CN111881712B - 基于信号处理的医疗器械实时跟踪平台 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于信号处理的实时跟踪平台，包括：红外热成像设备，设置在人员行走通道的一侧，用于面对所述人员行走通道执行红外热成像操作，还用于基于获取到的红外成像图像中的热源目标在所述红外成像图像中的相对位置决定发送给所述水平移动机构的驱动信号；水平移动机构，用于固定红外热成像设备以及可见光成像设备，并基于接收到的驱动信号驱动所述水平移动机构水平移动以跟随当前行走在人员行走通道的人体对象。本发明的基于信号处理的实时跟踪平台检测及时、设计具有一定的针对性。由于能够从水平方向和垂直方向采用不同的跟踪机制实现对要执行步态检测和校正的人员目标的高精度跟踪，从而有效提升后续不同检测和校正的精度。

Description

基于信号处理的医疗器械实时跟踪平台
技术领域
本发明涉及辅助医疗器械领域，尤其涉及一种基于信号处理的医疗器械实时跟踪平台。
背景技术
医疗器械是指直接或者间接用于人体的仪器、设备、器具、体外诊断试剂及校准物、材料以及其他类似或者相关的物品，包括所需要的计算机软件。
医疗器械效用主要通过物理等方式获得，不是通过药理学、免疫学或者代谢的方式获得，或者虽然有这些方式参与但是只起辅助作用。
医疗器械目的是疾病的诊断、预防、监护、治疗或者缓解；损伤的诊断、监护、治疗、缓解或者功能补偿；生理结构或者生理过程的检验、替代、调节或者支持；生命的支持或者维持；妊娠控制；通过对来自人体的样本进行检查，为医疗或者诊断目的提供信息。
而辅助医疗器械不是直接用于诊断、治疗等医疗目的，而是提供各种医疗参数以供医务人员或者医疗器械参考的各种设备，例如步态检测和校正器械。
发明内容
为了解决相关领域的技术问题，本发明提供了一种基于信号处理的实时跟踪平台，能够从水平方向和垂直方向采用不同的跟踪机制实现对要执行步态检测和校正的人员目标的高精度跟踪，从而有效提升后续不同检测和校正的精度。
为此，本发明至少需要具备以下两处关键的发明点：
(1)基于红外热成像设备获取到的红外成像图像中的热源目标在所述红外成像图像中的相对位置决定执行行走姿态分析的可见光成像设备的水平成像位置；
(2)采用随动云台机构用于控制可见光成像设备上下移动以使得获取到的图像中人体对象的成像区域的中心位置位于所述图像中各个水平像素行中的中央位置的水平像素行上，从而实现可见光成像设备的成像高度与人体对象的中心位置保持在同一水平面上，保证后续对人体对象的行走姿态的分析效果。
根据本发明的一方面，提供了一种基于信号处理的实时跟踪平台，所述平台包括：
红外热成像设备，设置在人员行走通道的一侧，用于面对所述人员行走通道执行红外热成像操作。
更具体地，在所述基于信号处理的实时跟踪平台中：
所述红外热成像设备还用于基于获取到的红外成像图像中的热源目标在所述红外成像图像中的相对位置决定发送给所述水平移动机构的驱动信号。
更具体地，在所述基于信号处理的实时跟踪平台中，所述平台还包括：
水平移动机构，用于固定红外热成像设备以及可见光成像设备，并基于接收到的驱动信号驱动所述水平移动机构水平移动以跟随当前行走在人员行走通道的人体对象；
可见光成像设备，与所述红外热成像设备上下垂直设置并与所述红外热成像设备之间的距离小于等于预设距离阈值，用于面对人员行走通道执行可见光成像动作，以获得可见光采集图像，所述可见光图像用于执行所述人员行走通道中人体对象的行走姿态的分析；
算术均值滤波设备，与所述可见光成像设备连接，用于对接收到的图像执行算术均值滤波处理，以获得并输出相应的算术均值滤波图像；
定向虚化设备，与所述算术均值滤波设备连接，用于对接收到的算术均值滤波图像执行定向虚化处理，以获得并输出相应的定向虚化图像；
梯度滤波设备，与所述定向虚化设备连接，用于对接收到的定向虚化图像执行梯度锐化滤波处理，以获得并输出相应的梯度滤波图像；
随动云台机构，与所述梯度滤波设备连接，用于控制所述可见光成像设备上下移动以使得所述梯度滤波图像中人体对象的成像区域的中心位置位于所述梯度滤波图像中各个水平像素行中的中央位置的水平像素行上；
其中，基于获取到的红外成像图像中的热源目标在所述红外成像图像中的相对位置决定发送给所述水平移动机构的驱动信号包括：所述热源目标在所述红外成像图像的偏左位置时，决定的发送给所述水平移动机构的驱动信号的驱动方向为水平向左；
其中，所述热源目标在所述红外成像图像的偏左位置时，决定的发送给所述水平移动机构的驱动信号的驱动方向为水平向左包括：基于热源目标在所述红外成像图像中的偏左的偏移程度决定发送给所述水平移动机构的驱动信号的驱动量的数值；
其中，基于热源目标在所述红外成像图像中的偏左的偏移程度决定发送给所述水平移动机构的驱动信号的驱动量的数值包括：所述偏移程度越大，决定的驱动量的数值越大；
其中，所述水平移动机构的默认位置位于所述人员行走通道的起始端。
根据本发明的另一方面，还提供了一种基于信号处理的实时跟踪方法，所述方法包括使用一种如上述的基于信号处理的实时跟踪平台，用于采用不同跟踪机制实现对人体对象的各个方向的行走跟踪以提升行走姿态分析结果的可靠性。
本发明的基于信号处理的实时跟踪平台检测及时、设计具有一定的针对性。由于能够从水平方向和垂直方向采用不同的跟踪机制实现对要执行步态检测和校正的人员目标的高精度跟踪，从而有效提升后续不同检测和校正的精度。
附图说明
以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：
图1为根据本发明实施方案示出的基于信号处理的实时跟踪平台的红外热成像设备的内部结构图。
具体实施方式
下面将参照附图对本发明的基于信号处理的实时跟踪平台的实施方案进行详细说明。
信号处理(signal processing)是对各种类型的电信号，按各种预期的目的及要求进行加工过程的统称。对模拟信号的处理称为模拟信号处理，对数字信号的处理称为数字信号处理。所谓"信号处理"，就是要把记录在某种媒体上的信号进行处理，以便抽取出有用信息的过程，它是对信号进行提取、变换、分析、综合等处理过程的统称。
人们为了利用信号，就要对它进行处理。例如，电信号弱小时，需要对它进行放大；混有噪声时，需要对它进行滤波；当频率不适应于传输时，需要进行调制以及解调；信号遇到失真畸变时，需要对它均衡；当信号类型很多时，需要进行识别等。
当前，在辅助医疗器械的使用中，例如步态检测和校正器械的使用中，无法从水平方向和垂直方向采用不同的跟踪机制实现对要执行步态检测和校正的人员目标的高精度跟踪，自然无法有效提升后续不同检测和校正的精度。
为了克服上述不足，本发明搭建了一种基于信号处理的实时跟踪平台，能够有效解决相应的技术问题。
图1为根据本发明实施方案示出的基于信号处理的实时跟踪平台的红外热成像设备的内部结构图，所述平台包括：
红外热成像设备，设置在人员行走通道的一侧，用于面对所述人员行走通道执行红外热成像操作。
接着，继续对本发明的基于信号处理的实时跟踪平台的具体结构进行进一步的说明。
所述基于信号处理的实时跟踪平台中：
所述红外热成像设备还用于基于获取到的红外成像图像中的热源目标在所述红外成像图像中的相对位置决定发送给所述水平移动机构的驱动信号。
所述基于信号处理的实时跟踪平台中还可以包括：
水平移动机构，用于固定红外热成像设备以及可见光成像设备，并基于接收到的驱动信号驱动所述水平移动机构水平移动以跟随当前行走在人员行走通道的人体对象；
可见光成像设备，与所述红外热成像设备上下垂直设置并与所述红外热成像设备之间的距离小于等于预设距离阈值，用于面对人员行走通道执行可见光成像动作，以获得可见光采集图像，所述可见光图像用于执行所述人员行走通道中人体对象的行走姿态的分析；
算术均值滤波设备，与所述可见光成像设备连接，用于对接收到的图像执行算术均值滤波处理，以获得并输出相应的算术均值滤波图像；
定向虚化设备，与所述算术均值滤波设备连接，用于对接收到的算术均值滤波图像执行定向虚化处理，以获得并输出相应的定向虚化图像；
梯度滤波设备，与所述定向虚化设备连接，用于对接收到的定向虚化图像执行梯度锐化滤波处理，以获得并输出相应的梯度滤波图像；
随动云台机构，与所述梯度滤波设备连接，用于控制所述可见光成像设备上下移动以使得所述梯度滤波图像中人体对象的成像区域的中心位置位于所述梯度滤波图像中各个水平像素行中的中央位置的水平像素行上；
其中，基于获取到的红外成像图像中的热源目标在所述红外成像图像中的相对位置决定发送给所述水平移动机构的驱动信号包括：所述热源目标在所述红外成像图像的偏左位置时，决定的发送给所述水平移动机构的驱动信号的驱动方向为水平向左；
其中，所述热源目标在所述红外成像图像的偏左位置时，决定的发送给所述水平移动机构的驱动信号的驱动方向为水平向左包括：基于热源目标在所述红外成像图像中的偏左的偏移程度决定发送给所述水平移动机构的驱动信号的驱动量的数值；
其中，基于热源目标在所述红外成像图像中的偏左的偏移程度决定发送给所述水平移动机构的驱动信号的驱动量的数值包括：所述偏移程度越大，决定的驱动量的数值越大；
其中，所述水平移动机构的默认位置位于所述人员行走通道的起始端。
所述基于信号处理的实时跟踪平台中：
所述随动云台机构包括云台结构、区域检测设备、位置分析设备和驱动执行设备。
所述基于信号处理的实时跟踪平台中：
所述位置分析设备分别与所述区域检测设备和所述驱动执行设备连接。
所述基于信号处理的实时跟踪平台中：
所述驱动执行设备与所述云台结构连接，用于向所述云台结构提供带动所述可见光成像设备上下移动的驱动命令。
所述基于信号处理的实时跟踪平台中：
所述区域检测设备与所述梯度滤波设备连接，用于基于人体成像特征检测所述梯度滤波图像中人体对象的成像区域。
所述基于信号处理的实时跟踪平台中：
所述位置分析设备用于计算所述梯度滤波图像中人体对象的成像区域的中心位置到达所述梯度滤波图像中各个水平像素行中的中央位置的水平像素行的距离。
所述基于信号处理的实时跟踪平台中：
所述驱动执行设备用于基于所述梯度滤波图像中人体对象的成像区域的中心位置到达所述梯度滤波图像中各个水平像素行中的中央位置的水平像素行的距离确定对应的带动所述可见光成像设备上下移动的驱动命令。
同时，为了克服上述不足，本发明还搭建了一种基于信号处理的实时跟踪方法，所述方法包括使用一种如上述的基于信号处理的实时跟踪平台，用于采用不同跟踪机制实现对人体对象的各个方向的行走跟踪以提升行走姿态分析结果的可靠性。
另外，图像滤波，即在尽量保留图像细节特征的条件下对目标图像的噪声进行抑制，是图像预处理中不可缺少的操作，其处理效果的好坏将直接影响到后续图像处理和分析的有效性和可靠性。
由于成像系统、传输介质和记录设备等的不完善，数字图像在其形成、传输记录过程中往往会受到多种噪声的污染。另外，在图像处理的某些环节当输入的像对象并不如预想时也会在结果图像中引入噪声。这些噪声在图像上常表现为一引起较强视觉效果的孤立像素点或像素块。一般，噪声信号与要研究的对象不相关它以无用的信息形式出现，扰乱图像的可观测信息。对于数字图像信号，噪声表为或大或小的极值，这些极值通过加减作用于图像像素的真实灰度值上，对图像造成亮、暗点干扰，极大降低了图像质量，影响图像复原、分割、特征提取、图像识别等后继工作的进行。要构造一种有效抑制噪声的滤波器必须考虑两个基本问题：能有效地去除目标和背景中的噪声；同时，能很好地保护图像目标的形状、大小及特定的几何和拓扑结构特征。
常用的图像滤波模式中的一种是，非线性滤波器，一般说来，当信号频谱与噪声频谱混叠时或者当信号中含有非叠加性噪声时如由系统非线性引起的噪声或存在非高斯噪声等)，传统的线性滤波技术，如傅立变换，在滤除噪声的同时，总会以某种方式模糊图像细节(如边缘等)进而导致像线性特征的定位精度及特征的可抽取性降低。而非线性滤波器是基于对输入信号的一种非线性映射关系，常可以把某一特定的噪声近似地映射为零而保留信号的要特征，因而其在一定程度上能克服线性滤波器的不足之处。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
虽然本发明已以实施例揭示如上，但其并非用以限定本发明，任何所属技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，应当可以做出适当的改动和同等替换。因此本发明的保护范围应当以本申请权利要求所界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种基于信号处理的实时跟踪平台，其特征在于，所述实时跟踪平台包括：
红外热成像设备，设置在人员行走通道的一侧，用于面对所述人员行走通道执行红外热成像操作；
所述红外热成像设备还用于基于获取到的红外成像图像中的热源目标在所述红外成像图像中的相对位置决定发送给水平移动机构的驱动信号；
水平移动机构，用于固定红外热成像设备以及可见光成像设备，并基于接收到的驱动信号驱动所述水平移动机构水平移动以跟随当前行走在人员行走通道的人体对象；
可见光成像设备，与所述红外热成像设备上下垂直设置并与所述红外热成像设备之间的距离小于等于预设距离阈值，用于面对人员行走通道执行可见光成像动作，以获得可见光采集图像，可见光图像用于执行所述人员行走通道中人体对象的行走姿态的分析；
算术均值滤波设备，与所述可见光成像设备连接，用于对接收到的图像执行算术均值滤波处理，以获得并输出相应的算术均值滤波图像；
定向虚化设备，与所述算术均值滤波设备连接，用于对接收到的算术均值滤波图像执行定向虚化处理，以获得并输出相应的定向虚化图像；
梯度滤波设备，与所述定向虚化设备连接，用于对接收到的定向虚化图像执行梯度锐化滤波处理，以获得并输出相应的梯度滤波图像；
随动云台机构，与所述梯度滤波设备连接，用于控制所述可见光成像设备上下移动以使得所述梯度滤波图像中人体对象的成像区域的中心位置位于所述梯度滤波图像中各个水平像素行中的中央位置的水平像素行上；
其中，基于获取到的红外成像图像中的热源目标在所述红外成像图像中的相对位置决定发送给所述水平移动机构的驱动信号包括：所述热源目标在所述红外成像图像的偏左位置时，决定的发送给所述水平移动机构的驱动信号的驱动方向为水平向左；
其中，所述热源目标在所述红外成像图像的偏左位置时，决定的发送给所述水平移动机构的驱动信号的驱动方向为水平向左包括：基于热源目标在所述红外成像图像中的偏左的偏移程度决定发送给所述水平移动机构的驱动信号的驱动量的数值；
其中，基于热源目标在所述红外成像图像中的偏左的偏移程度决定发送给所述水平移动机构的驱动信号的驱动量的数值包括：所述偏移程度越大，决定的驱动量的数值越大；
其中，所述水平移动机构的默认位置位于所述人员行走通道的起始端。
2.如权利要求1所述的基于信号处理的实时跟踪平台，其特征在于：
所述随动云台机构包括云台结构、区域检测设备、位置分析设备和驱动执行设备。
3.如权利要求2所述的基于信号处理的实时跟踪平台，其特征在于：
所述位置分析设备分别与所述区域检测设备和所述驱动执行设备连接。
4.如权利要求3所述的基于信号处理的实时跟踪平台，其特征在于：
所述驱动执行设备与所述云台结构连接，用于向所述云台结构提供带动所述可见光成像设备上下移动的驱动命令。
5.如权利要求4所述的基于信号处理的实时跟踪平台，其特征在于：
所述区域检测设备与所述梯度滤波设备连接，用于基于人体成像特征检测所述梯度滤波图像中人体对象的成像区域。
6.如权利要求5所述的基于信号处理的实时跟踪平台，其特征在于：
所述位置分析设备用于计算所述梯度滤波图像中人体对象的成像区域的中心位置到达所述梯度滤波图像中各个水平像素行中的中央位置的水平像素行的距离。
7.如权利要求6所述的基于信号处理的实时跟踪平台，其特征在于：
所述驱动执行设备用于基于所述梯度滤波图像中人体对象的成像区域的中心位置到达所述梯度滤波图像中各个水平像素行中的中央位置的水平像素行的距离确定对应的带动所述可见光成像设备上下移动的驱动命令。
8.一种基于信号处理的实时跟踪方法，所述方法包括提供一种如权利要求1-7任一所述的基于信号处理的实时跟踪平台，用于采用不同跟踪机制实现对人体对象的各个方向的行走跟踪以提升行走姿态分析结果的可靠性。
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