KR20200027195A - 운전자의 생체신호 측정장치 및 그 방법 - Google Patents

운전자의 생체신호 측정장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 운전자의 생체신호 측정장치 및 그 방법이 개시된다. 본 발명의 운전자의 생체신호 측정장치는, 운전자의 생체신호를 측정하는 레이더 센서; 레이더 센서에 부착되어 레이더 센서의 움직임을 측정하는 제1 관성센서; 운전자의 시트에 부착되어 운전자의 움직임을 측정하는 제2 관성센서; 차량의 차속을 측정하는 차속센서; 레이더 센서, 제1 관성센서, 제2 관성센서 및 차속센서를 모두 동기화시킨 상태에서 제1 관성센서, 제2 관성센서 및 차속센서를 기반으로 진동값을 계산하여 레이더 센서로부터 측정되는 생체신호에서 진동값을 제거하여 생체신호값을 결정하는 제어부; 및 제어부에서 결정된 생체신호값을 출력하는 출력부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

운전자의 생체신호 측정장치 및 그 방법{APPARATUS FOR MEASURING BIO-SIGNAL OF DRIVER AND METHOD THEREOF}
본 발명은 운전자의 생체신호 측정장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 운전자의 생체신호를 레이더를 통해 측정할 때 센서와 운전자의 상대 잡음을 최소화하여 주행 중에도 지속적인 생체신호를 측정할 수 있도록 하는 운전자의 생체신호 측정장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 교통사고의 원인은 운전자의 부주의나 도로 환경에 의한 돌발적인 위험 상황의 발생 등 여러 가지 요인이 관련되어 있을 수 있으나, 이 가운데 과속 또는 졸음운전에 의한 사고의 비중은 해마다 늘어나는 추세에 있으며, 대부분 인명사고로 이어지는 대형 사고를 야기하게 되므로 심각한 사회문제로 부각되고 있다.
이러한 문제점을 해소하기 위한 노력으로 주요 자동차 제조업체들은 차량의 안전 운행을 보조할 다양한 신규 시스템을 지속적으로 개발하여 차량에 적용하고 있다.
한편, 종래의 졸음운전 판정기술은 주로 카메라를 기반으로 운전자의 상태를 감지하거나 센서 등을 통해 운전자의 맥박 수를 모니터링 함으로써 졸음운전 여부를 판정하도록 된 것이 대부분이다.
즉, 전자의 경우, 차량 내부에 설치된 실내 카메라를 통해 운전자의 얼굴을 촬영하여 운전자의 눈꺼풀 개폐 정도, 깜빡임, 눈동자의 움직임 등을 파악하고 이를 근거로 졸음운전 여부를 판정한다.
후자의 경우, 졸음 상태에서는 운전자의 맥박 수가 줄어들게 되는 현상을 근거로 판정한다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 특허공보 제0929621호(2009.12.03. 공고, 개인위급상황 경보시스템 및 그 방법)에 개시되어 있다.
위와 같이 졸음운전 등의 상태를 판정하기 위해 운전자의 생체신호를 감지할 때 가장 큰 장애물은 차량 환경에서 발생하는 진동 잡음이 있다.
여기서, 진동 잡음은 크게 3가지로 분류할 수 있는데, 차량의 차체 진동 잡음과 주행 시 지면에 따라 다르게 들어오는 주행 잡음은 자동차에 부착된 센서와 운전자에게 동시에 작용하게 된다.
그리고 운전자의 움직임에 의한 동적 잡음은 레이더 투사 범위를 흉부로 한정하면 최소화되지만, 운전자가 시트에 고정되어 있지 않기 때문에 주행 시 자동차의 진동과 상대적 변위차가 발생하게 된다.
따라서 실제로 자동차의 주행 환경에서 생체신호를 측정하는 경우, 생체신호는 차량 자체 진동 및 주행 진동으로 인해 심각한 변형이 발생하게 되어 대부분의 데이터를 신뢰할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위하여 안출된 것으로, 일 측면에 따른 본 발명의 목적은 운전자의 생체신호를 레이더를 통해 측정할 때 센서와 운전자의 상대 잡음을 최소화하여 주행 중에도 지속적인 생체신호를 측정할 수 있도록 하는 운전자의 생체신호 측정장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 운전자의 생체신호 측정장치는, 운전자의 생체신호를 측정하는 레이더 센서; 레이더 센서에 부착되어 레이더 센서의 움직임을 측정하는 제1 관성센서; 운전자의 시트에 부착되어 운전자의 움직임을 측정하는 제2 관성센서; 차량의 차속을 측정하는 차속센서; 레이더 센서, 제1 관성센서, 제2 관성센서 및 차속센서를 모두 동기화시킨 상태에서 제1 관성센서, 제2 관성센서 및 차속센서를 기반으로 진동값을 계산하여 레이더 센서로부터 측정되는 생체신호에서 진동값을 제거하여 생체신호값을 결정하는 제어부; 및 제어부에서 결정된 생체신호값을 출력하는 출력부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 제어부는, 제1 관성센서와 제2 관성센서로부터 각가속도가 측정되는 경우 무효화시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 제어부는, 차속센서로부터 차속을 입력받아 가속도를 계산하여 베이스라인을 결정한 후, 제1 관성센서와 제2 관성센서로부터 입력된 가속도값을 기반으로 상대진동을 측정하고 베이스라인을 적용하여 진동값을 계산하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 제어부는, 레이더 센서에서 측정된 생체신호의 전후 방향 축 데이터에 대해 진동값을 적용하여 제거하고, 상하좌우 방향 축 데이터에 대해 FFT를 통해 주파수 대역에서 발생된 잔진동을 제거하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 운전자의 생체신호 측정방법은, 제어부가 레이더 센서, 제1 관성센서, 제2 관성센서 및 차속센서를 모두 동기화시키는 단계; 제어부가 레이더 센서, 제1 관성센서, 제2 관성센서 및 차속센서로부터 센서값을 입력받는 단계; 제어부가 제1 관성센서, 제2 관성센서 및 차속센서를 기반으로 진동값을 계산하는 단계; 제어부가 레이더 센서로부터 측정되는 생체신호에서 진동값을 제거하여 생체신호값을 결정하는 단계; 및 제어부가 출력부를 통해 결정된 생체신호값을 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 센서값을 입력받는 단계에서, 제어부가 제1 관성센서와 제2 관성센서로부터 각가속도가 측정되는 경우 무효화시키고 다시 입력받는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 진동값을 계산하는 단계는, 제어부가 차속센서로부터 차속을 입력받아 가속도를 계산하여 베이스라인을 결정하는 단계; 및 제어부가 제1 관성센서와 제2 관성센서로부터 입력된 가속도값을 기반으로 상대진동을 측정하고 베이스라인을 적용하여 진동값을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 생체신호값을 결정하는 단계는, 제어부가 레이더 센서에서 측정된 생체신호의 전후 방향 축 데이터에 대해 진동값을 적용하여 제거하고, 상하좌우 방향 축 데이터에 대해 FFT를 통해 주파수 대역에서 발생된 잔진동을 제거하여 생체신호값을 결정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 운전자의 생체신호 측정장치 및 그 방법은 운전자의 생체신호를 레이더를 통해 측정할 때 센서와 운전자의 상대 잡음을 최소화하여 주행 중에도 신뢰성 있는 생체신호를 지속적으로 측정할 수 있어 운전자에게 헬스케어 정보를 제공할 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 운전자의 생체신호 측정장치를 나타낸 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 운전자의 생체신호 측정장치의 배치상태를 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 운전자의 생체신호 측정방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 운전자의 생체신호 측정장치 및 그 방법을 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 운전자의 생체신호 측정장치를 나타낸 블록 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 운전자의 생체신호 측정장치의 배치상태를 나타낸 구성도이다.
도 1과 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 운전자의 생체신호 측정장치는, 레이더 센서(10), 제1 관성센서(20), 제2 관성센서(30), 차속센서(40), 제어부(50) 및 출력부(60)를 포함할 수 있다.
레이더 센서(10)는 운전자의 흉부 변화를 감지하여 맥박이나 호흡 등의 생체신호를 측정하여 제어부(50)에 제공할 수 있다.
제1 관성센서(20)는 레이더 센서(10)에 부착되어 차량의 주행 중 발생되는 진동에 의한 레이더 센서(10)의 움직임을 측정하여 제어부(50)에 제공할 수 있다.
제2 관성센서(30)는 운전자의 시트(70)에 부착되어 차량의 진동과 더불어 운전자의 움직임에 의한 변화를 측정하여 제어부(50)에 제공할 수 있다.
여기서 제1 관성센서(20)와 제2 관성센서(30)는 3축 가속도센서와 자이로스코프센서로 구성되어 전후, 좌우 및 상하 3축으로의 이동을 감지할 뿐만 아니라 피치(pitch), 롤(roll) 및 요(yaw)의 3축 회전을 감지할 수 있다.
차속센서(40)는 차량의 차속을 측정하여 제어부(50)에 제공하여 주행 가속도를 베이스라인으로 결정함으로써, 제1 관성센서(20)와 제2 관성센서(30)의 가속도값에 대해 보정하여 진동값을 계산할 수 있도록 한다.
제어부(50)는 레이더 센서(10), 제1 관성센서(20), 제2 관성센서(30) 및 차속센서(40)를 모두 동기화시킨 상태에서 제1 관성센서(20), 제2 관성센서(30) 및 차속센서(40)를 기반으로 진동값을 계산하여 레이더 센서(10)로부터 측정되는 생체신호에서 진동값을 제거하여 생체신호값을 결정할 수 있다.
이때 제어부(50)는 제1 관성센서(20)와 제2 관성센서(30)로부터 각가속도가 측정되는 경우 신호가 뒤틀린 것으로 간주하여 무효화시키고 다시 입력받을 수 있다.
또한, 제어부(50)는 차속센서(40)로부터 차속을 입력받아 가속도를 계산하여 베이스라인을 결정한 후 제1 관성센서(20)와 제2 관성센서(30)로부터 입력된 가속도값을 기반으로 상대진동을 측정하고 베이스라인을 적용하여 진동값을 계산할 수 있다.
이후, 제어부(50)는 레이더 센서(10)에서 측정된 생체신호의 전후 방향 축 데이터에 대해 진동값을 적용하여 제거하고, 상하좌우 방향 축 데이터에 대해 일정시간을 분할하여 FFT(Fast Fourier Transform)를 통해 주파수 대역에서 발생된 잔진동을 제거하여 생체신호값을 결정할 수 있다.
출력부(60)는 제어부(50)에서 결정된 생체신호값을 출력한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 운전자의 생체신호 측정장치에 따르면, 운전자의 생체신호를 레이더를 통해 측정할 때 센서와 운전자의 상대 잡음을 최소화하여 주행 중에도 신뢰성 있는 생체신호를 지속적으로 측정할 수 있어 운전자에게 헬스케어 정보를 제공할 수 있도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 운전자의 생체신호 측정방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 운전자의 생체신호 측정방법에서는 먼저, 제어부(50)가 레이더 센서(10), 제1 관성센서(20), 제2 관성센서(30) 및 차속센서(40)를 모두 동기화시켜 동일 시간으로 데이터를 처리할 수 있도록 한다(S10).
S10 단계에서 센서를 동기화시킨 후 제어부(50)는 레이더 센서(10), 제1 관성센서(20), 제2 관성센서(30) 및 차속센서(40)로부터 각각 센서값을 입력받는다(S20).
즉, 레이더 센서(10)로부터는 운전자의 흉부 변화를 감지한 맥박이나 호흡 등의 생체신호를 입력받고, 레이더 센서(10)에 부착된 제1 관성센서(20)로부터는 차량의 주행 중 발생되는 진동에 의한 레이더 센서(10)의 움직임을 입력받고, 운전자의 시트(70)에 부착된 제2 관성센서(30)로부터는 차량의 진동과 더불어 운전자의 움직임에 의한 변화를 입력받고, 차속센서(40)로부터는 차량의 주행에 따른 차속을 입력받는다.
S20 단계에서 센서값을 입력받은 후 제어부(50)는 제1 관성센서(20)와 제2 관성센서(30)로부터 입력된 측정값으로부터 각가속도가 발생되었는지 판단한다(S30).
S30 단계에서 각가속도가 발생되었는지 판단하여 각가속도가 발생된 것으로 판단될 경우, 제어부(50)는 신호가 뒤틀린 것으로 간주하여 무효화시키고 S20 단계로 리턴하여 다시 센서값을 입력받는다.
반면, S30 단계에서 각가속도가 발생되지 않은 경우, 제어부(50)는 차속센서(40)로부터 입력된 차량의 차속으로부터 가속도를 계산하여 차량의 주행에 따른 기본적인 진동값을 계산하기 위한 베이스라인을 결정한다(S40).
S40 단계에서 베이스라인을 결정한 후 제어부(50)는 레이더 센서(10)에 부착된 제1 관성센서(20)와 운전자의 시트(70)에 부착된 제2 관성센서(30)에 의한 상대진동을 측정한다(S50).
이후 제어부(50)는 S40 단계에서 차량의 주행에 따른 진동값의 베이스라인을 결정하고, S50 단계에서 제1 관성센서(20)와 제2 관성센서(30)의 상대진동을 측정하여 3축에 대한 진동값을 벡터값으로 계산한다(S60).
S60 단계에서 진동값을 계산한 후 제어부(50)는 레이더 센서(10)로부터 입력되는 운전자의 흉부 변화를 기반으로 심박이나 호흡을 측정한 생체신호에 대해 차량의 주행 환경에 따른 진동값을 제거한다(S70).
S70 단계에서 제어부(50)는 레이더 센서(10)에서 측정된 생체신호의 전후 방향 축 데이터에 대해 진동값을 적용하여 제거하고, 상하좌우 방향 축 데이터에 대해 일정시간을 분할하여 FFT(Fast Fourier Transform)를 통해 주파수 대역에서 발생된 잔진동을 제거할 수 있다.
S70 단계에서 레이더 센서(10)로부터 측정된 신호에서 진동값을 제거한 후 제어부(50)는 신뢰성 있는 데이터를 기반으로 생체신호를 결정할 수 있다(S80).
S80 단계에서 생체신호를 결정한 후 제어부(50)는 출력부(60)를 통해 생체신호를 출력한다(S90).
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 운전자의 생체신호 측정방법에 따르면, 운전자의 생체신호를 레이더를 통해 측정할 때 센서와 운전자의 상대 잡음을 최소화하여 주행 중에도 신뢰성 있는 생체신호를 지속적으로 측정할 수 있어 운전자에게 헬스케어 정보를 제공할 수 있도록 한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10 : 레이더 센서 20 : 제1 관성센서
30 : 제2 관성센서 40 : 차속센서
50 : 제어부 60 : 출력부
70 : 시트

Claims (8)

  1. 운전자의 생체신호를 측정하는 레이더 센서;
    상기 레이더 센서에 부착되어 상기 레이더 센서의 움직임을 측정하는 제1 관성센서;
    상기 운전자의 시트에 부착되어 상기 운전자의 움직임을 측정하는 제2 관성센서;
    차량의 차속을 측정하는 차속센서;
    상기 레이더 센서, 상기 제1 관성센서, 상기 제2 관성센서 및 상기 차속센서를 모두 동기화시킨 상태에서 상기 제1 관성센서, 상기 제2 관성센서 및 상기 차속센서를 기반으로 진동값을 계산하여 상기 레이더 센서로부터 측정되는 상기 생체신호에서 진동값을 제거하여 생체신호값을 결정하는 제어부; 및
    상기 제어부에서 결정된 상기 생체신호값을 출력하는 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 운전자의 생체신호 측정장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 제1 관성센서와 상기 제2 관성센서로부터 각가속도가 측정되는 경우 무효화시키는 것을 특징으로 하는 운전자의 생체신호 측정장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 차속센서로부터 상기 차속을 입력받아 가속도를 계산하여 베이스라인을 결정한 후, 상기 제1 관성센서와 상기 제2 관성센서로부터 입력된 가속도값을 기반으로 상대진동을 측정하고 상기 베이스라인을 적용하여 상기 진동값을 계산하는 것을 특징으로 하는 운전자의 생체신호 측정장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 레이더 센서에서 측정된 상기 생체신호의 전후 방향 축 데이터에 대해 상기 진동값을 적용하여 제거하고, 상하좌우 방향 축 데이터에 대해 FFT를 통해 주파수 대역에서 발생된 잔진동을 제거하는 것을 특징으로 하는 운전자의 생체신호 측정장치.
  5. 제어부가 레이더 센서, 제1 관성센서, 제2 관성센서 및 차속센서를 모두 동기화시키는 단계;
    상기 제어부가 상기 레이더 센서, 상기 제1 관성센서, 상기 제2 관성센서 및 상기 차속센서로부터 센서값을 입력받는 단계;
    상기 제어부가 상기 제1 관성센서, 상기 제2 관성센서 및 상기 차속센서를 기반으로 진동값을 계산하는 단계;
    상기 제어부가 상기 레이더 센서로부터 측정되는 생체신호에서 상기 진동값을 제거하여 생체신호값을 결정하는 단계; 및
    상기 제어부가 출력부를 통해 결정된 상기 생체신호값을 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 운전자의 생체신호 측정방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 센서값을 입력받는 단계에서, 상기 제어부가 상기 제1 관성센서와 상기 제2 관성센서로부터 각가속도가 측정되는 경우 무효화시키고 다시 입력받는 것을 특징으로 하는 운전자의 생체신호 측정방법.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 진동값을 계산하는 단계는, 상기 제어부가 상기 차속센서로부터 차속을 입력받아 가속도를 계산하여 베이스라인을 결정하는 단계; 및
    상기 제어부가 상기 제1 관성센서와 상기 제2 관성센서로부터 입력된 가속도값을 기반으로 상대진동을 측정하고 상기 베이스라인을 적용하여 상기 진동값을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 운전자의 생체신호 측정방법.
  8. 제 5항에 있어서, 상기 생체신호값을 결정하는 단계는, 상기 제어부가 상기 레이더 센서에서 측정된 생체신호의 전후 방향 축 데이터에 대해 상기 진동값을 적용하여 제거하고, 상하좌우 방향 축 데이터에 대해 FFT를 통해 주파수 대역에서 발생된 잔진동을 제거하여 상기 생체신호값을 결정하는 것을 특징으로 하는 운전자의 생체신호 측정방법.
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