[发明专利]一种基于手机图像的人体心率的测量方法

说明书

1、技术领域

本发明涉及人体心率的测量领域，尤其涉及一种基于手机图像的人体心率的测量方法。 

背景技术

由于动脉活动可以引起人体特定部位的皮肤颜色产生微弱的变化，因而可以利用光学设备采集由动脉活动引起的皮肤颜色变化信息，并根据采集的图像测量人体参数。近两年来，在利用生物光学信息进行人体生理特征测量方面已存在一些研究成果，其中大多数基于专业的测量设备，此类方法虽然可以获得较好的精确性，但缺点在于设备费用较昂贵且便携性较差，不利于监测的普及和推广。利用移动终端摄像头实现人体生理参数的测量方面，国内外已经取得一定成果。 

在不介入任何外来设备情况下，仅通过智能手机摄像头采集的手指颜色变化图像，实现对心率等人体生理参数的测量。Pelegris P.，Banitsas K.，Orbach T.，Marias K.等人在2012年发表在IEEE Trans.Biomed.Eng的论文：“A Novel Method to Detect Heart Beat Rate Using a Mobile Phone”Pelegris P.等通过手机摄像头采集人体手指图像，并LED灯补光，对采集每张图像转换为灰度图，求每张图像平均灰度值，根据f(n-k)+β<f(n)<f(n+k)+β来确定点n处于一个波峰位置，其中f(n)为第n张图像信号的幅度，β为根据实际误差选定的参数，统计一分钟内波峰的个数即心率数，其平均误差为4.13％。 

上述方法，直接利用整张手指图像进行分析，未考虑手指图像边缘以及图 像上噪声误差的影响，计算得到灰度值包含误差信息，造成实验误差较大； 

而且利用相邻两点确定波峰，由于波峰与相邻两点之间灰度值差值较小，导致β值较小，并且计算得到的灰度值包含大量噪声信息，导致波峰无法检测出，或者中间某些点满足条件被误检测了，导致波峰统计不准确。 

Christopher G.Scully，等人在2012年发表在IEEE Trans Biomed Eng.的论文：“Physiological Parameter Monitoring from Optical Recordings with a Mobile Phone”Christopher G.Scully等截取手指图像边缘，去除图像边缘处误差，利用截取边缘后的手指图像的绿像素，用绿像素的平均值计算出PPG信号，实现对人体心率，其心率测量误差为3.33％。 

但该技术仅利用手指图像的绿像素来计算PPG信号，未考虑红像素和蓝像素包含的信息；同时也存在相应波峰检测的问题，检测波峰时，容易受到次波(venous peak)的影响，导致多计数，由于PPG信号波峰容易受到信号干扰，导致波峰出变化比较平缓，若用相邻两点检测波峰，会漏掉波峰，导致少计数。 

F.Lamonaca等人在2012年发表在IEEE一个会议上的论文：“Reliable Pulse Rate Evaluation by Smartphone”F.Lamonaca等截取手指图像边缘，去除图像边缘处误差，利用每张手指图像的红像素大于某个阀值个数来计算PPG信号，利用PPG信号的标准差作为检测PPG信号波峰的阀值，进行心率的测量。 

上述技术，仅利用手指图像的红像素来计算PPG信号，未考虑绿像素和蓝像素包含的信息；确定采样频率时，同样没有考虑到硬件设备与采样频率的关系。 

虽然用PPG信号的标准差来确定阀值改进了峰值确定方法，但是用相邻两点差值确定峰值，导致计数不准确，以及测量结果不稳定。 

本发明主要改善测量的效果，已提高现有手机心率测量技术的精确度以及测量的稳定性，让人们能及时、有效而低成本地监测表征慢性病病情的关键身 体指标、了解自身的健康状况。 

运用该技术方案仅通过手机摄像头测量人体的心率参数，使得人们随时随地就可以测量自身的健康状态。现在，中老年人的健康已经成为社会关注的焦点，而困扰中老年人健康的众多疾病，比如：肺炎，哮喘都和人体心率有关，说明了该技术的巨大的发展潜力。该技术的运用可以极大的满足人们的对自身健康的关注需求，减少医疗检测的复杂性，方便人们的生活。 

发明内容

本发明的目的在于为了提高手机心率测量技术的精确度以及测量的稳定性，特提供一种基于手机图像的人体心率的测量方法。 

为达此目的，本发明采用以下技术方案： 

一种基于手机图像的人体心率的测量方法，包括以下步骤：