[发明专利]一种基于多尺度心率信号的面部心率测量方法和装置

说明书

本发明公开了一种基于多尺度心率信号的面部心率测量方法。该方法将含有人脸面部区域的视频流逐帧进行皮肤分割，对特征提取模块进行训练，将人脸视频流输入训练好的特征提取模块中，输出为多个心率值，将所有输出心率值求平均，获得最终的心率预测值。本发明的方法可得到高精度心率估计值，实现无接触心率检测。

技术领域

本发明涉及非接触式生理信号检测领域，尤其涉及一种基于多尺度心率的面部心率测量方法和装置。

背景技术

心率作为人体重要生理参数之一，可直接有效的反映人体健康状态，因此心率监测对于人体身体健康的监护起着不可替代的作用。心血管疾病严重危害生命健康，所以，如何预防和检测心血管疾病是我国越来越需要解决的问题，其中对人体心率波动的长期持续监测在临床医疗、健康管理等领域具有至关重要的作用。

目前心率检测的方法很多, 按照是否与人体接触可以分为接触式心率检测和非接触式心率检测。

接触式心率检测主要依靠和人体直接或间接接触的传感器，电极等来获取有关信息，由于其对被检测对象的束缚和条件限制，其使用范围有一定的局限性。

非接触式方式在检测心率时不需要与人体接触，因此在检测过程中不会引起人体的不适，可以实现连续长时间的无创检测。目前主流的心率监测方式以接触式为主，但因其操作复杂且在检测过程中需长时间同人体皮肤接触，而给测量者造成一定的不便和不适。

近年来，非接触式人体心血管系统生理参采集则得益于近年来集成电路、微电子技术、成像技术以及信号处理技术的发展也得到了技术上的创新。特别是基于视频这种可以更有效地实现无接触感知的新模式受到了更广泛的关注。和传统测量方式相比，该技术的主要优点是可以实现无感测量，且测量成本较低，使用普通网络摄像头或者手机摄像头均可进行测量。该方法的主要原理是基于PPG信号的测量。PPG信号是由于血液和其他组织成分对不同频段的光吸收程度不同，且血液本身在血管中的血液容积量会随着心脏的搏动而发生变化，因此在心脏收缩和舒张的过程中，血液对光的吸收量也会随心脏收缩呈现出周期性的脉搏波动，这种波动反应在视频传感器所接受到的信号变化即为PPG信号。目前基于PPG信号计算面部心率值的方法以及相关应用还非常少。

发明内容

本发明的目的在于利用面部皮肤的信号特征，提供一种无接触的，基于多尺度心率信号的面部心率测量方法，帮助人们预防疾病以及管理自身健康。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于多尺度心率信号的面部心率测量方法，包括以下步骤：

S11将含有人脸面部区域的视频流中的每一帧分别缩放至320×320-1080×1080像素大小，逐帧进行皮肤分割，输出相应的人脸皮肤图像；将输出的人脸皮肤图像按时间的先后顺序进行排列，融合成只含有面部皮肤的视频流；

S12将只含有面部皮肤的视频流转换为三维信号矩阵集合；

S13依次使用公开数据集CIFAR10、三维信号矩阵集合、新采集的人脸视频流对特征提取模块进行训练，直至损失函数MSE小于1bpm后完成对特征提取模块的训练；

S14重新采集人脸视频流输入训练好的特征提取模块中，输出多个心率值，将所有输出心率值求平均，获得最终的心率预测值。

进一步地，步骤S12包括以下子步骤：

S121将只含有面部皮肤的视频流分为无重叠的n个时间片段，将时间片段中的每一帧划分为不重叠的像素小块；

S122分别将像素小块从RGB色域转换为YUV色域；分别计算像素小块上所有像素点Y、U、V三个分量的均值，获得三维信号矩阵；

S123将n个时间片段中的每一帧分别进行步骤S122的操作，获得三维信号矩阵集合。