KR20140097675A - 뇌파 기반의 시각 피로도 측정장치 및 측정방법 - Google Patents

뇌파 기반의 시각 피로도 측정장치 및 측정방법 Download PDF

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KR20140097675A KR1020130009444A KR20130009444A KR20140097675A KR 20140097675 A KR20140097675 A KR 20140097675A KR 1020130009444 A KR1020130009444 A KR 1020130009444A KR 20130009444 A KR20130009444 A KR 20130009444A KR 20140097675 A KR20140097675 A KR 20140097675A
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Abstract

두피상 서로 다른 위치에서의 뇌파 정보를 획득하는 뇌파 정보 획득부; 및 상기 두피상 서로 다른 위치에서의 뇌파 정보 상호간의 인과관계 정보를 획득하고, 상기 인과관계 정보에 근거하여 시각 피로도 정보를 획득하는 제어부를 포함하는 뇌파 기반의 시각 피로도 측정장치 및 측정방법이 제공된다.
본 발명에 따르면, 3D 콘텐츠의 시청에 의하여 유발되는 시각피로에 대한 객관적 지표를 제공할 수 있다.

Description

뇌파 기반의 시각 피로도 측정장치 및 측정방법{APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING VISUAL FATIGUE BASED ON BRAIN WAVE}
본 발명은 뇌파 기반의 시각 피로도 측정장치 및 측정방법에 관한 것이다. 상세하게는 뇌의 특정 부위별 뇌파 정보 간의 상호 작용 정도를 계량화하여 시각 피로도를 측정할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.
3D 산업의 급부상에 따라 영화 게임 방송 등의 콘텐츠 제작에서 인체 안전성 기준을 마련하려는 움직임이 매우 활발하다. 따라서, 과도한 입체시로 인한 시각피로의 발생이 없는 제작기준이 마련되어야 한다.
특허문헌 1에 따르면, 3차원 영상의 시청 전후에 피시험자의 주관적 보고나 사용자의 눈의 폭주거리와 초점거리와의 상관관계 등을 파악함으로써 시각적 피로도를 측정하고 있다. 그러나, 상기 특허문헌 1의 측정 방법에 의할 경우 객관적이고 신뢰성 있는 피로도를 얻기 어려우므로, 측정된 데이터를 영상산업이나 의료산업에 적용할 수 없다는 문제점이 있다.
특허문헌 2에 따르면 oddball 패러다임에 의한 ERP(Event Related Potential) 반응을 이용하여 시각피로를 측정하는 방법을 제시하고 있다. 그러나, 이는 3D 컨텐츠의 시청과 동시에 시각피로를 측정되지 못하는 한계가 있으며, 컨텐츠 시청 후 추가적인 ERP 측정 자체가 피로감을 추가로 유발할 수 있고, ERP의 측정에 소요되는 시간이 3D 컨텐츠의 시청시간과 대등할 정도로 길어서 실질적인 피로 측정방법으로 한계가 있다.
특허문헌 3은 VEP(Visual Evoked Potential) 측정을 통하여 시각 피로도를 정량화하는 시도를 하고 있으나, 상기 특허문헌 2와 비슷한 한계점을 지니고 있다.
한국 공개특허번호 제2012-0125701호 한국 공개특허번호 제2010-0104330호 일본 공개특허번호 특개평10-52402호
본 발명의 일 측면은 뇌의 주요부위별 뇌파 파형 간의 상호 작용 정도를 계량화하여 시각 피로도를 측정하여 3D 콘텐츠 시청에 의하여 유발되는 사용자의 시각피로를 객관적이고도 신뢰성 있게 평가할 수 있는 시각 피로도 측정장치 및 방법을 제안하고자 한다.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면은, 두피상 서로 다른 위치에서의 뇌파 정보를 획득하는 뇌파 정보 획득부; 및 상기 두피상 서로 다른 위치에서의 뇌파 정보 상호간의 인과관계 정보를 획득하고 상기 인과관계 정보에 근거하여 시각 피로도 정보를 획득하는 제어부를 포함하는 뇌파 기반의 시각 피로도 측정장치를 제공한다.
본 발명의 다른 측면은, 두피상 서로 다른 위치에서의 뇌파 정보를 획득하는 단계; 상기 두피상 서로 다른 위치에서의 뇌파 정보 상호간의 인과관계 정보를 획득하는 단계; 및 상기 인과관계에 근거하여 시각 피로도 정보를 획득하는 단계를 포함하는 뇌파 기반의 시각 피로도 측정방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 3D 콘텐츠의 시청에 의하여 유발되는 시각피로에 대한 객관적 지표를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시각 피로도 측정장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시각 피로도 측정방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 시각 피로도 측정방법의 통계적 유효성을 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 뇌파 측정을 위한 두피 상의 표준 측정위치를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 두피상 복수의 뇌파 측정위치에서의 뇌파 파형간의 인과관계를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 뇌파 파형간의 인과관계를 도출하기 위해 사용되는 뇌파 파형의 일례를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 뇌파 파형간의 인과관계에 근거하여 예측되는 시각 피로도를 시간에 따라 표현한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 뇌파 기반의 시각 피로도 측정장치의 일례를 도시한 도면이다.
본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 제 1, 제 2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성 요소도 제 1 구성 요소로 명명될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 뇌파 기반의 시각 피로도 측정장치 및 측정방법을 상세히 설명한다.
도 1은 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 시각 피로도 측정장치(100)를 나타내는 블록도이다.
상기 시각 피로도 측정장치(100)는 생체 정보 획득부(140), 제어부(180)를 포함한다. 이 외에도, 통신부(110), 뇌파 측정부(121), 사용자 입력부(130), 출력부(150), 메모리(160) 및 인터페이스부(170) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 도 1에 도시된 구성요소들은 예시적인 것으로서, 그보다 많은 구성요소들을 갖거나 그보다 적은 구성요소들을 갖는 시각 피로도 측정장치가 구현될 수도 있다.
통신부(110)는 시각 피로도 측정장치(100)와 통신 시스템 사이, 시각 피로도 측정장치(100)와 뇌파 측정부 사이의 네트워크 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다.
통신부(110)는 시각 피로도 측정장치가 네트워크에 접속하게 하기 위한 기능을 포함하는 것으로서, 시각 피로도 측정장치(100)와 통신 시스템, 시각 피로도 측정장치(100)와 출력장치, 또는 시각 피로도 측정장치(100)와 뇌파 측정부 사이의 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다.
예컨대, 상기 시각 피로도 측정장치(100)는 통신부(110)에 의하여 출력장치, 또는 뇌파 측정기와 같은 별도의 장치와 접속할 수 있다. 또, 통신부(110)는 인터넷 모듈(113), 근거리 통신 모듈(114), 기타 통신 수단 등을 포함할 수 있다.
인터넷 모듈(113)은 인터넷 접속을 위한 모듈을 말하는 것으로, 시각 피로도 측정장치(100)에 내장되거나 외장될 수 있다. 인터넷 기술로는 WLAN(Wireless LAN)(Wi-Fi), Wibro(Wireless broadband), Wimax(World Interoperability for Microwave Access), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access) 등이 이용될 수 있다.
근거리 통신 모듈(114)은 근거리 통신을 위한 모듈을 말한다. 근거리 통신(short range communication) 기술로 블루투스(Bluetooth), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(Infrared Data Association; IrDA), UWB(Ultra Wideband), ZigBee 등이 이용될 수 있다.
뇌파 측정부(121)는 예를 들어, 도 4에서 도시한 바와 같은 두피 상의 Fp1, Fp2, F3, Fz, F4, F7, F8, T3, C3, Cz, C4, T4, T5, P3, Pz, P4, T6, O1, O2와 같은 표준 측정 위치에서의 뇌파 정보를 측정할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 이때, 상기 각각의 표준 측정 위치와 양쪽 귓볼을 연결하는 기준 전극과의 전압 차이를 측정하여 뇌파 정보로 활용할 수 있다. 이는 하나의 예시이며, 뇌파정보의 추출에 사용하는 기준전극과 측정전극의 다양한 조합에 기반하여 보다 다양한 시각 피로도 측정장치가 구현될 수 있다.
사용자 입력부(130)는 사용자가 시각 피로도 측정장치(100)의 동작 제어를 위한 입력 데이터를 발생시킨다. 사용자 입력부(130)는 키 패드(key pad), 돔 스위치 (dome switch), 터치 패드(정압/정전), 조그 휠, 조그 스위치 등으로 구성될 수 있다.
생체 정보 획득부(140)는 뇌파 정보 획득부(141)를 포함할 수 있다.
뇌파는 뇌의 활동에 따라 일어나는 전류 또는 그것을 도출, 증폭하여 기록한 파형이다. 인간의 뇌에서 발생하는 뇌파의 종류는 주파수 대역에 따라서 크게 감마파, 알파파, 베타파, 세타파, 델타파, ILF(Infra Low fluctuation), DC로 나뉘어진다. 감마파는 30 Hz 이상의 주파수를 가질 수 있다. 알파파(Alpha wave)는 인간이 눈을 감고 몸을 이완시키면 발생하는 뇌파이며 8 Hz ~ 12 Hz 사이의 주파수를 가질 수 있다. 베타파(Beta wave)는 의식이 깨어있을 때 발생하는 대부분의 뇌파로 13 Hz ~ 32 Hz 사이의 주파수를 가질 수 있다. 세타파(Theta wave)는 얕은 수면 상태에서 발생하며 알파파보다 더욱 낮은(4 Hz ~ 8 Hz) 주파수를 가질 수 있으며 지각과 꿈의 경계상태에서 생성된다. 델타파(Delta wave)는 세타파보다 더 낮은 4 Hz 이하의 주파수를 가질 수 있으며 잠들어 있거나 무의식 상태에서 가장 많이 측정되는 뇌파이다. SCP(Slow cortical potential)는 1 Hz 미만의 주파수를 가질 수 있다.
상기 뇌파 정보 획득부(141)는 뇌파측정부(121)를 통하여 측정된 두피상 서로 다른 위치에서의 뇌파 정보를 획득할 수 있다. 상기 뇌파 정보는 예를 들어, 뇌파 파형의 진폭 정보, 뇌파 파형의 주파수 정보, 특정 주파수대역의 뇌파 파형의 진폭 정보 및 특정 주파수대역의 뇌파 파형의 주파수 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 뇌파 측정부(121)는 상기 시각 피로도 측정장치(100) 내에 구비될 수도 있고, 상기 시각 피로도 측정장치(100)와 별도로 구비될 수도 있다. 상기 뇌파 측정부(121)는 상기 시각 피로도 측정장치(100) 내에 구비된 경우는 상기 뇌파 정보 획득부(141)는 상기 뇌파 측정부(121)에서 측정된 뇌파 정보를 직접 획득할 수 있으나, 상기 시각 피로도 측정장치(100)와 별도로 구비된 경우는 뇌파 측정기와 같은 뇌파 측정부에서 측정된 뇌파 정보를 인터넷 모듈(113), 근거리 통신 모듈(114), 기타 통신 수단을 이용하여 수신할 수도 있다.
출력부(150)는 시각, 청각 등과 관련된 출력을 발생시키기 위한 것으로, 여기에는 디스플레이부(151), 음향 출력 모듈(152), 햅틱 모듈(154) 등이 포함될 수 있다.
상기 출력부(150)는 상기 시각 피로도 측정장치(100) 내에 구비될 수 있다.
또는, 상기 출력부(150)가 상기 시각 피로도 측정장치(100)와 별도로 구비될 수도 있다.
예컨대, 상기 시각 피로도 측정장치(100)는 시각 피로도 측정장치에서 처리된 정보를 인터넷 모듈(113), 근거리 통신 모듈(114), 기타 통신 수단을 이용하여 별도의 출력부를 통해 출력할 수도 있다.
디스플레이부(151)는 시각 피로도 측정장치(100)에서 처리되는 정보를 표시(출력)한다. 예를 들어, 시각 피로도 측정장치가 획득한 뇌파 정보를 표시할 수 있다. 또, 유효 뇌파 정보를 조합하여 도출한 사용자의 시각 피로도 정보를 표시할 수 있다.
디스플레이부(151)는 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor-liquid crystal display, TFT LCD), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode, OLED), 플렉시블 디스플레이(flexible display), 3차원 디스플레이(3D display), 전자잉크 디스플레이(e-ink display) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
음향 출력 모듈(152)은 시각 피로도 측정장치(100)에서 처리되는 정보(예를 들어, 뇌파 정보, 시각 피로도 정보 등)와 관련된 음향 신호를 출력하기도 한다. 이러한 음향 출력 모듈(152)에는 리시버(Receiver), 스피커(speaker), 버저(Buzzer) 등이 포함될 수 있다.
햅틱 모듈(haptic module)(154)은 사용자가 느낄 수 있는 다양한 촉각 효과를 발생시킨다. 햅틱 모듈(154)이 발생시키는 촉각 효과의 대표적인 예로는 진동이 있다. 햅택 모듈(154)이 발생시키는 진동의 세기와 패턴 등은 제어 가능하다. 예를 들어, 서로 다른 진동을 합성하여 출력하거나 순차적으로 출력할 수도 있다.
햅틱 모듈(154)은, 진동 외에도, 접촉 피부면에 대해 수직 운동하는 핀 배열, 분사구나 흡입구를 통한 공기의 분사력이나 흡입력, 피부 표면에 대한 스침, 전극(eletrode)의 접촉, 정전기력 등의 자극에 의한 효과와, 흡열이나 발열 가능한 소자를 이용한 냉온감 재현에 의한 효과 등 다양한 촉각 효과를 발생시킬 수 있다.
햅틱 모듈(154)은 직접적인 접촉을 통해 촉각 효과를 전달할 수 있을 뿐만 아니라, 사용자가 손가락이나 팔 등의 근 감각을 통해 촉각 효과를 느낄 수 있도록 구현할 수도 있다. 햅틱 모듈(154)은 시각 피로도 측정장치의 구성 양태에 따라 2개 이상이 구비될 수도 있다.
햅틱 모듈(154)은 시각 피로도 측정장치(100)에서 처리되는 정보(예를 들어, 실시간 뇌파 정보, 실시간 예측 시각피로도 정보 등)와 관련된 촉각 효과를 발생시킬 수 있다.
메모리(160)는 제어부(180)의 동작을 위한 프로그램(예를 들어, 뇌파 정보 간의 인과관계 산출 방법, 인과관계에 근거한 시각 피로도 산출 방법)을 저장할 수 있고, 입/출력되는 데이터들(예를 들어, 뇌파 정보, 시각 피로도 정보 등)을 임시 저장할 수도 있다. 메모리(160)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(random access memory; RAM), SRAM(static random access memory), 롬(read-only memory; ROM), EEPROM(electrically erasable programmable read-only memory), PROM(programmable read-only memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다.
인터페이스부(170)는 시각 피로도 측정장치(100)에 연결되는 외부 기기와의 통로 역할을 할 수 있다. 인터페이스부(170)는 외부 기기로부터 데이터를 전송받거나, 전원을 공급받아 시각 피로도 측정장치(100) 내부의 각 구성요소에 전달하거나, 시각 피로도 측정장치(100) 내부의 데이터가 외부 기기로 전송되도록 한다.
제어부(controller, 180)는 통상적으로 시각 피로도 측정장치(100)의 전반적인 동작을 제어한다. 그 중에서도 특히, 상기 제어부(180)는 상기 두피상 서로 다른 위치에서의 뇌파 정보 상호간의 인과관계 정보를 획득하고, 상기 인과관계 정보에 근거하여 시각 피로도 정보를 획득할 수 있다.
구체적으로, 상기 제어부(180)는 획득한 뇌파를 증폭하고, 증폭된 신호에서 불요파 성분을 제거하며, 불요파가 제거된 신호를 디지털 신호로 변환한다. 그리고 나서 증폭된 뇌파를 퓨리에 변환(fourier transform)하여 뇌파의 주파수별 출력값을 산출함으로써 뇌파를 분석한다. 또한, 두피 상의 특정 위치에서 발생하는 제 1 뇌파 신호가 다른 위치에서 발생하는 제 2 뇌파 신호에 영향을 미치는 정도를 산출하는 기능을 할 수 있다. 뇌파 정보 상호간의 인과관계에 근거하여 시각 피로도 정보를 획득할 수 있다.
상기 뇌파 정보는 뇌파 파형의 진폭 정보, 뇌파 파형의 주파수 정보, 특정 주파수대역의 뇌파 파형의 진폭 정보 및 특정 주파수대역의 뇌파 파형의 주파수 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 인과관계 정보는 뇌파 파형 상호간의 인과관계 정보 및 특정 주파수대역의 뇌파 파형 상호간의 인과관계 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 시각 피로도를 측정하는 방법의 구체적인 실시예를 살펴보기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시각 피로도 측정방법을 나타낸 흐름도이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 시각 피로도 측정장치는 두피상 서로 다른 위치에서의 뇌파 정보를 획득할 수 있다(S210).
19 채널을 이용하는 경우, 도 4에서 도시한 바와 같은 두피 상의 Fp1, Fp2, F3, Fz, F4, F7, F8, T3, C3, Cz, C4, T4, T5, P3, Pz, P4, T6, O1, O2 와 같은 표준 측정 위치에서의 뇌파 정보를 측정할 수 있다. 이때, 상기 각각의 표준 측정 위치와 양쪽 귓볼을 연결하는 기준 전극과의 전압 차이를 측정하여 뇌파 정보를 획득할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면 복수의 뇌파 정보를 획득할 수 있다. 상기 복수의 뇌파 정보란 동일한 시간대에서 두피 상 서로 다른 위치에서 측정된 복수의 뇌파 정보들을 의미한다. 동일한 시간대에서 일 위치에서 획득한 뇌파 정보를 제 1 뇌파 정보라고 정의하는 경우, 상기 일 위치와 다른 위치에서 획득한 뇌파 정보를 제 2 뇌파 정보라고 정의할 수 있다(도 6 참조).
뇌파 측정부(121)가 상기 시각 피로도 측정장치(100) 내에 구비되는 경우, 상기 시각 피로도 측정장치(100)는 뇌파 정보를 직접 획득할 수 있다.
한편, 상기 뇌파 측정부(121)가 상기 시각 피로도 측정장치(100)와 별도로 구비되는 경우, 상기 시각 피로도 측정장치(100)는 뇌파 측정부(121)에서 측정된 심장 정보를 인터넷 모듈(113), 근거리 통신 모듈(114) 등을 이용하여 수신할 수 있다.
이어서, 제어부(180)는 상기 두피상 서로 다른 위치에서의 뇌파 정보 상호간의 인과관계를 획득할 수 있다(S220). 상기 인과관계 정보는 뇌파 파형 상호간의 인과관계 정보 및 특정 주파수대역의 뇌파 파형 상호간의 인과관계 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 뇌파 정보 상호간의 인과관계를 획득하는 방법의 일례는 다음과 같으며, 이에 한정하는 것은 아니다.
예컨대, 상기 제어부(180)는 제 1 뇌파 정보를 주파수 영역으로 변환하고 제2 뇌파 정보를 주파수 영역으로 변환할 수도 있다. 이 때, 상기 제어부(180)는 상기 제1 뇌파 정보와 상기 제2 뇌파 정보 간에 인과관계 계수를 산출할 수 있다.
예를 들어, 두 개의 표준 측정 위치에서 뇌파 파형 X, Y를 획득한 것으로 가정할 경우, 각각의 파형에 대한 인과관계 계수를 획득하기 위한 과정은 다음 절차를 따라 수행될 수 있다.
먼저, 하기 수학식 1 및 수학식 2에 의하여 t 시점에의 X와 Y의 측정치와 예측치의 차이(
Figure pat00001
,
Figure pat00002
)를 획득할 수 있다. 이하, 별다른 언급이 없는 한, 파형의 측정치와 예측치의 단위는 전압으로 표시될 수 있다.
(수학식 1)
Figure pat00003
,
Figure pat00004
[
Figure pat00005
: t시점에서의 X의 측정치,
Figure pat00006
: t시점 이전의 모든 X 값으로부터 환산한 t시점에서의 X의 예측치,
Figure pat00007
: 자기상관계수,
Figure pat00008
: X의 측정치와 예측치의 차이]
(수학식 2)
Figure pat00009
,
Figure pat00010
[
Figure pat00011
: t시점에서의 Y의 측정치,
Figure pat00012
: t시점 이전의 모든 Y 값으로부터 환산한 t시점에서의 Y의 예측치,
Figure pat00013
: 자기상관계수,
Figure pat00014
: Y의 측정치와 예측치의 차이]
상기 수학식 1에서는 X의 과거값으로부터 환산한 t시점에서의 X의 예측치와 실제 t 시점에서 측정한 X의 측정치와의 차이를 통해 오차
Figure pat00015
를 얻을 수 있다. 또한, 상기 수학식 2에서는 Y의 과거값으로부터 환산한 t시점에서의 Y의 예측치와 실제 t 시점에서 측정한 Y의 측정치와의 차이를 통해 오차
Figure pat00016
를 얻을 수 있다.
한편, t 시점 이전의 모든 X값과 모든 Y값을 함께 고려하는 경우는 하기 수학식 3 및 수학식 4에 의하여 t 시점에의 X 및 Y의 측정치와 예측치의 차이(
Figure pat00017
,
Figure pat00018
)를 획득할 수 있다
(수학식 3)
Figure pat00019
[
Figure pat00020
:t시점에서의 X의 측정치
Figure pat00021
: t시점 이전의 모든 X 값으로부터 환산한 t시점에서의 X기반 X의 예측치 성분,
Figure pat00022
: t시점 이전의 모든 Y 값으로부터 환산한 t시점에서의 Y기반 X의 예측치 성분,
Figure pat00023
: X의 측정치와 예측치의 차이]
(수학식 4)
Figure pat00024
[
Figure pat00025
:t시점에서의 Y의 측정치
Figure pat00026
: t시점 이전의 모든 X 값으로부터 환산한 t시점에서의 X기반 Y의 예측치 성분,
Figure pat00027
: t시점 이전의 모든 Y 값으로부터 환산한 t시점에서의 Y기반 Y의 예측치 성분,
Figure pat00028
: Y의 측정치와 예측치의 차이]
상기 수학식 1에서 얻은
Figure pat00029
와 수학식 3에서 얻은
Figure pat00030
사이에,
Figure pat00031
>
Figure pat00032
의 관계가 성립하면 Y가 X에 영향을 미친다는 것을 의미한다. 또한, 상기 수학식 2에서 얻은
Figure pat00033
와 수학식 4에서 얻은
Figure pat00034
사이에,
Figure pat00035
>
Figure pat00036
의 관계가 성립하면 X가 Y에 영향을 미친다는 것을 의미한다.
이때 오차를 표현하는 항이 서로 시간에 따라 상관되어 있지 않을 경우에 Covariance matrix
Figure pat00037
이며,
Figure pat00038
,
Figure pat00039
로 정의할 수 있다.
이때 Yt는 Xt에 대하여 수학식 5와 같은 인과관계 계수를 갖게 된다.
(수학식 5)
Figure pat00040
,
Figure pat00041
[
Figure pat00042
: Y에서 X로의 인과관계 계수 ,
Figure pat00043
: X에서 Y로의 인과관계 계수]
상기 수학식 5에 의하여, 상기 제어부(180)는 상기 뇌파 정보에 근거하여 뇌파 인과관계 계수 FY →X 혹은 FX →Y를 획득할 수 있다.
상기 인과관계 계수가 큰 값을 가질수록, 특정한 위치에서 발생하는 뇌파 신호가 다른 위치에서 발생하는 뇌파 신호에 영향을 미치는 정도가 크다는 것을 의미한다.
도 5에서는 복수의 뇌파로 구성한 그랜저 인과관계(Granger causality)라는 인과성에 기반하여, 두피 상의 복수의 뇌파 측정위치에서의 뇌파 파형간의 인과관계의 일례를 시각적으로 도시하였다. 측정위치 상호간의 연결망의 조합 중에서도 특히, 시각 피로도와 밀접성이 상대적으로 큰 연결망의 조합을 도시하였다. 피로도에 미치는 영향의 정도는 연결선의 굵기에 비례하며, 연결도가 커질수록 피로도가 증가하면 내부가 완전히 채워진 선으로 표시하였고, 연결도가 낮을수록 피로도가 증가하면 내부가 일부 채워진 선으로 표시하였다. 즉, 도 5에서 도시한 바에 의하면 O1→F3, F3→C4, F3→P3, P3→O2, P4→O1의 경우 연결도가 커질수록 피로도가 증가하며, O2→F3, O2→F4의 경우 연결도가 낮을수록 피로도가 증가하는 것을 알 수 있다. 또한, 이들 연결망에서 O1→F3의 경우 피로도에 미치는 영향의 정도가 상대적으로 큼을 알 수 있다.
상기 그랜저 인과관계 원리에 근거하여 두피상의 제 1 위치에서 발생한 뇌파 신호가 제 2 위치에서 발생하는 뇌파 신호에 미치는 영향의 정도, 즉, 각 위치에서 발생하는 뇌파 상호간의 인과관계를 산출할 수 있다. 상기 인과관계는 정량화하여 수치화할 수 있으며, 가령 수학식 1 내지 수학식 5의 과정을 통해 산출한 인과관계 계수는 그 일례이다.
상기 인과관계에 근거하여 시각 피로도 정보를 획득할 수 있다(S230).
상기 인과관계 계수들 중에 시각 피로도를 반영하는 비중이 높은 계수들을 조합하여 시각 피로도 예측 함수를 도출할 수 있다. 이러한 함수는 사용자의 개인특성에 따라 다르게 나타날 수도 있고 일반적인 함수로 나타날 수도 있다. 예측 함수가 일반적인 함수에서 많이 벗어나는 개인의 경우는 그 개인에 최적화된 함수를 먼저 도출한 다음, 본 발명에서 제안된 절차에 의해서 실시간으로 뇌파기반 시각피로도를 제시할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 수학식 5의 결과를 사용하여 실제 뇌파 기반의 시각 피로도를 다음과 같이 도출할 수 있다.
(수학식 6)
Figure pat00044
여기서,
Figure pat00045
,
Figure pat00046
,
Figure pat00047
은 각각 O1→F3, F3→P3, O2→F3의 인과관계 계수를 의미한다. O1은 좌측 후두엽의 표준 측정위치를, F3은 좌측 전두엽의 표준 측정위치를, P3는 좌측 두정엽의 표준 측정위치를, O2는 우측 후두엽의 표준 측정위치를 각각 나타낸다.
이때 시각 피로도는 0~10 사이의 값으로 표현되며, 통계적 유효성은 도 3에서와 같은 데이터 플롯을 통해 확인하였다. 도 3에 대하여 설명하자면, 20 명의 피시험자가 3D 컨텐츠를 1 시간 시청하는 동안 10 분 간격으로 보고한 주관적 피로도(VAS; Visual Analogue Scale)와 상기 수학식 6에 의거해 예측한 뇌파 기반의 예측 피로도(Predicted VAS)의 관계를 도시한 것이다. 이때 주관적 피로도와 예측 피로도의 정준상관계수는 R = 0.58이며, 통계적 유의성을 나타내는 p 수치는 p = 0.04이다.
상기한 바와 같이 뇌파 인과관계 계수를 바탕으로 여러 쌍의 뇌파 정보간의 연결 정도를 조합하여 사용자가 주관적으로 느끼는 피로도를 가장 잘 예측하는 피로도 함수를 도출할 수 있다.
이러한 과정을 통하여 얻어진 시각 피로도 정보를 디스플레이부(151)를 통해 출력한다. 본 발명에서는 시각 피로도 정보를 획득한 후 이를 별도의 장비로 전송하여 상기 정보를 사용할 수도 있고 시각 피로도 정보를 바로 출력하여 확인할 수도 있으므로 시각 피로도를 출력하는 단계는 필수적인 구성이 아니고 선택적으로 추가될 수 있는 구성이다.
도 7은 뇌파 파형간의 인과관계에 근거하여 실시간으로 예측되는 시각 피로도를 표현한 도면의 일례이다. 상기 피로 지표가 상기 제어부(180)에 의하여 실시간으로 계산될 수 있으며, 이를 통하여 피로 지표가 과도하게 유발되는 환경, 조건을 파악할 수 있다. 이러한 정보는 시각 피로도 측정장치는 물론이고, 영상을 비롯한 3D 콘텐츠를 탑재할 수 있는 전자 기기, 3D 콘텐츠 감상 기기 또는 3D 콘텐츠 제작시에 유용하게 활용할 수 있을 것이다.
도 8은 상기 방법으로 측정한 시각 피로도 정보를 디스플레이하는 시각 피로도 측정장치의 일례를 보여준다. 본 발명에 의하여 획득하는 뇌파기반 시각 피로도는 시간이 흐름에 따라 실시간으로 상기 디스플레이부(151)에 계속적으로 갱신되어 표시될 수 있다.
또, 음향 출력 모듈(152), 햅틱 모듈(154)은 상기 시각 피로도를 별도로 출력할 수 있다.
이와 같이 출력되는 정보를 통하여, 사용자는 뇌파 기반의 객관적 피로 지표를 직관적으로 확인할 수 있다. 이와 같이, 실시간으로 생체신호에 기반한 피로도 정보를 확인할 수 있도록 함으로써, 피로 지표가 바람직한 범위를 초과하지 않도록 환경이나 몸의 상태를 개선할 수 있다.
상술한 본 발명의 실시예에 따른 시각 피로도 측정방법은, 서로 개별적으로 또는 조합되어 이용할 수 있다. 또, 각 실시예를 구성하는 단계들은 다른 실시예를 구성하는 단계들과 개별적으로 또는 조합되어 이용될 수 있다.
또, 이상에서 설명한 방법은 예를 들어, 소프트웨어, 하드웨어 또는 이들의 조합된 것을 이용하여 컴퓨터 또는 이와 유사한 장치로 읽을 수 있는 기록매체 내에서 구현될 수 있다.
하드웨어적인 구현에 의하면, 지금까지 설명한 방법들은 ASICs (application specific integrated circuits), DSPs (digital signal processors), DSPDs (digital signal processing devices), PLDs (programmable logic devices), FPGAs (field programmable gate arrays, 프로세서(processors), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적인 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다.
소프트웨어적인 구현에 의하면, 본 명세서에서 설명되는 절차 및 기능들은 별도의 소프트웨어 모듈들로 구현될 수 있다. 상기 소프트웨어 모듈들은 적절한 프로그램 언어로 쓰여진 소프트웨어 코드로 구현될 수 있다. 상기 소프트웨어 코드는 메모리에 저장될 수 있고, 프로세서에 의해 실행될 수 있다.
또한, 이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.

Claims (8)

  1. 두피상 서로 다른 위치에서의 뇌파 정보를 획득하는 뇌파 정보 획득부; 및
    상기 두피상 서로 다른 위치에서의 뇌파 정보 상호간의 인과관계 정보를 획득하고, 상기 인과관계 정보에 근거하여 시각 피로도 정보를 획득하는 제어부를 포함하는 뇌파 기반의 시각 피로도 측정장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 뇌파 정보는
    뇌파 파형의 진폭 정보, 뇌파 파형의 주파수 정보, 특정 주파수대역의 뇌파 파형의 진폭 정보 및 특정 주파수대역의 뇌파 파형의 주파수 정보 중 적어도 하나를 포함하는 뇌파 기반의 시각 피로도 측정장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 인과관계 정보는
    뇌파 파형 상호간의 인과관계 정보 및 특정 주파수대역의 뇌파 파형 상호간의 인과관계 정보 중 적어도 하나를 포함하는 뇌파 기반의 시각 피로도 측정장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 시각피로 측정장치는 상기 시각 피로도 정보를 출력하는 출력부, 상기 시각 피로도 정보를 외부 기기로 전송하는 인터페이스부, 네트워크 접속을 위한 통신부, 메모리, 사용자 입력부 및 뇌파 측정부 중 적어도 하나를 더 포함하는 뇌파 기반의 시각 피로도 측정장치.
  5. 두피상 서로 다른 위치에서의 뇌파 정보를 획득하는 단계;
    상기 두피상 서로 다른 위치에서의 뇌파 정보 상호간의 인과관계 정보를 획득하는 단계; 및
    상기 인과관계에 근거하여 시각 피로도 정보를 획득하는 단계를 포함하는 뇌파 기반의 시각 피로도 측정방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 인과관계 정보는 뇌파 파형 상호간의 인과관계 정보 및 특정 주파수대역의 뇌파 파형 상호간의 인과관계 정보 중 적어도 하나를 포함하는 뇌파 기반의 시각 피로도 측정방법.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 시각 피로 측정방법은 상기 시각 피로도 정보를 출력하는 단계를 더 포함하는 뇌파 기반의 시각 피로도 측정방법.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 시각 피로 측정방법은 상기 시각 피로도 정보를 별도의 장치로 송신하는 단계를 더 포함하는 뇌파 기반의 시각 피로도 측정방법.
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