[發(fā)明專利]一種基于RGB-NIR攝像頭的非接觸式實(shí)時(shí)心率檢測(cè)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111549774.6
• 申請(qǐng)日: 2021-12-17
• 公開（公告）號(hào): CN114220152A
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏遠(yuǎn)旺;張先超;嚴(yán)子涵;朱耀東;王超超
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 嘉興學(xué)院
• 主分類號(hào): G06V40/16
• 分類號(hào): G06V40/16;G06K9/00;G06V10/25;G06V10/28;G06V10/74;G06K9/62
• 代理公司: 嘉興倍創(chuàng)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 33395
• 代理人: 周闖

本申請(qǐng)公開了一種基于RGB?NIR攝像頭的非接觸式實(shí)時(shí)心率檢測(cè)方法，包括：一個(gè)RGB?NIR攝像頭；人臉檢測(cè)與識(shí)別；人臉皮膚感興趣區(qū)域與背景參考區(qū)域選擇；原始心率信號(hào)提取；背景信號(hào)提取；BVP信號(hào)提取；心率信息估計(jì)；其技術(shù)要點(diǎn)為，利用人臉皮膚區(qū)域和背景參考區(qū)域估計(jì)心率信息的方法，以提高在環(huán)境光照變化條件下心率檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確率；利用遠(yuǎn)程光電容積脈搏波描記法實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確的心率測(cè)量；與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)勢(shì)：根據(jù)RGB和NIR圖像計(jì)算提取結(jié)果，且通過(guò)將人臉圖像與環(huán)境背景的對(duì)比一定程度上排除了光照的影響，準(zhǔn)確性較現(xiàn)有技術(shù)有所上升；選取適合醫(yī)療健康、家用環(huán)境的攝像頭，使用場(chǎng)景擴(kuò)大到健康監(jiān)測(cè)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于圖像視頻處理領(lǐng)域，具體是一種基于RGB-NIR攝像頭的非接觸式實(shí)時(shí)心率檢測(cè)方法。

背景技術(shù)

在2020年發(fā)布的《中國(guó)心血管健康與疾病報(bào)告2020》顯示，中國(guó)心血管病死亡占城鄉(xiāng)居民總死亡原因的首位，其中農(nóng)村為46.66％，城市為43.81％，已經(jīng)成為威脅人們生命健康的頭號(hào)殺手；因此，心血管病的預(yù)防、監(jiān)測(cè)、治療等工作顯得尤為重要。

近幾年來(lái)，基于視頻的非接觸式心率檢測(cè)的研究在計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域引起了很多關(guān)注；該方法主要利用遠(yuǎn)程光電容積脈搏波描記法，其基本原理：當(dāng)光照經(jīng)過(guò)皮膚組織然后再反射到接收端的光敏傳感器時(shí)，獲得的光信號(hào)強(qiáng)度是會(huì)有一定變化的；除去人體肌肉、骨骼、靜脈和其他組織等等對(duì)光的吸收基本恒定的區(qū)域，流經(jīng)皮膚下的動(dòng)脈血管對(duì)光的吸收或者衰減卻是時(shí)刻變化的，這種周期性的變化導(dǎo)致皮膚顏色輕微變化，從而通過(guò)分離血容量脈沖(Blood Volume Pulse，BVP)信號(hào)來(lái)得到相應(yīng)的生命體征估計(jì)；與傳統(tǒng)的心率測(cè)量方法相比，該方法的最大優(yōu)勢(shì)是它的非接觸式、低成本和便捷性，非常適合在日常場(chǎng)景下使用。

目前，基于rPPG的心率檢測(cè)方法主要面臨的挑戰(zhàn)是環(huán)境光照的變化和人體頭部運(yùn)動(dòng)的影響；在實(shí)際場(chǎng)景中，環(huán)境光照往往是變化的，這種變化可能會(huì)帶來(lái)周期性變化的噪聲信號(hào)，對(duì)最終的心率信息檢測(cè)造成較大的影響；特別是在當(dāng)光照較暗時(shí)，皮膚對(duì)光照的反射和吸收量較小，并且攝像機(jī)在成像時(shí)會(huì)引入較多的噪聲，這些因素會(huì)給生理指標(biāo)的測(cè)量帶來(lái)一定的挑戰(zhàn)；在檢測(cè)的過(guò)程中，受試者由于眨眼、說(shuō)話、呼吸或者其他原因造成頭部的運(yùn)動(dòng)，會(huì)引起人臉皮膚反射光的變化，進(jìn)而影響攝像頭對(duì)人臉皮膚周期性顏色變化的捕捉，如何消除這一影響，也是基于rPPG的心率檢測(cè)所面臨的一個(gè)重要挑戰(zhàn)。

在相同的光照環(huán)境下，造成人臉區(qū)域顏色變化的因素會(huì)比周邊為背景區(qū)域多出由于人臉皮膚區(qū)域血液脈沖信號(hào)而引起的這部分信號(hào)分量，而兩者都會(huì)存在著相同的由于光照變化而導(dǎo)致的區(qū)域顏色周期性變化的信號(hào)分量。

發(fā)明內(nèi)容

(一)解決的技術(shù)問題

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于RGB-NIR攝像頭的非接觸式實(shí)時(shí)心率檢測(cè)方法，解決現(xiàn)有背景技術(shù)中提到的問題。

(二)技術(shù)方案

為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種基于RGB-NIR攝像頭的非接觸式實(shí)時(shí)心率檢測(cè)方法，包括如下步驟：

S1、使用RGB-NIR攝像頭采集人臉圖像；

S2、使用OpenCV定位、識(shí)別和獲取每幀圖像內(nèi)每個(gè)人臉的特征點(diǎn)，并將其分為若干面部區(qū)域；而后建立基于高斯核密度估計(jì)的背景模型，根據(jù)面部區(qū)域得到若干背景區(qū)域；

S3、基于面部區(qū)域得到原始信號(hào)，將經(jīng)過(guò)濾波處理后的原始信號(hào)作為原始心率信號(hào)；基于背景參考區(qū)域得到背景信號(hào)；

S4、經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解得到本征模態(tài)分量；

S5、使用正交投影變換算法對(duì)本征模態(tài)分量作相似度分析，提取得到心率信號(hào)曲線；

S6、對(duì)心率信號(hào)曲線作峰值統(tǒng)計(jì)，估計(jì)出心率值；