[发明专利]针对rPPG信号中运动干扰的自适应滤波方法及系统

说明书

本发明公开了一种针对rPPG信号中运动干扰的自适应滤波方法及系统，方法包括：拍摄被测对象脸部的视频，并利用人脸识别算法对视频帧进行人脸识别；对识别的人脸取像素平均值，得到RGB三个通道各自的平均的皮肤颜色信号；将RGB三通道的皮肤颜色信号进行色度处理得到一个单通道包含脉搏波的rPPG信号；对提取到的rPPG信号进行信号预处理，包括信号去趋势和带通滤波；通过提取人脸特征点在连续视频帧中的位移得到相应的运动信号；利用运动抑制的自适应滤波器去除rPPG信号中因被测对象运动引起的信号变化。本发明提出的rPPG信号自适应滤波方法可以有效地提高在剧烈运动场景下rPPG信号的信噪比。

技术领域

本发明属于生物医学信号处理领域，具体涉及一种针对rPPG信号中运动干扰的自适应滤波方法及系统。

背景技术

在接触式心率检测的领域主要的心率检测装置有心电图检测仪、心率手表和心率胸带。心电图检测仪价格昂贵，使用起来也十分不方便，非专业人士难以进行操作；心率手表的心率检测方法是光电式脉搏波检测法，其优点是使用方便，但其心率检测的准确度不高；心率带的心率检测方法是压电式脉搏波检测法，其测量的结果较为准确，但其佩戴和使用十分不方便，并且还需要其他硬件设备显示出其检测到的心率。

正因为接触式的心率检测方法在使用时会带来的种种问题，启发了研究人员去寻找一种使用更加便利，结果更加准确，在日常生活中的普适性更强的心率检测方法。非接触式的心率检测方法正是在这种背景下应运而生。

在心率信号提取部分，可以通过摄像头对人脸区域进行捕捉，提取人脸部分的像素信息。W.Verkruysse等人2008年首次提出的rPPG(Remote photoplethysmography，远程的光电容积脉搏波描记信号)的概念。rPPG方法通过使用多波长RGB相机检测脉搏引起的人体皮肤上的细微颜色变化，实现了对人类心脏活动的无接触监测。近年来，一些核心的rPPG信号提取方法已经被提出，这些rPPG方法可以从人脸部分的像素信息中提取出rPPG信号。

由于rPPG信号提取部分提取到的信号通常情况下包含大量噪声，因此需要对rPPG信号进行滤波处理，并且当前的rPPG信号在运动场景下的会严重受到运动信号的干扰，故需要优化rPPG信号的处理方法以减小其造成的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种针对rPPG信号中运动干扰的自适应滤波方法及系统。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种针对rPPG信号中运动干扰的自适应滤波方法，包括：

采集人脸视频进行人脸识别得到RGB三通道的皮肤颜色信号，利用色度处理将RGB三通道的皮肤颜色信号处理得到单通道的rPPG信号；

对rPPG信号进行去趋势处理，去除信号中因环境变换和被测对象身体状态变化引起的信号中趋势成分；

利用带通滤波去除信号中信号频率在0.7Hz-4Hz以外的信号成分；

通过提取人脸特征点在连续视频帧中的位移得到相应的运动信号；

利用运动抑制的自适应滤波器，根据被测对象的运动信号去除rPPG信号中的剧烈运动引起的干扰。

一种针对rPPG信号中运动干扰的自适应滤波系统，包括：

人脸检测模块：利用人脸检测模型对视频帧中人脸部分进行识别，将人脸中眼下三角区作为ROI，对感兴趣区域的像素值进行平均得到皮肤颜色信号；

rPPG信号提取模块：利用色度处理将RGB三通道的皮肤颜色信号处理得到单通道的rPPG信号；

rPPG信号预处理模块：对均匀采样的rPPG信号进行去趋势处理，利用带通滤波器滤波；

rPPG信号自适应滤波模块：利用运动抑制的自适应滤波器，根据被测对象的运动信号去除rPPG信号中的运动引起的干扰。