KR20060054976A - Method of decoding encoded information of smell information or feeling of smell transferred from video image - Google Patents

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Abstract

본 발명은 냄새정보나 영상 이미지가 가지는 냄새의 느낌에 대한 표현인자를 부호화한 후 먼저 PCA에 의해 차원을 축소하고 FCMA에 의한 대표냄새에 의거하여 입력부호화정보를 복원하는 방법을 제공한다. 즉, 본 발명은 냄새정보나 영상 이미지가 가지는 냄새의 느낌을 디지털 복호화하는 방법에 있어서, 대표 냄새의 인자표현에 따라 부호화를 수행하고 클러스터링에 의하여 대표 냄새의 센터값을 구하여 저장하는 단계; 부호화되어 전송 입력되는 냄새정보를 받아, 주성분분석법에 의하여 인간이 가시적으로 확인이 가능한 차원축소된 데이터로 데이터의 패턴을 차원 축소 매핑하는 단계; 및 차원이 축소된 부호화 냄새정보를 클러스터링하여 대표 냄새의 센터값을 구하고, 저장된 대표 냄새의 센터값과 비교하여 입력된 냄새정보의 대표 냄새의 센터값에 대한 소속도를 구하여 입력되는 냄새정보의 냄새를 판단한다.The present invention provides a method of encoding an expression factor for a feeling of smell of an odor information or a video image and then reducing the dimension by PCA and restoring the input encoding information based on the representative smell by FCMA. That is, the present invention provides a method of digitally decoding a smell of an odor information or an image image, the method comprising: performing encoding according to a factor expression of a representative odor and obtaining and storing a center value of the representative odor by clustering; Receiving the odor information encoded and transmitted and mapping the pattern of the data to dimensionally reduced data that can be visually identified by a human by principal component analysis; And obtaining the center value of the representative odor by clustering the coded odor information with reduced dimensions, and comparing the center value of the stored representative odor to obtain the degree of belonging to the center value of the representative odor of the input odor information. Judge.

Description

냄새정보나 영상 이미지가 가지는 냄새의 느낌에 대한 부호화정보를 복원하는 방법{Method of decoding encoded information of smell information or feeling of smell transferred from video image}Method of decoding encoded information of smell information or feeling of smell transferred from video image}

도 1은 형용사 표현인자를 이용한 냄새정보의 표현 및 부호화를 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining the representation and encoding of the smell information using the adjective expression factor.

도 2는 본 발명에 의한 냄새정보의 부호화 방법을 설명하기 위한 다이어그램이다.2 is a diagram for explaining a method of encoding odor information according to the present invention.

도 3은 본 발명에 의한 냄새정보의 부호화 방법에서의 전송시 MPEG에서의 메타데이터로 적용됨을 설명하기 위한 다이어그램이다.3 is a diagram for explaining the application of metadata in MPEG during transmission in the method of encoding odor information according to the present invention.

도 4는 기본적인 대표 냄새의 클러스터링을 설명하기 위한 그래프도이다.4 is a graph for explaining the clustering of basic representative odors.

도 5는 본 발명에 적용되는 PCA를 통하여 차원을 축소하고 각종 대표 냄새의 클러스터링에 의한 대표 냄새의 센터값을 구하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.5 is a view for explaining a process of obtaining a center value of a representative odor by reducing the dimension and clustering of various representative odors through the PCA applied to the present invention.

도 6은 본 발명에 의한 부호화된 데이터의 전송과 디코딩 과정을 설명하기 위한 구성도이다.6 is a diagram illustrating a transmission and decoding process of encoded data according to the present invention.

도 7은 PCA 알고리즘 방법에 의해 3차원으로 매핑된 데이터를 도시한 도면이다.FIG. 7 is a diagram illustrating data mapped in three dimensions by the PCA algorithm method. FIG.

도 8은 PCA 알고리즘 방법에 의한 미지 데이터의 위치를 도시한 도면이다.8 is a diagram showing the position of the unknown data by the PCA algorithm method.

<도면의 주요부분에 대한 설명><Description of main parts of drawing>

50...대표 냄새 52, 62...인자표현50 ... representative smell 52, 62 ... factor expression

54, 64...부호화 55, 65...PCA54, 64 ... Encoding 55, 65 ... PCA

56, 66...클러스터링 58...대표 냄새의 센터값56, 66 ... clustering 58 ... Center value of representative odor

60...냄새정보 68...저장된 대표 냄새 센터값60 ... Odor Information 68 ... Representative Odor Center Values Stored

80...소속도 결정80 ... small speed determination

본 발명은 냄새정보나 영상 이미지가 가지는 냄새의 느낌에 대한 표현인자를 부호화한 후 먼저 PCA에 의해 차원을 축소하고 FCMA에 의한 대표냄새에 의거하여 입력부호화정보를 복원하는 방법에 관한 것으로, 특히 냄새나 영상이 가지는 냄새의 감정을 미리 정해진 표현인자로 매핑하여 이를 부호화하고, 인간이 사용하는 수십개의 대표 냄새를 퍼지 클러스터링(Clustering : 군집) 방법을 이용하여 대표 냄새의 중심 값만을 기억함으로써, 어떤 부호화된 냄새 데이터가 들어온다 하더라도 미리 기억된 중심값에 의해 현재 표현하고자 하는 냄새의 소속도를 구함으로써 복원할 수 있는, 냄새정보나 영상 이미지가 가지는 냄새의 느낌에 대한 표현인자를 부호화한 후 먼저 PCA에 의해 차원을 축소하고 FCMA에 의한 대표냄새에 의거하여 입력부호화정보를 복원하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of first reducing a dimension by a PCA after encoding an expression factor for a smell of an odor information or an image image, and restoring input encoding information based on a representative smell by an FCMA. B. Mapping the emotions of an odor of an image with a predetermined expression factor and encoding them, and storing some dozens of representative odors using a fuzzy clustering method to store only the central values of representative odors. Even if the received odor data comes in, the expression factors for the odor information of the odor information or image image that can be restored by obtaining the degree of belonging of the odor to be expressed by the central value stored in advance are first encoded into the PCA. By reducing the dimension and restoring the input encoding information based on the representative smell by FCMA. It is about a method.

일본우정성은 종래의 영상이나 음성에 더해서 냄새나 맛, 감촉 등을 고속으 로 전달하는 통신기술의 연구개발에 본격적으로 착수하기로 방침을 정했다. 전화와 텔레비전 등 시각과 청각에 호소하는 통신수단은 일반화되어 있지만 후각, 미각, 촉각이라는 인간의 오감(五感)에 의한 정보전달 기술의 개발은 세계적으로도 아직 미개척 분야이다. 오감 정보 통신이 실현되면 원격의료 등 복지와 교육 분야에의 응용이 기대 된다. 또한, 보다 자연스럽고 현실감이 있는 커뮤니케이션도 가능하게 된다. In addition to the conventional video and audio, the Japanese Post Office decided to embark on the research and development of communication technology that delivers high-speed odors, tastes, and textures. Although communication means for appealing to sight and hearing, such as telephone and television, are common, the development of information transmission technology by human five senses of smell, taste, and touch is still an unexplored field in the world. When the five senses information communication is realized, it is expected to be applied to welfare and education fields such as telemedicine. In addition, more natural and realistic communication becomes possible.

오감 정보 통신에는 냄새와 맛, 그리고 감촉을 정보로서 해석하는 기술의 개발이 필요하게 된다.  Five senses Information communication requires the development of technology that interprets smell, taste, and texture as information.

후각이란 코안에 전달된 화학물질을 혀의 점막에 있는 감각 세포들이 받아들였을 때에 생기는 감각이다. 흥분된 수 많은 감각세포는 수개 혹은 수십개로 이루어진 각기 다른 종류의 감각 정보 수용체(Receptor)에 의해 정보로 부호화된다. 이러한 감각정보수용체는 서로 다른 조합이 가능하며, 따라서 굉장히 많은 다른 냄새들을 구분할 수 있게 된다.The sense of smell is the sensation that occurs when sensory cells in the mucous membrane of the tongue receive chemicals delivered into the nose. Many excited sensory cells are encoded into information by several or dozens of different types of sensory information receptors. These sensory information receptors can be combined in different ways, thus distinguishing so many different smells.

예를 들어 블럿하운드 (bloodhound) 라는 개는 7 종류의 후각 수용체를 가지고 있으며 각 유형에서 30 가지 다른 단계의 자극을 구분할 수 있다고 가정해 보자. 이런 가정하에서 우리는 30 × 30 × 30 × 30 × 30 × 30 × 30 (= 307 혹은 220 억) 개의 구분 가능한 위치들을 지닌 '냄새 공간' 전체를 블럿하운드에게 부여해야만 한다. 개들은 냄새 하나만 가지고 수백만의 사람들 가운데 한 사람을 구분해 내니 놀랄 일은 아니다. For example, suppose a dog called bloodhound has seven different types of olfactory receptors and can distinguish 30 different stages of stimulation from each type. Under this assumption, we must give Blothound an entire 'odor space' with 30 × 30 × 30 × 30 × 30 × 30 × 30 (= 30 7 or 22 billion) distinguishable positions. It's no surprise that dogs distinguish one person from millions of people with just one smell.

이것을 통신으로 전달하기 위해서는 냄새 정보를 전송하기 위한 부호화기술과 압축기술의 개발, 또한 수신측에서 정확하게 이 정보를 분석하고, 사람이 냄새와 향을 느끼게 재생하는 기술도 불가결하다. 즉 냄새를 통신상에서 전송하기 위해서 표현하는 방법이 필요하다.In order to transmit this information through communication, development of an encoding technique and a compression technique for transmitting odor information, and a technique of accurately analyzing the information on the receiving side and reproducing so that a person feels smell and scent are essential. In other words, there is a need for a method of expressing smell in order to transmit it on a communication.

역시, 일본우정성 통신정책국에 의하면 오감정보통신의 실현은 「5∼10년 후」로 예상된다. 향후의 과제는 인터넷상에서의 통신 품질의 확보와 광파이버 등 광 대역 네트워크에서의 전송기술이 될 것으로 예상된다. 인간이 느끼는 후각, 미각, 촉각 등의 감각도 디지털 이미지로 표현되어 시각과 청각의 비디오와 오디오의 경우처럼 전송할 수 있어야 하며, 또한 이것의 표현을 위해 복원 가능해야 한다.Again, according to the Japan Postal Communications Bureau, the realization of the five senses ICT is expected to be "five to ten years later." Future challenges are expected to secure communication quality over the Internet and transport technologies in wideband networks such as optical fibers. Human senses such as smell, taste, and touch should also be expressed as digital images and transmitted as in the case of visual and audio video and audio.

통상 냄새정보를 다양한 언어로 정의할 경우, 그 종류가 너무 많기 때문에 인간이 느끼는 개별 냄새의 느낌을 일일이 다 데이터베이스화하는 것은 거의 불가능하게 된다. 이로써, 본 출원인은 일단 냄새나 영상이 가지는 냄새의 감정을 미리 정해진 표현인자로 매핑하여 이를 부호화하고 FCMA를 이용하여 대표냄새로 입력부호화정보를 복원처리하는 방법을 제안하여 동일자로 출원하고 있다. 그러나 당면문제는 냄새에 대한 표현인자가 약 40~50정도이면 이를 조합하여 수많은 냄새에 대한 표현이 가능하지만, 인간의 감정 표현 방식에 의해 결정된 표현인자도 최소 40개는 되기 때문에, 실제 소속도의 결정과정에 최소 40차원에서의 계산이 필요하며, 대표 냄새의 센터 값도 40차원이상에서 존재하게 되기 때문에 큰 메모리를 필요로 하게 되며, 계산시간과 계산량도 많아지게 된다는 점이다. In general, when odor information is defined in various languages, since there are so many kinds, it is almost impossible to make a database of individual odor sensations. Accordingly, the present applicant proposes a method of mapping an emotion of an odor or an smell of an image to a predetermined expression factor, encoding the same, and restoring the input encoding information with a representative smell using FCMA. However, the immediate problem is that if the expression factor for odor is about 40-50, it is possible to express many odors by combining them, but at least 40 expression factors are determined by the way of expressing human emotions. The decision process requires a calculation in at least 40 dimensions, and the center value of the representative odor is also present in more than 40 dimensions, which requires a large memory and increases the calculation time and the calculation amount.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 시각 및 청각에 의한 비디오나 오디오 데이터의 경우에서와 같이, 냄새정보나 영상 이미지가 가지는 냄새의 느낌에 대한 표현인자를 부호화한 후, 먼저 PCA(Principal Component Analysis) 알고리즘에 의하여 큰 차원의 부호화 데이터를 2-3차원으로 매핑시킨 후 FCMA(Fuzzy c-means algorithm)을 이용하여 복원하는 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다. The technical problem to be achieved by the present invention is to encode the expression factor for the smell of the smell information or the image image, as in the case of video and audio data by visual and auditory, and then, first, Principal Component Analysis (PCA) algorithm It is an object of the present invention to provide a method of reconstructing a large-dimensional coded data into 2-3 dimensions by using a fuzzy c-means algorithm (FCMA).

여기서 사용하는 냄새정보는 코에서 느끼는 모든 정보로 정의한다. 냄새에 대한 표현인자가 약 40~50정도면 이를 조합하여 수많은 냄새에 대한 표현이 가능하다. 만약, 인간마다 냄새에 대한 표현방식이 다르다 하더라도, 인간이 가지는 공통분모적인 냄새 표현방식에 의해 클러스터링 되어 있기 때문에 해당 냄새에 대한 소속도가 가장 크게 나올 수밖에 없다. 만약, 두개의 냄새가 혼합된 느낌이라 하더라도, 소속도가 두개의 대표 냄새쪽에 더 큰 소속도를 주기 때문에 복합적인 냄새의 표현도 가능하다. 이 방법에 의하면 표현인자가 40차원 이상이라 하더라도 PCA알고리즘을 사용하여 2~3차원으로 축소될 수 있기 때문에 대표 냄새에 대해 적은 메모리만을 필요로 하게 된다. 3차원정도로 축소시키면 보통 원 데이터의 98%이상의 표현이 가능하기 때문에 데이터의 손실은 거의 없다고 생각할 수 있다.The smell information used here is defined as all the information felt in the nose. If the expression factor for odor is about 40-50, it can be expressed in combination with many odors. Even if humans have different expressions for odors, since they are clustered by common denominators of human odors, the degree of belonging to the odors is the largest. Even if two odors are mixed, it is possible to express complex odors because the degree of belonging gives a greater degree of belonging to two representative odors. According to this method, even if the expression factor is 40 or more dimensions, it can be reduced to 2 or 3 dimensions using the PCA algorithm, thus requiring only a small amount of memory for the representative smell. It can be considered that there is almost no loss of data because it can be expressed more than 98% of the original data if it is reduced to about three dimensions.

본 발명에서 제안된 방법은 멀티미디어 데이터의 질감 표현을 위해 메타 데이터(Meta data)를 사용하는 MPEG-7과 MPEG-21등에 적용 가능할 것으로 예상되며, 냄새정보 처리 기술의 표준화를 위한 기본 기술이라 할 수 있다.The method proposed in the present invention is expected to be applicable to MPEG-7 and MPEG-21 using meta data for the texture representation of multimedia data, and can be said to be a basic technology for standardizing odor information processing technology. have.

본 발명은 상술한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 냄새정보나 영상 이미지 가 가지는 냄새의 느낌을 디지털 복호화하는 방법에 있어서, 대표 냄새의 인자표현에 따라 부호화를 수행하고 클러스터링에 의하여 대표 냄새의 센터값을 구하여 저장하는 단계; 부호화되어 전송 입력되는 냄새정보를 받아, 주성분분석법에 의하여 인간이 가시적으로 확인이 가능한 차원축소된 데이터로 데이터의 패턴을 차원 축소 매핑하는 단계; 및 차원이 축소된 부호화 냄새정보를 클러스터링하여 대표 냄새의 센터값을 구하고, 저장된 대표 냄새의 센터값과 비교하여 입력된 냄새정보의 대표 냄새의 센터값에 대한 소속도를 구하여 입력되는 냄새정보의 냄새를 판단하는 디지털 복호화방법을 제공한다.In order to achieve the above technical problem, the present invention provides a method of digitally decoding a smell of an odor information or an image image. The present invention performs encoding according to a representative expression of a representative odor, and clusters a center value of a representative odor by clustering. Obtaining and storing; Receiving the odor information encoded and transmitted and mapping the pattern of the data to dimensionally reduced data that can be visually identified by a human by principal component analysis; And obtaining the center value of the representative odor by clustering the coded odor information of which the dimension is reduced, and comparing the center value of the stored representative odor with the center value of the representative odor of the input odor information. It provides a digital decoding method for determining the.

바람직하기로는, 상기 냄새정보의 부호화는 인간이 냄새를 느끼고 말하는 다양한 형태의 언어표현을 냄새표현인자로 분류하는 단계; 상기 분류된 냄새표현인자에 코드를 대응시키는 단계; 하나의 냄새를 표현하는 하나 이상의 냄새표현인자의 코드와 농도 또는 소속도를 정수형 또는 실수형으로 표현하는 단계를 포함한다.Preferably, the encoding of the odor information comprises the steps of: classifying various types of language expressions that humans feel and speak as odor expression factors; Mapping a code to the classified odor expression factor; Expressing the code and concentration or degree of belonging of one or more odor expressors representing an odor in an integer or real form.

바람직하기로는 상기 클러스터링은 FCMA(Fuzzy c-means algorithm)을 이용하여 수행되며, 아래의 수학식들에 의하여Preferably the clustering is performed using a FCMA (Fuzzy c-means algorithm), by the following equation

Figure 112004053443120-PAT00001
Figure 112004053443120-PAT00001

Figure 112004053443120-PAT00002
Figure 112004053443120-PAT00002

Figure 112004053443120-PAT00003
...수학식 12
Figure 112004053443120-PAT00003
... Equation 12

Figure 112004053443120-PAT00004
...수학식 13 a) 수학식 12에 의해 초기 소속함수 Z(0) 결정 및 클러스터 j와 패턴 i의 소속도 Wij 을 계산하고
Figure 112004053443120-PAT00004
Equation 13 a) Determination of the initial membership function Z (0) and the membership degree W ij of the cluster j and the pattern i by

b) 수학식 13에 의해 클러스터 중심 Z(k+1)을 계산하고b) calculate the cluster center Z (k + 1) by

c) ∥Z(k)-Z(k+1)∥의 계산하고,c) ∥ Z (k) -Z (k + 1) ∥

만약 ∥Z(k)-Z(k+1)∥>ε 면 k=k+1로 하고 다시 처음으로 돌아가고, 그렇지 않다면 알고리즘을 종료하여 클러스터 소속도를 구함을 특징으로 한다.If ∥Z (k) -Z (k + 1) ∥> ε, k = k + 1 and go back to the beginning. Otherwise, the algorithm is terminated to obtain cluster membership.

바람직하기로는 실제 부호화된 냄새정보를 전송하는 경우, MPEG-7이나 MPEG-21에 의해 영상압축된 영상데이터 뒤에 냄새표현인자의 부호화 데이터를 메타데이터로 배열하여 전송함을 특징으로 한다.Preferably, when the actual coded smell information is transmitted, the encoded data of the smell expression factor is arranged as metadata after the image data compressed by MPEG-7 or MPEG-21.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 냄새정보나 영상 이미지가 가지는 냄새의 느낌에 대한 표현인자의 부호화 후 차원을 축소하고 대표 냄새에 의거한 입력 부호화 냄새정보를 복원하는 방법의 바람직한 실시예의 구성 및 동작에 대해서 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the configuration of a preferred embodiment of the method for reducing the dimension after the encoding of the expression factor for the odor feeling of the odor information or image image of the present invention and restore the input coded odor information based on the representative odor And the operation will be described in detail.

우선, 본 발명의 감성적 표현에 의한 냄새정보를 디지탈적으로 표현하는 표현 인자를 설명하기 전에 기존의 냄새 표현 기술에 대해서 설명하기로 한다.First, prior to describing the expression factor for digitally expressing the odor information by the emotional expression of the present invention will be described the existing odor expression technology.

기존에 냄새를 분류하고 표현하기 위한 많은 연구가 있었으나, 냄새의 복잡성 때문에 많은 어려움을 겪어 왔다. 일반적으로 냄새는 색이나 소리보다 복잡하기 때문에 아직 정형화된 분류 방법이 존재하지는 않고 있다. 여러 연구 중에서 Amoore는 38종의 기본 원취를 발표하여 가장 일반적인 분류 방법 중의 하나로 평가받고 있다. 하지만, Amoore의 분류 방법도 냄새를 적절하게 디지털로 표현할 수 있는 정형화된 방법이라 할 수 없다. HHMI의 린다 벅(Linda Buck) 등은 1999년 Cell 지에서 포유류의 냄새 감각은 냄새를 인식하고 처리하는 과정의 결합에 기초하고 있다고 발표한 바 있다. 각각 냄새 수용체가 특정 냄새를 인식하기보다는 뇌의 뉴런에서 특정 냄새 반응이 나타나도록 하기 위해 이른바 수용체 "알파벳"을 이용한다는 것이다. 언어에서처럼 후각 시스템은 다양한 냄새(어휘)를 맡는데 필요한 수많은 수용체(글자) 숫자를 줄이기 위해 수용체(단어) 조합을 이용한다는 것이다. 즉, 한 개 수용체가 여러 가지 냄새를 인식할 수 있으며, 한 개의 냄새는 보통 여러 개의 수용체에 의해 인식되며, 셋째 각기 다른 냄새도 여러 가지 수용체의 조합에 의해 인식된다는 것이다. 즉 후각 시스템은 냄새를 맡기 위해 결합 코드 체계를 이용하는 것이다. 달리 말하자면 조합을 달리하면 1,000개의 수용체로 수천 가지 냄새를 맡을 수 있다는 것이다. 또한, 냄새가 코로 들어가면 비강 상부의 머리핀처럼 생긴 회전 부위를 통해서 비강 벽 세포인 후각 상피(olfactory epithelium)에 도달하게 된다. 후각 상피에는 약 5백만 개의 후각 뉴런이 있는데, 각 뉴런은 약 1,000가지 후각 수용체 타입 중 단 한 가지만 발현해서 표면에 표출하는 것으로 알려져 있다. 냄새가 뉴런을 흥분시키면 그 신호가 엑손(axon)을 통해 후구 (olfactory bulb)로 전달된다. 후구는 뇌 앞부분에 있는 구조로써, 냄새 감각의 정보 교환 기관이라고 할 수 있다. 그리고 냄새 신호는 후구에서 뇌 피질과 변연계(limbic system)로 모두 전달되어, 실제 정보가 전달될 뿐만 아니라 감정적 반응도 일어나는 것이다. There have been many studies to classify and express odors, but they have suffered from difficulties due to the complexity of odors. Odors are generally more complex than color or sound, so there is no formal classification. Among other studies, Amoore published 38 basic origins and is considered one of the most common classification methods. However, Amoore's classification is not a formalized way of expressing odors properly digitally. Linda Buck, of HHMI, et al., 1999, published a report on Cell's sense of smell based on a combination of processes that recognize and process odors. Each odor receptor uses so-called receptor "alphabets" to cause specific odor responses in neurons in the brain rather than to recognize specific odors. As with language, the olfactory system uses a combination of receptors (words) to reduce the number of receptors (letters) needed to smell different odors. That is, one receptor can recognize several odors, one odor is usually recognized by several receptors, and third, different odors are also recognized by a combination of several receptors. In other words, the olfactory system uses a combination code system to smell. In other words, with different combinations, you can smell thousands of thousands of receptors. In addition, the odor enters the nose and reaches the olfactory epithelium, which is the nasal wall cells, through a hairpin-shaped rotational site. There are about 5 million olfactory neurons in the olfactory epithelium, each of which is known to express and express only one of about 1,000 olfactory receptor types. When the odor excites the neuron, its signal is transmitted through the axon to the olfactory bulb. The posterior fold is a structure located in the front of the brain, and can be said to be an information exchange organ of sense odor. And the odor signal is transmitted from the posterior brain to both the brain cortex and the limbic system, which not only conveys the actual information but also the emotional reaction.

린다 벅의 연구를 통해 우리는 두 가지에 대한 결론을 내릴 수 있다.Linda Buck's work allows us to conclude on two things.

1. 몇 개안되는 수용체의 반응 결합 코드에 의해 수많은 냄새를 감지한다 1. A large number of odors are detected by the reactive binding code of several receptors

2. 뇌의 후구에서는 냄새정보와 동시에 감정적 반응이 같이 일어난다.2. In the back of the brain, odor information and emotional reactions occur simultaneously.

본 발명에서는 린다벅의 연구에서와 같이 적은 수용체를 가지고 다양한 냄새를 표현하는 방법을 사용한다. 단, 각각의 수용체는 감정적 의미를 가지는 형용사를 사용하며 "표현인자"라 정의하고자 한다.. 예를 들어 "부드러운" 이란 형용사는 수많은 냄새에 해당되는 성질이지만, 이러한 형용사 수용체가 많다면 엄청나게 많은 냄새의 표현과 구분이 가능할 수 있다. 또한, 각 형용사 수용체(표현인자)의 성질을 몇 가지로 구분한다면 대부분의 냄새에 대한 분류 및 표현이 가능하다. 하기 표 1은 냄새의 기본 형용사 수용체 (냄새 표현 인자)를 나타낸다.The present invention uses a method of expressing various odors with less receptors as in Linda Buck's study. However, each receptor uses an adjective with an emotional meaning and is defined as an "expression factor." For example, the term "gentle" adjective corresponds to a number of odors, but if there are a lot of these adjective receptors, there are a lot of smells. Can be distinguished from. In addition, if the nature of each adjective receptor (expression factor) is divided into several, most of the smell can be classified and expressed. Table 1 below shows the basic adjective receptors of odor (odor expression factors).

인자번호Argument number 표현인자Expression factor 인자번호Argument number 표현인자Expression factor 1One 농후한(섹시한,농염한)Thick (sexy, thick) 2020 신선한(상괘한)Fresh (fresh) 22 거친rough 2121 부드러운soft 33 남성적인Masculine 2222 여성적인Feminine 44 폭력적인Violent 2323 평화로운peaceful 55 구린내인Cruel 2424 꽃냄새인Flower smell 66 썩은내인Rotten 2525 과일냄새인Fruity 77 비린내인Fishy 2626 숲냄새인Forest smell 88 전쟁의War 2727 식물적인Botanical 99 동물적인Animal 2828 현대적인modern 1010 고전적인Classic 2929 매운내인Spicy 1111 화약냄새인Gunpowder Smell 3030 신냄새인Smelly 1212 화려한fancy 3131 금속내인Metal 1313 풋냄새인Smelly 3232 톡쏘는Stinging 1414 정자냄새인Sperm smell 3333 박하향인Park Hyang-in 1515 커피향인Coffee flavor 3434 단내인Dannae 1616 탄내인A man of mine 3535 무해한innocuous 1717 유해한noxious 3636 동양적인Oriental 1818 강한strong 3737 알콜내인Alcohol 1919 오존내인Ozone 3838 역 겨운Disgusting

도 2는 형용사 표현인자를 이용한 냄새정보의 표현 및 부호화를 설명하기 위한 구성도이다. 어떤 냄새 정보가 들어왔을 때, 수많은 형용사 표현인자 중에서 해당 냄새정보가 가지는 표현 인자만을 수용하여 부호화하는 예를 보여주고 있다. 도 2에 도시한 바와 같이 냄새정보 표현인자는 디지털 부호화되어 전송 데이타로 전송된다. 냄새정보 표현인자에 의한 디지털 부호화는 냄새를 감성적인 표현인자로 바꾸어 이를 정수형이나 실수형으로 바꾸는 과정을 의미한다. 전체 표현인자가 대략 40개 존재한다하더라도 어떤 냄새가 가지는 표현인자는 실제 몇 개 밖에 되지 않기 때문에 전체 부호의 길이는 그리 크지 않다. 부호화는 해당하는 표현인자의 번호와 농도를 정수형 혹은 실수형으로 바꾸어 나타내며, 맨 앞에는 해당하는 표현인자의 수를 나타내주어 전체 부호의 길이를 알 수 있도록 한다. 또한 맨 마지막에는 냄새 혹은 이미지의 강도(농도)를 나타내는 부호가 들어가게 된다. 예를 들어, 인자수가 7이면, 부호의 총 길이는 2×8=16bit와 인자수를 나타내는 1bit와 전체 농도를 나타내는 1bit를 합하여 18bit의 길이를 가진다.2 is a block diagram illustrating the expression and encoding of odor information using an adjective expression factor. When a certain odor information is received, an example of accepting and encoding only an expression factor of the corresponding odor information among numerous adjective expression factors is shown. As shown in Fig. 2, the odor information expression factor is digitally encoded and transmitted as transmission data. Digital encoding by odor information expression factor refers to the process of changing odor into emotional expression factor and converting it into integer type or real number type. Even if there are about 40 expression factors in total, the length of the entire code is not so large because only a few expression factors have a certain smell. The encoding converts the number and density of the corresponding expression factor into integer type or real number type, and the number of expression factors corresponding to the front part shows the length of the entire code. Also at the end is a sign indicating the odor or intensity of the image. For example, if the number of arguments is 7, the total length of the code has a length of 18 bits by adding 2x8 = 16 bits, 1 bit indicating the number of factors and 1 bit indicating the total density.

여기서, 인자수가 n이라 할 때, 전체 부호의 길이 m은Here, when the number of arguments is n, the length m of the entire code is

m=2×n+2이 된다. 인자수는 복잡한 냄새이나 냄새의 느낌이라 하더라도, 실제 많아야 20개 정도를 넘어서지 않을 것이기 때문에 부호의 길이는 별도의 압축 알고리즘을 필요로 하지 않는다. 또한, 해당 표현인자만 부호화되기 때문에 압축하는 효과를 포함하고 있다고도 할 수 있다. m = 2 × n + 2. The length of the code does not require a separate compression algorithm, since the number of arguments may not exceed 20 at most, even if it is a complex smell or smell of smell. In addition, since only the expression factor is encoded, it may be said to include the compression effect.

도 3에 도시한 바와 같이, 냄새정보의 부호화 방법은 해당하는 인자수, 인자번호, 포함소속도, 및 전체 농도를 정수형으로 표현한다.As shown in Fig. 3, in the odor information encoding method, the corresponding number of factors, the number of factors, the containing speed, and the total concentration are expressed in integer form.

만약, 냄새 정보를 유선이나 무선 등을 이용하여 전송하기를 원하면, 도 4에서 나타난 것처럼 MPEG-7이나 MPEG-21을 이용하는 것이 가능하다. 도 4에는 부호화 방법에 의한 MPEG에서의 메타 데이터를 적용하는 것이 제안되었다. 예를 들어, 어떤 냄새나 영상의 이미지가 전쟁상태에서의 총쏘는 것이라면, 그것을 표현할 수 있는 형용사는 "남성적", "폭력적", "전쟁의", "화약냄새의"등이 된다. 그러면 부호화는 4 3 4 4 4 8 4 11 4가 된다. 또, 산에서 나는 숲의 향기를 표현하고 싶으면, "풋냄새의", "선선한", "부드러운", "숲냄새의", "식물적인"등의 형용사로 표현할 수 있다. 단, 각 인자에 해당하는 농도를 조절함으로써 산에서 나는 냄새의 개별적인 특성을 구분될 수 있다. 이 냄새에 대한 부호화는 5 13 1 20 4 21 1 26 4 27 3 이 된다.If it is desired to transmit the smell information by wire or wireless, it is possible to use MPEG-7 or MPEG-21 as shown in FIG. In FIG. 4, it is proposed to apply metadata in MPEG by an encoding method. For example, if an smell or image of an image is shot in a war state, the adjectives that can express it are "male", "violent", "of war", "of gunpowder," etc. The encoding is then 4 3 4 4 4 8 4 11 4. Also, if you want to express the scent of the forest from the mountain, you can express it with adjectives such as "fresh", "fresh", "soft", "forest smell", and "vegetable". However, by adjusting the concentration corresponding to each factor, the individual characteristics of the smell of acid can be distinguished. The code for this smell is 5 13 1 20 4 21 1 26 4 27 3.

수십개에 해당하는 모든 인자를 부호화하는 것이 아니라 해당하는 표현인자 만이 부호화됨으로써 실제 부호화의 길이는 그리 크지 않음을 알 수 있다.It can be seen that the actual encoding length is not so large that only the corresponding expression factors are encoded, not all dozens of factors.

FCMA (Fuzzy c-means 알고리즘)를 이용하여 냄새정보를 분류하고 표현할 수 있다. FCMA를 이용한 냄새정보의 클러스터링과 소속도 결정은 다음과 같이 할 수 있다. 냄새정보를 표현하기 위해서는 먼저 우리 주위에 존재하는 대표적인 냄새들을 정의할 필요가 있다. 하기 표 2는 Amoore에 의해 결정된 기본 원취 38개와, 사회적으로 정의되어 있는 냄새인데, Amoore에 의해 정의되지 않은 몇개의 냄새를 더하여 나타낸 표이다.FCMA (Fuzzy c-means algorithm) can be used to classify and express odor information. Clustering and membership determination of odor information using FCMA can be done as follows. In order to express odor information, it is necessary to first define representative odors that exist around us. Table 2 below shows 38 basic origins determined by Amoore and socially defined odors, plus some odors not defined by Amoore.

분 류Classification 설 명Explanation 설 명Explanation 1One acidicacidic 신 향Sour incense 2323 muskymusky 사향향Musk 22 alliaceousalliaceous 마늘(파)향Garlic flavoring 2424 oilyoily 오일향Oil flavor 33 almondalmond 아몬드향Almond flavor 2525 orangeorange 오렌지향Orange flavor 44 ammoniacalammoniacal 암모니아향Ammonia flavor 2626 oxidizingoxidizing 오존향Ozone flavor 55 aniseedaniseed 아니스열매향Anise fruit flavor 2727 phenolicphenolic 페놀향Phenolic flavor 66 aromaticaromatic 아로마향Aroma 2828 putridputrid 부패향Corruption 77 burntburnt 탄내향Inward fire 2929 pungentpungent 매운향Spicy flavor 88 camphoraceouscamphoraceous 장뇌향Camphor 3030 roserose 장미향Rose scent 99 citrouscitrous 레몬-라임향Lemon-lime flavor 3131 sexualsexual 섹시향Sexy incense 1010 cocoacocoa 코코아향Cocoa flavor 3232 spermousspermous 정자향Sperm 1111 cumincumin 커민열매향Cumin fruit flavor 3333 spicyspicy 페퍼민트향Peppermint flavor 1212 edibleedible 3434 sweatysweaty 땀내향Sweat 1313 etherealethereal 에테르향Ether flavor 3535 sweetsweet 단맛향Sweet flavor 1414 fecalfecal 구린향Gulin flavor 3636 urinousurinous 1515 fishyfishy 비린향Fishy scent 3737 violetviolet 제비꽃향Violet scent 1616 fruityfruity 과일향Fruit flavor 3838 woodywoody 수목향Tree 1717 greengreen 푸른 풀향Green grass 3939 coffeecoffee 커피향Coffee flavor 1818 hyacinthhyacinth 4040 화약향Gunpowder 1919 jasminjasmin 자스민향Jasmine flavor 4141 cigarettecigarette 담배냄새Smell of cigarette 2020 lilylily 백합향Lily 4242 ...... ........ 2121 maltymalty 맥아향Malt flavor 4343 ...... ........ 2222 mintyminty 박하향Peppermint 4444 ...... ........

본 발명에서는 표 1에 의해 정의된 표현인자에 의해, 표 2에 나타난 각각의 기본취들의 표현인자를 정의하고 이를 부호화한다. 기본 취들의 표현인자 정의는 가장 일반적인 표현방식을 선택하면 된다.In the present invention, by using the expression factors defined by Table 1, the expression factors of the respective basic smells shown in Table 2 are defined and encoded. Defining the expression arguments for basic objects is as simple as choosing the most common expression method.

하지만, 인간이 느끼는 냄새의 정의는 민족마다, 지역마다, 개인의 취향에 따라 다를 수 있다는 문제가 존재한다. 하지만, 인간이 공통적으로 느끼는 냄새에 대한 정의가 배제되지 않고 정의된다면, 개인에 따라 다르게 느끼는 표현의 정의는 크게 문제되지 않을 수 있다. However, there is a problem that the definition of the smell that humans feel may vary according to ethnicity, region, or individual taste. However, if the definition of smell commonly felt by human beings is defined without being excluded, the definition of expression differently depending on the individual may not be a big problem.

도 4는 어떤 대표 냄새들을 2차원 상에 매핑(mapping) 시킨 후 각 클러스터로 표현한 그림이다. 도 4에는 인간이 공통적으로 느끼는 감정에 의해 각각의 클러스터가 형성되었는데, 어떤 사람이 C그룹의 냄새에 대하여 보편적인 느낌의 표현인자를 사용하지 않고 개인의 취향에 따른 감정이 표현되었다 하더라도 다른 클러스터에 비해 소속도(membership)가 C에 가깝게 되기 때문에 C군에 속하는 것으로 판단해도 무방할 것이다. 특히, 본 발명에서는 인간 감정의 애매모호성에 대하여도 강인한 클러스터링 능력을 보이는 퍼지 클러스터링 방법(Fuzzy c-means 알고리즘)을 사용함으로써, 인간 감정의 애매모호성을 극복하고 있다.Figure 4 is a representation of each cluster after mapping some representative odors on a two-dimensional (mapping). In FIG. 4, each cluster is formed by emotions commonly felt by humans. Even though a person expresses emotions according to individual tastes without using expression factors of general feelings about the smell of group C, the other clusters are expressed in other clusters. The membership is closer to C, so it may be judged to belong to the C group. In particular, the present invention overcomes the ambiguity of human emotion by using a fuzzy clustering method (Fuzzy c-means algorithm) that exhibits robust clustering ability against ambiguity of human emotion.

본 발명에서는 PCA(Principal Component Analysis)와 FCMA (Fuzzy c-means 알고리즘)를 이용하여 냄새정보를 분류하고 표현한다. PCA와 FCMA를 이용한 냄새정보의 클러스터링과 소속도 결정은 다음과 같이 한다. 냄새정보를 표현하기 위해서는 먼저 우리 주위에 존재하는 대표적인 냄새들을 정의할 필요가 있다. 하지만, 인간이 느끼는 냄새의 정의는 민족마다, 지역마다, 개인의 취향에 따라 다를 수 있다는 문제가 존재한다. 하지만, 인간이 공통적으로 느끼는 냄새에 대한 정의가 배제 되지 않고 정의된다면, 개인에 따라 다르게 느끼는 표현의 정의는 크게 문제되지 않을 수 있다. In the present invention, odor information is classified and expressed using Principal Component Analysis (PCA) and FCMA (Fuzzy c-means algorithm). Clustering and membership determination of odor information using PCA and FCMA are as follows. In order to express odor information, it is necessary to first define representative odors that exist around us. However, there is a problem that the definition of the smell that humans feel may vary according to ethnicity, region, or individual taste. However, if the definition of the smell that humans feel in common is defined without being excluded, the definition of the expression that feels differently for each individual may not be a big problem.

하지만, 냄새의 종류는 수없이 많기 때문에, 대표 냄새를 많이 정하게 되는 경우가 생길 수 있다. 특히, 냄새의 경우 5원미 이외에 입안에서 느끼는 촉감과 느낌을 표현해야 하기 때문에 수많은 대표 냄새이 존재할 수 있다. 이 경우, 이 대표 냄새에 대한 센터값을 디코딩하는 곳에서 가지고 있어야 하기 때문에 많은 메모리를 차지하게 된다. 특히, FCMA를 디코딩을 위해 사용할 경우에, 표현인자가 40개라 한다면 40차원 공간에서 대표냄새에 대한 센터값을 가져야 하기 때문에 많은 메모리를 차지할 수밖에 없다. 이 문제는 실제 적용에 있어 제약사항으로 존재할 수 있다.However, since there are many kinds of odors, a lot of representative odors may occur. In particular, in the case of odors, a number of representative odors may be present because the touch and feelings to be felt in the mouth other than the five elements are to be expressed. In this case, it takes up a lot of memory because it needs to be in the decoding center of the representative odor. In particular, when FCMA is used for decoding, if there are 40 expression factors, it has to take up a lot of memory because it has to have a center value for the representative smell in 40-dimensional space. This problem may exist as a constraint in practical applications.

이 문제를 극복하기 위하여, 먼저 부호화된 데이터를 2차원 내지는 3차원 공간으로 매핑시키는 방법인 PCA방법으로 데이터를 압축할 수 있는 방법을 적용한다.In order to overcome this problem, first, a method of compressing data using the PCA method, which is a method of mapping encoded data into a two-dimensional or three-dimensional space, is applied.

즉, 본 발명에서는 PCA방법(Principal component analysis : 주성분 분석법)과 FCM(Fuzzy c-means) 알고리즘이 상관관계를 가지고 시각적 분석과 정량적 분석과의 일치화를 이루게 하는 것을 목적으로 하면서 다차원의 데이터를 2~3차원으로 차원 축소하여 데이터를 압축하고자 한다. 이를 위해, 먼저 PCA 방법을 통해 3차원 고유벡터를 구한 후, 이 고유벡터에 의해 차원이 축소된 데이터를 이용해 3차원으로 FCM 알고리즘을 구현하는 방법을 이용한다. 이를 통해 새로운 데이터가 들어온다 하더라도 시각적으로 표현가능하며, 이 시각적 데이터와 상관관계를 가지는 클러스터의 센터를 통해 새로 입력된 데이터의 각 클러스터 사이의 소속도를 구할 수 있게 된다. That is, in the present invention, the PCA method (Principal component analysis) and the FCM (Fuzzy c-means) algorithm has a correlation between the visual analysis and the quantitative analysis with the purpose of making the multi-dimensional data 2 We want to compress the data by dimming it into ~ 3 dimensions. To this end, we first obtain a three-dimensional eigenvector through the PCA method, and then implement the FCM algorithm in three dimensions using data whose dimensions are reduced by this eigenvector. Through this, even if new data comes in, it can be visually expressed, and through the center of the cluster that correlates with the visual data, the degree of belonging between each cluster of newly input data can be obtained.

도 5는 PCA를 통하여 차원을 축소한 후 각종 대표 냄새의 센터값을 구하기 위한 클러스터링 과정을 도시한 구성도이다. 도 5는 각종 대표 냄새(50)의 인자표현(52)을 통해 부호화(54)하고, 이를 PCA알고리즘(55)을 통하여 부호화데이터를 2-3차원으로 매핑한 후 FCMA(Fuzzy c-means 알고리즘)를 이용하여 냄새정보를 클러스터링(56)하고 대표 냄새의 센터값(58)을 구하는 과정을 나타내고 있다. 즉, FCMA를 이용하여 클러스터들의 센터값(58)을 구할 수 있다. 여기서, PCA 알고리즘을 사용함으로써, 각 냄새에 대한 센터값을 2-3차원으로 줄일 수 있다.5 is a diagram illustrating a clustering process for obtaining a center value of various representative scents after the dimension is reduced through the PCA. FIG. 5 encodes 54 through factor representations 52 of various representative odors 50, maps the encoded data in 2-3 dimensions through the PCA algorithm 55, and then refers to FCMA (Fuzzy c-means algorithm). The process of clustering 56 odor information by using and obtaining the center value 58 of the representative odor is shown. That is, the center value 58 of clusters can be obtained using FCMA. Here, by using the PCA algorithm, the center value for each odor can be reduced to 2-3 dimensions.

도 6은 부호화된 데이터의 전송과 디코딩 과정의 구성도이다. 도 6에서 어떤 새로운 냄새정보 데이타(60)가 들어오면 그 냄새의 인자표현(62)을 통해 부호화(64)하여 전송하고, 그 냄새정보를 클러스터링(66)하여 대표 냄새의 센터값을 구하고 저장된 대표 센터값(68)과 비교하여 그 냄새의 클러스터간의 소속도(70)를 구할 수 있기 때문에 그 냄새정보가 어떤 클러스터에 소속되어 있는 가를 알아낼 수 있다. 또한, 여러 개의 냄새정보 데이터가 혼합되어 있을 경우에도 소속도 해석을 통해 어떤 클러스터와 혼합되어 있는 가도 파악할 수 있는 장점을 가지고 있다. 이 과정을 냄새의 디코딩 과정이라 하며, 이에도 역시 PCA알고리즘(65)을 이용하여 전송된 부호화데이터를 2-3차원으로 축소하고 이를 이미 저장된 대표 냄새의 2-3차원의 센터값과 비교하여 냄새정보의 소속도를 표현한다.6 is a configuration diagram of a process of transmitting and decoding encoded data. In FIG. 6, when a new smell information data 60 is received, the code is transmitted through encoding 64 through the factor expression 62 of the smell, and clustered 66 to obtain the center value of the representative smell. Compared to the center value 68, since the belonging degree 70 between the clusters of the smell can be obtained, it is possible to find out which cluster the smell information belongs to. In addition, even when a plurality of odor information data is mixed, it has the advantage that it can determine which cluster is mixed through the membership analysis. This process is called odor decoding process, which also reduces the encoded data transmitted using the PCA algorithm 65 to 2-3 dimensions and compares it with the center value of 2-3 dimensions of the representative odor already stored. Express the degree of belonging of information.

이하, 본 발명에 적용되는 PCA(Principal Component Analysis) 알고리즘과 FCMA(Fuzzy c-means 알고리즘)에 대해서 좀더 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the PCA (Principal Component Analysis) algorithm and FCMA (Fuzzy c-means algorithm) applied to the present invention will be described in more detail.

PCA 방법은 다차원 데이터를 수학식 1과 같이 인간이 가시적으로 확인이 가능한 2차원이나 3차원의 데이터로 패턴을 매핑 하는 알고리즘이다. The PCA method is an algorithm that maps a pattern to two-dimensional or three-dimensional data that can be visually identified by a human, as shown in Equation (1).

Figure 112004053443120-PAT00005
Figure 112004053443120-PAT00005

여기서 X는 센서가 받아들인 입력 데이터이다. 이 때 N은 패턴의 수이고 L은 센서의 수이다. 이러한 N×L의 데이터를 이제 수학식 2와 같은 N×D의 데이터 형태로 바꾸게 된다.Where X is the input data received by the sensor. Where N is the number of patterns and L is the number of sensors. This N × L data is now changed to the N × D data form as shown in Equation (2).

Figure 112004053443120-PAT00006
Figure 112004053443120-PAT00006

여기서 Y는 매핑 데이터이고 D는 원하는 차원의 수이다. 만약 k=1, 2, ..., n이면 수학식 3을 이용해서 각각의 센서에 대한 평균을 구하게 된다.Where Y is mapping data and D is the number of dimensions desired. If k = 1, 2, ..., n, Equation 3 is used to calculate the average for each sensor.

Figure 112004053443120-PAT00007
Figure 112004053443120-PAT00007

여기서 n은 센서의 수이고 m은 패턴의 수이다. 그 평균 데이터를 가지고 수학식 4를 이용하여 입력에 대한 공분산 행렬(Covariance Matrix)를 구하게 된다. 공분산 행렬 C는 각각의 원소인 Cij가 모든 클래스(classes) 위에 중심점이 되어가도록 하기 위해서 입력 패턴 X에서 평균 벡터

Figure 112004053443120-PAT00008
를 빼어감에 따라 계산되어 진다.Where n is the number of sensors and m is the number of patterns. Using the average data, Equation 4 is used to obtain a covariance matrix for the input. The covariance matrix C is the mean vector in the input pattern X so that each element, C ij, is centered over all classes.
Figure 112004053443120-PAT00008
Calculated by subtracting

Figure 112004053443120-PAT00009
Figure 112004053443120-PAT00009

다음에는 k=1, 2, ..., n에 대한 고유치 λk와 고유 벡터 uk를 구한 다음 수학식 5와 같이 정의한다.Next, eigenvalues λ k and eigenvectors u k for k = 1, 2, ..., n are obtained, and then defined as in Equation 5.

Figure 112004053443120-PAT00010
Figure 112004053443120-PAT00010

계산된 λk중에서 (만약 3차원 매핑의 경우) 가장 큰 고유치 치 λ1, λ2 와 λ3를 선택하고 이와 연관되어 있는 고유 벡터 u1, u 2 u 3 를 주성분으로 해서 다차원 데이터를 원하는 3차원으로 매핑하게 되는 것이다.Select the largest eigenvalues λ 1 , λ 2, and λ 3 from the calculated λ k (if 3-D mapping), and use the eigenvectors u 1 , u 2, and u 3 as the principal components for multidimensional data. Mapping in three dimensions.

보통 3차원으로 매핑하게 되면 어느 정도의 특징을 가지고 있는 경우, 대부 분 데이터의 큰손실없이 매핑이 가능하다. In general, mapping in three dimensions allows some mapping without significant loss of data.

이 PCA 방법을 이용하면 시각적으로 클러스터링 분석이 가능하다. 하지만 새로운 데이터가 취득되었을 경우, 이 새로운 데이터가 어느 클러스터에 가까운가 혹은 어느 클러스터에 소속되어 있는 가를 정량적으로 판단하기 위해서는 별도의 알고리즘이 필요하다. This PCA method allows for clustering analysis visually. However, when new data is acquired, a separate algorithm is required to quantitatively determine which cluster is close to or belongs to which cluster.

이를 위해 본 발명에서는 PCA알고리즘을 이용해 구해진 3차원 고유 벡터를 기준으로 하여 구해진 3차원 데이터들을 FCM(Fuzzy C-Means)알고리즘을 이용하여 클러스터의 센터를 구하고, 구해진 클러스터의 센터를 이용하여 입력된 데이터의 소속도를 구하는 방식을 적용한다. To this end, in the present invention, three-dimensional data obtained based on the three-dimensional eigenvectors obtained using the PCA algorithm are obtained from the center of the cluster using the FCM algorithm, and the data inputted using the obtained center of the cluster. Apply the method of obtaining membership of.

기본적으로 FCM 알고리즘은 비지도 학습(Unsupervise learning) 이기는 하지만, 만약 냄새에 대한 표준 데이터를 미리 정의하여 놓았다면 같은 데이터에 대해서는 같은 클러스터로 결정될 수 있기 때문에 지도학습(Supervised learning)의 형태로 사용하는 것이 가능하다.Basically, the FCM algorithm is unsupervise learning, but if you predefine standard data on odor, it can be determined as the same cluster for the same data. It is possible.

별도의 k-means 알고리즘이나 FCM 알고리즘을 이용하여 정량화된 표현을 하는 것은 PCA 방법에서의 차원과 FCM 알고리즘의 차원이 다르기 때문에 시각적으로 분석된 데이터와 FCM 알고리즘에 의해 구해진 데이터와는 별도의 상관관계를 가지게 된다. 이렇게 PCA의 결과를 이용한 FCM의 사용은 PCA에 의해 표현가능한 시각적 데이터와 상관관계를 가지는 클러스터의 센터를 통해 새로 입력된 데이터의 각 클러스터 사이의 소속도를 구할 수 있게 된다. Quantifying the expression using a separate k-means algorithm or FCM algorithm has a different correlation between the visually analyzed data and the data obtained by the FCM algorithm because the dimensions of the PCA method are different from those of the FCM algorithm. Have. The use of the FCM using the results of the PCA enables to obtain the degree of belonging between each cluster of newly input data through the center of the cluster that correlates with the visual data represented by the PCA.

정량적 분석을 하기위한 FCM 알고리즘은 PCA 과정으로 매핑된 데이터를 입력 벡터로 하어 Yi의 요소인 y를 벡터로 표시하면When quantitative analysis of the FCM algorithm to display the elements in the Y i haeo the data mapped to the PCA process to an input vector by a vector y

Figure 112004053443120-PAT00011
Figure 112004053443120-PAT00011

여기서 n은 입력패턴수이고 PCA를 통해 3차원으로 줄인 행렬을 나타내고 있다. 다시 입력패턴으로만 표시하면 다음 수학식 7-1과 같고Where n is the number of input patterns and represents a matrix reduced in three dimensions by PCA. If it is displayed again as an input pattern, it is as shown in Equation 7-1.

[수학식 7-1]Equation 7-1

Figure 112004053443120-PAT00012
Figure 112004053443120-PAT00012

입력패턴 집합에 대한 클러스터의 중심은 다음의 수학식 7-2와 같이 나타낸다.The center of the cluster for the input pattern set is represented by Equation 7-2 below.

[수학식 7-2][Equation 7-2]

Figure 112004053443120-PAT00013
Figure 112004053443120-PAT00013

여기서 c는 클러스터 중심의 갯수이고 Yi의 i는 입력 패턴수 그리고 Zj의 j는 클러스터의 수이다. 따라서 i번째 패턴과 j번째 클러스터의 중심의 소속도 Wij 는 다음과 같이 나타낸다.Where c is the number of cluster centers, i of i is the number of input patterns, and j of j is the number of clusters. Therefore, the membership degree W ij of the center of the i-th pattern and the j-th cluster is expressed as follows.

Figure 112004053443120-PAT00014
Figure 112004053443120-PAT00014

Figure 112004053443120-PAT00015
Figure 112004053443120-PAT00015

Figure 112004053443120-PAT00016
Figure 112004053443120-PAT00016

위에서 각각의 패턴들은 서로 다른 소속도와 클러스터를 가질 수 있다. 그리고 수학식 9와 수학식 10에서와 같이 하나의 패턴에 대한 소속도의 총합은 1로 정규화되고, 각각의 패턴 소속도는 목적함수 Jm 이 최소가 되는 클러스터의 패턴을 찾는다.Each of the above patterns may have different membership and clusters. As shown in Equation 9 and Equation 10, the sum of the degree of belonging to one pattern is normalized to 1, and each pattern belonging degree finds a cluster pattern in which the objective function J m is minimum.

Figure 112004053443120-PAT00017
Figure 112004053443120-PAT00017

Figure 112004053443120-PAT00018
Figure 112004053443120-PAT00018

목적함수 Jm에서 dij는 입력패턴과 클러스터 중심 사이의 유클리드 거리(Euclidean distance)이다. 이것은 각각의 패턴에 대한 유사성을 측정한다. 여기서 m은 소속 가중치 지수(membership weighting exponent)이고 이 값의 선택에 대한 이론적이고 정당화된 법칙이 존재하지 않기 때문에 일반적으로 m 〓 2로 선택한다.D ij in the objective function J m is the Euclidean distance between the input pattern and the center of the cluster. This measures the similarity for each pattern. Where m is a membership weighting exponent and m 〓 2 is usually chosen because there is no theoretical and justified rule for choosing this value.

Bezdek가 제안한 FCM 알고리즘의 목적함수의 해를 구하는 방법은 다음과 같다.The solution of the objective function of the FCM algorithm proposed by Bezdek is as follows.

Figure 112004053443120-PAT00019
Figure 112004053443120-PAT00019

Figure 112004053443120-PAT00020
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Figure 112004053443120-PAT00021
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Figure 112004053443120-PAT00022
Figure 112004053443120-PAT00022

FCMA는 수학식 12와 수학식 13에 의해 분석적으로 해결되지 않고 수학식 13의 목적함수의 최소값을 근사화시키는 반복적인 알고리즘이다. 따라서 수학식 12와 수학식 13의 학습으로 최적의 값으로 수렴된다.FCMA is an iterative algorithm that approximates the minimum value of the objective function of Equation 13 without being solved analytically by Equations 12 and 13. Therefore, the learning values of equations 12 and 13 converge to optimal values.

이 알고리즘은 비지도 패턴인식 기술(unsupervised pattern recognition technique)이기 때문에 그에 맞는 학습 절차가 필요하다. 이 학습절차는 입력패턴의 클러스터 센터에 대한 소속도를 가져오고 클러스터 센터에 대한 각각의 입력패턴의 거리를 소속도로 나타낸다.Since this algorithm is an unsupervised pattern recognition technique, a corresponding learning procedure is required. This learning procedure brings the degree of belonging to the cluster center of the input pattern and indicates the distance of each input pattern to the cluster center.

학습을 위한 FCM 알고리즘 절차를 단계별로 정리하면 다음과 같다.The process of FCM algorithm for learning is summarized as follows.

1. 수학식 12를 통해 초기 소속함수 Z(0) 결정 및 클러스터 j와 패턴 i의 소속도 Wij 의 계산1. Determination of initial membership function Z (0) and calculation of membership degree W ij of cluster j and pattern i through Equation 12

2. 클러스터 중심 Z(k+1)의 계산2. Calculation of cluster center Z (k + 1)

3. ∥Z(k)-Z(k+1)∥의 계산3. Calculation of Z (k) -Z (k + 1) ∥

만약 ∥Z(k)-Z(k+1)∥>ε 면 k=k+1로 하고 다시 처음으로 돌아가고, 그렇지 않다면 알고리즘을 종료한다.If ∥Z (k) -Z (k + 1) ∥ε = k = k + 1, go back to the beginning, otherwise terminate the algorithm.

상술한 바와 같이, PCA과정을 통해 차원을 줄인 결과를 다시 FCM 알고리즘을 통한 클러스터링을 함으로써 기존 데이터에 대한 새로운 데이터의 소속감, 시각적인 효과 그리고 정량적인 결과값을 동시에 얻을 수 있었다.As described above, by clustering the results of the dimension reduction through the PCA process through the FCM algorithm, new sense of belonging, visual effects, and quantitative results of the existing data can be obtained simultaneously.

이러한 과정을 통해 미리 얻어진 표준 패턴들에 대한 클러스터의 중심과 각 표준 패턴들의 클러스터 소속도를 구할 수 있다. 여기서 구해진 클러스터 중심들은 미리 컴퓨터에 저장되어 미지의 샘플이 입력되었을 경우에 미지의 샘플에 대한 소속도를 구하기 위해 사용된다.Through this process, the center of the cluster with respect to the standard patterns obtained in advance and the cluster membership of each standard pattern can be obtained. The cluster centers obtained here are stored in the computer in advance and used to calculate the degree of belonging to an unknown sample when an unknown sample is input.

Figure 112004053443120-PAT00023
Figure 112004053443120-PAT00023

여기서 S는 미지의 샘플 벡터이며 j = 1, 2, … , c이며 표준 패턴의 중심과 샘플 패턴과의 소속도는 다음 수학식 15에 의해서 구할 수 있다. Where S is an unknown sample vector and j = 1, 2,... , c and the degree of belonging between the center of the standard pattern and the sample pattern can be obtained by the following equation (15).

Figure 112004053443120-PAT00024
Figure 112004053443120-PAT00024

수학식 15에서 Vj는 j번째 클러스터에 대한 샘플 벡터의 소속도를 나타낸다. In Equation 15, V j represents a degree of belonging of the sample vector to the j th cluster.

하기 표 3은 3인의 설문에 의해 구해진 냄새 데이터를 나타내는 것으로, 샘플로 정해진 3인에 의해 7개 기본 냄새의 표현인자를 결정하게 한 다음 이를 부호화하기 위한 데이터이다.Table 3 below shows the odor data obtained by three questionnaires, and the data for encoding seven basic odor expression factors by three persons determined as samples and then encoding them.

1One 22 33 44 55 66 77 88 99 100100 1111 1212 1313 1414 1515 1616 1717 181181 1919 2020 2121 2222 2323 2424 2525 2626 2727 2828 2929 3030 3131 3232 3333 3434 3535 3636 3737 3838 신향Tenderness 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 4040 1010 00 00 00 00 00 00 00 55 00 100100 00 300300 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 4242 00 1212 00 00 00 00 00 00 00 66 00 100100 00 3232 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 4545 00 1010 00 00 00 00 00 00 00 55 00 100100 00 3030 00 00 00 00 00 00 마늘향Garlic flavor 00 2020 3535 00 00 00 00 00 00 00 00 00 2020 00 00 00 00 6060 00 00 00 00 00 00 00 00 2323 00 6060 00 00 3939 00 00 00 00 00 00 00 2222 4040 00 00 00 00 00 00 00 00 00 1515 00 00 00 00 6262 00 00 00 00 00 00 00 00 2020 00 6262 00 00 4242 00 00 00 00 00 00 00 2727 2727 00 00 00 00 00 00 00 00 00 1818 00 00 00 00 5959 00 00 00 00 00 00 00 00 2222 00 6565 00 00 4343 00 00 00 00 00 00 암모 니아향Ammonia flavor 00 00 00 00 100100 9090 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 8080 5050 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 100100 00 00 00 00 100100 9292 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 8585 5555 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 100100 00 00 00 00 100100 9595 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 7575 4545 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 100100 아로마 향Aroma incense 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 8080 00 00 00 00 00 00 00 1010 6060 8080 9090 100100 1010 2525 9090 3030 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 8585 00 00 00 00 00 00 00 1313 6565 8282 9595 100100 88 2020 9292 2020 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 9090 00 00 00 00 00 00 00 1111 6060 8585 100100 9898 99 2222 8989 2525 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 탄내Bullet 00 5050 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 100100 7070 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 2020 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 5555 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 100100 7272 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 1515 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 6060 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 100100 7979 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 2222 00 00 00 00 00 00 00 00 00 레몬 -라임Lemon Lime 55 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 2020 00 00 00 00 00 00 00 4040 00 00 2020 1515 100100 2020 7070 6060 00 3535 00 00 00 3030 00 00 00 00 55 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 2222 00 00 00 00 00 00 00 3939 00 00 1919 1515 100100 1818 7070 6262 00 3737 00 00 00 2929 00 00 00 00 77 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 1818 00 00 00 00 00 00 00 3838 00 00 2121 1616 100100 1717 7373 6565 00 3030 00 00 00 3333 00 00 00 00 담배 냄새Smell of cigarette 00 8080 7070 3030 00 2020 00 00 00 00 1010 00 00 00 00 7070 9090 8080 00 00 00 00 00 00 00 00 00 1010 2020 00 00 00 00 00 00 00 00 3030 00 8282 7272 3535 00 1818 00 00 00 00 1111 00 00 00 00 7272 9292 8282 00 00 00 00 00 00 00 00 00 1010 1818 00 00 00 00 00 00 00 00 3131 00 8686 7878 4040 00 2222 00 00 00 00 1212 00 00 00 00 8080 8989 8888 00 00 00 00 00 00 00 00 00 1212 2222 00 00 00 00 00 00 00 00 3030

상기 표 3에서의 7개의 냄새가 PCA 알고리즘에 의해 3차원으로 축소 매핑된 데이터를 도 7에 그래픽으로 표현하였다. 도 7은 PCA 방법에 의해 3차원으로 매핑 된 데이터를 나타낸다. 또한, 도 8 및 표 4에 도시한 바와 같이, 임의의 사람에게 암모니아향과 레몬향을 맡게 한 후, 표현인자를 결정하게 한 후, 이를 부호화하고, FCM에 의해 미리 결정된 클러스터 센터에 의해 소속도를 결정하게 하였다. The seven odors in Table 3 are graphically represented in FIG. 7 shows data mapped in three dimensions by the PCA method. In addition, as shown in Fig. 8 and Table 4, after having a person in charge of ammonia and lemon scent, after determining the expression factor, it is encoded, it is encoded by the cluster center predetermined by the FCM Was determined.

미지의 냄새 1Smell of the Unknown 1 미지의 냄새 2Unknown Smell 2 신향의 소속도Affiliation 0.03210.0321 0.00230.0023 마늘향의 소속도Belonging to garlic flavor 0.03260.0326 0.00240.0024 암모니아향의 소속도Position of ammonia flavor 0.82510.8251 0.00160.0016 아로마향의 소속도Affiliation of Aroma 0.02160.0216 0.98570.9857 탄내향의 소속도Affiliation of Tan inward 0.03130.0313 0.00170.0017 레몬-라임향의 소속도Lemon-Lime Flavor 0.02720.0272 0.00450.0045 담배냄새의 소속도Position of tobacco smell 0.03020.0302 0.00190.0019

이 실험을 통해, FCM 알고리즘에 의해 감성적 판단이 서로 다른 사람들도 미리 결정된 일반적인 감성 데이터와 큰 차이없이 냄새데이타를 디코딩할 수 있다는 것을 알았다. 표 4에 나와 있듯이 미지의 냄새 1같은 경우 암모니아의 소속도에 약 83%을 가지며, 다른 데이터는 최대 3%이상이 되지 않기 때문에 완벽하게 암모니아로 판단할 수 있다. 또한, FCM 알고리즘을 이용하기 전에 모든 데이터를 3차원으로 매핑함으로써, 계산시간을 줄임과 동시에, 대표 냄새에 대한 차원을 축소시켜 적은 메모리 혹은 적은 전송량을 필요로 하게 된다.Through this experiment, it was found that even people with different emotional judgments can decode odor data by the FCM algorithm without any significant difference from predetermined general emotional data. As shown in Table 4, in case of unknown odor 1, it has about 83% of ammonia belonging, and other data can be judged perfectly as ammonia because it is not more than 3%. In addition, by mapping all the data in three dimensions before using the FCM algorithm, the computation time is reduced, and the dimension of the representative odor is reduced to require less memory or a small amount of transmission.

상술한 바와 같이, 본 발명의 냄새정보나 영상 이미지가 가지는 냄새의 느낌에 대한 표현인자를 부호화한 후 먼저 PCA에 의해 차원을 축소하고 FCMA에 의한 대표냄새에 의거하여 입력부호화정보를 복원하는 방법은 대표 냄새를 기억하기 위한 메모리의 용량을 줄일 수 있다.As described above, after encoding the expression factor for the odor feeling of the odor information or the video image of the present invention, the method first reduces the dimension by the PCA and restores the input encoding information based on the representative smell by the FCMA. It is possible to reduce the capacity of the memory for storing the representative smell.

상술한 바와 같이 본 발명의 시각 및 청각에 의한 비디오나 오디오 데이터 의 경우에서와 같이, 냄새정보나 영상 이미지가 가지는 냄새의 느낌에 대한 표현인자를 부호화한 후 먼저 PCA에 의해 차원을 축소하고 FCMA에 의한 대표냄새에 의거하여 입력부호화정보를 복원하는 방법은 메모리를 많이 차지하지 않고도 냄새정보를 복원할 수 있다. 그러나, 본 발명에 제시된 표현인자의 표현방법은 이에 한정되는 것은 아니고 다양한 변형예가 있을 수 있음은 당업자에게 명백하므로 각 변형예에 대해서는 설명을 생략하기로 한다. 본 발명에서는 냄새정보를 센싱하는 부분에 대해서는 상세히 설명하지는 않았지만, 본 발명의 냄새정보 처리 기술이 냄새정보를 센싱하는 센서에 연결되면 디지털적으로 냄새정보를 처리할 수 있게 되어, 원격으로 냄새정보를 판단할 수 있는 효과가 있다.As described above, in the case of video and audio data according to the visual and auditory aspects of the present invention, after encoding the expression factors for the smell of smell information or the smell of the video image, the dimension is first reduced by PCA and then The method of restoring the input encoding information based on the representative smell can restore the smell information without occupying much memory. However, the method of expressing the expression factors presented in the present invention is not limited thereto, and it will be apparent to those skilled in the art that various modifications may be made, and thus the description of each modification will be omitted. In the present invention, the part for sensing the odor information is not described in detail, but when the odor information processing technology of the present invention is connected to a sensor for sensing the odor information, the odor information can be processed digitally, and the odor information can be remotely controlled. There is an effect that can be judged.

Claims (4)

냄새정보나 영상 이미지가 가지는 냄새의 느낌을 디지털 복호화하는 방법에 있어서,In the method of digitally decoding the smell of the smell information or the image image, 대표 냄새의 인자표현에 따라 부호화를 수행하고 클러스터링에 의하여 대표 냄새의 센터값을 구하여 저장하는 단계;Performing encoding according to the factor expression of the representative odor and obtaining and storing the center value of the representative odor by clustering; 부호화되어 전송 입력되는 냄새정보를 받아, 주성분분석법에 의하여 인간이 가시적으로 확인이 가능한 차원축소된 데이터로 데이터의 패턴을 차원 축소 매핑하는 단계; 및Receiving the odor information encoded and transmitted and mapping the pattern of the data to dimensionally reduced data that can be visually identified by a human by principal component analysis; And 차원이 축소된 부호화 냄새정보를 클러스터링하여 대표 냄새의 센터값을 구하고, 저장된 대표 냄새의 센터값과 비교하여 입력된 냄새정보의 대표 냄새의 센터 값에 대한 소속도를 구하여 입력되는 냄새정보의 냄새를 판단하는 디지털 복호화방법.Obtain the center value of the representative odor by clustering the coded odor information with reduced dimensions, and compare the center value of the stored representative odor with the center value of the representative odor. Digital decoding method for judgment. 제1항에 있어서, 상기 냄새정보의 부호화는 The method of claim 1, wherein the encoding of the smell information is 인간이 냄새를 느끼고 말하는 다양한 형태의 언어표현을 냄새표현인자로 분류하는 단계;Classifying various forms of verbal expression as odor expression factors by which humans feel and speak odors; 상기 분류된 냄새표현인자에 코드를 대응시키는 단계;Mapping a code to the classified odor expression factor; 하나의 냄새를 표현하는 하나 이상의 냄새표현인자의 코드와 농도 또는 소속도를 정수형 또는 실수형으로 표현하는 단계를 포함하는 냄새정보 디지털 복호화방법.A method of digitally decoding odor information comprising the step of expressing the code and the concentration or the degree of belonging of one or more odor expression factors expressing one odor in an integer or a real number form. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 클러스터링은 FCMA(Fuzzy c-means algorithm)을 이용하여 수행되며, 아래의 수학식들에 의하여The method of claim 1 or 2, wherein the clustering is performed by using a fuzzy c-means algorithm (FCMA),
Figure 112004053443120-PAT00025
Figure 112004053443120-PAT00025
Figure 112004053443120-PAT00026
Figure 112004053443120-PAT00026
Figure 112004053443120-PAT00027
...수학식 12
Figure 112004053443120-PAT00027
... Equation 12
Figure 112004053443120-PAT00028
...수학식 13
Figure 112004053443120-PAT00028
... Equation 13
a) 수학식 12에 의해 초기 소속함수 Z(0) 결정 및 클러스터 j와 패턴 i의 소속도 Wij 을 계산하고a) Determining the initial membership function Z (0) and calculating the membership degree W ij of the cluster j and the pattern i by using Equation 12 b) 수학식 13에 의해 클러스터 중심 Z(k+1)을 계산하고b) calculate the cluster center Z (k + 1) by c) ∥Z(k)-Z(k+1)∥의 계산하고,c) ∥ Z (k) -Z (k + 1) ∥ 만약 ∥Z(k)-Z(k+1)∥>ε 면 k=k+1로 하고 다시 처음으로 돌아가고, 그렇지 않다면 알고리즘을 종료하여 클러스터 소속도를 구함을 특징으로 하는 냄새정보 디지털 복호화방법.If ∥Z (k) -Z (k + 1) ∥> ε k = k + 1 and go back to the beginning, otherwise, the algorithm is terminated to obtain cluster membership.
제1항 또는 제2항에 있어서, 실제 부호화된 냄새정보를 전송하는 경우, MPEG-7이나 MPEG-21에 의해 영상압축된 영상데이터 뒤에 냄새표현인자의 부호화 데이터를 메타데이터로 배열하여 전송함을 특징으로 하는 냄새정보 디지털 복호화방법.The method according to claim 1 or 2, wherein when the actual coded smell information is transmitted, encoded data of the smell expression factor is arranged as metadata after the image data compressed by MPEG-7 or MPEG-21. Digital information decoding method for odor information.
KR1020040094264A 2004-11-17 2004-11-17 Method of decoding encoded information of smell information or feeling of smell transferred from video image KR100665353B1 (en)

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