KR102769595B1 - 피검자의 자세 판정 방법 - Google Patents

Abstract

피검자의 자세 판정 방법에 있어서, 지자계 센서를 이용하여, 3축 방향들 각각의 측정 자기장값들 중 최대값에 해당하는 제1 방향에 관한 제1 측정 자기장들에 대한 단위 측정 시간 동안의 분산값이 기설정된 제1 기준값 이하일 경우 안정 상태로 정의하고, 안정 상태를 벗어난 비안정 상태들 중 비안정 상태의 유지 시간이 기준 안정 주기 이하로 반복할 경우를 피검자의 보행 상태로 판정한다. 보행 상태에서 3축 방향들 각각의 평균 가속도값들로 구성된 평균 가속도 벡터 및 분산값이 제2 기준값을 기준으로 큰 값에서 작은 값으로 변환하는 시점들 각각으로 정의된 변환 시점들에서의 변환 가속도 벡터들 각각이 이루는 제1 각도들을 계산하고, 제1 각도들 중 최대값을 이용하여 기준 좌표계의 3축 기준 방향들을 정의한다. 이어서, 변환 가속도 벡터들 각각의 가속도 값을 이용하여, 기준 좌표계에 포함된 제1 내지 제2 기준 방향이 이루는 시상면 상에서의 각도로서 안정 상태에서의 피검자의 자세를 판정한다.

Description

피검자의 자세 판정 방법{METHOD OF DETERMINING A POSTURE OF BODY}

본 발명의 실시예들은 피검자의 자세 판정 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명의 실시예들은, 인체에 불규칙하게 램덤으로 부착된 단수의 관성 측정 장치(Inertial Measurement Unit, IMU)를 이용하여 피검자의 자세를 정확하게 판정하는 방법에 관한 것이다.

인체의 자세 측정은 의료, 스포츠 과학, 가상 현실, 인간-로봇 상호 작용 등 다양한 분야에서 중요한 역할을 하고 있다. 특히 관성 측정 장치(IMU)를 이용한 자세 측정 기술은 비침습적 특성과 상대적으로 우수한 정확성을 가짐에 따라 널리 사용되고 있다. 기존의 IMU 기반 자세 측정 기술은 주로 다수의 센서를 인체의 특정 부위에 부착하여 사용하는 방식을 채택하였다. 이 방식은 각 센서에서 얻은 데이터를 융합하여 3차원 공간에서의 가상의 인체 자세를 추정한다. 즉, 상기 시스템의 경우, 각 센서의 데이터를 기반으로 각 관절의 움직임을 추정하고, 이를 종합하여 전체적인 자세를 재구성한다.

보다 상세하게는, 다수의 IMU 센서를 이용한 인체 자세 측정 기술은 인체의 여러 부위에 센서를 부착하여 정확한 자세를 추정하는 방법이다. 일반적으로 머리, 상체, 상완, 전완, 손, 골반, 대퇴, 정강이, 발 등 주요 신체 부위들 각각에 센서를 부착한다. 각 센서는 해당 위치에서의 가속도, 각속도, 방향 등의 데이터를 수집하며, 상기 데이터는 일정한 주기로 샘플링되어 중앙 처리 장치로 전송된다. 상기 중앙 처리 장치는 수집된 데이터에 대한 노이즈 제거 및 보정 과정을 거친 후, 칼만 필터와 같은 알고리즘을 통해 융합한다. 이 과정을 통해 각 신체 부위의 방향과 위치를 정확히 추정할 수 있다.

위의 정보를 바탕으로 인체의 골격 모델을 활용하여 각 센서의 위치와 방향 정보를 연결한다. 이를 통해 전체적인 인체 자세를 재구성하고, 각 관절의 각도와 위치를 계산하여 3D 공간에서 인체 자세를 표현한다. 추정된 자세 데이터는 3D 아바타나 그래프 등으로 시각화되며, 시간에 따른 자세 변화를 분석하여 움직임 패턴이나 이상 징후를 파악할 수 있다.

이 기술의 장점으로는 높은 정확도와 정밀도, 실시간 측정 가능성, 그리고 실내외 모든 환경에서의 사용 가능성 등이 있다.

하지만, 여러 센서들을 주요 신체 부위에 부착하여야 인한 불편함, 센서 간 동기화 및 보정의 필요성, 그리고 상대적으로 높은 비용 등이 단점으로 지적된다.
선행문헌으로 대한민국 등록특허공보 제10-2491165호가 개시되어 있다.

본 발명의 실시예들은, 단일한 IMU 센서를 신체의 일 부분에 랜덤하게 부착한 상태에서 개선된 정확도 및 정밀도를 구현할 수 있는 피검자의 자세 판정 방법을 제공한다.

본 발명의 실시예들에 따른 3축 방향으로 상호 동일한 로컬 좌표계를 갖고, 상호 동일한 측정 주기별로 구동하는 가속도 센서 및 지자계 센서를 갖는 전자기기가 부착된 피검자의 자세 판정 방법에 있어서, 상기 지자계 센서를 이용하여, 상기 3축 방향들 각각의 측정 자기장값들 중 최대값에 해당하는 제1 방향에 관한 제1 측정 자기장들에 대한 단위 측정 시간 동안의 분산값이 기설정된 제1 기준값 이하일 경우 안정 상태로 정의하고, 상기 안정 상태를 벗어난 비안정 상태들중 상기 비안정 상태의 유지 시간이 기준 안정 주기 이하로 반복할 경우를 상기 피검자의 보행 상태로 판정한다. 상기 보행 상태에서 상기 3축 방향들 각각의 평균 가속도값들로 구성된 평균 가속도 벡터 및 상기 분산값이 제2 기준값을 기준으로 큰 값에서 작은 값으로 변환하는 시점들 각각으로 정의된 변환 시점들에서의 변환 가속도 벡터들 각각이 이루는 제1 각도들을 계산하고, 상기 제1 각도들 중 최대값을 이용하여 기준 좌표계의 3축 기준 방향들을 정의한다. 이어서, 상기 변환 가속도 벡터들 각각의 가속도 값을 이용하여, 상기 기준 좌표계에 포함된 제1 내지 제2 기준 방향이 이루는 시상면 상에서의 각도로서 상기 안정 상태에서의 피검자의 자세를 판정한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 기준 좌표계의 3축 기준 방향들을 정의하는 단계는, 상기 최대값이 90도 이상일 경우, 상기 최대값에 해당하는 방향을 제1 기준 방향으로, 상기 제1 기준 방향에 대하여 수직하고 상기 제1 측정 자기장 분산값이 0으로 수렴하는 경우를 제2 기준 방향으로, 상기 제2 기준 방향과 외적할 경우 상기 제1 기준 방향이 도출되는 방향을 제3 기준 방향으로 정의할 수 있다.

여기서, 상기 피검자의 자세를 판정하는 단계는, 상기 최대값이 90도 이상일 경우를 앙와위로 판정할 수 있다.

본 발명의 일 실시예들에 있어서, 상기 제2 기준값은 상기 제1 기준값 이상일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전자 기기는 골반 양측 관골구 구면의 중심선을 연장한 부분 위쪽 상체에 단일한 전자 기기를 임의로 장착할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 기준 좌표계의 3축 기준 방향들을 정의하는 단계는, 상기 최대값이 90도 미만일 경우, 상기 최대값에 해당하는 변환 가속도 벡터들중 하나 및 나머지 변환 가속도 벡터들 각각이 이루는 제2 각도들을 산출하고, 상기 제2 각도들 각각에 (95도-최대값)을 더하여 시상면각을 계산한 후 상기 시상면각이 90도 이고, 상기 제1 측정 자기장 분산값이 0으로 수렴하는 경우를 상기 기준 좌표계의 제1 기준 방향으로, 상기 최대값에 해당하는 변환 가속도 벡터를 상기 제1 기준 방향의 단위 벡터로 외적하여 형성되는 벡터 방향을 제3 기준 방향으로, 상기 제1 및 제3 기준 방향을 외적하여 형성되는 벡터 방향을 제2 기준 방향으로 정의할 수 있다.

여기서, 상기 피검자의 자세를 판정하는 단계는, 상기 제2 기준 방향의 반대 방향이 가상의 앙와위로 정의될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 따른 피검자의 자세 판정 방법에 따르면, 동일한 로컬 좌표계를 갖는 지자계 센서 및 가속도 센서를 갖는 단일한 전자 기기를 신체에 랜덤하게 부착하더라도 개선된 정확도를 갖는 자세 판정을 구현할 수 있다.

즉, 단일 IMU로 높은 정확도를 달성하여 비용 효율성을 향상시킬 뿐 만 아니라, 상기 전자 기기의 부착 및 보정 과정을 단순화하여 사용자 편의성을 증대시키고 시스템 리소스는 최소한만 사용하도록 하여 같은 용량의 배터리로 더 긴 사용시간을 보장한다.

나아가. 착용자의 움직임 제약을 최소화하면서도 정밀한 자세 측정이 가능하며, 복잡한 자세 변화를 정확히 분석할 수 있다. 또한, 일상생활에서의 장시간 모니터링과 전문적인 동작 분석 모두에 적합한 유연성 있는 시스템을 구현할 수 있다.

도 1은 전자 기기에 포함된 지자계 센서 및 가속도 센서의 로컬 좌표계를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 피검자의 자세 판정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 도 2의 자세 판정 방법을 이용하여 앙와위 자세로부터 제1 기준 방향을 정의하는 도면이다.
도 4는 도 3의 S140에서 로컬 좌표계의 3축 방향에 대한 가속도값, 시상면각 및 분산값을 이용하여 제2 기준 방향을 정의하기 위한 표이다.
도 5는 도 2의 자세 판정 방법을 이용하여 판정된 안정 상태의 자세별 및 비안정 상태 중 보행 상태에서의 자기장 분산값 및 시상면각을 도시한 그래프이다.
도 6은 피검자의 A 위치 및 B 위치에 장착된 전자 기기의 상태를 표시한 사진이다.
도 7은 도 5의 A 위치 및 B 위치에 장착된 각각의 상태에서 측정한 3축 방향에 대한 가속도값을 설명하기 위한 표 및 그래프들이다.
도 8은 도 5의 A 위치 및 B 위치에 장착된 각각의 상태에서 측정한 3축 방향에 대한 가속도값을 이용한 시상면 상의 각도를 설명하기 위한 그래프이다.
도 9는 도 3의 자세 판정 방법을 이용하여 제1 각도의 최대값으로부터 제1 기준 방향을 정의하는 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 전자 기기에 포함된 지자계 센서 및 가속도 센서의 로컬 좌표계를 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참고하면, 안드로이드 OS 및 아이폰을 구동하는 IOS 시스템의 경우 모두 동일한 좌표계를 사용하고 있다. 즉, 휴대폰을 평평한 바닥에 화면이 보이도록 내려놓았을 때 바닥에서 디스플레이부 방향이 z축이며, z축 주변 반시계방향 회전이 요(Yaw) 모멘텀이다. 또한, 휴대폰을 세워 직각으로 세웠을 때 좌측에서 우측 방향이 y축 방향이고, y축 주변의 반시계방향 회전을 롤(Roll)이라 한다. 이 때 직각으로 세운 휴대폰의 아래에서 윗 방향이 z축이고, z축 주변 회전량을 피치(Pitch)로 정의한다. 각각의 축에 대한 회전 모멘텀의 증가 방향은 축의 +방향을 엄지손가락과 일치시켜 감싸 쥐었을 때 나머지 네 손가락이 가리키는 방향이다.

따라서, 휴대폰 내부에 구비된 가속도계/자이로/지자계 센서의 경우 모두 동일한 축 정의를 사용하고 있다. 이하 본 명세서에서는 [도 1]의 x축 방향, y축 방향 및 z축 방향으로 센서의 로컬 좌표계로 각각 정의된다.

나아가, 휴대폰에 작용하는 외력이 없을 때 휴대폰의 가속도계에 표시되는 x, y 및 z 방향의 3축 가속도 벡터의 총합은 언제나 중력 가속도와 같다. 이를 이용하여 휴대폰이 중력 방향에 수직한 지면 평면에 대하여 얼마나 기울어졌는지 측정할 수 있다. 중력에 수직한 평면에서 휴대폰이 얼마나 회전해 있는지를 나타내는 방위각값은 가속도계만으로 파악할 수 없으며 칼만필터나 절대좌표의 기준을 제공하는 지자기센서, GPS 등을 병용하여 얻을 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 피검자의 자세 판정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 1 및 도 2를 참고하면, 3축 방향으로 상호 동일한 로컬 좌표계를 갖고, 상호 동일한 측정 주기별로 구동하는 가속도 센서 및 지자계 센서를 갖는 전자기기가 부착된 피검자의 자세 판정 방법이 개시된다.

전자기기는 3축 방향으로 상호 동일한 로컬 좌표계를 갖는 가속도 센서 및 지자계 센서를 포함한다. 상기 로컬 좌표계에 따른 3축 방향에 대하여 도 1을 참고로 상술하였으므로 생략하기로 한다.

한편, 가속도 센서 및 지자계 센서는 상호 동일한 측정 주기별로 구동한다. 예를 들면, 가속도 센서 및 지자계 센서는 0.25초마다 1회식 3축 방향들 각각에 대하여 가속도값 및 지자계값을 측정할 수 있다.

먼저, 상기 지자계 센서를 이용하여, 상기 3축 방향들 각각의 측정 자기장값을 측정한다. 여기서, 상기 측정 자기장 값들 중 최대값에 해당하는 제1 방향에 관한 제1 측정 자기장들에 대한 단위 측정 시간 동안의 분산값(Vm)이 기설정된 제1 기준값 이하일 경우 안정 상태로 정의한다(S110).

예를 들면, 3축 방향들 각각에 대하여 상기 측정 자기장 값들 중 최대값을 갖는 제1 방향은 가장 큰 분산값을 가진다. 따라서, 상기 제1 방향에 대한 분산값(Vm)이 제1 기준값 이하일 경우를 안정 상태로 정의할 경우, 보다 정확하게 안정 상태가 평가될 수 있다.

한편, 단위 측정 시간은 예를 들면 1초로 정하여질 수 있다. 이때, 측정 주기가 0.25초일 경우 단위 측정 시간 동안 총 4회의 측정 데이터들에 대한 평균값으로 분산값이 확보될 수 있다. 이와 다르게, 상기 단위 측정 시간은 다르게 정하여질 수 있다.

또한, 예를 들면, 제1 기준값은 10 μT으로 정하여 질 수 있다. 이와 다르게, 상기 제1 기준값은 5 내지 10 μT 범위 내의 하나의 값으로 정하여 질 수 있다.

따라서, 상기 제1 방향에 대한 분산값(Vm)이 제1 기준값 이하일 경우, 안정 상태로 정의된다. 상기 안정 상태의 예로는, 피검자 인체의 중력중심선과 중력장의 방향이 일직선상에 있는 기립자세 (보행 중 아님)와 허리를 직각으로 세우고 앉은 정좌위, 정좌위에서 허리를 뒤로 30 ~ 45도 뒤로 기울인 파울러씨위, 파울러씨위와 완전히 누운 앙와위 중간 정도의 각을 갖는 반파울러씨위 등을 들 수 있다

반면에, 상기 제1 방향에 대한 분산값(Vm)이 제1 기준값을 초과할 비안정 상태에 해당할 수 있다. 상기 비안정 상태의 예로는, 즉 보행 상태과 같이 피검자가 이동하거나 운동하는 상태를 들 수 있다.

이어서, 상기 안정 상태를 벗어난 비안정 상태들 중 상기 비안정 상태의 유지 시간이 기준 안정 주기 이하로 반복할 경우를 상기 피검자의 보행 상태로 판정한다(S120).

예를 들면, 상기 제1 방향에 대한 분산값(Vm)이 제1 기준값 이하일 경우에 해당하는 안정 상태 및 상기 제1 방향에 대한 분산값(Vm)이 제1 기준값을 초과하는 비안정 상태가 주기적으로 반복하는 구간이 발생할 수 있다(도 5의 붉은 색 점선 영역 내 참조). 이 경우, 상기 비안정 상태의 유지 시간이 기준 안정 주기 이하로 반복함으로써 주행 상태로 정의될 수 있다.

상기 기준 안정 주기는 일반적인 보행 속도, 예를 들면 케이던스 값을 고려하여 정하여 질 수 있다. 예를 들면, 기준 안정 주기는 예를 들면 1초 내지 5초로 정해질 수 있다.

한편, 인간은 하루동안 보행 상태, 운동 상태, 정좌위 상태 및 수면 상태로 자세를 변화시킨다.

특히, 보행 상태(W)의 경우, 인간은 일반적으로 진행 방향의 반대 방향인 후방 지표면에 대하여 약 95도 정도 기울어진 보행 각도로 보행한다. 다만, 특정 사람의 건강 및 노화의 진행에 따라 보행 각도가 변화될 수 있다. 따라서, 상기 보행 각도를 기준 방향으로 정의하는 기준 좌표계가 이용될 경우 자세 판정에서 오차가 발생할 수 밖에 없다.

한편, 수면 상태의 경우, 인간은 지표면에 평행하게 누워서 수직 상방을 주시하는 앙와위 자세로 취침한다. 이때, 특정 사람의 건강 및 노화의 진행에도 불구하고, 앙와위 자세의 변화가 거의 없다. 즉, 앙와위 자세로 취침하는 수면 상태에서의 시상면 각도는 0으로 정의될 수 있다.

이어서, 상기 보행 상태(W)에서 상기 3축 방향들 각각의 평균 가속도값들로 구성된 평균 가속도 벡터 및 상기 분산값이 제2 기준값을 기준으로 큰 값에서 작은 값으로 변환하는 시점들 각각으로 정의된 변환 시점들에서의 변환 가속도 벡터들 각각이 이루는 제1 각도들을 계산한다(S130).

상기 보행 상태(W)에서 상기 3축 방향들 각각의 평균 가속도값들로 구성된 평균 가속도 벡터(W_ax, W_ay, W_az)는 보행 상태에서의 평균 가속도 값에 해당한다.

한편, 상기 분산값이 제2 기준값을 기준으로 큰 값에서 작은 값으로 변환하는 시점들 각각으로 정의된 변환 시점들에서의 변환 가속도 벡터들이 정하여 질 수 있다.

상기 분산값은 안정 상태 및 비안정 상태를 포함하는 측정 시간 전체에 대한 제1 측정 자기장값들의 평균값 과의 차이를 의미한다.

이때, 상기 분산값이 제2 기준값을 기준으로 큰 값을 가질 경우 상대적으로 불안정한 상태에 해당하는 반면에, 상기 분산값이 제2 기준값을 기준으로 작은 값을 가질 경우, 상대적으로 안정한 상태에 해당한다. 따라서, 상기 분산값이 제2 기준값을 기준으로 큰 값에서 작은 값으로 변환하는 시점들 각각으로 정의된 변환 시점들은 상대적으로 불안정한 상태에서 안정한 상태로의 변환 시점에 해당한다.

상기 제2 기준값은 상기 제1 기준값 이상일 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 및 제2 기준값들이 상호 동일할 경우, 상기 제1 및 제2 기준값들 각각은 10 μT으로 정하여 질 수 있다. 이와 다르게, 상기 제2 기준값이 상기 제1 기준값 보다 클 경우, 상기 제1 기준값은 10 μT로, 상기 제2 기준값은 10 μT로 정하여 질 수 있다.

상기 평균 가속도 벡터(W_ax, W_ay, W_az) 및 복수의 변환 가속도 벡터들() 각각이 이루는 벡터 간의 제1 각도들이 계산된다. 상기 제1 각도들 중 최대값을 갖는 변환 가속도 벡터들중 하나가 피검자의 수면 상태를 의미한다.

도 3은 도 2의 자세 판정 방법을 이용하여 앙와위 자세로부터 제1 기준 방향을 정의하는 도면이다.

도 2 및 도 3을 참고하면, 상기 제1 각도들 중 최대값을 이용하여 기준 좌표계의 3축 기준 방향들을 정의한다(S140).

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 기준 좌표계의 3축 방향들을 정의하는 단계는, 상기 최대값이 90도 이상일 경우, 상기 최대값에 해당하는 변환 가속도 벡터의 방향을 제1 기준 방향으로 정의한다. 즉, 상기 평균 가속도 벡터(W_ax, W_ay, W_az) 및 복수의 변환 가속도 벡터들 각각이 이루는 벡터 간의 제1 각도들 중 최대값은 직립 상태 및 수면 상태 사이에서의 가속도 벡터들 사이각에 해당한다.

따라서, 특정 사람의 건강 및 노화의 진행에 따라 보행 각도가 변화되더라도 앙와위 자세로 취침하는 수면 상태에서의 변환 가속도 벡터의 방향은 일정하다. 이때 시상면 각도는 0으로 정의한다. 이로써 상기 최대값을 갖는 변환 가속도 벡터가 향하는 방향이 0의 시상면각도에 해당한다.

도 4는 도 3의 S140에서 로컬 좌표계의 3축 방향에 대한 가속도값, 시상면각 및 분산값을 이용하여 제2 기준 방향을 정의하기 위한 표이다.

도 2 및 도 4를 참고하면, 상기 제1 방향에 대하여 수직하고 상기 제1 측정 자기장 분산값이 0으로 수렴하는 경우를 제2 기준 방향으로 정의된다. 상기 제1 방향에 대하여 수직한 경우가 90도의 시상면각으로 정하여 진다. 상기 90도의 시상면각을 갖는 변환 가속도 벡터들 중 상기 제1 측정 자기장 분산값이 0에 가장 가까운 값을 갖는 경우를 제2 기준 방향에 대한 변환 가속도 벡터의 방향을 제2 기준 방향의 단위 벡터로 정의한다.

다시 도 2를 참고하면, 상기 제2 기준 방향과 외적할 경우 상기 제1 기준 방향이 도출되는 방향을 제3 기준 방향으로 정의한다.

도 5는 도 2의 자세 판정 방법을 이용하여 판정된 안정 상태의 자세별 및 비안정 상태 중 보행 상태에서의 자기장 분산값 및 시상면각을 도시한 그래프이다.

도 2 및 도 5를 참고하면, 상기 변환 가속도 값을 이용하여, 상기 기준 좌표계에 포함된 제1 내지 제2 기준 방향이 이루는 시상면 상에서의 각도로서 상기 안정 상태에서의 피검자의 자세를 판정한다(S150).

즉, 상기 제1 기준 방향에 해당하는 0도의 시상면 각도를 기준으로 상기 시상면 상에서 시상면각을 산출한다.

다시 도 5를 참고하면, 시간에 따라 앙와위, 좌반측위, 우반측위, (반)파울러씨위, 좌위, 기립 상태로 변화하는 안정 상태 및 상기 기립 상태에서 변화하는 보행상태를 포함하는 비안정 상태에 따라 지자계 분산값 및 시상면각을 도시하고 있다.

이때, 시상면각의 변화에 따른 자세 변화를 확인할 수 있다. 붉은 선은 안정자세를 추출하기 위해 계산된 지자계센서 신호 중 가장 큰 신호값을 갖는 로컬 좌표계에 따른 z축 신호의 분산값을 나타내며, 붉은 점선은 평균 분산값이 제2 기준값인 10 μT 이상인 보행구간을 나타낸다.

도 6은 피검자의 A 위치 및 B 위치에 장착된 전자 기기의 상태를 표시한 사진이다.

도 6을 참고하면, 피검자의 상체 중 임의의 A 위치 및 B 위치에 전자 기기를 부착한 상태를 도시하고 있다.

도 7은 도 5의 A 위치 및 B 위치에 장착된 각각의 상태에서 측정한 3축 방향에 대한 가속도값을 설명하기 위한 표 및 그래프들이다.

도 7을 참고하면, 서로 다른 A 위치 및 B 위치에 장착될 경우 측정된 측정 가속도값은 서로 현격한 차이가 있음을 확인할 수 있다.

도 8은 도 5의 A 위치 및 B 위치에 장착된 각각의 상태에서 측정한 3축 방향에 대한 가속도값을 이용한 시상면 상의 각도를 설명하기 위한 그래프이다.

도 8을 참고하면, 임의의 A위치 및 B위치에서 측정된 결과 간 시상면각의 차이는 최대 8도 이내였고, 대부분의 구간에서 2도 이내임을 확인할 수 있다.

상술한 결과를 통하여, 장착 위치 또는 전자 기기의 각도와 상관없이 골반 양측 관골구 구면의 중심선을 연장한 부분 위쪽 상체에 단일한 전자 기기를 임의로 장착하여도 시상면 상의 각도 변화를 정확하게 알아낼 수 있다는 것을 나타낸다.

한편, 통계청 자료에 의하면 일반인의 일상생활 중 앉은 자세가 차지하는 비중이 7시간 40분이며, 2014년 OECD 통계에 의하면 하루 7시간 49분은 수면을 위해 누운 자세이다. 그 외 8시간 30분은 사회생활과 이동, 운동 등을 위해 사용하고 있다. 만일 본 발명에 의해 측정이 시작된 시간과 종료된 시간 사이의 측정 시간 범위 내에 수면 상태의 앙와위 자세가 없을 수 있다.

도 9는 도 3의 자세 판정 방법을 이용하여 제1 각도의 최대값으로부터 제1 기준 방향을 정의하는 도면이다.

도 9은 상기 최대값이 90도 미만일 경우를 도시한다. 상기 최대값에 해당하는 변환 가속도 벡터들중 하나 및 나머지 변환 가속도 벡터들 각각이 이루는 제2 각도들을 산출한다.

이때, 상기 제2 각도들 각각에 (95도-최대값)을 더하여 시상면각을 계산한다. 상기 95도는 정상인의 정상 기립 상태에서 상체 각도 및 지표면 사이의 각도에 해당한다.

이어서, 상기 시상면각이 90도 이고, 상기 제1 측정 자기장 분산값이 0으로 수렴하는 경우를 상기 기준 좌표계의 제1 기준 방향으로 정의한다. 상기 최대값에 해당하는 변환 가속도 벡터를 상기 제1 기준 방향의 단위 벡터로 외적하여 형성되는 벡터 방향을 제3 기준 방향으로 정의한다. 또한, 상기 제1 및 제3 기준 방향을 외적하여 형성되는 벡터 방향을 제2 기준 방향으로 정의한다.

이때, 상기 피검자의 자세를 판정하는 단계는, 상기 제2 기준 방향의 반대 방향이 가상의 앙와위로 정의될 수 있다. 즉, 상기 제2 기준 방향의 벡터의 반대 방향은 측정 구간 내에서 피측정자가 한 번도 누운적이 없음에도 불구하고 앙와위일 때의 벡터로 정의된다.

본 발명의 실시예들을 구현하기 위한 장치는 프로세서, 프로그램 데이터를 저장하고 실행하는 메모리, 디스크 드라이브와 같은 영구 저장부(permanent storage), 외부 장치와 통신하는 통신 포트, 터치 패널, 키(key), 버튼 등과 같은 사용자 인터페이스 장치 등을 포함할 수 있다. 소프트웨어 모듈 또는 알고리즘으로 구현되는 방법들은 상기 프로세서상에서 실행 가능한 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드들 또는 프로그램 명령들로서 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체 상에 저장될 수 있다. 여기서 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체로 마그네틱 저장 매체(예컨대, ROM(read-only memory), RAM(random-access memory), 플로피 디스크, 하드 디스크 등) 및 광학적 판독 매체(예컨대, 시디롬(CD-ROM), 디브이디(DVD: Digital Versatile Disc)) 등이 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템들에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 판독 가능한 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 매체는 컴퓨터에 의해 판독가능하며, 메모리에 저장되고, 프로세서에서 실행될 수 있다.

본 발명의 실시예들은 기능적인 블록 구성들 및 다양한 처리 단계들로 나타내어질 수 있다. 이러한 기능 블록들은 특정 기능들을 실행하는 다양한 개수의 하드웨어 또는/및 소프트웨어 구성들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예는 하나 이상의 마이크로프로세서들의 제어 또는 다른 제어 장치들에 의해서 다양한 기능들을 실행할 수 있는, 메모리, 프로세싱, 로직(logic), 룩 업 테이블(look-up table) 등과 같은 집적 회로 구성들을 채용할 수 있다. 본 발명에의 구성 요소들이 소프트웨어 프로그래밍 또는 소프트웨어 요소들로 실행될 수 있는 것과 유사하게, 실시예는 데이터 구조, 프로세스들, 루틴들 또는 다른 프로그래밍 구성들의 조합으로 구현되는 다양한 알고리즘을 포함하여, C, C++, 자바(Java), 어셈블러(assembler) 등과 같은 프로그래밍 또는 스크립팅 언어로 구현될 수 있다. 기능적인 측면들은 하나 이상의 프로세서들에서 실행되는 알고리즘으로 구현될 수 있다. 또한, 실시예는 전자적인 환경 설정, 신호 처리, 및/또는 데이터 처리 등을 위하여 종래 기술을 채용할 수 있다. "매커니즘", "요소", "수단", "구성"과 같은 용어는 넓게 사용될 수 있으며, 기계적이고 물리적인 구성들로서 한정되는 것은 아니다. 상기 용어는 프로세서 등과 연계하여 소프트웨어의 일련의 처리들(routines)의 의미를 포함할 수 있다.

위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시예에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시예는 본 발명의 바람직한 예를 들어 설명하였을 뿐이기 때문에, 본 발명이 상기의 실시예에만 국한되는 것으로 이해되어져서는 아니 되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 등가개념으로 이해되어져야 할 것이다.

S110: 단계 a

Claims (7)

1. 3축 방향으로 상호 동일한 로컬 좌표계를 갖고, 상호 동일한 측정 주기별로 구동하는 가속도 센서 및 지자계 센서를 갖는 전자기기가 부착된 피검자의 자세 판정 방법에 있어서,
   단계 a) 상기 지자계 센서를 이용하여, 상기 3축 방향들 각각의 측정 자기장값들 중 최대값에 해당하는 제1 방향에 관한 제1 측정 자기장들에 대한 단위 측정 시간 동안의 분산값이 기설정된 제1 기준값 이하일 경우 안정 상태로 정의하는 단계;
   단계 b) 상기 안정 상태를 벗어난 비안정 상태들 중 상기 비안정 상태의 유지 시간이 기준 안정 주기 이하로 반복할 경우를 상기 피검자의 보행 상태로 판정하는 단계;
   단계 c) 상기 보행 상태에서 상기 3축 방향들 각각의 평균 가속도값들로 구성된 평균 가속도 벡터 및 상기 분산값이 제2 기준값을 기준으로 큰 값에서 작은 값으로 변환하는 시점들 각각으로 정의된 변환 시점들에서의 변환 가속도 벡터들 각각이 이루는 제1 각도들을 계산하는 단계;
   단계 d) 상기 제1 각도들 중 최대값을 이용하여 기준 좌표계의 3축 기준 방향들을 정의하는 단계; 및
   단계 e) 상기 변환 가속도 벡터들 각각의 가속도 값을 이용하여, 상기 기준 좌표계에 포함된 제1 내지 제2 기준 방향이 이루는 시상면 상에서의 각도로서 상기 안정 상태에서의 피검자의 자세를 판정하는 단계를 포함하고,
   상기 단계 a) 내지 단계 e)들 중 각각을 마이크로 프로세서가 수행하는 것을 특징으로 하는 피검자의 자세 판정 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 기준 좌표계의 3축 기준 방향들을 정의하는 단계는,
   상기 최대값이 90도 이상일 경우, 상기 최대값에 해당하는 방향을 제1 기준 방향으로, 상기 제1 기준 방향에 대하여 수직하고 상기 제1 측정 자기장 분산값이 0으로 수렴하는 경우를 제2 기준 방향으로, 상기 제2 기준 방향과 외적할 경우 상기 제1 기준 방향이 도출되는 방향을 제3 기준 방향으로 정의하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 피검자의 자세 판정 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 피검자의 자세를 판정하는 단계는, 상기 최대값이 90도 이상일 경우를 앙와위로 판정하는 것을 특징으로 하는 피검자의 자세 판정 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 제2 기준값은 상기 제1 기준값 이상인 것을 특징으로 하는 피검자의 자세 판정 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 전자 기기는 골반 양측 관골구 구면의 중심선을 연장한 부분 위쪽 상체에 단일한 전자 기기를 임의로 장착하는 것을 특징으로 하는 피검자의 자세 판정 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 기준 좌표계의 3축 기준 방향들을 정의하는 단계는,
   상기 최대값이 90도 미만일 경우, 상기 최대값에 해당하는 변환 가속도 벡터들중 하나 및 나머지 변환 가속도 벡터들 각각이 이루는 제2 각도들을 산출하는 단계;
   상기 제2 각도들 각각에 (95도-최대값)을 더하여 시상면각을 계산하는 단계; 및
   상기 시상면각이 90도 이고, 상기 제1 측정 자기장 분산값이 0으로 수렴하는 경우를 상기 기준 좌표계의 제1 기준 방향으로, 상기 최대값에 해당하는 변환 가속도 벡터를 상기 제1 기준 방향의 단위 벡터로 외적하여 형성되는 벡터 방향을 제3 기준 방향으로, 상기 제1 및 제3 기준 방향을 외적하여 형성되는 벡터 방향을 제2 기준 방향으로 정의하는 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 피검자의 자세 판정 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 피검자의 자세를 판정하는 단계는, 상기 제2 기준 방향의 반대 방향이 가상의 앙와위로 정의되는 것을 특징으로 하는 피검자의 자세 판정 방법.