[发明专利]一种视频心率检测的rPPG信号预处理方法及系统

说明书

本发明公开了一种视频心率检测中的rPPG信号预处理方法及系统，由于摄像头拍摄视频帧与帧之间时间间隔不均匀，根据记录的视频帧对应时间进行信号相邻点间数值线性插值，对插值后整体信号按帧率做等间隔采样重构信号；使用L1去趋势滤波算法去除重构信号中的趋势成分；利用信号在相位上的连续性和分段平滑特性对信号进行整形，使得时域上周期性更强，频域上主瓣更突出。本发明提出的rPPG信号预处理方法在复杂场景下提高了信噪比，增强了心率检测的准确性。

技术领域

本发明属于生物医学信号处理领域，具体涉及一种视频心率检测的rPPG信号预处理方法及系统。

背景技术

心率作为人体生命体征最重要的参数之一，随着人们生活水平的提高和对心血管疾病认知的提高，越来越得到重视。

传统的心率检测方式具有诸多不便性，需使用电极接触人体皮肤且无法实现实时检测。非接触式心率检测是一种低侵入的检测方式，克服了传统心率检测的缺点。人脸视频心率检测作为非接触式心率检测技术之一，仅通过摄像头设备采集的面部视频从中进行心率相关的rPPG(remote Photoplethysmograph)信号提取。这种检测方式无需检测设备与人体接触，测量成本较低且有利于长时间持续监控心率，应用前景巨大，具有较高的研究价值。

最初的视频心率检测算法的研究主要针对理想环境(光线恒定不变、避免人体运动等)，在从面部ROI(Region of Interest)提取原始rPPG信号后，预处理方法主要为去趋势和带通滤波。随着研究的深入，心率检测逐渐涉及多种复杂场景，如人脸转动、光照变化和运动后心率测量。而这些场景下提取到的rPPG信号通常掺杂干扰噪声，因此需对其进行预处理，以减少噪声成分，提高信噪比。而复杂场景下由于rPPG信号中包含噪声较多，因此需增加信号预处理抑制噪声。大多研究关注于心率检测算法的研究，却极少关注摄像头本身拍摄时间不均匀对rPPG信号的影响。根据拍摄的视频及其对应的各帧时间数据发现，视频帧与帧之间的时间间隔并不均匀。若将摄像头视为信号采集设备对连续时间上的rPPG信号进行采样，则这种采样并非为等间隔采样，故需要优化rPPG信号预处理方法以减小采集视频设备造成的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种视频心率检测的rPPG信号预处理方法及系统。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种视频心率检测的rPPG信号预处理方法，在经面部感兴趣区域提取到原始rPPG信号后，

根据视频各帧对应的时间，对原始rPPG信号相邻两帧数值进行线性插值，将插值信号按帧率等间隔抽取，重构出均匀采样的rPPG信号；

对重构信号进行L1去趋势滤波，去除重构信号中趋势成分，抑制信号突变情况；

对滤波后的信号进行相位追踪处理，将时域信号处理为周期性更强的信号，频域上突出心率对应的频率。

进一步的，对原始rPPG信号进行插值和等间隔采样，具体如下：

S11，在从面部视频序列中提取原始rPPG信号后，对整段信号相邻两点间进行线性插值，补全整数毫秒点上对应的数值；

S12，根据帧率对插值信号进行等间隔采样，假设视频帧率为F，则采样间隔为1000/F；

S13，以等间隔采样的重构信号代替原始rPPG信号。

进一步的，对重构信号进行L1去趋势滤波，具体如下：

S21，构造目标函数

其中y_t表示输入信号，x_t表示趋势信号，n为信号序列长度，λ为非负的惩罚项系数。上式也可表示为

其中矩阵D为