[發明專利]針對rPPG信號中運動干擾的自適應濾波方法及系統

在審

• 申請號: 202111555138.4
• 申請日: 2021-12-17
• 公開（公告）號: CN114305370A
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 伏長虹;周德慧;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
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 陳鵬

本發明公開了一種針對rPPG信號中運動干擾的自適應濾波方法及系統，方法包括：拍攝被測對象臉部的視頻，并利用人臉識別算法對視頻幀進行人臉識別；對識別的人臉取像素平均值，得到RGB三個通道各自的平均的皮膚顏色信號；將RGB三通道的皮膚顏色信號進行色度處理得到一個單通道包含脈搏波的rPPG信號；對提取到的rPPG信號進行信號預處理，包括信號去趨勢和帶通濾波；通過提取人臉特征點在連續視頻幀中的位移得到相應的運動信號；利用運動抑制的自適應濾波器去除rPPG信號中因被測對象運動引起的信號變化。本發明提出的rPPG信號自適應濾波方法可以有效地提高在劇烈運動場景下rPPG信號的信噪比。

技術領域

本發明屬于生物醫學信號處理領域，具體涉及一種針對rPPG信號中運動干擾的自適應濾波方法及系統。

背景技術

在接觸式心率檢測的領域主要的心率檢測裝置有心電圖檢測儀、心率手表和心率胸帶。心電圖檢測儀價格昂貴，使用起來也十分不方便，非專業人士難以進行操作；心率手表的心率檢測方法是光電式脈搏波檢測法，其優點是使用方便，但其心率檢測的準確度不高；心率帶的心率檢測方法是壓電式脈搏波檢測法，其測量的結果較為準確，但其佩戴和使用十分不方便，并且還需要其他硬件設備顯示出其檢測到的心率。

正因為接觸式的心率檢測方法在使用時會帶來的種種問題，啟發了研究人員去尋找一種使用更加便利，結果更加準確，在日常生活中的普適性更強的心率檢測方法。非接觸式的心率檢測方法正是在這種背景下應運而生。

在心率信號提取部分，可以通過攝像頭對人臉區域進行捕捉，提取人臉部分的像素信息。W.Verkruysse等人2008年首次提出的rPPG(Remote photoplethysmography，遠程的光電容積脈搏波描記信號)的概念。rPPG方法通過使用多波長RGB相機檢測脈搏引起的人體皮膚上的細微顏色變化，實現了對人類心臟活動的無接觸監測。近年來，一些核心的rPPG信號提取方法已經被提出，這些rPPG方法可以從人臉部分的像素信息中提取出rPPG信號。

由于rPPG信號提取部分提取到的信號通常情況下包含大量噪聲，因此需要對rPPG信號進行濾波處理，并且當前的rPPG信號在運動場景下的會嚴重受到運動信號的干擾，故需要優化rPPG信號的處理方法以減小其造成的影響。

發明內容

本發明的目的在于提供一種針對rPPG信號中運動干擾的自適應濾波方法及系統。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種針對rPPG信號中運動干擾的自適應濾波方法，包括：

采集人臉視頻進行人臉識別得到RGB三通道的皮膚顏色信號，利用色度處理將RGB三通道的皮膚顏色信號處理得到單通道的rPPG信號；

對rPPG信號進行去趨勢處理，去除信號中因環境變換和被測對象身體狀態變化引起的信號中趨勢成分；

利用帶通濾波去除信號中信號頻率在0.7Hz-4Hz以外的信號成分；

通過提取人臉特征點在連續視頻幀中的位移得到相應的運動信號；

利用運動抑制的自適應濾波器，根據被測對象的運動信號去除rPPG信號中的劇烈運動引起的干擾。

一種針對rPPG信號中運動干擾的自適應濾波系統，包括：

人臉檢測模塊：利用人臉檢測模型對視頻幀中人臉部分進行識別，將人臉中眼下三角區作為ROI，對感興趣區域的像素值進行平均得到皮膚顏色信號；

rPPG信號提取模塊：利用色度處理將RGB三通道的皮膚顏色信號處理得到單通道的rPPG信號；

rPPG信號預處理模塊：對均勻采樣的rPPG信號進行去趨勢處理，利用帶通濾波器濾波；

rPPG信號自適應濾波模塊：利用運動抑制的自適應濾波器，根據被測對象的運動信號去除rPPG信號中的運動引起的干擾。