[发明专利]一种非接触式心率监测方法

说明书

本发明公开了一种非接触式心率监测方法，包括：步骤1）从摄像头捕捉到视频流，并对视频的每一帧进行处理，从视频帧中获取到人脸位置信息，并将人脸位置信息导入到跟踪器中；步骤2）对获取到的人脸位置信息进行跟踪，并将获取到的人脸位置信息进行处理，并从中提取到人脸皮肤图像，并将人的整个可视面部区域与其他背景区域剥离；步骤3）对获取到的人脸的皮肤区域进行信号强度区域分类，其中，分类区域大小为单一像素区域，由此提取单一像素的信号纯洁度；步骤4）光照补偿等步骤。

技术领域

本发明属于一种非接触式心率监测方法。

背景技术

光电容积描记法(PPG)技术是一种用于检测心脏周期性同步脉动信号的技术，通过此项技术能够计算出被检测物体的心率，血氧甚至血压等生理指标。由于心脏是人脸重要器官之一，心率，血氧等生理指标能有效反应人类生命体征，并能进一步做医疗分析用途；因此光电容积描记技术被广泛应用在医疗分析，生命体征监测，运动物体体征监测等领域。

光电容积描记技术法分为透射型和反射型两种。传统的光电容积描记法技术采用的是接触式测量，大部分为透射型，被检测物体需要在指定部位佩戴相应检测传感设备，如医疗监护仪和运动手环，接触式光电容积描记法(CPPG)通过特定波长光束照射皮肤组织，传感设备中的光电传感器能够采集经皮下动脉结缔组织吸收后再反射的光源，由于光源密度会随着动脉血液流量呈周期同步变化，因此能够准确绘制出信号图并计算心率等指标。

非接触光电容积描记法(RPPG)是一种无损近距离非接触式用于检测心脏周期性同步脉动信号的技术。由于他的便利性，舒适性和无创伤性被渐渐广泛关注，原理大致与接触式相同，非接触光电容积描记法采用反射型检测。不同的是，此方法是通过CMOS数字RGB摄像头，采集特定部位，如人脸，手腕，的视频流，并从视频流提取出在特定波段光照下的选定检测部位的光源密度变化，通过信号放大得到信号图并计算心率等指标。

非接触式光电容积描记法的出现，具有广泛的应用价值和潜力，由于其无需佩戴设备，和仅需通过常见CMOS数字摄像头便可采集测量；具有低成本，方便，以及多目标检测等特点，但其容易受物体移动、光照变化及被检测物体生理特征情况等条件约束。在现在应用中仍不能被广泛应用。

与此同时人工智能领域祥相关技术在近年呈快速发展，特别是基于神经网络的图像处理技术，这为相关领域包括RPPG检测提供了更多的改良可能。

其中，现有的非接触式光电容积法(RPPG)心率测量的方法，其主要缺点集中在：

人脸检测部分，大部分现有技术只能检测正脸及小角度侧脸。

ROI区域的选取，现有技术是依赖人脸检测输出的坐标拟合，检测区域的选取只能框选大概区域，由于个体的生理结构差异性，如真皮层厚度不一；现有技术并不能最好地选取信号强度高的检测区域，影响最终结果。

由于人脸刚性移动，导致ROI区域不能有效被锁定，导致信号源扰动，即便最新的追踪方案，也只能解决人脸前后、上下及左右移动三个自由度，不能解决人头部的旋转、摇摆及俯仰另外三个自由度。

对于人脸非刚性移动，如讲话、大笑、哭泣等行为发生时，会产生脸部区域形变，因此会对光源透射产生干扰，从而引起信号扰动。

光照也是影响信号结果好坏的因素之一，主要分为光照强度不足，如低光照，和光源不稳定，光照环境改变情况下，如室内可见光源的闪烁等。

检测区域应该被持续稳定追踪，以保证信号的稳定。一旦不能稳定追踪，会引入检测误差得不到准确的结果。

现有RGB模型只考虑单通道或者双通道信号处理，在现实环境中不能很好地适应复杂光照环境。

发明内容

为了建立一种适应实际日常应用的监测方法，本专利提出了一种能够动态适应被检测物体移动，适应多光照环境，以及智能选取最优检测区域的新型基于非接触光电容积描记法的生物体征检测方法。