KR102035220B1 - 비접촉 생체 신호 검출을 이용한 졸음 운전 방지 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 비접촉 생체 신호 검출을 이용한 졸음 운전 방지 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 UWB(ULTRA WIDE BAND) 무선 주파수 전파를 활용하여 생체 신호인 심박수 및 호흡수를 비접촉 방법으로 인식하고 이를 통해 실시간의 운전자의 심박수 및 호흡수를 계산하여 기저장된 기준 심박수 및 호흡수와 비교 판단하여 운전자의 졸음 상태를 판별하여 운전자에게 경고함으로써, 운전자의 졸음으로 인한 차량사고를 미연에 방지할 수 있는 비접촉 생체 신호 검출을 이용한 졸음 운전 방지 장치에 관한 것이다.
Description
본 발명은 비접촉 생체 신호 검출을 이용한 졸음 운전 방지 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 UWB(ULTRA WIDE BAND) 무선 주파수 전파를 활용하여 외부 환경 노이즈가 제거된 생체 신호를 통해 심박수 및 호흡수를 비접촉 방법으로 인식하며, 이를 통해 실시간의 운전자의 심박수 및 호흡수를 계산하여 기저장된 기준 심박수 및 호흡수와 비교 판단함에 따라 운전자의 졸음 상태를 판별하여 운전자에게 경고함으로써, 운전자의 졸음으로 인한 차량사고를 미연에 방지할 수 있는 비접촉 생체 신호 검출을 이용한 졸음 운전 방지 장치에 관한 것이다.
고속으로 운행하는 차량과 같은 운송수단의 충돌 사고는 막대한 재산 손실과 함께 큰 인명 피해를 가져오므로 운전자의 주의가 각별히 요구된다. 그러나, 운전자의 의지와는 상관없이 운전불능의 상태가 도래될 수 있는데, 예를 들어 차량을 장시간 운전하게 됨으로써 발생되는 누적된 피로에 의한 졸음 운전이나, 운전자의 갑작스런 신체 마비 등 건강상태의 급변 상황에서의 운전 등이다. 운전자가 이러한 상태에 이르면 대형 사고를 유발할 수 있다.
따라서, 이러한 운전자의 운전불능 상태를 미연에 예측하고 운전자에게 경각심을 주어 사고를 예방하거나 혹은 사고 발생 당시에 운전자의 신체적 상태를 파악하여 명확한 사고 원인을 규명하는 것이 필요하다.
종래, 핸들 조타각 등 차량의 거동을 나타내는 신호나, 눈의 깜빡거림, 눈의 개안 및 폐안 상태, 뇌파, 피부 전위 활동 등 운전자의 신체적 변화를 나타내는 신호를 카메라나 전극으로 검출하여 졸음 운전 상태를 판정하고, 졸음 운전 상태로 판정되면 운전자를 깨우는 경보음 등을 발하는 졸음운전 방지 장치가 개시되어 있다.
예를 들어, 뇌파를 이용한 졸음운전 방지장치가 대한민국 등록특허 제10-0190983호 등에 개시되어 있다, 또한, 운전자의 눈을 카메라로 촬영하고 그 이미지를 처리한 후 눈의 개안 및 폐안 상태를 판단하여 졸음운전을 방지하는 장치가 대한민국 등록특허 제10-0295849호 등에 개시되어 있다.
그러나 이러한 종래의 졸음운전 방지장치들은 사용의 편의성, 졸음 상태의 식별능력, 양산 가격의 적절성 및 효용성이 떨어져 상용화하기 어려운 단점이 있다.
대한민국 등록특허 제10-209610호는 EEG(Electro Encephalo Graph:뇌파) 신호를 이용한 졸음 방지 장치를 개시하고 있으나, 이 장치에 의할 경우 EEG를 감지하는 센서를 운전자의 신체에 부착하여야 하는 데, 승차 후 센서를 신체에 부착하였다가 하차시에 센서를 신체로부터 제거하는 자체가 번거로울 뿐만 아니라. EEG를 감지하는 센서의 장착은 운전자가 피 관리의식을 받게 되어 민감해질 수 있다는 문제가 있다. 따라서, 운전자가 별도로 탈부착 행위를 하지 않을 뿐만 아니라, 의식하지 않는 상황에서 졸음을 감지할 수 있는 방법이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 본 발명의 목적은 UWB(ULTRA WIDE BAND) 무선 주파수 전파를 활용하여 생체 신호인 심박수 및 호흡수를 비접촉 방법으로 인식하고 이를 통해 실시간의 운전자의 심박수 및 호흡수를 계산하여 기저장된 기준 심박수 및 호흡수와 비교 판단하여 운전자의 졸음 상태를 판별하여 운전자에게 경고함으로써, 운전자의 졸음으로 인한 차량사고를 미연에 방지할 수 있는 비접촉 생체 신호 검출을 이용한 졸음 운전 방지 장치를 제공하는 것이다.
아울러 본 발명은 운전자가 없는 환경에서 발생되는 다수 회의 배경 노이즈를 계속적으로 저장하였다가 운전자의 생체 신호 검출 시 저장된 배경 노이즈의 평균 노이즈 신호 또는 패턴별 평균 노이즈 신호를 검출된 생체 신호에서 차분함으로써 보다 정확한 현재 운전자의 생체 신호 데이터 판단이 가능한 비접촉 생체 신호 검출을 이용한 졸음 운전 방지 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 실시간으로 계산되는 운전자의 심박수 및 호흡수 등의 생체 신호 데이터로부터 수면 상태뿐만 아니라, 실시간으로 측정되는 심박수에 따라 심장 기능 장애를 판단할 수 있을 뿐만 아니라 무호흡 상태도 함께 비교하여 판단하고 이를 통신부를 통해 외부의 의료기관 등에 무선통신으로 제공하여 관리할 수 있도록 하여 운전자 무호흡 상태 및 심장 박동 이상 증상에 따른 사고를 미연에 대처할 수 있고 명확한 사고 원인 규명에도 적합한 비접촉 생체 신호 검출을 이용한 졸음 운전 방지 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 비접촉 생체 신호 검출을 이용한 졸음 운전 방지 장치는, 운전중에 있는 운전자의 가슴으로 무선 주파수(radio frequency) 전파를 송신하고, 상기 운전자 가슴으로부터 운전자의 심장 및 폐의 운동 변위에 따른 반사 신호를 검출하기 위한 운전자 생체 신호 검출부; 상기 생체 신호 검출부로부터 검출된 운전자의 심장 및 폐의 운동 변위에 따른 반사 신호를 토대로 실시간으로 운전자의 심박수 및 호흡수를 계산하는 운전자 생체 신호 데이터 계산부; 상기 운전자 생체 신호 데이터 계산부로 계산된 실시간의 운전자의 심박수 및 호흡수와 기저장된 기준 심박수 및 호흡수를 비교하는 생체 신호 데이터 비교부; 및 상기 생체 신호 데이터 비교부로부터 실시간의 운전자의 심박수 및 호흡수가 기준 심박수 및 호흡수로부터 벗어나 신체 이상 상태인 것으로 판단되는 경우, 운전자에게 경보하도록 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 운전자 생체 신호 데이터 계산부는 차량 내 운전자가 없는 경우 발생되는 배경 노이즈 신호를 저장하는 배경 노이즈 저장부 및; 상기 생체 신호 검출부로부터 획득된 운전자의 심장 및 폐의 운동 변위에 따른 반사 신호를 전달받으며 상기 배경 노이즈 저장부로부터 배경 노이즈 신호를 전달받아 상기 반사 신호에서 상기 배경 노이즈 신호를 차분한 배경 노이즈 제거신호를 생성하는 배경 노이즈 추출부를 포함한다.
여기서 상기 배경 노이즈 저장부는 상기 배경 노이즈 추출부로 배경 노이즈 신호를 전달할 시에 차량 내 운전자가 없는 경우 발생되는 배경 노이즈 신호를 설정 시간에 따라 수십 내지 수 천회 저장한 후 이들의 평균 노이즈 신호를 생성한 후 이를 전송하거나, 저장된 배경 노이즈 신호들 중 패턴이 유사한 것으로 판단되는 신호들을 그룹별로 수 개 내지 수십 개로 그룹핑을 수행한 후 그룹별 평균 노이즈 신호를 전달한다.
또한, 운전자의 정상 상태에서의 심박수 및 호흡수를 나타내는 상기 기준 심박수 및 기준 호흡수에 대한 생체 신호 데이터를 저장하는 데이터 베이스부; 및 상기 제어부의 제어에 따라 신체 이상 상태인 것으로 판단되는 경우, 운전자에게 경고음을 출력하는 경보부를 더 포함하여 이루어짐이 바람직하다.
또한, 상기 운전자 생체 신호 검출부는, UWB(ULTRA WIDE BAND)를 이용하여 소정의 주파수 대역폭을 갖는 임펄스 레이더를 상기 운전자에게 송신하는 임펄스 레이더 송신부; 및 상기 임펄스 레이더 송신부로부터 반사된 반사 임펄스 레이더를 수신하는 임펄스 레이더 수신부를 포함하여 이루어짐이 바람직하다.
또한, 상기 운전자 생체 신호 검출부는, 상기 UWB(ULTRA WIDE BAND)를 이용하여 소정의 주파수 대역폭을 갖는 임펄스를 발생시키기 위한 임펄스 발생기; 상기 임펄스 발생기로부터 발생된 신호를 출력 신호로 증폭하여 상기 임펄스 레이더 송신부로 전송하는 임펄스 출력 신호 증폭기; 상기 임펄스 레이더 수신부로 수신된 반사 임펄스 레이더에 포함된 신호로부터 잡음을 제거하기 위한 필터; 및 상기 필터에서 잡음이 제거된 반사 임펄스 레이더 신호를 증폭하기 위한 반사 임펄스 레이더 증폭기를 더 포함하여 이루어짐이 바람직하다.
또한, 상기 운전자 생체 신호 데이터 계산부는, 상기 생체 신호 검출부에 의하여 획득되어 상기 필터에서 잡음이 제거된 후, 상기 반사 임펄스 레이더 증폭기를 통해 증폭된 반사 임펄스 레이더 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환기; 및 상기 아날로그 디지털 변환기를 통해 변환된 디지털 신호로부터 해당 운전자의 호흡 신호 및 심박 신호를 추출해 내고, 이를 기초로 다시 실시간으로 운전자의 심박수 및 호흡수를 산출하는 심박수 및 호흡수 추출부를 포함하여 이루어짐이 바람직하다.
또한, 상기 생체 신호 데이터 비교부는, 상기 제어부의 제어에 따라, 실시간의 운전자의 호흡수가 기준 호흡수에 비해 불안정해지거나 실시간의 운전자의 심박수가 기준 심박수보다 적어지는 것을 졸음 운전의 시작으로 판단하는 졸음 패턴 분석부를 포함함이 바람직하다.
또한, 실시간의 운전자의 심박수 및 호흡수에 따른 운전자 무호흡 상태 및 심장 박동 이상을 외부에 통지할 수 있도록 통신부를 더 구비함이 바람직하다.
상술한 본 발명에 따른 본 발명에 따른 비접촉 생체 신호 검출을 이용한 졸음 운전 방지 장치에 의하면, UWB(ULTRA WIDE BAND) 기술을 이용하여 무선 주파수 전파가 운전자의 가슴으로 송출되고, 송출된 전파에 따라 폐의 움직임 및 심장의 움직임을 통하여 반사된 신호를 분석하여 인체의 심박수 및 호흡수를 측정하여 운전자의 졸음 시작을 조기에 판단하여 운전자의 졸음으로 인한 차량사고를 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.
아울러 운전자의 생체 신호에서 함께 취합되는 다양한 외부 환경 노이즈를 배경 노이즈 저장부 및 배경 노이즈 추출부를 통해 제거함으로써 생체 신호 데이터 비교부에서 운전자의 졸음 여부를 판단할 때 보다 정확한 판단 데이터의 생성이 가능하여 전체 시스템의 신뢰도가 향상되는 효과가 있다.
또한, 실시간으로 계산되는 운전자의 심박수 및 호흡수 등의 생체 신호 데이터로부터 수면 상태뿐만 아니라. 실시간으로 측정되는 심박수에 따라 심장 기능 장애를 판단할 수 있을 뿐만 아니라 무호흡 상태도 함께 비교하여 판단하고 이를 통신부를 통해 외부의 의료기관 등에 무선통신으로 제공하여 관리할 수 있도록 하여 운전자 무호흡 상태 및 심장 박동 이상 증상에 따른 사고를 미연에 대처할 수 있고 사고 규명에도 도움이 되는 효과도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 생체 신호 검출을 이용한 졸음 운전 방지 장치의 사용 상태도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 생체 신호 검출을 이용한 졸음 운전 방지 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 생체 신호 검출을 이용한 졸음 운전 방지 장치의 구성도이다.
본 발명은 그 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러가지 형태로 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 안된다.
제 1, 제 2 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 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
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 "구비하다", "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 기술 분야에서 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.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 생체 신호 검출을 이용한 졸음 운전 방지 장치의 사용 상태도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 생체 신호 검출을 이용한 졸음 운전 방지 장치의 구성도이다.
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 생체 신호 검출을 이용한 졸음 운전 방지 장치(1)는 예를 들어 차량의 룸미러에 장착되어 종래와 같이 접촉식이 아니라 비접촉식으로 적용되어 운전자를 주시할 수 있도록 구성되어 차량의 안전 운행과 직접적인 연관성을 갖는 운전자의 생체 신호 중 호흡수 및 심박수를 지속적으로 검출하여, 깨어 있을 때와 졸릴 때의 운전자의 호흡 패턴 및 심박 패턴의 차이를 검출하고 검출된 데이터를 기초로 하여 졸음 운전을 예방할 수 있게 된다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 생체 신호 검출을 이용한 졸음 운전 방지 장치(1)는 운전중에 있는 운전자의 가슴으로 무선 주파수(radio frequency) 전파를 송신하고, 상기 운전자 가슴으로부터 운전자의 심장 및 폐의 운동 변위에 따른 반사 신호를 검출하기 위한 운전자 생체 신호 검출부(10); 상기 생체 신호 검출부(10)로부터 검출된 운전자의 심장 및 폐의 운동 변위에 따른 반사 신호를 토대로 실시간으로 운전자의 심박수 및 호흡수를 계산하는 운전자 생체 신호 데이터 계산부(20); 상기 운전자 생체 신호 데이터 계산부(20)으로 계산된 실시간의 운전자의 심박수 및 호흡수와 기저장된 기준 심박수 및 호흡수를 비교하는 생체 신호 데이터 비교부(30); 및 상기 생체 신호 데이터 비교부(30)로부터 실시간의 운전자의 심박수 및 호흡수가 기준 심박수 및 호흡수로부터 벗어나 신체 이상 상태인 것으로 판단되는 경우 운전자에게 경보하는 제어부(40)를 포함하여 이루어진다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 생체 신호 검출을 이용한 졸음 운전 방지 장치(1)는 운전자의 정상 상태에서의 심박수 및 호흡수를 나타내는 기준 심박수 및 호흡수 등의 생체 신호 데이터를 저장하는 데이터 베이스부(50)를 더 포함하여 상기 생체 신호 데이터 비교부(30)에서 실시간의 운전자의 심박수 및 호흡수와 상기 데이터 베이스부(50)에 기저장된 기준 심박수 및 호흡수를 비교할 수 있도록 되어 있다.
아울러, 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 생체 신호 검출을 이용한 졸음 운전 방지 장치(1)는 운전자에게 경고음을 출력하는 스피커 형태의 경보부(60)가 더 구비되어 상기 제어부(40)에서 실시간의 운전자의 심박수 및 호흡수가 기준 심박수 및 호흡수로부터 벗어나 신체 이상 상태인 것으로 판단되는 경우, 즉각적으로 운전자에게 경보하여 졸음운전으로부터 벗어날 수 있도록 한다.
여기서, 상기 경보부(60)는 장치 내에 경고음 출력하는 스피커일 수도 있으나, 통신부(70) 등을 이용하여 차량에 설치된 전자 제어기를 통해 차량 스피커를 활용할 수도 있음은 물론이다.
상기 운전자 생체 신호 검출부(10)는 운전중에 있는 운전자의 가슴으로 무선 주파수(radio frequency) 전파, 예를 들면 3.1~4.8GHz의 UWB(ULTRA WIDE BAND)의 무선주파수를 운전자에게 송신하고, 상기 운전자 가슴으로부터 운전자의 심장 및 폐의 운동 변위에 따른 반사 신호를 검출한다.
이를 좀 더 구체적으로 설명하면, 상기 운전자 생체 신호 검출부(10)는 UWB(ULTRA WIDE BAND)를 이용하여 소정의 주파수 대역폭(예를 들면 3.1~4.8GHz)을 갖는 임펄스 레이더를 송신하는 임펄스 레이더 송신부(Tx; 11) 및 상기 임펄스 레이더 송신부(11)에서 송신(반사)된 반사 임펄스 레이더를 수신하는 임펄스 레이더 수신부(Rx; 12)로 이루어진다.
즉, 심장 또는 허파가 수축할 때와 심장 또는 허파가 팽창할 때 임펄스 레이더 송신부(Tx; 11) 또는 임펄스 레이더 수신부(Rx; 12)와 심장 또는 허파까지의 거리가 달라지게 된다.
따라서 임펄스 레이더 송신부(11)에서 발신한 임펄스 레이더가 인체에 의해 반사되어 임펄스 레이더 수신부(12)에서 수신될 때까지의 시간을 측정하고, 측정한 값을 이용하여 운전자 생체 신호 데이터 계산부(20)를 통해 심박수 및/또는 호흡수를 산출한다.
한편, 상기 운전자 생체 신호 검출부(10)는 UWB(ULTRA WIDE BAND)를 이용하여 소정의 주파수 대역폭(예를 들면 3.1~4.8GHz)을 갖는 임펄스를 발생시키기 위한 임펄스 발생기(13), 및 상기 임펄스 발생기(13)로부터 발생된 신호를 출력 신호로 증폭하여 임펄스 레이더 송신부(11)로 전송하는 임펄스 출력 신호 증폭기(14)를 더 포함하여 이루어진다.
아울러, 상기 운전자 생체 신호 검출부(10)는 상기 임펄스 레이더 수신부( 12)로부터 수신된 반사 임펄스 레이더에 포함된 신호로부터 잡음을 제거하기 위한 필터(15), 및 상기 필터(15)에서 잡음이 제거된 반사 임펄스 레이더 신호를 증폭하기 위한 반사 임펄스 레이더 증폭기(16)를 더 포함하여 이루어진다.
상기 운전자 생체 신호 데이터 계산부(20)는 상기 생체 신호 검출부(10)로부터 검출된 운전자의 심장 및 폐의 운동 변위에 따른 반사 신호를 토대로 실시간으로 운전자의 심박수 및 호흡수를 계산하는 역할을 수행한다.
이를 좀 더 구체적으로 설명하면, 상기 운전자 생체 신호 데이터 계산부(20)는 상기 생체 신호 검출부(10)에 의하여 획득되어 상기 필터(15)에서 잡음이 제거된 후, 상기 반사 임펄스 레이더 증폭기(16)를 통해 증폭된 반사 임펄스 레이더 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환기(21), 및 상기 아날로그 디지털 변환기(21)를 통해 변환된 디지털 신호를 예를 들면, 디지털 필터와 코리레이션(correlation)기능을 갖는 DSP(Digital signal processor)에 의하여, 호흡 신호 및 심박 신호를 추출해 내고, 이를 기초로 다시 실시간으로 운전자의 심박수 및 호흡수를 산출하는 심박수 및 호흡수 추출부(22), 차량 내 운전자가 없는 경우 발생되는 배경 노이즈 신호를 저장하는 배경 노이즈 저장부(23) 및 상기 생체 신호 검출부로부터 획득된 운전자의 심장 및 폐의 운동 변위에 따른 반사 신호를 전달받으며 상기 배경 노이즈 저장부로부터 배경 노이즈 신호를 전달받아 상기 반사 신호에서 상기 배경 노이즈 신호를 차분한 배경 노이즈 제거신호를 생성하는 배경 노이즈 추출부로 이루어진다.
여기서 상기 배경 노이즈 저장부(23)는 운전자가 없을 때 발생될 수 있는 다양한 노이즈를 설정 시간에 따라 수십 내지 수천 회 저장하여 이들의 평균 노이즈 신호를 생성하고 이를 배경 노이즈 추출부(24)로 전송하여 배경 노이즈 추출부(24)가 생체 신호 검출부(10)로부터 전달받은 반사 신호에서 상기 배경 노이즈 저장부(23)로부터 전달받은 평균 노이즈 신호를 차분하여 배경 노이즈 제거신호를 생성할 수 있도록 한다.
이는 운전자가 없는 상황에서 여러 가지 반복적이거나 유사하게 발생되는 다양한 외부 환경 노이즈를 저장하였다가 운전자가 있는 경우에 운전자 생체 신호 검출부(10)가 생체 신호를 수집시에 운전자로부터 획득되는 생체 신호와 함께 취합되어 외부 환경 노이즈를 추출하여 제거하기 위함이다.
따라서 이러한 외부 환경 노이즈 신호는 배경 노이즈 저장부(23)에서 전술한 바와 같이 수십 회 내지 수천 회 계속적으로 저장하여 이들의 평균 노이즈 신호를 생성하여 이를 배경 노이즈 추출부(24)로 전달할 수 있으며, 다른 실시예로는 저장된 배경 노이즈 신호를 신호 패턴별로 수개 내지 수십개의 그룹화를 구성하고 각 그룹별로 평균 노이즈 신호를 생성하여 이들을 배경 노이즈 추출부(24)로 전달할 수 있다.
이때 배경 노이즈 추출부(24)는 각 그룹별 평균 노이즈 신호들 중 현재 운전자 생체 신호 검출부(10)로부터 전달받은 생체 신호에서 가장 신호 패턴이 유사한 것으로 판단되는 평균 노이즈 신호를 추출하고 이를 상기 생체 신호에서 차분하여 배경 노이즈 제거신호를 생성하게 된다.
이와 같이 운전자가 없는 경우에 다양한 형태의 배경 노이즈 저장을 통해 운전자가 있는 경우 운전자로부터 획득되는 생체 신호에 함께 취합된 외부 환경 노이즈를 신호 차분을 통해 제거할 수 있어 보다 정확한 운전자의 현재 생체 신호 추출이 가능해진다.
상기 생체 신호 데이터 비교부(30)는 상기 운전자 생체 신호 데이터 계산부(20)으로 계산된 실시간의 운전자의 심박수 및 호흡수와 기저장된 기준 심박수 및 호흡수를 비교하는 역할을 수행한다.
즉, 상기 생체 신호 데이터 비교부(30)는 상기 생체 신호 데이터 계산부(20)로부터 배경 노이즈 제거신호를 전달받아 이를 통해 계산된 실시간의 운전자의 심박수 및 호흡수와 상기 데이터 베이스부(50)에 기저장된 기준 심박수 및 호흡수를 비교하는 역할을 수행하여 상기 제어부(40)의 제어에 따라 이상 여부를 판단할 수 있도록 한다.
한편, 상기 생체 신호 데이터 비교부(30)는 졸음 패턴 분석부(31)를 포함하여 실시간의 운전자의 호흡수가 기준 호흡수에 비해 불안정해지거나, 실시간의 운전자의 심박수가 기준 심박수보다 적어지는 것을 졸음 운전의 시작으로 판단하는 알고리즘으로 분석할 수 있도록 되어 상기 제어부(40)에 의해 졸음 운전의 시작으로 판단하는 시점을 확인하여 운전자에게 경보하는 시스템을 구축할 수 있도록 한다.
물론, 상기 생체 신호 데이터 비교부(30)는 수면 상태뿐만 아니라. 실시간으로 측정되는 심박수에 따라 심장 기능 장애를 판단할 수 있을 뿐만 아니라 무호흡 상태도 함께 비교하여 판단하는 것도 가능함은 물론이다.
상기 경보부(60)는 상기 제어부(40)에서 상기 생체 신호 데이터 비교부(30)에 의해 비교된 실시간의 운전자의 심박수 및 호흡수와 기준 심박수 및 호흡수로부터 상기와 같이 실시간의 운전자의 호흡수가 기준 호흡수에 비해 불안정해지거나 실시간의 운전자의 심박수가 기준 심박수보다 적어지는 경우 졸음 운전의 시작으로 결론내고 즉각적으로 청각적으로 운전자에게 경고음을 통해 경보할 수 있도록 한다.
더욱이, 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 생체 신호 검출을 이용한 졸음 운전 방지 장치(1)는 별도로 통신부(70)를 더 구비하여 실시간의 운전자의 심박수 및 호흡수에 따른 운전자 무호흡 상태 및 심장 박동 이상을 외부에 통지할 수 있도록 하여 외부에서 의료기관 등에서 관리할 수 있도록 하여 운전자 무호흡 상태 및 심장 박동 이상 증상에 따른 사고를 미연에 대처하거나, 사고 발생에 대한 사고 원인의 규명에도 일조를 하게 된다.
본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
1: 본 발명에 따른 비접촉 생체 신호 검출을 이용한 졸음 운전 방지 장치
10: 운전자 생체 신호 검출부
11: 임펄스 레이더 송신부 12: 임펄스 레이더 수신부
13: 임펄스 발생기 14: 임펄스 출력 신호 증폭기
15: 필터 16: 반사 임펄스 레이더 증폭기
20: 운전자 생체 신호 데이터 계산부
21: 아날로그 디지털 변환기 22: 심박수 및 호흡수 추출부
23: 배경 노이즈 저장부 24: 배경 노이즈 추출부
30: 생체 신호 데이터 비교부
31: 졸음 패턴 분석부
40: 제어부
50: 데이터 베이스부
60: 경보부
70: 통신부
10: 운전자 생체 신호 검출부
11: 임펄스 레이더 송신부 12: 임펄스 레이더 수신부
13: 임펄스 발생기 14: 임펄스 출력 신호 증폭기
15: 필터 16: 반사 임펄스 레이더 증폭기
20: 운전자 생체 신호 데이터 계산부
21: 아날로그 디지털 변환기 22: 심박수 및 호흡수 추출부
23: 배경 노이즈 저장부 24: 배경 노이즈 추출부
30: 생체 신호 데이터 비교부
31: 졸음 패턴 분석부
40: 제어부
50: 데이터 베이스부
60: 경보부
70: 통신부
Claims (7)
- 운전중에 있는 운전자의 가슴으로 무선 주파수(radio frequency) 전파를 송신하고, 상기 운전자 가슴으로부터 운전자의 심장 및 폐의 운동 변위에 따른 반사 신호를 검출하기 위한 운전자 생체 신호 검출부;
상기 생체 신호 검출부로부터 검출된 운전자의 심장 및 폐의 운동 변위에 따른 반사 신호를 토대로 실시간으로 운전자의 심박수 및 호흡수를 계산하는 운전자 생체 신호 데이터 계산부;
상기 운전자 생체 신호 데이터 계산부로 계산된 실시간의 운전자의 심박수 및 호흡수와 기저장된 기준 심박수 및 호흡수를 비교하는 생체 신호 데이터 비교부; 및
상기 생체 신호 데이터 비교부로부터 실시간의 운전자의 심박수 및 호흡수가 기준 심박수 및 호흡수로부터 벗어나 신체 이상 상태인 것으로 판단되는 경우, 운전자에게 경보하도록 제어하는 제어부를 포함하되,
상기 운전자 생체 신호 데이터 계산부는
차량 내 운전자가 없는 경우 발생되는 배경 노이즈 신호를 저장하는 배경 노이즈 저장부 및;
상기 생체 신호 검출부로부터 획득된 운전자의 심장 및 폐의 운동 변위에 따른 반사 신호를 전달받으며 상기 배경 노이즈 저장부로부터 배경 노이즈 신호를 전달받아 상기 반사 신호에서 상기 배경 노이즈 신호를 차분한 배경 노이즈 제거신호를 생성하는 배경 노이즈 추출부를 포함하고,
상기 배경 노이즈 저장부는,
상기 배경 노이즈 추출부로 배경 노이즈 신호를 전달할 시에 차량 내 운전자가 없는 경우 발생되는 배경 노이즈 신호를 설정 시간에 따라 수십 내지 수 천회 저장한 후, 저장된 배경 노이즈 신호들 중 패턴이 유사한 것으로 판단되는 신호들을 그룹별로 수 개 내지 수십 개로 그룹핑을 수행한 후 그룹별 평균 노이즈 신호를 전달하고,
상기 배경노이즈 추출부는,
상기 배경 노이즈 저장부로부터 전달받은 그룹별 평균 노이즈 신호들 중 현재 운전자 생체 신호 검출부로부터 전달받은 생체 신호에서 가장 신호 패턴이 유사한 것으로 판단되는 평균 노이즈 신호를 추출하고, 상기 반사 신호에서 상기 추출한 평균 노이즈 신호를 차분한 배경 노이즈 제거신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 비접촉 생체 신호 검출을 이용한 졸음 운전 방지 장치.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
운전자의 정상 상태에서의 심박수 및 호흡수를 나타내는 상기 기준 심박수 및 기준 호흡수에 대한 생체 신호 데이터를 저장하는 데이터 베이스부; 및
상기 제어부의 제어에 따라 신체 이상 상태인 것으로 판단되는 경우, 운전자에게 경고음을 출력하는 경보부를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 비접촉 생체 신호 검출을 이용한 졸음 운전 방지 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 운전자 생체 신호 검출부는,
UWB(ULTRA WIDE BAND)를 이용하여 소정의 주파수 대역폭을 갖는 임펄스 레이더를 상기 운전자에게 송신하는 임펄스 레이더 송신부; 및
상기 임펄스 레이더 송신부로부터 반사된 반사 임펄스 레이더를 수신하는 임펄스 레이더 수신부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 비접촉 생체 신호 검출을 이용한 졸음 운전 방지 장치.
- 제 4 항에 있어서,
상기 운전자 생체 신호 검출부는,
상기 UWB(ULTRA WIDE BAND)를 이용하여 소정의 주파수 대역폭을 갖는 임펄스를 발생시키기 위한 임펄스 발생기;
상기 임펄스 발생기로부터 발생된 신호를 출력 신호로 증폭하여 상기 임펄스 레이더 송신부로 전송하는 임펄스 출력 신호 증폭기;
상기 임펄스 레이더 수신부로 수신된 반사 임펄스 레이더에 포함된 신호로부터 잡음을 제거하기 위한 필터; 및
상기 필터에서 잡음이 제거된 반사 임펄스 레이더 신호를 증폭하기 위한 반사 임펄스 레이더 증폭기를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 비접촉 생체 신호 검출을 이용한 졸음 운전 방지 장치.
- 제 5 항에 있어서,
상기 운전자 생체 신호 데이터 계산부는,
상기 생체 신호 검출부에 의하여 획득되어 상기 필터에서 잡음이 제거된 후, 상기 반사 임펄스 레이더 증폭기를 통해 증폭된 반사 임펄스 레이더 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환기; 및
상기 아날로그 디지털 변환기를 통해 변환된 디지털 신호로부터 해당 운전자의 호흡 신호 및 심박 신호를 추출해 내고, 이를 기초로 다시 실시간으로 운전자의 심박수 및 호흡수를 산출하는 심박수 및 호흡수 추출부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 비접촉 생체 신호 검출을 이용한 졸음 운전 방지 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 생체 신호 데이터 비교부는,
상기 제어부의 제어에 따라, 실시간의 운전자의 호흡수가 기준 호흡수에 비해 불안정해지거나 실시간의 운전자의 심박수가 기준 심박수보다 적어지는 것을 졸음 운전의 시작으로 판단하는 졸음 패턴 분석부를 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉 생체 신호 검출을 이용한 졸음 운전 방지 장치.
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| KR1020180064904A KR102035220B1 (ko) | 2018-06-05 | 2018-06-05 | 비접촉 생체 신호 검출을 이용한 졸음 운전 방지 장치 |
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| KR1020180064904A KR102035220B1 (ko) | 2018-06-05 | 2018-06-05 | 비접촉 생체 신호 검출을 이용한 졸음 운전 방지 장치 |
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| KR1020180064904A KR102035220B1 (ko) | 2018-06-05 | 2018-06-05 | 비접촉 생체 신호 검출을 이용한 졸음 운전 방지 장치 |
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2018
- 2018-06-05 KR KR1020180064904A patent/KR102035220B1/ko active IP Right Grant
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |