특허를 통해 수면품질 측정 방법 엿보기

스마트폰을 침대에 두거나 스마트워치를 손목에 차고 잠을 자고 나면, 스마트 앱에서 나의 수면품질을 평가해주곤 합니다. 총 잠을 잔 시간은 물론 깊은 잠과 얕은 잠을 잔 시간과 깨어있는 시간을 분석한 보고서를 보여 줍니다. 이러한 보고서를 볼 때마다 수면의 중요성을 새삼 깨닫습니다. 

자주는 아니어도 이런 분석보고서가 어떻게 나오는지 궁금하지 않으셨나요?

오늘 그 궁금증의 일부를 풀어주는 특허를 하나 소개하려고 합니다.

2013년에 삼성전자가 출원한 특허(KR 10-2143499 B1)입니다.

본 특허에서 수면의 품질은 스마트폰에 내장된 가속도센서 등를 이용하여 사용자의 움직임(단말기의 움직임)을 측정하고 그 측정된 가속도 신호를 웨이블릿 변환(Wavelet Transform)하여 노이즈를 제거하고 임계값을 기준으로 수면(Sleep)/각성(Wake)을 판단합니다.

수면중 움직임이라는 신호는 비정상(non-stationary) 신호라 정상 신호 처리에 용이한 푸리에 변환으로 처리하기에 부적합니다. 

따라서 본 특허는 비정상 신호 처리와 노이즈제거에 강한 웨이블릿 변환(Wavelet Transform)을 사용하였고 노이즈 제거 역시 웨이블릿 분해된 신호에 대해 피널라이즈드 임계값(Penalized threshold) 방법으로 산출된 임계값에 따라 제거하는 기법을 사용하였습니다. 그리고 노이즈 제거된 각 축 별 신호가 임계값 이상일 경우 각성 상태로 판정하고 신호가 임계값 미만일 경우 수면 상태로 판정하였고, 이렇게 결정된 수면상태 및 각성 상태의 이폭(Epoch) 개수에 따라 수면 효율 SE를 계산하였습니다. 

예시) 수면효율  SE = 수면 상태 이폭(Epoch)개수 / 전체 수면 이폭(Epoch)개수 = [ 1 - (각성 상태 이폭(Epoch) 개수 / 전체 수면 이폭(Epoch)개수 ]

대표청구항은 아래와 같습니다. 신호를 처리하고 노이즈를 제거하는 과정이 기술적 사상 수준이지만 구체적으로 기재되어 있습니다. 종속항에는 웨이블릿 분해에 사용된 수학식을 한정하기도 하고 위 수면효율 계산 공식을 한정하기도 하였습니다. 통신만 하고 음악이나 영화나 보던 스마트폰이 이러한 기술적 사상을 적용하면 수면 품질 분석기가 된다니 ~

이렇게 기술적사상을 표현하는 방법은 점점 더 많아지고 있습니다. 그리고 이러한 사상을 구현하는 알고리즘과 프로그램 역시 다양한 방식으로 창작해낼 수 있을 것입니다.

청구항 1항 (대표청구항)
휴대 단말 장치를 이용한 수면 품질 측정 방법에 있어서,
상기 휴대 단말 장치의 움직임을 감지하는 과정과;
웨이블릿 변환(Wavelet Transform)을 이용하여 상기 감지된 상기 휴대 단말 장치의 움직임에 따라 발생되는 신호의 노이즈를 제거하는 과정과;
임계값(threshold)에 따라 상기 노이즈가 제거된 상기 신호에서 수면(sleep) 상태 및 각성(wake) 상태를 결정하는 과정과;
상기 결정된 수면 상태 및 각성 상태의 이폭(Epoch) 개수에 따라 수면 효율을 계산하는 과정을 포함하고,
상기 신호의 노이즈를 제거하는 과정은,
상기 감지된 휴대 단말 장치의 움직임에 따라 발생하는 상기 신호를 좌표계상의 각 축 별로 분리하고, 상기 웨이블릿 변환을 이용하여 상기 좌표계상의 상기 각 축 별로 분리된 상기 신호의 노이즈를 제거하는 과정을 포함하고,
상기 웨이블릿 변환을 이용하여 상기 좌표계상의 상기 각 축 별로 분리된 상기 신호의 노이즈를 제거하는 과정은, 상기 각 축 별로 분리된 상기 신호를 웨이블릿 분해하고, 상기 분해된 신호에 대해 피널라이즈드 임계값(Penalized threshold) 방법으로 산출된 임계값에 따라 상기 노이즈를 제거하며, 상기 노이즈가 제거된 상기 신호를 상기 각 축 별로 복원하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 휴대 단말 장치를 이용한 수면 품질 측정 방법.
[EOF]