Устройство и способ отслеживания перемещения и ориентации устройства



Устройство и способ отслеживания перемещения и ориентации устройства
Устройство и способ отслеживания перемещения и ориентации устройства
Устройство и способ отслеживания перемещения и ориентации устройства
Устройство и способ отслеживания перемещения и ориентации устройства
Устройство и способ отслеживания перемещения и ориентации устройства
Устройство и способ отслеживания перемещения и ориентации устройства

 


Владельцы патента RU 2618172:

КОНИНКЛЕЙКЕ ФИЛИПС Н.В. (NL)

Изобретения относятся к медицинской технике, а именно к средствам отслеживания перемещения и ориентации. Устройство для отслеживания перемещения и ориентации субъекта содержит блок формирования изображений, удерживающее средство для удерживания блока формирования изображений, причем удерживающее средство содержит держатель для размещения блока формирования изображений на субъекте таким образом, что блок формирования изображений обращен от субъекта, устройство также содержит блок обработки для обнаружения перемещения и ориентации субъекта. Способ отслеживания перемещения и ориентации субъекта содержит этапы, на которых получают изображения с течением времени посредством блока формирования изображений, обнаруживают перемещение и ориентацию субъекта. Процессор для использования в устройстве выполнен с возможностью обнаружения перемещения и ориентации субъекта. Способ обработки для использования в устройстве содержит этап, на котором обнаруживают перемещение и ориентацию субъекта. Машиночитаемый носитель, на котором сохранена компьютерная программа для выполнения этапов способа. Изобретения позволяют наблюдать за дыханием субъекта, обеспечивая при этом высокую чувствительность. 5 н. и 10 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к устройству и способу отслеживания перемещения и ориентации устройства. Кроме того, настоящее изобретение относится к процессору и способу обработки для использования в таком устройстве. Наконец, настоящее изобретение относится к компьютерной программе для реализации упомянутого способа обработки на компьютере.

Уровень техники

Частота дыхания (RR) и дыхательный объем (RV) являются показателями жизненно важных функций, которые должны наблюдаться у госпитализированных или лежачих пациентов. Измерение RR и/или RV в настоящее время не выполняется вообще или выполняется весьма неточно или способом, требующим много времени (например, сиделкой, которая подсчитывает вдохи пациента в течение определенного периода времени, затем вручную записывает показатель в карту). Поэтому желательны автоматизированные способы.

Известные системы и способы, в частности, используют натянутые ремни, прикрепленные вокруг груди, акселерометры, помещенные на грудь, или камеры, нацеленные на грудь, оснащенные алгоритмами анализа видео. Помимо общего отслеживания RR для лежачих больных, вероятно, большой интерес представляет выполнение детальных исследований сна.

DE 3040452 A1 (BATTELLE INSTITUT E V), 27 мая 1982 г., описывает измерение частоты сердечных сокращений, частоты дыхания и изменений температуры у животных, в частности свиней, с помощью температурного датчика и фотоплетизмографического датчика, содержащего датчик света, который измеряет свет, отраженный от тела животного.

US 2008/071177 A1 (YANAGIDAIRA MASATOSHI ET AL), 20 марта 2008 г., описывает использование камеры, встроенной в сиденье автомобиля вместо датчика давления в сиденье, которая обнаруживает линию формы конкретного участка тела человека из записанных изображений, из которых извлекается дыхание.

EP 1645840 A1 (SUMITOMO OSAKA CEMENT CO LTD; UNIV KEIO), 12 апреля 2006 г., описывает устройство съемки изображения, устанавливаемое обычно на некотором расстоянии и под углом от устройства проецирования, для съемки трехмерного изображения объекта или человека в целевой области.

WO 2007/085241 A1 (KLETT ROLF), 2 августа 2007 г., описывает размещение графической метки на части тела и съемку части тела с помощью камеры регистрации изображения для регистрации положения и перемещение графической метки (и, таким образом, части тела).

WO 2010/066824 A2 (PNEUMACAR LTD; ILES RICHARD; CAMERON JONATHAN; ROBERTS), 17 июня 2010 г., описывает проецирование картины излучения на объект и запись набора изображений объекта, из которых получают изменение конфигурации объекта в трех измерениях.

Другие современные устройства, такие как смартфоны или камеры, также содержат трехосный акселерометр или гироскоп для определения перемещений и ориентации устройства, например, для переключения изображения, показанного на экране, в правильную ориентацию.

Раскрытие изобретения

Задача настоящего изобретения состоит в создании устройства и способа отслеживания перемещения и ориентации устройства субъекта.

Другая задача настоящего изобретения состоит в обеспечении возможности наблюдения за дыханием субъекта без вторжения в его личную жизнь, но с обеспечением высокой чувствительности и предпочтительно также с возможностью измерения дыхательного объема в дополнение к измерению частоты дыхания. Кроме того, должны быть созданы соответствующий процессор, способ обработки и компьютерная программа.

В первом аспекте настоящего изобретения представлено устройство для отслеживания перемещения и ориентации субъекта, причем устройство содержит:

- блок формирования изображений для получения изображений с течением времени,

- удерживающее средство для удерживания упомянутого блока формирования изображений для получения изображений из окружения субъекта, причем удерживающее средство содержит держатель для размещения блока формирования изображений или устройства на субъекте таким образом, что блок формирования изображений обращен от субъекта, и блок обработки для обнаружения перемещения и ориентации субъекта посредством обнаружения изменений в последовательно получаемых изображениях.

В другом аспекте настоящего изобретения представлен способ отслеживания перемещения и ориентации субъекта, причем способ содержит этапы, на которых: получают изображения с течением времени посредством блока формирования изображений, обращенного от субъекта, для получения изображений из окружения субъекта, и обнаруживают перемещение и ориентацию субъекта посредством обнаружения изменений в последовательно получаемых изображениях.

В другом аспекте настоящего изобретения представлен процессор для использования в устройстве отслеживания перемещения и ориентации субъекта, причем устройство содержит блок формирования изображений, обращенный от субъекта, для получения изображений с течением времени из окружения субъекта, причем упомянутый процессор выполнен с возможностью обнаружения перемещения и ориентации субъекта посредством обнаружения изменений в последовательно получаемых изображениях.

В другом аспекте настоящего изобретения представлен способ обработки для использования в устройстве для отслеживания перемещения и ориентации субъекта, причем устройство содержит блок формирования изображений, обращенный от субъекта, для получения изображений с течением времени из окружения субъекта, причем упомянутый способ обработки содержит этап, на котором обнаруживают перемещение и ориентацию субъекта посредством обнаружения изменений в последовательно получаемых изображениях.

В еще одном аспекте настоящего изобретения предложена компьютерная программа, которая содержит программное кодовое средство, побуждающее компьютер выполнять этапы способа обработки, когда упомянутая компьютерная программа выполняется на компьютере.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения задаются в зависимых пунктах формулы изобретения. Следует понимать, что заявленные способы, процессор и компьютерная программа имеют аналогичные и/или идентичные предпочтительные варианты осуществления, что и заявленное устройство, и как определено в зависимой формуле изобретения.

В настоящем изобретении было обнаружено, что функциональность, аналогичная функциональности трехосного акселерометра или гироскопа, который присутствует в современных смартфонах, может быть обеспечена посредством блока формирования изображений, такого как простая камера. Известный трехосный акселерометр, встроенный в устройство (например, смартфон), обычно измеряет перемещение и ориентацию устройства в пространстве. Как правило, та же информация (о перемещении и ориентации) может, однако, также быть получена посредством оценки последовательно получаемых изображений, чтобы обнаруживать, из изменений между последовательными изображениями, переместилось ли устройство и в каком направлении оно переместилось, или как ориентация устройства изменилась по сравнению с предыдущей ориентацией.

Изобретение состоит в прикреплении устройства к объекту способом, при котором устройство испытывает те же перемещения, что и объект, обеспечивая возможность обнаружения перемещения объекта путем оценки данных изображений, как объяснено выше. Таким образом, следует отметить, что устройство необходимо прикрепить к объекту таким способом, что блок формирования изображений обращен лицевой стороной от объекта и получает изображения окружения объекта. Другими словами, нет прямого (визуального) обнаружения перемещения объекта посредством простого отслеживания объекта посредством блока формирования изображений, но оцениваются изменения в получаемых изображениях окружения.

В частности, согласно настоящему изобретению, наблюдая за изменениями в последовательно получаемых изображениях из окружения устройства (и/или объекта), например, потолка, стены, каких-либо устройств в комнате, теней или других характерных (фиксированных) меток на потолке или стене и т.д., информация о перемещении устройства/объекта может косвенно наблюдаться.

В этом контексте, следует отметить, что обнаружение перемещения может включать в себя обнаружение ускорения устройства. Кроме того, термин «объект» охватывает не только неодушевленные устройства, но также включает в себя живого субъекта (людей, животных, растения), т.е. изобретение может также быть использовано для обнаружения перемещений и/или ориентации субъектов. Кроме того, следует отметить, что блок обработки не обязательно должен быть встроен в тот же общий объект или корпус, что и блок формирования изображений и удерживающее средство, а может также быть размещен отдельно от них и может быть соединен (проводным или беспроводным способом) с блоком формирования изображений для приема данных изображения.

Как правило, посредством встраивания настоящего изобретения в автономные специализированные устройства или смартфоны, оно может быть использовано для множества различных прикладных задач, включающих в себя прикладные задачи здравоохранения и жизненного уклада. Например, будильники с фазами сна используют акселерометрические датчики, чтобы обнаруживать движение спящего, так что он может будить человека, когда он/она не находится в фазе REM (быстрого сна) и поэтому легче просыпается.

Согласно предпочтительному варианту осуществления упомянутый блок обработки выполнен с возможностью обнаружения периодических перемещений одного или более признаков окружения, в частности статических меток или градиентов света, в получаемых изображениях для обнаружения перемещения субъекта, в частности ускорения и/или периодического перемещения.

Блок формирования изображений может быть выполнен с возможностью непрерывно или с постоянными интервалами получать изображения, в частности, получать фотографические изображения или видеоданные, используя фотокамеру, видеокамеру и/или инфракрасную камеру. Инфракрасная камера особенно полезна, чтобы получать данные изображений в ночное время или в темных комнатах. Пользователю может быть обеспечен вариант, в котором изображения должны получаться с интервалами. Это может зависеть от ситуации, где предлагаемая система и способ должны использоваться. Например, при использовании в обстановке ICU (блок интенсивной терапии) для наблюдения за пациентом отслеживание дыхания будет выполняться непрерывно, в то время как для наблюдения за состоянием здоровья или для обеспечения информации о том, жив ли человек, особенно пожилой человек, может быть достаточно отслеживания только несколько раз днем и ночью.

Вообще частота изображений может зависеть от ожидаемой частоты измеренного сигнала. Например, ожидается, что частота дыхания не будет превышать 60 вдохов в минуту; достаточной частотой кадров для отслеживания дыхания может быть 15 кадров в секунду. Для того чтобы измерять частоту ожидаемого сигнала по меньшей мере два периода сигнала должны наблюдаться. Например, для дыхания это означает предпочтительный минимальный временной период около 2 секунд или 30 кадров. В идеальном случае максимальный размер временного окна должен быть гибким, чтобы приспосабливаться к любой низкой частоте дыхания (например, 2-3 вдоха в минуту).

Согласно предпочтительному варианту осуществления упомянутое удерживающее средство содержит держатель для помещения блока формирования изображений или устройства на грудь субъекта, в частности, на одежду или покрытие, покрывающее грудь субъекта, так что блок формирования изображений обращен лицевой поверхностью от груди субъекта, чтобы получать изображения из окружения субъекта, и упомянутый блок обработки выполнен с возможностью обнаружения периодических движений груди субъекта, вызванных дыханием, посредством обнаружения изменений в последовательно получаемых изображениях, и определения частоты дыхания субъекта и/или дыхательного объема из обнаруженных перемещений груди субъекта. Например, в практическом варианте осуществления множество камер встраиваются в небольшой объект типа одеяла, что позволяет оценивать не только RR, но также RV. Размещение одеяла на груди пациента заставит каждую камеру быть приблизительно перпендикулярной груди пациента. Вместе изображения камер обеспечивают 3D-информацию, относящуюся к изгибу пациента и, таким образом, к изменениям объема с течением времени (сравнимо с множеством камер, размещенных в различных позициях на шаре, который надувается). Блок формирования изображений или устройство может быть расположен также на кровати, поблизости от наблюдаемого человека. В этом случае, устройство измеряет движение кровати, вызванное дыхательным движением пациента.

Было обнаружено, что в известных системах на основе камер для измерения RR, камера, как правило, направлена на грудь пациента, чтобы наблюдать за движениями груди. Однако, в частности, для длительного (непрерывного) наблюдения, камера, нацеленная на пациента, может вызывать у пациента чувство вторжения в его личную жизнь. Эта проблема устраняется посредством настоящего изобретения, и вторжение в личную жизнь сильно уменьшается или даже предотвращается полностью посредством нацеливания блока формирования изображений, например, камеры, от субъекта (например, пациента).

Согласно этому варианту осуществления настоящего изобретения RR (и, возможно, RV), таким образом, получается не из данных изображения самого субъекта, а из изменений в последовательно получаемых изображениях из окружения субъекта. Таким образом, информация о движении груди субъекта может косвенно отслеживаться. Из упомянутой (косвенно) получаемой информации о движениях груди может быть получена желаемая информация о дыхании субъекта.

Поскольку известные акселерометры, которые используются согласно известному способу для измерения дыхания, измеряют ускорение (не перемещение), медленные глубокие вдохи могут быть пропущены или неправильно интерпретированы как плохое дыхание. Предложенная система наблюдения более чувствительна к таким движениям, в частности, поскольку предложенное размещение блока формирования изображений, т.е. близко к груди или на груди, обращенное от субъекта, увеличивает любые небольшие угловые движения в относительно большие перемещения изображенной области, так что изменения изображения с течением времени отчетливо видны.

Таким образом, согласно этому варианту осуществления настоящего изобретения блок формирования изображения, например, один или более датчиков изображения, расположенных на груди и нацеленных от субъекта, записывают изображения окружения. Вызываемые дыханием периодические движения груди, таким образом, преобразуются в периодические изменения в записанных изображениях. Комбинация этих изображений, например, видеопотоки, используется, чтобы получать RR из периодических изменений и/или RV из геометрической информации положений блока изображения, которые могут предпочтительно также быть определены из записанных изображений.

Как отмечено, упомянутый блок обработки предпочтительно выполнен с возможностью определения частоты дыхания субъекта из периода обнаруженных изменений в последовательно получаемых изображениях и/или определения дыхательного объема субъекта из интенсивности изменений, в частности, интенсивности перемещения одного или более признаков окружения, в последовательно получаемых изображениях.

Чтобы дополнительно увеличить силу (углового) перемещения блока формирования изображения, сторона держателя, обращенная к субъекту, изогнута, в частности, в форме полусферы. Движения груди таким образом «усиливаются» за счет кривизны держателя.

В предпочтительном варианте осуществления упомянутая система отслеживания дополнительно содержит блок измерения ускорения для измерения ускорения движений субъекта, при этом упомянутый блок обработки выполнен с возможностью отличать периодическое движение субъекта, вызванное дыханием, от других движений тела из получаемых изображений и определять дыхание субъекта из определенного ускорения упомянутых периодических движений субъекта, вызванных дыханием. Это позволяет различать движения субъекта (в частности, груди), вызванные дыханием, и другие движения, которые также могут вести к изменениям в получаемых изображениях, причем последние изменения не должны оцениваться для определения RR и/или RV.

В улучшенном варианте осуществления упомянутый блок формирования изображения содержит по меньшей мере два элемента формирования изображения, например, датчики изображения или камеры, размещенные на упомянутом держателе для индивидуального получения изображений окружения субъекта, и упомянутый блок обработки выполнен с возможностью определения дыхательного объема субъекта посредством анализа различий изменений в упомянутых независимо получаемых изображениях. В частности, интенсивность изменений, наблюдаемых в изображениях, получаемых от различных элементов формирования изображения, позволяет определять величину движения груди, которая затем используется для получения информации о дыхательном объеме.

Предпочтительно, упомянутый держатель интегрирован в покрытие, покрывающее грудь субъекта, в частности, в одеяло. Это позволяет с легкостью осуществлять непрерывное отслеживание, например, в обстановке ICU без какого-либо влияния на свободу движений пациента. Предпочтительно, используется множество элементов формирования изображений, например, интегрированные в одеяло, так что существует по меньшей мере один элемент формирования изображения, расположенный над грудью пациента.

В еще одном варианте осуществления упомянутый держатель интегрирован в ремень безопасности транспортного средства, и упомянутый блок обработки выполнен с возможностью обнаружения движения рук субъекта, зафиксированного упомянутым ремнем безопасности, из получаемых изображений и обнаружения сонливости субъекта из обнаруженного движения рук субъекта и определенной частоты дыхания и/или дыхательного объема субъекта. Это позволяет использовать изобретение в различных областях применения, в частности в качестве средства обеспечения безопасности в автомобилях, грузовиках, поездах, самолетах и т.д., где оно должно гарантировать то, что пользователь (т.е. водитель, пилот) является живым, бодрствующим и бдительным. Это может быть обеспечено посредством использования настоящего изобретения.

Краткое описание чертежей

Эти и другие аспекты изобретения должны быть очевидны и поясняются со ссылкой на вариант(ы) осуществления, описанные ниже в данном документе. На следующих чертежах:

Фиг. 1 показывает схематичные изображения трех вариантов осуществления устройства согласно настоящему изобретению,

Фиг. 2 иллюстрирует первый способ размещения предложенного устройства для первого применения в качестве устройства отслеживания дыхания,

Фиг. 3 иллюстрирует общую функцию первого варианта осуществления предложенного устройства отслеживания дыхания,

Фиг. 4 иллюстрирует извлечение сигнала дыхания посредством использования первого варианта осуществления предложенного устройства отслеживания дыхания,

Фиг. 5 иллюстрирует общую функцию второго варианта осуществления предложенного устройства отслеживания дыхания, и

Фиг. 6 иллюстрирует второй способ размещения предложенного устройства для второго применения.

Осуществление изобретения

Фиг. 1 показывает схематичные изображения трех вариантов осуществления устройства 1a, 1b, 1c согласно настоящему изобретению. Такое устройство может быть системой отслеживания дыхания, направленной на отслеживание дыхания пациента (главным образом, частоты дыхания и/или дыхательного объема, но также и наличия или отсутствия дыхания). Такая система отслеживания дыхания может применяться для отслеживания дыхания какого-либо субъекта, т.е. людей (например, пожилых людей, живущих у себя дома или в доме со специальным уходом) или животных (например, в клинике для животных). Возможно множество дополнительных применений такого устройства, как будет объяснено ниже.

Устройство 1a, 1b, 1c отслеживания перемещения и ориентации устройства в общем содержит блок 10 формирования изображений для получения изображений с течением времени, удерживающее средство 12 для удерживания упомянутого блока формирования изображений, чтобы получать изображения из окружения устройства (по меньшей мере статические признаки изображения), и блок 14 обработки для обнаружения перемещения и ориентации устройства посредством обнаружения изменений (по меньшей мере статических признаков изображения) в последовательно получаемых изображениях. Наблюдаемые изменения в изображениях, в частности, перемещения статических признаков изображения, могут быть преобразованы в изменения положения и/или ориентации устройства.

В первом варианте осуществления устройства 1a блок 14 обработки включен в удерживающее средство 12 (например, механический держатель для удерживания камеры, представляющей блок 10 формирования изображений). Альтернативно, блок 14 обработки может быть включен в блок 10 формирования изображений. Во втором варианте осуществления устройства 1b блок 14 обработки размещен за пределами удерживающего средства 12, например, как отдельное устройство в той же или другой комнате, которому данные изображения передаются от блока 10 формирования изображений посредством любого вида соединения (проводного, беспроводного, смешанного и т.п.).

В третьем варианте осуществления устройства 1c, которое полностью аналогично второму варианту осуществления устройства 1b, предусмотрен дополнительный датчик 16 движения, в частности, датчик ускорения, посредством которого дыхательные движения объекта, к которому прикреплено упомянутое устройство 1c (или по меньшей мере блок 10 формирования изображений), можно отличить от других движений объекта (например, небольшого поворота), так что могут быть обнаружены только изображения, получаемые во время движений (например, периодических дыхательных движений в случае отслеживания дыхания пациента), и они могут быть выбраны и использованы для определения информации.

Фиг. 2 иллюстрирует первую реализацию первого варианта осуществления устройства 1a отслеживания дыхания, где все элементы устройства 1a реализованы как единое устройство 2. В качестве примера, блок 10 формирования изображений может быть простым датчиком формирователя изображений, например, недорогой видеокамерой. Датчик 10 формирователя изображений смонтирован на держателе 12, который содержит блок 14 обработки и дополнительные (требуемые для реальной реализации, но для настоящего изобретения несущественные) элементы 18 типа приводов, аккумуляторов и памяти. Устройство 2 должно быть помещено на грудь субъекта, чтобы обеспечивать направленную вверх ориентацию датчика формирователя изображений (т.е. обращенную от субъекта; указанную стрелкой 20), так что датчик 10 формирователя изображений видит признаки потолка или стены. Следует отметить, что выражения «обращенный вверх» и «обращенный от субъекта» должны интерпретироваться широко, т.е. не требуется, чтобы направление обзора было точно 90° к поверхности субъекта, и ориентация слегка в сторону приемлема и не сужает функциональности устройства. Кроме того, устройство 2 может контактировать, но не требует непосредственного контакта, с телом субъекта, и может быть расположено на одеяле 22 или одежде, как показано на фиг. 2.

Согласно настоящему изобретению блок 10 формирования изображений автоматически обнаруживает в получаемых изображениях любые метки или другие характеристики (статические признаки изображения) в окружении (например, на потолке или стенах) и анализирует перемещения этих меток с течением времени в последовательно получаемых изображениях. В отсутствие признаков любой статический (неподвижный) градиент в интенсивности света на потолке или стенах также может быть использован в качестве метки. Комнаты без таких градиентов практически не существуют на практике.

Для отслеживания дыхания предпочтительная частота кадров может быть между 5 и 20 кадрами в секунду. Однако, в целом, частота кадров зависит от вида применения и может быть выше или ниже, чем это число. Главным образом, ожидаемая частота, согласно которой изменяются наблюдаемые характеристики, определяет частоту кадров. Достаточные периоды изменений должны наблюдаться, чтобы иметь более высокую достоверность полученного результата.

Перемещение, измеренное посредством блока 10 формирования изображений, будет соответствовать движению груди во время вдоха или выдоха, как показано на фиг. 3. Фиг. 3A показывает состояние выдоха, когда торс пациента 24 находится в нормальном состоянии, а блок 10 формирования изображений направлен («смотрит») вверх. Фиг. 3A также показывает вид сбоку устройства 2 и пример изображения 30 (потолка), включающего в себя, в качестве схематических примеров для обнаруженных меток, треугольник 32 и круг 34.

Фиг. 3B показывает состояние вдоха, когда торс пациента 24 находится в расширенном (или изогнутом) состоянии, а блок 10 формирования изображений направлен («смотрит») больше вбок. Как указано посредством измененного изображения 31, перемещение изображения 31, указанное посредством измененных позиций меток 32, 34, очень чувствительно к небольшим угловым изменениям, как также указано посредством показанной векторной диаграммы. Любые, даже очень небольшие перемещения обнаруженных меток 32, 34 будут, таким образом, обнаружены устройством 2. Размер перемещения соответствует величине движения во время вдоха и выдоха.

Дыхание вызывает повторяющееся движение груди и/или живота. Предложенное устройство, помещаемое на грудь человека, может регистрировать повторяющееся движение меток и формировать сигнал, который соответствует сигналу дыхания, как показано на фиг. 4. Первая строка показывает примерный сценарий на потолке комнаты, включающем в себя, в качестве примерных меток, треугольник 42 и круг 44. Во второй строке показаны виды сбоку устройства 2 с течением времени для различных состояний в течение одного цикла дыхания. В третьей строке показаны полученные изображения 30, включающие в себя изображенные метки 32, 34. В четвертой строке сигнал 50 перемещения, указывающий относительное перемещение изображенных меток 32, 34, указан с течением времени. В пятой строке показан полученный сигнал 60 цикла дыхания, указывающий подсчитанные циклы дыхания на более длительной шкале времени, причем этот сигнал 60 цикла дыхания окончательно представляет или позволяет извлекать частоту дыхания.

Чувствительность измерения может быть повышена посредством усиления движения камеры за счет изогнутой (например, полусферической) поверхности задней стороны устройства.

В другом варианте осуществления предложенного устройства, реализованного как устройство 3 отслеживания дыхания, используются по меньшей мере два блока 10a, 10b, 10c формирования изображений (см. фиг. 5), расположенные, например, на одной гибкой платформе 13. Этот вариант осуществления позволяет измерять дыхательный объем (RV) посредством анализа различия в пространственном перемещении, обнаруженном различными блоками 10a, 10b, 10c формирования изображений, как указано на фиг. 5. Фиг. 5A показывает состояние выдоха, в котором торс пациента 24 находится в нормальном состоянии, и большинство блоков 10a, 10b, 10c формирования изображений направлены («смотрят») по существу вверх. Фиг. 5A также показывает вид сбоку устройства 3 и пример трех изображений 30a, 30b, 30c (потолка), полученных блоками 10a, 10b, 10c формирования изображений.

Фиг. 5B показывает состояние вдоха, когда торс пациента 24 находится в расширенном (или изогнутом) состоянии. Блоки 10a, 10b, 10c формирования изображений направлены («смотрят») больше в сторону, и по меньшей мере некоторые блоки 10a, 10b, 10c формирования изображений направлены вбок. Как указано посредством измененных изображений 31a, 31b, 31c, перемещения изображений 31a, 31b, 31c, указанные посредством изменившихся позиций меток 32, 34, зависят от фактической позиции соответствующих блоков 10a, 10b, 10c формирования изображений.

Согласно другому варианту осуществления гибкая платформа, несущая или включающая в себя несколько блоков формирования изображения, встраивается в одеяло, в особенности, в той его части, которая расположена рядом с грудью человека. В этом случае, длительное отслеживание качества сна возможно посредством объединенного анализа дыхательного движения, актиграфии (движения частей тела) и/или условий освещения во время сна, все из которых могут собираться посредством блоков формирования изображений.

Важным преимуществом предложенного изобретения является то, что оно может быть установлено в любое устройство камеры, так что оно может добавлять функциональность трехосного акселерометра этому устройству (например, недорогой телефон с камерой, веб-камера, фотокамера, сканер штрих-кодов и т.д. или специализированное устройство). Существует больше устройств, которые имеют камеру, чем устройств с встроенным акселерометром. С помощью предложенного изобретения все такие устройства с камерой могут, например, быть дополнены функциональностью компьютерной программы (программного обеспечения) акселерометра, реализованной, как предложено в данном документе.

Предложенное изобретение может быть использовано в нескольких прикладных задачах для выборочного или непрерывного отслеживания дыхания (например, для наблюдения сна). Основным сценарием случая использования могла бы быть выборочная проверка дыхания пациента посредством помещения предложенного устройства поверх одеяла, рядом с грудью пациента. В этом случае, измерение дыхания может проводиться без затруднений, вызванных креплением нагрудного ремня вокруг тела пациента, как делается в настоящее время, а это отнимает время и беспокоит пациента.

Также следует отметить, что предложенное видеонаблюдение может быть объединено с другими способами отслеживания дыхания (например, на основе акселерометра) для улучшения надежности движения. Кроме того, предложенный способ отслеживания дыхания может быть встроен в другой монитор на основе камеры или в сканер штрих-кодов. Множество мониторов пациентов уже сегодня включают в себя сканеры штрих-кодов для того, чтобы сканировать бинт для запястья с ID пациента или метки штрих-кода на лекарствах в целях безопасности, чтобы быть уверенным, что данные о пациенте и лекарства назначены или применяются для правильного пациента. Такие сканеры штрих-кодов фактически являются видеокамерами, которые могут быть использованы для получения регулярных изображений помимо своего первоначального назначения для сканирования штрих-кодов. Поэтому, сканер штрих-кодов, который входит в комплект монитора пациента, чтобы считывать ID с бинта для запястья у пациентов, может также быть использован, чтобы обнаруживать дыхание пациента. Тогда измерение дыхания может выполняться либо традиционным способом, например, посредством направления камеры на субъекта, либо способом, предложенным согласно настоящему изобретению, в случае, когда субъект возражает против традиционного способа отслеживания наблюдения вследствие проблем конфиденциальности.

В некоторых вариантах осуществления данные изображений в реальном времени могут быть доступны удаленно, таким образом обеспечивая визуальную проверку из удаленного местоположения через (проводное или беспроводное, например, WLAN) соединение с камерой, чтобы проверять, находится ли «датчик» по-прежнему в надлежащем месте и направлен на надлежащую целевую область. Другими словами, очень легко удаленно контролировать корректность измерений без добавления излишних специализированных аппаратных средств. Эта функциональность не может быть обеспечена с помощью традиционного акселерометра.

Другая примерная область применения - обнаружение сонливости водителя в автомобиле - проиллюстрирована на фиг. 6. В этом сценарии предложенная система отслеживания дыхания, например, в форме устройства 2, как иллюстрировано выше (или по меньшей мере держателя и блока формирования изображений), например, встроена в или прикреплена к ремню 70 безопасности водителя (легкового автомобиля, грузовика, трамвая, поезда; или пилота). Блок формирования изображений способен не только измерять дыхательный сигнал водителя способом, описанным выше, но также анализировать движение рук водителя, видимое в изображениях, получаемых блоком формирования изображений. Комбинированный анализ движения рук и дыхания позволяет обнаруживать сонливость водителя (например, неподвижные руки и расслабленное дыхание), или даже дополнительно обнаруживать, является ли водитель живым и вполне бодрствующим.

Еще одно применение изобретения лежит в области обнаружения очень ограниченных перемещений (например, раннее обнаружение землетрясения). С помощью изобретения движение/перемещение может быть преобразовано в угловое перемещение блока формирования изображений. Взгляд/фокусировка на далеких (статических) объектах или признаках вызовет усиление углового перемещения и, следовательно, сделает возможным обнаружение даже малейшего перемещения блока формирования изображений и/или объекта, к которому прикреплен блок формирования изображений. Следовательно, изобретение обеспечивает ультрачувствительный датчик движения/перемещения.

В аналогичных других применениях устройство (например, в форме смартфона) может быть прикреплено или приведено в соприкосновение с другими объектами (или субъектами), чтобы измерять перемещение объекта/субъекта. Например, смартфон может быть прикреплен к человеку, или движущемуся объекту, с камерой, смотрящей от объекта, чтобы обнаруживать перемещение человека или объекта.

Вкратце резюмируя, настоящее изобретение основано на общей идее измерения перемещения/ускорения и/или ориентации устройства на основе камеры с помощью предложенного способа видеообработки и посредством направления камеры от объекта, который измеряется, т.е. настоящее изобретение обеспечивает некоторый акселерометр на основе камеры в предпочтительном варианте осуществления.

Хотя изобретение подробно проиллюстрировано и описано на чертежах и в вышеприведенном описании, такие иллюстрация и описание должны считаться иллюстративными или примерными, но не ограничивающими; изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления. Другие вариации в раскрытых вариантах осуществления могут быть понятны и выполнены специалистами в данной области техники, применяющими на практике заявленное изобретение, из изучения чертежей, описания и прилагаемой формулы изобретения.

В формуле изобретения слово «содержит» не исключает других элементов или этапов, а единственное число не исключает множественного. Один элемент или другой блок может выполнять функции нескольких элементов, перечисленных в формуле изобретения. Простой факт того, что определенные средства упомянуты в различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает того, что сочетание этих средств не может быть использовано с выгодой.

Компьютерная программа может быть сохранена/распространяться на подходящем энергонезависимом носителе, таком как оптический запоминающий носитель или твердотельный носитель, поставляемый вместе с другими аппаратными средствами или как их часть, но может также распространяться в других формах, например, через Интернет или другие проводные или беспроводные системы связи.

Любые условные обозначения в формуле изобретения не должны истолковываться как ограничивающие объем.

1. Устройство для отслеживания перемещения и ориентации субъекта, причем устройство содержит:

- блок (10) формирования изображений для получения изображений с течением времени,

- удерживающее средство (12, 13) для удерживания упомянутого блока формирования изображений для получения изображений из окружения субъекта, причем удерживающее средство (12, 13) содержит держатель для размещения блока (10) формирования изображений на субъекте таким образом, что блок (10) формирования изображений обращен от субъекта, и

- блок (14) обработки для обнаружения перемещения и ориентации субъекта посредством обнаружения изменений в последовательно получаемых изображениях, причем обнаруживаемые изменения в последовательно получаемых изображениях содержат перемещения одного или более признаков окружения в последовательно получаемых изображениях для обнаружения перемещения субъекта.

2. Устройство по п. 1, в котором упомянутый блок (14) обработки выполнен с возможностью обнаружения периодических перемещений одного или более признаков окружения, в частности статических меток или градиентов света, в получаемых изображениях для обнаружения перемещения, в частности ускорения и/или периодического перемещения субъекта.

3. Устройство по п. 1, в котором упомянутый блок (10) формирования изображений выполнен с возможностью получения изображений непрерывно или с постоянными интервалами, в частности получения фотоизображений или видеоданных с помощью фотокамеры, видеокамеры и/или инфракрасной камеры.

4. Устройство по п. 1, дополнительно содержащее соединение, позволяющее осуществлять удаленный доступ к изображениям.

5. Устройство по п. 1,

в котором упомянутый держатель выполнен с возможностью размещения блока (10) формирования изображений на груди субъекта, в частности на одежде или покрытии, покрывающем грудь субъекта, таким образом, что блок (10) формирования изображений обращен от груди субъекта, для получения изображений из окружения субъекта, и

при этом упомянутый блок (14) обработки выполнен с возможностью обнаружения периодических перемещений груди субъекта, вызванных дыханием, посредством обнаружения изменений в последовательно получаемых изображениях, и определения частоты дыхания субъекта и/или дыхательного объема из обнаруженных перемещений груди субъекта.

6. Устройство по п. 5, в котором упомянутый блок (14) обработки выполнен с возможностью определения частоты дыхания субъекта из периода обнаруженных изменений в последовательно получаемых изображениях.

7. Устройство по п. 5, в котором упомянутый блок (14) обработки выполнен с возможностью, определения дыхательного объема субъекта из интенсивности изменений, в частности интенсивности перемещений одного или более признаков окружения, в последовательно получаемых изображениях.

8. Устройство по п. 4 или 5, в котором сторона держателя (12), обращенная к субъекту, является изогнутой, в частности в форме полусферы.

9. Устройство по п. 5, дополнительно содержащее блок (18) измерения ускорения для определения ускорения движений субъекта, при этом упомянутый блок (14) обработки выполнен с возможностью различения периодического движения субъекта, вызванного дыханием, и других движений тела из получаемых изображений и определения дыхания субъекта из определенного ускорения упомянутых периодических движений субъекта, вызванных дыханием.

10. Устройство по п. 5,

в котором упомянутый блок (10) формирования изображений содержит по меньшей мере два элемента (10а, 10b, 10с) формирования изображений, размещенных на упомянутом держателе (12, 13) для независимого получения изображений окружения субъекта, и

при этом упомянутый блок (14) обработки выполнен с возможностью определения дыхательного объема субъекта посредством анализа различий между изменениями в упомянутых независимо получаемых изображениях.

11. Устройство по п. 5,

в котором упомянутый держатель (12, 13) закреплен на ремне (70) безопасности транспортного средства, и

при этом упомянутый блок (14) обработки выполнен с возможностью обнаружения движения рук субъекта, зафиксированного упомянутым ремнем (70) безопасности, из полученных изображений и обнаружения сонливости субъекта из обнаруженного движения рук субъекта и определенной частоты дыхания и/или дыхательного объема субъекта.

12. Способ отслеживания перемещения и ориентации субъекта, причем способ содержит этапы, на которых:

- получают изображения с течением времени посредством блока (10) формирования изображений, обращенного от субъекта, для получения изображений из окружения субъекта,

- обнаруживают перемещение и ориентацию субъекта посредством обнаружения изменений в последовательно получаемых изображениях, причем обнаруживаемые изменения в последовательно получаемых изображениях содержат перемещения одного или более признаков окружения в последовательно получаемых изображениях для обнаружения перемещения субъекта.

13. Процессор для использования в устройстве для отслеживания перемещения и ориентации субъекта, причем устройство содержит блок (10) формирования изображений, обращенный от субъекта, для получения изображений с течением времени из окружения субъекта, причем упомянутый процессор (14) выполнен с возможностью обнаружения перемещения и ориентации субъекта посредством обнаружения изменений в последовательно получаемых изображениях, причем обнаруживаемые изменения в последовательно получаемых изображениях содержат перемещения одного или более признаков окружения в последовательно получаемых изображениях для обнаружения перемещения субъекта.

14. Способ обработки для использования в устройстве для отслеживания перемещения и ориентации субъекта, причем устройство содержит блок (10) формирования изображений, обращенный от субъекта, для получения изображений с течением времени из окружения субъекта, причем упомянутый способ обработки содержит этап, на котором обнаруживают перемещение и ориентацию субъекта посредством обнаружения изменений в последовательно получаемых изображениях, причем обнаруживаемые изменения в последовательно получаемых изображениях содержат перемещения одного или более признаков окружения в последовательно получаемых изображениях для обнаружения перемещения субъекта.

15. Машиночитаемый носитель, на котором сохранена компьютерная программа, содержащая программное кодовое средство, побуждающее компьютер выполнять этапы способа по п. 14, когда упомянутая компьютерная программа выполняется на компьютере.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к средствам визуализации информации от объекта исследования при хирургической операции на сосудах. Способ предоставления изображения в обследуемой области зависит, по меньшей мере, от первого источника движения, при этом способ содержит этапы, на которых получают первую последовательность изображений обследуемой области сосудов с помощью хирургического инструмента, вставленного в обследуемую область сосудов в течение временного интервала без первого движения пациента, определяют последовательность первого движения для периодического движения хирургического инструмента в течение цикла второго движения посредством анализа движения хирургического инструмента в первой последовательности полученных изображений, создают модель движения хирургического инструмента, обусловленную исключительно вторым движением, определяют оператор (Н), задающий взаимосвязь между последовательностью первого движения хирургического инструмента и вторым движением, получают передаваемые в реальном времени изображения обследуемой области сосудов с помощью хирургического инструмента, вставленного в обследуемую область сосудов пациента, вычитают движение хирургического инструмента, обусловленное вторым движением с использованием оператора (Н), и определяют движение хирургического инструмента, обусловленное первым движением пациента, и регистрируют ранее полученное изображение обследуемого объекта на основе первого движения.

Изобретение относится к определению расстояния до объекта. Техническим результатом является обеспечение выделения оптической характеристики объекта сцены.

Изобретение относится к технологиям выявления «нечетких» дубликатов изображений в большой коллекции изображений. Техническим результатом является повышение эффективности поиска и извлечения изображения из коллекции изображений.

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для определения интенсивности осадков в реальном времени в авиационных системах улучшенного видения.

Изобретение относится к кодированию и декодированию видеоданных. Техническим результатом является упрощение поблочного предсказания на основе синтеза ракурсов внутри цикла обработки видеоинформации.

Изобретение относится к области дешифрации изображений, получаемых от датчиков изображения. Техническим результатом является повышение точности распознавания объектов на изображении.

Изобретение относится к сегментации изображений и, более конкретно, к сегментации изображений с использованием деформируемых моделей. Техническим результатом является повышение точности адаптации модели анатомического органа с высокой анатомической вариабельностью при сегментировании изображения анатомического органа.

Изобретение относится к технологиям определения координат объекта в двух измерениях посредством моделирующих установок. Техническим результатом является повышение точности обнаружения объекта в двух измерениях, за счет использования одной инфракрасной камеры.

Изобретение относится к технологиям обработки изображений посредством электронных средств. Техническим результатом является устранение ошибок обработки изображений с целью устранения шума при сохранении резких контуров.

Изобретение относится к области вычислительной техники, а именно к системам анализа изображений, и предназначено для использования в сфере обработки данных изображений.

Изобретение относится к приспособлениям, используемым для оценки состояния человека с помощью снятия биологических сигналов с верхней части тела человека. Приспособление включает в себя элемент подушки для поддержания спины и элемент базовой подушки объединенные в одно целое при помощи мешкообразного элемента; элемент сенсорного приспособления, снимающего биологические сигналы со спины сидящего человека; элемент для поддержания таза/поясничной области, который амортизирует движения таза и уменьшает нагрузку на элемент подушки для поддержания спины.

Изобретение относится к средствам оптического контроля состояния глаз человека-оператора. Способ состоит в том, что посредством группы одинаковых точечных источников света осуществляют подсветку оператора и посредством фокусируемой на оператора видеокамеры формируют последовательность кадров изображения в цифровой форме.

Изобретение относится к медицинской технике, относящейся к устройствам, диагностирующим и профилактирующим засыпание у операторов, связанных с повышенным риском.

Изобретение относится к медицинской и измерительной технике и может быть применено для определения профессиональной пригодности водителя к управлению транспортными средствами.

Изобретение относится к психофизиологической медицине, медицинской и измерительной технике и может быть применено для определения профессиональной пригодности водителя к управлению транспортными средствами путем измерения в стационарных условиях времени зрительно-моторной реакции водителя на опасные дорожные ситуации.

Изобретение относится к системам контроля и испытания тормозных систем и предназначено для определения способности прогноза торможения. .

Изобретение относится к медицине и предназначено для тестирования реакции экстренного торможения водителя. .

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к средствам мониторинга движений и дыхания двух или более субъектов, занимающих общую постель. Способ мониторинга движений содержит этапы формирования изображения постели посредством оптического датчика, осуществления оценки движений посредством получения векторов движения, отражающих локальное смещение соответствующих блоков изображения между последовательными изображениями или изображениями, отстоящими на несколько кадров, которые принимают от оптического датчика, вычисления кластеров движений посредством измерения пространственных и временных корреляций векторов движения, сегментирования вычисляемых кластеров движений посредством присвоения каждого кластера движений соответствующему субъекту, основанное на пространственном и/или временном сходстве кластеров движений между собой и на предыдущих результатах сегментации.
Наверх