当前,我国各行各业不断快速发展,人民生活水平不断提高,越来越多的人在追求物质生活、精神生活满足的同时,也愈加关心个人健康问题,但是不良的生活习惯导致心血管病频发。同时,随着我国人口老龄化问题日益严重,心血管患病率也在逐年上升,急需一种简单可行的心血管生理参数监测方案。IPPG(Imaging Photoplethysmography,IPPG)技术具备无创、低成本、易操作等优点,其很好契合了我国心血管病患者的日常生理监测需求,近几年已成为生理参数测量领域的新兴研究热点之一。但是目前IPPG技术还处于研究阶段,还存在一定缺陷,比如测量参数单一、测量精度不高等。针对IPPG存在的缺陷,本文首先对IPPG技术在光学原理上进行了系统分析,在此基础上,进行了理论建模与算法改进,具体研究内容如下:(一)对IPPG技术光学及生理学原理进行了系统分析,对心率、血氧饱和度、血压的生理意义进行了介绍,对其涉及的测量原理,比如时频域心率值计算、双光路血氧饱和度测量、弹性腔理论等进行了总结分析。(二)针对脉搏波容易受到噪声干扰问题,本文给出了一套较为完整的预处理去噪算法。包括基于微分异常点检测及三次样条插值的突变噪声去除算法;基于零相位数字带通滤波、小波变换、形态滤波的高频及基线漂移噪声去除算法。针对峰谷值特征值信息提取问题,本文在极值点法基础上进行了改进,改进算法可以自适应交替搜索峰谷值特征点信息,为后续心血管参数计算打下了基础。(三)考虑到实际应用中,照明光源普遍存在一定的光谱宽度,因此本文引入了复色光传输模型。计算心率值时,特征点存在漏检误检问题,本文在计算之前利用修正算法先对峰谷值点个数进行修正,从而提高心率测量精度。考虑到噪声干扰较为严重时,心率值误差较大,本文采用了K-means聚类算法来提高强噪声下心率测量精度。结合复色光传输模型,本文经过理论推导,建立了一种非线性血氧饱和度测量模型,与线性模型相比,其降低了光源单色性要求,同时一定程度上可以提高血氧饱和度测量精度。在计算血压时,本文进行了基于脉搏波波形的相关测量研究,将单个脉搏波周期离散采样后直接作为BP神经网络的输入,从而避免复杂的脉搏波特征参数提取过程。利用physionet的MIMIC数据库进行了相关算法验证,结果表明,收缩压平均绝对误差6.63mm Hg,标准差8.39mm Hg;舒张压平均绝对误差13.35mm Hg,标准差16.8mm Hg,在一定程度上验证了基于脉搏波波形的血压测量方法的可行性。(四)本文自主设计了基于MATLAB程序语言的心血管参数计算平台,并进行了心率、血氧、血压对比实验,实验结果进一步验证了算法可靠性。