[发明专利]一种获取眼底光电体积描记信号的方法

说明书

本发明公开了一种获取眼底光电体积描记信号的方法，包括如下步骤：S1、从采集的眼底视频中提取原始rPPG信号，并确定rPPG信号模型；S2、对原始rPPG信号，根据信噪比或者信号幅度预先进行第一次去噪；S3、对第一次去噪后的rPPG信号进行第二次去噪：使用稳健主成分分析法对去噪问题进行建模，利用矩阵因子分解去除外部噪声；S4、对步骤S3去除外部噪声后的rPPG信号，通过估计心跳信号的稀疏频谱来去除内部噪声；S5、对步骤S4去除内部噪声后的rPPG信号融合时间窗，得到随时间变化的rPPG信号。

技术领域

本发明涉及计算机视觉以及图像处理领域，具体涉及一种从采集的眼 底图像中获取眼底光电体积描记信号的方法。

背景技术

PPG(Photoplethysmography，光电体积描记)是一种检测组织中微血 管血容量变化的非侵入性光学技术，利用此技术获得的PPG信号可用来计算人 体某些重要生理指标例如血压、心率等。此种方法相比于传统方法(例如使用袖 带血压计测量血压，使用心电图仪测量心率等)更加地便捷、高效，而且能够实现实时连续监测，有助于尽早发现与心血管有关的疾病，使病人得到及时治疗。

目前PPG信号测量技术可大体上分为接触式和无接触式两类。接触式 方法为了进行精确测量，需要将光电探测器直接置于皮肤表面，当光源照亮组织 后，光电探测器测量一段时间内由于血容量改变导致的光吸收的变化。非接触式 方法也称为远程光电体积描记法(remote photoplethysmography，rPPG)，其基 于血液在血管中流动导致皮肤反射的光强发生改变，从捕获的被采集对象的视频中提取出PPG信号。

接触式PPG信号采集方法由于需要将光电探测器直接置于皮肤表面， 这限制了其在伤口诊断(例如烧伤、溃疡、创伤等)和皮肤愈合评估或需要自由运动情况下的实用性。而非接触式方法采集的是光照射于皮肤后反射的光的强度 变化，这种改变会受到来自皮肤表皮层和真皮层的干扰，导致测量结果不准确。

发明内容

本发明的主要目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种非接触式 采集眼底图像并从中提取出PPG信号的方法，解决现有的非接触式方法测量结 果不准确的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种获取眼底光电体积描记信号的方法，包括如下步骤：S1、从采集 的眼底视频中提取原始rPPG信号，并确定rPPG信号模型；S2、对原始rPPG信 号，根据信噪比或者信号幅度预先进行第一次去噪；S3、对第一次去噪后的rPPG信号进行第二次去噪：使用稳健主成分分析法对去噪问题进行建模，利用矩阵因子分解去除外部噪声；S4、对步骤S3去除外部噪声后的rPPG信号，通过估计 心跳信号的稀疏频谱来去除内部噪声；S5、对步骤S4去除内部噪声后的rPPG信号融合时间窗，得到随时间变化的rPPG信号。

进一步地，前述获取眼底光电体积描记信号的方法还包括：利用眼底 相机在非散瞳情况下采集眼底视频。

进一步地，步骤S1具体包括如下步骤：S11、对采集的眼底视频的每 一帧图像进行区域划分，并对感兴趣区域进行跟踪；在每一帧图像中，对每个区 域的像素强度进行空间平均，以获得原始rPPG信号；S12、计算每个区域随时 间变化的平均像素强度，并在原始rPPG信号中减去该平均像素强度，然后使用带通滤波器将信号的频率范围限制在30～300bpm，该频率范围包含了感兴趣的心 脏信号；S13、对每个区域随时间变化的平均像素强度，利用心跳信号、通道响 应函数和通道噪声建立关于时间的信号模型，并将该信号模型改写为向量形式，得到所述rPPG信号模型。

更进一步地，步骤S11中采用KLT跟踪器和RANSAC算法对每一帧眼 底图像进行感兴趣区域跟踪。

更进一步地，步骤S13包括：对第j个区域随时间t变化的平均像素强 度p_j(t)建模如下：