KR101632830B1

KR101632830B1 - 자동차 주행 제어 장치

Info

Publication number: KR101632830B1
Application number: KR1020150025767A
Authority: KR
Inventors: 강중순; 조상진; 오진영
Original assignee: 울산과학대학교 산학협력단
Priority date: 2015-02-24
Filing date: 2015-02-24
Publication date: 2016-06-22

Abstract

본 발명은 자동차 주행 제어 장치에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 주행 제어 장치는 뇌파 측정 장치로부터 사용자의 상기 뇌파 신호를 수신하는 통신부, 상기 뇌파 신호를 디지털 신호로 변환하고, 디지털 신호로 변환된 상기 뇌파 신호를 주파수 영역으로 변환하는 전처리부, 상기 뇌파 신호의 델타파 에너지 변화량을 연산하는 연산부, 상기 델타파 에너지 변화량이 양수인 경우 제어 비트를 1로 설정하고, 상기 델타파 에너지 변화량이 0 또는 음수인 경우 상기 제어 비트를 0으로 설정하며, 복수의 상기 제어 비트를 하나의 제어 신호로 생성하는 제어 신호 생성부, 그리고 상기 제어 신호의 헤더가 기준 신호와 일치할 경우 상기 제어 신호에서 상기 헤더 이후의 제어 비트들을 명령 신호로 인식하고 상기 명령 신호에 대응하는 주행 제어 신호를 생성하는 제어부를 포함하며, 상기 통신부는, 상기 주행 제어 신호를 상기 자동차로 전송한다.
이와 같이 본 발명에 의하면, 자동차 주행 제어 장치를 이용함으로써, 눈 깜박임만으로 차량을 조작할 수 있으므로 신체 장애인이 차량의 각종 조작 장치를 조작하지 않고도 자신의 의지대로 자동차를 운전할 수 있다.

Description

자동차 주행 제어 장치{Apparatus for Controlling Driving of Vehicle}

본 발명은 자동차 주행 제어 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 사용자의 눈 깜박임에 의한 뇌파를 이용하여 자동차의 주행을 제어하는 자동차 주행 제어 장치에 관한 것이다.

뇌-기계 인터페이스(BMI, Brain-Machine-Interface) 기술은 뇌와 외부 기계를 연결하여 뇌파와 같은 뇌의 활동을 이용하여 외부의 기기를 제어하는 기술을 의미한다.

BMI 기술은 신체를 사용하지 않고 원하는 동작을 기계로 수행할 수 있어 신체기능을 보조하거나 대체할 수 있으며, 의료, 재활, 헬스 케어 등의 분야에 적용될 수 있다. 또한 BMI 기술을 이용하면 다른 일을 수행하면서 기기를 조작할 수 있어 편의성을 제고할 수 있으며, IT 기기, 자전거, 자동차 등에 적용 가능하다.

그리고 BMI 기술은 게임, 영화 등의 집중력과 몰입도를 제고할 수 있어 엔터테인먼트 분야에도 적용 가능하며, 대화보다 정확한 명령을 전달하고 통제할 수 있어 국방, 훈련, 교육 분야에도 적용할 수 있다.

BMI 기술의 핵심은 뇌의 신호를 최대한 정확히 측정하고, 측정한 신호를 정확히 분석하는 것이며, 최근에는 뇌전도(EEG) 해석 기술의 발전으로 사용자의 뇌파를 분석하여 사용자의 의도를 파악할 수 있고, 이를 이용하여 효율적이고 정확하게 기계를 제어할 수 있게 되었다.

BMI 기술에 사용하기 위한 뇌의 신호는 뇌자도, fMRI, 뇌전도 등의 방법을 이용하여 검출할 수 있다. 뇌자도(MEG, Magneto encephalo graphy)는 뇌의 활동에 의해 생기는 미세한 생체 자기의 변화를 검출하기 위해 초전도 상태의 코일을 이용하므로, 주변의 전자기기로부터 일어나는 자기장 변화를 완전히 차단해야 하는 불편함이 있다. 그리고 뇌의 혈류 변화를 측정하는 기능적 자기공명영상(fMRI, functional Magnetic Resonanace Imaging)는 고가의 기계를 필요로 하며, 기계가 자기장 펄스를 지속적으로 발생시키는 과정에서 소음이 발생한다.

반면, 뇌전도(EEG, Electro Encephalo Graphy)는 두피에 전극을 부착하는 간단한 방법을 통하여 뇌파를 측정할 수 있으며, BMI 기술에는 주로 EEG를 적용한다. 여기서, EEG는 뇌의 활동으로 인해 발생하는 전기적 활동을 머리 표면에 부착하거나 머리에 삽입한 전극으로 측정한 전기적 신호를 의미한다. 즉, 뇌파에 반영된 전기적 신호를 측정한 것이다.

EEG는 신경세포(neurons)와 교세포(glia cell), 혈뇌장벽(blood brain barrier)에 의해 형성되며, 파형이 매우 복잡하다. 따라서 뇌전도(EEG)를 분석하기 위해서는 뇌파를 특정 주파수로 진동하는 단순한 파형들의 선형결합으로 이해하고, 그 단순 파형들을 분해하여 분석하는 방법을 이용한다. 이러한 단순 파동은 그 주파수에 따라 δ(델타)파(0.50-4Hz), θ(쎄타)파(4-7Hz), α(알파)파(8-12Hz), β(베타)파(12-30Hz), γ(감마)파(30-Hz)로 구분된다.

여러 종류의 뇌파 중에서 델타파는 주로 정상인의 깊은 수면 시나 신생아에게서 두드러지게 나타난다. 눈의 움직임이나 몸의 움직임에 의해 발생하는 잡음의 주파수 영역이 델타파 주파수 영역과 거의 일치하므로 뇌파 측정 시 눈을 깜박이거나 몸을 심하게 움직이면 델타파가 두드러지게 나타날 수 있다. 따라서 보통 장시간 뇌파 측정 실험을 할 경우 눈의 움직임과 몸의 움직임이 필수적으로 발생하므로 일반적으로 뇌파 분석 시 델타파의 에너지 증감은 분석요소로 고려하지 않는다.

그러나 눈을 깜박일 때 EEG 상에서 피크가 발생하는 특징을 이용하면 델타파를 이용한 BMI 기술의 구현이 가능하다. 또한 피크가 발생하는 특징과 더불어 집중 시에 발생하는 특정 뇌파의 변화를 이용하면 더 정확한 BMI 기술을 구현할 수 있다.

본 발명의 배경이 되는 기술은 한국등록특허 제10-0397374호(2003.09.13 공고)에 개시되어 있다.

본 발명은 자동차 주행 제어 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 사용자의 눈 깜박임에 의한 뇌파를 이용하여 자동차의 주행을 제어하는 자동차 주행 제어 장치를 제공하는데 목적이 있다.

이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시예에 따른 사용자의 눈 깜박임에 의한 뇌파 신호를 이용하여 자동차의 주행을 제어하는 자동차 주행 제어 장치는 뇌파 측정 장치로부터 사용자의 상기 뇌파 신호를 수신하는 통신부, 상기 뇌파 신호를 디지털 신호로 변환하고, 디지털 신호로 변환된 상기 뇌파 신호를 주파수 영역으로 변환하는 전처리부, 상기 뇌파 신호의 델타파 에너지 변화량을 연산하는 연산부, 상기 델타파 에너지 변화량이 양수인 경우 제어 비트를 1로 설정하고, 상기 델타파 에너지 변화량이 0 또는 음수인 경우 상기 제어 비트를 0으로 설정하며, 복수의 상기 제어 비트를 하나의 제어 신호로 생성하는 제어 신호 생성부, 그리고 상기 제어 신호의 헤더가 기준 신호와 일치할 경우 상기 제어 신호에서 상기 헤더 이후의 제어 비트들을 명령 신호로 인식하고 상기 명령 신호에 대응하는 주행 제어 신호를 생성하는 제어부를 포함하며, 상기 통신부는, 상기 주행 제어 신호를 상기 자동차로 전송한다.

또한, 상기 주행 제어 신호는, 가속, 감속, 좌회전, 우회전, 방향 고정 및 정지 중에서 적어도 하나를 수행하도록 상기 자동차의 주행 방법을 제어하는 신호일 수 있다.

또한, 상기 연산부는, 상기 뇌파 신호의 베타파 에너지 변화량 및 알파파 에너지 변화량을 연산하고, 상기 제어 신호 생성부는, 상기 델타파 에너지 변화량 및 상기 베타파 에너지 변화량이 양수이고, 상기 알파파 에너지 변화량이 음수인 경우, 상기 제어 비트를 1로 설정할 수 있다.

또한, 상기 제어부는, 상기 제어 신호의 헤더가 기준 신호와 일치하지 않을 경우, 상기 자동차가 기존의 주행 상태를 유지하도록 하는 상기 주행 제어 신호를 생성할 수 있다.

또한, 상기 전처리부는, 수신된 상기 뇌파 신호를 증폭시키고, 증폭된 상기 뇌파 신호를 필터링하며, 상기 뇌파 신호에 포함된 노이즈를 제거할 수 있다.

따라서 본 발명에 따르면 자동차 주행 제어 장치를 이용함으로써, 눈 깜박임만으로 차량을 조작할 수 있으므로 신체 장애인이 차량의 각종 조작 장치를 조작하지 않고도 자신의 의지대로 자동차를 운전할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 뇌파를 이용한 자동차 주행 제어 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 뇌파 측정 장치의 10-20 국제 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자동차 주행 제어 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전처리부의 주파수 영역 변환을 설명하기 위한 도면이다.

그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 뇌파를 이용한 자동차 주행 제어 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.

도 1에 나타낸 것처럼, 뇌파를 이용한 자동차 주행 제어 시스템은 뇌파 측정 장치(100), 자동차 주행 제어 장치(200) 및 제어의 대상이 되는 자동차(300)를 포함한다.

먼저, 뇌파 측정 장치(100)는 뇌파 측정 센서를 이용하여 사용자의 뇌파를 측정하고, 측정된 뇌파 신호를 자동차 주행 제어 장치(200)로 전송한다. 이때, 뇌파 측정 장치(100)는 측정된 뇌파 신호를 실시간으로 자동차 주행 제어 장치(200)에 전송할 수 있다.

그리고 뇌파 측정 장치(100)는 헤어 밴드 형태, 모자 형태, 헤드셋 형태 등의 액세서리 형태로 구현될 수 있으며, 사람의 두피에 접촉되어 사용자의 뇌파를 측정한다.

뇌는 각 부위별로 역할이 다르므로 뇌파도 각 부위마다 나타나는 경향에도 차이가 있다. 따라서 뇌파 측정 장치(100)는 보통 20개에서 256개 정도의 전극(센서)을 사용자의 머리에 부착한다. 이때, 머리에 부착하는 전극 즉 채널의 수가 많을수록 뇌의 여러 부위를 동시에 비교하기 유리하다.

일반적으로 뇌파 측정은 1985년 Jasper가 제안한 전극 부착위치에 근거하여 만들어진 10-20 국제 시스템(International 10-20 System)을 사용하여 몽타주로 전극의 위치를 파악하고 신호를 측정할 수 있다. 10-20 국제 시스템은 전극의 위치와 대뇌피질의 하부 영역 사이의 관계에 기초를 두고 있다.

도 2는 뇌파 측정 장치의 10-20 국제 시스템을 설명하기 위한 도면이다.

도 2에 나타낸 것처럼, 보통 머리덮개상에 19개의 전극을 배치하고, 좌우 귓불에 2개의 전극을 부착하여 총 21개의 전극을 사용한다. 이때, 뇌의 전기 활동을 전위차로 나타내기 위해서는 전극간 거리를 3~4cm 이상 떼어 배치하며, 전극간의 전위차는 전극거리에 따라 변화하므로 각각의 전극간 간격은 일정하도록 전극을 배치한다.

10-20 국제 시스템의 전극 배치 순서는 Nasion, Inion, 양측귀의 4점을 기준으로 하여 비근과 후두근을 지나가는 정중선을 긋고 그 중심을 Cz이라 하고, Cz을 통해 좌측귀 및 우측귀를 연결하는 선을 각각 10％와 20％로 분할한다. 그리고 Cz을 중심으로 각 분할점을 통하는 동심원을 긋는다.

4개의 기준점을 통과하는 동심원의 길이를 측정하고 좌우 각각에 대해 비근과 후두근간의 길이를 10％와 20％로 분할하며, 설정된 기준점과 동심원을 이용하여 전극의 위치가 정해진다. 단, F3와 P3는 각각 F7, Fz, Fp1, C3 및 C3, O1, T5, Pz의 중간점이고 우측도 동일하게 F4와 P4의 위치가 정해진다.

또한 도 2와 같이, 10-20 국제 시스템의 영문자는 각각 이마부(Frontal), 중심부(Cental), 마루부(Parietal), 관자부(Temporal), 뒤통수부(Occipital)를 의미하고, Fp는 이마극 (Frontopolar)을 의미한다. 또한 숫자 사용법은 공통적으로 좌측은 홀수, 우측은 짝수, 정중부는 Z(Zero) 기호를 부여한다.

그리고 도 2에 나타낸 것처럼, A1, A2는 양 귓불에 해당하는 부분이며, Nasion 밑의 Fp1, Fp2를 포함하는 부분은 성격, 생각, 기억력, 정서 등을 조절하는 전두엽에 해당하는 부분이다. 그리고 T3와 T4는 청력과 언어를 담당하는 측두엽 부분이고, P3 및 P4는 감각과 운동에 관여하는 두정엽 부분이며, O1 및 O2 부분은 시력에 관계된 후두엽 부분이다.

또한 뇌파 측정 장치(100)는 이마와 귓불의 전위차를 측정하여 포괄적인 뇌파를 측정할 수도 있다. 그리고 뇌파 측정 장치(100)는 뇌파계의 표준 측정 조건인 50μV/ 5mm 또는 50μV/ 7mm의 감도로, 저영역 차단 필터의 시정수는 0.3초로 설정하고, 고영역 차단 필터(120Hz)는 Off인 상태에서 30mm/sec의 속도로 기록하며 뇌파를 측정할 수 있다.

다음으로 자동차 주행 제어 장치(200)는 뇌파 측정 장치(100)로부터 측정된 뇌파 신호를 수신한다. 그리고 자동차 주행 제어 장치(200)는 뇌파 측정 장치(100)로부터 수신한 뇌파 신호를 분석하여 해당 뇌파 신호가 사용자가 자동차(300)를 제어하기 위하여 의도한 신호인지를 판단한다. 해당 뇌파 신호가 사용자가 의도한 신호로 판단된 경우, 자동차 주행 제어 장치(200)는 명령 신호에 대응하는 주행 제어 신호를 생성하여 자동차(300)로 전송한다.

자동차 주행 제어 장치(200)는 뇌파 측정 장치(100) 및 자동차(300)와 유선 또는 무선으로 연결되며, 특히 블루투스(Bluetooth)로 연결될 수 있다.

마지막으로 자동차(300)는 자동차 주행 제어 장치(200)로부터 주행 제어 신호를 수신하고 수신된 주행 제어 신호에 대응되는 주행 방법으로 주행한다. 즉, 자동차(300)는 수신된 주행 제어 신호에 의하여 가속, 감속, 좌회전, 우회전, 방향 고정 또는 정지한다.

이하에서는 도 3 및 도 4를 통하여 본 발명의 실시예에 따른 자동차 주행 제어 장치에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자동차 주행 제어 장치의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전처리부의 주파수 영역 변환을 설명하기 위한 도면이다.

도 3에 나타낸 것처럼, 자동차 주행 제어 장치(200)는 통신부(210), 전처리부(220), 연산부(230), 제어 신호 생성부(240) 및 제어부(250)를 포함한다.

먼저, 통신부(210)는 뇌파 측정 장치(100)로부터 사용자의 뇌파 신호를 수신한다. 이때, 통신부(210)는 유선 통신, 또는 블루투스, 3G, LTE, 와이파이(Wi-Fi) 등의 무선통신을 이용하여 뇌파 신호를 수신할 수 있다.

통신부(210)가 수신한 뇌파 신호는 아날로그 형태이며, 주변 노이즈, 원치 않는 뇌의 활동, 근육의 긴장 등으로 인하여 뇌파 신호 측정 도중 이동 현상이 발생되어 있다. 그리고 통신부(210)가 뇌파 측정 장치(100)로부터 수신한 뇌파 신호는 다양한 요인으로 인하여 잡음이 유입되어 있다.

또한 통신부(210)는 제어부(250)가 생성한 주행 제어 신호를 주행 제어 대상이 되는 자동차(300)로 전송한다. 통신부(210)는 유선 통신, 또는 블루투스, 3G, LTE, 와이파이(Wi-Fi) 등의 무선통신을 이용하여 주행 제어 신호를 자동차(300)로 전송할 수 있다.

그리고 전처리부(220)는 신호 증폭기, 필터, 아날로그-디지털 변환기(ADC, analog-digital converter), 파워 스펙트럼(Power Spectrum)을 포함할 수 있으며, 수신된 뇌파 신호를 증폭시키고, 증폭된 뇌파 신호를 필터링하며, 뇌파 신호에 포함된 노이즈를 제거한다. 또한 전처리부(220)는 뇌파 신호를 디지털 신호로 변환하고, 디지털 신호로 변환된 뇌파 신호를 주파수 영역으로 변환한다.

또한 전처리부(220)는 채널마다 제로 레벨이 달라지는 현상인 기저선을 보정(Baseline Correction) 할 수 있다. 채널 별로 기저선의 평균값을 빼주는 Constant trend 또는 선형 함수로 근사하여 선형 함수 값을 빼주는 Linear trend를 수행할 수 있다.

그리고 전처리부(220)는 각종 필터를 이용하여 필터링을 수행할 수 있다. 이때, 전처리부(220)는 수신된 뇌파 신호 중에서 30Hz까지의 신호만 획득하기 위하여 필터링을 수행할 수 있다.

전처리부(220)는 일반적으로 대역통과 필터(BPF, band-pass filter)를 사용하며, FIR(finite impulse response)필터를 사용하여 저대역 통과필터(low-pass filter, LPF)와 고대역 통과필터(high-pass filter, HPF)를 동시에 구현하여 대역통과 필터(BPF)처럼 사용할 수도 있다. 이때, 저대역 통과필터의 차단주파수는 30Hz, 고대역 통과필터의 차단주파수는 0.5Hz를 사용하면 감마파(30~50Hz)를 제외한 나머지 뇌파를 취득할 수 있다.

또한 전처리부(220)는 뇌파 측정 시 유입된 각종 잡음을 제거(Artifact Removal)한다. 뇌파 측정 장치(100)가 뇌파 신호를 측정할 때, 사용자의 호흡이나 근육의 움직임, 전원, 각종 케이블이나 전극에 의하여 잡음이 발생하며, 뇌파 신호를 해석하기 전에 뇌파 신호에 포함된 잡음을 제거하여야 정확한 뇌파 분석을 할 수 있다.

그리고 전처리부(220)는 뇌파 신호를 분할(Segmentation) 및 평균화(Averaging) 할 수 있다. 분할은 자극 또는 반응에 대하여 일정 구간으로 뇌파 신호를 나누는 것을 의미하고, 평균화는 특정한 자극의 종류에 대하여 평균을 구하는 것을 의미한다. 전처리부(220)는 분할 및 평균화 과정을 수행하여 시간의 흐름에 따른 뇌파 신호의 일반적인 변화 패턴을 관측할 수 있다.

또한, 전처리부(220)는 아날로그 형태의 뇌파 신호를 아날로그-디지털 변환기를 이용하여 디지털 형태로 변환하고, 파워 스펙트럼을 이용하여 주파수 영역으로 변환한다.

도 4와 같이, 전처리부(220)는 시간 영역(Time Series)의 뇌파 신호를 주파수 영역(Power Spectrum)으로 변환한다. 뇌파 측정 장치(100)가 측정한 뇌파 신호는 시간 영역에서 측정된 것이며, 뇌파 신호를 분석하기 위하여 시간 영역의 뇌파 신호를 주파수 영역으로 변환한다. 이때, 파워 스펙트럼을 사용하여 주파수 영역으로 변환할 수 있다.

시간 영역에서는 뇌파 신호에 포함된 뇌파의 종류와 크기를 알 수 없으나 주파수 영역에서는 주파수 별로 뇌파의 종류와 상대적인 크기를 확인할 수 있으며, 도 4에서 알파파가 다른 뇌파 보다 활성화 되어 있다는 것을 알 수 있다.

다음으로 연산부(230)는 전처리된 뇌파 신호의 델타파 에너지 변화량을 연산한다. 연산부(230)는 사용자가 눈을 깜박일 때 활성화되는 델타파의 에너지 변화량을 연산함으로써 사용자가 해당 시점에 눈을 깜박였는지 여부를 판단할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 자동차 주행 제어 장치(200)는 사용자의 눈 깜박임에 의하여 변화한 뇌파 신호를 자동차(300)를 제어하기 위한 제어 명령으로 인식하고, 해당 뇌파 신호에 대응되는 주행 제어 신호를 생성하여 자동차(300)를 제어한다.

이때, 자동차 주행 제어 장치(200)는 사용자가 눈을 깜박일 때 뇌파 신호 중에서 델타파의 에너지가 증가하는 현상을 이용하여, 측정된 델타파의 에너지가 증가하면 사용자가 눈을 깜박임으로써 제어 명령을 입력한 것으로 판단하고, 해당 제어 명령을 해석하여 해당 제어 명령에 대응하는 주행 제어 신호를 생성하여 자동차로 전송한다.

또한 자동차 제어 장치(200)는 노이즈 또는 사용자의 졸음으로 인하여 델타파가 증가한 경우와 사용자가 눈을 깜박임으로써 델타파가 증가한 경우를 구분하기 위하여 베타파 및 알파파의 에너지 변화량을 추가적으로 이용하여 사용자의 눈 깜박임 여부를 판단할 수도 있다. 이러한 경우, 연산부(230)는 뇌파 신호의 베타파 에너지 변화량 및 알파파 에너지 변화량을 더 연산하여 델타파의 에너지 변화량으로만 사용자의 눈 깜박임 여부를 판단하는 것보다 신뢰도를 높일 수 있다.

그리고 제어 신호 생성부(240)는 델타파 에너지 변화량이 양수인 경우, 즉 델타파가 더 활성화 된 경우 제어 비트를 1로 설정한다. 반면, 델타파 에너지 변화량이 0 또는 음수인 경우 제어 비트를 0으로 설정한다.

또한 제어 신호 생성부(240)는 복수의 제어 비트를 하나의 제어 신호로 생성한다. 이때, 제어 신호 생성부(240)는 10개의 제어 비트를 하나의 제어 신호로 생성할 수 있다.

그리고 연산부(230)가 베타파 및 알파파의 에너지 변화량을 더 연산한 경우, 제어 신호 생성부(240)는 델타파의 에너지 변화량 및 베타파의 에너지 변화량이 양수이고, 알파파의 에너지 변화량이 음수인 경우, 제어 비트를 1로 설정한다. 또한 제어 신호 생성부(240)는 복수의 제어 비트(ex. 10bit)를 하나의 제어 신호로 생성한다.

뇌파 측정 장치(100)가 뇌파 신호를 측정할 때 노이즈가 포함되어 델타파의 에너지 변화량이 증가할 수도 있고, 뇌파 신호 측정 시 사용자의 졸음으로 인하여 델타파의 에너지 변화량이 증가할 수도 있다. 따라서 연산부(230)는 사용자가 눈을 깜박여서 델타파의 에너지 변화량이 증가한 것인지 여부를 정확하게 구별하게 위하여 베타파 및 알파파의 에너지 변화량을 추가적으로 이용하여 사용자의 눈 깜박임 여부를 판단한다.

예를 들어, 사용자의 졸음으로 인하여 델타파가 증가한 경우, 베타파의 에너지 증가량은 음수이고, 알파파의 에너지 증가량은 양수로 나타날 수 있다. 이러한 경우를 사용자가 눈을 깜박인 경우와 구별하기 위하여 제어 신호 생성부(240)는 델타파의 에너지 변화량 및 베타파의 에너지 변화량이 양수이고, 알파파의 에너지 변화량이 음수인 경우만 사용자가 눈을 깜박인 것으로 판단하여 제어 비트를 1로 설정한다.

마지막으로 제어부(250)는 제어 신호의 헤더가 기준 신호와 일치할 경우 제어 신호에서 헤더 이후의 제어 비트들을 명령 신호로 인식하고 명령 신호에 대응하는 주행 제어 신호를 생성한다. 여기서 기준 신호는 해당 제어 신호가 사용자가 의도한 신호인지 여부를 구별하는 기준이 되는 신호를 의미하며, 복수의 비트(ex. 5bit)로 구성될 수 있다.

사용자는 기준 신호가 무엇인지 미리 알고 있는 상태이며, 사용자가 자동차(300)의 주행을 제어하고자 할 경우 사용자는 해당 기준 신호에 대응하도록 눈을 깜박이고, 제어하고자 하는 자동차(300)의 주행 방법에 대응되도록 눈을 깜박여서 신호를 입력할 수 있다. 이때, 사용자가 눈을 깜박이는 행동을 통하여 자동차 주행 제어 장치(200)에 입력한 제어 명령은 이후의 신호가 제어를 명령하기 위한 신호임을 알리는 헤더부와 자동차(300)의 주행을 제어하고자 하는 명령부로 구성될 수 있다.

예를 들어 기준 신호가 11100인 경우, 제어부(250)는 해당 제어 신호의 헤더가 11100인지 여부를 판단한다. 판단 결과 헤더가 11100으로 기준 신호와 일치할 경우, 제어부(250)는 제어 신호에서 헤더 이후의 제어 비트들을 명령 신호로 인식하며, 명령 신호에 대응하는 주행 제어 신호를 생성한다. 여기서 주행 제어 신호는 가속, 감속, 좌회전, 우회전, 방향 고정 및 정지 중에서 적어도 하나를 수행하도록 자동차의 주행 방법을 제어하는 신호를 의미한다.

주행 방법	명령 신호
가속	00001
감속	11000
좌회전	01001
우회전	01010
방향고정	10000
멈춤	11111

표 1은 본 발명의 실시예에 따른 주행 방법별 명령 신호를 나타낸 것이다.

사용자는 표 1의 주행 방법 별 명령 신호를 사전에 알고 있으며, 해당 주행 방법으로 자동차(300)를 제어하기 위해서는 해당 명령 신호에 대응되도록 눈을 깜박여야 한다는 것을 기계 학습(Machine Learning)을 통해 훈련할 수 있다.

예를 들어 사용자가 주행 중인 자동차(300)를 가속시키고자 하는 경우, 사용자는 기준 신호인 11100과 가속에 대응하는 명령 신호인 00001을 입력하기 위해서는 연속적으로 세 번 눈을 깜박이고, 여섯 번 눈을 깜박일 시간 동안 개안(open eyes) 상태를 유지한 후, 한 번 더 눈을 깜박여야 한다는 것을 훈련을 통하여 학습할 수 있다.

여기서 한 번 눈을 깜박일 때 소요되는 시간을 0.1초라고 가정하면, 사용자가 0.3초 동안 세 번 눈을 깜박이고, 0.6초 동안 개안 상태를 유지한 후 1초가 되는 순간 한 번 눈을 깜박임으로써 11100 00001의 신호를 입력할 수 있다. 이때, 눈 깜박임에 소요되는 시간은 사용자별로 개인차가 있을 수 있으며, 자동차 주행 제어 장치(200)는 사용자가 기계 학습하는 과정에서 평균적으로 눈 깜박임에 소요되는 시간을 연산하여 사용자별로 개인화된 눈 깜박임 시간을 적용할 수 있다.

이처럼 사용자가 0.3초 동안 세 번 눈을 깜박이고, 0.6초 동안 개안 상태를 유지한 후 1초가 되는 순간 한 번 눈을 깜박인 경우, 연산부(230)는 제어 신호로 11100 00001을 생성한다. 그리고 제어부(250)는 제어 신호의 첫 5비트인 헤더를 기준 신호(11100)와 비교한다. 비교 결과 헤더와 기준 신호가 일치하므로, 제어부(250)는 해당 제어 신호를 사용자가 자동차(300)를 제어하도록 생성한 신호인 명령 신호로 인식하고, 제어 신호에서 헤더 이후의 비트인 00001가 가속을 의미하므로 자동차(300)가 가속하도록 제어하는 주행 제어 신호를 생성한다.

반면, 연산부(230)에서 생성된 제어 신호가 ＂10011 00001＂인 경우, 제어부(250)는 제어 신호의 첫 5비트인 헤더와 기준 신호(11100)가 일치하지 않으므로 해당 제어 신호는 명령 신호가 아닌 것으로 판단한다. 여기서 명령 신호가 아니라는 것은 사용자가 자동차(300)의 제어를 위하여 눈을 깜박인 것이 아니라 실수 또는 무의식적으로 눈을 깜박였다는 것을 의미한다.

설명의 편의상, 제어 신호는 헤더 5bit를 포함하는 10bit의 신호인 것으로 설명하였으나 이에 한정하지 않고, 제어 신호 생성부(240)는 복수의 비트를 갖는 제어 신호를 생성할 수 있으며, 이때 제어 신호는 1bit 이상의 비트로 구성될 수 있다.

제어부(250)는 제어 신호의 헤더가 기준 신호와 일치하지 않을 경우, 해당 제어 신호가 사용자가 자동차(300)의 주행을 제어하기 위하여 의도한 신호가 아니라 오입력된 신호라고 판단한다. 또한 해당 제어 신호는 사용자가 자동차(300)의 주행을 제어하지 않고, 현재의 주행 상태를 유지하도록 하고 싶은 경우이지만 사용자가 눈을 깜박여서 생성된 무의미한 신호일 수 있다.

따라서 제어부(250)는 제어 신호의 헤더가 기준 신호와 일치하지 않을 경우, 자동차(300)를 제어하는 주행 제어 신호를 생성하지 않거나, 자동차(300)가 현재의 주행 상태를 그대로 유지하도록 제어하는 신호를 생성할 수 있다. 그리고 제어부(250)가 생성한 주행 제어 신호는 통신부(210)를 통하여 자동차(300)로 전송되어 해당 자동차(300)의 주행을 제어한다.

설명의 편의상, 제어 신호의 첫 5비트인 헤더를 기준 신호와 비교한 결과 기준 신호와 일치할 경우에만 해당 제어 신호의 헤더 이후의 비트들을 명령 신호로 판단하고, 해당 명령 신호에 대응하는 주행 제어 신호를 생성하는 것으로 설명하였다. 그러나 이에 한정하지 않고, 제어 신호(ex. 10bit) 전체를 명령 신호와 비교하고 해당 명령 신호에 대응하는 주행 제어 신호를 생성할 수도 있다.

이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면 자동차 주행 제어 장치를 이용함으로써, 눈 깜박임만으로 차량을 조작할 수 있으므로 신체 장애인이 차량의 각종 조작 장치를 조작하지 않고도 자신의 의지대로 자동차를 운전할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

100 : 뇌파 측정 장치 200 : 자동차 주행 제어 장치
210 : 통신부 220 : 전처리부
230 : 연산부 240 : 제어 신호 생성부
250 : 제어부 300 : 자동차

Claims

사용자의 눈 깜박임에 의한 뇌파 신호를 이용하여 자동차의 주행을 제어하는 자동차 주행 제어 장치에 있어서,
뇌파 측정 장치로부터 사용자의 상기 뇌파 신호를 수신하는 통신부,
상기 뇌파 신호를 디지털 신호로 변환하고, 디지털 신호로 변환된 상기 뇌파 신호를 주파수 영역으로 변환하는 전처리부,
상기 뇌파 신호의 델타파 에너지 변화량을 연산하는 연산부,
상기 델타파 에너지 변화량이 양수인 경우 제어 비트를 1로 설정하고, 상기 델타파 에너지 변화량이 0 또는 음수인 경우 상기 제어 비트를 0으로 설정하며, 복수의 상기 제어 비트를 하나의 제어 신호로 생성하는 제어 신호 생성부, 그리고
상기 제어 신호의 헤더가 기준 신호와 일치할 경우 상기 제어 신호에서 상기 헤더 이후의 제어 비트들을 명령 신호로 인식하고 상기 명령 신호에 대응하는 주행 제어 신호를 생성하는 제어부를 포함하며,
상기 통신부는,
상기 주행 제어 신호를 상기 자동차로 전송하는 자동차 주행 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 주행 제어 신호는,
가속, 감속, 좌회전, 우회전, 방향 고정 및 정지 중에서 적어도 하나를 수행하도록 상기 자동차의 주행 방법을 제어하는 신호인 자동차 주행 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 연산부는,
상기 뇌파 신호의 베타파 에너지 변화량 및 알파파 에너지 변화량을 연산하고,
상기 제어 신호 생성부는,
상기 델타파 에너지 변화량 및 상기 베타파 에너지 변화량이 양수이고, 상기 알파파 에너지 변화량이 음수인 경우, 상기 제어 비트를 1로 설정하는 자동차 주행 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제어 신호의 헤더가 기준 신호와 일치하지 않을 경우, 상기 자동차가 기존의 주행 상태를 유지하도록 하는 상기 주행 제어 신호를 생성하는 자동차 주행 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 전처리부는,
수신된 상기 뇌파 신호를 증폭시키고, 증폭된 상기 뇌파 신호를 필터링하며, 상기 뇌파 신호에 포함된 노이즈를 제거하는 자동차 주행 제어 장치.