초록 ▼

3. 개발결과 요약
□ 최종목표
Lensless camera 기법을 활용한 조기 치매 모니터링용 웨어러블 Eye tracker 개발을 통한 새로운 치매진단의 방법 제공

□ 개발내용 및 결과
1. 1차년도 개발 내용 및 범위
1) 제품 표준화 및 사업화 구상
- 웨어러블 제품 표준화 및 사업화 구상
- 사용자 편의를 제공하는 소프트웨어 설계
2) 제품 디자인 및 기구설계
- 모니터링 알고리즘 적용 하드웨어 설계
- 웨어러블 글래스 디자인 및 설계
- 시작품 외관 디자인

3. 개발결과 요약
□ 최종목표
Lensless camera 기법을 활용한 조기 치매 모니터링용 웨어러블 Eye tracker 개발을 통한 새로운 치매진단의 방법 제공

□ 개발내용 및 결과
1. 1차년도 개발 내용 및 범위
1) 제품 표준화 및 사업화 구상
- 웨어러블 제품 표준화 및 사업화 구상
- 사용자 편의를 제공하는 소프트웨어 설계
2) 제품 디자인 및 기구설계
- 모니터링 알고리즘 적용 하드웨어 설계
- 웨어러블 글래스 디자인 및 설계
- 시작품 외관 디자인 및 기구설계
3) 고속 시간 해상도를 가지는 lensless camera 설계
- 웨어러블 아이 트래커의 스펙과 구조에 맞는 위상 마스크 패턴 설계
- 제작된 마스크, 광원계를 사용한 lensless camera 시스템 구성 및 성능 검증
4) 고속 이미징 구현 및 성능 검증
- 고속 이미징 기법을 구현하고 최고 이미징 속도 및 분해능, 정확도 검증
- IRB 진행
5) Multi-axial illumination을 위한 광원 설계
- Multi-axial illumination 전산 시뮬레이션 및 설계
- 광원 기구부 설계 및 제작
6) 안구 움직임 팬텀 모델링 및 움직임 패턴 데이터 세트 구축
- 안구의 광학 기하학적 특성 분석 및 모델링
- One-directional 구동용 actuator 설계
- 안구 움직임 annotated 신호 데이터 세트 구축
7) Lenless camera 제작을 위한 Phase Mask 제작
- 설계된 phase mask의 구조를 이용하여 Lithography 공정을 이용한 제작
- Camera module의 일부 픽셀에 적용시킬 수 있는 최적화된 광정렬 및 패키지
8) 최적의 움직임을 확인하기 위한 광정렬 최적화
- 동공이 움직임을 확인을 최적화 하기 위한 광원, 카메라, phase mask의 정렬 최적화
- 영상의 확인을 통한 카메라 센선의 효율적 사용 및 고해상도 여부 확인
2. 2차년도 개발 내용 및 범위
1) 시스템 구성 및 적용
- 광학 및 전기/전자 시스템의 구조적 결합
- 펌웨어 및 소프트웨어 개발
- 사용적합성 적용 모바일 APP 개발
2) 시작품 제작
- 시작품이 프레임 및 가공품 제작
- 시작품 조립 및 특성 실험
- 시스템 품질 향상을 위한 신뢰성 시험
3) 고속 lensless camera의 분석 알고리즘 성능 향상
- Raw data의 고속 분석 알고리즘 개발을 통한 안국 운동 측정 속도 정확도 향상
- Eye tracking 성능 비교 검증
4) 복합적 구조에 기반한 위상 마스크 최적화
- 영상 quality feedback을 통해 구조 파라미터를 추가 및 조절
- 광 특성 변조의 범위와 동공 움직임에 기반한 SNR 향상
5) 치매 환자 대상 유효성 검증
- Eye tracker wearable 유효성 검증
- 치매 환자 데이터 수집 및 임상 유용성 평가 계획 수립
6) 고속 eye tracking 용 광원 제작
- Multi-axial illumination 광원 구조 정밀화
- 광원 구동용 Driver 및 controller 제작
7) Saccade/Microsaccade 모사 팬텀 제작 및 모션 분류 알고리즘 개발
- 안구 움직임을 모사한 Saccade/Microsaccade 모사 팬텀 제작 및 검증
- 기계 학습 기반 안구 움직임 신호 분류 알고리즘 구현
8) 시작품 제작용 lensless camera 최적화를 위한 마스크 제작
- 웨어러블 eye tracker 용 카메라 모듈에 적합한 마스크 제작 및 lensless camera 최적화
9) 근적외선 영역에서의 bandpass filter 제작
- lensless camera의 영상획득 효율을 향상시키기 위해 주위 조명에 대한 파장을 차단하고, 근적외선의 빛만을 통과시켜 카메라의 영상획득 효율을 향상

□ 기술개발 배경
- 인구 고령화에 따라 우리나라 치매 환자 수는 급격하게 증가하고 있으며, 2015년 현재 65세 이상 노인 인구의 치매 환자 수는 70만 명으로 추정되어 실제 노인 10명 중 1명꼴로 치매를 앓고 있으며, 2050년에는 3백만 명을 초과할 것으로 전망하고 있음. 치매 료의 어려움과, 그에 따른 사회적 비용을 고려하였을 때 치매를 조기에 진단하고 증상을 관리하는 것이 필수적임.
- 현재, 치매는 신체검사, 신경학적 검사, 정신가 평가와 뇌 영상 검사를 통해 진단되고 있음. 이와 같은 방법은 의심 증상이 발현되거나 뇌 위축이 진행 된 이후에 확인이 가능하기 때문에 질병을 조기에 진단하는 데에는 어려움이 있음. 따라서 알츠하이머 등 신경계 질환의 조기 진단을 위한 새로운 기술 개발이 필요함.
- 치매의 임상 진단 몇 년 전부터, 시공간능력이 저하된다는 보고도 있으며, 최근 사물을 바라보는 알츠하이머 환자 안구의 움직임이 정상인과 다른 패턴을 가지는 연구결과가 있어 조기 진단 가능성이 제시되고 있음. 이에 안구의 미세 떨림을 파악할 수 잇는 고속영상기법이 필요하며, 환자가 쉽게 일상에서 모니터링을 가능하게 할 수 있게 웨어러블 타입의 시선 추적 장치의 개발이 필요함.
- 안구 운동 측정을 위하여 고속 이미징이 가능한 카메라 장비를 사용하려면 고가의 고속 센서와 카메라 모듈, 영상 처리 모듈이 필요하게 되는데, 웨어러블 디바이스 형태의 제품으로는 적합하지 않으므로 저가의 일반 모바일 용 이미지 센서와 카메라 모듈을 사용하면서도 높은 속도의 안구 운동 측정이 가능한 특수 영상 기법이 필수적임.
- 제안하는 기술은 저가의 이미지 센서를 사용, 일반 비디오와 같은 양의 데이터만을도 고속의 안구 운동 측정 데이터를 얻을 수 있어 웨어러블 형태의 장비 개발에 적합하고, 저가의 장비를 개발하고 사업화하여, 많은 치매 발병 혹은 위험군의 환자들로부터 유의미한 의학적 데이터 수집이 가능하며 치매의 조기 진단이나 질병 관리에 널리 사용할 수 있는 기술 플랫폼을 마련하기 위함.

□ 핵심개발 기술의 의의
- Lensless 이미징 기법을 사용하면 저가 이미지 센서의 롤링 셔터 특성을 활용하여 하나의 frame 이미지로부터 여러 장의 영상을 복원 할 수 있게 됨
- 특히 lensless 영상 복원 기법은 안구 이미지와 같이 물체의 형태가 단순한 경우 복원이 더욱 용이함
- 이미지 센서의 한 frame을 수십 수백장을 나누어 복원이 가능하며 이때 시간 분해능을 일반 비디오 rate (30렌)의 수십, 수백배 이상 향상 시킬 수 있음.

□ 적용 분야
- 노인성 치매 조기 모니터링 시스템, AI를 적용한 영상 진단 시스템

(출처 : 기술개발사업 최종보고서 초록 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 최종보고서 초록 ... 3
• 기술개발사업 주요 연구성과 ... 11
• 목차 ... 15
• 제1장 서론 ... 16
• 제1절 과제의 개요 ... 16
• 제2장 과제 수행의 내용 및 결과 ... 22
• 제1절 최종 목표 및 평가 방법 ... 22
• 제2절 연차 목표 및 평가 방법 ... 24
• 제3절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 26
• 제4절 수행 결과의 보안등급 ... 80
• 제5절 유형적 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리현황 ... 80
• 제3장 결과 ... 81
• 제1절 연구개발 최종 결과 ... 81
• 1. 연구개발 추진 일정 ... 81
• 2. 연구개발 추진 실적 ... 83
• 3. 기술개발 결과의 유형 및 무형 성과 전체를 기재 ... 84
• 제2절 연구개발 추진 체계 ... 89
• 1. 각 기관/기업별 역할 및 추진 내역 ... 89
• 제3절 R&D 도전과 배움 ... 91
• 1. R&D 전주기별 경험 ... 91
• 2. 연구개발 중 발생한 파생성과 ... 92
• 제4절 고용 창출 효과 ... 93
• 제5절 자체보안관리진단표 ... 94
• 제6절 안전관리 이행 현황 ... 98
• 제4장 사업화 계획 ... 109
• 제1절 시장 현황 및 전망 ... 109
• 제2절 사업화 계획 ... 110
• 1. 본 과제를 통한 생산 계획 ... 110
• 2. 본 과제를 통한 투자 계획 ... 110
• 3. 본 과제를 통한 사업화 전략 ... 111
• 제3절 향후 추가 기술 개발 계획 ... 113
• 부록 ... 114
• 끝페이지 ... 120