KR20160148904A - Uwb 레이더를 이용한 생체 정보 측정 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

UWB 레이더를 이용한 생체 정보 측정 방법 및 장치가 개시된다. 개시된 방법은, 생체 정보 측정 대상자부터 반사된 반사 신호를 이용하여 호흡수를 결정하는 단계(a); 상기 반사 신호로부터 호흡 신호를 제거하고 주파수 도메인의 신호로 변환하는 단계(b); 상기 단계 (b)에서 변환된 주파수 도메인 신호로부터 피크값을 검출하여 심박수를 결정하는 단계(c)를 포함한다.

Description

UWB 레이더를 이용한 생체 정보 측정 방법 및 장치{Method and Device for Measuring Biometric Data using UWB Radar}
본 발명은 생체 정보 측정 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 UWB 레이더를 이용한 생체 정보 측정 방법 및 장치에 관한 것이다.
UWB란 500MHz이상의 주파수대역을 사용하거나 비대역폭으로 정의되는 수치가 25% 이상인 라디오 기술을 의미한다. 비대역폭이란 중심주파수 대비 신호의 대역폭을 의미한다. 즉, UWB는 광대역의 주파수를 사용하는 라디오 기술로서, 높은 거리 분해능, 투과성, 협대역 잡음에 대한 강한 면역성, 주파수를 공유하는 타 기기와의 공존성과 같은 다양한 장점을 지닌다.
IR-UWB(Impulse-Radio Ultra WideBand) 레이더(이하, UWB 레이더라 한다) 기술은 이러한 UWB 기술을 레이더에 접목한 시스템으로, 주파수 영역에서의 광대역 특성을 갖는 매우 짧은 지속시간의 임펄스 신호를 송신하여 사물 및 사람으로부터 반사되어 돌아오는 신호를 수신해 주변 상황을 인지하는 레이더 기술을 의미한다.
UWB 레이더 시스템은 신호 생성부에서 수 나노-수 피코 초의 시간 폭을 갖는 임펄스 신호를 생성하여 송신 안테나를 통해 광각 또는 협대역의 각도로 방사한다. 방사된 신호는 환경에서의 다양한 사물이나 사람으로 인해 반사되게 되고 반사된 신호는 수신 안테나 및 ADC를 거쳐 디지털 신호로 변환된다.
전술된 UWB 레이더의 장점으로 인해, 많은 분야에서 UWB 레이더를 활용하기 위한 연구가 진행되고 있다. 현재 호흡 및 심박수 측정을 위한 의료용 장치, 재난 현장에서의 인명 구조를 위한 휴대용 레이더 장치, 일정 영역 내의 사람 수를 세는 피플 카운팅 장치 등 다양한 방면에서 기술 개발을 위한 연구가 진행되고 있다. 일 예로 한국공개특허공보 제10-2013-0020835호(공개일 2014년 9월 4일) " UWB 기반 비접촉식 생체신호진단기"에는 UWB 레이더를 이용하여 생체 신호를 측정하고, 측정된 생체 신호를 이용하여 원격 건강관리 서비스를 제공하는 방법이 개시되어 있다.
다만, 사람의 호흡에 따른 움직임에 비해 심박동에 따른 움직임 정도는 현저히 작기 때문에, 심박수를 측정하는데 많은 어려움이 있다.
본 발명은 UWB 레이더를 이용하여 생체 정보 측정 방법 및 장치를 제공하기 위한 것이다.
특히, 본 발명은 UWB 레이더를 이용하여 측정 대상자의 심박수를 정확하게 측정하기 위한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따르면, UWB 레이더를 이용하는 생체 정보 측정 방법에 있어서, 생체 정보 측정 대상자부터 반사된 반사 신호를 이용하여 호흡수를 결정하는 단계(a); 상기 반사 신호로부터 호흡 신호를 추출하고 상기 추출된 호흡 신호를 상기 반사 신호로부터 제거한 후 주파수 도메인의 신호로 변환하는 단계(b); 상기 단계 (b)에서 변환된 주파수 도메인 신호로부터 피크값을 검출하여 심박수를 결정하는 단계(c)를 포함하는 생체 정보 측정 방법이 제공된다.
상기 단계(b)에서, 상기 호흡 신호를 추출하는 방법은, 특정 샘플 타임을 기준으로 제1 레퍼런스 타임 내에 있는 샘플 타임들의 세기값을 제외하고 상기 제1 레퍼런스 타임보다 큰 제2 레퍼런스 타임 내에 있는 샘플 타임들의 세기값에 대한 평균을 구하는 단계( b1); 및 상기 특정 샘플 타임의 세기값을 상기 평균 값으로 대체하는 단계(b2)를 포함하되, 미리 설정된 구간의 모든 샘플 타임에 대해 상기 단계(b1) 및 (b2)를 수행한다.
상기 단계(c)는, 검출되는 복수의 피크값들 중 미리 설정된 주파수 범위 내의 피크값에 대응되는 주파수를 심박수로 결정한다.
상기 단계(c)는, 호흡수의 고조파 성분을 제거하는 단계; 및 고조파 성분이 제거된 피크값들을 이용하여 심박수를 결정하는 단계를 포함한다.
상기 단계(a) 내지 (c)는 복수회 실시되며, 상기 단계(c)는 피크값의 발생 빈도 및 피크값의 세기 중 적어도 하나를 이용하여 심박수를 결정한다.
상기 고조파 성분을 제거하는 단계는, 기 설정된 주파수 범위에서 복수의 피크 값을 검출하여 상기 검출된 피크값들 중 고조파 성분에 대응되는 피크값을 제거하는 것이며, 상기 기 설정된 주파수 범위는 생체 정보 측정 대상자의 심박수에 기초하여 결정된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, UWB 레이더를 이용하는 생체 정보 측정 장치에 있어서, 생체 정보 측정 대상자부터 반사된 반사 신호를 주파수 도메인 신호로 변환하는 주파수 변환부; 상기 주파수 변환부에서 변환된 반사 신호에 대한 주파수 도메인 신호를 이용하여 호흡수를 결정하는 호흡수 결정부; 상기 반사 신호로부터 호흡 신호를 추출하고 상기 추출된 호흡 신호를 반사 신호로부터 제거하며, 상기 추출된 호흡 신호가 제거된 신호에 대한 주파수 도메인 신호로부터 복수의 피크값을 검출하며 상기 결정된 호흡수의 고조파 성분을 제거하는 피크 검출부; 및 상기 고조파 성분이 제거된 후 존재하는 피크값들 중 하나를 심박수로 결정하는 심박수 결정부를 포함하는 생체 정보 측정 장치가 제공된다.
상기 호흡 신호는, 특정 샘플 타임을 기준으로 제1 레퍼런스 타임 내에 있는 샘플 타임들의 세기값을 제외하고 상기 제1 레퍼런스 타임보다 큰 제2 레퍼런스 타임 내에 있는 샘플 타임들의 세기값에 대한 평균을 구하고, 상기 특정 샘플 타임의 세기값을 상기 평균 값으로 대체하는 과정을 미리 설정된 구간의 모든 샘플 타임에 대해 수행하여 추출된다.
상기 피크값 검출부는, 검출되는 복수의 피크값들 중 미리 설정된 주파수 범위 내의 피크값에 대응되는 주파수를 심박수로 결정한다.
상기 심박수 결정부는 복수에 걸쳐 획득된 반사 신호에 대해 피크값의 발생 빈도 및 피크값의 세기 중 적어도 하나를 이용하여 심박수를 결정한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상대적으로 신호 세기가 약한 심박수에 의한 신호를 적절히 검출하여 정확하게 심박수를 결정할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 대상자의 호흡수에 대응되는 주파수 성분의 고조파 성분을 제외하고, 심박수에 대응되는 주파수 성분을 검출함으로써, 정확성이 향상되는 장점이 있다.
또한 본 발명에 따르면, 대상자를 반복 측정하여, 검출된 피크 값에 대한 주파수 중에서, 피크 값의 발생 빈도수 및 매그니튜드 중 적어도 하나를 이용하여 심박수를 결정함으로써, 정확성이 더욱 향상되는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 생체 정보 측정 방법을 설명하기 위한 주파수 스펙트럼을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 생체 정보 측정 방법을 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 생체 신호 측정 방법을 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수신된 반사신호로부터 호흡신호를 추출하는 방법을 설명하기 위한 도면.
도 5는 UWB 레이더의 반사 신호 파형 및 반사 신호로부터 호흡 신호가 제거된 신호의 파형을 도시한 그래프.
도 6은 수신 신호에서 호흡 신호를 제거하였을 경우 주파수 도메인의 신호를 도시한 그래프.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 심박수 결정 방법을 도시한 순서도.
도 8은 도 7에서 설명된 생체 정보 측정 방법에 따라 반복하여 검출된 피크 값의 빈도수(repetition frequency) 및 평균 세기(mean magnitude)를 나타내는 도면.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 생체 정보 측정 장치를 설명하기 위한 도면.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 생체 정보 측정 방법을 설명하기 위한 주파수 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
호흡(respiration) 및 심박(heartbeat)에 따라 생체 정보 측정 대상자에 미세한 움직임이 발생하고, 본 발명은 이러한 움직임을 UWB 레이더를 이용하여 분석함으로써, 호흡 수(respiration rate) 및 심박 수(heartbeat rate)를 검출할 수 있다.
UWB 레이더를 이용하여 생체 정보 측정 대상자로 레이더 신호를 송신하고, 생체 정보 측정 대상자부터 반사된 반사 신호를 수신하여 주파수 성분을 분석하면, 일 예로서, 도 1과 같이 주파수 성분에 대한 스펙트럼이 만들어질 수 있다. 생체 정보 측정 대상자의 움직임에 따라 특정 주파수에서 피크 값이 생성되고 잡음 및 고조파 성분에 의해서도 피크 값이 생성될 수 있다. 이 때, 생체 정보 측정 대상자는 다른 움직임이 없도록 고정된 상태인 것이 바람직하다.
호흡 및 심박에 따른 움직임 이외에 주기적인 움직임이 없는 상태에서, 일반적으로 호흡에 따른 움직임이 심박에 따른 움직임보다 크다. 따라서 주파수 스펙트럼에서 최대 피크 값을 나타내는 주파수가 호흡 수에 대응된다. 도 1에서 최대 피크 값에 대응되는 호흡 수는 분당 22.3회이다.
심박에 따른 움직임은 상대적으로 작으며, 호흡에 따른 주파수 성분의 고조파 성분 및 잡음 등에 의해 심박수 검출은 용이하지 않다. 특히, 고조파 성분은 외부 잡음과 섞여서 상당한 크기 값을 갖기 때문에, 심박수 검출에 장애물이 될 수 있다.
본 발명에 따르면, 기 설정된 주파수 범위에서, 최대 피크 값에 대한 주파수가 심박 수로 결정될 수 있다. 여기서, 주파수 범위는 사람의 일반적인 심박 수를 고려하여 설정될 수 있다. 일반적인 사람의 정상적인 심박수는 분당 50회에서 100회이며, 주파수 범위가 이와 같이 설정될 경우, 도 1에 도시된 바와 같이, 심박 수는 분당 66.7회로 결정될 수 있다.
기 설정된 주파수 범위에서, 최대 피크 값에 대한 주파수를 심박 수로 결정하기 때문에, 호흡에 따른 주파수 성분의 제2고조파는 심박수 고려 대상에서 제외될 수 있다. 그런데, 호흡수의 따른 제3 고조파는 심박수보다 큰 경우가 발생할 수 있어 호흡 신호 (특히 호흡 신호의 고조파 성분)는 심박수 판단에 영향을 미치게 되며 본 발명은 정확하게 심박수를 판단할 수 있는 방법을 제공한다.
또한 본 발명은 보다 정확하게 심박수를 판단하기 위해, 기 설정횟수만큼 반복하여 생체 정보 측정 대상자의 주파수 성분을 분석한다. 예를 들어, 5회 반복하여 분석할 경우, 도 1과 같은 주파수 스펙트럼 정보가 5개 출력될 수 있다. 그리고 각각의 주파수 스펙트럼 정보에 대해서 피크 값의 주파수 성분을 추출하여, 피크 값에 대한 주파수 정보를 포함하는 총 5개의 후보군을 만들고, 해당 후보군에서 어떤 주파수에서 피크 값이 많이 발생하는지 또는 어떤 주파수에서 큰 세기를 갖는지 여부를 판단하여 생체 정보 측정 대상자의 심박수를 판단할 수 있다.
이하 도면에서 보다 자세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 생체 정보 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다. 본 발명에 따른 생체 정보 측정 방법은 UWB 레이더를 포함하는 생체 정보 측정 장치에서 수행될 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 생체 정보 측정 장치는 고정된 상태인 생체 정보 측정 대상자에게 UWB 레이더 신호를 송신(S201)한다. UWB 레이더 신호는 임펄스 신호일 수 있다. UWB 레이더에서 펄스의 주기가 짧을수록 많은 정보를 포함할 수 있게 된다. FCC의 정의에 따르면 펄스 폭이 수ns에 불과한 펄스 신호를 발생시켜 그 대역폭이 500MHz를 넘거나 중심 주파수 대비 대역폭이 20%를 넘는 경우 UWB 레이더에 포함되도록 하고 있다.
그리고 본 발명에 따른 생체 정보 측정 장치는 생체 정보 측정 대상자부터 반사된 반사 신호를 수신(S203)하여, 반사 신호를 주파수 도메인 신호로 변환한다(S205). 주파수 도메인 신호로의 변환은 푸리에 변환을 통해 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 생체 정보 측정 장치는 변환된 주파수 신호를 분석하여 주파수 성분 중 최대 피크 값에 대한 주파수를 호흡 수로 결정(S207)한다. 전술된 바와 같이, 주파수 분석을 통해 생체 정보 측정 대상자의 움직임 정도에 따라 특정 주파수에서 발생하는 피크 값을 확인할 수 있다. 고정된 상태인 생체 정보 측정 대상자에 의한 움직임은 호흡 시에 가장 크며, 따라서, 최대 피크 값에 대한 주파수를 호흡 수로 결정할 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 생체 정보 측정 장치는 심박수에 따라 기 설정된 주파수 범위에서, 최대 피크 값에 대한 주파수를 심박 수로 결정(S209)한다. 주파수 범위는 상황에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 주파수 성분 중, 호흡 수에 대응되는 최대 피크 값에 대한 고조파 성분을 제외하고, 기 설정된 주파수 범위에서 최대 피크 값을 심박 수로 결정하는 하는 것이 바람직하다. 즉, 호흡 수에 대응되는 최대 피크 값에 대한 고조파 성분은 무시되고, 심박수가 결정될 수 있다.
한편, 외부 잡음 등의 영향으로, 기 설정된 주파수 범위에서, 심박수에 대응되는 피크 값보다 큰 세기를 가지는 피크값이 발생할 수도 있다. 보다 정확하게 심박수를 결정할 수 있는 방법을 도 7을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 생체 신호 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 도 2의 실시예와 비교할 때 생체 신호로부터 호흡 수 결정(S307)이 이루어진 후 수신된 반사 신호로부터 호흡 신호를 제거하는 과정 및 호흡 신호가 제거된 반사 신호를 주파수 도메인의 신호로 변환하는 과정(S309)을 추가적으로 포함한다.
도 3에 도시된 실시예에 따르면 호흡 신호로 인한 심박수 검출의 부정확성을 최소화히기 위해 수신된 반사 신호로부터 호흡 신호를 제거한 후 이에 대한 주파수 도메인 신호를 획득한다.
호흡 신호가 제거된 주파수 도메인 신호는 호흡에 따른 고조파 신호의 영향을 덜 받게 되며 도 2에 도시된 실시예에 비해 정확한 심박수 검출이 가능해진다.
물론, 호흡 신호가 완벽하게 제거될 수는 없으므로 여전히 호흡 신호의 고조파 성분이 정확한 심박수 검출을 저해할 수 있으며, 이를 극복하기 위한 구체적인 심박수 검출 방법은 도 7을 통해 설명한다.
본 발명에서는 수신 신호로부터 호흡 신호만을 추출한 후 이를 수신 신호에서 제거하는 방법에 의해 심박 신호를 추출하게 된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수신된 반사신호로부터 호흡신호를 추출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4에서 (a)는 수신된 반사 신호를 도시한 그래프이며, (b)는 호흡 신호를 추출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4의 (a)에 도시된 반사 신호는 호흡 신호와 심박 신호가 포함된 신호이다 호흡 신호와 심박 신호가 주기 신호이기 때문에 주기적인 형태를 가지고 있다.
도 4에는 연속적인 신호가 도시되어 있으나 실제로 수신된 신호는 샘플링 타임별로 특정 세기를 가지는 불연속적인 신호이다. 본 발명에서 호흡 신호를 추출하는 작업은 각 샘플링 타임별 세기값을 다른 값으로 대체하는 작업이며, 이는 결국 수신된 반사 신호를 변환하는 작업으로 정의할 수 있을 것이다. 수신된 반사 신호의 변환은 샘플링 타임별로 이루어질 수 있으며, 특정 샘플링 타임의 세기 값을 다른 값으로 변환하는 것이다.
수신 신호로부터 호흡 신호를 추출하는 변환을 위해 T1 및 T2의 두 개의 레퍼런스 타임이 설정된다. 제1 레퍼런스 타임 T1 보다는 제2 레페런스 타임 T2가 더 크게 설정된다.
도 4의 (b)를 참조하면, 특정 샘플 타임을 기준으로 제2 레퍼런스 타임 T2 내에 있는 타임 샘플들의 세기값들의 평균을 구하는데 특정 샘플 타임을 기준으로 제1 레퍼런스 타임 T1 내에 있는 타임 샘플들의 세기값들은 제외된다.
도 4의 (b)에서 특정 샘플 타임 A에서 수신된 반사 신호의 변환을 수행할 경우, 제1 레퍼런스 타임 T1 내인 D1 영역과 D2 영역에 포함된 샘플 타임들의 세기값들은 평균값 연산에서 제외되며, 샘플 타임 A에서의 세기 및 제2 레퍼런스 타임 T2 내에서의 L 영역과 R 영역에 포함된 샘플 타임들의 세기값들에 대해 평균값이 연산되며,
연산된 평균값은 샘플 타임 A에서의 새로운 값으로 대체되며, 이와 같은 과정은 모든 샘플 타임에 대해 이루어진다.
결국, 수신된 반사 신호에서 특정 샘플 타임의 세기값을 해당 샘플 타임에 인접한 샘플 타임들의 평균값으로 변환하되 상대적으로 가깝게 인접한 샘플 타임들(제1 레퍼런스 타임 내)의 세기값들은 평균값 연산에 제외되면서 상대적으로 멀리 인접한 샘플 타임들(제1 레퍼런스 타임 외이면서 제2 레퍼런스 타임 내의 샘플 타임들)의 세기값들에 대해 평균 연산이 이루어지는 것이다. 특정 샘플 타임의 세기값은 연산된 평균값으로 대체된다.
도 5는 UWB 레이더의 반사 신호 파형 및 반사 신호로부터 호흡 신호가 제거된 신호의 파형을 도시한 그래프이다.
도 5에서 (a)는 수신된 반사 신호의 파형을 도시한 그래프이고 (b)는 수신된 반사 신호에서 호흡 신호를 제거한 신호의 파형을 도시한 그래프이다.
도 5의 (a)를 참조하면, 수신 신호의 변화는 주로 주파수가 낮은 호흡 신호에 의한 것이며 심박 신호에 의한 변화는 비교적 미약하게 감지될 수 있다.
도 5의 (b)를 참조하면, 수신된 반사 신호에서 호흡 신호를 제거하게 될 경우 높은 주파수의 심박 신호가 수신 신호에 보다 명확하게 드러나는 것을 확인할 수 있다.
도 6은 수신 신호에서 호흡 신호를 제거하였을 경우 주파수 도메인의 신호를 도시한 그래프이다.
도 6을 참조하면, 큰 동그라미로 표시된 부분이 심박 신호에 해당되는 부분이다. 호흡 신호가 수신 신호로부터 제거될 경우 심박 신호가 상당히 명확하게 나타난다는 점을 도 6으로부터 확인할 수 있게 된다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 심박수 결정 방법을 도시한 순서도이다.
심박수의 결정은 도 2에 도시된 실시예와 같이 수신된 반사 신호를 이용하여 이루어질 수도 있으며 도 3에 도시된 실시예와 같이 수신된 반사 신호로부터 호흡 신호를 제거한 후에 이루어질 수도 있다.
도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 생체 정보 측정 장치는 생체 정보 측정 대상자부터 반사된 수신 신호 또는 반사 신호로부터 호흡 신호가 제거된 신호의 주파수 성분 신호를 분석하여 피크값을 검출한다(S700).
여기서 피크값은 주변 값들에 비해 높은 값을 의미하며 복수의 피크값이 검출될 수 있을 것이다. 반사된 수신 신호로부터 피크값 검출이 이루어질 경우 검출되는 피크값들 중 가장 큰 피크값은 호흡수에 해당된다.
복수의 피크값들에 대한 검출이 이루어진 후 호흡수의 고조파 성분을 제거하는 필터링을 수행한다(S702). 즉, 복수의 피크값들 중 호흡수의 고조파 성분에 해당되는 피크값들이 제외되는 것이다.
생체 정보 측정 장치는 고조파 성분이 제거된 피크 값에 대한 주파수 중에서, 피크 값의 발생 빈도수 및 세기 중 적어도 하나를 이용하여 심박수를 결정한다(S704). 이 때, 심박수를 결정하기 위해 빈도수 및 세기는, 알고리즘에 따라 다양한 형태로 적용될 수 있다.
예를 들어, 생체 정보 측정 장치는 최대 빈도수 및 최대 평균 세기에 대응되는 주파수를 심박수로 결정할 수 있다. 즉, 특정 주파수에서 가장 많은 피크 값이 발생하고, 해당 주파수에서의 최대 평균 세기가 가장 큰 경우, 해당 주파수가 심박수로 결정될 수 있다.
전술된 바와 같이, 5회 반복하여 5개의 후보군이 생성되는 경우, 기 설정된 주파수 범위 내에서 피크 값을 검출한다. 그리고 최대 피크 값에 대한 고조파 성분은 무시하고, 어떤 주파수에서 피크 값이 많이 발생하는지 또는 어떤 주파수에서 큰 세기(magniture)를 갖는지 여부를 판단하여 생체 정보 측정 대상자의 심박수를 판단할 수 있다.
또는 각각의 파라미터 즉, 빈도수 및 세기에 각각 다른 가중치를 부여하고, 최대 빈도수 및 최대 평균 세기에 대응되는 주파수를 심박수로 결정할 수 있다. 또는 제1주파수에서 최대 빈도수가 나타나고 제2주파수에서 최대 세기가 나타날 수 있기 때문에, 빈도수 및 세기에 각각 다른 가중치를 부여하고, 가중치가 부여된 값 중 최대 값을 갖는 파라미터에 대응되는 주파수를 심박수로 결정할 수도 있다. 또는 최대 빈도수에 따라 심박수를 결정하되, 동일한 최대 빈도수를 갖는 주파수가 복수 개일 경우, 최대 세기를 추가로 이용하여 심박수를 결정할 수 있다.
도 8은 도 7에서 설명된 생체 정보 측정 방법에 따라 반복하여 검출된 피크 값의 빈도수(repetition frequency) 및 평균 세기(mean magnitude)를 나타내는 도면이다.
도 8에서 가로 축은 분당 주파수를 나타내며, 세로 축은 빈도수 및 평균 세기를 나타낸다. 도 8에 도시된 바와 같이, 약 72.64 분당 주파수에서 피크 값이 가장 많이 발생하며, 해당 주파수에서의 평균 세기가 최대이다. 따라서 생체 정보 측정 대상자의 심박수는 약 72.64로 결정될 수 있다.
전술된 바와 같이, 본 발명에 따르면, 호흡 수에 대응되는 주파수의 고조파 성분 및 잡음 성분에도 불구하고, 고조파 성분을 제거하거나 반복 측정을 통해 어떠한 주파수에서 피크 값이 많이 발생하는지, 그리고 해당 주파수에서의 세기 중 적어도 하나를 이용하여 판단함으로써, 생체 정보 측정 대상자의 정확한 심박수를 제공할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 생체 정보 측정 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 생체 정보 측정 장치는 주파수 변환부(901), 호흡수 결정부(902), 피크 검출부(903) 및 심박수 결정부(905)를 포함한다. 본 발명에 따른 생체 정보 측정 장치는 UWB 레이더와 별도로 생산되어 판매되거나 또는 UWB 레이더와 함께 생산되어 판매될 수 있다.
주파수 변환부(901)는 생체 정보 측정 대상자부터 수신된 반사 신호를 주파수 도메인의 신호로 변환한다. 또한, 주파수 변환부(901)는 수신된 반사 신호에서 호흡 신호를 제거한 신호를 주파수 도메인의 신호로 변환할 수도 있을 것이다.
호흡수 결정부(902)는 수신된 반사 신호를 주파수 도메인 신호로 변환한 신호를 이용하여 호흡수를 결정한다. 호흡수는 변환된 주파수 도메인 신호 중 가장 큰 피크값에 대응되는 주파수로 결정할 수 있다.
피크 검출부(903)는 주파수 변환부(901)에 의해 변환된 주파수 신호에서 복수의 피크값을 검출하고 호흡수에 의한 신호의 고조파 성분을 제거한다.
피크값의 검출 및 고조파 성분의 제거는 반사 신호를 주파수 도메인 신호로 변환한 신호에 대해 이루어질 수도 있으며, 반사 신호로부터 호흡 신호를 제거한 신호에 대한 주파수 도메인 변환 신호에 대해 이루어질 수도 있을 것이다.
이때, 피크 검출부(903)는 기 설정된 주파수 범위에서 복수의 피크 값을 검출할 수 있으며, 기 설정된 주파수 범위는 생체 정보 측정 대상자의 예상되는 심박 수에 따라 설정될 수 있다.
심박수 결정부(905)는 기 설정된 횟수만큼 반복하여 검출된 피크 값에 대한 주파수 중에서, 피크 값의 발생 빈도수 및 세기 중 적어도 하나를 이용하여 심박수를 결정한다. 즉, UWB 레이더 신호는 복수의 타임 슬롯마다 일정 주기로 방사될 수 있으며, 주파수 변환부(501) 및 피크 검출부(503)는 타임 슬롯마다 반사신호의 주파수 성분을 분석하고 피크 값을 검출할 수 있다. 각각의 타임 슬롯에서 피크 값이 추출되고, 검출된 피크 값에 대한 주파수 중에서, 예를 들어, 피크 값이 가장 많이 발생하거나 또는 최대 평균 매그니튜드를 갖는 주파수가 심박수로 결정될 수 있다.
앞서 설명한 기술적 내용들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예들을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 하드웨어 장치는 실시예들의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (10)

  1. UWB 레이더를 이용하는 생체 정보 측정 방법에 있어서,
    생체 정보 측정 대상자부터 반사된 반사 신호를 이용하여 호흡수를 결정하는 단계(a);
    상기 반사 신호로부터 호흡 신호를 추출하고 상기 추출된 호흡 신호를 상기 반사 신호로부터 제거한 후 주파수 도메인의 신호로 변환하는 단계(b);
    상기 단계 (b)에서 변환된 주파수 도메인 신호로부터 피크값을 검출하여 심박수를 결정하는 단계(c)를 포함하는 생체 정보 측정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단계(b)에서, 상기 호흡 신호를 추출하는 방법은,
    특정 샘플 타임을 기준으로 제1 레퍼런스 타임 내에 있는 샘플 타임들의 세기값을 제외하고 상기 제1 레퍼런스 타임보다 큰 제2 레퍼런스 타임 내에 있는 샘플 타임들의 세기값에 대한 평균을 구하는 단계( b1); 및
    상기 특정 샘플 타임의 세기값을 상기 평균 값으로 대체하는 단계(b2)를 포함하되, 미리 설정된 구간의 모든 샘플 타임에 대해 상기 단계(b1) 및 (b2)를 수행하는 생체 정보 측정 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 단계(c)는,
    검출되는 복수의 피크값들 중 미리 설정된 주파수 범위 내의 피크값에 대응되는 주파수를 심박수로 결정하는 생체 정보 측정 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 단계(c)는,
    호흡수의 고조파 성분을 제거하는 단계; 및
    고조파 성분이 제거된 피크값들을 이용하여 심박수를 결정하는 단계를 포함하는 생체 정보 측정 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 단계(a) 내지 (c)는 복수회 실시되며, 상기 단계(c)는 피크값의 발생 빈도 및 피크값의 세기 중 적어도 하나를 이용하여 심박수를 결정하는 생체 정보 측정 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 고조파 성분을 제거하는 단계는,
    기 설정된 주파수 범위에서 복수의 피크 값을 검출하여 상기 검출된 피크값들 중 고조파 성분에 대응되는 피크값을 제거하는 것이며, 상기 기 설정된 주파수 범위는 생체 정보 측정 대상자의 심박수에 기초하여 결정되는 생체 정보 측정 방법.
  7. UWB 레이더를 이용하는 생체 정보 측정 장치에 있어서,
    생체 정보 측정 대상자부터 반사된 반사 신호를 주파수 도메인 신호로 변환하는 주파수 변환부;
    상기 주파수 변환부에서 변환된 반사 신호에 대한 주파수 도메인 신호를 이용하여 호흡수를 결정하는 호흡수 결정부;
    상기 반사 신호로부터 호흡 신호를 추출하고 상기 추출된 호흡 신호를 반사 신호로부터 제거하며, 상기 추출된 호흡 신호가 제거된 신호에 대한 주파수 도메인 신호로부터 복수의 피크값을 검출하며 상기 결정된 호흡수의 고조파 성분을 제거하는 피크 검출부; 및
    상기 고조파 성분이 제거된 후 존재하는 피크값들 중 하나를 심박수로 결정하는 심박수 결정부를 포함하는 생체 정보 측정 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 호흡 신호는,
    특정 샘플 타임을 기준으로 제1 레퍼런스 타임 내에 있는 샘플 타임들의 세기값을 제외하고 상기 제1 레퍼런스 타임보다 큰 제2 레퍼런스 타임 내에 있는 샘플 타임들의 세기값에 대한 평균을 구하고, 상기 특정 샘플 타임의 세기값을 상기 평균 값으로 대체하는 과정을 미리 설정된 구간의 모든 샘플 타임에 대해 수행하여 추출되는 생체 정보 측정 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 피크값 검출부는,
    검출되는 복수의 피크값들 중 미리 설정된 주파수 범위 내의 피크값에 대응되는 주파수를 심박수로 결정하는 생체 정보 측정 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 심박수 결정부는 복수에 걸쳐 획득된 반사 신호에 대해 피크값의 발생 빈도 및 피크값의 세기 중 적어도 하나를 이용하여 심박수를 결정하는 생체 정보 측정 장치.


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