一種測量人體心跳速率和呼吸頻率的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種測量人體生命參數(shù)的方法，尤其是涉及一種使用圖像識(shí)別技術(shù)測量人體心跳速率和呼吸頻率的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]心跳和呼吸是一種重要的人體生命參數(shù)，準(zhǔn)確便捷地測量人體心跳速率和呼吸頻率對現(xiàn)代人的生理健康具有重要的參考作用。傳統(tǒng)的測量人體心跳速率的方法主要通過脈搏檢測，現(xiàn)有的檢測方法包括心跳心率監(jiān)測儀、心率表等，但均為接觸式檢測，需要近距離與被測者接觸?，F(xiàn)有技術(shù)中(CN101959458A)還公開了一種使用可見光圖像來測定心率的方法，通過接收與接近傳送血液的毛細(xì)血管的對象的皮膚對應(yīng)的多個(gè)可見光圖像，處理該多個(gè)可見光圖像來測定對象的心率。但上述方法仍然需要靠近被測對象的皮膚才能獲取到清晰的毛細(xì)血管圖像，圖像獲取的質(zhì)量嚴(yán)重影響了檢測的準(zhǔn)確性。
[0003]隨著科技的進(jìn)步，人們對心跳、呼吸等生命參數(shù)的測量也有了新的要求，已不滿足于現(xiàn)有的測量方式。如何實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的心跳、呼吸監(jiān)測將是未來一段時(shí)間重要的發(fā)展方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的無法遠(yuǎn)程準(zhǔn)確測量人體心跳速率和呼吸頻率的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于圖像處理的遠(yuǎn)程測量人體心跳速率和呼吸頻率的方法，通過對攝像頭獲取的影像進(jìn)行處理，并通過圖像識(shí)別技術(shù)檢測人臉和胸腔位置的變化，通過人臉和胸腔位置的變化確定心跳和呼吸的產(chǎn)生，進(jìn)而統(tǒng)計(jì)得到人體的心跳速率和呼吸頻率，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離的心跳和呼吸測量，極大地便利了人們的生活。
[0005]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下:
一種測量人體心跳速率的方法，包括以下步驟:
1)獲取被測對象的視頻影像；
2)將所述視頻影像解析為圖像幀系列；
3)在上述相鄰圖像幀中插入生成N幀圖像；
4)檢測每幀圖像中的人臉?biāo)趨^(qū)域的位置；
5)根據(jù)所述圖像幀系統(tǒng)中人臉?biāo)趨^(qū)域位置的變化統(tǒng)計(jì)得到被測對象的面部波動(dòng)頻率，即人的心跳速率。
[0006]進(jìn)一步，步驟5)中將面部波動(dòng)信號(hào)中的直流成份過濾去除，得到類周期性波動(dòng)的面部波動(dòng)信號(hào)，即得到被測對象的面部波動(dòng)頻率。
[0007]本發(fā)明還提供了另外一種測量人體心跳速率的方法，包括以下步驟:
1)獲取被測對象的視頻影像；
2)將所述視頻影像解析為圖像幀系列；
3)在上述相鄰圖像幀中插入生成N幀圖像；
4)檢測每幀圖像中的人臉?biāo)趨^(qū)域； 5)統(tǒng)計(jì)每幀圖像中人臉區(qū)域范圍內(nèi)的顏色分布情況；
6)根據(jù)所述圖像幀系統(tǒng)中每幀圖像的顏色分布變化統(tǒng)計(jì)得到被測對象的面部顏色變化頻率，即人的心跳速率。
[0008]進(jìn)一步，步驟5)中統(tǒng)計(jì)紅色分量的分布情況。
[0009]此外，本發(fā)明還提供了一種測量人體呼吸頻率的方法，包括以下步驟:
1)獲取被測對象的視頻影像；
2)將所述視頻影像解析為圖像幀系列；
3)在上述相鄰圖像幀中插入生成N幀圖像；
4)檢測每幀圖像中的人臉?biāo)趨^(qū)域的位置；
5)根據(jù)人臉?biāo)趨^(qū)域的位置計(jì)算得到胸腔區(qū)域的位置；
6)根據(jù)所述圖像幀系列中胸腔區(qū)域位置的變化統(tǒng)計(jì)得到被測對象的胸腔起伏頻率，SP人的呼吸頻率。
[0010]進(jìn)一步，在步驟5)中，將人臉的上邊沿下方1.5 — 2.0面部長度的區(qū)域作為胸腔區(qū)域的位置。
[0011]
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過在被測對象視頻影像的圖像幀中插入生成多幀圖像以一定倍率放慢視頻后，根據(jù)對放慢后的視頻圖像幀中面部和胸腔所在區(qū)域的波動(dòng)和顏色變化情況得到人體的心跳速率和呼吸頻率，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離的心率和呼吸監(jiān)測，有利于異地實(shí)時(shí)監(jiān)控被測對象的心率和呼吸，及時(shí)掌握被測對象的身體狀況。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明檢測人臉區(qū)域的示意圖；
圖2為實(shí)施例一測量心跳速率的流程圖；
圖3為實(shí)例例二測量心跳速率的流程圖；
圖4為測量人體呼吸頻率的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]為了對本發(fā)明的原理和技術(shù)方案進(jìn)行描述，以下結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)說明。所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0014]心跳速率是運(yùn)動(dòng)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)，每個(gè)人的心率不同，平常情況下成人正常心跳速率是每分鐘60至100次。正常人的心律受到許多因素影響，當(dāng)運(yùn)動(dòng)時(shí)心跳會(huì)加快，休息或睡覺時(shí)心跳會(huì)變慢，吐氣時(shí)心跳慢一些，發(fā)燒、緊張、壓力過大、疼痛等情況下，也會(huì)影響心跳速率。心跳速度受呼吸速度影響，一般情況下，女性心跳速度比男性快些，正常成年人每分鐘呼吸大約16 — 20次，與心跳速率的比是1:4，即每呼吸一次，心跳四次。
[0015]心臟跳動(dòng)時(shí)血液經(jīng)由心臟的收縮擠壓流入主動(dòng)脈，隨即傳遞到全身動(dòng)脈。當(dāng)血液進(jìn)入頭部血管脈搏時(shí)會(huì)讓整個(gè)面部產(chǎn)生輕微的波動(dòng)。這些波動(dòng)的幅度相當(dāng)細(xì)微，正常情況下人的眼睛無法直接察覺出這些細(xì)微的變化，但通過高速攝像頭拍攝放慢后，任何細(xì)微的波動(dòng)均可準(zhǔn)確地捕捉到。本發(fā)明主要利用心跳發(fā)生時(shí)引發(fā)身體面部區(qū)域的波動(dòng)，進(jìn)而在圖像中形成細(xì)小位移，通過識(shí)別圖像幀中面部區(qū)域的細(xì)小位移，即可判斷心跳的發(fā)生，進(jìn)而統(tǒng)計(jì)和計(jì)算心跳速率。此外，隨著心臟跳動(dòng)，面部血管會(huì)隨之充血，面部顏色亦會(huì)產(chǎn)生微小的變化，通過攝像頭的捕捉和分析，即可根據(jù)面部顏色變化的頻率得到心跳速率。呼吸頻率的測量原理與上述心跳速率測量的原理類似，肺與體外的空氣相互交換時(shí)，當(dāng)肺部吸入空氣會(huì)使胸腔起伏，通過捕捉幀圖像間胸腔部位的變化來識(shí)別呼吸的發(fā)生，進(jìn)而統(tǒng)計(jì)呼吸頻率。上述是對本發(fā)明原理的解釋，以下將結(jié)合實(shí)例作進(jìn)一步的說明。
[0016]本發(fā)明使用一高清攝像頭持續(xù)對被測對象進(jìn)行拍攝，得到一系列視頻影像，進(jìn)而對該視頻影像進(jìn)行分析得到心跳速率和呼吸頻率。在其中一種方法中，使用一個(gè)800萬像素的廣角鏡頭，以1080P每秒30幀拍攝得到一系列圖像。經(jīng)由圖像處理提取出多幀圖像，1080P的圖像其解析度為1920X1080約兩百萬個(gè)畫格，通過人臉識(shí)別程序鎖定每張圖像的臉部位置，鎖定后的呈現(xiàn)方式如圖1所示。面部波動(dòng)是一個(gè)慣性運(yùn)動(dòng)，每次約0.2?0.4秒，在拍攝的視頻中依次提取出一系列圖像，并通過圖像處理方法在相鄰幀間插入10幀圖像，對視頻進(jìn)行1/10速率放慢，通過人臉識(shí)別算法定位每幅圖像中人臉?biāo)趨^(qū)域，以方框的左上角與右下角確定面部在圖像中的位置，以I秒鐘30幀圖像進(jìn)行舉例說明，每張圖像面部所在區(qū)域左上角及右下角的坐標(biāo)依次如下:
(230,410)(540,660), (230,410)(540,660), (230,410)(540,660), (230,410)
(540.660),(230,410