[發明專利]一種基于PPG的非接觸式無創心率呼吸測量方法及系統

在審

• 申請號: 202011044656.5
• 申請日: 2020-09-28
• 公開（公告）號: CN112233813A
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 郭宏博;閻石;朱文浩;雷馥銘;曹智杰
• 申請（專利權）人: 蘭州大學
• 主分類號: G16H80/00
• 分類號: G16H80/00;G06T7/00;G06T5/00;G06K9/62;G06K9/32;G06K9/00;A61B5/0205;A61B5/02;A61B5/00
• 代理公司: 北京中譽威圣知識產權代理有限公司 11279
• 代理人: 王芊雨

1.一種基于PPG的非接觸式無創心率及呼吸測量方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一：畫面獲取

步驟二：感興趣區域ROI的獲取

步驟三：ICA與一致性分析

步驟四：變化信號獲取

步驟五：高斯濾波處理及多尺度分析

步驟六：快速傅里葉變換。

2.根據權利要求1所述的基于PPG的非接觸式無創心率及呼吸測量方法，其特征在于，所述步驟一為：

使用網絡攝像頭將傳入的視頻信號逐幀提取，便于后續步驟處理。

3.根據權利要求1所述的基于PPG的非接觸式無創心率及呼吸測量方法，其特征在于，所述步驟二為：

采用Adaboost面部檢測算法檢測第一幀的人臉區域，并在面部區域中提取額頭部分作為ROI區域，然后采用Mean-Shift與Kalman濾波相結合的方法進行特征區域跟蹤。

4.根據權利要求1所述的基于PPG的非接觸式無創心率及呼吸測量方法，其特征在于，所述步驟三為：

在基于PPG原理的非接觸式生理信號提取中，生理信號、運動偽差、高頻噪聲相互獨立，觀測信號R(T)、G(T)、B(T)滿足非高斯分布的、同時觀測信號R(T)、G(T)、B(T)構成的混合矩陣是方陣，滿足進行ICA的先提條件；將ICA算法分離的三組源信號依次與綠色通道的信號進行相關性分析，其中相關性最強的信號作為PPG信號。

5.根據權利要求1所述的基于PPG的非接觸式無創心率及呼吸測量方法，其特征在于，所述步驟四包括以下具體步驟：

1)基于面部檢測技術，實現對ROI區域定位；

2)將ROI區域等分成25(5*5)個子區域，提取每個子區域的G通道像素強度平均值M；

3)提取每個子區域M值與上一幀該區域M值的差值Q；

4)利用二值化思想，統計ROI區域中Q數值大于零區域的個數cnt；

5)由cnt形成時間序列I(t)。

6.根據權利要求1所述的基于PPG的非接觸式無創心率及呼吸測量方法，其特征在于，所述步驟五為：

使用高斯濾波處理，用卷積核所在的區域的所有像素值的加權平均值代替區域中心的像素值；利用連續小波變換方法對光電容積脈搏波信號進行分析，從中提取平穩的呼吸信號。

7.根據權利要求1所述的基于PPG的非接觸式無創心率及呼吸測量方法，其特征在于，所述步驟六為：

為得到信號中的頻率信息，采用頻域計算的方式得到心跳呼吸的頻率，將時域空間的PPG信號，通過快速傅里葉變換(FFT)轉換到頻域空間，由頻譜在一滑動窗口內找到最強的頻率信號作為心跳或呼吸的頻率；頻譜的50～160次每分鐘的范圍內選擇最高峰所對應的頻率作為心率頻率輸出，在頻譜的10～30次每分鐘的范圍內選擇最高峰所對應的頻率作為呼吸頻率輸出。

8.一種基于PPG的非接觸式無創心率及呼吸測量系統，其特征在于，包括畫面采集模塊、FPGA圖像處理模塊和生理數據顯示模塊；

所述畫面采集模塊用于通過網絡攝像頭完成畫面的采集；

所述FPGA圖像處理模塊連接所述畫面采集模塊，用于通過權利要求1至7所述方法進行完成FPGA圖像處理；

所述生理數據顯示模塊連接所述FPGA圖像處理模塊，包括HDMI顯示模塊和APP顯示模塊，

APP顯示模塊使用手機APP對生理數據實現實時顯示。