KR20210142386A - Apparatus and method for measuring of respiratory variation based-on image - Google Patents

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KR20210142386A KR1020200059137A KR20200059137A KR20210142386A KR 20210142386 A KR20210142386 A KR 20210142386A KR 1020200059137 A KR1020200059137 A KR 1020200059137A KR 20200059137 A KR20200059137 A KR 20200059137A KR 20210142386 A KR20210142386 A KR 20210142386A
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Abstract

The present invention relates to an image-based breathing capacity measurement apparatus and a method thereof and, more specifically, to a technology for measuring a patient's breathing capacity in a non-contact state to understand the patient's condition and track the location of a tumor in real-time according to a lung function test or respiration. According to the present invention, an image-based breathing capacity measurement apparatus measures a user's lung capacity by using the user's breathing capacity. The apparatus comprises: a camera unit obtaining image information by photographing a user's breathing area with a plurality of cameras to which an infrared thermal imaging method is applied; a stereo unit reconstructing the image information obtained from the camera unit to generate a three-dimensional (3D) image; and a control unit extracting the infrared spectrum of the 3D image to calculate the user's lung capacity through the volume of the breathing area. Accordingly, since inspection is performed without direct contact with a user, the apparatus eliminates the user's inconvenience and provides an advantage of accurately measuring breathing capacity by using 3D stereo vision.

Description

영상 기반의 호흡량 측정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING OF RESPIRATORY VARIATION BASED-ON IMAGE}Image-based respiratory volume measurement device and method

본 발명은 영상 기반의 호흡량 측정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 비접촉 상태에서 환자의 호흡량을 측정하여 환자 상태를 파악하여 폐기능 검사 또는 호흡에 따른 종양의 위치를 실시간으로 추적하기 위한 기술에 관한 것이다.The present invention relates to an image-based respiratory volume measuring apparatus and method, and more particularly, to a technology for measuring a patient's respiratory volume in a non-contact state to determine the patient's condition to track the location of a tumor in real time according to a lung function test or respiration .

진단폐활량계(Diagnostic Spirometer)는 피험자의 폐에서 나오거나 들어가는 가스의 양(호흡 파라미터)을 측정하여, 피험자의 폐기능을 진단하는 의료기기이다. 상기의 진단폐활량계는 폐기능을 검사하기 위하여 환자의 코를 막은 후 환자의 입에 기류변환기를 연결하여 그 출력을 전자적으로 직접 적분함으로써 폐활량을 측정하게 된다.A diagnostic spirometer is a medical device for diagnosing the lung function of a subject by measuring the amount of gas (respiration parameters) coming out or entering the lungs of a subject. The diagnostic spirometer measures the spirometry by electronically integrating the output by connecting an airflow transducer to the patient's mouth after closing the patient's nose in order to examine the lung function.

이와 관련 종래 기술은, 출력을 적분하여 산출할 수 있는 진단 변수들로는 노력성 폐활량(FVC, Forced Vital Capacity), 1초간 노력성 폐활량(FEV, Forced Expiratory Volume in 1sec), 최대호식기류(PEF, Peak Expiratory Air Flow rate), 노력성 호식 중간기류(FET, Forced mid-Expiratory Air Flow rate), 일초율(FEV, FEV/FVC) 등이 있다.In the related art, the diagnostic variables that can be calculated by integrating the output are Forced Vital Capacity (FVC), Forced Expiratory Volume in 1sec (FEV), Peak Expiratory Flow (PEF) Air Flow rate), Forced mid-Expiratory Air Flow rate (FET), and per second rate (FEV, FEV/FVC).

다만, 종래의 기술이 적용되는 경우, 호흡기 환자를 대상으로 폐기능을 지속 관찰하거나, 방사선 치료 시 호흡량을 매개로 하여 폐나 간에 위치한 종양의 위치를 실시간으로 추적하는 경우, 입이나 코를 밀봉하여 환자 호흡을 측정하기 때문에 사용자에게 육체적, 정신적인 불편함을 야기할 수 있는 문제점이 있다.However, when the conventional technology is applied, if the lung function is continuously observed for a respiratory patient or the location of a tumor located in the lung or liver is tracked in real time through the respiration rate during radiation therapy, the patient is sealed with the mouth or nose. Since the respiration is measured, there is a problem that may cause physical and mental discomfort to the user.

본 발명은 사용자와 비 접촉하는 방법으로 사용자의 폐 기능을 검사하거나 폐의 체적 변화를 추적하는 영상 기반의 호흡량 측정 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide an image-based respiratory volume measurement apparatus and method for examining a user's lung function or tracking a change in lung volume in a non-contact method.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 사용자의 호흡량을 이용하여 폐활량을 측정하는 영상 기반의 호흡량 측정 장치에 있어서, 상기 사용자의 호흡 영역을 적외선열화상 방식이 적용된 제1 카메라, 제2 카메라 또는 제3 카메라 등 다수의 카메라로 촬영하여 영상정보를 획득하는 카메라부; 상기 카메라부에서 획득된 영상정보를 재구성하여 3차원 영상을 생성하는 스테레오부; 및 상기 3차원 영상의 적외선 스펙트럼을 추출하여 상기 호흡 영역의 부피를 통해 상기 사용자의 폐활량을 산출하는 제어부를 포함하는 영상 기반의 호흡량 측정 장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a first camera, a second camera or a second camera to which an infrared thermal imaging method is applied to the breathing area of the user in an image-based respiratory volume measuring device for measuring lung capacity using a user's respiratory volume. a camera unit for acquiring image information by photographing with a plurality of cameras, such as 3 cameras; a stereo unit for reconstructing the image information obtained from the camera unit to generate a 3D image; and a control unit for extracting the infrared spectrum of the three-dimensional image and calculating the lung capacity of the user based on the volume of the breathing region.

실시 예에 따라, 상기 카메라부는, 상기 사용자의 들숨 또는 날숨의 상기 영상정보에서의 적외선 영상을 온도 영상으로 변환할 수 있다.According to an embodiment, the camera unit may convert an infrared image in the image information of the user's inhalation or exhalation into a temperature image.

실시 예에 따라, 상기 카메라부는, 분사된 형광 또는 인광 물질의 분포가 변화하는 흐름을 추적하여 3차원 영상 정보를 생성할 수 있다.According to an embodiment, the camera unit may generate 3D image information by tracking a flow in which the distribution of the injected fluorescent or phosphorescent material changes.

실시 예에 따라, 상기 스테레오부는, 동일 시간 대에 상기 복수의 카메라에서 촬영한 영상정보를 3차원 공간상에 배열하여 상기 호흡 영역의 3차원 영상을 생성할 수 있다.According to an embodiment, the stereo unit may generate a three-dimensional image of the breathing area by arranging the image information captured by the plurality of cameras in the same time period in a three-dimensional space.

실시 예에 따라, 상기 제어부는, 상기 3차원 영상의 공간상의 좌표를 분석하여 상기 호흡 영역의 부피를 계산하여 상기 폐활량을 산출할 수 있다.According to an embodiment, the controller may calculate the lung capacity by analyzing the spatial coordinates of the 3D image to calculate the volume of the breathing area.

또한 본 발명은, 사용자의 호흡량을 이용하여 폐활량을 측정하는 영상 기반의 호흡량 측정 방법에 있어서, 적외선열화상 방식이 적용된 복수의 카메라를 구비하는 카메라부에서 상기 사용자의 호흡 영역을 촬영하여 영상정보를 획득하는 단계; 상기 영상정보를 재구성하여 스테레오부에서 3차원 영상을 생성하는 단계; 및 상기 스테레오부에서 생성된 3차원 영상으로부터 상기 호흡 영역의 부피를 계산하여 상기 사용자의 폐활량을 산출하는 단계를 포함하는 영상 기반의 호흡량 측정 방법을 제공한다.In addition, the present invention, in the image-based respiratory volume measurement method for measuring the lung capacity using the user's respiratory volume, the image information by photographing the user's breathing area in a camera unit having a plurality of cameras to which the infrared thermal imaging method is applied obtaining; generating a 3D image in a stereo unit by reconstructing the image information; and calculating the lung capacity of the user by calculating the volume of the breathing area from the three-dimensional image generated by the stereo unit.

실시 예에 따라, 상기 영상정보를 획득하는 단계는, 상기 사용자의 들숨 또는 날숨의 상기 영상정보에서의 적외선 영상을 온도 영상으로 변환하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment, the obtaining of the image information may further include converting an infrared image in the image information of the user's inhalation or exhalation into a temperature image.

실시 예에 따라, 동일 시간 대에 상기 복수의 카메라에서 촬영한 영상정보를 3차원 공간상에 배열하여 상기 호흡 영역의 3차원 영상을 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment, the method may further include generating a three-dimensional image of the breathing area by arranging the image information captured by the plurality of cameras in the same time period in a three-dimensional space.

전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따르면, 사용자에게 직접 접촉하지 않고 검사하기 때문에 사용자의 불편함을 제거할 수 있는 이점이 있다.According to the present invention having the configuration as described above, there is an advantage in that the user's inconvenience can be eliminated because the inspection is performed without direct contact with the user.

또한 본 발명은, 3차원의 스테레오 비전을 사용하여 호흡량의 체적을 정확하게 측정할 수 있는 이점이 있다.In addition, the present invention has the advantage of being able to accurately measure the volume of respiration by using three-dimensional stereo vision.

도 1은 스테레오 비전 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 스테레오 비전 시스템에서 카메라를 설치하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 3은 일반적인 스테레오 비전 시스템에서 카메라에 의해 영상이 그랩되는 시퀀스를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 카메라부를 사용자의 호흡 영역에 배치하여 날숨 또는 들숨에 대한 영상정보를 획득하는 모습을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따라 스테레오부에서 3차원 영상을 생성하는 모습을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따라 제어부에서 사용자의 폐활량을 측정하는 모습을 나타낸다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따라 형광 또는 인광 물질의 분사 모습과 이의 흐름을 3차원 영상으로 획득하는 모습이다.
1 is a diagram for explaining a stereo vision system.
2 is a diagram illustrating a method of installing a camera in a stereo vision system.
3 is a diagram illustrating a sequence in which an image is captured by a camera in a general stereo vision system.
4 shows a state in which a camera unit is disposed in a user's breathing area to obtain image information on exhalation or inhalation according to an embodiment of the present invention.
5 shows a state in which a 3D image is generated by a stereo unit according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating a state in which the control unit measures a user's lung capacity according to an embodiment of the present invention.
7 is a view showing a state of injection of a fluorescent or phosphorescent material and a state of acquiring a flow thereof as a three-dimensional image according to an embodiment of the present invention.

본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.Terms used in this specification will be briefly described, and the present invention will be described in detail.

본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다. The terms used in the present invention have been selected as currently widely used general terms as possible while considering the functions in the present invention, but these may vary depending on the intention or precedent of a person skilled in the art, the emergence of new technology, and the like. In addition, in a specific case, there is a term arbitrarily selected by the applicant, and in this case, the meaning will be described in detail in the description of the corresponding invention. Therefore, the term used in the present invention should be defined based on the meaning of the term and the overall content of the present invention, rather than the name of a simple term.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 명세서 전체에서 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, "그 중간에 다른 구성을 사이에 두고" 연결되어 있는 경우도 포함한다.When a part "includes" a certain element throughout the specification, this means that other elements may be further included, rather than excluding other elements, unless otherwise stated. In addition, terms such as "...unit" and "module" described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software, or a combination of hardware and software. . Also, throughout the specification, when a part is "connected" with another part, this includes not only the case of being "directly connected" but also the case of being connected "with another configuration in between".

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art can easily carry out the present invention. However, the present invention may be embodied in various different forms and is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.

도 1 내지 도 3은 적외선 열화상 방식이 적용된 카메라를 사용하여 획득된 영상정보를 이용하여 3차원 영상을 생성하는 일반적인 모습을 설명한다. 1 to 3 illustrate a general state of generating a three-dimensional image using image information obtained using a camera to which an infrared thermal imaging method is applied.

도 1은 스테레오 비전 시스템을 설명하기 위한 도면이다.1 is a diagram for explaining a stereo vision system.

도 1a을 참조하면, 사람이 물체를 입체적으로 인식할 수 있는 것은 오른쪽 눈과 왼쪽 눈이 각각 다른 영상을 인식하기 때문이다. 양안에 의해 얻어진 망막의 영상이 뇌(100)에서 서로 합성됨으로써 얻어지게 되며, 이는 양안에 의해 취득된 영상의 미세한 차에 의해 얻어진다. 이러한 미세한 차이로 취득된 영상이 망막의 시신경을 통해 뇌의 처리 부분에 전달되고, 전달된 전기적 신호는 뇌의 여러 가지 처리 과정을 통해 특징을 찾아내고, 뇌에 기억되어 있는 정보와 비교하여 대상 물체를 인식하게 된다.Referring to FIG. 1A , the reason that a person can three-dimensionally recognize an object is because the right eye and the left eye recognize different images. The retinal images obtained by both eyes are obtained by synthesizing with each other in the brain 100, which is obtained by a minute difference between the images obtained by both eyes. The image acquired by this minute difference is transmitted to the processing part of the brain through the optic nerve of the retina, and the transmitted electrical signal finds the characteristics through various processing processes of the brain, and compares it with the information stored in the brain. will recognize

도 1b를 참조하면, 사람이 양안을 통해 대상물체를 인식하는 과정을 컴퓨터 비전에 도입한 것이 스테레오 비전시스템(stereovision system)이다. 따라서 스테레오 비전 시스템은 사람의 눈에 해당하는 카메라(110) 및 사람의 시각체계에 해당하는 컴퓨터(120)를 포함한다.Referring to FIG. 1B , a stereovision system that introduces a process in which a person recognizes an object through both eyes is introduced into computer vision. Accordingly, the stereo vision system includes a camera 110 corresponding to a human eye and a computer 120 corresponding to a human visual system.

도 2는 스테레오 비전 시스템에서 카메라를 설치하는 방법을 나타낸 도면이다.2 is a diagram illustrating a method of installing a camera in a stereo vision system.

도 2를 참조하면, 스테레오 비전 시스템에서 카메라를 설치하는 방법은 크게 순차식과 동시식으로 나눌 수 있다. 순차식은 카메라를 동시에 설치하지 않고 하나의 카메라를 이용하여 순서에 따라 영상을 입력하는 방식이다.Referring to FIG. 2 , a method of installing a camera in a stereo vision system can be largely divided into a sequential type and a simultaneous type. The sequential method is a method of inputting images sequentially using a single camera without installing cameras at the same time.

한편, 동시식은 두 개의 카메라를 모두 설치하여 동시에 영상을 취득하는 것으로 현재 스테레오 비전 시스템에서 일반적으로 사용하고 있는 방법이다. 동시식은 카메라의 구성에 따라 다시 (a) 평행식(Parallel Camera Setup)과 (b) 교차식(Crossing Camera Setup)으로 나누어지는데, 이는 카메라의 광축을 어떻게 구성하느냐에 따른 분류이다. 평행식은 수직 또는 수평으로 평행한 것을 말하며, 교차식은 카메라의 광축이 일치하는 곳을 만드는 방법으로 사람의 눈 구조와 가깝다.On the other hand, the simultaneous method installs both cameras and acquires images at the same time, and is a method commonly used in stereo vision systems currently. Simultaneous mode is further divided into (a) Parallel Camera Setup and (b) Crossing Camera Setup depending on the camera configuration, which is classified according to how the optical axis of the camera is configured. The parallel expression refers to vertical or horizontal parallelism, and the intersection method is close to the structure of the human eye in a way that makes the optical axis of the camera coincide.

평행식 설치법은 거리 측정이 용이하다는 장점이 있으나, 입체 영상의 시차 조절 기능이 없어 양질의 입체 영상을 만들 수 없다는 단점을 가지며, 교차식 설치법은 평행식에 비해 고속 움직임을 갖는 물체의 거리 측정이 가능하다는 장점을 갖는다.The parallel installation method has the advantage of easy distance measurement, but has the disadvantage that it cannot produce a high-quality stereoscopic image because it does not have a parallax control function of the stereoscopic image. It has the advantage of being able to

스테레오비전(Stereo-vision)은 2 개의 위상차를 가진 평면 영상 정보를 이용해 3차원 영상 정보를 추출할 수 있는 기술을 지칭한다. 이는 인간의 양안에서 얻는 2 개의 평면 영상 정보와 양안의 위치 차이에서 오는 두 평면 영상 정보의 위상 차이를 뇌에서 분석하여 평면 정보에서 얻을 수 없는 깊이 정보를 추출하는 기법을 컴퓨터를 이용해 재구현한 것이다. 본 기법의 구현은 다수의 카메라를 이용해 평면 영상 정보를 얻고, 표준 영상을 통해 각 카메라 간의 위치 차이를 보정하여 3차원 위치 정보를 추출하는 단계들로 이루어진다. 상기의 방법을 통해 얻은 영상의 3차원 정보를 이용해 특정 영역의 면적과 아울러 부피를 얻을 수 있으며 이를 통해 환자의 흡기와 호기 시의 호흡량을 계산할 수 있다.Stereo-vision refers to a technology capable of extracting 3D image information using flat image information having two phase differences. This is a computer re-implementation of the technique of extracting depth information that cannot be obtained from planar information by analyzing the phase difference between two plane image information obtained from both eyes of a human and two plane image information from the position difference between the two eyes in the brain. . Implementation of this technique consists of steps of obtaining flat image information using a plurality of cameras and extracting 3D position information by correcting a position difference between each camera through a standard image. By using the three-dimensional information of the image obtained through the above method, the area and volume of a specific region can be obtained, and through this, the patient's respiration volume during inspiration and exhalation can be calculated.

열화상 (Thermal image) 은 적외선 카메라를 이용해 물체에서 방사되는 빛을 물체의 온도로 변환하는 영상 기법을 지칭한다. 이는 모든 물체는 흑체 복사를 하고 있다는 사실과 상온에서의 복사 파장은 적외선 영역이라는 점에서, 상온에서 물체의 온도를 측정하기 위한 기구로 적외선 카메라가 적합하다고 하겠다. 물체에서 방사되는 적외선의 스펙트럼을 통해 물체의 온도를 추정할 수 있고, 이는 고체와 액체, 기체 등 모든 상태의 물질에 해당한다. 본 발명에서 열화상 카메라의 활용은, 환자의 폐에서 머문 공기의 온도가 외부 온도와 다르다는 점을 이용하여 날숨의 온도를 열화상 카메라로 촬영하여 등온도 부피를 계산할 수 있다는 점이다. 이를 날숨의 부피로 한다면 환자의 호기 시 공기의 부피를 통해 환자의 폐활량을 계산할 수 있다.Thermal imaging refers to an imaging technique that uses an infrared camera to convert light emitted from an object into the temperature of the object. The fact that all objects emit blackbody radiation and the fact that the radiation wavelength at room temperature is in the infrared region means that an infrared camera is suitable as an instrument for measuring the temperature of an object at room temperature. The temperature of an object can be estimated through the spectrum of infrared radiation emitted from the object, and this corresponds to matter in all states, including solid, liquid, and gas. The use of the thermal imaging camera in the present invention is that it is possible to calculate the isothermal volume by photographing the temperature of exhalation with a thermal imaging camera by using the fact that the temperature of the air staying in the patient's lungs is different from the external temperature. If this is the volume of exhalation, the lung capacity of the patient can be calculated from the volume of air during exhalation of the patient.

도 3은 일반적인 스테레오 비전 시스템에서 카메라에 의해 영상이 그랩되는 시퀀스를 나타내는 도면이다.3 is a diagram illustrating a sequence in which an image is captured by a camera in a general stereo vision system.

도 3에 도시된 바와 같이, 4개의 프레임(frame)을 기준으로, 일반적인 스테레오 비전 시스템에서의 영상의 그랩은 두 대의 다른 카메라에서 찍은 시간 동기화된 영상의 교집합 부분에서 이루어진다.As shown in FIG. 3 , on the basis of four frames, an image grabbing in a general stereo vision system is performed at an intersection of time-synchronized images taken by two different cameras.

예컨대, 도 3에 도시된 바와 같이 450fps(frame per second)의 촬영속도를 갖는 두 대의 카메라로 영상을 촬영할 경우, 각 카메라를 통해 초당 450프레임의 영상을 획득할 수 있으며, 각 카메라를 통해 획득한 시간 동기화된 영상을 이용하여 촬영된 피사체의 거리, 방향 등을 확인할 수 있다. For example, as shown in FIG. 3 , when an image is taken with two cameras having a shooting speed of 450 fps (frame per second), an image of 450 frames per second can be acquired through each camera, and the The distance and direction of the photographed subject can be checked using the time-synchronized image.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 카메라부를 사용자의 호흡 영역에 배치하여 날숨 또는 들숨에 대한 영상정보를 획득하는 모습을 나타낸다.4 shows a state in which a camera unit is disposed in a user's breathing area to obtain image information on exhalation or inhalation according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 사용자의 호흡량을 이용하여 폐활량을 측정하는 영상 기반의 호흡량 측정 장치에 있어서, 상기 사용자의 호흡 영역을 적외선열화상 방식이 적용된 제1 카메라, 제2 카메라 또는 제3 카메라 등 복수의 카메라로 촬영하여 영상정보를 획득하는 카메라부를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4 , in the image-based respiratory volume measuring apparatus for measuring lung capacity using the user's respiration volume, a plurality of first, second, or third cameras to which the infrared thermal imaging method is applied to the breathing area of the user It may include a camera unit for obtaining image information by photographing with a camera of

또한 도시되지 않았으나, 상기 카메라부에서 획득된 영상정보를 재구성하여 3차원 영상을 생성하는 스테레오부; 및 상기 3차원 영상의 적외선 스펙트럼을 추출하여 상기 호흡 영역의 부피를 통해 상기 사용자의 폐활량을 산출하는 제어부를 포함할 수 있다.Also, although not shown, a stereo unit for generating a 3D image by reconstructing the image information obtained from the camera unit; And extracting the infrared spectrum of the three-dimensional image may include a control unit for calculating the lung capacity of the user through the volume of the breathing area.

일반적으로, 인간의 좌안과 우안의 위치 차이로 인해 각각 얻은 2차원 영상으로부터 3차원 정보인 거리를 유추할 수 있듯, 2개의 카메라가 위치 차이를 두고 얻은 영상으로부터 영상 내 점의 3차원 거리를 계산할 수 있다.In general, just as the distance, which is 3D information, can be inferred from the 2D images obtained respectively due to the position difference between the human left and right eyes, the 3D distance of the points in the image can be calculated from the images obtained by the two cameras with the position difference. can

두 개의 카메라가 다른 위치에서 촬영한 영상을 이용하여 해당 영상의 점들을 3차원 공간에 위치시킬 수 있다.Using images captured by two cameras at different positions, points of the corresponding image may be located in a three-dimensional space.

본 발명은, 사용자의 호흡량을 이용하여 폐활량을 측정하는 영상 기반의 호흡량 측정 방법에 있어서,적외선열화상 방식이 적용된 제1 카메라, 제2 카메라 또는 제3 카메라 등 복수의 카메라를 구비하는 카메라부에서 상기 사용자의 호흡 영역을 촬영하여 영상정보를 획득하는 단계; 상기 영상정보를 재구성하여 스테레오부에서 3차원 영상을 생성하는 단계; 및 상기 스테레오부에서 생성된 3차원 영상으로부터 상기 호흡 영역의 부피를 계산하여 상기 사용자의 폐활량을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.The present invention provides an image-based respiratory volume measurement method for measuring lung capacity using a user's respiration volume, In a camera unit having a plurality of cameras such as a first camera, a second camera or a third camera to which an infrared thermal imaging method is applied acquiring image information by photographing the user's breathing area; generating a 3D image in a stereo unit by reconstructing the image information; and calculating the lung capacity of the user by calculating the volume of the breathing area from the three-dimensional image generated by the stereo unit.

특히, 상기 영상정보를 획득하는 단계는, 상기 사용자의 들숨 또는 날숨의 상기 영상정보에서의 적외선 영상을 온도 영상으로 변환하는 단계를 더 포함할 수 있다.In particular, the obtaining of the image information may further include converting an infrared image in the image information of the user's inhalation or exhalation into a temperature image.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따라 스테레오부에서 3차원 영상을 생성하는 모습을 나타낸다.5 shows a state in which a 3D image is generated by a stereo unit according to an embodiment of the present invention.

카메라부는, 상기 사용자의 들숨 또는 날숨의 상기 영상정보에서의 적외선 영상을 온도 영상으로 변환할 수 있다.The camera unit may convert an infrared image in the image information of the user's inhalation or exhalation into a temperature image.

도 5를 참조하면, 도 1 내지 도 3에서 설명한 바와 같이, 두 대 이상의 카메라는 상호 위치 차이에 해당하는 교정과정이 필요하며, 이를 통해 두 영상 내 점들을 상호 일치시킬 때 존재하는 위상차이로부터 각 점들의 깊이 방향의 영상정보를 얻을 수 있다.Referring to FIG. 5 , as described in FIGS. 1 to 3 , two or more cameras require a calibration process corresponding to a mutual position difference, and through this, each Image information in the depth direction of the points can be obtained.

도 5는 3차원 영상의 실시 예로서, 호흡 영역을 원의 형태로 표현한 것이고, 실제 호흡 영역은 정확한 원의 형태가 될 수 없다. 제어부는 3차원 영상의 각 좌표를 저장하는 저장부를 포함할 수 있으며, 3차원 공간에서의 각 좌표를 이용하여 부피를 측정할 수 있다.5 is an embodiment of a three-dimensional image, in which the breathing region is expressed in the form of a circle, and the actual breathing region cannot be in the form of an accurate circle. The control unit may include a storage unit for storing each coordinate of the 3D image, and may measure the volume by using each coordinate in the 3D space.

상기 스테레오부는, 동일 시간 대에 상기 제1 카메라, 제2 카메라 또는 제3 카메라 등 복수의 카메라에서 촬영한 영상정보를 3차원 공간상에 배열하여 상기 호흡 영역의 3차원 영상을 생성할 수 있으며, 제어부는 3차원 영상의 공간상의 좌표를 분석하여 상기 호흡 영역의 부피를 계산하여 상기 폐활량을 산출할 수 있다.The stereo unit may generate a three-dimensional image of the breathing area by arranging image information photographed by a plurality of cameras, such as the first camera, the second camera, or the third camera, in a three-dimensional space in the same time zone, The controller may calculate the lung capacity by analyzing the spatial coordinates of the 3D image to calculate the volume of the breathing area.

사용자(환자)가 숨을 뱉을 시, 뱉은 숨의 온도는 체온과 비슷하여 외부 온도와 차이가 있을 수 있다. 입과 코로부터 나오는 뱉은 숨의 온도를 열화상으로 실시간으로 추적하고, 뱉은 숨의 체적은 열화상의 온도 차이 및 열 흐름 영상을 3차원으로 역산할 수 있다. 이러한 방법으로 단순히 호흡 모니터링(환자의 들숨과 날숨의 주기)뿐 아니라 실제 환자의 폐 용적을 추적할 수 있다.When the user (patient) exhales, the exhaled breath temperature is similar to body temperature, so there may be a difference from the external temperature. The temperature of exhaled breath coming out of the mouth and nose is tracked in real time with a thermal image, and the volume of exhaled breath can be inversely calculated in three dimensions from the temperature difference and heat flow image of the thermal image. In this way, it is possible to track the actual patient's lung volume, not just respiration monitoring (the patient's inspiratory and exhalation cycle).

도 6은 본 발명의 실시 예에 따라 제어부에서 사용자의 폐활량을 측정하는 모습을 나타낸다.6 is a diagram illustrating a state in which the control unit measures a user's lung capacity according to an embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따라 형광 또는 인광 물질의 분사 모습과 이의 흐름을 3차원 영상으로 획득하는 모습이다.7 is a view showing a state of injection of a fluorescent or phosphorescent material and a state of acquiring a flow thereof as a three-dimensional image according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 공기 중에 형광 또는 인광 물질을 분사하고, 상기 카메라부에서 상기 호흡 영역에 분사된 형광 또는 인광 물질을 촬영하고, 상기 스테레오부에서 상기 형광 또는 인광 물질의 분포가 변화하는 흐름을 추적하여 3차원 영상 정보를 생성할 수 있다.Referring to FIG. 7 , a flow in which a fluorescent or phosphorescent material is sprayed in the air, the fluorescent or phosphorescent material sprayed from the camera unit to the breathing area is photographed, and the distribution of the fluorescent or phosphorescent material is changed in the stereo unit. It is possible to generate 3D image information by tracking.

이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태에 의하여 정해져야 한다.Although the present invention has been described in detail through representative embodiments above, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will understand that various modifications are possible within the limits without departing from the scope of the present invention with respect to the above-described embodiments. will be. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments and should be defined by all changes or modifications derived from the claims and equivalent concepts as well as the claims to be described later.

Claims (9)

사용자의 호흡량을 이용하여 폐활량을 측정하는 영상 기반의 호흡량 측정 장치에 있어서,
상기 사용자의 호흡 영역을 적외선열화상 방식이 적용된 복수의 카메라로 촬영하여 영상정보를 획득하는 카메라부;
상기 카메라부에서 획득된 영상정보를 재구성하여 3차원 영상을 생성하는 스테레오부; 및
상기 3차원 영상의 적외선 스펙트럼을 추출하여 상기 호흡 영역의 부피를 통해 상기 사용자의 폐활량을 산출하는 제어부를 포함하는 영상 기반의 호흡량 측정 장치.
In the image-based respiratory volume measurement device for measuring lung capacity using the user's respiration volume,
a camera unit for obtaining image information by photographing the user's breathing area with a plurality of cameras to which an infrared thermal imaging method is applied;
a stereo unit for reconstructing the image information obtained from the camera unit to generate a 3D image; and
and a controller for extracting the infrared spectrum of the three-dimensional image and calculating the lung capacity of the user based on the volume of the breathing area.
제 1 항에 있어서,
상기 카메라부는,
상기 사용자의 들숨 또는 날숨의 상기 영상정보에서의 적외선 영상을 온도 영상으로 변환하는 것을 특징으로 하는 영상 기반의 호흡량 측정 장치.
The method of claim 1,
The camera unit,
Image-based respiration volume measurement device, characterized in that converting the infrared image in the image information of the user's inhalation or exhalation into a temperature image.
제 1 항에 있어서,
상기 스테레오부는,
동일 시간 대에 상기 복수의 카메라에서 촬영한 영상정보를 3차원 공간상에 배열하여 상기 호흡 영역의 3차원 영상을 생성하는 것을 특징으로 하는 영상 기반의 호흡량 측정 장치.
The method of claim 1,
The stereo unit,
Image-based respiration volume measuring device, characterized in that by arranging the image information taken by the plurality of cameras in the same time period in a three-dimensional space to generate a three-dimensional image of the breathing area.
제 1 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 3차원 영상의 공간상의 좌표를 분석하여 상기 호흡 영역의 부피를 계산하여 상기 폐활량을 산출하는 것을 특징으로 하는 영상 기반의 호흡량 측정 장치.
The method of claim 1,
The control unit is
Image-based respiratory volume measuring apparatus, characterized in that by analyzing the spatial coordinates of the three-dimensional image to calculate the volume of the breathing area to calculate the lung capacity.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 카메라부는,
상기 호흡 영역에 분사된 형광 또는 인광 물질을 촬영하고,
상기 스테레오부는,
상기 형광 또는 인광 물질의 분포가 변화하는 흐름을 추적하여 3차원 영상 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 영상 기반의 호흡량 측정 장치.
4. The method according to claim 2 or 3,
The camera unit,
Taking a fluorescent or phosphorescent material injected into the breathing area,
The stereo unit,
Image-based respiration volume measurement device, characterized in that by tracing the flow in which the distribution of the fluorescent or phosphorescent material changes to generate three-dimensional image information.
사용자의 호흡량을 이용하여 폐활량을 측정하는 영상 기반의 호흡량 측정 방법에 있어서,
적외선열화상 방식이 적용된 복수의 카메라를 구비하는 카메라부에서 상기 사용자의 호흡 영역을 촬영하여 영상정보를 획득하는 단계;
상기 영상정보를 재구성하여 스테레오부에서 3차원 영상을 생성하는 단계; 및
상기 스테레오부에서 생성된 3차원 영상으로부터 상기 호흡 영역의 부피를 계산하여 상기 사용자의 폐활량을 산출하는 단계를 포함하는 영상 기반의 호흡량 측정 방법.
In the image-based respiratory volume measurement method for measuring lung capacity using the user's respiratory volume,
obtaining image information by photographing the breathing area of the user in a camera unit having a plurality of cameras to which an infrared thermal imaging method is applied;
generating a 3D image in a stereo unit by reconstructing the image information; and
Image-based respiration volume measurement method comprising the step of calculating the lung capacity of the user by calculating the volume of the breathing area from the three-dimensional image generated by the stereo unit.
제 6 항에 있어서,
상기 영상정보를 획득하는 단계는,
상기 사용자의 들숨 또는 날숨의 상기 영상정보에서의 적외선 영상을 온도 영상으로 변환하는 단계를 더 포함하는 영상 기반의 호흡량 측정 방법.
7. The method of claim 6,
The step of obtaining the image information includes:
Image-based respiration volume measurement method further comprising the step of converting an infrared image in the image information of the user's inhalation or exhalation into a temperature image.
제 6 항에 있어서,
동일 시간 대에 상기 복수의 카메라에서 촬영한 영상정보를 3차원 공간상에 배열하여 상기 호흡 영역의 3차원 영상을 생성하는 단계를 더 포함하는 영상 기반의 호흡량 측정 방법.
7. The method of claim 6,
Image-based respiration volume measurement method further comprising the step of arranging the image information taken by the plurality of cameras in the same time period in a three-dimensional space to generate a three-dimensional image of the breathing area.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
상기 카메라부에서 상기 호흡 영역에 분사된 형광 또는 인광 물질을 촬영하는 단계; 또는
상기 스테레오부에서 상기 형광 또는 인광 물질의 분포가 변화하는 흐름을 추적하여 3차원 영상 정보를 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 기반의 호흡량 측정 장치.
9. The method according to claim 7 or 8,
photographing the fluorescent or phosphorescent material injected into the breathing area by the camera unit; or
Image-based respiration volume measurement device, characterized in that it further comprises the step of generating three-dimensional image information by tracking the flow in which the distribution of the fluorescent or phosphorescent material changes in the stereo unit.
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