KR20200075107A - Wearable device and method for recognizing gesture thereof - Google Patents

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KR20200075107A
KR20200075107A KR1020180159187A KR20180159187A KR20200075107A KR 20200075107 A KR20200075107 A KR 20200075107A KR 1020180159187 A KR1020180159187 A KR 1020180159187A KR 20180159187 A KR20180159187 A KR 20180159187A KR 20200075107 A KR20200075107 A KR 20200075107A
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이석필
변성우
한혁수
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상명대학교산학협력단
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Abstract

According to the present invention, a wearable device capable of recognizing gestures comprises: a flexible epithelial tactile based array sensor configured to be detachable and attachable while measuring change data of electrical resistance according to movements of a wrist; a memory in which a program for recognizing gestures is stored; and a processor executing a program stored in the memory, wherein the processor, upon execution of the program, measures movements of a first body part of the wrist through a first sensor of the array sensor, measures movements of a second body part of the wrist through a second sensor of the array sensor, and recognizes gestures of a user based on the change data of the electrical resistance measured from the array sensor.

Description

웨어러블 디바이스 및 이의 제스처 인식 방법{WEARABLE DEVICE AND METHOD FOR RECOGNIZING GESTURE THEREOF}Wearable device and its gesture recognition method {WEARABLE DEVICE AND METHOD FOR RECOGNIZING GESTURE THEREOF}

본 발명은 웨어러블 디바이스 및 이의 제스처 인식 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 플렉서블 상피 촉각 센서 어레이 기반의 클립 센서에서 생체신호를 획득하고, 이에 기초하여 제스처를 학습 및 인식할 수 있는 웨어러블 디바이스 및 이의 제스처 인식 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a wearable device and a gesture recognition method thereof, and more specifically, a wearable device capable of acquiring a biosignal from a clip sensor based on a flexible epithelial tactile sensor array, and learning and recognizing a gesture based thereon. Recognition method.

최근 스마트폰과 더불어 웨어러블 디바이스의 기술 개발 및 상용화가 활발해짐에 따라 이와 함께 제스처 인식 기술의 관심도 높아지고 있는 추세이다. Recently, as technology development and commercialization of wearable devices in addition to smart phones have become active, interest in gesture recognition technology is also increasing.

제스처 인식 기술은 크게 접촉식 방법과 비접촉식 방법으로 구분할 수 있다.Gesture recognition technology can be roughly divided into a contact method and a non-contact method.

접촉식 방법은 센서나 장치를 사용자의 신체 부위에 부착하고 이로부터 획득된 데이터를 동작 인식에 활용하는 방법이다.The contact method is a method of attaching a sensor or a device to a user's body part and utilizing the data obtained therefrom for motion recognition.

또한, 비접촉식 방법은 주로 카메라를 이용하여 영상으로 사용자의 움직임을 획득하고 이를 활용하여 제스처를 인식하는 방법이다.In addition, the non-contact method is a method of acquiring a user's movement as an image using a camera and recognizing a gesture by utilizing it.

한편, 웨어러블 디바이스를 이용한 제스처 인식 기술은 주로 접촉식 방법을 사용하고 있으며, 착용하는 사용자의 움직임을 감지할 수 있는 센서나 장치를 사람의 몸이나 옷에 부착하여 데이터를 획득한다.Meanwhile, a gesture recognition technology using a wearable device mainly uses a contact method, and acquires data by attaching a sensor or device capable of detecting the movement of the user to be worn on a person's body or clothes.

이 경우, 사용자가 직접 웨어러블 디바이스를 착용해야 하는 불편함은 있지만 센서를 직접 부착하기 때문에 비교적 정확한 동작 정보를 얻을 수 있다는 장점이 있다.In this case, there is an inconvenience in that the user has to wear a wearable device directly, but since the sensor is directly attached, relatively accurate operation information can be obtained.

제스처 인식을 위한 웨어러블 디바이스에 사용되는 센서는 주로 IME(Inertial Measurement Unit) 센서, 근전도 센서, 자이로 센서 등이 있다.Sensors used in wearable devices for gesture recognition mainly include IME (Inertial Measurement Unit) sensors, EMG sensors, gyro sensors, and the like.

하지만, 이러한 센서들은 소형화가 어렵기 때문에 스마트 시계나 스마트 밴드와 같은 웨어러블 디바이스에 적합하지 않고, 특히 손목이나 팔뚝과 같은 곡선 형태의 신체부위에 착용하기 어렵다는 문제가 있다.However, since these sensors are difficult to miniaturize, they are not suitable for wearable devices such as smart watches or smart bands, and in particular, there is a problem that they are difficult to wear on curved body parts such as wrists or forearms.

본 발명의 실시예는 웨어러블 디바이스와 결합 가능한 어레이 센서를 이용하여 손목 근육의 움직임 변화에 따른 생체신호를 획득하고, 상기 생체신호를 분석하여 제스처의 특징점을 추출하여 제스처를 학습 및 인식할 수 있는 웨어러블 디바이스 및 이의 제스처 인식 방법을 제공하고자 한다.According to an embodiment of the present invention, a wearable device capable of learning and recognizing a gesture by acquiring a biosignal according to a movement change of a wrist muscle using an array sensor that can be coupled with a wearable device, and analyzing the biosignal to extract feature points of the gesture It is intended to provide a device and a gesture recognition method thereof.

다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.However, the technical problem to be achieved by the present embodiment is not limited to the technical problem as described above, and other technical problems may exist.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 제 1 측면에 따른 제스처 인식이 가능한 웨어러블 디바이스는 손목의 움직임에 따른 전기 저항의 변화 데이터를 측정하며 탈착 및 부착이 가능하도록 구성된 플렉서블 상피 촉각 기반의 어레이 센서, 상기 제스처 인식을 위한 프로그램이 저장된 메모리 및 상기 메모리에 저장된 프로그램을 실행시키는 프로세서를 포함한다. 이때, 상기 프로세서는 상기 프로그램을 실행시킴에 따라, 상기 손목의 제 1 신체부위에서의 움직임을 상기 어레이 센서의 제 1 센서를 통해 측정하고, 상기 손목의 제 2 신체부위에서의 움직임을 상기 어레이 센서의 제 2 센서를 통해 측정하며, 상기 어레이 센서로부터 측정된 전기 저항의 변화 데이터에 기초하여 사용자의 제스처를 인식한다.As a technical means for achieving the above-described technical problem, the wearable device capable of gesture recognition according to the first aspect of the present invention measures the change data of electrical resistance according to the movement of the wrist and is a flexible epithelium tactile configured to be detachable and attachable. It includes a base array sensor, a memory in which a program for gesture recognition is stored, and a processor for executing a program stored in the memory. At this time, as the processor executes the program, the movement of the first body part of the wrist is measured through the first sensor of the array sensor, and the movement of the second body part of the wrist is measured by the array sensor. Measured by the second sensor, and recognizes the user's gesture based on the change data of the electrical resistance measured from the array sensor.

상기 프로세서는 상기 전기 저항의 변화 데이터의 연속된 2개의 값의 절대 차분치를 산출하고, 상기 산출된 절대 차분치에 기초하여 사용자의 손목의 움직임에 따른 제스처를 인식할 수 있다.The processor may calculate an absolute difference value between two consecutive values of the change data of the electrical resistance, and recognize a gesture according to the movement of the user's wrist based on the calculated absolute difference value.

상기 프로세서는 상기 전기 저항의 변화 데이터로부터 상기 사용자의 손목의 움직임에 따른 근육의 움직임별 피크값을 산출하고, 상기 근육의 움직임별 피크값에 기초하여 사용자의 제스처를 구별할 수 있다.The processor may calculate a peak value for each movement of the muscle according to the movement of the user's wrist from the change data of the electrical resistance, and distinguish a user's gesture based on the peak value for each movement of the muscle.

상기 프로세서는 상기 산출된 근육의 움직임별 피크값을 SVM(Support Vector Machine)을 이용하여 인식 알고리즘을 학습시키고, 상기 학습된 인식 알고리즘에 상기 전기 저항의 변화 데이터를 입력하여 결과를 출력하며, 상기 출력된 결과에 따라 해당 제스처의 확률을 산출하여 기 설정된 확률 이상을 나타내는 경우 제스처로 인식할 수 있다.The processor learns a recognition algorithm by using the SVM (Support Vector Machine) for the calculated peak value for each movement of the muscle, inputs the change data of the electrical resistance to the learned recognition algorithm, and outputs the result, and outputs the output. If the probability of the corresponding gesture is calculated according to the result obtained and indicates a predetermined probability or more, it can be recognized as a gesture.

상기 어레이 센서는 상기 손목의 움직임에 따른 수축 또는 이완시의 틀어짐 정도에 대한 변형이 일어남에 따라 상기 전기 저항의 변화 데이터를 측정할 수 있다.The array sensor may measure the change data of the electrical resistance as the deformation of the degree of distortion during contraction or relaxation according to the movement of the wrist occurs.

또한, 본 발명의 제 2 측면에 따른 웨어러블 디바이스와 결합 가능한 어레이 센서를 이용한 제스처 인식 방법은 상기 어레이 센서를 이용하여 손목의 움직임에 따른 전기 저항의 변화 데이터를 측정하는 단계 및 상기 전기 저항의 변화 데이터에 기초하여 사용자의 제스처를 인식하는 단계를 포함한다.In addition, the gesture recognition method using the array sensor that can be combined with the wearable device according to the second aspect of the present invention includes measuring the change data of the electrical resistance according to the movement of the wrist using the array sensor and the change data of the electrical resistance And recognizing the user's gesture based on the first step.

상기 어레이 센서는 플렉서블 상피 촉각 센서 어레이일 수 있다.The array sensor may be a flexible epithelial tactile sensor array.

상기 어레이 센서를 이용하여 손목의 움직임에 따른 전기 저항의 변화 데이터를 측정하는 단계는, 상기 손목의 움직임에 따른 수축 또는 이완시의 틀어짐 정도에 대한 변형이 일어남에 따라 상기 전기 저항의 변화 데이터를 취득할 수 있다.The step of measuring the change data of the electrical resistance according to the movement of the wrist using the array sensor acquires the change data of the electrical resistance as the deformation of the degree of distortion during contraction or relaxation according to the movement of the wrist occurs. can do.

상기 어레이 센서를 이용하여 손목의 움직임에 따른 전기 저항의 변화 데이터를 측정하는 단계는, 상기 손목의 제 1 신체부위에서의 움직임을 제 1 센서를 통해 측정하는 단계 및 상기 손목의 제 2 신체부위에서의 움직임을 제 2 센서를 통해 측정하는 단계를 포함할 수 있다.The measuring of electrical resistance change data according to the movement of the wrist using the array sensor may include measuring a movement of the first body part of the wrist through a first sensor and of the second body part of the wrist. It may include the step of measuring the movement of the second sensor.

상기 전기 저항의 변화 데이터에 기초하여 사용자의 제스처를 인식하는 단계는, 상기 전기 저항의 변화 데이터의 연속된 2개의 값의 절대 차분치를 산출하는 단계; 상기 산출된 절대 차분치에 기초하여 상기 사용자의 손목의 움직임에 따른 제스처를 인식하는 단계를 포함할 수 있다.Recognizing a user's gesture based on the change data of the electrical resistance includes: calculating an absolute difference between two consecutive values of the change data of the electrical resistance; And recognizing a gesture according to the movement of the user's wrist based on the calculated absolute difference value.

상기 산출된 절대 차분치에 기초하여 상기 사용자의 손목의 움직임에 따른 제스처를 인식하는 단계는, 상기 전기 저항의 변화 데이터로부터 상기 사용자의 손목의 움직임에 따른 근육의 움직임별 피크값을 산출하고, 상기 근육의 움직임별 피크값에 기초하여 사용자의 제스처를 구별할 수 있다.Recognizing a gesture according to the movement of the user's wrist based on the calculated absolute difference value, calculates a peak value for each movement of the muscle according to the movement of the user's wrist from the change data of the electrical resistance, the The user's gesture can be distinguished based on the peak value for each movement of the muscle.

본 발명의 일 실시예는, 상기 산출된 근육의 움직임별 피크값을 SVM(Support Vector Machine)을 이용하여 인식 알고리즘을 학습시키는 단계를 더 포함하되, 상기 전기 저항의 변화 데이터에 기초하여 사용자의 제스처를 인식하는 단계는, 상기 학습된 인식 알고리즘에 상기 전기 저항의 변화 데이터를 입력하여 결과를 출력하고, 상기 출력된 결과에 따라 해당 제스처의 확률을 산출하여 기 설정된 확률 이상을 나타내는 경우 제스처로 인식할 수 있다.One embodiment of the present invention, further comprising the step of learning a recognition algorithm using the support vector machine (SVM) for the calculated peak value for each movement of the muscle, the user's gesture based on the change data of the electrical resistance In the step of recognizing, a change result of the electrical resistance is input to the learned recognition algorithm, a result is output, and a probability of a corresponding gesture is calculated according to the output result to recognize a gesture as a gesture. Can.

전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 웨어러블 디바이스에 적용 가능한 플렉서블한 성질을 갖는 센서를 이용하여 손목 근육 움직임의 변화에 따른 생체신호를 취득하여 제스처를 학습 및 인식할 수 있다.According to any one of the above-described problem solving means of the present invention, a sensor having a flexible property applicable to a wearable device may be used to acquire a biosignal according to a change in wrist muscle movement to learn and recognize a gesture.

특히, 착용이 용이하고 자연스럽게 꺾이는 성질을 이용함으로써 다양한 웨어러블 디바이스에 적용이 가능하며, 다양한 모션 동작의 학습 및 인식이 가능함으로써 사용자마다 개별적인 제스처 생성 및 사용이 가능하다는 장점이 있다.In particular, it is easy to wear and can be applied to various wearable devices by using a naturally bendable property, and it is possible to generate and use individual gestures for each user by learning and recognizing various motion motions.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 디바이스의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 적용되는 어레이 센서를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 어레이 센서의 일 예시를 나타낸 도면이다.
도 4는 어레이 센서가 착용 및 부착된 일 예시를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제스처 인식 방법의 순서도이다.
도 6은 손목과 손가락을 이용하여 만들 수 있는 동작의 일 예시이다.
도 7은 도 6의 동작에 따라 측정된 전기 저항 변화 데이터이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에서 정의한 6가지 제스처를 도시한 도면이다.
도 9는 도 8에서 정의한 제스처를 기준으로 한 실험 결과를 나타낸 매트릭스이다.
1 is a block diagram of a wearable device according to an embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining an array sensor applied to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating an example of an array sensor.
4 is a diagram illustrating an example in which an array sensor is worn and attached.
5 is a flowchart of a gesture recognition method according to an embodiment of the present invention.
6 is an example of an operation that can be made using a wrist and a finger.
7 is electrical resistance change data measured according to the operation of FIG. 6.
8 is a diagram illustrating six gestures defined in an embodiment of the present invention.
9 is a matrix showing experimental results based on the gesture defined in FIG. 8.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art to which the present invention pertains may easily practice. However, the present invention can be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In addition, parts not related to the description are omitted in the drawings to clearly describe the present invention.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.When a part of the specification "includes" a certain component, it means that other components may be further included instead of excluding other components unless specifically stated otherwise.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 디바이스(100)의 블록도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 적용되는 어레이 센서(110)를 설명하기 위한 도면이다. 도 3은 어레이 센서(110)의 일 예시를 나타낸 도면이다. 도 4는 어레이 센서(110)가 착용 및 부착된 일 예시를 나타낸 도면이다.1 is a block diagram of a wearable device 100 according to an embodiment of the present invention. 2 is a view for explaining an array sensor 110 applied to an embodiment of the present invention. 3 is a diagram illustrating an example of an array sensor 110. 4 is a diagram illustrating an example in which the array sensor 110 is worn and attached.

본 발명의 일 실시예에 따른 제스처 인식이 가능한 웨어러블 디바이스(100)는 어레이 센서(110), 메모리(120) 및 프로세서(130)를 포함한다.The wearable device 100 capable of gesture recognition according to an embodiment of the present invention includes an array sensor 110, a memory 120, and a processor 130.

어레이 센서(110)는 손목의 움직임에 따른 전기 저항의 변화 데이터를 측정하며, 탈착 및 부착 가능하도록 구성된다. The array sensor 110 measures data of a change in electrical resistance according to the movement of the wrist, and is configured to be detachable and attachable.

이때, 본 발명의 일 실시예에서의 어레이 센서(110)는 플렉서블 상피 촉각 기반의 어레이 센서(Flexible Epidermal Tactile Sensor Array, FETSA)일 수 있다.In this case, the array sensor 110 in one embodiment of the present invention may be a flexible epidermal tactile sensor array (FETSA).

이러한 어레이 센서(110)는 손목의 움직임에 따라 센서의 물리적 변형을 측정하게 된다. 즉, 센서는 근육의 움직임에 따라 전기 저항의 변화를 측정하고 이를 데이터로 취득하게 된다.The array sensor 110 measures the physical deformation of the sensor according to the movement of the wrist. That is, the sensor measures a change in electrical resistance according to muscle movement and acquires it as data.

도 2를 참조하면, 손목에 있는 다양한 근육은 손목이 움직이는 동안 수축되고 이완된다. 이때, 손목의 두께나 각도, 틀어짐 정도 등이 변하게 되고 이에 따라 손목 주위에 감겨 있는 센서의 틀어짐 정도가 변하게 된다. 결과적으로 센서의 스트레인 게이지의 변형이 일어나면서 저항의 변화를 취득하게 된다.Referring to Figure 2, the various muscles on the wrist contract and relax while the wrist is moving. At this time, the thickness or angle of the wrist, the degree of distortion, etc. changes, and accordingly, the degree of distortion of the sensor wound around the wrist changes. As a result, deformation of the strain gage of the sensor occurs and a change in resistance is acquired.

이에 따라, 어레이 센서(110)는 손목의 움직임에 따른 수축 또는 이완시의 틀어짐 정도에 대한 변형이 일어남에 따른 전기 저항의 변화 데이터를 측정할 수 있다.Accordingly, the array sensor 110 may measure the change data of the electrical resistance as the deformation of the warp during contraction or relaxation due to movement of the wrist occurs.

본 발명의 일 실시예에서 플렉서플 상피 촉각 기반의 어레이 센서(110)는 도 3에 도시된 바와 같이 구현될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the flexible epithelial tactile based array sensor 110 may be implemented as shown in FIG. 3.

도 3의 경우 스마트 시계에 부착하기 위한 클립 타입의 어레이 센서(110)로, 일면은 시계줄(bracelet) 부분에 접합되어 사용자의 손목에 감겨지도록 플렉서블 기판으로 구성되고 그 상면에는 메탈 스트레인 게이지(Metal strain gauge)가 부착될 수 있다.In the case of FIG. 3, the clip type array sensor 110 for attaching to a smart watch is composed of a flexible substrate that is joined to a bracelet part and wound around a user's wrist, and a metal strain gauge (Metal) on the upper surface thereof. strain gauge) can be attached.

그리고 상기 플렉서블 기판과 대향하여 마주보는 부분에는 스트레인 게이지에 따른 저항의 변화 데이터를 취득하기 위한 유닛이 포함되어 있다.In addition, a portion facing the flexible substrate includes a unit for acquiring data on resistance change according to the strain gauge.

한편, 어레이 센서(110)에는 복수 개의 센서를 포함할 수 있으며, 각 센서는 손목의 움직임을 담당하는 근육 활동을 관찰하기 위해 관련 근육에 위치한다. 즉, 복수 개의 센서는 제 1 신체부위에서의 움직임을 측정하는 제 1 센서, 제 2 신체부위에서의 움직임을 측정하는 제 2 센서를 포함할 수 있다. On the other hand, the array sensor 110 may include a plurality of sensors, each sensor is located in the relevant muscle to observe the muscle activity responsible for the movement of the wrist. That is, the plurality of sensors may include a first sensor that measures motion in the first body part and a second sensor that measures motion in the second body part.

예를 들어, 도 4의 (a)와 같이 제 1 센서는 엄지 손가락의 움직임을 담당하는 긴엄지벌림근(abductor pollicis longus muscle)에 위치할 수 있다.For example, as illustrated in (a) of FIG. 4, the first sensor may be located in an abductor pollicis longus muscle responsible for the movement of the thumb.

이때, 제 1 신체부위와 제 2 신체부위는 각각 상이한 신체부위를 의미하며, 어레이 센서(110) 내에 포함된 센서의 개수는 필요에 따라 다양한 개수로 구비될 수 있다.In this case, the first body part and the second body part mean different body parts, and the number of sensors included in the array sensor 110 may be provided in various numbers as necessary.

메모리(120)에는 제스처 인식을 위한 프로그램이 저장되며, 프로세서(130)는 메모리(120)에 저장된 프로그램을 실행시킨다. 여기에서, 메모리(120)는 전원이 공급되지 않아도 저장된 정보를 계속 유지하는 비휘발성 저장장치 및 휘발성 저장장치를 통칭하는 것이다. A program for gesture recognition is stored in the memory 120, and the processor 130 executes the program stored in the memory 120. Here, the memory 120 is a non-volatile storage device and a volatile storage device that keeps stored information even when power is not supplied.

예를 들어, 메모리(120)는 콤팩트 플래시(compact flash; CF) 카드, SD(secure digital) 카드, 메모리 스틱(memory stick), 솔리드 스테이트 드라이브(solid-state drive; SSD) 및 마이크로(micro) SD 카드 등과 같은 낸드 플래시 메모리(NAND flash memory), 하드 디스크 드라이브(hard disk drive; HDD) 등과 같은 마그네틱 컴퓨터 기억 장치 및 CD-ROM, DVD-ROM 등과 같은 광학 디스크 드라이브(optical disc drive) 등을 포함할 수 있다.For example, the memory 120 is a compact flash (CF) card, a secure digital (SD) card, a memory stick, a solid-state drive (SSD), and a micro SD NAND flash memory such as cards, magnetic computer storage devices such as hard disk drives (HDDs), and optical disc drives such as CD-ROMs, DVD-ROMs, and the like. Can.

참고로, 본 발명의 실시예에 따른 도 1에 도시된 구성 요소들은 소프트웨어 또는 FPGA(Field Programmable Gate Array) 또는 ASIC(Application Specific Integrated Circuit)와 같은 하드웨어 형태로 구현될 수 있으며, 소정의 역할들을 수행할 수 있다.For reference, the components shown in FIG. 1 according to an embodiment of the present invention may be implemented in software or in a hardware form such as a field programmable gate array (FPGA) or an application specific integrated circuit (ASIC), and perform predetermined roles. can do.

그렇지만 '구성 요소들'은 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니며, 각 구성 요소는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다.However,'components' are not limited to software or hardware, and each component may be configured to be in an addressable storage medium or may be configured to reproduce one or more processors.

따라서, 일 예로서 구성 요소는 소프트웨어 구성 요소들, 객체지향 소프트웨어 구성 요소들, 클래스 구성 요소들 및 태스크 구성 요소들과 같은 구성 요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다.Thus, as an example, a component is a component, such as software components, object-oriented software components, class components and task components, processes, functions, attributes, procedures, sub Includes routines, segments of program code, drivers, firmware, microcode, circuitry, data, database, data structures, tables, arrays and variables.

구성 요소들과 해당 구성 요소들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성 요소들로 결합되거나 추가적인 구성 요소들로 더 분리될 수 있다.Components and functions provided within those components may be combined into a smaller number of components or further separated into additional components.

이하에서는 도 5 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 디바이스(100)와 결합 가능한 어레이 센서(110)를 이용한 제스처 인식 방법에 대하여 설명하도록 한다.Hereinafter, a gesture recognition method using an array sensor 110 that can be combined with a wearable device 100 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5 to 7.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제스처 인식 방법의 순서도이다. 도 6은 손목과 손가락을 이용하여 만들 수 있는 동작의 일 예시이다. 도 7은 도 6의 동작에 따라 측정된 전기 저항 변화 데이터이다.5 is a flowchart of a gesture recognition method according to an embodiment of the present invention. 6 is an example of an operation that can be made using a wrist and a finger. 7 is electrical resistance change data measured according to the operation of FIG. 6.

먼저, 어레이 센서(110)를 이용하여 손목의 움직임에 따른 전기 저항의 변화 데이터를 측정한다(S110).First, the change data of the electrical resistance according to the movement of the wrist is measured using the array sensor 110 (S110).

이때, 어레이 센서(110)는 복수 개의 센서로 구성되어 있으며, 손목의 움직임에 따른 수축 또는 이완시의 틀어짐 정도에 대한 변형이 일어남에 따라 전기 저항의 변화 데이터를 취득할 수 있다.At this time, the array sensor 110 is composed of a plurality of sensors, it is possible to acquire the data of the change in electrical resistance as the deformation of the degree of distortion during contraction or relaxation according to the movement of the wrist occurs.

다음으로, 전기 저항의 변화 데이터에 기초하여 사용자의 제스처를 인식한다(S120).Next, the user's gesture is recognized based on the change data of the electrical resistance (S120).

구체적으로 어레이 센서(110)에서 취득된 신호가 손목의 움직임에 따라 변하는지를 확인하기 위해 프로세서는 저항의 변화 데이터로부터 사용자의 손목의 움직임에 따른 근육의 움직임별 피크값(peak value)을 산출하고, 상기 산출된 근육의 움직임별 피크값에 기초하여 사용자의 제스처를 구별할 수 있다.Specifically, in order to confirm whether the signal acquired from the array sensor 110 changes according to the movement of the wrist, the processor calculates a peak value for each movement of the muscle according to the movement of the user's wrist from the change data of the resistance, The user's gesture may be distinguished based on the calculated peak value for each movement of the muscle.

도 6을 참조하면, 인간이 손목과 손가락을 사용하여 만들 수 있는 동작은 크게 8개가 존재한다. Referring to FIG. 6, there are 8 large movements that a human can make using a wrist and a finger.

이러한 동작은 이론적으로 다른 근육을 사용하기 때문에 어레이 센서(110)에서는 각 동작마다 다른 신호가 관찰되어야 한다.Since these motions theoretically use different muscles, different signals must be observed for each motion in the array sensor 110.

도 7은 도 6에서의 8가지 손목 움직임에 따른 어레이 센서(110)에서의 전기 저항의 변화 데이터에 관한 것으로, 음영 부분(shaded area)의 경우 제스처가 만들어지는 동안의 변화를 나타낸 것이다.FIG. 7 relates to data of a change in electrical resistance in the array sensor 110 according to eight wrist movements in FIG. 6, and shows a change during a gesture in the case of a shaded area.

도 7에 따르면 사용자가 도 6의 8개의 동작을 취했을 때 4개의 각 센서의 변화가 모두 다르게 나타남을 확인할 수 있다.According to FIG. 7, it can be confirmed that when the user performed the eight operations of FIG. 6, the changes of each of the four sensors are different.

이와 같이 손목의 움직임에 따라 손목에 착용된 어레이 센서(110)의 저항값이 변하게 되고, 도 7에서와 같이 서로 다른 신호가 움직임에 따라 얻어지기 때문에 제스처를 구별하기 위해서는 신호의 변화를 반영하는 특징을 사용한다.As described above, since the resistance value of the array sensor 110 worn on the wrist changes according to the movement of the wrist, and different signals are obtained according to the movement as shown in FIG. 7, a characteristic of reflecting the change of the signal to distinguish the gesture Use

이때, 본 발명의 일 실시예는 DAMV(Difference Absolute Mean Value), 즉 전기 저항의 변화 데이터의 연속된 2개의 값의 절대 차분치를 하기 수학식 1에 따라 산출하고, 산출된 절대 차분치를 특징으로 사용하여 사용자의 손목 움직임에 따른 제스처를 인식할 수 있다.At this time, an embodiment of the present invention calculates the absolute difference value of two successive values of DAMV (Difference Absolute Mean Value), that is, data of change in electrical resistance, according to Equation 1 below, and uses the calculated absolute difference as a feature Gestures according to the user's wrist movement.

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 제스처 인식 방법은 상기 산출된 근육의 움직임별 피크값을 SVM(Support Vector Machine)을 이용하여 인식 알고리즘을 학습하는 과정을 추가적으로 수행할 수 있다.Meanwhile, in the gesture recognition method according to an embodiment of the present invention, a process of learning a recognition algorithm may be additionally performed by using the SVM (Support Vector Machine) to calculate the calculated peak value for each movement of the muscle.

즉, 학습 과정에서는 사용자의 움직임이 발생했을 때의 신호를 학습하기 위해 신호의 피크값을 추출하고 이를 이용하여 인식 알고리즘을 학습하게 된다.That is, in the learning process, in order to learn the signal when the user's movement occurs, the peak value of the signal is extracted and the recognition algorithm is learned using the peak value of the signal.

그리고 학습이 완료된 이후에는 어레이 센서(110)에서 받아지는 신호에서의 특징에 해당하는 전기 저항의 변화 데이터를 추출하고, 이를 학습된 인식 알고리즘에 입력하여 그 결과를 출력한다.And after the learning is completed, the data of the change in electrical resistance corresponding to the characteristic in the signal received from the array sensor 110 is extracted, and inputted to the learned recognition algorithm to output the result.

그 다음 상기 출력된 결과에 따라 해당 제스처의 확률을 산출하여 기 설정된 확률 이상을 나타내는 경우 제스처로 최종 인식할 수 있다.Then, when the probability of the corresponding gesture is calculated according to the output result and indicates a predetermined probability or more, the gesture may be finally recognized.

이때, 상기 제스처의 확률은 수학식 2에 따라 산출될 수 있다.At this time, the probability of the gesture may be calculated according to Equation (2).

[수학식 2][Equation 2]

Figure pat00002
Figure pat00002

예를 들어 기 설정된 확률이 80%인 경우, 인식된 제스처의 확률이 80%가 넘을 경우 해당 경우를 제스처로 인식할 수 있다.For example, when the preset probability is 80%, when the probability of the recognized gesture exceeds 80%, the corresponding case may be recognized as a gesture.

이 경우 기 설정된 확률을 넘는 경우가 복수 개인 경우 가장 확률이 높은 경우를 제스처로 인식할 수 있다.In this case, when there are a plurality of cases exceeding a preset probability, a case having the highest probability can be recognized as a gesture.

만약 모든 경우가 기 설정된 확률을 넘지 않으면 제스처가 검출되지 않은 것으로 간주할 수 있다.If all cases do not exceed a preset probability, the gesture may be regarded as not detected.

상술한 설명에서, 단계 S110 내지 S120는 본 발명의 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. 아울러, 기타 생략된 내용이라 하더라도 도 1 내지 도 4에서의 웨어러블 디바이스(100)에 관하여 이미 기술된 내용은 도 5 내지 도 7의 제스처 인식 방법에도 적용된다.In the above description, steps S110 to S120 may be further divided into additional steps or combined into fewer steps, according to an embodiment of the present invention. In addition, some steps may be omitted if necessary, and the order between the steps may be changed. In addition, even if omitted, the contents already described with respect to the wearable device 100 in FIGS. 1 to 4 are also applied to the gesture recognition methods of FIGS. 5 to 7.

본 발명의 성능을 검증하기 위하여 제스처 인식 실험을 진행하였으며, 이를 도 8과 도 9를 참조하여 설명하도록 한다.In order to verify the performance of the present invention, a gesture recognition experiment was conducted, which will be described with reference to FIGS. 8 and 9.

도 8은 본 발명의 일 실시예에서 정의한 6가지 제스처를 도시한 도면이다. 도 9는 도 8에서 정의한 제스처를 기준으로 한 실험 결과를 나타낸 매트릭스이다.8 is a diagram illustrating six gestures defined in an embodiment of the present invention. 9 is a matrix showing experimental results based on the gesture defined in FIG. 8.

실험을 위하여 도 8과 같이 6가지의 제스처를 정의하였다. 도 8에서 (1)는 손가락 핀치(pinch), (2)와 (3)는 손가락의 이완과 수축, (4)와 (5)는 손목의 꺽임을 나타내며, 마지막으로 (6)는 손목의 뒤틀림으로 정의하였다.For the experiment, six gestures were defined as shown in FIG. 8. In Figure 8 (1) is a finger pinch (pinch), (2) and (3) is the relaxation and contraction of the fingers, (4) and (5) are the wrist bends, and finally (6) is the warp of the wrist. It was defined as

이와 같은 6가지의 제스처로 실험을 한 결과, 도 9와 같이 전체 1440번의 인식 실험 중 평균 인식률을 97.8%로 나타남을 확인할 수 있었다.As a result of experimenting with these six gestures, as shown in FIG. 9, it was confirmed that the average recognition rate was 97.8% among the total of 1440 recognition experiments.

본 발명의 일 실시예는 컴퓨터에 의해 실행되는 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램 또는 컴퓨터에 의해 실행가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 통신 매체는 전형적으로 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈, 또는 반송파와 같은 변조된 데이터 신호의 기타 데이터, 또는 기타 전송 메커니즘을 포함하며, 임의의 정보 전달 매체를 포함한다. One embodiment of the present invention may also be implemented in the form of a computer program stored on a medium executed by a computer or a recording medium including instructions executable by a computer. Computer readable media can be any available media that can be accessed by a computer and includes both volatile and nonvolatile media, removable and non-removable media. In addition, computer readable media may include both computer storage media and communication media. Computer storage media includes both volatile and nonvolatile, removable and non-removable media implemented in any method or technology for storage of information such as computer readable instructions, data structures, program modules or other data. Communication media typically includes computer readable instructions, data structures, program modules, or other data in a modulated data signal such as a carrier wave, or other transport mechanism, and includes any information delivery media.

본 발명의 방법 및 시스템은 특정 실시예와 관련하여 설명되었지만, 그것들의 구성 요소 또는 동작의 일부 또는 전부는 범용 하드웨어 아키텍쳐를 갖는 컴퓨터 시스템을 사용하여 구현될 수 있다.Although the methods and systems of the present invention have been described in connection with specific embodiments, some or all of their components or operations may be implemented using a computer system having a general purpose hardware architecture.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 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.The above description of the present invention is for illustration only, and a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains can understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the above detailed description, and it should be interpreted that all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and equivalent concepts thereof are included in the scope of the present invention. do.

100: 웨어러블 디바이스
110: 어레이 센서
120: 메모리
130: 프로세서
100: wearable device
110: array sensor
120: memory
130: processor

Claims (12)

제스처 인식이 가능한 웨어러블 디바이스에 있어서,
손목의 움직임에 따른 전기 저항의 변화 데이터를 측정하며 탈착 및 부착이 가능하도록 구성된 플렉서블 상피 촉각 기반의 어레이 센서,
상기 제스처 인식을 위한 프로그램이 저장된 메모리 및
상기 메모리에 저장된 프로그램을 실행시키는 프로세서를 포함하되,
상기 프로세서는 상기 프로그램을 실행시킴에 따라, 상기 손목의 제 1 신체부위에서의 움직임을 상기 어레이 센서의 제 1 센서를 통해 측정하고, 상기 손목의 제 2 신체부위에서의 움직임을 상기 어레이 센서의 제 2 센서를 통해 측정하며, 상기 어레이 센서로부터 측정된 전기 저항의 변화 데이터에 기초하여 사용자의 제스처를 인식하는 것인 웨어러블 디바이스.
In a wearable device capable of gesture recognition,
Flexible epithelial tactile-based array sensor configured to measure and change the electrical resistance according to the movement of the wrist and to be attached and detached
Memory for storing the program for the gesture recognition and
It includes a processor for executing a program stored in the memory,
As the processor executes the program, the movement of the first body part of the wrist is measured through the first sensor of the array sensor, and the movement of the second body part of the wrist is measured by the array sensor. A wearable device that measures through a sensor and recognizes a user's gesture based on the change data of the electrical resistance measured from the array sensor.
제 1 항에 있어서,
상기 프로세서는 상기 전기 저항의 변화 데이터의 연속된 2개의 값의 절대 차분치를 산출하고, 상기 산출된 절대 차분치에 기초하여 사용자의 손목의 움직임에 따른 제스처를 인식하는 것인 웨어러블 디바이스.
According to claim 1,
The processor calculates an absolute difference value between two consecutive values of the change data of the electrical resistance, and recognizes a gesture according to the movement of the user's wrist based on the calculated absolute difference value.
제 2 항에 있어서,
상기 프로세서는 상기 전기 저항의 변화 데이터로부터 상기 사용자의 손목의 움직임에 따른 근육의 움직임별 피크값을 산출하고, 상기 근육의 움직임별 피크값에 기초하여 사용자의 제스처를 구별하는 것인 웨어러블 디바이스.
According to claim 2,
The processor calculates a peak value for each movement of the muscle according to the movement of the user's wrist from the change data of the electrical resistance, and distinguishes a user's gesture based on the peak value for each movement of the muscle.
제 3 항에 있어서,
상기 프로세서는 상기 산출된 근육의 움직임별 피크값을 SVM(Support Vector Machine)을 이용하여 인식 알고리즘을 학습시키고,
상기 학습된 인식 알고리즘에 상기 전기 저항의 변화 데이터를 입력하여 결과를 출력하며, 상기 출력된 결과에 따라 해당 제스처의 확률을 산출하여 기 설정된 확률 이상을 나타내는 경우 제스처로 인식하는 것인 웨어러블 디바이스.
The method of claim 3,
The processor trains a recognition algorithm to use the SVM (Support Vector Machine) to calculate the calculated peak value for each movement of the muscle,
A wearable device that recognizes the gesture as a gesture when the change data of the electrical resistance is input to the learned recognition algorithm to output a result and calculates a probability of a corresponding gesture according to the output result to indicate a predetermined probability or more.
제 1 항에 있어서,
상기 어레이 센서는 상기 손목의 움직임에 따른 수축 또는 이완시의 틀어짐 정도에 대한 변형이 일어남에 따라 상기 전기 저항의 변화 데이터를 측정하는 것인 웨어러블 디바이스.
According to claim 1,
The wearable device of the array sensor is to measure the change data of the electrical resistance as the deformation of the degree of warp during contraction or relaxation according to the movement of the wrist occurs.
웨어러블 디바이스와 결합 가능한 어레이 센서를 이용한 제스처 인식 방법에 있어서,
상기 어레이 센서를 이용하여 손목의 움직임에 따른 전기 저항의 변화 데이터를 측정하는 단계 및
상기 전기 저항의 변화 데이터에 기초하여 사용자의 제스처를 인식하는 단계를 포함하는 제스처 인식 방법.
In the gesture recognition method using an array sensor that can be combined with a wearable device,
Measuring data of a change in electrical resistance according to the movement of the wrist using the array sensor, and
And recognizing a user's gesture based on the change data of the electrical resistance.
제 6 항에 있어서,
상기 어레이 센서는 플렉서블 상피 촉각 센서 어레이인 것인 제스처 인식 방법.
The method of claim 6,
The array sensor is a flexible epithelial tactile sensor array gesture recognition method.
제 6 항에 있어서,
상기 어레이 센서를 이용하여 손목의 움직임에 따른 전기 저항의 변화 데이터를 측정하는 단계는,
상기 손목의 움직임에 따른 수축 또는 이완시의 틀어짐 정도에 대한 변형이 일어남에 따라 상기 전기 저항의 변화 데이터를 취득하는 것인 제스처 인식 방법.
The method of claim 6,
The step of measuring the change data of the electrical resistance according to the movement of the wrist using the array sensor,
Gesture recognition method for acquiring the change data of the electrical resistance as the deformation of the degree of distortion during contraction or relaxation according to the movement of the wrist occurs.
제 6 항에 있어서,
상기 어레이 센서를 이용하여 손목의 움직임에 따른 전기 저항의 변화 데이터를 측정하는 단계는,
상기 손목의 제 1 신체부위에서의 움직임을 제 1 센서를 통해 측정하는 단계 및
상기 손목의 제 2 신체부위에서의 움직임을 제 2 센서를 통해 측정하는 단계를 포함하는 제스처 인식 방법.
The method of claim 6,
The step of measuring the change data of the electrical resistance according to the movement of the wrist using the array sensor,
Measuring movement of the wrist on a first body part through a first sensor; and
And measuring movement of the wrist on a second body part through a second sensor.
제 6 항에 있어서,
상기 전기 저항의 변화 데이터에 기초하여 사용자의 제스처를 인식하는 단계는,
상기 전기 저항의 변화 데이터의 연속된 2개의 값의 절대 차분치를 산출하는 단계;
상기 산출된 절대 차분치에 기초하여 상기 사용자의 손목의 움직임에 따른 제스처를 인식하는 단계를 포함하는 제스처 인식 방법.
The method of claim 6,
Recognizing a user's gesture based on the change data of the electrical resistance,
Calculating an absolute difference value between two successive values of the electrical resistance change data;
And recognizing a gesture according to the movement of the user's wrist based on the calculated absolute difference value.
제 10 항에 있어서,
상기 산출된 절대 차분치에 기초하여 상기 사용자의 손목의 움직임에 따른 제스처를 인식하는 단계는,
상기 전기 저항의 변화 데이터로부터 상기 사용자의 손목의 움직임에 따른 근육의 움직임별 피크값을 산출하고, 상기 근육의 움직임별 피크값에 기초하여 사용자의 제스처를 구별하는 것인 제스처 인식 방법.
The method of claim 10,
Recognizing a gesture according to the movement of the user's wrist based on the calculated absolute difference value,
The gesture recognition method is to calculate a peak value for each movement of the muscle according to the movement of the user's wrist from the change data of the electrical resistance, and to distinguish a user's gesture based on the peak value for each movement of the muscle.
제 11 항에 있어서,
상기 산출된 근육의 움직임별 피크값을 SVM(Support Vector Machine)을 이용하여 인식 알고리즘을 학습시키는 단계를 더 포함하되,
상기 전기 저항의 변화 데이터에 기초하여 사용자의 제스처를 인식하는 단계는,
상기 학습된 인식 알고리즘에 상기 전기 저항의 변화 데이터를 입력하여 결과를 출력하고, 상기 출력된 결과에 따라 해당 제스처의 확률을 산출하여 기 설정된 확률 이상을 나타내는 경우 제스처로 인식하는 것인 제스처 인식 방법.
The method of claim 11,
Further comprising the step of learning the recognition algorithm using the SVM (Support Vector Machine) for the calculated peak value for each movement of the muscle,
Recognizing a user's gesture based on the change data of the electrical resistance,
The gesture recognition method is to input a change data of the electrical resistance to the learned recognition algorithm to output a result, and to calculate a probability of a corresponding gesture according to the output result to indicate a predetermined probability or more.
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