[发明专利]基于热成像传感器的体温和呼吸率提取方法及应用

说明书

本发明提供了一种基于热成像传感器的体温和呼吸率提取方法。本发明提供的基于热成像传感器或热电堆传感器的体温和呼吸率提取方法具有如下三大优点：(1)比基于运动的方案能够更精确地监测处于站立状态下受试者的呼吸信号；(2)比基于PPG的方案能够监测戴口罩的受试者的呼吸信号；(3)能够同时监测体温和呼吸率，更准确的识别受试者的健康状况。

技术领域

本发明涉及一种非接触式测量体温及呼吸率的方法。

背景技术

目前较为成熟的非接触式呼吸信号监测方法多为两类：(1)基于胸部运动的呼吸信号提取，该方法采用RGB相机追踪胸部运动提取呼吸信号。由于受试者处于站立姿势下身体会有不自主的颤动，导致该方法无法准确提取受试者在站立姿势下的呼吸信号。(2)基于光电容积脉搏波(Photo Plethsmography，PPG)的呼吸信号提取，该方法采用RGB相机或近红外相机监测心脏搏动而导致的皮肤区域光强的变化来提取呼吸信号。由于受试者佩戴口罩等特殊情况下，该方法无法从有限的皮肤区域提取呼吸信号。此外上述两种方法的使用需要光源，因此测量准确度容易受环境光干扰。

发明内容

本发明的目的是：使用热成像传感器或热电堆传感器对处于站立姿势下的受试者(包括戴或不戴口罩者)进行体温和呼吸率提取。

为了达到上述目的，本发明的一个技术方案是提供了一种基于热成像传感器的体温和呼吸率提取方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、在目标位置设置热成像单元，由热成像单元获取位于目标位置的受试者的热成像图片；

步骤2、获取当前帧热成像图片中每个像素点的温度信号；

步骤3、基于步骤2获得的所有像素点的温度信号，判断各像素点属于前景区域还是属于背景区域，基于判断得到的结论对热成像图片进行前景区域与背景区域的分割，提取当前帧的前景区域图片；

步骤4、获取下一帧的热成像图片，从下一帧的热成像图片中提取与当前帧的前景区域位置相当的区域作为下一帧的前景区域图片；

步骤5、重复步骤4获得连续N个下一帧的前景区域图片后，N≥5，进入步骤6或进入步骤7；

步骤6、对N+1帧的前景区域图片的相应位置像素点的温度信号进行处理，依据同一位置像素点的温度信号变化获得受试者的呼吸率，同时，利用任意前景区域图片各像素点的温度信号获得受试者的体温，进入步骤8；

步骤7、获得N+1帧的前景区域图片中与受试者胸部区域相对应的N+1帧的区域图片，基于N+1帧的区域图片测量得到胸部区域的运动，进而获得受试者的呼吸率，同时，利用任意前景区域图片各像素点的温度信号获得受试者的体温，进入步骤8；

步骤8、通过同一受试者的呼吸率及对应的体温对受试者的健康状况进行识别。

优选地，步骤1中，所述热成像单元为高分辨率热成像传感器或低分辨率热电堆传感器；若所述热成像单元为低分辨率热电堆传感器，则通过加载镜头聚焦的方式缩小监测区域，增加距离。

优选地，步骤3中，设置温度信号阈值，若当前像素点的温度信号大于温度信号阈值，则将当前像素点判定为属于前景区域，否则将当前像素点判定为属于背景区域。

本发明的另一个技术方案是提供了一种上述的基于热成像传感器的体温和呼吸率提取方法的应用，其特征在于，应用在闸机或者安检门上，用于同时监测受试者的体温和呼吸率，对受试者的健康状况进行识别；或应用在医院监护科室内，用于连续非接触的体温和呼吸监测。

本发明结合创新的信号提取算法，在公共场所的入口，对处于站立姿势的受试者(包括戴或不戴口罩者)进行非接触式的体温和呼吸率提取，并对受试者的健康状况进行评估，用于发热与呼吸异常个体的识别及传染性呼吸疾病的预防(如新冠肺炎(COVID-19))。