KR102143920B1 - Visual stimulation-based brain-computer interface apparatus and method of processing information thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 시각 자극 기반의 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치 및 그 정보 처리 방법에 관한 것으로서, 시각 자극 기반의 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치에 의해 수행되는 정보 처리 방법에 있어서, a) 시각 자극이 제공되는 디스플레이 모듈과 사용자와의 기준 거리 정보에 기초하여 사용자의 응시점을 추출하고, 상기 응시점을 기준으로 전체 시야 영역을 산출하는 단계; b) 상기 전체 시야 영역에서 상기 응시점을 기준으로 제1 범위를 중심 시야 영역으로 설정하고, 상기 제1 범위를 제외한 제2 범위를 주변 시야 영역으로 설정하는 단계; c) 기측정된 시각적 피로도에 기초하여 상기 중심 시야 영역에 제1 시야 자극을 제시하고, 상기 주변 시야 영역에 제2 시야 자극을 제시하는 단계; d) 상기 제1 시야 자극 또는 제2 시야 자극에 의한 사용자의 뇌파를 측정하고, 상기 측정된 뇌파로부터 주파수 대역 또는 시간 대역에 대한 뇌신호 특징 정보를 추출하는 단계; 및 e) 상기 뇌신호 특징 정보를 이용하여 사용자가 응시한 사용자 의도 자극을 검출하고, 상기 검출된 사용자 의도 자극을 상기 디스플레이 모듈을 통해 출력하는 단계를 포함하는 것이다.The present invention relates to a visual stimulation-based brain-computer interface device and an information processing method thereof, wherein in the information processing method performed by the visual stimulation-based brain-computer interface device, a) a display module to which visual stimulation is provided, and Extracting a gaze point of the user based on reference distance information from the user, and calculating an entire viewing area based on the gaze point; b) setting a first range as a central viewing area based on the gaze point in the entire viewing area, and setting a second range excluding the first range as a peripheral viewing area; c) presenting a first visual field stimulus to the central visual field and a second visual field stimulus to the peripheral visual field based on the previously measured visual fatigue; d) measuring a user's EEG by the first visual field stimulation or the second visual field stimulation, and extracting brain signal characteristic information for a frequency band or a time band from the measured EEG; And e) detecting a user intention stimulus gazed by the user by using the brain signal characteristic information, and outputting the detected user intention stimulus through the display module.
Description
본 발명은 서로 다른 시각 자극을 제시하여 시각적 피로도가 낮으면서도 인식 성능이 높은 시각 자극 기반의 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치 및 그 정보 처리 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a brain-computer interface device based on a visual stimulus with high recognition performance while presenting different visual stimuli with low visual fatigue, and an information processing method thereof.
뇌파(EEG, Electroencephalogram)란, 뇌에서 발생한 전류 신호를 전극으로 측정한 것을 말한다. 이러한 뇌파는 크게 자발적 뇌파와 유발적 뇌파로 구분할 수 있다. 자발적 뇌파는 사용자의 의지로 인해 발현되는 뇌 신호로서 자발적으로 움직이거나 동작을 상상했을 때 생성된다. 유발적 뇌파는 외부 자극에 의해 사용자의 의지와는 상관없이 자연스럽게 발현되는 뇌 신호로서 시각, 청각, 촉각 자극 등에 의해 유도된다.Electroencephalogram (EEG) refers to a measurement of a current signal generated in the brain with an electrode. These brain waves can be largely divided into spontaneous brain waves and induced brain waves. Spontaneous brain waves are brain signals that are expressed by the user's will and are generated when they move or imagine movements spontaneously. Induced brain waves are brain signals that are naturally expressed irrespective of the user's will by external stimuli and are induced by visual, auditory, and tactile stimuli.
한편, 뇌-컴퓨터 인터페이스는 뇌 신호를 이용하여 생각만으로 컴퓨터의 입력장치나 휠체어 등을 제어할 수 있도록 하는 연구 분야이다. On the other hand, the brain-computer interface is a research field that allows you to control an input device or a wheelchair, etc. of a computer only with thoughts using brain signals.
대표적인 뇌 신호 중 하나인 시각 유발 전위(Steady State Visual Evoked Potential, SSVEP)는 외부의 자극에 대한 자연스러운 반응신호로서, 특정 주파수 대역에서 반복되는 시각 자극을 집중할 때 후두 피질(Occipital Cortex)에 유발되는 뇌 신호를 말한다. 일반적으로 SSVEP를 사용하기 위해서 LCD 모니터에 특정 주파수(예를 들어, 10Hz)의 시각 자극을 지속적으로 깜빡이는 방법을 사용한다. 그러나 해당 시각 자극은 통상적으로 3초에서 10초의 시간 동안 사용자에게 반복하여 노출시키며, 이 방식은 사용자에게 극심한 눈의 피로를 느끼게 한다. 즉, SSVEP 기반의 BCI 시스템은 사용자의 눈에 상당한 시각 피로도를 주고, 이 시각 피로도는 집중력 저하로 이어져 장시간 사용하기에 어려움이 있으며, 드물게 광과민성 체질의 사용자의 경우 발작을 일으킬 수도 있는 한계점이 있다.One of the representative brain signals, the Steady State Visual Evoked Potential (SSVEP), is a natural response signal to an external stimulus, which is induced in the occipital cortex when a repetitive visual stimulus is concentrated in a specific frequency band. Say the signal. In general, in order to use SSVEP, a method of continuously blinking a visual stimulus of a specific frequency (for example, 10Hz) on an LCD monitor is used. However, the corresponding visual stimulus is repeatedly exposed to the user for a period of typically 3 to 10 seconds, and this method makes the user feel extreme eye strain. That is, the SSVEP-based BCI system gives considerable visual fatigue to the user's eyes, and this visual fatigue leads to a decrease in concentration, making it difficult to use for a long time, and in rare cases, users with photosensitive constitutions have a limitation that may cause seizures.
이러한 SSVEP를 이용하여 사용자에게 시각 자극을 제시하고, 뇌파를 통해 사용자 의도를 분석하여 기기를 제어하는 BCI 기술로서, 다음과 같은 기술들이 제안되었다. As a BCI technology for controlling a device by presenting a visual stimulus to a user using this SSVEP and analyzing the user's intention through brain waves, the following technologies have been proposed.
대한민국 특허등록 제10-1293863호(발명의 명칭: 안정상태 시각유발전위를 이용한 QWERTY 타입의 문자 입력 인터페이스 장치 및 문자 입력 방법)는, QWERTY 타입의 문자 인터페이스 장치를 제안하고, 뇌파를 통해 시각 유발 전위로부터 사용자의 의도를 검출하여 문자를 입력하는 방법을 개시하고 있다. 그리고 대한민국 특허등록 제10-1389015호(발명의 명칭: 진폭 변조된 안정상태 시각유발전위 시각자극을 이용한 뇌파 분석시스템)는, 안정 상태 시각 유발 전위를 사용할 때 안정적인 BCI 시스템을 구축하도록 진폭 변조된 시각 자극을 제시하는 구성을 개시하고 있다. 또한, 대한민국 특허등록 제10-1465878호(발명의 명칭: 안정-상태 시각 유발 전위를 이용한 객체 제어 방법 및 장치)는, 투사형 디스플레이 장치와 연동하여 객체에 대한 시각 자극 패턴을 할당하고, 투사된 자극 패턴 응시에 따른 뇌파 신호를 통해 객체를 제어하는 방법을 개시하고 있다.Republic of Korea Patent Registration No. 10-1293863 (name of the invention: QWERTY type character input interface device and character input method using a stable state visual oil power plant) proposes a QWERTY type character interface device, and visually induced potential through brain waves Disclosed is a method of detecting a user's intention from and inputting a character. And Republic of Korea Patent Registration No. 10-1389015 (name of the invention: EEG analysis system using amplitude-modulated steady state visual induced potential visual stimulation), amplitude-modulated time to establish a stable BCI system when using a stable state visual induced potential. A configuration that presents a stimulus is disclosed. In addition, Korean Patent Registration No. 10-1465878 (title of the invention: object control method and apparatus using a stable-state visual evoked potential) is linked with a projection-type display device to allocate a visual stimulus pattern to an object, and Disclosed is a method of controlling an object through an EEG signal according to a pattern gaze.
위의 기술들은 안정 상태 시각 유발 전위를 이용하는 BCI 기반의 기기 제어를 다양하게 제안하고 있으나, 모두 중심 시야에 직접적으로 SSVEP 기반의 시각 자극을 발생시킨다는 측면에서, 장기간 반복적으로 노출되었을 때 사용자의 피로도를 발생시킨다는 한계가 있다.The above technologies variously propose BCI-based device control using the steady state visual evoked potential, but all of them directly generate SSVEP-based visual stimuli to the central field of view, thereby reducing user fatigue when exposed repeatedly for a long period of time. There is a limit to generating it.
따라서, 사용자의 피로도를 낮추기 위하여 시각 자극을 개선할 수 있으면서도 BCI 성능을 유지할 수 있는 시각 자극 기반의 BCI기술이 필요하다. Therefore, there is a need for a visual stimulation-based BCI technology capable of maintaining BCI performance while improving visual stimulation to reduce user fatigue.
대한민국 특허등록 제10-1293863호(발명의 명칭: 안정상태 시각유발전위를 이용한 QWERTY 타입의 문자 입력 인터페이스 장치 및 문자 입력 방법)Republic of Korea Patent Registration No. 10-1293863 (Name of invention: QWERTY type character input interface device and character input method using stable state visual oil power plant)
대한민국 특허등록 제10-1389015호(발명의 명칭: 진폭 변조된 안정상태 시각유발전위 시각자극을 이용한 뇌파 분석시스템)Republic of Korea Patent Registration No. 10-1389015 (Name of invention: EEG analysis system using amplitude-modulated stable-state visual stimulus)
대한민국 특허등록 제10-1465878호(발명의 명칭: 안정-상태 시각 유발 전위를 이용한 객체 제어 방법 및 장치)Korean Patent Registration No. 10-1465878 (Name of invention: Object control method and apparatus using stable-state visual induced potential)
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따라 특정 주파수의 시각 자극을 중심 시야 영역인 응시점을 피하여 주변 시야 영역에 제공하여 시각적 피로도를 줄이고, 중심 시야 영역에 사건 관련 전위 기반의 시각 자극을 제공하여 인식 성능을 높일 수 있는 시각 자극 기반의 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치 및 그 정보 처리 방법을 제공하는 것이다. In order to solve the above problems, according to an embodiment of the present invention, visual stimulation of a specific frequency is provided to the peripheral field of view, avoiding the gaze point, which is the central field of view, thereby reducing visual fatigue, It is to provide a visual stimulation-based brain-computer interface device capable of enhancing recognition performance by providing a potential-based visual stimulation and an information processing method thereof.
다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.However, the technical problem to be achieved by the present embodiment is not limited to the technical problem as described above, and other technical problems may exist.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서 본 발명의 일 실시예에 따른 시각 자극 기반의 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치의 정보 처리 방법은, 시각 자극 기반의 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치에 의해 수행되는 정보 처리 방법에 있어서, a) 시각 자극이 제공되는 디스플레이 모듈과 사용자와의 기준 거리 정보에 기초하여 사용자의 응시점을 추출하고, 상기 응시점을 기준으로 전체 시야 영역을 산출하는 단계; b) 상기 전체 시야 영역에서 상기 응시점을 기준으로 제1 범위를 중심 시야 영역으로 설정하고, 상기 제1 범위를 제외한 제2 범위를 주변 시야 영역으로 설정하는 단계; c) 기측정된 시각적 피로도에 기초하여 상기 중심 시야 영역에 제1 시야 자극을 제시하고, 상기 주변 시야 영역에 제2 시야 자극을 제시하는 단계; d) 상기 제1 시야 자극 또는 제2 시야 자극에 의한 사용자의 뇌파를 측정하고, 상기 측정된 뇌파로부터 주파수 대역 또는 시간 대역에 대한 뇌신호 특징 정보를 추출하는 단계; 및 e) 상기 뇌신호 특징 정보를 이용하여 사용자가 응시한 사용자 의도 자극을 검출하고, 상기 검출된 사용자 의도 자극을 상기 디스플레이 모듈을 통해 출력하는 단계를 포함하는 것이다.As a technical means for achieving the above-described technical problem, the information processing method of the brain-computer interface device based on visual stimulation according to an embodiment of the present invention is an information processing method performed by the brain-computer interface device based on visual stimulation. A method comprising: a) extracting a gaze point of a user based on reference distance information between a display module provided with a visual stimulus and a user, and calculating an entire viewing area based on the gaze point; b) setting a first range as a central viewing area based on the gaze point in the entire viewing area, and setting a second range excluding the first range as a peripheral viewing area; c) presenting a first visual field stimulus to the central visual field and a second visual field stimulus to the peripheral visual field based on the previously measured visual fatigue; d) measuring a user's EEG by the first visual field stimulation or the second visual field stimulation, and extracting brain signal characteristic information for a frequency band or a time band from the measured EEG; And e) detecting a user intention stimulus gazed by the user by using the brain signal characteristic information, and outputting the detected user intention stimulus through the display module.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 시각 자극 기반의 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치는 시각 자극 기반의 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치에 있어서, 시각 자극이 제공되는 디스플레이 모듈; 상기 디스플레이 모듈을 통해 제공되는 서로 다른 시각 자극에 의한 사용자의 뇌파 신호를 처리하여 사용자 의도 자극을 분석하기 위한 정보 처리 방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된 메모리; 및 상기 프로그램을 실행하기 위한 프로세서;를 포함하며, 상기 프로세서는, 상기 프로그램의 실행에 의해, 상기 디스플레이 모듈과 사용자와의 기준 거리 정보에 기초하여 사용자의 응시점을 추출하고, 상기 응시점을 기준으로 제1 범위를 중심 시야 영역으로 설정하며, 상기 제1 범위를 제외한 제2 범위를 주변 시야 영역으로 설정하고, 기측정된 시각적 피로도에 기초하여 상기 중심 시야 영역에 제1 시야 자극을 제시하고, 상기 주변 시야 영역에 제2 시야 자극을 제시하며, 상기 제1 시야 자극 또는 제2 시야 자극에 의한 사용자의 뇌파를 측정하고, 상기 측정된 뇌파로부터 주파수 대역 또는 시간 대역에 대한 뇌신호 특징 정보를 추출한 후 상기 뇌신호 특징 정보를 이용하여 사용자가 응시한 사용자 의도 자극을 검출하는 것이다.In addition, a visual stimulation-based brain-computer interface device according to another embodiment of the present invention includes a visual stimulation-based brain-computer interface device, comprising: a display module providing visual stimulation; A memory in which a program for performing an information processing method for analyzing a user intention stimulus by processing an EEG signal of a user by different visual stimuli provided through the display module is recorded; And a processor for executing the program, wherein the processor extracts a gaze point of the user based on reference distance information between the display module and the user by executing the program, and based on the gaze point A first range is set as a central viewing area, a second range excluding the first range is set as a peripheral viewing area, and a first viewing stimulus is presented in the central viewing area based on a pre-measured visual fatigue level, Presenting a second field of view stimulus to the peripheral field of view, measuring the user's EEG by the first field of view stimulation or the second field of view stimulation, and extracting brain signal characteristic information for a frequency band or time band from the measured EEG After that, the brain signal characteristic information is used to detect the user's intentional stimulus that the user stares at.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면 안정 상태 시각 유발 전위 기반의 시각 자극을 중심 시야 영역인 응시점을 피하여 주변 시야 영역에 제공하고, 중심 시야 영역에 사건 관련 전위 기반의 시각 자극을 제공함으로써 사용자들이 낮은 시각적 피로도로 집중력 있게 뇌파를 이용하여 외부 기기를 제어할 수 있고, 서로 다른 시각 자극의 인식 결과를 사용자 의도 분석에 이용하여 시각적 피로도를 줄이면서도 인식 성능이 향상될 수 있다.According to the above-described problem solving means of the present invention, by providing a visual stimulus based on a stable-state visual-induced potential to the peripheral field of view, avoiding the gaze point, which is a central field of view, and providing a visual stimulus based on an event-related potential to the central field of view, the user With low visual fatigue, they can control external devices using brain waves with concentration, and recognition performance can be improved while reducing visual fatigue by using recognition results of different visual stimuli for user intention analysis.
따라서, 본 발명은 안전 상태 시각 유발 전위, 사건 관련 전위 이외에도 다른 시각 자극과의 결합이 용이해질 수 있고, 시각적 피로도를 낮춤으로써 장시간 BCI 장치를 사용할 수 있다. Accordingly, in the present invention, in addition to the safety state visual induced potential and event-related potential, coupling with other visual stimuli can be facilitated, and the BCI device can be used for a long time by reducing visual fatigue.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시각 자극 기반의 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치의 구성을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시각 자극 기반의 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치의 정보 처리 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 3은 도 2에 의한 중심 시야 영역과 주변 시야 영역을 설명하는 도면이다.
도 4는 도 2에 의한SSVEP 자극과 ERP자극을 결합한 형태의 시야 자극을 제공하는 화면을 설명하는 도면이다.1 is a diagram illustrating a configuration of a brain-computer interface device based on visual stimulation according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating an information processing method of a brain-computer interface device based on visual stimulation according to an exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating a central viewing area and a peripheral viewing area according to FIG. 2.
FIG. 4 is a diagram illustrating a screen providing visual field stimulation in the form of a combination of SSVEP stimulation and ERP stimulation according to FIG. 2.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art may easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Throughout the specification, when a part is said to be "connected" with another part, this includes not only "directly connected" but also "electrically connected" with another element interposed therebetween. . In addition, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included, and one or more other features, not excluding other components, unless specifically stated to the contrary. It is to be understood that it does not preclude the presence or addition of any number, step, action, component, part, or combination thereof.
이하의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 상세한 설명이며, 본 발명의 권리 범위를 제한하는 것이 아니다. 따라서 본 발명과 동일한 기능을 수행하는 동일 범위의 발명 역시 본 발명의 권리 범위에 속할 것이다.The following examples are detailed descriptions for aiding understanding of the present invention, and do not limit the scope of the present invention. Accordingly, the invention of the same scope performing the same function as the present invention will also belong to the scope of the present invention.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시각 자극 기반의 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치의 구성을 설명하는 도면이다. 1 is a diagram illustrating a configuration of a brain-computer interface device based on visual stimulation according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 시각 자극 기반의 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치(100)는, 디스플레이 모듈(110), 메모리(120) 및 프로세서(130)를 포함하지만 이에 한정되지는 않는다. Referring to FIG. 1, the brain-
디스플레이 모듈(110)은 모니터 상에 서로 다른 시각 자극을 제공하고, 프로세서(130)에 의해 분석된 사용자 의도 자극을 출력하여 표시한다. The
디스플레이 모듈(110)은 시각 자극 제시부(111)와 자극 출력부(112)를 포함하는데, 시각 자극 제시부(111)는 모니터를 통해 서로 다른 시각 자극을 사용자에게 제공하고, 자극 출력부(112)는 뇌파 분석을 통해 사용자 의도 자극을 출력하여 모니터에 표시한다. The
메모리(120)는 서로 다른 시각 자극에 의한 사용자의 뇌파 신호를 처리하여 사용자 의도 자극을 분석하기 위한 정보 처리 방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된다. 또한, 프로세서(130)가 처리하는 데이터를 일시적 또는 영구적으로 저장하는 기능을 수행한다. 여기서, 메모리(120)는 휘발성 저장 매체(volatile storage media) 또는 비휘발성 저장 매체(non-volatile storage media)를 포함할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.The
프로세서(130)는 시각 자극 기반으로 정상 상태 시각 유발 전위(SSVEP)와 사건 관련 전위(ERP)를 이용하여 사용자 의도 자극을 검출하기 위한 정보 처리 방법을 제공하는 전체 과정을 제어한다. The
이러한 프로세서(130)는 뇌파 신호 측정부(131), 특징 추출부(132), 특징 결합부(133) 및 사용자 의도 분석부(134)를 포함한다.The
뇌파 측정부(131)는 국제 전극 시스템에 따라 27개 이상의 채널에서 뇌파를 추출한다. 사용자가 비침습적 방식으로 마이크로 칩이 부착된 캡을 두피에 착용하면, 뇌파 측정부(131)는 인체에 무해한 젤을 넣어 임피던스 값을 낮추고 유의미한 뇌파 신호를 측정하고, 사용자마다 다른 뇌파를 고려하기 위해 레퍼런스 채널 및 그라운드 채널을 이용한다. The
특징 추출부(132)는 디스플레이 모듈(110)을 통해 제공되는 시각 자극으로부터 강인한 신호를 추출하기 위하여 고속 푸리에 변환을 통해 측정된 뇌파로부터 주파수 대역의 뇌신호 특징 정보와 신간 대역의 뇌신호 특징정보를 각각 추출한다.In order to extract a strong signal from the visual stimulus provided through the
특징 결합부(133)는 주파수 대역과 시간 대역의 뇌신호 특징 정보를 결합하여 서로 다른 자극에 의한 뇌신호 특징을 모두 이용할 수 있도록 한다. The feature combiner 133 combines brain signal feature information in a frequency band and a time band so that all brain signal features resulting from different stimuli can be used.
사용자 의도 분석부(134)는 뇌신호의 특징을 이용하여 사용자가 어떤 문자를 의도하고, 응시하였는지를 분석하여 사용자 의도 자극을 결정한 후 출력한다.The user
이러한 프로세서(130)의 뇌파 신호 측정부(131), 특징 추출부(132), 특징 결합부(133) 및 사용자 의도 분석부(134)에서 수행하는 각 단계에 대해서는 도 2를 참조하여 후술하기로 한다.Each of the steps performed by the EEG
여기서, 프로세서(130)는 프로세서(processor)와 같이 데이터를 처리할 수 있는 모든 종류의 장치를 포함할 수 있다. 여기서, '프로세서(processor)'는, 예를 들어 프로그램 내에 포함된 코드 또는 명령으로 표현된 기능을 수행하기 위해 물리적으로 구조화된 회로를 갖는, 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치를 의미할 수 있다. 이와 같이 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치의 일 예로써, 마이크로프로세서(microprocessor), 중앙처리장치(central processing unit: CPU), 프로세서 코어(processor core), 멀티프로세서(multiprocessor), ASIC(application-specific integrated circuit), FPGA(field programmable gate array) 등의 처리 장치를 망라할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.Here, the
시각 자극 기반의 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치(100)는 외부 기기 또는 사용자가 착용한 뇌파 신호 측정용 캡(CAP) 등과 데이터를 송수신하기 위해 통신 인터페이스를 제공하는 통신 모듈(도시되지 않음)과, 사용자 별로 측정된 뇌신호 특징 정보와 시각 자극을 위한 데이터 등을 저장하는 데이터베이스(도시되지 않음) 등을 더 포함할 수 있다. 여기서, 통신 모듈은 다른 장치와 유무선 연결을 통해 제어 신호 또는 데이터 신호와 같은 신호를 송수신하기 위해 필요한 하드웨어 및 소프트웨어를 포함하는 장치일 수 있다.The visual stimulation-based brain-
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시각 자극 기반의 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치의 정보 처리 방법을 나타낸 동작 흐름도이고, 도 3은 도 2에 의한 중심 시야 영역과 주변 시야 영역을 설명하는 도면이며, 도 4는 도 2에 의한SSVEP 자극과 ERP자극을 결합한 형태의 시야 자극을 제공하는 화면을 설명하는 도면이다.FIG. 2 is a flowchart illustrating an information processing method of a brain-computer interface device based on a visual stimulus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a diagram illustrating a central viewing area and a peripheral viewing area according to FIG. 2, FIG. 4 is a diagram illustrating a screen providing visual field stimulation in the form of a combination of SSVEP stimulation and ERP stimulation according to FIG. 2.
먼저 도2 내지 도 4를 참조하면, 시각 자극 기반의 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치의 정보 처리 방법은, 시각 자극이 제공되는 디스플레이 모듈과 사용자와의 기준 거리 정보에 기초하여 사용자의 응시점을 추출하고, 추출된 응시점을 기준으로 전체 시야 영역을 산출한다. 이때, 전체 시야 영역은 응시점을 기준으로 제1 범위를 중심 시야 영역으로 설정되고, 제1 범위를 제외한 제2 범위를 주변 시야 영역으로 설정된다(S110). First, referring to FIGS. 2 to 4, the information processing method of the brain-computer interface device based on visual stimulation extracts a gaze point of a user based on reference distance information between a display module provided with visual stimulation and a user, The entire field of view is calculated based on the extracted gaze point. In this case, the first range is set as the central viewing area based on the gaze point, and the second range excluding the first range is set as the peripheral viewing area (S110).
디스플레이 모듈과 사용자와의 기준 거리 정보가 70㎝인 경우, 제1 범위(a)는 응시점을 기준으로 시야각 기준으로 시야각 1.25° 이내로 설정하고, 제2 범위(b)는 응시점을 기준으로 시야각 1.25°에서 2.5° 이내로 설정한다. When the reference distance information between the display module and the user is 70 cm, the first range (a) is set within 1.25° of the viewing angle based on the gaze point, and the second range (b) is the viewing angle based on the gaze point. Set within 2.5° from 1.25°.
따라서, 전체 시야 영역은 도 3에 도시된 바와 같이, 지름 6㎝의 외부 원 형태이고, 중심 시야 영역은 지름 3㎝의 내부 원 형태이며, 주변 시야 영역은 외부 원에서 내부 원을 제외한 원형 띠 형태가 된다. 즉, 주변 시야 영역은 외부 원의 지름 6㎝에서 내부 원의 지름 3㎝를 뺀 3㎝ 두께를 가지는 원형 띠 형태로 형성된다. 한편, 이와 같은 구체적인 수치는 설명의 편의를 위한 예시적인 것으로, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.Therefore, as shown in FIG. 3, the entire field of view is in the form of an outer circle with a diameter of 6 cm, the central field of view is in the form of an inner circle with a diameter of 3 cm, and the peripheral field of view is in the form of a circular band excluding the inner circle from the outer circle. Becomes. That is, the peripheral viewing area is formed in the shape of a circular band having a thickness of 3 cm by subtracting the diameter of the inner circle of 3 cm from the diameter of the outer circle of 6 cm. Meanwhile, such specific values are exemplary for convenience of description, and the present invention is not limited thereto.
이렇게 형성된 주변 시야 영역은 신경생리학적으로 시각 정보에 덜 민감하여 정신적 부담이 줄어들면서도 충분한 뇌의 신경 신호를 추출할 수 있는 영역이다.The peripheral visual field formed in this way is a region capable of extracting sufficient neural signals from the brain while reducing the mental burden because it is neurophysiologically less sensitive to visual information.
따라서, 시각 자극 기반의 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치는 기측정된 시각적 피로도에 기초하여 중심 시야 영역에 시각적 피로도가 낮은 제1 시야 자극을 제시하고, 주변 시야 영역에 제1 시야 자극에 비해 시각적 피로도가 다소 높은 제2 시야 자극을 제시한다(S120).Therefore, the visual stimulation-based brain-computer interface device presents the first visual field stimulus with low visual fatigue in the central visual field based on the pre-measured visual fatigue level, and the visual fatigue is somewhat less than the first visual fatigue stimulus in the peripheral visual field. A second high visual field stimulation is presented (S120).
이때, 시각적 피로도는 다양한 생체 신호 또는 뇌파 분석 기반의 시각적 피로도 분석 방법이나 카메라 비젼 기반 눈 영상 분석을 통해 시각 자극에 의한 피로도를 측정할 수 있다.In this case, visual fatigue may be measured by visual fatigue through a visual fatigue analysis method based on various biological signals or brain wave analysis, or eye image analysis based on camera vision.
ERP는 시각, 청각 등의 동일한 외부 자극이 사용자에게 반복적으로 제공되었을 경우에 사용자 반응의 결과로 나타나는 신호로서, 특정 자극 제공 시점에서 300ms 이후에 발생하는 전위 차이를 의미한다. 이러한 ERP 기반의 시각 자극은 시간 대역에서 해상력이 높은 뇌파 신호로서, ERP 기반의 BCI 장치는 속도는 느리지만 시각적 피로도가 낮다는 장점이 있다. ERP is a signal that appears as a result of a user's response when the same external stimulus such as sight and hearing is repeatedly provided to a user, and refers to a potential difference occurring after 300 ms at the time of providing a specific stimulus. The ERP-based visual stimulus is an EEG signal with high resolution in a time band, and the ERP-based BCI device has the advantage of being slow but low visual fatigue.
또한, SSVEP 기반의 시각 자극은 뇌파 신호의 특성상 주파수 대역의 정보이고, ERP 기반의 시각 자극은 뇌파 신호의 특성상 시간 대역의 정보로 구분할 수 있다. 즉, SSVEP 기반의 시각 자극은 주파수 측면에서 시호를 분석하고, 정준 상곤 분석을 이용하여 두 개의 데이터를 비교하여 상관 관계 값을 계산한다. 그리고, ERP 기반의 시각 자극은 시간 측면에서 선형 판별 분석을 실시하여 판별 함수를 계산하고, 이 판별함수를 통해 뇌파를 분석한다. In addition, the SSVEP-based visual stimulus is information of a frequency band due to the characteristic of the EEG signal, and the ERP-based visual stimulus can be divided into information of a time band due to the characteristic of the EEG signal. That is, the SSVEP-based visual stimulus analyzes the time signal in terms of frequency, and compares two data using canonical phase-gon analysis to calculate a correlation value. In addition, the ERP-based visual stimulus performs a linear discriminant analysis in terms of time to calculate a discriminant function, and analyzes brain waves through the discriminant function.
따라서, 도 4에 도시된 바와 같이, 시각 자극 기반의 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치는 중심 시야 영역에서 무작위 순서로 한번씩 깜빡임(즉, 플래시(Flash))으로 발생하는 ERP 기반의 시각 자극을 제공하고, 주변 시야 영역에 특정 주파수에서 반복하여 깜빡임으로 발생하는 SSVEP 기반의 시각 자극을 제공한다. 이를 위해, 시각 자극 기반의 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치는 60㎐ 또는 120㎐로 동작하는 모니터에 SSVEP 기반의 시각 자극과 ERP 기반의 시각 자극을 동시에 출력한다. Therefore, as shown in FIG. 4, the brain-computer interface device based on visual stimulation provides ERP-based visual stimulation generated by blinking (i.e., Flash) once in a random order in the central field of view. It provides an SSVEP-based visual stimulus that occurs by repeated flickering at a specific frequency in the field of view. To this end, the visual stimulation-based brain-computer interface device simultaneously outputs SSVEP-based visual stimulus and ERP-based visual stimulus to a monitor operating at 60 Hz or 120 Hz.
시각 자극 기반의 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치는 디스플레이 모듈을 통해 주파수 영역에서 출력이 가능한 SSVEP 주파수 영역(예를 들어, 모니터 주파수의 약수)을 생성하여 매 프레임 사이에 SSVEP기반의 시각 자극을 삽입하고, 이와 동시에 ERP 기반의 시각 자극이 ERP 기반의 시각 자극 간의 시간((Inter-Stimulus Interval, ISI), ERP 기반의 시각 자극이 출력되는 시간(Stimulus-Time Interval, STI)을 생성하여 매 프레임 사이에 ERP 기반의 시각 자극을 삽입한 후 단일 시스템 내에서 서로 다른 2개의 시각 자극이 오차 없이 일관되게 모니터에 출력되도록 한다. The visual stimulus-based brain-computer interface device generates an SSVEP frequency domain (eg, a divisor of the monitor frequency) that can be output in the frequency domain through the display module, and inserts the SSVEP-based visual stimulus between each frame. At the same time, ERP-based visual stimulus generates time between ERP-based visual stimuli ((Inter-Stimulus Interval, ISI), ERP-based visual stimulus output time (Stimulus-Time Interval, STI) and ERP-based between each frame. After inserting the visual stimulus, the two different visual stimuli within a single system are consistently output to the monitor without error.
다시 도 2를 참조하면, 시각 자극 기반의 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치는 제1 시야 자극 또는 제2 시야 자극에 의한 사용자의 뇌파를 측정한다(S130). 비침습적 방식으로 마이크로 칩이 부착된 캡을 사용자가 두피에 착용한 상태에서, 시각 자극 기반의 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치는 국제 전극 시스템에 따라 27개 이상의 채널에서 뇌파를 추출한다. Referring back to FIG. 2, the brain-computer interface device based on visual stimulation measures the user's brain waves by the first visual field stimulation or the second visual field stimulation (S130). In a state where a user wears a cap with a microchip attached to the scalp in a non-invasive manner, a brain-computer interface device based on visual stimulation extracts EEG from more than 27 channels according to the international electrode system.
시각 자극 기반의 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치는 측정된 뇌파 신호로부터 강인한 신호를 추출하기 위해 고속 푸리에 변환을 통해 주파수 대역의 뇌신호 특징 정보와 시간 대역의 뇌신호 특징 정보를 각각 추출한다(S140).The brain-computer interface device based on visual stimulation extracts brain signal feature information in a frequency band and brain signal feature information in a time band through fast Fourier transform in order to extract a robust signal from the measured brain wave signal (S140).
SSVEP 기반의 시각 자극을 통해 측정한 뇌파 신호는 주파수 대역에서 신호 분석을 통해 제1 분석 데이터와 CCA를 통해 제2 분석 데이터를 각각 산출하고, 산출된 제1 분석 데이터와 제2 분석 데이터를 비교하여 상관 관계 값을 계산한다. 또한, 자극 제공 후에 300ms에서 발생하는 ERP 기반의 시각 자극을 통해 측정한 뇌파 신호는 시간 대역에서 LDA를 이용하여 판별 함수를 계산한다. The EEG signal measured through SSVEP-based visual stimulation is calculated by calculating the first analysis data and the second analysis data through CCA through signal analysis in the frequency band, and comparing the calculated first analysis data and the second analysis data. Calculate the correlation value. In addition, the ERP signal measured through the ERP-based visual stimulus generated at 300 ms after the stimulation is provided is calculated using the LDA in the time band.
이 후, 시각 자극 기반의 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치는 주파수 대역의 뇌신호 특징 정보인 상관 관계 값과 시간 대역의 뇌 신호 특징 정보인 판별 함수를 결합하여 사용자가 응시한 자극을 확률적으로 계산한다(S150).Thereafter, the visual stimulation-based brain-computer interface device probably calculates the stimulus gazed by the user by combining the correlation value, which is the characteristic information of the brain signal in the frequency band, and the discrimination function, which is the characteristic information of the brain signal in the time band ( S150).
따라서, 시각 자극 기반의 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치는 주파수 대역과 시간 대역의 뇌신호 특징을 모두 이용하여 사용자가 어떤 자극을 의도하고 응시하였는지를 분석하여 사용자가 응시한 사용자 의도 자극을 검출하고, 사용자 의도 자극을 디스플레이 모듈을 통해 출력한다(S160).Therefore, the brain-computer interface device based on visual stimulus analyzes what stimulus the user intended and gazes by using both the characteristics of brain signals in the frequency band and the time band, and detects the user's intended stimulus that the user gazes at, and Is output through the display module (S160).
이와 같이, 본 발명은 사용자의 응시점이 아닌 주변 시야 영역에 SSVEP 자극과 응시점을 포함한 중심 시야 영역에 ERP 자극을 결합하여 사용자에게 제시함으로써 주파수 대역에서CCA를 통한 인식 결과와 시간 대역에서 LDA를 통한 인식 결과를 효과적으로 결합함으로써 사용자가 의도하는 자극을 정확히 검출할 수 있다.As described above, the present invention combines the SSVEP stimulus in the peripheral field of view, not the user's gaze point, and the ERP stimulus in the central field of view including the gaze point, and presents it to the user, so that the recognition result through the CCA in the frequency band and the LDA in the time band. By effectively combining the recognition results, the stimulus intended by the user can be accurately detected.
이러한 본 발명은 컴퓨터, 스마트폰, 로봇 등이 외부 기기를 뇌파로 제어하고 조정하는 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술에 적용되어, TV 채널 변경, 도어 열림/닫힘, 스마트홈 제어 기술이나 사용자의 생각을 문자나 그림으로 해석하는 등 다양한 의사소통 보조 도구로 활용할 수 있다.The present invention is applied to a brain-computer interface technology in which a computer, a smart phone, a robot, etc. controls and adjusts an external device with brain waves, so that a TV channel change, door opening/closing, smart home control technology or user's thoughts It can be used as a variety of communication aids, such as interpreting as a picture.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예에 따른 시각 자극 기반의 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치의 정보 처리 방법은, 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 이러한 기록 매체는 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함하며, 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체를 포함하며, 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다.The information processing method of the brain-computer interface device based on visual stimulation according to the embodiment of the present invention described above is also implemented in the form of a recording medium including instructions executable by a computer such as a program module executed by a computer. Can be. Such recording media include computer-readable media, and computer-readable media may be any available media that can be accessed by a computer, and include both volatile and nonvolatile media, and removable and non-removable media. In addition, computer-readable media includes computer storage media, which are volatile and nonvolatile implemented in any method or technology for storage of information such as computer-readable instructions, data structures, program modules, or other data. , Both removable and non-removable media.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The above description of the present invention is for illustrative purposes only, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to understand that other specific forms can be easily modified without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative and non-limiting in all respects. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as being distributed may also be implemented in a combined form.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the claims to be described later rather than the detailed description, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be interpreted as being included in the scope of the present invention. do.
100: 시각 자극 기반의 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치
110: 디스플레이 모듈 120: 메모리
130: 프로세서100: visual stimulation-based brain-computer interface device
110: display module 120: memory
130: processor
Claims (12)
a) 시각 자극이 제공되는 디스플레이 모듈과 사용자와의 기준 거리 정보에 기초하여 사용자의 응시점을 추출하고, 상기 응시점을 기준으로 전체 시야 영역을 산출하는 단계;
b) 상기 전체 시야 영역에서 상기 응시점을 기준으로 제1 범위를 중심 시야 영역으로 설정하고, 상기 제1 범위를 제외한 제2 범위를 주변 시야 영역으로 설정하는 단계;
c) 기측정된 시각적 피로도에 기초하여 상기 중심 시야 영역에 제1 시야 자극을 제시하고, 상기 주변 시야 영역에 제2 시야 자극을 제시하는 단계;
d) 상기 제1 시야 자극 또는 제2 시야 자극에 의한 사용자의 뇌파를 측정하고, 상기 측정된 뇌파로부터 주파수 대역 또는 시간 대역에 대한 뇌신호 특징 정보를 추출하는 단계; 및
e) 상기 뇌신호 특징 정보를 이용하여 사용자가 응시한 사용자 의도 자극을 검출하고, 상기 검출된 사용자 의도 자극을 상기 디스플레이 모듈을 통해 출력하는 단계를 포함하는 것이고,
상기 제1 시야 자극은 사건 관련 전위(Event Related Potential, ERP) 기반의 시야 자극이고,
상기 제2 시야 자극은 안정 상태 시각 유발 전위(Steady State Visual Evoked Potential, SSVEP) 기반의 시야 자극인 것인,
시각 자극 기반의 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치의 정보 처리 방법.In the information processing method performed by a visual stimulation-based brain-computer interface device,
a) extracting a gaze point of the user based on the reference distance information between the display module provided with the visual stimulus and the user, and calculating the entire viewing area based on the gaze point;
b) setting a first range as a central viewing area based on the gaze point in the entire viewing area, and setting a second range excluding the first range as a peripheral viewing area;
c) presenting a first visual field stimulus to the central visual field and a second visual field stimulus to the peripheral visual field based on the previously measured visual fatigue;
d) measuring a user's EEG by the first visual field stimulation or the second visual field stimulation, and extracting brain signal characteristic information for a frequency band or a time band from the measured EEG; And
e) detecting a user intention stimulus gazed by the user using the brain signal characteristic information, and outputting the detected user intention stimulus through the display module,
The first visual field stimulation is an event related potential (ERP) based visual field stimulation,
The second visual field stimulation is a visual field stimulation based on Steady State Visual Evoked Potential (SSVEP),
Information processing method of brain-computer interface device based on visual stimulation.
상기 c) 단계는,
상기 제1 시야 자극으로서 시간 대역에서 뇌파 신호의 분석을 위해 기설정된 시간 대역에서 무작위로 발생되는 시각 자극을 제공하고,
상기 제2 시야 자극으로서 주파수 대역에서 뇌파 신호의 분석을 위해 기설정된 주파수 대역에서 반복적으로 발생되는 시각 자극을 제공하는 것인, 시각 자극 기반의 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치의 정보 처리 방법.The method of claim 1,
The step c),
As the first visual field stimulus, a visual stimulus randomly generated in a preset time band for analysis of an EEG signal in a time band is provided,
As the second visual field stimulation, a visual stimulation that is repeatedly generated in a preset frequency band for analysis of an EEG signal in a frequency band is provided.
상기 b) 단계는,
상기 응시점을 기준으로 시야각 1.25° 이내를 제1 범위로 설정하고, 상기 응시점을 기준으로 시야각 1.25°에서 2.5° 이내를 제2 범위로 설정하는 것인, 시각 자극 기반의 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치의 정보 처리 방법.The method of claim 1,
Step b),
The visual stimulation-based brain-computer interface device is to set the viewing angle within 1.25° as the first range based on the gaze point and the viewing angle within 1.25° to 2.5° as the second range based on the gaze point Of information processing.
상기 전체 시야 영역은 상기 기준 거리 정보에 근거하여 제1 반경을 가지는 외부 원 형태로 형성되며,
상기 중심 시야 영역은 상기 기준 거리 정보에 근거하여 제2 반경을 가지는 내부 원 형태로 형성되고,
상기 주변 시야 영역은 상기 전체 시야 영역에서 중심 시야 영역을 제외한 나머지 영역으로 원형의 띠 형태로 형성되는 것인, 시각 자극 기반의 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치의 정보 처리 방법.The method of claim 4,
The entire viewing area is formed in the shape of an outer circle having a first radius based on the reference distance information,
The central viewing area is formed in an inner circle shape having a second radius based on the reference distance information,
The peripheral field of view is the entire field of view, except for the central field of view, and is formed in a circular band shape.
상기 d) 단계는
상기 제1 시야 자극의 경우, 시간 대역에서 선형 판별 분석(Linear Discriminant Analysis, LDA)을 통해 판별 함수를 계산하고, 상기 계산된 판별 함수를 통해 뇌파를 분석하고,
상기 제2 시야 자극의 경우, 주파수 대역에서 신호 분석을 통해 제1 분석 데이터와 정준 상관 분석(Canonical Correlation Analysis, CCA)을 통해 제2 분석 데이터를 각각 산출하고, 상기 산출된 제1 분석 데이터와 제2 분석 데이터를 비교하여 상관 관계 값을 추출하여 뇌파를 분석하는 것인, 시각 자극 기반의 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치의 정보 처리 방법.The method of claim 1,
Step d)
In the case of the first visual field stimulation, a discriminant function is calculated through linear discriminant analysis (LDA) in a time band, and an EEG is analyzed through the calculated discriminant function,
In the case of the second field of view stimulus, the first analysis data and the second analysis data are respectively calculated through the signal analysis in the frequency band and the canonical correlation analysis (CCA), and the calculated first analysis data and the second analysis data are 2 Comparing analysis data to extract a correlation value to analyze brain waves, visual stimulation-based brain-computer interface device information processing method.
상기 e) 단계는
상기 판별 함수를 이용한 시간 대역에 대한 뇌신호의 특징 정보와 상기 상관 관계 값을 이용한 주파수 대역 에 대한 뇌신호 특징 정보를 결합하여 상기 사용자 의도 자극을 확률적으로 계산하는 것인, 시각 자극 기반의 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치의 정보 처리 방법.The method of claim 6,
Step e)
Visual stimulus-based brain that probabilistically calculates the user's intention stimulus by combining characteristic information of a brain signal for a time band using the discrimination function and characteristic information of a brain signal for a frequency band using the correlation value -Information processing method of computer interface devices.
시각 자극이 제공되는 디스플레이 모듈;
상기 디스플레이 모듈을 통해 제공되는 서로 다른 시각 자극에 의한 사용자의 뇌파 신호를 처리하여 사용자 의도 자극을 분석하기 위한 정보 처리 방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된 메모리; 및
상기 프로그램을 실행하기 위한 프로세서;를 포함하며,
상기 프로세서는, 상기 프로그램의 실행에 의해,
상기 디스플레이 모듈과 사용자와의 기준 거리 정보에 기초하여 사용자의 응시점을 추출하고, 상기 응시점을 기준으로 제1 범위를 중심 시야 영역으로 설정하며, 상기 제1 범위를 제외한 제2 범위를 주변 시야 영역으로 설정하고,
기측정된 시각적 피로도에 기초하여 상기 중심 시야 영역에 제1 시야 자극을 제시하고, 상기 주변 시야 영역에 제2 시야 자극을 제시하며,
상기 제1 시야 자극 또는 제2 시야 자극에 의한 사용자의 뇌파를 측정하고, 상기 측정된 뇌파로부터 주파수 대역 또는 시간 대역에 대한 뇌신호 특징 정보를 추출한 후 상기 뇌신호 특징 정보를 이용하여 사용자가 응시한 사용자 의도 자극을 검출하는 것이고,
상기 제1 시야 자극은 사건 관련 전위(Event Related Potential, ERP) 기반의 시야 자극이고,
상기 제2 시야 자극은 안정 상태 시각 유발 전위(Steady State Visual Evoked Potential, SSVEP) 기반의 시야 자극인 것인,
시각 자극 기반의 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치.In the brain-computer interface device based on visual stimulation,
A display module to which visual stimulation is provided;
A memory in which a program for performing an information processing method for analyzing a user intention stimulus by processing an EEG signal of a user by different visual stimuli provided through the display module is recorded; And
Includes; a processor for executing the program,
The processor, by executing the program,
The user's gaze point is extracted based on the reference distance information between the display module and the user, a first range is set as a central viewing area based on the gaze point, and a second range excluding the first range is a peripheral view. Set to the area,
Presenting a first field of view stimulus to the central field of view based on a pre-measured visual fatigue level, and a second field of view stimulus to the peripheral field of view,
After measuring the user's EEG by the first visual field stimulation or the second visual field stimulation, extracting brain signal characteristic information for a frequency band or a time band from the measured brain wave, the user gazes by using the brain signal characteristic information. To detect user intention stimulus,
The first visual field stimulation is an event related potential (ERP) based visual field stimulation,
The second visual field stimulation is a visual field stimulation based on Steady State Visual Evoked Potential (SSVEP),
Brain-computer interface device based on visual stimulation.
상기 프로세서는 상기 응시점을 기준으로 시야각 1.25° 이내를 제1 범위로 설정하고, 상기 응시점을 기준으로 시야각 1.25°에서 2.5° 이내를 제2 범위로 설정하는 것인, 시각 자극 기반의 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치.The method of claim 8,
The processor sets a viewing angle within 1.25° as a first range based on the gaze point, and sets a viewing angle within 2.5° to 1.25° as a second range based on the gaze point, a visual stimulation-based brain- Computer interface device.
상기 디스플레이 모듈은,
상기 사용자 의도 자극을 출력하여 표시하는 자극 출력부를 포함하는 것인, 시각 자극 기반의 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치.The method of claim 8,
The display module,
The visual stimulation-based brain-computer interface device comprising a stimulation output unit for outputting and displaying the user intended stimulation.
상기 프로세서는,
복수 개의 채널을 통해 상기 제1 시야 자극과 제2 시야 자극에 의한 사용자의 뇌파 신호를 측정하는 뇌파 신호 측정부;
상기 뇌파 신호로부터 주파수 대역 또는 시간 대역에서의 뇌신호 특징 정보를 추출하는 특징 추출부;
상기 주파수 대역 또는 시간 대역에서의 상기 뇌신호 특징 정보를 결합하는 특징 결합부; 및
상기 결합된 뇌신호 특징 정보를 이용하여 사용자가 응시한 사용자 의도 자극을 확률적으로 계산하여 상기 사용자 의도 자극을 결정하여 출력하는 사용자 의도 분석부를 포함하는 것인, 시각 자극 기반의 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치.The method of claim 8,
The processor,
An EEG signal measuring unit for measuring a user's EEG signal by the first field stimulus and the second field stimulus through a plurality of channels;
A feature extraction unit for extracting brain signal feature information in a frequency band or a time band from the brain wave signal;
A feature combining unit that combines the brain signal feature information in the frequency band or the time band; And
A visual stimulation-based brain-computer interface device comprising a user intention analysis unit probabilistically calculating the user intention stimulus gazed by the user using the combined brain signal characteristic information to determine and output the user intention stimulus .
상기 특징 추출부는,
상기 제1 시야 자극이 사건 관련 전위(Event Related Potential, ERP) 기반의 시야 자극인 경우, 시간 대역에서 선형 판별 분석(Linear Discriminant Analysis, LDA)을 통해 판별 함수를 계산하고, 상기 계산된 판별 함수를 통해 뇌파를 분석하고,
상기 제2 시야 자극이 안정 상태 시각 유발 전위(Steady State Visual Evoked Potential, SSVEP) 기반의 시야 자극인 경우, 주파수 대역에서 신호 분석을 통해 제1 분석 데이터와 정준 상관 분석(Canonical Correlation Analysis, CCA)을 통해 제2 분석 데이터를 각각 산출하고, 상기 산출된 제1 분석 데이터와 제2 분석 데이터를 비교하여 상관 관계 값을 추출하여 뇌파를 분석하는 것인, 시각 자극 기반의 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치.The method of claim 11,
The feature extraction unit,
When the first visual field stimulus is an event related potential (ERP) based visual field stimulus, a discriminant function is calculated through linear discriminant analysis (LDA) in a time band, and the calculated discriminant function is Analyzing brain waves through,
When the second field stimulus is a field stimulus based on Steady State Visual Evoked Potential (SSVEP), the first analysis data and canonical correlation analysis (CCA) are performed through signal analysis in the frequency band. A brain-computer interface device based on visual stimuli that calculates second analysis data through each, and compares the calculated first analysis data with the second analysis data to extract a correlation value to analyze brain waves.
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