[发明专利]一种基于PPG的非接触式无创心率呼吸测量方法及系统

权利要求书

1.一种基于PPG的非接触式无创心率及呼吸测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：画面获取

步骤二：感兴趣区域ROI的获取

步骤三：ICA与一致性分析

步骤四：变化信号获取

步骤五：高斯滤波处理及多尺度分析

步骤六：快速傅里叶变换。

2.根据权利要求1所述的基于PPG的非接触式无创心率及呼吸测量方法，其特征在于，所述步骤一为：

使用网络摄像头将传入的视频信号逐帧提取，便于后续步骤处理。

3.根据权利要求1所述的基于PPG的非接触式无创心率及呼吸测量方法，其特征在于，所述步骤二为：

采用Adaboost面部检测算法检测第一帧的人脸区域，并在面部区域中提取额头部分作为ROI区域，然后采用Mean-Shift与Kalman滤波相结合的方法进行特征区域跟踪。

4.根据权利要求1所述的基于PPG的非接触式无创心率及呼吸测量方法，其特征在于，所述步骤三为：

在基于PPG原理的非接触式生理信号提取中，生理信号、运动伪差、高频噪声相互独立，观测信号R(T)、G(T)、B(T)满足非高斯分布的、同时观测信号R(T)、G(T)、B(T)构成的混合矩阵是方阵，满足进行ICA的先提条件；将ICA算法分离的三组源信号依次与绿色通道的信号进行相关性分析，其中相关性最强的信号作为PPG信号。

5.根据权利要求1所述的基于PPG的非接触式无创心率及呼吸测量方法，其特征在于，所述步骤四包括以下具体步骤：

1)基于面部检测技术，实现对ROI区域定位；

2)将ROI区域等分成25(5*5)个子区域，提取每个子区域的G通道像素强度平均值M；

3)提取每个子区域M值与上一帧该区域M值的差值Q；

4)利用二值化思想，统计ROI区域中Q数值大于零区域的个数cnt；

5)由cnt形成时间序列I(t)。

6.根据权利要求1所述的基于PPG的非接触式无创心率及呼吸测量方法，其特征在于，所述步骤五为：

使用高斯滤波处理，用卷积核所在的区域的所有像素值的加权平均值代替区域中心的像素值；利用连续小波变换方法对光电容积脉搏波信号进行分析，从中提取平稳的呼吸信号。

7.根据权利要求1所述的基于PPG的非接触式无创心率及呼吸测量方法，其特征在于，所述步骤六为：

为得到信号中的频率信息，采用频域计算的方式得到心跳呼吸的频率，将时域空间的PPG信号，通过快速傅里叶变换(FFT)转换到频域空间，由频谱在一滑动窗口内找到最强的频率信号作为心跳或呼吸的频率；频谱的50～160次每分钟的范围内选择最高峰所对应的频率作为心率频率输出，在频谱的10～30次每分钟的范围内选择最高峰所对应的频率作为呼吸频率输出。

8.一种基于PPG的非接触式无创心率及呼吸测量系统，其特征在于，包括画面采集模块、FPGA图像处理模块和生理数据显示模块；

所述画面采集模块用于通过网络摄像头完成画面的采集；

所述FPGA图像处理模块连接所述画面采集模块，用于通过权利要求1至7所述方法进行完成FPGA图像处理；

所述生理数据显示模块连接所述FPGA图像处理模块，包括HDMI显示模块和APP显示模块，

APP显示模块使用手机APP对生理数据实现实时显示。