[發明專利]一種面向壓縮視頻的心率檢測方法

在審

• 申請號: 202210593043.X
• 申請日: 2022-05-27
• 公開（公告）號: CN114869260A
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 王萬良;方睿鴿;趙昶辰
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: A61B5/024
• 分類號: A61B5/024
• 代理公司: 浙江千克知識產權代理有限公司 33246
• 代理人: 趙芳

一種面向壓縮視頻的心率檢測方法，包括以下步驟：1)估計皮膚反射模型參數；2)合成無噪聲的觀測信號；3)提取血容量脈搏(BVP)信號。以皮膚反射模型為基礎，利用觀測信號估計模型參數，最后生成一個無噪聲的觀察信號，后接POS脈搏信號提取算法，最終得到脈搏信號輸出。本發明可以在保證rPPG信號高質量的前提下，降低視頻存儲和傳輸的成本，為遠程家庭健康護理、云端視頻數據處理等遠程應用場景提供了技術可能，極大擴大rPPG的實際應用范圍。

技術領域

本發明涉及視頻心率檢測、計算機視覺、信號處理領域，尤其是一種面向壓縮視頻的心率檢測方法。

背景技術

現有的心率檢測技術多為接觸式方法，如心電描記術(ECG)、光電容積脈搏波描記法(PPG)等，通過人體皮膚與復雜的傳感設備連接接觸，測量出精準且信息豐富的生理電信號。但這兩種方法均需特殊設備接觸皮膚，成本較高，且長時間佩戴會造成不適，在實際使用場景中存在一定局限性。近年來，基于光學和生理學原理的遠程光電容積脈搏波描記法(rPPG)越來越受到關注。它是指通過攝像頭采集人的面部視頻，捕捉由心動周期造成的皮膚組織下方血管中血容量的波動，從皮膚顏色周期性變化中分析出和心率相關的光電容積脈搏波描記信號，實現遠程測量心率。該技術也被稱為超感知的心率檢測，憑借其易實現、應用廣、成本低、非接觸式測量等優點，取得了飛速發展。

然而以往的很多rPPG測量工作都沒有考慮到一個關鍵的問題：視頻壓縮對rPPG測量的影響，被稱為視頻壓縮偽影。rPPG方法主要依賴于分析面部視頻中肉眼不可見水平程度的細微變化，這些細節很容易受到視頻壓縮的影響，導致信息丟失。而事實上，大多數商用攝像機捕獲的視頻都是通過不同的壓縮編解碼器以不同的比特率進行壓縮的，并且考慮到互聯網上存儲和傳輸的方便性，視頻壓縮在需要遠程視頻傳輸的場景中不可避免。由于這些實際應用的需求，原始視頻會存在一定壓縮，導致紅色與藍色通道內包含大量噪聲信號，這對脈搏信號提取造成了很大困擾，降低了rPPG算法估計心率的準確性。因此，開發面向壓縮的視頻上穩健工作的rPPG方法具有重要的實用價值。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提出了一種面向壓縮視頻的心率檢測方法，該方法在提取rPPG后的生物信號處理水平上進行，使得在紅色藍色通道存在大量噪聲信號的情況下同樣能夠提取出高SNR的脈搏信號，以皮膚反射模型為基礎，利用觀測信號估計模型參數，最后生成一個無噪聲的觀察信號，后接POS脈搏信號提取算法，最終得到心率信號輸出。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種面向壓縮視頻的心率檢測方法，所述方法包括以下步驟：

步驟1：估計皮膚反射模型參數

基于rPPG的生理指標測量算法通過測量皮膚對不同顏色光吸收反射變化的差異性反映出血容量的變化，RGB三通道里包含的信號和心率信號的關聯度不一樣，其中G通道包含了最強的心率信號，R和B通道中脈搏信號強度遠低于時間信號，所以在估計時間信號的過程中，可以忽略脈搏信號的存在；通過建模皮膚對不同顏色通道的吸收和反射情況，利用皮膚對不同波長光照吸收的差異性和互補性，組合多個顏色通道來估計脈搏信號，并合成無噪聲的觀測信號，以此來測量出心率生理指標；

步驟2：合成無噪聲的觀測信號

基于雙反射模型，將記錄圖像序列中每個皮膚像素的反射定義為RGB通道中的時變函數，變化是由身體運動和血液脈動引起的，根據該皮膚反射模型，代入估計得出的模型參數，合成得到無噪聲的原始測量信號；

步驟3：提取血容量脈搏BVP信號

血容量脈搏信號提取采用平面正交貼面法POS，在時間歸一化的RGB空間中使用與膚色正交的平面進行脈沖提取，用投影矩陣將RGB信號投影到一個最可能含有脈搏信號的范圍。

進一步，所述步驟1的過程如下：

估計皮膚反射模型參數：