KR102112408B1 - 안구운동 분석 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

안구운동 분석 시스템이 개시된다. 안구운동 분석 시스템은 기준 위치에서 안구의 제1영상을 획득하고, 이동 위치에서 상기 안구의 제2영상을 획득하는 영상 촬영부; 및 상기 제1영상과 상기 제2영상의 비교를 통해, 상기 안구가 상기 기준 위치에서 상기 이동 위치로 이동하는 과정에서 상기 안구의 회전 각도와 상기 안구의 전이 거리를 산출하는 안구운동 분석부를 포함한다.

Description

안구운동 분석 시스템 및 방법{System and method for analyzing movement of eyeball}
본 발명은 안구운동 분석 시스템 및 방법에 관련된 것으로, 보다 상세하게는 안구의 회전운동과 전이운동을 분석할 수 있는 안구운동 분석 방법에 관한 것이다.
안구 운동은 회전 운동(rotation)이 주 이지만, 전위 운동(Translatory movement) 또한 할 수 있다.
이와 관련하여 한국 공개특허공보 제10-2004-0107677호에는, 안구의 회전 운동을 측정할 수 있는 안구 운동 측정 시스템이 개시된다. 해당 시스템은 카메라로부터 얻은 안구 영상은 부채꼴 윈도우를 이용하여 동공과 홍채의 경계를 찾고, 경계 좌표 중에 눈꺼풀에 의한 동공의 가림, 그리고 눈썹과 같은 주변 노이즈로 인해 발생된 잘못된 경계 좌표에 대해서는 경계 좌표들 간의 거리를 이용하여 제거한 후 원(혹은 타원)으로 최적의 동공의 중점과 반경을 얻는다. 그리고, 동공 경계로부터 일정 거리만큼 떨어진 거리에 있는 홍채 패턴을 이용하여 안구의 회전 각도를 측정한다.
상기 안구 운동 측정 시스템에 의할 경우, 안구 운동에 따른 회전 각도를 측정할 수 있으나, 전이 운동으로 인한 전이량의 측정이 불가능하다.
본 발명은 안구 운동으로부터 회전 운동과 전이 운동을 쉽게 분석할 수 있는 안구운동 분석 시스템 및 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 안구 운동으로부터 전이거리를 산출할 수 있는 안구운동 분석 시스템 및 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 안구운동 분석 시스템은 기준 위치에서 안구의 제1영상을 획득하고, 이동 위치에서 상기 안구의 제2영상을 획득하는 영상 촬영부; 및 상기 제1영상과 상기 제2영상의 비교를 통해, 상기 안구가 상기 기준 위치에서 상기 이동 위치로 이동하는 과정에서 상기 안구의 회전 각도와 상기 안구의 전이 거리를 산출하는 안구운동 분석부를 포함한다.
또한, 상기 안구운동 분석부는, 상기 제1영상에서 상기 안구의 일 지점과 동공 중심을 연결하는 선분과 상기 제2영상에서 상기 안구의 일 지점과 동공 중심을 연결하는 선분이 이루는 사잇각으로 상기 안구의 회전 각도를 산출할 수 있다.
또한, 상기 안구운동 분석부는 상기 안구의 앞뒤길이가 제1범위를 가질 경우, 아래 수식 1로부터 상기 안구의 전이 거리를 산출하고, 상기 안구의 앞뒤길이가 상기 제1범위보다 큰 제2범위를 가질 경우, 아래 수식 2로부터 상기 안구의 전이 거리를 산출할 수 있다.
[수식 1]
y=0.52+0.07x-8.14e-4x2
[수식 2]
y=0.46+0.05x-4.93e-4x2
여기서, y는 안구의 전이 거리, x는 안구의 회전 각도
또한, 상기 안구운동 분석부는 상기 안구의 안와 용적, 안와 앞뒤길이, 그리고 안와 좌우길이 중 적어도 어느 하나는 상기 안구의 전이 거리에 비례하고, 상기 안구의 앞뒤길이, 좌우길이, 그리고 용적 중 적어도 어느 하나는 상기 안구의 전이 거리에 반비례한다고 판단할 수 있다.
본 발명에 따른 안구운동 분석 방법은 안구의 기준 위치에서 상기 안구의 제1영상을 획득하는 단계; 상기 안구의 이동 위치에서 상기 안구의 제2영상을 획득하는 단계; 및 상기 제1영상과 상기 제2영상의 비교를 통해, 상기 안구가 상기 기준 위치에서 상기 이동 위치로 이동하는 과정에서 상기 안구의 회전 각도와 상기 안구의 전이 거리를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 안구의 회전 각도는 상기 제1영상에서 상기 안구의 일 지점과 동공 중심이 이루는 선분과 상기 제2영상에서 상기 안구의 일 지점과 동공 중심이 이루는 선분의 사이각으로 상기 안구의 회전 각도를 산출할 수 있다.
또한, 상기 안구의 전이 거리의 산출은, 상기 안구의 앞뒤길이가 제1범위를 가질 경우, 아래 수식 1로부터 상기 안구의 전이 거리를 산출하고, 상기 안구의 앞뒤길이가 상기 제1범위보다 큰 제2범위를 가질 경우, 아래 수식 2로부터 상기 안구의 전이 거리를 산출할 수 있다.
[수식 1]
y=0.52+0.07x-8.14e-4x2
[수식 2]
y=0.46+0.05x-4.93e-4x2
여기서, y는 안구의 전이 거리, x는 안구의 회전 각도
본 발명에 따른 안구운동 분석 시스템 및 방법은 안구 운동에 따른 안구의 회전 각도 및 전이 거리를 산출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 안구운동 분석 시스템을 간략하게 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안구의 움직임을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 안구운동 분석 방법을 나타내는 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예와 실험 예에 따라 산출된 안구의 회전 각도 및 전이 거리를 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 안구운동 분석 시스템을 간략하게 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 안구운동 분석 시스템(100)을 영상 촬영부(110)와 안구운동 분석부(120)를 포함한다.
영상 촬영부(110)는 안구의 움직임을 촬영한다. 영상 촬영부(110)는 안구 영상을 3차원 이미지 또는 3차원 동영상을 생성할 수 있다. 일 예에 의하면, 영상 촬영부(110)는 CCD(Charge Coupled Device) 센서 또는 CMOS(complementary metal semiconductor) 센서가 사용될 수 있다. 다른 예에 의하면, 영상 촬영부(110)는 자기 공명 영상 촬영 장치가 사용될 수 있다. 자기 공명 영상 촬영 장치에서 촬영된 영상을 통해, 안구의 앞뒤길이, 좌우길이, 그리고 용적을 알 수 있다. 또한, 안와의 용적, 앞뒤길이, 그리고 좌우길이를 알 수 있다.
영상 촬영부(120)는 기준 위치에서 안구의 제1영상을 촬영하고, 이동 위치에서 안구의 제2영상을 촬영한다. 이동 위치란, 안구가 기준 위치에서의 주시 방향을 변경하여 다른 방향을 주시하고 있는 위치이다. 예컨대, 안구가 정면을 주시하고 있다가 위/아래 또는 좌/우로 이동하였다면, 기준 위치는 정면 방향이 되고, 이동 위치는 위, 아래, 좌, 우 중 어느 하나의 방향이 된다.
안구운동 분석부(120)는 제1영상과 제2영상의 비교를 통해, 안구가 기준 위치에서 이동 위치로 이동하는 과정에서 안구의 회전 각도와 안구의 전이 거리를 산출한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안구의 움직임을 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 안구(10)의 움직임에는 회전 운동(M1)과 전이 운동(M2)을 함께 발생한다. 회전 운동(M1)이란, 안구(10)가 임의의 축(C)을 중심으로 회전하는 운동을 의미하고, 전이 운동(M2)이란, 안구(10)가 일 방향으로 이동하는 운동을 의미한다.
안구운동 분석부(120)는 제1영상에서 안구(10a)의 일 지점(D)과 동공 중심(C)을 연결하는 선분(L1)과 제2영상에서 안구(10)의 일 지점(D')과 동공 중심(C')을 연결하는 선분(L2)이 이루는 사잇각을 상기 안구의 회전 각도로 산출한다. 여기서, 상기 안구(10)의 일 지점(D)은 각막 윤부의 일 지점일 수 있다.
안구운동 분석부(120)는 산출된 상기 안구(10)의 회전 각도를 이용하여 안구(10)의 전이 운동(M2)에 따른 전이 거리를 산출한다.
실시 예에 의하면, 안구운동 분석부(120)는 안구(10)의 앞뒤길이(안축장), 안구(10)의 좌우길이, 안구(10)의 용적, 그리고 각막지름 중 적어도 어느 하나에 반비례하는 것으로 판단한다. 구체적으로, 안구(10)의 앞뒤길이가 클수록, 안구(10)의 좌우길이가 클수록, 안구(10)의 용적이 클수록, 그리고 각막 지름이 클수록 전이 거리가 감소하는 것으로 판단한다.
또한, 안구운동 분석부(120)는 안와 용적, 안와 앞뒤길이, 그리고 안와 좌우길이 중 적어도 어느 하나에 비례하는 것으로 판단한다. 구체적으로, 안와 용적이 클수록, 안와의 앞뒤길이가 클수록, 그리고 안와의 좌우길이가 클수록 전이 거리가 증가하는 것으로 판단한다.
상술한 관계를 토대로, 안구운동 분석부(120)는 아래 수식 1과 수식 2를 이용하여 안구(10)의 전이 거리를 산출할 수 있다. 안구운동 분석부(120)는 안구(10)의 앞뒤길이에 따라 적용 수식을 달리한다. 구체적으로, 안구(10)의 앞뒤 길이가 제1범위를 가질 경우, 수식 1을 이용하여 안구(10)의 전이 거리를 산출하고, 안구(10)의 앞뒤 길이가 제2범위를 가질 경우, 수식 2를 이용하여 안구(10)의 전이 거리를 산출한다. 실시 예에 의하면, 상기 제1범위는 5~25mm이고 제2범위는 26~40mm이다.
[수식 1]
y=0.52+0.07x-8.14e-4x2
[수식 2]
y=0.46+0.05x-4.93e-4x2
이하, 상술한 안구운동 분석 시스템을 이용하여 안구운동을 분석하는 방법에 대해 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 안구운동 분석 방법을 나타내는 순서도이다.
도 3을 참조하면, 안구운동 분석 방법은 안구의 기준 위치에서 상기 안구의 제1영상을 획득하는 단계(S110), 상기 안구의 이동 위치에서 상기 안구의 제2영상을 획득하는 단계(S120), 및 상기 제1영상과 상기 제2영상의 비교를 통해, 상기 안구가 상기 기준 위치에서 상기 이동 위치로 이동하는 과정에서 상기 안구의 회전 각도와 상기 안구의 전이 거리를 산출하는 단계(S130)를 포함한다.
안구의 제1영상을 획득하는 단계(S110)는, 안구가 제1방향을 주시하는 동안 안구의 영상을 생성한다. 일 예에 의하면, 제1방향은 정면 방향일 수 있다.
안구의 제2영상을 획득하는 단계(S120)는, 안구를 제1방향으로부터 제2방향으로 이동한 후, 제2방향을 주시하는 안구의 영상을 생성한다. 제2방향은 위, 아래, 좌측, 우측 중 어느 한 방향일 수 있다. 또한, 상기 방향들이 조합된 방향 중 어느 일 수 있다.
안구의 회전 각도 및 전이 거리를 산출하는 단계(S130)는 우선 안구의 회전 각도를 먼저 산출한다. 안구의 회전 각도 산출은 제1영상에서 안구(10a)의 일 지점(D)과 동공 중심(C)을 연결하는 선분(L1)과 제2영상에서 안구(10)의 일 지점(D')과 동공 중심(C')을 연결하는 선분(L2)이 이루는 사잇각을 구한다. 일 예에 의하면, 안구(10)의 회전 각도 산출은 제1영상에서 안구(10a)의 각막 윤부의 일 지점(D)과 동공 중심(C)을 연결하는 선분(L1)과 제2영상에서 안구(10)의 각막 윤부의 일 지점(D')과 동공 중심(C')을 연결하는 선분(L2)이 이루는 사잇각을 구한다.
안구의 회전 각도가 산출되면, 아래 수식 1과 수식 2를 이용하여 안구(10)의 전이 거리를 산출할 수 있다. 이 때, 안구(10)의 앞뒤길이에 따라 적용 수식을 달리한다. 구체적으로, 안구(10)의 앞뒤 길이가 제1범위를 가질 경우, 수식 1을 이용하여 안구의 전이 거리를 산출하고, 안구(10)의 앞뒤 길이가 제2범위를 가질 경우, 수식 2를 이용하여 안구(10)의 전이 거리를 산출한다. 실시 예에 의하면, 상기 제1범위는 5~25mm이고 제2범위는 26~40mm이다.
[수식 1]
y=0.52+0.07x-8.14e-4x2
[수식 2]
y=0.46+0.05x-4.93e-4x2
도 4는 본 발명의 실시 예와 실험 예에 따라 산출된 안구의 회전 각도 및 전이 거리를 나타내는 그래프이다. 실험 예는 사람이 직접 안구의 움직임을 분석하여 산출한 안구의 회전 각도 및 전이 거리이다. 그래프 1(A)은 수식 1에 따른 그래프이고, 그래프 2(B)는 수식 2에 따른 그래프이다. 파랑 원(C)은 상기 실험 예에 따라 안구의 앞뒤 길이가 제1범위를 갖는 사람들을 대상으로 실제 측정한 안구의 회전 각도와 전이 거리를 나타내고, 초록 원(D)은 상기 실험 예에 따라 안구의 앞뒤 길이가 제2범위를 갖는 사람들을 대상으로 실제 측정한 안구의 회전 각도와 전이 거리를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 실험 예에 따라 측정한 안구의 회전 각도와 전이 거리는 대체로 본 발명의 수식 1 및 수식 2의 그래프 상에 표시됨을 알 수 있다. 따라서 본 발명은 상술한 수식의 이용으로, 안구의 회전 각도 및 전이 거리를 용이하게 산출할 수 있는 효과가 인정된다 할 것이다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
10: 안구운동 분석 시스템
110: 영상 촬영부
120: 안구운동 분석부
10, 10a: 안구
20, 20a: 각막

Claims (7)

  1. 기준 위치에서 안구의 제1영상을 획득하고, 이동 위치에서 상기 안구의 제2영상을 획득하는 영상 촬영부; 및
    상기 제1영상과 상기 제2영상의 비교를 통해, 상기 안구가 상기 기준 위치에서 상기 이동 위치로 이동하는 과정에서 상기 안구의 회전 각도와 상기 안구의 전이 거리를 산출하는 안구운동 분석부를 포함하되,
    상기 안구운동 분석부는
    상기 안구의 앞뒤길이가 제1범위를 가질 경우, 아래 수식 1로부터 상기 안구의 전이 거리를 산출하고,
    상기 안구의 앞뒤길이가 상기 제1범위보다 큰 제2범위를 가질 경우, 아래 수식 2로부터 상기 안구의 전이 거리를 산출하는 안구운동 분석 시스템.
    [수식 1]
    y=0.52+0.07x-8.14e-4x2
    [수식 2]
    y=0.46+0.05x-4.93e-4x2
    여기서, y는 안구의 전이 거리, x는 안구의 회전 각도
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 안구운동 분석부는,
    상기 제1영상에서 상기 안구의 일 지점과 동공 중심을 연결하는 선분과 상기 제2영상에서 상기 안구의 일 지점과 동공 중심을 연결하는 선분이 이루는 사잇각으로 상기 안구의 회전 각도를 산출하는 안구운동 분석 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1범위는 5~25mm이고, 상기 제2범위는 26~40mm인 안구운동 분석 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 안구운동 분석부는
    상기 안구의 안와 용적, 안와 앞뒤길이, 그리고 안와 좌우길이 중 적어도 어느 하나는 상기 안구의 전이 거리에 비례하고,
    상기 안구의 앞뒤길이, 좌우길이, 그리고 용적 중 적어도 어느 하나는 상기 안구의 전이 거리에 반비례한다고 판단하는 안구운동 분석 시스템.
  5. 안구의 기준 위치에서 상기 안구의 제1영상을 획득하는 단계;
    상기 안구의 이동 위치에서 상기 안구의 제2영상을 획득하는 단계; 및
    상기 제1영상과 상기 제2영상의 비교를 통해, 상기 안구가 상기 기준 위치에서 상기 이동 위치로 이동하는 과정에서 상기 안구의 회전 각도와 상기 안구의 전이 거리를 산출하는 단계를 포함하되,
    상기 안구의 전이 거리의 산출은,
    상기 안구의 앞뒤길이가 제1범위를 가질 경우, 아래 수식 1로부터 상기 안구의 전이 거리를 산출하고,
    상기 안구의 앞뒤길이가 상기 제1범위보다 큰 제2범위를 가질 경우, 아래 수식 2로부터 상기 안구의 전이 거리를 산출하는 안구운동 분석 방법.
    [수식 1]
    y=0.52+0.07x-8.14e-4x2
    [수식 2]
    y=0.46+0.05x-4.93e-4x2
    여기서, y는 안구의 전이 거리, x는 안구의 회전 각도
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 안구의 회전 각도는
    상기 제1영상에서 상기 안구의 일 지점과 동공 중심이 이루는 선분과 상기 제2영상에서 상기 안구의 일 지점과 동공 중심이 이루는 선분의 사이각으로 상기 안구의 회전 각도를 산출하는 안구운동 분석 방법.
  7. 삭제
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