[發明專利]一種基于面部視頻序列的心率非接觸式測量方法

有效

• 申請號: 202010772957.3
• 申請日: 2020-08-04
• 公開（公告）號: CN111839492B
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發明（設計）人: 張育中;董哲;舒雙寶;陳晶晶;董敬濤;陸富成
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: A61B5/024
• 分類號: A61B5/024
• 代理公司: 合肥中博知信知識產權代理有限公司 34142
• 代理人: 徐俊杰

本發明公開了一種基于面部視頻序列的心率非接觸式測量方法，該方法通過獲取包含人體面部信息的視頻序列，并結合圖像的局部紋理特征和膚色模型，檢測并實時跟蹤人體面部區域，將該區域設定為感興趣區域(ROI)；然后將ROI區域從RGB顏色空間映射到LAB顏色空間，計算出A、B兩通道的空域均值，并對均值信號進行非線性去趨勢操作，在此基礎上將AB兩通道之差設定為包含心率脈動信息的原始信號；最終針對該信號進行非線性時頻分析以及帶通濾波操作，并基于有效頻率范圍內的功率譜密度占比和峰值功率譜密度占比之和最大這一準則來獲得心率具體數值，本發明克服了現有技術的不足，該方法可有效實現心率的非接觸測量，提供了一種快速便捷的心率測量方式。

技術領域

本發明涉及非接觸式心率測量方法技術領域，具體屬于一種基于面部視頻序列的心率非接觸式測量方法。

背景技術

在多種疾病的預防和診斷中，心率常被用來反映人體機能運行狀態的重要生理參數之一。在實際臨床診斷中，評估心率有多種方法，比如傳統的聽診器、心電圖、心率胸帶、基于光電透射測量的指夾式脈搏儀、超聲多普勒雷達、熱成像技術等。

針對目前的心率測量方法，可將其分為接觸式和非接觸式測量兩大類。接觸式或與皮膚直接接觸，或需佩戴冗雜的測量設備，給測量過程帶來了不便，并可能會存在衛生安全、皮膚過敏等問題，在新生兒、皮膚創傷患者以及癲癇患者等特定情況下適用性較差。超聲多普勒雷達以及熱成像這類非接觸式測量方法，雖不需要直接與人體產生接觸，一定程度上克服了接觸式測量方式的弊端，但所使用的設備價格昂貴。

2008年Verkruysse等人首次論證了在環境光照條件下可利用消費級別的攝像頭采集面部視頻進行心率信號的提取，并指出了心率信號在在RGB顏色空間的不同通道具有不同的相對強度。自此，基于遠程光電體積描記術(rPPG)的生理參數測量技術得到了極大的關注。Poh等人提出了基于獨立成分分析方法來對RGB通道原始信號進行分解，以獲取含心率脈動信號的三個獨立分量，從而來計算心率。Lewandowska等人利用主成分分析方法來提取心率信號，并分析了光照條件以及不同感興趣區域對心率測量精度的影響。

目前，基于rPPG方式的心率非接觸式測量技術推廣應用的瓶頸在于當受試者頭部運動以及周圍光線強度發生變化時，均會造成對提取到的心率脈動信號一定程度的污染。因此如何消除這些人為干擾因素，從而提高心率測量穩定性和精度，是目前心率測量研究工作的主要關注點之一。

發明內容

為解決現有基于rPPG心率測量技術易受頭部運動、環境光強變化等干擾的問題，本發明提供了一種基于面部視頻序列的心率非接觸式測量方法，該方法可以高效穩定對視頻中多人的心率進行同時測量。

為解決上述問題，本發明所采取的技術方案如下：

一種基于面部視頻序列的心率非接觸式測量方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1，采集視頻信息，獲取面部區域，定義為ROI區域，對每幀視頻中ROI區域內的面部進行特征編碼及面部膚色RGB顏色自動檢測；

S2，對S1中檢測到的面部膚色RGB顏色進行LAB彩色空間轉換，得到A、B通道的信號；

S3，通過A、B通道的信號構建色差信號模型，并對色差信號進行多模態分解，得到固有模態分量IMF；

S4，篩選用于心率提取的模態分量IMF，進行心率數值的提取，計算出每分鐘的心率次數。

其中，所述的S1中還包括根據視頻信息中圖像的局部紋理特征，使用級聯分類器檢測每幀視頻信息中面部，并對檢測區域的大小以及和通過相鄰幀面部檢測區域對比，對視頻中的面部進行定位并實時跟蹤，采用橢圓膚色模型消除非皮膚像素。

其中，所述的S1中的視頻信息中包括至少一個面部區域。