KR20200056502A - 학습환경 제어 시스템 - Google Patents

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KR20200056502A
KR20200056502A KR1020180139570A KR20180139570A KR20200056502A KR 20200056502 A KR20200056502 A KR 20200056502A KR 1020180139570 A KR1020180139570 A KR 1020180139570A KR 20180139570 A KR20180139570 A KR 20180139570A KR 20200056502 A KR20200056502 A KR 20200056502A
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손영학
박상규
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손영학
노명진
박상규
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Abstract

본 발명에서 학습자의 상태변화에 대응하는 환경 제어를 수행할 수 있는 학습환경 제어 시스템을 개시한다.
본 발명에 따른 시스템은, 학습자의 생체 예컨대 홍채인식을 수행하기 위한 생체인식 모듈; 학습자의 안면 상태를 촬영하기 위한 안면인식 모듈; 학습자의 생체정보, 안면 컬러 정보 및 학습자 모션 판단을 위한 학습자 정보를 저장 관리하는 데이터 베이스; 상기 데이터 베이스의 등록된 학습자의 생체 정보 및 학습자의 안면 컬러 변화의 임계값과 학습자의 모션 정보에 기초하여, 상기 생체 판독부의 판독 결과로부터 학습자 확인 여부를 결정하고, 상기 피로도 판독부의 판단 결로부터 학습자의 피로상태를 결정하는 제어부를 포함한다.
따라서, 본 발명은 책상의 일단에 장착되어 학습자의 생체인식을 기반으로 출결관리가 수행되고, 학습자의 자세 또는 피로감을 인식함으로써 이에 대응하는 학습 환경을 제공할 수 있는 효과가 있다.

Description

학습환경 제어 시스템{SYSTEM FOR CONTROLLING STUDY CONDITION}
본 발명은 학습환경 제어에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 학습자의 홍채 등의 생체정보를 기반으로 출결관리를 수행하고, 학습자의 안면인식을 통한 피로도 측정을 통한 학습환경 제어를 실행할 수 있는 학습환경 제어 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 출석체크는 강의 별로 수강자에 대한 출석을 확인하는 것으로, 미리 작성된 출석부의 이름을 호명하여 출석부에 출석상태를 기록하거나, 강의 종료 후 퇴실 전에 출석표시를 하는 등의 다양한 방식으로 이루어지고 있다.
이러한 방식에 의해 출석체크가 이루어지게 되면, 별도로 출석체크를 위한 시간이 할당되어야 하므로 수업시간이 낭비되는 상황이 발생하게 되며, 학기말에 출석부를 최종적으로 취합하여 전체적인 통계를 산출해야 하는 번거로움이 따르게 된다. 또한, 출석부를 과목별로 제작해야 함에 따라 소모품이 낭비되는 문제가 발생하게 된다. 이러한 문제점을 해소하기 위해, FID 태그, 얼굴인식, 지문인식 등을 이용한 다양한 방식의 전자출결시스템이 제안되고 있다.
첨부된 특허문헌에서와 같이, 안면인식 출석관리 프로그램(30)은 퍼스널 컴퓨터에 설치되어 사용되어 지는데, 출석확인 대상자를 USB 카메라로 직접 촬영하거나, 이미 소지하고 있는 대상자들의 얼굴 사진 디지털 이미지를 파일형태로 업로드하여 출석확인 대상자들의 얼굴특징정보와 인원정보를 포함하는 별도의 식별대상 DB를 퍼스널 컴퓨터의 데이터 저장장치내에 구성한다.
또한, 안면인식 출석관리 프로그램은 복수의 USB 카메라 및 스마트 폰 카메라로 부터 실시간 전송되는 얼굴 이미지에서 자동으로 얼굴을 검출하고, 얼굴특징을 추출한 후 이러한 특징정보를 식별대상 DB와 비교하여 출석 확인 대상자 여부를 자동으로 판단하고, 출석정보를 관리자 또는 보호자에게 문자 알림하게 된다.
이를 위한 스마트 폰으로 실시간 촬영된 영상을 수신하는 수신모듈(301), 스마트 폰 촬영 영상 또는 복수의 USB 카메라로부터 실시간 확보되는 영상으로에서 얼굴을 검출하는 검출모듈(31), 검출된 얼굴 영상에서 각각 개인의 고유한 얼굴 특징 정보를 추출하는 추출 모듈(32), 출석대상자의 얼굴정보 및 인원 정보를 저장한 인식대상정보 DB(34), 인식대상정보 DB(34)와 실시간으로 추출되는 개개인의 얼굴특징정보(32)를 비교하여 일치여부를 판단하는 얼굴인식 모듈(33), 얼굴인식 결과 동일인인 경우 해당자의 출석 정보를 생성하는 출석정보 생성 모듈(35), 생성된 출석 정보를 관리자나 보호자의 휴대폰으로 문자 알림을 전송하는 SMS 모듈(36)로 구성되어 진다.
따라서, 종래의 안면인식 출석관리 시스템(100)은 출석대상자들을 실시간으로 촬영하는데 사용되는 USB카메라와 같은 카메라장치(10), 출석확인 대상자들의 인원정보와 얼굴정보가 저장되는 인식대상정보DB와 실시간 확보되는 출석대상자들의 얼굴정보를 비교하여 얼굴 일치 여부를 판단하고, 이 결과를 관리자나 보호자에게 문자 알림하는 안면인식 출석관리 프로그램(30), USB카메라와 연결되어 영상을 확보하며, DB를 저장하고 안면인식 출석관리 프로그램이 설치되어 구동되는 퍼스널 컴퓨터(20)로 구성되는데, 이것은 출석관리의 효율성을 증대시킬 뿐만 아니라, 본인 아닌 타인의 대리출석을 제한할 수 있는 신뢰성을 제공한다.
그러나, 전자출결시스템을 구축하기 위해서는 RFID 리더기, 지문인식기 등과 같은 별도의 추가적인 장비들이 구비되어야 하므로 출결관리를 위한 전체적인 비용이 증가되는 문제가 발생하게 된다. 또한, 전자출결시스템의 기능을 악용하여 신분증 및 사진을 이용한 부정출석 등을 관리하지 못하는 한계점이 존재하게 된다.
더욱이, 학습환경의 기능확장을 위해 전자화된 출결 시스템이 제시되고 있으나, 출결에 많은 의미가 부여되는 것은 학습목적에 충실하지 못하다는 문제점이 지적되고 있다. 이에, 학습효율을 높이기 위한 시스템 구축과 연계되어야 할 필요성이 대두되고 있는 것이다.
대한민국 공개특허 10-2016-0025768
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 책상의 일단에 장착되어 학습자의 생체인식을 기반으로 출결관리가 수행되고, 학습자의 자세 또는 피로감을 인식함으로써 이에 대응하는 학습 환경을 제공할 수 있는 학습환경 제어 시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 온라인 상으로 학습자의 환경 정보를 제공함으로써, 외부 관리의 실효성을 높이고, 학습정보의 수신을 기반으로 학습자의 학습효율을 증대시킬 수 있는 학습환경 제어 시스템을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 관점에 따른 학습환경 제어 시스템은, 학습자의 상태에 따라 학습자의 환경을 제어하기 위한 시스템에 있어서, 학습자의 생체 예컨대 홍채인식을 수행하기 위한 생체인식 모듈; 학습자의 안면 상태를 촬영하기 위한 안면인식 모듈; 상기 생체인식 모듈의 검출 결과를 수신하여, 학습자의 생체를 판독하기 위한 생체 판독부; 상기 안면인식 모듈로부터 접수된 학습자의 안면 영상을 기반으로 학습자의 피로도 상태를 판단하기 위한 피로도 판독부; 학습자의 생체정보, 안면 컬러 정보 및 학습자 모션 판단을 위한 학습자 정보를 저장 관리하는 데이터 베이스; 상기 데이터 베이스의 등록된 학습자의 생체 정보 및 학습자의 안면 컬러 변화의 임계값과 학습자의 모션 정보에 기초하여, 상기 생체 판독부의 판독 결과로부터 학습자 확인 여부를 결정하고, 상기 피로도 판독부의 판단 결로부터 학습자의 피로상태를 결정하는 제어부; 상기 제어부의 결정 정보를 외부 통신망으로 전송하거나, 외부로부터 제공된 학습정보를 수신하기 위한 통신부; 상기 제어부의 피로도 판단결정 정보에 기초하여 램프의 휘도를 조절하기 위한 조명제어 모듈; 및 상기 학습정보를 디스플레이하기 위한 임의의 단말기와 접속 제어를 수행하는 단말기 접속모듈로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 학습자의 착석상태, 졸음 상태 등 모션을 감지하기 위한 모션감지 모듈; 상기 모션감지 모듈로부터 수집된 영상을 기반으로 학습자의 착석상태, 졸음상태를 판단하기 위한 모션 판독부를 더 포함하며; 상기 제어부는 상기 모션 판독부의 모션 판단에 기초하여 학습자의 학습상태를 결정하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 상기 통신부는, 온라인 유선 접속을 포함하여, 근거리 무선접속 기능을 포함하며, 외부 서버로부터 학습정보를 수신하여 학습자의 단말기로 제공하거나, 상기 생체 판독부의 판단 결과에 기초하여 학습자의 출결 상태와, 상기 피로도 판독부 및 모션 판독부에 기초하여 학습자의 상태 변화를 외부 관리자의 단말기로 통지하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 상기 조명제어 모듈은, 책상에 거치 되거나 임의로 구비된 조명장치의 밝기 제어를 수행하는 것으로, 상기 램프가 LED 램프인 경우 PWM 방식을 기반으로 휘도를 제어하며, 상기 램프가 형광 램프인 경우에는 위상제어를 기반으로 램프의 휘도를 제어하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 상기 단말기 접속모듈은, 학습자의 휴대폰과 유무선 접속을 수행하는 것으로, 상기 학습환경 제어 시스템의 일단에 마련된 유선 접속단자를 통해 학습자의 휴대폰으로 학습영상을 제공하거나, 근거리 무선 통신 수단에 기초하여 학습자 휴대폰으로 학습영상을 제공하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 상기 생체인식 모듈은, 학습자의 홍채 정보를 인식하기 위한 것으로, 상기 데이터 베이스에 등록 관리된 후 생체 판독부에 의해 진위여부를 판단하며, 판단 결과는 외부 서버로 제공되는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 상기 안면인식 모듈은, 상기 모션인식 장치의 카메라로부터 학습자의 안면을 촬영하는 것으로, 상기 피로도 판독부는 데이터 베이스에 구축된 학습자 안면 컬러 정보에 기초하여 학습자의 피로상태를 판단하며; 상기 학습자의 피로상태는, 학습자 안면이 붉은색으로 변화하는 정도를 나타내는 것으로, 카메라로부터 학습자의 안면을 촬영한 후 촬영 영상에 대한 각 화소 단위로 RGB 컬러 분포를 산출한 후 평균치를 연산함으로써 피로도를 측정하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 상기 모션 판독부는, 학습자의 착석 상태를 모션 동작에 의해 판단하는 것으로, 상기 제어부(301)가 상기 데이터 베이스에 등록된 학습자의 착석 상태를 기반으로, 졸음 상태 및 집중도 상태를 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 제시하는 학습환경 제어 시스템은, 책상의 일단에 장착되어 학습자의 생체인식을 기반으로 출결관리가 수행되고, 학습자의 자세 또는 피로감을 인식함으로써 이에 대응하는 학습 환경을 제공할 수 있는 효과가 있다. 또한, 온라인 상으로 학습자의 환경 정보를 제공함으로써, 외부 관리의 실효성을 높이고, 학습정보의 수신을 기반으로 학습자의 학습효율을 증대시킬 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 종래 안면인식을 활용한 출석관리 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 학습환경 제어 시스템을 일 예로 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 학습환경 제어 시스템의 주요 기능을 설명하기 위한 구성도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.
도2는 본 발명에 따른 학습환경 제어 시스템을 예시로 나타낸 도면이다. 즉, 본 발명에서 제시하는 학습환경 제어 시스템은 책상의 일단에 장착될 수 있는데, 가정용 책상에 거치되거나, 학교, 학원, 도서관 등에서 적용되는 책상에 설치될 수 있다. 따라서, 학습환경 제어 시스템은 독립된 구조로 제시되어 임의 위치에 설치될 수 있으며, 인터넷 접속이 가능하고, 책상의 조명과는 연동될 수 있다.
인지되는 바와 같이, 학습환경 제어 시스템(203)은 책상(200)의 일단에 장착되는데, 본 예시는 책꽂이(201)의 중앙 위치에 설치되고 있다. 다른 예시로서 책꽂이가 없는 책상에 설치되는 경우에는 상기 학습환경 제어 시스템(203)이 별도의 장치로써 책상의 임의 위치에 고정 설치된다. 이때, 상기 학습환경 제어 시스템(203)은 학습자의 안면을 인식하도록 설치 각도가 정의되어야 한다. 학습자의 안면이라 하면, 학습자의 안면 컬러 인식과 더불어 학습자의 생체인식 예컨대 홍채인식을 포함한다. 또한, 학습자의 모션 예컨대, 학습 몰입도가 낮아 잦은 움직임을 보이거나, 졸음 상태로서의 고개 떨굼 등의 모션 등을 인지할 수 있다.
이와 같이, 상기 학습환경 제어 시스템은 생체인식 장치(207)를 포함하며, 학습자의 모션을 인식하거나 안면 컬러 변화 즉, 피로도를 인지하기 위한 모션인식장치(205)를 포함한다. 또한, 본 발명에서는 램프(209)의 휘도를 제어할 수 있는 접속 모듈이 장착될 수 있으며, 이는 학습자의 피로도에 대응하여 조명의 휘도를 자동으로 조절하기 위한 시스템이다.
상기 접속모듈은 책상(200)에 설치되는 램프(209)의 조명 휘도를 자동 제어할 수 있으며, 별도의 램프(209)를 점소등하거나 휘도 제어를 위한 딤머 제어가 가능할 것이다.
한편, 상기 학습환경 제어 시스템(203)은 온라인 접속 모듈을 포함함으로써, 외부의 학습정보를 수신하여 시청할 수 있으며, 이에 별도의 모니터 시스템 또는 컴퓨터와 연동될 것이다. 또한, 상기 학습환경 제어 시스템(203)은 생체인식 장치(207)를 통해 학습자의 실명인증을 기반으로 출결 관리가 이루어지며, 상기 모션인식 장치(205)를 토대로 학습자의 학습상태를 외부로 전송할 수 있다. 필요에 따라, 상기 모션인식 장치(205)는 학습자의 안면을 인식토록 함으로써, 학습자의 피로도를 측정하고 그 결과를 외부로 제공한다.
학습자의 피로도 측정은 학습자의 안면 컬러를 분석하는 것으로, 지속적으로 학습자의 안면 컬러를 데이터화하여 비교함으로써, 현재 학습자의 안면 컬러 변화를 판단한다. 예컨대, 학습자의 안면 컬러가 붉은 색으로 변화될 때 피로감이 존재하는 것으로 판단하는 것이다. 상기 학습환경 제어 시스템(203)은 학습자의 피로도가 기준치 이상으로 판단할 경우, 램프(209)의 휘도를 낮추도록 딤머 스위칭 제어를 수행한다. 이에, 상기 램프(209)는 디지털 제어가 가능한 LED 램프가 바람직할 것이다.
필요에 따라, 상기 학습환경 제어 시스템(203)은 학습자의 피로도 증가를 인지하는 경우, 피로 해소를 위한 음악정보를 제공할 수 있을 것이다. 이는 피로 해소에 도움이 되는 음악을 온라인 상에서 제공받아 별도의 스피커를 통해 제공하는 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 학습환경 제어 시스템(203)의 주요 기능을 설명하기 위한 구성도이다.
도시한 바와 같이, 학습자의 생체 예컨대 홍채인식을 수행하기 위한 생체인식 모듈(303)과, 학습자의 안면 상태를 촬영하기 위한 안면인식 모듈(305)과, 학습자의 착석상태, 졸음 상태 등 모션을 감지하기 위한 모션감지 모듈(307)과, 상기 생체인식 모듈(303)의 검출 결과를 수신하여, 학습자의 생체를 판독하기 위한 생체 판독부(309)와, 상기 안면인식 모듈(305)로부터 접수된 학습자의 안면 영상을 기반으로 학습자의 피로도 상태를 판단하기 위한 피로도 판독부(311)와, 상기 모션감지 모듈(307)로부터 수집된 영상을 기반으로 학습자의 착석상태, 졸음상태를 판단하기 위한 모션 판독부(313)와, 학습자의 생체정보, 안면 컬러 정보 및 학습자 모션 판단을 위한 학습자 정보를 저장 관리하는 데이터 베이스(315)와, 상기 데이터 베이스(315)의 등록된 학습자의 생체 정보 및 학습자의 안면 컬러 변화의 임계값과 학습자의 모션 정보에 기초하여, 상기 생체 판독부(309)의 판독 결과로부터 학습자 확인 여부를 결정하고, 상기 피로도 판독부(311)의 판단 결로부터 학습자의 피로상태를 결정하며, 상기 모션 판독부(313)의 모션 판단에 기초하여 학습자의 학습상태를 결정하는 제어부(301)와, 상기 제어부(301)의 결정 정보를 외부 통신망으로 전송하거나, 외부로부터 제공된 학습정보를 수신하기 위한 통신부(317)와, 상기 제어부(301)의 피로도 판단결정 정보에 기초하여 램프(209)의 휘도를 조절하기 위한 조명제어 모듈(319)과, 상기 학습정보를 디스플레이하기 위한 임의의 단말기와 접속 제어를 수행하는 단말기 접속모듈(321)로 이루어진다.
상기 통신부(317)는 온라인 유선 접속을 포함하여, 근거리 무선접속 기능을 포함한다. 또한, 상기 조명제어 모듈(319)은 책상(200)에 거치 되거나 임의로 구비된 조명장치의 밝기 제어를 수행하는 것으로, 상기 램프(209)가 LED 램프인 경우 PWM 방식을 기반으로 휘도를 제어할 수 있을 것이다. 반면, 상기 램프(209)가 형광 램프인 경우에는 위상제어를 기반으로 램프의 휘도를 제어함이 바람직할 것이다.
상기 단말기 접속모듈(321)은 학습자의 휴대폰과 유무선 접속을 수행하는 것으로, 상기 학습환경 제어 시스템(203)의 일단에 마련된 유선 접속단자를 통해 학습자의 휴대폰으로 학습영상을 제공하거나, 와이파이, 블루투스 등의 무선 통신 수단에 기초하여 학습자 휴대폰으로 학습영상을 제공할 수 있을 것이다.
상기 생체인식 모듈(303)은 학습자의 생체 정보 예컨대, 홍채 정보를 인식하기 위한 것으로, 상기 데이터 베이스(315)에 등록 관리된 후 생체 판독부(309)에 의해 진위여부를 판단하게 된다.
한편, 상기 안면인식 모듈(305)은 상기 모션인식 장치(205)의 카메라로부터 학습자의 안면을 촬영하는 것으로, 상기 피로도 판독부(311)는 데이터 베이스(315)에 구축된 학습자 안면 컬러 정보에 기초하여 학습자의 피로상태를 판단한다. 학습자의 피로상태라 함은, 학습자 안면이 붉은색으로 변화하는 정도를 나타내는 것으로, 카메라로부터 학습자의 안면을 촬영한 후 촬영 영상에 대한 각 화소 단위로 RGB 컬러 분포를 산출 한 후 평균치를 연산함으로써 피로도를 측정하게 된다.
즉, 피로도에 대응하여 발생하는 현상으로서 안면의 홍조 현상, 피부의 붉은 반점 등을 카메라 영상을 통해 인지한 후, 설정된 임계 값을 기반으로 학습자의 피로도를 산출하는 것이다. 상기 설정된 임계 값은 상기 데이터 베이스(315)에 누적된 학습자 안면 영상 정보를 토대로 이루어지는 것으로, 안면의 컬러 변화량이 평균치 보다 클 경우에 피로도가 높아진 것으로 상정한다.
상기 모션 판독부(313)는 학습자의 착석 상태를 모션 동작에 의해 판단하는 것으로, 상기 제어부(301)가 상기 데이터 베이스(315)에 등록된 학습자의 착석 상태를 기반으로, 고개를 떨구는 졸음 상태를 판단하거나, 눈의 깜박임 정도를 판단하여 집중도 상태를 판단하게 된다.
이하, 본 발명의 동작을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 학습자는 책상(200)의 일단으로 설치되는 학습환경 제어 시스템(203)에 의해 학습자 확인이 이루어진다. 학습자 확인은 학습환경 제어 시스템(203)에 마련된 생체인식 장치(207)의 카메라가 학습자의 생체 즉, 홍채를 인식하게 되며, 학습자의 홍채 정보는 상기 데이터베이스(315)에 등록된 상태이다. 상기 생체 판독부(309)는 학습자의 홍채를 카메라로 촬영하며, 상기 데이터베이스(315)에 구축된 학습자의 홍채정보와 비교한다. 비교결과는 상기 제어부(301)로 제공되며, 제어부(301)는 학습자의 진위여부를 결정하여 상기 통신부(317)를 통해 외부 서버로 전송한다.
상기 홍채정보는 학습자의 출결 상태에 대한 진위여부를 판단하는 것으로, 학교, 학원 등에서 적용될 수 있을 것이다. 이후, 상기 학습환경 제어 시스템(203)의 모션인식 장치(205)가 기동 되며, 모션인식 장치(205)의 카메라는 학습자의 안면을 촬영한다. 학습자의 안면 정보는 학습자 안면의 컬러를 분석하는 것으로, 카메라의 화소 단위로 컬러 변화를 측정한다. 즉, 정상상태에서의 학습자 안면 컬러 정보는 데이터 베이스(315)에 지속적으로 축적되며, 상기 데이터베이스(315)는 축적된 정보를 기반으로 화소 단위의 컬러 정보에 대한 평균치를 보유하고 있다.
따라서, 상기 피로도 판독부(311)는 현재 학습자의 안면 컬러를 분석하여 상기 제어부(310)로 제공한다. 제어부(310)는 학습자의 안면 컬러가 평균치보다 높은지를 판단하고, 평균치보다 높은 경우 설정된 임계 값 이상인지를 판단한다. 이러한 판단결과는 학습자의 피로도로 상정되며, 임계 값 이상의 컬러 변화가 발생한 경우에는 학습 피로도가 발생한 것으로 판단한다.
상기 안면 컬러의 기준은 붉은색 컬러를 기준으로 이루어지며, 화소를 구성하는 RGB 데이터 중 R(레드)의 수치 변화를 참조하게 된다. 각 화소에 대한 R 값의 수치는 전체 안면의 영상에서 평균화된 정보로 산출되며, 이러한 평균화된 정보와 현재의 안면 컬러의 평균값과 비교함으로써, 현재 학습자의 피로도 판단이 이루어진다.
상기 제어부(301)의 판단결과, 학습자의 피로도가 임계 값을 넘은 것으로 판단할 경우, 해당 결과값은 통신부(317)를 통해 관리 서버로 전송된다. 관리 서버는 학부모의 단말기 또는 피학습자의 단말기로 전송되어 해당 학습자의 상태를 인지하게 된다.
또한, 상기 제어부(301)는 학습자의 피로도 증가를 인지할 경우, 상기 램프(209)의 휘도를 낮추게 되는데, 피로도의 증가와 반비례하여 램프(209)의 휘도 제어가 이루어진다. 전술한 바와 같이, 상기 램프(209)는 책상(200)에 고정 설치된 램프(209)일 수 있으나, 필요에 따라 별도의 램프가 사용될 수 있을 것이다. 별도의 램프가 적용되는 경우, 해당 램프는 조명제어 모듈(319)과 접속되며, 상기 제어부(301)는 조명제어 모듈(319)을 통해 별도 램프에 대한 온/오프 및 휘도 제어를 수행한다.
상기 램프(209)가 LED 램프일 경우, 상기 조명제어 모듈(319)은 펄스폭 변조(PWM) 방식을 이용하여 학습자의 피로도와 반비례하도록 펄스폭을 가변시키는데, 피로도가 높을 경우, 펄스폭을 줄여 램프의 휘도를 낮추게 된다. 반면에, 학습자의 피로도가 정상일 경우에는 학습자의 요구에 대응하여 펄스폭 가변이 수동으로 조작될 수 있을 것이다.
한편, 본 발명에서 제시하는 학습환경 제어 시스템(203)은 학습자의 학습상태를 인지하게 되는데, 상기 모션인식 장치(205)의 카메라는 학습자의 착석상태를 촬영한다. 여기서, 착석상태는 학습자가 의자에 착석한 상태이며, 신체의 유동상태를 감지하게 된다. 예컨대, 학습자 두상의 움직임, 허리축의 유동상태, 눈깜박임, 고개 떨굼 등의 신체의 동작상태를 인지하게 된다.
이를 위해, 상기 데이터베이스(315)에는 학습자의 동작변화에 관련한 정보가 등록 관리되며, 해당 학습자에 대한 지속적인 데이터 구축이 이루어진다. 따라서, 상기 모션 판독부(313)에서 인지된 학습자의 행동 변화는 데이터베이스(315)에 구축된 정상상태에서의 학습자 행동과 대비하여 그 결과를 상기 제어부(301)로 제공한다.
상기 제어부(301)는 현재 학습자의 행동 변화가 데이터 베이스(315)에 구축된 평균화된 행동변화량보다 기준치 이상 클 경우 집중도 저하로 판단한다. 예컨대, 상기 제어부(301)는 현재의 학습자 행동을 분석한 결과, 고개의 떨굼이 간헐적으로 이루어지거나, 허리의 기준선이 설정된 각도 이상으로 변동되거나, 눈의 깜박임 정도가 기준치보다 많은 경우 학습에 대한 집중도 저하로 판단하게 된다.
상기 제어부(301)는 해당 학습자의 학습행동에 대한 결과 정보를 통신부(317)를 통해 외부 서버로 전송하여 관리자 예컨대, 피학습자 또는 학부모에게 통지된다. 필요에 따라, 외부 서버는 피로해소를 위한 음악정보를 제공할 수 있으며, 상기 통신부(317)는 수신된 음악정보를 상기 단말기 접속모듈(321)로 제공함으로써, 학습자의 단말기를 통한 피로해소용 음악 청취가 가능하게 된다.
이와 같이 본 발명에 따른 학습환경 제어 시스템(203)은 학습자의 출결상태를 포함하여 학습 모니터링이 가능하며, 학습자의 상태변화에 대응한 환경 제어가 가능하게 된다. 본 발명의 실시 예에서 환경 제어는 램프의 휘도를 제어하거나, 학습자의 집중도 강화를 위한 음악정보를 제공하고 있다. 그러나, 본 발명의 다른 실시 예로서 학습자 주변의 습도 제어가 가능할 것이다. 이는 학습환경 제어 시스템(203)이 사물인터넷(IoT) 시스템과 연계하여 수행할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명에서 제시하는 학습환경 제어 시스템(203)은 개인화된 책상에 적용될 뿐만 아니라, 학교, 학원 등에서 적용될 수 있으며, 양방향 원격교육 시스템에 적용될 수 있다. 또한, 학습자의 학습태도, 학습 피로도 등을 피학습자 또는 학부모의 단말기로 제공됨에 따라, 학습자의 상태 관리를 효율적으로 수행할 수 있게 된다.
200 : 책상 201 : 책꽂이
203 : 학습환경 제어 시스템 205 : 모션인식 장치
207 : 생체인식 장치 209 : 램프
301 : 제어부 303 : 생체인식모듈
305 : 안면인식모듈 307 : 모션감지 모듈
309 : 생체 판독부 311 : 피로도 판독부
313 : 모션 판독부 315 : 데이터베이스
317 : 통신부 319 : 조명제어 모듈
321 : 단말기 접속모듈

Claims (8)

  1. 학습자의 상태에 따라 학습자의 환경을 제어하기 위한 시스템에 있어서,
    학습자의 생체 예컨대 홍채인식을 수행하기 위한 생체인식 모듈(303);
    학습자의 안면 상태를 촬영하기 위한 안면인식 모듈(305);
    상기 생체인식 모듈(303)의 검출 결과를 수신하여, 학습자의 생체를 판독하기 위한 생체 판독부(309);
    상기 안면인식 모듈(305)로부터 접수된 학습자의 안면 영상을 기반으로 학습자의 피로도 상태를 판단하기 위한 피로도 판독부(311);
    학습자의 생체정보, 안면 컬러 정보 및 학습자 모션 판단을 위한 학습자 정보를 저장 관리하는 데이터 베이스(315);
    상기 데이터 베이스(315)의 등록된 학습자의 생체 정보 및 학습자의 안면 컬러 변화의 임계값과 학습자의 모션 정보에 기초하여, 상기 생체 판독부(309)의 판독 결과로부터 학습자 확인 여부를 결정하고, 상기 피로도 판독부(311)의 판단 결로부터 학습자의 피로상태를 결정하는 제어부(301);
    상기 제어부(301)의 결정 정보를 외부 통신망으로 전송하거나, 외부로부터 제공된 학습정보를 수신하기 위한 통신부(317);
    상기 제어부(301)의 피로도 판단결정 정보에 기초하여 램프(209)의 휘도를 조절하기 위한 조명제어 모듈(319); 및
    상기 학습정보를 디스플레이하기 위한 임의의 단말기와 접속 제어를 수행하는 단말기 접속모듈(321)로 이루어진 것을 특징으로 하는 학습환경 제어 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    학습자의 착석상태, 졸음 상태 등 모션을 감지하기 위한 모션감지 모듈(307);
    상기 모션감지 모듈(307)로부터 수집된 영상을 기반으로 학습자의 착석상태, 졸음상태를 판단하기 위한 모션 판독부(313)를 더 포함하며;
    상기 제어부(301)는 상기 모션 판독부(313)의 모션 판단에 기초하여 학습자의 학습상태를 결정하는 것을 특징으로 하는 학습환경 제어 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 통신부(317)는 온라인 유선 접속을 포함하여, 근거리 무선접속 기능을 포함하며, 외부 서버로부터 학습정보를 수신하여 학습자의 단말기로 제공하거나, 상기 생체 판독부(309)의 판단 결과에 기초하여 학습자의 출결 상태와, 상기 피로도 판독부(311) 및 모션 판독부(313)에 기초하여 학습자의 상태 변화를 외부 관리자의 단말기로 통지하는 것을 특징으로 하는 학습환경 제어 시스템.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 조명제어 모듈(319)은 책상(200)에 거치 되거나 임의로 구비된 조명장치의 밝기 제어를 수행하는 것으로, 상기 램프(209)가 LED 램프인 경우 PWM 방식을 기반으로 휘도를 제어하며, 상기 램프(209)가 형광 램프인 경우에는 위상제어를 기반으로 램프의 휘도를 제어하는 것을 특징으로 하는 학습환경 제어 시스템.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 단말기 접속모듈(321)은 학습자의 휴대폰과 유무선 접속을 수행하는 것으로, 상기 학습환경 제어 시스템(203)의 일단에 마련된 유선 접속단자를 통해 학습자의 휴대폰으로 학습영상을 제공하거나, 근거리 무선 통신 수단에 기초하여 학습자 휴대폰으로 학습영상을 제공하는 것을 특징으로 하는 학습환경 제어 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 생체인식 모듈(303)은 학습자의 홍채 정보를 인식하기 위한 것으로, 상기 데이터 베이스(315)에 등록 관리된 후 생체 판독부(309)에 의해 진위여부를 판단하며, 판단 결과는 외부 서버로 제공되는 것을 특징으로 하는 학습환경 제어 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 안면인식 모듈(305)은 상기 모션인식 장치(205)의 카메라로부터 학습자의 안면을 촬영하는 것으로, 상기 피로도 판독부(311)는 데이터 베이스(315)에 구축된 학습자 안면 컬러 정보에 기초하여 학습자의 피로상태를 판단하며;
    상기 학습자의 피로상태는, 학습자 안면이 붉은색으로 변화하는 정도를 나타내는 것으로, 카메라로부터 학습자의 안면을 촬영한 후 촬영 영상에 대한 각 화소 단위로 RGB 컬러 분포를 산출한 후 평균치를 연산함으로써 피로도를 측정하는 것을 특징으로 하는 학습환경 제어 시스템.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 모션 판독부(313)는 학습자의 착석 상태를 모션 동작에 의해 판단하는 것으로, 상기 제어부(301)가 상기 데이터 베이스(315)에 등록된 학습자의 착석 상태를 기반으로, 졸음 상태 및 집중도 상태를 판단하는 것을 특징으로 하는 학습환경 제어 시스템.
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