專利名稱：一種非接觸式生命體征數據監測系統和監測方法
技術領域：
本發明涉及監測生命體征數據，具體涉及一種非接觸式生命體征數據監測系統和監測方法。
背景技術：
生命體征是反映人體健康狀況的一項重要指標。在醫學實踐中占有重要地位。隨著現代醫療手段的進步，以及移動醫療的飛速發展，介于便攜設備的人體健康狀況單點測量已經成為一個熱點。在這樣的背景下，生命體征的監測無疑是很理想的研究對象。然而，目前對生命體征的采集仍然以接觸方式為主，借助傳感器感知人體生命體征的變化，如體溫、心率、呼吸頻率等。這樣的方法，其缺陷是顯而易見的。一方面，它需要人佩戴相關的傳感器，限制了測量的范圍；另一方面它也給人的正常生活帶來不便，長期下去甚至會對人體造成不同程度的損傷。而常用的非接觸式生命體征數據監測系統，如中國專利申請201110325533. 3報道了一種基于視頻圖像的非接觸式生命體征的監測方法及監測系統，但是在實現過程中不能智能跟蹤測試受試者，需要手動選擇受試者的位置；更重要的是，對于這種傳統的監測方法，它只能實現一次對單個個體生命體征的監測，而不能實現多個個體的同時監測。另外，這樣的實現不能夠很好的嵌入到智能終端，難以廣泛應用到日常生活中。

發明內容
本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種精度高、適用范圍廣、可移植性強的非接觸式生命體征數據監測系統和監測方法。本發明采用的技術方案如下
一種非接觸式生命體征數據監測系統，包括視頻采集單元、圖像處理單元、溫度監測單元和輸出單元，其中
所述的視頻采集單元用于獲取受試者的面部圖像，并將圖像傳遞給圖像處理單元；所述的圖像處理單元利用受試者的面部圖像提取其面部信息，并根據其面部信息計算出受試者待測溫度點的位置，將該位置數據轉換為控制信號傳遞給溫度監測單元；
所述的溫度監測單元接收圖像處理單元傳遞來的控制信號，利用該控制信號監測受試者待測溫度點的溫度，并根據其溫度數據計算出受試者的生命體征數據；
所述的輸出單元用于輸出生命體征數據。其中視頻采集單元與圖像處理單元之間，圖像處理單元與溫度監測單元之間，溫度監測單元與輸出單元之間可部分或全部通過有線或無線方式進行連接，以保證數據的有效傳輸。可以根據實際需要，全部采用有線方式連接，全部采用無線方式連接，或部分采用有線方式連接，部分采用無線方式連接。該系統能夠在不接觸到受試者(包括受試者身體的任何部位)的一定距離內，監測受試者的生命體征數據，該距離取決于視頻采集單元能夠采集到所需圖像的有效距離。
本發明的非接觸式生命體征數據監測系統的基本原理是通過對視頻采集單元采集到的圖像進行圖像處理，將得到的待測溫度點的位置信息轉換為控制信號，利用該控制信號監測受試者待測溫度點的溫度，并根據其溫度數據計算出受試者的生命體征數據并將結果輸出。作為優選，所述的溫度監測單元包括一個數據處理單元和至少一組溫度傳感器和舵機，利用接收到的圖像處理單元傳遞的控制信號驅動和控制舵機運動，并且帶動溫度傳感器運動。所述的一組溫度傳感器和舵機由一個溫度傳感器和一個舵機組成，用于監測一個受試者的生命體征數據，如體溫或呼吸頻率；使用多組溫度傳感器和舵機，能夠監測多個受試者的相同或不同的生命體征數據，即可以將多組溫度傳感器全部用于觀測多個受試者的體溫或全部用于觀測多個受試者的呼吸頻率，亦可多組溫度傳感器部分用于觀測多個受試者的體溫，部分用于觀測多個受試者的呼吸頻率。 所述的一個數據處理單元是指用于計算、分析和處理數據的設備，包括但不限于各種數字芯片、數字信號處理器(DSP)、智能終端等。所述的數字芯片指經過設計，采用集成電子工藝，能夠進行計算、分析和處理的芯片，并能夠通過擴展控制其他設備，包括但不限于51系列芯片，ARM, DSP, FPGA等。具體地，本發明的非接觸式生命體征數據監測系統是通過對視頻采集單元采集到的圖像進行圖像處理，提取受試者的面部信息從而分析出待測溫度點位置，并將該位置信號轉換為控制信號，利用該控制信號控制舵機的運動，帶動與其組合的溫度傳感器，監測受試者待測溫度點的溫度，通過對待測溫度點的溫度進行分析獲得受試者生命體征數據并將結果通過輸出單元輸出。作為優選，所述的生命體征是指體溫和/或呼吸頻率。作為優選，所述的待測溫度點為眉心和/或人中，所述的面部信息包括但不限于人臉的輪廓、雙眼的位置、嘴唇的位置、鼻尖的位置等。本發明的非接觸式生命體征數據監測系統在需要監測受試者體溫的情況下，待測溫度點為眉心；在需要監測受試者呼吸頻率的情況下，待測溫度點為人中；在需要監測受試者體溫和呼吸頻率的情況下，待測溫度點為眉心和人中。所述的視頻采集單元能獲取受試者的面部圖像，可以是任何能獲取圖像的設備，包括但不限于網絡攝像頭、CCD傳感器、熱像儀、照相機、攝像機、具有攝像功能的智能終端等；作為優選，可以是具有攝像功能的移動智能終端。所述的圖像處理單元能夠對視頻采集單元采集到的視頻信號進行計算、分析和處理的，根據視頻采集單元采集到的信號，通過圖像處理的方法(包括但不限于人臉識別、特征臉等方法)，獲得受試者的面部信息，經計算后得到用于控制溫度監測單元運動到指向待測溫度點的控制信號。所述的圖像處理單元包括能實現上述功能的所有設備，作為優選，所述的圖像處理單元可以是智能終端。所述的智能終端是指能夠捕獲外部信息，能進行計算、分析和處理，并在不同終端之間能夠進行信息傳輸的設備，可以是Pocket PC、Tablet PC、工作站、PC或移動智能終端；所述的移動智能終端是指便攜式的智能終端，包括但不限于各種智能手機、PDA、筆記本電腦、上網本、平板電腦(如IPAD等)、掌上電腦、智能掌上游戲機。
所述的溫度監測單元是指接收圖像處理單元傳遞的控制信號，監測待測溫度點溫度并進行分析，獲得受試者生命體征數據并將結果傳遞給輸出單元的設備；所述的溫度監測單元包括一個數據處理單元和至少一組溫度傳感器和舵機，利用接收到的圖像處理單元傳遞的控制信號驅動和控制舵機運動，并且帶動溫度傳感器運動。所述的溫度傳感器指可以用于監測溫度的設備，包括但不限于各種熱電阻傳感器、熱電偶傳感器、紅外傳感器等。所述的溫度監測單元工作的流程是溫度監測單元接收圖像處理單元傳遞的控制信號，驅動舵機運動，并帶動溫度傳感器運動至對準待測溫度點，測得該時刻的溫度數據，將對準眉間的溫度傳感器測得的數據作為體溫數據保存并輸出；同時，溫度監測單元接收圖像處理單元傳遞的控制信號，驅動舵機運動，并帶動溫度傳感器運動至對準待測溫度點，測得該時刻的溫度數據，將對準人中的溫度傳感器測得的數據保存，計算其變化頻率并將該頻率作為呼吸頻率輸出。 所述的溫度監測單元與視頻采集單元是可組合的。當視頻采集單元和溫度監測單元組合在一起時，視頻采集單元將跟隨溫度監測單元一起運動，從而能夠實現對單個受試者生命體征數據的跟蹤監測；視頻采集單元和溫度監測單元分離時，視頻采集單元將不會跟隨溫度監測單元一起運動，使用不止一組溫度傳感器和舵機能夠實現對多個受試者生命體征數據的同時監測。所述的輸出單元用于輸出生命體征數據，輸出的具體構成形式包括但不限于文字、二維、三維圖像，聲音，數據流、觸覺信號等，所述的輸出單元包括但不限于智能終端、音響、音箱、耳機、顯示屏、打印機、可以傳輸數據流的硬件，如網口、藍牙接口、串行接口等。根據各單元設備的不同、設備之間的連接方式不同，視頻采集單元與圖像處理單元之間，溫度監測單元與圖像處理單元之間，圖像處理單元與輸出單元之間可部分或全部通過有線或無線方式進行連接，以保證數據的有效傳輸，可以根據實際需要，全部采用有線方式連接，全部采用無線方式連接，或部分采用有線方式連接，部分采用無線方式連接。作為優選，所述的視頻采集單元、輸出單元為智能終端，圖像處理單元為具有攝像功能的智能終端。更優選地，所述的非接觸式生命體征數據監測系統由一個帶有攝像功能的移動智能終端與一個溫度監測單元組成，能夠實現視頻采集單元、圖像處理單元、溫度監測單元、輸出單元的全部功能，其中一個帶有攝像功能的移動智能終端能實現視頻采集單元、圖像處理單元和輸出單元的功能。更優選地，所述的非接觸式生命體征數據監測系統由一個帶有攝像功能的智能手機或平板電腦與一個溫度監測單元組成，能夠實現視頻采集單元、圖像處理單元、溫度監測單元、輸出單元的全部功能，其中一個帶有攝像功能的智能手機或平板電腦能實現視頻采集單元、圖像處理單元和輸出單元的功能。其中，視頻采集單元、圖像處理單元和輸出單元之間通過有線方式在智能手機或平板電腦內部互聯，溫度監測單元通過藍牙的方式和圖像處理單元和輸出單元相連。視頻采集單元通過在智能手機或平板電腦內部的有線連接的方式將圖像信息傳遞給圖像處理單元，圖像處理單元將分析處理得到的控制信號通過藍牙的方式傳遞給溫度監測單元，溫度監測單元通過藍牙的方式將檢測到的體溫和/或呼吸頻率傳遞給輸出單元，將生命體征數據通過輸出單元輸出。
本發明還提供一種非接觸式生命體征數據監測方法，包括以下步驟
(1)通過視頻采集單元獲取受試者的面部圖像，并將圖像傳遞給圖像處理單元；
(2)圖像處理單元利用受試者的面部圖像提取其面部信息，并根據其面部信息計算出受試者待測溫度點的位置，將該位置數據轉換為控制信號傳遞給溫度監測單元；
(3)溫度監測單元接收圖像處理單元傳遞的控制信號，利用該控制信號監測受試者待測溫度點的溫度，并根據其獲得的溫度數據計算出受試者的生命體征數據；
(4)將生命體征數據通過輸出單元輸出。 作為優選，所述的待測溫度點為眉心和/或人中，所述的面部信息包括人臉的輪廓、雙眼的位置、嘴唇的位置、鼻尖的位置。作為優選，所述的生命體征是指體溫和/或呼吸頻率。作為優選，所述的步驟(3)包括以下三種實現方式
1)溫度監測單元接收圖像處理單元傳遞的控制信號，驅動舵機運動，并帶動溫度傳感器運動至對準眉間，測得該時刻的溫度數據，作為體溫數據保存并輸出；
2)或者溫度監測單元接收圖像處理單元傳遞的控制信號，驅動舵機運動，并帶動溫度傳感器運動至對準人中，測得該時刻的溫度數據并將其保存，計算其變化頻率并將該頻率作為呼吸頻率輸出；
3)或者溫度監測單元接收圖像處理單元傳遞的控制信號，驅動舵機運動，并帶動溫度傳感器運動至對準眉間和人中，分別測得該時刻各自的溫度數據，將測得的眉間的溫度數據作為體溫數據保存并輸出，將測得的人中的溫度數據保存，計算其變化頻率并將該頻率作為呼吸頻率輸出。作為優選，所述的溫度監測單元包括一個數據處理單元和至少一組溫度傳感器和舵機，利用接收到的圖像處理單元傳遞的控制信號驅動和控制舵機運動，并且帶動溫度傳感器運動。所述的一組溫度傳感器和舵機由一個溫度傳感器和一個舵機組成，用于監測一個受試者的生命體征數據，如體溫或呼吸頻率；使用多組溫度傳感器和舵機，能夠監測多個受試者的相同或不同的生命體征數據。所述的一個數據處理單元是指用于計算、分析和處理數據的設備，包括但不限于各種數字芯片、數字信號處理器(DSP)、智能終端等。所述的數字芯片指經過設計，采用集成電子工藝，能夠進行計算、分析和處理的芯片，并能夠通過擴展控制其他設備，包括但不限于51系列芯片，ARM, DSP, FPGA等。作為優選，所述的溫度監測單元與視頻采集單元是可組合的。所述的視頻采集單元能獲取受試者的面部圖像，可以是任何能獲取圖像的設備，包括但不限于網絡攝像頭、CCD傳感器、熱像儀、照相機、攝像機、具有攝像功能的智能終端等；作為優選，可以是具有攝像功能的移動智能終端。所述的圖像處理單元能夠對視頻采集單元采集到的視頻信號進行計算、分析和處理的，根據視頻采集單元采集到的信號，通過圖像處理的方法(包括但不限于人臉識別、特征臉等方法)，獲得受試者的面部信息，經計算后得到用于控制溫度監測單元運動到指向待測溫度點的控制信號。所述的圖像處理單元包括能實現上述功能的所有設備，作為優選，所述的圖像處理單元可以是智能終端。
所述的智能終端是指能夠捕獲外部信息，能進行計算、分析和處理，并在不同終端之間能夠進行信息傳輸的設備，可以是Pocket PC、Tablet PC、工作站、PC或移動智能終端；所述的移動智能終端是指便攜式的智能終端，包括但不限于各種智能手機、PDA、筆記本電腦、上網本、平板電腦(如IPAD等)、掌上電腦、智能掌上游戲機。所述的溫度監測單元是指接收圖像處理單元傳遞的控制信號，監測待測溫度點溫度并進行分析，獲得受試者生命體征數據并將結果傳遞給輸出單元的設備；所述的溫度監測單元包括一個數據處理單元和至少一組溫度傳感器和舵機，利用接收到的圖像處理單元傳遞的控制信號驅動和控制舵機運動，并且帶動溫度傳感器運動。所述的溫度傳感器指可以用于監測溫度的設備，包括但不限于各種熱電阻傳感器、熱電偶傳感器、紅外傳感器等。所述的輸出單元用于輸出生命體征數據，輸出的具體構成形式包括但不限于文字、二維、三維圖像，聲音，數據流、觸覺信號等，所述的輸出單元包括但不限于智能終端、音 響、音箱、耳機、顯示屏、打印機、可以傳輸數據流的硬件，如網口、藍牙接口、串行接口等。作為優選，所述的視頻采集單元、輸出單元為智能終端，圖像處理單元為具有攝像功能的智能終端。本發明的非接觸式生命體征監測方法可測得某一時刻受試者的生命體征，也可以對受試者的生命體征進行連續監測。本發明的有益效果是1.本發明的非接觸式生命體征數據監測系統可以在不接觸的受試者(包括受試者身體的任何部位)的條件下同時對運動中的多人進行人體生命體征的準確監測，避免了儀器接觸引起的不便，也突破了靜態監測的局限性。2.本發明的非接觸式生命體征數據監測系統既可以用作跟蹤單人生命體征數據的跟蹤監測，也可以用作多人生命體征數據的同時監測。3.本發明的非接觸式生命體征數據監測系統具有精度高、適用范圍廣、可移植性強的優點；
4.本發明提供基于圖像捕獲的生命體征數據的監測方法比現有的方法噪聲更小，準確度提高。


圖1為本發明非接觸式生命體征數據監測系統的組成 圖2為本發明非接觸式生命體征數據監測系統的整體工作流程 圖3為本發明非接觸式生命體征數據監測系統的圖像處理單元的工作流程 圖4為本發明非接觸式生命體征數據監測系統的溫度監測單元的工作流程 圖5為本發明非接觸式生命體征數據監測系統的溫度監測單元的計算示意圖。圖中所示A為右眼位置，B為左眼位置，C為眉心位置，D為鼻尖位置，E為人中位置，0為嘴唇位置。
具體實施例方式為了更詳細地說明本發明的非接觸式生命體征數據監測系統，下面根據附圖和實施例詳細說明本發明。下述實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之后，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。如圖1所示，本發明的非接觸式生命體征數據監測系統包括視頻采集單元、圖像處理單元、溫度監測單元和輸出單元，其中
所述的視頻采集單元用于獲取受試者的面部圖像，并將圖像傳遞給圖像處理單元；所述的圖像處理單元利用受試者的面部圖像提取其面部信息，并根據其面部信息計算出受試者待測溫度點的位置，將該位置數據轉換為控制信號傳遞給溫度監測單元；
所述的溫度監測單元接收圖像處理單元傳遞的控制信號，利用該控制信號監測受試者待測溫度點的溫度，并根據其溫度數據計算出受試者的生命體征數據；
所述的輸出單元用于輸出生命體征數據。 視頻采集單元與圖像處理單元之間，圖像處理單元與溫度監測單元之間，圖像處理單元與輸出單元之間可部分或全部通過有線或無線方式進行連接，以保證數據的有效傳輸，可以根據實際需要，全部采用有線方式連接，全部采用無線方式連接，或部分采用有線方式連接，部分采用無線方式連接。該系統能夠在不接觸到受試者(包括受試者身體的任何部位)的一定距離內，監測受試者的生命體征數據，該距離取決于視頻采集單元能夠采集到所需圖像的有效距離。作為優選，所述的溫度監測單元包括一個數據處理單元和至少一組溫度傳感器和舵機，利用接收到的圖像處理單元傳遞的控制信號驅動和控制舵機運動，并且帶動溫度傳感器運動。所述的一組溫度傳感器和舵機由一個溫度傳感器和一個舵機組成，用于監測一個受試者的生命體征數據，如體溫或呼吸頻率；使用多組溫度傳感器和舵機，能夠監測兩個以上的多個受試者的相同或不同生命體征數據。所述的一個數據處理單元是指用于計算、分析和處理數據的設備，包括但不限于各種數字芯片、數字信號處理器(DSP)、智能終端等。所述的數字芯片指經過設計，采用集成電子工藝，能夠進行計算、分析和處理的芯片，并能夠通過擴展控制其他設備，包括但不限于51系列芯片，ARM, DSP, FPGA等。具體地，本發明的非接觸式生命體征數據監測系統是通過對視頻采集單元采集到的圖像進行圖像處理，從而獲得的受試者的面部信息分析出待測溫度點位置，并將該位置信號轉換為控制信號，利用該控制信號控制舵機的運動，帶動與其組合的溫度傳感器，監測受試者待測溫度點的溫度，通過對待測溫度點的溫度進行分析獲得受試者生命體征數據并將結果通過輸出單元輸出。作為優選，所述的生命體征是指體溫和/或呼吸頻率。作為優選，所述的待測溫度點為眉心和/或人中，所述的面部信息包括但不限于人臉的輪廓、雙眼的位置、嘴唇的位置、鼻尖的位置等。本發明的非接觸式生命體征數據監測系統在需要監測受試者體溫的情況下，待測溫度點為眉心；在需要監測受試者呼吸頻率的情況下，待測溫度點為人中；在需要監測受試者體溫和呼吸頻率的情況下，待測溫度點為眉心和人中。所述的視頻采集單元能獲取受試者的面部圖像，可以是任何能獲取圖像的設備，包括但不限于網絡攝像頭、CCD傳感器、熱像儀、照相機、攝像機、具有攝像功能的智能終端等；作為優選，可以是具有攝像功能的移動智能終端。所述的圖像處理單元能夠對視頻采集單元采集到的視頻信號進行計算、分析和處理，根據視頻采集單元采集到的信號，通過圖像處理的方法(包括但不限于人臉識別、特征臉等方法)，獲得受試者的面部信息，經計算后得到用于控制溫度監測單元運動到指向待測溫度點的控制信號。所述的圖像處理單元包括能實現上述功能的所有設備，作為優選，所述的圖像處理單元包括但不限于是智能終端等。所述的智能終端指能夠捕獲外部信息，能進行計算、分析和處理，并在不同終端之間能夠進行信息傳輸的設備，可以是Pocket PC、Tablet PC、工作站、PC或移動智能終端；所述的移動智能終端是便攜式的智能終端，包括但不限于各種智能手機、PDA、筆記本電腦、上網本、平板電腦(如IPAD等)、掌上電腦、智能掌上游戲機。 所述的溫度監測單元是指接收圖像處理單元傳遞的控制信號，監測待測點溫度并進行分析，獲得受試者生命體征數據并將結果傳遞給輸出單元的設備；所述的溫度監測單元包括一個數據處理單元和至少一組溫度傳感器和舵機，利用接收到的圖像處理單元傳遞來的控制信號驅動和控制舵機運動，并且帶動溫度傳感器運動。作為優選，所述的溫度監測單元包括一個數據處理單元和至少一組溫度傳感器和舵機，利用接收到的圖像處理單元傳遞的控制信號驅動和控制舵機運動，并且帶動溫度傳感器運動。所述的溫度傳感器指可以用于監測溫度的設備，包括但不限于各種熱電阻傳感器、熱電偶傳感器、紅外傳感器等。所述的溫度監測單元與視頻采集單元是可組合的。當視頻采集單元和溫度監測單元組合在一起時，視頻采集單元將跟隨溫度監測單元一起運動，從而能夠實現對單個受試者生命體征數據的跟蹤監測；視頻采集單元和溫度監測單元分離時，視頻采集單元將不會跟隨溫度監測單元一起運動，使用不止一組溫度傳感器和舵機能夠實現對多受試者多生命體征數據的同時監測。所述的輸出單元用于輸出生命體征數據，輸出的具體構成形式包括但不限于文字、二維、三維圖像，聲音，數據流、觸覺信號等，所述的輸出單元包括但不限于智能終端、音響、音箱、耳機、顯示屏、打印機、可以傳輸數據流的硬件，如網口、藍牙接口、串行接口等。根據各單元設備的不同、設備之間的連接方式不同，視頻采集單元與圖像處理單元之間，溫度監測單元與圖像處理單元之間，圖像處理單元與輸出單元之間可部分或全部通過有線或無線方式進行連接，以保證數據的有效傳輸，可以根據實際需要，全部采用有線方式連接，全部采用無線方式連接，或部分采用有線方式連接，部分采用無線方式連接。作為優選，所述的視頻采集單元、輸出單元為智能終端，圖像處理單元為具有攝像功能的智能終端。更優選地，所述的非接觸式生命體征數據監測系統由一個帶有攝像功能的移動智能終端與一個溫度監測單元組成，能夠實現視頻采集單元、圖像處理單元、溫度監測單元、輸出單元的全部功能，其中一個帶有攝像功能的移動智能終端能實現視頻采集單元、圖像處理單元和輸出單元的功能。更優選地，所述的非接觸式生命體征數據監測系統由一個帶有攝像功能的智能手機或平板電腦與一個溫度監測單元組成，能夠實現視頻采集單元、圖像處理單元、溫度監測單元、輸出單元的全部功能，其中一個帶有攝像功能的智能手機或平板電腦能實現視頻采集單元、圖像處理單元和輸出單元的功能；其中，視頻采集單元、圖像處理單元和輸出單元之間通過有線方式在智能手機或平板電腦內部互聯，溫度監測單元通過藍牙的方式和圖像處理單元和輸出單元相連。視頻采集單元通過在智能手機或平板電腦內部的有線連接的方式將圖像信息傳遞給圖像處理單元，圖像處理單元將分析處理得到的控制信號通過藍牙的方式傳遞給溫度監測單元，溫度監測單元通過藍牙的方式將檢測到的體溫和/或呼吸頻率傳遞給輸出單元，將生命體征數據通過輸出單元輸出。如圖2所示，所述的非接觸式生命體征數據監測系統通過視頻采集單元用于獲取受試者的面部圖像，并將圖像傳遞給圖像處理單元進行圖像處理；圖像處理單元利用邊緣監測和特征點分析通過受試者的面部圖像提取其面部信息，并根據其面部信息計算出受試者待測溫度點的位置，將該位置數據轉換為控制信號傳遞給溫度監測單元；溫度監測單元接收圖像處理單元傳遞的控制信號，監測受試者待測溫度點的溫度，并根據其溫度數據計 算出受試者的生命體征數據；最后從輸出單元將生命體征數據輸出。本發明還提供一種非接觸式生命體征數據監測方法，包括以下步驟
(1)通過視頻采集單元獲取受試者的面部圖像，并將圖像傳遞給圖像處理單元；
(2)圖像處理單元利用受試者的面部圖像提取其面部信息，并根據其面部信息計算出受試者待測溫度點的位置，將該位置數據轉換為控制信號傳遞給溫度監測單元；
(3)溫度監測單元接收圖像處理單元傳遞的控制信號，利用該控制信號監測受試者待測溫度點的溫度，并根據其溫度數據計算出受試者的生命體征數據；
(4)將生命體征數據通過輸出單元輸出。作為優選，所述的步驟(3)包括以下三種實現方式
I)溫度監測單元接收圖像處理單元傳遞的控制信號，驅動舵機運動，并帶動溫度傳感器運動至對準眉間，測得該時刻的溫度數據，作為體溫數據保存并輸出；
其中，圖像處理單元的工作流程如圖3(a)所示視頻采集單元獲取受試者的面部圖像，并將圖像傳遞給圖像處理單元，圖像處理單元利用受試者的面部圖像提取其面部信息，并根據其面部信息計算出受試者眉間的位置，將該位置數據轉換為控制信號傳遞給溫度監測單元；
溫度監測單元的工作流程如圖4(a)所示圖像處理單元發出的控制信號控制溫度監測單元中的舵機運動，將紅外傳感器對準眉間，測得此時受試者眉間的溫度數據，溫度監測單元中的數據處理單元將該溫度數據保存，將其值作為體溫數據輸出。如果需要連續監測受試者的溫度數據，重復上述過程。2)溫度監測單元接收圖像處理單元傳遞的控制信號，驅動舵機運動，并帶動溫度傳感器運動至對準人中，測得該時刻的溫度數據并將其保存，計算其變化頻率并將該頻率作為呼吸頻率輸出；
其中，圖像處理單元的工作流程如圖3(b)所示視頻采集單元獲取受試者的面部圖像，并將圖像傳遞給圖像處理單元，圖像處理單元利用受試者的面部圖像提取其面部信息，并根據其面部信息計算出受試者人中的位置，將該位置數據轉換為控制信號傳遞給溫度監測單元；溫度監測單元的工作流程如圖4(b)所示圖像處理單元發出的控制信號控制溫度監測單元中的舵機運動，將紅外傳感器對準人中，測得該時刻受試者人中的溫度數據，溫度監測單元中的數據處理單元將該溫度數據保存；再監測下一個時刻受試者人中的溫度數據并將其保存；重復監測多次F次，F為采樣頻率)受試者人中的溫度數據，根據上述溫度數據計算其變化頻率，將該頻率值作為呼吸頻率輸出。如果需要連續監測受試者的溫度數據，重復上述過程。3)溫度監測單元接收圖像處理單元傳遞的控制信號，驅動舵機運動，并帶動溫度傳感器運動至對準眉間和人中，分別測得該時刻各自的溫度數據，將測得的眉間的溫度數據作為體溫數據保存并輸出，將測得的人中的溫度數據保存，計算其變化頻率并將該頻率作為呼吸頻率輸出。其中，圖像處理單元的工作流程如圖3(c)所示視頻采集單元獲取受試者的面部圖像，并將圖像傳遞給圖像處理單元，圖像處理單元利用受試者的面部圖像提取其面部信息，并根據其面部信息計算出受試者眉間和人中的位置，將該位置數據轉換為控制信號傳遞給溫度監測單元。溫度監測單元的工作流程如圖4(c)所示圖像處理單元發出的控制信號控制溫度監測單元中的舵機運動，將紅外傳感器對準待測溫度點，測得此時的溫度數據。對于對準眉間的紅外傳感器，測得該時刻受試者眉間的溫度數據并保存，將其值作為體溫數據輸出；對于對準人中的紅外傳感器，測得該時刻受試者人中的溫度數據，溫度監測單元中的數據處理單元將該溫度數據保存；再監測下一個時刻受試者人中的溫度數據并將其保存；重復監測多次O F次，F為采樣頻率)受試者人中的溫度數據，根據上述溫度數據計算其變化頻率，將該頻率值作為呼吸頻率輸出。如果需要連續監測受試者的溫度數據，重復上述過程。下面詳述獲得眉心位置C點和人中位置E點的方法。假設溫度監測單元的紅外傳感器紅外能量的采樣間隔時間為t秒，通過對溫度數據分析得到溫度數據變化的一個周期為n個數據間隔，那么呼吸頻率J 。
Mt具體來說，以直角坐標系為例，X為橫軸，y為縱軸。如圖5所示，通過圖像處理得到面部特征點，A、B、D、0 (其中，A為右眼位置，B為左眼位置，D為鼻尖位置，0為嘴唇位置)。以0為圓心，0A/0B為半徑做圓，得到弧AB，弧的中點為眉心位置C ； OD的中點為人中位置
Eo假設A點坐標為(xa,ya) ； B點坐標為( , ) ;C點坐標為(xe,ye) ;D點坐標為(xd,yd〕；0
點坐標為Oc。#。)；E點坐標為。其中A，B，D，0點的坐標可以根據面部識別(如特征臉、人臉識別等)的方法獲得。根據A，B，D，0點的坐標得到以下關系
y0%k+x0-k±2"*k2s(b-y￡{)z-"2(b-y0)kx0-f4-ks>x^k2^r2-x；^x； kr"^(ks-!-l)(b-3^0}* .
—2(lcs+l)y = k 家.X + Ii ；
其中，
權利要求
1.一種非接觸式生命體征數據監測系統，包括視頻采集單元、圖像處理單元、溫度監測單元和輸出單元，其中 所述的視頻采集單元用于獲取受試者的面部圖像，并將圖像傳遞給圖像處理單元； 所述的圖像處理單元利用受試者的面部圖像提取其面部信息，并根據其面部信息計算出受試者待測溫度點的位置，將該位置數據轉換為控制信號傳遞給溫度監測單元； 所述的溫度監測單元接收圖像處理單元傳遞的控制信號，利用該控制信號監測受試者待測溫度點的溫度，并根據其溫度數據計算出受試者的生命體征數據； 所述的輸出單元用于輸出生命體征數據。
2.如權利要求1所述的生命體征數據監測系統，其特征在于所述的溫度監測單元包括一個數據處理單元和至少一組溫度傳感器和舵機，利用接收到的圖像處理單元傳遞的控制信號驅動和控制舵機運動，并且帶動溫度傳感器運動。
3.如權利要求1所述的生命體征數據監測系統，其特征在于所述的溫度監測單元與視頻采集單元是可組合的。
4.如權利要求1所述的生命體征數據監測系統，其特征在于所述的圖像處理單元包括智能終端、數字芯片。
5.如權利要求1所述的生命體征數據監測系統，其特征在于所述的視頻采集單元選自網絡攝像頭、CCD傳感器、熱像儀、照相機、攝像機、具有攝像功能的智能終端。
6.如權利要求1所述的生命體征數據監測系統，其特征在于所述的輸出單元選自智能終端、音響、音箱、耳機、顯示屏、打印機、可以傳輸數據流的硬件。
7.如權利要求1-6任一項所述的生命體征數據監測系統，其特征在于所述的待測溫度點為眉心和/或人中，所述的面部信息包括人臉的輪廓、雙眼的位置、嘴唇的位置、鼻尖的位置。
8.一種非接觸式生命體征數據監測方法，其特征在于包括以下步驟 (1)通過視頻采集單元獲取受試者的面部圖像，并將圖像傳遞給圖像處理單元； (2)圖像處理單元利用受試者的面部圖像提取其面部信息，并根據其面部信息計算出受試者待測溫度點的位置，將該位置數據轉換為控制信號傳遞給溫度監測單元； (3)溫度監測單元接收圖像處理單元傳遞的控制信號，利用該控制信號監測受試者待測溫度點的溫度，并根據其溫度數據計算出受試者的生命體征數據； 將生命體征數據通過輸出單元輸出。
9.根據權利要求8所述的非接觸式生命體征數據監測方法，其特征在于所述的待測溫度點為眉心和/或人中，所述的面部信息包括人臉的輪廓、雙眼的位置、嘴唇的位置、鼻尖的位置。
10.根據權利要求9所述的非接觸式生命體征數據監測方法，其特征在于所述的步驟(3)包括以下三種實現方式 溫度監測單元接收圖像處理單元傳遞的控制信號，驅動舵機運動，并帶動溫度傳感器運動至對準眉間，測得該時刻的溫度數據，作為體溫數據保存并輸出； 或者溫度監測單元接收圖像處理單元傳遞的控制信號，驅動舵機運動，并帶動溫度傳感器運動至對準人中，測得該時刻的溫度數據并將其保存，計算其變化頻率并將該頻率作為呼吸頻率輸出；或者溫度監測單元接收圖像處理單元傳遞的控制信號，驅動舵機運動，并帶動溫度傳感器運動至對準眉間和人中，分別測得該時刻各自的溫度數據，將測得的眉間的溫度數據作為 體溫數據保存并輸出，將測得的人中的溫度數據保存，計算其變化頻率并將該頻率作為呼吸頻率輸出。
全文摘要
本發明涉及一種非接觸式生命體征數據監測系統和監測方法，所述的監測系統包括視頻采集單元、圖像處理單元、溫度監測單元和輸出單元。作為優選，所述的生命體征包括體溫和/或呼吸頻率；作為優選，所述的視頻采集單元、輸出單元為智能終端，圖像處理單元為具有攝像功能的智能終端；特別是能通過一個帶有攝像功能的智能手機或平板電腦與一個溫度監測單元實現生命體征數據的監測功能。本發明還提供了一種非接觸式生命體征數據的監測方法。相比傳統的生命體征數據采集系統，本系統具有不依賴儀器接觸、可移植性強、準確性和靈敏度高等優點，適用范圍極其廣泛。
文檔編號A61B5/01GK103006187SQ20131001011
公開日2013年4月3日 申請日期2013年1月10日 優先權日2013年1月10日
發明者孟濬, 方琛凌, 陳嘯, 蔣藝穎 申請人:浙江大學