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낙상 검출을 위한 가속도 센서의 효율적인 신호처리 기법 연구
Research for effective accelerometer signal processing to detect the falling activity 원문보기

대한전기학회 2011년도 제42회 하계학술대회, 2011 July 20, 2011년, pp.1794 - 1795  

이영재 (건국대학교 의학공학부) ,  이필재 (건국대학교 의학공학부) ,  양희경 (건국대학교 의학공학부) ,  김충현 (한국과학기술연구원 바이오닉스 연구단) ,  이정환 (건국대학교 의학공학부)

초록
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본 연구에서는 가속도 센서의 값을 디지털 신호 처리 과정을 통하여 저역통과 필터(low pass filter), 벡터의 크기(vector magnitude), 롤(roll) 그리고 피치(pitch)를 계산하는 알고리즘을 적용하였다. 필터의 경우 IIR(Infinite Impulse Response)을 이용하였으며 차수는 9차로 하였다. 피험자의 연령은 $25{\pm}5$세의 10명을 기준으로 실험하였으며 앞, 뒤, 좌, 우 방향으로 직각 낙하하도록 하였고 센서 모듈은 오른쪽 허리의 정중앙에 착용하도록 하여 피험자간의 오차가 발생하지 않도록 하였다. 환자의 낙상을 검출하기 위해서 벡터의 크기를 사용하였고 롤과 피치를 이용하여 환자의 낙상 방향을 검출하였다. 결과적으로 피험자 10명의 경우 낙상의 검출률은 100% 였으며 낙상 방향에 따른 앞, 뒤, 좌, 우 판별 정확도는 95% 정도이다. 낙상 방향의 판별은 사고 후 환자를 다룰 때의 주의할 신체부위를 참고하며 재활 운동 시 하체의 어느 쪽이 낙상의 주요인인지 분석하는 보조 자료가 될 수 있다.

AI 본문요약
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제안 방법

  • 낙상 방향을 검출하기 위한 Roll, Pitch를 계산할 때에 저대역 통과된 신호를 이용하여서 짧은 충격에 민감하게 반응하지 않도록 설계하였다. 낙상 여부를 판단하기 위한 벡터 크기 연산은 식 (1)과 같이 나타내어진다.
  • 그러므로 정확도를 필요한 자릿수까지 높일 수 없는 경우에도 실용적인 필터를 만들 수 있다. 따라서 MATLAB에서 제공한 계수 값을 그대로 사용하였을 때에 본 연구에서 사용된 MCU의 경우 최대 표현 가능한 부동소수점의 크기가 float 이므로 long double 형의 계수를 적용하였을 때 오차가 발생하며 그 오차를 최소화하기 위한 필터 설계 방안으로 그림 2와 같은 종속형 IIR 필터를 사용하였다.

대상 데이터

  • 피험자는 25±5살의 남자 10명을 대상으로 실험을 하였으며 서 있는 상태에서 앞, 뒤, 좌, 우 방향으로 낙하 하였다.

이론/모형

  • 필터의 계수를 얻는 방법으로는 MATLAB의 fdatool(filter design and analysis tool)을 이용하여 통과 대역 선정과 필터의 타입, 샘플링 주파수와 차수와 차단 주파수를 입력하였다.
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