KR20210006225A

KR20210006225A - 레이더 기반 다중 객체 생체신호 측정방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR20210006225A
Application number: KR1020190082256A
Authority: KR
Inventors: 강지헌; 김병철; 남도형; 신상훈; 최원주
Original assignee: 에스케이텔레콤 주식회사
Priority date: 2019-07-08
Filing date: 2019-07-08
Publication date: 2021-01-18

Abstract

본 실시예는, 탐지영역 내에 동적 상태를 갖는 복수의 객체를 클러스터링하고, 각각의 객체의 속도 변화를 기반으로 객체의 상태가 이동상태에서 정지상태로 천이된 것으로 판단된 시점의 위치를 해당 객체들의 생체신호의 측정을 위한 측정 위치로서 선정함으로써 보다 효율적인 생체신호의 측정이 이루어질 수 있도록 하는 레이더 기반 다중 객체 생체신호 측정방법 및 그 장치에 관한 것이다.

Description

레이더 기반 다중 객체 생체신호 측정방법 및 그 장치{Method and Apparatus for Measuring Multi Object Bio Signal}

본 실시예는 레이더 기반 다중 객체 생체신호 측정방법 및 그 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 비접촉식 레이더 센서를 이용하여 센서의 탐지 거리내에 복수 객체의 생체신호를 측정하기 위한 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.

일반적으로 사람의 생체신호(호흡/심박)를 측정하는 방식으로는 접촉식/비접촉식 방식이 있고, 대표적인 비접촉식 측정 방식으로 레이더 센서가 사용된다.

레이더 측정의 원리는 전파를 송출 후 수신된 전파와 송신된 전파의 차이(도플러 효과)를 비교하여 미세한 움직임의 변화를 관측하는 것이다. 즉, 들숨/날숨에 의해 전송된 신호와 수신된 신호의 특정 주파수 대역에 위상 차이가 발생하고, 이 위상 차이로 호흡에 의한 흉부의 움직임 및 심장의 박동을 측정할 수 있다.

종래의 레이더 센서 기반 생체신호 측정 방식은 대부분 측정 대상이 되는 객체(사람)가 특정 거리에 위치한 의자에 앉거나, 침대에 누워있는 경우에 측정하는 방식을 적용하고 있다. 이 방식의 경우 레이더는 특정 거리에 있는 대상의 생체신호를 추출하기 위해 고정된 위치의 신호 샘플을 추출한다.

한편, 고정된 위치에서 측정하는 방식이 아닌 동적으로 측정 위치를 추정하는 방식에 대한 발명 및 연구결과가 존재하지만, 이 방법들은 단일 객체만 측정 가능할 수 있다는 한계가 존재한다.

따라서, 지정된 위치, 제한된 인원에 대해서만 생체신호를 측정할 수 있었던 종래의 방식을 개선, 레이더 센서의 탐지거리 내에 복수 객체의 유무를 식별함과 동시에 해당 객체별로 생체신호를 측정 가능토록 하는 새로운 기술을 필요로 한다.

본 실시예는 탐지영역 내에 동적 상태를 갖는 복수의 객체를 클러스터링하고, 각각의 객체의 속도 변화를 기반으로 객체의 상태가 이동상태에서 정지상태로 천이된 것으로 판단된 시점의 위치를 해당 객체들의 생체신호의 측정을 위한 측정 위치로서 선정함으로써 보다 효율적인 생체신호의 측정이 이루어질 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.

본 실시예는, 송신 레이더 신호의 반사 신호인 수신 레이더 신호를 분석하여, 센서 탐지 범위 내 동적 상태를 갖는 적어도 하나 이상의 객체를 탐지하는 객체 탐지부; 상기 객체별로 상기 객체의 이동을 추적하며, 상기 객체의 상태를 감지하여 상기 객체에 대한 정지 상태로의 천이 여부를 판단하는 판단부; 및 상기 객체의 정지 위치를 추정하고, 추정된 정지 위치를 기반으로 상기 객체에 대한 생체신호 측정이 이루어지도록 제어하는 측정 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체신호 측정장치를 제공한다.

또한, 본 실시예의 다른 측면에 의하면, 송신 레이더 신호의 반사 신호인 수신 레이더 신호를 분석하여, 센서 탐지 범위 내 동적 상태를 갖는 적어도 하나 이상의 객체를 탐지하는 과정; 상기 객체별로 상기 객체의 이동을 추적하며, 상기 객체의 상태를 감지하여 상기 객체에 대한 정지 상태로의 천이 여부를 판단하는 과정; 및 상기 객체의 정지 위치를 추정하고, 추정된 정지 위치를 기반으로 상기 객체에 대한 생체신호 측정이 이루어지도록 제어하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 생체신호 측정방법을 제공한다.

또한, 본 실시예의 다른 측면에 의하면, 제 12항에 의한 생체신호 측정방법의 각 단계를 실행시키기 위하여 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 저장된 컴퓨터프로그램을 제공한다.

본 실시예에 의하면, 탐지영역 내에 동적 상태를 갖는 복수의 객체를 클러스터링하고, 각각의 객체의 속도 변화를 기반으로 객체의 상태가 이동상태에서 정지상태로 천이된 것으로 판단된 시점의 위치를 해당 객체들의 생체신호의 측정을 위한 측정 위치로서 선정함으로써 보다 효율적인 생체신호의 측정이 가능한 효과가 있다.

또한, 본 실시예에 의하면, 가정, 사무실, 병원, 요양원 등 다양한 장소에서 복수 객체에 대한 동시 생체 신호 측정이 가능한 효과가 있다.

도 1은 본 실시예에 따른 생체신호 측정방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 실시예에 따른 생체신호 측정장치를 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다.
도 3은 본 실시예에 따른 객체 탐지방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 4 내지 도 5는 본 실시예에 따른 정지 위치 추정방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 6 내지 도 7은 본 실시예에 따른 객체의 이동 추적을 예시한 예시도이다.
도 8은 본 실시예에 따른 생체신호 측정방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 9는 본 실시예에 따른 생체신호 측정방법의 각 과정을 설명하기 위한 예시도이다.

이하, 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

일반적으로 레이더(RADAR: Radio Detection And Ranging)는 근거리는 물론 원거리에 있는 객체의 존재를 탐지하는 센서이다. 이러한 레이더의 형태는 다양하며, 전파 형태에 따라 크게 연속파 레이더(Continuous Wave Radar)와 펄스파 레이더(Pulse Wave Radar)로 구분된다.

연속파 레이더로는 도플러 레이더(Doppler Radar)와 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave), 및 HFMCW(High speed ramping FMCW) 레이더가 있으며, 펄스파 레이더로는 펄스 도플러 레이더(Pulse Doppler Radar)와 펄스 압축 레이더(Pulse Compression Radar)가 있다.

이 중, FMCW 방식의 레이더는 펄스 방식의 레이더와 다르게 송신 신호가 연속적으로 방사되고, 이와 동시에 주파수를 변조하여 대상객체에 맞아 재반사 되어 들어오는 신호와 송신 신호 간의 시간 지연으로 인한 주파수 차이를 통하여 거리 측정을 하는 레이더 기술이다. FMCW 레이더는 성능, 시스템 복잡성, 기술적 구현성 및 경제성 등의 이유로 객체 탐지 분야에서 가장 널리 사용되고 있다.

본 실시예는 이러한, FMCW 방식의 레이더를 활용하여 센서의 탐지 거리내에 복수 객체의 생체신호를 측정하기 위한 방법에 대한 내용을 개시한다. 보다 자세하게는, 레이더 센서의 탐지거리 내에 복수 객체의 유무를 식별함과 동시에 해당 객체별로 생체신호를 측정 가능토록 하는 방법을 제안한다.

도 1은 본 실시예에 따른 생체신호 측정방법을 설명하기 위한 개념도이다.

본 실시예의 기본 목적은 비접촉식 레이더 센서를 이용하여 센서의 탐지 거리내에 복수 객체의 생체신호(호흡/심박 유무)를 측정하는 것이다.

기존의 비접촉식 레이더 센서를 이용한 생체신호 측정과 관련된 발명/연구들에 의하면 단일 객체에 대하여 고정된 위치 착석 또는 누워서 측정하는 방법을 따르고 있다.

반면, 본 실시예에 따른 생체신호 측정방법에 의하는 경우 레이더 센서 탐지거리 내에 동적(이동) 상태이던 복수 객체가 정적(정지) 상태로 천이했을 때 각 해당 객체의 생체신호를 측정/분석/판단 가능토록 구현된다. 즉, 본 실시예에 따른 생체신호 측정방법에 의하는 경우 이동하던 객체가 정지 후 정지 상태를 유지되는 동안에 생체신호를 측정하는 방식이다.

이를 위해, 본 실시예는 레이더 기반 생체신호 측정의 일반적인 방법 이외에 본 발명의 실현을 위해 탐지 범위 내 동적으로 움직이던 객체가 정지하는 것을 판단하는 단계, 정지한 객체의 해당 거리를 추정하는 단계 및 해당 거리에 있는 객체의 신호를 측정하는 단계로 이루어 진다. 이 중 본 실시예의 주된 특징은 특정 타겟에 대한 생체 신호를 측정하기에 앞서, 측정 대상을 선별하는 전처리 과정, 즉 탐지 범위 내에서 객체를 탐지하고 객체의 이동 여부를 추적하는 과정에 있다.

도 1을 참조하면, 레이더 센서는 RF(Radio Frequency) 신호를 탐지 영역으로 방사하고, 탐지 영역 내의 이동/고정 객체에 의해 변화된(지연 및 도플러) 반사 신호를 수신한다.

레이더 센서는 전송된 신호와 수신된 신호를 차분하여 중간 주파수 신호를 획득하고, 이를 신호처리 하여 탐지 영역 내 객체의 거리 및 속도를 측정한다.

본 실시예에 따른 생체신호 측정방법에 의하는 경우 레이더 센서를 통해 측정된 객체의 거리 및 속도를 기반으로 특정 거리에 해당하는 신호의 위상차 측정을 통해 호흡(들숨, 날숨)에 의한 흉부의 변위 및 심장 박동에 의한 변위를 측정할 수 있다. 여기서, 특정 거리는 레이더 센서 탐지거리 내에 탐지된 객체 중 동적 상태에서 정적 상태로 천이된 객체에 대한 정지 위치일 수 있다.

예컨대, 도 1에서는 d1, d2 거리의 객체에 대하여 생체신호 측정이 이루어지며, d3 거리의 객체의 경우 이동 중이므로 생체신호의 측정이 이루어지지 않는다.

도 2는 본 실시예에 따른 생체신호 측정장치를 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다.

본 실시예에 따른 생체신호 측정장치(200)는 레이더부(210), 객체 탐지부(220), 판단부(230), 측정 제어부(240) 및 수행부(250)를 포함한다. 이때, 본 실시예에 따른 생체신호 측정장치(200)에 포함되는 구성요소는 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 본 실시예의 경우 측정 대상이 되는 객체를 선별 및 이에 대한 위치를 추정하는 전처리 과정을 수행하는 장치만을 구성요소로서 포함하는 형태로 구현될 수 있다.

레이더부(210)는 전자기파를 발생하고, 발생한 전자기파를 안테나를 통해 탐지 영역 내에 송수신하는 기능을 수행한다.

본 실시예에 있어서, 레이더부(210)는 FMCW 파형을 갖는 전자기파(=송신 레이더 신호)를 방사하고, 표적으로부터 반사되는 반사 신호(=수신 레이더 신호)를 수신함으로써 표적을 탐지하는 레이더 장치일 수 있다. 레이더부(210)는 신호 생성기에 의해 생성된 FMCW 신호를 RF(Radio Frequency) 대역에서 증폭함으로써 송신 신호를 획득할 수 있다. RF 대역은 수MHz 내지 수십GHz의 주파수 대역을 의미할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

레이더부(210)는 송신 레이더 신호와 수신 레이더 신호를 비교하여 탐지 영역 내 특정 거리에서의 속도변화 정보와 방향 정보를 측정할 수 있다. 이를 위해, 본 실시예에 따른 레이더부(210)는 FMCW 레이더 신호의 첩(Chirp) 신호를 기반으로 한 푸리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform)을 수행할 수 있다. 이때, 레이더 신호는 프레임 단위로 측정되며, 여기서, 프레임은 생체신호를 측정하는 단위 시간을 의미한다.

한편, 송신 레이더 신호는 탐지 영역 내 주변 객체에 의해 주파수와 위상이 변하는 도플러 효과가 발생하게 되며, 이에 송신 레이더 신호와 수신 레이더 신호를 비교하면 해당 변화를 확인할 수 있는 IF(Intermediate Frequency: 중간 주파수) 신호를 측정할 수 있다. 예컨대, 레이더부(210)는 송신 레이더 신호와 수신 레이더 신호를 차분하여 IF 신호를 획득할 수 있다.

레이더부(210)는 개별 찹(Chirp)의 IF 신호를 푸리에 변환을 거쳐 주파수 스펙트럼으로 변환하여 범위(Range) 도메인으로 변환한다. 이때, 주파수 도메인의 각 피크는 특정 거리에 있는 물체의 존재를 나타내는 레인지 빈(Range Bin) 정보로서 활용될 수 있다. 바람직하게는, 본 실시예에 따른 레이더부(210)는 IF 신호에 대해 Fast-time FFT를 수행하여 상기의 레인지 빈 정보를 추출할 수 있다. 여기서 Fast-time FFT는 한 프레임 내 각 찹 신호에 대하여 푸리에 변환을 수행하는 방식을 의미한다.

레이더부(210)는 추출한 레인지 빈에 대해 FFT를 수행하여 거리에 따른 속도 변화를 나타내는 거리-속도 맵을 추출한다. 바람직하게는, 본 실시예에 있어서, 레이더부(210)는 각 레인지 빈에 대해 Slow-time FFT를 수행하여 상기의 거리-속도 맵을 획득할 수 있다. 여기서, Slow-time FFT는 동일한 레인지 빈 인덱스를 갖는 찹 신호들에 대하여 푸리에 변환을 수행하는 방식을 의미한다.

본 실시예에 있어서, 레이더부(210)가 추출하는 거리-속도 맵은 바람직하게는 주파수 스펙트럼 정보로서, Range-Velocity map 또는 Range-Doppler map과 같은 2D FFT 스펙트럼 정보일 수 있다. 예컨대, Range-Velocity map은, 가로축(X축)은 표적의 속도를 나타내고, 세로축(Y축)은 거리를 나타냄으로써 표적의 위치와 거리를 알 수 있도록 표현될 수 있다. 이때, 세로 축 값이 (+) 기호일 때는 객체가 레이더 센서 방향으로 가까워지는 것을 나타나며, (-) 기호일 때는 객체가 레이더 센서 반대 방향으로 멀어지는 것을 나타낸다.

본 실시예의 경우, 레이더부(210)에 의해 추출되는 거리-속도 맵을 통해 특정 거리에서의 속도변화와 방향을 측정할 수 있다. 예컨대, 거리-속도 맵은 2m 거리에서 레이더 방향 3km/h 속도로 이동, 8m 거리에서 레이더 반대 방향 4km/h 속도로 이동 등과 같은 정보를 나타낼 수 있다. 한편, 거리-속도 맵을 통해 두 개 이상의 레인지 빈에서 속도 변화가 감지된다면 서로 다른 거리에서 두 개 이상의 이동 물체가 있다는 것을 의미한다.

객체 탐지부(220)는 송신 레이더 신호의 반사 신호인 수신 레이더 신호를 분석하여, 센서 탐지 범위 내 동적 상태를 갖는 적어도 하나 이상의 객체를 탐지하는 기능을 수행한다.

한편, 객체 탐지부(220)는 송신 레이더 신호와 수신 레이더 신호의 주파수 차이를 기반으로 센서 탐지 범위 내 동적 상태를 갖는 적어도 하나 이상의 객체를 탐지할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 객체 탐지부(220)는 레이더부(210)에 의해 추출된 거리-속도 맵 내 속도변화가 발생한 영역을 클러스터링(Clustering)을 통해 군집화하고, 이를 기반으로, 객체를 탐지할 수 있다. 한편, 클러스터링이란 수 많은 데이터를 유사성이 많은 것을 모음으로써 그룹 내에서는 단위 원소의 동질성을 극대화하고 서로 다른 그룹 상호 간에는 그 차이(이질성)을 극대화시키는 것을 말한다.

본 실시예에 있어서, 객체 탐지부(220)는 바람직하게는 동적 클러스터링 기법(ex: EM(Expectation-Maximization) 클러스터링 알고리즘)을 이용하여 Range-Velocity map에서 몇 개의 레인지 빈에서의 속도 변화가 있는지 군집화하여 상기의 객체를 탐지할 수 있다.

한편, 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 객체 탐지부(220)의 객체 탐지 방법에 의하는 경우 센서 탐지 범위 내 복수의 객체(ex: Cluster 1 ~ 3)를 동시에 인식 가능하다는 것을 확인할 수 있다. 이는, 종래의 레이더 센서를 이용한 생체신호 측정방법에서 단일 객체만을 측정 가능하였던 한계를 극복할 수 있는 효과가 있다.

판단부(230)는 객체 탐지부(220)를 통해 탐지된 객체별로 객체의 이동을 추적하며, 추적한 객체의 상태를 감지하여 객체에 대한 정지 상태로의 천이 여부를 판단한다.

판단부(230)는 이동추적 필터를 활용하여 객체의 이동을 추적할 수 있다. 예컨대, 판단부(230)는 객체 탐지부(220)를 통해 탐지된 객체에 대하여 측정된 거리, 속도, 방향정보를 이동추적 필터에 적용하여 해당 객체가 신규 객체가 생성된 것인지, 기존 객체가 이동 중인 것인지를 판별함으로써 객체의 이동을 추적할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 판단부(230)는 바람직하게는 이동추적 필터로서 칼만 필터(Kalman Filter)를 활용할 수 있다. 칼만 필터는 잡음이 포함되어 있는 측정치를 바탕으로 선형 역학계의 상태를 추정하는 재귀 필터로서 발생할 수 있는 오류를 최소화 하면서 예측이 가능하다는 장점이 존재한다. 한편, 칼만 필터를 활용한 객체의 이동 추적 방법은 해당 분야에서 일반적인 바 자세한 설명은 생략하도록 한다.

판단부(230)는 이동한 객체의 속도를 측정하고, 속도 측정결과에 따라 현재 객체의 상태가 동적 상태에서 정지 상태로의 천이가 이루어졌는지 여부를 판단한다. 한편, 본 실시예에 따른 생체신호 측정방법에 의하는 경우 이동하던 객체가 정지 후 정지 상태가 유지되는 동안에만 생체신호를 측정한다. 즉, 이러한 판단부(230)의 객체 상태 감지 동작은 특정 타겟에 대한 생체 신호를 측정하기에 앞서, 측정 대상을 선별하는 전처리 과정에 해당될 수 있다.

한편, 본 실시예에 있어서, 판단부(230)는 이동한 객체에 대하여 측정된 속도 값이 0이되는 시점을 정지 상태로 판단하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

측정 제어부(240)는 객체의 정지 위치를 추정하고, 추정된 정지 위치를 기반으로 객체에 대한 생체신호 측정이 이루어지도록 제어하는 기능을 수행한다.

본 실시예에 있어서, 측정 제어부(240)는 이동추적 필터를 활용하여 객체의 정지 위치를 추정할 수 있다. 보다 자세하게는, 측정 제어부(240)는 정지하기 직전의 객체의 거리, 속도 및 방향 정보를 이동추적 필터에 적용하여 이동하던 객체가 정지한 위치(거리)를 추정할 수 있다.

이때, 측정 제어부(240)는 바람직하게는 정지 상태의 객체에 상응하는 클러스터의 대표 값을 기준으로 객체의 정지 위치를 추정할 수 있다. 예컨대, 도 4를 참조하면, 정지 상태의 객체에 상응하는 클러스터의 대표 값, 정지하기 직전의 객체의 거리, 속도 및 방향 정보를 고려하여 객체의 정지 위치가 추정된 것을 확인할 수 있다. 여기서, 검은 사각형은 해당 클러스터의 대표 값(거리, 속도, 방향)을, 화살표로 표시된 원은 이전 위치, 방향, 속도를 고려하여 객체가 정지한 레인지 빈(=현재 정지 위치)을 추정한 결과를 나타낸다.

한편, 클러스터의 대표 값으로는 클러스터의 중앙 영역 혹은 각 영역의 평균 값에 대응되는 거리, 속도, 방향 값이 설정되는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

도 5는 칼만필터와 같은 이동 추적 필터를 이용하여 Range-Velocity Map에서 측정된 거리, 속도, 방향 정보를 기반으로 객체의 정지 위치를 추정하는 개념을 나타낸 도면이다.

도 5를 참조하면, 동일한 지점(ex: 10m)에서 각각의 이동 속도에 따라 변위가 달라져 측정 대상이 되는 정지 위치 추정값이 달라지는 것을 확인할 수 있다.

측정 제어부(240)는 추정된 객체의 정치 위치에 대응되는 인덱스 값을 생체신호 측정 대상 리스트 상에 업데이트시킨다.

본 실시예에 있어서, 측정 대상 리스트 상에 특정 위치 정보를 업데이트하는 것은 해당 위치 상에 생체신호의 측정 대상인 정지 객체가 존재함을 알려주는 기 약속된 행위일 수 있다.

도 6은 본 실시예에 따른 객체의 탐지부터 정지 위치 추정하기까지의 과정을 예시한 예시도이다. 한편, 도 6은 객체 1이 이동 상태((1) → (2) → (3) 그림)에서 정지 상태((4) 그림)로 변했을 때의 Range-Velocity map을 나타낸다.

도 6을 참조하면, 레이더 탐지 범위 내에 들어온 객체 1은 약 3km/h로 레이더 방향쪽으로 이동하다가 약 12m 지점에서 정지한 것을 확인할 수 있다.

도 6의 그림 (1)과 같이 최초 탐지 영역 밖에 있던 이동체가 탐재 영역 내에 들어와 Range-Velocity map 상에 속도 변화가 생기면, 클러스터링 기법에 의해 객체로 할당한다.

객체의 거리, 속도, 방향 정보를 이동추적 필터에 적용하여 신규 객체가 생성된 것인지, 기존 객체가 이동 중인 것인지 판별하고, 이를 기반으로 객체의 이동을 추적한다.

이후, 객체가 정지한 경우, 정지하기 직전의 거리, 속도, 방향 정보를 이동추적 필터에 적용하여 이동하던 객체가 정지한 위치를 추정한다. 이때, 정지한 위치를 추정하는 것은 생체신호를 측정하기 위한 지점을 알기 위해서임으로 추정된 위치를 생체신호 측정 대상 리스트에 등록한다.

측정 제어부(240)는 정지 상태의 객체에 대한 동적 상태로의 천이 여부를 추가로 판단하고, 이를 기반으로 생체신호 측정 대상 리스트를 갱신할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 측정 제어부(240)는 동적 상태로 천이된 객체의 이동 위치가 센서 탐지 범위 내 포함되는 경우 상기 객체와 관련하여 생체신호 측정 대상 리스트 상에 기 등록된 위치 정보를 현재 위치 정보로 갱신한다.

측정 제어부(240)는 동적 상태로 천이된 객체의 이동 위치가 센서 탐지 범위 내 미포함되는 경우 해당 객체와 관련하여 기 등록된 위치 정보를 삭제한다.

도 7은 본 실시예에 따른 생체신호 측정 대상 리스트의 갱신 과정을 예시한 예시도이다. 한편, 도 7은 정지해 있던 객체가 이동((1) → (2) → (3) 그림) 후 레이더 탐지 범위에서 벗어난((4)) 시나리오에서 Range-Velocity map을 나타낸다.

도 7을 참조하면, 속도 변환가 있는 영역을 클러스터링 하여 이동 객체로 할당하고, 이동 상태를 이동추적 필터를 이용하여 추적한다. 이후, 속도 변화가 발생한 초기 지점이 생체신호 측정 대상 리스트에 등록되어 있을 때, 그림 (4)와 같이 탐지 범위를 벗어난 경우 생체신호 측정 대상 리스트에 해당하는 거리-bin 정보를 삭제하고, 해당 거리에 대한 생체신호 측정을 해제한다. 만약, 이동추적 필터에 의해 추정된 위치가 탐지영역에 속한다면, 해당 거리 정보로 생체신호 측정 대상 리스트를 갱신한다.

수행부(250)는 정지 위치에 상응하는 특정 거리에 대한 신호의 위상차 측정을 통해 객체에 대한 생체신호 측정을 수행한다.

본 실시예에 있어서, 수행부(250)는 생체신호 측정 대상 리스트 상에 정지 위치가 등록된 경우에 한해서 적응적으로 동작할 수 있다. 한편,

이하, 도 9를 함께 참조하여, 본 실시예에 따른 수행부(250)의 생체신호 측정방법에 대해 설명하도록 한다.

한편, 도 9는 2개의 동적 상태를 갖는 객체가 레인지 빈 인덱스 1,5 지점에서 정지하여 생체신호 측정 대상 리스트 상에 등록되고, 이후, 레인지 빈 인덱스 1,5 지점 신호 Slow-Time에서 위상정보를 추출하여 호흡/심박 신호로 측정하는 예를 나타내고 있다.

도 9를 참조하면, Frame 내에 fast-time FFT결과로 획득된 레인지 빈의 특정 인덱스의 값을 slow time에서 추출한다(range bin tracking). 추출된 복소신호 값을 위상 값으로 변환 한다. 일반적으로 위상은 [-π, π] 범위내에서 변화하는데 사용하는 주파수 파장과 측정 물체의 움직임 정도에 따라 [-π, π] 범위 밖의 위상 변화에 따른 실질적인 변위측정을 위해 unwrapping 기법을 적용한다. 또한 신호의 drift(편향) 성분 잡음을 제거하기 위해 detrending 기법을 적용한다. 호흡과 심박의 주파수 특성에 따라 해당 신호성분만을 추출할 수 있는 BPF(Band Pass Filter)를 적용 후 주파수 스팩트럼 분석(크기, 주성분)을 통해 호흡과 심박 성분을 구분하고, 호흡 중 이동이 없는 상태에서 호흡 신호가 측정이 되지않는 경우와 이동 상태에서 정지상태로 변화하였는데 호흡이 없는 경우 이상상태로 인식한다.

한편, 전송된 신호와 수신된 신호의 위상 차이에 기반하여 생체신호를 측정하는 구체적인 방법은 해당 분야에서 일반적인 바 자세한 설명은 생략하도록 한다.

도 8은 본 실시예에 따른 생체신호 측정방법을 설명하기 위한 순서도이다.

생체신호 측정장치(200)는 레이더 신호를 생성하여 전송하고(S802), 표적으로부터 반사되는 반사 신호를 수신한다(S804). 단계 S802에서 생체신호 측정장치(200)는 FMCW 파형을 갖는 전자기파(=송신 레이더 신호)를 방사한다.

생체신호 측정장치(200)는 단계 S804의 수신 레이더 신호를 단계 S802의 송신 레이더 신호와 비교하여 IF 신호를 측정하고, 이를 푸리에 변환을 거쳐 레인지 빈 정보를 추출한다(S806). 단계 S806에서 생체신호 측정장치(200)는 IF 신호에 대해 Fast-time FFT를 수행하여 상기의 레인지 빈 정보를 추출할 수 있다.

생체신호 측정장치(200)는 단계 S806의 레인지 빈에 대해 FFT를 수행하여 거리에 따른 속도 변화를 나타내는 거리-속도 맵을 추출한다(S808). 단계 S808에서 생체신호 측정장치(200)는 각 레인지 빈에 대해 Slow-time FFT를 수행하여 상기의 거리-속도 맵을 획득할 수 있다.

생체신호 측정장치(200)는 단계 S808의 거리-속도 맵 내 속도변화가 발생한 영역을 클러스터링을 통해 군집화하고, 이를 기반으로, 객체를 탐지한다(S810).

생체신호 측정장치(200)는 단계 S810에서 탐지한 객체별로 객체의 이동을 추적하며, 추적한 객체의 상태를 감지하여 객체에 대한 정지 상태로의 천이 여부를 판단한다(S812, S814).

생체신호 측정장치(200)는 단계 S814에서 객체가 정지한 것으로 판단되는 경우 객체가 정지한 위치를 추정하고, 추정된 위치를 생체신호 측정 대상 리스트에 등록한다(S816). 단계 S816에서 생체신호 측정장치(200)는 정지 상태의 객체에 대한 동적 상태로의 천이 여부를 추가로 판별하고, 동적 상태로 천이된 객체의 이동 위치가 센서 탐지 범위 내 미포함되는 경우 해당 객체와 관련하여 기 등록된 위치 정보를 삭제할 수 있다.

생체신호 측정장치(200)는 단계 S816에서 측정 대상 리스트 상에 등록된 위치 정보의 존재 여부를 판별하고(S818), 측정 대상 리스트 상에 위치 정보가 존재하는 경우 해당 위치 정보에 해당하는 위상 정보를 추출한다(S820).

생체신호 측정장치(200)는 단계 S820에서 추출한 위상 정보를 기반으로 객체의 생체신호를 측정한다(S822).

여기서, 단계 S802 내지 S822는 앞서 설명된 생체신호 측정장치(200)의 각 구성요소의 동작에 대응되므로 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.

도 8에서는 각각의 과정을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 다시 말해, 도 8에 기재된 과정을 변경하여 실행하거나 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하는 것으로 적용 가능할 것이므로, 도 8은 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.

전술한 바와 같이 도 8에 기재된 생체신호 측정방법은 프로그램으로 구현되고 컴퓨터의 소프트웨어를 이용하여 읽을 수 있는 기록매체(CD-ROM, RAM, ROM, 메모리 카드, 하드 디스크, 광자기 디스크, 스토리지 디바이스 등)에 기록될 수 있다.

이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

200: 생체신호 측정장치 210: 레이더부
220: 객체 탐지부 230: 판단부
240: 측정 제어부 250: 수행부

Claims

송신 레이더 신호의 반사 신호인 수신 레이더 신호를 분석하여, 센서 탐지 범위 내 동적 상태를 갖는 적어도 하나 이상의 객체를 탐지하는 객체 탐지부;
상기 객체별로 상기 객체의 이동을 추적하며, 상기 객체의 상태를 감지하여 상기 객체에 대한 정지 상태로의 천이 여부를 판단하는 판단부; 및
상기 객체의 정지 위치를 추정하고, 추정된 정지 위치를 기반으로 상기 객체에 대한 생체신호 측정이 이루어지도록 제어하는 측정 제어부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체신호 측정장치.
제 1항에 있어서,
상기 객체 탐지부는,
상기 송신 레이더 신호와 상기 수신 레이더 신호의 주파수 차이를 기반으로 획득되는 주파수 스펙트럼 정보를 바탕으로 상기 객체를 탐지하는 것을 특징으로 하는 생체신호 측정장치.
제 2항에 있어서,
상기 송신 레이더 신호 및 상기 수신 레이더 신호는, FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)에 기반한 레이더 신호이며,
상기 주파수 스펙트럼 정보는, 상기 FMCW 레이더 신호의 첩(Chirp) 신호를 기반으로 한 푸리에 변환(FFT) 수행 결과에 따라 특정 거리에서의 속도변화 정보와 방향 정보를 나타내는 것을 특징으로 하는 생체신호 측정장치.
제 2항에 있어서,
상기 객체 탐지부는,
상기 주파수 스펙트럼 정보 내 속도변화가 발생한 영역을 클러스터링을 통해 군집화하여 상기 객체를 탐지하는 것을 특징으로 하는 생체신호 측정장치.
제 1항에 있어서,
상기 판단부는,
상기 객체의 거리, 속도 및 방향정보를 이동추적 필터에 적용하여 상기 객체의 이동을 추적하며, 이동한 객체의 속도를 측정하여 속도 값이 0이되는 시점을 상기 정지 상태로 판단하는 것을 특징으로 하는 생체신호 측정장치.
제 1항에 있어서,
상기 측정 제어부는,
상기 정지 상태의 객체에 상응하는 클러스터의 대표값을 기준으로 상기 정지 상태의 객체에 대한 이전 거리, 속도 및 방향정보를 고려하여 상기 객체의 정지 위치를 추정하는 것을 특징으로 하는 생체신호 측정장치.
제 1항에 있어서,
상기 측정 제어부는,
상기 객체의 정지 위치에 상응하는 인덱스 값을 생체신호 측정 대상 리스트 상에 업데이트시키는 것을 특징으로 하는 생체신호 측정장치.
제 7항에 있어서,
상기 판단부는, 상기 정지 상태의 객체에 대한 동적 상태로의 천이 여부를 추가로 판단하고,
상기 측정 제어부는 상기 판단부의 판단결과에 따라 생체신호 측정 대상 리스트를 갱신하는 것을 특징으로 하는 생체신호 측정장치.
제 8항에 있어서,
상기 측정 제어부는,
상기 동적 상태로 천이된 객체의 이동 위치가 상기 센서 탐지 범위 내 포함되는 경우 상기 객체와 관련하여 생체신호 측정 대상 리스트 상에 기 등록된 위치 정보를 현재 위치 정보로 갱신하며,
상기 동적 상태로 천이된 객체의 이동 위치가 상기 센서 탐지 범위 내 미포함되는 경우 상기 기 등록된 위치 정보를 삭제하는 것을 특징으로 하는 생체신호 측정장치.
제 1항에 있어서,
상기 정지 위치에 상응하는 특정 거리에 대한 신호의 위상차 측정을 통해 상기 객체에 대한 생체신호 측정을 수행하는 수행부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생체신호 측정장치.
제 10항에 있어서,
상기 수행부는,
생체신호 측정 대상 리스트 상에 상기 정지 위치가 등록된 경우에 한해서 적응적으로 동작하는 것을 특징으로 하는 생체신호 측정장치.
송신 레이더 신호의 반사 신호인 수신 레이더 신호를 분석하여, 센서 탐지 범위 내 동적 상태를 갖는 적어도 하나 이상의 객체를 탐지하는 과정;
상기 객체별로 상기 객체의 이동을 추적하며, 상기 객체의 상태를 감지하여 상기 객체에 대한 정지 상태로의 천이 여부를 판단하는 과정; 및
상기 객체의 정지 위치를 추정하고, 추정된 정지 위치를 기반으로 상기 객체에 대한 생체신호 측정이 이루어지도록 제어하는 과정
을 포함하는 것을 특징으로 하는 생체신호 측정방법.
제 12항에 의한 생체신호 측정방법의 각 단계를 실행시키기 위하여 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 저장된 컴퓨터프로그램.