CN110236548B - 用于呼吸频率检测的检测装置 - Google Patents

Abstract

一种用于呼吸频率检测的检测装置，包括第一标记及第二标记，所述第一标记及所述第二标记之间的相对位置会随着测试者的呼吸而做周期性变化；图像获取单元，所述图像获取单元获取所述第一标记及所述第二标记在测试者呼吸时位置变化的视频图像；以及处理单元，所述处理单元将所述视频图像分离为以时间先后为顺序的视频帧，选取特定的所述视频帧，并识别每一选取的所述视频帧中所述第一标记及所述第二标记的位置；测得每一选取的所述视频帧中，所述第一标记及所述第二标记之间的距离，并形成时间‑距离曲线图；在特定时间内对时间‑距离曲线图的周期进行计数。该检测方法装置应用简单，成本较低，且能够较为准确地对测试者的呼吸频率进行检测。

Description

用于呼吸频率检测的检测装置

本申请是申请日为2018年03月09日、申请号为201810194475.7、名称为“呼吸频率的检测方法及用于呼吸频率检测的检测装置”的发明专利的分案申请。

技术领域

本发明涉及医疗检测设备领域，尤其是一种用于呼吸频率检测的检测装置。

背景技术

呼吸是衡量人体生理健康指标的重要因素之一。呼吸频率的检测对感冒发烧、咳嗽、哮喘、肺病、心脏病、睡眠呼吸暂停综合症等呼吸类疾病具有重要意义。

在现有技术中，呼吸频率的检测方式主要有接触式测量法和非接触式测量法。在接触式测量法中，需要测量者携带、捆绑或者粘贴呼吸类传感器到对应身体部位，该传感器的线路布设复杂，使得数据传输、供电、测量都不方便，且成本较高。

非接触式测量方法为医生观察测试人员一分钟的胸廓起伏次数或者使用棉花丝至于测试人员鼻孔处，观察棉花丝的变化，从而检测呼吸频率。该种测量方法虽然较为简便，但是却容易受到干扰，测量不准确。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种用于呼吸频率检测的检测装置，该检测装置应用简单，成本较低，且能够较为准确地对测试者的呼吸频率进行检测。

本发明提供了一种用于呼吸频率检测的检测装置，包括第一标记及第二标记，所述第一标记及所述第二标记之间的相对位置会随着测试者的呼吸而做周期性变化；

图像获取单元，所述图像获取单元获取所述第一标记及所述第二标记在测试者呼吸时位置变化的视频图像；以及

处理单元，所述处理单元将所述视频图像分离为以时间先后为顺序的视频帧，选取特定的所述视频帧，并识别每一选取的所述视频帧中所述第一标记及所述第二标记的位置；测得每一选取的所述视频帧中，所述第一标记及所述第二标记之间的距离，并形成时间-距离曲线图；在特定时间内对时间-距离曲线图的周期进行计数；

在选取特定的视频帧，并识别每一选取的所述视频帧中所述第一标记与所述第二标记的位置的步骤后，所述处理单元，在所述第一标记上提取第一特征点，在所述第二标记上提取第二特征点，通过测量每一选取的所述视频帧中所述第一特征点与所述第二特征点之间的距离，以得到所述第一标记与所述第二标记之间的距离。

进一步地，至少所述第一标记及所述第二标记的其中之一的位置随着测试者的呼吸而发生周期性的变化。

进一步地，该装置还包括标记片，所述第一标记与所述第二标记形成于同一所述标记片的两个相对的边缘上，所述标记片上第一标记所在的一端的厚度小于第二标记所在一端的厚度。

进一步地，该装置还包括标记片，所述第一标记与所述第二标记分别形成于两个独立的所述标记片上。

进一步地，所述标记片上的第一标记的厚度为0.03-0.08mm，所述标记片上的第二标记的厚度为1-5mm。

进一步地，所述检测装置还包括固定片，所述标记片固定于所述固定片上，所述标记片上第一标记所在的一端与所述固定片的夹角小于90°。

进一步地，所述第一标记固定于人体上时的位置相比于第二标记更靠近鼻孔所在的一侧。

进一步地，还包括第一特征点及第二特征点，所述第一特征点为所述标记片上部边缘的中点，所述第二特征点为所述标记片下部边缘的中点。

综上所述，在本发明中通过对选出的特定视频帧内第一标记及第二标记之间距离的测量，能够反映出第一标记及第二标记之间距离的变化趋势，即使在某些视频帧内，由于某些原因第一标记与第二标记之间的距离不能够反映测试者的呼吸状况，但是，该测试方法是从整体趋势上对测试者的呼吸频率进行计数，这能够较为准确地对测试者的呼吸频率进行检测，由于在测试时，仅需要固定两个标记的位置，因此，该方法应用简单，且成本较低。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1为本发明提供的呼吸频率的检测方法中各步骤的示意图。

图2为本发明提供的呼吸频率的检测方法的第一实施例中，第一标记及第二标记的安放位置示意图。

图3为在本发明第一实施例中标记片与固定片之间的位置关系示意图。

图4为本发明第一实施例中，沿时间顺序，在各特定帧的图像内，第一标记及第二标记的位置关系示意图。

图5为本发明第一实施例中，沿时间顺序，第一标记及第二标记之间距离变化的时间-距离曲线图。

图6为本发明提供的呼吸频率的检测方法的第二实施例中，第一标记及第二标记的安放位置示意图。

图7为本发明第二实施例中，沿时间顺序，在各特定帧的图像内，第一标记及第二标记的位置关系示意图。

图8为本发明第二实施例中，沿时间顺序，第一标记及第二标记之间距离变化的时间-距离曲线图。

图9为本发明提供的检测装置的系统框图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，详细说明如下。

本发明提供了一种呼吸频率检测的检测装置，该检测方法应用简单，成本较低，且能够较为准确地对测试者的呼吸频率进行检测。

图1为本发明提供的呼吸频率的检测方法中各步骤的示意图，如图1所示，本发明提供了一种呼吸频率的检测方法，该检测方法包括以下步骤：

提供第一标记及第二标记，第一标记与第二标记的相对位置会随测试者的呼吸而发生周期性变化；

获取第一标记及第二标记在测试者呼吸时位置变化的视频图像；

将上述视频图像分离为以时间先后为顺序的视频帧；

选取特定的视频帧，并识别每一选取的视频帧中第一标记及第二标记的位置；

测得每一选取的视频帧中第一标记与第二标记之间的距离，并形成时间-距离曲线图；

在特定时间内对时间-距离曲线图的周期进行计数，以得到测试者的呼吸频率。

图2为本发明提供的呼吸频率的检测方法的第一实施例中，第一标记及第二标记的安放位置示意图，图3为在本发明第一实施例中标记片与固定片之间的位置关系示意图，图4为本发明第一实施例中，沿时间顺序，在各特定帧的图像内，第一标记及第二标记的位置关系示意图，图5为本发明第一实施例中，沿时间顺序，第一标记及第二标记之间距离变化的时间-距离曲线图。如图2至图5所示，在本实施例中，第一标记11及第二标记12均设置于测试者的鼻孔与嘴部之间，第一标记11形成一个自由端，该自由端的位置会随着测试者的呼吸产生的气流而发生周期性变化，第二标记12固定于测试者的人体上。

在本实施例中，第一标记11与第二标记12均可以为纸质材质，同样地，也可以为丝线或塑料等。为了便于第一标记11及第二标记12的固定，第一标记11及第二标记12可以形成于同一标记片10的两个相对的边缘上，在固定时，第一标记11相比于第二标记12更靠近鼻孔部位。在标记片10上第一标记11所在一端的厚度小于第二标记12所在一端的厚度，以便测试者鼻孔呼吸产生的气流能够带动第一标记11运动，同时使第二标记12更稳定地固定在鼻孔与嘴部之间相应位置。如在本实施例中，标记片10的宽度可以为40-60mm，高度可以为20-40mm，标记片10上第一标记11所在一端的厚度可以为0.03-0.08mm，以便于呼吸的气流能够带动第一标记11运动，标记片10上第二标记12所在一端的厚度可以为1-5mm。如图3所示，为了便于标记片10的固定，标记片10可以固定于固定片20上，标记片10上第一标记11所在的一端与固定片20呈小于90°的夹角，以便于气流能够带动第一标记11运动。在本实施例中，固定片20的宽度可以为50-90mm，高度可以为10-30mm。

在固定第一标记11及第二标记12时，先将固定片20贴附于测试者鼻孔与上嘴唇之间，然后将标记片10固定于固定片20上，并使第一标记11相比于第二标记12更靠近鼻孔所在的一侧。

通过摄像机，优选为高清摄像机，在测试者呼吸的过程中，采集第一标记11及第二标记12的视频图像，也即标记片10变化的视频图像。在实际的测试中，人体的呼吸范围大致为一分钟16至44次，为了较好地获取到呼吸过程中标记片10的变化状态，摄像机采集帧率大于1fps，优选为10fps，当摄像机采集帧率为10fps时，摄像机一分钟可以采集到600张反应标记片10变化的视频帧。

对采集的视频进行分离，使其形成以时间先后为顺序的视频帧。

识别每一视频帧内第一标记11及第二标记12的位置。具体地，在本实施例中，可以通过canny边缘检测算子、sobel边缘检测算子、laplacian边缘检测算子及prewitt边缘检测算子等方法检测出标记片10上下两个边缘，即为第一标记11与第二标记12的位置。

可以理解地，在其它实施例中，也可以选取特定的视频帧，如每间隔10帧选取一幅视频帧，并对该视频帧内第一标记11及第二标记12进行识别，在保证准确度的前提下以减少识别时的计算量。

为了便于第一标记11及第二标记12的识别，标记片10的颜色可以为与周围环境色差较大的颜色，如白色或黑色。

进一步地，为了便于对第一标记11及第二标记12之间的距离进行测量，本发明还可以包括，在第一标记11及第二标记12上提取第一特征点111及第二特征点121，在本实施例中，可以提取标记片10上部边缘的中点作为第一特征点111，提取标记片10下部边缘的中点作为第二特征点121。在本实施例中，上述特征点的提取可以用基于hough变换等方法的线段提取得出。

如图4所示(为了便于表达，图3中仅示出了部分视频帧中第一特征点111及第二特征点121之间的位置关系)，测得每一选取的视频帧内第一特征点111与第二特征点121之间的距离，并根据上述的数据，得到时间-距离曲线图。在得到时间-距离曲线图的过程中，可以通过时域滤波、频域滤波高斯滤波或中值滤波等方法对第一特征点111与第二特征点121之间的距离的数据进行处理，以平滑数据曲线。

由于测试者的呼吸是一个循环往复的过程，因此，在得到时间-距离曲线图后，如图5所示，该图会呈现一定的周期性，通过计算特定时间内的周期数，如60s内的周期数，即可得到测试者的呼吸频率。

在本实施例中，通过对选出的特定视频帧内第一标记11及第二标记12之间距离的测量，能够反映出第一标记11及第二标记12之间距离的变化趋势，即使在某些视频帧内，由于某些原因第一标记11与第二标记12之间的距离不能够反映测试者的呼吸状况，但是，该测试方法是从整体趋势上对测试者的呼吸频率进行计数，这能够较为准确地对测试者的呼吸频率进行检测，由于在测试时，仅需要固定两个标记的位置，因此，该方法应用简单，且成本较低。

图6为本发明提供的呼吸频率的检测方法的第二实施例中，第一标记及第二标记的安放位置示意图，图7为本发明第二实施例中，沿时间顺序，在各特定帧的图像内，第一标记及第二标记的位置关系示意图，图8为本发明第二实施例中，沿时间顺序，第一标记及第二标记之间距离变化的时间-距离曲线图。本发明第二实施例提供的呼吸频率的检测方法与第一实施例提供的方法基本相同，其不同之处在于，在本实施例中，第一标记11及第二标记12为两个独立的标记片10，第一标记11及第二标记12分别固定于测试者的左胸部及右胸部，也即，第一标记11及第二标记12均会随着测试者呼吸时身体的运动而运动。通过摄像机记录第一标记11与第二标记12之间距离变化的视频，并对该视频图像进行分析，以得出时间-距离曲线图，最后求得该时间-距离曲线图的周期数，以得到测试者的呼吸频率。

可以理解地，在本实施例中，同样可以在第一标记11中提取第一特征点111，以及在第二标记12中提取第二特征点121，以便于第一标记11与第二标记12之间距离的测量。在本实施例中，上述特征点的提取可以用基于hough变换的椭圆提取等方法得出。

在其它实施例中，第一标记11和第二标记12的位置不仅可以设置于测试者的左胸部及右胸部，也可以在腹部或鼻翼部等能够在测试者呼吸时产生运动的位置，以便使第一标记11及第二标记12之间的距离在测试者呼吸的过程中而发生变化。也即在测试者的呼吸中，至少要保证第一标记11及第二标记12的其中之一的位置会随着测试者的呼吸而发生周期性的变化。

图8为本发明提供的检测装置的系统框图，如图8所示，本发明还提供了一种应用上述呼吸频率的检测方法进行呼吸频率检测的检测装置，该检测装置包括第一标记11、第二标记12、视频图像获取单元30及处理单元40，第一标记11及第二标记12设置于测试者的身体上，第一标记11及第二标记12之间的相对位置会随着测试者的呼吸而做周期性变化；视频图像获取单元30获取第一标记11及第二标记12在测试者呼吸时位置变化的视频头像；处理单元40将上述视频图像分离为以时间先后为顺序的视频帧，选取特定的视频帧，并识别每一选取的视频帧中第一标记11及第二标记12的位置；然后测得每一选取的视频帧中，第一标记11与第二标记12之间的距离，并形成时间-距离曲线图；最后在特定时间内对时间-距离曲线图的周期进行计数，以得到测试者的呼吸频率。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种用于呼吸频率检测的检测装置，其特征在于：包括第一标记及第二标记，所述第一标记及所述第二标记之间的相对位置会随着测试者的呼吸而做周期性变化；

图像获取单元，所述图像获取单元获取所述第一标记及所述第二标记在测试者呼吸时位置变化的视频图像；以及

处理单元，所述处理单元将所述视频图像分离为以时间先后为顺序的视频帧，选取特定的所述视频帧，并识别每一选取的所述视频帧中所述第一标记及所述第二标记的位置；测得每一选取的所述视频帧中，所述第一标记及所述第二标记之间的距离，并形成时间-距离曲线图；在特定时间内对时间-距离曲线图的周期进行计数；

在选取特定的视频帧，并识别每一选取的所述视频帧中所述第一标记与所述第二标记的位置的步骤后，所述处理单元，在所述第一标记上提取第一特征点，在所述第二标记上提取第二特征点，通过测量每一选取的所述视频帧中所述第一特征点与所述第二特征点之间的距离，以得到所述第一标记与所述第二标记之间的距离。

2.根据权利要求1所述的用于呼吸频率检测的检测装置，其特征在于：至少所述第一标记及所述第二标记的其中之一的位置随着测试者的呼吸而发生周期性的变化。

3.根据权利要求1所述的用于呼吸频率检测的检测装置，其特征在于：该装置还包括标记片，所述第一标记与所述第二标记形成于同一所述标记片的两个相对的边缘上，所述标记片上第一标记所在的一端的厚度小于第二标记所在一端的厚度。

4.根据权利要求1所述的用于呼吸频率检测的检测装置，其特征在于：该装置还包括标记片，所述第一标记与所述第二标记分别形成于两个独立的所述标记片上。

5.根据权利要求3或4所述的用于呼吸频率检测的检测装置，其特征在于：所述第一标记及所述第二标记为纸质、丝线和/或塑料的第一标记及第二标记。

6.根据权利要求3所述的用于呼吸频率检测的检测装置，其特征在于：所述标记片上的第一标记的厚度为0.03-0.08mm，所述标记片上的第二标记的厚度为1-5mm。

7.根据权利要求3所述的用于呼吸频率检测的检测装置，其特征在于：所述检测装置还包括固定片，所述标记片固定于所述固定片上，所述标记片上第一标记所在的一端与所述固定片的夹角小于90°。

8.根据权利要求3所述的用于呼吸频率检测的检测装置，其特征在于：所述第一标记固定于人体上时的位置相比于第二标记更靠近鼻孔所在的一侧。

9.根据权利要求3或4所述的用于呼吸频率检测的检测装置，其特征在于：还包括第一特征点及第二特征点，所述第一特征点为所述标记片上部边缘的中点，所述第二特征点为所述标记片下部边缘的中点。

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