[發(fā)明專利]一種基于HRV理論的心理壓力監(jiān)測系統(tǒng)

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• 申請日: 2020-07-05
• 公開（公告）號: CN113892951A
• 公開（公告）日: 2022-01-07
• 發(fā)明（設計）人: 丁晨;劉豫華;陳磊
• 申請（專利權）人: 蘇州群智智能科技有限公司
• 主分類號: A61B5/16
• 分類號: A61B5/16;A61B5/0205;A61B5/352;A61B5/00;G06F17/14;G06V40/16
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本發(fā)明提供了一種基于HRV理論的心理壓力監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括：錄像設備，采集測試對象的高清面部視頻，錄像設備連接PC，在PC上運行有：人臉識別算法，用于對視頻數(shù)據(jù)中人臉進行面部定位；血容量變化脈沖（BVP）算法，獲取面部微血管中血容量變化的BVP信號，并計算出心率和心率變異性（HRV）；心率變異性（HRV）分析算法：對HRV進行時域、頻域和非線性計算；心理壓力評估算法：將HRV分析結(jié)果與標準值進行比較，監(jiān)測和反映對象的心理壓力變化。本發(fā)明提供的一種基于HRV理論的心理壓力監(jiān)測系統(tǒng)能夠隨時隨地根據(jù)測試對象的面部視頻數(shù)據(jù)，通過多種算法分析，監(jiān)測測試對象的心理壓力變化情況。

技術領域

本發(fā)明涉及生物識別、機器視覺和醫(yī)療健康領域，也可應用于某些特殊行業(yè)，例如公安審訊、紀檢委談話等需要探知對象心理壓力變化的業(yè)務場景。

背景技術

心率變異性是指竇性心率在一定時間內(nèi)發(fā)生周期性改變，它反映了交感-副交感神經(jīng)的張力以及平衡的情況。隨著心率變異性各項指標標準化，使其成為客觀評測心理壓力狀態(tài)的有效手段。但是目前存在的系統(tǒng)主要是采用接觸式傳感器采集對象的心電信號和心率變異性，對測試對象產(chǎn)生一定的干擾，而且在某些特定場景下不能達到隱蔽式獲取心理壓力的目標。因此本系統(tǒng)通過錄像設備采集對象的面部視頻，通過多種算法對視頻數(shù)據(jù)進行處理和計算，非接觸式得獲取測試對象的心率并計算心率變異性HRV，并根據(jù)HRV分析測試對象的心理壓力變化，更具備客觀性和易用性，同時在隱藏錄像設備的前提下，能夠?qū)崿F(xiàn)隱蔽的目的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于提供一種基于HRV理論的心理壓力監(jiān)測系統(tǒng)，能夠在錄像設備不間斷采集對象的面部視頻的情況下，對視頻流數(shù)據(jù)進行處理，包括人臉面部定位和對全部面部區(qū)域進行血容量變化脈沖信號（BVP）提取，BVP算法繼續(xù)對BVP信號處理，計算出心率和心率變異性（HRV），HRV分析算法采用時域、頻域和非線性分析算法對其進行處理，計算自主神經(jīng)功能及組成自主神經(jīng)系統(tǒng)的兩大方面（交感和副交感）的平衡程度，繼而評估自主神經(jīng)平衡程度，最后心理壓力評估算法將計算結(jié)果與標準值進行比較，實時監(jiān)測對象的心理壓力狀態(tài)、疲勞程度、承受壓力程度以及自我調(diào)節(jié)能力。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種基于HRV理論的心理壓力監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：

人臉識別算法能夠采用人臉跟蹤算法進行面部定位，將面部分割為人臉的額頭和雙眼下方與鼻子上方之間的兩個區(qū)域；針對這兩個區(qū)域的視頻圖像三基色（R/G/B）分量容易收到噪聲干擾的問題，人臉識別算法采用相干平均法對選定區(qū)域內(nèi)的像素點進行空間平均序列算法，這樣在光線發(fā)生變化和測試對象面部肌肉活動的情況下，也能夠抑制對BVP信號的隨機噪聲造成的影響和改善BVP信噪比。

BVP算法采用一種基于多路輸入的盲源分離方法，基于BVP信號非平穩(wěn)特征，采用滑動窗方式自動實現(xiàn)視頻中BVP信號的定位和提取，根據(jù)BVP信號計算出測試對象的心率和心率變異性（HRV）。

HRV分析算法包括時域、頻域和非線性分析。

其中時域分析采用統(tǒng)計化處理鄰近心搏之間RR（由心動周期的兩個相鄰R波峰組成的間隔）間期的方法，從采集到的心電信號中提取出主要參數(shù)：均值MEANRR(反映RR間期的平均水平)、心率變異標準偏差SDNN（反映RR間期的波動情況）、連續(xù)性差異的平方根RMSSD（評價與心臟有關的副交感神經(jīng)的功能活躍程度），將參數(shù)結(jié)果進行標準化處理，從而評估自主神經(jīng)系統(tǒng)活性。

頻域分析采用快速傅里葉變換方法，分別評估形成HRV信號的各頻率頻帶強度，掌握自主神經(jīng)功能及組成自主神經(jīng)系統(tǒng)的兩大方面(交感和副交感)的平衡程度，繼而評估自主神經(jīng)平衡程度。頻域參數(shù)包括總能量TP 波（反映自主神經(jīng)活力和ANS調(diào)節(jié)能力）、高頻HF波（RR間期頻譜分析中介于 0.15~0.40 Hz，反映血壓調(diào)節(jié)和機制及呼吸活動）和低頻LF波（RR間期頻譜分析中介于0.04~0.15Hz，反映血壓調(diào)節(jié)和機制及呼吸活動），

非線性分析利用散點圖方式給出心臟搏動的直觀顯示，揭示非線性過程和非周期運動。