KR101802780B1

KR101802780B1 - 가속도 센서 기반의 흡연 행동 검출 방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR101802780B1
Application number: KR1020160053304A
Authority: KR
Inventors: 조위덕; 최선탁
Original assignee: 아주대학교 산학협력단
Priority date: 2016-04-29
Filing date: 2016-04-29
Publication date: 2017-11-30
Also published as: KR20170123519A; US20170311845A1

Abstract

가속도 센서 기반의 흡연 행동 검출 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 가속도 센서 기반의 흡연 행동 검출 방법은 사용자 손목에 착용한 3축의 가속도 센서를 이용하여, 상기 사용자 손목의 움직임에 대응하여 상기 사용자 손목에 대해 중력 방향을 기준으로 가해지는 중력 가속도의 변동 값인 손목 가속도 변동 값을 산출하는 단계; 상기 손목 가속도의 변동 값을 중력 방향을 기준으로 상기 사용자 손목까지의 각도를 나타내는 손목 각도의 변동 값인 손목 각도 변동 값으로 변환하는 단계; 흡연 행동에 대응되는 사용자 손목 각도의 변동 값을 모델링한 적어도 하나의 템플릿 신호를 상기 손목 각도 변동 값과 비교하는 단계; 및 상기 비교 결과에 기초하여, 상기 사용자의 흡연 행동을 검출하는 단계를 포함한다.

Description

가속도 센서 기반의 흡연 행동 검출 방법 및 그 장치{Method and Apparatus for detecting smoking behavior based on acceleration sensor}

본 발명의 사용자 행동 검출에 관한 것으로, 특히 사용자 흡연 행동 검출 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

전 사회적으로 웰빙 열풍이 확산되면서, 개인의 건강에 대한 관심도도 높아지고 있다. 특히, 흡연으로 인한 건강 악화를 걱정하는 사람들이 증가하면서 개인의 흡연량을 파악하기 위한 연구가 증가하고 있다.

하지만, 종래에는 개인의 흡연 여부를 검출하기 위하여 다수의 센서를 이용해야하는 문제가 있었고, 단일 센서를 이용하여 개인의 흡연 여부를 검출하는 경우에는 정확도가 떨어지는 문제가 있었다.

따라서, 단일 센서를 이용하면서도 개인의 흡연 여부를 정확히 검출할 수 있는 기술에 대한 필요성이 증가하고 있다.

본 발명과 관련된 선행기술로는 일본공개특허(발명의 명칭: 흡연 추정 장치, 공개번호: 2013-162975, 공개일:2013.08.22)가 있다.

본 발명의 목적은 가속도 센서만을 이용하여 사용자의 흡연 행동을 정확히 검출하는 가속도 센서 기반의 흡연 행동 검출 방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 가속도 센서 기반의 흡연 행동 검출 방법은 사용자 손목에 착용한 3축의 가속도 센서를 이용하여, 상기 사용자 손목의 움직임에 대응하여 상기 사용자 손목에 대해 중력 방향을 기준으로 가해지는 중력 가속도의 변동 값인 손목 가속도 변동 값을 산출하는 단계; 상기 손목 가속도의 변동 값을 중력 방향을 기준으로 상기 사용자 손목까지의 각도를 나타내는 손목 각도의 변동 값인 손목 각도 변동 값으로 변환하는 단계; 흡연 행동에 대응되는 사용자 손목 각도의 변동 값을 모델링한 적어도 하나의 템플릿 신호를 상기 손목 각도 변동 값과 비교하는 단계; 및 상기 비교 결과에 기초하여, 상기 사용자의 흡연 행동을 검출하는 단계를 포함한다.

바람직하게는, 상기 손목 가속도 변동 값을 산출하는 단계는 상기 가속도 센서의 3축인 센서 3축 중에서 한개 축이 지면을 향하도록 위치시킨 초기 상태에서 산출되는 상기 센서 3축 중 한개 축과 중력 방향간의 각도인 초기 각도의 변동에 기초하여 수행될 수 있다.

바람직하게는, 상기 손목 가속도 변동 값을 산출하는 단계는 상기 가속도 센서의 3축인 센서 3축 중에서 한개 축이 지면을 향하도록 위치시킨 초기 상태에서, 상기 3축 각각에 대한 초기 중력 가속도를 측정하는 단계; 상기 측정된 상기 3축 각각에 대한 초기 중력 가속도를 이용하여, 상기 센서 3축 중 한개 축과 중력 방향간의 상기 초기 각도를 산출하는 단계; 상기 산출된 초기 각도를 이용하여, 상기 센서 3축 각각에서 실시간으로 측정되는 중력 가속도를 중력 방향을 기준 축으로 하는 3축인 중력 3축에 대한 중력 가속도인 변환 중력 가속도로 변환하는 단계; 및 상기 사용자 손목의 움직임에 대응하여 변동되는 상기 기준 축에 대응되는 변환 중력 가속도의 변동 값을 상기 손목 가속도 변동 값으로서 산출하는 단계를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 손목 가속도 변동 값을 산출하는 단계는 상기 가속도 센서의 3축인 센서 3축 중에서 한개 축이 지면을 향하도록 위치시킨 초기 상태에서 미리 측정되어 저장된 상기 3축 각각에 대한 초기 중력 가속도를 독출하는 단계; 상기 독출된 상기 3축 각각에 대한 초기 중력 가속도를 이용하여, 상기 센서 3축 중 한개 축과 중력 방향간의 초기 각도를 산출하는 단계; 상기 산출된 초기 각도를 이용하여, 상기 센서 3축 각각에서 실시간으로 측정되는 중력 가속도를 중력 방향을 기준 축으로 하는 3축인 중력 3축에 대한 중력 가속도인 변환 중력 가속도를 산출하는 단계; 및 상기 사용자 손목의 움직임에 대응하여 변동되는 상기 기준 축에 대응되는 변환 중력 가속도의 변동 값을 상기 손목 가속도 변동 값으로서 산출하는 단계를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 손목 가속도의 변동 값을 상기 손목 각도 변동 값으로 변환하는 단계는 상기 손목 가속도의 변동 값을 정규화하여 정규화된 손목 가속도 변동 값을 산출하는 단계; 및 코사인 역함수를 이용하여 상기 정규화된 손목 가속도 변동 값을 상기 손목 각도 변동 값으로 변환하는 단계를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 적어도 하나의 템플릿 신호를 상기 손목 각도 변동 값과 비교하는 단계는 상기 흡연 행동에 대응되는 사용자 손목 각도의 변동 값을 모델링한 제1 템플릿 신호 및 제2 템플릿 신호를 상기 손목 각도 변동 값과 비교하는 단계를 포함하고, 상기 제1 템플릿 신호의 크기는 소정 주기마다 제1 각도 값 또는 제2 각도 값을 번갈아가며 가지도록 설정되고, 상기 제2 템플릿 신호의 크기는 상기 제1 템플릿 신호의 주기와 반대되는 주기마다 상기 제1 각도 값 또는 제2 각도 값을 번갈아가며 가지도록 설정될 수 있다.

바람직하게는, 상기 제1 각도 값 및 제2 각도 값은 45도에서 135도 사이의 값을 가질 수 있다.

바람직하게는, 상기 적어도 하나의 템플릿 신호를 상기 손목 각도 변동 값과 비교하는 단계는 상기 제1 템플릿 신호와 상기 손목 각도 변동 값간의 오차인 제1 오차 신호를 생성하는 단계; 상기 제2 템플릿 신호와 상기 손목 각도 변동 값간의 오차인 제2 오차 신호를 생성하는 단계; 및 상기 제1 오차 신호와 상기 제2 오차 신호간의 오차인 최종 오차 신호를 최종 오차 임계치와 비교하는 단계를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 사용자의 흡연 행동을 검출하는 단계는 상기 최종 오차 신호 중에서 상기 최종 오차 임계치를 초과하는 최종 오차 신호인 유효 최종 오차 신호를 검출하는 단계; 소정 시간 동안 검출된 상기 유효 최종 오차 신호의 갯수를 횟수 임계치와 비교하는 단계; 및 상기 비교 결과에 기초하여, 상기 소정 시간 동안의 상기 사용자의 행동을 흡연 행동으로서 검출하는 단계를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 적어도 하나의 템플릿 신호를 상기 손목 각도 변동 값과 비교하는 단계는 상기 제1 템플릿 신호와 상기 손목 각도 변동 값간의 오차인 제1 오차 신호를 생성하는 단계; 상기 제2 템플릿 신호와 상기 손목 각도 변동 값간의 오차인 제2 오차 신호를 생성하는 단계; 및 상기 제1 오차 신호를 제1 오차 임계치와 비교하고, 상기 제2 오차 신호를 제2 오차 임계치와 비교하는 단계를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 사용자의 흡연 행동을 검출하는 단계는 상기 제1 오차 신호의 크기가 제1 오차 임계치보다 작고, 상기 제2 오차 신호의 크기가 제2 오차 임계치보다 큰 값을 가지는 손목 각도 변동 값인 유효 손목 각도 변동 값을 검출하는 단계; 소정 시간 동안 검출된 상기 유효 유효 손목 각도 변동 값의 갯수를 횟수 임계치와 비교하는 단계; 및 상기 비교 결과에 기초하여, 상기 소정 시간 동안의 상기 사용자의 행동을 흡연 행동으로서 검출하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 가속도 센서 기반의 흡연 행동 검출 장치는 사용자 손목에 착용한 3축의 가속도 센서를 이용하여, 상기 사용자 손목의 움직임에 대응하여 상기 사용자 손목에 대해 중력 방향을 기준으로 가해지는 중력 가속도의 변동 값인 손목 가속도 변동 값을 산출하는 손목 가속도 산출부; 상기 손목 가속도의 변동 값을 중력 방향을 기준으로 상기 사용자 손목까지의 각도를 나타내는 손목 각도의 변동 값인 손목 각도 변동 값으로 변환하는 손목각도 변환부; 흡연 행동에 대응되는 사용자 손목 각도의 변동 값을 모델링한 적어도 하나의 템플릿 신호를 상기 손목 각도 변동 값과 비교하는 비교부; 및 상기 비교 결과에 기초하여, 상기 사용자의 흡연 행동을 검출하는 행동 검출부를 포함한다.

바람직하게는, 상기 손목 가속도 산출부는 상기 가속도 센서의 3축인 센서 3축 중에서 한개 축이 지면을 향하도록 위치시킨 초기 상태에서 산출되는 상기 센서 3축 중 한개 축과 중력 방향간의 각도인 초기 각도의 변동에 기초하여 손목 가속도 변동 값을 산출할 수 있다.

바람직하게는, 상기 손목 가속도 산출부는 상기 가속도 센서의 3축인 센서 3축 중에서 한개 축이 지면을 향하도록 위치시킨 초기 상태에서 상기 3축 각각에 대한 초기 중력 가속도를 측정하고, 상기 측정된 상기 3축 각각에 대한 초기 중력 가속도를 이용하여, 상기 센서 3축 중 한개 축과 중력 방향간의 상기 초기 각도를 산출하고, 상기 산출된 초기 각도를 이용하여 상기 센서 3축 각각에서 실시간으로 측정되는 중력 가속도를 중력 방향을 기준 축으로 하는 3축인 중력 3축에 대한 중력 가속도인 변환 중력 가속도로 변환한 후, 상기 사용자 손목의 움직임에 대응하여 변동되는 상기 기준 축에 대응되는 변환 중력 가속도의 변동 값을 상기 손목 가속도 변동 값으로서 산출할 수 있다.

바람직하게는, 상기 손목 가속도 산출부는 상기 가속도 센서의 3축인 센서 3축 중에서 한개 축이 지면을 향하도록 위치시킨 초기 상태에서 미리 측정되어 저장된 상기 3축 각각에 대한 초기 중력 가속도를 독출하고, 상기 독출된 상기 3축 각각에 대한 초기 중력 가속도를 이용하여, 상기 센서 3축 중 한개 축과 중력 방향간의 초기 각도를 산출하고, 상기 산출된 초기 각도를 이용하여 상기 센서 3축 각각에서 실시간으로 측정되는 중력 가속도를 중력 방향을 기준 축으로 하는 3축인 중력 3축에 대한 중력 가속도인 변환 중력 가속도를 산출한 후, 상기 사용자 손목의 움직임에 대응하여 변동되는 상기 기준 축에 대응되는 변환 중력 가속도의 변동 값을 상기 손목 가속도 변동 값으로서 산출할 수 있다.

바람직하게는, 상기 손목 각도 변환부는 상기 손목 가속도의 변동 값을 정규화하여 정규화된 손목 가속도 변동 값을 산출하고, 코사인 역함수를 이용하여 상기 정규화된 손목 가속도 변동 값을 상기 손목 각도 변동 값으로 변환할 수 있다.

바람직하게는, 상기 비교부는 상기 흡연 행동에 대응되는 사용자 손목 각도의 변동 값을 모델링한 제1 템플릿 신호 및 제2 템플릿 신호를 상기 손목 각도 변동 값과 비교하고, 상기 제1 템플릿 신호의 크기는 소정 주기마다 제1 각도 값 또는 제2 각도 값을 번갈아가며 가지도록 설정되고, 상기 제2 템플릿 신호의 크기는 상기 제1 템플릿 신호의 주기와 반대되는 주기마다 상기 제1 각도 값 또는 제2 각도 값을 번갈아가며 가지도록 설정될 수 있다.

바람직하게는, 상기 비교부는 상기 제1 템플릿 신호와 상기 손목 각도 변동 값간의 오차인 제1 오차 신호를 생성하고, 상기 제2 템플릿 신호와 상기 손목 각도 변동 값간의 오차인 제2 오차 신호를 생성한 후, 상기 제1 오차 신호와 상기 제2 오차 신호간의 오차인 최종 오차 신호를 최종 오차 임계치와 비교할 수 있다.

바람직하게는, 상기 행동 검출부는 상기 최종 오차 신호 중에서 상기 최종 오차 임계치를 초과하는 최종 오차 신호인 유효 최종 오차 신호를 검출하고, 소정 시간 동안 검출된 상기 유효 최종 오차 신호의 갯수를 횟수 임계치와 비교한 후, 상기 비교 결과에 기초하여 상기 소정 시간 동안의 상기 사용자의 행동을 흡연 행동으로서 검출할 수 있다.

바람직하게는, 상기 비교부는 상기 제1 템플릿 신호와 상기 손목 각도 변동 값간의 오차인 제1 오차 신호를 생성하고, 상기 제2 템플릿 신호와 상기 손목 각도 변동 값간의 오차인 제2 오차 신호를 생성한 후, 상기 제1 오차 신호를 제1 오차 임계치와 비교하고, 상기 제2 오차 신호를 제2 오차 임계치와 비교할 수 있다.

바람직하게는, 상기 행동 검출부는 상기 제1 오차 신호의 크기가 제1 오차 임계치보다 작고, 상기 제2 오차 신호의 크기가 제2 오차 임계치보다 큰 값을 가지는 손목 각도 변동 값인 유효 손목 각도 변동 값을 검출하고, 소정 시간 동안 검출된 상기 유효 유효 손목 각도 변동 값의 갯수를 횟수 임계치와 비교한 후, 상기 비교 결과에 기초하여 상기 소정 시간 동안의 상기 사용자의 행동을 흡연 행동으로서 검출할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 가속도 센서만을 이용하여 사용자의 흡연 행동을 정확히 검출할 수 있게되는 효과가 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면 식사, 양치질, 머리 빗는 행동 등 흡연 행동과 유사한 행동들과 흡연 행동을 명확히 구분해낼 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면 사용자의 흡연 행동을 정확히 검출함으로써, 사용자의 흡연 행동의 빈도 등에 기초하여 사용자의 스트레스 수준을 추정할 수 있게 되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가속도 센서 기반의 흡연 행동 검출 방법을 설명하기 위하여 도시한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 손목 가속도 변동 값 산출 과정을 설명하기 위하여 도시한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 3축에 대한 중력 가속도 및 중력 3축에 대한 중력 가속도를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 4는 사용자의 흡연 동작에 따른 손목 방향을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 5는 손목 가속도의 변동 값을 손목 각도 변동 값으로 변환하는 과정을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 템플릿 신호를 손목 각도 변동 값과 비교하는 과정을 설명하기 위하여 도시한 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 템플릿 신호를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 및 제2 오차 신호를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 9a는 본 발명의 일 실시예에 따른 최종 오차 신호를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 최종 오차 신호와 최종 오차 임계치를 비교하는 과정을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자의 흡연 행동을 검출하는 과정을 설명하기 위하여 도시한 흐름도이다.
도 11a는 본 발명의 일 실시예에 따른 유효 최종 오차 신호를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 11b는 본 발명의 일 실시예에 따른 유효 최종 오차 신호의 누적 횟수를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따라 템플릿 신호를 손목 각도 변동 값과 비교하는 과정을 설명하기 위하여 도시한 흐름도이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 사용자의 흡연 행동을 검출하는 과정을 설명하기 위하여 도시한 흐름도이다.
도 14a는 본 발명의 일 실시예에 따른 흡연 시간 추정 방법을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 14b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 흡연 시간 추정 방법을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 흡연 행동 검출 장치를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 흡연 행동 검출 방법의 정확도를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 흡연 행동 검출 방법의 성능을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가속도 센서 기반의 흡연 행동 검출 방법을 설명하기 위하여 도시한 흐름도이다.

단계 110에서는, 흡연 행동 검출 장치가 사용자 손목에 착용한 3축의 가속도 센서를 이용하여, 사용자 손목의 움직임에 대응하여 사용자 손목에 대해 중력 방향을 기준으로 가해지는 중력 가속도의 변동 값인 손목 가속도 변동 값을 산출한다.

이때, 사용자가 흡연 동작 중에 지면 쪽으로 손목을 내려 손목을 중력 방향과 일치하도록 위치시키는 경우에는 사용자 손목에 중력 가속도가 온전히 모두 가해지므로 손목에 가해지는 중력 가속도인 손목 가속도는 1G가 되고, 사용자가 담배를 입에 물기 위해 입가쪽으로 담배를 서서히 이동시키게 되면 손목에 가해지는 중력 가속도도 서서히 줄어들어 손목 가속도가 점점 감소하다가 어느 순간부터는 손목 가속도가 마이너스로 나타나게 되고, 사용자가 담배를 입에 물면서 손목 동작을 멈추게 되면 그 손목 위치에 해당하는 마이너스의 중력 가속도 값을 유지하게 된다. 이와 같이, 본 발명에서는 시간에 따른 사용자의 손목 움직임에 대응하여 변동되는 손목 가속도 값을 손목 가속도 변동 값이라고 하고, 이에 기초하여 흡연 동작을 검출하게 된다.

한편, 흡연 행동 검출 장치는 가속도 센서의 3축(x, y, z축)인 센서 3축 중에서 한개 축이 지면을 향하도록 위치시킨 초기 상태에서 산출되는 센서 3축 중 한개 축과 중력 방향간의 각도인 초기 각도의 변동에 기초하여 손목 가속도 변동 값을 산출할 수 있다. 예컨대, 사용자는 자신의 손목에 착용한 3축의 가속도 센서에서 x축 방향이 지면을 향하도록 위치시킨 초기 상태에서 x축과 중력 방향간의 초기 각도를 산출하고, 그 산출된 초기 각도의 변동에 기초하여 손목 가속도 변동 값을 산출할 수 있다. 이와 관련된 구체적인 동작은 도 2를 참조하여 후술한다.

단계 120에서는, 흡연 행동 검출 장치가 손목 가속도의 변동 값을 중력 방향을 기준으로 사용자 손목까지의 각도를 나타내는 손목 각도의 변동 값인 손목 각도 변동 값으로 변환한다.

이때, 흡연 행동 검출 장치는 손목 가속도의 변동 값을 정규화하여 정규화된 손목 가속도 변동 값을 산출하고 코사인 역함수를 이용하여 그 정규화된 손목 가속도 변동 값을 손목 각도 변동 값으로 변환할 수 있는데, 이에 대해서는 도 5를 참조하여 후술한다.

단계 130에서는, 흡연 행동 검출 장치가 흡연 행동에 대응되는 사용자 손목 각도의 변동 값을 모델링한 적어도 하나의 템플릿 신호를 손목 각도 변동 값과 비교한다.

이때, 흡연 행동 검출 장치는 한개의 템플릿 신호를 손목 각도 변동 값과 비교할 수도 있지만, 2개의 템플릿 신호를 손목 각도 변동 값과 비교할 수도 있다.

예컨대, 2개의 템플릿 신호는 도 7과 같이 구성될 수 있는데, 이에 대해서는 도 7을 참조하여 설명한다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 템플릿 신호를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.

도 7a는 제1 템플릿 신호를 나타내고, 도 7b는 제2 템플릿 신호를 나타내는데, 제1 템플릿 신호는 1초의 주기(0-1초, 2-3초, 4-5초 ...)마다 180도 크기의 값을 가지고, 제2 템플릿 신호는 제1 템플릿 신호와 반대되는 주기(1-2초, 3-4초, ...)마다 180도 크기의 값을 가지는 것을 알 수 있다. 템플릿 신호가 이와 같이 0도 또는 180도를 가지도록 설정된 이유는 흡연 행동시 사용자 손목 각도는 중력 방향(0도)에서 얼굴쪽 방향(180도)으로 변화하기 때문이다.

한편, 도 7에 도시된 제1 템플릿 신호 및 제2 템플릿 신호는 사용자가 흡연 행동을 할 때 담배를 쥐고 있는 손을 대략 1초 간격으로 입쪽으로 올렸다가 지면으로 내리는 동작을 모델링하여 만들어진 신호로, 다른 실시예에서는 주기를 0.5초 또는 1.5초 등으로 조정할 수 있다.

한편, 도 7에서는 제1 템플릿 신호 및 제2 템플릿 신호가 180도의 크기를 가지는 것으로 도시되었으나, 바람직하게는 45도에서 135도 사이의 값을 가질 수 있다. 이는, 일반적으로 사용자가 흡연을 할 때의 손목의 각도가 45도에서 135도 사이에 해당하기 때문이다.

단계 140에서는, 흡연 행동 검출 장치가 그 비교 결과에 기초하여 사용자의 흡연 행동을 검출한다.

이때, 흡연 행동 검출 장치는 템플릿 신호를 손목 각도 변동 값과 비교한 결과가 소정 조건을 만족하게 되면 사용자가 흡연을 한 것으로 판단한다.

만일, 흡연 행동 검출 장치가 제1 템플릿 신호 및 제2 템플릿 신호를 손목 각도 변동 값과 비교하는 경우에는 손목 각도 변동 값이 제1 템플릿 신호 및 제2 템플릿 신호 중 어느 하나와 매우 유사한 경우 흡연 행동으로 검출하게 되는데, 이에 대해서는 도 6 내지 도 13을 참조하여 후술한다.

이때, 템플릿 신호와 손목 각도 변동 값의 유사도를 판단하기 위해 상대 백분율(Relative(Percent) Accuracy), 교차 상관(Cross Correlation), 합성 곱(Convolution) 등의 알고리즘이 적용될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 손목 가속도 변동 값 산출 과정을 설명하기 위하여 도시한 흐름도이다.

단계 210에서는, 흡연 행동 검출 장치가 가속도 센서의 3축인 센서 3축 중에서 한개 축이 지면을 향하도록 위치시킨 초기 상태에서, 3축 각각에 대한 초기 중력 가속도를 측정한다.

예컨대, 사용자는 자신의 손목에 착용한 3축의 가속도 센서에서 x축 방향이 지면을 향하도록 위치시킨 초기 상태에서 3축에 대한 초기 중력 가속도 (x_ini, y_ini, z_ini)를 측정할 수 있다.

다른 실시예에서는, 초기 중력 가속도를 측정을 통해 획득하는 대신, 가속도 센서의 3축인 센서 3축 중에서 한개 축이 지면을 향하도록 위치시킨 초기 상태에서 미리 측정되어 저장된 3축 각각에 대한 초기 중력 가속도 (x_ini, y_ini, z_ini)를 독출할 수 있다.

단계 220에서는, 흡연 행동 검출 장치가 측정된 3축 각각에 대한 초기 중력 가속도를 이용하여, 센서 3축 중 한개 축과 중력 방향간의 초기 각도를 산출할 수 있다.

보다 구체적으로, 흡연 행동 검출 장치는 사용자가 자신의 손목에 착용한 3축의 가속도 센서에서 x축 방향이 지면을 향하도록 위치시킨 초기 상태에서 x축과 중력 방향간의 초기 각도를 산출하는 경우에는 수학식 1과 같이 사인(sin) 역함수를 이용하여 초기 각도(θ, ρ)를 산출할 수 있다.

[수학식 1]

이때, θ은 카르테시안 좌표계에서의 수평 방향 각도, ρ는 카르테시안 좌표계에서의 수직 방향 각도를 의미한다.

다른 실시예에서는, 흡연 행동 검출 장치가 자신에게 저장된 초기 중력 가속도를 독출한 경우라면, 그 독출된 3축 각각에 대한 초기 중력 가속도를 이용하여 센서 3축 중 한개 축과 중력 방향간의 초기 각도를 산출할 수도 있다.

이와 같이, 중력 방향과 가속도 센서의 3축 중 한개 축간의 초기 각도를 산출하는 이유는 중력 방향을 기준으로 사용자의 손목 움직임을 검출하기 위한 것으로, 중력 방향을 기준으로 하는 초기 각도를 이용하지 않으면 사용자가 손목을 몸 앞쪽으로 뻗었다가 접는 동작과 흡연을 위해 손목을 지면에서부터 사용자의 입술까지 올렸다가 내리는 동작을 구분할 수 없게 된다.

또한, 사용자가 착용하는 가속도 센서가 좌우 구분이 없이 착용이 가능한 경우가 있는데, 이 경우에도 가속도 센서의 한개 축과 중력 방향간의 초기 각도를 산출하여 활용함으로써 사용자 흡연 행동을 정확히 검출할 수 있게 된다.

단계 230에서는, 흡연 행동 검출 장치가 그 산출된 초기 각도를 이용하여, 센서 3축 각각에서 실시간으로 측정되는 중력 가속도를 중력 방향을 기준 축으로 하는 3축인 중력 3축에 대한 중력 가속도인 변환 중력 가속도로 변환한다.

보다 구체적으로, 흡연 행동 검출 장치는 수학식 2와 같이 초기 각도(θ, ρ)를 이용하여 3축 가속도 센서에서 실시간으로 측정되는 중력 가속도 (X, Y, Z)를 변환 중력 가속도 (X^†,Y^†,Z^†)로 변환할 수 있다.

[수학식 2]

이때, Z^†는 중력 방향에 해당하는 기준 축에 대응되는 변환 중력 가속도를 나타내고, X^†,Y^†는 각각 Z^†와 직교하는 축들의 변환 중력 가속도를 나타낸다.

이하에서는 중력 가속도 (X, Y, Z)와 변환 중력 가속도 (X^†,Y^†,Z^†)간의 관계를 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 3축에 대한 중력 가속도 및 중력 3축에 대한 중력 가속도를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.

도 3a는 센서 3축에 대한 중력 가속도를 도시한 도면으로, 사용자가 흡연 행동을 하는 동안 3축 가속도 센서에서 측정한 중력 가속도 (X, Y, Z)가 도시되어 있는데, 가로축은 분(min) 단위를 가진 시간축을 나타내고 세로축은 G 단위를 가진 중력 가속도의 크기를 나타낸다. 본 발명에서는 이와 같이 측정된 가속도 센서의 3축에 대한 중력 가속도 (X, Y, Z)를 수학식 2를 통해 조합함으로써 변환 중력 가속도 (X^†,Y^†,Z^†)로 변환할 수 있다.

도 3b는 중력 3축에 대한 중력 가속도를 도시한 도면으로, 사용자가 흡연 행동을 하는 동안 측정된 중력 가속도 (X, Y, Z)로부터 변환되어 산출된 변환 중력 가속도 (X^†,Y^†,Z^†)가 도시되어 있다. 도 3b를 참조하면 Z^†의 크기가 번갈아 가며 1G 또는 -0.7G로 나타나는데, 흡연 행동이 있을때 기준 축에 대응되는 변환 중력 가속도 Z^†는 이와 같은 변동 값을 보이게 된다.

도 4는 사용자의 흡연 동작에 따른 손목 방향을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 사용자가 흡연 동작을 시작하게 되면 사용자가 손목을 지면을 향하여 중력 방향으로 내려놓게 되고, 사용자의 손목에 1G의 중력 가속도가 온전히 가해진다.

반면, 사용자가 흡연 동작을 종료하게 되면(사용자의 입에 담배를 물게 되면) 사용자의 손목 방향이 사용자의 입 방향으로 비스듬한 방향으로 놓이게 되고 사용자의 손목에는 1G의 중력 가속도가 모두 가해지지 않고, 1G보다 작은 중력 가속도가 가해지게 된다.

도 4에서 중력 방향에 대응되는 중력 가속도는 Z^†이고, 중력 방향에 직교하는 좌우 방향에 해당하는 중력 가속도는 X^†이고, 중력 방향과 좌우 방향 모두에 직교하는 나머지 하나의 방향에 해당하는 중력 가속도는 Y^†이고, 사용자의 손목 방향은

이다.

단계 240에서는, 흡연 행동 검출 장치가 사용자 손목의 움직임에 대응하여 변동되는 기준 축에 대응되는 변환 중력 가속도의 변동 값을 손목 가속도 변동 값으로서 산출한다.

예컨대, 흡연 행동 검출 장치는 기준 축에 대응되는 변환 중력 가속도인 Z^†를 손목에 가해지는 중력 가속도인 손목 가속도 W로 결정할 수 있고, 변환 중력 가속도인 Z^†의 변동 값을 손목 가속도 W의 변동 값으로서 산출할 수 있다.

한편, 흡연 행동 검출 장치는 본 발명의 동작들을 수행할 때 다음과 같은 가정을 만족시켜야 한다.

첫 번째 가정은 흡연시 사용자 손목의 움직임은 가속도 센서의 초기 방향에 독립적이어야 한다는 것이다. 이는, 사용자 손목에 착용되는 가속도 센서의 방향이 손목의 움직임에 영향을 주지 않아야 한다는 의미로, 3축 가속도 센서를 손목에 어떤 방향으로 착용하더라도 흡연하는 행동 자체에는 영향을 주지 않아야 한다는 것을 의미한다.

두 번째 가정은 사용자의 흡연 동작은 서 있는 상태에서 이루어져야 한다는 것이다.

세 번째 가정은 사용자의 흡연 동작 중에서 운동 가속도 성분은 없는 것으로 본다는 것이다. 이는, 흡연시의 손목의 움직임은 운동 가속도를 고려하기에 너무 느리기 때문으로, 본 발명에서는 사용자의 손목에 가해지는 중력 가속도만을 고려할뿐, 손목의 움직임에 따른 운동 가속도는 고려하지 않는다.

도 5는 손목 가속도의 변동 값을 손목 각도 변동 값으로 변환하는 과정을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.

도 5에서는 사용자가 흡연 동작 중에 지면 쪽으로 손목을 내려 손목을 중력 방향과 일치하도록 위치시키는 경우에 사용자 손목에 중력 가속도가 온전히 가해지므로 손목에 가해지는 중력 가속도인 손목 가속도는 1G가 되고, 사용자가 담배를 입에 물기 위해 입가쪽으로 담배를 이동시키게 되면 손목 가속도가 점점 감소하다가 어느 순간부터는 손목 가속도가 마이너스로 나타나게 된다. 예컨대, 도 5에서 점선으로 표시된 각도는 사용자가 담배를 입에 물고 있을때의 손목의 각도로 135도이고, 이때의 중력 가속도는 -0.7G일 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 흡연 행동 검출 장치는 수학식 3 내지 수학식 5와 같이 코사인 역함수를 이용하여 손목 가속도를 손목 각도로 변환할 수 있다. 이때, 코사인 역함수의 정의역이 [-1, 1]이므로 가속도 단위(m/s²)를 갖는 손목 가속도의 단위를 조정해줘야 하는데, 수학식 3 내지 수학식 5에서는 이에 대해 정의하고 있다.

[수학식 3]

수학식 3은 손목 가속도가 m/s² 단위로 측정된 경우에 손목 가속도를 정규화하기 위하여 W를 9.8 m/s²로 나눠준 것으로, 이와 같이 정규화된 손목 가속도를 코사인 역함수에 대입해주면 손목 각도를 산출할 수 있다.

[수학식 4]

수학식 4는 디지털 시스템 기반의 가속도 센서가 손목 가속도를 G 단위로 측정한 경우에 그 손목 가속도를 정규화하기 위하여 W를 해당 가속도 센서의 분해능(Resolution)으로 나눠준 것으로, 이와 같이 정규화된 손목 가속도를 코사인 역함수에 대입해주면 손목 각도를 산출할 수 있다. 이때, R 값이 높을수록 분해능이 높은 것이다.

[수학식 5]

수학식 5에서는 손목 가속도가 m/s² 단위로 측정된 경우에 W를 9.8 m/s²로 나눠서 정규화하는 대신에, 초기 중력 가속도 x_ini, y_ini, z_ini를 이용하여 정규화하여 코사인 역함수에 대입함으로써 손목 각도를 산출할 수 있다.

한편, 수학식 3 내지 수학식 5를 적용하는 과정에서 가속도 센서에 운동 가속도 성분이 측정되어 손목 가속도가 [-1G, 1G]를 넘는 값을 가지게 되는 경우에는 본 발명의 일 실시예에 따른 흡연 행동 검출 장치는 -1G를 최소 값, 1G를 최대 값으로 간주하고 손목 각도를 산출할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 템플릿 신호를 손목 각도 변동 값과 비교하는 과정을 설명하기 위하여 도시한 흐름도이다.

단계 610에서는, 흡연 행동 검출 장치가 제1 템플릿 신호와 손목 각도 변동 값간의 오차인 제1 오차 신호를 생성한다.

이때, 오차 산출시에는 잔차 제곱합(Residual Sum of Squares), 평균 제곱근 오차(Root Mean Square Error), 최소 절대 편차(Least Absolute Deviation), 평균 절대 오차(Mean Absolute Error) 알고리즘 등이 적용될 수 있다.

이하에서 본 발명은 잔차 제곱합 알고리즘을 사용하여 오차를 계산하였다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

단계 620에서는, 흡연 행동 검출 장치가 제2 템플릿 신호와 손목 각도 변동 값간의 오차인 제2 오차 신호를 생성한다.

제1 오차 신호 및 제2 오차 신호는 도 8을 참조하여 설명한다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 오차 신호 및 제2 오차 신호를 설명하기 위하여 도시한 도면으로, 파란색으로 표시된 신호가 제1 오차 신호의 예시를 나타내고, 빨간색으로 표시된 신호가 제2 오차 신호의 예시를 나타내며, 가로축은 분(min) 단위의 시간을 나타내고 세로축은 각도의 제곱을 단위로 하는 오차를 나타낸다.

단계 630에서는, 흡연 행동 검출 장치가 제1 오차 신호와 제2 오차 신호간의 오차인 최종 오차 신호를 최종 오차 임계치와 비교한다.

최종 오차 신호를 최종 오차 임계치와 비교하는 과정은 도 9를 참조하여 설명한다.

도 9a는 본 발명의 일 실시예에 따른 최종 오차 신호를 설명하기 위하여 도시한 도면이고, 도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 최종 오차 신호와 최종 오차 임계치를 비교하는 과정을 설명하기 위하여 도시한 도면으로, 도 9a에는 제1 오차 신호와 제2 오차 신호간의 오차인 최종 오차 신호가 도시되어 있고, 도 9b에서는 20 × 180°² 값을 가지는 최종 오차 임계치가 빨간색 라인으로 표시되어 있고, 최종 오차 신호가 빨간색 라인의 최종 오차 임계치와 비교된다.

본 발명에서 이와 같이 2개의 템플릿 신호를 이용하는 이유는 1개의 템플릿 신호만을 이용하는 경우에 비해 흡연 행동의 검출 정확도를 높이기 위해서이다. 즉, 1개의 템플릿 신호만을 이용하게 되면 노이즈 등에 의해 흡연 행동이 아닌 사용자의 손목 가속도 변동 값이 흡연 행동으로 판단될 수 있으나, 2개의 템플릿 신호를 이용하게 되면 상대적으로 흡연 행동의 오검출 가능성이 낮아지게 된다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자의 흡연 행동을 검출하는 과정을 설명하기 위하여 도시한 흐름도이다.

단계 1010에서는, 흡연 행동 검출 장치가 최종 오차 신호 중에서 최종 오차 임계치를 초과하는 최종 오차 신호인 유효 최종 오차 신호를 검출한다.

유효 최종 오차 신호는 도 11a를 참조하여 설명한다. 도 11a는 본 발명의 일 실시예에 따른 유효 최종 오차 신호를 설명하기 위하여 도시한 도면으로, 최종 오차 신호 중에서 최종 오차 임계치를 초과하는 최종 오차 신호인 유효 최종 오차 신호는 1의 크기를 가지도록 설정되고, 그 외의 신호는 0으로 표시되어 있다.

단계 1020에서는, 흡연 행동 검출 장치가 소정 시간 동안 검출된 유효 최종 오차 신호의 갯수를 횟수 임계치와 비교한다.

이와 같이, 소정 시간 동안 검출된 유효 최종 오차 신호의 갯수를 횟수 임계치와 비교하는 이유는 얼굴 주변에 손을 가져가는 다른 행동들과 흡연 행동들을 구분하기 위한 것으로, 3분 동안 10회 이상 얼굴쪽으로 손을 올렸다가 내린다면 흡연 행동이라고 가정한다.

단계 1030에서는, 흡연 행동 검출 장치가 그 비교 결과에 기초하여 소정 시간 동안의 사용자의 행동을 흡연 행동으로서 검출한다.

유효 최종 오차 신호의 갯수를 횟수 임계치와 비교하는 과정 및 흡연 행동을 검출하는 과정은 도 11b를 참조하여 설명한다. 도 11b는 본 발명의 일 실시예에 따른 유효 최종 오차 신호의 누적 횟수를 설명하기 위하여 도시한 도면으로, 3분 동안 검출된 유효 최종 오차 신호의 누적 갯수를 파란색으로 표시하고, 횟수 임계치는 빨간색 라인으로 표시하고 10회로 설정하였다. 이에 따라, 도 11b에서 빨간색 라인 위쪽으로 파란색 그래프가 표시되어 있는 시간 구간은 사용자의 흡연이 이루어지고 있는 시간 구간으로 볼 수 있다.

도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따라 템플릿 신호를 손목 각도 변동 값과 비교하는 과정을 설명하기 위하여 도시한 흐름도이다.

단계 1210에서는, 흡연 행동 검출 장치가 제1 템플릿 신호와 손목 각도 변동 값간의 오차인 제1 오차 신호를 생성한다.

단계 1220에서는, 흡연 행동 검출 장치가 제2 템플릿 신호와 손목 각도 변동 값간의 오차인 제2 오차 신호를 생성한다.

단계 1230에서는, 흡연 행동 검출 장치가 제1 오차 신호를 제1 오차 임계치와 비교하고, 제2 오차 신호를 제2 오차 임계치와 비교한다.

이는, 제1 오차 신호의 크기가 제1 오차 임계치보다 작고, 제2 오차 신호의 크기가 제2 오차 임계치보다 큰 값을 가지는 손목 각도 변동 값인 유효 손목 각도 변동 값을 검출하기 위한 것이다 .

도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 사용자의 흡연 행동을 검출하는 과정을 설명하기 위하여 도시한 흐름도이다.

단계 1310에서는, 흡연 행동 검출 장치가 제1 오차 신호의 크기가 제1 오차 임계치보다 작고, 제2 오차 신호의 크기가 제2 오차 임계치보다 큰 값을 가지는 손목 각도 변동 값인 유효 손목 각도 변동 값을 검출한다.

단계 1320에서는, 흡연 행동 검출 장치가 소정 시간 동안 검출된 유효 손목 각도 변동 값의 갯수를 횟수 임계치와 비교한다.

단계 1330에서는, 흡연 행동 검출 장치가 그 비교 결과에 기초하여 소정 시간 동안의 사용자의 행동을 흡연 행동으로서 검출한다.

도 14a는 본 발명의 일 실시예에 따른 흡연 시간 추정 방법을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.

도 14a를 참조하면, 도 11a에서 3분 동안 10회 이상의 유효 최종 오차 신호가 발생한 시간 구간을 모두 이어서 흡연 시간으로 추정하고 있다.

도 14b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 흡연 시간 추정 방법을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.

도 14b는 흡연 행동 검출 이전 시간에 대한 흡연 시간을 추론하여 흡연 시간을 추정하는 방법으로, 흡연 행동의 누적 횟수를 산출한 3분을 기준으로 흡연 행동이 검출되었으므로 검출된 시점으로부터 3분 전부터 흡연 행동으로 간주하고, Dilation 기법을 적용하여 흡연 시간을 추론한 것이다.

도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 흡연 행동 검출 장치를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.

도 15를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 흡연 행동 검출 장치는 손목 가속도 산출부(1510), 손목 각도 변환부(1520), 비교부(1530) 및 행동 검출부(1540)를 포함한다.

손목 가속도 산출부(1510)는 사용자 손목에 착용한 3축의 가속도 센서를 이용하여, 사용자 손목의 움직임에 대응하여 사용자 손목에 대해 중력 방향을 기준으로 가해지는 중력 가속도의 변동 값인 손목 가속도 변동 값을 산출한다.

손목각도 변환부(1520)는 손목 가속도의 변동 값을 중력 방향을 기준으로 사용자 손목까지의 각도를 나타내는 손목 각도의 변동 값인 손목 각도 변동 값으로 변환한다.

비교부(1530)는 흡연 행동에 대응되는 사용자 손목 각도의 변동 값을 모델링한 적어도 하나의 템플릿 신호를 손목 각도 변동 값과 비교한다.

행동 검출부(1540)는 그 비교 결과에 기초하여, 사용자의 흡연 행동을 검출한다.

도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 흡연 행동 검출 방법의 정확도를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.

도 16을 참조하면, 7시간 정도의 수집 데이터에서 실제 흡연 시간이 약 29분일 때, 초 단위로 실제 행동과 본 발명에 따른 흡연 행동 검출 방법에 따라 추정된 행동을 비교한 결과, 실제 흡연 행동에 대해 흡연 행동으로 추정한 비율인 TPR은 98.37%였고, 실제 비흡연 행동에 대해 비흡연 행동으로 추정한 비율인 TNR은 98.99%였고, 결과적으로 본 발명에 따르면 흡연 행동 및 비흡연 행동 추정에 있어 98.96%의 정확도를 보였다.

도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 흡연 행동 검출 방법의 성능을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.

도 17a는 실제 흡연 행동 시간을 도시한 도면이고, 도 17b는 본 발명의 일 실시예에 따라 추정된 흡연 행동 시간을 도시한 도면으로, 도 17a의 실제 흡연 행동 시간이 도 17b의 추정된 흡연 행동 시간에 모두 포함되므로 본 발명은 사용자의 흡연 행동을 놓치지 않을 가능성이 높다는 것을 알 수 있다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

사용자 손목에 착용한 3축의 가속도 센서를 이용하여, 상기 사용자 손목의 움직임에 대응하여 상기 사용자 손목에 대해 중력 방향을 기준으로 가해지는 중력 가속도의 변동 값인 손목 가속도 변동 값을 산출하는 단계;
상기 손목 가속도의 변동 값을 중력 방향을 기준으로 상기 사용자 손목까지의 각도를 나타내는 손목 각도의 변동 값인 손목 각도 변동 값으로 변환하는 단계;
흡연 행동에 대응되는 사용자 손목 각도의 변동 값을 모델링한 적어도 하나의 템플릿 신호를 상기 손목 각도 변동 값과 비교하는 단계; 및
상기 적어도 하나의 템플릿 신호를 상기 손목 각도 변동 값과 비교한 결과에 기초하여, 상기 사용자의 흡연 행동을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가속도 센서 기반의 흡연 행동 검출 방법.
제1항에 있어서,
상기 손목 가속도 변동 값을 산출하는 단계는
상기 가속도 센서의 3축인 센서 3축 중에서 한개 축이 지면을 향하도록 위치시킨 초기 상태에서 산출되는 상기 센서 3축 중 한개 축과 중력 방향간의 각도인 초기 각도의 변동에 기초하여 수행되는 것을 특징으로 하는 가속도 센서 기반의 흡연 행동 검출 방법.
제1항에 있어서,
상기 손목 가속도 변동 값을 산출하는 단계는
상기 가속도 센서의 3축인 센서 3축 중에서 한개 축이 지면을 향하도록 위치시킨 초기 상태에서, 상기 3축 각각에 대한 초기 중력 가속도를 측정하는 단계;
상기 측정된 상기 3축 각각에 대한 초기 중력 가속도를 이용하여, 상기 센서 3축 중 한개 축과 중력 방향간의 초기 각도를 산출하는 단계;
상기 산출된 초기 각도를 이용하여, 상기 센서 3축 각각에서 실시간으로 측정되는 중력 가속도를 중력 방향을 기준 축으로 하는 3축인 중력 3축에 대한 중력 가속도인 변환 중력 가속도로 변환하는 단계; 및
상기 사용자 손목의 움직임에 대응하여 변동되는 상기 기준 축에 대응되는 변환 중력 가속도의 변동 값을 상기 손목 가속도 변동 값으로서 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가속도 센서 기반의 흡연 행동 검출 방법.
제1항에 있어서,
상기 손목 가속도 변동 값을 산출하는 단계는
상기 가속도 센서의 3축인 센서 3축 중에서 한개 축이 지면을 향하도록 위치시킨 초기 상태에서 미리 측정되어 저장된 상기 3축 각각에 대한 초기 중력 가속도를 독출하는 단계;
상기 독출된 상기 3축 각각에 대한 초기 중력 가속도를 이용하여, 상기 센서 3축 중 한개 축과 중력 방향간의 초기 각도를 산출하는 단계;
상기 산출된 초기 각도를 이용하여, 상기 센서 3축 각각에서 실시간으로 측정되는 중력 가속도를 중력 방향을 기준 축으로 하는 3축인 중력 3축에 대한 중력 가속도인 변환 중력 가속도를 산출하는 단계; 및
상기 사용자 손목의 움직임에 대응하여 변동되는 상기 기준 축에 대응되는 변환 중력 가속도의 변동 값을 상기 손목 가속도 변동 값으로서 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가속도 센서 기반의 흡연 행동 검출 방법.
제1항에 있어서,
상기 손목 가속도의 변동 값을 상기 손목 각도 변동 값으로 변환하는 단계는
상기 손목 가속도의 변동 값을 정규화하여 정규화된 손목 가속도 변동 값을 산출하는 단계; 및
코사인 역함수를 이용하여 상기 정규화된 손목 가속도 변동 값을 상기 손목 각도 변동 값으로 변환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가속도 센서 기반의 흡연 행동 검출 방법.
제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 템플릿 신호를 상기 손목 각도 변동 값과 비교하는 단계는
상기 흡연 행동에 대응되는 사용자 손목 각도의 변동 값을 모델링한 제1 템플릿 신호 및 제2 템플릿 신호를 상기 손목 각도 변동 값과 비교하는 단계를 포함하고,
상기 제1 템플릿 신호의 크기는 소정 주기마다 제1 각도 값 또는 제2 각도 값을 번갈아가며 가지도록 설정되고, 상기 제2 템플릿 신호의 크기는 상기 제1 템플릿 신호의 주기와 반대되는 주기마다 상기 제1 각도 값 또는 제2 각도 값을 번갈아가며 가지도록 설정되는 것을 특징으로 하는 가속도 센서 기반의 흡연 행동 검출 방법.
제6항에 있어서,
상기 제1 각도 값 및 제2 각도 값은
45도에서 135도 사이의 값을 가지는 것을 특징으로 하는 가속도 센서 기반의 흡연 행동 검출 방법.
제6항에 있어서,
상기 적어도 하나의 템플릿 신호를 상기 손목 각도 변동 값과 비교하는 단계는
상기 제1 템플릿 신호와 상기 손목 각도 변동 값간의 오차인 제1 오차 신호를 생성하는 단계;
상기 제2 템플릿 신호와 상기 손목 각도 변동 값간의 오차인 제2 오차 신호를 생성하는 단계; 및
상기 제1 오차 신호와 상기 제2 오차 신호간의 오차인 최종 오차 신호를 최종 오차 임계치와 비교하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가속도 센서 기반의 흡연 행동 검출 방법.
제8항에 있어서,
상기 사용자의 흡연 행동을 검출하는 단계는
상기 최종 오차 신호 중에서 상기 최종 오차 임계치를 초과하는 최종 오차 신호인 유효 최종 오차 신호를 검출하는 단계;
소정 시간 동안 검출된 상기 유효 최종 오차 신호의 갯수를 횟수 임계치와 비교하는 단계; 및
상기 유효 최종 오차 신호의 갯수를 상기 횟수 임계치와 비교한 결과에 기초하여, 상기 소정 시간 동안의 상기 사용자의 행동을 흡연 행동으로서 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가속도 센서 기반의 흡연 행동 검출 방법.
제6항에 있어서,
상기 적어도 하나의 템플릿 신호를 상기 손목 각도 변동 값과 비교하는 단계는
상기 제1 템플릿 신호와 상기 손목 각도 변동 값간의 오차인 제1 오차 신호를 생성하는 단계;
상기 제2 템플릿 신호와 상기 손목 각도 변동 값간의 오차인 제2 오차 신호를 생성하는 단계; 및
상기 제1 오차 신호를 제1 오차 임계치와 비교하고, 상기 제2 오차 신호를 제2 오차 임계치와 비교하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가속도 센서 기반의 흡연 행동 검출 방법.
제10항에 있어서,
상기 사용자의 흡연 행동을 검출하는 단계는
상기 제1 오차 신호의 크기가 제1 오차 임계치보다 작고, 상기 제2 오차 신호의 크기가 제2 오차 임계치보다 큰 값을 가지는 손목 각도 변동 값인 유효 손목 각도 변동 값을 검출하는 단계;
소정 시간 동안 검출된 상기 유효 손목 각도 변동 값의 갯수를 횟수 임계치와 비교하는 단계; 및
상기 유효 손목 각도 변동 값의 갯수를 상기 횟수 임계치와 비교한 결과에 기초하여, 상기 소정 시간 동안의 상기 사용자의 행동을 흡연 행동으로서 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가속도 센서 기반의 흡연 행동 검출 방법.
사용자 손목에 착용한 3축의 가속도 센서를 이용하여, 상기 사용자 손목의 움직임에 대응하여 상기 사용자 손목에 대해 중력 방향을 기준으로 가해지는 중력 가속도의 변동 값인 손목 가속도 변동 값을 산출하는 손목 가속도 산출부;
상기 손목 가속도의 변동 값을 중력 방향을 기준으로 상기 사용자 손목까지의 각도를 나타내는 손목 각도의 변동 값인 손목 각도 변동 값으로 변환하는 손목각도 변환부;
흡연 행동에 대응되는 사용자 손목 각도의 변동 값을 모델링한 적어도 하나의 템플릿 신호를 상기 손목 각도 변동 값과 비교하는 비교부; 및
상기 적어도 하나의 템플릿 신호를 상기 손목 각도 변동 값과 비교한 결과에 기초하여, 상기 사용자의 흡연 행동을 검출하는 행동 검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가속도 센서 기반의 흡연 행동 검출 장치.
제12항에 있어서,
상기 손목 가속도 산출부는
상기 가속도 센서의 3축인 센서 3축 중에서 한개 축이 지면을 향하도록 위치시킨 초기 상태에서 산출되는 상기 센서 3축 중 한개 축과 중력 방향간의 각도인 초기 각도의 변동에 기초하여 손목 가속도 변동 값을 산출하는 것을 특징으로 하는 가속도 센서 기반의 흡연 행동 검출 장치.
제12항에 있어서,
상기 손목 가속도 산출부는
상기 가속도 센서의 3축인 센서 3축 중에서 한개 축이 지면을 향하도록 위치시킨 초기 상태에서 상기 3축 각각에 대한 초기 중력 가속도를 측정하고, 상기 측정된 상기 3축 각각에 대한 초기 중력 가속도를 이용하여, 상기 센서 3축 중 한개 축과 중력 방향간의 초기 각도를 산출하고, 상기 산출된 초기 각도를 이용하여 상기 센서 3축 각각에서 실시간으로 측정되는 중력 가속도를 중력 방향을 기준 축으로 하는 3축인 중력 3축에 대한 중력 가속도인 변환 중력 가속도로 변환한 후, 상기 사용자 손목의 움직임에 대응하여 변동되는 상기 기준 축에 대응되는 변환 중력 가속도의 변동 값을 상기 손목 가속도 변동 값으로서 산출하는 것을 특징으로 하는 가속도 센서 기반의 흡연 행동 검출 장치.
제12항에 있어서,
상기 손목 가속도 산출부는
상기 가속도 센서의 3축인 센서 3축 중에서 한개 축이 지면을 향하도록 위치시킨 초기 상태에서 미리 측정되어 저장된 상기 3축 각각에 대한 초기 중력 가속도를 독출하고, 상기 독출된 상기 3축 각각에 대한 초기 중력 가속도를 이용하여, 상기 센서 3축 중 한개 축과 중력 방향간의 초기 각도를 산출하고, 상기 산출된 초기 각도를 이용하여 상기 센서 3축 각각에서 실시간으로 측정되는 중력 가속도를 중력 방향을 기준 축으로 하는 3축인 중력 3축에 대한 중력 가속도인 변환 중력 가속도를 산출한 후, 상기 사용자 손목의 움직임에 대응하여 변동되는 상기 기준 축에 대응되는 변환 중력 가속도의 변동 값을 상기 손목 가속도 변동 값으로서 산출하는 것을 특징으로 하는 가속도 센서 기반의 흡연 행동 검출 장치.
제12항에 있어서,
상기 손목 각도 변환부는
상기 손목 가속도의 변동 값을 정규화하여 정규화된 손목 가속도 변동 값을 산출하고, 코사인 역함수를 이용하여 상기 정규화된 손목 가속도 변동 값을 상기 손목 각도 변동 값으로 변환하는 것을 특징으로 하는 가속도 센서 기반의 흡연 행동 검출 장치.
제12항에 있어서,
상기 비교부는 상기 흡연 행동에 대응되는 사용자 손목 각도의 변동 값을 모델링한 제1 템플릿 신호 및 제2 템플릿 신호를 상기 손목 각도 변동 값과 비교하고,
상기 제1 템플릿 신호의 크기는 소정 주기마다 제1 각도 값 또는 제2 각도 값을 번갈아가며 가지도록 설정되고, 상기 제2 템플릿 신호의 크기는 상기 제1 템플릿 신호의 주기와 반대되는 주기마다 상기 제1 각도 값 또는 제2 각도 값을 번갈아가며 가지도록 설정되는 것을 특징으로 하는 가속도 센서 기반의 흡연 행동 검출 장치.
제17항에 있어서,
상기 비교부는
상기 제1 템플릿 신호와 상기 손목 각도 변동 값간의 오차인 제1 오차 신호를 생성하고, 상기 제2 템플릿 신호와 상기 손목 각도 변동 값간의 오차인 제2 오차 신호를 생성한 후, 상기 제1 오차 신호와 상기 제2 오차 신호간의 오차인 최종 오차 신호를 최종 오차 임계치와 비교하는 것을 특징으로 하는 가속도 센서 기반의 흡연 행동 검출 장치.
제18항에 있어서,
상기 행동 검출부는
상기 최종 오차 신호 중에서 상기 최종 오차 임계치를 초과하는 최종 오차 신호인 유효 최종 오차 신호를 검출하고, 소정 시간 동안 검출된 상기 유효 최종 오차 신호의 갯수를 횟수 임계치와 비교한 후, 상기 유효 최종 오차 신호의 갯수를 상기 횟수 임계치와 비교한 결과에 기초하여 상기 소정 시간 동안의 상기 사용자의 행동을 흡연 행동으로서 검출하는 것을 특징으로 하는 가속도 센서 기반의 흡연 행동 검출 장치.
제17항에 있어서,
상기 비교부는
상기 제1 템플릿 신호와 상기 손목 각도 변동 값간의 오차인 제1 오차 신호를 생성하고, 상기 제2 템플릿 신호와 상기 손목 각도 변동 값간의 오차인 제2 오차 신호를 생성한 후, 상기 제1 오차 신호를 제1 오차 임계치와 비교하고, 상기 제2 오차 신호를 제2 오차 임계치와 비교하는 것을 특징으로 하는 가속도 센서 기반의 흡연 행동 검출 장치.
제20항에 있어서,
상기 행동 검출부는
상기 제1 오차 신호의 크기가 제1 오차 임계치보다 작고, 상기 제2 오차 신호의 크기가 제2 오차 임계치보다 큰 값을 가지는 손목 각도 변동 값인 유효 손목 각도 변동 값을 검출하고, 소정 시간 동안 검출된 상기 유효 손목 각도 변동 값의 갯수를 횟수 임계치와 비교한 후, 상기 유효 손목 각도 변동 값의 갯수를 상기 횟수 임계치와 비교한 결과에 기초하여 상기 소정 시간 동안의 상기 사용자의 행동을 흡연 행동으로서 검출하는 것을 특징으로 하는 가속도 센서 기반의 흡연 행동 검출 장치.