一種基於圖像捕獲的心率測量方法
2023-07-25 18:53:06 1
專利名稱：一種基於圖像捕獲的心率測量方法
技術領域：
本發明涉及一種心率測量方法。
背景技術：
心率(Heart Rate)用來描述心動周期的專業術語，是指心臟每分鐘跳動的次數。 正常成年人安靜時的心率有顯著的個體差異，平均在75次/分左右(60-100次/分之間)。 心率可因年齡、性別及其它生理情況而不同。初生兒的心率很快，可達130次/分以上。同一個人，在安靜或睡眠時心率減慢，運動時或情緒激動時心率加快，在某些藥物或神經體液因素的影響下，會使心率發生加快或減慢。成人每分鐘心率超過100次或嬰幼兒超過105次 /分者，稱為心動過速。成人心跳次數小於60次/分就稱為心動過緩。心動過速和心動過緩都會影響人的健康，尤其對心臟有問題的人來說，心率測量是一個很重要的指標。因此， 心率測量是常用的醫學檢查項目之一，實時準確的心率測量在病人監控、臨床治療、健身及體育競賽等方面都有著廣泛的應用。目前心率測量領域的方法主要有兩大類，一類是通過心電圖進行測量，另一類是由傳感器間接測量心動信號並進行計數來計算心率。前者測量準確且可以直觀地顯示心率等其它人體生理指標，但成本非常高，並且攜帶不便。後者成本低，但由於傳感器必須與人體緊密接觸，導致噪聲較大，測量結果不可靠。因此，一種造價低，非接觸式的心率測量方法亟待提出。
發明內容
本發明是為了解決現有的採用心電圖式進行測量為接觸式的測量方法導致測量不便，採用傳感器間接測量方法的測量準確度低的問題，從而提供一種基於圖像捕獲的心率測量方法。一種基於圖像捕獲的心率測量方法，它由以下步驟實現步驟一、初始化設定檢測空間的特徵矢量T，所述特徵矢量T為3X1的矢量；設定向二值圖像轉換的閾值ε ；步驟二、採用攝像頭拍攝一段心率檢測的視頻；並從視頻中提取出各幀圖像，並依次標記為F1, F2,...，Fx，χ e [1，η]，η為該段視頻中圖像的幀數，Fx為第χ幀圖像在RGB空間下的表示，即的矩陣；設Fx1為第χ張圖像在R空間上的灰度值，Fx2為第χ張圖像在G空間上的灰度值， Fx3為第χ張圖像在B空間上的灰度值；用&卞，j)，Fx2(i，j)，Fx3(i，j)分別表示第χ張圖像在R空間上、G空間上、B空間上的第i行j列的元素值，i e [1，M]，j e [1，N]；
T相鄰兩幀圖像之間的時間間隔為Γ/ = — ;!；為視頻的時長；步驟三、將圖像Fx投影到檢測空間中，得到在步驟一所述的檢測空間下的灰度圖Gx，為MXN的矩陣;Gx(i, j)為中第i行j列的元素值，取
權利要求
1.一種基於圖像捕獲的心率測量萬法，其特徵是它由以下步驟實現步驟一、初始化設定檢測空間的特徵矢量T，所述特徵矢量T為3X1的矢量；設定向二值圖像轉換的閾值ε ；步驟二、採用攝像頭拍攝一段心率檢測的視頻；並從視頻中提取出各幀圖像，並依次標記為F1, F2, ... , Fx, χ e [1，η]，η為該段視頻中圖像的幀數，Fx為第χ幀圖像在RGB空間下的表示，即的矩陣；設Fx1為第χ張圖像在R空間上的灰度值，Fx2為第χ張圖像在G空間上的灰度值，Fx3 為第χ張圖像在B空間上的灰度值；用Fx1 (i，j)，Fx2 (i，j)，Fx3 (i, j)分別表示第χ張圖像在R空間上、G空間上、B空間上的第i行j列的元素值，i e [1，M]，j e [Ι,Ν]；T相鄰兩幀圖像之間的時間間隔為辦=一 ；Tv為視頻的時長；n-l步驟三、將圖像Fx投影到檢測空間中，得到在步驟一所述的檢測空間下的灰度圖(;x，Gx 為MXN的矩陣；(ix(i，j)為&中第i行j列的元素值，取
2.根據權利要求1所述的一種基於圖像捕獲的心率測量方法，其特徵在於，步驟五中所述提取各幀圖像中血管圖像的變化區域My的方法為步驟Al、將步驟四中獲得的差值灰度圖R1, R2, ... , Rlri轉化為以ε為閾值分割而成的二進位編碼圖像B1, B2, ... , Blri，式中By(i，j)表示By圖中第i行第j列的元素值，即步驟A2、對步驟Al中民執行以Q為結構元素的開運算，獲得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 ；步驟A3:對步驟A2中的元素Cy執行以Q為結構元素的閉運算，獲得各幀圖像中血管圖像的變化區域My,即=My = By · Q。
3.根據權利要求1所述的一種基於圖像捕獲的心率測量方法，其特徵在於，步驟七中所述的從新的圖像Ky中提取變化的特徵值的方法為步驟Bi、計算步驟六中所得圖像\的元素中的最小值和最大值，分別記為Ky (i，j)min和 Ky(i, j)max ；並將[Ky (i，j)min，Ky (i，j)max]區間平均劃分為7個小區間，把Ky圖像中的元素值\(1，j)依次納入所述7個小區間內，即
4.根據權利要求1所述的一種基於圖像捕獲的心率測量方法，其特徵在於，步驟八中所述獲取步驟七中新的圖像Ky中提取變化的特徵值獲取I的周期 ；的方法為步驟Cl、取I中第一個點作為比較值，賦值於E = Yi,步驟 C2、設F(Zz) = (KZ - ι)-(Κη - Ε)，h e [2，η-1 ]，從 h = 2 開始將 h 逐一代入 F (h)進行計算，當第一次出現F (h) < 0時，記此時的h為Ill ；繼續代入h進行計算，第二次出現 F(h) < 0時，記此時的h為Ii2 ；則Qi2-DTf = Trl，Trl即為所求周期；步驟C3、取第四個點]^和第七個點石，重複步驟C2的過程，分別得到Trf和Tri ； 步驟C4、當不存在對應的h1; h2時，則相應的Tri，Tr2, TK3取為0 ； ；= median(Tri+i;2+i;3)，即為的周期。
5.根據權利要求1所述的一種基於圖像捕獲的心率測量方法，其特徵在於，步驟二中所述的視頻的時長Tv為:3s。
全文摘要
一種基於圖像捕獲的心率測量方法，涉及一種心率測量方法。它解決了現有的採用心電圖式進行測量為接觸式的測量方法導致測量不便，採用傳感器間接測量方法的測量準確度低的問題。其方法獲取檢測空間的特徵矢量T和向二值圖像轉換的閾值ε；獲得心率檢測的視頻；從視頻中提取出各幀圖像F1，F2，...，Fx；得到Fx在檢測空間下的灰度圖Gx；由Gx得到與G1差值的灰度圖Ry；提取各血管圖像的變化區域My；提取出圖像中變化區域的值Ky；從變化Ky中提取變化的特徵值獲取的周期Tr；獲得心率值HR。本發明避免了以往測量儀器必須與人體接觸而導致高噪聲的弊端；基於圖像捕獲的測量處理方法應用前景廣泛，如可直接利用手機攝像等測量心率，方便快捷。
文檔編號A61B5/0245GK102488508SQ20111045136
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月29日 優先權日2011年12月29日
發明者於達仁, 王鵬, 賀惠新 申請人:哈爾濱工業大學