KR102295989B1 - 생체 정보 송신기, 생체 정보 수신기 및 생체 정보 통신 시스템 - Google Patents

생체 정보 송신기, 생체 정보 수신기 및 생체 정보 통신 시스템 Download PDF

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Abstract

생체 정보 통신 시스템이 개시된다. 본 시스템은 피진단자의 생체 데이터를 광학적으로 전송하는 발광소자 어레이 및 이미지 센서를 이용하여 발광소자 어레이의 색상을 인식하여, 피진단자의 생체 데이터를 획득하는 광학 기반의 수신기를 포함한다. 이에 따라, 비대면으로 진단 테스트가 수행될 수 있다.

Description

생체 정보 송신기, 생체 정보 수신기 및 생체 정보 통신 시스템 {BIO-INFORMATION TRANSMITTER, BIO-INFORMATION RECEIVER, AND BIO-INFORMATION COMMUNICATION SYSTEM}
본 개시는 광을 이용하여 생체 정보를 통신하는 생체 정보 송신기, 생체 정보 수신기 및 생체 정보 통신 시스템에 관한 것이다.
대표적 조명통신 융합기술인 가시광 통신(VLC: Visible Light Communication)은 광원의 조명에 정보를 실어 무선통신하는 기술로서, 종래에서는 광원의 빛을 포토 다이오드(PD: Photo Diode)로 수신하여 광원의 온/오프에 따라 디지털 데이터 1 또는 0을 검출하여 이들의 조합으로 정보를 전달하는 기술이다.
종래에는 포토 다이오드 대신에 카메라를 이용하여 다수의 LED를 촬영하고 그 카메라의 프레임별로 획득된 LED의 온/오프에 대응하는 데이터를 추출하는 가시광 통신 시스템이 제시되고 있다. 이와 같이 카메라를 이용한 가시광 통신은 광수신기로서 포토 다이오드가 아니라 카메라를 이용한다는 점에서 광학 카메라 통신(OCC: Optical Camera Communication) 시스템으로도 불리며, IEEE 802.15.7a 연구 그룹에서 표준화를 위한 작업을 시도하고 있다.
한편, 건강에 대한 높은 관심으로, 건강 진단이 활발하게 진행되고 있다. 가장 널리 알려진 진단 테스트 중 하나는 심장의 박동수인 심박수(Heart Rate) 및 산소포화도(SpO2)를 확인하는 진단 테스트일 것이다.
이러한 진단 테스트는, 진단자와 피진단자가 대면하여 진행되는 것이 일반적이다. 다만, 최근 코로나 19로 인해 대면 진단에 대한 기피 경향이 뚜렷하며, 인건비 절감을 위해 진단자 없이 진단 테스트 기기로 피진단자에 대한 진단 테스트를 실시하면서도 테스트 효율이 높은 방법이 요청된다.
한편, 상기와 같은 정보는 본 발명의 이해를 돕기 위한 백그라운드(Background) 정보로서만 제시될 뿐이다. 상기 내용 중 어느 것이라도 본 발명에 관한 종래 기술로서 적용 가능할지 여부에 관해, 어떤 결정도 이루어지지 않았고, 또한 어떤 주장도 이루어지지 않는다.
선행 기술 : 공개특허공보 제10-2013-0067489호(공개일: 2013,06.25)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 비대면으로 피진단자의 생체 데이터를 획득하는 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 또 다른 과제는, 효과적으로 피진단자를 실시간 모니터링하면서, 정확한 생체 데이터를 획득하는 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 또 다른 과제는, 발광 소자 어레이를 이용하여 데이터를 전송하고 이미지 센서를 구비한 광학 카메라를 이용하여 해당 데이터를 획득하는 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 또 다른 과제는, 사용자 별 생체 데이터를 암호화하여 통신하는 광학 통신 시스템을 제공하는 데에 있다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 생체 정보 송신 장치는 복수의 생체 데이터를 획득하는 하나 이상의 생체 측정 센서; 발광소자 어레이; 및 생체 데이터의 종류 별로 상기 발광소자 어레이에 포함된 발광소자 그룹를 매핑하고, 획득된 생체 데이터를 RGB 기반의 컬러 데이터로 인코딩하고, 인코딩된 컬러 데이터를 발광소자 그룹을 통해 출력하는 송신 컨트롤러를 포함할 수 있다.
여기서, 발광소자 그룹의 적어도 일부는 그룹 내에 포함된 하나의 발광소자가 오프되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 생체 정보 수신 장치는 촬영 범위 내의 발광 소자 어레이를 촬영하는 광학 카메라; 및 발광소자 어레이를 인식하고, 오프된 하나 이상의 발광소자에 기초하여, 발광소자 어레이에 포함된 발광소자의 배치 방향을 기 저장된 배치 방향 추정 모델에 기초하여 인식하는 수신 컨트롤러를 포함할 수 있다.
상기 수신 컨트롤러는, 복수의 생체 데이터의 종류별로 매핑된 발광소자 그룹의 컬러 데이터를 대응하는 생체 데이터로 디코딩하고, 디코딩된 생체 데이터를 획득하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 광학 통신 시스템은 송신기; 및 수신기를 포함할 수 있다.
상기 송신기는 복수의 생체 데이터를 획득하는 하나 이상의 생체 측정 센서; 발광소자 어레이; 및 생체 데이터의 종류 별로 상기 발광소자 어레이에 포함된 발광소자 그룹를 매핑하고, 획득된 생체 데이터를 RGB 기반의 컬러 데이터로 인코딩하고, 인코딩된 컬러 데이터를 상기 발광소자 그룹을 통해 출력하는 송신 컨트롤러를 포함할 수 있다.
상기 발광소자 그룹의 적어도 일부는 그룹 내에 포함된 하나의 발광소자가 오프되도록 구성될 수 있다.
상기 수신기는 촬영 범위 내의 발광 소자 어레이를 촬영하는 광학 카메라; 및 상기 발광소자 어레이를 인식하고, 오프된 하나 이상의 발광소자에 기초하여, 발광소자 어레이에 포함된 발광소자의 배치 방향을 기 저장된 배치 방향 추정 모델에 기초하여 인식하는 수신 컨트롤러를 포함할 수 있다.
상기 수신 컨트롤러는, 복수의 생체 데이터의 종류별로 매핑된 발광소자 그룹의 컬러 데이터를 대응하는 생체 데이터로 디코딩하고, 디코딩된 생체 데이터를 획득하도록 구성될 수 있다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들의 해결 수단은 이상에서 언급한 해결 수단들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 해결 수단들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 다양한 실시 예에 의해, 비대면으로 진단 테스트가 수행되면서도 정확한 생체 데이터가 측정될 수 있으며, 진단자가 없더라도 진단 테스트가 효과적으로 수행될 수 있으며, 개인 별 생체 데이터가 고유키에 의한 암호화되어 송수신되므로 개인 정보가 효과적으로 보호될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 생체 정보 통신 시스템을 개략적으로 설명하기 위한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 생체 정보 통신 시스템의 구성을 나타내는 시스템 블록도,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광소자 어레이의 배치 방향을 인식하기 위해 전원을 의도적으로 오프시키는 발광소자가 배치될 수 있는 위치를 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광소자 어레이의 회전을 인식하고 컬러 데이터를 디코딩하는 과정을 설명하기 위한 도면,
도 5(a) 및 도 5(b)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광학 카메라의 광 노출 시간을 조절하여 발광소자가 출력하는 컬러 데이터를 효과적으로 인식하는 방법을 설명하기 위한 도면들,
도 6(a) 및 도 6(b)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 샘플 수에 따른 생체 데이터의 값을 예시적으로 설명하기 위한 도면들,
도 7은 정규화된 컬러 강도와 BER(Bit Error Rate)의 관계를 설명하기 위한 그래프, 그리고,
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 생체 정보 통신 시스템의 통신 방법을 나타내는 시퀀스도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 예시적인 실시예들에 대하여 설명한다. 본 발명은 서로 다른 다양한 형태들로 구현될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 도면에서 구성요소들, 계층들 및 영역들의 상대적인 크기는 설명의 명확성을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 생체 정보 통신 시스템(1000)을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
생체 정보 통신 시스템(1000)은 물질과 빛의 상호 작용을 이용하여 광학 데이터를 전송 및 수신하는 시스템으로, 송신기(100) 및 수신기(200)를 포함할 수 있다. 송신기(100)는 생체 정보 송신 장치이며, 수신기(200)는 생체 정보 수신 장치이다.
송신기(100)는 사용자(USER)의 손목 주변에 배치될 수 있으며, 송신기(100)는 복수의 발광소자를 포함하는 발광소자 어레이(130)를 통해, RGB 컬러 데이터를 외부로 출력할 수 있다. 여기서, 발광소자 어레이(130)는 컬러 데이터를 광신호로 출력할 수 있는데, 발광소자는 RGB 기반의 LED(Light Emitting Diode)로 구현될 수 있다.
송신기(100)는 다양한 데이터를 광학적으로 출력(송신)할 수 있는데, 송신기(100)는 사용자(USER)의 복수의 생체 데이터를 생체 측정 센서(110)를 통해 획득하고, 획득된 복수의 생체 데이터를 복수의 발광소자 그룹(TR1~3)을 통해 송신할 수 있다.
여기서, 송신기(100)는 측정된 생체 데이터의 종류 별로 발광소자 그룹(TR1~3)을 매핑할 수 있다. 발광소자 그룹(TR1~3)은 매핑된 생체 데이터에 관련된 컬러 데이터를 출력할 수 있다.
여기서, 발광소자 그룹(TR1~3) 중 적어도 일부(도 1에서는 모두 포함)는 그룹 내에 오프된 발광소자(OFF_L1~OFF_L3)를 포함할 수 있는데, 오프된 발광소자(OFF_L1~OFF_L3) 각각은 데이터 종류를 구분하는데 사용될 수 있으며, 수신기(200)가 발광소자 어레이(130)를 인식할 때, 발광소자(또는 발광소자 어레이(130))의 배치 방향을 인식하는데 사용될 수 있다. 즉, 수신기(200)는 해당 오프된 발광소자(OFF_L1~OFF_L3)를 통해 발광소자 어레이(130)의 오프사이드(Offside) 여부, 회전 여부 등을 인식할 수 있다.
생체 측정 센서(110)는 산소 포화도 센서(Oximeter Sensor)를 포함할 수 있으며, IR(Infrared) 데이터, BPM(Beats Per Minute) 데이터, 산소 포화도(SpO2) 데이터 등을 측정할 수 있다. 또는, 생체 측정 센서(110)는 적외선을 이용하여 PPG(PhotoPlethysmoGram) 데이터를 측정하거나, 연산할 수 있다. 생체 측정 센서(110)는 사용자(USER)의 손가락 말단에 배치될 수 있다. 여기서 IR 데이터란 적외선을 이용하여 수집되는 생체 정보들을 의미하며, BPM 데이터는 심장 박동수(Heart Rate)와 관련된 데이터를 의미한다.
선택적 실시 예로, 송신기(100)는 생체 측정 센서(110)와 별도로 구비되어, 무선으로 통신할 수 있다.
수신기(200)는 이미지 센서를 구비한 광학 카메라(210)를 이용하여 발광소자 어레이(130)의 배치 방향, 발광소자 어레이(130)에 포함된 발광소자의 컬러 데이터를 인식한 후, 인식된 컬러 데이터를 디코딩하여 생체 데이터를 획득할 수 있다.
선택적 실시 예로, 수신기(200)는 광학 카메라(210)와 무선 또는 유선으로 통신할 수 있으며, 수신기(200)는 PC 가 아닌 서버, 스마트폰, 태블릿 기기 등으로 구현될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 생체 정보 통신 시스템(1000)의 구성을 나타내는 시스템 블록도이다. 생체 정보 통신 시스템(1000)은 송신기(100) 및 수신기(200)를 포함할 수 있다.
먼저, 송신기(100)는 생체 측정 센서(110), 발광소자 어레이(130) 및 송신 컨트롤러(190)를 포함할 수 있다. 또한, 수신기(200)는 광학 카메라(210), 발광소자 어레이(130)의 배치 방향을 추정하는 배치 방향 추정 모델(241)을 저장한 메모리(240) 및 수신 컨트롤러(290)를 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 구성요소들은 광학 통신 시스템(1000)을 구현하는데 있어서 필수적인 것은 아니어서, 본 명세서 상에서 설명되는 생체 정보 통신 시스템(1000)는 위에서 열거된 구성요소들 보다 많거나, 또는 적은 구성요소들을 가질 수 있다.
먼저, 송신기(100)의 구성을 설명하면, 생체 측정 센서(110)는 복수의 생체 데이터를 획득할 수 있으며, 산소 포화도 센서(Oximeter Sensor)를 포함할 수 있으나, 다양한 생체 데이터를 감지하는 센서들을 포함할 수 있다.
발광소자 어레이(130)는 복수의 발광소자가 배치된 다발, 4X4 행렬을 포함한 MXN 행렬 형태(M, N은 4 이상의 자연수)로 구현될 수 있다. 발광소자 어레이(130)는 3 종류의 생체 데이터를 나타낼 수 있으나, 사이즈가 4X4 행렬을 초과하는 경우, 3 종류를 넘는 생체 데이터도 출력할 수 있다.
송신 컨트롤러(190)는 생체 데이터의 종류 별로 발광소자 어레이(130)에 포함된 발광소자 그룹를 매핑할 수 있다. 가령, 상기 생체 데이터는 IR(Infrared) 데이터, BPM(Beats Per Minute) 데이터 및 산소 포화도 (SPO2) 데이터를 포함할 수 있다. 도 1을 함께 참고하면, 송신 컨트롤러(190)는 제1 생체 데이터(가령, IR 데이터)를 제1 발광소자 그룹(TR1)으로 매핑하고, 제2 생체 데이터(가령, BPM 데이터)를 제2 발광소자 그룹(TR2)으로 매핑하며, 제3 생체 데이터(가령, SpO2)를 제3 발광소자 그룹(TR3)으로 매핑할 수 있다.
송신 컨트롤러(190)는 획득된 생체 데이터를 RGB 기반의 컬러 데이터로 인코딩하고, 인코딩된 컬러 데이터를 상기 발광소자 그룹을 통해 출력할 수 있다. 컬러 인코딩 방법은 컬러의 강도(Intensity)에 따라 인코딩/디코딩하는 CIM(Color Intensity Modulation)이 이용될 수 있다.
송신 컨트롤러(190)는 발광소자 그룹의 적어도 일부에서, 그룹 내에 포함된 하나의 발광소자가 오프(Off)되도록 발광소자를 제어할 수 있다. 선택적 실시 예로, 오프되는 발광소자 대신 해당 위치에 발광소자가 아예 배치되지 않을 수도 있다.
오프되는 발광소자는 수신기(200)에서 발광소자 어레이(130)를 인식할 때, 발광소자 어레이(130)의 배치 방향을 결정하는데 결정적 도움을 주며, 생체 데이터를 구분하는데도 결정적 도움을 줄 수 있으며, 개별 생체 데이터를 획득하는데도 도움을 줄 수 있다.
그 다음, 수신기(200)는 수광 모듈을 포함하는 이미지 센서를 갖는 광학 카메라(210)를 포함하며, 광학 카메라(210)는 촬영 범위 내의 발광소자 어레이(130)를 촬영할 수 있다. 광학 카메라(210)는 1미터 내지 3미터 사이에 배치될 수 있으나, 실시 예가 이에 한정되는 것은 아니다.
메모리(240)는 다양한 정보를 저장할 수 있으며, 기 학습된 배치 방향 추정 모델(241)을 저장할 수 있다. 기 학습된 배치 방향 추정 모델(241)은 지도 학습(Supervised Learning) 기반으로 학습될 수 있다.
우선, 배치 방향 추정 모델(241)은 발광소자 어레이(130)를 인식할 수 있다. 또한, 배치 방향 추정 모델(241)은 오프된 발광소자에 기초하여, 발광소자 어레이(130)의 배치 방향을 추정할 수 있다.
배치 방향 추정 모델(241)은 미리 마련된 하나 이상의 발광소자 어레이의 정보 및 생체 데이터에 매핑되는 발광소자 그룹에 포함된 오프된 발광소자의 배치 정보를 입력받으면, 생체 데이터의 수 및 발광소자 어레이에 포함된 발광소자의 배치 방향을 추정하도록 학습될 수 있다.
또한, 배치 방향 추정 모델(241)은 발광소자 각각의 색상에 대해서도 레이블(Label)에 기초하여 추정하도록 구현될 수 있다. 즉, 배치 방향 추정 모델(241)은 미리 마련된 하나 이상의 상기 발광소자 어레이(130)에 포함된 발광소자 각각의 인코딩된 컬러 데이터를 입력받으면, 상기 발광소자 그룹 각각에 포함된 인코딩된 컬러 데이터를 추정하도록 학습될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배치 방향 추정 모델(241)은 신경망 네트워크 알고리즘을 이용하여 생성될 수 있으므로, 기존 기술이 이용하는 필터링, 리샘플링, 스무딩 등의 프로세스를 통한 영상의 오염(blurriness) 및 왜곡(Distortion)이 개선될 수 있다.
이와 같이, 수신 컨트롤러(290)는 발광소자 어레이(130)를 인식하고, 오프된 하나 이상의 발광소자에 기초하여, 발광소자 어레이에 포함된 발광소자의 배치 방향을 기 저장된 배치 방향 추정 모델(241)에 기초하여 인식할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광소자 어레이의 배치 방향을 인식하기 위해 전원을 의도적으로 오프시키는 발광소자가 배치될 수 있는 위치를 설명하기 위한 도면이다. 발광소자 어레이(130)를 M 행 및 N 열로 구성되는 것으로 가정하며, M 및 N은 4 이상의 자연수일 수 있다.
만약, 생체 데이터가 3 종류인 경우, MXN 발광소자 어레이(130)는 3개의 오프되는 발광소자(OFF_L1~OFF_L3)를 포함할 수 있다.
선택적 실시 예로, 오프되는 발광소자는 생체 데이터와 생체 데이터 사이에만 형성될 수도 있다(이런 경우, 오프되는 발광소자는 2 개일 수 있음). 또한, 컬러 데이터로 인코딩하고 생체 데이터로 디코딩만 수행될 수 있다면, 3 종류 이상의 생체 데이터도 발광소자 어레이(130)에 더 포함될 수 있다.
여기서, 발광소자 그룹별 오프되는 발광소자의 위치가 결정될 수 있는데, 제1 생체 데이터에 대응하여 오프되는 발광소자(OFF_L1)의 경우, 마지막 행(M)에 배치되고, 첫번째 열(1) 내지 마지막에서 두번째 열(N-2) 중 하나에 배치될 수 있고, 제2 생체 데이터에 대응하여 오프되는 발광소자(OFF_L2)는 첫번째 행(1)에 배치되고, 제1 생체 데이터에 대응하여 오프되는 발광소자(OFF_L1)가 배치된 열보다 한 열 이상 뒤에 배치될 수 있으며, 제3 생체 데이터에 대응하여 오프되는 발광소자(OFF_L3)는 마지막 행(M)에 배치되고, 제2 생체 데이터에 대응하여 오프되는 발광소자(OFF_L2)가 배치된 열보다 한 열 이상 뒤에 배치되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 생체 정보 통신 시스템(1000)은 사용자 별로 보안 기능을 제공할 수 있다. 광학 카메라(210)는 이미지 센서를 장착한 통상적인 CCTV(Close Circuit Television Camera)가 사용될 수 있으므로, 송신기(100)가 전송한 데이터를 다른 통신 수단(스마트폰, 다른 카메라 등)에 의한 노출을 방지하는 것이 중요하며, 이를 위한 방법을 이하에서 설명하기로 한다.
구체적으로, 송신기(100)는 사용자 각각에 대응하는 고유키를 할당할 수 있다. 송신기(100)는 인코딩된 컬러 데이터를 발광소자 그룹을 통해 출력하는 경우, 코딩된 컬러 데이터를 고유키로 암호화하여, 암호화된 컬러 데이터를 상기 발광소자 그룹을 통해 출력할 수 있다.
여기서, 광학 카메라(210)가 수신하는 데이터를 r이라 하고, 발광소자를 통해 전송되는 오리지널 신호를 x 라고 가정하면, r = Hx+n 식이 성립하며, H는 광학 채널 게인이고 n은 발광소자 어레이의 노이즈일 수 있다.
송신기(100)는 전송시에 오리지널 x 대신 인코딩된 o 를 전송하면, r = Ho + n 식이 성립할 수 있다. 여기서, o는 0.00392a X cl 이고, a 는 0.5(x+c)일 수 있다.
여기서, cl은 사용자 별로 고유하게 설정될 수 있으며, 사용자 별로 c 는 아래 식을 만족한다.
[식 1]
Figure 112020126593226-pat00001
그러면, 광학 카메라(210)가 수신하는 신호는 r=0.00196H((x+c)cl) +n 을 만족할 수 있다. 이를 x 로 정리하면, x 는 아래 식 2로 정리될 수 있다.
[식 2]
x = 510((rXH-1)cl-1)-c
송신기(100) 및 수신기(200)는 사용자별 할당된 고유키를 이미 알고 있으므로, 다른 통신 수단(다른 광학 카메라, 스마트폰 등)이 발광소자 어레이(130)의 발광소자 패턴을 확인하더라도 내부 내용을 알 수 없다. 본 발명의 일 실시 예예 따르면, 개인 정보 보안이 중요한 생체 데이터는 상술한 바와 같이 암호화되어 보호될 수 있다.
수신기(200)는 사용자 각각에 대응하는 고유키로 암호화된 컬러 데이터를 복호화한 후, 컬러 데이터를 디코딩하여 생체 데이터를 종류 별로 획득할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광소자 어레이의 회전을 인식하고 컬러 데이터를 디코딩하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
수신기(200)는 광학 카메라(210)를 통해 연속되는 프레임을 수신할 수 있으며, 발광소자 어레이가 90도, 180도, 270도 및 360도로 회전되더라도, 발광소자 어레이의 배치 방향을 결정할 수 있으며, 발광소자 어레이에 포함된 각 발광소자의 컬러 데이터를 디코딩할 수 있다.
도 5(a) 및 도 5(b)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광학 카메라의 광 노출 시간을 조절하여 발광소자가 출력하는 컬러 데이터를 효과적으로 인식하는 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
선택적 실시 예로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 진단 테스트 장소의 크기가 5X4X3 미터이며, 광학 카메라(210)의 프레임 레이트가 30 fps일 수 있고, 주파수가 2kHz, 노출 시간이 1.25 ms 로 설정될 수 있다.
광학 카메라(210)는 진단 테스트 장소가 도 5(a)와 같이 밝더라도 배경화면을 어둡게 설정할 수 있다. 즉, 광학 카메라(210)는 발광소자 어레이를 인식 가능한 소정의 노출 타임을 갖도록 설정될 수 있다.
또 다른 실시 예에서, 수신기(200)가 광학 카메라(210)의 노출 시간을 설정할 수 있는 경우, 발광소자 어레이를 인식 가능한 소정의 노출 타임으로 상기 광학 카메라를 제어한 후, 발광소자 어레이가 인식된 경우, 상기 광학 카메라의 노출 타임을 시간에 따라, 점진적으로 늘릴 수 있다.
즉, 수신기(200)는 발광소자의 광이 인식되기 어렵거나, 발광소자 간의 간섭에 의해 광 인식이 어려운 경우, 발광소자 어레이만을 인식하기 위해, 도 5(b)와 같이 광학 카메라(210)를 제어할 수 있다. 수신기(200)는 발광소자 어레이 및 발광소자 각각의 컬러 데이터를 획득하면, 서서히 발광소자 어레이 주변을 밝게 하여, 피진단자의 상태 관찰 용이함을 제공할 수 있다.
도 6(a) 및 도 6(b)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 피진단자의 움직임이 없는 상태에서, 샘플 수에 따른 생체 데이터의 값을 예시적으로 설명하기 위한 도면들이다.
산소 포화도(SpO2)는 샘플 수가 늘어나더라도 일정 패턴이 반복되며, BPM은 소정의 패턴을 보이다가 소정 시간 고정 값을 갖는 것이 관측될 수 있다.
도 7은 정규화된 컬러 강도와 BER(Bit Error Rate)의 관계를 설명하기 위한 그래프이다. 정규화 값이 1로 갈수록 BER이 줄어드는 것이 관측될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 생체 정보 통신 시스템(1000)의 통신 방법을 나타내는 시퀀스도이다.
우선, 수신기(200)는 배치 방향 추정 모델을 학습한다(S710).
선택적 실시 예로, 상기 학습은 수신기(200)에서 수행되지 않고, 외부 서버에서 수행되고, 수신기(200)는 기 학습된 배치 방향 추정 모델만 저장하도록 구현될 수 있다. 상기 S710 단계는 S750 단계 이전이라면, 언제든 수행될 수 있다.
송신기(100)는 복수의 생체 데이터를 획득하고(S720), 획득된 생체 데이터를 컬러 데이터로 인코딩한다(S730).
송신기(100)는 생체 데이터에 매핑된 발광소자 그룹을 통해 인코딩된 컬러 데이터를 출력한다(S740).
송신기(100)는 인코딩된 컬러 데이터를 사용자 별로 고유한 고유키 로 암호화하여 전송할 수 있다.
그러면, 수신기(200)는 광학 카메라로 발광소자 어레이를 인식하고, 발광소자 어레이의 배치 방향을 추정한다(S750).
여기서, 수신기(200)는 기 학습된 배치 방향 추정 모델을 이용하여, 발광 소자 각각의 인코딩된 컬러 데이터를 인식할 수 있으며, 더 나아가 배치 방향 추정 모델을 이용하여 발광소자 각각의 컬러를 인식할 수 있다. 배치 방향 추정 모델은 이를 인식하도록 미리 학습될 수 있다.
수신기(200)는 컬러 데이터로부터 생체 데이터를 디코딩하고(S760), 생체 데이터를 획득한다(S770).
여기서, 수신기(200)는 암호화된 컬러 데이터를 복호화하는 과정도 수행할 수 있다.
전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한, 상기 컴퓨터는 수신기(100)의 수신 컨트롤러(290)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 프로그램은, 프로세서에 의한 실행 시, 상기 프로세서가, 발광소자 어레이를 인식하는 동작, 오프된 하나 이상의 발광소자에 기초하여, 상기 발광소자 어레이에 포함된 발광소자의 배치 방향을 기 저장된 배치 방향 추정 모델에 기초하여 인식하는 동작, 복수의 생체 데이터의 종류별로 매핑된 발광소자 그룹의 컬러 데이터를 대응하는 생체 데이터로 디코딩하고, 디코딩된 생체 데이터를 획득하는 동작을 수행하도록 하는 실행 가능한 명령을 포함할 수 있다.
앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고서 다른 구체적인 실시예로 다양하게 수정 및 변형할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 할 것이다.

Claims (18)

  1. 복수의 생체 데이터를 획득하는 하나 이상의 생체 측정 센서;
    발광소자 어레이; 및
    상기 복수의 생체 데이터의 종류 별로 상기 발광소자 어레이에 포함된 발광소자 그룹를 매핑하고, 획득된 생체 데이터를 RGB 기반의 컬러 데이터로 인코딩하고, 인코딩된 컬러 데이터를, 상기 복수의 생체 데이터의 종류 별로 매핑된 상기 발광소자 그룹을 통해 출력하는 송신 컨트롤러를 포함하며,
    상기 발광소자 그룹의 적어도 일부는 그룹 내에 포함된 하나의 발광소자가 오프되도록 구성되며,
    상기 복수의 생체 데이터는 제1 생체 데이터, 제2 생체 데이터 및 제3 생체 데이터를 포함하고,
    상기 발광소자 어레이는 MXN(M 및 N은 4 이상의 자연수)이며,
    발광소자 그룹별 오프되는 발광소자의 위치는,
    상기 제1 생체 데이터의 경우, 마지막 행(M)에 배치되고, 첫번째 열(1) 내지 마지막에서 두번째 열(N-2) 중 하나에 배치되며,
    상기 제2 생체 데이터의 경우, 첫번째 행(1)에 배치되고, 제1 생체 데이터가 배치된 열보다 한 열 이상 뒤에 배치되고,
    상기 제3 생체 데이터의 경우, 마지막 행(M)에 배치되고, 제2 생체 데이터가 배치된 열보다 한 열 이상 뒤에 배치되도록 구성되는, 생체 정보 송신 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 송신 컨트롤러는,
    사용자 각각에 대응하는 고유키를 할당하고,
    인코딩된 컬러 데이터를 상기 발광소자 그룹을 통해 출력하는 경우, 코딩된 컬러 데이터를 상기 고유키를 이용하여 암호화하고, 암호화된 컬러 데이터를 상기 발광소자 그룹을 통해 출력하도록 구성되는, 생체 정보 송신 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 생체 데이터는,
    IR(Infrared) 데이터, BPM(Beats Per Minute) 데이터 및 산소 포화도 (SPO2) 데이터를 포함하는, 생체 정보 송신 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 발광소자 어레이는, 사용자의 손목 주변에 위치하며,
    상기 생체 측정 센서 중 하나는 상기 사용자의 손가락 말단에 배치되는, 생체 정보 송신 장치.
  6. 촬영 범위 내의 발광 소자 어레이를 촬영하는 광학 카메라; 및
    상기 발광 소자 어레이를 인식하고, 오프된 하나 이상의 발광소자에 기초하여, 상기 발광 소자 어레이에 포함된 발광소자의 배치 방향을 기 저장된 배치 방향 추정 모델에 기초하여 인식하는 수신 컨트롤러를 포함하며,
    상기 수신 컨트롤러는,
    복수의 생체 데이터의 종류별로 매핑된 발광소자 그룹에서 출력하는 컬러 데이터를 이에 대응하는 생체 데이터로 디코딩하고, 디코딩된 생체 데이터를 획득하도록 구성되며,
    전송되는 상기 복수의 생체 데이터는 제1 생체 데이터, 제2 생체 데이터 및 제3 생체 데이터를 포함하고,
    상기 발광소자 어레이는 MXN(M 및 N은 4 이상의 자연수)이며,
    발광소자 그룹별 오프되는 발광소자의 위치는,
    상기 제1 생체 데이터의 경우, 마지막 행(M)에 배치되고, 첫번째 열(1) 내지 마지막에서 두번째 열(N-2) 중 하나에 배치되며,
    상기 제2 생체 데이터의 경우, 첫번째 행(1)에 배치되고, 제1 생체 데이터가 배치된 열보다 한 열 이상 뒤에 배치되고,
    상기 제3 생체 데이터의 경우, 마지막 행(M)에 배치되고, 제2 생체 데이터가 배치된 열보다 한 열 이상 뒤에 배치되도록 구성되는, 생체 정보 수신 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 기 저장된 배치 방향 추정 모델은,
    미리 마련된 하나 이상의 발광소자 어레이의 정보 및 생체 데이터에 매핑되는 발광소자 그룹에 포함된 오프된 발광소자의 배치 정보를 입력받으면, 생체 데이터의 수 및 발광소자 어레이에 포함된 발광소자의 배치 방향을 추정하도록 학습되는, 생체 정보 수신 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 수신 컨트롤러는,
    사용자 각각에 대응하는 고유키로 암호화된 컬러 데이터를 복호화하여, 복호화된 컬러 데이터를 상기 생체 데이터로 디코딩하도록 구성되는, 생체 정보 수신 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 광학 카메라는,
    상기 발광소자 어레이를 인식 가능한 소정의 노출 타임을 갖도록 설정되는, 생체 정보 수신 장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 수신 컨트롤러는,
    상기 발광소자 어레이를 인식 가능한 소정의 노출 타임으로 상기 광학 카메라를 제어하며,
    상기 발광소자 어레이가 인식된 경우, 상기 광학 카메라의 노출 타임을 시간에 따라, 점진적으로 늘리도록 구성되는, 생체 정보 수신 장치.
  11. 생체 정보 통신 시스템으로서,
    송신기; 및 수신기를 포함하며,
    상기 송신기는,
    복수의 생체 데이터를 획득하는 하나 이상의 생체 측정 센서; 발광소자 어레이; 및 상기 복수의 생체 데이터의 종류 별로 상기 발광소자 어레이에 포함된 발광소자 그룹를 매핑하고, 획득된 생체 데이터를 RGB 기반의 컬러 데이터로 인코딩하고, 인코딩된 컬러 데이터를, 상기 복수의 생체 데이터의 종류 별로 매핑된 상기 발광소자 그룹을 통해 출력하는 송신 컨트롤러를 포함하며,
    상기 발광소자 그룹의 적어도 일부는 그룹 내에 포함된 하나의 발광소자가 오프되도록 구성되며,
    상기 복수의 생체 데이터는 제1 생체 데이터, 제2 생체 데이터 및 제3 생체 데이터를 포함하며,
    상기 발광소자 어레이는 MXN(M 및 N은 4 이상의 자연수)이며,
    발광소자 그룹별 오프되는 발광소자의 위치는,
    상기 제1 생체 데이터의 경우, 마지막 행(M)에 배치되고, 첫번째 열(1) 내지 마지막에서 두번째 열(N-2) 중 하나에 배치되며,
    상기 제2 생체 데이터의 경우, 첫번째 행(1)에 배치되고, 제1 생체 데이터가 배치된 열보다 한 열 이상 뒤에 배치되고,
    상기 제3 생체 데이터의 경우, 마지막 행(M)에 배치되고, 제2 생체 데이터가 배치된 열보다 한 열 이상 뒤에 배치되도록 구성되며,
    상기 수신기는,
    촬영 범위 내의 발광 소자 어레이를 촬영하는 광학 카메라; 및 상기 발광소자 어레이를 인식하고, 오프된 하나 이상의 발광소자에 기초하여, 상기 발광소자 어레이에 포함된 발광소자의 배치 방향을 기 저장된 배치 방향 추정 모델에 기초하여 인식하는 수신 컨트롤러를 포함하며,
    상기 수신 컨트롤러는,
    복수의 생체 데이터의 종류별로 매핑된 발광소자 그룹의 컬러 데이터를 대응하는 생체 데이터로 디코딩하고, 디코딩된 생체 데이터를 획득하도록 구성되는, 생체 정보 통신 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 송신기의 송신 컨트롤러는,
    사용자 각각에 대응하는 고유키를 할당하고,
    인코딩된 컬러 데이터를 상기 발광소자 그룹을 통해 출력하는 경우, 인코딩된 컬러 데이터를 상기 고유키로 암호화하여, 암호화된 컬러 데이터를 상기 발광소자 그룹을 통해 출력하도록 구성되는, 생체 정보 통신 시스템.
  13. 삭제
  14. 제11항에 있어서,
    상기 기 저장된 배치 방향 추정 모델은,
    미리 마련된 하나 이상의 발광소자 어레이의 정보 및 생체 데이터에 매핑되는 발광소자 그룹에 포함된 오프된 발광소자의 배치 정보를 입력받으면, 생체 데이터의 수 및 발광소자 어레이에 포함된 발광소자의 배치 방향을 추정하도록 학습되는, 생체 정보 통신 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 배치 방향 추정 모델은,
    미리 마련된 하나 이상의 상기 발광소자 어레이에 포함된 발광소자 각각의 인코딩된 컬러 데이터를 입력받으면, 상기 발광소자 그룹 각각에 포함된 인코딩된 컬러 데이터를 추정하도록 학습되는, 생체 정보 통신 시스템.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 수신기의 수신 컨트롤러는,
    사용자 각각에 대응하는 고유키로 암호화된 컬러 데이터를 복호화하여, 복호화된 컬러 데이터를 상기 생체 데이터로 디코딩하도록 구성되는, 생체 정보 통신 시스템.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 광학 카메라는,
    상기 발광소자 어레이를 인식하는 소정의 노출 타임을 갖도록 설정되는, 생체 정보 통신 시스템.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 수신기의 수신 컨트롤러는,
    상기 발광소자 어레이를 인식 가능한 소정의 노출 타임으로 상기 광학 카메라를 제어하며,
    상기 발광소자 어레이가 인식된 경우, 상기 광학 카메라의 노출 타임을 시간에 따라, 점진적으로 늘리도록 구성되는, 생체 정보 통신 시스템.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100048768A (ko) * 2008-10-31 2010-05-11 연세대학교 산학협력단 재택 건강 관리 시스템 및 그 방법
KR20130067489A (ko) 2010-05-17 2013-06-25 지멘스 악티엔게젤샤프트 데이터의 광학 송신을 위한 컬러 코딩 방법을 안정화시키기 위한 방법 및 어레인지먼트
KR101794933B1 (ko) * 2016-12-08 2017-11-07 서울과학기술대학교 산학협력단 디스플레이/광원 매트릭스의 표출 컬러 및 패턴 형태를 이용한 가시광 통신 방법

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