一种测量人体心跳呼吸和体温的装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种测量人体心跳、呼吸和体温的装置，包括一壳体和底座，所述壳体中设置有PCB板、蜂鸣器、以及多点红外温度传感器和摄像头；所述多点红外温度传感器用于对个采样点进行温度采样，；所述摄像头用于获取被测对象的视频影像。
【专利说明】
一种测量人体心跳呼吸和体温的装置
技术领域
[0001] 本使用新型涉及一种测量人体心跳、呼吸和体温的装置，尤其是涉及一种基于多 点红外温度传感器测量人体体温和基于高清摄像头测量人体心跳呼吸的装置。
【背景技术】
[0002] 心跳、呼吸和体温是重要的人体生命参数，准确便捷地测量人体心跳速率、呼吸频 率人体温度对现代人的生理健康具有重要的参考作用。传统的测量人体心跳速率的方法主 要通过脉搏检测，现有的检测方法包括心跳心率监测仪、心率表等，但均为接触式检测，需 要近距离与被测者接触。现有技术中（CN101959458A)还公开了一种使用可见光图像来测定 心率的方法，通过接收与接近传送血液的毛细血管的对象的皮肤对应的多个可见光图像， 处理该多个可见光图像来测定对象的心率。但上述方法仍然需要靠近被测对象的皮肤才能 获取到清晰的毛细血管图像，图像获取的质量严重影响了检测的准确性。
[0003] 近年来随着红外测温技术的发展，非接触红外测温仪得到迅速发展，性能不断完 善，功能不断增强。比起接触式测温方法，红外测温有着响应时间快、非接触、使用安全及使 用寿命长等优点。红外检测是一种在线监测式高科技检测技术，集光电成像技术、计算机技 术、图像处理技术于一身，通过接收物体发出的红外线(红外辐射），将其热像显示在荧光屏 上，从而准确判断物体表面的温度分布情况，具有准确、实时、快速等优点。然而，现有的红 外测温装置多采用单一点测量方式，容易受到环境温度的干扰，误差较大。
[0004] 因此如何同时实现准确的心率、呼吸频率和体温测量，成为亟待解决的技术问题。 【实用新型内容】
[0005] 为了满足人们对心跳、呼吸和体温便捷测量的需求，解决现有技术中无法远程准 确同时测量人体心跳速率、呼吸频率和体温的技术问题，本实用新型提供了一种基于红外 温度传感器和高清摄像头测量人体体温的装置。通过对摄像头获取的影像进行处理，并通 过图像识别技术检测人脸和胸腔位置的变化，通过人脸和胸腔位置的变化确定心跳和呼吸 的产生，进而统计得到人体的心跳速率和呼吸频率，实现了远距离的心跳和呼吸测量;通过 在摄像头内置一高精度红外温度传感器，对包括被测对象在内的多个采样点进行多点温度 采样，并剔除明显不属于人体温度范围内的采样温度，将剩下的有效温度平均得到更为准 确的体温数据，大大减少了环境温度的干扰，实现了实时、快速、非接触式的人体体温测量。
[0006] 本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：
[0007] -种测量人体心跳、呼吸和体温的装置，包括一壳体和底座，所述壳体中设置有设 置有PCB板、蜂鸣器、以及多点红外温度传感器和摄像头;所述多点红外温度传感器用于对 奴X況个采样点进行温度采样，;所述摄像头用于获取被测对象的视频影像。
[0008] 进一步的，所述壳体中设置有麦克风和复位开关。
[0009] 进一步的，所述壳体下方设置有底座，且所述壳体和底座之间通过可调节方向的 支柱连接。
[0010] 进一步的，所述壳体后部下方设置有数据线接口。
[0011] 与现有技术相比，本实用新型通过摄像头获取分析被测对象所需的视频影像，通 过红外温度传感器获取测量体温所需的财欠犮个测量区间的温度，通过数据传输连接到云 端服务器分析运算，有效的避免了目前测量心跳呼吸的弊端，同时也避免了单点测温方式 易受环境影响的缺陷，并通过有效温度筛选，剔除了人体之外和衣物遮挡导致采样温度异 常的影响，提高了体温测量的准确性，达到有效精确测量人体心跳、呼吸和体温的目的。
【附图说明】
[0012] 图1是本实用新型提供的结构爆炸图
[0013] 图2是本实用新型提供的正面示意图
[0014] 图3是本实用新型提供的背面示意图
[0015] 图4是本实用新型提供的测量体温示意图。
【具体实施方式】
[0016] 为了对本实用新型的结构和技术方案进行描述，以下结合附图进行详细说明。所 举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
[0017] 心跳速率是运动量的一项重要指标，每个人的心率不同，平常情况下成人正常心 跳速率是每分钟60至100次。正常人的心律受到许多因素影响，当运动时心跳会加快，休息 或睡觉时心跳会变慢，吐气时心跳慢一些，发烧、紧张、压力过大、疼痛等情况下，也会影响 心跳速率。心跳速度受呼吸速度影响，一般情况下，女性心跳速度比男性快些，正常成年人 每分钟呼吸大约16 - 20次，与心跳速率的比是1:4，即每呼吸一次，心跳四次。
[0018] 心脏跳动时血液经由心脏的收缩挤压流入主动脉，随即传递到全身动脉。当血液 进入头部血管脉搏时会让整个面部产生轻微的波动。这些波动的幅度相当细微，正常情况 下人的眼睛无法直接察觉出这些细微的变化，但通过高速摄像头拍摄后，任何细微的波动 均可准确地捕捉到。本实用新型主要利用心跳发生时引发身体面部区域的波动，进而在图 像中形成细小位移，通过识别相邻图像帧中的细小位移，即可判断心跳的发生，进而统计和 计算心跳速率。此外，随着心脏跳动，面部血管会随之充血，面部颜色亦会产生微小的变化。 通过摄像头的捕捉和分析，即可根据面部颜色变化的频率得到心跳速率。呼吸频率的测量 原理与上述心跳速率测量的原理类似，肺与体外的空气相互交换时，当肺部吸入空气会使 胸腔起伏，通过捕捉相邻帧图像间胸腔部位的变化来识别呼吸的发生，进而统计呼吸频率。 上述是对本实用新型原理的解释，以下将结合实例作进一步的说明。
[0019] 为实现可远程准确测量人体心率、呼吸频率和体温的目的，以及实现云端数据传 输共享，本实用新型设置一 800万像素高清摄像头1，多点红外温度传感器5，微型麦克风4， 蜂鸣器2，以及可调节方向的支柱3和复位开关6。
[0020] 本实用新型使用一高清摄像头1持续对被测对象进行拍摄，得到一系列视频影像， 进而对该视频影像进行分析得到心跳速率和呼吸频率。在其中一种方法中，使用一个800万 像素的广角镜头，以1080P每秒30帧拍摄得到一系列图像。经由图像处理提取出多帧图像， 1080P的图像其解析度为1920X1080约两百万个画格，通过人脸识别程序锁定每张图像的 脸部位置，通过人脸识别算法定位每幅图像中人脸所在区域，以方框的左上角与右下角确 定面部在图像中的位置，以1秒钟30帧图像进行举例说明，每张图像面部所在区域左上角及 右下角的坐标依次如下：
[0021] (230,410)(540,660), (230,410)(540,660), (230,410)(540,660), (230,410) (540.660) , (230,410)(540,660), (230,410)(540,660), (230,410)(540,660), (230, 410)(540,660), (230,410)(540,660), (231,411)(541,661), (231,411)(541,661), (231,412)(541,662), (231,412)(541,662), (231,411)(541,661), (231,411)(541, 661), (230,410)(540,660), (230,410)(540,660), (230,410)(540,660), (230,410) (540.660) , (230,410)(540,660), (230,410)(540,660), (230,410)(540,660), (230, 410)(540,660), (230,410)(540,660), (230,410)(540,660), (230,410)(540,660), (230,410)(540,660), (230,410)(540,660), (230,410)(540,660), (230,410)(540, 660)
[0022] 由以上数据可以看出，拍摄中的被测对象的惯性摆动方向是略往右上方（以观察 者的角度），从第12张开始一直到第19张图像为一个波动的产生，即代表一次心跳的发生， 依次分析后续的视频帧，统计一分钟内心跳发生的次数，即可得到心跳速率。
[0023] 呼吸频率的测量与心率测量类似，从影像中提取多帧图像后，使用人脸检测算法 确定每幅图像中人脸的位置，根据人脸的位置按比例确定胸腔大略位置，将人脸所在区域 的上沿向下1.5 - 2倍面部长度所在区域作为胸腔的所在区域，近而根据上述胸腔位置的变 化识别呼吸的产生，当呼吸产生起伏时捕获到一次事件即代表一次呼吸的发生，根据一分 钟内胸腔位置的变化的次数即可得到呼吸频率。
[0024] 测量得到的人体心跳速率和呼吸频率还可设定实时上传到所在地区的云端服务 器，用户通过与设备绑定的账号即可登陆服务器实时查看被测对象的心率和呼吸情况。优 选地，本实用新型还包括人脸识别单元，记录每个被测对象的历史心跳速率和呼吸频率数 据，当发现同一被测对象测得的心跳速率或呼吸频率较历史最近测得的数据存在较大差异 时，表明被测对象身体状况可能存在异常，可及时向被测对象和远程向监测用户预警，提醒 用户注意。
[0025] 正常人体的体温一般为36 · 1°C~37°C，比口腔温度约低0 · 2°C~0 · 4°C，根据发热 程度的高低（口腔温度），可以区分为:低热：37.4 °C~38 °C ;中等度热：38.1°C~39 °C :高热： 39 . TC~41°C ;超高热：41°C以上，在本实用新型中设定人体的有效温度范围为35°C~42 °C，只有当采集到的温度落入上述有效温度范围时，才认定为有效温度;否则，说明对应的 采样点不属于人体区域或人体区域受到其他物体遮挡，导致温度异常。通过剔除上述异常 温度，将采样得到的有效温度进行平均即可得到较为准确的人体体温数据，避免了单点测 量受环境干扰的影响，实现了准确的体温测量。以上是对本实用新型测量体温的原理的解 释，下述将通过实例作一步的说明。
[0026]在摄像头上1方设置有一高精度的红外温度传感器5,该红外温度传感器可同时采 集64个采样点的温度，有效温度采集距离达到1.5米以上，64个采样点以:4父16矩阵式分布， 如图4所示。64个采样点分布于整个摄像区域，当检测到人体进入摄像头拍摄区域时，触发 红外温度传感器进行温度采样，得到对应64个采样点的温度，其中仅有部分采样点落入人 体的有效区域。由于部分采样点并非人体覆盖区域，或因为有物体遮挡等原因，导致部分采 样点的温度严重偏离人体有效温度区间，在计算人体温度时需剔除上述异常的数据点，依 次将上述每个采样点的温度与人体有效温度区间35°C~42°C进行比较，若采样点Ti的温度 不在上述人体有效温度区间内，即认为该温度不属于有效温度，在计算时不予考虑;若采样 点Tj的温度属于35°C~42°C之间，则属于有效温度;将属于有效温度的多个温度值进行平 均，得到的平均温度即为测得的人体体温。
[0027] 测得的体温数据将实时上传到所在地区的云端服务器，无论使用者身处何地，只 需开启浏览器至指定页面或通过APP登入帐号后即可查看实时摄像图像和体温数据，实现 远程的体温测量和监控。优选地，本实用新型还包括人脸识别单元，记录每个被测对象的历 史温度数据，当发现同一被测对象测得的体温较历史最近测得的体温存在较大差异时，表 明被测对象可能存在身体异常，将及时向监测者和被测对象预警，提醒用户注意。
[0028] 以上所述仅为本实用新型的几个实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用 新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保 护范围之内。
【主权项】
1. 一种测量人体心跳、呼吸和体温的装置，包括一壳体和底座，所述壳体中设置有PCB 板、蜂鸣器、以及多点红外温度传感器和摄像头;所述多点红外温度传感器用于对淑X:況个 采样点进行温度采样，Μ > >3;所述摄像头用于获取被测对象的视频影像。2. 根据权利要求1所述的测量人体心跳、呼吸和体温的装置，其特征在于，所述壳体中 设置有麦克风和复位开关。3. 根据权利要求1所述的测量人体心跳、呼吸和体温的装置，其特征在于，所述壳体下 方设置有底座，且所述壳体和底座之间通过可调节方向的支柱连接。4. 根据权利要求1所述的测量人体心跳、呼吸和体温的装置，其特征在于，所述壳体后 部下方设置有数据线接口。
【文档编号】A61B5/103GK205585991SQ201620145063
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年2月26日
【发明人】严定远, 赖德民, 方晓薇
【申请人】严定远, 赖德民, 方晓薇