影像式心率活動(dòng)偵測裝置及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明是有關(guān)于一種影像式心率活動(dòng)偵測裝置及其偵測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著醫(yī)療照護(hù)的需求與科技的發(fā)展，近年來有許多的從事研究開發(fā)的技術(shù)人員將 電子、信息與通信等技術(shù)加以改良整合以應(yīng)用于醫(yī)學(xué)照護(hù)上。對于照護(hù)嬰幼兒或病患而言， 心肺功能的監(jiān)控是相當(dāng)重要的一環(huán)。以嬰幼兒為例，監(jiān)測其心率及呼吸活動(dòng)可顯著避免嬰 幼兒發(fā)生心率活動(dòng)障礙，造成后續(xù)連鎖的健康問題甚至是猝死的危機(jī)。因此，嬰幼兒監(jiān)視器 (babymonitor)用于監(jiān)視與照護(hù)已于歐美國家普及。另一方面，在照護(hù)病患時(shí)所常用的臨 床醫(yī)療或臥床病患的生理檢視設(shè)備，多半采用接觸式的監(jiān)測裝置以擷取患者的呼吸與心跳 信號，例如：在胸部皮膚貼附偵測電極片并采用監(jiān)護(hù)儀、心跳帶，或手指式偵測設(shè)備。然而這 類的接觸方式進(jìn)行偵測，一方面可能引起患者皮膚或體感不舒適的問題；另一方面，臨床用 監(jiān)護(hù)設(shè)備過于昂貴，不符合居家照護(hù)用途需求。另外，也有其他監(jiān)護(hù)產(chǎn)品針對偵測人體呼吸 與心跳所引發(fā)的「微幅振動(dòng)」而設(shè)計(jì)。其基礎(chǔ)原理是以躺臥的床墊或裝設(shè)感測元件，以偵測 這些微幅振動(dòng)，并傳送到量測裝置進(jìn)行監(jiān)測。這類的技術(shù)仍具有分辨精準(zhǔn)度低，或易受環(huán)境 振動(dòng)噪聲干擾等缺失。
[0003] 美國麻省理工學(xué)院（MIT)揭露一利用動(dòng)態(tài)影像偵測人體心跳（脈搏）的方法。此 方法在人臉偵測后，根據(jù)人的臉部的連續(xù)影像，利用圖像處理演算方法，針對肉眼無法辨識 的臉部影像的膚色特征的變化，例如，人臉影像的RGB值，并進(jìn)行放大信號、濾除噪聲、盲源 分離分析（BlindSourceSeparation)等程序分析，以區(qū)分出人體在不同心跳狀態(tài)下，臉部 血流的微幅變化，進(jìn)而估算出心跳速率，達(dá)到非接觸性的偵測效果。同樣地，波蘭的Gdafisk 科技大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)也提出了類似的影像運(yùn)算技術(shù)，用以偵測心跳。
[0004] 就實(shí)際上而言，目前通過影像進(jìn)行心率活動(dòng)偵測的技術(shù)設(shè)備通常有下列缺點(diǎn)：首 先，現(xiàn)有的影像偵測技術(shù)對于監(jiān)測對象的姿勢與動(dòng)作等要求較高，例如，要求正面姿勢與連 續(xù)靜止。尤其，現(xiàn)有技術(shù)通常使用「人臉」作為影像擷取目標(biāo)，然而嬰幼兒的動(dòng)作與行為通 常較難控制，難以配合人臉辨識的基本要求，因此不利于此類依賴「人臉辨識」的影像偵測 技術(shù)。此外，嬰幼兒的心肺功能、生理狀態(tài)與行為與成人差距甚大，因此，欲采用影像技術(shù)監(jiān) 測嬰幼兒的心肺生理狀況，仍有許多技術(shù)門坎待克服。最后，為了達(dá)到準(zhǔn)確偵測的目標(biāo)，采 用「人臉辨識」技術(shù)的感測裝置（即攝影機(jī)）靈敏度與分辨率的要求相對增高，因此增加了 設(shè)備采購的門坎與成本。
[0005] 針對上述問題，美國Rutgers大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)（Elgammal)提出以人體膚色偵測取代 人臉偵測的技術(shù)。然而，現(xiàn)有膚色偵測技術(shù)對于真假人誤判率高達(dá)15-30%，易將與膚色類 似的非真人目標(biāo)誤判為真人，造成假信號（falsealarm)，干擾運(yùn)算及判讀。此外，現(xiàn)有膚色 偵測技術(shù)會(huì)將像素不相連的不同區(qū)域區(qū)分為不同偵測目標(biāo)，無法判別各不相連膚色區(qū)域之 間的關(guān)聯(lián)性，或各膚色區(qū)與監(jiān)測對象之間的關(guān)聯(lián)性，往往導(dǎo)致信息處理及判讀之間的落差。
[0006] 綜合來說，顯而易見現(xiàn)有的影像監(jiān)測技術(shù)仍有許多問題亟待改善。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的一實(shí)施例揭露了一種影像式心率活動(dòng)偵測方法，包含以下步驟：針對一 監(jiān)測對象取得多幅彩色影像；針對彩色影像執(zhí)行一目標(biāo)區(qū)域偵測程序，其中，目標(biāo)區(qū)域偵測 程序是根據(jù)一預(yù)設(shè)的膚色目標(biāo)條件，針對彩色影像運(yùn)算分析，界定彩色影像中監(jiān)測對象的 一目標(biāo)區(qū)域；針對目標(biāo)區(qū)域執(zhí)行一彩色影像組成分析，其中，彩色影像組成分析是針對該目 標(biāo)區(qū)域的一紅色通道、一綠色通道以及一藍(lán)色通道進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，取得一紅色通道信號、一綠色 通道信號以及一藍(lán)色通道信號；依據(jù)一獨(dú)立成分分析法針對紅色通道信號、綠色通道信號 以及藍(lán)色通道信號進(jìn)行運(yùn)算，以取得一第一獨(dú)立成分信號、一第二獨(dú)立成分信號以及一第 三獨(dú)立成分信號；針對第一獨(dú)立成分信號、第二獨(dú)立成分信號以及第三獨(dú)立成分信號執(zhí)行 一頻域轉(zhuǎn)換程序、一信號能量運(yùn)算程序與一信號適化程序，以取得一濾波信號；并根據(jù)一預(yù) 設(shè)條件針對濾波信號執(zhí)行比對，以確認(rèn)監(jiān)測對象為一真人，并據(jù)之做出一分析指示；以及根 據(jù)該分析指示執(zhí)行一生理信息分析程序。
[0008] 本發(fā)明的另一實(shí)施例揭露了一種影像式心率活動(dòng)偵測方法，包含以下步驟：針對 多個(gè)監(jiān)測對象取得多幅彩色影像；針對彩色影像執(zhí)行一目標(biāo)區(qū)域偵測程序，其中，目標(biāo)區(qū)域 偵測程序是根據(jù)一預(yù)設(shè)的膚色目標(biāo)條件，針對彩色影像運(yùn)算分析，界定彩色影像中監(jiān)測對 象的多個(gè)目標(biāo)區(qū)域；針對各目標(biāo)區(qū)域執(zhí)行一彩色影像組成分析，其中，彩色影像組成分析是 針對該目標(biāo)區(qū)域的一紅色通道、一綠色通道以及一藍(lán)色通道進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，取得一紅色通道信 號、一綠色通道信號以及一藍(lán)色通道信號；依據(jù)一獨(dú)立成分分析法對各目標(biāo)區(qū)域的紅色通 道信號、綠色通道信號以及藍(lán)色通道信號進(jìn)行運(yùn)算，以取得一第一獨(dú)立成分信號、一第二獨(dú) 立成分信號以及一第三獨(dú)立成分信號；針對各目標(biāo)區(qū)域的第一獨(dú)立成分信號、第二獨(dú)立成 分信號以及第三獨(dú)立成分信號執(zhí)行一頻域轉(zhuǎn)換程序、一信號能量運(yùn)算程序與一信號適化程 序，以取得一濾波信號；根據(jù)一第一預(yù)設(shè)條件針對各目標(biāo)區(qū)域的各濾波信號執(zhí)行比對，判別 各目標(biāo)區(qū)域的濾波信號是否為一真人信號；根據(jù)一第二預(yù)設(shè)條件分別針對各目標(biāo)區(qū)域的各 濾波信號執(zhí)行比對，辨識各目標(biāo)區(qū)域之間的關(guān)聯(lián)性，以確認(rèn)各目標(biāo)區(qū)域是否屬于一真人，并 提供一分析指示；以及根據(jù)分析指示執(zhí)行生理信息分析。
[0009] 本發(fā)明的又一實(shí)施例揭露了一種影像式心率活動(dòng)偵測裝置，包含：一偵測單元，用 以偵測一監(jiān)測對象，并取得多幅彩色影像；一存儲(chǔ)單元，耦接至偵測單元，存儲(chǔ)偵測單元取 得的彩色影像；一處理器，耦接至存儲(chǔ)單元，其中，該處理器還包含：一目標(biāo)區(qū)域界定模塊， 以執(zhí)行一目標(biāo)區(qū)域偵測程序，以根據(jù)一預(yù)設(shè)的膚色目標(biāo)條件，針對彩色影像運(yùn)算分析，界定 彩色影像中監(jiān)測對象的一目標(biāo)區(qū)域；一彩色影像組成分析模塊，用以針對目標(biāo)區(qū)域執(zhí)行一 彩色影像組成分析，彩色影像組成分析是針對一目標(biāo)區(qū)域的一紅色通道、一綠色通道以及 一藍(lán)色通道進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，取得一紅色通道信號、一綠色通道信號以及一藍(lán)色通道信號；一獨(dú)立 成分分析模塊，用以依據(jù)一獨(dú)立成分分析法對紅色通道信號、綠色通道信號以及藍(lán)色通道 信號進(jìn)行運(yùn)算，取得一第一獨(dú)立成分信號、一第二獨(dú)立成分信號以及一第三獨(dú)立成分信號； 一信號處理模塊，用以針對第一獨(dú)立成分信號、第二獨(dú)立成分信號以及第三獨(dú)立成分信號 執(zhí)行一頻域轉(zhuǎn)換程序、一信號能量運(yùn)算程序與一信號適化程序，取得一濾波信號；一比對模 塊，用以根據(jù)一預(yù)設(shè)條件針對濾波信號執(zhí)行比對，以確認(rèn)監(jiān)測對象為一真人，并提供一分析 指示；以及一生理信息分析模塊，用以根據(jù)該分析指示執(zhí)行一生理信息分析程序。
[0010] 本發(fā)明的再一實(shí)施例揭露了一種影像式心率活動(dòng)偵測裝置，包含：一偵測單元，用 以偵測多個(gè)監(jiān)測對象，并取得多幅彩色影像；一存儲(chǔ)單元，耦接至偵測單元，存儲(chǔ)偵測單元 取得的彩色影像；一處理器，耦接至存儲(chǔ)單元，其中，該處理器還包含：一目標(biāo)區(qū)域界定模 塊，以執(zhí)行一目標(biāo)區(qū)域偵測程序，以根據(jù)一預(yù)設(shè)的膚色目標(biāo)條件，針對彩色影像運(yùn)算分析， 界定彩色影像中監(jiān)測對象的多個(gè)目標(biāo)區(qū)域；一彩色影像組成分析模塊，用以針對各個(gè)目標(biāo) 區(qū)域執(zhí)行一彩色影像組成分析，彩色影像組成分析是針對各個(gè)目標(biāo)區(qū)域的一紅色通道、一 綠色通道以及一藍(lán)色通道進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，取得一紅色通道信號、一綠色通道信號以及一藍(lán)色通 道信號；一獨(dú)立成分分析模塊，用以依據(jù)一獨(dú)立成分分析法對紅色通道信號、綠色通道信號 以及藍(lán)色通道信號進(jìn)行運(yùn)算，取得一第一獨(dú)立成分信號、一第二獨(dú)立成分信號以及一第三 獨(dú)立成分信號；一信號處理模塊，用以針對第一獨(dú)立成分信號、第二獨(dú)立成分信號以及第三 獨(dú)立成分信號執(zhí)行一頻域轉(zhuǎn)換程序、一信號能量運(yùn)算程序與一信號適化程序，取得一濾波 信號；一比對模塊，用以根據(jù)一第一預(yù)設(shè)條件針對各個(gè)目標(biāo)區(qū)域的各濾波信號執(zhí)行比對，以 判斷各個(gè)目標(biāo)區(qū)域的各濾波信號是否為一真人信號；一關(guān)聯(lián)性分析模塊，用以根據(jù)一第二 預(yù)設(shè)條件比對各濾波信號之間的參數(shù)以辨識各個(gè)目標(biāo)區(qū)域之間的關(guān)聯(lián)性，以判別多個(gè)目標(biāo) 區(qū)域是否屬于同一真人，并提供一分析指示；以及一生理信息分析模塊，用以根據(jù)該分析指 示執(zhí)行一生理信息分析程序。
【附圖說明】
[0011] 圖1所示為本發(fā)明實(shí)施例的一種影像式心率活動(dòng)偵測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012] 圖2為圖1所示實(shí)施例的處理器的第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013] 圖3所示為圖2的實(shí)施例中處理器所執(zhí)行心率活動(dòng)偵測方法的流程圖。
[0014] 圖4所示為第一實(shí)施例針對目標(biāo)皮膚區(qū)域執(zhí)行彩色影像組成分析后所取得紅色 通道信號R、綠色通道信號G以及藍(lán)色通道信號B的統(tǒng)計(jì)示意圖。
[0015] 圖5所示為第一實(shí)施例所偵測而得的各獨(dú)立信號成分的分析結(jié)果示意圖。
[0016] 圖6為第一實(shí)施例以圖5的第二獨(dú)立成分進(jìn)行信號處理的示意圖。
[0017] 圖7為圖1所示實(shí)施例的處理器的第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018] 圖8所示為圖7的實(shí)施例中處理器所執(zhí)行心率活動(dòng)偵測方法的流程圖。
[0019] 圖9所示為第二實(shí)施例根據(jù)一應(yīng)用情境執(zhí)行的過程所得的目標(biāo)區(qū)域關(guān)聯(lián)性分析 結(jié)果示意圖。
[0020] 【符號說明】
[0021] 10-輸入單元；
[0022] 20-影像式心率活動(dòng)偵測裝置；
[0023] 201-偵測單元；
[0024] 2〇3_存儲(chǔ)單元；
[0025] 205-處理器；
[0026] 2051-目標(biāo)區(qū)域界定模塊；
[0027] 2052-彩色影像組成分析模塊；
[0028] 2053-獨(dú)立成分分析模塊；
[0029] 2054-信號處理模塊；
[0030] 2055-比對模塊；
[0031] 2056-生理信息分析模塊；
[0032] 30-輸出單元；
[0033]S301-取得彩色影像；
[0034]S302-目標(biāo)區(qū)域偵測；
[0035]S303-影像成分計(jì)量分析；
[0036]S304-獨(dú)立成分分析；
[0037]S305-真人辨識判定；
[0038]S306-生理信息分析；
[0039]S307-輸出