KR20220072714A - System for measuring biomedical signal and method for measuring biomedical signal therof - Google Patents

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Abstract

본 개시는 생체 신호 측정 시스템 및 그것의 생체 신호 측정 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 본 개시의 실시 예에 따른 생체 신호 측정 시스템은 사용자에 대한 영상을 획득하는 영상 획득 모듈, 상기 영상 획득 모듈로부터 제공된 상기 영상에 기반하여 얼굴 영역으로부터 추출된 생체 신호를 조합하고, 상기 사용자의 생체 신호를 추정하는 적응형 블록 모듈 및 상기 적응형 블록 모듈로부터 추정된 생체 신호를 외부로 출력하는 생체 신호 출력 모듈을 포함한다.The present disclosure relates to a biosignal measuring system and a biosignal measuring method thereof, and more particularly, the biosignal measuring system according to an embodiment of the present disclosure includes an image acquisition module for acquiring an image of a user, and an image acquisition module An adaptive block module for combining biosignals extracted from a face region based on the provided image and estimating the user's biosignals, and a biosignal output module for outputting the biosignals estimated from the adaptive block module to the outside; include

Description

생체 신호 측정 시스템 및 그것의 생체 신호 측정 방법{SYSTEM FOR MEASURING BIOMEDICAL SIGNAL AND METHOD FOR MEASURING BIOMEDICAL SIGNAL THEROF}Biosignal measuring system and biosignal measuring method thereof

본 개시는 헬스케어(Health care) 기술에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 적응형 블록 모듈(Adaptive block module)을 이용한 영상 기반의 생체 신호 측정 시스템 및 그것의 생체 신호 측정 방법에 관한 것이다.The present disclosure relates to health care technology, and more particularly, to an image-based biosignal measuring system using an adaptive block module and a biosignal measuring method thereof.

세계적인 고령화 추세에 따라 각종 재활 분야, 건강 검진 분야 등 의료 분야에 이용되는 헬스케어(Health care) 기술에 대한 중요성이 보다 높아지고 있다. 특히, 최근 코로나 19의 여파로 체외 진단 서비스 및 재택 건강 관리 서비스에 대한 필요성이 증대되면서, 생체 신호를 이용한 모니터링 기술에 대한 관심이 높아지고 있다. 인간의 생체 신호 데이터는 다양한 분야에서 활용될 수 있으며, 특히 생체 신호 중에서도 심박수(Heart rate) 데이터는 사용자의 운동량 분석, 감정 분석 등에 활용될 수 있다.With the global aging trend, the importance of health care technology used in medical fields such as various rehabilitation fields and health examination fields is increasing. In particular, as the need for in vitro diagnostic services and home health care services increases in the aftermath of COVID-19, interest in monitoring technology using biosignals is increasing. Human biosignal data may be utilized in various fields, and in particular, heart rate data among biosignals may be utilized for exercise amount analysis and emotion analysis of a user.

기존의 심박수 측정 방법은 사용자의 손가락 또는 귓볼에 특정 파장의 빛을 투사시키고, 반사 또는 투과되는 광도에 기반하여 혈액량 변화를 검출하여 심박수를 도출하였다. 이러한 방식에 기반한 심박수 측정 장치는 사용자의 피부와 밀착될 수 있는 접촉식 장치로 구현되어야 하므로, 손목 시계, 이어폰 등과 같은 웨어러블 기기에 주로 적용되었다. 그러나, 웨어러블 기기를 통하여 사용자의 심박수를 측정하는 경우, 사용자의 움직임, 긴장감 등에 의하여 다양한 노이즈가 발생할 수 있으므로, 보다 정확한 심박수를 측정하는데 어려움이 있다.The existing heart rate measurement method derives the heart rate by projecting light of a specific wavelength to the user's finger or earlobe, and detecting a change in blood volume based on the reflected or transmitted light intensity. Since the heart rate measuring device based on this method should be implemented as a contact-type device that can be in close contact with the user's skin, it has been mainly applied to wearable devices such as wrist watches and earphones. However, when measuring the heart rate of the user through the wearable device, various noises may be generated due to the user's movement, tension, etc., and thus, it is difficult to measure the heart rate more accurately.

이러한 단점을 극복하기 위하여 카메라 영상을 이용한 비접촉식 심박수 측정 방법이 제안되었다. 비접촉식 심박수 측정 방법은 카메라 영상을 통하여 사용자의 얼굴을 인식하고, 생체 신호를 분석할 관심 영역을 설정하고, 해당 영역에서 심박수에 기반한 색상 변화 데이터를 획득하고, 해당 데이터를 처리하여 사용자의 심박수를 도출하였다. 비접촉식 심박수 측정 방법에 의하여 사용자의 심박수를 측정하는 경우, 정확한 심박수 측정을 위하여 심박수를 측정하는 시간 동안 사용자의 얼굴이 고정될 것이 요구된다. 그러나, 일상 생활 환경에서 발생할 수 있는 사용자의 미세한 움직임, 표정 변화 등에 의하여 노이즈가 발생할 수 있으므로, 보다 정확한 심박수를 측정하는데 한계가 있다.In order to overcome these shortcomings, a non-contact heart rate measurement method using a camera image has been proposed. The non-contact heart rate measurement method recognizes a user's face through a camera image, sets an area of interest to analyze biosignals, obtains color change data based on heart rate in the area, and processes the data to derive the user's heart rate did. When measuring a user's heart rate by a non-contact heart rate measuring method, it is required that the user's face is fixed for a time for measuring the heart rate in order to accurately measure the heart rate. However, since noise may be generated due to a user's minute movements and facial expression changes that may occur in a daily living environment, there is a limit to more accurate heart rate measurement.

본 개시는 적응형 블록 모듈(Adaptive block module)을 이용한 영상 기반의 비접촉식 생체 신호 측정 시스템 및 그것의 생체 신호 측정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present disclosure is to provide an image-based non-contact biosignal measuring system using an adaptive block module and a biosignal measuring method thereof.

본 개시의 실시 예에 따른 생체 신호 측정 시스템은 사용자에 대한 영상을 획득하는 영상 획득 모듈, 상기 영상 획득 모듈로부터 제공된 상기 영상에 기반하여 얼굴 영역으로부터 추출된 생체 신호를 조합하고, 상기 사용자의 생체 신호를 추정하는 적응형 블록 모듈 및 상기 적응형 블록 모듈로부터 추정된 생체 신호를 외부로 출력하는 생체 신호 출력 모듈을 포함한다.A biosignal measuring system according to an embodiment of the present disclosure combines an image acquisition module for acquiring an image of a user, a biosignal extracted from a face region based on the image provided from the image acquisition module, and the biosignal of the user an adaptive block module for estimating , and a biosignal output module for outputting the biosignal estimated from the adaptive block module

예로서, 상기 영상 획득 모듈은 적어도 하나의 촬영 장치를 포함하고, 상기 사용자에 대한 영상을 획득하는 영상 획득부 및 상기 획득된 사용자에 대한 영상을 저장하는 영상 저장부를 포함한다.For example, the image acquisition module includes at least one photographing device, and includes an image acquisition unit configured to acquire an image of the user, and an image storage unit configured to store the acquired image of the user.

예로서, 상기 영상 획득부가 2 이상의 촬영 장치들을 포함하는 경우, 상기 영상 획득부는 상기 촬영 장치들의 위치, 해상도 및 화각을 일치시키기 위한 캘리브레이션(calibration) 동작을 수행한다.For example, when the image acquisition unit includes two or more photographing devices, the image acquisition unit performs a calibration operation to match the positions, resolutions, and angles of view of the photographing devices.

예로서, 상기 적응형 블록 모듈은 상기 사용자에 대한 영상을 이용하여 상기 얼굴 영역을 검출하는 얼굴 영역 검출부, 상기 얼굴 영역 검출부로부터 검출된 상기 얼굴 영역 각각에 대한 가중치를 연산하는 영역 가중치 연산부, 상기 사용자에 대한 영상으로부터 상기 얼굴 영역을 제외한 배경 영역을 검출하는 배경 영역 검출부, 상기 배경 영역 각각에 대한 조명 변화를 검출하는 조명 변화 검출부, 상기 얼굴 영역 및 상기 조명 변화에 기반하여 상기 얼굴 영역 각각에 대하여 상기 생체 신호를 추출하는 생체 신호 추출부 및 상기 얼굴 영역 각각으로부터 추출된 상기 생체 신호 및 상기 얼굴 영역 각각에 대하여 연산된 상기 가중치를 조합하여 상기 사용자의 생체 신호를 추정하는 앙상블 보정부를 포함한다.For example, the adaptive block module may include a face region detector configured to detect the face region using the image of the user, a region weight calculator configured to calculate a weight for each of the face regions detected by the face region detector, and the user A background area detection unit for detecting a background area excluding the face area from the image of and a biosignal extractor for extracting a biosignal, and an ensemble corrector for estimating the biosignal of the user by combining the biosignal extracted from each of the face regions and the weight calculated for each of the face regions.

예로서, 상기 얼굴 영역 검출부는 얼굴 검출 동작 및 얼굴 랜드마크 추출 동작을 수행하고, 상기 얼굴 검출 동작은 바운딩 박스 형태로 상기 사용자의 얼굴이 위치하는 영상 좌표를 반환하도록 수행되고, 상기 얼굴 랜드마크 추출 동작은 표준 얼굴 모델에 기반하여 상기 사용자의 얼굴 모델을 추정하고, 상기 추정된 얼굴 모델에 기반하여 상기 얼굴 영역을 분리하도록 수행된다.For example, the face region detector performs a face detection operation and a face landmark extraction operation, and the face detection operation is performed to return image coordinates where the user's face is located in the form of a bounding box, and extract the facial landmark The operation is performed to estimate the face model of the user based on a standard face model, and to separate the face region based on the estimated face model.

예로서, 상기 얼굴 검출 동작은 템플릿 매칭 또는 딥러닝 기반의 얼굴 탐색 기법에 의하여 수행된다.For example, the face detection operation is performed by template matching or a deep learning-based face search technique.

예로서, 상기 생체 신호 출력 모듈은 상기 적응형 블록 모듈로부터 추정된 상기 사용자의 생체 신호에 대한 정보를 표시하는 생체 신호 정보 표시부를 포함한다.For example, the biosignal output module includes a biosignal information display unit that displays information about the user's biosignal estimated from the adaptive block module.

예로서, 상기 생체 신호 출력 모듈은 상기 사용자의 생체 신호에 대한 정보를 외부로 송신하는 통신부를 더 포함한다.For example, the biosignal output module further includes a communication unit that transmits information on the user's biosignal to the outside.

본 개시의 실시 예에 따른 사용자의 심박수를 도출하기 위한 비접촉식 생체 신호 측정 시스템의 생체 신호 측정 방법에 있어서, 상기 생체 신호 측정 방법은 영상 획득 모듈로부터 획득된 상기 사용자에 대한 영상을 이용하여 상기 사용자의 얼굴 영역을 검출하는 단계, 상기 사용자에 대한 영상을 이용하여 배경 영역을 검출하는 단계, 상기 사용자의 얼굴 영역 각각에 대한 가중치를 연산하는 단계, 상기 배경 영역 각각에 대한 조명 변화를 검출하는 단계, 상기 조명 변화에 기반하여 상기 사용자의 얼굴 영역 각각으로부터 생체 신호를 추출하는 단계 및 상기 사용자의 얼굴 영역 각각에 대한 상기 가중치 및 상기 사용자의 얼굴 영역 각각으로부터 추출된 상기 생체 신호를 조합하여 상기 사용자의 생체 신호를 추정하는 단계를 포함한다. In the biosignal measuring method of a non-contact biosignal measuring system for deriving a user's heart rate according to an embodiment of the present disclosure, the biosignal measuring method includes using an image of the user obtained from an image acquisition module to determine the user's detecting a face region, detecting a background region using the image of the user, calculating a weight for each of the user's face regions, detecting a change in lighting for each of the background regions, the extracting a biosignal from each of the user's face regions based on a change in lighting, and combining the weight for each of the user's face regions and the biosignals extracted from each of the user's face regions to obtain the user's biosignal estimating.

예로서, 상기 생체 신호 측정 방법은 상기 추정된 생체 신호에 대한 정보를 표시 장치를 통하여 출력하는 단계를 더 포함한다.For example, the biosignal measuring method may further include outputting information on the estimated biosignal through a display device.

예로서, 상기 생체 신호 측정 방법은 상기 추정된 생체 신호에 대한 정보를 외부로 송신하는 단계를 더 포함한다.For example, the biosignal measuring method further includes transmitting information on the estimated biosignal to the outside.

예로서, 상기 사용자의 얼굴 영역을 검출하는 단계는 상기 사용자의 얼굴이 위치하는 영상 좌표를 반환하는 단계, 표준 얼굴 모델에 기반하여 상기 사용자의 얼굴 모델을 추정하는 단계 및 상기 사용자의 얼굴 모델에 기반하여 상기 얼굴 영역을 분리하는 단계를 포함한다.For example, the detecting of the user's face region may include returning image coordinates where the user's face is located, estimating the user's face model based on a standard face model, and based on the user's face model and separating the face region.

본 개시에 따른 생체 신호 측정 시스템 및 그것의 생체 신호 측정 방법에 의하면, 적응형 블록 모듈(Adaptive block module)을 통하여 다양한 환경 노이즈를 제거할 수 있으므로 보다 정확하게 사용자의 생체 신호 데이터를 도출할 수 있다.According to the biosignal measuring system and its biosignal measuring method according to the present disclosure, various environmental noises can be removed through an adaptive block module, so that biosignal data of a user can be more accurately derived.

도 1은 본 개시의 실시 예에 따른 생체 신호 측정 시스템을 나타내기 위한 블록도이다.
도 2는 본 개시의 실시 예에 따른 영상 획득 모듈의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 개시의 실시 예에 따른 적응형 블록 모듈의 동작을 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 본 개시의 실시 예에 따른 생체 신호 출력 모듈의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 개시의 실시 예에 따른 생체 신호 측정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 본 개시의 실시 예에 따른 생체 신호 측정 방법에 있어서, 생체 신호를 추정하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
1 is a block diagram illustrating a biosignal measuring system according to an embodiment of the present disclosure.
2 is a diagram for explaining an operation of an image acquisition module according to an embodiment of the present disclosure.
3 is a block diagram illustrating an operation of an adaptive block module according to an embodiment of the present disclosure.
4 is a diagram for explaining an operation of a biosignal output module according to an embodiment of the present disclosure.
5 is a flowchart illustrating a method for measuring a biosignal according to an embodiment of the present disclosure.
6 is a flowchart illustrating a method of estimating a biosignal in the biosignal measuring method according to an embodiment of the present disclosure.

이하에서, 본 개시의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 개시를 용이하게 실시할 수 있을 정도로, 본 개시의 실시 예들은 명확하고 상세하게 기재될 것이다.Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described clearly and in detail to the extent that those of ordinary skill in the art can easily practice the present disclosure.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며, 본 개시를 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서 사용된 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises) 및/또는 포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자에 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of describing the embodiments, and is not intended to limit the present disclosure. As used herein, the singular also includes the plural unless the phrase specifically dictates otherwise. As used herein, “comprises and/or comprises” refers to the presence or addition of one or more other components, steps, acts and/or elements to a stated element, step, operation and/or element. do not exclude

본 명세서에서 사용되는 "제 1 및/또는 제 2" 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하기 위하여 사용될 수 있으나, 이는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 목적으로만 사용될 뿐, 해당 용어로 지칭되는 구성요소를 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 본 개시의 권리 범위를 벗어나지 않는 한, 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있으며, 제 2 구성요소 또한 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.As used herein, terms such as “first and/or second” may be used to describe various components, but these terms are only used for the purpose of distinguishing one component from other components, and the term It is not intended to limit the components referred to as . For example, without departing from the scope of the present disclosure, a first component may be referred to as a second component, and the second component may also be referred to as a first component.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 잇는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. 본 명세서에서, 전문에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지칭할 수 있다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used in the meaning commonly understood by those of ordinary skill in the art to which this disclosure belongs. In addition, terms defined in a commonly used dictionary are not to be interpreted ideally or excessively unless specifically defined explicitly. In this specification, the same reference numerals may refer to the same elements throughout.

도 1은 본 개시의 실시 예에 따른 생체 신호 측정 시스템(10)을 나타내기 위한 블록도이다. 도 1을 참조하면, 본 개시의 실시 예에 따른 생체 신호 측정 시스템(10)은 영상 획득 모듈(100), 적응형 블록 모듈(200) 및 생체 신호 출력 모듈(300)을 포함할 수 있다.1 is a block diagram illustrating a biosignal measuring system 10 according to an embodiment of the present disclosure. Referring to FIG. 1 , a biosignal measurement system 10 according to an embodiment of the present disclosure may include an image acquisition module 100 , an adaptive block module 200 , and a biosignal output module 300 .

영상 획득 모듈(100)은 사용자의 얼굴 영상을 획득할 수 있다. 영상 획득 모듈(100)은 획득한 사용자의 얼굴 영상을 저장할 수 있다. 영상 획득 모듈(100)은 저장된 얼굴 영상 데이터(DATA_IMG)를 적응형 블록 모듈(200)에 전달할 수 있다. 영상 획득 모듈(100)의 상세한 구성은 후술할 도 2에서 설명될 것이다.The image acquisition module 100 may acquire a face image of the user. The image acquisition module 100 may store the acquired user's face image. The image acquisition module 100 may transmit the stored face image data DATA_IMG to the adaptive block module 200 . A detailed configuration of the image acquisition module 100 will be described with reference to FIG. 2 to be described later.

적응형 블록 모듈(200)은 영상 획득 모듈(100)로부터 수신한 얼굴 영상 데이터(DATA_IMG)에 기반하여 사용자의 생체 신호(SIG_B)를 추정할 수 있다. 예로서, 사용자의 생체 신호(SIG_B)는 심박수(Heart rate)일 수 있다. 적응형 블록 모듈(200)은 얼굴 영상 데이터(DATA_IMG)에서 일상 생활에서 발생할 수 있는 환경 노이즈를 제거할 수 있다. 예로서, 환경 노이즈는 사용자의 움직임, 표정 변화, 자기 가림, 주변의 조명 변화 등에 기인하는 노이즈일 수 있다. 적응형 블록 모듈(200)은 환경 노이즈를 제거한 후, 사용자의 생체 신호(SIG_B)를 추정하고, 생체 신호(SIG_B)를 생체 신호 출력 모듈(300)로 전달할 수 있다. 적응형 블록 모듈(200)의 상세한 구성은 후술할 도 3에서 설명될 것이다.The adaptive block module 200 may estimate the user's biosignal SIG_B based on the face image data DATA_IMG received from the image acquisition module 100 . For example, the user's biosignal SIG_B may be a heart rate. The adaptive block module 200 may remove environmental noise that may occur in daily life from the face image data DATA_IMG. For example, the environmental noise may be noise caused by a user's movement, a change in facial expression, self-occlusion, a change in ambient lighting, and the like. After removing environmental noise, the adaptive block module 200 may estimate the user's bio-signal SIG_B and transmit the bio-signal SIG_B to the bio-signal output module 300 . A detailed configuration of the adaptive block module 200 will be described with reference to FIG. 3 to be described later.

생체 신호 출력 모듈(300)은 적응형 블록 모듈(200)로부터 수신한 사용자의 생체 신호(SIG_B)에 대한 정보를 출력할 수 있다. 생체 신호 출력 모듈(300)의 상세한 구성은 후술할 도 4에서 설명될 것이다.The biosignal output module 300 may output information about the user's biosignal SIG_B received from the adaptive block module 200 . A detailed configuration of the biosignal output module 300 will be described with reference to FIG. 4 to be described later.

본 개시의 실시 예에 따른 생체 신호 측정 시스템(10)은 적응형 블록 모듈(200)을 통하여 일상 생활에서 발생할 수 있는 다양한 환경 노이즈를 제거한 후, 사용자의 생체 신호(SIG_B)를 추출하므로, 사용자의 생체 신호(SIG_B)를 보다 정확하게 도출할 수 있다. 본 개시의 실시 예에 따른 생체 신호 측정 시스템(10)은 사용자의 신체 상태를 자체적으로 모니터링 하기 위하여 사용될 수 있다. 또한, 본 개시의 실시 예에 따른 생체 신호 측정 시스템(10)은 측정된 생체 신호(SIG_B) 정보를 외부로 송신하여 원격 의료 시스템에 사용될 수 있다. 또한, 본 개시의 실시 예에 따른 생체 신호 측정 시스템(10)은 측정된 생체 신호(SIG_B)에 기반하여 사용자의 감정 상태를 분석하고, 분석 결과에 기반하여 다양한 컨텐츠를 제공하기 위한 시스템에도 사용될 수 있다.The biosignal measurement system 10 according to an embodiment of the present disclosure removes various environmental noises that may occur in daily life through the adaptive block module 200 and then extracts the user's biosignal SIG_B. The biosignal SIG_B may be derived more accurately. The biosignal measuring system 10 according to an embodiment of the present disclosure may be used to self-monitor a user's physical condition. In addition, the biosignal measuring system 10 according to an embodiment of the present disclosure may transmit the measured biosignal SIG_B information to the outside to be used in a remote medical system. In addition, the biosignal measuring system 10 according to an embodiment of the present disclosure may be used in a system for analyzing a user's emotional state based on the measured biosignal SIG_B and providing various contents based on the analysis result. have.

도 2는 본 개시의 실시 예에 따른 영상 획득 모듈(100)의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 영상 획득 모듈(100)은 사용자(USER)의 생체 신호를 측정하기 위한 얼굴 영상 데이터(DATA_IMG)를 생성할 수 있다. 도 2를 참조하면, 영상 획득 모듈(100)은 영상 획득부(110) 및 영상 저장부(120)를 포함할 수 있다.2 is a diagram for explaining an operation of the image acquisition module 100 according to an embodiment of the present disclosure. The image acquisition module 100 may generate face image data DATA_IMG for measuring a biosignal of the user USER. Referring to FIG. 2 , the image acquisition module 100 may include an image acquisition unit 110 and an image storage unit 120 .

영상 획득부(110)는 사용자(USER)의 얼굴 영상(IMG)을 획득할 수 있다. 예로서, 사용자(USER)의 얼굴 영상(IMG)은 사용자(USER)에 대한 2차원의 컬러 영상 또는 사용자(USER)에 대한 3차원 영상일 수 있다. The image acquisition unit 110 may acquire a face image IMG of the user USER. For example, the face image IMG of the user USER may be a 2D color image of the user USER or a 3D image of the user USER.

영상 획득부(110)는 영상 획득부(110)는 적어도 하나의 촬영 장치를 포함할 수 있다. 예로서, 적어도 하나의 촬영 장치는 웹 캠, 모바일 디바이스 등의 카메라 모듈과 같이 2차원의 컬러 영상을 획득하기 위한 장치 또는 스테레오 카메라 또는 키넥트 등의 3차원 영상을 획득하기 위한 뎁스 카메라일 수 있다. 영상 획득부(110)가 복수의 촬영 장치들을 포함하는 경우, 촬영 장치의 위치, 해상도 및 화각을 일치시키기 위한 캘리브레이션(calibration) 동작을 수행할 수 있다. 캘리브레이션 동작은 하나의 촬영 장치를 기준으로 다른 촬영 장치들의 좌표를 아핀(Affine) 변환함으로써 수행될 수 있다. 한편, 영상 획득부(110)가 단일의 촬영 장치를 포함하는 경우, 캘리브레이션 동작은 생략될 수 있다. 영상 획득부(110)는 획득된 사용자(USER)의 얼굴 영상(IMG)을 영상 저장부(120)로 전달할 수 있다.The image acquisition unit 110 may include at least one photographing device. For example, the at least one imaging device may be a device for acquiring a two-dimensional color image, such as a camera module such as a web cam or a mobile device, or a depth camera for acquiring a three-dimensional image, such as a stereo camera or Kinect. . When the image acquisition unit 110 includes a plurality of photographing apparatuses, a calibration operation may be performed to match the position, resolution, and angle of view of the photographing apparatus. The calibration operation may be performed by affine transforming the coordinates of other imaging devices with respect to one imaging device. Meanwhile, when the image acquisition unit 110 includes a single photographing device, the calibration operation may be omitted. The image acquisition unit 110 may transmit the acquired face image IMG of the user USER to the image storage unit 120 .

영상 저장부(120)는 영상 획득부(110)로부터 수신된 사용자(USER)의 얼굴 영상(IMG)을 저장할 수 있다. 영상 저장부(120)는 저장된 사용자(USER)의 얼굴 영상(IMG)에 기반한 얼굴 영상 데이터(DATA_IMG)를 적응형 블록 모듈(200, 도 1 참조)로 전달할 수 있다.The image storage unit 120 may store the face image IMG of the user USER received from the image acquisition unit 110 . The image storage unit 120 may transmit the stored face image data DATA_IMG based on the stored user's face image IMG to the adaptive block module 200 (refer to FIG. 1 ).

도 3은 본 개시의 실시 예에 따른 적응형 블록 모듈(200)의 동작을 설명하기 위한 블록도이다. 적응형 블록 모듈(200)은 영상 획득 모듈(100)로부터 수신한 얼굴 영상 데이터(DATA_IMG)로부터 환경 노이즈를 제거한 후, 사용자의 생체 신호(SIG_B)를 도출할 수 있다. 도 3을 참조하면, 적응형 블록 모듈(200)은 얼굴 영역 검출부(210), 영역 가중치 연산부(220), 배경 영역 검출부(230), 조명 변화 검출부(240), 생체 신호 추출부(250) 및 앙상블 보정부(260)를 포함할 수 있다.3 is a block diagram illustrating an operation of the adaptive block module 200 according to an embodiment of the present disclosure. The adaptive block module 200 may derive the user's biosignal SIG_B after removing environmental noise from the face image data DATA_IMG received from the image acquisition module 100 . Referring to FIG. 3 , the adaptive block module 200 includes a face region detector 210 , a region weight calculator 220 , a background region detector 230 , a lighting change detector 240 , a biosignal extractor 250 and The ensemble correction unit 260 may be included.

얼굴 영역 검출부(210)는 얼굴 영상 데이터(DATA_IMG)를 수신하고, 얼굴 영상 데이터(DATA_IMG)로부터 생체 신호(SIG_B)를 측정하기 위한 사용자(USER, 도 2 참조)의 얼굴 영역을 검출할 수 있다. 얼굴 영역 검출은 얼굴 검출 동작 및 얼굴 랜드마크 추출 동작을 통하여 수행될 수 있다. 얼굴 검출 동작은 얼굴 랜드마크 추출을 위한 관심 영역을 설정하는 과정으로, 바운딩 박스 형태로 얼굴이 위치하는 영상 좌표를 반환하여 수행될 수 있다. 예로서, 얼굴 검출 동작은 템플릿 매칭, 딥러닝 기반의 얼굴 탐색 기법 등 다양한 방식에 의하여 수행될 수 있다. The face region detector 210 may receive the face image data DATA_IMG and detect the face region of the user (USER (refer to FIG. 2 ) for measuring the biosignal SIG_B from the face image data DATA_IMG). The face region detection may be performed through a face detection operation and a face landmark extraction operation. The face detection operation is a process of setting a region of interest for extracting facial landmarks, and may be performed by returning image coordinates where the face is located in the form of a bounding box. For example, the face detection operation may be performed by various methods, such as template matching, a deep learning-based face search technique, and the like.

얼굴 랜드마크 추출 동작은 사용자(USER)의 움직임 또는 표정 변화 감지 및 앙상블 데이터 구성을 위한 연산 영역 설정을 수행할 수 있다. 얼굴 랜드마크 추출 동작은 표준 얼굴 모델에 기반하여 사용자(USER)의 얼굴 모델을 추정한 후, 얼굴 영역을 분리하는 과정으로 진행될 수 있다. 얼굴 랜드마크는 표준 얼굴 모델에 기반한 좌표 값으로 출력될 수 있다. 예로서, 2차원의 표준 얼굴 모델을 이용하는 경우 2차원의 랜드마크 좌표 값이 출력될 수 있고, 3차원의 표준 얼굴 모델을 이용하는 경우 3차원의 랜드마크 좌표 값이 출력될 수 있다. 본 개시에 따른 실시 예에서, 얼굴 랜드마크 추출 동작은 매 프레임마다 얼굴 랜드마크를 인식하는 방법이 아닌, 사용자의 얼굴 모델을 추정한 후 각 얼굴 영역을 추출할 수 있다.The facial landmark extraction operation may detect a change in movement or expression of a user (USER) and set an operation area for ensemble data configuration. The facial landmark extraction operation may be performed by estimating the user's (USER) face model based on the standard face model and then separating the face regions. The face landmark may be output as a coordinate value based on a standard face model. For example, when a two-dimensional standard face model is used, a two-dimensional landmark coordinate value may be output, and when a three-dimensional standard face model is used, a three-dimensional landmark coordinate value may be output. In an embodiment according to the present disclosure, the facial landmark extraction operation is not a method of recognizing a facial landmark for every frame, but may extract each facial region after estimating the user's face model.

따라서, 촬영 장치의 전후 움직임에 따른 얼굴 스케일 변화 및 상하/좌우 얼굴 회전에 따른 얼굴 움직임 등에 따른 노이즈 발생을 최소화할 수 있다. 얼굴 영역 검출부(210)는 얼굴 검출 동작 및 얼굴 랜드마크 추출 동작을 수행한 후 획득된 사용자의 얼굴 영역을 나타내는 제 1 데이터(D1)를 생성하고, 이를 영역 가중치 연산부(220)로 전달할 수 있다.Accordingly, it is possible to minimize noise generation due to a face scale change according to a front-back movement of the photographing apparatus and a face movement due to vertical/left/right face rotation. The face region detector 210 may generate the first data D1 representing the user's face region obtained after performing the face detection operation and the facial landmark extraction operation, and transmit it to the region weight calculator 220 .

영역 가중치 연산부(220)는 얼굴 영역 검출부(210)로부터 제 1 데이터(D1)를 수신하고, 이를 이용하여 시간별 가중치를 연산할 수 있다. 좀 더 상세하게는, 영역 가중치 연산부(220)는 제 1 데이터(D1)에 대하여, 일상 생활에서 발생할 수 있는 움직임에 따라 변화하는 얼굴 영역의 변화에 대한 시간별 가중치를 연산할 수 있다. 시간별 가중치란, 현재 프레임 단계에서 각 영역에 대한 신뢰도를 의미한다. 예로서, 일상 생활에서 발생할 수 있는 움직임은 현재 촬영 시점에서 가장 잘 보이는 얼굴 영역, 머리카락, 얼굴 움직임, 손 동작 등 순간적으로 발생하는 가림 상황 또는 감정에 따른 얼굴 표정 변화, 대화시 입 주변 영역의 변화 등을 포함하는 얼굴 표정 변화 등을 포함할 수 있으며, 일상 생활에서 발생할 수 있는 움직임이 발생한 경우, 가중치는 낮게 표현될 수 있다. 영역 가중치 연산부(220)에서 생성된 얼굴 영역 변화에 대한 시간별 가중치에 대한 제 2 데이터(D2)는 생체 신호 추출부(250) 및 앙상블 보정부(260)로 제공될 수 있다.The region weight calculator 220 may receive the first data D1 from the face region detector 210 and calculate a weight for each time using the first data D1 . In more detail, the region weight calculator 220 may calculate a weight for each change in the face region that changes according to movements that may occur in daily life with respect to the first data D1 . The weight by time means the reliability of each region in the current frame stage. For example, movements that can occur in daily life include the facial region that is most visible at the time of shooting, hair, facial movements, hand movements, etc. that occur instantaneously, changing facial expressions according to situations or emotions, and changes in the area around the mouth during conversation. It may include a change in facial expression including the back, etc., and when a movement that may occur in daily life occurs, the weight may be expressed low. The second data D2 for the weight for each time of the face region change generated by the region weight calculator 220 may be provided to the biosignal extractor 250 and the ensemble corrector 260 .

배경 영역 검출부(230)는 생체 신호(SIG_B)를 측정함에 있어서, 주변의 광도 변화에 따른 노이즈를 제거하기 위하여 얼굴 영상 이외의 영역을 추출할 수 있다. 예로서, 컬러 카메라로부터 획득되는 2차원의 영상을 이용하는 경우, 머신러닝 기법에 기반하여 사용자의 얼굴과 배경 영역을 구분(segmentation)할 수 있다. 또는, 뎁스 카메라로부터 획득되는 3차원의 영상을 이용하는 경우, 뎁스값을 이용하여 배경 영역을 추출할 수 있다. 배경 영역 검출부(230)는 얼굴 영역 외 모든 영역을 추출하는 것이 아니라, 주변 조도 환경을 잘 반영하는 반사도가 높은 객체 및 색상 또는 반사도에 따른 객체의 영역을 설정할 수 있다. 배경 영역 검출부(230)로부터 생성된 객체의 영역을 나타내는 제 3 데이터(D3)는 조명 변화 검출부(240)로 전달될 수 있다.When measuring the biosignal SIG_B, the background region detector 230 may extract a region other than the face image in order to remove noise caused by a change in ambient luminance. For example, when using a two-dimensional image obtained from a color camera, a user's face and a background region may be segmented based on a machine learning technique. Alternatively, when using a 3D image obtained from a depth camera, the background area may be extracted using the depth value. The background area detection unit 230 may not extract all areas other than the face area, but may set an object having high reflectivity that reflects the surrounding illuminance environment well, and an object area according to color or reflectivity. The third data D3 representing the area of the object generated by the background area detection unit 230 may be transmitted to the illumination change detection unit 240 .

조명 변화 검출부(240)는 배경 영역 검출부(230)로부터 수신한 제 3 데이터(D3)에 기반하여 객체의 영역별 조명 강도를 획득할 수 있다. 이 경우, 객체의 영역을 설정하기 때문에 촬영 장치의 움직임이 발생하는 경우에도 주변 조명 강도의 변화를 감지할 수 있다. 조명 변화 검출부(240)는 획득된 조명 강도에 기반하여 전체 영상의 밝기 변화 트렌드를 추출하고, 이에 기반하여 조명 변화에 따른 노이즈를 제거할 수 있다. 조명 변화 검출부(240)는 조명 변화에 따른 노이즈를 제거한 제 4 데이터(D4)를 생성하고, 이를 생체 신호 추출부(250)로 제공할 수 있다.The illumination change detection unit 240 may obtain the illumination intensity for each area of the object based on the third data D3 received from the background area detection unit 230 . In this case, since the area of the object is set, a change in ambient light intensity can be detected even when a motion of the photographing device occurs. The illumination change detection unit 240 may extract a brightness change trend of the entire image based on the obtained illumination intensity, and may remove noise according to the illumination change based thereon. The illumination change detection unit 240 may generate fourth data D4 from which noise according to the illumination change is removed, and may provide it to the biosignal extractor 250 .

생체 신호 추출부(250)는 제 2 데이터(D2) 및 제 4 데이터(D4)를 수신하고, 각 얼굴 영역에 대하여 시간에 따른 밝기 변화 신호로부터 생체 신호와 관련된 신호를 필터링하여 생체 신호를 추출할 수 있다. 예로서, 생체 신호 추출부(250)는 각 얼굴 영역에서 밝기 변화 신호를 푸리에 변환을 통하여 주파수 영역으로 변환하고, 심박수의 주파수 범위에서 피크 값을 취하고, 해당 피크 값을 시간 영역으로 변환하여 사용자(USER)의 심박수를 추출할 수 있다. 또는 심박수의 주파수 영역에 대하여 필터링한 데이터를 역푸리에 변환을 통하여 시간 영역으로 변환하여 시간 영역 상에서 심박수 신호를 추출하고, 피크 값을 취하여 사용자의 심박수를 추출할 수 있다. 생체 신호 추출부(250)로부터 추출된 생체 신호를 나타내는 제 5 데이터(D5)는 앙상블 보정부(260)로 제공될 수 있다.The biosignal extractor 250 receives the second data D2 and the fourth data D4, and filters the biosignal-related signal from the time-dependent brightness change signal for each face region to extract the biosignal. can For example, the biosignal extractor 250 converts a brightness change signal in each face region into a frequency domain through Fourier transform, takes a peak value in a frequency range of heart rate, and converts the peak value into a time domain to convert the USER)'s heart rate can be extracted. Alternatively, the filtered data in the frequency domain of the heart rate may be transformed into the time domain through inverse Fourier transform, the heart rate signal may be extracted from the time domain, and the heart rate of the user may be extracted by taking the peak value. The fifth data D5 representing the biosignal extracted from the biosignal extractor 250 may be provided to the ensemble corrector 260 .

앙상블 보정부(260)는 제 2 데이터(D2) 및 제 5 데이터(D5)를 수신하고, 각 얼굴 영역에 대한 가중치를 반영하여 각 얼굴 영역으로부터 추출된 생체 신호를 조합할 수 있다. 각 얼굴 영역에서 추출되는 생체 신호는 각 얼굴 영역별로 고유 신호 패턴을 가지고 있으므로, 앙상블 보정부(260)는 이들을 조합하여 사용자(USER)을 생체 신호(SIG_B)를 추정할 수 있다. 추정된 생체 신호(SIG_B)는 생체 신호 출력 모듈(300)로 제공될 수 있다.The ensemble corrector 260 may receive the second data D2 and the fifth data D5 , reflect the weights for each face region, and combine the biosignals extracted from each face region. Since the biosignal extracted from each face region has a unique signal pattern for each face region, the ensemble corrector 260 may combine them to estimate the biosignal SIG_B for the user USER. The estimated biosignal SIG_B may be provided to the biosignal output module 300 .

도 4는 본 개시의 실시 예에 따른 생체 신호 출력 모듈(300)의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 생체 신호 출력 모듈(300)은 적응형 블록 모듈(200, 도 1 참조)로부터 추정된 생체 신호(SIG_B)를 외부로 출력할 수 있다. 도 4를 참조하면, 생체 신호 출력 모듈(300)은 생체 신호 정보 표시부(310)를 포함할 수 있고, 경우에 따라 통신부(320)를 더 포함할 수 있다.4 is a diagram for explaining an operation of the biosignal output module 300 according to an embodiment of the present disclosure. The biosignal output module 300 may output the biosignal SIG_B estimated from the adaptive block module 200 (refer to FIG. 1 ) to the outside. Referring to FIG. 4 , the biosignal output module 300 may include a biosignal information display unit 310 , and may further include a communication unit 320 in some cases.

생체 신호 정보 표시부(310)는 사용자(USER, 도 2 참조)의 얼굴 영상으로부터 측정된 생체 신호(SIG_B)를 출력하는 장치를 포함할 수 있다. 예로서, 생체 신호 정보 표시부(310)는 프로젝터, 모니터 등과 같은 디스플레이 장치를 포함할 수 있다. 디스플레이 장치를 통하여 측정된 생체 신호(SIG_B)에 기반하여 생체 신호 정보를 표시하여, 사용자(USER)가 신체 상태에 대한 자가 모니터링을 수행할 수 있다.The biosignal information display unit 310 may include a device that outputs the biosignal SIG_B measured from the face image of the user (see FIG. 2 ). For example, the biosignal information display unit 310 may include a display device such as a projector or a monitor. By displaying biosignal information based on the biosignal SIG_B measured through the display device, the user USER may perform self-monitoring of the body state.

통신부(320)는 사용자(USER, 도 2 참조)의 얼굴 영상으로부터 측정된 생체 신호(SIG_B)를 외부로 송신할 수 있다. 예로서, 외부에 존재하는 수신기(RCV)는 통신부(320)로부터 송신된 생체 신호(SIG_B)를 수신하고, 이를 원격 의료 시스템에 사용할 수 있다.The communication unit 320 may transmit the biosignal SIG_B measured from the face image of the user (see FIG. 2 ) to the outside. For example, the external receiver RCV may receive the biosignal SIG_B transmitted from the communication unit 320 and use it in the remote medical system.

도 5는 본 개시의 실시 예에 따른 생체 신호 측정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.5 is a flowchart illustrating a method for measuring a biosignal according to an embodiment of the present disclosure.

S110 단계에서, 본 개시의 실시 예에 따른 생체 신호 측정 시스템(10, 도 1 참조)은 사용자(USER, 도 2 참조)의 얼굴 영상을 획득할 수 있다. 본 개시의 실시 예에 따른 생체 신호 측정 시스템(10)은 획득한 사용자의 얼굴 영상을 저장할 수 있다.In step S110 , the biosignal measuring system 10 (see FIG. 1 ) according to an embodiment of the present disclosure may acquire a face image of a user ( USER, see FIG. 2 ). The biosignal measuring system 10 according to an embodiment of the present disclosure may store the acquired user's face image.

S120 단계에서, 본 개시의 실시 예에 따른 생체 신호 측정 시스템(10)은 사용자(USER)의 얼굴 영상으로부터 사용자(USER)의 생체 신호를 추정할 수 있다. 본 개시의 실시 예에 따른 생체 신호 측정 시스템(10)은 사용자(USER)의 움직임, 표정 변화 또는 주변 조도 변화에 따라 발생하는 노이즈를 제거한 생체 신호를 추정할 수 있으며, 생체 신호 추정 과정은 후술할 도 6에서 상세히 설명될 것이다.In operation S120 , the biosignal measuring system 10 according to an embodiment of the present disclosure may estimate the biosignal of the user USER from the face image of the user USER. The biosignal measuring system 10 according to an embodiment of the present disclosure may estimate a biosignal from which noise generated according to a user's movement, facial expression change, or ambient illumination change is removed, and the biosignal estimation process will be described later. 6 will be described in detail.

S130 단계에서, 본 개시의 실시 예에 따른 생체 신호 측정 시스템(10)은 추정된 사용자의 생체 신호에 기반하여 생체 신호 정보를 외부로 출력할 수 있다. 예로서, 생체 신호 정보는 표시 장치에 의하여 사용자에게 표시되거나, 외부의 서버로 전송될 수 있다.In step S130 , the biosignal measuring system 10 according to an embodiment of the present disclosure may output biosignal information to the outside based on the estimated user's biosignal. For example, the biosignal information may be displayed to the user by the display device or transmitted to an external server.

도 6은 본 개시의 실시 예에 따른 생체 신호 측정 방법에 있어서, 생체 신호를 추정하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.6 is a flowchart illustrating a method of estimating a biosignal in the biosignal measuring method according to an embodiment of the present disclosure.

S121 단계에서, 본 개시의 실시 예에 따른 생체 신호 측정 시스템(10)를 구성하는 적응형 블록 모듈(200, 도 1 참조)은 영상 획득 모듈(100, 도 1 참조)로부터 획득된 사용자(USER, 도 2 참조)의 영상을 수신할 수 있다.In step S121, the adaptive block module 200 (refer to FIG. 1) constituting the biosignal measurement system 10 according to an embodiment of the present disclosure provides a user (USER, 2) may be received.

S122 단계에서, 적응형 블록 모듈(200)은 획득된 사용자(USER) 영상에 기반하여 사용자(USER)의 얼굴 영역 및 배경 영역을 검출할 수 있다. 사용자의 얼굴 영역 검출은 얼굴 검출 동작 및 얼굴 랜드마크 추출 동작을 통하여 수행될 수 있다. 배경 영역 검출은 주변 조도 환경을 잘 반영하는 반사도가 높은 객체 및 색상 또는 반사도에 따른 객체 영역 추출 동작을 통하여 수행될 수 있다.In step S122 , the adaptive block module 200 may detect a face region and a background region of the user USER based on the obtained user USER image. The detection of the user's face region may be performed through a face detection operation and a facial landmark extraction operation. The background area detection may be performed through an object area extraction operation according to a color or reflectivity of an object with high reflectivity that reflects the surrounding illuminance environment well.

S123 단계에서, 적응형 블록 모듈(200)은 S122 단계에서 검출된 얼굴 영역을 이용하여 얼굴 영역에 대한 가중치를 연산할 수 있다. 좀 더 상세하게는, 적응형 블록 모듈(200)은 일상 생활에서 발생할 수 있는 움직임에 따라 변화하는 얼굴 영역의 변화에 대한 시간별 가중치를 연산할 수 있다.In step S123 , the adaptive block module 200 may calculate a weight for the face region using the face region detected in step S122 . In more detail, the adaptive block module 200 may calculate a weight for each change in the face region that changes according to movement that may occur in daily life.

S124 단계에서, 적응형 블록 모듈(200)은 S122 단계에서 검출된 배경 영역을 이용하여 배경 영역의 조명 변화를 검출할 수 있다. 적응형 블록 모듈(200)는 획득된 조명 강도에 기반하여 전체 영상의 밝기 변화 트렌드를 추출하고, 이에 기반하여 조명 변화에 따른 노이즈를 제거할 수 있다In step S124 , the adaptive block module 200 may detect a change in illumination of the background area using the background area detected in step S122 . The adaptive block module 200 may extract a brightness change trend of the entire image based on the obtained light intensity, and based on this, may remove noise according to the lighting change.

S125 단계에서, 적응형 블록 모듈(200)은 각 얼굴 영역에 대하여 시간에 따른 밝기 변화 신호로부터 생체 신호와 관련된 신호를 필터링하여 생체 신호를 추출할 수 있다.In step S125 , the adaptive block module 200 may extract a biosignal by filtering a signal related to the biosignal from the time-dependent brightness change signal for each face region.

S126 단계에서, 적응형 블록 모듈(200)은 S123 단계에서 연산된 시간별 가중치 및 S125 단계에서 추출된 각 얼굴 영역으로부터 추출된 생체 신호들을 조합하여 사용자(USER)의 생체 신호를 추정할 수 있다.In step S126 , the adaptive block module 200 may estimate the biosignal of the user USER by combining the weight for each time calculated in step S123 and the biosignals extracted from each face region extracted in step S125 .

일부 실시예에서, 상술한 도 5 및 도 6에 기반하여 설명된 본 개시의 실시 예에 따른 생체 신호 측정 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 개시를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나, 컴퓨터 소프트웨어 분야의 통상의 기술자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수 있다. In some embodiments, the biosignal measuring method according to an embodiment of the present disclosure described based on FIGS. 5 and 6 described above is implemented in the form of a program command that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. can be The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. The program instructions recorded on the computer readable medium may be specially designed and configured for the present disclosure, or may be known and available to those skilled in the art of computer software.

예로서, 컴퓨터 판독 가능 매체는 하드 디스크, 플로피 디스크, 자기 테이프와 같은 자기 매체(Magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광 기록 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 구성된 하드웨어 장치를 포함할 수 있다. 예로서, 프로그램 명령은 컴파일러에 의하여 만들어지는 것과 같은 기계어 코드 뿐 아니라 인터프리터 등을 사용하여 컴퓨터에 의하여 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함할 수 있으며, 하드웨어 장치는 본 개시의 동작을 수행하기 위한 하나 이상의 소프트웨어 모듈에 의하여 작동되도록 구성될 수 있다. For example, the computer readable medium includes a hard disk, a floppy disk, a magnetic medium such as a magnetic tape, an optical media such as a CD-ROM, a DVD, and a magnetic medium such as a floppy disk. - May include magneto-optical media and hardware devices configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like. For example, the program instructions may include not only machine code such as generated by a compiler but also high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like, and the hardware device includes one or more for performing the operations of the present disclosure. It may be configured to be operated by a software module.

상술된 내용은 본 개시를 실시하기 위한 구체적인 실시 예들이다. 본 개시는 상술된 실시 예들 뿐만 아니라, 단순하게 설계 변경되거나 용이하게 변경할 수 있는 실시 예들 또한 포함할 것이다. 또한, 본 개시는 실시 예들을 이용하여 용이하게 변형하여 실시할 수 있는 기술들도 포함될 것이다. 따라서, 본 개시의 범위는 상술된 실시 예들에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 본 개시의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 할 것이다.The above are specific embodiments for carrying out the present disclosure. The present disclosure will include not only the above-described embodiments, but also simple design changes or easily changeable embodiments. In addition, the present disclosure will also include techniques that can be easily modified and implemented using the embodiments. Accordingly, the scope of the present disclosure should not be limited to the above-described embodiments, but should be defined by the claims and equivalents of the claims of the present disclosure as well as the claims to be described later.

10 : 생체 신호 측정 시스템
100 : 영상 획득 모듈
200 : 적응형 블록 모듈(Adaptive block module)
300 : 생체 신호 출력 모듈
10: biosignal measurement system
100: image acquisition module
200: Adaptive block module (Adaptive block module)
300: biosignal output module

Claims (12)

사용자에 대한 영상을 획득하는 영상 획득 모듈;
상기 영상 획득 모듈로부터 제공된 상기 영상에 기반하여 얼굴 영역으로부터 추출된 생체 신호를 조합하고, 상기 사용자의 생체 신호를 추정하는 적응형 블록 모듈; 및
상기 적응형 블록 모듈로부터 추정된 생체 신호를 외부로 출력하는 생체 신호 출력 모듈을 포함하는 생체 신호 측정 시스템.
an image acquisition module for acquiring an image of the user;
an adaptive block module for combining bio-signals extracted from a face region based on the image provided from the image acquisition module and estimating the bio-signals of the user; and
and a biosignal output module for outputting the biosignal estimated from the adaptive block module to the outside.
제 1 항에 있어서,
상기 영상 획득 모듈은:
적어도 하나의 촬영 장치를 포함하고, 상기 사용자에 대한 영상을 획득하는 영상 획득부; 및
상기 획득된 사용자에 대한 영상을 저장하는 영상 저장부를 포함하는 생체 신호 측정 시스템.
The method of claim 1,
The image acquisition module includes:
an image acquisition unit including at least one photographing device and acquiring an image of the user; and
and an image storage unit configured to store the acquired image of the user.
제 2 항에 있어서,
상기 영상 획득부가 2 이상의 촬영 장치들을 포함하는 경우, 상기 영상 획득부는 상기 촬영 장치들의 위치, 해상도 및 화각을 일치시키기 위한 캘리브레이션(calibration) 동작을 수행하는 생체 신호 측정 시스템.
3. The method of claim 2,
When the image acquisition unit includes two or more photographing devices, the image acquisition unit performs a calibration operation to match the positions, resolutions, and angles of view of the photographing devices.
제 1 항에 있어서,
상기 적응형 블록 모듈은:
상기 사용자에 대한 영상을 이용하여 상기 얼굴 영역을 검출하는 얼굴 영역 검출부;
상기 얼굴 영역 검출부로부터 검출된 상기 얼굴 영역 각각에 대한 가중치를 연산하는 영역 가중치 연산부;
상기 사용자에 대한 영상으로부터 상기 얼굴 영역을 제외한 배경 영역을 검출하는 배경 영역 검출부;
상기 배경 영역 각각에 대한 조명 변화를 검출하는 조명 변화 검출부;
상기 얼굴 영역 및 상기 조명 변화에 기반하여 상기 얼굴 영역 각각에 대하여 상기 생체 신호를 추출하는 생체 신호 추출부; 및
상기 얼굴 영역 각각으로부터 추출된 상기 생체 신호 및 상기 얼굴 영역 각각에 대하여 연산된 상기 가중치를 조합하여 상기 사용자의 생체 신호를 추정하는 앙상블 보정부를 포함하는 생체 신호 측정 시스템.
The method of claim 1,
The adaptive block module includes:
a face region detector configured to detect the face region using the image of the user;
a region weight calculator configured to calculate a weight for each of the face regions detected by the face region detector;
a background area detection unit for detecting a background area excluding the face area from the image of the user;
an illumination change detector configured to detect a change in illumination for each of the background regions;
a biosignal extractor configured to extract the biosignal from each of the face regions based on the change in the face region and the illumination; and
and an ensemble corrector for estimating the biosignal of the user by combining the biosignal extracted from each of the face regions and the weight calculated for each of the face regions.
제 4 항에 있어서,
상기 얼굴 영역 검출부는 얼굴 검출 동작 및 얼굴 랜드마크 추출 동작을 수행하고,
상기 얼굴 검출 동작은 바운딩 박스 형태로 상기 사용자의 얼굴이 위치하는 영상 좌표를 반환하도록 수행되고,
상기 얼굴 랜드마크 추출 동작은 표준 얼굴 모델에 기반하여 상기 사용자의 얼굴 모델을 추정하고, 상기 추정된 얼굴 모델에 기반하여 상기 얼굴 영역을 분리하도록 수행되는 생체 신호 측정 시스템.
5. The method of claim 4,
The face region detection unit performs a face detection operation and a face landmark extraction operation,
The face detection operation is performed to return image coordinates where the user's face is located in the form of a bounding box,
The facial landmark extraction operation is performed to estimate the user's face model based on a standard face model, and to separate the face region based on the estimated face model.
제 5 항에 있어서,
상기 얼굴 검출 동작은 템플릿 매칭 또는 딥러닝 기반의 얼굴 탐색 기법에 의하여 수행되는 생체 신호 측정 시스템.
6. The method of claim 5,
The face detection operation is a biosignal measurement system performed by template matching or a deep learning-based face search technique.
제 1 항에 있어서,
상기 생체 신호 출력 모듈은 상기 적응형 블록 모듈로부터 추정된 상기 사용자의 생체 신호에 대한 정보를 표시하는 생체 신호 정보 표시부를 포함하는 생체 신호 측정 시스템.
The method of claim 1,
and the biosignal output module includes a biosignal information display unit configured to display information on the user's biosignal estimated from the adaptive block module.
제 7 항에 있어서,
상기 생체 신호 출력 모듈은 상기 사용자의 생체 신호에 대한 정보를 외부로 송신하는 통신부를 더 포함하는 생체 신호 측정 시스템.
8. The method of claim 7,
The biosignal output module further comprises a communication unit for transmitting information on the user's biosignal to the outside.
사용자의 심박수를 도출하기 위한 비접촉식 생체 신호 측정 시스템의 생체 신호 측정 방법에 있어서:
영상 획득 모듈로부터 획득된 상기 사용자에 대한 영상을 이용하여 상기 사용자의 얼굴 영역을 검출하는 단계;
상기 사용자에 대한 영상을 이용하여 배경 영역을 검출하는 단계;
상기 사용자의 얼굴 영역 각각에 대한 가중치를 연산하는 단계;
상기 배경 영역 각각에 대한 조명 변화를 검출하는 단계;
상기 조명 변화에 기반하여 상기 사용자의 얼굴 영역 각각으로부터 생체 신호를 추출하는 단계; 및
상기 사용자의 얼굴 영역 각각에 대한 상기 가중치 및 상기 사용자의 얼굴 영역 각각으로부터 추출된 상기 생체 신호를 조합하여 상기 사용자의 생체 신호를 추정하는 단계를 포함하는 생체 신호 측정 방법.
A method for measuring a biosignal of a non-contact biosignal measuring system for deriving a user's heart rate, the method comprising:
detecting a face region of the user using an image of the user obtained from an image acquisition module;
detecting a background area using the image of the user;
calculating a weight for each of the user's face regions;
detecting an illumination change for each of the background regions;
extracting a biosignal from each of the face regions of the user based on the change in illumination; and
and estimating the user's bio-signal by combining the weight for each of the user's face regions and the bio-signals extracted from each of the user's face regions.
제 9 항에 있어서,
상기 추정된 생체 신호에 대한 정보를 표시 장치를 통하여 출력하는 단계를 더 포함하는 생체 신호 측정 방법.
10. The method of claim 9,
and outputting the estimated biosignal information through a display device.
제 9 항에 있어서,
상기 추정된 생체 신호에 대한 정보를 외부로 송신하는 단계를 더 포함하는 생체 신호 측정 방법.
10. The method of claim 9,
The method of measuring a biosignal further comprising the step of transmitting information on the estimated biosignal to the outside.
제 9 항에 있어서,
상기 사용자의 얼굴 영역을 검출하는 단계는:
상기 사용자의 얼굴이 위치하는 영상 좌표를 반환하는 단계;
표준 얼굴 모델에 기반하여 상기 사용자의 얼굴 모델을 추정하는 단계; 및
상기 사용자의 얼굴 모델에 기반하여 상기 얼굴 영역을 분리하는 단계를 포함하는 생체 신호 측정 방법.














10. The method of claim 9,
The detecting of the user's face region includes:
returning image coordinates where the user's face is located;
estimating the user's face model based on a standard face model; and
and separating the face region based on the face model of the user.














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