专利名称：一种基于图像捕获的心率测量方法
技术领域：
本发明涉及一种心率测量方法。
背景技术：
心率(Heart Rate)用来描述心动周期的专业术语，是指心脏每分钟跳动的次数。 正常成年人安静时的心率有显著的个体差异，平均在75次/分左右(60-100次/分之间)。 心率可因年龄、性别及其它生理情况而不同。初生儿的心率很快，可达130次/分以上。同一个人，在安静或睡眠时心率减慢，运动时或情绪激动时心率加快，在某些药物或神经体液因素的影响下，会使心率发生加快或减慢。成人每分钟心率超过100次或婴幼儿超过105次 /分者，称为心动过速。成人心跳次数小于60次/分就称为心动过缓。心动过速和心动过缓都会影响人的健康，尤其对心脏有问题的人来说，心率测量是一个很重要的指标。因此， 心率测量是常用的医学检查项目之一，实时准确的心率测量在病人监控、临床治疗、健身及体育竞赛等方面都有着广泛的应用。目前心率测量领域的方法主要有两大类，一类是通过心电图进行测量，另一类是由传感器间接测量心动信号并进行计数来计算心率。前者测量准确且可以直观地显示心率等其它人体生理指标，但成本非常高，并且携带不便。后者成本低，但由于传感器必须与人体紧密接触，导致噪声较大，测量结果不可靠。因此，一种造价低，非接触式的心率测量方法亟待提出。
发明内容
本发明是为了解决现有的采用心电图式进行测量为接触式的测量方法导致测量不便，采用传感器间接测量方法的测量准确度低的问题，从而提供一种基于图像捕获的心率测量方法。一种基于图像捕获的心率测量方法，它由以下步骤实现步骤一、初始化设定检测空间的特征矢量T，所述特征矢量T为3X1的矢量；设定向二值图像转换的阈值ε ；步骤二、采用摄像头拍摄一段心率检测的视频；并从视频中提取出各帧图像，并依次标记为F1, F2,...，Fx，χ e [1，η]，η为该段视频中图像的帧数，Fx为第χ帧图像在RGB空间下的表示，即的矩阵；设Fx1为第χ张图像在R空间上的灰度值，Fx2为第χ张图像在G空间上的灰度值， Fx3为第χ张图像在B空间上的灰度值；用&卞，j)，Fx2(i，j)，Fx3(i，j)分别表示第χ张图像在R空间上、G空间上、B空间上的第i行j列的元素值，i e [1，M]，j e [1，N]；
T相邻两帧图像之间的时间间隔为Γ/ = — ;!；为视频的时长；步骤三、将图像Fx投影到检测空间中，得到在步骤一所述的检测空间下的灰度图Gx，为MXN的矩阵;Gx(i, j)为中第i行j列的元素值，取
权利要求
1.一种基于图像捕获的心率测量万法，其特征是它由以下步骤实现步骤一、初始化设定检测空间的特征矢量T，所述特征矢量T为3X1的矢量；设定向二值图像转换的阈值ε ；步骤二、采用摄像头拍摄一段心率检测的视频；并从视频中提取出各帧图像，并依次标记为F1, F2, ... , Fx, χ e [1，η]，η为该段视频中图像的帧数，Fx为第χ帧图像在RGB空间下的表示，即的矩阵；设Fx1为第χ张图像在R空间上的灰度值，Fx2为第χ张图像在G空间上的灰度值，Fx3 为第χ张图像在B空间上的灰度值；用Fx1 (i，j)，Fx2 (i，j)，Fx3 (i, j)分别表示第χ张图像在R空间上、G空间上、B空间上的第i行j列的元素值，i e [1，M]，j e [Ι,Ν]；T相邻两帧图像之间的时间间隔为办=一 ；Tv为视频的时长；n-l步骤三、将图像Fx投影到检测空间中，得到在步骤一所述的检测空间下的灰度图(;x，Gx 为MXN的矩阵；(ix(i，j)为&中第i行j列的元素值，取
2.根据权利要求1所述的一种基于图像捕获的心率测量方法，其特征在于，步骤五中所述提取各帧图像中血管图像的变化区域My的方法为步骤Al、将步骤四中获得的差值灰度图R1, R2, ... , Rlri转化为以ε为阈值分割而成的二进制编码图像B1, B2, ... , Blri，式中By(i，j)表示By图中第i行第j列的元素值，即步骤A2、对步骤Al中民执行以Q为结构元素的开运算，获得C1, C2, ...，Clri，其中 "0 0 0 1 0 0 0、 0 0 1110 0 0 111110 ρ= 1 1 1 1 1 1 1 0 111110 0 0 1110 0 νο 0 0 1 0 0 Oy Cy = By O Q ；步骤A3:对步骤A2中的元素Cy执行以Q为结构元素的闭运算，获得各帧图像中血管图像的变化区域My,即=My = By · Q。
3.根据权利要求1所述的一种基于图像捕获的心率测量方法，其特征在于，步骤七中所述的从新的图像Ky中提取变化的特征值的方法为步骤Bi、计算步骤六中所得图像\的元素中的最小值和最大值，分别记为Ky (i，j)min和 Ky(i, j)max ；并将[Ky (i，j)min，Ky (i，j)max]区间平均划分为7个小区间，把Ky图像中的元素值\(1，j)依次纳入所述7个小区间内，即
4.根据权利要求1所述的一种基于图像捕获的心率测量方法，其特征在于，步骤八中所述获取步骤七中新的图像Ky中提取变化的特征值获取I的周期 ；的方法为步骤Cl、取I中第一个点作为比较值，赋值于E = Yi,步骤 C2、设F(Zz) = (KZ - ι)-(Κη - Ε)，h e [2，η-1 ]，从 h = 2 开始将 h 逐一代入 F (h)进行计算，当第一次出现F (h) < 0时，记此时的h为Ill ；继续代入h进行计算，第二次出现 F(h) < 0时，记此时的h为Ii2 ；则Qi2-DTf = Trl，Trl即为所求周期；步骤C3、取第四个点]^和第七个点石，重复步骤C2的过程，分别得到Trf和Tri ； 步骤C4、当不存在对应的h1; h2时，则相应的Tri，Tr2, TK3取为0 ； ；= median(Tri+i;2+i;3)，即为的周期。
5.根据权利要求1所述的一种基于图像捕获的心率测量方法，其特征在于，步骤二中所述的视频的时长Tv为:3s。
全文摘要
一种基于图像捕获的心率测量方法，涉及一种心率测量方法。它解决了现有的采用心电图式进行测量为接触式的测量方法导致测量不便，采用传感器间接测量方法的测量准确度低的问题。其方法获取检测空间的特征矢量T和向二值图像转换的阈值ε；获得心率检测的视频；从视频中提取出各帧图像F1，F2，...，Fx；得到Fx在检测空间下的灰度图Gx；由Gx得到与G1差值的灰度图Ry；提取各血管图像的变化区域My；提取出图像中变化区域的值Ky；从变化Ky中提取变化的特征值获取的周期Tr；获得心率值HR。本发明避免了以往测量仪器必须与人体接触而导致高噪声的弊端；基于图像捕获的测量处理方法应用前景广泛，如可直接利用手机摄像等测量心率，方便快捷。
文档编号A61B5/0245GK102488508SQ20111045136
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月29日 优先权日2011年12月29日
发明者于达仁, 王鹏, 贺惠新 申请人:哈尔滨工业大学