CN102406502A - 一种基于视觉技术的呼吸监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于视觉技术的呼吸监测装置，能够非接触的监测患者呼吸时胸部的起伏变化来监测其生命体征，它包括：摄像机，用于获取患者序列图像帧；处理器，对序列图像帧进行分析处理及输入、输出信号控制并在所连接的显示屏上显示监测参数；图像采集单元，把摄像机序列图像帧采集后传送到处理器进行处理；图像预处理模块，对序列图像帧进行去噪、增强等处理；轮廓特征提取模块，从序列图像帧中提取患者呼吸时的轮廓特征；呼吸分析模块，根据轮廓特征随时间的变化规律计算呼吸频率，以及进行皮肤颜色监视等。
Description
技术领域
本发明涉及医疗设备领域，尤其涉及一种基于视觉技术的呼吸监测装置。
背景技术
生命监护一般是监视心脏跳动，或监视呼吸状况。监测手段是采用接触式传感器进行检测，需要对传感器进行安装、连接，使用不方便。比如公开日为 2011年06月22日、公开号为CN 102100558A的专利文献公开了一个技术方案：一种无线呼吸监测装置，包括控制电路、压电薄膜传感器和天线，所述控制电路分别与所述压电薄膜传感器和所述天线电性连接，采用压电薄膜传感器来感应呼吸运动，并将其转变为相应的电荷信号，由控制电路对该电荷信号进行处理，得到相应的监测结果，再由天线将该监测结果发送出去。该方案尽管采用了无线传输，其传感器还是需要紧密贴附在患者身体上，使用不是很方便，尤其在家庭使用时更是如此。
发明内容
本发明主要目的在于提供一种基于视觉技术的呼吸监测装置，非接触的监测患者呼吸时胸部的起伏变化来监测其生命体征。
本发明针对现有技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的，一种基于视觉技术的呼吸监测装置，包括：摄像机，用于获取患者序列图像帧；处理器，对序列图像帧进行分析处理及输入、输出信号控制并在所连接的显示屏上显示监测参数；图像采集单元，把摄像机序列图像帧采集后传送到处理器进行处理；图像预处理模块，对序列图像帧进行去噪、增强等处理；轮廓特征提取模块，从序列图像帧中提取患者呼吸时的轮廓特征；呼吸分析模块，根据轮廓特征随时间的变化规律计算呼吸频率等参数。
人在呼吸时胸腹部会有起伏的运动现象。图像采集单元实时采集摄像机摄取的患者呼吸运动图像，并送至处理器，在处理器中首先使用图像预处理模块，对图像进行去噪、灰度拉伸及色度、饱和度、对比度等进行处理，轮廓特征提取模块获取患者呼吸的胸腹部轮廓特征，并寻找出胸腹部轮廓运动范围最大的位置，呼吸分析模块利用图像帧相减的方法计算出单位时间内轮廓位移的循环次数作为呼吸频率，并与设定参数进行比较，判断出患者呼吸是否正常，是否在变化。从而实现使用视觉技术对人的呼吸生命体征进行监测的目的。
作为优选，本装置还包括皮肤颜色识别模块，皮肤颜色识别模块对由于缺氧引起皮肤粘膜颜色改变进行识别处理。在呼吸困难或由于各种原因导致缺氧时皮肤粘膜颜色会改变，皮肤颜色识别模块对其进行相应识别。
作为优选，本装置还设置有皮肤颜色模板，皮肤颜色模板包括缺氧引起的多种皮肤粘膜颜色，皮肤颜色识别模块依据皮肤颜色模板对序列图像帧进行识别处理。将人在不同原因引起缺氧时的樱桃红色、咖啡色、玫瑰红色、青紫色、苍白等皮肤颜色分别拍摄图像帧作为模板，供识别时使用。
作为优选，皮肤颜色识别模块依据皮肤颜色模板对序列图像帧进行识别处理，在处理结果是匹配时输出报警信号。
作为优选，呼吸分析模块设置有呼吸频率阀值，当呼吸频率超过阀值时输出报警信号。正常人的呼吸频率为12～22次/分钟，呼吸频率明显增快或减慢，都提示可能存在呼吸功能障碍，应及时报警。
作为优选，本装置还包括红外光源，在环境光不足时对摄像机进行补光。光源会直接影响图像数据的质量和识别效果，在环境光不稳定或光线不足时及时加入光源。红外光是人眼看不到的，所以不影响人们的睡眠。
作为优选，处理器还连接声光报警单元。当呼吸频率、皮肤颜色有报警输出时通过声光报警单元进行报警。
本发明带来的有益效果是，使用视觉技术进行非接触式呼吸监测，监测患者的呼吸状态及缺氧时皮肤颜色的变化，并在危险时进行声光报警，既适合医疗机构使用也适合家庭对患者进行监护，使用十分方便。
附图说明
图1是本发明的一种结构框图；
图2是本发明的数据处理流程图。
图中：1是摄像机，2是显示屏，3是图像采集单元，4是声光报警单元，5是处理器，6是图像预处理模块，7是轮廓特征提取模块，8是呼吸分析模块，9是皮肤颜色识别模块，10是红外光源。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体说明。
实施例： 如图1所示，本发明是一种基于视觉技术的呼吸监测装置，包括：摄像机1获取患者序列图像帧；图像采集单元3把摄像机1序列图像帧采集后传送到处理器5；图像预处理模块6对序列图像帧进行去噪、灰度拉伸及色度、饱和度、对比度等进行处理，以获取更清晰图像；轮廓特征提取模块7从预处理过的序列图像帧中提取患者呼吸时的胸腹部轮廓特征，并找出轮廓运动范围最大的位置作为比对模板；呼吸分析模块8计算出单位时间内轮廓位移的次数作为呼吸频率；图像预处理模块6、轮廓特征提取模块7、呼吸分析模块8、皮肤颜色识别模块设置在处理器5中，呼吸频率、呼吸告警和皮肤颜色告警参数在显示屏2上显示，有报警信号时在声光报警单元4中报警，呼吸频率阀值、皮肤（面部）颜色模板永久存储在处理器中，红外光源10对准患者胸腹部并与摄像机镜头朝向一致。
图2是数据处理流程图，基本步骤包括：
步骤101，首先进行初始化，保存呼吸频率阀值、皮肤（面部）颜色模板，删除之前存储的作为模板的轮廓极值图像帧，开始按规定时间间隔拍摄序列图像帧，按正常人的呼吸频率为12～22次/分钟计算，设定序列图像帧拍摄时间间隔为1秒钟，即按每分钟60帧图像进行拍摄；
步骤102，图像采集卡随时将序列图像帧送至处理器5，进行图像预处理，包括去除噪声、增强对比度等操作；
步骤103，如果是新的监测开始，需要先建立模板，不需要建立模板则转入步骤106；
步骤104，利用边缘算子找出单位时间（本例中为10秒钟）内预处理过的序列图像帧中胸腹部轮廓运动范围最大的位置并将相应图像帧作为模板；
步骤105，将模板保存在存储器中；
步骤106，按时段对序列图像帧使用减法运算进行配准计算，统计单位时间内胸腹部轮廓运动范围最大位置出现的次数，从而统计出呼吸频率，在进行配准计算时允许小范围的配准误差，以提高配准成功率；
步骤107，如果配准计算不成功，则转入步骤104重新制定配准模板，以适应由于患者身体移动致使胸腹部轮廓发生的变化；
步骤108，根据设定的呼吸频率阀值判断呼吸是否正常，如果呼吸频率正常转入步骤101，否则转入步骤109进行声光报警单元4进行报警；
步骤110，定时进行面部皮肤颜色配准计算，配准成功时转入步骤109进行声光报警。
所以本发明具有使用视觉技术进行呼吸监测，非接触的监测患者的呼吸状态及缺氧时皮肤颜色的变化，并在危险时进行声光报警，既适合医疗机构使用也适合家庭对患者进行监护，使用十分方便等特征。
Claims (7)
1.一种基于视觉技术的呼吸监测装置，其特征包括：
摄像机，用于获取患者序列图像帧；
处理器，对序列图像帧进行分析处理及输入、输出信号控制，并在所连接的显示屏上显示监测参数；
图像采集单元，把摄像机序列图像帧采集后传送到处理器进行处理；
图像预处理模块，对序列图像帧进行去噪、增强等处理；
轮廓特征提取模块，从序列图像帧中提取患者呼吸时的轮廓特征；
呼吸分析模块，根据轮廓特征随时间的变化规律计算呼吸频率。
2.根据权利要求1所述一种基于视觉技术的呼吸监测装置，其特征在于：还包括皮肤颜色识别模块，所述皮肤颜色识别模块对由于缺氧引起皮肤粘膜颜色改变进行识别处理。
3.根据权利要求1所述一种基于视觉技术的呼吸监测装置，其特征在于：还设置有皮肤颜色模板，所述皮肤颜色模板包括缺氧引起的多种皮肤粘膜颜色。
4.根据权利要求2或3所述一种基于视觉技术的呼吸监测装置，其特征在于：所述皮肤颜色识别模块依据所述皮肤颜色模板对序列图像帧进行识别处理，在处理结果是匹配时输出报警信号。
5.根据权利要求1所述一种基于视觉技术的呼吸监测装置，其特征在于：所述呼吸分析模块设置有呼吸频率阀值，当呼吸频率超过阀值时输出报警信号。
6.根据权利要求1所述一种基于视觉技术的呼吸监测装置，其特征在于：还包括光源，所述光源在环境光不足时对摄像机进行补光。
7.根据权利要求1所述一种基于视觉技术的呼吸监测装置，其特征在于：所述处理器还连接声光报警装置。
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