[发明专利]一种非接触式心率变异性测量方法

权利要求书

1.一种非接触式心率变异性测量方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤一、针对某检测者，使用高速彩色摄像机非接触式的采集该检测者面部的区域视频图像；

步骤二、根据每帧视频图像，分别提取人体面部特征点，并根据特征点选取各图像的目标区域；

步骤三、对每帧视频图像的目标区域内的所有像素点的红色、绿色和蓝色三个通道的信号进行独立成分分析，并选取心率相关分量k(t)；

具体步骤为：

步骤301，针对每帧视频图像，对目标区域内所有像素点的红色、绿色和蓝色的通道信号值分别求取平均值；

即：

r(i)为目标区域内的第i个像素点的红色通道信号值；g(i)为目标区域内的第i个像素点的绿色通道信号值；b(i)为目标区域内的第i个像素点的蓝色通道信号值；为目标区域内的所有像素点的红色通道信号值的平均值；为目标区域内的所有像素点的绿色通道信号值的平均值；为目标区域内的所有像素点的蓝色通道信号值的平均值；

步骤302，将所有视频图像计算所得的三个通道信号强度平均值分别按视频采集的时间排列，得到三个时间序列r(t),g(t),b(t)；

r(t)是所有视频图像的红色通道信号的平均值按视频采集的时间排列得到的时间序列；g(t)是所有视频图像的绿色通道信号的平均值按视频采集的时间排列得到的时间序列；b(t)是所有视频图像的蓝色通道信号的平均值按视频采集的时间排列得到的时间序列；

步骤303，对三个时间序列进行独立成分分析ICA，分解得到三个独立成分分量，记为i(t),j(t),k(t)；

计算公式如下：

其中A是一个3*3的矩阵，通过使i(t),j(t),k(t)相关性最小的最优化算法获得；

步骤304，将三个独立成分分量分别与g(t)分量进行相关性分析，把相关性最大的独立成分分量选出，并命名为心率相关分量k(t)；

相关性最大的分量包含脉搏波信号；

步骤四、对心率相关分量k(t)进行频谱分析和滤波处理，提取脉搏波特征点，得到逐拍心动周期；

步骤五、根据逐拍心动周期计算心率变异性的时域和频域参数；

步骤六、根据心率变异性的时域和频域参数对心理压力进行评价和分析。

2.如权利要求1所述的一种非接触式心率变异性测量方法，其特征在于，所述的步骤二中对每一帧图像进行人脸识别，并提取特征点；

提取过程为：用视频图像中的每个点分别与人脸特征Dlib跨平台计算机视觉库中的特征点进行对比，衡量这两个点周围的领域图像的相似度，最后，提取视频图像中相似度最高的点，即为人脸图像中的特征点；

提取的特征点包括每侧脸颊边缘各2个、鼻翼每侧各1个以及鼻梁顶端1个；将每侧面部鼻梁顶端、鼻翼一侧及脸颊边缘的特征点依次相连，得到一个四边形；人脸两侧的四边形区域定义为目标区域。

3.如权利要求1所述的一种非接触式心率变异性测量方法，其特征在于，所述的步骤四具体为：

首先，对心率相关分量k(t)的频谱分析，提取0.5-3Hz的频段中能量最大点所对应的频率，得到心率频率f_c；

然后，根据心率频率f_c，选取截止频率为(f_c-0.3)～(f_c+0.3)Hz的带通滤波器，对心率相关分量k(t)进行频域滤波，结果记为k_c(t)；

进而，对滤波结果k_c(t)进行脉搏波特征点提取，并依次记录脉搏波峰值点出现的时刻p₁,p₂,……，p_n；

提取出现频率约为f_c的局部极大值点作为脉搏波峰值点；

最后，根据相邻极大值点出现的时刻计算逐拍心动周期y＝{y₁,y₂,……,y_n-1}；

计算公式为：y₁＝p₂-p₁,y₂＝p₃-p₂,……,y_n-1＝p_n-p_n-1。

4.如权利要求1所述的一种非接触式心率变异性测量方法，其特征在于，所述的步骤五具体为：

首先，对逐拍心动周期包含的随机噪声进行平滑滤波；

针对当前时刻的逐拍心动周期y_n，平滑滤波公式如下：

j表示采样间隔的数量；

然后，将极大值出现的时刻p₁,p₂,……，p_n作为横坐标，将对应的平滑滤波后的逐拍心动周期y₁,y₂,……,y_n-1作为纵坐标，生成新的时间序列y(p)；

进而，对时间序列y(p)进行三次样条曲线插值，使其采样频率等于视频采集的频率f_s，插值后的时间序列记为y(t)，称为心率变异性信号；

最后，对心率变异性信号y(t)进行时域和频域分析，得到心率变异性参数；

对心率变异性信号进行时域分析，得到参数：MeanNN、SDNN、RMSSD和SDSD；

其中，N是参与心率变异性计算的心动周期的个数；μ为相邻y(n)差值的均值；y(n)是心率变异性信号y(t)中n时刻的心动周期值，y(n+1)表示心率变异性信号y(t)中n+1时刻的心动周期值；

对心率变异性信号进行频域分析，得到pLF、pHF、LFHFRatio、VLF、LF和HF；

其中，对心率变异性信号y(t)进行傅里叶变换，频谱图当中的0.003-0.04Hz的能量综合为VLF；0.04-0.15Hz的能量总和为LF；0.15-0.4Hz的能量总和为HF；

其它参数计算方法如下：

pLF＝LF/(LF+HF)

pHF＝HF/(LF+HF)

LFHFRatio＝LF/HF。