CN113499055A - 一种呼吸异常智能侦测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种呼吸异常智能侦测系统，所述侦测系统包括：活动臂、追踪模块、探测模块以及控制模块；所述活动臂包括固定于床上的主梁以及位于活动臂最远端的移动端；所述追踪模块安装于使用者头部斜上方，使用传感器追踪使用者的脸部目标位置进行位置坐标识别，并将识别到的位置坐标上传到所述控制模块；所述探测模块安装于所述活动臂的移动端，伴随所述移动端移动到目标位置进行呼吸气体的检测；所述控制模块通过电路连接所述活动臂、所述追踪模块及所述探测模块；所述控制模块根据所述追踪模块识别到的位置坐标，发送驱动指令移动所述活动臂，将所述探测模块放置到使用者鼻部前的适当位置后开启呼吸监测。

Description

一种呼吸异常智能侦测系统

技术领域

本发明涉及呼吸检测技术领域。具体而言，涉及一种呼吸异常智能侦测系统。

背景技术

呼吸作为人类的一项基本生理功能，是人体与外界进行气体交换的途径，与人类身体健康密切相关。人类每一次呼吸都包含着反映身体各器官生理/病理状态的生物标志物，来自身体各个部位器官代谢产生的标志物会随着血液循环到达肺泡，并通过呼气排出体外。这个过程让我们呼出的气体中不仅包含氧气、氮气、二氧化碳和水蒸气这些广为人知的成分，还含有多达100～200种微量存在、反映身体各器官生理状态的挥发性有机物。目前已经有大量临床研究表明呼吸中的呼气过程作为代谢组学的重要部分，是各类疾病代谢过程中的终端呈现，通过呼气过程分析仪器对呼气中的挥发性代谢物进行分析，可对感染性疾病、慢性疾病、癌症等多种疾病实现精准诊断、早期预警、疗效和病情进展追踪。因此，通过检测这些挥发性有机物的质、量的变化，可以了解机体的病理生理情况。

进一步的，在日常活动中，人体的呼吸状态处于活跃状态，呼出气体的含量浮动较大，而在睡眠中，由于人体处于相对稳定的静息状态，故此在睡眠中测量呼出气体的成分数据能较为准确地指示目前身体的状况。

查阅相关的已公开技术方案，US2021187230(A1)提出一种检测日常吸呼气体的气体分析口罩，CN111012306(A)提出一种利用智能网络分析呼吸状态的智能算法，WO2020109915(A1)提出一种通过采集及分析呼吸参数形成可视化的分析仪等等。以上公开技术大多数需要配置大型的检测设备，然而其无法提供足够的检测舒适性，尤其是针对睡眠中使用者的舒适性。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种呼吸异常智能侦测系统，该侦测系统包括智能追踪面部尤其是鼻腔与嘴部的侦测仪以及一套分析设备，能够在用户在睡眠中周期性地检测用户的呼吸状态，并且尽可能在检测过程中减少本侦测系统对使用者的干扰。

本发明采用如下技术方案：

一种呼吸异常智能侦测系统，其特征在于，所述侦测系统包括：活动臂、追踪模块、探测模块以及控制模块；所述活动臂包括固定于床上的主梁以及位于活动臂最远端的移动端；所述追踪模块安装于使用者头部斜上方，通过使用传感器追踪使用者的脸部目标位置进行位置坐标识别，并将识别到的位置坐标上传到所述控制模块；所述探测模块安装于所述活动臂的移动端，伴随所述移动端移动到目标位置进行呼吸气体的检测；所述控制模块与所述活动臂、所述追踪模块及所述探测模块通讯连接；所述控制模块根据所述追踪模块识别到的位置坐标，发送驱动指令移动所述活动臂，将所述探测模块放置到使用者鼻部前的适当位置后开启呼吸监测；

其中，所述追踪模块采用光电夜视传感器作为主要的视觉采集元件；所述侦测系统前先采用所述追踪模块对使用者脸部进行脸部影像扫描采集；所述光电夜视传感器以划分网格方式，通过对使用者脸部各部位进行特征量检测，将使用者面部信息进行特征量数字化后存储于所述控制模块内，并针对使用者鼻部区域进行重点关注；当使用者睡眠时脸部的位置和姿态的发生变化时，所述控制模块确定使用者的鼻部位置坐标，并驱动所述移动端向鼻部位置坐标移动；

所述活动臂包括多个子活动臂；两段所述子活动臂的其中一端通过活动关节连接，使两段所述子活动臂在至少一个自由度上绕自身其中一端的所述活动关节进行转动；至少一段所述子活动臂具有一组连杆机构以及一个驱动器，用于驱动所述子活动臂绕自身其中一端的所述活动关节进行转动；

所述驱动器至少包括以下一种：液压缸、电缸、电动滑轨、电机组件；

所述光电夜视传感器用于在弱光环境下，采集使用者的脸部信息；所述追踪模块包括一个视觉运算系统；所述视觉运算系统能够将由所述光电夜视传感器采集得到的脸部光学信息处理成数字信息，并将数字信息通过换算，转换成可数字描述的坐标信息；

所述视觉运算系统的坐标信息包括目标物在成像平面的坐标信息，以及目标物在视觉深度上的深度信息；

所述探测模块包括声音传感器；所述声音传感器采集使用者呼吸过程中的声音信息并传换为数字信息后上传到所述控制模块；所述声音传感器采集的声音信息包括声音的音量、发声频率以及声音杂噪；

所述探测模块包括气体成分分析仪；所述气体成分分析仪采集使用者的呼出气体并进行分析；所述气体成分分析仪用于分析以下至少一种物质在气体中的成分含量：氧气、氮气、二氧化碳、碳氧化合物、含氧有机物；

所述一种呼吸异常智能侦测系统包括如下追踪目标物算法：

S1：所述追踪模块获取使用者的鼻部坐标位置(x,y,z)，其中x、y为平面位置坐标，z为深度位置坐标；

S2：判断使用者面部朝向与竖直方向的夹角θ；

S3：驱动所述活动臂运动，将所述移动端移动到(x,y,z+h)，其中h为监测距离，所述移动端与竖直方向夹角为θ；

S4：启动所述探测模块进行预采集，确定采集信息的数值是否达到最低分析量的阈值；

S5：如达到最低分析量的阈值，则进入常规采集；若未达到最低分析量的阈值，则再次进行目标位置的确认，并重复上述S1到S4的算法步骤；

本发明所取得的有益效果是：

1.本智能侦测系统采用多自由度的活动臂对范围内的位移和深度位置进行覆盖，实现灵活多变的检测体位；

2.本智能侦测系统的无需要使用者佩戴任何的口罩或者检测装置器具，适合使用者在睡眠中进行无感式的检测；

3.本智能侦测系统采用的分析方案可从最基本的基本呼吸参数，达至对呼出气体的微量元素检测，只需要通过对分析模块的升级即可实现不同检测功能，能适应不同的生产成本和用户具体检测要求；

4.本保存装置采用了模块化、可编程的设备和零部件，方便今后对系统的维护以及技术升级。

附图说明

从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施例的原理上。在不同的视图中，相同的附图标记指定对应的部分。

图1为本发明的使用布置示意图；

图2为本发明所述活动臂结构示意图；

图3为本发明所述移动轮示意图；

图4为本发明所述滑座的移动模式示意图；

图5为所述追踪模块对人脸进行图像网格化后识别鼻部区域示意图；

图6为通过采集呼吸特征参数后绘制的特征曲线示意图；

附图标号说明：10-活动臂；20-探测模块；30-追踪模块；101-第一子活动臂；102-第二子活动臂；103-第三子活动臂；104-第四子活动臂；110-主梁；111-活动螺栓；112-活动螺栓；113-活动螺栓；114-固定座；115-电动滑轨；116-第一伸缩电缸；117-第二伸缩电缸；118-抱箍；119-滑座；301-轮毂；302-滚子；105a-左第一移动轮；105b-右第一移动轮；105c-左第二移动轮；105d-右第二移动轮。

具体实施方式

为了使得本发明的目的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，对本发明进行进一步详细说明；应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。对于本领域技术人员而言，在查阅以下详细描述之后，本实施例的其它系统.方法和/或特征将变得显而易见。旨在所有此类附加的系统、方法、特征和优点都包括在本说明书内.包括在本发明的范围内，并且受所附权利要求书的保护。在以下详细描述描述了所公开的实施例的另外的特征，并且这些特征根据以下将详细描述将是显而易见的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位.以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例一：

如附图1，一种呼吸异常智能侦测系统，其特征在于，所述侦测系统包括：活动臂、追踪模块、探测模块以及控制模块；所述活动臂包括固定于床上的主梁以及位于活动臂最远端的移动端；所述追踪模块安装于使用者头部斜上方，通过使用传感器追踪使用者的脸部目标位置进行位置坐标识别，并将识别到的位置坐标上传到所述控制模块；所述探测模块安装于所述活动臂的移动端，伴随所述移动端移动到目标位置进行呼吸气体的检测；所述控制模块与所述活动臂、所述追踪模块及所述探测模块通讯连接；所述控制模块根据所述追踪模块识别到的位置坐标，发送驱动指令移动所述活动臂，将所述探测模块放置到使用者鼻部前的适当位置后开启呼吸监测；

其中，所述追踪模块采用光电夜视传感器作为主要的视觉采集元件；所述侦测系统前先采用所述追踪模块对使用者脸部进行脸部影像扫描采集；所述光电夜视传感器以划分网格方式，通过对使用者脸部各部位进行特征量检测，将使用者面部信息进行特征量数字化后存储于所述控制模块内，并针对使用者鼻部区域进行重点关注；当使用者睡眠时脸部的位置和姿态的发生变化时，所述控制模块确定使用者的鼻部位置坐标，并驱动所述移动端向鼻部位置坐标移动；

所述活动臂包括多个子活动臂；两段所述子活动臂的其中一端通过活动关节连接，使两段所述子活动臂在至少一个自由度上绕自身其中一端的所述活动关节进行转动；至少一段所述子活动臂具有一组连杆机构以及一个驱动器，用于驱动所述子活动臂绕自身其中一端的所述活动关节进行转动；

所述驱动器至少包括以下一种：液压缸、电缸、电动滑轨、电机组件；

所述光电夜视传感器用于在弱光环境下，采集使用者的脸部信息；所述追踪模块包括一个视觉运算系统；所述视觉运算系统能够将由所述光电夜视传感器采集得到的脸部光学信息处理成数字信息，并将数字信息通过换算，转换成可数字描述的坐标信息；

所述视觉运算系统的坐标信息包括目标物在成像平面的坐标信息，以及目标物在视觉深度上的深度信息；

所述探测模块包括声音传感器；所述声音传感器采集使用者呼吸过程中的声音信息并传换为数字信息后上传到所述控制模块；所述声音传感器采集的声音信息包括声音的音量、发声频率以及声音杂噪；

所述探测模块包括气体成分分析仪；所述气体成分分析仪采集使用者的呼出气体并进行分析；所述气体成分分析仪用于分析以下至少一种物质在气体中的成分含量：氧气、氮气、二氧化碳、碳氧化合物、含氧有机物；

所述一种呼吸异常智能侦测系统包括如下追踪目标物算法：

S1：所述追踪模块获取使用者的鼻部坐标位置(x,y,z)，其中x、y为平面位置坐标，z为深度位置坐标；

S2：判断使用者面部朝向与竖直方向的夹角θ；

S3：驱动所述活动臂运动，将所述移动端移动到(x,y,z+h)，其中h为监测距离，所述移动端与竖直方向夹角为θ；

S4：启动所述探测模块进行预采集，确定采集信息的数值是否达到最低分析量的阈值；

S5：如达到最低分析量的阈值，则进入常规采集；若未达到最低分析量的阈值，则再次进行目标位置的确认，并重复上述S1到S4的算法步骤；

如附图2，为本发明其中一个具体实施方工；首先确定使用者常用平躺的位置，并确定使用者头部在平躺时的位置；所述活动臂10的所述主梁110通过螺钉安装固定于头部位置的斜上方；所述主梁的最下端包括一个固定座114；所述固定座的底部包括一组滑动机构，例如滚子或者滚轮，使所述固定座可以绕所述主梁进行轴向旋转；所述活动臂包括第一子活动臂101；所述第一子活动臂的第一端与所述主梁通过活动螺栓111与所述固定座连接；所述第一子活动臂能绕活动螺栓转动，同时能绕所述主梁的轴向旋转；所述活动臂还包括第二子活动臂102；所述第二子活动臂的第一端与滑座119固定安装；所述滑座顶部通过活动螺栓与所述第二子活动臂连接；所述第二子活动臂的第二端与所述第一子活动臂的中段采用一组电动滑轨115配合安装，使所述第二子活动臂的第二端能够在所述第一子活动臂上进行滑移运动；

进一步的，所述滑座底部包括多个移动轮105；所述多个移动轮优选地是一种万向轮，如附图3；每个所述移动轮都由一个微型电机与一个变速器驱动；所述电机优选地为编码电机；所述编码电机可以独立由所述控制模块控制其转向、输出扭矩及转速；所述编码电机具备刹车自锁功能，确保在外界力矩作用于所述编码电机的输出轴时，能保证所述输出轴不发生反转或者滑动；

进一步的，每个所述万向轮包括轮毂301和多个滚子302；所述多个滚子围绕所述轮毂排布一周，并且每个所述滚子都能够自由转动；进一步的，所述多个滚子的中心轴与所述轮毂的中心轴形成一个夹角φ；进一步的，位于所述滑座左侧与右侧的所述移动轮其布置方式为镜像对称布置，即若左边所述万向轮的所述夹角为φ，则右侧的所述万向轮的所述夹角为-φ；如附图4，以四组所述移动轮为例，根据不同所述移动轮的转向，可令所述滑座差生四个方向的移动；设定从外侧观察所述移动轮时的转向为声明的转动方向，则有以下方向的设定：

前进：左第一-逆时针，左第二-逆时针，右第一-顺时针，右第二-顺时针；

后退：左第一-顺时针，左第二-顺时针，右第一-逆时针，右第二-逆时针；

左平移：左第一-顺时针，左第二-逆时针，右第一-顺时针，右第二-逆时针；

右平移：左第一-逆时针，左第二-顺时针，右第一-逆时针，右第二-顺时针；

按上述四组所述移动轮的转向设定，所述滑座在主梁上可实现四向的移动；

进一步的，所述滑座包括一个抱箍118；所述抱箍环绕所述主梁后与所述滑座连接，用于确保所述滑座能在所述主梁上移动时不会发生脱落；优先地，所述移动轮上的多个所述滚子的材质为橡胶、硅胶或者其他高摩擦力材料；通过以上物料的配置，确保所述滑座能够在所述主梁上保持稳定静止；

进一步的，所述活动臂包括第三子活动臂103；所述第三子活动臂的中段与所述第一子活动臂的第二端通过活动螺栓112连接，并且第三子活动臂的第二端使用一个第一伸缩电缸116与所述第二子活动臂连接；所述第一伸缩电缸116可以沿自身轴向进行伸缩，令所述第三子活动臂绕所述活动螺栓112进行摆动；

进一步的，所述活动臂还包括第四子活动臂104；所述第三子活动臂的第一端与所述第四子活动臂的中段通过活动螺栓连接；同时所述第四子活动臂的第二端使用第二伸缩电缸117与所述第三子活动臂的中段连接；所述第二伸缩电缸可以沿自身轴向进行伸缩，令所述第四子活动臂绕所述活动螺栓112进行摆动；

通过以上组合方式，所述第一子活动臂、所述第二子活动臂、所述第三子活动臂以及所述第四子活动臂形成一组多连杆结构，并通过所述滑座、所述第一伸缩电缸、所述第二伸缩电缸以及所述电动滑轨产生的直线位移，使所述活动臂作出伸长和收缩动作，并使所述移动端的可到达范围覆盖使用者头部的绝大多数位置。

实施例二：

本实施例应当理解为至少包含前述任一一个实施例的全部特征，并在其基础上进一步改进；一种呼吸异常智能侦测系统，其特征在于，所述侦测系统包括：活动臂、追踪模块、探测模块以及控制模块；所述活动臂包括固定于床上的主梁以及位于活动臂最远端的移动端；所述追踪模块安装于使用者头部斜上方，通过使用传感器追踪使用者的脸部目标位置进行位置坐标识别，并将识别到的位置坐标上传到所述控制模块；所述探测模块安装于所述活动臂的移动端，伴随所述移动端移动到目标位置进行呼吸气体的检测；所述控制模块与所述活动臂、所述追踪模块及所述探测模块通讯连接；所述控制模块根据所述追踪模块识别到的位置坐标，发送驱动指令移动所述活动臂，将所述探测模块放置到使用者鼻部前的适当位置后开启呼吸监测；

其中，所述追踪模块采用光电夜视传感器作为主要的视觉采集元件；所述侦测系统前先采用所述追踪模块对使用者脸部进行脸部影像扫描采集；所述光电夜视传感器以划分网格方式，通过对使用者脸部各部位进行特征量检测，将使用者面部信息进行特征量数字化后存储于所述控制模块内，并针对使用者鼻部区域进行重点关注；当使用者睡眠时脸部的位置和姿态的发生变化时，所述控制模块确定使用者的鼻部位置坐标，并驱动所述移动端向鼻部位置坐标移动；

所述活动臂包括多个子活动臂；两段所述子活动臂的其中一端通过活动关节连接，使两段所述子活动臂在至少一个自由度上绕自身其中一端的所述活动关节进行转动；至少一段所述子活动臂具有一组连杆机构以及一个驱动器，用于驱动所述子活动臂绕自身其中一端的所述活动关节进行转动；

所述驱动器至少包括以下一种：液压缸、电缸、电动滑轨、电机组件；

所述光电夜视传感器用于在弱光环境下，采集使用者的脸部信息；所述追踪模块包括一个视觉运算系统；所述视觉运算系统能够将由所述光电夜视传感器采集得到的脸部光学信息处理成数字信息，并将数字信息通过换算，转换成可数字描述的坐标信息；

所述视觉运算系统的坐标信息包括目标物在成像平面的坐标信息，以及目标物在视觉深度上的深度信息；

所述探测模块包括声音传感器；所述声音传感器采集使用者呼吸过程中的声音信息并传换为数字信息后上传到所述控制模块；所述声音传感器采集的声音信息包括声音的音量、发声频率以及声音杂噪；

所述探测模块包括气体成分分析仪；所述气体成分分析仪采集使用者的呼出气体并进行分析；所述气体成分分析仪用于分析以下至少一种物质在气体中的成分含量：氧气、氮气、二氧化碳、碳氧化合物、含氧有机物；

所述一种呼吸异常智能侦测系统包括如下追踪目标物算法：

S1：所述追踪模块获取使用者的鼻部坐标位置(x,y,z)，其中x、y为平面位置坐标，z为深度位置坐标；

S2：判断使用者面部朝向与竖直方向的夹角θ；

S3：驱动所述活动臂运动，将所述移动端移动到(x,y,z+h)，其中h为监测距离，所述移动端与竖直方向夹角为θ；

S4：启动所述探测模块进行预采集，确定采集信息的数值是否达到最低分析量的阈值；

S5：如达到最低分析量的阈值，则进入常规采集；若未达到最低分析量的阈值，则再次进行目标位置的确认，并重复上述S1到S4的算法步骤；

所述追踪模块安装于所述主梁的底部；所述追踪模块包括至少一个镜片组；所述镜片组具有多片成像透镜；多片所述成像透镜中至少包括一片广角透镜，用于使所述追踪模块的观测视野角度在150°以上；多片所述成像透镜中至少包括一片滤光透镜，用于对环境入射光基于光波长进行光线过滤；多片所述成像透镜中至少包括一组变焦透镜组；所述变焦透镜组内包括多片变焦透镜；所述变焦透镜组还至少包括一个自动变焦环；所述自动变焦环通过内部微电机的驱动，改变所述变焦透镜组内各片所述变焦透镜的相互距离；使所述追踪模块可对视野中不同距离的位置进行对焦拍摄；

所述追踪模块包括光电夜视传感器；所述光电夜视传感器安装于所述成像镜片组后端；在极弱光线环境下，物体的仍然能反射各种波长的光线，包括可见光以及不可见过，尤其是红外光谱中较低的部分；该部分反射通过所述镜片组的所述滤镜时，所述滤光透镜将光谱中特定部分波长的光线过滤后，允许部分光谱通道的滤后光线通过所述滤镜；所述滤后光线进一步进入位于所述光电夜视传感器上的光电阴极中，利用光电传感器的光电效应产生带能量电子，并且所述光电阴极通过高压处理，使产生的电子的能量增加，从而放大电子的可检测性；进一步的，所述光电阴极的释放的电子进入带有荧光涂层的荧光透镜，激发所述荧光透镜上的荧光微粒释放具有位于特定光谱位置的特定能量的光子；在上述过程中，在所述光电阴极释放的电子由于带有被高压处理后具有初动能，而且在之后的运动过程中经过的距离极短而且过程中由高压电场保持电子的运动方向；因此在所述荧光涂层上激发的光子基本保持原有电子所描绘的影像轮廓特征；最后，采用通过成像传感器拦截光子并形成可观测图像；所述光电夜视传感器通过电路连接所述视觉运算系统，并由所述视觉运算系统处理好图像信息后以数字信号形式将获得的图像信息反馈到所述控制模块；

进一步的，所述追踪模块包括一组激光测距传感器；所述激光测距利用不可见激光进行定点测距，并将目标点距离反馈到所述控制模块；

进一步的，所述控制模块包括一套图像识别算法；使用者在使用所述侦测系统前，利用所述追踪模块进行多次的影像预采集，并且模拟正常的使用环境条件，例如光照度以及视野范围；所述图像识别算法对于预采集的影像信息，通过机器学习的方式，获得使用者的面部特征，并且以四边形网格或者三角形网格的顶点算法，将面部特征顶点化从而获得多个特征点；所述图像识别算法赋予多个所述特征点的三维坐标信息；

进一步的，由操作人员手动或者通过算法，对多个所述特征点进行范围指定，指定使用者鼻、嘴部的特征点，由所述图像识别算法通过大量的图像识别学习，获得识别使用者鼻、嘴部的图像处理能力，并且将识别后的鼻、嘴部的n个特征点坐标标记为目标特征坐标(x₁,y₁,z₁)、(x₂,y₂,z₂)……(x_n,y_n,z_n)；上述图像识别算法可采用现有的图像识别算法，在此不再赘述；

进一步的，使用者使用所述追踪模块拍摄自身多个面部角度的影像，包括正面，两侧侧面，或者被被子覆盖部分面部，通过所述图像识别算法的多次机器学习，获得正确识别使用者各种面部角度下的鼻、嘴部位置坐标的能力；

进一步的，所述控制模块驱动所述活动臂进行运动，将所述探测模块放置到使用者的鼻、嘴部位置，并进行呼出气体监测。

实施例三：

本实施例应当理解为至少包含前述任一一个实施例的全部特征，并在其基础上进一步改进：一种呼吸异常智能侦测系统，其特征在于，所述侦测系统包括：活动臂、追踪模块、探测模块以及控制模块；所述活动臂包括固定于床上的主梁以及位于活动臂最远端的移动端；所述追踪模块安装于使用者头部斜上方，通过使用传感器追踪使用者的脸部目标位置进行位置坐标识别，并将识别到的位置坐标上传到所述控制模块；所述探测模块安装于所述活动臂的移动端，伴随所述移动端移动到目标位置进行呼吸气体的检测；所述控制模块与所述活动臂、所述追踪模块及所述探测模块通讯连接；所述控制模块根据所述追踪模块识别到的位置坐标，发送驱动指令移动所述活动臂，将所述探测模块放置到使用者鼻部前的适当位置后开启呼吸监测；

其中，所述追踪模块采用光电夜视传感器作为主要的视觉采集元件；所述侦测系统前先采用所述追踪模块对使用者脸部进行脸部影像扫描采集；所述光电夜视传感器以划分网格方式，通过对使用者脸部各部位进行特征量检测，将使用者面部信息进行特征量数字化后存储于所述控制模块内，并针对使用者鼻部区域进行重点关注；当使用者睡眠时脸部的位置和姿态的发生变化时，所述控制模块确定使用者的鼻部位置坐标，并驱动所述移动端向鼻部位置坐标移动；

所述活动臂包括多个子活动臂；两段所述子活动臂的其中一端通过活动关节连接，使两段所述子活动臂在至少一个自由度上绕自身其中一端的所述活动关节进行转动；至少一段所述子活动臂具有一组连杆机构以及一个驱动器，用于驱动所述子活动臂绕自身其中一端的所述活动关节进行转动；

所述驱动器至少包括以下一种：液压缸、电缸、电动滑轨、电机组件；

所述光电夜视传感器用于在弱光环境下，采集使用者的脸部信息；所述追踪模块包括一个视觉运算系统；所述视觉运算系统能够将由所述光电夜视传感器采集得到的脸部光学信息处理成数字信息，并将数字信息通过换算，转换成可数字描述的坐标信息；

所述视觉运算系统的坐标信息包括目标物在成像平面的坐标信息，以及目标物在视觉深度上的深度信息；

所述探测模块包括声音传感器；所述声音传感器采集使用者呼吸过程中的声音信息并传换为数字信息后上传到所述控制模块；所述声音传感器采集的声音信息包括声音的音量、发声频率以及声音杂噪；

所述探测模块包括气体成分分析仪；所述气体成分分析仪采集使用者的呼出气体并进行分析；所述气体成分分析仪用于分析以下至少一种物质在气体中的成分含量：氧气、氮气、二氧化碳、碳氧化合物、含氧有机物；

所述一种呼吸异常智能侦测系统包括如下追踪目标物算法：

S1：所述追踪模块获取使用者的鼻部坐标位置(x,y,z)，其中x、y为平面位置坐标，z为深度位置坐标；

S2：判断使用者面部朝向与竖直方向的夹角θ；

S3：驱动所述活动臂运动，将所述移动端移动到(x,y,z+h)，其中h为监测距离，所述移动端与竖直方向夹角为θ；

S4：启动所述探测模块进行预采集，确定采集信息的数值是否达到最低分析量的阈值；

S5：如达到最低分析量的阈值，则进入常规采集；若未达到最低分析量的阈值，则再次进行目标位置的确认，并重复上述S1到S4的算法步骤；

本实施例中，所述侦测系统包括一种调节对使用者睡眠阶段介入深度的控制方法；所述追踪模块在一次成功的确认使用者鼻、嘴部位置后，所述控制模块驱动所述活动臂，将所述探测模块移动到使用者的鼻、嘴部位置后，开启所述探测模块，通过声音模块采集使用者呼吸声音的特征量，包括声音分贝值L以及声音的频率f；所述控制模块将采集的声音特征量建立时间曲线，并通过对时间曲线上多个特征点的统计，形成特征方程，包括：

1.在t₁、t₂......t_n时刻，得到多个声音分贝值L₁、L₂......L_n，得到关于分贝值-时间的特征方程L(t)；

2.在t₁、t₂......t_n时刻，得到多个呼吸声音的频率值f₁、f₂......f_n，得到关于频率-时间的特征方程f(t)；

如附图6，通过对特征方程曲线的多个波峰波谷进行统计，取得使用者的呼吸的周期T；进一步的，在采集得到的多个周期T₁、T₂......T_n内，在不同周期的相同时刻标记多个声音分贝值，例如在T₁周期内的多个时刻T_{1_1}、T_{1_2}......T_{1_n}中，对应多个声音分贝值L_{T1_1}、L_{T1_2}......L_{T1_n}以及多个声音频率值f_{T1_1}、f_{T1_2}......f_{T1_n}；进一步的，在周期T_k时，计算在当前呼吸周期前j个呼吸周期的多个相同时刻m的声音分贝值和声音频率值的平均值和标准差值，即：

公式1，求得时刻m的声音分贝值平均值；

公式2，求得时刻m的声音频率值平均值；

公式3，求得时刻m的声音分贝值标准差值；

公式4，求得时刻m的声音频率值标准差值；

通过以上公式1-4，评判在周期T_k某时刻的声音分贝值以及声音频率值相对前j个周期出现异常变化时的偏离程度；

进一步的，通过临床实验，测定使用者在睡眠阶段的多个声音特征样本值，计算出多个声间分贝值标准差阈值，包括深层阈值P₀，浅层阈值P₁，以及预警阈值P₂，对应到分贝值有L_p0，L_p1，L_p2，且L_p0<L_p1<L_p2，根据S_Lk-m的数值是否超过某一阶段的阈值，确定所述侦测系统的多个工作模式，包括：

当S≤P₀，当前使用者处于稳定状态，所述侦测系统将所述追踪模块以及所述探测模块的追踪与监测间隔周期调至5分钟或更长；将所述追踪模块移动的目标位置坐标调整为(x,y,z+h′)，其中监测距离h′可设定为0.2米；该状态下对所述侦测系统的调整的目的是令所述活动臂及所述探测模块降低工作频率，减少对使用者睡眠的影响；

当P₀≤S≤P₁，当前使用者处于第一活动状态；所述侦测系统将所述追踪模块以及所述探测模块的追踪与监测间隔周期调至1分钟；所述监测距离h不作调整；

当P₁≤S≤P₂，当前使用者的呼吸处于不稳定状态，并有可能发生呼吸异常意外；所述侦测系统可依据实际技术人员的程序设定，进行对使用者的唤醒，或者呼叫其他人的预警操作，以防范可能发生的意外；

上述只说明了基于声音分贝值与声音频率值两个声音特征参数的判断算法，其他由所述探测模块采集的声音特征参数亦可以采用相似原理算法进行计算，本实施例中不作详细陈述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

虽然上面已经参考各种实施例描述了本发明，但是应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行许多改变和修改。也就是说上面讨论的方法，系统和设备是示例。各种配置可以适当地省略，替换或添加各种过程或组件。例如，在替代配置中，可以以与所描述的顺序不同的顺序执行方法，和/或可以添加，省略和/或组合各种部件。而且，关于某些配置描述的特征可以以各种其他配置组合，如可以以类似的方式组合配置的不同方面和元素。此外，随着技术发展其中的元素可以更新，即许多元素是示例，并不限制本公开或权利要求的范围。

在说明书中给出了具体细节以提供对包括实现的示例性配置的透彻理解。然而，可以在没有这些具体细节的情况下实践配置例如，已经示出了众所周知的电路，过程，算法，结构和技术而没有不必要的细节，以避免模糊配置。该描述仅提供示例配置，并且不限制权利要求的范围，适用性或配置。相反，前面对配置的描述将为本领域技术人员提供用于实现所描述的技术的使能描述。在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可以对元件的功能和布置进行各种改变。

综上，其旨在上述详细描述被认为是例示性的而非限制性的，并且应当理解，以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (9)

1.一种呼吸异常智能侦测系统，其特征在于，所述侦测系统包括：活动臂、追踪模块、探测模块以及控制模块；所述活动臂包括固定于床上的主梁以及位于活动臂最远端的移动端；所述追踪模块安装于使用者头部斜上方，通过使用传感器追踪使用者的脸部目标位置进行位置坐标识别，并将识别到的位置坐标上传到所述控制模块；所述探测模块安装于所述活动臂的移动端，伴随所述移动端移动到目标位置进行呼吸气体的检测；所述控制模块与所述活动臂、所述追踪模块及所述探测模块通讯连接；所述控制模块根据所述追踪模块识别到的位置坐标，发送驱动指令移动所述活动臂，将所述探测模块放置到使用者鼻部前的适当位置后开启呼吸监测；

其中，所述追踪模块采用光电夜视传感器作为主要的视觉采集元件；所述侦测系统前先采用所述追踪模块对使用者脸部进行脸部影像扫描采集；所述光电夜视传感器以划分网格方式，通过对使用者脸部各部位进行特征量检测，将使用者面部信息进行特征量数字化后存储于所述控制模块内，并针对使用者鼻部区域进行重点关注；当使用者睡眠时脸部的位置和姿态的发生变化时，所述控制模块确定使用者的鼻部位置坐标，并驱动所述移动端向鼻部位置坐标移动。

2.根据权利要求1所述一种呼吸异常智能侦测系统，其特征在于，所述活动臂包括多个子活动臂；两段所述子活动臂的其中一端通过活动关节连接，使两段所述子活动臂在至少一个自由度上绕自身其中一端的所述活动关节进行转动；至少一段所述子活动臂具有一组连杆机构以及一个驱动器，用于驱动所述子活动臂绕自身其中一端的所述活动关节进行转动。

3.根据权利要求2所述一种呼吸异常智能侦测系统，其特征在于，所述驱动器至少包括以下一种：液压缸、电缸、电动滑轨、电机组件。

4.根据权利要求3所述一种呼吸异常智能侦测系统，其特征在于，所述光电夜视传感器用于在弱光环境下，采集使用者的脸部信息；所述追踪模块包括一个视觉运算系统；所述视觉运算系统能够将由所述光电夜视传感器采集得到的脸部光学信息处理成数字信息，并将数字信息通过换算，转换成可数字描述的坐标信息。

5.根据权利要求4所述一种呼吸异常智能侦测系统，其特征在于，所述视觉运算系统的坐标信息包括目标物在成像平面的坐标信息，以及目标物在视觉深度上的深度信息。

6.根据权利要求5所述一种呼吸异常智能侦测系统，其特征在于，所述探测模块包括声音传感器；所述声音传感器采集使用者呼吸过程中的声音信息并传换为数字信息后上传到所述控制模块；所述声音传感器采集的声音信息包括声音的音量、发声频率以及声音杂噪。

7.根据权利要求6所述一种呼吸异常智能侦测系统，其特征在于，所述探测模块包括气体成分分析仪；所述气体成分分析仪采集使用者的呼出气体并进行分析；所述气体成分分析仪用于分析以下至少一种物质在气体中的成分含量：氧气、氮气、二氧化碳、碳氧化合物、含氧有机物。

8.根据权利要求7所述一种呼吸异常智能侦测系统，包括如下追踪目标物算法：

S1：所述追踪模块获取使用者的鼻部坐标位置(x,y,z)，其中x、y为平面位置坐标，z为深度位置坐标；

S2：判断使用者面部朝向与竖直方向的夹角θ；

S3：驱动所述活动臂运动，将所述移动端移动到(x,y,z+h)，其中h为监测距离，所述移动端与竖直方向夹角为θ；

S4：启动所述探测模块进行预采集，确定采集信息的数值是否达到最低分析量的阈值；

S5：如达到最低分析量的阈值，则进入常规采集；若未达到最低分析量的阈值，则再次进行目标位置的确认，并重复上述S1到S4的算法步骤。

9.根据权利要求8所述一种呼吸异常智能侦测系统，其特征在于，所述侦测系统包括一个电子设备；所述电子设备包括：处理器、存储器和总线；所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当所述电子设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信；所述存储器中包括所述睡眠状态中的呼吸调整装置的控制方法和数据处理程序；所述睡眠状态中的呼吸调整装置的控制方法和数据处理程序被处理器执行时，实现如权利要求8的所述适用于一种呼吸异常智能侦测系统的算法步骤。

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