KR20120056954A - 뇌파 집중신호와 헤드틸트 센서 연동에 의한 뇌파게임 헤드셋 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 사람이 집중할때 뇌에서 발생하는 일정 주파수대를 가지는 뇌파신호세기의 강도 및 머리의 방향인식(약간의 상,하,좌,우 움직임)이 가능한 헤드틸트 센서를 이용하여 복잡한 기기제어 또는 뇌파 게임을 실시하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 뇌파 가운데 집중력과 관계된 뇌파신호(α-WAVES)만을 검출하여 구해진 값과, 헤드틸트 센서를 이용하여 머리의 X,Y,Z축에 관한 방향이동 인식값을 복합적 입력 신호로 이용하여 뇌파집중도의 강도신호 및 머리의 이동 만을 이용하여 어려운 제어가 가능한 뇌파 집중신호와 헤드틸트 센서의 복합 연동에 의한 뇌파게임 헤드셋에 관한 것이다.
본 발명에 의한 뇌파 집중신호와 헤드틸트 센서 연동에 의한 뇌파게임 헤드셋에 의하면 인간의 뇌에서 발생되는 뇌파 가운데 알파파만을 검출하여 그 출력 여부를 즉각적으로 확인 가능하며, 검출된 알파파 뿐만 아니라 헤드틸트를 이용하여 방향제어를 동시에 처리함으로 복잡한 게임의 조정이 가능하다. 또한 검출된 뇌파는 헤드셋형 제어기를 통해 뇌파게임을 실시 함으로 전문가의 분석없이 간단하고 명확하게 시각적으로 알파파 확인이 가능한 효과가 발생한다.

Description

뇌파 집중신호와 헤드틸트 센서 연동에 의한 뇌파게임 헤드셋{A HEADSET FOR BRAIN WAVE GAME BY BRAIN WAVES AND HEAD TILT SENSOR}
본 발명은 인간이 집중할 때 뇌에서 발생하는 일정 주파수대를 가지는 뇌파신호 및 방향인식이 가능한 헤드틸트 센서를 이용하여 복잡한 뇌파 게임을 실시하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 뇌파 가운데 집중력과 관계된 뇌파신호(α-WAVES : 이하 ‘알파파’라 함)만을 검출하여 구해진 값과, 헤드틸트 센서를 이용하여 머리의 X, Y, Z축에 관한 방향이동 인식값을 복합적 입력 신호로 이용하여 뇌파 및 머리의 이동(약간의 상,하,좌,우 이동) 만을 이용하여 게임을 할 수 있도록 제어가 가능한 뇌파 집중신호와 헤드틸트 센서 복합 연동에 의한 뇌파게임 헤드셋에 관한 것이다.
일반적으로 뇌파는 인간의 두피에서 측정되는 수십 마이크로 볼트의 전위차와 주로 0.5~40헤르츠 이하의 주파수를 지닌 파장으로서, 인간의 의식 상태를 반영하는 물리값이다. 뇌파는 그 주파수에 따라 몇가지 종류로 나눌 수 있는데, 주파수별로 뇌파 신호를 분류할 경우 다음과 같이 분류 가능하다.
0.5 내지 4Hz의 주파수를 지닌 뇌파는 δ파로서, 정상 수면상태 혹은 갓난아이 에게서 주로 나타나며, 4-8Hz의 주파수를 지닌 뇌파인 θ파는 정서적으로 불안한 상태에 있거나 학습장애를 지닌 청소년 등 주위가 산만할 경우 대표적으로 나타난다. 반면, 8-13Hz의 주파수를 지닌 α파는 정신적으로 안정되고 눈을 감고 집중 하고 있는 상태에서 뚜렷이 나타나며 마지막으로 14Hz 이상의 주파수를 지닌 뇌파인 β파는 정신활동을 하는 동안이나 긴장상태 시 나타난다.
이상에서 설명한 뇌파신호중 α파(알파파) 영역의 뇌파는 심리적으로 안정되고 집중력을 높이는 것으로 알려져 있기 때문에 알파파의 출현비를 높이려는 연구가 활발히 진행되고 있으며 특히 알파파를 이용한 뉴로피드백(neurofeedback) 훈련에 관한 연구 및 이 이론을 뒷받침하는 장치들이 다양한 방면으로 활발하게 개발되어져 왔으며, 종래의 뇌파를 이용한 외부기기 제어 시스템에 대한 기술은 대한민국특허청 등록특허 제10-0397374호, 제10-0696275호, 공개특허 제2005-0020144호, 제2002-0068681호 등에 개시된 바 있다.
본 발명은 뇌파 집중신호의 강약 데이터 및 헤드틸트 센서에 의한 위치 데이터를 복합 검출하는 헤드셋 장치로부터 검출된 신호를 블루투스및 근거리 무선 모듈을 통하여 무선으로 전달하고, 수신된 신호를 이용하여 모니터 및 디스플레이 장치를 통해 복잡한 뇌파게임을 제어하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 사용자로부터 뇌파를 검출하여 뇌파 분석용 MCU(Micro Controller Unit:이하 MCU)를 통해 분석된 주파수별 뇌파신호 가운데 집중력과 관계된 알파파 및 방향제어가 가능한 헤드틸트 센서를 함께 이용하여 뇌파게임을 실시하는 것을 특징으로 하는 뇌파 집중신호와 헤드틸트 센서 연동에 의한 뇌파게임 헤드셋에 관한 것이다.
그러나, 종래의 뇌파게임 장치에 관한 기술은 다음과 같은 문제점이 있었다.
(1) 알파파의 출력여부를 즉각적으로 확인 하는 것이 어렵다.
(2) 검출된 뇌파를 이용한 기기제어를 실시함에 있어서, 제어 가능한 입력신호가 한정되어 있으므로 복잡한 제어에는 한계가 있다.
(3) 검출된 뇌파를 이용한 집중도를 높이는 학습에 있어서, 그 실시방법 및 결과의 확인이 간단하지 않음으로 전문가의 분석이 필요하다.
상기한 문제점을 극복하기 위해서, 본 발명은 뇌파 집중신호 및 헤드틸트 센서를 이용한 이동방향 신호를 검출하는 검출부와;
상기 검출부에서 검출된 각각의 신호를 분석 및 송신 가능한 신호로 처리하는 송신 신호 처리부와;
상기 송신 신호 처리부로부터 처리된 신호의 분석 및 전송 제어신호를 발생하는 제어부와;
상기 제어부로부터 출력된 신호를 송신 처리하는 RF송신부와;
상기 RF송신부에서 보낸 신호를 수신하는 RF수신부와;
상기 RF수신부를 통하여 수신된 신호를 처리하는 수신 신호 처리부와;
처리된 신호의 저장 및 신호해석을 담당하는 데이터부와;
사용자의 눈으로 확인이 가능하도록 모니터 출력을 담당하는 출력부로 구성되는 뇌파게임 시스템에 있어서,
상기 처리부는 뇌파 집중신호와 헤드틸트 센서로부터 입력되는 방향신호를 동시에 처리함에 의해 뇌파 입력신호의 유무만을 파악하는 단순한 기능 뿐 아니라 집중도에 따른 뇌파의 강약 신호와 머리이동에 따른 방향신호를 이용한 근거리 게임이나 복잡한 제어가 가능한 것을 특징으로 하는 뇌파 집중신호와 헤드틸트 연동에 의한 뇌파게임 헤드셋.
또한, 뇌파 신호가운데 집중력과 관계된 알파파만을 검출하기 위한 장치로는,
검출부로부터 검출된 뇌파신호를 증폭하는 신호증폭 단계와;
상기 신호증폭 단계에서 증폭된 신호가운데 Noise제거 및 알파파만을 검출하기 위한 필터처리 단계와;
상기 필터처리 단계를 거쳐 검출된 알파파 신호를 A/D변환기를 이용하여 분석 가능한 디지털 신호로 변환시켜 주는 A/D변환단계로 구성된다.
본 발명에 의한 뇌파 게임을 위한 방향인식이 가능한 제어기에 의하면 다음과 같은 효과가 발생한다.
(1) 집중도와 관계된 알파파의 출력여부와 그 정도를 0~100점으로 수치적 표시가 가능하여 즉각적으로 확인 가능하고, 교육 학습 도구로 활용이 가능하다.
(2) 검출된 뇌파신호 뿐만 아니라 가속도센서를 이용한 방향제어를 통하여 컴퓨터나 기기등 제어에 활용도 가능하며, 복잡한 게임의 조정이 가능하다.
(3) 검출된 뇌파를 이용하여 헤드셋형 제어기를 통해 뇌파 게임을 실시함으로 간단하고 명확하게 시각적이고 수치적으로 알파파 세기나 유무 확인이 가능하며, 따라서 전문가의 분석이 없이 두뇌 학습이나 활용이 간단히 가능하다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 뇌파 집중신호와 헤드틸트 연동에 의한 뇌파게임 헤드셋의 예시도
도 2는 본 발명의 뇌파 집중신호와 헤드틸트 연동에 의한 뇌파게임 헤드셋의 전체 구성도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 뇌파 집중신호와 헤드틸트 연동에 의한 뇌파게임 헤드셋의 순서도.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 실시된 뇌파 집중신호와 헤드틸트 연동에 의한 뇌파게임 헤드셋의 모니터 화면 출력의 예시도.
본 발명은 뇌파 집중신호 및 헤드틸트 센서를 이용한 이동방향 신호를 검출하는 검출부(100)와;
상기 검출부(100)에서 검출된 각각의 신호를 분석 및 송신 가능한 신호로 처리하는 송신 신호 처리부(200)와;
상기 송신 신호 처리부로부터 처리된 신호의 분석 및 전송 제어신호를 발생하는 제어부(300)와;
상기 제어부(300)로부터 출력된 신호의 송신 및 수신을 처리하는 RF송신부(400)와;
상기 RF송신부(400)에서 보낸 신호를 수신하는 RF수신부(500)와;
상기 RF수신부(500)를 통하여 수신된 신호를 처리하는 수신 신호 처리부(600)와;
처리된 신호의 저장 및 신호해석을 담당하는 데이터부(700)와;
사용자의 눈으로 확인이 가능하도록 모니터 출력을 담당하는 출력부(800)로 구성되는 뇌파게임 시스템에 있어서,
상기 처리부(200)는 뇌파 집중신호와 헤드틸트 센서로부터 입력되는 방향신호를 동시에 처리함에 의해 뇌파 입력신호의 유무만을 파악하는 단순한 기능 뿐 아니라 방향신호를 이용한 복잡한 제어가 가능한 것을 특징으로 한다.
상기 검출부(100)는 뇌파 신호 측정장치(110)와 헤드틸트 센서(120)를 이용한 뇌파 신호 및 방향신호 정보를 검출한다.
상기 검출부(100)와 연결되어 검출된 신호의 전송을 위한 처리를 담당하는 송신신호 처리부(200)가 형성되는데, 상기 송신신호 처리부(200)는 뇌파 신호 측정장치(110)의 검출신호와 헤드틸트 센서(120)의 검출신호를 분리하여 뇌파신호 전달 시 송신신호 처리부(200)에서는 신호증폭부(210)에서 신호를 증폭시킨 후 이때 발생하는 불필요한 신호를 제거하기 위하여 필터처리(220)를 하고, 아날로그신호 인 뇌파신호를 A/D변환(230)하여 디지털 신호화 시켜 제어부(300)로 전달한다.
또 다른 검출신호인 방향신호가 송신신호 처리부(200)에 전달 시 3축 방향 감지부(260)를 통하여 X, Y, Z 축 방향정보를 생성하고, 상기 방향정보를 무선송신 하기 위해 신호증폭부(270)에서 신호를 증폭시킨 후, 필터처리(280)를 통해 불필요한 신호를 제거하여 좌표 값을 인식하기 위해 좌표 값 인식부(290)로 전달되어지고, 좌표값 인식부(290)에서 추출된 신호를 제어부(300)로 전달한다.
상기 제어부(300)에서는 뇌파분석부(310)를 통하여 동일한 주파수대에 존재하는 여러 종류의 파형을 검출하게 되고, 검출된 파에서 필요 없는 정보인 인체, 심장박동, 눈동자 움직임에 의한 노이즈 파형을 제거하며, 사용자가 집중 시 발생하는 알파파만을 신호발생부(320)로 전송제어 한다.
RF수신부(500)로 전송된 알파파 신호 및 방향인식 신호는 수신신호 처리부(600)로 전달되고, 수신신호 처리부(600)에서는 뇌파신호 분류기(610)와 방향신호 분류기(660)를 통하여 해당 신호로 분류하게 되며, 분류된 신호에서 뇌파신호를 사용하기 위해서 연산처리부(620)를 이용하여 연산처리 후 데이터부(700)로 전달 하여 데이터화 시키며, 방향신호 또한 데이터부(700)로 전달하여 데이터화 시키게 된다.
데이터부(700)로 전달된 뇌파신호와 방향신호는 데이터 저장부(710)에서 저장되고, 신호해석부(710)를 통하여 해석된 신호를 모니터 출력부(800)로 출력 하게 된다.
상기 모니터 출력부(800)를 통하여 실시된 예시는 도4 와 같이 표현할 수 있는데, 더욱 자세하게는, 머리의 기울기에 따라 기울기 센서가 위치를 감지하여 기울기에 따른 좌표 신호를 RF모듈을 통하여 무선으로 PC 무선수신부로 전송되어 모니터의 표적이 동일하게 움직이도록 하고, 뇌파 집중이 3초이상 상승신호 출력시에 모니터의 총알이 발사되어, 기울기센서의 좌표에 물체가 들어오게 되면 적중되어 점수가 올라가는 방법으로 게임이 실시될 수 있으며 또한 인터넷과 연결되어 다수의 사용자가 함께 실시 가능하다.
상기한 것과 같이 본 발명은 인간의 뇌에서 발생되는 뇌파 가운데 알파파만을 검출하여 그 출력 여부를 즉각적으로 확인 가능하며, 검출된 알파파 뿐만 아니라 헤드틸트를 이용하여 방향제어를 동시에 처리함으로 복잡한 게임의 조정이 가능하다. 또한 검출된 뇌파는 헤드셋형 제어기를 통해 뇌파게임을 실시 함으로 전문가의 분석없이 간단하고 명확하게 시각적으로 알파파 확인이 가능한 효과가 발생한다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만, 당업자라면 이러한 기재로부터 후술하는 특허청구 범위에 의해 포괄되는 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 다양한 변형이 가능하다는 것은 명백하다.
100 : 검출부
110 : 뇌파신호 검출부 120 : 3축 가속도 센서부
200 : 송신 처리부
210 : 신호증폭장치 220 : 필터 처리부 230 : A/D변환부
260 : 3축 방향 감지부 270 : 신호 증폭부
280 : 필터 처리부 290 : 좌표값 인식부
300 : 제어부
310 : 뇌파 분석부 320 : 신호발생부
400 : RF송신부 500 : RF수신부
600 : 수신 처리부
610 : 뇌파신호 분류 620 : 연산처리부
660 : 3축 가속도 신호 분류
700 : 데이터부
710 : 데이터 저장부 720 : 신호 해석부
800 : 모니터 출력

Claims (6)

  1. 뇌파 집중신호의 세기 및 헤드틸트 센서를 이용하여 이동방향 신호를 동시에 검출하는 검출부(100)와;
    상기 검출부(100)에서 검출된 각각의 신호를 분석 및 송신 가능한 신호로 처리하는 송신 신호 처리부(200)와;
    상기 송신 신호 처리부로부터 처리된 신호의 분석 및 전송 제어신호를 발생하는 제어부(300)와;
    상기 제어부(300)로부터 출력된 신호의 송신 및 수신을 처리하는 RF송신부(400)와;
    상기 RF송신부(400)에서 보낸 신호를 수신하는 RF수신부(500)와;
    상기 RF수신부(500)를 통하여 수신된 신호를 처리하는 수신 신호 처리부(600)와;
    처리된 신호의 저장 및 신호해석을 담당하는 데이터부(700)와;
    사용자의 눈으로 확인이 가능하도록 모니터 출력을 담당하는 출력부(800)로 구성되는 뇌파게임 시스템에 있어서,
    상기 처리부(200)는 뇌파 집중신호와 헤드틸트 센서로부터 입력되는 방향신호를 동시에 처리함에 의해 뇌파 입력신호의 유무만을 파악하는 단순한 기능 뿐 아니라 방향신호를 이용한 동시 제어가 가능한 것을 특징으로 하는 뇌파 집중신호와 헤드틸트 연동에 의한 뇌파게임 헤드셋 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 출력부(800)는 모니터와 같은 디스플레이 장치로 구성되며, 뇌파 집중신호와 방향신호를 동시에 입력받아 디스플레이 상에서 나타나는 물체(새, 동물 및 움직이는 형상)의 좌표를 확인하여 헤드셋에서 무선으로 보내온 신호와 좌표가 일치 되었을 시 득점을 표시하며 게임의 성적을 디스플레이 상에 실시간으로 나타낼 수 있도록 구성 되는 것을 특징으로 하는 뇌파 집중신호와 헤드틸트 복합 연동에 의한 뇌파게임 헤드셋 장치.
  3. 제1항에 있어서
    상기 출력부(800)는 뇌파헤드셋에서 보내오는 뇌파 집중도를 0~100으로 수치화 하여 측정하는 사용자의 뇌파집중도가 얼마인지 디스플레이 상에 나타날 수 있도록 하여 뇌파를 실시간 확인 할 수 있도록 구성 되는 것을 특징으로 하는 뇌파 집중신호와 헤드틸트 복합 연동에 의한 뇌파게임 헤드셋 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 송신 신호 처리부(200)는 신호증폭단계(210) 필터 처리부(220), A/D변환부(230), 3축 방향 감지부(260), 신호 증폭부(270), 필터 처리부(280), 좌표값 인식부(290)로 구성 되는것을 특징으로 하는 뇌파 집중신호와 헤드틸트 복합 연동에 의한 뇌파게임 헤드셋 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 놔파게임 헤드셋 장치를 이용하여 게임이나 기기제어시 뇌파 헤드셋의 밧데리 잔량과 사용시간 등 헤드셋의 상태 및 조건을 디스플레이 상에 표시하여 뇌파 게임의 운영 및 시스템 파악을 간단히 할수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 뇌파 집중신호와 헤드틸트 복합 연동에 의한 뇌파게임 헤드셋 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 놔파게임 헤드셋 장치를 이용하여 두뇌학습이나 게임 활용시 인터넷을 통하여 다수의 사용이 가능하도록 각각의 헤드셋에 IP를 부여 할 수 있고, 하나의 디스플레이에 다수의 인원이 동시에 접속하여 각각의 뇌파 집중도를 수치로 나타나는 것을 특징으로 하는 뇌파 집중신호와 헤드틸트 복합 연동에 의한 뇌파게임 헤드셋 장치.
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