KR102598219B1 - Method and apparatus for restoring remote photoplethysmography - Google Patents

Method and apparatus for restoring remote photoplethysmography Download PDF

Info

Publication number
KR102598219B1
KR102598219B1 KR1020210057046A KR20210057046A KR102598219B1 KR 102598219 B1 KR102598219 B1 KR 102598219B1 KR 1020210057046 A KR1020210057046 A KR 1020210057046A KR 20210057046 A KR20210057046 A KR 20210057046A KR 102598219 B1 KR102598219 B1 KR 102598219B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
pulse wave
wave signal
contact pulse
contact
learning
Prior art date
Application number
KR1020210057046A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20220149967A (en
Inventor
이의철
김소의
서건하
Original Assignee
주식회사 피알랩
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 피알랩 filed Critical 주식회사 피알랩
Priority to KR1020210057046A priority Critical patent/KR102598219B1/en
Publication of KR20220149967A publication Critical patent/KR20220149967A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102598219B1 publication Critical patent/KR102598219B1/en

Links

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/72Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7235Details of waveform analysis
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/02Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
    • A61B5/024Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate
    • A61B5/02416Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate using photoplethysmograph signals, e.g. generated by infrared radiation
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/11Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
    • A61B5/1102Ballistocardiography
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/72Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7235Details of waveform analysis
    • A61B5/7246Details of waveform analysis using correlation, e.g. template matching or determination of similarity
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/72Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7235Details of waveform analysis
    • A61B5/7264Classification of physiological signals or data, e.g. using neural networks, statistical classifiers, expert systems or fuzzy systems
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/72Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7271Specific aspects of physiological measurement analysis
    • A61B5/7275Determining trends in physiological measurement data; Predicting development of a medical condition based on physiological measurements, e.g. determining a risk factor

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Physiology (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Psychiatry (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Cardiology (AREA)
  • Dentistry (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Fuzzy Systems (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)

Abstract

본 발명은 맥파 검출 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 딥러닝 기술을 사용하여 비접촉 맥파 신호를 접촉 맥파 신호로 복원하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 비접촉 맥파 신호 복원 방법 및 장치는 심박 신호를 실시간으로 얻을 수 있다. 또한, 비접촉 맥파 신호 복원 방법 및 장치는 비접촉 신호 복원 전과 비교하여 보다 정확한 심박 신호를 측정할 수 있다. 그리고, 비접촉 맥파 신호 복원 방법 및 장치는 맥파 신호의 형태가 비접촉 신호 복원 전보다 명확하게 복원되어 맥파 신호의 형태학적 의미를 분석할 수 있다.The present invention relates to a pulse wave detection method, and more specifically, to a method and device for restoring a non-contact pulse wave signal to a contact pulse wave signal using deep learning technology. According to an embodiment of the present invention, a non-contact pulse wave signal restoration method and device can obtain a heart rate signal in real time. Additionally, the non-contact pulse wave signal restoration method and device can measure a more accurate heart rate signal compared to before non-contact signal restoration. In addition, the non-contact pulse wave signal restoration method and device can analyze the morphological meaning of the pulse wave signal by restoring the shape of the pulse wave signal more clearly than before non-contact signal restoration.

Description

비접촉 맥파 신호 복원 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR RESTORING REMOTE PHOTOPLETHYSMOGRAPHY}Non-contact pulse wave signal restoration method and device {METHOD AND APPARATUS FOR RESTORING REMOTE PHOTOPLETHYSMOGRAPHY}

본 발명은 맥파 검출 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 딥러닝 기술을 사용하여 비접촉 맥파 신호를 접촉 맥파 신호로 복원하는 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a pulse wave detection method, and more specifically, to a method and device for restoring a non-contact pulse wave signal to a contact pulse wave signal using deep learning technology.

심박수는 헬스케어 및 감성 서비스에 활용이 가능한 주요 생체 신호이다. 심박수를 측정하는 장치는 대부분 심전도(Electrocardiography, ECG), 광용적 맥파(Photoplethysmography, PPG), 심탄도(Ballistocardiography, BCG)와 같은 피부 접촉 센서를 기반으로 한다. 그러나 접촉 센서는 피험자의 심리적 부담, 피부 손상과 같은 측정 부담으로 인해 편리하지는 않다. Heart rate is a major biosignal that can be used in healthcare and emotional services. Most devices that measure heart rate are based on skin-contact sensors such as electrocardiography (ECG), photoplethysmography (PPG), and ballistocardiography (BCG). However, contact sensors are not convenient due to measurement burdens such as psychological burden and skin damage on the subject.

최근에는 카메라로 얼굴을 촬영하여 비접촉 방식으로 심박수를 측정할 수 있는 몇몇 방법들이 제안되었다.Recently, several methods have been proposed to measure heart rate in a non-contact manner by photographing the face with a camera.

지금까지의 카메라 기반 심박 측정 방법에는 광용적 맥파(PPG), 심탄도(BCG)를 이용하는 방법이 있다. 광용적 맥파(PPG)는 심장 박동에 의해 변동되는 혈류량을 얼굴 색상의 변화로부터 측정한다. 심탄도(BCG)는 경동맥을 통해 전달되는 심장 박동의 탄도를 미세한 얼굴 떨림으로부터 측정한다.Camera-based heart rate measurement methods so far include methods using photoplethysmography (PPG) and ballistic heart rate (BCG). Photoplethysmography (PPG) measures the amount of blood flow that fluctuates due to heartbeat from changes in facial color. Ballistic cardiography (BCG) measures the trajectory of the heartbeat transmitted through the carotid artery from subtle facial tremors.

종래의 심박 측정 방법은 호의 맥동 성분이 접촉 기반 방법보다 훨씬 작고, 그 형태가 흐려 단순히 심박수 정보만을 얻을 수 있어, 맥파(PPG) 신호의 형태 정보를 얻을 수 없는 문제점이 있다.In the conventional heart rate measurement method, the arc pulsation component is much smaller than the contact-based method, and the shape is blurred, so only heart rate information can be obtained, so there is a problem in that information on the shape of the pulse wave (PPG) signal cannot be obtained.

1. 대한민국 특허 등록번호 10-2215557호 “얼굴 색상과 떨림을 이용한 카메라 기반 심박 측정 방법 및 시스템”(등록일자: 2021년 02월05일)1. Republic of Korea Patent Registration No. 10-2215557 “Camera-based heart rate measurement method and system using facial color and tremor” (Registration date: February 5, 2021)

본 발명은 이미지로 얼굴 영상을 통하여 비접촉 맥파 신호를 실시간으로 얻은 후, 해당 신호를 접촉 맥파 신호 수준으로 복원하여 맥파 신호의 심박수만 아니라 형태학적인 분석을 수행하는 비접촉 맥파 신호 복원 방법 및 장치를 제공한다.The present invention provides a non-contact pulse wave signal restoration method and device for obtaining a non-contact pulse wave signal in real time through a face image as an image, then restoring the signal to the level of a contact pulse wave signal and performing morphological analysis as well as heart rate of the pulse wave signal. .

본 발명의 일 측면에 따르면, 비접촉 맥파 신호 복원 방법 및 장치를 제공한다. According to one aspect of the present invention, a non-contact pulse wave signal restoration method and device are provided.

본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 맥파 신호 복원 장치는 접촉 맥파 신호 및 비접촉 맥파 신호를 피험자로부터 수집하는 입력부, 수집된 접촉 맥파 신호 및 비접촉 맥파 신호를 전처리하는 전처리부, 전처리된 접촉 맥파 신호 및 비접촉 맥파 신호를 SVR과 딥러닝에 기초하여 학습 모델을 생성하는 학습부 및 생성된 학습 모델에 기초하여 비접촉 맥파 신호를 접촉 맥파 신호에 대응하여 복원하는 출력부를 포함할 수 있다.A non-contact pulse wave signal restoration device according to an embodiment of the present invention includes an input unit that collects contact pulse wave signals and non-contact pulse wave signals from a subject, a pre-processing unit that pre-processes the collected contact pulse wave signals and non-contact pulse wave signals, and a pre-processed contact pulse wave signal and non-contact pulse wave signal. It may include a learning unit that generates a learning model based on SVR and deep learning for the pulse wave signal, and an output unit that restores the non-contact pulse wave signal in response to the contact pulse wave signal based on the generated learning model.

본 발명의 일 측면에 따르면, 비접촉 맥파 신호 복원 방법 및 이를 실행하는 컴퓨터 프로그램을 제공한다.According to one aspect of the present invention, a non-contact pulse wave signal restoration method and a computer program for executing the same are provided.

본 발명의 일 실시 예에 따른 비접촉 맥파 신호 복원 방법은 접촉 맥파 신호 및 비접촉 맥파 신호를 피험자로부터 수집하는 단계, 수집된 접촉 맥파 신호 및 비접촉 맥파 신호를 전처리하는 단계, 전처리된 접촉 맥파 신호 및 비접촉 맥파 신호를 SVR과 딥러닝에 기초하여 학습 모델을 생성하는 단계 및 생성된 학습 모델에 기초하여 비접촉 맥파 신호를 접촉 맥파 신호에 대응하여 복원하는 단계를 포함할 수 있다.A non-contact pulse wave signal restoration method according to an embodiment of the present invention includes collecting contact pulse wave signals and non-contact pulse wave signals from a subject, preprocessing the collected contact pulse wave signals and non-contact pulse wave signals, and preprocessing the contact pulse wave signals and non-contact pulse wave signals. It may include generating a learning model based on SVR and deep learning, and restoring the non-contact pulse wave signal in response to the contact pulse wave signal based on the generated learning model.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 비접촉 맥파 신호 복원 방법 및 장치는 심박 신호를 실시간으로 얻을 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a non-contact pulse wave signal restoration method and device can obtain a heart rate signal in real time.

또한, 비접촉 맥파 신호 복원 방법 및 장치는 비접촉 신호 복원 전과 비교하여 보다 정확한 심박 신호를 측정할 수 있다.Additionally, the non-contact pulse wave signal restoration method and device can measure a more accurate heart rate signal compared to before non-contact signal restoration.

그리고, 비접촉 맥파 신호 복원 방법 및 장치는 맥파 신호의 형태가 비접촉 신호 복원 전보다 명확하게 복원되어 맥파 신호의 형태학적 의미를 분석할 수 있다.In addition, the non-contact pulse wave signal restoration method and device can analyze the morphological meaning of the pulse wave signal by restoring the shape of the pulse wave signal more clearly than before non-contact signal restoration.

도 1 내지 도2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 비접촉 맥파 신호 복원 방법을 설명하기 위하 도면들이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉 맥파 신호의 형태학적 정보를 설명하기 위한 도면이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 맥파 신호의 복원 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 비접촉 맥파 신호 복원 장치를 설명하기 위한 도면이다.
1 and 2 are diagrams to explain a non-contact pulse wave signal restoration method according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a diagram for explaining morphological information of a contact pulse wave signal according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a diagram for explaining the restoration result of a non-contact pulse wave signal according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a diagram for explaining a non-contact pulse wave signal restoration device according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서 및 청구항에서 사용되는 단수 표현은, 달리 언급하지 않는 한 일반적으로 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.Since the present invention can make various changes and have various embodiments, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail through detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of related known technologies may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. Additionally, as used in this specification and claims, the singular expressions “a,” “a,” and “an” should generally be construed to mean “one or more,” unless otherwise specified.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description with reference to the accompanying drawings, identical or corresponding components will be assigned the same drawing numbers and redundant description thereof will be omitted. Do this.

도 1 내지 도2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 비접촉 맥파 신호 복원 방법을 설명하기 위하 도면들이다.1 and 2 are diagrams to explain a non-contact pulse wave signal restoration method according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 비접촉 맥파 신호 복원 장치는 피험자로부터 비접촉식으로 측정된 맥파(rppg: Remote Photoplethysmography) 및 접촉식으로 측정된 맥파(cppg: contact Photoplethysmography)에 딥러닝을 활용하는 비접촉 맥파 신호 복원 방법에 따라 비접촉 맥파 신호(rppg)로부터 접촉 맥파 신호(cppg)를 복원할 수 있다.Referring to FIG. 1, the non-contact pulse wave signal restoration device is a non-contact pulse wave signal restoration method that utilizes deep learning on pulse waves measured non-contactly from the subject (rppg: remote photoplethysmography) and pulse waves measured contactly (cppg: contact photoplethysmography). Accordingly, the contact pulse wave signal (cppg) can be restored from the non-contact pulse wave signal (rppg).

이때, 접촉 맥파 신호는 심장 박동으로 생성된 압력에 의해 혈관내에서 생긴 혈액의 흐름 즉, 혈류량의 변화로 인한 피부 광 흡수 변화를 접촉식으로 측정한 신호이다.At this time, the contact pulse wave signal is a signal that contact-measures the change in skin light absorption due to the change in blood flow, that is, the blood flow generated within the blood vessel by the pressure generated by the heartbeat.

구체적으로, 비접촉 맥파 신호 복원 방법의 S10 단계에서 비접촉 맥파 신호 복원 장치는 생체 인식 장치가 동시에 측정한 접촉 맥파 신호 및 비접촉 맥파 신호를 수신할 수 있다.Specifically, in step S10 of the non-contact pulse wave signal restoration method, the non-contact pulse wave signal restoration device may receive the contact pulse wave signal and the non-contact pulse wave signal simultaneously measured by the biometric recognition device.

S20 단계에서 비접촉 맥파 신호 복원 장치는 수집된 접촉 맥파 신호에서 노이즈를 제거할 수 있다.In step S20, the non-contact pulse wave signal restoration device can remove noise from the collected contact pulse wave signal.

실시 예에 따라, 비접촉 맥파 신호 복원 장치는 복수의 사람이 제1 기간 동안 측정한 접촉 맥파 신호 및 비접촉 맥파 신호를 수신하는 경우, 제1 기간에 해당하는 데이터를 모두 사용하지 않고 움직임 노이즈가 없는 부분만 사용하도록 노이즈 제거를 수행할 수 있다. 이때, 접촉 맥파 신호에 대한 고주파 노이즈 처리에는 FIR(finite impulse response) 필터가 사용될 수 있다.According to an embodiment, when receiving a contact pulse wave signal and a non-contact pulse wave signal measured by a plurality of people during a first period, the non-contact pulse wave signal restoration device does not use all the data corresponding to the first period and the portion without motion noise You can perform noise removal to use only At this time, a finite impulse response (FIR) filter may be used to process high-frequency noise for the contact pulse wave signal.

S30단계에서 비접촉 맥파 신호 복원 장치는 노이즈 처리된 비접촉 맥파 신호와 접촉 맥파 신호를 단일 주기 단위로 분리할 수 있다.In step S30, the non-contact pulse wave signal restoration device can separate the noise-processed non-contact pulse wave signal and the contact pulse wave signal in a single cycle unit.

S40단계에서 비접촉 맥파 신호 복원 장치는 단일 주기 단위로 분리된 비접촉 맥파 신호와 접촉 맥파 신호를 0~1사이로 정규화 할 수 있다. 이러한 정규화된 비접촉 맥파 신호와 접촉 맥파 신호의 주기는 한 쌍으로 대응된다. 이때, 정규화는 최소-최대(Min-Max) 정규화가 사용될 수 있다. In step S40, the non-contact pulse wave signal restoration device can normalize the non-contact pulse wave signal and the contact pulse wave signal separated in single cycle units to between 0 and 1. The periods of the normalized non-contact pulse wave signal and the contact pulse wave signal correspond to a pair. At this time, Min-Max normalization may be used for normalization.

S50 단계에서 비접촉 맥파 신호 복원 장치는 정규화된 비접촉 맥파 신호와 접촉 맥파 신호의 단일 주기 쌍에서 시간에 의한 등간격으로 특징점을 추출할 수 있다. In step S50, the non-contact pulse wave signal restoration device may extract feature points at equal intervals in time from a single cycle pair of the normalized non-contact pulse wave signal and the contact pulse wave signal.

실시예에 따라, 비접촉 맥파 신호 복원 장치가 추출하는 특징점의 수는 30개 일 수 있다.Depending on the embodiment, the number of feature points extracted by the non-contact pulse wave signal restoration device may be 30.

S60 단계에서 비접촉 맥파 신호 복원 장치는 SVR 학습을 수행하고, 딥러닝 학습을 수행한다. 구체적으로, 비접촉 맥파 신호 복원 장치는 추출된 30개의 특징점 쌍을 입력으로 하여 SVR 학습을 수행 및 딥러닝 학습을 수행할 수 있다. 이때, 비접촉 맥파 신호 복원 장치는 전처리 과정을 통해 비접촉 맥파 신호와 접촉 맥파 신호에 기초하여 학습 데이터를 생성할 수 있다. 따라서, 비접촉 맥파 신호 복원 장치는 이를 단일 주기 데이터에서 추출한 30개의 대응 특징점을 추출하여 모델의 학습 데이터로 사용한다.In step S60, the non-contact pulse wave signal restoration device performs SVR learning and deep learning learning. Specifically, the non-contact pulse wave signal restoration device can perform SVR learning and deep learning learning using 30 extracted feature point pairs as input. At this time, the non-contact pulse wave signal restoration device may generate learning data based on the non-contact pulse wave signal and the contact pulse wave signal through a preprocessing process. Therefore, the non-contact pulse wave signal restoration device extracts 30 corresponding feature points extracted from single cycle data and uses them as learning data for the model.

도 2에 도시된 바와 같이, 추출된 30개의 특징점 쌍은 입력데이터로 비접촉 맥파 신호, 타깃 데이터로 접촉 맥파 신호를 포함한다. 비접촉 맥파 신호 복원 장치는 SVR과 3개 층의 딥러닝 모델에 학습을 수행할 수 있다(S61, S62, S63, S64).As shown in Figure 2, the extracted 30 feature point pairs include a non-contact pulse wave signal as input data and a contact pulse wave signal as target data. The non-contact pulse wave signal restoration device can perform learning on SVR and a three-layer deep learning model (S61, S62, S63, S64).

구체적으로 학습에 사용되는 총 데이터는 4551쌍이이고, SVR 학습을 수행에는 3640쌍의 학습용 데이터(train data)와 911쌍의 결과용 데이터(test data)가 사용되고, 딥러닝 학습에는 2912쌍의 학습용 데이터(train data), 911쌍의 결과용 데이터(test data), 728쌍의 검증용 데이터(validation data)가 사용되었다. Specifically, the total data used for learning is 4551 pairs, 3640 pairs of training data and 911 pairs of result data (test data) are used to perform SVR learning, and 2912 pairs of training data are used for deep learning learning. (train data), 911 pairs of result data (test data), and 728 pairs of validation data were used.

비접촉 맥파 신호 복원 장치에 사용되는 SVR의 파라미터는 오차 허용 범위에 대한 파라미터 코스트(cost)는 50이고, 몇 차수로 분류할지에 대한 파라미터 디그리(degree)는 4이고, 사용한 커널 함수는 폴리(poly)가 사용될 수 있다.The parameters of the SVR used in the non-contact pulse wave signal restoration device are the parameter cost for the error tolerance range is 50, the parameter degree for the order of classification is 4, and the kernel function used is poly. can be used.

비접촉 맥파 신호 복원 장치에 사용되는 딥러닝은 3개의 층(Dense)으로 구성되며 각 층의 유닛(unit) 개수는 16개일 수 있다. 가중치 초기화에는 He 정규분포를 사용할 수 있고, 활성화 함수에는 기존 ReLU(Rectified Linear Unit)의 모든 장점을 포함하면서 Dying ReLU문제를 해결한 ELU(Exponential Linear Units)를 사용할 수 있고, L2가중치 규제를 추가해 과대 적합을 방지할 수 있다.Deep learning used in non-contact pulse wave signal restoration devices consists of three layers (Dense), and the number of units in each layer can be 16. He normal distribution can be used for weight initialization, and ELU (Exponential Linear Units), which solves the Dying ReLU problem while containing all the advantages of the existing ReLU (Rectified Linear Unit), can be used as the activation function, and L2 weight regulation is added to allow for excessive Conformity can be prevented.

따라서, 비접촉 맥파 신호 복원 장치는 SVR과 간단한 3개 층의 딥러닝 모델을 거쳐 30개의 출력 데이터를 생성할 수 있다.Therefore, the non-contact pulse wave signal restoration device can generate 30 output data through SVR and a simple three-layer deep learning model.

다시 도 1을 참조하면, S70 단계에서 비접촉 맥파 신호 복원 장치는 생성된 학습 모델에 기초하여 비접촉 맥파 신호를 접촉 맥파 신호와 근접한 형태를 가지도록 복원할 수 있다. 이를 통해, 한다면, 비접촉 맥파 신호를 통해 심박수 정보뿐만 아니라 의학적으로 의미 있는 형태학적 정보를 얻을 수 있을 것이다.Referring again to FIG. 1, in step S70, the non-contact pulse wave signal restoration device may restore the non-contact pulse wave signal to have a form close to the contact pulse wave signal based on the generated learning model. Through this, it will be possible to obtain medically meaningful morphological information as well as heart rate information through non-contact pulse wave signals.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉 맥파 신호의 형태학적 정보를 설명하기 위한 도면이다. Figure 3 is a diagram for explaining morphological information of a contact pulse wave signal according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 맥파 신호(ppg)의 형태에는 노화, 고혈압, 동맥경화증에 대한 형태학적 정보를 포함한다. 즉, 비접촉 맥파 신호 복원 장치는 접촉 맥파 신호(cppg) 및 비접촉 맥파 신호(rppg)을 분석하여 형태학적 정보를 얻을 수 있다. Referring to FIG. 3, the form of the pulse wave signal (ppg) includes morphological information about aging, high blood pressure, and arteriosclerosis. That is, the non-contact pulse wave signal restoration device can obtain morphological information by analyzing the contact pulse wave signal (cppg) and the non-contact pulse wave signal (rppg).

도 3의 도시된 도면과 같이, 맥파 신호(ppg)의 데이터에서 SX time 연장, P와 D사이의 시간 감소, C와 D의 높이 증가, D 손실 등에 기초하여 노화/고혈압/동맥경화증을 판단할 수 있다. As shown in FIG. 3, aging/hypertension/arteriosclerosis can be determined based on the data of the pulse wave signal (ppg), such as extension of SX time, decrease in time between P and D, increase in height of C and D, loss of D, etc. You can.

또한, 맥파 신호(ppg)의 데이터에서 알코올 투여 후 C 높이이 감소를 관찰해 C 높이가 혈관 확장에 대응하는 것을 판단할 수 있다. 맥파 신호(ppg)의 데이터에서 D는 일반적으로 건강한 동맥의 탄력을 가진 사람에 대응하는 것을 판단할 수 있다. 맥파 신호(ppg)의 데이터에서 파형의 감쇠는 혈관 경직도와 관련 있다는 것을 알 수 있다. 맥파 신호(ppg)의 데이터에서 혈관 질환, 고혈압환자는 SX time이 연장되는 것을 판단할 수 있다.In addition, by observing a decrease in C height after alcohol administration in the pulse wave signal (ppg) data, it can be determined that C height corresponds to vasodilation. From the pulse wave signal (ppg) data, it can be determined that D generally corresponds to a person with healthy arterial elasticity. From the data of the pulse wave signal (ppg), it can be seen that the attenuation of the waveform is related to blood vessel stiffness. From the pulse wave signal (ppg) data, it can be determined that the SX time is extended in patients with vascular disease and high blood pressure.

따라서, 비접촉 맥파 신호 복원 장치는 비접촉 맥파 신호(rppg) 를 접촉 맥파 신호(cppg) 와 같이 복원하여 심박수 정보뿐만 아니라 형태학적 정보를 얻을 수 있다. 이때, 형태학적 정보는 맥파 신호의 형태에 포함된 노화, 고혈압, 동맥경화증에 대한 정보일 수 있다.Therefore, the non-contact pulse wave signal restoration device can obtain not only heart rate information but also morphological information by restoring the non-contact pulse wave signal (rppg) like the contact pulse wave signal (cppg). At this time, the morphological information may be information about aging, high blood pressure, and arteriosclerosis included in the form of the pulse wave signal.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 맥파 신호의 복원 결과를 설명하기 위한 도면이다. Figure 4 is a diagram for explaining the restoration result of a non-contact pulse wave signal according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 제1 신호(410)는 입력된 비접촉 맥파 신호(rppg)이고, 제2 신호(420)는 입력된 접촉 맥파 신호(cppg)이고, 제3 그래프(430)는 SVR과 딥러닝에 따른 복원 결과를 나타낸다.Referring to FIG. 4, the first signal 410 is an input non-contact pulse wave signal (rppg), the second signal 420 is an input contact pulse wave signal (cppg), and the third graph 430 shows the SVR and dip Shows the restoration results according to running.

본 발명은 접촉 맥파 신호(cppg)에 비해 형태 흐리는 비접촉 맥파 신호(rppg)를 위와 같은 SVR 및 딥러닝 학습에 의해 처리함으로써 접촉 맥파 신호(cppg)에 인접한 형태를 가지는 복원 결과를 수집할 수 있다. The present invention can collect restoration results having a shape adjacent to the contact pulse wave signal (cppg) by processing the non-contact pulse wave signal (rppg), whose shape is blurred compared to the contact pulse wave signal (cppg), using SVR and deep learning learning as above.

비접촉 맥파 신호 복원 장치는 제2신호(420)와 제3 신호(430)의 유사도 검증을 위해 Cosine similarity와 Pearson correlation coefficient을 사용하였다.The non-contact pulse wave signal restoration device used Cosine similarity and Pearson correlation coefficient to verify the similarity between the second signal 420 and the third signal 430.

여기서, Cosine similarity는 두 벡터 간의 코사인 각도를 이용해 구할 수 있는 두 벡터의 유사도로, 벡터의 크기가 아닌 방향의 유사도를 판단한 값이다. 그리고, Pearson correlation coefficient는 두 변수 X 와 Y 간의 선형 상관 관계를 계량화한 수치로 두 변수의 공분산을 각각의 표준편차 곱으로 나누어 표준화한 값이다.Here, Cosine similarity is the similarity of two vectors that can be obtained using the cosine angle between the two vectors, and is a value that determines the similarity in direction rather than the size of the vectors. Additionally, the Pearson correlation coefficient is a number that quantifies the linear correlation between two variables, X and Y, and is a value standardized by dividing the covariance of the two variables by the product of their respective standard deviations.

비접촉 맥파 신호 복원 장치가 신호의 유사도 평가를 위해, Cosine similarity와 Pearson correlation coefficient을 사용한 결과는 아래 표 1과 같다.The results of using Cosine similarity and Pearson correlation coefficient to evaluate the signal similarity of the non-contact pulse wave signal restoration device are shown in Table 1 below.

유사도 평가 지표Similarity evaluation index 복원 전Before restoration 복원 후After restoration Cosine similarityCosine similarity 약 89.4%About 89.4% 약 94.5%About 94.5% Pearson correlation coefficientPearson correlation coefficient 약 69.5%About 69.5% 약 84.8%About 84.8%

그 결과 Cosine similarity는 복원 전은 약 89.4%이고, 복원 후는 약 94.5%이다. Pearson correlation coefficient는 복원 전은 약 69.5%이고, 복원 후는 약 84.8%이다.As a result, cosine similarity is about 89.4% before restoration and about 94.5% after restoration. The Pearson correlation coefficient is about 69.5% before restoration and about 84.8% after restoration.

또한, 비접촉 맥파 신호 복원 장치가 학습에 사용하지 않았던 새로운 비접촉 맥파 신호(rppg)를 학습된 모델에 넣어 복원하여 성능을 평가한 결과는 아래 표2와 같다.In addition, the results of evaluating the performance of the non-contact pulse wave signal restoration device by restoring a new non-contact pulse wave signal (rppg) that was not used for learning into the learned model are shown in Table 2 below.

유사도 평가 지표Similarity evaluation index 복원 전Before restoration 복원 후After restoration Cosine similarityCosine similarity 약 87.9%About 87.9% 약 95.6%About 95.6% Pearson correlation coefficientPearson correlation coefficient 약 63.7%About 63.7% 약 88%About 88%

그 결과 Cosine similarity는 복원 전은 약 87.9%이고, 복원 후는 약 95.6%이다. Pearson correlation coefficient는 복원 전은 약 63.7%이고, 복원 후는 약 88%이다.As a result, cosine similarity is about 87.9% before restoration and about 95.6% after restoration. The Pearson correlation coefficient is about 63.7% before restoration and about 88% after restoration.

위의 표 1내지 2를 참조하면, 본 발명에 따른 비접촉 맥파 신호 복원 방법에 의해 복원된 PPG 신호(430)는 접촉 맥파 신호(420)와 비슷한 형태를 가지도록 복원된 것을 알 수 있다. Referring to Tables 1 and 2 above, it can be seen that the PPG signal 430 restored by the non-contact pulse wave signal restoration method according to the present invention has been restored to have a similar form to the contact pulse wave signal 420.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 비접촉 맥파 신호 복원 장치를 설명하기 위한 도면이다.Figure 5 is a diagram for explaining a non-contact pulse wave signal restoration device according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 비접촉 맥파 신호 복원 장치는 입력부(100), 전처리부(200), 학습부(300) 및 출력부(400)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 5 , the non-contact pulse wave signal restoration device may include an input unit 100, a pre-processing unit 200, a learning unit 300, and an output unit 400.

입력부(100)는 접촉 맥파 신호 및 비접촉 맥파 신호를 피험자로부터 수집할 수 있다.The input unit 100 may collect a contact pulse wave signal and a non-contact pulse wave signal from the subject.

입력부(100)는 복수 개의 생체 인식 장치로부터 접촉 맥파 신호 및 비접촉 맥파 신호를 수신할 수 있다. The input unit 100 may receive a contact pulse wave signal and a non-contact pulse wave signal from a plurality of biometric devices.

복수개의 생체 인식 장치는 제1 인증 장치와 제2인증 장치를 포함할 수 있다. 각 생체 인증 장치는 각각 다른 생체 정보를 인식하는 센서를 포함하여 다중으로 생체 인증이 가능하다. The plurality of biometric devices may include a first authentication device and a second authentication device. Each biometric authentication device includes sensors that recognize different biometric information, enabling multiple biometric authentication.

제1인증 장치는 접촉 생체 인식 센서를 포함하는 장치이고, 제2 인증 장치는 카메라를 포함하여 사용자를 촬영할 수 있는 장치이다. 실시예에 따라, 제1인증 장치는 손목밴드 또는 시계에 부착된 착용형 생체 인식 센서로 심박을 인식할 수 있는 장치일 수 있고, 제2인증 장치는 카메라로 촬영을 통해 사용자의 심장 박동에 의해 변동되는 혈류량을 얼굴 색상의 변화로부터 측정 장치일 수 있다.The first authentication device is a device that includes a contact biometric sensor, and the second authentication device is a device that includes a camera and can take pictures of the user. Depending on the embodiment, the first authentication device may be a device that can recognize the heartbeat with a wearable biometric sensor attached to a wristband or watch, and the second authentication device may be a device that recognizes the heartbeat of the user through photography with a camera. It can be a device that measures fluctuating blood flow from changes in facial color.

전처리부(200)는 수집된 접촉 맥파 신호 및 비접촉 맥파 신호를 전처리할 수 있다.The preprocessing unit 200 may preprocess the collected contact pulse wave signals and non-contact pulse wave signals.

전처리부(200)는 수집된 접촉 맥파 신호에서 노이즈를 제거할 수 있다.The preprocessor 200 may remove noise from the collected contact pulse wave signal.

전처리부(200)는 노이즈 처리된 비접촉 맥파 신호와 접촉 맥파 신호를 단일 주기 단위로 분리할 수 있다.The preprocessor 200 may separate the noise-processed non-contact pulse wave signal and the contact pulse wave signal in a single cycle unit.

전처리부(200)는 단일 주기 단위로 분리된 비접촉 맥파 신호와 접촉 맥파 신호를 0~1사이로 최소-최대(Min-Max)정규화 할 수 있다.The pre-processing unit 200 can normalize the non-contact pulse wave signal and the contact pulse wave signal separated by a single cycle to a minimum-maximum value between 0 and 1.

전처리부(200)는 상기 단일 주기 쌍에서 등간격으로 30개의 대응 추출점을 추출할 수 있다.The preprocessor 200 can extract 30 corresponding extraction points at equal intervals from the single cycle pair.

학습부(300)는 전처리된 접촉 맥파 신호 및 비접촉 맥파 신호를 SVR과 딥러닝에 기초하여 학습 모델을 생성할 수 있다.The learning unit 300 may generate a learning model based on SVR and deep learning using the preprocessed contact pulse wave signal and the non-contact pulse wave signal.

학습부(300)는 전처리부(200)에서 추출된 특징점 쌍을 입력으로 하는 SVR 학습을 수행할 수 있다. The learning unit 300 may perform SVR learning using the feature point pairs extracted by the preprocessor 200 as input.

실시예에 따라, SVR 학습에서 파라미터 cost는 50이고, degree는 4이고, 커널 함수는 poly로 설정될 수 있다.Depending on the embodiment, in SVR learning, the parameter cost may be set to 50, the degree may be set to 4, and the kernel function may be set to poly.

학습부(300)는 SVR 학습의 출력을 입력으로 하는 3개의 층으로 구성된 딥러닝 모델을 통한 학습을 수행할 수 있다. The learning unit 300 can perform learning through a deep learning model composed of three layers using the output of SVR learning as input.

실시예에 따라, 딥러닝 모델은3개 층 각 층의 유닛(unit) 개수는 16개이고, 가중치 초기화에 He 정규분포를 사용하고, 활성화 함수에 ELU를 사용하고, 과대 적합을 방지하기 위해 L2가중치 규제를 사용할 수 있다.Depending on the embodiment, the deep learning model has three layers, the number of units in each layer is 16, He normal distribution is used for weight initialization, ELU is used for the activation function, and L2 weights are used to prevent overfitting. Regulations can be used.

출력부(400)는 학습부에서 생성된 학습 모델에 기초하여 비접촉 맥파 신호를 접촉 맥파 신호에 대응하여 복원할 수 있다.The output unit 400 may restore the non-contact pulse wave signal corresponding to the contact pulse wave signal based on the learning model generated by the learning unit.

상술한 비접촉 맥파 신호 복원 방법은 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체 상에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 구현될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체는, 예를 들어 이동형 기록 매체(CD, DVD, 블루레이 디스크, USB 저장 장치, 이동식 하드 디스크)이거나, 고정식 기록 매체(ROM, RAM, 컴퓨터 구비형 하드 디스크)일 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 기록된 상기 컴퓨터 프로그램은 인터넷 등의 네트워크를 통하여 다른 컴퓨팅 장치에 전송되어 상기 다른 컴퓨팅 장치에 설치될 수 있고, 이로써 상기 다른 컴퓨팅 장치에서 사용될 수 있다.The above-described non-contact pulse wave signal restoration method may be implemented as computer-readable code on a computer-readable medium. The computer-readable recording medium may be, for example, a removable recording medium (CD, DVD, Blu-ray disk, USB storage device, removable hard disk) or a fixed recording medium (ROM, RAM, computer-equipped hard disk). You can. The computer program recorded on the computer-readable recording medium can be transmitted to another computing device through a network such as the Internet, installed on the other computing device, and thus used on the other computing device.

이상에서, 본 발명의 실시 예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위안에서라면, 그 모든 구성요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.In the above, even though all the components constituting the embodiment of the present invention have been described as being combined or operated in combination, the present invention is not necessarily limited to this embodiment. That is, within the scope of the purpose of the present invention, all of the components may be operated by selectively combining one or more of them.

도면에서 동작들이 특정한 순서로 도시되어 있지만, 반드시 동작들이 도시된 특정한 순서로 또는 순차적 순서로 실행되어야만 하거나 또는 모든 도시 된 동작들이 실행되어야만 원하는 결과를 얻을 수 있는 것으로 이해되어서는 안 된다. 특정 상황에서는, 멀티태스킹 및 병렬 처리가 유리할 수도 있다. 더욱이, 위에 설명한 실시 예 들에서 다양한 구성들의 분리는 그러한 분리가 반드시 필요한 것으로 이해되어서는 안 되고, 설명된 프로그램 컴포넌트들 및 시스템들은 일반적으로 단일 소프트웨어 제품으로 함께 통합되거나 다수의 소프트웨어 제품으로 패키지 될 수 있음을 이해하여야 한다.Although operations are shown in the drawings in a specific order, it should not be understood that the operations must be performed in the specific order shown or sequential order or that all illustrated operations must be performed to obtain the desired results. In certain situations, multitasking and parallel processing may be advantageous. Moreover, the separation of the various components in the embodiments described above should not be construed as necessarily requiring such separation, and the program components and systems described may generally be integrated together into a single software product or packaged into multiple software products. You must understand that it exists.

이제까지 본 발명에 대하여 그 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far, the present invention has been examined focusing on its embodiments. A person skilled in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention may be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered from an illustrative rather than a restrictive perspective. The scope of the present invention is indicated in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the equivalent scope should be construed as being included in the present invention.

100: 입력부
200: 전처리부
300: 학습부
400: 출력부
100: input unit
200: Preprocessing unit
300: Learning Department
400: output unit

Claims (9)

착용형 생체 인식 센서로부터 획득한 접촉 맥파 신호 및 카메라로 촬영한 얼굴 영상으로부터 획득한 비접촉 맥파 신호를 피험자로부터 수집하는 입력부;
수집된 접촉 맥파 신호 및 비접촉 맥파 신호를 전처리하는 전처리부;
전처리된 접촉 맥파 신호 및 비접촉 맥파 신호를 SVR(Support Vector Regression)과 딥러닝에 기초하여 학습 모델을 생성하는 학습부; 및
생성된 학습 모델에 기초하여 비접촉 맥파 신호를 접촉 맥파 신호에 대응하여 복원하는 출력부를 포함하고,
상기 전처리부는,
상기 수집된 접촉 맥파 신호 및 비접촉 맥파 신호에 FIR(Finite Impulse Response) 필터를 적용하여 고주파 노이즈를 제거하고,
상기 노이즈가 제거된 접촉 맥파 신호 및 비접촉 맥파 신호를 단일 주기로 분리한 뒤 최소-최대(Min-Max) 정규화에 기초하여 0~1 사이로 정규화하고,
상기 정규화된 접촉 맥파 신호 및 비접촉 맥파 신호의 단일 주기 쌍에서 시간에 의한 등간격으로 소정개수의 특징점을 추출하여 전처리하고,
상기 학습부는,
상기 추출한 특징점을 입력으로 하여 상기 SVR 학습을 수행하고,
상기 SVR 학습의 출력을 입력으로 하는 3개의 층으로 구성된 상기 딥러닝 모델을 통한 학습을 수행하고,
상기 SVR 학습은,
파라미터 cost는 50이고, degree는 4이고, 커널 함수는 poly인 것을 특징으로 하고,
상기 딥러닝 모델은,
각 층의 유닛 개수는 16개이고,
가중치 초기화에 He 정규분포를 사용하고,
활성화 함수에 ELU를 사용하고,
과대 적합을 방지하기 위해 L2가중치 규제를 사용하는 것을 특징으로 하고,
상기 출력부는,
상기 복원된 접촉 맥파 신호의 데이터에서 SX time(기시점에서 충격파의 최고점 도달까지 걸리는 시간) 연장, P(충격파의 최고점)와 D(반사파의 최고점)사이의 시간 감소, C(절흔)와 D의 높이 증가 및 D 손실에 기초하여 노화, 고혈압, 동맥경화증 중 적어도 하나를 포함하는 형태학적 정보를 획득하는 것을 특징으로 하는,
비접촉 맥파 신호 복원 장치.
an input unit that collects from the subject a contact pulse wave signal obtained from a wearable biometric sensor and a non-contact pulse wave signal obtained from a face image captured by a camera;
A preprocessing unit that preprocesses the collected contact pulse wave signals and non-contact pulse wave signals;
A learning unit that generates a learning model based on SVR (Support Vector Regression) and deep learning using the preprocessed contact pulse wave signal and non-contact pulse wave signal; and
It includes an output unit that restores the non-contact pulse wave signal in response to the contact pulse wave signal based on the generated learning model,
The preprocessor,
Applying a Finite Impulse Response (FIR) filter to the collected contact pulse wave signal and non-contact pulse wave signal to remove high frequency noise,
The contact pulse wave signal and the non-contact pulse wave signal from which the noise has been removed are separated into a single period and then normalized to between 0 and 1 based on Min-Max normalization,
Extract and preprocess a predetermined number of feature points at equal intervals according to time from a single period pair of the normalized contact pulse wave signal and the non-contact pulse wave signal,
The learning department,
Performing the SVR learning using the extracted feature points as input,
Perform learning through the deep learning model composed of three layers using the output of the SVR learning as input,
The SVR learning is,
The parameter cost is 50, the degree is 4, and the kernel function is poly.
The deep learning model is,
The number of units on each floor is 16,
He normal distribution is used for weight initialization,
Use ELU for the activation function,
It is characterized by using L2 weight regulation to prevent overfitting,
The output unit,
In the data of the restored contact pulse wave signal, the S Characterized in obtaining morphological information including at least one of aging, hypertension, and arteriosclerosis based on height gain and D loss,
Non-contact pulse wave signal restoration device.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 장치에서 비접촉 맥파 신호를 복원하는 방법에 있어서,
착용형 생체 인식 센서로부터 획득한 접촉 맥파 신호 및 카메라로 촬영한 얼굴 영상으로부터 획득한 비접촉 맥파 신호를 피험자로부터 수집하는 단계;
수집된 접촉 맥파 신호 및 비접촉 맥파 신호를 전처리하는 단계;
전처리된 접촉 맥파 신호 및 비접촉 맥파 신호를 SVR(Support Vector Regression)과 딥러닝에 기초하여 학습 모델을 생성하는 단계; 및
생성된 학습 모델에 기초하여 비접촉 맥파 신호를 접촉 맥파 신호에 대응하여 복원하는 단계를 포함하고,
상기 전처리하는 단계는,
상기 수집된 접촉 맥파 신호 및 비접촉 맥파 신호에 FIR(Finite Impulse Response) 필터를 적용하여 고주파 노이즈를 제거하는 단계;
상기 노이즈가 제거된 접촉 맥파 신호 및 비접촉 맥파 신호를 단일 주기로 분리한 뒤 최소-최대(Min-Max) 정규화에 기초하여 0~1 사이로 정규화하는 단계; 및
상기 정규화된 접촉 맥파 신호 및 비접촉 맥파 신호의 단일 주기 쌍에서 시간에 의한 등간격으로 소정개수의 특징점을 추출하여 전처리하는 단계;
를 포함하고,
상기 학습 모델을 생성하는 단계는,
상기 추출한 특징점을 입력으로 하여 상기 SVR 학습을 수행하는 단계; 및
상기 SVR 학습의 출력을 입력으로 하는 3개의 층으로 구성된 상기 딥러닝 모델을 통한 학습을 수행하는 단계;
를 포함하고,
상기 SVR 학습은,
파라미터 cost는 50이고, degree는 4이고, 커널 함수는 poly인 것을 특징으로 하고,
상기 딥러닝 모델은,
각 층의 유닛 개수는 16개이고,
가중치 초기화에 He 정규분포를 사용하고,
활성화 함수에 ELU를 사용하고,
과대 적합을 방지하기 위해 L2가중치 규제를 사용하는 것을 특징으로 하고,
상기 복원하는 단계는,
상기 복원된 접촉 맥파 신호의 데이터에서 SX time(기시점에서 충격파의 최고점 도달까지 걸리는 시간) 연장, P(충격파의 최고점)와 D(반사파의 최고점)사이의 시간 감소, C(절흔)와 D의 높이 증가 및 D 손실에 기초하여 노화, 고혈압, 동맥경화증 중 적어도 하나를 포함하는 형태학적 정보를 획득하는 단계;
를 더 포함하는,
방법.
In a method for restoring a non-contact pulse wave signal in a device,
Collecting a contact pulse wave signal obtained from a wearable biometric sensor and a non-contact pulse wave signal obtained from a face image captured by a camera from the subject;
Preprocessing the collected contact pulse wave signals and non-contact pulse wave signals;
Generating a learning model based on SVR (Support Vector Regression) and deep learning using the preprocessed contact pulse wave signal and non-contact pulse wave signal; and
A step of restoring a non-contact pulse wave signal in response to a contact pulse wave signal based on the generated learning model,
The preprocessing step is,
removing high-frequency noise by applying a Finite Impulse Response (FIR) filter to the collected contact pulse wave signal and the non-contact pulse wave signal;
Separating the noise-removed contact pulse wave signal and the non-contact pulse wave signal into a single period and then normalizing them between 0 and 1 based on Min-Max normalization; and
Extracting and preprocessing a predetermined number of feature points at equal intervals according to time from a single period pair of the normalized contact pulse wave signal and the non-contact pulse wave signal;
Including,
The step of creating the learning model is,
performing the SVR learning using the extracted feature points as input; and
Performing learning through the deep learning model composed of three layers using the output of the SVR learning as input;
Including,
The SVR learning is,
The parameter cost is 50, the degree is 4, and the kernel function is poly.
The deep learning model is,
The number of units on each floor is 16,
He normal distribution is used for weight initialization,
Use ELU for the activation function,
It is characterized by using L2 weight regulation to prevent overfitting,
The restoration step is,
In the data of the restored contact pulse wave signal, the S Obtaining morphological information including at least one of aging, hypertension, and arteriosclerosis based on height gain and D loss;
Containing more,
method.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제5 항의 장치에서 비접촉 맥파 신호를 복원하는 방법 중 어느 하나를 실행하고 컴퓨터가 판독 가능한 기록매체에 기록된 컴퓨터 프로그램.
A computer program that executes any one of the methods for restoring a non-contact pulse wave signal in the device of claim 5 and is recorded on a computer-readable recording medium.
KR1020210057046A 2021-05-03 2021-05-03 Method and apparatus for restoring remote photoplethysmography KR102598219B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210057046A KR102598219B1 (en) 2021-05-03 2021-05-03 Method and apparatus for restoring remote photoplethysmography

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210057046A KR102598219B1 (en) 2021-05-03 2021-05-03 Method and apparatus for restoring remote photoplethysmography

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220149967A KR20220149967A (en) 2022-11-10
KR102598219B1 true KR102598219B1 (en) 2023-11-06

Family

ID=84101763

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210057046A KR102598219B1 (en) 2021-05-03 2021-05-03 Method and apparatus for restoring remote photoplethysmography

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102598219B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102661814B1 (en) * 2023-01-30 2024-04-30 상명대학교산학협력단 Method and Apparatus for Biosignal Estimation

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101483756B1 (en) * 2013-10-18 2015-01-16 상명대학교서울산학협력단 Method for detecting PPG signal

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102163217B1 (en) * 2018-06-14 2020-10-08 한국과학기술원 Method and Apparatus for ECG Arrhythmia Classification using a Deep Convolutional Neural Network
KR102249237B1 (en) * 2019-04-18 2021-05-10 광주과학기술원 Method for acquiring physical status information using non-contact sensor
KR102215557B1 (en) 2019-12-18 2021-02-15 (주)감성과학연구센터 Heart rate estimation based on facial color variance and micro-movement

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101483756B1 (en) * 2013-10-18 2015-01-16 상명대학교서울산학협력단 Method for detecting PPG signal

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220149967A (en) 2022-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Hammad et al. A novel two-dimensional ECG feature extraction and classification algorithm based on convolution neural network for human authentication
Sabour et al. Ubfc-phys: A multimodal database for psychophysiological studies of social stress
Palaniappan et al. Identifying individuals using ECG beats
da Silva Luz et al. Learning deep off-the-person heart biometrics representations
CN110191675B (en) System and method for contactless determination of blood pressure
Kavsaoğlu et al. A novel feature ranking algorithm for biometric recognition with PPG signals
Jyotishi et al. An LSTM-based model for person identification using ECG signal
KR101738278B1 (en) Emotion recognition method based on image
Zokaee et al. Human identification based on ECG and palmprint
Gupta et al. PCA as an effective tool for the detection of R-peaks in an ECG signal processing
Hamza et al. Svm for human identification using the ECG signal
Gürkan et al. A novel biometric authentication approach using electrocardiogram signals
KR102598219B1 (en) Method and apparatus for restoring remote photoplethysmography
Liu et al. Detecting pulse wave from unstable facial videos recorded from consumer-level cameras: A disturbance-adaptive orthogonal matching pursuit
Hwang et al. Variation-stable fusion for PPG-based biometric system
Wu et al. ECG identification based on neural networks
Erin et al. Spectral Analysis of Cardiogenic Vibrations to Distinguish Between Valvular Heart Diseases.
Guo et al. Ballistocardiogram-based person identification using correlation analysis
Canento et al. Review and comparison of real time electrocardiogram segmentation algorithms for biometric applications
Gurkan et al. A novel human identification system based on electrocardiogram features
Fatemian A wavelet-based approach to electrocardiogram (ECG) and phonocardiogram (PCG) subject recognition
KR102243017B1 (en) Depression Index Estimation Method Using Skin Image
Aghakabi et al. Fusing dorsal hand vein and ECG for personal identification
Schuiki et al. Improved liveness detection in dorsal hand vein videos using photoplethysmography
Keshishzadeh et al. Single lead Electrocardiogram feature extraction for the human verification

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant