CN109998496A - 一种自主式人体体温自动采集及呼吸监测系统和方法 - Google Patents

一种自主式人体体温自动采集及呼吸监测系统和方法 Download PDF

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傅军
韩洪祥
高端阳
刘少帅
张志斌
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    • A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
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    • G06V40/172—Classification, e.g. identification

Abstract

本发明公开了一种自主式人体体温自动采集及呼吸监测方法，通过高清摄像头实时采集室内图像，CPU主控平台的图像比对模块将得到的人脸图像数据及人形图像数据与存储模块中预存的人脸图像数据及人形图像数据进行比对，完成目标对象的寻找；通过红外热像仪绘制目标对象的红外图像，通过高清摄像头获取目标对象的可见光图像，通过图像处理使目标对象的可见光图像和红外图像按比例重合配准，将红外图像每一点的温度值叠加至可见光图像上；通过叠加温度信息的可见光图像信息完成人体标准温度测量及呼吸变化监测。该方法无需目标对象佩戴传感器，较佳解决老人发生突发状况而无法及时处理的情况。

Description

一种自主式人体体温自动采集及呼吸监测系统和方法
技术领域
本发明具体涉及一种自主式人体体温自动采集及呼吸监测方法 和系统。
背景技术
根据第五次人口普查数据显示，全国60岁以上老人2.41亿，其 中空巢老人家庭在有老人家庭中的占有率已经达到31.77％。
空巢老人独居面临的突出问题是空巢老人处于照料真空之中，身 体和心理状况无法及时被掌握。根据卫生部资料统计，我国居民慢性 病发病率约为17.0％，其中60岁以上老年人群的患病率是一般人群 的2.5-3.0倍，约半数的老年人群中患有一种或者几种慢性疾病，而 老人因各类慢性疾病猝死的事件时有发生。对于空巢老人来说，健康 状况尤其令人担忧，一旦出现生病、猝死等突发情况，没有得到及时 处理，后果不堪设想。
体温是老人一项非常重要的生理指标，对其进行主动监测具有十 分重要的意义。现在市面上的测温设备，只具备定点体温测量功能， 不具备主动采集目标对象温度的功能。此外，通过主动式呼吸监测， 能及时对目标对象的身体状态做出判断，比体温量测更准确且迅速， 该方法无需目标对象佩戴传感器，较佳解决老人发生突发状况而无法 及时处理的情况。
针对该问题，本发明提供一种自主式人体体温自动采集及呼吸监 测方法和系统。
发明内容：
为了克服上述背景技术的缺陷，本发明提供一种自主式人体体温 自动采集及呼吸监测方法和系统，具备主动采集目标对象温度及监测 呼吸变化的功能，从而解决老人发生突发状况而无法及时处理的情 况。
为了解决上述技术问题本发明的所采用的技术方案为：
一种自主式人体体温自动采集及呼吸监测系统，包括机器人包 括机器人头部、机器人本体、机器人移动平台；
机器人本体包括CPU主控平台，CPU主控平台包括图像采集模 块、图像比对模块、分析模块、存储模块；图像采集模块包含截取 单元、筛选单元、提取单元；
机器人头部包括连接于CPU主控平台高清摄像头、红外热像 仪、显示屏、4G通讯模块；
机器人移动平台包括电源模块、驱动模块，和连接于CPU主控 平台的传感器模块和控制模块；驱动模块包括驱动电机以及连接于 驱动电机动力输出端的轮组。
较佳地，传感器模块包括激光雷达传感器、超声波传感器和惯 性传感器；控制模块包括驱动控制器和导航控制器。
较佳地，截取单元用于对实时视频的多帧画面进行截取，筛选 单元用于接收截取单元并截取兵发送过来的多个视频画面，并从各 个视频画面中筛选出人脸图像和人形图像数据，提取单元接收筛选 单元发送过来的人脸图像和人形图像数据，并提取人脸特征及人形 特征；提取单元提取人脸特征及人形特征的方法包括利用识别引擎 提取提取人脸特征及人形特征。
本发明还提供一种利用上述系统进行的自主式人体体温自动采 集及呼吸监测方法，包括：
步骤1，机器人移动平台带动机器人本体和机器人头部在室内按 照存储的地图信息移动；
步骤2，通过高清摄像头实时采集室内图像，并将实时视频发送 至CPU主控平台，CPU主控平台将图像信息存储在存储模块，CPU 主控平台的图像采集模块实时截取视频画面，并从多个视频画面中筛 选出人脸图像数据及人形图像数据，将人脸图像数据及人形图像数据 发送至图像比对模块，并通过显示屏显示；
步骤3，存储模块中预存目标对象的人脸图像数据、人形图像数 据和目标对象额头部位正常温度阈值，存储模块中还预存有目标对象 额头部位正常温度阈值；图像比对模块将从存储模块提取的人脸图像 数据及人形图像数据与存储模块中预存的人脸图像数据及人形图像 数据进行比对，判断当图像比对模块输出的人脸图像数据及人形图像 数据与预设人脸图像数据及人形图像数据匹配时，CPU主控平台控 制机器人移动平台带动机器人本体向目标对象移动；
步骤5，通过红外热像仪获取目标对象的红外图像，通过高清摄 像头获取目标对象的可见光图像，CPU主控平台通过图像处理使目 标对象的可见光图像和红外图像按比例重合，将红外图像每一点的温 度值映射至可见光图像上，并将其实时上传至存储模块中，并通过显 示屏显示；
步骤6，利用叠加温度信息的可见光图像信息，提取与预存人脸 图像数据最为接近的人脸图像信息，并连续获取第一温度测量点的温 度作为人体标准温度，将该点温度上传到CPU主控平台的存储模块 中，同时利用4G通讯模块将其上传到指定移动设备中；
步骤7，利用叠加温度信息的可见光图像信息，提取与预存人脸 图像数据最为接近的人脸图像信息，并连续获取第二温度测量点的温 度，通过CPU主控平台的分析模块分析第二温度测量点的温度变化 检测呼吸是否正常；
步骤8，若目标对象的第一温度测量点在预设正常温度阈值范围 内，并且步骤7检测所得呼吸正常，则机器人本体返回到充电桩充电； 若检测到目标对象的第一温度测量点超出预设正常温度阈值，或步骤 7检测所得呼吸不正常，则将异常信息连同目标对象的可见光图像通 过4G通讯模块上传到指定移动设备中并返回到充电桩充电。
较佳地，在人脸图像数据中标注额头部位坐标作为第一温度测 量点，鼻部坐标作为第二温度测量点。
较佳地，系统按预设的时间间隔启动。
较佳地，提取单元利用seetaFace识别引擎提取人脸特征及人形 特征。
较佳地，步骤5中将红外图像每一点的温度值映射至可见光图像 上，并将其实时上传至存储模块的频率为每秒一次，利用叠加温度信 息的可见光图像信息，连续获取第一温度测量点的温度数据时，采用 10秒采集温度数据的平均值作为人体标准温度，并将该点温度上传 到存储模块中，同时利用4G通讯模块发送到指定移动设备中。
较佳地，利用叠加温度信息的可见光图像信息，在坐标偏差允许 的范围内连续获取第二温度测量点的温度数据，在目标对象在进行吸 气呼气时，利用红外热像仪对温度的高灵敏度来检测第二温度测量点 的温度变化，并通过CPU主控平台的分析模块分析目标对象的呼吸 是否正常，分析模块分析目标对象的呼吸是否正常的具体方法包括：
记录第二温度测量点的温度为t1,t2,...tn，若△t＝ti-tj>tk，其中， tk为预设的温度变化阈值，则呼吸检测不正常，若△t＝ti-tj≤tk，则 呼吸检测正常。
较佳地，若检测到目标对象的第一温度测量点超出预设值或第二 温度测量点的温度变化异常，将异常信息连同目标对象此时的可见光 图像通过4G通讯模块上传到指定移动设备中。
本发明的有益效果在于：本发明利用机器人激光雷达传感器、超 声波传感器、惯性传感器等多传感器数据融合并配合SLAM导航算 法实现机器人室内地图构建和位置定位；通过高清摄像头实时采集室 内图像，CPU主控平台的图像比对模块将得到的人脸图像数据及人 形图像数据与存储模块中预存的人脸图像数据及人形图像数据进行 比对，完成目标对象的寻找；通过红外热像仪绘制目标对象的红外图 像，通过高清摄像头获取目标对象的可见光图像，通过图像处理使目 标对象的可见光图像和红外图像按比例重合配准，将红外图像每一点 的温度值叠加至可见光图像上；通过叠加温度信息的可见光图像信息 完成人体标准温度测量及呼吸变化监测。目标对象无需佩戴额外的传 感器，具备主动采集目标对象温度及监测呼吸变化的功能，该方法无 需目标对象佩戴传感器，较佳解决老人发生突发状况而无法及时处理 的情况。
附图说明
图1为本发明实施例一的系统结构示意图
图2为本发明实施例二的方法流程图；
图3为本发明实施例二的数据采集原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
实施例一
一种自主式人体体温自动采集及呼吸监测系统，包括：
所述机器人包括机器人头部、机器人本体、机器人移动平台；所 述机器人头部包括所述高清摄像头、红外热像仪、显示屏、4G通讯 模块，高清摄像头、红外热像仪、显示屏、4G通讯模块与CPU主控 平台连接；所述机器人本体内置CPU主控平台，CPU主控平台包括 存储模块、图像采集模块、图像比对模块、分析模块，图像采集模块 包含截取单元、筛选单元、提取单元，图像采集模块与存储模块，图 像比对模块与图像采集模块连接，分析模块与存储模块连接；所述机 器人移动平台包括驱动模块、各类传感器、电源模块、控制模块组成，驱动模块包括驱动电机以及轮组，轮组配置包括两个万向轮、两个主 动轮，各类传感器包括激光雷达传感器、超声波传感器、惯性传感器， 电源模块采用铅酸电池供电，控制模块包括驱动控制器和导航控制 器，控制模块与CPU主控平台连接，各类传感器与CPU主控平台连接。
超声波传感器实时测量至目标对象的距离，至所设安全距离后， 停止移动。
CPU主控平台的图像采集模块包含截取单元、筛选单元、提取 单元。截取单元对实时视频的多帧画面进行截取，得到多个视频画面， 截取单元与筛选单元连接；筛选单元用于接收多个视频画面，并从多 个视频画面中筛选出多个人脸图像数据及人形图像数据，筛选单元与 提取单元连接；提取单元利用seetaFace识别引擎提取人脸特征及人 形特征。
实施例二
一种利用如实施例一所述系统进行的自主式人体体温自动采集 及呼吸监测方法，包括：
步骤1，启动机器人，机器人工作；机器人利用激光雷达传感器、 超声波传感器、惯性传感器等多传感器在室内巡逻一周；通过利用自 适应卡尔曼滤波器进行数据融合并配合SLAM导航算法实现机器人 室内地图构建和位置定位，并将地图信息存储到CPU主控平台的存 储器中；
步骤2，机器人构建全局路径规划，按照步骤1中存储的地图信 息进行自主导航；
步骤3，机器人本体按照构建的地图信息进行自主规划行走，利 用高清摄像头实时采集室内图像，并将实时视频发送给CPU主控平 台的存储模块中，CPU主控平台的图像采集模块实时截取存储器中 的视频画面，并从多个视频画面中筛选出多个人脸图像数据及人形图 像数据，将其发送给CPU主控平台的图像比对模块及显示屏，CPU 主控平台的图像采集模块包含截取单元、筛选单元、提取单元。截取 单元对实时视频的多帧画面进行截取，得到多个视频画面，截取单元 与筛选单元连接；筛选单元用于接收多个视频画面，并从多个视频画 面中筛选出多个人脸图像数据及人形图像数据，筛选单元与提取单元 连接；提取单元利用seetaFace识别引擎提取人脸特征及人形特征；
步骤4，CPU主控平台的存储模块中预存有目标对象的人脸图像 数据及人形图像数据，人脸图像数据中标注额头部位坐标作为第一温 度测量点，鼻部坐标作为第二温度测量点，存储模块中还预存有目标 对象额头部位正常温度阈值。CPU主控平台的图像比对模块将得到 的人脸图像数据及人形图像数据与存储模块中预存的人脸图像数据 及人形图像数据进行比对，当图像比对模块输出的人脸图像数据及人 形图像数据与预设人脸图像数据及人形图像数据匹配时，CPU主控 平台控制机器人本体向目标对象移动，至所设安全距离后停止移动；
步骤5，启动红外热像仪，绘制目标对象的红外图像，同时高清 摄像头获取目标对象的可见光图像，通过滤波、边缘轮廓修饰、拉伸 缩放、裁剪等图像处理方法及红外与可见光图像配准算法使目标对象 的可见光图像和红外图像按比例重合，将红外图像每一点的温度值叠 加至可见光图像上，并将其实时上传到显示屏及CPU主控平台的存 储模块中；
步骤6，利用叠加温度信息的可见光图像信息，通过图像处理提 取与预存人脸图像数据最为接近的人脸图像信息，并连续获取第一温 度测量点的温度作为人体标准温度，将该点温度上传到CPU主控平 台的存储模块中，同时利用4G通讯模块将其上传到指定移动设备中， 叠加温度信息的可见光图像存储频率为每秒一次，利用叠加温度信息 的可见光图像信息，在坐标偏差允许的范围内连续获取第一温度测量 点的温度数据时，采用10秒采集温度数据的平均值作为人体标准温 度；
步骤7，叠加温度信息的可见光图像存储频率为每秒一次，利用 叠加温度信息的可见光图像信息，通过图像处理提取与预存人脸图像 数据最为接近的人脸图像信息，在坐标偏差允许的范围内连续获取第 二温度测量点的温度数据，目标对象在进行吸气呼气时，第二温度测 量点的温度会有微弱的变化，利用红外热像仪对温度的高灵敏度来检 测第二温度测量点的温度变化，并通过CPU主控平台的分析模块分 析目标对象的呼吸是否正常；分析模块分析目标对象的呼吸是否正常 的具体方法包括：记录第二温度测量点的温度为t1,t2,...tn，若 △t＝ti-tj>tk，其中，tk为预设的温度变化阈值，则呼吸检测不正常， 若△t＝ti-tj≤tk，则呼吸检测正常。
步骤8，若检测到目标对象的第一温度测量点在预设正常温度阈 值范围内及第二温度测量点的温度变化正常，机器人本体按照构建的 地图信息返回到充电桩充电；若检测到目标对象的第一温度测量点超 出预设正常温度阈值或第二温度测量点的温度变化异常，将异常信息 连同目标对象的可见光图像通过4G通讯模块上传到指定移动设备中 并返回到充电桩充电。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说 明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利 要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种自主式人体体温自动采集及呼吸监测系统，其特征在于，包括机器人包括机器人头部、机器人本体、机器人移动平台；
所述机器人本体包括CPU主控平台，CPU主控平台包括图像采集模块、图像比对模块、分析模块、存储模块；图像采集模块包含截取单元、筛选单元、提取单元；
所述机器人头部包括连接于所述CPU主控平台高清摄像头、红外热像仪、显示屏、4G通讯模块；
所述机器人移动平台包括电源模块、驱动模块，和连接于所述CPU主控平台的传感器模块和控制模块；所述驱动模块包括驱动电机以及连接于所述驱动电机动力输出端的轮组。
2.根据权利要求1所述的一种自主式人体体温自动采集及呼吸监测系统，其特征在于：所述传感器模块包括激光雷达传感器、超声波传感器和惯性传感器；所述控制模块包括驱动控制器和导航控制器。
3.根据权利要求1所述的一种自主式人体体温自动采集及呼吸监测系统，其特征在于：所述截取单元用于对实时视频的多帧画面进行截取，所述筛选单元用于接收所述截取单元并截取兵发送过来的多个视频画面，并从各个视频画面中筛选出人脸图像和人形图像数据，所述提取单元接收所述筛选单元发送过来的所述人脸图像和人形图像数据，并提取人脸特征及人形特征；所述提取单元提取人脸特征及人形特征的方法包括利用识别引擎提取提取人脸特征及人形特征。
4.一种利用如权利要求1-3任一项所述系统进行的自主式人体体温自动采集及呼吸监测方法，其特征在于，包括：
步骤1，所述机器人移动平台带动所述机器人本体和所述机器人头部在室内按照存储的地图信息移动；
步骤2，通过高清摄像头实时采集室内图像，并将实时视频发送至CPU主控平台，CPU主控平台将图像信息存储在所述存储模块，CPU主控平台的图像采集模块实时截取视频画面，并从多个视频画面中筛选出人脸图像数据及人形图像数据，将所述人脸图像数据及人形图像数据发送至图像比对模块，并通过显示屏显示；
步骤3，所述存储模块中预存目标对象的人脸图像数据、人形图像数据和目标对象额头部位正常温度阈值，存储模块中还预存有目标对象额头部位正常温度阈值；所述图像比对模块将从所述存储模块提取的所述人脸图像数据及人形图像数据与所述存储模块中预存的人脸图像数据及人形图像数据进行比对，判断当图像比对模块输出的人脸图像数据及人形图像数据与预设人脸图像数据及人形图像数据匹配时，所述CPU主控平台控制所述机器人移动平台带动机器人本体向目标对象移动；
步骤5，通过所述红外热像仪获取目标对象的红外图像，通过高清摄像头获取目标对象的可见光图像，所述CPU主控平台通过图像处理使目标对象的可见光图像和红外图像按比例重合，将红外图像每一点的温度值映射至可见光图像上，并将其实时上传至所述存储模块中，并通过显示屏显示；
步骤6，利用叠加温度信息的可见光图像信息，提取与预存人脸图像数据最为接近的人脸图像信息，并连续获取第一温度测量点的温度作为人体标准温度，将该点温度上传到CPU主控平台的存储模块中，同时利用4G通讯模块将其上传到指定移动设备中；
步骤7，利用叠加温度信息的可见光图像信息，提取与预存人脸图像数据最为接近的人脸图像信息，并连续获取第二温度测量点的温度，通过CPU主控平台的分析模块分析第二温度测量点的温度变化检测呼吸是否正常；
步骤8，若目标对象的第一温度测量点在预设正常温度阈值范围内，并且所述步骤7检测所得呼吸正常，则机器人本体返回到充电桩充电；若检测到目标对象的第一温度测量点超出预设正常温度阈值，或所述步骤7检测所得呼吸不正常，则将异常信息连同目标对象的可见光图像通过4G通讯模块上传到指定移动设备中并返回到充电桩充电。
5.根据权利要求4所述的一种自主式人体体温自动采集及呼吸监测方法，其特征在于：在所述人脸图像数据中标注额头部位坐标作为第一温度测量点，鼻部坐标作为第二温度测量点。
6.根据权利要求4所述的一种自主式人体体温自动采集及呼吸监测方法，其特征在于：所述系统按预设的时间间隔启动。
7.根据权利要求4所述的一种自主式人体体温自动采集及呼吸监测方法，其特征在于：所述提取单元利用seetaFace识别引擎提取人脸特征及人形特征。
8.根据权利要求4所述的一种自主式人体体温自动采集及呼吸监测方法，其特征在于：所述步骤5中将红外图像每一点的温度值映射至可见光图像上，并将其实时上传至所述存储模块的频率为每秒一次，利用叠加温度信息的可见光图像信息，连续获取第一温度测量点的温度数据时，采用10秒采集温度数据的平均值作为人体标准温度，并将该点温度上传到所述存储模块中，同时利用4G通讯模块发送到指定移动设备中。
9.根据权利要求4所述的一种自主式人体体温自动采集及呼吸监测方法，其特征在于：利用叠加温度信息的可见光图像信息，在坐标偏差允许的范围内连续获取第二温度测量点的温度数据，在目标对象在进行吸气呼气时，利用红外热像仪对温度的高灵敏度来检测第二温度测量点的温度变化，并通过CPU主控平台的分析模块分析目标对象的呼吸是否正常，分析模块分析目标对象的呼吸是否正常的具体方法包括：
记录第二温度测量点的温度为t1,t2,...tn，若△t＝ti-tj>tk，其中，tk为预设的温度变化阈值，则呼吸检测不正常，若△t＝ti-tj≤tk，则呼吸检测正常。
10.根据权利要求4所述的一种自主式人体体温自动采集及呼吸监测方法，其特征在于：若检测到目标对象的第一温度测量点超出预设值或第二温度测量点的温度变化异常，将异常信息连同目标对象此时的可见光图像通过4G通讯模块上传到指定移动设备中。
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