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스마트 글래스를 활용한 동공 데이터 수집과 사회감성 추정 기술
황민철(Whang, Mincheol),김환진(Kim, Hwan-jin),박상인(Park, Sangin),문성철(Mun, Sungchul),이동원(Lee, Dong Won) 한국방송·미디어공학회 2019 한국방송공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2019 No.11
본 연구에서는 적외선 카메라 기반의 비접촉식 측정 방법을 이용하여 동공 반응 데이터를 수집하여 공감의 사회감성을 객관적이고 정량적으로 추정하는데 그 목적이 있다. 실험에는 10명(남 6명, 여 4명, M ± SD = 24.17 ± 2.16세)의 피험자가 참여하였다. 30초의 참조 데이터 측정 후, 공감 유무에 따라 과제는 얼굴 표정 모방 과제와 얼굴 표정 자발적 표현 과제로 구분되어 두 사람은 표정으로 상호작용하였고, 2번씩 반복 진행하며 적외선 카메라를 통해 동공을 촬영하였다. 이진화 및 원형 윤곽선 검출법의 영상처리를 활용하여 동공 데이터를 수집하였고, 이동 평균 기법을 활용해 눈깜빡임 노이즈를 제거하고 동공 크기 개인차로 데이터 표준화를 진행하였다. 공감 유무에 따른 동공 크기 데이터는 정규성 검증 및 독립표본 t검정을 통해 통계적 유의성을 확인하였다. 분석결과, 공감하는 경우(M ± SD = 0.508 ± 1.278)와 공감하지 않은 경우(M ± SD = 1.681 ± 0.968) 동공 크기가 통계적으로 유의미한 차이를 보였다(t(18) = -2.313, p = 0.033). 판별분석을 통해 동공 크기에 따른 공감의 유무를 추정하는 규칙을 정의하였다. 본 연구에서 제안한 동공 크기 데이터를 이용한 공감의 사회감성 추정 기술은 비접촉식 카메라 기반의 기술로 스마트 글래스와 접목되어 다양한 분야에 활용도가 높을 것으로 기대된다.
Methodology of improving illiteracy in P3 speller system with ICA blind detection
Jaehong Yoon,Mincheol Whang,Jungnyun Lee 한국HCI학회 2016 한국HCI학회 학술대회 Vol.2016 No.1
P3 speller is one of the most commonly used paradigm in the field of Brain Computer Interface (BCI). However, due to inherent low signal-to-noise, illiterates of this system remains unsolved. This study proposed a novel approach to overcome illiterates in P3 speller system. P3 speller paradigm with rapid serial visual presentation method was implemented to record single channel Event Related Potentials (ERP) at Fz. 8 laboratory researchers have been asked to count the number of target icon appeared when the icon prompted. Short-time Fourier transformation (STFT) was applied on recorded ERP. ICA blind detection discriminated independent components. The accuracy of system with and without ICA blind detection was compared. The average accuracy of ICA blind detection using Euclidean distance was highest but statistical difference was not found. The number of illiterates also decreased. The study has proven that ICA blind detection can effectively reduce illiterates of BCI system.
ERP 를 이용한 Word 와 Icon 의 인지적 차이 분석
김송이(Songyi Kim),황민철(Mincheol Whang),이정년(Jungnyun Lee),차예술(Yesool Cha),김종화(Jonghwa Kim) 한국HCI학회 2012 한국HCI학회 학술대회 Vol.2012 No.1
본 연구에서는 Word 와 Icon 의 인지적 차이를 확인하여, BCI(Brain-Computer Interface)에서 사용될 자극 콘텐츠를 선정하고자 한다. 실험은 20 대 대학생 남자 8 명, 여자 7 명을 피실험자로 하였고, ISI(Inter-Stimulus Interval) time 150ms 일 때, Word, Icon 자극에 대하여 각각 ERP 요소 P3, N1 의 Latency 와 Amplitude 를 분석하였다. 이 때, Target 자극 제시 방법은 독립변수의 통제변인을 같게 하기 위하여 청각자극을 사용하였다. EEG (Electroencephalography) 신호는 국제 10-20 전극 배치 법에 의거하여 F3, F4, P3, P4, O1, O2 의 6 개의 채널을 측정하였으며, Reference 와 Ground 는 각각 Cz 와 Fpz 지점에 부착하여 측정하였다. 실험 결과는 Word 가 Icon 보다 P3 Latency 가 빠르게 나타났으며, P3 Amplitude 는 높게 나타났다. 이는 자극에 대하여 Word 가 인지 반응이 더 빠르고 집중이 더 잘 되었음을 확인할 수 있었다. 따라서 본 연구를 통해 BCI 를 이용한 Menu Selection 및 Manipulation 을 할 때에 사용될 자극 콘텐츠 설계 시, 기초 연구로써 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
음향효과를 위한 White noise 의 마스킹 (Masking)이 이완에 미치는 영향 관한 연구
김종화(Jonghwa Kim),황민철(Mincheol Whang),우진철(Jincheol Woo),김종서(Jongseo Kim),최원민(Wonmin Choi),윤중삼(Joongsam Yun),황병철(Byeongcheol Hwang) 한국HCI학회 2009 한국HCI학회 학술대회 Vol.2009 No.2
White noise 가 혼합된 음향은 듣는 사람에게 감성 조절 효과에 대한 보고가 있다. 그러나 White noise 의 어떤 요소가 감성을 조절하는지는 명확하지 않다. 본 연구는 White noise 와 음향을 혼합할 때 마스킹(Masking) 정도에 따른 이완 감성 변화를 밝혀보고자 하였다. White noise 의 마스킹 효과를 다르게 한 2 곡의 음악을 제작하고, 20 대 남녀 40 명을 대상으로 음악을 들려주는 실험을 실시하였다. 음악 효과에 대한 반응인 자율신경계(PPG, GSR, SKT)와 중추신경계(8ch EEG)의 생리신호를 측정하고 음악을 듣기 전후의 주관적 응답을 수집하였다. 음악을 듣지 않았을 때, 원본 음향 들었을 때 그리고 White noise 혼합한 음향을 들었을 때의 반응에 대해 ANOVA(Analysis of Variance)를 실시하였다. 생리신호는 개인간 편차를 고려해 평준화(Normalization) 한 뒤 생리신호 변화 패턴에 따라 분석하였다. 결과적으로, 주관적 응답과 생리신호 모두 White noise 의 마스킹 효과를 작게한 음향에서 이완의 정도가 더 큰 것을 확인하였다. 따라서 White noise 와 원본 음향간에 마스킹 효과가 작은 음향일수록 White noise 의 혼합으로 인한 이완효과가 큰 것을 확인할 수 있었다.
음향효과에 의한 '각성-이완'이 뇌 기능 연결과 자율신경계 변화에 미치는 영향
김종화(Jonghwa Kim),황민철(Mincheol Whang),안상민(Sangmin Ahn),이정년(Jungnyun Lee),박재언(Jaeun Park),박상인(Sangin Park),문성철(Sungchul Mun) 한국HCI학회 2011 한국HCI학회 학술대회 Vol.2011 No.1
본 연구는 '각성-이완'에 따른 뇌 기능 연결성과 자율신경계 변화를 분석하여 감성변화에 따른 생리매커니즘을 확인하였다. 20명의 피실험자를 대상으로 청각자극을 제시한 후, 중추신경계와 자율신경계 반응을 측정하였다. 그리고 자극 노출시간에 따른 뇌기능 연결성과 자율신경계의 변화를 확인하였다. 뇌 기능연결성 변화를 관찰하기 위하여 중추신경계에서 측정영역간 Coherence를 분석하였다. 자율신경계 변화는 심혈관계 반응(PPG frequency, PPG amplitude), 피부전기반응(GSR 평균), 피부온열반응(SKT 평균)을 분석하였다. 시간변화에 따른 분석을 위해서 중추신경계와 자율신경계 데이터는 10초 단위로 나누었다. 나뉘어진 데이터는 각 시간단위별로 t-Test하여 유의성을 검증하였다. 그리고 유의성이 나타난 결과만을 모아서 감성변화에 따른 생리매커니즘 패턴을 관찰하였다. 분석결과 이완시에 우측전두엽과의 뇌 기능연결성이 강해지고 이완시에는 뇌 기능 연결성이 약해지는 것을 알 수 있었다. 또한 이완시 자율신경계에서 PPG frequency가 감소하는 것을 확인하였다.
박재언(Jaeun Park),황민철(Mincheol Whang),김종화(Jonghwa Kim),김지혜(Jihye Kim),안상민(Sangmin Ahn),이정년(Jungnyun Lee),박상인(Sangin Park),문성철(Sungchul Mun),조봉화(Bonghwa Jo) 한국HCI학회 2011 한국HCI학회 학술대회 Vol.2011 No.1
본 논문은 얼굴 표정을 인식하여 각성도를 측정하고 측정된 각성도의 정확성을 뇌파를 통해 검증함으로써 얼굴 인식에 의한 각성도 평가의 가능성을 확인하는 것이 목적이다. Web 카메라를 통해 획득한 얼굴 표정에서 눈, 눈썹, 그리고 입의 특징점 좌표를 추출하였다. 그리고 좌표간의 관계를 분석함으로써 얼굴의 각성도를 평가하였다. 얼굴의 각성도는 Ekman의 FACS(Facial Action Coding System)기법을 사용하여 각성도에 영향을 주는 5가지 AU(Action Unit) Factor를 통해 평가하였다. 동시에 얼굴 표정 인식을 통한 각성도 측정의 가능성을 확인하기 위하여 뇌파의 α파와 β파를 측정하여 객관적인 지표로서 피실험자의 각성도를 측정하였다. 자극은 각성도에 영향을 줄 수 있는 영상 자극을 사전실험을 거쳐 4가지 자극이 선택되었으며 각 자극 제시 후 주관 설문을 실시하였다. Ekman의 6가지 표정에 의한 감성 인식의 경우 모든 감성을 표현할 수 없다는 단점이 있기 때문에 Russell의 감성 2차원 모델을 사용하여 각성도를 표현하였다. 본 연구를 통해 얼굴 표정에 의한 각성도 측정을 통해 감성 모델링이 가능할 것으로 보이며 얼굴 표정에 의한 쾌감도 측정 시스템을 개발하면 완벽한 감성 모델링이 가능할 것으로 사료된다.
편측적 EEG Coherence 에 의한 손동작 예측에 관한 연구
우진철(Jincheol Woo),황민철(Mincheol Whang),김종화(Jongwha Kim),김치중(Chijung Kim),김지혜(Jihye Kim),김용우(Youngwoo Kim) 한국HCI학회 2009 한국HCI학회 학술대회 Vol.2009 No.2
본 연구는 뇌의 편측 영역 에서의 EEG(Electroencephalography) coherence 로 손동작 의도를 예측하고자 하는 연구이다. 손 동작 예측을 위한 실험에 신체에 이상이 없는 6 명의 피실험자가 참여 하였다. 실험은 데이터 트레이닝 6 분과 동작 의도 판단 6 분으로 진행되었으며 무작위 순서로 손 동작을 지시한 후 편측적 영역 5 개 지점의 EEG 와 동작 시점을 알기 위한 오른손 EMG(Electromyography)를 측정하였다. 측정된 EEG 데이터를 분석하기 위해 주파수 별 Alpha 와 Beta 를 분류하였고 EMG 신호를 기준으로 동작과 휴식으로 분류된 Alpha 와 Beta 데이터를 5 개의 측정 영역별 Coherence 분석을 하였다. 그 결과 동작과 휴식을 구분할 수 있는 통계적으로 유효한 EEG Coherence 영역을 통하여 동작판단을 할 수 있음을 확인하였다.