[发明专利]一种基于欧拉影像放大的无接触式心率测量方法及装置

权利要求书

1.一种基于欧拉影像放大的无接触式心率测量方法，其特征在于，包括步骤：

步骤S1：通过欧拉影像放大技术对视频中桡动脉跳动微小变化进行放大；

步骤S2：通过在时域上对桡动脉跳动微小变化放大后的视频帧像素点亮度通道进行亮度方差统计并同时对桡动脉跳动微小变化放大后的视频帧进行皮肤分割，对桡动脉跳动区域进行提取；

步骤S3：对所述桡动脉跳动区域进行时频分析计算心率；

所述步骤S1具体包括：

S11：对输入视频每一帧通过拉普拉斯金字塔构建原理进行空间多分辨率分解；

S12：对每一个拉普拉斯金字塔中空间分辨率一样的图像通过第一公式进行时域带通滤波，通过第二公式提取视频通道中的空间点位置为x，时间为t时的脉搏跳动信号对应的图像亮度变化信号B(x,t)，其中所述第一公式为

I(x,t)表示在视频通道中空间点位置为x，时间为t时的图像亮度信号，I(x,0)＝f(x)，δ(t)为所述空间点经过时间t后的动作位移，所述第二公式为

其中B(x,t)为视频通道中的空间点位置为x，时间为t时的脉搏跳动信号对应的图像亮度变化信号；

S13：通过放大因子关系式对脉搏跳动信号对应的图像亮度变化信号进行放大α倍；

S14：将放大α倍的脉搏跳动信号对应的图像亮度变化信号叠加到在视频通道中空间点位置为x，时间为t时的图像亮度信号I(x,t)，完成图像合成并转换回RGB空间进行重构视频，并输出重构后的视频；

所述步骤S2具体包括：

S21：通过在时域上对桡动脉跳动微小变化放大后的视频帧像素点亮度通道通过像素点亮度方差计算公式进行亮度方差统计，并用亮度方差灰度图显示统计结果，同时对桡动脉跳动微小变化放大后的视频帧通过第三公式阈值后产生二值图像，对所述二值图像在阈值分割后进行连通域大小计算，并选择面积最大的连通域，对最大连通域中存在的孔洞经行检测和填充，分割提取出皮肤区域，其中像素点亮度方差计算公式为

其中σ²为桡动脉跳动微小变化放大后的视频帧像素点x在前30帧时域上的亮度方差，N＝30，x_i代表时域上像素点的亮度，所述第三公式为

其中Cr、Cb分别是红色、蓝色的色度；

S22：对亮度方差灰度图与皮肤区域二值图像矩阵作点乘运算，消除皮肤背景对应的方差灰度，通过第四公式对皮肤区域方差灰度图作动态阈值分割，对阈值分割结果进行灰度腐蚀，然后进行连通域大小计算，并选择最大连通域为膨胀对象，对所述膨胀对象恢复到腐蚀前的大小，在亮度通道对最大连通域取外接矩形，获取桡动脉跳动矩形区域；

所述第四公式为：

其中，σ_min和σ_max分别是皮肤区域方差灰度图中的最小和最大灰度值；

所述步骤S3具体包括：

S31：前15秒对桡动脉跳动矩形区域中像素亮度进行加权平均值计算，形成时域上的原始生理信号，即脉搏波；

S32：对所述脉搏波做傅里叶变换，通过人体出现的心率，选取频率带宽为0.3-3Hz作为分析频段，并在所述分析频段内选择能量最高点对应的频率。

2.一种基于欧拉影像放大的无接触式心率测量装置，其特征在于，包括：

放大单元，用于通过欧拉影像放大技术对视频中桡动脉跳动微小变化进行放大；

提取单元，用于通过在时域上对桡动脉跳动微小变化放大后的视频帧像素点亮度通道进行亮度方差统计并同时对桡动脉跳动微小变化放大后的视频帧进行皮肤分割，对桡动脉跳动区域进行提取；

计算单元，用于对所述桡动脉跳动区域进行时频分析计算心率；

所述放大单元具体包括：

分解子单元，具体用于对输入视频每一帧通过拉普拉斯金字塔构建原理进行空间多分辨率分解；

第一提取子单元，具体用于对每一个拉普拉斯金字塔中空间分辨率一样的图像通过第一公式进行时域带通滤波，通过第二公式提取视频通道中的空间点位置为x，时间为t时的脉搏跳动信号对应的图像亮度变化信号B(x,t)，其中所述第一公式为

I(x,t)表示在视频通道中空间点位置为x，时间为t时的图像亮度信号，I(x,0)＝f(x)，δ(t)为所述空间点经过时间t后的动作位移，所述第二公式为

其中B(x,t)为视频通道中的空间点位置为x，时间为t时的脉搏跳动信号对应的图像亮度变化信号；

放大子单元，具体用于通过放大因子关系式对脉搏跳动信号对应的图像亮度变化信号进行放大α倍；

重构子单元，具体用于将放大α倍的脉搏跳动信号对应的图像亮度变化信号叠加到在视频通道中空间点位置为x，时间为t时的图像亮度信号I(x,t)，完成图像合成并转换回RGB空间进行重构视频，并输出重构后的视频；

所述提取单元具体包括：

统计模块，具体用于通过在时域上对桡动脉跳动微小变化放大后的视频帧像素点亮度通道通过像素点亮度方差计算公式进行亮度方差统计，并用亮度方差灰度图显示统计结果；

产生模块，具体用于对桡动脉跳动微小变化放大后的视频帧通过第三公式阈值后产生二值图像；

第一选择模块，具体用于对所述二值图像在阈值分割后进行连通域大小计算，并选择面积最大的连通域；

提取模块，具体用于对最大连通域中存在的孔洞经行检测和填充，分割提取出皮肤区域；

其中像素点亮度方差计算公式为

其中σ²为桡动脉跳动微小变化放大后的视频帧像素点x在前30帧时域上的亮度方差，N＝30，x_i代表时域上像素点的亮度，所述第三公式为

其中Cr、Cb分别是红色、蓝色的色度；

消除模块，具体用于对亮度方差灰度图与皮肤区域二值图像矩阵作点乘运算，消除皮肤背景对应的方差灰度；

第二选择模块，具体用于通过第四公式对皮肤区域方差灰度图作动态阈值分割，对阈值分割结果进行灰度腐蚀，然后进行连通域大小计算，并选择最大连通域为膨胀对象，对所述膨胀对象恢复到腐蚀前的大小；

所述第四公式为：

其中，σ_min和σ_max分别是皮肤区域方差灰度图中的最小和最大灰度值；

获取模块，具体用于在亮度通道对最大连通域取外接矩形，获取桡动脉跳动矩形区域；

所述计算单元具体包括：

计算子单元，具体用于前15秒对桡动脉跳动矩形区域中像素亮度进行加权平均值计算，形成时域上的原始生理信号，即脉搏波；

选择子单元，具体用于对所述脉搏波做傅里叶变换，通过人体出现的心率，选取频率带宽为0.3-3Hz作为分析频段，并在所述分析频段内选择能量最高点对应的频率。