KR20140057867A - System for mearsuring stress using thermal image - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 열화상을 이용한 스트레스 지수 측정 시스템에 관한 것으로, 특히 적외선 열화상 카메라를 이용하여 체온과 호흡량을 측정하고 이를 통해 스트레스 지수를 측정하는 시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to a system for measuring a stress index using a thermal image, and more particularly, to a system for measuring a body temperature and respiration using an infrared thermography camera and measuring a stress index through the measurement.
스트레스(Stress)란 생체에 가해지는 여러 상해 및 자극에 대하여 체내에서 일어나는 비특이적인 생물반응으로 마음의 안정이나 다른 사람과 함께 지내는데 있어서 불편을 주는 신체적, 정신적인 긴장 또는 그러한 긴장을 유발하는 것이다.Stress is a nonspecific biological response that occurs in the body in response to a number of injuries and irritations to the living body, resulting in physical or mental tension or such tension that may cause discomfort in staying with other people.
최근, 사회가 급격히 변화하고 경제가 어려워지면서 날로 증가하는 지식과 정보, 과도한 업무량과 그에 따른 피로로 인해 현대인의 스트레스는 점점 증가하고 있다. Recently, as society has changed rapidly and the economy has become more difficult, modern people are increasingly stressed due to increasing knowledge and information, excessive workload and fatigue.
스트레스로 인해 신경쇠약이나 의욕 상실 등의 심리적 증상이 나타날 수 있으며, 당뇨병, 고혈압, 심장병, 위궤양, 암과 같은 질병을 야기할 수도 있으며, 대인관계에서 공격적 행동으로 발전하는 행동적 증상이 일어날 수 있다. 이와 같이 스트레스로 인한 개인적 또는 사회적 손실은 매우 크며, 이러한 스트레스를 해소할 방안을 마련하는 것이 필요하다. 그러나 대부분의 사람들은 자신의 스트레스 정도를 알지 못할 뿐 아니라 스트레스에 따른 해소 대책이 없는 상황이 대부분이다.Stress can cause psychological symptoms such as nervous breakdown or loss of motivation, and can lead to diseases such as diabetes, hypertension, heart disease, gastric ulcer, cancer, and behavioral symptoms that develop from interpersonal to aggressive behavior . Thus, personal or social loss due to stress is very large, and it is necessary to prepare measures to alleviate such stress. However, most people do not know their stress level, and most of them do not have measures to deal with stress.
따라서 스트레스 지수를 손쉽고 빠르게 측정하여 빠른 시간 내에 이를 해소하는 것이 요구된다. 종래에는 스트레스의 상태를 측정하기 위해서는 병원에서 검진을 받거나 설문조사, 심전도 검사 또는 약품에 의한 호르몬 검사와 같은 방법을 이용하였다. 다만 이러한 경우 측정 대상자 스스로가 현재의 건강상태에 대하여 빠르게 인지할 수 없으며, 건강악화에 대해 신속히 대처할 수 없는 문제점이 있었다.
Therefore, it is required to measure the stress index quickly and quickly and solve it quickly. Conventionally, in order to measure the state of stress, a method such as a questionnaire, an electrocardiogram or a drug-based hormone test was used in a hospital. However, in such a case, the subject himself / herself can not quickly recognize the current state of health, and there is a problem that he can not cope with the deterioration of health promptly.
본 발명의 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 별도의 검진 또는 약품 검사 없이 적외선 열화상 카메라를 이용해 스트레스 지수를 손쉽게 측정하는 데 그 목적이 있다.
It is an object of the present invention to easily measure a stress index using an infrared radiographic camera without a separate examination or medicine inspection.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 열화상을 이용한 스트레스 지수 측정 시스템은 스트레스 지수 측정 대상자(이하, “측정 대상자”라 한다)의 영상을 촬영하는 CCD(Charge Coupled Device) 카메라 및 상기 측정 대상자의 열 영상을 촬영하는 적외선 열화상 카메라를 포함하는 영상 감지부; 및 상기 CCD 카메라로부터 전송되는 영상으로부터 상기 측정 대상자의 얼굴을 검출하여 상기 CCD 카메라의 동작을 제어하는 동작 제어부, 상기 적외선 열화상 카메라로부터 전송되는 열 영상으로부터 상기 측정 대상자의 체온을 측정하고, 상기 측정 대상자의 코밑 온도 변화를 통해 호흡량을 측정하는 열 영상 처리부 및 상기 열 영상 처리부로부터 전송되는 상기 측정 대상자의 체온과 호흡량으로부터 스트레스 지수를 측정하는 스트레스 지수 측정부를 포함하는 컴퓨터를 포함하며, 상기 스트레스 지수 측정부는, 상기 측정 대상자의 체온 변화 및 호흡량 변화를 각각 가중치를 두어 합산하여 스트레스 지수를 측정한다.
According to an embodiment of the present invention, there is provided a system for measuring a stress index using a thermal image, comprising: a CCD (Charge Coupled Device) camera for capturing an image of a subject to be measured of a stress index (hereinafter, An image sensing unit including an infrared radiographic camera for capturing a thermal image of the measurement subject; And an operation control unit for controlling the operation of the CCD camera by detecting the face of the person to be measured from the image transmitted from the CCD camera, a temperature measuring unit for measuring the temperature of the measurement subject from the thermal image transmitted from the infrared radiographic camera, And a stress index measuring unit for measuring a stress index from the body temperature and respiration amount of the subject to be measured transmitted from the thermal image processing unit, wherein the stress index measuring unit measures the stress index The stress index is measured by summing up the changes in body temperature and respiratory volume of the subject to be measured by adding weights.
본 발명의 실시예들에 따를 경우, 별도의 검진 또는 약품 검사 없이 적외선 열화상 카메라를 이용해 스트레스 지수를 손쉽게 측정할 수 있다.According to the embodiments of the present invention, the stress index can be easily measured using an infrared camera without any separate examination or drug inspection.
또한 스트레스 지수 측정 대상자가 적외선 열화상 카메라 앞에 잠시 서있는 것만으로 스트레스 지수를 측정할 수 있으므로 스트레스 지수 측정 대상자의 번거로움을 줄일 수 있다.In addition, since the stress index person can measure the stress index only by standing in front of the infrared camera, it is possible to reduce the hassle of the person to be measured.
아울러, 기정의된 식에 따라 스트레스 지수를 측정하므로 일정 시간이 지난 후에 스트레스 지수 측정 대상자의 스트레스 해소 및 안정 상태 여부를 확인할 수 있다.
In addition, since the stress index is measured according to the predetermined formula, it is possible to confirm whether the stress index is measured and whether the stress index is stable or stable after a predetermined time.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 열화상을 이용한 스트레스 지수 측정 시스템(100) 구성을 도시한 도면이다.
도2는 도1의 CCD 카메라에 의해 촬영되는 영상을 통해 측정 대상자의 얼굴을 검출하는 방법에 대해 도시한 도면이다.
도3은 도1의 CCD 카메라에 의해 촬영되는 영상을 통해 측정 대상자의 얼굴을 추적하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도4는 적외선 열화상 카메라에 의해 측정 대상자 얼굴 부분의 체온을 측정하는 방법에 대해 도시한 도면이다.
도5는 적외선 열화상 카메라에 의해 측정한 온도 변화를 이용하여 호흡수를 측정하는 방법에 대해 도시한 도면이다. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a stress
FIG. 2 is a diagram illustrating a method of detecting a face of a person to be measured through an image taken by the CCD camera of FIG. 1;
FIG. 3 is a flowchart illustrating a method of tracking a face of a person to be measured through an image photographed by the CCD camera of FIG. 1;
4 is a diagram showing a method of measuring a body temperature of a face portion of a subject to be measured by an infrared radiographic camera.
5 is a diagram showing a method of measuring respiratory rate using a temperature change measured by an infrared radiographic camera.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, this is merely an example and the present invention is not limited thereto.
본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. In the following description, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. The following terms are defined in consideration of the functions of the present invention, and may be changed according to the intention or custom of the user, the operator, and the like. Therefore, the definition should be based on the contents throughout this specification.
본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 효율적으로 설명하기 위한 일 수단일 뿐이다.
The technical idea of the present invention is determined by the claims, and the following embodiments are merely a means for effectively explaining the technical idea of the present invention to a person having ordinary skill in the art to which the present invention belongs.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 열화상을 이용한 스트레스 지수 측정 시스템(100) 구성을 도시한 도면이다.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a stress
본 발명의 실시예에 따른 열화상을 이용한 스트레스 지수 측정 시스템(100)은 도1에 도시된 바와 같이, 영상 감지부(102) 및 컴퓨터(108)를 포함한다.The thermal image stress index measuring
먼저, 영상 감지부(102)는 CCD(Charge Coupled Device) 카메라(104) 및 적외선 열화상 카메라(106)를 포함한다.
First, the
영상 감지부(102)는 스트레스 지수 측정 대상자(이하, “측정 대상자”라 한다)로부터 생체 정보를 획득하기 위한 열 영상을 촬영한다. 영상 감지부(102)는 측정 대상자에 직접 접촉하여 정보를 획득하는 것이 아니라, 일정한 거리에서 측정 대상자를 촬영하기 때문에 측정 대상자를 실시간으로 촬영해야 한다.
The
CCD 카메라(104)는 측정 대상자를 촬영하기 위한 장치이다. CCD 카메라(104)는 측정 대상자의 영상을 촬영하여 측정 대상자의 얼굴을 검출하며, 측정 대상자가 움직일 경우 실시간으로 컴퓨터(108)의 제어에 따라 상하좌우로 회전하여 측정 대상자의 얼굴을 추적한다.The
상기 CCD 카메라(102)에서 촬영되는 영상을 이용하여 측정 대상자의 얼굴을 검출하고 상기 측정 대상자가 움직이는 경우 이를 추적하는 방법에 대해서는 도2 및 도3을 참조하여 구체적으로 후술하기로 한다.A method of detecting a face of a person to be measured by using the image photographed by the
다음으로, 적외선 열화상 카메라(106)는 측정 대상자의 생체 정보를 검출하기 위해 측정 대상자 몸의 열 분포를 나타내는 열 영상을 촬영한다.Next, the infrared
적외선 열화상 카메라(106)는 상기 CCD 카메라(104)와 하나의 몸체(body)로 구성될 수 있다. 적외선 열화상 카메라(106)는 CCD 카메라(104)에 비해 상하좌우 회전 범위가 작기 때문에 측정 대상자가 촬영 도중 움직일 경우 이를 추적하는 데에는 다소 무리가 있을 수 있다. 따라서, CCD 카메라(104)가 실시간으로 측정 대상자를 추적하여 회전하면, 적외선 열화상 카메라(106)는 측정 대상자의 열 영상을 촬영하여 컴퓨터(108)로 전송한다.The
상기 적외선 열화상 카메라(106)에는 적외선 열화상 카메라(106)를 상화좌우로 회전시키거나 일정한 각도로 기울이기 위해 각각 팬(pan) 장치와 틸트(tilt) 장치가 결합될 수 있다.
A pan device and a tilt device may be coupled to the infrared
한편, 컴퓨터(108)는 동작 제어부(110), 열 영상 처리부(112) 및 스트레스 지수 측정부(114)를 포함하며, 영상 감지부(102)의 동작을 제어하고, 이로부터 전송되는 데이터들을 분석하여 측정 대상자의 스트레스 지수를 측정한다.
The
먼저, 컴퓨터(108)의 열 영상 처리부(112)는 적외선 열화상 카메라(106)에서 촬영된 열 영상을 수신하고, Haar-like 알고리즘을 이용하여 얼굴을 검출하고, 측정 대상자가 촬영 도중 움직일 경우 얼굴 추적 알고리즘을 이용하여 열 영상으로부터 측정 대상자의 얼굴을 추적하여, 측정 대상자의 체온과 호흡량을 측정한다.First, the thermal
상기 컴퓨터(108)는 영상 감지부(102)와 유선망 또는 무선망으로 통신한다. 만일, 무선망을 이용하는 경우 컴퓨터(108)는 영상 감지부(102)와 직접 통신할 수도 있다.
The
열 영상 처리부(112)는 적외선 열화상 카메라(106)가 촬영한 열 영상으로부터 측정 대상자의 얼굴을 검출한 후, 측정 대상자의 얼굴을 통해 측정 대상자의 체온과 호흡량을 측정한다. The thermal
측정 대상자의 체온과 호흡량을 측정하는 방법에 대해서는 도4 및 도5를 참조하여 구체적으로 후술하기로 한다.
A method of measuring the body temperature and the respiration amount of the measurement subject will be described later in detail with reference to FIG. 4 and FIG.
한편, 컴퓨터(108)의 동작 제어부(110)는 측정 대상자가 촬영 도중 움직이는 경우, CCD 카메라(104)로부터 실시간으로 전송되는 입력 영상들에 대한 차 영상을 구하고, 1차원 투영 방법을 이용하여 연속된 영상으로부터 측정 대상자의 얼굴을 추적한다. 그리고, CCD 카메라(104)가 측정 대상자의 움직임을 따라 상하좌우로 회전하도록 CCD 카메라(104)의 동작을 제어한다. 여기서, 1차원 투영 방법은 영상 처리에 있어서 계산량을 줄일 수 있어 객체의 실시간 움직임 추적에 유리하다.
Meanwhile, the
마지막으로, 스트레스 지수 측정부(114)는 상기 열영상 처리부(112)로부터 측정한 호흡량과 체온 변화를 통해 스트레스 지수를 산정한다. Lastly, the stress
스트레스 상태에서는 측정 대상자의 심박이 빨라지고 호흡량이 늘어나고 체온의 변화가 생기게 된다. 즉, 스트레스가 늘어날수록 측정 대상자의 호흡량이 많아지고 체온이 낮아지게 된다. In the stress state, the subject's heartbeat accelerates, the volume increases, and the body temperature changes. That is, as the stress increases, the subject's breathing volume increases and the body temperature decreases.
이 때, 측정 대상자의 호흡량 변화보다 체온 변화가 더욱 크며 제 1 실시예에 따른 스트레스 지수(Stress Index:SI) 측정은 다음과 같은 수학식 1을 통해 산출할 수 있다.
At this time, the body temperature change is larger than the change in the respiration amount of the measurement subject, and the stress index (SI) measurement according to the first embodiment can be calculated by the following equation (1).
[수학식 1][Equation 1]
스트레스 지수(Stress Index (
StressStress
IndexIndex
: :
SISI
) = a×(B-12) + b×(36.5℃-T)) = a × (B-12) + b × (36.5 ° C.-T)
여기서 B는 측정 대상자의 스트레스 지수 측정 당시 분당 호흡수, T는 측정 대상자의 스트레스 지수 측정 당시 체온(℃), 12는 기준 호흡수, 36.5℃는 기준 체온, a 및 b는 가중치 계수로서 각각 a=1.5, b=25 이다.B is the number of breaths per minute at the time of the measurement of the stress index of the subject, T is the body temperature at the time of measuring the stress index of the subject, 12 is the reference breath rate, 36.5 ° C is the reference body temperature, a and b are the weight coefficients, 1.5, and b = 25.
. 상기 기준 호흡수는 성인 남녀의 평균 분당 호흡수를 기초로 한 것이며, 기준 체온은 정상적인 상태에서 인체의 온도를 의미한다. 즉, 측정 대상자의 스트레스가 증가하여 기준 호흡수보다 호흡량이 많아지고 기준 체온보다 체온이 떨어질 경우, 체온 변화 및 호흡량 변화를 각각 가중치를 두어 합산하는 방식으로 스트레스 지수를 측정한다. 상기 가중치 계수 a=1.5 및 b=25 는 체온과 호흡량의 변화량을 고려한 수치로 스트레스 지수 산출에 있어 체온과 호흡량을 공평하게 반영하기 위한 값이다. 상기 가중치 계수는 a=1.5 및 b=25 일 때 가장 바람직하나, 균등한 범위 내에서는 스트레스 지수를 측정하는 데 큰 무리가 없다.. The reference breathing rate is based on the average respiratory rate of the adult male and female, and the reference body temperature refers to the temperature of the human body in a normal state. That is, the stress index is measured by adding the weight change and the change in the respiratory volume to each other when the respiration rate is higher than the reference breath rate and the body temperature is lower than the reference body temperature due to an increase in the stress of the measurement subject. The weighting factors a = 1.5 and b = 25 are values that take into account changes in body temperature and respiratory volume, and are values for equally reflecting body temperature and respiration in the calculation of the stress index. The weighting coefficients are most preferable when a = 1.5 and b = 25, but there is no great difficulty in measuring the stress index within an even range.
예를 들어, 측정 대상자가 스트레스를 받아서 기준 호흡수 12보다 더 많은 분당 17회를 호흡하고 체온이 기준 체온 36.5℃보다 낮은 36℃가 되었다고 가정할 때, 스트레스 지수 SI=1.5×(17-12)+25×(36.5℃-36℃)=20 이 되며, 스트레스가 없을 경우에는, 측정 대상자는 기준 호흡수와 기준 체온을 가지므로 SI=0 이 된다. For example, if the subject is stressed and breathes 17 times more per minute than the reference breath rate of 12 and the body temperature is 36 ° C lower than the reference body temperature of 36.5 ° C, the stress index SI = 1.5 × (17-12) + 25 占 (36.5 占 폚 -36 占 폚) = 20, and when there is no stress, SI = 0 because the measurement subject has the reference breath rate and the reference body temperature.
또한, 상기 스트레스 지수(SI)가 음수 값이 나오는 경우에는 측정 대상자의 스트레스 지수 측정 당시 분당 호흡수가 기준 호흡수보다 낮거나 또는 측정 대상자의 스트레스 지수 측정 당시 체온이 기준 체온보다 높다는 것을 의미하므로, 이 경우에는 상기 측정 대상자의 몸에 이상징후가 생긴 것으로 판단한다.
When the stress index (SI) shows a negative value, it means that the number of breaths per minute at the time of measuring the stress index of the subject is lower than the reference breath rate, or the body temperature at the time of measuring the stress index of the subject is higher than the reference body temperature. It is determined that an abnormality has occurred in the body of the measurement subject.
아울러, 측정 대상자의 평소 평균 분당 호흡수가 12회보다 더 낮거나 높은 경우에는 기준 호흡수 12가 아닌 측정 대상자의 평소 평균 분당 호흡수를 이용하여 스트레스 지수를 측정할 수도 있다. In addition, when the average respiration rate per minute is lower or higher than the average respiratory rate per 12 breaths, the stress index can be measured using the average respiration rate per minute of the subject other than the reference respiration rate of 12.
이러한 제 2 실시예에 따른 스트레스 지수(Stress Index:SI) 측정은 다음과 같은 수학식 2를 통해 산출할 수 있다.
The stress index (SI) measurement according to the second embodiment can be calculated by the following equation (2).
[수학식 2]&Quot; (2) "
스트레스 지수(Stress Index (
StressStress
IndexIndex
: :
SISI
) = a×(B-B0) + b×(36.5℃-T)) = a × (B-B0) + b × (36.5 ° C.-T)
여기서 B는 측정 대상자의 스트레스 지수 측정 당시 분당 호흡수, T는 측정 대상자의 스트레스 지수 측정 당시 체온(℃), B0는 측정 대상자의 평균 분당 호흡수, 36.5℃는 기준 체온, a 및 b는 가중치 계수로서 각각 a=1.5, b=25 이다.B is the number of breaths per minute at the time of the measurement of the stress index of the subject, T is the body temperature at the time of measuring the stress index of the subject, ° B0 is the average respiratory rate per minute of the subject, 36.5 ° C is the reference body temperature, A = 1.5 and b = 25, respectively.
상기 식에서 볼 수 있듯이, 기준 호흡수 12 대신 측정 대상자의 평균 분당 호흡수(B0)를 이용하여 스트레스 지수를 산출한다. 상기 측정 대상자의 평균 분당 호흡수(B0)는 평소 측정 대상자의 평균 분당 호흡수가 일반적인 평균 성인 남녀의 평균 분당 호흡수와 차이가 나는 경우에 적용될 수 있으며, 이는 개개인의 특성을 반영하기 위해서이다. As can be seen from the above equation, the stress index is calculated using the average respiration rate (B0) of the measurement subject instead of the reference breath rate (12). The average respiratory rate (B0) of the subject to be measured can be applied when the average respiratory rate of the subject to be measured is different from the average respiratory rate of the average adult male and female in general, in order to reflect individual characteristics.
예를 들어, 측정 대상자의 평균 분당 호흡수(B0)가 12가 아닌 15인 경우, 상기 측정 대상자가 스트레스를 받아서 분당 18회를 호흡하고 체온이 기준 체온 36.5℃보다 낮은 36℃가 되었다고 가정할 때, 스트레스 지수 SI=1.5×(18-15)+25×(36.5℃-36℃)=17 이 된다. For example, assuming that the average respiratory rate (B0) per minute of the measurement subject is 15 instead of 12, the subject is stressed and breathes 18 times per minute, and the body temperature is 36 ° C. lower than the reference body temperature 36.5 ° C. , The stress index SI = 1.5 x (18-15) + 25 x (36.5 캜 -36 캜) = 17.
즉, 개개인의 특성에 따른 평균 분당 호흡수를 반영하여 효율적으로 스트레스 지수를 산출할 수 있다. That is, the stress index can be efficiently calculated reflecting the average respiration rate per minute according to the characteristics of the individual.
상기 수학식 2에서 측정 대상자의 평균 분당 호흡수(B0)를 제외한 나머지는 상기 수학식 1에서 전술한 바와 같으므로 자세한 설명은 생략한다.
In Equation (2), the remainder after excluding the average respiratory rate (B0) per minute of the measurement subject is as described above in Equation (1), and a detailed description thereof will be omitted.
전술한 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따라 측정 대상자의 스트레스 지수를 간접적으로 측정할 수 있으며 특정 값으로 수치화하여 측정 대상자의 스트레스 여부를 확인하는 데 유용하다. 또한 별도의 검진 또는 약품 검사 없이 적외선 열화상 카메라를 이용해 스트레스 지수를 손쉽게 측정할 수 있으며, 측정 대상자가 적외선 열화상 카메라 앞에 잠시 서있는 것만으로 스트레스 지수를 측정할 수 있으므로 측정 대상자의 번거로움을 줄일 수 있다.
According to the first and second embodiments described above, the stress index of the measurement subject can be indirectly measured, and it is useful to confirm whether or not the measurement subject is stressed by digitizing it to a specific value. In addition, it is possible to easily measure the stress index by using infrared camera without any separate examination or medicine inspection, and it is possible to measure the stress index only by standing the subject in front of the infrared thermal camera, thereby reducing the hassle of the subject have.
도2는 도1의 CCD 카메라에 의해 촬영되는 영상을 통해 측정 대상자의 얼굴을 검출하는 방법에 대해 도시한 도면이다.
FIG. 2 is a diagram illustrating a method of detecting a face of a person to be measured through an image taken by the CCD camera of FIG. 1;
상기 얼굴을 검출하는 방법은 크게 전 처리 단계와 안면 검출 단계로 구분될 수 있다.The method of detecting the face can be largely divided into a preprocessing step and a face detection step.
먼저, 전 처리 단계는 안면 검출 단계에서 얼굴을 잘 검출할 수 있도록 열 영상에 적절한 처리를 해주는 단계이다. 예를 들어, 입력된 열 영상의 밝기를 조절하거나 컬러를 그레이 스케일로 변경하거나 영상을 히스토그램으로 변환하는 방법 등이 사용될 수 있다.First, the preprocessing step is a step for appropriately processing the thermal image so that the face can be detected well in the face detection step. For example, the brightness of the input image may be adjusted, the color may be changed to gray scale, or the image may be converted into a histogram.
다음으로, 안면 검출 단계는 Haar-like 알고리즘을 사용한다. Haar-like 알고리즘은 단순 합 이미지를 이용하여 얼굴 특징 값을 표현하는 것으로서, 입력된 열 영상에 얼굴 모양의 형판(template)를 적용하여 열 영상에서 형판 내에 포함되는 형상이 있는 경우 이를 대략적으로 얼굴 영역으로 설정하고, 설정된 얼굴 영역에서 에지(Edge)를 검사하여 눈, 코, 입의 위치를 파악한 다음 최종적으로 얼굴 영역을 결정하게 된다. 예를 들어, 얼굴 검출을 위해 다양한 형태의 에지 패턴을 사용할 수 있으며, CCD 카메라(104)로부터 촬영한 원영상에 대해 상기 에지 패턴을 적용하여 눈, 코 등을 검출한다. 즉, 얼굴 영역에서 눈과 입은 가로 형태의 에지로 검출될 수 있고, 코는 세로 형태의 에지로 검출될 수 있다.
Next, the facial detection step uses a Haar-like algorithm. The Haar-like algorithm expresses facial feature values using a simple sum image. When a template is applied to the input thermal image, if there is a shape included in the template in the thermal image, the Haar- And the edge of the set face region is inspected to determine the position of the eyes, nose, and mouth, and finally the face region is determined. For example, various types of edge patterns can be used for face detection, and the eye pattern, the nose, and the like are detected by applying the edge pattern to the original image captured by the
도3은 도1의 CCD 카메라에 의해 촬영되는 영상을 통해 측정 대상자의 얼굴을 추적하는 방법을 나타내는 순서도이다.
FIG. 3 is a flowchart illustrating a method of tracking a face of a person to be measured through an image photographed by the CCD camera of FIG. 1;
도2에 도시된 방법에 의하여 측정 대상자의 얼굴을 검출하는 과정에서 측정 대상자가 촬영 도중 움직이는 경우, CCD 카메라(104)는 측정 대상자의 움직임에 따라 얼굴을 추적하여 촬영을 중단시키지 않고 계속 진행하게 된다. In the process of detecting the face of the person to be measured by the method shown in FIG. 2, when the person to be measured moves during shooting, the
도3를 참조하면, CCD 카메라(104)는 실시간으로 컴퓨터(108)로 영상을 전송하므로, 컴퓨터(108)가 수신하는 영상들 사이에는 소정의 시간 차가 존재한다. 컴퓨터(108)는 소정의 시간 차를 갖는 2개의 영상을 형태학적 필터를 이용하여 영상을 단순화한다(S302). 그리고, 2개의 영상 간의 차 영상을 획득하고(S304), 상기 차 영상에 대한 절대치 영상을 획득한다(S306). 다음, 절대치 영상으로부터 객체를 추출하고(S308), 이로부터 움직임 벡터를 추출하여(S310) 객체의 움직임을 판단하게 된다. 여기서, 형태학적 필터는 영상의 기본적인 특징은 유지하면서 형태에 변화를 주기 위해 사용되는 필터이다.Referring to FIG. 3, since the
이와 같이, 컴퓨터(108)의 동작 제어부(110)는 CCD 카메라(104)에서 촬영되어 실시간으로 전송되는 입력 영상들 간에 차 영상을 구하고, 1차원 투영 방법을 이용하여 연속된 영상들에 대해 측정 대상자의 움직임을 추적하여, CCD 카메라(102)가 측정 대상자의 움직임을 추적하여 움직이도록 CCD 카메라(104)의 동작을 제어한다.
In this manner, the
도4는 적외선 열화상 카메라에 의해 측정 대상자 얼굴 부분의 체온을 측정하는 방법에 대해 도시한 도면이다.
4 is a diagram showing a method of measuring a body temperature of a face portion of a subject to be measured by an infrared radiographic camera.
열 영상 처리부(112)는 입력받은 열 영상에서 측정 대상자의 얼굴 영역을 검출한다. 그리고, 열 영상 처리부(112)는 얼굴 영역 중 온도 차이가 큰 영역이 동시에 존재하는 경우 이 영역들을 관심 영역으로 설정하고, 관심 영역들의 모든 열화상점들을 합산하고 평균값을 산출하여 측정 대상자의 체온을 파악한다. 여기서, 열 영상 처리부(112)는 일정한 비교값을 기 설정하여 얼굴 영역중 서로 간에 비교값 이상의 온도 차가 나는 영역들이 존재하는 경우 이 영역들을 관심 영역으로 설정할 수 있다.The thermal
이러한 측정 대상자의 체온 측정에는 하이 다이내믹 레인지 이미징(High Dynamic Range Imaging, 이하, HDRI) 기법이 사용될 수 있다. HDRI 기법은 온도 변화가 많은 범위에 대해서는 선택적으로 열 해상도를 높여 더 정밀한 데이터를 얻기 위한 기법이다. 예를 들어, 컴퓨터(108)가 열 영상을 10℃ 단위의 열 해상도로 분석하는 경우 사람의 체온 변화가 집중적으로 분포되는 30℃∼40℃ 범위에서 열 해상도를 더 세분화하면, 열 영상을 좀 더 정밀하게 분석할 수 있다.
A high dynamic range imaging (HDRI) technique can be used to measure the temperature of the subject. The HDRI method is a technique for obtaining more precise data by selectively increasing the thermal resolution for a range of temperature changes. For example, when the
도5는 적외선 열화상 카메라에 의해 측정한 온도 변화를 이용하여 호흡수를 측정하는 방법에 대해 도시한 도면이다.
5 is a diagram showing a method of measuring respiratory rate using a temperature change measured by an infrared radiographic camera.
도 5에 도시된 바와 같이, 열 영상 처리부(112)는 열 영상의 얼굴 영역에서 코밑을 관심 영역으로 설정하고, 코밑 온도 변화를 통해 호흡량을 검출한다.As shown in FIG. 5, the thermal
즉, 측정 대상자가 숨을 쉴 때 콧김에 의해 코밑 온도가 변화하게 되는데 일정 시간 간격을 두고 코밑 온도 변화를 측정한다.
That is, when the subject to be measured breathe, the temperature of the submucosa is changed by the snorting.
코밑 온도 변화량 = 현재 Change in submerged temperature = current
온도값Temperature value
- 과거 - past
온도값Temperature value
다음으로, 일정시간(예를 들어, 5초 또는 10초) 동안 온도 변화량이 0인 부분의 횟수를 카운트하여 이 값을 시간으로 나누어 초당 호흡수를 계산하고, 상기 계산값에 60을 곱하여 분당 호흡수로 변환한다.Next, the number of times of the portion where the temperature change amount is 0 for a predetermined time (for example, 5 seconds or 10 seconds) is counted, and this value is divided by time to calculate the number of respirations per second. The calculated value is multiplied by 60, Converts to a number.
도5에서 도시된 바와 같이, 예를 들어 만약 5초 동안 상기 온도 변화량이 0인 부분의 횟수가 2회일 경우, 상기 2회를 측정 시간 5초로 나누면 초당 호흡수 0.4회/sec를 얻을 수 있다. 상기 초당 호흡수 0.4회/sec를 분당 호흡수로 변환하기 위해서는 60sec를 곱하여야 하며, 이에 따라 분당 호흡수는 24회/min 가 된다.
As shown in FIG. 5, for example, if the number of portions where the temperature change amount is 0 is twice for 5 seconds, dividing the two times by the measurement time of 5 seconds, the respiration rate per second is 0.4 / sec. In order to convert the breath rate per second to 0.4 breaths per minute to 60 breaths per minute, the respiratory rate per minute is 24 breaths per minute.
즉, 도4 및 도5에서 상술한 바와 같이 측정 대상자의 체온 및 호흡수를 획득하여 심박수를 측정할 수 있다.
That is, as described above with reference to FIGS. 4 and 5, the body temperature and respiratory rate of the subject to be measured can be obtained and the heart rate can be measured.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 열화상을 이용한 스트레스 지수 측정 시스템은 측정 대상자의 얼굴을 촬영하는 열 영상으로부터 측정 대상자의 생체 정보를 수집하여, 측정 대상자의 체온 및 호흡량을 통해 측정 대상자의 스트레스 지수를 측정한다.
As described above, the system for measuring stress index using thermal images according to the embodiment of the present invention collects biometric information of a subject to be measured from a thermal image of a face of a subject to be measured, Of the stress index.
또한, 측정 대상자에 대한 정보 수집은 측정 대상자에 직접 부착되는 전자 장치가 아니라, 측정 대상자로부터 일정한 거리에 위치하는 영상 감지부(102)를 통해 비접촉으로 이루어지므로 측정 대상자의 번거로움을 줄일 수 있다. In addition, the information collection for the measurement target person is not an electronic device directly attached to the measurement target person, but is made in a non-contact manner through the
아울러, 별도의 검진 또는 약품 검사 없이 적외선 열화상 카메라를 이용해 스트레스 지수를 손쉽게 측정할 수 있다.
In addition, the stress index can be easily measured using an infrared thermal camera without a separate examination or drug inspection.
이상에서 대표적인 실시 예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시 예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of limitation, I will understand.
그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, but should be determined by equivalents to the appended claims, as well as the appended claims.
100: 본 발명의 실시예에 따른 열화상을 이용한 스트레스 지수 측정 시스템(100)
102: 영상 감지부
104: CCD 카메라
106: 적외선 열화상 카메라
108: 컴퓨터
110: 동작 제어부
112: 열영상 처리부
114: 스트레스 지수 측정부100: a stress
102: Image sensing unit
104: CCD camera
106: Infrared thermal camera
108: Computer
110:
112: Thermal image processor
114: stress index measuring unit
Claims (5)
상기 CCD 카메라로부터 전송되는 영상으로부터 상기 측정 대상자의 얼굴을 검출하여 상기 CCD 카메라의 동작을 제어하는 동작 제어부, 상기 적외선 열화상 카메라로부터 전송되는 열 영상으로부터 상기 측정 대상자의 체온을 측정하고, 상기 측정 대상자의 코밑 온도 변화를 통해 호흡량을 측정하는 열 영상 처리부 및 상기 열 영상 처리부로부터 전송되는 상기 측정 대상자의 체온과 호흡량으로부터 스트레스 지수를 측정하는 스트레스 지수 측정부를 포함하는 컴퓨터를 포함하며,
상기 스트레스 지수 측정부는,
상기 측정 대상자의 체온 변화 및 호흡량 변화를 각각 가중치를 두어 합산하는 방식으로 스트레스 지수를 측정하는,
열화상을 이용한 스트레스 지수 측정 시스템.
An image sensing unit including a CCD (Charge Coupled Device) camera for capturing an image of a person to be measured of a stress index (hereinafter, referred to as a "subject to be measured") and an infrared radiographic camera for capturing thermal images of the subject; And
An operation control unit for detecting the face of the person to be measured from the image transmitted from the CCD camera and controlling the operation of the CCD camera; a temperature measuring unit for measuring the body temperature of the measurement subject from the thermal image transmitted from the infrared thermal camera, And a stress index measuring unit for measuring a stress index from the body temperature and respiration amount of the measurement subject transmitted from the thermal image processor,
The stress index measuring unit includes:
Measuring the stress index by summing the changes in body temperature and respiratory volume of the subject to be measured,
System for measuring stress index using thermal image.
상기 스트레스 지수 측정부는,
다음의 수학식 1을 이용하여 스트레스 지수를 측정하는, 열화상을 이용한 스트레스 지수 측정 시스템.
[ 수학식 1]
스트레스 지수( Stress Index : SI ) = a×(B-12) + b×(36.5℃-T)
여기서 B는 측정 대상자의 스트레스 지수 측정 당시 분당 호흡수, T는 측정 대상자의 스트레스 지수 측정 당시 체온(℃), 12는 기준 호흡수, 36.5℃는 기준 체온, a 및 b는 가중치 계수로서 각각 a=1.5, b=25 이다.
The method according to claim 1,
The stress index measuring unit includes:
Wherein the stress index is measured using the following equation (1).
[ Equation 1]
Stress index (Stress Index : SI ) = a 占 (B-12) + b 占 (36.5 占 폚 -T)
B is the number of breaths per minute at the time of the measurement of the stress index of the subject, T is the body temperature at the time of measuring the stress index of the subject, 12 is the reference breath rate, 36.5 ° C is the reference body temperature, a and b are the weight coefficients, 1.5, and b = 25.
상기 스트레스 지수 측정부는,
다음의 수학식 2를 이용하여 스트레스 지수를 측정하는, 열화상을 이용한 스트레스 지수 측정 시스템.
[ 수학식 2]
스트레스 지수( Stress Index : SI ) = a×(B-B0) + b×(36.5℃-T)
여기서 B는 측정 대상자의 스트레스 지수 측정 당시 분당 호흡수, T는 측정 대상자의 스트레스 지수 측정 당시 체온(℃), B0는 측정 대상자의 평균 분당 호흡수, 36.5℃는 기준 체온, a 및 b는 가중치 계수로서 각각 a=1.5, b=25 이다.
The method according to claim 1,
The stress index measuring unit includes:
Wherein the stress index is measured using the following equation (2).
& Quot; ( 2) & quot ;
Stress index (Stress Index : SI ) = a 占 B-B0 + b 占 36.5 占 폚 -T)
B is the number of breaths per minute at the time of the measurement of the stress index of the subject, T is the body temperature at the time of measuring the stress index of the subject, ° B0 is the average respiratory rate per minute of the subject, 36.5 ° C is the reference body temperature, A = 1.5 and b = 25, respectively.
상기 동작 제어부는,
상기 영상 감지부로부터 전송되는 상기 측정 대상자의 영상에 대해 Haar-like 알고리즘을 사용하여 얼굴을 검출하는, 열화상을 이용한 스트레스 지수 측정 시스템.
The method according to claim 1,
The operation control unit,
Wherein the face is detected using Haar-like algorithm for the image of the measurement subject transmitted from the image sensing unit.
상기 열 영상 처리부는,
상기 측정 대상자의 얼굴 영역에서 서로 간에 기 설정된 비교값보다 큰 온도 차가 나는 영역들이 존재하는 경우 이 영역들의 열 화상점들을 합산하고 평균값을 산출하여 상기 측정 대상자의 체온을 측정하는,
열화상을 이용한 스트레스 지수 측정 시스템.
The method according to claim 1,
The thermal image processing unit,
The method comprising the steps of: summing up thermal image points of the regions in a region of the face region of the measurement subject where a temperature difference greater than a predetermined comparison value exists, and calculating an average value to measure a body temperature of the measurement subject;
System for measuring stress index using thermal image.
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