[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

说明书

本发明公开了一种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，包括以下步骤：打开摄像头，拍摄人脸视频；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得其RGB通道值；将RGB通道转换为YUV通道，提取每一帧二维U通道，形成三维U通道矩阵；采用众值提取和中值滤波相结合的方法处理U通道，计算特征值，得到时间轴上的一维特征序列；采用巴特沃斯低通滤波器对一维特征序列滤波，得到心率信号；用峰值计数法得到心跳次数，换算得到一分钟心率值；实时采集更新数据，重复上述步骤得到实时心率值。本发明在信号提取范围上提高信噪比，增加数据可信度；在特征值提取上，降低噪声对有用信号的影响，提高心率值计算的准确性。

技术领域

本发明涉及数字图像处理技术领域，特别涉及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。

背景技术

心率作为人体重要的生命体征信息，是检测心血管疾病以及指导科学锻炼的重要参数信息。最传统的心率检测是通过医生使用切脉或者听诊的方式获得的，这种心率测量需要医生具有丰富的相关知识与大量的实践经验。随着科技的发展，人们发明了心率监测仪来测量人的心率，但是心率监测仪的成本很高，通常只用于医院的临床监护，难以进入人们的日常的生活中。随后，指夹式血氧仪等的出现在测量准确率高的基础上大大降低了设备成本，并且使用比较方便，但是，指夹式血氧仪的使用必须与人体有直接的接触，长时间的接触会造成被试者的不适，因而不适合长时间的心率测量。

近几年随着计算机、摄像头等的普及，图像PPG(Photo plethysmography)技术的提出为实现无创、非接触的实时心率测量提供了切实可行的思路。图像PPG技术是指，由于人的心脏在不断地收缩和舒张，会导致人的血管中的血液的充盈程度也会随着心跳而不断地发生变化，并且对光的吸收会随着血液容积的变化呈现出与心跳一致的脉动性变化，同时皮肤表面反射的光的强度也会发生相应的周期性变化，从而表现为皮肤颜色的变化。

发明内容

本发明的目的在于提供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，该方法能够有效地提高基于摄像头的实时心率检测精度和稳定度。

实现本发明目的的具体技术方案是：

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，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。

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。

所述步骤（2）具体为：