법.
According to clause 9,
A method of measuring biological signals further comprising outputting information about the estimated biological signals through a display device.
제 9 항에 있어서,
상기 추정된 생체 신호에 대한 정보를 외부로 송신하는 단계를 더 포함하는 생체 신호 측정 방법.
According to clause 9,
A method of measuring biological signals further comprising transmitting information about the estimated biological signals to the outside.
제 9 항에 있어서,
상기 사용자의 얼굴 영역을 검출하는 단계는:
상기 사용자의 얼굴이 위치하는 영상 좌표를 반환하는 단계;
표준 얼굴 모델에 기반하여 상기 사용자의 얼굴 모델을 추정하는 단계; 및
상기 사용자의 얼굴 모델에 기반하여 상기 얼굴 영역을 분리하는 단계를 포함하는 생체 신호 측정 방법.














According to clause 9,
The steps for detecting the user's face area are:
Returning image coordinates where the user's face is located;
estimating a face model of the user based on a standard face model; and
A bio-signal measurement method comprising separating the face area based on the user's face model.














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