CN112394352A - 影像的生物体的生理信号配对方法及生理信号配对系统 - Google Patents

影像的生物体的生理信号配对方法及生理信号配对系统 Download PDF

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田胜侑
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Abstract

本发明公开了一种影像的生物体的生理信号配对方法借由影像捕获设备撷取的影像辅助生理信号配对，能将雷达所测得的生理信号中包含的多个生命征象正确地配对至影像中的各个生物体，而可持续的对多个生物体的生命征象进行追踪。

Description

影像的生物体的生理信号配对方法及生理信号配对系统
技术领域
本发明涉及一种生理信号的配对方法，特别是涉及一种影像的生物体的生理信号配对方法及生理信号配对系统。
背景技术
常见的生理信号的侦测装置多采用直接接触的方式进行，如ECG(Electrocardiography)、PPG(Photoplethysmography)，借由紧贴人体皮肤的侦测器测得准确的生理信号，但由于接触式生理信号侦测装置必须与人体直接接触，且在单一时间下仅能侦测单一个目标，导致其无法使用于需要大范围生理信号侦测的应用中，例如医院、机场的异常心跳感测或是灾难现场的生命侦测。相对地，非接触式生理信号侦测装置可借由无线信号的都普勒效应(Doppler Effect)侦测位于其发射信号的波束宽范围中多目标的生命征象，但无法判别各个生命征象是属于哪个生物体，因此目前非接触式生理信号侦测装置多为针对单一个生物体的侦测，还无法广泛地应于多生物体的生理信号侦测。
发明内容
本发明的主要目的在于借由运算装置的时间配对模块及空间配对模块依据影像及生命征象在时间上的变化及空间上的位置进行生命征象的配对，而达成多生物体的生命征象侦测及配对。
本发明的一种影像的生物体的生理信号配对方法包含：运算装置接收影像及生理信号，且该运算装置的生物体辨识模块辨识该影像中的生物体的数量及位置，该运算装置的生命征象撷取模块由该生理信号中撷取出与该生物体的该数量相同的生命征象；该生物体辨识模块判断该影像中是否有多个该生物体，若仅有一个该生物体则该运算装置的时间配对模块将该生理信号中的该生命征象配对至该生物体，若有多个该生物体则该运算装置的空间配对模块依据各该生命征象的能量大小及各该生物体的该位置将各该生命征象配对至各该生物体；以及该生物体辨识模块借由不同时间下的该影像判断是否有新增至少一个该生物体，若新增一个该生物体则该时间配对模块将该生理信号中新增的该生命征象配对至新增的该生物体，若新增多个该生物体则该空间配对模块依据新增的各该生命征象的该能量大小及新增的各该生物体的该距离将新增的各该生命征象配对至新增的各该生物体。
进一步地，若该影像新增至少一个该生物体时，该生命征象撷取模块计算新增生物体后撷取的该多个生命征象与新增该生物体前撷取的该生命征象之间的差异值，并根据该差异值判断该生理信号中新增的该生命征象。
进一步地，该生命征象撷取模块将该差异值最小的该生命征象判断为原始的该生命征象，其余的该生命征象则判断为新增的该生命征象。
进一步地，该影像由影像捕获设备撷取而得，该影像捕获设备选自为深度摄影机、热影像摄影机或光学摄影机。
进一步地，该生理信号由雷达侦测而得，该雷达选自为都普勒雷达(Dopplerradar)、自我注入锁定雷达(Self-injection-locked radar)或超宽带雷达(Ultra-wideband radar)。
进一步地，该运算装置的该空间配对模块根据测得各该生命征象的角度及各该生物体位于该影像中的区域将各该生命征象配对至各该生物体。
进一步地，该生理信号由具高指向性天线或具波束成型的天线数组的雷达侦测而得。
进一步地，该运算装置的影像组合模块将已配对的该生命征象组合至该影像的该生物体上，且该影像组合模块输出组合影像。
本发明之一种生理信号配对系统包含影像捕获设备、雷达及运算装置，该影像捕获设备用以撷取影像，该雷达用以侦测生理信号，该运算装置具有生物体辨识模块、生命征象撷取模块、时间配对模块及空间配对模块，该生物体辨识模块电性连接该影像捕获设备以接收该影像，该生物体辨识模块用以辨识该影像中的生物体的数量及位置，该生命征象撷取模块电性连接该雷达及该生物体辨识模块以接收该生理信号，该生命征象撷取模块用以由该生理信号中撷取出与该生物体的该数量相同的生命征象，该时间配对模块电性连接该生物体辨识模块及该生命征象撷取模块以接收该生物体的该位置及该生命征象，该时间配对模块将该生理信号中的该生命征象配对至该生物体，该空间配对模块电性连接该生物体辨识模块及该生命征象撷取模块以接收该生物体的该位置，并由该生命征象撷取模块接收该生命征象，且该空间配对模块根据各该生命征象的能量大小及各该生物体的该位置将各该生命征象配对至各该生物体。
进一步地，该运算装置还具有影像组合模块，该影像组合模块电性连接该时间配对模块及该空间配对模块，该影像组合模块将已配对的该生命征象组合至该影像的该生物体上，且该影像组合模块输出组合影像。
本发明借由该影像捕获设备撷取的该影像辅助雷达测得的该生理信号进行配对，而可将该雷达测得的该生命征象配对至对应的该生物体，克服了多个生命征象无法配对的问题，达成非接触式多生物体的生理信号侦测。
附图说明
为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附图式的说明如下：
图1示出了本发明的一实施例的一种影像的生物体的生理信号配对方法的流程图；
图2示出了本发明的一实施例的生理信号配对系统的功能方块图；
图3示出了本发明的一实施例的一种类型的组合影像的示意图；
图4示出了本发明的另一实施例的一种类型的组合影像的示意图；
图5示出了本发明的一实施例的具有高指向性的天线或波束成型的天线数组的雷达进行生理信号侦测的示意图；
【主要元件符号说明】
10：影像的生物体的生理信号配对方法 11：影像撷取及生理信号侦测
12：生物体的辨识及生命征象的撷取 13：影像中是否有多个生物体
14：时间配对模块配对生命征象 15：空间配对模块配对生命征象
16：组合生命征象至影像的生物体 17：是否有新增生物体
110：运算装置 111：生物体辨识模块
112：生命征象撷取模块 113：时间配对模块
114：空间配对模块 115：影像组合模块
120：影像捕获设备 130：雷达
I：影像 O：生物体
P：位置 V：生理信号
Vs：生命征象 CI：组合影像
具体实施方式
为了使本发明的叙述更加详尽与完备，下文针对了本发明的实施态样与具体实施例提出了说明性的描述；但这并非实施或运用本发明具体实施例的唯一形式。以下所揭露的各实施例，在有益的情形下可相互组合或取代，也可在一实施例中附加其他的实施例，而无须进一步的记载或说明。在以下描述中，将详细叙述许多特定细节以使读者能够充分理解以下的实施例。然而，可在无此等特定细节的情况下实践本发明的实施例。
兹将本发明的实施方式详细说明如下，但本发明并非局限在实施例范围。
请参阅图1，其为本发明的一实施例，一种影像的生物体的生理信号配对方法10的流程图，其包含：影像撷取及生理信号侦测11、生物体的辨识及生命征象的撷取12、影像中是否有多个生物体13、时间配对模块配对生命征象14、空间配对模块配对生命征象15、组合生命征象至影像的生物体16及是否有新增生物体17。
请参阅图1和图2，首先进行步骤11「影像撷取及生理信号侦测」，通过影像捕获设备120撷取影像I并通过雷达130侦测生理信号V，其中，该影像捕获设备120可为深度摄影机、热影像摄影机或光学摄影机，且该影像捕获设备120所撷取的该影像I为时变的动态影像。该雷达130可选自为都普勒雷达(Doppler radar)、自我注入锁定雷达(Self-injection-locked radar)或超宽带雷达(Ultra-wideband radar)，以通过无线电波的都普勒效应(Doppler Effect)测得环境中生物体的生理信号。在本实施例中，较佳的，该影像捕获设备120为热影像摄影机，所撷取的该影像I为动态的热影像，而可通过温度的分布判断该影像I中该些生物体的数量并同时监测生物体的体温，该雷达130为自我注入锁定雷达，而对生物体的生命征象相当灵敏，可利于后续在该生命信号中撷取出多个生物体的生理征象。
请参阅图1和图2，接着进行步骤12「生物体的辨识及生命征象的撷取」，运算装置110的生物体辨识模块111由该影像120接收该影像I，且该运算装置110的生命征象撷取模块112由该雷达130接收该生理信号V。其中，该运算装置110为具有逻辑运算或可程序化的单芯片或是计算器，而各个模块为该运算装置110中的逻辑运算单元、程序或是软件，本发明并不在此限。该生物体辨识模块111用以辨识该影像I中的生物体O的数量N并计算各该生物体O的位置P，若该影像捕获设备120为热影像摄影机，所撷取的该影像I为热影像，可依据该影像I的温度分布判定该影像I中该生物体O的该数量N，并将该影像I配合激光侦测器(图未绘出)的距离量测取得各该生物体O的该位置P，而若该影像捕获设备111为该深度摄影机或光学摄影机时，则可通过人体的骨架辨识或是人脸辨识判定该影像I中该生物体O的数量N，而深度摄影机及光学摄影机则通过多个镜头撷取多个影像后经由对其影像角度的计算得到该生物体O的距离，进而量测得各该生物体O的该位置P。
该生命征象撷取模块112用以由该生理信号V中撷取出与该生物体O的该数量N相同的生命征象Vs。在本实施例中，该生命征象撷取模块112借由快速傅立叶变换(FastFourier Transform,FFT)对该生理信号V进行频谱分析，再由得到的频谱图中分析该生理信号V的各个频率成份，最后即可依各个频率成份分析何者属于各该生物体O的该生命征象Vs，而能由该生理信号V中撷取得该生命征象Vs。其中，该生命征象Vs可为呼吸或心跳，但由于不同人体的呼吸或心跳的振动频率差异并不大，使得直接由该生理信号V的频谱图中分析包含了几个生命征象较为困难，因此，本实施例的该生命征象撷取模块112根据该生物体辨识模块111所分析得到的该生物体O的该数量N而由该生理信号V中撷取出数量相同的该生命征象Vs。此外，若在步骤12中，该生物体辨识模块111未在该影像I中辨识得生物体时，则重新进行步骤11，以持续地以该影像捕获设备120撷取该影像I并以该雷达130侦测该生理信号V。
请参阅图1和图2，接着进行步骤13「影像中是否有多个生物体」，该生物体辨识模块111判断该影像I中是否有多个该生物体O，若该影像I中仅具有单一个该生物体O则进行步骤14，以该运算装置110的时间配对模块113进行生命征象配对，若该影像I中具有多个该生物体O则进行步骤15，以该运算装置110的空间配对模块114进行生命征象配对。
请参阅图1和图2，在步骤14「时间配对模块配对生命征象」中，该时间配对模块113由该物体辨识模块111接收该影像I及各该生物体O的该数量N，由于该影像I中仅有单一个该生物体O，因此，该生命征象撷取模块112也仅由该生理信号V中撷取出单一个该生命征象Vs并传送至该空间配对模块114，该时间配对模块113将单一个该生命征象Vs配对至单一个该生物体O上。
在步骤15「空间配对模块配对生命征象」中，若该影像I中有多个该生物体O，则该生命征象撷取模块112也由该生理信号V中撷取出数量相同的该生命征象Vs，而无法直接将各该生命征象Vs配对至各该生物体O。因此，该空间配对模块114依据各该生命征象Vs的能量大小及各该生物体O的该位置P将各该生命征象Vs配对至各该生物体O。在本实施例中，由于各该生命征象Vs是由该雷达130发出无线信号至各该生物体O，再接收由各该生物体O的反射信号侦测而得，使得距离该雷达130越远的该生物体O，其对应的生命征象Vs的能量响应越小，因此，该空间配对模块114可借此将能量由大至小的该生命征象Vs配对至该位置P由近至远的各该生物体O。
请参阅图1和图2，完成步骤14或15后进行步骤16「组合生命征象至影像的生物体」，该运算装置110的影像组合模块115将该时间配对模块113或该空间配对模块114已配对的该生命征象Vs组合至该影像I的该生物体O上，且该影像组合模块115输出组合影像CI。请参阅图3，为一种类型的该组合影像CI，该空间配对模块114将各该生物体O编号，并在右侧标注各个编号的该生物体O对应的该生命征象Vs。请参阅图4，其为另一种类型的该组合影像CI，其直接将各该生命征象Vs标注在其配对的该生物体O上，该组合影像CI的显示类型视监视器的大小及使用者的需求而定，其并非本发明的所限。
请参阅图1和图2，在步骤17「是否有新增生物体」中，持续地以该影像撷取模块120撷取该影像I及以该雷达130侦测该生理信号V，并借由该生物体辨识模块111通过不同时间下的该影像I判断是否有新增至少一个该生物体O。若该生物体辨识模块111判断该影像I仅新增了单一个该生物体O、该生物体O的该数量不变或减少该生物体O时进行步骤14，由该时间配对模块113进行生命征象的配对。若该影像I中新增了多个该生物体O则进行步骤15，由该空间配对模块115进行生命征象的配对，而若该影像I中不具有生物体则进行步骤11，以重新配对该生命征象Vs至该影像I中的该生物体O。
请参阅图1，在步骤17中若该影像I中新增了至少一个该生物体O，该生命征象撷取模块112也须由该生理信号V中撷取出另外至少一个该生命征象Vs，而有着多个该生命征象Vs。因此，在进行步骤14或15前必须先判定哪个该生命征象Vs为原始的该生物体B的生命征象Vs，并判定哪个该生命征象Vs为新增的该生物体B的生命征象Vs。在本实施例中，该生命征象撷取模块112计算新增该生物体B后撷取的该些生命征象Vs与新增该生物体B前撷取的该生命征象Vs之间的差异值，并根据该差异值判断该生理信号V中新增的该生命征象Vs。由于各该生物体O的生命征象在短时间内并不会有过大的变化，在本实施例中，该生命征象撷取模块112将该差异值最小的该生命征象Vs判断为原始的该生命征象Vs，其余的该生命征象Vs则判断为新增的该生命征象Vs。举例来说，若原本该生命征象撷取模块112由该生理信号V中撷取的单一个心跳频率为83次/分，在新增该生物体后，该生理征象撷取模块112由该生理信号V中撷取了三个心跳频率为84次/分、88次/分及78次/分，各该差异值分别为1、5及5，则该生命征象撷取模块112将心跳频率84次/分判定为原始的该生命征象Vs，并将心跳频率88次/分及78次/分判定为新增的该生命征象Vs。
请参阅图1和图2，在步骤14「时间配对模块配对生命征象」中，若只新增了单一个该生物体O，该生命征象撷取模块112也会由该生理信号V中撷取出单一个新增的该生命征象Vs，因此，该时间配对模块113将该生理信号Vs配对至新增的该生物体B，而该生理信号V中原始的该生命征象Vs则继续分配至原始的该生物体B。而若该生物体O的该数量不变或减少该生物体O时，该生物体辨识模块111并不会由该生理信号V撷取出新增的该生命征象Vs，因此，该时间配对模块113维持原有的配对将各该生命征象Vs分配至各该生物体O。
请参阅图1和图2，在步骤15「空间配对模块配对生命征象」中，若只新增了多个该生物体O，该生命征象撷取模块112也会由该生理信号V中撷取出多个新增的该生命征象Vs，该空间配对模块114依据新增的各该生命征象Vs的能量大小及新增的各该生物体O的该距离将新增的各该生命征象Vs配对至新增的各该生物体O。相同地，该空间配对模块114将能量由大至小的新增的该生命征象Vs配对至该位置P由近至远的新增之各该生物体O，而该生理信号V中原始的该生命征象Vs则继续分配至原始的该生物体O。步骤14或15将新增的该生命征象配对至新增的该生物体后进行步骤16，该运算装置110的该影像组合模块115将已配对的该生命征象Vs组合至该影像I的该生物体O上，且该影像组合模块115输出该组合影像CI。
请参阅图5，在另一实施例中，若侦测该生理信号V的该雷达130具有高指向性的天线或是波束成型的天线数组，其无线信号的波束宽并不会涵盖该影像捕获设备120撷取的该影像的所有范围，而是需要转动该天线或是改变天线数组的波束方向使其指向不同位置以侦测范围中所有的该生物体，如图5所示，若该影像捕获设备120可撷取得同时包含该生物体A、B及C的影像，而该雷达130无线信号的波束宽只能涵盖单一个区域1、2、3、4或5时，可预先将该影像捕获设备120撷取的该影像区分为5个区域，当该生物体辨识模块111辨识该区域中只有单一个该生物体O时，将该雷达130的无线信号对准该区域测得该生理信号V，该生命征象撷取模块112由该生理信号V撷取出单一个该生命征象Vs，并直接通过该时间配对模块113将此区域测得的该生命征象Vs分配至该生物体。例如，该生物体辨识模块111辨识得该区域3中仅具有单一个生物体B时，将该雷达130的无线信号指向区域3侦测该生理信号V，该生命征象捕获设备112再由该生理信号V中撷取出单一个该生命征象Vs，因此，该时间配对模块113将单一个该生命征象Vs配对至单一个该生物体。但相对地，若该生物体辨识模块111辨识得一个区域中有着多个生物体B时，则由该空间配对模块114依据各该生命征象的能量大小进行各该生命征象的配对。
本发明借由该影像捕获设备120撷取的该影像I辅助该雷达130测得的该生理信号V进行配对，而可将该雷达130测得的该生命征象Vs配对至对应的该生物体O，克服了多个生命征象Vs无法配对的问题，达成非接触式多生物体的生理信号侦测。
本发明的保护范围当视权利要求所界定的范围为准，任何本技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内所作的任何变化与修改，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种影像的生物体的生理信号配对方法，其特征在于，包含：
运算装置接收影像及生理信号，且该运算装置的生物体辨识模块辨识该影像中的生物体的数量及位置，该运算装置的生命征象撷取模块由该生理信号中撷取出与该生物体的该数量相同的生命征象；
该生物体辨识模块判断该影像中是否有多个该生物体，若仅有一个该生物体则该运算装置的时间配对模块将该生理信号中的该生命征象配对至该生物体，若有多个该生物体则该运算装置的空间配对模块依据各该生命征象的能量大小及各该生物体的该位置将各该生命征象配对至各该生物体；以及
该生物体辨识模块借由不同时间下的该影像判断是否有新增至少一个该生物体，若新增一个该生物体则该时间配对模块将该生理信号中新增的该生命征象配对至新增的该生物体，若新增多个该生物体则该空间配对模块依据新增的各该生命征象的该能量大小及新增的各该生物体的该距离将新增的各该生命征象配对至新增的各该生物体。
2.根据权利要求1所述的影像的生物体的生理信号配对方法，其特征在于，若该影像新增至少一个该生物体时，该生命征象撷取模块计算新增生物体后撷取的该多个生命征象与新增该生物体前撷取的该生命征象之间的差异值，并根据该差异值判断该生理信号中新增的该生命征象。
3.根据权利要求2所述的影像的生物体的生理信号配对方法，其特征在于，该生命征象撷取模块将该差异值最小的该生命征象判断为原始的该生命征象，其余的该生命征象则判断为新增的该生命征象。
4.根据权利要求1所述的影像的生物体的生理信号配对方法，其特征在于，该影像由影像捕获设备撷取而得，该影像捕获设备选自为深度摄影机、热影像摄影机或光学摄影机。
5.根据权利要求1所述的影像的生物体的生理信号配对方法，其特征在于，该生理信号由雷达侦测而得，该雷达选自为都普勒雷达、自我注入锁定雷达或超宽带雷达。
6.根据权利要求1所述的影像的生物体的生理信号配对方法，其特征在于，还包含：该运算装置的该空间配对模块根据测得各该生命征象的角度及各该生物体位于该影像中的区域将各该生命征象配对至各该生物体。
7.根据权利要求6所述的影像的生物体的生理信号配对方法，其特征在于，该生理信号由具高指向性天线或具波束成型的天线数组的雷达侦测而得。
8.根据权利要求1所述的影像的生物体的生理信号配对方法，其特征在于，该运算装置的影像组合模块将已配对的该生命征象组合至该影像的该生物体上，且该影像组合模块输出组合影像。
9.一种生理信号配对系统，其特征在于，包含：
影像捕获设备，用以撷取影像；
雷达，用以侦测生理信号；以及
运算装置，其具有生物体辨识模块、生命征象撷取模块、时间配对模块及空间配对模块，该生物体辨识模块电性连接该影像捕获设备以接收该影像，该生物体辨识模块用以辨识该影像中的生物体的数量及位置，该生命征象撷取模块电性连接该雷达及该生物体辨识模块以接收该生理信号，该生命征象撷取模块用以由该生理信号中撷取出与该生物体的该数量相同的生命征象，该时间配对模块电性连接该生物体辨识模块及该生命征象撷取模块以接收该生物体的该位置及该生命征象，该时间配对模块将该生理信号中的该生命征象配对至该生物体，该空间配对模块电性连接该生物体辨识模块及该生命征象撷取模块以接收该生物体的该位置，并由该生命征象撷取模块接收该生命征象，且该空间配对模块根据各该生命征象的能量大小及各该生物体的该位置将各该生命征象配对至各该生物体。
10.根据权利要求9所述的生理信号配对系统，其特征在于，该运算装置还具有影像组合模块，该影像组合模块电性连接该时间配对模块及该空间配对模块，该影像组合模块将已配对的该生命征象组合至该影像的该生物体上，且该影像组合模块输出组合影像。
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