基于图像光电容积描记法的脉率估计研究
发布时间：2021-10-15 13:19
驾驶员是道路交通系统中的重要参与者,其良好的状态对降低交通事故发生概率具有积极的作用。脉率及脉率变异性特征能够有效的反映驾驶员状态和疲劳程度,监测脉率对提升道路交通安全具有重要的意义。基于图像光电容积描记法（Imaging Photoplethysmography,IPPG）的非接触脉率测量技术具有对被测对象活动干扰较小的特点,能够有效克服传统心（脉）率接触测量中需要被测对象主动配合的缺点。但是,在驾驶环境等高动态场景应用中,IPPG要实现准确和鲁棒的脉率估计依然存在巨大的挑战。因此,本论文主要针对动态驾驶条件下脉率的有效可靠测量需求,开展基于图像光电容积描记法的脉率估计研究。1)在回顾分析了现有驾驶员脉（心）率监测技术的基础上,针对不干扰驾驶操作的准确和可靠脉率估计需求,提出了包含图像帧信号采集,感兴趣区域（Region of Interest,ROI）选择、图像预处理、IPPG时序信号盲源分离、时序信号抗噪声处理和脉率估计六个处理步骤的IPPG脉率测量系统框架。2)针对软触发可能造成图像帧数据非严格时间同步而引发脉搏间期估计错误问题,论文基于Lab VIEW和my RIO设计严格时...
【文章来源】：福建工程学院福建省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
方向盘式驾驶员脉率测量装置
基于图像光电容积描记法的脉率估计研究3图1-1方向盘式驾驶员脉率测量装置2015年B.Warwick通过使用穿戴式脉率测量装置成功测得驾驶员心率[11]。该方法是在驾驶员驾驶汽车时，通过穿着胸带将传感器固定至胸口部位，其测量装置如图1-2所示。此方法虽然能够准确的测得驾驶员脉率，但是胸带的佩戴会令驾驶员产生不适感，并不适合长时间测量。图1-2胸带式驾驶员脉率测量装置1.2.2非接触式驾驶员脉率测量非接触式驾驶员脉率测量通过安放在驾驶座椅处的传感器，利用电容耦合或多普勒技术来获得驾驶员心（脉）率。2016年K.J.Lee在座椅靠背处安装连续波多普勒雷达来估计驾驶员心率[12]。如图1-3所示，该方法是通过放置在座椅靠背处的连续波多普勒雷达估计人体胸部的位移来获得驾驶员心率。但是该方式接收到的信号易受到驾驶员与座椅之间的相对运动和汽车振动带来的运动伪迹的影响，这些运动伪迹会使雷达信号失真，从而影响检测结果的准确性。同时在背部安放传感器也会对驾驶员身体上造成一定不适。
福建工程学院硕士学位论文4图1-3基于多普勒技术的驾驶员脉率测量2019年L.Leicht等人提出基于电容耦合心电图（cECG）的座椅集成脉率采集系统。如图1-4所示，利用配有电容电极的汽车座椅来获得驾驶员脉率。在使用时来自靠背处的6个电极信号成对输入到差分放大器中，安放在座椅坐垫处的大电极充当电容驱动的右腿电极。由于电极均由不锈钢制成，电极的安放会使座椅舒适度大大降低，不适合长时间对驾驶员进行脉率监测。同时该方法如果驾驶员穿的衣服过厚也无法通过cECG获得可靠的信号。图1-4电容耦合式驾驶员脉率测量系统由于现有驾驶员脉率检测装置存在舒适性差，对驾驶员会造成一定干扰等问题。所以人们急需一种适用对驾驶员干扰较小，能有效克服传统心（脉）率接触测量中需要被测者主动配合的脉率测量方法。于是基于图像的光电容积描记法（ImagePhotoplethysmography，IPPG）因其非接触、无创和对受试者影响较小等特点受到了研究者的关注[13]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]中华人民共和国2019年国民经济和社会发展统计公报[J]. 中国统计. 2020(03)
[2]基于AM41V4传感器的高清高速CMOS相机系统设计[J]. 李方宁,王延杰,张涛,孙宏海. 液晶与显示. 2015(03)
[3]LabVIEW与普通数据采集卡连接在伺服电机参数测试方面的应用[J]. 李海军. 数字技术与应用. 2014(07)
[4]驾驶员因素对道路交通事故指标的影响分析[J]. 张丽霞,刘涛,潘福全,郭涛,刘瑞昌. 中国安全科学学报. 2014(05)
[5]光电容积描记技术原理及其应用[J]. 石萍,喻洪流. 生物医学工程学杂志. 2013(04)
[6]浅谈LabVIEW在测试测量领域的应用[J]. 张晶. 农业与技术. 2011(03)
[7]基于脉搏信号的心电特征研究[J]. 张爱华,张妍,王琦. 电子测量技术. 2009(08)
[8]虚拟仪器技术在汽车测试中的应用[J]. 薛雯,徐洋,胡彬. 重庆工学院学报(自然科学版). 2009(07)
[9]心电图时频域指标在驾驶疲劳评价中的有效性研究[J]. 杨渝书,姚振强,李增勇,焦昆. 机械设计与制造. 2002(05)
硕士论文
[1]虚拟式现场动平衡测试系统的研究[D]. 董鹏飞.重庆大学 2010
本文编号：3438056
【文章来源】：福建工程学院福建省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
方向盘式驾驶员脉率测量装置
基于图像光电容积描记法的脉率估计研究3图1-1方向盘式驾驶员脉率测量装置2015年B.Warwick通过使用穿戴式脉率测量装置成功测得驾驶员心率[11]。该方法是在驾驶员驾驶汽车时，通过穿着胸带将传感器固定至胸口部位，其测量装置如图1-2所示。此方法虽然能够准确的测得驾驶员脉率，但是胸带的佩戴会令驾驶员产生不适感，并不适合长时间测量。图1-2胸带式驾驶员脉率测量装置1.2.2非接触式驾驶员脉率测量非接触式驾驶员脉率测量通过安放在驾驶座椅处的传感器，利用电容耦合或多普勒技术来获得驾驶员心（脉）率。2016年K.J.Lee在座椅靠背处安装连续波多普勒雷达来估计驾驶员心率[12]。如图1-3所示，该方法是通过放置在座椅靠背处的连续波多普勒雷达估计人体胸部的位移来获得驾驶员心率。但是该方式接收到的信号易受到驾驶员与座椅之间的相对运动和汽车振动带来的运动伪迹的影响，这些运动伪迹会使雷达信号失真，从而影响检测结果的准确性。同时在背部安放传感器也会对驾驶员身体上造成一定不适。
福建工程学院硕士学位论文4图1-3基于多普勒技术的驾驶员脉率测量2019年L.Leicht等人提出基于电容耦合心电图（cECG）的座椅集成脉率采集系统。如图1-4所示，利用配有电容电极的汽车座椅来获得驾驶员脉率。在使用时来自靠背处的6个电极信号成对输入到差分放大器中，安放在座椅坐垫处的大电极充当电容驱动的右腿电极。由于电极均由不锈钢制成，电极的安放会使座椅舒适度大大降低，不适合长时间对驾驶员进行脉率监测。同时该方法如果驾驶员穿的衣服过厚也无法通过cECG获得可靠的信号。图1-4电容耦合式驾驶员脉率测量系统由于现有驾驶员脉率检测装置存在舒适性差，对驾驶员会造成一定干扰等问题。所以人们急需一种适用对驾驶员干扰较小，能有效克服传统心（脉）率接触测量中需要被测者主动配合的脉率测量方法。于是基于图像的光电容积描记法（ImagePhotoplethysmography，IPPG）因其非接触、无创和对受试者影响较小等特点受到了研究者的关注[13]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]中华人民共和国2019年国民经济和社会发展统计公报[J]. 中国统计. 2020(03)
[2]基于AM41V4传感器的高清高速CMOS相机系统设计[J]. 李方宁,王延杰,张涛,孙宏海. 液晶与显示. 2015(03)
[3]LabVIEW与普通数据采集卡连接在伺服电机参数测试方面的应用[J]. 李海军. 数字技术与应用. 2014(07)
[4]驾驶员因素对道路交通事故指标的影响分析[J]. 张丽霞,刘涛,潘福全,郭涛,刘瑞昌. 中国安全科学学报. 2014(05)
[5]光电容积描记技术原理及其应用[J]. 石萍,喻洪流. 生物医学工程学杂志. 2013(04)
[6]浅谈LabVIEW在测试测量领域的应用[J]. 张晶. 农业与技术. 2011(03)
[7]基于脉搏信号的心电特征研究[J]. 张爱华,张妍,王琦. 电子测量技术. 2009(08)
[8]虚拟仪器技术在汽车测试中的应用[J]. 薛雯,徐洋,胡彬. 重庆工学院学报(自然科学版). 2009(07)
[9]心电图时频域指标在驾驶疲劳评价中的有效性研究[J]. 杨渝书,姚振强,李增勇,焦昆. 机械设计与制造. 2002(05)
硕士论文
[1]虚拟式现场动平衡测试系统的研究[D]. 董鹏飞.重庆大学 2010
本文编号：3438056
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