[發(fā)明專利]一種非接觸式面部心率監(jiān)測動感單車及監(jiān)測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711130239.0
• 申請日: 2017-11-15
• 公開（公告）號: CN108090410B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃繼風(fēng);虞楊;白國臣
• 申請（專利權(quán)）人: 上海師范大學(xué)
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/40
• 代理公司: 上海科盛知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 趙志遠(yuǎn)

1.一種非接觸式面部心率監(jiān)測動感單車，其特征在于，該單車包括動感單車底座(1)、設(shè)置在感單車底座(1)上的系統(tǒng)控制臺(2)以及一端與感單車底座(1)固接的倒U形穹頂(3)，所述的系統(tǒng)控制臺(2)上設(shè)有控制面板、顯示器和攝像頭，所述的攝像頭用于獲取受測者面部和穹頂(3)內(nèi)側(cè)白色背景板的視頻流；

應(yīng)用該動感單車的監(jiān)測方法，包括以下步驟：

1)攝像頭采集以受測者面部為受測目標(biāo)的受測者面部視頻流以及以穹頂內(nèi)側(cè)白色背景板為受測目標(biāo)的參考目標(biāo)視頻流；

2)分別提取受測者面部視頻流和參考目標(biāo)視頻流的每一幀圖像中敏感區(qū)域的圖像數(shù)據(jù)，得到對應(yīng)的敏感區(qū)域視頻流；

3)分別對受測者面部敏感區(qū)域視頻流和參考目標(biāo)敏感區(qū)域視頻流進(jìn)行顏色空間轉(zhuǎn)換，獲取對應(yīng)的血容量脈搏視頻流以及背景目標(biāo)視頻流；

4)采用多尺度的圖像高斯金字塔對血容量脈搏視頻流以及背景目標(biāo)視頻流進(jìn)行空間分解去除多余的圖像噪聲，并且采用帶通濾波和降采樣去除血容量脈搏信號和參考目標(biāo)信號中的冗余信息信號，最終獲取血容量脈搏信號和參考目標(biāo)信號；

5)分別對血容量脈搏信號和參考信號進(jìn)行頻域分析，去除血容量脈搏信號中的參考信號所含的燈光及干擾極點，并進(jìn)行心率估計，具體包括以下步驟：

51)對采用自回歸模型分別對血容量脈搏信號和參考信號進(jìn)行頻域分析，獲取血容量脈搏信號和參考信號的頻譜；

52)獲取血容量脈搏信號和參考信號頻譜中的所有極點；

53)比較血容量脈搏信號和參考信號頻譜中的極點，當(dāng)極點間的角度差小于閾值，則判定其屬于同一干擾光源，并將該極點從血容量脈搏信號的極點集合中刪除；

54)選擇血容量脈搏信號極點集合內(nèi)剩余的極點中量級最高的點進(jìn)行心率估計。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非接觸式面部心率監(jiān)測動感單車，其特征在于，所述的步驟1)中，采集受測者面部視頻流和參考目標(biāo)視頻流時，受測目標(biāo)位于攝像頭正前方0.25-0.75m范圍內(nèi)的同一空間中的同一平面上，攝像頭的采樣率大于等于10幀/秒，視頻分辨率大于等于640×480。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非接觸式面部心率監(jiān)測動感單車，其特征在于，所述的步驟1)中，所述的受測者面部視頻流和參考目標(biāo)視頻流的顏色空間為RGB顏色空間，所述的顏色空間轉(zhuǎn)換具體為將RGB顏色空間轉(zhuǎn)換為Lab顏色空間。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非接觸式面部心率監(jiān)測動感單車，其特征在于，所述的步驟2)中，受測者面部視頻流的敏感區(qū)域為蘊含血容量脈搏變化的臉部區(qū)域，包括人眼下方60％的區(qū)域，參考目標(biāo)視頻流的敏感區(qū)域為蘊含與面部同樣噪聲源的背景區(qū)域，包括穹頂內(nèi)側(cè)白色背景板上100×100的像素區(qū)域。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非接觸式面部心率監(jiān)測動感單車，其特征在于，所述的步驟3)中，選擇Lab顏色空間的a通道作為血容量脈搏信號和參考目標(biāo)信號的參考空間，并將a通道中所有像素點的灰度均值分別作為血容量脈搏視頻流以及背景目標(biāo)視頻流。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非接觸式面部心率監(jiān)測動感單車，其特征在于，所述的步驟4)中，采用8階butterworth帶通濾波器對血容量脈搏視頻流進(jìn)行濾波，通頻帶選為0.67-4Hz，其上下限分別為成人的心率波動范圍40-240bpm，所述的降采樣的目標(biāo)為10Hz。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非接觸式面部心率監(jiān)測動感單車，其特征在于，所述的步驟54)中，心率估計的具體表達(dá)式為：

hr＝f_Index*60

其中，Ps_i為血容量脈搏信號的極點，abs(·)為極點的量級，f_Index為血容量脈搏信號中第Index個極點的頻率，hr為估計得到的心率。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非接觸式面部心率監(jiān)測動感單車，其特征在于，所述的步驟53)中，閾值取值為2°或3°。