用于監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)與定向的設(shè)備和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)與定向的設(shè)備和方法，其中該設(shè)備包括用于隨著時(shí)間的推移獲得圖像的成像單元（10）、用于保持所述成像單元以便從該設(shè)備的周圍環(huán)境獲得圖像的保持裝置（12，13）以及用于通過檢測(cè)隨后獲得的圖像的變化來檢測(cè)該設(shè)備的運(yùn)動(dòng)與定向的處理單元（14）。
【專利說明】用于監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)與定向的設(shè)備和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)與定向(orientation)的設(shè)備和方法。進(jìn)一步，本發(fā)明涉及用于在這樣的設(shè)備中使用的處理器和處理方法。最后，本發(fā)明涉及用于在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)所述處理方法的計(jì)算機(jī)程序。
【背景技術(shù)】
[0002]呼吸率(RR)(respiration rate)和呼吸量(RV) (respiration volume)是在住院病人或臥床不起的病人中監(jiān)測(cè)的生命體征。當(dāng)前根本不執(zhí)行RR和/或RV的測(cè)量，或相當(dāng)不準(zhǔn)確地執(zhí)行RR和/或RV的測(cè)量，或以耗時(shí)的方式(例如，手動(dòng)地，由護(hù)士在定義的時(shí)間段上對(duì)病人的吸入進(jìn)行計(jì)數(shù)，隨后將度量記錄在圖表中)執(zhí)行RR和/或RV的測(cè)量。自動(dòng)化方法因此是所希望的。
[0003]已知的系統(tǒng)和方法特別地使用環(huán)繞胸部安裝的張力帶、放置在胸部上面的加速度計(jì)或配備有視頻分析算法的瞄準(zhǔn)胸部的照相機(jī)。除了針對(duì)臥床不起的病人的RR的常規(guī)監(jiān)測(cè)之外，很可能具有極大的興趣來執(zhí)行詳細(xì)的睡眠研究。
[0004]諸如智能電話或照相機(jī)之類的其他現(xiàn)代設(shè)備也包括用于確定設(shè)備的運(yùn)動(dòng)與定向的三軸加速度計(jì)或陀螺儀，例如，以便將屏幕中所示的顯示切換到正確的定向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供用于以簡單的方式來監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)與定向的設(shè)備和方法而不需要單獨(dú)的硬件元素。
[0006]本發(fā)明的進(jìn)一步目的·是能夠監(jiān)測(cè)主體(subject)的呼吸而不侵犯病人的隱私，但是提供高靈敏度，并且除了呼吸率的測(cè)量之外優(yōu)選地還可以允許測(cè)量呼吸量。進(jìn)一步，應(yīng)提供相應(yīng)的處理器、處理方法和計(jì)算機(jī)程序。
[0007]在本發(fā)明的第一方面中，提供一種設(shè)備，包括:
成像單元，用于隨著時(shí)間的推移獲得圖像，
保持裝置，用于保持所述成像單元，以便從設(shè)備的周圍環(huán)境(SUirounding)獲得圖像，
以及
處理單元，用于通過檢測(cè)隨后獲得的圖像的變化來檢測(cè)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)與定向。
[0008]在本發(fā)明的進(jìn)一步方面中，提供一種用于在用于監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)與定向的設(shè)備中使用的處理器，包括用于隨著時(shí)間的推移獲得圖像的成像單元以及用于保持所述成像單元以便從設(shè)備的周圍環(huán)境中獲得圖像的保持裝置，所述處理器被配置成通過檢測(cè)隨后獲得的圖像的變化來檢測(cè)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)與定向。
[0009]在本發(fā)明的還一方面中，提供一種計(jì)算機(jī)程序，其包括程序代碼裝置，用于當(dāng)所述計(jì)算機(jī)程序在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行時(shí)導(dǎo)致所述計(jì)算機(jī)執(zhí)行處理方法的步驟。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例定義在從屬權(quán)利要求中。應(yīng)該明白:所請(qǐng)求保護(hù)的方法、處理器和計(jì)算機(jī)程序具有與所請(qǐng)求保護(hù)的設(shè)備以及與在從屬權(quán)利要求中所定義的類似和/或相同的優(yōu)選實(shí)施例。
[0011]已發(fā)現(xiàn):利用本發(fā)明，借助于諸如簡單照相機(jī)之類的成像單元能夠提供與現(xiàn)代的智能電話中存在的三軸加速度計(jì)或陀螺儀的功能相類似的功能。在設(shè)備(例如，智能電話)中嵌入的已知的三軸加速度計(jì)通常測(cè)量設(shè)備在空間的運(yùn)動(dòng)與定向。然而，一般地，通過評(píng)估隨后獲得的圖像以便從隨后的圖像之間的變化中檢測(cè)是否該設(shè)備已移動(dòng)以及該設(shè)備已在哪個(gè)方向移動(dòng)或該設(shè)備的定向與先前的定向相比如何，也能夠獲得相同的信息(運(yùn)動(dòng)與定向)。
[0012]本發(fā)明不僅能夠檢測(cè)設(shè)備自身的運(yùn)動(dòng)，而且通過以該設(shè)備經(jīng)歷與對(duì)象相同的運(yùn)動(dòng)的方式將該設(shè)備附著到(attach to)該對(duì)象，也有可能通過如上所述評(píng)估圖像數(shù)據(jù)來檢測(cè)對(duì)象的移動(dòng)。因此，將注意:該設(shè)備需要以這樣的方式被附著到該對(duì)象，以致成像單元背朝著該對(duì)象并且拍攝該對(duì)象的周圍環(huán)境的圖像。換句話說，由于利用成像單元僅觀測(cè)對(duì)象而沒有對(duì)象的運(yùn)動(dòng)的直接(視覺)檢測(cè)，但是評(píng)估所拍攝的周圍環(huán)境的圖像的變化。
[0013]特別地，根據(jù)本發(fā)明，通過從設(shè)備(和/或?qū)ο?的周圍環(huán)境例如天花板、墻壁、房間中的任何設(shè)備、在天花板或墻壁上的陰影或其他特征(固定)標(biāo)記等等中觀測(cè)隨后獲得的圖像的變化，能夠間接地監(jiān)測(cè)有關(guān)設(shè)備/對(duì)象的運(yùn)動(dòng)的信息。
[0014]在這個(gè)上下文中，應(yīng)注意:運(yùn)動(dòng)的檢測(cè)可以包括設(shè)備的加速度的檢測(cè)。進(jìn)一步，術(shù)語“對(duì)象”并不僅僅覆蓋無生命設(shè)備，而且也包括有生命的主體(人類，動(dòng)物，植物)，即，本發(fā)明也可以用于檢測(cè)主體的運(yùn)動(dòng)和/或定向。更進(jìn)一步，應(yīng)注意:處理單元不一定要被嵌入與成像單元和保持裝置相同的公共實(shí)體或外殼中，但也可以單獨(dú)地遠(yuǎn)離成像單元進(jìn)行安排且可以(有線或無線)連接到成像單元，以接收?qǐng)D像數(shù)據(jù)。
[0015]一般地，通過將本發(fā)明嵌入獨(dú)立的專用設(shè)備或智能電話中，本發(fā)明能夠用于許多不同的應(yīng)用，其包括醫(yī)療保健和生活方式應(yīng)用。例如，睡眠階段鬧鐘使用加速計(jì)(accelerometric)傳感器來檢測(cè)睡眠者的運(yùn)動(dòng)，以便在該人不在REM(Rapid Eye Movement快速眼動(dòng))階段中的時(shí)候能夠叫醒他/她，因此更容易喚醒。
`[0016]根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，所述處理單元被配置成在所獲得的圖像中檢測(cè)周圍環(huán)境的一個(gè)或多個(gè)特征尤其靜態(tài)標(biāo)記或光的梯度(gradient)的周期性位移，以檢測(cè)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)，尤其加速度和/或周期性運(yùn)動(dòng)。
[0017]成像單元可以被配置成連續(xù)或定期獲得圖像，尤其通過使用靜態(tài)圖像照相機(jī)、攝像機(jī)和/或紅外照相機(jī)來獲得靜態(tài)圖像或視頻數(shù)據(jù)。優(yōu)選地，紅外照相機(jī)對(duì)于在夜間或在暗室獲得圖像數(shù)據(jù)是有用的。可以給予用戶應(yīng)獲得圖像的間隔的選擇權(quán)。這可以取決于應(yīng)在其中使用所提議的系統(tǒng)和方法的情況。例如，如果在用于病人監(jiān)測(cè)的ICU (重癥監(jiān)護(hù)室)環(huán)境中使用的話，將連續(xù)進(jìn)行呼吸監(jiān)測(cè)，而對(duì)于健康狀態(tài)的觀測(cè)或提供某人尤其老年人是否活著的信息而言，僅在白天和夜晚監(jiān)測(cè)幾次可能就足夠了。
[0018]一般地，圖像的頻率能夠取決于所預(yù)期的測(cè)量信號(hào)的頻率。例如，不期望呼吸的頻率大于每分鐘60次呼吸；用于呼吸監(jiān)測(cè)的足夠的幀速率能夠是每秒15幀。為了測(cè)量提取信號(hào)的速率，應(yīng)觀測(cè)信號(hào)的至少兩個(gè)周期。例如，對(duì)于呼吸而言，這意味著優(yōu)選的大約2秒或30幀的最小時(shí)間周期。理想地,最大時(shí)間窗口大小應(yīng)該是靈活的，以調(diào)整任何低的呼吸率(例如，2-3次呼吸/分鐘)。
[0019]如上所述，所述保持裝置優(yōu)選地包括保持器，用于將成像單元或設(shè)備放置在對(duì)象上面，以致成像單元背朝著該對(duì)象。
[0020]根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，所述保持裝置包括保持器，用于將成像單元或設(shè)備放置于主體的胸部上，尤其放置于覆蓋主體的胸部的衣服或覆蓋物上，以致成像單元背朝著主體的胸部，以便從主體的周圍環(huán)境獲得圖像，并且所述處理單元被配置成通過檢測(cè)隨后獲得的圖像的變化來檢測(cè)主體的胸部由于呼吸而引起的周期性運(yùn)動(dòng)以及從檢測(cè)到的主體的胸部的運(yùn)動(dòng)中確定主體的呼吸率和/或呼吸量。例如，在實(shí)際的實(shí)施例中，多個(gè)照相機(jī)被嵌入小毯子狀對(duì)象中，這不僅允許估計(jì)RR，而且也允許估計(jì)RV。毯子在病人的胸部上的放置將導(dǎo)致每一個(gè)照相機(jī)大致垂直于病人的胸部。一起，照相機(jī)的圖像提供與病人的曲率有關(guān)的3D信息，并因而容量隨著時(shí)間的推移而變化(猶如多個(gè)照相機(jī)放置在被充氣的氣球上的不同位置)。成像單元或設(shè)備也能夠被定位在床上、在被監(jiān)測(cè)人員的附近。在這種情況下，該設(shè)備將測(cè)量由于病人的呼吸移動(dòng)而誘發(fā)的床的移動(dòng)。
[0021]已發(fā)現(xiàn):在用于測(cè)量RR的已知的基于照相機(jī)的系統(tǒng)中，照相機(jī)通常指向病人的胸部，以測(cè)量胸部運(yùn)動(dòng)。然而，尤其對(duì)于長期(連續(xù))監(jiān)測(cè)而言，瞄準(zhǔn)病人的照相機(jī)可能導(dǎo)致病人感覺他/她的隱私被侵犯。這個(gè)問題利用本發(fā)明來避免，并且通過遠(yuǎn)離主體(例如，病人)瞄準(zhǔn)成像單元例如照相機(jī)來極大減小乃至完全阻止隱私的侵犯。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例中，因而不從主體本身的圖像數(shù)據(jù)而從隨后獲得的源于主體的周圍環(huán)境的圖像的變化中導(dǎo)出RR (和可能的RV)。因而，與主體的胸部的運(yùn)動(dòng)有關(guān)的信息能夠間接地進(jìn)行監(jiān)測(cè)。從所述(間接地)獲得的有關(guān)胸部運(yùn)動(dòng)的信息中，能夠?qū)С鲇嘘P(guān)主體的呼吸的所需信息。
[0023]因?yàn)橐勒找阎挠糜诤粑鼫y(cè)量的方法使用的已知的加速度計(jì)測(cè)量加速度(非位移)，所以緩慢深深吸入可能被遺漏或被誤解成可憐的呼吸。所提議的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)于這樣的移動(dòng)是更敏感的，特別地，因?yàn)樗嶙h的成像單元的安排即靠近遠(yuǎn)離主體看去的胸部或在胸部上面的安排將任何小 的角移動(dòng)增強(qiáng)為相對(duì)大的成像區(qū)域的位移，以致圖像隨著時(shí)間的推移的變化是清晰可見的。
[0024]因而，根據(jù)本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例，定位于胸部上面且遠(yuǎn)離主體瞄準(zhǔn)的成像單元例如一個(gè)或多個(gè)圖像傳感器記錄周圍環(huán)境的圖像。呼吸誘導(dǎo)的胸部的周期性運(yùn)動(dòng)因而變換為記錄圖像的周期性變化。這些圖像例如視頻流的組合用于從這些周期性變化中導(dǎo)出RR和/或從圖像單元的位置的幾何信息中導(dǎo)出RV，其優(yōu)選地也能夠從記錄的圖像中進(jìn)行確定。
[0025]正如所述的，所述處理單元優(yōu)選地被配置成從檢測(cè)到的隨后獲得圖像的變化的周期中確定主體的呼吸率和/或從隨后獲得的圖像的變化的強(qiáng)度、尤其周圍環(huán)境的一個(gè)或多個(gè)特征的位移的強(qiáng)度中確定主體的呼吸量。
[0026]為了進(jìn)一步增加成像單元的(角)運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)度，保持器面對(duì)著主體的一側(cè)尤其采用半球的形式被彎曲。胸部的移動(dòng)因而由于保持器的曲率而被“放大”。
[0027]在優(yōu)選實(shí)施例中，所述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)一步包括用于確定主體的運(yùn)動(dòng)的加速度的加速度測(cè)量單元，其中所述處理單元被配置成從所獲得的圖像中區(qū)分由于呼吸引起的主體的周期性運(yùn)動(dòng)和身體的其他運(yùn)動(dòng)以及從所確定的由于呼吸引起的主體的所述周期性運(yùn)動(dòng)的加速度中確定主體的呼吸。這允許區(qū)分由于呼吸而引起的主體(尤其，胸部)的運(yùn)動(dòng)和也可以導(dǎo)致所獲得的圖像的變化的其他運(yùn)動(dòng)，其中后者的變化不應(yīng)被評(píng)估來確定RR和/或RV。
[0028]在先進(jìn)的實(shí)施例中，所述成像單元包括至少兩個(gè)成像元素例如圖像傳感器或照相機(jī)，其被安排在所述保持器上，用于個(gè)別獲得主體的周圍環(huán)境的圖像，并且所述處理單元被配置成通過分析所述個(gè)別獲得的圖像的變化的差異來確定主體的呼吸量。特別地，在從不同的成像元素中獲得的圖像中觀測(cè)到的變化的強(qiáng)度允許確定胸部的移動(dòng)量，其隨后用于導(dǎo)出有關(guān)呼吸量的信息。
[0029]優(yōu)選地，所述保持器被集成到覆蓋主體的胸部的覆蓋物中，特別地，被集成到毯子中。這例如在I⑶環(huán)境中容易允許連續(xù)監(jiān)測(cè)而對(duì)病人的運(yùn)動(dòng)自由(度)沒有任何影響。優(yōu)選地，使用例如被集成到毯子中的許多成像元素，以致具有至少一個(gè)成像單元被定位在病人的胸部上面。
[0030]在還一實(shí)施例中，所述保持器被集成到車輛的安全帶中，并且所述處理單元被配置成從所獲得的圖像中檢測(cè)利用所述安全帶保護(hù)的主體的手部的移動(dòng)并從檢測(cè)到的主體的手部的移動(dòng)以及所確定的主體的呼吸率和/或呼吸量中檢測(cè)主體的睡意。這允許在不同的應(yīng)用領(lǐng)域中使用本發(fā)明，特別地，這允許將本發(fā)明用作在其中必須確保用戶(即，駕駛員，飛行員，……)是活著、清醒且警惕的汽車、卡車、火車、飛機(jī)等等中的安全功能。這能夠通過本發(fā)明的使用來確保。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]本發(fā)明的這些與其他方面從下面描述的(一個(gè)或多個(gè))實(shí)施例中將是顯而易見的并將參考這些實(shí)施例來闡述。在附圖中
圖1顯示根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的三個(gè)實(shí)施例的示意布局，
圖2說明作為呼吸監(jiān)測(cè)設(shè)備的第一應(yīng)用的所提議的設(shè)備的安排的第一方式，
圖3說明所提議的呼吸監(jiān)測(cè)設(shè)備的第一實(shí)施例的一般功能，
圖4說明通過使用所提議的呼·吸監(jiān)測(cè)設(shè)備的第一實(shí)施例的呼吸信號(hào)的提取，
圖5說明所提議的呼吸監(jiān)測(cè)設(shè)備的第二實(shí)施例的一般功能，和 圖6說明用于第二應(yīng)用的所提議設(shè)備的安排的第二方式。
【具體實(shí)施方式】
[0032]圖1顯示根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備la、lb、lc的三個(gè)實(shí)施例的示意布局。這樣的設(shè)備可以是涉及監(jiān)測(cè)病人的呼吸(主要地，呼吸率和/或呼吸量，以及呼吸或非呼吸)的呼吸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。這樣的呼吸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠應(yīng)用于監(jiān)測(cè)任何主體即人(例如，住在家中或住在特殊護(hù)理院中的老年人)或(例如，在動(dòng)物醫(yī)療站中)動(dòng)物的呼吸。如下面將解釋的，這樣的設(shè)備的許多進(jìn)一步應(yīng)用是可能的。
[0033]通常，用于監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)與定向的設(shè)備la、lb、lc包括用于隨著時(shí)間的推移獲得圖像的成像單元10、用于保持所述成像單元以便從設(shè)備的周圍環(huán)境獲得圖像(至少靜態(tài)圖像特征)的保持裝置12以及用于通過檢測(cè)隨后獲得的圖像(至少靜態(tài)圖像特征)的變化來檢測(cè)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)與定向的處理單元14。所觀測(cè)到的圖像的變化、尤其靜態(tài)圖像特征的位移能夠被轉(zhuǎn)換成設(shè)備的位置和/或定向的變化。
[0034]在設(shè)備Ia的第一實(shí)施例中，處理單元14被包括在保持裝置12 (例如，用于保持代表成像單元10的照相機(jī)的機(jī)械保持器)中?；蛘撸幚韱卧?4可以被包括在成像單元10中。在設(shè)備Ib的第二實(shí)施例中，處理單元14被安排在保持裝置12的外部，例如，被安排為在相同的或不同的房間中的單獨(dú)設(shè)備，其中利用任何類型(有線，無線，混合，……)的連接從成像單元10發(fā)送圖像數(shù)據(jù)至該單獨(dú)設(shè)備。
[0035]在非常類似于設(shè)備Ib的第二實(shí)施例的設(shè)備Ic的第三實(shí)施例中，提供附加的運(yùn)動(dòng)傳感器16，尤其加速度傳感器，其中利用該傳感器，能夠?qū)⑺鲈O(shè)備Ic (或至少成像單元10)所附著的對(duì)象的呼吸運(yùn)動(dòng)與該對(duì)象的其他運(yùn)動(dòng)(例如，小旋轉(zhuǎn))區(qū)分開來，以致只有在將被檢測(cè)的運(yùn)動(dòng)(例如，在監(jiān)測(cè)病人的呼吸的情況下的周期性呼吸運(yùn)動(dòng))期間獲得的圖像才能被選擇并被用于確定該信息。
[0036]圖2說明用于呼吸監(jiān)測(cè)的設(shè)備Ia的第一實(shí)施例的第一實(shí)現(xiàn)方式，其中設(shè)備Ia的所有元素被實(shí)現(xiàn)為單個(gè)設(shè)備2。例如，成像單元10可以是簡單的成像傳感器，例如廉價(jià)攝像機(jī)。成像傳感器10被構(gòu)建在保持器12上，其中保持器包含處理單元14以及如同驅(qū)動(dòng)器、電池和存儲(chǔ)器之類的進(jìn)一步(用于所需的實(shí)際實(shí)現(xiàn)方式，但是對(duì)本發(fā)明而言，不是必需的)元素18。設(shè)備2應(yīng)被放置在主體的胸部上，以確保成像傳感器定向向上(即，背朝著主體；利用箭頭20所示)，以致成像傳感器10觀看天花板或墻壁特征。應(yīng)指出:“向上”和“背朝著主體”應(yīng)被廣義地解釋，即，不要求觀看方向與主體的表面正好成90°，而微微側(cè)向定向是可接受的并且將不會(huì)減少該設(shè)備的功能。進(jìn)一步，如圖2所示，設(shè)備2能夠但是不要求直接接觸主體的身體，并且能夠被放置在毯子22或衣物上面。
[0037]根據(jù)本發(fā)明，成像單元10在所獲得的圖像內(nèi)自動(dòng)地檢測(cè)周圍環(huán)境中(例如，在天花板或墻壁上)的任何標(biāo)記或其他特性(靜態(tài)圖像特征)并分析那些標(biāo)記在隨后獲得的圖像中隨著時(shí)間的推移的位移。在缺乏特征的情況下，天花板或墻壁上的光強(qiáng)度的任何靜態(tài)(不動(dòng))梯度也能夠被用作標(biāo)記。沒有這樣的梯度的房間在實(shí)踐中是幾乎不存在的。
[0038]對(duì)于呼吸監(jiān)測(cè)而言，優(yōu)選的幀速率可以在每秒5幀和20幀之間。然而，通常，幀速率取決于應(yīng)用的類型并且可能高于或低于這個(gè)數(shù)字。主要地，所觀測(cè)的特性據(jù)此變化的預(yù)期速率確定幀速率。應(yīng)觀測(cè)足夠周期的變化，以便具有較高可靠性的獲得結(jié)果。
[0039]如圖3所示，利用成像單元10所測(cè)量`的位移將對(duì)應(yīng)于在吸入或呼出期間胸部的移動(dòng)。圖3A顯示呼出狀態(tài)，在該狀態(tài)中病人24的軀干處于正常狀態(tài)中，并且成像單元10向上指向(“看”)。圖3A也顯示設(shè)備2的側(cè)視圖以及(天花板)圖像30的示例，其包括三角形32和圓形34作為檢測(cè)到的標(biāo)記的示意性示例。
[0040]圖3B顯示吸入狀態(tài)，在該狀態(tài)中病人24的軀干處于擴(kuò)展(或彎曲)狀態(tài)中，并且成像單元10更多側(cè)向指向(“看”)。如利用改變的圖像31所示的，利用標(biāo)記32、34的改變位置所指示的圖像31的位移對(duì)于如也利用所顯示的矢量圖所指示的小角度變化是非常敏感的。所檢測(cè)到的標(biāo)記32、34的任何、甚至非常小的位移因而將被設(shè)備2檢測(cè)到。位移的大小對(duì)應(yīng)于在吸入與呼出期間的移動(dòng)量。
[0041 ] 呼吸引起胸部和/或腹部的重復(fù)移動(dòng)。如圖4所示，被放置在人的胸部上面的所提議的設(shè)備能夠登記標(biāo)記的重復(fù)移動(dòng)并生成與呼吸信號(hào)相對(duì)應(yīng)的信號(hào)。第一行顯示在房間的天花板上的示例情景，其中房間包括三角形42和圓形44作為示例標(biāo)記。在第二行中，顯示對(duì)于單個(gè)呼吸循環(huán)上不同的狀態(tài)而言的設(shè)備2隨著時(shí)間的推移的側(cè)視圖。在第三行中，顯示包括被成像標(biāo)記32、34的獲得圖像30。在第四行中，隨著時(shí)間的推移指示位移信號(hào)50，其指示被成像標(biāo)記32、34的相對(duì)位移。在第五行中，顯示所導(dǎo)出的呼吸循環(huán)信號(hào)60，其指示在較長的時(shí)標(biāo)上所計(jì)數(shù)的呼吸循環(huán)，其中呼吸循環(huán)信號(hào)60最后代表或允許檢索呼吸率。[0042]通過借助于設(shè)備的背部的彎曲(例如，半球)表面來放大照相機(jī)的移動(dòng)，能夠增加測(cè)量的靈敏度。
[0043]在實(shí)現(xiàn)為呼吸監(jiān)測(cè)設(shè)備3的所提議設(shè)備的另一實(shí)施例中，使用例如被放置在一個(gè)柔性平臺(tái)13上的至少兩個(gè)成像單元10a、10b、10c (參見圖5)。這個(gè)實(shí)施例允許通過分析利用如圖5所示的不同成像單元10a、10b、10c檢測(cè)的空間位移的差異來測(cè)量呼吸量(RV)。圖5A顯示呼出狀態(tài)，在該狀態(tài)中病人24的軀干處于正常狀態(tài)中并且大多數(shù)成像單元10a、10b、IOc實(shí)質(zhì)上向上指向(“看”)。圖5A也顯示設(shè)備3的側(cè)視圖以及利用成像單元10a、10b、IOc拍攝的三個(gè)(天花板)圖像30a、30b、30c的示例。
[0044]圖5B顯示吸入狀態(tài)，在該狀態(tài)中病人24的軀干處于擴(kuò)展(或彎曲)狀態(tài)中。成像單元10a、IObUOc更多側(cè)向指向(“看”)，并且至少一些成像單元10a、IObUOc被橫向瞄準(zhǔn)。如利用改變的圖像31a、31b、31c所指示的，利用標(biāo)記32、34的改變位置所指示的圖像31a、31b,31c的位移取決于各自的成像單元10a、10b、IOc的實(shí)際位置。
[0045]根據(jù)進(jìn)一步實(shí)施例，攜帶或包括若干成像單元的柔性平臺(tái)被嵌入毯子中，特別地，被嵌入靠近人的胸部定位的毯子的部分中。在這種情況下，借助于全部能夠利用成像單元收集的在睡眠期間的呼吸移動(dòng)、體動(dòng)記錄(actigraphy)(身體部分的移動(dòng))和/或光照條件的組合分析，睡眠質(zhì)量的長期監(jiān)測(cè)是可能的。
[0046]所提議的發(fā)明的重要優(yōu)點(diǎn)是:它能夠被安裝在任何的照相設(shè)備中，以致它能夠給那個(gè)設(shè)備(例如，低成本照相手機(jī)，網(wǎng)絡(luò)攝像頭，照片相機(jī)，條形碼掃描器等等或?qū)Ｓ迷O(shè)備)添加三軸加速度計(jì)的功能。與具有嵌入的加速度計(jì)的設(shè)備相比，具有更多的擁有照相機(jī)的設(shè)備。使用所提議的發(fā)明，例如，利用如在本文所提議的那樣實(shí)現(xiàn)的加速度計(jì)的計(jì)算機(jī)程序(軟件)功能，能夠充實(shí)所有那些相機(jī)設(shè)備。
[0047]所提議的發(fā)明能夠在·用于抽查或連續(xù)監(jiān)測(cè)呼吸(例如，用于睡眠監(jiān)測(cè))的若干應(yīng)用中使用。主要使用情景可能是通過將所提議的設(shè)備放置在毯子的頂部、靠近病人的胸部來抽查病人的呼吸。在這種情況下，能夠提供呼吸測(cè)量而沒有如當(dāng)前所做的那樣、不僅耗時(shí)且打擾病人的將胸帶固定在病人的身體上的麻煩。
[0048]也應(yīng)該注意:所提議的基于視頻的監(jiān)測(cè)能夠與其他的用于呼吸監(jiān)測(cè)(例如，基于加速度計(jì))的方法進(jìn)行組合，以改善移動(dòng)魯棒性。更進(jìn)一步，所提議的呼吸監(jiān)測(cè)的方法能夠被嵌入另一基于照相機(jī)的監(jiān)測(cè)器或條形碼掃描器中。許多病人監(jiān)測(cè)器現(xiàn)今已配有條形碼掃描器，以便為了安全目的而掃描病人ID腕帶或藥物上的條形碼標(biāo)簽，從而確保病人數(shù)據(jù)和藥物被分配給正確的病人或被給予正確的病人。那些條形碼掃描器實(shí)際上是除了其掃描條形碼的原始意圖之外還能夠用于拍攝普通圖像的攝像機(jī)。因此，用于讀取病人的腕帶ID的配有病人監(jiān)測(cè)器的條形碼掃描器也能夠用于檢測(cè)病人呼吸。隨后，呼吸的測(cè)量能夠或采用常規(guī)的方式即通過將照相機(jī)指向主體來完成或在主體由于隱私問題而拒絕常規(guī)的監(jiān)測(cè)方式的情況下采用依照本發(fā)明所提議的方式來完成。
[0049]在一些實(shí)施例中，現(xiàn)場(chǎng)圖像數(shù)據(jù)能夠被遠(yuǎn)程訪問，因而通過至照相機(jī)的(有線或無線，例如WLAN)連接從遠(yuǎn)程位置提供目視檢查，以驗(yàn)證“傳感器”是否仍處于正確的位置并指向正確的目標(biāo)區(qū)域。換句話說，非常容易遠(yuǎn)程控制測(cè)量的正確性而不添加額外的專用硬件。利用常規(guī)的加速度計(jì)不能提供這種功能。
[0050]在圖6中說明另一示例的應(yīng)用領(lǐng)域一汽車中駕駛員的睡意檢測(cè)。在這種情景中，例如，采用如上所述的設(shè)備2 (或至少保持器和成像單元)的形式的所提議的呼吸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)例如被嵌入或固定到(汽車、卡車、電車、火車的)駕駛員或飛行員的安全帶70。成像單元不僅能夠以上述的方式測(cè)量駕駛員的呼吸信號(hào)，而且還能夠分析在利用成像單元拍攝的圖像中可見的駕駛員的手部的移動(dòng)。手部移動(dòng)和呼吸的組合分析允許檢測(cè)駕駛員的睡意(例如，不動(dòng)的手部和放松的呼吸)，乃至進(jìn)一步檢測(cè)駕駛員是否活著并完全清醒。
[0051]本發(fā)明的還一應(yīng)用在于感測(cè)極淺的運(yùn)動(dòng)(例如，早期地震檢測(cè))的領(lǐng)域。通過使用本發(fā)明，移動(dòng)/運(yùn)動(dòng)能夠被變換為成像單元的角位移。查看/關(guān)注遠(yuǎn)處(靜態(tài))對(duì)象或特征將引起角運(yùn)動(dòng)的放大，并因此使之有可能甚至檢測(cè)成像單元和/或?qū)ο蟮淖钶p微的運(yùn)動(dòng)，其中成像單元被固定到該對(duì)象。因此，本發(fā)明提供超靈敏的移動(dòng)/運(yùn)動(dòng)檢測(cè)器。
[0052]在類似的其他應(yīng)用中，設(shè)備(例如，采用智能電話的形式)能夠被附著到其他對(duì)象(或主體)或與之相接觸，以測(cè)量對(duì)象/主體的運(yùn)動(dòng)。例如，智能電話能夠被附著于人或移動(dòng)對(duì)象，其中照相機(jī)遠(yuǎn)離該對(duì)象看去，以檢測(cè)人或?qū)ο蟮倪\(yùn)動(dòng)。
[0053]簡要概括一下，本發(fā)明基于以下的總體思路:使用所提議的視頻處理技術(shù)并通過遠(yuǎn)離正被測(cè)量的對(duì)象指向照相機(jī)，測(cè)量基于照相機(jī)的設(shè)備的運(yùn)動(dòng)/加速度和/或定向，即，本發(fā)明在優(yōu)選實(shí)施例中提供某種類型的基于照相機(jī)的加速度計(jì)。
[0054]雖然已在附圖和前面的描述中具體說明和描述了本發(fā)明，但是這樣的說明和描述應(yīng)被視為說明性或示例性而非限制性的；本發(fā)明并不限于所披露的實(shí)施例。在實(shí)踐所請(qǐng)求保護(hù)的發(fā)明中本領(lǐng)域的技術(shù)人員通過研究附圖、披露內(nèi)容以及所附的權(quán)利要求書能夠明白和實(shí)現(xiàn)針對(duì)所披露的實(shí)施例的其他變體。
[0055]在權(quán)利要求書中，詞“包括”并不排除其他的元素或步驟，并且不定冠詞“一”或“一個(gè)”并不排除多個(gè)。單個(gè)元素或其他單元可以實(shí)現(xiàn)在權(quán)利要求書中敘述的若個(gè)項(xiàng)的功能。在互不相同的從屬權(quán)利要求中敘述某些措施的這一事實(shí)并不指示不能有益使用這些措施的組合。
[0056]計(jì)算機(jī)程序可以存儲(chǔ)/分布在`諸如與其他硬件一起提供或作為其他硬件的一部分提供的光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)或固態(tài)介質(zhì)之類的合適的非短暫性媒介上，但是也可以采用其他的形式諸如經(jīng)由因特網(wǎng)或其他的有線或無線電信系統(tǒng)來分發(fā)。
[0057]權(quán)利要求書中的任何參考符號(hào)不應(yīng)被解釋為限制范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種用于監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)與定向的設(shè)備，包括: 成像單元(10)，用于隨著時(shí)間的推移獲得圖像， 保持裝置(12，13)，用于保持所述成像單元以便從該設(shè)備的周圍環(huán)境獲得圖像，以及 處理單元(14)，用于通過檢測(cè)隨后獲得的圖像的變化來檢測(cè)該設(shè)備的運(yùn)動(dòng)與定向。
2.如權(quán)利要求1所請(qǐng)求保護(hù)的設(shè)備，其中所述處理單元(14)被配置成:在所獲得的圖像中檢測(cè)周圍環(huán)境的一個(gè)或多個(gè)特征尤其靜態(tài)標(biāo)記或光的梯度的周期性位移，以檢測(cè)該設(shè)備的運(yùn)動(dòng)，尤其，加速度和/或周期性運(yùn)動(dòng)。
3.如權(quán)利要求1所請(qǐng)求保護(hù)的設(shè)備，其中所述成像單元(10)被配置成:連續(xù)或定期獲得圖像，尤其，通過使用靜態(tài)圖像照相機(jī)、攝像機(jī)和/或紅外照相機(jī)來獲得靜態(tài)圖像或視頻數(shù)據(jù)。
4.如權(quán)利要求1所請(qǐng)求保護(hù)的設(shè)備，其中所述保持裝置(12，13)包括保持器，用于將成像單元(10)或該設(shè)備放置在對(duì)象上面，以致成像單元(10)背朝著該對(duì)象。
5.如權(quán)利要求1所請(qǐng)求保護(hù)的設(shè)備， 其中所述保持裝置(12，13)包括保持器，用于將成像單元(10)或該設(shè)備放置在主體的胸部上面，尤其，放置在覆蓋主體的胸部的衣服或覆蓋物上面，以致成像單元(10)背朝著該主體的胸部，以便從該主體的周圍環(huán)境獲得圖像，以及 其中所述處理單元(14)被配置成:通過檢測(cè)隨后獲得的圖像的變化來檢測(cè)由于呼吸引起的主體的胸部的周期性運(yùn)動(dòng),并從檢測(cè)到的主體的胸部的運(yùn)動(dòng)中確定該主體的呼吸率和/或呼吸量。
6.如權(quán)利要求5所請(qǐng)求保護(hù)的設(shè)備，`其中所述處理單元(14)被配置成:從檢測(cè)到的隨后獲得的圖像的變化的周期中確定該主體的呼吸率。
7.如權(quán)利要求5所請(qǐng)求保護(hù)的設(shè)備，其中所述處理單元(14)被配置成:從隨后獲得的圖像的變化的強(qiáng)度、尤其周圍環(huán)境的一個(gè)或多個(gè)特征的位移的強(qiáng)度中確定該主體的呼吸量。
8.如權(quán)利要求4或5所請(qǐng)求保護(hù)的設(shè)備，其中分別地，保持器(12)面朝著該對(duì)象或主體的一側(cè)尤其以半球的形式被彎曲。
9.如權(quán)利要求5所請(qǐng)求保護(hù)的設(shè)備，進(jìn)一步包括加速度測(cè)量單元(18)，用于確定該主體的運(yùn)動(dòng)的加速度，其中所述處理單元(14)被配置成:從獲得的圖像中區(qū)分開由于呼吸引起的主體的周期性運(yùn)動(dòng)與身體的其他運(yùn)動(dòng)，并從所確定的由于呼吸引起的主體的所述周期性運(yùn)動(dòng)的加速度中確定該主體的呼吸。
10.如權(quán)利要求5所請(qǐng)求保護(hù)的設(shè)備， 其中所述成像單元(10)包括被安排在所述保持器(12，13)上的至少兩個(gè)成像元素(10a，10b，10c)，用于個(gè)別獲得該主體的周圍環(huán)境的圖像，以及 其中所述處理單元(14)被配置成:通過分析所述個(gè)別獲得的圖像的變化的差異，確定該主體的呼吸量。
11.如權(quán)利要求5所請(qǐng)求保護(hù)的設(shè)備， 其中所述保持器(12，13)被集成到車輛的安全帶(70)中，以及 其中所述處理單元(14)被配置成:從所獲得的圖像中檢測(cè)利用所述安全帶(70)保護(hù)的主體的手部的移動(dòng)，并從檢測(cè)到的主體的手部的移動(dòng)以及所確定的該主體的呼吸率和/或呼吸量中檢測(cè)該主體的睡意。
12.一種用于監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)與定向的方法，包括: 利用所述設(shè)備保持的成像單元(10)隨著時(shí)間的推移獲得圖像，以便從該設(shè)備的周圍環(huán)境獲得圖像， 通過檢測(cè)隨后獲得的圖像的變化，檢測(cè)該設(shè)備的運(yùn)動(dòng)與定向。
13.一種用于在用于監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)與定向的設(shè)備中使用的處理器，包括用于隨著時(shí)間的推移獲得圖像的成像單元(10)以及用于保持所述成像單元以便從該設(shè)備的周圍環(huán)境獲得圖像的保持裝置(12，13)，所述處理器(14)被配置成通過檢測(cè)隨后獲得的圖像的變化來檢測(cè)該設(shè)備的運(yùn)動(dòng)與定向。
14.一種用于在用于監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)與定向的設(shè)備中使用的處理方法，該設(shè)備包括用于隨著時(shí)間的推移獲得圖像的成像單元(10)以及用于保持所述成像單元以便從該設(shè)備的周圍環(huán)境獲得圖像的保持裝置(12，13)，所述處理方法包括通過檢測(cè)隨后獲得的圖像的變化來檢測(cè)該設(shè)備的運(yùn)動(dòng)與定向。
15.一種計(jì)算機(jī)程序，其包括程序代碼裝置，用于當(dāng)所述計(jì)算機(jī)程序在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行時(shí)導(dǎo)致所述計(jì)算機(jī)執(zhí)行如權(quán)利·要求14所請(qǐng)求保護(hù)的方法的步驟。
【文檔編號(hào)】A61B5/18GK103857338SQ201280051109
【公開日】2014年6月11日 申請(qǐng)日期:2012年10月15日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月20日
【發(fā)明者】A.賓德斯祖斯, W.維克魯伊斯塞, I.O.基倫科, M.J.巴圖拉 申請(qǐng)人:皇家飛利浦有限公司