[發明專利]一種基于Kinect的呼吸運動監測方法及監測系統

在審

• 申請號: 202010551881.1
• 申請日: 2020-06-17
• 公開（公告）號: CN111833308A
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 周正東;劉傳樂;魏士松;賈峻山;章栩苓;毛玲
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/246;G06T7/33;G06T7/44;G06T7/62;G06T7/90;G06T7/13;G06T5/00;G16H10/20
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 張弛

1.一種基于Kinect的呼吸運動監測方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：通過Kinect傳感器，利用應用程序編程接口KinectSDK連接設備，并獲取感興趣區域的彩色圖像和深度圖像；Kinect傳感器包括彩色相機和深度相機；

步驟2：對獲取的彩色圖像和深度圖像進行圖像配準，獲取彩色相機到深度相機的旋轉和平移變換矩陣，基于矩陣變換生成配準圖像，記為I_c；

步驟3：對步驟2中的配準圖像I_c進行預處理，運用目標識別算法，對配準圖像中的圓形目標進行自動識別并反饋目標位置R_i；

步驟4：對步驟3中的圓形目標區域R_i運用Camshift目標跟蹤算法進行自動跟蹤，并實時反饋圓形目標區域內的深度信息；

步驟5：對步驟4中獲取的深度信息進行降噪處理，獲取穩定的深度數據，實現對呼吸運動的實時監測。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步驟2中，圖像配準基于彩色相機和深度相機的空間坐標變換矩陣，完成圖像配準；由下式獲得彩色相機到深度相機的配準圖像；

其中p_rgb和p_d為彩色相機和深度相機的像素坐標系下的點，P_rgb和P_d為彩色相機和深度相機的相機坐標系下的點，K_rgb和K_d為彩色相機和深度相機的內參矩陣，R和T為彩色相機到深度相機的旋轉和平移矩陣；

所述空間坐標變換矩陣為：計算世界坐標系、相機坐標系以及像素坐標系下的變換關系，獲取彩色相機到深度相機的旋轉和平移矩陣變換矩陣。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟3中，濾波算法采用中值濾波算法，降低圖像噪聲，提高識別性能；目標識別算法采用霍夫圓檢測算法檢測目標區域，存儲目標區域的圓心和半徑，利用色彩過濾的方式，存儲符合預設RGB色彩值范圍的目標區域的圓心和半徑位置，記為R_i。

4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步驟4中，將目標區域R_i的彩色圖像從RGB轉換到HSV色彩空間，分離目標區域H通道做直方圖反向投影，生成概率密度分布圖，并運用Camshift算法自動跟蹤目標，判斷跟蹤位置是否符合，并反饋目標所在位置的深度信息。

5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步驟5中，獲取圓形目標區域深度信息，保留內接矩形內的深度數據{D₁,D₂,…,D_k}，降低邊緣噪聲的影響，利用加權平均的方式得到加權平均深度數據D_w，即

其中a₁,a₂,…,a_k表示權重，依據加權平均后的結果，設置閾值帶，判斷深度數據是否在閾值范圍內，將符合要求的數據做均值保留，記為D_m，獲取穩定的呼吸運動數據。

6.一種基于Kinect的呼吸運動監測系統，其特征在于，包括圖像采集模塊、圖像配準模塊、目標識別與跟蹤模塊、深度數據處理模塊；

圖像采集模塊中設置Kinect傳感器，利用應用程序編程接口KinectSDK連接設備，并獲取感興趣區域的彩色圖像和深度圖像；

圖像配準模塊用以對獲取的彩色圖像和深度圖像進行圖像配準，獲取彩色相機到深度相機的旋轉和平移變換矩陣，基于矩陣變換生成配準圖像；

目標識別與跟蹤模塊用以對配準圖像進行預處理，運用目標識別算法，對配準圖像中的圓形目標進行自動識別并反饋目標位置；

深度數據處理模塊用以對圓形目標區域運用Camshift目標跟蹤算法進行自動跟蹤，并實時反饋圓形目標區域內的深度信息；以及對獲取的深度信息進行降噪處理，獲取穩定的深度數據，實現對呼吸運動的實時監測。