KR101824478B1 - 움직임 감지를 이용한 학습집중시간 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 움직임 감지를 이용한 학습시간 측정장치는 학습자의 사생활 침해우려가 없고, 머리 등 신체에 착용함으로써 발생하는 학습자의 심리적인 불편함이나 반발감 없이, 학습자의 움직임으로부터 학습에 집중한 시간을 측정하는 방법을 제공하는 것으로, 학습자의 좌측, 우측을 지향하도록 배치되어 초음파 또는 적외선 신호를 발생하고 수신하는 센서부; 센서부를 순차적으로 제어하여 학습자 또는 물체에서 반사된 신호를 수집하고, 수집된 신호에서 학습자 또는 물체의 움직임에 따라 다르게 형성되는 패턴을 찾아 미리 설정된 문턱 값을 기준으로 졸음, 학습, 주의산만, 이탈 등의 움직임을 구별하고, 구별된 상태를 종합하여 판단하고, 판단된 학습태도를 저장하는 신호처리부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하여, 학습자의 움직임으로부터 학습에 집중된 시간을 산출하여 제공함으로써, 학업 성취가 낮은 이유가 학습에 집중한 시간이 적어서임을 인식시킴으로써 스스로 학습 태도를 개선하여 실제의 학습시간을 높이기 위한 것으로, 집중력 있는 학습 태도가 어려서부터 습관화되면 학업 성취는 물론 자기주도학습으로 연결이 되고, 학습 시간을 늘리는 과정에서 참을성과 인내력이 향상되어 사회 적응성도 향상될 수 있다.

Description

움직임 감지를 이용한 학습집중시간 측정장치 {Intensive learning time measurement device using motion detection}

본 발명은 책상에서의 학습자의 움직임을 분석하여 학습에 집중된 상태인지를 판단하는 학습집중시간 측정 장치에 관한 것이다.

학습태도는 학업 성취의 중요한 요소로 학업성취가 우수한 학습자는 책상에 앉아 학습하는 동안 바른 자세로 작은 움직임만 갖고 지속적으로 학습자세를 유지하여 거의 모든 시간이 학습에 집중한 시간인데 반하여, 학업성취가 낮은 학습자는 학습하는 동안 움직임이 많고 학습자세의 유지가 짧으며, 심지어 책상에서 이탈하는 등 집중된 학습 시간이 실질적으로 짧은 학습태도를 보인다.

특히 문제가 되는 부분은 학업성취가 낮은 학업성취가 낮은 학습자가 학습에 집중한 시간보다 책상에 않아 있었던 총 시간을 학업 시간으로 판단하여 본인의 지적 능력이나 재능이 부족하여 학업 성취가 낮다고 생각하는 것이다.

따라서 학습자에게 학습에 집중한 시간을 인식시켜 학습 성취가 낮은 원인이 본인의 지적 능력이나 재능의 부족이 아니라 학습태도에 기인한다는 정보를 제공함으로써 학습자의 의식을 개선하여 학습태도를 개선하는 것이 중요하며, 학습태도를 개선하는 과정에서 인내력과 자제력을 배양할 수 있다.

이러한 필요성에 의하여 집중력 향상이나 학습시간 측정에 대해 발명이 제시되었다.

공개특허 10-2015-0025661은 뇌파를 이용하여 졸음 정도 및 집중 정도를 판단하는 방법으로 4채널 뇌파 분석기를 이용하는 것으로, 머리에 뇌파 측정을 위한 전극의 부착이 필수적이므로 학습자가 사용하는 것은 불편하여 오히려 집중력이 저하되거나 심리적인 반감을 초래할 수 있다.

공개실용 20-2006-0000077은 학습시간 확인기능을 갖춘 시계장치는 시계기능을 갖는 장치에 학습 목표시간을 설정하고, 학습 시작 및 종료 등을 설정하는 버튼 조작을 통하여 학습시간을 측정하게 하는 것으로, 학습자의 학습태도와 무관하게 학습 목표시간 달성이 가능하므로 학습에 집중한 실질적 학습시간이 측정되지 못하는 문제점이 있다.

공개특허 10-2015-0021274 인공지능을 활용한 학습시간 평가 시스템 및 그 방법은 캠코더, 녹음, 소음 등의 자료를 수집하고, 사전에 등록되는 학습시간계획, 이동경로 설정계획, 학습장소 등의 생활계획표를 인공지능으로 분석하여 학습시간을 분석하는 방법으로 학습자의 이동위치에 따라 특허장치가 이동하거나 별도로 구비되어야 하므로 가격이 높고, 영상 및 음성 정보가 활용되므로 사생활 침해 우려가 있으며, 학습자에게 감시받고 있다는 심리적 압박감을 주어 반발심을 초래할 우려가 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 학습자의 움직임을 감지하여 학습에 집중된 시간을 측정하여 제공함으로써 학습자 스스로 학습 태도를 개선하는 동기를 부여하는 데 있다.

일반적으로 움직임을 감지하는 방법으로 인체감지센서(Passive infrared sensor) 를 이용한 방법과 카메라의 영상정보에 의한 움직임을 추출하는 방법이 사용되며 거리측정 방법으로는 초음파 또는 적외선이 이용된다.

인체감지센서를 이용한 움직임 감지 방법은 적외선 영역에서 발생하는 열을 수집하여 전기적 신호로 변환하는 센서를 이용하는 것으로 인체에서 적외선으로 발생하는 열을 수집하여 변화가 발생하였으면 움직임이 있는 것으로 판단하는 것으로 주변온도가 높아 인체 온도에 가까워지면 온도변화가 작아 감지 능력이 저하되고, 작은 움직임이나 느린 움직임은 열적 변화가 작아 감지할 수 없는 문제점이 있다.

영상정보에 의한 움직임 감지 방법은 카메라를 통해 획득한 영상정보를 이전 영상과 현재 영상의 차이를 비교하여 움직임을 감지할 수 있고, 높은 해상도를 갖는 영상은 작은 움직임도 감지할 수 있으나, 영상의 기록이 불가피하므로 사생활 보호와 관련하여 보안이 필요하고, 불특정 다수에게 감시당한다는 불쾌감을 줄 수가 있으며, 제작 비용이 높은 문제점이 있다.

적외선 또는 초음파를 이용하여 물체와의 거리를 측정하는 방법은 움직임보다는 주로 차량의 전, 후방 또는 로봇의 장애물 감지와 같이 일직선상의 물체와의 거리 측정에 사용되는 것으로 정면방향으로 적외선 또는 초음파 신호를 집중하여 송출하고 물체로부터 반사되는 신호를 정면에서의 수신능력이 높은 특성이 있는 센서로 수신하여 주변의 영향을 최소화하고 정면방향의 정확도를 높이는 방법을 사용하는 것으로, 물체의 전체가 움직이지 않고 손, 팔과 같이 인체의 일부분에서 발생하는 측면의 움직임을 감지하는 것은 불가능하다.

공개특허 제10-2015-0025661 등록실용 제20-2006-0000077 공개특허 제10-2015-0021274

본 발명에 따른 움직임 감지를 이용한 학습시간 측정장치는 학습자의 사생활 침해우려가 없고, 머리 등 신체에 착용함으로써 발생하는 학습자의 심리적인 불편함이나 반발감 없이, 학습자의 움직임으로부터 학습에 집중한 시간을 측정하는 방법을 제공하는 것이다.

상세하게는 학습자의 책, 노트의 페이지를 넘기거나, 노트에 필기하는 등과 같은 작은 움직임이 간헐적으로 지속하여 발생하는 경우는 학습으로 판단하고, 졸거나 자는 경우와 같이 거의 움직임이 없거나, 주변 환경에 관심을 두는 경우와 같이 큰 움직임을 나타내는 경우를 비학습 시간으로 판단하는 것으로, 학습자의 움직임에 따라 수집된 신호를 분석하여 움직임 패턴을 검출하고 분석하여 학습자의 의도적인 조작 없이 학습집중시간을 측정하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 움직임을 이용한 학습집중시간 측정장치는 초음파 또는 적외선 신호를 발생하고 수신하는 센서부; 센서부의 동작을 제어하여 학습자 또는 물체에서 반사된 신호를 수집하고, 수집된 신호에서 학습자 또는 물체의 움직임에 따라 다르게 형성되는 패턴을 찾아 미리 설정된 문턱 값을 기준으로 졸음, 학습, 주의산만, 이탈 등의 움직임을 검출하고, 검출된 상태에 따라 학습집중 시간을 증가시키거나 초기화하여 통계처리를 하고, 표시장치를 제어하는 기능을 하는 신호처리부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 센서부는 초음파 또는 적외선 신호를 발생하는 신호발생부와 학습자 또는 물체에서 반사되는 신호를 수신하는 신호수신부로 이루어지며, 신호발생부는 학습자의 움직임을 잘 감지하기 위하여 학습자의 좌측과 우측을 지향하도록 배치하는 것을 특징으로 하며, 학습자의 상부와 하부를 지향하도록 더 분할하여 배치할 수도 있다.

상기 신호처리부는 주기적으로 센서부를 제어하여 적외선 또는 초음파 신호를 발생시키고, 학습자 또는 물체에서 반사된 신호를 수집하는 수집단계; 수집된 데이터를 분석하여 움직임 패턴을 검출하여 학습태도를 구별하는 검출단계; 검출된 움직임을 종합적으로 판단하여 학습태도를 판단하는 판단단계; 판단된 학습태도를 저장하는 저장단계;를 포함하여 이루어진다.

상기 수집단계는 학습자 또는 물체의 움직임을 효과적으로 감지하기 위하여, 구비된 신호발생부와 신호수신부를 순차적으로 동작시켜 측면의 움직임이 잘 반영된 신호를 수집하고, 동시에 동작시켜 정면의 움직임이 잘 반영된 신호를 수집하는 것을 특징으로 한다.

상기 검출단계는 수집된 신호 데이터에서 움직임의 특징이 반영된 패턴을 검출하고, 검출된 패턴을 미리 설정된 기준값에 따라 분리하여 학습태도를 구분하는 것을 특징으로 한다.

상기 판단단계는 학습자의 좌측, 정면, 우측에서 검출된 움직임 패턴을 종합하여 학습태도를 판단하여 정확도를 더 높이는 것을 특징으로 한다.

상기 저장단계는 시간정보를 이용하여 신호처리부에서 판단된 학습상태를 지속적으로 기록하고, 기록된 정보에서 학습자가 책상에 않은 시간인 학습시도시간, 학습시도시간 중 실제적 학습이 수행된 학습집중시간, 학습집중 시간 중 가장 긴 최장 학습집중시간을 일,주,월 단위의 정보를 관리하는 것을 특징으로 한다.

상기 신호처리부는 학습유지 시간 중 최장 학습유지시간, 당일의 최장 학습유지시간, 현재의 학습유지 시간 등 학습자에게 필요한 정보를 문자, 그림 또는 색상으로 구별되는 발광체를 이용하여 나타내는 표시부를 포함할 수 있다.

상기 신호처리부는 스마트폰 또는 개인 휴대단말기나 개인용 컴퓨터와 신호처리부의 통계데이터를 송신하거나 명령을 수신하는 기능을 하는 송수신부를 포함할 수 있다.

상기 신호처리부는 학습상태에 따라 경보음을 발생하거나 공기의 분사 또는 흐름을 유도하여 학습자를 각성시키는 경보부를 포함할 수 있다.

본 발명은 책상에서의 학습자의 움직임으로부터 학습에 집중된 시간을 산출하여 제공하여, 학업 성취가 낮은 이유가 실제적 학습 시간이 적어서임을 학습자에게 인식시킴으로써 스스로 학습 태도를 개선하여 실제의 학습시간을 높이기 위한 것으로 학습시간에 대해 향상이 있는 경우 합당한 보상을 할 수 있는 표시를 하여 학습자의 의욕을 고취하는 데 있으며, 집중력 있는 학습 태도가 어려서부터 습관화되면 학업 성취는 물론 자기주도학습으로 연결이 되고, 학습 시간을 늘리는 과정에서 참을성과 인내력이 향상되어 사회 적응성도 향상될 수 있다.

도 1은 본 발명의 블록도 이다.
도 2는 본 발명의 신호발생부와 신호수신부의 배치도이다.
도 3는 움직임 감지를 이용한 학습시간 측정장치의 구동방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 도 3의 흐름도에서 데이터 수집을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5는 도 4의 흐름도에서 움직임 검출 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6은 도 5의 흐름도에서 움직임 패턴 판단 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 움직임 패턴 검출방법을 설명하기 위한 예시도 이다.
도 8은 본 발명의 학습자 이탈 움직임 패턴 검출방법을 설명하기 위한 예시도 이다.
도 9은 본 발명의 학습자 접근 움직임 패턴 검출방법을 설명하기 위한 예시도 이다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명의 동작은 본 발명의 일 실시 예를 중심으로 설명하되 하기한 사항에 국한되지 않는다.

[도 1] 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 움직임을 이용한 학습시간 측정장치의 개략적인 블록도 이다.

[도 1] 을 참조하면 움직임을 이용한 학습시간 측정장치는 센서부(100), 신호처리부(200), 표시부(300), 송수신부(400), 경보부(500)를 포함한다.

상기 센서부(100)는 신호발생부(110)와 신호수신부(120)로 구성되며, 본 발명의 실시 예에 따른 신호발생부(110)는 제1신호발생부(111)와 제2신호발생부(112)를 구비하여 신호처리부(200)의 제어를 받아 초음파 또는 적외선 신호를 발생한다.

상기 신호발생부(110)는 [도 2] 와 같이 정면을 향하는 신호수신부(20)을 기준으로 좌·우 대칭이 되도록 제1신호발생부(111)와 제2신호발생부(112)를 배치하고, 배치각도 α는 1m 거리에 않은 학습자의 정면 기준 좌, 우측 30cm를 지향하는 각도로 배치하여 학습자의 손 또는 팔의 위치를 지향하는 것이 바람직하다.

신호수신부(120)는 신호처리부(200)의 제어를 받아, 학습자 또는 물체에서 반사되는 초음파 또는 적외선 신호를 수신하는 기능을 하며, 수신된 신호는 데이터 처리가 가능하도록 디지털신호이거나 아나로그 - 디지털 변환(미도시)된 신호이다.

상기 신호처리부(200)는 바람직하게는 마이크로프로세서(미도시)로 구성되며, 아나로그 - 디지탈 변환기능(미도시), 시간정보 획득을 위한 리얼타임클럭(미도시), 시간관리를 위한 타이머 기능(미도시) 및 데이터를 저장할 수 있는 메모리(미도시)를 내장하고 있는 것이 바람직하며, 마이크로프로세서에서 제공하지 않는 경우 별도로 구성할 수 있다.

상기 신호처리부(200)는 센서부(100)로 부터 신호를 수신하는 수집단계(210), 수집된 신호를 분석하여 움직임을 검출하는 검출단계(220), 검출된 움직임으로부터 학습상태를 판별하는 판단단계(230) 및 학습상태를 기록하고 분석하는 저장단계(240)로 구성된다.

상기 표시부(300)는 저장단계(240)의 데이터를 학습자에게 가시적으로 제공할 수 있는 장치로 글자 또는 그림을 표시하는 디스플레이 장치를 사용하거나 색상으로 구별되는 발광체를 사용할 수 있다.

상기 송수신부(400)는 저장단계(240)의 데이터를 개인용 휴대기기로 전송하거나 개인용 휴대기기로부터 제어신호를 수신하는 기능을 하는 것으로 블루투스로 구현되는 것이 바람직하다.

상기 경보부(500)는 학습자의 수면, 졸음 또는 이탈시 스피커를 이용하여 가청음을 발생하거나, 공기를 분사하거나, 공기를 회전시켜 학습태도에 따라 학습자를 각성시키기 기능을 한다.

[도 3] 은 본 발명의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.

단계 S100은 주기적으로 움직임을 측정하기 위한 시간으로 0.1초에서 1초 사이로 설정되는 것이 바람직하며 본 발명의 실시 예는 0.5초로 설정된다.

단계 S200은 데이터를 수집하는 단계로 학습자의 손 또는 팔의 움직임을 잘 검출할 수 있도록 구비된 신호발생부(110)를 순차적으로 동작시켜 좌측, 우측, 정면의 움직임을 순차적으로 측정하며 수집된 데이터는 되어 미리 할당된 저장영역에 순차적으로 저장한다.

[도 4] 는 데이터를 수집하는 단계 S200의 흐름도로 먼저 좌측의 움직임을 측정하기 위하여 제1 신호발생부(111)를 ON, 제2 신호발생부(112)를 OFF 시키고 (S210), 신호수신부(120)로 학습자 또는 물체에서 반사된 신호를 수신하여 (S211) 데이터를 저장 (S212) 한 후;

우측의 움직임을 측정하기 위하여 제1 신호발생부(111)를 OFF, 제2 신호발생부(112)를 ON 시키고 (S220), 신호수신부(120) 로 학습자 또는 물체에서 반사된 신호를 수신하여 (S221) 데이터를 저장 (S222) 하고;

정면의 움직임을 측정하기 위하여 제1 신호발생부(111)를 ON, 제2 신호발생부(112)를 ON 시키고 (S230), 신호수신부(120) 로 학습자 또는 물체에서 반사된 신호를 수신하여 (S231) 데이터를 저장 (S232) 한다.

단계 S300은 주기적으로 움직임을 분석하는 단계로, 분석 주기는 10초에서 60초 사이로 설정하고, 데이터를 저장하는 크기는 분석 주기의 2배로 설정하는 것이 바람직하며, 본 발명의 실시 예는 분석 주기가 10초로 설정되므로, 데이터를 저장하는 크기는 20초의 데이터를 저장하도록 설정한다.

S400은 단계 S200에서 수집된 데이터로부터 움직임에 따라 발생하는 움직임 패턴을 검출하는 과정으로 [도 5] 및 [도 6]은 이를 설명하기 위한 흐름도 이다.

S411 단계는 수집된 신호에서 움직임 패턴을 검출하는 단계로, 메모리에 저장된 데이터의 평균값을 계산한 후, 평균값보다 작은 구간의 최솟값과, 그 다음 형성되는 평균값보다 작은 구간의 최솟값 간격을 패턴 폭으로 하고, 움직임 패턴 내에서의 최댓값(Max.)과 최솟값(Min.)의 차이를 변동폭으로 한다.

변동폭 d = Max. x(i) - Min. x(j)

신호 데이터가 일정한 시간 간격으로 수집되므로 검출된 패턴 폭에 시간 간격을 곱하면 움직임이 발생한 시간으로 변환되며, 움직임 패턴의 면적을 변동폭으로 할 수도 있다.

[도 7] 은 움직임 패턴 검출의 예시도로 a와 b 사이가 하나의 움직임 패턴을 형성하며, 본 발명의 실시예는 0.5초마다 신호수집이 진행되므로 펄스의 폭이 8인 경우는 4초에 해당하는 움직임이 발생한 것이다.

[도 8] 은 본 발명의 장치로부터 학습자가 이탈하는 움직임이 발생하는 경우 수신되는 신호의 크기가 감소한 상태가 유지되어 움직임 패턴이 형성되지 않는 예시도 이다.

[도 9] 는 학습자가 접근한 경우 신호의 크기가 증가한 상태가 유지되어 움직임 패턴이 형성되지 않는 예시도 이다.

S412 단계는 [도 7] 과같이 완전한 움직임 패턴이 검출되는 경우와 움직임 패턴이 검출되지 않거나 [도 8] 및 [도 9] 와 같이 불완전한 움직임 패턴이 검출되는 경우를 구별하는 단계이다.

학습자의 수면 또는 학습자가 이탈한 이후와 같이 움직임 패턴이 검출되지 않거나, 학습자의 접근 또는 본 발명의 장치와 학습자 사이의 물체의 움직임이 발생한 경우와 같이 움직임 패턴의 일부만 형성되는 경우는 단계 413에서 움직임을 식별하고, 완전한 움직임 패턴이 검출되는 경우는 [도 6]에서 움직임을 구별한다.

S413 단계는 본 발명의 장치와 학습자 사이의 놓여있는 물체가 본 발명의 장치 방향으로 가까워지거나, 새로운 물체가 놓였거나, 학습자의 자세가 바뀐 경우와 같은 움직임을 판단하는 단계로, 이러한 움직임에는 [도 9] 와 같이 수집된 신호가 증가한 상태가 유지되어 평균값보다 신호 크기가 큰 구간만 지속 되므로 그 다음 움직임에서 학습의 지속 여부를 판단한다.

S414 단계는 본 발명의 장치와 학습자 사이의 놓여있는 물체가 본 발명의 장치 방향에서 멀어지거나, 물체가 검출영역 밖으로 이동한 하였거나, 학습자의 자세가 바뀐 경우와 같은 움직임을 판단하는 단계로, 이러한 움직임에는 [도 8] 과같이 수집된 신호가 감소한 상태가 유지되어 평균값보다 신호 크기가 작은 구간만 지속 되므로 이후의 움직임으로 학습의 지속 여부를 판단하며, 이탈을 식별하기 위하여 S415 단계에서 이탈플래그를 설정한다..

S416 단계는 학습자의 이탈을 구별하기 위한 단계로 S411 단계에서 움직임 패턴이 검출되지 않고, 이탈 플래그가 설정되어 있으면 학습자의 이탈(S480)로 판단한다.

S416 단계에서 이탈 플래그가 설정되지 않은 경우는 학습자의 움직임이 없는 경우이므로 학습자의 수면에 의해 움직임이 없는지를 판단하기 위하여 수면확인시간을 증가(S417) 시키고, 증가한 시간이 120초 이상인 경우(S418) 수면(S470)으로 판단한다.

[도 6] 은 움직임 패턴이 검출된 경우의 학습상태를 판별하기 위한 흐름도이다.

S420 단계는 노트 필기와 같이 짧은 움직임을 감지하는 단계로, 이러한 움직임은 S411 단계에서 검출한 움직임 패턴의 폭이 짧게 나타나므로 1초에서 3초 사이로 설정하는 것이 바람직하며, 본 발명의 실시 예는 2초보다 작은 움직임 패턴이 검출되는 경우 학습상태의 움직임으로 판단(S450) 한다.

S421 단계는 학습자의 큰 움직임에서 학습상태를 판단하는 과정으로 본 발명의 실시 예에 따르면 5초 이상의 움직임 패턴을 큰 움직임으로 판단한다.

큰 움직임 패턴이 검출된 경우 학습자의 큰 움직임이 1회성 움직임이었으면 학습으로 판단하고, 반복적인 움직임은 비 학습으로 판단하기 위하여 검출간격시간을 증가(S422) 시킨다.

S423 단계에서 검출 간격이 10초보다 긴 경우는 학습자의 간헐적 움직임으로 판단하여 학습으로 판단(S450)하고, 10초 이내 검출되는 반복성 큰 움직임은 주의산만과 같은 동작으로 판단하여 비학습으로 판단(S460) 한다.

S426 단계는 페이지 넘김과 같은 학습 중 발생하는 간헐적 움직임을 검출하는 단계로 미리 설정된 변동폭 보다 큰 경우는 학습상태(S450)로 판단하고 작은 경우는 호흡과 같은 움직임을 판단하는 과정으로 분당 12회 ~ 20회의 일반 성인의 호흡특성을 반영하여 일정한 주기를 갖는 움직임이 검출되는 경우 호흡시간을 증가시키고 (S427), 호흡시간이 설정된 시간보다 긴 경우(S428)는 수면 (S470) 으로 판단하고, 작은 경우는 학습시간으로 판단한다(S450).

이 단계에 사용되는 기준값은 단계 평균값의 1%에서 3% 사이로 설정하는 것이 바람직하며, 본 발명의 실시예에 따른 기준값은 신호크기의 2%이다.

움직임의 추출이 완료되면 이전 10초간 데이터는 폐기하고 현재 10초간 데이터를 이전데이터로 갱신한다.

S500 단계는 상기 S400 단계에서 추출된 움직임에서 학습시간을 추출하는 단계로, 학습시간으로 분석되면 학습집중시간(S600)를 증가시키고, 학습시간이 아닌 경우는 학습집중시간을 중지(S700) 시키고 이탈을 한 경우는(S800) 학습집중 시간을 초기화(S850) 한다.

본 발명에 따르면 동일 시간대에 학습자의 좌측, 우측 및 정면의 움직임에 따른 신호를 수집하여 분석하므로 학습자의 움직임 패턴이 3회 검출되므로, S500 단계에서 정확도를 향상하기 위하여 학습집중으로 판단되는 경우는 동일한 시간대에 2개 이상 학습 상태가 검출되는 경우 학습으로 판단하고, 그 외의 경우는 학습집중상태가 아닌 것으로 판단한다.

저장단계(240)는 시간정보를 이용하여 학습자의 학습시작부터 이탈까지 지속적으로 학습, 이탈, 수면, 비학습인 상태를 기록하고, 학습시작부터 이탈시간까지를 총 학습시도시간으로 하고, 학습으로 판단된 시간을 합하여 학습집중시간으로 관리하며, 학습집중이 유지된 시간 중 긴 시간 순서로 10개의 시간을 저장하며, 일, 주, 월 단위로 상기 데이터를 관리한다.

S900 단계는 표시장치를 갱신하는 단계로 저장단계(240)의 데이터를 표시하는 표시장치를 갱신한다.

S900 단계에 경보부(500)의 제어를 포함할 수 있다.

송수신부(400)는 개인휴대단말기와 정보를 송수신하는 기능을 하며, 저장단계(240)에서 생성한 데이터를 전송하는 기능을 한다.

경보부(500)는 수면 또는 비학습 상태가 검출되면 가청음을 발생하거나, 공기를 분사하거나, 모터를 이용하여 공기를 회전시켜 학습자를 각성시키는 기능을 한다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100 : 센서부 110 : 신호발생부
111 : 제1신호발생부 112 : 제2신호발생부
120 : 신호수신부 200 : 신호처리부
210 : 수집단계 220 : 검출단계
230 : 판별단계 240 : 저장단계
300 : 표시부 400 : 송수신부
500 : 경보부

Claims (4)

1. 초음파 신호 또는 적외선 파장을 이용하여 측정하고자 하는 영역의 좌측 및 우측으로 분할하여 지향하도록 신호발생부(110)와, 상기 신호발생부(110)에서 발생된 신호나 파장을 수신하는 신호수신부(120)로 구성되되, 상기 신호수신부(120)가 정면을 향하도록 한경우 상기 신호발생부(110)는 상기 신호수신부(120)를 기준으로 좌·우 대칭이 되도록 제1신호발생부(111)와 제2신호발생부(112)로 구성되어 상기 신호수신부(120)의 양측에 각각 배치되고, 상기 제1신호발생부(111), 제2신호발생부(112)와 상기 신호수신부(120)와의 배치각도를 α라 하고 상기 α는 학습자가 상기 신호발생부(110)와 상기 신호수신부(120)의 1m 거리에 앉는 경우 상기 학습자의 정면을 기준으로 좌, 우측 각각을 30cm로 지향하는 각도로 신호가 발생되도록 배치하여 학습자의 손 또는 팔의 위치를 지향하도록 된 센서부(100);
   상기 센서부(100)를 일정한 시간간격으로 순차적으로 제어하여 신호를 수집하되, 상기 제1신호발생부(111)와 제2신호발생부(112) 각각에 대하여 온/오프, 오프/온 또는 온/온 제어하여 상기 학습자나 물체의 움직임에 대하여 상기 제1신호발생부(111)와 제2신호발생부(112)에서 발생된 신호를 상기 신호수신부(120)로 수신하여 설정된 데이터를 수집하고, 메모리에 저장하며,
   상기 수집된 신호에 대하여 미리 설정된 주기로 상기 메모리에 저장된 데이터의 평균값을 계산한 후, 평균값보다 작은 구간의 최솟값과, 그 다음 형성되는 평균값보다 작은 구간의 최솟값 간격을 패턴 폭으로 하고, 움직임 패턴 내에서의 최댓값(Max.)과 최솟값(Min.)의 차이를 변동폭으로 하여 상기 학습자의 움직임 패턴을 검출하고,
   움직임 패턴 검출 시(S412) 미리 설정된 움직임 패턴이 검출되지 않거나 불완전한 움직임 패턴이 검출되면서 상기 평균값보다 작은 구간이 미리 설정된 시간 이상 지속되면 이탈 플래그를 설정하고, 상기 움직임 패턴이 검출되지 않은 상태에서 상기 이탈 플래그가 설정되었다면 상기 학습자의 이탈로 판단하며,
   상기 움직임 패턴이 검출되는 않고 불완전한 움직임 패턴이 검출되면서 상기 평균값보다 작은 구간이 미리 설정된 시간이상 지속되지 않으면 수면시간을 증가시키고, 증가시킨 수면시간이 미리 설정된 시간 이상이면 수면으로 판단하며,
   상기 움직임 패턴 검출 시(S412) 상기 움직임 패턴이 1초에서 3초사이로 검출되는 경우 학습상태의 움직임으로 판단하고(S450),
   상기 움직임 패턴 검출 시(S412) 상기 움직임 패턴이 5초 이상이면서(S421) 1회 검출되었다면 학습상태의 움직임 판단하되, 검출간격 시간을 증가시켜 검출간격이 10초보다 긴 경우에는 학습으로 판단하고(S450), 10초 이내이라면 비학습으로 판단하며(S460),
   상기 움직임 패턴 검출 시(S412) 상기 움직임 패턴이 5초 이상이 아니면서(S421) 미리 설정된 변동폭보다 큰 경우는 학습상태(S450)로 판단하고, 작은 경우는 호흡과 같은 움직임을 판단하는 과정으로 분당 12회 ~ 20회의 일반 성인의 호흡특성을 반영하여 일정한 주기를 갖는 움직임이 검출되는 경우 호흡시간을 증가시키며(S427), 상기 호흡시간이 설정된 시간보다 긴 경우(S428)는 수면(S470)으로 판단하고, 작은 경우는 학습시간으로 판단(S450)하며, 판단된 학습상태를 시간정보를 이용하여 저장하는 신호처리부(200);
   상기 신호처리부(200)에서 저장된 데이터를 글자 또는 그림을 표시하는 디스플레이 장치 또는 색상으로 구별되는 발광체를 구비하여 시각적으로 학습상태를 나타내는 표시장치(300);
   상기 신호처리부(200)에서 저장된 데이터를 개인용 휴대기기 또는 개인용 컴퓨터에 전송하는 송수신장치(400); 및
   상기 신호처리부(200)에서 졸음, 수면 또는 이탈과 같은 비학습 상태가 판단되는 경우 가청경보음을 송출하거나, 공기의 분사 또는 모터의 회전으로 공기의 흐름을 유도하여 학습자를 각성시키는 경보장치(500);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 학습시간 측정장치.
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