[發(fā)明專利]基于相位放大處理人臉視頻心率信號的系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810943314.3
• 申請日: 2018-08-17
• 公開（公告）號: CN109350030B
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊剛;駱天翔;于占勝;陳怡然;米悅豐;劉衍
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號: A61B5/024
• 分類號: A61B5/024;A61B5/11
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心 61205
• 代理人: 田文英;王品華

本發(fā)明公開了一種基于相位放大處理人臉視頻心率信號的系統(tǒng)及其方法，系統(tǒng)包括，特征識別模塊、人臉截取模塊、亮度相位差分放大模塊、運(yùn)動(dòng)特征提取模塊、時(shí)域帶通濾波模塊、心率計(jì)算模塊。方法的步驟為：輸入人臉視頻、識別人臉特征、截取人臉區(qū)域、計(jì)算亮度相位值、檢測運(yùn)動(dòng)特征點(diǎn)、放大亮度相位差分值、跟蹤運(yùn)動(dòng)特征點(diǎn)、提取主要運(yùn)動(dòng)特征、時(shí)域帶通濾波、計(jì)算心率值。本發(fā)明的系統(tǒng)放大圖像亮度相位差分值，不會(huì)放大噪聲信號。本發(fā)明的方法檢測放大后圖像中的運(yùn)動(dòng)特征點(diǎn)，分析計(jì)算心率值，有效去除光照影響，魯棒性較強(qiáng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于物理技術(shù)領(lǐng)域，更進(jìn)一步涉及圖像處理技術(shù)領(lǐng)域的一種基于相位放大處理人臉視頻心率信號的系統(tǒng)及方法。本發(fā)明可用于從采集的人臉視頻圖像中估計(jì)心率值，進(jìn)而提供被檢測者的心率數(shù)據(jù)。

背景技術(shù)

心率的變化與心臟疾病密切相關(guān)，是衡量人體健康狀況的重要指標(biāo)。其檢測方法主要分為接觸式與非接觸式兩種，因?yàn)榉墙佑|式檢測方法具有設(shè)備低廉、舒適度高、可長時(shí)間監(jiān)測等眾多優(yōu)點(diǎn)，對心率信號的檢測越來越借助非接觸式的檢測方法，為此，研究人員提出了諸多非接觸式心率監(jiān)測方法。

天津點(diǎn)康科技有限公司在其申請的專利文獻(xiàn)“非接觸式自動(dòng)心率測量系統(tǒng)及測量方法”(專利申請專利號：201310172275.9，公開號：CN 104138254 A)中公開了一種非接觸式自動(dòng)心率測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括視頻采集模塊、分幀提取ROI模塊、基色分量分離模塊、時(shí)域信號生成模塊、盲源分離模塊、信號篩選模塊、心率分析模塊。系統(tǒng)利用視頻采集模塊和感興趣模塊錄制一段彩色視頻圖像，并提取每幀視頻圖片的感興趣區(qū)域ROI(Region OfInterest)，然后利用基色分量分離模塊對圖像進(jìn)行RGB基色分離，通過時(shí)域信號生成模塊生成三個(gè)時(shí)域信號,再使用盲源分離模塊將獲得的三個(gè)時(shí)域信號分離成獨(dú)立的信號成分，最后利用信號篩選模塊對時(shí)域信號進(jìn)行篩選，并通過心率分析模塊計(jì)算心率值。雖然該系統(tǒng)采用無創(chuàng)非接觸式方式遠(yuǎn)程檢測心率信號，完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)心率測量，測量精度較高，但是，該系統(tǒng)仍然存在的不足之處是：該系統(tǒng)使用信號篩選模塊對盲源分離出的三個(gè)獨(dú)立時(shí)域信號進(jìn)行相關(guān)性分析，選取其中相關(guān)性最大的信號作為最終篩選信號，但是由盲源分離出的第二個(gè)時(shí)域信號有可能不包含心率信號，經(jīng)心率分析模塊計(jì)算心率值的可靠性和穩(wěn)定性較差。

天津點(diǎn)康科技有限公司在其申請的專利文獻(xiàn)“非接觸式自動(dòng)心率測量系統(tǒng)及測量方法”(專利申請專利號：201310172275.9，公開號：CN 104138254 A)中公開了一種非接觸式自動(dòng)心率測量方法。該方法通過遠(yuǎn)程非接觸式地獲取人臉的彩色視頻，進(jìn)行人臉圖像跟蹤和盲源分離將各顏色通道信號分離成獨(dú)立的信號成分，分析處理后獲得心率測量信息。雖然該方法在運(yùn)動(dòng)偽影存在的情況下，依然具有較高精度，但是，該方法仍然存在的不足之處是：該方法采用盲源分離算法分離顏色通道信號成分，這種分離方法對光照十分敏感，在光線較強(qiáng)、光照穩(wěn)定的條件下，系統(tǒng)準(zhǔn)確率較高，一旦光照有變化或光線較差，所測量的心率值誤差較大。

西安中科創(chuàng)星科技孵化器有限公司在擁有的專利技術(shù)“一種非接觸式心率檢測方法及系統(tǒng)”(專利申請專利號：201510741006.9，公開號：CN 105266787 B)中提出了一種非接觸式心率檢測方法。該方法首先獲取被檢測者的臉部視頻圖像，并識別圖像中的人臉，然后計(jì)算人臉感興趣區(qū)域圖像，再通過時(shí)域差分顏色變化放大模型計(jì)算感興趣區(qū)域圖像顏色分量差分值，并根據(jù)差分值繪制時(shí)域波形，最后對時(shí)域波形進(jìn)行傅立葉變換并計(jì)算頻域響應(yīng)最大值，以此作為心率值。雖然該方法通過時(shí)域差分顏色變化放大模型可有效去除環(huán)境光照的影響，具有更強(qiáng)的抗環(huán)境光影響性，但是，該方法仍然存在的不足之處是：該方法利用傅里葉變換計(jì)算頻率響應(yīng)最大值，根據(jù)頻率響應(yīng)最大值所對應(yīng)的頻率值計(jì)算被測者的心率值，這種處理方法會(huì)包含多余的噪聲，在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中很難計(jì)算出準(zhǔn)確的心率值。