KR102054213B1 - Respiratory measurement system using thermovision camera - Google Patents

Respiratory measurement system using thermovision camera Download PDF

Info

Publication number
KR102054213B1
KR102054213B1 KR1020170158263A KR20170158263A KR102054213B1 KR 102054213 B1 KR102054213 B1 KR 102054213B1 KR 1020170158263 A KR1020170158263 A KR 1020170158263A KR 20170158263 A KR20170158263 A KR 20170158263A KR 102054213 B1 KR102054213 B1 KR 102054213B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
respiratory
frame
temperature
image
interest
Prior art date
Application number
KR1020170158263A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20190060243A (en
Inventor
신증수
김정민
유선국
권준환
Original Assignee
연세대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 연세대학교산학협력단 filed Critical 연세대학교산학협력단
Priority to KR1020170158263A priority Critical patent/KR102054213B1/en
Publication of KR20190060243A publication Critical patent/KR20190060243A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102054213B1 publication Critical patent/KR102054213B1/en

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/08Detecting, measuring or recording devices for evaluating the respiratory organs
    • A61B5/087Measuring breath flow
    • A61B5/0878Measuring breath flow using temperature sensing means
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/08Detecting, measuring or recording devices for evaluating the respiratory organs
    • A61B5/087Measuring breath flow
    • A61B5/0873Measuring breath flow using optical means
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/72Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7271Specific aspects of physiological measurement analysis
    • A61B5/7275Determining trends in physiological measurement data; Predicting development of a medical condition based on physiological measurements, e.g. determining a risk factor
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N5/225
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00Details of television systems
    • H04N5/30Transforming light or analogous information into electric information
    • H04N5/33Transforming infrared radiation

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Physiology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Pulmonology (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Psychiatry (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Measuring And Recording Apparatus For Diagnosis (AREA)
  • Radiation Pyrometers (AREA)

Abstract

본 발명은 열화상 카메라(적외선 카메라)를 이용하여 얼굴 전면을 촬영하며, 촬영된 영상에서 KLT 특징 추적기(KLT point tracker, Kanade-Lucas-Tomasi Feature Tracker)를 이용하여, 관심영역내에서 온도변화를 가지는 화소인 프레임별 특징들을 검출하고, 검출된 프레임별 특징에 대한 온도변이를 구하고, 프레임내의 각 특징들의 온도변이의 합을 프레임별 온도변화량의 합으로 구하고, 모든 프레임의 온도변화량의 합을 시간에 따라 적분하여 호흡관련 데이터로서 구하고, 호흡관련 데이터에 연속 웨이블렛 변환을 적용하여 호흡신호를 검출하고, 호흡신호에서 피크(Peak)와 밸리(Valley)를 검출하여 호흡량 및 호흡수를 계산하는, 열화상 카메라를 이용한 호흡 측정 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 폐기능 검사를 시행할 수 없는 환자들에게 폐기능 검사를 대체할 수 있는 검사로 사용 가능하고. 또한, 진정하 시술을 받는 환자들에게 호흡 모니터링을 위한 목적으로 사용 가능하며, 또한, 호흡근의 능력이 감소되어 호흡재활치료가 필요한 경우, 정량적으로 호흡을 측정할 수 있으며, 호흡기 질환의 진단의 스크리닝 도구로서 활용 가능하며, 또한, 운전자의 호흡 패턴을 분석하고 모니터링 목적으로서더 활용가능하다.
The present invention captures the entire face using a thermal imaging camera (infrared camera), and uses a KLT point tracker (KLT point tracker, Kanade-Lucas-Tomasi Feature Tracker) to capture temperature changes in the region of interest. Detects the features of each frame, which are pixels, obtains the temperature variation of the detected features of each frame, obtains the sum of the temperature variation of each feature in the frame as the sum of the temperature variation of each frame, and adds the sum of the temperature variation of all the frames. To calculate respiratory volume and respiratory rate by detecting peaks and valleys from respiratory signals by applying continuous wavelet transformation to respiratory related data. Respiratory measurement system using an image camera.
The present invention can be used as a test that can replace the pulmonary function test in patients who can not perform the pulmonary function test. In addition, it can be used for the purpose of monitoring the breathing in patients undergoing sedation and can also measure the breathing quantitatively if the respiratory muscle capacity is decreased and the respiratory therapy is needed. It can be used as a tool and also as a tool for analyzing and monitoring driver breathing patterns.

Description

열화상 카메라를 이용한 호흡 측정 시스템{Respiratory measurement system using thermovision camera}Respiratory measurement system using thermovision camera}

본 발명은 열화상 카메라(적외선 카메라)를 이용하여 얼굴 전면을 촬영하며, 촬영된 영상에서 KLT 특징 추적기(KLT point tracker, Kanade-Lucas-Tomasi Feature Tracker)를 이용하여, 관심영역내에서 온도변화를 가지는 화소인 프레임별 특징들을 검출하고, 검출된 프레임별 특징에 대한 온도변이를 구하고, 프레임내의 각 특징들의 온도변이의 합을 프레임별 온도변화량의 합으로 구하고, 모든 프레임의 온도변화량의 합을 시간에 따라 적분하여 호흡관련 데이터로서 구하고, 호흡관련 데이터에 연속 웨이블렛 변환을 적용하여 호흡신호를 검출하고, 호흡신호에서 피크(Peak)와 밸리(Valley)를 검출하여 호흡량 및 호흡수를 계산하는, 열화상 카메라를 이용한 호흡 측정 시스템에 관한 것이다.The present invention captures the entire face using a thermal imaging camera (infrared camera), and uses a KLT point tracker (KLT point tracker, Kanade-Lucas-Tomasi Feature Tracker) to capture temperature changes in the region of interest. Detects the features of each frame, which are pixels, obtains the temperature variation of the detected features of each frame, obtains the sum of the temperature variation of each feature in the frame as the sum of the temperature variation of each frame, and adds the sum of the temperature variation of all the frames. To calculate respiratory volume and respiratory rate by detecting peaks and valleys from respiratory signals by applying continuous wavelet transformation to respiratory related data. Respiratory measurement system using an image camera.

폐는 산소를 섭취하고 체내에서 생긴 탄산가스를 배출하는 역할을 한다. 호흡기 질환의 진단을 위해서는 여러 영상검사(CT, MRI, PET, perfusion scan)와, 혈액 검사(동맥혈 가스 검사, 종양지표검사, 일반 혈액검사)등을 시행할 수 있다. 그러나 폐의 기능적인 평가를 위해서는 폐기능 검사만이 현재 유일하게 폐의 기능적인 측면을 객관화한 지표로 평가하는 도구로써 재현성이 검증되어 있다. The lungs take in oxygen and release carbon dioxide from the body. To diagnose respiratory diseases, various imaging tests (CT, MRI, PET, perfusion scan) and blood tests (arterial blood gas test, tumor marker test, general blood test) can be performed. However, for the functional evaluation of the lungs, only the pulmonary function test is currently the only tool that evaluates the functional aspects of the lungs as an objective indicator and the reproducibility has been verified.

그 중 폐활량검사는 환자가 최대한 숨을 들이마신 후 내쉴 수 있는 공기량을 측정하는 검사법으로서, 폐기능검사가 어떤 한 질병을 특정하여 진단해주는 것은 아니지만 질환에 따른 고유한 특징적인 양상을 보이므로 질환을 조기에 진단하거나, 임상적 진행을 단계별로 평가하는데 도움을 준다. 또한 측정치의 변화로 질환의 경중의 변화를 반영하여 여러 폐질환에서 임상적 상황들에 대한 해법을 제시 해 주고 치료 전후의 효과 판정이나 치료의 가역성 여부를 판단하는데 도움을 줄 수 있다. 대표적인 예로, 폐기능 검사는 천식이나 만성폐쇄성폐질환(chronic obstructive pulmonary disease, COPD) 같은 호흡기질병의 진단에 도움을 주며, 이외에도 호흡기계의 건강상태를 점검하여 이상 유무를 판정하는 방법으로도 활용된다. 여기서 측정하는 주요 지표로는 노력호기 중에 배출되는 유량을 측정하는 노력폐활량(forced vital capacity, FVC)과 FVC 측정 과정 중 처음 1초간에 배출되는 유량을 측정한 1초 노력호기량(forced expiratory volume in one second, FEV1)이 있다. 또한 기관지 확장제 흡입 후 측정치의 변동을 관찰하는 기관지 확장제 검사가 있다.Among them, spirometry is a test that measures the amount of air that a patient can exhale after inhaling as much as possible. Pulmonary function test does not identify a specific disease but diagnoses the disease because it shows unique characteristics according to the disease. It helps to make an early diagnosis or to assess the clinical progress step by step. In addition, it is possible to suggest a solution to the clinical situation in various lung diseases by reflecting the change in the severity of the disease with the change of measurement value, and to help determine the effect before and after the treatment or the reversibility of the treatment. As a representative example, the pulmonary function test helps to diagnose respiratory diseases such as asthma and chronic obstructive pulmonary disease (COPD), and it is also used as a method of checking the respiratory health for abnormalities. . The main indicators to be measured are the forced vital capacity (FVC), which measures the flow rate during the exhalation, and the forced expiratory volume in one, the flow rate measured during the first 1 second of the FVC measurement process. second, FEV1). There is also a bronchodilator test to observe changes in measurements after bronchodilator inhalation.

일반적으로, 폐활량 측정기는 기계에 연결된 관의 끝에 있는 마우스피스를 입에 대고 숨을 들이쉬거나 내쉬도록 이루어져 있다. In general, the spirometry is configured to inhale or exhale with the mouthpiece at the end of the tube connected to the machine.

건강인들도 최근에 폐활량 측정기에 대한 관심이 급증하고 있으며, 이미 시판되어 있는 제품들은 기존의 폐기능 검사기를 휴대 가능하게 만든 것으로 기본 작동 원리는 동일하다. 마우스 피스를 물고 노력폐활량을 측정하고, 반복훈련을 통해 호흡능력을 향상시키려는 목적으로 사용한다. In recent years, health workers are also rapidly increasing interest in spirometry, and the products already on the market make existing lung function testers portable, and the basic principle of operation is the same. It is used for the purpose of improving the respiratory ability through the repeated training by biting the mouthpiece.

그러나, 이러한 폐활량 측정기는 사용상의 제한점이 있다. 예를 들면, 환자의 호흡기매개 전염력을 지닌 병을 진단받은 경우, 마우스피스를 입에 물 수 없는 경우, 협조가 불가능하거나 의식저하인 경우는 폐기능 검사를 진행할 수 없다. 또한 일반적으로 앉아있는 상태에서 검사가 진행되므로, 앉을 수 없는 환자의 경우는 검사가 어려울 수 있다. However, such spirometry has limitations in use. For example, if the patient is diagnosed with a respiratory-borne infectious disease, the mouthpiece cannot be bitten, the coordination or impairment of consciousness cannot be performed. In addition, since the test is generally performed in a sitting state, the test may be difficult for a patient who cannot sit.

따라서, 비침습적, 무구속적으로, 호흡량을 측정할 수 있는, 호흡량 측정 시스템이 요망된다. Therefore, there is a need for a respiratory volume measurement system that can measure respiratory volume non-invasively and non-involuntarily.

일반적으로, 흡기 시 외부의 차가운 공기는 비강(nasal cavity, nostril, 콧구멍, 코안)의 온도를 대류, 전도, 방사의 형식으로 전달 받아, 비강의 온도를 떨어트린다. In general, during inspiration, the external cold air receives the temperature of the nasal cavity (nostril, nostril, nose) in the form of convection, conduction, and radiation, thereby lowering the temperature of the nasal cavity.

선행기술로, 국내 등록특허 제10-1242755호는 비접촉식으로 인큐베이터에 있는 신생아의 생체신호를 측정하여 모니터링하는 시스템에 관한 것으로서, 특히 열화상 카메라에 의해 신생아의 얼굴에서 ROI (Region Of Interest)를 설정하여 신생아의 호흡을 측정하고, 열바디 추출을 통해 신생아의 체온을 측정함으로써, 신생아의 건강상태에 대한 원격 모니터링이 가능하도록 구현된 열화상 카메라를 이용한 신생아 모니터링 시스템에 관한 것이다. 국내 등록특허 10-1242755호는, 열화상에서, 얼굴 영역을 관심영역으로 하여, 코구멍을 추출하여, 코밑의 열화상에서, 코밑 온도의 변화를 통해 신생아의 호흡수를 검출한다. 그러나 코밑 온도 변화로 단순히 호흡수를 추정하는 것으로는 정확한 호흡수를 구할 수 없다. 코밑이라고 하더라도 위치에 따라 열화상에 따른 온도는 다를 것이며, 피검자가 움직일 경우 얼굴이 화면을 벗어나거나, 가려짐이 있을 수 있어, 정확히 코밑의 위치를 찾는 것이 쉽지 않으며, 또한 잉큐베이터 내기 아닌 일반 병실에서는, 다른 요인에 의한 잡음 등이 있을 수 있어, 단순히 체온을 호흡신호로써 사용하여서는 정확한 호흡 값을 구할 수 없다.In the prior art, Korean Patent No. 10-1242755 relates to a system for measuring and monitoring a biological signal of a newborn baby in an incubator in a non-contact manner, and in particular, sets a ROI (Region Of Interest) in a newborn baby's face by a thermal imaging camera. By measuring the respiration of the newborn, and by measuring the temperature of the newborn baby through the thermal body extraction, and relates to a newborn monitoring system using a thermal imaging camera implemented to enable remote monitoring of the health status of the newborn. In Korean Patent No. 10-1242755, in a thermal image, a nasal cavity is extracted by using a face region as a region of interest, and a respiratory rate of a newborn is detected through a change in the temperature of the nose in a thermal image of the nose. However, simply estimating the respiratory rate based on changes in the temperature of the nose can not provide accurate respiratory rate. Even if it is under the nose, the temperature of the thermal image will be different according to the position.If the subject moves, the face may be off the screen or obstructed, so it is not easy to find the exact position under the nose, and it is not an incubator. In Esau, there may be noise caused by other factors, and simply using the body temperature as the respiration signal does not provide an accurate respiration value.

다른 선행기술로, 국내 공개특허 제10-2014-0057867호의 열화상을 이용한 스트레스 지수 측정 시스템이 있으며, 열 영상의 얼굴 영역에서 코밑을 관심 영역으로 설정하고, 코밑 온도 변화를 통해 호흡량을 검출하며, 일정시간(예를 들어, 5초 또는 10초) 동안 온도 변화량이 0인 부분의 횟수를 카운트하여 이 값을 시간으로 나누어 초당 호흡수를 계산하고, 상기 계산 값에 60을 곱하여 분당 호흡수로 변환한다. 국내 공개특허 제10-2014-0057867호의 경우도, 코밑 온도 변화를 호흡량의 변화로서 검출하고 이를 통해 단순히 호흡수를 추정하는 것으로는 정확한 호흡수를 구할 수 없다. 코밑이라고 하더라도 위치에 따라 열화상에 따른 온도는 다를 것이며, 또한, 피검자가 움직일 경우 피검자가 움직일 경우 얼굴이 화면을 벗어나거나, 가려짐이 있을 수 있어, 정확히 코밑의 위치를 찾는 것이 쉽지 않으며, 또한, 다른 요인에 의한 잡음 등이 있을 수 있어, 단순히 체온을 호흡신호로써 사용하여서는 정확한 호흡 값을 구할 수 없다.As another prior art, there is a stress index measuring system using a thermal image of the Korean Patent Publication No. 10-2014-0057867, the nose is set as the region of interest in the face region of the thermal image, the respiratory volume is detected by changing the temperature of the nose, Count the number of times the temperature change is zero for a certain period of time (for example, 5 seconds or 10 seconds), divide this value by time, calculate the respiratory rate per second, and multiply the calculated value by 60 to convert to respiratory rate per minute do. In the case of Korea Patent Publication No. 10-2014-0057867, it is not possible to obtain an accurate respiration rate by detecting a change in the nasal temperature as a change in respiration volume and simply estimating the respiration rate. Even if it is under the nose, the temperature according to the thermal image will be different according to the position, and if the subject moves, the face may be off the screen or obscured if the subject moves. There may be noise caused by other factors, so the exact breathing value cannot be obtained simply by using the body temperature as the breathing signal.

일반적으로, 열화상 카메라를 이용할 경우, 피검자의 코밑의 열영상을 정확하게 측정하는 것이 중요한데, 피검자는 움직이기 때문에 얼굴이 화면을 벗어나거나, 가려짐이 발생할 수 있어, 열영상을 측정할 수 없는 경우가 있으며, 또한 외부 환경에 의한 노이즈가 들어갈 가능성이 있다. In general, when a thermal imaging camera is used, it is important to accurately measure a thermal image under the nose of a subject, but because the subject is moving, the face may move away from the screen or may be covered, and thus the thermal image cannot be measured. In addition, there is a possibility that noise caused by the external environment may enter.

따라서 본 발명은, 비침습적, 무구속적이며, 얼굴이 화면을 벗어나거나, 가려짐이 발생하더라도 호흡량 및 호흡수를 측정할 수 있으며, 노이즈를 제거하여, 보다 높은 정확도로, 호흡량을 측정할 수 있는, 호흡량 측정 시스템을 제안한다.Therefore, the present invention is non-invasive, unrestrained, and can measure the respiratory volume and respiratory rate even if the face is off the screen or obscured, remove the noise, can measure the respiratory volume with higher accuracy Suggests a respiratory volume measurement system.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 열화상 카메라(적외선 카메라)를 이용하여 얼굴 전면을 촬영하며, 촬영된 영상에서 KLT 특징 추적기를 이용하여, 관심영역내에서 온도변화를 가지는 화소인 프레임별 특징들을 검출하고, 검출된 프레임별 특징에 대한 온도변이를 구하고, 프레임내의 각 특징들의 온도변이의 합을 프레임별 온도변화량의 합으로 구하고, 모든 프레임의 온도변화량의 합을 시간에 따라 적분하여 호흡관련 데이터로서 구하고, 호흡관련 데이터에 연속 웨이블렛 변환을 적용하여 호흡신호를 검출하고, 호흡신호에서 피크(Peak)와 밸리(Valley)를 검출하여 호흡량 및 호흡수를 계산하는, 열화상 카메라를 이용한 호흡 측정 시스템을 제공하는 것이다.The technical problem to be solved by the present invention is to shoot the front face using a thermal imaging camera (infrared camera), and by using a KLT feature tracker in the captured image, the feature of each frame that is a pixel having a temperature change in the region of interest The temperature variation of each feature detected in the frame, the sum of the temperature variation of each feature in the frame as the sum of the temperature change of each frame, and integrate the sum of the temperature change of all the frames over time Respiratory measurement using a thermal imaging camera, which calculates respiratory volume and respiratory rate by detecting peaks and valleys from respiratory signals by applying continuous wavelet transform to respiratory data. To provide a system.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는,열화상 카메라를 이용하여 코구멍 부분을 중심으로 얼굴 전면을 촬영하며, 촬영된 영상에서 KLT 특징 추적기를 이용하여, 호흡관련 영역을 추적하되, 두 눈과 코의 3 트랙킹 포인트(tracking point)를 이용하여 서로의 위치를 유추하도록 이루어져, 피검자의 움직임에 따라, 얼굴이 화면을 벗어나거나, 가려짐에도 지속적으로 트랙킹하여, 호흡량 및 호흡수를 검출할 수 있는, 열화상 카메라를 이용한 호흡 측정 시스템을 제공하는 것이다.Another technical problem to be solved by the present invention, the front of the face around the nose hole using a thermal imaging camera, using the KLT feature tracker in the captured image, while tracking the breath-related areas, both eyes and By using the three tracking points of the nose to infer each other's position, according to the subject's movement, the face can be continuously tracked even if it is off the screen or obscured, thereby detecting the respiratory volume and respiratory rate To provide a breathing measurement system using a thermal imaging camera.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, KLT 특징 추적기를 이용하여 검출된 프레임별 특징들을 검출한 후, 각 프레임을, 3D-DBSCAN을 이용하여 노이즈를 제거하고, 노이즈가 제거된 각 프레임의 관심영역의 특징들의 온도변이를 검출하기 위해서, 각 프레임의 영상의 관심영역의 특징에서, 연이은 전 프레임의 영상의 관심영역의 해당 특징을 차감하여, 각 프레임의 관심영역의 특징의 온도변이로서 검출하고, 검출된 특징별 온도변이의 절대치가, 기설정된 온도변이 기준치보다 큰 경우의 각 특징별 온도 변이를 프레임별로 합산하여, 프레임별 온도 변화량으로써 구하는 열화상 카메라를 이용한 호흡 측정 시스템을 제공하는 것이다.Another technical problem to be solved by the present invention, after detecting the features of each frame detected using the KLT feature tracker, each frame, using 3D-DBSCAN to remove noise, the noise of each frame is removed In order to detect the temperature variation of the features of the region, from the feature of the region of interest of the image of each frame, the corresponding feature of the region of interest of the image of the previous frame is subtracted and detected as the temperature variation of the feature of the region of interest of each frame. The present invention provides a respiration measurement system using a thermal imaging camera that calculates the temperature variation for each frame by summing the temperature variation for each feature when the absolute value of the detected temperature variation for each feature is greater than a preset temperature variation reference value.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 열화상 카메라를 이용한 호흡 측정 방법은, 열화상카메라로부터 수신하여 각 화소가 온도를 나타내는, 얼굴의 열영상의 프레임에서, 연산처리부는, 코와 2개의 눈을 트랙킹포인트로 하여, KLT 특징 추적기를 이용하여, 코 부분의 관심영역을 검출하는, 호흡관련 영역 추적단계; 호흡관련 영역 추적단계 후, 연산처리부는, 열화상카메라로부터 수신한 얼굴의 열영상에서, 각 프레임의 관심영역의 영상을, 연이은 전 프레임의 관심영역의 영상을 차감한 차영상을 구하되, 상기 차영상의 각 화소의 값을, 온도변이의 값으로하며, 프레임별로 온도변이 값을 합산하여 프레임별 온도변화량의 합으로서 메모리부에 순차적으로 저장하고, 기 설정된 시간동안에 저장된 모든 프레임의 프레임별 온도변화량의 합을 메모리부로부터 읽어들여 시간에 따라 적분하여 호흡관련 데이터로 하고, 호흡관련 데이터에 연속 웨이블렛 변환을 적용하여 호흡신호를 검출하는, 호흡신호 추출단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to solve the above problems, in the breath measurement method using the thermal imaging camera of the present invention, in the frame of the thermal image of the face, which is received from the thermal imaging camera and each pixel represents a temperature, the calculation processing unit includes a nose and two eyes Using the KLT feature tracker to detect a region of interest in the nose portion, using the tracking point as a tracking point; After the breathing-related area tracking step, the operation processor obtains a difference image obtained by subtracting the image of the ROI of each frame from the image of the ROI of the next frame in the thermal image of the face received from the thermal imaging camera. The value of each pixel of the difference image is the value of the temperature variation, and the temperature variation value is added to each frame to be sequentially stored in the memory unit as the sum of the temperature change amount per frame, and the temperature for each frame of all the frames stored for a predetermined time. And a respiratory signal extraction step of detecting the respiratory signal by applying continuous wavelet transform to the respiratory related data by reading the sum of the change amounts from the memory unit and integrating according to time.

상기 호흡신호 추출단계 후, 연산처리부는, 상기 호흡신호에서 피크와 밸리를 검출하고 검출된 피크와 밸리를 이용하여 호흡수 및 호흡량을 검출하는, 호흡수 및 호흡량 검출단계;를 더 포함한다.After the breathing signal extraction step, the calculation unit, detecting the peak and valley in the breathing signal and detecting the respiratory rate and respiratory volume using the detected peak and valley; further comprises a;

호흡관련 영역 추적단계는, 연산처리부가, 열화상카메라로부터 수신된 피검자 얼굴 열영상의 각 프레임 내에서, 최소온도값과 최대온도값을 구하고, 각 프레임의 각 화소의 온도가, 최소온도 값과 최대온도 값 사이를 256 등분한 값을 갖도록 정규화를 행하는, 정규화 단계; 정규화 단계에서 정규화된 각 프레임의 코를, 기 설정된 초기 코 각도와 같도록 연산처리부가 보정을 행하는, 각도 보정단계; 연산처리부는 각도 보정단계에서 각도가 보정된, 각 프레임에서 코와 2개의 눈의 트랙킹 포인트를 이용하여, 관심영역의 후보를 설정하고, 상기 관심영역의 후보에서의 특징점을 추출하고, 추출된 특징점과, 연이은 전 프레임에서 상기 특징점과 대응된 특징점과의 이동 거리를 행렬(Transform Matrix)로 나타내고, 추출된 행렬에 따라, 현재 프레임의 영상을 보정하고, 보정된 현재 프레임에서 관심영역을 구하는, 1차 특징 추출 단계;를 포함한다.In the respiratory-related area tracking step, the processing unit obtains a minimum temperature value and a maximum temperature value in each frame of the subject's face thermal image received from the thermal imaging camera, and the temperature of each pixel of each frame is determined by the minimum temperature value. A normalization step of performing normalization to have a value equal to 256 between the maximum temperature values; An angle correction step of correcting, by the calculation processing unit, a nose of each frame normalized in the normalization step to be equal to a preset initial nose angle; The arithmetic unit sets candidates of the region of interest using the tracking points of the nose and two eyes in each frame whose angles are corrected in the angle correction step, extracts feature points from the candidates of the region of interest, and extracts the extracted feature points. 1, which represents a moving distance between the feature point and the corresponding feature point in a subsequent previous frame in a matrix, corrects an image of the current frame according to the extracted matrix, and obtains a region of interest in the corrected current frame. Tea feature extraction step; includes.

또한, 호흡관련 영역 추적단계는, 연산처리부가, 1차 특징 추출 단계에서 구한 각 프레임의 관심영역 내의 온도를 평균하여 '프레임별의 관심영역 평균온도'로서 연산처리부가 구하고, 각 프레임의 관심영역 내의 온도들의 표준편차를 '프레임별의 관심영역 온도 편차'로서 구하는, 1차 평균온도 및 편차 연산단계; 연산처리부는, 평균온도 및 편차 연산단계에서 구한 관심영역 편차를, 기설정된 편차 기준치와 비교하여, 상기 관심영역 편차가 편차 기준치보다 큰지를 판단하며, 만약 관심영역 편차가 편차 기준치보다 크다면, 특해당 관심영역 내의 특징들을 제거하고, 트랙킹 포인트 재검출 단계로 가는, 1차 편차 기준치 초과여부 판단단계; 연산처리부는, 1차 편차 기준치 초과여부 판단단계 후, 관심영역 내에서 구하여진 특징점의 수를 기 설정된 특징수 기준치와 비교하여, 특징점의 수가 특징수 기준치보다 작다면, 해당 관심영역 내의 특징들을 제거하고, 트랙킹 포인트 재검출 단계로 가는, 특징수 기준치 미만여부 판단단계; 연산처리부는, 1차 편차 기준치 초과여부 판단단계에서 관심영역 편차가 편차 기준치보다 크다면, 또는 특징수 기준치 미만여부 판단단계에서 특징점의 수가 특징수 기준치보다 작다면, 코의 트랙킹 포인트들을 잘못 구한 것으로, 현재의 프레임에 연이은 전의 프레임의 2개의 눈 트랙킹포인트의 각각의 위치로부터, 현재의 프레임의 2개의 눈 트랙킹포인트의 각각의 위치까지 움직인 거리인, 트랙킹 포인트 이동거리를 구하고, 2개의 트랙킹 포인트 이동거리의 평균인, 트랙킹 포인트 이동거리 평균을 구하고, 전의 프레임의 코의 트랙킹 포인트와, 트랙킹 포인트 이동거리 평균을 이용하여 수정된 코의 트랙킹 포인트를 구하는, 트랙킹 포인트 재검출 단계;를 더 포함한다.In addition, in the respiration-related region tracking step, the calculation processing unit obtains an average temperature in the region of interest of each frame obtained by the primary feature extraction step, and obtains the calculation region as the average region of interest for each frame. A first average temperature and deviation calculation step of obtaining a standard deviation of temperatures within the frame as a region of interest temperature deviation for each frame; The calculation processor compares the ROI deviation obtained in the average temperature and deviation calculation step with a preset deviation reference value, and determines whether the ROI deviation is greater than the deviation reference value, and if the ROI deviation is greater than the deviation reference value, Determining whether a primary deviation criterion is exceeded by removing features in the region of interest and going to a re-detection of a tracking point; After the step of determining whether the primary deviation reference value is exceeded, the operation processor compares the number of feature points obtained in the ROI with the preset feature number reference value, and if the number of feature points is smaller than the feature number reference value, removes the features in the ROI. Determining whether the feature number is less than the threshold value, and going to the tracking point redetection step; If the deviation of the region of interest is greater than the deviation criterion in the step of determining whether the primary deviation criterion is exceeded, or the number of feature points is less than the feature number criterion in the determination of whether the feature deviation is less than the criterion, the calculation point of the nose is incorrectly obtained. Determine the tracking point movement distance, which is the distance traveled from each position of the two eye tracking points of the previous frame following the current frame to each position of the two eye tracking points of the current frame, and the two tracking points A tracking point redetection step of obtaining a tracking point moving distance average, which is an average of moving distances, and finding a tracking point of the nose of the previous frame and a modified tracking point of the nose using the tracking point moving distance average. .

또한, 호흡관련 영역 추적단계는, 연산처리부가, 트랙킹 포인트 재검출 단계에서 구하여진 수정된 코의 트랙킹 포인트와, 2개의 눈의 트랙킹 포인트를 이용하여, 관심영역을 구하고, 특징을 추출하는, 2차 특징 추출 단계; 연산처리부가, 2차 특징 추출 단계에서 구한 각 프레임의 관심영역 내의 온도를 평균하여 '프레임별의 관심영역 평균온도'로서 연산처리부가 구하고, 각 프레임의 관심영역 내의 온도들의 표준편차를 '프레임별의 관심영역 온도 편차'로서 구하는, 2차 평균온도 및 편차 연산단계; 연산처리부가, 2차 평균온도 및 편차 연산단계에서 구한 관심영역 온도 편차를 편차 기준치와 비교하여, 상기 관심영역 온도 편차가 편차 기준치보다 큰지를 판단하며, 만약 상기 관심영역 온도 편차가 편차 기준치보다 크다면, 추적(트랙킹)을 종료하는, 2차 편차 기준치 초과여부 판단단계; 연산처리부가, 종료 스위치가 눌러짐에 따라 종료 플레그가 세트되거나, 또는, 현재 프레임이, 초기에 설정된 소정 시간간격의 마지막 프레임에 해당한다면, 추적을 종료하며, 그렇지 않다면, 다음 프레임의 얼굴 열영상의 프레임을 수신하고, 정규화 단계로 가는, 추적 종료여부 판단단계;를 더 포함한다.In addition, the respiratory-related area tracking step, the operation processing unit, using the modified tracking point of the nose obtained in the tracking point re-detection step and the tracking point of the two eyes, to obtain the region of interest and extract the feature, 2 Tea feature extraction step; The arithmetic processing unit calculates the standard deviation of temperatures in the ROI of each frame by averaging the temperatures in the ROIs of each frame obtained in the second feature extraction step, and calculates the standard deviation of the temperatures in the ROIs of each frame. Calculating a second average temperature and a deviation as a region of interest temperature deviation; The calculation processing unit compares the ROI temperature deviation obtained in the second average temperature and the deviation calculation step with the deviation reference value to determine whether the ROI temperature deviation is greater than the deviation reference value, and if the ROI temperature deviation is greater than the deviation reference value Determining whether or not the second deviation threshold value is exceeded, by ending tracking (tracking); If the end flag is set as the end switch is pressed, or if the current frame corresponds to the last frame of the predetermined predetermined time interval, the processing unit ends tracking, otherwise, the face thermal image of the next frame. Receiving a frame of, and goes to the normalization step, the tracking end determination step; further comprises.

호흡신호 추출단계는, 연산처리부가, 열화상카메라로부터 수신한 얼굴의 열영상에서, 각 프레임의 관심영역의 영상을, 연이은 전 프레임의 관심영역의 영상을 차감한 차영상을 구하되, 상기 차영상의 각 화소의 값을, 온도변이의 값으로 하는, 프레임별 온도변이 검출단계; 연산처리부가, 프레임별 온도변이 검출단계를 거친 차영상의 각 프레임의 관심영역에서, 3D-DBSCAN을 이용하여, 노이즈 포인트를 제거하는, 노이즈 제거단계; 연산처리부가, 노이즈 제거단계를 거친 차영상의 각 프레임에서 온도변이의 값의 절대치가, 기설정된 온도변이 기준치와 비교하여 작거나 같은 경우의, 온도변이의 값은 제거하는, 온도변이 기준치 비교단계; 연산처리부가, 온도변이 기준치 비교단계 후, 차 영상의 각 프레임 내의 각 온도 변이를 합산하여, 프레임별 온도 변화량으로써 구하여, 프레임 순서에 따라 저장하는, 온도 변화량 연산단계;를 포함한다.In the respiratory signal extraction step, the calculation processor obtains a difference image obtained by subtracting an image of the ROI of each frame from an image of the ROI of each frame in succession from the thermal image of the face received from the thermal imaging camera. A temperature variation detection step by frame, wherein the value of each pixel of the image is a temperature variation value; A noise removing step of the arithmetic processing unit to remove a noise point by using the 3D-DBSCAN in a region of interest of each frame of the difference image which has undergone the step of detecting the temperature variation per frame; The step of comparing the temperature variation reference value, wherein the processing unit removes the value of the temperature variation when the absolute value of the temperature variation value in each frame of the difference image which has undergone the noise removing step is smaller than or equal to the preset temperature variation reference value. ; And a temperature change amount calculating step of calculating, by the calculation processing unit, summing each temperature change in each frame of the difference image, calculating the amount of temperature change for each frame, and storing the frame according to the frame order.

또한, 호흡신호 추출단계는, 연산처리부가 온도 변화량 연산단계에서 구한 프레임별 온도 변화량 합들을 메모리부로부터 순차적으로 읽어들이고, 프레임별 온도 변화량들을 시간에 따라(t 축으로) 적분하여, 적분 결과를 호흡 데이터(raw data)로 하는, 호흡 데이터 검출단계; 연산처리부가, 호흡 데이터 검출단계에서 검출된 호흡 데이터(raw data)를, 평활화(smoothing) 및 디트랜드(detrend)를 행하는, 평활화 및 디트랜드 단계; 연산처리부가, 평활화와 디트랜드가 행하여진 호흡 데이터들을 연속 웨이블렛 변환(CWT)을 행하여, 주파수별로 주파수 스케일들로 나타내는, 연속 웨이블렛 변환단계; 연산처리부가, 연속 웨이블렛 변환을 행한 결과에서, 주파수별로 주파수 스케일의 합을 구하고, 구하여진 주파수별 주파수 스케일의 합 중에서, 주파수별 주파수 스케일의 합이 가장 큰 주파수를, 호흡 주파수로 하며, 호흡 주파수의 각 주파수 스케일을 호흡 신호로서 메모리부에 저장하는, 호흡 주파수 검출단계;를 더 포함한다.In addition, in the breath signal extraction step, the calculation processing unit sequentially reads the sums of the temperature changes for each frame obtained in the step of calculating the temperature change from the memory unit, integrates the temperature changes for each frame according to time (in the t-axis), and calculates the integration result. Respiratory data detection, using respiratory data; A smoothing and detrending step, wherein the computing unit performs smoothing and detrending of the respiratory data detected in the respiratory data detection step; A continuous wavelet transform step of performing, by the processing unit, continuous wavelet transform (CWT) on the respiratory data on which smoothing and detrending is performed, and displaying frequency scales for each frequency; The calculation processing unit obtains the sum of the frequency scales for each frequency based on the result of the continuous wavelet transformation, and among the obtained sums of frequency scales for the frequencies, the respiratory frequency is the frequency at which the sum of the frequency scales for each frequency is the largest. Respiratory frequency detection step of storing each frequency scale of the memory unit as a breathing signal; further includes.

호흡수 및 호흡량 검출단계는, 연산처리부가, 호흡신호 추출단계에서 구하여진 호흡신호를 1차 미분하여 변곡점을 구하고, 변곡점을 이용하여 피크(peak)와 밸리(valley)를 검출하는, 피크 및 밸리 검출단계;연산처리부가, 피크 및 밸리 검출단계에서 검출된 피크(peak)와 밸리(valley)들에서, 소정 시간간격 동안에, 피크와 밸리가 순차적으로 연이어서 나타나는 피크와 밸리의 쌍의 개수를, 호흡수로서 검출하는, 호흡수 검출단계;를 포함한다,In the respiratory rate and respiratory rate detection step, the calculation processing unit obtains an inflection point by first differentiating the respiration signal obtained in the respiration signal extraction step, and uses the inflection point to detect peaks and valleys. In the peaks and valleys detected in the peak and valley detection step, the calculation processing unit calculates the number of pairs of peaks and valleys that appear sequentially after the peaks and valleys during a predetermined time interval. It includes; detecting the respiratory rate, respiratory rate;

호흡수 및 호흡량 검출단계는, 연산처리부가, 피크와 밸리가 순차적으로 연이어서 나타나는 피크와 밸리의 쌍의 진폭을, 피크와 밸리의 쌍이 포함되는 호흡주기의 호흡량으로 검출하거나, 또는, 피크와 밸리가 순차적으로 연이어서 나타나는 피크와 밸리의 쌍으로 호흡주기를 검출하고, 각 호흡주기의 호흡신호를, 연이은 전 호흡주기의 호흡신호에서 차감하여 각 호흡주기별 변화량을 구하고, 각 호흡주기별 변화량을 시간에 따라 합산하여 호흡량으로서 구하는, 호흡량 검출단계;를 더 포함할 수 있다.In the respiratory rate and respiratory rate detection step, the computing unit detects the amplitude of the peak and valley pairs that appear sequentially after the peaks and valleys as the respiratory volume of the respiration cycle including the peak and valley pairs, or the peak and valleys. Detects the respiratory cycle with a pair of peaks and valleys that are sequentially followed, subtracts the respiratory signal of each respiratory cycle, and subtracts from the respiratory signals of all subsequent respiratory cycles to determine the change in each respiratory cycle, It may further include a; respiratory volume detection step, summed over time to obtain a respiratory volume.

각 호흡주기별 변화량을 시간에 따라 합산시, 각 호흡주기의 시작점을 기준으로 합산한다.When the change amount of each breathing cycle is summed over time, it is added based on the starting point of each breathing cycle.

또한, 본 발명은, 본 발명의 열화상 카메라를 이용한 호흡 측정 방법에 대한 컴퓨터 프로그램 소스를 저장한 기록매체를 특징으로 한다.The invention also features a recording medium storing a computer program source for a respiration measurement method using a thermal imaging camera of the invention.

또한, 본 발명은, 열화상 카메라, 상기 열화상 카메라로부터 수신된 얼굴 전면의 열영상을 분석하여 호흡신호를 검출하는 연산처리부를 포함하는 영상분석부를 포함하는 열화상 카메라를 이용한 호흡 측정 시스템에 있어서, 연산처리부는, 열화상카메라로부터 수신하여 각 화소가 온도를 나타내는, 얼굴의 열영상의 프레임에서, 연산처리부는, 코와 2개의 눈을 트랙킹포인트로 하여, KLT 특징 추적기를 이용하여, 코 부분의 관심영역을 검출하고, 열화상카메라로부터 수신한 얼굴의 열영상에서, 각 프레임의 관심영역의 영상을, 연이은 전 프레임의 관심영역의 영상을 차감한 차영상을 구하되, 상기 차영상의 각 화소의 값을, 온도변이의 값으로 하며, 프레임별로 온도변이 값을 합산하여 프레임별 온도변화량의 합으로서 메모리부에 순차적으로 저장하고, 기 설정된 시간동안에 저장된 모든 프레임의 프레임별 온도변화량의 합을 메모리부로부터 읽어들여 시간에 따라 적분하여 호흡 데이터로 하고, 상기 호흡 데이터에 연속 웨이블렛 변환을 적용하여 호흡신호를 검출하는 것을 특징으로 한다.In another aspect, the present invention, in the respiration measurement system using a thermal imaging camera, a thermal imaging camera including an image analysis unit including a processing unit for detecting a breathing signal by analyzing the thermal image of the front face received from the thermal imaging camera In the frame of the thermal image of the face, which is received from the thermal imaging camera and each pixel represents a temperature, the arithmetic processing unit uses the KLT feature tracker with the nose and two eyes as tracking points, and the nose portion. Detects a region of interest of the camera and obtains a difference image obtained by subtracting an image of the region of interest of each frame from an image of the region of interest of a subsequent frame from a thermal image of the face received from the thermal imaging camera. The pixel value is used as the temperature variation value, and the temperature variation value is summed for each frame, and is sequentially stored in the memory unit as the sum of the temperature variation amounts for each frame. The respiratory data is obtained by reading the sum of the temperature change for each frame of every frame stored for a predetermined time from the memory unit and integrating according to the time, and detecting the respiratory signal by applying continuous wavelet transform to the respiratory data. .

연산처리부는, 검출된 호흡신호에서 피크와 밸리를 검출하고 검출된 피크와 밸리를 이용하여 호흡수 및 호흡량을 검출한다. The computing unit detects peaks and valleys from the detected breathing signals, and detects respiratory rate and respiratory volume using the detected peaks and valleys.

연산처리부는, KLT 특징 추적기를 이용하여 관심영역을 구하기 위하여, 열화상 카메라로부터 수신된 피검자 얼굴 열영상의 각 프레임의 각 화소의 온도들이, 8 bit값을 갖도록 정규화를 행하고, 정규화된 온도의 값을 가진 각 프레임의 영상의 코의 각도가, 기 설정된 코 각도와 같도록, 각 프레임의 영상을 보정하고, 보정된 프레임의 영상에서 KLT 특징 추적 알고리즘을 적용하여 관심영역을 구하고, 상기 관심영역내의 특징점을 검출하며, 보정된 프레임의 관심영역에 대응되는 원 영상인, 열화상 카메라로부터 수신된 얼굴 열영상의 프레임에서도 관심영역이 구하여진다.In order to obtain a region of interest using the KLT feature tracker, the calculation unit normalizes the temperature of each pixel of each frame of the subject's face thermal image received from the thermal imager to have an 8-bit value, and normalizes the value of the temperature. Correct the image of each frame such that the nose angle of the image of each frame having the same as the preset nose angle, obtain a region of interest by applying a KLT feature tracking algorithm to the image of the corrected frame, The region of interest is also obtained from the frame of the facial thermal image received from the thermal image camera, which is a raw image corresponding to the region of interest of the corrected frame.

연산처리부는, 호흡 데이터를, 평활화(smoothing) 및 디트랜드(detrend)를 행하고, 평활화와 디트랜드가 행하여진 호흡 데이터들을 연속 웨이블렛 변환(CWT)을 행하고, 연속 웨이블렛 변환을 행한 결과에서, 주파수별로 주파수 스케일의 합을 구하고, 구하여진 주파수별 주파수 스케일의 합 중에서, 주파수별 주파수 스케일의 합이 가장 큰 주파수를, 호흡 주파수로 하며, 호흡 주파수의 각 주파수 스케일을 호흡 신호로서 메모리부에 저장한다.The computing unit performs smoothing and detrending of breathing data, performs continuous wavelet transform (CWT) on breathing data performed by smoothing and detrending, and performs continuous wavelet transform on a frequency-by-frequency basis. The sum of the frequency scales is obtained, and among the obtained sums of frequency scales for each frequency, the frequency having the largest sum of frequency scales for each frequency is the respiratory frequency, and each frequency scale of the respiration frequency is stored as a respiration signal in the memory unit.

연산처리부는, 호흡신호를 1차 미분하여 변곡점을 구하고, 변곡점을 이용하여 피크(peak)와 밸리(valley)를 검출하고, 검출된 피크(peak)와 밸리(valley)들에서, 소정 시간간격 동안에, 피크와 밸리가 순차적으로 연이어서 나타나는 피크와 밸리의 쌍의 개수를, 호흡수로서 검출한다.The calculation processing unit obtains an inflection point by first-ordering the respiration signal, detects peaks and valleys using the inflection points, and at the detected peaks and valleys during a predetermined time interval. The number of pairs of peaks and valleys appearing successively after the peaks and valleys is detected as the respiratory rate.

연산처리부는, 피크와 밸리가 순차적으로 연이어서 나타나는 피크와 밸리의 쌍으로 호흡주기를 검출하고, 각 호흡주기의 호흡신호를, 연이은 전 호흡주기의 호흡신호에서 차감하여 각 호흡주기별 변화량을 구하거나, 또는 피크와 밸리가 순차적으로 연이어서 나타나는 피크와 밸리의 쌍의 진폭을, 피크와 밸리의 쌍이 포함되는 호흡주기의 호흡량으로 검출한다.The computational processing unit detects the respiratory cycle with a pair of peaks and valleys that appear in succession of peaks and valleys, subtracts the respiratory signals of each respiratory cycle from the respiratory signals of all subsequent respiratory cycles, and calculates the amount of change for each respiratory cycle. Alternatively, the amplitudes of the peak and valley pairs appearing sequentially after the peaks and valleys are detected as the respiratory volume of the respiratory cycle including the peak and valley pairs.

본 발명의 열화상 카메라를 이용한 호흡 측정 시스템은 열화상 카메라(적외선 카메라)를 이용하여 얼굴 전면을 촬영하며, 촬영된 영상에서 KLT 특징 추적기를 이용하여, 관심영역내에서 온도변화를 가지는 화소인 프레임별 특징들을 검출하고, 검출된 프레임별 특징에 대한 온도변이를 구하고, 프레임내의 각 특징들의 온도변이의 합을 프레임별 온도변화량으로 구하고, 모든 프레임의 온도변화량을 시간에 따라 적분하여 호흡관련 데이터로서 구하고, 호흡관련 데이터에 연속 웨이블렛 변환을 적용하여 호흡신호를 검출하고, 호흡신호에서 피크(Peak)와 밸리(Valley)를 검출하여 호흡량 및 호흡수를 계산하여, 보다 간단하면서 보다 정확한 호흡량 및 호흡수를 검출할 수 있다.In the breath measurement system using the thermal imaging camera of the present invention, the front face is photographed using a thermal imaging camera (infrared camera), and a frame having a temperature change in a region of interest using a KLT feature tracker in the captured image. Detects the features of each feature, obtains the temperature variation of the detected features of each frame, calculates the sum of the temperature variation of each feature in the frame as the temperature change of each frame, and integrates the temperature change of all the frames over time as breath-related data. Respiratory signal is detected by applying continuous wavelet transform to respiratory data, and peak and valley are detected from respiratory signal to calculate respiratory volume and respiratory rate. Can be detected.

또한, 본 발명은, 열화상 카메라를 이용하여 코구멍(nostril) 부분을 중심으로 얼굴 전면을 촬영하며, 촬영된 영상에서 KLT 특징 추적기를 이용하여, 호흡관련 영역을 추적하되, 두 눈과 코의 3 트랙킹 포인트(tracking point)를 이용하여 서로의 위치를 유추하도록 이루어져, 얼굴이 화면을 벗어나거나, 가려짐에도 지속적으로 트랙킹하여, 호흡량 및 호흡수를 검출할 수 있다.In addition, the present invention, the front of the face around the nose portion (nostril) using a thermal imaging camera, using the KLT feature tracker in the captured image, while tracking the breath-related area, the eyes of both eyes and nose 3 tracking points can be used to infer each other's position, so that even if the face is off the screen or hidden, it can continuously track the volume and the number of breaths.

또한, 본 발명은, 트랙킹을 통해 추출된 부분에서 3D-DBSCAN을 이용하여, 노이즈를 제거하고, 노이즈가 제거된 부분에서 데이터(raw data)를 추출하고, 추출된 데이터에서, CWT를 이용하여 주파수 도메인에서 호흡과 관련된 부분만을 추출하여 호흡영역으로 하여, 보다 정확하게 호흡량 및 호흡수를 검출할 수 있다.In addition, the present invention, using the 3D-DBSCAN in the portion extracted through tracking, to remove the noise, to extract the data (raw data) in the portion from which the noise is removed, from the extracted data, frequency using CWT Respiratory volume and respiratory rate can be detected more accurately by extracting only the part related to respiration in the domain to the respiratory area.

본 발명의 열화상 카메라를 이용한 호흡 측정 시스템은 비침습적인 방법으로 환자의 호흡패턴, 일회 호흡용적, 노력 폐활량, 약물 전후 치료의 효과 비교, 호흡재활치료를 가능하게 할 수 있다. Respiration measurement system using a thermal imaging camera of the present invention can enable a non-invasive method of respiratory pattern, one-time breathing volume, effort exertion, comparison of the effects before and after the drug, respiratory rehabilitation treatment.

사용 가능성 있는 영역으로 첫째, 폐기능 검사를 시행 할 수 없는 환자들에게 폐기능 검사를 대체할 수 있는 검사로 사용 가능하다. 마우스피스를 물 수 없는 기관지 절개 환자, 앉아 있을 수 없는 환자, 메르스 등의 호흡기 매개 전염병으로 치료중인 환자 등 기존에 방법으로는 폐기능 검사가 불가능 했던 환자들에게 비접촉 비침습적, 상대적으로 저렴한 비용으로 폐기능 검사를 대신 할 수 있다. First, it can be used as an alternative to the pulmonary function test in patients who cannot perform the pulmonary function test. Non-invasive, relatively inexpensive, non-invasive, relatively inexpensive methods for patients who were unable to test for pulmonary function, such as patients with bronchial incisions that could not bite the mouthpiece, patients who could not sit, and patients with respiratory-borne infectious diseases such as MERS. As an alternative to pulmonary function tests.

둘째, 진정하 시술을 받는 환자들에게 호흡 모니터링을 위한 목적으로 사용 가능하다. 위장관 내시경 시술, 30분 이상 영상을 얻어야 하는 MRI 등의 이미지 검사 등 최근 의료분야에서는 환자의 편안함과 시술의 용이함을 목적으로 모니터링 하 진정제를 투약하는 빈도가 증가하고 있다. 과진정으로 인한 호흡저하를 모니터링하기 위해 말초 동맥 산소 포화도를 측정하고 있으나, 정확도와 신속도가 떨어져서 모니터링의 한계가 있다. 본 발명으로 비침습적으로 실시간 호흡을 모니터링할 수 있어 환자 안전 측면에서 도움이 될 수 있다. Secondly, it can be used for the purpose of monitoring the breathing in patients who are sedated. Recently, in the medical field, such as gastrointestinal endoscopy and MRI, which requires imaging for more than 30 minutes, frequency of administering sedatives for monitoring is increasing for the purpose of patient comfort and ease of treatment. Peripheral arterial oxygen saturation is measured to monitor respiratory depression due to oversettling, but there is a limit of monitoring due to lack of accuracy and rapidity. The present invention can be monitored non-invasive real-time breathing can be helpful in terms of patient safety.

셋째, 의료분야에서 호흡근의 능력이 감소되어 호흡재활치료가 필요한 경우, 정량적으로 호흡을 측정하는 것이 도움이 될 수 있다. 특히 본 발명을 재활 운동 장비, 모바일 기기에 접목하여, 호흡재활 치료 시 biofeedback을 통해 운동의 효과를 증진시키는데 사용할 수 있으며, 장소의 제약이 없어, 재택 치료 모니터링 시스템에도 활용 가능성이 있다. Third, in the medical field, if the capacity of the respiratory muscles is reduced and respiratory rehabilitation is needed, quantitatively measuring respiration may be helpful. In particular, by incorporating the present invention into rehabilitation exercise equipment, mobile devices, can be used to enhance the effect of exercise through biofeedback during respiratory rehabilitation treatment, there is no restriction in the place, there is a possibility to use in home care monitoring system.

넷째, 호흡기 질환의 진단의 스크리닝 도구로서 활용 가능성이 있다. 현재 국민 건강 보험 건강검진 항목에는 진찰, 상담, 흉부방사선촬영 외에는 호흡기 질환을 스크리닝 할 수 있는 검사가 없다. 본 기술의 알고리듬을 분석하여 질병 진단 전 단계에서 환자를 스크리닝 하는데 사용할 수 있다. Fourth, there is potential for use as a screening tool for diagnosis of respiratory diseases. Currently, there are no tests for screening for respiratory diseases except medical examination, consultation, and chest radiography. The algorithms of the present technology can be analyzed and used to screen patients at the stage of disease diagnosis.

또한, 본 발명의 열화상 카메라를 이용한 호흡 측정 시스템은 의료 환경 외에도 일반인을 대상으로 하는 헬쓰 디바이스 개발에도 활용 가능하다. 최근 대형 인명 사고로 이어진 광역버스 졸음 운전 사고 이후, 졸음운전 방지 장치가 다시 세간의 주목을 받고 있다. 본 발명을 이용하면, 운전자의 호흡 패턴을 분석하고 모니터링 목적으로서 활용 또한 가능하다. In addition, the respiration measurement system using the thermal imaging camera of the present invention can be utilized in the development of a health device for the general public in addition to the medical environment. After the wide-area drowsiness driving accident that led to the recent fatal accident, the drowsiness driving prevention device has attracted attention again. Using the present invention, it is also possible to analyze the breathing pattern of the driver and to use it for monitoring purposes.

또한 매일 일기예보에서 미세먼지지수를 발표하는 환경에 살면서 현대인들은 호흡기 질환 이환과 악화를 염려할 뿐 아니라, 호흡 능력을 향상시키기 위해서 여러 관심을 기울이고 있다. 미밴드등 피트니스 밴드가 헬스시장에서 저변을 확대하고 있어 본 발명의 열화상 카메라를 이용한 호흡 측정 시스템을 연동하면 운동 전 중 후 폐활량을 측정하는데 이용할 수 있다. In addition, living in an environment where microscopic dust indexes are released in daily weather forecasts, modern people are not only concerned about respiratory disease and worsening, but also pay attention to improving respiratory ability. Fitness bands such as Mi-Band is expanding the base in the health market and can be used to measure the lung capacity before and after exercise by interlocking the breath measurement system using the thermal imaging camera of the present invention.

도 1은 본 발명의 열화상 카메라를 이용한 호흡 측정 시스템의 개념도이다.
도 2는 발명의 열화상 카메라를 이용한 호흡 측정 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도이다.
도 3은 도 2의 영상분석부(200)에서 열화상 카메라로부터 수신된 열화상 데이터를 이용하여 호흡량을 검출하는 방법을 개략적으로 설명하는 흐름도이다.
도 4a는 본 발명의 일실시예의 KLT 특징 추적 알고리즘을 개략적으로 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4b는 도 4a의 1차 특징 추출 단계(S150)를 설명하는 흐름도이다.
도 4c는 도 4b에서 특징추출로부터 관심영역을 추출하는 과정을 설명하는 설명도이다.
도 5는 도 3의 호흡신호 추출단계를 개략적으로 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6은 도 3의 호흡량 계산단계를 개략적으로 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7은 도 5에서 호흡신호 추출단계에서 특징별 온도변이 검출단계와 온도변이 기준치 비교단계를 실행한 결과의 일예이다.
도 8은 호흡신호 추출단계(S200)의 노이즈 제거단계에서 3D-DBSCAN을 이용하여 노이즈를 제거한 결과의 일예이다.
도 9는 온도 변화량 연산단계의 결과의 일예이다.
도 10은 호흡 데이터 검출단계의 결과의 일예이다.
도 11은 연속 웨이블렛 변환단계의 결과의 일예이다.
도 12는 호흡 주파수 검출단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 피크 및 밸리 검출단계의 결과의 일예이다.
도 14는 열영상 로드 및 각도 보정단계에서 각도를 보정하는 것을 나타낸다.
도 15는 1차 특징 추출 단계에서 특징을 추출한 일예를 나타낸다.
도 16은 본 발명에서 프레임별의 관심영역의 평균온도와 편차를 설명하기 위한 설명도이다.
1 is a conceptual diagram of a respiration measurement system using a thermal imaging camera of the present invention.
Figure 2 is a block diagram schematically showing the configuration of a respiration measurement system using a thermal imaging camera of the invention.
FIG. 3 is a flowchart schematically illustrating a method of detecting a respiratory rate using thermal image data received from a thermal imaging camera in the image analyzer 200 of FIG. 2.
4A is a flowchart schematically illustrating a KLT feature tracking algorithm according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4B is a flowchart for describing the primary feature extraction step S150 of FIG. 4A.
4C is an explanatory diagram illustrating a process of extracting a region of interest from feature extraction in FIG. 4B.
FIG. 5 is a flowchart for schematically describing a respiratory signal extraction step of FIG. 3.
FIG. 6 is a flowchart for schematically describing a respiratory rate calculation step of FIG. 3.
7 is an example of a result of performing a temperature variation detection step and a temperature variation reference value comparison step for each feature in the breath signal extraction step in FIG.
8 is an example of a result of removing noise by using the 3D-DBSCAN in the noise removing step of the breath signal extraction step (S200).
9 is an example of the result of the temperature change amount calculation step.
10 is an example of the results of the respiratory data detection step.
11 is an example of the results of the continuous wavelet transform step.
12 is a view for explaining the respiratory frequency detection step.
13 is an example of the results of the peak and valley detection steps.
14 illustrates correcting the angle in the thermal image rod and angle correcting step.
15 illustrates an example of extracting a feature in the first feature extraction step.
FIG. 16 is an explanatory diagram for explaining an average temperature and a deviation of a region of interest in each frame in the present invention.

이하, 본 발명의 열화상 카메라를 이용한 호흡 측정 시스템을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a respiration measurement system using a thermal imaging camera of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 열화상 카메라를 이용한 호흡 측정 시스템의 개념도이고, 도 2는 발명의 열화상 카메라를 이용한 호흡 측정 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도이다. 1 is a conceptual diagram of a respiration measurement system using a thermal imaging camera of the present invention, Figure 2 is a block diagram schematically showing the configuration of a respiration measurement system using a thermal imaging camera of the present invention.

열화상 카메라(적외선 카메라)(100)로 피검자(50)의 얼굴을 촬영하여, 디지탈 신호로 변환하여, 영상 분석부(200)로 전송한다. 이때 열화상 카메라(100)가 촬영된 영상을 디지탈신호로 변환하여 영상 분석부(200)로 전송하거나, 또는 열화상 카메라(100)가 촬영된 영상을 A/D 변환장치(미도시)를 통해 디지탈신호로 변환하여 영상 분석부(200)로 전송할 수 있다.The face of the subject 50 is photographed by the thermal imaging camera (infrared camera) 100, converted into a digital signal, and transmitted to the image analyzer 200. In this case, the image captured by the thermal camera 100 is converted into a digital signal and transmitted to the image analyzer 200, or the image captured by the thermal camera 100 is transferred through an A / D converter (not shown). The digital signal may be converted into a digital signal and transmitted to the image analyzer 200.

열화상 카메라(100)는 적외선 카메라를 사용할 수 있다. 열화상 카메라(100)는 대상자의 얼굴 전면이 나타나도록 촬영하되, 부득이한 경우 피검자(50)의 두 눈과 코 부분을 촬영한다. 촬영은 초당 10번 (10Hz) 로 데이터를 취득할 수 있으며, 절대 온도로 나타내진 열화상 데이터를 얻게 된다. The thermal imaging camera 100 may use an infrared camera. The thermal imaging camera 100 photographs the front of the subject's face, but inevitably photographs both eyes and nose of the subject 50. Shooting can acquire data at 10 times per second (10 Hz), and you get thermal imaging data in absolute temperature.

일반적으로 인체의 호흡에 따라 체온이 변하며, 이는 흡기 시 인체를 기준으로 차가운 공기가 이동하면서, 온도(즉, 호흡과 관련된 인체 부분의 온도)를 낮추고, 호기 시 인체 내부에서 데워진 공기가 온도를 상승하게 한다. 따라서 본 발명은 대상의 얼굴 전면을 촬영하되, 실질적으로 공기가 통과하는 비강(nastril) 부분을 중심으로 촬영한다.In general, body temperature changes according to the body's breathing, which causes cold air to move around the body during inspiration, lowering the temperature (ie, the temperature of the part of the body related to breathing), and warming the air inside the body during exhalation. Let's do it. Therefore, the present invention, while photographing the front of the subject's face, the image is taken mainly around the nastril portion through which air passes.

또한, 일반적으로, 온도를 가진 물체의 경우에는 항상 적외선을 방출하며, 방출된 적외선은 온도가 높아질수록 파장이 짧아지고, 주파수는 증가하여 더 높은 에너지를 갖는데, 적외선 카메라(IR Camera)는 이러한 적외선을 측정하여 온도로 환산한다.Also, in general, in the case of an object having a temperature, infrared radiation is always emitted, and the emitted infrared rays have a shorter wavelength as the temperature increases, and the frequency increases to have a higher energy, which is an infrared camera (IR camera). Measure and convert to temperature.

적외선 카메라로서 FLIR사의 T420을 사용할 수 있으며, NETD(noise equivalent Temperature difference)이상의 온도 변화량을 가진 부분만을 추출하며, 이는 320x240 의 레졸루션(해상도)과, 0.05의 NETD를 가지며, 최소 focal length 는 50 cm 이므로, 대략 50~60 cm의 거리에서 대상자를 측정할 수 있다. 그러나 이로써 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니며, 피검자(50)의 얼굴에서 열화상을 검출하는 것이라면 어떤 열화상 카메라이라도 상관없다. 일반적으로, NETD는 카메라 스펙마다 다르며, 여기서는 0.05 로 설정하고 있으나 이로써 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. FLIR's T420 can be used as an infrared camera and extracts only parts with a temperature change of more than NETD (noise equivalent Temperature difference), which has a resolution of 320x240, a NETD of 0.05, and a minimum focal length of 50 cm. The subject can be measured at a distance of approximately 50-60 cm. However, the present invention is not intended to limit the present invention, and any thermal imaging camera may be used as long as the thermal image is detected from the face of the subject 50. In general, NETD is different for each camera specification, and is set to 0.05 here, but is not intended to limit the present invention.

영상 분석부(200)는 열화상 카메라(100)로부터 수신된 영상을 분석하여 호흡신호를 검출하기 위한 수단으로, 일반 컴퓨터 또는 노트북 또는 마이크로프로세서 등으로 이루어질 수 있다. 영상 분석부(200)는 연산처리부(210), 메모리부(220), 출력부(230), 키입력부(250)를 포함한다.The image analyzer 200 is a means for detecting a breathing signal by analyzing an image received from the thermal imaging camera 100, and may be made of a general computer, a laptop, a microprocessor, or the like. The image analyzer 200 may include an operation processor 210, a memory 220, an output 230, and a key input 250.

연산처리부(210)는 열화상 카메라(100)로부터 수신된 영상에서 KLT 특징 추적기(KLT point tracker, Kanade-Lucas-Tomasi Feature Tracker)를 이용하여, 호흡관련 영역을 추적(tracking)하여, 호흡에 영향이 있는 부분만인 관심영역을 추출하고, 추출된 부분, 즉, 관심영역에서 주파수 도메인에서 호흡과 관련된 부분만을 호흡 영역으로 추출하며, 추출된 호흡 영역을 호흡량 계산식에 적용하여 호흡량 파형(Volume Waveform) 계산하고, 파형에서 피크(Peak)와 밸리(Valley)를 찾아 호흡량 및 호흡수를 계산한다. The calculation processor 210 tracks a breathing-related area by using a KLT point tracker (KLT point tracker, Kanade-Lucas-Tomasi Feature Tracker) in the image received from the thermal imaging camera 100, thereby affecting breathing. Extracts the region of interest, which is only a part of the region, extracts only the portion of the region of interest that is related to breathing in the frequency domain from the region of interest, and applies the extracted breathing region to the volumetric expression to calculate the volume waveform. Calculate, find peaks and valleys in the waveform, and calculate respiratory volume and respiratory rate.

다시말해, 연산처리부(210)는 열화상 카메라(100)로부터 수신된 피검자 얼굴 열영상의 각 프레임의 각 화소, 즉, 절대온도값(이하 설명의 편의상 온도값이라 함)들이, KLT 특징 추적 알고리즘을 적용할 수 있는 8 bit값을 갖도록 정규화를 행하고, 정규화된 온도 값을 가진 각 프레임의 영상의 코의 각도가, 기 설정된 코 각도와 같도록, 각 프레임의 영상을 보정하고, 보정된 영상에서 KLT 특징 추적 알고리즘을 적용하여 관심영역을 구한다. 이에 따라, 보정된 영상에서 관심영역이 구하여지면, 이에 대응되는 원 화상, 즉, 열화상 카메라(100)로부터 수신된 피검자 얼굴 열영상의 프레임에 관심영역이 구하여진다. 즉, KLT 특징 추적 알고리즘을 통해 정규화되고 보정된 영상의 각 프레임별로 관심영역이 하나씩 얻어지게 되며, 이에 대응하여, 정규화되지 않은, 열화상 카메라(100)로부터 수신된 원래의 피검자 얼굴 열영상의 각 프레임에서도 관심영역이 구하여진다.In other words, the calculation processing unit 210 is a KLT feature tracking algorithm for each pixel of each frame of the subject's face thermal image received from the thermal imaging camera 100, that is, absolute temperature values (hereinafter referred to as temperature values for convenience of description). Normalize to have an 8-bit value that can be applied, and correct the image of each frame so that the nose angle of the image of each frame having the normalized temperature value is equal to the preset nose angle, Apply the KLT feature tracking algorithm to find the region of interest. Accordingly, when the ROI is obtained from the corrected image, the ROI is obtained from a frame of the original image corresponding to the original image, that is, the subject's face thermal image received from the thermal camera 100. That is, one region of interest is obtained for each frame of the normalized and corrected image through the KLT feature tracking algorithm, and correspondingly, each of the original subject's face thermal images received from the non-normalized thermal imager 100 is correspondingly obtained. The region of interest is also obtained in the frame.

연산처리부(210)는 열화상 카메라(100)로부터 수신된 피검자 얼굴 열영상의 각 프레임의 관심영역 들을 메모리부(220)에 저장하고, 메모리부(220)에 저장된 피검자 얼굴 열영상의 각 프레임의 관심영역을, 연이은 전 프레임의 관심영역을 차감하여 각 프레임의 관심영역의 차영상을 구하고, 구하여진 각 프레임의 관심영역의 차영상에서 3D-DBSCAN을 적용하여 노이즈를 제거한다. 노이즈가 제거된 각 프레임의 관심영역의 차영상의 픽셀값, 즉 온도변이값이, 기설정된 온도변이 기준치와 비교하여 작거나 같은 경우에는 제거하고, 온도변이 기준치보다 큰 경우만을 각 프레임의 관심영역의 온도변이 값(즉, 온도변이 데이터)으로 저장하고, 각 프레임의 관심영역별로, 온도 변이 값(온도변이 데이터)를 합산하여, 이를 프레임별 온도 변화량으로써 구하고, 프레임별 온도 변화량을 메모리부(220)에 순차적으로 저장한다. The operation processor 210 stores the ROIs of each frame of the subject's face thermal image received from the thermal imaging camera 100 in the memory unit 220, and stores each region of the frame of the subject's face thermal image stored in the memory unit 220. The region of interest is subtracted from the region of interest of each subsequent frame to obtain a difference image of the region of interest of each frame, and noise is removed by applying 3D-DBSCAN from the difference image of the region of interest of each frame obtained. If the pixel value of the difference image of the ROI of each frame from which noise is removed, that is, the temperature variation value is smaller than or equal to the preset temperature variation reference value, is removed, and only if the temperature variation value is larger than the reference region Is stored as a temperature variation value (i.e., temperature variation data) of each frame, and the temperature variation value (temperature variation data) is summed for each region of interest of each frame, and is obtained as the temperature variation amount for each frame. 220) sequentially.

연산처리부(210)는 저장된 프레임별 온도 변화량들을 메모리부(220)로부터 시간순서에 따라 읽어들이고 프레임별 온도 변화량들을 시간에 따라(즉, t 축으로) 적분하여, 호흡 데이터(raw data)를 구한다. The calculation processor 210 reads the stored frame temperature changes from the memory unit 220 in time order and integrates the frame temperature changes according to time (that is, on the t-axis) to obtain raw data. .

연산처리부(210)는 검출된 호흡 데이터(raw data)를 평활화(smoothing)를 행한 후, 디트랜드(detrend)를 행하고, 평활화 및 디트랜드가 행하여진 호흡 데이터들을 연속 웨이블렛 변환(Continuous Wavelet Transform, CWT)을 행하여, 주파수별 스케일(강도, 크기)들로 나타내고, 연속 웨이블렛 변환을 행한 결과에서, 주파수별 스케일의 합(주파수별 강도 합)을 구한다. 구하여진 주파수별 스케일 합이 가장 큰 주파수(즉, 최대인 주파수)를, 호흡 주파수(보다 상세히는, 호흡에 가장 관련있는 주파수)로 하며, 호흡 주파수의 각 스케일들을 호흡 신호로서 메모리부(220)에 저장한다. 여기서, 호흡 주파수의 각 스케일들을 호흡 신호를 시간에 따라 그래프를 나타내면 이는 호흡파형이 된다. 따라서, 이 호흡파형은 시간 도메인의 파형(데이터)가 된다.The operation processor 210 performs smoothing of the detected respiratory data, performs detrending, and performs continuous wavelet transform of the respiratory data performed by smoothing and detrending. ) Is expressed by the frequency-specific scales (intensity, magnitude), and the sum of the frequency-specific scales (sum-by-frequency intensity) is obtained from the results of continuous wavelet transform. The frequency (ie, the frequency at which the sum of the scales for each frequency is the largest) is the respiratory frequency (more specifically, the frequency most relevant to respiration), and each scale of the respiratory frequency is used as the respiration signal. Store in Here, when the scales of the breathing signals are plotted over time, the scales become breathing waveforms. Therefore, this breathing waveform is a waveform (data) of the time domain.

연산처리부(210)는 호흡신호를 1차 미분하여 변곡점을 구하고, 이로부터 피크(peak)와 밸리(valley)를 검출하고, 검출된 피크(peak)와 밸리(valley)들에서, 소정 시간간격 동안(1초당, 또는 1분당 또는 30초당)에, 연이은 피크와 밸리의 쌍의 개수, 즉, 피크에서 밸리로 바뀌는 회수를, 호흡수(respiration rate, RR)로서 검출한다.The calculation processing unit 210 obtains an inflection point by first-order differentiating a respiration signal, detects peaks and valleys therefrom, and at the detected peaks and valleys for a predetermined time interval. (Per second, or per minute or 30 seconds), the number of consecutive peak and valley pairs, i.e., the number of peaks to valleys, is detected as the respiration rate (RR).

호흡량은 2가지 방법으로 구할 수 있다.Respiratory volume can be obtained in two ways.

첫번째 방법은, 호흡신호에서, 연이은 피크와 밸리의 쌍의 진폭, 즉, 피크에서 밸리로 바뀌는 신호의 진폭 크기를, 그 주기의 호흡량으로 검출한다.The first method detects the amplitude of a pair of consecutive peaks and valleys, i.e., the amplitude of the signal that changes from peak to valley, in the breathing volume of the cycle.

두번째 방법에서는, 호흡파형에서 한 피크에서 연이은 다음 피크까지를 한 호흡 주기로 하며, 각 호흡주기의 호흡신호를, 연이은 전 호흡주기의 호흡신호에서 차감하여 각 호흡주기별 변화량을 구하고, 각 호흡주기별 변화량을 합산하여 호흡량을 구한다. 경우에 따라서 호흡주기는 하나의 피크와 밸리의 쌍에서, 연이은 전의 피크와 밸리의 쌍까지의 시간 간격일수 있다.In the second method, the breathing waveform is one breathing cycle from one peak to the next, and the breathing signal of each breathing cycle is subtracted from the breathing signals of the previous breathing cycles, and the change amount for each breathing cycle is obtained. Sum the changes and find the breath volume. In some cases, the respiratory cycle may be a time interval from one peak and valley pair to the next previous peak and valley pair.

즉, 호흡주기별 변화량은, 현재의 호흡주기의 호흡신호(각 샘플)를, 연이은 전 호흡주기에서 대응되는 각 호흡신호(각 샘플)에서 차감하여 호흡 변화량을 구한다. 예를들어 현 호흡주기의 첫번째 호흡신호(샘플)에서, 연이은 전 호흡주기의 첫번째 호흡신호(샘플)을 차감하여 현 호흡주기의 첫번째 호흡 변화량을 구하며, 이렇게 각 호흡주기의 시작 샘플로부터 마지막 샘플까지 적용하여 각 주기의 호흡 변화량을 구한다. 이렇게 구하여진 각 주기의 호흡 변화량을 시간대별로 합산하여 호흡량을 구한다. 여기서, 각 주기의 호흡 변화량을 시간대별로 합산한다는 것은, 각 주기의 첫번째 호흡 변화량 신호를 합산하여 첫번째 호흡량 신호로 하고, 각 주기의 두번째 호흡 변화량 신호를 합산하여 두번째 호흡량 신호로 하며, 이렇게 하여 각 주기의 호흡 변화량 신호를 합산하여 호흡량을 구한다. That is, the amount of change in each breathing cycle is obtained by subtracting the breathing signal (each sample) of the current breathing cycle from each corresponding breathing signal (each sample) in the subsequent entire breathing cycle. For example, from the first breathing signal (sample) of the current breathing cycle, subtract the first breathing signal (sample) of the previous breathing cycle to find the first breathing change of the current breathing cycle. Obtain the change in respiration for each cycle. The respiratory volume is calculated by summing the respiratory changes in each cycle. Here, summing the respiratory changes in each cycle by time zone is the first respiratory variance signal in each cycle, adding up as the first respiratory rate signal, and adding the second respiratory variance signal in each cycle, in order to make the second respiratory rate signal. The respiratory volume is calculated by summing the respiratory volume change signals.

메모리부(220))는 연산처리부(210)로부터 수신된 호흡량 및 호흡수를 저장한다.The memory unit 220 stores the amount of breath and the number of breaths received from the calculation processing unit 210.

출력부(230)는 연산처리부(210)로부터 수신된 호흡량 및 호흡수를 출력한다.The output unit 230 outputs the amount of breath and the number of breaths received from the calculation processing unit 210.

키입력부(250)는 그래픽 유저 인터페이스를 포함할 수 있으며, 이를 통해 초기 트랙킹 포인트 설정을 행할 수 있으며, 시작/정지 스위치 등을 포함하고 있다.The key input unit 250 may include a graphic user interface, through which an initial tracking point may be set, and a start / stop switch may be included.

도 3은 도 2의 영상분석부(200)에서 열화상 카메라로부터 수신된 열화상 데이터를 이용하여 호흡량을 검출하는 방법을 개략적으로 설명하는 흐름도이다.3 is a flowchart schematically illustrating a method of detecting a respiratory volume using thermal image data received from a thermal camera in the image analyzer 200 of FIG. 2.

열영상 수신단계(S10)로, 영상분석부(200)의 연산처리부(210)는 열영상 카메라(100)로 부터 피검자의 얼굴 열영상(열화상)(Thermal Face Image)을 수신하여 메모리부(220)에 임시저장한다. 열영상 수신단계(S10)에서는 각 프레임당 열영상을 수신하되, 한번에 한프레임씩의 열영상을 수신하거나, 아니면 기설정된 시간동안의 프레임들의 열영상을 수신할 수 있다. 예를들어, 얼굴 전면의 320x240 Absolute Temperature matrix를 초당 10 frames 씩 얻을 수 있다. 이렇게 열영상 카메라(100)로 부터 얻은 데이터를, 온도 데이터 또는 온도 도메인 데이터라 할 수 있다. 이렇게 표시 함으로써, KLT 특징 추적기 알고리즘을 적용하기 위해 정규화된 데이터와 구별할 수 있다.In the thermal image receiving step (S10), the calculation processing unit 210 of the image analyzer 200 receives a thermal face image (thermal image) of the subject from the thermal imaging camera 100 and receives a memory unit ( Temporarily store in 220). In the thermal image receiving step S10, a thermal image may be received for each frame, but a thermal image of one frame at a time may be received, or a thermal image of frames for a predetermined time may be received. For example, you can get a 320x240 Absolute Temperature matrix in front of your face, 10 frames per second. The data obtained from the thermal imaging camera 100 may be referred to as temperature data or temperature domain data. In this way, it can be distinguished from normalized data to apply the KLT feature tracker algorithm.

호흡관련 영역 추적단계(S100)로, 열영상 수신단계(S10)에서 수신된 피검자 얼굴 열영상(즉, 열화상 카메라(100)로부터 수신된 피검자 얼굴 열영상)의 각 프레임의 각 화소, 즉, 온도값(절대온도값)들이 8 bit값을 갖도록 정규화를 행하고, 정규화된 온도 값을 가진 각 프레임의 영상의 코의 각도가, 기 설정된 코 각도와 같도록, 각 프레임의 영상을 보정하고, 보정된 각 프레임의 영상에서 KLT 특징 추적기, 즉, KLT 특징 추적 알고리즘(KLT point tracking 알고리즘)을 이용하되, 얼굴 열영상의 각 프레임에서 2개의 눈과 코를 3개의 트랙킹 포인트(tracking point)하여. 호흡관련 영역, 즉, 코(nose) 부분 또는 코 밑 부분 만을 관심영역(Region Of Interest, ROI)으로 추출하며, 이때, 추적(tracking)을 위해 특징을 추출한다. 여기서 특징은 특정 연산방법(예로 최소 고유치 방법 등)에 의해 검출된 특징으로서, KLT 특징 추적 알고리즘에서 KLT 특징이라고도 불리는 것으로, 이는 널리 공지되어 있으므로 자세한 설명은 생략한다. 검출된 KLT 특징은 주로 얼굴에서의 경계선 부분, 모서리(코너) 부분 등(예를들어 얼굴영상에서 코주변의 경계선 또는 모서리 등)을 검출한다. 3개의 트랙킹 포인트인 피검자(50)의 2개의 눈과 코의 위치를 트랙킹(추적)하여 찾아내되, 3개의 트랙킹 포인트를 이용하여 서로의 위치를 추정하며, 3개의 트랙킹 포인트로부터 또는 코로부터 소정 위치에 위치된 관심영역(ROI)을 검출하고, 상기 관심영역 내 특징들을 추출하여 추적한다.Respiratory-related area tracking step (S100), each pixel of each frame of the subject's face thermal image (ie, the subject's face thermal image received from the thermal imaging camera 100) received in the thermal image receiving step (S10), that is, Normalize the temperature values (absolute temperature values) to have 8-bit values, correct the image of each frame so that the nose angle of the image of each frame having the normalized temperature value is equal to the preset nose angle, and correct A KLT feature tracker, that is, a KLT point tracking algorithm, is used in each frame of the image, and two tracking points are used for each eye and nose in each frame of the face thermal image. The breath-related area, that is, the nose or only the nose part, is extracted as a region of interest (ROI), and at this time, a feature is extracted for tracking. Here, the feature is a feature detected by a specific calculation method (for example, a minimum eigenvalue method, etc.), which is also called a KLT feature in the KLT feature tracking algorithm, and since it is well known, a detailed description thereof will be omitted. The detected KLT feature mainly detects a border line part, a corner (corner) part, etc. (for example, a border line or a corner around the nose in a face image). Tracking and tracking the positions of two eyes and noses of the subject 50, which are three tracking points, using the three tracking points to estimate each other's position, and a predetermined position from three tracking points or from the nose A region of interest (ROI) located at is detected, and features of the region of interest are extracted and tracked.

KLT 특징 추적 알고리즘을 적용하기에 앞서, 호흡관련 영역 추적단계(S100)의 초기에, 열영상 수신단계(S10)로부터 들어오는 연속된 얼굴 열영상의 프레임 중 첫 번째 얼굴 열영상 프레임에서 코의 위치가 기설정된 소정 위치에 맞추어 지도록 열영상을 위치시킨다. 또한, 첫 번째 얼굴 열영상 프레임에서 코와 두 눈의 위치를 지정하고, 또한, 관심영역(Region Of Interest, ROI)으로 사용할 크기와, 상기 얼굴 열영상의 기울어진 얼굴의 각도(또는 코의 각도)를 설정하며, 기타 KLT 특징 추적 알고리즘의 파라미터들을 얼굴 열영상에 맞게 설정한다. 이에 따라, 메모리부(220)에, 코와 두 눈의 좌표, 코의 각도(얼굴의 각도), 관심영역 크기 등이 저장된다. 상기 파라미터들은 요구하는 정밀도와 환자의 움직임 정도에 따라 변경될 수 있다. Prior to applying the KLT feature tracking algorithm, at the beginning of the breath-related area tracking step S100, the position of the nose is positioned in the first face thermal image frame of the continuous facial thermal image frame coming from the thermal image receiving step S10. The thermal image is positioned to be aligned with a predetermined predetermined position. In addition, the position of the nose and the two eyes in the first face thermal image frame, the size to be used as a region of interest (ROI), and the angle of the inclined face (or nose angle) of the face thermal image ) And other KLT feature tracking algorithm parameters for facial thermal imaging. Accordingly, the memory unit 220 stores the coordinates of the nose and eyes, the angle of the nose (angle of the face), the size of the ROI, and the like. The parameters can be changed according to the required precision and the degree of movement of the patient.

그 후, 열영상 수신단계(S10)에서 수신된 각 프레임의 영상을 8 bit값을 갖도록 정규화를 행하고, 정규화된 온도 값을 가진 각 프레임의 영상의 코의 각도가, 기 설정된 코 각도와 같도록, 각 프레임의 영상을 보정하고, 보정된 각 프레임의 영상에 KLT 특징 추적 알고리즘을 적용하여 관심영역(ROI)을 얻는다. 즉, 코 부분의 온도 변화 중 실질적으로, 호흡에 영향이 있는 부분을 관심영역으로 하여 추출하게 된다.Thereafter, the image of each frame received in the thermal image receiving step S10 is normalized to have an 8 bit value, and the nose angle of the image of each frame having the normalized temperature value is equal to the preset nose angle. The ROI is obtained by correcting the image of each frame and applying the KLT feature tracking algorithm to the corrected image of each frame. In other words, the portion of the nose that is substantially affected by respiration is extracted as the region of interest.

피검자(50)는 호흡 및 기타의 이유로 움직임을 갖게 될 수 있으며, 만약 피검자(50)의 움직임에 따라 얼굴이 카메라의 화면을 벗어나거나, 또는 가려짐에 의해, 얼굴 열영상에서 3개의 트랙킹 포인트 중 일부만 남아 있을 경우, 상기 얼굴 열영상에 남아 있는 트랙킹 포인트를 이용하여, 상기 얼굴 열영상에 없는 트랙킹 포인트의 위치를 추정한다. 즉, 이는, KLT 특징 추적 알고리즘을 이용하여, 각 눈의 중심을 포인트로 하며, 코 끝의 중심을 포인트로 하여, 3개의 포인트를 각기 추적하며, 3개의 위치좌표의 특성을 이용하여, 어느 하나가 추적 불가능할 때, 추적 불가능한 포인트의 위치, 즉, 좌표를 유추하여 지속적으로 추적할 수 있다.The subject 50 may have a movement due to breathing and other reasons, and if the face moves away from the screen of the camera or is covered by the movement of the subject 50, among the three tracking points in the face thermal image. If only a portion remains, the tracking point remaining in the face thermal image is used to estimate a location of the tracking point not in the face thermal image. That is, it uses a KLT feature tracking algorithm to track each point as the center of each eye as a point, the center of the tip of the nose as a point, and uses the characteristics of the three position coordinates. When is not traceable, the position of the untraceable point, i.e., the coordinate, can be inferred to keep track.

호흡관련 영역 추적단계(S100)는 관심영역을 검출하기 위한 단계로서, 이렇게 하여, KLT 특징 추적 알고리즘을 통해 정규화되고 보정된 프레임의 영상에서 관심영역이 구하여지게 되며, 이에 따라, 원 영상인, 열영상 수신단계(S10)에서 수신된 피검자 얼굴 열영상의 프레임에 대해서도 관심영역이 구하여진다.Respiratory-related area tracking step (S100) is a step for detecting a region of interest, in this way, the region of interest is obtained from the image of the frame normalized and corrected by the KLT feature tracking algorithm, and thus, the original image, the heat The region of interest is also obtained for the frame of the subject's face thermal image received in the image receiving step (S10).

본 발명에서는, 설명의 편의상, 호흡관련 영역 추적단계(S100)에서 정규화된 영상(이미지)을, 이미지 도메인의 영상(데이터)라 하고, 열영상 수신단계(S10)에서 수신된, 즉, 열영상 카메라(100)로 부터 수신된 영상(이미지)을, 온도 도메인의 영상(데이터)라 한다.In the present invention, for convenience of explanation, the normalized image (image) in the breath-related area tracking step (S100) is called an image (data) of the image domain and is received in the thermal image receiving step (S10), that is, the thermal image. An image (image) received from the camera 100 is called an image (data) of the temperature domain.

호흡신호 추출단계(S200)로, 호흡관련 영역 추적단계(S100)에서 검출된 얼굴 열영상의 각 프레임의 관심영역(ROI)에서 프레임별 온도변화량을 구하고, 프레임별 온도변화량을 이용하여 호흡신호를 호흡신호를 추출하는 단계이다. 이는 열화상 카메라(100)로부터 수신된 피검자 얼굴 열영상의 각 프레임의 관심영역을, 연이은 전 프레임의 관심영역으로 차감하여 각 프레임의 관심영역의 차영상을 구하고, 구하여진 각 프레임의 관심영역의 차영상에서 3D-DBSCAN을 적용하여 노이즈를 제거하고, 노이즈가 제거된 각 프레임의 관심영역의 차영상의 픽셀값, 즉 온도변이값이, 기설정된 온도변이 기준치와 비교하여 작거나 같은 경우에는 제거하고, 온도변이 기준치보다 큰 경우만을 각 프레임의 관심영역의 온도변이 값(즉, 온도변이 데이터)으로 저장하고, 각 프레임의 관심영역별로, 온도 변이 값(온도변이 데이터)를 합산하여, 이를 프레임별 온도 변화량으로써 구하고, 구하여진 프레임별 온도 변화량들을 시간에 따라(즉, t 축으로) 적분하여, 호흡 데이터(raw data)를 구한다. 검출된 호흡 데이터(raw data)를 평활화(smoothing)를 행한 후, 디트랜드(detrend)를 행하고, 평활화 및 디트랜드가 행하여진 호흡 데이터들을 연속 웨이블렛 변환(Continuous Wavelet Transform, CWT)을 행하여, 주파수별 스케일(강도, 크기)들로 나타내고, 연속 웨이블렛 변환을 행한 결과에서, 주파수별 스케일의 합(주파수별 강도 합)을 구한다. 구하여진 주파수별 스케일 합이 가장 큰 주파수(즉, 최대인 주파수)를, 호흡 주파수(보다 상세히는, 호흡에 가장 관련있는 주파수)로 하며, 호흡 주파수의 각 스케일들을 호흡 신호로서 메모리부(220)에 저장한다. In the respiratory signal extraction step (S200), the temperature change amount of each frame is obtained from the ROI of each frame of the face thermal image detected in the respiration-related area tracking step (S100), and the respiration signal is calculated using the temperature change amount of each frame. Extracting the breathing signal. This is obtained by subtracting the region of interest of each frame of the subject's face thermal image received from the thermal imaging camera 100 to the region of interest of successive previous frames, and obtaining the difference image of the region of interest of each frame. 3D-DBSCAN is applied to the difference image to remove noise, and when the pixel value of the difference image of the region of interest of each frame from which the noise is removed, that is, the temperature variation value is smaller than or equal to the preset temperature variation reference value, is removed. Only when the temperature variation is greater than the reference value, the temperature variation value (ie, temperature variation data) of the ROI of each frame is stored, and the temperature variation value (temperature variation data) is added to each region of interest of each frame, and the frame The respiration data (raw data) are obtained by integrating the obtained temperature changes per frame with time (that is, on the t-axis). After smoothing the detected respiratory data, detrend is performed, and continuous wavelet transform (CWT) of the respiratory data smoothed and detrended is performed for each frequency. Expressed in scales (intensity, magnitude), the sum of the frequency-specific scales (the sum of the frequency-specific strengths) is obtained from the result of the continuous wavelet transformation. The frequency (ie, the frequency at which the sum of the scales for each frequency is the largest) is the respiratory frequency (more specifically, the frequency most relevant to respiration), and each scale of the respiratory frequency is used as the respiration signal. Store in

호흡량 계산단계(S300)로, 호흡량 파형(Volume Waveform)에서 피크(Peak)와 밸리(Valley)를 검출하고, 검출된 피크(peak)와 밸리(valley)들에서, 소정 시간간격 동안(1초당, 또는 1분당 또는 30초당)에, 연이은 피크와 밸리의 쌍의 개수, 즉, 피크에서 밸리로 바뀌는 회수를, 호흡수(respiration rate, RR)로서 검출하고, 또한 호흡량을 구한다. 호흡량은 상술한 바와 같이, 2가지 방법으로 구할 수 있으나, 여기서는 두번째 방법에 의해 구하는 것으로 한다. 즉, 호흡파형에서 한 피크에서 연이은 다음 피크까지를 한 호흡 주기로 하며, 각 호흡주기의 호흡신호를, 연이은 전 호흡주기의 호흡신호에서 차감하여 각 호흡주기별 변화량을 구하고, 각 호흡주기별 변화량을 합산하여 호흡량을 구한다.In the respiratory rate calculation step (S300), a peak and a valley are detected in the volume waveform, and at the detected peaks and valleys, for a predetermined time interval (per second, Or 1 minute or 30 seconds), the number of consecutive peaks and valley pairs, i.e., the number of peak to valley changes, is detected as the respiration rate (RR) and the respiratory volume is also determined. As described above, the respiratory volume can be obtained by two methods, but it is assumed here by the second method. In other words, one breathing cycle from one peak to the next is one breathing cycle.The breathing signal of each breathing cycle is subtracted from the breathing signals of all previous breathing cycles, and the change of each breathing cycle is calculated. Add up to get your breathing volume.

도 4a는 본 발명의 일실시예의 KLT 특징 추적 알고리즘을 개략적으로 설명하기 위한 흐름도이고, 도 4b는 도 4a의 1차 특징 추출 단계(S150)를 설명하는 흐름도이고, 도 4c는 도 4b에서 특징추출로부터 관심영역을 추출하는 과정을 설명하는 설명도이다.4A is a flowchart for schematically describing a KLT feature tracking algorithm according to an embodiment of the present invention, FIG. 4B is a flowchart for explaining a primary feature extraction step S150 of FIG. 4A, and FIG. 4C is a feature extraction for FIG. 4B. An explanatory diagram for explaining a process of extracting a region of interest from an image.

KLT 특징 추적 알고리즘은 연산처리부(210)에서 실행되며, 호흡관련 영역 추적단계(S100)에 포함된다.The KLT feature tracking algorithm is executed in the calculation processing unit 210 and is included in the respiratory related area tracking step (S100).

초기화단계(S105), 연산처리부(210)는 메모리부(220)로부터 편차 기준치, 특징수 기준치 등을 읽어들인다.The initialization step S105 and the operation processor 210 read the deviation reference value, the feature number reference value, and the like from the memory unit 220.

초기 트랙킹 포인트 설정단계(S110)로, 열영상 수신단계(S10)에서 수신된 피검자 얼굴 열영상의 첫 프레임에서 코의 위치와 2개의 눈의 위치를 키입력부(250)를 통해 사용자가 지정하며, 연산처리부(210)는 키입력부(250)로부터 코의 위치와 2개의 눈의 위치, 즉, 코의 좌표와 2개의 눈의 좌표를 수신하여, 초기 트랙킹 포인트로서 메모리부(220)에 저장한다. 여기서 피검자의 2개의 눈을 제1눈과 제2눈이라 할 수 있다. 이때 관심영역 크기, 위치 등도 설정될 수 있다.In the initial tracking point setting step (S110), the user specifies the position of the nose and the position of the two eyes in the first frame of the subject's face thermal image received in the thermal image receiving step (S10) through the key input unit 250, The operation processor 210 receives a nose position and two eye positions from the key input unit 250, that is, a nose coordinate and two eye coordinates, and stores the nose position and two eye coordinates in the memory unit 220 as an initial tracking point. Here, two eyes of the examinee may be referred to as a first eye and a second eye. At this time, the ROI size and location may also be set.

초기 코 각도 설정단계(S115)로, 열영상 수신단계(S10)에서 수신된 피검자 얼굴 열영상의 첫 프레임에서 코의 각도를 사용자가 지정하며, 연산처리부(210)는 키입력부(250)로부터 코의 각도를 수신하여, 초기 코의 각도로서 메모리부(220)에 저장한다. In the initial nose angle setting step (S115), the user specifies the angle of the nose in the first frame of the subject's face thermal image received in the thermal image receiving step (S10), and the operation processor 210 is a nose from the key input unit 250 Receives the angle of, and stores in the memory unit 220 as the initial angle of the nose.

열영상 로드 단계(S120)로, 열영상 수신단계(S10)에서 수신되어 메모리부(220)에 임시저장된 피검자 얼굴 열영상을 프레임단위로 읽어들인다. In the thermal image loading step S120, a thermal image of a subject face received in the thermal image receiving step S10 and temporarily stored in the memory unit 220 is read in units of frames.

정규화 단계(S130)로, 열영상 로드 단계(S120)에서 수신된 피검자 얼굴 열영상의 각 프레임의 각 화소, 즉, 절대온도 데이터에서, 최소온도(min) 값과 최대온도(max) 값 사이를 256 등분한 값(8 bit)으로 이미지화시키는 정규화를 행한다.In the normalization step S130, each pixel of each frame of the subject's face thermal image received in the thermal image loading step S120, that is, between absolute temperature data and a minimum temperature max value, is determined. Normalization is performed by imaging to 256 equal values (8 bits).

여기서, 정규화 방법은 얼굴 열영상의 각 프레임마다 중간온도(median), 최대온도(max)의 값을 구한다. 그리고, 얼굴 열영상의 각 프레임의 최대온도와 중간온도의 차(difference), 즉, 최대온도(max)에서 중간온도(median)를 뺀 값을 구한다. 다시말해 difference = max - median 을 구한다. 그 다음, 얼굴 열영상의 각 프레임의 최소온도(min)의 값을 구하되, 최소온도(min)는, 중간온도(median)에서, 최대온도와 중간온도의 차(difference)를 뺀 값으로 한다. 즉, min = median - difference 를 구한다. 이때 최소온도(min) 값과 최대온도(max) 값 사이를 온도범위(range) 라고 한다. 온도범위(range), 즉, 최소온도(min) 값과 최대온도(max) 값 사이를 256 등분한 값으로, 얼굴 열영상의 각 프레임의 각 화소들을 환산하여, 저장한다. 예를들어, 중간온도(median) 값이 36.1 도이고, 최대온도(max) 값이 38.1 도 일 때, 그 차(difference) 값은 2도이고, 최소온도(min) 값은 34.1 도이다. 34.1 ~ 38.1 도를 256 등분한 값으로 환산하여 8bit 이미지 영상을 만든다.Here, the normalization method calculates the median and maximum temperatures for each frame of the face thermal image. The difference between the maximum temperature and the intermediate temperature of each frame of the face thermal image, that is, the value obtained by subtracting the median from the maximum temperature max is obtained. In other words, find difference = max-median. Next, the minimum temperature min of each frame of the face thermal image is obtained, and the minimum temperature min is obtained by subtracting the difference between the maximum temperature and the median temperature from the median temperature. . That is, min = median-difference is found. In this case, a temperature range is referred to between a minimum temperature value and a maximum temperature value. Each pixel of each frame of the face thermal image is converted into and stored at a temperature range, that is, a value obtained by dividing the minimum temperature (min) value and the maximum temperature (max) value by 256 equally. For example, when the median value is 36.1 degrees and the maximum temperature value is 38.1 degrees, the difference value is 2 degrees and the minimum temperature min value is 34.1 degrees. 8bit image is created by converting 34.1 ~ 38.1 degrees into 256 equals.

각도 보정단계(S135)로, 정규화 단계(S130)에서 정규화된 피검자 얼굴 열영상의 각 프레임의 코를, 초기 코 각도 설정단계(S115)에서 설정된 초기 코 각도와 같도록 보정을 행하되, 즉, 초기 코 각도와 첫 프레임후 수신된 피검자 얼굴 열영상의 각 프레임의 코를 비교하여, 코가 비뚤어 졌는 지를 판단하고, 비뚤어졌다고 판단되면, 얼굴 열영상 프레임의 코가, 초기 코 각도와 같은 각도를 같도록, 얼굴 열영상 프레임을 보정한다. In the angle correction step S135, the nose of each frame of the subject's face thermal image normalized in the normalization step S130 is corrected to be equal to the initial nose angle set in the initial nose angle setting step S115, that is, the initial By comparing the nose angle and the nose of each frame of the subject's facial thermal image received after the first frame, it is determined whether the nose is skewed and if it is skewed, the nose of the facial thermal image frame has the same angle as the initial nose angle. To correct the face thermal image frame.

즉, 각도 보정단계(S135)는, 열영상 수신단계(S10)로부터 읽어들여지고 정규화 단계(S130)에서 정규화가 행하여진, 연속된 얼굴 열영상의 프레임들을, 초기 코 각도에 의해, 첫 번째 얼굴 열영상 프레임에서 코의 위치가 기설정된 소정 위치에 맞추어 지도록 열영상을 위치시킨다. That is, the angle correction step S135 includes the frames of the continuous facial thermal images read from the thermal image reception step S10 and normalized in the normalization step S130, by the initial nose angle, the first facial column. The thermal image is positioned so that the position of the nose in the image frame is aligned with a predetermined predetermined position.

1차 특징 추출 단계(S150)로, 정규화 단계(S130)에서 정규화되고 각도 보정단계(S135)에서 각도가 보정된, 피검자 얼굴 열영상의 각 프레임에서 추적(Tracking)에 사용될 제1눈과 제2눈과 코의 트랙킹 포인트를 추출하고, 이 3개의 트랙킹 포인트를 이용하여(또는 코의 트랙킹 포인트를 이용하여), 관심영역(코 부분 또는 비강이 있는 부분, 또는 코 밑 부분)의 후보(도 4c의 파랑색 사각형 부분)를 설정하고, 상기 관심영역의 후보에서의 특징점(feature)(도 4c의 초록색의 "+" 부분)을 추출하고(S153), 연이은 전 프레임에서 상기 특징점과 대응되는 특징점(의 좌표)을 찾고(S154), 추출된 특징점(의 좌표)과, 연이은 전 프레임에서 상기 특징점과 대응된 특징점(의 좌표)과의 이동 거리(이동정도)를 행렬(Transform Matrix)로 나타내고(S155), 추출된 행렬에 따라, 현재 프레임의 영상(즉, 각도 보정단계(S135)에서 출력된 피검자 얼굴 열영상)을 휘도록(warp하도록) 보정하고(S156), 관심영역(ROI)(도 4c의 빨강색 사각형 부분)을 구한다. In the first feature extraction step (S150), the first eye and the second eye to be used for tracking in each frame of the subject's face thermal image, normalized in the normalization step (S130) and angle corrected in the angle correction step (S135). Extract the eye and nose tracking points and, using these three tracking points (or using the nose tracking points), are candidates for the region of interest (nose or nasal or nasal) (FIG. 4C). Set the blue squares of the < RTI ID = 0.0 > and < / RTI > extract a feature point (green " + " portion of FIG. 4C) from the candidate of the region of interest (S153), and feature points corresponding to the feature points in subsequent frames ( The coordinates of (S154), the extracted feature points (coordinates of), and the distance (movement degree) between the feature points corresponding to the feature points (coordinates of the corresponding points) in the previous frame are represented by a matrix (S155). ), According to the extracted matrix, the image of the current frame ( That is, correction is performed to warp the subject's face thermal image output in the angle correction step S135 (S156), and the ROI (red square part of FIG. 4C) is obtained.

본 발명에서, 추적(tracking)은 기본적으로 얼굴 열영상 중에 코 부위를 추적하며, 경우에 따라서 환자의 움직임에 의해서 코를 추적하기 어려운 상황이 있는 데, 이때 코의 위치를 추정(estimation) 하기 위하여 양 두 눈의 위치도 같이 추적한다. 즉, 코의 위치를 파악할 수 없을 때 두 눈의 정보를 이용하여 코의 위치를 추정(estimation) 하게 된다. In the present invention, the tracking basically tracks the nose area in the face thermal image, and in some cases it is difficult to track the nose by the movement of the patient, in which case to estimate the position of the nose Also track the position of both eyes. That is, when the location of the nose cannot be determined, the location of the nose is estimated using information of two eyes.

코를 추적하기 어려운 상황이란, KLT 가 스스로 관심영역을 지정하지 못하거나, 원하는 부분을 지정하지 못하였을 때를 말하며, 이러한 경우는, 첫번째로, 코가 화면밖으로 나갔을 때 ( Tracking 지점 범위 밖으로 나감), 두번째로, 얼굴 위에 손 및 다른 물체가 지나갔을 때 ( 코의 Feature를 찾을 수 없음, 및 코의 평균 온도 및 편차 같은 온도 대역의 변화), 세번째로, 전면의 각도가 바뀌어 위치를 확인할 수 없을 때 ( 코의 Feature를 찾을 수 없음) 등이다. 이러한 경우에 예측방법으로써, 두 눈의 위치는 변화하는 것이 아니므로, 두눈의 이동 궤적의 평균으로 코의 위치를 추측한다.A situation where it is difficult to track the nose is when the KLT fails to specify the region of interest or the desired portion of the nose. In this case, first, when the nose leaves the screen (out of the range of the tracking point) , Second, when hands and other objects pass over the face (no nose features found, and changes in temperature bands, such as the average temperature and deviation of the nose), third, when the angle of the front face changes and the position cannot be determined. (No feature found in the nose). In this case, as the prediction method, since the positions of the two eyes do not change, the position of the nose is estimated by the average of the movement trajectories of the two eyes.

본 발명에서 트랙킹 포인트인, 피검자의 2개의 눈(즉, 제1눈과 제2눈)과 코의 각각에 대해 개별 추적(Tracking)을 진행하고 이에 따라 관심영역이 설정되게 된다.In the present invention, individual tracking is performed for each of the two eyes (ie, the first eye and the second eye) and the nose of the subject, which are the tracking points, and thus the region of interest is set.

KLT는 이미지 도메인에서 관심영역을 설정하고, 관심영역 내부에서 이미지의 특징점을 추출한다. 특징점의 정보를 가지고 다음 프레임에서 특징점들이 어떻게 변화하였는지를 계산하여 Transform matrix를 구하게 된다. 이를 이용하여, 같은 관심영역을 포함하는 여러장의 slice 들을 얻을 수 있다. 여기서, 특징 추출은 기본적으로 최소 고유치(mininum eigen feature, minimum eigenvalue) 알고리즘(방법)을 사용하거나, 다른 여러 가지 특징 추출(feature extraction) 방법이 사용될 수 있다. The KLT sets a region of interest in the image domain and extracts feature points of the image within the region of interest. The transform matrix is obtained by calculating how the feature points change in the next frame with the information of the feature points. Using this, several slices containing the same region of interest can be obtained. Here, the feature extraction may basically use a mininum eigen feature (minimum eigenvalue) algorithm (method), or may use various feature extraction methods.

1차 평균온도 및 편차 연산단계(S155)로, 1차 특징 추출 단계(S150)에서 구한 각 프레임의 관심영역 내의 온도를 평균하여 '프레임별의 관심영역 평균온도'로서 구하고, 현재 프레임까지의 관심영역 평균 온도를 평균하여 '총 프레임의 관심영역 평균온도'를 구하고, 각 프레임의 관심영역 내의 온도들의 표준편차(즉, 프레임별의 관심영역내의 온도들이 프레임별의 관심영역 평균온도로부터 얼마나 떨어져 있는지를 구함)를 '프레임별의 관심영역 온도 편차'로서 구하고, 또한, 현재 프레임의 관심영역 내의 각 특징별의 온도를, 전 프레임들의 해당 특징의 온도들과 평균하여, 각 특징별 평균온도로서 구하고, 프레임별의 각 특징별의 현재의 온도와 각 특징별의 평균온도의 차의 절대치인 프레임별의 특징별 온도 편차를 구한다.In the first average temperature and deviation calculation step (S155), the temperature in the region of interest of each frame obtained in the first feature extraction step (S150) is averaged to obtain the average region of interest for each frame, and the interest to the current frame. Obtain the average region of interest of the total frame by averaging the region average temperature, and determine the standard deviation of the temperatures in the region of interest of each frame (i.e. how far from the region of interest the average temperature of each frame is ) Is obtained as 'region of interest temperature deviation of each frame', and the temperature of each feature in the region of interest of the current frame is averaged with the temperatures of the corresponding features of all frames, and the average temperature of each feature is obtained. The temperature deviation of each feature of each frame, which is the absolute value of the difference between the current temperature of each feature of each frame and the average temperature of each feature, is obtained.

즉, 평균온도 및 편차 연산단계(S155)에서는 프레임별의 관심영역 평균온도, 프레임별의 관심영역 온도 편차, 총 프레임의 관심영역 평균온도, 각 특징별 평균온도, 특징별 편차를 구하며, 경우에 따라서는 이들 중 일부(예로, 각 특징별 평균온도, 특징별 편차, 총 프레임의 관심영역 평균온도)는 생략할 수 있다.That is, the average temperature and deviation calculation step (S155) calculates the ROI average temperature of each frame, the ROI temperature deviation of each frame, the ROI average temperature of the total frames, the average temperature of each feature, and the deviation of each feature. Therefore, some of them (eg, average temperature for each feature, deviation for each feature, and average region of interest of the total frame) may be omitted.

1차 편차 기준치 초과여부 판단단계(S160)로, 평균온도 및 편차 연산단계(S130)에서 구한 관심영역 편차를 편차 기준치와 비교하여, 상기 관심영역 편차가 편차 기준치보다 큰지를 판단하며, 만약 관심영역 편차가 편차 기준치보다 크다면, 특징들을 잘못 검출한 것으로, 해당 관심영역 내의 특징들을 제거하고(S166), 트랙킹 포인트 재검출 단계(S167)로 간다. In the determination of whether the primary deviation reference value is exceeded (S160), the deviation of the ROI obtained from the average temperature and the deviation calculation step (S130) is compared with the deviation reference value to determine whether the ROI deviation is greater than the deviation reference value. If the deviation is larger than the deviation reference value, the features are incorrectly detected, and the features in the region of interest are removed (S166), and the tracking point redetection step (S167) is performed.

여기서 편차 기준치는, 초기 설정단계에서 사용자에 의해 설정되어 저장된 값이거나, 공장출하시 저장된 값일 수 있으며, 인간의 체온변화 한계값 또는 그 보다 큰 값일 수 있다.Here, the deviation reference value may be a value set and stored by the user in the initial setting step or a factory stored value, or may be a human body temperature change limit value or larger value.

도 16에서, 가로축(x 축)은 시간에 따른 각 프레임을 나타내며, 붉은색의 선이 프레임별의 관심영역 평균온도이고, 파란색의 선은 프레임별의 관심영역 평균온도와 프레임별의 관심영역 온도 편차를 합한 것을 나타내며, 초록색의 선은 프레임별의 관심영역 평균온도에서 프레임별의 관심영역 온도 편차를 뺀 것을 나타내는 그래프이다. 즉, 같은 얼굴부위를 정상적으로 트랙킹(추적) 하고 있다면 ( 호흡으로 인한 온도의 변화는 매우작고 평균을 취하게 되면 영향이 작아지므로) 평균과 편차가 유지되거나, 변하더라도 급격하게 변화하지 않는다. 그러나 오염된 부분이 들어오게되면 온도의 평균과 편차는 급격하게 변화한다. 그러므로, 도 16의 프레임 6~7에서 변화의 경우, 관심영역이 잘못되었다고 판별된다. 즉, 관심영역이 코가 아닌 부분이라고 판별된다.In FIG. 16, the horizontal axis (x-axis) represents each frame according to time, and the red line represents the ROI average temperature for each frame, and the blue line shows the ROI average temperature for each frame and the ROI temperature for each frame. The green line is a graph showing the sum of the deviations, and the green line is a graph indicating that the region of interest temperature by frame is subtracted from the region of interest temperature by frame. In other words, if the same face area is tracked (tracking) normally (because the change in temperature due to breathing is very small and the effect is small when the average is taken), the deviation from the mean is maintained or does not change rapidly. However, when the contaminated part comes in, the average and deviation of the temperature change drastically. Therefore, in the case of a change in the frames 6-7 of FIG. 16, it is determined that the ROI is wrong. That is, it is determined that the ROI is not a nose.

특징수 기준치 미만여부 판단단계(S165)로, 1차 편차 기준치 초과여부 판단단계(S160) 후, 관심영역 내에서 구하여진 특징점의 수를 기 설정된 특징수 기준치와 비교하여, 특징점의 수가 특징수 기준치보다 작다면, 특징점들을 잘못 검출한 것으로, 해당 관심영역 내의 특징들을 제거하고(S166), 트랙킹 포인트 재검출 단계(S167)로 간다. In the determining of whether the feature number is less than the reference value (S165), after determining whether the feature deviation is exceeded, the number of feature points is determined by comparing the number of feature points obtained in the ROI with a predetermined feature number reference value. If smaller, the feature points are erroneously detected, and features in the region of interest are removed (S166), and the tracking point redetection step (S167) is performed.

해당 관심영역 내의 특징들을 제거할때(S166)에는 현재 프레임에 대해 구하여진, 관심영역 온도, 관심영역 평균온도, 각 특징별 평균온도, 특징별 편차들도 제거한다.When the features in the region of interest are removed (S166), the region of interest temperature, the region of interest average temperature, the average temperature of each feature, and the deviations of the features obtained for the current frame are also removed.

1차 편차 기준치 초과여부 판단단계(S160)에서 관심영역 편차가 편차 기준치보다 크다면, 또는 특징수 기준치 미만여부 판단단계(S165)에서 특징의 수가 특징수 기준치보다 작다면, 이는 코 관련 트랙킹 포인트들을 잘못 구한 것으로, 이로 인해 관심영역이 잘못 구하여진 것으로 판단한다.If the region of interest deviation is greater than the deviation reference value in the first deviation reference value determination step (S160), or if the number of features is less than the feature number reference value in the determination whether the feature number reference value is less than the reference value (S165), this indicates nose-related tracking points. It is incorrectly determined that the area of interest is incorrectly obtained.

트랙킹 포인트 재검출 단계(S167)로, 1차 편차 기준치 초과여부 판단단계(S160)에서 관심영역 편차가 편차 기준치보다 크다면, 또는 특징수 기준치 미만여부 판단단계(S165)에서 특징점의 수가 특징수 기준치보다 작다면, 코의 트랙킹 포인트들을 잘못 구한 것으로, 나머지 2개의 트랙킹 포인트(즉, 2개의 눈 트랙킹포인트)에 대해서, 현재의 프레임에 연이은 전의 프레임의 나머지 2개의 트랙킹 포인트(즉, 2개의 눈 트랙킹포인트) 각각의 위치로부터, 현재의 프레임의 트랙킹 포인트(즉, 2개의 눈 트랙킹포인트) 각각의 위치까지 움직인 거리인, 트랙킹 포인트 이동거리를 구하고, 2개의 트랙킹 포인트 이동거리의 평균인, 트랙킹 포인트 이동거리 평균을 구하고, 전의 프레임의 코의 트랙킹 포인트와, 트랙킹 포인트 이동거리 평균을 이용하여 수정된 코의 트랙킹 포인트를 다시 구한다. 즉, 수정된 코의 트랙킹 포인트는 전의 프레임의 코의 트랙킹 포인트가, 트랙킹 포인트 이동거리 평균만큼 이동한 것으로 하여 코의 트랙킹 포인트를 구한다.In the tracking point redetection step (S167), if the region of interest deviation is greater than the deviation reference value in the first deviation reference value determination step (S160), or the feature number reference value is determined in the determination step (S165) feature number reference value If smaller, the wrong tracking points of the nose are obtained, and for the remaining two tracking points (ie two eye tracking points), the remaining two tracking points of the previous frame following the current frame (ie two eye tracking points) Points) From each position, the tracking point movement distance, which is the distance traveled to each position of the tracking point (i.e. two eye tracking points) of the current frame, is obtained, and the tracking point is an average of the two tracking point movement distances. The distance of the nose corrected using the moving distance average of the previous frame's nose and the tracking point moving distance average Calculate the points again. That is, the corrected nose tracking point calculates the nose tracking point as the tracking point of the nose of the previous frame is moved by the tracking point moving distance average.

여기서, 트랙킹 포인트 이동거리는, 현재의 프레임과 연이은 전의 프레임의 트랙킹 포인트의 위치로부터. 현재의 프레임의 해당 트랙킹 포인트의 위치까지의 거리를 말한다. Here, the tracking point moving distance is from the position of the tracking point of the previous frame subsequent to the current frame. The distance to the position of the corresponding tracking point of the current frame.

2차 특징 추출 단계(S170)로, 트랙킹 포인트 재검출 단계(S167)에서 구하여진 수정된 코의 트랙킹 포인트와, 2개의 눈의 트랙킹 포인트를 이용하여(또는 수정된 코의 트랙킹 포인트를 이용하여), 관심영역을 구하고, 상기 관심영역내의 특징을 추출한다. In the second feature extraction step S170, using the modified nose tracking point obtained in the tracking point redetection step S167 and two eye tracking points (or using the modified nose tracking point). The region of interest is obtained, and features of the region of interest are extracted.

2차 평균온도 및 편차 연산단계(S175)로 2차 특징 추출 단계(S170)에서 구한 현재 프레임의 관심영역 내의 온도를 평균하여 '프레임별의 관심영역 평균온도'로서 구하고, 현재 프레임까지의 관심영역 온도를 평균하여 '총 프레임의 관심영역 평균온도'를 구하고, 현재 프레임의 관심영역 내의 온도들의 표준편차(즉, 프레임별의 관심영역내의 온도들이 프레임별의 관심영역 평균온도로부터 얼마나 떨어져 있는지를 구함)를 '프레임별의 관심영역 온도 편차'로서 구하고, 또한, 현재 프레임의 관심영역 내의 각 특징별의 온도를, 전 프레임들의 해당 특징의 온도들과 평균하여, 각 특징별 평균온도로서 구하고, 프레임별의 각 특징별의 현재의 온도와 각 특징별의 평균온도의 차의 절대치인 프레임별의 특징별 온도 편차를 구한다.In the second average temperature and deviation calculation step (S175), the temperature in the region of interest of the current frame obtained in the second feature extraction step (S170) is averaged to obtain the 'interest region average temperature for each frame', and the region of interest to the current frame. The average temperature is used to obtain the average region of interest of the total frame, and the standard deviation of the temperatures in the region of interest of the current frame (ie, how far the temperature in the region of interest of each frame is from the average region of interest of each frame). ) Is calculated as a 'region of interest temperature deviation for each frame', and the temperature of each feature in the region of interest of the current frame is averaged with the temperatures of the corresponding features of all frames, and is calculated as the average temperature for each feature. The temperature deviation of each feature of each frame, which is the absolute difference between the current temperature of each feature of the star and the average temperature of each feature, is obtained.

2차 편차 기준치 초과여부 판단단계(S180)로, 2차 평균온도 및 편차 연산단계(S175)에서 구한 관심영역 온도 편차를 편차 기준치와 비교하여, 상기 관심영역 편차가 편차 기준치보다 큰지를 판단하며, 만약 상기 관심영역 온도 편차가 편차 기준치보다 크다면, 특징들을 잘못 검출한 것으로, 더 이상의 추적(트랙킹)이 불가능하므로 이로써 트랙킹을 종료한다.In step S180 of determining whether the second deviation reference value is exceeded, it is determined whether the ROI deviation is greater than the deviation reference value by comparing the deviation of the ROI temperature obtained in the second average temperature and the deviation calculation step S175 with the deviation reference value. If the region of interest temperature deviation is greater than the deviation reference value, the features are erroneously detected, and further tracking (tracking) is impossible, thereby terminating the tracking.

여기서 상기 관심영역 온도 편차가 편차 기준치보다 작거나 같다면, 현재 프레임에서 검출된 관심영역 온도가, 관심영역 평균온도와 편차 기준치 사이에 존재하게 되면, 제대로 특징들이 검출된 것으로, 추적(트랙킹)이 불가능한 요소가 사라졌다고 할 수 있다. Here, if the ROI temperature deviation is less than or equal to the deviation reference value, if the ROI temperature detected in the current frame exists between the ROI mean temperature and the deviation reference value, the features are properly detected, and tracking (tracking) is performed. Impossible elements are gone.

추적 종료여부 판단단계(S185)로, 종료 스위치가 눌러짐에 따라 종료 플레그가 세트되거나, 또는, 현재 얼굴 열영상 프레임이, 초기에 설정된 소정 시간간격의 마지막 얼굴 열영상 프레임에 해당한다면, 추적을 종료하며, 그렇지 않다면, 열영상 로드 단계(S120)로 가서 다음 프레임의 얼굴 열영상을 수신한다.In the tracking end determination step (S185), if the end flag is set as the end switch is pressed, or if the current facial thermography frame corresponds to the last facial thermography frame at a predetermined time interval, the tracking is performed. If not, go to the thermal image loading step (S120) to receive a face thermal image of the next frame.

1차 특징 추출 단계(S150), 트랙킹 포인트 재검출 단계(S167), 2차 특징 추출 단계(S170)에 있어서, 추적(Tracking) 에 필요한 트랙킹 포인트와 특징(Feature)을 선정(추출)할 때에, 재현성, 개수, 위치 및 스케일 불변성이 높은 트랙킹 포인트, 특징(feature)을 선정(추출)하는 것이 바람직하다. 이는 KLT 트랙킹(tracking)을 하려는 위치에서 mineigen, Harris, SURF, BRISK, MSER, FAST 등 여러 가지 방법으로 트랙킹 포인트, 특징(feature)을 선정(추출)할 수 있다. 추출된 트랙킹 포인트, 특징(feature) 들을 그 다음 프레임에서 추출된 트랙킹 포인트, 특징(feature)과 비교하여, 프레임사이에 변경된 부분과 그 정도를 계산한다. 이때, 대상자의 상태에 따라, 변할 수 있는 최대값을 지정할 수 있으며, 허용 오차를 설정할 수 있다. 더 큰 변화검출을 위해 이미지 피라미드(Image Pyramid)를 사용하며, 양방향 에러(Bidirectional Error)를 검증하여 특징(feature)이 사라졌을 때 나타날 오차율을 낮춘다. 이렇게 계산된 결과를 이용하여, Transform matrix를 추출하고, 추출된 matrix를 사용하여 얼굴열영상(Image)를 warp 시킨 후, 해당 관심영역(ROI)을 추출한다.In the primary feature extraction step (S150), the tracking point redetection step (S167), and the secondary feature extraction step (S170), when selecting (extraction) tracking points and features required for tracking, It is desirable to select (extract) tracking points and features having high reproducibility, number, position, and scale invariance. It can select (extract) tracking points and features in various ways such as mineigen, Harris, SURF, BRISK, MSER, FAST, etc. from the location to track KLT. The extracted tracking points and features are compared to the tracking points and features extracted in the next frame, and the portion changed between the frames and the degree thereof are calculated. At this time, according to the state of the subject, it is possible to specify the maximum value that can be changed, and to set the tolerance. Image Pyramid is used for larger change detection, and Bidirectional Error is verified to lower the error rate that appears when the feature disappears. Using the calculated result, the transform matrix is extracted, the face thermal image is warp using the extracted matrix, and the ROI is extracted.

본 발명에서, KLT 특징 추적 알고리즘을 통해 열화상 카메라(100)로부터 수신된 피검자 얼굴 열영상을 정규화하고 보정하고, 정규화되고 보정된 영상의 각 프레임별로 관심영역이 하나씩 얻어지게 되며, 이에 대응하여, 정규화되지 않은, 열화상 카메라(100)로부터 수신된 원래의 피검자 얼굴 열영상의 각 프레임에서도 관심영역이 구하여지게 되며, 메모리부(220)에 저장되게 된다.In the present invention, the subject's face thermal image received from the thermal imaging camera 100 is normalized and corrected through the KLT feature tracking algorithm, and one ROI is obtained for each frame of the normalized and corrected image. The region of interest is also obtained from each frame of the original subject's face thermal image received from the thermal imaging camera 100, which is not normalized, and is stored in the memory unit 220.

다음은 연산처리부(210)에서 행하여지는 호흡신호 추출단계(S200)에 대해서 설명한다.Next, the breath signal extraction step S200 performed by the calculation processing unit 210 will be described.

호흡신호 추출단계(S200)는 열화상 카메라(100)로부터 수신된 원래의 피검자 얼굴 열영상의 각 프레임별로 구해진 관심영역을 이용하여 행하여진다.Respiratory signal extraction step (S200) is performed using the region of interest obtained for each frame of the original subject's face thermal image received from the thermal imaging camera (100).

도 5는 도 3의 호흡신호 추출단계를 개략적으로 설명하기 위한 흐름도이다.FIG. 5 is a flowchart for schematically describing a respiratory signal extraction step of FIG. 3.

프레임별 온도변이 검출단계(S225)로, 호흡관련 영역 추적단계(S100)에서 구하여진 프레임별 관심영역에 이미지로 대응되는, 열영상 수신단계(S10)에서 수신된 원래의 피검자 얼굴 열영상의 프레임별 관심영역을 메모리부(220)로부터 읽어들이고, 메모리부(220)로부터 읽어들인 피검자 얼굴 열영상의 각 프레임의 관심영역에서, 연이은 전 프레임의 관심영역을 차감하여, 각 프레임의 관심영역의 차영상을 구한다. 즉, 현재의 프레임의 영상의 관심영역의 온도(화소)들에서, 연이은 전 프레임의 영상의 관심영역의 해당 온도(화소)을 차감하여, 현재의 프레임의 관심영역의 온도변이로서 검출한다. In the frame-specific temperature shift detection step (S225), the frame of the original subject's face thermal image received in the thermal image receiving step (S10), which corresponds to the image of the region of interest for each frame obtained in the breath-related area tracking step (S100). The region of interest of each frame is read from the memory unit 220 and the region of interest of each frame of the subject's face thermal image read from the memory unit 220 is subtracted. Obtain the video. That is, from the temperatures (pixels) of the region of interest of the image of the current frame, the corresponding temperature (pixel) of the region of interest of the image of the previous frame is subtracted and detected as the temperature variation of the region of interest of the current frame.

노이즈 제거단계(S220)로, 프레임별 온도변이 검출단계(S225)를 거친 각 프레임의 관심영역을 3D-DBSCAN을 이용하여 노이즈 포인트를 제거한다. 다시말해, 노이즈 제거단계(S220)는 온도변이 검출단계(S225)에서 출력된 현재의 프레임의 관심영역의 온도변이, 즉, 차영상에서, 온도 변이 부분의 밀도가 적은 부분을 노이즈로 간주하고 3D-DBSCAN을 이용하여 제거한다. DBSCAN에 대해서는 위키백과 등등에 널리 공지된 기술로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. In the noise removing step (S220), the noise point is removed using the 3D-DBSCAN in the region of interest of each frame that has undergone the frame temperature detection step (S225). In other words, the noise removing step S220 considers the temperature variation of the region of interest of the current frame output in the temperature variation detecting step S225, that is, the portion of the density of the temperature variation portion having a low density in the difference image as 3D. Remove using DBSCAN. DBSCAN is well known in Wikipedia and the like, and a detailed description thereof is omitted.

특히, 기존 DBSCAN 은 2d Image 화면상에서 밀도를 계산하여, 클러스터링을 하나, 본 발명에서는 3D-DBSCAN으로 개선시켜, 밀도를 계산할 때 2D Image 와 시간축에서도 정보를 얻어 밀도를 계산한다. 노이즈를 제거하기 위하여 DBSCAN 이란 알고리즘을 사용하였지만, 이로써 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니며, 시간 및 공간적으로 노이즈를 제거하는 방법이라면 어느 방법이라도 사용가능하다. In particular, the existing DBSCAN calculates the density on the 2d Image screen, clustering, but in the present invention improved to 3D-DBSCAN, when calculating the density to obtain the information from the 2D Image and the time axis to calculate the density. DBSCAN algorithm is used to remove the noise. However, the present invention is not intended to limit the present invention, and any method may be used as long as it removes noise in time and space.

온도변이 기준치 비교단계(S230)로, 노이즈 제거단계(S220) 후, 각 프레임의 온도변이의 절대치가, 기설정된 온도변이 기준치와 비교하여 작거나 같은 경우에는 이를 제거하고, 온도변이 기준치보다 큰 경우만을 각 프레임의 온도변이로 저장한다. 이때, 온도변이 기준치는 카메라에 따라 주어지는 최소 온도 변화량(온도민감도, NETD)일 수 있다. 즉, 최소 온도 변화량은 카메라에 따라서 설정되는 값으로, 공장출하시 설정되거나, 사용 초기에 사용자에 의해 설정될 수 있으며, 이는 메모리부(220)에 저장되어 있다.In the temperature variation reference value comparing step S230, after the noise removing step S220, when the absolute value of the temperature variation of each frame is smaller than or equal to the preset temperature variation reference value, the temperature variation is removed, and only when the temperature variation is larger than the reference value. Is stored as the temperature variation of each frame. In this case, the temperature variation reference value may be a minimum temperature change amount (temperature sensitivity, NETD) given according to the camera. That is, the minimum temperature change amount is a value set according to the camera and may be set at the factory or set by the user at the beginning of use, which is stored in the memory unit 220.

온도 변화량 연산단계(S235)로, 온도변이 기준치 비교단계(S230) 후, 저장된 각 프레임별로 온도 변이를 합산하여, 이를 프레임별 온도 변화량의 합으로써 구하고, 프레임별 온도 변화량의 합을 메모리부(220)에 순차적으로 저장한다. 만약 한 프레임이 320x240 의 레졸루션(해상도)을 갖는다면, 온도변화량의 합은

Figure 112017117344529-pat00001
에 의해 구하여진다. 이렇게 구하여진 온도변화량의 합들을 프레임에 따라, 다시말해 시간에 따라 순차적으로 그래프상에 나타낼 수 있으며, 본 발명에서는 이를 온도 변화량 그래프라 설명의 편의상 정의한다. In the temperature change amount calculating step (S235), after the temperature change reference value comparing step (S230), the temperature change is added for each stored frame, and this is calculated as the sum of the temperature change amounts of each frame, and the sum of the temperature change amounts of each frame is calculated by the memory unit 220. In order). If a frame has a resolution of 320x240, the sum of the changes in temperature
Figure 112017117344529-pat00001
Obtained by The sums of the temperature change amounts thus obtained may be sequentially displayed on the graph according to the frame, that is, over time. In the present invention, this is defined for convenience of description as a temperature change graph.

호흡 데이터 검출단계(S250)로, 연산처리부(210)은 온도 변화량 연산단계(S235)에서 구한 프레임별 온도 변화량 합들을 메모리부(220)로부터 프레임 순서, 즉, 시간순서에 따라 읽어들이고 프레임별 온도 변화량들을 시간에 따라(즉, t 축으로) 적분하여, 호흡 데이터(raw data)를 구한다.In the respiratory data detection step (S250), the calculation processing unit 210 reads the sum of the temperature change amounts for each frame obtained in the temperature change calculation step (S235) from the memory unit 220 in a frame order, that is, in a time order, and the temperature for each frame. The changes are integrated over time (ie, on the t axis) to obtain the raw data.

여기서, 읽어들이는 데이터의 갯수는, 기설정된 데이터의 갯수, 또는 기 설정된 시간간격에 의해 정해지며, 이는 고장출하시 정하여 지거나, 본 시스템의 사용초기에 사용자가 정할 수 있다.Here, the number of data to be read is determined by the number of preset data or a predetermined time interval, which may be determined at the time of failure or may be determined by a user at the beginning of use of the system.

즉, 온도변화량(보다 정확하게는 프레임별 온도변화량의 합)이 호흡과 비례하기 때문에, 온도 변화량을 시간에 따라(즉, t 축으로) 적분하게 되면, 호흡 파형을 얻을 수 있으며, 본 발명에서는 이를 호흡 데이터(raw data)로 한다. That is, since the temperature change amount (more precisely, the sum of the temperature change amount per frame) is proportional to the breathing, when the temperature change amount is integrated over time (that is, in the t-axis), the respiration waveform can be obtained. Respiratory data (raw data).

평활화 및 디트랜드 단계(S255)로, 호흡 데이터 검출단계(S260)에서 검출된 호흡 데이터(raw data)를 평활화(smoothing)를 행한 후, 디트랜드(detrend)를 행한다, In the smoothing and detrending step (S255), after smoothing the breathing data (raw data) detected in the breathing data detecting step (S260), detrending is performed.

여기서 평활화는 이동평균필터 또는 가우시안 필터를 이용하여 행할 수 있다. 이는 명암의 분포를 재분배하여, 명암이 일정하게 되므르, 희고 검은 부분이 명확하게 드러나게 된다.Smoothing can be performed using a moving average filter or a Gaussian filter. This redistributes the distribution of the light and shade, so that the light and dark become constant, and the black and white part becomes clear.

일반적으로, 디트랜드는 데이터로부터 평균치 또는 선형트랜드를 제거하여 변동을 명확하게 들어나게 하는 방법으로, DFA(Detrended Fluctuation Analysis)등의 방법이 있으며, 컴퓨터 언어(예를들어 c언어) 등에는 "detrend"에 대한 명령어를 구비하고 있다.In general, detrend is a method that removes the average or linear trend from the data to clearly reveal the fluctuation. There is a method such as DFA (Detrended Fluctuation Analysis), and a computer language (for example, c language) is "detrend." Command for ".

평활화 및 디트랜드 단계(S255)에서 평활화와 디트랜드를 행한 호흡 데이터들을 연속 웨이블렛 변환(Continuous Wavelet Transform, CWT)을 행하여, 주파수별 강도들을 나타내어, 즉, 주파수 도메인 상의 값들로 변환한다.In the smoothing and detrending step S255, continuous wavelet transform (CWT) is performed on the respiratory data that have been smoothed and detrended to represent frequency-specific intensities, that is, converted into values on the frequency domain.

연속 웨이블렛 변환단계(S260)로, 평활화 및 디트랜드 단계(S270)에서 평활화와 디트랜드를 행한 호흡 데이터들을 연속 웨이블렛 변환(CWT)을 행하여,주파수별 스케일(강도, 크기)들을 나타내어, 즉, 주파수 도메인 상의 값들로 변환한다. In the continuous wavelet transform step (S260), the continuous wavelet transform (CWT) is performed on the respiration data obtained by smoothing and detrending in the smoothing and detrending step (S270) to represent scales (strength and magnitude) for each frequency, that is, frequency Convert to values on the domain.

호흡 주파수 검출단계(S265)로, 연속 웨이블렛 변환단계(S260)에서 연속 웨이블렛 변환을 행한 결과에서, 주파수별 스케일(강도, 크기)의 합을 구하고, 주파수별 스케일(강도, 크기)의 합이 가장 큰 주파수(즉, 최대인 주파수)를, 호흡 주파수(보다 상세히는, 호흡에 가장 관련있는 주파수)로 하며, 호흡 주파수의 각 스케일들을 호흡 신호로서 메모리부(220)에 저장한다.In the respiratory frequency detection step (S265), the result of performing the continuous wavelet transform in the continuous wavelet transform step (S260), obtains the sum of the scales (intensity, magnitude) for each frequency, and the sum of the scales (intensity, magnitude) for each frequency is the most. The large frequency (ie, the maximum frequency) is referred to as the breathing frequency (more specifically, the frequency most relevant to breathing), and each scale of the breathing frequency is stored in the memory unit 220 as a breathing signal.

호흡 파형 출력단계(S270)로, 호흡 주파수 검출단계(S265)에서 구하여진 호흡신호를 그래프로 출력한다.In the respiratory waveform output step (S270), the respiratory signal obtained in the respiratory frequency detection step (S265) is output as a graph.

다음은 연산처리부(210)에서 행하여지는 호흡량 계산단계(S300)에 대해서 설명한다. 즉, 호흡신호 추출단계(S200)의 호흡 주파수 검출단계(S265)에서 구하여진 호흡 신호를 이용하여 호흡량을 계산하는 과정을 설명한다. Next, a description will be given of the respiratory rate calculation step (S300) performed by the calculation processing unit 210. That is, the process of calculating the respiratory rate using the respiratory signal obtained in the respiratory frequency detection step S265 of the respiratory signal extraction step S200 will be described.

도 6은 도 3의 호흡량 계산단계를 개략적으로 설명하기 위한 흐름도이다.FIG. 6 is a flowchart for schematically describing a respiratory rate calculation step of FIG. 3.

피크 및 밸리 검출단계(S310)로, 호흡 주파수 검출단계(S265)에서 구하여진 호흡신호를 1차 미분하여 변곡점을 구하고, 이로부터 피크(peak)와 밸리(valley)를 검출한다.In the peak and valley detection step (S310), the respiration signal obtained in the respiratory frequency detection step (S265) is first differentiated to obtain an inflection point, and the peak and the valley are detected therefrom.

호흡수 검출단계(S320)로, 피크 및 밸리 검출단계(S310)에서 검출된 피크(peak)와 밸리(valley)들에서, 소정 시간간격 동안(1초당, 또는 1분당 또는 30초당)에, 피크와 밸리가 순차적으로 연이은 쌍의 개수, 즉, 피크에서 밸리로 바뀌는 회수를, 호흡수로서 검출한다.In the respiratory rate detection step S320, in the peaks and valleys detected in the peak and valley detection step S310, for a predetermined time interval (per second, or per minute or 30 seconds), the peak The number of pairs of sequential valleys successively, ie, the number of times the peak changes from valley to valley, is detected as the respiratory rate.

호흡량 검출단계(S330)로, 호흡 주파수 검출단계(S265)에서 구하여진 호흡신호에서, 호흡 주기를 검출하고, 각 호흡주기의 호흡신호를, 연이은 전 호흡주기의 호흡신호에서 차감하여 각 호흡주기별 변화량을 구하고, 각 호흡주기별 변화량을 시간에 따라 합산하여 호흡량을 구한다.In the respiratory rate detection step (S330), the respiratory signal obtained in the respiratory frequency detection step (S265), the respiratory cycle is detected, and the respiratory signal of each respiratory cycle is subtracted from the respiratory signal of each subsequent respiratory cycle for each respiratory cycle. Find the amount of change and add the amount of change for each breathing cycle over time to get the amount of breath.

여기서 호흡량 검출단계(S330)는 상술한 호흡량 검출방법 중 두번째 방법이며, 이는 상술한 호흡량 검출방법 중 첫번째 방법으로도 행하여 질 수 있다.Here, the respiratory volume detection step (S330) is the second method of the respiratory volume detection method described above, which may also be performed by the first method of the respiratory volume detection method described above.

도 7은 도 5에서 호흡신호 추출단계(S200)에서 특징별 온도변이 검출단계(S225)와 온도변이 기준치 비교단계(S230)를 실행한 결과의 일예이다. 즉, 도 7은 도 5의 호흡신호 추출단계(S200) 온도 변화량 연산단계(S235)의 전단계의 출력의 일예이다.FIG. 7 is an example of a result of performing the temperature variation detection step S225 and the temperature variation reference value comparison step S230 for each feature in the respiratory signal extraction step S200 in FIG. 5. That is, FIG. 7 is an example of the output of the previous step of the temperature change amount calculation step (S235) of the breath signal extraction step (S200) of FIG.

도 7의 (a)는 현재 프레임(t1)과 연이은 전 프레임(t0)의 열 영상이고, 도 7의 (b)는 현재 프레임(t1)의 열 영상이고, 도 7의 (c)는 현재 프레임(t1)과 연이은 전 프레임(t0)의 열 영상에 대한 차영상 이다. FIG. 7A is a thermal image of the previous frame t0 subsequent to the current frame t1, FIG. 7B is a thermal image of the current frame t1, and FIG. 7C is a current frame (t1) is a difference image of the thermal image of the previous frame (t0).

도 7의 (d)는, 현재 프레임(t1)과 연이은 전 프레임(t0)의 열 영상에 대한 차영상의 절대치를, 온도변이 기준치와 비교하여, 작거나 같은 경우에는 제거한 경우이다. 이때 온도변이 기준치를 0,05로 할 수 있다.FIG. 7D illustrates a case where the absolute value of the difference image of the thermal image of the previous frame t0 subsequent to the current frame t1 is removed when it is smaller than or equal to the temperature variation reference value. At this time, the temperature variation reference value may be 0,05.

도 7의 (e)는 도 7의 (d)의 열영상에서 위치정보를 나타낸 것이다.FIG. 7E illustrates position information in the thermal image of FIG. 7D.

도 8은 호흡신호 추출단계(S200)의 노이즈 제거단계(S220)에서 3D-DBSCAN을 이용하여 노이즈를 제거한 결과의 일예이다.8 is an example of a result of removing noise by using the 3D-DBSCAN in the noise removing step (S220) of the breath signal extraction step (S200).

본 발명에서 노이즈를 제거하기 위하여 DBSCAN 이란 알고리즘을 사용하였지만, 이로써 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니며, 시간-공간적으로 노이즈를 제거하는 어떠한 알고리즘이라도 사용 가능하다. 또한, 여러 가지 클러스터링 방법 중 DBSCAN 은 arbitrary shape를 표현 할 수 있으므로 K-means, K-medoids 클러스터링 보다 다양한 형태의 클러스터링을 잘할 수 있다. 도 8에서 검정색이 노이즈로 판단된 포인트이고, 붉은색이 클러스터링 된 포인트이다.In the present invention, the DBSCAN algorithm is used to remove the noise. However, the present invention is not intended to limit the present invention, and any algorithm that removes noise in time and space may be used. Also, among various clustering methods, DBSCAN can express arbitrary shape, so it is better to cluster various forms than K-means and K-medoids clustering. In FIG. 8, black is a point determined as noise, and red is a clustered point.

일반적으로 DBSCAN 이란, 점들이 찍힌 밀도에 의해서 클러스터링을 하게 되고, 즉 온도의 변화량이 없는 곳에서는 클러스터링이 적고, 온도의 변화량이 있는 곳에서는 클러스터링이 잘 되어진다. 이러한 클러스터링 과정 중에서, 클러스터링 조건이 3차원적으로 동일 시간 내 밀도와, 시간축으로의 밀도를 함께 고려 하여 노이즈를 제거한다. In general, DBSCAN clusters by the density of dots. That is, clustering is less where there is no change in temperature, and clustering is good where there is change in temperature. In this clustering process, the clustering condition removes noise by considering the density within the same time and the density along the time axis in three dimensions.

도 9는 온도 변화량 연산단계(S235)의 결과의 일예이다.9 is an example of the result of the temperature change amount calculating step (S235).

도 9의 (a)는 특징별 온도변이 검출단계(S225)의 결과로 하나의 프레임의 온도변이를 나타낸다. 9A illustrates a temperature variation of one frame as a result of the temperature variation detection step S225 for each feature.

도 9의 (b)는 온도 변화량 연산단계(S235)의 결과로, 각 프레임들에 따른 온도 변화량을 그래프로 나타낸 것이다. 도 9의 (b)에서, x축은 시간에 따른 프레임들을 나타내는 것으로, 결과적으로 시간을 나타낸다고 할 수 있으며, y축은 온도 변화량의 크기를 나타낸다.FIG. 9B is a graph showing the temperature change amount for each frame as a result of the temperature change amount calculation step S235. In FIG. 9B, the x-axis represents frames over time, and as a result, the x-axis represents time, and the y-axis represents the magnitude of the temperature change amount.

도 10은 호흡 데이터 검출단계(S250)의 결과의 일예이다.10 is an example of the results of the respiratory data detection step (S250).

도 10의 (a)는 온도 변화량 연산단계(S235)의 결과의 일예로, 프레임별 온도 변화량을 그래프로 나타낸 것이고, 도 10의 (b)는 호흡 데이터 검출단계(S250)의 결과의 일예로, 도 10의 (a)의 프레임별 온도 변화량들을 시간에 따라(즉, t 축으로) 적분하여, 호흡 데이터(raw data)를 구한 일예이다.10 (a) is an example of the result of the temperature change amount calculation step (S235), and shows a graph of the temperature change amount by frame, and FIG. 10 (b) is an example of the result of the respiration data detection step (S250). Respiration data (raw data) is obtained by integrating the temperature change amounts of each frame in FIG. 10 (a) with time (that is, in the t-axis).

도 10의 (a)에서, x축은 시간에 따른 프레임들을 나타내는 것으로, 결과적으로 시간을 나타낸다고 할 수 있으며, y축은 온도 변화량의 크기를 나타낸다. 또한, 도 10의 (b)에서, x축은 시간에 따른 프레임, 즉 시간을 나타내며, y축은 온도 변화량의 적분값을 나타낸다.In FIG. 10A, the x-axis represents frames over time, and as a result, the x-axis represents time, and the y-axis represents the magnitude of the temperature change amount. In FIG. 10B, the x axis represents a frame according to time, that is, time, and the y axis represents an integrated value of the temperature change amount.

도 11은 연속 웨이블렛 변환단계(S260)의 결과의 일예이다.11 is an example of the result of the continuous wavelet transform step (S260).

도 11의 (b)는 호흡 데이터 검출단계(S250)의 결과의 일예로, 프레임별 온도 변화량들을 시간에 따라(즉, t 축으로) 적분하여 구하여진 호흡 데이터(raw data)의 일예이다.FIG. 11B is an example of the results of the respiratory data detection step S250 and is an example of the respiratory data obtained by integrating the temperature change amounts for each frame with time (that is, in the t-axis).

도 11의 (a)는, 도 11의 (b)의 호흡 데이터를 연속 웨이블렛 변환(CWT)을 행하여, 주파수별 강도들을 나타낸 것이다.FIG. 11A illustrates continuous wavelet transform (CWT) of the respiration data of FIG. 11B to show intensity for each frequency.

도 12는 호흡 주파수 검출단계(S265)를 설명하기 위한 도면이다.12 is a view for explaining the respiratory frequency detection step (S265).

도 12는 연속 웨이블렛 변환단계(S260)에서 연속 웨이블렛 변환을 행한 결과를 나타내며, 그 중 주파수별 강도 합이 가장 큰 주파수 대역(도 12에서는 화살표를 가진 실선으로 나타냄)을, 호흡 주파수 대역으로 검출한다. 즉, 호흡 주파수 검출단계(S265)에서는 모든 프레임을 이용하여 강도의 합이 최대가 되는 스케일 대역을 추출하며 이는 호흡에 관련있는(dominant한) 주파수 추출한 것이 된다.FIG. 12 shows the results of continuous wavelet transform in the continuous wavelet transform step (S260), and among them, the frequency band having the largest sum of intensities for each frequency (indicated by the solid line with arrows in FIG. 12) is detected as the respiratory frequency band. . That is, in the respiratory frequency detection step (S265), all the frames are used to extract the scale band in which the sum of the intensity is maximum, which is the frequency extraction that is dominant.

도 13은 피크 및 밸리 검출단계(S310)의 결과의 일예이다.13 is an example of the results of the peak and valley detection step (S310).

도 13의 (a)는 호흡 주파수 검출단계(S265)의 결과의 일예이다.Figure 13 (a) is an example of the results of the respiratory frequency detection step (S265).

도 13의 (b)는, 도 13의 (a)의 호흡신호로부터 피크(peak)와 밸리(valley)를 검출한 결과의 일 예이다. 도 13의 (b)에서 피크가 있는 부분은 붉은 색으로 표시하고, 밸리(valley)가 있는 부분은 파랑색으로 표시하였다.FIG. 13B is an example of a result of detecting a peak and a valley from the respiration signal of FIG. 13A. In FIG. 13B, a part with a peak is displayed in red, and a part with a valley is displayed in blue.

도 14는 열영상 로드 및 각도 보정단계(S120)에서 각도를 보정하는 것을 나타낸다.14 illustrates correcting the angle in the thermal image rod and angle correcting step (S120).

도 14의 (a)는 초기 코 각도 설정단계(S115)에서 사용자가 지정한 코의 각도를 나타낸다,14 (a) shows the angle of the nose designated by the user in the initial nose angle setting step (S115),

도 14의 (b)는 각도 보정단계(S135)에서 도 14의 (a)의 초기 코 각도와 같도록 정규화 단계(S130)의 출력을 보정을 행하는 것을 나타낸다.FIG. 14B shows that the output of the normalization step S130 is corrected to be equal to the initial nose angle of FIG. 14A in the angle correction step S135.

도 14의 (c)는 도 14의 (b)와 같이 코 각도를 보정하여 관심영역을 검출하고, 검출된 관심영역에 대응한, 열 영상 수신단계에서 입력된 원래의 열 영상의 프레임에서의 관심영역을 출력한 것을 나타낸다.FIG. 14C illustrates a region of interest by correcting a nose angle as illustrated in FIG. 14B, and an interest in a frame of an original thermal image input in a thermal image receiving step corresponding to the detected region of interest. Indicates that the area is output.

도 15는 1차 특징 추출 단계(S150)에서 특징을 추출한 일예를 나타낸다. 즉, 관심영역, 즉, 코 부분(또는 비강이 있는 부분, 또는 코 밑 부분)에서의 추적에 사용될 다수의 특징(feature)을 추출한다. 15 illustrates an example of extracting a feature in the first feature extraction step (S150). That is, it extracts a number of features to be used for tracking in the region of interest, i.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.The present invention as described above, although been described and specific examples, the invention is not limited to the embodiments described above, which those skilled in the art to which the invention pertains many modifications to the described and Modifications are possible. Therefore, the spirit of the present invention should be grasped only by the claims set out below, and all equivalent or equivalent modifications thereof will belong to the scope of the present invention.

50 : 피검자 100 : 열화상 카메라
200 : 영상 분석부 210 : 연산 처리부
220 : 메모리부 230 : 출력부
250 : 키입력부
50: test subject 100: thermal imaging camera
200: image analysis unit 210: arithmetic processing unit
220: memory unit 230: output unit
250: key input unit

Claims (19)

열화상카메라로부터 수신하여 각 화소가 온도를 나타내는, 얼굴의 열영상의 프레임에서, 연산처리부는, 코와 2개의 눈을 트랙킹포인트로 하여, KLT 특징 추적기를 이용하여, 코 부분의 관심영역을 검출하는, 호흡관련 영역 추적단계;
호흡관련 영역 추적단계 후, 연산처리부는, 열화상카메라로부터 수신한 얼굴의 열영상에서, 각 프레임의 관심영역의 영상을, 연이은 전 프레임의 관심영역의 영상을 차감한 차영상을 구하되, 상기 차영상의 각 화소의 값을, 온도변이의 값으로하며, 프레임별로 온도변이 값을 합산하여 프레임별 온도변화량의 합으로서 메모리부에 순차적으로 저장하고, 기 설정된 시간동안에 저장된 모든 프레임의 프레임별 온도변화량의 합을 메모리부로부터 읽어들여 시간에 따라 적분하여 호흡관련 데이터로 하고, 호흡관련 데이터에 연속 웨이블렛 변환을 적용하여 호흡신호를 검출하는, 호흡신호 추출단계;
를 포함하며, 상기 호흡관련 영역 추적단계는,
연산처리부가, 열화상카메라로부터 수신된 피검자 얼굴 열영상의 각 프레임 내에서, 최소온도값과 최대온도값을 구하고, 각 프레임의 각 화소의 온도가, 최소온도 값과 최대온도 값 사이를 256 등분한 값을 갖도록 정규화를 행하는, 정규화 단계;
정규화 단계에서 정규화된 각 프레임의 코를, 기 설정된 초기 코 각도와 같도록 연산처리부가 보정을 행하는, 각도 보정단계;
연산처리부는 각도 보정단계에서 각도가 보정된, 각 프레임에서 코와 2개의 눈의 트랙킹 포인트를 이용하여, 관심영역의 후보를 설정하고, 상기 관심영역의 후보에서의 특징점을 추출하고, 추출된 특징점과, 연이은 전 프레임에서 상기 특징점과 대응된 특징점과의 이동 거리를 행렬(Transform Matrix)로 나타내고, 추출된 행렬에 따라, 현재 프레임의 영상을 보정하고, 보정된 현재 프레임에서 관심영역을 구하는, 1차 특징 추출 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는, 열화상 카메라를 이용한 호흡 측정 방법.
In a frame of a thermal image of a face, which is received from a thermal camera and each pixel represents a temperature, a calculation processing unit detects a region of interest in the nose portion using a KLT feature tracker with the nose and two eyes as tracking points. Respiratory related area tracking step;
After the breathing-related area tracking step, the operation processor obtains a difference image obtained by subtracting the image of the ROI of each frame from the image of the ROI of the next frame in the thermal image of the face received from the thermal imaging camera. The value of each pixel of the difference image is the value of the temperature variation, and the temperature variation value is added to each frame to be sequentially stored in the memory unit as the sum of the temperature change amount per frame, and the temperature for each frame of all the frames stored for a predetermined time. A respiratory signal extraction step of reading the sum of the change amounts from the memory unit and integrating according to time to respiratory related data, and detecting respiratory signals by applying continuous wavelet transform to respiratory related data;
Includes, the breathing related area tracking step,
The calculation processing unit obtains a minimum temperature value and a maximum temperature value in each frame of the subject's face thermal image received from the thermal imaging camera, and the temperature of each pixel of each frame is divided into 256 equal parts between the minimum temperature value and the maximum temperature value. A normalization step of performing normalization to have a value;
An angle correction step of correcting, by the calculation processing unit, a nose of each frame normalized in the normalization step to be equal to a preset initial nose angle;
The arithmetic unit sets candidates of the region of interest using the tracking points of the nose and two eyes in each frame whose angles are corrected in the angle correction step, extracts feature points from the candidates of the region of interest, and extracts the extracted feature points. 1, which represents a moving distance between the feature point and the corresponding feature point in a subsequent previous frame in a matrix, corrects an image of the current frame according to the extracted matrix, and obtains a region of interest in the corrected current frame. Tea feature extraction step;
Respiratory measurement method using a thermal imaging camera, comprising a.
제1항에 있어서,
호흡신호 추출단계 후, 연산처리부는, 상기 호흡신호에서 피크와 밸리를 검출하고 검출된 피크와 밸리를 이용하여 호흡수 및 호흡량을 검출하는, 호흡수 및 호흡량 검출단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 열화상 카메라를 이용한 호흡 측정 방법.
The method of claim 1,
After the breathing signal extraction step, the calculation unit, detecting the peaks and valleys in the breathing signal and using the detected peaks and valleys to detect the respiratory rate and respiratory volume, respiratory rate and respiratory rate detection step;
Respiratory measurement method using a thermal imaging camera, characterized in that it further comprises.
삭제delete 제2항에 있어서, 호흡관련 영역 추적단계는,
연산처리부가, 1차 특징 추출 단계에서 구한 각 프레임의 관심영역 내의 온도를 평균하여 '프레임별의 관심영역 평균온도'로서 연산처리부가 구하고, 각 프레임의 관심영역 내의 온도들의 표준편차를 '프레임별의 관심영역 온도 편차'로서 구하는, 1차 평균온도 및 편차 연산단계;
연산처리부는, 평균온도 및 편차 연산단계에서 구한 관심영역 편차를, 기설정된 편차 기준치와 비교하여, 상기 관심영역 편차가 편차 기준치보다 큰지를 판단하며, 만약 관심영역 편차가 편차 기준치보다 크다면, 특해당 관심영역 내의 특징들을 제거하고, 트랙킹 포인트 재검출 단계로 가는, 1차 편차 기준치 초과여부 판단단계;
연산처리부는, 1차 편차 기준치 초과여부 판단단계 후, 관심영역 내에서 구하여진 특징점의 수를 기 설정된 특징수 기준치와 비교하여, 특징점의 수가 특징수 기준치보다 작다면, 해당 관심영역 내의 특징들을 제거하고, 트랙킹 포인트 재검출 단계로 가는, 특징수 기준치 미만여부 판단단계;
연산처리부는, 1차 편차 기준치 초과여부 판단단계에서 관심영역 편차가 편차 기준치보다 크다면, 또는 특징수 기준치 미만여부 판단단계에서 특징점의 수가 특징수 기준치보다 작다면, 코의 트랙킹 포인트들을 잘못 구한 것으로, 현재의 프레임에 연이은 전의 프레임의 2개의 눈 트랙킹포인트의 각각의 위치로부터, 현재의 프레임의 2개의 눈 트랙킹포인트의 각각의 위치까지 움직인 거리인, 트랙킹 포인트 이동거리를 구하고, 2개의 트랙킹 포인트 이동거리의 평균인, 트랙킹 포인트 이동거리 평균을 구하고, 전의 프레임의 코의 트랙킹 포인트와, 트랙킹 포인트 이동거리 평균을 이용하여 수정된 코의 트랙킹 포인트를 구하는, 트랙킹 포인트 재검출 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는, 열화상 카메라를 이용한 호흡 측정 방법.
According to claim 2, Respiratory-related area tracking step,
The arithmetic processing unit calculates the standard deviation of temperatures in the region of interest of each frame by averaging the temperatures in the region of interest of each frame obtained in the primary feature extraction step and calculating the standard deviation of the temperatures in the region of interest of each frame Calculating a mean temperature and deviation of the region of interest;
The calculation processing unit compares the ROI deviation obtained in the average temperature and deviation calculation step with a preset deviation reference value, and determines whether the ROI deviation is greater than the deviation reference value, and if the ROI deviation is greater than the deviation reference value, Determining whether a primary deviation criterion is exceeded by removing features in the region of interest and going to a re-detection of a tracking point;
After the step of determining whether the primary deviation reference value is exceeded, the operation processor compares the number of feature points obtained in the ROI with the preset feature number reference value, and if the number of feature points is smaller than the feature number reference value, removes the features in the ROI. Determining whether the feature number is less than the threshold value, and going to the tracking point redetection step;
If the deviation of the region of interest is greater than the deviation criterion in the step of determining whether the primary deviation criterion is exceeded, or the number of feature points is less than the feature number criterion in the determination of whether the feature deviation is less than the criterion, the wrong tracking points are determined. Determine the tracking point movement distance, which is the distance traveled from each position of the two eye tracking points of the previous frame following the current frame to each position of the two eye tracking points of the current frame, and the two tracking points A tracking point redetection step of obtaining a tracking point moving distance average, which is an average of moving distances, and a tracking point of a nose of a previous frame and a modified tracking point of a nose using a tracking point moving distance average;
Respiratory measurement method using a thermal imaging camera, comprising a.
제4항에 있어서, 호흡관련 영역 추적단계는,
연산처리부가, 트랙킹 포인트 재검출 단계에서 구하여진 수정된 코의 트랙킹 포인트와, 2개의 눈의 트랙킹 포인트를 이용하여, 관심영역을 구하고, 특징을 추출하는, 2차 특징 추출 단계;
연산처리부가, 2차 특징 추출 단계에서 구한 각 프레임의 관심영역 내의 온도를 평균하여 '프레임별의 관심영역 평균온도'로서 연산처리부가 구하고, 각 프레임의 관심영역 내의 온도들의 표준편차를 '프레임별의 관심영역 온도 편차'로서 구하는, 2차 평균온도 및 편차 연산단계;
연산처리부가, 2차 평균온도 및 편차 연산단계에서 구한 관심영역 온도 편차를 편차 기준치와 비교하여, 상기 관심영역 온도 편차가 편차 기준치보다 큰지를 판단하며, 만약 상기 관심영역 온도 편차가 편차 기준치보다 크다면, 추적(트랙킹)을 종료하는, 2차 편차 기준치 초과여부 판단단계;
연산처리부가, 종료 스위치가 눌러짐에 따라 종료 플레그가 세트되거나, 또는, 현재 프레임이, 초기에 설정된 소정 시간간격의 마지막 프레임에 해당한다면, 추적을 종료하며, 그렇지 않다면, 다음 프레임의 얼굴 열영상의 프레임을 수신하고, 정규화 단계로 가는, 추적 종료여부 판단단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는, 열화상 카메라를 이용한 호흡 측정 방법.
According to claim 4, Respiratory-related area tracking step,
A second feature extracting step of calculating a region of interest using the modified nose tracking point obtained in the tracking point redetection step and two eye tracking points, and extracting a feature;
The arithmetic processing unit calculates the standard deviation of temperatures in the ROI of each frame by averaging the temperatures in the ROIs of each frame obtained in the second feature extraction step and calculating the standard deviation of the temperatures in the ROIs of each frame. Calculating a second average temperature and a deviation as a region of interest temperature deviation;
The calculation processing unit compares the ROI temperature deviation obtained in the second average temperature and the deviation calculation step with the deviation reference value to determine whether the ROI temperature deviation is greater than the deviation reference value, and if the ROI temperature deviation is greater than the deviation reference value Determining whether or not the second deviation threshold value is exceeded, by ending tracking (tracking);
If the end flag is set as the end switch is pressed, or if the current frame corresponds to the last frame of the predetermined predetermined time interval, the processing unit ends tracking, otherwise, the face thermal image of the next frame. Receiving a frame and going to a normalization step, determining whether to finish tracking;
Respiratory measurement method using a thermal imaging camera, comprising a.
제2항에 있어서, 호흡신호 추출단계는,
연산처리부가, 열화상카메라로부터 수신한 얼굴의 열영상에서, 각 프레임의 관심영역의 영상을, 연이은 전 프레임의 관심영역의 영상을 차감한 차영상을 구하되, 상기 차영상의 각 화소의 값을, 온도변이의 값으로 하는, 프레임별 온도변이 검출단계;,
연산처리부가, 프레임별 온도변이 검출단계를 거친 차영상의 각 프레임의 관심영역에서, 3D-DBSCAN을 이용하여, 노이즈 포인트를 제거하는, 노이즈 제거단계;
연산처리부가, 노이즈 제거단계를 거친 차영상의 각 프레임에서 온도변이의 값의 절대치가, 기설정된 온도변이 기준치와 비교하여 작거나 같은 경우의, 온도변이의 값은 제거하는, 온도변이 기준치 비교단계;
연산처리부가, 온도변이 기준치 비교단계 후, 차 영상의 각 프레임 내의 각 온도 변이를 합산하여, 프레임별 온도 변화량으로써 구하여, 프레임 순서에 따라 저장하는, 온도 변화량 연산단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는, 열화상 카메라를 이용한 호흡 측정 방법.
The method of claim 2, wherein the respiratory signal extraction step,
The calculation processing unit obtains a difference image obtained by subtracting an image of the ROI of each frame from the image of the ROI of each frame in the thermal image of the face received from the IR camera, and calculating a value of each pixel of the difference image. A temperature variation detection step by frame, wherein the temperature variation is a value;
A noise removing step of the arithmetic processing unit to remove a noise point by using the 3D-DBSCAN in a region of interest of each frame of the difference image which has undergone the step of detecting the temperature variation per frame;
The step of comparing the temperature variation reference value, wherein the processing unit removes the value of the temperature variation when the absolute value of the temperature variation value in each frame of the difference image which has undergone the noise removing step is smaller than or equal to the preset temperature variation reference value. ;
A temperature change calculation step of the calculation processing unit summing each temperature change in each frame of the difference image after the temperature change reference value comparison step, calculating the amount of temperature change for each frame, and storing the result in the frame order;
Respiratory measurement method using a thermal imaging camera, comprising a.
제6항에 있어서, 호흡신호 추출단계는,
연산처리부가 온도 변화량 연산단계에서 구한 프레임별 온도 변화량 합들을 메모리부로부터 순차적으로 읽어들이고, 프레임별 온도 변화량들을 시간에 따라(t 축으로) 적분하여, 적분 결과를 호흡 데이터(raw data)로 하는, 호흡 데이터 검출단계;
연산처리부가, 호흡 데이터 검출단계에서 검출된 호흡 데이터(raw data)를, 평활화(smoothing) 및 디트랜드(detrend)를 행하는, 평활화 및 디트랜드 단계;
연산처리부가, 평활화와 디트랜드가 행하여진 호흡 데이터들을 연속 웨이블렛 변환(CWT)을 행하여, 주파수별로 주파수 스케일들로 나타내는, 연속 웨이블렛 변환단계;
연산처리부가, 연속 웨이블렛 변환을 행한 결과에서, 주파수별로 주파수 스케일의 합을 구하고, 구하여진 주파수별 주파수 스케일의 합 중에서, 주파수별 주파수 스케일의 합이 가장 큰 주파수를, 호흡 주파수로 하며, 호흡 주파수의 각 주파수 스케일을 호흡 신호로서 메모리부에 저장하는, 호흡 주파수 검출단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는, 열화상 카메라를 이용한 호흡 측정 방법.
The method of claim 6, wherein the respiratory signal extraction step,
The calculation processing unit sequentially reads the sums of temperature changes per frame obtained in the temperature variation calculation step from the memory unit, integrates the temperature changes per frame over time (in the t-axis), and converts the integration result into raw data. Respiratory data detection;
A smoothing and detrending step, wherein the computing unit performs smoothing and detrending of the respiratory data detected in the respiratory data detection step;
A continuous wavelet transform step of performing, by the processing unit, continuous wavelet transform (CWT) on the respiratory data on which smoothing and detrending is performed, and displaying frequency scales for each frequency;
The calculation processing unit obtains the sum of the frequency scales for each frequency based on the result of the continuous wavelet transformation, and among the obtained sums of frequency scales for the frequencies, the respiratory frequency is the frequency at which the sum of the frequency scales for each frequency is the largest. Respiratory frequency detection step of storing each frequency scale of the memory unit as a respiration signal;
Respiratory measurement method using a thermal imaging camera, comprising a.
제2항에 있어서, 호흡수 및 호흡량 검출단계는
연산처리부가, 호흡신호 추출단계에서 구하여진 호흡신호를 1차 미분하여 변곡점을 구하고, 변곡점을 이용하여 피크(peak)와 밸리(valley)를 검출하는, 피크 및 밸리 검출단계;
연산처리부가, 피크 및 밸리 검출단계에서 검출된 피크(peak)와 밸리(valley)들에서, 소정 시간간격 동안에, 피크와 밸리가 순차적으로 연이어서 나타나는 피크와 밸리의 쌍의 개수를, 호흡수로서 검출하는, 호흡수 검출단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는, 열화상 카메라를 이용한 호흡 측정 방법.
According to claim 2, Respiratory rate and respiratory rate detection step
A peak and valley detection step of calculating an inflection point by first-differentiating the respiration signal obtained in the respiration signal extraction step, and detecting a peak and a valley using the inflection point;
In the peaks and valleys detected in the peak and valley detection step, the calculation processing unit calculates the number of pairs of peaks and valleys that appear sequentially after the peaks and valleys during a predetermined time interval as the respiratory rate. Detecting, respiratory rate detection step;
Respiratory measurement method using a thermal imaging camera, comprising a.
제8항에 있어서, 호흡수 및 호흡량 검출단계는,
연산처리부가, 피크와 밸리가 순차적으로 연이어서 나타나는 피크와 밸리의 쌍의 진폭을, 피크와 밸리의 쌍이 포함되는 호흡주기의 호흡량으로 검출하는, 호흡량 검출단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는, 열화상 카메라를 이용한 호흡 측정 방법.
According to claim 8, Respiratory rate and respiratory rate detection step,
A respiratory rate detection step of detecting, by the calculation processing unit, the amplitude of the pair of peaks and valleys that appear sequentially after the peaks and valleys as the respiratory volume of the respiratory cycle including the pair of peaks and valleys;
Respiratory measurement method using a thermal imaging camera, comprising a.
제8항에 있어서, 호흡수 및 호흡량 검출단계는,
피크와 밸리가 순차적으로 연이어서 나타나는 피크와 밸리의 쌍으로 호흡주기를 검출하고, 각 호흡주기의 호흡신호를, 연이은 전 호흡주기의 호흡신호에서 차감하여 각 호흡주기별 변화량을 구하고, 각 호흡주기별 변화량을 시간에 따라 합산하여 호흡량으로서 구하는, 호흡량 검출단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는, 열화상 카메라를 이용한 호흡 측정 방법.
According to claim 8, Respiratory rate and respiratory rate detection step,
Detecting the respiratory cycle with pairs of peaks and valleys that appear in succession of peaks and valleys, and subtracting the respiratory signals of each respiratory cycle from the respiratory signals of all subsequent respiratory cycles to determine the change in each respiratory cycle. Respiratory volume detection step of calculating the respiratory volume by summing the amount of change over time;
Respiratory measurement method using a thermal imaging camera, comprising a.
제10항에 있어서,
각 호흡주기별 변화량을 시간에 따라 합산시, 연산처리부는 각 호흡주기의 시작점을 기준으로 합산하는 것을 특징으로 하는, 열화상 카메라를 이용한 호흡 측정 방법.
The method of claim 10,
When summing the change amount of each breathing cycle over time, the calculation processing unit is added to the basis of the start point of each breathing cycle, characterized in that the respiration measurement method using a thermal imaging camera.
제1항, 제2항 및 제4항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서 본 발명의 열화상 카메라를 이용한 호흡 측정 방법에 대한 컴퓨터 프로그램 소스를 저장한 기록매체.The recording medium according to any one of claims 1, 2 and 4 to 11, storing a computer program source for a respiration measurement method using a thermal imaging camera of the present invention. 열화상 카메라, 상기 열화상 카메라로부터 수신된 얼굴 전면의 열영상을 분석하여 호흡신호를 검출하는 연산처리부를 포함하는 영상분석부를 포함하며, 상기 연산처리부는,
열화상카메라로부터 수신하여 각 화소가 온도를 나타내는, 얼굴의 열영상의 프레임에서, 연산처리부는, 코와 2개의 눈을 트랙킹포인트로 하여, KLT 특징 추적기를 이용하여, 코 부분의 관심영역을 검출하고,
열화상카메라로부터 수신한 얼굴의 열영상에서, 각 프레임의 관심영역의 영상을, 연이은 전 프레임의 관심영역의 영상을 차감한 차영상을 구하되, 상기 차영상의 각 화소의 값을, 온도변이의 값으로 하며, 프레임별로 온도변이 값을 합산하여 프레임별 온도변화량의 합으로서 메모리부에 순차적으로 저장하고, 기 설정된 시간동안에 저장된 모든 프레임의 프레임별 온도변화량의 합을 메모리부로부터 읽어들여 시간에 따라 적분하여 호흡 데이터로 하고, 상기 호흡 데이터에 연속 웨이블렛 변환을 적용하여 호흡신호를 검출하는, 열화상 카메라를 이용한 호흡 측정 시스템에 있어서,
상기 연산처리부는,
KLT 특징 추적기를 이용하여 관심영역을 구하기 위하여, 열화상 카메라로부터 수신된 피검자 얼굴 열영상의 각 프레임의 각 화소의 온도들이, 8 bit값을 갖도록 정규화를 행하고, 정규화된 온도의 값을 가진 각 프레임의 영상의 코의 각도가, 기 설정된 코 각도와 같도록, 각 프레임의 영상을 보정하고, 보정된 프레임의 영상에서 KLT 특징 추적 알고리즘을 적용하여 관심영역을 구하고, 상기 관심영역내의 특징점을 검출하며, 보정된 프레임의 관심영역에 대응되는 원 영상인, 열화상 카메라로부터 수신된 얼굴 열영상의 프레임에서도 관심영역이 구하여지는 것을 특징으로 하는, 열화상 카메라를 이용한 호흡 측정 시스템.
A thermal image camera, and an image analyzer including a calculation processor configured to detect a breathing signal by analyzing a thermal image of the front face received from the thermal camera, wherein the calculation processor comprises:
In a frame of a thermal image of a face, which is received from a thermal camera and each pixel represents a temperature, a calculation processing unit detects a region of interest in the nose portion using a KLT feature tracker with the nose and two eyes as tracking points. and,
In a thermal image of a face received from a thermal imager, a difference image obtained by subtracting an image of a region of interest of each frame and an image of a region of interest of a previous frame is obtained, and the value of each pixel of the difference image is obtained by a temperature variation. It adds the temperature variation value for each frame and saves it sequentially in the memory unit as the sum of the temperature change for each frame, and reads the sum of the temperature change for each frame of all the frames stored during the preset time from the memory unit. In the respiration measurement system using a thermal imaging camera, integrating according to the respiration data and detecting the respiration signal by applying a continuous wavelet transform to the respiration data,
The operation processing unit,
In order to obtain a region of interest using a KLT feature tracker, the temperature of each pixel of each frame of the subject's face thermal image received from the thermal imaging camera is normalized to have an 8-bit value, and each frame having a normalized temperature value is obtained. The image of each frame is corrected such that the nose angle of the image is equal to the preset nose angle, the region of interest is obtained by applying a KLT feature tracking algorithm to the image of the corrected frame, and the feature points within the region of interest are detected. And a region of interest is obtained from a frame of a face thermal image received from a thermal image camera, which is an original image corresponding to the region of interest of a corrected frame.
제13항에 있어서,
연산처리부는, 검출된 호흡신호에서 피크와 밸리를 검출하고 검출된 피크와 밸리를 이용하여 호흡수 및 호흡량을 검출하는 것을 특징으로 하는, 열화상 카메라를 이용한 호흡 측정 시스템.
The method of claim 13,
The calculation processor detects peaks and valleys from the detected breathing signals, and detects respiratory rate and respiratory volume using the detected peaks and valleys.
삭제delete 제14항에 있어서, 연산처리부는,
호흡 데이터를, 평활화(smoothing) 및 디트랜드(detrend)를 행하고, 평활화와 디트랜드가 행하여진 호흡 데이터들을 연속 웨이블렛 변환(CWT)을 행하고, 연속 웨이블렛 변환을 행한 결과에서, 주파수별로 주파수 스케일의 합을 구하고, 구하여진 주파수별 주파수 스케일의 합 중에서, 주파수별 주파수 스케일의 합이 가장 큰 주파수를, 호흡 주파수로 하며, 호흡 주파수의 각 주파수 스케일을 호흡 신호로서 메모리부에 저장하는 것을 특징으로 하는, 열화상 카메라를 이용한 호흡 측정 시스템.
The method of claim 14, wherein the operation processing unit,
In the results of smoothing and detrending breathing data, performing continuous wavelet transform (CWT) on the smoothing and detrending breathing data, and performing continuous wavelet transform, the sum of frequency scales for each frequency It is characterized in that, the frequency of the frequency scale for each frequency of the sum of the obtained frequency scales, the maximum frequency is the respiratory frequency, characterized in that each frequency scale of the respiratory frequency is stored in the memory unit as a breathing signal, Respiration measurement system using a thermal imaging camera.
제16항에 있어서, 연산처리부는,
호흡신호를 1차 미분하여 변곡점을 구하고, 변곡점을 이용하여 피크(peak)와 밸리(valley)를 검출하고, 검출된 피크(peak)와 밸리(valley)들에서, 소정 시간간격 동안에, 피크와 밸리가 순차적으로 연이어서 나타나는 피크와 밸리의 쌍의 개수를, 호흡수로서 검출하는 것을 특징으로 하는, 열화상 카메라를 이용한 호흡 측정 시스템.
The method of claim 16, wherein the operation processing unit,
The indifference point is obtained by first-order differentiation of the respiration signal, the peak and the valley are detected using the inflection point, and at the detected peak and the valley, the peak and the valley for a predetermined time interval. The number of pairs of peaks and valleys which appear sequentially afterwards is detected as the number of breaths, Respiration measurement system using a thermal imaging camera.
제17항에 있어서, 연산처리부는,
피크와 밸리가 순차적으로 연이어서 나타나는 피크와 밸리의 쌍으로 호흡주기를 검출하고, 각 호흡주기의 호흡신호를, 연이은 전 호흡주기의 호흡신호에서 차감하여 각 호흡주기별 변화량을 구하고, 각 호흡주기별 변화량을 시간에 따라 합산하여 호흡량으로서 구하는 것을 특징으로 하는, 열화상 카메라를 이용한 호흡 측정 시스템.
The method of claim 17, wherein the processing unit,
Detecting the respiratory cycle with pairs of peaks and valleys that appear in succession of peaks and valleys, and subtracting the respiratory signals of each respiratory cycle from the respiratory signals of all subsequent respiratory cycles to determine the change in each respiratory cycle. Respiration measurement system using a thermal imaging camera, characterized in that the sum of the amount of change over time to obtain a respiratory volume.
제17항에 있어서, 연산처리부는,
피크와 밸리가 순차적으로 연이어서 나타나는 피크와 밸리의 쌍의 진폭을, 피크와 밸리의 쌍이 포함되는 호흡주기의 호흡량으로 검출하는 것을 특징으로 하는, 열화상 카메라를 이용한 호흡 측정 시스템.
The method of claim 17, wherein the processing unit,
A respiration measurement system using a thermal imaging camera, characterized by detecting the amplitude of a pair of peaks and valleys that appear sequentially after the peaks and valleys as the respiratory volume of the respiratory cycle including the pairs of peaks and valleys.
KR1020170158263A 2017-11-24 2017-11-24 Respiratory measurement system using thermovision camera KR102054213B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170158263A KR102054213B1 (en) 2017-11-24 2017-11-24 Respiratory measurement system using thermovision camera

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170158263A KR102054213B1 (en) 2017-11-24 2017-11-24 Respiratory measurement system using thermovision camera

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190060243A KR20190060243A (en) 2019-06-03
KR102054213B1 true KR102054213B1 (en) 2019-12-10

Family

ID=66849040

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170158263A KR102054213B1 (en) 2017-11-24 2017-11-24 Respiratory measurement system using thermovision camera

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102054213B1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11548524B2 (en) 2020-11-12 2023-01-10 Hyundai Motor Company Vehicle and method of controlling the same
WO2024019220A1 (en) * 2022-07-19 2024-01-25 주식회사 럭스로보 Object behavior detection system using thermal imaging

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111814659B (en) * 2020-07-07 2024-03-29 杭州海康威视数字技术股份有限公司 Living body detection method and system
KR102381204B1 (en) * 2020-07-15 2022-03-31 아주대학교산학협력단 Apparatus and method for monitoring breathing using thermal image
CN113255478A (en) * 2021-05-10 2021-08-13 厦门理工学院 Composite fatigue detection method, terminal equipment and storage medium
EP4124288A1 (en) * 2021-07-26 2023-02-01 Koninklijke Philips N.V. Device, system and method for determining respiratory information of a subject
CN113576451A (en) * 2021-07-30 2021-11-02 深圳市商汤科技有限公司 Respiration rate detection method and device, storage medium and electronic equipment
CN113576452A (en) * 2021-07-30 2021-11-02 深圳市商汤科技有限公司 Respiration rate detection method and device based on thermal imaging and electronic equipment
CN114209290B (en) * 2021-12-08 2023-09-01 北京航空航天大学 System and method for measuring respiratory flow based on temperature
CN114170201B (en) * 2021-12-08 2024-04-26 山东大学 Non-contact respiration rate detection method and system based on edge optical flow information
CN116740621B (en) * 2023-08-14 2023-10-31 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 Non-contact respiration detection method, equipment and medium

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007105147A (en) * 2005-10-12 2007-04-26 Konica Minolta Holdings Inc Data detecting apparatus and method
US20090080730A1 (en) * 2007-09-25 2009-03-26 University Of Houston System Imaging facial signs of neuro-physiological responses

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007105147A (en) * 2005-10-12 2007-04-26 Konica Minolta Holdings Inc Data detecting apparatus and method
US20090080730A1 (en) * 2007-09-25 2009-03-26 University Of Houston System Imaging facial signs of neuro-physiological responses

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11548524B2 (en) 2020-11-12 2023-01-10 Hyundai Motor Company Vehicle and method of controlling the same
WO2024019220A1 (en) * 2022-07-19 2024-01-25 주식회사 럭스로보 Object behavior detection system using thermal imaging
KR20240011512A (en) * 2022-07-19 2024-01-26 주식회사 럭스로보 System for detecting action of object by using infrared thermography image
KR102636116B1 (en) 2022-07-19 2024-02-13 주식회사 럭스로보 System for detecting action of object by using infrared thermography image

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190060243A (en) 2019-06-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102054213B1 (en) Respiratory measurement system using thermovision camera
US11576590B2 (en) Imaging-based spirometry systems and methods
Yu et al. Noncontact respiratory measurement of volume change using depth camera
JP6616331B2 (en) Apparatus, system and method for detecting apnea in a subject
JP6194105B2 (en) Improved signal selection for acquiring remote photoplethysmographic waveforms
CN108135487A (en) For obtaining the equipment, system and method for the vital sign information of object
US20150250391A1 (en) Cardiac pulse rate estimation from source video data
CN105792742A (en) Device and method for obtaining pulse transit time and/or pulse wave velocity information of a subject
Basu et al. Infrared imaging based hyperventilation monitoring through respiration rate estimation
Ostadabbas et al. A vision-based respiration monitoring system for passive airway resistance estimation
CN106999116A (en) Apparatus and method for skin detection
EP3500154B1 (en) A sensor system and method for determining a breathing type
CN112806966B (en) Non-interference type early warning system for sleep apnea
Soleimani et al. Depth-based whole body photoplethysmography in remote pulmonary function testing
Shakhih et al. Assessment of inspiration and expiration time using infrared thermal imaging modality
CN107205672B (en) Apparatus and method for evaluating respiratory data of a monitored subject
KR20140057867A (en) System for mearsuring stress using thermal image
JP6415462B2 (en) Apparatus and method for determining respiratory volume signal from image data
Sarkar et al. Automatic detection of obstructive and restrictive lung disease from features extracted from ECG and ECG derived respiration signals
Młyńczak et al. Flow parameters derived from impedance pneumography after nonlinear calibration based on neural networks
TWI577338B (en) Based on the real-time image-based respiration rate measurement technology method
KR102275263B1 (en) Respiratory measurement system using depth camera
Li et al. How do you breathe-a non-contact monitoring method using depth data
Basu et al. A thermographic method for detecting respiratory alkalosis by monitoring breath patterns
Laufer et al. Tiffeneau-Testing by means of a Smart-Shirt

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant