KR20110040089A - Apparatus for detecting concentration power based on eeg and system using the same - Google Patents

Apparatus for detecting concentration power based on eeg and system using the same Download PDF

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KR20110040089A
KR20110040089A KR1020090097224A KR20090097224A KR20110040089A KR 20110040089 A KR20110040089 A KR 20110040089A KR 1020090097224 A KR1020090097224 A KR 1020090097224A KR 20090097224 A KR20090097224 A KR 20090097224A KR 20110040089 A KR20110040089 A KR 20110040089A
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이동훈
권장우
홍준의
이충헌
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동명대학교산학협력단
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Abstract

PURPOSE: An apparatus for detecting concentration based on EEG and system using the same are provided to prevent dementia by detecting brain waves related to concentration and transmitting and receiving detected brain waves. CONSTITUTION: An EEG signal sensing electrode(210) senses an EEG signal. A notch filter(220) removes power noise from the EEG signal. A differential amplifier differentially amplifies the EEG signal. A band pas filter/amplifier(240) amplifies the EEG signal after the EEG signal passes through the preset band. An MCU(250) detects element signals related to the concentration of the EEG which is digitally filtered. A detection device transmits the brain wave signals to the outside.

Description

뇌파 기반 집중력 검출 장치 및 이를 이용한 시스템{Apparatus For Detecting Concentration Power Based On EEG And System Using The Same} Apparatus For Detecting Concentration Power Based On EEG And System Using The Same}

본 발명은 뇌파 기반 집중력 검출 장치 및 이를 이용한 시스템에 관한 것으로 특히, 뇌파를 검출하고 뇌파로부터 집중도와 관련된 뇌파들을 검출하여 집중력과 관련된 뇌파를 외부에 전송하는 뇌파 기반 집중력 검출 장치 및 뇌파 기반 집중 검출 장치로부터 뇌파 신호를 전송 받아 집중도를 분석하는 시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an EEG-based concentration detection apparatus and a system using the same. In particular, an EEG-based concentration detection apparatus and an EEG-based concentration detection apparatus for detecting EEG and detecting EEG-related brain waves from EEG and transmitting EEG-related concentration to the outside The present invention relates to a system for analyzing concentration by receiving an EEG signal.

현재, 인간의 뇌파를 측정하여 이를 이용하고자 하는 다양한 기술들이 개발되고 있다. 예컨대, 미국 샌프란시스코에 '이모티부'사가 개발한 에폭(Epoc)은 뇌의 전기 신호를 감지하는 EEG 기술을 이용해, 뇌 세포로부터의 전기적 신호를 읽고 이를 이용하여 게임 속 상대방이나 사물을 움직이는 기술이다. 일본의 '혼다'사는 사람의 뇌파를 이용하여 로봇의 손의 작동시키는 기술을 개발하였다. '한국전자통신연구원(ETRI)'은 게임 컨텐츠 프로그램에 대한 집중력 향상 모드 또는 유지 모드를 결정하여 집중력을 향상 및 유지하는 방법을 개발하였다. ETRI에 의해 개발된 집중력 향상 및 유지 방법은 뇌파 신호를 검출하고, 상기 측정된 뇌파 신호중 알파 밴드의 신호와 베타 밴드의 신호의 파워 값을 이용하여 ((SMR파+Mid-beta)/theta 파)에 따라 집중도를 계산한 후, 계산된 집중도에 따라 게임 프로그램에 대한 집중력 향상 또는 유지 모드를 결정하고, 상기 결정된 모드에 따라 상기 게임 컨텐츠 프로그램이 수행하도록 되어 있다. Currently, various techniques for measuring human brain waves and using them have been developed. For example, Epoc, developed by Emotibu in San Francisco, USA, uses EEG technology to detect electrical signals from the brain, and reads electrical signals from brain cells and uses them to move opponents and objects in the game. Japan's Honda has developed a technology for manipulating robotic hands using human brain waves. The Korea Electronics and Telecommunications Research Institute (ETRI) has developed a method to improve and maintain concentration by determining the concentration improvement mode or maintenance mode for game content programs. The concentration enhancement and maintenance method developed by ETRI detects EEG signals and uses the power values of the alpha band signal and the beta band signal among the measured EEG signals ((SMR wave + Mid-beta) / theta wave). After calculating the degree of concentration according to, and determines the improvement or maintenance mode for the concentration of the game program according to the calculated concentration, the game content program is to perform according to the determined mode.

이에, 본 발명은 상술한 사정을 감안하여 창출된 것으로 본 발명의 목적은 사용이 편리하고, 언제 어디서나 사용가능한 유비쿼터스의 뇌파 기반 집중력 검출 장치를 제공하는 것이다.Accordingly, the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an ubiquitous EEG-based concentration detection apparatus that is convenient to use and can be used anytime and anywhere.

본 발명의 다른 목적은 뇌의 집중력 상태를 실시간으로 나타낼 수 있는 뇌파 기반 집중력 검출 장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an EEG-based concentration detection apparatus capable of representing the concentration state of the brain in real time.

본 발명의 또 다른 목적은 뇌파 기반 집중력 검출 장치에 의해 검파한 뇌파를 유뮤선 통신망을 통해 PDA, 휴대폰 또는 컴퓨터에 전송하고, PDA, 휴대폰 또는 컴퓨터에서 뇌파를 분석하여 사용자의 집중력 상태를 디스플레이에 나타내는 뇌파 기반 집중력 검출 시스템을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to transmit an EEG detected by an EEG-based concentration detection device to a PDA, a mobile phone or a computer through a wired / wireless communication network, and to analyze the EEG in the PDA, the mobile phone or the computer to indicate the concentration state of the user on the display. It is to provide an EEG-based concentration detection system.

본 발명의 또 다른 목적은 집중력 강화 훈련을 제공하고 치매를 예방할 수 있는 뇌파 기반 집중력 검출 장치 및 그 시스템을 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide an EEG-based concentration detection apparatus and system capable of providing concentration enhancement training and preventing dementia.

상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 관점에 따른 뇌파 기반 집중력 검출 장치는 EEG 신호를 감지하기 위한 EEG 신호 감지 전극; 상기 EEG 신호 감지 전극으로부터의 EEG 신호에서 전원 노이즈를 제거하기 위한 노치 필터; 상기 노치 필터를 통과한 EEG 신호를 차동 증폭하기 위한 차동 증폭기; 상기 차동 증폭기로부터의 상기 증폭된 EEG 신호에서 소정의 대역을 통과시키고, 상기 소정 대역의 EEG 신호를 증폭시키기 위한 대역 통과 필터/증폭부; 상기 대역 통과 필터/증폭부로부 터의 상기 EEG 신호를 디지털 필터링하고, 상기 디지털 필터링 처리된 EEG 신호로부터 집중력과 관련된 성분의 신호를 검출하기 위한 MCU를 포함한다.EEG-based concentration detection apparatus according to a first aspect of the present invention for achieving the above object is an EEG signal detection electrode for detecting the EEG signal; A notch filter for removing power supply noise from an EEG signal from the EEG signal sensing electrode; A differential amplifier for differentially amplifying the EEG signal passing through the notch filter; A band pass filter / amplifier for passing a predetermined band in the amplified EEG signal from the differential amplifier and amplifying the EEG signal in the predetermined band; And an MCU for digitally filtering the EEG signal from the band pass filter / amplifier and for detecting a signal of a component related to concentration from the digitally filtered EEG signal.

바람직하게는, 상기 뇌파 기반 집중력 검출 장치는 상기 MCU의 제어 하에 상기 검출된 집중력 관련 성분의 뇌파 신호들을 외부에 전송하기 위한 유무선 통신부를 더 포함하며, 상기 유무선 통신부는 유무선 USB, 블루투스, 지그비, 및 유무선 LAN 중 하나 이상을 포함한다.Preferably, the EEG-based concentration detection device further comprises a wired and wireless communication unit for transmitting the EEG signals of the detected concentration-related components to the outside under the control of the MCU, the wired and wireless communication unit wired and wireless USB, Bluetooth, Zigbee, and Includes one or more of wired and wireless LANs.

또한 바람직하게는, 상기 노치 필터는 50Hz 또는 60Hz의 전원 노이즈를 제거하며, 상기 대역 통과 필터/증폭부의 상기 소정의 대역은 0.5Hz ~ 30Hz이다.Also preferably, the notch filter removes 50 Hz or 60 Hz power supply noise, and the predetermined band of the band pass filter / amplifier is 0.5 Hz to 30 Hz.

또한 바람직하게는, 상기 대역 통과 필터/증폭부는 상기 차동 증폭기로부터의 EEG 신호들로부터 소정 주파수 이상의 EEG 신호들을 통과시키기 위한 고대역 필터; 상기 고대역 필터로부터의 소정 주파수 이상의 EEG 신호를 증폭하기 위한 제 1 증폭기; 상기 제 1 증폭기에 의해 증포된 EEG 신호에서 소정의 주파수 이하의 신호를 통과시키기 위한 저대역 필터; 및 상기 저대역 필터로부터의 상기 소정의 대역의 EEG 신호를 증폭하기 위한 제 2 증폭기를 포함한다.Also preferably, the band pass filter / amplifier comprises: a high band filter for passing EEG signals above a predetermined frequency from the EEG signals from the differential amplifier; A first amplifier for amplifying an EEG signal above a predetermined frequency from said highband filter; A low pass filter for passing a signal below a predetermined frequency in the EEG signal amplified by the first amplifier; And a second amplifier for amplifying the EEG signal of the predetermined band from the low band filter.

바람직하게는, 상기 집중력과 관련된 성분의 신호는 SMR 파, Mid-bata파, 및 Theta파 중 하나 이상을 포함한다.Preferably, the signal of the component related to the concentration includes one or more of SMR waves, Mid-bata waves, and Theta waves.

바람직하게는, 상기 뇌파 기반 집중력 검출 장치는 상기 MCU의 제어 하에 상기 검출된 집중력 관련 성분의 뇌파 신호들을 디스플레이하기 위한 디스플레이를 더 포함한다.Advantageously, the EEG-based concentration detection apparatus further includes a display for displaying EEG signals of the detected concentration-related component under control of the MCU.

본 발명의 제 2 관점에 따른 뇌파 기반 집중력 검출 시스템은 사용자의 뇌로 부터 발생되는 EEG 신호를 감지하기 위한 EEG 신호 감지 전극, 상기 EEG 신호 감지 전극으로부터의 EEG 신호에서 전원 노이즈를 제거하기 위한 노치 필터, 상기 노치 필터를 통과한 EEG 신호를 차동 증폭하기 위한 차동 증폭기, 상기 차동 증폭기로부터의 상기 증폭된 EEG 신호에서 소정의 대역을 통과시키고, 상기 소정 대역의 EEG 신호를 증폭시키기 위한 대역 통과 필터/증폭부, 상기 대역 통과 필터/증폭부로부터의 상기 EEG 신호를 디지털 필터링하고, 상기 디지털 필터링 처리된 EEG 신호를 유선 또는 무선 통신부를 통해 외부로 전송하기 위한 MCU를 포함하는 뇌파 기반 집중력 검출 장치; 및 상기 뇌파 기반 집중력 검출 장치로부터 유선 또는 무선 통신 망을 통해 상기 EEG 신호를 수신하는 경우, 상기 EEG 신호를 FFT 및 주파수 스펙트럼으로 변환하여 상기 EEG 신호로부터 SRM 파, Mid-bata 파, 및 Theta 파를 각각 검출 및 적분하여, 집중도 인덱스와 대비하며, 그 대비 결과를 디스플레이시키기 위한 컴퓨터 단말을 포함한다.EEG-based concentration detection system according to a second aspect of the present invention is an EEG signal detection electrode for detecting the EEG signal generated from the user's brain, a notch filter for removing power supply noise from the EEG signal from the EEG signal detection electrode, A differential amplifier for differentially amplifying the EEG signal passing through the notch filter, a bandpass filter / amplifier for passing a predetermined band in the amplified EEG signal from the differential amplifier and amplifying the EEG signal of the predetermined band And an EEG-based concentration detection device including an MCU for digitally filtering the EEG signal from the band pass filter / amplifier and transmitting the digitally filtered EEG signal to the outside through a wired or wireless communication unit; And when receiving the EEG signal from the EEG-based concentration detection device through a wired or wireless communication network, converts the EEG signal into an FFT and a frequency spectrum to obtain SRM waves, Mid-bata waves, and Theta waves from the EEG signals. And a computer terminal for detecting and integrating, for contrast with the concentration index, and for displaying the contrast result.

본 발명에 의하면, 사용이 편리하고, 언제 어디서나 사용가능하고, 뇌의 집중력 상태를 실시간으로 나타낼 수 있으며, PDA, 휴대폰 및 컴퓨터에 뇌의 집중력 상태를 유무선으로 전송가능하며, 사용자에게 집중력 강화 훈련을 제공하여 치매를 예방할 수 있게 한다.According to the present invention, it is convenient to use, can be used anytime and anywhere, can show the concentration state of the brain in real time, can transmit the concentration state of the brain to PDA, mobile phone and computer by wired or wireless, and the user can concentrate training To help prevent dementia.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 뇌파 기반 집중력 검출 장치를 도시한 블록 구성도이다.1 is a block diagram illustrating an EEG-based concentration detection apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2는 도 1에 도시된 MCU의 EEG 신호 처리 과정의 일 예를 나타낸 도면이다.FIG. 2 is a diagram illustrating an example of an EEG signal processing process of the MCU illustrated in FIG. 1.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 뇌파 기반 집중력 검출 장치는 EEG 신호 감지 전극(110), 노치 필터(120), 차동 증폭기(130), 대역 통과 필터/증폭부(140), MCU(150), 디스플레이(160), 및 유무선 통신부(170)를 포함한다.Referring to FIG. 1, an EEG-based concentration detection apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention may include an EEG signal sensing electrode 110, a notch filter 120, a differential amplifier 130, a band pass filter / amplifier 140, and an MCU. 150, a display 160, and a wired / wireless communication unit 170.

EEG 신호 감지 전극(110)은 사용자의 머리에 감지 가능하게 장착되어, 뇌로부터의 EEG 신호를 감지한다. 바람직하게는, 상기 EEG 신호 감지 전극(110)은 착용하기 간편하게 헤드 셋(도시하지 않음) 형태로 사용자의 집중도와 가장 관련이 있는 위치에 설치되도록 구성된다. 상기 EEG 신호 감지 전극(110)은 예컨대, AgCl 전극을 사용할 수 있다.The EEG signal detection electrode 110 is mounted on the head of the user so as to detect the EEG signal from the brain. Preferably, the EEG signal sensing electrode 110 is configured to be installed in a position most relevant to the concentration of the user in the form of a headset (not shown) for easy wearing. The EEG signal sensing electrode 110 may use, for example, an AgCl electrode.

상기 노치 필터(120)는 상기 EEG 신호 감지 전극(110)으로부터의 EEG 신호에서 외부 전원 또는 기타 전원 장치로부터 발생될 수 있는 전원 노이즈를 제거하고, 전원 노이즈가 제거된 EEG 신호를 상기 차동 증폭기(130)에 출력한다. 본 실시 예에 따르면, 상기 노치 필터(120)는 50Hz 또는 60Hz의 전원 노이즈를 제거한다.The notch filter 120 removes power noise that may be generated from an external power source or other power supply device from the EEG signal from the EEG signal sensing electrode 110, and removes the power noise from the EEG signal from the differential amplifier 130. ) According to this embodiment, the notch filter 120 removes power noise of 50 Hz or 60 Hz.

상기 차동 증폭기(130)는 상기 노치 필터(120)를 통과한 EEG 신호를 차동 증폭한다. 실시 예에 따라서는, 상기 차동 증폭기(130)는 약한 EEG 신호(수 ㎶)로부터 최대한으로 신호를 획득할 수 있도록 입력 임피던스가 높은 FET 계열의 증폭기 예컨대, AD620 칩을 사용하여 구현한다. 상기 차동 증폭기(130)는 차동 증폭된 EEG 신호를 상기 대역 통과 필터/증폭부(140)에 출력시킨다. The differential amplifier 130 differentially amplifies the EEG signal passing through the notch filter 120. According to an exemplary embodiment, the differential amplifier 130 may be implemented using an FET-based amplifier having a high input impedance, for example, an AD620 chip, so as to obtain a maximum signal from a weak EEG signal. The differential amplifier 130 outputs the differentially amplified EEG signal to the band pass filter / amplifier 140.

상기 대역 통과 필터/증폭부(140)는 상기 차동 증폭기(130)로부터의 상기 증 폭된 EEG 신호에서 노이즈를 제거한 순수한 EEG 신호를 검출하기 위해, 소정의 대역 예컨대, 0.5Hz ~ 30Hz의 EEG 신호를 통과시키고, 상기 대역의 EEG 신호를 증폭시킨 후, 상기 순순한 EEG 신호를 상기 MCU(150)에 출력시킨다.The band pass filter / amplifier 140 passes an EEG signal of a predetermined band, for example, 0.5 Hz to 30 Hz, to detect a pure EEG signal from which the noise is amplified from the amplified EEG signal from the differential amplifier 130. After amplifying the band's EEG signal, the pure EEG signal is output to the MCU 150.

실시 예에 따라서는, 순수한 EEG 신호를 검출하기 위해, 상기 상기 대역 통과 필터/증폭부(140)는 고대역 필터(141), 제 1 증폭기(143), 저대역 필터(147) 및 제 2 증폭기(145)를 포함한다.According to an embodiment, to detect the pure EEG signal, the band pass filter / amplifier 140 may include a high band filter 141, a first amplifier 143, a low band filter 147, and a second amplifier. 145.

상기 고대역 필터(141)는 상기 차동 증폭기(130)로부터의 EEG 신호로부터 0.5Hz 주파수 이상의 EEG 신호를 통과시킨다. The high band filter 141 passes an EEG signal of 0.5 Hz or more from the EEG signal from the differential amplifier 130.

상기 제 1 증폭기(143) 상기 고대역 필터(141)로부터의 0.5Hz 주파수 이상의 EEG 신호를 증폭시키고, 상기 증폭된 0.5Hz 주파수 이상의 EEG 신호를 상기 저대역 필터(147)에 출력시킨다.The first amplifier 143 amplifies an EEG signal of 0.5 Hz or more from the high band filter 141 and outputs the amplified EEG signal of 0.5 Hz or more of the frequency to the low band filter 147.

상기 저대역 필터(147)는 상기 제 1 증폭기(143)에 의해 증포된 EEG 신호에서 30Hz 이하의 신호를 통과시킨다. The low band filter 147 passes a signal of 30 Hz or less in the EEG signal amplified by the first amplifier 143.

그러면, 상기 제 2 증폭기(145)는 상기 저대역 필터(147)로부터의 30Hz 이하의 EEG 신호를 증폭시키고, 결국 증폭된 0.5Hz ~ 30Hz의 EEG 신호를 상기 MCU(150)에 제공한다.Then, the second amplifier 145 amplifies the EEG signal of 30 Hz or less from the low band filter 147, and eventually provides the amplified EEG signal of 0.5 Hz to 30 Hz to the MCU 150.

상기 MCU(150)는 상기 대역 통과 필터/증폭부(140)의 제 2 증폭기(145)로부터의 0.5Hz ~ 30Hz의 EEG 신호를 처리하여, 집중도와 관련된 성분의 신호들을 검출하고, 검출된 집중도 관련 성분의 신호를 상기 디스플레이(160)에 표시하거나 또는, 사용자의 명령에 따라 상기 유무선 통신부(170)를 통해 외부에 전송할 수 있 다. 상기 유무선 통신부(170)는 유무선 USB(177), 블루투스/지그비(171), 및 유무선 LAN(175) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 유무선 통신부(170)를 통해 외부에 데이터를 전송하는 과정은 당업자에게 잘 알려져 있으므로 본 실시 예에서는 그 자세한 설명을 생략한다.The MCU 150 processes the 0.5 Hz to 30 Hz EEG signal from the second amplifier 145 of the band pass filter / amplifier 140 to detect signals of components related to concentration and to detect detected concentration. The component signal may be displayed on the display 160 or transmitted to the outside through the wired / wireless communication unit 170 according to a user's command. The wired / wireless communication unit 170 may include at least one of a wired / wireless USB 177, a Bluetooth / ZigBee 171, and a wired / wireless LAN 175. Since a process of transmitting data to the outside through the wire / wireless communication unit 170 is well known to those skilled in the art, a detailed description thereof will be omitted.

상기 MCU(150)는 집중력과 관련된 성분의 신호를 추출하기 위해, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 대역 통과 필터/증폭부(140)의 제 2 증폭기(145)로부터의 EEG 신호를 디지털 필터링하여 안전도(EOG) 및/또는 근전도(EMG) 등과 같은 생체 신호와 외부 잡음을 제거하여 원하는 신호들만을 획득한다. 이어, 상기 MCU(150)는 상기 디지털 필터링 처리된 EEG 신호로부터 집중력과 관련된 성분의 신호 예컨대, SMR 파, Mid-bata파, 및 Theta파 등을 검출하기 위해 EEG 신호를 FFT(Fast Fourier Transform) 처리하고, 각 주파수 영역의 값을 구하여 특정 벡터들을 구성하며, 시간 영역에서 신호의 해석이 어려울 때에는 신호를 주파수 영역으로 변경하여 신호를 분석한다. 그리고, MCU(150)는 상기 분석 결과를 디스플레이(160)에 디스플레이하여 사용자가 현재의 집중력을 알 수 있게 하거나 또는 유무선 통신부(170)를 통해 외부에 전송하게 된다.The MCU 150 digitally filters the EEG signal from the second amplifier 145 of the band pass filter / amplifier 140 to extract a signal of a component related to concentration, as illustrated in FIG. 2. Biological signals such as safety (EOG) and / or electromyography (EMG) and the like are removed to obtain only desired signals. Subsequently, the MCU 150 processes an FEG (Fast Fourier Transform) on the EEG signal to detect signals of concentration-related components, such as SMR waves, mid-bata waves, and theta waves, from the digitally filtered EEG signal. Then, the values of each frequency domain are obtained to construct specific vectors. When the signal is difficult to be interpreted in the time domain, the signal is changed to the frequency domain and the signal is analyzed. In addition, the MCU 150 may display the analysis result on the display 160 so that the user may know the current concentration or transmit it to the outside through the wired / wireless communication unit 170.

실시 예에 따라서는, 뇌파 기반 집중력 검출 장치에는 EEG 신호를 검출하고, 상기 유무선 통신부(170)를 이용하여 외부의 다른 컴퓨터 단말에 상기 EEG 신호를 전송하여, 상술한 신호 처리를 EEG 신호를 수신한 다른 컴퓨터 단말에서 처리할 수 도 있다.According to an embodiment, the EEG-based concentration detection apparatus detects an EEG signal, transmits the EEG signal to another external computer terminal using the wired / wireless communication unit 170, and receives the EEG signal through the above-described signal processing. It may be processed by another computer terminal.

예컨대, 도 3에는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 뇌파 기반 집중력 검출 시 스템이 도시되어 있다.For example, FIG. 3 illustrates an EEG-based concentration detection system according to another embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 뇌파 기반 집중력 검출 시스템은 상술한 도 1의 뇌파 기반 집중력 검출 장치(100) 및 상기 뇌파 기반 집중력 검출 장치(100)와 유선 또는 무선 통신 망을 통해 통신 가능한 컴퓨터 단말(200)을 포함한다. 상기 컴퓨터 단말(200)은 PDA, 스마트 폰, 또는 노트북 컴퓨터일 수 있다.As shown in FIG. 3, the EEG-based concentration detecting system according to the present invention communicates with the EEG-based concentration detecting apparatus 100 and the EEG-based concentration detecting apparatus 100 of FIG. 1 through a wired or wireless communication network. Possible computer terminals 200. The computer terminal 200 may be a PDA, a smart phone, or a notebook computer.

상기 뇌파 기반 집중력 검출 장치(100)는 사용자의 뇌로부터 발생되는 EEG 신호를 감지하고, 상기 노치 필터(110), 상기 차동 증폭기(130) 및 상기 대역 통과 필터/증폭부(140)를 통해 0.5Hz ~ 30Hz의 EEG 신호를 상기 유무선 통신부(170)를 통해 상기 컴퓨터 단말(200)에 전송한다. The EEG-based concentration detecting apparatus 100 detects an EEG signal generated from a user's brain, and measures 0.5 Hz through the notch filter 110, the differential amplifier 130, and the band pass filter / amplifier 140. The EEG signal of ˜30 Hz is transmitted to the computer terminal 200 through the wired / wireless communication unit 170.

그러면, 상기 컴퓨터 단말(200)는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 EEG 신호를 처리하여, 집중도를 도출시킨다. 도 4를 참조로, 상기 컴퓨터 단말(200)의 동작을 보다 상세히 설명하면, 상기 컴퓨터 단말(200)는 먼저, 유선 또는 무선 통신 망을 통해 수신한 상기 EEG 신호를 FFT(Fast Fourier Transform) 처리하고, 각 주파수 영역의 값을 구하여 특정 벡터들을 구성하며, 시간 영역에서 신호의 해석이 어려울 때에는 신호를 주파수 영역으로 변경하여 신호를 분석한다(S1, S2, S3).Then, as illustrated in FIG. 4, the computer terminal 200 processes the EEG signal to derive a concentration level. Referring to FIG. 4, the operation of the computer terminal 200 will be described in detail. First, the computer terminal 200 first processes the EEG signal received through a wired or wireless communication network and performs a fast fourier transform (FFT) process. In this case, values of each frequency domain are obtained to construct specific vectors. When the signal is difficult to be interpreted in the time domain, the signal is changed to the frequency domain and the signals are analyzed (S1, S2, and S3).

이어, 상기 컴퓨터 단말(200)는 집중도와 관련이 있는 SRM 파(12-15Hz), Mid-bata 파(16-20Hz), 및 Theta 파(4-8Hz)를 각각 검출 및 적분한다(S4, S5).Subsequently, the computer terminal 200 detects and integrates SRM waves (12-15Hz), Mid-bata waves (16-20Hz), and Theta waves (4-8Hz), which are related to concentration, respectively (S4 and S5). ).

그리고, 상기 컴퓨터 단말(200)은 상기 적분한 값을 사전에 준비 및 저장된 집중도 인덱스와 대비한 후, 그 대비 결과를 디스플레이시키거나 또는, 다시 집중도 검출 장치(100)에 전송한다(S6).In addition, the computer terminal 200 contrasts the integrated value with a previously prepared and stored concentration index, displays the result of the comparison, or transmits the result to the concentration detection apparatus 100 again (S6).

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시 예로서 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 특허 청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형이 가능할 것이다.In the above, the present invention has been described as a specific preferred embodiment, but the present invention is not limited to the above-described embodiment, and ordinary knowledge in the field to which the present invention pertains without departing from the gist of the present invention claimed in the claims. Anyone with a variety of variations will be possible.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 뇌파 기반 집중력 검출 장치를 도시한 블록 구성도이다.1 is a block diagram illustrating an EEG-based concentration detection apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2는 도 1에 도시된 MCU의 EEG 신호 처리 과정의 일 예를 나타낸 도면이다.FIG. 2 is a diagram illustrating an example of an EEG signal processing process of the MCU illustrated in FIG. 1.

도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 뇌파 기반 집중력 검출 시스템을 도시한 도면이다.3 is a view showing an EEG-based concentration detection system according to another embodiment of the present invention.

도 4는 도 3에 도시된 컴퓨터 단말에서 집중도를 분석하는 과정을 설명하는 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating a process of analyzing a concentration degree in the computer terminal illustrated in FIG. 3.

〈도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명〉<Explanation of symbols about main part of drawing>

110: 전극 120: 노치 필터110: electrode 120: notch filter

130: 차동 증폭기 140: 대역 통과 필터/증폭부130: differential amplifier 140: band pass filter / amplifier

150: MCU 160: 디스플레이150: MCU 160: display

170: 유무선 통신부170: wired and wireless communication unit

Claims (19)

EEG 신호를 감지하기 위한 EEG 신호 감지 전극;An EEG signal sensing electrode for sensing an EEG signal; 상기 EEG 신호 감지 전극으로부터의 EEG 신호에서 전원 노이즈를 제거하기 위한 노치 필터;A notch filter for removing power supply noise from an EEG signal from the EEG signal sensing electrode; 상기 노치 필터를 통과한 EEG 신호를 차동 증폭하기 위한 차동 증폭기;A differential amplifier for differentially amplifying the EEG signal passing through the notch filter; 상기 차동 증폭기로부터의 상기 증폭된 EEG 신호에서 소정의 대역을 통과시키고, 상기 소정 대역의 EEG 신호를 증폭시키기 위한 대역 통과 필터/증폭부;A band pass filter / amplifier for passing a predetermined band in the amplified EEG signal from the differential amplifier and amplifying the EEG signal in the predetermined band; 상기 대역 통과 필터/증폭부로부터의 상기 EEG 신호를 디지털 필터링하고, 상기 디지털 필터링 처리된 EEG 신호로부터 집중력과 관련된 성분의 신호를 검출하기 위한 MCU를 포함하는 뇌파 기반 집중력 검출 장치.And an MCU for digitally filtering the EEG signal from the band pass filter / amplifier and detecting a signal of a component related to concentration from the digitally filtered EEG signal. 제 1 항에 있어서, 상기 뇌파 기반 집중력 검출 장치는 상기 MCU의 제어 하에 상기 검출된 집중력 관련 성분의 뇌파 신호들을 외부에 전송하기 위한 유무선 통신부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 뇌파 기반 집중력 검출 장치.The EEG-based concentration detection apparatus of claim 1, further comprising a wired / wireless communication unit for transmitting EEG signals of the detected concentration-related component to the outside under the control of the MCU. 제 2 항에 있어서, 상기 유무선 통신부는 유무선 USB, 블루투스, 지그비, 및 유무선 LAN 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 뇌파 기반 집중력 검출 장치.The EEG-based concentration detection apparatus of claim 2, wherein the wired / wireless communication unit comprises at least one of wired / wireless USB, Bluetooth, Zigbee, and wired / wireless LAN. 제 1 항에 있어서, 상기 노치 필터는 50Hz 또는 60Hz의 전원 노이즈를 제거하는 것을 특징으로 하는 뇌파 기반 집중력 검출 장치.The EEG-based concentration detection apparatus of claim 1, wherein the notch filter removes power noise of 50 Hz or 60 Hz. 제 1 항에 있어서, 상기 대역 통과 필터/증폭부의 상기 소정의 대역은 0.5Hz ~ 30Hz인 것을 특징으로 하는 뇌파 기반 집중력 검출 장치.The EEG-based concentration detection apparatus according to claim 1, wherein the predetermined band of the band pass filter / amplifier is 0.5Hz to 30Hz. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 대역 통과 필터/증폭부는6. The band pass filter / amplifier of claim 1 wherein 상기 차동 증폭기로부터의 EEG 신호들로부터 소정 주파수 이상의 EEG 신호들을 통과시키기 위한 고대역 필터;A highband filter for passing EEG signals above a predetermined frequency from the EEG signals from the differential amplifier; 상기 고대역 필터로부터의 소정 주파수 이상의 EEG 신호를 증폭하기 위한 제 1 증폭기;A first amplifier for amplifying an EEG signal above a predetermined frequency from said highband filter; 상기 제 1 증폭기에 의해 증폭된 EEG 신호에서 소정의 주파수 이하의 신호를 통과시키기 위한 저대역 필터; 및A low pass filter for passing a signal below a predetermined frequency in the EEG signal amplified by the first amplifier; And 상기 저대역 필터로부터의 상기 소정의 대역의 EEG 신호를 증폭하기 위한 제 2 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 뇌파 기반 집중력 검출 장치.And a second amplifier for amplifying the EEG signal of the predetermined band from the low band filter. 제 6 항에 있어서, 상기 고대역 필터는 상기 EEG 신호에서 0.5Hz 미만의 신호를 제거하는 것을 특징으로 하는 뇌파 기반 집중력 검출 장치.The EEG-based concentration detection apparatus of claim 6, wherein the high-band filter removes a signal less than 0.5 Hz from the EEG signal. 제 6 항에 있어서, 상기 저대역 필터는 상기 EEG 신호에서 30Hz 이하의 신호를 통과시키는 것을 특징으로 하는 뇌파 기반 집중력 검출 장치.The EEG-based concentration detection device according to claim 6, wherein the low band filter passes a signal of 30 Hz or less in the EEG signal. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전극은 AgCl 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 뇌파 기반 집중력 검출 장치.The apparatus for detecting EEG-based concentration according to any one of claims 1 to 5, wherein the electrode comprises an AgCl electrode. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 집중력과 관련된 성분의 신호는 SMR 파, Mid-bata파, 및 Theta파 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 뇌파 기반 집중력 검출 장치.The EEG-based concentration detection apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the signal of the component related to the concentration includes one or more of SMR waves, Mid-bata waves, and Theta waves. 제 10 항에 있어서, 상기 MCU는 상기 SMR 파, Mid-bata파, 및 Theta파를 적분하여, 집중도 인덱스와 대비하는 것을 특징으로 하는 뇌파 기반 집중력 검출 장치.The EEG-based concentration detection apparatus of claim 10, wherein the MCU integrates the SMR wave, the Mid-bata wave, and the Theta wave and contrasts the concentration index. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 뇌파 기반 집중력 검출 장치는 상기 MCU의 제어 하에 상기 검출된 집중력 관련 성분의 뇌파 신호들을 디스플레이하기 위한 디스플레이를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 뇌파 기반 집중력 검출 장치.The EEG-based concentration detection apparatus of claim 1, further comprising a display for displaying EEG signals of the detected concentration-related component under control of the MCU. 7. Concentration detection device. EEG 신호를 감지하기 위한 EEG 신호 감지 전극;An EEG signal sensing electrode for sensing an EEG signal; 상기 EEG 신호 감지 전극으로부터의 EEG 신호에서 50Hz 또는 60Hz의 전원 노이즈를 제거하기 위한 노치 필터;A notch filter for removing power supply noise of 50 Hz or 60 Hz from the EEG signal from the EEG signal sensing electrode; 상기 노치 필터를 통과한 EEG 신호를 차동 증폭하기 위한 차동 증폭기;A differential amplifier for differentially amplifying the EEG signal passing through the notch filter; 상기 차동 증폭기로부터의 EEG 신호들로부터 0.5Hz 이상의 EEG 신호들을 통과시키기 위한 고대역 필터;A highband filter for passing EEG signals above 0.5 Hz from the EEG signals from the differential amplifier; 상기 고대역 필터로부터의 EEG 신호를 증폭하기 위한 제 1 증폭기;A first amplifier for amplifying an EEG signal from the high band filter; 상기 제 1 증폭기에 의해 증폭된 EEG 신호에서 30Hz 이하의 신호를 통과시키기 위한 저대역 필터;A low band filter for passing a signal of 30 Hz or less in the EEG signal amplified by the first amplifier; 상기 저대역 필터로부터의 EEG 신호를 증폭하기 위한 제 2 증폭기;A second amplifier for amplifying an EEG signal from the low band filter; 상기 제 2 증폭기로부터의 상기 EEG 신호를 디지털 필터링하고, 상기 디지털 필터링 처리된 EEG 신호로부터 집중력과 관련된 성분의 신호를 검출하기 위한 MCU, 상기 집중력과 관련된 성분의 신호는 SMR 파, Mid-bata파, 및 Theta파 중 하나 이상을 포함하며;MCU for digitally filtering the EEG signal from the second amplifier and detecting a signal of a component related to concentration from the digitally filtered EEG signal, wherein the signal of the component related to the concentration is SMR wave, Mid-bata wave, And at least one of Theta waves; 상기 MCU의 제어 하에 상기 검출된 집중력 관련 성분의 뇌파 신호들을 외부에 전송하기 위한 유무선 통신부; 및Wired and wireless communication unit for transmitting the EEG signals of the detected concentration-related components to the outside under the control of the MCU; And 상기 MCU의 제어 하에 상기 검출된 집중력 관련 성분의 뇌파 신호들을 디스플레이하기 위한 디스플레이를 포함하는 뇌파 기반 집중력 검출 장치.And a display for displaying brain wave signals of the detected concentration-related component under control of the MCU. 제 13 항에 있어서, 상기 전극은 AgCl 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 뇌파 기반 집중력 검출 장치.The EEG-based concentration detection apparatus of claim 13, wherein the electrode comprises an AgCl electrode. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서, 상기 유무선 통신부는 유무선 USB, 블루투스, 지그비, 및 유무선 LAN 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 뇌파 기반 집중력 검출 장치.The EEG-based concentration detection apparatus of claim 13 or 14, wherein the wired / wireless communication unit includes at least one of wired / wireless USB, Bluetooth, Zigbee, and wired / wireless LAN. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서, 상기 MCU는 상기 SMR 파, Mid-bata파, 및 Theta파를 적분하여, 집중도 인덱스와 대비하는 것을 특징으로 하는 뇌파 기반 집중력 검출 장치.15. The EEG-based concentration detection apparatus of claim 13 or 14, wherein the MCU integrates the SMR wave, the Mid-bata wave, and the Theta wave and contrasts it with a concentration index. 사용자의 뇌로부터 발생되는 EEG 신호를 감지하기 위한 EEG 신호 감지 전극, 상기 EEG 신호 감지 전극으로부터의 EEG 신호에서 전원 노이즈를 제거하기 위한 노치 필터, 상기 노치 필터를 통과한 EEG 신호를 차동 증폭하기 위한 차동 증폭기, 상기 차동 증폭기로부터의 상기 증폭된 EEG 신호에서 소정의 대역을 통과시키고, 상기 소정 대역의 EEG 신호를 증폭시키기 위한 대역 통과 필터/증폭부, 상기 대역 통과 필터/증폭부로부터의 상기 EEG 신호를 디지털 필터링하고, 상기 디지털 필터링 처리된 EEG 신호를 유선 또는 무선 통신부를 통해 외부로 전송하기 위한 MCU를 포함하는 뇌파 기반 집중력 검출 장치; 및An EEG signal detection electrode for detecting an EEG signal generated from the user's brain, a notch filter for removing power noise from the EEG signal from the EEG signal detection electrode, and a differential for differentially amplifying the EEG signal passing through the notch filter An amplifier, a band pass filter / amplifier for passing a predetermined band in the amplified EEG signal from the differential amplifier and amplifying the EEG signal of the predetermined band, and the EEG signal from the band pass filter / amplifier An EEG-based concentration detection device including an MCU for digital filtering and transmitting the digitally filtered EEG signal to the outside through a wired or wireless communication unit; And 상기 뇌파 기반 집중력 검출 장치로부터 유선 또는 무선 통신 망을 통해 상기 EEG 신호를 수신하는 경우, 상기 EEG 신호를 FFT 및 주파수 스펙트럼으로 변환하여 상기 EEG 신호로부터 SRM 파, Mid-bata 파, 및 Theta 파를 각각 검출 및 적분 하여, 집중도 인덱스와 대비하며, 그 대비 결과를 디스플레이시키기 위한 컴퓨터 단말을 포함하는 것을 특징으로 하는 뇌파 기반 집중력 검출 시스템.When the EEG signal is received from the EEG-based concentration detection device through a wired or wireless communication network, the EEG signal is converted into an FFT and a frequency spectrum, and SRM waves, Mid-bata waves, and Theta waves are respectively converted from the EEG signals. And a computer terminal for detecting and integrating, contrasting with the concentration index, and displaying the contrast result. 제 17 항에 있어서, 상기 유무선 통신부는 유무선 USB, 블루투스, 지그비, 및 유무선 LAN 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 뇌파 기반 집중력 검출 시스템.18. The EEG-based concentration detection system of claim 17, wherein the wired / wireless communication unit comprises at least one of wired / wireless USB, Bluetooth, Zigbee, and wired / wireless LAN. 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서, 상기 컴퓨터 단말은 PDA, 스마트 폰, 또는 노트북 컴퓨터인 것을 특징으로 하는 뇌파 기반 집중력 검출 시스템.19. The EEG-based concentration detection system according to claim 17 or 18, wherein the computer terminal is a PDA, a smart phone, or a notebook computer.
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