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基于容积脉搏波成像技术的非接触式心率测量方法研究

【摘要】:心率作为表征人体生理健康的指标之一,在日常生活和临床的监测中起着重要作用。近些年,随着光子学技术的提高以及移动设备的发展,容积脉搏成像技术(Imaging Photo Plethysmo Graphy,IPPG)以其低成本、易操作、便捷的特点受到越来越多人的青睐。它克服了接触式测量过程中给被测者带来的不适,使传统的接触式测量变为了非接触测量,为日后生理参数的远程监控提供了可能。由于IPPG信号极其微弱,非常容易受到呼吸、身体微小抖动的影响,因此运动伪影是当前IPPG系统的主要缺点,特别是在临床评估的背景下。本文针对IPPG信号微弱及存在运动伪影的问题进行了深入研究,主要的内容包括以下几个方面:1.针对IPPG信号微弱的问题,本文研究了欧拉视频放大算法,通过欧拉视频放大技术,对视频图像进行颜色增强,从而达到信号放大的目的。同时为了减小视频拍摄过程运动伪影对信号的影响,本文将人脸检测与光流跟踪算法相结合,分离出人脸区域后再进行颜色放大。通过实验分析,此方法有效的抑制了运动伪差,消除了部分欧拉颜色放大中脸部视频的重影,为后续心率的提取提供了便利。2.提出了基于欧拉视频颜色放大的加速检测方法。传统的欧拉视频放大技术涉及两次颜色空间的转化,这种处理方法计算量大耗时多,对于心率的实时检测来说速度较慢,因此本文直接在RGB色彩空间对视频进行欧拉放大。实验结果表明,RGB色彩空间与原方法YIQ色彩空间相比,计算得到的心率值具有较高的一致性,同时运算速度大大提升,平均速度提升了39.35%。3.针对欧拉视频放大后的信号中还存在小部分运动伪差的影响,本文提出将集合经验模态分解法(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD)与主成分分析法(Principal Component Analysis,PCA)相结合对信号进行分析,然后利用快速傅里叶变换对提取的信号进行频域分析,计算出信号的周期从而得到心率值。4.用matlab设计了非接触式心率测量系统平台。在硬件方面,详细介绍了成像设备的选择、光源的选择以及帧速率的选择;在软件方面,介绍了心率信号的提取、去噪以及心率值的计算。5.本文从定性和定量两方面讨论了多种复杂情况对心率信号采集的影响。实验结果表明,对于不同的光照条件、不同的心率范围以及小幅运动等拍摄条件,本文设计的系统均能得到较为准确的测量结果,与传统的接触式心率检测系统有较好的一致性。

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