KR102236362B1 - Ir-uwb 레이더를 이용한 비접촉식 활동량 측정 장치 및 방법 - Google Patents

Ir-uwb 레이더를 이용한 비접촉식 활동량 측정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다수의 IR-UWB 레이더를 이용하여 대상자의 동적 활동과 정적 활동을 정량적으로 측정할 수 있고, 특히 신체의 일부의 활동만이 아닌 전반적인 활동을 대상자의 이동 활동과 비이동 활동을 구분하여 실시간 측정할 수 있도록 하는 비접촉식 활동량 측정 장치 및 방법을 제공할 수 있다. 따라서 대상자의 활동을 비접촉식으로 측정하여 사용자의 불편을 최소화할 수 있으므로, 연령대가 낮은 대상자에게도 ADHD 검사를 용이하게 수행할 수 있어 조기 ADHD 진단을 가능하게 할 수 있다.

Description

IR-UWB 레이더를 이용한 비접촉식 활동량 측정 장치 및 방법{NON-CONTACT TYPE ACTIVITY MEASURING APPARATUS AND METHOD USING IR-UWB RADAR SENSOR}
본 발명은 활동량 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, IR-UWB 레이더를 이용한 비접촉식 활동량 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
운동 장애는 파킨슨 병(Parkinson's disease), 근긴장 이상(dystonia), 틱 장애(tic disorder), 투레트 장애(Tourette's disorder) 및 주의력 결핍/과잉 행동장애 (Attention-Deficit/Hyperactivity Disorder: 이하 ADHD)와 같이 과도한 움직임 또는 자발적/비자발적인 운동 부족이 나타나는 임상 증후이다.
기존의 운동 장애에 대한 평가는 일반적으로 대상자에게 종합 주의력 검사(Comprehensive Attention Test: 이하 CAT)를 수행하고, 검사가 진행되는 동안 전문의가 환자의 집중력 상태를 관찰하여 판단하였다. 비록 판단 기준이 매뉴얼로 정립이 되어있으나, 주관적 평가 척도 및 임상 관찰에 의존하므로 대상자의 움직임에 따라 결과가 모호하게 나타나는 경우가 많다.
이에 검사가 수행되는 동안 대상자의 움직임을 정량적으로 측정할 수 있는 수단이 요구되었으며, 적외선 카메라, 3D 카메라 또는 액티그래피(actigraphy) 등을 이용하는 기법들이 제안된 바 있다.
적외선 카메라를 이용하는 기법의 경우, 대상자의 특정 부분의 움직임을 반영함에 따라 활동을 측정하지 못하며, 다른 신경 발달 장애와 구별이 용이하지 않다. 3D 카메라의 경우, 화각에 의한 범위 제한과 측정 가능 거리가 수 미터 수준으로 짧다는 문제가 있다.
한편 액티그래피는 수면의 질 측정을 위해 개발된 일종의 가속도 센서로서, 대상자의 활동량뿐만 아니라 위치를 추적할 수 있어 현재 ADHD에서 과도한 움직임을 측정하는데 가장 보편적으로 사용되고 있다. 그러나 접촉식 센서이므로 사용자의 불편을 초래할 뿐만 아니라, 발목과 손목과 같이 신체의 특정 부위에 착용되면 전신의 움직임을 반영하지 못하게 되는 한계가 있다.
한국 공개 특허 제10-2017-0047848호 (2017.05.08 공개)
본 발명의 목적은 비접촉식으로 대상자의 활동을 정확하게 측정할 수 있는 활동량 측정 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 대상자의 동적 활동뿐만 아니라 정적 활동을 측정할 수 있는 활동량 측정 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 활동량 측정 장치는 기지정된 위치에 배치된 다수의 IR-UWB 레이더 각각에서 방사된 임펄스 신호가 반사되어 수신된 신호를 샘플링하여 수신 신호를 획득하고, 상기 수신 신호에 포함된 클러터를 제거하여 배경 차감 신호를 획득하는 신호 획득부; 상기 배경 차감 신호로부터 다수의 IR-UWB 레이더 각각에 대한 대상자의 거리를 계산하여 대상자의 위치를 판별하고, 대상자의 위치 이동에 따른 가속도를 계산하여 동적 활동 측정값을 획득하는 동적 활동량 측정부; 상기 배경 차감 신호와 이전 배경 차감 신호 사이의 크기 차에 대한 활동 변화량을 획득하고, 활동 변화량을 누적하여 다수의 IR-UWB 레이더 각각에 대한 누적 변화량을 획득하며, 획득된 다수의 IR-UWB 레이더 각각에 대한 누적 변화량 중 기지정된 통계값을 정적 활동 측정값으로 획득하는 정적 활동량 측정부; 및 상기 동적 활동 측정값 및 상기 정적 활동 측정값을 기지정된 방식으로 출력하는 활동량 출력부; 를 포함한다.
상기 신호 획득부는 상기 다수의 IR-UWB 레이더를 포함하고, 상기 다수의 IR-UWB 레이더 각각에서 방사된 임펄스 신호가 반사되어 수신된 신호를 샘플링하여 다수의 수신 신호를 획득하는 레이더부; 상기 수신 신호에서 클러터를 제거하여 배경 차감 신호를 획득하는 배경 차감부; 및 대상자가 위치하지 않은 상태에서 기지정된 기간 동안 획득된 배경 차감 신호를 누적하여 누적 배경 차감 신호를 획득하고, CFAR 알고리즘에 따라 상기 누적 배경 차감 신호를 이용하여 문턱값을 설정하는 문턱값 설정부; 를 포함할 수 있다.
상기 동적 활동량 측정부는 상기 문턱값보다 큰 배경 차감 신호를 검출하고, 검출된 배경 차감 신호 중 샘플링 순서에 따라 설정되는 거리 인덱스가 최소인 최소 거리 인덱스를 추출하는 신호 검출부; 최소 거리 인덱스로부터 다수의 IR-UWB 레이더 각각으로부터 대상자까지의 대상 거리를 계산하는 거리 판별부; 상기 다수의 IR-UWB 레이더 각각으로부터 대상자까지의 대상 거리로부터 최소 자승법에 따라 상기 대상자의 위치를 추정하는 위치 추정부; 시간에 따라 추정된 대상자의 위치로부터 대상자의 이동 속도 및 가속도를 계산하는 가속도 계산부; 및 상기 가속도에 기지정된 동적 활동량 매개 변수를 적용하여 상기 동적 활동 측정값을 계산하는 동적 활동 판별부; 를 포함할 수 있다.
상기 정적 활동량 측정부는 상기 문턱값보다 큰 배경 차감 신호를 검출하고, 검출된 상기 배경 차감 신호와 이전 배경 차감 신호 사이의 크기차에 대한 활동 변화량을 계산하고 누적하여 상기 다수의 IR-UWB 레이더 각각에 대한 누적 변화량을 획득하는 변화량 누적부; 및 상기 다수의 IR-UWB 레이더 각각에 대한 누적 변화량 중 중간값을 획득하여 상기 정적 활동 측정값으로 추출하는 정적 활동 판별부; 를 포함할 수 있다.
상기 활동량 출력부는 상기 동적 활동 측정값과 상기 정적 활동 측정값을 인가받고, 상기 동적 활동 측정값이 기지정된 기준 동적 활동값 이상이면, 상기 동적 활동 측정값을 상기 대상자의 활동값으로 출력하고, 상기 기준 동적 활동값 미만이면, 상기 정적 활동 측정값을 상기 대상자의 활동값으로 출력할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 활동량 측정 방법은 기지정된 위치에 배치된 다수의 IR-UWB 레이더 각각에서 방사된 임펄스 신호가 반사되어 수신된 신호를 샘플링하여 수신 신호를 획득하고, 상기 수신 신호에 포함된 클러터를 제거하여 배경 차감 신호를 획득하는 단계; 상기 배경 차감 신호로부터 다수의 IR-UWB 레이더 각각에 대한 대상자의 거리를 계산하여 대상자의 위치를 판별하고, 대상자의 위치 이동에 따른 가속도를 계산하여 동적 활동 측정값을 획득하는 단계; 상기 배경 차감 신호와 이전 배경 차감 신호 사이의 크기 차에 대한 활동 변화량을 획득하고, 활동 변화량을 누적하여 다수의 IR-UWB 레이더 각각에 대한 누적 변화량을 획득하며, 획득된 다수의 IR-UWB 레이더 각각에 대한 누적 변화량 중 기지정된 통계값을 정적 활동 측정값으로 획득하는 단계; 및 상기 동적 활동 측정값 및 상기 정적 활동 측정값을 기지정된 방식으로 출력하는 단계; 를 포함한다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 활동량 측정 장치 및 방법은 다수의 IR-UWB 레이더를 이용하여 대상자의 동적 활동과 정적 활동을 모두 정확하게 정량적으로 측정할 수 있다. 또한 대상자의 활동을 비접촉식으로 측정하여 사용자의 불편을 최소화할 수 있으므로, 연령대가 낮은 대상자에게도 ADHD 검사를 용이하게 수행할 수 있어 조기 ADHD 진단을 가능하게 할 수 있다. 뿐만 아니라, 독거 노인의 활동량 측정이나 고독사 방지 등을 위한 활동 감지 용도로도 이용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 IR-UWB 레이더를 이용한 활동량 측정 장치의 개략적 구조를 나타낸다.
도 2 및 도 3은 본 실시예에 따른 IR-UWB 레이더를 이용한 활동량 측정 장치의 측정 환경의 일예를 나타낸다.
도 4는 본 실시예에 따른 활동량 측정 장치의 시나리오별 정적 활동량 측정 결과의 일예를 나타낸다.
도 5는 본 실시예에 따른 활동량 측정 장치의 시나리오별 동적 활동량 측정 결과의 일예를 나타낸다.
도 6 및 도 7은 본 실시예에 따른 활동량 측정 장치의 정적 및 동적 활동량 측정 결과를 액티그래피로 측정된 결과와 비교한 결과를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 IR-UWB 레이더를 이용한 활동량 측정 방법을 나타낸다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "...기", "모듈", "블록" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 IR-UWB 레이더를 이용한 활동량 측정 장치의 개략적 구조를 나타내고, 도 2 및 도 3은 본 실시예에 따른 IR-UWB 레이더를 이용한 활동량 측정 장치의 측정 환경의 일예를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 IR-UWB 레이더를 이용한 활동량 측정 장치는 신호 획득부(10), 동적 활동 측정부(20), 정적 활동 측정부(30) 및 활동 출력부(40)를 포함한다.
신호 획득부(10)는 비접촉 방식으로 대상자의 활동량을 측정하기 위한 신호를 획득한다. 본 실시예에서 신호 획득부(10)는 다수의 IR-UWB(impulse radio ultra-wideband) 레이더를 포함하여, 다수의 IR-UWB 레이더가 수신한 수신 신호로부터 샘플링 신호(xi[k])를 획득하고, 샘플링 신호(xi[k])에서 클러터를 제거하여 배경 차감 신호(yi[k])를 획득하며, 획득된 배경 차감 신호(yi[k])로부터 대상자의 활동 유무를 판별하기 위한 문턱값(Ti,n[k])을 설정한다.
신호 획득부(10)는 레이더부(11)와 배경 차감부(12) 및 문턱값 설정부(13)를 포함할 수 있다. 레이더부(11)는 기지정된 위치에 배치된 다수의 IR-UWB 레이더를 포함하고, 다수의 IR-UWB 레이더 각각은 기지정된 임펄스 신호(s[k])를 방사하고, 방사된 임펄스 신호(s[k])가 주변 환경에서 반사되고 노이즈가 포함된 수신 신호(xi[k])를 획득하여 배경 차감부(12)로 전달한다.
IR-UWB 레이더는 인체에 무해한 초광대역 주파수를 사용하여 다른 센서의 간섭없이 대상을 비접촉 방식으로 탐지할 수 있으며, 매우 낮은 전력으로 신호를 방사하고 수신하더라도, 실내 환경에서 충분한 범위와 해상도를 가질 수 있다는 장점이 있다. 특히 IR-UWB 레이더는 의료 분야에서 호흡 또는 심장 박동을 측정하기 위해 사용될 수 있을 만큼 정밀한 해상도를 제공할 수 있으므로, 대상자의 미세한 활동까지 측정할 수 있으며, 투과성이 우수하여 대상자에게 인지되지 않도록 설치 가능하다는 장점이 있다.
일예로 다수의 IR-UWB 레이더는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 가운데 대상자가 위치할 테이블이 놓여진 사각형의 실내 환경의 네 모서리의 천정 위치에 배치될 수 있다.
일반적으로 CAT는 대상자가 외부 환경에 의한 영향을 가급적 적게 받을 수 있으며, 관찰이 용이한 실내에서 수행된다. 이에 본 실시예에서도 일예로 다수의 IR-UWB 레이더가 사각형의 실내 환경에서 대상자의 활동을 측정할 수 있도록 배치되었으며, 대상자의 활동을 가능한 정확히 측정할 수 있을 뿐만 아니라 가급적 대상자의 주의를 유도하지 않도록 네 모서리의 천정 위치에 배치되었다. 그러나 레이더부(11)가 포함하는 IR-UWB 레이더의 개수 및 배치 위치는 다양하게 조절될 수 있다.
도 2 및 도 3에서는 편의상 대상자가 IR-UWB 레이더를 인지할 수 있는 형태로 배치하였으나, 상기한 바와 같이 IR-UWB 레이더는 대상자가 인지하지 못하도록 배치될 수 있다.
다수의 IR-UWB 레이더 각각에서 방사된 임펄스 신호(s[k])는 실내 환경에서 벽과 대상자 및 여러 물체에 의해 다양한 경로로 반사되면서 지연 및 감쇄하고, 노이즈(N[k])가 유입되어 다수의 IR-UWB 레이더 각각으로 수신된다. 따라서 다수의 레이더 중 i번째 레이더에서 수신되어 샘플링된 수신 신호(xi[k])는 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112019054534779-pat00001
여기서 k는 수신 신호(xi[k])가 샘플링되는 주기에 따른 샘플링 인덱스로서, 거리 인덱스라고도 할 수 있으며, 0에서부터 지정된 환경에서 최대 관측 가능한 최대 거리 인덱스(Lsignal)까지의 자연수로 표현될 수 있다. 그리고 Npath는 방사된 임펄스 신호(s[k])가 반사되어 수신되는 경로의 수를 나타내고, am,i와 τm,i는 임펄스 신호(s[k])가 각각 m번째 경로에 따라 i번째 레이더로 수신된 경우의 스케일 값과 지연값을 나타낸다.
배경 차감부(12)는 수신 신호(xi[k])에서 클러터를 제거하여 배경 차감 신호(yi[k])를 획득한다. 상기한 바와 같이 실내 환경에서는 임펄스 신호(s[k])대상자 이외에도 벽을 포함한 다양한 물체, 즉 배경에 의해 반사되어 수신 신호(xi[k])로 수신되며, 수신 신호(xi[k])에서 배경에 의해 반사되어 수신되는 성분을 클러터(clutter) 신호라고 한다. 본 실시예의 활동량 측정 장치는 대상자의 활동량을 측정해야 하므로, 수신 신호(xi[k])에서 대상자에게 반사된 성분을 제외한 클러터 신호는 제거되어야 한다.
일반적으로 배경에 해당하는 물체는 고정되어 있으므로, 수학식 2와 같이 수신 신호(xi[k])에서 클러터 신호를 제거하여 배경 차감 신호(yi[k])를 획득할 수 있다.
Figure 112019054534779-pat00002
여기서 n은 각 레이더가 획득한 수신 신호의 시퀀스 인덱스를 나타내고, Ci,n[k]은 i번째 IR-UWB 레이더가 n번째 시퀀스에서 획득한 수신 신호(xi,n[k])에 포함된 클러터 신호이며, α는 0과 1 사이의 기지정된 값을 갖는 실수이다.
수신 신호(xi[k])에서 배경에 의한 성분인 클러터 신호(Ci,n[k])가 제거된 배경 차감 신호(yi[k])는 대상자에 의한 신호 성분(
Figure 112019054534779-pat00003
)과 노이즈(Ni[k])의 합으로 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112019054534779-pat00004
배경 차감부(12)는 획득된 배경 차감 신호(yi[k])를 동적 활동 측정부(20) 및 정적 활동 측정부(30) 각각으로 전달한다.
문턱값 설정부(13)는 대상자의 활동이 동적 또는 정적 활동인지 여부를 판별하기 위한 문턱값(Ti,n[k])을 설정한다. 상기한 바와 같이, 배경 차감 신호(yi[k])에는 대상자에 의한 신호 성분(
Figure 112019054534779-pat00005
)과 노이즈(Ni[k])가 포함된다. 그리고 대상자에 의한 신호 성분(
Figure 112019054534779-pat00006
)에는 대상자의 이동에 의한 동적 활동 성분과 대상자의 동적 활동 성분을 제외한 특정 부위의 움직임 등에 의한 정적 활동 성분이 포함될 수 있다.
문턱값 설정부(13)는 노이즈(Ni[k])로 인해, 대상자가 활동을 수행하지 않아도 활동을 수행한 것으로 오판단하지 않도록 문턱값(Ti,n[k])을 설정한다.
문턱값 설정부(13)는 대상자가 위치하지 않은 상태에서 기지정된 기간 동안 배경 차감 신호(yi[k])를 인가받아 누적하여 누적 배경 차감 신호(Yi[k] = [yi,0[k], yi,1[k], yi,2[k], ..., yi,Nc[k]]T, 여기서 Nc는 누적된 배경 차감 신호(yi[k])의 개수)를 획득한다. 이는 문턱값 설정부(13)가 다양하게 구현될 수 있는 활동량 측정 환경에 적응적으로 적합한 문턱값(Ti[k])을 설정할 수 있도록 하기 위함이다.
문턱값 설정부(13)는 CFAR 알고리즘에 따라 획득된 누적 배경 차감 신호(Yi[k])를 이용하여 수학식 4에 따라 문턱값(Ti[k])을 설정할 수 있다.
Figure 112019054534779-pat00007
여기서 i는 레이더 식별자이고, β는 문턱값(Ti[k])을 조절하기 위한 매개 변수이고, μi[k]와 σi[k]는 각각 누적 배경 차감 신호(Yi[k])의 평균과 표준 편차이다.
문턱값 설정부(13)는 설정된 문턱값(Ti[k])을 동적 활동 측정부(20) 및 정적 활동 측정부(30) 각각으로 전달한다.
동적 활동 측정부(20)는 신호 획득부(10)로부터 배경 차감 신호(yi,n[k])를 인가받아 대상자의 이동량을 나타내는 동적 활동량을 측정한다. 동적 활동 측정부(20)는 대상자의 동적 활동량을 정확하게 검출하기 위해, CFAR(Constant False Alarm Rate) 알고리즘을 이용하여 배경 차감 신호(yi,n[k])로부터 다수의 IR-UWB 레이더로부터 대상자까지의 거리를 계산하고, 다수의 IR-UWB 레이더에 대해 계산된 대상자까지의 거리에 따라 판별되는 대상자의 위치의 변화를 감지함으로써, 대상자의 동적 활동을 측정한다.
동적 활동 측정부(20)는 신호 검출부(21), 거리 판별부(22), 위치 추정부(23), 가속도 계산부(24) 및 동적 활동 판별부(25)를 포함할 수 있다.
신호 검출부(21)는 배경 차감 신호(yi[k])를 인가받아 문턱값 설정부(13)에서 설정된 문턱값(Ti[k])보다 큰 신호(yi[k] > Ti[k])를 검출하고, 검출된 배경 차감 신호(yi[k])의 거리 인덱스(k) 중 최소 거리 인덱스를 추출한다.
즉 신호 검출부(21)는 다수의 IR-UWB 레이더에 각각에 대해 추출 가능한 최소 거리 인덱스(ki,min)를 추출한다. 이때, 다수의 IR-UWB 레이더 중 적어도 하나의 IR-UWB 레이더에 대응하는 배경 차감 신호(yi[k])는 문턱값(Ti[k])보다 큰 신호가 검출되지 않을 수도 있으며, 이 경우, 해당 IR-UWB 레이더에서 획득된 배경 차감 신호(yi[k])는 무시한다.
거리 판별부(22)는 신호 검출부(21)에서 최소 거리 인덱스(ki,min)가 추출되면, 추출된 최소 거리 인덱스(ki,min)를 이용하여 다수의 IR-UWB 레이더 각각으로부터 대상자까지의 대상 거리(di)를 계산한다.
거리 판별부(22)는 대상 거리(di)를 샘플링 주파수(fs)에 따라 di = c/fs × ki,min 로 계산하여 획득할 수 있다. 여기서 c는 광속이다.
위치 추정부(23)는 거리 판별부(22)에서 계산된 대상 거리(di)를 이용하여 대상자의 위치를 추정한다.
다만 하나의 IR-UWB 레이더에서 획득되는 대상 거리(di)만으로는 대상자의 위치를 특정할 수 없으며, 적어도 2개 이상의 IR-UWB 레이더에서 대상 거리(di)가 획득되어야만 대상자의 위치를 특정할 수 있다.
따라서 위치 추정부(23)는 적어도 둘 이상의 IR-UWB 레이더로부터 대상자까지의 대상 거리(di)가 인가되면, 대상자의 위치를 추정한다.
3차원 공간에서 i번째 IR-UWB 레이더를 기준으로 하는 대상자의 위치(xi, yi, zi)는 대상 거리(di)를 이용하여 수학식 5와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112019054534779-pat00008
만일 거리 판별부(22)로부터 l번째 IR-UWB 레이더와 m번째 IR-UWB 레이더에 대한 대상 거리(dl, dm)가 계산되어 인가되면, 수학식 5로부터 수학식 6을 도출할 수 있다.
Figure 112019054534779-pat00009
수학식 6은 최소 자승법(Least-Squares Method)를 이용하여 해를 구할 수 있으며, 이를 위해 수학식 6을 Ax = b와 같은 행렬 방정식 형태로 변환할 수 있다. 여기서 행렬 방정식의 A와 b는 수학식 7로 표현될 수 있다.
Figure 112019054534779-pat00010
수학식 7에서 Ci는 수학식 6의 우변을 d2 i - d2 i-1 - x2 i + x2 i-1 - y2 i + y2 i-1 - z2 i + z2 i-1 로 대체한다. 최소 자승법의 해는 수학식 8의 우변으로 알려져 있기 때문에 대상자의 위치(p)는 p = [xt, yt, zt]T 로 획득할 수 있다.
Figure 112019054534779-pat00011
그리고 시간에 따른 대상자의 위치(p[n])는 p[n] = [xt[n], yt[n], zt[n]]T 로 표현될 수 있다.
가속도 계산부(24)는 위치 추정부(23)에서 획득한 시간에 따른 대상자의 위치(p[n])로부터 대상자의 이동에 대한 속도(v[n])와 가속도(a[n])를 수학식 9에 따라 획득한다.
Figure 112019054534779-pat00012
여기서 tr은 레이더 관측 주기로서 대상자의 위치 데이터에 대한 샘플링 주기를 나타내며, 속도(v[n])와 가속도(a[n]) 각각의 초기값은 v[0] = v[1] = a[0] = 0으로 지정될 수 있다.
동적 활동량 판별부(26)는 수학식 9에서 계산된 가속도(a[n])를 이용하여 수학식 10에 따라 동적 활동(spatial movement)에 대한 동적 활동 측정값(Mspatial)을 계산한다.
Figure 112019054534779-pat00013
여기서 β와 γ는 동적 활동량 매개 변수로서 미리 지정된 값이다.
한편 대상자는 이동하지 않고 고정된 위치에서 다양한 활동을 하거나, 이동하는 동안에도 이동과 별개의 활동을 수행할 수 있으며, 이러한 정적 활동량을 동적 활동량과 함께 측정할 수 있으면, CAT에서 더욱 정확한 결과를 도출할 수 있게 된다.
이에 정적 활동 측정부(30)는 신호 획득부(10)로부터 배경 차감 신호(yi[k])를 인가받아 대상자의 정적 활동량을 측정한다. 본 실시예에서 정적 활동량은 대상자의 위치 이동을 나타내는 동적 활동을 제외한 모든 활동으로, 정지된 위치에서의 각종 활동 및 이동 중의 신체 국부적인 활동 등이 포함될 수 있다.
정적 활동 측정부(30)는 변화량 누적부(31) 및 정적 활동 판별부(32)를 포함할 수 있다.
변화량 누적부(31)는 레이더가 획득한 수신 신호(xi,n[k])의 시퀀스 인덱스(n)에 따른 배경 차감 신호(yi,n[k])를 인가받고, 인가된 배경 차감 신호(yi,n[k])와 이전 배경 차감 신호(yi,n-1[k]) 사이의 크기차에 대한 활동 변화량(gi,n[k])을 획득한다. 이때 변화량 누적부(31) 또한 노이즈(Ni[k])로 인해, 대상자가 활동을 오판단하지 않도록, 문턱값 설정부(13)에서 설정된 문턱값(Ti[k])보다 큰 배경 차감 신호(yi[k] > Ti[k])만을 검출하여 활동 변화량(gi,n[k])을 획득하고, 획득된 활동 변화량(gi,n[k])을 누적하여 레이더별 누적 변화량(Ei[n])을 수학식 11에 따라 획득한다.
Figure 112019054534779-pat00014
정적 활동 판별부(32)는 변화량 누적부(31)에서 획득된 레이더별 누적 변화량(Ei[n])을 이용하여 정적 활동(sedentary movement)에 대한 정적 활동 측정값(Msedentary)을 수학식 12에 따라 계산한다.
Figure 112019054534779-pat00015
Nr은 IR-UWB 레이더의 개수이고 Median(·)은 중간값 함수이다.
정적 활동 판별부(32)가 수학식 11과 같이 레이더별 누적 변화량(Ei[n])의 중간값을 획득하는 것은 대상자가 레이더에 너무 가깝거나 먼 경우, 레이더별 누적 변화량(Ei[n])이 너무 크거나 너무 작게 측정되어 대상자의 정적 활동 측정값(Msedentary)을 정확하게 판별할 수 없기 때문이다. 즉 정적 활동 판별부(32)는 레이더별 누적 변화량(Ei[n])의 중간값을 정적 활동 측정값(Msedentary)으로 선택함으로써, 정적 활동 측정값(Msedentary)에 대한 신뢰성을 높일 수 있도록 한다.
활동량 출력부(40)는 동적 활동 측정부(20)에서 획득된 동적 활동 측정값(Mspatial)과 정적 활동 측정부(30)에서 획득된 정적 활동 측정값(Msedentary)을 기지정된 출력한다. 이때 활동량 출력부(40)는 동적 활동 측정값(Mspatial)과 정적 활동 측정값(Msedentary)을 수치값의 형태로 그대로 출력할 수도 있으나, 대상자의 활동량을 용이하게 관찰할 수 있도록 동적 활동 측정값(Mspatial)과 정적 활동 측정값(Msedentary)을 개별 그래프 형태로 출력할 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 실시예에서 동적 활동 측정값(Mspatial)은 대상자의 이동 가속도에 기반하여 획득되며, 정적 활동 측정값(Msedentary)은 누적된 배경 차감 신호(yi,n[k])의 크기의 변화량에 기반하여 획득된다.
따라서 대상자의 이동을 나타내는 동적 활동은 제자리 또는 특정 부위의 움직임을 나타내는 정적 활동에 비해 상대적으로 큰 움직임이며, 배경 차감 신호(yi,n[k])와 이전 배경 차감 신호(yi,n-1[k]) 사이의 크기차에 따른 활동 변화량(gi,n[k])을 기반으로 획득되는 정적 활동 측정값(Msedentary)은 대상자의 정적 활동 뿐만 아니라 동작 활동에 의해서도 가변된다. 이에 활동량 출력부(40)는 동적 활동 측정값(Mspatial)이 기지정된 기준 동적 활동값 이상이면, 동적 활동 측정값(Mspatial)을 대상자의 활동값으로 출력하고, 기준 동적 활동값 미만이면, 정적 활동 측정값(Msedentary)을 대상자의 활동값으로 출력할 수도 있다. 여기서 기준 동적 활동값은 측정 오차로 인해 대상자가 동적 활동을 수행하지 않아도 동적 활동을 수행한 것으로 오판단하는 것을 방지하기 위해 설정되는 값이다.
또한 활동량 출력부(40)는 동적 활동 측정값(Mspatial)이 기준 동적 활동값 이상이면, 레이더별 누적 변화량(Ei[n])을 인가받고, 동적 활동 측정값(Mspatial)에 대응하는 누적 변화량을 미리 추정하여 차감함으로써 정적 누적 변화량을 출력하도록 구성될 수도 있다. 여기서 정적 누적 변화량은 레이더별 누적 변화량(Ei[n])에서 동적 활동에 의한 누적 변화량을 이미 차감하였으므로, 대상자가 동적 활동과 정적 활동을 모두 수행하더라도, 정적 활동에 대한 누적 변화량만이 포함되며, 정적 누적 변화량에 대해 수학식 11과 같이 중간값을 추출하여 정적 활동 측정값(Msedentary)을 획득할 수도 있다.
도 4는 본 실시예에 따른 활동량 측정 장치의 시나리오별 정적 활동량 측정 결과의 일예를 나타내고, 도 5는 본 실시예에 따른 활동량 측정 장치의 시나리오별 동적 활동량 측정 결과의 일예를 나타낸다.
도 4 및 도 5는 본 실시예에 따른 활동량 측정 장치가 다양한 상황에서 대상자의 동적 활동 및 정적 활동을 측정한 결과를 나타내며, 활동량 측정 장치의 성능을 검증하기 위해 이하의 7가지 시나리오에 따른 상황에서 측정을 수행하였다.
1. 대상자가 앉아서 한 가지에 집중하는 경우.
2. 대상자가 앉은 자세에서 비교적 작은 동작을 수행하는 경우.
3. 대상자가 앉은 자세에서 비교적 큰 동작을 수행하는 경우.
4. 대상자가 좁은 반경의 방에서 천천히 걷는 경우.
5. 대상자가 큰 반경으로 방에서 천천히 걷는 경우.
6. 대상자가 좁은 반경의 방에서 빨리 걷는 경우.
7. 대상자가 큰 반경으로 방에서 빨리 걷는 경우.
여기서는 IR-UWB 레이더의 중심 주파수가 8.748 GHz이고, 대역폭은 1.5 GHz로 설정되었다. 그리고 23.328 GS/s 속도로 샘플링하였으며, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, IR-UWB 레이더는 폭 2.4m, 길이 3.0m, 높이 2.4m인 실내 공간의 네 모서리 천정에 각각 설치되었으며, 대상자가 위치하는 테이블은 실내 공간의 가운데 배치되었다.
도 4 및 도 5에서 (a)는 각 시나리오에 대한 정적 활동 측정값(Msedentary) 및 동적 활동 측정값(Mspatial)의 히스토그램을 나타내고, (b)는 각 시나리오별 정적 활동 측정값(Msedentary) 및 동적 활동 측정값(Mspatial)의 실시간 측정값을 나타낸다.
도 4를 참조하면, 제1 내지 제3 시나리오에서는 정적 활동 측정값(Msedentary)이 증가하여 각 시나리오별 결과가 기대하는 것과 유사하게 일관되고 적절하게 출력됨을 알 수 있다. 반면, 제4 내지 제7 시나리오에서는 실시간 측정 결과가 도 5의 동적 활동 측정값(Mspatial)과 유사하게 나타나지만 동적 활동을 측정하기에 충분한 수준으로 출력되지는 않음을 알 수 잇다.
한편 도 5를 참조하면, 제1 내지 제3 시나리오에서는 동적 활동 측정값(Mspatial)의 실시간 측정 싱의 차이가 크지 않아 각 시나리오에 대한 구분이 용이하지 않은 반면, 제4 내지 제7 시나리오에서는 실시간 측정 결과의 차이가 크게 나타난다. 따라서 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 정적 활동 측정값(Msedentary) 및 동적 활동 측정값(Mspatial)으로부터 대상자의 활동 정도를 실시간으로 정확하게 판별할 수 있다는 것을 알 수 있다.
표 1 및 표 2는 5명의 대상자에게 상기한 7개의 시나리오에서 정적 활동 측정값(Msedentary)의 평균과 동적 활동 측정값(Mspatial)의 평균을 각각 나타낸다.
Figure 112019054534779-pat00016
Figure 112019054534779-pat00017
표 1 및 표 2를 참조하면, 동일한 시나리오에서는 서로 다른 대상자에게서도 유사한 정적 활동 측정값(Msedentary)과 동적 활동 측정값(Mspatial)이 획득됨을 확인할 수 있다. 이는 대상자에 무관하게 대상자의 활동에만 기초하여 정적 활동 측정값(Msedentary)과 동적 활동 측정값(Mspatial)이 정확하게 획득될 수 있음을 의미한다. 다만 어린이와 같이 신체 조건이 매우 상이한 대상자의 경우, 정적 활동량은 도 4에 비해 작게 측정될 수 있으나, 동적 활동량에 있어서는 거의 동일하게 측정될 수 있다.
도 6 및 도 7은 본 실시예에 따른 활동량 측정 장치의 정량 및 동적 활동량 측정 결과를 액티그래피로 측정된 결과와 비교한 결과를 나타낸다.
도 6에서 (a)와 (b)는 각각 대상자가 제자리에서 활동한 활동량을 측정한 결과와 대상자가 이동하며 활동한 활동량을 측정한 결과를 나타낸다.
도 6을 참조하면, 액티그래피로 측정된 결과는 본 실시예에 따른 활동량 측정 장치와 유사하게 나타날 수 있지만 (a)의 2:50까지의 구간에 도시된 바와 같이, 액티그래피는 특정 신체 부위에 착용된 가속도 센서를 기반으로 대상자의 활동을 측정하므로, 대상자의 활동이 있더라도 해당 신체 부위의 활동이 아니라면 정확한 활동량을 측정하지 못하는 한계가 있다.
도 7에서는 특정 신체 부위에 착용된 가속도 센서를 이용한 액티그래피의 측정 오류를 설명하기 위한 극단적인 예를 나타낸다. 상기한 바와 같이, 액티그래피는 대상자가 가속도 센서가 착용된 신체 부위의 활동없이 다른 부위를 활동하거나, 해당 신체 부위만을 활동하게 되면, 도 7의 00:51까자의 구간과 같이 대상자의 활동이 없는 것으로 오판단할 수 있으며, 반대로 00:51 이후 구간과 같이, 과도한 활동을 하는 것으로 오판단할 수 있다는 문제가 있다. 반면, 본 실시예에 따른 활동량 측정 장치는 대상자 신체 전체의 활동량을 감지하므로, 정확한 활동량을 감지할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 IR-UWB 레이더를 이용한 활동량 측정 방법을 나타낸다.
도 1을 참조하여, 도 8의 IR-UWB 레이더를 이용한 활동량 측정 방법을 설명하면, 우선 기지정된 위치에 배치된 다수의 IR-UWB 레이더에서 방사된 임펄스 신호(s[k])가 주변 환경에서 반사되고 노이즈가 포함되어 수신된 신호를 샘플링하여 수신 신호(xi[k])를 획득한다(S11).
그리고 수신 신호(xi[k])에서 클러터 신호를 제거하여 배경 차감 신호(yi[k])를 획득한다(S12). 배경 차감 신호(yi[k])가 획득되면, 노이즈(Ni[k])로 인해, 대상자가 활동을 수행하지 않아도 활동을 수행한 것으로 오판단하지 않도록 문턱값(Ti,n[k])을 설정한다(S13). 여기서 문턱값(Ti,n[k])은 일예로 기지정된 기간 동안 누적된 배경 차감 신호(yi[k])를 이용하여 CFAR 알고리즘에 따라 설정될 수 잇따.
배경 차감 신호(yi[k])와 문턱값(Ti,n[k])이 획득되면, 활동량 측정 방법은 동적 활동량 측정 단계와 정적 활동량 측정 단계를 병렬로 수행할 수 있다.
동적 활동량 측정 단계에서는 우선 다수의 IR-UWB 레이더에 각각에 대한 배경 차감 신호(yi[k]) 중 문턱값(Ti[k])보다 큰 배경 차감 신호를 검출하고, 검출된 배경 차감 신호(yi[k])의 거리 인덱스(k) 중 최소 거리 인덱스(ki,min)를 추출한다(S14). 그리고 추출된 최소 거리 인덱스(ki,min)를 이용하여 다수의 IR-UWB 레이더 각각으로부터 대상자까지의 대상 거리(di)를 계산하고, 계산된 다수의 IR-UWB 레이더 각각으로부터 대상자까지의 대상 거리(di)로부터 대상의 위치를 추정한다(S15).
대상의 위치가 추정되면, 시간에 따른 대상자의 위치(p[n])로부터 대상자의 이동에 대한 속도(v[n])와 가속도(a[n])를 획득하고, 획득된 가속도를 이용하여 수학식 10에 따라 동적 활동 측정값(Mspatial)을 획득한다(S16).
한편, 정적 활동량 측정 단계는 인가된 배경 차감 신호(yi,n[k])와 이전 배경 차감 신호(yi,n-1[k]) 사이의 크기차에 대한 활동 변화량(gi,n[k])을 획득하고, 활동 변화량(gi,n[k])을 누적하여 레이더별 누적 변화량(Ei[n])을 수학식 11에 따라 획득한다(S17). 이때, 문턱값(Ti[k]) 이하인 배경 차감 신호(yi,n[k])는 제거한 후, 활동 변화량(gi,n[k])을 획득할 수도 있다.
다수의 IR-UWB 레이더 각각에 대한 누적 변화량(Ei[n])이 획득되면, 획득된 누적 변화량(Ei[n])의 중간값을 정적 활동 측정값(Msedentary)으로 획득한다(S18).
동적 활동 측정값(Mspatial)과 정적 활동 측정값(Msedentary)이 획득되면, 획득된 동적 활동 측정값(Mspatial)과 정적 활동 측정값(Msedentary)을 대상자의 활동량으로써, 기지정된 방식으로 출력한다(S19).
여기서 동적 활동 측정값(Mspatial)과 정적 활동 측정값(Msedentary)은 각각 실시간으로 가변되는 개별적인 수치값 출력될 수 있으며, 도 4 및 도 5와 같이 그래프 형태로 변환되어 출력될 수도 있다.
또한 경우에 따라서는 레이더별 누적 변화량(Ei[n])을 인가받고, 동적 활동 측정값(Mspatial)에 대응하는 누적 변화량을 미리 추정하여 차감함으로써 정적 누적 변화량을 획득하고, 획득된 정적 누적 변화량을 동적 활동 측정값(Mspatial)과 함께 출력하도록 구성될 수도 있다.
결과적으로 본 실시예에 따른 IR-UWB 레이더를 이용한 비접촉식 활동량 측정 장치 및 방법은 다수의 IR-UWB 레이더를 이용하여 대상자의 동적 활동과 정적 활동을 정량적으로 측정할 수 있다. 특히 신체의 일부의 활동만이 아닌 전반적인 활동을 대상자의 이동 활동과 비이동 활동을 구분하여 실시간 측정할 수 있도록 한다. 또한 대상자의 활동을 비접촉식으로 측정하여 사용자의 불편을 최소화할 수 있으므로, 연령대가 낮은 대상자에게도 ADHD 검사를 용이하게 수행할 수 있어 조기 ADHD 진단을 가능하게 할 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 컴퓨터에서 실행 시키기 위한 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램으로 구현될 수 있다. 여기서 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스 될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 또한 컴퓨터 저장 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함하며, ROM(판독 전용 메모리), RAM(랜덤 액세스 메모리), CD(컴팩트 디스크)-ROM, DVD(디지털 비디오 디스크)-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등을 포함할 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 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10: 신호 획득부 20: 동적 활동 측정부
30: 정적 활동 측정부 40: 활동 출력부
11: 레이더부 12: 배경 차감부
13: 문턱값 설정부 21: 신호 검출부
22: 거리 판별부 23: 위치 추정부
24: 가속도 계산부 24: 동적 활동 판별부
31: 변화량 누적부 32: 정적 활동 판별부

Claims (11)

  1. 기지정된 위치에 배치된 다수의 IR-UWB 레이더 각각에서 방사된 임펄스 신호가 반사되어 수신된 신호를 샘플링하여 수신 신호를 획득하고, 상기 수신 신호에 포함된 클러터를 제거하여 배경 차감 신호를 획득하는 신호 획득부;
    상기 배경 차감 신호로부터 다수의 IR-UWB 레이더 각각에 대한 대상자의 거리를 계산하여 대상자의 위치를 판별하고, 대상자의 위치 이동에 따른 가속도를 계산하여 동적 활동 측정값을 획득하는 동적 활동량 측정부;
    상기 배경 차감 신호와 이전 배경 차감 신호 사이의 크기 차에 대한 활동 변화량을 획득하고, 활동 변화량을 누적하여 다수의 IR-UWB 레이더 각각에 대한 누적 변화량을 획득하며, 획득된 다수의 IR-UWB 레이더 각각에 대한 누적 변화량 중 기지정된 통계값을 정적 활동 측정값으로 획득하는 정적 활동량 측정부; 및
    상기 동적 활동 측정값 및 상기 정적 활동 측정값을 기지정된 방식으로 출력하는 활동량 출력부; 를 포함하되,
    상기 활동량 출력부는
    상기 동적 활동 측정값이 기지정된 기준 동적 활동값 이상이면, 상기 다수의 IR-UWB 레이더 각각에 대한 누적 변화량을 인가받고, 동적 활동 측정값에 대응하는 누적 변화량을 추정하고 차감하여 정적 누적 변화량을 획득하며, 상기 동적 활동 측정값과 상기 정적 누적 변화량을 함께 출력하는 비접촉식 활동량 측정 장치.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 신호 획득부는
    상기 다수의 IR-UWB 레이더를 포함하고, 상기 다수의 IR-UWB 레이더 각각에서 방사된 임펄스 신호가 반사되어 수신된 신호를 샘플링하여 다수의 수신 신호를 획득하는 레이더부;
    상기 수신 신호에서 클러터를 제거하여 배경 차감 신호를 획득하는 배경 차감부; 및
    대상자가 위치하지 않은 상태에서 기지정된 기간 동안 획득된 배경 차감 신호를 누적하여 누적 배경 차감 신호를 획득하고, CFAR 알고리즘에 따라 상기 누적 배경 차감 신호를 이용하여 문턱값을 설정하는 문턱값 설정부; 를 포함하는 비접촉식 활동량 측정 장치.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 동적 활동량 측정부는
    상기 문턱값보다 큰 배경 차감 신호를 검출하고, 검출된 배경 차감 신호 중 샘플링 순서에 따라 설정되는 거리 인덱스가 최소인 최소 거리 인덱스를 추출하는 신호 검출부;
    최소 거리 인덱스로부터 다수의 IR-UWB 레이더 각각으로부터 대상자까지의 대상 거리를 계산하는 거리 판별부;
    상기 다수의 IR-UWB 레이더 각각으로부터 대상자까지의 대상 거리로부터 최소 자승법에 따라 상기 대상자의 위치를 추정하는 위치 추정부;
    시간에 따라 추정된 대상자의 위치로부터 대상자의 이동 속도 및 가속도를 계산하는 가속도 계산부; 및
    상기 가속도에 기지정된 동적 활동량 매개 변수를 적용하여 상기 동적 활동 측정값을 계산하는 동적 활동 판별부; 를 포함하는 비접촉식 활동량 측정 장치.
  4. 제3 항에 있어서, 상기 정적 활동량 측정부는
    상기 문턱값보다 큰 배경 차감 신호를 검출하고, 검출된 상기 배경 차감 신호와 이전 배경 차감 신호 사이의 크기차에 대한 활동 변화량을 계산하고 누적하여 상기 다수의 IR-UWB 레이더 각각에 대한 누적 변화량을 획득하는 변화량 누적부; 및
    상기 다수의 IR-UWB 레이더 각각에 대한 누적 변화량 중 중간값을 획득하여 상기 정적 활동 측정값으로 추출하는 정적 활동 판별부; 를 포함하는 정적 활동 판별부; 를 포함하는 비접촉식 활동량 측정 장치.
  5. 제4 항에 있어서, 상기 활동량 출력부는
    상기 동적 활동 측정값과 상기 정적 활동 측정값을 인가받고, 상기 동적 활동 측정값이 기지정된 기준 동적 활동값 이상이면, 상기 동적 활동 측정값을 상기 대상자의 활동값으로 출력하고, 상기 기준 동적 활동값 미만이면, 상기 정적 활동 측정값을 상기 대상자의 활동값으로 출력하는 비접촉식 활동량 측정 장치.
  6. 삭제
  7. 비접촉식 활동량 측정 장치에서 수행되는 활동량 측정 방법으로서,
    기지정된 위치에 배치된 다수의 IR-UWB 레이더 각각에서 방사된 임펄스 신호가 반사되어 수신된 신호를 샘플링하여 수신 신호를 획득하고, 상기 수신 신호에 포함된 클러터를 제거하여 배경 차감 신호를 획득하는 단계;
    상기 배경 차감 신호로부터 다수의 IR-UWB 레이더 각각에 대한 대상자의 거리를 계산하여 대상자의 위치를 판별하고, 대상자의 위치 이동에 따른 가속도를 계산하여 동적 활동 측정값을 획득하는 단계;
    상기 배경 차감 신호와 이전 배경 차감 신호 사이의 크기 차에 대한 활동 변화량을 획득하고, 활동 변화량을 누적하여 다수의 IR-UWB 레이더 각각에 대한 누적 변화량을 획득하며, 획득된 다수의 IR-UWB 레이더 각각에 대한 누적 변화량 중 기지정된 통계값을 정적 활동 측정값으로 획득하는 단계; 및
    상기 동적 활동 측정값 및 상기 정적 활동 측정값을 기지정된 방식으로 출력하는 단계; 를 포함하되,
    상기 출력하는 단계는,
    상기 동적 활동 측정값이 기지정된 기준 동적 활동값 이상이면, 상기 다수의 IR-UWB 레이더 각각에 대한 누적 변화량을 인가받고, 동적 활동 측정값에 대응하는 누적 변화량을 추정하고 차감하여 정적 누적 변화량을 획득하며, 상기 동적 활동 측정값과 상기 정적 누적 변화량을 함께 출력하는 비접촉식 활동량 측정 방법.
  8. 제7 항에 있어서, 상기 배경 차감 신호를 획득하는 단계는
    상기 다수의 IR-UWB 레이더 각각에서 방사된 임펄스 신호가 반사되어 수신된 신호를 샘플링하여 다수의 수신 신호를 획득하는 단계;
    상기 수신 신호에서 클러터를 제거하여 배경 차감 신호를 획득하는 단계; 및
    대상자가 위치하지 않은 상태에서 기지정된 기간 동안 획득된 배경 차감 신호를 누적하여 누적 배경 차감 신호를 획득하고, CFAR 알고리즘에 따라 상기 누적 배경 차감 신호를 이용하여 문턱값을 설정하는 단계; 를 포함하는 비접촉식 활동량 측정 방법.
  9. 제8 항에 있어서, 상기 동적 활동 측정값을 획득하는 단계는
    상기 문턱값보다 큰 배경 차감 신호를 검출하고, 검출된 배경 차감 신호 중 샘플링 순서에 따라 설정되는 거리 인덱스가 최소인 최소 거리 인덱스를 추출하는 단계;
    최소 거리 인덱스로부터 상기 다수의 IR-UWB 레이더 각각으로부터 대상자까지의 대상 거리를 계산하는 단계;
    상기 다수의 IR-UWB 레이더 각각으로부터 대상자까지의 대상 거리로부터 최소 자승법에 따라 상기 대상자의 위치를 추정하는 단계;
    시간에 따라 추정된 대상자의 위치로부터 대상자의 이동 속도 및 가속도를 계산하는 단계; 및
    상기 가속도에 기지정된 동적 활동량 매개 변수를 적용하여 상기 동적 활동 측정값을 계산하는 단계; 를 포함하는 비접촉식 활동량 측정 방법.
  10. 제9 항에 있어서, 상기 정적 활동 측정값을 획득하는 단계는
    상기 문턱값보다 큰 배경 차감 신호를 검출하고, 검출된 상기 배경 차감 신호와 이전 배경 차감 신호 사이의 크기차에 대한 활동 변화량을 계산하고 누적하여 상기 다수의 IR-UWB 레이더 각각에 대한 누적 변화량을 획득하는 단계; 및
    상기 다수의 IR-UWB 레이더 각각에 대한 누적 변화량 중 중간값을 획득하여 상기 정적 활동 측정값으로 추출하는 단계; 를 포함하는 정적 활동 판별부; 를 포함하는 비접촉식 활동량 측정 방법.
  11. 제10 항에 있어서, 상기 출력하는 단계는
    상기 동적 활동 측정값과 상기 정적 활동 측정값을 인가받고, 상기 동적 활동 측정값이 기지정된 기준 동적 활동값 이상이면, 상기 동적 활동 측정값을 상기 대상자의 활동값으로 출력하는 단계; 및
    상기 기준 동적 활동값 미만이면, 상기 정적 활동 측정값을 상기 대상자의 활동값으로 출력하는 단계; 를 포함하는 비접촉식 활동량 측정 방법.
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