[發明專利]一種可抗頭部自然運動的有效心率量測系統

有效

• 申請號: 201810902183.4
• 申請日: 2018-08-09
• 公開（公告）號: CN109700449B
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發明（設計）人: 張容娟;謝朝和;王琨;劉大茂
• 申請（專利權）人: 陽光學院
• 主分類號: A61B5/024
• 分類號: A61B5/024
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

本發明公開了一種可抗頭部自然運動的有效心率量測系統，包括兩個處理單元：第一單元為穩定ROI的獲取，打開攝影鏡頭，匯入實時的影像，系統將自動偵測并追蹤人臉與臉部特征點，在偵測到人臉后，運用人臉黃金比例縮小搜尋框以增加追蹤速度；將感興趣區域ROI的位置分別設計在額頭、右臉頰以及左臉頰上，利用臉部特征點判斷頭運動的姿態(pose)，據以自動選取最合適的ROI，并利用運動濾波，以獲得穩定的ROI信號。第二單元是心率信號處理，將ROI信號先進行預處理，從ROI區域取出綠色通道進行像素平均，將每個時間點的平均值串連起來形成時間序列信號，然后利用標準化處理，消除光線變動對信號質量的影響將主要信號突顯出來，經過快速傅里葉轉換以及帶通濾波處理，便可以計算心跳數據。

技術領域

本發明涉及到一種心率測量系統，特別涉及一種可抗頭部自然運動的有效心率量測系統。

背景技術

近年來，運用計算機視覺技術量測心率等生理信號因為便宜且適合長期監控而普遍受到關注，此方法透過一般廉價的攝像頭，從人臉獲取生命征象，以量測心率，一般而言，此方法系從人臉獲取一塊感興趣區域(Region of Interest；ROI)，然后利用快速傅利葉轉換(Fast Fourier Transform)獲取頻譜，據以計算心率，然而，此方法通常需人為方式事先在人臉上定義一個固定ROI，并且要求受測者臉部靜止不動；臉部若有運動，則量測精確度就嚴重受到影響，這種方法不適合真實應用的情境，因為既使人在靜止情況下，頭部仍會有自然的晃動(natural movement)，特別是若要長期監控量測心率，更不能要求人臉正對著攝像頭而不運動。

發明內容

本發明的目的在于提供一種可抗頭部自然運動的有效心率量測系統，具有找出人臉的哪些部位最適宜作為量測的ROI，以及在人頭自然運動下，如何選擇最佳ROI，得到穩定生命征象信號的新技術的優點，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種可抗頭部自然運動的有效心率量測系統，包括以下步驟：

S1：對臉部與臉部特征點進行偵測與追蹤，臉部偵測運用HOG特征配合SVM分類器而得，然后運用形狀預測法估測側臉部的68個特征點，臉部追蹤利用標準人臉的黃金比例，設計搜尋框并縮小搜尋的范圍，以改進追蹤的速度，獲得68點人臉特征點分布于人臉的眼、口、鼻和臉部輪廓之上，由人臉黃金比例圖得知道人臉的寬度大約是5個眼睛的寬度WEYE，高度約為3個鼻梁的長度WN，右眼寬度WRE＝d(36，39)，左眼寬度WLE＝d(42，45)，WEYE＝0.5(WRE+WLE)；鼻梁的高度WN＝d(33，E)，E＝0.5(x19+x24)，利用標準人臉的黃金比例，設計搜尋框并縮小搜尋的范圍；

S2：將感興趣區域ROI的位置分別設計在額頭、右臉頰以及左臉頰上，并自動選取感興趣區域ROI；

S3：采用滑動視窗法，對ROI坐標做運動濾波，降低偵測追蹤時感興趣區域ROI的些微跳動，以得到穩定ROI；

S4：進行預處理，從穩定ROI取出綠色( G) 通道，將ROI中每個像素點的數值做平均，得到一個波形序列，接著進行標準化，消除光線變動對信號質量的影響；

S5：標準化后的信號經快速傅里葉變換，將影像從時間域信號轉換為頻率域信號，通過帶通濾波將非心率噪聲信號濾除，然后以下列公式計算心率：

FPS為每分鐘獲取的影格數；k為頻率域信號中的最大峰值的索引值；N為FFT計算長度。

優選的，步驟S3中滑動視窗運動濾波視窗大小為M，將目前影格的感興趣區域ROI位置，與前面(M-1)/2影格與后面(M-1)/2影格，總共M格影像做ROI位置的平均。

優選的，步驟S4中，光線變動會影響信號的質量，將ROI信號序列經由標準化處理，濾除光線噪聲，將影像從時間域信號轉換為頻率域信號。