[发明专利]一种基于Kinect的呼吸运动监测方法及监测系统

说明书

本发明公开了一种基于Kinect的呼吸运动监测方法及监测系统，包括图像采集、图像配准、目标识别、目标跟踪及深度数据处理模块。图像采集模块利用KinectSDK获取彩色图像和深度图像；图像配准模块利用Kinect的彩色相机和深度相机的坐标变换矩阵生成配准图像；目标识别模块利用中值滤波算法降低配准图像中的噪点，利用霍夫圆检测算法反馈目标区域，最后结合区域内的RGB值获取目标所在位置；目标跟踪模块利用目标检测算法反馈的位置信息，应用Camshift目标跟踪算法实时反馈目标区域的深度数据；深度数据处理模块将目标跟踪算法反馈的深度数据进行降噪处理，输出稳定的呼吸运动信号。

技术领域

本发明属于计算机视觉领域，具体涉及一种基于Kinect的呼吸运动监测方法及监测系统。

技术背景

目前，在临床诊疗过程中，呼吸运动监测应用广泛；例如，肿瘤放射，肺部穿刺，计算机断层扫描等。因为肺癌和乳腺癌发病率的不断提升，所以呼吸监测系统在临床应用中的需求也不断提升。在临床应用中多数情况会采用传统的接触式的呼吸带监测设备或者是高昂成本的NDI非接触式的呼吸监测设备；由于呼吸带设备需要紧贴病人胸腔周围，这在长时间的呼吸监测过程中会引起病人身体的不适；而NDI设备价格昂贵，其带来的医疗成本也会相应的提升；针对上述问题，文献“Tahavoria,F,Adams,E,et al.Combining Marker-less Patient Setup and Respiratory Motion Monitoring Using Low Cost 3D CameraTechnology.Spie Medical Imaging International Society for Optics andPhotonics,2015,9415,94152I.”提出一种基于Kinect深度相机的呼吸运动监测方法，但其仅利用深度图像通过自定义ROI的方式获取平均深度信息，其监测方式较为单一，不利于实际操作；文献“Silverstein,Evan,Snyder,M,et al.Comparative analysis ofrespiratory motion tracking using Microsoft Kinect v2 sensor.Journal ofApplied Clinical Medical Physics,2018,19,193-204.”提出的呼吸运动监测方法虽然也结合Kinect彩色图像和深度图像进行自定义ROI区域跟踪呼吸运动，但病人的稍微偏移运动就会造成监测的不可逆，不利于临床使用。

发明内容

发明目的：本发明针对现阶段临床医用呼吸监测设备价格高昂以及现有呼吸监测方法存在的问题，提出了一种基于Kinect的呼吸运动监测方法，具有较高的性价比和测量精度。

对应上述监测方法，本发明还提供一种基于Kinect的呼吸运动监测系统。

技术方案：为达到上述目的，本发明提供的基于Kinect的呼吸运动监测方法采用以下技术方案，包含以下步骤：

步骤1：通过Kinect传感器，利用应用程序编程接口KinectSDK连接设备，并获取感兴趣区域的彩色图像和深度图像；Kinect传感器包括彩色相机和深度相机；

步骤2：对获取的彩色图像和深度图像进行图像配准，获取彩色相机到深度相机的旋转和平移变换矩阵，基于矩阵变换生成配准图像，记为I_c；

步骤3：对步骤2中的配准图像I_c进行预处理，运用目标识别算法，对配准图像中的圆形目标进行自动识别并反馈目标位置R_i；

步骤4：对步骤3中的圆形目标区域R_i运用Camshift目标跟踪算法进行自动跟踪，并实时反馈圆形目标区域内的深度信息；

步骤5：对步骤4中获取的深度信息进行降噪处理，获取稳定的深度数据，实现对呼吸运动的实时监测。