KR102411622B1 - Method and apparatus for non-contact oxygen saturation measurement - Google Patents

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KR102411622B1
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이의철
김나혜
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Abstract

본 발명은 산소포화도 측정 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 RGB 카메라로 촬영한 영상에서 산호포화도를 측정하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 비접촉 산소포화도 측정 방법 및 장치는 신체와 접촉하지 않고 기본 RGB 카메라 한 대를 통해 산소포화도를 측정할 수 있다. The present invention relates to a method for measuring oxygen saturation, and more particularly, to a method and apparatus for measuring coral saturation in an image captured by an RGB camera. According to an embodiment of the present invention, the non-contact oxygen saturation measurement method and apparatus can measure oxygen saturation through a single basic RGB camera without contact with the body.

Description

비접촉 산소포화도 측정 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR NON-CONTACT OXYGEN SATURATION MEASUREMENT}Method and apparatus for non-contact oxygen saturation measurement

본 발명은 산소포화도 측정 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 RGB 카메라로 촬영한 영상에서 산소포화도를 측정하는 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method for measuring oxygen saturation, and more particularly, to a method and apparatus for measuring oxygen saturation in an image captured by an RGB camera.

생활 습관의 변화로 인해 과거에는 흔하지 않았던 수많은 질병들이 나타나기 시작했다. 그 중에서 심장병은 현대 사회의 대표적인 질환 중에 하나라고 할 수 있으며, 심장병이 생기는 대표적인 원인은 스트레스를 꼽을 수 있다. 스트레스에 의한 긴장과 분노는 뇌의 교감 신경을 흥분시켜 심장 박동수 또는 강도를 높이게 되고, 심장에서 소비하는 산소량을 증가시키는 반면, 관상 동맥은 오히려 수축되어 혈액 순환이 적절하지 못하게 된다. 결국 심장에서는 빈혈 현상이 나타날 수 있으며, 고혈압을 악화시킨다. 따라서 스트레스 관리는 반드시 필요하다.Due to changes in lifestyle, numerous diseases that were not common in the past have begun to appear. Among them, heart disease can be said to be one of the representative diseases of modern society, and the representative cause of heart disease is stress. Tension and anger caused by stress excite the sympathetic nerves of the brain to increase the heart rate or intensity, and increase the amount of oxygen consumed by the heart, while the coronary arteries are rather constricted, resulting in inadequate blood circulation. Eventually, the heart may develop anemia, which exacerbates high blood pressure. Therefore, stress management is essential.

하지만 이러한 스트레스 관리를 위해서는 어느 장소에서나 스트레스의 정도에 대한 측정이 가능하지 않고, 전문 스트레스 측정 장비가 구비된 곳을 찾아가야 하는 번거로움이 있었다. 또한, 스트레스 측정을 위해 측정시마다 많은 비용을 지불해야 하며, 신체에 여러 개의 측정 센서들을 부착함으로써 움직임에 제약이 있다However, for such stress management, it is not possible to measure the level of stress in any place, and it is inconvenient to visit a place equipped with professional stress measuring equipment. In addition, to measure stress, it is necessary to pay a lot of money every time it is measured, and there are restrictions on movement by attaching several measuring sensors to the body.

종래의 기술에 따라 산소포화도를 측정하는 기술은 산소포화도를 측정하려면 센서를 사용하거나 측정 파장의 광원과 이를 측정하는 카메라를 사용하여 측정하여 여러가지 장비가 사용되는 불편함이 있다.In the conventional technique for measuring oxygen saturation, a sensor is used to measure oxygen saturation, or a light source of a measurement wavelength and a camera for measuring it are used to measure the oxygen saturation, so that various equipments are used.

1. 대한민국 특허 등록번호 10-1752560 호 “영상을 이용한 산소포화도 측정 방법 및 영상을 이용한 산소포화도 측정 방법을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체”(등록일자: 2017년 06월23일)1. Republic of Korea Patent Registration No. 10-1752560 “A method of measuring oxygen saturation using an image and a computer-readable recording medium recording a method of measuring oxygen saturation using an image” (Registration date: June 23, 2017)

본 발명은 RGB 카메라를 이용하여 사용자의 얼굴을 측정한 영상에서 산소포화도를 측정하는 비접촉 산소포화도 측정 방법 및 장치를 제공한다.The present invention provides a non-contact oxygen saturation measurement method and apparatus for measuring oxygen saturation in an image obtained by measuring a user's face using an RGB camera.

본 발명의 일 측면에 따르면, 비접촉 산소포화도 측정 장치를 제공한다. According to one aspect of the present invention, there is provided a non-contact oxygen saturation measuring apparatus.

본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 산소포화도 측정 장치는 RGB 카메라를 통해 얼굴 영상을 획득하는 영상 획득부, 획득한 얼굴 영상에서 피부 영역의 RGB 컬러를 YCgCr 컬러로 변환하는 데이터 변환부, 변환된 데이터를 기설정된 대역대로 필터링하고, 필터링된 Cg, Cr 컬러 영역의 데이터에서 각각의 데이터를 추출하는 데이터 처리부 및 상기 추출된 데이터에 기초하여 산소포화도를 측정하는 산소포화도 측정부를 포함할 수 있다.A non-contact oxygen saturation measuring apparatus according to an embodiment of the present invention includes an image acquisition unit that acquires a face image through an RGB camera, a data converter that converts RGB color of a skin region from the acquired face image to YCgCr color, and the converted data It may include a data processing unit for filtering the data in a preset band, extracting respective data from the data of the filtered Cg and Cr color regions, and an oxygen saturation measuring unit measuring oxygen saturation based on the extracted data.

본 발명의 일 측면에 따르면, 비접촉 산소포화도 측정 방법 및 이를 실행하는 컴퓨터 프로그램을 제공한다.According to one aspect of the present invention, a non-contact oxygen saturation measurement method and a computer program for executing the same are provided.

본 발명의 일 실시 예에 따른 비접촉 산소포화도 측정 방법은 RGB 카메라를 통해 얼굴 영상을 획득하는 단계, 획득한 얼굴 영상에서 피부 영역의 RGB 컬러를 YCgCr 컬러로 변환하는 단계, 변환된 데이터를 기설정된 대역대로 필터링하고, 필터링된 Cg, Cr 컬러 영역의 데이터에서 각각의 데이터를 추출하는 단계 및 상기 추출된 데이터에 기초하여 산소포화도를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.The non-contact oxygen saturation measurement method according to an embodiment of the present invention includes acquiring a face image through an RGB camera, converting RGB color of a skin region into YCgCr color in the acquired face image, and converting the converted data into a preset band It may include the steps of filtering as shown, extracting respective data from the data of the filtered Cg and Cr color regions, and measuring oxygen saturation based on the extracted data.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 신체와 접촉하지 않고 기본 RGB 카메라 한 대를 통해 산소포화도를 측정할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, oxygen saturation can be measured through a single basic RGB camera without contact with the body.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, , 주변 상황과 공간에 구분없이 비접촉식으로 자연스러운 환경에서 얻을 수 있어 거부감 없이 측정할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, , can be obtained in a natural environment in a non-contact manner, regardless of the surrounding situation and space, so that measurement can be performed without feeling of rejection.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 비접촉 산소포화도 측정 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 비접촉 산소포화도 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
1 is a view for explaining a non-contact oxygen saturation measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining a non-contact oxygen saturation measurement method according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서 및 청구항에서 사용되는 단수 표현은, 달리 언급하지 않는 한 일반적으로 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.Since the present invention can have various changes and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and will be described in detail through detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known technology may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. Also, the expressions "a" and "a", "a" and "a", as used in this specification and claims, should generally be construed to mean "one or more" unless stated otherwise.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. do it with

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 비접촉 산소포화도 측정 장치를 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a non-contact oxygen saturation measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 비접촉 산소포화도 측정 장치(100)는 영상획득부(110), 데이터 변환부(120), 데이터 처리부(130) 및 산소포화도 측정부(140)를 포함한다.Referring to FIG. 1 , the non-contact oxygen saturation measurement apparatus 100 includes an image acquisition unit 110 , a data conversion unit 120 , a data processing unit 130 , and an oxygen saturation measurement unit 140 .

영상획득부(110)는 사용자의 얼굴 및 손가락 등 관찰하고자 하는 신체 부위를 촬영하는 카메라를 포함할 수 있다. 영상획득부(110)는 사용자로부터 일정 거리가 떨어진 위치에서 RGB 카메라를 통해 얼굴 영상을 획득할 수 있다.The image acquisition unit 110 may include a camera for photographing a body part to be observed, such as the user's face and fingers. The image acquisition unit 110 may acquire a face image through the RGB camera at a location distant from the user.

데이터 변환부(120)는 RGB 카메라를 이용하여 대상자의 얼굴 영상을 획득하여 RGB 카메라를 통해 획득한 얼굴 영상에서 피부색 영역을 추출할 수 있다. The data converter 120 may obtain a face image of the subject using the RGB camera and extract a skin color region from the face image obtained through the RGB camera.

데이터 변환부(120)는 rPPG(Remote-PPG) 기술을 사용하여 카메라를 통해 실시간으로 PPG 신호를 획득할 수 있다. PPG는 센서와 피부에 접촉한 후 피부 표면에 빛을 조사하여 반사되는 빛의 양을 통해 측정된 심장 박동 신호일 수 있다.The data converter 120 may acquire a PPG signal in real time through a camera using a remote-PPG (rPPG) technology. The PPG may be a heartbeat signal measured through the amount of light reflected by irradiating light on the skin surface after contact with the sensor and the skin.

데이터 변환부(120)는 RGB 영상 데이터의 영상 프레임에서 초당 30프레임의 속도로 얼굴을 검출할 수 있다.The data converter 120 may detect a face in an image frame of RGB image data at a rate of 30 frames per second.

데이터 변환부(120)는 검출된 얼굴 영상에서 피부 세분화(skin segmentation)를 이용하여 프레임마다 얼굴 영역에서 관심 영역(ROI: Region of Interest)으로 검출할 수 있다.The data converter 120 may detect a region of interest (ROI) from a face region for each frame by using skin segmentation in the detected face image.

데이터 변환부(120)는 검출된 얼굴은 KCF(Kernelized Correlation Filter) 추적기를 이용하여 연속적인 영상 프레임에서 추적하여 피부색의 변화를 보기 위해 검출된 얼굴에서 피부 영역을 ROI로 검출할 수 있다. 이를 위해, 데이터 변환부(120)는 얼굴 영역에서 피부색만을 검출하기 위하여 YCbCr 컬러 영역을 이용하여 피부 영역만을 검출할 수도 있다.The data converter 120 may detect a skin region in the detected face as an ROI in order to see a change in skin color by tracking the detected face in successive image frames using a Kernelized Correlation Filter (KCF) tracker. To this end, the data converter 120 may detect only the skin region using the YCbCr color region in order to detect only the skin color in the face region.

즉, 데이터 변환부(120)는 피부 영역을 ROI로 추출할 때 RGB 컬러 영역을 YCbCr 컬러 영역으로 변환할 수 있다. 이후, 데이터 변환부(120)는 얼굴 영상에서 선택된 피부색에 대응하는 피부 영역을 ROI로 검출할 수 있다.That is, when extracting the skin region as an ROI, the data converter 120 may convert the RGB color region into the YCbCr color region. Thereafter, the data converter 120 may detect a skin region corresponding to the skin color selected from the face image as an ROI.

실시예에 따라, 데이터 변환부(120)는 얼굴 영역의 RGB 데이터를 YCbCr 컬러 영역으로 분리한 후 Cb-Cr 평면에서 해당하는 범위를 피부 영역으로 검출할 수 있다. 데이터 변환부(120)는 RGB 색 공간의 이미지 프레임을 YCbCr 색 공간으로 변환한 후 Cb-Cr 평면에서 피부 화소 클러스터링을 수행하여 피부 화소 특성을 이용할 수 있다. 이때, 데이터 변환부(120)는 YCbCr 컬러 영역 안에서 조명성분(Y)을 제외한 Cb-Cr 평면에서 표현할 경우에 평면의 중심 부근에서 가까운 군집을 이루는 특성을 이용하여 획득한 얼굴 영상에서 피부 영역을 검출하고, 해당 영역의 픽셀값으로부터 피부색 정보를 검출할 수 있다. According to an embodiment, the data converter 120 may separate the RGB data of the face region into the YCbCr color region and then detect a corresponding range on the Cb-Cr plane as the skin region. The data converter 120 may convert an image frame in the RGB color space into the YCbCr color space and then perform skin pixel clustering in the Cb-Cr plane to use skin pixel characteristics. At this time, the data conversion unit 120 detects the skin region in the acquired face image using the characteristic of forming a close cluster near the center of the plane when expressed in the Cb-Cr plane excluding the illumination component (Y) in the YCbCr color region. and skin color information may be detected from pixel values of the corresponding region.

데이터 변환부(120)는 산소포화도를 구하기 위해 검출된 ROI 영역의 RGB 컬러 영역을 YCgCr 컬러 영역으로 변환할 수 있다.The data converter 120 may convert the RGB color region of the detected ROI region into a YCgCr color region to obtain oxygen saturation.

데이터 변환부(120)는 피부 영역을 결정한 후에 피부 영역의 색상 값을 이용하여 산소 포화도 측정을 위한 PPG 신호를 추출할 수 있다. 이를 위해, 데이터 변환부(120)는 관심 영역의 R 색상값, G 색상값 및 B 색상값을 이용하여 PPG 신호를 추출할 수 있다.After determining the skin region, the data converter 120 may extract a PPG signal for measuring oxygen saturation by using a color value of the skin region. To this end, the data converter 120 may extract the PPG signal by using the R color value, the G color value, and the B color value of the ROI.

데이터 변환부(120)는 추출된 PPG 신호에서 RGB 컬러 영역을 YCgCr 컬러 영역으로 변환할 수 있다. 즉, 데이터 변환부(120)는 검출된 ROI 영역의 RGB 컬러 영역을 YCgCr 컬러 영역으로 변환할 수 있다.The data converter 120 may convert the RGB color region into the YCgCr color region in the extracted PPG signal. That is, the data converter 120 may convert the RGB color region of the detected ROI region into the YCgCr color region.

데이터 변환부(120)는 녹색(green) 파장과 적색(red) 파장에서 두 헤모글로빈의 흡광도가 서로 반대이기 때문에 피부 영역에서 RGB컬러 영역을 YCgCr 컬러 영역으로 변환할 수 있다.The data converter 120 may convert the RGB color region into the YCgCr color region in the skin region because the absorbances of the two hemoglobins are opposite to each other at the green wavelength and the red wavelength.

데이터 변환부(120)는 산소포화도 측정을 위해 서로 다른 두 파장에서 탈산소화 헤모글로빈과 산소화 헤모글로빈의 흡광계수가 다름 이용하도록 얼굴 이미지에서 추출된 PPG 신호의 RGB 컬러 영역을 YCgCr 컬러 영역으로 변환하여 Cg, Cr 신호를 추출할 수 있다.The data conversion unit 120 converts the RGB color area of the PPG signal extracted from the face image into the YCgCr color area to use the different extinction coefficients of deoxygenated hemoglobin and oxygenated hemoglobin at two different wavelengths to measure oxygen saturation, and Cg, The Cr signal can be extracted.

이를 위해, 데이터 변환부(120)는 하기 수학식 1 내지 2를 통해 RGB컬러 영역을 YCgCr 컬러 영역으로 변환할 수 있다.To this end, the data conversion unit 120 may convert the RGB color area into the YCgCr color area through Equations 1 and 2 below.

Figure 112021089044989-pat00001
Figure 112021089044989-pat00001

Figure 112021089044989-pat00002
Figure 112021089044989-pat00002

Figure 112021089044989-pat00003
Figure 112021089044989-pat00003

이때, R’,G’,B’은 R,G,B 값을 0~1사이의 값으로 변환한 값이다.In this case, R’,G’,B’ is a value converted from the R,G,B value to a value between 0 and 1.

Figure 112021089044989-pat00004
Figure 112021089044989-pat00004

이때, I는 반사된 빛,

Figure 112021089044989-pat00005
Figure 112021089044989-pat00006
파장에서 매질의 흡광계수, C는 매질의 농도, l은 매질 내에서 빛의 이동거리를 의미한다.In this case, I is the reflected light,
Figure 112021089044989-pat00005
Is
Figure 112021089044989-pat00006
At wavelength, the extinction coefficient of the medium, C is the concentration of the medium, and l is the movement distance of light in the medium.

이때, 데이터 처리부(130)는 녹색 및 빨간색 파장 광이 선택되고 RGB 색상 공간이 YCgCr 색상 공간에서 추출된 Cg, Cr 신호에서 광 밝기 값의 효과를 제거할 수 있다. In this case, the data processing unit 130 may remove the effect of light brightness values from the Cg and Cr signals in which green and red wavelength light are selected and the RGB color space is extracted from the YCgCr color space.

데이터 처리부(130)는 광 밝기 제거된 Cg 및 Cr 신호에서 심장 박동에 관련된 맥동파형(AC) 신호만을 얻기 위해 기설정된 대역대로 필터링할 수 있다.The data processing unit 130 may filter the Cg and Cr signals from which the light intensity has been removed in a preset band band to obtain only a pulsation waveform (AC) signal related to a heartbeat.

데이터 처리부(130)는 피부색 정보에 밴드 패스 필터링(band pass filtering)를 수행하여 노이즈가 제거된 주파수 대역의 신호를 추출할 수 있다. 밴드 패스 필터링 은 0.7Hz~3Hz의 대역으로 수행될 수 있다The data processing unit 130 may extract a signal of a frequency band from which noise has been removed by performing band pass filtering on the skin color information. Bandpass filtering can be performed in a band of 0.7Hz to 3Hz.

데이터 처리부(130)는 밴드 패스 필터링에 의해 추출된 신호에 슬라이딩 윈도우를 적용할 수 있다. 실시예에 따라, 데이터 처리부(130)에 사용되는 슬라이딩 윈도우는 10초 슬라이딩 윈도우일 수 있다.The data processing unit 130 may apply a sliding window to the signal extracted by band pass filtering. According to an embodiment, the sliding window used in the data processing unit 130 may be a 10-second sliding window.

데이터 처리부(130)는 슬라이딩 윈도우가 적용된 Cg, Cr 신호의 맥동파형(AC) 신호로부터 각각의 피크(peak)와 밸리(valley)를 추출하여 피크 값과 밸리 값을 계산할 수 있다. The data processing unit 130 may calculate a peak value and a valley value by extracting each peak and valley from the pulsation waveform (AC) signal of the Cg and Cr signals to which the sliding window is applied.

데이터 처리부(130)는 하기 수학식 3을 통해 Cg, Cr 신호에서 각각 피크 값과 밸리 값을 구할 수 있다.The data processing unit 130 may obtain a peak value and a valley value from the Cg and Cr signals, respectively, through Equation 3 below.

[수학식3][Equation 3]

Figure 112021089044989-pat00007
Figure 112021089044989-pat00007

Figure 112021089044989-pat00008
Figure 112021089044989-pat00008

Figure 112021089044989-pat00009
Figure 112021089044989-pat00009

Figure 112021089044989-pat00010
Figure 112021089044989-pat00010

이때,

Figure 112021089044989-pat00011
는 Cr 신호에서 밸리 값이고,
Figure 112021089044989-pat00012
는 Cr 신호에서 피크 값이고,
Figure 112021089044989-pat00013
는 Cg 신호에서 밸리 값이고,
Figure 112021089044989-pat00014
는 Cr 신호에서 피크 값이다.
Figure 112021089044989-pat00015
Figure 112021089044989-pat00016
는 Cg, Cr 파장에서의 탈산소화 헤모글로빈의 흡광계수와 농도로 탈산소화 헤모글로빈으로 인한 흡광도이고,
Figure 112021089044989-pat00017
Figure 112021089044989-pat00018
는 Cg, Cr 파장에서의 산소화 헤모글로빈의 흡광계수와 농도로 산소화 헤모글로빈으로 인한 흡광도이다.At this time,
Figure 112021089044989-pat00011
is the valley value in the Cr signal,
Figure 112021089044989-pat00012
is the peak value in the Cr signal,
Figure 112021089044989-pat00013
is the valley value in the Cg signal,
Figure 112021089044989-pat00014
is the peak value in the Cr signal.
Figure 112021089044989-pat00015
Wow
Figure 112021089044989-pat00016
is the extinction coefficient and concentration of deoxygenated hemoglobin at Cg and Cr wavelengths, and is the absorbance due to deoxygenated hemoglobin,
Figure 112021089044989-pat00017
Wow
Figure 112021089044989-pat00018
is the extinction coefficient and concentration of oxygenated hemoglobin at Cg and Cr wavelengths, and is the absorbance due to oxygenated hemoglobin.

여기서, 밸리 부분은 맥동파형(AC) 부분의 진폭이 최소가 되는 점으로 심장의 수축으로 인해 혈액량이 기본 l에서

Figure 112021089044989-pat00019
만큼 많아져 빛의 흡수가 많아서 반사가 적게 일어나는 부분이다. 피크 부분은 맥동파형(AC) 부분의 진폭이 최대가 되는 점으로 심장의 이완으로 인해 혈액량이 기본 l만큼만 있는 부분이다. Here, the valley part is the point where the amplitude of the pulsation waveform (AC) part is the minimum, and the blood volume is changed from the basic l due to the contraction of the heart.
Figure 112021089044989-pat00019
It is the part where light is absorbed more and less reflection occurs. The peak part is the point where the amplitude of the pulsation waveform (AC) part is the maximum, and it is the part where the blood volume is only as basic as l due to the relaxation of the heart.

데이터 처리부(130)는 Cg, Cr에서 각각 구해진 밸리 값을 피크 값으로 나누어 혈류량의 변화로 인한 값의 비율을 계산할 수 있다.The data processing unit 130 may calculate a ratio of values due to changes in blood flow by dividing the valley values obtained from Cg and Cr by the peak values.

데이터 처리부(130)는 밸리 값을 피크 값으로 나누어 혈액이 변동할 때의 영향만 남기기 위한 식이다. 데이터 처리부(130)는 심장이 수축하여 혈액이 순환할 때 산소가 운반되기 때문에 이 부분만 고려하여 산소포화도를 구할 수 있다.The data processing unit 130 divides the valley value by the peak value to leave only the effect when the blood fluctuates. Since oxygen is transported when the heart contracts and blood circulates, the data processing unit 130 may calculate the oxygen saturation by considering only this part.

데이터 처리부(130)는 하기 수학식 4을 통해 Cg, Cr의 신호에서 Cg, Cr 두 파장에 대해 각각 밸리와 피크의 비율을 구할 수 있다.The data processing unit 130 may obtain a ratio of a valley to a peak for two wavelengths of Cg and Cr in the signals of Cg and Cr through Equation 4 below.

Figure 112021089044989-pat00020
Figure 112021089044989-pat00020

Figure 112021089044989-pat00021
Figure 112021089044989-pat00021

데이터 처리부(130)는 혈류량의 변화로 인한 값의 비율에 로우 패스 필터링(low pass filtering)을 수행할 수 있다. 로우 패스 필터링은 0.05Hz이하의 대역폭으로 수행될 수 있다.The data processing unit 130 may perform low pass filtering on the ratio of values resulting from the change in blood flow. Low-pass filtering may be performed with a bandwidth of 0.05 Hz or less.

데이터 처리부(130)는 로우 패스 필터링에 의해 필터링된 Cr 비율을 Cg 비율로 나눈 값을 계산할 수 있다. The data processing unit 130 may calculate a value obtained by dividing the ratio of Cr filtered by the low-pass filtering by the ratio of Cg.

데이터 처리부(130)는 수학식4에서 구한 Cg, Cr의 밸리, 피크 비율을 나누어 혈액량에 대한 의존성을 제거할 수 있다. The data processing unit 130 may remove the dependence on the blood volume by dividing the valley and peak ratios of Cg and Cr obtained in Equation (4).

산소포화도 측정부(140)는 데이터 처리부(130)에서 추출된 데이터에 기초하여 산소포화도를 측정할 수 있다. The oxygen saturation measurement unit 140 may measure the oxygen saturation level based on the data extracted from the data processing unit 130 .

산소포화도 측정부(140)는 Cg, Cr의 파장에서의 산소화 헤모글로빈과 탈산소화 헤모글로빈의 비를 나타내고 있기 때문에 하기 수학식 5에 따라 산소포화도를 구할 수 있다.Since the oxygen saturation measuring unit 140 indicates the ratio of oxygenated hemoglobin to deoxygenated hemoglobin at the wavelengths of Cg and Cr, oxygen saturation can be calculated according to Equation 5 below.

Figure 112021089044989-pat00022
Figure 112021089044989-pat00022

Figure 112021089044989-pat00023
Figure 112021089044989-pat00023

산소포화도 측정부(140)는 여기서 구한 R값과 센서에서 측정한 레퍼런스 산소포화도 값을 선형회귀를 통해 R값을 변환한다. The oxygen saturation measurement unit 140 converts the R value obtained here and the reference oxygen saturation value measured by the sensor to the R value through linear regression.

즉, 산소포화도 측정부(140)는 필터링된 Cr 비율을 Cg 비율로 나눈 후 이 값을 산소포화도 센서에서 측정한 레퍼런스(reference)값과 선형회귀를 통해 원격 산소포화도(

Figure 112021089044989-pat00024
)를 측정할 수 있다.That is, the oxygen saturation measurement unit 140 divides the filtered Cr ratio by the Cg ratio, and then divides this value by the remote oxygen saturation (
Figure 112021089044989-pat00024
) can be measured.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 비접촉 산소포화도 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다.2 is a view for explaining a non-contact oxygen saturation measurement method according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 비접촉 산소포화도 측정 방법은 S10 단계에서 카메라를 통해 30Hz RGB 영상을 입력할 수 있다. Referring to FIG. 2 , in the non-contact oxygen saturation measurement method, a 30Hz RGB image may be input through a camera in step S10.

S20 단계에서 비접촉 산소포화도 측정 장치는 30Hz의 RGB 영상에서 얼굴 영역의 ROI를 검출할 수 있다. In step S20, the non-contact oxygen saturation measuring apparatus may detect the ROI of the face region from the 30 Hz RGB image.

S30단계에서 비접촉 산소포화도 측정 장치는 검출된 ROI의 RGB 각각의 평균 프레임을 계산할 수 있다.In step S30, the non-contact oxygen saturation measuring apparatus may calculate an average frame of each RGB of the detected ROI.

S40단계에서 비접촉 산소포화도 측정 장치는 ROI의 RGB 컬러 영역을 YCgCr 컬러 영역으로 변환할 수 있다.In step S40, the non-contact oxygen saturation measuring apparatus may convert the RGB color region of the ROI into the YCgCr color region.

S50단계에서 비접촉 산소포화도 측정 장치는 변환된 Cg, Cr 신호를 0.7Hz에서 3Hz 사이의 주파수로 밴드 패스 필터링을 수행할 수 있다. In step S50, the non-contact oxygen saturation measuring apparatus may perform band-pass filtering on the converted Cg and Cr signals with a frequency between 0.7 Hz and 3 Hz.

S60단계에서 비접촉 산소포화도 측정 장치는 밴드 패스 필터링 결과에10초 슬라이딩 윈도우 적용할 수 있다.In step S60 , the non-contact oxygen saturation measuring apparatus may apply a 10-second sliding window to the band pass filtering result.

S70단계에서 비접촉 산소포화도 측정 장치는 10초 슬라이딩 윈도우 구간에서 Cg, Cr 파장의 각각 피크 값과 밸리 값을 추출 할 수 있다.In step S70 , the non-contact oxygen saturation measuring apparatus may extract peak values and valley values of Cg and Cr wavelengths in the 10-second sliding window section, respectively.

S80단계에서 비접촉 산소포화도 측정 장치는 추출된 Cg, Cr파장의 각각 밸리 값을 피크 값으로 나누어 혈류량의 변화로 인한 값의 비율을 계산할 수 있다.In step S80 , the non-contact oxygen saturation measuring apparatus may calculate a ratio of values due to a change in blood flow by dividing each valley value of the extracted Cg and Cr wavelengths by a peak value.

S90단계에서 비접촉 산소포화도 측정 장치는 Cg, Cr 각각의 변화 비율을 0.05Hz의 주파수로 로우 패스 필터링할 수 있다.In step S90 , the non-contact oxygen saturation measuring apparatus may perform low-pass filtering on each change rate of Cg and Cr with a frequency of 0.05 Hz.

S100 단계에서 비접촉 산소포화도 측정 장치는 로우 패스 필터링된 Cr 비율을 Cg 비율로 나눌 수 있다.In step S100 , the non-contact oxygen saturation measuring apparatus may divide the low-pass filtered Cr ratio by the Cg ratio.

S110 단계에서 비접촉 산소포화도 측정 장치는 Cr 비율을 Cg 비율로 나눈 값과 산소포화도 센서에서 측정한 레퍼런스 값에 기초하여 선형회귀를 수행할 수 있다.In step S110 , the non-contact oxygen saturation measuring apparatus may perform linear regression based on a value obtained by dividing the Cr ratio by the Cg ratio and a reference value measured by the oxygen saturation sensor.

S120 단계에서 비접촉 산소포화도 측정 장치는 선형회귀를 통해 산소포화도를 측정할 수 있다.In step S120 , the non-contact oxygen saturation measuring apparatus may measure oxygen saturation through linear regression.

상술한 비접촉 산소포화도 측정 방법은 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체 상에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 구현될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체는, 예를 들어 이동형 기록 매체(CD, DVD, 블루레이 디스크, USB 저장 장치, 이동식 하드 디스크)이거나, 고정식 기록 매체(ROM, RAM, 컴퓨터 구비형 하드 디스크)일 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 기록된 상기 컴퓨터 프로그램은 인터넷 등의 네트워크를 통하여 다른 컴퓨팅 장치에 전송되어 상기 다른 컴퓨팅 장치에 설치될 수 있고, 이로써 상기 다른 컴퓨팅 장치에서 사용될 수 있다.The above-described non-contact oxygen saturation measurement method may be implemented as a computer-readable code on a computer-readable medium. The computer-readable recording medium may be, for example, a removable recording medium (CD, DVD, Blu-ray disk, USB storage device, removable hard disk) or a fixed recording medium (ROM, RAM, computer-equipped hard disk). can The computer program recorded on the computer-readable recording medium may be transmitted to another computing device through a network such as the Internet and installed in the other computing device, thereby being used in the other computing device.

이상에서, 본 발명의 실시 예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위안에서라면, 그 모든 구성요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.In the above, even though it has been described that all components constituting the embodiment of the present invention are combined or operated as one, the present invention is not necessarily limited to this embodiment. That is, within the scope of the object of the present invention, all the components may operate by selectively combining one or more.

도면에서 동작들이 특정한 순서로 도시되어 있지만, 반드시 동작들이 도시된 특정한 순서로 또는 순차적 순서로 실행되어야만 하거나 또는 모든 도시 된 동작들이 실행되어야만 원하는 결과를 얻을 수 있는 것으로 이해되어서는 안 된다. 특정 상황에서는, 멀티태스킹 및 병렬 처리가 유리할 수도 있다. 더욱이, 위에 설명한 실시 예 들에서 다양한 구성들의 분리는 그러한 분리가 반드시 필요한 것으로 이해되어서는 안 되고, 설명된 프로그램 컴포넌트들 및 시스템들은 일반적으로 단일 소프트웨어 제품으로 함께 통합되거나 다수의 소프트웨어 제품으로 패키지 될 수 있음을 이해하여야 한다.Although acts are shown in a particular order in the drawings, it should not be understood that the acts must be performed in the specific order or sequential order shown, or that all illustrated acts must be performed to obtain a desired result. In certain circumstances, multitasking and parallel processing may be advantageous. Moreover, the separation of the various components in the embodiments described above should not be construed as necessarily requiring such separation, and the described program components and systems may generally be integrated together into a single software product or packaged into multiple software products. It should be understood that there is

이제까지 본 발명에 대하여 그 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far, the present invention has been focused on the embodiments thereof. Those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is indicated in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the present invention.

100: 비접촉 산소포화도 측정 장치
110: 영상획득부
120: 데이터 변환부
130: 데이터 처리부
140: 산소포화도 측정부
100: non-contact oxygen saturation measurement device
110: image acquisition unit
120: data conversion unit
130: data processing unit
140: oxygen saturation measurement unit

Claims (11)

RGB 카메라를 통해 얼굴 영상을 획득하는 영상 획득부;
획득한 얼굴 영상에서 피부 영역의 RGB 컬러 영역을 YCgCr 컬러 영역으로 변환하는 데이터 변환부;
변환된 데이터를 기설정된 대역대로 필터링하고, 필터링된 Cg, Cr 컬러 영역의 데이터에서 각각의 혈류량의 변화로 인한 값의 비율을 추출하는 데이터 처리부; 및
상기 추출된 비율에 기초하여 산소포화도를 측정하는 산소포화도 측정부를 포함하는
비접촉 산소포화도 측정 장치.
an image acquisition unit for acquiring a face image through an RGB camera;
a data conversion unit that converts the RGB color area of the skin area into the YCgCr color area in the acquired face image;
a data processing unit that filters the converted data in a preset band and extracts a ratio of values due to changes in blood flow volume from the filtered Cg and Cr color region data; and
and an oxygen saturation measuring unit for measuring oxygen saturation based on the extracted ratio
Non-contact oxygen saturation measurement device.
제1항에 있어서,
상기 영상 획득부는
RGB 카메라를 통해 30Hz의 RGB 영상을 획득하는
비접촉 산소포화도 측정 장치.
According to claim 1,
The image acquisition unit
Acquiring 30Hz RGB image through RGB camera
Non-contact oxygen saturation measurement device.
제2 항에 있어서,
상기 데이터 변환부는
획득한 RGB 영상에서 상기RGB 컬러 영역을 YCbCr 컬러 영역으로 변환하여 피부색을 검출하고
상기 얼굴 영상에서 선택된 피부색에 대응하는 피부 영역을 ROI로 검출하고,
상기 검출된 ROI 영역의 RGB 컬러 영역을 YCgCr 컬러 영역으로 변환하는
비접촉 산소포화도 측정 장치.
3. The method of claim 2,
The data conversion unit
The skin color is detected by converting the RGB color gamut into the YCbCr color gamut in the acquired RGB image,
detecting a skin region corresponding to the skin color selected in the face image as an ROI;
Converting the RGB color area of the detected ROI area to the YCgCr color area
Non-contact oxygen saturation measurement device.
제3항에 있어서,
상기 데이터 처리부는
상기 변환된 Cg, Cr 신호를 밴드 패스 필터링을 수행하고,
슬라이딩 윈도우 구간에서 밴드 패스 필터링된 Cg, Cr 신호 각각 피크 값과 밸리 값을 추출하고,
추출된 Cg, Cr 신호 각각 밸리 값을 피크 값으로 나누어 혈류량의 변화로 인한 값의 비율을 계산하고,
Cg, Cr 각각의 변화 비율을 로우 패스 필터링하는
비접촉 산소포화도 측정 장치.
4. The method of claim 3,
The data processing unit
performing band pass filtering on the converted Cg and Cr signals,
Extracting the peak values and valley values of the band-pass filtered Cg and Cr signals in the sliding window section,
Calculate the ratio of values due to changes in blood flow by dividing the extracted Cg and Cr signals by the peak value, respectively,
Low-pass filtering of each change ratio of Cg and Cr
Non-contact oxygen saturation measurement device.
제4항에 있어서,
상기 산소포화도 측정부는
Cr 비율을 Cg 비율로 나눈 값과 산소포화도 센서에서 측정한 레퍼런스 값에 기초하여 선형회귀를 통해 산소포화도를 측정하는
비접촉 산소포화도 측정 장치.

5. The method of claim 4,
The oxygen saturation measuring unit
Oxygen saturation is measured through linear regression based on the value obtained by dividing the Cr ratio by the Cg ratio and the reference value measured by the oxygen saturation sensor.
Non-contact oxygen saturation measurement device.

영상 획득부가 RGB 카메라를 통해 얼굴 영상을 획득하는 단계;
데이터 변환부가 획득한 얼굴 영상에서 피부 영역의 RGB 컬러 영역을 YCgCr 컬러 영역으로 변환하는 단계;
데이터 처리부가 변환된 데이터를 기설정된 대역대로 필터링하고, 필터링된 Cg, Cr 컬러 영역의 데이터에서 각각의 혈류량의 변화로 인한 값의 비율을 추출하는 단계; 및
산소포화도 측정부가 상기 추출된 비율에 기초하여 산소포화도를 측정하는 단계를 포함하는
비접촉 산소포화도 측정 방법
acquiring, by an image acquisition unit, a face image through an RGB camera;
converting the RGB color region of the skin region into the YCgCr color region in the face image obtained by the data converter;
filtering, by the data processing unit, the converted data according to a preset band, and extracting a ratio of values due to changes in blood flow from the filtered data of the Cg and Cr color regions; and
comprising the step of measuring oxygen saturation based on the extracted ratio by an oxygen saturation measuring unit
Non-contact oxygen saturation measurement method
제6항에 있어서,
상기 얼굴 영상을 획득하는 단계는
RGB 카메라를 통해 30Hz의 RGB 영상을 획득하는 단계를 포함하는
비접촉 산소포화도 측정 방법.
7. The method of claim 6,
The step of acquiring the face image is
Acquiring an RGB image of 30 Hz through an RGB camera.
Non-contact oxygen saturation measurement method.
제7항에 있어서,
상기 RGB 컬러 영역을 YCgCr 컬러 영역으로 변환하는 단계는
획득한 RGB 영상에서 상기RGB 컬러 영역을 YCbCr 컬러 영역으로 변환하여 피부색을 검출하는 단계;
상기 얼굴 영상에서 선택된 피부색에 대응하는 피부 영역을 ROI로 검출하는 단계; 및
상기 검출된 ROI 영역의 RGB 컬러 영역을 YCgCr 컬러 영역으로 변환하는 단계를 더 포함하는
비접촉 산소포화도 측정 방법.
8. The method of claim 7,
The step of converting the RGB color gamut to the YCgCr color gamut includes:
detecting a skin color by converting the RGB color gamut into a YCbCr color gamut in the obtained RGB image;
detecting a skin region corresponding to a skin color selected from the face image as an ROI; and
converting the RGB color region of the detected ROI region into a YCgCr color region
Non-contact oxygen saturation measurement method.
제8항에 있어서,
상기 데이터를 추출하는 단계는
상기 변환된 Cg, Cr 신호를 밴드 패스 필터링을 수행하는 단계;
슬라이딩 윈도우 구간에서 밴드 패스 필터링된 Cg, Cr 신호 각각 피크 값과 밸리 값을 추출하는 단계;
추출된 Cg, Cr 신호 각각 밸리 값을 피크 값으로 나누어 혈류량의 변화로 인한 값의 비율을 계산하는 단계; 및
Cg, Cr 각각의 변화 비율을 로우 패스 필터링하는 단계를 포함하는
비접촉 산소포화도 측정 방법.
9. The method of claim 8,
The step of extracting the data is
performing band pass filtering on the converted Cg and Cr signals;
extracting a peak value and a valley value of each of the band-pass filtered Cg and Cr signals in the sliding window section;
calculating a ratio of values due to a change in blood flow by dividing each of the extracted Cg and Cr signals by a peak value; and
Including the step of low-pass filtering each change rate of Cg and Cr
Non-contact oxygen saturation measurement method.
제8항에 있어서,
상기 산소포화도를 측정하는 단계는
Cr 비율을 Cg 비율로 나눈 값과 산소포화도 센서에서 측정한 레퍼런스 값에 기초하여 선형회귀를 통해 산소포화도를 측정하는 단계를 포함하는
비접촉 산소포화도 측정 방법.
9. The method of claim 8,
Measuring the oxygen saturation
Measuring oxygen saturation through linear regression based on a value obtained by dividing the Cr ratio by the Cg ratio and a reference value measured by an oxygen saturation sensor
Non-contact oxygen saturation measurement method.
제6항 내지 제10 항중 어느 한 항에 따른 비접촉 산소포화도 측정방법을 실행하고 컴퓨터가 판독 가능한 기록매체에 기록된 컴퓨터 프로그램.
A computer program for executing the non-contact oxygen saturation measurement method according to any one of claims 6 to 10 and recorded in a computer-readable recording medium.
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