KR102557345B1 - 촬영 보조형 레이더를 이용한 생체 신호 검출 시스템 및 방법 - Google Patents

촬영 보조형 레이더를 이용한 생체 신호 검출 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 촬영 보조형 레이더를 이용한 생체 신호 검출 시스템 및 방법에 관한 것이다. 일 실시예에 따른 생체 신호 검출 시스템은, 대상을 촬영하기 위한 촬영부; 상기 대상을 향해 레이더 신호를 송신하기 위한 적어도 하나의 레이더 송신부; 상기 대상의 서로 다른 신체부위에서 반사된 레이더 신호를 각각 수신하기 위한 적어도 두 개의 레이더 수신부; 및 대상의 신체부위별 가중치와 서로 다른 신체부위에서 반사된 레이더 신호를 이용하여, 상기 대상의 움직임에 의한 노이즈가 제거된 생체 신호를 검출하는 처리부를 포함한다. 실시예에 따르면 촬영장치의 보조를 통해 대상의 움직임에 의한 노이즈를 능동적으로 제거함으로써 생체 신호의 검출 정확도를 향상시킬 수 있다.

Description

촬영 보조형 레이더를 이용한 생체 신호 검출 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR DETECTING VITAL SIGNS USING IMAGING-ASSISTED RADAR}
본 발명은 레이더를 이용한 생체 신호 검출 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 레이더 신호를 이용하여 대상의 생체 신호(호흡, 심박에 따른 신호)를 검출함에 있어서, 촬영된 대상의 신체부위별 가중치를 고려하여 대상의 움직임에 의한 노이즈를 보다 능동적으로 제거함으로써 생체 신호 검출의 정확도를 향상시키는 기술에 관한 것이다.
최근 건강의 유지 관리에 대한 관심이 높아지고 사용자의 생체 신호를 활용한 다양한 애플리케이션이 개발되면서 생체 신호의 검출 정확도를 높이기 위한 연구가 다방면으로 진행되고 있다. 호흡수, 심박수와 같은 생체 신호를 측정하는 다양한 방식이 존재하는데 신체부위에 직접 접촉된 센서를 활용하는 방식이 정확도가 가장 높다. 그러나 접촉식 측정 방식은 원거리에서 생체 신호를 측정하는 것이 불가능하고 대상에게 별도의 센서를 부착하거나 삽입해야 하기 때문에 번거롭다는 단점이 있다.
최근에는 바이오 레이더를 이용하여 비접촉식으로 호흡수나 심박수를 측정하는 방식이 연구되고 있는데, UWB (Ultra-wide band) 레이더, CW (Continuous wave) 레이더, FM-CW (Frequency modulated continuous wave) 레이더 등이 통상적으로 활용되고 있다. 이러한 방식에서는 각각 대상을 향해 레이더 신호를 송신한 후 반사된 신호를 수신 및 분석하여 대상의 생체 움직임을 감지한다. 예를 들어, UWB 레이더는 주파수 대역이 넓은 임펄스를 대상에 조사하고 반사되어 돌아온 넓은 대역의 신호를 획득하여 대상까지의 거리를 실시간으로 측정하며, 시간에 따른 거리의 변화를 계산함으로써 대상의 호흡, 심박에 따른 움직임을 감지할 수 있다. 이러한 비접촉 측정 방식에 의하면 원거리에서 대상의 생체 신호를 측정할 수 있기 때문에 원격 의료 시스템이나 유동인구가 많은 장소에서의 동시다발적인 검사 등 다양한 환경에서 활용될 수 있다.
이와 같은 레이더 기반 비접촉 측정 방식은 주변의 잡음 및 간섭에 매우 취약하다는 단점이 있다. 특히, 대상의 움직임에 의한 노이즈로 인하여 측정 정확도가 크게 떨어질 수 밖에 없다. 움직임에 의한 노이즈와 심박 또는 호흡에 의한 신호는 주파수 성분이 상이하므로 필터를 이용해 노이즈를 어느 정도 제거할 수는 있지만, 필터링 특성이 미리 정해진 기존의 필터로는 노이즈 제거에 한계가 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1838704호
이에 본 발명의 목적은, 레이더를 이용한 비접촉식 생체 신호 검출 기술의 적용에 있어서, 촬영장치의 보조를 통해 대상의 움직임에 의한 노이즈를 능동적으로 제거함으로써 생체 신호(호흡 신호, 심박 신호 등)의 검출 정확도를 향상시키는 기술을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 촬영 보조형 레이더를 이용한 생체 신호 검출 시스템은, 대상을 촬영하기 위한 촬영부; 상기 대상을 향해 레이더 신호를 송신하기 위한 적어도 하나의 레이더 송신부; 상기 대상의 서로 다른 신체부위에서 반사된 레이더 신호를 각각 수신하기 위한 적어도 두 개의 레이더 수신부; 및 대상의 신체부위별 가중치와 서로 다른 신체부위에서 반사된 레이더 신호를 이용하여, 상기 대상의 움직임에 의한 노이즈가 제거된 생체 신호를 검출하는 처리부를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 처리부는, 촬영된 영상에 기초하여 대상의 신체부위별 가중치를 결정하는 가중치 결정부; 상기 신체부위별 가중치와 상기 레이더 수신부에 의해 수신된 레이더 신호를 이용하여, 대상의 움직임 노이즈가 포함된 1차 생체 신호 및 대상의 움직임 신호를 분리하는 신호 분리기; 및 상기 움직임 신호를 이용하여 상기 1차 생체 신호로부터 상기 움직임 노이즈를 제거함으로써, 노이즈가 제거된 2차 생체 신호를 획득하기 위한 노이즈 제거기를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 1차 생체 신호는 사용자의 심장 박동에 따른 심박 신호, 사용자의 호흡에 따른 호흡 신호, 및 사용자의 움직임에 따른 움직임 노이즈를 포함하고, 상기 2차 생체 신호는 상기 움직임 노이즈가 제거됨으로써 상기 심박 신호 및 상기 호흡 신호만을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 시스템은 상기 2차 생체 신호를 주파수 대역 별로 분리하여 심박 신호와 호흡 신호로 분리하기 위한 대역 통과 필터를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 가중치 결정부는, 미리 입력된 정보에 기초해 자동으로, 또는 사용자의 수동 입력에 따라 각 신체부위 별 가중치를 결정하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 노이즈 제거기는, 상기 1차 생체 신호와 상기 움직임 신호를 비교하여 오차를 계산하고, 상기 오차에 기초하여 적응형 필터 가중치를 계산하고, 상기 1차 생체 신호로부터 상기 움직임 신호에 상기 적응형 필터 가중치를 곱한 값을 제외하여 상기 2차 생체 신호를 획득하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 촬영 보조형 레이더 시스템을 이용한 생체 신호 검출 방법은, 촬영부를 이용하여 대상을 촬영하는 단계; 레이더 송신부를 이용하여 상기 대상을 향해 레이더 신호를 송신하는 단계; 적어도 두 개의 레이더 수신부를 이용하여 상기 대상의 서로 다른 신체부위에서 반사된 각각의 레이더 신호를 수신하는 단계; 및 처리부에서, 대상의 신체부위별 가중치와 서로 다른 신체부위에서 반사된 레이더 신호를 이용하여, 상기 대상의 움직임에 의한 노이즈가 제거된 생체 신호를 검출하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 대상의 움직임에 의한 노이즈가 제거된 생체 신호를 검출하는 단계는, 촬영된 영상에 기초하여 대상의 신체부위별 가중치를 결정하는 단계; 상기 신체부위별 가중치와 상기 레이더 수신부에 의해 수신된 레이더 신호를 이용하여, 대상의 움직임 노이즈가 포함된 1차 생체 신호 및 대상의 움직임 신호를 분리하는 단계; 및 상기 움직임 신호를 이용하여 상기 1차 생체 신호로부터 상기 움직임 노이즈를 제거함으로써, 노이즈가 제거된 2차 생체 신호를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 방법은 대역 통과 필터를 이용하여, 상기 2차 생체 신호를 주파수 대역 별로 분리하여 심박 신호와 호흡 신호로 분리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 노이즈가 제거된 2차 생체 신호를 획득하는 단계는, 상기 1차 생체 신호와 상기 움직임 신호를 비교하여 오차를 계산하는 단계; 상기 오차에 기초하여 적응형 필터 가중치를 계산하는 단계; 및 상기 1차 생체 신호로부터 상기 움직임 신호에 상기 적응형 필터 가중치를 곱한 값을 제외하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 촬영 보조형 레이더를 이용한 생체 신호 검출 방법을 실행하기 위한, 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램이 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 레이더 신호를 이용한 생체 신호 검출에 있어서 촬영된 신체부위 별로 계산된 가중치를 이용하여 생체 신호에서 움직임에 의한 노이즈를 능동적으로 제거하는 것이 가능하다. 예를 들어, 송신 레이더 신호가 2 이상의 신체부위에서 반사된 경우 촬영 이미지를 통해 각각의 부위에 대한 가중치를 결정하고, 생체 신호의 처리 과정에서 상기 가중치를 적용하여 움직임 노이즈를 제거할 수 있다. 이러한 구성에 따르면 종래기술에 비해 더 효과적으로 움직임 노이즈를 제거할 수 있으며 높은 정확도로 생체 신호를 검출해낼 수 있다.
본 발명 또는 종래 기술의 실시예의 기술적 해결책을 보다 명확하게 설명하기 위해, 실시예에 대한 설명에서 필요한 도면이 아래에서 간단히 소개된다. 아래의 도면들은 본 명세서의 실시예를 설명하기 목적일 뿐 한정의 목적이 아니라는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 설명의 명료성을 위해 도면의 일부 구성요소들에 대한 표현이 과장되거나 생략될 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 촬영 보조형 레이더를 이용한 생체 신호 검출 시스템의 구조를 나타낸다.
도 2는 일 실시예에 따른 생체 신호 검출 시스템에서 레이더 신호를 처리하여 생체 신호를 검출하는 과정을 도식화한 것이다.
도 3은 일 실시예에 따른 생체 신호 검출 시스템에서 움직임에 의한 노이즈를 제거하는 과정을 도식화한 것이다.
도 4는 일 실시예에 따른 촬영 보조형 레이더를 이용한 생체 신호 검출 방법의 단계를 나타낸 순서도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 생체 신호 검출 방법에 있어서 레이더 신호를 처리하여 생체 신호를 검출하는 구체적인 방법을 나타낸 순서도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례 또는 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 명세서의 설명 부분에서 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 명세서에서 사용되는 용어는, 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 실질적인 의미와 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 함을 밝혀두고자 한다.
이하, 도면들을 참조하여 촬영 보조형 레이더를 이용한 생체 신호 검출 시스템 및 이를 활용한 생체 신호 검출 방법의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 신호 검출 시스템의 구조를 나타낸다. 도 1에 도시된 생체 신호 검출 시스템은, 대상(움직이는 사람)을 촬영하기 위한 촬영부(10), 대상을 향해 레이더 신호를 송신하기 위한 레이더 송신부(20), 대상의 서로 다른 신체부위에서 반사된 레이더 신호를 각각 수신하기 위한 복수의 레이더 수신부(31, 32), 대상의 신체부위별 가중치와 서로 다른 신체부위에서 반사된 레이더 신호를 이용하여 생체 신호를 검출하기 위한 처리부(40)로 구성된다.
촬영부(10)는 광학 렌즈를 이용하여 대상(피사체)의 이미지를 획득하고 이를 전기적 신호 및 데이터로 변환하여 저장하거나 다른 매체로 전송할 수 있도록 구성되는 모든 형태의 장치 및 시스템을 포함한다. 예컨대, RGB 카메라 또는 RGB-D 카메라와 같이 대상으로부터 반사된 가시광을 감지하여 대상의 이미지를 획득하는 장치뿐만 아니라, 용도에 따라 적외선이나 자외선을 이용하는 광학 장치가 활용될 수도 있다. 촬영부(10)는 대상의 신체 일부 또는 전부를 촬영할 수 있는데, 획득한 이미지는 이후 처리부(40)에서 신체부위별 가중치를 결정하는데 활용된다.
레이더 송신부(20)는 대상을 향해 레이더 신호(T1, T2)를 송신하며, 레이더 수신부(31, 32)는 대상에 의해 반사된 레이더 신호(R1, R2)를 수신하도록 구성된다. 도 1에서는 설명의 편의를 위해 1개의 레이더 송신부(20)와 2개의 레이더 수신부(31, 32)가 도시되어 있으나, 레이더 송신부 및 수신부는 복수 개로 구성될 수 있다. 예를 들어, 대상의 상반신과 하반신을 향해 각각 신호를 송신하는 2개의 레이더 송신부와, 상반신 및 하반신의 부위별로 반사된 여러 신호들을 수신하기 위한 4개 이상의 레이더 수신부가 사용될 수 있다.
통상적으로 널리 사용되고 있는 UWB (Ultra-wide band) 레이더, CW (Continuous wave) 레이더, FM-CW (Frequency modulated continuous wave) 레이더 등이 실시예의 시스템에 활용될 수 있다. UWB 레이더는 주파수 대역이 넓은 임펄스를 조사한 후 대상에 의해 반사되어 돌아오는 넓은 대역의 신호를 획득하며, 되돌아오는 신호를 적절한 타이밍에 획득해야 하기 때문에 송수신부와 대상 간의 거리를 미리 상정할 필요가 있다. CW 레이더는 특정 주파수를 갖는 레이더 신호를 연속으로 출력한 후 대상에 의해 반사되어 돌아오는 신호를 도플러 효과를 이용해 대상의 속도를 측정하는 방식이다. FM-CW 레이더는 CW 레이더와 달리 캐리어 주파수를 시간에 따라 변조시키는 대신 대상의 속도와 함께 거리 정보도 획득할 수 있다는 특징이 있다. 이상에서는 바이오 레이더에 주로 사용되는 기술들을 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명의 생체 신호 검출 시스템에 적용될 수 있는 레이더의 종류는 이에 한정되지 아니한다.
도 1에 도시된 것처럼, 레이더 송신부(20)에서 출력된 레이더 신호(T1, T2)는 대상의 서로 다른 신체부위에 도달하여 반사되며, 제1 레이더 수신부(31) 및 제2 레이더 수신부(32)는 각각의 신체부위로부터 반사되어 되돌아온 레이더 신호(R1, R2)를 수신한다.
처리부(40)는 촬영부(10)에서 획득한 대상의 이미지를 바탕으로 신체부위별 가중치를 결정하고, 레이더 송수신부를 통해 획득한 대상의 속도, 거리 정보를 활용하여 노이즈가 제거된 생체 신호를 검출할 수 있다. 이하에서는 처리부(40)에서 생체 신호 및 움직임 신호를 처리하여 노이즈를 제거하는 구체적인 과정을 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 처리부(40)는 촬영된 영상에 기초하여 대상의 신체부위별 가중치를 결정하는 가중치 결정부(410), 상기 가중치와 수신 레이더 신호를 이용하여 대상으로부터 1차 생체 신호와 움직임 신호를 분리하는 신호 분리기(420), 상기 움직임 신호를 이용하여 1차 생체 신호로부터 움직임 노이즈를 제거하기 위한 노이즈 제거기(430), 노이즈가 제거된 2차 생체 신호를 주파수 대역 별로 분리하여 심박 신호와 호흡 신호로 분리하기 위한 대역 통과 필터(440)를 포함할 수 있다. 도시하지는 않았으나 일반적인 신호 처리 과정에서 활용되는 필수적이거나 부가적인 구성요소들이 포함될 수 있음은 물론이다.
가중치 결정부(410)에서는 미리 입력된 정보에 기초해 자동으로, 또는 사용자의 수동 입력에 따라 각 신체부위 별 가중치를 결정한다. 일 실시예에 따르면, 가중치 결정부(410)는 인공지능 학습모델을 활용하여 입력된 이미지에서 신체부위를 구분하여 인식할 수 있다. 신체부위별로 가중치를 부여하는 이유는 각 부위마다 신호에 포함되는 노이즈의 크기, 성분 등이 상이하기 때문이다. 예를 들어, 가슴 부위는 팔 다리 부위에 비해 움직임이 적은 부위에 해당하며, 심박 신호나 호흡 신호와 같은 생체 신호가 비교적 뚜렷하게 나타날 수 있다. 따라서, 움직임에 의한 노이즈를 제거함에 있어서 가슴 부위에 비해 팔 다리 부위에 더 큰 가중치를 부여하고 적응적 노이즈 제거 작업을 통해 더 정밀하게 생체 신호를 검출해낼 수 있다.
가중치의 결정을 위해 미리 입력된 정보를 활용하는 경우, 촬영 이미지에서 신체부위를 인식하고 해당 부위에 대응하는 미리 결정된 가중치를 부여하도록 설정할 수 있고, 또는 사용자가 직접 부위별 가중치를 입력할 수도 있다.
도 2에는 일 실시예에 따른 생체 신호 검출 시스템에서 레이더 신호를 처리하여 생체 신호를 검출하는 과정이 도시되어 있다. 도 2에 도시된 것처럼, 대상의 이미지를 구역 별로 나누어 신체부위를 인식하고, 각 부위별로 다른 가중치(w1~w15)를 부여할 수 있다.
도 2를 참조하면, 레이더 송신부(20)는 대상을 향해 레이더 신호(T1, T2)를 출력하고(예시로서 2개의 신호를 나타낸 것이며 특정 부위를 향해 출력해야 하는 것은 아님), 각 신체부위에서 반사되어 되돌아오는 레이더 신호(R1, R2)는 적절한 위치에 있는 제1 레이더 수신부(31), 제2 레이더 수신부(32)에 의해 감지된다.
신호 분리기(420)는 복수의 레이더 수신부(31, 32)에서 감지한 레이더 신호를1차 생체 신호(움직임 노이즈가 포함됨)와 움직임 신호로 분리한다. 이때, 가중치 결정부(410)에서 획득한 신체부위별 가중치가 활용된다. 도 2의 예시에 따르면, 제1 레이더 수신부(31)가 획득한 신호는 해당 신체부위에 부여되는 가중치(w5)와 결합되고, 제2 레이더 수신부(32)가 획득한 신호는 해당 신체부위에 부여되는 가중치(w11)와 결합된다.
신호 분리기(420)에서 생체 신호와 움직임 신호를 분리하는 프로세스에는 블라인드 소스 분리(Blind Source Separation)라고 불리는 기법이 적용될 수 있다. 이는 주로 복수의 음원, 즉 여러 사람의 음성 또는 음성과 배경음과 같이 음성 출처가 복수인 상황에서 각각의 음원을 개별적으로 분리하기 위해 이용되는 기법이다. 본 발명에서 신호 분리기(420)는 다수의 신체부위로부터 입력되는 복수의 생체 신호 및 움직임 신호를 처리하여 1차 생체 신호와 움직임 신호로 분리하는 역할을 한다. 이에 따라, 신호 분리기(420)를 통과한 신호는 움직임 노이즈(즉, 대상의 움직임에 의한 노이즈)를 포함하는 1차 생체 신호와 대상의 움직임만을 나타내는 움직임 신호로 분리된다.
노이즈 제거기(430)는 적응형 노이즈 캔슬링 작업을 통해 상기 1차 생체신호로부터 움직임 노이즈를 제거하도록 구성된다. 도 3은 일 실시예에 따른 생체 신호 검출 시스템에서 생체 신호로부터 움직임 노이즈를 제거하는 과정을 나타낸다. 도시된 것처럼, 움직임에 의한 노이즈를 포함하는 1차 생체신호(s+n0) 및 움직임 신호(n1)가 동시에 노이즈 제거기에 입력되고, 적응형 필터를 통한 노이즈 제거 과정을 거쳐 2차 생체신호가 출력된다. 도 3에서, 필터 출력 y는 y=w*n1으로 나타낼 수 있고, 노이즈가 제거된 출력 z는 z=(s+n0)-y로 나타낼 수 있다. 이때, w는 적응 필터 가중치, ε는 오차(error)를 나타낸다. 즉, 오차 및 필터 가중치를 이용해 움직임 신호의 필터 출력을 계산하고, 이를 1차 생체신호에서 제외하여 2차 생체신호를 획득한다.
이와 같은 노이즈 제거 과정을 거치면 움직임에 의한 노이즈가 제거된 2차 생체 신호(심박 신호 및 호흡 신호로 구성됨)를 얻을 수 있다. 나아가, 상기 2차 생체 신호를 주파수 대역 별로 분리하여 심박 신호와 호흡 신호로 분리하기 위한 대역 통과 필터(440)를 더 구비할 수 있다. 심박수 주파수 대역은 0.7 ~ 5 Hz 이고, 호흡수 주파수 대역은 0.1 ~ 1.5 Hz 이므로, 약 0.75 Hz 의 주파수 필터를 통해 심박 신호와 호흡 신호를 구분하는 것이 가능하다.
이상에서 설명한 생체 신호 검출 시스템에 의하면, 대상의 신체부위를 촬영한 후 부위 별로 계산된 가중치를 이용하여 생체 신호에서 움직임에 의한 노이즈를 능동적으로 제거할 수 있다. 다시 말해, 노이즈를 유발하는 움직임이 활발한 부위와 그렇지 않은 부위에서 감지되는 신호를 차등적으로 처리함으로써 생체 신호의 검출 정확도를 향상시키는 것이 가능하다.
도 4는 일 실시예에 따른 촬영 보조형 레이더를 이용한 생체 신호 검출 방법의 단계를 나타낸 순서도이다.
도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 생체 신호 검출 방법은, 움직이는 대상을 촬영하는 단계(S100); 대상을 향해 레이더 신호를 송신하는 단계(S200); 대상의 서로 다른 신체부위에서 반사된 각각의 레이더 신호를 수신하는 단계(S300); 대상의 신체부위별 가중치와 서로 다른 신체부위에서 반사된 레이더 신호를 이용하여, 상기 대상의 움직임에 의한 노이즈가 제거된 생체 신호를 검출하는 단계(S400); 및 생체 신호를 주파수 대역 별로 분리하여 심박 신호와 호흡 신호로 분리하는 단계(S500)를 포함한다.
단계(S100)는 광학 렌즈 및 이미지 처리 유닛을 구비한 촬영부를 통해 수행되며, 전술하였듯이 획득한 이미지는 처리부에서 신체부위별 가중치를 결정하는데 사용된다.
단계(S200) 및 단계(S300)는 각각 레이더 송신부와 레이더 수신부를 통해 수행되며, 전술하였듯이 UWB, CW, FM-CW 레이더와 같은 기존의 레이더 시스템을 이용해 대상의 움직임을 감지할 수 있다.
단계(S400)는 처리부에서 수행될 수 있다. 도 5에는 레이더 신호를 처리하여 생체 신호를 검출하는 구체적인 방법이 나타나 있다.
도 5를 참조하면, 대상의 움직임에 의한 노이즈가 제거된 생체 신호를 검출하는 단계(S400)는, 촬영된 영상에 기초하여 대상의 신체부위별 가중치를 결정하는 단계(S410); 상기 신체부위별 가중치와 상기 레이더 수신부에 의해 수신된 레이더 신호를 이용하여, 대상의 움직임 노이즈가 포함된 1차 생체 신호 및 대상의 움직임 신호를 분리하는 단계(S420); 및 상기 움직임 신호를 이용하여 상기 1차 생체 신호로부터 상기 움직임 노이즈를 제거함으로써, 노이즈가 제거된 2차 생체 신호를 획득하는 단계(S430)를 포함한다. 각 단계를 수행하는 주체 및 구체적인 방법에 대해서는 도 2 및 도 3을 참조하여 이미 설명하였기에 자세한 설명은 생략한다.
단계(S500)에서는 전술하였듯이 호흡 신호와 심박 신호의 주파수 대역이 상이하다는 점에 기초해 특정 주파수 필터를 적용함으로써 생체신호를 호흡 신호와 심박 신호로 분리할 수 있다.
일 실시예에 따른 생체 신호 검출 방법은, 애플리케이션으로 구현되거나 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령어를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.
이상에서 설명한 실시예에 따르면, 레이더 신호를 이용한 생체 신호 검출에 있어서 촬영된 신체부위 별로 계산된 가중치를 이용하여 생체 신호에서 움직임에 의한 노이즈를 능동적으로 제거하는 것이 가능하다. 예를 들어, 송신 레이더 신호가 2 이상의 신체부위에서 반사된 경우 촬영 이미지를 통해 각 부위의 가중치를 결정하고, 상기 가중치를 적용하여 부위 별 측정 생체 신호에서 움직임 노이즈를 제거할 수 있다. 이러한 구성에 따르면 종래기술에 비해 더 효과적으로 노이즈를 제거할 수 있으며 높은 정확도로 생체 신호를 검출하는 것이 가능하다.
이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 촬영부
20: 레이더 송신부
31: 제1 레이더 수신부
32: 제2 레이더 수신부
40: 처리부
410: 가중치 결정부
420: 신호 분리기
430: 노이즈 제거기
440: 대역 통과 필터

Claims (11)

  1. 촬영 보조형 레이더를 이용한 생체 신호 검출 시스템으로서,
    대상을 촬영하기 위한 촬영부;
    상기 대상을 향해 레이더 신호를 송신하기 위한 적어도 하나의 레이더 송신부;
    상기 대상의 서로 다른 신체부위에서 반사된 레이더 신호를 각각 수신하기 위한 적어도 두 개의 레이더 수신부; 및
    대상의 신체부위별 가중치와 서로 다른 신체부위에서 반사된 레이더 신호를 이용하여, 상기 대상의 움직임에 의한 노이즈가 제거된 생체 신호를 검출하는 처리부를 포함하며,
    상기 처리부는,
    상기 촬영된 영상에 기초하여 대상의 신체부위별 가중치를 결정하되, 촬영된 영상을 구역 별로 나누어 대상의 신체부위를 구분하여 인식하고, 인식된 신체부위별로 가중치를 결정하는 가중치 결정부;
    상기 각각의 레이더 수신부에 의해 수신된 레이더 신호에 각 레이더 신호가 반사된 신체부위에 부여된 가중치를 곱하여 획득한 적어도 두 개의 신호로부터 대상의 움직임 노이즈가 포함된 1차 생체 신호 및 대상의 움직임 신호를 분리하는 신호 분리기; 및
    상기 움직임 신호를 이용하여 상기 1차 생체 신호로부터 상기 움직임 노이즈를 제거함으로써, 노이즈가 제거된 2차 생체 신호를 획득하기 위한 노이즈 제거기를 포함하고,
    상기 노이즈 제거기는,
    상기 1차 생체 신호와 상기 움직임 신호를 비교하여 오차를 계산하고, 상기 오차에 기초하여 적응형 필터 가중치를 계산하고, 상기 1차 생체 신호로부터 상기 움직임 신호에 상기 적응형 필터 가중치를 곱한 값을 제외하여 상기 2차 생체 신호를 획득하는 것을 특징으로 하는, 촬영 보조형 레이더를 이용한 생체 신호 검출 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 신호 분리기는,
    블라인드 소스 분리(Blind Source Separation) 기법을 적용하여 대상의 움직임 노이즈가 포함된 1차 생체 신호와 대상의 움직임 신호를 분리하는 것을 특징으로 하는, 촬영 보조형 레이더를 이용한 생체 신호 검출 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 1차 생체 신호는 사용자의 심장 박동에 따른 심박 신호, 사용자의 호흡에 따른 호흡 신호, 및 사용자의 움직임에 따른 움직임 노이즈를 포함하고,
    상기 2차 생체 신호는 상기 움직임 노이즈가 제거됨으로써 상기 심박 신호 및 상기 호흡 신호만을 포함하는, 촬영 보조형 레이더를 이용한 생체 신호 검출 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 2차 생체 신호를 주파수 대역 별로 분리하여 심박 신호와 호흡 신호로 분리하기 위한 대역 통과 필터를 더 포함하는, 촬영 보조형 레이더를 이용한 생체 신호 검출 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 가중치 결정부는, 미리 입력된 정보에 기초해 자동으로, 또는 사용자의 수동 입력에 따라 각 신체부위 별 가중치를 결정하는 것을 특징으로 하는, 촬영 보조형 레이더를 이용한 생체 신호 검출 시스템.
  6. 삭제
  7. 촬영 보조형 레이더 시스템을 이용한 생체 신호 검출 방법으로서,
    촬영부를 이용하여 대상을 촬영하는 단계;
    레이더 송신부를 이용하여 상기 대상을 향해 레이더 신호를 송신하는 단계;
    적어도 두 개의 레이더 수신부를 이용하여 상기 대상의 서로 다른 신체부위에서 반사된 각각의 레이더 신호를 수신하는 단계; 및
    처리부에서, 대상의 신체부위별 가중치와 서로 다른 신체부위에서 반사된 레이더 신호를 이용하여, 상기 대상의 움직임에 의한 노이즈가 제거된 생체 신호를 검출하는 단계를 포함하며,
    상기 대상의 움직임에 의한 노이즈가 제거된 생체 신호를 검출하는 단계는,
    상기 촬영된 영상에 기초하여 대상의 신체부위별 가중치를 결정하되, 촬영된 영상을 구역 별로 나누어 대상의 신체부위를 구분하여 인식하고, 인식된 신체부위별로 가중치를 결정하는 단계;
    상기 각각의 레이더 수신부에 의해 수신된 레이더 신호에 각 레이더 신호가 반사된 신체부위에 부여된 가중치를 곱하여 획득한 적어도 두 개의 신호로부터 대상의 움직임 노이즈가 포함된 1차 생체 신호 및 대상의 움직임 신호를 분리하는 단계; 및
    상기 움직임 신호를 이용하여 상기 1차 생체 신호로부터 상기 움직임 노이즈를 제거함으로써, 노이즈가 제거된 2차 생체 신호를 획득하는 단계를 포함하고,
    상기 노이즈가 제거된 2차 생체 신호를 획득하는 단계는,
    상기 1차 생체 신호와 상기 움직임 신호를 비교하여 오차를 계산하는 단계;
    상기 오차에 기초하여 적응형 필터 가중치를 계산하는 단계; 및
    상기 1차 생체 신호로부터 상기 움직임 신호에 상기 적응형 필터 가중치를 곱한 값을 제외하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 촬영 보조형 레이더를 이용한 생체 신호 검출 방법.
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서,
    대역 통과 필터를 이용하여, 상기 2차 생체 신호를 주파수 대역 별로 분리하여 심박 신호와 호흡 신호로 분리하는 단계를 더 포함하는, 촬영 보조형 레이더를 이용한 생체 신호 검출 방법.
  10. 삭제
  11. 제7항 또는 제9항에 따른 촬영 보조형 레이더를 이용한 생체 신호 검출 방법을 실행하기 위한, 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106551690A (zh) * 2015-09-30 2017-04-05 齐心 一种生命体征测量装置及方法
KR20180032980A (ko) * 2016-09-23 2018-04-02 엘지이노텍 주식회사 생체신호 측정 장치 및 이를 이용한 생체신호 측정방법
KR101838704B1 (ko) 2016-12-14 2018-03-20 (주)더블유알티랩 레이더를 이용하여 생체 신호를 측정하는 방법 및 장치

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014174174A (ja) * 2013-03-06 2014-09-22 Toshiba Corp 医用画像処理装置、医用画像診断装置及び画像処理方法

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