WO2014171598A1 - Brain-machine interface device and method for recognizing intention by using brain waves - Google Patents

Brain-machine interface device and method for recognizing intention by using brain waves Download PDF

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WO2014171598A1
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frequencies
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민병경
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고려대학교 산학협력단
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    • G06F3/01Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/011Arrangements for interaction with the human body, e.g. for user immersion in virtual reality
    • G06F3/015Input arrangements based on nervous system activity detection, e.g. brain waves [EEG] detection, electromyograms [EMG] detection, electrodermal response detection
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    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0059Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
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    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/316Modalities, i.e. specific diagnostic methods
    • A61B5/369Electroencephalography [EEG]
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    • A61B5/369Electroencephalography [EEG]
    • A61B5/375Electroencephalography [EEG] using biofeedback

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and method for processing a brain-machine interface (BMI) using an EEG signal.
  • BMI brain-machine interface
  • the EEG signal when used as the interface control signal, the EEG signal may be analyzed by an analysis method based on a time axis or a frequency axis.
  • the analysis based on the time axis the EEG signals related to the stimulus presentation are repeatedly measured, and the unit EEG fragments are aligned based on the time point at which the stimulus is presented, and then the average EEG potential is calculated based on the presentation time point. This is based on the principle that only the EEG signals associated with the stimulus are valid at the mean value, and any EEG signals irrelevant to the stimulus are canceled by the mean.
  • EEGs event-related potentials
  • SSVEP Step-related potential
  • the steady state visual induced potential (SSVEP) component is an EEG signal using an EEG in response to repetitive visual stimuli. For example, if a person sees a flickering stimulus, the brainwave with the same frequency as the blinking stimulus is physically induced, and the vibrating brainwave with the same frequency as the stimulus is induced by the blinking visual stimulus. Is SSVEP.
  • Korean Patent Laid-Open Publication No. 2013-0002590 name of the invention: a character input interface device and a character input method of QWERTY type using the steady state visual oil generation level
  • a character display unit in which a plurality of characters are displayed in QWERTY style
  • EEG signal measuring unit for measuring the EEG signal of the user during the steady state visual genetic development induced by the visual stimulus due to the displayed character
  • EEG signal analysis unit for analyzing the measured EEG signal and the analyzed EEG signal
  • a character input interface device including a character output unit for outputting a corresponding character is disclosed.
  • such a conventional brain-machine interface device only checks the keys selected by the subject on the keyboard keyboard, and even higher levels of information are associated with the subject without thinking about the actual pupil movement. (That is, information reflecting intention) has a disadvantage of not being able to be confirmed.
  • the eye of the subject moves according to the position of the keyboard keyboard, there is a limit that can be more conveniently replaced by a separate equipment such as eye-tracker (eye-tracker) without using the brain wave signal.
  • the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, to provide an apparatus and method for providing an interface between the brain and the machine using the EEG signal.
  • the brain machine interface device a plurality of light emitting elements arranged in the light emitting element arrangement spaced apart from each other;
  • a light emitting device controller for dividing the plurality of light emitting devices into a plurality of groups, and controlling the plurality of light emitting devices to blink at different frequencies for each of the groups;
  • An EEG measuring unit for measuring an EEG signal of a subject looking at the light emitting device;
  • a frequency detector detecting at least one frequency from the measured brain wave signal;
  • An analysis unit And a result output unit configured to output the shape information inferred by the shape analyzer.
  • the brain machine interface method using a brain machine interface device including a light emitting element array member arranged a plurality of light emitting elements, (a) dividing the plurality of light emitting elements into a plurality of groups To control the light emitting device to blink at a different frequency for each group; (b) measuring an EEG signal of a subject looking at the light emitting device; (c) detecting at least one frequency from the measured EEG signal; (d) detecting a group set to a frequency corresponding to the detected frequency among the plurality of groups; (e) inferring a shape reminiscent of the subject by the shape based on the shape of the array of light emitting elements of the detected group; And (f) outputting the inferred shape information.
  • a brain machine interface device including a light emitting element array member arranged a plurality of light emitting elements, (a) dividing the plurality of light emitting elements into a plurality of groups To control the light emitting device to blink at a different frequency for each group; (b) measuring an E
  • any one of the problem solving means of the present invention described above by using the frequency information contained in the EEG signal measured from the subject to observe the blinking stimulus divided into a plurality of frequencies easily and accurately the shape associated with the subject There is an effect that can be reconstructed.
  • the arrangement and the device characteristics of the light-emitting element flickering at a plurality of frequencies to be observed by the subject can be variously adjusted, so that the subject can precisely infer the associative shape.
  • the arrangement and the device characteristics of the light-emitting element flickering at a plurality of frequencies to be observed by the subject can be variously adjusted, so that the subject can precisely infer the associative shape.
  • any one of the problem solving means of the present invention by causing the light emitting elements to blink at a high frequency, there is an effect that it is possible to efficiently infer the shape associated with the subject while reducing the eye fatigue of the subject.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a brain machine interface device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view for explaining the arrangement method and the associative shape inference method using the light emitting device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a view for explaining an arrangement method and an associative shape inference method using the light emitting device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a brain machine interface method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a brain machine interface device according to an embodiment of the present invention.
  • the brain machine interface device 100 may include a light emitting element arranging unit 110, a light emitting element controller 120, an EEG measuring unit 130, and a frequency detecting unit 140. ), A shape analyzer 150, a result output unit 160, a time measuring unit 170, and a light emitting device activator 180.
  • the light emitting element arranging unit 110 includes a plurality of light-emitting elements, and the plurality of light emitting elements are arranged to be spaced apart from each other.
  • the interval between the plurality of light emitting devices is a psychophysics meaningful interval and may be set based on a result of experiment in advance. That is, arranged so as to have sufficient visual separation resolution between each light emitting element.
  • the spacing may be set such that the maximum length of all the light emitting device arrays is configured to have a visual angle of 8 degrees to 10 degrees or less. This is to allow the image of the ocular retina not to be blind spots, but to ensure that the light of all the light emitting devices is completely detected in the optic nerve.
  • the visual angle is 2xarctan (0.05x ⁇ 2 / 2). Since it is about 4 degrees visually, all light-emitting visual stimuli do not reach the blind spot of the subject's retina, but are formed at the center of the fovea region where the visual information processing is most precisely, so that a suitable light emitting device This can be an example of an array.
  • the light emitting device may be a light emitting diode (LED) and may be any one of red and green light emitting diodes.
  • LED light emitting diode
  • optic nerve cone cells which are distributed relatively in the fovea of the retina of humans, are red and green cells.
  • a white diode may be used to use a rod cell that is widely distributed in most locations of the retina.
  • a red or white light emitting diode having relatively high luminance can be configured as a light emitting element. Meanwhile, as shown in FIGS.
  • each light emitting device may be spaced apart from each other by a predetermined interval, and two or more light emitting devices may be disposed at positions where each row and column cross each other. Accordingly, each row and column does not share the light emitting element at the crossing position, and the light emitting element is independently configured. This is to cause the rows and columns to flash at their own independent frequency.
  • FIG. 2 is a view for explaining the arrangement method and the associative shape inference method using the light emitting device according to an embodiment of the present invention.
  • 3 is a view for explaining an arrangement method and an associative shape inference method using the light emitting device according to another embodiment of the present invention.
  • the symbols of the light emitting elements RD1 to RD25 of the rows R1 to R5 and the light emitting elements CD1 to CD25 of the columns C1 to C5 are different from each other in the arrangement of the light emitting elements.
  • the light emitting elements of the matrix may be configured in the same kind.
  • FIG. 2 and FIG. 3 show that the light emitting device arrangement 110 includes five rows and columns. That is, in FIG. 2 and FIG. 3, five light emitting elements RD1 to RD25 are configured for each row, and five light emitting elements CD1 to CD25 are configured for each column.
  • the size of the light emitting device matrix of the light emitting device array 110 may be variously set.
  • the light emitting devices of the light emitting device array unit 110 are arranged in a line at the intersection points of the matrix.
  • FIG. 3 illustrates that the light emitting devices of the light emitting device array 110 are diagonally disposed at the intersection points of the matrix. This may make the arrangement of the entire light emitting devices closer to the square than in the case where the light emitting devices are arranged in a line at an intersection point as shown in FIG. 2. This allows the subject to look at the light emitting device arrangement 110 more easily, and the shape of the symbol or letter to be shaped by the light emitting device arrangement 110 is symmetrical, so that the object is more consistent with the actual shape. For sake.
  • the light emitting device controller 120 divides the light emitting devices of the light emitting device array unit 110 into a plurality of groups, and controls the light emitting devices to blink according to differently set frequencies for each group.
  • the light emitting device controller 120 may reduce eye fatigue of the subject by setting the light emitting elements to be observed by the subject to blink at a high frequency.
  • the light emitting device controller 120 may divide the light emitting devices into groups according to a plurality of preset array position ranges. That is, the light emitting device control unit 120 may group the plurality of light emitting devices arranged in one row or one column of all the light emitting devices arranged as shown in FIGS. 2 and 3 into one group.
  • the light emitting device controller 120 may set different frequencies for each of the plurality of groups, and control the light emitting devices in each group to blink at the same frequency. For example, in FIGS. 2 and 3, 35 Hz, 15 Hz, 5 Hz, 25 Hz, and 45 Hz are set in five rows of the light emitting element array 110, respectively, and 49 Hz, 28 Hz, 7 Hz, 21 Hz, and 14 Hz in five columns, respectively. The set is shown in one embodiment.
  • the light emitting device controller 120 may set a wide bandwidth of frequency between adjacent rows or columns on the light emitting device array 110. As illustrated in FIGS. 2 and 3, the light emitting device controller 120 may set a bandwidth difference between frequencies for each row or column so as to be different from a predetermined threshold value or more. This is to increase the resolution and the reliability of the measured value when detecting the frequency on the EEG signal of the subject measured through the EEG measurement unit 130 to be described later.
  • the light emitting device controller 120 may allocate a frequency for each row and column such that the sum of frequencies according to any combination of rows and columns on the light emitting device arrangement is different from the sum of frequencies according to combinations of other rows and columns. .
  • EEG detected through Steady State Visual Evoked Potential (SSVEP) which will be described below, is a frequency combination between specific rows and columns.
  • the subject measures the letter “T”.
  • Associating with the light emitting device array 110 may stare.
  • the frequency of the SSVEP which is expected to be detected is 7 Hz (ie, column C3), 35 Hz (ie, row R1), and 42 Hz, which is the sum of the two frequencies, as shown in FIGS. 2B and 3B. to be.
  • the frequencies of the SSVEP which are expected to be detected are 7 Hz (column), 5 Hz (row), and 12 Hz, which is the sum of the two frequencies. to be.
  • the frequency of each row and column of the light emitting device may be set such that the sum of the frequencies (that is, 42 Hz and 12 Hz) according to the combination of the rows and the columns corresponding to the different shapes is different from each other.
  • the number of all combinations that can be formed in five rows and five columns is 25. That is, the number of frequency sums per combination of rows and columns is 25. At this time, the frequencies are assigned to all rows and columns on the light emitting element array so that the sum of all 25 frequencies is different.
  • the light emitting device arrangement unit 110 and the light emitting device control unit 120 have been described in a separate configuration. The device array unit 110 and the light emitting device controller 120 may be combined and implemented in one configuration.
  • the light emitting device array unit 110 and the light emitting device control unit 120 are connected to the EEG measuring unit 130, the frequency detecting unit 140, and the shape analyzing unit 150 to be described below, and the EEG measuring unit 130.
  • the frequency detector 140 and the shape analyzer 150 may provide frequency information set for each light emitting device and control information of the light emitting device (for example, information such as start and end of flicker control).
  • the EEG measuring unit 130 measures the EEG signal of the subject looking at the light emitting elements of the LED array 110, and transmits the measured EEG signal to the frequency detector 140.
  • the EEG measuring unit 130 may measure EEG signals in various ways, among which the steady state visual induced potential (SSVEP) is physically induced in the visual cortex of the occipital lobe of the subject. can do.
  • SSVEP steady state visual induced potential
  • the EEG measurement unit 130 may be connected to the EEG measurement device (not shown) to control to measure the EEG signal, EEG measurement of the configuration of the brain machine interface device 100 according to an embodiment of the present invention At least one configuration including the unit 130 may be included as one configuration in the EEG measurement device.
  • a headset-type EEG measurement device may be applied for the convenience of the subject.
  • the frequency detector 140 detects at least one frequency or a combination frequency between the plurality of frequencies from the received EEG signal.
  • the light emitting device arrangement 110 in a state in which the subject looks at the light emitting device arrangement 110, when a specific shape intended to be intentional is associated with the light emitting device arrangement 110, the light emitting device matched with the shape reminded by the subject on the light emitting device arrangement 110. Particular attention is given to the arrangement of the subject's attention. Accordingly, a frequency equal to the frequency of the light emitting element belonging to the light emitting element array to which the subject's attention is applied is detected in the EEG signal. That is, the EEG signal according to the cognitive attention of the subject staring at the light emitting element array unit 110 is detected.
  • the frequency of the EEG signal detected by the frequency detector 140 is the frequency of the group corresponding to the shape association of the subject of the group (for example, row or column) on the light emitting element array 110, the correspondence The sum of the frequencies for each group is detected. Accordingly, the frequency detector 140 is a frequency that matches the frequency set on the light emitting element array 110 through the light emitting element controller 120 among the frequency components of the detected EEG signal and its resonance frequency. And when the pseudo frequency around the matching frequency is included, referring to a frequency associated with the shape association of the subject and the sum of the frequencies among the set frequencies, a correct frequency matching the shape associated with the measurement is determined. I can figure it out.
  • the shape analyzer 150 may be configured based on a shape of an array of light emitting devices in a group corresponding to a frequency detected by the frequency detector 140 and a combination frequency of the corresponding frequencies among the plurality of groups on the light emitting device array 110. Infer the shape associated with the subject.
  • the shape analyzer 150 may combine the arrangement forms of the light emitting devices for each group of the light emitting device array units 110 corresponding to the detected two or more frequencies.
  • the elicited shape can be inferred.
  • the frequency detector 140 is a group on the light emitting element array 110 from the brain wave signal of the subject. (Ie, rows and columns) detect frequencies of 35 Hz and 7 Hz corresponding to the shape of the letter “T”. In addition, the frequency detector 140 may detect 42 Hz, which is a sum of 35 Hz and 7 Hz.
  • the shape analyzer 150 determines a group (that is, a row and a column) on the light emitting device array unit 110 corresponding to 35 Hz, 7 Hz, and 42 Hz, the sum of which is detected by the frequency detector 140.
  • the shape according to the arrangement form of the light emitting elements corresponding to the group is determined.
  • the shape analysis unit 150 calculates the similarity between the plurality of pre-stored shape and the shape by the detected group, inferring the shape having the highest similarity as the shape reminded by the measurer It is also possible.
  • the shape analyzer 150 may include a reference shape including various types of shapes such as letters (letters), numbers, and symbols in advance, and a group of light emitting device groups on the light emitting device array unit 110 corresponding to each reference shape. The information can be matched and stored.
  • the result output unit 160 outputs shape information about the shape determined by the shape analyzer 150.
  • the result output unit 160 may output as display information that can be identified by the user (for example, the subject) by the naked eye or by listening, or may transmit the corresponding information to a predetermined related device.
  • the result output unit 160 is configured as the light emitting element array unit ( The shape measured by the subject on the 110 may be output.
  • the brain mechanical interface device 100 may be a form mounted on the remote control of home appliances, including a TV, the remote control in the state reminiscent of letters, numbers and symbols intended by the user
  • the user may perform a predetermined operation by analyzing the EEG of the user. For example, when the user stares at the remote controller equipped with the small light emitting device array 110, the user Reminiscent of the letters 'K', 'B', and 'S' sequentially, the brain machine interface device 100 may infer and confirm the letter “KBS” through brain wave analysis.
  • the result output unit 160 may transmit the corresponding information to a predetermined related device (ie, a TV receiving device) so that the TV channel according to the checked “KBS” text information is automatically selected.
  • a predetermined related device ie, a TV receiving device
  • the brain machine interface device 100 can be mounted on a specific device such as a smartphone, and any machine related to the user simply by associating various characters (or numbers, symbols, etc.).
  • the software may pass the associative letters (or numbers, symbols, etc.) into the software.
  • the brain machine interface device 100 so that the subject can perform associative according to the intention without covering the eyeball in the state of gazing at the light emitting element array unit 110.
  • the shape can be inferred so that the result can be output.
  • the brain machine interface device 100 may further include a visual measuring unit 170 and a light emitting device activator 180.
  • the visual measurement unit 170 measures a maximum visual angle and an effective time when the focus is maintained toward the light emitting element array 110 of the subject at a distance spaced from the light emitting element array by a predetermined distance.
  • the maximum time may be set to a viewing angle at which the subject can see the maximum without eye movement
  • the effective time is a viewing angle at which the subject can check the information relatively accurately (ie, validly) within the maximum time. Can be set.
  • the brain machine interface device 100 may further include a separate member (not shown) for measuring the field of view of the subject on a portion of the front surface of the light emitting device array unit 110.
  • the time measurement unit 170 may calculate a maximum time and an effective time by receiving a field measurement value from the member for measuring the field of view.
  • the light emitting device activator 180 selects light emitting devices to be activated from among a plurality of light emitting devices on the light emitting device array 110 based on at least one of the measured maximum time and effective time.
  • the light emitting element activator 180 selects a range of light emitting elements disposed at the position within the maximum time measured based on the focus of the subject, and activates only light emitting elements within the selected range.
  • the light emitting device controller 120 may control the light emitting devices selected through the light emitting device activator 180 to be divided into a plurality of groups and to blink at different frequencies for each group as described above.
  • the brain machine interface device 100 may implement the light emitting device arrangement 110 itself.
  • the brain machine interface device 100 may include a physical size of the light emitting device array unit 110 such that the vision of the subject is fixed within a predetermined distance from the light emitting device array unit 110 through a preliminary experiment. The interval between the light emitting elements can be set.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a brain machine interface method according to an embodiment of the present invention.
  • a plurality of light emitting elements arranged at regular intervals are divided into a plurality of groups (S410).
  • the plurality of light emitting devices may be divided into a plurality of groups by dividing the plurality of preset array position ranges.
  • the plurality of light emitting devices may be arranged in a matrix form in which two or more light emitting devices are arranged at positions where each row and column intersect, and each of the rows and columns may be set as a group.
  • a different frequency is set for each group to control the light emitting device in the group to blink at the set frequency (S420).
  • two or more light emitting devices positioned at the intersection of each row and column on the light emitting device matrix are controlled to flash by applying different groups of frequencies.
  • the bandwidth of the frequency between each row or column of adjacent positions may be set to differ by more than a predetermined threshold value.
  • the sum of frequencies according to any combination of rows and columns may be set to be different from the sum of frequencies according to combinations of other rows and columns.
  • the EEG signal of the subject looking at the light emitting element is measured (S430).
  • the subject looks at the plurality of light emitting devices and intends any specific letters, numbers, or symbols in the mind, and thus measures the steady state visual induced potential (SSVEP) derived from the occipital lobe.
  • SSVEP steady state visual induced potential
  • At least one frequency or a combination frequency of related frequencies is detected from the measured EEG signal (S440). This frequency is related to the blinking frequency of the group of light emitting elements by the geometry or shape of the symbol intended by the subject.
  • the EEG signal of the subject is included in the frequency of the light emitting elements on the position corresponding to the specific shape. The same frequency as is detected.
  • a group set to a frequency corresponding to the frequency detected from the EEG signal of the subject is detected from among the plurality of groups.
  • the shape of the object to be measured is inferred based on the shape by the arrangement of the light emitting elements of the detected group (S460).
  • the shape of the object to be measured may be inferred by combining the shapes of the detected groups of light emitting elements.
  • the inferred shape is identified as display information (S470).
  • step S470 it is also possible to transmit the information of the inferred shape to a predetermined related device.
  • the maximum time when the focus is maintained toward the light emitting element of the subject at a distance separated by a predetermined distance from the light emitting elements (visual) angle) and effective time and selecting light emitting devices to be activated from among the plurality of light emitting devices based on the measured maximum time and effective time. That is, in step S410, the selected light emitting devices may be divided into a plurality of groups, and subsequent steps may be performed.
  • the subject can continuously associate various shapes in a state where the eye is fixed without moving the eyeball, and can accurately infer and provide shapes according to the association of the subject.
  • Computer readable media can be any available media that can be accessed by a computer and includes both volatile and nonvolatile media, removable and non-removable media.
  • Computer readable media may include both computer storage media and communication media.
  • Computer storage media includes both volatile and nonvolatile, removable and non-removable media implemented in any method or technology for storage of information such as computer readable instructions, data structures, program modules or other data.
  • Communication media typically includes computer readable instructions, data structures, program modules, or other data in a modulated data signal such as a carrier wave, or other transmission mechanism, and includes any information delivery media.

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Abstract

During brain-machine interface processing through a brain-machine interface device comprising a light-emitting element arrangement member in which a plurality of light-emitting elements is arranged, the plurality of light-emitting elements are classified into a plurality of groups to control the light-emitting elements to blink at a different frequency for each group, a brain wave signal of a patient staring steadily at the light-emitting elements is measured without requiring eye motion, at least one frequency is detected from the measured brain wave signal, a group set to a frequency corresponding to the detected frequency is detected from among the plurality of groups, an image associated by the patient is inferred on the basis of an image according to an arrangement shape of the light-emitting elements of the detected group, and information on the inferred image is outputted.

Description

뇌파를 이용한 의도 인식용 두뇌 기계 인터페이스 장치 및 방법Brain machine interface device and method for intention recognition using brain waves
본 발명은 뇌파 신호를 이용하여 두뇌와 기계 간의 인터페이스(Brain-Machin Interface, BMI)를 처리하는 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for processing a brain-machine interface (BMI) using an EEG signal.
뇌파 신호를 이용하여 사람의 의도(intention)에 따른 두뇌-기계 인터페이스 (Brain-Machine Interface)를 제어하기 위해서, 뇌파의 인지적 속성(cognitive property)에 따른 매개 변수들을 분석하여 사용하게 된다.In order to control brain-machine interface according to human intention by using EEG signals, parameters according to cognitive properties of EEG are analyzed and used.
이처럼, 뇌파 신호를 인터페이스 제어 신호로 사용할 시, 뇌파 신호를 시간축 또는 주파수축에 의한 분석 방식으로 분석할 수 있다. 이때, 시간축에 의한 분석법에서는, 자극 제시와 관련된 뇌파 신호를 반복적으로 측정하여, 단위 뇌파 조각들을 자극이 제시된 시점을 기준으로 정렬한 후 제시 시점을 기준으로하여 평균 뇌파 전위를 산출한다. 이는, 자극과 관련된 뇌파 신호만이 평균값에서 유효하고, 자극과 무관한 임의의 뇌파 신호는 평균에 의해 상쇄된다는 원리를 이용한 것이다.As such, when the EEG signal is used as the interface control signal, the EEG signal may be analyzed by an analysis method based on a time axis or a frequency axis. At this time, in the analysis based on the time axis, the EEG signals related to the stimulus presentation are repeatedly measured, and the unit EEG fragments are aligned based on the time point at which the stimulus is presented, and then the average EEG potential is calculated based on the presentation time point. This is based on the principle that only the EEG signals associated with the stimulus are valid at the mean value, and any EEG signals irrelevant to the stimulus are canceled by the mean.
이처럼, 제시된 자극이나 사건과 관련되어 평균값에서 누적되어 나타나는 뇌전위를 ‘사건 관련 전위(ERP: event-related potential)’라고 한다. 이와 같은, 뇌파의 시간축 분석에 의해서 얻어진 성분으로는 대표적인 뇌파 성분인 ‘정상상태 시각유발 전위(Steady State Visual Evoked Potential, SSVEP)’가 있다. 정상상태 시각유발 전위(SSVEP) 성분은 반복적인 시각 자극에 반응하는 뇌파를 이용한 뇌파 신호이다. 예를 들어, 사람이 깜빡이는(flickering) 자극을 보고 있으면 그 자극이 깜빡이는 주파수와 동일한 주파수를 가진 뇌파가 물리적으로 유도되며, 깜빡이는 시각 자극에 의해 유도되되, 자극과 동일한 주파수를 갖는 진동 뇌파가 SSVEP이다.As such, the cumulative brain potentials that appear at the mean value associated with a given stimulus or event are called event-related potentials (ERPs). As a component obtained by the time-base analysis of the EEG, there is a representative EEG component 'Steady State Visual Evoked Potential (SSVEP)'. The steady state visual induced potential (SSVEP) component is an EEG signal using an EEG in response to repetitive visual stimuli. For example, if a person sees a flickering stimulus, the brainwave with the same frequency as the blinking stimulus is physically induced, and the vibrating brainwave with the same frequency as the stimulus is induced by the blinking visual stimulus. Is SSVEP.
이와 관련하여, 대한민국 공개특허 제2013-0002590호(발명의 명칭: 안정상태 시각유발전위를 이용한 QWERTY 타입의 문자 입력 인터페이스 장치 및 문자 입력 방법)에서는, 복수개의 문자가 QWERTY 스타일로 표시되는 문자 표시부, 표시되는 문자로 인한 시각 자극에 의해 안정상태 시각유발전위가 유발 되는 동안의 사용자의 뇌파 신호를 측정하는 뇌파 신호 측정부, 및 측정된 뇌파 신호를 분석하는 뇌파 신호 분석부 및 상기 분석된 뇌파 신호에 해당하는 문자를 출력하는 문자 출력부를 포함하는 문자 입력 인터페이스 장치를 개시하고 있다.In this regard, Korean Patent Laid-Open Publication No. 2013-0002590 (name of the invention: a character input interface device and a character input method of QWERTY type using the steady state visual oil generation level), a character display unit in which a plurality of characters are displayed in QWERTY style, EEG signal measuring unit for measuring the EEG signal of the user during the steady state visual genetic development induced by the visual stimulus due to the displayed character, EEG signal analysis unit for analyzing the measured EEG signal and the analyzed EEG signal A character input interface device including a character output unit for outputting a corresponding character is disclosed.
그런데, 이러한 기존의 두뇌-기계 간 인터페이스 장치는 키보드 자판 상에서 피측정자가 공개적으로(overtly) 선택한 키를 확인할 뿐, 이보다 더 고차원적으로 피측정자가 실제 눈동자 움직임이 없이 생각만으로(covertly) 연상한 정보(즉, 의도를 반영한 정보)를 확인할 수 없다는 단점이 있다. 또한, 키보드 자판의 위치에 따라 피측정자의 눈동자가 움직이게 되므로, 굳이 뇌파 신호를 이용하지 않고도 안구이동 측정기(eye-tracker) 등의 별도의 장비로 더욱 편리하게 대체될 수 있다는 한계가 있다.By the way, such a conventional brain-machine interface device only checks the keys selected by the subject on the keyboard keyboard, and even higher levels of information are associated with the subject without thinking about the actual pupil movement. (That is, information reflecting intention) has a disadvantage of not being able to be confirmed. In addition, the eye of the subject moves according to the position of the keyboard keyboard, there is a limit that can be more conveniently replaced by a separate equipment such as eye-tracker (eye-tracker) without using the brain wave signal.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 뇌파 신호를 이용하여 두뇌와 기계 간 인터페이스를 제공하는 장치 및 방법을 제공하고자 한다.The present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, to provide an apparatus and method for providing an interface between the brain and the machine using the EEG signal.
다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.However, the technical problem to be achieved by the present embodiment is not limited to the technical problem as described above, and other technical problems may exist.
상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른, 두뇌 기계 인터페이스 장치는, 복수의 발광 소자가 서로 이격되어 배열된 발광 소자 배열부; 상기 복수의 발광 소자를 복수의 그룹으로 구분하고, 상기 복수의 발광 소자를 상기 그룹 별로 상이한 주파수로 깜박이도록 제어하는 발광 소자 제어부; 상기 발광 소자를 주시하는 피측정자의 뇌파 신호를 측정하는 뇌파 측정부; 상기 측정한 뇌파 신호로부터 적어도 하나의 주파수를 검출하는 주파수 검출부; 상기 복수의 그룹 중 상기 검출한 적어도 하나의 주파수와 대응하는 주파수로 설정된 그룹을 검출하고, 상기 검출한 그룹의 발광 소자의 배열 형태에 의한 형상에 기초하여 상기 피측정자가 연상한 형상을 추론하는 형상 분석부; 및 상기 형상 분석부가 추론한 형상의 정보를 출력하는 결과 출력부를 포함한다.According to an aspect of the present invention for achieving the above technical problem, the brain machine interface device, a plurality of light emitting elements arranged in the light emitting element arrangement spaced apart from each other; A light emitting device controller for dividing the plurality of light emitting devices into a plurality of groups, and controlling the plurality of light emitting devices to blink at different frequencies for each of the groups; An EEG measuring unit for measuring an EEG signal of a subject looking at the light emitting device; A frequency detector detecting at least one frequency from the measured brain wave signal; A shape that detects a group set to a frequency corresponding to the detected at least one frequency among the plurality of groups, and infers a shape reminiscent of the subject by the shape based on the shape of an array of light emitting elements of the detected group An analysis unit; And a result output unit configured to output the shape information inferred by the shape analyzer.
그리고, 본 발명의 다른 측면에 따른, 복수의 발광 소자가 배열된 발광 소자 배열 부재를 포함하는 두뇌 기계 인터페이스 장치를 통한 두뇌 기계 인터페이스 방법은, (a) 상기 복수의 발광 소자를 복수의 그룹으로 구분하여, 상기 그룹 별로 상이한 주파수로 상기 발광 소자가 깜박이도록 제어하는 단계; (b) 상기 발광 소자를 주시하는 피측정자의 뇌파 신호를 측정하는 단계; (c) 상기 측정한 뇌파 신호로부터 적어도 하나의 주파수를 검출하는; (d) 상기 복수의 그룹 중 상기 검출한 주파수와 대응하는 주파수로 설정된 그룹을 검출하는 단계; (e) 상기 검출한 그룹의 발광 소자의 배열 형태에 의한 형상에 기초하여 상기 피측정자가 연상한 형상을 추론하는 단계; 및 (f) 상기 추론한 형상의 정보를 출력하는 단계를 포함한다.In addition, according to another aspect of the present invention, the brain machine interface method using a brain machine interface device including a light emitting element array member arranged a plurality of light emitting elements, (a) dividing the plurality of light emitting elements into a plurality of groups To control the light emitting device to blink at a different frequency for each group; (b) measuring an EEG signal of a subject looking at the light emitting device; (c) detecting at least one frequency from the measured EEG signal; (d) detecting a group set to a frequency corresponding to the detected frequency among the plurality of groups; (e) inferring a shape reminiscent of the subject by the shape based on the shape of the array of light emitting elements of the detected group; And (f) outputting the inferred shape information.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 복수의 주파수로 나뉘어 깜박이는 자극을 주시하는 피측정자로부터 측정된 뇌파 신호에 포함된 주파수 정보를 이용하여 피측정자가 연상한 형상을 간편하고 정확하게 재구성할 수 있는 효과가 있다.According to any one of the problem solving means of the present invention described above, by using the frequency information contained in the EEG signal measured from the subject to observe the blinking stimulus divided into a plurality of frequencies easily and accurately the shape associated with the subject There is an effect that can be reconstructed.
그리고, 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 피측정자가 주시할 복수의 주파수로 깜박이는 발광 소자의 배열 및 소자 특성을 다양하게 조절할 수 있어, 피측정자가 연상한 형상을 정교하게 추론할 수 있을 뿐만 아니라 다양한 장비에 장착하거나 연동시킬 수 있어 편리한 효과가 있다.According to any one of the problem solving means of the present invention, the arrangement and the device characteristics of the light-emitting element flickering at a plurality of frequencies to be observed by the subject can be variously adjusted, so that the subject can precisely infer the associative shape. In addition to being able to be mounted or interlocked with various equipments, there is a convenient effect.
또한, 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 발광 소자들을 고주파로 깜박이도록 함으로써 피측정자의 눈의 피로를 감소시키면서도, 피측정자가 연상한 형상을 효율적으로 추론할 수 있는 효과가 있다.In addition, according to any one of the problem solving means of the present invention, by causing the light emitting elements to blink at a high frequency, there is an effect that it is possible to efficiently infer the shape associated with the subject while reducing the eye fatigue of the subject.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 두뇌 기계 인터페이스 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.1 is a block diagram showing the configuration of a brain machine interface device according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자의 배열 방식 및 이를 이용한 연상 형상 추론 방식을 설명하기 위한 도면이다.2 is a view for explaining the arrangement method and the associative shape inference method using the light emitting device according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 소자의 배열 방식 및 이를 이용한 연상 형상 추론 방식을 설명하기 위한 도면이다.3 is a view for explaining an arrangement method and an associative shape inference method using the light emitting device according to another embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 두뇌 기계 인터페이스 방법을 설명하기 위한 순서도이다.4 is a flowchart illustrating a brain machine interface method according to an embodiment of the present invention.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 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.Throughout the specification, when a part is "connected" to another part, this includes not only "directly connected" but also "electrically connected" with another element in between. . In addition, when a part is said to "include" a certain component, which means that it may further include other components, except to exclude other components unless otherwise stated.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 두뇌 기계 인터페이스 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.1 is a block diagram showing the configuration of a brain machine interface device according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 두뇌 기계 인터페이스 장치(100)는 발광 소자 배열부(110), 발광 소자 제어부(120), 뇌파 측정부(130), 주파수 검출부(140), 형상 분석부(150), 결과 출력부(160), 시각 측정부(170) 및 발광 소자 활성화부(180)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 1, the brain machine interface device 100 according to an exemplary embodiment of the present invention may include a light emitting element arranging unit 110, a light emitting element controller 120, an EEG measuring unit 130, and a frequency detecting unit 140. ), A shape analyzer 150, a result output unit 160, a time measuring unit 170, and a light emitting device activator 180.
발광 소자 배열부(110)는 복수의 발광 소자(light-emitting element)를 포함하며, 상기 복수의 발광 소자는 서로 이격되어 배열되어 있다. 이때, 복수의 발광 소자 간의 간격은 정신물리학(psychophysics)적으로 의미가 있는 간격으로서, 사전에 실험을 통한 결과에 기초하여 설정될 수 있다. 즉, 각 발광 소자 간에 충분한 시각적 구분 분해능을 가질 수 있도록 배열한다. 예를 들어 모든 발광 소자 배열의 최대 길이가 시각(visual angle)이 8도 내지 10도 이하로 구성되도록 이격 간격을 설정할 수 있다. 이는, 안구 망막에 맺히는 상(image)이 맹점(blind spot)에 맺히지 않고, 모든 발광 소자의 빛이 시신경에서 온전하게 검출되게 하기 위함이다. 일례로, 행과 열에 각각 5개의 발광 소자가 배열될 때 발광 소자 간의 간격을 1cm로 할 경우, 행과 열의 길이가 각각 5cm가 되고, 그 배열이 이루는 전체의 대각선 길이가 5√2cm가 된다. 이에 따라, 1m 거리에서 발광 소자 배열부를 응시할 경우, 시각(visual angle)은 2xarctan(0.05x√2/2)가 된다. 이는 시각으로 약 4도정도 되는 크기이므로, 모든 발광 시각 자극이 피측정자의 망막의 맹점 영역에는 이르지 않으면서, 시각 정보 처리가 가장 정교하게 일어나는 중심와(fovea) 영역의 중심에 맺히게 되어, 적절한 발광 소자 배열의 예가 될 수 있다.The light emitting element arranging unit 110 includes a plurality of light-emitting elements, and the plurality of light emitting elements are arranged to be spaced apart from each other. In this case, the interval between the plurality of light emitting devices is a psychophysics meaningful interval and may be set based on a result of experiment in advance. That is, arranged so as to have sufficient visual separation resolution between each light emitting element. For example, the spacing may be set such that the maximum length of all the light emitting device arrays is configured to have a visual angle of 8 degrees to 10 degrees or less. This is to allow the image of the ocular retina not to be blind spots, but to ensure that the light of all the light emitting devices is completely detected in the optic nerve. For example, when five light emitting elements are arranged in a row and a column, when the distance between the light emitting elements is 1 cm, the lengths of the rows and columns are 5 cm, respectively, and the total diagonal length of the array is 5√2 cm. Accordingly, when staring at the light emitting device array at a distance of 1m, the visual angle is 2xarctan (0.05x√2 / 2). Since it is about 4 degrees visually, all light-emitting visual stimuli do not reach the blind spot of the subject's retina, but are formed at the center of the fovea region where the visual information processing is most precisely, so that a suitable light emitting device This can be an example of an array.
또한, 본 발명의 실시예에서 발광 소자는 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)일 수 있으며, 적색 및 녹색의 발광 다이오드 중 어느 하나일 수 있다. 이는, 사람의 망막(retina)의 중심와(fovea)에 상대적으로 많이 분포되어 있는 시신경 원추 세포(cone cell)가 적색 및 녹색을 감지하는 세포들이기 때문이다. 참고로, 망막의 대부분의 위치에 넓게 분포하고 있는 간상체(rod cell)를 이용하기 위해서는 백색 다이오드도 가능하다. 본 발명의 실시예에서는 발광 다이오드의 휘도를 조건으로 하는 경우, 휘도가 상대적으로 높은 적색 혹은 백색 발광 다이오드를 발광 소자로서 구성할 수 있다. 한편, 하기 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 발광 소자 배열부(110)는 복수의 발광 소자가 행렬 형태로 배열될 수 있다. 이때, 각 발광 소자는 서로 일정 간격만큼 이격되어 배치되되, 각 행 및 열이 교차하는 위치마다 둘 이상의 발광 소자가 배치될 수 있다. 이에 따라, 각 행 및 열은 교차 위치에서 발광 소자를 공유하지 않고 각각 독립적으로 발광 소자가 구성된다. 이는 행과 열이 각각 고유의 독립적인 주파수로 깜박이게 하기 위함이다.In addition, in the embodiment of the present invention, the light emitting device may be a light emitting diode (LED) and may be any one of red and green light emitting diodes. This is because optic nerve cone cells, which are distributed relatively in the fovea of the retina of humans, are red and green cells. For reference, a white diode may be used to use a rod cell that is widely distributed in most locations of the retina. In the embodiment of the present invention, when the luminance of the light emitting diode is conditioned, a red or white light emitting diode having relatively high luminance can be configured as a light emitting element. Meanwhile, as shown in FIGS. 2 and 3, in the light emitting device arrangement unit 110 according to the embodiment of the present invention, a plurality of light emitting devices may be arranged in a matrix form. In this case, each light emitting device may be spaced apart from each other by a predetermined interval, and two or more light emitting devices may be disposed at positions where each row and column cross each other. Accordingly, each row and column does not share the light emitting element at the crossing position, and the light emitting element is independently configured. This is to cause the rows and columns to flash at their own independent frequency.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자의 배열 방식 및 이를 이용한 연상 형상 추론 방식을 설명하기 위한 도면이다. 그리고, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 소자의 배열 방식 및 이를 이용한 연상 형상 추론 방식을 설명하기 위한 도면이다.2 is a view for explaining the arrangement method and the associative shape inference method using the light emitting device according to an embodiment of the present invention. 3 is a view for explaining an arrangement method and an associative shape inference method using the light emitting device according to another embodiment of the present invention.
도 2 및 도 3에서는, 발광 소자의 배열에서 행(R1 내지 R5)의 발광 소자(RD1 내지 RD25)와 열(C1 내지 C5)의 발광 소자(CD1 내지 CD25)의 기호를 상이하게 나타내었으나, 이는 행과 열의 구별을 용이하게 하기 위한 것으로, 행렬의 발광 소자들은 동일한 종류로 구성될 수 있다.In FIGS. 2 and 3, the symbols of the light emitting elements RD1 to RD25 of the rows R1 to R5 and the light emitting elements CD1 to CD25 of the columns C1 to C5 are different from each other in the arrangement of the light emitting elements. To facilitate discrimination between rows and columns, the light emitting elements of the matrix may be configured in the same kind.
구체적으로, 도 2 및 도 3에서는 발광 소자 배열부(110)의 행 및 열이 각각 5개로 구성되는 것을 나타내었다. 즉, 도 2 및 도 3에서는 각 행 별로 5개의 발광 소자(RD1 내지 RD25)가 구성되고, 각 열 별로 5개의 발광 소자(CD1 내지 CD25)가 구성된 것을 나타내었다. 참고로, 발광 소자 배열부(110)의 발광 소자 행렬의 크기는 다양하게 설정될 수 있다.Specifically, FIG. 2 and FIG. 3 show that the light emitting device arrangement 110 includes five rows and columns. That is, in FIG. 2 and FIG. 3, five light emitting elements RD1 to RD25 are configured for each row, and five light emitting elements CD1 to CD25 are configured for each column. For reference, the size of the light emitting device matrix of the light emitting device array 110 may be variously set.
일례로, 도 2에서는, 발광 소자 배열부(110)의 발광 소자들이 행렬의 교차 지점에서 일렬로 배치된 것을 도시하였다.For example, in FIG. 2, the light emitting devices of the light emitting device array unit 110 are arranged in a line at the intersection points of the matrix.
다른 예로서, 도 3에서는 발광 소자 배열부(110)의 발광 소자들이 행렬의 교차 지점에서 대각으로 배치된 것을 도시하였다. 이는, 도 2에서와 같이 발광 소자들이 교차 지점에서 일렬로 배치된 경우보다 전체 발광 소자의 배열 형태를 정방형에 가깝게 할 수 있다. 이는, 피측정자가 발광 소자 배열부(110)를 좀 더 용이하게 주시할 수 있고, 발광 소자 배열부(110)가 형상화할 기호나 문자의 모양이 대칭성을 이루어서, 좀 더 실제적 모양과 일치하도록 하기 위함이다.As another example, FIG. 3 illustrates that the light emitting devices of the light emitting device array 110 are diagonally disposed at the intersection points of the matrix. This may make the arrangement of the entire light emitting devices closer to the square than in the case where the light emitting devices are arranged in a line at an intersection point as shown in FIG. 2. This allows the subject to look at the light emitting device arrangement 110 more easily, and the shape of the symbol or letter to be shaped by the light emitting device arrangement 110 is symmetrical, so that the object is more consistent with the actual shape. For sake.
다시 도 1로 돌아가서, 발광 소자 제어부(120)는 발광 소자 배열부(110)의 발광 소자들을 복수의 그룹으로 구분하고, 각 그룹 별로 상이하게 설정한 주파수에 따라 발광 소자가 깜박이도록 제어한다. 참고로, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 제어부(120)는 피측정자가 주시할 발광 소자들이 고주파로 깜박이도록 설정함으로써, 피측정자의 눈의 피로를 감소시킬 수 있다.1 again, the light emitting device controller 120 divides the light emitting devices of the light emitting device array unit 110 into a plurality of groups, and controls the light emitting devices to blink according to differently set frequencies for each group. For reference, the light emitting device controller 120 according to an embodiment of the present invention may reduce eye fatigue of the subject by setting the light emitting elements to be observed by the subject to blink at a high frequency.
구체적으로, 발광 소자 제어부(120)는 복수의 발광 소자를 기설정된 복수의 배열 위치 범위 별로 나누어 그룹화할 수 있다. 즉, 발광 소자 제어부(120)는 도 2 및 도 3에서와 같이 배열된 전체 발광 소자들 중 하나의 행 또는 하나의 열에 배치된 복수의 발광 소자를 하나의 그룹으로 그룹화할 수 있다. In detail, the light emitting device controller 120 may divide the light emitting devices into groups according to a plurality of preset array position ranges. That is, the light emitting device control unit 120 may group the plurality of light emitting devices arranged in one row or one column of all the light emitting devices arranged as shown in FIGS. 2 and 3 into one group.
그리고, 발광 소자 제어부(120)는 복수의 그룹 별로 상이한 주파수를 설정하고, 각 그룹에 속한 발광 소자들이 동일한 주파수로 깜박이도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 도 2 및 도 3에서는 발광 소자 배열부(110)의 5개의 행에 각각 35Hz, 15Hz, 5Hz, 25Hz 및 45Hz가 설정되고, 5개의 열에 각각 49Hz, 28Hz, 7Hz, 21Hz 및 14Hz가 설정된 것을 일 실시예로 나타내었다.The light emitting device controller 120 may set different frequencies for each of the plurality of groups, and control the light emitting devices in each group to blink at the same frequency. For example, in FIGS. 2 and 3, 35 Hz, 15 Hz, 5 Hz, 25 Hz, and 45 Hz are set in five rows of the light emitting element array 110, respectively, and 49 Hz, 28 Hz, 7 Hz, 21 Hz, and 14 Hz in five columns, respectively. The set is shown in one embodiment.
이때, 발광 소자 제어부(120)는 발광 소자 배열부(110) 상에서 각각 인접한 행 별 또는 열 별 간에 주파수의 대역폭을 넓게 설정할 수 있다. 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 발광 소자 제어부(120)는 행 별 또는 열 별로 주파수 간의 대역폭 차를 기설정된 임계값 이상 차이가 나도록 설정할 수 있다. 이는, 이후 설명할 뇌파 측정부(130)를 통해 측정된 피측정자의 뇌파 신호 상 주파수 검출시 측정 값의 분해능과 신뢰도를 높이기 위해서이다.In this case, the light emitting device controller 120 may set a wide bandwidth of frequency between adjacent rows or columns on the light emitting device array 110. As illustrated in FIGS. 2 and 3, the light emitting device controller 120 may set a bandwidth difference between frequencies for each row or column so as to be different from a predetermined threshold value or more. This is to increase the resolution and the reliability of the measured value when detecting the frequency on the EEG signal of the subject measured through the EEG measurement unit 130 to be described later.
또한, 발광 소자 제어부(120)는 발광 소자 배열 상에서 어느 하나의 행과 열의 조합에 따른 주파수 간의 합이 다른 행과 열의 조합에 따른 주파수 간의 합과 상이하도록, 행 및 열 별로 주파수를 할당할 수 있다. 이는, 하기에서 설명할 정상상태 시각유발 전위(Steady State Visual Evoked Potential, SSVEP)를 통해 검출되는 뇌파가 특정 행 및 열 간의 주파수 조합이라는 것을 역추론하는데 용이하게 이용하기 위함이다.In addition, the light emitting device controller 120 may allocate a frequency for each row and column such that the sum of frequencies according to any combination of rows and columns on the light emitting device arrangement is different from the sum of frequencies according to combinations of other rows and columns. . This is for ease of inferring that EEG detected through Steady State Visual Evoked Potential (SSVEP), which will be described below, is a frequency combination between specific rows and columns.
예를 들어, 도 2의 (a) 및 도 3의 (a)에서와 같이 배열된 발광 소자가 각각의 행과 열이 서로 다른 주파수로 모두 깜박이고 있는 상태에서, 피측정자가 문자 “T”를 연상하며 발광 소자 배열부(110)를 응시할 수 있다. 이때, 검출이 예상되는 SSVEP의 주파수는, 도 2의 (b) 및 도 3의 (b)에서와 같이 7Hz(즉, C3 열), 35Hz(즉, R1 행), 및 상기 두 주파수의 합인 42Hz이다. 다른 예로서, 피측정자가 문자 “+”를 연상하면서 깜박이는 상태의 발광 소자 배열부를 응시할 경우, 검출이 예상되는 SSVEP의 주파수는 7Hz(열), 5Hz(행), 및 상기 두 주파수의 합인 12Hz이다.For example, in a state in which the light emitting elements arranged as shown in FIGS. 2A and 3A are blinking at different frequencies of each row and column, the subject measures the letter “T”. Associating with the light emitting device array 110 may stare. At this time, the frequency of the SSVEP which is expected to be detected is 7 Hz (ie, column C3), 35 Hz (ie, row R1), and 42 Hz, which is the sum of the two frequencies, as shown in FIGS. 2B and 3B. to be. As another example, when the subject gazes at the light emitting device array in a state of blinking while reminding of the letter “+”, the frequencies of the SSVEP which are expected to be detected are 7 Hz (column), 5 Hz (row), and 12 Hz, which is the sum of the two frequencies. to be.
이와 같이, 상이한 형상에 대응하는 행과 열의 조합에 따른 주파수 합(즉, 42Hz, 12Hz)이 서로 상이하도록, 발광 소자의 행 및 열 별 주파수를 설정할 수 있다.As such, the frequency of each row and column of the light emitting device may be set such that the sum of the frequencies (that is, 42 Hz and 12 Hz) according to the combination of the rows and the columns corresponding to the different shapes is different from each other.
구체적으로, 도 2 및 도 3에 도시한 발광 소자 배열의 경우, 5개 행과 5개 열이 이룰 수 있는 모든 조합(combination)의 수는 25가지이다. 즉, 행 및 열의 조합 별 주파수 합의 개수는 25개이다. 이때, 25개의 주파수 합이 모두 상이하도록, 발광 소자 배열 상의 전체 행 및 열에 주파수를 배정한다. 한편, 도 1에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 두뇌 기계 인터페이스 장치(100)에서 발광 소자 배열부(110)와 발광 소자 제어부(120)를 별도의 구성으로 구분하여 설명하였으나, 또 다른 예로서 발광 소자 배열부(110) 및 발광 소자 제어부(120)는 하나의 구성으로 결합되어 구현될 수 있다. 이때, 발광 소자 배열부(110) 및 발광 소자 제어부(120)는 하기 설명할 뇌파 측정부(130), 주파수 검출부(140), 및 형상 분석부(150)와 연결되며, 뇌파 측정부(130), 주파수 검출부(140), 및 형상 분석부(150)로 발광 소자 별로 설정된 주파수 정보 및 발광 소자의 제어 정보(예를 들어, 깜박임 제어의 시작 및 종료 등의 정보)를 제공할 수 있다.Specifically, in the light emitting device arrangement shown in Figs. 2 and 3, the number of all combinations that can be formed in five rows and five columns is 25. That is, the number of frequency sums per combination of rows and columns is 25. At this time, the frequencies are assigned to all rows and columns on the light emitting element array so that the sum of all 25 frequencies is different. Meanwhile, in FIG. 1, in the brain machine interface device 100 according to an exemplary embodiment, the light emitting device arrangement unit 110 and the light emitting device control unit 120 have been described in a separate configuration. The device array unit 110 and the light emitting device controller 120 may be combined and implemented in one configuration. In this case, the light emitting device array unit 110 and the light emitting device control unit 120 are connected to the EEG measuring unit 130, the frequency detecting unit 140, and the shape analyzing unit 150 to be described below, and the EEG measuring unit 130. The frequency detector 140 and the shape analyzer 150 may provide frequency information set for each light emitting device and control information of the light emitting device (for example, information such as start and end of flicker control).
뇌파 측정부(130)는 발광 소자 배열부(110)의 발광 소자들을 주시하는 피측정자의 뇌파 신호를 측정하고, 측정한 뇌파 신호를 주파수 검출부(140)로 전달한다.The EEG measuring unit 130 measures the EEG signal of the subject looking at the light emitting elements of the LED array 110, and transmits the measured EEG signal to the frequency detector 140.
뇌파 측정부(130)는 다양한 방식으로 뇌파 신호를 측정할 수 있으며, 그 중 피측정자의 후두엽(occipital lobe)의 시각 피질(visual cortex)에서 물리적으로 유도되는 정상상태 시각유발 전위(SSVEP)를 측정할 수 있다.The EEG measuring unit 130 may measure EEG signals in various ways, among which the steady state visual induced potential (SSVEP) is physically induced in the visual cortex of the occipital lobe of the subject. can do.
참고로, 뇌파 측정부(130)는 뇌파 측정 장비(미도시)와 연결되어 뇌파 신호를 측정하도록 제어할 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따른 두뇌 기계 인터페이스 장치(100)의 구성 중 뇌파 측정부(130)를 포함한 적어도 하나의 구성이 뇌파 측정 장비 내 일구성으로서 포함될 수도 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에서는 피측정자의 편의를 위해 헤드셋 형태의 뇌파 측정 장비를 적용할 수 있다.For reference, the EEG measurement unit 130 may be connected to the EEG measurement device (not shown) to control to measure the EEG signal, EEG measurement of the configuration of the brain machine interface device 100 according to an embodiment of the present invention At least one configuration including the unit 130 may be included as one configuration in the EEG measurement device. For example, in one embodiment of the present invention, a headset-type EEG measurement device may be applied for the convenience of the subject.
주파수 검출부(140)는 수신한 뇌파 신호로부터 적어도 하나의 주파수 또는 복수의 주파수 간의 조합 주파수를 검출한다.The frequency detector 140 detects at least one frequency or a combination frequency between the plurality of frequencies from the received EEG signal.
구체적으로, 피측정자가 발광 소자 배열부(110)를 주시한 상태에서, 의도(intention)한 특정한 형상을 연상할 경우, 발광 소자 배열부(110) 상에서 피측정자가 연상한 형상과 매칭된 발광 소자 배열에 피측정자의 주의집중(attention)이 특별히 선택적으로 가해진다. 이에 따라, 피측정자의 주의집중이 가해진 발광 소자 배열에 속한 발광 소자의 주파수와 동일한 주파수가 뇌파 신호에서 검출된다. 즉, 발광 소자 배열부(110)를 응시하고 있는 피측정자의 인지적 주의(cognitive attention)에 따른 뇌파 신호가 검출된다.Specifically, in a state in which the subject looks at the light emitting device arrangement 110, when a specific shape intended to be intentional is associated with the light emitting device arrangement 110, the light emitting device matched with the shape reminded by the subject on the light emitting device arrangement 110. Particular attention is given to the arrangement of the subject's attention. Accordingly, a frequency equal to the frequency of the light emitting element belonging to the light emitting element array to which the subject's attention is applied is detected in the EEG signal. That is, the EEG signal according to the cognitive attention of the subject staring at the light emitting element array unit 110 is detected.
이때, 주파수 검출부(140)를 통해 검출된 뇌파 신호의 주파수는 발광 소자 배열부(110) 상의 그룹(예를 들어, 행 또는 열) 중 피측정자의 형상 연상에 대응하는 그룹의 주파수와, 상기 대응하는 그룹 별 주파수를 합한 주파수가 검출된다. 이에 따라, 주파수 검출부(140)는 검출된 뇌파 신호의 주파수 성분들 중에서, 발광 소자 제어부(120)를 통해 발광 소자 배열부(110) 상에 설정된 주파수와 일치하는 주파수와 그 공진 주파수(harmonic frequency) 및, 상기 일치하는 주파수 주변의 유사 주파수가 포함된 경우, 상기 설정된 주파수 중 피측정자의 형상 연상과 관련된 주파수 및 그 주파수들을 합한 주파수를 참고하여, 피측정자가 연상한 형상과 매칭이 되는 정확한 주파수를 파악할 수 있다.In this case, the frequency of the EEG signal detected by the frequency detector 140 is the frequency of the group corresponding to the shape association of the subject of the group (for example, row or column) on the light emitting element array 110, the correspondence The sum of the frequencies for each group is detected. Accordingly, the frequency detector 140 is a frequency that matches the frequency set on the light emitting element array 110 through the light emitting element controller 120 among the frequency components of the detected EEG signal and its resonance frequency. And when the pseudo frequency around the matching frequency is included, referring to a frequency associated with the shape association of the subject and the sum of the frequencies among the set frequencies, a correct frequency matching the shape associated with the measurement is determined. I can figure it out.
형상 분석부(150)는 발광 소자 배열부(110) 상의 복수의 그룹 중 주파수 검출부(140)가 검출한 주파수 및 해당 주파수들의 조합 주파수에 대응된 그룹의 발광 소자들의 배열 형태에 의한 형상에 기초하여 피측정자가 연상한 형상을 추론한다.The shape analyzer 150 may be configured based on a shape of an array of light emitting devices in a group corresponding to a frequency detected by the frequency detector 140 and a combination frequency of the corresponding frequencies among the plurality of groups on the light emitting device array 110. Infer the shape associated with the subject.
이때, 형상 분석부(150)는 주파수 검출부(140)를 통해 둘 이상의 주파수가 검출된 경우, 검출된 둘 이상의 주파수에 대응되는 발광 소자 배열부(110)의 그룹 별 발광 소자의 배열 형태를 조합하여 상기 연상한 형상을 추론할 수 있다.In this case, when two or more frequencies are detected through the frequency detector 140, the shape analyzer 150 may combine the arrangement forms of the light emitting devices for each group of the light emitting device array units 110 corresponding to the detected two or more frequencies. The elicited shape can be inferred.
예를 들어, 도 2의 (b) 및 도 3의 (b)를 참조하여, 발광 소자 배열부(110)를 이용하여 피측정자의 연상 형상을 추론하는 방식을 설명하도록 한다.For example, referring to FIGS. 2B and 3B, a method of inferring an associative shape of a subject using the light emitting device arrangement 110 will be described.
도 2의 (b) 및 도 3의 (b)에서와 같이, 피측정자가 문자 “T”를 연상한 경우, 주파수 검출부(140)는 피측정자의 뇌파 신호로부터 발광 소자 배열부(110) 상의 그룹(즉, 행 및 열) 중 문자 “T”의 형상에 대응되는 35Hz 및 7Hz의 주파수를 검출한다. 또한, 주파수 검출부(140)는 35Hz 및 7Hz를 합한 42Hz를 검출할 수 있다.As shown in (b) of FIG. 2 and (b) of FIG. 3, when the subject is reminiscent of the letter “T”, the frequency detector 140 is a group on the light emitting element array 110 from the brain wave signal of the subject. (Ie, rows and columns) detect frequencies of 35 Hz and 7 Hz corresponding to the shape of the letter “T”. In addition, the frequency detector 140 may detect 42 Hz, which is a sum of 35 Hz and 7 Hz.
이때, 형상 분석부(150)는 주파수 검출부(140)를 통해 검출된 35Hz 및 7Hz 및 그 합인 42Hz에 대응하는 발광 소자 배열부(110) 상의 그룹(즉, 행 및 열)을 판단하고, 판단된 그룹에 해당하는 발광 소자의 배열 형태에 따른 형상(즉, 문자 “T”에 대응하는 형상)을 판단한다.In this case, the shape analyzer 150 determines a group (that is, a row and a column) on the light emitting device array unit 110 corresponding to 35 Hz, 7 Hz, and 42 Hz, the sum of which is detected by the frequency detector 140. The shape according to the arrangement form of the light emitting elements corresponding to the group (that is, the shape corresponding to the letter “T”) is determined.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 형상 분석부(150)는 기저장된 복수의 형상과 상기 검출한 그룹에 의한 형상 간의 유사도를 산출하여, 유사도가 가장 높은 형상을 측정자가 연상한 형상으로 추론하는 것도 가능하다. 이때, 형상 분석부(150)는 사전에 글자(문자), 숫자, 및 기호 등의 다양한 종류의 형상을 포함하는 기준 형상과 각 기준 형상에 대응되는 발광 소자 배열부(110) 상의 발광 소자 그룹들의 정보를 매칭하여 저장해둘 수 있다.On the other hand, the shape analysis unit 150 according to an embodiment of the present invention calculates the similarity between the plurality of pre-stored shape and the shape by the detected group, inferring the shape having the highest similarity as the shape reminded by the measurer It is also possible. In this case, the shape analyzer 150 may include a reference shape including various types of shapes such as letters (letters), numbers, and symbols in advance, and a group of light emitting device groups on the light emitting device array unit 110 corresponding to each reference shape. The information can be matched and stored.
다시 도 1로 돌아가서, 결과 출력부(160)는 형상 분석부(150)가 판단한 형상에 대한 형상 정보를 출력한다. 이때, 결과 출력부(160)는 사용자(예를 들어, 피측정자)가 육안 또는 청취로 판별 가능하도록 식별 가능한 표시 정보로 출력하거나, 기설정된 관련 기기로 해당 정보를 전달할 수 있다.1 again, the result output unit 160 outputs shape information about the shape determined by the shape analyzer 150. At this time, the result output unit 160 may output as display information that can be identified by the user (for example, the subject) by the naked eye or by listening, or may transmit the corresponding information to a predetermined related device.
예를 들어, 발광 소자 배열부(110) 상의 전체 발광 다이오드가 설정된 주파수로 깜박이는 상태에서 피측정자의 뇌파 신호를 이용하여 형상의 추론이 완료되면, 결과 출력부(160)는 발광 소자 배열부(110) 상에 피측정자가 연상한 형상을 출력할 수 있다.For example, when the inference of the shape is completed by using the EEG signal of the subject in the state in which all the light emitting diodes on the light emitting element array 110 are blinking at the set frequency, the result output unit 160 is configured as the light emitting element array unit ( The shape measured by the subject on the 110 may be output.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 두뇌 기계 인터페이스 장치(100)는, TV를 비롯한 가전 제품의 리모콘에 탑재된 형태일 수 있으며, 사용자가 의도한 문자, 숫자 및 기호 등을 연상한 상태에서 리모콘에 탑재된 소형의 발광 소자 배열부를 응시할 경우, 사용자의 뇌파 분석을 통해서 기설정된 동작을 수행할 수 있다 예를 들어, 소형의 발광 소자 배열부(110)를 탑재한 리모콘을 응시한 상태에서 사용자가 ‘K’, ‘B’, ‘S’라는 문자를 순차적으로 연상하면, 두뇌 기계 인터페이스 장치(100)는 뇌파 분석을 통해 “KBS”라는 문자를 추론하여 확인할 수 있다. 이때, 결과 출력부(160)는, 상기 확인된 “KBS”라는 문자 정보에 따른 TV 채널이 자동으로 선택되도록, 해당 정보를 기설정된 관련 기기(즉, TV의 수신 장치)로 전송할 수 있다.In addition, the brain mechanical interface device 100 according to an embodiment of the present invention, may be a form mounted on the remote control of home appliances, including a TV, the remote control in the state reminiscent of letters, numbers and symbols intended by the user When staring at the small light emitting device array mounted on the screen, the user may perform a predetermined operation by analyzing the EEG of the user. For example, when the user stares at the remote controller equipped with the small light emitting device array 110, the user Reminiscent of the letters 'K', 'B', and 'S' sequentially, the brain machine interface device 100 may infer and confirm the letter “KBS” through brain wave analysis. In this case, the result output unit 160 may transmit the corresponding information to a predetermined related device (ie, a TV receiving device) so that the TV channel according to the checked “KBS” text information is automatically selected.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 두뇌 기계 인터페이스 장치(100)는, 스마트폰 등의 특정 기기에 탑재 가능하여, 다양한 문자(또는 숫자, 기호 등)를 사용자가 연상하는 것만으로 관련된 임의의 기계 또는 소프트웨어로 해당 연상 문자(또는 숫자, 기호 등)를 전달하는 것도 가능하다.In addition, the brain machine interface device 100 according to an embodiment of the present invention can be mounted on a specific device such as a smartphone, and any machine related to the user simply by associating various characters (or numbers, symbols, etc.). Alternatively, the software may pass the associative letters (or numbers, symbols, etc.) into the software.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 두뇌 기계 인터페이스 장치(100)는 피측정자가 발광 소자 배열부(110)를 주시한 상태에서 안구를 움직이지 않고도(covertly) 의도에 따른 연상을 수행할 수 있도록 하고, 이에 따른 형상을 추론하여 결과를 출력할 수 있도록 할 수 있다.On the other hand, the brain machine interface device 100 according to an embodiment of the present invention so that the subject can perform associative according to the intention without covering the eyeball in the state of gazing at the light emitting element array unit 110. In addition, the shape can be inferred so that the result can be output.
구체적으로, 도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 두뇌 기계 인터페이스 장치(100)는 시각 측정부(170) 및 발광 소자 활성화부(180)를 더 포함할 수 있다.Specifically, as shown in FIG. 1, the brain machine interface device 100 according to an embodiment of the present invention may further include a visual measuring unit 170 and a light emitting device activator 180.
시각 측정부(170)는 발광 소자 배열부로부터 기설정된 거리만큼 이격된 거리에서 피측정자의 발광 소자 배열부(110)를 향한 초점 유지 시 최대 시각(visual angle) 및 유효 시각을 측정한다. 참고로, 최대 시각은 피측정자가 눈동자의 움직임없이 최대로 볼 수 있는 시야각으로 설정될 수 있으며, 유효 시각은 최대 시각 내에서 피측정자가 비교적 정확하게(즉, 유효하게) 정보를 확인할 수 있는 시야각으로 설정될 수 있다.The visual measurement unit 170 measures a maximum visual angle and an effective time when the focus is maintained toward the light emitting element array 110 of the subject at a distance spaced from the light emitting element array by a predetermined distance. For reference, the maximum time may be set to a viewing angle at which the subject can see the maximum without eye movement, and the effective time is a viewing angle at which the subject can check the information relatively accurately (ie, validly) within the maximum time. Can be set.
예를 들어, 본 발명의 일 실시예에서 두뇌 기계 인터페이스 장치(100)는 발광 소자 배열부(110)의 전면 일부 영역에 피측정자의 시야를 측정하기 위한 별도의 부재(미도시)를 더 포함할 수 있으며, 시각 측정부(170)는 상기 시야 측정을 위한 부재로부터 시야 측정 값을 수신하여 최대 시각 및 유효 시각을 산출할 수 있다.For example, in one embodiment of the present invention, the brain machine interface device 100 may further include a separate member (not shown) for measuring the field of view of the subject on a portion of the front surface of the light emitting device array unit 110. The time measurement unit 170 may calculate a maximum time and an effective time by receiving a field measurement value from the member for measuring the field of view.
발광 소자 활성화부(180)는 상기 측정한 최대 시각 및 유효 시각 중 적어도 하나에 기초하여 발광 소자 배열부(110) 상의 복수의 발광 소자 중 활성화시킬 발광 소자들을 선택한다.The light emitting device activator 180 selects light emitting devices to be activated from among a plurality of light emitting devices on the light emitting device array 110 based on at least one of the measured maximum time and effective time.
구체적으로, 발광 소자 활성화부(180)는 피측정자의 초점을 기준으로 상기 측정한 최대 시각 내 위치에 배치된 발광 소자들의 범위를 선택하고, 선택한 범위 내의 발광 소자들만을 활성화시키도록 한다.In detail, the light emitting element activator 180 selects a range of light emitting elements disposed at the position within the maximum time measured based on the focus of the subject, and activates only light emitting elements within the selected range.
이때, 발광 소자 제어부(120)는 발광 소자 활성화부(180)를 통해 선택된 발광 소자들을 제어하여, 앞서 설명한 바와 같이 복수의 그룹으로 분할하고 그룹 별로 상이한 주파수로 깜박이도록 제어할 수 있다.In this case, the light emitting device controller 120 may control the light emitting devices selected through the light emitting device activator 180 to be divided into a plurality of groups and to blink at different frequencies for each group as described above.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 두뇌 기계 인터페이스 장치(100)는 발광 소자 배열부(110) 자체를 구현할 수도 있다. 구체적으로, 두뇌 기계 인터페이스 장치(100)는 사전의 실험 등을 통해 발광 소자 배열부(110)로부터 기설정된 거리 내에서 피측정자의 시각이 고정되도록 하는 발광 소자 배열부(110)의 물리적인 크기 및 발광 소자간 간격 등을 설정할 수 있다.On the other hand, the brain machine interface device 100 according to another embodiment of the present invention may implement the light emitting device arrangement 110 itself. In detail, the brain machine interface device 100 may include a physical size of the light emitting device array unit 110 such that the vision of the subject is fixed within a predetermined distance from the light emitting device array unit 110 through a preliminary experiment. The interval between the light emitting elements can be set.
이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 두뇌와 기계간 인터페이스 방법을 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, the brain and machine interface method according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 4.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 두뇌 기계 인터페이스 방법을 설명하기 위한 순서도이다.4 is a flowchart illustrating a brain machine interface method according to an embodiment of the present invention.
먼저, 일정 간격으로 배열된 복수의 발광 소자를 복수의 그룹으로 구분한다(S410).First, a plurality of light emitting elements arranged at regular intervals are divided into a plurality of groups (S410).
이때, 복수의 발광 소자를 기설정된 복수의 배열 위치 범위 별로 나누어 복수의 그룹으로 구분할 수 있다. 예를 들어, 복수의 발광 소자는 각 행 및 열이 교차하는 위치마다 둘 이상의 발광 소자가 배치된 행렬 형태로 배열될 수 있으며, 행 및 열을 각각 하나의 그룹으로 설정할 수 있다.In this case, the plurality of light emitting devices may be divided into a plurality of groups by dividing the plurality of preset array position ranges. For example, the plurality of light emitting devices may be arranged in a matrix form in which two or more light emitting devices are arranged at positions where each row and column intersect, and each of the rows and columns may be set as a group.
그런 다음, 각 그룹 별로 상이한 주파수를 설정하여 그룹 내 발광 소자가 설정된 주파수로 깜박이도록 제어한다(S420).Then, a different frequency is set for each group to control the light emitting device in the group to blink at the set frequency (S420).
이때, 앞서 설명한 바와 같이, 발광 소자 행렬 상에서 각 행과 열의 교차 지점에 위치한 둘 이상의 발광 소자들은 각각 상이한 그룹의 주파수를 적용하여 깜박이도록 제어한다. 참고로, 각각 인접한 위치의 행 별 또는 열 별 간에 주파수의 대역폭을 기설정된 임계값 이상 차이가 나도록 설정할 수 있다. 또한, 어느 하나의 행 및 열의 조합에 따른 주파수 합이 다른 행 및 열의 조합에 따른 주파수합과 상이하도록 설정할 수 있다. In this case, as described above, two or more light emitting devices positioned at the intersection of each row and column on the light emitting device matrix are controlled to flash by applying different groups of frequencies. For reference, the bandwidth of the frequency between each row or column of adjacent positions may be set to differ by more than a predetermined threshold value. In addition, the sum of frequencies according to any combination of rows and columns may be set to be different from the sum of frequencies according to combinations of other rows and columns.
그런 후, 복수의 발광 소자들이 각각 깜박이는 상태에서, 발광 소자를 주시하는 피측정자의 뇌파 신호를 측정한다(S430).Thereafter, in a state in which the plurality of light emitting elements are blinking, the EEG signal of the subject looking at the light emitting element is measured (S430).
이때, 피측정자는 복수의 발광 소자를 주시하며 임의의 특정 문자나 숫자 혹은 기호를 생각 속에 의도하고, 이에 따른 후두엽으로부터 유도되는 정상상태 시각유발 전위(SSVEP)를 측정할 수 있다.At this time, the subject looks at the plurality of light emitting devices and intends any specific letters, numbers, or symbols in the mind, and thus measures the steady state visual induced potential (SSVEP) derived from the occipital lobe.
그런 후, 측정한 뇌파 신호로부터 적어도 하나의 주파수 혹은 관련 주파수의 조합 주파수를 검출한다(S440). 이 주파수는 피측정자가 의도한 기호의 기하학 구조(geometry) 혹은 형상에 의해서, 해당 발광 소자 그룹의 깜박이는 주파수와 연관된다.Then, at least one frequency or a combination frequency of related frequencies is detected from the measured EEG signal (S440). This frequency is related to the blinking frequency of the group of light emitting elements by the geometry or shape of the symbol intended by the subject.
구체적으로, 상기 단계 (S420) 이후 깜박이는 발광 소자들을 피측정자가 주시한 상태에서 피측정자가 특정 형상을 의도 연상할 경우, 피측정자의 뇌파 신호에는 상기 특정 형상에 대응되는 위치 상의 발광 소자들의 주파수와 동일한 주파수가 검출된다.Specifically, when the subject intentionally associates a specific shape with the subject watching the flashing light emitting elements after the step S420, the EEG signal of the subject is included in the frequency of the light emitting elements on the position corresponding to the specific shape. The same frequency as is detected.
다음으로, 검출된 주파수에 대응하는 발광 소자의 그룹을 검출한다(S450).Next, a group of light emitting devices corresponding to the detected frequency is detected (S450).
즉, 상기 복수의 그룹 중 피측정자의 뇌파 신호로부터 검출한 주파수와 대응하는 주파수로 설정된 그룹을 검출한다.That is, a group set to a frequency corresponding to the frequency detected from the EEG signal of the subject is detected from among the plurality of groups.
그런 후, 검출한 그룹의 발광 소자의 배열 형태에 의한 형상에 기초하여 피측정자가 연상한 형상을 추론한다(S460).Thereafter, the shape of the object to be measured is inferred based on the shape by the arrangement of the light emitting elements of the detected group (S460).
이때, 둘 이상의 그룹이 검출될 경우, 검출된 그룹 별 발광 소자의 배열 형태에 의한 형상을 조합하여 피측정자가 연상한 형상을 추론할 수 있다. 또한, 기저장된 복수의 형상과 상기 검출한 그룹에 의한 형상 간의 유사도를 산출하고, 유사도가 가장 높은 형상을 상기 피측정자가 연상한 형상으로 추론하는 것도 가능하다.In this case, when two or more groups are detected, the shape of the object to be measured may be inferred by combining the shapes of the detected groups of light emitting elements. In addition, it is also possible to calculate the similarity between the plurality of pre-stored shapes and shapes by the detected group, and infer the shape having the highest similarity as the shape reminiscent of the subject.
그런 다음, 상기 추론한 형상을 식별 가능한 표시 정보로 한다(S470).Then, the inferred shape is identified as display information (S470).
이때, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 단계 (S470)에서는 기설정된 관련 기기로 상기 추론된 형상의 정보를 전송하는 것도 가능하다.At this time, in an embodiment of the present invention, in step S470, it is also possible to transmit the information of the inferred shape to a predetermined related device.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 두뇌 기계 인터페이스 방법에서는, 상기 단계 (S410) 이전에, 발광 소자들로부터 기설정된 거리만큼 이격된 거리에서 피측정자의 발광 소자를 향한 초점 유지 시 최대 시각(visual angle) 및 유효 시각을 측정하고, 측정한 최대 시각 및 유효 시각에 기초하여 복수의 발광 소자 중 활성화시킬 발광 소자들을 선택하는 단계를 먼저 수행할 수 있다. 즉, 상기 (S410) 단계에서는 상기 선택된 발광 소자들을 복수의 그룹으로 구분하고, 그 이후의 단계들을 수행할 수 있다.On the other hand, in the brain mechanical interface method according to an embodiment of the present invention, prior to the step (S410), the maximum time when the focus is maintained toward the light emitting element of the subject at a distance separated by a predetermined distance from the light emitting elements (visual) angle) and effective time, and selecting light emitting devices to be activated from among the plurality of light emitting devices based on the measured maximum time and effective time. That is, in step S410, the selected light emitting devices may be divided into a plurality of groups, and subsequent steps may be performed.
이에 따라, 피측정자는 안구를 움직이지 않고 시선을 고정한 상태에서 다양한 형상을 연속적으로 연상할 수 있으며, 피측정자의 연상에 따른 형상들을 정확하게 추론하여 제공할 수 있는 효과가 있다.Accordingly, the subject can continuously associate various shapes in a state where the eye is fixed without moving the eyeball, and can accurately infer and provide shapes according to the association of the subject.
본 발명의 일 실시예는 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 통신 매체는 전형적으로 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈, 또는 반송파와 같은 변조된 데이터 신호의 기타 데이터, 또는 기타 전송 메커니즘을 포함하며, 임의의 정보 전달 매체를 포함한다.An embodiment of the present invention may also be implemented in the form of a recording medium including instructions executable by a computer, such as a program module executed by the computer. Computer readable media can be any available media that can be accessed by a computer and includes both volatile and nonvolatile media, removable and non-removable media. In addition, computer readable media may include both computer storage media and communication media. Computer storage media includes both volatile and nonvolatile, removable and non-removable media implemented in any method or technology for storage of information such as computer readable instructions, data structures, program modules or other data. Communication media typically includes computer readable instructions, data structures, program modules, or other data in a modulated data signal such as a carrier wave, or other transmission mechanism, and includes any information delivery media.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The foregoing description of the present invention is intended for illustration, and it will be understood by those skilled in the art that the present invention may be easily modified in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. . Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may be implemented in a combined form.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is shown by the following claims rather than the above description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention. do.

Claims (20)

  1. 두뇌와 기계 간 인터페이스를 처리하는 장치에 있어서,In the device for processing the interface between the brain and the machine,
    복수의 발광 소자가 서로 이격되어 배열된 발광 소자 배열부;A light emitting device arrangement unit in which a plurality of light emitting devices are arranged to be spaced apart from each other;
    상기 복수의 발광 소자를 복수의 그룹으로 구분하고, 상기 복수의 발광 소자를 상기 그룹 별로 상이한 주파수로 깜박이도록 제어하는 발광 소자 제어부;A light emitting device controller for dividing the plurality of light emitting devices into a plurality of groups, and controlling the plurality of light emitting devices to blink at different frequencies for each of the groups;
    상기 발광 소자를 주시하는 피측정자의 뇌파 신호를 측정하는 뇌파 측정부;An EEG measuring unit for measuring an EEG signal of a subject looking at the light emitting device;
    상기 측정한 뇌파 신호로부터 적어도 하나의 주파수를 검출하는 주파수 검출부;A frequency detector detecting at least one frequency from the measured brain wave signal;
    상기 복수의 그룹 중 상기 검출한 적어도 하나의 주파수와 대응하는 주파수로 설정된 그룹을 검출하고, 상기 검출한 그룹의 발광 소자의 배열 형태에 의한 형상에 기초하여 상기 피측정자가 연상한 형상을 추론하는 형상 분석부; 및A shape that detects a group set to a frequency corresponding to the detected at least one frequency among the plurality of groups, and infers a shape reminiscent of the subject by the shape based on the shape of an array of light emitting elements of the detected group An analysis unit; And
    상기 형상 분석부가 추론한 형상의 정보를 출력하는 결과 출력부를 포함하는 두뇌 기계 인터페이스 장치.And a result output unit configured to output information of the shape inferred by the shape analyzer.
  2. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 발광 소자 제어부는,The light emitting device control unit,
    상기 복수의 발광 소자를 기설정된 복수의 배열 위치 범위 별로 나누어 상기 복수의 그룹으로 구분하는 두뇌 기계 인터페이스 장치.A brain machine interface device for dividing the plurality of light emitting elements into a plurality of groups by dividing the plurality of light emitting elements into a plurality of preset array position ranges.
  3. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 복수의 발광 소자는 각 행 및 열이 교차하는 위치마다 둘 이상의 발광 소자가 배치된 행렬 형태로 배열되되,The plurality of light emitting devices are arranged in a matrix form in which two or more light emitting devices are arranged at positions where each row and column cross each other.
    상기 발광 소자 제어부는,The light emitting device control unit,
    상기 행 및 열을 각각 하나의 그룹으로 설정하고, 상기 교차하는 위치에 배치된 둘 이상의 발광 소자를 각각 상이한 그룹의 주파수로 깜박이도록 제어하는 두뇌 기계 인터페이스 장치.And setting the rows and columns into one group each, and controlling two or more light emitting elements disposed at the crossing positions to flash at different groups of frequencies, respectively.
  4. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein
    상기 발광 소자 제어부는,The light emitting device control unit,
    각각 인접한 위치의 행 별 또는 열 별 간에 주파수의 대역폭을 기설정된 임계 값 이상 차이가 나도록 설정하고,Sets the bandwidth of the frequency between the row or column of each adjacent position by more than a preset threshold value,
    상기 행 및 열의 주파수를 둘 이상 조합할 경우의 주파수의 합이 다른 조합에 따른 주파수의 합과 상이하도록 설정하는 두뇌 기계 인터페이스 장치.And a sum of frequencies when the two or more frequencies of the row and the column are combined to be different from the sum of the frequencies according to other combinations.
  5. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 발광 소자 배열부로부터 기설정된 거리만큼 이격된 거리에서 상기 피측정자의 상기 발광 소자 배열부를 향한 초점 유지 시 최대 시각(visual angle) 및 유효 시각을 측정하는 시각 측정부; 및A time measuring unit configured to measure a maximum visual angle and an effective time at the time of maintaining focus toward the light emitting device array of the subject at a distance spaced from the light emitting device array by a predetermined distance; And
    상기 측정한 최대 시각 및 유효 시각에 기초하여 상기 복수의 발광 소자 중 활성화시킬 발광 소자들을 선택하는 발광 소자 활성화부를 더 포함하되,Further comprising a light emitting device activation unit for selecting a light emitting device to be activated from the plurality of light emitting devices based on the measured maximum time and effective time,
    상기 발광 소자 제어부는,The light emitting device control unit,
    상기 발광 소자 활성화부를 통해 선택된 발광 소자들을 제어하는 것인 두뇌 기계 인터페이스 장치.Brain machine interface device for controlling the selected light emitting device through the light emitting device activation.
  6. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 형상 분석부는,The shape analysis unit,
    둘 이상의 상기 검출한 그룹 별 발광 소자의 배열 형태에 의한 형상을 조합하여 상기 피측정자가 연상한 형상을 추론하는 두뇌 기계 인터페이스 장치.A brain machine interface device for inferring a shape reminiscent of the subject by combining shapes of two or more detected groups of light emitting elements.
  7. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 형상 분석부는,The shape analysis unit,
    기저장된 복수의 형상과 상기 검출한 그룹에 의한 형상 간의 유사도를 산출하여, 상기 유사도가 가장 높은 형상을 상기 피측정자가 연상한 형상으로 추론하는 두뇌 기계 인터페이스 장치.And a similarity between a plurality of previously stored shapes and shapes by the detected group, and inferring the shape having the highest similarity into a shape reminiscent of the subject.
  8. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 뇌파 측정부는,The brain wave measuring unit,
    정상상태 시각유발 전위(Steady State Visual Evoked Potential, SSVEP)를 측정하는 두뇌 기계 인터페이스 장치.Brain machine interface device for measuring Steady State Visual Evoked Potential (SSVEP).
  9. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 발광 소자는 적색, 녹색 및 백색 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED) 중 적어도 하나인 것인 두뇌 기계 인터페이스 장치.And the light emitting element is at least one of a red, green and white light emitting diode (LED).
  10. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 결과 출력부는,The result output unit,
    상기 추론한 형상을 식별 가능한 글자, 숫자, 및 기호 중 적어도 하나를 포함하는 표시 정보로 출력하거나,Output the inferred shape as display information including at least one of identifiable letters, numbers, and symbols;
    기설정된 관련 기기로 상기 형상의 정보를 출력하는 두뇌 기계 인터페이스 장치.Brain machine interface device for outputting the information of the shape to a predetermined associated device.
  11. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 주파수 검출부는,The frequency detector,
    상기 뇌파 신호로부터 둘 이상의 주파수 및 상기 둘 이상의 주파수들의 조합 주파수를 검출하는 두뇌 기계 인터페이스 장치.And a brain machine interface device for detecting at least two frequencies and a combined frequency of the at least two frequencies from the brain wave signal.
  12. 복수의 발광 소자가 배열된 발광 소자 배열 부재를 포함하는 두뇌 기계 인터페이스 장치를 통한 두뇌 기계 인터페이스 방법에 있어서,A brain machine interface method using a brain machine interface device comprising a light emitting element array member in which a plurality of light emitting elements are arranged,
    (a) 상기 복수의 발광 소자를 복수의 그룹으로 구분하여, 상기 그룹 별로 상이한 주파수로 상기 발광 소자가 깜박이도록 제어하는 단계;(a) dividing the plurality of light emitting devices into a plurality of groups and controlling the light emitting devices to blink at different frequencies for each of the groups;
    (b) 상기 발광 소자를 주시하는 피측정자의 뇌파 신호를 측정하는 단계;(b) measuring an EEG signal of a subject looking at the light emitting device;
    (c) 상기 측정한 뇌파 신호로부터 적어도 하나의 주파수를 검출하는 단계;(c) detecting at least one frequency from the measured EEG signal;
    (d) 상기 복수의 그룹 중 상기 검출한 주파수와 대응하는 주파수로 설정된 그룹을 검출하는 단계;(d) detecting a group set to a frequency corresponding to the detected frequency among the plurality of groups;
    (e) 상기 검출한 그룹의 발광 소자의 배열 형태에 의한 형상에 기초하여 상기 피측정자가 연상한 형상을 추론하는 단계; 및(e) inferring a shape reminiscent of the subject by the shape based on the shape of the array of light emitting elements of the detected group; And
    (f) 상기 추론한 형상의 정보를 출력하는 단계를 포함하는 두뇌 기계 인터페이스 방법.and (f) outputting the inferred shape information.
  13. 제 12 항에 있어서,The method of claim 12,
    상기 (a) 단계는,In step (a),
    상기 복수의 발광 소자를 기설정된 복수의 배열 위치 범위 별로 나누어 상기 복수의 그룹으로 구분하는 두뇌 기계 인터페이스 방법.The brain machine interface method of dividing the plurality of light emitting elements by a plurality of preset array position ranges into the plurality of groups.
  14. 제 12 항에 있어서,The method of claim 12,
    상기 복수의 발광 소자는 각 행 및 열이 교차하는 위치마다 둘 이상의 발광 소자가 배치된 행렬 형태로 배열되되,The plurality of light emitting devices are arranged in a matrix form in which two or more light emitting devices are arranged at positions where each row and column cross each other.
    상기 (a) 단계는,In step (a),
    상기 행 및 열을 각각 하나의 그룹으로 설정하여, 상기 교차하는 위치에 배치된 둘 이상의 발광 소자를 각각 상이한 그룹의 주파수로 깜박이도록 제어하는 두뇌 기계 인터페이스 방법.And setting the rows and columns into one group each so as to control two or more light emitting elements disposed at the crossing positions to flash at different groups of frequencies.
  15. 제 14 항에 있어서,The method of claim 14,
    상기 (a) 단계는,In step (a),
    각각 인접한 위치의 행 별 또는 열 별 간에 주파수의 대역폭을 기설정된 임계 값 이상 차이가 나도록 설정하고, 상기 행 및 열의 주파수를 둘 이상 조합할 경우의 주파수의 합이 다른 조합에 따른 주파수의 합과 상이하도록 설정하는 두뇌 기계 인터페이스 방법.When the bandwidths of frequencies are set to differ by more than a predetermined threshold value between rows or columns of adjacent positions, and the combination of two or more frequencies of the rows and columns is different, the sum of frequencies differs from the sum of frequencies according to different combinations. How to set the brain mechanical interface.
  16. 제 12 항에 있어서,The method of claim 12,
    상기 (a) 단계 이전에,Before step (a) above,
    상기 발광 소자 배열부로부터 기설정된 거리만큼 이격된 거리에서 상기 피측정자의 상기 발광 소자 배열부를 향한 초점 유지 시 최대 시각(visual angle) 및 유효 시각을 측정하는 단계; 및Measuring a maximum visual angle and an effective time at the time of maintaining the focus toward the light emitting element array of the subject at a distance spaced from the light emitting element array by a predetermined distance; And
    상기 측정한 최대 시각 및 유효 시각에 기초하여 상기 복수의 발광 소자 중 활성화시킬 발광 소자들을 선택하는 단계를 더 포함하되,Selecting the light emitting devices to be activated from among the plurality of light emitting devices based on the measured maximum time and effective time;
    상기 (a) 단계는,In step (a),
    상기 선택한 발광 소자들을 복수의 그룹으로 구분하는 두뇌 기계 인터페이스 방법.A brain machine interface method for dividing the selected light emitting devices into a plurality of groups.
  17. 제 12 항에 있어서,The method of claim 12,
    상기 (e) 단계는,In step (e),
    둘 이상의 상기 검출한 그룹 별 발광 소자의 배열 형태에 의한 형상을 조합하여 상기 피측정자가 연상한 형상을 추론하는 두뇌 기계 인터페이스 방법.A brain machine interface method for inferring a shape reminiscent of the subject by combining shapes of two or more detected groups of light emitting elements.
  18. 제 12 항에 있어서,The method of claim 12,
    상기 (e) 단계는,In step (e),
    기저장된 복수의 형상과 상기 검출한 그룹에 의한 형상 간의 유사도를 산출하는 단계; 및Calculating a similarity between a plurality of previously stored shapes and shapes by the detected group; And
    상기 유사도가 가장 높은 형상을 상기 피측정자가 연상한 형상으로 추론하는 단계를 포함하는 두뇌 기계 인터페이스 방법.Inferring the shape having the highest similarity into a shape reminiscent of the subject.
  19. 제 12 항에 있어서,The method of claim 12,
    상기 (f) 단계는,Step (f),
    상기 추론한 형상의 정보를 식별 가능한 글자, 숫자, 및 기호 중 적어도 하나를 포함하는 표시 정보로 출력하거나, 기설정된 관련 기기로 상기 추론한 형상의 정보를 출력하는 두뇌 기계 인터페이스 방법.And outputting the inferred shape information as display information including at least one of identifiable letters, numbers, and symbols, or outputting the inferred shape information to a predetermined related device.
  20. 제 12 항에 있어서,The method of claim 12,
    상기 (c) 단계는,In step (c),
    상기 뇌파 신호로부터 둘 이상의 주파수 및 상기 둘 이상의 주파수들의 조합 주파수를 검출하는 두뇌 기계 인터페이스 방법.And a brain machine interface method for detecting at least two frequencies and a combined frequency of the at least two frequencies from the EEG signal.
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