TWI397029B - Bedside attitude monitoring method and system - Google Patents

Description

臥床姿態監控方法及系統

本發明係有關於一種臥床姿態監控方法及系統，特別是指能監控老人或嬰幼兒於臥床時，以防止其跌落床下，或防範其因維持同一臥姿過久而造成壓瘡。

目前由於我國係已逐漸步入高齡化之社會，而且當今主要的家庭結構皆以雙薪家庭為主，再加上少子化的趨勢演變，因此針對照顧高齡者及嬰幼兒的照顧需求係與日遽增。由於高齡者在身心功能的衰老退化和疾病發生，而嚴重影響其日常生活活動能力及心理調適，而嬰幼兒則是欠缺行動及自主能力，故其最常見的意外便是跌倒，生活周遭環境設置也會因身體機能老化或未健全而造成行動上危險，因此在家人難以全天的時間進行照顧時，則必需利用相關輔助裝置進行照顧。

例如有中華民國98年8月1日所公告之新型第M361902號「具人體姿勢辨識功能之架構」專利案，其係包含有：一影像擷取架構，該影像擷取架構上裝設有一無線視訊鏡頭及一影像擷取裝置，該無線視訊鏡頭與該影像擷取裝置電訊連結；以及，一電腦，該電腦設有一USB無線接收器，該USB無線 接收器得以接收該影像擷取架構之該影像擷取裝置之訊號，該電腦接收影像訊號後，利用灰階處理、索貝爾測邊、腐蝕法、垂直水平腐蝕法及框出人體外框計算斜率，以判斷人體站、坐或臥姿，計算出人體是臥倒而非睡眠時，即發出訊號或藉一網路通訊或經手機自動撥號請求協助救護。

然，上述該專利案僅能依據人體的姿態去判斷其是否已跌倒，並無法適用於其臥床時即將跌落而尚未跌落時，即進行監控並發出警告，並無法達到防患未然的功效，同時也無法針對以同一姿態進行躺臥過久時予以進行警告，以避免發生壓瘡而造成傷害，故習知之監控裝置於使用上並未盡理想。

爰此，有鑑於目前對於老人或嬰幼兒的照顧監控方式具有上述之缺點，故本發明係在提供一種臥床姿態監控方法，包括有A.以攝影單元獲取目標物之臥床影像；B.從上述臥床影像中擷取目標物之人體圖樣，並設定一具有邊界的警戒範圍；C.從步驟B之人體圖樣中分析並標記重心位置；D.監控上述人體圖樣之重心位置的移動軌跡，於接觸所設定警戒範圍之邊界時係發出一警示訊號。

上述步驟A係利用二攝影單元分別擷取目標物不同角度的影像。

上述步驟B所設定警戒範圍之邊界係為目標物所躺臥之床鋪的界線，或者是小於該床鋪邊緣之界線。

本發明亦可為一種臥床姿態監控方法，包括有：A1.以攝影單元獲取目標物之臥床影像；B1.從上述臥床影像中擷取目標物之人體圖樣，並設定該人體圖樣持續處於同一臥姿之警戒時間值；C1.將該人體圖樣與一二維資訊資料庫進行比對，執行基本臥姿類型分類；D1.根據上述基本臥姿類型分類的結果，利用一三維資訊資料庫做進一步的比對分析，以獲得人體圖樣之準確臥床姿態，並開始計時；E1於人體圖樣維持相同之臥姿逾越步驟B1所設定之警戒時間值時，發出一警示訊號。

上述步驟A1係利用二攝影單元分別擷取目標物之不同角度的影像。

上述步驟C1之二維資訊資料庫內係預先建立有關於各種人體的不同臥姿之比對資訊。

上述步驟D1之三維資訊資料庫係預先建立有關於各種不同人體躺臥時其各個關節點位置的比對資訊，又步驟B1中係以臥床資訊經由處理後，而形成一鏤空臥姿狀的人體圖樣，利用該三維資訊資料庫中的具有各種不同關節點位置的臥姿與分類出的人體圖樣互相疊合，當具有最多的關節點均落在該人體圖樣的範圍中，即判定該目標物其所相對應於該種關節點位置則屬於該種準確臥姿。

本發明亦可為一種臥床姿態監控系統，包括有：攝影單元，其係至少設有二個以上；處理單元，其係電性連接至該 攝影單元，該處理單元內建有軟體程式；二維資訊資料庫，其係電性連接至該處理單元，該二維資訊資料庫係內建有各種不同臥姿的2D比對數據資料；三維資訊資料庫，其係電性連接至該處理單元，該三維資訊資料庫係內建有各種不同臥姿的關節點位置的3D比對數據資料；警示單元，其係電性連接至處理單元，並能發出警示訊息。

上述警示單元係利用無線、有線或網際網路的傳輸方式，發出該警示訊息至一看顧者、醫護人員、護理站、醫院或監控中心。

本發明具有下列之優點：

1.本發明係可供監控老人或小孩於臥床時，如果快要跌落時，係會發出警示訊號，以通知相關人員進行處理，以避免因跌落至床下而發生危險，甚至死亡。

2.本發明係可供監控老人如果維持同一臥姿的時間過久時，則會發出警示訊號，以通知相關人員進行處理，藉以避免老人發生壓瘡，及壓瘡所導致的敗血症、截肢，甚至死亡。

(1)‧‧‧攝影單元

(11)‧‧‧第一攝影單元

(12)‧‧‧第二攝影單元

(2)‧‧‧處理單元

(3)‧‧‧二維資訊資料庫

(4)‧‧‧三維資訊資料庫

(5)‧‧‧警示單元

(6)‧‧‧床鋪

(61)‧‧‧邊界

(7)‧‧‧目標物

(71)‧‧‧人體圖樣

(72)‧‧‧重心

(8)‧‧‧關節點

第一圖係為本發明第一實施例之步驟流程圖。

第二圖係為本發明第一實施例中第一攝影單元及第二攝影單元安裝於床鋪之床尾及床側的位置示意圖。

第三圖係為本發明第一實施例中將臥床影像擷取後形成 一鏤空臥姿狀之人體圖樣，並設定出一警戒範圍之邊界的示意圖。

第四圖係為本發明第一實施例中於人體圖樣中標記出重心位置之示意圖。

第五圖係為本發明第一實施例中監控之目標物重心接觸床鋪警戒範圍邊界之示意圖。

第六圖係為本發明第一實施例中三維資訊資料庫具有各種不同關節點位置的臥姿與分類出的人體圖樣互相疊合比對之示意圖。

第七圖係為本發明第一實施例及第二實施例中各步驟之詳細比對流程圖。

第八圖係為本發明第二實施例之步驟流程圖。

第九圖係為本發明第三實施例之系統配置示意圖。

首先，請參閱第一圖，本發明第一實施例係為一種臥床姿態監控方法，尤其適用於老人或嬰幼兒臥床時之監控，以防止其跌落床下而發生危險，其係包括下列步驟：

A.主要係分別設有第一攝影單元(11)及第二攝影單元(12)安裝於床鋪(6)之上方的位置處〔如第二圖所示〕，可供拍攝獲取床鋪(6)上目標物(7)〔被照顧者〕之不同角度的臥床影像。

B.然後就該步驟A所取得之臥床影像進行處理，其係為維護目標物(7)之個人穩私權，避免在監控的過程中使得目標物(7)之面貌及身體被曝露，則利用上述第一攝影單元(11)及第二攝影單元(12)同時拍攝的臥床影像，再從中擷取該目標物(7)，使其形成一鏤空臥姿狀之人體圖樣(71)〔如第三圖所示〕；再配合影像分析模組等軟體程式以辨識該目標物(7)影像的基本臥姿類型，本發明係運用第一攝影單元(11)、第二攝影單元(12)分別拍攝目標物(7)的影像，將含有目標物(7)的影像與僅具背景的圖像進行差值運算，差值影像的部分可將床舖(6)及其他在兩者影像中相同的背景去除，藉以只擷取出目標物(7)的影像加以處理並進一步的分析，由於目標物(7)的衣著服飾有顏色上之變化，影像色彩變化較大，彩色影像中的色調〔H〕、飽和度〔S〕與強度〔I〕色版之差值都具有顏色上的意義，分別經由後續色版分割處理差值影像並進行影像分割後，將結果影像相加，便可獲得較完整的人體型態資訊，隨後運用形態學技巧消除影像雜訊及改善影像輪廓；又再利用軟體程式設定出一相同於床鋪(6)邊緣之界線，或者是小於該床鋪(6)邊緣之界線，以作為警戒範圍之邊界(61)，今本實施例係以相同於床鋪(6)邊緣之界線作為邊界(61)〔如第三圖、第四圖及第五圖所示〕。

C.再利用軟體程式就經由步驟B之臥床影像中的人體圖樣(71)予以分析，以取得該人體圖樣(71)之重心(72)，並予 以標記〔如第四圖所示〕。

D.監控上述目標物之重心(72)位置之移動軌跡是否超出步驟B所設定之警戒範圍〔如第五圖所示〕，一旦被監控之人體圖樣(71)，於其躺臥監控時，其重心(72)在接觸床鋪(6)警戒範圍之邊界(61)時，則會透過一警示單元(5)發出一警示訊息，以通知相關人員進行處理，而避免發生危險。

另請參考第七圖所示，係為本發明上述第一實施例中各步驟之詳細比對流程圖，其中進行影像預處理與2D影像臥姿分類時，則分別具有影像擷取、影像處理、影像分割、軸向投影並配合二維資料庫建立之二維資訊權重參數等步驟進行2D初步辨識；而進行3D影像人體臥姿細部比對分析時，分別利用影像擷取、關節點定位、二維與三維資訊轉換建立三維骨架資料庫，並配合選擇適合之三維骨骼分類資訊、二維與三維骨架資訊之座標轉換、人體圖樣與二維骨架資訊比對及最佳擬合資態評估輸出等步驟，而在離床警報與壓瘡防範通知時，則分別具有人體圖樣之重心標記、姿態之動態追踪、是否變換臥姿之判斷、是否危險離床之判斷及發送警示訊息等步驟。

本發明第二實施例係為一種臥床姿態監控方法，請參閱第八圖所示，尤其適用於老人臥床時之監控，以防止其維持同一臥姿過久而造成壓瘡，其係包括下列步驟：

A1.主要係分別設有第一攝影單元(11)及第二攝影單元 (12)安裝於床鋪(6)之上方的位置處〔如第二圖所示〕，可供拍攝獲取床鋪(6)上目標物(7)〔被照顧者〕之不同角度的臥床影像。

B1.然後就該步驟A1所取得之臥床影像進行處理，為維護目標物(7)之個人穩私權，避免在監控的過程中使得目標物(7)之面貌及身體被曝露，則利用上述第一攝影單元(11)及第二攝影單元(12)同時拍攝的臥床影像，再從中擷取該目標物(7)，使其形成一鏤空臥姿狀之人體圖樣(71)〔如第三圖所示〕；再配合影像分析模組等軟體程式以辨識該目標物(7)影像的基本臥姿類型，本發明係運用第一攝影單元(11)、第二攝影單元(12)分別拍攝目標物(7)的影像，將含有目標物(7)的影像與僅具背景的圖像進行差值運算，差值影像的部分可將床舖(6)及其他在兩者影像中相同的背景去除，藉以只擷取出目標物(7)的影像加以處理並進一步的分析，由於目標物(7)的衣著服飾有顏色上之變化，影像色彩變化較大，彩色影像中的色調〔H〕、飽和度〔S〕與強度〔I〕色版之差值都具有顏色上的意義，分別經由後續色版分割處理差值影像並進行影像分割後，將結果影像相加，便可獲得較完整的人體型態資訊，隨後運用形態學技巧消除影像雜訊及改善影像輪廓；又再利用軟體程式設定上述人體圖樣(71)持續處於同一臥姿之警戒的時間，並開始計時。

C1.係預先另外建立一有關於各種不同人體臥姿的二維資訊資料庫，該二維資訊資料庫內就各種人體的不同臥姿之 比對資訊進行建檔，然後將上述步驟B中所取得目標物(7)之人體圖樣(71)與該二維資訊資料庫中所有的臥姿資訊進行比對，藉以歸類出該目標物(7)之臥姿的基本種類，例如為仰臥、左側臥或右側臥等臥姿，並予以記錄。

D1.另外再預先建立一有關於各種不同人體躺臥時其各個關節點位置的三維資訊資料庫，再將上述步驟B中該人體圖樣(71)與三維資訊資料庫中的各種三維資訊作比對，即利用該三維資訊資料庫中的具有各種不同關節點(8)位置的臥姿與分類出的人體圖樣(71)互相疊合，當具有最多的關節點(8)均落在該人體圖樣(71)的範圍中〔如第六圖所示〕，即可精確的判定該目標物(7)，其所相對應於該種關節點(8)位置係屬於何種準確臥姿，並予以記錄，本實施例係以仰臥姿勢進行說明，即該屬於仰臥中第一種細部臥姿姿勢的開節點(8)，由於全部均落入於該人體圖樣(71)的範圍中，故可準確判定該目標物現正屬於仰臥之準確臥姿。

E1.當被監控之目標物(7)於其躺臥監控時，一旦其維持同一臥姿過久而逾越所設定之警戒時間時，則會透過一警示單元(5)發出一警示訊息，通知相關人員進行翻身處理，以避免目標物(7)發生壓瘡。

本發明上述第二實施例各步驟中之詳細比對流程圖，同樣請參考第七圖所示。

本發明第三實施例係為一種臥床姿態監控系統，請參閱 第九圖所示，本創作係包括有攝影單元(1)、處理單元(2)、二維資訊資料庫(3)、三維資訊資料庫(4)及警示單元(5)，其中：攝影單元(1)，其係至少設有二個以上，具有對目標物進行不同角度之影像拍攝功能，本實施例中係設有第一攝影單元(11)及第二攝影單元(12)。

處理單元(2)，其係電性連接至該攝影單元(1)，可供接收來自於攝影單元(1)所拍攝之影像，該處理單元(2)內建有軟體程式，以供可以進行影像之處理、分析及比對，並可供設定警戒範圍及警戒時間。

二維資訊資料庫(3)，係電性連接至該處理單元(2)，其內建有各種不同臥姿的2D比對數據資料，以供處理單元(2)與攝影單元(1)所拍攝之影像進行比對。

三維資訊資料庫(4)，係電性連接至該處理單元(2)，其內建有各種不同臥姿的關節點位置的3D比對數據資料，以供與已經和二維資訊資料庫(3)進行比對之影像再進行二次比對。

警示單元(5)，其係電性連接至處理單元(1)，以供逾越處理單元(1)所設定之警戒範圍或警戒時間時，可以發出警示訊號，該警示訊號係可為警示燈號或警示聲響。

使用時，如第九圖所示，其係利用第一攝影單元(11)及第二攝影單元(12)安置於床鋪(6)之上方的位置處〔如第二 圖所示〕，而可供拍攝床鋪上目標物(7)〔被照顧者〕之2D影像，將該2D影像傳輸至處理單元(2)進行影像處理，使其形成一鏤空臥姿狀的人體圖樣(71)〔如第三圖所示〕，並利用該處理單元(2)設定出界線，以作為警戒範圍之邊界(61)，經處理過後之鏤空姿態的人體圖樣(71)，則再與該二維資訊資料庫(3)中所有的臥姿進行比對，以歸類出該目標物(7)之臥姿的基本種類，例如為仰臥、左側臥或右側臥等臥姿，再將該人體圖樣(71)與三維資訊資料庫(4)中的各種影像作比對，即利用該三維資訊資料庫(4)中的具有各種不同關節點(8)位置的臥姿與分類出的人體圖樣(71)互相疊合，當具有最多的關節點(8)均落在該人體圖樣(71)的範圍中〔如第六圖所示〕，即可精確的判定該目標物(7)之係屬於何種臥姿。

並且利用該處理單元(2)就該人體圖樣(71)予以分析，以取得該人體圖樣(71)中目標物(7)之重心(72)，並予以標記〔如第四圖所示〕而開始進行監控，如此，一旦被監控之目標物(7)，於其躺臥監控時，其重心在接觸床鋪(6)警戒範圍之邊界(61)〔如第五圖所示〕而跌落床時，則可透過警示單元(5)以無線、有線或網際網路的傳輸方式，發出一警示訊息至一看顧者、醫護人員、護理站、醫院或監控中心，而避免發生危險。

另可再利用軟體程式設定上述人體圖樣(71)持續處於同一臥姿之警戒時間值，如此，當被監控之人體圖樣(71)於其 躺臥監控時，一旦其因維持同一臥姿過久而逾越警戒時間時，則警示單元(5)以無線、有線或網際網路的傳輸方式，發出一警示訊息至一看顧者、醫護人員、護理站、醫院或監控中心，通知相關人員進行翻身處理，以避免發生壓瘡。

Claims (9)

1. 一種臥床姿態監控方法，包括有：A.以攝影單元獲取目標物之臥床影像；B.從上述臥床影像中擷取該目標物之人體圖樣，並設定一具有邊界的警戒範圍；C.從步驟B之該人體圖樣中分析並標記重心位置；D.監控上述該人體圖樣之該重心位置的移動軌跡，於接觸所設定該警戒範圍之邊界時係發出一警示訊號。
2. 如申請專利範圍第1項所述臥床姿態監控方法，其中步驟A係利用二攝影單元分別擷取該目標物不同角度的影像。
3. 如申請專利範圍第1項所述臥床姿態監控方法，其中步驟B所設定該警戒範圍之邊界係為該目標物所躺臥之床鋪的界線，或者是小於該床鋪邊緣之界線。
4. 一種臥床姿態監控方法，包括有：A1.以攝影單元獲取該目標物之臥床影像；B1.從上述臥床影像中擷取目標物之人體圖樣，並設定該人體圖樣持續處於同一臥姿之警戒時間值；C1.將該人體圖樣與一二維資訊資料庫進行比對，執行基本臥姿類型分類；D1.根據上述基本臥姿類型分類的結果，利用一三維資訊資料庫做進一步的比對分析，以獲得該人體圖樣之準確臥床姿態，並開始計時； E1.於該人體圖樣維持相同之臥姿逾越步驟B1所設定之警戒時間值時，發出一警示訊號。
5. 如申請專利範圍第4項所述臥床姿態監控方法，其中步驟A1係利用二攝影單元分別擷取該目標物之不同角度的影像。
6. 如申請專利範圍第4項所述臥床姿態監控方法，其中步驟C1之該二維資訊資料庫內係預先建立有關於各種人體的不同臥姿之比對資訊。
7. 如申請專利範圍第4項所述臥床姿態監控方法，其中步驟D1之該三維資訊資料庫係預先建立有關於各種不同人體躺臥時其各個關節點位置的比對資訊，又步驟B1中係以臥床資訊經由處理後，而形成一鏤空臥姿狀的該人體圖樣，利用該三維資訊資料庫中的具有各種不同關節點位置的臥姿與分類出的該人體圖樣互相疊合，當具有最多的關節點均落在該人體圖樣的範圍中，即判定該目標物其所相對應於該關節點位置則屬於何種準確臥姿。
8. 一種臥床姿態監控系統，包括有：攝影單元，其係至少設有二個以上；處理單元，其係電性連接至該攝影單元，該處理單元內建有軟體程式；二維資訊資料庫，其係電性連接至該處理單元，該二維資訊資料庫係內建有各種不同臥姿的二維比對數據資料；三維資訊資料庫，其係電性連接至該處理單元，該三維資訊資料庫係內建有各種不同臥姿的關節點位置的三維比對數據資料； 警示單元，其係電性連接至該處理單元，並能發出警示訊息。
9. 如申請專利範圍第8項所述臥床姿態監控系統，其中該警示單元係利用無線、有線或網際網路的傳輸方式，發出該警示訊息至一看顧者、醫護人員、護理站、醫院或監控中心。