一種非接觸式睡眠監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及睡眠監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種非接觸式睡眠監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 人體睡眠過程是受大腦功能多個(gè)區(qū)域相互作用與調(diào)節(jié)而呈現(xiàn)的腦區(qū)神經(jīng)元睡眠 的生理狀態(tài)，是正常人體機(jī)能休息和恢復(fù)的重要階段，人生有三分之一的時(shí)間是在睡眠中 度過的，睡眠質(zhì)量對(duì)人體健康至關(guān)重要。近年來醫(yī)學(xué)研宄表明，現(xiàn)代人類的許多重大疾 病，如高血壓、冠心病、心律失常、糖尿病等，往往與睡眠中常發(fā)生的睡眠呼吸暫停綜合征 (Sleep Hypopnea Syn-drome，SAH)有關(guān)。SAH已經(jīng)成為一種嚴(yán)重危害人們生命健康的疾病。 此外，睡眠過程人體內(nèi)部的許多生理功能會(huì)發(fā)生明顯變化，如心率減慢、血壓下降、新陳代 謝緩慢、呼吸次數(shù)減少。由于睡眠過程時(shí)間的延續(xù)性以及機(jī)體功能調(diào)節(jié)體系的變化，多種慢 性病的早期信號(hào)往往易于在此期間捕捉。因此，睡眠監(jiān)測(cè)技術(shù)已成為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)診斷中不可 缺少的內(nèi)容。
[0003] 目前睡眠障礙監(jiān)測(cè)的主要方法是采用多導(dǎo)睡眠圖和微動(dòng)靈敏床墊。多導(dǎo)睡眠圖通 過在人體上粘貼電極來測(cè)量相關(guān)參數(shù)，它的監(jiān)測(cè)參數(shù)主要包括腦電圖、心電圖、眼電圖、下 領(lǐng)頗肌電圖、口、鼻呼吸氣流、胸腹呼吸運(yùn)動(dòng)、血氧飽和度、鼾聲、體位、脛前肌等10余個(gè)生 理信號(hào)。微動(dòng)靈敏床墊通過壓力傳感器將微壓力轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，可以監(jiān)測(cè)呼吸，脈搏和體動(dòng) 等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了無負(fù)荷或低負(fù)荷睡眠監(jiān)測(cè)。但是現(xiàn)有的睡眠障礙監(jiān)測(cè)技術(shù)基本都是接觸式 的，它們需要在醫(yī)院進(jìn)行，同時(shí)需要專業(yè)的技術(shù)人員操作。這給患者帶來很大的心理壓力， 也可能引起錯(cuò)誤的測(cè)量結(jié)果，監(jiān)測(cè)設(shè)備的價(jià)格也比較昂貴。
[0004] 除了上述接觸式的方法，還有一種基于視頻及圖像處理的非接觸式監(jiān)測(cè)方法。這 類基于視頻處理技術(shù)的方法主要用到的設(shè)備是紅外熱像儀，但是由于價(jià)格十分昂貴，只能 在醫(yī)學(xué)研宄機(jī)構(gòu)中使用，難以普及。而且由于技術(shù)條件的限制，難以對(duì)大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理 并挖掘有用信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的旨在至少解決所述技術(shù)缺陷之一。
[0006] 為此，本發(fā)明的目的在于提出一種非接觸式睡眠監(jiān)測(cè)方法和系統(tǒng)，通過視頻圖像 處理技術(shù)提取出有生理意義的睡眠狀態(tài)信息。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一方面的實(shí)施例提供一種非接觸式睡眠監(jiān)測(cè)方法，包 括如下步驟：
[0008] S1，利用紅外監(jiān)控?cái)z像機(jī)采集人體頭部區(qū)域和胸腹區(qū)域的視頻圖像，并且利用體 感設(shè)備采集人體的姿態(tài)信息；
[0009] S2，獲取人體的睡眠信息，其中，所述睡眠信息包括：人眼的睜開和閉合信息、人體 的呼吸信息和睡眠過程中的姿態(tài)信息，包括如下步驟：
[0010] 分析所述頭部區(qū)域的視頻圖像以對(duì)頭部運(yùn)動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和跟蹤，獲取人眼的睜開和 閉合信息，以及分析胸腹區(qū)域的視頻圖像，獲取所述胸腹區(qū)域視頻圖像的像素點(diǎn)的亮度變 化以得到人體的呼吸信息，采用預(yù)設(shè)分類算法對(duì)所述姿態(tài)信息進(jìn)行分類以獲取人體睡眠過 程中的姿態(tài)信息；
[0011] S3,將所述人體的睡眠信息與預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)睡眠信息進(jìn)行比對(duì)，分析所述人體的睡 眠質(zhì)量的健康程度。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的非接觸式睡眠監(jiān)測(cè)方法，基于圖像處理技術(shù)以非接觸的方法 對(duì)人體睡眠信號(hào)進(jìn)行采集，盡量保持用戶的自然睡眠狀態(tài)，通過視頻圖像處理技術(shù)提取出 有生理意義的睡眠狀態(tài)信息。并且，本發(fā)明設(shè)備成本較低，便于家庭日常使用。
[0013] 進(jìn)一步，所述獲取人眼的睜開和閉合信息，包括如下步驟：
[0014] 對(duì)頭部區(qū)域視頻圖像中的人臉區(qū)域進(jìn)行初始化；
[0015] 對(duì)初始化的人臉區(qū)域分別采用模版匹配方法和光流跟蹤方法跟蹤人臉運(yùn)動(dòng)；
[0016] 將模版匹配結(jié)果和光流跟蹤結(jié)果進(jìn)行綜合以生成人臉的當(dāng)前幀跟蹤結(jié)果；
[0017] 計(jì)算所述當(dāng)前幀跟蹤結(jié)果于預(yù)設(shè)模板庫中所有模板的相關(guān)系數(shù)，以所有系數(shù)中最 大值作為跟蹤結(jié)果與模板庫的相關(guān)系數(shù)，如果所述相關(guān)系數(shù)大于或等于第一閾值，則將所 述當(dāng)前幀跟蹤結(jié)果加入到模板庫中，更新模板庫；否則模板庫不更新；
[0018] 統(tǒng)計(jì)跟蹤結(jié)果區(qū)域內(nèi)所有位置點(diǎn)的灰度值，根據(jù)第二閾值將區(qū)域內(nèi)的像素點(diǎn)進(jìn)行 二值化，根據(jù)大于所述第二閾值的待選點(diǎn)在結(jié)果區(qū)域所在位置判斷是否屬于眼睛睜眼的圖 像區(qū)域，在根據(jù)位置篩選后，仍有保留的像素點(diǎn)則判斷眼睛為睜開狀態(tài)，若沒有像素點(diǎn)則認(rèn) 為眼睛處于閉合狀態(tài)。
[0019] 進(jìn)一步，所述獲取人體的呼吸信息，包括如下步驟：
[0020] 對(duì)所述胸腹區(qū)域視頻圖像的胸腹運(yùn)動(dòng)信息進(jìn)行放大，并轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)的亮度 變化；
[0021] 獲取亮度變化劇烈區(qū)域，將像素點(diǎn)的亮度變化轉(zhuǎn)化為呼吸信號(hào)，包括：統(tǒng)計(jì)所述胸 腹運(yùn)動(dòng)劇烈區(qū)域內(nèi)亮度值為最大值或是最小值的像素點(diǎn)數(shù)目之和，其中像素點(diǎn)總數(shù)的變 化為呼吸運(yùn)動(dòng)時(shí)的胸腹部的起伏變化，根據(jù)像素點(diǎn)數(shù)目得到的起伏運(yùn)動(dòng)變化曲線進(jìn)行濾波 操作，生成呼吸信號(hào)；
[0022] 將所述呼吸信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換，在頻譜上最高幅度所對(duì)應(yīng)的頻率為人體的呼吸 頻率。
[0023] 進(jìn)一步，所述獲取人體睡眠過程中的姿態(tài)信息，包括如下步驟：
[0024] 通過所述體感設(shè)備發(fā)出的結(jié)構(gòu)光獲取人體的骨骼數(shù)據(jù)；
[0025] 對(duì)所述骨骼數(shù)據(jù)進(jìn)行均值濾波以對(duì)所述骨骼數(shù)據(jù)進(jìn)行去抖；
[0026] 根據(jù)去抖后骨骼數(shù)據(jù)采用SVM分類器在訓(xùn)練集上進(jìn)行訓(xùn)練，對(duì)所述骨骼數(shù)據(jù)進(jìn)行 分類，確定人體的睡眠姿態(tài)信息。
[0027] 本發(fā)明另一方面的實(shí)施例提供一種非接觸式睡眠監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括：紅外監(jiān)控?cái)z像 機(jī)，用于采集人體頭部區(qū)域和胸腹區(qū)域的視頻圖像；體感設(shè)備，用于采集人體的姿態(tài)信息； 圖像處理模塊，用于獲取人體的睡眠信息，其中，所述睡眠信息包括：人眼的睜開和閉合信 息、人體的呼吸信息和睡眠過程中的姿態(tài)信息，包括所述圖像處理模塊分析所述頭部區(qū)域 的視頻圖像以對(duì)頭部運(yùn)動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和跟蹤，獲取人眼的睜開和閉合信息，以及分析胸腹區(qū) 域的視頻圖像，獲取所述胸腹區(qū)域視頻圖像的像素點(diǎn)的亮度變化以得到人體的呼吸信息， 采用預(yù)設(shè)分類算法對(duì)所述姿態(tài)信息進(jìn)行分類以獲取人體睡眠過程中的姿態(tài)信息；睡眠質(zhì)量 分析模塊，用于將所述人體的睡眠信息與預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)睡眠信息進(jìn)行比對(duì)，分析所述人體的 睡眠質(zhì)量的健康程度。
[0028] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的非接觸式睡眠監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，基于圖像處理技術(shù)以非接觸的方法 對(duì)人體睡眠信號(hào)進(jìn)行采集，盡量保持用戶的自然睡眠狀態(tài)，通過視頻圖像處理技術(shù)提取出 有生理意義的睡眠狀態(tài)信息。并且，本發(fā)明設(shè)備成本較低，便于家庭日常使用。
[0029] 進(jìn)一步，所述紅外監(jiān)控?cái)z像機(jī)前安裝有紅外濾鏡。
[0030] 進(jìn)一步，所述圖像處理模塊獲取人眼的睜開和閉合信息，包括：對(duì)頭部區(qū)域視頻圖 像中的人臉區(qū)域進(jìn)行初始化，對(duì)初始化的人臉區(qū)域分別采用模版匹配方法和光流跟蹤方法 跟蹤人臉運(yùn)動(dòng)，將模版匹配結(jié)果和光流跟蹤結(jié)果進(jìn)行綜合以生成人臉的當(dāng)前幀跟蹤結(jié)果， 計(jì)算所述當(dāng)前幀跟蹤結(jié)果與預(yù)設(shè)模板庫中所有模板的相關(guān)系數(shù)，以所有系數(shù)中最大值作為 跟蹤結(jié)果與模板庫的相關(guān)系數(shù)，如果所述相關(guān)系數(shù)大于或等于第一閾值，則將所述當(dāng)前幀 跟蹤結(jié)果加入到模板庫中，更新模板庫，統(tǒng)計(jì)跟蹤結(jié)果區(qū)域內(nèi)所有位置點(diǎn)的灰度值，根據(jù)第 二閾值將區(qū)域內(nèi)的像素點(diǎn)進(jìn)行二值化，根據(jù)大于所述第二閾值的待選點(diǎn)在結(jié)果區(qū)域所在位 置判斷是否屬于眼睛睜眼的圖像區(qū)域，在根據(jù)位置篩選后，仍有保留的像素點(diǎn)則判斷眼睛 為睜開狀態(tài)，若沒有像素點(diǎn)則認(rèn)為眼睛處于閉合狀態(tài)。
[0031] 進(jìn)一步，所述圖像處理模塊獲取人體的呼吸信息，包括：對(duì)所述胸腹區(qū)域視頻圖像 的胸腹運(yùn)動(dòng)信息進(jìn)行放大，并轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)的亮度變化；獲取胸腹運(yùn)動(dòng)劇烈區(qū)域，將像 素點(diǎn)的亮度變化轉(zhuǎn)化為呼吸信號(hào)，包括：統(tǒng)計(jì)所述像素點(diǎn)亮度變化劇烈區(qū)域內(nèi)亮度值為最 大值或是最小值的像素點(diǎn)數(shù)目之和，其中像素點(diǎn)總數(shù)的變化為呼吸運(yùn)動(dòng)時(shí)的胸腹部的起伏 變化，根據(jù)像素點(diǎn)數(shù)目得到的起伏運(yùn)動(dòng)變化曲線進(jìn)行濾波操作，生成呼吸信號(hào)；將所述呼吸 信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換，在頻譜上最高幅度所對(duì)應(yīng)的頻率為人體的呼吸頻率。
[0032] 進(jìn)一步，所述圖像處理模塊獲取人體睡眠過程中的姿態(tài)信息，包括如下步驟：
[0033] 通過所述體感設(shè)備發(fā)出的結(jié)構(gòu)光獲取人體的骨骼數(shù)據(jù)；
[0034] 對(duì)所述骨骼數(shù)據(jù)進(jìn)行均值濾波以對(duì)所述骨骼數(shù)據(jù)進(jìn)行去抖；
[0035] 根據(jù)去抖后骨骼數(shù)據(jù)采用SVM分類器在訓(xùn)練集上進(jìn)行訓(xùn)練，對(duì)所述骨骼數(shù)據(jù)進(jìn)行 分類，確定人體的睡眠姿態(tài)信息。
[0036] 本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變 得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
【附圖說明】
[0037] 本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變 得明顯和容易理解，其中：
[0038] 圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的非接觸式睡眠監(jiān)測(cè)方法的流程圖；
[0039] 圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的獲取人體的睡眠信息的流程圖；
[0040] 圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的非接觸式睡眠監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0041] 下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附 圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，