一种非接触式心率检测方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于心率检测技术领域，尤其涉及一种非接触式心率检测方法及系统。
【背景技术】
[0002] 心率是人体重要体征之一，是监护仪监护的重要参数之一。目前，临床当中使用最 多的是贴片式的心率检测仪，该类仪器利用的是从人体电信号中提取心率，虽然贴片式心 率检测仪的精度高，但由于其使用时必须是与人体接触的，这给某些人群，比如新生婴儿及 严重外科病人等患者的心率监护造成很大不便。
[0003] 为此，一些研究人员提出了诸多非接触式的心率检测方法，比如：中国专利 CN201310546070. 2中公布了一种非接触磁感应心率和呼吸率同步检测方法及系统，该专利 利用电磁感应原理捕捉并计算出心率。随着心跳的变化，人脸面部血液流动也随着心跳在 变化，这种血液流动就会引起人脸面部颜色的变化。因此，有效的检测出颜色变化，理论上 就可从颜色变化的周期中提取出心率值来。据此原理，有研究人员就提出利用视觉图像原 理的非接触式心率检测方法，例如：中国专利CN201210526066. 5提出的一种基于低端成像 设备的心率测量方法，以及中国专利CN201310172275. 9提出的非接触式自动心率测量系 统及测量方法，都是基于视觉图像信息技术进行非接触式心率测量；该技术的优点是无辐 射，完全非接触式地测量心率，但上述两个专利中利用的方法都是基于盲源分析算法（也 叫独立主成份分析ICA)，该算法对光照非常敏感，测量心率时要求光照足够强、光照稳定， 才能获得较准确的心率值，一旦环境光照有变化，或者环境光照不够强，心率测试就会变得 不准确。
【发明内容】
[0004] 本发明提供了一种非接触式心率检测方法及系统，旨在至少在一定程度上解决现 有技术中的上述技术问题之一。
[0005] 本发明实现方式如下，一种非接触式心率检测方法，包括以下步骤：
[0006] 步骤a :获取被检测者的脸部视频图像数据，对图像数据中的人脸进行识别，并计 算人脸的感兴趣区域图像；
[0007] 步骤b :通过时域差分颜色变化放大模型计算感兴趣区域图像的红色与绿色分量 差分值，并计算感兴趣区域图像的差分放大值，根据差分放大值计算感兴趣区域图像的时 域变化波形；
[0008] 步骤c :将时域变化波形进行傅立叶变换，并计算频域响应最大值，根据频域响应 最大值所对应的频率值计算得到被检测者的心率值。
[0009] 本发明实施例采取的技术方案还包括：在所述步骤a中还包括：判断是否识别到 人脸，如果没有识别到人脸，则重新获取图像数据进行识别；如果识别到人脸，找到包含人 脸的矩形区域，并计算能框住人脸的最小矩形框的宽和高。
[0010] 本发明实施例采取的技术方案还包括：在所述步骤a中，所述对图像数据中的人 脸进行识别的人脸识别方法为基于OpenCV所提供的人脸检测函数进行人脸识别；所述计 算人脸的感兴趣区域图像具体为：保留矩形框的宽度中心区域的60%，去除矩形框中的背 景区域；并采用纵向灰度累计法去除矩形框中的人眼区域，得到人脸的感兴趣区域图像。
[0011] 本发明实施例采取的技术方案还包括：在所述步骤b中，所述时域差分颜色变化 放大模型根据皮肤颜色光照成像模型进行建立，所述皮肤颜色光照成像模型为：
[0015] 在上述公式中，P表示图像中每个像素的强度，SA表示皮肤对光的吸收率，T表示 透射光，I表示入射光，V表示光谱横截面系数，c表示色素浓度，m表示黑色素，h表示血红 蛋白；
[0016] 根据上述公式，定义感兴趣区域图像的红色与绿色分量差分值Q为：
[0018] Q随时间的差分变化定义为：
[0020] Λ \及厶c馮为常量，不受环境光照的影响，因此时域差分颜色变化放大模型建 立为：
[0022] 本发明实施例采取的技术方案还包括：在所述步骤b中还包括：累积感兴趣区域 图像的差分放大值，并判断累积次数是否达到预设值，如果累积次数没有达到预设值，则重 复执行步骤a ;如果累积次数达到预设值，则通过累积的差分放大值计算感兴趣区域图像 的时域变化波形，通过带通滤波对感兴趣区域图像的时域变化波形进行滤波处理，并将滤 波处理后的时域变化波形输出至心率显示模块进行波形显示。
[0023] 本发明实施例采取的技术方案还包括：在所述步骤c后还包括以下步骤：
[0024] 步骤cl :将所述心率值输出至心率显示模块显示心率检测结果；
[0025] 步骤c2 :保存并累积预定检测时间内的心率检测结果，并计算预定检测时间内心 率检测结果的平均值；
[0026] 步骤c3 :将心率检测结果的平均值输出至心率显示模块进行显示。
[0027] 本发明实施例采取的另一技术方案为：一种非接触式心率检测系统，包括人脸识 别模块、感兴趣区域计算模块、差分放大值计算模块、差分放大值累积模块和频域变换模 块；所述人脸识别模块用于获取被检测者的脸部视频图像数据，并对图像数据中的人脸进 行识别；所述感兴趣区域计算模块用于计算人脸的感兴趣区域图像；所述差分放大值计算 模块用于通过时域差分颜色变化放大模型计算感兴趣区域图像的红色与绿色分量差分值， 并计算感兴趣区域图像的差分放大值；所述差分放大值累积模块用于根据差分放大值计算 感兴趣区域图像的时域变化波形；所述频域变换模块用于将时域变化波形进行傅立叶变 换，并计算频域响应最大值，根据频域响应最大值所对应的频率值计算得到被检测者的心 率值。
[0028] 本发明实施例采取的技术方案还包括：所述时域差分颜色变化放大模型根据皮肤 颜色光照成像模型进行建立，所述皮肤颜色光照成像模型为：
[0032] 在上述公式中，P表示图像中每个像素的强度，SA表示皮肤对光的吸收率，T表示 透射光，I表示入射光，V表示光谱横截面系数，c表示色素浓度，m表示黑色素，h表示血红 蛋白；
[0033] 根据上述公式，定义感兴趣区域图像的红色与绿色分量差分值Q为：
[0035] Q随时间的差分变化定义为：
[0037] Λ \及厶c 为常量，不受环境光照的影响，因此时域差分颜色变化放大模型建 立为：
[0039] 本发明实施例采取的技术方案还包括：还包括视频拍摄模块和带通滤波模块，所 述视频拍摄模块用于拍摄被检测者的脸部视频图像，所述带通滤波模块用于采用汉明窗对 感兴趣区域图像的时域变化波形进行带通滤波，并将滤波处理后的时域变化波形输出至心 率显示模块进行波形显示。
[0040] 本发明实施例采取的技术方案还包括：还包括心率累积模块和心率显示模块，所 述心率累积模块用于保存并累积预定检测时间内的心率检测结果，并在停止检测后计算预 定检测时间内心率检测结果的平均值，将心率检测结果的平均值输出至心率显示模块进行 显示；所述心率显示模块用于显示心率检测结果。
[0041] 本发明实施例的非接触式心率检测方法及系统通过时域差分颜色变化放大模型 有效去除了环境光照的影响，具有更强的抗环境光影响性；并通过汉明窗对时域变化波形 进行带通滤波，增强心率检测结果的鲁棒性；可以有效避免环境光照对基于视觉的非接触 式心率计算方法的影响，从而提供了更鲁棒、更准确的非接触式心率检测结果。
【附图说明】
[0042] 图1是本发明实施例的非接触式心率检测方法的流程图；
[0043] 图2是本发明实施例的非接触式心率检测系统的结构示意图；
[0044] 图3是本发明实施例的非接触式心率检测系统与广告机结合的应用实例示意图；
[0045] 图4是本发明实施例的非接触式心率检测系统在医疗静卧病人心率监护的应用 实例示意图。
【具体实施方式】
[0046] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。
[0047] 请参阅图1，是本发明实施例的非接触式心率检测方法的流程图。本发明实施例的 非接触式心率检测方法包括以下步骤：
[0048] 步骤100 :通过摄像头拍摄被检测者的脸部视频图像；
[0049] 步骤200 :获取一帧图像数据，对图像数据中的人脸进行识别，并判断是否识别到 人脸，如果没有识别到人脸，则重新执行步骤200 ;如果识别到人脸，则执行步骤300 ;
[0050] 在步骤200中，由于人脸的颜色变化随心跳所引起的变化较为明显，且人脸便于 拍摄，因此本发明通过从视频图像中识别人脸来计算皮肤的颜色变化，进而计