Устройство и способ извлечения информации из характеристических сигналов

Устройство и способ извлечения информации из характеристических сигналов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к устройству и способу немешающего дистанционного контроля для извлечения информации из характеристических сигналов, в которых характеристические сигналы включены в поток данных, получаемый из электромагнитного излучения, в частности, в которых поток данных содержит непрерывный или дискретный сигнал, содержащий физиологическую информацию, характеризующую по меньшей мере один, по меньшей мере, частично периодический показатель жизнедеятельности.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Документ WO 2010/100594 A2 раскрывает способ и систему обработки изображений живых существ. Способ содержит этапы, на которых:

- получают в последовательные моменты времени последовательность цифровых изображений;

- выбирают по меньшей мере одну зону измерений, содержащую множество точек изображения, причем

- этап выбора по меньшей мере одной зоны измерений, содержит анализ информации, основанный на пиксельных данных множества частей изображения по меньшей мере в одном из изображений, причем каждая часть изображения содержит по меньшей мере одну точку изображения, и выбирают каждую зону измерения из непрерывных частей, определенных как имеющие схожие характеристики; и

- для каждой зоны измерений получают сигнал, представляющий, по меньшей мере, изменения во времени среднего значения комбинации пиксельных значений по меньшей мере для некоторого количества точек изображения при использовании для определения по меньшей мере присутствия или значения частоты по меньшей мере одного пика в спектре сигнала, соответствующего частоте периодического физиологического явления.

Этот документ дополнительно раскрывает несколько усовершенствований способа. В целом, в области обработки изображений достигнут огромный прогресс, заключающийся в том, что стал возможен глубокий анализ записанных данных. В этом контексте можно было бы предложить извлечение информации из записанных данных способом, позволяющим получить подробные заключения в отношении объекта или даже самочувствия наблюдаемого живого существа.

Однако, поскольку записанные данные, такие, как зарегистрированные с помощью отраженного или испускаемого электромагнитного излучения, особенно записанные кадры изображения, всегда содержат помимо требуемого сигнала, который должен быть извлечен из них, дополнительные составляющие сигнала, возникающие за счет общих помех, например, такие как шум из-за изменяющихся условий освещения или перемещения наблюдаемых объектов, подробное точное извлечение требуемых сигналов продолжает вызывать большие проблемы при обработке таких данных.

Это относится, в частности, к случаям, когда амплитуды и/или номинальные величины помеховых составляющих сигнала намного больше, чем амплитуды и/или номинальные величины требуемых составляющих сигнала, которые должны быть извлечены. Потенциально, можно ожидать, что величина разности между соответствующими составляющими составит даже несколько порядков.

Возможный подход к этой проблеме может быть направлен на обеспечение хорошо подготовленных и установившихся окружающих условий, когда регистрируют интересующий сигнал, в который включена требуемая составляющая сигнала, чтобы минимизировать помеховые составляющие сигнала, накладывающиеся на сигнал. Однако, такие лабораторные условия не могут быть перенесены на каждодневные эксплуатационные применения, поскольку для этого должны потребоваться большие усилия и подготовительная работа.

Требующаяся подготовка может содержать, например, установку и ориентацию нескольких стандартных источников света и, кроме того, меры по закреплению объекта, который должен наблюдаться, чтобы избежать помеховых перемещений, по причине которых создается еще больший уровень шума.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Поэтому задача настоящего изобретения состоит в обеспечении системы и способа извлечения информации из обнаруженных характеристических сигналов, обеспечивая дополнительные улучшения, облегчающие получение требуемых сигналов с более высокой точностью.

Дополнительно, должно быть предпочтительным обеспечить, кроме того, систему, выполненную с возможностью разрешения извлечения требуемых сигналов при весьма плохих окружающих условиях, например, при малом отношении "сигнал-шум", при меняющихся условиях освещения и/или при монотонных и даже немонотонных перемещениях объекта наблюдения.

В первом варианте настоящего изобретения представляется устройство немешающего дистанционного контроля для извлечения информации из обнаруженных характеристических сигналов, содержащая:

- интерфейс для приема потока данных, содержащего последовательность кадров изображения, получаемых из электромагнитного излучения, испускаемого или отражаемого объектом, причем последовательность кадров изображения содержит непрерывный или дискретный характеристический сигнал, содержащий физиологическую информацию, причем физиологическая информация представляет по меньшей мере один, по меньшей мере, частично периодический сигнал жизнедеятельности,

- средство экстрактора для извлечения физиологической информации из потока данных, причем средство экстрактора получает множество элементов характеристических показателей, характеризующих физиологическую информацию, и помеховую составляющую сигнала, причем множество элементов характеристических показателей связано с сигнальным пространством, представляющим характеристики электромагнитного излучения, причем сигнальное пространство содержит заданный элемент показателя, имеющий установленную ориентацию, характеризующую ссылочную физиологическую информацию, заданный элемент показателя является, по меньшей мере, пригодным для приблизительного определения посредством определения соответствующих ссылочных значений в восходящем потоке,

- средство преобразователя для преобразования множества элементов характеристических показателей, проецируя их на элемент показателя с пониженной помехой, полученный из заданной ориентации и длины множества элементов характеристических показателей, причем элемент показателя с пониженной помехой имеет отличительную ориентацию относительно предполагаемой ориентации помеховой составляющей сигнала, элемент показателя с пониженной помехой определяется путем оптимизации выражения с учетом ориентации заданного элемента показателя, и

средство датчика для обнаружения электромагнитного излучения в пределах по меньшей мере одного конкретного диапазона длин волн, выбранного из группы, содержащей видимый свет, инфракрасный свет и ультрафиолетовое излучение, причем средство датчика может соединяться с интерфейсом и средством датчика является видеокамера,

при этом средство преобразователя дополнительно выполнено с возможностью определения элемента показателя с подавленной помехой, определяя набор данных, содержащий набор значений элементов характеристических показателей, полученных средством экстрактора, и выполняя преобразование, предпочтительно, по существу, ортогональное линейное преобразование, набора данных в систему координат, в которой доминирующая составляющая выровнена с осью координат, и в которой доминирующая составляющая совпадает с элементом показателя с пониженной помехой и в которой элемент показателя с пониженной помехой определяется, минимизируя энергию спроецированных элементов характеристических показателей во временном интервале.

Настоящее изобретение основано на представлении, что при нацеливании на извлечение требующегося сигнал жизнедеятельности, в целом, должно учитываться плохое отношение "сигнал-шум". Имея в виду это общее соображение, вероятно, можно предположить, что интересующая составляющая сигнала, а именно, элементы характеристических показателей, обычно содержит большую часть, указывающую на шум т.п., а именно, помеховую составляющую, и, вероятно, очень небольшую часть, характеризующую требуемый сигнал жизнедеятельности, а именно, физиологическую информацию. Поскольку помеховая составляющая сигнала может быть вызвана многочисленными источниками помех, ее положение и ориентация относительно сигнального пространства не могут быть заранее точно предсказаны. Однако, общая ориентация физиологической информации в сигнальном пространстве может быть, по меньшей мере, приблизительно, определена заранее и осуществлена заданным элементном показателя, связанным с сигнальным пространством. Другими словами, просто ожидаемая номинальная ориентация, например, ось или кривая, физиологической информации может быть определена процессом в восходящем потоке. С другой стороны, сигнал, который должен быть обнаружен, содержит, помимо малой полезной части, большую помеховую составляющую, ориентация, положение и значение которой фактически неизвестны.

В этом контексте европейская патентная заявка № 09172337.9, от имени того же самого заявителя, что и настоящее изобретение, поданная ранее и опубликованная после даты приоритета настоящей заявки, предлагает улучшение извлечения требуемых сигналов, заключающееся, в основном, в том, что обнаруженный полный сигнал, представляющий требуемый сигнал и шум, должен проецироваться на заданную ось в сигнальном пространстве, исключая, таким образом, шум, ортогональный к этой заданной оси. Таким образом, отношение "сигнал-шум" в определенной степени может быть улучшено. Однако, в качестве дополнительного улучшения, может быть желательным дополнительно улучшить это отношение посредством также удаления составляющих сигнала, характерных для шума, обычно ориентированных параллельно заданной оси или линии.

Учитывая доступные входные переменные и заданные константы, следует заметить, что, как представляется, вряд ли возможно обеспечить решение проблемы, описанной выше, основываясь просто на аналитических и подобных способах, направленных на ясные и однозначные результаты. Напротив, настоящее изобретение опирается на способы мультивариантной статистики, чтобы прийти к приближенному решению. Само собой разумеется, также рассматриваются приближенные решения для соответствующего улучшения отношения "сигнал-шум" и следовательно фактического облегчения извлечения требуемых сигналов жизнедеятельности. Характеристический сигнал анализируется, так сказать, способом, позволяющим обнаружить характеристическую структуру нескольких элементов характеристических показателей, указывающих основную ориентацию перекрытия помеховых составляющих сигнала. При наличии, по меньшей мере, приблизительно определенной ориентации основной помехи или шума, элементы характеристических показателей могут проецироваться на элемент, ортогональный этой определенной основной ориентации, а именно, так называемый элемент показателя с пониженной помехой, устраняя, таким образом, ортогональный ему шум. Таким образом, может быть достигнуто значительное улучшение подавления шумов и качества сигнала.

Существуют несколько вариантов осуществления средства экстрактора и средства преобразователя. Во-первых, фактически простой вариант осуществления как средства детектора, так и средства преобразователя, осуществляется процессором, в частности, процессором персонального компьютера, управляемого соответствующими логическими командами. Такой процессор может также содержать соответствующие интерфейсы ввода и вывода.

Однако, в альтернативном варианте, как средство экстрактора, так и средство преобразователя могут быть осуществлены отдельным процессором, управляемым или способным управляться соответствующими командами. Следовательно, каждый соответствующий процессор может быть выполнен для своей конкретной цели. Следовательно, может быть применимо разделение задач, при котором различные задачи обрабатываются, например, исполняются на едином процессоре многопроцессорного блока обработки или, снова обращаясь к персональному компьютеру, задачи, связанные с обработкой изображения, исполняются на видеопроцессоре, в то время, как другие операционные задачи исполняются на блоке центрального процессора.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления устройства извлечения информации, устройство дополнительно содержит средство анализа для определения изменения во времени спроецированного элемента показателя и для обнаружения по меньшей мере одного, по меньшей мере, частично периодического сигнала жизнедеятельности, представленного физиологической информацией.

Также средство анализа может быть осуществлено процессором, управляемым логическими командами. С этой целью, может быть использован отдельный процессор или процессор, являющийся общим для средства экстрактора, средства преобразователя и средства анализа. Интересующий сигнал, по меньшей мере, один, по меньшей мере, частично периодический сигнал жизнедеятельности, представляется, так сказать, пульсацией спроецированного элемента показателя во времени. Характеристическая частота, лежащая в основе этой пульсации, может считаться весьма показательной для требуемого сигнала жизнедеятельности.

Следует заметить, что спроецированный элемент показателя все же обычно не совпадает точно с заданным элементом показателя. Это может произойти в случае, если определенная основная ориентация помеховых составляющих сигнала множества элементов характеристических показателей должна быть ортогональна заданному элементу показателя. Если это может быть применено, то уже простая проекция каждого из множества элементов характеристических показателей на заданный элемент показателя, который в этом случае совпадает с элементом показателя с пониженной помехой, могла бы достигнуть фактически точного определения по меньшей мере одного, по меньшей мере, частично периодического сигнала жизнедеятельности. Однако, даже если заданный элемент показателя и элемент показателя с пониженной помехой формируют угол, предпочтительно острый угол, спроецированный элемент показателя (спроецированный на элемент показателя с пониженной помехой) позволяет точное определение по меньшей мере одного, по меньшей мере, частично периодического сигнала жизнедеятельности в качестве помеховых составляющих сигнала, поскольку помеховые составляющие сигнала, характеризующие шум, удаляются из него, по меньшей мере, в значительной степени. В случае, если, главным образом, частота изменений во времени спроецированного элемента показателя должна быть проанализирована, чтобы обнаружить интересующий сигнал, простая длина спроецированного элемента показателя, которая отличается предполагаемой длиной физиологической информации, когда он выровнен с заданным элементом показателя, не приводит к неправильному или искаженному результату частотного анализа, поскольку частота, лежащая в основе временной пульсации, не затрагивается.

Альтернативно, дополнительно должно быть предпочтительным представить устройство, дополнительно усовершенствованное в том отношении, что амплитуда спроецированного элемента показателя корректируется с помощью коэффициента, зависящего от угла между элементом показателя с пониженной помехой и заданным элементом показателя.

В этой связи, в соответствии с дальнейшим улучшением варианта осуществления средство анализа дополнительно выполнено с возможностью компенсации углового смещения между спроецированным элементом показателя и заданным элементом показателя, имеющим установленную ориентацию.

Компенсация может выполняться посредством тригонометрических вычислений. В этом случае, элемент характеристического показателя может быть точно разделен на помеховую составляющую сигнала и физиологическую информацию, которая точно представляет интересующую составляющую сигнала. Другими словами, физиологическая информация может быть почти полностью восстановлена из содержащего шум первоначального элемента характеристического показателя.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления устройства извлечения информации множество элементов характеристических показателей является набором векторов разности, представляющих изменения во времени непрерывного или дискретного характеристического сигнала в сигнальном пространстве.

В этой связи документ WO 2010/100594 A2 и европейская патентная заявка № 09172337.9, в основном, в качестве примера приводят способы и устройства обнаружения таких элементов характеристических показателей и, кроме того, способы и устройства анализа обработанного сигнала, полученного из них, так чтобы, в принципе, прийти к требуемым сигналам жизнедеятельности.

Устройство извлечения информации дополнительно содержит средство датчика для обнаружения электромагнитного излучения в пределах по меньшей мере одного конкретного диапазона длин волн, выбранного из группы, содержащей видимый свет, инфракрасный свет и ультрафиолетовое излучение, причем средство датчика может соединяться с интерфейсом.

В альтернативном варианте данные, уже зарегистрированные и сохраненные, могут быть поданы на интерфейс и обработаны устройством. Наблюдая живое существо, в частности, животное или, более конкретно, человека, сигналы жизнедеятельности могут быть получены из тонких вариаций в испускаемом излучении, например, инфракрасном свете и/или отраженном свете, например, видимом свете и ультрафиолетовом излучении. Для каждодневного применения следует понять, обнаруживается и анализируется ли, по существу, видимый свет. Для этой цели помимо обычных источников естественного или искусственного света никакие дополнительные источники излучения не требуются и/или не должны рассматриваться во время анализа.

Этот вариант осуществления может быть разработан дополнительно таким образом, что средство датчика содержит камеру, приспособленную для регистрации данных сигнала внутри сигнального пространства, выбранного из группы, содержащей RGB, sRGB, Rg-хроматичность, HSV, HSL, CMYK, YPbPr, YCbCr и xvYCC.

Другими словами, для наблюдения за интересующим объектом и записи потока данных, который будет анализироваться, могут использоваться видеокамеры, обеспечивающие достаточную глубину цвета, даже так называемые веб-камеры. Само собой разумеется, что могут также быть использованы производные названных типов сигнального пространства, такие как logRGB. Дополнительно можно предложить объединение нескольких различных сигнальных пространств, по меньшей мере, частично, чтобы обеспечить более широкую спектральную основу для требуемых процессов анализа.

В этом контексте, как альтернатива, также может быть рассмотрено сигнальное пространство, содержащее диапазоны длин волн видимого света и инфракрасного света. Таким образом, устройство может быть должным образом адаптировано к изменениям общих условий, таких как большие изменения яркости или изменения в течение дня и ночи.

В соответствии с дополнительным вариантом осуществления сигнальное пространство может быть дополнительно преобразовано, взяв логарифм от обнаруженного множества элементов характеристических показателей. Другими словами, также, масштаб спектральных составляющих или характеристик электромагнитного излучения, представленного сигнальным пространством, может быть преобразован в логарифмический масштаб. В этом случае последующие вычисления в сигнальном пространстве могут быть облегчены. Дополнительно, ряд нескольких величин значений входных сигналов может быть обнаружен и обработан, в то же время позволяя еще иметь ясное общее представление и понимание того, что представлено.

В соответствии с еще одним дополнительным вариантом осуществления устройства извлечения информации, по меньшей мере один по меньшей мере частично периодический сигнал жизнедеятельности выбирается из следующей группы показателей жизнедеятельности: сердцебиение, частота дыхания и изменчивость частоты сердечных сокращений.

Само собой разумеется, следует понимать, могут ли соответствующие типы сигналов жизнедеятельности быть преобразованы в другие, применяя соответствующие этапы преобразования и анализа.

Перечисленные сигналы жизнедеятельности связаны с кровообращением, которое может наблюдаться с помощью средства датчика, записывая последовательность изображений, представляющих область признаков интересующего объекта, например, человека. Тонкие изменения электромагнитного излучения, испускаемого или отражаемого наблюдаемым объектом, могут быть представлены при анализе записанного потока данных, с помощью производного множества элементов характеристических показателей. Однако, как упомянуто выше, помимо тонких изменений, во множество элементов характеристических показателей включены также помеховые составляющие сигнала.

В соответствии с дополнительным вариантом осуществления устройства извлечения информации, сигнальное пространство является нормализованным цветовым пространством, в котором по меньшей мере одна степень свободы является, по меньшей мере, временно компенсированной посредством процесса нормализации.

На практике, например, "пульсация" множества элементов характеристических показателей, содержащая физиологическую информацию, может описывать пространственную кривую в сигнальном пространстве. Анализ и вычисление могут быть максимально упрощены в случае, когда упомянутая пространственная кривая может быть преобразована в двумерную кривую или даже в двумерную прямую линию.

В этом контексте дополнительно предпочтительно, когда сигнальное пространство является нормализованным двумерным цветовым пространством, в котором выполняются нормализация яркости и нормализация цвета.

В соответствии с еще одним дополнительным вариантом осуществления устройства извлечения информации, средство экстрактора дополнительно содержит средство нормализации для преобразования потока данных в сигнальное пространство, нормализуя фактические значения яркости, включенные в поток данных, с помощью применения соответствующей определенной комбинации основных цветов к представляющим цвета составляющим потока данных и/или нормализуя цветовую интенсивность потока данных, применяя соответствующие средние во времени значения потока данных к фактическим значениям его представляющих цвета составляющих.

В соответствии с еще одним другим дополнительным предпочтительным вариантом осуществления устройства извлечения информации, средство анализа дополнительно содержит средство фильтра для фильтрации потока данных и для улучшения составляющей сигнала в полосе шириной между 0,2 Гц и 10 Гц, предпочтительно между 0,5 Гц и 3,5 Гц.

Таким образом, дополнительно еще одни другие помеховые составляющие сигнала, не имеющие отношения к требуемым сигналам жизнедеятельности, могут быть удалены от потока данных. В этом контексте следует упомянуть, что этап нормализации яркости, этап нормализации цветности и этап фильтрации могут быть применены к потоку данных только на каждом этапе или в любой комбинации двух или трех этапов.

Дополнительно средство преобразователя выполнено с возможностью определения элемента показателя с пониженной помехой, определяя набор данных, содержащий набор значений элементов характеристических показателей, полученных средством экстрактора, и, выполняя преобразование, предпочтительно, по существу, ортогональное линейное преобразование, набора данных в систему координат, в которой его доминирующая составляющая выровнена с осью системы координат, и в которой доминирующая составляющая совпадает с элементом показателя с пониженной помехой.

Применяя такой статистический анализ к множеству элементов характеристических показателей, может быть определен элемент показателя с пониженной помехой даже при том, что нехватка входных данных и заданные ограничения препятствует аналитическому решению. Дополнительно элемент показателя с пониженной помехой определяется, минимизируя энергию проецированных элементов характеристических показателей в интервале времени.

В соответствии с дополнительным вариантом осуществления, элемент показателя с пониженной помехой определяется, выполняя анализ основных составляющих множества элементов характеристических показателей или их производных в интервале времени и выбирая элемент, полученный в результате, который имеет наименьшее собственное значение и в значительной степени коррелируется с известным заданным элементом показателя как элементом показателя с пониженной помехой.

В альтернативном варианте дополнительно может быть предпочтительным, если для определения элемента показателя с пониженной помехой применяется весовая функция, чтобы свести элемент показателя с пониженной помехой к заданному элементу показателя.

В дополнительном варианте настоящего изобретения представлен способ немешающего дистанционного контроля для извлечения информации из обнаруженных характеристических сигналов, содержащий этапы, на которых:

- принимают поток данных, содержащий последовательность кадров изображения, получаемый из электромагнитного излучения, испускаемого или отраженного объектом, причем последовательность кадров изображения содержит непрерывный или дискретный характеристический сигнал, содержащий физиологическую информацию, причем физиологическая информация представляет по меньшей мере один, по меньшей мере, частично периодический сигнал жизнедеятельности, при этом электромагнитное излучение обнаруживается средством датчика для обнаружения электромагнитного излучения в пределах по меньшей мере одного конкретного диапазона длин волн, выбранного из группы, содержащей видимый свет, инфракрасный свет и ультрафиолетовое излучение, причем средство датчика может соединяться с интерфейсом и средством датчика является видеокамера,

- извлекают физиологическую информацию из потока данных, посредством получения множества элементов характеристических показателей из потока данных, множество элементов характеристических показателей характеризуют физиологическую информацию, и помеховую составляющую сигнала, причем множество элементов характеристических показателей связано с сигнальным пространством, представляющим характеристики электромагнитного излучения, причем сигнальное пространство содержит заданный элемент показателя, имеющий установленную ориентацию, характеризующую ссылочную физиологическую информацию, заданный элемент показателя является, по меньшей мере, пригодным для приблизительного определения посредством определения в восходящем потоке соответствующих ссылочных значений,

- преобразуют множество элементов характеристических показателей, проецируя их на элемент показателя с пониженной помехой, полученный из заданной ориентации и длины множества элементов характеристических показателей, причем элемент показателя с пониженной помехой имеет отличительную ориентацию относительно предполагаемой ориентации помеховой составляющей сигнала, элемент показателя с пониженной помехой определяется путем оптимизации выражения с учетом ориентации заданного элемента показателя, в котором определение элемента показателя с подавленной помехой содержит определение набора данных, содержащего набор значений элементов характеристических показателей, и выполнение преобразования, предпочтительно, по существу, ортогонального линейного преобразования, набора данных в систему координат, в которой его доминирующая составляющая выровнена с осью системы координат, в которой доминирующая составляющая совпадает с элементом показателя с пониженной помехой и в которой элемент (64) показателя с пониженной помехой определяется, минимизируя энергию спроецированных элементов характеристических показателей во временном интервале.

Предпочтительно, способ может быть выполнен, используя устройство извлечения информации, соответствующее изобретению.

В соответствии с еще одним дополнительным вариантом изобретения, представляется компьютерная программа, причем компьютерная программа содержит средство управляющей программы для предписания компьютеру выполнять этапы способа извлечения информации, соответствующего изобретению, когда упомянутая компьютерная программа выполняется на компьютере.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения определяются в зависимых пунктах формулы изобретения. Следует понимать, что заявленный способ имеет подобные и/или идентичные предпочтительные варианты осуществления, соответствующие заявленному устройству и определенные в зависимых пунктах формулы изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Эти и другие варианты изобретения станут очевидны и будут подробно объяснены со ссылкой на варианты осуществления, описанные далее. На последующих чертежах:

Фиг. 1 - общее расположение устройства, в котором может использоваться настоящее изобретение,

Фиг. 2 - типовое схематическое изображение сигнального пространства, к которому может быть применена нормализация,

Фиг. 3 - типовое схематическое изображение нормализованного сигнального пространства, на котором показаны заданный элемент показателя и элемент показателя с пониженной помехой,

Фиг. 4 - дополнительное схематическое изображение нормализованного сигнального пространства, сопоставимого с сигнальным пространством, показанным на фиг. 3,

Фиг. 5 - еще одно дополнительное изображение сигнального пространства, в котором показано множество элементов характеристических показателей, и

Фиг. 6 - блок-схема последовательности выполнения операций, представляющая несколько этапов варианта осуществления способа в соответствии с изобретением.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В последнее время был продемонстрирован незаметный контроль показателей жизнедеятельности, таких как, например, сердечные сокращения, изменчивость частоты сердечных сокращений и частоты дыхания, с помощью использования датчиков, таких как фотокамера или устройства дистанционной фотоплетизмографии. Как правило, основополагающие алгоритмы позволяют отслеживать средний сигнал, испускаемый или отраженный человеком или, в целом, живым существом, например, цвет или тон кожи наблюдаемого объекта. Зарегистрированный сигнал может изменяться во времени в зависимости от оксигенации крови и объема крови. В целом, однако, этот способ чувствителен к движению объекта относительно камеры, в дополнение к локальным изменениям в интересующем сигнале, например, цвет кожи и изменения уровня освещенности и/или изменения спектра, которые обычно предполагаются, как оказывающие отрицательное влияние на результат контроля. Другими словами, сигнал, который должен быть извлечен, включен в зарегистрированный сигнал, имеющий малое, то есть, разумно низкое значение, отношения "сигнал-шум".

В этом контексте предложены дополнительные меры, чтобы улучшить извлечение интересующего сигнала из общего сигнала, содержащего шум, повышая защищенность включенного сигнала жизнедеятельности, указывающего интересующий признак жизнедеятельности. При ориентации на анализ зарегистрированных последовательностей кадров изображения, в целом, этого можно достигнуть, нормализуя средний цвет кожи во временном интервале, исключая, таким образом, эффект медленных изменений в спектре освещения и медленных изменений в среднем цвете кожи, возникающих за счет движения. Кроме того, эффект местных изменений яркости может быть устранен нормализацией освещения, выравнивая, таким образом, ослабление влияния нестабильных условий окружающего освещения.

Остальные изменения во времени для обнаруженного сигнала, например, цвета кожи, при, так сказать, нормализованные условия цветности и нормализованные локальные условия освещения, как предполагается, должны отражать изменения интересующего сигнала жизнедеятельности, по меньшей мере, в значительной степени. При дополнительном преобразовании этого предварительно обработанного сигнала в сигнальное пространство, которое содержит заданный элемент показателя, например, так называемая, ось сердцебиения, которая, как предполагается, по меньшей мере, приблизительно представляет принятый диапазон или ориентацию интересующего сигнала, предварительно обработанный сигнал может быть спроецирован на нее. Таким образом, содержащие шум составляющие сигнала, все еще остающиеся в предварительно обработанном сигнале, ортогональные к заданному элементу, могут быть устранены.

При принятии подхода для оценки сигналов жизнедеятельности, по существу, получая их из изменений цвета кожи во времени, в качестве основной проблемы в этом отношении следует считать, что кожа живого существа, в частности, человека, является сложным оптическим слоем. По существу, кожа состоит из тонкого поверхностного слоя, эпидермиса, и дермы, являющейся более толстым слоем, расположенным под эпидермисом. Обычно отражение света от кожи имеет место на поверхности эпидермиса, где отражается только совсем небольшая часть, например, приблизительно около 5% падающего света. Остальная часть падающего света проходит в кожу, где поглощается и рассеивается внутри слоев кожи. Другими словами, эпидермис, главным образом, поглощает свет; он обладает свойствами оптического фильтра, через который свет проходит в зависимости от длины волны и концентрации меланина в эпидермисе, то есть "цвета" кожи. Свет дополнительно рассеивается в дерме и либо слабеет за счет диффузного отражения, либо поглощается дермой, наиболее вероятно кровью или волосами. Диффузно отраженный свет содержит сигнал, так как его интенсивность модулируется во времени с периодическими изменениями фракции объема крови. Поглощение зависит, главным образом, от содержания крови и ее компонентов, таких как гемоглобин, билирубин и бета-каротин. Преимуществом при использовании этих характеристик является то, что малые вариации подробностей цвета кожи, например, за счет кровообращения, могут быть обнаружены, применяя способы обработки изображений.

В этой связи, можно предложить выполнение обнаружения сигнала жизнедеятельности, применяя средство датчика, например, камеру, получающую изображения области наблюдаемого объекта, которые, как предполагается, очень характерны для требуемого сигнала. Для примера, щека человека может надежно представлять кровообращение во времени и связанные с ним сигналы жизнедеятельности. С этой целью, средние значения пикселей интересующей области могут быть вычислены и проанализированы, так чтобы определить, по меньшей мере, частично периодические изменения сигнала. Интересующая область может быть выбрана вручную или выполняя алгоритмы, направленные на высоко репрезентативные области кожи.

Само собой разумеется, что в качестве входных данных могут быть также использованы запомненные данные, например, уже записанные последовательности изображений или видеоданные, которые должны быть проанализированы, чтобы обнаружить в них присутствие сигналов жизнедеятельности.

В принципе, обнаружение сердцебиения с помощью видеокамеры, или дистанционной PPG, может применяться следующим образом: изменения объема крови в коже за счет сердцебиения вызывают изменение цвета кожи во времени. Соответствующая область кожи может быть обнаружена и, соответственно, записана. Усреднение выбранных пикселей, представляющих область кожи в последовательности кадров изображения, обнаружение усредненного сигнала и слежение за ним во времени могут привести к форме сигнала, например, колебательной форме, из которой может быть получен сигнал сердцебиения или, в общем, другой жизненный сигнал.

Однако, как упоминалось выше, такая так называемая базовая система наталкивается на проблему, что сердцебиение не является единственной причиной изменений в извлеченном сигнале. Тонкие движения кожи относительно камеры, то есть, средства датчика, и временные изменения освещения можно считать главным источником шума, который легко может превысить амплитуду чистого сигнала сердцебиения н