KR20200007312A - 신호 측정 장치 및 방법과, 생체정보 측정 장치 - Google Patents

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Abstract

신호 측정 장치가 개시된다. 일 실시예에 따르면 신호 측정 장치는 대상체로부터 산란 또는 반사된 광을 검출하여 대상체의 접촉 이미지를 나타내는 픽셀 데이터를 생성하는 센서와, 픽셀 데이터를 기초로 대상체의 접촉 이미지를 획득하고, 획득된 접촉 이미지 및 픽셀 데이터를 기초로 대상 신호를 획득하는 신호 처리부를 포함할 수 있다.

Description

신호 측정 장치 및 방법과, 생체정보 측정 장치{APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING SIGNAL, AND APPARATUS FOR MEASURING BIO-INFORMATION}
이미지 센서를 기반을 대상체로부터 신호를 측정하는 신호 측정 장치 및 방법과, 이를 기반으로 생체정보를 측정하는 기술과 관련된다.
일반적으로 인체에 손상을 가하지 않고 비침습적(non-invasive)으로 혈압을 측정하는 방법으로서, 커프 기반의 압력 자체를 측정하여 혈압을 측정하는 방식과 커프 없이 맥파 측정을 통해 혈압을 추정하는 방식이 있다.
커프 기반의 혈압을 측정하는 방식으로는 상완(upper arm)에 커프(cuff)를 감고 커프 내 압력을 증가시켰다가 감소시키면서 청진기를 통해 혈관에서 발생하는 청음을 듣고 혈압을 측정하는 코로트코프 소리 방법(Korotkoff-sound method)과 자동화된 기계를 이용하는 방식으로 상완에 커프를 감고 커프 압력을 증가시킨 후 점차 커프 압력을 감소시키면서 커프 내 압력을 지속적으로 측정한 뒤 압력 신호의 변화가 큰 지점을 기준으로 혈압을 측정하는 오실로메트릭 방법(Oscillometric method)이 있다.
커프리스 혈압 측정 방법은 일반적으로 맥파전달시간(PTT, pulse transit time)을 계산하여 혈압을 추정하는 방식과, 맥파의 모양을 분석하여 혈압을 추정하는 PWA(Pulse Wave Analysis) 방식이 있다.
대상체의 접촉 이미지를 기초로 대상체로부터 다양한 정보를 측정하기 위해 필요한 신호를 획득하는 장치 및 방법이 제시된다.
일 양상에 따르면, 신호 측정 장치는 대상체로부터 산란 또는 반사되는 광을 검출하여 대상체의 접촉 이미지를 나타내는 픽셀 데이터를 생성하는 센서 및, 픽셀 데이터를 기초로 대상체의 접촉 이미지를 획득하고, 획득된 접촉 이미지 및 픽셀 데이터를 기초로 대상 신호를 획득하는 신호 처리부를 포함할 수 있다.
센서는 광학 기반의 이미지 센서 또는 지문 센서를 포함할 수 있다.
신호 처리부는 접촉 이미지 상의 관심영역을 설정하고, 픽셀 데이터 중 관심영역에 속한 픽셀들의 강도(intensity)를 기초로 대상 신호를 획득할 수 있다.
이때, 대상 신호는 광전용적 맥파(Photoplethysmography, PPG) 신호를 포함할 수 있다.
신호 처리부는 미리 정의된 진폭 추정식을 적용하여, 관심영역에 속한 픽셀들의 강도(intensity)를 기초로 광전용적 맥파 신호의 진폭(amplitude) 값을 추정할 수 있다.
진폭 추정식은 픽셀 강도의 평균, 중간값, 최저값 및 최고값 중의 적어도 하나를 산출하는 식을 포함할 수 있다.
신호 처리부는 접촉 이미지로부터 특징점을 추출하고, 추출된 특징점의 위치 및 특징점의 방향 중의 적어도 하나를 기초로 관심영역을 설정할 수 있다.
이때, 접촉 이미지는 지문 이미지를 포함하고, 특징점은 지문 중심점을 포함할 수 있다.
신호 처리부는 특징점의 위치가 접촉 이미지 상의 정상 범위를 벗어나는 경우 대상체의 위치 변경을 가이드할 수 있다.
또한, 신호 측정 장치는 대상체에 광을 조사하는 내부 광원을 더 포함할 수 있다.
내부 광원은 하나 이상의 발광 다이오드(Light Emitting Diode) 또는 레이저 다이오드(Laser Diode)를 포함할 수 있다.
또한, 신호 측정 장치는 디스플레이 패널을 더 포함하고, 디스플레이 패널에 의해 방출되는 빛의 적어도 일부를 내부 광원으로 사용할 수 있다.
내부 광원은 신호 처리부의 제어에 따라 소정의 발광 패턴으로 광을 조사할 수 있다.
이때, 발광 패턴은 직선형, 동심원형, 사각형 및 대각선형 중의 적어도 하나를 포함하는 발광 모양 및 발광 색상 중의 하나 이상을 포함할 수 있다.
센서는 대상체로부터 산란 또는 반사되는 광을 검출하는 픽셀 어레이를 포함하되, 각 픽셀은 포토다이오드 및 포토 트랜지스터 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 양상에 따르면, 신호 측정 방법은 대상체로부터 산란 또는 반사되는 광을 검출하여 대상체의 접촉 이미지를 나타내는 픽셀 데이터를 생성하는 단계, 픽셀 데이터를 기초로 대상체의 접촉 이미지를 획득하는 단계 및, 획득된 접촉 이미지와 픽셀 데이터를 기초로 대상 신호를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
대상 신호를 획득하는 단계는 접촉 이미지 상의 관심영역을 설정하는 단계 및 픽셀 데이터 중 관심영역에 속한 픽셀들의 강도(intensity)를 기초로 대상 신호를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
대상 신호를 획득하는 단계는 접촉 이미지로부터 특징점을 추출하는 단계를 더 포함하고, 관심영역을 설정하는 단계는 특징점의 위치 및 특징점의 방향 중의 적어도 하나를 기초로 관심영역을 설정할 수 있다.
접촉 이미지는 지문 이미지를 포함하고, 특징점은 지문 중심점을 포함할 수 있다.
대상 신호를 획득하는 단계는 특징점의 위치가 접촉 이미지 상의 정상 범위를 벗어나는지 판단하는 단계 및 정상 범위를 벗어나는 경우 대상체의 위치 변경을 가이드하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 양상에 따르면, 신호 측정 장치는 대상체의 접촉 이미지를 나타내는 픽셀 데이터를 생성하는 제1 센서, 제1 센서의 주위에 배치되며, 대상체로부터 산란 또는 반사된 광을 검출하여 대상 신호를 측정하는 제2 센서 및 픽셀 데이터를 기초로 대상체의 접촉 이미지를 획득하고, 획득된 접촉 이미지를 기초로 제2 센서의 구동을 제어하는 신호 처리부를 포함할 수 있다.
제1 센서는 정전 용량형 기반의 이미지 센서 또는 지문 센서를 포함할 수 있다.
제2 센서는 제1 센서를 중심으로 주위에 원형 및 사각형 중의 적어도 하나의 형태로 배치되는 복수의 채널을 포함할 수 있다.
복수의 채널 각각은 광을 조사하는 하나 이상의 광원 및 대상체로부터 산란 또는 반사된 광을 검출하는 하나 이상의 디텍터를 포함할 수 있다.
신호 처리부는 접촉 이미지로부터 특징점을 추출하고, 추출된 특징점 위치 및 특징점 방향 중의 적어도 하나를 기초로 복수의 채널의 구동을 제어할 수 있다.
신호 처리부는 복수의 채널 중에서 특징점 방향에 위치한 제1 채널과 특징점 방향의 반대 방향에 위치한 제2 채널을 구동할 수 있다.
신호 처리부는 특징점 위치로부터 소정 거리에 위치한, 제1 채널의 광원 및 제2 채널의 디텍터를 구동할 수 있다.
신호 처리부는 소정 시간 동안 특징점 위치로부터 소정 거리에 위치한, 제1 채널의 광원 및 제2 채널의 디텍터와, 제2 채널의 광원 및 제1 채널의 디텍터를 시분할 방식으로 교대로 구동할 수 있다.
신호 처리부는 특징점의 위치가 접촉 이미지 상의 정상 범위를 벗어나는 경우 대상체의 위치 변경을 가이드할 수 있다.
일 양상에 따르면, 생체정보 측정 장치는 대상체의 접촉 이미지를 나타내는 픽셀 데이터를 생성하고, 접촉 이미지 및 픽셀 데이터 중의 하나 이상을 기초로 생체신호를 획득하는 신호 측정부 및, 생체신호를 기초로 생체정보를 측정하는 생체정보 측정부를 포함할 수 있다.
신호 측정부는 대상체의 접촉에 따라 픽셀 데이터를 생성하는 이미지 센서를 포함하고, 픽셀 데이터를 기초로 접촉 이미지를 획득하고 획득된 접촉 이미지로부터 특징점을 추출할 수 있다.
신호 측정부는 접촉 이미지 상의 관심 영역을 설정하고, 픽셀 데이터 중 관심영역에 속한 픽셀들의 강도(intensity)를 기초로 생체신호를 획득할 수 있다.
신호 측정부는 대상체에 광을 조사하고, 대상체로부터 산란 또는 반사된 광을 검출하여 생체신호를 측정하는 생체 센서를 더 포함하고, 신호 처리부는 특징점의 위치 및 방향 중의 적어도 하나를 기초로 생체 센서의 구동을 제어할 수 있다.
이때, 생체신호는 광 전용적 맥파 신호를 포함하고, 생체정보는 혈압, 혈관 나이, 동맥경화도, 대동맥압 파형, 혈관 탄성도, 스트레스 지수 및 피로도 중의 하나 이상을 포함할 수 있다.
대상체의 접촉 이미지를 기반으로 위치 재현성 확보 및 다양한 신호를 획득할 수 있고, 그 신호를 기반으로 대상체로부터 혈압 등의 생체정보를 획득할 수 있다.
도 1a 내지 도 1c는 신호 측정 장치의 실시예들을 도시한 블록도이다.
도 2a 내지 도 2d는 도 1a 내지 도 1c의 신호 측정 장치의 센서를 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 내지 도 3c는 대상 신호를 획득하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 신호 측정 장치의 다른 실시예를 도시한 블록도이다.
도 5a 및 도 5b는 도 4의 신호 측정 장치의 센서를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 신호 측정 방법의 흐름도이다.
도 7a 및 도 7b는 도 6의 대상 신호 획득 단계의 실시예들의 흐름도이다.
도 8은 다른 실시예에 따른 신호 측정 방법의 흐름도이다.
도 9 내지 도 11은 생체정보 측정 장치의 실시예들을 도시한 블록도이다.
도 12은 생체정보 측정 방법의 실시예들에 대한 흐름도이다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. 기재된 기술의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하, 신호 측정 장치 및 방법의 다양한 실시예들을 도면들을 참고하여 자세히 설명한다.
이하에서 설명하는 신호 측정 장치의 다양한 실시예들은 휴대용 웨어러블 기기나 스마트 기기 등의 각종 정보 처리 기기에 탑재될 수 있다. 예를 들어, 각종 정보 처리 기기는 손목에 착용하는 스마트 워치, 스마트 밴드형, 헤드폰형, 헤어밴드 형 등 다양한 형태의 웨어러블 기기나, 스마트폰, 태블릿 PC등와 같은 모바일 기기를 포함할 수 있다. 다만, 이러한 예시에 한정되지 않는다.
도 1a 내지 도 1c는 신호 측정 장치의 실시예들을 도시한 블록도이다. 도 2a 내지 도 2c는 도 1a 내지 도 1c의 신호 측정 장치의 센서를 설명하기 위한 도면이다.
도 1a를 참조하면, 일 실시예에 따른 신호 측정 장치(100a)는 센서(110) 및 신호 처리부(120)를 포함한다.
센서(110)는 대상체로부터 산란 또는 반사된 광을 검출하고, 대상체의 접촉 이미지를 나타내는 픽셀 데이터를 생성할 수 있다. 센서(110)는 대상체가 접촉하는 시간 동안 연속적인 픽셀 데이터를 생성할 수 있다. 이때, 센서(110)에 입력되는 광원은 외부 광원일 수 있으며, 센서(110)는 외부 광원을 통해 대상체에 입력되어, 대상체의 조직 성분에 따라 반사 또는 산란되는 광을 검출할 수 있다.
센서(110)는 CIS(CMOS Image Sensor)와 같은 광학 기반의 이미지 센서 또는 지문 센서 등을 포함하나 특별히 제한되는 것은 아니다. 센서(110)는 픽셀 어레이를 포함할 수 있으며, 픽셀 어레이의 각 픽셀은 포토 다이오드(Photo Diode) 또는 포토 트랜지스터(Photo Transister) 등과 같이 광을 검출하여 전기적인 신호로 변환하는 디텍터를 포함할 수 있다. 예컨대, 센서(110)는 각 픽셀에서 검출되는 광 신호를 전기적인 신호, 예컨대 전하량 또는 전압 신호로 변환하여 각 픽셀의 전기적인 신호를 픽셀 데이터로 출력할 수 있다.
신호 처리부(120)는 센서(110)와 전기적으로 연결될 수 있으며, 센서(110)로부터 수신된 픽셀 데이터를 기초로 대상체의 접촉 이미지를 획득할 수 있다. 신호 처리부(120)는 연속적으로 수신되는 연속 픽셀 데이터를 이용하여 연속 접촉 이미지를 획득할 수 있다. 이때, 대상체는 손가락일 수 있으며, 획득된 접촉 이미지는 손가락의 지문 이미지일 수 있다.
또한, 신호 처리부(120)는 획득된 접촉 이미지 및 픽셀 데이터를 기초로 대상체의 분석에 필요한 대상 신호를 획득할 수 있다. 이때, 대상 신호는 광 전용적 맥파(Photoplethysmography, PPG) 신호에 상응하는 신호(이하, '맥파 신호'라 함)일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
예를 들어, 신호 처리부(120)는 픽셀 데이터를 이용하여 접촉 이미지를 획득하면 접촉 이미지로부터 특징점을 추출할 수 있다. 접촉 이미지가 지문 이미지인 경우 특징점은 지문 중심점을 의미할 수 있으나, 이에 제한되지 않으며 사용자의 지문 특성, 예컨대 손가락 부위의 두께 또는 상처 등을 고려하여 적절하게 정의될 수 있다. 특징점의 방향은 접촉 이미지의 중심점을 기준으로 결정될 수 있다. 또는 접촉 이미지가 지문 이미지인 경우 지문 방향일 수 있다.
신호 처리부(120)는 추출된 특징점을 기준으로 접촉 이미지 상에 관심영역을 설정할 수 있다. 신호 처리부(120)는 특징점의 위치 및/또는 방향을 고려하여 관심영역을 설정할 수 있다. 이때, 관심영역은 원형, 삼각형, 직사각형 및 자유 곡선 등 다양한 모양 및/또는 크기로 미리 설정될 수 있다. 예를 들어, 사용자가 센서(110)에 손가락을 뗏다 붙였다 반복하는 경우 손가락의 접촉 위치는 달라질 수 있다. 이 경우 추출된 특징점의 위치 및/또는 방향이 달라지므로 신호 처리부(120)는 특징점의 위치 및/또는 방향에 따라 관심영역의 위치, 모양 또는 크기를 다르게 설정할 수 있다.
신호 처리부(120)는 관심영역을 설정하면, 픽셀 데이터 중에서 관심영역에 속하는 픽셀들의 강도(intensity)를 기초로 대상 신호를 획득할 수 있다. 이때, 각 픽셀의 전기적인 신호 세기 또는, 정규화 등의 전처리 과정을 통해 전기적인 신호를 변환한 값을 각 픽셀의 강도(intensity)로 정의할 수 있다. 각 픽셀의 강도는 대상체가 센서(110)에 접촉하는 시간이나 면적 등에 따라 달라질 수 있다. 예컨대, 사용자가 손가락을 센서(110)에 접촉한 상태에서 손가락으로 센서(110)를 점진적으로 강하게 누르게 되면 접촉 시간과 접촉 면적이 점차 증가하면서 각 픽셀의 전기적인 신호 세기 역시 증가할 수 있다.
신호 처리부(120)는 이러한 특성을 이용하여 맥파 신호를 대상 신호로 획득할 수 있다. 예컨대, 신호 처리부(120)는 특정 시점에 획득된 접촉 이미지의 관심영역을 이용하여 그 시점의 진폭 값을 추정할 수 있다. 이때, 관심 영역 내의 픽셀 강도를 진폭 추정식에 입력하고, 진폭 추정식에 의해 산출된 값을 그 시점의 진폭 값으로 추정할 수 있다. 진폭 추정식은 픽셀 강도의 평균, 중간값, 최저값 및 최고값 중의 어느 하나를 진폭값으로 산출하는 식일 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니며 다양한 선형 또는 비선형 함수식으로 정의될 수 있다.
신호 처리부(120)는 접촉 이미지에서 특징점을 추출하면, 추출된 특징점이 정상 범위를 벗어나는지 여부를 판단하고, 정상 범위를 벗어나면 사용자에게 대상체의 접촉 위치를 변경하도록 가이드할 수 있다. 예를 들어, 특징점이 센서(110)의 검출 영역을 완전히 벗어나는 경우, 다시 말해, 특징점이 접촉 이미지 내에 들어오지 않는 경우를 정상 범위를 벗어난 것으로 판단할 수 있다. 이때, 정상 범위는 접촉 이미지의 중심, 예컨대 센서(110)의 검출 영역의 중심을 기준으로 설정될 수 있다. 또는, 특정 사용자의 대상체의 특성, 예컨대 손가락 지문 특성 등에 따라 그 사용자별로 센서의 적절한 검출 영역을 정상 범위로 설정하는 것이 가능하다.
한편, 사용자에게 접촉 위치를 변경하도록 가이드하는 방법은 특별히 어느 하나로 한정될 필요는 없다. 예컨대, 신호 측정 장치에 탑재된 출력 모듈 및/또는, 신호 측정 장치와 연결된 외부 기기에 탑재된 출력 모듈을 통해 가이드 정보를 출력할 수 있다. 이때, 출력 모듈은 스피커 등의 음성 출력 모듈, 디스플레이와 같은 시각적 출력 모듈 또는 진동이나 촉감 등을 사용자에게 전달할 수 있는 햅틱 모듈 등을 포함할 수 있으며 특별히 한정되지 않는다.
도 1b를 참조하면, 신호 측정 장치(100b)는 센서(110) 및 신호 처리부(120) 외에 신호 처리부(120)의 제어에 따라 대상체에 광을 조사하는 내부 광원(130)을 더 포함할 수 있다.
내부 광원(130)은 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED) 또는 레이저 다이오드(Laser Diode) 등을 포함할 수 있으며, 하나 또는 복수의 어레이로 형성될 수 있다. 내부 광원(130)은 신호 처리부(120)의 제어에 따라 대상체에 광을 조사할 수 있다. 내부 광원(130)은 서로 다른 파장의 광을 조사하도록 형성될 수 있다.
신호 처리부(120)는 내부 광원(130)이 복수의 어레이로 형성되는 경우 소정의 발광 패턴에 따라 광을 조사하도록 내부 광원(130)을 제어할 수 있다. 예를 들어, 발광 패턴은 전체 광원(130) 어레이의 발광 모양 및/또는 광원별 발광 색상 등의 다양한 조합으로 미리 정의될 수 있다. 이때, 발광 모양은 직선형, 동심원형, 사각형 또는 대각선형 등의 다양한 모양을 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 또한, 발광 패턴은 측정 시간 및/또는 측정 대상체 등의 다양한 측정 상황에 따라 서로 다른 패턴을 갖도록 정의될 수 있다.
이때, 센서(110)는 내부 광원(130)에 의해 조사되어 대상체로부터 산란 또는 반사된 광을 검출하고, 검출된 광을 기초로 픽셀 데이터를 생성할 수 있다.
신호 처리부(120)는 센서(110)로부터 픽셀 데이터를 수신하여 접촉 이미지를 획득하고, 획득된 접촉 이미지 및 픽셀 데이터를 기초로 원하는 대상 신호를 획득할 수 있다.
도 1c를 참조하면, 신호 측정 장치(100c)는 센서(110) 및 신호 처리부(120) 외에 디스플레이 패널(140)을 더 포함할 수 있다. 또한, 도 1b 및 도 1c의 신호 측정 장치(100b, 100c)는 필요에 따라 하나로 통합될 수 있다. 예컨대, 하나의 신호 측정 장치가 내부 광원(130) 및 디스플레이(140)를 모두 포함하도록 구성될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 디스플레이 패널(140)에서 방출하는 빛의 적어도 일부를 접촉 이미지를 획득하기 위한 광원으로 사용할 수 있다. 디스플레이 패널(140)은 대상체를 비추기 위한 빛을 생성하는 픽셀을 포함할 수 있다. 디스플레이 패널(140)은 신호 처리부(120)가 획득한 접촉 이미지를 디스플레이할 수 있다. 여기서, 디스플레이 패널(140) 자체는 일반적으로 알려진 기술을 활용할 수 있으므로 자세한 설명은 생략한다.
신호 처리부(140)는 디스플레이 패널(140)과 연결되며 소정의 발광 패턴으로 빛을 방출하도록 디스플레이 패널(140)의 픽셀을 제어할 수 있다. 소정의 발광 패턴은 전술한 바와 같다.
도 2a 내지 도 2d는 신호 측정 장치(100a,100b,100c)가 스마트 기기(20)에 탑재된 예를 도시한 것이다. 일 예에 따르면, 도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같이 센서(110)는 스마트 기기(20)의 후면 센서부(21)에 장착될 수 있다. 후면 센서부(21)에는 센서(110)의 각 픽셀 상부에 특정 파장 영역의 광을 투과시키거나 차단하기 위한 컬러 필터를 포함하는 필터 어레이가 배열될 수 있다. 또한, 센서(110)의 각 픽셀 상부에는 예컨대, 각각의 집광력을 높이기 위한 마이크로 렌즈가 배열될 수 있다. 이때, 스마트 기기(20)의 주변 환경에서 방출되는 빛을 외부 광원으로 사용할 수 있다. 또는, 내부 광원(130)이 스마트 기기(20)의 후면의 소정 위치, 예컨대 센서부(210)의 주위 또는 내부에 장착될 수 있다.
다른 예에 따르면, 도 2d에 도시된 바와 같이 센서(110)는 스마트 기기(20)의 전면 센서부(22)에 장착될 수 있다. 전면 센서부(22)는 디스플레이 패널(140)을 포함할 수 있으며, 디스플레이 패널은 사용자의 터치 입력을 처리하는 터치 센서 및 각종 정보를 표시하는 터치 스크린을 포함할 수 있다. 또한, 전면 센서부(22)에는 센서(110)의 각 픽셀 상부에 특정 파장 영역의 광을 투과시키거나 차단하기 위한 컬러 필터를 포함하는 필터 어레이가 배열될 수 있다. 또한, 센서(110)의 각 픽셀 상부에는 도시된 바와 같이 집광력을 높이기 위한 마이크로 렌즈(150)가 배열될 수 있다. 이때, 주변 환경에서 방출되는 빛을 외부 광원으로 사용하거나, 내부 광원(130)이 스마트 기기(20)의 전면 예컨대, 전면 상단에 장착될 수 있다. 또한, 디스플레이 패널(140)에서 방출된 빛을 대상체로 입력되는 광원으로 사용할 수 있다. 광원에 방출된 빛이 대상체에 입력된 후 대상체에서 산란 또는 반사되면, 산란 또는 반사된 빛은 디스플레이 패널(140)에 형성된 미세 홀을 통과하여 센서(110)에서 검출될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 도 2b에 도시된 바와 같이 손가락의 접촉 위치가 자주 변경되는 경우 또는 지문 중심과 면적 중심이 상이한 경우에도 정확한 대상 신호의 획득이 가능하다.
도 3a 내지 도 3c는 도 1a 내지 도 1c의 신호 처리부(120)가 대상 신호를 획득하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3a는 신호 처리부(120)가 픽셀 데이터를 기초로 획득한 접촉 이미지 즉, 손가락의 지문 이미지를 도시한 것이다. 신호 처리부(120)는 지문 이미지가 획득되면, 지문 이미지로부터 특징점 예컨대 지문 중심점(F1,F2)을 추출하고, 추출된 지문 중심점(F1,F2)을 기준으로 관심영역(R1,R2)을 설정할 수 있다. 관심영역(R1,R2)의 크기는 미리 정의될 수 있다. 도시된 바와 같이 관심영역(R1,R2)의 중심이 특징점(F1,F2) 위치에 오도록 설정될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 예컨대, 지문 중심점이 지문 이미지 상의 어느 한쪽에 치우쳐 있는 경우, 관심영역이 지문 중심점을 기준으로 지문 이미지의 중심 방향으로 더 치우치도록 설정할 수도 있다.
도 3a의 (1)은, 추출된 지문 중심점이 지문 이미지의 중심(IC1)으로부터 약간 우상 방향에 위치하고, 지문 중심점(F1)을 기준으로 원형으로 관심 영역을 설정한 것으로 예시한 것이다. 도 3의 (2)는 지문 중심점(F2)이 지문 이미지의 중심(IC2)으로부터 우하 방향에 위치하고, 지문 중심점(F2)을 기준으로 직사각형으로 관심 영역을 설정한 것으로 예시한 것이다. 이때, 직사각형의 관심 영역은 지문 방향을 고려하여 설정될 수 있다. 예컨대, 직사각형의 긴 변이 지문 이미지의 중심(IC2)과 지문 중심점(F2)을 연결한 선과 평행하도록 설정될 수 있다.
도 3b는 특정 시점에서 센서(110)에 의해 획득된 픽셀 데이터의 일 예로서, 픽셀 데이터 상에 특징점(F) 및 관심영역(R)을 도시하고 있다. 도 3b의 각 픽셀 내의 값은 픽셀 강도(intensity)를 나타낸다. 신호 처리부(120)는 특징점(F) 추출 및 관심영역(R) 설정이 완료되면, 관심영역(R) 내에 속하는 픽셀들의 강도를 아래의 진폭 추정식에 입력하여 특정 시점의 진폭값을 추정할 수 있다. 수학식 1의 진폭 추정식은 평균 산출식을 예시한 것이며, 수학식 1을 이용하면 도 3b의 관심 영역(R) 내의 픽셀 강도의 평균인 7을 특정 시점의 진폭값으로 추정할 수 있다.
Figure pat00001
여기서, Amp는 추정된 진폭값이며, P1 내지 PN은 관심영역 내의 N개의 픽셀들의 강도(intensity)를 의미한다.
도 3c는 소정 시간 동안 연속 측정된 픽셀 데이터를 이용하여 획득한 맥파 신호를 도시한 것이다. 여기서, X축은 측정 시간에 대한 시간 인덱스를 나타내고, Y축은 각 시점에서 추정한 진폭값을 나타낸다. 사용자가 센서(110)를 누르는 손가락의 세기를 점차 증가시켜 접촉 시간 및 접촉 압력을 증가시키게 되면, 픽셀 데이터의 픽셀 강도 역시 소정 구간에서 점차 증가하는 경향을 나타낸다. 이에 따라, 각 픽셀 강도를 기초로 추정되는 진폭값 역시 도시된 바와 같이 소정 구간에서 점차 증가하는 경향을 나타내게 된다.
도 4는 신호 측정 장치의 다른 실시예를 도시한 블록도이다. 도 5a 및 도 5b는 도 4의 신호 측정 장치의 센서를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 신호 측정 장치(400)는 제1 센서(411), 제2 센서(412) 및 신호 처리부(420)를 포함할 수 있다.
제1 센서(411)는 대상체의 접촉에 따라 대상체의 접촉 이미지를 나타내는 픽셀 데이터를 생성하고 신호 처리부(420)에 전달할 수 있다. 제1 센서(411)는 정전 용량형 방식의 이미지 센서 또는 지문 센서를 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정되지는 않는다. 제1 센서(411)는 하나 이상의 픽셀을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 센서(411)는 각 픽셀의 강도, 예컨대, 각 픽셀에 축적되는 정전 용량을 픽셀 데이터로서 생성할 수 있다. 각 픽셀의 강도는 대상체가 제1 센서(411)에 접촉한 시간 및/또는 면적이 증가함에 따라 증가할 수 있다. 이때, 접촉 면적은 사용자가 대상체로 제1 센서(411)를 누르는 압력이 증가할수록 증가될 수 있다.
제2 센서(412)는 대상체가 접촉할 때 대상체에 광을 조사하고, 대상체로부터 산란 또는 반사된 광을 검출하여 대상 신호를 획득할 수 있다. 이때, 제2 센서(412)는 맥파 신호 예컨대, 광 전용적 맥파 신호를 측정하는 센서일 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니며 대상체로부터 획득하고자 하는 정보에 따라 필요한 센서를 포함할 수 있다.
제2 센서(412)는 복수의 채널을 포함하고, 각 채널은 대상체에 광을 조사하는 하나 이상의 광원 및 대상체로부터 산란 또는 반사된 광을 검출하는 하나 이상의 디텍터를 포함할 수 있다. 이때, 광원은 발광 다이오드 또는 레이저 다이오드를 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 또한, 디텍터는 포토 다이오드 또는 포토 트랜지스터를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 하나 이상의 광원은 서로 다른 파장의 광을 조사할 수 있다.
도 5a를 참조하면, 제1 센서(411)는 원형으로 형성될 수 있다. 제2 센서(412)는 도시된 바와 같이 제1 센서(412)의 주위에 복수의 채널(ch1,…,ch9,…)이 등방형으로 배치될 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니며, 제1 센서(410)의 형태는 사각형, 삼각형 등 신호 측정 장치(400)가 탑재되는 기기의 특성에 따라 다양하게 변형될 수 있다. 도 5a는 편의상 제2 센서(412)가 16개의 채널을 포함하고, 각 채널이 3개의 광원 및 3개의 디텍터를 포함하는 것으로 도시되어 있으나 개수에 있어 특별히 제한되지 않는다.
신호 처리부(420)는 제1 센서(411)와 연결되어, 제1 센서(411)로부터 픽셀 데이터를 수신할 수 있다. 신호 처리부(420)는 제1 센서(411)로부터 픽셀 데이터를 수신하면, 픽셀 데이터를 기초로 대상체의 접촉 이미지를 획득할 수 있다. 이때, 접촉 이미지는 지문 이미지일 수 있다.
신호 처리부(420)는 획득된 접촉 이미지를 기초로 제2 센서(412)의 구동을 제어할 수 있다. 예를 들어, 신호 처리부(420)는 획득된 접촉 이미지로부터 특징점을 추출할 수 있다. 또한, 추출된 특징점의 위치 및 방향 중의 하나 이상을 기초로 제2 센서(412)의 채널을 구동할 수 있다. 예컨대, 신호 처리부(420)는 특징점 방향 상에 위치한 제1 채널과 특징점 방향의 반대 방향 상에 위치한 제2 채널을 구동할 수 있다. 또는, 특징점 위치에서 제1 채널을 연결한 선을 중심으로 좌우 소정 각도 내에 존재하는 채널들을 제1 채널 그룹으로, 특징점 위치에서 제2 채널을 연결한 선을 중심으로 좌우 소정 각도 내에 존재하는 채널들을 제2 채널 그룹으로 결정하고, 결정된 제1 채널 그룹과 제2 채널 그룹을 구동할 수도 있다.
일 예로, 제1 채널 또는 제1 채널 그룹의 광원들 중에서 특징점 위치로부터 소정 거리 떨어져 있는 광원과, 제2 채널 또는 제2 채널 그룹의 디텍터들 중에서 특징점 위치로부터 소정 거리 떨어져 있는 디텍터를 측정 시간 동안 계속 구동할 수 있다. 다른 예로, 소정 시간 동안 제1 채널 또는 제1 채널 그룹의 광원 및 제2 채널 또는 제2 채널 그룹의 디텍터의 구동과, 제1 채널 또는 제1 채널 그룹의 디텍터 및 제2 채널 또는 제2 채널 그룹의 광원의 구동을 시분할 방식으로 교대로 제어할 수도 있다.
도 5b는 신호 처리부(420)가 지문 이미지(FI)로부터 추출된 지문 중심점(FC) 및 지문 방향을 기초로 제2 센서(412)의 채널을 구동한 것을 예시한 것이다. 도 5b는 제2 센서(412)가 16개 채널을 포함하고, 각 채널은 다섯 개의 광원 및 디텍터를 포함하는 것을 예시하고 있다. 설명의 편의상 제1 센서(411)에 가장 가까운 광원 및 디텍터를 제1 광원 및 제1 디텍터, 가장 먼 광원 및 디텍터를 제5 광원 및 제5 디텍터라 가정한다. 또한, 지문 이미지의 중심으로부터 채널(ch1)의 방향을 북쪽, 채널(ch9)의 방향을 남쪽이라 가정하고 이에 따라 동서남북의 방향을 정의한다.
도 5b의 (1)을 참조하면, 지문 방향이 약간 북동쪽이므로 신호 처리부(420)는 그 방향의 제1 채널(ch2)과 반대 방향의 제2 채널을 구동할 수 있다. 이때, 지문 중심점(FC)으로부터 소정 거리 떨어진 제1 채널의 제5 광원(L2_5)과 제2 채널(ch10)의 제1 디텍터(D10_1)를 구동할 수 있다. (2)를 참조하면, 지문 방향이 북쪽이므로, 지문 중심점(FC)으로부터 소정 거리 떨어진 제1 채널(ch1)의 제3 광원(L1_3)과 제2 채널(ch9)의 제3 디텍터(D9_3)가 구동될 수 있다. (3)을 참조하면, 마찬가지로 지문 방향은 남서이므로, 지문 중심점(FC)으로부터 소정 거리 떨어진 제1 채널(ch16)의 제1 광원(L16_1)과 제2 채널(ch8)의 제5 디텍터(D8_5)가 구동될 수 있다.
한편, 신호 처리부(420)는 추출된 특징점의 위치가 접촉 이미지 상의 정상 범위를 벗어나는지 판단하고, 판단 결과 정상 범위를 벗어나는 경우 대상체의 접촉 위치를 변경하도록 가이드 할 수 있다.
제2 센서(412)는 신호 처리부(420)의 제어에 따라 해당하는 광원 및 디텍터를 구동하여 대상체로부터 대상 신호를 측정하고, 대상 신호를 신호 처리부(420)에 전달할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 대상체의 접촉 위치에 따라 광원 및 디텍터를 선택적으로 ON/OFF함으로써 대상체의 접촉 위치 변경에 상관없이 최적의 대상 신호를 획득하는 것이 가능하다.
도 6은 일 실시예에 따른 신호 측정 방법의 흐름도이다. 도 7a 및 도 7b는 도 6의 대상 신호 획득 단계의 실시예들의 흐름도이다. 도 6은 도 1a 내지 도 1c의 실시예들에 따른 신호 측정 장치(100a,100b,100c)에 의해 수행되는 신호 측정 방법의 일 실시예일 수 있다. 앞에서 자세히 상술한 바 있으므로 이하 간단하게 설명한다.
먼저, 신호 측정 장치는 대상체의 접촉에 따라 대상체로부터 산란 또는 반사되는 광을 검출하여 대상체의 픽셀 데이터를 생성할 수 있다(610). 이때, 신호 측정 장치는 광학 기반의 이미지 센서 또는 지문 센서 등을 포함할 수 있다. 픽셀 데이터는 각 픽셀별 강도(intensity)를 나타내는 데이터일 수 있다. 이때, 대상체로 입력되는 광은 외부 광원에 의해 방출된 광이거나 신호 측정 장치에 장착된 내부 광원 또는 디스플레이 패널에서 방출되는 광일 수 있다.
그 다음, 신호 측정 장치는 픽셀 데이터를 기초로 대상체의 접촉 이미지를 획득할 수 있다(620). 이때, 대상체는 손가락일 수 있으며, 접촉 이미지는 손가락 지문 이미지일 수 있다.
그 다음, 획득된 접촉 이미지 및 픽셀 데이터를 기초로 대상 신호를 획득할 수 있다(630). 이때 대상 신호는 광전용적 맥파 신호일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
도 7a 및 도 7b를 참조하여, 대상 신호를 획득하는 단계의 실시예들을 설명한다.
신호 측정 장치는 접촉 이미지가 획득되면, 접촉 이미지를 기초로 특징점을 추출할 수 있다(720). 이때, 특징점은 대상체의 특성에 따라 미리 정의될 수 있다. 예컨대, 대상체가 손가락이고 접촉 이미지가 지문 이미지인 경우 특징점은 지문 중심점일 수 있다.
한편, 일 실시예에 따르면 도 7b에 도시된 바와 같이, 특징점이 미리 설정된 정상 범위를 이탈하는지 판단하는 단계를 더 수행할 수 있다(732). 이때, 정상 범위는 센서의 검출 영역의 중심, 접촉 이미지의 중심 또는 사용자별 대상체의 특성 등을 기초로 설정될 수 있다. 단계(732)에서 판단한 결과, 특징점이 정상 범위를 이탈한 경우 대상체의 위치를 변경하도록 사용자에게 가이드할 수 있다(730). 신호 측정 장치에 탑재된 출력 모듈 또는, 외부 기기 예컨대, 오디오 기기, 웨어러블 기기, 스마트폰, 태블릿 PC, 데스크탑 PC, 헬스케어 장치 등과 통신 연결하여 외부 기기의 출력 모듈을 통해 가이드할 수 있다.
그 다음, 특징점의 위치 및/또는 방향을 고려하여 관심영역을 설정할 수 있다(740). 예를 들어, 특징점의 위치를 중심으로 다양한 크기 및 모양으로 설정할 수 있다. 즉, 관심영역의 중심이 특징점의 위치에 오도록 할 수 있다. 이때, 특징점의 방향을 함께 고려하여 관심영역을 설정할 수 있으며, 예컨대, 관심영역의 모양이 직사각형 또는 타원형인 경우, 직사각형의 긴 변 또는 타원의 긴 쪽이 특징점 방향과 나란하도록 할 수 있다. 관심영역의 중심이 항상 특징점 위치와 일치할 필요는 없으며, 예컨대, 접촉 이미지의 중심으로부터 특징점 위치의 변위를 고려하여, 특징점 위치가 관심영역의 중심으로부터 상응하는 변위를 갖도록 할 수 있다.
그 다음, 관심영역 내의 픽셀 강도를 기초로 대상 신호를 획득할 수 있다(760). 대상 신호는 광전용적 맥파 신호일 수 있으며, 소정 시간 동안 획득된 복수의 접촉 이미지를 이용하여 소정 시간 동안의 맥파 신호를 획득할 수 있다. 이때, 맥파 신호의 특정 시점에 대한 진폭값은 특정 시점에 획득된 접촉 이미지를 이용하여 추정할 수 있으며, 특정 시점의 접촉 이미지 상에 설정된 관심영역의 픽셀 강도를 미리 정의된 진폭 추정식에 입력함으로써 그 시점의 진폭값을 계산할 수 있다.
도 8은 다른 실시예에 따른 신호 측정 방법의 흐름도이다.
도 8은 도 4의 신호 측정 장치(400)가 수행하는 신호 측정 방법의 일 실시예이다.
먼저, 신호 측정 장치의 제1 센서는 대상체의 접촉에 따른 픽셀 데이터를 생성할 수 있다(810). 이때, 제1 센서는 정전 용량형 기반의 이미지 센서나 지문 센서일 수 있으나, 이에 제한되지 않으며 필요에 따라 광학 기반의 센서를 포함할 수 있다. 제1 센서는 하나 이상의 픽셀을 포함할 수 있으며, 대상체의 접촉에 따라 각 픽셀에 축적되는 정전 용량과 같은 정보를 픽셀 데이터로 생성할 수 있다.
그 다음, 신호 처리부는 픽셀 데이터를 수신하고, 수신된 픽셀 데이터를 기초로 접촉 이미지를 획득할 수 있다(820). 이미지 센서 등을 통해 생성된 픽셀 데이터를 이용하여 대상체의 이미지를 획득하는 기술 자체는 일반적으로 알려진 다양한 방식을 활용할 수 있으므로 자세한 설명은 생략한다.
그 다음, 신호 처리부는 획득된 접촉 이미지를 기초로 제2 센서의 구동을 제어할 수 있다(830). 이때, 제2 센서는 대상체로부터 광전용적 맥파 신호와 같은 생체신호를 측정하는 생체센서일 수 있다. 제2 센서는 복수의 채널을 포함하며, 각 채널은 하나 이상의 광원 및 하나 이상의 디텍터를 포함하도록 구성될 수 있다. 신호 처리부는 접촉 이미지로부터 특징점을 추출하고, 추출된 특징점의 위치 및/또는 방향을 기초로 복수의 채널 중의 적어도 일부를 구동할 수 있다. 예컨대, 특징점 위치로부터 특징점 방향 상에 배치된 하나 이상의 채널과, 특징점 방향의 반대 방향 상에 배치된 하나 이상의 채널을 구동할 수 있다.
그 다음, 제2 센서는 신호 처리부의 제어에 따라 해당하는 광원 및 디텍터를 구동하여 대상체로부터 대상 신호를 측정할 수 있다(840).
도 9 내지 도 11은 생체정보 측정 장치의 실시예들을 도시한 블록도이다.
도 9 내지 도 11을 참조하여 생체정보 측정 장치의 다양한 실시예들을 설명한다. 생체정보 측정 장치의 실시예들은 전술한 신호 측정 장치의 다양한 실시예들을 포함할 수 있다. 또한, 생체정보 측정 장치의 실시예들은 휴대용 웨어러블 기기나 스마트 기기 등의 각종 정보 처리 기기에 탑재될 수 있다. 예를 들어, 각종 정보 처리 기기는 손목에 착용하는 스마트 워치, 스마트 밴드형, 헤드폰형, 헤어밴드 형 등 다양한 형태의 웨어러블 기기나, 스마트폰, 태블릿 PC등와 같은 모바일 기기를 포함할 수 있다. 다만, 이러한 예시에 한정되지 않는다.
도 9를 참조하면, 생체정보 측정 장치(900)는 신호 측정부(910) 및 생체정보 측정부(920)를 포함할 수 있다. 신호 측정부(910)는 전술한 신호 측정 장치(100a,100b,100c,400) 또는 그 변형된 실시예일 수 있다. 따라서, 신호 측정부(910)는 앞에서 설명한 다양한 센서들을 포함할 수 있다. 또한, 신호 측정부(910)에서 수행되는 다양한 신호 처리 관련 기능들과 혈압 측정부(920)의 기능들은 하나의 프로세서에 통합되거나, 또는 둘 이상의 프로세서에 분리되어 포함될 수 있다.
신호 측정부(910)는 생체정보 측정 요청에 따라 대상체가 접촉하는 경우 대상체의 접촉 이미지를 나타내는 픽셀 데이터를 생성하는 이미지 센서를 포함할 수 있다. 이때, 이미지 센서는 광학 기반 또는 정전 용량형 기반의 다양한 센서를 포함하는 것으로 일 예로 CCD(Charge Coupled Device), CIS(CMOS Image Sensor) 또는 지문 센서를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 이미지 센서는 포토 다이오드와 같이 광 검출기를 포함하는 픽셀 어레이로 형성될 수 있다. 신호 측정부(910)는 대상체에 광을 조사하는 내부 광원을 포함할 수 있다. 이때, 내부 광원은 발광 다이오드 또는 레이저 다이오드를 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 신호 측정부(910)는 내부 광원을 구동하여 대상체에 광을 조사하도록 하고, 이미지 센서를 이용하여 대상체로부터 산란되거나 반사되는 광을 검출할 수 있다. 한편, 신호 측정부(910)는 디스플레이 패널을 포함할 수 있으며, 디스플레이 패널에서 방출되는 광을 내부 광원으로 사용할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며 생체정보 측정 장치(900)의 구조 등의 다양한 조건에 따라 내부 광원을 탑재하지 않고 외부의 광원을 활용할 수 있다.
신호 측정부(910)는 이미지 센서로부터 픽셀 데이터가 생성되면 픽셀 데이터를 이용하여 접촉 이미지를 획득하고, 획득된 접촉 이미지를 기초로 생체신호를 획득할 수 있다. 자세한 내용은 도 1a 내지 도 3c를 통해 앞에서 설명한 바 있으므로 이하 생략한다.
다른 실시예에 따르면, 신호 측정부(910)는 대상체로부터 생체신호, 예컨대 광전용적 맥파 신호를 측정하는 생체센서를 포함할 수 있다. 이때, 생체센서는 이미지 센서의 주위에 배치되는 복수의 채널로 형성될 수 있으며, 각 채널은 하나 이상의 광원과 디텍터를 포함할 수 있다. 이때, 이미지 센서는 광 검출 기능을 탑재하지 않은 정전 용량형 센서일 수 있다.
신호 측정부(910)는 이미지 센서로부터 획득된 픽셀 데이터를 기초로 접촉 이미지를 획득하면, 획득된 접촉 이미지를 이용하여 생체센서의 구동을 제어할 수 있다. 도 4 내지 도 5b를 참조하여 자세히 설명한 바 있으므로 이하 생략한다.
한편, 신호 측정부(910)는 접촉 이미지를 기초로 대상체의 접촉 상태를 모니터링하고, 접촉 상태에 대하여 사용자에게 피드백할 수 있다. 예를 들어, 대상체의 특징점(예: 지문 중심점)이 접촉 이미지 상에 존재하지 않거나 미리 설정된 정상 범위를 벗어나는 경우 대상체의 접촉 위치를 변경하도록 사용자에게 가이드할 수 있다.
생체정보 측정부(920)는 신호 측정부(910)에 의해 획득된 생체 신호를 이용하여 생체정보를 획득할 수 있다. 이때, 생체정보는 상기 생체정보는 혈압, 혈관 나이, 동맥경화도, 대동맥압 파형, 혈관 탄성도, 스트레스 지수 및 피로도 중의 하나 이상을 포함하나 이에 한정되지 않는다.
예를 들어, 생체정보 측정부(920)는 생체신호를 이용하여 오실로메트릭 기법을 기반으로 혈압을 측정할 수 있다. 이때, 생체정보 측정부(920)는 이미지 센서의 픽셀 데이터를 기초로 접촉 압력을 추정하고, 맥파 신호 및 접촉 압력을 기초로 오실로메트릭 기반으로 혈압을 추정할 수 있다. 전술한 바와 같이 이미지 센서를 손가락으로 점차 강하게 눌러 접촉 압력을 증가시키면 이에 따라 소정 시간 구간에서 픽셀 강도가 증가하게 된다. 생체정보 측정부(920)는 이와 같이 접촉 압력과 픽셀 강도 사이의 상관 관계를 나타내는 접촉 압력 추정 모델을 이용하여 픽셀 데이터가 생성되면 접촉 압력을 획득할 수 있다. 이때, 접촉 압력 추정 모델은 선형/비선형 함수식, 매칭 테이블 형식 등 다양하게 정의될 수 있다.
도 10을 참조하면, 생체정보 측정 장치(1000)는 신호 측정부(910) 및 생체정보 측정부(920) 외에 압력 측정부(1010)를 더 포함할 수 있다. 신호 측정부(910)의 신호 처리 기능, 생체정보 측정부(920)의 기능 및 압력 측정부(1010)의 일부 기능은 하나 이상의 프로세서에 포함될 수 있다.
압력 측정부(1010)는 대상체가 이미지 센서 및/또는 생체 센서에 접촉할 때, 생체 센서와 대상체 사이의 접촉 압력을 측정할 수 있다. 이때, 압력 측정부(1010)는 힘(force) 센서 및/또는 면적(area) 센서를 포함할 수 있으며, 측정된 힘 및/또는 면적을 기초로 압력을 계산할 수 있다.
압력 측정부(1010)는 생체정보 측정 요청에 따라 사용자에게 접촉 압력에 대한 가이드 정보를 제공할 수 있다. 이때, 접촉 압력에 대한 가이드 정보는 사용자가 생체신호를 측정하는 시간 동안 가해야 하는 기준 접촉 압력 및/또는, 측정 시간 동안 사용자가 실제로 가한 실제 접촉 압력에 대한 정보를 포함할 수 있다.
생체정보 측정부(920)는 신호 측정부(910)에 의해 획득된 생체신호 및 압력 측정부(1010)에 의해 측정된 접촉 압력을 기초로 생체정보를 측정할 수 있다.
도 11을 참조하면, 생체정보 측정 장치(1100)는 신호 측정부(910) 및 생체정보 측정부(920) 외에 저장부(1110), 출력부(1120) 및 통신부(1130)를 더 포함할 수 있다. 신호 측정부(910) 및 생체정보 측정부(920)는 도 9 및 도 10을 참조하여 설명한 바 있다.
저장부(1110)는 사용자 특성 정보, 센서 구동이나 생체정보 측정에 필요한 각종 기준 정보, 신호 측정부(910) 또는 생체정보 측정부(920)에 의해 처리된 각종 정보 등을 포함할 수 있다. 이때, 사용자 특성 정보는 사용자의 성별, 연령, 건강 상태 등의 정보를 포함할 수 있다. 센서 구동이나 생체정보 측정에 필요한 기준 정보는 발광 패턴, 대상체별 접촉 위치 및 접촉 세기, 진폭 추정식, 접촉 압력 추정 모델 등을 포함할 수 있다.
저장부(1110)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 등의 저장매체를 포함하며, 이에 제한되는 것은 아니다.
출력부(1120)는 신호 측정부(910) 및 혈압 측정부(920)에 의해 처리된 각종 정보를 출력할 수 있다. 출력부(1120)는 생체정보 측정값을 기초로 판단된 사용자의 건강 상태 정보 등을 출력할 수 있다. 이때, 출력부(1120)는 디스플레이 등의 시각적 출력 모듈, 스피커 등의 음성 출력 모듈 또는, 진동이나 촉감 등의 햅틱 모듈 등을 포함할 수 있다.
통신부(1130)는 다양한 외부 기기와 유무선 통신 연결하고 외부 기기로부터 각종 기준 정보를 수신하거나, 신호 측정부(910) 또는 생체정보 측정부(920)의 처리 결과를 외부 기기에 전송할 수 있다. 외부 기기(1200)는 스마트폰, 태블릿 PC, 데스크탑 PC등의 정보 처리 장치 등을 포함할 수 있다. 통신부(1130)는 블루투스(bluetooth) 통신, BLE(Bluetooth Low Energy) 통신, 근거리 무선 통신(Near Field Communication, NFC), WLAN 통신, 지그비(Zigbee) 통신, 적외선(Infrared Data Association, IrDA) 통신, WFD(Wi-Fi Direct) 통신, UWB(ultra-wideband) 통신, Ant+ 통신, WIFI 통신, RFID(Radio Frequency Identification) 통신, 3G 통신, 4G 통신 및 5G 통신 등을 이용하여 외부 기기와 통신할 수 있다. 그러나, 이는 일 예에 불과할 뿐이며, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 12는 생체정보 측정 방법의 실시예들에 대한 흐름도이다.
도 12는 도 9 내지 도 11의 생체정보 측정 장치(900,1000,1100)에 의해 수행되는 생체정보 측정 방법의 일 실시예이다.
먼저, 생체정보 측정 장치는 생체정보 측정 요청을 수신할 수 있다(1210). 생체정보 측정 요청은 사용자 또는 외부 기기로부터 수신될 수 있다.
그 다음, 대상체의 접촉 이미지를 기초로 생체신호를 획득할 수 있다(1220). 생체정보 측정 장치는 정전 용량형/광학 기반의 이미지 센서 또는 지문 센서 등을 이용하여 대상체가 센서에 접촉할 때 생성되는 픽셀 데이터를 기초로 접촉 이미지를 획득할 수 있다. 이때, 생체신호는 맥파 신호일 수 있다. 일 예로 생체정보 측정 장치는 픽셀 데이터 및 접촉 이미지를 이용하여 맥파 신호를 획득할 수 있다. 다른 예로, 생체정보 측정 장치는 맥파 신호를 측정하는 별도의 생체센서를 탑재한 경우, 접촉 이미지를 기초로 생체센서를 구동하여 생체센서를 통해 맥파 신호를 측정할 수 있다.
그 다음, 생체신호를 기초로 생체정보를 측정할 수 있다(1230). 예를 들어, 생체정보 측정 장치는 맥파 신호를 이용하여 오실로메트릭 기반으로 혈압 등의 생체정보를 측정할 수 있다. 일 예로, 생체정보 측정 장치는 픽셀 데이터를 이용하여 접촉 압력을 추정하고, 추정된 접촉 압력과 생체신호를 이용하여 혈압을 측정할 수 있다. 다른 예로, 생체정보 측정 장치에 접촉 압력 센서가 탑재된 경우 접촉 압력 센서를 통해 측정된 접촉 압력 및 생체신호를 이용하여 혈압을 측정할 수 있다.
그 다음, 생체정보 측정 결과를 출력할 수 있다(1240). 이때, 생체정보는 디스플레이, 스피커 모듈, 햅틱 모듈 등의 다양한 출력 모듈을 이용하여 사용자에게 제공할 수 있다.
한편, 본 실시 예들은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현하는 것을 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 실시예들을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 프로그래머들에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.
본 개시가 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 개시된 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100a, 100b,100c, 400: 신호 측정 장치 110: 센서
120: 신호 처리부 130: 내부 광원
140: 디스플레이 패널 411: 제1 센서
412: 제2 센서 420: 신호 처리부
900: 생체정보 측정 장치 910: 신호 측정부
920: 생체정보 측정부 1010: 압력 측정부
1110: 저장부 1120: 출력부
1130: 통신부

Claims (34)

  1. 대상체로부터 산란 또는 반사된 광을 검출하여 대상체의 접촉 이미지를 나타내는 픽셀 데이터를 생성하는 센서; 및
    상기 픽셀 데이터를 기초로 대상체의 접촉 이미지를 획득하고, 획득된 접촉 이미지 및 상기 픽셀 데이터를 기초로 대상 신호를 획득하는 신호 처리부를 포함하는 신호 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 센서는
    광학 기반의 이미지 센서 또는 지문 센서를 포함하는 신호 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 신호 처리부는
    상기 접촉 이미지 상의 관심영역을 설정하고, 상기 픽셀 데이터 중 상기 관심영역에 속한 픽셀들의 강도(intensity)를 기초로 대상 신호를 획득하는 신호 측정 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 대상 신호는 광전용적 맥파(Photoplethysmography, PPG) 신호를 포함하는 신호 측정 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 신호 처리부는
    미리 정의된 진폭 추정식을 적용하여, 상기 관심영역에 속한 픽셀들의 강도(intensity)를 기초로 상기 광전용적 맥파 신호의 진폭(amplitude) 값을 추정하는 신호 측정 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 진폭 추정식은 픽셀 강도의 평균, 중간값, 최저값 및 최고값 중의 적어도 하나를 산출하는 식을 포함하는 신호 측정 장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 신호 처리부는
    상기 접촉 이미지로부터 특징점을 추출하고, 추출된 특징점의 위치 및 특징점의 방향 중의 적어도 하나를 기초로 관심영역을 설정하는 신호 측정 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 접촉 이미지는 지문 이미지를 포함하고,
    상기 특징점은 지문 중심점을 포함하는 신호 측정 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 신호 처리부는
    상기 특징점의 위치가 상기 접촉 이미지 상의 정상 범위를 벗어나는 경우 대상체의 위치 변경을 가이드하는 신호 측정 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    대상체에 광을 조사하는 내부 광원을 더 포함하는 신호 측정 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 내부 광원은
    하나 이상의 발광 다이오드(Light Emitting Diode) 또는 레이저 다이오드(Laser Diode)를 포함하는 신호 측정 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    디스플레이 패널을 더 포함하고,
    상기 디스플레이 패널에 의해 방출되는 빛의 적어도 일부를 상기 내부 광원으로 사용하는 신호 측정 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 내부 광원은
    상기 신호 처리부의 제어에 따라 소정의 발광 패턴으로 광을 조사하는 신호 측정 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 발광 패턴은 직선형, 동심원형, 사각형 및 대각선형 중의 적어도 하나를 포함하는 발광 모양 및 발광 색상 중의 하나 이상을 포함하는 신호 측정 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 센서는
    상기 대상체로부터 산란 또는 반사된 광을 검출하는 픽셀 어레이를 포함하되, 각 픽셀은 포토다이오드 및 포토 트랜지스터 중의 적어도 하나를 포함하는 신호 측정 장치.
  16. 대상체로부터 산란 또는 반사된 광을 검출하여 대상체의 접촉 이미지를 나타내는 픽셀 데이터를 생성하는 단계;
    상기 픽셀 데이터를 기초로 대상체의 접촉 이미지를 획득하는 단계; 및
    상기 획득된 접촉 이미지 및 상기 픽셀 데이터를 기초로 대상 신호를 획득하는 단계를 포함하는 신호 측정 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 대상 신호를 획득하는 단계는
    상기 접촉 이미지 상의 관심영역을 설정하는 단계; 및
    상기 픽셀 데이터 중 상기 관심영역에 속한 픽셀들의 강도(intensity)를 기초로 대상 신호를 획득하는 단계를 포함하는 신호 측정 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 대상 신호를 획득하는 단계는
    상기 접촉 이미지로부터 특징점을 추출하는 단계를 더 포함하고,
    상기 관심영역을 설정하는 단계는
    상기 특징점의 위치 및 특징점의 방향 중의 적어도 하나를 기초로 관심영역을 설정하는 신호 측정 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 접촉 이미지는 지문 이미지를 포함하고,
    상기 특징점은 지문 중심점을 포함하는 신호 측정 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 대상 신호를 획득하는 단계는
    상기 특징점의 위치가 상기 접촉 이미지 상의 정상 범위를 벗어나는지 판단하는 단계; 및
    정상 범위를 벗어나는 경우 대상체의 위치 변경을 가이드하는 단계를 더 포함하는 신호 측정 방법.
  21. 대상체의 접촉 이미지를 나타내는 픽셀 데이터를 생성하는 제1 센서;
    상기 제1 센서의 주위에 배치되며, 대상체로부터 산란 또는 반사된 광을 검출하여 대상 신호를 측정하는 제2 센서; 및
    상기 픽셀 데이터를 기초로 대상체의 접촉 이미지를 획득하고, 획득된 접촉 이미지를 기초로 제2 센서의 구동을 제어하는 신호 처리부를 포함하는 신호 측정 장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 제1 센서는
    정전 용량형 기반의 이미지 센서 또는 지문 센서를 포함하는 신호 측정 장치.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 제2 센서는
    상기 제1 센서를 중심으로 주위에 원형 및 사각형 중의 적어도 하나의 형태로 배치되는 복수의 채널을 포함하는 신호 측정 장치.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 복수의 채널 각각은
    광을 조사하는 하나 이상의 광원; 및
    대상체로부터 산란 또는 반사된 광을 검출하는 하나 이상의 디텍터를 포함하는 신호 측정 장치.
  25. 제23항에 있어서,
    상기 신호 처리부는
    상기 접촉 이미지로부터 특징점을 추출하고, 추출된 특징점 위치 및 특징점 방향 중의 적어도 하나를 기초로 상기 복수의 채널의 구동을 제어하는 신호 측정 장치.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 신호 처리부는
    상기 복수의 채널 중에서 상기 특징점 방향에 위치한 제1 채널과 상기 특징점 방향의 반대 방향에 위치한 제2 채널을 구동하는 신호 측정 장치.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 신호 처리부는
    상기 특징점 위치로부터 소정 거리에 위치한, 제1 채널의 광원 및 제2 채널의 디텍터를 구동하는 신호 측정 장치.
  28. 제26항에 있어서,
    상기 신호 처리부는
    소정 시간 동안 상기 특징점 위치로부터 소정 거리에 위치한, 제1 채널의 광원 및 제2 채널의 디텍터와, 제2 채널의 광원 및 제1 채널의 디텍터를 시분할 방식으로 교대로 구동하는 신호 측정 장치.
  29. 제25항에 있어서,
    상기 신호 처리부는
    상기 특징점의 위치가 상기 접촉 이미지 상의 정상 범위를 벗어나는 경우 대상체의 위치 변경을 가이드하는 신호 측정 장치.
  30. 대상체의 접촉 이미지를 나타내는 픽셀 데이터를 생성하고, 상기 접촉 이미지 및 상기 픽셀 데이터 중의 하나 이상을 기초로 생체신호를 획득하는 신호 측정부; 및
    상기 생체신호를 기초로 생체정보를 측정하는 생체정보 측정부를 포함하는 생체정보 측정 장치.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 신호 측정부는
    대상체의 접촉에 따라 상기 픽셀 데이터를 생성하는 이미지 센서를 포함하고, 상기 픽셀 데이터를 기초로 접촉 이미지를 획득하여 획득된 접촉 이미지로부터 특징점을 추출하는 생체정보 측정 장치.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 신호 측정부는
    상기 접촉 이미지 상의 관심 영역을 설정하고, 상기 픽셀 데이터 중 상기 관심영역에 속한 픽셀들의 강도(intensity)를 기초로 생체신호를 획득하는 생체정보 측정 장치.
  33. 제31항에 있어서,
    상기 신호 측정부는
    대상체에 광을 조사하고, 대상체로부터 산란 또는 반사된 광을 검출하여 생체신호를 측정하는 생체 센서를 더 포함하고,
    상기 신호 처리부는
    상기 특징점의 위치 및 방향 중의 적어도 하나를 기초로 상기 생체 센서의 구동을 제어하는 생체정보 측정 장치.
  34. 제30항에 있어서,
    상기 생체신호는 광 전용적 맥파 신호를 포함하고,
    상기 생체정보는 혈압, 혈관 나이, 동맥경화도, 대동맥압 파형, 혈관 탄성도, 스트레스 지수 및 피로도 중의 하나 이상을 포함하는 생체정보 측정 장치.
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