KR20160036967A - Method and Device for Measuring Biometric Data using UWB Radar - Google Patents

Method and Device for Measuring Biometric Data using UWB Radar Download PDF

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KR20160036967A
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조성호
최정우
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Abstract

Disclosed are a method for measuring biometric information by using a UWB radar and a device thereof. The method for measuring biometric information comprises the following steps of: analyzing a frequency component by using a reflection signal reflected from a biometric information measurement target person; eliminating a high frequency component with regard to the maximum peak value from the frequency component and detecting a plurality of peak values in a preset frequency range; and repeating the analyzing and detecting steps at a preset frequency to determine a heartrate by using at least one of a generation frequency and magnitude of a peak value in frequencies with regard to the detected peak values.

Description

UWB 레이더를 이용한 생체 정보 측정 방법 및 장치{Method and Device for Measuring Biometric Data using UWB Radar }TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a method and a device for measuring biometric information using a UWB radar,

본 발명은 생체 정보 측정 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 UWB 레이더를 이용한 생체 정보 측정 방법 및 장치에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and apparatus for measuring bio-information, and more particularly, to a method and apparatus for measuring bio-information using a UWB radar.

UWB란 500MHz이상의 주파수대역을 사용하거나 비대역폭으로 정의되는 수치가 25% 이상인 라디오 기술을 의미한다. 비대역폭이란 중심주파수 대비 신호의 대역폭을 의미한다. 즉, UWB는 광대역의 주파수를 사용하는 라디오 기술로서, 높은 거리 분해능, 투과성, 협대역 잡음에 대한 강한 면역성, 주파수를 공유하는 타 기기와의 공존성과 같은 다양한 장점을 지닌다. UWB means radio technology with a frequency band of 500 MHz or higher, or a value defined as a non-bandwidth of 25% or higher. The non-bandwidth means the bandwidth of the signal versus the center frequency. In other words, UWB is a radio technology that uses broadband frequencies and has various advantages such as high distance resolution, transparency, strong immunity to narrowband noise, and coexistence with other devices sharing frequency.

IR-UWB(Impulse-Radio Ultra WideBand) 레이더(이하, UWB 레이더라 한다) 기술은 이러한 UWB 기술을 레이더에 접목한 시스템으로, 주파수 영역에서의 광대역 특성을 갖는 매우 짧은 지속시간의 임펄스 신호를 송신하여 사물 및 사람으로부터 반사되어 돌아오는 신호를 수신해 주변 상황을 인지하는 레이더 기술을 의미한다. The UWB (Ultra Wide Band) radar (IR-UWB) radar is a system that combines UWB technology with radar and transmits an impulse signal with a very short duration in the frequency domain Means a radar technology that receives signals coming back from objects and people and recognizes the surrounding situation.

UWB 레이더 시스템은 신호 생성부에서 수 나노-수 피코 초의 시간 폭을 갖는 임펄스 신호를 생성하여 송신 안테나를 통해 광각 또는 협대역의 각도로 방사한다. 방사된 신호는 환경에서의 다양한 사물이나 사람으로 인해 반사되게 되고 반사된 신호는 수신 안테나 및 ADC를 거쳐 디지털 신호로 변환된다.The UWB radar system generates an impulse signal having a time width of several nanoseconds to several picoseconds in the signal generator and emits it at a wide angle or a narrow angle through a transmission antenna. The emitted signal is reflected by various objects or people in the environment, and the reflected signal is converted into a digital signal through the receiving antenna and the ADC.

전술된 UWB 레이더의 장점으로 인해, 많은 분야에서 UWB 레이더를 활용하기 위한 연구가 진행되고 있다. 현재 호흡 및 심박수 측정을 위한 의료용 장치, 재난 현장에서의 인명 구조를 위한 휴대용 레이더 장치, 일정 영역 내의 사람 수를 세는 피플 카운팅 장치 등 다양한 방면에서 기술 개발을 위한 연구가 진행되고 있다. 일 예로 한국공개특허공보 제10-2013-0020835호(공개일 2014년 9월 4일) "UWB 기반 비접촉식 생체신호진단기"에는 UWB 레이더를 이용하여 생체 신호를 측정하고, 측정된 생체 신호를 이용하여 원격 건강관리 서비스를 제공하는 방법이 개시되어 있다.Due to the advantages of the UWB radar described above, research is underway to utilize the UWB radar in many fields. Currently, research is underway to develop technologies in various fields such as medical devices for breathing and heart rate measurement, portable radar devices for rescue at the disaster site, and people counting devices for counting people in certain areas. For example, Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2013-0020835 (published on Sep. 4, 2014) "UWB-based noncontact bio-signal diagnostic device" measures a bio-signal using UWB radar and uses the measured bio- A method of providing a remote health care service is disclosed.

다만, 사람의 호흡에 따른 움직임에 비해 심박동에 따른 움직임 정도는 현저히 작기 때문에, 심박수를 측정하는데 많은 어려움이 있다.
However, since the degree of movement according to the heartbeat is significantly smaller than the movement according to the human breath, there are many difficulties in measuring the heart rate.

본 발명은 UWB 레이더를 이용하여 생체 정보 측정 방법 및 장치를 제공하기 위한 것이다.The present invention provides a method and apparatus for measuring biometric information using a UWB radar.

특히, 본 발명은 UWB 레이더를 이용하여 측정 대상자의 심박수를 정확하게 측정하기 위한 것이다.
Particularly, the present invention is for accurately measuring the heart rate of a person to be measured using a UWB radar.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따르면, 생체 정보 측정 대상자부터 반사된 반사 신호를 이용하여, 주파수 성분을 분석하는 단계; 상기 분석 단계를 기 설정된 횟수만큼 반복하여 복수의 피크 값을 검출하고, 상기 주파수 성분 중 최대 피크 값에 대한 고조파 성분을 제거하는 단계; 및 상기 고조파 성분이 제거된 피크 값에 대한 주파수 중에서, 피크 값의 발생 빈도수 및 매그니튜드 중 적어도 하나를 이용하여 심박수를 결정하는 단계를 포함하는 UWB 레이더를 이용한 생체 정보 측정 방법이 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method for measuring biological information, comprising: analyzing a frequency component using a reflection signal reflected from a subject to be measured; Repeating the analysis step a predetermined number of times to detect a plurality of peak values and removing a harmonic component with respect to a maximum peak value of the frequency components; And determining a heart rate using at least one of a frequency of occurrence of a peak value and a magnitude among a frequency of the peak value from which the harmonic component is removed.

상기 최대 피크 값에 대한 주파수는 호흡 수이며, 상기 주파수는 분당 주파수이다.The frequency for the maximum peak value is the number of breaths, and the frequency is the frequency per minute.

상기 고조파 성분을 제거하는 단계는 기 설정된 주파수 범위에서 복수의 피크 값을 검출하며, 상기 기 설정된 주파수 범위는 상기 생체 정보 측정 대상자의 심박수에 따라 결정된다.The step of removing the harmonic component may detect a plurality of peak values in a predetermined frequency range, and the predetermined frequency range is determined according to the heart rate of the subject to be measured.

상기 심박수를 결정하는 단계는 최대 빈도수 및 최대 평균 매그니튜드에 대응되는 주파수를 심박수로 결정한다.The step of determining the heart rate determines the frequency corresponding to the maximum frequency and the maximum average magnitude as the heart rate.

상기 생체 정보 측정 대상자는 고정된 상태이다.The subject for biometric information measurement is in a fixed state.

또한 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 생체 정보 측정 대상자부터 반사된 반사 신호를 이용하여, 주파수 성분을 분석하는 주파수 분석부; 기 설정된 횟수만큼 반복하여 분석된 결과에서, 복수의 피크 값을 검출하고, 상기 주파수 성분 중 최대 피크 값에 대한 고조파 성분을 제거하는 피크 검출부; 및 상기 고조파 성분이 제거된 피크 값에 대한 주파수 중에서, 피크 값의 발생 빈도수 및 매그니튜드 중 적어도 하나를 이용하여 심박수를 결정하는 심박수 결정부를 포함하는 UWB 레이더를 이용하는 생체 정보 측정 장치를 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a biometric information analyzing apparatus comprising: a frequency analyzer for analyzing a frequency component using a reflected signal reflected from a subject; A peak detector for detecting a plurality of peak values and eliminating a harmonic component with respect to a maximum peak value of the frequency components in a result of repeatedly performing a predetermined number of times; And a heart rate determining unit for determining a heart rate using at least one of a frequency of occurrence of a peak value and a magnitude among a frequency of the peak value from which the harmonic component is removed.

또한 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, According to another aspect of the present invention,

고정된 상태인 생체 정보 측정 대상자로 레이더 신호를 송신하는 단계; 상기 생체 정보 측정 대상자부터 반사된 반사 신호를 수신하는 단계; 상기 반사 신호의 주파수 성분을 분석하는 단계; 상기 주파수 성분 중, 최대 피크 값에 대한 주파수를 호흡 수로 검출하는 단계; 및 심박수에 따라 기 설정된 주파수 범위에서, 최대 피크 값에 대한 주파수를 심박 수로 결정하는 단계를 포함한다.Transmitting a radar signal to a subject for biometric information measurement in a fixed state; Receiving a reflected signal reflected from the subject to be measured; Analyzing a frequency component of the reflected signal; Detecting a frequency with respect to a maximum peak value among the frequency components as a number of breaths; And determining a frequency with respect to the maximum peak value as a heart rate, in a predetermined frequency range according to the heart rate.

상기 최대 피크 값을 심박 수로 결정하는 단계는 상기 호흡 수에 대응되는 최대 피크 값에 대한 고조파 성분을 제외하고, 상기 최대 피크 값에 대한 주파수를 심박 수로 결정한다.
Wherein the step of determining the maximum peak value as a heart rate includes excluding a harmonic component with respect to a maximum peak value corresponding to the respiratory rate and determining a frequency with respect to the maximum peak value as a heart rate.

본 발명에 따르면, 대상자의 호흡수에 대응되는 주파수 성분의 고조파 성분을 제외하고, 심박수에 대응되는 주파수 성분을 검출함으로써, 정확성이 향상되는 장점이 있다.According to the present invention, accuracy is improved by detecting a frequency component corresponding to a heart rate, excluding a harmonic component of a frequency component corresponding to a respiration rate of a subject.

또한 본 발명에 따르면, 대상자를 반복 측정하여, 검출된 피크 값에 대한 주파수 중에서, 피크 값의 발생 빈도수 및 매그니튜드 중 적어도 하나를 이용하여 심박수를 결정함으로써, 정확성이 더욱 향상되는 장점이 있다.
According to the present invention, the accuracy is further improved by repeatedly measuring the subject and determining the heart rate using at least one of the occurrence frequency of the peak value and the magnitude among the frequencies with respect to the detected peak value.

도 1은 본 발명에 따른 생체 정보 측정 방법을 설명하기 위한 주파수 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 생체 정보 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 생체 정보 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 3에서 설명된 생체 정보 측정 방법에 따라 반복하여 검출된 피크 값의 빈도수 및 평균 매그니튜드를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 생체 정보 측정 장치를 설명하기 위한 도면이다.
1 is a view showing a frequency spectrum for explaining a method of measuring bio-information according to the present invention.
2 is a view for explaining a bio-information measurement method according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining a method of measuring bio-information according to another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a graph showing frequency and average magnitude of peak values repeatedly detected according to the bio-information measurement method described in FIG.
5 is a view for explaining a bio-information measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing.

이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 생체 정보 측정 방법을 설명하기 위한 주파수 스펙트럼을 나타낸 도면이다.1 is a view showing a frequency spectrum for explaining a method of measuring bio-information according to the present invention.

호흡(respiration) 및 심박(heartbeat)에 따라 생체 정보 측정 대상자에 미세한 움직임이 발생하고, 본 발명은 이러한 움직임을 UWB 레이더를 이용하여 분석함으로써, 호흡 수(respiration rate) 및 심박 수(heartbeat rate)를 검출할 수 있다.The respiration and the heartbeat cause minute movement to the subject to be measured and the present invention analyzes the movement using UWB radar to measure the respiration rate and the heartbeat rate Can be detected.

UWB 레이더를 이용하여 생체 정보 측정 대상자로 레이더 신호를 송신하고, 생체 정보 측정 대상자부터 반사된 반사 신호를 수신하여 주파수 성분을 분석하면, 일 예로서, 도 1과 같이 주파수 성분에 대한 스펙트럼이 만들어질 수 있다. 생체 정보 측정 대상자의 움직임에 따라 특정 주파수에서 피크 값이 생성되고 잡음 및 고조파 성분에 의해서도 피크 값이 생성될 수 있다. 이 때, 생체 정보 측정 대상자는 다른 움직임이 없도록 고정된 상태인 것이 바람직하다.When a radar signal is transmitted to a subject to be measured with a UWB radar and a reflected signal is received from a person to be measured, the frequency component is analyzed. For example, as shown in FIG. 1, . A peak value may be generated at a specific frequency and a peak value may be generated by noise and harmonic components depending on the motion of the subject. At this time, it is preferable that the subject to be measured for biometric information is in a fixed state so that there is no other motion.

호흡 및 심박에 따른 움직임 이외에 주기적인 움직임이 없는 상태에서, 일반적으로 호흡에 따른 움직임이 심박에 따른 움직임보다 크다. 따라서 주파수 스펙트럼에서 최대 피크 값을 나타내는 주파수가 호흡 수에 대응된다. 도 1에서 최대 피크 값에 대응되는 호흡 수는 분당 22.3회이다. In the absence of periodic movements other than breathing and heartbeat movements, in general, the movement along the breath is greater than the movement along the heartbeat. Therefore, the frequency representing the maximum peak value in the frequency spectrum corresponds to the number of breaths. In FIG. 1, the respiratory rate corresponding to the maximum peak value is 22.3 per minute.

심박에 따른 움직임은 상대적으로 작으며, 호흡에 따른 주파수 성분의 고조파 성분 및 잡음 등에 의해 심박수 검출은 용이하지 않다. 특히, 고조파 성분은 외부 잡음과 섞여서 상당한 매그니튜드 값을 갖기 때문에, 심박수 검출에 장애물이 될 수 있다.The movement along the heartbeat is relatively small, and heart rate detection is not easy due to the harmonic component of the frequency component due to breathing and noise. In particular, harmonic components are mixed with external noise and have significant magnitude values, which can be an obstacle to heart rate detection.

본 발명에 따르면, 기 설정된 주파수 범위에서, 최대 피크 값에 대한 주파수가 심박 수로 결정될 수 있다. 여기서, 주파수 범위는 사람의 일반적인 심박 수를 고려하여 설정될 수 있다. 일반적인 사람의 정상적인 심박수는 분당 50회에서 100회이며, 주파수 범위가 이와 같이 설정될 경우, 도 1에 도시된 바와 같이, 심박 수는 분당 66.7회로 결정될 수 있다. According to the present invention, in a predetermined frequency range, the frequency for the maximum peak value can be determined as the heart rate. Here, the frequency range can be set in consideration of a general heart rate of a person. A normal person's normal heart rate is 50 to 100 times per minute, and if the frequency range is set as such, the heart rate can be determined to be 66.7 minutes per minute, as shown in FIG.

기 설정된 주파수 범위에서, 최대 피크 값에 대한 주파수를 심박 수로 결정하기 때문에, 호흡에 따른 주파수 성분의 제2고조파는 심박수 고려 대상에서 제외될 수 있다. 그리고 제3고조파 및 심박수에 대응되는 주파수 중에 제3고조파 역시 심박수 대상에서 제외될 수 있다. 제3고조파가 심박수보다 큰 경우가 발생할 수 있기 때문에, 본 발명은 호흡 수에 대한 고조파 성분을 미리 제외하고, 심박수를 판단할 수 있다.Since the frequency for the maximum peak value is determined by the heart rate in a predetermined frequency range, the second harmonic of the frequency component due to respiration can be excluded from consideration of the heart rate. Of the frequencies corresponding to the third harmonic and the heart rate, the third harmonic can also be excluded from the heart rate subject. The third harmonic may be greater than the heart rate. Therefore, the present invention can determine the heart rate by excluding the harmonic component of the respiratory rate in advance.

또한 본 발명은 보다 정확하게 심박수를 판단하기 위해, 기 설정횟수만큼 반복하여 생체 정보 측정 대상자의 주파수 성분을 분석한다. 예를 들어, 5회 반복하여 분석할 경우, 도 1과 같은 주파수 스펙트럼 정보가 5개 출력될 수 있다. 그리고 각각의 주파수 스펙트럼 정보에 대해서 피크 값의 주파수 성분을 추출하여, 피크 값에 대한 주파수 정보를 포함하는 총 5개의 후보군을 만들고, 해당 후보군에서 어떤 주파수에서 피크 값이 많이 발생하는지 또는 어떤 주파수에서 큰 매그니튜드를 갖는지 여부를 판단하여 생체 정보 측정 대상자의 심박수를 판단할 수 있다. In order to more accurately determine the heart rate, the present invention repeats the frequency components of the subject for bio-information measurement by repeating a predetermined number of times. For example, when the analysis is repeated five times, five pieces of frequency spectrum information as shown in FIG. 1 can be output. Then, a frequency component of a peak value is extracted for each frequency spectrum information, and a total of five candidate groups including frequency information about a peak value are made. In the candidate group, a peak value occurs at a certain frequency, It is possible to determine the heart rate of the subject to be measured by judging whether or not the subject has the magnitude.

이하 도면에서 보다 자세히 설명하기로 한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 생체 정보 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다. 본 발명에 따른 생체 정보 측정 방법은 UWB 레이더를 포함하는 생체 정보 측정 장치에서 수행될 수 있다.2 is a view for explaining a bio-information measurement method according to an embodiment of the present invention. The biometric information measuring method according to the present invention can be performed in a biometric information measuring apparatus including a UWB radar.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 생체 정보 측정 장치는 고정된 상태인 생체 정보 측정 대상자로 UWB 레이더 신호를 송신(S201)한다. UWB 레이더 신호는 임펄스 신호일 수 있다. UWB 레이더에서 펄스의 주기가 짧을수록 많은 정보를 포함할 수 있게 된다. FCC의 정의에 따르면 펄스 폭이 수ns에 불과한 펄스 신호를 발생시켜 그 대역폭이 500MHz를 넘거나 중심 주파수 대비 대역폭이 20%를 넘는 경우 UWB 레이더에 포함되도록 하고 있다.Referring to FIG. 2, the apparatus for measuring bio-information according to the present invention transmits a UWB radar signal to a subject in a fixed state (S201). The UWB radar signal may be an impulse signal. The shorter the period of the pulse in the UWB radar, the more information can be included. According to the FCC definition, a pulse signal with a pulse width of only a few ns is generated and included in the UWB radar when the bandwidth exceeds 500 MHz or the bandwidth exceeds 20% of the center frequency.

그리고 본 발명에 따른 생체 정보 측정 장치는 생체 정보 측정 대상자부터 반사된 반사 신호를 수신(S203)하여, 반사 신호의 주파수 성분을 분석(S205)한다. 주파수 성분은 푸리에 변환을 통해 수행될 수 있다.Then, the bio-information measuring apparatus according to the present invention receives the reflected signal reflected from the subject to be measured (S203) and analyzes the frequency component of the reflected signal (S205). The frequency component can be performed through a Fourier transform.

본 발명에 따른 생체 정보 측정 장치는 분석된 주파수 성분 중, 최대 피크 값에 대한 주파수를 호흡 수로 검출(S207)한다. 전술된 바와 같이, 주파수 분석을 통해 생체 정보 측정 대상자의 움직임 정도에 따라 특정 주파수에서 발생하는 피크 값을 확인할 수 있다. 고정된 상태인 생체 정보 측정 대상자에 의한 움직임은 호흡 시에 가장 크며, 따라서, 최대 피크 값에 대한 주파수를 호흡 수로 결정할 수 있다.The apparatus for measuring bio-information according to the present invention detects the frequency with respect to the maximum peak value among the frequency components analyzed (S207). As described above, the peak value occurring at a specific frequency can be confirmed according to the degree of motion of the subject to be measured through the frequency analysis. The movement by the subject in the fixed state of the bio-information measurement is greatest at the time of breathing, and therefore, the frequency with respect to the maximum peak value can be determined as the breathing number.

그리고 본 발명에 따른 생체 정보 측정 장치는 심박수에 따라 기 설정된 주파수 범위에서, 최대 피크 값에 대한 주파수를 심박 수로 결정(S209)한다. 주파수 범위는 상황에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 주파수 성분 중, 호흡 수에 대응되는 최대 피크 값에 대한 고조파 성분을 제외하고, 기 설정된 주파수 범위에서 최대 피크 값을 심박 수로 결정하는 하는 것이 바람직하다. 즉, 호흡 수에 대응되는 최대 피크 값에 대한 고조파 성분은 무시되고, 심박수가 결정될 수 있다.The apparatus for measuring bio-information according to the present invention determines a frequency with respect to a maximum peak value as a heart rate (S209) in a predetermined frequency range according to a heart rate. The frequency range can be varied depending on the situation. It is preferable to determine the maximum peak value in the predetermined frequency range as the heart rate, excluding the harmonic component with respect to the maximum peak value corresponding to the respiratory rate among the frequency components. That is, the harmonic components for the maximum peak value corresponding to the respiration rate are ignored, and the heart rate can be determined.

한편, 외부 잡음 등의 영향으로, 기 설정된 주파수 범위에서, 심박수에 대응되는 피크 값보다 큰 매그니튜드(magnitude)가 발생할 수 있다. 이하 도 3에서는 보다 정확성이 향상된 생체 정보 측정 방법이 설명된다.
On the other hand, a magnitude larger than a peak value corresponding to the heart rate may occur in a predetermined frequency range due to the influence of external noise or the like. 3, a biometric information measuring method with improved accuracy is described.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 생체 정보 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 3에서는 UWB 레이더를 통해 수신된 신호를 분석하는 생체 정보 측정 장치에서 수행되는 경우가 일실시예로서 설명된다.3 is a view for explaining a method of measuring bio-information according to another embodiment of the present invention. In FIG. 3, a case in which a bio-information measuring apparatus for analyzing a signal received through a UWB radar is performed will be described as an embodiment.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 생체 정보 측정 장치는 생체 정보 측정 대상자부터 반사된 반사 신호를 이용하여, 주파수 성분을 분석(S301)한다. 반사 신호는 UWB 레이더로부터 전송된 신호가 생체 정보 측정 대상자에 의해 반사된 신호이다. 전술된 바와 같이, 생체 정보 측정 대상자는 고정된 상태인 것이 바람직하다.Referring to FIG. 3, the apparatus for measuring bio-information according to the present invention analyzes a frequency component using a reflected signal reflected from a subject to be measured (S301). The reflected signal is a signal transmitted from the UWB radar reflected by the subject to be measured. As described above, it is preferable that the subject for biometric information measurement is in a fixed state.

그리고 생체 정보 측정 장치는 단계 S301을 기 설정된 횟수만큼 반복하여 복수의 피크 값을 검출한다. 이 때 기 설정된 주파수 범위 내에서 복수의 피크 값을 검출할 수 있다. 그리고 주파수 성분 중 최대 피크 값에 대한 고조파 성분을 제거, 즉 필터링(S303)한다. 여기서, 기 설정된 주파수 범위는 생체 정보 측정 대상자의 예상되는 심박 수에 따라 설정되거나, 일반인의 평균 심박 수에 따라 설정되는 등 다양하게 설정될 수 있다. 그리고 최대 피크 값에 대한 주파수는 호흡 수로 판단될 수 있다. Then, the bio-information measuring apparatus repeats step S301 a predetermined number of times to detect a plurality of peak values. At this time, a plurality of peak values can be detected within a preset frequency range. Then, the harmonic component with respect to the maximum peak value among the frequency components is removed or filtered (S303). Here, the predetermined frequency range may be set according to the expected heart rate of the subject to be measured or may be set according to the average heart rate of a general person. And the frequency for the maximum peak value can be determined by the number of breaths.

생체 정보 측정 장치는 고조파 성분이 제거된 피크 값에 대한 주파수 중에서, 피크 값의 발생 빈도수 및 매그니튜드 중 적어도 하나를 이용하여 심박수를 결정(S305)한다. 이 때, 심박수를 결정하기 위해 빈도수 및 매그니튜드는, 알고리즘에 따라 다양한 형태로 적용될 수 있다.The bio-information measuring apparatus determines the heart rate using at least one of frequency of occurrence of the peak value and magnitude among the frequencies for the peak value from which the harmonic component is removed (S305). At this time, frequency and magnitude may be applied in various forms according to the algorithm to determine the heart rate.

예를 들어, 생체 정보 측정 장치는 최대 빈도수 및 최대 평균 매그니튜드에 대응되는 주파수를 심박수로 결정할 수 있다. 즉, 특정 주파수에서 가장 많은 피크 값이 발생하고, 해당 주파수에서의 최대 평균 매그니튜드가 가장 큰 경우, 해당 주파수가 심박수로 결정될 수 있다.For example, the bio-information measuring device can determine the frequency corresponding to the maximum frequency and the maximum average magnitude as the heart rate. That is, when the largest peak value occurs at a specific frequency and the maximum average magnitude at the frequency is the largest, the frequency can be determined as the heart rate.

전술된 바와 같이, 5회 반복하여 5개의 후보군이 생성되는 경우, 기 설정된 주파수 범위 내에서 피크 값을 검출한다. 그리고 최대 피크 값에 대한 고조파 성분은 무시하고, 어떤 주파수에서 피크 값이 많이 발생하는지 또는 어떤 주파수에서 큰 매그니튜드를 갖는지 여부를 판단하여 생체 정보 측정 대상자의 심박수를 판단할 수 있다. As described above, when five candidate groups are generated by repeating five times, a peak value is detected within a predetermined frequency range. The heart rate of the subject to be measured can be determined by determining whether a peak value occurs at a certain frequency or a magnitude at which frequency is large by ignoring the harmonic component of the maximum peak value.

또는 각각의 파라미터 즉, 빈도수 및 매그니튜드에 각각 다른 가중치를 부여하고, 최대 빈도수 및 최대 평균 매그니튜드에 대응되는 주파수를 심박수로 결정할 수 있다. 또는 제1주파수에서 최대 빈도수가 나타나고 제2주파수에서 최대 매그니튜드가 나타날 수 있기 때문에, 빈도수 및 매그니튜드에 각각 다른 가중치를 부여하고, 가중치가 부여된 값 중 최대 값을 갖는 파라미터에 대응되는 주파수를 심박수로 결정할 수도 있다. 또는 최대 빈도수에 따라 심박수를 결정하되, 동일한 최대 빈도수를 갖는 주파수가 복수 개일 경우, 최대 매그니튜드를 추가로 이용하여 심박수를 결정할 수 있다.Alternatively, different weights may be given to the respective parameters, that is, the frequency and the magnitude, and the frequency corresponding to the maximum frequency and the maximum average magnitude may be determined as the heart rate. Or the maximum frequency at the first frequency may appear and the maximum magnitude at the second frequency may appear. Therefore, different weights are given to the frequency and the magnitude, and a frequency corresponding to the parameter having the maximum value among the weighted values is set as the heart rate You can decide. Or the maximum frequency, and when the frequency having the same maximum frequency is plural, the maximum magnitude may be further used to determine the heart rate.

도 2와 달리 도 3에서는, 기 설정된 횟수만큼 반복하여 주파수 분석을 수행하고, 검출된 복수의 피크 값이 어떤 주파수에서 많이 발생하는지, 그리고 피크 값이 발생한 주파수에서의 매그니튜드를 고려하여 심박수를 결정한다. 따라서, 외부 잡음 등의 영향으로 발생하는, 실제 심박수에 대응되는 피크 값보다 큰 매그니튜드의 주파수 성분이 제거될 수 있기 때문에 보다 정확하게 심박수가 측정될 수 있다.
3, a frequency analysis is repeatedly performed a predetermined number of times, a heart rate is determined in consideration of magnitudes at a frequency at which a plurality of detected peak values occur at a certain frequency, and a frequency at which a peak value occurs . Therefore, since the frequency component of magnitude larger than the peak value corresponding to the actual heart rate, which is caused by the influence of external noise or the like, can be removed, the heart rate can be measured more accurately.

도 4는 도 3에서 설명된 생체 정보 측정 방법에 따라 반복하여 검출된 피크 값의 빈도수(repetition frequency) 및 평균 매그니튜드(mean magnitude)를 나타내는 도면이다. FIG. 4 is a diagram illustrating a repetition frequency and a mean magnitude of peak values repeatedly detected according to the bio-information measurement method described in FIG.

도 4에서 가로 축은 분당 주파수를 나타내며, 세로 축은 빈도수 및 평균 매그니튜드를 나타낸다. 도 4에 도시된 바와 같이, 약 72.64 분당 주파수에서 피크 값이 가장 많이 발생하며, 해당 주파수에서의 평균 매그니튜드가 최대이다. 따라서 생체 정보 측정 대상자의 심박수는 약 72.64로 결정될 수 있다.
In Figure 4, the horizontal axis represents frequency per minute and the vertical axis represents frequency and average magnitude. As shown in FIG. 4, the peak value occurs most frequently at a frequency of about 72.64 minutes, and the average magnitude at the frequency is the maximum. Therefore, the heart rate of the subject to be measured can be determined to be about 72.64.

전술된 바와 같이, 본 발명에 따르면, 호흡 수에 대응되는 주파수의 고조파 성분 및 잡음 성분에도 불구하고, 고조파 성분을 제거하거나 반복 측정을 통해 어떠한 주파수에서 피크 값이 많이 발생하는지, 그리고 해당 주파수에서의 매그니튜드 중 적어도 하나를 이용하여 판단함으로써, 생체 정보 측정 대상자의 정확한 심박수를 제공할 수 있다. As described above, according to the present invention, regardless of the harmonic component and the noise component of the frequency corresponding to the respiration rate, it is possible to determine whether a peak value occurs at a certain frequency by eliminating the harmonic component or by repeated measurement, By using at least one of the magnitudes, it is possible to provide an accurate heart rate of the subject for biometric information measurement.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 생체 정보 측정 장치를 설명하기 위한 도면이다.5 is a view for explaining a bio-information measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 생체 정보 측정 장치는 주파수 분석부(501), 피크 검출부(503) 및 심박수 결정부(505)를 포함한다. 본 발명에 따른 생체 정보 측정 장치는 UWB 레이더와 별도로 생산되어 판매되거나 또는 UWB 레이더와 함께 생산되어 판매될 수 있다.Referring to FIG. 5, the apparatus for measuring bio-information according to the present invention includes a frequency analysis unit 501, a peak detection unit 503, and a heart rate determination unit 505. The bio-information measuring device according to the present invention may be produced separately from the UWB radar, or may be produced and sold together with the UWB radar.

주파수 분석부(501)는 생체 정보 측정 대상자부터 반사된 반사 신호를 이용하여, 주파수 성분을 분석한다. 반사 신호는 UWB 레이더로부터 송신된 신호가 생체 정보 측정 대상자에 의해 반사된 신호이며, UWB 레이더로 수신될 수 있다. UWB 레이더의 송신 신호는 기 설정된 영역으로 방사되는 펄스 신호이며, 고지향성을 가지는 초광대역 송신 안테나를 통해 방사될 수 있다. 반사 신호는 고지향성을 가지는 초광대역 수신 안테나를 통해 수신될 수 있다.The frequency analyzer 501 analyzes the frequency component using the reflected signal reflected from the subject to be measured. The reflected signal is a signal transmitted from the UWB radar and reflected by the subject to be measured, and can be received by the UWB radar. The transmission signal of the UWB radar is a pulse signal radiated into a predetermined area and can be radiated through a UWB transmission antenna having high directivity. The reflected signal can be received through the ultra-wideband receiving antenna with high directivity.

피크 검출부(503)는 주파수 분석부(501)에 의해 기 설정된 횟수만큼 반복하여 분석된 결과에서, 복수의 피크 값을 검출하고, 상기 주파수 성분 중 최대 피크 값에 대한 고조파 성분을 제거한다. 이 때, 피크 검출부(503)는 기 설정된 주파수 범위에서 복수의 피크 값을 검출할 수 있으며, 기 설정된 주파수 범위는 생체 정보 측정 대상자의 예상되는 심박 수에 따라 설정될 수 있으며, 최대 피크 값에 대한 주파수는 호흡 수로 결정될 수 있다. The peak detector 503 detects a plurality of peak values and removes harmonic components with respect to the maximum peak value of the frequency components from a result of repeatedly analyzed by the frequency analyzer 501 a predetermined number of times. At this time, the peak detector 503 can detect a plurality of peak values in a predetermined frequency range, and the predetermined frequency range can be set according to the expected heart rate of the subject to be measured, The frequency can be determined by the number of breaths.

심박수 결정부(505)는 기 설정된 횟수만큼 반복하여 검출된 피크 값에 대한 주파수 중에서, 피크 값의 발생 빈도수 및 매그니튜드 중 적어도 하나를 이용하여 심박수를 결정한다. 즉, UWB 레이더 신호는 복수의 타임 슬롯마다 일정 주기로 방사될 수 있으며, 주파수 분석부(501) 및 피크 검출부(503)는 타임 슬롯마다 반사신호의 주파수 성분을 분석하고 피크 값을 검출할 수 있다. 각각의 타임 슬롯에서 피크 값이 추출되고, 검출된 피크 값에 대한 주파수 중에서, 예를 들어, 피크 값이 가장 많이 발생하거나 또는 최대 평균 매그니튜드를 갖는 주파수가 심박수로 결정될 수 있다.
The heart rate determining unit 505 determines the heart rate using at least one of frequency of generation of the peak value and magnitude among the frequency of the peak value repeatedly detected a predetermined number of times. That is, the UWB radar signal may be radiated at intervals of a plurality of time slots, and the frequency analyzer 501 and the peak detector 503 may analyze the frequency component of the reflected signal for each time slot and detect the peak value. A peak value is extracted in each time slot, and among the frequencies with respect to the detected peak value, for example, a peak value is generated most or a frequency having a maximum average magnitude can be determined as a heart rate.

앞서 설명한 기술적 내용들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예들을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 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 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 하드웨어 장치는 실시예들의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
The above-described technical features may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like, alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be those specially designed and constructed for the embodiments or may be available to those skilled in the art of computer software. Examples of computer-readable media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tape; optical media such as CD-ROMs and DVDs; magnetic media such as floppy disks; Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include machine language code such as those produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware device may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
As described above, the present invention has been described with reference to particular embodiments, such as specific elements, and specific embodiments and drawings. However, it should be understood that the present invention is not limited to the above- And various modifications and changes may be made thereto by those skilled in the art to which the present invention pertains. Accordingly, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, belong to the scope of the present invention .

Claims (9)

UWB 레이더를 이용하는 생체 정보 측정 방법에 있어서,
생체 정보 측정 대상자부터 반사된 반사 신호를 이용하여, 주파수 성분을 분석하는 단계;
상기 분석 단계를 기 설정된 횟수만큼 반복하여 기 설정된 주파수 범위에서 복수의 피크 값을 검출하고, 상기 주파수 성분 중 최대 피크 값에 대한 고조파 성분을 제거하는 단계; 및
상기 고조파 성분이 제거된 피크 값에 대한 주파수 중에서, 피크 값의 발생 빈도수 및 매그니튜드 중 적어도 하나를 이용하여 심박수를 결정하는 단계
를 포함하는 생체 정보 측정 방법.
A biometric information measuring method using UWB radar,
Analyzing a frequency component using a reflected signal reflected from a subject to be measured;
Repeating the analysis step a predetermined number of times to detect a plurality of peak values in a predetermined frequency range, and removing a harmonic component with respect to a maximum peak value of the frequency components; And
Determining a heart rate using at least one of a frequency of occurrence of a peak value and a magnitude among frequencies for the peak value from which the harmonic component is removed;
Wherein the biometric information measurement method comprises the steps of:
제 1항에 있어서,
상기 최대 피크 값에 대한 주파수는 호흡 수인
를 포함하는 생체 정보 측정 방법.
The method according to claim 1,
The frequency for the maximum peak value is the number of breaths
Wherein the biometric information measurement method comprises the steps of:
제 2항에 있어서,
상기 주파수는 분당 주파수인
생체 정보 측정 방법.
3. The method of claim 2,
The frequency is the frequency per minute
Method of measuring biometric information.
제1항에 있어서,
상기 고조파 성분을 제거하는 단계는
기 설정된 주파수 범위에서 복수의 피크 값을 검출하며,
상기 기 설정된 주파수 범위는
상기 생체 정보 측정 대상자의 심박수에 따라 결정되는
생체 정보 측정 방법.
The method according to claim 1,
The step of removing the harmonic component
Detecting a plurality of peak values in a predetermined frequency range,
The predetermined frequency range is
Is determined according to the heart rate of the subject to be measured
Method of measuring biometric information.
제 1항에 있어서,
상기 심박수를 결정하는 단계는
최대 빈도수 및 최대 평균 매그니튜드에 대응되는 주파수를 심박수로 결정하는
생체 정보 측정 방법.
The method according to claim 1,
The step of determining the heart rate
The frequency corresponding to the maximum frequency and the maximum average magnitude is determined as the heart rate
Method of measuring biometric information.
제 1항에 있어서,
상기 생체 정보 측정 대상자는 고정된 상태인
생체 정보 측정 방법.
The method according to claim 1,
The subject for biometric information measurement may be a fixed
Method of measuring biometric information.
UWB 레이더를 이용하는 생체 정보 측정 장치에 있어서,
생체 정보 측정 대상자부터 반사된 반사 신호를 이용하여, 주파수 성분을 분석하는 주파수 분석부;
기 설정된 횟수만큼 반복하여 분석된 결과에서, 복수의 피크 값을 검출하고, 상기 주파수 성분 중 최대 피크 값에 대한 고조파 성분을 제거하는 피크 검출부;
상기 고조파 성분이 제거된 피크 값에 대한 주파수 중에서, 피크 값의 발생 빈도수 및 매그니튜드 중 적어도 하나를 이용하여 심박수를 결정하는 심박수 결정부
를 포함하는 생체 정보 측정 장치.
A biometric information measuring apparatus using a UWB radar,
A frequency analyzer for analyzing a frequency component using a reflected signal reflected from a subject to be measured;
A peak detector for detecting a plurality of peak values and eliminating a harmonic component with respect to a maximum peak value of the frequency components in a result of repeatedly performing a predetermined number of times;
A heart rate determining unit for determining a heart rate using at least one of frequency of occurrence of a peak value and magnitude among frequencies for the peak value from which the harmonic component is removed,
And a biometric information measuring device.
UWB 레이더를 이용하는 생체 정보 측정 방법에 있어서,
고정된 상태인 생체 정보 측정 대상자로 레이더 신호를 송신하는 단계;
상기 생체 정보 측정 대상자부터 반사된 반사 신호를 수신하는 단계;
상기 반사 신호의 주파수 성분을 분석하는 단계;
상기 주파수 성분 중, 최대 피크 값에 대한 주파수를 호흡 수로 검출하는 단계; 및
심박수에 따라 기 설정된 주파수 범위에서, 최대 피크 값에 대한 주파수를 심박 수로 결정하는 단계
를 포함하는 생체 정보 측정 방법.
A biometric information measuring method using UWB radar,
Transmitting a radar signal to a subject for biometric information measurement in a fixed state;
Receiving a reflected signal reflected from the subject to be measured;
Analyzing a frequency component of the reflected signal;
Detecting a frequency with respect to a maximum peak value among the frequency components as a number of breaths; And
Determining a frequency with respect to the maximum peak value as a heart rate in a predetermined frequency range according to the heart rate,
Wherein the biometric information measurement method comprises the steps of:
제 8항에 있어서,
상기 최대 피크 값을 심박 수로 결정하는 단계는
상기 호흡 수에 대응되는 최대 피크 값에 대한 고조파 성분을 제외하고, 상기 최대 피크 값에 대한 주파수를 심박 수로 결정하는
생체 정보 측정 방법.
9. The method of claim 8,
The step of determining the maximum peak value as a heart rate
The frequency with respect to the maximum peak value is determined as the heart rate, excluding the harmonic component with respect to the maximum peak value corresponding to the breath count
Method of measuring biometric information.
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