[發明專利]一種紅外動態高分辨的非接觸式呼吸測量系統

在審

• 申請號: 202010370702.4
• 申請日: 2020-04-30
• 公開（公告）號: CN113576449A
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 朱翊;張玨
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: A61B5/08
• 分類號: A61B5/08;A61B5/091;A61B5/11
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種紅外動態高分辨的非接觸式呼吸測量系統，由紅外結構光投影模塊M1、數據采集模塊M2、視頻超分辨模塊M3，三維重建模塊M4，關鍵點自動識別模塊M5、肺活量計算模塊M6和標定參數存儲器Q組成；其特征在于，

M1由投影儀D1₁至D1_N和切換控制子模塊M1₁組成，負責利用紅外投影設備交替投射結構光圖案P1至待測人體H的胸腹部；

M2負責數據采集，由一個紅外攝像頭D2₁和一個彩色攝像頭D2₂組成；其中，D2₁負責拍攝H胸腹部的原始結構光視頻S0；D2₂負責拍攝H胸腹部的彩色RGB視頻S1；

M3負責利用多幀超分辨率算法將原始結構光視頻S0重建成高分辨率的結構光視頻S0*；

M4負責根據標定參數存儲器Q中存儲的深度標定參數集C1和S0*對待測物進行三維重建，得到高分辨率的深度重建視頻S2；

M5負責利用關鍵點識別算法自動識別彩色RGB視頻S1中人體H左右胸腹部的感興趣區域，并利用Q中存儲的雙目標定矩陣C2進行標定匹配，輸出符合紅外攝像頭D2₂視野的左右胸腹部和全胸腹部感興趣區域掩膜Mask_L1，Mask_R1和Mask1；

M6負責根據S2和Mask_L1，Mask_R1，Mask1分別計算感興趣區域內的體積變化，得到相應的肺容量變化曲線，并計算得到肺活量，將肺容量變化曲線和肺活量值輸出到計算結果T中；

Q由紅外深度標定參數子模塊Q1和雙目攝像頭標定參數子模塊Q2組成；其中，Q1負責存儲事先通過深度標定得到的記錄有每個參考平面的深度和對應高分辨率結構光圖案的參考圖像組C1，Q2負責存儲事先通過雙目攝像頭標定得到的彩色攝像頭D2₁與紅外攝像頭D2₂的雙目標定矩陣C2；

所述的紅外動態高分辨的非接觸式呼吸測量系統通過交替投影模式將預先設定的紅外結構光圖案按設定頻率沿待測人體H腹背方向依次投影到胸腹部區域，并根據紅外攝像頭D2₁拍攝得到的低分辨率的結構光視頻S0，利用超分辨方法重建成高分辨率結構光視頻S0*；進一步，根據S0*，利用事先標定好深度的圖像模板庫C1進行匹配，完成高精度的三維重建；最終，通過彩色攝像頭D2₂自動追蹤待測人體H呼吸時的左右胸腹部區域，并根據胸腹部區域沿著腹背方向的深度隨時間變化定量估計得到待測人體H左右肺各自的動態肺活量。

2.如權利要求1所述的一種紅外動態高分辨的肺活量測量系統，其特征在于，結構光投影模塊M1包含N個平行在同一光學水平面的紅外投影設備D1₁-D1_N(N＞＝2)，每個紅外投影設備通過紅外光源將結構光圖案P1投影到目標物體，投射方向為待測人體H的腹背方向；結構光圖案P1是事先生成的二維編碼圖案，包括但不限于使用波長920-1200nm的紅外光相干光源生成的隨機分布的低密度散斑點圖案；投影過程中，使用交替投影模式，切換控制子模塊M1₁負責依次、快速的切換投射紅外投影設備D1₁至D1_N進行投影，每個紅外投影設備投影的圖案是相同的，不同紅外投影設備具有不小于5厘米的安置偏移。