TWI667635B - 應用於嬰幼兒的監測系統及監測方法 - Google Patents

應用於嬰幼兒的監測系統及監測方法 Download PDF

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TWI667635B
TWI667635B TW107100805A TW107100805A TWI667635B TW I667635 B TWI667635 B TW I667635B TW 107100805 A TW107100805 A TW 107100805A TW 107100805 A TW107100805 A TW 107100805A TW I667635 B TWI667635 B TW I667635B
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Abstract

一種應用於嬰幼兒的監測系統包含影像感測器、臉部區域判斷模組、非接觸式心率量測模組以及心率判斷模組。影像感測器用以連續擷取複數個影像。臉部區域判斷模組用以判斷各該影像是否包含臉部區域，當各該影像不包含臉部區域時，臉部區域判斷模組輸出第一警報資訊。當各該影像包含臉部區域時，非接觸式心率量測模組用以計算先後擷取的影像其中的臉部區域中各像素點的色彩差異量輸出心率資訊。心率判斷模組用以判斷心率資訊中的心率，當心率未在心率範圍內時，心率判斷模組輸出第二警報資訊。

Description

應用於嬰幼兒的監測系統及監測方法
本揭示文件係關於一種監測系統及監測方法，尤指一種應用於嬰幼兒且具有警報功能的監測系統及監測方法。
近年來，國家逐步邁入少子化社會，對於嬰幼兒的健康照護也被日趨重視。此外，有鑑於嬰幼兒在睡夢中猝死的新聞事件層出不窮，對於家屬或護理人員而言，難以無時無刻照護嬰幼兒。因此，利用監測系統對嬰幼兒進行監控將慢慢地成為未來的趨勢。
然而，習知監測系統為了監測嬰幼兒的心率資訊或其他生理資訊，往往會直接在嬰幼兒的皮膚上放置感應器，且更為了避免嬰幼兒亂動而將感應器弄掉，更會以黏膠、膠帶等固定方式將感應器固定在嬰幼兒的皮膚上，但此種固定方式有很大的可能性造成嬰幼兒的皮膚受傷。
本揭示文件之一目的在於提供利用非接觸式的方式進行生理資訊監測的應用於嬰幼兒的監測系統及監測 方法。
本揭示文件之另一目的在於提供可以發出警報的應用於嬰幼兒的監測系統及監測方法。
本揭示文件的一種應用於嬰幼兒的監測系統包含影像感測器、臉部區域判斷模組、非接觸式心率量測模組以及心率判斷模組。影像感測器用以連續擷取複數個影像。臉部區域判斷模組用以判斷影像是否包含臉部區域，當影像不包含臉部區域時，臉部區域判斷模組輸出第一警報資訊。當影像包含臉部區域時，非接觸式心率量測模組用以計算先後擷取的影像其中的臉部區域中各像素點的色彩差異量輸出心率資訊。心率判斷模組用以判斷心率資訊中的心率，當心率未在心率範圍內時，心率判斷模組輸出第二警報資訊。
本揭示文件的一種應用於嬰幼兒的監測方法包含連續擷取複數個影像。判斷各該影像是否包含臉部區域。當影像不包含臉部區域時，輸出第一警報資訊。當影像包含臉部區域時，計算先後擷取的影像其中的臉部區域中各像素點的色彩差異量輸出心率資訊。判斷心率資訊中的心率是否在心率範圍內，當心率未在心率範圍時，輸出第二警報資訊。
100‧‧‧應用於嬰幼兒的監測系統
110‧‧‧影像感測器
121‧‧‧臉部區域判斷模組
122‧‧‧非接觸式心率量測模組
122a‧‧‧感興趣區域框選單元
123‧‧‧心率判斷模組
130‧‧‧伺服器
200‧‧‧受監測者
210‧‧‧頭部
220‧‧‧鼻尖
300‧‧‧床鋪
310‧‧‧枕頭
400‧‧‧天花板
BL‧‧‧基準線
CA‧‧‧中心軸線
HRI‧‧‧心率資訊
IM‧‧‧影像
L1‧‧‧第一線
L2‧‧‧第二線
ROF‧‧‧臉部區域
ROI‧‧‧感興趣區域
WI1‧‧‧第一警報資訊
WI2‧‧‧第二警報資訊
WI3‧‧‧第三警報資訊
M100‧‧‧應用於嬰幼兒的監測方法
M200‧‧‧應用於嬰幼兒的監測方法
S110~S180‧‧‧步驟
為讓本揭示內容之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖為根據本揭示文件之一實施例所示之應用於嬰幼兒的監測系統的功能方塊圖。
第2圖為根據本揭示文件之一實施例所示之應用於嬰幼兒的監測方法的流程圖。
第3圖為根據本揭示文件之一實施例所示之應用於嬰幼兒的監測系統用於監測受監測者的示意圖。
第4圖為根據本揭示文件之一實施例所示之影像的示意圖。
第5圖為根據本揭示文件之一實施例所示之臉部區域的範圍的示意圖。
第6A圖至第6C圖為根據本揭示文件之一實施例所示之應用於嬰幼兒的監測系統的影像感測器所擷取到的複數個影像不包含臉部區域的示意圖。
第7A圖至第7C圖為根據本揭示文件之一實施例所示之應用於嬰幼兒的監測系統的影像感測器所擷取到的複數個影像包含臉部區域的示意圖。
第8圖為根據本揭示文件之一實施例所示之應用於嬰幼兒的監測系統的非接觸式心率量測模組的進一步功能方塊圖。
第9圖為根據本揭示文件之一實施例所示之應用於嬰幼兒的監測方法的步驟S160的進一步流程圖。
第10A圖至第10C圖為根據本揭示文件之一實施例所示之感興趣區域的示意圖。
第11圖為根據本揭示文件之另一實施例所示之應用於嬰幼兒的監測方法的流程圖。
下文係舉實施例配合所附圖式作詳細說明，以更好地理解本案的態樣，但所供給之實施例並非用以限制本案所涵蓋的範圍，而結構操作之描述非用以限制其執行之順序，任何由元件重新組合之結構，所產生具有均等功效的裝置，皆為本案所涵蓋的範圍。
請參照第1圖及第2圖。第1圖為根據本揭示文件之一實施例所示之應用於嬰幼兒的監測系統100功能方塊圖。第2圖為根據本揭示文件之一實施例所示之應用於嬰幼兒的監測方法M100的流程圖。
於本實施例中，應用於嬰幼兒的監測系統100可用以執行應用於嬰幼兒的監測方法M100以進行監測，其中應用於嬰幼兒的監測系統100包含影像感測器110、臉部區域判斷模組121、非接觸式心率量測模組122、心率判斷模組123以及伺服器130，應用於嬰幼兒的監測方法M100包含步驟S110、S120、S130、S160、S170以及S180。
進一步地，應用於嬰幼兒的監測系統100可用於即時監測躺著的受監測者的生理狀況，一旦受監測者的生理狀況發生異常時，應用於嬰幼兒的監測系統100即發出警報以通知相關人員進行處理，藉以避免憾事的發生。
由於應用於嬰幼兒的監測系統100具有即時監測及發出警報的特性，因此應用於嬰幼兒的監測系統100相當適合用於監測嬰幼兒，並請一併參照第3圖，其為根據本揭示文件之一實施例所示之應用於嬰幼兒的監測系統100用於監測受 監測者200的示意圖，且第3圖所示之受監測者200將以嬰幼兒為示例。
如第3圖所示，受監測者200係平躺在床鋪300上，且受監測者200的頭部210係靠在枕頭310上，應用於嬰幼兒的監測系統100的影像感測器110係設置於天花板400，並且位於平躺的受監測者200之上面，且影像感測器110的鏡頭係面向受監測者200。應注意的是，影像感測器110的設置位置並不以此為限。
於一實施例中，影像感測器110可為相機、攝影機或錄影機等。
再請回到第1圖以及第2圖。在步驟S110中，影像感測器110可連續擷取複數個影像IM。具體來說，請一併參照第4圖，其為根據本揭示文件之一實施例所示之影像IM的示意圖。
在步驟S120中，臉部區域判斷模組121判斷影像IM是否包含臉部區域ROF。具體來說，請一併參照第5圖，其為根據本揭示文件之一實施例所示之臉部區域ROF可被框選的範圍的示意圖。
進一步地，臉部區域ROF可被框選的範圍界定方式如下。
首先，說明第5圖。第5圖為受監測者200的頭部210的俯視圖，受監測者200的鼻尖220方向朝向下方。
接著，界定基準線BL。基準線BL為沿著受監測者200的鼻尖220方向延伸。
最後，界定臉部區域ROF可被框選的範圍。臉部區域ROF可被框選的範圍以基準線BL為基準，並以受監測者200的頭部210的中心軸線CA作為軸線分別以順時針方向及逆時針方向旋轉80。，而分別形成第一線L1以及第二線L2，且第一線L1以及第二線L2之間的範圍即為臉部區域ROF可被框選的範圍。
簡言之，基準線BL以順時針方向旋轉80。至第一線L1相當於受監測者200的頭部210由正面開始向右擺動80。，基準線BL以逆時針方向旋轉80。至第二線L2相當於受監測者200的頭部210由正面開始向左擺動80。
也就是說，受監測者200的頭部210由正面開始向右擺動80。以及向左擺動80。之間的範圍即為臉部區域ROF可被框選的範圍。
應注意的是，臉部區域ROF可被框選的範圍的界定方式並不以此為限，例如受監測者200的頭部210的擺動角度亦可為其他角度。
當臉部區域判斷模組121判斷影像IM不包含臉部區域ROF時，進入步驟S130。具體來說，請一併參照第6A圖至第6C圖，其為根據本揭示文件之一實施例所示之應用於嬰幼兒的監測系統100的影像感測器110所擷取到的複數個影像IM不包含臉部區域ROF的示意圖。
如第6A圖至第6C圖所示，影像IM包含受監測者200趴躺在床上的影像IM，且受監測者200的頭部210係分別為如第6A圖所示之向左擺動狀態、如第6B圖所示之微向左擺動狀態以及如第6C圖所示之趴躺狀態。在上述三種擺動狀態之下，由於受監 測者200的頭部210的擺動範圍已超過臉部區域ROF可被框選的範圍內，因此，臉部區域判斷模組121無法自影像IM中框選出臉部區域ROF。此時，即代表影像IM不包含臉部區域ROF。
當臉部區域判斷模組121判斷影像IM不包含臉部區域ROF時，表示受監測者200為趴睡睡姿或其他有可能導致受監測者200窒息的睡姿，臉部區域判斷模組121將依據步驟S130輸出第一警報資訊WI1以通知相關人員進行狀況的排除，例如調整受監測者200的睡姿。第一警報資訊WI1可以例如為聲音的警報、文字的警報或聲音與文字組合的警報。
於一實施例中，輸出第一警報資訊WI1包含將第一警報資訊WI1傳輸至伺服器130，以作為歷史記錄並供相關人員知悉。於其他實施例中，輸出第一警報資訊WI1包含將第一警報資訊WI1透過網路而傳輸至相關人員的行動裝置(例如手機)上，以作為歷史記錄並供相關人員知悉。應注意的是，輸出第一警報資訊WI1的方式並不以此為限。
當臉部區域判斷模組121判斷影像IM包含臉部區域ROF時，進入步驟S160。具體來說，請一併參照第7A圖至第7C圖，其為根據本揭示文件之一實施例所示之應用於嬰幼兒的監測系統100的影像感測器110所擷取到的複數個影像IM包含臉部區域ROF的示意圖。
如第7A圖至第7C圖所示，影像IM包含受監測者200正躺在床上的影像IM，且受監測者200的頭部210係分別為如第7A圖所示之正躺狀態、如第7B圖所示之微向右擺動狀態以及如第7C圖所示之向右擺動狀態。在上述三種擺動狀態之下，由於受監 測者200的頭部210的擺動範圍都在臉部區域ROF可被框選的範圍內，因此，臉部區域判斷模組121即可自影像IM中框選出臉部區域ROF。此時，即代表影像IM包含臉部區域ROF。
當臉部區域判斷模組121判斷影像IM包含臉部區域ROF時，非接觸式心率量測模組122將依據步驟S160計算先後擷取的影像IM其中的臉部區域ROF中各像素點的色彩差異量輸出心率資訊HRI，其中心率資訊HRI包含心率，也就是心臟每分鐘跳動的次數。詳言之，非接觸式心率量測模組122對前一刻與後一刻的臉部區域ROF進行光流法計算，以求得各像素點在下一刻的位置。詳言之，將前一刻與後一刻的臉部區域ROF中的相對應像素點的紅色、綠色及藍色訊號分別相減，而可以得到紅色、綠色及藍色的對應差值，分別是紅色差值dR、綠色差值dG以及藍色差值dB；接著，將紅色差值dR、綠色差值dG以及藍色差值dB做色素值相加減，進而得到水平差值dX以及垂直差直dY；最後，再對每個像素點取平均，即可得到心率資訊HRI。一般來說，當人體的心跳在收縮與舒張時，會使微血管有不同的血液壓力，而臉部區域ROF是微血管分布密集的區域，臉部區域ROF的色彩或隨著心跳在收縮與舒張而有微小變化，本案的非接觸式心率量測模組122利用臉部區域ROF的色彩變化來偵測心率資訊HRI。
於一實施例中，輸出心率資訊HRI包含將輸出心率資訊HRI傳輸至伺服器130，以作為歷史記錄並供相關人員知悉。於其他實施例中，輸出心率資訊HRI包含將第一警報資訊WI1透過網路而傳輸至相關人員的行動裝置(例如手機)上，以作 為歷史記錄並供相關人員知悉。應注意的是，輸出心率資訊HRI的方式並不以此為限。
在步驟S160之後，進入步驟S170或步驟S180。
在步驟S170中，心率判斷模組123判斷心率資訊HRI中的心率，當心率未在心率範圍時，輸出第二警報資訊WI2。具體來說，心率範圍係為受監測者200過去紀錄的平均心率範圍，例如每分鐘120~140次。也就是說，當心率資訊HRI中的心率沒有在每分鐘120~140次時，表示受監測者200的心率出現異常狀況，心率判斷模組123將輸出第二警報資訊WI2以通知相關人員進行狀況的排除，例如對受監測者200進行診斷及治療。第二警報資訊WI2可以例如為聲音的警報、文字的警報或聲音與文字組合的警報。
於一實施例中，輸出第二警報資訊WI2包含將第二警報資訊WI2傳輸至伺服器130，以作為歷史記錄並供相關人員知悉。於其他實施例中，輸出第二警報資訊WI2包含將第二警報資訊WI2透過網路而傳輸至相關人員的行動裝置(例如手機)上，以作為歷史記錄並供相關人員知悉。應注意的是，輸出第二警報資訊WI2的方式並不以此為限。
在步驟S180中，心率判斷模組123判斷心率資訊HRI中的心率，當先後輸出的心率資訊HRI中的心率之差值超過門檻值時，心率判斷模組123輸出第三警報資訊WI3。具體來說，心率之差值指的是受監測者200前一秒與後一秒心率之差值，當差值過大時，表示受監測者200的心率並不穩定。舉例來說，受監測者200前一秒的心率為每分鐘120次，下一秒的心率為每分鐘130 次，受監測者200心率之差值為十。當門檻值設定為五時，由於差值已大於門檻值，表示受監測者200的心率出現異常狀況，心率判斷模組123將輸出第三警報資訊WI3以通知相關人員進行狀況的排除，例如對受監測者200進行診斷及治療。第三警報資訊WI3可以例如為聲音的警報、文字的警報或聲音與文字組合的警報。
再請參照第8圖、第9圖及第10A至第10C圖。第8圖為根據本揭示文件之一實施例所示之應用於嬰幼兒的監測系統100的非接觸式心率量測模組122的進一步功能方塊圖。第9圖為根據本揭示文件之一實施例所示之應用於嬰幼兒的監測方法的步驟S160的進一步流程圖。第10A圖至第10C圖為根據本揭示文件之一實施例所示之感興趣區域ROI的示意圖。
如第8圖所示，非接觸式心率量測模組122進一步包含感興趣區域框選單元122a。如第9圖所示，步驟S160進一步包含步驟S161及步驟S162。
感興趣區域框選單元122a依據步驟S161自影像IM的臉部區域ROF中框選感興趣區域ROI，並依據步驟S162計算先後擷取的影像IM其中的臉部區域ROF中的感興趣區域ROI中各像素點的色彩差異量輸出心率資訊HRI。
具體來說，在步驟S161中，感興趣區域ROI一般係位於臉部區域ROF的眼睛與嘴巴之間的位置。也就是說，在眼睛特徵點座標及嘴巴特徵點座標被界定出來以後，感興趣區域框選單元122a即可依據眼睛特徵點座標及嘴巴特徵點座標在臉部區域ROF中框選出感興趣區域ROI。此外，由於眼睛特徵點座標及嘴 巴特徵點座標的取得並非本發明主要的技術特徵，因此不另贅述。
在步驟S162中，感興趣區域框選單元122a即可對前一刻與後一刻的感興趣區域ROI進行光流法計算，進而得到心率資訊HRI，並輸出。由於透過感興趣區域ROI得到心率資訊HRI的方式與透過臉部區域ROF得到心率資訊HRI的方式大致相同，因此不另贅述。
藉由感興趣區域框選單元122a自影像IM的臉部區域ROF中框選感興趣區域ROI之方式，使得偵測的範圍從範圍較大的臉部區域ROF縮小成範圍較小的感興趣區域ROI，進而提升運算速度。
並請一併參照第1圖及第11圖。第11圖為根據本揭示文件之另一實施例所示之應用於嬰幼兒的監測方法M200的流程圖。
於本實施例中，應用於嬰幼兒的監測系統100可用以執行應用於嬰幼兒的監測方法M200以進行監測，其中應用於嬰幼兒的監測方法M200與應用於嬰幼兒的監測方法M100大致相同，差異之處在於應用於嬰幼兒的監測方法200更包含步驟S140。為凸顯差異之處，應用於嬰幼兒的監測方法M200與應用於嬰幼兒的監測方法M100相同之處不另贅述。
當臉部區域判斷模組121判斷影像IM不包含臉部區域ROF時，進入步驟S140。
在步驟S140中，非接觸式心率量測模組122將計算先後擷取的影像IM其中的膚色區域中各像素點的色彩差異量得 到心率資訊HRI。接著，對前一刻與後一刻的膚色區域進行光流法計算，進而得到心率資訊HRI，並輸出。由於透過膚色區域得到心率資訊HRI的方式與透過臉部區域ROF得到心率資訊HRI的方式大致相同，因此不另贅述。
當心率資訊HRI被得到及輸出之後，即可進入步驟S170以及步驟S180，由於步驟S170以及步驟S180已說明過，因此不另贅述。
應注意的是，應用於嬰幼兒的監測系統100的臉部區域判斷模組121、非接觸式心率量測模組122以及心率判斷模組123可用硬體、軟體、韌體或其組合來體現。
綜上所述，本揭示文件的應用於嬰幼兒的監測系統藉由影像感測器、臉部區域判斷模組、非接觸式心率量測模組以及心率判斷模組，並執行包含步驟S110至步驟S180的應用於嬰幼兒的監測方法，應用於嬰幼兒的監測系統可用以協助護理師觀測嬰幼兒的健康狀況，當嬰幼兒發生健康不穩定時可及時發出警示，以避免憾事發生。應用於嬰幼兒的監測系統可連接伺服器並建檔管理，以方便醫護人員及其家人查詢。應用於嬰幼兒的監測系統使用遠距離影像感測器(如攝影機)及時偵測心率，以免除穿戴式裝置對嬰幼兒造成的傷害，此外影像感測器屬於被動式量測，不會發出額外的電磁波能量對嬰幼兒造成影響。
雖然本案已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本案，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本案之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本案之 保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (10)

  1. 一種應用於嬰幼兒的監測系統，包含：一影像感測器，用以連續擷取複數個影像；一臉部區域判斷模組，用以判斷各該影像是否包含一臉部區域，當各該影像不包含該臉部區域時，該臉部區域判斷模組輸出一第一警報資訊；一非接觸式心率量測模組，當各該影像包含該臉部區域時，該非接觸式心率量測模組用以計算先後擷取的該些影像其中的該臉部區域中各像素點的色彩差異量輸出一心率資訊；以及一心率判斷模組，用以判斷該心率資訊中的一心率，當該心率未在一心率範圍內時，該心率判斷模組輸出一第二警報資訊。
  2. 如請求項1所述之應用於嬰幼兒的監測系統，其中該非接觸式心率量測模組包含一感興趣區域框選單元，用以自各該影像的該臉部區域中框選一感興趣區域，當該臉部區域判斷模組判斷各該影像包含該臉部區域時，該心率判斷模組用以計算先後擷取的該些影像其中的該臉部區域中的該感興趣區域中各像素點的色彩差異量輸出該心率資訊。
  3. 如請求項1所述之應用於嬰幼兒的監測系統，其中當先後輸出的該等心率資訊中的該等心率之一差值超過一門檻值時，該心率判斷模組輸出一第三警報資訊。
  4. 如請求項1所述之應用於嬰幼兒的監測系統，其中當各該影像不包含該臉部區域時，該非接觸式心率量測模組用以計算先後擷取的該些影像其中的一膚色區域中各像素點的色彩差異量輸出該心率資訊。
  5. 如請求項1所述之應用於嬰幼兒的監測系統，其中該影像感測器用以對平躺的一受監測者擷取該等臉部影像，該影像感測器係設置於平躺的該受監測者之上方，且該影像感測器係面向該受監測者。
  6. 一種應用於嬰幼兒的監測方法，包含：連續擷取複數個影像；判斷各該影像是否包含一臉部區域；當各該影像不包含該臉部區域時，輸出一第一警報資訊；當各該影像包含該臉部區域時，計算先後擷取的該些影像其中的該臉部區域中各像素點的色彩差異量輸出一心率資訊；以及判斷該心率資訊中的一心率是否在一心率範圍內，當該心率未在該心率範圍時，輸出一第二警報資訊。
  7. 如請求項6所述之應用於嬰幼兒的監測方法，其中在當判斷各該影像包含該臉部區域時，依據各該影像的該臉部區域而獲得該心率資訊的步驟中包含：自各該影像的該臉部區域中框選一感興趣區域；以及計算先後擷取的該些影像其中的該臉部區域中的該感興趣區域中各像素點的色彩差異量輸出該心率資訊。
  8. 如請求項6所述之應用於嬰幼兒的監測方法，更包含：判斷先後輸出的該等心率資訊中的該等心率之一差值是否超過一門檻值，當該差值超過該門檻值時，輸出該第二警報資訊。
  9. 如請求項6所述之應用於嬰幼兒的監測方法，其中當各該影像不包含該臉部區域時，計算先後擷取的該些影像其中的一膚色區域中各像素點的色彩差異量得到該心率資訊。
  10. 如請求項6所述之應用於嬰幼兒的監測方法，其中輸出該心率資訊包含將該心率資訊傳輸至一伺服器，輸出該第一警報資訊包含將該第一警報資訊出傳輸至該伺服器，輸出該第二警報資訊包含將該第二警報資訊出傳輸至該伺服器。
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