KR20150053715A

KR20150053715A - 시각 피로 판단 방법 및 이를 적용하는 장치

Info

Publication number: KR20150053715A
Application number: KR1020140153741A
Authority: KR
Inventors: 황성택; 황민철; 박상인; 원명주
Original assignee: 상명대학교서울산학협력단
Priority date: 2013-11-08
Filing date: 2014-11-06
Publication date: 2015-05-18
Also published as: KR101739956B1; KR20160089323A

Abstract

본 발명은 3D 산업에서 안전성의 문제가 되고 있는 3차원 콘텐츠로 유발된 시각피로를 안면 온도 변화로 정량화 방법을 제시한다. 이 방법에 의한 시각 피로 측정 방법은, 시각적 자극에 노출된 피험자로부터 안면의 열화상을 측정하는 단계, 상기 열화상을 분석하여 피험자의 안면 부위별 열변화를 검출하는 단계, 그리고 상기 안면 부위별 열변화의 크기로부터 시각적 피로를 판단하는 단계를 포함한다.

Description

시각 피로 판단 방법 및 이를 적용하는 장치{Method for measuring Visual fatigue and apparatus adopting the method}

본 발명은 3D 산업에서 안전성의 문제가 되고 있는 3차원 콘텐츠로 유발된 시각피로를 안면 온도 변화로 정량화하여 이로부터 시각적 피로를 판단하는 방법 및 이를 적용하는 장치에 관한 것이다.

최근 디스플레이와 영상 처리 기술의 발전으로 깊이 감 있는 입체영상인 3D 기술이 발전되었다. 기술 발전에 맞춰 3D 콘텐츠 및 관련 서비스 산업 또한, 같이 성장하고 있다. 특히 기존에는 안경 방식으로 3D 콘텐츠를 시청하는 형태로 발전해 왔으나 최근 무안경식 3D 디스플레이 개발에 따라 관련 연구들도 진행되고 있다(Kim et al, 2012). 이러한 3D 산업 발전 속에 여전히 인체 안전성에 대한 이의가 제기되고 있으며 해결하고자 많은 연구들이 진행되고 있다. 2005년 국제표준화기구(ISO)에서는 영상 안전성과 관련된 광 과민성 발작, 영상멀미, 시각피로가 포함되어있는 가이드를 제시하였다(IWA3;ISO, 2005). 안전성 문제는 개인차가 존재하지만 콘텐츠 시청 시 3D 입체감을 경험하면서 2D에 비해 어지러움, 두통, 안구 통증과 같은 증상들을 더욱 자주 경험하게 된다. 이러한 3D 콘텐츠 시청 시 발생되는 인체의 증상들을 3D 시각피로(3D visual fatigue)라고 하며 3D 산업 발전을 위해 해결해야 할 문제이다(IWA3;ISO, 2005).

인체 안전성 문제가 이슈화되면서 시각피로를 정량적으로 측정하고 평가하기 위해 많은 연구들이 진행되고 있다(Furusho et al., 2002; Polonen et al.,2009; Oyamada 2007; Solimini 2011). Takahashi(2006)의 연구에서는 시각피로를 주관설문을 통해 측정하고 게임에서 유발되는 시각피로를 생리신호(PPG: Photo-PlethysmoGram, GSR: Galvanic skin reflex, SKT: Skin temperature) 통하여 평가하고자 하였다(Heo, 2010). 또한, 유발 뇌파를 통한 시각피로 확인과 뇌 인지 반응을 통한 시각피로 접근 방법 등을 이용하여 시각피로에 대한 연구를 진행하였다(Li et al. 2008, Trejo et al. 2007). 하지만 이러한 접촉식 센싱 기법을 이용하면 센서 착용에 대한 부담감으로 또 다른 피로가 유발 될 수 있다. 때문에 눈 영상을 취득하여 눈 깜빡임과 동공 조절 속도를 통해 시각피로를 평가하는 연구도 진행되고 있다(Lee, 2011). 이렇게 시각피로를 평가 할 수 있는 연구들이 많이 있으며 뇌파, 생리신호, 비전 기술 등을 활용하여 다양한 평가 방법으로 연구되고 있다.

생체실험의 경우 센서 착용에 대한 부담감으로 최근 고체촬상소자, 예를들어CCD(charge-coupled device camera) 카메라를 이용하는 연구들이 늘어나고 있다. 하지만 3D 콘텐츠의 대부분이 영화관이나 가정에서 TV를 통해 시청되고 있다. 빛에 영향을 많이 받는 CCD 기반의 영상은 어두운 영화관 등에서는 사용하기 어려움으로 환경적 제한이 있다. 그러나 열화상 카메라를 이용한 적외선 영상은 빛에 대한 주변 환경적 요인에 제한을 덜 받는다.

열화상 카메라는 적외선을 방사시켜 측정하며 인체에서 방사되는 적외선을 통해 온도를 측정하는 것이다. 모든 물체는 절대 온도인 -273도 이상이면 해당 파장의 빛을 방출한다. 인체의 체온은 37도 전과 후이며 8~14㎛의 파장 대역의 적외선 빛을 방출한다. 인체의 온도에 따라서 파장의 빛이 다르게 방출되는 원리를 이용하여 열화상 카메라를 통해 인체 온도를 측정 가능하다. 프랭크 발열체 연구 이론에 따르면 모든 물체는 일정한 경로를 따라 에너지를 발산한다. 흑체는 다른 에너지원으로부터 간섭을 받지 않고 외부로 열을 반사하지 않으면서 자체적으로 이상적인 에너지를 발산한다. 인체의 피부는 이런 흑체와 매우 비슷하여 좋은 발산 수치를 유지하며 병원에서 사용되는 체열 진단기와 같은 제품들이 이와 같은 원리를 가지고 있다.

최근 이러한 적외선 열화상 카메라를 이용하여 감정이나 정서 상태를 추론하고자 하는 연구들이 진행되고 있다(Jarlier et al., 2011; Nhan ＆ Chau, 2010). 열화상 카메라의 경우 대상에서 열에너지를 탐지하여 전기적 신호로 변환하고 화상으로 표현되는 기술이다. 대상자에게 센서를 부착 시키지 않고 온도를 측정 할 수 있는 비접촉식 형태로 대상의 온도를 관찰 할 수 있다. 특히 열화상의 장점으로 조명 등과 같은 빛에 의해 대상의 밝기와 명함 변화 차이가 거의 없는 영상을 얻을 수 있다.

자율신경계의 작용에 따른 혈관 수축과 팽창, 땀샘 등의 작용이 안면 온도에 영향을 미치는 것으로 보인다(Tsiamyrtzi et al, 2007). 안면 온도를 이용한 연구 동향은 표 1과 같다. 이러한 안면의 피부 온도 변화는 교감 및 부교감신경계의 항진에 따라 심혈관계 및 말초모세혈관 등의 증가 또는 감소로 인한 혈류량 변화에 따라 이루어진다(Kreibig, 2010). 안면 온도는 인체의 생리적 메커니즘에 기반 되어 변화가 일어나며 3D 시각피로는 교감신경계에 영향을 미치는 것으로 보고되고 있음으로 안면 온도를 통한 시각 피로를 측정 할 수 있을 것으로 보여 진다(Park et al, 2011).

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본 발명은 환경적인 제한요소를 최소화하고 센서 착용에 대한 부담을 덜어주는 열화상 카메라를 이용하여 3D 콘텐츠 시청 시 발생되는 시각피로 유발에 따른 안면 온도의 변화 및 시각피로 측정에 대한 정량화 방법을 제시한다.

따라서, 본 발명은 시각적 피로를 간편하게 측정할 수 있는 방법 및 이를 적용하는 장치를 제공한다.

본 발명에 따른 시각 피로 측정 방법:은

시각적 자극에 노출된 피험자로부터 안면의 온도 분포를 측정하는 단계;

상기 온도 분포를 분석하여 피험자의 안면 부위별 열 변화를 검출하는 단계; 그리고,

상기 안면 부위별 열 변화의 크기로부터 시각적 피로를 판단하는 단계; 를 포함한다.

본 발명에 따른 시각 피로 측정 방법의 구체적인 실시 예에 따르면, 상기 온도 분포는 피험자의 안면을 촬영하여 얻은 열 화상으로부터 측정할 수 있다.

본 발명에 따른 시각 피로 측정 방법의 구체적인 실시 예에 따르면, 상기 피험자로부터 열화상을 측정하기 전에, 상기 피험자에게 시각적 피로를 제시하는 단계를 더 포함한다.

본 발명에 따른 시각 피로 측정 방법의 구체적인 실시 예에서, 상기 열변화의 크기를 측정하는 안면 부위는 미간과 코 끝 지점 중 적어도 어느 하나 이다.

본 발명에 따른 시각 피로 측정 방법의 구체적인 실시 예에서, 상기 열화상은 열화상 카메라를 이용하여 획득한다.

본 발명에 따른 시각 피로 측정 장치:는

피험자 안면의 온도 분포를 측정하는 장치;

상기 온도 분포로부터 피험자의 안면 부위별 열 변화를 검출하는 검출부;

상기 안면 부위별 열 변화의 크기로부터 시각적 피로를 판단하는 판단부; 그리고,

상기 판단부에 의한 시각적 피로의 판단 결과를 출력하는 출력부;를 포함한다.

본 발명에 따른 시각 피로 측정 장치의 한 실시 예에 따르면, 상기 온도 분포는 피험자의 안면으로부터 얻은 열 화상으로부터 측정된다.

본 발명에 따른 시각 피로 측정 장치의 한 실시 예에 따르면, 상기 온도 분포를 측정하는 장치는 열 화상 카메라이다.

본 발명에 따른 시각 피로 측정 장치의 한 실시 예에 따르면, 상기 판단부는 안면 부위의 미간과 코 끝 지점 중 적어도 어느 하나의 열변화로부터 시각 피로를 판단할 수 있다.

본 발명에 따른 시각 피로 측정 장치는 컴퓨터 기반의 시스템이며, 상기 출력부는 디스플레이와 프린터 중의 적어도 어느 하나 이다.

본 발명은 3D 산업에서 안전성의 문제가 되고 있는 3차원 콘텐츠로 유발된 시각피로를 안면 온도 변화로 정량화 방법을 제시한다. 이 정량화 방법은 피험자에게 센서 착용에 대한 측정부담을 최소화하는 효과가 있다. 콘텐츠 시청 전과 시청 후에 각각 1분간 열화상 카메라를 이용하여 안면온도를 측정하였다. 연구는 주관설문(subjective evaluation)과 인지부하(high cognitive task) 실험을 통하여 시각피로 발생 여부를 판단하였다. 2D와 3D간의 시청 전과 시청 후에 발생되는 차이를 비교하여 3D 콘텐츠 시청에 따른 시각피로 유발 시 안면 온도에 어떤 차이가 있는지 확인해 보았다. 2D와 3D 시청 전후에 차이를 비교해본 결과 주관 설문과 인지부하 실험의 경우 유의한 차이를 보였고 ERP 레이턴시(latency)는 3D 시청 시 증가하는 것으로 나타났으며 이는 인지 피로 관점에서 시각피로가 발생한 것으로 볼 수 있다. 안면 온도의 경우 미간(forehead) 영역과 코끝(tip of the nose) 영역의 최대값(max)을 비교해본 결과 유의한 차이를 보이는 것으로 확인되었다. 이는 선행 연구에서도 3D 시각피로 발생 시 교감신경계가 항진됐던 결과와 비교해보면 교감신경계가 항진되면 심박 수가 증가하고 목동맥계(carotid arteries system)를 통한 안면으로의 혈류량이 증가하게 된다. 2D와 3D 시청 시 교감신경계 항진 정도에 따라서 혈류량 변화로 안면 온도에 영향을 미치고 차이를 보이는 것으로 확인되었다. 본 연구는 열화상이미지를 이용하여 3D 시각피로를 측정 할 수 있는 가능성을 확인하는데 의의가 있다.

도1은 본 발명에 따른 시각 피로를 검증하기 위한 실험 순서도이다.
도2는 본 발명에 따른 2D/3D 시청군의 자극 및 데이터 수집 분석 방법을 설명하는 도면이다.
도3은 본 발명에 따른 시각 피로 측정 방법에서, 피험자에게 제시되는 표적 자극 제시 화면을 예시한다.
도4는 본 발명에 따른 시각 피로 측정 방법의 실례를 보이는 사진이다.
도5는 본 발명에 따라 피험자로부터 획득한 열화상 영상을 보인다.
도6은 본 발명에 따른 시각 피로 측정 방법에서, 2D/3D 간 주관평가 점수 변화량 평균을 보이는 그래프이다.
도7은 본 발명에 따른 시각 피로 측정 방법에서, 2D/3D 간 표적자극 반응 검출 정확도 변화량 평균을 보이는 그래프이다.
도8은 본 발명에 따른 시각 피로 측정 방법에서, 2D/3D 간 표적자극 반응 시간 변화량 평균을 보이는 그래프이다.
도9, 10은 본 발명에 따른 시각 피로 측정 방법에서, 2D 시청 군과 3D 시청 군의 시청 전과 후의 ERP 레이턴시 통계 분석 결과 그래프이다.
도11은 본 발명에 따른 시각 피로 측정 방법에서, 2D 시청 군과 3D 시청 군간 미간 온도 변화량 평균을 도시한다.
도12는 본 발명에 따른 시각 피로 측정 방법에서, 2D 시청 군과 3D 시청 군간 코끝 온도 변화량 평균을 도시한다.

이하에서 본 발명에 따른 시각 피로 판단 방법 및 장치의 바람직한 실시 예를 설명한다. 본 발명은 비접촉식 비전 기술과 빛에 영향을 적게 받는 열화상 카메라를 이용하여 2D와 3D 콘텐츠 시청 시 발생되는 시각피로 유발을 판단하는 방법을 제공한다,

본 발명은 안면 온도의 변화에 따른 시각피로 반응의 관련성을 특정하고 이를 이용해 비접촉식으로 시각 피로를 판단 또는 측정한다.

본 발명에 따른 시각 피로 판단 방법은 시각 피로와 안면 온도 변화의 관련성을 특정하고, 이를 다양한 실험을 통하여 확인하였다.

측정 위치	평가 방법	참고 문헌
눈사이, 콧날, 코끝, 이마	시청각 자극에 따른 온도 변화	Eum, et al. (2012)
이마, 코, 뺨	2~10개월의 유아 대상 기쁜 표정 시 안면 온도 변화	Nakanishi, R. ＆ Imai-Matsumura, K. (2008)
코	각성 수준과 뇌파와 코의 온도 상관성	Nozawa, A. ＆ Tacano, M. (2009)
손가락, 이마, 눈	공포/기쁨 상태에서의 온도 변화	Hirota, A. ＆ Hirai, H. (1990)
눈, 눈썹(미간), 입, 코	4지점의 정서적 감정상태 유발 시 온도 변화	Jin-sup eom, jin-hun sohn (2012)
코, 이마, 뺨, 턱	스트레스 자극에 의한 온도 변화	Hirokazu, et al. (1997)
코	Mental Task 수행에 따른 안면 온도 변화	Tiejun, et al. (2006)
이마, 코	MLT(Mental Loading Task) / 시뮬레이터 수행 시 온도 변화	Calvin, et al. (2007)

본 발명의 실험에 참여한 피험자는 상명대학교 재학생 26명을 대상으로 하였으며(남 11명, 여 15명; 평균나이 23.5세 ± 2.08) 2D 시청 군과 3D 시청 군으로(각 13명) 나누어 실험을 진행하였다. 실험 전 카페인, 음주, 흡연 등 자율 신경계와 시각기능에 영향을 미칠 수 있는 환경적 요소를 제한하였으며 실험 전에 피로를 최소화할 수 있도록 피험자에게 충분한 수면을 취하도록 하였다. 또한, 실험에 참여한 모든 피험자에게 연구목적을 제외한 실험에 대한 대략적인 사항을 설명한 후 자발적 의지에 대한 피험자 동의서 및 실험비를 지급하였다. 실험 절차는 헬싱키 선언에 따라 상명대학교 윤리위원회 심의를 받아 진행하였다.

실험 절차는 주관 설문을 받고 각 장비의 상태확인 및 착용이 완료 되면 진행 하도록 하였다. 진행 순서는 인지부하(High cognitive task) 실험, 안면 온도 측정, 콘텐츠 시청 순으로 진행 하였다. 시청 후에는 앞에서 진행한 절차를 역순으로 반복하였으며 자세한 진행 순서는 도1과 같다.

실험에 있어서, 피험자는 편안한 의자에 앉아 각 시청 군에게 맞게 1시간 동안 시청하고 시청 전과 후에 표적자극 검출 및 반응시간, 주관평가, 온도 데이터를 측정하였으며 시청군은 도2와 같다.

시각피로를 최대한 유발하기 위해 시청거리를 1m로 하였으며 시청 환경의 조명을 어둡게 하여 제시되는 시청 자극에 집중 할 수 있도록 하였다. 실험에 사용된 시청 자극은 스텝업 3D(Step Up 3-D, 2010)를 사용하였으며 40 inch LED 3D TV(UN40D6400, Samsung)를 통하여 2D 버전과 3D 버전을 이용하여 각 시청 군에 맞도록 제시하였다. 또한 시각피로 유발 여부를 확인하기 위한 인지부하 실험 선행 연구를 참조하였다(Park et al., 2013; Mun et al., 2012; Toffanin et al., 2009; Morgan et al., 1996). 실험 자극은 표준자극(A에서 K까지)과 표적자극 1개(숫자 5) 총 12개의 문자를 6Hz 속도로 무작위 하게 실시간으로 제시하여 표적자극을 인식하였을 때 키보드를 눌러 검출하는 형태로 제시하였으며 선행연구(Park et al., 2013)에서 제시하는 자극 구성 화면은 도3과 같다.

실험 전과 실험 후에 Li 등(2010)이 개발한 측정도구를 이용하여 피험자의 상태에 대해 주관적 피로평가를 실시하였고 실험 후 인터뷰를 통해 시각피로 유발 정도를 확인하였다. 시각적 스트레스(VS, visual stress), 눈 통증(eye pain), 신체 통증(BP, body pain), 상 흐림(IBP, image blurring factors)의 4가지 요인을 5점 척도로 하여 주관평가를 구성하였으며 역 문항을 포함하여 주관평가의 신뢰성을 확보하였다. 또한, 시청 전과 시청 후에 인지부하 실험을 통하여 인지피로 관점에서의 시각피로 유발을 표적자극 검출 정확도(Performance)와 표적자극 반응 시간(Response Time)을 통해 시각피로 발생에 대한 평가를 실시하였다. 추가적으로 뇌파(EEG: electroencephalography) 8채널(F3, F4, C3, C4, P3, P4, O1, O2)을 측정하여 실제 뇌파에서 인지적 관점의 인지피로 발생 여부를 평가하였다. 도4에 도시된 바와 같이, 열 분포, 구체적으로 열 영상을 촬영하여 열 분포를 측정하기 위한 한 장치로서 열화상 카메라가 사용될 수 있다. 열화상 영상 수집은 국내(KCC: Korea Communications Commission) 및 국외(CE: European Organization for Testing ＆ Certification, FCC: Federal Communications Commission) 인증을 받은 열화상 카메라(CX-320U, COX Co. , Ltd)를 사용하여 피험자 기준으로 좌측에 위치하여 안면에 대하여 데이터를 측정하였다. 측정 된 영상 데이터는 해상도 320x240, 60Fps 로 측정되었으며 시청 전과 시청 후로 나뉘어 각 1분씩 측정될 수 있도록 하였다.

도5에 도시된 바와 같은, 측정된 열 영상 데이터는 주로 안면 온도를 많이 보는 미간, 볼, 코, 눈, 입 등 중에서 실험의 환경적 요인과 분석하고자 하는 목적에 맞춰 미간과 코끝 지점에 대하여 온도를 추출하였다. 피험자의 시청 중 움직임 발생에 따라 1초 단위로 구간을 설정하여 시청 전과 시청 후 1분 동안 각 지점의 이동에 맞춰 온도 데이터를 추출하여 움직임에 따른 오차를 최소화 하였다. 인지부하 실험의 경우 시청 군에 따른 표적자극 검출에 대한 표적자극 검출 정확도와 표적자극 반응 시간을 토대로 시각피로 유발 여부를 확인하였다.

각 시청 군에 시청 전과 후 차이는 아래의 식1의 공식을 사용해 변화량 구하여 2D와 3D 간의 시각피로 변화 차이를 비교하였다.

비교 분석 된 실험 결과는 SPSS 17.0K (SPSS, an IBM Company, USA)를 사용한통계 분석을 통해 얻었다. 정규성 검정을 통하여 정규분포를 따르는지 검증을 실시하였다. 주관평가의 경우 정규성을 따르는 신체적 통증 모수검정을 실시하였고 나머지 스트레스, 안구통증, 상흐림은 정규성을 따르지 않는 것으로 나타나 비모수 검정을 실시하였다(p> .05). 인지부하 실험의 표적자극 검출 정확도와 표적자극 반응 시간 모두 정규성을 따르지 않아 비모수 검정을 실시하였다(p>.05). ERP 레이턴시는 F3, C3, P3, P4 지점에 대해 정규성을 따르지 않아 비모수 검정을 실시하였고 그 외 지점은 모수 검정을 통하여 두 집단 간 변화 차이를 볼 수 있도록 하였다. 열 영상의 경우 코 끝 영역은 정규성을 따르는 것으로 나타나 모수검정을 실시하였고 미간 영역은 정규성을 따르지 않아 비모수 검정을 실시하였다(p> .05).

주관평가 설문 결과 2D의 시청 전과 후 보다 3D의 시청 전과 후가 시각피로를 더 호소하는 것으로 나타났으며 시청 전과 후의 변화량 또한, 2D 보다 3D가 더 많은 변화 폭을 보였다. 정규성을 따르는 주관평가 요소 중 신체적 통증의 경우 독립표본 T검정을 실시한 결과 유의한 차이를 보이지 않는 것으로 나타났으며(t=-1.896, p=.070). 정규성을 따르지 않는 주관평가 요소는 Mann-Whitney 검증을 실시하였으며 그 결과 시각적 스트레스(z=-2.590, p=.010), 안구 통증(z=-2. 185, p=.029), 상흐림(z=-2.661, p=.008) 모두 유의한 차이를 보였다. 통계 분석 결과는 도6과 같다.

실험 결과 2D의 시청 전과 시청 후의 차이를 보면 표적자극 검출 정확도는 증가, 표적자극 반응 시간은 감소하는 형태를 보였으며 3D의 경우 표적자극 검출 정확도는 감소, 표적자극 반응시간은 증가하는 형태를 보였다. 2D와 3D의 시청전과 시청후의 차이를 변화량 기준으로 비교 해본 결과 모두 정규성을 따르지 않아 Mann-Whitney 검증을 실시하였으며 표적자극 검출 정확도 (z=-3.207, p=.001), 표적자극 반응 시간 (z=-.462, p=.001) 모두 유의한 차이를 보였다. 통계 분석 결과는 도7, 도8과 같다.

2D 시청 군과 3D 시청 군의 시청 전후의 변화량을 ERP latency로 분석하였다. 2D 시청 군의 경우 시청 후에 ERP latency가 감소하는 경향을 보였으며 3D 시청 군의 경우 F4 지점을 제외한 다른 측정지점에서 증가하는 경향을 보였다. 비모수 검정을 실시한 F3, C3, P3, P4 지점에서는 F3, P4에서 유의한 차이를 발견하였다(F3: z=-3.359 p=.001, P4: z=-3.821 p=.000). 모수 검정을 실시한 F4, C4, O1, O2 지점에서는 O1, O2에서 유의한 차이를 발견하였다(O1: t=-4.462 p=.000, O2: t=-3.525 p=.002). 하지만 두 가지 검정 방법에서 C3, P3, F4, C4 지점은 유의한 차이를 보이지 않았다(C3: z=-1.154 p=.249, P3: z=-1.923 t=.054, F4: t=-.147 p=.884, C4: t=-1.486 p=.155).통계 분석 결과 그래프는 도9, 도10과 같다.

열 영상을 통한 미간과 코끝 지점 영역 대한 최대값(Max)의 데이터 분석 결과 2D 시청 전과 시청 후 3D 시청 전과 시청 후의 차이 변화량를 비교하였다. 분석한 안면온도의 평균 데이터는 아래의 표 2와 같다.

		미간		코끝
		시청 전	시청 후	시청 전	시청 후
2D	평균(℃)	35.12	34.47	34.34	33.15
2D	변화량(%)	-0.017078		-0.035247
2D	표준편차	0.039452		0.030427
2D	표준오차	0.010942		0.008439
3D	평균(℃)	34.49	34.75	33.40	33.23
3D	변화량(%)	0.007610		-0.004732
3D	표준편차	0.008935		0.031387
3D	표준오차	0.002478		0.008705

2D 보다 3D가 미간 온도가 증가하는 형태를 보였으며 미간의 경우 정규성을 만족하지 않아 비모수 검정을 통하여 통계적 유의차를 확인하였다(z=-3.359, p = .000). 코끝 지점의 경우 미간 지점과 마찬가지로 증가하는 형태를 보였으며 정규성을 만족하여 모수 검정을 통하여 통계적 유의차를 확인하였다(t=-2.418, p = .024). 미간과 코끝의 분석 결과 그래프는 도11과 도12와 같다.

본 발명의 실험은 남녀 대학생 피험자 26명을 대상으로 1시간 동안 각 시청 군에게 맞게 시청하도록 하고 시청 전과 시청 후 1분간 열화상 영상을 측정하였다. 또한, 선행 연구(Park et al, 2013)에 따라 시각피로가 유발 되었는지 확인하기 위하여 시청 전과 시청 후에 주관평가와 인지부하 실험을 진행하였다.

주관평가 결과, 신체적 통증의 경우 유의하지 않는 것으로 나타났으며, 시각적 스트레스, 안구 통증, 상 흐림은 유의한 차이를 보였다. 인지부하 실험 결과 표적자극 검출 정확도와 표적자극 반응 시간의 경우 모두 유의한 차이를 보였다. 표적자극 검출 정확도가 증가하는 것은 선행 연구에 따라 시각피로를 인지피로 관점에서 볼 때 시각피로가 발생하면 인지적 부하가 증가함으로 표적자극 검출 정확도는 감소하고 반대로 표적자극 반응 시간은 증가하는 것으로 볼 수 있다. 따라서 2D 보다 3D 콘텐츠를 시청 할 때 더욱 피로를 느낀 것으로 볼 수 있다.

ERP 레이턴시 분석 결과에 따르면 2D 시청군(視聽群) 보다 3D 시청 군의 레이턴시(latency)가 더 지연(딜레이) 되는 것으로 나타났다. 이는 선행 연구들에서 보고되고 있는 결과와 동일하다고 볼 수 있으며 선행 연구에서는 시각정보처리를 하는 대뇌의 고인지 과정(high level cognition)에 따른 인지적 부하가 발생한 것으로 해석하고 있다(Mun et al., 2012; Li et al., 2012; Kaseda et al., 1998). 따라서 본 연구의 결과는 인지적 관점에서의 시각피로가 정상적으로 유발 된 것으로 볼 수 있다.

시각피로 유발 시 미간과 코끝 또한 2D시청 보다 3D 시청 시 유의하게 증가하는 것으로 나타났다. 이는 선행 연구에 따르면 3D 시각피로 발생 시 자율신경계 기능에 영향을 미치고 교감신경계가 항진되는 반응이 나타나는 것으로 보고되었다(Park et al. 2011). 인체의 피부온도는 말초모세혈관을 통한 수축과 확장에 따라 혈류량이 조절이 되고 혈류량에 따라 피부온도의 증가 또는 감소가 나타나게 된다(Kreibig, 2010). 안면부 혈관의 수축과 확장은 교감신경계, 부교감신경계, 삼차신경계(Trigeminal neuralgia), 통각수용기(Nociceptors)의 매개 혈관으로 조절이 된다(Izumi, H. 1999). 이러한 생리적 메커니즘에 의해 2D와 3D 시청 시 코끝과 미간의 유의한 온도 증가는 안면으로의 혈류량이 증가로 볼 수 있고, 혈류량의 증가는 교감신경계 항진에 따른 심박 수 증가에 의한 것으로 해석 될 수 있을 것이다. 이는 선행 연구의 3D 시각피로 발생 시 교감신경계 항진이라는 결과를 안면 온도의 변화를 통하여 얻을 수 있는 것을 확인하였다. 안면의 미간과 코끝의 시청 전과 시청 후의 유의한 온도 증가로 시각피로의 정량적 측정 가능성을 확인하였다.

3D 시각피로 측정 시, 무구속, 무자각 형태의 비접촉형 센싱 기법과 빛에 영향을 적게 받는 열화상 카메라를 이용하여 센서 착용의 부담감과 빛에 대한 한계점을 최소화 하였다. 이로써 3D 콘텐츠 시청 시, 시청자에게 아무런 제약 없이 시각피로에 대한 반응을 확인 할 수 있게 되었다. 하지만 본 발명의 실험에서는 시각피로를 측정하는데 있어 새로운 정량적 측정을 확인한 연구로써 시청 중 발생되는 자연스러운 움직임, 3D 안경 방식, 다른 안면 지점의 온도 변화 및 개인별 생리적 특성 반영 등에 따른 보정 및 트래킹 기술에 대한 추가적인 연구가 필요하다. 새로 개발 되고 있는 무안경식 3D 디스플레이와 같은 그 외 발생 될 수 있는 다른 환경적 요인에 대한 고려도 필요하다. 또한, 시각피로를 측정하는 방법에 대한 다양성을 갖추기 위하여 다른 측정 방법들과의 상관성을 통해 새로운 측정 방법을 제안하는 추가 연구 진행 되어야 할 것이다.

이러한 한계점들을 추가적으로 해결해 나간다면 이를 기반으로 안전성을 고려한 3D 기술 산업에 기여 할 수 있을 것으로 예상된다. 본 발명은 3D 콘텐츠 시청 시 발생되는 시각피로에 안면 온도 변화 및 정량적 측정 방법에 대한 가능성을 확인한 결과로써 의의가 있다.

상기와 같은 방법에 의해 시각 피로를 측정하는 시스템은 컴퓨터 기반의 시스템이며, 열 분포 검출 장치 또는 입력 장치로 열화상 카메라, 그리고 출력장치로 디스플레이를 구비한다. 출력 장치의 부가적인 하드웨어로서는 프린터가 포함될 수 있다.

이러한 본 발명은 상기와 같은 실시 예를 통해서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상에 의해 전원 연결 장치의 구현이 가능할 것이며. 이러한 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.

Claims

시각적 자극에 노출된 피험자로부터 안면의 온도 분포를 측정하는 단계;
상기 온도 분포를 분석하여 피험자의 안면 부위별 열 변화를 검출하는 단계; 그리고,
상기 안면 부위별 열 변화의 크기로부터 시각적 피로를 판단하는 단계; 를 포함하는 시각 피로 측정 방법.
제1항에 있어서,
상기 온도 분포는 피험자의 안면을 촬영하여 얻은 열 화상으로부터 측정하는 것을 특징으로 시각 피로 측정 방법.
제 2항에 있어서,
상기 열 화상은 열 영상 카메라를 이용하여 획득하는 것을 특징으로 시각 피로 측정 방법.
제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 피험자로부터 안면의 온도 분포를 측정하기 전에, 상기 피험자에게 시각적 피로를 제시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시각 피로 측정 방법.
제4항에 있어서,
상기 열변화의 크기를 측정하는 안면 부위는 미간과 코 끝 지점 중 적어도 어느 하나 인 것을 특징으로 하는 열화상을 이용한 시각 피로 측정 방법
제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 열변화의 크기를 측정하는 안면 부위는 미간과 코 끝 지점 중 적어도 어느 하나 인 것을 특징으로 하는 열화상을 이용한 시각 피로 측정 방법
피험자 안면의 온도 분포를 측정하는 장치;
상기 온도 분포로부터 피험자의 안면 부위별 열 변화를 검출하는 검출부;
상기 안면 부위별 열 변화의 크기로부터 시각적 피로를 판단하는 판단부; 그리고,
상기 판단부에 의한 시각적 피로의 판단 결과를 출력하는 출력부;를 포함하는 시각 피로 측정 장치.
제7항에 있어서,
상기 온도 분포는 피험자의 안면으로부터 얻은 열 화상으로부터 측정하는 것을 특징으로 시각 피로 측정 장치.
제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 온도 분포를 측정하는 장치는 열 화상 카메라인 것을 특징으로 하는 시각 피로 측정 장치.
제9항에 있어서,
상기 판단부는 안면 부위의 미간과 코 끝 지점 중 적어도 어느 하나의 열변화로부터 시각 피로를 판단하는 것을 특징으로 하는 시각 피로 측정 장치.
제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 판단부는 안면 부위의 미간과 코 끝 지점 중 적어도 어느 하나의 열변화로부터 시각 피로는 판단하는 것을 특징으로 하는 열화상을 이용한 시각 피로 측정 장치.
제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 출력부는 디스플레이와 프린터 중의 적어도 어느 하나 인 것을 특징으로 하는 열화상을 이용한 시각 피로 측정 장치.
제9항에 있어서,
상기 출력부는 디스플레이와 프린터 중의 적어도 어느 하나 인 것을 특징으로 하는 열화상을 이용한 시각 피로 측정 장치.
제10항에 있어서,
상기 출력부는 디스플레이와 프린터 중의 적어도 어느 하나 인 것을 특징으로 하는 열화상을 이용한 시각 피로 측정 장치.