[發明專利]手機處理人臉視頻提取心率信號的系統及其方法

有效

• 申請號: 201810943315.8
• 申請日: 2018-08-17
• 公開（公告）號: CN109259748B
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發明（設計）人: 楊剛;劉衍;于占勝;陳怡然;駱天翔;米悅豐
• 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;G06K9/00;G06K9/32
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 田文英;王品華

本發明公開一種手機處理人臉視頻提取心率信號的系統及其方法，系統包括，特征點識別模塊、特征圖像截取模塊、色度差值放大模塊、濾波模塊、有效特征檢測模塊、顯示模塊。方法的步驟為：輸入人臉視頻、識別人臉特征點、截取特征圖像、計算色度差放大值、色度差值放大模塊判斷是否提取完人臉視頻的幀圖像、濾波、標記特征、計算心率值、顯示心率值。本發明的系統中從色度差值中提取心率信號，計算簡單，系統運行時間短。本發明的方法根據有效特征計算心率值，計算心率值更準確，放大色度信號，計算結果受亮度變化影響小。

技術領域

本發明屬于物理技術領域，更進一步涉及圖像處理技術領域中的一種手機處理人臉視頻提取心率信號的系統及其方法。本發明可用放大人臉視頻信號中的微小變化，從處理后的人臉視頻中提取心率信號。

背景技術

人們在日常生活中往往使用接觸式的心率檢測儀測量心率，該儀器使用接觸式傳感器接收心率電信號。雖然接觸式心率檢測儀測量準確，但是其引入了硬件成本，價格較高。此外，接觸式心率檢測儀的接觸式傳感器給外傷患者和幼兒造成不便。為此，研究人員提出了諸多非接觸式心率檢測方法及系統。

天津點康科技有限公司在其申請的專利文獻“非接觸式自動心率測量系統及測量方法”(專利申請專利號：201310172275.9，公開號：CN104138254A)中公開了一種非接觸式自動心率測量系統。該系統包括視頻采集模塊、分幀提取感興趣區域ROI模塊、基色分量分離模塊、時域信號生成模塊、盲源分離模塊、信號篩選模塊、心率分析模塊。該系統中使用視頻采集模塊采集人臉彩色視頻，使用分幀提取感興趣區域ROI模塊利用人臉跟蹤算法提取視頻中每幀圖片的感興趣區域，使用基色分離模塊將所提取的感興趣區域圖像進行紅綠藍RGB基色分離，使用時域信號生成模塊從基色分離后的圖像中提取圖像特征值，生成特征值序列，使用盲源分離模塊對獲取的特征值序列進行盲源分離，使用信號篩選模塊篩選出最終信號，使用心率分析模塊對篩選得到的信號進行頻譜分析，計算出心率值。該系統雖然能自動提取人臉特征區域，無需手動標定，進而計算出心率值。但是，該系統仍然存在的不足之處是：由于該系統使用的盲源分離模塊首先要對圖像進行主成分分析，然后對圖像進行濾波，計算圖像的獨立性，最后使用優化算法實現盲源分離，而該過程中包含了對每一幀圖像的卷積和矩陣運算，導致其該系統運算量巨大，系統運算時間長。

天津點康科技有限公司在其申請的專利文獻中還公開了一種非接觸式自動心率測量方法。該方法首先采集包含人臉區域的彩色視頻圖像，提取所采集視頻圖像中的特征點并與人臉模式進行匹配，提取其中人臉區域圖像，使用基色分離方法對提取的感興趣區域圖像按照紅綠藍RGB三個顏色通道進行基色分離，對獲取的三基色分量圖像的每幀圖像分別取所有像素的灰度均值，作為該幀的特征值并生成三個時域信號，對得到的三個時域信號進行篩選，獲得最終的篩選信號，使用頻譜分析計算出心率值。該方法存在的不足之處是：在計算心率值時，該方法將篩選得到的信號變換到頻域進行頻譜分析，而篩選得到的信號中包含較多的其他頻率成分的雜波，導致該方法計算的心率值不準確。

西北工業大學在其申請的專利文獻“基于智能手機的心率檢測方法”(專利申請專利號：201610421290.6，公開號：CN106073745A)中公開了一種基于智能手機的心率檢測方法。該方法首先將人體指尖、手心或者面部以及其他部位皮膚在穩定光源下皮膚顏色變化的視頻輸入智能手機中，然后使用視頻中單個像素點的灰度值序列作為有效容積脈搏波信號，最后通過平均幅度比較得到主波波形，進而求取心率值。該方法存在的不足之處是：人臉視頻中的心率信號十分微弱，該方法沒有對微弱的心率信號進行放大處理，而是直接對視頻中單個像素點的灰度值序列比較平均幅度并提取心率值，導致該方法測量結果易受光照變化、溫度變化的影響。

發明內容