KR20140020440A - Activity diagnosis apparatus and method of the same - Google Patents

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Abstract

An activity diagnosis apparatus of the present invention is able to reliably diagnoses the activity level of a subject in an unsupervised way without a pre-training about a system by including: a clustering unit which classifies multiple groups based on similarity of feature points which indicate the operation of the subject; and a diagnosis unit which diagnoses the activity level of the subject from the features of each group or the number of the groups.

Description

활동 진단 장치 및 방법{ACTIVITY DIAGNOSIS APPARATUS AND METHOD OF THE SAME}ACTIVITY DIAGNOSIS APPARATUS AND METHOD OF THE SAME}

본 발명은 활동 진단 장치 및 방법에 관한 것으로 피험자의 동작으로부터 피험자의 활동 수준을 신뢰성 있게 진단할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an apparatus and method for diagnosing an activity, and an apparatus and a method for reliably diagnosing the activity level of a subject from the operation of a subject.

건강에 대한 관심도가 증가하며 피험자의 활동수준을 진단하려는 시도로 the Short Form-36 Health Survey(SF-36) 등과 같은 설문조사 기반의 칼로리량을 추정하는 방법이 일반적이다.Increasing interest in health and attempting to diagnose the activity level of a subject is generally a method of estimating calories based on surveys such as the Short Form-36 Health Survey (SF-36).

일정 기간에 대해 피험자의 활동 내역을 설문조사하여 실제 활동별 에너지 소모값, MET(metabolic equivalent of task) 값으로 환산, 최종적으로 피험자의 칼로리 소모를 추정한다. 이후 이를 자동화한 제품이 상품화되었다. 이들 제품의 처리과정은 주로 가속도를 채택한 센서부에서 측정한 센서 신호를 일정주기별 Fast Fourie Transform 에너지 등으로 환산후 이를 MET와 사상시켜 피험자의 칼로리 소모를 실시간으로 추정한다.The subjects' activities are surveyed for a certain period of time, and converted into energy consumption values and metabolic equivalent of task (MET) values of actual activities. Finally, calorie consumption of the subjects is estimated. After that, an automated product was commercialized. The processing process of these products is to convert the sensor signal measured by the sensor part that adopts acceleration into Fast Fourie Transform energy for each period and map it with MET to estimate the calorie consumption of the subject in real time.

기존의 자동화 방식은 주로 운동량을 측정해 운동에서 발생하는 에너지를 계산 후, 에너지값을 근거로 활동을 대략적으로 분류하거나, 이를 생략하고 MET와 에너지값을 일대일 대응시킨다. 따라서 운동량의 계산은 가능하나, 피험자의 활동을 분류할 수 없으며, 설사 분류하더라도 에너지만을 판단의 기저로 삼기 때문에 부정확하다는 문제점이 발생한다.The existing automation method mainly calculates the energy generated from the exercise by measuring the amount of exercise, then roughly classifies the activity based on the energy value, or omits it and maps the energy value with the MET one to one. Therefore, it is possible to calculate the momentum, but it is not possible to classify the activity of the subject, and even if the diarrhea classification is used, only the energy is used as the basis of judgment, which is inaccurate.

이를 해결하기 위해 센서의 측정신호를 이용해 교사학습의 동작인식으로 활동 종류를 분류하려는 시도가 있었으나, 동작의 최소 단위가 모호하여 일정 수준의 인식률 달성을 위해 인식할 수 있는 동작 개수를 제약하거나 또는 인식기의 교사학습을 위한 데이터 수집이 곤란한 경우가 발생하여 결국 연구 수준에 머무르고 있다. 따라서 기존의 기술은 운동량과 함께, 활동의 종류가 주요 평가요소로 등장하는 고령화 진단 등에 적용하기에는 제약이 발생한다.In order to solve this problem, there has been an attempt to classify the activity type as the motion recognition of the teacher learning using the measurement signal of the sensor. However, it has been attempted to limit the number of recognizable motions for achieving a certain level of recognition rate because the minimum unit of motion is ambiguous, It is difficult to collect data for teacher learning. Therefore, the existing technology has limitations in applying to the aging diagnosis, in which the type of activity is the main evaluation factor along with the exercise amount.

한국공개특허공보 제2001-0099250호에는 주어진 상황에 대한 다양한 활동 정보를 통합적으로 사용자에게 제공할 수 있으며, 타인의 상황에 따른 정보를 분석하여 행동방식에 대한 정보를 제공하는 기술이 개시되고 있다. 그러나 피험자의 동작과 관련된 피험자의 활동수준을 진단하는 것과는 거리가 있다.
Korean Patent Laid-Open Publication No. 2001-0099250 discloses a technology for providing various kinds of activity information on a given situation in an integrated manner to users, and for providing information on behaviors by analyzing information according to the situation of other people. However, it is far from diagnosing the level of activity of the subject related to the subject's behavior.

한국공개특허공보 제2001-0099250호Korean Laid-Open Patent Publication No. 2001-0099250

본 발명은 피험자의 동작으로부터 피험자의 활동 수준을 신뢰성 있게 진단할 수 있는 활동 진단 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.The present invention is to provide an activity diagnosis apparatus and method capable of reliably diagnosing the activity level of the subject from the subject's operation.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are not intended to limit the invention to the precise forms disclosed. Other objects, which will be apparent to those skilled in the art, It will be possible.

본 발명의 활동 진단 장치는 피험자의 동작을 나타내는 특징점을 유사도에 근거하여 복수의 군집으로 분류하는 군집화부 및 상기 각 군집의 특징, 상기 군집의 개수, 특정 특징점별 군집의 분포도 중 적어도 하나로부터 상기 피험자의 활동 수준을 진단하는 진단부를 포함할 수 있다.The activity diagnosis apparatus of the present invention is characterized in that the activity diagnosis apparatus comprises a clustering section for classifying feature points representing an operation of a subject into a plurality of clusters based on the degree of similarity and a clustering section for clustering the clusters from at least one of the characteristics of the clusters, And a diagnosis unit for diagnosing the activity level of the patient.

본 발명의 다른 활동 진단 장치는 피험자의 동작을 나타내는 활동 데이터를 획득하기 위해 상기 피험자에 장착되는 감지부의 장착 위치, 상기 활동 데이터의 대표값인 특징점을 얼마의 기간을 주기로 획득할 것인가와 관련된 설정 기간, 상기 특징점을 산출하기 위해 상기 활동 데이터에 적용되는 연산 방식, 상기 설정 기간이 중복되는 정도를 나타낸 중복 구간 중 적어도 하나를 결정하는 설정부를 포함할 수 있다.Another activity diagnosis apparatus of the present invention includes a setting position of a sensing unit mounted on the subject in order to acquire activity data indicating an operation of a subject, a setting period related to how long a characteristic point, which is a representative value of the activity data, An operation method applied to the activity data to calculate the feature points, and a setting section for determining at least one of overlapping periods indicating the degree of overlapping of the setting periods.

본 발명의 활동 진단 방법은 피험자의 동작을 나타내는 활동 데이터를 획득하는 단계, 상기 활동 데이터 또는 상기 활동 데이터의 대표값인 특징점을 유사도에 근거하여 복수의 군집으로 분류하는 단계 및 상기 군집의 개수로부터 상기 피험자의 활동 수준을 진단하는 단계를 포함할 수 있다.The activity diagnosis method of the present invention may include obtaining activity data indicating a subject's motion, classifying the activity data or a feature point representing a representative value of the activity data into a plurality of clusters based on a similarity, and the number of clusters. Diagnosing the activity level of the subject.

본 발명의 다른 활동 진단 방법은 피험자의 복수 신체 부위에 감지부를 설치하는 단계, 상기 각 감지부로부터 복수의 설정 구간별로 획득된 활동 데이터에 서로 다른 연산을 적용하여 복수의 특징점 후보를 산출하는 단계, 상기 감지부의 설치 위치, 상기 설정 구간, 상기 특징점 후보, 상기 설정 기간이 중복되는 정도를 나타낸 중복 구간 중 적어도 하나에 대해 상기 각 비교 군집간 공분산과 상기 각 비교 군집 내 공분산의 비를 구함으로써 상기 감지부의 설치 위치, 상기 설정 구간, 상기 특징점 후보, 상기 설정 기간이 중복되는 정도를 나타낸 중복 구간 중 적어도 하나를 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
According to another aspect of the present invention, there is provided a method for diagnosing activity, comprising the steps of: installing a sensing unit on a plurality of body parts of a subject; calculating a plurality of minutiae candidates by applying different operations to the activity data acquired for each of the plurality of setting intervals, A ratio of the covariance between each comparison cluster to the covariance within each comparison cluster is calculated for at least one of overlapping sections indicating the overlapping degree of the set position, the setting section, the minutia point candidate, and the setting period of the sensing section, And setting the at least one of the setting position, the setting position, the minutiae point candidate, and the overlapping interval indicating the overlapping of the setting period.

본 발명의 활동 진단 장치 및 방법은 피험자의 동작을 나타내는 데이터를 군집화하고, 분류된 군집을 활동의 종류로 간주하여 피험자의 활동을 진단함으로써 시스템에 대한 사전 학습 없이, 즉 비교사 방식으로 피험자의 활동 수준을 진단할 수 있다.
The apparatus and method for diagnosing an activity of the present invention clusters data representing a subject's behavior, diagnoses the subject's activity by considering the classified cluster as a kind of activity, and performs the subject's activity in a comparative manner without prior learning of the system. Can diagnose the level.

도 1은 본 발명의 활동 진단 장치를 나타낸 블럭도이다.
도 2는 군집화부에 의해 군집화가 이루어진 특징점들을 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명의 활동 진단 방법을 나타낸 개략도이다.
도 4는 FR이 큰 경우와 작은 경우를 나타낸 개략도이다.
도 5는 본 발명의 활동 진단 장치에서 중복 구간, 설정 기간, 특징점 후보의 FR값의 변산도를 나타낸 개략도이다.
도 6은 본 발명의 활동 진단 장치에서 특징점 후보간 FR 비교 결과를 나타낸 개략도이다.
도 7은 본 발명의 활동 진단 장치에서 감지부의 장착 위치간 FR 비교 결과를 나타낸 개략도이다.
도 8은 본 발명의 활동 진단 장치의 외적 구성을 나타낸 개략도이다.
1 is a block diagram showing an activity diagnosis apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a schematic view showing characteristic points where clustering is performed by clustering units.
Fig. 3 is a schematic view showing the activity diagnosis method of the present invention.
4 is a schematic view showing a case where FR is large and a case where FR is small.
5 is a schematic diagram showing the degree of variance of the FR value of the redundant section, the setting period, and the minutiae candidate in the activity diagnosis apparatus of the present invention.
Fig. 6 is a schematic diagram showing the results of FR comparison between feature point candidates in the activity diagnosis apparatus of the present invention. Fig.
7 is a schematic view showing the result of FR comparison between the mounting positions of the sensing units in the activity diagnosis apparatus of the present invention.
8 is a schematic diagram showing an external configuration of the activity diagnosis apparatus of the present invention.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The sizes and shapes of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience. In addition, terms defined in consideration of the configuration and operation of the present invention may be changed according to the intention or custom of the user, the operator. Definitions of these terms should be based on the content of this specification.

도 1은 본 발명의 활동 진단 장치를 나타낸 블럭도이다.1 is a block diagram showing an activity diagnosis apparatus of the present invention.

도 1에 도시된 활동 진단 장치는 피험자의 동작을 나타내는 특징점을 유사도에 근거하여 복수의 군집으로 분류하는 군집화부(150) 및 각 군집의 특징 또는 군집의 개수로부터 피험자의 활동 수준을 진단하는 진단부(170)를 포함할 수 있다.The activity diagnostic apparatus shown in FIG. 1 includes a clustering unit 150 for classifying feature points representing the subject's behavior into a plurality of clusters based on the degree of similarity, and a diagnosis unit 150 for diagnosing the activity level of the subjects from the characteristics or the number of clusters of the clusters (Not shown).

진단부(170)에서 진단된 활동 수준은 노화 진단, 활동량 진단 등에 이용될 수 있다.The level of activity diagnosed by the diagnosis unit 170 can be used for diagnosis of aging, diagnosis of activity, and the like.

피험자의 동작 인식에 기반한 노화 진단 방식은 인식률의 성능은 차치하고 진단 장치 설계시 다음과 같은 본질적인 한계를 갖는다.The aging diagnosis method based on the motion recognition of a subject has inherent limitations in the design of the diagnostic apparatus as well as the performance of the recognition rate.

우선 교사 학습 형태의 인식기 설계는 구분하고자 하는 클래스의 설정을 전제로 한다. 즉, 인간의 행동을 몇 가지 클래스로 구분해야 하는데 연속적으로 진행되는 행동을 구분하는 것이 쉽지 않다.First, the design of the recognizer for the teacher learning type is based on the setting of the class to be classified. In other words, it is not easy to classify human behavior into several classes.

두번째, 행동을 몇 가지 동작 단위로 구분을 하여도 동일한 동작의 다양한 변형을 같은 클래스로 묶는 것과 다양한 피험자로부터 얻어낸 신호 차원의 데이터를 일반화시키는 것 역시 풀리지 않는 난제이다.Second, even if the behavior is divided into several units of motion, it is also difficult to group the various variants of the same behavior into the same class and generalize the signal-dimensional data obtained from the various subjects.

끝으로 앞에서 지적한 두 가지 난제가 해결되더라도 진단 장치를 학습시키기 위해 데이터를 수집하고 대용량의 데이터에 클래스 단위의 주석을 다는 것 역시 어려운 일이다.Finally, it is also difficult to collect data and to annotate large quantities of data in class units to learn the diagnostic device, even if the two problems mentioned above are resolved.

이에 대한 대책으로 본 발명은 피험자가 구사 가능한 활동을 구체적으로 정의하지 않는 활동 수준을 노화 진단의 측정 지표로 삼고 새로운 활동 수준 모델로서 비교사 학습 기반의 군집 모델을 제안한다.As a countermeasure against this, the present invention proposes a population model based on a comparative learning as a new activity level model, taking the level of activity in which the subject does not specifically define the activity as a measure of aging diagnosis.

피험자가 구사 가능한 활동의 개수는 노화 정도에 반비례하는 것으로 전제로 한다. 이러한 전제는 기존 노화 진단을 위한 설문조사 ADL, IADL을 통해 입증되었음을 언급한다.The number of activities that the subject can use is assumed to be inversely proportional to the degree of aging. This premise is documented by the existing surveys for aging diagnosis, ADL and IADL.

피험자의 동작을 시각적으로 구분하는 것은 어려운 일이나 수집된 신호 차원에서 신호의 표상화를 통해 피험자의 동작을 신호별 유사성을 기준으로 분류하는 것은 용이하다.It is difficult to visually distinguish the subject's movements, but it is easy to classify the subject's movements based on signal similarity through signal representations at the collected signal level.

신호별 유사성을 기준으로 분류한 신호패턴을 군집화 알고리즘을 통해 분류하면 신호 차원의 유사 패턴 군집 개수를 파악할 수 있으며 이를 피험자가 구사 가능한 동작의 개수로 추정할 수 있다. 결과적으로 이러한 과정을 통해 파악한 신호 차원의 유사 패턴 군집 개수와 군집별 특징, 군집간 연결 특징, 특정 특징점별 군집 분포도 등을 AL(Activity Level)로 정의한다.Classification of signal patterns classified by signal similarity by clustering algorithm can be used to estimate the number of similar pattern clusters in the signal dimension and estimate it as the number of possible actions by the subject. As a result, the AL (activity level) is defined as the number of similar pattern clusters in the signal dimension, the characteristics of the cluster, the connection characteristics between the clusters, and the cluster distribution by specific feature points.

피험자의 동작은 다양한 방법으로 획득될 수 있다. 이때 피험자의 동작은 많은 데이터를 포함하고 있는데, 효율적인 처리를 위해 피험자의 동작을 대표하는 특징점을 이용할 수 있다. 특징점은 최소한의 점, 위치 정보, 속도 정보 등으로 피험자의 동작을 표현한다.The subject's motion can be obtained in a variety of ways. At this time, the subject's motion includes a lot of data, and feature points representing the subject's motion can be used for efficient processing. The feature point expresses the subject's motion with minimum point, position information, speed information, and the like.

특징점을 이용함으로써 군집화부(150), 진단부(170) 등의 후처리부의 처리 부하를 경감시킬 수 있으며, 보다 명확한 정보를 제공할 수 있다.By using the minutiae points, the processing load of the post-processing unit such as the clustering unit 150 and the diagnosis unit 170 can be reduced, and more clear information can be provided.

특징점과 관련하여 활동 진단 장치는 감지부(110)와 추출부(130)를 더 포함할 수 있다.The activity diagnosis apparatus may further include a sensing unit 110 and an extraction unit 130. [

감지부(110)는 피험자의 동작을 감지하고, 피험자의 동작을 나타내는 활동 데이터를 출력한다. 감지부(110)는 하나 이상의 센서를 포함할 수 있다. 감지부는 각 센서로별로 감지 결과를 출력할 수도 있고, 센서의 조합으로 얻어진 신호 결과를 출력할 수도 있다. 감지부(110)는 가속도 센서를 포함할 수 있다. 가속도 센서를 통해 측정된 피험자의 활동 데이터는 가속도의 크기로 중력값이 포함된 것일 수 있다. 중력값은 피험자의 동작과 무관하므로 배제될 수 있다. 이를 위해 활동 진단 장치는 가속도 센서에서 출력된 활동 데이터에 포함된 중력값을 제거하는 전처리부(120)를 포함할 수 있다. The sensing unit 110 senses the motion of the subject and outputs activity data indicating the motion of the subject. The sensing unit 110 may include one or more sensors. The sensing unit may output the sensing result by each sensor, or may output the signal result obtained by the combination of the sensors. The sensing unit 110 may include an acceleration sensor. The activity data of the subject measured through the acceleration sensor may include the gravity value as the magnitude of the acceleration. The gravity value can be excluded because it is independent of the subject's movement. For this purpose, the activity diagnosis apparatus may include a preprocessing unit 120 for removing the gravity value included in the activity data output from the acceleration sensor.

전처리부(120)는 또한 중력값 외의 기타 잡음을 제거할 수 있다. 이를 위해 전처리부(120)는 저주파 대역 필터를 포함할 수 있다. 피험자의 일반적인 활동 가속도는 20Hz 미만이므로, 전처리부(120)의 저주파 대역 필터는 20Hz 이상의 신호를 제거할 수 있다.The preprocessing unit 120 may also remove other noise other than the gravity value. For this, the pre-processing unit 120 may include a low-frequency band filter. Since the general activity acceleration of the subject is less than 20 Hz, the low-frequency band filter of the preprocessing unit 120 can remove signals of 20 Hz or more.

전처리부(120)는 수학식 1에서와 같이 X, Y, Z축에서 같은 시점에 감지부(110)로부터 수집된 가속도 신호를 3차원 벡터로 보고 벡터의 크기를 구한 후 중력값을 배제할 수 있다. The preprocessing unit 120 may calculate the magnitude of the vector of the acceleration signal collected from the sensing unit 110 at the same time in the X, Y, and Z axes as a three-dimensional vector as shown in Equation 1, have.

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서, 절대값 A는 활동 데이터이고,Here, the absolute value A is activity data,

ax는 X축에 대한 가속도이며,a x is the acceleration with respect to the X axis,

ay는 Y축에 대한 가속도이고,a y is the acceleration with respect to the Y axis,

az는 Z축에 대한 가속도이며,a z is the acceleration along the Z axis,

9.8은 중력값이다.9.8 is the gravity value.

추출부(130)는 활동 데이터로부터 최소한의 점으로 피험자의 동작을 표현하는 특징점을 추출할 수 있다. 특징점은 다양한 방안으로 추출될 수 있으며, 이하에 개시되는 방안은 예시적인 것을 환기한다.The extractor 130 may extract a feature point representing the subject's motion with a minimum number of points from the activity data. The minutiae can be extracted in various ways, and the methods described below recall the illustrative ones.

특징점은 설정 기간동안 감지부(110)로부터 획득된 활동 데이터를 대상으로 Mean, Variance, Skewness, Kurtosis, Median, Mean Absolute Deviation, Activity Count, Frequency domain Energy, Time domain Energy, Signal Magnitude Area, Spectral Entropy 등의 연산을 적용함으로써 획득될 수 있다.The minutiae include a mean, a variance, a skewness, a kurtosis, a median, a mean absolute deviation, an activity count, a frequency domain energy, a time domain energy, a signal magnitude area, a spectral entropy Lt; / RTI >

Mean은 데이터의 분포에 대한 산술적인 평균을 나타내는 척도로 일반적으로 수학식 2로 나타낼 수 있다.Mean is a measure of the arithmetic mean of the distribution of data and can generally be expressed as: " (2) "

Figure pat00002
Figure pat00002

Variance는 데이터 분포의 변산도를 나타내는 척도로 일반적으로 수학식 3으로 나타낼 수 있다.Variance is a measure of the degree of variability of the distribution of data and can generally be expressed as Equation (3).

Figure pat00003
Figure pat00003

Skewness는 데이터의 분포의 치우침을 나타내는 척도로 일반적으로 수학식 4로 나타낼 수 있다.Skewness is a measure of the skewness of the distribution of data and can be represented by Equation 4.

Figure pat00004
Figure pat00004

Kurtosis는 데이터의 분포의 첨예도를 나타내는 척도로 일반적으로 수학식 5로 나타낼 수 있다.Kurtosis is a measure of the sharpness of the distribution of data and can be generally expressed by Equation (5).

Figure pat00005
Figure pat00005

Median은 데이터의 중간값을 나타내며, Mean과 비교하여 고주파 잡음의 영향에 둔감하다. Median은 일반적으로 수학식 6으로 나타낼 수 있다.Median represents the median of the data and is insensitive to the effects of high-frequency noise compared to Mean. Median can be generally expressed by Equation (6).

Figure pat00006
Figure pat00006

Mean Absolute Deviation(MAD)은 평균 절대 편차이며 Variance에 비해 고주파 잡음의 영향에 둔감하다. MAD는 일반적으로 수학식 7로 나타낼 수 있다.Mean Absolute Deviation (MAD) is the mean absolute deviation and is insensitive to the effects of high frequency noise compared to the variance. MAD can be generally expressed by Equation (7).

Figure pat00007
Figure pat00007

Activity Count는 일정 구간에서 특정값을 한계값으로 설정해두고, 그 한계값 이상으로 나타나는 신호의 횟수를 셈하는 것을 뜻한다. 그러나 계산의 편의를 위해 일정 구간의 데이터에서 가장 높은 값을 대표값으로 취하고 있다. Activity Count는 수학식 8로 나타낼 수 있다.Activity Count means to set a specific value as a threshold value in a certain interval, and to count the number of signals appearing above the threshold value. However, for convenience of calculation, the highest value is taken as the representative value in the data of the predetermined interval. Activity Count can be expressed by Equation (8).

Figure pat00008
Figure pat00008

Frequency domain Energy는 주파수 영역에서 계산한 에너지로 수학식 9로 나타낼 수 있다.Frequency domain energy is energy calculated in the frequency domain and may be represented by Equation 9.

Figure pat00009
Figure pat00009

Time domain Energy는 시간 영역에서 계산한 에너지로 수학식 10으로 나타낼 수 있다.Time domain energy is energy calculated in the time domain and may be represented by Equation 10.

Figure pat00010
Figure pat00010

Signal Magnitude Area(SMA)는 축별로 신호의 절대값을 구한 후 합산한 값으로 수학식 11로 나타낼 수 있다.The Signal Magnitude Area (SMA) is obtained by calculating the absolute value of the signal for each axis and then adding the signal.

Figure pat00011
Figure pat00011

Spectral Entropy는 FFT(fast Fourier transform)를 통해 신호의 스펙트럼을 구한 후 각 주파수 계수의 합을 1로 두고 구한 주파수 계수의 확률 분포에 대해 구한 엔트로피로 수학식 12로 나타낼 수 있다.The spectral entropy can be expressed by Equation (12) as the entropy obtained for the probability distribution of the frequency coefficients obtained by obtaining the spectrum of the signal through the FFT (fast Fourier transform) and taking the sum of the frequency coefficients as 1.

Figure pat00012
Figure pat00012

추출부(130)는 위 수학식 2 내지 12에서 산출한 특징점의 조합으로 특징점 벡터 X =(x1,x2,...,xd)T를 만든다. 특징점 벡터의 차원이 증가할수록 군집화부(150)에서 이루어지는 분류 및 군집화의 정확성이 증가한다.The extracting unit 130 generates a feature point vector X = (x 1, x 2 , ..., x d ) T by a combination of the feature points calculated in the above Equations (2) to (12). As the dimension of the feature point vector increases, the accuracy of classification and clustering in the clustering unit 150 increases.

군집화부(150)는 피험자의 동작을 나타내는 활동 데이터 또는 특징점을 유사도에 근거하여 복수의 군집으로 분류할 수 있다.The clustering unit 150 may classify activity data or feature points representing a subject's motion into a plurality of clusters based on similarity.

군집화의 목표는 같은 군집 내의 샘플은 서로 가깝고 다른 군집에 속한 샘플 사이의 거리는 멀게 하는 것이다. 따라서, 군집화부에서 거리 개념은 중요하고 여러 계산 방법이 존재한다. 선택된 계산 방법에 따라 군집화의 결과는 달라진다. 따라서 주어진 문제에 적합한 거리 측정 방법을 선택하는 것이 중요하다. 거리와 유사도는 반대 개념이고 하나를 알면 다른 것은 공식을 이용하여 쉽게 계산할 수 있다.The goal of clustering is to make the samples in the same cluster close to each other and the distance between the samples belonging to different clusters to be far apart. Therefore, the concept of distance in clustering is important and there are several calculation methods. Depending on the selected calculation method, the result of clustering is different. Therefore, it is important to choose the appropriate distance measurement method for the given problem. Distance and similarity are the opposite concepts, and knowing one can easily calculate the other using the formula.

군집화부(150)는 활동 데이터 또는 특징점에 대한 사전 지식 없이 유사도에 근거하여 활동 데이터 또는 특징점의 군집을 형성하거나 분류할 수 있다. 군집화부(150)에서 이루어지는 군집화를 위해서는 거리 척도와 군집화 알고리즘이 필요하다. 거리 척도는 유사도와 반비례 관계가 있으므로 거리 척도는 곧 유사도로 나타낼 수 있다.The clustering unit 150 may form or classify clusters of activity data or feature points based on similarity without prior knowledge of activity data or feature points. The clustering in the clustering unit 150 requires a distance measure and a clustering algorithm. Distance scale is inversely related to similarity, so distance scale can be expressed as similarity.

유사도는 코사인 유사도, 이진 특징 벡터의 유사도 등의 수학식을 이용할 수 있다.The similarity may be expressed by a mathematical expression such as a cosine similarity degree, a similarity degree of a binary characteristic vector, or the like.

코사인 유사도는 문서 검색 등에 사용되며 특정 단어가 특징이되고, 특정 단어의 출현빈도가 특징점이 될 수 있다. 코사인 유사도는 다음의 수학식 13으로 나타낼 수 있다.The cosine similarity is used for document retrieval and the like, and a specific word is featured, and the appearance frequency of a specific word can be a feature point. Cosine similarity can be represented by the following equation (13).

Figure pat00013
Figure pat00013

이진 특징 벡터는 다음의 수학식 14로 나타낼 수 있다.The binary feature vector can be expressed by the following equation (14).

[수학식 14]&Quot; (14) "

Figure pat00014
Figure pat00014

유사도와 거리는 다음의 수학식 15를 통해 상호 변환될 수 있다.The similarity and distance can be transformed through the following equation (15).

Figure pat00015
Figure pat00015

s는 유사도이고, d는 거리이다. 아래첨자의 max는 최대값을 나타낸다.s is the similarity, and d is the distance. The subscript max indicates the maximum value.

군집화는 구분하려고 하는 비교사 학습의 일종으로 특징점 등 sample들에 대한 지식 없이 유사도에 근거하여 특징점 등 sample의 군집을 형성하거나 분류한다. 군집화를 위해서는 유사도가 필요하다. 유사도는 거리 척도와 반비례 관계에 있다. 따라서, 유사도를 구해 거리 척도로 변환하거나 거리 척도를 바로 구한 후 거리 척도를 이용하는 군집화 알고리즘을 적용할 수 있다.Clustering is a type of comparative company learning to classify and forms or classifies a cluster of samples such as feature points based on similarity without knowledge of samples such as feature points. Similarity is required for clustering. The degree of similarity is inversely related to the distance scale. Therefore, it is possible to apply a clustering algorithm that uses the distance scale after finding the similarity and converting it to the distance scale or the distance scale directly.

거리 척도는 Minkowski 거리, 유클리디언 거리, 맨하탄 거리, Hamming 거리 등을 적용하여 획득될 수 있다.The distance scale may be obtained by applying Minkowski Street, Euclidean Street, Manhattan Street, Hamming Street, and the like.

정리하면, 군집화부(150)는 각 특징점 간의 Minkowski 거리, 유클리디언 거리, 맨하탄 거리, Hamming 거리 등으로부터 유사도를 산출할 수 있다.In summary, the clustering unit 150 may calculate the similarity from the Minkowski distance, Euclidean distance, Manhattan distance, Hamming distance, etc. between each feature point.

또한, 군집화부(150)는 유사도 또는 유사도를 변환한 거리 척도에 근거하는 계층 군집화 알고리즘, 분할 군집화 알고리즘, 신경망 방식 알고리즘, 통계적 탐색 알고리즘 등을 이용해 특징점을 군집화할 수 있다.In addition, the clustering unit 150 may cluster the feature points using a hierarchical clustering algorithm, a partitioned clustering algorithm, a neural network algorithm, a statistical search algorithm, or the like based on the similarity or the distance measure converted from the similarity.

군집 해 C2={c21, c22,..., c2n}의 모든 군집 c2i가 다른 군집 해 C1={c11, c12,..., c1k}에 속한 군집의 부분 집합일 때 C2는 C1에 포함된다고 말한다. 예를 들어 C2 = {{x1, x3, x6}, {x2}, {x4, x5}}는 C1 = {{x1, x3, x6}, {x2, x4, x5}}에 포함된다. 이때, n>k이다. 계층 군집화 알고리즘은 이러한 포함 관계를 군집화 결과로 출력한다. 계측 군집화 알고리즘에는 작은 군집들에서 출발하여 이들을 모아 나가는 응집 방식과 큰 군집에서 출발하여 이들을 나누어 나가는 분열 방식이 있다...., c 2n } is the part of the cluster belonging to the different clusters C 1 = {c 11 , c 12 , ..., c 1k }, and all the clusters c 2i of the clusters C 2 = {c 21 , c 22 , When set, C 2 is said to be included in C 1 . For example, C 2 = {{x 1 , x 3 , x 6 }, {x 2 }, {x 4 , x 5 }} gives C 1 = {{x 1 , x 3 , x 6 }, {x 2 , x 4 , x 5 }}. At this time, n> k. The layer clustering algorithm outputs the clustering result as clustering results. Metrology clustering algorithms include a cohesive method of starting from small clusters and collecting them and a division method of dividing them from a large cluster.

분할 군집화 알고리즘에는 순차 알고리즘, k-means 알고리즘, MST 알고리즘, GMM(gaussian mixture model) 알고리즘 등이 있다.The partition clustering algorithms include sequential algorithms, k-means algorithms, MST algorithms, and Gaussian mixture model (GMM) algorithms.

순차 알고리즘은 군집 개수를 찾아주는 알고리즘으로 순서에 민감하고 빠른 특성이 있다. 대신 임계값을 설정해야 한다.The sequential algorithm is an algorithm that finds the number of clusters. Instead, you need to set thresholds.

k-means 알고리즘은 군집의 개수를 설정해야 하나 직관적 이해에 용이하므로 자주 사용된다. 군집의 개수로 활동 수준을 평가하는 항목이 포함되는 경우 군집의 개수를 획득하기 위해 다른 군집화 알고리즘과 병행할 필요가 있다.The k-means algorithm is often used because the number of clusters must be set, but it is easy to understand. If the number of clusters includes an item that evaluates the activity level, it is necessary to be parallel with other clustering algorithms to obtain the number of clusters.

신경망 방식 알고리즘에는 SOM 알고리즘, ART 알고리즘 등이 있다.The neural network algorithm includes SOM algorithm, ART algorithm, and so on.

SOM(self organizing map) 알고리즘은 샘플들을 상호 비교하여 스스로 군집을 조직해내는 알고리즘으로 경쟁 학습을 사용한다.The self organizing map (SOM) algorithm uses competitive learning as an algorithm that compares samples and organizes them by themselves.

Minkowski 거리 dij는 두 점간의 거리 척도를 나타내며 수학식 16으로 표현된다. p=1일 때, 맨하탄 거리가 되고, p=2일 때 유클리디언 거리가 된다.The Minkowski distance d ij represents a distance measure between two points and is expressed by equation (16). When p = 1, it is the Manhattan distance, and when p = 2, it is the Euclidian distance.

Figure pat00016
Figure pat00016

Hamming 거리는 이진 특징 벡터에 사용할 수 있는 거리 척도로 서로 다른 비트의 개수를 이용한다.The Hamming distance uses the number of different bits as a distance measure that can be used for binary feature vectors.

도 2는 군집화부(150)에 의해 군집화가 이루어진 특징점들을 나타낸 개략도이다.FIG. 2 is a schematic view showing characteristic points where clustering is performed by the clustering unit 150. FIG.

도 2를 살펴보면 복수의 특징점들이 표시되고 있는데, 군집화부(150)에 의해 5개의 군집으로 분류된 상태가 개시된다. 이때의 각 군집은 피험자의 특정 동작을 나타내므로, 군집의 개수는 피험자의 동작 개수와 대응된다. 각 군집에 포함된 특징점은 유사도에 근거하는 유사 패턴이 되므로 군집화부(150)에서 출력되는 결과는 앞에서 살펴본 AL이 된다.Referring to FIG. 2, a plurality of feature points are displayed, and a state classified into five clusters by the clustering unit 150 is disclosed. Since each cluster at this time represents a specific operation of the subject, the number of clusters corresponds to the number of operations of the subject. Since the minutiae included in the respective clusters are similar patterns based on the similarity, the result output from the clustering unit 150 becomes the AL as described above.

진단부(170)는 군집화부(150)에서 형성된 각 군집의 특징 또는 군집의 개수로부터 피험자의 활동 수준을 진단할 수 있다. 군집의 개수만으로 활동 수준을 파악할 수도 있으나, 각 군집의 특징으로도 활동 수준의 파악이 가능하다. 물론 군집의 특징과 군집의 개수, 특정 특징점별 군집의 분포도 등을 함께 이용하여 활동 수준을 파악할 수도 있다.The diagnosis unit 170 can diagnose the activity level of the subject from the characteristics or the number of clusters of the clusters formed in the clustering unit 150. Although the activity level can be determined only by the number of clusters, it is also possible to identify the activity level by the characteristics of each cluster. Of course, the activity level can be determined by using the characteristics of the clusters, the number of clusters, and the distribution of clusters by specific feature points.

군집의 특징은 각 군집의 면적, 각 군집 내의 특징점 분포도, 각 군집 내의 특징점 집중도, 각 군집의 평균 에너지, 각 군집의 에너지 편차 등에 의해 정의될 수 있다.The characteristics of the cluster can be defined by the area of each cluster, the distribution of feature points in each cluster, the feature point concentration in each cluster, the average energy of each cluster, and the energy deviation of each cluster.

이상에서 살펴본 활동 진단 장치에 의하면 기존의 진단 방법에 비해 활동 분류라는 면이 강조됨으로써 보다 구체적인 활동 수준 진단이 가능하며, 군집화의 결과로 나온 군집의 개수, 군집별 면적정보, 신호의 분포도, 에너지 차이, 그리고 신호의 집중도 등을 이용하여 심층적인 분석이 가능하다. 또한, 이미 상용제품으로 출시된 칼로리 소비 측정기의 역할을 에너지 관련 특징점 추출을 이용하여 칼로리 소비를 계산하고 있으므로 기존 상용제품을 대체할 수 있다.According to the above-mentioned activity diagnosis apparatus, the activity classification is emphasized as compared with the existing diagnosis method, so that it is possible to diagnose the activity level more specifically. The number of the population resulting from clustering, the area information per cluster, , And the concentration of the signal. In addition, the calorie consumption meter, which is already released as a commercial product, calculates calorie consumption using energy-related feature point extraction, and thus can replace the existing commercial product.

도 3은 본 발명의 활동 진단 방법을 나타낸 개략도로, 도 1의 활동 진단 장치의 동작으로 설명될 수도 있다. 도 3에서는 가속도 센서로 획득된 가속도 신호를 나타내었으나, 감지부의 구성에 따라 사용되는 신호는 다양할 수 있음을 환기한다.3 is a schematic diagram illustrating an activity diagnosis method of the present invention and may be described as an operation of the activity diagnosis apparatus of FIG. 1. In FIG. 3, although the acceleration signal obtained by the acceleration sensor is shown, it is evident that the signal used may vary depending on the configuration of the sensing unit.

먼저, 피험자의 동작을 나타내는 활동 데이터를 획득한다(S 510). 감지부(110)에서 이루어지는 동작으로 감지부(110)는 가속도 센서를 포함할 수 있다. 이때, 감지부(110)로부터 출력되는 활동 데이터는 가속도 신호를 포함할 수 있다.First, activity data indicating an operation of the subject is obtained (S 510). The sensing unit 110 may include an acceleration sensor. In this case, the activity data output from the sensing unit 110 may include an acceleration signal.

이후, 획득된 활동 데이터 또는 활동 데이터의 대표값인 특징점을 유사도에 근거하여 복수의 군집으로 분류한다. 군집화부(150)에서 이루어지는 동작으로 시계열적으로 살펴보면 각 활동 데이터 또는 각 특징점을 신호 패턴별로 분류한(S 520) 후 분류된 신호 패턴을 군집화하는 것일 수 있다(S 530). 군집화의 대상을 감지부(110)에서 출력되는 활동 데이터로 할 수 있으나, 처리할 데이터의 양이 방대하므로 특징점을 이용하는 것이 유리할 수 있다.Then, the feature points, which are representative values of the obtained activity data or activity data, are classified into a plurality of clusters based on the degree of similarity. In operation S 530, the activity data or each feature point may be classified according to a signal pattern (S 520), and grouped into signal patterns classified in a time-series manner by operation performed by the clustering unit 150 (S 530). The clustering object may be the activity data output from the sensing unit 110. However, since the amount of data to be processed is large, it may be advantageous to use the characteristic point.

다음, 군집화로 형성된 군집의 특징 또는 군집의 개수를 파악함으로써(S 540) 피험자의 활동 수준을 진단한다. 진단부(170)에서 이루어지는 동작으로 파악된 군집의 특징 또는 군집의 개수를 기조사된 데이터와 비교함으로써 피험자의 활동 수준을 진단할 수 있다(S 550).Next, the activity level of the subject is diagnosed by identifying (S540) the characteristics or the number of clusters formed by clustering. The activity level of the subject can be diagnosed by comparing the characteristics of the community or the number of clusters identified by the operation performed by the diagnosis unit 170 with the previously-examined data (S 550).

기존에는 설문 조사를 통해 피험자의 동작 개수를 파악하거나, 감지부(110)에서 획득된 가속도 신호 등으로 동작을 인식하고 별도의 군집화 없이 바로 동작 개수를 파악하는 것으로 노화를 진단하였다. 이는 앞에서 살펴본 바와 같이 다양한 문제에 직면하나, 본 발명에 의하면 이러한 문제를 해소할 수 있다.In the past, diagnosis of aging was made by understanding the number of motions of the subject through a survey, recognizing the motion using the acceleration signal obtained from the sensing unit 110, and grasping the number of motions immediately without a separate clustering. This, as mentioned above, faces various problems, but according to the present invention, such a problem can be solved.

피험자의 동작은 활동 데이터 또는 특징점으로 나타낼 수 있다. 이때, 특징점을 이용하는 것이 유리하다.The subject's actions can be represented by activity data or minutiae. At this time, it is advantageous to use feature points.

감지부(110)에서 출력되는 다수의 활동 데이터로부터 특징점을 추출하는 방식은 다양할 수 있다. 특징점을 추출하는 방식에 따라 특징점을 이용한 이후 처리의 효율이 달라질 수 있다. 최적의 특징점을 발굴하는 것에 따라 활동 데이터의 크기를 줄임으로써 군집화부(150) 등의 연산 시간을 줄일 수 있으며 동작 인식 성능을 극대화시킬 수 있다. 따라서, 최적의 특징점을 추출할 필요가 있으며, 이하에서는 이에 대해 살펴보도록 한다.The method of extracting feature points from a plurality of activity data output from the sensing unit 110 may vary. Depending on the method of extracting the feature points, the efficiency of subsequent processing using the feature points may vary. By reducing the size of the activity data according to discovering the optimal feature point, it is possible to reduce the calculation time of the clustering unit 150 and the like and maximize the motion recognition performance. Therefore, it is necessary to extract the optimal feature point, which will be described below.

활동 진단 장치는 추출부(130)에서 최적의 특징점이 추출되도록 특징점 추출에 관여하는 다양한 요소를 설정하는 설정부(190)를 포함할 수 있다.The activity diagnosis apparatus may include a setting unit 190 that sets various elements involved in the extraction of the feature points so that the extraction unit 130 extracts optimal feature points.

이때의 요소는 피험자에 장착되는 감지부(110)의 위치, 특징점을 산출하는 주기, 특징점 산출에 적용되는 연산 방식, 특징점 산출 주기의 중복 정도 등일 수 있다.The element at this time may be the position of the sensing unit 110 mounted on the subject, the cycle of calculating the minutiae points, the calculation method applied to the minutiae point calculation, the degree of redundancy of the minutiae pointing cycle, and the like.

구체적으로 설정부(190)는 피험자의 동작을 나타내는 활동 데이터를 획득하기 위해 피험자에 장착되는 감지부(110)의 장착 위치, 활동 데이터의 대표값인 특징점을 얼마의 기간을 주기로 획득할 것인가와 관련된 설정 기간, 특징점을 산출하기 위해 활동 데이터에 적용되는 연산 방식, 설정 기간이 중복되는 정도를 나타낸 중복 구간 중 적어도 하나를 결정할 수 있다.Specifically, the setting unit 190 sets the mounting position of the sensing unit 110 mounted on the subject in order to obtain the activity data indicating the subject's motion, and how long the characteristic points, which are representative values of the activity data, A setting period, an operation method applied to the activity data to calculate the minutiae, and an overlapping interval indicating the degree of overlap of the set period can be determined.

감지부(110)는 피험자의 다양한 신체 부위에 장착될 수 있다. 그런데, 피험자에 작착되는 감지부(110)의 위치에 따라 특징점의 효율이 달라진다.The sensing unit 110 may be mounted on various body parts of the subject. However, the efficiency of the feature point varies depending on the position of the sensing unit 110 placed on the subject.

예를 들어 피험자의 활동 수준이 청년군(20~34세)에 속하는지, 중년군(35~49세)에 속하는지, 장년군(50~65세)에 속하는지 진단하고자 하는 경우를 가정한다.For example, it is assumed that the subject's level of activity belongs to the young group (20 to 34 years old), the middle age group (35 to 49 years), or the elderly group (50 to 65 years) .

이때의 청년군, 중년군, 장년군은 피험자의 활동 진단 결과가 되는 비교 군집일 수 있다.At this time, the young group, middle aged group, and mature group may be a comparative cluster that results from the diagnosis of the subject's activity.

이러한 경우 감지부(110)를 피험자의 머리 부위에 장착시키는 것과 팔 부위에 장착시키는 경우 결과가 달라질 수 있다. 예를 들어 팔에 감지부(110)를 장착할 경우 청년군, 중년군, 장년군에 따라 활동 데이터가 큰 차이를 보이는 반면, 머리에 감지부(110)를 장착할 경우 각 비교 군집 간의 차이가 작게 나타날 수 있다. 이런 경우 팔 부위에 감지부(110)를 장착시키는 것이 유리하다.In this case, the result of mounting the sensing unit 110 on the head and the arm of the subject may be different. For example, when the sensor 110 is mounted on the arm, the activity data shows a big difference according to the young, middle-aged, and middle-aged group, whereas when the sensor 110 is mounted on the head, the difference between each comparison cluster is different. It may appear small. In this case, it is advantageous to mount the sensing unit 110 on the arm.

정리하면, 설정부(190)는 피험자의 신체 부위에서 최적의 감지부(110) 장착 위치를 결정할 수 있다. 예를 들어 설정부(190)는 피험자의 신체 7곳에 감지부(110)를 장착시킨 후 최적의 특징점을 추출할 수 있는 장착 위치를 결정할 수 있다. 이렇게 결정된 장착 위치는 추후 본격적인 활동 진단시에 적용될 수 있다.In summary, the setting unit 190 can determine the optimum mounting position of the sensing unit 110 in the body part of the subject. For example, the setting unit 190 may determine the mounting position where the sensing unit 110 is mounted on the body 7 of the subject and then the optimal feature point can be extracted. The thus determined mounting position can be applied at the time of full-scale activity diagnosis.

감지부(110)가 장착되는 신체 7곳은 피험자의 왼쪽 허리, 주요 손목, 주요 팔, 반대쪽 손목, 주요 허벅지, 주요 발목, 바지 주머니일 수 있다. 여기에 더하여 오른쪽 허리에도 감지부(110)를 장착할 수 있다. 이때 오른쪽 허리에 장착되는 감지부(110)는 활동 에너지와 노화의 상관 관계를 분석하기 위한 자료를 수집할 수 있다.The body 7 on which the sensing unit 110 is mounted may be the left waist of the subject, the main wrist, the main arm, the opposite wrist, the main thigh, the main ankle, and the pants pocket. In addition, the sensing unit 110 can be mounted on the right waist. At this time, the sensing unit 110 mounted on the right waist can collect data for analyzing the correlation between active energy and aging.

주요 손목과 주요 팔은 오른손잡이의 경우 오른손 측이고 왼손잡이의 경우 왼손 측이다. 주요 허벅지와 주요 발목은 오른손잡이의 경우 왼발 측이고 왼손잡이의 경우 오른발 측이다.The main wrist and main arm are the right hand side for the right hand and the left hand side for the left hand. The main thigh and the ankle are on the left foot for right handed and on the right foot for left handed.

바지 주머니 위치는 활동 진단 장치로서 바지 주머니(실험에서는 오른쪽 바지 주머지)에 수납할 수 있는 휴대용 단말기를 구성한 경우를 상정한 것이다.The pants pocket position is assumed to be a case where a portable terminal that can be stored in the pants pocket (the right bag pocket in the experiment) is configured as an activity diagnosis device.

실험 과정은 20~60세의 비고령자 18명의 피험자(표 1)에 대해 장소는 건물 내부로 한정, 피험자당 4시간 동안 일상 생활에서 발생하는 활동 데이터를 가속도 센서로 수집하였다. 이때, 수집하는 가속도계 신호와 동기화시켜 카메라를 이용, 1분에 1회 이상의 사진 촬영을 통해 피험자의 활동을 기록하였다.The experiment process consisted of 18 non-aged subjects (Table 1) who were 20 to 60 years of age (Table 1), and the activity data generated in daily life for 4 hours per subject was collected by the acceleration sensor. At this time, the activity of the subject was recorded by taking a photograph at least once a minute using the camera in synchronization with the accelerometer signal to be collected.

20대20's 30대30s 40대40s 50대50s 60대60s 66 44 33 44 1One sir Girl south Girl south Girl south Girl south Girl 44 22 33 1One 22 1One 22 22 00 1One

활동 수준 또는 노화 진단을 위해 비전이나, 각종 센서, RFID를 도입할 수 있으나, 본 실험에서는 성능비가 우수하고 장소의 제약이 없는 가속도 센서를 사용하였다. 이때, 감지부(110)는 가속도 센서, 마이크로 프로세서, 블루투스 모듈, 디지털 시계로 구성하였다. 가속도 센서는 Freescale사의 MMA7260QT를 사용하였으며, X, Y, Z축의 가속도 측정 범위는 ±2g, 샘플링 주파수는 100Hz로 고정하였다. 가속도 센서의 아날로그-디지털 변환을 위해 Atmel사의 ATmega8L을 사용하여 8비트로 양자화하고, 블루투스 모듈을 통해 메인 서버에 데이터를 전송하였다. 메인 서버에는 전송된 데이터를 저장하는 저장부를 설치하였다.Vision, various sensors, and RFID can be introduced for activity level or aging diagnosis. However, in this experiment, an acceleration sensor with excellent performance ratio and no restriction in place was used. At this time, the sensing unit 110 includes an acceleration sensor, a microprocessor, a Bluetooth module, and a digital clock. The acceleration sensor was a Freescale MMA7260QT, and the X, Y, and Z axis acceleration measurement ranges were set to ± 2g and the sampling frequency was fixed to 100Hz. For the analog-to-digital conversion of the acceleration sensor, ATmega8L of Atmel quantizes it to 8 bits and transmits data to the main server through the Bluetooth module. The main server has a storage unit for storing the transmitted data.

감지부(110)가 장착된 각 부위별로 활동 데이터를 수집한 후 전처리부(120)를 통해 잡음과 중력값을 배제시켰다. 이후 전처리부(120)의 출력값에 수학식 2 내지 수학식 12의 연산 방식을 각각 적용하여 특징점 후보를 산출하였다. 감지부(110)에서 출력된 데이터는 일정 기간(실험에서는 4시간)동안 지속되므로 얼마의 주기로 특징점을 추출할 것이지도 중요할 수 있다. 따라서, 위 연산 방식은 설정 기간별로 획득된 활동 데이터를 대상으로 하는 Mean, Variance, Skewness, Kurtosis, Median, Mean Absolute Deviation, Activity Count, Frequency domain Energy, Time domain Energy, Signal Magnitude Area, Spectral Entropy 중 적어도 하나일 수 있다. 실험에서 설정 기간은 1s, 5s, 10s, 15s, 30s, 45s, 60s, 75s, 90s, 105s, 120s, 135s, 150s, 165s, 180s의 15 종으로 설정하였다. 중복 구간은 0%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%의 6종으로 설정하였다. 예를 들어 설정 기간이 1s이고 중복 구간이 0%이면 1초 간격으로 1초 동안 수집된 활동 데이터에 각 연산 방식을 적용한다. 설정 기간이 1s이고 중복 구간이 50%이면, 1초 동안 수집된 활동 데이터에 각 연산 방식을 적용하는 것은 동일하다. 다만 0s~1s, 0.5s~1.5s, 1s~2s, 1.5s~2.5s와 같이 50% 중복된 활동 데이터가 수집된다. 즉, 동일 설정 기간이라도 중복 구간이 커지면 수집되는 연산 방식이 적용될 데이터의 개수는 증가한다.After collecting activity data for each part where the sensing part 110 is mounted, noise and gravity values are excluded through the preprocessing part 120. Then, the minutiae point candidates are calculated by applying the arithmetic formulas (2) to (12) to the output value of the preprocessing unit 120, respectively. Since the data output from the sensing unit 110 lasts for a certain period of time (4 hours in the experiment), it may be important to extract the characteristic points at certain intervals. Therefore, the above calculation method can be applied to at least one of Mean, Variance, Skewness, Kurtosis, Median, Mean Absolute Deviation, Activity Count, Frequency Domain Energy, Time Domain Energy, Signal Magnitude Area, Spectral Entropy, It can be one. In the experiment, the set period was set to 15 kinds of 1s, 5s, 10s, 15s, 30s, 45s, 60s, 75s, 90s, 105s, 120s, 135s, 150s, 165s and 180s. The overlapping sections were set to 6 types of 0%, 10%, 20%, 30%, 40% and 50%. For example, if the setting period is 1s and the overlapping interval is 0%, each calculation method is applied to the activity data collected for 1 second at intervals of 1 second. If the set period is 1s and the overlapping interval is 50%, the application of each calculation method to the activity data collected for one second is the same. 50% redundant activity data such as 0s ~ 1s, 0.5s ~ 1.5s, 1s ~ 2s, 1.5s ~ 2.5s are collected. That is, even if the same set period is used, the number of data to be applied to the operation method to be collected increases when the overlapping interval is increased.

11개의 특징점 후보 중 특징점을 선별하기 위해 비교 군집으로 청년군(group1), 중년군(group2), 장년군(group3)으로 분류하고, 각 특징점 후보의 비교 군집 간의 차별화를 비교하기 위해 설정부(190)에 Fisher Ratio(FR)를 적용하였다.In order to select feature points among the 11 minutiae candidates, the comparative clusters are classified into a young group (group 1), a middle-age group (group 2), and an adult group (group 3) ) And Fisher Ratio (FR).

FR은 군집간 공분산(SB)과 군집내 공분산(SW)의 비로서 FR이 클수록 군집간 특성차가 높은 것으로 간주할 수 있다. 1차원의 특징점을 사용할 경우 공분산 대신 각 데이터의 분산을 사용할 수 있다.FR is the ratio of covariance between societies (S B ) to covariance (S W ) in the community, and the larger the FR, the higher the difference between societies. When one-dimensional feature points are used, the variance of each data can be used instead of the covariance.

FR은 다음의 수학식 14에 의해 산출될 수 있다.FR can be calculated by the following equation (14).

Figure pat00017
Figure pat00017

도 4는 FR이 큰 경우와 작은 경우를 나타낸 개략도이다.4 is a schematic diagram showing a case where the FR is large and small.

도 4의 왼쪽 도면은 각 비교 군집을 명확하게 구분할 수 있는 상태이고, 오른쪽 도면은 각 비교 군집을 구분하기 어려운 상태가 개시된다. 특징점 후보 별로 계산된 FR은 다르게 나타나게 되며 좌측 도면에 근접하는 결과를 나타내는 특징점 후보를 특징점으로 취할 수 있다. 이때, 설정부(190)는 특징점으로 취해진 특징점 후보를 산출한 연산 방식을 추출부(130)에서 사용하도록 할 수 있다.The left diagram in FIG. 4 shows a state in which the respective comparison communities can be clearly distinguished, and the right diagram shows a state in which it is difficult to distinguish the respective comparison communities. The computed FRs for each minutiae candidate are shown differently, and minutiae candidates representing the results close to the left figure can be taken as minutiae. At this time, the setting unit 190 may use the calculation method that calculates the minutia point candidates taken as minutiae points in the extracting unit 130. [

도 5는 본 발명의 활동 진단 장치에서 중복 구간, 설정 기간, 특징점 후보의 FR값의 변산도를 나타낸 개략도이다.5 is a schematic diagram showing the degree of variance of the FR value of the redundant section, the setting period, and the minutiae candidate in the activity diagnosis apparatus of the present invention.

7개의 감지부(110) 장착 위치, 11개의 특징점 후보, 15종의 설정 기간, 6종의 중복 구간에 대한 구한 FR값을 토대로 다음과 같은 결과를 획득하였다.The following results were obtained based on the obtained FR values for the seven sensing unit 110 mounting positions, eleven feature point candidates, 15 set periods, and six overlapping sections.

우선 11개 특징점 후보와 15종의 설정 기간, 6종의 중복 구간이 FR에 미치는 상대적인 영향력을 분석한다. 장착 위치/설정 기간/중복 구간의 구분없이 구한 11개 특징점 후보(feature)의 FR 값의 변산도, 장착 위치/특징점 후보/중복 구간의 구분없이 구한 15개 설정 기간(windowsize)에서 발생하는 FR값의 변산도, 장착 위치/특징점 후보/설정 기간의 구분없이 6종의 중복 구간(overlap)에서 발생하는 FR값의 변산도를 비교하여 도 5에 나타내었다. 설정 기간의 차이는 전체 군집 차별화에 미미한 영향을 끼치는 것으로 분석된다. 특징점별로 차이는 존재하나 대체로 설정 기간과 중복 구간의 길이가 늘어날수록 FR값이 증가한다.First, we analyze the relative influence of 11 minutiae candidates, 15 setting periods, and 6 redundant sections on FR. FR value variation of 11 feature point candidates obtained without distinction of installation location / setup period / redundant section, 15 FR values (windowsize) obtained in 15 setup periods (windowsize) And the degree of variance of FR values occurring in six types of overlaps without discriminating between the mounting position / feature point candidate / setting period are shown in FIG. The difference in setting period is analyzed to have a small effect on overall cluster differentiation. However, as the length of the overlap period increases, the FR value increases.

도 6은 본 발명의 활동 진단 장치에서 특징점 후보간 FR 비교 결과를 나타낸 개략도이다.Fig. 6 is a schematic diagram showing the results of FR comparison between feature point candidates in the activity diagnosis apparatus of the present invention. Fig.

장착 위치/중복 구간/설정 기간의 구분없이 구한 특징점 후보간 FR 비교에서는 에너지 계열 특징점이나 통계량 계열 특징점보다는 시계열 데이터의 설정 기간별 단순 대표값이 더 높은 FR을 보인다. Mean, Median, AC, SMA가 유력한 후보이며 평균차도 통계적으로 유의미하다.The FR comparison between the feature point candidates obtained without the distinction between the mounting position, the overlapping interval, and the setting period shows the FR having a simple representative value for each set period of time series data rather than the energy series feature point or the statistical series feature point. Mean, Median, AC, and SMA are strong candidates, and the mean difference is also statistically significant.

도 7은 본 발명의 활동 진단 장치에서 감지부(110)의 장착 위치간 FR 비교 결과를 나타낸 개략도이다.7 is a schematic diagram showing the results of FR comparison between the mounting positions of the sensing unit 110 in the activity diagnosis apparatus of the present invention.

중복 구간/설정 기간/특징점 구분없이 구한 장착 위치별 FR 비교의 경우 특징점과 중복 구간 간의 격차가 커 통계적인 유의미성은 보이지 않으나 허리, 발목, 주머니의 위치가 유력한 후보군으로 제시된다. 발목의 높은 FR은 의외적으로 받아들여지나 손목이나 팔에 비해 개별적 특성이 상대적으로 적게 나타나는 부위라는 점을 고려하면 결국 발의 움직임이 인간의 행동 특성을 결정적으로 구별짓고 전체 군집차별화에도 영향을 미친다고 볼 수 있다. In the case of FR comparison for each mounting position obtained without distinguishing between redundant section, set period, and minutiae point, there is no statistical significance due to a large gap between feature points and overlapping sections, but positions of waist, ankle and pocket are suggested as candidates. Considering that the high FR of the ankle is unexpectedly accepted, but the individual characteristics are relatively low compared to the wrist or arm, the movement of the foot eventually discriminates human behavior characteristics and affects the entire community differentiation can see.

정리하면, 설정부(190)는 각 비교 군집간 공분산과 각 비교 군집 내 공분산의 비가 설정값을 만족하는 감지부(110)의 장착 위치, 설정 기간, 연산 종류, 중복 구간 중 적어도 하나를 결정할 수 있다.In summary, the setting unit 190 can determine at least one of a mounting position, a setting period, an operation type, and an overlapping interval of the sensing unit 110 that satisfies the set value of the ratio of the covariance between each comparison cluster and the covariance within each comparison cluster have.

이상에서 살펴본 활동 진단 장치는 신호 차원으로 피험자의 동작을 표상화한다. 이는 특징점을 추출하는 방안의 제시와 감지부(110)의 최적 장착 위치를 제시함으로써 이루어진다.The activity diagnostic apparatuses described above represent the subject 's motion in the signal dimension. This is done by presenting a method of extracting minutiae and suggesting an optimum mounting position of the sensing unit 110. [

활동 진단 장치는 피험자의 신체 부위에 설치된 각 감지부(110)로부터 복수의 설정 구간별로 획득된 활동 데이터에 서로 다른 연산을 적용하여 복수의 특징점 후보를 산출할 수 있다. 이후, 감지부(110)의 설치 위치, 설정 구간, 특징점 후보, 설정 기간이 중복되는 정도를 나타낸 중복 구간 중 적어도 하나에 대해 각 비교 군집간 공분산과 각 비교 군집 내 공분산의 비를 구함으로써 감지부(110)의 설치 위치, 설정 구간, 특징점 후보, 설정 기간이 중복되는 정도를 나타낸 중복 구간 중 적어도 하나를 설정할 수 있다.The activity diagnosis apparatus may calculate a plurality of feature point candidates by applying different operations to activity data obtained for each of a plurality of setting sections from each of the sensing units 110 installed in the body part of the subject. Thereafter, the ratio of the covariance between each comparison cluster and the covariance within each comparison cluster is calculated for at least one of overlapping sections indicating the overlapping degree of the setting position, the setting interval, the minutia point candidate, and the setting period of the sensing unit 110, At least one of an installation position, a setting period, a minutiae point candidate, and an overlapping interval indicating the overlapping of the setting period may be set.

도 8은 본 발명의 활동 진단 장치의 외적 구성을 나타낸 개략도이다.8 is a schematic diagram showing an external configuration of the activity diagnosis apparatus of the present invention.

도시된 활동 진단 장치는 감지부(110)와 감지부에서 측정된 결과를 저장하고 추가 계산을 진행하기 위한 처리부(180)로 구성될 수 있다.The illustrated activity diagnostic apparatus may include a sensing unit 110 and a processing unit 180 for storing results measured by the sensing unit and for performing additional calculation.

감지부(110)는 실시간으로 피험자의 동작을 추출하기 위한 센서부(111), 센서부의 동작 타임을 예를 들어 실시간으로 설정하는 RTC(Real Time Clock)부(113), 측정 결과를 저장하는 저장부(115), 측정 결과를 처리부로 전달하는 통신부(117)를 포함할 수 있다. 또한, 감지부(110)는 센서부의 동작 여부, RTC의 설정, 저장부에 저장되는 측정 결과의 관리, 통신부의 동작 여부를 관할하는 제어부(119)를 포함할 수 있다.The sensing unit 110 includes a sensor unit 111 for extracting an operation of the subject in real time, an RTC (Real Time Clock) unit 113 for setting the operation time of the sensor unit in real time, Unit 115 and a communication unit 117 for transmitting the measurement result to the processing unit. In addition, the sensing unit 110 may include a control unit 119 that manages whether the sensor unit is operated, RTC setting, management of measurement results stored in the storage unit, and whether the communication unit is operated.

처리부(180)는 앞에서 살펴본 추출부(130), 군집화부(150), 진단부(170), 설정부(190)를 포함할 수 있다.The processing unit 180 may include the extraction unit 130, the clustering unit 150, the diagnosis unit 170, and the setting unit 190 described above.

처리부(180)의 처리 결과를 유/무선 통신망을 거쳐 진료 기관이나 보호 시설의 피험자 관리 서버(160)에 제공될 수 있다.The processing result of the processing unit 180 may be provided to the subject management server 160 of the medical institution or the protection facility via the wired / wireless communication network.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the following claims.

110...감지부 111...센서부
113...RTC부 115...저장부
115...저장부 119...제어부
120...전처리부
130...추출부 150...군집화부
160...피험자 관리 서버 170...진단부
180...처리부 190...설정부
110 ... sensing unit 111 ... sensor unit
113 ... RTC unit 115 ... storage unit
115 ... storage unit 119 ... control unit
120 ... pre-
130 ... Extraction unit 150 ... Clustering unit
160.Subject Management Server 170 ... Diagnostic
180 ... processing unit 190 ... setting unit

Claims (10)

피험자의 동작을 나타내는 특징점을 유사도에 근거하여 복수의 군집으로 분류하는 군집화부; 및
상기 각 군집의 특징, 상기 군집의 개수, 특정 특징점별 군집의 분포도 중 적어도 하나로부터 상기 피험자의 활동 수준을 진단하는 진단부;
를 포함하는 활동 진단 장치.
A clustering unit classifying a feature point representing a subject's motion into a plurality of clusters based on the similarity; And
A diagnosis unit for diagnosing the activity level of the subject from at least one of the characteristics of each cluster, the number of clusters, and a distribution of clusters for specific feature points;
Activity diagnostic device comprising a.
제1항에 있어서,
상기 군집화부는 상기 각 특징점 간의 Minkowski 거리, 유클리디언 거리, 맨하탄 거리, Hamming 거리 중 적어도 하나로부터 상기 유사도를 산출하고,
상기 유사도에 근거하는 계층 군집화 알고리즘, 분할 군집화 알고리즘, 신경망 방식 알고리즘, 통계적 탐색 알고리즘 중 적어도 하나를 이용해 상기 특징점을 군집화하는 활동 진단 장치.
The method of claim 1,
The clustering unit calculates the similarity from at least one of Minkowski distance, Euclidean distance, Manhattan distance, and Hamming distance between the feature points.
And clustering the feature points using at least one of a hierarchical clustering algorithm based on the similarity, a segmentation clustering algorithm, a neural network algorithm, and a statistical search algorithm.
제1항에 있어서,
상기 군집의 특징은 상기 각 군집의 면적, 상기 각 군집 내의 상기 특징점 분포도, 상기 각 군집 내의 상기 특징점 집중도, 상기 각 군집의 평균 에너지, 상기 각 군집의 에너지 편차 중 적어도 하나를 포함하는 활동 진단 장치.
The method of claim 1,
The feature of the cluster may include at least one of the area of each cluster, the distribution of the feature points in the clusters, the concentration of the feature points in the clusters, the average energy of each cluster, and the energy deviation of each cluster.
제1항에 있어서,
상기 피험자의 동작을 감지하고, 상기 피험자의 동작을 나타내는 활동 데이터를 출력하는 감지부; 및
상기 활동 데이터로부터 최소한의 점으로 피험자의 동작을 표현하는 상기 특징점을 추출하는 추출부;를 포함하는 활동 진단 장치.
The method of claim 1,
A detector configured to detect the movement of the subject and output activity data indicating the movement of the subject; And
And an extracting unit for extracting the feature points expressing an operation of the subject from the activity data to a minimum point.
제4항에 있어서,
상기 감지부는 가속도 센서를 포함하고,
상기 가속도 센서에서 출력되는 상기 활동 데이터는 중력값이 적용된 것이며,
상기 활동 데이터에 포함된 상기 중력값을 제거하는 전처리부;를 포함하는 활동 진단 장치.
5. The method of claim 4,
The sensing unit includes an acceleration sensor,
The activity data output from the acceleration sensor is a gravity value is applied,
And a preprocessor for removing the gravity value included in the activity data.
피험자의 동작을 나타내는 활동 데이터를 획득하기 위해 상기 피험자에 장착되는 감지부의 장착 위치, 상기 활동 데이터의 대표값인 특징점을 얼마의 기간을 주기로 획득할 것인가와 관련된 설정 기간, 상기 특징점을 산출하기 위해 상기 활동 데이터에 적용되는 연산 방식, 상기 설정 기간이 중복되는 정도를 나타낸 중복 구간 중 적어도 하나를 결정하는 설정부;
를 포함하는 활동 진단 장치.
In order to calculate the feature point, the setting period related to the mounting position of the sensing unit mounted to the subject, how long the feature point, which is a representative value of the activity data, is to be acquired, and the feature point is obtained to obtain activity data indicating the operation of the subject. A setting unit configured to determine at least one of an operation scheme applied to activity data and an overlapping section indicating a degree of overlapping of the setting period;
Activity diagnostic device comprising a.
제6항에 있어서,
상기 설정부는 상기 각 비교 군집간 공분산과 상기 각 비교 군집 내 공분산의 비가 설정값을 만족하는 상기 장착 위치, 상기 설정 기간, 상기 연산 방식, 상기 중복 구간 중 적어도 하나를 결정하는 활동 진단 장치.
The method according to claim 6,
And the setting unit determines at least one of the mounting position, the setting period, the calculation method, and the overlapping interval in which the ratio of the covariance between the respective comparison clusters and the covariance in each comparison cluster satisfies a setting value.
제6항에 있어서,
상기 연산 방식은 상기 설정 기간별로 획득된 상기 활동 데이터를 대상으로 하는 Mean, Variance, Skewness, Kurtosis, Median, Mean Absolute Deviation, Activity Count, Frequency domain Energy, Time domain Energy, Signal Magnitude Area, Spectral Entropy 중 적어도 하나인 활동 진단 장치.
The method according to claim 6,
The calculation method includes at least one of Mean, Variance, Skewness, Kurtosis, Median, Mean Absolute Deviation, Activity Count, Frequency Domain Energy, Time Domain Energy, Signal Magnitude Area, Spectral Entropy, One activity diagnostic device.
신호별 유사성을 기준으로 분류한 신호 패턴을 군집화 알고리즘을 통해 복수의 군집으로 분류하고, 분류된 유사 패턴 군집의 개수로 피험자의 활동 수준을 진단하는 활동 진단 장치,
An activity diagnosis apparatus for classifying signal patterns classified based on similarity for each signal into a plurality of clusters through a clustering algorithm, and diagnosing an activity level of a subject by the number of classified similar pattern clusters,
피험자의 동작을 나타내는 활동 데이터를 획득하는 단계;
상기 활동 데이터 또는 상기 활동 데이터의 대표값인 특징점을 유사도에 근거하여 복수의 군집으로 분류하는 단계; 및
상기 군집의 특징 또는 상기 군집의 개수로부터 상기 피험자의 활동 수준을 진단하는 단계;
를 포함하는 활동 진단 방법.
Obtaining activity data indicative of the subject's motion;
Classifying a feature point, which is a representative value of the activity data or the activity data, into a plurality of clusters based on similarity; And
Diagnosing the activity level of the subject from the features of the cluster or the number of clusters;
Activity diagnostic method comprising a.
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