CN112263228A - 一种镜子以及非接触式健康体征检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种镜子以及非接触式健康体征检测系统，主要包括镜子本体、底座和非接触式健康体征检测系统，所述镜子本体底部安装底座，其中镜子为透明OLED显示屏，镜子周围为环形灯，在镜子正上方安装微型摄像头，镜子正下方有五个触控按键，环形灯、摄像头和触控按键均在镜子显示屏上；本发明仅需通过一个微型摄像头配合非接触式健康体征检测系统即可检测用户各项健康体征，如体温、心率和血压等，避免了接触式检测设备的繁琐，检测的健康特征参数也很全面，具有使用方便、实时、低成本和及时预警的特点。
Description
技术领域
本公开涉及医疗健康检测技术领域，具体涉及一种镜子以及非接触式健康体征检测系统。
背景技术
随着现在生活水平的提高，人们的生活节奏越来越快，人们也越来越关注自己的健康问题，包括心率、血压等情况，与此同时，越来越多的健康监测设备进入各家各户，但是在检测健康生理参数时大多数还是接触式设备，例如心电检测仪、胸带、传感器等，这些可穿戴设备不仅使用繁琐，检测的参数较为单一，反映的健康状况过于局限，同时这些设备已经不能满足现代人对自身健康快捷、简便及其系统化监测的要求。
发明内容
鉴于现有技术缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种镜子以及非接触式健康体征检测系统，具体可以检测用户心率、血压、呼吸频率、血氧饱和度和体温，并对其健康信息进行分析。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种镜子以及非接触式健康体征检测系统，其特征在于：包括镜子本体、底座，以及非接触式健康体征检测系统；所述镜子本体底部安装底座，其中镜子为透明显示屏，镜子周围为环形灯，在镜子上安装微型摄像头，镜子上有五个触控按键，环形灯、摄像头和触控按键均在镜子显示屏上；底座正中间有一个LED指示灯；非接触式健康体征检测系统包括CPU模块、语音模块，红外感知模块，无线通讯模块、显示模块、触控按键模块和摄像头模块；所述的CPU模块与语音模块、红外感知模块、无线通讯模块、摄像头模块、触控按键模块、显示模块相连接；
进一步地，摄像头模块主要是微型摄像头，位于镜子正上方，摄像头是采集人脸面部图像，CPU模块获得图像数据进行分析和处理；
进一步地，触控按键模块主要是五个触控按键，位于镜子正下方，五个触控按键分别为模式键、语音音量两个触控键、模式选择左右两个触控键；长按模式键激活镜子整个系统，按一下可开启环形灯，双击可开启检测系统，配合模式选择两个触控按键选择相应的模式；当光线较暗时，可开启环形灯，环形灯亮度可以通过语音音量键调节；
进一步地，底座下方的LED指示灯为指示作用，若LED指示灯亮，说明检测系统开启；若显示红色，说明检测人体某一参数出现不正常状况，例如心率过高或过低；若显示绿色，说明身体状况正常；
进一步地，CPU模块作为主控制器以及负责各个健康体征参数的计算，CPU模块处理摄像头采集的图像数据，通过健康体征检测系统计算人体各个健康体征参数；
进一步地，显示模块是透明的OLED显示屏，也作为镜子使用，CPU模块分析完数据以后，透明显示屏显示各个健康体征参数，用户的健康状态一目了然；
进一步地，CPU模块分析完数据以后，语音模块播报检测出来结果以及对各个参数的分析，例如播报“您的心率过高”等；
进一步地，红外感知模块包括红外感应传感器，主要负责检测用户的体温，当用户温度过高时，语音模块播报“您的体温过高”等指示语以及镜子底座的LED指示灯红灯闪烁；
进一步地，无线通讯模块包括但不限于WIFI、4G/5G等；
进一步地，智能终端模块包括但不限于平板电脑、手机等设备；
进一步地，每次系统测量结束，语音模块会播报人体健康信息，提示用户相应的身体状况；当检测发现用户的健康体征出现异常时，系统将通过无线通讯模块发送给监护人的智能终端，以告知身体出现异常；
进一步地，用户可以配合按键模块或者利用智能终端通过无线终端打开摄像头，将微型摄像头对家中环境进行监视，保护家中隐私和财产；
进一步地，一种镜子和非接触式健康体征检测系统的非接触式健康体征检测系统包括但不限于以下步骤：
步骤一：人脸位于摄像头前，摄像头拍摄视频，利用算法进行人脸检测以及跟踪；
步骤二：获取人脸鼻子及脸颊感兴趣区域，转为灰度图后计算每帧感兴趣区域RGB三通道平均像素值；
步骤三：在获得像素序列信号后，对信号进行预处理，预处理包括，三项多项式插值，去趋势化，标准化、带通滤波和平滑滤波；
步骤四：为去除运动伪差等噪声影响，进一步对信号进行去噪，去噪包括但不限于进行自适应滤波和CEEMDAN(自适应噪声完备集合经验模态分解)滤波，这里选择CEEMDAN滤波，选择合适IMF进行重构信号；对重构信号进行FastIca盲源分离，然后再进行带通滤波；
步骤六：对盲源分离后的信后进行傅里叶变换；
步骤七：对于检测心率，选择幅值最大处频率，频率乘以60即为最终心率；对于检测呼吸频率，选择幅值次最大处频率，频率乘以60即为最终呼吸频率；
步骤八：对于检测血氧饱和度，在进行上述步骤一～步骤三后计算红蓝通道极点值和均值，利用最小二乘法线性拟合计算出血氧饱和度的数值；
步骤九:对于检测血压值，在步骤八中检测到极值点，通过脉搏传递时间计算血压值。
进一步地，体温采用红外感知模块中的红外感知传感器检测。
本发明提供的技术方案可以包括以下增益效果：
本发明提供了一种镜子以及非接触式健康体征检测系统，非接触式健康体征检测避免了接触式检测设备的各种繁琐步骤，同时可以检测心率、血压、呼吸频率、血氧饱和度和体温各个参数，避免了健康检测参数单一的问题，该技术硬件成本低，使用范围广泛，具有技术功能新颖、使用环境大和易于推广的特点。同时，该镜子可以实时检测人体健康状况，尤其对老人而言，可以起到预防作用，将该方法运用于镜子上，无需复杂的操作，只需要面对镜子即可检测出各个健康参数，且准确率可靠，在日常生活中具有一定的实用性。
本发明提供的非接触式健康体征检测系统，系统算法ROI采用人脸检测和追踪的方法，减小了人脸的运动伪差地来的检测影响，信号经过预处理后，在心率和呼吸频率的检测中，对信号进行CEEMDAN和FastIca相结合的方法去噪，进一步去除运动伪差，增强检测的准确性和鲁棒性。
附图说明
图1为一种镜子以及非接触式健康体征检测系统的结构示意图；
图2为一种镜子以及非接触式健康体征检测系统的非接触式健康体征检测系统的框架图。
图3为一种镜子以及非接触式健康体征检测系统的非接触式健康体征检测系统的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1所示，一种基于非接触式健康体征检测的镜子包括镜子本体6，底座7，其中镜子上包括环形灯5、微型摄像头1、镜子系统激活/环形灯/检测系统开关键4、语音播报音量键3，模式选择键2，底座LED灯8；所述底座7包括非接触式健康体征检测系统以及各系列模块；
如图2所示，非接触式健康体征检测系统包括CPU模块、语音模块，红外感知模块、无线通讯模块、摄像头模块、触控按键模块、显示模块；CPU模块与语音模块、红外感知模块、无线通讯模块、摄像头模块、触控按键模块、显示模块相连接；
所述的基于非接触式健康体征检测的镜子，当用户照镜子6时，如果周围光线较暗时，可以通过按键4开启环形灯5；如果要检测健康体征时，长按模式键4选择开启系统，默认情况下微型摄像头1开启，检测系统会检测全部的健康特征，双击模式按键4配合模式选择键2也可选择想要检测的健康体征；用户只需要坐在镜子前，即可检测出各个健康体征参数；检测结束，语音模块会播报相关特征及其提示正常或者不正常，播报时可以通过音量键3调节声音大小；同时底座7上的LED指示灯8显示绿色或者红色表明正常或者不正常；显示模块也会显示其测量曲线及其测量数值；若检测出现健康体征异常情况，底座上LED指示灯8会开始红灯闪烁，并且会通过无线通讯发送给监护人的终端设备，进而有效的预防用户发生病变而耽误治疗的情况。
所述的本发明提供的非接触式健康体征检测系统的主要原理是人体心血管活动会使人体在心理和生理这两个层面发生微小变化，通过视频捕捉皮肤颜色的变化信息可以提取到与心脏搏动相关的生理信号。心肺的周期性活动会引起人体进行有规律的气体交换，该过程会使血液的颜色发生相应的变化从而引起皮肤颜色的微小变化。血液中血细胞呈现红色，其中血红蛋白起主导作用，血细胞中血红蛋白在含氧状态以及脱氧状态具有不同的吸收光谱，在血红蛋白含氧状态下，血液呈鲜红色，在脱氧状态下，血液呈暗红色，总之含氧血液颜色相较于脱氧血液颜色更亮。与此同时，血液相较于周围的组织能吸收更多的光，因为它们具有黑色不透明的外观，所以随着心脏的周期性搏动促使血液流动，皮肤下血管的容积随心脏呈脉动性变化。这就导致当光源照射到皮肤时，对入射光的吸收以及入射光的光程都会发生相应的变化，从而引起表层皮肤颜色的变化。这些表面皮肤变化会经由反射光被摄像头接收到形成彩色视频图像，因此采集到的视频就包含了脉动信息。这种心脏跳动导致肤色变化，进而基于视频提取人体生理参数。
所述的非接触式健康体征检测系统，如图3所示，以CPU模块为核心，包括但不限于以下步骤：
1：人脸位于摄像头1前，摄像头拍摄视频，CPU模块进行人脸检测以及跟踪，如果没有检测到人脸，则语音播报“未检测到人脸”；
2：获取人脸鼻子及脸颊ROI(感兴趣区域)，转为灰度图后计算每帧ROI的RGB三通道平均像素值获得像素序列信号；
3：在获得像素序列信号后，对信号进行预处理，预处理包括，三项多项式插值，去趋势化，标准化、带通滤波和平滑滤波；
4：为去除运动伪差等噪声影响，进一步对信号进行去噪，去噪包括但不限于进行自适应滤波和CEEMDAN(自适应噪声完备集合经验模态分解)滤波，这里选择CEEMDAN滤波，选择合适的IMF进行重构信号；
5.对重构信号进行FastIca盲源分离，然后再进行带通滤波；
6：对盲源分离后的信后进行傅里叶变换；
7：对于检测心率，选择幅值最大处频率，频率乘以60即为最终心率；对于检测呼吸频率，选择幅值次最大处频率，频率乘以60即为最终呼吸频率；
8.对于检测血氧饱和度，在进行上述步骤1～步骤3后，计算红蓝通道极点值和均值，利用最小二乘法线性拟合计算出血氧饱和度的数值。
9:对于检测血压值，在步骤九中检测到极值点，通过脉搏传递时间计算血压值。
10.所述的非接触式健康体征检测系统,体温由红外感知模块红外感应传感器检测人体体温。
本发明提供的一种镜子以及非接触式健康体征检测系统，可以通过非接触式摄像头检测用户心率、血压、呼吸频率、血氧饱和度和体温，避免了接触式检测设备的繁琐，检测的健康特征参数也很全面，满足人体的基本健康特征检测，同时该技术通过非接触式摄像头即可检测健康参数，使用极为方便，并且硬件成本低，使用范围广泛，具有技术功能新颖、使用环境大和易于推广的特点。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同交换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (5)
1.一种镜子以及非接触式健康体征检测系统，其特征在于：包括镜子本体、底座以及非接触式健康体征检测系统；所述镜子本体底部安装底座，其中镜子为透明显示屏，镜子周围为环形灯，在镜子上安装微型摄像头，镜子上有五个触控按键，环形灯、摄像头和触控按键均在镜子显示屏上；底座正中间有一个LED指示灯；非接触式健康体征检测系统包括CPU模块、语音模块、红外感知模块、无线通讯模块、显示模块、触控按键模块和摄像头模块，所述的CPU模块与语音模块、红外感知模块、无线通讯模块、显示模块、触控按键模块和摄像头模块相连接。
2.根据权利要求1所述的一种镜子以及非接触式健康体征检测系统，其特征在于：当用户照镜子时，如果周围光线较暗时，可以通过按键4开启环形灯5；如果要检测健康体征时，长按模式键4选择开启系统，默认情况下微型摄像头1开启，检测系统会检测全部的健康特征，双击模式按键4配合模式选择键2也可选择想要检测的健康体征；用户只需要坐在镜子前，即可检测出各个健康体征参数；检测结束，语音会播报相关特征及其提示正常或者不正常，播报声音可以通过音量键3调节声音大小；同时底座7上的LED指示灯8显示绿色或者红色表明用户健康体征正常或者不正常；OLED显示屏也会显示其测量曲线及其测量数值；若检测出现健康体征异常情况，底座上LED指示灯8会开始闪烁红灯，并且会通过无线通讯发送给监护人的终端设备，进而有效的预防用户发生病变而耽误治疗的情况。
3.根据权利要求1所述的一种镜子以及非接触式健康体征检测系统，其特征在于：用户可以配合触控按键或者利用智能终端通过无线终端打开摄像头，将微型摄像头对家中环境进行监视，保护家中隐私和财产。
4.根据权利要求1所述的一种镜子以及非接触式健康体征检测系统，其特征在于：非接触式健康体征检测系统包括以下步骤：
步骤一：人脸位于摄像头前，摄像头拍摄视频，利用算法进行人脸检以以及跟踪；
步骤二：获取人脸鼻子及脸颊感兴趣区域，转为灰度图后计算每帧感兴趣区域RGB三通道平均像素值；
步骤三：在获得像素序列信号后，对信号进行预处理，预处理包括，三项多项式插值，去趋势化，标准化、带通滤波和平滑滤波；
步骤四：为去除运动伪差等噪声影响，进一步对信号进行去噪，去噪包括但不限于进行自适应滤波和CEEMDAN(自适应噪声完备集合经验模态分解)滤波，这里选择CEEMDAN滤波，选择合适IMF进行重构信号；对重构信号进行FastIca盲源分离，然后再进行带通滤波；
步骤六：对盲源分离后的信后进行傅里叶变换；
步骤七：对于检测心率，选择幅值最大处频率，频率乘以60即为最终心率；对于检测呼吸频率，选择幅值次最大处频率，频率乘以60即为最终呼吸频率；
步骤八：对于检测血氧饱和度，在进行上述步骤一～步骤三后计算红蓝通道极点值和均值，利用最小二乘法线性拟合计算出血氧饱和度的数值；
步骤九:对于检测血压值，在步骤八中检测到极值点，通过脉搏传递时间计算血压值。
5.根据权利要求1所述的一种镜子以及非接触式健康体征检测系统，其特征在于：用户的体温由红外感知模块的红外感应传感器检测。
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