KR20170116332A - Sign language recognition system and method - Google Patents
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Abstract
수화 인식 시스템에 관한 것이며, 수화 인식 시스템은 사용자의 팔 부위에 착용된 센서 측정 기기로부터 상기 사용자의 근전도 신호 및 관성 신호를 획득하는 획득부, 상기 사용자가 취한 수화 동작을 감지하기 위해, 상기 근전도 신호에서 근활성 구간을 추출하고, 상기 관성 신호에서 상기 팔 부위의 움직임 구간을 추출하는 추출부, 상기 근활성 구간에 신호처리를 수행함으로써 제1 특성 벡터를 산출하고, 상기 움직임 구간에 신호처리를 수행함으로써 제2 특성 벡터를 산출하는 산출부, 상기 제1 특성 벡터와 상기 제2 특성 벡터를 통합한 통합 특성 벡터에 기초하여, 데이터베이스 내에서 상기 통합 특성 벡터에 대응되는 신호를 검색하는 검색부 및 상기 검색된 신호에 대응하는 텍스트를 출력하는 출력부를 포함할 수 있다. A handwriting recognition system includes an acquisition unit for acquiring an EMG signal and an inertia signal of the user from a sensor measuring device worn on a user's arm, An extraction unit for extracting a muscle activity period from the muscle activity signal and extracting a motion duration of the arm region from the inertia signal, a first characteristic vector is calculated by performing signal processing on the muscle activity period, A search unit for searching for a signal corresponding to the integrated characteristic vector in the database based on an integrated characteristic vector obtained by integrating the first characteristic vector and the second characteristic vector; And an output unit for outputting a text corresponding to the searched signal.
Description
본원은 수화 인식 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a sign language recognition system and method.
수화(sign language) 또는 지화(finger language)는 청각 장애인과 언어 장애인이 구화(口話)를 대신하여 몸짓이나 손짓으로 표현하는 의사 전달 방법으로서, 이는 손가락이나 팔로 그리는 모양, 그 위치나 이동, 얼굴 표정이나 입술의 움직임 등을 통해 의사 전달이 수행된다.Sign language or finger language is a method of communication in which the hearing impaired and the speech impaired are represented by gestures or hand gestures on behalf of speech, Communication is performed through facial expressions or lip movements.
종래의 수화 인식 시스템 또는 지화 인식 시스템은 카메라로 수화 또는 지화 동작을 촬영하여 그 동작을 분석하기 때문에, 시간이 많이 걸릴 뿐 아니라, 휴대하기에 불편한 문제가 있었다.The conventional sign recognition system or the land recognition system has a problem that it takes a lot of time and is inconvenient to carry because it captures a hydration or an earthquake operation using a camera and analyzes the operation.
또한, 최근에는 수화 장갑을 이용하여 수화 또는 지화를 인식하는 기술이 제안된 바 있으나, 이는 손에 땀이 차는 등의 이유로 장기간 착용하는 데에 제한이 따르며, 세수 등 이물질이 손에 묻을 가능성이 있는 일상적인 동작을 수행할 경우에는 수화 장갑을 벗어야 하는 번거로움이 존재한다.In recent years, there has been proposed a technique of recognizing hydration or hydration using hydration gloves. However, this technique is limited in that it can be worn for a long period of time due to reasons such as sweat on the hands, and there is a possibility that foreign matter When performing routine operations, there is a need to remove the hydration gloves.
본원의 배경이 되는 기술은 한국등록특허공보 제10-1551424호(등록일: 2015.09.02)에 개시되어 있다.The background technology of the present application is disclosed in Korean Patent Registration No. 10-1551424 (Registered on Feb. 25, 2015).
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 일상 생활의 동작에 제한을 받지 않으면서 휴대가 용이한 수화 인식 시스템 및 방법을 제공하려는 것을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide a sign language recognition system and method which are easy to carry without being restricted by the operation of everyday life.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 빠른 시간 내에 수화 동작 및 지화 동작을 명확하게 식별할 수 있는 수화 인식 시스템 및 방법을 제공하려는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a sign language recognition system and method capable of clearly identifying a sign language operation and a language sign language operation in a short period of time.
다만, 본원의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.It is to be understood, however, that the technical scope of the embodiments of the present invention is not limited to the above-described technical problems, and other technical problems may exist.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 일 실시예에 따른 수화 인식 시스템은, 사용자의 팔 부위에 착용된 센서 측정 기기로부터 상기 사용자의 근전도 신호 및 관성 신호를 획득하는 획득부, 상기 사용자가 취한 수화 동작을 감지하기 위해, 상기 근전도 신호에서 근활성 구간을 추출하고, 상기 관성 신호에서 상기 팔 부위의 움직임 구간을 추출하는 추출부, 상기 근활성 구간에 신호처리를 수행함으로써 제1 특성 벡터를 산출하고, 상기 움직임 구간에 신호처리를 수행함으로써 제2 특성 벡터를 산출하는 산출부, 상기 제1 특성 벡터와 상기 제2 특성 벡터를 통합한 통합 특성 벡터에 기초하여, 데이터베이스 내에서 상기 통합 특성 벡터에 대응되는 신호를 검색하는 검색부 및 상기 검색된 신호에 대응하는 텍스트를 출력하는 출력부를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a handwriting recognition system including an acquisition unit for acquiring an EMG signal and an inertial signal of a user from a sensor measurement device worn on a user's arm, An extraction unit for extracting a muscle activity segment from the EMG signal and extracting a motion segment of the arm region from the inertia signal to sense a hydration operation taken by the user, Calculating a second characteristic vector by performing a signal processing on the motion section, calculating a second characteristic vector based on the integrated characteristic vector obtained by integrating the first characteristic vector and the second characteristic vector, A search unit for searching for a signal corresponding to the feature vector, and an output unit for outputting a text corresponding to the searched signal And a force part.
또한, 상기 획득부는, 상기 센서 측정 기기에 포함된 복수의 전극 채널을 통해, 상기 사용자의 손목의 폄 동작에 따른 근전도 신호를 수신하는 제1 수신부, 상기 복수의 전극 채널 각각으로부터 수신된 상기 근전도 신호를 기초로, 상기 복수의 전극 채널 중 최대 실효 출력 값을 가지는 전극 채널을 식별하는 채널 식별부 및 상기 센서 측정 기기 내에서 상기 식별된 전극 채널의 위치를 고려하여, 상기 센서 측정 기기에 포함된 상기 복수의 전극 채널을 재정렬시키는 정렬부를 포함할 수 있다.The acquiring unit may include a first receiving unit that receives an EMG signal corresponding to an operation of waving the user's wrist through a plurality of electrode channels included in the sensor measuring device, A channel identification unit for identifying an electrode channel having a maximum effective output value among the plurality of electrode channels based on the position of the electrode channel detected by the sensor measuring unit, And an alignment unit for rearranging the plurality of electrode channels.
또한, 상기 획득부는, 상기 센서 측정 기기에 포함된 관성측정유닛을 통해 상기 관성 신호를 수신하는 제2 수신부, 상기 관성 신호를 이용하여 상기 관성측정유닛의 오리엔테이션(Orientation) 초기값 및 상기 관성 신호의 실시간 수신에 따른 상기 관성측정유닛의 오리엔테이션 값을 계산하는 계산부 및 상기 오리엔테이션 초기값에 기초하여 결정된 기준 벡터 및 상기 오리엔테이션 값에 기초하여 결정된 이동 벡터를 이용하여 상기 관성측정유닛의 롤 각도, 피치 각도 및 요 각도를 연산하는 연산부를 포함할 수 있다.The acquisition unit may include a second receiving unit that receives the inertial signal through an inertial measurement unit included in the sensor measuring device, a second receiving unit that receives the inertial measurement initial value of the inertial measurement unit and the inertial measurement unit of the inertial measurement unit using the inertial signal, A calculation unit for calculating an orientation value of the inertia measurement unit according to real-time reception, a calculation unit for calculating a roll angle of the inertia measurement unit based on the reference vector determined based on the orientation initial value and a motion vector determined based on the orientation value, And an arithmetic unit for calculating the yaw angle.
또한, 상기 추출부는, 상기 센서 측정 기기에 포함된 복수의 전극 채널 각각으로부터 수신된 상기 근전도 신호에 TKEO(Teager-Kaiser Energy Operator) 기법을 적용함으로써 상기 근활성 구간을 추출하고, 상기 센서 측정 기기에 포함된 관성측정유닛으로부터 수신된 상기 관성 신호에 TKEO(Teager-Kaiser Energy Operator) 기법을 적용함으로써 상기 움직임 구간을 추출할 수 있다.The extraction unit extracts the muscle activity period by applying a Tee-Kaiser Energy Operator (TKEO) technique to the EMG signals received from each of the plurality of electrode channels included in the sensor measurement device, The motion interval may be extracted by applying a Teeter-Kaiser Energy Operator (TKEO) technique to the inertia signal received from the included inertial measurement unit.
또한, 상기 추출부는, 상기 근전도 신호에서 미리 설정된 근활성 역치값 이상인 구간을 상기 근활성 구간으로서 추출하고, 상기 관성 신호에서 미리 설정된 움직임 역치값 이상인 구간을 상기 움직임 구간으로서 추출할 수 있다.Also, the extracting unit may extract, as the muscle activity period, an interval that is equal to or greater than a preset muscle activity threshold value in the EMG signal, and extract the interval that is equal to or greater than a predetermined motion threshold value in the inertia signal as the motion interval.
또한, 상기 산출부는, 상기 근활성 구간에 기초하여 상기 센서 측정 기기에 포함된 복수의 전극 채널 각각에 대한 근전도 신호의 실효 출력 값을 연산함으로써 상기 제1 특성 벡터를 산출하고, 상기 움직임 구간에 기초하여 하이패스필터를 적용함으로써 상기 제2 특징 벡터를 산출할 수 있다.The calculating unit may calculate the first characteristic vector by calculating an effective output value of the electromyogram signal for each of the plurality of electrode channels included in the sensor measuring device based on the muscle activity period, The second feature vector can be calculated by applying a high-pass filter.
또한, 상기 제1 특성 벡터 및 상기 제2 특성 벡터는 시간 데이터를 정규화시켜 리샘플링될 수 있다.In addition, the first feature vector and the second feature vector may be resampled by normalizing the time data.
또한, 상기 검색부는, 특정 수화 동작의 학습을 통해 형성된 신경망을 이용하여 상기 검색을 수행할 수 있다.In addition, the search unit may perform the search using a neural network formed through learning of a specific hydration operation.
또한, 상기 센서 측정 기기는, 상기 팔 부위를 둘러싸도록 착용되는 암밴드, 상기 암밴드의 내주를 따라 상기 팔 부위에 대향하도록 간격을 두고 배치되는 복수의 전극 및 상기 센서 측정 기기의 일 영역에 형성되는 관성측정유닛을 포함하되, 상기 관성측정유닛은 3축 가속도 센서, 3축 각속도 센서 및 3축 지자기 센서를 포함할 수 있다.The sensor measuring device may further comprise an armband to be worn to surround the arm portion, a plurality of electrodes spaced apart from each other along the inner circumference of the armband so as to face the arm portion, and an inertia The inertial measurement unit may include a three-axis acceleration sensor, a three-axis angular velocity sensor, and a three-axis geomagnetic sensor.
한편, 본원의 일 실시예에 따른 수화 인식 방법은, 사용자의 팔 부위에 착용된 센서 측정 기기로부터 상기 사용자의 근전도 신호 및 관성 신호를 획득하는 단계, 상기 사용자가 취한 수화 동작을 감지하기 위해, 상기 근전도 신호에서 근활성 구간을 추출하고, 상기 관성 신호에서 상기 팔 부위의 움직임 구간을 추출하는 단계, 상기 근활성 구간에 신호처리를 수행함으로써 제1 특성 벡터를 산출하고, 상기 움직임 구간에 신호처리를 수행함으로써 제2 특성 벡터를 산출하는 단계, 상기 제1 특성 벡터와 상기 제2 특성 벡터를 통합한 통합 특성 벡터에 기초하여, 데이터베이스 내에서 상기 통합 특성 벡터에 대응되는 신호를 검색하는 단계 및 상기 검색된 신호에 대응하는 텍스트를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.Meanwhile, a sign language recognition method according to an embodiment of the present invention includes the steps of acquiring an EMG signal and an inertia signal of the user from a sensor measurement device worn on a user's arm, Extracting a muscle activity section from the EMG signal, extracting a motion section of the arm region from the inertial signal, calculating a first characteristic vector by performing signal processing on the muscle activity section, Searching for a signal corresponding to the integrated characteristic vector in a database based on an integrated characteristic vector obtained by integrating the first characteristic vector and the second characteristic vector, And outputting a text corresponding to the signal.
또한, 상기 획득하는 단계는, 상기 센서 측정 기기에 포함된 복수의 전극 채널을 통해, 상기 사용자의 손목의 폄 동작에 따른 근전도 신호를 수신하고, 상기 복수의 전극 채널 각각으로부터 수신된 상기 근전도 신호를 기초로, 상기 복수의 전극 채널 중 최대 실효 출력 값을 가지는 전극 채널을 식별하고, 상기 센서 측정 기기 내에서 상기 식별된 전극 채널의 위치를 고려하여, 상기 센서 측정 기기에 포함된 상기 복수의 전극 채널을 재정렬시킬 수 있다.The acquiring step may include receiving an EMG signal according to an operation of waving the wrist of the user through a plurality of electrode channels included in the sensor measuring device and receiving the EMG signal received from each of the plurality of electrode channels A plurality of electrode channels, each electrode channel having a maximum effective output value among the plurality of electrode channels, based on the position of the electrode channel in the sensor measuring device, Lt; / RTI >
또한, 상기 획득하는 단계는, 상기 센서 측정 기기에 포함된 관성측정유닛을 통해 상기 관성 신호를 수신하고, 상기 관성 신호를 이용하여 상기 관성측정유닛의 오리엔테이션(Orientation) 초기값 및 상기 관성 신호의 실시간 수신에 따른 상기 관성측정유닛의 오리엔테이션 값을 계산하고, 상기 오리엔테이션 초기값에 기초하여 결정된 기준 벡터 및 상기 오리엔테이션 값에 기초하여 결정된 이동 벡터를 이용하여 상기 관성측정유닛의 롤 각도, 피치 각도 및 요 각도를 연산할 수 있다.The acquisition step may include receiving the inertial signal through an inertial measurement unit included in the sensor measurement device and using the inertial signal to calculate an orientation initial value of the inertial measurement unit and a real- A pitch angle and a yaw angle of the inertia measurement unit using a motion vector determined based on the reference vector determined based on the orientation initial value and the orientation value, Can be calculated.
또한, 상기 추출하는 단계는, 상기 센서 측정 기기에 포함된 복수의 전극 채널 각각으로부터 수신된 상기 근전도 신호에 TKEO(Teager-Kaiser Energy Operator) 기법을 적용함으로써 상기 근활성 구간을 추출하고, 상기 센서 측정 기기에 포함된 관성측정유닛으로부터 수신된 상기 관성 신호에 TKEO(Teager-Kaiser Energy Operator) 기법을 적용함으로써 상기 움직임 구간을 추출할 수 있다.The extracting step may include extracting the muscle activity section by applying a teeter-Kaiser energy operator (TKEO) technique to the EMG signal received from each of the plurality of electrode channels included in the sensor measurement device, The motion interval can be extracted by applying a Teeter-Kaiser Energy Operator (TKEO) technique to the inertia signal received from the inertial measurement unit included in the apparatus.
또한, 상기 추출하는 단계는, 상기 근전도 신호에서 미리 설정된 근활성 역치값 이상인 구간을 상기 근활성 구간으로서 추출하고, 상기 관성 신호에서 미리 설정된 움직임 역치값 이상인 구간을 상기 움직임 구간으로서 추출할 수 있다.Also, the extracting step may extract, as the muscle activity section, a section that is equal to or greater than a muscle activity threshold value set in advance in the EMG signal, and extract a section that is equal to or greater than a predetermined motion threshold value in the inertia signal as the motion section.
또한, 상기 산출하는 단계는, 상기 근활성 구간에 기초하여 상기 센서 측정 기기에 포함된 복수의 전극 채널 각각에 대한 근전도 신호의 실효 출력 값을 연산함으로써 상기 제1 특성 벡터를 산출하고, 상기 움직임 구간에 기초하여 하이패스필터를 적용함으로써 상기 제2 특징 벡터를 산출할 수 있다.The calculating step calculates the first characteristic vector by calculating an effective output value of the electromyogram signal for each of the plurality of electrode channels included in the sensor measuring device on the basis of the muscle active section, The second feature vector can be calculated by applying a high-pass filter.
또한, 상기 제1 특성 벡터 및 상기 제2 특성 벡터는 시간 데이터를 정규화시켜 리샘플링될 수 있다.In addition, the first feature vector and the second feature vector may be resampled by normalizing the time data.
또한, 상기 검색하는 단계는, 특정 수화 동작의 학습을 통해 형성된 신경망을 이용하여 상기 검색을 수행할 수 있다.In addition, the searching may be performed using a neural network formed through learning of a specific hydration operation.
또한, 상기 센서 측정 기기는, 상기 팔 부위를 둘러싸도록 착용되는 암밴드, 상기 암밴드의 내주를 따라 상기 팔 부위에 대향하도록 간격을 두고 배치되는 복수의 전극 및 상기 센서 측정 기기의 일영역에 형성되는 관성측정유닛을 포함하되, 상기 관성측정유닛은 3축 가속도 센서, 3축 각속도 센서 및 3축 지자기 센서를 포함할 수 있다.The sensor measuring device may further comprise an armband to be worn to surround the arm portion, a plurality of electrodes spaced apart from each other along the inner circumference of the armband so as to face the arm portion, and an inertia The inertial measurement unit may include a three-axis acceleration sensor, a three-axis angular velocity sensor, and a three-axis geomagnetic sensor.
상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.The above-described task solution is merely exemplary and should not be construed as limiting the present disclosure. In addition to the exemplary embodiments described above, there may be additional embodiments in the drawings and the detailed description of the invention.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 사용자의 팔 부위에 착용된 센서 측정 기기로부터 사용자의 근전도 신호 및 관성 신호를 획득하고, 근전도 신호 및 관성 신호에 기초하여 사용자가 취한 수화 동작의 특성 벡터를 산출하며, 데이터베이스 내에서 상기 산출된 특성 벡터에 대응하는 텍스트를 출력시킴으로써, 수화 동작을 통한 의사(意思)를 보다 빠르고 정확하게 인식할 수 있는 효과가 있다.According to the above-mentioned problem solving means of the present invention, the user's EMG signal and inertial signal are acquired from the sensor measuring device worn on the arm portion of the user, and the characteristic vector of the hydration operation taken by the user is calculated based on the EMG signal and the inertia signal And outputting a text corresponding to the calculated characteristic vector in the database, thereby making it possible to recognize the intention through the sign language operation more quickly and accurately.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 사용자의 팔 부위에 착용 가능한 센서 측정 기기를 통해 사용자의 수화 동작에 따른 근전도 신호 및 관성 신호를 측정하고, 측정된 근전도 신호 및 관성 신호에 기초하여 사용자의 수화 동작을 식별하므로, 일상 생활의 동작에 제한을 받지 않으면서 휴대가 용이한 수화 인식 시스템 및 방법을 제공할 수 있는 효과가 있다.According to the above-mentioned problem solving means of the present invention, it is possible to measure an electromyogram signal and an inertia signal according to a user's hydration operation through a wearable sensor measuring device on a user's arm, It is possible to provide a sign language recognition system and method which is easy to carry without being restricted by the operation of daily life.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 근전도 센서로부터 획득한 근전도 신호와 관성측정유닛을 통해 획득한 사용자의 팔 부위의 3차원 각도를 함께 고려하여 사용자의 수화 동작을 인식하므로, 사용자의 수화 동작을 보다 정확하게 인식할 수 있는 효과가 있다.According to the above-described task resolution means of the present invention, since the user's handwriting operation is recognized by considering the electromyogram signal acquired from the electromyogram sensor and the three-dimensional angle of the arm portion of the user acquired through the inertia measurement unit, There is an effect that can be recognized more accurately.
도 1은 본원의 일 실시예에 따른 수화 인식 시스템의 전체 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본원의 일 실시예에 따른 수화 인식 시스템에서 획득부의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본원의 일 실시예에 따른 수화 인식 시스템에서 이용되는 센서 측정 기기를 나타낸 도면이다.
도 4는 본원의 일 실시예에 따른 수화 인식 시스템에서 이용되는 TKEO 기법의 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 본원의 일 실시예에 따른 수화 인식 시스템에서 근활성 구간 및 움직임 구간의 검출 예를 나타낸 도면이다.
도 6은 본원의 일 실시예에 따른 수화 인식 시스템을 통해 산출된 통합 특성 벡터의 그래프를 나타낸 도면이다.
도 7은 본원의 일 실시예에 따른 수화 인식 시스템에서 이용되는 신경망의 예를 나타낸 도면이다.
도 8은 본원의 일 실시예에 따른 수화 인식 시스템에서 통합 특성 벡터에 대응되는 신호를 검출하는 예를 나타낸 도면이다.
도 9는 본원의 일 실시예에 따른 수화 인식 방법에 대한 개략적인 동작 흐름도이다.1 is a diagram schematically showing the entire configuration of a sign language recognition system according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram schematically showing the configuration of an acquiring unit in a sign language recognition system according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a sensor measurement apparatus used in a sign recognition system according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating an example of a TKEO technique used in a sign recognition system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of detection of a muscle activity interval and a motion interval in the sign recognition system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a graph illustrating an integrated characteristic vector calculated through the sign language recognition system according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram illustrating an example of a neural network used in the sign language recognition system according to an embodiment of the present invention.
8 is a diagram illustrating an example of detecting a signal corresponding to an integrated characteristic vector in the sign recognition system according to an embodiment of the present invention.
9 is a schematic operation flowchart of a sign language recognition method according to an embodiment of the present invention.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. It should be understood, however, that the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In the drawings, the same reference numbers are used throughout the specification to refer to the same or like parts.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결" 또는 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. Throughout this specification, when an element is referred to as being "connected" to another element, it is intended to be understood that it is not only "directly connected" but also "electrically connected" or "indirectly connected" "Is included.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.It will be appreciated that throughout the specification it will be understood that when a member is located on another member "top", "top", "under", "bottom" But also the case where there is another member between the two members as well as the case where they are in contact with each other.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout this specification, when an element is referred to as "including " an element, it is understood that the element may include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise.
본원은 근전도 신호 및 관성 신호를 이용하여 수화 동작 및 지화 동작을 인식하는 수화 인식 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a handwriting recognition system and method for recognizing a handwriting operation and a handwriting operation using an EMG signal and an inertial signal.
도 1은 본원의 일 실시예에 따른 수화 인식 시스템의 전체 구성을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 본원의 일 실시예에 따른 수화 인식 시스템에서 획득부의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.FIG. 1 is a view schematically showing the entire configuration of a sign language recognition system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic view of the configuration of an acquisition unit in a sign language recognition system according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본원의 일 실시예에 따른 수화 인식 시스템(100)은 획득부(110), 추출부(120), 산출부(130), 검색부(140) 및 출력부(150)를 포함할 수 있다.1, the sign
획득부(110)는 사용자의 팔 부위에 착용된 센서 측정 기기로부터 사용자의 근전도 신호 및 관성 신호를 획득할 수 있다. 본원에서 근전도 신호 및 관성 신호의 획득을 위해 이용되는 센서 측정 기기는 도 3을 참조하여 보다 쉽게 이해될 수 있다.The acquiring
도 3은 본원의 일 실시예에 따른 수화 인식 시스템에서 이용되는 센서 측정 기기를 나타낸 도면이다.3 is a diagram illustrating a sensor measurement apparatus used in a sign recognition system according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 본원의 일 실시예에 따른 센서 측정 기기(10)는 사용자의 팔 부위에 착용될 수 있다. 특히, 센서 측정 기기(10)는 손목에서 팔꿈치 사이의 부위인 하완(forearm) 부위 외에 팔꿈치에서 어깨 사이의 부분인 상완(upper arm) 부위에 착용될 수도 있다. Referring to FIG. 3, the
센서 측정 기기(10)는 암밴드(11), 복수의 전극(예를 들어, 제1 전극(1), 제2 전극(2), 제3 전극(3), …) 및 관성측정유닛(IMU, Intertial Measurement Unit)(12)을 포함할 수 있다. 암밴드(11)는 사용자의 팔 부위를 둘러싸도록 착용되는 밴드일 수 있다. 암밴드(11)는, 센서 측정 기기(10)가 착용될 사용자의 신체 부위의 두께에 따라 확장 또는 수축 가능한 재질일 수 있다. 복수의 전극(1, 2, 3, …)은 사용자의 팔 부위에 대향하도록, 암밴드(11)의 내주를 따라 간격을 두고 배치될 수 있다. 복수의 전극(1, 2, 3, …)은 근전도 전극일 수 있다. 관성측정유닛(12)은 센서 측정 기기(10)의 일 영역에 형성될 수 있다. 관성측정유닛(12)은 3축 가속센서(accelerometer), 3축 자이로센서(gyroscope) 및 3축 지자기센서(magnetometer)를 포함할 수 있다.The
또한, 센서 측정 기기(10)는 제어부(미도시)를 포함할 수 있다. 센서 측정 기기(10)는 제어부의 제어 신호에 기초하여, 복수의 전극(1, 2, 3, …)을 통해 사용자의 근전도 신호를 측정할 수 있다. 또한, 센서 측정 기기(10)는 제어부의 제어 신호에 기초하여, 관성측정유닛(12)을 통해 관성 신호를 획득할 수 있다. 본원의 일 실시예에 따른 수화 인식 시스템(100)은 측정된 근전도 신호 및 측정된 관성 신호에 기초하여 사용자가 취한 수화 동작을 명확하게 식별할 수 있다.In addition, the
또한, 제어부는 블루투스(Bluetooth), NFC(near field communication) 등의 무선 통신을 통해, 복수의 전극을 통해 측정된 근전도 신호 및 관성측정유닛(12)을 통해 측정된 관성 신호를 수화 인식 시스템(100)으로 전송할 수 있다. 이를 통해, 수화 인식 시스템(100)의 획득부(110)는 사용자의 근전도 신호 및 관성 신호를 센서 측정 기기(10)로부터 획득할 수 있다.In addition, the control unit transmits the EMG signal measured through the plurality of electrodes and the inertial signal measured through the
도 2를 참조하면, 획득부(110)는 크게 근전도 신호의 캘리브레이션을 위한 제1 획득부(110a)와 관성 신호의 캘리브레이션을 위한 제2 획득부(110b)를 포함할 수 있다. 제1 획득부(110a)는 제1 수신부(111), 채널 식별부(112) 및 정렬부(113)를 포함할 수 있고, 제2 획득부(110b)는 제2 수신부(114), 계산부(115) 및 연산부(116)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the acquiring
캘리브레이션은, 복수의 전극(1, 2, 3, …)을 통해 측정된 근전도 신호 및 관성측정유닛(12)을 통해 측정된 관성 신호를 대상자(즉, 사용자)의 특성(또는 스케일(scale))에 맞추어 일정한 표준으로 조정하는 과정을 의미한다. 이를 통해, 본원의 일 실시예에 따른 수화 인식 시스템(100)은 사용자의 특성을 고려하여, 센서 측정 기기(10)를 통해 측정된 근전도 신호 및 관성 신호를 보다 정확하게 분석할 수 있다.Calibration is performed by setting the characteristics (or scale) of the subject (i.e., the user) to the EMG signal measured through the plurality of
본원의 일 실시예에 따른 수화 인식 시스템(100)은 제1 수신부(111), 채널 식별부(112) 및 정렬부(113)를 통해, 센서 측정 기기(10)로부터 측정되는 근전도 신호의 값을 캘리브레이션(calibration)할 수 있다.The sign
제1 수신부(111)는 센서 측정 기기(10)에 포함된 복수의 전극 채널을 통해, 사용자의 손목의 폄 동작에 따른 근전도 신호를 수신할 수 있다. 복수의 전극 채널은, 복수의 전극(1, 2, 3, …) 각각에 대응하는 채널을 의미한다.The
채널 식별부(112)는 복수의 전극 채널 각각으로부터 수신된 근전도 신호를 기초로, 복수의 전극 채널 중 최대 실효 출력(RMS, Root Mean Square) 값을 가지는 전극 채널을 식별할 수 있다.The
채널 식별부(112)는 복수의 전극 채널 각각에서 수신된 근전도 신호를 비교함으로써, 복수의 전극 채널 중 최대 실효 출력 값이 나타나는 전극 채널의 위치를 식별할 수 있다.The
최대 실효 출력 값을 가지는 전극 채널의 위치는 손목 폄근 무리(wrist extensor bundle)의 위치일 수 있다. 따라서, 채널 식별부(112)는 최대 실효 출력 값이 나타나는 전극 채널의 위치를 식별함으로써, 손목 폄근 무리(wrist extensor bundle)의 위치를 감지할 수 있다.The position of the electrode channel having the maximum effective output value may be the position of a wrist extensor bundle. Accordingly, the
채널 식별부(112)에서 식별된 전극 채널의 위치는 데이터베이스(미도시)에 저장될 수 있다.The position of the electrode channel identified in the
정렬부(113)는 일정한 근전도 신호의 계측을 위해, 채널 식별부(112)를 통해 식별된 전극 채널의 위치를 고려하여, 센서 측정 기기(10)에 포함된 복수의 전극 채널을 재정렬시킬 수 있다. 사용자는 센서 측정 기기(10)를 착용한 다음 이러한 재정렬을 통해 전극 채널의 초기 캘리브레이션을 수행함으로써, 획득부(110)가 손목의 폄 동작과 연관된 손목 폄근 무리에 대응하는 근전도 신호를 높은 정확도로 획득하도록 셋팅할 수 있다. The aligning
또한, 수화 인식 시스템(100)은 제2 수신부(114), 계산부(115) 및 연산부(116)를 통해, 센서 측정 기기(10)로부터 측정되는 관성 신호의 값을 캘리브레이션(calibration)할 수 있다.The sign
제2 수신부(114)는 센서 측정 기기(10)에 포함된 관성측정유닛(12)을 통해 사용자의 움직임에 따른 관성 신호를 수신할 수 있다.The
계산부(115)는 관성측정유닛(12)을 통해 측정된 관성 신호를 이용하여 관성측정유닛(12)의 오리엔테이션(Orientation) 초기값을 계산할 수 있다. 관성측정유닛(12)의 오리엔테이션 초기값으로는 롤(Roll) 회전에 대응하는 롤 각도(파이, ), 피치(Pitch) 회전에 대응하는 피치 각도(쎄타, θ) 및 요(Yaw) 회전에 대응하는 요 각도(프사이, ψ)를 포함할 수 있다.The
이하에서는 수학식 1 내지 수학식 8을 통해 일예로 관성측정유닛(12)의 오리엔테이션 초기값을 계산하는 예를 설명하기로 한다.Hereinafter, an example of calculating the initial orientation value of the
계산부(115)는 관성측정유닛(12)의 x축의 가속도 신호, 관성측정유닛(12)의 y축의 가속도 신호 및 관성측정유닛(12)의 z축의 가속도 신호를 이용하여 관성측정유닛(12)의 롤 각도의 초기값 및 관성측정유닛(12)의 피치 각도의 초기값을 결정할 수 있다. 하기 수학식 1 및 수학식 2는 일예로 계산부(115)에 의해 롤 각도의 초기값 및 피치 각도의 초기값을 결정하는 예를 나타낸다.The
수학식 1을 참조하면, 계산부(115)는 롤 각도인 파이()와 피치 각도인 쎄타(θ)를 구하기 위해, 관성측정유닛(12)의 x축의 가속도 신호인 ax, 관성측정유닛(12)의 y축의 가속도 신호인 ay 및 관성측정유닛(12)의 z축의 가속도 신호인 az와 중력 가속도 벡터인 g를 이용할 수 있다. 이때, 는 변환행렬을 의미할 수 있으며, 이러한 는 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.Referring to Equation (1), the
수학식 2를 참조하면, 변환행렬인 는 기준 좌표계에서 동체 좌표계로의 변환을 나타내는 항법 좌표계를 의미할 수 있다. 수학식 2에 나타난 바와 같이, 변환행렬 는 롤 각도의 변환, 피치 각도의 변환 및 요 각도의 변환을 요소들로 가질 수 있으며, 롤 각도의 변환, 피치 각도의 변환 및 요 각도 각각은 , , 로 표현될 수 있다.Referring to Equation (2), the transformation matrix May refer to a navigation coordinate system that represents the transformation from the reference coordinate system to the body coordinate system. As shown in Equation (2), the transformation matrix Can convert the roll angle, the pitch angle, and the yaw angle, respectively, and the roll angle conversion, the pitch angle conversion, and the yaw angle, respectively, , , . ≪ / RTI >
수학식 1과 수학식 2를 참조하면, 계산부(115)는 x축, y축 및 z축의 3축 중 z 축이 중력 가속도 방향과 일치하여, 그 축의 값을 1 (g: 중력 가속도)로 결정하고, 나머지 두 축인 x축, y축 각각은 0으로 결정함으로써, 롤 각도인 파이(), 피치 각도인 쎄타(θ)의 값을 계산할 수 있다. 계산부(115)는 계산한 롤 각도인 파이(), 피치 각도인 쎄타(θ) 각각을 롤 각도의 초기값 및 피치 각도의 초기값으로 결정할 수 있다. 한편, 요 각도는 프사이(ψ)로 표현될 수 있다.Referring to equations (1) and (2), the
계산부(231)는 관성측정유닛(12)의 x축의 지자계 신호, 관성측정유닛(12)의 y축의 지자계 신호 및 관성측정유닛(12)의 z축의 지자계 신호를 이용하여 관성측정유닛(12)의 요 각도의 초기값을 결정할 수 있다. 이하에서는, 수학식 3 내지 수학식 8을 통해, 계산부(115)에 의해 요 각도의 초기값을 결정하는 것의 일례를 설명한다.The calculation unit 231 calculates the
수학식 3을 참조하면, 계산부(231)는 제 1 센서(110)의 x축의 지자계 신호인 mx, 제 1 센서(110)의 y축의 지자계 신호인 my 및 제 1 센서(110)의 z축의 지자계 신호인 mz, 변환행렬 및 지구의 지자계 벡터인 (m1, m2, m3)를 이용하여 요 각도인 프사이(ψ)의 초기값을 계산할 수 있다.Referring to
한편, ()은 수학식 4와 같이 롤 각도와 피치 각도와 연관된 C1과 요 각도와 연관된 C2로 표현될 수 있으며, 수학식 1은 수학식 5 및 수학식 6으로 변환될 수 있다.Meanwhile, ( Can be expressed as C 1 associated with the roll angle and pitch angle and C 2 associated with the yaw angle, as shown in equation (4), and equation (1) can be transformed into equation (5) and equation (6).
수학식 6에 수학식 4에 나타난 C1과 C2를 대입하면, 수학식 7 및 수학식 8이 도출된다. 계산부(115)는 수학식 8에 롤 각도인 파이() 및 피치 각도인 쎄타(θ) 각각이 0일 때의 지자계 신호인 mx, my 및 mz와 지구의 지자계 벡터의 값인 m1, m2 및 m3를 대입하여, 요 각도의 초기값을 구할 수 있다.Substituting C 1 and C 2 shown in Equation (4) into Equation (6) yields Equation (7) and Equation (8). The
이처럼, 계산부(115)는 수학식 1 내지 수학식 8을 통해, 관성측정유닛(12)의 오리엔테이션(Orientation) 초기값, 즉 관성측정유닛(12)의 롤 각도(파이, ) 초기값, 피치 각도(쎄타, θ) 초기값 및 요 각도(프사이, ψ) 초기값을 계산할 수 있다. 계산부(115)는 계산된 오퍼레이션 초기값에 기초하여 기준 벡터(Vector 0 )를 결정할 수 있다. 기준 벡터를 결정함으로써 관성 신호에 대한 초기 캘리브레이션 수행이 완료될 수 있다.As described above, the
이후, 계산부(115)는 관성측정유닛(12)을 통해 측정된 관성 신호를 실시간으로 수신함에 따라, 관성 신호의 실시간 수신에 따른 관성측정유닛(12)의 오리엔테이션 값을 계산할 수 있다. 즉, 계산부(115)는 오퍼레이션 초기값을 계산한 이후 수학식 1 내지 수학식 8을 통해 관성측정유닛(12)의 오리엔테이션 값을 실시간으로 연산할 수 있다. 계산부(115)는 실시간으로 연산된 오리엔테이션 값을 이용하여 이동 벡터(Vectormove)를 결정할 수 있다.Thereafter, the
연산부(116)는 관성측정유닛(12)의 오리엔테이션 초기값에 기초하여 결정된 기준 벡터(Vector0) 및 오리엔테이션 값에 기초하여 결정된 이동 벡터(Vectormove)를 이용하여, 관성측정유닛(12)의 롤 각도, 피치 각도 및 요 각도를 연산할 수 있다. 보다 자세히 살펴보면 다음과 같다.The
먼저, 연산부(116)는 기준 벡터(Vector0)에서 이동 벡터(Vectormove)로 회전할 때의 쿼터니언 요소를 계산할 수 있다. 쿼터니언 요소는 수학식 9와 같이 표현될 수 있다.First, the
연산부(116)는 쿼터니언 요소를 계산하기 위해, 두 벡터 사이의 내적과 외적을 이용하여 쿼터니언 요소를 연산하는 Half-Way Quaternion Solution을 적용할 수 있다.In order to calculate the quaternion element, the
이에 따라, 기준 벡터(Vector0)와 이동 벡터(Vectormove) 사이에 각도 성분인 Q1은, 수학식 10과 같이, 기준 벡터(Vector0)와 이동 벡터(Vectormove)의 내적과 벡터 크기의 곱으로 유도할 수 있다.Accordingly, the reference vector (Vector 0) and the motion vector (Vector move) Q1 of angular components between, the product of the inner product and the vector size as shown in
또한, 회전축의 x, y, z 성분인 Q2, Q3, Q4는 기준 벡터(Vector0)와 이동 벡터(Vectormove) 사이의 x, y, z 성분 벡터 외적으로 유도할 수 있으며, 이는 수학식 11과 같이 표현될 수 있다.Q2, Q3 and Q4 which are the x, y and z components of the rotation axis can be derived out of the x, y and z component vectors between the reference vector (Vector 0 ) and the movement vector (Vector move ) Can be expressed as:
이후, 연산부(116)는 쿼터니언-오일러 변환 공식에 기초하여, 관성측정유닛(12)의 롤 각도, 피치 각도 및 요 각도를 연산할 수 있으며, 이는 수학식 12와 같이 표현될 수 있다.Then, the
추출부(120)는 사용자가 취한 수화 동작을 감지하기 위해, 획득부(110)에서 획득된 근전도 신호에서 근활성 구간을 추출할 수 있다. 또한, 추출부(120)는 획득부(110)에서 획득한 관성 신호에서 움직임 구간을 추출할 수 있다. 먼저 근활성 구간의 추출 예에 대하여 살펴보면 다음과 같다.The extraction unit 120 may extract a muscle activity period from the electromyogram signal acquired by the
추출부(120)는 근활성 구간을 추출하기 이전에, 획득부(110)에서 획득한 근전도 신호에 대역통과필터(band-pass filter)를 적용할 수 있다. 일예로, 추출부(120)는 획득한 근전도 신호에 10~450 Hz의 대역통과필터를 적용할 수 있다. 또한, 추출부(120)는 획득한 근전도 신호에 아날로그디지털 변환기(ADC, analog-digital converter)를 적용할 수 있다. The extraction unit 120 may apply a band-pass filter to the electromyogram signal acquired by the
추출부(120)는 복수의 전극 채널 각각으로부터 수신된 근전도 신호에 TKEO(Teager-Kaiser Energy Operator) 기법을 적용함으로써 근활성 구간을 추출할 수 있다. 또한, 추출부(120)는 획득부(110)에서 획득된 근전도 신호에서 미리 설정된 근활성 역치값 이상인 구간을 근활성 구간으로서 추출할 수 있다.The extraction unit 120 may extract a muscle activity period by applying a Teeter-Kaiser Energy Operator (TKEO) technique to the EMG signals received from each of the plurality of electrode channels. In addition, the extracting unit 120 may extract, as a muscle activity period, an interval that is equal to or greater than a preset muscle activity threshold value in the EMG signal acquired by the
TKEO(Teager-Kaiser Energy Operator) 기법은 손가락 동작과 같이 매우 작은 동작에서의 근활성 구간을 추출할 수 있는 신호처리 기법으로서, 낮은 신호대잡음비(SNR, signal to noise ratio)를 갖는 손가락 움직임의 근활성을 검출할 수 있다. TKEO 기법은 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 잘 알려진 기술이므로, 이하에서는 TKEO 기법 자체에 대한 설명보다는, TKEO 기법이 본원의 일 실시예에 따른 수화 인식 시스템에 적용된 예를 중심으로 설명하기로 한다.The Teaker-Kaiser Energy Operator (TKEO) technique is a signal processing technique that extracts muscle activity in very small movements such as finger movements. It uses a muscle activity of finger movements with a low signal-to-noise ratio (SNR) Can be detected. The TKEO technique is a well known technique to those skilled in the art. Therefore, rather than describing the TKEO technique itself, the TKEO technique is applied to a sign language recognition system according to an embodiment of the present invention I will explain.
도 4는 본원의 일 실시예에 따른 수화 인식 시스템에서 이용되는 TKEO 기법의 예를 나타낸 도면이다.4 is a diagram illustrating an example of a TKEO technique used in a sign recognition system according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 일예로, 도 4(a)는 TKEO 기법이 적용되지 않은 신호의 그래프를 나타내고, 도 4(b)는 도 4(a)의 신호에 TKEO 기법이 적용된 신호의 그래프를 나타낸다. 도 4(a)에 50Hz의 저역통과필터(Low Pass Filter)를 적용한 그래프는 도 4(a')와 같으며, 도 4(b)에 50Hz의 저역통과필터(Low Pass Filter)를 적용한 그래프는 도 4(b')와 같다. 도 4(b')의 경우, 도 4(a') 대비 신호대잡음비(SNR)가 크게 증가함으로써, 근활성 구간에서의 오검출 확률이 감소됨을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 4, for example, FIG. 4A shows a graph of a signal to which the TKEO technique is not applied, and FIG. 4B shows a graph of a signal to which the TKEO technique is applied to the signal of FIG. . A graph in which a low pass filter of 50 Hz is applied is shown in Fig. 4 (a ') and a graph in which a low pass filter of 50 Hz is applied in Fig. 4 (b) 4 (b '). In the case of FIG. 4 (b '), it can be seen that the probability of false detection in the active section is reduced by significantly increasing the signal-to-noise ratio (SNR) compared to FIG. 4 (a').
추출부(120)는 근활성 구간을 추출하기 위해, 복수의 전극 채널을 통해 수신된 근전도 신호 각각에 TKEO 기법을 적용할 수 있다.The extraction unit 120 may apply the TKEO technique to each of the EMG signals received through the plurality of electrode channels in order to extract the muscle activity period.
센서 측정 기기(10)로부터 수신된 근전도 신호에 TKEO 기법을 적용하면, 하기 수학식 13과 같이 표현될 수 있다.When the TKEO technique is applied to the electromyogram signal received from the
이후, 추출부(120)는 TKEO 기법이 적용된 모든 채널(즉, 복수의 전극 채널) 각각의 데이터(근전도 신호)를 합성할 수 있으며, 이는 하기 수학식 14와 같이 표현될 수 있다.The extraction unit 120 may synthesize data (electromyogram signals) of all the channels (i.e., a plurality of electrode channels) to which the TKEO technique is applied, and may be expressed as Equation (14).
여기서, 는 채널1의 근전도 신호(EMG)를 나타내고, 는 채널2의 근전도 신호를 나타내며, 는 채널8의 근전도 신호를 나타낸다.here, Represents the EMG signal EMG of the
이후, 추출부(120)는 모든 채널 각각의 데이터가 합성된 합성 데이터에 대한 실효 출력(RMS) 값을 계산할 수 있다. 합성 데이터에 대한 실효 출력 값(URMS _ EMG)은 하기 수학식 15와 같이 표현될 수 있다.Then, the extracting unit 120 may calculate an effective output (RMS) value for the combined data in which the data of all the channels are combined. Effective output value for the combined data (U _ RMS EMG) may be expressed as Equation (15).
이때, N은 윈도우 폭(window width)을 나타내고, U_emg(n)은 TKEO 수식이 적용된 근전도 신호의 합성 데이터를 나타내며, URMS _ EMG 는 합성된 근전도 신호(즉, 합성 데이터)의 RMS 데이터를 나타낸다.In this case, N represents a window width (window width), U_emg (n) denotes the composite data of the EMG signal is TKEO formula applied, U RMS _ EMG represents the RMS data of the synthesized EMG signal (that is, the composite data) .
추출부(120)는 합성 데이터에 대한 실효 출력 값을 산출한 이후에, 근전도 신호의 절대 값을 얻는 과정인 정류(rectification) 과정을 수행할 수 있다.The extraction unit 120 may perform a rectification process, which is a process of obtaining the absolute value of the EMG signal after calculating the effective output value for the combined data.
추출부(120)는, 획득부(110)에서 획득된 근전도 신호에 대역통과필터, 저역통과필터, TKEO 기법, 정류, 합성 데이터의 실효값 출력 등을 수행함으로써, 근전도 신호를 단순화한 선형 포락선(Linear Envelope) 신호를 획득할 수 있다. 이후, 추출부(120)는 선형 포락선 신호에 기초하여, 근활성 구간을 추출할 수 있다. 근활성 구간의 추출 예는 도 5를 참조하여 보다 쉽게 이해될 수 있다.The extracting unit 120 extracts a linear envelope (EM) signal obtained by simplifying the EMG signal by performing a band-pass filter, a low-pass filter, a TKEO technique, rectification, Linear Envelope) signal. Then, the extracting unit 120 can extract the muscle active section based on the linear envelope signal. An example of extracting the muscle active section can be more easily understood with reference to FIG.
도 5는 본원의 일 실시예에 따른 수화 인식 시스템에서 근활성 구간 및 움직임 구간의 검출 예를 나타낸 도면이다. 도 5(a)는 근활성 구간의 검출 예를 나타내고, 도 5(b)는 움직임 구간의 검출 예를 나타낸다. 이하에서는 먼저 도 5(a)를 참조하여 근활성 구간의 검출 예에 대해서만 설명하고, 도 5(b)는 후술하여 설명하기로 한다.FIG. 5 is a diagram illustrating an example of detection of a muscle activity interval and a motion interval in the sign recognition system according to an embodiment of the present invention. Fig. 5A shows an example of detection of a muscle activity section, and Fig. 5B shows an example of detection of a motion section. Hereinafter, only a detection example of a muscle active section will be described with reference to FIG. 5 (a), and FIG. 5 (b) will be described later.
우선, 근활성 구간을 검출하기 위한 역치값(threshold value)은 사용자 입력에 의하여 미리 설정될 수 있다. 역치값은 'Baseline의 평균 + J*표준편차'로 정의될 수 있다. 이때, Baseline은 사용자가 힘을 주고 있지 않을 때 측정된 근전도 신호를 의미하고, j는 상수값을 의미한다.First, a threshold value for detecting a muscle active section may be preset by user input. The threshold value can be defined as 'Baseline average + J * standard deviation'. In this case, the baseline means an electromyogram signal measured when the user is not giving a force, and j means a constant value.
역치값은 피검자의 근육이 근활성 상태인지의 여부를 판단하기 위한 척도로서, 센서 측정 기기(10)를 통해 측정된 근전도 신호가 역치값 이상이면 근활성 on 상태로 판단하고, 근전도 신호가 역치값 미만이면 근활성 off 상태로 판단할 수 있다.The threshold value is a measure for determining whether or not the muscles of the subject are muscular active. If the measured value of the electromyogram signal is greater than or equal to the threshold value, the threshold value is determined to be the muscle active state. , It can be judged as a muscle active off state.
도 5(a)에서 a 지점은 근활성이 ON 되는 지점을 나타내고, b 지점은 근활성이 off 되는 지점을 나타낸다. 따라서, a 지점과 b 지점 사이의 구간은 근활성 구간이라 할 수 있다.In Fig. 5 (a), a point indicates a point where muscle activity is ON, and a point b indicates a point where muscle activity is turned off. Therefore, the section between point a and point b can be said to be the muscle active section.
추출부(120)는 획득부(110)에서 획득된 근전도 신호에서, 역치값 이상으로 상승하는 지점을 근활성 ON 지점(예를 들어, a 지점)으로 설정하고, 역치값 이하로 하강하는 지점을 근활성 OFF 지점(예를 들어, b 지점)으로 설정함으로써, 근활성 주기를 추출할 수 있다.The extracting unit 120 sets a point at which the EMG signal obtained by the acquiring
추출부(120)는 획득부(110)에서 획득된 근전도 신호에서 근활성 구간이 검출되는 경우, 이를 사용자가 수화 동작 내지 지화 동작을 취한 것으로 판단하여, 근전도 신호의 측정을 중단시키도록 할 수 있다. 추출부(120)는 근활성 구간이 검출된 경우 획득부(110)를 비활성화 시키고, 산출부(130)를 활성화시킬 수 있다. 추출부(120)는 근활성 구간이 검출되지 않은 경우, 산출부(130)를 비활성화 시키고, 획득부(110)를 활성화시킬 수 있다. 또한, 센서 측정 기기(10)로부터의 근전도 신호 계측은 사용자 입력에 의하여 중단될 수 있다.The extraction unit 120 may determine that the user has performed the hydration operation or the gazing operation when the muscle activity interval is detected in the EMG signal acquired by the
한편, 이하에서는 관성 신호에 기초하여 움직임 구간을 추출하는 예에 대하여 살펴보기로 한다.Hereinafter, an example of extracting a motion interval based on an inertia signal will be described.
추출부(120)는 관성 신호에서 움직임 구간을 추출하기 이전에, 획득부(110)에서 획득한 관성 신호에 대역통과필터(band-pass filter)를 적용할 수 있다. 이를 통해 추출부(120)는 관성측정유닛(12)에 포함된 가속도, 각속도 및 지자기 센서의 신호 스펙트럼을 추출할 수 있다.The extraction unit 120 may apply a band-pass filter to the inertial signal acquired by the
이후, 추출부(120)는 관성측정유닛(12)을 통해 획득한 관성 신호에 기초하여, 가속도 신호의 신호벡터크기(SVM, Signal Vector Magnitude)를 계산할 수 있으며, 신호벡터크기는 수학식 16과 같이 표현될 수 있다.The extraction unit 120 may calculate the signal vector magnitude (SVM) of the acceleration signal based on the inertia signal acquired through the
이후, 추출부(120)는 가속도의 SVM 신호에 TKEO 수식을 적용할 수 있으며, 이는 수학식 17과 같이 표현될 수 있다.Then, the extraction unit 120 may apply the TKEO equation to the SVM signal of the acceleration, which can be expressed by Equation (17).
이후, 추출부(120)는 수학식 17의 실효 출력(RMS) 값을 계산할 수 있으며, 이는 수학식 18과 같이 표현될 수 있다.Then, the extraction unit 120 can calculate the effective output (RMS) value of Equation (17), which can be expressed as Equation (18).
이때, N은 윈도우 폭(window width)을 나타내고, Ψ_acc(n)은 TKEO 수식이 적용된 가속도 신호를 나타내며, URMS _ acc 는 TKEO 수식이 적용된 가속도 신호의 RMS 데이터를 나타낸다.In this case, N represents a window width (window width), Ψ_acc (n ) denotes the acceleration signal is applied TKEO formula, U _ RMS acc represents the RMS data of the acceleration signal TKEO formula is applied.
이후, 추출부(120)는 TKEO 수식이 적용된 가속도 신호의 RMS 데이터에 기초하여, 관성 신호에서 사용자가 수화 동작을 취함에 따라 계측된 움직임 구간을 추출할 수 있다. 움직임 구간의 추출 예는 도 5(b)를 참조하여 보다 쉽게 이해될 수 있다.Then, the extracting unit 120 can extract the measured motion interval as the user takes the hydration operation in the inertia signal, based on the RMS data of the acceleration signal to which the TKEO formula is applied. An example of the extraction of the motion interval can be more easily understood with reference to FIG. 5 (b).
도 5(b)를 참조하면, 추출부(120)는 센서 측정 기기(10)로부터 획득된 관성 신호에서, 일정한 역치값 이상으로 상승하는 시간을 움직임 on 상태로 판단하고, 역치값 이하로 떨어지는 시간을 움직임 off 상태로 판단할 수 있다.5B, the extractor 120 determines that the time when the inertia signal obtained from the
도 5(a)에서 a 지점은 움직임이 ON 되는 지점을 나타내고, b 지점은 움직임이 off 되는 지점을 나타낸다. 따라서, a 지점과 b 지점 사이의 구간은 움직임 구간이라 할 수 있다.In Fig. 5 (a), a point represents a point at which motion is ON, and a point b represents a point at which motion is OFF. Therefore, the interval between points a and b can be called a motion interval.
추출부(120)는 획득부(110)에서 획득된 관성 신호에서, 역치값 이상으로 상승하는 지점을 움직임 ON 지점(예를 들어, a 지점)으로 설정하고, 역치값 이하로 하강하는 지점을 움직임 OFF 지점(예를 들어, b 지점)으로 설정함으로써, 움직임 주기를 추출할 수 있다.The extracting unit 120 sets a point at which the inertial signal obtained by the obtaining
추출부(120)는 획득부(110)에서 획득된 관성 신호에서 움직임 구간이 검출되는 경우, 이를 사용자가 수화 동작 내지 지화 동작을 취한 것으로 판단하여, 관성 신호의 측정을 중단시키도록 할 수 있다. 추출부(120)는 움직임 구간이 검출된 경우 획득부(110)를 비활성화 시키고, 산출부(130)를 활성화시킬 수 있다. 추출부(120)는 움직임 구간이 검출되지 않은 경우, 산출부(130)를 비활성화 시키고, 획득부(110)를 활성화시킬 수 있다. 또한, 센서 측정 기기(10)로부터의 관성 신호 계측은 사용자 입력에 의하여 중단될 수 있다.The extraction unit 120 may determine that the user has performed a hydration operation or an attenuation operation when the motion interval is detected in the inertia signal acquired by the
상기의 과정을 통해, 추출부(120)는 근전도 신호에서 미리 설정된 근활성 역치값 이상인 구간을 근활성 구간으로서 추출하고, 관성 신호에서 미리 설정된 움직임 역치값 이상인 구간을 움직임 구간으로서 추출할 수 있다.Through the above process, the extraction unit 120 extracts, as a muscle activity period, an interval that is equal to or greater than a preset muscle activity threshold value in the EMG signal, and extracts an interval that is equal to or greater than a preset motion threshold value in the inertia signal as a motion interval.
다음으로, 산출부(130)는 추출부(120)에서 추출된 근활성 구간 및 움직임 구간 각각에 신호처리를 수행함으로써, 사용자가 취한 수화 동작의 제1 특성 벡터를 산출하고, 움직임 구간에 신호처리를 수행함으로써 사용자가 취한 수화 동작의 제2 특성 벡터를 산출할 수 있다. 먼저, 제1 특성 벡터의 산출 예를 살펴보면 다음과 같다.Next, the calculating
산출부(130)는 근활성 구간에 포함된 근전도 신호에 기초하여, 센서 측정 기기(10)에 포함된 복수의 전극 채널 각각에 대한 근전도 신호의 실효 출력 값(RMS)을 연산함으로써 제1 특성 벡터를 산출할 수 있다. 이때, 산출부(130)는 채널 식별부(112)에서 식별된 전극 채널의 위치를 고려하여, 사용자가 취한 수화 동작의 제1 특성 벡터를 산출할 수 있다. 또한, 산출부(130)는 근전도 신호에서 근활성 구간을 제외한 나머지 구간의 데이터를 제거할 수 있다.The calculating
산출부(130)는 하기 수학식 19를 통해, 근활성 구간에서의 각 채널들에 대한 근전도 신호의 실효 출력 값(FRMSC)을 연산할 수 있다.The calculating
이때, C는 전극의 채널 번호를 나타내고, τ는 근활성 구간을 나타낸다. 예를 들어, 제1 전극(1)의 채널 번호는 1, 제2 전극(2)의 채널 번호는 2 등 일 수 있다.At this time, C represents the channel number of the electrode and τ represents the muscle active period. For example, the channel number of the
산출부(130)는 수학식 19를 통해 연산된 실효 출력 값(FRMSC)에 기초하여 시간 데이터를 정규화(normailize)시킴으로써, 제1 특성 벡터를 산출할 수 있다. 제1 특성 벡터는 데이터베이스(미도시)에 저장된 특성 벡터들과 비교가 용이하도록, 시간 데이터를 정규화시켜 리샘플링(resampling)될 수 있다. 이하에서는 제2 특성 벡터의 산출 예를 살펴보기로 한다.The
산출부(130)는 관성 신호에서 움직임 구간을 제외한 나머지 구간의 데이터를 제거할 수 있다. 예를 들어, 산출부(130)는 가속도 신호를 통해 동작이 감지된 구간을 제외한 모든 롤, 피치, 요 데이터를 제거할 수 있다.The calculating
또한, 산출부(130)는 추출된 움직임 구간에 오일러(Euler) 하이패스필터를 적용할 수 있다. 산출부(130)는 일예로 0.1Hz의 하이패스필터를 적용할 수 있으며, 이를 통해 롤, 피치, 요 데이터의 오프셋을 0으로 고정시킴으로써, 제2 특성 벡터를 산출할 수 있다. 이때, 제1 특성 벡터는 데이터베이스(미도시)에 저장된 특성 벡터들과 비교가 용이하도록, 산출부(130)에 의하여 시간 데이터를 정규화시킴으로써 리샘플링(resampling)될 수 있다.Also, the
또한, 산출부(130)는 근전도 신호에 기초하여 산출된 제1 특성 벡터와 관성 신호에 기초하여 산출된 제2 특성 벡터를 수학식 20을 통해 통합함으로써, 통합 특성 벡터(feature)를 산출할 수 있다.Further, the calculating
Feature은 사용자가 취한 수화 동작 내지 지화 동작에 대한 특성 벡터를 나타내고, FRMS1은 근활성 구간에서 제1 전극(1)의 채널을 통해 획득된 근전도 신호의 실효 출력 값을 나타내고, FRMS2는 근활성 구간에서 제2 전극(2)의 채널을 통해 획득된 근전도 신호의 실효 출력 값을 나타낸다. 또한, 롤(roll), 피치(pitch), 요(yaw)는 관성측정유닛(12)을 통해 획득된 관성 신호(즉, IMU 신호)의 실효 출력 값을 나타낸다.FRMS 1 represents the effective output value of the electromyogram signal obtained through the channel of the first electrode 1 in the muscle active section, FRMS 2 represents the muscle output signal of the muscular activity Represents the effective output value of the electromyogram signal obtained through the channel of the
도 6은 본원의 일 실시예에 따른 수화 인식 시스템을 통해 산출된 통합 특성 벡터의 그래프를 나타낸 도면으로서, 일예로, 산출부(130)를 통해 산출된 사용자가 취한 수화 동작의 통합 특성 벡터는 도 6에 도시된 그래프와 같을 수 있다.FIG. 6 is a graph showing an integrated characteristic vector calculated through the sign language recognition system according to an embodiment of the present invention. For example, the integrated characteristic vector of the hydration operation taken by the user, 6, respectively.
검색부(140)는 산출부(130)에서 산출된 제1 특성 벡터와 제2 특성 벡터를 통합한 통합 특성 벡터에 기초하여, 데이터베이스(미도시) 내에서 통합 특성 벡터에 대응되는 신호를 검색할 수 있다.The searching
이때, 검색부(140)는 특정 수화 동작 내지 지화 동작의 학습을 통해 형성된 신경망(Neural Network)을 이용하여 검색을 수행할 수 있다. 신경망의 예는 도 7에 도시되어 있다.At this time, the
도 7은 본원의 일 실시예에 따른 수화 인식 시스템에서 이용되는 신경망의 예를 나타낸 도면이다.7 is a diagram illustrating an example of a neural network used in the sign language recognition system according to an embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 검색부(140)는 신경망에 기초한 패턴 인식 방법을 통해, 산출부(130)에서 산출된 통합 특성 벡터에 대응되는 신호를 데이터베이스(미도시) 내에서 보다 빠르고 정확하게 검색할 수 있다. 이를 위해, 검색부(140)는 특정 수화 동작 내지 지화 동작의 학습을 통해, 패턴분류 확률을 최대로 하는 신경망의 매개변수(W, bias)를 결정할 수 있다.Referring to FIG. 7, the searching
검색부(140)는, 데이터베이스 내에 포함된 신호들 중에서, 통합 특성 벡터와 유사성이 가장 높은 신호를 검색하여 추출할 수 있다. 이는 도 8을 참조하여 보다 쉽게 이해될 수 있다.The
도 8은 본원의 일 실시예에 따른 수화 인식 시스템에서 통합 특성 벡터에 대응되는 신호를 검출하는 예를 나타낸 도면이다.8 is a diagram illustrating an example of detecting a signal corresponding to an integrated characteristic vector in the sign recognition system according to an embodiment of the present invention.
도 8을 참조하면, 도 8(a)는 산출부(130)를 통해 산출된 통합 특성 벡터의 그래프(80)를 나타낸다.Referring to FIG. 8, FIG. 8 (a) shows a
도 8(b)는 데이터베이스에 저장된 신호들의 예를 나타내며, 보다 자세히 설명하면 다음과 같다. 데이터베이스 내에는 텍스트(예를 들어, 단어, 알파벳, 문자, 숫자, 자음, 모음 등) 별로, 각 텍스트에 대응하는 근전도 신호 및 관성 신호의 통합 특성 벡터에 대응하는 파형 그래프가 저장되어 있을 수 있다. 예를 들어, 단어 'Hello'를 나타내는 수화 동작의 통합 특성 벡터에 대응하는 그래프는 제1 그래프(81)와 같을 수 있다. 단어 'Bedroom'을 나타내는 수화 동작의 통합 특성 벡터에 대응하는 그래프는 제2 그래프(82)와 같을 수 있다. 단어 'Want'를 나타내는 수화 동작의 통합 특성 벡터에 대응하는 그래프는 제3 그래프(83)와 같을 수 있다. 단어 'Lunch'를 나타내는 수화 동작의 통합 특성 벡터에 대응하는 그래프는 제4 그래프(84)와 같을 수 있다. 단어 'Music'을 나타내는 수화 동작의 통합 특성 벡터에 대응하는 그래프는 제5 그래프(85)와 같을 수 있다. 단어 'Airplane'을 나타내는 수화 동작의 통합 특성 벡터에 대응하는 그래프는 제6 그래프(86)와 같을 수 있다.8 (b) shows an example of signals stored in the database, which will be described in more detail as follows. The waveform graph corresponding to the integrated characteristic vector of the EMG signal and the inertia signal corresponding to each text may be stored in the database by text (e.g., words, alphabets, letters, numbers, consonants, vowels, etc.). For example, the graph corresponding to the integrated characteristic vector of the hydration operation representing the word " Hello " may be the same as the
검색부(140)는 도 8(a)에 도시된 그래프(80)와 대응되는 신호를 도 8(b)에 도시된 데이터들(데이터베이스) 내에서 검색할 수 있다. 검색부(140)는, 통합 특성 벡터에 대응되는 신호의 검색 결과로서, 데이터베이스 내에서 제2 그래프(82)를 추출할 수 있다.The
이후, 출력부(150)는, 검색부(140)에서 검색된 결과에 대응하는 텍스트(즉, 단어 'Bedroom')를 출력할 수 있다.Then, the
출력부(150)는 검색부(140)에서 검색된 신호에 대응하는 텍스트를 디스플레이 화면 또는 스피커로 출력할 수 있다.The
본원의 일 실시예에 따른 수화 인식 시스템(100)은 휴대 단말기, 스마트폰, PDA(personal digital assistant), 태블릿, 노트북, 데스크탑 PC 등에서 수행될 수 있으며, 이에 한정된 것은 아니다.The sign
출력부(150)는 검색부(140)에서 검색된 신호에 대응하는 텍스트를 휴대 단말기, 스마트폰, 데스크탑 PC 등 사용자 단말기의 디스플레이 화면에 출력하거나 스피커로 출력할 수 있다.The
이하에서는 상기에 자세히 설명된 내용을 기반으로, 본원의 동작 흐름을 간단히 살펴보기로 한다.Hereinafter, the operation flow of the present invention will be briefly described based on the details described above.
도 9는 본원의 일 실시예에 따른 수화 인식 방법에 대한 개략적인 동작 흐름도이다. 도 9에 도시된 수화 인식 방법은 앞선 도 1 내지 도 8을 통해 설명된 수화 인식 시스템(100)에 의하여 수행될 수 있다. 따라서, 이하 생략된 내용이라고 하더라도 도 1 내지 도 8을 통해 수화 인식 시스템(100)에 대하여 설명된 내용은 도 9에도 적용될 수 있다.9 is a schematic operation flowchart of a sign language recognition method according to an embodiment of the present invention. The sign language recognition method shown in FIG. 9 can be performed by the sign
도 9를 참조하면, 단계S910에서는, 획득부(110)를 통해 사용자의 팔 부위에 착용된 센서 측정 기기(10)로부터 사용자의 근전도 신호 및 관성 신호를 획득할 수 있다.Referring to FIG. 9, in step S910, the user's electromyogram signal and inertial signal may be obtained from the
단계S910에서 획득부(110)는, 센서 측정 기기(10)에 포함된 복수의 전극 채널을 통해, 사용자의 손목의 폄 동작에 따른 근전도 신호를 수신할 수 있다. 또한, 획득부(110)는 복수의 전극 채널 각각으로부터 수신된 근전도 신호를 기초로, 복수의 전극 채널 중 최대 실효 출력 값을 가지는 전극 채널을 식별할 수 있다. 또한, 획득부(110)는 일정한 센서 계측을 위해, 센서 측정 기기(10) 내에서 식별된 전극 채널의 위치를 고려하여, 센서 측정 기기(10)에 포함된 복수의 전극 채널을 재정렬시킬 수 있다.In step S910, the obtaining
또한, 단계S910에서 획득부(110)는, 센서 측정 기기(10)에 포함된 관성측정유닛(12)을 통해 관성 신호를 수신할 수 있다. 또한, 획득부(110)는 수신된 관성 신호를 이용하여 관성측정유닛(12)의 오리엔테이션(Orientation) 초기값 및 관성 신호의 실시간 수신에 따른 관성측정유닛(12)의 오리엔테이션 값을 계산할 수 있다. 또한, 획득부(110)는 오리엔테이션 초기값에 기초하여 결정된 기준 벡터 및 오리엔테이션 값에 기초하여 결정된 이동 벡터를 이용하여 관성측정유닛(12)의 롤 각도, 피치 각도 및 요 각도를 연산할 수 있다.Further, in step S910, the obtaining
다음으로, 단계S920에서는, 추출부(120)를 통해 사용자가 취한 수화 동작을 감지하기 위해 근전도 신호에서 근활성 구간을 추출하고, 관성 신호에서 움직임 구간을 추출할 수 있다.Next, in step S920, in order to sense a hydration operation taken by the user through the extraction unit 120, a muscle activity section may be extracted from the EMG signal and a motion section may be extracted from the inertia signal.
단계S920에서 추출부(120)는 복수의 전극 채널 각각으로부터 수신된 근전도 신호에 TKEO(Teager-Kaiser Energy Operator) 기법을 적용함으로써 근활성 구간을 추출하고, 센서 측정 기기(10)에 포함된 관성측정유닛(12)으로부터 수신된 관성 신호에 TKEO(Teager-Kaiser Energy Operator) 기법을 적용함으로써 움직임 구간을 추출할 수 있다.In step S920, the extracting unit 120 extracts a muscle activity interval by applying a Tee-Kaiser Energy Operator (TKEO) technique to the EMG signals received from each of the plurality of electrode channels, and calculates an inertia measurement A motion interval can be extracted by applying a Tee-Kaiser Energy Operator (TKEO) technique to the inertial signal received from the
또한, 단계S920에서 추출부(120)는, 근전도 신호에서 미리 설정된 근활성 역치값 이상인 구간을 근활성 구간으로서 추출하고, 관성 신호에서 미리 설정된 움직임 역치값 이상인 구간을 움직임 구간으로서 추출할 수 있다.In step S920, the extracting unit 120 extracts, as a muscle activity section, a section having a muscle activity threshold value or more set in advance in the EMG signal, and extracts a section having a motion threshold value equal to or greater than a preset motion threshold value as a motion section.
다음으로, 단계S930에서는, 산출부(130)를 통해 단계S920에서 추출된 근활성 구간에 신호처리를 수행함으로써 사용자가 취한 수화 동작에 대한 제1 특성 벡터를 산출하고, 움직임 구간에 신호처리를 수행함으로써 사용자가 취한 수화 동작에 대한 제2 특성 벡터를 산출할 수 있다.Next, in step S930, signal processing is performed on the muscle activity interval extracted in step S920 via the
단계S930에서 산출부(130)는, 근활성 구간에 기초하여 센서 측정 기기(10)에 포함된 복수의 전극 채널 각각에 대한 근전도 신호의 실효 출력 값을 연산함으로써 제1 특성 벡터를 산출하고, 움직임 구간에 기초하여 하이패스필터를 적용함으로써 제2 특징 벡터를 산출할 수 있다. 이때, 제1 특성 벡터 및 제2 특성 벡터는 시간 데이터를 정규화시켜 리샘플링 될 수 있다. 또한, 산출부(130)는 제1 특성 벡터와 제2 특성 벡터에 기초하여 사용자가 취한 수화 동작에 대한 통합 특성 벡터를 산출할 수 있다.In step S930, the calculating
다음으로, 단계S940에서는, 검색부(140)를 통해 제1 특성 벡터와 제2 특성 벡터를 통합한 통합 특성 벡터에 기초하여, 데이터베이스 내에서 통합 특성 벡터에 대응되는 신호를 검색할 수 있다.Next, in step S940, a signal corresponding to the integrated characteristic vector may be searched in the database based on the integrated characteristic vector obtained by combining the first characteristic vector and the second characteristic vector through the
단계S940에서 검색부(140)는 특정 수화 동작의 학습을 통해 형성된 신경망을 이용하여 검색을 수행할 수 있다.In step S940, the
다음으로, 단계S950에서는, 출력부(150)를 통해 단계S940에서 검색된 신호에 대응하는 텍스트를 출력할 수 있다.Next, in step S950, the text corresponding to the signal retrieved in step S940 may be output through the
상술한 설명에서, 단계 S910 내지 S950은 본원의 구현예에 따라서, 추가적인 단계들로 더 분할되거나, 더 적은 단계들로 조합될 수 있다. 또한, 일부 단계는 필요에 따라 생략될 수도 있고, 단계 간의 순서가 변경될 수도 있다.In the above description, steps S910 to S950 may be further divided into further steps or combined into fewer steps, according to embodiments of the present disclosure. Also, some of the steps may be omitted as necessary, and the order between the steps may be changed.
본원의 일 실시 예에 따른 수화 인식 방법은 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 본 발명을 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. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The sign language recognition method according to an exemplary embodiment of the present invention may be implemented in the form of a program command 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 configured for the present invention 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 devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the present invention, and vice versa.
또한, 전술한 수화 인식 방법은 기록 매체에 저장되는 컴퓨터에 의해 실행되는 컴퓨터 프로그램 또는 애플리케이션의 형태로도 구현될 수 있다.The above-described sign language recognition method may also be implemented in the form of a computer program or an application executed by a computer stored in a recording medium.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.It will be understood by those of ordinary skill in the art that the foregoing description of the embodiments is for illustrative purposes and that those skilled in the art can easily modify the invention without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included within the scope of the present invention.
100: 수화 인식 시스템
110: 획득부
120: 추출부
130: 산출부
140: 검색부
150: 출력부100: Sign Language Recognition System
110: Acquiring unit 120:
130: Calculator 140: Search unit
150:
Claims (19)
상기 사용자가 취한 수화 동작을 감지하기 위해, 상기 근전도 신호에서 근활성 구간을 추출하고, 상기 관성 신호에서 상기 팔 부위의 움직임 구간을 추출하는 추출부;
상기 근활성 구간에 신호처리를 수행함으로써 제1 특성 벡터를 산출하고, 상기 움직임 구간에 신호처리를 수행함으로써 제2 특성 벡터를 산출하는 산출부;
상기 제1 특성 벡터와 상기 제2 특성 벡터를 통합한 통합 특성 벡터에 기초하여, 데이터베이스 내에서 상기 통합 특성 벡터에 대응되는 신호를 검색하는 검색부; 및
상기 검색된 신호에 대응하는 텍스트를 출력하는 출력부,
를 포함하는 수화 인식 시스템.An acquiring unit for acquiring an EMG signal and an inertia signal of the user from a sensor measuring device worn on a user's arm;
An extraction unit for extracting a muscle activity segment from the EMG signal and extracting a motion segment of the arm region from the inertial signal to sense a hydration operation taken by the user;
A calculating unit for calculating a first characteristic vector by performing signal processing on the muscle active period and calculating a second characteristic vector by performing signal processing on the motion duration;
A search unit for searching for a signal corresponding to the integrated characteristic vector in a database based on an integrated characteristic vector obtained by combining the first characteristic vector and the second characteristic vector; And
An output unit for outputting a text corresponding to the searched signal,
And a sign recognition system.
상기 획득부는,
상기 센서 측정 기기에 포함된 복수의 전극 채널을 통해, 상기 사용자의 손목의 폄 동작에 따른 근전도 신호를 수신하는 제1 수신부;
상기 복수의 전극 채널 각각으로부터 수신된 상기 근전도 신호를 기초로, 상기 복수의 전극 채널 중 최대 실효 출력 값을 가지는 전극 채널을 식별하는 채널 식별부; 및
상기 센서 측정 기기 내에서 상기 식별된 전극 채널의 위치를 고려하여, 상기 센서 측정 기기에 포함된 상기 복수의 전극 채널을 재정렬시키는 정렬부,
를 포함하는 것인, 수화 인식 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the obtaining unit comprises:
A first receiving unit for receiving an EMG signal according to an operation of waving the user's wrist through a plurality of electrode channels included in the sensor measuring device;
A channel identification unit for identifying an electrode channel having a maximum effective output value among the plurality of electrode channels based on the electromyogram signal received from each of the plurality of electrode channels; And
An alignment unit for rearranging the plurality of electrode channels included in the sensor measurement device in consideration of the position of the identified electrode channel in the sensor measurement device,
≪ / RTI >
상기 획득부는,
상기 센서 측정 기기에 포함된 관성측정유닛을 통해 상기 관성 신호를 수신하는 제2 수신부;
상기 관성 신호를 이용하여 상기 관성측정유닛의 오리엔테이션(Orientation) 초기값 및 상기 관성 신호의 실시간 수신에 따른 상기 관성측정유닛의 오리엔테이션 값을 계산하는 계산부; 및
상기 오리엔테이션 초기값에 기초하여 결정된 기준 벡터 및 상기 오리엔테이션 값에 기초하여 결정된 이동 벡터를 이용하여 상기 관성측정유닛의 롤 각도, 피치 각도 및 요 각도를 연산하는 연산부,
를 포함하는 것인, 수화 인식 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the obtaining unit comprises:
A second receiving unit for receiving the inertia signal through an inertial measurement unit included in the sensor measuring device;
A calculation unit for calculating an orientation initial value of the inertia measurement unit using the inertia signal and an orientation value of the inertia measurement unit according to real-time reception of the inertia signal; And
A calculating unit calculating a roll angle, a pitch angle and a yaw angle of the inertia measuring unit using a reference vector determined based on the orientation initial value and a motion vector determined based on the orientation value,
≪ / RTI >
상기 추출부는,
상기 센서 측정 기기에 포함된 복수의 전극 채널 각각으로부터 수신된 상기 근전도 신호에 TKEO(Teager-Kaiser Energy Operator) 기법을 적용함으로써 상기 근활성 구간을 추출하고,
상기 센서 측정 기기에 포함된 관성측정유닛으로부터 수신된 상기 관성 신호에 TKEO(Teager-Kaiser Energy Operator) 기법을 적용함으로써 상기 움직임 구간을 추출하는 것인, 수화 인식 시스템.The method according to claim 1,
The extracting unit extracts,
Extracting the muscle activity section by applying a teaser-kaiser energy operator (TKEO) technique to the EMG signals received from each of the plurality of electrode channels included in the sensor measurement device,
Wherein the motion interval is extracted by applying a Teeter-Kaiser Energy Operator (TKEO) technique to the inertia signal received from the inertial measurement unit included in the sensor measurement device.
상기 추출부는,
상기 근전도 신호에서 미리 설정된 근활성 역치값 이상인 구간을 상기 근활성 구간으로서 추출하고,
상기 관성 신호에서 미리 설정된 움직임 역치값 이상인 구간을 상기 움직임 구간으로서 추출하는 것인, 수화 인식 시스템.The method according to claim 1,
The extracting unit extracts,
Extracting, as the muscle activity period, a section that is equal to or greater than a preset muscle activity threshold value in the EMG signal,
And extracts, as the motion section, a section having a motion threshold value equal to or greater than a preset motion threshold value in the inertia signal.
상기 산출부는,
상기 근활성 구간에 기초하여 상기 센서 측정 기기에 포함된 복수의 전극 채널 각각에 대한 근전도 신호의 실효 출력 값을 연산함으로써 상기 제1 특성 벡터를 산출하고,
상기 움직임 구간에 기초하여 하이패스필터를 적용함으로써 상기 제2 특징 벡터를 산출하는 것인, 수화 인식 시스템.The method according to claim 1,
The calculating unit calculates,
Calculating the first characteristic vector by calculating an effective output value of the electromyogram signal for each of the plurality of electrode channels included in the sensor measurement device based on the muscle activity period,
And the second feature vector is calculated by applying a high pass filter based on the motion duration.
상기 제1 특성 벡터 및 상기 제2 특성 벡터는 시간 데이터를 정규화시켜 리샘플링되는 것인, 수화 인식 시스템.The method according to claim 6,
Wherein the first feature vector and the second feature vector are resampled by normalizing the time data.
상기 검색부는,
특정 수화 동작의 학습을 통해 형성된 신경망을 이용하여 상기 검색을 수행하는 것인, 수화 인식 시스템.The method according to claim 1,
The search unit may search,
Wherein the search is performed using a neural network formed through learning of a specific hydration operation.
상기 센서 측정 기기는,
상기 팔 부위를 둘러싸도록 착용되는 암밴드;
상기 암밴드의 내주를 따라 상기 팔 부위에 대향하도록 간격을 두고 배치되는 복수의 전극; 및
상기 센서 측정 기기의 일영역에 형성되는 관성측정유닛,
을 포함하되,
상기 관성측정유닛은 3축 가속도 센서, 3축 각속도 센서 및 3축 지자기 센서를 포함하는 것인, 수화 인식 시스템.The method according to claim 1,
The sensor measuring device includes:
An arm band worn to surround the arms;
A plurality of electrodes disposed to be spaced apart from each other along the inner circumference of the armband so as to face the arms; And
An inertia measurement unit formed in one area of the sensor measurement device,
≪ / RTI >
Wherein the inertial measurement unit includes a three-axis acceleration sensor, a three-axis angular velocity sensor, and a three-axis geomagnetic sensor.
상기 사용자가 취한 수화 동작을 감지하기 위해, 상기 근전도 신호에서 근활성 구간을 추출하고, 상기 관성 신호에서 상기 팔 부위의 움직임 구간을 추출하는 단계;
상기 근활성 구간에 신호처리를 수행함으로써 제1 특성 벡터를 산출하고, 상기 움직임 구간에 신호처리를 수행함으로써 제2 특성 벡터를 산출하는 단계;
상기 제1 특성 벡터와 상기 제2 특성 벡터를 통합한 통합 특성 벡터에 기초하여, 데이터베이스 내에서 상기 통합 특성 벡터에 대응되는 신호를 검색하는 단계; 및
상기 검색된 신호에 대응하는 텍스트를 출력하는 단계,
를 포함하는 수화 인식 방법.Obtaining an EMG signal and an inertia signal of the user from a sensor measuring instrument worn on a user's arm;
Extracting a muscle activity section from the EMG signal to detect a hydration operation taken by the user and extracting a motion section of the arm part from the inertia signal;
Calculating a first characteristic vector by performing signal processing on the muscle active section and calculating a second characteristic vector by performing signal processing on the motion section;
Searching for a signal corresponding to the integrated characteristic vector in a database based on an integrated characteristic vector obtained by integrating the first characteristic vector and the second characteristic vector; And
Outputting a text corresponding to the retrieved signal,
/ RTI >
상기 획득하는 단계는,
상기 센서 측정 기기에 포함된 복수의 전극 채널을 통해, 상기 사용자의 손목의 폄 동작에 따른 근전도 신호를 수신하고,
상기 복수의 전극 채널 각각으로부터 수신된 상기 근전도 신호를 기초로, 상기 복수의 전극 채널 중 최대 실효 출력 값을 가지는 전극 채널을 식별하고,
상기 센서 측정 기기 내에서 상기 식별된 전극 채널의 위치를 고려하여, 상기 센서 측정 기기에 포함된 상기 복수의 전극 채널을 재정렬시키는 것인, 수화 인식 방법.11. The method of claim 10,
Wherein the acquiring comprises:
Receiving an EMG signal according to an operation of waving the wrist of the user through a plurality of electrode channels included in the sensor measurement device,
An electrode channel having a maximum effective output value among the plurality of electrode channels based on the EMG signal received from each of the plurality of electrode channels,
Wherein the plurality of electrode channels included in the sensor measurement device are rearranged in consideration of the position of the identified electrode channel in the sensor measurement device.
상기 획득하는 단계는,
상기 센서 측정 기기에 포함된 관성측정유닛을 통해 상기 관성 신호를 수신하고,
상기 관성 신호를 이용하여 상기 관성측정유닛의 오리엔테이션(Orientation) 초기값 및 상기 관성 신호의 실시간 수신에 따른 상기 관성측정유닛의 오리엔테이션 값을 계산하고,
상기 오리엔테이션 초기값에 기초하여 결정된 기준 벡터 및 상기 오리엔테이션 값에 기초하여 결정된 이동 벡터를 이용하여 상기 관성측정유닛의 롤 각도, 피치 각도 및 요 각도를 연산하는 것인, 수화 인식 방법.11. The method of claim 10,
Wherein the acquiring comprises:
Receiving the inertia signal via an inertial measurement unit included in the sensor measurement device,
Calculating an orientation initial value of the inertia measurement unit and an orientation value of the inertia measurement unit according to real-time reception of the inertia signal using the inertia signal,
A pitch angle and a yaw angle of the inertial measurement unit are calculated using a motion vector determined based on the reference vector determined based on the orientation initial value and the orientation value.
상기 추출하는 단계는,
상기 센서 측정 기기에 포함된 복수의 전극 채널 각각으로부터 수신된 상기 근전도 신호에 TKEO(Teager-Kaiser Energy Operator) 기법을 적용함으로써 상기 근활성 구간을 추출하고,
상기 센서 측정 기기에 포함된 관성측정유닛으로부터 수신된 상기 관성 신호에 TKEO(Teager-Kaiser Energy Operator) 기법을 적용함으로써 상기 움직임 구간을 추출하는 것인, 수화 인식 방법.11. The method of claim 10,
Wherein the extracting comprises:
Extracting the muscle activity section by applying a teaser-kaiser energy operator (TKEO) technique to the EMG signals received from each of the plurality of electrode channels included in the sensor measurement device,
Wherein the motion interval is extracted by applying a Teeter-Kaiser Energy Operator (TKEO) technique to the inertia signal received from the inertial measurement unit included in the sensor measurement device.
상기 추출하는 단계는,
상기 근전도 신호에서 미리 설정된 근활성 역치값 이상인 구간을 상기 근활성 구간으로서 추출하고,
상기 관성 신호에서 미리 설정된 움직임 역치값 이상인 구간을 상기 움직임 구간으로서 추출하는 것인, 수화 인식 방법.11. The method of claim 10,
Wherein the extracting comprises:
Extracting, as the muscle activity period, a section that is equal to or greater than a preset muscle activity threshold value in the EMG signal,
And extracts, as the motion interval, a section having a motion threshold value equal to or greater than a preset motion threshold value in the inertia signal.
상기 산출하는 단계는,
상기 근활성 구간에 기초하여 상기 센서 측정 기기에 포함된 복수의 전극 채널 각각에 대한 근전도 신호의 실효 출력 값을 연산함으로써 상기 제1 특성 벡터를 산출하고,
상기 움직임 구간에 기초하여 하이패스필터를 적용함으로써 상기 제2 특징 벡터를 산출하는 것인, 수화 인식 방법.11. The method of claim 10,
Wherein the calculating step comprises:
Calculating the first characteristic vector by calculating an effective output value of the electromyogram signal for each of the plurality of electrode channels included in the sensor measurement device based on the muscle activity period,
Wherein the second feature vector is calculated by applying a high pass filter based on the motion duration.
상기 제1 특성 벡터 및 상기 제2 특성 벡터는 시간 데이터를 정규화시켜 리샘플링되는 것인, 수화 인식 방법.16. The method of claim 15,
Wherein the first feature vector and the second feature vector are resampled by normalizing the time data.
상기 검색하는 단계는,
특정 수화 동작의 학습을 통해 형성된 신경망을 이용하여 상기 검색을 수행하는 것인, 수화 인식 방법.11. The method of claim 10,
Wherein the searching comprises:
Wherein the search is performed using a neural network formed through learning of a specific hydration operation.
상기 센서 측정 기기는,
상기 팔 부위를 둘러싸도록 착용되는 암밴드;
상기 암밴드의 내주를 따라 상기 팔 부위에 대향하도록 간격을 두고 배치되는 복수의 전극; 및
상기 센서 측정 기기의 일영역에 형성되는 관성측정유닛,
을 포함하되,
상기 관성측정유닛은 3축 가속도 센서, 3축 각속도 센서 및 3축 지자기 센서를 포함하는 것인, 수화 인식 방법.11. The method of claim 10,
The sensor measuring device includes:
An arm band worn to surround the arms;
A plurality of electrodes disposed to be spaced apart from each other along the inner circumference of the armband so as to face the arms; And
An inertia measurement unit formed in one area of the sensor measurement device,
≪ / RTI >
Wherein the inertia measurement unit includes a three-axis acceleration sensor, a three-axis angular velocity sensor, and a three-axis geomagnetic sensor.
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EP1408443B1 (en) * | 2002-10-07 | 2006-10-18 | Sony France S.A. | Method and apparatus for analysing gestures produced by a human, e.g. for commanding apparatus by gesture recognition |
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KR101873031B1 (en) | 2018-07-02 |
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