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心率是一项极为重要的生理参数,被广泛应用于心率失常、心肌缺血、冠心病、高血压病、慢性心力衰竭等心血管类疾病的诊断和情绪检测中。目前市场上存在的专业心率检测设备都必须接触皮肤才能测量被试者的心率参数,给被试者造成一定的不适,另外也不适用于皮肤烧伤受损患者、皮肤娇嫩的新生婴儿以及隐蔽式刑侦测谎等情形。鉴于传统接触式心率检测设备应用场景具有一定的局限性,本文设计了一种非接触式实时心率测量系统,通过普通摄像头采集人脸视频作为输入,配合相应视频图像处理算法及信号分析算法来提取被试者的实时心率参数。该方法可以在舒适的非接触环境下持续监测被试者的实时心率,减少了被试者的不适感和紧张焦虑情绪,对远程医疗的发展尤其是心血管类疾病的预防与诊断具有十分重要的意义,也非常适用于新生婴儿等不适合用传统接触式设备来检测生理参数的人群。本文的主要工作如下:(1)基于成像式光电容积描记(Imaging Photoplethysmography,IPPG)信号形成原理,设计了合理有效的IPPG信号提取算法。首先精确识别并跟踪人脸位置,并从中提取皮肤像素所在位置,滤除眼睛、头发、背景等可能引入噪声干扰的像素。然后依据血液中红细胞内氧和脱氧血红蛋白对510-590nm光谱段较为敏感的光学特性,选择光谱段较为接近的Cg颜色通道作为信号源,通过提取每一帧图像Cg颜色通道中人脸皮肤位置像素来获取高质量的IPPG信号。并通过对比实验证明由Cg颜色通道提取到的IPPG信号的有效性。(2)利用CMOR5-3(Complex Morlet 5-3)小波生成IPPG信号的能量谱图,同时分析IPPG信号的时域分量和频域分量,根据心率参数变化在一定范围内具有连续性的生理特征去除伪点噪声,提高测量精度。通过进一步分析强噪声干扰下,IPPG信号能量分布特征,设置了能量比例阈值检测法,有效减少噪声干扰对测量结果的影响。并与其他非接触式心率测量方法和典型的生物信号分析小波进行对比,说明CMOR5-3小波分析法在心率参数提取中的优势。(3)通过优化算法,减少运算耗时,降低采样帧率,增加采样间隔,以及设计合理高效的心率参数提取流程等操作,实现非接触式实时心率测量。并基于此开发了MATLAB版本及Python版本的实时心率参数提取系统,用于以非接触的方式提取被试者的实时心率参数。(4)为验证本文设计的非接触式实时心率测量系统的有效性,分别在静息状态、头部运动状态和扎马步状态下用非接触式实时心率测量系统和指夹式脉搏血氧仪同步测量多名被试者的心率参数,使用平均绝对值误差|M _e|、误差的标准差SD、均方根误差RMSE作为评价指标来评估非接触式系统测量结果的准确性,并通过Bland-Altman分析法进一步对两种方法测量结果的一致性进行评价。实验结果表明本文设计的非接触式实时心率测量系统提取结果和医疗设备提取结果具有较好的一致性。