[發明專利]一種基于歐拉影像放大的無接觸式心率測量方法及裝置

有效

• 申請號: 201710303637.1
• 申請日: 2017-05-02
• 公開（公告）號: CN107529646B
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發明（設計）人: 蘇培權;許亮;梁永堅
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/34;G06T7/11;G06T7/136;A61B5/024
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 張春水;唐京橋

1.一種基于歐拉影像放大的無接觸式心率測量方法，其特征在于，包括步驟：

步驟S1：通過歐拉影像放大技術對視頻中橈動脈跳動微小變化進行放大；

步驟S2：通過在時域上對橈動脈跳動微小變化放大后的視頻幀像素點亮度通道進行亮度方差統計并同時對橈動脈跳動微小變化放大后的視頻幀進行皮膚分割，對橈動脈跳動區域進行提?。?/p>

步驟S3：對所述橈動脈跳動區域進行時頻分析計算心率；

所述步驟S1具體包括：

S11：對輸入視頻每一幀通過拉普拉斯金字塔構建原理進行空間多分辨率分解；

S12：對每一個拉普拉斯金字塔中空間分辨率一樣的圖像通過第一公式進行時域帶通濾波，通過第二公式提取視頻通道中的空間點位置為x，時間為t時的脈搏跳動信號對應的圖像亮度變化信號B(x,t)，其中所述第一公式為

I(x,t)表示在視頻通道中空間點位置為x，時間為t時的圖像亮度信號，I(x,0)＝f(x)，δ(t)為所述空間點經過時間t后的動作位移，所述第二公式為

其中B(x,t)為視頻通道中的空間點位置為x，時間為t時的脈搏跳動信號對應的圖像亮度變化信號；

S13：通過放大因子關系式對脈搏跳動信號對應的圖像亮度變化信號進行放大α倍；

S14：將放大α倍的脈搏跳動信號對應的圖像亮度變化信號疊加到在視頻通道中空間點位置為x，時間為t時的圖像亮度信號I(x,t)，完成圖像合成并轉換回RGB空間進行重構視頻，并輸出重構后的視頻；

所述步驟S2具體包括：

S21：通過在時域上對橈動脈跳動微小變化放大后的視頻幀像素點亮度通道通過像素點亮度方差計算公式進行亮度方差統計，并用亮度方差灰度圖顯示統計結果，同時對橈動脈跳動微小變化放大后的視頻幀通過第三公式閾值后產生二值圖像，對所述二值圖像在閾值分割后進行連通域大小計算，并選擇面積最大的連通域，對最大連通域中存在的孔洞經行檢測和填充，分割提取出皮膚區域，其中像素點亮度方差計算公式為

其中σ²為橈動脈跳動微小變化放大后的視頻幀像素點x在前30幀時域上的亮度方差，N＝30，x_i代表時域上像素點的亮度，所述第三公式為

其中Cr、Cb分別是紅色、藍色的色度；

S22：對亮度方差灰度圖與皮膚區域二值圖像矩陣作點乘運算，消除皮膚背景對應的方差灰度，通過第四公式對皮膚區域方差灰度圖作動態閾值分割，對閾值分割結果進行灰度腐蝕，然后進行連通域大小計算，并選擇最大連通域為膨脹對象，對所述膨脹對象恢復到腐蝕前的大小，在亮度通道對最大連通域取外接矩形，獲取橈動脈跳動矩形區域；

所述第四公式為：

其中，σ_min和σ_max分別是皮膚區域方差灰度圖中的最小和最大灰度值；

所述步驟S3具體包括：

S31：前15秒對橈動脈跳動矩形區域中像素亮度進行加權平均值計算，形成時域上的原始生理信號，即脈搏波；

S32：對所述脈搏波做傅里葉變換，通過人體出現的心率，選取頻率帶寬為0.3-3Hz作為分析頻段，并在所述分析頻段內選擇能量最高點對應的頻率。

2.一種基于歐拉影像放大的無接觸式心率測量裝置，其特征在于，包括：

放大單元，用于通過歐拉影像放大技術對視頻中橈動脈跳動微小變化進行放大；

提取單元，用于通過在時域上對橈動脈跳動微小變化放大后的視頻幀像素點亮度通道進行亮度方差統計并同時對橈動脈跳動微小變化放大后的視頻幀進行皮膚分割，對橈動脈跳動區域進行提?。?/p>

計算單元，用于對所述橈動脈跳動區域進行時頻分析計算心率；

所述放大單元具體包括：

分解子單元，具體用于對輸入視頻每一幀通過拉普拉斯金字塔構建原理進行空間多分辨率分解；

第一提取子單元，具體用于對每一個拉普拉斯金字塔中空間分辨率一樣的圖像通過第一公式進行時域帶通濾波，通過第二公式提取視頻通道中的空間點位置為x，時間為t時的脈搏跳動信號對應的圖像亮度變化信號B(x,t)，其中所述第一公式為

I(x,t)表示在視頻通道中空間點位置為x，時間為t時的圖像亮度信號，I(x,0)＝f(x)，δ(t)為所述空間點經過時間t后的動作位移，所述第二公式為

其中B(x,t)為視頻通道中的空間點位置為x，時間為t時的脈搏跳動信號對應的圖像亮度變化信號；

放大子單元，具體用于通過放大因子關系式對脈搏跳動信號對應的圖像亮度變化信號進行放大α倍；

重構子單元，具體用于將放大α倍的脈搏跳動信號對應的圖像亮度變化信號疊加到在視頻通道中空間點位置為x，時間為t時的圖像亮度信號I(x,t)，完成圖像合成并轉換回RGB空間進行重構視頻，并輸出重構后的視頻；

所述提取單元具體包括：

統計模塊，具體用于通過在時域上對橈動脈跳動微小變化放大后的視頻幀像素點亮度通道通過像素點亮度方差計算公式進行亮度方差統計，并用亮度方差灰度圖顯示統計結果；

產生模塊，具體用于對橈動脈跳動微小變化放大后的視頻幀通過第三公式閾值后產生二值圖像；

第一選擇模塊，具體用于對所述二值圖像在閾值分割后進行連通域大小計算，并選擇面積最大的連通域；

提取模塊，具體用于對最大連通域中存在的孔洞經行檢測和填充，分割提取出皮膚區域；

其中像素點亮度方差計算公式為

其中σ²為橈動脈跳動微小變化放大后的視頻幀像素點x在前30幀時域上的亮度方差，N＝30，x_i代表時域上像素點的亮度，所述第三公式為

其中Cr、Cb分別是紅色、藍色的色度；

消除模塊，具體用于對亮度方差灰度圖與皮膚區域二值圖像矩陣作點乘運算，消除皮膚背景對應的方差灰度；

第二選擇模塊，具體用于通過第四公式對皮膚區域方差灰度圖作動態閾值分割，對閾值分割結果進行灰度腐蝕，然后進行連通域大小計算，并選擇最大連通域為膨脹對象，對所述膨脹對象恢復到腐蝕前的大??；

所述第四公式為：

其中，σ_min和σ_max分別是皮膚區域方差灰度圖中的最小和最大灰度值；

獲取模塊，具體用于在亮度通道對最大連通域取外接矩形，獲取橈動脈跳動矩形區域；

所述計算單元具體包括：

計算子單元，具體用于前15秒對橈動脈跳動矩形區域中像素亮度進行加權平均值計算，形成時域上的原始生理信號，即脈搏波；

選擇子單元，具體用于對所述脈搏波做傅里葉變換，通過人體出現的心率，選取頻率帶寬為0.3-3Hz作為分析頻段，并在所述分析頻段內選擇能量最高點對應的頻率。