从视频序列中提取生理信息的系统和方法技术方案

提供了一种提取生理信息的方法，所述方法包括：在限定的时间段内，提取时域形式的多个信号段，根据其最大信号水平选择所述多个信号段的子集，转换至少一个所述子集以产生多个经变换的信号段，并且组合多个所述多个经变换的信号段的至少所述子集以产生组合的信号段。这样做的好处是，通过删除受原始信号段影响最严重的部分，可以减少运动和/或照明引起的变化对最终结果的影响。

System and method of extracting physiological information from video sequence

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】从视频序列中提取生理信息的系统和方法
本专利技术涉及从视频序列中提取信息，尤其涉及生理相关信息(通常称为生命体征)的提取。
技术介绍
可以分析活着的对象的视频序列并检测作为对象的生理过程的结果的图像中的细微变化。这些生理过程包括血液流动、呼吸和出汗。通过皮肤反射变化可以观察到特定生理过程。人体皮肤可以被建模为具有至少两层的对象，其中一层是表皮(薄表面层)而另一层是真皮(表皮下面的较厚层)。特定百分比5％的入射光线在皮肤表面被反射。剩余的光在两个皮肤层内被散射和吸收，这种现象称为体反射(在二色反射模型中描述)。通常存在于表皮和真皮边界的黑色素表现得像光学滤波器，主要吸收光。在真皮中，光被散射和吸收。吸收取决于血液成分，因此吸收对血流变化敏感。真皮包含密集的血管网络，约占成人总血管网络的10％。这些血管根据体内的血流收缩和扩张。它们因此改变了真皮的结构，这影响了皮肤层的反射率。其他生理过程(例如呼吸)会导致患者的表面移动。其他生理过程(例如，血液中氧合水平的变化)可能会表现为小的颜色变化。可以检测和提取在这些变化中具有某些周期性内容的信号，并从中获得诸如周期性过程情况下的频率的结果。例如，可以用环境光照射对象并使用摄像机拍摄。通过分析图像序列的帧之间的对应像素的值的变化，可以提取时变信号。可以使用诸如快速傅立叶变换之类的方法将该信号变换为类频域，并且可以从频域光谱中将对象的心率的值作为生理学测量结果来得到。这些生理测量通常被称为生命体征。像素值的变化通常较小，并且通常在一个颜色通道中比其他颜色通道更明显。因此，所寻找的信号相应地较小。像素值可能会有其他变化，例如由于总体图像的变化而引起的变化，与信号相比，这些变化可能很大。还存在像素值的随机变化的来源，例如对象的运动、照明的改变(例如闪烁)和图像传感器中的噪声以及照明的变异性。从所有意图和目的来看，所有这些都与正在寻找的信号无关。因此，信噪比很小，并且可能难以获得有意义的生理测量结果。
技术实现思路
提供了一种提取生理信息的方法，所述方法包括：在限定的时间段内，提取时域形式的多个信号段，选择所述多个信号段的子集，其中，选择包括：拒绝具有高的最大信号水平的段；转换至少所述子集以产生多个经变换的信号段；并且组合所述多个经变换的信号段的至少所述子集以产生组合的信号段。这样做的好处是，通过删除受原始信号段影响最严重的部分，可以减少运动和/或照明引起的变化对最终结果的影响。根据一个实施例，所述方法包括拒绝具有大于阈值的最大信号水平的段。这利用了这样一个事实，即包含生理信息的感兴趣信号是小的，并且因此可以认为大的信号是由于运动或照明变化引起的。根据一个实施例，选择包括利用与其最大信号水平具有逆关系的权重对片段进行加权。这具有不需要硬阈值的优点，所述阈值可能难以令人满意地设置。根据一个实施例，所述逆关系具有幂律或倒指数的形式，其优点是与大信号水平相比，对于小的信号水平提供强的选择性。根据一个实施例，使用功率谱密度函数、自相关函数或傅立叶变换中的一种来执行该转换，所述功率谱密度函数、自相关函数或傅立叶变换提供类似频率域中的信号，从所述信号中可以提取出频率形式的生理信息。根据一个实施例，所述信号段的组合包括对所述信号段求平均，所述信号段提供了具有进一步降低了不想要的分量的水平的信号。根据一个实施例，所述方法还包括重复以上描述的方法至少一次，在每个重复中存储组合信号段以产生多个组合信号段，并且平均多个组合信号段以产生最终组合信号。这提供了对不需要的分量的进一步减少。根据一个实施例，从先前存储的组合信号段中导出用于对多个组合信号段进行平均的设置。这允许自适应滤波或平均，其有助于减少不需要的分量。根据一个实施例，所述方法还包括执行组合信号的插值，所述插值提供对不需要的分量减小的进一步的平滑。根据一个实施例，所述方法还包括提取表示生理信息的值，所述值然后可以被提供为输出。根据一个实施例，所述方法还包括采集视频帧序列，并且使用远程光电体积描记术来执行对多个信号段的提取。这具有提供用于分析的信号的非接触(或非侵入性)方法的优点，并且可以使用摄像机来执行。提供了一种用于提取表示生命体征的生理信息的系统，所述系统包括：信号提取单元，其被配置为在限定的时间段内提取时域形式的多个信号段；选择单元，其被配置为选择所述多个信号段的子集，其中，所述选择包括拒绝具有高的最大信号水平的段；转换单元，其被配置为转换至少所述子集以产生多个经变换的信号段；以及组合单元，其配置为组合所述多个经变换的信号段的至少所述子集以产生组合的信号段。根据一个实施例，所述系统的组合单元还包括时间平均单元，所述时间平均单元被配置为存储组合的信号段、存储内插设置、应用那些存储的设置以对随后的组合信号段进行内插以及组合所存储的组合信号段。这样可以通过较长时间的平均来减少不必要的分量。提供了一种存储在计算机可读介质上的计算机程序软件产品，所述计算机程序软件产品被配置为当在处理器上执行时，运行本文中所描述的方法。这允许通用计算机在链接到摄像机时操作本文中所描述的方法。提供了一种包括如本文所述的系统的生理测量设备。附图说明参考随附的附图，通过设备和方法的实施例的说明性和非限制性详细描述，将更好地理解所公开的系统和方法的上述以及其他目的、特征和优点，其中：图1表示根据实施例的用于测量对象的生理信息的设置。图2表示根据实施例的视频序列处理链。图3表示根据实施例的执行测量的情况。图4表示根据提取生理信息的实施例的过程。图5表示根据实施例的权重的曲线，用于应用到信号段的幅值。图6表示根据实施例的方法的流程。具体实施方式在以下描述中，相同的附图标记表示相同的元件。图1表示用于测量对象1的生理过程并提取生理信息或生命体征的设置。光源2(可以是人造的也可以是自然的)照亮对象1。摄像机3记录视频帧的序列并将其馈送到处理单元(PA)4，所述处理单元提取生命体征，并且继而向显示器5提供输出。显示器5可以单独地仅显示来自信号分析单元4的生理信息或与视频序列组合地显示。图2表示根据实施例的处理链20，其被配置为提取生理信息。处理链40可以方便地实现为处理设备4的一部分。输入(IP)21接收视频序列，并将视频序列的帧传递到区段选择单元22(ROI)，区段选择单元22选择要跟踪的视频序列的图像中的区段或ROI。可能有一个或多个区段被选择用于后续处理。区段选择单元22将一系列区段馈送到信号提取器23(EX)。信号提取器23对信号执行操作，以获得感兴趣的随时间变化的信号。这些操作可以包括对颜色通道的组合和/或对信号的归一化。执行运动补偿可能是有利的，因此可能将区段的序列分解为更短的序列，以使运动补偿的任务更容易。然后将所提取的随时间变化的信号馈送到分解单元(DC)24，所述分解单元对信号进行分解，以便能够去除DC分量并进行一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提取生理信息的方法，包括：/n在定义的时间段内，提取时域形式的多个信号段；/n选择所述多个信号段的子集，其中，选择包括拒绝具有高的最大信号水平的段；/n转换至少所述子集以产生多个经变换的信号段，并且/n组合多个所述经变换的信号段的至少所述子集以产生组合信号段。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170504 EP 17169542.21.一种提取生理信息的方法，包括：
在定义的时间段内，提取时域形式的多个信号段；
选择所述多个信号段的子集，其中，选择包括拒绝具有高的最大信号水平的段；
转换至少所述子集以产生多个经变换的信号段，并且
组合多个所述经变换的信号段的至少所述子集以产生组合信号段。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，选择包括拒绝具有大于阈值的最大信号水平的段。


3.根据权利要求1所述的方法，其中，选择包括利用权重来对段进行加权，所述权重与所述段的最大信号水平具有逆关系。


4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述逆关系具有幂律或逆指数的形式。


5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，使用功率谱密度函数、自相关函数或傅立叶变换中的一种来执行所述转换。


6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，还包括：
将以上权利要求的方法重复至少一次；
在每个重复中存储组合信号段以产生多个组合信号段，并且
对所述多个组合信号段进行平均以产生最终组合信号。


7.根据权利要求6所述的方法，其中，从先前存储的组合信号段中导出用于对所述多个组合信号段进行平均的设置。


8.根据权利要求7所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·C·登布林克尔，M·布卢特，V·让娜，M·J·A·阿塞尔曼，G·M·克斯滕，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL