[发明专利]一种基于人脸视频的非接触式心率测量方法及系统

说明书

本发明提供了一种基于人脸视频的非接触式心率测量方法，涉及生物医学信息处理技术领域，具体包括如下步骤：视频采集；人脸检测；感兴趣区域选取；RGB通道分离及空间平均和预处理；固定点(Fixed‑Point)算法；改进的自适应噪声完全集合经验模态分解；心率提取。一种基于人脸视频的非接触式心率测量系统，包括以下模块：视频采集模块、人脸识别与追踪模块、心率计算模块、结果显示模块。本发明提供的方法采用独立成分分析和经验模态分解算法相结合的信号处理方法，能够实现非接触式心率检测，并且能够提高心率检测的准确性和效率。

技术领域

本发明涉及生物医学信息处理领域，具体而言，涉及一种基于人脸视频的非接触式心率测量方法及系统。

背景技术

据世界卫生组织(World Health Organization，WHO)统计，每年由于心血管疾病而死亡的人数比其他疾病致死人数更多，心血管疾病已然成为影响人们生活质量的重要因素。关于心血管疾病防治的调查研究显示：多数的心血管疾病是可预防、可监控的。心率是一种与心血管疾病密切相关的生理指标，所以心率检测对心血管疾病的监测和预防尤为重要。随着人口进一步老龄化，医生可以让他们的患者更持续地跟踪心率等因素将是有帮助的，这将使医生能够开出更有效的治疗处方。目前，根据设备是否与人体接触，心率检测方法分为接触式和非接触式。

接触式心率测量方法包括心电图和脉搏血氧计等。接触式心率测量方法测量时需要放置传感器在身体的某些部位，需要与受试者的体表接触，这种直接连接的测量方式限制了用户的移动性，可能会给用户造成不适感和不便，这些方法也特别不适用于新生儿或皮肤损伤患者。此外，有些设备只能由专业医务人员操作，不适用于病人的日常使用。

基于人脸视频的非接触式心率检测，能够在不与受试者发生接触的情况下，远程检测出受试者的心率参数。该方法具有低成本、操作简单、易实现等优点。如今非接触式心率测量方式越来越受到人们的关注，它将会给人类带来更多的方便。鉴于以上优点，非接触式心率测量是未来测量方式的趋势，为了满足人民日益增长的需求，实现舒适、简单、无创的人体心率测量，对日常监护、远程医疗都具有重要的实用价值和应用前景。

光电容积脉搏波描记法(Photo PlethysmoGraphy，PPG)是借助光电手段在活体组织中检测血液容积变化的一种无创检测方法。PPG技术需要发射一定波长的光束到皮肤表面，通过反射或透射的方式传到光电接收装置。研究发现，皮肤、组织、肌肉等对光的吸收在整个血液循环中是保持恒定不变的，而毛细血管内的血液容积在心脏搏动的作用下，外周血管内单位面积的血流量随心脏搏动的周期呈周期性变化。随着心脏跳动，血管中的血液量是不断变化的。当心脏向外泵血时，血管中血液量增加，皮肤表面血管对光线的吸收也随之增加，而其他组织对于光线的吸收基本不变，皮肤反射的光线相应减少；当血液回流心脏时，血管中的血液量减少，皮肤表面血管对光线的吸收也随之减少，而其他组织对于光线的吸收基本不变，皮肤反射的光线相应增加。

成像式光电容积脉搏波描记法(ImagePhotoPlethysmoGraphy，IPPG)是在PPG技术的基础上进行改进而来的，它使用相机、摄像头等成像设备代替了特定的传感器，在测量时无需接触被测部位，使用视频采集设备对被测部位进行一段时间的视频采集，在视频图像中分析被测部位亮度的变化(即反射光线强弱的变化)，得到的亮度波形即对应着动脉血液体积的变动，从中可以反映心血管的活动情况。即皮肤的反射光线变化可以反映心血管活动状况，通过对一段时间内皮肤反射光线的变化波形进行相应处理，可以得到心率等生理信号。

传统测量光电容积脉搏波都需要特定的光束作为光源，但本发明基于IPPG技术在自然光源环境下采用人脸图像分离出脸部反射光线，无接触地得到人体生理参数。同样，基于视频的心率检测需要提取血液容积脉搏波(Blood Volume Pulse，BVP)信号。基于IPPG技术的非接触式心率测量可以提高用户的舒适度，它适用于长期心率监测和疾病预防。

发明内容