KR100463345B1

KR100463345B1 - 눈의피로도에반응하는디스플레이시스템및디스플레이방법

Info

Publication number: KR100463345B1
Application number: KR1019970039546A
Authority: KR
Inventors: 은 규 오; 상 욱 우; 헌 수 김
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 1997-08-20
Filing date: 1997-08-20
Publication date: 2005-05-19
Also published as: KR19990016853A

Abstract

디스플레이 시스템에서 디스플레이 시스템을 주시하고 있는 사용자의 동공 변화를 촬영하여 눈의 피로도를 분석한 다음 분석된 데이터에 의거하여 디스플레이를 위한 여러 가지 변수를 자동 조절하여 눈의 피로도에 적합한 디스플레이 화면을 제공하도록 한 것으로, 모니터링하는 사용자의 동공 변화를 실시간으로 측정하는 동공 변화 측정수단과, 일정시간 동안 측정된 동공 변화에 대한 N 개의 신호를 소정의 신호로 처리하는 화상 처리수단과, 상기 화상 처리수단을 통해 인가되는 시간에 따른 동공 변화를 설정된 프로그램 데이터에 의거하여 분석한 다음 눈의 피로도를 검출하는 제어수단과, 상기 제어수단의 운용에 대한 전반적인 프로그램 데이터와 눈의 피로도 검출을 위한 기준 데이터가 설정되는 메모리수단 및, 상기 검출되는 눈의 피로도에 따라 디스플레이 변수를 조절하는 변수 조절수단을 포함하며, 모니터링하는 사용자의 동공 변화에 대한 화상을 시간의 변화에 따라 실시간으로 촬영하는 과정과, 상기 촬영된 동공 변화의 화상 데이터를 연산한 다음 완전한 상태의 동공 넓이로 검출하는 과정과, 상기 과정에서 검출된 완전한 상태의 동공 넓이로 부터 소정의 기법을 통해 시계열을 분석하는 과정과, 상기 분석된 시계열의 데이터를 소정의 알고리즘으로 연산하여 피로도를 연산하는 과정과, 상기 연산된 결과에 따라 디스플레이 변수를 조절하여 디스플레이를 드라이브 하는 과정을 포함한다.

Description

눈의 피로도에 반응하는 디스플레이 시스템 및 디스플레이 방법

본 발명은 디스플레이 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 디스플레이 시스템을 주시하고 있는 사용자의 동공 변화를 촬영하여 눈의 피로도를 분석한 다음 분석된 데이터에 의거하여 디스플레이를 위한 여러 가지 변수를 자동 조절하여 눈의 피로도에 적합한 디스플레이 화면을 제공하도록 한 눈의 피로도에 반응하는 디스플레이 시스템 및 디스플레이 방법에 관한 것이다.

일반적으로 현대 사회로 접어 들면서 산업 사회의 문명화와 기술의 고도화로 인하여 사람들은 텔레비젼 시스템이나 컴퓨터 시스템의 모니터, 폐쇄회로를 이용한 감시 디스플레이 장치, 레이다 관측 모니터 시스템등 많은 종류의 디스플레이 장치에 접하게 되었고, 여러 업무의 특성상 디스플레이 장치를 마주하는 시간이 점차 많아지게 되었다.

이로 인하여 디스플레이 장치에서 발생되는 유해 전자파와 디스플레이 화면의 밝기와 주변 환경의 밝기와의 부조화, 칼라 화상의 디스플레이에 의한 순도 등의 각종 영향으로 인하여 사용하는 시간이 장기화 될수록 사용자의 눈의 피로가 가중되어 시력의 저하와 작업 능률의 저하 등을 야기시킨다.

또한, 눈의 피로는 단지 눈에만 국한되지 않고 뇌의 활동과 연관되어 집중력의 감소와 기억력의 감소 및 정신 이상을 초래하게 되는 경우도 발생된다.

상기한 바와 같이 인간의 육체적 활동과 정신적 활동을 저해하는 눈의 피로도를 측정하는 장비가 제시되어 있으나, 이는 눈, 보다 정확하게 말하면 수정체 근육의 조절(Accommodation)을 측정하고, 측정된 데이터를 카오스(Chaos)의 이론으로 분석한 다음 유인(Attractor)의 패턴(Pattern)과 리아푸노프(Lyapunov) 해석(Exponent)의 값으로부터 눈의 피로도를 측정하는 장비이다.

또 하나의 장비로는 의학계 등에서 일찍이 많이 사용되고 있는 것으로 퓨필로메트리(Pupilometry)라는 장비가 있는데, 이는 일반적으로 동공의 변화만을 측정할 수 있는 것이다.

전술한 바와 같은 장비중에서 전자의 장비의 경우는 독립된 고가의 장비로서 디스플레이 시스템과 연결된 것이 아니며, 후자의 장비 역시 눈의 피로도 측정에는 거리가 먼 장비이다.

따라서, 종래에는 눈의 피로도에 따라 디스플레이 시스템의 디스플레이 변수를 조절하는 수단이 제시되어 있지 않아 일상 생활에서 아주 밀접하게 근접되어 있는 모니터 디스플레이 작업에 있어 전술한 바와 같이 인체에 유해한 많은 변수에 그대로 노출되어 있는 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 바와 같은 제반적인 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 그 목적은 디스플레이 시스템을 주시하고 있는 작업자의 동공의 수축 이완에 대한 넓이의 변화를 영상 입력수단을 통해 실시간으로 검출한 다음 시간에 따른 변화의 정도를 소정의 데이터를 통해 분석하고, 분석된 데이터에 의거하여 눈의 피로도를 추정하여 디스플레이를 실행하는 여러가지 변수, 즉 주사선의 방향이나 주사선수, 콘트라스트, 휘도, 전자빔의 방출량 등이 자동으로 조절되어 명암, 밝기, 색상, 색농도, 선명도 등이 눈의 피로도에 따라 자동으로 조절되도록 하여 안정된 디스플레이 화면을 주시할 수 있도록 하며, 동시에 인간의 육체적 정신적 피해를 최소화하도록 한 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 디스플레이 시스템에 있어서, 모니터링하는 사용자의 동공 변화를 실시간으로 측정하는 동공 변화 측정수단과;

일정시간 동안 측정된 동공 변화에 대한 N 개의 신호를 소정의 신호로 처리하는 화상 처리수단과;

상기 화상 처리수단을 통해 인가되는 시간에 따른 동공 변화를 설정된 프로그램 데이터에 의거하여 분석한 다음 눈의 피로도를 검출하는 제어수단과;

상기 제어수단의 운용에 대한 전반적인 프로그램 데이터와 눈의 피로도 검출을 위한 기준 데이터가 설정되는 메모리수단 및;

상기 검출되는 눈의 피로도에 따라 디스플레이 변수를 조절하는 변수 조절수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징은 디스플레이 변수 조절방법에 있어서, 모니터링하는 사용자의 동공 변화에 대한 화상을 시간의 변화에 따라 실시간으로 촬영하는 과정과;

상기 촬영된 동공 변화의 화상 데이터를 연산한 다음 완전한 상태의 동공 넓이로 검출하는 과정과;

상기과정에서 검출된 완전한 상태의 동공 넓이로 부터 소정의 기법을 통해 시계열을 분석하는 과정과;

상기 분석된 시계열의 데이터를 소정의 알고리즘으로 연산하여 피로도를 연산하는 과정과;

상기 연산된 결과에 따라 디스플레이 변수를 조절하여 디스플레이를 드라이브 하는 과정을 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 눈의 피로도에 반응하는 디스플레이 시스템은, 동공 변화 측정장치(10)와, 화상 처리장치(20), 제어장치(30), 메모리장치(40), 변수 조절장치(50) 및 모니터(60)로 이루어지는데, 동공 변화 측정장치(10)는 모니터(60)를 연속적으로 주시하고 있는 사용자의 동공 변화, 즉 동공의 수축 이완에 따른 넓이의 변화를 실시간으로 측정하여 측정되는 데이터를 출력한다.

상기에서, 동공 변화 측정장치(10)는 동공의 변화를 실시간으로 촬영하는 화상 측정 카메라(11)와, 상기 화상 처리장치(20)의 제어를 받으며, 암실이나 실내 조명의 환경에서 모니터(60)를 주시하고 있는 사용자의 동공 넓이 변화 측정을 가능하게 할 수 있도록 미미한 양의 적외선 광을 발산하는 적외선 램프(12)로 이루어진다.

화상 처리장치(20)는 일정시간 동안 측정된 동공 변화에 대한 N개의 데이터를 소정의 프레임 신호로 처리한다.

제어장치(30)는 상기 화상 처리장치(20)에서 인가되는 신호를 설정된 프로그램에 따라 분석하여 동공의 변화를 분석하며, 분석된 데이터를 빠른 퓨리에 변환, 리아푸노프 지수 계산, 프랙탈 차원 계산 등을 통해 분석한 다음 분석된 결과를 토대로 눈의 피로도를 연산하여 눈의 피로도를 최소화하는 디스플레이를 제어한다.

상기 제어장치(30)는 화상 처리장치(20)로 부터 인가되는 동공 넓이 변화에 대한 데이터로부터 눈의 피로도 측정 및 분석과 분석된 데이터에 의거하여 눈의 피로도를 최소화시킬 수 있는 디스플레이 구현에 대한 전반적인 동작을 제어하는 CPU(31)와, 상기 CPU(31)의 제어신호에 따라 전송되는 화상 데이터로부터 완전한 동공의 넓이를 유추하여 계산하는 동공 변화 연산부(32)와, 상기 유추된 동공 넓이의 신호를 상기 CPU(31)의 제어신호에 따라 소정의 프로그램, 예를 들어 빠른 퓨리에 변환, 리아푸노프 지수 계산, 프랙탈 차원 계산으로 분석하여 동공 넓이의 시간에 따른 변화를 검출하는 시계열 분석부(33)와, 상기 CPU(31)의 제어신호에 따라 상기 시계열 분석부(33)에서 분석된 동공 넓이의 시간에 따른 변화로부터 눈의 피로도를 유추 계산하는 연산부(34)로 이루어진다.

상기에서 연산부(34)는 동공 넓이의 변화를 빠른 퓨리에 변환을 통해 검출한 데이터에서 고주파 부분을 로그 스케일(Log Scale)하여 첨부된 도 3과 같이 눈의 피로도에 따른 기울기로 표현하거나 리아푸노프 지수와 프랙탈 차원 등을 토대로 하여 눈의 피로도를 연산한다.

메모리부(40)는 상기 제어부(30)의 운용에 대한 프로그램 데이터가 설정되며, 시간에 따라 변화되는 동공 변화에 대한 데이터를 저장한다.

변수 조절장치(50)는 상기 제어부(40)에서 처리되어 인가되는 신호 따라 눈의 피로도를 최소화하기 위하여 디스플레이를 위한 주사선의 스캐닝 방향이나 주사선의 수, 전자빔의 방출량, 콘트라스트, 휘도 등의 변수를 조절하여 명암, 밝기, 색상, 색농도, 선명도 등을 눈의 피로도에 따라 조절한다.

모니터(60)는 상기 눈의 피로도에 따라 변수가 조절되어 인가되는 신호에 의거하여 인가되는 신호의 디스플레이를 실행하는 모니터(60)로 이루어진다.

전술한 바와 같은 기능을 구비하여 이루어지는 본 발명에서 동공의 변화 검출로부터 눈의 피로도를 측정한 후 디스플레이 조절에 대한 동작을 첨부된 도 2 및 도 3과 함께 설명하면 다음과 같다.

임의의 공간에 위치되어 있는 디스플레이 시스템을 모니터링하게 되면 모니터(60) 주변 소정의 위치에 설치되어 있는 동공 변화 측정장치(10)의 화상 측정 카메라(11)는 모니터(60)를 주시하고 있는 사용자의 동공 변화, 즉 동공의 수축 이완에 대한 넓이의 변화를 실시간으로 촬영하여 촬영된 영상 신호를 화상처리장치(20)측에 인가한다(스텝101).

이때, 동공 변화 측정장치(10)의 적외선 램프(12)는 암실이나 실내 조명의 환경에서 모니터링하는 사용자의 동공 변화를 안정되게 촬영할 수 있도록 하기 위하여 상기 화상 처리장치(20)에서 인가되는 제어신호에 따라 소정 조도의 적외선 광을 발산한다.

상기의 화상 처리장치(20)는 동공 변화 측정장치(10)의 화상 측정 카메라(11)에서 일정시간 동안 인가되는 N 개의 동공 변화에 대한 영상 신호를 소정의 프레임 단위의 신호로 처리한 다음 처리된 신호를 제어장치(30)측에 인가한다.

제어장치(30)의 동공 변화 연산부(32)는 메모리부(40)에 설정된 운용 프로그램에 따라 인가되는 CPU(31)의 제어에 의하여 화상 처리장치(20)에서 인가되는 시간에 따른 동공 변화에 대한 영상 신호를 완전한 동공의 넓이로 유추하여 계산한 다음 계산된 동공 넓이에 대한 데이터를 시계열 분석부(33)측에 인가한다(스텝102).

시계열 분석부(33)는 상기 동공 변화 연산부(32)에서 인가되는 유추 계산된 시간의 변화에 따른 동공 넓이에 대한 데이터를 CPU(31)의 운용 프로그램에 따라 빠른 퓨리에 변환이나, 리아푸노프 지수 계산법, 프랙탈 차원 계산법 등을 통해 분석한 다음 분석된 데이터를 연산부(34)측에 인가한다(스텝103).

연산부(34)는 상기 시계열 분석부(33)의 분석을 통해 인가되는 시간에 따른 동공 변화에 대한 데이터를 설정된 프로그램에 따라 연산하여 눈의 피로도를 유추 연산한 다음 계산된 결과를 변수 조절장치(50)측에 인가한다(스텝104).

일예로 일정시간동안 암실에서 모니터링 작업을 실행시키며 그에 대한 동공의 변화를 촬영하여 본 발명에서 제시하는 동공 변화 연산부(32)와 시계열 분석부(33) 및 연산부(34)를 통해 작업자의 동공 변화를 빠른 퓨리에 변환을 이용한 분석 이후 로그 스케일로 기울기를 검출한 결과 첨부된 도 3에서 알 수 있는 바와 같이 동공의 변화가 매우 불규칙적이며, 기울기의 변화 역시 급속한 상태임의 알 수 있었다.

이에 반하여 모니터링을 실행하지 않는 상태에서 동공의 변화를 촬영하여 본 발명에서 제시하는 동공 변화 연산부(32)와 시계열 분석장치(33) 및 연산부(34)를 통해 빠른 퓨리에 변환을 통한 분석 이후 로그 스케일로 기울기를 검출하면 첨부된 도 3에서 알 수 있는 바와 같이 동공의 변화가 일정하게 유지되며, 기울기의 변화 역시 안정된 상태임을 알 수 있었다.

변수 조절장치(50)는 상기와 같이 로그 스케일로 검출되는 기울기의 변화를 프로그램 데이터와 비교한 다음 기울기의 변화에 해당하는 눈의 피로도를 검출하여 검출된 데이터에 의거하여 디스플레이를 조절하기 위한 각종 변수, 즉 주사선의 스캐닝 방향이나 주사선의 수, 전자빔의 방출량, 콘트라스트, 휘도 등의 변수를 조절하며 조절된 데이터에 의거하여 모니터(60)의 디스플레이 드라이브한다(스텝105).

따라서, 모니터(60)는 디스플레이의 드라이브에 조절에 따라 명암, 밝기, 색상, 색농도 및 선명도등이 사용자의 눈 피로도에 따라 자동으로 조절되어 연속적인 모니터(60)의 주시에 눈의 피로도를 최소화시킨다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 모니터를 주시하는 사용자의 동공 변화를 적외선 카메라를 통해 실시간으로 촬영하여 소정의 방법으로 분석한 다음 분석된 데이터에 의거하여 눈의 피로도를 유추 연산하여 디스플레이의 명암과 밝기, 색상, 색농도 및 선명도를 자동으로 조절하여 눈의 피로도를 최소화함으로써 사용자의 모니터링에 신뢰성을 제공한다.

또한, 본 발명은 모니터링 작업에서 인체에 미치는 정신적 육체적 피로도를 최소화시키므로 작업의 효율성과 능률성을 제공한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 눈의 피로도에 반응하는 디스플레이 시스템의 구성을 보이는 블록도이고,

도 2는 도 1의 본 발명에서 눈의 피로도에 따라 디스플레이의 변수를 조절하기 위한 일 실시예의 흐름도이며,

도 3은 본 발명의 일 실시예로 검출되는 동공의 변화를 빠른 퓨리에 변환을 통해 분석하여 로그 스케일의 기울기로 처리한 결과에 대한 그래프이다.

Claims

디스플레이 시스템에 있어서, 모니터링하는 사용자의 수축 이완되는 동공의 넓이 변화를 화상으로 실시간 측정하는 동공 변화 측정수단;

일정시간 동안 측정된 동공 변화에 대한 신호를 시간 변화에 따른 신호로 처리하는 화상처리수단;

상기 화상 처리수단을 통해 인가되는 시간에 따른 동공 넓이 변화에 대한 신호를 동공 넓이로 유추하여 계산하고 상기 계산된 동공 넓이에 대한 데이터를 시계열 분석하고, 분석된 데이터로부터 소정의 프로그램 데이터를 이용하여 눈의 피로도를 유추 연산하는 제어수단;

상기 제어수단의 운용에 대한 전반적인 프로그램 데이터와 눈의 피로도 검출을 위한 기준 데이터가 설정되는 메모리수단; 및

상기 연산되는 눈의 피로도에 따라 디스플레이 변수를 조절하는 변수 조절수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 눈의 피로도에 반응하는 디스플레이 시스템.
청구항 1에 있어서, 상기 동공 변화 측정수단은 수축 이완되는 상기 동공의 넓이 변화를 화상으로 촬영하는 화상 입력수단과;

상기 화상 촬영이 암실이나 실내 조명의 환경에서 실행될 수 있도록 소정 조도의 적외선 광을 발하는 적외선 광원을 구비하는 것을 특징으로 하는 눈의 피로도에 반응하는 디스플레이 시스템.
청구항 1에 있어서, 상기 화상 처리수단은 일정시간 동안 검출되는 N 개의 동공 변화 정보를 프레임 단위로 처리하는 것을 특징으로 하는 눈의 피로도에 반응하는 디스플레이 시스템.
청구항 1에 있어서, 상기 제어수단은 검출되는 동공 넓이 변화에 대한 데이터로부터 눈의 피로도 측정 및 분석과 분석된 데이터에 의거하여 눈의 피로도를 최소화시킬 수 있는 디스플레이 구현에 대한 전반적인 동작을 제어하는 중앙처리수단과;

상기 중앙처리수단의 제어신호에 따라 전송되는 불안전한 화상 데이터를 완전한 동공의 넓이로 유추하여 계산하는 동공 변화 연산수단과;

상기 유추된 동공 넓이의 신호를 상기 중앙처리수단의 제어신호에 따라 소정의 프로그램으로 시계열 분석하여 시간에 따른 동공 넓이 변화를 검출하는 시계열 분석수단과;

상기 중앙처리수단의 제어신호에 따라 분석된 시간에 따른 동공 넓이의 변화로부터 눈의 피로도를 유추 계산하는 연산수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 눈의 피로도에 반응하는 디스플레이 시스템.
청구항 1에 있어서, 상기 변수 조절수단은 검출되는 눈의 피로도에 따라 주사선의 스캐닝 방향과 주사선의 수를 조절하는 것을 특징으로 하는 눈의 피로도에 반응하는 디스플레이 시스템.
청구항 1에 있어서, 상기 변수 조절수단은 검출되는 눈의 피로도에 따라 전자빔의 방출량을 조절하는 것을 특징으로 하는 눈의 피로도에 반응하는 디스플레이 시스템.
청구항 1에 있어서, 상기 변수 조절수단은 검출되는 눈의 피로도에 따라 콘트라스트를 조절하는 것을 특징으로 하는 눈의 피로도에 반응하는 디스플레이 시스템.
청구항 1에 있어서, 상기 변수 조절수단은 검출되는 눈의 피로도에 따라 휘도를 조절하는 것을 특징으로 하는 눈의 피로도에 반응하는 디스플레이 시스템.
청구항 1에 있어서, 상기 변수 조절수단은 검출되는 눈의 피로도에 따라 색상과 색농도 및 선명도를 조절하는 것을 특징으로 하는 눈의 피로도에 반응하는 디스플레이 시스템.
청구항 2에 있어서, 상기 적외선 광원은 상기 화상 처리수단의 제어에 따라 조도량이 조정되는 것을 특징으로 하는 눈의 피로도에 반응하는 디스플레이 시스템.
청구항 4에 있어서, 상기 시계열 분석수단은 빠른 퓨리에 변환 기법을 사용하여 검출되는 동공 변화를 로그 스케일로 처리하는 것을 특징으로 하는 눈의 피로도에 반응하는 디스플레이 시스템.
청구항 4에 있어서, 상기 시계열 분석수단은 검출되는 동공 변화를 리아푸노프 지수 연산 방법을 이용하여 분석하는 것을 특징으로 하는 눈의 피로도에 반응하는 디스플레이 시스템.
청구항 4에 있어서, 상기 시계열 분석수단은 검출되는 동공 변화를 프랙탈 차원 연산 방법을 사용하여 분석하는 것을 특징으로 하는 눈의 피로도에 반응하는 디스플레이 시스템.
청구항 4에 있어서, 상기에서 연산수단은 동공 변화의 분석이 빠른 퓨리에 변환을 통해 로그 스케일로 분석되는 경우 고주파 부분의 기울기를 기준으로 눈의 피로도를 연산하는 것을 특징으로 하는 눈의 피로도에 반응하는 디스플레이 시스템.
디스플레이 시스템의 디스플레이 변수 조절방법에 있어서, 모니터링하는 사용자의 동공의 수축 이완에 따른 넓이의 변화에 대한 화상을 시간의 변화에 따라 실시간으로 촬영하는 단계;

상기 촬영된 동공 변화에 대한 화상 데이터로부터 완전한 상태의 동공 넓이로 검출하는 단계;

상기 검출된 완전한 상태의 동공 넓이로부터 소정의 기법을 통해 시계열을 분석하는 단계;

상기 분석된 시계열의 데이터를 소정의 알고리즘으로 연산하여 눈의 피로도를 연산하는 단계; 및

상기 연산된 결과에 따라 디스플레이 변수를 조절하여 디스플레이를 조절하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 눈의 피로도에 반응하는 디스플레이 방법.
청구항 15에 있어서, 상기 시계열 분석은 빠른 퓨리에 변환 기법을 통해 고주파의 함수로 분석하는 것을 특징으로 하는 눈의 피로도에 반응하는 디스플레이 방법.
청구항 15에 있어서, 상기 피로도의 연산은 빠른 퓨리에 변환 기법을 통해 동공의 변화가 분석되는 경우 고주파수 부분의 기울기를 기준으로 계산하는 것을 특징으로 하는 눈의 피로도에 반응하는 디스플레이 방법.