CN104091408A - 一种基于热红外成像的婴幼儿睡姿智能识别方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种基于热红外成像的婴幼儿睡姿智能识别方法及装置，该装置包含热红外图像采集模块、视频接口、热红外图像识别处理模块和预警模块，婴幼儿睡眠热红外图像采集模块通过热成像仪实时采集婴幼儿睡眠过程中热红外图像，热红外图像通过视频接口传输给热红外图像识别处理模块，热红外图像识别处理模块检测鼻孔或口腔的位置以及婴幼儿的头部区域位置，并根据检测到的鼻孔或口腔相对头部区域的位置判别婴幼儿的头部睡姿。当判别结果为婴儿被衣物覆盖脸部或婴儿趴睡等危险或存在安全隐患的睡姿时，则触发预警模块输出预警信息通知监护人。无需借助红外线发射器发射红外光，对婴幼儿睡眠进行非接触、无辐射监护，不会对婴幼儿或其睡眠造成任何影响或伤害。

Description

一种基于热红外成像的婴幼儿睡姿智能识别方法及装置

技术领域

本发明涉及一种基于热红外成像的婴幼儿睡姿智能识别方法及装置，属婴幼儿监控与监护领域。

背景技术

婴儿安全监护倍受家长重视，婴儿睡姿监护是婴儿安全监控的重要组成部分，婴儿被衣物覆盖脸部或婴儿趴睡等极易造成婴儿窒息，监护人应该及时有效地发现和处理类似重要事件。现有的婴儿睡眠监护技术主要是通过视频监控，这种监控需要监护人时刻主动关注显示终端，与人工监控一样，往往容易造成重要婴儿事件不被及时发现和处理，特别是晚上监护人熟睡时。也有极少数技术试图对监控视频进行分析、智能识别婴儿睡姿。比如专利【一种婴儿睡姿智能识别方法及装置，申请号：201210227711.3】，该专利由样例特征建模、实时特征分析和报警判决三部分组成，样例特征建模部分需要人工模拟生成婴儿睡姿样例特征模板、实时特征分析部分需要人工设置睡姿检测分析区域，离智能识别还有不少距离，并且睡姿样例建模的准确性及实时匹配识别的正确率对婴儿穿衣服多少、盖被子厚薄等极为敏感。专利【一种睡姿识别方法及装置，申请号：201310260875.0】，该专利包括获取测量空间内被看护对象各关节的关节点信息，根据获取的关节点信息判断被看护对象的睡姿是否异常，若睡姿异常，则发出警报。该专利利用红外线发射器及摄影器获取婴幼儿各关节的关节点信息，其准确性及据此判别睡姿的正确率同样对婴儿穿衣服多少、盖被子厚薄等极为敏感。

 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种基于热红外成像的婴幼儿睡姿智能识别方法及装置。

本发明所采用的技术方案是：

基于热红外成像的婴幼儿睡姿智能识别方法，婴幼儿睡眠热红外图像采集模块通过热成像仪实时采集婴幼儿睡眠过程中热红外图像，热红外图像通过视频接口传输给热红外图像识别处理模块，热红外图像识别处理模块检测鼻孔或口腔的位置以及婴幼儿的头部区域位置，并根据检测到的鼻孔或口腔相对头部区域的位置判别婴幼儿的头部睡姿。当判别结果为婴儿被衣物覆盖脸部或婴儿趴睡等危险或存在安全隐患的睡姿时，则触发预警模块发出报警、通知监护人。

该方法包含以下步骤：

S1：婴幼儿睡眠热红外图像采集；

S2：检测鼻孔或口腔的位置；

S3：检测婴幼儿头部的位置；

S4：根据检测到的鼻孔或口腔相对头部的位置判别婴幼儿的头部睡姿；

S5：在睡姿存在安全隐患的情况下预警通知监护人。

所述步骤S2热红外图像识别处理模块检测鼻孔或口腔的位置，具体方法如下：

首先，对热红外视频信号区域整体扫描，检测连续多帧间温度高低交错有规律起伏变化区域，确定鼻孔或口腔的可能位置。

然后，通过对热红外视频信号进行窄带通滤波处理确认鼻孔或口腔的位置，窄带通滤波处理采用中心频率为4.26um的窄带通滤波器。

所述步骤S3热红外图像识别处理模块检测头部区域的位置，具体方法如下：

首先，对热红外图像进行图像增强、高通滤波，根据人体、特别是头部比环境温度高的特征，初步进行头部区域边界分割、确定头部区域位置。

然后，根据鼻孔或口腔的位置包含于头部区域之内，结合鼻孔或口腔的位置，正式确定头部区域位置。

所述步骤S4热红外图像识别处理模块根据检测到的鼻孔或口腔相对头部区域的位置判别婴幼儿的头部睡姿，睡姿包括但不限于仰卧、俯卧、左侧卧、右侧卧或折中卧向（例如，头部斜向一侧，背部平躺在床面上）的睡姿。

用于上述方法的基于热红外成像的婴幼儿睡姿智能识别装置，包括热红外图像采集模块、视频接口、热红外图像识别处理模块和预警模块，其特征在于通过热成像仪非接触式采集婴幼儿睡眠过程中热红外图像，热成像仪通过视频接口连接热红外图像识别处理模块，热红外图像识别处理模块的报警输出连接预警模块。预警模块为震动提醒器及声光报警器。

本发明的婴儿睡姿智能识别方法及装置，基于热红外成像采集婴儿睡眠视频信号，通过检测婴儿鼻孔或口腔以及头部区域位置，进行婴儿睡姿的判别，当判别结果为婴儿被衣物覆盖脸部或婴儿趴睡等危险或存在安全隐患的睡姿时、输出预警信息。本发明的方法，对婴幼儿睡眠进行非接触、无辐射监护，并且无需借助红外线发射器发射红外光，不会对婴幼儿或其睡眠造成任何影响或伤害。本发明的方法，无需监护人时刻主动观看婴儿监控视频或现场观看，特别是监护人晚上熟睡时，也能有效的对重要婴儿事件进行智能检测识别和及时预警，并且睡姿判别及其正确率不受婴儿穿衣服多少、盖被子厚薄等因素影响，克服了现有婴儿睡眠监护技术存在的缺陷。

附图说明

图1为本发明一种基于热红外成像的婴幼儿睡姿智能识别方法及装置的模块图。

图2为本发明一种基于热红外成像的婴幼儿睡姿智能识别方法及装置的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明作进一步的详细描述。

请参考图1，一种基于热红外成像的婴幼儿睡姿智能识别方法及装置，由热红外图像采集模块、视频接口、热红外图像处理模块和预警模块组成，包含步骤：

S1：婴幼儿睡眠热红外图像采集；

S2：检测鼻孔或口腔的位置；

S3：检测婴幼儿头部的位置；

S4：根据检测到的鼻孔或口腔相对头部的位置判别婴幼儿的头部睡姿；

S5：在睡姿存在安全隐患的情况下预警通知监护人。

请参考图2，在本发明的一种实施例中，步骤S1婴幼儿睡眠热红外图像采集是通过热成像仪非接触式实时采集来完成的。

请参考图2，在本发明的一种实施例中，步骤S2包括如下步骤：

S21：判断能否初步检测到鼻孔或口腔位置。人体呼吸生理过程包含了吸气、呼气等过程，人在呼气时呼出CO₂气流的温度与周围环境的温度存在差异，人体呼吸的生理过程将使得鼻孔或口腔位置的温度产生高低交错有规律起伏变化。呼出的CO₂气流及其周围环境的温度，可通过热红外成像视频信号获得，于是通过检测视频信号连续多帧间温度有规律高低起伏变化区域，可检测出鼻孔或口腔的可能位置。实施例中，对热红外视频信号区域整体扫描，针对每一点判断其所在区域是否为连续多帧间温度高低交错有规律起伏变化区域。具体方法为：（1）用MATLAB的findpeaks函数求该点处最近30帧内的极大值且用max函数求出最大值，然后去除掉与最大值之差过大（比如大于5）的极大值点，保留有效的极大值及其所处时间位置。（2）用MATLAB的findpeaks函数求该点处最近30帧内的极小值，保留有效的极大值及其所处时间位置。具体实施时，需将该点温度数据序列取负值后，用findpeaks函数仿照步骤（1）求其极大值，即可相应求出原有温度序列的极小值。（3）根据极大值和极小值所处时间位置，检查各极小值是否位于两极大值之间，若是，则该点所在区域即为温度高低交错有规律起伏变化区域。若能检测到这样的区域，则确定了鼻孔或口腔的可能位置，然后进入步骤S22；否则，检测不到，说明婴儿被衣物覆盖脸部或婴儿趴睡、存在安全隐患或危险，则进入步骤S53，预警通知监护人；

S22：通过对热红外视频信号进行窄带通滤波处理，判断能否确认鼻孔或口腔位置。人体呼吸时呼出CO₂的浓度为3.7%, CO₂对波长为4.26um的中波长红外信号具有较强的吸收作用。通过对热红外视频信号采用中心频率为4.26um波长的窄带通滤波器进行窄带通滤波处理，根据处理结果就能判断是否确认检测出了鼻孔或口腔的位置。若能确认鼻孔或口腔的位置，则进入步骤S23；否则，说明S21步骤中产生的鼻孔或口腔的可能位置并非其实际的位置，也就是实际上并未检测到鼻孔或口腔位置，说明婴儿被衣物覆盖脸部或婴儿趴睡、存在安全隐患或危险，进入步骤S53，预警通知监护人；

S23：记录鼻孔或口腔位置；

请参考图2，在本发明的一种实施例中，步骤S3包括如下步骤：

S31：初步确定头部区域。人体温度通常高于环境温度，特别是头部、脸部由于不被衣物覆盖其温度往往高于环境温度，据此可初步确定头部区域位置。具体做法：对热红外图像进行图像增强，利用MATLAB中的ddencmp函数自动生成小波去噪的阈值选择，再利用wdencmp函数进行全局图像降噪、同时有效保留了区域的边界，实现了图像增强。然后根据人体、特别是头部比环境温度高的特征，对热红外图像进行高通滤波，初步进行头部区域边界分割、确定头部区域位置，并根据人体的方向确定头部的水平与垂直方向；

S32：根据鼻孔或口腔的位置包含于头部区域之内，结合S23记录的鼻孔或口腔的位置，正式确定头部区域位置。

请参考图2，在本发明的一种实施例中，步骤S4判别婴幼儿的头部睡姿按如下方法实施：根据检测到的鼻孔或口腔相对头部区域的位置判别婴幼儿的头部睡姿，睡姿包括但不限于仰卧、俯卧、左侧卧、右侧卧或折中卧向（例如，头部斜向一侧，背部平躺在床面上）的睡姿。具体为，鼻孔或口腔位置在头部区域水平方向的中间可判别为仰卧；鼻孔或口腔位置在头部区域水平方向的边界可判别为左或右侧卧；鼻孔或口腔位置在头部区域水平方向中间与边线之间的位置可判别为折中卧向；而如检测不到鼻孔或口腔的位置，则说明婴儿俯卧（即趴睡）或婴儿被衣物覆盖脸部、存在安全隐患或危险。

实际上对于婴儿被衣物覆盖脸部或婴儿趴睡等危险或存在安全隐患的睡姿的检测，只需要着重把握检测鼻孔或口腔以及头部区域位置即可。由于只需检测鼻孔或口腔以及头部区域位置，所以睡姿判别及其正确率不受婴儿穿衣服多少、盖被子厚薄等因素影响，克服了现有婴儿睡眠监护技术存在的缺陷。

请参考图2，在本发明的一种实施例中，步骤S5包括如下步骤：

S51：判断是否需要预警；如果不需要，则进入步骤S52，否则进入步骤S53预警通知监护人；

S52：睡姿输出；

S53：预警通知监护人。当判别结果为婴儿被衣物覆盖脸部或婴儿趴睡等危险或存在安全隐患的睡姿时，则触发预警模块发出报警、通知监护人。预警模块为震动提醒器及声光报警器。在非紧急情况下可以采用震动提醒器提醒监护人，同时又不影响婴幼儿睡眠，比如提醒监护人帮助婴幼儿修正睡眠姿态。而在紧急情况下(如婴儿被衣物覆盖脸部或婴儿趴睡等易造成窒息的危险情况)，为了能够提醒监护人迅速及时处理这些状况，可以在震动提醒的同时，增加声光报警器，以确保安全。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于热红外成像的婴幼儿睡姿智能识别方法，其特征在于，婴幼儿睡眠热红外图像采集模块通过热成像仪实时采集婴幼儿睡眠过程中热红外图像，热红外图像通过视频接口传输给热红外图像识别处理模块，热红外图像识别处理模块检测鼻孔或口腔的位置以及婴幼儿的头部区域位置，并根据检测到的鼻孔或口腔相对头部区域的位置判别婴幼儿的头部睡姿；当判别结果为婴儿被衣物覆盖脸部或婴儿趴睡等危险或存在安全隐患的睡姿时，则触发预警模块发出报警、通知监护人；该方法包含以下步骤：

S1：婴幼儿睡眠热红外图像采集；

S2：检测鼻孔或口腔的位置；

S3：检测婴幼儿头部的位置；

S4：根据检测到的鼻孔或口腔相对头部的位置判别婴幼儿的头部睡姿；

S5：在睡姿存在安全隐患的情况下预警通知监护人。

2.根据权利要求1所述的基于热红外成像的婴幼儿睡姿智能识别方法，其特征在于：步骤S2的具体步骤为，首先，对热红外视频信号区域整体扫描，检测连续多帧间温度高低交错有规律起伏变化区域，确定鼻孔或口腔的可能位置；然后，通过对热红外视频信号进行窄带通滤波处理确认鼻孔或口腔的位置，窄带通滤波处理采用中心频率为4.26um的窄带通滤波器。

3.根据权利要求1所述的基于热红外成像的婴幼儿睡姿智能识别方法，其特征在于：步骤S3的具体步骤为，首先，对热红外图像进行图像增强、高通滤波，根据人体、特别是头部比环境温度高的特征，初步进行头部区域边界分割、确定头部区域位置；然后，根据鼻孔或口腔的位置包含于头部区域之内，结合鼻孔或口腔的位置，正式确定头部区域位置。

4.根据权利要求1所述的基于热红外成像的婴幼儿睡姿智能识别方法，其特征在于：步骤S4中，根据检测到的鼻孔或口腔相对头部区域的位置判别婴幼儿的头部睡姿，睡姿包括但不限于仰卧、俯卧、左侧卧、右侧卧或折中卧向的睡姿。

5.用于权利要求1所述的基于热红外成像的婴幼儿睡姿智能识别装置，其特征在于，包括热红外图像采集模块、视频接口、热红外图像识别处理模块和预警模块，通过热成像仪非接触式采集婴幼儿睡眠过程中热红外图像，热成像仪通过视频接口连接热红外图像识别处理模块，热红外图像识别处理模块的报警输出连接预警模块，预警模块为震动提醒器及声光报警器。