KR101575112B1 - Sleep Monitoring System using Kinect Sensors - Google Patents

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홍민
이재훈
박두순
민세동
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순천향대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a system for monitoring and analyzing the movement of a person who is sleeping. The system includes a kinect sensor including an infrared sensor, a depth sensor, an audio sensor; a tossing calculation part which recognizes the tossing of the person by using the kinect sensor and measures the tossing; an audio analysis part which analyzes respiration by using the data of the kinect sensor; and a state determining part which determines a state by using the analysis result of the tossing calculation part and the audio analysis part.

Description

키넥트 센서를 이용한 수면 모니터링 시스템{Sleep Monitoring System using Kinect Sensors}[0001] Sleep Monitoring System using Kinect Sensors [

본 발명은 수면을 하고 있는 사람의 움직임을 분석하고 모니터링하기 위한 시스템으로서, 적외선 센서, 깊이 센서, 오디오 센서를 포함하는 키넥트 센서, 상기 키넥트 센서의 데이터를 이용하여 상기 사람의 뒤척임을 인식하고 계산하는 뒤척임 계산부, 상기 키넥트 센서의 데이터를 이용하여 호흡을 분석하는 오디오 분석부 및 상기 뒤척임 계산부와 오디오 분석부의 분석결과를 이용하여 상태를 판정하는 상태 판정부를 포함하는 모니터링 시스템에 대한 것이다.The present invention provides a system for analyzing and monitoring movement of a sleeping person, comprising: a Kinect sensor including an infrared sensor, a depth sensor, and an audio sensor; An audio analysis unit for analyzing breathing using data of the Kinect sensor, and a state determination unit for determining a state using the analysis result of the audio analysis unit and the overturn calculation unit .

사람이 살아가는 동안 깨어서 활동하는 시간은 전체의 2/3이고, 인생의 약 1/3의 시간을 수면으로 보낸다. 신생아의 경우는 하루 24시간 중에 16시간동안 수면을 취하며, 노인의 경우 5 ~ 6시간 동안 수면을 취한다. 이러한 1/3의 시간은 허비해 버리는 시간이 아니고 나머지 2/3의 시간을 보다 유용하게 사용하도록 모든 기능이 정리되고 재충전되는 시간이다. 수면시간은 인간에게 있어서 가장 중요한 휴식 시간이며, 육체적, 정신적 기능들을 재충전하는 시간이다. 이러한 수면의 역할에 대해서는 많은 연구들이 다양한 학설을 주장하고 있다. 하나는 외부 리듬에 체내의 활동과 휴식을 같이 조화시키려 하는 적응 행동으로서의 수면이고, 다른 하나는 자신의 내부 환경에 대응해서 적극적으로 활동을 저하시키는 능동적 생리 기능이다. 특히, 인체가 적정 체온을 유지하기 위해서는 많은 에너지를 필요로 하는데, 수면에 문제가 있을 경우 이러한 에너지 생산 기능에 문제가 발생할 수 있다. 그러므로 체온을 유지하기 위한 필수 조건으로서의 수면은 고차원적인 생기 기능으로 볼 수 있다.It is two-thirds of the total time to wake up and work while a person is alive, and he spends about one-third of his life on the water. In the case of newborn babies, they sleep for 16 hours during 24 hours a day, while for the elderly they sleep for 5 to 6 hours. This 1/3 time is not the time to wastage, but the time when all the functions are organized and recharged to make the remaining 2/3 time more useful. Sleep time is the most important resting time for humans, and it is time to recharge the physical and mental functions. Many studies have suggested various theories about the role of sleep. One is sleeping as an adaptive action to harmonize the activity and relaxation in the external rhythm, and the other is an active physiological function that actively reduces activity in response to the internal environment of the person. In particular, the human body needs a lot of energy in order to maintain an appropriate body temperature. If there is a problem in the sleeping, this energy production function may cause problems. Therefore, sleep as a prerequisite for maintaining body temperature can be seen as a high level of vital function.

저비용의 효율적인 압력, 온도 센서로 실제 수면 매트에 적용하여 수면자의 수면상태를 감지하는 방법과 감지된 데이터로 건강한 수명을 위한 방법을 알려주는 서비스에 대한 요구가 증가하면서 다양한 수면 모니터링 시스템이 개발되었다. 기존의 수면 상태 인식 기술은 사람의 몸무게에 의하여 물체와 사람 사이의 접촉면에 발생하는 압력의 분포를 측정하여 이 값을 이용한 시스템이 주를 이루고 있으나, 이는 연속적인 모니터링 기능이 없고, 고가의 장비 측정이 불편한 단점이 있다.A variety of sleep monitoring systems have been developed with the increasing need for a low-cost, efficient pressure and temperature sensor to apply to actual sleep mats to detect the sleep status of the sleepers and to provide a method for healthy lifetime with sensed data. The existing sleep state recognition technology is based on the system that uses the measured value of the distribution of the pressure generated on the contact surface between the object and the person by the weight of the human being. However, this does not have a continuous monitoring function, This is inconvenient.

본 발명의 배경기술은 대한민국 특허청에 공개특허공보 10-2008-0068483호가 2010.05.03자로 개시되어 있다.
The background art of the present invention is disclosed in the Korean Intellectual Property Office (KIPO) Patent Publication No. 10-2008-0068483 on May 3, 2010.

상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 과제는, 수면을 하고 있는 사람의 움직임을 분석하고 모니터링하기 위해 적외선 센서, 깊이 센서, 오디오 센서를 포함하는 키넥트 센서를 이용하여 수면을 하고 있는 사람의 뒤척임을 인식하여 수면자의 상태를 모니터링하는 시스템을 제공하는 것이다.
Disclosure of Invention Technical Problem [8] In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a sleeping person who is sleeping by using a Kinect sensor including an infrared sensor, a depth sensor, and an audio sensor for analyzing and monitoring a movement of a sleeping person And monitoring the state of the sleeping person.

본 발명의 일실시 예에 따른 수면을 하고 있는 사람의 움직임을 분석하고 모니터링하기 위한 시스템에 있어서, 상기 시스템은 적외선 센서, 깊이 센서, 오디오 센서를 포함하는 키넥트 센서, 상기 키넥트 데이터를 이용하여 상기 사람의 뒤척임을 인식하고 계산하는 뒤척임 계산부, 상기 키넥트 데이터를 이용하여 호흡을 분석하는 오디오 분석부 및 상기 뒤척임 계산부와 오디오 분석부의 분석결과를 이용하여 상태를 판정하는 상태 판정부를 포함하는 모니터링 시스템을 특징으로 한다.
A system for analyzing and monitoring movement of a sleeping person according to an embodiment of the present invention, the system comprising: a Kinect sensor including an infrared sensor, a depth sensor, an audio sensor, An audio analysis unit for analyzing respiration using the Kinect data, and a state determination unit for determining a state using the analysis result of the audio analysis unit and the overturn calculation unit Monitoring system.

본 발명의 일실시 예에 따른 키넥트 센서를 이용한 수면 모니터링 시스템을 이용하여 사람의 수면 패턴과 수면 방해요인을 사람의 무자각 및 무구속에 의해 모니터링 할 수 있다. The sleeping pattern and sleep disturbance factors of a person can be monitored by a person's self-awareness and non-self-awareness using a sleep monitoring system using a Kinect sensor according to an embodiment of the present invention.

도 1은 키넥트 센서를 이용한 수면 모니터링 시스템의 전체 구조도를 도시한 것이다.
도 2는 키넥트 센서를 이용한 수면 분석 화면을 도시한 것이다.1 shows the overall structure of a sleep monitoring system using a Kinect sensor.
2 shows a sleep analysis screen using a Kinect sensor.

기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.The details of other embodiments are included in the detailed description and drawings.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 키넥트 센서를 이용한 수면 모니터링 시스템의 전체 구조도를 나타낸다. 본 발명의 수면 모니터링 시스템(100)은 적외선 센서, 깊이 센서, 오디오 센서를 포함하는 키넥트 센서, 상기 키넥트 센서의 데이터를 이용하여 상기 사람의 뒤척임을 인식하고 계산하는 뒤척임 계산부, 상기 키넥트 센서의 데이터를 이용하여 호흡을 분석하는 오디오 분석부 및 상기 뒤척임 계산부와 오디오 분석부의 분석결과를 이용하여 상태를 판정하는 상태 판정부를 포함하고 있다.1 is a block diagram of a sleep monitoring system using a Kinect sensor according to an embodiment of the present invention. The sleep monitoring system 100 of the present invention includes a Kinect sensor including an infrared sensor, a depth sensor, and an audio sensor, a recalculating unit for recognizing and calculating the person's turnover using data of the Kinect sensor, An audio analyzing unit for analyzing breathing using data of the sensor, and a state determining unit for determining a state using the analysis result of the backtracking calculating unit and the audio analyzing unit.

상기 키넥트 센서(110)의 적외선 센서는 사람의 움직임을 픽셀단위로 제공하고, 깊이 센서는 적외선 프로젝터를 이용한 COMS 센서에 의해 만들어진 반사된 적외선을 통해 깊이 정보를 얻을 수 있다. 또한, 깊이 센서는 최대 640 X 480의 해상도를 가진 32비트 RGB 정보를 얻을 수 있고, 이러한 센서들은 사람의 동작 정보를 1미터안에서 측정할 수 있다. 본 발명의 키넥트 센서는 키넥트 Nui API를 이용하는데 이러한 센서들을 사람의 골격 정보를 탐지 할 수 있고, 마이크로폰 어레이 오디오 센서는 사람의 목소리뿐만 아니라 다른 여러 가지 오디오도 탐지 할 수 있다.The infrared sensor of the Kinect sensor 110 provides human motion in pixel units, and the depth sensor can obtain depth information through reflected infrared rays made by a COMS sensor using an infrared projector. In addition, depth sensors can obtain 32-bit RGB information with resolutions up to 640 X 480, and these sensors can measure human motion information within a meter. The Kinect sensor of the present invention utilizes the Kinect Nui API, which can detect human skeleton information, and the microphone array audio sensor can detect not only human voice but also various other audio.

상기 키넥트 센서로 부터 제공된 데이터들을 이용해서 현재 수면을 취하고 있는 사람의 뒤척임 정도를 계산하여 정상 상태인지 비정상 상태인지를 판단하기 위해서 뒤척임 계산부에서는 깊이 센서로부터 추출되는 사람 관절의 현재 위치 값과 이전 위치의 관절 위치 값의 차이를 합산하여 정규화하여 어느 정도 움직임이 일어났는지 판단할 수 있다. In order to determine whether the current state of the person taking the sleep is calculated by using the data provided from the Kinect sensor and determine whether the state is normal or abnormal, the return calculation unit calculates the current position value of the human joint extracted from the depth sensor, It is possible to determine how much movement has occurred by summing the differences of the joint positions of the positions and normalizing them.

상태 판단부(140)에서는 뒤척임 계산부(120)에서 계산된 사람의 움직임 값에 따라 레벨을 분류한다. 제1레벨에서는 움직임 값이 1 ~ 5의 범위에 있는 경우로 정상 상태임을 의미하고, 제2레벨에서는 움직임 값이 6 ~ 15 인 경우로 수면을 취하고 있는 사람의 움직임이 정상 상태보다 높은 것으로 수면 방해 상태로 판단을 한다. 또한, 계산된 값이 15를 초과하는 경우는 제3레벨로 야맹증과 같이 사람이 수면 중 돌아다니는 상태로 판단한다.The state determination unit 140 classifies the level according to the motion value of the person calculated in the backward calculation unit 120. In the first level, the motion value is in the range of 1 to 5, which means the normal state. In the second level, the motion value is in the range of 6 to 15. The movement of the person taking the sleep is higher than the normal state. State. If the calculated value exceeds 15, it is determined that the person is walking around during sleep such as night blindness at the third level.

본 발명의 오디오 분석부(130)는 사람이 수면을 취하는 중에 나오는 소리를 감지할 수 있는 키넥트 센서(110)의 오디오 센서의 데이터를 분석하는 것으로 오디오의 파형을 이용하여 현재 사람이 코를 고는지 수면 무호흡 상태인지 분석을 한다.The audio analyzer 130 of the present invention analyzes the data of the audio sensor of the Kinect sensor 110 that can detect a sound of a person taking a sleep, Or sleep apnea status.

도 2에 도시된 바와 같이 키넥트 센서를 이용한 수면 분석 화면은 키넥트 센서를 이용하여 수면을 취하는 사람의 깊이 정보를 이용하여 동작 여부를 나타내는 부분과 오디오를 분석한 오디오 파형 그리고 최종적으로 수면을 취하는 사람의 상태를 나타내는 부분을 포함한다.
As shown in FIG. 2, the sleep analyzing screen using the Kinect sensor includes a portion indicating whether an operation is performed using depth information of a person taking a sleep using a Kinect sensor, an audio waveform analyzing the audio, And includes a part indicating a state of a person.

본 발명은 상술한 바람직한 실시예에만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 개량, 변경, 대체 또는 부가하여 실시할 수 있는 것임은 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 이러한 개량, 변경, 대체 또는 부가에 의한 실시가 이하의 첨부된 청구범의 범주에 속하는 것이라면 그 기술사상 역시 본 발명에 속하는 것으로 간주한다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It will be easy to understand. If the practice of such improvement, alteration, substitution or addition is within the scope of the following claims, the technical idea is also deemed to belong to the present invention.

Claims (6)

수면을 하고 있는 사람의 움직임을 분석하고 모니터링하기 위한 시스템에 있어서,
상기 시스템은 적외선 센서, 깊이 센서, 오디오 센서를 포함하는 키넥트;
상기 키넥트의 데이터를 이용하여 상기 사람의 뒤척임을 인식하고 계산하는 뒤척임 계산부;
상기 키넥트의 데이터를 이용하여 호흡을 분석하는 오디오 분석부; 및
상기 뒤척임 계산부와 상기 오디오 분석부의 분석결과를 이용하여 상태를 판정하는 상태 판정부;를 포함하고,
상기 상태 판정부는 상기 사람의 상태가 정상 상태일 때 제1레벨, 비정상 상태일 때는 제2레벨 또는 제3레벨로 판정하고, 상기 제1레벨은 상기 사람의 뒤척임 범위가 1에서 5인 경우이고, 상기 제2레벨은 상기 사람의 뒤척임 범위가 6에서 15인 경우이고, 상기 제3레벨은 상기 사람의 뒤척임 범위가 15를 초과하는 경우 인 것을 특징으로 하는 모니터링 시스템.
A system for analyzing and monitoring movement of a sleeping person, the system comprising:
The system includes a keyboard, including an infrared sensor, a depth sensor, and an audio sensor;
A countermeasure calculation unit for recognizing and calculating the counterattack of the person using the data of the keynote;
An audio analyzer for analyzing breathing using data of the Kinect; And
And a state determination unit that determines a state using the backoff calculation unit and the analysis result of the audio analysis unit,
Wherein the state determination section determines the first level when the human condition is in the normal state and the second level or the third level when the human condition is abnormal and the first level is a case where the man's confrontation range is 1 to 5, Wherein the second level is when the person's firing range is from 6 to 15 and the third level is when the firing range of the person exceeds 15.
삭제delete 삭제delete 청구항 제1항에 있어서, 상기 사람의 뒤척임 범위는 1에서 20 인 것을 특징으로 하는 모니터링 시스템.
The monitoring system of claim 1, wherein the range of the person is between 1 and 20.
삭제delete 청구항 제1항에 있어서, 상기 오디오 분석부는 상기 오디오 센서로부터 입력된 상기 사람의 소리의 파형을 분석하여 코골이와 수면 무호흡 상태를 인식할 수 있는 것을 특징으로 하는 모니터링 시스템.The monitoring system according to claim 1, wherein the audio analyzer analyzes the waveform of the sound of the person inputted from the audio sensor to recognize the snoring and the sleep apnea state.
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