[發明專利]基于稀疏結構表示的遠程非接觸式心率估計方法、系統及設備

在審

• 申請號: 202210319966.6
• 申請日: 2022-03-29
• 公開（公告）號: CN114596963A
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 歐衛華;陳龍保;韓杰
• 申請（專利權）人: 貴州師范大學
• 主分類號: G16H50/30
• 分類號: G16H50/30;G06V40/16;G06V20/40;A61B5/024;G06V10/25
• 代理公司: 成都弘毅天承知識產權代理有限公司 51230
• 代理人: 謝建;聶紅霞

1.基于稀疏結構表示的遠程非接觸式心率估計方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1、輸入人臉視頻，將檢測到的人臉固定選取前額和臉頰部分作為感興趣區域，并分塊，獲得多個子區域；

步驟2、構建每個子區域的平均RGB脈搏信號，對該RGB脈搏信號做運動補償，并利用RGB不同通道的線性組合計算色度信號S，基于該色度信號S計算每個子區域的信噪比，將子區域的信噪比大于總體信噪比的子區域作為高質量子區域，對應的色度信號定義為高質量色度信號，生成高質量子區域色度信號M；

步驟3、對真實的心率信號M_pulse進行稀疏結構表示，重構了心率信號高質量子區域色度信號M由高信噪比的子區域的色度信號組成，即其中，表示選定的高質量子區域的色度信號，表示對選定的高質量子區域的心率信號的重構，X的獲得方法如下：利用不同頻率的余弦基和不同尺度的小波基組成混合結構字典D，求解系數矩陣A，用稀疏結構的方法從混合字典中選擇合適的字典原子表示心率信號，用貪婪算法進行稀疏編碼，構成系數矩陣A，采用混合結構字典D與系數矩陣A內積的方法重構心率信號，即X＝D·A；

步驟4、對各個子區域的重構心率信號進行平均，再功率譜分析，獲得心率HR。

2.根據權利要求1所述的基于稀疏結構表示的遠程非接觸式心率估計方法，其特征在于，步驟2中，計算每個子區域的RGB脈搏信號的平均值、平均值絕對偏差和標準差，然后計算每個原子偏離平均值的幅度，超過平均值且超過標準偏差的原子用平均值加上標準差；低于平均值且低于標準偏差的原子用平均值減去標準差進行運動補償，具體定義如下：

其中i為信道數，i＝1、2、3分別表示RGB信道信號，具體的i＝1，為R通道；i＝2，為G通道；i＝3為B通道，l為信號長度，C_i(t)為t時刻的第i通道的信號長度，C_{i_avg}為i通道的信號平均，C_{i_Me}為i通道的信號平均偏差，C_{i_SD}為i通道的信號標準偏差。

3.根據權利要求1所述的基于稀疏結構表示的遠程非接觸式心率估計方法，其特征在于，步驟2中，色度信號S由S＝X_f-αY_f計算出，其中α是兩個信號X_f和Y_f的標準差的比值，即α＝σ(X_f)/σ(Y_f)，X_s和Y_s是經過運動補償后的歸一化RGB脈搏信號的融合，X_s和Y_s的計算函數如下：

X_s＝3R_n-2G_n

Y_s＝1.5R_n+G_n-1.5B_n

其中，R_n，G_n和B_n為每個子區域的顏色信號；

每個子區域的信噪比函數如下：

其中，S_f表示色度信號S傅里葉變換后的頻譜值，f表示限制心率的頻率，f的范圍是[0.6，4]，W_t表示計算的滑動窗口大小。

4.根據權利要求1所述的基于稀疏結構表示的遠程非接觸式心率估計方法，其特征在于，步驟3中，X的獲得方法如下所述：利用余弦基D^c和小波D^w構造混合字典D，

D^w＝WaVeDict(Short3，N_b，j，b)

其中，k_i為離散余弦字典中第i_th原子的頻率，k_i與k_i+1的差值為F_r為視頻幀率，N_b為生成的信號長度，j為電平向量，b為平移因子，f_L為生成的信號序列的長度，

混合字典模型為：