[發明專利]基于成形信號的RPPG高精度心率檢測方法

在審

• 申請號: 201811315831.2
• 申請日: 2018-11-06
• 公開（公告）號: CN110084085A
• 公開（公告）日: 2019-08-02
• 發明（設計）人: 田磊;張猛超;王帆
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/32
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于成形信號的RPPG高精度心率檢測方法，屬于生物醫學工程領域，實現了一種非接觸式測量心率的方法，且具有較高的精確度，可應用于多領域的心率檢測中。步驟為：用攝像頭采集人臉區域的視頻，同時疊加一定幅值的光學成形信號；在一個周期的成形信號內采集視頻；結合Adaboost算法與金字塔圖搜索所述RGB圖形的臉部區域，確定臉頰區域為感興趣ROI區域，分離感興趣區域RGB通道并取均值；采用最小二乘法去除采集視頻過程中添加的成形信號；將去除成形信號的數據進行ICA變換、FFT變換，提取最大功率譜值和相應的頻率，獲得心電波形。

技術領域

本發明涉及一種基于成形信號的人臉視頻心率檢測方法，其采用成形信號方法來提高通過人臉視頻提取心電信號的準確度，即心率的準確度，屬于生物醫學工程相關領域。

背景技術

心率是脈搏波的最基本信息，是人體四大生命體征之一。其穩定性直接反映著心臟功能的好壞，是人體健康的一項重要生理指標。研究表明，心率是生理變化較為靈敏的參數之一，在各種領域有著廣泛的應用。

傳統的心率檢測是醫生通過使用切脈或者聽診的方式獲得的，這種心率測量方式精確度低，局限性比較大，很難滿足人們的需求；心率檢測儀等專業醫療儀器雖然精度高，但其成本高、體積大，難以進入人們的日常的生活中；指夾式心率血氧儀等的出現雖然在一定程度上滿足了人們在精確度、價格還有使用環境廣泛等方面的需求，但是，指夾式心率血氧儀測量時必須與人體有直接的接觸，而長時間的接觸會造成被試者的不適，因而不適合長時間的心率測量。

隨著計算機技術、攝像頭等的普及，圖像PPG(Photoplethysmography)技術的提出為實現無創、非接觸的實時心率測量提供了切實可行的思路。由于人體心臟不斷地收縮和舒張，會導致人體血管中的血液的充盈程度也會隨著心跳而不斷地發生變化，并且對光的吸收會隨著血液容積的變化呈現出與心跳一致的脈動性變化，因此皮膚表面反射的光的強度也會發生相應的周期性變化，從而表現為采集圖像中皮膚顏色的變化。在采集可提取心率信號的視頻時，加入一標定的鋸齒波光源作為成形信號，疊加在采集到的心率信號上，可以大幅度提高采集到的心率信號的精確度。本發明基于RPPG技術，利用成形信號實現了高精度采集心率信號的方法，使心率信號的采集更為方便、準確。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于RPPG與成形信號技術的高精度心率檢測方法，該方法具有無創、非接觸、精度高、算法復雜度低等優點，在病人心率監控、家庭心率測量、體感游戲以及刑偵測謊領域中有著廣泛的應用前景。

本發明技術方案是：

(1)用普通攝像頭采集人臉區域的視頻，采集視頻的同時疊加一定幅值的光學成形信號，本設計選用單周期的鋸齒波；

(2)成形信號為鋸齒波，成形信號的周期為10s，攝像頭的幀數為f＝30幀/s，采樣率為fs＝30Hz；

(3)在一個周期的成形信號內采集視頻，視頻圖像的總幀數為300幀，將每個采集點的10幀圖片進行累加求平均，得到一個新的圖像；

(4)結合Adaboost算法與金字塔圖搜索所述RGB圖形的臉部區域，獲取臉部區域的長度h和寬w，并確定臉頰區域為感興趣ROI區域，分離感興趣區域RGB通道并取均值；

(5)采用最小二乘法去除采集視頻過程中添加的成形信號；

(6)將去除成形信號的數據進行ICA變換、FFT變換，提取最大功率譜值和相應的頻率，最終獲得心電波形。

本發明的優點和積極效果是：