用于搏动性检测的设备、系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及一种用于搏动性检测的设备、系统和方法。所提出的设备包括：输入接口(30)，其用于获得场景的图像数据，所述图像数据包括图像帧的时间序列；提取单元(31)，其用于从所述图像数据的感兴趣区域提取指示周期性生理现象的时变信号；变换单元(32)，其用于将所述时变信号变换成谱信号；拆分单元(33)，其用于将所述谱信号拆分成至少覆盖所述谱信号的第一频率范围的频带内子信号以及覆盖所述谱信号的第二频率范围的频带外子信号，其中，所述第一频率范围至少包括所述周期性生理信息的频率范围；分析单元(34)，其用于分离地从所述频带内子信号导出频带内量度并且从所述频带外子信号导出频带外量度，所述频带内量度和所述频带外量度表示描述符；以及描述符(35)，其用于基于所述描述符将所述感兴趣区域分类为生物的搏动区域或非搏动区域。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于搏动性检测的设备、系统和方法
本专利技术涉及一种用于搏动性检测、特别是用于皮肤检测的设备、系统和方法。潜在的应用包括确定针对对象的生命体征监测或活力监测的感兴趣区域设置。
技术介绍
人的生命体征，例如心率(HR)、呼吸率(RR)或动脉血氧饱和度(SpO2)，用作人的当前健康状态的指示器和严重医学事件的强有力的预测器。出于该原因，生命体征在住院患者和门诊患者护理设置中、在家或者在另外的健康休闲和健身设置中广泛地监测。测量生命体征的一种方式是体积描记术。体积描记术通常指代对器官或身体部分的体积改变的测量并且具体指代对归因于随着每次心跳行进通过对象的身体的心脏-血管脉搏波造成的体积改变的检测。光体积描记术(PPG)是一种评价感兴趣区域或体积的光反射或透射的时间变化的改变的光学测量技术。PPG基于以下原理：血液比周围组织吸收更多的光，因此，随着每次心跳的血容量的变化相应地影响透射或反射。除了关于心率的信息之外或者备选地，PPG波形能够包括能归因于诸如呼吸造成的生理现象的信息。通过评价在不同波长(通常为红光和红外线)处的透射率和/或反射率，能够确定血氧饱和度(或者其他血液气体/物质)。最近，已经引入了用于非干扰性测量的非接触、远程PPG(rPPG)设备(还被称为相机rPPG设备)。远程PPG利用远离于感兴趣对象而设置的光源或者通常为辐射源。类似地，例如相机或光检测器的检测器也能够远离于感兴趣对象来设置。因此，远程光体积描记系统和设备被认为是非干扰性的并且很适合于医学以及非医学日常应用。该技术特别针对具有要求生命体征监测的极端皮肤敏感度的患者(诸如具有极其脆弱的皮肤的新生儿重症监护室(NICU)患者、早产儿或具有大面积烧伤的患者)具有独特的优点。Verkruysse等人在OpticsExpress，16(26)，2008年12月22日，第21434-21445页上的“Remoteplethysmographicimagingusingambientlight”一文证明了光体积描记信号能够使用红色、绿色和蓝色通道使用环境光和常规消费者水平的视频相机来远程地测量。除了完全无接触的优点之外，相机(通常被称为成像设备)提供2D信息，其允许多斑点和大面积测量，并且常常包含额外的背景信息。与依赖于特定测量点/区域上的正确放置的接触传感器不同，被用于使用rPPG技术测量脉搏信号的区域必须根据实际图像来确定。因此，在极大地变化的照明条件下可靠的对皮肤区域的准确检测在基于相机的rPPG设备和方法的处理链中变为决定性的部分。当前，存在针对皮肤区域的可靠的检测和跟踪已知的两种主要方案。一种方案基于皮肤颜色(基于RGB)的检测和分割。根据该方案的方法在对具有皮肤颜色的区域的检测和跟踪两者方面是快速的。然而，其对于环境光颜色的改变不鲁棒，其还将改变从皮肤区域反射的光的颜色，并且不能够在低照明条件下或者在黑暗中检测皮肤区域。此外，这样的方法不能够总是将皮肤与具有相同颜色的其他表面区分开。另一种方案基于所提取的PPG信号(基于PPG的)，如例如在Gibert等人于10thIEEEInternationalConferenceonAdvancedVideoandSignalBasedSurveillance(AVSS)，2013年的“Facedetectionbasedonphotoplethysmography”一文中所公开的。根据该方案的方法在将真实的皮肤区域和具有相同皮肤颜色的其他对象的区域区分开的过程中更鲁棒。对来自图像序列中的对象的生物组织或搏动性的检测具有一定范围的应用。对此的一种应用是针对远程光体积描记(rPPG)的自动化ROI检测、或者用于患者监测或者执行例如血管、健康测量的BCG运动测量。另一种应用是要么根据光体积描记信号要么根据由呼吸引起的准周期性运动来确定对象的呼吸率。在后者的情况中，可以在例如衣服或寝具的非皮肤表面中找到搏动信号。其还能够对其他
感兴趣，例如在使用相机技术识别玩家的手势的远程游戏应用、面部检测、安全(使用监视相机对人的鲁棒检测，以及对佩戴面罩的人的检测，或者将真实面部与相机配准中的逼真面罩区分开)等中。已经表明，在所采集的图像中的周期性颜色改变自身可以被用于在生物的皮肤与非皮肤之间进行区分。然而，特别是对于具有低光级或者在黑暗中的应用而言(例如，对于夜晚患者监测而言)，这些吸收变化的相对低幅度(特别是在近红外线(NIR)波长范围内)仍然是有问题的，并且使得实际尝试未能将皮肤与非皮肤区分。
技术实现思路
本专利技术的目标是提供一种允许对搏动性的更可靠、准确和快速的检测的设备和对应的方法以及系统，特别是在用于检测对象的生命体征的设备和方法中使用。在本专利技术的第一方面中，提出了一种用于搏动性检测的设备，包括：-输入接口，其用于获得场景的图像数据，所述图像数据包括图像帧的时间序列，-提取单元，其用于从所述图像数据的感兴趣区域提取指示周期性生理现象的时变信号，-变换单元，其用于将所述时变信号变换成谱信号，-拆分单元，其用于将所述谱信号至少拆分成覆盖所述谱信号的第一频率范围的频带内(in-band)子信号以及覆盖所述谱信号的第二频率范围的频带外(out-band)子信号，其中，所述第一频率范围至少包括所述周期性生理现象的频率范围，-分析单元，其用于分离地从所述频带内子信号导出频带内量度并且从所述频带外子信号导出频带外量度，所述频带内量度和所述频带外量度表示描述符，以及-分类器，其用于基于所述描述符将所述感兴趣区域分类为生物的搏动区域或非搏动区域。在本专利技术的另外的方面中，提出了一种对应的方法。在本专利技术的又另外的方面中，提出了一种用于搏动性检测的系统，所述系统包括：-成像单元，其用于采集场景的图像数据，以及-如在本文中所公开的用于搏动性检测的设备，其基于所采集的所述场景的图像数据。在本专利技术的又另外的方面中，提供了一种计算机程序以及非瞬态计算机可读记录介质，所述计算机程序包括程序代码模块，所述程序代码模块当所述计算机程序由计算机执行时用于使所述计算机执行在本文中所公开的方法的步骤，所述非瞬态计算机可读记录介质在其中存储计算机程序产品，所述计算机程序产品当由计算机运行时，使在本文中所公开的方法被执行。在从属权利要求中定义了本专利技术的优选实施例。应当理解，所要求保护的方法、系统、计算机程序以及介质能够具有与所要求保护的设备以及与在从属权利要求中所限定的相似和/或相同的优选实施例。本专利技术基于以下想法：在频率域中将搏动信号与噪声区分开，更精确地，通过分离地评价从场景的图像数据导出的频率域信号中的频带内子信号和频带外子信号，所述场景潜在地包括生物的搏动区域或者甚至完整生物或者示出搏动区域和非搏动区域(诸如皮肤区域和非皮肤区域)的不同身体部分。所述谱信号至少被拆分成频带内子信号，包括至少一个生命体征参数或者用于搏动性检测的感兴趣周期性生理现象的频率范围，例如脉搏信号或呼吸信号，以及覆盖第二不同的频率范围的频带外子信号。替代例如借助于如在现有技术中的频带通滤波器(针对例如被调谐到0.7Hz与2Hz之间的静息心率的脉搏信号，对应于42至120次心跳每分钟)来舍弃所述频带外子信号，频带内频率分量和频带外频率分量被保留在频率谱中。所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于搏动性检测的设备(12)，包括：‑输入接口(30)，其用于获得场景的图像数据，所述图像数据包括图像帧的时间序列，‑提取单元(31)，其用于从所述图像数据的感兴趣区域提取指示周期性生理现象的时变信号，‑变换单元(32)，其用于将所述时变信号变换成谱信号，‑拆分单元(33)，其用于将所述谱信号至少拆分成覆盖所述谱信号的第一频率范围的频带内子信号以及覆盖所述谱信号的第二频率范围的频带外子信号，其中，所述第一频率范围至少包括所述周期性生理现象的频率范围，‑分析单元(34)，其用于分别从所述频带内子信号导出频带内量度并且从所述频带外子信号导出频带外量度，所述频带内量度和所述频带外量度表示描述符，以及‑分类器(35)，其用于基于所述描述符将所述感兴趣区域分类为生物的搏动区域或非搏动区域。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.08 EP 16154665.01.一种用于搏动性检测的设备(12)，包括：-输入接口(30)，其用于获得场景的图像数据，所述图像数据包括图像帧的时间序列，-提取单元(31)，其用于从所述图像数据的感兴趣区域提取指示周期性生理现象的时变信号，-变换单元(32)，其用于将所述时变信号变换成谱信号，-拆分单元(33)，其用于将所述谱信号至少拆分成覆盖所述谱信号的第一频率范围的频带内子信号以及覆盖所述谱信号的第二频率范围的频带外子信号，其中，所述第一频率范围至少包括所述周期性生理现象的频率范围，-分析单元(34)，其用于分别从所述频带内子信号导出频带内量度并且从所述频带外子信号导出频带外量度，所述频带内量度和所述频带外量度表示描述符，以及-分类器(35)，其用于基于所述描述符将所述感兴趣区域分类为生物的搏动区域或非搏动区域。2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述时变信号是以下中的一项：光体积描记(PPG)信号、指示所述周期性生理现象的运动信号、心冲击描记(BCG)信号。3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述设备(12)是用于皮肤检测的设备，并且其中，所述分类器(35)被配置为基于所述描述符将所述感兴趣区域分类为生物的皮肤区域或非皮肤区域。4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述变换单元(32)被配置为将所述时变信号变换成没有相位信息的谱信号，特别是变换成功率谱或绝对谱。5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述分析单元(34)包括排序单元，所述排序单元被配置为分别对所述频带内子信号和所述频带外子信号进行排序以获得经排序的频带内子信号作为所述频带内量度并且获得经排序的频带外子信号作为所述频带外量度。6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述分析单元(34)被配置为分别确定所述频带内信号的谱平坦度作为所述频带内量度并且确定所述频带外信号的谱平坦度作为所述频带外量度。7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述分析单元(34)被配置为分别基于所述频带内信号的频率分组的能量来确定所述频带内量度并且基...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·C·登布林克尔，王文锦，G·德哈恩，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL