用于生成生物的生物測(cè)量信號(hào)的相的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于生成生物的生物測(cè)量信號(hào)的相機(jī)（1，1’），所述相機(jī)包括：濾光器（11），用于阻擋高達(dá)至少550nm的波長(zhǎng)范圍中的入射可見(jiàn)光；顏色傳感器（12，12’），用于接收經(jīng)濾光的所述入射光并生成至少兩個(gè)不同的顏色信號(hào)（5，6，9）；組合單元（15），用于通過(guò)組合所述至少兩個(gè)顏色信號(hào)來(lái)生成至少一個(gè)組合的顏色信號(hào)（7a，7b）；以及處理單元（16），用于處理所述至少一個(gè)組合的顏色信號(hào)并提取所述生物（3）的至少一個(gè)生物測(cè)量信號(hào)（8）。
【專利說(shuō)明】用于生成生物的生物測(cè)量信號(hào)的相機(jī)【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于生成生物的生物測(cè)量(biometrical)信號(hào)的相機(jī)。本發(fā)明還涉及用于生成生物的生物測(cè)量信號(hào)的方法。再進(jìn)一步，本發(fā)明涉及在該相機(jī)和方法中使用的處理器和處理方法。最后，本發(fā)明涉及用于實(shí)施所述處理方法的計(jì)算機(jī)程序。
【背景技術(shù)】
[0002]脈沖測(cè)氧法是容許使用脈沖血氧儀來(lái)監(jiān)視患者的血紅蛋白的氧合的非侵入方法。傳感器放置在患者的身體的細(xì)的(thin)部分上，該細(xì)的部分通常是手指尖端或耳垂。具有大約650nm的波長(zhǎng)的紅光和具有大約850至940nm的波長(zhǎng)的紅外光順序穿過(guò)患者到達(dá)光電探測(cè)器。測(cè)量該兩個(gè)波長(zhǎng)中的每一個(gè)波長(zhǎng)的改變的吸光度，容許確定僅歸因于脈動(dòng)動(dòng)脈血，而不包括靜脈血、皮膚、骨、肌肉和脂肪，的吸光度?；谟山Y(jié)合了氧(亮紅色)與未結(jié)合氧(數(shù)種情況下為暗紅或藍(lán)色)的血液血紅蛋白之間顏色的差異引起的紅色和紅外光的改變的吸光度的比率，能夠進(jìn)行氧合(與氧分子結(jié)合的血紅蛋白分子的百分比)的測(cè)量。這在該領(lǐng)域也稱作Sp02監(jiān)視。
[0003]基于相機(jī)的Sp02監(jiān)視常規(guī)地通過(guò)具有對(duì)應(yīng)的光學(xué)帶通濾光器的兩個(gè)單色相機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是歸因于對(duì)于許多應(yīng)用所需的對(duì)準(zhǔn)(即，來(lái)自兩個(gè)或更多傳感器的圖像的空間對(duì)準(zhǔn))、復(fù)雜性和成本，這是不實(shí)際的，該許多應(yīng)用諸如是運(yùn)動(dòng)、家庭使用或用于諸如移動(dòng)電話的智能裝置中的實(shí)施的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供用于生成生物的生物測(cè)量信號(hào)并且與常規(guī)的基于相機(jī)的監(jiān)視裝備和方法相比，能夠應(yīng)用于較寬范圍的應(yīng)用且較不復(fù)雜和昂貴的相機(jī)和對(duì)應(yīng)的方法。本發(fā)明的進(jìn)一步的目的是提供用于該相機(jī)中的對(duì)應(yīng)的處理器和處理方法以及用于實(shí)施所述處理方法的計(jì)算機(jī)程序。`
[0005]在本發(fā)明的第一方面，介紹了一種相機(jī)，所述相機(jī)包括:
[0006]-濾光器，用于阻擋高達(dá)至少550nm，特別是高達(dá)至少600nm，的波長(zhǎng)范圍中的入射可見(jiàn)光；
[0007]-顏色傳感器，用于接收經(jīng)濾光的所述入射光并生成三個(gè)不同的顏色信號(hào)；
[0008]-組合單元，用于通過(guò)組合所述至少兩個(gè)顏色信號(hào)來(lái)生成至少一個(gè)組合的顏色信號(hào)；以及
[0009]-處理單元，用于處理所述至少一個(gè)組合的顏色信號(hào)并提取所述生物的至少一個(gè)生物測(cè)量信號(hào)。
[0010]在本發(fā)明的進(jìn)一步的方面，介紹了一種用于用于生成生物的生物測(cè)量信號(hào)的相機(jī)中的處理器，所述處理器包括:
[0011]-組合單元，用于通過(guò)組合所述至少兩個(gè)顏色信號(hào)來(lái)生成至少一個(gè)組合的顏色信號(hào)；以及[0012]-處理單元，用于處理所述至少一個(gè)組合的顏色信號(hào)并提取所述生物的至少一個(gè)生物測(cè)量信號(hào)。
[0013]在本發(fā)明的進(jìn)一步的方面中，介紹了對(duì)應(yīng)的方法以及包括程序代碼模塊的計(jì)算機(jī)程序，當(dāng)在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)，所述程序代碼模塊用于使得所述計(jì)算機(jī)執(zhí)行所述處理方法的步驟。
[0014]在從屬權(quán)利要求中限定本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，聲稱的方法與聲稱的裝置具有類似和/或相同的優(yōu)選實(shí)施例并具有與從屬權(quán)利要求中限定的類似和/或相同的優(yōu)選實(shí)施例。
[0015]本發(fā)明基于向用于生成生物的生物測(cè)量信號(hào)(也稱為生命體征)的相機(jī)增加專門的濾光器的想法。雖然在常規(guī)相機(jī)中，濾光器用于阻擋紅外光，使得由顏色傳感器，例如RGB傳感器，主要感測(cè)可見(jiàn)光，但是根據(jù)本發(fā)明，提出了非常相反的情況，并且濾光器用于阻擋高達(dá)至少550nm,優(yōu)選地高達(dá)至少600nm,的波長(zhǎng)范圍中的入射可見(jiàn)光。換句話說(shuō)，通過(guò)在相機(jī)的光路中放置用于阻擋入射可見(jiàn)光的濾光器，以使得僅某一閾值波長(zhǎng)以上的光撞擊顏色傳感器，來(lái)修改相機(jī)的譜特性。
[0016]顏色傳感器生成至少兩個(gè)不同的顏色信號(hào)。將這些顏色信號(hào)組合成至少一個(gè)組合的顏色信號(hào)，然后進(jìn)一步處理該至少一個(gè)組合的顏色信號(hào)以提取沙漠生物測(cè)量信號(hào)。結(jié)果是具有用于生物測(cè)量信號(hào)探測(cè)，特別是用于Sp02監(jiān)視和Sp02成像，的幾乎最佳的譜特性的便宜且相當(dāng)簡(jiǎn)單的相機(jī)。
[0017]然而，本發(fā)明不限于探測(cè)Sp02信號(hào)，而是也可以提取其它生物測(cè)量信號(hào)，諸如生物的心跳、心動(dòng)周期、呼吸速率、麻醉深度或血容量不足和血容量過(guò)多。例如，利用該提出的相機(jī)和方法，來(lái)自所述至少一個(gè)組合的顏色信號(hào)的心跳(也稱為心率或HR)探測(cè)是更魯棒的，并且甚至能夠在暗的照明條件下進(jìn)行，因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明，主要評(píng)估紅外光，而不是如常規(guī)地那樣評(píng)估可見(jiàn)光。
[0018]在優(yōu)選實(shí)施例中，所述顏色傳感器適于生成三個(gè)不同的顏色信號(hào)，優(yōu)選地是紅色信號(hào)、綠色信號(hào)以及藍(lán)色信號(hào)。當(dāng)然，這些顏色傳感器也在紅外波長(zhǎng)范圍中具有靈敏度。顏色傳感器優(yōu)選地是標(biāo)準(zhǔn)RGB傳感器，該標(biāo)準(zhǔn)RGB傳感器包括光電探測(cè)器和用于在入射光撞擊光電探測(cè)器之前不同地對(duì)該入射光進(jìn)行濾光的濾色器陣列。在另一實(shí)施例中，顏色傳感器包括用于探測(cè)入射光的不同譜部分并生成不同顏色信號(hào)的獨(dú)立的(不同的)顏色探測(cè)器。
[0019]通常，(XD/CM0S傳感器制造商以單色(即，沒(méi)有濾色器)和RGB (即，在像素的頂部“打印”有濾色器陣列)版本供給該傳感器。針對(duì)可見(jiàn)段優(yōu)化那些濾光器的譜響應(yīng)。綠色和藍(lán)色濾光器在近紅外段(傳感器的硅對(duì)該段仍然靈敏)的增大的透明性是使用的化學(xué)品(染料)的副作用。通常默認(rèn)通過(guò)給顏色相機(jī)裝備IR阻擋濾光器來(lái)解決這個(gè)。
[0020]從而本發(fā)明也能夠理解為該顏色傳感器的一種誤用，該傳感器特別是試圖獲得否則需要不同定制的光學(xué)濾光器的信號(hào)的RGB顏色傳感器(以及它們?cè)诮t外譜范圍中的不期望的行為)。
[0021]優(yōu)選地使用標(biāo)準(zhǔn)的商業(yè)可用的RGB傳感器的主要原因是成本因素(大量制造這些傳感器)。當(dāng)以低數(shù)量制造定制的顏色陣列時(shí)，這些定制的顏色陣列是昂貴的。但是，使用通常也可能的具有光學(xué)濾光器的一個(gè)以上的單色傳感器也增大了總的系統(tǒng)成本。另外，介紹了來(lái)自不同傳感器的圖像的空間對(duì)準(zhǔn)和/或透視問(wèn)題。[0022]在另一優(yōu)選實(shí)施例中，所述組合單元適于通過(guò)線性組合來(lái)組合所述至少兩個(gè)顏色信號(hào)。已經(jīng)表明線性組合提供好的結(jié)果。但是在某些環(huán)境下，特別是取決于顏色傳感器的種類和/或照明生物的光源的譜，也可以替代地使用其它組合。
[0023]在另一實(shí)施例中，所述組合單元適于通過(guò)對(duì)所述三個(gè)生成的顏色信號(hào)中的至少兩個(gè)顏色信號(hào)進(jìn)行兩種不同的組合來(lái)生成兩個(gè)組合的顏色信號(hào)，所述兩種不同的組合特別是線性組合。好的組合是最小化所述至少兩個(gè)組合的顏色信號(hào)之間的串?dāng)_并且從而最大化得到的生物測(cè)量信號(hào)的對(duì)比度的組合。例如，如果通過(guò)PPG (光電體積描記術(shù))提取從組合的顏色信號(hào)提取生物測(cè)量信號(hào)，則可以最大化PPG幅度之間的對(duì)比度。
[0024]導(dǎo)致好的結(jié)果的優(yōu)選組合，通過(guò)將紅色信號(hào)和綠色信號(hào)相加并從所述和減去藍(lán)色信號(hào)的兩倍來(lái)生成第一組合的顏色信號(hào)，并且通過(guò)從藍(lán)色信號(hào)的兩倍減去綠色信號(hào)來(lái)生成第二組合的顏色信號(hào)。
[0025]在另一實(shí)施例中，所述濾光器適于阻擋高達(dá)至少650nm的波長(zhǎng)范圍中的入射可見(jiàn)光。通常，藍(lán)和綠顏色探測(cè)器在大約650nm的波長(zhǎng)范圍中具有光透射的局部最小值。然而，阻擋通常以大約545nm為中心的可見(jiàn)光譜中的綠色靈敏度峰是優(yōu)選的。在650nm以上的較長(zhǎng)波長(zhǎng)處的閾值不是優(yōu)選的，因?yàn)檫@將降低對(duì)于生物測(cè)量信號(hào)探測(cè)的對(duì)比度。那些生物測(cè)量信號(hào)通常具有在大約660nm的波長(zhǎng)范圍中的最小值，該波長(zhǎng)范圍從而表示其中能夠最好地進(jìn)行生物測(cè)量信號(hào)的探測(cè)或生物測(cè)量信號(hào)的評(píng)估的波長(zhǎng)范圍。
[0026]自然，在成像硅傳感器中，如優(yōu)選地在顏色傳感器中使用的，靈敏度朝向較長(zhǎng)波長(zhǎng)減小。然而，如果，這不是對(duì)于某些顏色傳感器的情況，則可以在至少IlOOnm以上，特別是至少1000nm以上，的波長(zhǎng)范圍中的入射光到達(dá)所述顏色傳感器之前，將阻擋該至少IlOOnm以上，特別是至少1000nm 以上，的波長(zhǎng)范圍中的入射光的另一濾光器放置在相機(jī)的光路中。
[0027]如上所述，提出的相機(jī)可以用于生成不同種類的生物測(cè)量信號(hào)。本發(fā)明的優(yōu)選應(yīng)用的一個(gè)領(lǐng)域是用于通過(guò)PPG提取從該至少一個(gè)組合的顏色信號(hào)提取心跳信號(hào)。
[0028]在以下文獻(xiàn)中描述了稱為光電體積描記成像(PPG)的測(cè)量皮膚顏色變化的方法:Vim Verkruysse> Lars 0.Svaasand 和 J.Stuart Nelson 的 “Remote pIethysmographicimaging using ambient light”，Optics Express, Vol.16，N0.26, 2008 年 12 月。其基于以下原理:皮膚中的血容量的時(shí)間變化導(dǎo)致皮膚的光吸收的變化。能夠由攝像機(jī)記錄該變化，該攝像機(jī)拍攝皮膚區(qū)域，例如臉，的圖像，同時(shí)處理計(jì)算手動(dòng)選擇的區(qū)域(典型地此系統(tǒng)中的頰的部分)上的像素平均值。通過(guò)觀看此平均信號(hào)的周期性變化，能夠提取心跳速率和呼吸速率。
[0029]從而，動(dòng)脈血的脈動(dòng)引起光吸收的改變。以光電探測(cè)器(或光電探測(cè)器陣列)觀察的那些改變形成PPG (光電體積描計(jì)術(shù))信號(hào)(除其它外，也稱作體積(pleth)波)。血的脈動(dòng)由跳動(dòng)的心臟引起，即PPG信號(hào)的峰對(duì)應(yīng)于心臟的個(gè)體跳動(dòng)。因此，PPG信號(hào)是心跳信號(hào)本身。此信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)化幅度對(duì)于不同的波長(zhǎng)是不同的，并且對(duì)于一些波長(zhǎng)，其也是血氧合的函數(shù)。
[0030]為了提高心率計(jì)算的魯棒性，使用一個(gè)以上的PPG信號(hào)，特別是以最大化標(biāo)準(zhǔn)化幅度的差異的方式在不同波長(zhǎng)處獲得的信號(hào)，是有益的。以一個(gè)信號(hào)除另一個(gè)信號(hào)有助于消除兩個(gè)信號(hào)中存在的畸變。[0031]本發(fā)明的另一應(yīng)用領(lǐng)域是Sp02估計(jì)。從而，優(yōu)選地，處理模塊適于通過(guò)提取不同波長(zhǎng)處的至少兩個(gè)PPG信號(hào)并且根據(jù)所述至少兩個(gè)PPG信號(hào)確定Sp02信號(hào)，來(lái)從所述至少一個(gè)組合的顏色信號(hào)提取Sp02信號(hào)。
[0032]Sp02估計(jì)基于兩個(gè)不同的波長(zhǎng)范圍處(一個(gè)在譜的紅色部分處而另一個(gè)在譜的紅外部分處)的PPG信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)化幅度的比率:
【權(quán)利要求】
1.用于生成生物的生物測(cè)量信號(hào)的相機(jī)，包括: -濾光器(11)，用于阻擋高達(dá)至少550nm的波長(zhǎng)范圍中的入射可見(jiàn)光； -顏色傳感器(12，12’)，用于接收經(jīng)濾光的所述入射光并生成至少兩個(gè)不同的顏色信號(hào); -組合單元(15)，用于通過(guò)組合所述至少兩個(gè)顏色信號(hào)來(lái)生成至少一個(gè)組合的顏色信號(hào)；以及 -處理單元(16)，用于處理所述至少一個(gè)組合的顏色信號(hào)并提取所述生物的至少一個(gè)生物測(cè)量信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的相機(jī)， 其中，所述顏色傳感器(12)適于生成至少三個(gè)顏色信號(hào)。
3.如權(quán)利要求2所述的相機(jī)， 其中，所述顏色傳感器(12’)適于生成紅色信號(hào)、綠色信號(hào)以及藍(lán)色信號(hào)。
4.如權(quán)利要求1所述的相機(jī)， 其中，所述組合單元(15)適于通過(guò)線性組合來(lái)組合所述至少兩個(gè)顏色信號(hào)。
5.如權(quán)利要求2所述的相機(jī)， 其中，所述組合單元(15)適于通過(guò)對(duì)所述三個(gè)顏色信號(hào)中的至少兩個(gè)顏色信號(hào)進(jìn)行兩種不同的組合來(lái)生成兩個(gè)組合的顏色`信號(hào)，所述兩種不同的組合特別是線性組合。
6.如權(quán)利要求3所述的相機(jī)， 其中，所述組合單元(15)適于通過(guò)對(duì)所述紅色信號(hào)和所述綠色信號(hào)進(jìn)行相加并從所述和減去所述藍(lán)色信號(hào)的兩倍來(lái)生成第一組合的顏色信號(hào)，并適于通過(guò)從所述藍(lán)色信號(hào)的兩倍減去所述綠色信號(hào)來(lái)生成第二組合的顏色信號(hào)。
7.如權(quán)利要求1所述的相機(jī)， 其中，所述濾光器(11)適于阻擋高達(dá)至少650nm的波長(zhǎng)范圍中的入射可見(jiàn)光。
8.如權(quán)利要求1所述的相機(jī)， 還包括另一濾光器(18)，用于在至少IlOOnm以上，特別是在至少1000nm以上，的波長(zhǎng)范圍中的入射光到達(dá)所述顏色傳感器之前，阻擋所述在至少IlOOnm以上，特別是在至少1000nm以上，的波長(zhǎng)范圍中的入射光。
9.如權(quán)利要求1所述的相機(jī)， 其中，所述處理單元(16)適于從所述至少一個(gè)組合的顏色信號(hào)提取所述生物的心跳、心動(dòng)周期、呼吸速率、Sp02、麻醉深度或血容量不足和血容量過(guò)多。
10.如權(quán)利要求1所述的相機(jī)， 其中，所述處理單元(16)適于通過(guò)提取不同波長(zhǎng)處的至少兩個(gè)PPG信號(hào)并且根據(jù)所述至少兩個(gè)PPG信號(hào)確定Sp02信號(hào)，來(lái)從所述至少一個(gè)組合的顏色信號(hào)提取Sp02信號(hào)。
11.如權(quán)利要求1所述的相機(jī)， 其中，所述處理單元(16)適于通過(guò)PPG提取來(lái)從所述至少一個(gè)組合的顏色信號(hào)提取心跳信號(hào)。
12.用于生成生物的生物測(cè)量信號(hào)的方法，包括以下步驟: -阻擋高達(dá)至少550nm的波長(zhǎng)范圍中的入射可見(jiàn)光； -通過(guò)顏色傳感器接收經(jīng)濾光的所述入射光；-生成至少三個(gè)不同的顏色信號(hào)； -通過(guò)組合所述至少兩個(gè)顏色信號(hào)來(lái)生成至少一個(gè)組合的顏色信號(hào)；以及 -處理所述至少一個(gè)組合的顏色信號(hào)并提取所述生物的至少一個(gè)生物測(cè)量信號(hào)。
13.用于用于生成生物的生物測(cè)量信號(hào)的相機(jī)中的處理器，所述相機(jī)包括:濾光器，用于阻擋高達(dá)至少550nm的波長(zhǎng)范圍中的入射可見(jiàn)光；以及顏色傳感器，用于接收經(jīng)濾光的所述入射光并生成至少兩個(gè)不同的顏色信號(hào)，所述處理器(17)包括: -組合單元(15)，用于通過(guò)組合所述至少兩個(gè)顏色信號(hào)來(lái)生成至少一個(gè)組合的顏色信號(hào)；以及 -處理單元(16)，用于處理所述至少一個(gè)組合的顏色信號(hào)并提取所述生物的至少一個(gè)生物測(cè)量信號(hào)。
14.用于用于生成生物的生物測(cè)量信號(hào)的相機(jī)中的處理方法，所述相機(jī)包括:濾光器，用于阻擋高達(dá)至少550nm的波長(zhǎng)范圍中的入射可見(jiàn)光；以及顏色傳感器，用于接收經(jīng)濾光的所述入射光并生成至少兩個(gè)不同的顏色信號(hào)，所述處理方法包括: -通過(guò)組合所述至少兩個(gè)顏色信號(hào)來(lái)生成至少一個(gè)組合的顏色信號(hào)；以及 -處理所述至少一個(gè)組合的顏色信號(hào)并提取所述生物的至少一個(gè)生物測(cè)量信號(hào)。
15.包括程序代碼模 塊的計(jì)算機(jī)程序，當(dāng)在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)，所述程序代碼模塊用于使得所述計(jì)算機(jī)執(zhí)行如權(quán)利要求14所述的方法的步驟。
【文檔編號(hào)】G06T7/00GK103764019SQ201280042552
【公開(kāi)日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2012年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月2日
【發(fā)明者】M·J·巴爾圖拉, W·韋爾克魯杰塞 申請(qǐng)人:皇家飛利浦有限公司