[发明专利]一种基于热成像技术的非接触式心率提取方法

说明书

本发明提供的一种基于热成像技术的非接触式心率提取方法，首先利用非接触式热成像技术，通过相关性算法找寻合适的且关联性较高的脸部感兴趣区域作为算法信号的提取区域，其次岁图像信号进行去噪处理，最后提取心率信号。本发明公开的一种基于热成像技术的非接触式心率提取方法，选择人体脸部部位作为感兴趣区域，将热信号中有效提取出来，实现完全无干预且无需人为配合，能及时高效的提取心率信息，适用于安保和医院等公共部门。

技术领域

本发明属于生命体征健康监测技术领域，具体涉及一种基于热成像技术的非接触式心率提取方法。

背景技术

心率是人体基本生命特征信息，是反映人体健康状况和心理状态的重要参数，有助于诊断个体疾病和预防生命危险。同时，在反恐安保领域也有着广阔的应用空间。当前，心率信息提取多采用接触式方法，这些方法可靠准确率高，但是需要参与者接触式的配合，这就使得效率偏低也不适应于公共安全领域。

同时，现有的非接触心率提取方法多要求参与者提供颈动脉的热红外细节信息以获取较强的脉冲信号。2007年，Pavlidis等人报道了利用热红外成像探测人脸侧面主动脉获取心率的方法(Pavlidis,I.,et al.:Contact-free measurement of cardiac pulsebased on the analysis of thermal imagery.IEEE Trans Biomed Eng.54(8):1418-26(2007))，这种方法虽然精度高，但是实际操作中难度很大，需要参与者较大的配合(姿势和位置必须很准确)。2012年，Yu等人报道了利用可见光传感器探测人体心率的方法(Hao-Yu,W.,Michael,R.,et al.:Eulerian video magnification for revealing subtlechanges in the world.ACM Trans.31(4),1–8(2012))，但是，基于可见光的视频心率提取算法无法克服外界光线带来的噪声影响，当外部可见光发生即使微小的变化的时候算法失真非常严重。因此，目前的非接触式心率提取方法，依然无法满足实际应用的需求。在复杂的环境场景中信号的提取往往较差。

发明内容

本发明为解决上述技术问题，提供一种基于热成像技术的非接触式心率提取方法，选择人体脸部部位作为感兴趣区域，将热信号中的心率参数有效提取出来，实现完全无干预且无需人为配合，能及时高效的提取心率。

为了解决本发明的技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种基于热成像技术的非接触式心率提取方法，此方法包括以下步骤：

步骤一：采用热红外成像系统采集人脸图像，通过相关性算法，提取相关性最大的区域作为感兴趣区域(ROI)；将脸部的额头、眉心、左脸、右脸、鼻子定义成不同的对象，采用基于零滞后相关矩阵和随机矩阵理论构建相关性模型。

(1)设定等时相关矩阵

热信号的多参数时间序列信号设定为Si(t)(i＝1…N)，而等时间相关矩阵C则由热信号的归一化来构建：

其中，σ_i是标准差，是平均值；利用佩尔松的相关系数分析各个参数，设定等时相关矩阵C如下所示：

所有的计算都是基于时间序列t∈[1,T]，因此，等时相关矩阵又可以改写成：

其中，是的转置。

(2)归一化后Si的相关矩阵特征值公式

N对象数据间的相似性取决于C矩阵的特征值最大值，所有有限长随机时序热信号Si都是不相关，归一化后Si的相关矩阵特征值分布公式如下：