[发明专利]融合IPPG和深度信息抗噪声干扰的非接触心率估计法

说明书

本发明涉及融合IPPG和深度信息抗噪声干扰的非接触心率估计法，其包括以下步骤：1）通过RGBD摄像头采集被测者的人脸图像及其对应的深度信息；2）采用人脸检测算法对采集到的人脸图像利用模板匹配进行人脸检测和定位，形成监视区域；3）采用人脸跟踪算法对连续采集的多个人脸图像所对应的监视区域进行跟踪捕获人脸运动，获得多个具有运动变化的人脸图像；4）运用加权均值方法消除所获得的多个具有运动变化的人脸图像的运动噪声干扰，实现动态人脸识别；5）对人脸识别后的人脸图像利用深度信息来自适应的选取ROI区域；6）采用IPPG技术对ROI区域进行源信号提取、利用经验分解模式EMD方法进行信号去噪以及利用ARMA模型进行能量谱分析求取被检测者的心率值。

技术领域

本发明涉及心率估计技术领域，尤其涉及一种融合图像式光电容积描记法(IPPG)和深度信息抗运动噪声干扰的非接触心率估计方法。

背景技术

根据世界卫生组织数据显示，每年因心血管疾病死亡人数超过1750万人，该疾病位于非传染疾病致死率病因的首位。心率是能够反映心脏状态的重要生理参数，是心血管疾病预防及临床诊断的重要指标。

传统的心率测量方法，心电图是临床实践心率测量的标准方法。它需要医护人员按照正确的导联位置安置导联电极，过程繁琐、需要专业的操作，在使用时需要在电极和皮肤之间填充导电介质或施加压力固定，因此给被测者带来很大的不适，且复杂的连接线不便于操作。现有的心率检测装置及相关信号处理技术主要包括以下几种方案：

(1)贴片式心率检测仪：在被测者身上的某些特定位置粘贴电极片，从人体信号中提取心率。然而，该贴片式心率检测仪在检测时粘贴电极片会对被测者造成一定不适和刺激，测试环境受限制，不能长时间实时检测，过程复杂操作不方便。

(2)电容式心率测量：基于容性耦合原理，完成了非接触心率检测；电容式非接触心电传感器具有良好的心电测量性能，可靠性高，可用于心电信号的长时间测量。然而，该电容式心率测量的心率测量结果容易受到运动噪声影响，所以该方式得到的效果并不理想。

(3)光电脉搏测量：利用血液的高度不透明性，以及光照在一般组织中的穿透性要比在血液中大几十倍的特点，对脉搏信号进行检查。然而，该光电脉搏测量不管是采用反射式还是投射式方式，除了同样容易受到运动噪声的影响外，还为了减小外界环境光线噪声干扰，要求传感器贴紧皮肤。

(4)光电体积描记法心率测量：通过记录光线透过皮肤和组织后，皮肤组织对于光的吸收的多少的方式来计算心率，该技术由于不与被测对象直接接触，属于非接触测量，具有较好的人机体验感。然而，该光电体积描记法进行心率检测，受环境光的限制，一旦光照有变化或者不够强，心率测试就会变得不准确；并且需要检测者坐在固定位置，位置改变也会使得检测结果不准确；在移动状态下，ROI区域选择也会不准确；并且消除信号中由于被测对象与图像采集设备之间相对运动产生的噪声是技术难点。

(5)图像脉搏测量：依据心搏引起的血管变形能够通过由此产生血管周围皮肤变形来观测。然而，该图像脉搏测量容易受到伪动和振动对测量数据的干扰且受到实验的光条件影响。

(6)针对信号处理方面，目前主要处理技术有：有限脉冲响应(finite impulseresponse,FIR)滤波器，带通滤波器和滑动平均滤波器。

近年来，随着电子技术以及测量方法的发展。非接触式心率测量被提出并实现。光电容积描记法，利用光电传感器在活体组织中检测血液容积变化的一种无创检测方法。由于人体不同组织对于光线的吸收量不同，在通过透射或者反射后，接收到的光强会出现规律性变化。心脏规律性收缩和舒张是导致规律性变化的主因，因此这些脉动信号与心脏跳动直接相关。但是上述测量方法存在采集信号容易受到运动噪声干扰，导致准确率低的问题。