[发明专利]一种非接触式心率变异性测量方法

说明书

本发明公开了一种非接触式心率变异性测量方法，属于人体心理压力的评价技术领域。首先使用高速彩色摄像机非接触式的采集检测者面部的区域视频图像，根据每帧视频图像，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；然后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)，对其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，计算心率变异性的时域和频域参数。最后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。本发明可以无接触式的测量心率变异性，其测量精度高，减少了对检测对象的影响，获得心理压力的评价较为客观。

技术领域

本发明涉及一种非接触式心率变异性测量方法，应用在人体心理压力的评价技术领域。

背景技术

目前心率变异性的测量主要基于心电信号，即通过心电计算心动周期，并根据逐拍心动周期计算心率变异性。由于心电测量需要与人体接触，其应用受到很多局限，例如被试者可能会抗拒心电测量。

目前非接触式的心率测量，通过摄像机拍摄人面部视频获得；如申请号：201310172275.9公开的非接触式心率测量系统及测量方法，提出当拍摄视频后，通过对面部图像的多个颜色分量进行盲源分离，筛选出与心率相关的分量，然后通过频谱分析得到心率。但是在对人体的疲劳程度、心理状态、压力大小等进行评价和分析时，仅有心率是不够的，还需要进行心率变异性的测量。

上述方法在测量心率变异性时存在缺陷，主要体现在：1、心率分析需要依赖频谱分析，但是频谱分析只能反映较长时间内的平均心率，而不能反映这一段时间内心率的变化，即心率变异性。2、使用盲源分离后筛选出的与心率相关的信号分量来计算心率时，存在较大的噪声和干扰；由于计算心率变异性比心率更易受噪声的干扰，盲源分离后分量中的噪声虽然对计算心率带来的误差很小，但是会对计算心率变异性引入巨大的误差，甚至错误。3、普通的摄像机采集图像的速率为每秒钟25-30帧，即采样率为25-30Hz；而心率变异性测量要求的时间精度为20ms，根据奈奎斯特采样定律，采样率不能低于100Hz；因此，普通摄像机难以满足心率变异性测量的精度要求。

发明内容

本发明针对现有的非接触式测量方法难以满足心率变异性测量要求的缺陷，提出一种非接触式心率变异性测量方法。克服了上述三方面的缺陷：在心率分析时不完全依赖于频谱分析，实现了心率变异性的计算；对盲源分离后的分量进行了进一步的滤波，提高了心率变异性计算的准确性；使用高速摄像机，采样频率可以满足心率变异性测量精度要求。

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；

采集过程在明亮的环境中进行，摄像机采集速率不低于每秒钟100帧，采集过程不短于3分钟。

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；

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。

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。