一种核辐射探测与心率测量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种核辐射探测与心率测量方法及装置，能够利用移动终端同时实现核辐射探测和心率测量。所述方法包括：在需核辐射监测的环境中，利用手指遮住移动终端摄像头录制视频；利用移动终端对录制的视频进行分帧处理，根据含有核辐射亮斑的图像帧数占录制视频的总帧数的比例，确定所述需核辐射监测环境的辐射剂量率；从视频帧图像中提取出PPG信号，对PPG信号进行功率谱分析，确定所述视频中人体的心率，其中，PPG信号为光电容积脉搏波信号。本发明专利技术涉及核辐射探测及生物医学领域。

A Nuclear Radiation Detection and Heart Rate Measurement Method and Device

The invention provides a nuclear radiation detection and heart rate measurement method and device, which can simultaneously realize nuclear radiation detection and heart rate measurement by using mobile terminal. The method includes: in the environment requiring nuclear radiation monitoring, using finger to cover the mobile terminal camera to record video; using mobile terminal to subframe the recorded video, determining the radiation dose rate of the environment requiring nuclear radiation monitoring according to the ratio of the number of image frames containing nuclear radiation spots to the total number of recorded video frames; extracting PPG signal from the video frame image; The PPG signal is analyzed by power spectrum to determine the heart rate of the human body in the video, in which the PPG signal is a photoelectric volume pulse wave signal. The invention relates to the field of nuclear radiation detection and biomedicine.

【技术实现步骤摘要】
一种核辐射探测与心率测量方法及装置
本专利技术涉及核辐射探测及生物医学领域，特别是指一种核辐射探测与心率测量方法及装置。
技术介绍
随着核辐射技术的大力发展，如何快速准确地实现核辐射探测，成为了非常紧要的问题。目前，传统的核辐射探测器，如气体探测器、半导体探测器和闪烁体探测器等，均因价格昂贵，维护困难等问题而难以大规模推广。心率是临床检测生命参数的重要指标之一，现有的测量心率的方法主要是：采用专用医疗设备通过接触式检测，实现心率测量；例如，通过电极或传感器直接或间接地接触来实现心率测量，普及率低、使用不便，无法应用于日常环境中的问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种核辐射探测与心率测量方法及装置，以解决现有技术所存在的核辐射探测器价格昂贵、维护困难及接触式的心率测量设备普及率低、使用不便的问题。为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供一种核辐射探测与心率测量方法，包括：在需核辐射监测的环境中，利用手指遮住移动终端摄像头录制视频；利用移动终端对录制的视频进行分帧处理，根据含有核辐射亮斑的图像帧数占录制视频的总帧数的比例，确定所述需核辐射监测环境的辐射剂量率；从视频帧图像中提取出PPG信号，对PPG信号进行功率谱分析，确定所述视频中人体的心率，其中，PPG信号为光电容积脉搏波信号。进一步地，所述对录制的视频进行分帧处理，根据含有核辐射亮斑的图像帧数占录制视频的总帧数的比例，确定所述需核辐射监测环境的辐射剂量率包括：对录制的视频进行分帧处理，得到一系列帧图像；对每一帧图像进行三基色分离，获取RGB值；对视频帧图像中RGB值较小的颜色通道图像序列，获取每一帧图像与相邻帧图像的差分图像；根据差分图像检测帧图像中是否含有辐射亮斑；根据含有核辐射亮斑的图像帧数占录制视频的总帧数的比例，确定所述需核辐射监测环境的辐射剂量率。进一步地，所述对视频帧图像中RGB值较小的颜色通道图像序列，获取每一帧图像与相邻帧图像的差分图像包括：对当前帧图像分别作前项差分和后项差分，得到前项差分图像和后项差分图像；采用高斯卷积的方法对前项差分图像和后项差分图像作高斯平滑处理；取高斯平滑处理后的前项差分图像和后项差分图像中对应像素点处较小颜色通道值生成差分图像。进一步地，所述根据差分图像检测帧图像中是否含有辐射亮斑包括：取差分图像中的最大颜色通道值作为当前帧图像的特征值；判断特征值是否大于预设的阈值，若是，则当前帧图像含有辐射亮斑。进一步地，所述需核辐射监测环境的辐射剂量率表示为：其中，R表示所述需核辐射监测环境的辐射剂量率，β是是用核辐射剂量测量仪器进行对照实验获得核辐射剂量值与视频图像计算值之间的比例系数，N为单位时间内的视频的总帧数，s0是每帧图像的像素总数，si是第i帧图像的像素总数，δi为辐射事件标识。进一步地，所述从视频帧图像中提取出PPG信号，对PPG信号进行功率谱分析，确定所述视频中人体的心率包括：对视频帧图像分别取R、G、B值的平均值，作为R、G、B三个颜色通道的PPG信号；对PPG信号进行功率谱分析，确定PPG信号频率；根据得到的PPG信号频率，确定所述视频中人体的心率。进一步地，所述对PPG信号进行功率谱分析，确定PPG信号频率包括：对PPG信号进行归一化处理；对归一化后的PPG信号进行带通滤波；对滤波后的PPG信号进行频谱分析，获取PPG信号频谱峰值频率作为PPG信号频率。进一步地，所述对滤波后的PPG信号进行频谱分析，获取PPG信号频谱峰值频率作为PPG信号频率包括：采用离散频谱分析、细化选带频谱分析、解调分析、基于高斯统计量的振动信号分析、分型特征分析中的一种或多种频谱分析方法，对滤波后的PPG信号进行频谱分析，获取PPG信号频谱峰值频率作为PPG信号频率。进一步地，所述根据得到的PPG信号频率，确定所述视频中人体的心率包括：根据得到的PPG信号频率，通过公式：pulse＝f×60bps，确定所述视频中人体的心率，其中，pulse表示人体心率，f表示PPG信号频率。本专利技术实施例还提供一种核辐射探测与心率测量装置，包括：移动终端，所述移动终端包括：摄像头，用于在需核辐射监测的环境中，利用手指遮住所述摄像头录制视频；第一确定模块，用于对录制的视频进行分帧处理，根据含有核辐射亮斑的图像帧数占录制视频的总帧数的比例，确定所述需核辐射监测环境的辐射剂量率；第二确定模块，用于从视频帧图像中提取出PPG信号，对PPG信号进行功率谱分析，确定所述视频中人体的心率，其中，PPG信号为光电容积脉搏波信号。本专利技术的上述技术方案的有益效果如下：上述方案中，在需核辐射监测的环境中，利用手指遮住移动终端摄像头录制视频；利用移动终端对录制的视频进行分帧处理，根据含有核辐射亮斑的图像帧数占录制视频的总帧数的比例，确定所述需核辐射监测环境的辐射剂量率；从视频帧图像中提取出PPG信号，对PPG信号进行功率谱分析，确定所述视频中人体的心率；这样，能够在手指遮住摄像头的条件下，利用移动终端随时随地地对需核辐射监测的环境进行核辐射检测，实现辐射剂量率的准确估计，同时实现人体心率的测量，且检测成本低，普及度高，操作便捷。附图说明图1为本专利技术实施例提供的核辐射探测与心率测量方法的流程示意图；图2为本专利技术实施例提供的核辐射探测与心率测量方法的详细流程示意图；图3(a)为本专利技术实施例提供的通过当前无辐射亮斑帧的前项差分图像和后项差分图像最终生成的图V的各像素点G通道值示意图；图3(b)为本专利技术实施例提供的通过当前含辐射亮斑帧的前项差分图像和后项差分图像最终生成的图V的各像素点G通道值示意图；图4为本专利技术实施例提供的手指遮智能手机摄像头条件下录制视频的差分图像中含辐射亮斑特征示意图；图5为本专利技术实施例提供的低辐射状态下利用智能手机录制的1000帧视频的η值统计直方图；图6为本专利技术实施例提供的辐射场景下利用遮光智能手机录制的1000帧视频的η值分布直方图；图7(a)为本专利技术实施例提供的归一化前PPG信号波形图；图7(b)为本专利技术实施例提供的归一化后PPG信号波形图；图8(a)为本专利技术实施例提供的某一通道滤波前采样的归一化PPG信号波形图；图8(b)为本专利技术实施例提供的某一通道滤波后采样的归一化PPG信号波形图；图9为本专利技术实施例提供的某一通道PPG信号频谱图；图10为本专利技术实施例提供的核辐射探测与心率测量装置的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。本专利技术针对现有的核辐射探测器价格昂贵、维护困难及接触式的心率测量设备普及率低、使用不便的问题，提供一种核辐射探测与心率测量方法及装置。实施例一如图1所示，本专利技术实施例提供的核辐射探测与心率测量方法，包括：S101，在需核辐射监测的环境中，利用手指遮住移动终端摄像头录制视频；S102，利用移动终端对录制的视频进行分帧处理，根据含有核辐射亮斑的图像帧数占录制视频的总帧数的比例，确定所述需核辐射监测环境的辐射剂量率；S103，从视频帧图像中提取出PPG信号，对PPG信号进行功率谱分析，确定所述视频中人体的心率，其中，PPG信号为光电容积脉搏波信号。本专利技术实施例所述的核辐射探测与心率测量方法，在需核辐射监测的环境中，利用手指遮住移动终端本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种核辐射探测与心率测量方法，其特征在于，包括：在需核辐射监测的环境中，利用手指遮住移动终端摄像头录制视频；利用移动终端对录制的视频进行分帧处理，根据含有核辐射亮斑的图像帧数占录制视频的总帧数的比例，确定所述需核辐射监测环境的辐射剂量率；从视频帧图像中提取出PPG信号，对PPG信号进行功率谱分析，确定所述视频中人体的心率，其中，PPG信号为光电容积脉搏波信号。

【技术特征摘要】
1.一种核辐射探测与心率测量方法，其特征在于，包括：在需核辐射监测的环境中，利用手指遮住移动终端摄像头录制视频；利用移动终端对录制的视频进行分帧处理，根据含有核辐射亮斑的图像帧数占录制视频的总帧数的比例，确定所述需核辐射监测环境的辐射剂量率；从视频帧图像中提取出PPG信号，对PPG信号进行功率谱分析，确定所述视频中人体的心率，其中，PPG信号为光电容积脉搏波信号。2.根据权利要求1所述的核辐射探测与心率测量方法，其特征在于，所述对录制的视频进行分帧处理，根据含有核辐射亮斑的图像帧数占录制视频的总帧数的比例，确定所述需核辐射监测环境的辐射剂量率包括：对录制的视频进行分帧处理，得到一系列帧图像；对每一帧图像进行三基色分离，获取RGB值；对视频帧图像中RGB值较小的颜色通道图像序列，获取每一帧图像与相邻帧图像的差分图像；根据差分图像检测帧图像中是否含有辐射亮斑；根据含有核辐射亮斑的图像帧数占录制视频的总帧数的比例，确定所述需核辐射监测环境的辐射剂量率。3.根据权利要求2所述的核辐射探测与心率测量方法，其特征在于，所述对视频帧图像中RGB值较小的颜色通道图像序列，获取每一帧图像与相邻帧图像的差分图像包括：对当前帧图像分别作前项差分和后项差分，得到前项差分图像和后项差分图像；采用高斯卷积的方法对前项差分图像和后项差分图像作高斯平滑处理；取高斯平滑处理后的前项差分图像和后项差分图像中对应像素点处较小颜色通道值生成差分图像。4.根据权利要求2所述的核辐射探测与心率测量方法，其特征在于，所述根据差分图像检测帧图像中是否含有辐射亮斑包括：取差分图像中的最大颜色通道值作为当前帧图像的特征值；判断特征值是否大于预设的阈值，若是，则当前帧图像含有辐射亮斑。5.根据权利要求2所述的核辐射探测与心率测量方法，其特征在于，所述需核辐射监测环境的辐射剂量率表示为：其中，R表示所述需核辐射监测环境的辐射剂量率，β是是用核辐射剂量测量仪器进行对照实验获得核辐射剂量值与视频图像计算值之间的比例系数，N为单位时间内的视频的总...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏清阳，黄钢琴，张朝晖，戴甜甜，鄢章发，胡裕林，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11