[发明专利]运动鲁棒的非接触式心率检测方法、电子设备及存储介质

说明书

本发明公开了一种运动鲁棒的非接触式心率检测方法、电子设备及存储介质，该方法首先从选定的视频人脸感兴趣区域中提取像素均值时间序列，包括：感兴趣区域的选取和定位、追踪感兴趣区域并进行像素均值时间序列的提取；其次非刚性运动或者刚性运行的去除，包括：信号预处理、时延实现单通道向多通道的转换、底层共享源的提取、运动噪声信号和脉冲信号的选择；最后，心率估算，对脉冲信号进行傅里叶变换再做相应的运算得到心率值。本发明从视频图像中提取心率相关信号，使用去噪算法完成运动噪声的去除，完成在运动状态下检测心率，为非接触式心率检测研究提供新的方向，进而推动非接触式检测技术在生活场景中的应用。

技术领域

本发明属于基于视频的非接触式生理参数检测领域，具体地说是一种融合色差模型和联合盲源分离(chrominance model andtime delayjoint blind sourceseparation，CHROM-TDJBSS)的运动鲁棒非接触视频心率检测方法、电子设备及存储介质。

背景技术

目前心率检测主要分为接触式和非接触式两类，传统的接触式心率测量设备如心电仪和脉搏血氧仪等，通常需要患者佩戴电极或者指夹，会引起个体的不适。非接触式的远程光电容积描记法(remote photoplethysmography，rPPG)通过检测视频图像中面部毛细血管中血容量伴随心跳生理活动的变化进而提取出能够反映心率信息的血容量脉冲信号。由于摄像头使用广泛、成本低且无需佩戴任何设备，使其应用广泛，通常用于新生儿健康检测、家庭健康监护和运动监测领域。

rPPG包含的血容量脉冲信号幅值十分微弱，而在运动监测场景下，部分运动信号本身具有周期性，同时运动幅值相比血容量脉冲信号(blood volume pulse，BVP)要大得多，因此远程光电容积描记法极易受到运动噪声的干扰，造成心率测量准确性的重大挑战。研究表明绿色通道含有较强的脉动信息，因此可以使用单通道信号分解处理技术来提高血容量脉冲信号质量；由于运动会引起人脸和相机之间距离或角度的变化，因此可以将运动去噪建模为光学模型，并由此提出了色差模型和平面正交皮肤反射模型解决运动去噪问题。此外还可以通过源分离的方式确定含有脉冲信息的分量，例如盲信号分离方法，最具有代表性的盲信号分离方法有独立分量分析和主成分分析。但是，一些剧烈运动场景下由于运动幅值过高，无法满足独立分量分析线性组合的前提条件。伴随人工智能技术的发展，深度学习也被用于远程光电容积描记法中。此外，现有研究还提出将不同类型的方法相结合以达到提高脉冲信号质量的目的。

心率检测的准确性会伴随受试者的剧烈运动而降低，特别是当受试者的动作剧烈且具有周期性时。一方面，运动会导致面部感兴趣区域与相机之间的位置和角度发生相对位移，运动频率过快的情况下还会导致感兴趣区域追踪丢失；另一方面，在健身过程中可能会出现强周期性的运动，导致运动分量的主频落在感兴趣的心率频带范围内从而干扰心率估计，如图1所示。具体的，如图1(a)所示划船机运动属于前后运动，大部分受试者的运动主频只有0.6Hz，相较于椭圆机和固定自行车运动的主频要低一些，但是运动幅度要大些。如图1(b)所示为椭圆机运动，其运动频率大约为2Hz，而图1(c)所示为固定自行车运动，其主频一般为1Hz，2Hz或2.5Hz。从图1中不难发现，某些运动幅度较大的情况下，尽管运动频率较低，但是其倍频仍然在感兴趣HR频带范围内，使得心率主频湮没在其中，导致心率提取难度加大。

发明内容

本发明是为了解决上述现有技术存在的不足之处，提出一种运动鲁棒的非接触式心率检测方法、电子设备及存储介质，以期能提高剧烈且周期性运动场景下视频心率检测的准确性，从而为非接触式心率检测研究提供新的方向，进而推动非接触式检测技术在生活场景中的应用。

本发明为达到上述发明目的，采用如下技术方案：

本发明一种运动鲁棒的非接触式心率检测方法的特点在于，包括以下步骤：

步骤一、从受试者的I帧视频图像中提取面部感兴趣区域的像素均值时间序列，所述像素均值时间序列中包含与心率相关的信息以及与运动相关的信息；