一种生理参数检测镜子的制作方法

本发明涉及智能健康技术领域，具体涉及一种生理参数检测镜子。

背景技术：

现行医学模式和医疗观念正逐渐发生着改变，传统以医院为中心转变为以病人、家庭为中心，以治疗为中心正在转为以预防监控、保健为中心。迅猛发展的可穿戴技术和精确的便携式家用健康数据监测设备可以让患者在家里完成各项健康指标测量，帮助患者进行健康分析。

目前常见的多种测量生理指标的检测设备通常是利用贴服在人体皮肤上的传感器来测量人体的生理指标，例如心率等数据。这种接触式的测量方式极易造成皮肤刺激和不适感，不适于长期佩戴。虽然现有的非接触式生理参数监测系统(授权公告号cn102499664b)提供了非接触式的生理参数测量方式，但是这类检测设备均设计成单独的仪器，使用时需要控制多个按钮完成测量操作，其设计没有融入人们的日常生活的物品中，没有满足人们在日常生活中随时进行身体状况检测的健康管理的需求。

技术实现要素：

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中用户无法通过日常生活用品随时进行身体状况检测的问题，从而提供一种生理参数检测镜子及方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种生理参数检测镜子，包括：镜子本体、摄像装置、感应装置和生理参数测量装置；

所述镜子本体包括双向镜、设置在所述双向镜外边缘的镜边框、以及与所述镜边框匹配的后盖，所述双向镜、所述镜边框和所述后盖之间形成封闭的容纳空间；

所述感应装置安装在所述镜边框上，用于检测被拍摄体是否在所述双向镜前的有效区域内，并在检测到被拍摄体在所述双向镜前的有效区域内时向所述生理参数测量装置发出控制信号；

所述摄像装置安装在所述镜边框上，受所述生理参数测量装置的控制拍摄被拍摄体在镜前的面部视频片段；

所述生理参数测量装置分别与所述摄像装置、所述感应装置电连接，用于从所述面部视频片段中提取被拍摄体的生理参数信息；所述生理参数测量装置包括安装在所述后盖和所述双向镜之间的容纳空间内、用于接收并显示所述被拍摄体的生理参数信息的显示模块；当所述显示模块处于工作状态时，所述显示模块的光线投射至所述双向镜的外侧为人眼所见，当所述显示模块处于待机状态时，所述显示模块隐藏在所述双向镜的内侧。

进一步地，所述生理参数测量装置还包括：电源模块、视频采集控制模块、身份识别模块、生理参数测量模块、通讯模块、存储模块；

所述视频采集控制模块与所述感应装置电连接，并在所述感应装置检测到被拍摄体在所述双向镜前的有效区域内时控制所述摄像装置开启以获取被拍摄体在镜前的面部视频片段；

所述身份识别模块用于对所述面部视频片段进行人脸识别，并将识别到的当前人脸信息与数据库中预先存储的人脸信息进行对比以获取用户身份信息，同时返送从所述面部视频片段中截取的多帧面部时序图像；

所述生理参数测量模块用于根据多帧所述面部时序图像提取被拍摄体的生理参数信息；

所述通讯模块与所述生理参数测量模块电连接，用于与外部通信设备进行信息交互；

所述存储模块用于储存人脸信息数据库、用户信息、测量时间和检测结果；

所述电源模块分别与所述视频采集控制模块、所述身份识别模块、所述生理参数测量模块及所述通讯模块电气连接。

进一步地，所述镜边框上设置有开关按钮，所述开关按钮用于控制电源的开启或关闭。

进一步地，所述生理参数测量模块用于根据多帧所述面部时序图像提取被拍摄体的生理参数信息，包括以下步骤：

对每一帧所述面部时序图像进行皮肤检测，并以检测出皮肤的区域为感兴趣区域；

分析每一帧所述面部时序图像的感兴趣区域中的红色分量、绿色分量、蓝色分量各自的像素值，根据时序得到由同种颜色分量的像素值组成的三条离散信号；

对获取的三条所述离散信号进行分析，分别得到对应的三条源信号；

分别分析三条所述源信号与初始绿色信号之间的相关系数，得到被拍摄体的心率和呼吸率的检测结果。

进一步地，所述对每一帧所述面部时序图像进行皮肤检测，并以检测出皮肤的区域为感兴趣区域，包括以下步骤：

获取每一帧所述面部时序图像中各个像素点的红色分量、绿色分量、蓝色分量各自的像素值；

判断各个像素点的红色分量、绿色分量、蓝色分量各自的像素值及各种颜色分量像素值之间的关系是否满足全部阈值条件，若判断结果为是，则认定该像素点为皮肤；其中，图像像素值在0～255之间，所述阈值条件包括：(a)红色分量像素值大于95；(b)绿色分量像素值大于40；(c)蓝色分量像素值大于20；(d)红色、绿色、蓝色三个分量像素值中的最大值与最小值之差大于15；(e)红色分量像素值与绿色分量像素值之间的差值大于15；

以认定为皮肤的区域作为感兴趣区域。

进一步地，所述分析每一帧所述面部时序图像的感兴趣区域中的红色分量、绿色分量、蓝色分量各自的像素值，根据时序得到由同种颜色分量的像素值组成的三条离散信号，包括以下步骤：

分别对每一帧所述面部时序图像的感兴趣区域中的同种颜色分量的像素值进行归一化处理，得到同一帧所述面部时序图像的感兴趣区域中各种颜色分量的像素均值；

根据时序得到多帧所述面部时序图像的感兴趣区域中由同种颜色分量的像素均值组成的三条离散信号。

进一步地，所述分别分析三条所述源信号与初始绿色信号之间的相关系数，得到拍摄体的心率和呼吸率的检测结果，包括以下步骤：

对分析得到的三条所述源信号与初始绿色信号之间的相关系数进行离散傅里叶变换，得到频域内的各信号分量的幅值和频率；

将0.6hz到4hz之间的最大幅值处的频率f1作为心率初始值；

在f1±0.2hz区间内平均取值n个点；其中，n为大于1的自然数；

计算每个点傅里叶变换后的幅值，以幅值最大处的频率为最终的心率值检测结果。

进一步地，所述分别分析三条所述源信号与初始绿色信号之间的相关系数，得到拍摄体的心率和呼吸率的检测结果，还包括以下步骤：

将0.2hz到0.6hz之间的最大幅值处的频率f2作为呼吸率初始值；

在f2±0.2hz区间内平均取值m个点；其中，m为大于1的自然数；

计算每个点傅里叶变换后的幅值，以幅值最大处的频率为最终的呼吸率检测结果。

进一步地，所述对获取的三条所述离散信号进行分析，分别得到对应的三条源信号，包括以下步骤：

分别对三条所述离散信号进行预处理；

分别对经过预处理后的三条所述离散信号进行滤波处理；

分别对经过滤波处理后的三条所述离散信号进行独立成分分析，得到三条源信号。

进一步地，所述根据时序得到多帧所述面部时序图像的感兴趣区域中由同种颜色分量的像素均值组成的三条离散信号之后，还包括：

分别计算预定时间内红色分量离散信号振幅和蓝色分量离散信号振幅的平均值，作为直流分量振幅idc1和idc2；

分别计算预定时间内红色分量离散信号振幅和蓝色分量离散信号振幅的标准差，作为交流分量振幅iac1和iac2；

根据公式spo2＝a＊x+b计算血氧饱和度；其中，a和b为经验常数，x＝r1/r2，r1＝iac1/idc1，r1＝iac2/idc2。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的生理参数检测镜子，在双向镜上设置摄像装置、感应装置和生理参数测量装置；当用户在日常生活中需要进行身体状况检测时，用户站在双向镜前，感应装置可以对用户人脸是否在在双向镜前的有效区域内进行检测并根据检测结果并向生理参数测量装置发出相应的控制信号，生理参数测量装置根据控制信号控制摄像装置开启，摄像装置获取用户在镜前的面部视频片段，生理参数测量装置从面部视频片段中提取用户的生理参数信息，并显示在位于后盖和双向镜之间的容纳空间内的显示模块上，从而被用户明显地观测到。这种镜子融入可对用户日常生理信息进行检测的生理参数测量装置，方便用户通过日常生活中常用的镜子随时得到自身身体的生理参数信息，满足用户日常对自身生理指标的检测要求。而且，当显示模块处于待机状态时，显示模块隐藏在双向镜的内侧，其外形与普通镜子没有差别，不会影响镜子的基本功能，实现一物所用，节省生活空间。

2.本发明提供的生理参数检测镜子，在生理参数测量装置上设置用于对面部视频片段进行人脸识别的身份识别模块，身份识别模块可以将识别到的当前人脸信息与数据库中预先存储的人脸信息进行对比以获取用户身份信息，方便后续生产针对不同用户身份的各项健康指标测量。

3.本发明提供的生理参数检测镜子，对每一帧面部时序图像进行皮肤检测，将检测出皮肤的区域为感兴趣区域，基于像素阈值的方法计算感兴趣区域中的红色分量、绿色分量和蓝色分量各自的像素值，并根据时序得到由同种颜色分量的像素值组成的三条离散信号，最后对离散信号的频率进行分析得到被拍摄体心率和呼吸率的测量结果；这种测量被拍摄体心率和呼吸率的方法，不需要在被拍摄体上贴附检测生理指标的传感器或电极贴片，采用非接触式的测量方式可以准确地得到被拍摄体心率和呼吸率的测量结果，避免了接触式生理参数测量装置容易对被拍摄体的皮肤造成刺激和引起不适感的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的生理参数检测镜子的主视图；

图2为本发明实施例提供的生理参数检测镜子的剖视图；

图3为本发明实施例提供的生理参数测量装置的硬件结构示意图。

附图标记说明：1、镜子本体；11、双向镜；12、镜边框；13、后盖；2、摄像装置；3、感应装置；4、生理参数测量装置；41、显示模块；42、电源模块；43、视频采集模块；44、身份识别模块；45、生理参数测量模块；46、通讯模块；47、存储模块；5、开关按钮。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1和图2所示的一种生理参数检测镜子，包括镜子本体1和安装在镜子本体1上的摄像装置2、感应装置3和生理参数测量装置4。其中，镜子本体1包括双向镜11、设置在双向镜11外边缘的镜边框12、以及与镜边框12相匹配的后盖13，双向镜11、镜边框12和后盖13之间形成封闭的容纳空间。感应装置3安装在镜边框12的相对两侧边框上，用于检测被拍摄体是否在双向镜11前的有效区域内，并在检测到被拍摄体在双向镜11前的有效区域内时向生理参数测量装置4发出相应的控制信号。摄像装置2安装在镜边框12的上边框上，受生理参数测量装置4的控制拍摄被拍摄体在镜前的面部视频片段。生理参数测量装置4分别与摄像装置2、感应装置3电连接，用于从面部视频片段中提取被拍摄体的生理参数信息。生理参数测量装置4包括安装在后盖13和双向镜11之间的容纳空间内、用于接收并显示被拍摄体的生理参数信息的显示模块41；当显示模块41处于工作状态时，显示模块41的光线投射至双向镜11的外侧为人眼所见，当显示模块41处于待机状态时，显示模块41隐藏在双向镜11的内侧。

这种生理参数检测镜子，在双向镜11上设置摄像装置2、感应装置3和生理参数测量装置4；当用户在日常生活中需要进行身体状况检测时，用户站在双向镜11前，感应装置3可以对用户人脸是否在在双向镜11前的有效区域内进行检测并根据检测结果并向生理参数测量装置4发出相应的控制信号，生理参数测量装置4根据控制信号控制摄像装置2开启，摄像装置2获取用户在镜前的面部视频片段，生理参数测量装置4从面部视频片段中提取用户的生理参数信息，并显示在位于后盖13和双向镜11之间的容纳空间内的显示模块41上，从而被用户明显地观测到。这种镜子融入可对用户日常生理信息进行检测的生理参数测量装置4，方便用户通过日常生活中常用的镜子随时得到自身身体的生理参数信息，满足用户日常对自身生理指标的检测要求。而且，当显示模块41处于待机状态时，显示模块41隐藏在双向镜11的内侧，其外形与普通镜子没有差别，不会影响镜子的基本功能，实现一物所用，节省生活空间。

在本实施例中，生理参数测量装置4还包括：电源模块42、视频采集控制模块、身份识别模块44、生理参数测量模块45、通讯模块46、存储模块47。其中，视频采集控制模块与感应装置3电连接，并在感应装置3检测到被拍摄体在双向镜11前的有效区域内时控制摄像装置2开启以获取被拍摄体在镜前的面部视频片段；身份识别模块44用于对面部视频片段进行人脸识别，并将识别到的当前人脸信息与数据库中预先存储的人脸信息进行对比以获取用户身份信息，同时返送从面部视频片段中截取的多帧面部时序图像；生理参数测量模块45用于根据多帧面部时序图像提取被拍摄体的生理参数信息；通讯模块46与生理参数测量模块45电连接，用于与外部通信设备进行信息交互；存储模块47用于储存人脸信息数据库、用户信息、测量时间和检测结果；电源模块42分别与视频采集控制模块、身份识别模块44、生理参数测量模块45及通讯模块46电气连接。在生理参数测量装置4上设置用于对面部视频片段进行人脸识别的身份识别模块44，身份识别模块44可以将识别到的当前人脸信息与数据库中预先存储的人脸信息进行对比以获取用户身份信息，方便后续生产针对不同用户身份的各项健康指标测量。

具体的，显示模块41具体为显示屏；摄像装置2为安装在镜边框12上端的彩色摄像头。检测装置为一对分别安装在镜边框12相对两侧的边框上的红外感应传感器。通讯模块46为wifi模块、蓝牙模块或zigbee模块中的一种或几种。

进一步地，镜边框12上设置有开关按钮5，开关按钮5用于控制电源的开启或关闭。

采用上述生理参数检测镜子检测被拍摄体生理参数信息的具体过程如下：

步骤s10，打开镜子上的开关按钮5，使镜子处于待机状态。

其中，镜子在使用前，需要将镜子的生理参数测量装置4与外部设备通过通讯模块46进行连接，建立用户身份档案、录入用户昵称、性别、年龄等代表用户身份的信息，并采集各个用户的人脸信息储存在生理参数测量装置4的存储模块47中。

步骤s20，镜子上的感应装置3感知到被拍摄体靠近镜前，并向生理参数测量装置4发出相应控制信号，生理参数测量装置4相应与该控制信号控制摄像装置2开启以获取被拍摄体在镜前的面部视频片段。

在本实施例中，摄像装置2获取的面部视频片段的时长不低于5秒，面部视频片段中截取的多帧面部时序图像的时间间隔为1秒。在实际中，可以根据需要对摄像装置2的帧率进行设定，一般取摄像头帧率的整数倍。

步骤s30，生理参数测量装置4中的身份识别模块44对面部视频片段进行人脸识别，并将识别到的当前人脸信息与数据库中预先存储的人脸信息进行对比以获取用户身份信息，同时返送从面部视频片段中截取的多帧面部时序图像。

步骤s40，生理参数测量装置4中的生理参数测量模块45对多帧面部时序图像进行处理，提取被拍摄体的生理参数信息。

步骤s50，生理参数测量装置4中的显示屏被点亮，显示屏上显示用户的身份信息以及提取到的生理参数信息，并穿过双向镜11为人眼所见。

步骤s60，被拍摄体离开镜子，感应装置3感知到镜前没有被拍摄体靠近，感应装置3向生理参数测量装置4发送另一控制信号控制摄像装置2停止拍摄，同时显示屏熄灭，显示屏隐藏在镜子的内侧不为人眼所见。

这种检测被拍摄体生理参数信息的方式，不需要在被拍摄体上贴附检测生理指标的传感器或电极贴片，采用非接触式的测量方式可以准确地得到被拍摄体包括心率和呼吸率在内的生理参数的测量结果，避免了接触式生理参数测量装置4容易对被拍摄体的皮肤造成刺激和引起不适感的问题。

具体的，在步骤s40中，生理参数测量模块45对多帧面部时序图像进行处理，提取被拍摄体的生理参数信息的方法具体包括以下步骤：

步骤s401，对每一帧面部时序图像进行皮肤检测，并以检测出皮肤的区域为感兴趣区域。

具体的，先获取每一帧面部时序图像中各个像素点的红色分量、绿色分量、蓝色分量各自的像素值；然后判断各个像素点的红色分量、绿色分量、蓝色分量各自的像素值及各种颜色分量像素值之间的关系是否满足全部阈值条件，若判断结果为是，则认定该像素点为皮肤；其中，图像像素值在0～255之间，阈值条件包括：(a)红色分量像素值大于95；(b)绿色分量像素值大于40；(c)蓝色分量像素值大于20；(d)红色、绿色、蓝色三个分量像素值中的最大值与最小值之差大于15；(e)红色分量像素值与绿色分量像素值之间的差值大于15；以认定为皮肤的区域作为感兴趣区域。

步骤s402，分析每一帧面部时序图像的感兴趣区域中的红色分量、绿色分量、蓝色分量各自的像素值，根据时序得到由同种颜色分量的像素值组成的三条离散信号。

具体的，先分别对每一帧面部时序图像的感兴趣区域中的同种颜色分量的像素值进行归一化处理，得到同一帧面部时序图像的感兴趣区域中各种颜色分量的像素均值；然后根据时序得到多帧面部时序图像的感兴趣区域中由同种颜色分量的像素均值组成的三条离散信号。

步骤s403，对获取的三条离散信号进行分析，分别得到对应的三条源信号。

在本实施例中，先分别对三条离散信号进行预处理；然后分别对经过预处理后的三条离散信号进行滤波处理；最后对经过滤波处理后的三条离散信号进行独立成分分析，得到三条源信号。具体的包括利用3sigma去除奇异值、五点平滑滤波、汉宁窗滤波等方式三条离散信号进行预处理和滤波处理，以消除离散信号中噪声对后续生理参数测量结果的影响，提高测量结果的准确性。3sigma去除奇异值、五点平滑滤波、汉宁窗滤波均为本领域技术人员常常采用滤波方式，具体过程不再赘述。

步骤s404，分别分析三条源信号与初始绿色信号之间的相关系数，得到被拍摄体的心率和呼吸率的检测结果。

具体的，对经过滤波处理后的三条源信号与初始绿色信号之间的相关系数进行离散傅里叶变换，计算频域内的各信号分量的幅值和频率。在检测被拍摄体的心率时，将0.6hz到4hz之间的最大幅值处的频率f1作为心率初始值，在f1±0.2hz区间内平均取值24个点，计算每个点傅里叶变换后的幅值，以幅值最大处的频率为最终的心率值检测结果。对于每一个频率f，在检测窗口的计算公式如下：

其中，n为检测窗口中计算离散点的索引，x(n)为第n个点的信号值，fg为摄像装置2的帧率。

检测被拍摄体的呼吸率的方法与检测心率的方法相同，其不同之处在于，将0.6hz到4hz之间的最大幅值处的频率f2作呼吸率初始值。

在本发明实施例中，在根据时序得到多帧所述面部时序图像的感兴趣区域中由同种颜色分量的像素均值组成的三条离散信号之后，还可以利用两种颜色波长光的相对搏动振幅比值计算被拍摄体的血氧饱和度，具体过程如下：分别计算预定时间(如10s)内红色分量离散信号振幅和蓝色分量离散信号振幅的平均值，作为直流分量振幅idc1和idc2；分别计算预定时间(如10s)内红色分量离散信号振幅和蓝色分量离散信号振幅的标准差，作为交流分量振幅iac1和iac2；根据公式spo2＝a＊x+b计算血氧饱和度；其中，a和b为经验常数，x＝r1/r2，r1＝iac1/idc1，r1＝iac2/idc2。经验常数a和b，可以根据接触式血氧仪的同步测量结果线性拟合得到。用镜子拍摄被拍摄体的面部，获得信号直流分量和交流分量，即x，同时使用医用血氧仪测量血氧饱和度spo2，并获得x和spo2对应的一组数据，使用最小二乘法进行线性拟合最终确定经验常数a和b的具体数值。

通过采用基于面部时序图像的感兴趣区域中的三种原色之间颜色差量执行颜色信息的分析的皮肤检测方法，可以得到被拍摄体心率和呼吸率的有效测量结果。

综上所述，本发明提供的生理参数检测镜子，将可对生理信息进行检测的生理参数测量装置4融入到日常生活用的镜子中，方便用户通过日常生活中常用的镜子随时得到自身身体的生理参数信息，满足用户日常对自身生理指标的检测要求。而且，当显示模块41处于待机状态时，显示模块41隐藏在双向镜11的内侧，其外形与普通镜子没有差别，不会影响镜子的基本功能，实现一物所用，节省生活空间。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。