상명대 이의철 교수팀, 실시간‧비접촉으로 생리 신호 자체 얻는 기술 개발

중앙일보

입력 2021.08.06 14:06

상명대학교(총장 백웅기) 휴먼지능정보공학전공 이의철 교수 연구팀은 ‘카메라로 촬영된 대상의 얼굴 영상 분석을 통해 심박과 호흡 신호를 실시간으로 측정하는 기술’을 개발했다.

자율신경계 반응 생체신호는 피부 표면에 센서를 부착하고 측정하는 것이 일반적이나 센서 부착과 대상의 움직임을 제약해야 하는 불편함이 따른다. 이는 운동선수의 훈련이나 환자 진단을 목적으로 활용하고자 할 때 측정되는 신호의 노이즈 요인이 될 수 있고, 결국 정확한 측정 결과를 얻기 어려울 수 있다.

연구팀이 개발한 ‘비접촉 생체신호 측정기술’은 의료 진단, 거짓말 탐지, 위조 생체정보 판별, 스포츠 경기력 향상 등 다양한 목적으로 활용될 수 있다.

이 기술은 국가대표 양궁 선수단의 훈련용으로 활용됐다.

이번 2020 도쿄올림픽 양궁 종목에서는 선수들의 심박수를 TV 중계화면에서 실시간 확인할 수 있었고, 우리나라 선수들은 긴장감 넘치는 상황에서도 침착한 경기 운영으로 큰 화제를 모았다.

선수들은 올림픽을 준비하는 훈련과정에서 비접촉식으로 어떠한 장비의 착용도 없이 카메라로 심박수를 측정하는 기술을 통해 훈련을 진행했다.

이의철 교수는 “생리 신호 데이터를 실시간 비접촉으로 얻을 수 있는 기술을 개발했다”라며, “단순히 평균 심박수나 호흡수를 추정하는 것이 아닌, 실시간 비접촉식으로 일반 카메라로 획득된 영상을 분석해 생리 신호 자체를 얻을 수 있는 최고 수준의 기술”이라고 설명했다.

이 기술은 얼굴 영역을 검출하고, 피부에 해당하는 화소를 정확히 선별하여 피부색의 미세한 변화를 관측하고 정제하는 방식으로 웹캠 수준의 일반 RGB 카메라를 통해 촬영한 영상만으로 사용자의 심박 신호를 측정할 수 있다. 호흡 신호는 들숨과 날숨에 따른 상반신의 들썩임을 다른 배경 움직임 요소와 분리해 추출하고 정제하여 측정하는 방식이다.

연구팀은 이미 6년 전부터 과학기술정보통신부와 산업통상자원부 등의 지원 R&D 과제를 수행하면서 ‘1대의 카메라로 촬영한 영상을 분석해 비접촉식 생체신호를 측정하는 기술’에 관련한 연구개발을 진행하고 있다.

이 기술을 통해 인간의 △생체반응(심박 및 호흡 신호) △헬스케어(생체반응 신호 분석에 기반한 바이오마커 추출) △스포츠(운동선수 심리상태 분석) 등을 진행해 오고 있다.

특히 비접촉식 심박 및 호흡 신호 추출 기술은 1m 이상 거리에서 촬영된 얼굴 영상으로부터 접촉식 신호와 거의 같은 품질의 신호를 실시간으로 획득할 수 있다.

또한 산업통상자원부 산업 핵심기술 개발사업, 한국연구재단 중견 연구지원사업 등의 국가연구개발사업 등을 통해 ‘영상기반 비접촉식 생체신호 측정기술 연구개발’을 수행했고, 그 결과 비접촉식 심혈관(광 혈류량) 반응 신호를 추출해 측정하는 기술은 세계 최고 수준이다.

연구팀의 이번 기술은 관련분야 특허뿐 아니라 SCI 저널에 다수 논문이 게재됐으며, PC와 모바일 환경에서 실시간 동작하는 SW는 이미 개발 완료되었다. 이 기술은 의료 및 피트니스 전문기업에서 1억 원 이상의 기술료를 징수하는 사용권 기술이전 계약을 체결하는 등 여러 기업으로부터 기술이전 및 사업화 문의가 이어지고 있다.

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