[發(fā)明專利]一種基于視覺攝像頭的非接觸式心率測量方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811000226.6
• 申請日: 2018-08-29
• 公開（公告）號: CN109259749A
• 公開（公告）日: 2019-01-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳建新;林清宇;周亮;魏昕;蔡凱
• 申請（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類號: A61B5/024
• 分類號: A61B5/024
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責(zé)任公司 32102
• 代理人: 牛莉莉

本發(fā)明涉及一種基于視覺攝像頭的非接觸式心率測量方法，包括如下步驟：確定感興趣區(qū)域ROI、處理像素信號步驟、提取心率信息；本發(fā)明利用攝像機(jī)采集目標(biāo)的視頻圖像。然后針對這些圖像，對采集到的圖像進(jìn)行顏色增強(qiáng)，并對所選擇的ROI進(jìn)行定位。然后提取有效信號，通過帶通濾波器和快速傅里葉變換得到心率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法能夠有效地測量心率。由此實(shí)現(xiàn)了對非接觸式心率的測量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明一種基于視覺攝像頭的非接觸式心率測量方法，屬于基于普通攝像頭提取生理信息的醫(yī)療領(lǐng)域。

背景技術(shù)

目前較為常用的非接觸式心率測量方式有：基于微波或毫米波的多普勒測量，激光多普勒測量，紅外成像測量，基于成像式的光電容積脈搏波(ImagingPhotoPlethysmoGraphy，IPPG)測量方式。

基于微波或毫米波的多普勒測量方式，最早是由美國提出。此測量方式早期用于軍事中尋找幸存者，后在1996年亞特蘭大奧運(yùn)會上使用此方式檢測運(yùn)動員心率信息。其主要的檢測原理是通過使用微波或者毫米波的形式，由微波發(fā)射波形同人體經(jīng)過波形照射后散射回的波形進(jìn)行混頻，通過計(jì)算混頻信號的頻移信息來獲取心率信息。優(yōu)點(diǎn)：能夠?qū)崿F(xiàn)非接觸式心率測量。不足：這種通過微波或毫米波來照射人體，長時(shí)間會有較大輻射，且對于人體運(yùn)動會帶來較大干擾信息，測量裝置體積較大，移動不便。

激光多普勒測量方式是通過激光裝置，使用多普勒效應(yīng)來檢測由于人體心跳引起的胸部振動。激光多普勒系統(tǒng)是意大利迪桑尼塔高級研究所和意大利馬爾凱理工大學(xué)聯(lián)合研究的一個(gè)系統(tǒng)，利用的是M-Z激光多普勒干涉測量結(jié)構(gòu)。激光多普勒測量的優(yōu)點(diǎn)是能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)、非接觸式心率檢測，缺點(diǎn)是長時(shí)間的激光輻射，會造成一定的生理負(fù)擔(dān)，無法實(shí)現(xiàn)日常測量。

紅外成像測量心率，此方法是1999年羅伯茲成像研究所提出。人體血液流動會同周圍環(huán)境產(chǎn)生熱傳導(dǎo)，紅外裝置可采集血管中血液流動過程產(chǎn)生的熱變化，通過對熱變化的分析可計(jì)算得心率。此實(shí)驗(yàn)裝置的提出為后期的基于成像的光電容積脈搏波測量技術(shù)打下了基礎(chǔ)，缺點(diǎn)：不適合長時(shí)間的心率測量，不適合日常測量。

基于成像式光電容積脈搏波描記法的非接觸式心率檢測方法是最近幾年才開始進(jìn)行研究的。其主要依據(jù)原理是光電容積描記法，人體心臟周期性跳動將導(dǎo)致血液中含氧血紅蛋白含量周期性變化，致使血液吸收反射光線強(qiáng)度發(fā)生周期性改變。人體血管分布于皮膚表層，周期性吸收與反射光線強(qiáng)度變化形成周期性膚色變化，提取周期性顏色變化信息就可得到人體心率信息。

2005年Wieringa等人采用IPPG技術(shù)提取了不同波長下的心率信號，2007年Takano等人通過黑白CCD在光照條件下實(shí)現(xiàn)了心率信號的提取。但這兩種測量方式在光照環(huán)境的改變以及運(yùn)動情況下都會產(chǎn)生較大誤差，會對測量結(jié)果精度產(chǎn)生較大的影響。

2008年Hu等人提出成像式光電容積脈搏波描記法的可行性研究，主要內(nèi)容是通過使用LED光源和成像設(shè)備，在非接觸條件下使用成像設(shè)備采集人指端視頻，使用不同波段光源下提取指端光電容積變化信息，測量人體心率。這項(xiàng)研究證實(shí)了使用成像式光電容積脈搏波描記法測量人體心率的可能性。

2010年，麻省理工Poh等人采用盲源分離技術(shù)，減弱運(yùn)動帶來的誤差。Poh等人的實(shí)驗(yàn)原理是通過采集人臉視頻，運(yùn)用盲源分離技術(shù)處理提取心率信號，通過計(jì)算得到人體心率。

2011年Rubins等人提出使用電腦攝像頭以及LED光源和系統(tǒng)處理裝置，通過時(shí)間窗口形式采集人體手部光電容積脈搏波信號來實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測人體心率目的。實(shí)驗(yàn)要求：手部要處于完全靜止?fàn)顟B(tài)。

2013年Sun等人提出使用成像設(shè)備以及LED光源同系統(tǒng)處理軟件，采取提取人手掌10*10模塊，使用不同采集視頻圖像速度的成像設(shè)備分別采集并進(jìn)行分析處理，證實(shí)可使用常見攝像頭作為成像設(shè)備，來進(jìn)行心率監(jiān)測。此法測量心率時(shí)，手部需保持靜止。