[發明專利]基于相位放大處理人臉視頻心率信號的系統及方法

有效

• 申請號: 201810943314.3
• 申請日: 2018-08-17
• 公開（公告）號: CN109350030B
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發明（設計）人: 楊剛;駱天翔;于占勝;陳怡然;米悅豐;劉衍
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: A61B5/024
• 分類號: A61B5/024;A61B5/11
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 田文英;王品華

1.一種基于相位放大處理人臉視頻心率信號的系統，包括特征識別模塊、人臉截取模塊、時域帶通濾波模塊、心率計算模塊，其特征在于，還包括亮度相位差分放大模塊、運動特征提取模塊；其中：

所述特征識別模塊，用于從解碼后的視頻圖像中順序讀取一幀圖像，作為當前幀圖像；利用計算機人臉識別分類器，識別當前幀圖像中的人臉和眼部特征區域；判斷是否識別到人臉和眼部特征區域，若是，則將識別到人臉和眼部特征區域的當前幀圖像發送給人臉截取模塊，否則，繼續讀取一幀視頻圖像；

所述人臉截取模塊，用于利用灰度值填充技術，將當前幀圖像中的眼部特征區域的像素值填充為黑色后，輸入到計算機視覺庫中，繪制出人臉特征區域矩形框；利用圖像裁剪技術，截取人臉特征區域矩形框中的人臉圖像，將人臉截取圖像發送給亮度相位差分放大模塊；

所述亮度相位差分放大模塊，用于利用顏色空間轉化公式，將輸入的人臉截取圖像從紅綠藍RGB顏色空間轉換到亮度色差YIQ顏色空間，作為當前幀亮度色差圖像；使用離散傅立葉變換DFT，將當前幀亮度色差圖像亮度Y通道分量中的每個像素點的亮度值轉換到頻域，得到每個像素點亮度復數值；利用幅值相位計算公式，計算每個像素點亮度復數值的相位值，作為當前幀每個像素點的亮度相位值；判斷當前幀亮度色差圖像是否為第一幀亮度色差圖像，若是，則將第一幀亮度色差圖像中每個像素點的相位值標記為每個像素點參考亮度相位值，使用光流特征點檢測方法，檢測第一幀亮度色差圖像中每個運動特征點的位置坐標，得到每個運動特征點的原始位置坐標，對所有運動特征點依次編號，否則，將當前幀每個像素點亮度相位值與每個像素點對應參考亮度相位值相減，得到當前幀每個像素點亮度相位差分值，利用相位差分放大計算公式，計算當前幀各像素點亮度相位差分放大值，利用離散傅立葉逆變換IDFT，將當前幀亮度色差圖像亮度Y通道分量中的每個像素點的頻域亮度復數值變換回空域，得到每個像素點亮度值，完成對圖像微小運動的放大，將放大后的圖像作為當前幀亮度色差放大圖像；將當前幀亮度色差放大圖像發送給運動特征提取模塊；

所述運動特征提取模塊，用于利用光流跟蹤器跟蹤運動特征點，確定當前幀亮度色差放大圖像中每個運動特征點的位置坐標；利用特征點運動距離計算公式，分別計算每個運動特征點位置坐標與該運動特征點原始位置坐標在垂直方向的差值，作為當前幀每個運動特征點的運動距離值；將當前幀每個運動特征點的運動距離值按運動特征點編號依次排成一行，得到特征點運動距離序列；判斷是否讀取完所有的幀圖像，若是，則將按照選取幀的次序，將第二幀以后的每一幀圖像的特征點運動距離序列排成一列，組成特征點運動距離矩陣，利用主成分分析PCA方法，對特征點運動距離矩陣進行特征降維，得到主要特征點運動距離矩陣，從特征降維后的主要特征點運動距離矩陣中，選取前三個特征點隨時間變化的運動距離序列，作為主要特征點向量序列，將所選的三組主要特征點向量序列發送給時域帶通濾波模塊，否則，繼續讀取一幀視頻圖像；

所述時域帶通濾波模塊，用于選取通帶頻率為0.8赫茲到2赫茲的帶通濾波器，分別對輸入的三組主要特征向量序列進行時域帶通濾波，得到更平滑的時域波形；將所選的三組主要特征點向量序列發送給時域帶通濾波模塊；

所述心率計算模塊，用于采用峰值檢測算法，分別檢測輸入三組時域波形中波峰的位置，得到波峰位置序列；分別迭代計算兩個波峰位置之間的幀差，生成三組差值序列，分別計算每組差值序列的均值；利用峰值幀差計算公式，分別計算每組差值序列的均值所對應的心率值，并取三個心率值的均值作為最終心率值。