[發明專利]一種基于熱成像技術的非接觸式心率提取方法

有效

• 申請號: 201710934264.8
• 申請日: 2017-10-10
• 公開（公告）號: CN107731306B
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發明（設計）人: 洪侃;劉國棟
• 申請（專利權）人: 江西科技師范大學
• 主分類號: G16H50/30
• 分類號: G16H50/30;G06T5/00;G06T7/00;G06K9/00
• 代理公司: 南昌大牛知識產權代理事務所(普通合伙) 36135
• 代理人: 喻莎

本發明提供的一種基于熱成像技術的非接觸式心率提取方法，首先利用非接觸式熱成像技術，通過相關性算法找尋合適的且關聯性較高的臉部感興趣區域作為算法信號的提取區域，其次歲圖像信號進行去噪處理，最后提取心率信號。本發明公開的一種基于熱成像技術的非接觸式心率提取方法，選擇人體臉部部位作為感興趣區域，將熱信號中有效提取出來，實現完全無干預且無需人為配合，能及時高效的提取心率信息，適用于安保和醫院等公共部門。

技術領域

本發明屬于生命體征健康監測技術領域，具體涉及一種基于熱成像技術的非接觸式心率提取方法。

背景技術

心率是人體基本生命特征信息，是反映人體健康狀況和心理狀態的重要參數，有助于診斷個體疾病和預防生命危險。同時，在反恐安保領域也有著廣闊的應用空間。當前，心率信息提取多采用接觸式方法，這些方法可靠準確率高，但是需要參與者接觸式的配合，這就使得效率偏低也不適應于公共安全領域。

同時，現有的非接觸心率提取方法多要求參與者提供頸動脈的熱紅外細節信息以獲取較強的脈沖信號。2007年，Pavlidis等人報道了利用熱紅外成像探測人臉側面主動脈獲取心率的方法(Pavlidis,I.,et al.:Contact-free measurement of cardiac pulsebased on the analysis of thermal imagery.IEEE Trans Biomed Eng.54(8):1418-26(2007))，這種方法雖然精度高，但是實際操作中難度很大，需要參與者較大的配合(姿勢和位置必須很準確)。2012年，Yu等人報道了利用可見光傳感器探測人體心率的方法(Hao-Yu,W.,Michael,R.,et al.:Eulerian video magnification for revealing subtlechanges in the world.ACM Trans.31(4),1–8(2012))，但是，基于可見光的視頻心率提取算法無法克服外界光線帶來的噪聲影響，當外部可見光發生即使微小的變化的時候算法失真非常嚴重。因此，目前的非接觸式心率提取方法，依然無法滿足實際應用的需求。在復雜的環境場景中信號的提取往往較差。

發明內容

本發明為解決上述技術問題，提供一種基于熱成像技術的非接觸式心率提取方法，選擇人體臉部部位作為感興趣區域，將熱信號中的心率參數有效提取出來，實現完全無干預且無需人為配合，能及時高效的提取心率。

為了解決本發明的技術問題，本發明是通過以下技術方案實現的：一種基于熱成像技術的非接觸式心率提取方法，此方法包括以下步驟：

步驟一：采用熱紅外成像系統采集人臉圖像，通過相關性算法，提取相關性最大的區域作為感興趣區域(ROI)；將臉部的額頭、眉心、左臉、右臉、鼻子定義成不同的對象，采用基于零滯后相關矩陣和隨機矩陣理論構建相關性模型。

(1)設定等時相關矩陣

熱信號的多參數時間序列信號設定為Si(t)(i＝1…N)，而等時間相關矩陣C則由熱信號的歸一化來構建：

其中，σ_i是標準差，是平均值；利用佩爾松的相關系數分析各個參數，設定等時相關矩陣C如下所示：

所有的計算都是基于時間序列t∈[1,T]，因此，等時相關矩陣又可以改寫成：

其中，是的轉置。

(2)歸一化后Si的相關矩陣特征值公式

N對象數據間的相似性取決于C矩陣的特征值最大值，所有有限長隨機時序熱信號Si都是不相關，歸一化后Si的相關矩陣特征值分布公式如下：