现实场景中基于手机视频的脉搏波检测
发布时间：2020-12-31 18:27
人体皮肤的颜色会随着脉搏的跳动而发生变化,这种变化虽然是肉眼不可见的,但是却可以被普通消费级相机捕捉到,并用于脉搏波的估计。这种基于皮肤颜色变化脉搏波检测技术被称为成像型光电体积描记法（IPPG）。其操作简单、耗材成本低、用户体验舒适等优点推动其成为计算机视觉领域的研究热点。集成了LED光源和摄像头的智能手机是一种简易有效的IPPG设备,可用于脉搏波的快速检测。但是现实场景中存在各种复杂的干扰因素,使测得的脉搏波波形产生失真,导致波形质量下降。传统的脉搏波优化方法大多只适用于某类具有特定统计特性的噪声,并不适用于现实场景中复杂的噪声综合体。针对这一问题,提出两种抗复杂噪声干扰的算法,文章的主要内容如下:（1）针对手机前置相机捕捉到的脸部脉搏信号中存在的波形失真问题,提出正交匹配跟踪算法（AOMP）对其进行优化处理。具体步骤包括:利用频率在人体脉搏频段内的正弦信号构建脉搏字典;计算字典中每条正弦信号与原始脉搏波的匹配度,选取匹配度最高的正弦波用以拟合原始脉搏波;计算拟合脉搏波与原始脉搏波的误差,并对误差做进一步拟合,重复执行,直至误差满足预设要求。（2）针对手机后置相机捕捉到的指尖脉搏信...
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
脉搏波一次周期的示意图
量则反映由血液容积变化所引起的光强变化。PPG 技术已经被互，并被证明可以有效地检测生理参数的实时变化规律（如：血氧率变异性、血压、呼吸率和心脏输出量）和评估心血管健康状态、脑中风）。Allen 在他的综述论文中详细介绍了 PPG 技术在临其具体内容可以参考文献[6]。最近，基于绿色通道的 PPG 设备比近红外光源，血红蛋白和脱氧血红蛋白对绿色波段光源具有更，基于绿色光源的 PPG 脉搏波具有更高的清晰度和信噪比[7]。光源和光学传感器的具体位置，对 PPG 信号的检测可以分为两和反射模式。在透射模式中，人体组织样本被置于光源和传感器通过接收组织透射光实现对脉搏波的检测。这类传感器必须固的某个位置（如：指尖和耳垂），易受外界环境的影响（如：环图 1.2 透过体表组织的光强变化图Fig 1.2 Variation in light attenuation through issue
2.1 手机端 IPPG 技术的缺陷经过最近几年的发展，手机端 IPPG 技术取得了显著的进步。但是，作为一项新兴技术，手机端 IPPG 仍存在着很多技术上的不足与缺陷。在硬件方面，由于不同型号的手机配置和性能都不相同，所以很难做到数据采集的规范化和统一化。部分高配手机相机的相机帧率可以达到 60 帧每秒及以上；相机分辨率可以达到 2000万像素及以上；并且手机的 LED 光源可以切换成柔和模式。但是部分低配手机的相机帧率会低于 30 帧每秒，并且帧率极不稳定；相机分辨率低，很难捕捉到清晰的 IPPG 信号；手机光源照射不均匀，光强过大导致出现 IPPG 信号的色度饱和以及光源烫手现象。在视频采集过程中，受试者难免会产生不自主的肌肉运动，引起脸部/指尖相对镜头产生位移已经压力变化，形成运动伪影，严重的运动伪影还会是 IPPG 信号产生完全失真。在测试环境方面，外界环境中光照强弱的变化，以及手机的晃动引起的背景变化，都是导致 IPPG 信号失真的直接因素。这些因素混杂图 2.1 基于脸部视频的脉搏波检测流程图Fig 2.1 The framework of pulsatile waveform detection from facial videos
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于改进YCrCb颜色空间的肤色分割[J]. 曹建秋,王华清,蓝章礼. 重庆交通大学学报(自然科学版). 2010(03)
本文编号：2950100
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
脉搏波一次周期的示意图
量则反映由血液容积变化所引起的光强变化。PPG 技术已经被互，并被证明可以有效地检测生理参数的实时变化规律（如：血氧率变异性、血压、呼吸率和心脏输出量）和评估心血管健康状态、脑中风）。Allen 在他的综述论文中详细介绍了 PPG 技术在临其具体内容可以参考文献[6]。最近，基于绿色通道的 PPG 设备比近红外光源，血红蛋白和脱氧血红蛋白对绿色波段光源具有更，基于绿色光源的 PPG 脉搏波具有更高的清晰度和信噪比[7]。光源和光学传感器的具体位置，对 PPG 信号的检测可以分为两和反射模式。在透射模式中，人体组织样本被置于光源和传感器通过接收组织透射光实现对脉搏波的检测。这类传感器必须固的某个位置（如：指尖和耳垂），易受外界环境的影响（如：环图 1.2 透过体表组织的光强变化图Fig 1.2 Variation in light attenuation through issue
2.1 手机端 IPPG 技术的缺陷经过最近几年的发展，手机端 IPPG 技术取得了显著的进步。但是，作为一项新兴技术，手机端 IPPG 仍存在着很多技术上的不足与缺陷。在硬件方面，由于不同型号的手机配置和性能都不相同，所以很难做到数据采集的规范化和统一化。部分高配手机相机的相机帧率可以达到 60 帧每秒及以上；相机分辨率可以达到 2000万像素及以上；并且手机的 LED 光源可以切换成柔和模式。但是部分低配手机的相机帧率会低于 30 帧每秒，并且帧率极不稳定；相机分辨率低，很难捕捉到清晰的 IPPG 信号；手机光源照射不均匀，光强过大导致出现 IPPG 信号的色度饱和以及光源烫手现象。在视频采集过程中，受试者难免会产生不自主的肌肉运动，引起脸部/指尖相对镜头产生位移已经压力变化，形成运动伪影，严重的运动伪影还会是 IPPG 信号产生完全失真。在测试环境方面，外界环境中光照强弱的变化，以及手机的晃动引起的背景变化，都是导致 IPPG 信号失真的直接因素。这些因素混杂图 2.1 基于脸部视频的脉搏波检测流程图Fig 2.1 The framework of pulsatile waveform detection from facial videos
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于改进YCrCb颜色空间的肤色分割[J]. 曹建秋,王华清,蓝章礼. 重庆交通大学学报(自然科学版). 2010(03)
本文编号：2950100
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