CN103006187A - 一种非接触式生命体征数据监测系统和监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种非接触式生命体征数据监测系统和监测方法，所述的监测系统包括视频采集单元、图像处理单元、温度监测单元和输出单元。作为优选，所述的生命体征包括体温和/或呼吸频率；作为优选，所述的视频采集单元、输出单元为智能终端，图像处理单元为具有摄像功能的智能终端；特别是能通过一个带有摄像功能的智能手机或平板电脑与一个温度监测单元实现生命体征数据的监测功能。本发明还提供了一种非接触式生命体征数据的监测方法。相比传统的生命体征数据采集系统，本系统具有不依赖仪器接触、可移植性强、准确性和灵敏度高等优点，适用范围极其广泛。
Description
技术领域
本发明涉及监测生命体征数据，具体涉及一种非接触式生命体征数据监测系统和监测方法。
背景技术
生命体征是反映人体健康状况的一项重要指标。在医学实践中占有重要地位。随着现代医疗手段的进步，以及移动医疗的飞速发展，介于便携设备的人体健康状况单点测量已经成为一个热点。在这样的背景下，生命体征的监测无疑是很理想的研究对象。
然而，目前对生命体征的采集仍然以接触方式为主，借助传感器感知人体生命体征的变化，如体温、心率、呼吸频率等。这样的方法，其缺陷是显而易见的。一方面，它需要人佩戴相关的传感器，限制了测量的范围；另一方面它也给人的正常生活带来不便，长期下去甚至会对人体造成不同程度的损伤。
而常用的非接触式生命体征数据监测系统，如中国专利申请201110325533.3 报道了一种基于视频图像的非接触式生命体征的监测方法及监测系统，但是在实现过程中不能智能跟踪测试受试者，需要手动选择受试者的位置；更重要的是，对于这种传统的监测方法，它只能实现一次对单个个体生命体征的监测，而不能实现多个个体的同时监测。另外，这样的实现不能够很好的嵌入到智能终端，难以广泛应用到日常生活中。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种精度高、适用范围广、可移植性强的非接触式生命体征数据监测系统和监测方法。
本发明采用的技术方案如下：
一种非接触式生命体征数据监测系统，包括：视频采集单元、图像处理单元、温度监测单元和输出单元，其中：
所述的视频采集单元用于获取受试者的面部图像，并将图像传递给图像处理单元；
所述的图像处理单元利用受试者的面部图像提取其面部信息，并根据其面部信息计算出受试者待测温度点的位置，将该位置数据转换为控制信号传递给温度监测单元；
所述的温度监测单元接收图像处理单元传递来的控制信号，利用该控制信号监测受试者待测温度点的温度，并根据其温度数据计算出受试者的生命体征数据；
所述的输出单元用于输出生命体征数据。
其中：视频采集单元与图像处理单元之间，图像处理单元与温度监测单元之间，温度监测单元与输出单元之间可部分或全部通过有线或无线方式进行连接，以保证数据的有效传输。可以根据实际需要，全部采用有线方式连接，全部采用无线方式连接，或部分采用有线方式连接，部分采用无线方式连接。该系统能够在不接触到受试者(包括受试者身体的任何部位)的一定距离内，监测受试者的生命体征数据，该距离取决于视频采集单元能够采集到所需图像的有效距离。
本发明的非接触式生命体征数据监测系统的基本原理是通过对视频采集单元采集到的图像进行图像处理，将得到的待测温度点的位置信息转换为控制信号，利用该控制信号监测受试者待测温度点的温度，并根据其温度数据计算出受试者的生命体征数据并将结果输出。
作为优选，所述的温度监测单元包括一个数据处理单元和至少一组温度传感器和舵机，利用接收到的图像处理单元传递的控制信号驱动和控制舵机运动，并且带动温度传感器运动。
所述的一组温度传感器和舵机由一个温度传感器和一个舵机组成，用于监测一个受试者的生命体征数据，如体温或呼吸频率；使用多组温度传感器和舵机，能够监测多个受试者的相同或不同的生命体征数据，即可以将多组温度传感器全部用于观测多个受试者的体温或全部用于观测多个受试者的呼吸频率，亦可多组温度传感器部分用于观测多个受试者的体温，部分用于观测多个受试者的呼吸频率。
所述的一个数据处理单元是指用于计算、分析和处理数据的设备，包括但不限于各种数字芯片、数字信号处理器(DSP)、智能终端等。
所述的数字芯片指经过设计，采用集成电子工艺，能够进行计算、分析和处理的芯片，并能够通过扩展控制其他设备，包括但不限于51系列芯片，ARM，DSP，FPGA等。
具体地，本发明的非接触式生命体征数据监测系统是通过对视频采集单元采集到的图像进行图像处理，提取受试者的面部信息从而分析出待测温度点位置，并将该位置信号转换为控制信号，利用该控制信号控制舵机的运动，带动与其组合的温度传感器，监测受试者待测温度点的温度，通过对待测温度点的温度进行分析获得受试者生命体征数据并将结果通过输出单元输出。
作为优选，所述的生命体征是指体温和/或呼吸频率。
作为优选，所述的待测温度点为眉心和/或人中，所述的面部信息包括但不限于人脸的轮廓、双眼的位置、嘴唇的位置、鼻尖的位置等。
本发明的非接触式生命体征数据监测系统在需要监测受试者体温的情况下，待测温度点为眉心；在需要监测受试者呼吸频率的情况下，待测温度点为人中；在需要监测受试者体温和呼吸频率的情况下，待测温度点为眉心和人中。
所述的视频采集单元能获取受试者的面部图像，可以是任何能获取图像的设备，包括但不限于网络摄像头、CCD传感器、热像仪、照相机、摄像机、具有摄像功能的智能终端等；作为优选，可以是具有摄像功能的移动智能终端。
所述的图像处理单元能够对视频采集单元采集到的视频信号进行计算、分析和处理的，根据视频采集单元采集到的信号，通过图像处理的方法(包括但不限于人脸识别、特征脸等方法)，获得受试者的面部信息，经计算后得到用于控制温度监测单元运动到指向待测温度点的控制信号。所述的图像处理单元包括能实现上述功能的所有设备，作为优选，所述的图像处理单元可以是智能终端。
所述的智能终端是指能够捕获外部信息，能进行计算、分析和处理，并在不同终端之间能够进行信息传输的设备，可以是Pocket PC、Tablet PC、工作站、PC或移动智能终端；所述的移动智能终端是指便携式的智能终端，包括但不限于各种智能手机、PDA、笔记本电脑、上网本、平板电脑(如IPAD等)、掌上电脑、智能掌上游戏机。
所述的温度监测单元是指接收图像处理单元传递的控制信号，监测待测温度点温度并进行分析，获得受试者生命体征数据并将结果传递给输出单元的设备；所述的温度监测单元包括一个数据处理单元和至少一组温度传感器和舵机，利用接收到的图像处理单元传递的控制信号驱动和控制舵机运动，并且带动温度传感器运动。
所述的温度传感器指可以用于监测温度的设备，包括但不限于各种热电阻传感器、热电偶传感器、红外传感器等。
所述的温度监测单元工作的流程是：温度监测单元接收图像处理单元传递的控制信号，驱动舵机运动，并带动温度传感器运动至对准待测温度点，测得该时刻的温度数据，将对准眉间的温度传感器测得的数据作为体温数据保存并输出；同时，温度监测单元接收图像处理单元传递的控制信号，驱动舵机运动，并带动温度传感器运动至对准待测温度点，测得该时刻的温度数据，将对准人中的温度传感器测得的数据保存，计算其变化频率并将该频率作为呼吸频率输出。
所述的温度监测单元与视频采集单元是可组合的。当视频采集单元和温度监测单元组合在一起时，视频采集单元将跟随温度监测单元一起运动，从而能够实现对单个受试者生命体征数据的跟踪监测；视频采集单元和温度监测单元分离时，视频采集单元将不会跟随温度监测单元一起运动，使用不止一组温度传感器和舵机能够实现对多个受试者生命体征数据的同时监测。
所述的输出单元用于输出生命体征数据，输出的具体构成形式包括但不限于文字、二维、三维图像，声音，数据流、触觉信号等，所述的输出单元包括但不限于智能终端、音响、音箱、耳机、显示屏、打印机、可以传输数据流的硬件，如网口、蓝牙接口 、串行接口等。
根据各单元设备的不同、设备之间的连接方式不同，视频采集单元与图像处理单元之间，温度监测单元与图像处理单元之间，图像处理单元与输出单元之间可部分或全部通过有线或无线方式进行连接，以保证数据的有效传输，可以根据实际需要，全部采用有线方式连接，全部采用无线方式连接，或部分采用有线方式连接，部分采用无线方式连接。
作为优选，所述的视频采集单元、输出单元为智能终端，图像处理单元为具有摄像功能的智能终端。
更优选地，所述的非接触式生命体征数据监测系统由一个带有摄像功能的移动智能终端与一个温度监测单元组成，能够实现视频采集单元、图像处理单元、温度监测单元、输出单元的全部功能，其中一个带有摄像功能的移动智能终端能实现视频采集单元、图像处理单元和输出单元的功能。
更优选地，所述的非接触式生命体征数据监测系统由一个带有摄像功能的智能手机或平板电脑与一个温度监测单元组成，能够实现视频采集单元、图像处理单元、温度监测单元、输出单元的全部功能，其中一个带有摄像功能的智能手机或平板电脑能实现视频采集单元、图像处理单元和输出单元的功能。其中，视频采集单元、图像处理单元和输出单元之间通过有线方式在智能手机或平板电脑内部互联，温度监测单元通过蓝牙的方式和图像处理单元和输出单元相连。视频采集单元通过在智能手机或平板电脑内部的有线连接的方式将图像信息传递给图像处理单元，图像处理单元将分析处理得到的控制信号通过蓝牙的方式传递给温度监测单元，温度监测单元通过蓝牙的方式将检测到的体温和/或呼吸频率传递给输出单元，将生命体征数据通过输出单元输出。
本发明还提供一种非接触式生命体征数据监测方法，包括以下步骤:
（1） 通过视频采集单元获取受试者的面部图像，并将图像传递给图像处理单元；
（2） 图像处理单元利用受试者的面部图像提取其面部信息，并根据其面部信息计算出受试者待测温度点的位置，将该位置数据转换为控制信号传递给温度监测单元；
（3） 温度监测单元接收图像处理单元传递的控制信号，利用该控制信号监测受试者待测温度点的温度，并根据其获得的温度数据计算出受试者的生命体征数据；
（4） 将生命体征数据通过输出单元输出。
作为优选，所述的待测温度点为眉心和/或人中，所述的面部信息包括人脸的轮廓、双眼的位置、嘴唇的位置、鼻尖的位置。
作为优选，所述的生命体征是指体温和/或呼吸频率。
作为优选，所述的步骤(3)包括以下三种实现方式：
1)温度监测单元接收图像处理单元传递的控制信号，驱动舵机运动，并带动温度传感器运动至对准眉间，测得该时刻的温度数据，作为体温数据保存并输出；
2)或者温度监测单元接收图像处理单元传递的控制信号，驱动舵机运动，并带动温度传感器运动至对准人中，测得该时刻的温度数据并将其保存，计算其变化频率并将该频率作为呼吸频率输出；
3)或者温度监测单元接收图像处理单元传递的控制信号，驱动舵机运动，并带动温度传感器运动至对准眉间和人中，分别测得该时刻各自的温度数据，将测得的眉间的温度数据作为体温数据保存并输出，将测得的人中的温度数据保存，计算其变化频率并将该频率作为呼吸频率输出。
作为优选，所述的温度监测单元包括一个数据处理单元和至少一组温度传感器和舵机，利用接收到的图像处理单元传递的控制信号驱动和控制舵机运动，并且带动温度传感器运动。
所述的一组温度传感器和舵机由一个温度传感器和一个舵机组成，用于监测一个受试者的生命体征数据，如体温或呼吸频率；使用多组温度传感器和舵机，能够监测多个受试者的相同或不同的生命体征数据。
所述的一个数据处理单元是指用于计算、分析和处理数据的设备，包括但不限于各种数字芯片、数字信号处理器(DSP)、智能终端等。
所述的数字芯片指经过设计，采用集成电子工艺，能够进行计算、分析和处理的芯片，并能够通过扩展控制其他设备，包括但不限于51系列芯片，ARM，DSP，FPGA等。
作为优选，所述的温度监测单元与视频采集单元是可组合的。
所述的视频采集单元能获取受试者的面部图像，可以是任何能获取图像的设备，包括但不限于网络摄像头、CCD传感器、热像仪、照相机、摄像机、具有摄像功能的智能终端等；作为优选，可以是具有摄像功能的移动智能终端。
所述的图像处理单元能够对视频采集单元采集到的视频信号进行计算、分析和处理的，根据视频采集单元采集到的信号，通过图像处理的方法(包括但不限于人脸识别、特征脸等方法)，获得受试者的面部信息，经计算后得到用于控制温度监测单元运动到指向待测温度点的控制信号。所述的图像处理单元包括能实现上述功能的所有设备，作为优选，所述的图像处理单元可以是智能终端。
所述的智能终端是指能够捕获外部信息，能进行计算、分析和处理，并在不同终端之间能够进行信息传输的设备，可以是Pocket PC、Tablet PC、工作站、PC或移动智能终端；所述的移动智能终端是指便携式的智能终端，包括但不限于各种智能手机、PDA、笔记本电脑、上网本、平板电脑(如IPAD等)、掌上电脑、智能掌上游戏机。
所述的温度监测单元是指接收图像处理单元传递的控制信号，监测待测温度点温度并进行分析，获得受试者生命体征数据并将结果传递给输出单元的设备；所述的温度监测单元包括一个数据处理单元和至少一组温度传感器和舵机，利用接收到的图像处理单元传递的控制信号驱动和控制舵机运动，并且带动温度传感器运动。
所述的温度传感器指可以用于监测温度的设备，包括但不限于各种热电阻传感器、热电偶传感器、红外传感器等。
所述的输出单元用于输出生命体征数据，输出的具体构成形式包括但不限于文字、二维、三维图像，声音，数据流、触觉信号等，所述的输出单元包括但不限于智能终端、音响、音箱、耳机、显示屏、打印机、可以传输数据流的硬件，如网口、蓝牙接口 、串行接口等。
作为优选，所述的视频采集单元、输出单元为智能终端，图像处理单元为具有摄像功能的智能终端。
本发明的非接触式生命体征监测方法可测得某一时刻受试者的生命体征，也可以对受试者的生命体征进行连续监测。
本发明的有益效果是：
1.本发明的非接触式生命体征数据监测系统可以在不接触的受试者(包括受试者身体的任何部位)的条件下同时对运动中的多人进行人体生命体征的准确监测，避免了仪器接触引起的不便，也突破了静态监测的局限性。
2. 本发明的非接触式生命体征数据监测系统既可以用作跟踪单人生命体征数据的跟踪监测，也可以用作多人生命体征数据的同时监测。
3. 本发明的非接触式生命体征数据监测系统具有精度高、适用范围广、可移植性强的优点；
4. 本发明提供基于图像捕获的生命体征数据的监测方法比现有的方法噪声更小，准确度提高。
附图说明
图1为本发明非接触式生命体征数据监测系统的组成图；
图2为本发明非接触式生命体征数据监测系统的整体工作流程图；
图3为本发明非接触式生命体征数据监测系统的图像处理单元的工作流程图；
图4为本发明非接触式生命体征数据监测系统的温度监测单元的工作流程图；
图5为本发明非接触式生命体征数据监测系统的温度监测单元的计算示意图。
图中所示：A为右眼位置，B为左眼位置，C为眉心位置，D为鼻尖位置，E为人中位置，O为嘴唇位置。
具体实施方式
为了更详细地说明本发明的非接触式生命体征数据监测系统，下面根据附图和实施例详细说明本发明。下述实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
如图1所示，本发明的非接触式生命体征数据监测系统包括视频采集单元、图像处理单元、温度监测单元和输出单元，其中：
所述的视频采集单元用于获取受试者的面部图像，并将图像传递给图像处理单元；
所述的图像处理单元利用受试者的面部图像提取其面部信息，并根据其面部信息计算出受试者待测温度点的位置，将该位置数据转换为控制信号传递给温度监测单元；
所述的温度监测单元接收图像处理单元传递的控制信号，利用该控制信号监测受试者待测温度点的温度，并根据其温度数据计算出受试者的生命体征数据；
所述的输出单元用于输出生命体征数据。
视频采集单元与图像处理单元之间，图像处理单元与温度监测单元之间，图像处理单元与输出单元之间可部分或全部通过有线或无线方式进行连接，以保证数据的有效传输，可以根据实际需要，全部采用有线方式连接，全部采用无线方式连接，或部分采用有线方式连接，部分采用无线方式连接。该系统能够在不接触到受试者(包括受试者身体的任何部位)的一定距离内，监测受试者的生命体征数据，该距离取决于视频采集单元能够采集到所需图像的有效距离。
作为优选，所述的温度监测单元包括一个数据处理单元和至少一组温度传感器和舵机，利用接收到的图像处理单元传递的控制信号驱动和控制舵机运动，并且带动温度传感器运动。
所述的一组温度传感器和舵机由一个温度传感器和一个舵机组成，用于监测一个受试者的生命体征数据，如体温或呼吸频率；使用多组温度传感器和舵机，能够监测两个以上的多个受试者的相同或不同生命体征数据。
所述的一个数据处理单元是指用于计算、分析和处理数据的设备，包括但不限于各种数字芯片、数字信号处理器(DSP)、智能终端等。
所述的数字芯片指经过设计，采用集成电子工艺，能够进行计算、分析和处理的芯片，并能够通过扩展控制其他设备，包括但不限于51系列芯片，ARM，DSP，FPGA等。
具体地，本发明的非接触式生命体征数据监测系统是通过对视频采集单元采集到的图像进行图像处理，从而获得的受试者的面部信息分析出待测温度点位置，并将该位置信号转换为控制信号，利用该控制信号控制舵机的运动，带动与其组合的温度传感器，监测受试者待测温度点的温度，通过对待测温度点的温度进行分析获得受试者生命体征数据并将结果通过输出单元输出。
作为优选，所述的生命体征是指体温和/或呼吸频率。
作为优选，所述的待测温度点为眉心和/或人中，所述的面部信息包括但不限于人脸的轮廓、双眼的位置、嘴唇的位置、鼻尖的位置等。
本发明的非接触式生命体征数据监测系统在需要监测受试者体温的情况下，待测温度点为眉心；在需要监测受试者呼吸频率的情况下，待测温度点为人中；在需要监测受试者体温和呼吸频率的情况下，待测温度点为眉心和人中。
所述的视频采集单元能获取受试者的面部图像，可以是任何能获取图像的设备，包括但不限于网络摄像头、CCD传感器、热像仪、照相机、摄像机、具有摄像功能的智能终端等；作为优选，可以是具有摄像功能的移动智能终端。
所述的图像处理单元能够对视频采集单元采集到的视频信号进行计算、分析和处理，根据视频采集单元采集到的信号，通过图像处理的方法(包括但不限于人脸识别、特征脸等方法)，获得受试者的面部信息，经计算后得到用于控制温度监测单元运动到指向待测温度点的控制信号。所述的图像处理单元包括能实现上述功能的所有设备，作为优选，所述的图像处理单元包括但不限于是智能终端等。
所述的智能终端指能够捕获外部信息，能进行计算、分析和处理，并在不同终端之间能够进行信息传输的设备，可以是Pocket PC、Tablet PC、工作站、PC或移动智能终端；所述的移动智能终端是便携式的智能终端，包括但不限于各种智能手机、PDA、笔记本电脑、上网本、平板电脑(如IPAD等)、掌上电脑、智能掌上游戏机。
所述的温度监测单元是指接收图像处理单元传递的控制信号，监测待测点温度并进行分析，获得受试者生命体征数据并将结果传递给输出单元的设备；所述的温度监测单元包括一个数据处理单元和至少一组温度传感器和舵机，利用接收到的图像处理单元传递来的控制信号驱动和控制舵机运动，并且带动温度传感器运动。
作为优选，所述的温度监测单元包括一个数据处理单元和至少一组温度传感器和舵机，利用接收到的图像处理单元传递的控制信号驱动和控制舵机运动，并且带动温度传感器运动。
所述的温度传感器指可以用于监测温度的设备，包括但不限于各种热电阻传感器、热电偶传感器、红外传感器等。
所述的温度监测单元与视频采集单元是可组合的。当视频采集单元和温度监测单元组合在一起时，视频采集单元将跟随温度监测单元一起运动，从而能够实现对单个受试者生命体征数据的跟踪监测； 视频采集单元和温度监测单元分离时，视频采集单元将不会跟随温度监测单元一起运动，使用不止一组温度传感器和舵机能够实现对多受试者多生命体征数据的同时监测。
所述的输出单元用于输出生命体征数据，输出的具体构成形式包括但不限于文字、二维、三维图像，声音，数据流、触觉信号等，所述的输出单元包括但不限于智能终端、音响、音箱、耳机、显示屏、打印机、可以传输数据流的硬件，如网口、蓝牙接口 、串行接口等。
根据各单元设备的不同、设备之间的连接方式不同，视频采集单元与图像处理单元之间，温度监测单元与图像处理单元之间，图像处理单元与输出单元之间可部分或全部通过有线或无线方式进行连接，以保证数据的有效传输，可以根据实际需要，全部采用有线方式连接，全部采用无线方式连接，或部分采用有线方式连接，部分采用无线方式连接。
作为优选，所述的视频采集单元、输出单元为智能终端，图像处理单元为具有摄像功能的智能终端。
更优选地，所述的非接触式生命体征数据监测系统由一个带有摄像功能的移动智能终端与一个温度监测单元组成，能够实现视频采集单元、图像处理单元、温度监测单元、输出单元的全部功能，其中一个带有摄像功能的移动智能终端能实现视频采集单元、图像处理单元和输出单元的功能。
更优选地，所述的非接触式生命体征数据监测系统由一个带有摄像功能的智能手机或平板电脑与一个温度监测单元组成，能够实现视频采集单元、图像处理单元、温度监测单元、输出单元的全部功能，其中一个带有摄像功能的智能手机或平板电脑能实现视频采集单元、图像处理单元和输出单元的功能；其中，视频采集单元、图像处理单元和输出单元之间通过有线方式在智能手机或平板电脑内部互联，温度监测单元通过蓝牙的方式和图像处理单元和输出单元相连。视频采集单元通过在智能手机或平板电脑内部的有线连接的方式将图像信息传递给图像处理单元，图像处理单元将分析处理得到的控制信号通过蓝牙的方式传递给温度监测单元，温度监测单元通过蓝牙的方式将检测到的体温和/或呼吸频率传递给输出单元，将生命体征数据通过输出单元输出。
如图2所示，所述的非接触式生命体征数据监测系统通过视频采集单元用于获取受试者的面部图像，并将图像传递给图像处理单元进行图像处理；图像处理单元利用边缘监测和特征点分析通过受试者的面部图像提取其面部信息，并根据其面部信息计算出受试者待测温度点的位置，将该位置数据转换为控制信号传递给温度监测单元；温度监测单元接收图像处理单元传递的控制信号，监测受试者待测温度点的温度，并根据其温度数据计算出受试者的生命体征数据；最后从输出单元将生命体征数据输出。
本发明还提供一种非接触式生命体征数据监测方法，包括以下步骤:
（1） 通过视频采集单元获取受试者的面部图像，并将图像传递给图像处理单元；
（2） 图像处理单元利用受试者的面部图像提取其面部信息，并根据其面部信息计算出受试者待测温度点的位置，将该位置数据转换为控制信号传递给温度监测单元；
（3） 温度监测单元接收图像处理单元传递的控制信号，利用该控制信号监测受试者待测温度点的温度，并根据其温度数据计算出受试者的生命体征数据；
（4） 将生命体征数据通过输出单元输出。
作为优选，所述的步骤(3)包括以下三种实现方式：
1)温度监测单元接收图像处理单元传递的控制信号，驱动舵机运动，并带动温度传感器运动至对准眉间，测得该时刻的温度数据，作为体温数据保存并输出；
其中，图像处理单元的工作流程如图3(a)所示：视频采集单元获取受试者的面部图像，并将图像传递给图像处理单元，图像处理单元利用受试者的面部图像提取其面部信息，并根据其面部信息计算出受试者眉间的位置，将该位置数据转换为控制信号传递给温度监测单元；
温度监测单元的工作流程如图4(a)所示：图像处理单元发出的控制信号控制温度监测单元中的舵机运动，将红外传感器对准眉间，测得此时受试者眉间的温度数据，温度监测单元中的数据处理单元将该温度数据保存，将其值作为体温数据输出。
如果需要连续监测受试者的温度数据，重复上述过程。
2)温度监测单元接收图像处理单元传递的控制信号，驱动舵机运动，并带动温度传感器运动至对准人中，测得该时刻的温度数据并将其保存，计算其变化频率并将该频率作为呼吸频率输出；
其中，图像处理单元的工作流程如图3(b)所示：视频采集单元获取受试者的面部图像，并将图像传递给图像处理单元，图像处理单元利用受试者的面部图像提取其面部信息，并根据其面部信息计算出受试者人中的位置，将该位置数据转换为控制信号传递给温度监测单元；
温度监测单元的工作流程如图4(b)所示：图像处理单元发出的控制信号控制温度监测单元中的舵机运动，将红外传感器对准人中，测得该时刻受试者人中的温度数据，温度监测单元中的数据处理单元将该温度数据保存；再监测下一个时刻受试者人中的温度数据并将其保存；重复监测多次（≥F次，F为采样频率）受试者人中的温度数据，根据上述温度数据计算其变化频率，将该频率值作为呼吸频率输出。
如果需要连续监测受试者的温度数据，重复上述过程。
3)温度监测单元接收图像处理单元传递的控制信号，驱动舵机运动，并带动温度传感器运动至对准眉间和人中，分别测得该时刻各自的温度数据，将测得的眉间的温度数据作为体温数据保存并输出，将测得的人中的温度数据保存，计算其变化频率并将该频率作为呼吸频率输出。
其中，图像处理单元的工作流程如图3(c)所示：视频采集单元获取受试者的面部图像，并将图像传递给图像处理单元，图像处理单元利用受试者的面部图像提取其面部信息，并根据其面部信息计算出受试者眉间和人中的位置，将该位置数据转换为控制信号传递给温度监测单元。
温度监测单元的工作流程如图4(c)所示：图像处理单元发出的控制信号控制温度监测单元中的舵机运动，将红外传感器对准待测温度点，测得此时的温度数据。对于对准眉间的红外传感器，测得该时刻受试者眉间的温度数据并保存，将其值作为体温数据输出；对于对准人中的红外传感器，测得该时刻受试者人中的温度数据，温度监测单元中的数据处理单元将该温度数据保存；再监测下一个时刻受试者人中的温度数据并将其保存；重复监测多次（≥F次，F为采样频率）受试者人中的温度数据，根据上述温度数据计算其变化频率，将该频率值作为呼吸频率输出。
如果需要连续监测受试者的温度数据，重复上述过程。
下面详述获得眉心位置C点和人中位置E点的方法。
假设温度监测单元的红外传感器红外能量的采样间隔时间为t秒，通过对温度数据分析得到温度数据变化的一个周期为n个数据间隔，那么呼吸频率 
。
具体来说，以直角坐标系为例，x为横轴，y为纵轴。如图5所示，通过图像处理得到面部特征点，A、B、D、O（其中，A为右眼位置，B为左眼位置，D为鼻尖位置，O为嘴唇位置）。以O为圆心，OA/OB为半径做圆，得到弧AB，弧的中点为眉心位置C； OD的中点为人中位置E。假设A点坐标为
； B点坐标为
;C点坐标为
；D点坐标为
；O点坐标为
；E点坐标为
。其中A，B，D，O点的坐标可以根据面部识别（如特征脸、人脸识别等）的方法获得。
根据A，B，D，O点的坐标得到以下关系：；
；
其中，
选择与
,
位置相近的解，其方法如下：
假设两组解分别为
,.
如果
>
那么，
；
如果
<
那么对于眉心位置C点，
对于人中位置E点，
此外，亦可通过极坐标来求解，其基本原理和直角坐标相同。
根据得到的眉心位置C点和人中位置E点，图像处理单元将该位置数据转换为将该位置数据转换为控制信号传递给温度监测单元；温度监测单元利用该控制信号监测受试者待测温度点的温度，并根据其温度数据计算出受试者的生命体征数据通过输出单元输出。
Claims (10)
1.一种非接触式生命体征数据监测系统，包括：视频采集单元、图像处理单元、温度监测单元和输出单元，其中：
所述的视频采集单元用于获取受试者的面部图像，并将图像传递给图像处理单元；
所述的图像处理单元利用受试者的面部图像提取其面部信息，并根据其面部信息计算出受试者待测温度点的位置，将该位置数据转换为控制信号传递给温度监测单元；
所述的温度监测单元接收图像处理单元传递的控制信号，利用该控制信号监测受试者待测温度点的温度，并根据其温度数据计算出受试者的生命体征数据；
所述的输出单元用于输出生命体征数据。
2.如权利要求1所述的生命体征数据监测系统，其特征在于：所述的温度监测单元包括一个数据处理单元和至少一组温度传感器和舵机，利用接收到的图像处理单元传递的控制信号驱动和控制舵机运动，并且带动温度传感器运动。
3.如权利要求1所述的生命体征数据监测系统，其特征在于：所述的温度监测单元与视频采集单元是可组合的。
4.如权利要求1所述的生命体征数据监测系统，其特征在于：所述的图像处理单元包括智能终端、数字芯片。
5.如权利要求1所述的生命体征数据监测系统，其特征在于：所述的视频采集单元选自网络摄像头、CCD传感器、热像仪、照相机、摄像机、具有摄像功能的智能终端。
6.如权利要求1所述的生命体征数据监测系统，其特征在于：所述的输出单元选自智能终端、音响、音箱、耳机、显示屏、打印机、可以传输数据流的硬件。
7.如权利要求1-6任一项所述的生命体征数据监测系统，其特征在于：所述的待测温度点为眉心和/或人中，所述的面部信息包括人脸的轮廓、双眼的位置、嘴唇的位置、鼻尖的位置。
8.一种非接触式生命体征数据监测方法，其特征在于包括以下步骤：
(1) 通过视频采集单元获取受试者的面部图像，并将图像传递给图像处理单元；
(2) 图像处理单元利用受试者的面部图像提取其面部信息，并根据其面部信息计算出受试者待测温度点的位置，将该位置数据转换为控制信号传递给温度监测单元；
(3) 温度监测单元接收图像处理单元传递的控制信号，利用该控制信号监测受试者待测温度点的温度，并根据其温度数据计算出受试者的生命体征数据；
将生命体征数据通过输出单元输出。
9.根据权利要求8所述的非接触式生命体征数据监测方法，其特征在于：所述的待测温度点为眉心和/或人中，所述的面部信息包括人脸的轮廓、双眼的位置、嘴唇的位置、鼻尖的位置。
10.根据权利要求9所述的非接触式生命体征数据监测方法，其特征在于： 所述的步骤(3)包括以下三种实现方式：
温度监测单元接收图像处理单元传递的控制信号，驱动舵机运动，并带动温度传感器运动至对准眉间，测得该时刻的温度数据，作为体温数据保存并输出；
或者温度监测单元接收图像处理单元传递的控制信号，驱动舵机运动，并带动温度传感器运动至对准人中，测得该时刻的温度数据并将其保存，计算其变化频率并将该频率作为呼吸频率输出；
或者温度监测单元接收图像处理单元传递的控制信号，驱动舵机运动，并带动温度传感器运动至对准眉间和人中，分别测得该时刻各自的温度数据，将测得的眉间的温度数据作为体温数据保存并输出，将测得的人中的温度数据保存，计算其变化频率并将该频率作为呼吸频率输出。
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