[发明专利]一种基于环形感兴趣区域加权的非接触式心率信号提取方法

说明书

本发明公开一种基于环形感兴趣区域加权的非接触式心率信号提取方法，包括以下步骤：读取人脸视频的第一帧RGB图像检测人脸位置，提取人脸的特征点，并分别对两侧脸颊的质心进行定位；分别以两侧脸颊上质心为圆心做n个同心圆，将两侧脸颊区域分别分割成n个感兴趣区域；将RGB图像中每个感兴趣区域绿色通道的像素进行平均，获取2×n个信号值；对后续视频帧，采用上述步骤进行处理，最终得到2×n条信号流；对这2×n条信号流进行快速傅里叶变换得到2×n个频谱，根据心率信号的信号强度设置每条信号流的权重；对2×n个信号流进行加权处理，得到优化后的原始心率信号。本发明能够提取基于人脸视频图像的非接触式心率测量中的有效信号，有助于后续心率值的准确分析。

技术领域

本发明涉及数字图像处理技术与数字信号处理技术领域，特别涉及一种基于环形感兴趣区域加权的非接触式心率信号提取方法。

背景技术

心率是指心脏在每分钟内跳动的次数，它是人体的重要生理参数之一。通过对心率的实时监测能够帮助人们了解自己的身体状况变化，减少意外情况的发生，同时对心血管疾病的预防和控制具有重要的意义。

通常人们使用心电监护仪来测量心率，但是监护仪的成本很高、需要专业的医生指导使用，通常只用于医院的临床监护，难以进入人们的日常生活中，且无法进行实时监测。随后，便携式指夹式心率血氧仪、健康手环等的出现，在保证测量准确率的基础上，大大降低了设备成本，并且使用比较方便，只要将指夹式心率血氧仪夹在手指上或稳定接触皮肤就可以准确获取自己的心率。但是，这类方法必须与人体有直接的接触，长时间的接触会造成被试者的不适，同样不适合实时监护。近几年，随着计算机、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充盈程度也会随着心跳而不断地发生变化，从而引起人体皮肤对光的吸收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，皮肤表面反射光的强度也会发生相应的周期性变化，即表现为采集图像中皮肤颜色的变化。图像PPG技术能够实现被测对象在自然状态下的无创、非接触式的心率测量，且方便进行长时间的监测，该技术对婴幼儿监护、司机状态监测、审讯等应用中能够发挥重要的作用。

然而，在常见的非接触式的图像ppg测量过程中，易受到光照等各种干扰因素的影响，如何有效提取原始心率信号，并对心率进行准确分析仍然是该方法面临的主要问题。目前常常直接在脸部固定位置选择一个方形区域作为感兴趣区域，这种方法容易导致提取出的心率信号受到光照与人脸部分的阴影地影响。为了解决此问题，本发明采用一种基于环形感兴趣区域加权的非接触式心率信号提取方法，对每个小的感兴趣区域都进行信号的提取，并对这些信号进行加权处理以得到最终的优化后的原始心率信号。本发明成功地提高了所提取的原始心率信号的信噪比，有助于提高心率分析的准确性。

发明内容

本发明的发明目的在于提供一种基于环形感兴趣区域加权的非接触式心率信号提取方法，该方法能够有效地提高原始心率信号的信噪比。

实现本发明的技术方案是：

一种基于环形感兴趣区域加权的非接触式心率信号提取方法，所述方法包括以下步骤：

(1)读取人脸视频的第一帧RGB图像，使用haar方法检测人脸位置，并使用landmark方法提取人脸的特征点，分别对两侧脸颊的质心进行定位；

(2)分别以所述两侧脸颊的质点为圆心做n个同心圆(n为预设值)，将两侧脸颊区域分别分割成n个感兴趣区域；

(3)将所述第一帧RGB图像中每侧脸颊所述n个感兴趣区域的绿色通道像素进行平均，得到所述第一帧RGB图像的2×n个信号值；