[发明专利]用于远程光体积描记法的自动相机调节

说明书

本发明涉及一种用于获得对象(14)的生命体征的设备(12)，包括：接口(22)，其用于接收对象(14)的图像帧(24)的集合；信号提取单元(26)，其用于从图像帧(24)的所述集合提取所述对象(14)的光体积描记(PPG)信号；信号评价单元(28)，其用于确定所述PPG信号的特征，所述特征指示所提取的PPG信号关于所述对象(14)的期望的生命体征的信息内容；处理单元(30)，其用于基于所提取的PPG信号的所确定的特征来确定分箱配置，所述分箱配置被提供用于控制对图像帧的图像像素的分箱；以及生命体征确定单元(32)，其用于根据所提取的PPG信号来确定生命体征信息。

技术领域

本发明涉及用于获得对象的生命体征的设备和方法。尤其地，本发明涉及能够用于检测诸如人或动物的被观察的对象中的生命体征的非干扰性光学测量方法。

背景技术

人的生命体征，例如，心率(HR)、呼吸率(RR)或血氧饱和度，充当人的当前状态的指示物并且能够被用作医学事件的预测物。出于这种原因，生命体征在住院患者护理环境和门诊患者护理环境中，在家或者在另外的健康、休闲和健身环境中得到广泛地监测。

测量生命体征的一种方式是体积描记法。体积描记法通常指对器官或身体部分的体积变化的测量，并且尤其指对因随着每一次心跳行进通过对象的身体的心血管脉搏波引起的体积变化的检测。光体积描记法(PPG)是评价感兴趣区或体积的光反射或光透射的时变变化的光学测量技术。PPG基于以下原理：即，血液比周围组织吸收更多的光，因此血液体积随着每一次心跳的变化相应地影响透射或反射。除了关于心率的信息以外，PPG波形(也被称为PPG信号)能够包括可归因于诸如呼吸的另外的生理现象的信息。通过评价在不同波长(通常为红色和红外)处的透射率和/或反射率，能够确定血氧饱和度。常规的脉搏血氧计通常被附着到对象的皮肤。因此，它们被称为“接触式”PPG设备。

最近，已经推出了用于非干扰性测量的非接触式远程PPG(RPPG)设备。远程PPG利用被远离感兴趣对象设置的光源，或者通常为辐射源。类似地，诸如相机或光探测器的探测器也能够被设置为远离感兴趣对象。因此，远程PPG系统和设备被认为是非干扰性的，并且非常适合于医学日常应用以及非医学日常应用。

Verkruysse等人的“Remote plethysmographic imaging using ambient light”(Optics Express，第16卷，第26期，第21434-21445页，2008年12月22日)展示了能够使用周围环境光和常规消费者水平的视频相机来远程测量光体积描记信号。基于相机的生命体征监测优于在体传感器的主要优点之一是高易用性：不需要附着传感器，仅使相机瞄准对象的皮肤/胸部是足够的。基于相机的生命体征监测优于在体传感器的另一优点是用于实现运动鲁棒性的潜力：相机具有显著的空间分辨率，而接触式传感器大多包括单元件检测器。

由于基于相机的生命体征监测是通过仔细分析皮肤颜色的非常细微的变化来执行的，因此其高度取决于相机传感器捕获这些变化的能力。对于该技术的关键挑战之一是在低光环境中或者在范围为从全太阳光到夜间卧室光水平的变化的环境照明状况下能够提供鲁棒的测量。因此，相机灵敏度是该过程中的关键问题。通常，视频信号在模拟域中被捕获然后被数字化。针对RPPG的感兴趣信号，即，光强度或亮度的变化，通常是微弱的(为0.25LSB的量级)，尤其是当商业可获得的相机被使用时或者当周围照明状况相当微弱时。因此，在模数(AD)转换步骤期间由于所捕获的图像信号中的噪声而存在完全丢失信号(即，相关信息)的高可能性。

在US 2010/0066849 A1中，描述了图像处理方法和设备。所提出的方法和设备允许捕获场景的内容，基于像素的测得的亮度值来确定针对表示场景的像素的分箱样式，并且使用该分箱样式来捕获图像的内容。这样的方法可以允许以较低的分辨率为代价来降低相机噪声，并且可以在确定分箱设定时被使用。