본 논문에서는 PPG(Photoplethysmography)센서를 통하여 검출되는 심장박동신호를 이용하여 스트레스 여부를 판단하고, 이를 위한 효과적인 신호처리를 연구한다. 측정되는 PPG신호를 바탕으로 PPI(Pulse to Pulse Interval)와 이산 신호처리 방법을 이용하여 감성자극을 판단한다. 감성자극에 대한 반응을 실험하기 위하여 피실험자들은 스트레스영상과 안정영상을 TV를 통하여 시청하였다. 스트레스 정도에 따라 다양한 신체반응이 나타나며, 그 중 가장 큰 변화를 나타내는 심장박동수의 변화를 PPG센서를 이용하여 검출한다. 그러나 측정에 의한 오차와 피실험자의 동작에 의한 오차가 발생한다. 본 논문에서는 감성자극 판단에 오차를 유발하는 신호잡음과 동작잡음을 제거하기 위한 방안을 제안한다. PPG센서를 통하여 검출된 심장박동신호에 섞여있는 고주파대역의 신호잡음을 제거하기 위하여 전처리에서 스펙트로그램을 이용한 에너지밀도 분석법으로 피실험자에 적응된 해밍 필터를 적용한다. PPG센서와 피실험자간의 접촉상태 때문에 발생되는 동작잡음으로 인하여 발생될 수 있는 스트레스 검출오차를 수정하기 위하여 후처리에서 히스테리시스를 적용한다. 실험결과 심장박동의 특성을 고려하지 않은 방안에 비하여 신호잡음을 효과적으로 줄였으며, 동작잡음에 의한 검출오차를 개선하였다.
In this study, we propose a signal processing algorithm to measure the arousal level of a human subject using a PPG(Photoplethysmography) sensor. From the measured PPG signals, the arousal level is determined by PPI(Pulse to Pulse Interval) and discrete-time signal processing. We ran psychophysical experiments displaying visual stimuli on TV display while measuring PPG signal from a finger, where the nature landscape scenes were used for restorative effect, and the urban environments were used to stimulate the stress. However, the measured PPG signals may include noise due to subject movement and measurement error, which results in incorrect detections. In this paper, to mitigate the noise impact on stimulus detection, we propose a detecting algorithm using digital signal processing methods and statistics of measured signals. A filter is adopted to remove a high frequency noise and adaptively designed taking into account the statistics of the measured PPG signals. Moreover we employ a hysteresis method to reduce the distortion of PPI in decision of emotional. Via experiment, we show that the proposed scheme reduces signal noise and improves stimulus detection.
