[發明專利]一種非接觸式心率監測方法有效
| 申請號: | 201811545663.6 | 申請日: | 2018-12-18 |
| 公開(公告)號: | CN111127511B | 公開(公告)日: | 2022-03-29 |
| 發明(設計)人: | 鄒子杰;楊玄同 | 申請(專利權)人: | 玄云子智能科技(深圳)有限責任公司 |
| 主分類號: | G06T7/246 | 分類號: | G06T7/246;G06T7/11;G06T7/73;A61B5/024 |
| 代理公司: | 深圳市世紀聯合知識產權代理事務所(普通合伙) 44764 | 代理人: | 蔡文浩 |
| 地址: | 518000 廣東省深圳市福田區沙頭*** | 國省代碼: | 廣東;44 |
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| 摘要: | |||
| 搜索關鍵詞: | 一種 接觸 心率 監測 方法 | ||
1.一種非接觸式心率監測方法,其特征在于,包括:
步驟1)從攝像頭捕捉到視頻流,并對視頻的每一幀進行處理,從視頻幀中獲取到人臉位置信息,并將人臉位置信息導入到跟蹤器中;
步驟2)對獲取到的人臉位置信息進行跟蹤,并將獲取到的人臉位置信息進行處理,并從中提取到人臉皮膚圖像,并將人的整個可視面部區域與其他背景區域剝離;
步驟3)對獲取到的人臉的皮膚區域進行信號強度區域分類,其中,分類區域大小為單一像素區域,由此提取單一像素的信號純潔度;
(2)
其中,為的面積,為人臉區域中有效信噪比區域,如公式(3)所示;
(3)
其中,為人臉區域的信噪比區域,可有公式(4)求得;
(4)
其中,NFFT為FFT傅立葉變換數據點的個數,可以變化,其最大長度不能超過每一段的點數;
為測得信號的功率頻譜圖,為實際心率的功率頻譜圖;
其中,攝像頭視頻流采集頻率為30fps;其中,當采樣頻率大于10fps時,每幀圖像之間的PPG信息差異可視為不變;
對于時刻的信號處理,采用時刻得到的PPG信號作為
當時,為的面積,為人臉區域中有效信號強度區域,如公式(5)所示;
(5)
其中,“R”表示數學集合中的實數集,指包含所有有理數和無理數的集合;
由公式(1)求得,最終ROI定義為
(1)
步驟4)由得到高強度信號區域之后,用除ROI外的人臉剩余區域及除人臉區域外的背景區域進行光照強度抵消補償;
由于人臉和背景都屬于朗伯模型,共享同一光源,因此信號模型為線性模型,如公式(6)所示:
(6)
其中,為ROI區域中產生的PPG信號波動,為由光照變化所引起的PPG信號波動,為了消除帶來的影響,采用除ROI外有效人臉區域產生的信號,和除有效人臉區域外的背景區域產生的信號可得公式(7),因此公式(6)可改寫為公式(8):
(7)
(8)
公式(8)中的和為影響參數,
其中,確定優化參數和,進一步得到無干擾信號,包括:
建立優化對象,如公式(9)所示,在建立優化對象之后,利用PID控制自動調節修正和的大小,使系統能夠穩態優化:
(9)
步驟5)得到消除移動影響和光照影響的區域,因為視頻流采集自于RGB域,首先需要將RGB通道分離,分別對R、G、B三個通道的像素均值,用61階巴特沃斯數字帶通濾波器進行初次濾波,均值計算如公式(10):
為時刻,在通道內,位置的像素值。從相關文獻可得,人類生理指標的頻率處于0.7至4赫茲之間,因此濾波帶寬為0.7至4赫茲;
(10)
其中,size(ROI)指ROI區域即高強度信號區域的像素面積;
再得到濾除過后的三個通道信號之后,通過公式(11),建立PPG信號模型,為步驟(4)中,經過帶通濾波得到的相應RGB通道的信號:
(11)
(12)
其中,t為計算機計算圖像的時刻;表示計算機設備t時刻下,處理得到的PPG信號結果;
其中,表示當前ROI區域內i通道的像素值總和;表示ROI區域內R通道的像素值總和;表示ROI區域內G通道的像素值總和;表示ROI區域內B通道的像素值總和;
其中,表示t時刻下,ROI區域內,i通道的像素值總和的歸一化值;
其中,在計算PPG信號之前,要對信號處理時間戳進行校驗,在低處理速度設備上需進行信號校正,并將處理隊列依照公式(13)所示隊列進行校正,實際處理的應為:
(13)
其中,Z表示數學集合中的整數集,包括正整數、0、負整數,n屬于整數,且大于等于0;
其中,n表示真實時間時刻,為現實中的實際時間;
其中,表示實際現實時刻n下的PPG信號結果;
其中,表示n時刻下,對應的,當n=1,如果計算機設備采集幀率為fps=30,則對應的為,所以,當n=1時,真實信號對應的是計算機時刻t=1/30時刻的信號;
其中,通過PPG信號,可計算瞬時心率,平均心率和血氧。
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