[發(fā)明專利]一種基于信號篩選的非接觸血壓估計方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110242252.5
• 申請日: 2021-03-04
• 公開（公告）號: CN113040734A
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王海鵬;陳嘉欣
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: A61B5/021
• 分類號: A61B5/021
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 劉新瓊

1.一種基于信號篩選的非接觸血壓估計方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：利用攝像機同步拍攝人體的面部和手掌對應(yīng)興趣區(qū)域獲取視頻流；

步驟2：將視頻流逐幀分離為圖像幀后對其三通道分別計算灰度均值，進一步經(jīng)去除非線性趨勢、歸一化、盲源分離、帶通濾波后提取與心臟搏動相關(guān)程度最大分量作為rPPG，將由前述方法所獲取的分別來源于額頭興趣區(qū)域與手掌興趣區(qū)域的rPPG信號組合為雙通道信號序列；

步驟3：使用滑動窗口分窗口將雙通道信號序列劃分信號段，構(gòu)建包含有頻率比對、置信比、信噪比、峰高差以及脈寬差的五維度篩選層以篩選高可靠的信號段；

步驟4：計算高可靠信號段段內(nèi)雙通道信號相位差后進一步轉(zhuǎn)化為時間差，將所有由高可靠信號段所得時間差組合為時間差序列；

步驟5：計算時間差序列的眾數(shù)作為實際時滯，將時滯與標(biāo)定血壓建立血壓估計模型用于血壓估計。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于信號篩選的非接觸血壓估計方法，其特征在于步驟1中，選取采樣率為30幀每秒、分辨率為720P的攝像機分別提取面部額頭區(qū)域以及手掌區(qū)域兩個興趣區(qū)域的視頻流，其中，額頭興趣區(qū)域設(shè)置為長為180像素，寬為90像素的矩形,手掌興趣區(qū)域設(shè)置為長為90像素，寬為90像素的矩形。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于信號篩選的非接觸血壓估計方法，其特征在于步驟3中，針對雙通道rPPG信號序列同步使用窗口大小為120個采樣點，滑動步長為60個采樣點的滑動窗口將信號序列劃分為信號段，每個信號段段內(nèi)包括額頭興趣區(qū)域的rPPG與手掌興趣區(qū)域的rPPG；構(gòu)建包含有頻率比對、置信比、信噪比、峰高差以及脈寬差五個維度的篩選層對信號段進行篩選以篩選出高可靠的信號段，篩選層內(nèi)的篩選順序依次為頻率比對、置信比、信噪比、峰高差以及脈寬差，信號段段內(nèi)的雙通道信號均需依次滿足這五個篩選維度，否則跳出當(dāng)前篩選流程執(zhí)行下一個信號段的篩選；

所述的頻率比對指的是針對信號段內(nèi)信號分別進行傅里葉變換求取功率譜中最大值所對應(yīng)的頻率，若雙通道rPPG頻率相同則進行置信比篩選，否則跳出當(dāng)前篩選流程執(zhí)行下一個信號段篩選；

置信比的計算公式為：

其中P_fa表示為功率譜中主導(dǎo)頻率對應(yīng)的功率值，P_fb表示為功率譜中的次級主導(dǎo)頻率對應(yīng)的功率值，若Q_CR10則進行信噪比篩選，否則跳出當(dāng)前篩選流程執(zhí)行下一個信號段篩選；

信噪比的計算公式為：

其中P_f為頻率f處對應(yīng)的頻譜功率，Ω為頻率范圍，對應(yīng)于人體心率在本實例中設(shè)置為[0.7Hz,3Hz]；f_a為功率譜中最大功率值所對應(yīng)的頻率，d為決定頻率范圍的參數(shù)，這里設(shè)置d為0.1Hz對應(yīng)每分鐘6次的心跳；若Q_SNR10則進行峰高差篩選，否則跳出當(dāng)前篩選流程執(zhí)行下一個信號段篩選；

峰高差的計算公式為：

其中h_i為信號段內(nèi)信號序列中第i個脈搏波波峰的峰值，hh為信號段內(nèi)信號序列中所有脈搏波波峰峰值的均值；若PHV0.1則進行脈寬差評價，否則跳出當(dāng)前篩選流程執(zhí)行下一個信號段篩選；

脈寬差的計算公式為：

其中w_i為信號序列中第i個脈寬，脈寬為信號序列相鄰波谷之間所間隔的采樣點的個數(shù)，為脈寬的均值；若PWV2則進行步驟4，否則跳出當(dāng)前篩選流程執(zhí)行下一個信號段篩選。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于信號篩選的非接觸血壓估計方法，其特征在于步驟4中，針對所有滿足篩選條件的可靠信號段，使用相位譜分別計算段內(nèi)額頭區(qū)域rPPG與手掌區(qū)域rPPG初相之間的相位差，使用將相位差轉(zhuǎn)化為時間差，其中為信號段內(nèi)額頭興趣區(qū)域的rPPG與手掌興趣區(qū)域的rPPG之間的相位差，f為rPPG的頻率，對應(yīng)于人體心率，即為功率譜中的最大功率值所對應(yīng)的主導(dǎo)頻率；之后將所有由可靠信號段提取的時間差組合為時間差序列。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于信號篩選的非接觸血壓估計方法，其特征在于步驟5中，對時間差序列求取眾數(shù)將其作為視頻流中脈搏波由臉部傳播到手掌處的實際時滯；為了便于眾數(shù)的計算，首先對時間差序列進行由大到小的排序，接著使用金氏插補法計算時間差序列的眾數(shù)，計算公式如下：

其中，M_o為眾數(shù)，L為時間差序列的下界，f_a為與時間差序列下限相鄰的頻數(shù)，f_b為與時間差序列上限相鄰的頻數(shù)，i為組距，組距的計算方式為時間差序列上限與下限的差。