[發明專利]一種視頻心率檢測的rPPG信號預處理方法及系統

有效

• 申請號: 202110415521.3
• 申請日: 2021-04-18
• 公開（公告）號: CN113243900B
• 公開（公告）日: 2023-05-05
• 發明（設計）人: 伏長虹;任杰;洪弘
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: A61B5/024
• 分類號: A61B5/024;A61B5/00
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 陳鵬

本發明公開了一種視頻心率檢測中的rPPG信號預處理方法及系統，由于攝像頭拍攝視頻幀與幀之間時間間隔不均勻，根據記錄的視頻幀對應時間進行信號相鄰點間數值線性插值，對插值后整體信號按幀率做等間隔采樣重構信號；使用L1去趨勢濾波算法去除重構信號中的趨勢成分；利用信號在相位上的連續性和分段平滑特性對信號進行整形，使得時域上周期性更強，頻域上主瓣更突出。本發明提出的rPPG信號預處理方法在復雜場景下提高了信噪比，增強了心率檢測的準確性。

技術領域

本發明屬于生物醫學信號處理領域，具體涉及一種視頻心率檢測的rPPG信號預處理方法及系統。

背景技術

心率作為人體生命體征最重要的參數之一，隨著人們生活水平的提高和對心血管疾病認知的提高，越來越得到重視。

傳統的心率檢測方式具有諸多不便性，需使用電極接觸人體皮膚且無法實現實時檢測。非接觸式心率檢測是一種低侵入的檢測方式，克服了傳統心率檢測的缺點。人臉視頻心率檢測作為非接觸式心率檢測技術之一，僅通過攝像頭設備采集的面部視頻從中進行心率相關的rPPG(remote?Photoplethysmograph)信號提取。這種檢測方式無需檢測設備與人體接觸，測量成本較低且有利于長時間持續監控心率，應用前景巨大，具有較高的研究價值。

最初的視頻心率檢測算法的研究主要針對理想環境(光線恒定不變、避免人體運動等)，在從面部ROI(Region?of?Interest)提取原始rPPG信號后，預處理方法主要為去趨勢和帶通濾波。隨著研究的深入，心率檢測逐漸涉及多種復雜場景，如人臉轉動、光照變化和運動后心率測量。而這些場景下提取到的rPPG信號通常摻雜干擾噪聲，因此需對其進行預處理，以減少噪聲成分，提高信噪比。而復雜場景下由于rPPG信號中包含噪聲較多，因此需增加信號預處理抑制噪聲。大多研究關注于心率檢測算法的研究，卻極少關注攝像頭本身拍攝時間不均勻對rPPG信號的影響。根據拍攝的視頻及其對應的各幀時間數據發現，視頻幀與幀之間的時間間隔并不均勻。若將攝像頭視為信號采集設備對連續時間上的rPPG信號進行采樣，則這種采樣并非為等間隔采樣，故需要優化rPPG信號預處理方法以減小采集視頻設備造成的影響。

發明內容

本發明的目的在于提供一種視頻心率檢測的rPPG信號預處理方法及系統。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種視頻心率檢測的rPPG信號預處理方法，在經面部感興趣區域提取到原始rPPG信號后，

根據視頻各幀對應的時間，對原始rPPG信號相鄰兩幀數值進行線性插值，將插值信號按幀率等間隔抽取，重構出均勻采樣的rPPG信號；

對重構信號進行L1去趨勢濾波，去除重構信號中趨勢成分，抑制信號突變情況；

對濾波后的信號進行相位追蹤處理，將時域信號處理為周期性更強的信號，頻域上突出心率對應的頻率。

進一步的，對原始rPPG信號進行插值和等間隔采樣，具體如下：

S11，在從面部視頻序列中提取原始rPPG信號后，對整段信號相鄰兩點間進行線性插值，補全整數毫秒點上對應的數值；

S12，根據幀率對插值信號進行等間隔采樣，假設視頻幀率為F，則采樣間隔為1000/F；

S13，以等間隔采樣的重構信號代替原始rPPG信號。

進一步的，對重構信號進行L1去趨勢濾波，具體如下：

S21，構造目標函數

其中y_t表示輸入信號，x_t表示趨勢信號，n為信號序列長度，λ為非負的懲罰項系數。上式也可表示為

其中矩陣D為