基于計(jì)算機(jī)視覺的嬰兒全身運(yùn)動評估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種計(jì)算機(jī)視覺信號采集處理技術(shù)，尤其涉及一種通過計(jì)算機(jī)采集嬰兒運(yùn)動視頻來進(jìn)行嬰兒全身運(yùn)動評估的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著醫(yī)療水平的提高，高危新生兒(指在胎兒期、分娩期和新生兒期受到早產(chǎn)、低體重、窒息、缺氧缺血性腦病、顱內(nèi)出血等高危因素危害的嬰兒)的存活率不斷提高，但這并未降低神經(jīng)發(fā)育障礙疾病的發(fā)病率，例如:腦癱等。據(jù)資料顯示:在我國腦癱的發(fā)病率為千分之二，神經(jīng)發(fā)育障礙方面的疾病嚴(yán)重影響了患者的生存質(zhì)量，給家庭和社會帶來了沉重的負(fù)擔(dān)。聯(lián)合國兒童基金會2000年提出:“把拯救兒童生命的斗爭和使生命有意義的努力同步進(jìn)行”，因此降低高危新生兒神經(jīng)發(fā)育傷殘的發(fā)病率及減輕殘疾程度已經(jīng)迫在眉睫。
[0003]傳統(tǒng)的腦神經(jīng)檢測與發(fā)育評估方法，如顱腦超聲、MR1、CT等影像學(xué)技術(shù)等，在預(yù)測神經(jīng)發(fā)育時的敏感性和特異性存在較大差異。早期神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)展領(lǐng)域?qū)＜襊rechtl提出了全身運(yùn)動(general movements, GMs)評估技術(shù)，該技術(shù)通過攝像記錄孩子的全身運(yùn)動，醫(yī)師通過觀測視頻記錄進(jìn)行評估，可超早期地(3月內(nèi))預(yù)測是否存在腦性癱瘓等發(fā)育障礙，將其作為早期預(yù)測腦神經(jīng)損傷的方法比顱腦超聲、MR1、CT等傳統(tǒng)的腦神經(jīng)檢測方法更可靠、更準(zhǔn)確，對嬰兒腦功能異常及神經(jīng)發(fā)育結(jié)局的預(yù)測價值得到了研宄者們的廣泛肯定和認(rèn)可。不安運(yùn)動(Fidgety Movements, FMs)屬于嬰兒早期全身運(yùn)動的一個階段，F(xiàn)Ms幅度較小、速度平穩(wěn)、動作優(yōu)美，頸部、四肢和軀干的運(yùn)動加速度在各個方向上變化多，通過FMs的異常:痙攣-同步，運(yùn)動缺乏流暢、平穩(wěn)，四肢和軀干幾乎同時收縮和放松，以及FMs的缺失可對腦癱及嚴(yán)重神經(jīng)發(fā)育障礙做出早期準(zhǔn)確的預(yù)測，其預(yù)測腦癱的靈敏度和特異度可以分別達(dá)到95%和96%，GMs評估具有安全性、無任何副作用、無創(chuàng)、也不影響今后其它新治療方法等優(yōu)點(diǎn)，科學(xué)家也越來越認(rèn)識到嬰兒早期GMs評價的重要作用。
[0004]最近幾年，國外已經(jīng)開展了關(guān)于嬰兒早期GMs客觀評價方面的研宄。該方面的研宄方法主要分為兩種:(I)基于三維運(yùn)動軌跡探尋嬰兒的全身運(yùn)動特征。這類方法通過三維運(yùn)動采集系統(tǒng)，如Vicon370，電磁跟蹤裝置，加速度計(jì)等記錄GMs的三維運(yùn)動軌跡，采用三維軌跡分析方法對全身運(yùn)動進(jìn)行評估。加速度傳感器和電磁跟蹤裝置都有其缺點(diǎn):電磁跟蹤裝置的測量結(jié)果受周圍電磁場的影響很大，如臨床常用的記錄裝置EMG，EEG，及金屬物體等都會對電磁跟蹤裝置的測量結(jié)果產(chǎn)生影響；加速度傳感器則在長時間記錄中會產(chǎn)生漂移；該類方法都會將標(biāo)志物或傳感點(diǎn)貼置于嬰兒身體上，可能會影響嬰兒的正?；顒印?2)基于視頻分析實(shí)現(xiàn)嬰兒全身運(yùn)動分析。目前，基于視頻分析的嬰兒GMs客觀評價方面的研宄取得了一定的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，但這些方法具有一定局限性，大多數(shù)方法提取的特征十分簡單，或者不能反映運(yùn)動的方向、大小，或者只根據(jù)身體幾個點(diǎn)的軌跡分析嬰兒運(yùn)動，僅利用了視頻中很少的運(yùn)動信息，并且沒有從全身運(yùn)動的整體性分析運(yùn)動，而嬰兒的GMs評估需要整體感知，因此如何在視頻分析中綜合利用嬰兒身體所有的運(yùn)動信息(包括身體所有部位、以及運(yùn)動的方向、大小)，并且從整體上表達(dá)身體的運(yùn)動，仍是目前面臨的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種無接觸性，減少評估時間，提高評估醫(yī)師工作效率，并使嬰兒在較愉快無痛苦的情況下，通過視頻統(tǒng)計(jì)其全身運(yùn)動的復(fù)雜性、多變性、對稱性的嬰兒全身運(yùn)動評估的特征描述方法。
[0006]為了解決上述存在的技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]一種基于計(jì)算機(jī)視覺的嬰兒全身運(yùn)動評估方法，其內(nèi)容包括如下步驟:
[0008](I)視頻獲取一一通過普通的攝像頭錄制嬰兒全身運(yùn)動的視頻；
[0009](2)圖像預(yù)處理一一將獲取的圖像依次進(jìn)行如下操作:
[0010]①通過縮放因子將視頻的每一幀的行列進(jìn)行統(tǒng)一，以便于對其他視頻的處理；
[0011]②進(jìn)行模糊處理；
[0012]③計(jì)算灰度圖像；
[0013]④進(jìn)行高斯平滑；
[0014]⑤進(jìn)行自適應(yīng)濾波一一對圖像的藍(lán)色通道減去綠色通道后的灰度圖像通過選取合適閾值的方法粗略提取嬰兒身體區(qū)域；
[0015](3)提取嬰兒身體區(qū)域；
[0016](4)計(jì)算稠密光流一一對通過高斯濾波后的相鄰兩幀圖像進(jìn)行光流計(jì)算，得到圖像中每一像素點(diǎn)的速度(U，V)，其中U是速度的橫軸，V是速度的縱軸；
[0017](5)提取身體區(qū)域光流一一為減小背景對統(tǒng)計(jì)的影響，根據(jù)計(jì)算的稠密光流，將身體部分對應(yīng)的光流進(jìn)行提?。?br>[0018](6)用不同顏色標(biāo)記身體中的運(yùn)動區(qū)域一一將身體區(qū)域按照速度大小的不同賦予不同的顏色，并將所有幀的運(yùn)動顯示在同一張圖像上，以表現(xiàn)對稱性；
[0019](7)統(tǒng)計(jì)每幀圖像每個區(qū)域的速度個數(shù)，包括速度的方向和大小；
[0020](8)統(tǒng)計(jì)所有幀圖像的同一區(qū)域速度個數(shù)一一通過步驟(7)的結(jié)果統(tǒng)計(jì)所有幀的同一區(qū)域的像素個數(shù)的和，得到不同方向、大小的速度分布統(tǒng)計(jì)直方圖，以表現(xiàn)運(yùn)動的復(fù)雜性、多變性。
[0021]本發(fā)明的工作過程如下:
[0022]計(jì)算機(jī)讀取視頻圖像，將圖像通過縮放因子進(jìn)行重構(gòu)，然后進(jìn)行通道分離，得到B、G、R三個通道的圖像；將得到灰度圖像進(jìn)行模糊化，接著通過自適應(yīng)閾值的方法進(jìn)一步提取，得到粗略的身體區(qū)域的黑白圖像(黑色像素值為0，白色像素值為255)，接著進(jìn)行輪廓提取，找到身體的最大輪廓后再判斷此輪廓下面的其他輪廓是否屬于身體部位，從而摳出嬰兒的身體區(qū)域，同時，對R通道進(jìn)行高斯平滑，得到另一灰度圖像，然后對相鄰兩幀進(jìn)行稠密光流的計(jì)算得到圖像的光流場；然后結(jié)合提取的嬰兒身體區(qū)域得到身體區(qū)域的速度，并將運(yùn)動區(qū)域按照不同的速度大小標(biāo)記為不同的顏色，再將所有幀的運(yùn)動顯示在同一張圖像上，以表現(xiàn)嬰兒運(yùn)動的對稱性，接著以u為橫軸，V為縱軸，建立u-v直角分布圖，最后將其以中心為原點(diǎn)，分別以100、200、300、400、500為半徑得到5個圓環(huán)，并將每個圓環(huán)平均分成40個部分，對每一部分進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，再將所有幀的同一區(qū)域進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到所有幀的不同方向、大小的速度統(tǒng)計(jì)直方圖，通過此直方圖中的速度分布來進(jìn)行嬰兒全身運(yùn)動復(fù)雜性與對稱性的評估。
[0023]由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明提供的一種基于計(jì)算機(jī)視覺的嬰兒全身運(yùn)動評估方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的有益效果:
[0024]1、本發(fā)明采用稠密光流的方