[发明专利]基于成形信号的RPPG高精度心率检测方法

说明书

本发明公开了一种基于成形信号的RPPG高精度心率检测方法，属于生物医学工程领域，实现了一种非接触式测量心率的方法，且具有较高的精确度，可应用于多领域的心率检测中。步骤为：用摄像头采集人脸区域的视频，同时叠加一定幅值的光学成形信号；在一个周期的成形信号内采集视频；结合Adaboost算法与金字塔图搜索所述RGB图形的脸部区域，确定脸颊区域为感兴趣ROI区域，分离感兴趣区域RGB通道并取均值；采用最小二乘法去除采集视频过程中添加的成形信号；将去除成形信号的数据进行ICA变换、FFT变换，提取最大功率谱值和相应的频率，获得心电波形。

技术领域

本发明涉及一种基于成形信号的人脸视频心率检测方法，其采用成形信号方法来提高通过人脸视频提取心电信号的准确度，即心率的准确度，属于生物医学工程相关领域。

背景技术

心率是脉搏波的最基本信息，是人体四大生命体征之一。其稳定性直接反映着心脏功能的好坏，是人体健康的一项重要生理指标。研究表明，心率是生理变化较为灵敏的参数之一，在各种领域有着广泛的应用。

传统的心率检测是医生通过使用切脉或者听诊的方式获得的，这种心率测量方式精确度低，局限性比较大，很难满足人们的需求；心率检测仪等专业医疗仪器虽然精度高，但其成本高、体积大，难以进入人们的日常的生活中；指夹式心率血氧仪等的出现虽然在一定程度上满足了人们在精确度、价格还有使用环境广泛等方面的需求，但是，指夹式心率血氧仪测量时必须与人体有直接的接触，而长时间的接触会造成被试者的不适，因而不适合长时间的心率测量。

随着计算机技术、摄像头等的普及，图像PPG(Photoplethysmography)技术的提出为实现无创、非接触的实时心率测量提供了切实可行的思路。由于人体心脏不断地收缩和舒张，会导致人体血管中的血液的充盈程度也会随着心跳而不断地发生变化，并且对光的吸收会随着血液容积的变化呈现出与心跳一致的脉动性变化，因此皮肤表面反射的光的强度也会发生相应的周期性变化，从而表现为采集图像中皮肤颜色的变化。在采集可提取心率信号的视频时，加入一标定的锯齿波光源作为成形信号，叠加在采集到的心率信号上，可以大幅度提高采集到的心率信号的精确度。本发明基于RPPG技术，利用成形信号实现了高精度采集心率信号的方法，使心率信号的采集更为方便、准确。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于RPPG与成形信号技术的高精度心率检测方法，该方法具有无创、非接触、精度高、算法复杂度低等优点，在病人心率监控、家庭心率测量、体感游戏以及刑侦测谎领域中有着广泛的应用前景。

本发明技术方案是：

(1)用普通摄像头采集人脸区域的视频，采集视频的同时叠加一定幅值的光学成形信号，本设计选用单周期的锯齿波；

(2)成形信号为锯齿波，成形信号的周期为10s，摄像头的帧数为f＝30帧/s，采样率为fs＝30Hz；

(3)在一个周期的成形信号内采集视频，视频图像的总帧数为300帧，将每个采集点的10帧图片进行累加求平均，得到一个新的图像；

(4)结合Adaboost算法与金字塔图搜索所述RGB图形的脸部区域，获取脸部区域的长度h和宽w，并确定脸颊区域为感兴趣ROI区域，分离感兴趣区域RGB通道并取均值；

(5)采用最小二乘法去除采集视频过程中添加的成形信号；

(6)将去除成形信号的数据进行ICA变换、FFT变换，提取最大功率谱值和相应的频率，最终获得心电波形。

本发明的优点和积极效果是：