[发明专利]基于视频的众值提取和中值滤波结合的实时心率检测方法

权利要求书

1.基于视频的众值提取和中值滤波结合的实时心率检测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

（1）打开摄像头，以不小于7Hz的帧率拍摄20s包含人脸的视频；

（2）创建人脸检测器，获取每一帧人脸区域，从中截取人脸感兴趣区域，并获取感兴趣区域的RGB通道值；

（3）将感兴趣区域RGB通道转换为YUV通道，提取每一帧的二维U通道，形成三维U通道矩阵；

（4）采用众值提取和中值滤波相结合的方法处理每一帧的U通道矩阵，计算每一帧特征值，得到时间轴上的一维特征序列；

（5）采用截止频率为3Hz的巴特沃斯低通滤波器对一维特征序列进行滤波，将滤波后的一维特征序列作为心率信号；

（6）采用峰值计数法得到20s内心跳次数，根据时间比例得到所述20s的实时心率值；

（7）实时采集更新数据，重复步骤（2）-（6），得到实时的心率值。

2.根据权利要求1所述的实时心率检测方法，其特征在于，所述步骤（1）具体为：

创建所述摄像头对象，设置帧率fs，fs≥7Hz；

设置帧计数器frame_counter=0；

记当前帧为Frame(i)，以fs的帧率拍摄包含人脸的视频20s，frame_counter=K=20*fs。

3.根据权利要求1所述的实时心率检测方法，其特征在于，所述步骤（2）具体为：

利用维奥拉-琼斯算法创建所述人脸检测器，获得人脸区域的起始点坐标（x，y）和人脸尺寸（w，h）；

根据人脸比例，截取Frame(i)高度范围为x+0.5*h~ x+0.7*h，宽度范围为y+0.1*w~ y+0.3*w的区域，记为Interest(i)，作为感兴趣区域，获得所述感兴趣区域的RGB通道。

4.根据权利要求1所述的实时心率检测方法，其特征在于，所述步骤（3）具体为：

将所述感兴趣区域的RGB通道转换为YUV通道，提取每一帧所述感兴趣区域的二维U通道，U通道计算公式如下：

U = -0.169*R - 0.331*G + 0.5 *B

得到所述20s内每一帧的二维U通道，组成所述三维U通道序列U(1), U(2), … , U(K)，均为M行N列。

5.根据权利要求1所述的实时心率检测方法，其特征在于，所述步骤（4）具体为：

对所述感兴趣区域的每一帧二维U通道U(i)进行行扫描，分别计算各行U通道众值，形成U通道众值序列Umost(1),Umost(2), …, Umost(M)；

对U通道众值序列Umost(1),Umost(2), …, Umost(M)进行排序，提取中值Umid(i)，作为所述感兴趣区域每一帧的特征值；

各帧特征值组成所述时间轴上的一维特征序列Umid(1), Umid(2), … , Umid(K)。

6.根据权利要求1所述的实时心率检测方法，其特征在于，所述的步骤（5）具体为：

采用P阶3Hz巴特沃斯滤波器对所述一维特征序列Umid(1), Umid(2), … , Umid(K)进行滤波，得到长度为J的滤波序列Fil(1), Fil (2), … , Fil (J)；

其中，J=K+P-1。

7.根据权利要求1所述的实时心率检测方法，其特征在于，所述步骤（6）具体为：

扫描所述长度为J的滤波序列Fil(1), Fil (2), … , Fil (J)，寻找峰值：所述Fil(1)不做计算处理；所述Fil(2), Fil(3), … , Fil(J-1)与相邻两点进行比较，若该点值均比相邻两点大，则认为该点为一个峰值；即：若Fil(j)>Fil(j-1)且Fil(j)>Fil(j+1)，则Fil(j)为一个峰值点；

统计所述20s内峰值点个数，记为Peak_20s；

计算Heart_Rate=Peak_20s*3，即所述20s对应的实时心率值。

8.根据权利要求1所述的实时心率检测方法，其特征在于，所述步骤（7）具体为：

丢弃所述20s中的前5s数据Umid(1), Umid(2), … Umid(L1)，其中L1=fs*5，后15s数据组成临时序列Umid(1), Umid(2), … Umid(L2)，其中L2=fs*15；

更新采集5s数据，补充在所述临时序列Umid(1), Umid(2), … Umid(L2)之后，从而实现序列Umid(1), Umid(2), … Umid(K)的更新，K=L1+L2，重复步骤（2）~（6），即得到实时心率值。