KR100310036B1 - 눈의 수직 움직임 추정 방법과 그를 이용한 전자기기의 원격 조절 장치 - Google Patents

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속하는 기술분야

본 발명은 눈의 수직 움직임 추정 방법과 그를 이용한 전자기기의 원격 조절 장치에 관한 것임.

2. 발명이 해결하고자하는 과제

본 발명은 단극성 유도 기반하에 눈의 수직 방향 움직임을 추정하여 보통의 안경테에는 배치될 수 없는 전극 위치의 제한을 극복함으로써 전극과 배선을 매입할 수 있는 눈의 수직 움직임 추정 방법과 그를 이용한 전자기기의 원격 조절 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

3. 발명의 해결방법의 요지

본 발명은, 눈의 움직임에 의해 발생되는 생체 전위를 감지하기 위하여, 사람의 신체에 접촉되도록 안경에 이격되어 부착된 제1 내지 제4 생체전위 감지수단 - 상기 제1 생체전위 감지수단은 사람 얼굴의 오른쪽 옆면에 잘 접촉되도록 오른쪽 안경다리 부분에 부착된 전극이고, 상기 제2 생체전위 감지수단은 사람 얼굴의 왼쪽 옆면에 잘 접촉되도록 왼쪽 안경다리 부분에 부착된 전극이며, 상기 제3 생체전위 감지수단은 사람의 오른쪽 코 부분에 접촉이 잘 되도록 안경의 오른쪽 코 받침에 부착된 전극이고, 상기 제4 생체전위 감지수단은 사람의 왼쪽 코 부분에 접촉이 잘 되도록 안경의 왼쪽 코 받침에 부착된 전극임 - ; 상기 제 1 내지 제 4 생체전위 감지수단에 의해 감지된 생체전위들과 소정의 가중계수를 이용해 단극성 유도에 이용될 기준신호를 발생하기 위한 기준신호 발생수단; 상기 제 1 내지 제 4 생체전위 감지전극에 의해 감지된 생체전위들중 일부의 감지된 생체전위의 양극성을 유도하면서, 상기 기준신호 발생수단에 의해 제공되는 기준신호를 이용하여 그 이외의 감지된 생체전위들의 단극성을 유도하는 신호극성 유도수단; 상기 눈 움직임 구별수단의 출력신호들을 증폭 및 필터링하여 눈 움직임 신호와 눈 깜박임 신호로 분리한 후, 분리된 눈 움직임 신호와 눈 깜박임 신호를 증폭하고, 증폭된 신호들을 디지털 신호로 변환시켜 출력하는 눈 움직임 신호 처리수단; 상기 눈 움직임 신호 처리수단 내 증폭된 신호들에 의해 발생되는 과전류가 사용자의 신체로 흐르는 것을 방지하기 위한 역전류 절연수단; 및 상기 눈 움직임 신호 처리수단에 의해 디지털신호로 변환된 눈의 좌우 움직임에 관한 양극 유도된 파형신호와 눈의 수직 움직임의 추정을 위한 단극 유도 파형신호들을 이용해 눈의 움직임을 추정하고, 추정한 눈의 움직임에 대한 정보를 이용하여 상기 전자기기의 동작을 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 제어수단을 포함한다.

4. 발명의 중요한 용도

본 발명은 컴퓨터와 같은 전자기기를 조절하는데 이용됨.

Description

눈의 수직 움직임 추정 방법과 그를 이용한 전자기기의 원격 조절 장치 {METHOD FOR ESTIMATING AN VERTICAL MOTION OF EYE AND REMOTE CONTROLLING APPARATUS OF ELECTRONIC DEVICE USING IT}

본 발명은 안경테의 피부접촉 부위에 매입된 전극을 통해 감지되는 눈동자의 움직임과 눈의 깜빡임을 이용하여 컴퓨터 등과 같은 전자기기를 원격으로 조절할 수 있는 눈의 수직 움직임 추정 방법과 그를 이용한 전자기기의 원격 조절 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 눈은 동공쪽으로 '+' 전위를 가지고 있어 눈의 움직임에 따라 생체 전위가 유발되는데, 이러한 생체 전위를 측정한 것을 안전도(EOG : electrooculograph)라고 한다.

이와 같은, EOG를 이용한 많은 선행 기술들이 있는데, 그중 대표적인 기술로는 미국특허번호 US5,726,916호와 미국특허공보 US6,360,971호가 있다.

먼저, 상기 미국특허공보 US5,726,916호는 물안경과 같은 구조로된 안경에 전극을 부착시켜, 이 전극들을 통해 단지 눈의 움직음을 측정하기 위한 것이다.

다음, 상기 미국특허공보 US6,360,971호는 사람이 눈의 움직임에 의해 발생되는 EOG 신호들을 사용하는 외부 소자들과 통신할 수 있도록 하거나 상대방과 의사 소통이 가능하도록 하기 위한 것이다.

그러나, 상기한 바와 같은 EOG 신호를 이용한 종래 기술의 경우, 부착형 전극을 사용하거나 안경형이라 하더라도 양극성 유도만을 이용하기 때문에 눈의 상하 움직임을 알기 위하여 눈 전체를 감싸므로써 외관상 거부감이 있고 사용하기에 불편하며, 눈의 시선을 판별해야하기 때문에 컴퓨터를 조작하기에는 분해능이 떨어져 실용화하기 어렵고 별도의 중계프로그램을 필요로 하는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 단극성 유도 기반하에 눈의 수직 방향 움직임을 추정하여 보통의 안경테에는 배치될 수 없는 전극 위치의 제한을 극복함으로써 전극과 배선을 매입할 수 있는 눈의 수직 움직임 추정 방법과 그를 이용한 전자기기의 원격 조절 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.또한, 본 발명은 눈동자의 움직임과 눈의 깜빡임을 이용하여 컴퓨터 등과 같은 전자기기를 원격으로 조절할 수 있는 눈의 수직 움직임 추정 방법과 그를 이용한 전자기기의 원격 조절 장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 눈의 움직임을 이용한 전자기기의 원격 조절 장치의 일실시예 구성도.

도 2는 도 1의 기준신호 발생부의 일실시예 구성도.

도 3은 도 1의 신호극성 유도부의 일실시예 구성도.

도 4는 도 3의 감산기들의 감산값들 중 눈의 방향을 나타내 감산값에 대한 특성도.

도 5는 도 1의 제 1 증폭부와 대역통과 필터링부의 일실시예 구성도.도 6은 본 발명에 따른 눈의 움직임 추정 방법에 대한 일실시예 흐름도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

111 내지 114: 전위 감지 전극 115: 기준전극

120: 기준신호 발생부 130: 신호극성 유도부

140, 162: 제 1 및 제 2 증폭부 150: 대역통과 필터링부

161: 필터링부 163: A/D 변환부

164: 제어부 165: 무선주파수 전송부

166: 역전류 절연부

이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 눈의 움직임을 이용한 전자기기의 원격 조절 장치에 있어서, 눈의 움직임에 의해 발생되는 생체 전위를 감지하기 위하여, 사람의 신체에 접촉되도록 안경에 이격되어 부착된 제1 내지 제4 생체전위 감지수단 - 상기 제1 생체전위 감지수단은 사람 얼굴의 오른쪽 옆면에 잘 접촉되도록 오른쪽 안경다리 부분에 부착된 전극이고, 상기 제2 생체전위 감지수단은 사람 얼굴의 왼쪽 옆면에 잘 접촉되도록 왼쪽 안경다리 부분에 부착된 전극이며, 상기 제3 생체전위 감지수단은 사람의 오른쪽 코 부분에 접촉이 잘 되도록 안경의 오른쪽 코 받침에 부착된 전극이고, 상기 제4 생체전위 감지수단은 사람의 왼쪽 코 부분에 접촉이 잘 되도록 안경의 왼쪽 코 받침에 부착된 전극임 - ; 상기 제 1 내지 제 4 생체전위 감지수단에 의해 감지된 생체전위들과 소정의 가중계수를 이용해 단극성 유도에 이용될 기준신호를 발생하기 위한 기준신호 발생수단; 상기 제 1 내지 제 4 생체전위 감지전극에 의해 감지된 생체전위들중 일부의 감지된 생체전위의 양극성을 유도하면서, 상기 기준신호 발생수단에 의해 제공되는 기준신호를 이용하여 그 이외의 감지된 생체전위들의 단극성을 유도하는 신호극성 유도수단; 상기 눈 움직임 구별수단의 출력신호들을 증폭 및 필터링하여 눈 움직임 신호와 눈 깜박임 신호로 분리한 후, 분리된 눈 움직임 신호와 눈 깜박임 신호를 증폭하고, 증폭된 신호들을 디지털 신호로 변환시켜 출력하는 눈 움직임 신호 처리수단; 상기 눈 움직임 신호 처리수단 내 증폭된 신호들에 의해 발생되는 과전류가 사용자의 신체로 흐르는 것을 방지하기 위한 역전류 절연수단; 및 상기 눈 움직임 신호 처리수단에 의해 디지털신호로 변환된 눈의 좌우 움직임에 관한 양극 유도된 파형신호와 눈의 수직 움직임의 추정을 위한 단극 유도 파형신호들을 이용해 눈의 움직임을 추정하고, 추정한 눈의 움직임에 대한 정보를 이용하여 상기 전자기기의 동작을 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 제어수단을 포함한다.그리고, 본 발명은, 전자기기의 원결 조절 장치에서의 눈의 수직 움직임 추정 방법에 있어서, 상기 전자기기의 모니터상의 보정프로그램 화면 중앙에 정지하여 있는 주시점을 주시한 후, 눈의 움직임을 통해 상기 주시점을 상하 및 좌우 방향으로 움직였다가 다시 중앙으로 정지시켜 단극성으로 유도된 신호들을 저장하는 제 1 단계; 상기 단극성으로 유도되어 저장된 신호들과 소정의 서로 다른 가중계수를 승산한 후, 승산값을 합하여 눈의 수직 방향 움직임을 나타내는 파형신호들을 추정하는 제 2 단계; 상기 추정한 파형신호들을 미분한 후, 미분값을 이용하여 오차함수를 구하는 제 3 단계; 및 상기 구한 오차함수 값이 소정의 최소 오차값보다 작은지 여부에 따라, 상기 소정의 서로 다른 가중계수를 고정시키는 제 4 단계를 포함한다.본 발명은, 일반 사람이 착용하는 보통의 안경모양을 변환시키기지 않으면서 피부와 접촉되는 부위의 안경테 프레임에 전극과 전선들을 매입하고, 이 전극들을 통해 눈의 움직임에 의해 발생되는 생체전위를 감지하고 이 전극들을 통해 눈의 움직임에 의해 발생되는 안전도 신호를 감지하여 눈의 움직임을 추정한 후, 무선주파수 제어신호를 발생시킴으로써, 신체 장애자 등이 컴퓨터와 같은 전자기기를 편리하게 조절할 수 있도록 하고, 또한 단극성 유도(unipolar lead) 기반의 눈의 수직 방향 움직임을 알아내는 알고리즘을 이용하여 전극위치의 제한을 극복하여 보통의 안경테의 범위안에 전극과 배선을 매입하여 기존의 방법에 비해 전극의 탈착과 외관이 개선되며, 시선의 검출이 아닌 특정 눈의 움직임을 검출하는 방식을 이용하여 별도의 중계프로그램 없이 실용가능하며 보정이 용이한 눈의 눈의 수직 움직임 추정 방법과 그를 이용한 전자기기의 원격조절장치를 제공하기 위한 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 눈의 움직임을 이용한 전자기기의 원격 조절 장치의 일실시예 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전자기기의 원격 조절 장치는, 눈의 움직임에 의해 발생되는 생체 전위를 감지하기 위하여, 사람의 신체에 접촉되도록 안경에 이격되어 부착된 생체전위 감지전극(111 내지 114)들과, 사람 신체의 접지전압과 원격 조절 장치의 접지전압을 일치시키기 위하여 안경에 부착된 기준전극(115)과, 상기 생체전위 감지전극(111 내지 114)들에 의해 감지된 생체전위(v1, v2, v3, v4)들과 미리 설정된 가중계수를 이용해 단극성 유도에 이용될 기준파형 Vref를 발생하기 위한 기준신호 발생부(120)와, 상기 생체전위 감지전극(111 내지 114)들에 의해 감지된 생체진위(v1, v2, v3, v4)들중 일부 채널의 감지된 생체전위의 양극을 유도하면서 상기 기준신호 발생부(120)로부터 제공되는 기준파형을 이용하여 그 이외 채널들의 감지된 생체전위의 단극을 유도하는 신호극성 유도부(130)와, 상기 신호극성 유도부(130)에 의해 극성이 결정된 양극성 신호 및 단극성 신호들을 각각 증폭하기 위한 제1 증폭부(140)와, 상기 제1 증폭부(140)를 통해 증폭된 눈 움직임에 대한 신호들 중 고주파 대역인 눈 깜박임 신호와 저주파 대역인 눈 움직임 신호(EOG)를 분리시켜 필터링하여 잡음을 제거하는 대역통과 필터링부(150)와, 상기 대역통과 필터링부(150)에 의해 필터링된 신호들을 다시 필터링하여 전원 잡음을 제거하는 필터링부(161)와, 상기 필터링부(161)에 의해 필터링된 신호들을 각각 증폭하기 위한 다수의 증폭기들로 이루어진 제2 증폭부(162)와, 상기 제2 증폭부(162)에 의해 증폭된 아날로그신호들을 각각 디지털 신호로 변환하기 위한 다수의 A/D 컨버터들로 이루어진 A/D 변환부(163)와, 상기 A/D 변환부(163)에 의해 디지털신호로 변환된 눈의 좌우 움직임에 관한 양극 유도된 파형과 눈의 수직 움직임의 추정을 위한 단극 유도 파형들의 이산화된 값을 미리 설정된 알고리즘(도 6 참조)에 적용하여 눈의 움직임을 추정하고, 추정한 안구 운동에 대한 정보를 이용하여 컴퓨터와 같은 전자기기의 동작을 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 제어부(164)와, 상기 제어부(164)로부터 전달된 직렬 제어신호를 무선주파수 제어신호로 변환시켜 전송하는 무선주파수 전송부(165)를 구비한다.여기서, 단극성 전압은 기준전극에 대한 제1 내지 제4 생체전위 감지전극간의 전위차를, 양극성 전압은 제1 내지 제4 생체전위 감지전극들간의 전위차를 각각 의미한다.

그리고, 본 발명은, 사람의 신체로 과전류가 흐르는 것을 방지하기 위하여, 상기 제1 증폭부(162)와 상기 A/D 변환부(163) 사이에 연결된 역전류 절연부(166)를 구비한다.

여기서, 생체전위 감지전극(111 내지 114)들은 사람의 얼굴에 잘 접촉될수록 생체전위를 잘 감지할 수 있으므로, 이를 위해서 안경에 부착되는 위치를 임의로 이동할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 즉, 사람은 얼굴의 크기 및 형태가 서로 다르므로, 사람의 얼굴에 따라 유동적으로 생체전위 감지전극(111 내지 114)들을 이동시켜 얼굴에 잘 접촉되도록 할 수 있기 때문이다. 이렇게, 생체전위 감지전극(111 내지 114)들의 이동에 의한 파형의 변화는 제어부(164)내의 상기 알고리즘의 수행시 보정되도록 하여 적응성을 높였다.

상기한 바와 같은 구조를 갖는 본 발명의 전자기기의 원격 조절 장치의 구성 및 동작을 하기 도 2 내지 도 6를 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

생체전위 감지전극(111, 112)들은 각각 사람 얼굴의 오른쪽 옆면에 잘 접촉되도록 오른쪽 안경다리 부분과 사람 얼굴의 왼쪽 옆면에 잘 접촉되도록 왼쪽 안경다리 부분에 부착되어, 도 3의 파형 v1 및 v2를 만들고 각각 버퍼링되어 신호극성 유도부(130)에서 눈동자의 좌우 움직임시 발생되는 생체전위를 감지하도록 양극성으로 유도됨과 동시에 기준신호 발생부(120)에 전달된다.

생체전위 감지전극(113, 114)들은 각각 사람의 오른쪽 코 부분에 접촉이 잘되도록 안경의 오른쪽 코 받침과 사람의 왼쪽 코 부분에 접촉이 잘되도록 안경의 왼쪽 코 받침에 부착되어, 도 3의 파형 v3 및 v4를 만들고 각각 버퍼링되어 파형 v2와 함께 신호극성 유도부(130)에서 단극성으로 유도되므로써, 제어부(164)에서 눈동자의 상하 움직임시 발생되는 생체전위를 추정해내는데 이용된다.

한편, 기준전극(115)은 안경다리에서 사람 귀에 걸리는 부분에 부착되어, 사람 신체의 접지전압과 본 발명의 원격 조절 장치의 접지전압을 일치시키는데 이용된다.

여기서, 전극(111 내지 115)들은 금속인 은 Ag판으로 기초적인 모양을 만든 다음 염화은 AgCl을 도금한 것이다.

그리고, 전극(111 내지 115)들에 연결되는 전기적 배선은 안경의 프레임을 따라 쉴드선(shield line)을 매입하고, 또한 안경의 프레임은 금속 재질을 사용하여 본 발명의 원격 조절 장치가 접지되도록 함으로써, 잡음을 최대한 줄일 수 있다.

도 2는 상기 도 1의 기준신호 발생부의 일실시예 구성도로서, 미리 설정된 가중계수 w1과 생체전위 감지전극(111)에 의해 감지된 생체전위 v1을 승산하기 위한 승산기(121)와, 상기 가중계수 w2와 생체전위 감지전극(112)에 의해 감지된 생체전위 v2를 승산하기 위한 승산기(122)와, 상기 가중계수 w3과 생체전위 감지전극(113)에 의해 감지된 생체전위 v3을 승산하기 위한 승산기(123)와, 상기 가중계수 w4와 생체전위 감지전극(114)에 의해 감지된 생체전위 v4를 승산하기 위한 승산기(124)와, 상기 승산기(121 내지 124)들의 승산값을 가산하여 가산한 기준파형 Vref를 출력하는 가산기(125)로 구성된다.

여기서, 가중계수(w1 내지 w4)들은 기준파형 Vref를 결정하는 정보로서 사용자로부터 얻은 데이터를 이용해 시뮬레이션을 실행하여 그 사용자의 상황(즉, 전극들의 위치 및 눈의 움직임)에 따라 실험적으로 계산한 가중치이다. 이러한, 과정을 통해 생성된 기준파형 Vref눈 단극성으로 유도된 도 3의 V2r, V3r 및 V4r을 생성하는 기준이 된다.

도 3은 상기 도 1의 신호극성 유도부의 일실시예 구성도로서, 생체전윈 감지전극(111)에 의해 감지된 생체전위 v1을 버퍼링하기 위한 버퍼(131)와, 생체전위 감지전극(112)에 의해 감지된 생체전위 v2를 버퍼링하기 위한 버퍼(132)와, 생체전위 감지전극(113)에 의해 감지된 생체전위 v3을 버퍼링하기 위한 버퍼(133)와, 생체전위 감지전극(114)에 의해 감지된 생체전위 v4를 버퍼링하기 위한 버퍼(134)와, 기준신호 발생부(120)로부터 전달된 기준파형 Vref를 버퍼링하기 위한 버퍼(135)와, 버퍼(131)를 통해 전달된 생체전위 v1에서 버퍼(134)를 통해 전달된 생체전위 v2를 감산하기 위한 감산기(136)와, 버퍼(132)를 통해 전달된 생체전위 v2에서 버퍼(135)를 통해 전달된 기준파형 Vref를 감산하기 위한 감산기(137)와, 버퍼(133)를 통해 전달된 생체전위 v3에서 버퍼(135)를 통해 전달된 기준파형 Vref를 감산하기 위한 감산기(138)와, 버퍼(134)를 통해 전달된 생체전위 v4에서 버퍼(135)를 통해 전달된 기준파형 Vref를 감산하기 위한 감산기(139)를 포함하여 이루어진다.

감산기(136, 137)들은 눈의 움직임 방향을 쉽게 확인할 수 있도록 하기 위한 것으로서, 감산값 V12는 눈의 좌우 움직임의 추정을 위하여 양극성으로 유도된 파형이고, 감산값 V2r, V3r 및 V4r은 단극성으로 유도된 파형으로서 제어부(164)의 눈의 수직 움직임 성분 검출 알고리즘에 이용된다.

즉, 도 4는 감산기(136, 137)들의 감산값에 대한 특성도이다.

감산기(138)는 눈의 좌우 움직임 크기를 쉽게 확인할 수 있도록 하기 위한 것으로서, 감산값은 눈의 좌우 움직임 크기를 나타내는 신호이다.

감산기(139)는 단극성으로 유도된 파형의 예로서 제어부(164)에서 안구운동의 방향과 상하 안구운동의 크기를 추정해내는데 사용되는 신호이다.

도 5는 상기 도 1의 제 1 증폭부와 대역통과 필터링부의 일실시예 구성도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 감산기(136)의 감산값을 증폭하여 눈의 움직임을 명확히 확인할 수 있도록 하는 증폭기(141)와, 감산기(137)의 감산값을 증폭하여 눈의 움직임을 명확히 확인할 수 있도록 하는 증폭기(142)와, 감산기(138)의 감산값을 증폭하여 눈의 좌우 움직임 크기를 명확히 확인할 수 있도록 하는 증폭기(143)와, 감산기(139)의 감산값을 증폭하여 눈의 상하 움직임 크기를 명확히 확인할 수 있도록 하는 증폭기(144)로 구성된다.

그리고, 상기 도 1의 대역통과 필터링부는, 증폭기(141 내지 144)들의 출력신호를 필터링하여 잡음을 제거하고 0∼15Hz 정도의 저주파 대역인 EOG(즉, 눈의 움직임 신호)를 출력하는 저주파 대역 필터(151)와, 증폭기(144)의 출력신호를 필터링하여 잡음을 제거하고 20∼50Hz 정도의 고주파 대역인 눈깜박임 신호를 출력하는 고주파 대역 필터(152)로 이루어진다.

즉, 눈의 움직임은 눈의 깜박임 동작에 비해 매우 느리게 때문에, 눈의 움직임 감지신호는 0∼15Hz 정도의 저주파 대역을 갖고, 반대로 눈의 깜박임은 매우 빠르기 때문에 20∼50Hz 정도의 고주파 대역을 갖는다.

필터링부(161)는 잡음에 주된 원인이 되는 60Hz의 전원 잡음을 위상동기루프(Phase Locked Loop)와 스위칭화된 커패시터 필터를 이용하여 잡음을 상쇄시킨다.제어부(164)는 신호극성 유도부(130)에 의해 양극성으로 유도된 V12를 이용하여 눈의 좌우 방향 신호를 검출하고, 단극성으로 유도된 V2r, V3r 및 V4r을 종합하여 도 6의 알고리즘을 이용하여 눈의 수직성분을 검출하여 본 발명을 이용한 안경이 눈의 수직한 부분에 접촉이 없어 수직방향 신호가 약한 점을 해결한다.제어부(164)의 핵심부분인 도 6의 알고리즘은 개인에 따라 다른 전극의 위치와 신호의 크기를 보정하는 역할과 눈의 수직성분을 증폭하는 두가지 역할을 하며 그 과정을 다음 도 6에서와 같다.도 6은 본 발명에 따른 눈의 움직임 추정 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.도 6을 참조하면, 먼저 사용자가 본 발명을 이용한 안경을 착용하고 컴퓨터와 모니터상의 보정프로그램 화면 중앙에 정지하여 있는 주시점을 주시한(601) 후, 눈의 움직임을 통해 상기 주시점을 상측 방향으로 움직였다가 다시 중앙으로 정지시키면 단극성으로 유도된 V2r, V3r 및 V4r을 저장하고, 또한 눈의 움직임을 통해 상기 주시점을 하측, 좌측 및 우측 방향으로 움직였다가 다시 중앙으로 정지시키며 단극성으로 유도된 V2r, V3r 및 V4r을 저장한다(602).그리고, 상기 주시점의 상하 및 좌우 움직임에 대한 안구 운동신호인 V2r, V3r 및 V4r에 각각 미리 설정된 가중계수 a2, a3및 a4를 승산한 후, 승산값들을 합하여 눈의 수직 방향 움직임을 나타내는 파형 Vv을 추정한다(603). 이때, Vv를 계산하는 계산식은 다음 [수학식 1]과 같다. Vv = a2*V2r + a3*V3r + a4*V4r 그리고, 상기 [수학식 1]을 이용해 상기 주시점의 상하 및 좌우 움직임에 대하여 추정한 파형 Vv를 미분하여 미분값(dVvu, dVvd, dVvl, dVvr)을 구한다(604).여기서, dVvu와 dVvd는 눈의 수직 방향 움직임중 각각 상기 주시점의 상측과 하측 방향의 움직임 성향을 나타내고, dVvl과 dVvr은 눈의 수평 방향 움직임중 각각 우측과 좌측 방향의 움직임의 성향을 나타낸다.이와 같이, 계산한 미분값 dVvu, dVvd, dVvl 및 dVvr을 이용하여 오차함수 F를 구한다(605). 이때, 오차함수 F를 구하기 위한 계산식은 다음 [수학식 2]와 같다. F = (｜dVvl｜2 + ｜dVvr｜2)/ 상기 [수학식 2]를 통해 계산한 오차함수 F의 값은 안구운동의 수직성분이 강조된 정도를 나타내며, 이렇게 구한 오차함수의 값이 '0'에 가까울수록 강조된 것이므로, 오차함수의 값은 줄어든다. 계산된 오차함수 F의 값이 미리 설정해둔 최소오차보다 작은지를 비교하여(606), 작지 않으면 오차함수의 값이 최소오차보다 커서 최적화가 이루어지지 않은 경우에는 가중계수 a2, a3 및 a4를 오차를 줄이는 방향으로 외란(perturb)시킨(607) 후, Vv를 구하는 과정(603)으로 넘어간다.만일, 오차함수 값이 최소오차보다 작으면, 가중계수 a2, a3 및 a4를 고정시키고(608), 보정과정을 중결한다.전술한 바와 같은 과정을 통하여 구해진 가중계수 a2, a3 및 a4를 이용하여 Vv를 구하면, Vv는 본 발명의 안경의 제약인 수직전극의 부재를 해결하여 안구의 수직방향운동을 나타냄과 동시에, 개인과 착용방법에 따른 전극의 위치 및 신호의 크기 차이를 보정하게 된다.Vv와 V12를 이용하여 눈의 상하 및 좌우 방향의 움직임과 눈의 깜박임을 구별해 내게 된다. 기존 발명들과 같이 눈의 시선을 감지하여 눈의 초점의 위치를 구하는 것이 아니라, 눈의 상하 및 좌우 깜박임의 5가지 움직임을 패턴인식의 과정을 거쳐서 판별하는 것이다.

그리고, 상기 도 1의 제어부(164)는 전술한 바와 같은 과정을 통해 전달된 눈의 움직임 신호를 이용해 눈의 이동방향과 움직임을 판단하고, 판단 결과에 따라 컴퓨터 등과 같은 전자기기를 제어하게 된다.

상기 제어부(164)에 대하여 구체적으로 살펴보면, 전달된 눈 움직임 신호를 디지털 필터링한 후 퍼지(Fuzzy) 로직을 이용한 알고리즘으로 눈의 움직임 방향과 그 방향의 변위의 크기를 계산해 내는데, 이때 각 눈의 이동 방향의 크기는 눈의 변위에 따라 대략 3단계로 나누어서 모니터상에서 이동하게 될 방향과 거리를 결정하게 되고, 이 결정에 따라 컴퓨터 등과 같은 전자기기를 제어하기 위한 제어신호를 출력한다.

그리고, 눈의 깜박임을 상하 전극의 파형으로부터 판별하여 컴퓨터의 마우스 클릭(Click)을 제어하기 위한 신호로 사용하며, 이러한 눈의 깜박임과 상하 움직임 신호의 파형이 유사하므로 이를 구별하기 위하여 퍼지 로직을 이용한다.

이렇게 구별한 눈 움직임 신호를 이용하여 컴퓨터의 마우스를 에뮬레이팅(Emulating)한다.

또한, 윈도우에 공통으로 들어있는 마우스 드라이버를 이용하기 위하여 마우스가 송신하는 신호의 프로토콜을 개인용 컴퓨터로 보낸다. 이 방법의 장점은 안경 무선 마우스가 일반적인 동작 시스템에서 별도의 적응 프로그램 없이도 쓰어질 수 있다는 것이다.

한편, 제어부(164)는 모든 제어정보를 RS232 직렬전송 프로토콜로 무선주파수 전송부(165)로 출력한다.

따라서, 무선주파수 전송부(165)는 제어부(164)로부터 전달된 직렬신호를 무선 주파수(Radio Frequency)로 38400bps 및 9600bps의 비트율로 무선 전송한다. 여기서, 마우스 에뮬레이팅시는 9600bps의 비트율로 무선 전송하고, EOG 파형을 보낼 때는 38400 bps 또는 115200 bps 무선 전송한다.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은, 안경에 부착한 최소의 전극들을 통해 눈동자의 상하 및 좌우 움직임과 눈의 깜빡임을 감지하고 감지한 생체 전위에 따라 컴퓨터와 같은 전자기기를 제어하므로써 다음과 같은 효과들을 얻을 수 있다.

첫째, 사지나 상지가 마디된 장애인들이 본 발명을 컴퓨터의 마우스와 같은 조절 장치로 사용할 수 있어, 편리하게 컴퓨터를 조작할 수 있다.

둘째, 장애인들이 본 발명을 컴퓨터 이외의 텔레비젼 및 전등 등과 같은 전자기기를 편리하게 조절하는 장치로도 이용할 수 있다.

셋째, 가상현실이나 컴퓨터 게임 등에서 눈의 방향을 제어 정보로 이용하여 캐릭터를 조작하거나 화면 배경을 바꾸기 위한 장치 즉, 조이스틱(Joy Stick)으로도 이용할 수 있다.

넷째, 속도법이나 눈의 운동시에 눈의 움직임을 알 수 있으므로 속독이나 눈의 훈련 프로그램 구현시 눈의 위치를 피이드백(feedback)할 수 있다.

다섯째, 운전중에 운전자가 졸게되면 눈의 움직임에 변화가 발생되므로, 이러한 졸음 운전시 변화되는 눈의 움직임을 감지하여 교통사고를 미연에 방지하는데 이용될 수 있다.

여섯째, 본 발명을 통해 감지한 눈 깜박임과 눈동작의 움직임 등을 부호화하여 음성 합성 프로그램에 실행시키면, 농아나 신체장애인으 경우에도 의사 소통이 가능하도록 할 수 있다.

일곱째, 병원에서 안구 운동 검사시 이용되는 EOG의 파형을 얻을 수 있을 뿐만아니라, 시력측정프로그램을 이용하면 피검사자의 시력의 진위여부도 알 수 있다.

여덟째, 비행기 시뮬레이션 등에서 시선의 방향을 피드백하여 보다 사실적인 시뮬레이션이 가능하게 할 수 있다.

아홉째, 영화촬영시 등에 카메라와 연결하면 눈의 움직임대로 현장감있게 촬영할 수 있다.

열째, 착용 가능 컴퓨터의 두부장착화면(HMD : Head Mount Display) 등에 연결하면 머리의 움직임이 자유로운 안전도 인터페이스가 가능한다.

Claims (13)

1. 눈의 움직임을 이용한 전자기기의 원격 조절 장치에 있어서,

   눈의 움직임에 의해 발생되는 생체 전위를 감지하기 위하여, 사람의 신체에 접촉되도록 안경에 이격되어 부착된 제1 내지 제4 생체전위 감지수단 - 상기 제1 생체전위 감지수단은 사람 얼굴의 오른쪽 옆면에 잘 접촉되도록 오른쪽 안경다리 부부에 부착된 전극이고, 상기 제2 생체전위 감지수단은 사람 얼굴의 왼쪽 옆면에 잘 접촉되도록 왼쪽 안경다리 부분에 부착된 전극이며, 상기 제3 생체전위 감지수단은 사람의 오른쪽 코 부분에 접촉이 잘 되도록 안경의 오른쪽 코 받침에 부착된 전극이고, 상기 제4 생체전위 감지수단은 사람의 왼쪽 코 부분에 접촉이 잘 되도록 안경의 왼쪽 코 받침에 부착된 전극임 - ;

   상기 제 1 내지 제 4 생체전위 감지수단에 의해 감지된 생체전위들과 소정의 가중계수를 이용해 단극성 유도에 이용될 기준신호를 발생하기 위한 기준신호 발생수단;

   상기 제 1 내지 제 4 생체전위 감지전극에 의해 감지된 생체전위들중 일부의 감지된 생체전위의 양극성을 유도하면서, 상기 기준신호 발생수단에 의해 제공되는 기준신호를 이용하여 그 이외의 감지된 생체전위들의 단극성을 유도하는 신호극성 유도수단;

   상기 눈 움직임 구별수단의 출력신호들을 증폭 및 필터링하여 눈 움직임 신호와 눈 깜박임 신호로 분리한 후, 분리된 눈 움직임 신호와 눈 깜박임 신호를 증폭하고, 증폭된 신호들을 디지털 신호로 변환시켜 출력하는 눈 움직임 신호 처리수단;

   상기 눈 움직임 신호 처리수단 내 증폭된 신호들에 의해 발생되는 과전류가 사용자의 신체로 흐르는 것을 방지하기 위한 역전류 절연수단; 및

   상기 눈 움직임 신호 처리수단에 의해 디지털신호로 변환된 눈의 좌우 움직임에 관한 양극 유도된 파형신호와 눈의 수직 움직임의 추정을 위한 단극 유도 파형신호들을 이용해 눈의 움직임을 추정하고, 추정한 눈의 움직임에 대한 정보를 이용하여 상기 전자기기의 동작을 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 제어수단

   을 포함하여 이루어진 전자기기의 원격 조절 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   사람 신체의 접지전압과 상기 원격 조절 장치의 접지전압을 일치시키기 위하여 안경에 부착된 기준전극

   을 더 포함하여 이루어진 전자기기의 원격 조절 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 기준신호 발생수단은,

   상기 소정의 제 1 가중계수와 상기 제 1 생체전위 감지수단에 의해 감지된 생체전위를 승산하기 위한 제 1 승산수단;

   상기 소정의 제 2 가중계수와 상기 제 2 생체전위 감지수단에 의해 감지된 생체전위를 승산하기 위한 제 2 승산수단;

   상기 소정의 제 3 가중계수와 상기 제 3 생체전위 감지수단에 의해 감지된 생체전위를 승산하기 위한 제 3 승산수단;

   상기 소정의 제 4 가중계수와 상기 제 4 생체전위 감지수단에 의해 감지된 생체전위를 승산하기 위한 제 4 승산수단; 및

   상기 제 1 내지 제 4 승산수단의 승산값들을 가산하여 가산한 상기 기준신호를 상기 눈 움직임 구별수단으로 출력하는 가산수단

   을 포함하여 이루어진 전자기기의 원격 조절 장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 눈 움직임 구별수단은,

   상기 제 1 생체전위 감지수단에 의해 감지된 제 1 생체전위를 버퍼링하기 위한 제 1 버퍼링수단;

   상기 제 2 생체전위 감지수단에 의해 감지된 제 2 생체전위를 버퍼링하기 위한 제 2 버퍼링수단;

   상기 제 3 생체전위 감지수단에 의해 감지된 제 3 생체전위를 버퍼링하기 위한 제 3 버퍼링수단;

   상기 제 4 생체전위 감지수단에 의해 감지된 제 4 생체전위를 버퍼링하기 위한 제 4 버퍼링수단;

   상기 기준신호를 버퍼링하기 위한 제 5 버퍼링수단;

   상기 제 1 버퍼링수단에 의해 버퍼링된 제 1 생체전위에서 상기 제 2 버퍼링수단에 의해 버퍼링된 제 2 생체전위를 감산하기 위한 제 1 감산수단;

   상기 제 2 버퍼링수단에 의해 버퍼링된 제 2 생체전위에서 상기 제 5 버퍼링수단에 의해 버퍼링된 기준신호를 감산하기 위한 제 2 감산수단;

   상기 제 3 버퍼링수단에 의해 버퍼링된 제 3 생체전위에서 상기 제 5 버퍼링수단에 의해 버퍼링된 기준신호를 감산하기 위한 제 3 감산수단; 및

   상기 제 4 버퍼링수단에 의해 버퍼링된 제 4 생체전위에서 상기 제 5 버퍼링수단에 의해 버퍼링된 기준신호를 감산하기 위한 제 4 감산수단

   을 포함하여 이루어진 전자기기의 원격 조절 장치.
5. 제 8 항에 있어서,

   상기 제 1 및 제 2 감산수단의 감산값은 눈의 움직임 방향을 나타내는 신호이고,

   상기 제 3 감산수단의 감산값은 눈의 좌우 움직임 크기를 나타내는 신호이고,

   상기 제 4 감산수단의 감산값은 눈의 상하 움직임 크기를 나타내는 신호인 것을 특징으로 하는 전자기기의 원격 조절 장치.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 눈 움직임 신호 처리수단은,

   상기 신호극성 유도수단의 출력신호들을 증폭하기 위한 제 1 증폭수단;

   상기 제 1 증폭수단을 통해 증폭된 눈 움직임에 대한 신호들 중 고주파 대역인 눈 깜박임 신호와 저주파 대역인 눈 움직임 신호를 분리시켜 필터링하여 잡음을 제거하는 제 1 필터링수단;

   상기 제 1 필터링수단으로부터 전달된 신호들을 다시 필터링하여 잡음을 제거하는 제 2 필터링수단;

   상기 제 2 필터링수단으로부터 출력된 신호들을 증폭하기 위한 제 2 증폭수단; 및

   상기 제 2 증폭수단으로부터 전달된 아날로그 신호들을 디지털 신호로 변환하기 위한 A/D 변환수단

   을 포함하여 이루어진 전자기기의 원격 조절 장치.
7. 제 1,2,7,8,9,10 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제어수단은,

   상기 눈 움직임 신호 처리수단으로부터 전달되는 눈의 움직임, 이동 방향 및 움직임 크기에 대한 신호들을 입력받아 상기 전자기기의 동작을 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 제어부; 및

   상기 제어부로부터 전달된 직렬 제어신호를 무선주파수 제어신호로 변환시켜 전송하는 무선주파수 전송부

   를 포함하여 이루어진 전자기기의 원격 조절 장치.
8. 제 11 항에 있어서,

   상기 제 1 내지 제 4 생체전위 감지수단은 각각 안경에 고정되어 부착되는 것이 아니고, 부착된 위치를 임의로 이동시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 전자기기의 원격 조절 장치.
9. 전자기기의 원격 조절 장치에서의 눈의 수직 움직임 추정 방법에 있어서,

   상기 전자기기의 모니터상의 보정프로그램 화면 중앙에 정지하여 있는 주시점을 주시한 후, 눈의 움직임을 통해 상기 주시점을 상하 및 좌우 방향으로 움직였다가 다시 중앙으로 정지시켜 단극성으로 유도된 신호들을 저장하는 제1 단계;

   상기 단극성으로 유도되어 저장된 신호들과 소정의 서로 다른 가중계수를 승산한 후, 승산값을 합하여 눈의 수직 방향 움직임을 나타내는 파형신호들을 추정하는 제2 단계;

   상기 추정한 파형신호들을 미분한 후, 미분값을 이용하여 눈의 움직임에 대한 오차함수를 구하는 제3 단계; 및

   상기 구한 오차함수 값이 소정의 최소 오차값보다 작은 지의 여부에 따라 상기 소정의 서로 다른 가중계수를 고정시키는 제4 단계

   를 포함하여 이루어진 눈의 수직 움직임 추정 방법.
10. 제13항에 있어서,

    상기 제1 단계는,

    사용자가 상기 전자기기의 모니터상의 보정프로그램 화면 중앙에 정지하여 있는 주시점을 주시하는 제5 단계; 및

    상기 눈의 움직임을 통해 상기 주시점을 상하 및 좌우 방향으로 움직였다가 다시 중앙으로 정지시켜 단극성으로 유도된 신호들을 저장하는 제6 단계

    를 포함하여 이루어진 눈의 수직 움직임 추정 방법.
11. 제13항에 있어서,

    상기 제2 단계에서,

    상기 눈의 수직 움직임 방향을 나타내는 파형신호들은 각각, 상기 주시점의 상하 및 좌우 움직임에 대한 눈의 수직 방향 움직임을 강조하여 나타낸 것임을 특징으로 하는 눈의 수직 움직임 추정 방법.
12. 제13항에 있어서,

    상기 제3 단계는,

    상기 주시점의 상하 및 좌우 움직임에 대한 눈의 수직 방향 움직임을 강조하여 나타낸 파형신호들을 각각 미분하는 제5 단계; 및

    상기 미분값들을 이용하여 상기 오차함수를 구하는 제6 단계

    를 포함하여 이루어진 눈의 수직 움직임 추정 방법.
13. 제13항 내지 제16항중 어느 한 항에 있어서,

    상기 제4 단계는,

    상기 오차함수 값이 상기 소정의 최소 오차값보다 작은 지를 판단하는 제7 단계;

    상기 제 7 단계에서 상기 오차함수 값이 상기 소정의 최소 오차값보다 작은 것으로 판단되면, 상기 소정의 서로 다른 가중계수들을 고정시키고 눈의 오차 보정을 종료하는 제8 단계; 및

    상기 제7 단계에서 상기 오차함수 값이 상기 소정의 최소 오착값보다 작지 않으면, 상기 소정의 서로 다른 가중계수들을 상기 눈 움직임에 대한 오차를 줄이는 방향으로 외란시킨 후, 상기 제2 단계로 넘어가는 제9 단계

    를 포함하여 이루어진 눈의 수직 움직임 추정 방법.