KR102468648B1 - Method for calculating heart rate using rPPG signal of serial image and system thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 영상에 포함된 사람의 심박수를 산출하는 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 영상 속의 사람의 특정 부위의 특징을 분석하여, 분석한 결과를 기초로 그 사람의 심박수를 산출하는 방법 및 그 방법을 구현하기 위한 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a method for calculating the heart rate of a person included in an image, and more specifically, to a method for calculating the heart rate of a person by analyzing characteristics of a specific part of a person in an image, and based on the result of the analysis, and It is about a system for implementing the method.
디지털 카메라의 해상도가 점점 올라감에 따라서, 디지털 카메라를 통해서 획득된 영상을 분석하여 얻을 수 있는 정보도 다양해지고 있다. 최근 알려진 기술로서, 영상에 포함되어 있는 사람의 얼굴 부위의 색조를 기초로 그 사람의 심박수를 추정하는 방법도 소개되고 있다.As the resolution of digital cameras gradually increases, information that can be obtained by analyzing images acquired through digital cameras is also diversifying. As a recently known technique, a method of estimating a person's heart rate based on the tone of a person's face included in an image has also been introduced.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 영상속의 사람의 얼굴을 정확하게 식별하여 그 사람의 심박수를 산출할 수 있는 방법 및 그 방법을 구현하기 위한 시스템을 제공하는 데에 있다.A technical problem to be solved by the present invention is to provide a method for accurately identifying a person's face in an image and calculating the person's heart rate, and a system for implementing the method.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 방법은, 영상을 획득하는 단계; 상기 획득된 영상에서 사람의 얼굴을 포함하는 제1영역을 설정하여 추출하는 단계; 상기 추출된 제1영역을 메시구조로 변환하고, 상기 변환된 메시구조의 일부를 제거한 제2영역을 설정하는 단계; 및 상기 설정된 제2영역에 대한 원격 광용적맥파(remote PPG)신호의 처리결과를 기초로 상기 영상에 포함된 사람의 심박(heart rate)을 산출하는 단계를 포함한다.A method according to an embodiment of the present invention for solving the above technical problem includes obtaining an image; setting and extracting a first region including a human face from the obtained image; converting the extracted first region into a mesh structure, and setting a second region by removing a part of the converted mesh structure; and calculating a heart rate of a person included in the image based on a processing result of a remote PPG signal for the set second region.
상기 방법에 있어서, 상기 영상은, 적어도 두 개 이상의 프레임(frame)으로 구성되어 있는 연속이미지일 수 있다.In the above method, the image may be a continuous image composed of at least two or more frames.
상기 방법에 있어서, 상기 제2영역을 설정하는 단계는, 상기 추출된 제1영역을 삼각형을 기본 단위로 하는 메시 구조로 변환하는 단계; 및 상기 변환된 메시구조에서 일부 삼각형을 제거하여 상기 제2영역을 설정하는 단계를 포함할 수 있다.In the above method, the setting of the second area may include: converting the extracted first area into a mesh structure having triangles as a basic unit; and setting the second region by removing some triangles from the converted mesh structure.
상기 방법에 있어서, 상기 메시 구조로 변환하는 단계는, 상기 추출된 제1영역에 기설정된 개수의 특징점(feature point)을 찍는 단계; 및 상기 특징점을 기초로 들로네 삼각분할을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.In the method, the converting to the mesh structure may include: capturing a predetermined number of feature points in the extracted first region; and performing Delaunay triangulation based on the feature points.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 시스템은, 외부 장치로부터 영상을 획득하는 통신부; 및 처리부를 포함하고, 상기 처리부는, 상기 획득된 영상에서 사람의 얼굴을 포함하는 제1영역을 설정하여 추출하고, 상기 추출된 제1영역을 메시구조로 변환하고, 상기 변환된 메시구조의 일부를 제거한 제2영역을 설정하고, 상기 설정된 제2영역에 대한 원격 광용적맥파(remote PPG)신호의 처리결과를 기초로 상기 영상에 포함된 사람의 심박(heart rate)을 산출한다.System according to another embodiment of the present invention for solving the above technical problem, the communication unit for obtaining an image from an external device; and a processing unit, wherein the processing unit sets and extracts a first region including a human face from the obtained image, converts the extracted first region into a mesh structure, and converts a portion of the converted mesh structure. A second area from which is removed is set, and a heart rate of a person included in the image is calculated based on a processing result of a remote PPG signal for the set second area.
본 발명의 일 실시 예는, 상기 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 저장하고 있는 컴퓨터 판독가능한 기록매체를 제공할 수 있다.An embodiment of the present invention may provide a computer readable recording medium storing a program for executing the method.
본 발명에 따르면, 영상속에 포함된 사람의 심박수를 정확하게 산출해낼 수 있다.According to the present invention, the heart rate of a person included in an image can be accurately calculated.
도 1은 본 발명에 따른 시스템을 구성하는 모듈들을 블록도로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에서 설명한 처리부의 다른 일 예를 블록도로 나타낸 도면이다.
도 3은 제1영역설정부가 제1영역을 설정하는 과정의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 제2영역설정부가 제1영역을 메시구조로 변환하는 과정의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 제2영역설정부가 제2영역을 설정하는 과정의 일 예를 도식적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 방법의 일 예를 흐름도로 나타낸 도면이다.1 is a block diagram showing modules constituting a system according to the present invention.
FIG. 2 is a block diagram illustrating another example of the processing unit described in FIG. 1 .
3 is a diagram for explaining an example of a process of setting a first area by a first area setting unit.
4 is a diagram for explaining an example of a process of converting a first region into a mesh structure by a second region setting unit.
5 is a diagram schematically illustrating an example of a process of setting a second area by a second area setting unit.
6 is a flowchart illustrating an example of a method according to the present invention.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다. Since the present invention can apply various transformations and have various embodiments, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. Effects and features of the present invention, and a method of achieving them will become clear with reference to the embodiments described later in detail together with the drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and may be implemented in various forms.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, and when describing with reference to the drawings, the same or corresponding components are given the same reference numerals, and overlapping descriptions thereof will be omitted. .
이하의 실시 예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다. In the following embodiments, terms such as first and second are used for the purpose of distinguishing one component from another component without limiting meaning.
이하의 실시 예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.In the following embodiments, singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.
이하의 실시 예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징을 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다. In the following embodiments, terms such as include or have mean that features or elements described in the specification exist, and do not preclude the possibility that one or more other features or elements may be added.
어떤 실시 예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수 있다.When an embodiment is otherwise embodied, a specific process sequence may be performed differently from the described sequence. For example, two processes described in succession may be performed substantially simultaneously, or may be performed in an order reverse to the order described.
도 1은 본 발명에 따른 시스템을 구성하는 모듈들을 블록도로 나타낸 도면이다.1 is a block diagram showing modules constituting a system according to the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 영상에 대한 원격 광용적맥파 신호를 이용하여 사람의 심박수를 산출하는 시스템(100)은 데이터베이스(110), 통신부(130), 처리부(150) 및 출력부(170)를 포함하는 것을 알 수 있다. 이하에서는, 본 발명에 따른 영상에 대한 원격 광용적맥파 신호를 이용하여 사람의 심박수를 산출하는 시스템(100)을 심박수산출 시스템(100)으로 약칭하기로 한다.Referring to FIG. 1 , a
본 발명의 일 실시 예에 따른 심박수산출 시스템(100)은 적어도 하나 이상의 프로세서(processor)에 해당하거나, 적어도 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다. 이에 따라, 심박수산출 시스템(100) 및 심박수산출 시스템(100)에 포함되어 있는 통신부(130), 처리부(150), 출력부(170)는 마이크로 프로세서나 범용 컴퓨터 시스템과 같은 하드웨어 장치에 포함된 형태로 구동될 수 있다.The heart
도 1에 도시된 심박수산출 시스템(100)에 포함된 각 모듈의 명칭은, 각 모듈이 수행하는 대표기능을 직관적으로 설명하기 위해서 임의로 명명된 것으로서, 심박수산출 시스템(100)이 실제로 구현되었을때, 각 모듈에는 도 1에 기재된 명칭과는 서로 다른 명칭이 부여될 수 있다.The name of each module included in the heart
또한, 도 1의 심박수산출 시스템(100)에 포함되어 있는 모듈의 수는 실시 예에 따라 매번 달라질 수 있다. 보다 구체적으로는, 도 1의 심박수산출 시스템(100)은 총 4개의 모듈을 포함하고 있으나, 실시 예에 따라서, 적어도 둘 이상의 모듈이 하나의 모듈로 통합되거나, 적어도 하나 이상의 모듈이 둘 이상의 모듈로 분리되는 형태로 구현될 수도 있다.In addition, the number of modules included in the heart
데이터베이스(110)는 심박수산출 시스템(100)이 동작하기 위해서 필요한 각종 데이터를 저장하고 있다. 일 예로서, 데이터베이스(110)는 심박수산출 시스템(100)의 동작을 제어하기 위한 통합관리 프로그램을 저장하고 있으며, 데이터베이스(110)는 통신부(130)가 수신한 데이터를 전달받아 저장할 수 있다.The
통신부(130)는 데이터베이스(110)와 같은 내부 저장장치나 외부의 저장장치과 통신을 수행하고, 영상을 획득할 수 있다. 통신부(130)가 획득한 영상은 기본적으로 사람의 얼굴이 촬영된 촬상물일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 일 예로, 본 발명에 따른 심박수산출 시스템(100)은 획득된 모든 영상에 대해서 본 발명의 특징에 따른 프로세스를 적용할 수 있다. 통신부(130)는 데이터망, 이동통신망, 인터넷 등 각종 유무선 통신망을 이용하기 위해서, 통신망에 접속하고 인증하기 위한 모듈(module)을 포함할 수 있다.The
처리부(150)는 통신부(130)가 수신한 데이터 및 송신할 데이터를 처리한다. 일 예로서, 처리부(150)는 데이터베이스(110) 및 통신부(130) 중 어느 하나로부터 수신한 영상을 분석하여, 영상에 포함된 사람의 심박수를 산출할 수 있다. 다른 예로서, 처리부(150)는 데이터베이스(110) 및 통신부(130) 중 어느 하나로부터 수신한 영상에서, 사람의 얼굴 영역을 검출하고, 검출된 얼굴 영역에서 다시 한번 더 일부 피부 영역을 제외시키는 프로세스를 처리할 수도 있다. 처리부(150)가 분석하는 영상은 복수의 프레임(frame)으로 구성된 연속이미지(serial image)일 수 있으며, 이하에서는, 반대되는 설명이 없으면, 영상은 시간이 경과해도 고정된 정지영상이 아니라 시간의 흐름에 따라서 출력결과가 달라지는 동영상(video)인 것으로 간주한다. 예를 들어, 처리부(150)가 데이터베이스(110)나 통신부(130)로부터 수신하는 영상은 확장자가 mp4, m4v, avi, wmv, mwa, asf, mpg, mpeg, ts, mkv, mov, 3gp, 3g2, 및 webm 중 어느 하나인 파일이 될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 전술한 실시 예 외에도, 처리부(150)는 본 발명에 따른 방법을 구현하기 위해 필요한 데이터 처리를 총괄하는 기능을 수행한다.The
출력부(170)는 처리부(150)의 명령을 받아서 각종 데이터를 산출하고 출력하는 기능을 수행한다. 일 예로서, 출력부(170)는 처리부(150)가 처리한 결과데이터를 출력하여, 통신부(130)에 전달할 수 있다.The
도 2는 도 1에서 설명한 처리부의 다른 일 예를 블록도로 나타낸 도면이다.FIG. 2 is a block diagram illustrating another example of the processing unit described in FIG. 1 .
도 2를 참조하면, 처리부(150)는 영상획득부(151), 제1영역설정부(153), 제2영역설정부(155) 및 심박산출부(157)를 포함하는 것을 알 수 있다. 영상획득부(151), 제1영역설정부(153), 제2영역설정부(155) 및 심박산출부(157)는 처리부(150)에 포함된 하위모듈이므로, 전술한 것처럼 적어도 하나 이상의 프로세서에 해당하거나, 적어도 하나 이상의 프로세서를 포함하여 독자적인 연산이 가능한 모듈일 수 있다. 또한, 도 2에서 처리부(150)는 총 4개의 하위모듈을 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 실시 예에 따라서, 도 2에 도시된 적어도 하나 이상의 모듈이 다른 모듈에 포함되거나, 적어도 둘 이상의 모듈이 하나의 모듈로 통합된 형태로 구현될 수도 있다. 이하에서는, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하기로 한다.Referring to FIG. 2 , it can be seen that the
영상획득부(151)는 데이터베이스(110), 통신부(130) 및 다른 외부 장치로부터 영상을 획득하는 기능을 수행한다. 영상획득부(151)는 단순히 영상을 수신하는 기능을 수행할 뿐만 아니라, 획득된 영상에 실질적으로 내용이 담겨 있지 않은 더미(dummy)구간, 영상 포맷(format)에 대한 기본정보데이터처럼 영상을 분석하는 데에 필요하지 않은 데이터를 제거하는 기능을 수행할 수 있다. The
다른 일 예로서, 영상획득부(151)는 획득된 영상을 프레임(frame) 단위로 분리하여, 제1영역설정부(153)에 전달하는 기능을 수행할 수 있고, 영상획득부(151)는 획득된 영상이 분석이 불가능한 타입(포맷)의 영상일 경우, 이를 프레임 단위로 분리하지 않고, 다른 영상을 획득할 때까지 대기할 수 있다.As another example, the
제1영역설정부(153)는 영상획득부(151)로부터 영상을 전달받고, 영상에서 사람의 얼굴을 포함하는 제1영역을 추출할 수 있다. The first
일 예로서, 제1영역설정부(153)는 영상에서 제1영역을 설정하고 추출할 수 있다. 여기서, 제1영역(1st Domain)은 영상을 구성하는 프레임의 일부를 설정하기 위한 경계선에 의해 도출되는 것으로서, 영상의 해상도(resolution)내에서 일정한 넓이를 가질 수 있다. 예를 들어, 영상의 해상도가 1028*720이라면, 그 영상의 제1영역은 300*200의 직사각형의 영역이거나 600*600의 정사각형의 영역일 수 있다. 전술한 제1영역의 크기 및 모양은 예시적인 것이므로, 실시 예에 따라 달라질 수 있다. 제1영역설정부(153)가 추출하는 제1영역은 영상의 해상도를 초과할 수 없다. 예를 들어, 740160개의 픽셀(pixel)로 구성되는 1028*768 크기의 영상이 획득되면, 그 영상에서 추출되는 제1영역들의 픽셀의 총계는 740160개를 초과할 수 없을 뿐만 아니라, 제1영역의 가로 및 세로의 픽셀 수는 각각 1028개 및 768개로 제한된다.As an example, the first
제1영역설정부(153)는 영상에서 사람의 얼굴로 추정되는 부위를 판별하고 판별된 부위의 크기를 기초로 제1영역의 크기를 설정하여 추출할 수 있다. 제1영역설정부(153)가 제1영역을 설정하고 추출하는 과정에서는, 색깔, 위치, 신체구조상의 특징이 고려될 수 있으며, 사람의 얼굴을 판단하기 위한 색깔, 위치, 신체구조상에 대한 정보는 데이터베이스(110)에 저장되어 있거나, 제1영역설정부(153)의 라이브러리(DLL)형태로 저장되어 있다. 또한, 제1영역설정부(153)는 OpenCV(OPENsource Computer Vision library)를 이용하여, 영상에서 사람의 얼굴 부위를 검출하고, 검출된 얼굴과 얼굴외 피부를 구분할 수도 있다.The first
또 다른 일 예로서, 제1영역설정부(153)는 획득한 영상을 프레임별로 분리하고, 분리된 프레임들을 모두 학습한 후, 학습한 결과를 기초로 하여 제1영역을 설정할 수도 있다. 제1영역설정부(153)는 영상에서 사람의 형상, 사람의 얼굴, 영상에 포함된 사람의 자세 등을 학습하여 판별할 수 있는 학습모델을 포함할 수 있다. 이때, 학습모델은 모델 내부에 설정되어 있는 기계학습알고리즘을 통해서, 학습을 반복하고 영상에 포함되어 있는 사람 및 사람의 신체를 구분할 수 있는 모델을 의미하며, 제1영역설정부(153)에 물리적 또는 논리적으로 구현될 수 있다. 학습모델은 ANN(Artificial Neural Network), RNN(Recurrent Neural Network), DNN(Deep Neural Network), 오토인코더(autoencoder) 등과 같은 알고리즘을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 제1영역설정부(153)의 학습모델은 사람의 얼굴을 포함하는 제1영역을 설정하여 추출하기 위해서, 사람의 얼굴외 피부영역(domain of skin other than the human face)을 구분하기 위한 로직을 포함할 수 있다. 사람의 얼굴과 색은 비슷하면서 구별되는 신체부위는 사람의 목, 사람의 쇄골, 사람의 팔, 사람의 다리, 사람의 배 등이 될 수 있다.As another example, the first
제1영역설정부(153)는 위와 같은 방식으로 영상에서 사람의 얼굴을 포함하는 제1영역을 추출하고, 추출한 제1영역을 제2영역설정부(155)에 전달하며, 추출된 제1영역의 수는 영상을 구성하는 프레임의 개수와 동일하게 된다.The first
제2영역설정부(155)는 제1영역설정부(153)가 추출한 제1영역을 메시(mesh) 구조로 변환하고, 변환된 메시구조의 일부를 제거한 제2영역을 설정하는 기능을 수행한다. 여기서, 메시구조는 기본단위를 이루는 다각형이 그물망을 형성한 구조를 의미하고, 본 발명에서의 메시구조는 한 종류의 다각형으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 제2영역설정부(155)는 제1영역을 복수의 삼각형으로 구성된 그물형태로 변환할 수도 있고, 복수의 육각형으로 구성된 그물형태로 변환할 수도 있다. 본 발명에서, 제2영역설정부(155)가 제1영역을 메시구조로 변환하는 이유는, 영상에서 사람의 얼굴 부위 중에서, 특히, 심박수를 잘 검출하기 좋은 부위를 정확하게 특정하기 위함이다.The second
제2영역(2nd Domain)은 메시 구조로 변환된 제1영역에서 일부 다각형을 제거하는 방식으로 설정되므로, 제1영역보다 더 적은 화소(pixel)정보를 포함한다. 달리 말하면, 제2영역은 사람의 얼굴 중에서도, 특히, 원격 광용적맥파 신호(remote photoplethysmography signal)로 심박수를 산출하기 위해 필요한 얼굴 부위로 이해될 수 있다.Since the 2nd domain is set by removing some polygons from the first domain converted to the mesh structure, it includes less pixel information than the first domain. In other words, the second region may be understood as a face part necessary for calculating a heart rate with a remote photoplethysmography signal, among the human face.
일 실시 예로서, 제2영역설정부(155)는 제1영역을 삼각형을 기본 단위로 하는 메시 구조로 변환하고, 변환된 메시구조에서 일부 삼각형을 제거하여 제2영역을 설정할 수 있다. 다른 일 실시 예로서, 제2영역설정부(155)는 제1영역을 사각형을 기본 단위로 하는 메시 구조로 변환하고, 변환된 메시구조에서 일부 사각형을 제거하여 제2영역을 설정할 수도 있다. 전술한 실시 예 외에도, 메시구조에 포함된 다각형의 각수가 하나로 통일된다면, 본 발명에 따른 방법으로, 영상 속 사람의 심박수를 정확히 산출해낼 수 있다. 제2영역설정부(155)의 구체적인 동작에 대해서는, 도 3 내지 도 5를 통해 후술하기로 한다.As an embodiment, the second
심박산출부(157)는 제2영역설정부(155)가 설정한 제2영역에 대한 원격 광용적맥파(remote PPG)신호의 처리결과를 기초로, 영상에 포함된 사람의 심박수(heart rate)을 산출한다. 보다 구체적으로, 심박산출부(157)는 제2영역에 포함되어 있는 각각의 화소들에 대해서 원격 광용적맥파신호를 산출하고, 산출된 원격 광용적맥파신호를 가공처리하여 호흡과 관련된 지표인, HRV(Heart Rate Variability), Oxygen Saturation(SpO2), HR(Heart Rate) 등을 간접적으로 산출할 수 있다. 이 과정에서, 화소별로 산출된 제2영역의 원격 광용적맥파신호는, 분석의 정확성과 속도를 향상시키기 위해서 시간 영역(time domain)이 아니라, 주파수 영역(frequency domain)으로 변환되어 처리될 수 있으며, 이에 대해서는 후술한다. The heart
본 발명에서, 제2영역에 대해서 원격 광용적맥파신호를 산출하는 방법은 종래의 방법을 따르며, 일 예로서, 대한민국 등록특허 제10-2225557호에 기술이 개시되어 있는, 얼굴 영상에서 원격 광용적맥파신호를 추출하여 심박수를 구하는 방법이 본 발명에 적용될 수도 있으며, 이에 한정되지 않는다.In the present invention, the method of calculating the remote optical pulse wave signal for the second region follows the conventional method. As an example, the technology disclosed in Korean Patent Registration No. 10-2225557, remote optical pulse wave signal in the face image. A method of obtaining a heart rate by extracting a pulse wave signal may be applied to the present invention, but is not limited thereto.
도 3은 제1영역설정부가 제1영역을 설정하는 과정의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.3 is a diagram for explaining an example of a process of setting a first area by a first area setting unit.
도 3을 참조하면, 제1영역설정부(153)는 제1영역을 설정하여 추출하기 위해서 디텍션 박스(detection box)를 생성한 것을 알 수 있으며, 도 3에서 디텍션 박스의 모양은 정사각형이지만, 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 갸름한 얼굴에 대해서는 세로가 더 긴 직사각형의 디텍션 박스가 생성될 수 있으며, 둥근 얼굴에 대해서는 가로가 더 긴 직사각형의 디텍션 박스가 생성될 수도 있다. 제1영역설정부(153)는 사람의 얼굴 피부의 정보를 담고 있는 화소의 개수 및 분포도를 파악하고, 파악된 화소의 개수 및 분포도를 고려하여 디텍션 박스의 형태와 크기를 조절할 수 있다.Referring to FIG. 3 , it can be seen that the first
제1영역설정부(153)는 내부적으로 저장되어 있는 얼굴 색상에 대한 정보, 얼굴 윤곽에 대한 정보, 얼굴의 각 부위의 굴곡점에 대한 정보를 기초로 프레임 하나에 포함된 정보를 탐지하면서, 얼굴을 구성하는 특징점(landmark)의 좌표를 판단할 수 있고, 일 예로서, 특징점의 수는 68개일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The first
도 4는 제2영역설정부가 제1영역을 메시구조로 변환하는 과정의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.4 is a diagram for explaining an example of a process of converting a first region into a mesh structure by a second region setting unit.
도 4를 참조하면, 제2영역설정부(155)는 도 3에서처럼 제1영역이 설정되어 추출되면, 제1영역을 추출하는 과정에서 형성된 특징점들을 기초로 하여 제1영역을 삼각형을 기본 단위로 하는 메시구조로 변환하는 것을 알 수 있다. 제1영역설정부(153)에서 형성되는 특징점은 제1영역에서 사람의 얼굴 피부에 해당하는 부분에만 위치하므로, 특징점을 연결하여 형성되는 메시구조는, 안구를 제외하고 사람의 얼굴 피부에 전반적으로 형성된다. 일 예로서, 도 4처럼, 메시 구조의 기본 단위가 삼각형으로 결정되었다면, 들로네 삼각분할(Delaunay triangulation)기법을 통해서 모든 특징점들이 삼각형으로 연결될 수 있다. 들로네 삼각분할 기법을 통해 제1영역이 메시구조로 변환되면, 메시구조를 구성하는 각각의 삼각형이 정삼각형에 가장 가까운 형태가 되므로, 후술하는 것처럼, 메시구조 전체에서 메시구조를 형성하는 다각형 일부를 제거하였을 때 남는 얼굴 영역이 일정한 법칙성을 갖게 되어, 정확한 심박수를 산출하기 용이해질 수 있다. 이에 대해서는 도 5에서 후술한다.Referring to FIG. 4 , when the first area is set and extracted as shown in FIG. 3 , the
도 4에서는 설명의 편의를 위해서, 삼각형을 기본 단위를 하는 메시 구조로 설명하였으나, 삼각형이 아닌 다른 다각형의 메시 구조에 대해서도 유사하게 적용될 수 있으며, 들로네 삼각분할 기법 대신, 들로네 삼각분할 기법과 듀얼 관계인 보로노이 다이어그램(Voronoi Diagram) 알고리즘이 적용될 수도 있다.In FIG. 4, for convenience of explanation, a triangle is described as a mesh structure that is a basic unit, but it can be similarly applied to a mesh structure of a polygon other than a triangle, and instead of a Delaunay triangulation technique, a dual relationship with the Delaunay triangulation technique A Voronoi Diagram algorithm may be applied.
도 5는 제2영역설정부가 제2영역을 설정하는 과정의 일 예를 도식적으로 나타낸 도면이다.5 is a diagram schematically illustrating an example of a process of setting a second area by a second area setting unit.
도 5는 도 4에서 생성된 제1영역의 메시 구조에서 메시 구조를 형성하는 일부 다각형을 제거하여 제2영역을 설정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 제2영역설정부(155)는 메시 구조를 형성하는 삼각형들에 대한 수학적 지표를 각각 측정하고, 측정된 메시 구조를 형성하는 다각형의 수학적 지표를 기초로 하여 메시 구조를 감축할 수 있다. FIG. 5 is a diagram for explaining a process of setting a second area by removing some polygons forming the mesh structure from the mesh structure of the first area generated in FIG. 4 . The second
일 예로서, 제2영역설정부(155)는 메시 구조를 형성하는 삼각형들 중에서 한 변의 길이가 제1기준값 미만인 삼각형들을 제거할 수 있다. 위와 같은 일부제거 프로세스를 통해서, 제2영역설정부(155)는 메시 구조 전체에서 사람의 눈과 입술에 대한 삼각형을 제거할 수 있게 된다.As an example, the
다른 예로서, 제2영역설정부(155)는 메시 구조를 형성하는 삼각형들 중에서 넓이가 제2기준값 미만인 삼각형들을 제거할 수 있다. 위와 같은 일부제거 프로세스를 통해서, 제2영역설정부(155)는 얼굴 전체에서 심박수를 산출하는 데에 가장 필요한 부분(동맥혈)만 남겨놓을 수 있게 된다.As another example, the second
제2영역설정부(155)에 의해 실행되는, 제1기준값, 제2기준값을 기초로 한 일부 다각형 제거 프로세스는 순차적으로 또는 동시에 진행될 수 있으며, 영상속의 사람의 얼굴각도가 기설정된 기준각도를 초과한 경우나, 사람의 얼굴길이가 기설정된 길이를 초과하면, 둘 중 어느 하나의 프로세스가 생략되거나 가중치가 적용되어 증폭될 수 있다.The process of removing some polygons based on the first reference value and the second reference value, which is executed by the second
선택적 일 실시 예로서, 제2영역설정부(155)는 메시 구조를 형성하는 기본 단위, 영상속의 사람의 얼굴의 굴곡으로 추정된 추정각도를 기초로 제거되어야 다각형 번호를 파악하고 제거할 수도 있다. 예를 들어, 제2영역설정부(155)는 메시 구조를 형성하는 기본단위가 삼각형이고, 영상속 사람의 얼굴의 굴곡으로 추정되는 추정각도가 20도 내지 30도라면, 좌측 상단부터 우측 하단까지 라벨링되어 있는 복수의 다각형 중에서, 16번 내지 30번, 45번 내지 51번의 다각형만 제거할 수 있다. 본 선택적 일 실시 예에서, 제2영역설정부(155)가 참조하는 데이터는 테이블(table)형태로 제2영역설정부(155)에 저장되어 있으며, 실시 예에 따라서, 데이터베이스(110)에 저장될 수도 있다. 본 선택적 일 실시 예에 따르면, 제2영역설정부(155)는 수학적, 경험적, 통계적으로 가장 제거되면 정확한 심박수를 산출하게 되는 다각형을 메시 구조에서 빠르게 제거할 수 있게 되며, 파라미터(parameter)인 메시구조를 형성하는 기본단위 및 사람 얼굴의 추정각도에 따라 제거되어야 하는 다각형 번호정보만 업데이트되면, 심박수산출 시스템(100)의 전체 알고리즘을 개선하지 않고도, 높은 정확도로 영상속 사람의 심박수를 산출할 수 있게 된다.As an optional embodiment, the second
결국, 제2영역설정부(155)는 도 5에 도시된 것처럼, 영상 속 사람의 심박수를 산출하는 데에 필요성이 낮은 부위를 제거한 제2영역을 설정할 수 있게 된다. 심박산출부(157)는 도 5에 도시된 제2영역에 대해서만 선택적으로 rPPG신호처리를 수행함으로써, 영상에 포함된 사람의 심박수를 정확하게 산출해낼 수 있다.As a result, as shown in FIG. 5 , the second
도 6은 본 발명에 따른 방법의 일 예를 흐름도로 나타낸 도면이다.6 is a flowchart illustrating an example of a method according to the present invention.
도 6에 따른 방법은 도 1 및 도 2에서 설명한 심박수산출 시스템(100) 또는 심박수산출 시스템(100)에 포함된 하위 모듈들에 의해 구현될 수 있으므로, 이하에서는, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하기로 하고, 중복된 설명은 생략하기로 한다.Since the method according to FIG. 6 can be implemented by the heart
영상획득부(151)는 영상을 획득한다(S610).The
제1영역설정부(153)는 획득된 영상에서 사람의 얼굴을 포함하는 제1영역을 설정하여 추출할 수 있다(S630).The first
제2영역설정부(155)는 추출된 제1영역을 메시구조로 변환하고, 메시구조의 일부를 제거한 제2영역을 설정한다(S650).The second
심박산출부(157)는 제2영역에 대한 rPPG신호의 처리결과를 기초로 영상에 포함된 사람의 심박수를 산출할 수 있다(S670).The heart
이상 설명된 본 발명에 따른 실시 예는 컴퓨터상에서 다양한 구성요소를 통하여 실행될 수 있는 컴퓨터 프로그램의 형태로 구현될 수 있으며, 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터로 판독 가능한 매체에 기록될 수 있다. 이때, 매체는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical medium), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은, 프로그램 명령어를 저장하고 실행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치를 포함할 수 있다.Embodiments according to the present invention described above may be implemented in the form of a computer program that can be executed through various components on a computer, and such a computer program may be recorded on a computer-readable medium. At this time, the medium is a magnetic medium such as a hard disk, a floppy disk and a magnetic tape, an optical recording medium such as a CD-ROM and a DVD, a magneto-optical medium such as a floptical disk, and a ROM hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as RAM, flash memory, and the like.
한편, 상기 컴퓨터 프로그램은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 예에는, 컴파일러에 의하여 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용하여 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함될 수 있다.Meanwhile, the computer program may be specially designed and configured for the present invention, or may be known and usable to those skilled in the art of computer software. An example of a computer program may include not only machine language code generated by a compiler but also high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like.
본 발명에서 설명하는 특정 실행들은 일 실시 예들로서, 어떠한 방법으로도 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 상기 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다. 또한, “필수적인”, “중요하게” 등과 같이 구체적인 언급이 없다면 본 발명의 적용을 위하여 반드시 필요한 구성 요소가 아닐 수 있다.Specific implementations described in the present invention are examples and do not limit the scope of the present invention in any way. For brevity of the specification, description of conventional electronic components, control systems, software, and other functional aspects of the systems may be omitted. In addition, the connection of lines or connecting members between the components shown in the drawings are examples of functional connections and / or physical or circuit connections, which can be replaced in actual devices or additional various functional connections, physical connection, or circuit connections. In addition, if there is no specific reference such as “essential” or “important”, it may not be a component necessarily required for the application of the present invention.
본 발명의 명세서(특히 특허청구범위에서)에서 “상기”의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 또한, 본 발명에서 범위(range)를 기재한 경우 상기 범위에 속하는 개별적인 값을 적용한 발명을 포함하는 것으로서(이에 반하는 기재가 없다면), 발명의 상세한 설명에 상기 범위를 구성하는 각 개별적인 값을 기재한 것과 같다. 마지막으로, 본 발명에 따른 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 따라 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 본 발명에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예들 들어, 등등)의 사용은 단순히 본 발명을 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 당업자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 특허청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.In the specification of the present invention (especially in the claims), the use of the term “above” and similar indicating terms may correspond to both singular and plural. In addition, when a range is described in the present invention, it includes an invention in which individual values belonging to the range are applied (unless there is a description to the contrary), and each individual value constituting the range is described in the detailed description of the invention Same as Finally, unless an order is explicitly stated or stated to the contrary for the steps constituting the method according to the present invention, the steps may be performed in any suitable order. The present invention is not necessarily limited according to the order of description of the steps. The use of all examples or exemplary terms (eg, etc.) in the present invention is simply to explain the present invention in detail, and the scope of the present invention is limited due to the examples or exemplary terms unless limited by the claims. it is not going to be In addition, those skilled in the art can appreciate that various modifications, combinations and changes can be made according to design conditions and factors within the scope of the appended claims or equivalents thereof.
100 : 심박수산출 시스템
110 : 데이터베이스
130 : 통신부
150 : 처리부
151 : 영상획득부
153 : 제1영역설정부
155 : 제2영역설정부
157 : 심박산출부
170 : 출력부100: heart rate calculation system
110: database
130: Ministry of Communication
150: processing unit
151: image acquisition unit
153: first area setting unit
155: second area setting unit
157: heart rate calculation unit
170: output unit
Claims (5)
제1 영역설정부가 상기 획득된 영상에서 사람의 얼굴을 포함하는 제1영역을 설정하여 추출하는 단계;
제2 영역설정부가 상기 추출된 제1영역을 메시구조로 변환하고, 상기 변환된 메시구조의 일부를 제거한 제2영역을 설정하는 단계; 및
심박산출부가 상기 설정된 제2영역에 대한 원격 광용적맥파(remote PPG)신호의 처리결과를 기초로 상기 영상에 포함된 사람의 심박(heart rate)을 산출하는 단계를 포함하고,
상기 제2 영역을 설정하는 단계는,
상기 변환된 메시구조를 형성하는 다각형들 중에서 적어도 한 변의 길이가 제1 기준값 미만인 다각형들을 제거하고, 상기 다각형들 중에서 넓이가 제2 기준값 미만인 다각형들을 제거하는 단계를 포함하는, 영상에 대한 원격 광용적맥파신호를 이용하여 사람의 심박수를 산출하는 방법.Acquiring an image by an image acquisition unit;
setting and extracting a first region including a human face from the acquired image by a first region setting unit;
converting the extracted first region into a mesh structure by a second region setting unit and setting a second region by removing a part of the converted mesh structure; and
Calculating, by a heart rate calculator, a heart rate of a person included in the image based on a processing result of a remote PPG signal for the set second region;
Setting the second area,
Removing polygons having at least one side length less than a first reference value from among the polygons forming the transformed mesh structure, and removing polygons having a width less than a second reference value from among the polygons, A method for calculating human heart rate using a pulse wave signal.
상기 영상은,
적어도 두 개 이상의 프레임(frame)으로 구성되어 있는 연속이미지인, 영상에 대한 원격 광용적맥파신호를 이용하여 사람의 심박수를 산출하는 방법.According to claim 1,
The video,
A method for calculating human heart rate using a remote photoplethysmogram signal for an image, which is a continuous image composed of at least two or more frames.
상기 제2영역을 설정하는 단계는,
상기 추출된 제1영역을 삼각형을 기본 단위로 하는 메시 구조로 변환하는 단계; 및
상기 변환된 메시구조에서 일부 삼각형을 제거하여 상기 제2영역을 설정하는 단계를 포함하는, 영상에 대한 원격 광용적맥파신호를 이용하여 사람의 심박수를 산출하는 방법.According to claim 1,
The step of setting the second area,
converting the extracted first region into a mesh structure in which triangles are basic units; and
and setting the second area by removing some triangles from the converted mesh structure, wherein the heart rate of a person is calculated using a remote photoplethysmogram signal for an image.
상기 메시 구조로 변환하는 단계는,
상기 추출된 제1영역에 기설정된 개수의 특징점(feature point)을 찍는 단계; 및
상기 특징점을 기초로 들로네 삼각분할을 수행하는 단계를 포함하는, 영상에 대한 원격 광용적맥파신호를 이용하여 사람의 심박수를 산출하는 방법.According to claim 3,
The step of converting to the mesh structure,
stamping a preset number of feature points on the extracted first region; and
A method of calculating a human heart rate using a remote photoplethysmogram signal for an image, comprising performing a Delaunay triangulation based on the feature points.
처리부를 포함하고,
상기 처리부는,
상기 획득된 영상에서 사람의 얼굴을 포함하는 제1영역을 설정하여 추출하고,
상기 추출된 제1영역을 메시구조로 변환하고, 상기 변환된 메시구조의 일부를 제거한 제2영역을 설정하고,
상기 설정된 제2영역에 대한 원격 광용적맥파(remote PPG)신호의 처리결과를 기초로 상기 영상에 포함된 사람의 심박(heart rate)을 산출하고,
상기 변환된 메시구조의 일부를 제거한 제2 영역을 설정할 때, 상기 변환된 메시구조를 형성하는 다각형 중에서 적어도 한 변의 길이가 제1 기준값 미만인 다각형을 제거하고, 상기 다각형 중에서 넓이가 제2 기준값 미만인 다각형을 제거하는, 영상에 대한 원격 광용적맥파신호를 이용하여 사람의 심박수를 산출하는 시스템.
a communication unit that acquires an image from an external device; and
Including a processing unit,
The processing unit,
Setting and extracting a first region including a human face in the obtained image;
Converting the extracted first region into a mesh structure and setting a second region in which a part of the converted mesh structure is removed;
Calculating a heart rate of a person included in the image based on a processing result of a remote PPG signal for the set second region;
When setting the second area from which a part of the transformed mesh structure is removed, polygons having at least one side length less than the first reference value are removed from among the polygons forming the transformed mesh structure, and polygons having a width less than the second reference value among the polygons A system for calculating a person's heart rate using a remote photoplethysmogram signal for an image, which eliminates
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KR1020220136557A KR20230147511A (en) | 2022-04-14 | 2022-10-21 | Method for calculating heart rate using rPPG signal of serial image and system thereof |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR102576679B1 (en) | 2022-12-13 | 2023-09-11 | 주식회사 바이오커넥트 | A method and apparatus for calculating blood pressure values using photoplethysmography feature values |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20160171684A1 (en) * | 2014-12-15 | 2016-06-16 | Koninklijke Philips N.V. | Device, System and Method for Skin Detection |
KR20190137893A (en) | 2017-05-01 | 2019-12-11 | 삼성전자주식회사 | Arterial Positioning Using Camera-based Sensing |
KR20200139047A (en) * | 2019-06-03 | 2020-12-11 | 계명대학교 산학협력단 | Non-contact system of measuring blood pressure and its way to working |
-
2022
- 2022-04-14 KR KR1020220046422A patent/KR102468648B1/en active IP Right Grant
- 2022-10-21 KR KR1020220136557A patent/KR20230147511A/en unknown
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KR20200139047A (en) * | 2019-06-03 | 2020-12-11 | 계명대학교 산학협력단 | Non-contact system of measuring blood pressure and its way to working |
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KR102576679B1 (en) | 2022-12-13 | 2023-09-11 | 주식회사 바이오커넥트 | A method and apparatus for calculating blood pressure values using photoplethysmography feature values |
Also Published As
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KR20230147511A (en) | 2023-10-23 |
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