[发明专利]一种基于视觉摄像头的非接触式心率测量方法

说明书

本发明涉及一种基于视觉摄像头的非接触式心率测量方法，包括如下步骤：确定感兴趣区域ROI、处理像素信号步骤、提取心率信息；本发明利用摄像机采集目标的视频图像。然后针对这些图像，对采集到的图像进行颜色增强，并对所选择的ROI进行定位。然后提取有效信号，通过带通滤波器和快速傅里叶变换得到心率。实验结果表明，该方法能够有效地测量心率。由此实现了对非接触式心率的测量。

技术领域

本发明一种基于视觉摄像头的非接触式心率测量方法，属于基于普通摄像头提取生理信息的医疗领域。

背景技术

目前较为常用的非接触式心率测量方式有：基于微波或毫米波的多普勒测量，激光多普勒测量，红外成像测量，基于成像式的光电容积脉搏波(ImagingPhotoPlethysmoGraphy，IPPG)测量方式。

基于微波或毫米波的多普勒测量方式，最早是由美国提出。此测量方式早期用于军事中寻找幸存者，后在1996年亚特兰大奥运会上使用此方式检测运动员心率信息。其主要的检测原理是通过使用微波或者毫米波的形式，由微波发射波形同人体经过波形照射后散射回的波形进行混频，通过计算混频信号的频移信息来获取心率信息。优点：能够实现非接触式心率测量。不足：这种通过微波或毫米波来照射人体，长时间会有较大辐射，且对于人体运动会带来较大干扰信息，测量装置体积较大，移动不便。

激光多普勒测量方式是通过激光装置，使用多普勒效应来检测由于人体心跳引起的胸部振动。激光多普勒系统是意大利迪桑尼塔高级研究所和意大利马尔凯理工大学联合研究的一个系统，利用的是M-Z激光多普勒干涉测量结构。激光多普勒测量的优点是能够实现精准、非接触式心率检测，缺点是长时间的激光辐射，会造成一定的生理负担，无法实现日常测量。

红外成像测量心率，此方法是1999年罗伯兹成像研究所提出。人体血液流动会同周围环境产生热传导，红外装置可采集血管中血液流动过程产生的热变化，通过对热变化的分析可计算得心率。此实验装置的提出为后期的基于成像的光电容积脉搏波测量技术打下了基础，缺点：不适合长时间的心率测量，不适合日常测量。

基于成像式光电容积脉搏波描记法的非接触式心率检测方法是最近几年才开始进行研究的。其主要依据原理是光电容积描记法，人体心脏周期性跳动将导致血液中含氧血红蛋白含量周期性变化，致使血液吸收反射光线强度发生周期性改变。人体血管分布于皮肤表层，周期性吸收与反射光线强度变化形成周期性肤色变化，提取周期性颜色变化信息就可得到人体心率信息。

2005年Wieringa等人采用IPPG技术提取了不同波长下的心率信号，2007年Takano等人通过黑白CCD在光照条件下实现了心率信号的提取。但这两种测量方式在光照环境的改变以及运动情况下都会产生较大误差，会对测量结果精度产生较大的影响。

2008年Hu等人提出成像式光电容积脉搏波描记法的可行性研究，主要内容是通过使用LED光源和成像设备，在非接触条件下使用成像设备采集人指端视频，使用不同波段光源下提取指端光电容积变化信息，测量人体心率。这项研究证实了使用成像式光电容积脉搏波描记法测量人体心率的可能性。

2010年，麻省理工Poh等人采用盲源分离技术，减弱运动带来的误差。Poh等人的实验原理是通过采集人脸视频，运用盲源分离技术处理提取心率信号，通过计算得到人体心率。

2011年Rubins等人提出使用电脑摄像头以及LED光源和系统处理装置，通过时间窗口形式采集人体手部光电容积脉搏波信号来实现实时检测人体心率目的。实验要求：手部要处于完全静止状态。

2013年Sun等人提出使用成像设备以及LED光源同系统处理软件，采取提取人手掌10*10模块，使用不同采集视频图像速度的成像设备分别采集并进行分析处理，证实可使用常见摄像头作为成像设备，来进行心率监测。此法测量心率时，手部需保持静止。