非接触式心率测量方法和装置制造方法及图纸

公开了一种非接触式心率测量方法和装置，所述方法包括：获取待测对象的人脸视频图像，并从视频图像的每帧中提取人脸皮肤区域，基于人脸皮肤区域提取第一色彩空间向量；将第一色彩空间向量投影到预定的色彩空间的投影平面上以获得一维脉冲信号；对一维脉冲信号进行模态分解以得到多个模态信号，并基于多个模态信号中的至少两者进行信号重组以得到重组信号，所述多个模态信号至少具有彼此不同的瞬时频率和瞬时幅值；基于重组信号获得估计心率。基于重组信号获得估计心率。基于重组信号获得估计心率。

【技术实现步骤摘要】
非接触式心率测量方法和装置


[0001]本公开涉及非接触式心率测量领域，具体地，本公开提供了一种基于模态分解的非接触式心率测量方法和装置。

技术介绍

[0002]心率为人体每分钟的心跳次数，是评价人体健康程度的重要生理参数。心率所提供的信息也被广泛用于医学诊断，已经提出了用于对人体进行心率检测的各种装置和手段。以目前测量心率较为广泛的指尖测量法为例，其原理为光电容积脉搏波描记术(Photoplethysmography，PPG)，为了进一步提高心率检测的便利性，还提出一种远程光电容积脉搏波描记术(remote PPG，rPPG)，基于rPPG的心率测量可以实现对心率的非接触测量。例如，现有技术中已经提供了独立成分分析(Independent Component Analysis，ICA)和主成分分析(Principal Component Analysis，PCA)等方法，但它们在准确性和鲁棒性上仍存在缺陷。例如，用于计算心率的波形恢复得不够准确，难以处理在不同光照场景或变化光照场景下的视频信号等。

技术实现思路

[0003]针对现有存在的技术问题，本专利技术提供一种基于rPPG的非接触式心率测量方法，该方法具有较高的准确性和鲁棒性。
[0004]本公开的一方面提供了一种非接触式心率测量方法，所述方法包括：获取待测对象的人脸视频图像，并从视频图像的每帧中提取人脸皮肤区域，基于人脸皮肤区域提取第一色彩空间向量；将所述第一色彩空间向量投影到预定的色彩空间的投影平面上以获得一维脉冲信号；对一维脉冲信号进行模态分解以得到多个模态信号，所述多个模态信号至少具有彼此不同的瞬时频率和瞬时幅值；基于多个模态信号中的至少两者进行信号重组以得到重组信号；基于重组信号获得估计心率。
[0005]可选地，所述方法还可以包括：在对所述一维脉冲信号进行模态分解以得到多个模态信号之前，对一维脉冲信号进行傅里叶变换，以确定经傅里叶变换后的频谱中的峰值频率，并基于所述峰值频率构建频率向量。
[0006]可选地，对一维脉冲信号进行模态分解以得到多个模态信号，可以包括：基于频率向量构建正交因子；通过正交因子对一维脉冲信号进行级数展开，以获得多个模态信号；以及对多个模态信号进行约束优化以确定所述多个模态信号中的每个模态信号的瞬时频率和瞬时幅值。
[0007]可选地，所述一维脉冲信号可以被表示为：
[0008][0009]其中，X(t)为一维脉冲信号，X
i
(t)为多个模态信号中的第i模态信号，为所述频率向量，正交因子为和a
i
(t)和b
i
(t)为第i模态信号的振幅函数，分别表示第i模态信号在正交因子和上的分量，g
i
(τ)为第i模态信号的瞬时频率，A
i
(t)为第i模态信号的瞬时幅值，θ
i
为第i模态信号的初始相位。
[0010]可选地，所述约束优化的约束条件可以为
[0011][0012]其中，表示a
i
(t)的n阶导数的平方范数，表示b
i
(t)的n阶导数的平方范数，表示所述多个模态信号的赘余能量值的平方范数，α为权重。
[0013]可选地，基于多个模态信号中的至少两者进行信号重组以得到重组信号，可以包括：计算多个模态信号中每个模态信号的功率谱密度以确定每个频率的能量幅值，选择具有最大能量幅值的频率位于预定频率范围内的模态信号用于信号重组；以及计算多个模态信号中的每个模态信号与一维脉冲信号的相关性，选择相关性最大的模态信号用于信号重组。
[0014]可选地，预定频率范围为大于等于0.7Hz且小于等于4Hz。
[0015]可选地，预定的色彩空间的投影平面与人脸皮肤区域的第二色彩空间向量垂直，其中，第二色彩空间向量是用于代表人脸皮肤区域中肤色信息的向量。
[0016]可选地，预定的色彩空间的投影平面中包括第一投影轴和与第一投影轴正交的第二投影轴，其中，将第一色彩空间向量投影到预定的色彩空间的投影平面上以获得一维脉冲信号，可以包括：将第一色彩空间向量投影到第一投影轴以获得第一分量，将第一色彩空间向量投影到第二投影轴以获得第二分量，第一投影轴和第二投影轴被设定为使得第一分量的值和第二分量的值为正；加权融合第一分量和第二分量以获得一维脉冲信号。
[0017]可选地，所述色彩空间为RGB色彩空间，所述第一色彩空间向量为视频图像的每帧中，与RGB三通道图像对应的人脸皮肤区域的像素均值。
[0018]本公开的另一方面提供了一种非接触式心率测量的装置，所述装置包括：图像获
取单元，被配置为获取待测对象的人脸视频图像，并从视频图像的每帧中提取人脸皮肤区域，基于人脸皮肤区域提取第一色彩空间向量；投影单元，被配置为将第一色彩空间向量投影到预定的色彩空间的投影平面上以获得一维脉冲信号；模态分解单元，被配置为对一维脉冲信号进行模态分解以得到多个模态信号，所述多个模态信号至少具有彼此不同的瞬时频率和瞬时幅值；信号重组单元，被配置为基于多个模态信号中的至少两者进行信号重组以得到重组信号；心率估计单元，被配置为基于重组信号获得估计心率。
[0019]可选地，所述装置还可以包括初始化单元，所述初始化单元被配置为：对基于投影单元输出的一维脉冲信号进行傅里叶变换，以确定经傅里叶变换后的频谱中的峰值频率，并基于峰值频率构建频率向量。
[0020]可选地，所述模态分解单元还可以被配置为：基于初始化单元输出的频率向量构建正交因子；通过正交因子对一维脉冲信号进行级数展开，以获得多个模态信号；以及对多个模态信号进行约束优化以确定多个模态信号中的每个模态信号的瞬时频率和瞬时幅值。
[0021]可选地，所述信号重组单元还可以被配置为：计算多个模态信号中每个模态信号的功率谱密度以确定每个频率的能量幅值，选择具有最大能量幅值的频率位于预定频率范围内的模态信号用于信号重组；以及计算多个模态信号中的每个模态信号与一维脉冲信号的相关性，选择相关性最大的模态信号用于信号重组。
[0022]可选地，所述预定的色彩空间的投影平面中包括第一投影轴和与所述第一投影轴正交的第二投影轴，其中，所述投影单元还被配置为：将第一色彩空间向量投影到第一投影轴以获得第一分量，将第一色彩空间向量投影到第二投影轴以获得第二分量，第一投影轴和第二投影轴被设定为使得第一分量的值和第二分量的值为正；加权融合第一分量和第二分量以获得一维脉冲信号。
[0023]本公开的另一方面提供了一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，当所述计算机程序在被处理器执行时实现如上所述的非接触式心率测量方法。
[0024]本公开的另一方面提供了一种计算机设备，所述计算机设备包括：处理器；存储器，存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的非接触式心率测量方法。
[0025]根据本公开的一个或多个方面，本公开提供了一种非接触式心率测量方法和装置，所述方法通过将第一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非接触式心率测量方法，其特征在于，所述方法包括：获取待测对象的人脸视频图像，并从所述视频图像的每帧中提取人脸皮肤区域，基于所述人脸皮肤区域提取第一色彩空间向量；将所述第一色彩空间向量投影到预定的色彩空间的投影平面上以获得一维脉冲信号；对所述一维脉冲信号进行模态分解以得到多个模态信号，所述多个模态信号至少具有彼此不同的瞬时频率和瞬时幅值；基于所述多个模态信号中的至少两者进行信号重组以得到重组信号；基于所述重组信号获得估计心率。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在对所述一维脉冲信号进行模态分解以得到多个模态信号之前，对所述一维脉冲信号进行傅里叶变换，以确定经傅里叶变换后的频谱中的峰值频率，并基于所述峰值频率构建频率向量。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对所述一维脉冲信号进行模态分解以得到多个模态信号，包括：基于所述频率向量构建正交因子；通过所述正交因子对所述一维脉冲信号进行级数展开，以获得多个模态信号；以及对所述多个模态信号进行约束优化以确定所述多个模态信号中的每个模态信号的瞬时频率和瞬时幅值。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述一维脉冲信号被表示为：4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述一维脉冲信号被表示为：其中，X(t)为所述一维脉冲信号，X
i
(t)为所述多个模态信号中的第i模态信号，为所述频率向量，和为所述正交因子，a
i
(t)和b
i
(t)为所述第i模态信号的振幅函数，分别表示第i模态信号在所述正交因子和上的分量，g
i
(τ)为所述第i模态信号的瞬时频率，A
i
(t)为所述第i模态信号的瞬时幅值，θ
i
为所述第i模态信号的初始相位。5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：童心，王治博，李英杰，贺佳琦，蒲岩，魏宏超，徐春龙，
申请(专利权)人：沈阳康泰电子科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：