KR102456590B1 - 전기장 센서의 신호로부터 동작 신호 검출 방법 및 동작 인식을 위한 신호 생성 방법 - Google Patents

전기장 센서의 신호로부터 동작 신호 검출 방법 및 동작 인식을 위한 신호 생성 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 전기장 센서의 신호로부터 동작 신호 검출 방법 및 동작 인식을 위한 신호 생성 방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 복수 개의 전기장 센서들로부터 실시간으로 수신되는 전압 신호에서 손 동작이 이루어진 구간에 해당하는 전압 신호만을 추출할 수 있으며, 추출된 전압 신호들 간의 차분 신호를 이용하여 동작 인식에 필요한 유의미한 신호를 획득할 수 있는 전기장 센서의 신호로부터 동작 신호 검출 방법 및 동작 인식을 위한 신호 생성 방법 에 관한 것이다.

Description

전기장 센서의 신호로부터 동작 신호 검출 방법 및 동작 인식을 위한 신호 생성 방법{Motion signal detection method from eletric field sensor signal and signal generation method for motion recognition}
본 발명의 전기장 센서의 신호로부터 동작 신호 검출 방법 및 동작 인식을 위한 신호 생성 방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 복수 개의 전기장 센서들로부터 실시간으로 수신되는 전압 신호에서 손 동작이 이루어진 구간에 해당하는 전압 신호만을 추출할 수 있으며, 추출된 전압 신호와 차분 신호를 이용하여 동작 인식에 필요한 유의미한 신호를 획득할 수 있는 전기장 센서의 신호로부터 동작 신호 검출 방법 및 동작 인식을 위한 신호 생성 방법에 관한 것이다.
전기장 센서는 정전용량센서의 일종으로 전위계차 센서 또는 EP(Electric Field) 센서로 불리기도 한다. 전기장 센서는 센싱 신호의 취득방식에 따라 크게 접촉식, 비접촉식으로 분류되며, 접촉식은 센서에 측정대상을 직접 접촉시켜 생체신호 등을 직접 취득하며, 비접촉식은 손이나 신체의 위치 움직임에 따라 센서 상의 미세한 전하변화량을 측정하여 위치 접근 또는 모션 감지를 한다.
또한, 전기장 센서를 이용한 동작 검출 및 인식 기술은 NUL(Natural User Interface)에 적용될 수 있으며, NUI기술은 전자 기기 또는 컴퓨터와 사람 간의 인터페이스를 영상, 음성, 동작 등의 인간 친화적인 방법으로 구현하는 기술을 의미한다.
최근에는 모바일 환경의 헬스케어, 의료 및 가전 응용 분야에서 주로 생체신호 취득을 위한 전기장 센서를 접촉식으로 활용하여 상용화 사례가 증가하고 있으나, 주로 동작 감지 및 인식분야에서 활용되는 비접촉식을 활용하여 상용화하는 사례가 국내외적으로 드문 편이다.
이는 전기장 센서를 비접촉식으로 사용할 경우 센서가 주변 환경과 센서의 가변적인 초기 상태 등의 영향으로 동작 신호의 안정적인 검출이 어렵기 때문이다.
따라서, 전기장 센서의 비접촉식 방식의 주 목표 응용 분야인 스마트폰, 게임, 모바일 헬스케어 장치에서의 전기장 센서의 실용화를 위해서는 실시간으로 높은 동작 신호 검출률로 안정적인 동작 신호를 확보하는 방법의 개발이 필요하다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 전기장 센서를 통해 비접촉식 방식으로 취득되는 신호로부터 안정적이고 강건한 동작 신호를 감지 및 검출함으로써, 동작 인식을 수행하기 위한 유의미한 특징을 갖는 데이터를 제공할 수 있는 전기장 센서의 신호로부터 동작 신호 검출 방법 및 동작 인식을 위한 신호 생성 방법에 관한 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 정적인 환경에서 전자 기기에 설치된 전기장 센서로부터 전압 신호들을 수집하여 초기 문턱 전압을 설정하는 단계; 상기 전기장 센서로부터 실시간으로 전압 신호(이하, '입력 신호',이라함)들을 입력받아 잡음을 제거하는 단계; 잡음이 제거된 상기 입력 신호로부터 일정 주기마다 평균 전압을 추출하고, 추출된 평균 전압과 상기 초기 문턱 전압 간의 차이를 상기 초기 문턱 전압에 합산하여 동적 문턱 전압을 연산 및 갱신하는 단계; 및 상기 동적 문턱 전압을 기반으로 상기 입력 신호로부터 동작이 이루어진 구간의 전압 신호(이하, '동작 신호',이라함)만을 추출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기장 센서의 신호로부터 동작 신호 검출 방법을 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 초기 문턱 전압을 설정하는 단계:는 상기 전압 신호의 평균 전압(이하, '제1 평균 전압',이라함)을 계산하는 단계; 상기 제1 평균 전압으로부터 표준 편차를 계산하는 단계; 및 상기 제1 평균 전압을 제로화하고, 상기 제1 평균 전압의 표준 편차가 양(+)의 특정 배수를 갖는 제1 초기 문턱 전압과 상기 제1 평균 전압의 표준 편차가 음(-)의 특정 배수를 갖는 제2 초기 문턱 전압을 상기 초기 문턱 전압으로 설정하는 단계;를 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 특정 배수는 5.5 내지 6일 수 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 잡음을 제거하는 단계:는 상기 전압 신호로부터 저역통과필터를 수행하는 단계; 및 상기 저역통과필터를 통과한 전압 신호에 이동 평균 필터를 수행하는 단계;를 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 저역통과필터의 차단 주파수는 10hz 이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 동적 문턱 전압을 연산 및 갱신하는 단계:는 순차적으로 일정 주기마다 일정 샘플링 구간에 해당하는 상기 입력 신호의 평균 전압(이하, '제2 평균 전압',이라함)을 계산하는 단계; 및 상기 제2 평균 전압을 상기 제1 초기 문턱 전압과 상기 제2 초기 문턱 전압에 각각 합산하여 제1 동적 문턱 전압과 제2 동적 문턱 전압을 생성하는 단계;를 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 일정 주기는 0.1초이며, 상기 일정 샘플링 구간은 0.5초이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기기 동작 신호를 추출하는 단계:는 상기 입력 신호가 상기 동적 문턱 전압들 중 어느 하나에 먼저 도달하는 시점(이하, '제1 시점',이라함)을 검출하는 단계; 및 상기 입력 신호가 먼저 도달된 동적 문턱 전압을 지나 나머지 동적 문턱 전압을 통과하는 마지막 시점(이하, '제2 시점',이라함)을 검출하는 단계; 및 상기 입력 신호로부터 상기 제1 시점과 상기 제2 시점 사이에 해당되는 구간(이하, '동작 신호 구간',이라함)의 전압 신호를 추출하는 단계;를 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 동작 신호 구간은 상기 제1 시점의 일정 비율 이전 시간과 상기 제2 시점의 일정 비율 이후 시간 이내이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 일정 비율은 10% 이상일 수 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 동적 문턱 전압을 연산 및 갱신하는 단계;는 상기 제1 시점이 검출될 경우 수행되지 않고, 상기 제2 시점이 검출된 이후 일정 시간이 지난 뒤 다시 수행된다.
또한, 본 발명은 컴퓨터를 기능시켜 상기 전기장 센서의 신호로부터 동작 신호 검출 방법을 수행하기 위해 기록 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램을 제공한다.
또한, 본 발명은 전자 기기에 설치된 복수 개의 전기장 센서로부터 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항의 전기장 센서의 신호로부터 동작 신호 검출 방법을 수행하여 동작 신호들을 검출하는 단계; 상기 동작 신호들을 차분하여 하나의 차분 신호를 생성하는 단계; 및 상기 차분 신호를 정규화하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 동작 인식을 위한 신호 생성 방법을 더 제공한다.
또한, 본 발명은 컴퓨터를 기능시켜 상기 동작 인식을 위한 신호 생성 방법을 수행하기 위해 기록 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램을 제공한다.
본 발명은 다음과 같은 우수한 효과가 있다.
본 발명의 전기장 센서의 신호로부터 동작 신호 검출 방법 및 동작 인식을 위한 신호 생성 방법에 의하면, 전기장 센서로부터 취득되는 전압 신호 중 손 동작이 이루어진 동작 신호를 추출하기 위해 문턱치 전압을 정형화하지 않고 실시간으로 갱신하기 때문에, 손 동작을 정확하고 효율적으로 감지할 수 있다.
또한, 본 발명의 전기장 센서의 신호로부터 동작 신호 검출 방법 및 동작 인식을 위한 신호 생성 방법에 의하면, 전기장 센서들의 입력 신호로부터 동작 신호를 정확하게 추출할 수 있기 때문에, 동작을 인식하기 위한 유의미한 특징을 갖는 신호를 생성할 수 있어, 동작 인식의 인식률을 증대시킬 수 있는 장점이 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 명확하게 이해될 수 있을 것이다.,
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기장 센서의 신호로부터 동작 신호 검출 방법 및 동작 인식을 위한 신호 생성 방법이 적용되는 환경을 보여주는 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기장 센서의 신호로부터 동작 신호 검출 방법 및 동작 인식을 위한 신호 생성 방법 의 순서도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초기 문턱 전압의 설정 과정을 설명하기 위한 순서도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 입력 신호의 잡음 제거 과정을 설명하기 위한 순서도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 동적 문턱 전압의 연산 및 갱신 과정을 설명하기 위한 순서도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 동적 신호 검출 과정을 설명하기 위한 순서도
도 7는 본 발명의 일 실시예에 따른 잡음이 제거된 입력 신호를 보여주는 그래프,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 동적 문턱 전압을 설명하기 위한 그래프,
,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 동적 신호 검출 과정을 설명하기 위한 그래프,
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 정규화된 차등 신호를 설명하기 위한 그래프이다
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.
이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.
그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 동작 인식을 위한 신호 생성 방법이 적용되는 환경을 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 전기장 센서의 신호로부터 동작 신호 검출 방법은 전기장 센서(20)로부터 전압 신호를 수신받아, 수신된 전압 신호로부터 실제 사람의 동작이 이루어진 시점과 구간의 신호를 추출할 수 있는 방법이다.
또한, 본 발명의 동작 인식을 위한 신호 생성 방법은 복수 개의 전기장 센서(20)로부터 수신된 각 전압 신호를 상기 동작 신호 검출 방법에 의해 실제 사람의 동작이 이루어진 시점과 구간의 신호를 추출하고, 추출된 신호들로부터 하나의 차분 신호를 생성 및 정규화하여 동작 인식을 위한 신호를 생성하는 방법이다.
여기서 복수 개의 전기장 센서(20)는 전자 기기(10) 등에 일정 간격으로 이격되어 설치될 수 있으며, 상기 전자 기기(10)는 컴퓨터, 태블릿, 스마트 기기, 휴대용 헬스케어 장치, 셋톱 박스 등의 기기들일 수 있다.
또한, 상기 전기장 센서(20)는 수동형 센서로, 상기 전자 기기(10) 내부 또는 외부에 설치될 수 있으며, 유무선 통신을 통해 상기 전자 기기(10)로 데이터를 송신할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 동작 신호 검출 방법 및 동작 인식을 위한 신호 생성 방법은 컴퓨터에 의해 수행되며, 상기 컴퓨터에는 컴퓨터를 기능시켜 상기 동작 신호 검출 방법 및 동작 인식을 위한 신호 생성 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 저장된다.
또한, 상기 컴퓨터는 일반적인 퍼스널 컴퓨터뿐만 아니라, 통신망을 통해 접속 가능한 서버 컴퓨터, 클라우드 시스템, 스마트폰, 태블릿과 같은 스마트 기기, 임베디드 시스템을 포함하는 광의의 컴퓨터이다.
또한, 상기 컴퓨터 프로그램은 별도의 기록 매체에 저장되어 제공될 수 있으며, 상기 기록 매체는 본 발명을 위하여 특별히 설계되어 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 공지되어 사용 가능한 것일 수 있다.
예를 들면, 상기 기록매체는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD, DVD와 같은 광 기록 매체, 자기 및 광 기록을 겸할 수 있는 자기-광 기록 매체, 롬, 램, 플래시 메모리 등 단독 또는 조합에 의해 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치일 수 있다.
또한, 상기 컴퓨터 프로그램은 프로그램 명령, 로컬 데이터 파일, 로컬 데이터 구조 등이 단독 또는 조합으로 구성된 프로그램일 수 있고, 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라, 인터프리터 등을 사용하여 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 고급 언어 코드로 짜여진 프로그램일 수 있다.
이하에서는 도 2 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 방법에 대해 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방법의 전기장 센서의 신호로부터 동작 신호 검출 방법 및 동작 인식을 위한 신호 생성 방법의 순서도, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초기 문턱 전압의 설정 과정을 설명하기 위한 순서도, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 입력 신호의 잡음 제거 과정을 설명하기 위한 순서도, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 동적 문턱 전압의 연산 및 갱신 과정을 설명하기 위한 순서도, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 동적 신호 검출 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
한편, 본 발명은 전기장 센서의 신호로부터 동작 신호 검출 방법과 동작 인식을 위한 신호 생성 방법을 동시에 설명하기 위해 복수 개의 전기장 센서가 전자 기기에 설치된 환경을 예를들어 설명한다.
도 2 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 방법은 크게 초기 문턱 전압을 설정하는 단계(S1000), 실시간으로 전압 신호를 입력받아 잡음을 제거하는 단계(S2000), 동적 문턱 전압을 연산 및 갱신하는 단계, 동적 문턱 전압을 기반으로 손 동작이 이루어진 구간의 전압 신호(이하,'동작 신호',이라함)만을 추출하는 단계(S3000), 상기 동작 신호들을 차분하여 차분 신호를 생성하는 단계(S4000) 및 상기 차분 신호를 정규화하는 단계(S5000)를 포함하여 이루어진다.
상세하게는 본 발명의 방법은 먼저, 상기 전자 기기에 설치된 복수 개의 전기장 센서로부터 전압 신호를 수집하여 초기 문턱 전압을 설정한다(S1000).
여기서, 상기 초기 문턱 전압은 정적인 환경에서 상기 전기장 센서로부터 수집된 수 많은 전압 신호 데이터로부터 평균값과 표준 편차를 구하여 설정된 임계치이다.
상기 초기 문턱 전압을 설정하는 과정은 먼저, 상기 전기장 센서로부터 수집된 전압 신호들의 평균 전압(이하,'제1 평균 전압',이라함)을 계산한다(S1100).
다음, 상기 제1 평균 전압으로부터 표준 편차를 계산한다(S1200).
다음, 상기 제1 평균 전압을 영점 기준이되도록 제로화하고 상기 제1 평균 전압의 제1 표준 편차가 양(+)의 배수를 갖는 제1 초기 문턱 전압과 상기 제1 평균 전압의 표준 편차가 음(-)의 배수를 갖는 제2 초기 문턱 전압을 구하여, 초기 문턱 전압으로 설정한다(S1300).
여기서, 상기 배수는 5 내지 7배수로 설정하는 것이 바람직하며, 이는 손 동작이 없을 경우 수신되는 전압 신호가 주위 환경에 의한 잡음 등에 의해 오인식 되는 것을 방지하기 위한 것으로, 수집된 전압 신호들로부터 통계 내어 나타난 수치이다.
상기 초기 문턱 전압을 설정한 이후에, 상기 동작 신호를 추출하고자 상기 전기장 센서들로부터 측정된 전압 신호(이하,'입력 신호',이라함)를 입력받고, 상기 입력 신호의 잡음을 제거한다(S2000).
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 잡음이 제거된 입력 신호를 보여주는 그래프로, 도 7의 (a)는 입력 신호, (b)와 (c) 저역통과필터(LPF) 수행 결과, (d)는 이동평균필터(SMA) 수행 결과를 보여주는 그래프이다.
도 7을 참조하면, 상기 입력 신호의 잡음을 제거하기 위해서는 먼저, 상기 입력 신호에 저역통과필터를 수행한다(S2100).
이때, 상기 저역통과필터의 차단 주파수는 10hz 인 것이 바람직하며, 이는 동작 신호는 미세한 수준의 mV를 갖는 것에 비해 수십 배 이상에 달하는 60Hz 고조파 성분을 갖는 전력선잡음(PLN,Power Line Noise)를 효과적으로 제거하기 위함이다.
또한, 상기 전기장 센서로부터 취득되는 상기 동작 신호는 100Hz 이하의 극저주파 대역 신호 성분이며, 대부분 10Hz 이하의 성분을 갖기 때문이다.
따라서, 실제로 동작 신호를 추출하기 위해 필요한 전압 신호의 주파수는 10Hz 이하의 성분이므로, 상기 저역통과필터를 통해 불필요한 주파수 대역대의 신호를 제거할 수 있다.
다음, 상기 저역통과를 통과한 입력 신호에 이동 평균 필터를 수행한다(S2200).
한편, 상기 전압 신호에서 관측되는 진동 잡음을 최소화하기 위해 수행되는 것으로, 공지된 다양한 이동 평균 필터가 수행될 수 있으며, 종류가 제한되는 것은 아니다.
다음, 잡음이 제거된 상기 입력 신호로부터 동적 문턱 전압을 연산 및 갱신한다(S3000).
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 동적 문턴 전압의 연산 및 갱신 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8을 참조하면, 상기 동적 문턱 전압(200)은 기설정된 상기 초기 문턱 전압(100)을 상기 입력 신호(A)의 크기에 따라 적응적으로 변화시킨 문턱 전압으로, 이는 센서 상에서의 전하 충방전 상태, 사람의 인체 및 의복 등의 정전기 상태가 시간에 따라 일정치 않기 때문에 정형화된 문턱 전압을 사용할 경우 동작 신호를 검출하는 데 악영향을 끼칠 수 있다.
이에 따라, 그 시기에 수신되는 전압 신호의 크기에 따라 적응적으로 발생할 수 있는 동적 문턱 전압(200)이 필요하며, 상기 동적 문턴 전압(200)을 생성하기 위해서는 먼저, 일정 주기마다 일정 샘플링 구간에 해당하는 상기 입력 신호(A)의 평균 전압(이하,'제2 평균 전압',이라함)을 계산한다(S3100).
예를들면, 상기 제2 평균 전압은 0.1초마다 0.5초 범위의 샘플링 구간에 해당하는 입력 신호(A)의 평균 전압을 계산하며, 순차적으로 그 다음 주기에도 상기 샘플링 구간 범위에 해당하는 평균 전압을 계산한다.
또한, 상기 일정 주기는 0.05초 내지 0.1초인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 0.1초일 수 있다.
다음, 상기 제2 평균 전압을 상기 초기 문턱 전압(100)에 합산하여 동적 문턱 전압(200)을 생성한다(S3200).
상세하게는 상기 제2 평균 전압을 상기 제1 초기 문턱 전압(110)과 상기 제2 초기 문턱 전압(120)에 각각 합산하여 제1 동적 문턱 전압(210)과 상기 제2 동적 문턱 전(220)압을 생성하며, 이를 통해 수신된 입력 신호(A)의 크기에 따라 적응적으로 문턱 전압이 형성되어, 동작 신호의 오검출을 방지할 수 있다.
다음, 상기 동적 문턱 전압을 연산 및 갱신한 후, 상기 입력 신호로부터 동작 신호를 추출한다(S4000).
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 동작 신호 검출 과정을 설명하기 위한 그래프이다.
도 9를 참조하면, 상기 동작 신호를 추출하기 위해서는 먼저, 상기 입력 신호가 상기 동적 문턱 전압들 중 어느 하나에 먼저 도달하는 시점(이하, '제1 시점',이라함,P1)을 검출한다(S4100).
여기서, 상기 제1 시점(P1)은 상기 입력 신호의 전압 크기가 상기 제1 동적 문턱 전압(210) 또는 상기 제2 동적 문턱 전압(220)에 도달한 시간으로, 이는 실제로 사람의 동작이 시작된 시점을 의미한다.
다음, 상기 입력 신호가 먼저 도달된 동적 문턱 전압을 지나 나머지 동적 문턱 전압을 통과하는 마지막 시점(이하, '제2 시점',이라함,P2)을 검출한다(S4200).
한편, 상기 동작 신호를 추출하는 과정은 상기 제2 시점(P2)이 상기 제1 시점(P1) 이후 일정 시간 이내에 이루어지지 않을 경우 상기 동적 문턱 전압을 연산 및 갱신 하는 과정부터 다시 수행된다.
또한, 상기 동적 문턱 전압을 연산 및 갱신하는 과정은 상기 제1 시점(P1)이 검출될 경우 일정 시간 동안 수행되지 않으며, 상기 제2 시점(P2)이 검출된 이후에 다시 수행된다.
다음, 상기 입력 신호로부터 상기 제1 시점(P1)과 상기 제2 시점(P2) 사이에 해당하는 구간(이하,'동작 신호 구간'이라함,S)의 전압 신호를 상기 동작 신호로 추출한다.
여기서, 상기 동작 신호 구간(S)은 상기 제1 시점의 일정 비율 이전 시간과 상기 제2 시점의 일정 비율 이후 시간 이내로 설정될 수 있으며 이는 각 시점(P1,P2)들 이전 또는 이후에도 실질적으로 동작이 수행되고 있을 수 있기 때문이다.
또한, 상기 일정 비율은 각 시점(P1,P2)에 대해 10% 이상인 것이 바람직하다.
다음, 추출된 동작 신호들을 차분하여 차분 신호를 생성하고(S5000), 정규화한다(S6000).
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 정규화된 차분 신호를 보여주는 그래프로, (a)는 손의 움직임이 왼쪽에서 오른쪽으로 이동하는 동작(LR Motion), (b)는 손의 움직임이 오른쪽에서 왼쪽으로 이동하는 동작(RL Motion), (c)는 손의 움직임이 시계 방향으로 원을 그리는 동작(CW Motion), (d)손의 움직임이 반시계 방향으로 원을 그리는 동작(CCW)에 대해 정규화된 차분 신호를 보여주고 있으며, 점선은 정규화 이전의 차분 신호, 실선은 정규화된 차분 신호를 나타낸다.
도 10을 참조하면, 정규화 이전의 차분 신호의 크기가 조금씩 서로 다른 것을 확인할 수 있으며, 이는 동작을 수행하는 시점에서의 전기장 센서와 사람의 대전 상태가 일정하지 않기 때문이다.
따라서, 상기 차분 신호의 정규화는 필수적이며, 상기 정규화는 일정한 전압 크기 또는 시간 범위를 기준으로 스케일링(Scaling) 되거나 두 개의 기준 모두가 적용되어 스케일링될 수 있고, 이외에도 다른 기준들이 사용될 수 있다.
이렇게 추출된 정규화된 차분 신호와 상기 차분 신호 뿐만 아니라 차분 신호 이전의 각 동작 신호들은 실제 동작에 대한 유의미한 특징을 갖는 신호로 동작 인식을 위한 데이터로 활용될 수 있다.
- 손 동작 발생 검출 실험 -
전자기 센서로부터 수신된 전압 신호로부터 손 동작이 시작 또는 발생하는 시점인 제1 시점을 정확하게 검출하는지 확인하기 위해, 6명의 실험 대상자로부터 아래의 표 1의 손동작 패턴을 각 100번을 수행하여 실제 손 동작과 함께 실시간으로 상기 제1 시점이 검출되는지를 실험하였다.
손 동작 타입 방향 손동작 타입 방향

LR
(Left to Right)
←
RL
(Right to Left)
→

CW
(Clockwise)
Figure 112021009725976-pat00001
CCW
(Counter Clockwise)
Figure 112021009725976-pat00002
검출의 정확성을 판단하기 위해 검출정확도(CDR, Correct Detection Rate)는 수학식 1에 의해 계산되었으며,상기 검출정확도의 결과를 아래의 표 2에 정리하였다.
Figure 112021009725976-pat00003

손 동작 타입		 테스트 동작 수
Number of total tested motions		 감지된 동작 수
Correctly detected motions
CDR(%)
LR 600 590 98.3
RL 600 591 98.5
CW 600 591 98.5
CCW 600 586 97.6
Total 2400 2,358 98.3
표 2를 살펴보면, 본 발명의 동작 신호 검출 방법 및 동작 인식을 위한 신호 생성 방법은 평균 98% 이상의 높은 검출정확도를 보여주는 것을 확인할 수 있다..
- 동작 신호 검출 실험 -
전기장 센서로부터 수신된 입력 신호로부터 동작 신호를 추출하고, 추출된 동작 신호가 실제 동작이 발생한 구간과 일치하는 정도를 비교하였으며, 상기 동작 신호와 실제 동작이 발생한 구간의 일치하는 정도를 아래의 표 3에 나타냈다.
손 동작 타입 MMR(%) DESR(%)
LR 98.8 97.1
RL 99.6 98.1
CW 97.1 95.6
CCW 98.6 96.2
Total 98.6 96.9
동작은 상기 제1 표의 손 동작 패턴을 수행하였으며, 여기서 MMR(Motion Matching Rate)는 상기 동작 신호와 실제 동작이 발생한 구간의 일치도를 의미하며, DESR(Detection and Exteaction Success Rate)는 손 동작 발생 검출과 동작 신호의 추출 성공률을 의미한다.
또한, 상기 DESR은 상기 검출정확도인 CDR과 상기 일치도인 MMR을 곱셈 연산하여 나타낼 수 있으며, 표 3을 살펴보면, 본 발명의 동작 신호 검출 방법 및 동작 인식을 위한 신호 생성 방법의 MMR은 평균 98.6%의 높은 일치도를 보여줬으며, DESR은 96.9%의 높은 성공률을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
10:전자 기기 20:전기장 센서

Claims (14)

  1. 정적인 환경에서 전자 기기에 설치된 전기장 센서로부터 전압 신호들을 수집하여 초기 문턱 전압을 설정하는 단계;
    상기 전기장 센서로부터 실시간으로 전압 신호(이하, '입력 신호',이라함)들을 입력받아 잡음을 제거하는 단계;
    잡음이 제거된 상기 입력 신호로부터 일정 주기마다 평균 전압을 추출하고, 추출된 평균 전압과 상기 초기 문턱 전압 간의 차이를 상기 초기 문턱 전압에 합산하여 동적 문턱 전압을 연산 및 갱신하는 단계; 및
    상기 동적 문턱 전압을 기반으로 상기 입력 신호로부터 동작이 이루어진 구간의 전압 신호(이하, '동작 신호',이라함)만을 추출하는 단계;를 포함하고,
    상기 잡음을 제거하는 단계:는
    상기 전압 신호로부터 저역통과필터를 수행하는 단계; 및
    상기 저역통과필터를 통과한 전압 신호에 이동 평균 필터를 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기장 센서의 신호로부터 동작 신호 검출 방법
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 초기 문턱 전압을 설정하는 단계:는
    상기 전압 신호의 평균 전압(이하, '제1 평균 전압',이라함)을 계산하는 단계;
    상기 제1 평균 전압으로부터 표준 편차를 계산하는 단계; 및
    상기 제1 평균 전압을 제로화하고, 상기 제1 평균 전압의 표준 편차가 양(+)의 특정 배수를 갖는 제1 초기 문턱 전압과 상기 제1 평균 전압의 표준 편차가 음(-)의 특정 배수를 갖는 제2 초기 문턱 전압을 상기 초기 문턱 전압으로 설정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기장 센서의 신호로부터 동작 신호 검출 방법
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 특정 배수는 5.5 내지 6인 것을 특징으로 하는 전자 기기에 설치된 전기장 센서로부터 전기장 센서의 신호로부터 동작 신호 검출 방법
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 저역통과필터의 차단 주파수는 10hz 인 것을 특징으로 하는 전기장 센서의 신호로부터 동작 신호 검출 방법
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 동적 문턱 전압을 연산 및 갱신하는 단계:는
    순차적으로 일정 주기마다 일정 샘플링 구간에 해당하는 상기 입력 신호의 평균 전압(이하, '제2 평균 전압',이라함)을 계산하는 단계; 및
    상기 제2 평균 전압을 상기 제1 초기 문턱 전압과 상기 제2 초기 문턱 전압에 각각 합산하여 제1 동적 문턱 전압과 제2 동적 문턱 전압을 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기장 센서의 신호로부터 동작 신호 검출 방법
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 일정 주기는 0.1초이며 상기 일정 샘플링 구간은 0.5초인 것을 특징으로 하는 전기장 센서의 신호로부터 동작 신호 검출 방법
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 동작 신호를 추출하는 단계:는
    상기 입력 신호가 상기 동적 문턱 전압들 중 어느 하나에 먼저 도달하는 시점(이하, '제1 시점',이라함)을 검출하는 단계; 및
    상기 입력 신호가 먼저 도달된 동적 문턱 전압을 지나 나머지 동적 문턱 전압을 통과하는 마지막 시점(이하, '제2 시점',이라함)을 검출하는 단계;
    상기 입력 신호로부터 상기 제1 시점과 상기 제2 시점 사이에 해당되는 구간(이하, '동작 신호 구간',이라함)의 전압 신호를 추출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기장 센서의 신호로부터 동작 신호 검출 방법
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 동작 신호 구간은 상기 제1 시점의 일정 비율 이전 시간과 상기 제2 시점의 일정 비율 이후 시간 이내 인 것을 것을 특징으로 하는 전기장 센서의 신호로부터 동작 신호 검출 방법
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 일정 비율은 10% 이상인 것을 특징으로 하는 전기장 센서의 신호로부터 동작 신호 검출 방법
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 동적 문턱 전압을 연산 및 갱신하는 단계;는 상기 제1 시점이 검출될 경우 수행되지 않고, 상기 제2 시점이 검출된 이후 일정 시간이 지난 뒤 다시 수행되는 것을 특징으로 하는 전기장 센서의 신호로부터 동작 신호 검출 방법
  11. 컴퓨터를 기능시켜 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항의 전기장 센서의 신호로부터 동작 신호 검출 방법을 수행하기 위해 기록 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램
  12. 전자 기기에 설치된 복수 개의 전기장 센서로부터 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항의 전기장 센서의 신호로부터 동작 신호 검출 방법을 수행하여 동작 신호들을 검출하는 단계;
    상기 동작 신호들을 차분하여 하나의 차분 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 차분 신호를 정규화하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 동작 인식을 위한 신호 생성 방법
  13. 컴퓨터를 기능시켜 제 12 항의 동작 인식을 위한 동작 인식을 위한 신호 생성 방법을 수행하기 위해 기록 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램
  14. 삭제
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