一种远程心率检测系统及其方法技术方案

本发明专利技术公开了一种远程心率检测系统及其方法，系统包括PTZ相机和数据处理装置，PTZ相机设置于被测者活动区域内并对其脸部区域进行拍摄追踪，数据处理装置与PTZ相机通讯连接，数据处理装置实时接收PTZ相机所拍摄到的被测者视频，并将视频资料传输至数据处理装置，数据处理装置提取视频资料中的感兴趣面部区域，并对感兴趣面部区域的多个连续帧进行rPPG心率信号的提取与滤波，将心率信号转换到频域，得到心率值，并在数据处理装置上显示。本发明专利技术通过驱动PTZ相机进行360

【技术实现步骤摘要】
一种远程心率检测系统及其方法


[0001]本专利技术涉及心律检测
，具体涉及一种远程心率检测系统及其方法，实现对目标人的非接触式心率检测。

技术介绍

[0002]现有对人体心率的检测主要分为接触式和非接触式两大类。传统的接触式心率检测往往通过检测手腕或脖子旁边的皮肤下面血管运动引起的震动来测量心率，而现代的接触式心率检测主要包括心电图 (Electrocardiogram,ECG)、心音图(Phonocardiogram,PCG)、热成像(ThermalImaging)、光电容积脉搏波描记法(Photo Plethysmo Graph,PPG)、超声波测定器、血液压力波测量和光散射现象测量方式等方法。非接触式的心率检测方式不与人体接触，在心率检测方面具有非常大的技术优势，与传统的接触式心率检测方式相对比，比如在非医院环境中像家庭的生理信息检测、人机交互场景中心率的检测、复杂场景下的脸部心率检测、情绪识别等场景中，非接触的心率检测方式比传统的接触式心率检测方式更为合适。同时，对于心血管突发疾病和慢性病来说，非接触式的心率检测有重要的监督作用。
[0003]非接触式心率检测大致可以分成三种类型：分别是小波多普勒雷达方法、热成像方法和基于计算机视觉的图像方法。
[0004](1)小波多普勒雷达方法，需要使用电磁波探测人体目标，由于人体的心肺活动，回波信号将发生多普勒效应，对该信号运用特定的信号处理方法进行信号处理，可以从中提取出与心肺相关的生命体征信息(包括心率)。目前，基于小波多普勒雷达方法的生命体征检测研究中仍然存在着许多问题需要去解决，例如需要提高雷达系统的信噪比和抗干扰能力、线性地还原心肺的活动信息、实时的处理雷达信号并实现长期的监测、在受到较强干扰的信号中提取心率的时域信息等等。
[0005](2)热红外成像心率检测可以实时、全面的获取人体表面的温度信息，且受光照变化影响小，但其成本较为昂贵，不便于大规模的应用，适用于给特殊、专业的人员使用。
[0006](3)基于视频的图像方法，首先，图像的特征信息比较丰富，这种丰富的信息有利于全面准确的获取心率信息，但是其噪声相对来说也比较多，如何对图像得到的心率进行滤波也是一个需要解决的问题，另外，基于视频的心率检测也比较容易受到光照的影响，但是其成本相对来说比较廉价，可以大规模的在人群中使用。
[0007]现有的基于视频的图像采集心率的方法中，采集视频的镜头通常采用固定角度的近距离对目标人进行拍摄，目标人位于所设定的区域位置，直接采用正脸方式进行拍摄视频，限制了人的活动范围，被测人处于觉察状态，容易对被测人产生心理上的波动，影响实时心率的检测准确度。

技术实现思路

[0008]为了解决上述所存在的技术问题，实现在被测者不易察觉状态下心率的远程检
测，同时不特意限制被测者的活动范围，为此，本专利技术提供了一远程心率检测系统及其方法。
[0009]本专利技术采用如下技术方案：
[0010]一方面，一种远程心率检测系统，所述系统包括PTZ相机和数据处理装置，所述PTZ相机设置于被测者活动区域内并对被测者的脸部区域进行拍摄追踪，所述数据处理装置与所述PTZ相机通讯连接，所述数据处理装置实时接收所述PTZ相机所拍摄到的被测者面部视频资料，并将视频资料传输至所述数据处理装置，所述数据处理装置提取视频资料中的感兴趣面部区域，并对感兴趣面部区域的多个连续帧进行rPPG心率信号的提取与滤波，将心率信号转换到频域，得到心率值，并在所述数据处理装置上显示。
[0011]所述PTZ相机与所述数据处理装置通过网线连接。
[0012]所述数据处理装置中包括：
[0013]图像采集模块，用于接收所述PTZ相机中的视频资料，并将视频资料按时间顺序分为多帧图像；
[0014]脸部特征提取模块，用于提取各帧图像中的脸部感兴趣区域图像，并对各帧感兴趣区域图像中的所有像素点进行计算，求得每一帧图像中的R 通道、G通道和B通道的平均值；
[0015]整合模块，其将各帧图像的R通道、G通道和B通道按照设定的帧数顺次连接在一起，得到感兴趣区域的原始信号；
[0016]去噪模块，用于对原始信号进行去噪处理，提取脉冲信号；
[0017]心率值计算模块，其根据脉冲信号计算其频率，得到心率值；
[0018]显示模块，用于显示被测者的实时心率值和/或趋势曲线，这里的显示模块可以为显示屏。
[0019]所述数据处理装置中还设有调焦控制模块和判断模块，所述判断模块中设定像素阈值，当所述脸部特征提取模块所提取的感兴趣区域图像的像素值小于所设定的像素阈值时，所述调焦控制模块指令所述PTZ相机执行调焦。
[0020]所述判断模块中所设定的像素阈值为40*40～80*80。
[0021]另一方面，本专利技术还提供了一种远程心率检测方法，所述检测方法包括如下步骤：
[0022]步骤1，设置PTZ相机，在被测者活动区域使其动态捕捉放大和追踪被测者的脸部；
[0023]步骤2，将PTZ相机所采集到的脸部视频资料传输至数据处理装置；
[0024]步骤3，数据处理装置获取视频资料中各帧图像的感兴趣区域，得到每帧图像的R通道、G通道和B通道的特征值；
[0025]步骤4，将每帧图像中的对应R通道、G通道和B通道的特征值顺次连接，得到脸部感兴趣区域的原始信号；
[0026]步骤5，对原始信号进行去燥处理，提取脉冲信号；
[0027]步骤6，对脉冲信号进行计算，得到被测人的心率值。
[0028]所述PTZ相机设置于可拍摄的隐蔽区域，并对PTZ相机进行视场角和光学变焦参数设置，使PTZ相机处于180～360
°
全方位巡航状态。
[0029]所述步骤1中，在被测者活动区域内，PTZ相机拍摄的图像分辨率小于所设定的图像阈值时，数据处理装置指令控制PTZ相机通过自动调焦追踪并拍摄被测者的面部图像，且
使所拍摄到的被测者面部图像大小适于远程提取被测者的心率值。
[0030]所述步骤3中，通过对原始视频资料中各帧图像进行皮肤区域的图像掩码处理，对各帧图像中所有像素点的R通道、G通道和B通道求均值，得到每一帧图像的R通道、G通道和B通道的特征值。
[0031]所述步骤3中，数据处理装置对所采集到的视频图像进行心率计算时，所取视频连续帧数为50
‑
70。
[0032]所述步骤5中采用正则化处理方法对步骤4中所得原始信号进行滤波去噪。
[0033]本专利技术技术方案具有如下优点：
[0034]A.本专利技术基于PTZ相机，可以实现对目标被测者的远距离拍摄，从而避免了在某些应用场合(如心理学实验)，近距离通过脸部捕捉而得到的脸部信息，会由于被试者的心理波动导致真实性不足，影响实时心率等信息。本专利技术通过驱动PTZ相机进行360
°
全方位巡航，可以捕捉到远距离非约束的脸部图像，同时还可以进行隐蔽拍摄本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种远程心率检测系统，其特征在于，所述系统包括PTZ相机(1)和数据处理装置(2)，所述PTZ相机(1)设置于被测者活动区域内并对被测者(3)的脸部区域进行拍摄追踪，所述数据处理装置(2)与所述PTZ相机(1)通讯连接，所述数据处理装置(2)实时接收所述PTZ相机(1)所拍摄到的被测者(3)面部视频资料，并将视频资料传输至所述数据处理装置(2)，所述数据处理装置(2)提取视频资料中的感兴趣面部区域，并对感兴趣面部区域的多个连续帧进行rPPG心率信号的提取与滤波，将心率信号转换到频域，得到心率值，并在所述数据处理装置(2)上显示。2.根据权利要求1所述的远程心率检测系统，其特征在于，所述PTZ相机(1)与所述数据处理装置(2)通过网线或无线局域网连接。3.根据权利要求1所述的远程心率检测系统，其特征在于，所述数据处理装置(2)中包括：图像采集模块，用于接收所述PTZ相机中的视频资料，并将视频资料按时间顺序分为多帧图像；脸部特征提取模块，用于提取各帧图像中的脸部感兴趣区域图像，并对各帧感兴趣区域图像中的所有像素点进行计算，求得每一帧图像中的R通道、G通道和B通道的平均值；整合模块，其将各帧图像的R通道、G通道和B通道按照设定的帧数顺次连接在一起，得到感兴趣区域的原始信号；去噪模块，用于对原始信号进行去噪处理，提取脉冲信号；心率值计算模块，其根据脉冲信号计算其频率，得到心率值；显示模块，用于显示被测者的实时心率值和/或趋势曲线。4.根据权利要求3所述的远程心率检测系统，其特征在于，所述数据处理装置中还设有调焦控制模块和判断模块，所述判断模块中设定像素阈值，当所述脸部特征提取模块所提取的感兴趣区域图像的像素值小于所设定的像素阈值时，所述调焦控制模块指令所述PTZ相机执行调焦。5.根据权利要求4所述的远程心率检测系统，其特征在于，所述判...

【专利技术属性】
技术研发人员：王甦菁，杨玉竹，
申请(专利权)人：中国科学院心理研究所，
类型：发明
国别省市：