[发明专利]一种非干扰式睡眠中呼吸暂停预警系统

权利要求书

1.一种非干扰式睡眠中呼吸暂停预警系统，其特征在于，包括：控制中心、红外测温模块、微压力传感模块、报警模块和用户终端；

所述红外测温模块、微压力传感模块、报警模块和用户终端均与控制中心连接；

所述红外测温模块用于采集热成像图像，所述微压力传感模块用于采集压力数据，所述报警模块用于传输呼吸暂停的报警信号，所述用户终端用于显示实时的压力数据、实时热成像图像以及告警信息；

所述控制中心用于接收热成像图像和压力数据，将热成像图像流进行目标跟踪，对睡姿进行分类及记录，判断是否发生呼吸干扰动作；

所述将热成像图像流进行目标跟踪，构建BP神经网络进行睡姿分类训练，得到睡姿分类器，所述睡姿分类器对睡姿进行分类及记录；

所述睡姿分类器判断当前时间的睡姿是否与上一时刻的睡姿相同，若不相同，则判定为发生呼吸干扰动作；若无发生呼吸干扰动作，则判定睡眠呼吸暂停，输出报警信号；

所述将热成像图像流进行目标跟踪，将检测人脸区域作为红外测温模块的感兴趣区域，获取感兴趣区域的平均灰度值，将平均灰度值进行卡尔曼滤波，计算滤波后数据的相邻波峰的时间并作为呼吸周期；设置呼吸周期个数n，若连续n个计算得到的呼吸周期均超出设定的正常呼吸周期范围，则判定为呼吸异常；

所述将平均灰度值进行卡尔曼滤波，具体计算公式为：

z^k＝AS^k+υ^k

P^k|k-1＝AP^k-1|k-1A^T+Q

K^k＝P^k|k-1A^T(AP^k|k-1A^T+R)^-1

P^k|k＝(I-K^kA)P^k|k-1

其中，A表示测量状态转移矩阵，υ^k～N(0,R)表示观测的满足高斯分布的噪声，R表示测量噪声协方差，z^k表示k时刻的观测值，表示k时刻的先验状态估计值，分别表示k-1和k时刻的后验状态估计值；P^k|k-1表示k时刻的先验估计协方差，P^k-1|k-1、P^k|k分别表示k-1、k时刻的后验状态估计协方差；Q表示过程噪音协方差矩阵；K^k表示卡尔曼增益，S^k表示感兴趣区域的平均灰度值；

将微压力传感模块检测到的压力值进行判断分析，根据两次呼吸之间的压力变化值判定用户呼吸是否正常，结合呼吸干扰动作，判定睡眠呼吸是否暂停，输出报警信号。

2.根据权利要求1所述的非干扰式睡眠中呼吸暂停预警系统，其特征在于，还设有摄像模块，所述摄像模块与控制中心连接，所述摄像模块用于采集摄像视频流数据。

3.根据权利要求1所述的非干扰式睡眠中呼吸暂停预警系统，其特征在于，所述微压力传感模块的微压力传感器采用柔性材料。

4.根据权利要求1所述的非干扰式睡眠中呼吸暂停预警系统，其特征在于，所述睡姿分类器对睡姿进行分类及记录，具体步骤包括：

设用户的睡眠姿态集合为C＝{C₁，C₂，C₃}＝{仰卧，左侧卧，右侧卧}，建立相应的数据集；

所述BP神经网络采用所述相应的数据集进行训练，得到睡姿分类器；

所述睡姿分类器输出判断结果，当前时间的睡姿与上一时刻的睡姿不同时，将发生睡姿变化的时刻t进行存储，最终得到睡眠过程中的睡姿变化时刻的有序向量S_all＝[t₁，t₂，…t_N]。

5.根据权利要求1所述的非干扰式睡眠中呼吸暂停预警系统，其特征在于，所述获取感兴趣区域的平均灰度值，具体计算公式为：

其中，rm、rn分别是感兴趣区域的宽和高，k表示任意时刻。