[논문]최적의 LED 감성조명 제어 시스템 설계 및 구현

윤수정; 인치호

doi:10.7840/kics.2015.40.8.1637

최적의 LED 감성조명 제어 시스템 설계 및 구현
Design and Implementation of Optimal LED Emotional-Lighting Control System 원문보기

한국통신학회논문지 = The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences, v.40 no.8, 2015년, pp.1637 - 1642

윤수정 (School of Computer, Semyung University) , 인치호 (School of Computer, Semyung University)

초록
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차세대 IT융합 응용기술을 이용하여 감성상태를 생체 신호로부터 추출하려는 많은 연구가 진행되고 있으며, 감성이 인간의 감각기능을 통해 생리적인 상태에 영향을 미친다는 사실이 알려지고 있다. 본 논문에서는 생체신호를 이용하여 감성조명을 제어하는 알고리즘을 제안하였다. 감성조명을 위하여 사용된 LED조명은 친환경적이며 고효율 및 긴 수명을 가지고 있다. 특히, LED 조명은 단일 조명구로도 다양한 색표현이 가능한 장점을 가지고 있다. 그리고 인간의 감성을 보다 정확하게 판별하기 위한 생체신호로 뇌파를 사용하였고, 뇌파측정 장비를 사용하여 수집된 뇌파를 분석해 감성을 판단하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Next-generation applications using technology IT fused to biological signals from the emotional state to extract a lot of research has been, and the sensitivity of the human sensory functions influences the physiological condition known to be the fact that. In this paper, Propose an Emotional-lighting control algorithm using bio-signals. LED lighting for Emotion light is environmentally friendly and has a high efficiency and long life. In particular, LED lights are different colors represent the possible single light sphere advantages. And, Human sensitivity for determining a more accurate biological signals using EEG was collected using EEG equipment sensitivity was determined to analyze the EEG.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

시간영역 데이터를 주파수 영역으로 변화시키기 위해 수학적 처리과정으로 퓨리에변환 (Fourier Transform)을 이용하였고, 식 (1)을 이용하여 정의하였다. 따라서 본 논문에서는 FFT를 이용하여 시간영역의 뇌파신호를 주파수영역으로 변환하면 주파수 크기에 따라 신호가 그래프에 배열되어 신호의 주파수 성분들을 분석할 수 있었다.
본 논문에서는 생체신호를 기반으로 사용자의 감성상태를 분류하고, 스스로 LED 조명을 제어하는 효율적인 LED 감성조명 제어 시스템을 제안하였다.
본 논문에서는 생체신호를 기반으로 사용자의 감성상태를 분류하고, 스스로 LED 조명을 제어하는 효율적인 LED 감성조명 제어 시스템을 제안한다. 또한, 생체신호를 측정하기 위해서 공개플랫폼인 Openeeg를 사용하여 하드웨어를 설계 및 구현하였다.
본 논문에서는 오픈 플랫폼인 Openeeg보드를 활용하여 2CH의 뇌파데이터를 측정할 수 있고 10비트의 분해능을 가지고 있는 보드를 설계하였다. 제작한 보드는 표 2에서 보여주는 의료용 뇌파계의 시험 검사를 모두 통과하였고, 시험검사를 통과한 보드를 활용하여 EEG 신호를 측정하였으며, 뇌파 측정을 위한 전극은 국제 전극 배치법인 International 10-20 System에 의해 전전두엽(Fp1, Fp2)에 부착하였다.

제안 방법

그림 2(c)의 회로는 Band Elimination Filter로 일반적인 환경에서 제일 많이 측정될 수 있는 60[Hz] Noise를 제거하기위한 목적으로 사용하였다. 그림 2(d)의 회로는 그림 2(a)의 회로에서 Gain의 값을 조정할 수 있도록 가변저항을 연결하여 회로 앞단의 OP-amp에서 발생한 DC-offset을 제거하는 역할을 할 수 있게 설계하였다. 완성된 아날로그 회로는 디지털 회로 보드와 연결하여 입력된 아날로그 생체신호를 디지털 회로 보드의 메인 프로세서에 내장되어 있는 10비트 A/D컨버터를 사용하여 디지털화 하였다.
여기서 사용되는 생체신호는 EEG 신호를 사용했다. EEG신호를 측정하기 위한 방법으로 공개플랫폼인 Openeeg^[13]를 사용하여 보드를 설계하고, Openeeg보드를 사용해 EEG신호를 측정하여 졸린상태, 집중 상태, 긴장 및 흥분상태로 사용자의 감성 상태를 분류했다. 또한 분류된 감성상태를 이용해 LED 조명을 제어하는 감성조명 제어 시스템에 적용한다.
사용자에게서 측정된 뇌파신호들을 본 논문에서 제안한 감성 조명제어 알고리즘을 적용하여 주파수 대역을 기준으로 하는 뇌파 밴드별 데이터를 표3과 같이 보여준다. 각 뇌파 밴드가 가지고 있는 일반적인 감정상태들을 표현할 수 있는 감성어휘 찾아 적합한 RGB값을 설정 및 조명이 점등제어 되도록 적용 하였다.
그림 9에서는 감성어휘별 조명의 RGB 값 설정을 보여주고 있다. 감성어휘 선택에서는 감성공학 분야에서 연구된 컬러이미지스케일(color image scale)과 형용사이미지스케일(adjective image scale)을 이용하여 감성어휘를 색으로 추론하고 추론된 색의 3원색 분포를 알아낸 뒤 최종적으로 색도좌표를 구하였다. 감성공학 분야에 연구된 자료 및 자유 연상 등을 통해 1차 감성어휘를 수집하였고, 조명 관련된 어휘를 중심으로 2차 감성어휘 56개를 선택하여 최종 감성어휘를 선별하였다.
그리고 본 논문의 감성조명 제어를 위한 생체신호는 뇌파신호를 사용하였다. 뇌파 신호를 측정하는 장비로는 기존에 판매되는 뇌파 측정 장비가 아닌 오픈 플랫폼인 Openeeg를 사용하여 직접 보드를 제작하여 측정하였다.
아날로그 회로는 디지털 보드와 연결하여 출력된 아날로그 신호를 디지털 보드의 메인프로세서에 내장되어 있는 A/D컨버터를 사용하여 디지털화 하였다. 뇌파 데이터는 시간과 진폭이 연속적인 아날로그 형태의 파형으로 데이터를 수집하였다.
아날로그 회로는 디지털 보드와 연결하여 출력된 아날로그 신호를 디지털 보드의 메인프로세서에 내장되어 있는 A/D컨버터를 사용하여 디지털화 하였다. 뇌파 데이터는 시간과 진폭이 연속적인 아날로그 형태의 파형으로 데이터를 수집하였다.
그리고 본 논문의 감성조명 제어를 위한 생체신호는 뇌파신호를 사용하였다. 뇌파 신호를 측정하는 장비로는 기존에 판매되는 뇌파 측정 장비가 아닌 오픈 플랫폼인 Openeeg를 사용하여 직접 보드를 제작하여 측정하였다. 제작한 보드로 data를 측정한 결과 판매중인 의료용 뇌파기기와 비슷한 성능의 data를 측정할 수 있었다.
본 논문에서는 생체신호를 기반으로 사용자의 감성상태를 분류하고, 스스로 LED 조명을 제어하는 효율적인 LED 감성조명 제어 시스템을 제안한다. 또한, 생체신호를 측정하기 위해서 공개플랫폼인 Openeeg를 사용하여 하드웨어를 설계 및 구현하였다.
본 논문에서 설계 및 제작한 Openeeg 아날로그 보드를 활용하여 측정한 뇌파신호들을 감성 조명제어 알고리즘을 통해 그림 8과 같이 나타낼 수 있게 되었다.
본 논문에서 제안하는 LED 감성조명 제어시스템은 생체 신호를 사용하여 사용자의 감성상태를 확인하고 확인된 감성상태를 이용하여 스스로 LED 조명을 제어 할 수 있도록 하는 시스템을 제안한다. 여기서 사용되는 생체신호는 EEG 신호를 사용했다.
본 논문에서 설계 및 제작된 아날로그 회로는 차동 증폭기, 대역필터, 노치필터와 증폭기로 구성되어 있다. 아날로그 회로는 디지털 보드와 연결하여 출력된 아날로그 신호를 디지털 보드의 메인프로세서에 내장되어 있는 A/D컨버터를 사용하여 디지털화 하였다. 뇌파 데이터는 시간과 진폭이 연속적인 아날로그 형태의 파형으로 데이터를 수집하였다.
그림 2(d)의 회로는 그림 2(a)의 회로에서 Gain의 값을 조정할 수 있도록 가변저항을 연결하여 회로 앞단의 OP-amp에서 발생한 DC-offset을 제거하는 역할을 할 수 있게 설계하였다. 완성된 아날로그 회로는 디지털 회로 보드와 연결하여 입력된 아날로그 생체신호를 디지털 회로 보드의 메인 프로세서에 내장되어 있는 10비트 A/D컨버터를 사용하여 디지털화 하였다. 뇌파 데이터는 시간과 진폭이 연속적인 아날로그 형태의 파형으로 데이터를 수집 하였다.

대상 데이터

감성어휘 선택에서는 감성공학 분야에서 연구된 컬러이미지스케일(color image scale)과 형용사이미지스케일(adjective image scale)을 이용하여 감성어휘를 색으로 추론하고 추론된 색의 3원색 분포를 알아낸 뒤 최종적으로 색도좌표를 구하였다. 감성공학 분야에 연구된 자료 및 자유 연상 등을 통해 1차 감성어휘를 수집하였고, 조명 관련된 어휘를 중심으로 2차 감성어휘 56개를 선택하여 최종 감성어휘를 선별하였다.
본 논문에서 설계 및 제작된 아날로그 회로는 차동 증폭기, 대역필터, 노치필터와 증폭기로 구성되어 있다. 아날로그 회로는 디지털 보드와 연결하여 출력된 아날로그 신호를 디지털 보드의 메인프로세서에 내장되어 있는 A/D컨버터를 사용하여 디지털화 하였다.
본 논문에서 제안하는 LED 감성조명 제어시스템은 생체 신호를 사용하여 사용자의 감성상태를 확인하고 확인된 감성상태를 이용하여 스스로 LED 조명을 제어 할 수 있도록 하는 시스템을 제안한다. 여기서 사용되는 생체신호는 EEG 신호를 사용했다. EEG신호를 측정하기 위한 방법으로 공개플랫폼인 Openeeg^[13]를 사용하여 보드를 설계하고, Openeeg보드를 사용해 EEG신호를 측정하여 졸린상태, 집중 상태, 긴장 및 흥분상태로 사용자의 감성 상태를 분류했다.

이론/모형

감성조명 제어 알고리즘은 제일 먼저 처리 할 과정으로 연속적인 뇌파 신호를 컴퓨터에서 처리가 가능하도록 이산적인 디지털 신호로 변경하였다. 시간영역 데이터를 주파수 영역으로 변화시키기 위해 수학적 처리과정으로 퓨리에변환 (Fourier Transform)을 이용하였고, 식 (1)을 이용하여 정의하였다. 따라서 본 논문에서는 FFT를 이용하여 시간영역의 뇌파신호를 주파수영역으로 변환하면 주파수 크기에 따라 신호가 그래프에 배열되어 신호의 주파수 성분들을 분석할 수 있었다.
본 논문에서는 오픈 플랫폼인 Openeeg보드를 활용하여 2CH의 뇌파데이터를 측정할 수 있고 10비트의 분해능을 가지고 있는 보드를 설계하였다. 제작한 보드는 표 2에서 보여주는 의료용 뇌파계의 시험 검사를 모두 통과하였고, 시험검사를 통과한 보드를 활용하여 EEG 신호를 측정하였으며, 뇌파 측정을 위한 전극은 국제 전극 배치법인 International 10-20 System에 의해 전전두엽(Fp1, Fp2)에 부착하였다. 오른 쪽 귓볼 뒤에 기준전극을 부착하였고, 왼쪽 귓볼 뒤에 접지 전극을 부착하였다.

후속연구

향후에는 환경의 영향을 적게 받는 뇌파 추출 알고리즘을 사용하여 감성조명 제어 알고리즘을 적용할 경우, 정확한 생체신호를 얻을 수 있을 것이고, 현재 주목받고 있는 LED 조명 분야와 IT기술의 융합으로 개인사용자에게 알맞은 조명환경을 제공할 수 있을 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	빛과 인간의 감성에 대한 상관관계에 대한 연구의 최종 목적은 무엇인가?	빛의 조절 가능한 속성의 변화는 인간의 감성에 많은 영향을 미치기 때문에 LED의 발달과 함께 빛과 인간의 감성에 대한 상관관계에 대한 연구가 주목을 받고 있다. 이러한 연구의 최종목적은 인간의 생활환경에 최적화된 빛 환경을 제공하는 것이라 할 수 있다[1,2].
	감성조명을 위하여 사용된 LED조명은 어떤 특징을 가지고 있는가?	본 논문에서는 생체신호를 이용하여 감성조명을 제어하는 알고리즘을 제안하였다. 감성조명을 위하여 사용된 LED조명은 친환경적이며 고효율 및 긴 수명을 가지고 있다. 특히, LED 조명은 단일 조명구로도 다양한 색표현이 가능한 장점을 가지고 있다.
	LED 조명의 장점은 무엇인가?	감성조명을 위하여 사용된 LED조명은 친환경적이며 고효율 및 긴 수명을 가지고 있다. 특히, LED 조명은 단일 조명구로도 다양한 색표현이 가능한 장점을 가지고 있다. 그리고 인간의 감성을 보다 정확하게 판별하기 위한 생체신호로 뇌파를 사용하였고, 뇌파측정 장비를 사용하여 수집된 뇌파를 분석해 감성을 판단하였다.

참고문헌 (14)

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상세보기
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원문보기 상세보기
H. C. Ahn, J. H. Yeon, and W. H. Lee, "Emotion evaluation analysis of EEG using stimulus of motion picture," in Proc. Korean Soc. Internet Inf. Conf., vol. 7, no. 2, pp. 315-318, Gunsan, Korea, Nov. 2006.
Openeeg, Retrieved April 30, 2015. from http://openeeg.sourceforge.net/doc/
H. J. Lee, D. I. Shin, and D. K. Shin, "Design of the system for human concentration exploiting digital contents," J. Korea Game Soc., pp. 321-324, 2012.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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