KR101999211B1 - 뇌파를 이용한 운전자 상태 검출 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 뇌파를 이용한 운전자 상태 검출 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 운전자 상태 검출 장치를 이용한 운전자 상태 검출 방법에 있어서, 차량 운전 중인 운전자의 전두엽, 후두엽, 측두엽 각각으로부터 측정된 뇌파 신호를 수신하는 단계, 수신된 전두엽, 후두엽, 측두엽의 뇌파 신호로부터 파워 스펙트럴 밀도(PSD) 값을 산출하고, 산출된 PSD 값으로부터 뇌파 신호의 증가율을 연산하는 단계, 상기 전두엽, 후두엽, 측두엽의 뇌파 신호의 증가율을 이용하여, 현재 운전자에게 시각적 주의 분산 또는 인지적 주의 분산이 발생되었는지, 또는 시각적 주의 분산 및 인지적 주의 분산이 동시에 발생되었는지를 판단하는 단계, 그리고 상기 주의 분산 판단 결과에 대응하여 주변 기기의 동작을 제어하는 단계를 포함한다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 뇌파를 이용하여 운전자의 상태를 분석함으로써, 운전자에게 시각적 주의 분산과 인지적 주의 분산 상태인지를 정확하게 판별할 수 있다. 따라서, 미연에 운전자의 주의 산만에 따른 교통 사고를 효과적으로 방지할 수 있다.

Description

뇌파를 이용한 운전자 상태 검출 장치 및 그 방법{DRIVER CONDITION DETECTING APPARATUS USING BRAIN WAVE AND METHOD THEREOF}
본 발명은 뇌파를 이용한 운전자 상태 검출 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 뇌파를 이용하여 운전자의 시각적 주의 분산과 인지적 주의 분산 상태를 검출할 수 있는 운전자 상태 검출 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
교통사고의 원인 중 많은 비율을 차지하는 것은 졸음운전이다. 운전 중 졸음은 운전자의 반응 속도와 정보처리 속도를 저하시키기 때문에 비정상적인 주행을 하도록 한다. 또한, 졸음운전은 전방주시를 이행하지 못하는 상황을 발생시키기 때문에 교통사고의 원인이 된다. 그러나, 운전자의 주의산만으로 인한 사고 또한 증가하고 있다.
운전자의 주의산만은 운전에 대한 집중을 저하시키고, 돌발상황을 인지하지 못하도록 하기 때문에 교통사고의 원인이 되고 있다. 주의산만은 시각적 주의산만(Visual distraction)과 인지적 주의산만(Cognitive distraction)으로 나눌 수 있는데, 시각적 주의산만은 주행 중 시선을 다른 곳에 두는 것을 의미하고, 인지적 주의산만은 주행 이외의 원인으로 인해 인지 능력의 저하를 의미한다.
네비게이션과 HUD와 같은 주행을 돕기 위한 기술이 도입되었지만, 이를 확인하느라 시각적 주의산만을 발생시킬 수 있다. 또한, 스마트폰이 보급되면서 많은 운전자들이 주행 중 스마트폰을 사용하고 전화와 문자, 소셜 네트워크 알림 등으로 인해 주행에 집중하지 못하는 인지적 주의산만을 발생시킬 수 있다. 이러한 주의산만을 확인하고 예방할 필요가 있다.
운전자의 상태를 분석하기 위한 연구가 많이 진행되어왔다. 기존 연구들은 운전자의 피로에 초점을 맞추어 연구를 진행하였으며, 운전자의 피로를 분석하고 이를 통해 피로도를 분류하려는 연구도 진행되었다.
그리고, 스마트폰과 네비게이션 등이 보편화 되면서 주의산만으로 인한 교통사고가 증가하였고, 이에 따라서 운전자의 주의산만에 대한 연구가 진행되었다. 그러나, 운전자의 주의분산을 세분화하여 분류하고 분석하는 연구는 여전히 미흡한 실정이다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 한국공개특허 제2016-0059317호(2016.05.26 공개)에 개시되어 있다.
본 발명은 뇌파를 이용하여 운전자의 시각적 주의 분산과 인지적 주의 분산 상태를 검출할 수 있는 운전자 상태 검출 장치 및 그 방법을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명에 따르면, 운전자 상태 검출 장치를 이용한 운전자 상태 검출 방법에 있어서, 차량 운전 중인 운전자의 전두엽, 후두엽, 측두엽 각각으로부터 측정된 뇌파 신호를 수신하는 단계, 수신된 전두엽, 후두엽, 측두엽의 뇌파 신호로부터 파워 스펙트럴 밀도(PSD) 값을 산출하고, 산출된 PSD 값으로부터 뇌파 신호의 증가율을 연산하는 단계, 상기 전두엽, 후두엽, 측두엽의 뇌파 신호의 증가율을 이용하여, 현재 운전자에게 시각적 주의 분산 또는 인지적 주의 분산이 발생되었는지, 또는 시각적 주의 분산 및 인지적 주의 분산이 동시에 발생되었는지를 판단하는 단계, 그리고 상기 주의 분산 판단 결과에 대응하여 주변 기기의 동작을 제어하는 단계를 포함한다.
상기 주의 분산 발생 여부를 판단하는 단계에 있어서, 전두엽의 뇌파 신호의 증가율이 40% 이상이고, 후두엽의 뇌파 신호의 증가율이 100% 이상이면, 운전자에게 시각적 주의 분산이 발생한 상태로 판단하고, 전두엽의 뇌파 신호의 증가율이 60% 이상이면, 운전자에게 인지적 주의 분산이 발생한 상태로 판단하며, 전두엽의 뇌파 신호의 증가율이 110% 이상이고, 후두엽의 뇌파 신호의 증가율이 120% 이상이면, 운전자에게 시각적 주의 분산과 인지적 주의 분산이 동시에 발생한 상태로 판단한다.
상기 주변 기기의 동작을 제어하는 단계에 있어서, 시각적 주의 분산이 발생한 것으로 판단되면, 차량 내 전자 기기의 디스플레이 기능을 일부 제한하고, 인지적 주의 분산이 발생한 것으로 판단되면, 차량 내 전자 기기의 음성 기능을 일부 제한하며, 시각적 주의 분산과 인지적 주의 분산이 발생한 것으로 판단되면, 차량 내 전자 기기의 디스플레이 기능과 음성 기능을 동시에 제한할 수 있다.
운전자에게 시각적 주의 분산 또는 인지적 주의 분산이 발생하였거나, 시각적 주의 분산 및 인지적 주의 분산이 동시에 발생한 경우, 운전자 또는 동승자가 소지한 장비로 현재 운전자 상태에 대하여 알람을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 PSD 값은, 상기 전두엽, 후두엽, 측두엽의 뇌파 신호의 베타파에 대한 PSD 값일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 뇌파를 이용한 운전자 상태 검출 장치에 있어서, 차량 운전 중인 운전자의 전두엽, 후두엽, 측두엽 각각으로부터 측정된 뇌파 신호를 수신하는 뇌파 신호 수신부, 수신된 전두엽, 후두엽, 측두엽의 뇌파 신호로부터 파워 스펙트럴 밀도(PSD) 값을 산출하고, 산출된 PSD 값으로부터 뇌파 신호의 증가율을 연산하는 뇌파 분석부, 상기 전두엽, 후두엽, 측두엽의 뇌파 신호의 증가율을 이용하여, 현재 운전자에게 시각적 주의 분산 또는 인지적 주의 분산이 발생되었는지, 또는 시각적 주의 분산 및 인지적 주의 분산이 동시에 발생되었는지를 판단하는 주의 분산 판단부, 그리고 상기 주의 분산 판단 결과에 대응하여 주변 기기의 동작을 제어하는 제어부를 포함한다.
본 발명에 따르면, 뇌파를 이용하여 운전자의 상태를 분석함으로써, 운전자에게 시각적 주의 분산과 인지적 주의 분산 상태인지를 정확하게 판별할 수 있다. 따라서, 미연에 운전자의 주의 산만에 따른 교통 사고를 효과적으로 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 운전자 상태 검출 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실험예에 이용된 정상 주행 영상과 HUD를 통해 길을 안내하는 영상을 나타낸 예시도이다.
도 3는 본 발명의 실험예에 이용된 실험 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실험예에 따른 시각적 주의분산으로 인한 뇌파 변화 결과를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실험예에 따른 인지적 주의분산으로 인한 뇌파 변화 결과를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실험예에 따른 시각적 및 인지적 주의분산으로 인한 뇌파 변화 결과를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 뇌파를 이용한 운전자 상태 검출 방법의 순서도이다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 운전자 상태 검출 장치의 구성도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 운전자 상태 검출 장치(100)는 뇌파 신호 수신부(110), 뇌파 분석부(120), 주의 분산 판단부(130), 제어부(140) 및 알람부(150)를 포함한다.
먼저 뇌파 신호 수신부(110)는 차량 운전 중인 운전자의 전두엽, 후두엽, 측두엽 각각으로부터 측정된 뇌파 신호를 수신한다.
뇌파 분석부(120)는 수신된 전두엽, 후두엽, 측두엽의 뇌파 신호로부터 파워 스펙트럴 밀도(PSD) 값을 산출하고, 산출된 PSD 값으로부터 뇌파 신호의 증가율을 연산한다.
주의 분산 판단부(130)는 전두엽, 후두엽, 측두엽의 뇌파 신호의 증가율을 이용하여, 현재 운전자에게 시각적 주의 분산 또는 인지적 주의 분산이 발생되었는지, 또는 시각적 주의 분산 및 인지적 주의 분산이 동시에 발생되었는지를 판단한다.
제어부(140)는 주의 분산 판단 결과에 대응하여 주변 기기의 동작을 제어한다.
그리고 알람부(150)는 운전자에게 시각적 주의 분산 또는 인지적 주의 분산이 발생하였거나, 시각적 주의 분산 및 인지적 주의 분산이 동시에 발생한 경우, 운전자 또는 동승자가 소지한 장비로 현재 운전자 상태에 대하여 알람을 수행한다.
이하에서는 뇌파 신호를 이용하여 시각적 주의 분산과 인지적 주의 분산을 검출하는 방법의 타당성에 대하여 실험예를 통하여 설명한다.
실험예
1. 연구대상자
본 실험예에서는 임상실험을 진행하기 위해 총 28명의 연구대상자를 대상으로 실험을 하였다.
뇌의 편측성을 제거하기 위해 모든 피험자는 오른손잡이를 모집하였다. 남성 15명과 여성 13명으로 구성되어 있으며, 평균 나이는 23.5세이다. 그리고, 15명의 연구대상자는 면허를 소지하고 있고, 나머지 연구대상자는 면허를 소지하지 않은 사람들로 구성되어 있다. 실험은 외부의 빛이 차단되고 온도와 습도가 일정하게 유지되는 밀실에서 진행되었다. 연구대상자는 모니터로부터 1m 떨어진 곳에서 화면을 응시하도록 하였다.
2. 뇌파 신호
뇌파 측정을 위해 NeuroScan SynAmps RT 64-channel Amplifier와 International 10-20 system에 따라서 제작된 64-channels Quick-Cap을 사용하였다. 측정 장비는 EOG를 측정할 수 있는 전극을 포함하기 때문에 각 눈의 끝부분과 좌측 눈 위아래에 전극을 부착하여 EOG(안전위도, electrooculogram)를 측정하였다. 측정된 EOG는 눈 움직임으로 인해 발생하는 노이즈 제거를 위해 사용하였다. 소프트웨어는 Curry7을 사용하였고, 뇌파신호는 1kHz로 측정 후 512Hz로 다운샘플링하여 사용하였다. 또한, 뇌파는 작은 움직임에도 민감하여 노이즈를 포함하기 때문에 전처리과정에서 이를 제거하여야 한다.
3. 실험 영상
운전 중 뇌파를 측정하는 것은 다양한 원인으로 인해 발생하는 노이즈를 포함할 수 있기 때문에 본 실험예에서는 주행 영상을 제작하여 사용하였다. 실험 영상은 유로 트럭 시뮬레이터 2(Euro Truck Simulator 2)를 통해 제작하였다.
정상 주행 영상(Normal video)과 HUD를 통해 길을 안내하는 영상(Visual distraction video), 주행 중 스마트폰 알람이 울리는 영상(Cognitive distraction video), HUD와 알람이 함께 제시되는 영상(Visual and Cognitive distraction video)을 제작하였다.
도 2는 본 발명의 실험예에 이용된 정상 주행 영상과 HUD를 통해 길을 안내하는 영상을 나타낸 예시도이다.
즉, 도 2의 (a)는 정상 주행 영상(Normal video)이고, 도 2의 (b)는 HUD를 통해 길을 안내하는 영상(Visual distraction video)을 나타낸다.
도 2의 (b)에 나타낸 HUD 영상은 시각적 주의산만을 유발하는 영상이다.
주행 중 HUD가 표시되는 특정 위치를 주시하도록 유도함으로써 시각적 주의산만을 유발하였고, 주행 중 스마트폰 알람을 통해 스마트폰으로 주의를 분산하도록 유도함으로써 인지적 주의산만을 유발하였다.
다음의 표 1은 4가지 영상에 대한 설명을 나타낸 것이다.
영상 종류 제작 영상
1 정상 영상 정상 주행 영상(Normal video)
2 시각적 주의 분산 유발 영상 HUD를 통해 길을 안내하는 영상(Visual distraction video)
3 인지적 주의 분산 유발 영상 주행 중 스마트폰 알람이 울리는 영상(Cognitive distraction video)
4 시각적 및 인지적 주의분산 유발 영상 HUD와 알람이 함께 제시되는 영상(Visual and Cognitive distraction video)
스마트 폰의 각 영상의 길이는 20분으로 제작하였다.
4. 실험 절차
도 3는 본 발명의 실험예에 이용된 실험 과정을 설명하기 위한 도면이다.
연구대상자는 표 1에 나타낸 총 4개의 영상을 시청하였다. 영상은 실험을 위해 제작한 것을 사용하였고, 영상을 시청하는 동안의 뇌파를 기록하였다. 영상을 시청하는 순서는 순서효과(Order effect)를 제거하기 위해 무작위로 선정하였다. 또한, 이전 영상이 미치는 영향을 최소화하기 위해 영상시청 사이에 10분의 휴식시간을 가졌다. 각 영상이 20분의 길이를 가지고 10분의 휴식을 가졌기 때문에 실험은 총 1시간50분이 소요되었다.
5. 실험 결과
본 발명의 실험예에 따르면, 시각적 주의분산과 인지적 주의분산으로 나누어 분석을 진행하였다. 주의분산을 유발하는 자극 제시 5초 전부터 자극 제시 10초 후의 구간을 주의분산 발생 구간으로 정하고, 해당 구간의 뇌파를 추출하였다. 각 주의분산에 대한 뇌파를 정상 주행 시의 뇌파와 비교하였다.
비교를 위해 Fp1~2, F3~4, T7~8, O1~2의 전극을 사용하였다. Fp1, Fp2, F3, F4는 전두엽(Frontal), T7, T8은 측두엽(Temporal), O1, O2는 후두엽(Occipital)으로 구분하였다.
일반적으로 전두엽은 인지 및 정신적 기능, 측두엽은 청각 기능, 후두엽은 시각 기능을 담당한다.
도 4 내지 도 6은 정상 주행 영상을 제외한 각 영상과 정상 주행 영상을 시청했을 때의 뇌파 결과를 나타낸 것이다.
특히, 도 4 내지 도 6의 Y축은 베타파의 PSD(파워 스펙트럼 밀도, power spectral density)를 나타낸다.
먼저 도 4는 본 발명의 실험예에 따른 시각적 주의분산으로 인한 뇌파 변화 결과를 나타낸 도면이다.
도 4의 파란색 그래프는 정상 주행 영상(Normal video)을 시청했을 경우의 뇌파 신호이고, 도 4의 노란색 그래프는 HUD를 통해 길을 안내하는 영상(Visual distraction video)을 시청했을 경우의 뇌파 신호를 나타낸다.
도 4에 나타낸 것처럼, 시각적 주의분산을 유발하는 구간에서는 측두엽(T7, T8 )을 제외만 모든 부분에서 뇌파의 신호 값에서 차이가 많이 나타났다.
특히, 시각적 주의분산을 유발하는 구간에서는 정상 주행 영상을 시청할 때와 비교할 때, 전두엽(Fp1, Fp2, F3, F4 )의 경우 51% 정도 베타파의 PSD가 증가하였고, 후두엽(O1, O2 )의 경우에는 115% 정도 베타파의 PSD가 증가하였음을 알 수 있다.
따라서, 도 4의 결과를 통하여 전두엽(Fp1, Fp2, F3, F4 )의 차이를 통해 전두엽에서 더 많은 인지 능력을 사용하는 것을 확인하였고, 후두엽(O1, O2 )의 변화를 통해 후두엽에서 시각활동이 일어나는 것을 확인하였다.
도 5는 본 발명의 실험예에 따른 인지적 주의분산으로 인한 뇌파 변화 결과를 나타낸 도면이다.
도 5의 파란색 그래프는 정상 주행 영상(Normal video)을 시청했을 경우의 뇌파 신호이고, 도 5의 노란색 그래프는 주행 중 스마트폰 알람이 울리는 영상(Cognitive distraction video)을 시청했을 경우의 뇌파 신호를 나타낸다.
도 5에 나타낸 것처럼, 인지적 주의분산을 유발하는 구간에서는 후두엽(O1, O2 )을 제외한 모든 부분에서 차이가 나타났다. 특히, 전두엽(Fp1, Fp2, F3, F4 )에서 많은 차이가 발생하는 것을 확인할 수 있으며, 도 4에서의 시각적 주의분산을 유발하는 구간보다 더 큰 차이가 발생하였음을 알 수 있다.
즉, 인지적 주의분산을 유발하는 구간에서는 정상 주행 영상을 시청할 때와 비교할 때, 전두엽(Fp1, Fp2, F3, F4 )의 경우 66% 정도의 베타파의 PSD가 증가하였고, 측두엽(T7, T8 )의 경우에는 68% 정도의 베타파의 PSD가 증가하였음을 알 수 있다.
따라서, 측두엽(T7, T8 )의 크기 변화를 통해 청각 자극에 대한 반응을 확인할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실험예에 따른 시각적 및 인지적 주의분산으로 인한 뇌파 변화 결과를 나타낸 도면이다.
도 6의 파란색 그래프는 정상 주행 영상(Normal video)을 시청했을 경우의 뇌파 신호이고, 도 6의 노란색 그래프는 주행 중 HUD와 알람이 함께 제시되는 영상(Visual and Cognitive distraction video)을 시청했을 경우의 뇌파 신호를 나타낸다.
도 6에 나타낸 것처럼, 시각적 주의분산과 인지적 주의분산을 동시에 유발하는 구간에서는 전두엽, 측두엽, 후두엽 모든 부분에서 차이가 나타났다.
즉, 시각적 주의분산과 인지적 주의분산을 동시에 유발하는 구간에서는 정상 주행 영상을 시청할 때와 비교할 때, 전두엽(Fp1, Fp2, F3, F4 )의 경우 122% 정도의 베타파의 PSD가 증가하였고, 측두엽(T7, T8 )의 경우에는 56% 정도의 베타파의 PSD가 증가하였으며, 후두엽(O1, O2 )의 경우 138% 정도의 베타파의 PSD가 증가하였음을 알 수 있다.
특히, 인지 능력을 담당하는 전두엽(Fp1, Fp2, F3, F4 ) 부분에서 하나의 주의분산을 유발할 때보다 더 큰 차이가 발생하는 것을 확인하였다.
Figure 112018000766383-pat00001
표 2는 도 4 내지 도 6에 따른 통계분석 결과를 나타낸 것이다.
표 2에서 각각의 값은 도 4 내지 도 6에 따른 실험에서 전두엽, 측두엽, 후두엽의 뇌파 신호를 유의확률(p-value)을 의미한다.
시각적 주의분산을 유발하는 구간의 측두엽(T7, T8 )과 인지적 주의분산을 유발하는 구간의 후두엽(O1, O2 )을 제외하고 모두 유의확률이 0.05이하로 나타났기 때문에 본 실험 결과는 유의미한 차이가 있다고 할 수 있다.
6. 분석
이와 같이 본 발명의 실험예를 통하여 운전자의 주의분산을 유도하였을 때 발생하는 뇌파의 변화를 확인하였다. 시각적 주의분산을 유발하는 구간에서 인지 기능을 하는 전두엽(Fp1, Fp2, F3, F4 )과 시각 기능을 하는 후두엽(O1, O2 ) 부분에서 베타파가 증가하였는데, 후두엽(O1, O2 ) 부분의 베타파가 증가하는 것은 주행 중 차량 전방 정보와 함께 헤드 업 디스플레이(HUD)의 정보를 받아들이기 때문인 것으로 분석된다.
또한, 헤드 업 디스플레이(HUD)가 운전자의 시야를 방해할 수 있기 때문에 인지 기능과 관련된 전두엽 부분의 베타파가 증가하였다. 그리고, 인지적 주의분산을 유발하는 구간에서는 전두엽(Fp1, Fp2, F3, F4 )과 측두엽(T7, T8 ) 부분의 베타파가 증가하였다.
이는 인지적 주의분산을 유발하기 위해 스마트폰 알람 소리를 사용하였기 때문인데, 청각 자극을 제시함으로써 측두엽(T7, T8 )의 베타파가 증가한 것으로 분석된다.
전두엽(Fp1, Fp2, F3, F4 ) 부분의 베타파 증가는 주행 중 전방의 상황을 인지하는 것과 동시에 스마트폰 알람에 대한 인지하는 것을 동시에 처리하기 때문인 것으로 분석된다.
시각적 주의분산과 인지적 주의분산을 동시에 발생시켰을 때 전두엽(Fp1, Fp2, F3, F4 )과 측두엽(T7, T8 ), 후두엽(O1, O2 ) 부분에서 모두 변화가 발생하였다. 여기서, 측두엽과 후두엽의 변화는 시각 정보와 청각 정보를 처리하기 위해 발생하는 것이고, 전두엽 부분의 변화는 더 많은 정보를 인지하기 때문에 발생하는 것으로 분석된다.
특히, 전두엽(Fp1, Fp2, F3, F4 ) 부분에서 시각적 주의분산과 인지적 주의분산을 개별적으로 유발하였을 경우보다 동시에 유발하였을 경우가 더 큰 변화가 발생하였는데, 이는 주행 중 운전자가 운전에 집중하지 못할 만큼 많은 정보가 제시된다면 사고가 발생할 수 있는 가능성을 확인할 수 있다.
이와 같이, 시각적 주의분산과 인지적 주의분산이 인지처리를 하는 전두엽 부분에 영향을 미치는 것을 확인하였고, 특히 시각적 주의분산과 인지적 주의분산이 동시에 유발되는 경우 더 큰 변화가 발생하는 것을 확인할 수 있다.
이와 같이 시각적 주의분산과 인지적 주의분산을 동시에 발생시켰을 경우, 전두엽(Fp1, Fp2, F3, F4 ) 부분의 베타파가 2배 이상 많이 나오기 때문에 시각적 및 인지적 주의분산이 동시에 발생한다면 사고 가능성이 높아질 수 있다.
이하에서는 상기의 실험예를 토대로 본 발명의 실시예에 따른 뇌파를 이용한 운전자 상태 검출 방법에 대하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 뇌파를 이용한 운전자 상태 검출 방법의 순서도이다.
먼저 뇌파 신호 수신부(110)는 차량 운전 중인 운전자의 전두엽, 후두엽, 측두엽 각각으로부터 측정된 뇌파 신호를 수신한다(S710).
즉, 운전자는 뇌파 측정을 위해 64 채널의 Quick-Cap을 착용한 상태이며, 전두엽 또는 후두엽 또는 측두엽의 뇌파를 측정한 각각의 전극은 해당하는 채널을 통하여 유선 또는 무선 통신을 통하여 측정된 뇌파 신호를 뇌파 신호 수신부(110)로 전달한다.
다음으로 뇌파 분석부(120)는 수신된 전두엽, 후두엽, 측두엽의 뇌파 신호를 이용하여 PSD를 산출하고, 산출된 PSD 값으로부터 뇌파 신호의 증가율을 연산한다(S720).
뇌파 분석부(120)는 수신된 뇌파 신호를 신호 처리하고, 신호 처리된 뇌파 신호로부터 베타파의 PSD를 산출한다.
그리고, 뇌파 분석부(120)는 전두엽에 대한 뇌파 신호의 PSD 평균 값과 기준 전두엽의 PSD 값의 크기 비율을 연산하여 전두엽의 뇌파 신호의 증가율을 산출한다.
또한, 뇌파 분석부(120)는 측두엽에 대한 뇌파 신호의 PSD 평균 값과 기준 측두엽의 PSD 값의 크기 비율을 연산하여 측두엽의 뇌파 신호의 증가율을 산출하고, 후두엽에 대한 뇌파 신호의 PSD 평균 값과 기준 후두엽의 PSD 값의 크기 비율을 연산하여 후두엽의 뇌파 신호의 증가율을 산출한다.
여기서, 기준 전두엽의 PSD 값, 기준 측두엽의 PSD 값, 기준 후두엽의 PSD 값은 기 설정된 값으로서, 운전자의 성별, 연령, 건강 상태 등에 따라 다르게 설정이 가능하다.
다음으로 주의 분산 판단부(130)는 산출된 전두엽, 측두엽, 후두엽의 뇌파 신호의 증가율을 이용하여, 현재 운전자에게 시각적 주의 분산 또는 인지적 주의 분산이 발생되었는지, 또는 시각적 주의 분산 및 인지적 주의 분산이 동시에 발생되었는지를 판단한다(S730).
만일, 전두엽의 뇌파 신호의 증가율이 40% 이상이고, 후두엽의 뇌파 신호의 증가율이 100% 이상이면, 주의 분산 판단부(130)는 현재 운전자에게 시각적 주의 분산이 발생한 상태로 판단한다.
또한, 주의 분산 판단부(130)는 전두엽의 뇌파 신호의 증가율이 60% 이상이면, 운전자에게 인지적 주의 분산이 발생한 상태로 판단하며, 전두엽의 뇌파 신호의 증가율이 110% 이상이고, 후두엽의 뇌파 신호의 증가율이 120% 이상이면, 운전자에게 시각적 주의 분산과 인지적 주의 분산이 동시에 발생한 상태로 판단한다.
여기서, 주의 분산 판단 기준 비율은 앞서 설명한 실험 예에 기반하여 설정된 것이며, 운전자의 성별, 연령, 건강 상태 등에 따라 다르게 설정이 가능하다.
다음으로 제어부(140)는 S730 단계의 주의 분산 판단 결과에 대응하여 주변 기기의 동작을 제어하는 신호를 해당 전자 기기로 전송한다(S740).
즉, S730 단계에서 시각적 주의 분산이 발생한 것으로 판단되면, 제어부(140)는 시각적 주의 분산을 유발하는 주변 기기의 기능을 일시적으로 차단하는 신호를 해당 전자 기기로 전송한다.
예를 들면, 제어부(140)는 차량 내 네비게이션 화면을 소등시키거나, 차량 내 계기판의 조도를 낮추거나, 차량 내 디스플레이 화면을 소등시키거나, 운전자가 착용한 HUD의 기능을 일부 제한할 수 있다.
그리고, S730 단계에서 인지적 주의 분산이 발생한 것으로 판단되면, 제어부(140)는 인지적 주의 분산을 유발하는 주변 기기의 기능을 일시적으로 차단 하는 신호를 해당 전자 기기로 전송한다.
예를 들면, 제어부(140)는 차량 내 네비게이션의 음성을 줄이거나, 운전자가 소지한 스마트폰의 알람이나 통화 수신 기능을 일부 제한하거나, 운전자가 착용한 HUD의 음성 기능을 일부 제한할 수 있다.
또한, S730 단계에서 시각적 주의 분산과 인지적 주의 분산이 동시에 발생한 것으로 판단되면, 제어부(140)는 시각적 주의 분산과 인지적 주의 분산을 유발하는 주변 기기의 기능을 일시적으로 차단하는 신호를 해당 전자 기기로 전송한다.
즉, 제어부(140)는 앞에서 설명한 시각적 주의 분산 또는 인지적 주의 분산에 따른 주변 기기의 기능 제한을 동시에 수행한다.
마지막으로 알람부(150)는 현재 운전자에게 시각적 주의 분산 또는 인지적 주의 분산이 발생한 경우, 운전자 또는 동승자가 소지한 통신 장비로 현재의 운전자 상태에 대하여 알람을 수행한다(S750).
즉, 현재 운전자에게 시각적 주의 분산 또는 인지적 주의 분산이 발생하거나, 시각적 주의 분산과 인지적 주의 분산이 동시에 발생한 경우, 사고의 발생을 줄이기 위하여 운전자 또는 동승자가 소지한 스마트 폰 등으로 운전자의 현재 상태에 대하여 정보를 제공한다.
따라서, 알람부(150)는 음성 또는 진동을 통하여 운전자에게는 위험 상황에 대한 경각심을 주고, 휴식의 필요성에 대하여 안내를 줄 수 있으며, 동승자에게는 미연의 사고를 방지할 수 있도록 조치를 취할 것을 요청할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 뇌파를 이용하여 운전자의 상태를 분석함으로써, 운전자에게 시각적 주의산만과 인지적 주의산만 상태인지를 정확하게 판별할 수 있다. 따라서, 미연에 운전자의 주의 산만에 따른 교통 사고를 효과적으로 방지할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 운전자 상태 검출 장치 110: 뇌파 신호 수신부
120: 뇌파 분석부 130: 주의 분산 판단부
140: 제어부 150: 알람부

Claims (10)

  1. 운전자 상태 검출 장치를 이용한 운전자 상태 검출 방법에 있어서,
    차량 운전 중인 운전자의 전두엽, 후두엽, 측두엽 각각으로부터 측정된 뇌파 신호를 뇌파 신호 수신부에 수신하는 단계,
    수신된 전두엽, 후두엽, 측두엽의 뇌파 신호로부터 파워 스펙트럴 밀도(PSD) 값을 산출한 평균값과, 기준이 되는 전두엽, 후두엽 및 측두엽의 PSD값의 크기 비율을 연산하여 산출된 PSD 값으로부터 뇌파 신호의 증가율을 뇌파 분석부에서 연산하는 단계,
    상기 전두엽, 후두엽, 측두엽의 뇌파 신호의 증가율을 이용하여, 현재 운전자에게 시각적 주의 분산 또는 인지적 주의 분산이 발생되었는지, 또는 시각적 주의 분산 및 인지적 주의 분산이 동시에 발생되었는지를 판단부에서 판단하는 단계, 그리고
    상기 주의 분산 판단 결과에 대응하여 주변 기기의 동작을 제어부에서 제어하는 단계를 포함하며,
    상기 주의 분산 발생 여부를 판단하는 단계에 있어서,
    전두엽의 뇌파 신호의 증가율이 40% 이상이고, 후두엽의 뇌파 신호의 증가율이 100% 이상이면, 운전자에게 시각적 주의 분산이 발생한 상태로 판단하고,
    전두엽의 뇌파 신호의 증가율이 60% 이상이면, 운전자에게 인지적 주의 분산이 발생한 상태로 판단하며,
    전두엽의 뇌파 신호의 증가율이 110% 이상이고, 후두엽의 뇌파 신호의 증가율이 120% 이상이면, 운전자에게 시각적 주의 분산과 인지적 주의 분산이 동시에 발생한 상태로 판단하는 뇌파를 이용한 운전자 상태 검출 방법.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 주변 기기의 동작을 제어하는 단계에 있어서,
    시각적 주의 분산이 발생한 것으로 판단되면, 차량 내 전자 기기의 디스플레이 기능을 일부 제한하고,
    인지적 주의 분산이 발생한 것으로 판단되면, 차량 내 전자 기기의 음성 기능을 일부 제한하며,
    시각적 주의 분산과 인지적 주의 분산이 발생한 것으로 판단되면, 차량 내 전자 기기의 디스플레이 기능과 음성 기능을 동시에 제한하는 뇌파를 이용한 운전자 상태 검출 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    운전자에게 시각적 주의 분산 또는 인지적 주의 분산이 발생하였거나, 시각적 주의 분산 및 인지적 주의 분산이 동시에 발생한 경우, 운전자 또는 동승자가 소지한 장비로 현재 운전자 상태에 대하여 알람을 수행하는 단계를 더 포함하는 뇌파를 이용한 운전자 상태 검출 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 PSD 값은,
    상기 전두엽, 후두엽, 측두엽의 뇌파 신호의 베타파에 대한 PSD 값인 뇌파를 이용한 운전자 상태 검출 방법.
  6. 뇌파를 이용한 운전자 상태 검출 장치에 있어서,
    차량 운전 중인 운전자의 전두엽, 후두엽, 측두엽 각각으로부터 측정된 뇌파 신호를 수신하는 뇌파 신호 수신부,
    수신된 전두엽, 후두엽, 측두엽의 뇌파 신호로부터 파워 스펙트럴 밀도(PSD) 값을 산출하고, 산출된 PSD 값으로부터 뇌파 신호의 증가율을 연산하는 뇌파 분석부,
    상기 전두엽, 후두엽, 측두엽의 뇌파 신호의 증가율을 이용하여, 현재 운전자에게 시각적 주의 분산 또는 인지적 주의 분산이 발생되었는지, 또는 시각적 주의 분산 및 인지적 주의 분산이 동시에 발생되었는지를 판단하는 주의 분산 판단부, 그리고
    상기 주의 분산 판단 결과에 대응하여 주변 기기의 동작을 제어하는 제어부를 포함하며
    상기 주의 분산 판단부는,
    전두엽의 뇌파 신호의 증가율이 40% 이상이고, 후두엽의 뇌파 신호의 증가율이 100% 이상이면, 운전자에게 시각적 주의 분산이 발생한 상태로 판단하고,
    전두엽의 뇌파 신호의 증가율이 60% 이상이면, 운전자에게 인지적 주의 분산이 발생한 상태로 판단하며,
    전두엽의 뇌파 신호의 증가율이 110% 이상이고, 후두엽의 뇌파 신호의 증가율이 120% 이상이면, 운전자에게 시각적 주의 분산과 인지적 주의 분산이 동시에 발생한 상태로 판단하는 뇌파를 이용한 운전자 상태 검출 장치.
  7. 삭제
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 제어부는,
    시각적 주의 분산이 발생한 것으로 판단되면, 차량 내 전자 기기의 디스플레이 기능을 일부 제한하는 신호를 해당 전자 기기로 전송하고,
    인지적 주의 분산이 발생한 것으로 판단되면, 차량 내 전자 기기의 음성 기능을 일부 제한하는 신호를 해당 전자 기기로 전송하며,
    시각적 주의 분산과 인지적 주의 분산이 발생한 것으로 판단되면, 차량 내 전자 기기의 디스플레이 기능과 음성 기능을 동시에 제한하는 신호를 해당 전자 기기로 전송하는 뇌파를 이용한 운전자 상태 검출 장치.
  9. 청구항 6에 있어서,
    운전자에게 시각적 주의 분산 또는 인지적 주의 분산이 발생하였거나, 시각적 주의 분산 및 인지적 주의 분산이 동시에 발생한 경우, 운전자 또는 동승자가 소지한 장비로 현재 운전자 상태에 대하여 알람을 수행하는 알람부를 더 포함하는 뇌파를 이용한 운전자 상태 검출 장치.
  10. 청구항 6에 있어서,
    상기 PSD 값은,
    상기 전두엽, 후두엽, 측두엽의 뇌파 신호의 베타파에 대한 PSD 값인 뇌파를 이용한 운전자 상태 검출 장치.
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