[發明專利]基于光流法與LMS算法消除生命體征檢測中體動影響的方法

有效

• 申請號: 201910400309.2
• 申請日: 2019-05-14
• 公開（公告）號: CN110200607B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 洪弘;張宏宇;顧陳;李彧晟;孫理;朱曉華;肖雅萌
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: A61B5/0205
• 分類號: A61B5/0205;A61B5/11
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 馬魯晉

本發明公開了一種基于光流法與LMS算法消除生命體征檢測中體動影響的方法，包括以下步驟：從雷達傳感器采集的回波信號中獲取生命體征信號，并從該信號中提取呼吸信號和心跳信號；通過視頻傳感器采集待測對象的視頻圖像，并選取ROI區域；通過光流法獲取每幀圖像中ROI區域中每個像素點的光流矢量，并根據所得光流矢量求取待測對象相對于雷達傳感器的位置變化；根據位置變化，利用LMS算法消除待測對象的體動，從而獲得更優的生命體征信號。本發明通過單個雷達傳感器與視頻傳感器結合實現，成本低；同時通過光流法和LMS算法結合能有效消除由人體隨機運動產生的影響，無需在待測對象身上附加額外測試裝置且不會引起其不適感，方法有效可行且性能可靠。

技術領域

本發明屬于生命體征監測領域，特別是一種基于光流法與LMS算法消除生命體征檢測中體動影響的方法。

背景技術

自20世紀70年代以來，多普勒雷達生命體征檢測的研究越來越受到人們的重視，人們可以通過多普勒雷達以非接觸的方式檢測被測者的呼吸和心跳。盡管在過去的幾十年里，人們為發展這項技術做了許多研究，并且克服了許多困難，但在多普勒雷達探測中，隨機體運動仍然是難以解決的問題。通常在生命體征檢測過程中，人們的隨機體運動頻率會覆蓋呼吸與心跳的頻率，加之體動幅度往往遠大于呼吸和心跳帶來的胸腔起伏，單純使用濾波器進行信號處理提取呼吸心跳是十分難以實現的。而由于不可預測性的存在，在現實生活中，隨機體運動對多普勒雷達生命體征的檢測會產生不可避免的影響。

現有的去體動方法主要包括使用經驗模態分解(EMD)方法來去除受試者體動干擾的方法，但該方法更適用于運動模式分類，對于與呼吸心跳頻率相近的體動，去除效果不佳；多雷達傳感器陣列，要求受試者在兩個雷達傳感器之間移動身體，這種方法依賴于基帶信號，同時使用多個雷達傳感器會使系統的復雜度與成本大幅上升；另外，還有一種基于注射鎖定雷達陣列的系統來消除身體隨機運動，但是該系統需要掃掠雷達的載頻或調整目標位置，整體過程十分復雜。系統成本和復雜度制約了上述方法的發展，實現高準確度同時復雜度與成本較低的去體動是目前該領域面臨的一個重大挑戰。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高準確度、低復雜度與低成本的生命體征檢測體動消除方法。

實現本發明目的的技術解決方案為：基于光流法與LMS算法消除生命體征檢測中體動影響的方法，包括以下步驟：

步驟1、從雷達傳感器采集的回波信號中獲取生命體征信號，并從該信號中提取呼吸信號和心跳信號；

步驟2、通過視頻傳感器采集待測對象的視頻圖像，并選取ROI區域；

步驟3、通過光流法獲取每幀圖像中ROI區域中每個像素點的光流矢量，并根據所得光流矢量獲取待測對象相對于雷達傳感器的位置變化；

步驟4、根據步驟3獲得的位置變化，利用LMS算法消除待測對象的體動，從而獲得更優的生命體征信號。

本發明與現有技術相比，其顯著優點為：1)通過單個雷達傳感器與視頻傳感器結合實現，成本較低；2)利用光流法獲取人體相對雷達傳感器位置信息，進而得到體動信息，獲得的數據更加精準，并且通過LMS算法將視頻獲得的體動信息補償到雷達傳感器獲得的生命體征信號中，能有效消除由人體隨機運動產生的影響；3)選取ROI區域時，適當的縮小光流檢測框，能有效降低計算量，進而提高數據處理速度；4)生命體征檢測過程中，待測對象無需在身上附加額外測試裝置，無需保持靜止不動，且不會引起待測對象的不適感。

下面結合附圖對本發明作進一步的描述。

附圖說明

圖1為本發明基于光流法與LMS算法消除生命體征檢測中體動影響的方法的流程圖。

圖2為本發明中利用光流法計算待測對象相對于雷達傳感器的位置變化信息的流程圖。

圖3為本發明中體動檢測流程圖。