一种基于视频图像的远程心率监测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开关于一种基于视频图像的远程心率监测方法及系统，所述监测方法包括：获取监测对象的人脸图像，对所述人脸图像进行预处理得到分析图像；在所述分析图像中提取设定区域，对所述设定区域的图像信息进行均值计算，得到心率计算队列矩阵；根据所述心率计算队列矩阵得到该设定区域的心率数据；选择不同设定区域进行计算，根据各设定区域的权重值计算得到本次监测的心率数据；结合本次监测的心率数据和该被监测对象的历史心率数据，对未来的健康状况进行预测。本申请方案基于图像对检测对象进行心率监测，并建立了数据库，从复杂的背景信号中提取出微弱的心率信号，并有效去除噪声信号的影响，预测结果可靠，为疾病预防提供了参考依据。了参考依据。了参考依据。

【技术实现步骤摘要】
一种基于视频图像的远程心率监测方法及系统


[0001]本专利技术涉及心率监测
，具体涉及一种基于视频图像的远程心率监测方法及系统。

技术介绍

[0002]随着社会经济的快速发展，国民生活方式的变化，尤其是人口老龄化及城镇化进程的加速，居民不健康生活方式日益突出，心血管病危险因素对居民健康的影响越加显著，心血管发病率仍持续增高。《中国心血管健康与疾病报告2020》中指出，中国心血管病死亡占城乡居民总死亡原因的首位，心血管病给居民和社会带来的经济负担日渐加重。因为对生理参数的监测，尤其是对反映心血系统机能的关键生理参数变化的监测可以对心血管疾病做到早发现、早治疗。心率是反应人体健康状况的重要体征参数之一，长期心率过快比心率慢的人存在更大的心血管疾病的潜在风险。可见，心率的长期动态监测对于监测一个人的健康状况是有用的措施。
[0003]当前医院最普遍的检查方法是采用心电图机(ECG)检查患者的心脏功能，心电图的原理是由于呼吸，心跳等生理活动会使得人体胸腔不断起伏，生物雷达通过捕捉该起伏，并将其转换为电压信号，传送到芯片上进行处理，从而分离出与呼吸，心率有关的所有重要生理信息。动脉压力法是使用气泵向动脉加压，通过压力传感器监测脉搏搏动的压力信号，从而得到心率，通常与血压测量连用。但是此种方法需要进行心率监测仪的穿戴，较为复杂。该种方法需要的设备较为复杂，需要专业医护人员操作，测量过程中对被测者的位置、姿势要求严格，不适用于日常监测。
[0004]近几年基于接触式光电容积脉搏波描记法(PPG)技术进行心率检测的方法有脉搏血氧仪和电子血压脉搏计来测量心率，以上两种方法测得的是每分钟心脏有效搏动产生脉搏的次数，即脉率；一般健康人的脉率与心率在数值上是相等的，但某些特殊情况会导致脉率和心率不一致。这种方法对于新生儿、需长期连续检测、家庭医疗、长期癫痫监测、烧伤或创伤患者监测，尤其是在疫情期间，繁琐的穿戴过程以及过多的暴露接触，会影响患者的治疗过程，以及增大医护人员的工作量以及提高被感染的风险。
[0005]在医院问诊时，医生通常需要检查患者的4种生命体征：心率、血压、呼吸率和体温。每年仅检测1次或2次是不够的，持续的心率监测可建立预防的第一道防线，通过连续准确的心电监测和分析，及时发现心脏活动异常表现，为患者赢得宝贵的就诊和干预时间。要实现长时间收集和监测健康数据，只能通过一个非侵入性的、非常容易使用的和广泛可用的数据收集过程来实现。
[0006]由于人体面部散步众多血管，血液对自然光有一定的吸收能力。通过摄像头，将这种微弱的变化提取出来，形成面部血谱。心脏跳动，肺部呼吸，血压高低，血氧含量都会影响到面部血谱的变化，通过对变化的分析，计算出人体重要生理信号。因此，非接触式的心率测量应运而生，非接触式测量可以摆脱由各种接触式传感器带来的负担和不适，更可以实现在对人们正常生活不干扰的情况下进行远程心率监测。研究非接触式的心率监测方法对
于心血管疾病的早期诊断和有效预防具有非常重要的意义。
[0007]专利技术专利CN110547783A中，提出了一种非接触式心率检测方法、系统、设备及存储介质，通过获取多帧人脸图像预设面部区域的R、G、B通道的像素值矩阵，然后通过快速傅里叶变换选取一个能量最大的通道作为目标通道，然后通过欧拉影像放大信号，得到心血管脉搏波序列，并分析心血管脉搏波序列的频率波形，选取频率波形中最大波峰所对应的频率作为目标频率。但是脉搏波波形中包含了很多的噪声信号，在该专利技术中并未提供去噪和盲源提取的方法。
[0008]专利技术专利CN110236511A中提出了一种基于视频的无创心率测量方法，采用改进的欧拉影像放大方法对人脸脸部的弱信号进行放大，并采用MTCNN进行人脸检测，结合G信号作为心率计算的输入信号。使用MTCNN提高了人脸检测的准确度，进而提高了心率计算的精度，但是其中没有对噪声处理的详细处理，也没有将该人的历史心率数据关联起来做到长期的监测。
[0009]专利技术专利CN113408508B中提出了一种基于Transformer的非接触式心率测量方法，通过获取人脸关键点模型获取人脸感兴趣区域图像序列，然后通过训练好Transformer模型得到心率序列。但是该方法中并未提出对噪声的处理方法也没有对盲源信号提取的方法，同时精度完全依赖于训练样本，但是由于心率信号的特殊性，一般情况下采集的样本不够，并且未必能辅导到不同年龄阶段，不同心率段的人群，学习的模型容易欠拟合。
[0010]对慢性疾病的预防性治疗能减少所需药物的总剂量和相关的副作用，并降低了死亡率和发病率。一般情况下，一旦发现最早的临床症状，就应立即开始或加强预防性治疗，以防止临床发作的进展和恶化，并停止和逆转病理生理学过程。因此，准确监测发作前指标的能力提高了慢性疾病预防性治疗的有效性。
[0011]使用摄像头对人体生理信号进行采样，由于采集的信号中包含了背景信号、心率信号以及干扰噪声，如何去除干扰噪声，从背景信号中提取微弱的心率信号将变得非常困难。
[0012]因此，亟需一种有效的基于视频图像的心率检测系统及方法。

技术实现思路

[0013]为了解决上述现有技术存在的缺陷，本专利技术提出了一种基于视频图像的远程心率监测方法及系统，加快人脸检测速度，提高系统性能。
[0014]上述效果通过以下技术方案具体实现：
[0015]第一，本申请提供一种基于视频图像的远程心率监测方法，所述监测方法包括：
[0016]S1，获取监测对象的人脸图像，对所述人脸图像进行预处理，得到分析图像；
[0017]S2，在所述分析图像中提取设定区域，对所述设定区域的图像信息进行均值计算，得到心率计算队列矩阵；
[0018]S3，根据所述心率计算队列矩阵得到该设定区域的心率数据；
[0019]S4，选择不同设定区域进行计算，根据各设定区域的权重值计算得到本次监测的心率数据；
[0020]S5，结合本次监测的心率数据和该被监测对象的历史心率数据，对未来的健康状况进行预测。
[0021]进一步的，所述心率计算队列矩阵为：
[0022]X＝[x(1)，x(2)，...，x(t)，...x(N2)]T
，其中x(t)，t＝1,2,...,N2，为所述设定区域的图像信息进行均值处理后得到数据的mean，N2为两次人脸检测之间的时间间隔，：
[0023][0024]其中，i
′
，j
′
是变量，用i
′
表示感兴趣区域图像中某点的横坐标位置，j
′
表示感兴趣区域图像中某点的纵坐标位置，W2为设定区域所属的局部区域的彩色图像的宽度，H2为设定区域所属的局部区域的彩色图像的高度；mask[ ]为某区域掩码图像值，用于标定该区域是否为设定区域，ROI2[i',j']为该区域的图像信息。
[0025]进一步的，所述根据所述心率计算队列矩阵，得到本次监测的心率数据具体为：
[0026本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于视频图像的远程心率监测方法，其特征在于，所述监测方法包括：S1，获取监测对象的人脸图像，对所述人脸图像进行预处理，得到分析图像；S2，在所述分析图像中提取设定区域，对所述设定区域的图像信息进行均值计算，得到心率计算队列矩阵；S3，根据所述心率计算队列矩阵得到该设定区域的心率数据；S4，选择不同设定区域进行计算，根据各设定区域的权重值计算得到本次监测的心率数据；S5，结合本次监测的心率数据和该被监测对象的历史心率数据，对未来的健康状况进行预测。2.根据权利要求1所述的一种基于视频图像的远程心率监测方法，其特征在于，所述心率计算队列矩阵为：X＝[x(1)，x(2)，...，x(t)，...x(N2)]
T
，其中x(t)，t＝1,2,...,N2，为所述设定区域的图像信息进行均值处理后得到数据的mean，N2为两次人脸检测之间的时间间隔，：其中，i
′
，j
′
是变量，用i
′
表示感兴趣区域图像中某点的横坐标位置，j
′
表示感兴趣区域图像中某点的纵坐标位置，W2为设定区域所属的局部区域的彩色图像的宽度，H2为设定区域所属的局部区域的彩色图像的高度；mask[ ]为某区域掩码图像值，用于标定该区域是否为设定区域，ROI2[i',j']为该区域的图像信息。3.根据权利要求1所述的一种基于视频图像的远程心率监测方法，其特征在于，所述根据所述心率计算队列矩阵，得到本次监测的心率数据具体为：S3.1，将所述心率计算队列矩阵中的离群值移除；S3.2，将所述心率计算队列矩阵中的数据归一化；S3.3，基于平滑先验分析方法消除所述心率计算队列矩阵中的趋势项；S3.4，基于奇异值分解方法对所述心率计算队列矩阵进行盲源分离处理，得到去噪后的心率信号；S3.5，对步骤S3.4中去噪后的心率信号先进行算数平均值计算，再进行FFT变换，最后进行峰值频率计算得到该设定区域的心率数据。4.根据权利要求1至3任一项所述的一种基于视频图像的远程心率监测方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：师改梅，李东，
申请(专利权)人：无锡博奥玛雅医学科技有限公司，
类型：发明
国别省市：