[发明专利]从视频序列中提取生理信息的系统和方法

说明书

提供了一种提取生理信息的方法，所述方法包括：在限定的时间段内，提取时域形式的多个信号段，根据其最大信号水平选择所述多个信号段的子集，转换至少一个所述子集以产生多个经变换的信号段，并且组合多个所述多个经变换的信号段的至少所述子集以产生组合的信号段。这样做的好处是，通过删除受原始信号段影响最严重的部分，可以减少运动和/或照明引起的变化对最终结果的影响。

技术领域

本发明涉及从视频序列中提取信息，尤其涉及生理相关信息(通常称为生命体征)的提取。

背景技术

可以分析活着的对象的视频序列并检测作为对象的生理过程的结果的图像中的细微变化。这些生理过程包括血液流动、呼吸和出汗。

通过皮肤反射变化可以观察到特定生理过程。人体皮肤可以被建模为具有至少两层的对象，其中一层是表皮(薄表面层)而另一层是真皮(表皮下面的较厚层)。特定百分比5％的入射光线在皮肤表面被反射。剩余的光在两个皮肤层内被散射和吸收，这种现象称为体反射(在二色反射模型中描述)。通常存在于表皮和真皮边界的黑色素表现得像光学滤波器，主要吸收光。在真皮中，光被散射和吸收。吸收取决于血液成分，因此吸收对血流变化敏感。真皮包含密集的血管网络，约占成人总血管网络的10％。这些血管根据体内的血流收缩和扩张。它们因此改变了真皮的结构，这影响了皮肤层的反射率。

其他生理过程(例如呼吸)会导致患者的表面移动。

其他生理过程(例如，血液中氧合水平的变化)可能会表现为小的颜色变化。

可以检测和提取在这些变化中具有某些周期性内容的信号，并从中获得诸如周期性过程情况下的频率的结果。例如，可以用环境光照射对象并使用摄像机拍摄。通过分析图像序列的帧之间的对应像素的值的变化，可以提取时变信号。可以使用诸如快速傅立叶变换之类的方法将该信号变换为类频域，并且可以从频域光谱中将对象的心率的值作为生理学测量结果来得到。这些生理测量通常被称为生命体征。

像素值的变化通常较小，并且通常在一个颜色通道中比其他颜色通道更明显。因此，所寻找的信号相应地较小。

像素值可能会有其他变化，例如由于总体图像的变化而引起的变化，与信号相比，这些变化可能很大。还存在像素值的随机变化的来源，例如对象的运动、照明的改变(例如闪烁)和图像传感器中的噪声以及照明的变异性。从所有意图和目的来看，所有这些都与正在寻找的信号无关。因此，信噪比很小，并且可能难以获得有意义的生理测量结果。

发明内容

提供了一种提取生理信息的方法，所述方法包括：在限定的时间段内，提取时域形式的多个信号段，选择所述多个信号段的子集，其中，选择包括：拒绝具有高的最大信号水平的段；转换至少所述子集以产生多个经变换的信号段；并且组合所述多个经变换的信号段的至少所述子集以产生组合的信号段。

这样做的好处是，通过删除受原始信号段影响最严重的部分，可以减少运动和/或照明引起的变化对最终结果的影响。

根据一个实施例，所述方法包括拒绝具有大于阈值的最大信号水平的段。这利用了这样一个事实，即包含生理信息的感兴趣信号是小的，并且因此可以认为大的信号是由于运动或照明变化引起的。

根据一个实施例，选择包括利用与其最大信号水平具有逆关系的权重对片段进行加权。这具有不需要硬阈值的优点，所述阈值可能难以令人满意地设置。

根据一个实施例，所述逆关系具有幂律或倒指数的形式，其优点是与大信号水平相比，对于小的信号水平提供强的选择性。

根据一个实施例，使用功率谱密度函数、自相关函数或傅立叶变换中的一种来执行该转换，所述功率谱密度函数、自相关函数或傅立叶变换提供类似频率域中的信号，从所述信号中可以提取出频率形式的生理信息。

根据一个实施例，所述信号段的组合包括对所述信号段求平均，所述信号段提供了具有进一步降低了不想要的分量的水平的信号。