用于生成生物的生物测量信号的相机制造技术

本发明专利技术涉及用于生成生物的生物测量信号的相机（1，1’），所述相机包括：滤光器（11），用于阻挡高达至少550nm的波长范围中的入射可见光；颜色传感器（12，12’），用于接收经滤光的所述入射光并生成至少两个不同的颜色信号（5，6，9）；组合单元（15），用于通过组合所述至少两个颜色信号来生成至少一个组合的颜色信号（7a，7b）；以及处理单元（16），用于处理所述至少一个组合的颜色信号并提取所述生物（3）的至少一个生物测量信号（8）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于生成生物的生物测量信号的相机
本专利技术涉及用于生成生物的生物测量信号（biometrical）的相机。本专利技术还涉及用于生成生物的生物测量信号的方法。
技术介绍
脉冲测氧法是容许使用脉冲血氧仪来监视患者的血红蛋白的氧合的非侵入方法。传感器放置在患者的身体的细的（thin）部分上，该细的部分通常是手指尖端或耳垂。具有大约650nm的波长的红光和具有大约850至940nm的波长的红外光顺序穿过患者到达光电探测器。测量该两个波长中的每一个波长的改变的吸光度，容许确定仅归因于脉动动脉血，而不包括静脉血、皮肤、骨、肌肉和脂肪，的吸光度。基于由结合了氧（亮红色）与未结合氧（数种情况下为暗红或蓝色）的血液血红蛋白之间颜色的差异引起的红色和红外光的改变的吸光度的比率，能够进行氧合（与氧分子结合的血红蛋白分子的百分比）的测量。这在该领域也称作SpO2监视。基于相机的SpO2监视常规地通过具有对应的光学带通滤光器的两个单色相机来实现，但是归因于对于许多应用所需的对准（即，来自两个或更多传感器的图像的空间对准）、复杂性和成本，这是不实际的，该许多应用诸如是运动、家庭使用或用于诸如移动电话的智能装置中的实施的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供用于生成生物的生物测量信号并且与常规的基于相机的监视装备和方法相比，能够应用于较宽范围的应用且较不复杂和昂贵的相机和对应的方法。在本专利技术的第一方面，介绍了一种相机，所述相机包括：-滤光器，用于阻挡高达至少550nm，特别是高达至少600nm，的波长范围中的入射可见光；-颜色传感器，用于接收经滤光的所述入射光并生成三个不同的颜色信号；-组合单元，用于通过组合所述至少两个颜色信号来生成至少一个组合的颜色信号；以及-处理单元，用于处理所述至少一个组合的颜色信号并提取所述生物的至少一个生物测量信号。在本专利技术的进一步的方面，介绍了一种用于用于生成生物的生物测量信号的相机中的处理器，所述处理器包括：-组合单元，用于通过组合所述至少两个颜色信号来生成至少一个组合的颜色信号；以及-处理单元，用于处理所述至少一个组合的颜色信号并提取所述生物的至少一个生物测量信号。在本专利技术的进一步的方面中，介绍了对应的方法。在从属权利要求中限定本专利技术的优选实施例。应当理解，声称的方法与声称的装置具有类似和/或相同的优选实施例并具有与从属权利要求中限定的类似和/或相同的优选实施例。本专利技术基于向用于生成生物的生物测量信号（也称为生命体征）的相机增加专门的滤光器的想法。虽然在常规相机中，滤光器用于阻挡红外光，使得由颜色传感器，例如RGB传感器，主要感测可见光，但是根据本专利技术，提出了非常相反的情况，并且滤光器用于阻挡高达至少550nm，优选地高达至少600nm，的波长范围中的入射可见光。换句话说，通过在相机的光路中放置用于阻挡入射可见光的滤光器，以使得仅某一阈值波长以上的光撞击颜色传感器，来修改相机的谱特性。颜色传感器生成至少两个不同的颜色信号。将这些颜色信号组合成至少一个组合的颜色信号，然后进一步处理该至少一个组合的颜色信号以提取沙漠生物测量信号。结果是具有用于生物测量信号探测，特别是用于SpO2监视和SpO2成像，的几乎最佳的谱特性的便宜且相当简单的相机。然而，本专利技术不限于探测SpO2信号，而是也可以提取其它生物测量信号，诸如生物的心跳、心动周期、呼吸速率、麻醉深度或血容量不足和血容量过多。例如，利用该提出的相机和方法，来自所述至少一个组合的颜色信号的心跳（也称为心率或HR）探测是更鲁棒的，并且甚至能够在暗的照明条件下进行，因为根据本专利技术，主要评估红外光，而不是如常规地那样评估可见光。在优选实施例中，所述颜色传感器适于生成三个不同的颜色信号，优选地是红色信号、绿色信号以及蓝色信号。当然，这些颜色传感器也在红外波长范围中具有灵敏度。颜色传感器优选地是标准RGB传感器，该标准RGB传感器包括光电探测器和用于在入射光撞击光电探测器之前不同地对该入射光进行滤光的滤色器阵列。在另一实施例中，颜色传感器包括用于探测入射光的不同谱部分并生成不同颜色信号的独立的（不同的）颜色探测器。通常，CCD/CMOS传感器制造商以单色（即，没有滤色器）和RGB（即，在像素的顶部“打印”有滤色器阵列）版本供给该传感器。针对可见段优化那些滤光器的谱响应。绿色和蓝色滤光器在近红外段（传感器的硅对该段仍然灵敏）的增大的透明性是使用的化学品（染料）的副作用。通常默认通过给颜色相机装备IR阻挡滤光器来解决这个。从而本专利技术也能够理解为该颜色传感器的一种误用，该传感器特别是试图获得否则需要不同定制的光学滤光器的信号的RGB颜色传感器（以及它们在近红外谱范围中的不期望的行为）。优选地使用标准的商业可用的RGB传感器的主要原因是成本因素（大量制造这些传感器）。当以低数量制造定制的颜色阵列时，这些定制的颜色阵列是昂贵的。但是，使用通常也可能的具有光学滤光器的一个以上的单色传感器也增大了总的系统成本。另外，介绍了来自不同传感器的图像的空间对准和/或透视问题。在另一优选实施例中，所述组合单元适于通过线性组合来组合所述至少两个颜色信号。已经表明线性组合提供好的结果。但是在某些环境下，特别是取决于颜色传感器的种类和/或照明生物的光源的谱，也可以替代地使用其它组合。在另一实施例中，所述组合单元适于通过对所述三个生成的颜色信号中的至少两个颜色信号进行两种不同的组合来生成两个组合的颜色信号，所述两种不同的组合特别是线性组合。好的组合是最小化所述至少两个组合的颜色信号之间的串扰并且从而最大化得到的生物测量信号的对比度的组合。例如，如果通过PPG（光电体积描记术）提取从组合的颜色信号提取生物测量信号，则可以最大化PPG幅度之间的对比度。导致好的结果的优选组合，通过将红色信号和绿色信号相加并从所述和减去蓝色信号的两倍来生成第一组合的颜色信号，并且通过从蓝色信号的两倍减去绿色信号来生成第二组合的颜色信号。在另一实施例中，所述滤光器适于阻挡高达至少650nm的波长范围中的入射可见光。通常，蓝和绿颜色探测器在大约650nm的波长范围中具有光透射的局部最小值。然而，阻挡通常以大约545nm为中心的可见光谱中的绿色灵敏度峰是优选的。在650nm以上的较长波长处的阈值不是优选的，因为这将降低对于生物测量信号探测的对比度。那些生物测量信号通常具有在大约660nm的波长范围中的最小值，该波长范围从而表示其中能够最好地进行生物测量信号的探测或生物测量信号的评估的波长范围。自然，在成像硅传感器中，如优选地在颜色传感器中使用的，灵敏度朝向较长波长减小。然而，如果，这不是对于某些颜色传感器的情况，则可以在至少1100nm以上，特别是至少1000nm以上，的波长范围中的入射光到达所述颜色传感器之前，将阻挡该至少1100nm以上，特别是至少1000nm以上，的波长范围中的入射光的另一滤光器放置在相机的光路中。如上所述，提出的相机可以用于生成不同种类的生物测量信号。本专利技术的优选应用的一个领域是用于通过PPG提取从该至少一个组合的颜色信号提取心跳信号。在以下文献中描述了称为光电体积描记成像（PPG）的测量皮肤颜色变化的方法：VimVerkruysse、LarsO.Svaasand和J.StuartNelson的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.09.02 US 61/530,5461.一种用于生成生物的生物测量信号的相机，包括：-滤光器(11)，用于阻挡高达550nm与650nm之间的阈值波长的波长范围中的入射可见光，使得仅来自高于所述阈值波长的光通过所述滤光器(11)；-颜色传感器(12，12’)，用于接收经滤光的入射光并生成至少两个不同的颜色信号；-组合单元(15)，用于通过组合所述至少两个不同的颜色信号来生成至少一个组合的颜色信号；以及-处理单元(16)，用于处理所述至少一个组合的颜色信号并提取所述生物的至少一个生物测量信号。2.如权利要求1所述的相机，其中，所述颜色传感器(12)适于生成至少三个颜色信号。3.如权利要求2所述的相机，其中，所述颜色传感器(12’)适于生成红色信号、绿色信号以及蓝色信号。4.如权利要求1所述的相机，其中，所述组合单元(15)适于通过线性组合来组合所述至少两个不同的颜色信号。5.如权利要求2所述的相机，其中，所述组合单元(15)适于通过对所述至少三个颜色信号中的至少两个颜色信号进行两种不同的组合来生成两个组合的颜色信号。6.如权利要求5所述的相机，其中，所述组合是线性组合。7.如权利要求3所述的相机，其中，所述组合单元(15)适于通过对所述红色信号和所述绿色信号进行相加并从所述相加的和减去所述蓝色信号的两倍来生成第一组合的颜色信号，并适于通过从所述蓝色信号的两倍减去所述绿色信号来生成第二组合的颜色信号。8.如权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·J·巴尔图拉，W·韦尔克鲁杰塞，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：
国别省市：