[發(fā)明專利]基于PCA的視頻微小變化放大方法

在審

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• 申請日: 2018-07-26
• 公開（公告）號: CN109063763A
• 公開（公告）日: 2018-12-21
• 發(fā)明（設計）人: 楊學志;吳秀;金兢;楊昭
• 申請（專利權）人: 合肥工業(yè)大學
• 主分類號: G06K9/62
• 分類號: G06K9/62;G06K9/46;H04N5/14;H04N5/21;H04N9/64
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

本發(fā)明公開了一種基于PCA的視頻微小變化放大方法，其實現過程是：首先將輸入的視頻圖像從RGB顏色空間轉換到YIQ顏色空間，然后按照幀循環(huán)的方式對視頻中每一幀圖像進行空間高斯/拉普拉斯金字塔分解，接著對空間尺度分解的數據進行PCA處理，得到感興趣的微小變化信號，然后通過直接乘以一個人為設定的放大系數，實現對微小信號幅度的增強，而后進行高斯/拉普拉斯金字塔重建，最后與原始視頻源進行相加，并將處理之后的視頻圖像從YIQ顏色空間轉化到RGB顏色空間，得到視頻微小變化放大結果。由于PCA處理本身具有抑制噪聲的功能，使得本發(fā)明的方法能在放大微小變化的同時有效地抑制噪聲，拓展了視頻放大方法的實際應用。

技術領域

本發(fā)明屬于視頻圖像處理領域，具體涉及一種基于PCA的視頻微小變化放大方法。

背景技術

人類視覺系統(tǒng)有其空間域敏感性限制，對于超出感知域的變化，裸眼無法感知。然而，很多人類視覺能力之外的信號有很強的信息性。例如，血液循環(huán)使得人體的皮膚發(fā)生細微的周期性變化，這個裸眼無法感知的變化卻和人的心率非常吻合。手腕部位空間域的小幅度的振動，對肉眼來說很難看到，但放大后可以明顯感知，從而揭示有趣的人體生理特征。機械磨具的微小振動，橋梁建筑物的輕微晃動等等，這些都是人眼無法直接感知的，但這些微小的運動均蘊含了有意義的信息。

視頻微小變化放大技術是近年來興起的一種用于改變視頻中感興信號變化幅度的技術，這類技術猶如視頻中微小信息的“顯微鏡”，可以將這些微弱的信號放大到肉眼可以感知的程度，從而挖掘出視頻中有價值的信息，進一步用于心率估計、脈搏波提取、磨具質量檢測、橋梁振動監(jiān)測等。鑒于此，研究開發(fā)高性能的視頻微小變化放大方法已發(fā)展為目前國內外研究的熱點。

線性歐拉視頻放大技術既可以用于運動放大也可以用于顏色放大。例如，利用視頻放大技術進行人體面部皮膚顏色變化放大，可以將看不見的血液容積脈沖(BloodVolume Pulse,BVP)信號增強到人肉眼可以直接感知的程度。如此可以使得心率信號變得可以直接被人肉眼可見的信號，進一步地用于非接觸式心率的測量或者監(jiān)測。這其中一個很重要的問題是，基于線性歐拉視頻放大技術對BVP信號進行增強時，噪聲的水平是與該微小變化的信號相當。這樣在放大BVP信號的同時，噪聲信號也會被同時放大，而且隨著放大倍數的增加而增加，造成噪聲極有可能會淹沒有用的BVP信號，從而影響后續(xù)對BVP信號的提取和測量。對于線性歐拉視頻放大技術的噪聲問題的解決，Wadhwa等人在2013年對歐拉視頻放大技術進行了改進，提出了基于相位的視頻微小變化處理技術^[7]。基于相位的歐拉視頻放大技術在放大動作的同時不會放大噪聲，而是平移了噪聲，因而可以達到更好的放大效果。但是該方法具有較大的計算量，難以滿足實際應用的需求。故在2014年Wadhwa等人又開發(fā)了基于Riesz金字塔的視頻微小變化放大技術。基于Riesz金字塔的放大技術與基于相位的視頻放大技術相比，具有與之相當的效果，但其計算效率大大提升，一定程度上滿足處理的需求。但是，遠沒有達到快速的實時處理的需要。因此，亟待提出一種能高效快速的抗噪的視頻放大技術，實現在對視頻微小變化放大的同時抑制噪聲干擾。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是針對線性歐拉視頻放大技術對噪聲敏感的問題，提出了一種基于PCA的視頻微小變化放大方法，針對噪聲情況下利用PCA處理結合歐拉視角對視頻中微小變化進行放大，可用于心率檢測、脈搏波提取和檢測等健康醫(yī)療領域，也可用于監(jiān)測橋梁振動、機械振動以及磨具質量檢測等工程應用領域；解決傳統(tǒng)線性EVM在放大顏色信號或者運動信號的同時放大噪聲的問題，提升視頻微小變化放大方法的抗噪性能，進一步拓展視頻放大技術在實際場景中的應用。

本發(fā)明采用的技術方案是：

一種基于PCA的視頻微小變化放大方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)輸入視頻：

輸入一段含有微小變化(或運動)的視頻，其分辨率和幀率一般沒有特別的要求，可以通過普通攝像機或手機獲取；