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시각 자극 패턴에 의해 유발되는 동공 빛 반사 반응을 이용한 인터페이스 시스템 개발: 딥러닝 기반 시퀀스 모델링 접근 KCI 등재

Pupillary Light Reflex-Based Interface System Induced by Visual Stimulus Patterns: Approach of a Deep Learning-Based Sequence Modeling

  • 언어KOR
  • URLhttps://db.koreascholar.com/Article/Detail/443338
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감성과학 (Korean Journal of the science of Emotion & sensibility)
한국감성과학회 (The Korean Society For Emotion & Sensibility)
초록

본 연구는 동적 밝기 변화 패턴이 포함된 시각 자극을 이용한 동공 빛 반사 기반 인터페이스 기술 개발을 그 목적으로 한 다. 동적 밝기 변화 패턴(휘도 0과 255 사이의 변화)의 시각 자극 10종을 개발하였고 3초 동안 시각 자극 패턴 변화를 응시 하는 태스크를 통해 동공 반응을 측정 및 분석했다. 하나의 trial은 10종의 시각 자극이 한 번씩 무작위의 순서로 제시되는 것으로 정의되었고, 전체 실험은 총 12 trials로 진행되어 각 시각 자극은 120회 반복되었다. 다섯 가지 딥러닝 시퀀스 모델 중 TCN이 가장 높은 성능을 나타내었고 10명의 실험 참가자에 대해 94.01±3.94%(56.64±6.01 bits/min)의 분류 성능이 확 인되었다. PLR은 사용자 학습 및 훈련이 요구되지 않는 직관적인 인터페이스 기술이고 다양한 시각 자극 패턴의 개발을 통 한 높은 확장성을 가지고 있다는 점에서 향후 그 가치가 주목되는 기술로 판단된다.

This study aims to develop a novel interface technology based on the pupillary light reflex (PLR) using visual stimuli incorporating dynamic brightness changes. Ten types of visual stimuli featuring variations in luminance between 0 and 255 were designed. Pupil size changes were measured and analyzed through a task in which subjects focused on the visual stimuli for 3 seconds. One trial was defined as the presentation of all ten visual stimuli in a random order. The experiment consisted of 12 trials, with each visual stimulus presented 120 times in total. Among five deep learning-based sequence models, the temporal convolutional network exhibited the highest performance across ten subjects, achieving a classification accuracy of 94.01 ± 3.94% and an information transfer rate of 56.64 ± 6.01 bits/min. The PLR-based interface is an intuitive system that does not require user training. Its high scalability, facilitated by the development of diverse visual stimulus patterns, makes it a promising technology for future applications.

목차
Abstract
요 약
1. 서론
2. 연구 방법
    2.1. 실험 참가자
    2.2. 시각 자극 및 실험 디자인
    2.3. 데이터 취득 및 신호처리
    2.4. PLR 특징 추출
    2.5. PLR 패턴 분류 모델
    2.6. 통계 분석
3. 연구 결과
    3.1. 시각 피로도
    3.2. PLR 분류 성능
4. 논의 및 결론
REFERENCES
저자
  • 한예은(한양대학교 HY-KIST 바이오융합학과 석박통합과정, 한국과학기술연구원 바이오닉스연구센터 학생연구원) | Yaeeun Han
  • 박상인(고려대학교 차세대기계설계기술연구소 연구교수) | Sangin Park Corresponding author