[发明专利]一种基于微表情分析的压力痛阈测量装置

权利要求书

1.一种基于微表情分析的压力痛阈测量装置，其特征在于该测量装置包括机械刺激针、压力传感器、刺激针夹持机械手、面部微表情可见光数字采集相机、面部微表情红外数字采集相机、采集分析模块六部分。

2.一种根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于机械刺激针为顶端为锥形结构的刺针，尾端为平面，中间为圆柱状结构；顶端用于对被刺激者进行刺激；尾端平面与压力传感器紧密接触，用于测量被测者当其所受的刺激力；机械刺激针和压力传感器在刺激针内部电极带动下可以沿自身轴线前后移动，以增加和减小刺激压力；压力传感器将压力信号转为电流信号，经数字化后作为刺激压力数值经数据线传输到采集分析模块中。

3.一种根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于刺激针夹持机械手用于安装夹持刺激针，结构形式可以为串联或并联机械手，能够在操作空间内任意位置和方向可达即可。

4.一种根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于面部微表情采集传感器包括可见光数字采集相机、红外数字采集相机组成，可见光数字采集相机采集可见光波段的人面部表情图像，通过可见光图像信号传输线将可见光数字图像传输到采集分析模块中；红外数字采集相机采集红外波段的人面部表情图像，通过红外图像信号传输线将红外数字图像传输到采集分析模块中。

5.一种根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于采集分析模块主要为处理计算机组成，完成可见光及红外数字图像信号的接收、分析、识别；同时也完成刺激针数字化刺激力的接收及处理工作。

6.一种根据权利要求4所述的测量装置，其特征在于可见光数字采集相机使用时实时采集面部可见光图像并传输进采集分析模块的计算机中后，面部微表情识别方法及步骤如下：

1）在整幅图像中采用candy算子分割面部区域；

2）计算面部区域竖直方向中线位置；

3）在面部中线位置分别向左及向右取一个识别带A，宽度为d；

4）在识别带A内识别眉心、鼻中梁、鼻尖、人中线、下颌中点这几个人脸典型中线关键点；

5）眉心、鼻中梁、鼻尖、人中线、下颌中点这几个人脸典型中线关键点进行最小二乘法直线拟合作为最佳人脸中线位置；

6）在最佳人脸中线位置附近识别内外眼角、嘴角、左右颧骨8处关键点并计算该8个点之间的相对距离T0；

7）在利用刺激针持续对被刺激者10加力过程中，不断检测本节步骤6中的8处关键点之间的实时相对距离T1；

8）计算T1和T0之差绝对值DT=|T1-T0|，若DT大于给定的阈值Tt，即DTTt，则认为发生了疼痛反应。

7.一种根据权利要求4所述的测量装置，其特征在于红外数字采集相机使用时实时采集面部红外光图像并传输进采集分析模块的计算机中后，面部微表情识别方法及步骤如下：

1）在整幅图像中采用candy算子分割面部区域；

2）计算面部区域竖直方向中线位置；

3）在面部中线位置分别向左及向右取一个识别带A，宽度为d；

4）在识别带A内识别眉心、鼻中梁、鼻尖、人中线、下颌中点这几个人脸典型中线关键点；

5）眉心、鼻中梁、鼻尖、人中线、下颌中点这几个人脸典型中线关键点进行最小二乘法直线拟合作为最佳人脸中线位置；

6）在最佳人脸中线位置附近识别内外眼角、嘴角、左右颧骨8处关键点及该8个点附近的温度向量C0；

7）在利用刺激针持续对被刺激者10加力过程中，不断检测本节步骤6）中的8处关键点位置处的实时红外温度向量C1；

8）计算C1和C0之差绝对值DC=|C1-C0|，若DC大于给定的阈值Ct，即DCCt，则认为发生了疼痛反应。

8.一种根据权利要求4所述的测量装置，其特征在于该装置使用步骤如下：

1）将压力传感器的信号传输线8连到采集分析模块上；

2）将可见光数字采集相机通过可见光图像信号传输线连接到采集分析模块中；红外数字采集相机通过红外图像信号传输线连接到采集分析模块中；

3）未进行刺激针刺激之前，采集分析模块采集可见光图像数据并计算未施加刺激时内外眼角、嘴角、左右颧骨8处关键点之间的相对距离矢量T0、最佳人脸中线位置附近内外眼角、嘴角、左右颧骨8处关键点附近的温度向量C0；

4）刺激针夹持机械手夹持刺激针与压力传感器对准被刺激者10给定的刺激部位，刺激针内部电机带动刺激针和压力传感器逐渐增加刺激力；此时采集分析模块持续采集可见光图像数据并计算未施加刺激时内外眼角、嘴角、左右颧骨8处关键点之间的实时相对距离矢量T1、最佳人脸中线位置附近内外眼角、嘴角、左右颧骨8处关键点附近的实时温度向量C1；

5）计算当前T1和T0之差绝对值DT=|T1-T0|、C1和C0之差绝对值DC=|C1-C0|，若DT大于给定的阈值Tt，即DTTt，或DC大于给定的阈值Ct，即DCCt，则判定发生了疼痛反应；

也就是从面部微表情肌肉抽动和面部微表情导致的快速血流变化两个角度判别是否发生了疼痛反应；

发生了疼痛反应后，采集分析模块经数据线立即采集压力传感器当前的刺激压力数值并存储作为该刺激者的痛阈数据；若未发生疼痛反应，则刺激针持续增加刺激压力直至发生疼痛反应。